CN103597643B - 驱动单元、用于提供动力的方法以及驱动单元的运用 - Google Patents

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Abstract

一种驱动单元（2），包括：燃烧室（26），用于燃烧燃料/空气混合物；以及燃料电池装置（4），其中，所述燃料电池装置（4）包括至少一个燃料电池（30）并且被设置在所述燃烧室（26）的上游，所述至少一个燃料电池（30）在每种情况下均包括：能够耦接至燃料管线（38）的阳极（32）、能够耦接至空气源的阴极（34）以及流体出口（31）。所述燃烧室（26）还包括用于供应燃料/空气混合物的燃烧室入口（27）以及用于排出废气的燃烧室出口（29），并且所述燃烧室入口（27）连接至所述燃料电池装置（4）的所述流体出口（31）。以此方式，可以提供除产生机械动力之外还以高效率产生电力的混合驱动单元。

Description

驱动单元、用于提供动力的方法以及驱动单元的运用
相关申请
本申请要求享有2011年4月21日提交的德国专利申请No.102011018448以及2011年4月21日提交的美国临时专利申请No.61/477,703的申请日，这两个申请的公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种驱动单元、用于提供动力的方法以及驱动单元在交通工具中的运用。
背景技术
在设计用于各种用途的驱动单元时，如今最重要的尝试之一涉及使燃料消耗最小化，以实现驱动单元的最有效及环境友好的操作。根据相应的用途，例如在交通工具中的驱动单元的情况下，减轻重量也可能是最重要的。目前，出于优化飞行器中的燃料消耗的目的，已知使用燃料电池系统来提供电力并且以此方式来部分地减少要由主发动机提供的机械动力，其中一些机械动力用来驱动发电机。为了针对一方面是发动机而另一方面是燃料电池的同时操作简化燃料的供应，频繁地使用用于从碳烃燃料提供适合的燃料电池燃料的催化重整装置，使得在相关交通工具中仅需要提供单一类型的燃料。
可以进一步改进发动机和燃料电池的并行操作，以开发出最大可能的效率，其中，发动机和燃料电池的并行操作主要提供机械动力，在该并行操作中，发动机和燃料电池或者在空间和功能方面完全分离或者仅通过呈燃料和空气形式的工作介质和/或从热的角度通过热交换器发生耦接。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种驱动单元以及用于操作驱动单元的方法，在该单元和方法中，内燃机和燃料电池以集成的方式彼此耦接，其中，驱动单元的燃料消耗尽可能低，而总效率要尽可能地高。
通过具有独立权利要求1的特征的驱动单元来满足与驱动单元有关的目的。从属权利要求公开了有利的改进。
根据本发明的驱动单元包括：燃烧室，用于燃烧燃料/空气混合物；至少一个燃料电池装置，其中，所述燃烧室包括：用于供应燃料/空气混合物的燃烧室入口以及用于排出废气的燃烧室出口，所述至少一个燃料电池装置包括至少一个燃料电池，所述至少一个燃料电池具有能够耦接至用于阳极燃料的供应管线的阳极以及能够耦接至空气源的阴极，其中，燃料电池包括连接至燃烧室入口的流体出口。因此，在由工作介质的流动决定的流动方向上，燃烧室被设置在所述至少一个燃料电池的下游，使得源自所述至少一个燃料电池的阴极/阳极气体混合物能够流经所述燃烧室。
因此，根据本发明的驱动单元的核心由特别有利的直接且高度紧凑的集成以及内燃机内燃料电池装置在/与燃烧室的直接耦接组成，其中，对内燃机的功能而言必需的气流从与阴极流体连接的空气源流到燃料电池装置中并且流过所述燃料电池装置。相对于燃料电池处理，该气流因此在下文中也被称为“阴极气流”，这导致了通过在阳极处供应的燃料而产生电力。
