[發明專利]多電飛行器的機載冷熱電聯產系統

無效

• 申請號: 201010197894.X
• 申請日: 2009-06-10
• 公開（公告）號: CN101844621A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 李運澤;楊群;周湘杰;王玉瑩;劉東曉;董文勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64D33/00
• 分類號: B64D33/00;B64D33/08;F25B27/02;F25B15/04
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強;張爭艷

本申請是中國專利申請第200910085983.2號的分案申請。

技術領域

本裝置涉及一種用于多電飛行器的制冷、電力的混合輔助動力發電裝置與吸收式制冷裝置聯立的機載冷熱電聯產系統。

背景技術

多電飛行器是現代飛行器技術發展的重要趨勢之一，多電飛行器用統一的電作裝置取代了傳統的液壓、氣動及機械作動裝置，使其二次能源系統的結構與布局教傳統飛行器都大為簡化，不但起到了提高飛行器的操控靈活性、可靠性的作用，而且在很大程度減少了飛行器二次能源系統的重量和飛行代償損失，在大型民航飛機及軍用飛機上都有日益廣泛的應用，如空客生產的A380、波音生產的777等大型民航客機都已采用多電飛行器方案，某些第四代作戰飛機采用的也是典型的多電飛行器方案。

在多電飛行器技術在航空領域應用不斷增多的形式下，其能源與環境控制系統卻仍存在不少值得進一步研究的關鍵問題，集中表現為飛行器上并存大量的冷、電、熱負荷需求，但卻采用典型的冷熱電分產、分供方案，從而出現一方面飛行器發電裝置有大量余熱沒有得到充分利用，造成飛行器熱管理系統的負擔大幅增加，另一方面飛行器環境控制系統使用電動空調完成制冷、供熱任務，不但熱經濟性不高，而且進一步加大了多電飛行器上的用電負荷。據文獻報道，由于用統一的電作動裝置取代了傳統的液壓、氣動及機械作動裝置，使得多電飛行器的用電需求和用電負荷遠超出傳統飛行器，目前一架多電戰斗機的用電負荷也高達125Kw，而一架305座的多電民航客機的用電負荷已高達405Kw，由于用電需求大增，為了避免聯立式發電裝置對飛機推進系統性能指標造成過大的負面影響，多數多電飛行器已因此采用獨立于飛機推進系統的發電裝置，例如，為波音777客機研發的APU(輔助動力裝置)發電裝置的發電功率已高達440Kw，可資利用的高品質發電余熱已高達300Kw以上。如不對這樣的余熱加以合理利用，會對飛行器的熱管理系統帶來巨大的負擔；由于多數用電裝置消耗掉的電負荷會在相當大程度上最終轉化為熱量，用電負荷大幅度增加還會相應大幅提高飛行器環境控制系統的冷量需求，由于目前多電飛行器的環控系統一般采用電動空調技術，無疑會進一步增加飛行器的用電需求，加上目前飛行器的電動空調一般采用的是空氣壓縮式制冷循環，這就進一步降低了多電飛行器能源與環境控制系統的熱經濟性。

航空煤油的主要成分為烷烴和烯烴的組合物，其分子式可以表示為C_mH_n(m為10-18，n為22-38)。高溫氧化物燃料電池(SOFC)與微型燃氣輪機(MGT)組成的混合APU發電裝置是以燃料(航空煤油)為能源的聯合發電裝置，它的結構主要包括七個部分：1.微型燃氣輪機；2.壓縮機(空氣壓縮機與燃料壓縮機)；3.燃燒器；4.重整器；5.發電機；6.高溫氧化物燃料電池；7.熱交換器；其工作原理為：首先，航空煤油進入燃料壓縮機后被壓縮至300-400kPa，然后經過熱交換器與透平機的廢氣進行第一次熱交換，接著被輸送至第二級的熱交換器，與燃燒室里排出的較高溫度的二級廢熱進行第二次熱交換，經過二次加熱后，被壓縮后的航空煤油進入重整器內進行重整反應。在重整器內，有一部分航空煤油發生重整，其反應式為(1)，此外水蒸氣還進行轉換反應，反應式為(2)。總的反應式可以表示為(3)。重整后的產物被輸送至SOFC的陽極。在SOFC內，未被重整的航空煤油在此進一步得到重整，最后得到可以用來利用的CO和H₂。

C_mH_n+mH₂O→mCO+(m+0.5n)H₂????????????(1)

CO+H₂O→CO₂+H₂???????????????????????(2)

C_mH_n+2mH₂O→mCO₂+(2m+0.5n)H₂?????????(3)

外部空氣經壓縮機增壓到約300-400kPa引入，也在熱交換器內進行類似的二次熱交換，然后被供至SOFC的陰極。

至此，燃料電池的陽極與陰極均有足夠的物質進行反應，從而產生電能。其中SOFC陽極上的反應式為(4)、(5)，陰極部分的反應式為(6)。