JPH11200888A - Fuel cell type turbine engine - Google Patents
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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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007446A JPH11200888A (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Fuel cell type turbine engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11200888A true JPH11200888A (en) | 1999-07-27 |
Family
ID=11666077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10007446A Withdrawn JPH11200888A (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Fuel cell type turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |