用于飞机的具有固体氧化物燃料电池的辅助功率单元制造技术

本发明专利技术提供一种辅助功率单元(20)和一种用于向具有所述辅助功率单元的飞机(10)提供电的方法(200)，其中所述辅助功率单元包括具有压缩机(26)和输出轴(30)的涡轮(24)。燃烧器(50)连接到所述涡轮(24)和燃料源(46)，且固体氧化物燃料电池(22)连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源。

【技术实现步骤摘要】
用于飞机的具有固体氧化物燃料电池的辅助功率单元
本申请涉及功率辅助单元，尤其涉及用于飞机的功率辅助单元。
技术介绍
辅助功率单元(APU)系统通过添加到燃气涡轮发动机的轴的部件提供气压动力、液压动力与电力的混合物。轴输出功率可由于主要受燃油流量控制而变化。在常规APU系统中，在起动顺序期间操作专用起动电机以使燃气涡轮发动机达到自维持速度，且接着使发动机加速到操作速度。一旦达到此条件，那么发电机在操作期间连接到燃气涡轮发动机且由燃气涡轮发动机传动，于是发动机产生电力。APU必须在整个全范围的飞行速度、高度、环境温度和其它条件内提供恒定的电力。固体氧化物燃料电池(SOFC)由化学过程提供直流电(DC)电力。当连接到燃气涡轮发动机时，可利用来自SOFC的副产物，例如氧气和未反应氢气，以调节由SOFC使用的空气并提高整个系统的效率。将SOFC作为其燃料源直接添加到APU将会超出任何副产物可用的能量，但是，修改后的组合可提高效率。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，一种用于飞机的辅助功率单元包括：涡轮，其包括压缩机和输出轴；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出，其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中起作用以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。在本专利技术的另一个方面中，一种飞机包括辅助功率单元，所述辅助功率单元具有：涡轮，其包括压缩机和输出轴；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出，其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中起作用以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。在本专利技术的又一方面中，一种向飞机提供电的方法包括：将来自辅助功率单元中的涡轮压缩机的压缩空气供应给固体氧化物燃料电池；将燃料供应给所述固体氧化物燃料电池；将来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料引导到所述辅助功率单元中的燃烧器；以及将来自所述固体氧化物燃料电池的电递送到所述飞机。具体地，本申请的技术方案1涉及一种用于飞机的辅助功率单元，包括：涡轮，其包括压缩机和输出轴；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出；其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中经历化学反应以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。本申请的技术方案2根据技术方案1所述的辅助功率单元，其进一步包括电连接到所述功率输出的起动发电机。本申请的技术方案3根据技术方案1或2中任一项所述的辅助功率单元，其进一步包括在所述固体氧化物燃料电池与所述燃料源之间用以在进入所述固体氧化物燃料电池之前调节所述燃料的预重整器。本申请的技术方案4根据技术方案1所述的辅助功率单元，其进一步包括连接到所述功率输出的功率调节单元。本申请的技术方案5根据技术方案4所述的辅助功率单元，其进一步包括连接到所述功率调节单元的电池电源。本申请的技术方案6根据技术方案1所述的辅助功率单元，所述涡轮包括排气装置，且热交换器连接到所述排气装置。本申请的技术方案7根据技术方案6所述的辅助功率单元，其进一步包括连接于所述排气装置与所述热交换器之间的热发电机。本申请的技术方案8根据技术方案7所述的辅助功率单元，所述热发电机连接到耦合到所述功率输出的功率调节单元。本申请的技术方案9根据技术方案1所述的辅助功率单元，在一对电极中进行所述化学反应从而产生氧化性离子、电子、水和二氧化碳。本申请的技术方案10涉及一种飞机，包括：辅助功率单元，其具有包括压缩机和输出轴的涡轮；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出；其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中起作用以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。本申请的技术方案11根据技术方案10所述的飞机，其进一步包括电连接到所述功率输出的起动发电机。本申请的技术方案12根据技术方案10或11中任一项所述的飞机，其进一步包括在所述固体氧化物燃料电池与所述燃料源之间用以在进入所述固体氧化物燃料电池之前调节所述燃料的预重整器。本申请的技术方案13根据技术方案10到11中任一项所述的飞机，其进一步包括连接到所述功率输出的功率调节单元。本申请的技术方案14根据技术方案13所述的飞机，其进一步包括连接到所述功率调节单元的电池电源。本申请的技术方案15根据技术方案10到11中任一项所述的飞机，所述涡轮包括排气装置，且热交换器连接到所述排气装置。本申请的技术方案16根据技术方案15所述的飞机，其进一步包括连接于所述排气装置与所述热交换器之间的热发电机。本申请的技术方案17涉及一种向飞机提供电的方法，包括：将来自辅助功率单元中的涡轮压缩机的压缩空气供应给固体氧化物燃料电池；将燃料供应给所述固体氧化物燃料电池；在所述固体氧化物燃料电池中产生电；将来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料引导到所述辅助功率单元中的燃烧器；将燃料供应给所述燃烧器；以及将来自所述固体氧化物燃料电池的电输送到所述飞机。本申请的技术方案18涉及根据技术方案17所述的方法，其进一步包括在将所述燃料供应给所述固体氧化物燃料电池之前调节所述燃料。本申请的技术方案19根据技术方案18所述的方法，所述调节包括加热所述燃料。本申请的技术方案20根据技术方案17到19中任一项所述的方法，其进一步包括将来自所述燃烧器的废气引导到热发电机，并将来自所述热发电机的电递送到所述飞机。附图说明在附图中：图1是根据本文中所描述的各个方面的具有辅助功率单元(APU)系统的飞机的透视图。图2是根据本文中所描述的各个方面的辅助功率单元系统的示意图。图3是根据所描述各个方面的固体氧化物燃料电池的示意图。图4是根据本文中所描述的各个方面的另一辅助功率单元系统的示意图。图5是说明根据本文中所描述的各个方面的用于使用辅助功率单元系统来向飞机提供电的方法的流程图。具体实施方式图1说明本专利技术的实施例，其展示示意性地说明的包括辅助功率单元(APU)系统20的飞机10。应了解，虽然本文中所描述的APU系统20是在飞机的上下文中作为非限制性实例，但是APU系统20用于其它行业中，例如航运业和汽车业。飞机10可包括多个发动机，例如燃气涡轮发动机12、机身14、定位于机身14中的驾驶舱16、和从机身14朝外延伸的机翼组件18。虽然已说明商用飞机10，但预期本专利技术的实施例可用于任何类型的飞机10中。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞机的辅助功率单元，包括:涡轮，其包括压缩机和输出轴；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出；其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中经历化学反应以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。

