【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢能源式涡扇发动机，具体是一种节约能源环保的燃氢发动机及氢转换方法。
技术介绍
1、航空业对于零碳排放氢动力的热衷驱使着国内航空涡扇发动机进行氢燃料改革。鉴于氢质的密度小、热值高、燃烧快、液态存储温度要求极低等特殊物性，需要对燃氢航空发动机进行合理的系统优化，以进一步提升燃氢发动机综合效率、丰富能源转化模式。目前，飞行器动力装置主要为燃气涡轮发动机，以航空煤油为燃料利用压缩空气等压燃烧推动涡轮做功的布雷顿热力循环形式产生动力的热机装置。其主要由压气机(或风扇+压气机)、燃烧室、涡轮、排气装置、附件传动系统等组成；压气机压缩空气，燃烧室组织压缩后的空气燃烧航空煤油产生高温高压燃气，燃气推动涡轮做功，涡轮通过联轴带动压气机工作，排气装置引导涡轮后的燃气排出发动机产生推力；如有风扇，则风扇后气流直接排出产生推力，空气从最前面的风扇处进入后，分为两路，一路直接从外涵道排出，产生推力，一路进入压气机内涵道(两路空气流量之比被称为涵道比)；经多级压气机风扇的压缩，产生部分推力，气体体积减小，压力升高，继续流入燃烧室；燃烧室内点燃燃油和压缩空气，形成燃气，燃气膨胀做功，推动涡轮旋转；涡轮通过转轴带动风扇和压气机转动，继续吸入并压缩空气；燃气推动涡轮旋转之后排出，产生部分推力，附件传动系统由发动机转子驱动为发动机的附件系统提供动力以确保燃油系统、滑油系统等的工作。
2、国内外螺旋桨飞行器动力装置越来越多以氢燃料电池和电动机组合方式呈现，其中，如图3所述氢燃料电池是一种通过以氢做阳极、空气中氧做阴极，在催化剂、质子交换膜
3、随着多年来技术发展，现阶段航空发动机综合热效率已接近雷顿热力循环的理论热效率极限，效率提升空间小且再提升则成本远高于收益。氢燃料电池虽综合能源转化效率高，但存在低温无法启动，工作过程需要散热器冷却、需要压缩设备提供压缩空气、需要繁杂的氢气控制系统，电池电功率密度不大等缺点。综上所述，传统燃氢航空发动机或氢燃料电池单独作为动力均不能满足未来飞机对于动力装置既要高功率、又要高综合效率的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的一方面在于提供一种节约能源环保的燃氢发动机，整合传统燃氢航空发动机和氢燃料电池优势、互补相互间劣势、共享相同设备，以发动机为基，解决了发动机碳排放问题，改善氢燃料电池进气条件，提供电池散热冷源，提升氢燃料电池效率，提升了发动机综合热效率，降低涡轮工作温度，提高推力输出和电能输出。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种节约能源环保的燃氢发动机，包括低压气机、高压气机、燃烧室和涡轮，所述低压气机和所述高压气机通过涡轮驱动，所述燃烧室连接高压气机，所述高压气机连接低压气机，所述燃烧室驱动涡轮，其特征在于，所述低压气机靠近高压气机处输气涵道设置有分涵道，所述分涵道内连接有氢燃料电池，所述发动机的热端部件上设置有氢换热器，用于提供预热的氢气给燃烧室氢燃料电池。
4、进一步的方案中，所述燃氢发动机还包括涡扇发动机，所述分涵道设置在涡扇发动机的低压气机的内涵道上，所述氢燃料电池的尾气排出口朝向涡扇发动机的外涵道。
5、进一步的方案中，所述氢燃料电池的散热装置设置在所述涡扇发动机的外涵道内。
6、进一步的方案中，所述氢燃料电池的散热装置包括氢燃料电池壳体上设置的电池散热翅片，所述电池散热翅片连接在氢燃料电池用于氢、氧反应的反应室上。
7、进一步的方案中，所述氢燃料电池的阳极输入端通过输入氢换热器预热的氢气，且发生电解反应后多余氢气通过控制阀控制通入至燃烧室。
8、进一步的方案中，所述氢燃料电池的尾气排出口形状呈喇叭口形，且朝向所述涡扇发动机的外涵道。
9、进一步的方案中，所述低压气机通过控制阀连通有所述氢燃料电池内，用于控制通入所述氢燃料电池内的空气。
10、进一步的方案中，所述发动机的热端部件包括发动机的涡轮机匣、排气机匣及排气尾锥，所述涡轮机匣、排气机匣及排气尾锥复合形成具有一体式机匣结构的氢换热器。
11、本专利技术另一方面在于根据上述专利技术构思，提供一种节约能源环保的燃氢发动机氢转换方法，包括通过上述任一所述的燃氢发动机的氢换热器预热液氢罐流入的液氢，且将预热的氢气分别通入氢燃料电池及燃烧室；
12、通过输气涵道和其上的分涵道分别向氢燃料电池及燃烧室输入空气；
13、所述通入氢燃料电池的预热氢气和空气，通过氢燃料电池处发生电解反应生产电化学能；
14、通入氢燃料电池参与电解反应后多余的氢气通过控制阀控制通入所述燃烧室，与通入燃烧室的预热氢气和空气一起在燃烧室内形成燃气。
15、进一步的方案中，所述预热的氢气通过控制阀控制输入至所述氢燃料电池及燃烧室。
16、本专利技术的有益效果：
