CN118008571A - 具有集成燃料电池组件的燃气涡轮燃烧区段 - Google Patents

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理查德·L·哈特
王宏刚
阿尼尔·拉吉·达格尔
迈克尔·安东尼·本杰明
安德鲁·威克沙姆
谢适仰
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Abstract

一种燃烧区段，限定轴向方向、径向方向和周向方向。燃烧区段包括壳，壳限定扩散室。燃烧衬套设置在扩散室内并限定燃烧室。燃烧衬套与壳间隔开，使得在燃烧衬套和壳之间限定通路。燃料电池组件设置在通路中。燃料电池组件包括燃料电池堆，燃料电池堆具有多个燃料电池，多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸。多个燃料电池中的每个燃料电池包括各自流体联接到燃烧室的空气沟道和燃料沟道。

Description

具有集成燃料电池组件的燃气涡轮燃烧区段
联邦政府资助的研究
本发明在能源部授予的合同号DE-AR0001344的政府支持下完成。美国政府可能对本发明拥有某些权利。
技术领域
本公开涉及一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有带集成燃料电池组件的燃烧区段。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机(诸如涡轮风扇发动机)可用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，涡轮机包括处于串行流动顺序的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，并且转子组件被构造为风扇组件。
在操作期间，空气在压缩机中被压缩，并且在燃烧区段中与燃料混合并被点燃，以生成燃烧气体，燃烧气体向下流流动通过涡轮区段。涡轮区段从燃烧气体中提取能量，用于旋转压缩机区段和风扇组件，从而为燃气涡轮发动机提供动力，并在飞行中推进包含这种燃气涡轮发动机的飞行器。
至少某些燃气涡轮发动机包括能够与其一起操作的燃料电池组件。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。
图2是根据本公开的集成燃料电池和燃烧器组件的立体图。
图3是图2的示例性集成燃料电池和燃烧器组件的示意轴向视图。
图4是根据本公开的示例性方面的燃料电池组件的燃料电池的示意图，该燃料电池可并入图2的示例性集成燃料电池和燃烧器组件中。
图5是根据本公开的示例性方面的包括集成燃料电池和燃烧器组件的燃气涡轮发动机的示意图。
图6是根据本公开的实施例的包括集成燃料电池和燃烧器组件的一部分的燃烧区段的一部分的横截面视图。
图7是根据本公开的实施例的沿图6的线7-7截取到的图6中所示的燃烧区段的横截面视图。
图8是根据本公开的实施例的在轴向-周向平面中的燃烧区段的一部分的放大横截面视图。
图9是根据本公开的实施例的在轴向-径向平面中的燃烧区段的放大横截面视图。
图10是根据本公开的实施例的在轴向-径向平面中的燃烧区段的放大横截面视图。
图11是根据本公开的实施例的包括燃料电池组件的燃烧区段的一部分的放大横截面视图。
图12是根据本公开的实施例的在燃料电池组件中包括多个燃料电池堆的燃烧区段的横截面视图。
图13是根据本公开的实施例的包括燃料电池组件的燃烧区段的一部分的放大横截面视图。
图14是根据本公开的实施例示出的燃烧区段的一部分的放大横截面视图，该燃烧区段的一部分具有定位在通路内并限定燃烧室的一部分的燃料电池。
图15是根据本公开的实施例示出的燃烧区段的一部分的放大横截面视图，该燃烧区段的一部分具有燃料电池堆，燃料电池堆具有定位在通路内的多个燃料电池。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
在例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C，或A、B和C的任何组合。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与它们在附图中被定向时的实施例相关。然而，应当理解，实施例可以假定各种替代变型，除非明确指明相反。还应理解，附图中示出的以及在以下说明书中描述的具体装置仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
除非本文另有指定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
在例如“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C，或A、B和C的任何组合。
如在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一起生成扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。
术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一个或多个发动机的混合电动版本。
当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，除非另有说明，否则术语“低”和“高”，或它们各自的比较级(例如，更“低”和更“高”，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定被构造为以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(诸如最大可允许旋转速度)操作的部件。
本公开大体上涉及一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有带集成燃料电池组件的燃烧区段。燃烧区段包括限定扩散室的壳，并且燃烧衬套被设置在扩散室内并限定燃烧室。燃烧衬套与壳间隔开，使得在燃烧衬套和壳之间限定通路，并且燃料电池组件被设置在通路内。
燃料电池组件包括具有多个燃料电池的燃料电池堆。多个燃料电池接收来自扩散室的空气和来自燃料源的燃料，并生成功率输出。未使用的空气和燃料被输送到燃烧区段作为多个燃料电池的输出产物。
本文描述的燃料电池堆有利地利用扩散室和燃烧室之间的压力差来产生通过燃料电池堆的气流路径。另外，燃料电池堆中的一个或多个燃料电池可以相对于燃烧区段的径向方向成角度，这允许燃料电池轴向延伸最大长度，用以从燃料电池产生最大功率。进一步地，燃料电池堆可以有利地限定燃烧室的一部分，并且可以包括向燃烧衬套和/或燃料电池提供冷却空气流的一个或多个冷却特征。
本公开的涡轮机包括燃料电池组件到燃烧区段中的更坚固且更有效的集成，这有利地增加了燃料电池组件的硬件寿命，并且增加了涡轮机的总体效率。
现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意横截面视图。发动机可以结合到运载器中。例如，发动机可以是结合到飞行器中的航空发动机。然而，替代地，发动机可以是用于任何其他合适运载器的任何其他合适类型的发动机。
对于所描绘的实施例，发动机被构造为高旁通涡轮风扇发动机100。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于提供参考的中心线轴线101延伸)、径向方向R和周向方向(围绕轴向方向A延伸；未在图1中示出)。一般而言，涡轮风扇发动机100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的涡轮机104。
所描绘的示例性涡轮机104大体上包括限定环形入口108的基本上管状外壳106。外壳106以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括增压或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118；以及喷射排气喷嘴区段120。压缩机区段、燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定从环形入口108延伸到喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。涡轮风扇发动机100进一步包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机100包括将HP涡轮116驱动地连接到HP压缩机112的高压(HP)轴或线轴122，以及将LP涡轮118驱动地连接到LP压缩机110的低压(LP)轴或线轴124。
对于所描绘的实施例，风扇区段102包括风扇126，风扇126具有以间隔开的方式联接到盘130的多个风扇叶片128。多个风扇叶片128和盘130能够通过LP轴124一起绕中心线轴线101旋转。盘130被可旋转的前毂132覆盖，前毂132在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片128。进一步地，环形风扇壳或外机舱134被设置成周向围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134由多个周向间隔开的出口导向轮叶136相对于涡轮机104被支撑。机舱134的下游区段138在涡轮机104的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道140。
这样，将理解的是，涡轮风扇发动机100大体上包括第一流(例如，核心空气流动路径121)和平行于第一流延伸的第二流(例如，旁通气流通道140)。在某些示例性实施例中，涡轮风扇发动机100可以进一步限定例如从LP压缩机110延伸到旁通气流通道140或延伸到环境的第三流。利用这种构造，LP压缩机110大体上可以包括被构造为管道式中间风扇的第一压缩机级和下游压缩机级。第三流的入口可以定位在第一压缩机级和下游压缩机级之间。
仍然参考图1，涡轮风扇发动机100另外包括附件齿轮箱142和燃料输送系统146。对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的外壳106内。附加地，将理解的是，对于图1中示意性描绘的实施例，附件齿轮箱142机械地联接到涡轮机104的一个或多个轴或线轴，并且能够与涡轮机104的一个或多个轴或线轴一起旋转。例如，在所描绘的示例性实施例中，附件齿轮箱142通过合适的齿轮系144机械地联接到HP轴122，并且能够与HP轴122一起旋转。附件齿轮箱142可以在至少某些操作期间向涡轮风扇发动机100的一个或多个合适的附件系统提供动力，并且可以在其他操作期间进一步将动力提供回涡轮风扇发动机100。例如，对于所示的实施例，附件齿轮箱142联接到启动器电动机/发电机152。启动器电动机/发电机152可以被构造成在某些操作期间从附件齿轮箱142和涡轮风扇发动机100提取动力以发电，并且可以在其他操作期间将动力提供回附件齿轮箱142和涡轮风扇发动机100(例如，向HP轴122)，以将机械功添加回涡轮风扇发动机10(例如，用于启动涡轮风扇发动机100)。
此外，燃料输送系统146大体上包括燃料源148(诸如燃料箱)和一个或多个燃料输送管线150。一个或多个燃料输送管线150通过燃料输送系统146向涡轮风扇发动机100的涡轮机104的燃烧区段114提供燃料流。如下文将更详细地讨论的，燃烧区段114包括集成燃料电池和燃烧器组件200。对于所描述的实施例，一个或多个燃料输送管线150向集成燃料电池和燃烧器组件200提供燃料流。
然而，将理解的是，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的燃气涡轮发动机可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施例中，涡轮风扇发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，诸如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。这样，将进一步理解的是，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以具有任何其他合适的构造，诸如任何其他合适数量或布置的轴、压缩机、涡轮、风扇等。进一步地，尽管图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机100示意性地示出为直接驱动固定桨距涡轮风扇发动机，但是在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮式燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(诸如LP轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变桨距燃气涡轮发动机(即，包括具有能够围绕它们各自的桨距轴线旋转的多个风扇叶片128的风扇126)等。进一步地，尽管示例性涡轮风扇发动机100包括管道式风扇126，但是在其他示例性方面中，涡轮风扇发动机100可以包括非管道式风扇126(或开式转子风扇)，而没有机舱134。进一步地，尽管本文未描绘，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，例如航海燃气涡轮发动机。
