-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sanitärvorrichtung und ein Verfahren
zum Betrieb einer Sanitärvorrichtung
für ein
Verkehrsmittel sowie die Verwendung einer Sanitärvorrichtung in einem Verkehrsmittel,
sowie ein Verkehrsmittel mit einer Sanitärvorrichtung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In
modernen Verkehrsmitteln sind in den Passagierkabinen Sanitärvorrichtungen
bzw. Waschräume
eingerichtet, welche aus abgeschlossenen Kabinen, bzw. Compartements,
bestehen. Die Sanitärvorrichtungen
sind beispielsweise mit Waschbecken, Toiletten oder sogar Duschkabinen
ausgestattet.
-
Das
für Waschbecken
und Toilettenspülung benötigte Wasser
wird in separaten Tanks mitgeführt, welche
sich in der Regel außerhalb
der Sanitärvorrichtung
befinden.
-
Das
Abwasser aus den Waschbecken oder den Toiletteneinrichtungen wird
beispielsweise gesammelt und an bestimmten, dafür vorgesehenen Servicestellen,
wie beispielsweise einem Bahnhof oder einem Flughafen, entsorgt.
Beispielsweise ist es bei Luftfahrzeugen üblich, das Abwasser aus Waschbecken
direkt über
einen Auslaufstutzen, den sog. Drain Mast, nach außen in die
Umgebung abzugeben. Das Abwasser wird dabei vorab gefiltert und
von groben Partikeln und Verunreinigungen getrennt. Das Abwasser
wird anschließend
an die Umgebung abgegeben.
-
Die
Abwässer
aus den WCs werden in Luftfahrzeugen mittels eines Vakuumsystems
in einen Fäkaliensammelbehälter transportiert.
Hierbei wird eine Druckdifferenz zwischen dem Kabinendruck und dem
Außendruck
ausgenutzt, um das Abwasser zu befördern. Ferner kann ebenfalls
ein Abwassertransport mittels einer Vakuumpumpe, welche einen Unterdruck
erzeugt, erfolgen.
-
Ferner
sind noch sogenannte Rezirkulationstoiletten im Einsatz, bei denen
die Abwässer
von den Feststoffen getrennt werden und die restliche Flüssigkeit
mit Desinfektionsmittel versetzt wird. Anschließend kann das so aufbereitete
Abwasser wieder zur Spülung
von Toiletteneinrichtungen verwendet werden.
-
Bei
den beiden letztgenannten Sanitärvorrichtungen
werden die Abwässer
an bestimmten, dafür
vorgesehenen Servicestellen aus den Behältern entsorgt, wobei die Behälter in
dem Verkehrsmittel, wie beispielsweise einem Luftfahrzeug, einem
Schiff, einer Bahn oder einem Bus verbleiben.
-
In
einen zentralen Abwasserbehälter
werden beispielsweise alle Abwässer
eingeleitet, was zur Folge hat, dass jede Sanitärvorrichtung mit Abwasserrohen
an diesen zentralen Abwassertank angeschlossen werden muss. Ferner
besteht die Möglichkeit, über Außenanschlüsse das
Abwasser abzupumpen. Aufgrund der festgelegten Außenanschlüsse oder
der komplexen Rohrsysteme der Sanitärvorrichtungen mit zentralen
Frischwasser- und Abwasserbehältern
wird die Mobilität
bzw. die freie Positionierung der Sanitärvorrichtung in Kabinenräumen von
Transportmitteln beschränkt.
Die Positionierbarkeit der Sanitärvorrichtung
innerhalb einer Kabine wird durch die vom Frischwasser- und Abwassersystem
vorgegebenen Geometrien festgelegt.
-
Besonders
bei Luftfahrzeugen, insbesondere bei Transportluftfahrzeugen mit
wechselndem Einsatzbereich (MRT – Multi Role Transporter),
wird eine hohe Flexibilität
bei der Gestaltung von Inneneinrichtungen der Kabine benötigt.
-
Darstellung der Erfindung
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sanitärvorrichtung
mit einer hohen Flexibilität
für ein
Verkehrsmittel zu schaffen.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Sanitärvorrichtung
für ein
Verkehrsmittel sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Sanitärvorrichtung
für ein
Verkehrsmittel und die Verwendung einer Sanitärvorrichtung zum Betreiben
in einem Verkehrsmittel und ein Luftfahrzeug mit einer Sanitärvorrichtung
mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
-
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist eine Sanitärvorrichtung
zum autarken Betrieb für
ein Verkehrsmittel geschaffen. Die Sanitärvorrichtung weist ein Sanitärmodul und ein
Versorgungssystem auf. Das Sanitärmodul
ist austauschbar in einem Kabinenbereich des Verkehrsmittels eingerichtet.
Das Versorgungssystem ist in dem Sanitärmodul eingerichtet, so dass
das Sanitärmodul
autark betreibbar ist.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum autarken Betrieb einer Sanitärvorrichtung
für ein
Verkehrsmittel geschaffen. Ein Sanitärmodul wird in einem Kabinenbereich
des Verkehrsmittels austauschbar eingerichtet.
