[发明专利]一种带阳极循环燃料电池燃气涡轮复合推进发电系统

说明书

一种带阳极循环燃料电池燃气涡轮复合推进发电系统，属于飞机发电与推进技术领域。本发明解决了现有的飞机从发动机主轴取力或携带小型涡轮发动机发电效率低的问题。所述低压涡轮和低压压气机同轴固接，所述高压涡轮和高压压气机同轴固接，燃料箱的出口通过燃料泵分别连通重整器的入口及燃烧室的入口，低压压气机与高压压气机连通设置，高压涡轮与低压涡轮连通设置，高压压气机的出口分别连通重整器的入口及阴极的入口，阴极的出口与燃烧室的入口连通，燃烧室的出口与高压涡轮的入口连通，重整器的出口与阳极的入口连通，阳极的入口通过分流器分别连通冷却器的入口及燃烧室的入口，冷却器的出口与重整器的入口之间通过高温泵连通。

技术领域

本发明涉及一种带阳极循环燃料电池燃气涡轮复合推进发电系统，属于飞机发电与推进技术领域。

背景技术

多电、全电飞机具有高控制性，高舒适性，是目前飞机的主流发展方向之一。由于电力系统逐步取代飞机机载机械、液压系统，以及机载设备功率逐渐增加，多电、全电飞机电功分数(Electric power fraction)逐渐加大(电功分数定义为飞机机载设备电功率与总功率之比，总功率为飞机机载设备电功率与推进功率之和)。大型商用飞机随着机型发展电功分数不断增加，部分军用无人机电功分数可高达到20％。传统飞机机载电能一般来源于燃气涡轮主轴取力或者携带一个小的涡轮发电机。现有成熟的飞机发电方式均要经过布雷顿循环再进行发电，受到卡诺循环热效率的限制，所以飞机发电效率和热效率都比较低，发电效率约为20％～40％，飞机热效率约为35％左右。在高电功分数下，较低的发电效率使得飞机耗油率增加，严重降低了飞机性能。因此，伴随着多电、全电飞机发展的趋势，飞机电功分数的不断提高，迫切需要一种高效率、低耗油率发电方式。

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有效率高(一般大于50％)、可直接使用碳氢燃料、不需要贵金属催化剂、没有液态电解质、污染物排放少、噪音低等优点，作为无人机、通勤飞机的动力系统已经被广泛研究。SOFC的排出尾气温度较高，而且含有未反应完的燃料，是较高品位的能源，可以与燃气涡轮联用提高系统总体热效率，所以燃料电池燃气涡轮混合动力循环是近年来机载高效发电循环的研究热点。美国空军在2012年研制了丙烷SOFC无人机。相比其它电池动力，它的续航时间可从2小时提高至8小时。

现有飞机发电系统一般从发动机主轴取力或携带小型涡轮发动机发电，导致效率低，无法适应高电功分数多电/全电飞机发展方向。

发明内容

本发明是为了解决现有的飞机从发动机主轴取力或携带小型涡轮发动机发电效率低的问题，进而提供了一种带阳极循环燃料电池燃气涡轮复合推进发电系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种带阳极循环燃料电池燃气涡轮复合推进发电系统，它包括燃料电池系统和飞机推进系统，其中所述物燃料电池系统包括燃料箱、燃料泵、固体氧化物燃料电池组、冷却器、高温泵及重整器，所述固体氧化物燃料电池组包括阳极、电解质及阴极，

所述飞机推进系统包括低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮及低压涡轮，其中所述低压涡轮和低压压气机同轴固接，所述高压涡轮和高压压气机同轴固接，

燃料箱的出口通过燃料泵分别连通重整器的入口及燃烧室的入口，

低压压气机与高压压气机连通设置，高压涡轮与低压涡轮连通设置，高压压气机的出口分别连通重整器的入口及阴极的入口，阴极的出口与燃烧室的入口连通，燃烧室的出口与高压涡轮的入口连通，

重整器的出口与阳极的入口连通，阳极的入口通过分流器分别连通冷却器的入口及燃烧室的入口，冷却器的出口与重整器的入口之间通过高温泵连通。

进一步地，所述重整器设置有燃料入口、空气入口、阳极尾气入口及气体出口，所述燃料箱通过燃料泵与重整器的燃料入口连通，所述冷却器通过高温泵与重整器的阳极尾气入口连通，高压压气机与重整器的空气入口连通，重整器的气体出口与阳极的入口连通。