一种机载设备供电与热管理综合系统及方法

1.本发明涉及机载设备供电与散热技术领域，尤其涉及一种机载设备供电与热管理综合系统及方法。


背景技术：

2.现代飞机技术朝着多电化的方向发展，机载设备类型不断增多、功率不断提升，如大功率雷达、定向能武器等。机载设备功率的提升不可避免的会产生更多的废热，需要进行散热和温度控制，目前，机载设备散热一般通过环境控制系统(ecs)提供冷气进行机载设备温度管理，环境控制系统将发动机引气通过逆布雷顿循环进行制冷，达到吸收废热的目的。然而，一些隐身飞机在高速作战任务期间往往不允许开启冲压空气孔进行散热，这将对飞机散热系统提出更大的挑战，因此，需要开发一种能简化机载设备散热流程，减少燃料消耗量的机载设备散热系统。
3.同时，一般飞机机载设备的电能来源主要有两种方式，一种是航空发动机通过附件机匣驱动主发电机进行发电，另一种是辅助动力单元(apu)驱动的辅助发电机进行应急供电。然而，目前对于先进的飞机机载设备，不仅具有废热量大的问题，而且飞机设计过程中面临电功率不足、发电效率低的问题。因此，还需要开发一种能提高供电功率的机载设备供电系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种机载设备供电与热管理综合系统及方法，用于实现飞机上机载设备的散热与供电的联合管理，简化了散热流程，提高了供电功率。
5.第一方面，本发明提供了一种机载设备供电与热管理综合系统，包括：冷却燃料供应装置、散热装置、发电装置和供电装置，所述冷却燃料供应装置的燃料出口分别与所述散热装置的入口和所述发电装置的入口连通，所述散热装置的出口与所述发电装置的入口连通，所述发电装置的电能输出口与所述供电装置的电能输入口电连接；
6.所述散热装置包括机载设备，所述机载设备具有换热器；
7.所述冷却燃料供应装置与所述机载设备具有的换热器连通，所述机载设备具有的换热器与所述发电装置的入口连通，所述发电装置的电能输出口与所述供电装置的电能输入口电连接，所述供电装置的电能输出口与所述机载设备的电能输入口电连接，所述发电装置的入口还与空气连通。
8.与现有技术相比，本发明提供的机载设备供电与热管理综合系统中，含有冷却燃料供应装置、散热装置、发电装置和供电装置，其中，散热装置包括机载设备，机载设备具有换热器。由于冷却燃料供应装置与机载设备具有的换热器连通，可以将冷却燃料供应装置中的低温燃料输送至机载设备具有的换热器中，当低温燃料流经换热器时燃料会升温从而带走机载设备的废热，进而可以控制机载设备在合适的温度范围内工作，从而简化了机载设备散热的流程，节约了设备资源。同时，机载设备具有的换热器还与发电装置的入口连
通，发电装置的电能输出口与供电装置的电能输入口电连接，发电装置的入口还与空气连通，可以将机载设备具有的换热器的燃料出口出来的升温燃料输送至发电装置，从而利用升温燃料和空气在发电装置中转化为电能，进而将发电装置的电能输送至供电装置的电能输入口。此时，由于供电装置的电能输出口与机载设备的电能输入口电连接，使得从供电装置输出的电能可以传输至机载设备，从而向机载设备供电，保证机载设备的正常工作。因此，通过将散热装置输出的升温燃料直接传输至发电装置进行发电，既可以带走机载设备产生的热量，又可以使得发电装置直接利用升温燃料进行发电，减少了燃料的损失，提高了供电功率。
9.由上可见，本发明提供的机载设备供电与热管理综合系统可以实现飞机上机载设备的散热与供电的联合管理，简化了散热流程，提高了供电功率。
10.第二方面，本发明提供了一种机载设备供电与热管理方法，一种散热与供电联合管理方法包括：
11.利用冷却燃料供应装置向机载设备具有的换热器提供冷却燃料；
12.所述机载设备具有的换热器利用冷却燃料冷却所述机载设备，获得吸热后的燃料；
13.发电装置利用所述吸热后的燃料以及空气发电，将发电所获得的电能通过所述供电装置向所述机载设备供电。
14.与现有技术相比，本发明提供的机载设备供电与热管理方法的有益效果与上述技术方案所述机载设备供电与热管理综合系统的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1为现有技术机载设备供电与热管理综合系统的流程图；
17.图2为本发明实施例中机载设备供电与热管理综合系统的总体结构图；
18.图3为本发明实施例中机载设备供电与热管理综合系统的流程图；
19.图4为本发明实施例中发电装置的流程图；
20.图5本发明实施例中机载设备供电与热管理方法的制备流程图。
21.附图标记：
22.101-制冷涡轮，102-发动机，103-压气机，104-动力涡轮，105-发动机引气，106-涵道空气换热器，107-燃油换热器，108-机载设备，1081-换热器，109-汇流条，2100-散热装置，2000-冷却燃料供应装置，2101-机载设备，21011-换热器，2102-分流装置，2103-控制器，2104-温度传感器，2105-第一阀门，2106-第二阀门，2200-发电装置，2201-燃料电池，2202-涡轮发电单元，22021-燃烧室，22022-压气机，22023-涡轮，22024-发电机，22025-废气排放口，2300-供电装置，2301-电能传导单元，2302-储能单元，23021-电池储能单元，23022-电容储能单元，2400-电压转换模块。
具体实施方式
23.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结
合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.目前，在机载设备发电方面，一般采用质子交换膜燃料电池进行发电，该类型的燃料电池主要依赖一种聚合物膜，在它表面涂有高分散的催化剂颗粒。单电池主要由膜电极(阳极、阴极、质子交换膜)和集流板组成，具有一定湿度和压力的氢气和氧气分别进入阳极和阴极，经扩散层到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂的作用下发生氧化和还原反应。质子交换膜是燃料电池的核心部件，是一种厚度在50μm-180μm的薄膜，是催化剂的基底。质子交换膜的重要特征就是只允许氢离子通过，不容许氢气及电子通过，质子通过质子交换膜到达阴极，电子则沿外电路通过负载流向阴极，产生电能。同时，氧气通过扩散作用到达阴极催化剂表面，在阴极催化剂作用下，电子、质子和氧气发生氧还原反应生成水。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极，用以向机载设备供电。
29.然而质子交换膜燃料电池的工作条件是强酸性环境，需要采用贵金属铂pt作为催化剂，电解质材料十分昂贵，反应过程需要的氢气纯净度要求高，对一氧化碳和杂质气体特别敏感，工作最高温度不到100℃，废气温度低，余热难以进行二次利用，而且，交换膜制作困难，使用寿命短，导致电池整体成本高。
30.因此，现有技术中，采用了涡轮发电机对机载设备进行发电，同时将供电与热管理系统联合起来使用，图1示出了现有技术中的供电与热管理系统，如图1所示，该供电与热管理系统包括同轴设置的制冷涡轮101、发动机102、压气机103以及动力涡轮104，以发动机102引气或者自身燃烧室为动力，发动机引气105进入动力涡轮104，动力涡轮104将气体输送至压气机103，压气机103再将气体输送至发动机102进行发电，发动机102通过汇流条109将电能输送至机载设备108。同时，压气机103将一部分气体依次输送至涵道空气换热器106和燃油换热器107进行等压制冷，进而输送至制冷涡轮101进一步制冷，此时，将制冷涡轮101输出的冷气传输至机载设备108含有的换热器1081中，从而对机载设备108进行换热，然
后将机载设备108含有的换热器1081中输出的燃料气体输送至压气机103中进行循环利用。
31.然而，上述供电与热管理系统是以发动机引气为动力，由于发动机引气是通过消耗燃料产生的，燃料气体温度高，因此制冷系数低，相对于直接向发动机的涡轮输送燃料，降低了发动机的燃料利用率和发动机的比冲。同时，由于进入换热器的冷气是通过消耗燃油产生的，因此，该系统的燃油热沉量与飞行过程中的燃油消耗量相关，并不能最大化利用燃油的热沉，造成了燃油的浪费。
32.基于上述问题，本发明实施例提供机载设备供电与热管理综合系统，用于实现飞机上机载设备的散热与供电的联合管理，简化了散热流程，提高了供电功率，避免了燃油的浪费。
