專利名稱：多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(dòng)力發(fā)電裝置與吸收式 制冷裝置聯(lián)立的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多電飛行器是現(xiàn)代飛行器技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，多電飛行器用統(tǒng)一的電作裝置取代了傳統(tǒng)的液壓、氣動(dòng)及機(jī)械作動(dòng)裝置，使其二次能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布局教傳統(tǒng)飛行 器都大為簡(jiǎn)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(tǒng)的重量和飛行代償損失，在大型民航飛機(jī)及軍用飛機(jī)上都有日益廣 泛的應(yīng)用，如空客生產(chǎn)的A380、波音生產(chǎn)的777等大型民航客機(jī)都已采用多電飛行器方案， 某些第四代作戰(zhàn)飛機(jī)采用的也是典型的多電飛行器方案。在多電飛行器技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用不斷增多的形式下，其能源與環(huán)境控制系統(tǒng)卻 仍存在不少值得進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問題，集中表現(xiàn)為飛行器上并存大量的冷、電、熱負(fù)荷需 求，但卻采用典型的冷熱電分產(chǎn)、分供方案，從而出現(xiàn)一方面飛行器發(fā)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(tǒng)的負(fù)擔(dān)大幅增加，另一方面飛行器環(huán)境控制系統(tǒng) 使用電動(dòng)空調(diào)完成制冷、供熱任務(wù)，不但熱經(jīng)濟(jì)性不高，而且進(jìn)一步加大了多電飛行器上 的用電負(fù)荷。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，由于用統(tǒng)一的電作動(dòng)裝置取代了傳統(tǒng)的液壓、氣動(dòng)及機(jī)械作動(dòng) 裝置，使得多電飛行器的用電需求和用電負(fù)荷遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)飛行器，目前一架多電戰(zhàn)斗機(jī)的 用電負(fù)荷也高達(dá)125Kw，而一架305座的多電民航客機(jī)的用電負(fù)荷已高達(dá)405Kw，由于用 電需求大增，為了避免聯(lián)立式發(fā)電裝置對(duì)飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)性能指標(biāo)造成過大的負(fù)面影響，多 數(shù)多電飛行器已因此采用獨(dú)立于飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)電裝置，例如，為波音777客機(jī)研發(fā)的 APU(輔助動(dòng)力裝置)發(fā)電裝置的發(fā)電功率已高達(dá)440Kw，可資利用的高品質(zhì)發(fā)電余熱已高 達(dá)300Kw以上。如不對(duì)這樣的余熱加以合理利用，會(huì)對(duì)飛行器的熱管理系統(tǒng)帶來巨大的負(fù) 擔(dān)；由于多數(shù)用電裝置消耗掉的電負(fù)荷會(huì)在相當(dāng)大程度上最終轉(zhuǎn)化為熱量，用電負(fù)荷大幅 度增加還會(huì)相應(yīng)大幅提高飛行器環(huán)境控制系統(tǒng)的冷量需求，由于目前多電飛行器的環(huán)控系 統(tǒng)一般采用電動(dòng)空調(diào)技術(shù)，無疑會(huì)進(jìn)一步增加飛行器的用電需求，加上目前飛行器的電動(dòng) 空調(diào)一般采用的是空氣壓縮式制冷循環(huán)，這就進(jìn)一步降低了多電飛行器能源與環(huán)境控制系 統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)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CmHn(m為 10-18，η為22-38)。