JPH11200888A - Fuel cell type turbine engine - Google Patents
Fuel cell type turbine engineInfo
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- JPH11200888A JPH11200888A JP10007446A JP744698A JPH11200888A JP H11200888 A JPH11200888 A JP H11200888A JP 10007446 A JP10007446 A JP 10007446A JP 744698 A JP744698 A JP 744698A JP H11200888 A JPH11200888 A JP H11200888A
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機用のターボ
ファンエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャ
フトエンジン、補助動力装置、又は機械駆動、若しくは
発電を行う産業用のタービンエンジン、又は舶用のター
ビンエンジンを、水素若しくは一酸化炭素と酸素との電
気化学反応により発電を行うようにした燃料電池で駆動
するようにした燃料電池式タービンエンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbofan engine, a turboprop engine, a turboshaft engine, an auxiliary power unit, an industrial turbine engine for mechanical drive or power generation, or a marine turbine engine for an aircraft. The present invention relates to a fuel cell type turbine engine driven by a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen or carbon monoxide and oxygen.
【0002】[0002]
【従来の技術】図12は、従来の航空機用ガスタービン
式ターボファンエンジンを示す断面図である。図に示す
ように、従来のガスタービン式ターボファンエンジン
(以下単にターボファンエンジンという)86は、燃焼
器87内に噴射されたガソリン等の化石燃料が燃焼し、
高温、高圧になった燃焼ガスが、高圧タービン88を回
転駆動させた後、低圧タービン92に導入され、低圧タ
ービン92を駆動させた後、排気ガス91として外気へ
放出され、推進力を発生させるようにしている。2. Description of the Related Art FIG. 12 is a sectional view showing a conventional gas turbine turbofan engine for an aircraft. As shown in the figure, a conventional gas turbine type turbofan engine (hereinafter simply referred to as a turbofan engine) 86 burns fossil fuel such as gasoline injected into a combustor 87,
The high-temperature, high-pressure combustion gas is introduced into the low-pressure turbine 92 after driving the high-pressure turbine 88 to rotate. After driving the low-pressure turbine 92, the combustion gas is discharged to the outside air as exhaust gas 91 to generate propulsion. Like that.
【0003】高圧タービン88により吸収された燃焼ガ
スのエネルギー、すなわち駆動力は、高圧タービン88
と同軸状に設けられた圧縮機89を回転駆動し、ターボ
ファンエンジン86に流入するコア空気90を圧縮し
て、化石燃料を燃焼させる酸化剤として燃焼室87へ送
り込まれる。一方、圧縮機89および高圧タービン88
を設けた回転軸の内部を挿通され、回転軸とは独立に回
動するようにした内部軸の後端部には、高圧タービン8
8を駆動した後の燃焼ガスが導入されて作動する低圧タ
ービン92が設けられ、推力を発生させるとともに、低
圧タービン92の駆動力は、内部軸を介してターボファ
ンエンジン86の前端部に設けられ、推力を発生させる
とともに、圧縮機89にコア空気を供給するファン93
を作動させる。[0003] The energy of the combustion gas absorbed by the high-pressure turbine 88, that is, the driving force, is high.
The compressor 89, which is provided coaxially with the above, is driven to rotate, compresses the core air 90 flowing into the turbofan engine 86, and is sent to the combustion chamber 87 as an oxidant for burning fossil fuel. On the other hand, the compressor 89 and the high-pressure turbine 88
A high-pressure turbine 8 is inserted through the inside of a rotating shaft provided with a high-pressure turbine 8 so as to rotate independently of the rotating shaft.
A low-pressure turbine 92 is provided, which operates by introducing the combustion gas after driving the turbine 8 and generates thrust. The driving force of the low-pressure turbine 92 is provided at the front end of the turbofan engine 86 via an internal shaft. , A fan 93 that generates thrust and supplies core air to the compressor 89
Activate
【0004】また、図13は、従来の航空機用ガスター
ビン式ターボプロップエンジン(以下ターボプロップエ
ンジンという)94を示す断面図である。ターボプロッ
プエンジン94においても、ターボファンエンジン86
の燃焼器87と同様な構成にされた、燃焼器95で燃焼
された燃焼ガスは、タービン96を回転駆動させ、推力
を発生させた後、排気ガス110として外気へ放出され
る。また、タービン96により吸収された駆動力は、タ
ービン96と同軸状に設けられた圧縮機97を回転駆動
し、ターボプロップエンジン94内に流入するコア空気
98を圧縮する。FIG. 13 is a sectional view showing a conventional gas turbine type turboprop engine (hereinafter, referred to as a turboprop engine) 94 for an aircraft. The turboprop engine 94 also includes a turbofan engine 86.
The combustion gas combusted in the combustor 95 having the same configuration as that of the combustor 87 is driven to rotate the turbine 96 to generate a thrust, and then is discharged as the exhaust gas 110 to the outside air. The driving force absorbed by the turbine 96 drives a compressor 97 provided coaxially with the turbine 96 to rotate and compress core air 98 flowing into the turboprop engine 94.
【0005】一方、圧縮機97の前方には、圧縮機97
と同軸状の回転軸が設けられ、回転軸の先端に設けたギ
ア装置を介してプロペラ99を回転させ、推力を発生さ
せるとともに、ターボプロップエンジン94内の圧縮機
97内にコア空気98を流入させるようにしている。On the other hand, in front of the compressor 97, the compressor 97
And a propeller 99 is rotated through a gear device provided at the end of the rotating shaft to generate thrust and to flow core air 98 into a compressor 97 in a turboprop engine 94. I try to make it.
【0006】また、図14は、従来のヘリコプタ用ガス
タービン式ターボシャフトエンジン(以下ターボシャフ
トエンジンという)100を示す断面図である。ターボ
シャフトエンジン100においても、図12、図13に
示す燃焼器87,95と同様の構成にされた、燃焼器1
01で燃焼された燃焼ガスは、タービン102、および
タービン102の後流側に設けられた出力タービン10
3を回転駆動させた後、排気ガス104として外気へ放
出される。FIG. 14 is a sectional view showing a conventional gas turbine type turboshaft engine 100 for a helicopter (hereinafter referred to as a turboshaft engine). Also in the turboshaft engine 100, the combustor 1 having the same configuration as the combustors 87 and 95 shown in FIGS.
The combustion gas burned at 01 is supplied to a turbine 102 and an output turbine 10 provided on the downstream side of the turbine 102.
After being driven to rotate, 3 is discharged to the outside air as exhaust gas 104.
【0007】タービン102により吸収された駆動力
は、タービン102と同軸に設けられた圧縮機105を
回転駆動し、ターボシャフトエンジン100内へ流入す
るコア空気106を圧縮する。一方、タービン102を
駆動した後の燃焼ガスにより作動する出力タービン10
3により吸収された駆動力は、出力軸106を回転駆動
し、出力軸106にベベルギアで連結された回転軸10
8を回動させ、回転軸108の上端に連結されたロータ
107を回転させ、浮揚力および推進力を発生させる。The driving force absorbed by the turbine 102 drives a compressor 105 provided coaxially with the turbine 102 to rotate, and compresses core air 106 flowing into the turboshaft engine 100. On the other hand, the output turbine 10 operated by the combustion gas after driving the turbine 102
The driving force absorbed by the driving shaft 3 drives the output shaft 106 to rotate, and the rotating shaft 10 connected to the output shaft 106 by a bevel gear.
8 to rotate the rotor 107 connected to the upper end of the rotating shaft 108 to generate a levitation force and a propulsion force.
【0008】しかしながら、上述したターボファンエン
ジン86、ターボプロップエンジン94若しくはターボ
シャフトエンジン100のように、燃焼器87,95,
101内に化石燃料と、圧縮機89,97,105から
の圧縮空気とを供給して、燃焼させた燃焼ガスで駆動力
を発生させるようにした、従来のガスタービンエンジン
は、化石燃料の化学反応燃焼により、駆動力を発生させ
るようにしているため、以下の問題点がある。However, as in the case of the turbofan engine 86, the turboprop engine 94, or the turboshaft engine 100, the combustors 87, 95,
A conventional gas turbine engine in which fossil fuel and compressed air from the compressors 89, 97, and 105 are supplied into the inside 101 to generate a driving force by burning combustion gas is used. Since the driving force is generated by the reactive combustion, there are the following problems.
【0009】(1)外気へ排出される排出ガス91,1
04,110には、窒素酸化物、二酸化炭素が多く、こ
れらのエンジンの作動は大気汚染の原因となる。(1) Exhaust gas 91, 1 discharged to the outside air
04, 110 is rich in nitrogen oxides and carbon dioxide, and the operation of these engines causes air pollution.
【0010】(2)ガソリン等の化石燃料の保有するエ
ネルギーのうち、駆動力として利用される効率(以下エ
ネルギー効率という)が30〜40%程度と低く、有効
に利用されていない。(2) Among the energies possessed by fossil fuels such as gasoline, the efficiency used as a driving force (hereinafter referred to as energy efficiency) is as low as about 30 to 40%, and is not effectively used.