33.图2示出了本发明示例性实施例的机载设备供电与热管理综合系统的总体结构图，如图2所示，本发明示例性实施例提供的机载设备供电与热管理综合系统，包括冷却燃料供应装置2000、散热装置2100、发电装置2200和供电装置2300，所述冷却燃料供应装置2000的燃料出口分别与所述散热装置2100的入口和所述发电装置2200的入口连通，所述散热装置2100的出口与所述发电装置2200的入口连通，所述发电装置2200的电能输出口与所述供电装置2300的电能输入口电连接。
34.具体实施时，本发明实施例的冷却燃料供应装置2000将低温燃料输送至散热装置2100和/或发电装置2200中，低温燃料经过散热装置时可以吸收散热装置中的热量，得到吸热后的燃料，此时，吸热后的燃料进入发电装置2200，冷却燃料供应装置2000含有的部分低温燃料也进入发电装置2200，发电装置2200对吸热后的燃料和/或低温燃料进行发电，将其由化学能转化为电能，然后将电能输送至供电装置2300。
35.图3示出了本发明示例性实施例的机载设备供电与热管理综合系统结构示意图。如图3所示，本发明示例性实施例提供的机载设备供电与热管理综合系统，包括散热装置2100、发电装置2200和供电装置2300，散热装置2100包括机载设备2101，机载设备2101具有换热器21011。冷却燃料供应装置2000与换热器21011的入口连通，机载设备2101具有的换热器21011的出口与发电装置2200的燃料入口连通，发电装置2200的电能输出口与供电装置2300的电能输入口电连接，供电装置2300的电能输出口与机载设备2101的电源接口电连接，发电装置2200的入口还与空气连通。其中，冷却燃料供应装置2000中储存有低温燃料，例如：液氨、液态甲烷、液态氢、航空煤油或其它温度低的燃料，此处不做限定。换热器21011为单相换热器，热边直接与机载设备热源相连，冷边与燃料管路相连。
36.具体实施时，本发明实施例的冷却燃料供应装置2000与机载设备2101具有的换热器21011的入口连通，可以向机载设备2000具有的换热器21011中输送低温燃料，低温燃料在机载设备2101具有的换热器21011中吸收机载设备2000产生的废热，使得低温燃料温度升高，得到升温后的燃料。机载设备2101具有的换热器21011的出口与发电装置2200的燃料入口连通，因此，升温后的燃料可以进入发电装置2200的燃料入口，此时，由于发电装置2200的入口还与空气连通，发电装置2200可以利用升温后的燃料和空气进行发电。同时，发电装置2200的电能输出口与供电装置2300的电能输入口电连接，可以将发电装置2200获得的电能输送至供电装置2300，供电装置2300的电能输出口与机载设备2101的电源接口电连接，可以将供电装置2300的电能供给机载设备2101，使得机载设备2101获得电能。
37.由上述具体实施过程可知，由于冷却燃料供应装置2000与机载设备2101具有的换
热器21011连通，可以将冷却燃料供应装置2000中的低温燃料输送至机载设备2101具有的换热器21011中，当低温燃料流经换热器21011时燃料会升温从而带走机载设备2101的废热，进而可以控制机载设备2101在合适的温度范围内工作，从而简化了机载设备2101散热的流程，节约了设备资源。同时，可以将机载设备2101具有的换热器21011的燃料出口出来的升温燃料输送至发电装置2200，从而利用升温燃料和空气在发电装置2200中转化为电能，进而将发电装置2200的电能输送至供电装置2300的电能输入口。此时，由于供电装置2300的电能输出口与机载设备2101的电能输入口电连接，使得从供电装置2300输出的电能可以传输至机载设备2101，从而向机载设备2101供电，保证机载设备2101的正常工作。因此，通过将散热装置2100输出的升温燃料直接传输至发电装置2200进行发电，既可以带走机载设备2101产生的热量，又可以使得发电装置2200直接利用升温燃料进行发电，减少了燃料的损失，提高了供电功率。