现在参考图2，示意性地示出了根据本公开的实施例的燃烧区段114的一部分，其包括图1的燃气涡轮发动机100(上面关于图1被描述为涡轮风扇发动机100)中使用的集成燃料电池和燃烧器组件200的一部分。
将理解的是，燃烧区段114包括压缩机扩散器喷嘴202，并且大体上沿轴向方向A在上游端和下游端之间延伸。燃烧区段114经由压缩机扩散器喷嘴202流体地联接到上游端处的压缩机区段，并且流体地联接到下游端处的涡轮区段。
集成燃料电池和燃烧器组件200大体上包括燃料电池组件204(图2中仅部分地描绘；也参见图3至图5)和燃烧器206。燃烧器206包括内衬套208、外衬套210、圆顶组件212、罩组件214、旋流器组件216、和燃料流动管线218。燃烧区段114大体上包括沿径向方向R在燃烧器206外侧以包围燃烧器206的外壳220，以及沿径向方向R在燃烧器206内侧的内壳222。内壳222和内衬套208在其间限定内通路224，而外壳220和外衬套210在其间限定外通路226。内衬套208、外衬套210和圆顶组件212一起至少部分地限定燃烧器206的燃烧室228。
圆顶组件212接近燃烧区段114的上游端设置(即，与下游端相比，更靠近上游端)，并且包括用于接收和保持旋流器组件216的开口(未标记)。旋流器组件216还包括用于接收和保持燃料流动管线218的开口。燃料流动管线218进一步联接到沿径向方向R设置在外壳220外侧的燃料源148(参见图1)，并且被构造为从燃料源148接收燃料。这样，燃料流动管线218可以流体地联接到上文参考图1描述的一个或多个燃料输送管线150。
旋流器组件216可以包括多个旋流器(未示出)，多个旋流器被构造为在将压缩流体注入燃烧室228以生成燃烧气体之前，使压缩流体旋流。在所示实施例中，罩组件214被构造为将内衬套208、外衬套210、旋流器组件216和圆顶组件212保持在一起。
在操作期间，压缩机扩散器喷嘴202被构造为将压缩流体230从压缩机区段引导到燃烧器206，其中压缩流体230被构造为与旋流器组件216内的燃料混合，并在燃烧室228内燃烧以生成燃烧气体。燃烧气体被提供给涡轮区段，以驱动涡轮区段的一个或多个涡轮(例如，高压涡轮116和低压涡轮118)。
在包括集成燃料电池和燃烧器组件200的燃气涡轮发动机100的操作期间，燃烧室228内的火焰由连续的燃料和空气流维持。为了例如在燃气涡轮发动机100的启动期间提供燃料和空气的点火，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括点火器231。点火器231可以提供火花或初始火焰，以点燃燃烧室228内的燃料和空气混合物。
如上所述和图2中示意性地描绘，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池组件204。所描绘的示例性燃料电池组件204包括第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234。更具体地，第一燃料电池堆232与外衬套210一起构造，并且第二燃料电池堆234与内衬套208一起构造。再更具体地，第一燃料电池堆232与外衬套210集成，并且第二燃料电池堆234与内衬套208集成。下面将更详细地描述燃料电池组件204的操作，并且更具体地，燃料电池组件204的燃料电池堆(例如，第一燃料电池堆232或第二燃料电池堆234)的操作。
对于所描述的实施例，燃料电池组件204被构造为固体氧化物燃料电池(“SOFC”)组件，其中第一燃料电池堆232被构造为第一SOFC燃料电池堆，并且第二燃料电池堆234被构造为第二SOFC燃料电池堆(各自具有多个SOFC)。将理解的是，SOFC大体上是直接通过氧化燃料来产生电力的电化学转换装置。一般而言，燃料电池组件，并且特别是燃料电池，其特征在于所使用的电解质材料。本公开的SOFC大体上可以包括固体氧化物或陶瓷电解质。这类燃料电池大体上呈现出高的综合热电效率、长期稳定性、燃料灵活性和低排放。
此外，示例性燃料电池组件204进一步包括第一电力转换器236和第二电力转换器238。第一燃料电池堆232通过第一多个电源电缆(未标记)与第一电力转换器236电连通，并且第二燃料电池堆234通过第二多个电源电缆(未标记)与第二电力转换器238电连通。
第一电力转换器236控制从对应的第一燃料电池堆232中汲取的电流，并且可以将电力从直流(“DC”)电力转换为处于另一电压电平的DC电力或交流(“AC”)电力。类似地，第二电力转换器238控制从第二燃料电池堆234汲取的电流，并且可以将电力从DC电力转换为处于另一电压电平的DC电力或AC电力。第一电力转换器236、第二电力转换器238或两者都可以电联接到电总线(诸如下面参考图5描述的电总线326)。
集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池控制器240，燃料电池控制器240与第一电力转换器236和第二电力转换器238可操作地通信，以例如在两者之间发送和接收通信和信号。例如，燃料电池控制器240可以向第一电力转换器236和第二电力转换器238发送电流或功率设定点信号，并且可以接收例如来自第一电力转换器235和第二电力转换器238的电压或电流反馈信号。燃料电池控制器240可以以与下面参考图5描述的控制器240相同的方式构造。
将理解的是，在至少某些示例性实施例中，第一燃料电池堆232、第二燃料电池堆234或两者都可以在燃气涡轮发动机的周向方向C(即，绕燃气涡轮发动机100的中心线轴线101延伸的方向)上基本上延伸360度。例如，现在参考图3，根据本公开的示例性实施例，描绘了集成燃料电池和燃烧器组件200的简化横截面视图。尽管为了简单起见，图3中仅描绘了第一燃料电池堆232，但第二燃料电池堆234可以以类似的方式构造。
如图所示，第一燃料电池堆232在周向方向C上围绕燃烧室228延伸，在所示实施例中，围绕中心线轴线101完全包围燃烧室288。更具体地，第一燃料电池堆232包括沿周向方向C布置的多个燃料电池242。在图3中可见的燃料电池242可以是燃料电池242的单个环，其中燃料电池242沿轴向方向A堆叠在一起(参见图2)，以形成第一燃料电池堆232。在另一个实例中，燃料电池242的多个附加环可以被放置在彼此的顶部，以形成沿中心线轴线101伸长的第一燃料电池堆232。
如下文将更详细地解释的，参考图5，第一燃料电池堆232中的燃料电池242被定位为接收来自例如压缩机区段的排放空气244和来自燃料输送系统146的燃料246。燃料电池242使用该空气244和至少一些该燃料246来生成电流，并将部分氧化的燃料246和未用部分的空气248朝向中心线轴线101径向引导到燃烧室228中。集成燃料电池和燃烧器组件200将燃烧室228中的部分氧化的燃料246和空气248燃烧成燃烧气体，燃烧气体向下游被引导到涡轮区段中，以驱动或辅助驱动其中的一个或多个涡轮。
此外，现在参考图4，提供了作为图2的集成燃料电池和燃烧器组件200的第一燃料电池堆232的立体图的示意图。第二燃料电池堆234可以以类似的方式形成。
描绘的第一燃料电池堆232包括壳体250，壳体250具有燃烧出口侧252和与燃烧出口侧252相对的侧254，燃料和空气入口侧256和与燃料和空气入口侧256相对的侧588，以及侧260、262。侧260、侧258和侧254在图4的立体图中不可见。
将理解的是，第一燃料电池堆232可以包括例如从第一燃料电池堆232的一端(例如，燃料和空气入口侧256)到第一燃料电池堆232的另一端(例如，侧258)并排“堆叠”的多个燃料电池。因此，将进一步理解的是，燃烧出口侧252包括多个燃烧出口264，每个燃烧出口来自第一燃料电池堆232中的燃料电池。在操作期间，燃烧气体266(本文也称为“输出产物”)从燃烧出口264引导出壳体250。如本文所述，燃烧气体266使用未被第一燃料电池堆232的壳体250内的燃料电池消耗的燃料244和空气246(图3)来生成。燃烧气体266被提供给燃烧室228(图3)，并在操作期间燃烧以生成燃烧气体，燃烧气体用于为燃气涡轮发动机100(图1)(以及结合燃气涡轮发动机100的运载器/飞行器)生成推力。
燃料和空气入口侧256包括一个或多个燃料入口268和一个或多个空气入口270。可选地，入口268、270中的一个或多个可以在壳体250的另一侧上。一个或多个燃料入口268中的每个燃料入口与用于第一燃料电池堆232的燃料源(诸如，含氢气体的一个或多个加压容器或如下面参考图5进一步描述的燃料处理单元)流体联接。一个或多个空气入口270中的每个空气入口与用于燃料电池的空气源(诸如，从压缩机区段排出的空气和/或也如下面进一步描述的空气处理单元)流体联接。入口268、270分开接收来自外部燃料和空气源的燃料和空气，并将燃料和空气分开引导到燃料电池中。
现在参考图5，将描述根据本公开的示例性实施例的集成燃料电池和燃烧器组件200的操作。更具体地，图5提供了根据本公开的实施例的燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200的示意图。在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200可以以与图1至图4中的一个或多个示例性实施例类似的方式构造。
因此，将理解的是，燃气涡轮发动机100大体上包括具有风扇126的风扇区段102、LP压缩机110、HP压缩机112、燃烧区段114、HP涡轮116和LP涡轮118。燃烧区段114大体上包括具有燃烧器206和燃料电池组件204的集成燃料电池和燃烧器组件200。
包括燃气涡轮发动机100的推进系统进一步包括燃料输送系统146。燃料输送系统146大体上包括燃料源148和一个或多个燃料输送管线150。燃料源148可以包括燃气涡轮发动机100的燃料(例如，碳氢燃料，包括例如碳中性燃料或合成碳氢化合物)的供应部。此外，将理解的是，燃料输送系统146还包括燃料泵272和分流器274，并且一个或多个燃料输送管线150包括第一燃料输送管线150A、第二燃料输送管线150B和第三燃料输送管线150C。分流器274将来自燃料源148和燃料泵272的燃料流分成通过第一燃料输送管线150A到燃料电池组件204的第一燃料流，通过第二燃料输送管线150B也到燃料电池组件204(并且特别是到下文描述的空气处理单元)的第二燃料流，以及通过第三燃料输送管线150C到燃烧器206的第三燃料流。分流器274可以包括一系列阀(未示出)，以便于来自燃料源148的燃料流的这种分流，或者替代地，可以具有固定几何结构。此外，对于所示的实施例，燃料输送系统146包括与第一燃料输送管线150A相关联的第一燃料阀151A(例如，用于控制第一燃料流)，与第二燃料输送管线150B相关联的第二燃料阀151B(例如，用于控制第二燃料流)，以及与第三燃料输送管线150C相关联的第三燃料阀151C(例如，用于控制第三燃料流)。
燃气涡轮发动机100进一步包括压缩机排放系统和气流输送系统。更具体地，压缩机排放系统包括LP引气管道276和相关联的LP引气阀278、HP引气管道280和相关联的HP引气阀282、HP出口空气管道284和相关联的HP出口空气阀286。
燃气涡轮发动机100进一步包括气流供应管道288(与气流供应部290气流连通)和相关联的空气阀292，其也与气流输送系统气流连通，用于向集成燃料电池和燃烧器组件200的燃料电池组件204提供压缩气流。气流供应部可以是例如被构造为提供交叉引气的第二燃气涡轮发动机、被构造为提供引气的辅助动力单元(APU)、冲压空气涡轮(RAT)等。如果压缩机空气源不足或不可用，则气流供应部可以是对压缩机排放系统的补充。
压缩机排放系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流，如将在下面更详细地解释的。
仍然参考图5，集成燃料电池和燃烧器组件200的燃料电池组件204包括燃料电池堆294，燃料电池堆294可以以与例如上述第一燃料电池堆232类似的方式构造。燃料电池堆294示意性地描述为具有阴极侧296、阳极侧298和定位在它们之间的电解质300的单个燃料电池。大体上将理解的是，电解质300在操作期间可以将负氧离子从阴极侧296传导到阳极侧298，以生成电流和电力。