17、本专利技术通过燃氢发动机氢燃料电池、氢换热器的布置，提高了氢转换效率，使得燃氢后可产生较高推力，解决了传统发动机碳排放问题，降低其涡轮工作温度有益于发动机寿命提升；在发动机中整合了氢燃料电池，提升了发动机的发电能力，省去了附件传动系统，也提升了发动机综合热效率；以发动机为基，改善氢燃料电池进气条件，提供了电池能源，提升氢燃料电池效率。此外，氢燃料电池中没有燃烧过程，故几乎无氮氧化物的产生，可极大的减少航空动力装置对大气的污染。
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1.一种节约能源环保的燃氢发动机，包括低压气机(1)、高压气机(2)、燃烧室(3)和涡轮(4)，所述低压气机(1)和所述高压气机(2)通过涡轮(4)驱动，所述燃烧室(3)连接高压气机(2)，所述高压气机(2)连接低压气机(1)，所述燃烧室(3)驱动涡轮(4)，其特征在于，所述低压气机(1)靠近高压气机(2)处输气涵道设置有分涵道(6)，所述分涵道(6)内连接有氢燃料电池(7)，所述发动机的热端部件上设置有氢换热器(8)，用于提供预热的氢气给燃烧室(3)氢燃料电池(7)。
2.根据权利要求1所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述燃氢发动机还包括涡扇发动机，所述分涵道(6)设置在涡扇发动机的低压气机(1)的内涵道(5)上，所述氢燃料电池(7)的尾气排出口朝向涡扇发动机的外涵道(9)。
3.根据权利要求2所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的散热装置设置在所述涡扇发动机的外涵道(9)内。
4.根据权利要求3所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的散热装置包括氢燃料电池(7)壳
5.根据权利要求2所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的阳极输入端通过输入氢换热器(8)预热的氢气，且发生电解反应后多余氢气通过控制阀控制通入至燃烧室(3)。
6.根据权利要求2所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的尾气排出口形状呈喇叭口形，且朝向所述涡扇发动机的外涵道(9)。
7.根据权利要求1所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述低压气机(1)通过控制阀连通有所述氢燃料电池(7)内，用于控制通入所述氢燃料电池(7)内的空气。
8.根据权利要求1所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述发动机的热端部件包括发动机的涡轮机匣(11)、排气机匣(12)及排气尾锥(13)，所述涡轮机匣(11)、排气机匣(12)及排气尾锥(13)复合形成具有一体式机匣结构的氢换热器。
9.一种节约能源环保的燃氢发动机氢转换方法，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的一种节约能源环保的燃氢发动机氢转换方法，其特征在于，所述预热的氢气通过控制阀控制输入至所述氢燃料电池(7)及燃烧室(3)。
...【技术特征摘要】
1.一种节约能源环保的燃氢发动机，包括低压气机(1)、高压气机(2)、燃烧室(3)和涡轮(4)，所述低压气机(1)和所述高压气机(2)通过涡轮(4)驱动，所述燃烧室(3)连接高压气机(2)，所述高压气机(2)连接低压气机(1)，所述燃烧室(3)驱动涡轮(4)，其特征在于，所述低压气机(1)靠近高压气机(2)处输气涵道设置有分涵道(6)，所述分涵道(6)内连接有氢燃料电池(7)，所述发动机的热端部件上设置有氢换热器(8)，用于提供预热的氢气给燃烧室(3)氢燃料电池(7)。
2.根据权利要求1所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述燃氢发动机还包括涡扇发动机，所述分涵道(6)设置在涡扇发动机的低压气机(1)的内涵道(5)上，所述氢燃料电池(7)的尾气排出口朝向涡扇发动机的外涵道(9)。
3.根据权利要求2所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的散热装置设置在所述涡扇发动机的外涵道(9)内。
4.根据权利要求3所述的一种节约能源环保的燃氢发动机，其特征在于，所述氢燃料电池(7)的散热装置包括氢燃料电池(7)壳体上设置的电池散热翅片(71)，所述电池散热翅片(71)连接在氢燃料电池(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：李维，曹俊，肖为，张坤，梁振欣，吴谋彬，彭富霞，柳山林，杨安杰，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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