38.在一种可选方式中，如图3所示，本发明实施例的冷却燃料供应装置2000还与发电装置2200的入口连通，散热装置2100还包括分流装置2102，分流装置2102的入口与冷却燃料供应装置2000的燃料出口连通，分流装置2102的第一出口与换热器21011的入口连通，分流装置2102的第二出口与发电装置的入口连通。
39.具体实施时，本发明实施例的冷却燃料供应装置2000与发电装置2200的入口连通，可以与换热器21011输出的升温燃料汇合后进入发电装置2200进行发电。散热装置2100还包括分流装置2102，使得冷却燃料供应装置2000中的低温燃料被分流装置2102分为两路，一路输送至机载设备2101具有的换热器21011，吸收换热器21011中的热量，从而得到升温后的燃料，用于进入发电装置2200中燃烧发电。另一路的低温燃料不经过机载设备2101的换热器21011，直接与换热器21011输出的升温燃料汇合后进入发电装置2200进行发电。因此，在两路燃料的配合下，可以实现机载设备2101的温度控制和任务发电量所需要的燃料流量控制，使得机载设备2101的温度和经过换热器的流量满足运行需求，可以减少燃料的损失，还可以带走机载设备2101产生的热量，简化了机载设备2101散热的流程。
40.在一种可实现方式中，本发明实施例的散热装置2100还包括控制器2103和温度传感器2104，控制器2103分别与温度传感器2104和分流装置2102连通。温度传感器2104用于采集机载设备2101的温度，控制器2103用于在机载设备2101的温度大于预设温度的时候，设置第一出口的流量大于第二出口的流量。
41.具体实施时，本发明实施例的温度传感器2104用于检测机载设备2101的温度，当机载设备2101的温度达到预设温度时，控制器2103控制分流装置2102的第一出口的流量大于第二出口的流量，当机载设备2101的温度未达到预设温度时，控制器2103控制分流装置2102的第二出口的流量小于第二出口的流量或关闭第二出口。应理解，分流装置可以包括第一阀门和第二阀门，也可以为三通阀门，例如：第一阀门2105设在该控制器2103与机载设备2101具有的换热器21011之间，第二阀门2106设在该控制器2103与发电装置2200之间，可以通过控制器2103控制第一阀门2105和第二阀门2106的开关，调节流量。因此，使得机载设备2101的温度和经过换热器21011的流量满足运行需求，可以减少燃料的损失，还可以带走机载设备2101产生的热量。
42.示例性的，图4示出了本发明实施例的发电装置的结构示意图，如图3和图4所示，本发明实施例的发电装置2200包括燃料电池2201和涡轮发电单元2202，燃料电池2201的燃
料入口分别与散热装置2100的燃料出口和空气输入管路2203连通，燃料电池2201的电能输出口与供电装置2300电连接，涡轮发电单元2202的气体入口与空气输入管路2203连通，涡轮发电单元2202的电能输出口与供电装置2300电连接，散热装置2100的燃料出口还与涡轮发电单元2202的燃料入口连通。
43.例如：燃料电池为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称sofc)。sofc属于第三代燃料电池，是一种在中高温下(600℃-1000℃)直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，
44.具体实施时，本发明实施例的燃料电池2201的燃料入口分别与散热装置2100的燃料出口和空气输入管路2203连通，可以使得散热装置2100将燃料输送至燃料电池2201的阳极。同时，空气输入管路2203将空气输送至燃料电池2201的阴极，进而使得燃料电池2201将燃料转化为电能，燃料电池2201的电能输出口与供电装置2300电连接，从而将燃料电池2201的电能输送至供电装置2300。另外，涡轮发电单元2202的气体入口与空气输入管路2203连通，散热装置2100的燃料出口还与涡轮发电单元2202的燃料入口连通，可以将空气和燃料传输至涡轮发电单元2202产生电能，涡轮发电单元2202的电能输出口与供电装置2300电连接，从而可以将涡轮发电单元2202产生的电能输送至供电装置2300。可见，由于燃料电池2201和涡轮发电单元2202的设置，可以使用两种方式进行发电，增大了发电功率，同时，当燃料电池出现故障时系统可工作在涡轮发电模式，双发电方式也方便调节各级发电功率。
