Вспомогательная силовая установка для самолета


 


Владельцы патента RU 2434790:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к вспомогательной силовой установке для самолета. Вспомогательная силовая установка для самолета содержит реактор-конвертор, батарею топливных элементов, блоки хранения и подачи топлива, соединенные с реактором-конвертором, дожигатель, турбину, на валу которой установлены компрессор и электрогенератор. Реактор-конвертор, вырабатывающий синтез-газ, выполнен совмещенным с батареей топливных элементов, генерирующих электроэнергию. Канал генерации синтез-газа соединен с каналами подачи топлива или кислорода и промежуточным газовым коллектором прохода синтез-газов в топливные элементы, а отводные каналы анодных и катодных газов соединены с дожигателем. Технический результат заключается в повышении мощности и снижении расхода топлива вспомогательной силовой установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области химических источников энергии (электрического тока) с преобразованием химической энергии в электрическую на основе батареи топливных элементов с образованием смеси окиси углерода и водорода (т.н. «синтез-газа»).

По своей конструктивной схеме топливный элемент похож на гальванический элемент, однако, в отличие от него топливный элемент содержит систему подачи топлива в область анода и окислителя в область катода. Процесс выработки электричества продолжается, пока идет подача топлива и окислителя. Электрохимический реактор содержит батареи высокотемпературных топливных элементов (например, твердооксидных - SOFC или расплав-карбонатных - MCFC и т.п.) прямого окисления углеводородного топлива, либо с внутренней конверсией углеводородного топлива, либо секции топливных элементов, работающих на синтез-газе с высоким содержанием свободного водорода, и топливные процессоры для переработки углеводородного топлива в синтез-газ.

Известна микротурбина, которая применяется, например, в энергетике в составе силовых установок с электроприводом на транспорте, в том числе воздушном, выполненная в виде двух модулей: турбокомпрессора и электрохимического реактора, устанавливаемого в газовоздушном тракте между компрессором и турбиной вместо камеры сгорания (патент РФ №2334113, опубл. 20.09.2008 г.).

Электрохимический реактор содержит батареи высокотемпературных топливных элементов (например, твердооксидных - SOFC или расплав-карбонатных - MCFC и т.п.) прямого окисления углеводородного топлива, либо с внутренней конверсией углеводородного топлива, либо секции топливных элементов, работающих на синтез-газе с высоким содержанием свободного водорода, и топливные процессоры для переработки углеводородного топлива в синтез-газ.

Турбокомпрессор состоит из компрессора и турбины, рабочие колеса которых расположены на общем валу. Каналы отвода сжатого воздуха от компрессора и подвода горячих газов к турбине сообщаются с электрохимическим реактором, образуя единый газовоздушный тракт. Компрессор со степенью повышения давления, равной 2.0-2.5, обеспечивает использование в качестве основного топлива микротурбины бытового газа низкого давления без применения дополнительного дожимного газового компрессора.

В электрохимический реактор в качестве топлива может поступать природный газ, биогаз, синтетический горючий газ, в зависимости от типа применяемых топливных элементов.

Известна система топливных элементов, способная повышать производительность топливных элементов за счет ускорения реакции. Повышение удельных характеристик получают за счет подачи озона на катод стопки топливных элементов. Система топливных элементов содержит стопку топливных элементов, включающих в себя анод, катод и электролитическую мембрану, размещенную между ними, топливный бак для подачи водородосодержащего топлива на анод стопки топливных элементов и блок подачи окислителя для добавления озона к кислородосодержащему воздуху и, таким образом, для подачи на катод стопки топливных элементов. Соответственно озон подается на катод стопки топливных элементов для ускорения реакции в стопке топливных элементов и, таким образом, для достижения сравнительно высокой плотности тока (патент РФ №2326471, опубликован 10.06.2008 г.).

Известны устройство и способ для подачи водорода в топливный элемент (патент США №7311985). Устройство содержит риформер, в котором топливо превращается в газовую смесь, состоящую из H2 и СО, и очистное устройство для снижения концентрации СО в газовой смеси до заданного уровня. Очистное устройство соединено с анодным входом основного топливного элемента, в который поступает газовая смесь после очистки. Устройство содержит также вспомогательный топливный элемент, в который поступает воздух и СО из риформера для преобразования части химической энергии СО в электрическую.