简单地说，将理解的是，燃料电池组件204进一步包括燃料电池传感器302，燃料电池传感器302被构造成感测指示燃料电池组件操作参数的数据，燃料电池组件操作参数诸如燃料电池堆294(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298)的温度、燃料电池堆294内(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298内)的压力。
燃料电池堆294设置在LP压缩机110、HP压缩机112或两者的下游。进一步地，如从以上关于图2的描述中将理解的是，燃料电池堆294可以联接到燃烧器206的衬套(例如，内衬套208或外衬套210)或以其他方式与其集成。这样，燃料电池堆294也可以布置在集成燃料电池和燃烧器组件200的燃烧室228的上游，并且进一步布置在HP涡轮116和LP涡轮118的上游。
如图5所示，燃料电池组件204还包括燃料处理单元304和空气处理单元306。燃料处理单元304可以是用于生成富氢燃料流的任何合适结构。例如，燃料处理单元304可以包括燃料重整器或催化部分氧化转换器(CPOx)，用于为燃料电池堆294产生富氢燃料流。空气处理单元306可以是任何合适的结构，用于将提供给其的空气温度升高到足够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。例如，在所描绘的实施例中，空气处理单元306包括预燃烧器系统，预燃烧器系统基于通过第二燃料输送管线150B的燃料流来操作，被构造用于例如在瞬态条件(诸如启动、关机(shutdown)和异常情况)期间通过燃烧来升高空气的温度。
在所描绘的示例性实施例中，燃料处理单元304和空气处理单元306在壳体308内被歧管在一起，以向燃料电池堆294提供调节空气和燃料。
然而，应当理解，燃料处理单元304可以附加地或替代地包括任何合适类型的燃料重整器，诸如自动热重整器和蒸汽重整器，它们可能在重整器出口流处需要具有较高氢成分的附加蒸汽入口流。再附加地或替代地，燃料处理单元304可以包括与燃料电池堆294集成的重整器。类似地，应当理解，图5的空气处理单元306可以替代地是热交换器或另一个装置，用于将提供给其的空气的温度升高到足够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。
如上所述，压缩机排放系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流。气流输送系统包括用于向燃料处理单元304提供气流的阳极气流管道310和相关联的阳极气流阀312、用于向空气处理单元306提供气流的阴极气流管道314和相关联的阴极气流阀316、以及用于直接向燃料电池堆294(或者更确切地，向燃料电池的阴极侧296)提供气流的阴极旁通空气管道318和相关联的阴极旁通空气阀320。燃料输送系统146被构造为通过第一燃料输送管线150A向燃料处理单元304提供第一燃料流，并且通过第二燃料输送管线150B向空气处理单元306提供第二燃料流(例如，如果提供的话，作为用于预燃烧器系统的燃料)。
燃料电池堆294输出作为燃料电池功率输出322产生的电力。进一步地，燃料电池堆294将阴极空气排放和阳极燃料排放(为了清晰起见，都没有标记)引导到燃烧器206的燃烧室228中。
在操作中，空气处理单元306被构造为加热/冷却通过阴极气流管道314进入的压缩空气的一部分，以生成要被引导到燃料电池堆294中的处理空气，从而促进燃料电池堆294起作用。空气处理单元306接收来自第二燃料输送管线150B的第二燃料流，并且可以例如燃烧这种第二燃料流，以将接收到的空气加热至期望温度(例如，约600℃至约800℃)，从而促进燃料电池堆294起作用。由空气处理单元306处理的空气被引导到燃料电池堆294中。在本公开的实施例中，如图所示，阴极旁通空气管道318和由空气处理单元306处理的空气可组合成组合空气流，以被送入燃料电池堆294的阴极。
进一步地，如图5的实施例中所示，通过第一燃料输送管线150A的第一燃料流被引导到燃料处理单元304以用于产生富氢燃料流(例如，优化燃料流的氢含量)，从而也被送入燃料电池堆294。将理解的是，并且如下文讨论的，到燃料电池堆294(例如，阴极侧296)的空气(处理空气和旁通空气)流和从燃料处理单元304到燃料电池堆294(例如，阳极侧298)的燃料可以促进发电。
由于燃料电池堆294的入口空气可能仅来自上游压缩机区段，而没有任何其他单独控制的空气源，因此将理解的是，从压缩机区段排出的燃料电池堆294的入口空气会受到在不同飞行阶段发生的空气温度变化的影响。仅作为说明性示例，燃气涡轮发动机100的压缩机区段中的特定位置内的空气可以在怠速期间以200℃工作、在起飞期间以600℃工作、在巡航期间以268℃工作等。引导到燃料电池堆294的入口空气的这种类型的温度变化可能会导致燃料电池堆294的陶瓷材料出现显著的热瞬态问题(或甚至是热冲击)，其范围可能从开裂到失效。
因此，通过在压缩机区段和燃料电池堆294之间流体连接空气处理单元306，空气处理单元306可以用作控制装置或系统，以将由空气处理单元306处理并引导到燃料电池堆294中的空气维持在期望的操作温度范围(例如，正或负100℃，或者优选地，正或负50℃，或正或负20℃)内。在操作中，可通过控制到空气处理单元306的燃料流来控制提供给燃料电池堆294的空气的温度(相对于从压缩机区段排出的空气的温度)。通过增加到空气处理单元306的燃料流，可以提高到燃料电池堆294的气流的温度。通过减少到空气处理单元306的燃料流，可以降低到燃料电池堆294的气流的温度。可选地，不能向空气处理单元306输送燃料，以防止空气处理单元306提高和/或降低从压缩机区段排出并引导到空气处理单元306中的空气的温度。
此外，如以虚线所描绘的，燃料电池组件204进一步包括围绕燃料电池294延伸的气流旁通管道321，以允许由空气处理单元306调节(并与通过阴极旁通空气管道318的任何旁通空气组合)的气流的一部分或全部绕过燃料电池294的阴极侧296，并直接进入燃烧室228。旁通管道321可以与燃料电池294热连通。燃料电池组件204进一步包括围绕燃料电池294延伸的燃料旁通管道323，以允许来自燃料处理单元304的重整燃料的一部分或全部绕过燃料电池294的阳极侧298，并直接进入燃烧室228。
如上面简要提及的，燃料电池堆294将发送到燃料电池堆294的来自燃料处理单元304的阳极燃料流和由空气处理单元306处理的空气转换为DC电流形式的电能，即燃料电池功率输出322。该燃料电池功率输出322被引导到电力转换器324，以便将该DC电流转换为能够被一个或多个子系统有效利用的DC电流或AC电流。特别地，对于所描绘的实施例，电力从电力转换器被提供给电总线326。电总线326可以是专用于燃气涡轮发动机100的电总线、结合燃气涡轮发动机100的飞行器的电总线或其组合。电总线326与一个或多个附加电装置328电连通，一个或多个附加电装置328可以是电源、功率耗散器(power sink)或两者。例如，附加电装置328可以是储电装置(诸如一个或多个电池)、电机(发电机、电动机或两者)、电推进装置等。例如，一个或多个附加电装置328可以包括燃气涡轮发动机100的启动器电动机/发电机152(图1)。
仍然参考图5，燃气涡轮发动机100进一步包括传感器330。在所示的实施例中，传感器330被构造成感测指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。传感器330可以是例如温度传感器，其被构造成感测指示燃烧区段114的出口温度、涡轮区段的入口温度、排气温度或其组合的数据。附加地或替代地，传感器330可以是任何其他合适的传感器，或任何合适的传感器组合，其被构造成感测一个或多个燃气涡轮发动机操作条件或参数，包括指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。
此外，如图5中进一步示意性描绘的，推进系统、包括推进系统的飞行器或两者都包括控制器240。例如，控制器240可以是独立控制器、燃气涡轮发动机控制器(例如，全权限数字发动机控制器或FADEC控制器)、飞行器控制器、推进系统的监督控制器及其组合等。
控制器240可操作地连接到在燃气涡轮发动机100和燃料输送系统146中的至少一个内的各种传感器、阀等。更具体地，对于所描绘的示例性方面，控制器240可操作地连接到压缩机排放系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274、阀151A、151B、151C)，以及燃气涡轮发动机100的传感器330和燃料电池传感器302。从下面的描述中将理解的是，控制器240可以与这些部件有线或无线通信。这样，控制器240可以接收来自各种输入(包括燃气涡轮发动机传感器330和燃料电池传感器302)的数据，可以做出控制决策，并且可以向各种输出(包括控制来自压缩机区段的气流排出的压缩机排放系统的阀、引导从压缩机区段排出的气流的气流输送系统的阀、以及引导燃气涡轮发动机100内的燃料流的燃料输送系统146的阀)提供数据(例如，指令)。
特别参考控制器240的操作，在至少某些实施例中，控制器240可以包括一个或多个计算装置332。计算装置332可以包括一个或多个处理器332A和一个或多个存储器装置332B。一个或多个处理器332A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置332B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置332B可以存储能够由一个或多个处理器332A访问的信息，包括可以由一个或多个处理器332A执行的计算机可读指令332C。指令332C可以是当由一个或多个处理器332A执行时，使一个或多个处理器332A进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令332C可以由一个或多个处理器332A执行，以使一个或多个处理器332A进行操作，诸如控制器240和/或计算装置332被构造用于的任何操作和功能、如本文所述的用于操作推进系统的操作、和/或一个或多个计算装置332的任何其他操作或功能。指令332C可以是用任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实施。附加地和/或替代地，指令332C可以在处理器332A上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。存储器装置332B可以进一步存储可由处理器332A访问的数据332D。例如，数据332D可以包括指示功率流的数据、指示燃气涡轮发动机100/飞行器操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。
计算装置332还包括网络接口332E，网络接口322E被构造为例如与燃气涡轮发动机100的其他部件(诸如压缩机排放系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274，阀151A、151B、151C)，以及燃气涡轮发动机100的传感器330和燃料电池传感器302)、结合燃气涡轮发动机100的飞行器等通信。网络接口332E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适部件，包括例如发射机、接收机、端口、控制器、天线和/或其他合适部件。这样，将理解的是，网络接口332E可以利用有线和无线通信网络的任何合适组合。
本文所讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、以及发送到和发送自基于计算机的系统的信息。将理解的是，基于计算机的系统的固有灵活性允许了部件之间和部件之中的任务和功能性的多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，或者分布在多个系统上。分布的部件可以顺序地或并行操作。
现在参考图6，示出的是根据本公开的实施例的燃烧区段114的一部分的横截面视图，燃烧区段114的一部分包括在图1的燃气涡轮发动机100(上面参考图1描述为涡轮风扇发动机100)中使用的集成燃料电池和燃烧器组件200的一部分。
燃烧区段114包括壳400和燃烧衬套402。壳400包括内壳222和/或外壳220，并且燃烧衬套包括内衬套208和外衬套210。壳400限定扩散室406，扩散室406经由压缩机扩散器喷嘴202从压缩机区段接收高压空气。特别地，扩散室406可以由内壳222、外壳220、内衬套208和外衬套210共同限定。燃烧衬套402(包括内衬套208和外衬套210两者)可以被设置在扩散室406中，并且可以限定(例如，至少部分地限定)燃烧室404。例如，燃烧室404可以由内衬套208、外衬套210、和圆顶组件212共同限定。