-
Mittels
eines in dem Sanitärmodul
eingerichteten Versorgungssystems wird das Sanitärmodul autark betrieben.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird die oben beschriebene Sanitärvorrichtung
in einem Verkehrsmittel verwendet.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird ein Luftfahrzeug mit der oben beschriebenen Sanitärvorrichtung
bereitgestellt.
-
Unter
dem Begriff „Versorgungssystem" werden im Folgenden
alle Einrichtungen verstanden, die zum Betrieb einer Sanitärvorrichtung
notwendig sind. Darunter können
beispielsweise alle Versorgungs- und Entsorgungsanschlüsse, Behälter oder
sonstige Leitungssysteme verstanden werden. Unter dem Begriff „Frischwasser" wird Wasser verstanden,
welches einen hohen Reinheitsgrad bis hin zu Trinkwasserqualität aufweist.
Unter dem Begriff „Abwasser" wird Wasser verstanden,
welches beispielsweise bereits durch die Verwendung eines Waschbeckenelements
und/oder eines Toilettenelements verunreinigt und mit Partikeln
verschmutzt sein kann.
-
Unter
dem Begriff „Kabinenbereich" des Verkehrsmittels
kann der Innenraum eines Verkehrsmittels verstanden werden, in dem
beispielsweise die Passagiere oder das Personal untergebracht ist.
Ferner kann der Kabinenbereich ebenfalls einen Frachtraum bilden.
-
Mit
der vorliegenden Erfindung wird eine autark betreibbare Sanitärvorrichtung
geschaffen, welche in einem Kabinenbereich eines Verkehrsmittels, wie
beispielsweise einem Luftfahrzeug, flexibel ein- und ausgebaut werden
kann. Dabei kann die Sanitärvorrichtung
durch bereits vorhandene Öffnungen
des Kabinenbereichs, wie beispielsweise einer Tür einer Frachtraumluke, ein-
und ausgebaut werden. Somit kann die Sanitärvorrichtung vor dem Einbau
komplett zusammengebaut und getestet werden, bevor sie in einen
Kabinenbereich eines Transportmittels eingebaut wird. Die Sanitärvorrichtung
weist dabei ein Sanitärmodul auf,
in dem ein Versorgungssystem mit allen Versorgungseinrichtungen
zum Betreiben des Sanitärmoduls
eingerichtet ist. Somit kann das Sanitärmodul ohne nach außen führende Versorgungsanschlüsse oder
Entsorgungsanschlüsse
betrieben werden. Komplexe externe Abwassersysteme oder Frischwassersysteme
werden nicht benötigt.
Zudem kann das autark betriebene Sanitärmodul an beliebigen Stellen
eines Kabinenbereichs eingerichtet werden, da das Sanitärmodul ohne
fest installierte Anschlüsse
autark betreibbar ist. „Autark" bedeutet, dass die
Sanitärvorrichtung
eigenständig
und unabhängig
betrieben werden kann, ohne von Außen Anschlüsse bereitstellen zu müssen. Mit
der Sanitärvorrichtung
kann somit schnell und flexibel ein Kabinenlayout verändert werden,
ohne dass weitere Anschlüsse
verlegt oder angepasst werden müssen. Zudem
werden Versorgungs- und Entsorgungsleitungen unnötig, so dass Gewicht und somit
Kosten eingespart werden können.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Sanitärmodul
eine Mehrzahl von Wandelementen, ein Deckenelement und ein Bodenelement
auf. Die Mehrzahl von Wandelementen, das Deckenelement und das Bodenelement
bilden einen geschlossenen Innenraum. Zumindest eines der Mehrzahl
von Wandelementen weist dabei einen Türbereich auf, so dass der Innenraum
für Passagiere
zugänglich
ist. Aufgrund der variablen Anzahl der Wandelemente kann jegliche
Geometrie des Sanitärmoduls
verwirklicht werden. Beispielsweise kann bei Verwendung von drei
Wandelementen ein Innenraum mit einer dreiecksförmigen Grundfläche geschaffen werden.
Denkbar sind ebenfalls ein mit einer Mehrzahl von Wandelementen
gebildeter Innenraum mit einer mehreckigen Grundfläche. Somit
kann die Form des Sanitärmoduls
flexibel an die jeweiligen geometrischen Ausgestaltungen der Kabinenbereiche angepasst
werden, in denen die Sanitärvorrichtung eingebaut
werden soll. Die Installationsfähigkeit
des Sanitärmoduls
ist somit nicht auf bestimmte Kabinenformen beschränkt.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist zumindest eines der Mehrzahl von Wandelementen einen Kabinenbereich
auf. Der Innenraum wird dabei durch verschiedene Wandelemente gebildet,
von denen ein Wandelement aus einem Kabinenelement besteht. Das
Kabinenelement kann beispielsweise aus einem Wandelement oder einer
tragenden Struktur des Kabinenbereichs des Verkehrsmittels bzw.