【0011】近年、水素若しくは化石燃料に含まれる水
素と酸素若しくは空気中の酸素とを、電気化学的に反応
させて発電し、発電に伴う窒素酸化物、二酸化炭素等の
有害物質の排出をなくし、若しくは少くして大気汚染を
起すことなく、またエネルギー効率を従来のエンジンに
比較して、飛躍的に向上させることができるようにした
燃料電池が開発されている。In recent years, hydrogen or hydrogen contained in fossil fuels and oxygen or oxygen in the air are electrochemically reacted to generate power, thereby eliminating the emission of harmful substances such as nitrogen oxides and carbon dioxide accompanying the power generation. 2. Description of the Related Art Fuel cells have been developed which are capable of significantly improving energy efficiency as compared with a conventional engine without causing or at least reducing air pollution.
【0012】しかしながら、このような燃料電池を回転
翼機を含む航空機、船舶、車両、産業用機械、若しくは
発電機等を駆動するガスタービンエンジン本体に組み込
み、ガスタービンエンジンに設けられる圧縮機による圧
縮空気の生成に利用して、効率向上を図るとともに、燃
料電池の発電に伴い発生する蒸気でタービンを駆動し、
蒸気エネルギーの回収をも図り、さらに、エネルギー効
率を向上させることができるようにした、燃料電池式ガ
スタービンエンジンは、これまで実現してない。However, such a fuel cell is incorporated in a gas turbine engine body for driving an aircraft, a ship, a vehicle, an industrial machine, a generator, etc., including a rotary wing machine, and is compressed by a compressor provided in the gas turbine engine. Utilizing the generation of air to improve efficiency, the steam generated by the fuel cell power generation drives the turbine,
A fuel cell gas turbine engine capable of recovering steam energy and further improving energy efficiency has not been realized so far.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来、航空
機用等として使用されているガスタービンエンジンの上
述した不具合を解消するため、大気汚染を引き起す有害
な廃棄物を排出することなく、航空機用のターボファン
エンジン、ターボプロップエンジン又はターボシャフト
エンジン等を燃料電池で駆動するとともに、燃料電池の
発電時に発生する蒸気をも駆動力として使用するように
して、さらに燃料の保有するエネルギーを駆動力として
最大限に利用できるようにして、エネルギー効率を大幅
に向上させることのできる燃料電池式タービンエンジン
を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of a gas turbine engine conventionally used for aircraft or the like without discharging harmful waste causing air pollution. In addition to driving a turbofan engine, turboprop engine, turboshaft engine, etc. for aircraft with a fuel cell, the steam generated at the time of power generation of the fuel cell is also used as a driving force, further driving the energy held by the fuel An object of the present invention is to provide a fuel cell type turbine engine that can maximize the energy efficiency by maximizing its use as power.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料
電池式タービンエンジンは、次の手段とした。For this reason, the fuel cell type turbine engine of the present invention has the following means.
【0015】(1)化石燃料中の水素若しくは水素と一
酸化炭素と、空気中の酸素との電気化学反応により発電
を行う燃料電池を設けた。なお、電気化学反応により発
電を行うために供給される水素、酸素等は、化石燃料若
しくは空気中から抽出されるもののほか、精製された純
度の高いものを使用するようにしても良い。(1) A fuel cell for generating power by an electrochemical reaction between hydrogen in fossil fuel or hydrogen, carbon monoxide, and oxygen in air is provided. Note that hydrogen, oxygen, and the like supplied to generate power by an electrochemical reaction may be extracted from fossil fuel or air, or may be purified and have high purity.
【0016】(2)燃料電池で発電した電力を電源と
し、駆動軸に駆動力を発生させるモータを設けた。な
お、モータの出力軸を駆動軸にし、モータと駆動軸との
間に駆動力伝達機構を設けないような構造のものにする
ことが好ましい。(2) A motor for generating a driving force is provided on a driving shaft using electric power generated by the fuel cell as a power source. It is preferable that the output shaft of the motor be a drive shaft, and that the drive shaft not have a drive force transmission mechanism between the motor and the drive shaft.
【0017】(3)モータにより駆動力が発生させられ
る駆動軸にタービンを設けた。 (4)燃料電池の発電時に発生する蒸気を駆動軸に設け
たタービンに供給し、タービンに駆動力を発生させ、モ
ータの駆動力に加えて、タービンの駆動力によっても駆
動軸を作動させるようにした蒸気供給手段を設けた。(3) A turbine is provided on a drive shaft that generates a driving force by a motor. (4) The steam generated at the time of power generation by the fuel cell is supplied to a turbine provided on a drive shaft to generate a driving force, and the drive shaft is operated not only by the driving force of the motor but also by the driving force of the turbine. Steam supply means.
【0018】本発明の燃料電池式タービンエンジンは、
上述(1)ないし(4)の手段に加え、次の手段とし
た。The fuel cell type turbine engine of the present invention comprises:
The following means are provided in addition to the means (1) to (4) described above.
【0019】(5)燃料電池式タービンエンジンに設置
されたモータとタービンで駆動される駆動軸に、燃料電
池の空気側電極に供給する圧縮空気を生成する圧縮機を
設けた。(5) A compressor for generating compressed air to be supplied to the air electrode of the fuel cell is provided on a drive shaft driven by a motor and a turbine installed in the fuel cell type turbine engine.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池および燃
料電池式タービンエンジンの実施の一形態を図面にもと
づき説明する。図1は本発明の燃料電池式タービンエン
ジンの実施の第1形態としての燃料電池式ターボファン
エンジン(以下単にターボファンエンジンという)を示
す断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a fuel cell and a fuel cell type turbine engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a fuel cell type turbofan engine (hereinafter simply referred to as a turbofan engine) as a first embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention.
【0021】図に示すように、本実施の形態のターボフ
ァンエンジン1は、燃料電池10、電気モータ3、低圧
タービン4、ファン5、高圧タービン6、圧縮機7から
構成される。また、高圧タービン6と圧縮機7とは高圧
軸8により同心状にして連結されるとともに、低圧ター
ビン4とファン5は、高圧軸8の軸心に沿って高圧軸8
内に穿設された穴を貫通して設けられ、高圧軸8とは独
立して回動する低圧軸9により連結されている。As shown in the figure, the turbofan engine 1 of the present embodiment comprises a fuel cell 10, an electric motor 3, a low-pressure turbine 4, a fan 5, a high-pressure turbine 6, and a compressor 7. The high-pressure turbine 6 and the compressor 7 are connected concentrically by a high-pressure shaft 8, and the low-pressure turbine 4 and the fan 5 are connected along the axis of the high-pressure shaft 8.
The low pressure shaft 9 is provided so as to penetrate through a hole formed therein, and rotates independently of the high pressure shaft 8.
【0022】燃料電池10は、従来の燃焼器87等の配
置される位置と略同じ位置に配置され、燃料側電極14
側に図示省略した燃料供給手段により供給される化石燃
料と、空気側電極12側に空気供給手段により供給され
る(圧縮)空気中の酸素との電気化学反応により発電を
行う。低圧軸9と高圧軸8には、この燃料電池10で発
電された電力で駆動される電気モータ3がそれぞれ組み
込まれている。さらに、本実施の形態のターボファンエ
ンジン1に使用される燃料電池10は、図2に示すよう
に、同心状に配置された電解質含有セラミックス管1
1、空気側電極12、孔質セラミックス管13、燃料側
電極14、中間端子15から構成されている。The fuel cell 10 is disposed at substantially the same position as the position where the conventional combustor 87 and the like are disposed.
Electric power is generated by an electrochemical reaction between fossil fuel supplied by fuel supply means (not shown) on the side and oxygen in (compressed) air supplied by air supply means on the air side electrode 12 side. The electric motor 3 driven by the electric power generated by the fuel cell 10 is incorporated in each of the low-pressure shaft 9 and the high-pressure shaft 8. Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell 10 used in the turbofan engine 1 according to the present embodiment has an electrolyte-containing ceramic tube 1 arranged concentrically.
1, an air-side electrode 12, a porous ceramic tube 13, a fuel-side electrode 14, and an intermediate terminal 15.
【0023】このように構成されたターボファンエンジ
ン1においては、燃料電池10には、化石燃料19とコ
ア空気18が圧縮機7で圧縮された圧縮空気17とが供
給され、内部で化石燃料19中の水素と圧縮空気17中
の酸素との電気化学反応により発電されるとともに、燃
料側電極14には、600℃〜1000℃の高温高圧の
蒸気が発生する。この発電された電気により電気モータ
3が作動し、電気モータ3がそれぞれ組み込まれた低圧
軸9と高圧軸8を各々回転駆動され、ファン5および圧
縮機7をそれぞれ作動させる。In the turbofan engine 1 configured as described above, the fuel cell 10 is supplied with the fossil fuel 19 and the compressed air 17 in which the core air 18 is compressed by the compressor 7, and internally the fossil fuel 19. Electric power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen in the air and oxygen in the compressed air 17, and high-temperature and high-pressure steam of 600 ° C. to 1000 ° C. is generated on the fuel electrode 14. The electric motor 3 is operated by the generated electricity, and the low-pressure shaft 9 and the high-pressure shaft 8 in which the electric motor 3 is incorporated are respectively driven to rotate, and the fan 5 and the compressor 7 are operated.
【0024】なお、後述するように、燃料電池10によ
っては、化石燃料19中の水素および一酸化炭素と圧縮
空気17中の酸素との電気化学反応により、発電を行う
ようにしたものもあるが、説明を簡単にするため、燃料
電池式タービンエンジンの各実施の形態の説明において
は、燃料電池10における発電は、水素と酸素との電気
化学反応により発電されるものとして説明する。As described later, some fuel cells 10 generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and carbon monoxide in the fossil fuel 19 and oxygen in the compressed air 17. For simplicity, in the description of each embodiment of the fuel cell type turbine engine, the power generation in the fuel cell 10 will be described as being generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
【0025】一方、燃料側電極14で発生した高温高圧
の蒸気は、高圧タービン6を回転駆動させ、高圧タービ
ン6と同軸状に高圧軸8に設けられた圧縮機7を電気モ
ータ3とともに駆動する。また、高圧タービン6から排
出され、エネルギーが残存している蒸気は、低圧タービ
ン4を蒸気タービンとして、さらに回転駆動させた後、
排気ガス22として外気へ放出される。低圧タービン4
の回転駆動は、低圧軸9により低圧タービン4と同軸状
にして、ターボファンエンジン1の先端部に配置された
ファン5を回転させ、エンジン流入空気20を圧縮し、
後方に噴出させて推力を発生させるバイパス空気21と
前述した圧縮機7に導入されるコア空気18とを発生さ
せる。On the other hand, the high-temperature and high-pressure steam generated at the fuel electrode 14 drives the high-pressure turbine 6 to rotate, and drives the compressor 7 provided on the high-pressure shaft 8 coaxially with the high-pressure turbine 6 together with the electric motor 3. . Further, the steam discharged from the high-pressure turbine 6 and having remaining energy is further rotated and driven using the low-pressure turbine 4 as a steam turbine.
The exhaust gas 22 is released to the outside air. Low pressure turbine 4
Is driven coaxially with the low-pressure turbine 4 by the low-pressure shaft 9, rotates the fan 5 disposed at the tip of the turbofan engine 1, compresses the engine inflow air 20,
The bypass air 21 which is ejected rearward to generate a thrust and the core air 18 introduced into the compressor 7 described above are generated.
【0026】次に、高圧軸8の駆動により、圧縮空気供
給手段としての圧縮機7が回転し、コア空気18が圧縮
され、孔質セラミックス管13内に導入された圧縮空気
17中の酸素と燃料供給手段により燃料側電極14の周
囲に導入された化石燃料19中の水素との電気化学反応
による発電について、補足説明する。Next, by driving the high-pressure shaft 8, the compressor 7 as compressed air supply means rotates, the core air 18 is compressed, and the oxygen in the compressed air 17 introduced into the porous ceramic tube 13 is reduced. A supplementary description will be given of power generation by an electrochemical reaction with hydrogen in the fossil fuel 19 introduced around the fuel-side electrode 14 by the fuel supply means.
【0027】燃料側電極14では、化石燃料19中の水
素と、空気側電極12で生成され、電解質含有セラミッ
クス管11を通過してきた酸化物イオンとが反応して電
子が生成され、空気側電極12から燃料側電極14に流
れる電流16が発生する。すなわち、空気側電極12で
は孔質セラミックス管13を通過してきた酸素と、燃料
側電極14で生成され、空気側電極12に流れる電子と
が結びついて酸化物イオンを発生する。この酸化物イオ
ンは、電解質含有セラミックス管11を通過して燃料側
電極14へ移動し、水素と反応して電子を発生させ、空
気側電極12が+、燃料側電極14が−となる電位差を
発生させて、空気側電極12から燃料側電極14へ流れ
る電流16が発生する。At the fuel-side electrode 14, hydrogen in the fossil fuel 19 reacts with oxide ions generated at the air-side electrode 12 and passing through the electrolyte-containing ceramic tube 11 to generate electrons. A current 16 flowing from 12 to the fuel electrode 14 is generated. That is, in the air-side electrode 12, oxygen that has passed through the porous ceramic tube 13 is combined with electrons generated by the fuel-side electrode 14 and flowing to the air-side electrode 12 to generate oxide ions. The oxide ions pass through the electrolyte-containing ceramic tube 11 and move to the fuel-side electrode 14, react with hydrogen to generate electrons, and generate a potential difference between the air-side electrode 12 and the fuel-side electrode 14. As a result, a current 16 flowing from the air side electrode 12 to the fuel side electrode 14 is generated.
【0028】本実施の形態の(燃料電池式)ターボファ
ンエンジン1は、上述の構成にされているので、以下の
技術的特徴を有する。The (fuel cell type) turbofan engine 1 of the present embodiment has the following technical features because it has the above-described configuration.
【0029】(1)タービンエンジン1の駆動を、化石
燃料19の化学反応による燃焼エネルギーから電気化学
反応により発電を行う燃料電池10による駆動にするこ
とで、燃焼行程がなくなり、燃焼に伴う窒素酸化物の発
生がなく、二酸化炭素の発生量も低減できる。(1) The driving of the turbine engine 1 is driven by the fuel cell 10 that generates electric power by an electrochemical reaction from the combustion energy by the chemical reaction of the fossil fuel 19, so that the combustion process is eliminated and the nitrogen oxidation accompanying the combustion is eliminated. No matter is generated, and the amount of generated carbon dioxide can be reduced.
【0030】(2)また、燃料電池10は、従来の燃焼
器87を設置する部分に組み込むことで軽量化、小型化
することができる。(2) The fuel cell 10 can be reduced in weight and size by being incorporated in a portion where the conventional combustor 87 is installed.
【0031】(3)また、燃料電池10で生成した蒸気
のエネルギーをタービンで吸収して利用することで、コ
ンバインドサイクル化することができ、図3に示すよう
に、化学反応による燃焼エネルギーを利用した発電に比
較して、発電効率を向上させることができる。(3) Further, by absorbing and using the energy of the steam generated by the fuel cell 10 in the turbine, a combined cycle can be realized. As shown in FIG. 3, the combustion energy by the chemical reaction is used. The power generation efficiency can be improved as compared with the generated power generation.
【0032】(4)また、電気モータ3でターボエンジ
ン1を駆動するため、ターボエンジン1を定格で運転す
ることができるため、低燃費とすることができるととも
に、図4に示すように、部分負荷による効率をも向上さ
せることができる。(4) Further, since the turbo engine 1 is driven by the electric motor 3, the turbo engine 1 can be operated at a rated value, thereby achieving low fuel consumption and, as shown in FIG. Efficiency due to load can also be improved.
【0033】(5)また、燃料電池10への供給する空
気を、圧縮機7で生成した圧縮空気17とすることで、
発電効率を向上させることができる。(5) The air supplied to the fuel cell 10 is the compressed air 17 generated by the compressor 7,
Power generation efficiency can be improved.
【0034】(6)また、この電気モータ3はターボエ
ンジン1に必要とするエンジンスタータとして利用する
ことができる。(6) The electric motor 3 can be used as an engine starter required for the turbo engine 1.
【0035】(7)さらに、電気回路の切換えだけで
正、逆回転させることができるので、電気モータ10を
逆転させることにより、ファン5を容易に逆回転させる
ことができ、航空機の着陸時のスラストリバースとして
利用することもできる。(7) Further, since the forward and reverse rotation can be performed only by switching the electric circuit, the reverse rotation of the electric motor 10 allows the fan 5 to be easily reversely rotated. It can also be used as a thrust reverse.
【0036】次に、図5は本発明の燃料電池式タービン
エンジンの実施の第2形態としての燃料電池式ターボプ
ロップエンジン(以下ターボプロップエンジンという)
を示す断面図である。FIG. 5 shows a fuel cell type turboprop engine according to a second embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a turboprop engine).
FIG.
【0037】図に示すように、本実施の形態のターボプ
ロップエンジン25は、実施の第1形態で示したものと
同様の構成にされ、同様に水素と酸素との電気化学反応
により発電を行う燃料電池10、および電気モータ3
3、出力タービン26、圧縮機27、プロペラ28から
構成される。出力タービン26と圧縮機27は軸29に
より連結され、この軸29に電気モータ3を組み込むよ
うにしている。As shown in the figure, the turboprop engine 25 of the present embodiment has the same configuration as that shown in the first embodiment, and similarly generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cell 10 and electric motor 3
3. It comprises an output turbine 26, a compressor 27 and a propeller 28. The output turbine 26 and the compressor 27 are connected by a shaft 29, and the electric motor 3 is incorporated in the shaft 29.