45.在一种可选方式中，如图3所示，本发明实施例的涡轮发电单元2202包括燃烧室22021和同轴设置的压气机22022、涡轮22023以及发动机22024，压气机22022的气体入口与空气输入管路2203连通，压气机22022的气体出口和散热装置2100的燃料出口分别与燃烧室22021的入口连通，燃烧室22021的气体出口通过燃料电池2201的阴极与涡轮22023的进气口连通，涡轮22023的燃料出口与发动机22024的入口连通，发动机22024的电能输出口与供电装置2300电连接。
46.具体实施时，本发明实施例的涡轮发电单元2202包括燃烧室22021和同轴设置的压气机22022、涡轮22023以及发动机22024，其中，压气机22022的气体入口与空气输入管路2203连通，可以将空气通过空气输入管路2203输送至压气机22022中，压气机22022的气体出口和散热装置2100的燃料出口分别与燃烧室22021的入口连通，可以利用燃烧室22021将燃料和空气进行混合进一步燃烧提高温度，另外，燃料电池2201的阳极还可以将废热输送至燃烧室22021，从而进行循环利用废热的热能。同时，由于燃烧室22021的气体出口通过燃料电池2201的阴极与涡轮22023的进气口连通，从而可以使得燃烧后的气体通过燃料电池2201的阴极管路进入涡轮22023，为涡轮22023膨胀做工提供更多的热能，涡轮22023的出口与发动机22024的入口连通，进而通过涡轮22023产生轴功率驱动发电机22024旋转产生电能，将电能输送至供电装置2300。
47.示例性的，如图2所示，本发明实施例的供电装置2300包括电能传导单元2301以及储能单元2302，电能传导单元2301的电能输入口与发电装置2300的电能输出口电连接，电能传导单元2301还分别与储能单元2302以及机载设备2101电连接。储能单元2302包括电池储能单元23021和电容储能单元23022，电池储能单元23021和电容储能单元23022分别与电能传导单元2301电连接。其中，电能传导单元2301可以为汇流条。
48.具体实施时，本发明实施例的供电装置2300包括电能传导单元2301以及储能单元2302，电能传导单元2301的电能输入口与发电装置2200的电能输出口电连接，也就是说，发电装置2200可以将电能传输至电能传导单元2301，电能传导单元2301还与储能单元2302电连接，因此，当储能单元2302具有储能空间时，可以使得电能传导单元2301将电能传输至储能单元2302进行储能，电能传导单元2301还与机载设备2101电连接，用于向机载设备2101供电，当储能单元2302的储能空间已经储存满电能时，可以将电能直接传输至机载设备2101，达到向机载设备2101供电的目的。
49.由上可见，本发明实施例通过发电装置中的燃料电池和涡轮发电单元两级发电，然后将涡轮发电单元以及燃料电池产生的电能输送至供电装置中的电能传导单元，电能传导单元将部分电能储存在储能电源中，部分电能用于向机载设备供电，不仅可以在燃料电池出现故障时系统可工作在涡轮发电模式，双发电方式也方便调节各级发电功率。而且当燃料电池和涡轮发电单元均出现故障时，可以利用储能单元向机载设备供电，保证了电压的稳定性和供电功率。
50.举例来说，如图4所示，本发明实施例的机载设备供电与热管理综合系统还包括电压转换器2400，电压转换器2400分别与发电装置2200和供电装置2300电连接。
51.具体实施时，本发明实施例的发电装置2200中的燃料电池2201和涡轮发电单元2202将电能传输至电压转换器2400，用于将电压转换为所需的电压，从而将转换后的电压输送至供电装置2300中的电能传导单元2301内，保证了电压的稳定性。
52.在此基础上，本发明实施例的涡轮还具有废气排放口22025，废气排放口22025可以将燃料电池的阴极管辂输送的废气通过涡轮排放至废气排放口22025。
53.本发明示例性实施例还提供一种散热与供电联合管理方法，图5示出了本发明实施例提供的机载设备供电与热管理方法的流程图，本发明示例性实施例提供的散热与供电联合管理方法，包括：
