供应飞行器涡轮机的燃料调节系统和供应涡轮机的方法与流程

本发明涉及包括由储存在低温储罐中的燃料供应的涡轮机的飞行器的领域。

背景技术：

1、众所周知，以液态形式储存燃料(特别是氢)以减少飞行器的储罐的总尺寸和重量。例如，燃料在大约20到22开尔文(即，-253℃到-251℃)的温度下储存在飞行器上的低温储罐中。

2、为了注入到涡轮机的燃烧室中，必须对燃料进行调节(即加压和加热)，以确保最佳燃烧。例如，为了降低涡轮机中循环空气所含水蒸气结冰/凝固的风险(特别是在涡轮机的燃料注入器处)，需要进行调节。参见[图1]，示出了根据现有技术的调节系统scaa，所述调节系统scaa包括燃料回路100，所述燃料回路100在入口处连接到低温储罐r1，在出口处则连接到涡轮机t的燃烧室cc。在燃料回路100中从上游到下游循环的燃料流q相继通过机械泵101和加热模块102。

3、加热模块102配置为向燃料流q提供热量，以便对所述燃料流q进行加热，使得所述燃料流q能够注入涡轮机t中。考虑到燃料流q在加热模块102中可能处于两相状态，因此对燃料流q进行加热是复杂的，这使得有必要使用适于处理气相和液相的加热模块102，从而使得加热模块102更加复杂并增加了其成本。

4、此外，以已知的方式，加热模块102允许一种或多种传热流体循环，以向燃料流q提供热量。由于离开低温储罐r1的燃料流q的温度非常低，在加热模块102中循环的传热流体可能在加热模块102中结霜，这可能会损坏加热模块102或影响其效率。

5、因此，本发明旨在通过提供一种用于加热的高效且可靠的新型燃料调节系统来消除至少一些上述缺陷。

6、现有技术中的燃料调节系统可从专利申请us2021/207540a1、us5203174a、ep1672270a2和fr2681641a1中获知。

技术实现思路

1、本发明涉及一种燃料调节系统，所述燃料调节系统配置为向飞行器的涡轮机供应来自低温储罐的燃料，调节系统包括：

2、o燃料回路，其在入口处连接到低温储罐并在出口处连接到涡轮机，燃料流在燃料回路中从上游向下游循环，

3、o安装在燃料回路中的多个热交换器，所述多个热交换器配置为向燃料流传递热量，所述多个热交换器包括：

4、o一级热交换器，其配置为将燃料流至少加热到一级温度，

5、o至少一个二级热交换器，其安装在一级热交换器的下游，并配置为用于将燃料流加热到至少一个高于一级温度的二级温度，一级热交换器配置为用于从至少具有二级温度的燃料流中提取热量。

6、得益于根据本发明的调节系统，燃料/燃料类型的一级热交换器用于执行燃料流的初步加热，以避免任何传热流体凝固的风险。然后，二级热交换器可对燃料流进行大幅加热。

7、有利地，消除了二次热交换器结冰/凝固的风险，可以使用两种流体以逆流模式或交叉流模式循环的二次热交换器，这两种模式都比传统上用于降低结冰/凝固风险的顺流模式热效率更高。

8、此外，由于燃料流体在一级热交换器中被部分加热，因此一级热交换器可以减少二级热交换器中两种流体之间的热梯度。减少二级热交换器中的热梯度可以减少热机械应力，从而延长二级热交换器的使用寿命。

9、由于燃料流具有汽化温度，因此一级温度优选地高于汽化温度。一级热交换器不仅可以消除凝固的风险，还可以从燃料流中去除液相，只留下气相，然后由二级热交换器对气相进行简单方便的加热。如果燃料的压力低于其临界压力(亚临界情况)，则一级热交换器可改变燃料相，只留下气相，气相可在二级热交换器中进行简单加热。

10、对于氢燃料，优选地，一级温度大于65k。优选地，二级热交换器由具有预定凝固温度的传热流体加热，一级温度高于传热流体的预定凝固温度。

11、一级温度高于传热流体的预定凝固温度，有利于防止二级热交换器内的任何凝固，从而提高调节系统的使用寿命和效率。

12、如果传热流体是氮气，一级温度优选大于100k，如果传热流体是二氧化碳，一级温度优选大于220k。

13、主热交换器优定位于多个热交换器的最上游。以这种方式，主热交换器可以直接处理离开低温储罐的燃料流，以消除液相，并在二级热交换器对燃料流进行最佳加热之前对其进行初步加热。

14、燃料回路优选包括低温储罐和主热交换器之间的上游部分、与主热交换器和自身相连接的加热回路以及一级热交换器和涡轮机之间的下游部分。

15、在本发明的一个实施例中，加热回路包括多个二级热交换器。这样就可以分阶段加热和/或使用几种不同的传热流体和/或几种不同的热源。

16、根据本发明的另一种变型，下游部分包括至少一个三级热交换器，用于将燃料流加热到适合涡轮机的温度。这样就能确保涡轮机中的高效燃烧。

17、根据优选的方面，一级温度在100k和220k之间。优选地，二级温度在300k和400k之间。

18、本发明还涉及至少一个低温储罐、飞行器的涡轮机和调节系统的组件，如前所述，所述调节系统将低温储罐与飞行器涡轮机连接。

19、本发明还涉及一种包括上述组件的飞行器。

20、本发明还涉及一种通过如上所述的调节系统将来自低温储罐的燃料向飞行器的涡轮机供应燃料的方法，燃料流在燃料回路中从上游向下游循环，所述燃料回路在入口处连接到低温储罐并在出口处连接到涡轮机，所述方法包括以下步骤：

21、o将一级热交换器中的燃料流至少加热到一级温度，

22、o在至少一个二级热交换器中将燃料流至少加热到高于一级温度的二级温度，一级热交换器从至少达到二级温度的燃料流中提取热量。

技术特征：

1.一种燃料的调节系统(sc)，其配置为向飞行器的涡轮机(t)供应来自低温储罐(r1)的燃料(q)，所述调节系统(sc)包括：

2.根据权利要求1所述的燃料的调节系统(sc)，其中所述燃料流(q)具有汽化温度，所述一级温度(t1)高于所述汽化温度。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中二级热交换器(ex2；ex2a-ex2c)由具有预定凝固温度的传热流体(f2；f2a-f2c)加热，一级温度(t1)高于传热流体(f2；f2a-f2c)的预定凝固温度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中一级热交换器(ex1)定位于多个热交换器的最上游。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中燃料回路(cq)包括位于低温储罐(r1)和一级热交换器(ex1)之间的上游部分(p1)、将一级热交换器(ex1)连接到其自身的加热回路(p2)以及位于一级热交换器(ex1)与涡轮机(t)之间的下游部分(p3)，二级热交换器(ex2；ex2a-ex2c)安装在加热回路(p2)中。

6.根据权利要求5所述的燃料的调节系统(sc)，其中加热回路(p2)包括多个二级热交换器(ex2；ex2a-ex2c)。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中下游部分(p3)包括至少一个三级热交换器(ex3)，用于将燃料流(q)加热至适合涡轮机(t)的温度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中一级温度(t1)在100k和220k之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃料的调节系统(sc)，其中二级温度(t2)在300k和400k之间。

10.一种通过根据权利要求1至9中任一项所述的调节系统来向飞行器的涡轮机(t)供应来自低温储罐(r1)的燃料(q)的方法，燃料流(q)在燃料回路(cq)的上游到下游中循环，所述燃料回路(cq)在入口处连接到低温储罐(r1)，在出口处则连接到涡轮机(t)，所述方法包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种燃料的调节系统(SC)，其配置为向飞行器的涡轮机(T)供应来自低温储罐(RI)的燃料(Q)，所述调节系统(SC)包括一级热交换器(EX1)和至少一个设置在一级热交换器(EX1)下游的二级热交换器(EX2)，所述一级热交换器(EX1)设计为将燃料流(Q)加热到至少一个一级温度(T1)，所述二级热交换器(EX2)设计为将燃料流(Q)加热到高于一级温度(T1)的至少一个二级温度(T2)，一级热交换器(EX1)配置为提取至少处于二级温度(T2)的燃料流(Q)的热量。技术研发人员：S·马卢夫,H·P·M·茹昂受保护的技术使用者：赛峰集团技术研发日：技术公布日：2024/6/13