【0038】燃料電池3には、実施の第1形態と同様
に、化石燃料19と圧縮空気17が供給され、内部で水
素と酸素との電気化学反応により発電されるとともに、
600℃〜1000℃の高温高圧の蒸気が発生される。
発電された電気により電気モータ3が作動し、軸29は
回転駆動され、圧縮機27を作動させる。燃料電池3で
発生した高温高圧の蒸気は、出力タービン26を蒸気タ
ービンとして回転駆動させ、軸29を回転させた後、排
気ガス30として、外気へ放出される。As in the first embodiment, the fuel cell 3 is supplied with a fossil fuel 19 and compressed air 17, and internally generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
High-temperature, high-pressure steam at 600 ° C to 1000 ° C is generated.
The electric motor 3 operates by the generated electricity, and the shaft 29 is rotationally driven to operate the compressor 27. The high-temperature and high-pressure steam generated in the fuel cell 3 is driven to rotate as an output turbine 26 as a steam turbine, rotates a shaft 29, and is then discharged to the outside air as exhaust gas 30.
【0039】軸29の回転駆動により圧縮機27が作動
し、圧縮機27の吸入口から流入するコア空気31を圧
縮し、燃料電池10に導入するとともに、圧縮機27の
前端側には、回転軸32が圧縮機27と同軸状に設けら
れており、この回転軸32の先端に設けられたギア装置
によりプロペラ28を回転させ、前述したコア空気31
の流れを発生させる。The compressor 27 is operated by the rotational drive of the shaft 29, compresses the core air 31 flowing from the suction port of the compressor 27, introduces it into the fuel cell 10, and rotates the compressor 27 at the front end side. A shaft 32 is provided coaxially with the compressor 27, and the propeller 28 is rotated by a gear device provided at the tip of the rotating shaft 32, and the core air 31 described above is rotated.
Generate a flow of
【0040】さらに、プロペラ28の回転は、外部流3
3を発生させ、ターボプロップエンジン25を装備した
航空機に推進力を発生させる。Further, the rotation of the propeller 28
3 to generate a propulsion force on the aircraft equipped with the turboprop engine 25.
【0041】本実施の形態の(燃料電池式)ターボプロ
ップエンジン25は、上述の構成にされているので、上
述した実施の第1形態におけるターボファンエンジン1
の前述した(1)〜(7)と同様の技術的特徴を有する
ことになる。Since the (fuel cell type) turboprop engine 25 of the present embodiment is configured as described above, the turbofan engine 1 of the first embodiment described above is used.
Has the same technical features as (1) to (7) described above.
【0042】次に、図6は本発明の燃料電池式タービン
エンジンの実施の第3形態としての燃料電池式ターボシ
ャフトエンジン(以下ターボシャフトエンジンという)
を示す断面図である。FIG. 6 shows a fuel cell type turbine engine according to a third embodiment of the present invention.
FIG.
【0043】図に示すように、本実施の形態のターボシ
ャフトエンジン35は、実施の第1形態で示したものと
同様の構成にされ、同様に発電を行う燃料電池10、お
よび電気モータ36、出力タービン37、出力タービン
37からの駆動力をロータ38を上端部に設けたロータ
軸39へベベルギアで伝達する出力軸40、出力タービ
ン37の上流側に、出力タービン37とは分離されて配
置されたガスジェネタービン41、および圧縮機42か
ら構成されている。ガスジェネタービン41と圧縮機4
2とは軸43により連結され、さらに、軸43には電気
モータ36が組み込まれている。As shown in the figure, the turboshaft engine 35 of the present embodiment has the same configuration as that shown in the first embodiment, and the fuel cell 10 and the electric motor 36, which similarly generate electric power, The output turbine 37, an output shaft 40 for transmitting the driving force from the output turbine 37 to a rotor shaft 39 provided with a rotor 38 at an upper end portion by a bevel gear, and an upstream side of the output turbine 37, which are disposed separately from the output turbine 37. A gas generator turbine 41 and a compressor 42. Gas generator turbine 41 and compressor 4
2 is connected by a shaft 43, and the shaft 43 incorporates an electric motor 36.
【0044】本実施の形態のターボシャフトエンジン3
5は、前方から流入するコア空気44を吸入して、圧縮
機42で圧縮して、図2に示す圧縮空気17として燃料
電池10に供給するとともに、化石燃料19を燃料電池
10に供給して、電気化学反応で発電した電力、および
発電時に燃料側電極14に発生する蒸気で、ガスジェネ
タービン41を作動させ圧縮機42を作動させ、また、
ガスジェネタービン41から排出される蒸気で、さらに
出力タービン37を作動させロータ38を回動駆動する
ようにしたので、上述した実施の第1形態におけるター
ボファンエンジン1の前述した(1)〜(6)と同様の
技術的特徴を有することになる。The turboshaft engine 3 of the present embodiment
5 sucks core air 44 flowing in from the front, compresses the compressed air by the compressor 42, supplies the compressed air 17 shown in FIG. 2 to the fuel cell 10, and supplies the fossil fuel 19 to the fuel cell 10. With the power generated by the electrochemical reaction and the steam generated on the fuel-side electrode 14 at the time of power generation, the gas generator turbine 41 is operated to operate the compressor 42,
The steam discharged from the gas generation turbine 41 further operates the output turbine 37 to rotationally drive the rotor 38. Therefore, the above-described (1) to (1) of the turbofan engine 1 according to the first embodiment described above. It has the same technical features as 6).
【0045】次に、図7は本発明の燃料電池式タービン
エンジンの実施の第4形態としての燃料電池式補助動力
装置(以下補助動力装置という)を示す断面図である。Next, FIG. 7 is a sectional view showing a fuel cell type auxiliary power unit (hereinafter referred to as an auxiliary power unit) as a fourth embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention.
【0046】図に示すように、本実施の形態の補助動力
装置45は、実施の第1形態で示したものと同様の構成
にされ、同様に発電を行う燃料電池10、および電気モ
ータ46、出力タービン47、圧縮機48、出力軸49
から構成される。出力タービン47と圧縮機48とは、
軸50により連結されている。また、軸50には電気モ
ータ46が組み込まれている。As shown in the figure, the auxiliary power unit 45 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the fuel cell 10 and the electric motor 46, which similarly generate electric power, Output turbine 47, compressor 48, output shaft 49
Consists of The output turbine 47 and the compressor 48 are
They are connected by a shaft 50. The electric motor 46 is incorporated in the shaft 50.
【0047】燃料電池10には、化石燃料19とコア空
気51が供給され、内部で水素と酸素との電気化学反応
により発電が行われるとともに、600℃〜1000℃
の高温高圧の蒸気が発生する。発電された電気により電
気モータ46が作動し、軸50は回転駆動される。ま
た、燃料側電極14に発生する高温高圧蒸気は、出力タ
ービン47を蒸気タービンとして回転駆動させ、軸50
を回転させた後、排気ガス51′として放出される。軸
50の駆動により圧縮機48が回転し、コア空気51を
圧縮し、化石燃料19とともに、燃料電池10に導入さ
れる。The fuel cell 10 is supplied with the fossil fuel 19 and the core air 51 and generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen inside the fuel cell 10.
High temperature and high pressure steam is generated. The electric motor 46 is operated by the generated electricity, and the shaft 50 is driven to rotate. The high-temperature and high-pressure steam generated in the fuel-side electrode 14 rotates the output turbine 47 as a steam turbine and rotates the shaft 50.
Is rotated and then released as exhaust gas 51 '. The drive of the shaft 50 causes the compressor 48 to rotate, compress the core air 51 and be introduced into the fuel cell 10 together with the fossil fuel 19.
【0048】このように、本実施の形態の補助動力装置
45では、前方から流入するコア空気51を吸入し、圧
縮して圧縮空気17として燃料電池10に供給するとと
もに、化石燃料19を燃料電池10に供給して、燃料電
池10内の圧縮空気17中の酸素と化石燃料19中の水
素との電気化学反応で発電した電力、および発電時に燃
料側電極14に発生する蒸気による出力タービン47の
作動力により、圧縮機42を作動させるとともに、圧縮
機48の先端に同軸状に連結された出力軸49から駆動
力を出力するようにしたので、上述した実施の第1形態
における、ターボファンエンジン1の前述した(1)〜
(6)と同様の技術的特徴を有することになる。As described above, in the auxiliary power unit 45 of the present embodiment, the core air 51 flowing from the front is sucked, compressed and supplied to the fuel cell 10 as compressed air 17, and the fossil fuel 19 is supplied to the fuel cell 10. 10, the power generated by an electrochemical reaction between oxygen in the compressed air 17 in the fuel cell 10 and hydrogen in the fossil fuel 19, and the output turbine 47 generated by steam generated in the fuel-side electrode 14 during power generation. Since the compressor 42 is operated by the operating force and the driving force is output from the output shaft 49 coaxially connected to the tip of the compressor 48, the turbo fan engine according to the first embodiment described above. 1 (1)-
It has the same technical features as (6).