在许多实施例中，燃烧衬套402可以与壳400间隔开(例如，径向间隔开)，使得通路408被限定在燃烧衬套402与壳400之间。如图6所示，通路408可以形成扩散室406的一部分(或者可以与扩散室406流体连通)。内壳222和内衬套208在其间限定内通路224，并且外壳220和外衬套210在其间限定外通路226。内通路224和外通路226两者都可以形成扩散室406的一部分。
圆顶组件212被设置成接近燃烧区段114的上游端(即，与下游端相比，更靠近上游端)，并且圆顶组件212可以限定燃烧室404的上游边界。圆顶组件212包括用于接收和保持主燃料喷嘴或旋流器组件216的开口(未标记)。旋流器组件216还包括用于接收和保持燃料流动管线218的开口。燃料流动管线218被进一步联接到燃料源148(参见图1)(燃料源148沿径向方向R被设置在外壳220外)并且被构造成从燃料源148接收燃料。这样，燃料流动管线218可以被流体联接到上面参考图1描述的一个或多个燃料输送管线150。旋流器组件216可以接收来自扩散室406的空气和来自燃料流动管线218的燃料，并且使燃料和空气在将其喷射到燃烧室404中之前混合在一起。旋流器组件216可以被设置在燃烧衬套402的前端处，并且旋流器组件216可以被流体联接到燃料源148、扩散室406和燃烧室404。
在操作期间，压缩机扩散器喷嘴202被构造成将压缩流体230从压缩机区段引导到扩散室406，其中压缩流体230被构造成在旋流器组件216内与燃料混合，并且在燃烧室404内燃烧，以生成燃烧气体。燃烧气体被提供给涡轮区段，以驱动涡轮区段的一个或多个涡轮(例如，高压涡轮116和低压涡轮118)。
在示例性实施例中，燃烧区段114进一步包括设置在通路408中的燃料电池组件410。如图所示，在一些实施例中，燃料电池组件410可以被设置在外通路226中。替代地或附加地，燃料电池组件410可以被设置在内通路224中。例如，燃烧区段114可以包括设置在外通路226中的第一燃料电池组件412(本文中也称为外燃料电池组件)，和设置在内通路中的第二燃料电池组件414(本文中也称为内燃料电池组件)。在许多实施例中，燃料电池组件410可以被设置在通路408内的旋流器组件216的后方。
燃料电池组件410可以包括具有多个燃料电池416的燃料电池堆415。多个燃料电池416可以彼此联接，并且可以在入口端418和出口端420之间延伸。特别地，多个燃料电池416可以从与扩散室406和燃料源148流体连通的入口端418延伸到出口端420，出口端420延伸通过燃烧衬套402并且与燃烧室404流体连通。例如，入口端418可以接收空气和燃料流，并且出口端420可以向燃烧室404提供输出产物500。例如，多个燃料电池416的入口端418可以被流体联接到燃料源148和扩散室406，使得入口端418接收来自燃料源148的燃料流和来自扩散室406的空气流。
在某些实施例中，燃料电池组件410可以包括在燃料电池堆415的前端432或后端433处的至少一个导电构件429。例如，燃料电池组件410可以包括在燃料电池堆415的前端432处的第一导电构件430，和在燃料电池堆415的后端433处的第二导电构件434。第一导电构件430可以与多个燃料电池416中的最前燃料电池接触，并且第二导电构件434可以与多个燃料电池416中的最后燃料电池接触，使得燃料电池堆415被设置在第一导电构件430和第二导电构件434之间(例如，轴向设置在第一导电构件430和第二导电构件434之间)。第一导电构件430和第二导电构件434可以被电联接到燃料电池堆415中的多个燃料电池416，以收集或捕获燃料电池堆415的功率输出。例如，如图13所示，第一导电构件430或第二导电构件434中的至少一个可以经由电总线437被电联接到电力转换器439(诸如上面参考图5描述的电力转换器324或不同的电力转换器)。
在许多实施例中，燃料电池组件410可以进一步包括至少一个结构构件435，至少一个结构构件435将燃料电池组件410联接到壳400和/或燃烧区段114的燃烧衬套402中的至少一个。至少一个结构构件435可以包括第一结构构件436和第二结构构件438。燃料电池堆415和导电构件430、434可以被设置在第一结构构件436和第二结构构件438之间(例如，轴向设置在第一结构构件436和第二结构构件438之间)。第一结构构件436可以被联接到第一导电构件430，并且可以在壳400和燃烧衬套402之间(大体上径向地)延伸。类似地，第二结构构件438可以被联接到第二导电构件434，并且可以在壳400和燃烧衬套402之间(大体上径向地)延伸。
第一结构构件436和第二结构构件438可以由不导电的电绝缘材料形成，使得导电构件430、434不与结构构件436、438电连通。在一些实施例中，结构构件436、438可以包括电绝缘外套和/或涂层。附加地，在许多实施例中，一个或多个横支撑件440可以在第一结构构件436和第二结构构件438之间延伸，并联接到第一结构构件436和第二结构构件438。例如，一个或多个横支撑件440可以从第一结构构件436大体上轴向延伸到第二结构构件438。在许多实施例(未示出)中，一个或多个横支撑件440可以在燃料电池组件410的两个周向侧上在结构构件436、438之间轴向延伸，使得第一结构构件436、第二结构构件438和一个或多个横支撑件440共同包围燃料电池堆415和导电构件430、434。在许多实施例中，一个或多个横支撑件440可以由不导电的电绝缘材料形成。
在一些实施例中，一个或多个支架458可以将结构构件436、438联接到壳400或燃烧衬套402中的一个。例如，一个或多个支架458中的第一支架可以将第一结构构件436联接到壳400，并且一个或多个支架458中的第二支架可以将第二结构构件438联接到壳400。一个或多个支架458可以被固定地联接到结构构件436、438(例如，经由焊接或钎焊)。替代地，一个或多个支架458可以与结构构件436、438一体地形成为单个部件(例如，经由增材制造处理)。
在许多实施例中，燃料重整器或燃料处理单元(FPU)424(诸如催化部分氧化转换器，缩写为CPOx)可以从燃料源148接收燃料流，用于为燃料电池堆415产生富氢燃料流。特别地，燃烧区段114可以包括第一FPU 426和第二FPU 428，第一FPU 426和第二FPU 428各自被设置在扩散室406内，并且被流体联接到燃料源148和相应的燃料电池组件412、414。例如，第一FPU 426可以被流体联接到燃料源148并且被流体联接到外燃料电池组件412，并且第二FPU 428可以被流体联接到燃料源148并且被流体联接到内燃料电池组件414。替代地，第一和第二燃料电池组件412、414两者可以被流体联接到相同的FPU 424。在燃料源供应氢燃料的实施例中，FPU 424可以用作燃料预热器。在燃料源供应任何其他碳氢燃料的其他实施例中，FPU 424可以用作脱硫器、预热器、燃料重整器或所有这些的组合。
FPU 424可以用作热交换器，其将流过其中的燃料与扩散室406中的空气热耦合。例如，扩散室406中的空气可以与FPU 424中的燃料流体隔离，但是可以流过FPU 424和/或围绕FPU 424流动，使得热能可以在来自FPU 424的燃料与扩散室406中的空气之间传递。第一FPU 426可以被设置在第一燃料电池组件412前方的扩散室406中，使得供应到第一燃料电池组件412的空气和燃料在被提供给第一燃料电池组件412之前流过第一FPU 426，用于温度调整。特别地，第一FPU 426可以被轴向设置在旋流器组件216和压缩机扩散器喷嘴202之间，并且在旋流器组件216和压缩机扩散器喷嘴202的径向外侧。类似地，第二FPU 428可以被设置在第二燃料电池组件414前方的扩散室406中，使得供应到第二燃料电池组件414的空气和燃料在被提供给第二燃料电池组件414之前流过第二FPU 428，用于温度调整。特别地，第二FPU 428可以被轴向设置在旋流器组件216和压缩机扩散器喷嘴202之间，并且在旋流器组件216和压缩机扩散器喷嘴202的径向内侧。
在其他示例性实施例中，燃料电池组件410可以包括任何其他合适的燃料处理单元(例如，除了FPU 424之外)。附加地或替代地，燃料电池组件410可以不需要燃料处理单元，例如，当燃气涡轮发动机100(图1)的燃烧器被构造成燃烧氢燃料，并且燃料输送组件146(图1)被构造成向集成燃料电池和燃烧器组件200，特别是向燃料电池组件410提供氢燃料时。
多个燃料电池416的入口端418可以由于燃烧室404和扩散室406之间的压力差而与扩散室406处于开放气流连通。例如，扩散室406中的压力可以高于燃烧室404中的压力，从而使得空气从多个燃料电池416的入口端418流到出口端420。特别地，扩散室406可以处于第一压力，并且燃烧室404可以处于低于第一压力的第二压力，使得来自扩散室406的空气流过燃料电池堆415并进入燃烧室404。
在某些实施例中，多个燃料电池416的入口端418可以与壳400间隔开，使得气流间隙444被限定在入口端418和壳400之间。气流间隙444可以被限定在径向方向R和周向方向C上。气流间隙444的尺寸可以定为允许足够的空气进入多个燃料电池414中的每个燃料电池，用于发电。在示例性实施例中，至少一个结构构件435可以限定空气沟道442，空气沟道442流体联接扩散室406和燃料电池堆415的入口端418。例如，在许多实施例中，空气沟道442可以被限定在第一结构构件436中，并且可以在通路408和气流间隙444之间延伸，使得空气沟道442流体联接气流间隙444和通路408。空气沟道442可以被径向设置在多个燃料电池416的入口端418和壳400之间。
替代地或附加地，燃烧区段114可以包括空气歧管462，空气歧管462从与扩散室406流体连通的入口通过壳400延伸到与气流间隙444流体连通的出口。在这种实施例中，多个燃料电池416的入口端418可以从空气歧管462接收空气。空气歧管462可以是将空气从扩散室406传送到气流间隙444以向燃料电池堆415提供空气的管子、管路、管道或其他流体导管。
现在参考图7，根据本公开的实施例示出了沿图6的线7-7截取到的图6所示的燃烧区段114的横截面视图。如图所示，燃料电池组件410是设置在通路408中的多个燃料电池组件410中的第一燃料电池组件。多个燃料电池组件410可以彼此周向间隔开，使得在多个燃料电池组件410的每个燃料电池组件410之间限定周向间隙446。例如，燃烧区段114可以包括设置在外通路22中的多个外燃料电池组件412和设置在内通路224中的多个内燃料电池组件414。如图7所示，在一些实施例中，多个内燃料电池组件414中的每个内燃料电池组件414可以与多个外燃料电池组件412中的相应外燃料电池组件412径向对准。替换地或附加地，在其它实施例(未示出)中，内燃料电池组件414中的一个或多个可以不与外燃料电池组件412中的任何径向对准，使得内燃料电池组件414和外燃料电池组件412可以彼此周向偏移。
如图7所示，空气沟道442可以具有多种横截面形状和/或构造。例如，在一些实施例中，空气沟道442可以具有圆形横截面、矩形横截面或其他横截面形状。附加地，在一些实施例中，第一结构构件436可以限定在两个突部454之间周向延伸的单个空气沟道442。替代地，在其他实施例中，第一结构构件436可以限定多个空气沟道442(诸如两个或更多个空气沟道442)。对于内燃料电池组件414，如图所示，空气沟道442可以被径向设置在相应的多个燃料电池416的入口端418内侧(例如，在入口端418和内壳222之间，如图7中的虚线所示)。相反，对于外燃料电池组件412，空气沟道442可以被径向设置在相应的多个燃料电池416的入口端418外侧(例如，在入口端418和外壳220之间，如图7中的虚线所示)。
在一些实施例中，燃料电池组件410可以包括开口周向侧456，开口周向侧456在第一结构构件436和第二结构构件438(图6)之间轴向延伸并且在壳400和燃烧衬套402之间径向延伸。在这种实施例中，来自扩散室406(图6)的空气可以围绕(例如，周向围绕)第一结构构件436流动并进入多个燃料电池416的入口端418。
现在参考图8，根据本公开的实施例示出了燃烧区段114的一部分的放大横截面视图。如图所示，燃烧区段包括壳400(例如，内壳或外壳)和燃烧衬套402(例如，内衬套或外衬套)。通路408(例如，内通路或外通路)被限定在壳400和燃烧衬套402之间。燃烧区段114可以进一步包括一个或多个燃料电池465，一个或多个燃料电池465被设置在通路408内，并且被构造成在入口端418处接收空气和燃料并经由出口端420向燃烧室404提供输出产物500。图8所示的一个或多个燃料电池可以是上面参考图6描述的燃料电池堆415的多个燃料电池416中的一个或多个燃料电池。以此方式，一个或多个燃料电池465可以并入上述燃料电池组件410中。
