[发明专利]一种热沉与闭式发电联合运行系统及联合运行方法

说明书

一种热沉与闭式发电联合运行系统及联合运行方法，属于热管理与发电技术领域。本发明解决了现有的基于液态金属的冷却方案存在的热量浪费的问题。包括燃料罐、燃料电动泵、冷却器、高温换热器、闭式循环发电装置、液态金属电磁泵及壁面冷却通道，其中所述燃料电动泵通过管路连接至燃料罐出口与冷却器冷侧入口端之间，冷却器冷侧出口端通过管路连接至发动机的喷射器，液态金属电磁泵、壁面冷却通道及高温换热器热侧之间通过管路依次连接形成回路，冷却器热侧及高温换热器的冷侧分别通过管路与闭式循环发电装置连接。闭式循环发电系统利用对外做功的方式将热能转化为电能供机上使用，减少向燃料的传热量，提高了燃料热沉。

技术领域

本发明涉及一种热沉与闭式发电联合运行系统及联合运行方法，属于热管理与发电技术领域。

背景技术

热防护技术是发展高超音速的关键技术之一。飞行速度超过Ma5的叫做高超声速飞行器，超燃冲压发动机是高超音速飞行的理想动力装置，结构简单，重量轻，具有高比冲、高速度和大推重比等特点，适宜在大气层内长时间高超音速飞行。但是由于其工作环境极其恶劣，一般在高马赫数下飞行，飞行过程中高速空气在壁面滞止产生大量的气动热，另外高超音速飞行器在超音速燃烧时产生的热量足以将任何金属熔化，机载电子元件产生的热量也需要及时的导走，所以为了保证发动机长时间安全运行，进行高超音速飞行器的热防护技术尤为关键。

超燃冲压发动机的热防护技术中的再生冷却技术得到广泛应用，在发动机壁面开冷却槽通道，并使用燃料作为冷却剂，燃料在冷却通道内对发动机室壁进行对流冷却，同时燃料也得到预热，但传统再生冷却技术面临的问题是燃料裂解结焦，阻塞冷却通道使冷却失效从而导致发动机烧毁。现有技术中为了解决燃料裂解结焦的问题，出现了一种基于液态金属的冷却方案，但是这种冷却方案全程仅采用一个换热器对液态金属及燃料进行换热，当发动机温度过高时，仅采用一个换热器会导致换热效果不好，燃料作为间接冷却剂的吸热量过高，降低了系统的总热沉，同时也导致了热量的浪费。

发明内容

本发明是为了解决现有的基于液态金属的冷却方案存在的热量浪费的问题，进而提供了一种热沉与闭式发电联合运行系统及联合运行方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热沉与闭式发电联合运行系统，包括燃料罐、燃料电动泵、冷却器、高温换热器、闭式循环发电装置、液态金属电磁泵及壁面冷却通道，其中所述燃料电动泵通过管路连接至燃料罐出口与冷却器冷侧入口端之间，冷却器冷侧出口端通过管路连接至发动机的喷射器，液态金属电磁泵、壁面冷却通道及高温换热器热侧之间通过管路依次连接形成回路，冷却器热侧及高温换热器的冷侧分别通过管路与闭式循环发电装置连接。

进一步地，液态金属电磁泵的出口与发动机壁面冷却通道入口之间通过管路连接设置有电子元件冷却通道及蒙皮冷却通道。

进一步地，所述闭式循环发电装置包括压气机、涡轮及发电机，其中冷却器的热侧出口端与压气机相连，压气机的出口端与高温换热器的冷侧入口相连，高温换热器的冷侧出口与涡轮入口相连，涡轮出口与冷却器的热侧入口相连，涡轮、压气机与发电机同轴布置。

进一步地，闭式循环发电装置中的循环工质为氦气或二氧化碳。

进一步地，液态金属为钠钾合金或镓铟合金。

一种采用上述系统的联合运行方法，燃料罐中的低温燃料通过燃料电动泵输送至冷却器的冷侧，液态金属经液态金属电磁泵输送至冷却通道内，在冷却通道中吸收热量后升温，升温后的液态金属通过高温换热器将携带的热量转移至闭式循环发电装置，闭式循环发电装置将部分热量转化为电能，其余热量通过冷却器转移至低温燃料，吸热后的燃料通入燃烧室中进行燃烧。

本发明与现有技术相比具有以下效果：