【0049】次に、図8は本発明の燃料電池式タービン
エンジンの実施の第5形態としての燃料電池式産業用/
舶用タービンエンジン(以下舶用タービンエンジンとい
う)を示す断面図である。FIG. 8 shows a fuel cell type turbine engine according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a marine turbine engine (hereinafter, referred to as a marine turbine engine).
【0050】図に示すように、本実施の形態の舶用ター
ビンエンジン52は、実施の第1形態で示したものと同
様の構成にされ、同様に発電を行うとともに、発電時に
蒸気を発生させる燃料電池10、燃料電池10で発電し
た電力で作動する電気モータ53、ガスジェネタービン
54、圧縮機55、および圧縮機55とガスジェネター
ビン54とを連結する軸56とからなる。また、軸56
には電気モータ53が組み込まれている。As shown in the figure, the marine turbine engine 52 of this embodiment has the same configuration as that shown in the first embodiment, generates power similarly, and generates fuel for generating steam during power generation. It comprises a battery 10, an electric motor 53 operated by electric power generated by the fuel cell 10, a gas generator turbine 54, a compressor 55, and a shaft 56 connecting the compressor 55 and the gas generator turbine 54. Also, the shaft 56
Incorporates an electric motor 53.
【0051】さらに、ガスジェネタービン54の後流側
には、ガスジェネタービン54を駆動した蒸気が導入さ
れ、ガスジェネタービン54とは独立に作動するように
した出力タービン57が設けられ、この出力タービン5
7は、蒸気で発生する駆動力を出力タービン57の後方
に同軸状に連結した駆動軸58により、図示省略した後
方のプロペラ等に伝達するようにしている。Further, on the downstream side of the gas generator turbine 54, a steam for driving the gas generator turbine 54 is introduced, and an output turbine 57 which operates independently of the gas generator turbine 54 is provided. Turbine 5
Reference numeral 7 is such that a driving force generated by steam is transmitted to a rear propeller or the like (not shown) by a driving shaft 58 coaxially connected to the rear of the output turbine 57.
【0052】また、燃料電池10には、化石燃料19と
共に、圧縮機55でコア空気58を圧縮した圧縮空気1
7が供給され、内部で化石燃料19中の水素と圧縮空気
17中の酸素との電気化学反応により、発電されるとと
もに、600℃〜1000℃の高温高圧の蒸気が発生す
る。この発電された電気により、電気モータ53が作動
し、軸56は回転駆動される。一方、燃料電池10で発
生した高温高圧蒸気は、ガスジェネタービン54を蒸気
タービンとして回転駆動させ、軸56の回転により圧縮
機55を回転させ、コア空気59を圧縮し、燃料電池1
0に導入する。Further, the compressed air 1 obtained by compressing the core air 58 by the compressor 55 together with the fossil fuel 19 is supplied to the fuel cell 10.
7 is supplied therein, and by the electrochemical reaction between hydrogen in the fossil fuel 19 and oxygen in the compressed air 17, power is generated and high-temperature and high-pressure steam at 600 to 1000 ° C. is generated. The electric motor 53 operates by the generated electricity, and the shaft 56 is driven to rotate. On the other hand, the high-temperature and high-pressure steam generated in the fuel cell 10 rotates the gas generation turbine 54 as a steam turbine, rotates the compressor 55 by rotation of the shaft 56, compresses the core air 59, and
0 is introduced.
【0053】また、ガスジェネタービン54を回転駆動
させ、エネルギーの残存する蒸気は出力タービン57に
導入され、駆動軸58を回転駆動させて、駆動軸58の
後端に設けられたプロペラ等に推進力を発生させた後、
排気ガス60として外部へ放出される。Further, the gas generator turbine 54 is driven to rotate, and the steam having the remaining energy is introduced into the output turbine 57, and the drive shaft 58 is driven to rotate and propelled to a propeller or the like provided at the rear end of the drive shaft 58. After generating the force,
It is released to the outside as exhaust gas 60.
【0054】このように、本実施の形態の舶用タービン
エンジン52は、前方から流入するコア空気59を吸入
し、圧縮して圧縮空気17として燃料電池10に供給す
るとともに、化石燃料19を燃料電池10に供給して電
気化学反応で発電した電力、および発電時に燃料側電極
14に発生する蒸気で、ガスジェネタービン54を作動
させて、圧縮機55を作動させ、また、ガスジェネター
ビン54から排出される蒸気で出力タービン57を作動
させ、駆動軸58により、プロペラ等の駆動軸58の後
端に設けられた動力装置を回転駆動するようにしたの
で、上述した実施の第1形態における、ターボファンエ
ンジン1の前述した(1)〜(7)と同様の技術的特徴
を有することになる。As described above, the marine turbine engine 52 of the present embodiment draws the core air 59 flowing from the front, compresses the core air 59 and supplies it to the fuel cell 10 as compressed air 17, and also supplies the fossil fuel 19 to the fuel cell 10. The power generated by the electrochemical reaction supplied to the fuel cell 10 and the steam generated on the fuel-side electrode 14 during power generation actuate the gas generator turbine 54 to operate the compressor 55 and discharge from the gas generator turbine 54. The output turbine 57 is operated by the steam generated, and the power unit provided at the rear end of the drive shaft 58 such as a propeller is rotationally driven by the drive shaft 58. Therefore, the turbocharger according to the first embodiment described above is used. The fan engine 1 has the same technical features as (1) to (7) described above.
【0055】次に、図9は上述した(燃料電池式)ター
ボファンエンジン1、ターボプロップエンジン25、タ
ーボシャフトエンジン35、補助動力装置45および舶
用タービンエンジン52を駆動する、図2に示す燃料電
池10に代り、これらのターボエンジンを駆動する、本
発明の実施の第6形態としての燃料電池の詳細を示す断
面図である。Next, FIG. 9 shows the fuel cell shown in FIG. 2 for driving the above-mentioned (fuel cell type) turbofan engine 1, turboprop engine 25, turboshaft engine 35, auxiliary power unit 45 and marine turbine engine 52. FIG. 13 is a sectional view showing details of a fuel cell as a sixth embodiment of the present invention, which drives these turbo engines instead of 10.
【0056】本実施の形態の燃料電池61は、燃料側電
極62と空気側電極63が電解質含有セラミックス64
を挟み込んで取り付けられる。燃料側電極62と空気側
電極63とは、電気モータ65と電気配線66で接続さ
れている。In the fuel cell 61 of this embodiment, the fuel-side electrode 62 and the air-side electrode 63
Can be installed with the The fuel side electrode 62 and the air side electrode 63 are connected by an electric motor 65 and an electric wiring 66.
【0057】本実施の形態の燃料電池61では、燃料側
電極62には燃料として図2に示した化石燃料19に代
えて、精製された水素67を水素ボンベ等から供給する
ようにしている。また、空気側電極63には、図2に示
した燃料電池10と同様に、圧縮機7等からの圧縮空気
68を供給するようにしている。In the fuel cell 61 of this embodiment, purified hydrogen 67 is supplied to the fuel electrode 62 from a hydrogen cylinder or the like instead of the fossil fuel 19 shown in FIG. Further, compressed air 68 from the compressor 7 or the like is supplied to the air-side electrode 63, similarly to the fuel cell 10 shown in FIG.
【0058】このように構成された燃料電池61では、
燃料側電極62において、供給された水素67と、空気
側電極63で生成された酸化物イオン69とが反応し
て、電子70と蒸気71が生成される。また、空気側電
極63では、圧縮空気68中の酸素と燃料側電極62で
発生し、空気側電極63に伝達された電子70とが結び
ついて酸化物イオン69が生成され、前述したようにこ
の酸化物イオン69は電解質含有セラミックス65中を
通って、燃料側電極62に伝達され、上述したように燃
料側電極62に電子70と蒸気71とを生成する。In the fuel cell 61 configured as described above,
At the fuel-side electrode 62, the supplied hydrogen 67 reacts with the oxide ions 69 generated at the air-side electrode 63 to generate electrons 70 and vapor 71. In the air-side electrode 63, oxygen in the compressed air 68 and the electrons 70 generated in the fuel-side electrode 62 and transmitted to the air-side electrode 63 are combined to generate oxide ions 69, as described above. The oxide ions 69 pass through the electrolyte-containing ceramics 65 and are transmitted to the fuel-side electrode 62, and generate electrons 70 and vapor 71 at the fuel-side electrode 62 as described above.