存在如下特殊特征：在从阴极气流部分地去除氧之后并且在部分地氧化阳极处的用于操作燃料电池的燃料之后，剩余的阴极气流和剩余的燃料质量流通过燃料电池出口离开燃料电池装置并且直接到达燃烧室的燃烧室入口。在该位置处，剩余（气态）燃料优选地完全燃烧并且以废气的形式从燃烧室出口传送到外部。
因此，电力生成期间燃料电池装置内已产生的热量以及作为氧化的结果而升高的压力在无热交换器或管线桥接空间距离的情况下被直接馈送至燃烧室。作为燃烧室中的燃烧的结果，未耗尽的燃料成分导致所述燃烧室中的压力以及额外的热量的进一步增加。燃烧室内获得的总压力接下来准备提供机械动力，这或者以转动机械动力的形式或者以推力的形式存在于常用的驱动单元中。应理解，为了获得特别有效的运行，应当实现总体为化学计量的燃烧，这可以通过调节对所述至少一个燃料电池的燃料供应而实现。
所使用的燃料电池的设计应当以获得最低可能的流动阻力为目的而进行，使得在燃料电池上获得的压差尽可能低。在有利的实施方式中，出于增加燃料质量流的目的，可以设置绕过燃料电池的旁路。
针对液态燃料的常规使用，在有利的实施方式中，驱动单元包括至少一个燃料转化器，所述至少一个燃料转化器被布置在燃料管线与燃料电池装置之间并被设计成将液态燃料转化成气态燃料，并且从气态燃料生成用于操作燃料电池的氢。在这点上，液态燃料和气态燃料的设计均不受限制。液态燃料例如可以以碳烃化合物（例如BTL（“生物质到液体”）或GTL（“气体到液体”）燃料））的形式或以醇（例如甲醇）的形式来实施。燃料转化器包括也称为“重整器”的汽化器装置（例如，加热器）和反应器。在反应器中，从气态燃料生成氢，换句话说，生成包含氢的气体，该气体除了氢之外还包括未燃烧的燃料以及所谓的残余燃料。残余燃料源自氢产生期间的燃料；残余燃料例如作为脱水的燃料或部分氧化的燃料出现，换句话说，仅利用氧已经不完全转化的燃料。
为了通过重整而在反应器中生成含氢气体，可以使用各种方法。例如，反应器可以被设计成执行催化部分氧化或催化部分脱水。通常，在反应器中生成的氢在可以被供应至燃料电池之前需要与未转换的燃料及与残余燃料分离。氢的分离可以例如通过优选地位于反应器内部中的氢渗透膜进行。
一般来说，应当注意，在正常环境温度下为液体的燃料的取决于根据本发明的驱动单元的应用的使用简化了所述燃料的存储。这尤其在根据本发明的驱动单元在交通工具中的运用中更加明显。
此外，在上下文中，术语“交通工具”指任何能够想象到的类型的交通工具，包括陆地交通工具、飞行器、船只和宇宙飞船。然而，根据本发明的驱动单元特别适合用于飞行器和直升机。
在本发明的有利实施方式中，燃料电池装置包括环形设计，该环形设计特别有利于燃料电池装置在以环形方式设置在转动对称驱动单元中的管状燃料电池或燃料电池中的使用。
在本发明的有利实施方式中，驱动单元包括：至少一个压缩机单元，其被设置在燃料电池装置的上游；以及涡轮机单元，其被设置在燃烧室的下游。压缩机单元包括至少一个压缩机叶轮，而涡轮机单元包括至少一个涡轮机叶轮。所述至少一个压缩机叶轮和所述至少一个涡轮机叶轮通过至少一个轴互相连接。因此，根据本发明的驱动单元（其表示包括燃料电池和内燃机的组合）专门被设计为燃气涡轮机，该燃气涡轮机实质上在压缩机单元与涡轮机单元之间包括燃料电池装置，空气和燃料通过该燃料电池装置到达燃烧室并且在流通过期间用来生成电力。在该布置中，燃料电池装置所需的和燃烧室所需的空气源已经通过设置在上游的压缩机单元（通常是多级压缩机单元）来实施，这导致存在足够的压力，以允许燃料电池装置的运行并且允许将足够高分数的阴极气流传送到燃烧室。
在有利的实施方式中，燃料电池装置用作并联地和/或一个接一个顺序地设置的多个燃料电池，所述多个燃料电池被设计为在两侧开放的管状燃料电池。在对这些管状燃料电池的内径和外径定尺寸时，可能会影响用于燃料电池处理可用表面的设计空间的比例，其中，管状形状同时确保获得阴极气流和燃料的足够通流。
