CN218447986U - 一种航空发电系统以及航空器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种航空发电系统以及航空器，所述航空发电系统包括航空发动机、电气设备、换热组件以及发电组件；所述换热组件包括换热装置和送风装置；所述发电组件包括透氧膜装置、电堆和储氢装置，所述电堆包括氢气侧入口、空气侧入口以及输出接口，所述氢气侧入口与储氢装置连通，所述空气侧入口与透氧膜装置连通，所述输出接口与电气设备电性连接；本实用新型通过将航空发动机产生的废热通过换热装置配合送风装置对空气进行加热，并达到透氧膜装置工作温度，通过透氧膜装置，将空气中的氧气进行透过，使得进入到电堆的气体为高浓度氧气，高浓度的氧气能够提高发电效率，为电气设备供电，实现了节能减排。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种航空发电系统以及航空器。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。氢燃料电池是一种电化学反应装置，由氢气和氧气分别在两个半电极内发生反应，生成水，将化学能转化为电能，同时伴随效率损失而转化为热能，发电效率高，无噪音，生成物无污染。
目前航空领域极少对氢燃料电池发电系统有研究，更未涉及高效率透氧膜装置的氢燃料电池发电系统。目前飞机电源系统主要有主电源、应急电源和二次电源组成。主电源是指由飞机发动机直接或间接传动的发电系统。由于主电源需要占用航空发动机燃烧热能和机械能，效率低、环境不友好。且航空发动机在飞机正常飞行阶段排气温度一般超过1000℃，内部的工作温度远超尾气的1000℃，但是这部分热量很多都是通过涵道或者其他的方式进行散热，这部分热量没能够利用也导致了能源的浪费。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够利用飞机发动机的废热进行发电进而满足飞机主电源要求的航空发电系统以及航空器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种航空发电系统，包括航空发动机、电气设备、换热组件以及发电组件；
所述换热组件包括换热装置和送风装置；
所述发电组件包括透氧膜装置、电堆和储氢装置，所述电堆包括氢气侧入口、空气侧入口以及输出接口，所述氢气侧入口与储氢装置连通，所述空气侧入口与透氧膜装置连通，所述输出接口与电气设备电性连接；
所述换热装置设置在航空发动机上，所述送风装置将换热装置的热量通过空气送入到透氧膜装置上，所述透氧膜装置将送来的空气进行分离获得氧气，所述氧气通过空气侧入口进行电堆。
优选地，所述航空发电系统还包括离心涡轮膨胀机和离心空压机，所述透氧膜装置、离心涡轮膨胀机、离心空压机以及空气侧入口依次连通。
优选地，所述离心涡轮膨胀机和离心空压机同轴设置。
优选地，所述透氧膜装置上还设置有加热器。
优选地，所述透氧膜装置朝向送风装置的一侧上设置有温度传感器。
优选地，所述氢气侧入口与储氢装置通过减压阀连通。
优选地，所述电堆还包括尾排，所述尾排与外界连通。
优选地，所述透氧膜装置包括空气入口、废气出口与氧气出口，所述空气入口与送风装置连通，所述废气出口与外界连通，所述氧气出口与空气侧入口连通。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：
一种航空器，包括上述的航空发电系统。
本实用新型的有益效果在于：通过将航空发动机产生的废热通过换热装置配合送风装置对空气进行加热，并达到透氧膜装置工作温度(700℃左右，目前最低可以到600℃)，通过透氧膜装置，将空气中的氧气进行透过，使得进入到电堆的气体为高浓度氧气，高浓度的氧气能够提高发电效率，为电气设备供电，实现了节能减排。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的一种航空发电系统的系统框图；
标号说明：1、航空发动机；2、换热装置；3、送风装置；4、温度传感器；5、加热器；6、透氧膜装置；7、离心涡轮膨胀机；8、离心空压机；9、电堆；10、储氢装置；11、减压阀；12、电气设备；13、尾排。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种航空发电系统，包括航空发动机1、电气设备12、换热组件以及发电组件；
所述换热组件包括换热装置2和送风装置3；
所述发电组件包括透氧膜装置6、电堆9和储氢装置10，所述电堆9包括氢气侧入口、空气侧入口以及输出接口，所述氢气侧入口与储氢装置10连通，所述空气侧入口与透氧膜装置6连通，所述输出接口与电气设备12电性连接；
所述换热装置2设置在航空发动机1上，所述送风装置3将换热装置2的热量通过空气送入到透氧膜装置6上，所述透氧膜装置6将送来的空气进行分离获得氧气，所述氧气通过空气侧入口进行电堆9。
从上述描述可知，通过将航空发动机1产生的废热通过换热装置2配合送风装置3对空气进行加热，并送到透氧膜装置6工作温度(700℃左右，目前最低可以到600℃)，通过透氧膜装置6，将空气中的氧气进行透过，使得进入到电堆9的气体为高浓度氧气，高浓度的氧气能够提高发电效率，为电气设备12供电，实现了节能减排。
进一步的，所述航空发电系统还包括离心涡轮膨胀机7和离心空压机8，所述透氧膜装置6、离心涡轮膨胀机7、离心空压机8以及空气侧入口依次连通。
从上述描述可知，通过增设离心涡轮膨胀机7和离心空压机8，能够对透氧膜装置6分离出的氧气进行降温和压缩，保证电堆9不会被高温损伤，并且更高浓度的氧气能够进一步提升发电效率。
进一步的，所述离心涡轮膨胀机7和离心空压机8同轴设置。
从上述描述可知，通过离心涡轮膨胀机7和离心空压机8同轴设置，能够实现离心涡轮膨胀机7带动离心空压机8转动，将高温的氧气进行降温降压，这部分的能量转化为机械能，对降温降压后的氧气进行压缩，实现能量的进一步利用。