【0059】一方、酸化物イオン69の生成により酸素
分の少なくなった圧縮空気68は、排気ガス72とし
て、燃料電池61内から放出される。On the other hand, the compressed air 68 whose oxygen content has been reduced by the generation of the oxide ions 69 is discharged from the fuel cell 61 as the exhaust gas 72.
【0060】なお、本実施の形態の燃料電池61による
反応式を、数1に示す。The reaction equation of the fuel cell 61 according to the present embodiment is shown in Equation 1.
【0061】[0061]
【数1】 (Equation 1)
【0062】本実施の形態の燃料電池61では、 (1)燃料側電極62に供給される燃料として、化石燃
料69に代え、水素を用いるようにしているため、燃料
の改質が不要となり、構造が簡素化できる。In the fuel cell 61 of the present embodiment, (1) Since hydrogen is used instead of the fossil fuel 69 as the fuel supplied to the fuel-side electrode 62, it is not necessary to reform the fuel. The structure can be simplified.
【0063】(2)空気側電極63に供給される供給空
気を、圧縮機7等で圧縮した圧縮空気68を供給するよ
うにしているので、発電効率を向上させることができ
る。(2) Since the supply air supplied to the air-side electrode 63 is supplied by the compressed air 68 compressed by the compressor 7 or the like, the power generation efficiency can be improved.
【0064】次に、図10は本発明の実施の第7形態と
しての燃料電池の詳細を示す断面図である。Next, FIG. 10 is a sectional view showing details of a fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention.
【0065】本実施の形態の燃料電池73は、図9に示
す燃料電池61と同様に燃料側電極62と空気側電極6
3が電解質含有セラミックス64を挟み込んで取り付け
られるとともに、空気側電極63には、図2に示した燃
料電池10と同様に、圧縮機7等からの圧縮空気68を
供給するようにしている。The fuel cell 73 of this embodiment has a fuel electrode 62 and an air electrode 6 similar to the fuel cell 61 shown in FIG.
3 is attached with the electrolyte-containing ceramics 64 interposed therebetween, and compressed air 68 from the compressor 7 and the like is supplied to the air-side electrode 63 as in the fuel cell 10 shown in FIG.
【0066】一方、燃料側電極62の化石燃料74の供
給側には、多孔質隔壁75を介して、反応室としての改
質室76が設けられている。このように構成された、本
実施の形態の燃料電池73の燃料側電極62には改質室
76、多孔室隔壁75を通して化石燃料69が供給され
る。この場合、燃料電池73における発電に伴い燃料側
電極63で生じた蒸気71の一部は、多孔質隔壁75を
通過して、反応室としての改質室76に入り、燃料供給
手段により改質室76内に供給されたガス状の化石燃料
74と反応して、水素67と一酸化炭素を生成する。On the other hand, on the fuel-side electrode 62 supply side of the fossil fuel 74, a reforming chamber 76 as a reaction chamber is provided via a porous partition wall 75. The fossil fuel 69 is supplied to the fuel-side electrode 62 of the fuel cell 73 having the above-described configuration through the reforming chamber 76 and the porous chamber partition 75. In this case, a part of the steam 71 generated at the fuel electrode 63 along with the power generation in the fuel cell 73 passes through the porous partition wall 75, enters the reforming chamber 76 as a reaction chamber, and is reformed by the fuel supply means. It reacts with the gaseous fossil fuel 74 supplied into the chamber 76 to generate hydrogen 67 and carbon monoxide.
【0067】この水素と一酸化炭素の混合ガス77は、
多孔質隔壁75を通過して燃料側電極62に導入され、
燃料側電極62において、空気側電極63で生成された
酸化物イオン69と反応して、電子70と蒸気71と二
酸化炭素とを生成し、前述したように蒸気71の一部
は、改質室76に導入され、化石燃料74との反応に使
用されるとともに、残りの蒸気71は二酸化炭素と混合
した排気ガス78となって、燃料電池73が排出され、
前述したようにタービンを駆動する。This mixed gas 77 of hydrogen and carbon monoxide is
It is introduced into the fuel-side electrode 62 through the porous partition 75,
At the fuel-side electrode 62, it reacts with the oxide ions 69 generated at the air-side electrode 63 to generate electrons 70, steam 71, and carbon dioxide. As described above, part of the steam 71 is supplied to the reforming chamber. The fuel gas 73 is discharged into the fuel cell 73 while being introduced into the gas 76 and used for the reaction with the fossil fuel 74, and the remaining steam 71 becomes an exhaust gas 78 mixed with carbon dioxide.
Drive the turbine as described above.
【0068】一方、空気側電極63に供給された圧縮空
気68は、空気側電極63で圧縮空気68中の酸素と燃
料側電極62で発生し、空気側電極63に伝達された電
子70とが結びついて酸化物イオン69を生成し、燃料
側電極62と空気側電極63の間に配設された電解質含
有セラミックス65を通って、燃料側電極62に伝達さ
れ、電子70と蒸気71とを生成する。On the other hand, the compressed air 68 supplied to the air side electrode 63 is formed by the oxygen in the compressed air 68 at the air side electrode 63 and the electrons 70 generated at the fuel side electrode 62 and transmitted to the air side electrode 63. Together, they generate oxide ions 69, which are transmitted to the fuel-side electrode 62 through the electrolyte-containing ceramics 65 disposed between the fuel-side electrode 62 and the air-side electrode 63, thereby generating electrons 70 and vapor 71. I do.
【0069】また、空気側電極63では空気中の酸素と
電子70が結びついて酸化物イオン69が生成し、酸素
成分の少なくなった空気は、排気ガス72として燃料電
池79から放出され、蒸気71と二酸化炭素とが混合し
た排気ガス78と同様に、燃料電池式タービンエンジン
を駆動する。At the air-side electrode 63, oxygen in the air is combined with the electrons 70 to generate oxide ions 69, and the air having a reduced oxygen component is discharged from the fuel cell 79 as an exhaust gas 72, The fuel cell type turbine engine is driven in the same manner as the exhaust gas 78 in which carbon dioxide and carbon dioxide are mixed.
【0070】このように、本実施の形態の燃料電池73
では、 (1)燃料側電極62に改質室76を組み込むことで、
燃料電池73の燃料として、化石燃料74が使用するこ
とができるとともに、化石燃料74を水素67と一酸化
炭素に分離する改質室を燃料電池73内に設けるように
したので、改質器を別途設けるようにした燃料電池より
も構造が簡素化できる。As described above, the fuel cell 73 according to the present embodiment
Then, (1) By incorporating the reforming chamber 76 into the fuel-side electrode 62,
Since the fossil fuel 74 can be used as the fuel for the fuel cell 73 and a reforming chamber for separating the fossil fuel 74 into hydrogen 67 and carbon monoxide is provided in the fuel cell 73, the reformer is used. The structure can be simplified as compared with a fuel cell provided separately.
【0071】(2)空気側電極63に供給される供給空
気を、圧縮機7等で圧縮した圧縮空気68を供給するよ
うにしているので、発電効率を向上させることができ
る。(2) Since the supply air supplied to the air-side electrode 63 is supplied by the compressed air 68 compressed by the compressor 7 or the like, the power generation efficiency can be improved.
【0072】次に、図11は本発明の実施の第8形態と
しての燃料電池の詳細を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing details of a fuel cell according to an eighth embodiment of the present invention.
【0073】本実施の形態の燃料電池79は、図9、図
10に示す燃料電池61,73と同様に、燃料側電極6
2と空気側電極63が電解質含有セラミックス64を挟
み込んで取り付けられるとともに、空気側電極63に
は、図2に示した燃料電池10と同様に、圧縮機7等か
らの圧縮空気68を供給するようにしている。The fuel cell 79 of this embodiment is similar to the fuel cells 61 and 73 shown in FIGS.
2 and the air-side electrode 63 are attached with the electrolyte-containing ceramic 64 interposed therebetween, and the compressed air 68 from the compressor 7 and the like is supplied to the air-side electrode 63 similarly to the fuel cell 10 shown in FIG. I have to.
【0074】一方、燃料側電極62の化石燃料74供給
側には、燃料側電極62と全面接触するようにした反応
室としての改質室80が設けられている。このように、
燃料電池79の燃料側電極62側全面に設け改質室80
に化石燃料74を供給すると、酸化物イオン69と化石
燃料74との反応により燃料側電極62で生じた蒸気7
1は、改質室80に入り、導入された化石燃料74と反
応して水素67と一酸化炭素を生成する。この生成され
た水素67と一酸化炭素との混合ガス77は、燃料側電
極62において、空気側電極63で生成され、電解質含
有セラミックス64を通過して、燃料側電極62に到達
した酸化物イオン69と反応して電子70と蒸気71と
二酸化炭素を生成する。On the other hand, on the fuel-side electrode 62 supply side of the fuel-side electrode 62, a reforming chamber 80 as a reaction chamber is provided so as to make full contact with the fuel-side electrode 62. in this way,
The reforming chamber 80 is provided on the entire surface of the fuel cell 79 on the side of the fuel electrode 62.
When the fossil fuel 74 is supplied to the fuel, the vapor 7 generated at the fuel-side electrode 62 by the reaction between the oxide ions 69 and the fossil fuel 74.
1 enters the reforming chamber 80 and reacts with the introduced fossil fuel 74 to produce hydrogen 67 and carbon monoxide. The generated mixed gas 77 of hydrogen 67 and carbon monoxide is generated at the fuel-side electrode 62 at the air-side electrode 63, passes through the electrolyte-containing ceramic 64, and reaches the fuel-side electrode 62. It reacts with 69 to generate electrons 70, vapor 71 and carbon dioxide.
【0075】また、化石燃料74との反応に使用されな
かった蒸気71は、燃料側電極62で生成された二酸化
炭素と混合した排気ガス78となって、燃料電池79か
ら排出され、前述したようにタービンを駆動する。The steam 71 not used for the reaction with the fossil fuel 74 becomes an exhaust gas 78 mixed with the carbon dioxide generated at the fuel-side electrode 62, and is discharged from the fuel cell 79. To drive the turbine.
【0076】一方、空気側電極63に供給された圧縮空
気68は、空気側電極63で圧縮空気68中の酸素と、
燃料側電極62で発生し、空気側電極63に伝達された
電子70とが結びついて酸化物イオン69を生成し、燃
料側電極62と空気側電極63の間に配設された電解質
含有セラミックス65中を通って、燃料側電極62に伝
達され、電子70と蒸気71とを生成する。On the other hand, the compressed air 68 supplied to the air-side electrode 63 is mixed with oxygen in the compressed air 68 by the air-side electrode 63.
Electrons 70 generated at the fuel-side electrode 62 and transmitted to the air-side electrode 63 combine to generate oxide ions 69, and an electrolyte-containing ceramic 65 disposed between the fuel-side electrode 62 and the air-side electrode 63. The gas is transmitted to the fuel-side electrode 62 to generate electrons 70 and vapor 71.
【0077】また、空気側電極63では、空気中の酸素
と電子70とが結びついて酸化物イオン69が生成し、
酸素成分の少なくなった空気が、排気ガス72として燃
料電池79から放出され、蒸気71と二酸化炭素とが混
合した排気ガス88と同様に、燃料電池式タービンエン
ジンを駆動する。In the air-side electrode 63, oxygen ions in the air are combined with the electrons 70 to generate oxide ions 69.
The air having a reduced oxygen content is discharged from the fuel cell 79 as the exhaust gas 72, and drives the fuel cell turbine engine similarly to the exhaust gas 88 in which the steam 71 and the carbon dioxide are mixed.
【0078】このように、本実施の形態の燃料電池79
では、図10に示す実施の第7形態の燃料電池73にお
ける上述した(1)、(2)の効果と同様の効果が得ら
れるとともに、改質室80の反応を行う容積が拡大でき
るため、化石燃料74の改質効率を向上させることがで
きる。As described above, the fuel cell 79 according to the present embodiment
Thus, the same effects as the effects (1) and (2) described above in the fuel cell 73 according to the seventh embodiment shown in FIG. 10 can be obtained, and the capacity of the reforming chamber 80 for performing the reaction can be increased. The reforming efficiency of the fossil fuel 74 can be improved.
【0079】以上、図9〜図11に示す、本発明の実施
の第6形態〜第8形態としての燃料電池61,73,7
9は上述したように、図1、図5〜図8に示す、本発明
の実施の第1形態〜第5形態としての燃料電池式タービ
ンエンジン1,25,35,45,52の何れにも適用
でき、各燃料電池式タービンエンジンの技術的特徴を発
揮できるものである。The fuel cells 61, 73, and 7 according to the sixth to eighth embodiments of the present invention shown in FIGS.
9 is, as described above, any of the fuel cell turbine engines 1, 25, 35, 45, and 52 shown in FIGS. 1 and 5 to 8 as the first to fifth embodiments of the present invention. It is applicable and can exhibit the technical characteristics of each fuel cell type turbine engine.
【0080】[0080]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
式タービンエンジンは、化石燃料中の水素又は水素と一
酸化炭素と空気中の酸素との電気化学反応により発電を
行う燃料電池、燃料電池で発電した電力を電源とし駆動
軸に駆動力を発生させるモータ、モータにより駆動力が
発生させられる駆動軸に設けたタービン、燃料電池の発
電時に発生する蒸気により、タービンに駆動力を発生さ
せ、モータの駆動力に加えて、タービンの駆動力によっ
ても駆動力を発生させるようにした蒸気供給手段を設け
るものとした。As described above, the fuel cell type turbine engine of the present invention provides a fuel cell and a fuel cell which generate power by an electrochemical reaction between hydrogen in fossil fuel or hydrogen, carbon monoxide and oxygen in air. A motor that generates a driving force on a drive shaft using electric power generated by a battery as a power source, a turbine provided on the drive shaft that generates a driving force by the motor, and a steam generated during power generation of a fuel cell generates a driving force on the turbine. In addition, a steam supply means is provided which generates a driving force not only by the driving force of the motor but also by the driving force of the turbine.
【0081】これにより、本発明の燃料電池式タービン
エンジンでは、 (1)タービンエンジンの駆動を、化石燃料の化学反応
燃焼から電気化学反応にして、発電を行うようにした燃
料電池とすることで燃焼行程がなくなり、窒素酸化物の
発生がなく、二酸化炭素の発生量も低減できる。According to the fuel cell turbine engine of the present invention, (1) the fuel cell is designed to generate electric power by driving the turbine engine from a chemical reaction combustion of fossil fuel to an electrochemical reaction. There is no combustion step, no nitrogen oxides are generated, and the amount of carbon dioxide generated can be reduced.
【0082】(2)また、燃料電池は、従来の燃焼器を
設置する部分に組み込むことができるので軽量化、小型
化することができる。(2) Further, since the fuel cell can be incorporated in a portion where a conventional combustor is installed, the fuel cell can be reduced in weight and size.
【0083】(3)また、燃料電池で生成した蒸気のエ
ネルギーをタービンで吸収して利用することで、コンバ
インドサイクル化することができ、化学反応燃焼を利用
した発電に比較して発電効率を向上させることができ
る。(3) Further, by absorbing and using the energy of the steam generated by the fuel cell in the turbine, a combined cycle can be realized, and the power generation efficiency is improved as compared with the power generation using chemical reaction combustion. Can be done.
【0084】(4)また、電気モータでタービンエンジ
ンを駆動するため、タービンエンジンを定格で運転する
ことができるため、低燃費とすることができるととも
に、部分負荷による効率を向上させることもできる。(4) Further, since the turbine engine is driven by the electric motor, the turbine engine can be operated at a rated value, so that the fuel consumption can be reduced and the efficiency due to the partial load can be improved.
【0085】(5)また、電気モータはタービンエンジ
ンに必要とするエンジンスタータとして利用することが
できる。(5) The electric motor can be used as an engine starter required for a turbine engine.
【0086】(6)さらに、電気回路の切換えだけで、
駆動軸が正、逆回転させることができるので、後進を必
要とする舶用タービンエンジン、又は停止力を発生させ
る必要のある航空機用タービンエンジンでは、電気モー
タを逆転させることにより、プロペラ又はファンを容易
に逆回転させ、目的を達成することもできる。(6) Further, only by switching the electric circuit,
The drive shaft can be rotated forward and reverse, so in a marine turbine engine that needs to move backward or an aircraft turbine engine that needs to generate a stopping force, the electric motor can be reversed to make the propeller or fan easier. The rotation can be reversed to achieve the purpose.
【0087】また、本発明の燃料電池式タービンエンジ
ンは、モータとタービンで駆動される駆動軸に、電気化
学反応により発電を行う燃料電池の空気側電極に供給す
る圧縮空気を生成する圧縮機を設けるものとした。Further, the fuel cell turbine engine of the present invention has a compressor for generating compressed air to be supplied to an air-side electrode of a fuel cell for generating power by an electrochemical reaction on a drive shaft driven by a motor and a turbine. It was provided.
【0088】これにより、本発明の燃料電池式タービン
エンジンでは、燃料電池への供給する空気を圧縮空気と
することで、発電効率を向上させることができるととも
に、圧縮機が発電効率の良い燃料電池で発電された電力
で作動するモータおよび発電時に発生する蒸気で作動す
るタービンで駆動されるのでエンジン効率を向上させる
ことができる。Thus, in the fuel cell type turbine engine of the present invention, the power supply efficiency can be improved by using compressed air as the air to be supplied to the fuel cell, and the compressor is provided with a fuel cell with good power generation efficiency. The engine is driven by a motor operated by the electric power generated by the power generation and a turbine operated by steam generated at the time of power generation, so that the engine efficiency can be improved.