这种燃料电池优选地被设计为固体氧化物燃料电池（SOFC），固体氧化物燃料电池（SOFC）通常担当具有超过600℃的温度的高温燃料电池。这种管状燃料电池的电解质优选地包括传导氧离子同时对电子具有绝缘效果的陶瓷材料。掺杂的二氧化锆（例如，掺杂有钇）可能是合适的材料。在借助于锶等进行这种掺杂的情况下，这种燃料电池的阴极还优选地由传导离子和电子的陶瓷材料（例如，掺杂的锰酸镧）制成。该燃料电池的阳极可以由可包括金属成分（例如，包括掺镍和掺钇的氧化锆的化合物）的陶瓷材料制成，以传导离子和电子。借助于管状燃料电池，多个独立的燃料电池可以以环形方式围绕涡轮机单元与压缩机单元之间的连接轴设置，使得可以利用尽可能紧凑的集成提供特别高的电力，并且同时简化了燃烧气体和阴极空气到燃烧室的通流。
管状燃料电池的设计可以包括圆形、椭圆形、矩形、多边形或其它规则形状或不规则形状的横截面，本发明的主题对管状燃料电池的横截面的形状没有限制。这也涉及横截面沿着管状燃料电池的长度的变化趋势，该变化趋势或者是恒定的，从而例如产生呈圆柱形的陶瓷管，或者是不恒定的，从而产生圆锥形状。此外，管状燃料电池还可以被设计为在一侧上存在或不存在套环，该套环指向上游，管状燃料电池可以通过该套环以特别简单的方式保持在接纳开口中。
在本发明的有利实施方式中，所述至少一个管状燃料电池包括由内表面构成的阳极以及由外表面构成的阴极。因此，管状燃料电池的设计特别简单和具有鲁棒性，并且可以通过管状燃料电池所涉及的机械支架实施所提供的电力的传导。
作为对此的替代方案，每个管状燃料电池均包括：单独的第一电极，其连接至燃料电池的外部；以及单独的第二电极，其连接至燃料电池的内部。以这种方式，执行电力到电气分配器单元的传导。
在本发明的有利实施方式中，若干个管状燃料电池以环形方式围绕涡轮装置与压缩机装置之间的至少一个轴分布。以这种方式，燃料电池装置仅使用相当紧凑的设计空间，源自燃料电池装置的气体包括适于确保用于进入到通常设计成环形的燃烧室中的无缝转换的流动特性。
如果使用管状燃料电池，则特别有利的是阳极燃料（即，燃烧气体）被馈送通过燃料电池的内部，其中，阴极气流通过管状燃料电池的外部来供应。如果根据本发明的驱动单元被设计为燃气涡轮机，则源自压缩机单元的气流可以简单地围绕管状燃料电池的阴极流动，使得因此不需要用于阴极气体的单独的供应管线。
在本发明的有利实施方式中，燃料电池装置包括若干个管状燃料电池，所述若干个管状燃料电池相对于所述至少一个轴分布在若干个同心设置的环上和/或分布在一个接一个地设置的环上。这可以进一步增加能够提供的电力。
在本发明的有利实施方式中，所述至少一个燃料转化器也是环形的并且因此可以简单地包括与环形燃料电池装置的形状对应的形状。此外，用于将燃料从燃料转化器供应至燃料电池装置的相应阳极的偏转装置或其它管道是不必要的。为了增加容量，可以根据设置在下游的燃料电池装置的设计同心地和/或一个接一个地设置若干个燃料转化器。
通过使燃料转化器经受来自上游压缩机单元的热压缩空气，假设达到正常的压力比（如在用于交通工具的标准燃气涡轮机以及平稳运行的情况），则可以继续获得燃料的有效汽化和/或催化转化，这使得没有必要提供外部热源。在这种布置中，用于源自压缩机装置的压缩空气的环形冲击区域对用于汽化或催化转化的热量的引入效率具有特别有利的效果。
在本发明的有利实施方式中，燃料转化器包括环形设计并建立了与外部的表面接触，并且因此与以环形方式设置的管状燃料电池的阴极表面接触以建立电连接，从而形成第一电极。
如果管状燃料电池包括位于上游指向端的周向套环，则所述燃料电池可以插入支承孔中并且可以通过设置在上游的燃料转化器保持。作为燃料转化器和第一电极的组合的结果，对于每个燃料电池可以节省被设计为第一电极的单独部件，这是因为考虑到在压缩机单元的运行期间遭遇的温度，燃料转化器本身优选地由金属材料制成，并且因此可以容易地执行该任务，并且对于传导而言可以连接至用于电力的分配器单元。