在示例性实施例中，如图所示，一个或多个燃料电池465可以在入口端418和出口端420之间相对于径向投影线466以角度延伸。径向投影线466可以是在径向方向R上延伸的假想参考线。径向投影线466可以延伸通过(或相交于)中心线轴线101。如图8所示，燃料电池465在轴向-周向平面(其为图8所示的平面)中相对于径向投影线466成角度(即，倾斜或偏斜)。例如，燃料电池465可以沿中心线468延伸，并且燃料电池465可以是沿中心线468最长的。中心线468可以相对于径向投影线466成角度。燃料电池465可以大体上沿中心线468线性延伸，使得在方向上没有突然变化，并且使得中心线468在燃料电池465的入口端418和出口端420之间的任何点处与径向投影线466限定相同的角度。
在许多实施例中，燃料电池465可以在轴向-周向平面中相对于径向投影线466成角度，使得入口端418与出口端420周向偏移。例如，由于燃料电池465以角度设置，因此可以在燃料电池465的入口端418和出口端420之间限定周向间隙。在各种实施例中，燃料电池465的中心线468可以在轴向-周向平面中与径向投影线466限定在约0°和约90°之间、或诸如在约10°和约80°之间、或诸如在约20°和约70°之间、或诸如在约30°和约60°之间、或诸如在约40°和约50°之间的角度。在示例性实施例中，燃料电池465的中心线468可以在轴向-周向平面中与径向投影线466限定约±60°的角度。
在各种实施例中，如图8所示，燃料电池465可以在交点467处与径向投影线466相交。当燃料电池465延伸远离交点467时，燃料电池465可以远离径向投影线466发散。例如，交点467可以被限定在中心线468和径向投影线466相交之处(即，中心线468和径向投影线466之间的交界处)。在这种实施例中，当燃料电池465沿中心线468延伸远离交点467时，燃料电池465可以远离径向投影线466发散。
例如，在一些实施例中，燃料电池465的入口端418可以在交点467处与径向投影线466相交，并且当燃料电池从入口端418延伸到出口端420时，燃料电池465可以远离径向投影线466发散。在其他实施例中，燃料电池465的出口端420在交点467处与径向投影线466相交，并且当燃料电池465从出口端420延伸到入口端418时，燃料电池465可以远离径向投影线466发散。替代地，在一些实施例中，交点467可以在入口端418和出口端420之间，使得燃料电池465在交点467和入口端418之间在第一方向上远离径向投影线466发散，并且在交点467和出口端420之间在第二方向上远离径向投影线466发散。
在示例性实施例中，输出产物500可以以角度被输送到燃烧室404中，使得在燃烧室404中引起燃烧气体的旋流流动。燃烧气体的旋流流动可以通过增加燃料和空气的混合而有利地增加燃烧室404内的燃料消耗效率。
现在参考图9和10，根据本公开的实施例示出了燃烧区段114的放大横截面视图。特别地，图9和10可以各自示出燃烧区段114在轴向-径向平面内的平面视图。如图9和10所示，燃料电池465在轴向-径向平面中相对于径向投影线466成角度(即，倾斜或偏斜)。例如，燃料电池465可以沿中心线468延伸，并且燃料电池465可以是沿中心线468最长的。中心线468可以相对于径向投影线466成角度。燃料电池465可以大体上沿中心线468线性延伸，使得在方向上没有突然变化，并且使得中心线468在燃料电池465的入口端418和出口端420之间的任何点处与径向投影线466限定相同的角度。
在许多实施例中，燃料电池465可以在轴向-径向平面中相对于径向投影成角度，使得入口端418与出口端420轴向偏移。例如，由于燃料电池465以角度设置，因此可以在燃料电池465的入口端418和出口端420之间限定轴向间隙。在各种实施例中，燃料电池465的中心线468可以在轴向-径向平面中与径向投影线466限定在约0°和约90°之间、或诸如在约10°和约80°之间、或诸如在约20°和约70°之间、或诸如在约30°和约60°之间、或诸如在约40°和约50°之间的角度。
在一些实施例中，如图9所示，燃料电池465可以朝向旋流器组件216成角度。在这种实施例中，出口端420可以比入口端418更靠近(例如，轴向更靠近)旋流器组件216，使得燃料电池465可以以朝向旋流器组件216的角度向燃烧室404输送输出产物500。替代地或附加地，如图10所示，燃料电池465可以远离旋流器组件216成角度。在这种实施例中，入口端418可以比出口端420更靠近(例如，轴向更靠近)旋流器组件216，使得燃料电池465以远离旋流器组件216的角度向燃烧室404输送输出产物500。
在一些实施例中，如由图8至10共同所示，燃料电池465可以在轴向-径向平面(如图9和10所示)和轴向-周向平面(如图8所示)两者中相对于径向投影线466成角度。使燃料电池465相对于径向方向R成角度可以有利地允许燃料电池465更长，从而增加来自整个燃料电池组件410的功率输出。例如，燃烧区段114可以限定壳400和燃烧衬套402之间的径向间隙长度470。可以在壳400和燃烧衬套402之间沿径向方向R测量径向间隙长度470。燃料电池465可以限定沿中心线468的燃料电池长度472。例如，可以在入口端418和出口端420之间沿中心线468测量燃料电池长度472。在示例性实施例中，燃料电池长度472可以比径向间隙长度470长。例如，燃料电池长度472可以比径向间隙长度470长在约1％和约50％之间、或诸如在约5％和约50％之间、或诸如在约10％和约40％之间。
在许多实施例中，如图9和10所示，燃料电池465可以是燃料电池堆415中的多个燃料电池416中的一个燃料电池。在这种实施例中，燃料电池堆415中的每个燃料电池465在入口端418和出口端420之间相对于径向投影线466以角度延伸。在一些实施例中，如图所示，燃料电池堆415中的每个燃料电池465可以在入口端418和出口端420之间相对于径向投影线466以相同角度延伸。在其它实施例(未示出)中，燃料电池堆415中的每个燃料电池465可以在入口端418和出口端420之间相对于径向投影线466以不同角度延伸。
现在参考图11，根据本公开的实施例示出了燃烧区段114的一部分的放大横截面。如图所示，燃烧区段114可以包括定位在通路408内的燃料电池组件410。燃料电池组件410包括燃料电池堆415，燃料电池堆415具有各自在入口端418和出口端420之间延伸的多个燃料电池416。入口端418可以接收空气和燃料流，并且出口端420可以向燃烧室404提供输出产物。在示例性实施例中，多个燃料电池416的出口端420可以延伸通过燃烧衬套402，并且部分地限定燃烧室404。例如，多个燃料电池416的出口端420可以限定燃烧室404内的燃烧气体的径向流动边界。
燃料电池组件410可以被安装到燃烧衬套402和/或壳400中的至少一个。例如，结构构件436、438可以在壳400与燃烧衬套402之间径向延伸，并且可以被联接到壳400和燃烧衬套402中的一个或两者。例如，结构构件436、438可以被固定地联接到壳400和/或燃烧衬套402中的一个或多个(例如，经由焊接)。替代地或附加地，在一些实施例中，一个或多个支架458可以将结构构件436、438联接到壳400或燃烧衬套402中的一个。例如，一个或多个支架458中的第一支架可以将第一结构构件436联接到壳400，并且一个或多个支架458中的第二支架可以将第二结构构件438联接到壳400。一个或多个支架458可以被固定地联接到结构构件436、438(例如，经由焊接或钎焊)。替代地，一个或多个支架458可以与结构构件436、438一体地形成为单个部件(例如，经由增材制造处理)。进一步地，一个或多个支架458可以经由一个或多个紧固件(例如，螺纹紧固件、螺母和螺栓等)被紧固到结构构件436、438。
如上所述，燃料电池堆415可以产生功率输出，该功率输出可以被供应到一个或多个电力转换器，用于与一个或多个电装置一起使用。因此，在示例性实施例中，燃烧衬套402可以是电绝缘的。例如，燃烧衬套402可以由不导电的电绝缘材料形成。替代地，燃烧衬套402可以包括电绝缘涂层或外套。在示例性实施例中，如图11所示，多个燃料电池416中的至少一个燃料电池是以下中的一种：从燃烧衬套402突出到燃烧室404中、从燃烧衬套402凹进、或与燃烧衬套402齐平。特别地，燃烧衬套402可以限定形成燃烧室404的边界的内部表面或边界表面403。多个燃料电池416中的至少一个燃料电池可以径向延伸超过边界表面403，使得至少一个燃料电池终止于燃烧室404内(例如，至少一个燃料电池的出口端420被设置在燃烧室404中)。替代地或附加地，多个燃料电池416中的至少一个燃料电池可以终止于燃烧室404外，使得径向间隙被限定在边界表面403和至少一个燃料电池的出口端420之间。在一些实施例中，多个燃料电池416中的至少一个燃料电池可以与燃烧衬套402齐平，使得多个燃料电池416中的至少一个燃料电池的出口端420被设置在边界表面403的径向位置处。在这种实施例中，在边界表面403和多个燃料电池416中的至少一个燃料电池的出口端420之间可以没有径向台阶，使得至少一个燃料电池的出口端420可以与燃烧衬套402的边界表面403形成连续表面。
在一些实施例中，多个燃料电池416中的每个燃料电池可以包括主体部分476和尖端部分478。主体部分476可以大体上在入口端418和尖端部分478之间径向延伸。主体部分476可以终止于燃烧衬套402的外表面401处。尖端部分478可以大体上从主体部分476径向延伸到出口端420。尖端部分478可以具有比主体部分476小的宽度(轴向测量)和长度(径向测量)。尖端部分478可以突出到燃烧室404中，可以与燃烧衬套402的边界表面403齐平，或者可以从燃烧衬套402的边界表面403凹进。
如图11所示，薄膜冷却间隙474可以被限定在燃料电池组件410和燃烧衬套402之间，使得通路408经由薄膜冷却间隙474与燃烧室404流体连通。薄膜冷却间隙474可以被轴向限定在燃烧衬套402和燃料电池组件410的第一结构构件436之间，并且薄膜冷却间隙474的尺寸和取向可以被定为促进接近多个燃料电池416的出口端420的燃烧衬套402的边界表面403的薄膜冷却。在这种实施例中，由于薄膜冷却间隙474，第一结构构件436和第一导电构件430可以不接触燃烧衬套402，并且因此第一结构构件436和第一导电构件430两者的径向内侧端可以经由薄膜冷却间隙474通过来自通路408的空气来被薄膜冷却。
在许多实施例中，燃料电池组件410可以进一步包括用于冷却多个燃料电池416中的一个或多个燃料电池的电池冷却沟道480。例如，电池冷却沟道480可以被限定在燃料电池堆415的多个燃料电池416中的两个相邻燃料电池之间。例如，电池冷却沟道480可以被限定在多个燃料电池416中的第一燃料电池和多个燃料电池416中的第二燃料电池之间。电池冷却沟道480可以在燃烧室404和气流间隙444之间径向延伸。在这种实施例中，电联接器481(诸如导线、板或其他电联接器)可以延伸跨过(或围绕)电池冷却沟道480，以使燃料电池堆415中的燃料电池彼此电联接。
现在参考图12，根据本公开的实施例示出了燃烧区段114的一部分的放大横截面。如图12所示，包括外燃料电池组件412和内燃料电池组件414的燃料电池组件410可以包括多个燃料电池堆415。多个燃料电池堆415可以各自包括多个燃料电池416(如图6所示)，并且多个燃料电池堆415可以经由互连板484彼此联接。例如，互连板484可以被轴向设置在多个燃料电池堆415中的每个燃料电池堆415之间。在一些实施例中，多个燃料电池堆415中的每个燃料电池堆415可以经由机械装置彼此联接，并且一个或多个燃料电池堆415可以将多个燃料电池堆415联接到燃烧衬套402和/或壳400。替代地，每个燃料电池堆415被独立地联接到燃烧衬套402和/或壳400。互连板484可以使燃料电池堆415彼此电联接。替代地或附加地，带、引线或导线可用于使燃料电池堆415彼此电联接。燃料电池堆415可以彼此串联地、并联地电联接，或者各自连接到电力转换器或电总线。
在示例性实施例中，燃料电池组件410可以包括限定在多个燃料电池堆415的相邻燃料电池堆之间的堆冷却沟道486。例如，多个燃料电池堆415中的两个燃料电池堆415可以彼此轴向间隔开，使得堆冷却沟道486被限定在其间。特别地，如图12所示，堆冷却沟道486可以被限定在多个燃料电池堆415中的第一燃料电池堆和多个燃料电池堆415中的第二燃料电池堆之间。更特别地，堆冷却沟道486可以被限定在联接到多个燃料电池堆415中的第一燃料电池堆的互连板484和多个燃料电池堆415的第二燃料电池堆的径向延伸侧表面488之间。堆冷却沟道486可以在气流间隙444和燃烧室404之间径向延伸。在一些实施例中，如图所示，机械支撑件491(诸如支架、凸缘或其他机械支撑件)可以将燃料电池组件410联接到燃烧衬套402(例如，联接到燃烧衬套402的外表面401)。
现在参考图13，根据本公开的实施例示出了具有燃料电池组件410的燃烧区段114的放大横截面视图。如图13所示，燃料电池堆415中的多个燃料电池416中的每个燃料电池416包括阳极490、阴极494和电解质492(诸如固体电解质)，电解质492被设置在阳极490和阴极494之间。如图13所示，多个燃料电池416中的每个燃料电池416包括至少部分地由阳极490限定的燃料沟道498和至少部分地由阴极494限定的空气沟道496。附加地，每个燃料电池416可以包括一个或多个分隔器壁502，诸如双极板(其可以是导电的，以使燃料电池416彼此电联接)。燃料沟道498可以被轴向限定在阳极490和分隔器壁502之间。类似地，空气沟道496可以被轴向限定在阴极494和分隔器壁502之间。在一些情况下，如图13所示，分隔器壁502的第一侧可以接触第一导电构件430或第二导电构件434，并且分隔器壁502的第二侧可以限定空气沟道496或燃料沟道498。在其他情况下，如图所示，分隔器壁502的第一侧可以部分地限定多个燃料电池416中的第一燃料电池的空气沟道496，并且分隔器壁502的第二侧可以部分地限定多个燃料电池416中的第二燃料电池的燃料沟道498。
在示例性实施例中，燃料沟道498可以从燃料入口504延伸到燃料出口507，燃料出口507被流体联接到燃烧室404。燃料入口504可以被关闭，使得来自气流间隙444的空气不会进入燃料入口504。然而，燃料入口504可以被流体联接到燃料源148(和/或如图6所示的FPU 424)，使得燃料沟道498经由燃料入口504接收来自燃料源148的燃料流505。
空气沟道496可以从空气入口506延伸到空气出口508，空气出口508被流体联接到燃烧室404。空气入口506可以与气流间隙444处于开放流体连通，使得来自气流间隙444的空气510可以自由地流入空气沟道496。空气沟道496和燃料沟道498两者都可以在燃料电池416的入口端418和出口端420之间延伸。来自空气沟道496的未使用空气510和来自燃料沟道498的未使用燃料505可以共同构成燃料电池416的出口产物。
在各种实施例中，如图13所示，燃料电池组件410可以包括热障涂层512，热障涂层512被设置在多个燃料电池416中的至少一个燃料电池416的出口端420上。热障涂层512可以有利地使燃料电池416与燃烧室404内的高温燃烧气体热隔离，从而延长燃料电池组件410的寿命。
在示例性实施例中，燃料电池组件410可以进一步包括电路514，电路514被联接到多个燃料电池416并延伸通过壳400。在某些实施例中，燃料电池组件410可以包括在燃料电池堆415的前端432或后端433处的至少一个导电构件429。电路514可以包括设置在燃料电池堆415的前端432或后端433处的至少一个导电构件429。例如，电路514可以包括在燃料电池堆415的前端432处的第一导电构件430和在燃料电池堆415的后端433处的第二导电构件434。第一导电构件430可以与多个燃料电池416中的最前燃料电池接触，并且第二导电构件434可以与多个燃料电池416中的最后燃料电池接触，使得燃料电池堆415被设置在(例如，轴向设置在)第一导电构件430和第二导电构件434之间。在一些实施例(未示出)中，燃料电池组件410可以仅包括在燃料电池堆415的前端432或后端433中的一个处的单个导电构件429。
第一导电构件430和/或第二导电构件434可以被电联接到燃料电池堆415中的多个燃料电池416，以收集或捕获燃料电池堆415的功率输出。例如，电路514可以包括阳极电联接器516和阴极电联接器518。阳极电联接器516可以在多个燃料电池416中的每个燃料电池416的阳极490和导电构件430、434之间延伸，并且使多个燃料电池416中的每个燃料电池416的阳极490和导电构件430、434电联接。类似地，阴极电联接器518可以在多个燃料电池416中的每个燃料电池416的阴极494和导电构件430、434之间延伸，并且使多个燃料电池416中的每个燃料电池416的阴极494和导电构件430、434电联接。阳极电联接器516和阴极电联接器518可以是导线或其他电联接器。
在示例性实施例中，电路514可以进一步包括带520，带520被电联接到导电构件429。例如，第一带522可以被电联接到第一导电构件430，并且第二带524可以被电联接到第二导电构件434。带520可以从联接到导电构件429的第一端526通过壳400延伸到第二端528。带可以包括第一部分530、第二部分532和连接部分534。第一部分530可以大体上从第一端526通过壳400径向延伸到第二部分532。第二部分532可以大体上从第一部分530轴向延伸到连接部分534。连接部分534可以在第二部分532和第二端528之间延伸。尽管图13示出了电联接到燃料电池堆415的第一带522和第二带524，但是在示例性实施例中，燃料电池组件410可以仅包括在燃料电池堆415的前端432处的单个带(例如，仅第一带522)。在这种实施例中，第二带524可能不是必需的，并且所有电能可以通过第一带522被导向到电力转换器439。
带520可以是刚性的，并且被焊接或以其他方式被固定地联接到导电构件429。例如，带520的第一端526可以被焊接到导电构件429。带520可以由不锈钢或其他刚性材料形成。刚性的带520有利地允许带520通过壳400被定位，而不会在燃烧区段114的操作期间被损坏。
在许多实施例中，电总线437可以电联接到壳400外侧(例如，径向外侧)的带520。例如，电总线437可以电联接到在壳400的径向外侧的带520的第二端528，使得电总线437可以被设置在通路408外侧。电总线437可以包括一个或多个电导线(诸如铂导线或其他导线)。电总线437可以从带520的第二端528延伸到电力转换器439(诸如上面参考图5描述的电力转换器324或不同的电力转换器)。
在操作期间，燃料电池组件410限定功率密度。功率密度可以是每单位体积由燃料电池组件410产生的功率量。高效的燃料电池组件410可以具有高功率密度，使得燃料电池组件410能够在小空间或体积内产生大功率。在许多实施例中，径向间隙460可以被限定在壳400和燃烧衬套402之间，并且径向间隙460的尺寸可以基于燃料电池组件410的功率密度来确定。例如，如果功率密度高，则可以减小径向间隙460。在许多实施方式中，径向间隙460可以在约2英寸和约8英寸之间、或诸如在约3英寸和约7英寸之间、或诸如在约4英寸和约6英寸之间，或诸如约5英寸。在一些实施例中，功率密度可以在从0.25KW/kg至5KW/kg(或1KW/L至10KW/L)的范围内。
现在参考图14，根据本公开的实施例示出了燃烧区段114的放大横截面视图，燃烧区段114具有定位在通路408内的燃料电池416并限定燃烧室404的一部分。燃料电池416可以并入上面参考图6和/或图12描述的燃料电池组件410中。如图所示，燃料电池416可以从入口端418延伸到出口端420，并且可以包括燃料沟道498和空气沟道496。燃料沟道498可以从燃料入口504延伸到燃料出口507，燃料出口507被流体联接到燃烧室404。燃料入口504可以被关闭，使得来自气流间隙444的空气不会进入燃料入口504。然而，燃料入口504可以被流体联接到燃料源148(和/或如图6所示的FPU 424)，使得燃料沟道498经由燃料入口504接收来自燃料源148的燃料流505。
空气沟道496可以从空气入口506延伸到空气出口508，空气出口508被流体联接到燃烧室404。空气入口506可以与气流间隙444处于开放流体连通，使得来自气流间隙444的空气510可以自由地流入空气沟道496中。空气沟道496和燃料沟道498两者都可以在燃料电池416的入口端418和出口端420之间延伸。来自空气沟道496的未使用空气510和来自燃料沟道498的未使用燃料505可以共同构成燃料电池416的出口产物。
在示例性实施例中，如图14所示，燃料出口507和空气出口508可以远离彼此成角度。例如，燃料沟道498可以包括笔直部分540和成角度部分542。笔直部分540可以大体上沿着燃料电池416的边从燃料入口504径向延伸到成角度部分542。成角度部分542可以从笔直部分540延伸到燃料出口507。这样，燃料出口507可以从燃料入口504轴向偏移。当成角度部分542从笔直部分540延伸到燃料出口507时，成角度部分542可以远离燃料电池416轴向发散。
类似地，空气沟道496可以包括笔直部分544和成角度部分546。笔直部分544可以沿着燃料电池416的边大体上从空气入口506径向延伸到成角度部分546。成角度部分546可以从笔直部分544延伸到空气出口508。这样，空气出口508可以从空气入口506轴向偏移。当成角度部分546从笔直部分544延伸到空气出口508时，成角度部分546可以远离燃料电池416轴向发散。特别地，当成角度部分542、546从相应笔直部分540、544延伸到相应出口507、508时，燃料沟道498的成角度部分542和空气沟道496的成角度部分546可以在相反方向上远离燃料电池416轴向发散。
现在参考图15，根据本公开的实施例示出了具有燃料电池堆415的燃烧区段114的放大横截面视图，燃料电池堆415具有定位在通路408内的多个燃料电池416。燃料电池堆415可以并入上面参考图6和/或图12描述的燃料电池组件410中。如图所示，燃料电池堆415可以在前端432和后端433之间轴向延伸。附加地，如图所示，每个燃料电池416可以从入口端418径向延伸到出口端420。
每个燃料电池416可以包括设置在燃料电池416的相对侧上的燃料沟道498和空气沟道496。每个燃料沟道498可以从燃料入口504延伸到燃料室548，燃料室548可以从燃料电池416的相应燃料沟道498收集所有未使用燃料505。燃料室548可以被径向设置在多个燃料电池416的出口端420和燃烧衬套402之间。在示例性实施例中，出口部分550可以在燃料室548和与燃烧室404流体连通的公共燃料出口552之间延伸(例如，大体上轴向延伸)。出口部分550和公共燃料出口552可以被设置在燃料电池堆415的前端432或后端433中的一个处。例如，如图14所示，出口部分550和公共燃料出口552可以被设置在燃料电池堆415的前端432处。
每个空气沟道496可以从空气入口506延伸到空气室554，空气室554可以从燃料电池416的相应空气沟道496收集所有未利用空气510。空气室554可以被径向设置在多个燃料电池416的出口端420和燃烧衬套402之间。在示例性实施例中，出口部分556可以在空气室554和与燃烧室404流体连通的公共空气出口558之间径向延伸(例如，大体上径向延伸)。出口部分556和公共空气出口558可以被设置在燃料电池堆415的前端432或后端433中的一个处。例如，如图15所示，出口部分556和公共空气出口558可以被设置在燃料电池堆415的后端433处。这样，公共燃料出口552和公共空气出口558可以被设置在燃料电池堆415的轴向相对侧，例如，公共燃料出口552被设置在前端432处，并且公共空气出口558被设置在后端433处，这通过增加流动流之间的距离有利地减少了离开燃料电池堆415的空气和燃料之间的相互作用。特别地，在许多实施例中，公共燃料出口552可以被设置在燃料电池堆415的前端432或后端433中的一个处，并且公共空气出口558可以被设置在燃料电池堆415的前端432或后端433中的另一个处。
如上面参考图6-15所讨论的，本文描述的燃料电池堆415有利地利用扩散室406和燃烧室408之间的压力差来产生通过燃料电池堆415的气流路径。另外，燃料电池堆415中的一个或多个燃料电池416可以相对于燃烧区段的径向方向R成角度，这允许一个或多个燃料电池416轴向延伸最大长度，用于从燃料电池堆415产生最大功率。进一步地，燃料电池堆415可以有利地限定燃烧室404的一部分，并且可以包括向燃烧衬套400和/或燃料电池416提供冷却空气流的一个或多个冷却特征。
本公开的涡轮机包括燃料电池组件410到燃烧区段114中的更坚固且更有效的集成，这有利地增加了燃料电池组件410的硬件寿命，并且增加了涡轮机的总体效率。
该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
进一步的方面由以下条款的主题提供：
