(57)【要約】  本発明は、航空機用の複合エネルギ源を調整するための電源レギュレータおよびプロセスレギュレータ、または電源調整装置（１）に関する。電源レギュレータおよびプロセスレギュレータ（１）は、消費機器（２）の必要手段の所要量を求めることができるように装備される。この構成において、電源調整装置（１）は、第１のエネルギ源（３）の第１の動作特性と、第２のエネルギ源（４）の第２の動作特性とを特定できるように装備される。第１のエネルギ源（３）を用いて、第１の所要分担分を発生させることができ、第２のエネルギ源（４）を用いて、必要手段の第２の所要分担分を発生させることができる。電源調整装置（１）は、第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を消費機器（２）に供給できるように、第１のエネルギ源（３）および第２のエネルギ源（４）を調整できる。【選択図】図１
2010521375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用の複合エネルギ源を調整するための電源調整装置であって、
前記電源調整装置（１）は、消費機器（２）の必要手段の所要量を求めることができるように構成され；
前記電源調整装置（１）は、第１のエネルギ源（３）の第１の動作特性と、第２のエネルギ源（４）の第２の動作特性とを特定することができるように構成され；
前記第１のエネルギ源（３）を用いて、第１の所要分担分を発生させることができ、前記第２のエネルギ源（４）を用いて、必要手段の第２の所要分担分を発生させることができ；
前記電源調整装置（１）は、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性に応じて、前記必要手段の前記第１の所要分担分および前記第２の所要分担分を前記消費機器（２）に供給できるように、第１のエネルギ源（３）および第２のエネルギ源（４）を制御するように構成され；
前記電源調整装置（１）は、飛行段階に応じて、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性を特定できるように構成される。
【請求項２】
請求項１に記載の電源調整装置であって；
前記電源調整装置は、別の消費機器（５）の必要手段の所要量を求めることができるように構成され；
前記電源調整装置（１）は、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性に応じて、前記必要手段の前記第１の所要分担分および前記第２の所要分担分を前記別の消費機器（５）に供給できるように、前記第１のエネルギ源（３）および前記第２のエネルギ源（４）を制御する。
【請求項３】
請求項２に記載の電源調整装置であって；
前記電源調整装置（１）は、いずれの場合でも、優先順位を前記消費機器（２）と前記別の消費機器（５）とに割り当てることができるように構成され；
前記電源調整装置（１）は、優先順位に従って、前記必要手段を前記消費機器（２）および前記別の消費機器（５）に供給できるように構成される。
【請求項４】
請求項３に記載の電源調整装置であって；
前記電源調整装置（１）は、飛行安全性を考慮して優先順位を割り当てることができる。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
前記電源調整装置（１）は、前記第１のエネルギ源（３）および第２のエネルギ源（４）の一方のエダクトを制御して、前記必要手段の前記第１の所要分担分および前記第２の所要分担分を提供できるように構成される。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
前記必要手段は、電力および付加的な生成物を含むグループから選択され；
前記付加的な生成物は、水、熱エネルギ、および低酸素排出空気を含むグループから選択される。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
前記第１のエネルギ源（３）または前記第２のエネルギ源（４）の少なくとも１つは、燃料電池システム（６）を含む。
【請求項８】
請求項７に記載の電源調整装置であって；
前記燃料電池システム（６）はコンプレッサ（１３）を含み；
前記コンプレッサ（１３）は、前記燃料電池システム（６）の空気供給または酸素供給を調整するように構成され；
前記電源調整装置（１）は、前記コンプレッサ（１３）を調整するように構成される。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
少なくとも１つの前記第１のエネルギ源（３）および前記第２のエネルギ源（４）は、エンジン発電機（７）を含む。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
少なくとも１つの前記第１のエネルギ源（３）および前記第２のエネルギ源（４）は、バッテリ、直流電気モータ、交流発電機、蓄電池、および太陽電池を含むグループからさらに選択される。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電源調整装置であって；
少なくとも１つの前記第１の消費機器（２）および別の消費機器（５）は、直流電気システム（９）、交流電気システム（１０）、水消費機器（１２）、不活性化システム（８）、および氷結防止システム（１１）を含むグループから選択される。
