(57)【要約】【課題】航空機用の配電システムおよび航空機システムに電力を供給する方法を提供すること。【解決手段】方法は、複数の電源から電力を選択的に供給することを含む電力を航空機に提供することを含む。電源は、エンジンによって駆動される１つまたは複数の発電機（２、３、４、５）、ならびに１つまたは複数の蓄電手段（２３、２６）、１つまたは複数の燃料電池（２４、２５）および１つまたは複数の熱電源（２２、２７）を含むグループから選択される少なくとも１つの他の電源を含む。本明細書では、対応する配電システムも開示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源から電力を選択的に供給するステップを含む航空機に電力を提供する方法であって、前記電源が、エンジンによって駆動される１つまたは複数の発電機と、１つまたは複数の蓄電手段、１つまたは複数の燃料電気および１つまたは複数の熱電源を含むグループから選択される少なくとも１つの他の電源とを含む、方法。
【請求項２】
緊急状態では、電力が非必須負荷から必須負荷に回される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電源が予備電力ユニットをさらに含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
非緊急状態では、電力が、航空燃料の総消費量を最小限に抑えるように各電源から選択的に供給される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
非緊急状態での主要電源として前記熱電源を使用するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
非緊急状態での前記主要電源として前記燃料電池を使用するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
万一タービン駆動の発電機が故障した場合、前記他の電源のうちの任意の１つまたは複数の電源が使用される、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記蓄電手段がバッテリを備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
電力が２つ以上の前記電源から同時に供給される、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
電力が全ての前記電源から同時に供給される、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料電池によって生成される水を前記航空機のキャビン内で使用するステップをさらに含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
複数の異なる電源を備える航空機用の配電システムであって、
前記複数の異なる電力源が、
１つまたは複数のエンジン駆動発電機と、
１つまたは複数の蓄電手段、１つまたは複数の燃料電池および１つまたは複数の熱電源を含むグループから選択される少なくとも１つの他の電源と、
前記電源と前記航空機負荷との接続を可能にする電力バスと
を備える、配電システムであり、
前記電源のそれぞれから電力を選択的に供給するように動作可能なコントローラを有する、配電システム。
【請求項１３】
緊急状態では、前記コントローラが、非必須負荷から必須負荷に電力を回すように動作可能である、請求項１２記載の配電システム。
【請求項１４】
非緊急状態では、前記コントローラが、航空燃料の総消費量を最小限に抑えるように、各電源から電力を選択的に供給するように動作可能である、請求項１２または１３記載の配電システム。
【請求項１５】
非緊急状態では、前記熱電源および／または前記燃料電池が主要電源である、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の配電システム。
【請求項１６】
前記コントローラが、１つまたは複数の前記電源から電力を同時に供給するように動作可能である、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用の配電システムおよび航空機システムに電力を供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機では、必須電気負荷および非必須電気負荷への電力の供給には、推進ガスタービンエンジンにより駆動される発電機、場合によっては発電機とは独立して電力を発生させる補助動力装置（ＡＰＵ）が利用されてきた。万一これらのシステムが故障した場合、「ラムエアタービン」（ＲＡＴ）が必須航空機負荷への電力の維持に使用されてきた。必須航空機負荷には、例えばアビオニクスシステムおよび飛行に欠かせない任意の他の機器がある。非必須航空機負荷には、例えば、キャビン照明、食品調理およびエンターテイメントシステム、ならびに飛行に必ずしも必要ではない他の機器がある。ＲＡＴは、航空機の着陸装置から引き込み可能に解除することができ外部の気流内に延びることで駆動されそれによって発電機を駆動させるタービン／プロペラを備える。ＲＡＴは、ほとんど常に利用されることがなく、しかも航空機に重量をかけているので、非効率的である。さらに、ＲＡＴの機能試験として、乗客が乗らない試験飛行を年一回実施する必要がある。ＲＡＴもＡＰＵも、電力を発生させる方法としては効率が悪いので、環境および費用を考慮して、可能な限り航空燃料の消費量を減少させることが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、複数の電源から電力を選択的に供給することを含む、電力を航空機に供給する方法を提供する。電源は、エンジンによって駆動される１つまたは複数の発電機と、１つまたは複数の蓄電手段、１つまたは複数の燃料電池および１つまたは複数の熱電源を含むグループから選択される少なくとも１つの他の電源とを含む。
【０００４】
さらに、本発明は、航空機用の配電システムを提供する。配電システムは、１つまたは複数のエンジン駆動発電機を含む複数の異なる電源と、１つまたは複数の蓄電手段、１つまたは複数の燃料電池および１つまたは複数の熱電源を含むグループから選択される少なくとも１つの他の電源と、電源と航空機負荷との接続を可能にする電力バスとを備える。配電システムは、電源のそれぞれから電力を選択的に供給するように動作可能なコントローラを有する。
【０００５】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を単なる一例として以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】配電システムの一実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示される配電システムの一代替実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、航空機配電システム１の概略図である。航空機配電システム１は、航空機のエンジンによって互いに独立して駆動される４つの発電機２、３、４、５を含む。一般的に、エンジン１つにつき１つの発電機が使用される。各発電機２、３、４、５の出力端子は、対応するローカル高電圧電力バス８、９、１０、１１に接続される。発電機は、航空機のキャビンおよび非常用電力システムを動作させるのに適切なレベルに変換される必要がある高電圧のＡＣ電流またはＤＣ電流を発生させる。図１および諸図面を通して示される一対の対向する平行な線３２は、システムの様々な構成要素間の電気接続を確立するスイッチを概略的に示している。好ましい実施形態では、少なくとも１つの高電圧電力バス８、９、１０、１１が、発電機全体に１つではなく、発電機ごとに設けられる。このように、システムが１つだけしかない高電圧電力バスに依存するわけではないので、より大きな冗長性が実現する。高電圧電力バスは、電圧を２８Ｖまで低下させる変換手段１２、１３、１４、１５にそれぞれ接続される。変換手段１２、１３、１４、１５は、ローカル低電圧電力バス１６、１７、１８、１９に接続される。この場合も、変換手段１２、１３、１４、１５ごとに１つの低電圧電力バスを設けることによってより大きい冗長性が達成される。電流は、低電圧電力バス１６〜１９から１つまたは複数のキャビンおよび非常用電力バス２０、２１へと流れ、それによって電力がキャビン全体に渡って分配され、非常用システムが動作される。配電システム１は、複数の異なる電源を有する。電源は、エンジン駆動の発電機２、３、４、５だけでなく熱発電手段２２、２７、バッテリを備える蓄電手段２３、２６および燃料電池２４、２５のうちの少なくとも１つも含む。さらに他の一態様では、燃料電池は、アルミニウム触媒２８、２９を使用して生成される水素が動力源であり、したがって航空燃料からの水素の機上生成が可能である。水素は、水素貯蔵容器３０、３１に貯蔵される。貯蔵容量は、燃料の触媒作用による水素の生成速度を基に選ばれる。
【０００８】
熱発電手段が、ＧＥ  Ａｖｉａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄの名義による２４９７３１／１６３８９の参照番号を有する同時係属の英国特許出願に示され説明されており、その開示は、参照により本明細書に組み込まれている。この電源は、エンジンの排気セクションに取り付けられた多数の熱電対を備え、普通なら捨てられる廃熱を利用する。
【０００９】
参照番号６、７で示されるように、ＲＡＴおよびＡＰＵはもはや必要ないので削除されている。
【００１０】
図２に示される実施形態では、バッテリ２３、２６と第１および第２の燃料電池２４、２５との組み合わせが利用され、熱発電手段はない。燃料電池２４、２５は、約３時間の運転または飛行継続時間のいずれか長い方に適合する。一対の燃料電池を設けることによって、二重（ｄｕｅｌ）の冗長性が確保されることになり、それによってセイフティクリティカルな電力性能が可能になり、さらにＲＡＴおよびＡＰＵが必要なくなる。バッテリ２３、２６は、燃料電池が始動する間、補充電力を提供するのに使用され得る。
【００１１】
諸電源のうちの適切な１つまたは複数の電源からの電力の選択的な供給またはその調整は、配電システムのコントローラによって制御される。通常状態では、燃料電池、バッテリおよび／または熱電源から任意の所望の組み合わせで電力が得られる。通常状態では、配電システムの効率を最大にするように、すなわち燃料の使用量を最小限に抑えるように、電源の選択を行うことができる。本発明の一実施形態によれば、燃料電池は、動作中に水を生成するので、それを航空機のトイレおよび手洗い設備に使用することができる。それに対応して、離陸の際に積まれる水の量を減らすことができるようになる。燃料電池および熱電源は、このように通常動作で電力を抽出する好ましい手段であり、それによって水が生成されると同時に熱電源の効率の良さを生かすことができる。
【００１２】
それぞれの電源により発生させることができる相対的電力レベルは、エンジン駆動発電機１台あたり約９０〜１２０ｋＷ、燃料電池１台あたり１５〜３０ｋＷ、バッテリ１台あたり１５ｋＷ（寿命約１／２時間）および廃熱による熱発電によってエンジン１台あたり７０ｋＷである。
【００１３】
緊急状態では、電力は、非必須負荷から必須負荷に回される。本明細書で説明する配電システムは、既存の航空機に後付け可能であり、その場合ＲＡＴおよびＡＰＵを取り外すことができる。本発明は、ＲＡＴおよびＡＰＵの一方または両方が保持されている航空機にも適合し、その場合、配電システムは、高いレベルの冗長性、したがって安全性をもたらすことができる。
【符号の説明】
【００１４】
１  航空機配電システム
２  発電機
３  発電機
４  発電機
５  発電機
６  ＲＡＴ（ラムエアタービン）
７  ＡＰＵ（補助動力装置）
８  高電圧電力バス
９  高電圧電力バス
１０  高電圧電力バス
１１  高電圧電力バス
１２  変換手段
１３  変換手段
１４  変換手段
１５  変換手段
１６  低電圧電力バス
１７  低電圧電力バス
１８  低電圧電力バス
１９  低電圧電力バス
２０  キャビンおよび非常用電力バス
２１  キャビンおよび非常用電力バス
２２  熱発電手段
２３  蓄電手段、バッテリ
２４  燃料電池
２５  燃料電池
２６  蓄電手段、バッテリ
２７  熱発電手段
２８  アルミニウム触媒
２９  アルミニウム触媒
３０  水素貯蔵容器
３１  水素貯蔵容器
３２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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