Обязательным элементом энергетической установки с топливными элементами является реактор-конвертор, который служит для генерации из жидкого углеводородного топлива синтез-газа, необходимого для работы топливных элементов.

Известно также решение, представленное в патенте США №6834831, в котором предлагается гибридный твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) для ВСУ самолета. ТОТЭ преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию. В этой схеме жидкое углеводородное топливо из бака подается в теплообменник и нагревается в нем теплом выходящих из анодной части ТОТЭ продуктов химической реакции, и поступает в реформер, где происходит процесс топливно-водяной конверсии. Далее продукты реакции из ТОТЭ направляются в камеру сгорания. В камеру сгорания также поступает воздух, сжатый компрессором, прошедший теплообменник, где происходит его дополнительный нагрев продуктами из катодной части ТОТЭ. Камера сгорания служит для подвода тепла в цикл. Тепло срабатывается на турбине, приводящей в действие компрессор. При этом на выходе из турбины установлен водяной сепаратор, отделяющий сконденсированную в процессе расширения воду и обеспечивающий ею процесс топливо-водяной конверсии для выработки синтез-газа. Для запуска турбокомпрессора используется стартер, который при выходе ВСУ на рабочий режим используется как дополнительный генератор электрической мощности.

Основным недостатком предложенной схемы является то, что при изменении режима полета летательного аппарата устойчивость работы ТОТЭ снижается, что потребует соответствующего регулирования состояния воды, находящейся на борту самолета, которая может замерзнуть, и ее подача в реактор-конвертор прекратится. Более того, при изменении режима полета трудно обеспечить необходимый уровень давления на выходе из турбины для устойчивого процесса конденсации воды из продуктов сгорания.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение мощности и снижение расхода топлива вспомогательной силовой установки.

Технический результат достигается тем, что вспомогательная силовая установка для самолета, содержащая реактор-конвертор, батарею топливных элементов, блоки хранения и подачи топлива, соединенные с реактором-конвертером, дожигатель, турбину, на валу которой установлены компрессор и электрогенератор, причем реактор-конвертор, вырабатывающий синтез-газ, выполнен совмещенным с батареей топливных элементов, генерирующих электроэнергию, при этом канал генерации синтез-газа соединен с каналами подачи топлива или кислорода и промежуточным газовым коллектором прохода синтез-газов в топливные элементы, а отводные каналы анодных и катодных газов соединены с дожигателем. Каналы подачи окислителя электроизолированы. В качестве жидкого топлива для получения синтез-газа на борту используется водно-спиртовая смесь.

На чертеже представлена заявляемая схема вспомогательной силовой установки для самолета, работающая на основе водоспиртовой смеси.

Вспомогательная силовая установка для самолета содержит оболочку электрогенерирующего канала 1 и силовую оболочку центрального канала 2. Топливные элементы батареи 3 выполнены на основе твердооксидных топливных элементов и снабжены пористым контактом 4 и изолятором 5. Центральный канал 6 соединен магистралью с баллоном хранения водоспиртовой смеси 10. Имеются два выходных коллектора: 8 для выходных анодных газов и 9 для выходных катодных газов. Магистрали 11 служат для подачи атмосферного воздуха в топливные элементы от компрессора 14 и, в случае необходимости, кислорода из баллона 16. Дожигатель 12 соединен магистралями с коллекторами выходных анодных и катодных газов, а также с турбиной 13. Батарея снабжена также промежуточными газосборниками 7 для сбора продуктов разложения водоспиртовой смеси, прошедшей через центральный канал 6 и служащей для питания топливных элементов 3. На выходном валу турбины установлен электрогенератор 15, предназначенный для выработки электроэнергии.