【請求項１２】
航空機用のエネルギシステムであって、前記エネルギシステムは、以下を含む：
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源調整装置（１）；
少なくとも１つの消費機器（２）；
第１の動作特性をもつ第１のエネルギ源（３）；
第２の動作特性をもつ第２のエネルギ源（４）；
前記電源調整装置（１）は、前記消費機器（２）の必要手段の所要量を求めることができるように構成され；
前記電源調整装置（１）は、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性を特定できるように構成され；
前記第１のエネルギ源（３）を用いて前記必要手段の第１のエネルギ分担分を、前記第２のエネルギ源（４）を用いて前記必要手段の第２のエネルギ分担分を発生させることができ；
前記電源調整装置（１）は、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性に応じて、前記必要手段の前記第１の所要分担分および前記第２の所要分担分を前記消費機器（２）に供給できるように、前記第１のエネルギ源（３）および前記第２のエネルギ源（４）を制御し；
前記電源調整装置（１）は、飛行段階に応じて、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性を特定できるように構成される。
【請求項１３】
航空機用の複合エネルギ源を調整する方法であって、前記方法は、以下を含む：
電源調整装置（１）を用いて、消費機器（２）の必要手段の所要量を求めること；
前記電源調整装置（１）を用いて、第１のエネルギ源（３）の第１の動作特性および第２のエネルギ源（４）の第２の動作特性を特定すること；
前記第１のエネルギ源（３）を用いて、前記必要手段の第１の所要分担分を発生させ、前記第２のエネルギ源（４）を用いて、前記必要手段の第２の所要分担分を発生させること；
前記第１の動作特性および前記第２の動作特性に応じて、前記必要手段の前記第１の所要分担分および前記第２の所要分担分を前記消費機器（２）に供給できるように、前記電源調整装置（１）を用いて、前記第１のエネルギ源（３）および前記第２のエネルギ源（４）を調整すること；
飛行段階に応じて、前記電源調整装置（１）を用いて、前記第１の動作特性および前記第２の動作特性を特定すること。
【請求項１４】
航空機における請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源調整装置の使用。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源調整装置を含む航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年３月２０日に出願の独国特許出願第１０  ２００７  ０１３  ３４５．８号および２００７年３月２０日に出願の米国特許仮出願第６０／８９５，７９３号の出願日の利益を主張し、これら特許出願の開示は、参照により本明細書に援用するものとする。
【０００２】
本発明は、航空機用の複合エネルギ源および航空機用のエネルギシステムを調整するための電源調整装置または電源レギュレータ、およびプロセスレギュレータと、航空機用の複合エネルギ源を調整する方法と、航空機内の電源装置の使用法と、電源装置を備えた航空機とに関する。
【背景技術】
【０００３】
最新の航空機では、負荷の一部を航空機のエンジン発電機から切り離すために、様々なエネルギ源を使用することが増えており、それによって、ケロシンの消費を減らしている。例えば、太陽電池、燃料電池、またはバッテリなどの代替のエネルギ源を使用することができる。
【０００４】
最新の民間航空機におけるさらなる手法は、エネルギ源の生成物や付加的生成物、例えば、廃熱をさらに使用することからなり、こうして、航空機のエネルギシステムおよび資源システムをより効率的にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、複合エネルギ生成システムの効率を改善することである。
【０００６】
この目的は、航空機用の複合エネルギ源を調整する電源調整装置（すなわちエネルギ調整装置）と、航空機用のエネルギシステムと、航空機用の複合エネルギ源を調整する方法と、電源調整装置の使用法と、独立請求項に記載の特徴をもつ電源調整装置を備えた航空機とによって達成される。
【０００７】
本発明の例示的な実施形態によれば、航空機用の複合エネルギ源を調整する電源調整装置（またはエネルギ調整装置）が開発される。電源調整装置は、消費機器の必要手段の所要量を求めることができるように構成される。さらに、電源調整装置は、第１のエネルギ源の第１の動作特性と、第２のエネルギ源の第２の動作特性とを特定することができるように構成される。第１のエネルギ源を用いて、第１の所要分担分を発生させることができ、第２のエネルギ源を用いて、必要手段の第２の所要分担分を発生させることができる。電源調整装置はさらに、第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を消費機器に供給できるように、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源を制御する。
【０００８】
本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、航空機用のエネルギシステムが開発される。エネルギシステムは、上記の電源装置、少なくとも１つの消費機器、第１の動作特性をもつ第１のエネルギ源、および第２の動作特性をもつ第２のエネルギ源を含む。電源調整装置は、消費機器の必要手段の所要量を求めることができるように構成される。電源調整装置は、第１の動作特性および第２の動作特性を特定できるように構成される。第１のエネルギ源を用いて必要手段の第１のエネルギ分担分を、第２のエネルギ源を用いて必要手段の第２のエネルギ分担分を発生させることができる。電源調整装置は、第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を消費機器に供給できるように、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源を制御する。
【０００９】
さらなる例示的な実施形態によれば、航空機用の複合エネルギ源を調整する方法が構築される。消費機器の必要手段の所要量を電源調整装置を用いて求める。電源調整装置を用いて、第１のエネルギ源の第１の動作特性および第２のエネルギ源の第２の動作特性を特定する。第１のエネルギ源を用いて、必要手段の第１の所要分担分を発生させ、第２のエネルギ源を用いて、必要手段の第２の所要分担分を発生させる。第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を消費機器に供給できるように、電源調整装置を用いて、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源を制御する。
【００１０】
さらなる例示的な実施形態によれば、上記の電源調整装置は、航空機で使用される。
【００１１】
さらなる例示的な実施形態によれば、上記の電源調整装置を備えた航空機が開発される。
【００１２】
「必要手段」という用語は、消費機器が必要とし、同時に、エネルギ源から発生するかまたは供給される手段を指す。この構成では、エネルギ源は、必要手段の所要分担分を発生させることができ、必要手段の所要量は、すべての所要分担分の合計を含むことができる。所要分担分は、例えば、必要手段の全所要量を満たしてもよいし、あるいはその一部のみを満たすこともできる。
【００１３】
エネルギ源の「動作特性」という用語は、エネルギ源の一般的な特徴を指す。エネルギ源の「動作特性」という用語は、例えば、エダクト（ｅｄｕｃｔ）と生成物または必要手段との比を指す。動作特性は、例えば、送り込まれるエダクトの量と、例えば、電力、熱エネルギ、または、例えば、燃料からの他の生成物などの供給される生成物の量とによって決まる。さらに、圧力、温度、または大気の湿度などの環境条件が動作特性に影響を及ぼすことがある。動作特性を用いて、装置またはエネルギ源の効率を特定することも可能である。最高の効率は、所与の量のエダクトから最大量の所望する生成物、例えば、電力を得ることができる作動点または動作点で達成される。
【００１４】
電気効率に関係する相互作用や、個々のエネルギ源の付加的な生成物に関係する相互作用を改善するために、  複合エネルギ源を制御する電源調整装置を用いて、様々なタイプのエネルギ源を組み合わせることができる。これは、電源調整装置を用いて実施され、その電源調整装置は、個々のエネルギ源の動作特性を特定することができ、この動作特性に基づいて、所与の境界条件下でより良好な効率をもたらすエネルギ源から、必要手段を要求することができる。したがって、エネルギ源からもたらされた様々なタイプの必要手段を消費機器システムに供給することが可能である。この構成では、特定の条件下の特定の時点での発電システムまたはエネルギ源の効率が考慮される。例えば、電気交流システムに交流電流を供給することができ、電力は、例えば、航空機エンジンの電気効率が一時的に良好な場合に、発電機を用いて、前記航空機エンジンの機械エネルギから生成される。したがって、電源調整装置は、すべてのエネルギ源または発電システムの動作特性や効率を考慮しながら、必要手段の生成および分配の両方を調整、制御する。
【００１５】
さらなる例示的な実施形態によれば、電源調整装置は、飛行段階に応じて、第１の動作特性および第２の動作特性を特定できるように構成される。電源調整装置は、例えば、飛行状態および動作特性を参照して、エネルギ源としてのエンジン（動力装置）が、地上にある場合よりも巡航時に、より良好な効率をもたらすことを認識する。その結果、航空機が地上で運転される場合、地上ではより多くのエダクトが使用されるので、すなわち、エダクトの消費量が多いので、電源調整装置が、動力装置から必要手段を要求することはない。したがって、電源調整装置は、地上において、所与の環境条件のもとで動作特性または効率がより良好な他の何らかのエネルギ源から、その必要手段を受け取る。こうして、エネルギシステムの効率を改善することができる。
【００１６】
さらなる例示的な実施形態によれば、電源調整装置は、別の消費機器の必要手段の所要量を求めることができるように構成される。電源調整装置は、第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を別の消費機器に供給できるように、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源を制御する。これは、電源調整装置が第１のエネルギ源および第２のエネルギ源を目標通りに調整するという点で、電源調整装置がそれぞれの必要手段を複数の別の消費機器に供給するのを可能にする。
【００１７】
さらなる例示的な実施形態によれば、電源調整装置は、いずれの場合でも、優先順位を消費機器と別の消費機器とに付与することができるように構成される。さらに、電源調整装置は、例えば、必要手段の入手可能性が充分でない場合に、優先順位に従って、必要手段を消費機器および別の消費機器に順に供給できるように構成される。例えば、様々な要因、例えば、飛行の安全性または乗客の快適性を考慮して優先順位を与えるか、または優先順位を飛行段階に対応させることができる。例えば、幾つかの消費機器が、必要手段として水を必要としているとすると、水が充分な量だけ入手できない場合に、エネルギ源によって生成された水を、優先順位が低い消費機器ではなくて、高い優先順位を与えられた消費機器に第１に供給することができる。例えば、手洗い器に供給する水よりもトイレに流す水を供給することがより重要である。
【００１８】
別の例示的な実施形態によれば、飛行安全性を考慮して優先順位を付与することもできる。例えば、飛行安全性の要因には、第１に、航空機の飛行操作に必須である消費機器を挙げることができ、例えば、乗客の快適性に寄与する消費機器は、優先順位が低い。無故障運転中に、エネルギ源は、必要とされる必要手段、例えば電気を、電気を要求する各消費機器に同時に供給する。緊急事態やエネルギ源の部分喪失中に、優先順位が高い消費機器は、必要手段、この場合は電気を最初に供給される。必要手段、この場合は電気を増量してエネルギ源から供給できる場合、増量分は、次に優先レベルが高い消費機器に供給される。さらに、電源調整装置は、様々な必要手段、すなわち、必要手段および別の必要手段に優先順位を付与することもできる。さらに、電源調整装置は、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源の個々の生成物、言い換えると、必要手段および別の必要手段に優先順位を付与することができる。例えば、エネルギ源としての燃料電池は、必要手段として、電力、熱エネルギ、水、および低酸素排出空気を供給することができる。消費機器に与えられた優先順位に応じて、電源調整装置は、これらの必要手段を消費機器に供給することができる。したがって、安全関連機器または消費機器の動作を保証することが可能である。
【００１９】
さらなる例示的な実施形態によれば、電源調整装置は、第１のエネルギ源および第２のエネルギ源の一方のエダクトを制御して、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を調整できるように構成される。エネルギ源のエダクト、例えば、燃料電池への酸素供給および水素供給を制御して、生成物、例えば、電力、水、または低酸素排出空気を調整することができる。
【００２０】
さらなる例示的な実施形態によれば、必要手段は、電力および付加的な生成物を含むグループから選択される。付加的な生成物については、水、熱エネルギ、および低酸素排出空気を含むグループから選択することができる。例えば、電源調整装置は、エネルギ源を調整して熱エネルギを発生させることができ、この熱エネルギを必要とする消費機器にこれを供給することができる。
【００２１】
さらなる例示的な実施形態によれば、第１のエネルギ源または第２のエネルギ源の少なくとも１つは、燃料電池システムである。
【００２２】
さらなる例示的な実施形態によれば、燃料電池システムはコンプレッサを備える。コンプレッサは、燃料電池システムの酸素供給を制御または調整するように構成される。電源調整装置は、コンプレッサを制御または調整するように構成される。このように、電源調整装置は、消費機器の必要手段の所要量に基づいて、燃料電池出力を調整することができる。エダクトを制御して、複数の生成物を調整することができる。例えば、酸素供給を増量した場合、電力は別として、燃料電池からの水および不活性ガス生成物の生成を調整することができる。燃料電池の出力は、消費機器が必要とする電力から決まる。不活性ガスまたは水の生成を調整するために、必要とされる出力が変わることがある。この場合に、例えばλ値を用いて、一定の電気出力で、供給酸素／必要酸素比、酸素含有量、不活性ガスの空気質量流量の一部、および水の生成に影響を及ぼすことも可能である。上記の際に、電気出力は変わらないままであり得る。
【００２３】
さらなる例示的な実施形態によれば、第１のエネルギ源または第２のエネルギ源の少なくとも１つは、動力装置発電機である。
【００２４】
さらなる例示的な実施形態によれば、第１のエネルギ源または第２のエネルギ源の少なくとも１つは、バッテリ、直流電気モータ、交流発電機、蓄電池、および太陽電池を含むグループから選択される。
【００２５】
さらなる例示的な実施形態によれば、少なくとも第１の消費機器および別の消費機器は、直流電気システム、交流電気システム、水消費機器、不活性化システム、および翼氷結防止システムを含むグループから選択される。
【００２６】
電源調整装置の例示的な実施形態は、航空機と、電源調整装置の使用法とだけでなく、その方法およびエネルギシステムにも適用でき、逆もまた同様である。
【００２７】
したがって、本発明の一態様は、そのエネルギ源として、例えば、動力装置発電機、バッテリ、および／または燃料電池システムが含まれる複合発電システム用の電源調整装置を提供することからなる。こうして、発電に関する限り、個々のエネルギ源、例えば、動力装置発電機、バッテリ、燃料電池システムなどの相互作用を改善し、最適化することができる。同様に、このプロセスで生じる付加的な生成物、例えば、低酸素排出空気や水などを消費機器に供給することができる。動作特性を考慮することで、電源調整装置は、例えば、燃料電池などのエネルギ源の低酸素排出空気を管理することができるので、消費機器としての燃料タンクや貨物倉の不活性化を確実にする。さらに、電源調整装置は、例えば、付加的な生成物として、エネルギ源からの熱エネルギを調整することができるので、例えば、翼氷結防止システムの熱供給を確実にする。
【００２８】
エネルギ源の動作特性についての情報に基づき、電源調整装置は、前記エネルギ源の相互作用および効率を改善することができる。例えば、消費機器の特定した所要量に基づいて、電源調整装置は、ケロシン消費量に関して最も効率的に、かつ最も経済的に必要手段を供給できるエネルギ源を調整することができる。例えば、航空機が地上にある場合、動力装置は、発電するためでなく、主に飛行中に推力を発生させるために設計されているので、例えば、燃料電池よりも低い効率で発電する。電源調整装置は、動作特性を参照してこれを認識し、燃料電池の効率または動作特性が動力装置のものより良好であるため、燃料電池システムから電力を調達する。言い換えると、例えば、燃料などのエダクトの消費量が減って、システム全体のエネルギ効率が向上する。さらに、個々の消費機器または必要手段に優先順位を付けることで、優先度の高いシステムへのエネルギ供給を保証できるように、必要手段の使用を制御することができる。
【００２９】
複合発電システムまたはエネルギ源の動作特性を考慮することで、電源調整システムは、エネルギ消費の観点からより好ましい制御をもたらすことができる。さらに、電源調整装置は、エネルギ源のすべての副産物または付加的な生成物を管理することができ、それらを消費機器に供給することができる。例えば、エネルギ源が燃料電池システムである場合に、例えば、熱エネルギ、水、および低酸素排出空気などの、生じた副産物または付加的な生成物の使用を管理し、これらを消費機器に供給することができる。例えば、地上および飛行中での航空機の運航安全性の面が配慮にされるように、付与された優先順位に従って消費機器に供給することができる。さらに、飛行段階に応じて、電源調整装置は、エネルギ源を作動させたり、それらのエダクトを制御または調整したりすることができる。例えば、排気を減らし、動力装置の騒音レベルを落とさなければならない空港近辺では、汚染が少なく、より静かなエネルギ源を使用し、こうして汚染排気物を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
更なる説明のために、そして、本発明のより良好な理解を提供するために、以下で、例示的実施形態が添付図面を参照して更に詳細に記述される。
【図１】本発明の例示的実施形態の電源調整装置についての線図である。
【図２】電源調整装置の例示的実施形態に係るさまざまな消費機器の優先順位についての例示的実施形態である。
【図３】電源調整装置の例示的実施形態に係る個々の飛行段階に従う優先配分についての例示的な図である。
【図４】例示的実施形態に係る電源調整装置の切換回路ロジックについての例示的な図である。
【図５】例示的実施形態に係る電源調整装置の出力調整についての例示的な図である。
【図６】燃料電池システムの制御回路についての例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
各種図面にある同一または同様の部分には同じ参照符号がついている。図中のイラストは概略的であり、一定の縮尺ではない。
【００３２】
図１は、電源調整装置の例示的な実施形態を示している。電源調整装置１は、必要手段の所要量を求めることができるように装備されている。さらに、電源調整装置１は、第１のエネルギ源３の第１の動作特性および第２のエネルギ源４の第２の動作特性を特定することができるように装備されている。第１のエネルギ源３および第２のエネルギ源４を用いて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分を発生させることができる。この構成では、電源調整装置１は、第１の動作特性および第２の動作特性に応じて、必要手段の第１の所要分担分および第２の所要分担分が消費機器２にとって利用可能になるように、第１のエネルギ源３および第２のエネルギ源４を制御する。
【００３３】
電源調整装置１は、例えば、センサまたはデータ伝送手段を用いて、消費機器２の必要手段を求めることができる。消費機器２には、例えば、不活性化システム１１、直流システム８、交流システム８、翼氷結防止システム１２、または水システム１０を含めることができる。電気システム８は、必要手段として、例えば、電力ＰSysを必要とする。水システム１０は、例えば、水質量流量ｍwを必要とし、一方、不活性化システムは、特定の温度Ｔinertの低酸素排出空気と、特定の酸素含有量ＸO2,inertの特定の質量流量
【数１】
2010521375.tif 000003
とを必要とする。さらに、氷結防止システム１２は、特定の温度ＴWAIおよび特定の圧力ＰWAIの質量流量
【数２】
2010521375.tif 000004
を供給することができる。他方で、電源調整装置は、第１のエネルギ源３および第２のエネルギ源４の動作特性を特定し、求めることができる。
【００３４】
図１に示す例示的な実施形態では、第１のエネルギ源は、例えば、燃料電池システム６であり、第２のエネルギ源４はエンジン発電機７である。電源調整装置は、例えば、流れ強度または電流密度に関する測定データ、あるいは所定のメーカーデータを用いて、第１および第２のエネルギ源３、４、６、７の動作特性を特定することができる。例えば、電源調整装置１は、燃料電池から、燃料電池の生成物、例えば、水や低酸素排出空気などの効率ηfc、出力Ｐfc,d、および質量流量
【数３】
2010521375.tif 000005
を求めることができる。エンジン７に関する限り、電源調整装置は、特定の周囲条件、例えば、大気圧での、例えば、エンジンの最大電力Ｐtw,maxおよび電気効率ηtwを計算できることを分かっている。電源調整装置は、消費機器２、５の必要手段と、第１および第２のエネルギ源３、４、６、７の動作特性との所要量に応じて、第１および第２のエネルギ源３、４、６、７を制御または調整することができて、各エネルギ源３、４、６、７が、必要手段の第１および第２の所要分担分を出力するようにし、こうして、消費機器２、５に充分に供給する。
【００３５】
さらに、電源調整装置は、エネルギ源３、６、４、７のそれぞれのエダクトを用いて、必要手段の所要分担分を調整することができる。例えば、電源調整装置１は、必要な生成物または必要手段を得るために、特定の量のエダクトを燃料電池システム６に供給することができる。電源調整装置１は、例えば、λO2値または供給酸素／反応酸素比を変えることによって、付加的な生成物の組成を調整することができる。さらに、燃料電池６のそれぞれの動作特性を電源調整装置１に示すことができる。動作特性に基づいて、電源調整装置１は、燃料電池６が特定の分量の生成物または必要手段の特定の所要分担分を生成できる温度Ｔfc、λO2値、およびエネルギ出力Ｐfcを得る。
【００３６】
同様に、電源調整装置１は、動力装置発電機７の動作特性を求めることができる。すなわち、動力装置による推力と、例えば、高度および周囲温度などの環境パラメータと、発電するのに使用される実際の軸出力とに応じて、電源調整装置は、動力装置の電気効率ηtwを算出することができる。使用される軸出力を制御することによって、電源調整装置１は、例えば、動力装置から供給される電力Ｐtw,maxを調整することができる。
【００３７】
さらに、第１のエネルギ源３および第２のエネルギ源４の動作特性を考慮することで、電源調整装置は、必要手段を消費機器２、５に最も高い効率で供給することができる。電源調整装置１が、エネルギ源３、４の動作特性について既知であるのを前提として、必要手段または所要分担分を発生させる目的で、所与の環境下で最良の効率ηを達成するように、エネルギ源３、４を選択するか、または所要分担部を増やすことができる。このようにして、所与の環境下で、エネルギ源３、４が最も効率的に必要手段を生成する、第１のエネルギ源３および第２のエネルギ源４の第１および第２の分担分の混合形態が形成される。
【００３８】
例えば、翼氷結防止システム１１用に特定量の熱エネルギが必要とされる場合、電源調整装置は、熱エネルギの特定の分担分を燃料電池６から引き出すか、または特定の所要分担分を抽気として動力装置から取り出すことができ、これを翼氷結防止装置１１に供給する。
【００３９】
図２は、ブロックＩ〜ＩＶに分類できる、個々の消費機器システム２、５の相互作用の例示的な実施形態を示している。電源調整装置１は、消費機器２、５の個々の所要量および個々の必要手段の優先度と、電力源３、４との間の境界に配置されている。例えば、図２に示すように、エネルギ源２が燃料電池６の場合、電源調整装置１は、燃料電池生成物、すなわち、電力、熱エネルギ、水、および低酸素排出空気いわゆる不活性ガスなどの必要手段の使用を調整する。必要手段の個々の使用、すなわち、特定の消費機器２、５への必要手段の供給に優先順位を付けることができる。例えば、消費機器２、５に割り当てられた優先順位に従って燃料電池生成物または必要手段を分割し、これを配分することができる。
【００４０】
さらに、電源調整装置１は、エネルギ源３、４の動作特性、およびエネルギ源３、４のエダクトと生成物との間の相互作用の動作特性を考慮することができる。図２は、例えば、燃料電池生成物または必要手段の使用に関係する４つのブロックＩ〜ＩＶを示している。最初にブロック１で、例えば、エネルギを確実に管理することができる。電源調整装置１を用い、それぞれの動作特性を考慮することで、交流発電機および燃料電池などの直流発電機を最適に制御することができる。例えば、電源調整装置１は、最初に電力Ｐelekの所要量を求めることができる。同時に、電源調整装置は、例えば、動力装置発電機７の利用可能な電力Ｐtw,max、および動力発電機の電気効率または動作特性ηtwを認識する。これらの値を参照して、電源調整装置は、必要手段、この場合は電力の所要量を補うために、動力装置発電機がまだ供給できる電力Ｐtwの限度を認識する。同様に、電源調整装置１は、燃料電池システム６の電気効率ηfcおよび電力Ｐfc,dを認識する。動力装置７および燃料電池６の電力の所要分担分を参照して、電源調整装置１は、所要量を消費機器２、５に供給することができる。
【００４１】
ブロックＩＩでは、不活性化システム８および他の消費機器との相互作用の調整を行うことができる。不活性化システム８の入力データ、例えば、質量流量
【数４】
2010521375.tif 000006
、温度Ｔinert、および酸素含有量ＸO2,inertを参照して、電源調整装置１は、不活性化システムにとって利用可能にならなければならない低酸素空気量を得る。この所要量に合わせて、電源調整装置１は、例えば、燃料電池６のλO2値を設定する。燃料電池システムの空気供給を、例えば、コンプレッサ１３を調整して変えることで、電源調整装置１は、燃料電池６の低酸素排出空気の酸素濃度を調整することができる。
【００４２】
ブロックＩＩＩでは、例えば、航空機の翼氷結防止システム１１（ＷＡＩＳ）を取り扱うことができる。電源調整装置１は、例えば、翼氷結防止システム１１の必要手段、例えば、翼氷結防止システム１１の熱媒体の質量流量
【数５】
2010521375.tif 000007
、温度ＴWAI、および圧力ｐWAIを求めることができる。必要手段のこの所要量に対応して、電源調整装置１は、動作特性を考慮した上で、どちらのエネルギ源３、４が最高の効率をもたらすかに応じて、例えば、燃料電池システム６から高温空気を取り込むか、または動力装置７から抽気を取り込むことができる。
【００４３】
ブロックＩＶは、水タンクの充填計画を表す。電源調整装置１は、事実上、航空機内の水システムのすべてのタンク資源について既知であり、消費量と、出発時のその水タンクの充填レベルとを求めることで、必要手段である水の所要量を特定することができる。その後、電源調整装置１は、例えば、燃料電池の生成物である水を、燃料電池システム６から水システム１２に供給することができる。
【００４４】
ブロックＩ〜ＩＶは、例えば、ランクの高い方の消費機器システムの所要量が最初に満たされるように、電源調整装置１により連続的に実施することができる。
【００４５】
図３は、例示的な優先リストの例示的な実施形態を示している。優先リストは、エネルギ源３、４、例えば、燃料電池が、もはや１００％利用できない緊急時に有効とすることができ、それにより、充分な量の必要手段が個々の消費機器にとって確実に利用可能になるようにする。図３は、例えば、エネルギ源３、４の消費機器２、５、この場合は、燃料電池システムの電気システム９、１０、ＷＡＩシステム１１、不活性化システム８、および水システム１２の、飛行段階に応じた所要量および優先順位を示している。例えば、以下の飛行段階、すなわち、タクシーアウト、離陸、上昇、巡航、降下、進入着陸、およびタクシーインを区別することができる。
【００４６】
例えば、飛行安全性は、最も高い優先順位を付与される。飛行安全性は、例えば、飛行制御部への電力の供給を保証することを特徴とし、したがって、必要手段である、電気システム９、１０の電力（Ｐelek）は最も高い優先レベルを有する。上昇および降下中に、翼の前縁部が氷結する危険によって、飛行安全性が危うくなる恐れがある。したがって、この場合に、ＷＡＩシステムの熱エネルギ（Ｐtherm）の供給が最も高い優先順位を付与される。ＷＡＩシステム１１が使用されない場合、この熱エネルギ供給は優先権を持たないので、ランクは優先リストの最後である。
【００４７】
必要手段である、不活性化システム８の低酸素排出空気
【数６】
2010521375.tif 000008
は、通常の飛行安全性を保証するものより上にはランクされないので、３番目の優先レベルにある。ＷＡＩシステムが使用されない、すなわち、最も低い優先レベルにある飛行段階中に、不活性化システム８の低酸素排出空気は、優先リストの２番目に位置する。
【００４８】
水システム１２が機能できるように準備しておくことは、通常の飛行安全性には必要でなく、快適性および乗客へのサービスの提供を保証する働きをするに過ぎない。
【００４９】
このため、必要手段である水
【数７】
2010521375.tif 000009
には、優先リストにある作動中の消費機器の中で最も低いランクが与えられることになる。
【００５０】
図４は、不活性化システム８との関係における電源調整装置１の例示的な切換回路論理を示している。火災の危険がある空間中の酸素濃度の測定データを参照して、制御装置１は、第１に不活性化を行うべきかどうかを判断する。不活性化を行う場合、電源調整装置１は、第１に、燃料電池６の空気質量流量
【数８】
2010521375.tif 000010
が空間を不活性にする必要空気質量流量
【数９】
2010521375.tif 000011
を超えているかどうかを判断する。燃料電池システム６が必要質量流量
【数１０】
2010521375.tif 000012
を供給できるならば、その場合、次のステップで、燃料電池からの排出空気の必要酸素含有量ＸO2が、不活性化するのに充分に低いかどうかをチェックする。酸素濃度ＸO2が領域を不活性化するのに充分低い場合、次いで、電源調整装置１は、温度Ｔinertの空気質量流量
【数１１】
2010521375.tif 000013
を不活性化システムに供給する。
【００５１】
燃料電池システム６からの空気質量流量
【数１２】
2010521375.tif 000014
が不充分であることを電源調整装置１が検出した場合、燃料電池６の出力を増やさなければならない。航空監督官庁の規定、例えば、ＪＡＡ２５．１３０９に提示されているとおり、燃料タンクの不活性を危うくすることがないように、不活性化システムを中断できるのは、飛行継続時間の７％未満だけとされる、言い換えると、燃料タンク内の酸素含有量は規定値を超えてはならない。期間が７％限界を超える場合、空気質量流量ｍfc,outおよび酸素含有量Ｘfc,O2、したがって、出力Ｐfcが増えることがある。電源調整装置１は、これを、例えば、λO2値を制御することで調整することができる。凝縮水を分離するための凝縮器の下流で、燃料電池からの排出空気の温度を設定した後、不活性化すべき消費機器２、５を不活性ガス、すなわち低酸素空気を用いて不活性にすることができる。収集された凝縮水は、例えば、水システムに供給することができる。
【００５２】
図５は、電源調整装置１を用いてエネルギ源３、４の動作特性を適応性をもって特定する例示的な図を示している。燃料電池システム６が例として使用されている。燃料電池６に関する特定の基礎データに基づき、燃料電池システムの様々なエダクトの量を前もって定めることができる。例えば、燃料電池システム６の動作特性、例えば、好ましいλO2値、この例ではλO2＝２が前もって定まっている。これは、例えば、λ値の定義によれば、電解反応で反応する量の２倍の酸素量が供給されることを意味する。
【００５３】
電源調整装置１は、調整変数として正味のシステム出力を定め、その調整変数は、必要手段の所要量または所要分担分から得られる。したがって、正味システム出力は、燃料電池またはエネルギ源３、４が達成すべき所望値である。目標出力ＰSollに加えて、さらに、例えば、コンプレッサ１３や、追加した同様の装置の使用によって生じる損失出力ＰVerが追加される。このようにして得られた全出力ＰGesは、所望値として電源調整装置１によって使用される。
【００５４】
目標出力ＰSollを達成するための出力調整は、例えば、代数ループとして実施される。代数ループは、ダイレクトフィードスルーの信号を備えた信号ループである。代数ループの入力信号の変化が、再度入力信号に直接影響を及ぼす場合に、これは、図５に示した「ダイレクトフィードスルー」と呼ばれる。代数ループの開始値として、目標値ＰGesと燃料電池システム６の実際の電池電圧Ｕとの商が形成される。開始値は、示した電池電圧の電流密度を特定する。新たな電流密度により、燃料電池のＵ／Ｉ特性の動作点が変わり、新たに算出した電池電圧により次のループが導かれる。代数ループは、所望のシステム出力を得るために、燃料電池のＵ／Ｉ特性の対応する動作点をセットする。したがって、電源調整装置１は、エネルギ源３、４、この例では燃料電池６の動作特性または動作点を絶えず特定することができる。
【００５５】
電源調整装置１は、エネルギ源３、４のエダクト供給を制御する。燃料電池６の場合、燃料電池を最適かつ効率的に動作させるλO2値をこのように調整できるので、燃料電池出力の動性または可変性に関する限り、コンプレッサ１３は決定的な要因である。λO2値は、コンプレッサからの質量流量と直接に相関する。このため、コンプレッサ駆動体のモータ電圧をコントローラ出力ｕ（ｔ）として選択することができる。
【００５６】
図６は、燃料電池およびコンプレッサ１３を含む燃料電池システム６の例示的な制御回路を示している。λO2値は、燃料電池システム６の調整変数ｙ（ｔ）を表わしている。λO2値の目標値は、コマンド変数ｗ（ｔ）として定義される。レギュレータは、レギュレータの原則に基づき、結果として得られた制御偏差ｅ（ｔ）を用いて、制御される構成要素用のコントローラ出力ｕ（ｔ）を電源調整装置１に示し、そのコントローラ出力ｕ（ｔ）は、生じた制御偏差を打ち消す。コンプレッサ１３のモータ電圧ＵVerは、制御される構成要素、コンプレッサ１３および燃料電池６用のコントローラ出力ｕ（ｔ）を表わしている。必要手段の必要量、例えば、低酸素排出空気の所要量やエネルギ所要量が変わった場合、電源調整装置１は、上記に示したように、コンプレッサのモータを制御または調整することができ、したがって、燃料電池の生成物の必要量を制御することができる。
【００５７】
さらに、「含むこと」は、他の要素またはステップを除外するものではなく、「１つの」は、複数の部材を除外するものではないことを指摘しておく。さらに、上記の例示的な実施形態の１つに関連して説明した特徴およびステップは、上記の他の例示的な実施形態の他の特徴またはステップと組み合わせても使用できることを指摘しておく。特許請求の範囲にある参照符号は、限定するものとして解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・電源調整装置
２・・・消費機器
３・・・第１のエネルギ源
４・・・第２のエネルギ源
５・・・別の消費機器
６・・・燃料電池システム
７・・・エンジン発電機
８・・・不活性化システム
９・・・直流システム
１０・・・交流システム
１１・・・翼氷結防止システム
１２・・・水システム
１３・・・コンプレッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2010521375.tif 000022
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