des beherbergenden Innenraums bestehen. Das zu installierende Sanitärmodul kann
somit vor der Installation in einem Kabinenbereich eine offene Seite
aufweisen, wobei der geschlossene Innenraum neben den Wandelementen durch
das Kabinenelement geschlossen wird. Das Kabineelement kann dabei
aus einem Teil der Wandung des Kabinenbereichs bestehen. Damit kann das
Sanitärmodul
an flexible Wölbungen
oder Formen einer Wand bzw. des Kabinenelements des Kabinenbereichs
angepasst werden. Da das Kabinenelement mit der Mehrzahl von Wandelementen
den Innenraum bildet, kann auf zumindest ein Wandelement verzichtet
werden, so dass Gewicht und Kosten eingespart werden können.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Sanitärmodul
ein Waschbeckenelement und ein Toilettenelement auf. Das Versorgungssystem
weist einen Frischwasserbehälter und
einen Abwasserbehälter
auf. Der Frischwasserbehälter
ist dabei eingerichtet, zumindest eines der Waschbeckenelemente
und der Toilettenelemente zu versorgen. Der Abwasserbehälter ist
eingerichtet, von zumindest einem der Waschbeckenelemente und der
Toilettenelemente Abwasser aufzunehmen. Aus dem Frischwasserbehälter kann
somit Frischwasser bzw. Trinkwasser entnommen werden und dem Waschbeckenelement
und dem Toilettenelement bereitgestellt werden. Gerade bei Wasser
aus dem Waschbeckenelement hat das Frischwasser ebenfalls Trinkwasserqualität, da laut
Trinkwasserverordnung Wasser, welches direkt oder indirekt mit der
menschlichen Haut in Berührung
kommen kann, einer Trinkwasserqualität entsprechen muss. Das verbrauchte
Wasser des Waschbeckenelements und des Toilettenelements können zusammen
in dem Abwasserbehälter
gespeichert und von dort aus entsorgt werden. Damit ist es nicht
länger
notwendig, das Frischwasser und das Abwasser über zentrale Speicherbehälter und
Rohrleitungssysteme zuzuführen
und zu entsorgen, so dass Gewicht und Kosten eingespart werden können. Zudem
kann das Sanitärmodul
flexibel angeordnet werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Versorgungssystem ferner einen Klarwasserbehälter und
einen Grauwasserbehälter
mit einer Aufbereitungseinheit auf. Der Grauwasserbehälter ist
dabei eingerichtet, das Abwasser des Waschbeckenelementes bzw. das
Grauwasser aufzunehmen. Das Abwasser aus dem Waschbeckenelement,
welches beispielsweise aus dem Waschbecken-Ablauf- und Überlauf
stammt wird auch Grauwasser genannt. Die Aufbereitungseinheit ist
eingerichtet, das Abwasser bzw. Grauwasser zu Klarwasser aufzubereiten,
wobei der Klarwasserbehälter
eingerichtet ist, das Klarwasser dem Toilettenelement zur Spülung bereitzustellen.
Zur Spülung des
Toilettenelements ist es nicht zwangsläufig erforderlich, Frischwasser
zu verwenden, da das Wasser zur Toilettenspülung lediglich zum Transport
von Abfallen oder Fäkalien
verwendet wird und nicht mit dem Passagier in Berührung kommt.
Daher reicht es aus, das Abwasser bzw. Grauwasser des Waschbeckenelements
mittels der Aufbereitungseinheit von Partikeln und sonstigen beispielsweise übel riechenden
Verunreinigungen zu befreien und anschließend dem Toilettenelement zur
Spülung
bereitzustellen. Die Aufbereitungseinheit kann dabei zur Filterung von
groben Partikeln verschiedene Partikelfilter bzw. Siebe aufweisen
und zusätzlich
mittels chemischen Substanzen oder physikalischer Methoden die Farbe bzw.
den Geruch des Abwassers des Waschbeckenelements verbessern. Aufgrund
der mehrfachen Verwendung des mittransportierten Wassers, einerseits im
Waschbeckenelement als Frischwasser, andererseits im Toilettenelement
als Grauwasser bzw. Klarwasser, kann die mitgeführte Wassermenge reduziert werden.
Somit lässt
sich der Speicherbedarf des Wassers reduzieren, womit Einbauplatz
und somit auch Kosten reduzierbar sind.
-
Unter
dem Begriff „Grauwasser" wird beispielsweise
das Abwasser des Waschbeckenelementes, eines Duschelementes oder
eines Küchenelementes
verstanden. Das Grauwasser weist im Unterschied zu Abwässern aus
Toilettenelementen beispielsweise keine Fäkalien auf.
-
Unter
dem Begriff „Klarwasser" wird im folgenden
aufbereitetes Wasser verstanden, welches von groben Partikeln, unangenehmen
Gerüchen und/oder
von bestimmten Verfärbungen befreit
ist. Klarwasser ist klares, Partikel- und Geruchs-freies Wasser,
wobei das Klarwasser nicht zwangsläufig keimfrei oder Trinkwasser
sein muss. Ein aufbereitetes und gereinigtes Grauwasser wird beispielsweise Klarwasser
genannt.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist zumindest einer der Frischwasserbehälter, der Abwasserbehälter, der
Klarwasserbehälter
und der Grauwasserbehälter
austauschbar in dem Sanitärmodul
eingerichtet. Beispielsweise kann dadurch ein leerer Frischwasserbehälter durch
einen befüllten
Frischwasserbehälter
ausgetauscht werden. Somit kann zügig die Betriebsfähigkeit
des Sanitärmoduls
wiederhergestellt werden. Andererseits ist ein zügiger Austausch des Klarwasserbehälters oder
des Abwasserbehälters
möglich,
wenn diese vollständig
gefüllt
sind. Im Vergleich zu einem Befüllvorgang
oder zu einem Abpumpvorgang der Behälter kann mittels der Austauschbarkeit
die Funktionsfähigkeit
und die Reinigung des Sanitärmoduls
schnell wiederhergestellt werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist zumindest einer der Frischwasserbehälter, der Abwasserbehälter, der
Grauwasserbehälter
und der Klarwasserbehälter
Beförderungselemente
auf. Die Beförderungselemente
können
beispielsweise aus Rollen oder Schienen bestehen, womit die Behälter in
einfacher Art und Weise aus dem Kabinenraum befördert werden können. Komplexe Hebemechanismen
oder der Einsatz von sonstigen Kraftmaschinen sind damit unnötig, womit
die Austauschbarkeit der Behälter
vereinfacht werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Sanitärmodul
ferner einen Lufteinlass auf, wobei der Lufteinlass in Verbindung mit
einer Kabinenbelüftungseinrichtung
eingerichtet ist. Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Sanitärmodul
ferner einen Luftauslass auf, wobei der Luftauslass in Verbindung
mit einer Kabinenbelüftung
eingerichtet ist. Der Lufteinlass und/oder der Luftauslass stehen
dabei beispielsweise mittels einer mechanischen Verbindung, z.B. Rohrleitungen,
mit einer Kabinenbelüftungseinrichtung
in Verbindung. Ferner kann der Lufteinlass und/oder der Luftauslass
in einer Wirkverbindung mit der Kabinenbelüftungseinrichtung stehen, d.h.
der Lufteinlass und/oder der Luftauslass kann in einer Absaugströmung oder
einer Belüftungsströmung der Kabinenbelüftungseinrichtung
oder Klimaanlageneinrichtung in einer Wirkverbindung stehen, so
dass ohne zusätzliche
Einrichtungen, wie beispielsweise Rohrverbindungen oder Ventilatoren,
die Luft mittels der Luftströmung
zugeführt
oder abgesaugt werden kann. Mittels des Lufteinlasses und des Luftauslasses
besteht die Möglichkeit,
Frischluft in das Sanitärmodul
einzubringen, womit unangenehme Gerüche reduziert werden können. Wird
der Luftauslass zudem in einem Bereich der Kabinenbelüftungseinrichtung
eingerichtet, kann die Luft des Sanitärmoduls zügig nach außen befördert werden kann. Ist der Luftauslass
in diesem Bereich der Kabinenbelüftungseinrichtung
eingerichtet, kann ohne Verbindungselemente, wie beispielsweise
Rohrverbindungen, ein Luftaustausch aus der Kabine hinaus bereitgestellt
werden, indem die Saugwirkung der Kabinenbelüftungseinrichtung ausgenutzt
wird. Somit kann auf einfache Art und Weise eine Luftzirkulation in
dem Sanitärmodul
bereitgestellt werden, so dass unangenehme Gerüche reduziert werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Sanitärmodul
elektrische Verbraucherelemente auf. Das Versorgungssystem weist
ferner eine Energieversorgungseinheit auf. Die Energieversorgungseinheit
ist dabei eingerichtet, die elektrischen Verbraucherelemente mit
Strom zu versorgen. Aufgrund der Energieversorgungseinheit, welche
in dem Versorgungssystem eingerichtet ist, können somit verschiedenste Verbraucherelemente mit
Strom versorgt werden, so dass das Sanitärmodul unabhängig von
einer externen Stromanbindung betrieben werden kann. Verbraucherelemente
können
aus der Gruppe bestehend aus Beleuchtungselementen, Handtrockenvorrichtungen,
Haartrocknervorrichtungen, Komfortfunktionen, Informationseinrichtungen,
Kommunikations- und Datenaustauschvorrichtungen und Steuerungen
für Systemfunktionen
ausgewählt
sein.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Energieversorgungseinheit ein Brennstoffzellensystem mit
einer Anodenseite und einer Kathodenseite auf. Der Kathodenseite
ist Kabinenluft zuführbar
und der Anodenseite ist Wasserstoff zuführbar. Somit kann mittels der
Brennstoffzelle eine unabhängige
Energieversorgungseinheit bereitgestellt werden. Damit kann effizient
und autark elektrische Energie für
die Verbraucherelemente bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Brennstoffzellensystem eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle
auf. Die Niedertemperatur-Brennstoffzelle kann dabei beispielsweise
eine PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) sein. Hierbei wird
unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff chemische in elektrische
Energie umgewandelt. Als Elektrolyt dient dabei normalerweise eine
feste Polymermembran, beispielsweise aus Nafion. Die Membranen können beidseitig
mit einer katalytisch aktiven Elektrode beschichtet sein, einer
Mischung aus beispielsweise Kohlenstoff (Ruß) und einem Katalysator, häufig Platin
oder ein Gemisch aus Platin und Ruthenium (PtRu-Elektroden). Wasserstoff-Moleküle dissoziieren
auf der Anodenseite und werden unter Abgabe von zwei Elektronen zu
Protonen oxidiert. Diese Protonen diffundieren durch die Membran.
Auf der Kathodenseite wird Sauerstoff durch die Elektronen, die
zuvor ihre elektrische Arbeit verrichten konnten, reduziert. Zusammen mit
den durch den Elektrolyt transportierten Protonen entsteht Wasser.
Um die elektrische Arbeit nutzen zu können, werden Anode und Kathode
mit einem elektrischen Leiter verbunden und dazwischen der elektrische
Verbraucher geschaltet. Das Abwärmeniveau liegt
bei ca. 40-80° Celsius.
Um eine technisch relevante elektrische Spannung zu erzielen, können mehrere
Zellen (zehn bis mehrere hundert) zu einem so genannten Stack zusammengefasst
werden und mehrere Stacks parallel betrieben werden. Bei Einsatz
einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle können hohe Betriebstemperaturen
der Brennstoffzelle vermieden werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Versorgungssystem einen austauschbaren Wasserstofftank
auf. Der austauschbare Wasserstofftank ist dabei eingerichtet, das Brennstoffzellensystem
mit Wasserstoff zu versorgen. Mit dem austauschbaren Wasserstofftank,
der in dem Versorgungssystem angeordnet ist, kann der Brennstoffzelle
Wasserstoff bereitgestellt werden, ohne den Wasserstoff durch lange
und komplexe Wasserstoffleitungen zu befördern. Damit wird das Risiko
des Entweichens von Wasserstoff reduziert. Aufgrund der Austauschbarkeit
des Wasserstofftanks können
ebenfalls riskante und zeitintensive Beladungsvorgänge überflüssig werden,
in dem der Wasserstofftank zügig
ausgetauscht werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
besteht der Wasserstofftank aus einem Metallhydridspeicher, wobei
der Metallhydridspeicher mit Wasserstoff aufladbar ist. Bei einem
aufladbaren Metallhydridspeicher wird der zu speichernde Wasserstoff
in einem Metall oder einer Metalllegierung gespeichert. Be- und
Entladevorgänge
im Metallhydridspeicher sind Druck und Temperatur (P, T) geführte Sorptionsprozesse.
Es bildet sich aus dem Metall und dem Wasserstoff eine physikalische
Verbindung, das Metallhydrid. Bei Entladung des Metallhydridspeichers
wird durch Desorption und mit einer Druckerniedrigung bzw. Dekompression
und einer Wärmezufuhr
der Wasserstoff wieder ausgetrieben und einem Verbraucherelement
bereitgestellt. Bei Beladung des Metallhydridspeichers mit Wasserstoff
wird durch Adsorption mit einer Druckerhöhung bzw. Kompression und einer
Wärmeabfuhr
der Wasserstoff eingelagert. Somit kann Wasserstoff in Form von Metallhydrid
gespeichert werden, ohne dass der Wasserstoff sich verflüchtigt oder
zur Lagerung gekühlt
werden muss.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Versorgungssystem ein Kühlerelement auf. Das Kühlerelement
ist in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Metallhydridspeicher eingerichtet. In einem Betriebszustand
des Brennstoffzellensystems gibt der Metallhydridspeicher Wasserstoff
ab und kühlt
sich dabei gleichzeitig ab. Der Metallhydridspeicher ist dabei eingerichtet,
das Kühlerelement
zu kühlen.
Unter dem Begriff „wärmeleitenden Kontakt" wird ein Kontakt
bzw. eine Verbindung verstanden, mit der thermische Energie transportiert werden
kann. Wärmeleitender
Kontakt kann beispielsweise mittels wärmeleitenden Materialien, wie beispielsweise
Kupfer, oder mit Wärmetauschern bereitgestellt
werden. Aufgrund der Abkühlung
des Metallhydridspeichers infolge von Wasserstoffabgabe kann dieser
thermische Energie aufnehmen und somit andere Elemente wie beispielsweise
das Kühlerelement
kühlen.
