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CN101815648A - 用于对特别是停放的飞机的机载配电系统进行地面供电的移动式发电机 - Google Patents

用于对特别是停放的飞机的机载配电系统进行地面供电的移动式发电机 Download PDF

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Abstract

在机场停机坪内，若地下供电对于暂时停放的飞机而言功率设计不足或者根本就没有地下供电，依据本发明，将通常由柴油驱动的电动发电机替代为一种移动式发电机(1)，该移动式发电机具有伽伐尼电池(3)，作为用于暂时在外部向机载配电系统馈电的电功率供应单元。所述电池(3)可以是可充电的锂蓄电池；但优选是燃料电池(3)，配有用于其在自走式的或者受牵引的滚轮车(2)内自给自足运行的所有辅助装置。

Description

用于对特别是停放的飞机的机载配电系统进行地面供电的移动式发电机
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的发电机。
从DE 8310749U已知一种这样的按照柴油电动机组构造形式的发电机。在地下电缆布线(可能是因为费用过大)不能达到的地方，使发电机驶近要进行短暂维护的停放的飞机并从外部通过座舱下方的插头接口连接到其机载配电系统上。这种情况特别是发生在较小型的机场，但对于大型装备在从登机门放下的停机坪区域的外部位置内也能经常碰到。通过这样的外部电能供应，可以在停放位置取消用于驱动机载发电机的主驱动装置或者辅助驱动装置的运行，从而避免了由此产生的环境污染。
然而这种柴油电动机组还会引起废气和噪声。飞机场上的多个、特别是夜间同时运行的柴油发电机的排放达到并超过了越来越严格的环境保护预定极限值。此外，从适宜的能量效率以及增加的燃料成本方面看，这种发电机的运行越来越不经济。
因此，本发明的目的在于解决这样的技术问题，即，提出一种该类型的发电机，它在运行性能方面设计得更加适应于未来发展。
按照本发明，上述目的通过一种依据在独立权利要求中所述重要特征而设计的发电机得以实现。
据此，针对停放的飞机的外部移动式供电系统不再是柴油驱动的电动形式，而是来自于至少一个作为移动式发电机的伽伐尼电池，因为伽伐尼电池在停机坪上的停放位置处不产生环境污染。
对于该移动式电池，可以是装备有标准化的机电接口的蓄电池，该蓄电池在其使用后被移回到设备间内，而在停用周期期间再从固定的电网补充充电。对此，特别是考虑用锂聚合物蓄电池或者锂离子蓄电池。
或者也可以使用外部的高电容量的电容器(例如电能储存单元，EESUs)代替蓄电池。
然而优选的是，依据本发明设计的移动式发电机可自给自足地运行，也就是配备有必需的设备(例如特别是有效物料储备装置以及电压转换器)的燃料电池，因为该系统与蓄电池相比具有高得多的重量能量密度和体积能量密度。燃料电池在一个封闭的系统内产生电能，没有害物质并且无噪声。如今在可以投入使用的燃料电池中所得到的效率已然明显高于汽油发动机或者柴油发动机，而且还没有考虑电动发电机运行时额外出现的损失；并且，当前各地对燃料电池的向前推进的研发工作使得人们可以预期其效率、功率密度、寿命等方面还将显著地进一步改善以及在功率上得到提升。
作为依据本发明的移动式发电机的燃料电池，特别是使用氢气驱动的以其塑料膜作为电解质的PEM-FC型(聚合物电解质燃料电池)堆，因为其操作不复杂并且可以以更好的动态影响其功率输出。用于该燃料电池工作的氢气燃料可以被液化并储存在低温储罐里，但也可以作为压缩气体被储存在气瓶、金属氢化物储存器或者毫微储存器例如碳毫微管、碳毫微纤维或者所谓的MOFs(金属有机骨架、毫微立方体)内。氧化剂是液化氧或者压缩氧气，它低温储存或者被储存在气瓶里。如果不需要高纯度的氧气，而是可以使用空气氧气来进行化学反应，则移动式发电机内的氧气储存器可用空气压缩机或者甚至用相比之下构造得轻很多的电动涡轮增压器予以替代。
为了给燃料电池补给有效物料(燃料和氧化剂)，以及为了进行例如更换燃料电池本身的维护工作，移动式发电机不需要离开机场的如燃料贮藏处的安全区域，这样的工作可以由技术维修人员现场根据指导毫无困难地完成。为了能够完全自给自足，用于获得为驱动燃料电池所储存的有效物料的装置可以在该区域内运行，例如对于PEM-FC是通过电解质被高纯度的氢气和氧气所驱动，接着通过压缩使气体液化或者根据林德(Linde)方法实现低温储存或者通过压缩气体实现高压瓶储存。然而，用于驱动PEM-FC的氢气也可以就在发电机中借助于重整器由例如送入的甲烷、甲醇或者乙醇来获取。依据本发明的发电机运行同样也是完全符合生态学要求的，因为需要使用的有效物料是可以再生获得的。
