【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于飞机发动机的固体氧化物燃料电池组，以及具有固体氧化物燃料电池组的飞机发动机。
技术介绍
1、运输机或客机的推进通常由使用烃基燃料的喷气发动机或燃烧发动机提供，这导致一定的碳足迹、nox排放以及噪音。作为一种替代方案，通过可再生能源为未来飞机生产的氢是一种零碳燃料，其用来自大气的氧燃烧。然而，在喷气发动机中直接使用氢也会导致nox的产生。此外，该过程导致发动机的低效率。
2、固体氧化物燃料电池(sofc)是一种能量转换装置，它使用氢作为燃料，并将其化学能转换成电能和热能。通过电化学反应产生电力，该电化学反应是一种安全的非燃烧反应。sofc广泛用于固定应用，并且能够以高达85％的高燃料利用率来产生电力。sofc由阳极、阴极、电解质和集流部件/互连器组成。在多孔阴极中，通过接受电子并产生氧化物离子而发生氧还原反应，其中氧化物离子行进穿过气密电解质到达阳极界面。氢燃料在阳极界面处通过接受氧化物离子并产生电子而被氧化，电子通过外部电路传递到阴极侧。sofc的操作温度通常在600℃到900℃的范围中，这取决于sofc材料的选择。
3、存在一些构思，其中将sofc集成到用于推进飞机的驱动单元中。例如，ep 2 700120 a1公开了一种驱动单元，该驱动单元包括用于燃烧燃料/空气混合物的燃烧室和固体氧化物燃料电池装置，其中该燃料电池装置包括至少一个燃料电池，该至少一个燃料电池分别包括可联接到燃料管线的阳极、可联接到空气源的阴极以及流体出口，并且布置在燃烧室的上游。燃烧室包括用于供应燃料/空气混合物
4、用于固定应用的sofc通常选择为平面型sofc的形式，其具有低的重量功率密度，并且在快速加热和冷却速率下可能经受对电池的高的热应力。该电池组的低重量功率密度主要是由于设计中使用了重型双极板。替代地，管状设计的sofc在高重量功率密度、高表面体积比和低热应力方面提供了巨大的优势。此外，取决于应用，管状sofc到电池组的集成是灵活的。上述驱动单元使用管状sofc的环。
5、具有在二维中交错的大量管状sofc的电池组可能经历不利的在电池组内的宽的温度分布以及从电池组中提取热量的困难。这可能会导致电池材料的退化，并导致性能下降，而集成冷却系统以协调宽的温度分布在技术上具有挑战性。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提出一种替代的用于飞机发动机的固体氧化物燃料电池组，其具有在一维或二维上交错的管状sofc，该固体氧化物燃料电池组允许以高效率并以明显降低的退化风险输送电力。
2、该目的通过具有本专利技术的特征的用于飞机发动机的固体氧化物燃料电池组来实现。有利的实施例和进一步的改进可以从以下描述中收集到。
3、提出了一种用于飞机发动机的固体氧化物燃料电池组，所述固体氧化物燃料电池组包括：多个环形燃料电池组件，每个所述环形燃料电池组件由多个管状固体氧化物燃料电池构成，所述燃料电池被布置为彼此平行并围绕中央轴线在周向上分布；至少一个第一堆叠歧管，所述至少一个第一堆叠歧管用于每个燃料电池组件，并与单独的燃料电池组件的第一侧接触；至少一个第二堆叠歧管，所述至少一个第二堆叠歧管用于每个燃料电池组件，并与单独的燃料电池组件的第二侧接触；以及中央凹部，所述中央凹部用于引导发动机轴穿过，其中，所述燃料电池各自包括阳极和阴极，其中通过彼此接触的成对的第一堆叠歧管和第二堆叠歧管，在轴向方向上堆叠所述燃料电池组件，其中每个第一堆叠歧管包括氢入口，并且连接到相应的燃料电池的阳极的第一端，并且其中每个第二堆叠歧管包括氢和蒸汽出口，并且连接到相应的燃料电池的阳极的第二端。
4、在下文中，为了提高可读性，术语“固体氧化物燃料电池”被称为“sofc”。此外，在本专利技术的上下文中，如果没有明确提及另一种类型的燃料电池，则术语“燃料电池”是指固体氧化物燃料电池。
5、因此，根据本专利技术的燃料电池组包括数个环形燃料电池组件，所述数个环形燃料电池组件分别由第一堆叠歧管和第二堆叠歧管界定，其中，单独的组件以轴向布置对齐并且彼此电连接以形成所述燃料电池组。通过提供中央凹部，发动机轴可以延伸穿过燃料电池组。该燃料电池组的总体设计为中空圆柱形，并且每个组件包括环形形状。该环形形状可以包括在周向方向上布置在相同直径上的管状sofc的至少一个环。如果需要，可以在每个组件中形成数个同心环，其中sofc也在径向方向上装填。