【技术特征摘要】
2016.11.16 GB 1619403.71.一种用于飞机的辅助功率单元，包括:涡轮，其包括压缩机和输出轴；燃烧器，其连接到所述涡轮且连接到燃料源；以及固体氧化物燃料电池，其连接到所述燃烧器、所述压缩机和所述燃料源且具有功率输出；其中来自所述压缩机的压缩空气和来自所述燃料源的燃料在所述固体氧化物燃料电池中经历化学反应以在所述功率输出处产生电，且来自所述固体氧化物燃料电池的未反应燃料和来自所述燃料源的燃料在所述燃烧器中燃烧以为所述涡轮中的所述压缩机和所述输出轴供电。2.根据权利要求1所述的辅助功率单元，其特征在于进一步包括电连接到所述功率输出的起动发电机。3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的辅助功率单元，其特征在于进一步包括在所述固体氧化物燃料电池与所述燃料源之间用以在进入所述固体氧化物燃料电池之前调节所述燃料的预重整器。4.根据权利要求1所述的辅助功率单元，其特征在于进一步包括连接到所述功率输出的功率调节单元。5.根据权利要求4所述的辅助功率单元，其特征在于进一步包括连接到所述功率调节单元的电池电源。6.根据权利要求1所述的辅助功率单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD拜利，CJ霍尔西，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB