[发明专利]集成燃料电池和发动机燃烧器组件

说明书

一种发动机组件，包括：燃烧器；与燃烧器集成的燃料电池堆，燃料电池堆被构造成(i)将来自燃料电池堆的燃料和空气排气引导到燃烧器中并且(ii)产生电能；流体连接到燃料电池堆的催化部分氧化转化器，催化部分氧化转化器被构造成优化引导到燃料电池堆中的燃料流的氢含量；和电连接到燃料电池堆的一个或多个子系统，一个或多个子系统被构造成接收由燃料电池堆产生的电能。燃烧器被构造成将来自燃料电池堆的燃料和空气排气燃烧成驱动下游涡轮的一种或多种气态燃烧产物。

技术领域

本主题大体上涉及例如燃料电池的发电系统和燃气涡轮发动机。特别地，本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃烧系统与集成燃料电池的组合。本公开进一步涉及包括(i)用于产生富氢燃料流的催化部分氧化(C-POX)转化器和(ii)由燃料电池和/或催化部分氧化(C-POX)转化器产生的能量提供动力的一个或多个子系统。

背景技术

在发动机的选择和操作中，发动机的燃料效率可能是一个重要的考虑因素。例如，飞行器中的燃气涡轮发动机的燃料效率可能是影响飞行器飞行距离的重要(和限制)因素。当前的飞行器喷气发动机通常主要提供轴(例如，机械)动力，该动力使用安装在风扇上的轴转化成推进力和转化成少量发电量。然而，除了燃气涡轮发动机之外，一些飞行器推进系统还可以包括燃料电池。这些燃料电池可以位于燃烧器的上游或围绕燃烧器，并且位于燃气涡轮发动机的压缩机的下游。压缩机输出的压缩空气沿着发动机的长度流动并进入燃料电池。该空气的一部分在产生电能时被燃料电池消耗。剩余的空气可以流过燃料电池或围绕燃料电池流动并进入燃烧器。然后，该空气与燃料混合并在发动机的燃烧器中燃烧。

发明内容

一种发动机组件，包括：(a)燃烧器；(b)与燃烧器集成的燃料电池堆，该燃料电池堆被构造成(i)将来自燃料电池堆的燃料和空气排气引导到燃烧器中并且(ii)产生电能；(c)流体连接到燃料电池堆的催化部分氧化转化器，该催化部分氧化转化器被构造成优化引导到燃料电池堆中的燃料流的氢含量；(d)电连接到燃料电池堆的一个或多个子系统，一个或多个子系统被构造成接收由燃料电池堆产生的电能，其中燃烧器被构造成将来自燃料电池堆的燃料和空气排气燃烧成驱动涡轮的一种或多种气态燃烧产物。

一种发动机组件，包括：(a)燃烧器；(b)与燃烧器集成的燃料电池堆，该燃料电池堆被构造成(i)将来自燃料电池堆的燃料和空气排气引导到燃烧器中并且(ii)产生电能；(c)流体连接到燃料电池堆的催化部分氧化转化器，该催化部分氧化转化器被构造成优化引导到燃料电池堆中的燃料流的氢含量；(d)AC/DC转化器，该AC/DC转化器被构造成将燃料电池堆产生的电能的DC电流转化成AC电流；和(e)电连接到燃料电池堆的一个或多个子系统，该一个或多个子系统被构造成接收AC电流，其中，燃烧器被构造成将来自燃料电池堆的燃料和空气排气燃烧成驱动下游涡轮的一种或多种气态燃烧产物。

一种方法，包括：(a)将来自压缩机的空气引导到与涡轮发动机的燃烧器集成的燃料电池堆的燃料电池中；(b)将燃料引导到燃料电池堆的燃料电池中；(c)将进入燃料电池堆的燃料电池的空气和燃料的至少一些转化为电能；(d)将电能转化成AC电流，供一个或多个发动机系统使用；(e)将来自燃料电池堆的燃料和空气排气径向引导到燃烧器中；(f)在燃烧器中将燃料和排气燃烧成气态燃烧产物；和(g)使用气态燃烧产物驱动涡轮发动机的涡轮。

本公开的附加特征、优点和实施例通过考虑以下详细描述、附图和权利要求而被阐述或显而易见。此外，应当理解，本公开的前述概述和以下详细描述都是示例性的并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。

附图说明

如附图中所示，从以下更具体的对各种示例性实施例的描述中，前述和其他特征和优点将变得显而易见，附图中相似的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。

图1示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的燃烧系统与集成燃料电池的组合。

图2示出了根据本公开的实施例的图1所示的燃烧系统与集成燃料电池。