高溫氧化物燃料電池(SOFC)與微型燃?xì)廨啓C(jī)(MGT)組成的混合APU發(fā) 電裝置是以燃料(航空煤油)為能源的聯(lián)合發(fā)電裝置，它的結(jié)構(gòu)主要包括七個(gè)部分1.微 型燃?xì)廨啓C(jī)；2.壓縮機(jī)(空氣壓縮機(jī)與燃料壓縮機(jī))；3.燃燒器；4.重整器；5.發(fā)電機(jī)； 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(jìn)入燃料壓縮機(jī)后被 壓縮至300-400kPa，然后經(jīng)過熱交換器與透平機(jī)的廢氣進(jìn)行第一次熱交換，接著被輸送至第二級(jí)的熱交換器，與燃燒室里排出的較高溫度的二級(jí)廢熱進(jìn)行第二次熱交換，經(jīng)過二次加熱后，被壓縮后的航空煤油進(jìn)入重整器內(nèi)進(jìn)行重整反應(yīng)。在重整器內(nèi)，有一部分航空煤油 發(fā)生重整，其反應(yīng)式為(1)，此外水蒸氣還進(jìn)行轉(zhuǎn)換反應(yīng)，反應(yīng)式為(2)?？偟姆磻?yīng)式可以表 示為(3)。重整后的產(chǎn)物被輸送至SOFC的陽極。在SOFC內(nèi)，未被重整的航空煤油在此進(jìn)一 步得到重整，最后得到可以用來利用的CO和H2。CmHn+mH20 — mCO+ (m+0. 5n) H2(1)C0+H20 — C02+H2(2)CmHn+2mH20 — mC02+ (2m+0. 5n) H2(3)外部空氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓到約300_400kPa引入，也在熱交換器內(nèi)進(jìn)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(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能。其中SOFC 陽極上的反應(yīng)式為(4)、(5)，陰極部分的反應(yīng)式為(6)。H2+02_ ^ H20+2e"(4)C0+02-— C02+2e-(5)
2 2 (6)為了充分利用燃料，分別用一個(gè)功率大小為IOKw左右的環(huán)流風(fēng)機(jī)將陽極未充分 反應(yīng)的航空煤油、CO和H2,以及陰極排放物再輸送至相對(duì)應(yīng)的SOFC的陽極與陰極，再次進(jìn) 行反應(yīng)。同時(shí)，可以將充分利用后的陽極排放物與陰極排放物在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒式為 (7)、(8)、(9)、(10)，燃燒后可以將溫度提升到1000°C以上，可以先加熱重整器，以便重整 器內(nèi)的重整反應(yīng)能進(jìn)行充分，廢熱通過熱交換器進(jìn)一步被利用，被利用后的廢熱(700°C左 右)足以滿足燃?xì)廨啓C(jī)的需要。熱和壓差驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)無需要額外的燃料就發(fā)出更多的電 能，其廢熱在預(yù)熱壓縮機(jī)出口的空氣后還可用于加熱進(jìn)入重整器的燃料。燃燒器中的燃燒 反應(yīng)CmHn+0. 5m02 — mCO+O. 5nH2(7)CmHn+0. 5mH20+0 . 2 502 — mCO+ (0. 5m+0. 5n) H2(8)2H2+02 — 3H20(9)C0+0.502 —CO2(10)透平機(jī)排出的廢氣經(jīng)兩次熱交換后，溫度降低至270 V左右。此部分廢熱被排入大 氣中，造成能源的浪費(fèi)。氨水吸收式制冷裝置主要包括發(fā)生器、冷凝發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液 泵、熱交換器、兩個(gè)節(jié)流閥(包括一個(gè)膨脹閥和一個(gè)減壓閥)以及儲(chǔ)氨器。它的工作原理如 下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W1的fkg濃氨水溶液進(jìn)入發(fā)生器，在發(fā)生器內(nèi)通過熱交換器被微型燃?xì)廨?機(jī)排出的廢熱加熱；吸收熱量后產(chǎn)生Rkg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W3的氨氣，壓力為ph，其中含有較多的 水分。