【0089】また、本発明の燃料電池式タービンエンジ
ンでは、発電を行う燃料として化石燃料をそのまま使用
するようにすることもでき、しかも化石燃料から発電を
行う燃料としての水素と一酸化炭素に分離する反応室を
別途設ける必要をなくし、構造がより簡素化することも
できる。Further, in the fuel cell type turbine engine of the present invention, fossil fuel can be used as it is as fuel for power generation, and hydrogen and carbon monoxide as fuel for power generation can be separated from fossil fuel. It is not necessary to separately provide a reaction chamber for performing the reaction, and the structure can be further simplified.
【図1】本発明の燃料電池式タービンエンジンの実施の
第1形態としての燃料電池式タービンエンジンを示す断
面図、FIG. 1 is a sectional view showing a fuel cell type turbine engine as a first embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention;
【図2】図1に示す燃料電池の斜視図、FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell shown in FIG. 1,
【図3】各種発電方式の容量と発電効率を示す図、FIG. 3 is a diagram showing the capacity and power generation efficiency of various power generation methods;
【図4】各種発電方式の部分負荷効率を示す図、FIG. 4 is a diagram showing partial load efficiencies of various power generation systems;
【図5】本発明の燃料電池式タービンエンジンの実施の
第2形態としての燃料電池式ターボプロップンエンジン
を示す断面図、FIG. 5 is a sectional view showing a fuel cell type turboprop engine as a second embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention;
【図6】本発明の燃料電池式タービンエンジンの実施の
第3形態としての燃料電池式ターボシャフトンエンジン
を示す断面図、FIG. 6 is a sectional view showing a fuel cell type turboshaft engine as a third embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention;
【図7】本発明の燃料電池式タービンエンジンの実施の
第4形態としての燃料電池式補助動力装置を示す断面
図、FIG. 7 is a sectional view showing a fuel cell type auxiliary power unit as a fourth embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention;
【図8】本発明の燃料電池式タービンエンジンの実施の
第5形態としての燃料電池式産業用/舶用タービンエン
ジンを示す断面図、FIG. 8 is a sectional view showing a fuel cell type industrial / marine turbine engine as a fifth embodiment of the fuel cell type turbine engine of the present invention;
【図9】本発明の実施の第6形態としての燃料電池の内
部詳細を示す断面図、FIG. 9 is a sectional view showing internal details of a fuel cell as a sixth embodiment of the present invention;
【図10】本発明の実施の第7形態としての燃料電池の
内部詳細を示す断面図、FIG. 10 is a cross-sectional view showing internal details of a fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention;
【図11】本発明の実施の第8形態としての燃料電池の
詳細を示す断面図、FIG. 11 is a sectional view showing details of a fuel cell according to an eighth embodiment of the present invention;
【図12】従来のガスタービン式ターボファンエンジン
を示す断面図、FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional gas turbine type turbofan engine.
【図13】従来のガスタービン式ターボプロップエンジ
ンを示す断面図、FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional gas turbine type turboprop engine.
【図14】従来のガスタービン式ターボシャフトエンジ
ンを示す断面図、FIG. 14 is a sectional view showing a conventional gas turbine type turboshaft engine.
1 (燃料電池式)ターボファンエン
ジン 3 電気モータ 4 低圧タービン 5 ファン 6 高圧タービン 7 圧縮機 8 高圧軸 9 低圧軸 10 燃料電池 11 電解質含有セラミックス管 12 空気側電極 13 孔質セラミックス管 14 燃料側電極 15 中間端子 16 電流 17 圧縮空気 18 コア空気 19 化石燃料 20 エンジン流入空気 21 バイパス空気 22 排気ガス 25 (燃料電池式)ターボプロップエ
ンジン 26 出力タービン 27 圧縮機 28 プロペラ 29 軸 30 排気ガス 31 コア空気 32 回転軸 33 電気モータ 35 (燃料電池式)ターボシャフトエ
ンジン 36 電気モータ 37 出力タービン 38 ロータ 39 ロータ軸 40 出力軸 41 ガスジェネタービン 42 圧縮機 43 軸 44 コア空気 45 排気ガス 45 (燃料電池式)補助動力装置 46 電気モータ 47 出力タービン 48 圧縮機 49 出力軸 50 軸 51 コア空気 51′ 排気ガス 52 舶用タービンエンジン 53 電気モータ 54 ガスジェネタービン 55 圧縮機 56 軸 57 出力タービン 58 駆動軸 59 コア空気 60 排気ガス 61 燃料電池 62 燃料側電極 63 空気側電極 64 電解質含有セラミックス 65 電気モータ 66 電気配線 67 水素 68 圧縮空気 69 酸化物イオン 70 電子 71 蒸気 72 排気ガス 73 燃料電池 74 化石燃料 75 多孔質隔壁 76 改質室 77 混合ガス 78 排気ガス 79 燃料電池 80 改質室 86 (ガスタービン式)ターボファン
エンジン 87,95,101 燃焼器 88 高圧タービン 89,97,105 圧縮機 90,98,106 コア空気 91,104,110 排気ガス 92 低圧タービン 93 ファン 94 (ガスタービン式)ターボプロッ
プエンジン 96,102 タービン 99 プロペラ 100 (ガスタービン式)ターボシャフ
トエンジン 103 出力タービン 106 出力軸DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (Fuel cell type) turbo fan engine 3 Electric motor 4 Low pressure turbine 5 Fan 6 High pressure turbine 7 Compressor 8 High pressure shaft 9 Low pressure shaft 10 Fuel cell 11 Electrolyte containing ceramic tube 12 Air side electrode 13 Porous ceramic tube 14 Fuel side electrode 15 Intermediate Terminal 16 Current 17 Compressed Air 18 Core Air 19 Fossil Fuel 20 Engine Inflow Air 21 Bypass Air 22 Exhaust Gas 25 (Fuel Cell Type) Turboprop Engine 26 Output Turbine 27 Compressor 28 Propeller 29 Shaft 30 Exhaust Gas 31 Core Air 32 Rotating shaft 33 Electric motor 35 (fuel cell type) turbo shaft engine 36 Electric motor 37 Output turbine 38 Rotor 39 Rotor shaft 40 Output shaft 41 Gas generation turbine 42 Compressor 43 Axis 44 Core air 45 Exhaust gas 45 (Fuel power Formula) auxiliary power unit 46 electric motor 47 output turbine 48 compressor 49 output shaft 50 shaft 51 core air 51 'exhaust gas 52 marine turbine engine 53 electric motor 54 gas generator turbine 55 compressor 56 shaft 57 output turbine 58 drive shaft 59 core Air 60 Exhaust gas 61 Fuel cell 62 Fuel side electrode 63 Air side electrode 64 Electrolyte containing ceramic 65 Electric motor 66 Electric wiring 67 Hydrogen 68 Compressed air 69 Oxide ion 70 Electron 71 Vapor 72 Exhaust gas 73 Fuel cell 74 Fossil fuel 75 Porous Partition wall 76 Reforming chamber 77 Mixed gas 78 Exhaust gas 79 Fuel cell 80 Reforming chamber 86 (Gas turbine type) Turbo fan engine 87,95,101 Combustor 88 High pressure turbine 89,97,105 Compressor 90,98,106 Core Air 91 104, 110 exhaust gas 92 low-pressure turbine 93 fan 94 (Gas turbine type) turboprop 96, 102 turbine 99 propeller 100 (Gas turbine type) turboshaft engine 103 power turbine 106 Output shaft
Claims (2)
化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を
電源とするモータと、前記モータの駆動軸に設置された
タービンと、前記燃料電池の発電時に発生する蒸気を前
記タービンに供給し、前記モータとともに前記タービン
で前記駆動軸を作動させるようにした蒸気供給手段とを
設けたことを特徴とする燃料電池式タービンエンジン。1. A fuel cell for generating power by an electrochemical reaction between hydrogen or carbon monoxide and oxygen, a motor powered by the fuel cell, a turbine installed on a drive shaft of the motor, And a steam supply means for supplying steam generated at the time of power generation to the turbine, and operating the drive shaft with the turbine together with the motor.
記モータの駆動軸に前記タービンと前記燃料電池の空気
側電極に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を構成す
る圧縮機とを設けたことを特徴とする請求項1の燃料電
池式タービンエンジン。2. The fuel cell turbine engine according to claim 1, wherein the drive shaft of the motor is provided with the turbine and a compressor constituting compressed air supply means for supplying compressed air to an air electrode of the fuel cell. The fuel cell turbine engine according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10007446A JPH11200888A (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Fuel cell type turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP10007446A JPH11200888A (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Fuel cell type turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11200888A true JPH11200888A (en) | 1999-07-27 |
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ID=11666077
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JP10007446A Withdrawn JPH11200888A (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Fuel cell type turbine engine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |