[发明专利]一种用于飞行器的涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统有效

专利信息
申请号: 201810052755.4 申请日: 2018-01-19
公开(公告)号: CN110071309B 公开(公告)日: 2021-09-24
发明(设计)人: 秦江;姬志行;郭发福;章思龙;党朝磊;程昆林 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: H01M8/04298 分类号: H01M8/04298;H01M8/0612;H01M8/12;F02C3/10;F02C6/20
代理公司: 哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司 23211 代理人: 邓宇
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 飞行器 高温 燃料电池 混合 推进 能源 一体化 系统
【说明书】:

发明公开了一种用于飞行器的涡桨‑高温燃料电池混合推进及能源一体化系统,属于飞行器推进和能源领域。本发明一体化系统包括供给系统、部分氧化重整器、金属支撑固体氧化物燃料电池系统和飞行器推进系统,飞行器推进系统包括桨扇,高压压气机,低压压气机,燃烧室,高压透平,低压透平和动力透平;供给系统包括燃料输送通路,空气输送通路,燃气输送通路,回流输送通路和燃料输送泵。本发明解决了传统航空发动机耗油率高,涡轮发动机取力发电效率低,变工况稳定性差等问题。本发明一体化系统适用于飞行器。

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器的新型涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统,属于飞行器推进和能源领域。

背景技术

目前飞行器发电系统、推进系统,普遍存在热效率低、污染物排放高的问题。随着飞行器(飞艇、军用无人机、军用有人机、客机)机载设备功率的增加,以及对各国对飞行器碳排放、污染物排放的严格要求。因而,迫切需要一种高电功比、高效率、低排放的飞行器综合推进能量系统。

对此问题,国内外进行了广泛的研究。有人提出飞行器使用生物质、氢、醇类等清洁燃料。然而此类燃料不仅可能存在二次能源消耗与污染的问题,而且不是体积能量密度低,如氢,就是重量能量密度低,如生物质。目前来看,还无法与传统液态碳氢燃料相抗衡。综合考虑,飞行器只能掺杂一部分此类燃料。使用此类燃料起到的效果有限,除非将燃料全部替换,否则没有本质性区别。国内外还有一部分学者,提出使用太阳能作为飞行器能量来源。太阳能清洁,来源近乎无限。然而即使在高空,太阳能功率密度任然很低,而且用于收集太阳能的太阳能电池板转换效率有限,低于20%。因此利用太阳能作为动力的飞行器,是一种低功率密度的动力装置。展弦比和自重都很大,有效载荷很小。且受天气影响很大。以往飞行器供电绝大多数都来自主发动机取力,作为二次能量来源。效率很低,约为30%~40%,污染物排放较多。而且变工况性能很差,导致飞行器巡航距离和时间受限。不仅很难实现很高的电力需求,而且无法在高电力需求下执行更多任务。

发明内容

为克服现有飞行器推进系统热效率低、取力发电效率低,变工况性能差,进而导致飞行时间受限,难以满足高电功比下长航时任务的问题,本发明提供了一种用于飞行器的新型涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统,本系统能够用于飞行器,采用的技术方案是:

一种新型的用于飞行器的涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统,该一体化系统包括供给系统、部分氧化重整器8、金属支撑固体氧化物燃料电池系统9和飞行器推进系统;所述金属支撑固体氧化物燃料电池系统9设有阴极和阳极;所述部分氧化重整器8设有重整器燃料入口,重整器空气入口和重整器出口;

所述飞行器推进系统包括桨扇1,高压压气机2,低压压气机3,燃烧室4,高压透平5,低压透平6和动力透平7;其中:所述低压透平6通过轴与低压压气机3相连接;所述高压透平5通过轴与高压压气机2相连接;所述动力透平7通过轴与桨扇1相连接;

所述供给系统包括燃料输送通路,空气输送通路,燃气输送通路,回流输送通路和燃料输送泵10;其中:所述燃料输送通路通过燃料输送泵10将燃料一路输送至燃烧室4、另一路输送至部分氧化重整器8的燃料入口,然后将经过部分氧化重整器8重整后的气体从重整器出口输送至金属支撑固体氧化物燃料电池系统9;

所述空气输送通路将依次通过低压压气机3和高压压气机2压缩后的空气分成4路,第一路输送至燃烧室4;第二路输送至部分氧化重整器8的空气入口;第三路对金属支撑固体氧化物燃料电池系统9进行冷却;第四路输送至金属支撑固体氧化物燃料电池系统9;

所述回流输送通路将从金属支撑固体氧化物燃料电池系统9阳极输出的气体和未反应的燃料、从金属支撑固体氧化物燃料电池系统9阴极输出的气体和未反应的空气、以及空气输送通路中第三路对金属支撑固体氧化物燃料电池系统9进行冷却后的空气混合后输送回燃烧室4;

所述燃气输送通路将经过燃烧室4反应后的气体依次输送至高压透平5,低压透平6和动力透平7。

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