Атмосферный воздух сжимается компрессором 14 и подается в батарею топливных элементов, состоящую из электрогенерирующих каналов, по магистрали 11. Каждый электрогенерирующий канал, заключенный в силовую оболочку 2, предназначен для прямого преобразования химической энергии в электрическую. В центральный канал 6 подается водоспиртовая смесь по магистрали из баллона 10. Образовавшиеся в центральном канале продукты разложения водоспиртовой смеси собираются в промежуточном газосборнике 7, откуда поступают на топливные элементы 3. Электролит твердооксидных топливных элементов 3, выполненный из окислов редких металлов, обеспечивает транспортировку отрицательных ионов кислорода, образующихся на катоде к аноду, на котором они рекомбинируют с ионами водорода. Образовавшиеся анодные и катодные газы собираются в отдельных коллекторах 8 и 9 и покидают электрохимическую батарею. Тепло, выделяющееся в топливных элементах при протекании в них электрохимических реакций, используется для превращения водоспиртовой смеси в синтез-газ в центральном канале 6. Далее анодные и катодные газы из коллекторов 8 и 9 поступают в дожигатель 12, где осуществляется их сжигание. Продукты сгорания анодных и катодных газов из дожигателя 12 направляются на турбину 13. Турбина 13 служит приводом для компрессора 14, обеспечивающего сжатие атмосферного воздуха, и электрогенератора 15, предназначенного для выработки электроэнергии. В случае необходимости кратковременного увеличения выработки электроэнергии топливными элементами в атмосферный воздух, направляемый по магистралям 11, добавляется кислород из баллона 16.

1. Вспомогательная силовая установка для самолета, содержащая реактор-конвертор, батарею топливных элементов, блоки хранения и подачи топлива, соединенные с реактором-конвертором, дожигатель, турбину, на валу которой установлены компрессор и электрогенератор, отличающаяся тем, что реактор-конвертор, вырабатывающий синтез-газ, выполнен совмещенным с батареей топливных элементов, генерирующих электроэнергию, при этом канал генерации синтез-газа соединен с каналами подачи топлива или кислорода и промежуточным газовым коллектором прохода синтез-газов в топливные элементы, а отводные каналы анодных и катодных газов соединены с дожигателем.

2. Вспомогательная силовая установка для самолета по п.1, отличающаяся тем, что каналы подачи кислорода электроизолированы.

3. Вспомогательная силовая установка для самолета по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве жидкого топлива для получения синтез-газа на борту используется водоспиртовая смесь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе и способу распределения электроэнергии внутри летательного аппарата. .

Изобретение относится к электроснабжению летательных аппаратов. .

Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов вспомогательного назначения. .

Изобретение относится к области электрооборудования летательных аппаратов и направлено на создание устройства и способа подачи электропитания на борт летательного аппарата при аварийной ситуации для обеспечения питания «существенной» части электрической силовой цепи летательного аппарата.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к энергоузлам систем генерирования переменного тока стабильной частоты, и может быть использовано в энергетических установках летательных аппаратов.

Изобретение относится к системам энергообеспечения летательных аппаратов, к летательным аппаратам и к способам их энергообеспечения. .

Изобретение относится к системам топливных элементов для аварийного энергоснабжения летательных аппаратов, к летательным аппаратам, содержащим такие системы топливных элементов, и к способу аварийного энергоснабжения на летательных аппаратах.

Изобретение относится к области химических источников энергии (электрического тока) с прямым преобразованием химической энергии в электрическую. .

Изобретение относится к подаче электричества на электрическое оборудование в двигателе летательного аппарата и/или в окружении

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регуляторе мощности и регуляторе процесса или устройства (1) регулировки мощности, которые предназначены для регулирования гибридного источника энергии для летательного аппарата

Изобретение относится к авиационным системам электроснабжения

Изобретение относится к системам, использующим беспилотные летательные аппараты для обзора земной поверхности и передачи сигналов, указывающих местоположение наземных объектов