一种燃烧区段，包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池从与所述扩散室流体连通的入口端延伸到出口端，所述出口端延伸通过所述燃烧衬套并与所述燃烧室流体连通。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池的所述入口端与所述壳间隔开，使得在所述入口端与所述壳之间限定气流间隙。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，进一步包括空气歧管，所述空气歧管从与所述扩散室流体连通的入口通过所述壳延伸到与所述气流间隙流体连通的出口。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述扩散室处于第一压力，并且其中所述燃烧室处于比所述第一压力低的第二压力，使得来自所述扩散室的空气流过所述燃料电池堆并进入所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个导电构件，所述至少一个导电构件设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述燃料电池组件联接到所述燃烧区段的所述壳或所述燃烧衬套中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述至少一个结构构件限定空气沟道，所述空气沟道流体联接所述扩散室和所述燃料电池堆的所述入口端。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述空气沟道限定圆形横截面形状。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述空气沟道限定矩形横截面形状。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述至少一个结构构件限定在两个突部之间周向延伸的单个空气沟道。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述至少一个结构构件限定彼此周向间隔开的多个空气沟道。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件限定功率密度，其中在所述壳和所述燃烧衬套之间限定径向间隙，其中所述径向间隙的尺寸基于所述燃料电池组件的所述功率密度确定，并且其中所述径向间隙在约2英寸和约8英寸之间。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件是设置在所述通路中的多个燃料电池组件中的第一燃料电池组件，所述多个燃料电池组件彼此周向间隔开，使得在所述多个燃料电池组件中的每个燃料电池组件之间限定周向间隙。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，进一步包括旋流器组件，所述旋流器组件设置在所述燃烧衬套的前端处，所述旋流器组件流体联接到燃料源、所述扩散室和所述燃烧室，其中所述燃料电池组件设置在所述旋流器组件后方。
一种涡轮机，包括：以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定从所述压缩机区段接收空气的扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池从与所述扩散室流体连通的入口端延伸到出口端，所述出口端延伸通过所述燃烧衬套并与所述燃烧室流体连通。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池的所述入口端与所述壳间隔开，使得在所述入口端与所述壳之间限定气流间隙。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，进一步包括空气歧管，所述空气歧管从与所述扩散室流体连通的入口通过所述壳延伸到与所述气流间隙流体连通的出口。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述扩散室处于第一压力，并且其中所述燃烧室处于比所述第一压力低的第二压力，使得来自所述扩散室的空气流过所述燃料电池堆并进入所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个导电构件，所述至少一个导电构件设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述燃料电池组件联接到所述燃烧区段的所述壳或所述燃烧衬套中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述至少一个结构构件限定空气沟道，所述空气沟道流体联接所述扩散室和所述燃料电池堆的所述入口端。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件限定功率密度，其中在所述壳和所述燃烧衬套之间限定径向间隙，其中所述径向间隙的尺寸基于所述燃料电池组件的所述功率密度确定，并且其中所述径向间隙在约2英寸和约8英寸之间。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件是设置在所述通路中的多个燃料电池组件中的第一燃料电池组件，所述多个燃料电池组件彼此周向间隔开，使得在所述多个燃料电池组件中的每个燃料电池组件之间限定周向间隙。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，进一步包括旋流器组件，所述旋流器组件设置在所述燃烧衬套的前端处，所述旋流器组件流体联接到燃料源、所述扩散室和所述燃烧室，其中所述燃料电池组件设置在所述旋流器组件后方。
一种燃烧区段，所述燃烧区段限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池，所述燃料电池在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，所述燃料电池在所述入口端和所述出口端之间相对于径向投影线以角度延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池在轴向-径向平面中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池在轴向-周向平面中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池在轴向-径向平面和轴向-周向平面两者中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃烧区段限定在所述壳和所述燃烧衬套之间的径向间隙长度，其中所述燃料电池限定燃料电池长度，并且其中所述燃料电池长度比所述径向间隙长度长。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池在交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池远离所述交点延伸时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池的所述入口端在所述交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池从所述入口端延伸到所述出口端时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池的所述出口端在所述交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池从所述出口端延伸到所述入口端时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池是燃料电池堆中的多个燃料电池中的一个燃料电池，并且其中所述燃料电池堆中的每个燃料电池在所述入口端和所述出口端之间相对于所述径向投影线以所述角度延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述输出产物以所述角度输送到所述燃烧室中，使得在所述燃烧室中引起燃烧气体的旋流流动。
一种涡轮机，包括：以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池，所述燃料电池在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，所述燃料电池在所述入口端和所述出口端之间相对于径向投影线以角度延伸。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池在轴向-径向平面中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池在轴向-周向平面中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池在轴向-径向平面和轴向-周向平面两者中相对于所述径向投影线成角度。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃烧区段限定在所述壳和所述燃烧衬套之间的径向间隙长度，其中所述燃料电池限定燃料电池长度，并且其中所述燃料电池长度比所述径向间隙长度长。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池在交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池远离所述交点延伸时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池的所述入口端在所述交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池从所述入口端延伸到所述出口端时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池的所述出口端在所述交点处与所述径向投影线相交，并且其中当所述燃料电池从所述出口端延伸到所述入口端时，所述燃料电池远离所述径向投影线发散。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池是燃料电池堆中的多个燃料电池中的一个燃料电池，并且其中所述燃料电池堆中的每个燃料电池在所述入口端和所述出口端之间相对于所述径向投影线以所述角度延伸。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述输出产物以所述角度输送到所述燃烧室中，使得在所述燃烧室中引起燃烧气体的旋流流动。
一种燃烧区段，所述燃烧区段限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，其中所述多个燃料电池的所述出口端延伸通过所述燃烧衬套并部分地限定所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件安装到所述燃烧衬套和所述壳中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃烧衬套是电绝缘的。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中在所述燃料电池组件和所述燃烧衬套之间限定薄膜冷却间隙，使得所述通路经由所述薄膜冷却间隙与所述燃烧室流体连通。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池是从所述燃烧衬套突出到所述燃烧室中的一个燃料电池。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池从所述燃烧衬套凹进。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池与所述燃烧衬套齐平。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中在所述多个燃料电池中的第一燃料电池和所述多个燃料电池中的第二燃料电池之间限定电池冷却沟道。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池堆是所述燃料电池组件中的多个燃料电池堆中的一个燃料电池堆，并且其中在所述多个燃料电池堆中的相邻燃料电池堆之间限定堆冷却沟道。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中热障涂层设置在所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池的所述出口端上。
一种涡轮机，包括：以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，其中所述多个燃料电池的所述出口端延伸通过所述燃烧衬套并部分地限定所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件安装到所述燃烧衬套和所述壳中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃烧衬套是电绝缘的。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中在所述燃料电池组件和所述燃烧衬套之间限定薄膜冷却间隙，使得所述通路经由所述薄膜冷却间隙与所述燃烧室流体连通。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池是从所述燃烧衬套突出到所述燃烧室中的一个燃料电池。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池从所述燃烧衬套凹进。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池与所述燃烧衬套齐平。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中在所述多个燃料电池中的第一燃料电池和所述多个燃料电池中的第二燃料电池之间限定电池冷却沟道。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池堆是所述燃料电池组件中的多个燃料电池堆中的一个燃料电池堆，并且其中在所述多个燃料电池堆中的相邻燃料电池堆之间限定堆冷却沟道。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中热障涂层设置在所述多个燃料电池中的至少一个燃料电池的所述出口端上。