這些較濃的氨氣進(jìn)入冷凝發(fā)生器中，重新發(fā)生形成Ikg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W5的濃氨氣，壓力 變?yōu)镻a，剩余的(R-I) kg比較濃的氨水溶液直接進(jìn)入儲(chǔ)氨器中。從冷凝發(fā)生器出來的幾乎是 純氨的蒸汽進(jìn)入冷凝器，在等壓、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下冷凝成液體。液氨經(jīng)過膨脹閥，壓力下 降到蒸發(fā)壓力P1后進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，液氨吸收物體的熱量而氣化，進(jìn)入吸收器內(nèi)。另一方面，從發(fā)生器底部排出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Wa的(f-R)kg稀溶液，在溶液熱交換器內(nèi)溫度 下降，經(jīng)過減壓閥壓力下降到P1 ；進(jìn)入吸收器，吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的Ikg氨氣，形成(f-R+1) kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W9的濃溶液，吸收過程產(chǎn)生的熱量被冷卻水帶走。吸收器內(nèi)的濃溶液經(jīng)溶液 屏蔽泵后壓力提高；再經(jīng)溶液熱交換器加熱，溫度升高，進(jìn)入儲(chǔ)氨器S中，與從冷凝發(fā)生器 出來的(R-I) kg濃溶液混合，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W1的fkg濃溶液，最后進(jìn)入發(fā)生器，循環(huán)重復(fù) 進(jìn)行。
在此氨水吸收式制冷裝置中，用冷凝發(fā)生器來代替了傳統(tǒng)的精餾塔，這主要是因 為精餾塔的安裝工藝要求比較高，整個(gè)塔體與豎直面間的夾角要求在3° -5°，因而不能 用在飛行器的制冷系統(tǒng)循環(huán)中。冷凝發(fā)生器采用的是升膜理論，根據(jù)升膜理論，具有特殊表 面刻槽的水平橫管外壁下緣與液體水平表面相切或微微浸入液體，只要液體在管壁達(dá)到適 當(dāng)?shù)恼舭l(fā)溫度，液體在濕潤(rùn)力作用下，沿管外壁向上運(yùn)動(dòng)形成覆蓋全管壁的升膜并且蒸發(fā)。 由于沿管壁周向存在溫度梯度；在管壁周向各處的潤(rùn)濕作用不同，從而隨著蒸發(fā)持續(xù)形成 穩(wěn)定的升膜。具體的循環(huán)過程為從發(fā)生器產(chǎn)生的R kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W3的氨氣進(jìn)入螺旋管， 這些氨氣的焓值比較大，并且其中含有較多的水分。螺旋管為一盲管，氨氣只能從管壁下面 的小孔排出。這些氨氣經(jīng)過熱管的冷卻及小孔的節(jié)流作用，冷凝成液體，聚集在螺旋槽管 的底部，使得螺旋管的螺紋部分微浸在濃氨水中，如上所述的升膜現(xiàn)象。當(dāng)液體遇到熱的管 壁，在管壁的表面形成均勻的升膜，并迅速蒸發(fā)，形成二次發(fā)生。這樣所產(chǎn)生的氨氣的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)接近于1，從出口排出，經(jīng)冷凝器后再節(jié)流直接進(jìn)入蒸發(fā)器。發(fā)生剩余的稀溶液從稀溶 液出口排出，直接進(jìn)入儲(chǔ)氨器中。上述的混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置要得到冷、熱和電都必須消耗能 源，而現(xiàn)在全球面臨的問題恰恰是能源緊缺，油價(jià)上漲。因此，有必要對(duì)現(xiàn)行的多電飛行器 上的能源裝置以及電力空調(diào)系統(tǒng)做一些改進(jìn)措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置聯(lián)立的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn) 系統(tǒng)，能夠更加充分、有效地利用能源，一方面可以達(dá)到多電飛行器400kw-500kw的功率要 求，另一方面又能夠達(dá)到節(jié)電、節(jié)能的要求。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征 在于包括高溫氧化物燃料電池，用于產(chǎn)生電能；微型燃?xì)廨啓C(jī)，用于利用所述高溫氧化物燃料電池的余熱廢氣提供動(dòng)力；氨水吸收式制冷裝置，用于利用所述微型燃?xì)廨啓C(jī)的余熱進(jìn)行制冷，其中所述氨水吸收式制冷裝置包括一個(gè)儲(chǔ)氨器，一個(gè)發(fā)生器，其接收來自所述儲(chǔ)氨器的氨水溶液，一個(gè)第一熱交換器，用于使所述發(fā)生器與所述高溫氧化物燃料電池的所述余熱廢 氣進(jìn)行熱交換，從而對(duì)所述發(fā)生器中的氨水溶液進(jìn)行加熱，一個(gè)冷凝發(fā)生器，用于接收來自所述發(fā)生器的所述氨水溶液，設(shè)置在所述第一熱交換器下游的一個(gè)第二熱交換器，用于使所述冷凝發(fā)生器與所述余熱廢氣進(jìn)行熱交換，以加熱冷凝發(fā)生器，從而產(chǎn)生氨氣，一個(gè)冷凝器，用于接收來自所述冷凝發(fā)生器的所述氨氣，并產(chǎn)生液氨，一個(gè)膨脹閥，用于使來自所述冷凝器的所述液氨變成壓強(qiáng)為蒸發(fā)壓強(qiáng)的 液氨，一個(gè)蒸發(fā)器，用于通過所述膨脹閥從所述冷凝器得到壓強(qiáng)為蒸發(fā)壓強(qiáng)的液氨，并 通過一個(gè)水冷環(huán)吸收所述飛行器上的航空電子設(shè)備的發(fā)出的熱量，達(dá)到制冷的目的，—個(gè)水/氣體熱交換器，用于通過一個(gè)水熱環(huán)閉合回路與所述冷凝器進(jìn)行熱交 換，從而使所述冷凝器對(duì)來自所述第二熱交換器的所述余熱廢氣降溫，且所述多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)壓縮機(jī)，用于對(duì)從所述第二熱交換器流向所述水/氣體熱交換器的所述余熱 廢氣加壓，并作為一動(dòng)力裝置，用于余熱廢氣的引入，一個(gè)冷卻渦輪，用于冷卻流經(jīng)所述水/氣體熱交換器的所述余熱廢氣，從而可以 用來冷卻所述飛行器的航空電子設(shè)備。


圖1為本冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程圖。圖2為S0FC/MGT的混合APU發(fā)電裝置的循環(huán)結(jié)構(gòu)圖。圖3為氨水吸收式制冷裝置的流程圖。圖4為冷凝發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采取了一種混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置聯(lián)立的機(jī)載冷熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，所述的混合APU發(fā)電裝置包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)(空氣壓縮機(jī)與燃料壓縮 機(jī))、燃燒器、重整器、發(fā)電機(jī)、高溫氧化物燃料電池、熱交換器、環(huán)流風(fēng)機(jī)。所述的空氣壓縮 機(jī)和燃料壓縮機(jī)是用來對(duì)空氣與燃料進(jìn)行300kpa-400kpa后引入燃料電池系統(tǒng)的，所述的 重整器是用來對(duì)燃料(航空煤油)進(jìn)行重整的，以便得到富氫氣體的，其內(nèi)部進(jìn)行的重整 反應(yīng)式為(1)、(2)、(3)。所述的高溫氧化物燃料電池是用來進(jìn)行發(fā)電，其陽極上的反應(yīng)式 為(4)、(5)，陰極部分的反應(yīng)式為(6)；而環(huán)流風(fēng)機(jī)的使用則是充分提高燃料電池兩極氣體 的利用率。所述的燃燒器是將陽極排放物和陰極排放物進(jìn)行燃燒，以便將氣體溫度提高至 1000°C以上，其內(nèi)部燃燒的反應(yīng)式為(7)、(8)、(9)、(10)。所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)主要來利 用經(jīng)過兩次熱交換后的高溫氣體，一來可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，二來還可以通過發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電 能；所述的氨水吸收式制冷裝置包括發(fā)生器、冷凝發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、 溶液泵、熱交換器、兩個(gè)節(jié)流閥(包括一個(gè)膨脹閥和一個(gè)減壓閥)、儲(chǔ)氨器、壓縮機(jī)、水/氣體 熱交換器、冷卻渦輪、水分離器。所述的發(fā)生器是用來加熱濃氨水溶液，產(chǎn)生較濃的氨氣。如圖4所示，冷凝發(fā)生器 305 (圖3)內(nèi)有節(jié)流孔401、熱管402、入口 403、出口 404、稀溶液出口 405以及螺旋管406， 氨氣在冷凝發(fā)生器內(nèi)經(jīng)過熱管的冷卻及小孔的節(jié)流作用，冷凝成液體，聚集在螺旋槽管的 底部，使得螺旋管的螺紋部分微浸在濃氨水中，當(dāng)液體遇到熱的管壁，在管壁的表面形成均 勻的升膜，并迅速蒸發(fā)，形成二次發(fā)生。這樣所產(chǎn)生的氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于1，從出口排出，經(jīng)冷凝器后再節(jié)流直接進(jìn)入蒸發(fā)器，發(fā)生剩余的稀溶液從稀溶液出口排出，直接進(jìn)入儲(chǔ) 氨器中。冷凝發(fā)生器采用的是升膜理論，根據(jù)升膜理論，具有特殊表面刻槽的水平橫管外壁 下緣與液體水平表面相切或微微浸入液體，只要液體在管壁達(dá)到適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)溫度，液體在 濕潤(rùn)力作用下，沿管外壁向上運(yùn)動(dòng)形成覆蓋全管壁的升膜并且蒸發(fā)。由于沿管壁周向存在 溫度梯度；在管壁周向各處的潤(rùn)濕作用不同，從而隨著蒸發(fā)持續(xù)形成穩(wěn)定的升膜。所述的冷凝器采用的冷卻工況為水冷，主要是在等壓、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下將從冷 凝發(fā)生器出來的幾乎是純氨的蒸汽冷凝成液體；所述的膨脹閥作用是將流入蒸發(fā)器的液氨 的壓力下降到蒸發(fā)壓力，以便液氨能夠吸收足量多的熱量；所述的蒸發(fā)器，在其內(nèi)，液氨吸 收外部的冷水的熱量而氣化，而冷水則可以用來冷卻航空電子設(shè)備。所述的吸收器內(nèi)，由發(fā) 生器底部排出的稀氨水溶液經(jīng)熱交換器和減壓閥后吸收來自蒸發(fā)器的氨氣，從而形成濃溶 液，吸收過程產(chǎn)生的熱量被外部冷卻水帶走。所述的溶液泵為溶液屏蔽泵，主要是來提高濃 氨水溶液的壓力；所述的減壓閥是降低流入吸收器的稀氨水溶液的壓力；所述的熱交換器 為溶液熱交換器，降低即將流入吸收器的稀氨水溶液溫度，提高即將流入儲(chǔ)氨器的濃氨水 溶液的溫度。所述的儲(chǔ)氨器用來儲(chǔ)存氨水溶液，便于整個(gè)循環(huán)的重復(fù)進(jìn)行。所述的壓縮機(jī)是 用來對(duì)經(jīng)過二次熱交換的氣體進(jìn)行壓縮的，其次作為一動(dòng)力裝置，也用于余熱廢氣的引入。 所述的冷卻渦輪是用于冷卻流經(jīng)水/氣體熱交換器的所述余熱廢氣，從而可以用來冷卻所 述飛行器的航空電子設(shè)備。所述的水/氣體熱交換器則是交換水與氣體的熱量，可以使水 熱環(huán)中到水的溫度減低，而溫度升高的氣體則會(huì)被冷卻渦輪再度冷卻后進(jìn)入水分離器，所 述的水分離器的作用是除去壓縮氣體中的水分。所述的混合APU發(fā)電裝置通過熱交換器與所述的氨水吸收式制冷裝置的發(fā)生器 的換熱管相連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括 (1)本系統(tǒng)由于采用以上設(shè)計(jì)方案，混合APU發(fā)電裝置中微型燃?xì)廨啓C(jī)排出的高 品質(zhì)余熱被用于氨水吸收式制冷裝置制冷，使能源按“先功后熱”的順序利用，使混合APU 發(fā)電裝置和氨水吸收式制冷裝置聯(lián)立，對(duì)燃料的利用率達(dá)到理想的要求。本發(fā)明采用重整 后的航空煤油與外部空氣在高溫氧化物燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能，并利用在 燃料電池內(nèi)未反應(yīng)的排放物在燃燒器內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高品位熱能在微型燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)做功，用 其高品質(zhì)余熱做為氨水吸收式制冷機(jī)的制冷供熱熱管的機(jī)載的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。其等效發(fā) 電所消耗的航空煤油比混合APU發(fā)電裝置與空氣壓縮式制冷聯(lián)立的系統(tǒng)要低得多；(2)混合APU發(fā)電裝置中微型燃?xì)廨啓C(jī)排出的余熱廢氣得到了充分利用，一方面 能夠?yàn)榘彼帐街评溲b置提供熱量，另一方面也可以經(jīng)過一系列的降溫、壓縮、除濕等處 理后用來冷卻飛行器的航空電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化；(3)氨水吸收式制冷裝置首次在多電飛行器上的使用，充分利用了混合APU發(fā)電 裝置產(chǎn)生的高品質(zhì)余熱，避免了這部分熱量的損失，實(shí)現(xiàn)了燃料的合理利用。以下進(jìn)一步結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1所示意顯示的本發(fā)明的實(shí)施例為高溫氧化物燃料電池(SOFC) 101/微型燃 氣輪機(jī)(MGT) 102的混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置103聯(lián)立的系統(tǒng)，包括S0FC/ MGT的混合APU發(fā)電裝置101、102和氨水吸收式制冷裝置103。燃料(航空煤油)經(jīng)過預(yù) 加熱后被送至SOFC 101的陽極部分，與輸送至陰極的被壓縮的空氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能。同時(shí)，SOFC 101產(chǎn)生的余熱又被送至微型燃?xì)廨啓C(jī)(MGT) 102內(nèi)，從而再重新利用，微型燃?xì)廨啓C(jī)102分別通過普通的軸與空氣壓縮機(jī)以及發(fā)電機(jī)相連，這樣，微型燃?xì)廨?機(jī)102可以為空氣壓縮機(jī)提供動(dòng)力，又可以通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一部分電能。微型燃?xì)廨啓C(jī)102 排出的高品質(zhì)余熱作為下級(jí)氨水吸收式制冷裝置103的驅(qū)動(dòng)熱源，從而被再次使用，最后， 氨水吸收式制冷裝置103排出的廢氣、廢熱再輸送至熱管理系統(tǒng)進(jìn)行處理(如排出機(jī)外)。圖2示意顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的S0FC/MGT混合APU發(fā)電裝置配置， 其包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、空氣壓縮機(jī)、燃料壓縮機(jī)、燃燒器、重整器、發(fā)電機(jī)、高溫氧化物燃料 電池、熱交換器、環(huán)流風(fēng)機(jī)；燃料壓縮機(jī)211至SOFC陽極203間，有兩級(jí)熱交換器208、209 相聯(lián)結(jié)，分別利用MGT排出的廢熱與燃燒室201產(chǎn)生的高溫?zé)釟鈦硖岣哌M(jìn)入SOFC陽極203 的航空煤油的溫度，以達(dá)到SOFC所要求的反應(yīng)溫度；重整器206與燃燒室201的高溫?zé)釟?的出口相連，可以增大重整反應(yīng)的速率，充分提高航空煤油的重整率；SOFC的陽極203與陰 極204的出口分別通過環(huán)流風(fēng)機(jī)202與其相應(yīng)的入口相連接，可以充分提高燃料的利用率； 燃?xì)廨啓C(jī)102分別通過軸與燃料壓縮機(jī)211、空氣壓縮機(jī)210以及發(fā)電機(jī)213相連，這樣既 可以為壓縮機(jī)210、211提供機(jī)械能，又能產(chǎn)生一定的電能；燃?xì)廨啓C(jī)102廢熱的出口通過熱 交換器209與氨水吸收式制冷裝置的發(fā)生器相連接。圖3示意顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的氨水吸收式制冷裝置的配置，其 中發(fā)生器302、冷凝發(fā)生器305、冷凝器308、蒸發(fā)器314、吸收器317、溶液泵319、熱交換器 304、301、320、膨脹閥313、減壓閥318、儲(chǔ)氨器303、壓縮機(jī)306、水/氣體熱交換器307、冷卻 渦輪310、水分離器311等。發(fā)生器302分別與熱交換器301、吸收器317、冷凝發(fā)生器305以及儲(chǔ)氨器303相 連。發(fā)生器302利用儲(chǔ)氨器303提供的氨水溶液做為制冷劑，通過從熱交換器301所得的 熱量對(duì)氨水溶液進(jìn)行加熱，同時(shí)向冷凝發(fā)生器305和吸收器317分別提供氨水溶液和氨氣。冷凝發(fā)生器305分別與熱交換器304、冷凝器308和儲(chǔ)氨器303相連，用于利用從 熱交換器304獲得的熱量來加熱冷凝發(fā)生器305的螺旋管壁406 (圖4)，從而產(chǎn)生純氨氣， 并把氨氣輸入冷凝器308中，同時(shí)向儲(chǔ)氨器303中輸送發(fā)生所剩余的稀氨水溶液。冷凝器308與水/氣體熱交換器307構(gòu)成一個(gè)水熱環(huán)閉合回路，從而可以通過冷 卻水對(duì)冷凝器308進(jìn)行冷卻。壓縮機(jī)306分別與熱交換器304和水/氣體熱交換器307相 連，一方面對(duì)來自熱交換器304的余熱廢氣進(jìn)行壓縮，另一方面向水/氣體熱交換器307提 供壓縮后的低溫氣體。水/氣體熱交換器307與冷卻渦輪310和壓縮機(jī)306相連，從而可 以冷卻一部分航空電子設(shè)備。蒸發(fā)器314通過膨脹閥313與冷凝器308相連，并通過冷水循環(huán)與機(jī)載電子設(shè)備 進(jìn)行熱交換，從而既從冷凝器308得到了壓強(qiáng)為蒸發(fā)壓強(qiáng)的液氨，液氨在蒸發(fā)器314中蒸發(fā) 吸熱，從而可以達(dá)到冷卻機(jī)載電子設(shè)備的目的。吸收器317通過減壓閥318和溶液熱交換器320相連，并與發(fā)生器302相連，可以 獲得來自發(fā)生器302的低壓強(qiáng)、低溫度的稀氨水溶液；吸收器317還通過溶液泵319和溶液 熱交換器320而與儲(chǔ)氨器303相連，從而可以為儲(chǔ)氨器303提供高壓高溫的濃氨水溶液；通 過吸收器317的冷卻水循環(huán)將吸收器317中的反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量帶走。冷卻水循環(huán)由一個(gè) 泵316驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的S0FC/MGT的混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置聯(lián)立的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其中的氨水吸收式制冷裝置可以用微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高品質(zhì)余熱為發(fā)生器提供 熱源。因此本設(shè)計(jì)的SOFC/MGT的混合APU發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置聯(lián)立的冷熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以充分利用微型燃?xì)廨啓C(jī)的余熱，達(dá)到節(jié)約能 源的目的 。
權(quán)利要求
多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于包括高溫氧化物燃料電池(101)，用于產(chǎn)生電能；微型燃?xì)廨啓C(jī)(102)，用于利用所述高溫氧化物燃料電池(101)的余熱廢氣提供動(dòng)力；氨水吸收式制冷裝置(103)，用于利用所述微型燃?xì)廨啓C(jī)(102)的余熱進(jìn)行制冷，其中所述氨水吸收式制冷裝置(103)包括一個(gè)儲(chǔ)氨器(303)，一個(gè)發(fā)生器(302)，其接收來自所述儲(chǔ)氨器(303)的氨水溶液，一個(gè)第一熱交換器(301)，用于使所述發(fā)生器(302)與所述高溫氧化物燃料電池(101)的所述余熱廢氣進(jìn)行熱交換，從而對(duì)所述發(fā)生器(302)中的氨水溶液進(jìn)行加熱，一個(gè)冷凝發(fā)生器(305)，用于接收來自所述發(fā)生器(302)的所述氨水溶液，設(shè)置在所述第一熱交換器(301)下游的一個(gè)第二熱交換器(304)，用于使所述冷凝發(fā)生器(305)與所述余熱廢氣進(jìn)行熱交換，以加熱冷凝發(fā)生器(305)，從而產(chǎn)生氨氣，一個(gè)冷凝器(308)，用于接收來自所述冷凝發(fā)生器(305)的所述氨氣，并產(chǎn)生液氨，一個(gè)膨脹閥(313)，用于使來自所述冷凝器(308)的所述液氨變成壓強(qiáng)為蒸發(fā)壓強(qiáng)的液氨，一個(gè)蒸發(fā)器(314)，用于通過所述膨脹閥(313)從所述冷凝器(308)得到壓強(qiáng)為蒸發(fā)壓強(qiáng)的液氨，并通過一個(gè)水冷環(huán)吸收所述飛行器上的航空電子設(shè)備(312)的發(fā)出的熱量，達(dá)到制冷的目的，一個(gè)水/氣體熱交換器(307)，用于通過一個(gè)水熱環(huán)閉合回路與所述冷凝器(308)進(jìn)行熱交換，從而使所述冷凝器(308)對(duì)來自所述第二熱交換器(304)的所述余熱廢氣降溫，且所述多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)壓縮機(jī)(306)，用于對(duì)從所述第二熱交換器(304)流向所述水/氣體熱交換器(307)的所述余熱廢氣加壓，并作為一動(dòng)力裝置，用于余熱廢氣的引入，一個(gè)冷卻渦輪(310)，用于冷卻流經(jīng)所述水/氣體熱交換器(307)的所述余熱廢氣，從而可以用來冷卻所述飛行器的航空電子設(shè)備(312)。
2.如權(quán)利要求1所述的多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于所述氨水吸收 式制冷裝置(103)進(jìn)一步包括一個(gè)水分離器(311)，其中在所述水/氣體熱交換器(307)中被降溫后的所述余熱廢氣被送到所述微型燃?xì)?輪機(jī)(102)，所述余熱廢氣經(jīng)所述微型燃?xì)廨啓C(jī)(102)冷卻和所述水分離器(311)的除濕處 理后被用來對(duì)所述飛行器的航空電子設(shè)備(312)進(jìn)行冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于所述冷凝發(fā)生 器(305)是升膜冷凝發(fā)生器并包括螺旋管壁，用于利用從熱交換器(304)獲得的熱量來加 熱所述螺旋管壁，從而產(chǎn)生氨氣，并用于向所述冷凝器(308)提供所產(chǎn)生的氨氣。
4.如權(quán)利要求1所述的多電飛行器的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于氨水吸收式制 冷裝置(103)進(jìn)一步包括一個(gè)減壓閥(318)，一個(gè)吸收器(317)，其通過所述減壓閥(318)與所述發(fā)生器(302)相連從而可以獲得來 自所述發(fā)生器(302)的低壓低溫的稀氨水溶液，并用于吸收來自所述蒸發(fā)器(314)氨氣，且所述吸收器(317)還與所述儲(chǔ)氨器(303)相連從而可以向所述儲(chǔ)氨器(303)提供高壓高溫 的濃氨水溶液，一個(gè)溶液熱交換器(320)，用于使從所述發(fā)生器(302)流向所述吸收器(317)的所述低壓低溫的稀氨水溶液與從所述吸收器(317)流向所述儲(chǔ)氨器(303)所述高壓高溫的濃氨水 溶液進(jìn)行熱交換，一個(gè)冷卻水循環(huán)泵(316)，用于提供對(duì)所述吸收器(317)進(jìn)行冷卻的一個(gè)冷卻水循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于多電飛行器上的混合輔助動(dòng)力發(fā)電裝置與氨水吸收式制冷裝置相聯(lián)立的機(jī)載冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，它包括混合輔助動(dòng)力發(fā)電裝置和氨水吸收式制冷裝置；混合輔助動(dòng)力發(fā)電裝置主要包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、高溫氧化物燃料電池、壓縮機(jī)等；高溫氧化物燃料電池用于產(chǎn)生電能，微型燃?xì)廨啓C(jī)利用高溫氧化物燃料電池產(chǎn)生的余熱廢氣不但能為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，而且還可以產(chǎn)生電能。氨水吸收式制冷裝置主要包括發(fā)生器、冷凝發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器等；氨水吸收式制冷裝置利用微型燃?xì)廨啓C(jī)排出的余熱進(jìn)行制冷，達(dá)到冷卻航空電子設(shè)備的目的；此制冷裝置充分利用的余熱廢氣經(jīng)一系列處理后，又可以冷卻部分電子設(shè)備。本發(fā)明既節(jié)電，又節(jié)能。
文檔編號(hào)F25B27/02GK101844621SQ20101019789
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者劉東曉, 周湘杰, 李運(yùn)澤, 楊群, 王玉瑩, 董文勝 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)