[发明专利]与固体氧化物燃料电池集成的无涡轮喷气发动机

说明书

本发明提出一种与固体氧化物燃料电池集成的无涡轮喷气发动机，该发动机包括部分氧化重整器、固体氧化物燃料电池系统和飞机推进系统，直流电机通过连接轴驱动压气机，部分氧化重整器设于直流电机后方，固体氧化物燃料电池系统、燃烧室和喷管依次连接。本发明利用固体氧化物燃料电池发电带动直流电机，继而通过轴连接驱动压气机工作，取消了传统的涡轮，解决了压气机和涡轮匹配困难、变工况性能差等问题；取消涡轮之后，发动机的压比和温比不受涡轮功率分配和涡轮前温度的限制，使得发动机的功率提高。本发明利用固体氧化物燃料电池热效率高且污染气体排放量少的优点，还解决了传统航空发动机耗油率高和空气污染物排放含量高的问题。

技术领域

本发明涉及一种喷气发动机，具体涉及一种与固体氧化物燃料电池集成的无涡轮喷气发动机，属于飞机推进系统技术领域。

背景技术

目前飞机的推进系统热效率比较低且耗油率高，氮氧化物排放量较高，对环境产生较为严重的污染，因此开发新的能源以及设计新的推进系统是当前较为重要的内容。

传统的燃气涡轮航空发动机，将燃料的化学能转变为机械能产生推进功，能量损失很大，效率仅为35％左右；而使用固体氧化物燃料电池，效率约50％左右，可以将燃料的化学能转变为电能，提高了系统的效率，并且燃料电池十分环保，对于当前的废气污染具有很重要的意义。氢气是一种十分友好的燃料，它的能量高且不污染环境，但是由于体积能量密度低，且携带不方便，使得它在广泛使用上存在很大的问题。故而，既要兼顾氢气能量高不污染环境的优点又要考虑来源的问题，采用携带部分氧化重整器来对燃料进行催化重整，使之产生以氢气为主的重整气供给固体氧化物燃料电池使用是解决此问题的一个思路，并且对于长航时的飞机来说，这种方式更为经济。

传统燃气涡轮航空发动机在正常工作时，涡轮功率的三分之二用来带动压气机，其余三分之一功率为输出功率，压气机需要由涡轮做功带动。二者在工作过程中相互影响、相互制约，在匹配上比较困难，很大程度上影响了发动机的性能，容易导致变工况性能差，并且耗能多。

发明内容

本发明为了解决传统燃气涡轮航空发动机在正常工作时，涡轮功率的三分之二用来带动压气机，其余三分之一功率为输出功率，压气机需要由涡轮做功带动，二者在工作过程中相互影响、相互制约，在匹配上比较困难，很大程度上影响了发动机的性能，容易导致变工况性能差，且耗能多；发动机的压比和温比受涡轮功率分配和涡轮前温度的限制，使得发动机的功率不高以及传统航空发动机耗油率高和空气污染物排放含量高的问题，提供一种与固体氧化物燃料电池集成的无涡轮喷气发动机，去掉涡轮，由尾喷管作为产生动力的部件，实现气流加速从而产生推力。

为达此目的，本发明提出一种与固体氧化物燃料电池集成的无涡轮喷气发动机包括进气道、燃料输送泵、部分氧化重整器、固体氧化物燃料电池系统、飞机推进系统、空气输送通路和燃油输送通路，所述飞机推进系统包括压气机、燃烧室、直流电机、连接轴和喷管；

所述进气道设于压气机的前端上下两侧，所述直流电机通过连接轴驱动压气机，所述部分氧化重整器设于直流电机的后方，所述固体氧化物燃料电池系统、燃烧室和喷管依次连接；所述空气输送通路是空气经进气道进入经过压气机压缩后分为两部分，一部分送至部分氧化重整器，另一部分从部分氧化重整器外部流过进入固体氧化物燃料电池系统；所述燃油输送通路是燃油经燃料输送泵流经直流电机的外壁，送至部分氧化重整器与部分氧化重整器内部的空气发生重整反应。

优选地，所述进气道设于压气机前端的外周。

优选地，所述燃油输送泵位于连接轴的上方，所述直流电机在工作状态下需要冷却，燃油经燃油输送泵流经直流电机外壳使工作中的直流电机温度下降。

优选地，所述固体氧化物燃料电池系统发生电化学反应，输出直流电通过电线将电能供给直流电机。

优选地，所述固体氧化物燃料电池系统由多个电池堆组合而成，每个电池堆内的电池通过串联组合，空气与重整气进入固体氧化物燃料电池系统内被分配给每个电池，发生电化学反应产生直流电。