6、第一堆叠歧管和第二堆叠歧管在轴向上围封相应的组件并提供它们的电互连。所述堆叠歧管可以包括以并联方式电连接sofc的至少一部分的单个件。然而，也可以设想分段的堆叠歧管，该分段的堆叠歧管提供多个单独组的电并联连接的sofc，所述多个单独组然后可以根据需要以串联连接的方式彼此连接。第一堆叠歧管用于将氢输送到sofc中。第二堆叠歧管用于接收从sofc流出的残余氢。因此，所述堆叠歧管可以同时提供电连接(即，电流收集)以及到氢源和氢收纳器的连接的功能。将这些功能组合到单个部件中允许使材料使用最小化。堆叠歧管可以被设计为中空环形装置，其能够被流动穿过以分配和/或收集流体。它们可以被理解为具有适于与相应的sofc适形的形状的平坦腔室。在面向sofc的一侧，堆叠歧管可以具有平坦的板状形状，这允许将相应的堆叠歧管电连接到相应的sofc。
7、单独的管状sofc在两侧上敞开，并且可以包括多种不同材料组合中的一种。在选择或设计sofc时，内径和外径、间隔距离以及可用于燃料电池过程的表面都会受到影响。sofc的管状形状确保实现特别是氢的高质量流量。
8、优选地，这些sofc的电解质包括对氧离子可传导而对电子具有绝缘作用的陶瓷材料。掺杂的二氧化锆，例如掺杂有钇，特别是掺杂有8mol％钇的锆可以是合适的材料。sofc的阴极也可以由对氧化物或氧离子且对电子都具有传导性的陶瓷材料制成，该陶瓷材料例如是基于掺杂的锰酸镧，其中使用锶等进行这种掺杂。可以使用混合的离子和电子传导性材料，例如(la0.60sr0.40)0.95co0.20fe0.80o3-x。该燃料电池的阳极可以由包括陶瓷和金属材料的金属陶瓷材料制成。例如，包括混合导电材料的化合物，例如ni-8ysz镍掺杂和钇掺杂的氧化锆，以便传导离子和电子。通过使用管状sofc，可以围绕涡轮机和压缩机之间的轴以环形方式布置多个自持的燃料电池，从而可以通过尽可能紧凑的集成来提供特别高的电功率，并且同时改善氢和空气的通流。
9、管状sofc的设计可以包括圆形、椭圆形、矩形、多边形或者其它规则形状或不规则形状的横截面，但本专利技术的主题不限于这些形状。这也可以涉及沿着管状sofc的长度的横截面的廓线，该廓线是恒定的，从而例如导致圆柱形的陶瓷管；或者该廓线是不恒定的，从而导致圆锥形状。此外，管状sofc也可设计成具有一体的形状配合元件，以简化管状sofc在接纳开口中的保持。
10、sofc可以包括由内表面形成的阳极和由外本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于飞机发动机(2)的固体氧化物燃料电池组(16)，包括：
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
5.根据权利要求3或4所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
7.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
11.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
14.飞机发动机(
15.根据权利要求14所述的飞机发动机(2)，
...【技术特征摘要】
1.用于飞机发动机(2)的固体氧化物燃料电池组(16)，包括：
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
5.根据权利要求3或4所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
7.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池组(16)，
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：佩德罗·尼希特，黑尔格·盖斯勒，维格内什·阿希兰，
申请(专利权)人：空中客车运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。