进一步的，所述透氧膜装置6上还设置有加热器5。
从上述描述可知，通过加热器5的设置，能够在冷启动的时候进行使用，或者温度达不到要求的时候使用。
进一步的，所述透氧膜装置6朝向送风装置3的一侧上设置有温度传感器4。
从上述描述可知，通过温度传感器4的设置，能够对温度进行检测，如果送入的空气温度不够，可以控制加热器5工作进行加热，实现透氧膜装置6在最合适的工作温度下进行工作透氧。
进一步的，所述氢气侧入口与储氢装置10通过减压阀11连通。
进一步的，所述电堆9还包括尾排13，所述尾排13与外界连通。
进一步的，所述透氧膜装置6包括空气入口、废气出口与氧气出口，所述空气入口与送风装置3连通，所述废气出口与外界连通，所述氧气出口与空气侧入口连通。
一种航空器，包括发电机仓以及上述的航空发电系统；所述发电组件设置在发电机仓内，所述送风装置通过管道将换热装置的热量送入到发电机仓的透氧膜装置上。
实施例一
一种航空发电系统，包括航空发动机、电气设备、换热组件以及发电组件；
所述换热组件包括换热装置和送风装置；所述送风装置为耐高温风机；
所述发电组件包括透氧膜装置、电堆和储氢装置，所述电堆包括氢气侧入口、空气侧入口以及输出接口，所述氢气侧入口与储氢装置连通，所述空气侧入口与透氧膜装置连通，所述输出接口与电气设备电性连接；所述储氢装置为储氢罐；
所述换热装置设置在航空发动机上，所述送风装置将换热装置的热量通过空气送入到透氧膜装置上，所述透氧膜装置将送来的空气进行分离获得氧气，所述氧气通过空气侧入口进行电堆。
所述航空发电系统还包括离心涡轮膨胀机和离心空压机，所述透氧膜装置、离心涡轮膨胀机、离心空压机以及空气侧入口依次连通。
所述离心涡轮膨胀机和离心空压机同轴设置。
所述透氧膜装置上还设置有加热器。所述加热器为PTC加热器；
所述透氧膜装置朝向送风装置的一侧上设置有温度传感器。
所述氢气侧入口与储氢装置通过减压阀连通。
所述电堆还包括尾排，所述尾排与外界连通。
所述透氧膜装置包括空气入口、废气出口、氧气出口和设置在其中的透氧膜，所述空气入口与送风装置连通，所述废气出口与外界连通，所述氧气出口与空气侧入口连通。
所述透氧膜为钡钙钛矿材质的透氧膜，含有钡钙钛矿材质的透氧膜原理为高温富氧条件下，含钡(Ba)材料表面析出的BaO/BaO2纳米粒子对氧活化具有超高的活性，是氧交换反应的活性位点，因此含Ba钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义。本申请的透氧膜装置也可以是其他种类的透氧膜装置或采用其他种类的透氧膜。
实施例二
一种航空器，包括发电机仓以及实施例一所述的航空发电系统；所述发电组件设置在发电机仓内，所述送风装置通过管道将换热装置的热量送入到发电机仓的透氧膜装置上。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种航空发电系统，其特征在于，包括航空发动机、电气设备、换热组件以及发电组件；
所述换热组件包括换热装置和送风装置；
所述发电组件包括透氧膜装置、电堆和储氢装置，所述电堆包括氢气侧入口、空气侧入口以及输出接口，所述氢气侧入口与储氢装置连通，所述空气侧入口与透氧膜装置连通，所述输出接口与电气设备电性连接；
所述换热装置设置在航空发动机上，所述送风装置将换热装置的热量通过空气送入到透氧膜装置上，所述透氧膜装置将送来的空气进行分离获得氧气，所述氧气通过空气侧入口进行电堆。
2.根据权利要求1所述的航空发电系统，其特征在于，所述航空发电系统还包括离心涡轮膨胀机和离心空压机，所述透氧膜装置、离心涡轮膨胀机、离心空压机以及空气侧入口依次连通。
3.根据权利要求2所述的航空发电系统，其特征在于，所述离心涡轮膨胀机和离心空压机同轴设置。
4.根据权利要求1所述的航空发电系统，其特征在于，所述透氧膜装置上还设置有加热器。
5.根据权利要求4所述的航空发电系统，其特征在于，所述透氧膜装置朝向送风装置的一侧上设置有温度传感器。
6.根据权利要求1所述的航空发电系统，其特征在于，所述氢气侧入口与储氢装置通过减压阀连通。
7.根据权利要求1所述的航空发电系统，其特征在于，所述电堆还包括尾排，所述尾排与外界连通。
8.根据权利要求1所述的航空发电系统，其特征在于，所述透氧膜装置包括空气入口、废气出口与氧气出口，所述空气入口与送风装置连通，所述废气出口与外界连通，所述氧气出口与空气侧入口连通。
9.一种航空器，其特征在于，包括发电机仓以及权利要求1-7任意一项所述的航空发电系统；所述发电组件设置在发电机仓内，所述送风装置通过管道将换热装置的热量送入到发电机仓的透氧膜装置上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202222095824.4U CN218447986U (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种航空发电系统以及航空器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN218447986U true CN218447986U (zh) | 2023-02-03 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202222095824.4U Active CN218447986U (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种航空发电系统以及航空器 |
Country Status (1)
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2022
- 2022-08-10 CN CN202222095824.4U patent/CN218447986U/zh active Active
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