(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素燃料を受け入れて第１出力から水素を出力しそして前記第１出力とは別なる第２出力から前記水素が減じられた物質を出力する少なくとも一つの改質器（２６）と；
前記改質器（２６）の前記第１出力からの前記水素を受け入れるが、前記改質器（２６）の前記第２出力とは接続されない少なくとも一つの燃料電池（２８）であって、該燃料電池（２８）は第１エネルギー出力と流体を生成し；
前記燃料電池にて生成された流体と前記改質器（２６）の前記第２出力から出力された物質はタービンへトルクを与えるために前記タービンに導かれ、
前記燃料電池（２８）の前記第１エネルギー出力は電気であり、前記第１エネルギー出力も前記タービン（１２）にトルクを付与するために使用されるシステム。
【請求項２】
前記改質器（２６）の前記第２出力は界面活性剤と混合された請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記タービン（１２）の出力シャフト（１４）は、前記出力シャフト（１４）が回転されたとき発電機が電気を出力するために前記発電機に結合された請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記タービン（１２）は、乗り物を移動するために推進する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記燃料電池（２８）の前記第１エネルギー出力は電気モータ（３０）に接続されそして前記電気モータ（３０）は前記タービン（１２）のロータカップリングに接続され、前記第１エネルギー出力は前記電気モータ（３０）を作動させる請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記炭化水素燃料は前記改質器（２６）へ供給されるに加え前記タービン（１２）のインテーク（２４）に供給される請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記燃料電池（２８）はタービン点火コンポネントと電気的に接続されて点火エネルギーを前記タービン点火コンポネントに供給する請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
出力シャフト（１４）を含む少なくとも一つのタービン（１２）と;
前記出力シャフト（１４）にトルクを与えるために使用される電気を供給する少なくとも一つの燃料電池（２８）と；
炭化水素燃料を入力とし水素の流れと前記水素の流れとは別なる炭素の流れを出力する少なくとも一つの改質器（２６）と；
前記燃料電池（２８）は前記改質器（２６）により出力された前記水素を入力とし、前記燃料電池（２８）は水蒸気を生成し、該水蒸気は前記改質器（２６）により出力された前記炭素と混合され、その混合物は前記タービン（１２）のブレード（２５）に導かれて前記タービン（１２）の前記出力シャフト（１４）にトルクを付与するシステム。
【請求項９】
前記燃料電池（２８）は電気モータ（３０）と電気的に接続されて前記電気モータ（３０）を作動させ、前記電気モータ（３０）は前記出力シャフト（１４）に結合されている請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃料電池（２８）にて生成された流体は、その流体が前記タービン（１２）のブレード（２５）当たるように前記タービン（１２）のインテーク（２４）に導かれる請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記燃料電池（２８）にて生成された流体は、該流体が前記タービン（１２）のブレード（２５）当たるように前記タービン（１２）のインテーク（２４）に導かれる請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、前記燃料電池（２８）へ水素を供給する改質器（２６）に前記炭化水素燃料を供給するに加えて前記タービン（１２）のインテーク（２４）に前記炭化水素燃料を供給する請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記燃料電池（２８）は、点火エネルギーをタービン点火コンポネントに供給するために前記タービン点火コンポネントに電気的に接続された請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
炭化水素燃料を水素と炭素への改質と；
電気を生成する前記水素の使用と；
タービン（１２）への入力としての前記炭素の使用；
前記タービン（１２）の出力シャフト（１４）へトルクを付与する前記電気の使用とからなる方法。
【請求項１５】
電気モータ（３０）を作動させる前記電気の使用と、そして前記出力シャフト（１４）にトルクを伝達するために前記電気モータ（３０）の前記出力シャフト（１４）への結合とからなる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記改質は改質器（２６）で行われる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