54.步骤401：利用冷却燃料供应装置向机载设备具有的换热器提供冷却燃料。
55.步骤402：所述机载设备具有的换热器利用冷却燃料冷却所述机载设备，获得吸热后的燃料。
56.步骤403：发电装置利用所述吸热后的燃料以及空气发电，将发电所获得的电能通过所述供电装置向所述机载设备供电。
57.示例性的，本发明实施例的冷却燃料供应装置可以向机载设备具有的换热器中输送低温燃料，低温燃料在机载设备具有的换热器中吸收机载设备产生的废热，使得低温燃料温度升高，得到吸热后的燃料。吸热后的燃料可以进入发电装置的燃料入口，此时，发电装置可以利用吸热后的燃料和空气进行发电。同时，可以将发电装置获得的电能输送至供电装置，进而将供电装置的电能供给机载设备，使得机载设备获得电能。
58.在一种可选方式中，本发明示例性实施例提供的机载设备供电与热管理方法还包括：利用冷却燃料供应装置向所述发电装置提供冷却燃料。
59.举例来说，本发明实施例的冷却燃料供应装置还可以不经过机载设备的换热器，直接与换热器输出的升温燃料汇合后进入发电装置进行发电，因此，在两路燃料的配合下，可以实现机载设备的温度控制和任务发电量所需要的燃料流量控制，使得机载设备的温度和经过换热器的流量满足运行需求，可以减少燃料的损失，还可以带走机载设备产生的热
量，简化了机载设备散热的流程。
60.在此基础上，本发明实施例的机载设备供电与热管理方法还包括：将吸热后的燃料和冷却燃料混合后分别输送至燃烧室和燃料电池的阳极，利用压气机将空气传输至燃烧室中进行燃烧，获得加热后的空气。加热后的空气进入燃料电池的阴极，利用燃料电池进行发电，利用所述燃料电池的阴极管路将加热后的空气和燃料传输至涡轮以及发电机中进行发电。
61.例如：本发明实施例中，将吸热后的燃料和冷却燃料混合后分别输送至燃烧室和燃料电池的阳极。同时，空气输入管路将空气输送至燃料电池的阴极，进而使得燃料电池将燃料转化为电能，然后将燃料电池的电能输送至供电装置。另外，燃料电池的阴极管路将通过燃烧室加热后的空气和燃料传输至涡轮发电单元产生电能，从而可以将涡轮发电单元产生的电能输送至供电装置。可见，由于燃料电池和涡轮发电机的设置，可以使用两种方式进行发电，增大了发电功率，同时，当燃料电池出现故障时系统可工作在涡轮发电模式，双发电方式也方便调节各级发电功率。
62.可见，本发明实施例中的机载设备供电与热管理综合系统及方法，sofc与燃气涡轮机结合进行多级发电，发电效率远高于传统燃气轮机发电装置。同时机载设备在用电过程中不可避免的会产生很多废热，需要进行散热和温度控制，结合冷却燃料供应装置的低温燃料可以使系统在发电的过程同时带走机载设备的废热，达到发电、散热联合管理的目的，并且sofc和涡轮机发电功率不受飞机发动机转速影响，功率稳定。因此，通过将散热装置输出的升温燃料直接传输至发电装置进行发电，既可以带走机载设备产生的热量，又可以使得发电装置直接利用升温燃料进行发电，减少了燃料的损失，提高了供电功率。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明的意图包括这些改动和变型在内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，包括：冷却燃料供应装置、散热装置、发电装置和供电装置，所述冷却燃料供应装置的燃料出口分别与所述散热装置的入口和所述发电装置的入口连通，所述散热装置的出口与所述发电装置的入口连通，所述发电装置的电能输出口与所述供电装置的电能输入口电连接；所述散热装置包括机载设备，所述机载设备具有换热器；所述冷却燃料供应装置与所述机载设备具有的换热器的入口连通，所述机载设备具有的换热器的出口与所述发电装置的燃料入口连通，所述供电装置的电能输出口与所述机载设备的电源接口电连接，所述发电装置的入口还与空气连通。2.根据权利要求1所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述散热装置还包括分流装置，所述分流装置的入口与所述冷却燃料供应装置的燃料出口连通，所述分流装置的第一出口与所述换热器的入口连通，所述分流装置的第二出口与所述发电装置的入口连通。3.