[发明专利]一种带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机

说明书

本发明提出一种带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机，该发动机压气机经过第一分流器与燃烧室连通，压气机依次经过第一分流器、第四分流器、第二引射器和第二分流器与燃烧室连通，压气机依次经过第一分流器、第四分流器、第三引射器、第一引射器和重整器与燃料电池阳极连通，燃料电池阳极经过第三分流器与与燃烧室连通，燃料电池阴极经过第二分流器与燃烧室连通，燃烧室与尾喷管连通；燃料电池阳极与第一引射器连通，燃料电池阴极与第二引射器连通，燃料电池经过电动机与压气机连接。解决了未来长航时无人机对动力系统的高功率密度，体积小，重量轻，运行稳定，高效率的需求问题，结合固体氧化物燃料电池和无涡轮喷气发动机优势互补。

技术领域

本发明属于长航时无人机推进系统的技术领域，具体涉及一种带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机。

背景技术

随着各国对无人机在军事战略领域的不断重视，如何研制长航时无人机成为当下航空科技领域最活跃和最重要的发展方向之一，而无人机的动力技术的进步是其中的关键。

目前，无人机的发动机主要采用活塞发动机和燃气涡轮发动机。随着无人机从低空低速向高空高速发展，传统涡扇发动机逐渐无法满足长航时无人机对高性能发动机的要求。

现有的新能源无人机，例如，采用蓄电池作为动力的无人机，其能量利用率低，使用寿命不稳定，经济效益差，采用燃料电池作为单一能源的无人机，其功率密度低，重量大。

发明内容

本发明为了解决未来长航时无人机对动力系统的高功率密度，体积小，重量轻，运行稳定，高效率的需求的问题，提供了一种带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机，结合固体氧化物燃料电池和无涡轮喷气发动机，两者优势互补。

本发明提出一种带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机包括进气道、压气机、第一分流器、电动机、第一引射器、重整器、固体氧化物燃料电池阳极、第二引射器、固体氧化物燃料电池阴极、第二分流器、第三分流器、燃烧室、尾喷管、第三引射器、第四分流器和固体氧化物燃料电池；所述压气机的进口通过进气道和大气连通，空气流入进气道后流入压气机，所述压气机的出口经过第一分流器与燃烧室的进口连通，所述压气机的出口依次经过第一分流器、第四分流器、第二引射器和第二分流器与燃烧室的进口连通，所述压气机的出口依次经过第一分流器、第四分流器、第三引射器、第一引射器和重整器与固体氧化物燃料电池阳极的进口连通，所述固体氧化物燃料电池阳极的出口经过第三分流器与与燃烧室的进口连通，所述固体氧化物燃料电池阴极的出口经过第二分流器与燃烧室的进口连通，燃烧室的出口与尾喷管的进口连通，燃烧室的排气通过尾喷管产生推进力；所述固体氧化物燃料电池阳极的出口经过第三分流器与第一引射器的进口连通，构成阳极再循环通路，燃料从第一引射器进入，所述固体氧化物燃料电池阴极的出口经过第二分流器与第二引射器的进口连通，构成阴极再循环通路；所述固体氧化物燃料电池经过电动机与压气机连接，所述固体氧化物燃料电池发出的电能通过电动机驱动压气机。

优选地，燃料与压缩后空气和水发生自热重整反应，反应后的燃料被送入固体氧化物氢燃料电池与空气反应，产生电能；未反应完全的氢在固体氧化物燃料电池尾气中，将尾气通入燃烧室中与空气混合燃烧，得到高温烟气膨胀在尾喷管中产生推进力。

优选地，所述固体氧化物燃料电池阴极入口流体通过阴极再循环通路进行预热，燃料和从压气机中出来的空气与从阳极再循环中排出的水混合后发生自热重整反应。

发明所述的带有阴阳极再循环的燃料电池无涡轮喷气发动机的工作原理为：

本本发明采用固体氧化物燃料电池释放燃料中的化学能，可使燃料利用率不受卡诺循环的限制，大大高于传统的燃气涡轮发动机，同时，又结合无涡轮喷气发动机，将燃料电池中未反应完的燃料通入燃烧室，进一步释放燃料中的化学能。

本发明使用带有阴阳极再循环的固体氧化物燃料电池，充分利用燃料和空气，提高燃料和空气利用率，所述燃料与压缩后空气和水发生自热重整反应，反应后的燃料被送入固体氧化物氢燃料电池与空气反应，产生电能。