[发明专利]液氢蒸发器和加热器

说明书

根据本公开的至少一个方面，提供了一种用于飞行器的氢燃料系统。所述氢燃料系统包括燃气涡轮发动机和燃料供给管道。所述燃料供给管道至少部分地由流体串联的以下各者限定：液氢罐，所述液氢罐流体连接到所述燃气涡轮发动机的燃烧室；液氢泵，所述液氢泵将燃料驱动到所述燃气涡轮发动机的所述燃烧室；蒸发器；以及电热源，所述电热源与所述蒸发器热连通以将热量添加到穿过所述蒸发器的氢流中。在实施方案中，所述电能源与所述电热源相关联以给所述电热源供电。

技术领域

本公开总体上涉及替代燃料飞行器，并且更具体地涉及氢动力飞行器。

背景技术

在航空航天应用中，每当需要低碳排放时，氢通常被视为燃料。氢通常被低温储存，以使其每单位体积的能量密度最大化，但是在用于燃烧之前必须首先将其蒸发成气态。对用于将液氢转化成气态以用于航空航天工业中的燃烧的系统和方法的改进的需要一直存在。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，提供了一种用于飞行器的氢燃料系统。所述氢燃料系统包括燃气涡轮发动机和燃料供给管道。所述燃料供给管道至少部分地由流体串联的以下各者限定：液氢罐，所述液氢罐流体连接到所述燃气涡轮发动机的燃烧室；液氢泵，所述液氢泵将燃料驱动到所述燃气涡轮发动机的所述燃烧室；蒸发器；以及电热源，所述电热源与所述蒸发器热连通以将热量添加到穿过所述蒸发器的氢流中。在实施方案中，所述电能源与所述电热源相关联以给所述电热源供电。

在实施方案中，所述燃料供给管道进一步由在所述蒸发器的下游、流体串联的蓄能器、压力调节器、气态氢计量单元、歧管截止阀和燃料歧管限定。

在某些实施方案中，上游工作流体管道与所述蒸发器流体连通并且至少部分地由以下各者限定：电热源，所述电热源操作性地将热量添加到所述工作流体中以与穿过所述蒸发器的所述氢流进行热交换；以及上游工作流体泵，所述上游工作流体泵驱动所述工作流体通过所述蒸发器。在某些此类实施方案中，所述电能源在所述燃气涡轮发动机的外部，并且所述电能源包括以下中的至少一者：操作性地连接为给所述电热源供电的辅助电力单元、发电机和/或电池。

在实施方案中，所述燃料供给管道进一步由以下各者限定：气态氢泵，所述气态氢泵位于所述蒸发器的下游，将气态氢流从所述蒸发器驱动到所述燃气涡轮发动机的所述燃烧室；以及气态氢加热器，所述气态氢加热器位于所述气态氢泵的下游和所述燃气涡轮发动机的上游，其中所述气态氢加热器与所述发动机内部的发动机热源相关联以将热量添加到穿过所述气态氢加热器的气态氢流。

在某些实施方案中，所述发动机热源是来自压缩机段的压缩机放气。在某些此类实施方案中，放气管道至少部分地由所述燃气涡轮发动机的所述压缩机段和所述气态氢加热器限定，以将热量添加到穿过所述气态氢加热器的所述气态氢流并且冷却穿过所述气态氢加热器的所述压缩机放气。环境控制系统返回管道至少部分地由所述燃气涡轮发动机的所述压缩机段和环境控制系统限定，以使所述冷却的压缩机放气流到所述环境控制系统。

在某些实施方案中，所述发动机热源是来自所述燃气涡轮发动机的涡轮排气段的涡轮排气。在某些实施方案中，下游工作流体管道至少部分地由以下各者限定：所述燃气涡轮发动机的所述涡轮排气段、所述气态氢加热器和下游工作流体泵，所述下游工作流体泵用于将加热的下游工作流体驱动到所述气态氢加热器以将热量添加到穿过所述气态氢加热器的所述气态氢流。在某些此类实施方案中，所述下游工作流体管道至少部分地围绕所述燃气涡轮发动机的所述涡轮排气段盘绕，以将热量从所述燃气涡轮发动机的所述涡轮排气段添加到所述下游工作流体管道中的下游工作流体流。

‎在某些实施方案中，所述发动机热源是发动机流体。在某些此类实施方案中，发动机流体管道至少部分地由流体串联的以下各者限定：发动机流体源、所述气态氢加热器和发动机流体返回件，以将热量从所述发动机流体添加到穿过所述气态氢加热器的所述气态氢流。