另一方面，来源于PEM-FC的DM-FC(直接甲醇)型或者DE-FC(直接乙醇)型的带有聚合物膜的燃料电池也适用于实现依据本发明的移动式发电机。在这些燃料电池中，代替氢气，直接是液态或者蒸汽状态的甲醇或者乙醇作为阳极气体被使用，从而取消了用于生产氢气的设备费用。此外特别有利的是，例如，作为电池燃料的甲醇可以从市场上已有的加油系统中得到；而对于氢气的补充还必需实现结构成本很高的安全标准。
最后，SO-FC(固体氧化物)型的燃料电池(在陶瓷电解质中实现其内部重整)除了氢气之外可以直接(也就是没有外部重整要求)将甲烷以及甚至一氧化碳(煤气)转化成电。在这里也不需要电池用的加湿器。通过外部重整器，燃料电池可以用乙醇或者碳氢化合物(例如汽油、柴油、煤油)进行驱动。它本来已经非常高的效率通过增压运行又会进一步大大提高。这对于大型体飞机在登机门前的停放操作是特别有利的，因为(固定安装在建筑物附近的供应柱的)传统的停机坪地下供电系统通常完全不是为这种飞机的功率需求所设计的。
为了以复合的乙醇或者碳氢化合物驱动PEM-FC，对重整器还需要用于将一氧化碳与水转化成二氧化碳和氢气的所谓的转换级以及用于将剩余的一氧化碳氧化成二氧化碳的所谓的PrOx(优先氧化)级，这是因为PEM-FC会被一氧化碳损坏。
依据本发明的解决方案的其他发展、变型以及替代形式可从其他的权利要求中得出，以及关于其优点，可从下文对本发明优选实施例的说明中得出。在唯一的附图中，示出了这种设计有燃料电池的移动式发电机，用于对特别是停放的飞机(没有画出)的机载配电系统进行地面供电，该图未按比例绘示，并且只简单地表示了对于工作原理重要的设备要点。
依此，移动式发电机1基本上被设计成标准化的滚轮车2(也称为台车(Trolley))。滚轮车例如可以是下述类型，如已经在传统的以柴油发电机为基础的地面供电设备中作为挂车或者自走车辆所出现的那样。然而适宜的是标准化的框架结构，其尺寸可以在结构上根据需求适应于燃料电池3的与功率相关的装备的可变的实际情况，例如关于其补给周期。
除了燃料电池3本身以外，滚轮车2还装备有用于驱动燃料电池的有效物料，即，典型地，鉴于其具有很高的体积密度和重量密度而装备的作为燃料的液态氢以及作为氧化剂(亦即LH2或LOX)的液态氧所用的低温储罐4或者5。氧化剂的储罐5可以根据燃料电池3的工作原理如已提到的那样被压缩机或者外界空气涡轮增压器所替代。
在滚轮车2的下部区域中笼统地考虑到的设备技术以及工艺技术上的元件6例如包括阀门、传感器、热交换器以及加湿器和干燥器，正如它们为了实现燃料电池3在滚轮车2内自给自足地运行所需的那样。
一个自身的蓄电池7负责在燃料电池3系统开动时(然后对低温的有效物料进行预热)以及后来关停切断时的能量供应，优选该蓄电池被设计成在燃料电池3运行期间从燃料电池补充充电的锂聚合物蓄电池。
燃料电池3中由其化学反应能量所获得的直流电压以及必要时短暂的额外由蓄电池7所获得的用于满足最大需求功率的能量，在转换器8中根据电流形式以及幅值被转换为通常的机载配电系统电压，典型值是28V直流电以及400HZ的115V交流电。
具有调节及监控功能的控制单元9根据通过对接接口10供给到机载配电系统中的电能对能量产生及输出考虑进行优化。通过该接口10，也可以在相应的高功率需求时将多个这样的发电机1平行地接通到机载配电系统(在附图中没有画出)上。
尺寸依据针对飞机机载厨房执行的阿特拉斯标准(Atlas-Standard)(长805mm，宽302mm，高1008mm)的滚轮车2便已经能够满足用于获得大约30kWhel电能的燃料储备的维持，并且燃料电池3被设计为从240电池单元获得大约33kWel的电功率。对此所必需的化学能为大约50kWhch；这在低温储存时不存在或者甚至根本不存在，依据本发明，将通常由柴油驱动的电动发电机替代为一种移动式发电机1，该移动式发电机具有伽伐尼电池3，作为用于暂时在外部向机载配电系统馈电的电功率供应单元。所述电池3可以是可充电的锂蓄电池；但优选是燃料电池3，配有有效物料储存装置4、5，以及还配有用于其在自走式的或者受牵引的滚轮车2内自给自足运行的所有其它辅助装置。
附图标记列表：
1  发电机
2  滚轮车
3  燃料电池
4  氢气储罐(氢)
5  氧气储罐(氧)或者压缩机成者电动涡轮增压器
6  设备元件
7  辅助蓄电池(锂离子)
8  变压器(DC-DC、DC-AC)
9  调节及监控单元
10 适配器电缆的对接接口

Claims (11)

1.移动式发电机(1)，用于对特别是停放的飞机的机载配电系统进行地面供电，其特征在于，所述发电机具有一个受牵引的或者自走式的滚轮车(2)，该滚轮车带有至少一个伽伐尼电池(3)。
2.按权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机具有至少一个蓄电池，优选是锂基蓄电池，或者具有高电容量的电容器，优选是电能储存单元，作为电源(3)。
3.按权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机在滚轮车(2)内具有燃料电池(3)和所有用于该燃料电池的自给自足运行的装置。
4.按权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述发电机的燃料电池(3)能够以氢气或者甲醇或乙醇作为燃料、以氧气作为氧化剂，作为其有效物料进行运行。
5.按权利要求4所述的发电机，其特征在于，所述发电机装备有用于其有效物料的低温储罐(4、5)。
6.按权利要求4所述的发电机，其特征在于，使用压缩机或者电动涡轮增压器往燃料电池(3)内供给氧气，特别是供给空气-氧气。
7.按权利要求4所述的发电机，其特征在于，使用贮气瓶、金属氢化物储存器、碳毫微管、碳毫微纤维或者毫微立方体(所谓的MOFs＝金属有机骨架)以维持氢气。
8.按权利要求3所述的发电机，其特征在于，设置一种固体氧化物燃料电池(3)。
9.按权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述发电机装备有一重整器并且优选附加地装备有转换级以及优先氧化级，用于使用酒精或者碳氢化合物作为燃料。
10.按权利要求3所述的发电机，其特征在于，在储罐内贮存有化学富氢化合物，优选为氢化钙、硼氢化钠、胺硼烷、淀粉、甲酸或者硅烷，并借助于合适的重整器从其中产生燃料电池所需的氢气。
11.按前述权利要求之一所述的发电机，其特征在于，所述发电机装备有电压转换器(8)和至少一个对接接口(10)。
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