根据权利要求2所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述散热装置还包括控制器和温度传感器，所述控制器分别与所述温度传感器和所述分流装置连通；所述温度传感器用于采集所述机载设备的温度，所述控制器用于在所述机载设备的温度大于预设温度的时候，设置所述第一出口的流量大于所述第二出口的流量。4.根据权利要求1所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述发电装置包括燃料电池和涡轮发电单元，所述燃料电池的燃料入口分别与所述散热装置的燃料出口和空气输入管路连通，所述燃料电池的电能输出口与所述供电装置电连接，所述涡轮发电单元的气体入口与所述空气输入管路连通，所述涡轮发电单元的电能输出口与所述供电装置电连接，所述散热装置的燃料出口还与所述涡轮发电单元的燃料入口连通。5.根据权利要求4所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述涡轮发电单元包括燃烧室和同轴设置的压气机、涡轮以及发动机，所述压气机的气体入口与空气输入管路连通，所述压气机的气体出口和所述散热装置的燃料出口分别与燃烧室的入口连通，所述燃烧室的气体出口通过所述燃料电池的阴极与所述涡轮的进气口连通，所述涡轮的出口与所述发动机的入口连通，所述发动机的电能输出口与所述供电装置电连接。6.根据权利要求1～5任一项所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述供电装置包括电能传导单元以及储能单元，所述电能传导单元的电能输入口与所述发电装置的电能输出口电连接，所述电能传导单元还分别与所述储能单元以及所述机载设备电连接；所述储能单元包括电池储能单元和电容储能单元，所述电池储能单元和电容储能单元分别与所述电能传导单元电连接。7.根据权利要求1～5任一项所述的机载设备供电与热管理综合系统，其特征在于，所述机载设备供电与热管理综合系统还包括电压转换器，所述电压转换器分别与所述发电装置和所述供电装置电连接。8.一种机载设备供电与热管理方法，其特征在于，应用于权利要求1～7任一项所述的机载设备供电与热管理综合系统，所述方法包括：利用冷却燃料供应装置向机载设备具有的换热器提供冷却燃料；所述机载设备具有的换热器利用冷却燃料冷却所述机载设备，获得吸热后的燃料；
发电装置利用所述吸热后的燃料以及空气发电，将发电所获得的电能通过所述供电装置向所述机载设备供电。9.根据权利要求8所述的机载设备供电与热管理方法，其特征在于，所述方法还包括：利用所述冷却燃料供应装置向所述发电装置提供冷却燃料。10.根据权利要求9所述的机载设备供电与热管理方法，其特征在于，所述发电装置包括燃料电池和涡轮发电单元，所述涡轮发电单元包括燃烧室和同轴设置的压气机、涡轮以及发动机，所述散热与供电联合管理方法还包括：将吸热后的燃料和冷却燃料混合后分别输送至所述燃烧室和所述燃料电池的阳极；利用压气机将空气传输至燃烧室中进行燃烧，获得加热后的空气；所述加热后的空气进入所述燃料电池的阴极；利用所述燃料电池进行发电；和/或，利用所述燃料电池的阴极管路将加热后的空气和燃料传输至涡轮以及发电机中进行发电。

技术总结
本发明公开一种机载设备供电与热管理综合系统及方法，涉及机载设备供电与散热技术领域，以解决现有的机载设备供电紧张和散热能力不足的问题。该机载设备供电与热管理综合系统包括冷却燃料供应装置、散热装置、发电装置和供电装置，所述冷却燃料供应装置的燃料出口分别与所述散热装置的入口和所述发电装置的入口连通，所述散热装置的出口与所述发电装置的入口连通，所述发电装置的电能输出口与所述供电装置的电能输入口电连接。该方法用于实施该系统。本发明提供的机载设备供电与热管理综合系统及方法用于实现飞机上机载设备的散热与供电的联合管理，简化散热流程，提高供电功率。提高供电功率。提高供电功率。


技术研发人员：李洋 成超乾 姜琳琳 焦宗夏 尚耀星 王森 张昊园 武严
受保护的技术使用者：北京航空航天大学宁波创新研究院
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/3/28