Группа изобретений относится к области авиации. Высотная платформа включает связку из летательных аппаратов, которые соединены между собой посредством гибкого кабель-троса, обеспечивающего передачу усилий и содержащего каналы передачи электроэнергии и информационного управляющего сигнала от одного аппарата к другому. На одном из летательных аппаратов установлен ветрогенератор. Способ размещения высотной платформы характеризуется тем, что летательные аппараты располагают в устойчивых ветровых потоках, движущихся с различной относительно земли скоростью и(или) в различном направлении, а удержание данной связки в заданной точке или передвижение ее относительно земли в заданном направлении обеспечивают с помощью аэродинамических органов управления и силовых установок, используя разность энергий ветровых потоков при сохранении постоянной высоты полета, и(или) за счет энергии, полученной от ветрогенератора на одном из летательных аппаратов и передаваемой через кабель-трос на силовые установки других летательных аппаратов. Полезную нагрузку размещают на летательных аппаратах или на соединяющем их кабель-тросе. Группа изобретений направлена на продолжительное барражирование высотной платформы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Цепь подачи электропитания летательного аппарата содержит сеть (17) распределения мощности на борту летательного аппарата для электрических устройств (5b), расположенных в авиационном двигателе или вблизи упомянутого двигателя, и генератор (27) подачи мощности, встроенный в авиационный двигатель с тем, чтобы подавать мощность переменного тока в противооблединительную или антиобледенительную систему (5а). Генератор подачи мощности соединен с электромеханическим приводом реверсора тяги (5с) через выпрямитель (1) для подачи мощности постоянного тока в упомянутый привод. Уменьшаются технические требования к выпрямителю. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам технического обслуживания вспомогательной силовой установки. Способ содержит шаг снятия воздухозаборного канала в обшивке воздушного судна. Осуществляется вывод воздухозаборного канала на внешнюю сторону обшивки. Воздухозаборный канал закреплен с возможностью съема и имеет возможность соединения с вспомогательной силовой установкой как в установленном положении, так и в положении технического обслуживания. В каждом из положений воздухозаборный канал находится в собранном состянии. Достигается упрощение технического обслуживания вспомогательной силовой установки. 3 н.п., 11 з.п. ф-лы; 9 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к оборудованию летательных аппаратов, и может быть использовано в конструкциях устройств выпуска аварийных энергетических установок пассажирских самолетов. Устройство перевода в рабочее положение ветродвигателя самолета размещено в отсеке фюзеляжа. Отсек снабжен обшивкой и силовыми элементами, люком с крышкой, шарнирно закрепленной на силовых элементах, поперечной и продольной стенками. Ветродвигатель снабжен корпусом, на котором жестко закреплена первым концом штанга. Устройство содержит замок убранного положения ветродвигателя, силовой привод выпуска ветродвигателя, и механизм открытия крышки люка. Второй конец штанги шарнирно закреплен на поперечной стенке отсека в ее нижней части. Опорная часть силового привода шарнирно закреплена на поперечной стенке отсека в ее верхней части, а его исполнительная часть шарнирно соединена со вторым концом штанги ветродвигателя. Шарнирное соединение крышки люка с силовыми элементами отсека снабжено серпообразными кронштейнами, основания которых жестко соединены с крышкой люка, а консоли шарнирно соединены с силовыми элементами отсека. Механизм открытия крышки снабжен тягой, выполненной из размещенных соосно друг другу корпуса и стержня, соединенных с обеспечением возможности поворота друг относительно друга вокруг общей оси, и двумя цапфами, первые концы которых шарнирно соединены с концами указанной тяги, второй конец одной из них шарнирно соединен со штангой вблизи ее первого конца, а второй конец другой из них шарнирно соединен с крышкой люка. Достигается возможность перемещения тяги открытия крышки люка в нескольких плоскостях, которая обеспечивает исключение асинхронности перемещения и одновременный поворот штанги ветродвигателя и крышки люка отсека в разных плоскостях, упрощение конструкции, повышение надежности, снижение массы, повышении безопасности. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система обеспечения электрической энергией воздушных судов относится к силовым установкам вспомогательного назначения для воздушных судов. Система содержит аккумуляторные батареи, аппаратуру регулирования, управления и защиты, преобразователь постоянного тока в переменный ток, термоэлектрические элементы, состоящие из теплообменников горячих и холодных спаев, контроллер заряда. Теплообменники горячих спаев расположены на внутренних поверхностях камер сгорания, стабилизаторов пламени, форсажной камеры турбореактивного двигателя. Теплообменники холодных спаев расположены на внешней обшивке воздушного судна. Контроллер заряда соединен с выходом термоэлектрических устройств и с входом аккумуляторных батарей, а также со входом преобразователя постоянного тока в переменный ток. Выходы преобразователя постоянного тока в переменный ток, а также выходы DC-DC являются выходами устройства. Выход преобразователя постоянного тока в переменный соединен со входом блока регулирования, управления и защиты. Выход аккумуляторных батарей соединен со входом DC-DC преобразователя. Выход DC-DC преобразователя соединен с входом блока регулирования, управления и защиты. Выход блока регулирования, управления и защиты соединен со входом аккумуляторных батарей. Обеспечивается снабжение потребителей электроэнергией при отсутствии генераторов. 2 ил.
Наверх