水素を使用した電気の生成は前記改質器（２６）からの水素を受け入れる燃料電池（２８）で行われる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記タービン（１２）の前記出力シャフト（１４）にトルクを付与するために前記燃料電池（２８）にて生成された流体の前記タービン（１２）のブレード（２５）への導入を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
残り部分を残すために炭化水素燃料から水素を分離する炭化水素燃料の処理と；
タービン（１２）の第１パートにトルクを付与するために使用される電気を生成する前記水素の使用及び前記タービン（１２）の第２パートにトルクを付与するために前記残り部分の使用とからなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気的エネルギー又は推進力を生成する燃料電池とタービンとの組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
より効率的なエネルギー装置の重要性は言うまでもないことである。化石燃料のより効率的な消費のみならずエネルギー生産を達成するために燃焼させなければならない化石燃料の量を制限することは、明らかに環境にとって非常に有益である。それ故の本発明である。
【発明の概要】
【０００３】
従って、システムは炭化水素燃料を受け入れそして水素の流れと水素の流れとは分離された炭素（例えば、一酸化炭素の形で）の流れとを出力する改質器を含む。燃料電池は改質器が出力した水素を受け入れるが、燃料電池は炭素の流れを受け入れない。燃料電池は、第１エネルギー出力の供給と、そして混合物を供給するために改質器が出力した炭素と混合される水蒸気の出力とを供給する。その混合物はタービンのブレードに導かれ、そして燃料電池の第１エネルギー出力もタービンの出力シャフトへトルクを伝達するに使用されている間、タービンの出力シャフトへトルクを伝達するために燃焼させられる。
【０００４】
実施形態では、混合物はさらに界面活性剤を含有する。必要に応じて、タービンの出力シャフトは、出力シャフトが回転するか、あるいはタービンが移動する乗り物を推進するために使用できるときに出力電気を引き起こす発電機に結合させることができる。
【０００５】
燃料電池の第１エネルギー出力は、電気モータを作動可能であり、燃料電池を電気モータに接続しそしてその電気モータはタービンのロータカップリングに結合することができる。いくつかの実施形態において、炭化水素燃料は改質器に供給されるに加えてタービンのインテークに供給される。また、必要に応じて、燃料電池は点火エネルギーをタービン点火コンポネントに供給するためにタービン点火コンポネントと電気的に接続することができる。
【０００６】
別の態様において、システムは、出力シャフトを備えたタービンと、その出力シャフトへトルクを伝達するためにタービンに結合された出力を供給する燃料電池とを含む。
【０００７】
別の態様において、方法は、炭化水素燃料を水素と炭素への改質と、電気を生成する水素の使用と、そしてタービンの出力シャフトにトルクを伝達するために電気の使用とを含む。
【０００８】
本発明の詳細は、その構成と作動の両方とも、添付図面に付した参照符号を参照することにて、完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】は本発明の原理に基づくタービン駆動発電機の概略図である。
【図２】は本発明の原理に基づくタービン駆動の航空機推進システムの概略図である。
【図３】は、本発明の原理に基づく例えば陸上乗り物、ヘリコプター、そして船舶のためのタービン駆動推進システムの概略図である。そして
【図４】は、本アクチュエーションシステムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜図３は、本発明の原理の様々な例示的な非限定的な応用を示す。以下に記載した作動システム１０は、タービン１２の出力シャフト１４を回転するためにタービン１２のロータにトルクを伝達する。タービン１２は、タービン原理に基づきコンプレッサ部とタービン部を含み、そして一般的に互いに結合されそして互いに同心である１個または複数のロータ又はシャフトを有する。
【００１１】
図１において、タービンの出力シャフト１４は、電界内で発電機ロータを回転させるため、発電機１６のロータに結合され、発電機１６に出力電力が発生する。図２において、出力シャフト１４は航空機ファン１８のロータに結合されて、そのファンを回転させてターボファンジェット航空機を推進する推力を発生させる。図３において、出力シャフト１４は、推進コンポネント２０のロータに結合されるもので、その推進コンポネント２０のロータとしては、輸送の種類に応じて空中または水中あるいは陸上でそのプラットフォームを推進するためにロータ／シャフト／駆動シャフトを回転させるケースがあり、例えば、ヘリコプターのロータ、プロペラを備えた船舶のシャフト、あるいは戦車の如く陸上乗り物の駆動シャフトである。推進コンポネント２０は、業界で知られている例えばクランクシャフト、トランスミッション、アクスルのコンポネントを組合せたドライブトレインを含むことができる。
