[发明专利]一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置

说明书

本发明属于辅助动力技术领域，具体涉及一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置,包括：液氢罐、加热器、汽化器、燃料电池、压气机；所述液氢罐输出端连接加热器输入端，液氢罐用于存储液态氢气并将液态氢气输送至加热器；所述加热器输出端连接汽化器输入端，加热器用于加热液态氢气后输送至汽化器，所述汽化器输出端连接燃料电池氢气输入端，汽化器用于将高温液态氢气汽化为气态氢气输出至燃料电池；所述压气机输出端连接燃料电池，用于压缩空气后输送至燃料电池空气输入端；燃料电池利用氧气和氢气进行电化学反应输出电能。

技术领域

本发明属于辅助动力技术领域，具体涉及一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置。

背景技术

一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置在飞机运行过程中具有重要功能：不仅燃料电池为飞机提供电能，而且辅助动力装置也持续为飞机提供电能，防止主发动机停车造成飞机电能缺失，给飞机和乘客带来安全隐患。

燃气轮机辅助动力装置与主发动机工作形式相同，利用飞机主燃料箱中的航空煤油以及大气中吸入的空气燃烧做功。燃气轮机形式辅助动力装置存在明显的缺点，即化石能源(航空煤油)的化学能必须转变为热能后才能转变为热能后才能转变为电能。这种传统方式有两个最大的弊端：一是转化效率受布雷顿循环限制，转化效率低；二是在这个过程中，同时还会产生大量的尾气和噪声。此外由于受到环境影响，燃气轮机形式辅助动力装置高空性能难以保证。现在民用飞机的辅助动力装置为传统小型涡轮轴发动机，采用航空燃油作为燃料，燃料的利用效率比较低(30％左右)，体积大，重量比较重，发电机的功重比较低。由于转化效率高，各国大力发展氢燃料电池技术。氢燃料电池不仅具有能量转换率高、清洁、噪声低，而且在不同负载(部分负载、满负载和过载)和装置规模下都可以保持较高效率。更重要的是，高温燃料电池的排气温度高，而且还有不完全氧化的氢气和一氧化碳，还有很大的余热利用价值，因此高温燃料电池可以和辅助动力装置组成混合动力循环系统，这种混合循环可以得到更高的效率，联合循环的效率能分别达到70％(燃料电池)和90％(辅助动力装置)。

发明内容

本发明的目的：提高一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置。

本发明的技术方案：采用低温液态氢燃料，先通过加热器将燃料加热到一定温度范围，然后通过汽化器将液态氢转化成氢气；一部分氢气提供给燃料电池并与辅助动力装置的压气机提供的压缩空气中的氧气通过化学反应输出电能；另一部分氢气输入辅助动力装置与压缩空气混合燃烧产生高温高压燃气，冲击涡轮做功，并通过附件机匣和发电机将机械功转化为电能，剩余尾气排出体外。

一种民用飞机机载联合燃料电池辅助动力装置，包括：液氢罐、加热器、汽化器、燃料电池、压气机；

所述液氢罐输出端连接加热器输入端，液氢罐用于存储液态氢气并将液态氢气输送至加热器；所述加热器输出端连接汽化器输入端，加热器用于加热液态氢气后输送至汽化器，所述汽化器输出端连接燃料电池氢气输入端，汽化器用于将高温液态氢气汽化为气态氢气输出至燃料电池；

所述压气机输出端连接燃料电池，用于压缩空气后输送至燃料电池空气输入端；

燃料电池利用氧气和氢气进行化学反应输出电能。

进一步，所述装置还包括：燃烧室、涡轮和起发电机；

所述汽化器输出端还连接燃烧室输入端，压气机输出端还连接燃烧室；

燃烧室将来自汽化器的气态氢气和压气机的压缩空气混合燃烧后产生高温高压燃气重启涡轮做功，涡轮通过传动轴带动起发电机发电。

进一步，所述涡轮还通过传动轴带动压气机工作。

进一步，所述还包括：第一板式回热器；

所述第一板式回热器第一输入端连接燃料电池排气端；所述液氢罐输出端还连接第一板式回热器第二输入端；