在本发明的有利实施方式中，每个单独的燃料电池的第二电极被设计为位于相应的燃料电池内、包括金属材料的支架，该支架可以连接至用于电力的分配器单元，因此避免了需要使用单独的部件来保持并电连接至阳极。
在本发明的有利实施方式中，第二电极被设计为支架，该支架以绝缘的方式保持在环形燃料转化器内。以这种方式，可以获得根据本发明的驱动单元的更紧凑的设计，并且因此进一步节省了重量。
在本发明的另一有利实施方式中，第二电极被设计为包括金属材料的支架，该支架被设置成与燃料转化器相对。这避免了需要在燃料转化器上提供电绝缘，使得提高了可靠性，同时降低了生产成本。
在本发明的同样有利的实施方式中，提供了一种燃料调节单元，该燃料调节单元减少了流到燃料电池装置的燃料，并且同时增加了对用于二次燃烧的燃烧室的燃料供应。以这种方式，根据需要，在不需要这种能量的情况下或在飞行器暂时需要增加的推力的情况下（例如在飞行器的起飞阶段），可以减少电能的供应。
为了进一步优化燃料消耗，在本发明的有利实施方式中，驱动单元包括电连接至燃料电池装置的电动机/发电机单元。以这种方式，可以通过电动机/发电机单元将过剩的机械动力转换为电力，并且过剩的电力可以用于支持驱动单元的转动装置，例如压缩机单元或涡轮机单元。
为此，在本发明的特别有利的实施方式中，电动机/发电机单元包括位于根据本发明的驱动单元的涡轮机单元与压缩机单元之间的至少一个轴。
通过包括根据本发明的至少一个驱动单元的交通工具进一步达到了该目的。
与该方法相关的目的通过用于运行具有另一独立权利要求的特征的驱动单元的方法来实现。根据本发明的方法特别优选地包括下列步骤：提供空气；利用空气以及燃料电池装置中的燃料执行燃料电池处理；将废气从燃料电池装置馈送到燃烧室的燃烧室入口；以及在燃烧室内燃烧包含燃料的废气。在液态燃料的情况下，根据本发明的方法还可以包括将燃料从液态转化为气态相，其中，这种转化能够通过汽化或催化转化实施。
附图说明
在对附图中的示例性实施方式的以下描述中公开了本发明的其它特征、优点以及应用选项。即使不考虑所有描述和/或示出的特征在各权利要求中的组成或它们之间的相互关系，这些特征自身以及以它们的任何组合构成本发明的主题。此外，附图中相同或相似的部件具有相同的附图标记。
图1示出了根据本发明的驱动单元的示意性侧视图。
图2a至图2c示出了燃料电池的三维视图。
图3示出了燃料转化器的实施方式的三维视图。
图4示出了根据本发明的方法的框图。
图5示出了包括若干驱动单元的飞行器。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的驱动单元2，驱动单元2例如主要被设计为产生推力的燃气涡轮发动机并且通过用于产生电力的集成燃料电池装置4扩展。
为了提供用于产生推力的燃气涡轮发动机的功能，根据本发明的驱动单元2包括压缩机单元6，压缩机单元6具有旁路风扇8、第一压缩机叶轮10和第二压缩机叶轮12，其中，旁路风扇8、第一压缩机叶轮10和第二压缩机叶轮12沿着中心轴线14同心地串联对齐并且对流入压缩机单元6的空气执行两级压缩并提供旁路。当然，使用旁路风扇8仅是一种选择，在主要要提供转动机械动力的情况下，在交通工具中或固定装置中使用根据本发明的单元2时不需要旁路风扇8。
相对于由箭头表示的流动方向，在根据本发明的驱动单元2的下游端上设置有涡轮机单元16，涡轮机单元16包括第一涡轮机叶轮18以及设置在下游的第二涡轮机叶轮20。在图示中，根据本发明的驱动单元2的一部分（该部分构成燃气涡轮发动机）被设计为两轴发动机，其中，第一涡轮机叶轮18通过中空轴22连接至第二压缩机叶轮12，并且第二涡轮机叶轮20通过在中空轴22内延伸的轴24连接至第一压缩机叶轮10。以这种方式，较大的压缩机叶轮和涡轮机叶轮的操作特性可以彼此协调，它们的转动速度也取决于相应的直径。然而，两轴设计应当仅被看作示例性实施方式，其并不意在以任何方式限制本发明的主题。下面描述的关键方面能够应用于单轴发动机和三轴发动机等的各种情况。
在流动方向上，在第一涡轮机叶轮18的上游设置具有燃烧室入口27和燃烧室出口29的燃烧室26，燃烧室26被设计成燃烧燃料/空气混合物。因此，在燃烧室26内发生压力的增加，这种压力的增加在混合物离开燃烧室出口29之后通过涡轮机单元16转换成转动机械动力。
在流动方向上，在燃烧室26的上游设置燃料电池装置4，燃料电池装置4例如被设计为环形的方式并且同心地设置在中心轴线14、中空轴22和轴24上。燃料电池装置4包括以环形的方式设置在一起并且包括在整个长度上保持恒定的直径的多个管状燃料电池30。这种燃料电池30还可以包括例如沿流动方向减小的可变直径，其中，燃料电池30的面向上游的端部可以包括允许燃料电池30在支承装置28中的简单支承的梯部或一些其它突变面（discontinuity）。
管状燃料电池30包括阳极32，阳极32在示出的图中被设计为相应的燃料电池30的内表面，而阴极34由相应的外表面构成。阳极32通常被供应有通过设置在上游的燃料转化器36提供的气态阳极燃料，燃料转化器36例如被设计为环形燃料汽化器并且通过燃料管线38被供应有燃料。由于燃料转化器36的位置，来自第二压缩机级12的压缩空气与燃料转化器36直接接触，使得在此位置中，以液态形式存在的燃料汽化并以气态形式馈送给管状燃料电池30。
在依赖于可用燃料的替代性和同样的有利变型中，燃料转化器36被设计成通过来自第二压缩机级12的气流所传递的热量执行燃料的催化转化，以分解碳烃燃料，并且因而将浓缩的氢燃料气体供应给管状燃料电池30。
在所示出的燃料电池30的环形分布中，燃料转化器36特别优选地同样具有环形设计并且包括燃料通孔（未图示），该燃料通孔与管状燃料电池30的位于相应的纵向延伸的中心轴线对应。以这种方式，可以实现燃料气体到管状燃料电池30的内表面的目标通道，从而能够提高驱动单元2的效率。
对于根据本发明的驱动单元2在交通工具中的运用，基于要实现的机械动力，可以假设存在高的空气体积流，该空气体积流源自第二压缩机级12并且显著地超过通常使用的空间分离的燃料电池系统对空气的需求。特别地，在根据本发明的驱动单元2作为旁路发动机的构思中，可以假设不需要采取特殊措施，以便能够提供用于操作管状燃料电池30的足够体积的空气。然而，必须确保从燃料电池装置4的流体出口31流经管状燃料电池30的空气体积流以及相关联的燃料质量流量足以确保驱动单元2的燃气涡轮机装置的正常运行。因此，源自燃料电池装置4的流体出口31的废气一方面包括相当高的温度（这一方面是由于压缩机单元6中已发生的压缩导致的，另一方面是由于所执行的燃料电池处理导致的），并且另一方面包括相当高的剩余氧浓度以及用于馈送到燃烧室入口27并用于燃烧室26中的接下来的燃烧的足够燃料。
如同常规的燃气涡轮发动机的情况一样，根据本发明的驱动单元2因而能够提供转动机械动力形式或完全推力形式的机械动力，其中，在根据本发明的布置中，同时产生电能，该电能不是通过转动机械动力的转换产生的。该电力可以被馈送至能够将电力馈送给不同消费者的分配器单元40。
已产生的电力不仅可以被馈送至电网，而且例如还可以被馈送至补充电动机/发电机单元42，该补充电动机/发电机单元42仅作为示例，可以机械地连接至第二涡轮机叶轮20与第一压缩机叶轮8之间的耦接轴。使用所产生的电力，电动机/发电机单元42因而可以支持旁路风扇8或第一压缩机叶轮10的驱动，使得需要来自第二涡轮机叶轮20的较低的机械动力需求。这导致燃料的更低的总能量摄取。相反地，第二涡轮机叶轮20也可以驱动电动机/发电机单元42，以使得电动机/发电机单元42在燃料电池装置4发生故障的情况下用作紧急发电器，这显著地增加了产生并提供电能的冗余度。以这种方式，驱动单元2可以执行具有高效率的混合操作。
作为替代方案或者除此之外，电动机/发电机单元42还可以操作可连接至转动装置（未图示）的辅助驱动装置44。例如，根据本发明的驱动单元2可以在直升机中使用，其中，辅助驱动装置44操作尾部旋翼，而驱动单元2主要用于提供主旋翼的机械动力。
图2a、图2b和图2c示出了不同成形的管状燃料电池30、46和48，其中，相应的流动方向由箭头表示。为了引出电力，作为示例，图2a示出了阳极接线50和阴极接线52，其中，阳极接线50连接至作为阳极32的管状燃料电池30的内表面，而阴极接线52连接至作为阴极34的燃料电池30的外表面。图2a的管状燃料电池30包括具有圆形横截面的纯管状形状。与此相反，图2b示出了具有梯部54的管状燃料电池46，其中，梯部54使得可以将燃料电池46插入支架（未图示）中并且例如通过燃料转化器36防止燃料电池46从与流动方向相反的方向滑出，而梯部54防止燃料电池46沿着流动方向滑动。图2c示出了管状燃料电池48，管状燃料电池48沿流动方向成圆锥形地逐渐变细，并且由于通流而可以牢固地压在支座上，其中，该支座例如可以包括阴极接线56。
作为示例，图3示出了环形燃料转化器36，环形燃料转化器36连接至燃料管线38并且在其周向处包括多个通孔58，所述多个通孔58使得气态燃料可以流过它们并进入到后继的管状燃料电池中。由于燃料转化器36的环形设计，同时可以实现管状燃料电池60的牵制功能，该管状燃料电池60例如设置在燃料电池装置62中的插入件64中、并通过套环66防止滑动通过，且由燃料转化器保持在插入件64中。虚线表示可选的、额外的、具有相同尺寸的燃料转化器36，其中，两个燃料转化器36可以一个接一个地设置。如果使用了燃料电池60的若干个同心环形布置，则能够想象同心设置的另外的燃料转化器37，该燃料转化器37包括比燃料转化器36的直径更小的直径。
图4示出了根据本发明的方法的框图。该方法的实质内容涉及：提供空气68；利用所提供的空气及燃料电池装置中的燃料执行燃料电池处理70；将燃料电池装置的废气馈送到燃烧室的燃烧室入口72；以及在燃烧室内燃烧包含燃料的废气74。在使用液态燃料操作驱动单元的情况下，根据本发明的方法还可以包括将燃料从液态转化到气态相76，其中，该转化可以通过汽化或催化转化来实现。
尽管在图4中，该方法被示出为一系列离散的与方法相关的步骤，但对于这些步骤而言，并不强制一个步骤接一个步骤地逐步执行这些步骤，而是优选地以连续的流动过程执行，其中，在每种情况下，随后的处理步骤受前面的处理步骤的事件的影响。在该意义上，示出了与方法有关的步骤的块也可以被认为示出了连续动力供应处理的处理特性。
最后，图5示出了包括根据本发明的若干驱动单元2并且可以以特别有效的方式提供推力和电力的飞行器78。
另外，应当指出的是，“包括”并不排除其它元件或步骤，并且“一种”或“一个”不排除复数。此外，应当指出的是，已经参照以上示例性实施方式之一描述的特征或步骤还能够与上述其它示例性实施方式的其它特征或步骤接合使用。权利要求书中的附图标记不应被解释为限制。
附图标记列表
2驱动单元
4燃料电池装置
6压缩机单元
8旁路风扇
10第一压缩机叶轮
12第二压缩机叶轮
14中心轴线
16涡轮机单元
18第一涡轮机叶轮
20第二涡轮机叶轮
22中空轴
24轴
26燃烧室
27燃烧室入口
28支承装置
29燃烧室出口
30管状燃料电池
31流体出口
32阳极
34阴极
36燃料转化器
37燃料转化器
38燃料管线
40分配器单元
42电动机/发电机单元
44辅助驱动装置
46管状燃料电池
48管状燃料电池
50阳极接线
52阴极接线
54梯部/套环
56阴极接线
58通孔
60管状燃料电池
62燃料电池装置
64插入件
66套环
68提供空气
70执行燃料电池处理
72馈送废气
74燃烧
76转化燃料
78飞行器

Claims (11)

1.一种驱动单元(2)，包括：
-燃烧室(26)，用于燃烧燃料/空气混合物，以及
-燃料电池装置(4)，
其中，所述燃料电池装置(4)包括若干个管状燃料电池(30、46、48、60)并且被设置在所述燃烧室(26)的上游，所述若干个管状燃料电池(30、46、48、60)在每种情况下均包括：能够耦接至燃料管线(38)的阳极(32)、能够耦接至空气源的阴极(34)，以及流体出口(31)，并且
其中，所述燃烧室(26)包括用于供应所述燃料/空气混合物的燃烧室入口(27)以及用于排出废气的燃烧室出口(29)，并且所述燃烧室入口(27)连接至所述燃料电池装置(4)的所述流体出口(31)，
其中，所述驱动单元(2)还包括：
-至少一个设置于所述燃料管线(38)与所述燃料电池装置(4)之间的燃料转化器(36、37)，所述燃料转化器(36、37)适于从液态燃料提供气态燃料；
-压缩机单元(6)，其被设置在所述燃料电池装置(4)的上游；以及
-涡轮机单元(16)，其被设置在所述燃烧室(26)的下游，
其中，所述压缩机单元(6)包括至少一个压缩机叶轮(10、12)，并且所述涡轮机单元(16)包括至少一个涡轮机叶轮(18、20)，并且所述至少一个压缩机叶轮(10、12)和所述至少一个涡轮机叶轮(18、20)通过至少一个轴(22、24)互相连接，
其中，所述若干个管状燃料电池(30、46、48、60)围绕所述至少一个轴(22、24)以环形的方式分布，以及
其中，所述燃料转化器(36、37)包括环形设计。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，
其中，所述若干个管状燃料电池(30、46、48、60)被设计为在两侧开放的管状燃料电池。
3.根据权利要求2所述的驱动单元，
其中，所述若干个管状燃料电池(30、46、48、60)包括由内表面构成的阳极(32)，以及由外表面构成的阴极(34)。
4.根据权利要求1所述的驱动单元，
其中，所述若干个管状燃料电池(30、46、48、60)相对于所述至少一个轴(22、24)分布在同心地设置的环上和/或分布在一个接一个地设置的环上。
5.根据权利要求1所述的驱动单元，
其中，所述燃料转化器(36、37)包括金属材料，并且所述燃料转化器(36、37)与所述燃料电池(30、46、48、60)的阴极表面接触以建立电连接。
6.根据权利要求1所述的驱动单元(2)，还包括电连接至所述燃料电池装置(4)的电动机/发电机单元(42)。
7.根据权利要求6所述的驱动单元(2)，
其中，所述电动机/发电机单元(42)机械地连接至所述至少一个轴(22、24)，以支持所述压缩机单元(6)的操作。
8.一种用于操作根据前述权利要求1至7中任一项所述的驱动单元(2)的方法，所述方法包括下列步骤：提供空气(68)；利用所提供的空气和燃料电池装置(4)中的燃料执行燃料电池处理(70)；将废气从所述燃料电池装置(4)馈送到燃烧室(26)的燃烧室入口(72)；以及在所述燃烧室(26)内燃烧包含燃料的所述废气(74)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括将燃料从液态转化(76)为气态相的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，转化(76)被实施为催化转化。
11.一种飞行器(78)，包括至少一个根据权利要求1至7中的任一项所述的驱动单元(2)。
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