【００１２】
図４は、作動システム１０の実施形態の詳細を示す。燃料タンク２２は例えばジェット燃料に限らず炭化水素系燃料含みタービン１２のインテーク２４に燃料を供給する。その燃料は一般的にタービン内にインジェクタを介して噴射され、タービンにおいてタービンのコンプレッサ部で圧縮された空気と混合し、いわゆる“火炎ホルダ（ｆｌａｍｅ  ｈｏｌｄｅｒ）”あるいは“キャン（ｃａｎ）”内で点火される。“インテーク”はタービンのこれらの部分を一般的に指し、タービンブレードに先立つものである。高圧混合物は出力シャフト１４に結合されたタービンブレード２５に当たるように導かれる。このようにトルクは軸まわりに回転させるために出力シャフト１４に与えられる。
【００１３】
燃料タンク２２からの燃料で直接タービン１２を作動させるのに加え、叉はそれに代えて、作動システム１０は燃料タンク２２からの燃料を受ける改質器２６を含むことができる。改質器２６は燃料から水素を生成し、そして水素はいくつかのケースでは図示のように最初に水素タンク２９を介して燃料電池２８へ送られる。必要に応じて、複数の改質器および／又は燃料電池は互いに並列で使用することができる。
【００１４】
燃料電池２８は一般的に比較的高い効率で例えば周囲の大気からの酸素と水素を混合することにて電気を生成するために水素を使用する。限定することなく、燃料電池２８は、固体高分子形燃料電池(ＰＥＭＦＣ)、固体酸化物形燃料電池(ＳＯＦＣ)、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、又は、直接‐メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）である。
【００１５】
燃料電池２８からの電気が電気モータ３０の出力シャフトを回転させるために電気モータ３０に送られる。そのモータシャフトはタービン１２のロータとロータカップリング３２を介して機械的に結合されている。いくつかの実装ではこのようなケースかもしれないが、一般的に、モータ３０が結合されるタービンロータはブレード２５を取り付けたロータと同一のセグメントではない。即ち、モータ３０が結合できるようにタービンロータはブレードを有さないセグメントにすることができ、又はブレードロータとは別でブレードロータと互いに同心にあるいは互いに結合したロータでもよい。いずれの場合も、燃料電池２８にてモータ３０が通電されている時、タービンロータを介して（必要に応じて、適切なカップリングを介して）タービン１２の出力シャフト１４にトルクを付与する。出力シャフト１４は、いくつかのケースではタービンロータを確立する同じシャフトである。
【００１６】
さらに、更なる効率化を実現するために、燃料電池２８にて生成された蒸気の形態をした水と改質器２６からの炭素とが、タンク又は単純なパイプあるいは水と炭素とを混合できる他の空間で構成された混合器３４で混合され、その混合物は（例えば、適切なパイプ配管又はダクトを介して）タービンインテーク２４に導かれる。必要に応じて、界面活性剤タンク３６からの界面活性剤は蒸気／炭素混合物に添加される。
【００１７】
いずれにせよ、蒸気／炭素混合物は、燃料タンク２２から直接タービンインテーク２４への燃料噴射を補完、又は燃料タンク２２から直接タービンインテーク２４への燃料噴射を置換できることは想到可能である。
【００１８】
さらに、図４の電線３８によって示すように、燃料電池２８によって生成された電気は、電気モータ３０を作動させるのみならず、タービンインテーク２４の適切なコンポーネントの点火電流の供給にも使用される。また、燃料電池からの電気は、電気モータを作動させることに加えて、他の補助的な目的、例えば他の電気器具への電力供給に使用できる。改質器２６は、二酸化炭素と蒸気を生成する場合には、これらの流体は直接改質器２６からまたは混合器３４を介してインテーク２４に導かれる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、必要に応じて水ライン４０を介して水は燃料電池２８からの改質器２６へ戻される。また、必要に応じて、改質器を加熱するためにタービン１２からの熱はダクト／配管を介して集め、改質器２６へ戻すことができる。
【００２０】
著しく効率が向上するタービンがここに示され、詳細に記載されているが、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ範囲が決められるものである。
【図１】
0005570614.tif 000002
【図２】
0005570614.tif 000003
【図３】
0005570614.tif 000004
【図４】
0005570614.tif 000005