Aufgrund der Verwendung dieser Abkühlung kann eine Energiebilanz
verbessert werden und auf zusätzliche
Kühlaggregate
ganz oder teilweise verzichtet werden. Damit lassen sich Energie,
Gewicht und Kosten einsparen.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist das Kühlerelement
in einem wärmeleitenden
Kontakt mit dem Brennstoffzellensystem eingerichtet. Das Kühlerelement
ist somit eingerichtet, das Brennstoffzellensystem zu kühlen. Damit kann
das Brennstoffzellensystem ohne Einsatz von zusätzlichen Kühlaggregaten oder sonstiger
komplexer Kühlsysteme
gekühlt
werden. Gewicht und Kosten können
somit eingespart werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Versorgungssystem ferner einen Kondensator auf. Der Kondensator
ist dabei eingerichtet, aus einer Abluft des Brennstoffzellensystems
ein Wasserkondensat zu bilden. Der Kondensator ist dabei in wärmeleitenden
Kontakt mit dem Kühlerelement
eingerichtet, wobei das Kühlerelement
eingerichtet ist, den Kondensator zu kühlen. In der Abluft von Brennstoffzellensystemen
befindet sich ein hoher Wasseranteil, welcher als Wasserdampf bzw.
feuchtigkeitsgesättigte
Abluft aus dem Brennstoffzellensystem abgeleitet wird. Aufgrund
der Abkühlung
des Wasserdampfs mittels des Kühlerelements
kondensiert das in dem Wasserdampf enthaltene Wasser und kann in
einem Behälter
aufgefangen werden. Das kondensierte Wasser kann anschließend für weitere
Verwendungen eingesetzt werden. Zur Kühlung der Abluft des Brennstoffzellensystems
mittels des Kühlerelements
kann auf zusätzliche
Kühlaggregate
verzichtet werden. Ferner kann das in der Abluft enthaltene Wasser
auskondensiert werden und somit für weitere Verwendungen bereitgestellt
werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist das Wasserkondensat dem Frischwasserbehälter zuführbar. Damit kann der Frischwasserbehälter mit
dem Wasserkondensat zusätzlich befüllt werden,
so dass dieser über
einen längeren Zeitraum
das Sanitärmodul
mit Frischwasser versorgen kann.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen dem Frischwasserbehälter und dem Waschbeckenelement
eine Warmwasserleitung eingerichtet. Die Warmwasserleitung ist dabei
in wärmeleitenden
Kontakt mit dem Brennstoffzellensystem eingerichtet, so dass das Frischwasser
mittels des Brennstoffzellensystems erwärmbar ist. Dem Waschbeckenelement
ist somit Warmwasser bereitstellbar, ohne dass zusätzlich ein Wärmeelement
eingesetzt werden muss. Somit kann Energie und Gewicht für zusätzliche
Wärmevorrichtungen
eingespart werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Energieversorgungseinheit eine Speichervorrichtung zum
Speichern von elektrischer Energie auf. Die Speichervorrichtung
kann dabei beispielsweise aus einer Batterie oder einem Kondensator
bestehen. Somit besteht die Möglichkeit
die erzeugte elektrische Energie zwischenzuspeichern und im Fall
von Bedarfsspitzen diese elektrische Energie zusätzlich bereitzustellen, so
dass ausreichend Strom zur Verfügung
gestellt werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist das Energieversorgungssystem eingerichtet, elektrische Energie
in ein Bordnetz einzuspeisen. Somit besteht die Möglichkeit, überschüssige Energie
in einem Bordnetz eines Verkehrsmittels einzuspeisen. Das Bordnetz
des Verkehrsmittels wird dabei von der Sanitärvorrichtung mit Energie versorgt.
Unter Bordnetz wird das Stromnetz eines Verkehrsmittels verstanden.
Somit kann beispielsweise bei Bedarfsspitzen oder in einem Notfall
das Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt werden und somit
aufrechterhalten werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist das Versorgungssystem eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit
eine Energieverteilung für
die elektrischen Verbraucherelemente steuert. Somit kann mittels
der Steuereinheit der Energiebedarf der Verbraucherelemente gezielt verteilt
und bereitgestellt werden. Beispielsweise können die verschiedenen Verbraucherelemente
entsprechend einer vorgegebenen Priorität mit elektrischer Energie
versorgt werden, so dass beispielsweise bei Energiemangel zunächst die
Beleuchtungssysteme mit Energie versorgt werden und anschließend erst
die Komfortsysteme, wie beispielsweise der elektrische Handtrockner.
Ebenfalls kann manuell eine Energieverteilung mit der Steuereinheit
angegeben werden.
-
Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
kann die Sanitärvorrichtung
in einem Verkehrsmittel aus der Gruppe bestehend aus Luftfahrzeugen,
Bussen, Schienenfahrzeugen und Wasserfahrzeugen ausgewählt sein.
Die Sanitärvorrichtung
kann dabei vormontiert in dem Kabinenbereich der Verkehrsmittel
eingerichtet werden und flexibel und unabhängig an verschiedenen Positionen
installiert werden. Externe Anschlüsse sind dabei überflüssig, so
dass ein Kabinenlayout flexibel eingerichtet werden kann. Ferner
besteht die Möglichkeit,
die Sanitärvorrichtung
aus dem Verkehrsmittel als Ganzes auszubauen. Die Sanitärvorrichtung
kann aufgrund ihres autarken Systems ebenfalls außerhalb
von Verkehrsmitteln eingesetzt werden. Gerade bei militärischen
Anwendungen besteht die Möglichkeit,
die Sanitärvorrichtungen
auszubauen und somit auch als Feldsanitärvorrichtung zu verwenden.
-
Die
Ausgestaltungen der Vorrichtung gelten auch für das Verfahren und für das Verkehrsmittel
sowie für
die Verwendung und umgekehrt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Im
folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Sanitärvorrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
und
-
2 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines Sanitärmoduls mit
verschiedenen Elementen des Versorgungssystems.
-
Detaillierte Beschreibung
von exemplarischen Ausführungsformen
-
Gleiche
oder ähnliche
Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und
nicht maßstäblich.
-
1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Sanitärvorrichtung
zum autarken Betrieb für ein
Luftfahrzeug. Die Sanitärvorrichtung
weist dabei ein Sanitärmodul 100 und
ein Versorgungssystem 101 auf. Das Sanitärmodul 100 ist
austauschbar in einem Kabinenbereich 102 eingerichtet.
Das Versorgungssystem 101 ist in dem Sanitärmodul 100 derart eingerichtet,
dass das Sanitärmodul 100 autark
betreibbar ist. Externe Versorgungs- und Entsorgungsanschlüsse sind
dabei unnötig,
so dass das Sanitärmodul 100 flexibel
in dem Kabinenbereich 102 installiert werden kann. Beispielsweise
können
die Elemente des Versorgungssystem 101 im Bodenbereich des
Sanitärmoduls 100 angeordnet
sein. Das Sanitärmodul 100 weist
zudem eine Mehrzahl von Wandelementen 103 auf. Die Mehrzahl
von Wandelementen 103, ein Deckenelement 104 und
ein Bodenelement 105 bilden dabei einen Innenraum, wobei
zum Begehen des Innenraums zumindest eines der Mehrzahl von Wandelementen 103 einen
Türbereich
aufweist. Ferner kann das Sanitärmodul 100 beispielsweise
einseitig geöffnet
sein und durch einen Kabinenbereich 102 bzw. einem Kabinenelement 106 einen
geschlossenen Innenraum bilden. Somit kann ein Verkleidungsteil
bzw. Wandelement 103 eingespart und Gewicht reduziert werden.
Ferner kann das Sanitärmodul 100 an
verschiedenste Formen des Kabinenbereichs 102 angepasst
werden.
-
Ferner
zeigt 1, dass ein Waschbeckenelement 4 und
ein Toilettenelement 6 in dem Sanitärmodul 100 eingerichtet
sind. Ferner können
zudem Duschelemente oder weitere Sanitäreinrichtungen in dem Sanitärmodul 100 eingerichtet
werden. Das Versorgungssystem 101 weist einen Frischwasserbehälter 3 und
einen Abwasserbehälter 7 auf.
Der Frischwasserbehälter 3 kann
das Waschbeckenelement 4 und/oder das Toilettenelement 6 mit
Frischwasser versorgen. Das verbrauchte Wasser des Waschbeckenelements 4 und
des Toilettenelements 6 kann von dem Abwasserbehälter 7 aufgenommen
werden.
-
2 zeigt
eine beispielhafte schematische Anordnung verschiedener Funktionselemente
in dem Sanitärmodul 100.
Zwischen dem Waschbeckenelement 4 und dem Toilettenelement 6 kann
das Versorgungssystem 101 ferner einen Grauwasserbehälter 5 mit
einer Aufbereitungseinheit 8 aufweisen. Der Grauwasserbehälter 5 kann
dabei Grauwasser bzw. benutztes Wasser des Waschbeckenelements 4 aufnehmen.
Die Aufbereitungseinheit 8 kann dieses Grauwasser von groben
Schmutzpartikeln, unangenehmen Gerüchen oder von Verfärbungen
befreien und somit aus dem Grauwasser Klarwasser bereitstellen.
Das Klarwasser kann in dem Klarwasserbehälter 18 gespeichert
werden. Dieses Klarwasser kann beispielsweise dem Toilettenelement 6 zur
Spülung
bereitstellen. Klarwasser kommt beispielsweise nicht in Kontakt
mit Personen, sodass dies keine Trinkwasserqualität aufweisen
muss. Damit kann ein bereits verwendetes Wasser als Klarwasser für weitere
Zwecke eingesetzt und somit der Gesamtbedarf an Wasser gesenkt werden.
-
Die
einzelnen Funktionsmodule, wie beispielsweise der Frischwasserbehälter 3,
der Abwasserbehälter 7,
der Klarwasserbehälter 18 und/oder der
Grauwasserbehälter 5 können dabei
austauschbar in dem Sanitärmodul 101 eingerichtet
sein. Zudem können
die einzelnen Behälter 3; 5; 7 Rollen
aufweisen, um somit schnell ausgetauscht zu werden und mittels der
Rollen einfach aus dem Kabinenbereich 102 deinstalliert
bzw. installiert werden. Das Sanitärmodul 100 kann ferner
einen Lufteinlass 20 und einen Luftauslass 21 aufweisen,
so dass ständig
eine Luftzirkulation in der Sanitärvorrichtung bereitstellbar ist.
Der Luftauslass 21 kann in der Nähe einer Kabinenentlüftung eingerichtet
sein, um somit die Luft des Sanitärmoduls 100 auszutauschen.
Die Sanitärvorrichtung 100 ist
mit der Kabinenluft 17 derart verbunden, dass eine freie
Luftzufuhr 20 und ein freier Luftaustritt 21 bereitgestellt
wird. Ist der Luftaustritt 21 in der Nähe einer Klimaanlage mit einer
Absaugeinrichtung positioniert, kann somit die Kabinenluft 17 nach
außen,
d.h. in die äußere Umgebung
des Kabinenbereichs 102 befördert werden.
-
Das
Versorgungssystem 101 kann ferner eine Energieversorgungseinrichtung 1 aufweisen. Die
Energieversorgungseinrichtung 1 kann Energie an verschiedene
elektrische Verbraucher des Sanitärmoduls 100 oder des
Kabinenbereichs 102 bereitstellen. So kann Energie für elektrische
Controller 16, Kommunikationselemente 15 oder
ein Beleuchtungssystem 12 oder verschiedenen Systemfunktionen 13, wie
beispielsweise einen Haarfön
oder einen elektrischen Handtrockner, zur Verfügung gestellt werden.
-
Die
elektrische Energie kann ferner mittels eines Brennstoffzellensystems 1 erzeugt
werden. Das Brennstoffzellensystem 1 kann dabei insbesondere
aus einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere
vom Typ PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) bestehen. Dem
Brennstoffzellensystem 1 wird kathodenseitig Kabinenluft 17 aus der
eigenen Umgebung des Systems zugeführt und anodenseitig Wasserstoff,
beispielsweise aus einem Wasserstofftank 9. Der Wasserstofftank 9 kann
austauschbar innerhalb des Versorgungssystems 101 angeordnet
sein.
-
Der
Wasserstofftank 9 kann ferner aus einem austauschbaren
Metallhydridspeicher bestehen. Der Metallhydridspeicher 9 kann
dabei außerhalb
des Kabinenbereichs 102 mit Wasserstoff befüllt werden und
innerhalb des Kabinenbereichs 102 Wasserstoff an das Brennstoffzellensystem 1 abgeben.
-
Beim
Entladen des Metallhydridspeichers 9 kühlt sich dieser ab und kann
somit thermische Energie eines Kühlerelementes 10,
welche in dem Versorgungssystem 101 angeordnet ist, aufnehmen.
Das Kühlerelement 10 ist
dabei in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Brennstoffzellensystem 1 oder einem Kondensator 2 eingerichtet.
Somit kann das Kühlerelement 10 das
Brennstoffzellensystem 1 oder den Kondensator 2 kühlen. Der
somit gekühlte
Kondensator 2 kann aus der feuchten Abluft des Brennstoffzellensystems 1 das
darin enthaltene Wasser auskondensieren. In der Abluft des Brennstoffzellensystems 1 sind
hohe Anteile verdampften Wassers, welches mittels Kühlung auskondensiert
und dem Frischwasserbehälter 3 zugeführt werden
kann. Somit kann Frischwasser gewonnen werden, welches den Frischwassertank 3 befüllt, womit
die Betriebsfähigkeit
Sanitärvorrichtung
verlängert
werden kann.
-
Die
von der Brennstoffzelle 1 bereitgestellte elektrische Energie
wird direkt oder beispielsweise mittels eines Umwandlers 11 für andere
elektrische Verbraucherelemente bereitgestellt. Eine Steuereinheit 16 kann
die elektrische Energie an verschiedene Beleuchtungskörper 12,
Kommunikations- und Datenaustauschvorrichtungen 15, Steuerungen
für Systemfunktionen 13,
Komfortfunktionen, wie beispielsweise elektrische Handtrockner oder
Haartrockner, oder Informationseinrichtungen verteilen. Zusätzlich können Speichervorrichtungen 14,
wie zum Beispiel Akkus oder Kondensatoren, aufgeladen werden. In einer
besonderen Anordnung kann zusätzlich
oder auch ausschließlich
mittels Einspeisung in ein Bordnetz des Kabinenbereichs 102 elektrische
Energie bereitgestellt werden.
-
Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente
oder Schritte ausschließt
und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.
-
- 1
- Brennstoffzellensystem
- 2
- Kondensator
- 3
- Frischwasserbehälter
- 4
- Waschbeckenelement
- 5
- Grauwasserbehälter
- 6
- Toilettenelement
- 7
- Abwasserbehälter
- 8
- Aufbereitungseinheit
- 9
- Wasserstofftank
- 10
- Kühlerelement
- 11
- Spannungsgleichrichter
- 12
- Beleuchtungssystem
- 13
- Systemfunktionen
- 14
- Speicherelement
- 15
- Kommunikationselement
- 16
- Steuereinheit
- 17
- Kabinenluft
- 18
- Klarwasserbehälter
- 20
- Lufteinlass
- 21
- Luftauslass
- 50
- Aufbereitungseinheit
- 100
- Sanitärmodul
- 101
- Versorgungssystem
- 102
- Kabinenbereich
- 103
- Wandelement
- 104
- Deckenelement
- 105
- Bodenelement
- 106
- Kabinenelement