一种燃烧区段，所述燃烧区段限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，所述燃料电池组件进一步包括电路，所述电路电联接到所述多个燃料电池并延伸通过所述壳。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述电路包括导电构件，所述导电构件设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述燃料电池组件联接到所述燃烧区段的所述壳或所述燃烧衬套中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述至少一个结构构件是电绝缘的。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述导电构件是设置在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的一个处的第一导电构件，并且其中所述燃料电池组件进一步包括在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的另一个处的第二导电构件。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述电路进一步包括带，所述带电联接到所述导电构件。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述带是刚性的并且焊接到所述导电构件。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述带从所述导电构件延伸并延伸通过所述壳。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中电总线电联接到所述燃烧器壳外的所述带。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃烧衬套是电绝缘的。
一种涡轮机，包括：以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，其中所述入口端接收空气和燃料流，并且所述出口端向所述燃烧室提供输出产物，所述燃料电池组件进一步包括电路，所述电路电联接到所述多个燃料电池并延伸通过所述壳。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述电路包括导电构件，所述导电构件设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料电池组件进一步包括至少一个结构构件，所述至少一个结构构件将所述燃料电池组件联接到所述燃烧区段的所述壳或所述燃烧衬套中的至少一个。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述至少一个结构构件是电绝缘的。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述导电构件是设置在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的一个处的第一导电构件，并且其中所述燃料电池组件进一步包括在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的另一个处的第二导电构件。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述电路进一步包括带，所述带电联接到所述导电构件。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述带是刚性的并且焊接到所述导电构件。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述带从所述导电构件延伸并延伸通过所述壳。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中电总线电联接到所述燃烧器壳外的所述带。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃烧衬套是电绝缘的。
一种燃烧区段，所述燃烧区段限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括各自流体联接到所述燃烧室的空气沟道和燃料沟道。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料沟道从燃料入口延伸到燃料出口，所述燃料出口流体联接到所述燃烧室，并且其中所述空气沟道从空气入口延伸到空气出口，所述空气出口流体联接到所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料出口和所述空气出口远离彼此成角度。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括阳极、阴极和电解质，所述电解质设置在所述阳极与所述阴极之间。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述燃料沟道至少部分地由所述阳极限定。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述燃料沟道各自从相应燃料入口延伸到燃料室，所述燃料室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共燃料出口。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括空气沟道，所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定，并且其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述空气沟道各自从相应空气入口延伸到空气室，所述空气室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共空气出口。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述公共燃料出口设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的燃烧区段，其中所述公共空气出口设置在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的另一个处。
一种涡轮机，包括：以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：壳，所述壳限定扩散室；燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括各自流体联接到所述燃烧室的空气沟道和燃料沟道。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料沟道从燃料入口延伸到燃料出口，所述燃料出口流体联接到所述燃烧室，并且其中所述空气沟道从空气入口延伸到空气出口，所述空气出口流体联接到所述燃烧室。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料出口和所述空气出口远离彼此成角度。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括阳极、阴极和电解质，所述电解质设置在所述阳极与所述阴极之间。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述燃料沟道至少部分地由所述阳极限定。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述燃料沟道各自从相应燃料入口延伸到燃料室，所述燃料室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共燃料出口。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括空气沟道，所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定，并且其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述空气沟道各自从相应空气入口延伸到空气室，所述空气室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共空气出口。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述公共燃料出口设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中所述公共空气出口设置在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的另一个处。

Claims (10)

1.一种燃烧区段，所述燃烧区段限定轴向方向、径向方向和周向方向，其特征在于，所述燃烧区段包括：
壳，所述壳限定扩散室；
燃烧衬套，所述燃烧衬套设置在所述扩散室内并且限定燃烧室，所述燃烧衬套与所述壳间隔开，使得在所述燃烧衬套和所述壳之间限定通路；和
燃料电池组件，所述燃料电池组件设置在所述通路中，所述燃料电池组件包括燃料电池堆，所述燃料电池堆具有多个燃料电池，所述多个燃料电池各自在入口端和出口端之间延伸，所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括各自流体联接到所述燃烧室的空气沟道和燃料沟道。
2.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述燃料沟道从燃料入口延伸到燃料出口，所述燃料出口流体联接到所述燃烧室，并且其中所述空气沟道从空气入口延伸到空气出口，所述空气出口流体联接到所述燃烧室。
3.根据权利要求2所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述燃料出口和所述空气出口远离彼此成角度。
4.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括阳极、阴极和电解质，所述电解质设置在所述阳极与所述阴极之间。
5.根据权利要求4所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述燃料沟道至少部分地由所述阳极限定。
6.根据权利要求4所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定。
7.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述燃料沟道各自从相应燃料入口延伸到燃料室，所述燃料室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共燃料出口。
8.根据权利要求7所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述多个燃料电池中的每个燃料电池包括空气沟道，所述空气沟道至少部分地由所述阴极限定，并且其中所述多个燃料电池中的两个或更多个燃料电池的所述空气沟道各自从相应空气入口延伸到空气室，所述空气室延伸到与所述燃烧室流体连通的公共空气出口。
9.根据权利要求8所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述公共燃料出口设置在所述燃料电池堆的前端或后端中的一个处。
10.根据权利要求9所述的燃烧区段，其特征在于，其中所述公共空气出口设置在所述燃料电池堆的所述前端或所述后端中的另一个处。
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