用燃料电池减少排放的系统和方法与流程

1.本公开涉及用于控制燃气涡轮发动机的排放的系统和方法，推进系统包括燃料电池。


背景技术：

2.燃气涡轮发动机大体上包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机(诸如涡轮风扇发动机)可用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，涡轮机包括处于串行流动顺序的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，并且转子组件被构造为风扇组件。
3.在操作期间，空气在压缩机中被压缩，并且在燃烧区段中与燃料混合并被点燃，以生成燃烧气体，燃烧气体向下流流动通过涡轮区段。涡轮区段从燃烧气体中提取能量，用于旋转压缩机区段和风扇组件，从而为燃气涡轮发动机提供动力，并在飞行中推进包含这种燃气涡轮发动机的飞行器。
4.调整燃烧器功率以满足风扇速度需求或推力需求。燃烧区段的燃烧器的温度可以取决于燃烧器功率并且可以是燃气涡轮发动机的操作限制。因此，实现燃烧器功率可能会导致燃烧器温度以增加排放的方式而改变。如果燃烧器温度过低，则一氧化碳(co)可能会增加。并且，如果燃烧器温度过高，则氮氧化物(no
x
)可能会增加。因此，能够实现期望的燃烧器功率同时减少排放的系统和方法将在本领域中受到欢迎。
附图说明
5.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
6.图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。
7.图2是根据本公开的集成燃料电池和燃烧器组件的立体图。
8.图3是图2的示例性集成燃料电池和燃烧器组件的示意轴向视图。
9.图4是根据本公开的示例性方面的燃料电池组件的燃料电池的示意图，该燃料电池可并入图2的示例性集成燃料电池和燃烧器组件中。
10.图5是根据本公开的示例性方面的包括集成燃料电池和燃烧器组件的燃气涡轮发动机的示意图。
11.图6是根据本公开的示例性方面的运载器和推进系统的示意图。
12.图7是描绘根据本公开的示例性方面的一氧化碳排放和氮氧化物排放之间相对于示例性燃烧器中的燃烧器温度的关系的图表。
13.图8是根据本公开的示例性方面的图5的运载器和推进系统的控制器的流程图。
14.图9是根据本公开的示例性方面的图8的控制器的表格。
15.图10是根据本公开的示例性方面的图8的控制器的流程图。
16.图11是根据本公开的示例性方面的方法的流程图。
具体实施方式
17.现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
18.本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
19.为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与它们在附图中被定向时的实施例相关。然而，应当理解，实施例可以假定各种替代变型，除非明确指明相反。还应理解，附图中示出的以及在以下说明书中描述的具体装置仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。
20.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
21.术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
22.术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
23.除非本文另有指定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
24.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
25.在例如“a、b和c中的至少一个”或“a、b或c中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅a、仅b、仅c，或a、b和c的任何组合。
26.如在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
27.在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
28.如本文所用的“第三流”是指能够增加流体能量以产生少量总推进系统推力的非主气流。第三流的压力比可以高于主推进流(例如，旁通或螺旋桨驱动的推进流)的压力比。推力可以通过专用喷嘴或通过将通过第三流的气流与主推进流或核心气流混合(例如混合到公共喷嘴中)来产生。
29.在某些示例性实施例中，通过第三流的气流的操作温度可以低于发动机的最大压缩机排放温度，并且更具体地，可以低于350华氏度(诸如低于300华氏度，诸如低于250华氏
度，诸如低于200华氏度，并且至少与环境温度一样高)。在某些示例性实施例中，这些操作温度可以促进热传递至通过第三流和单独的流体流的气流或从通过第三流和单独的流体流的气流传递热量。此外，在某些示例性实施例中，在起飞条件下，或更具体地，在以海平面额定起飞功率、静态飞行速度、86华氏度环境温度操作条件下操作时，通过第三流的气流可以贡献少于总发动机推力的50％(并且至少例如总发动机推力的2％)。
30.此外，在某些示例性实施例中，通过第三流的气流方面(例如，气流、混合或排气性质)，并且由此对总推力的上述示例性百分比贡献，可以在发动机操作期间被动地调整或通过使用发动机控制特征(诸如燃料流动、电机功率、可变定子、可变入口导向轮叶、阀、可变排气几何结构或流体特征)有目的地修改，以在广泛的潜在操作条件下调整或优化整体系统性能。
31.术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一起生成扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。
32.术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一个或多个发动机的混合电动版本。
33.当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，除非另有说明，否则术语“低”和“高”，或它们各自的比较级(例如，更“低”和更“高”，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定被构造为以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(诸如最大可允许旋转速度)操作的部件。
34.术语“当量比”是指实际燃料/空气比与化学计量燃料/空气比的比率。当在反应中消耗所有氧并且产物中没有分子氧(o2)时，发生化学计量燃烧。
35.如果当量比等于一，则燃烧是化学计量的。如果它《1，则燃烧是贫的(贫燃料)，具有过量空气，而如果它》1，则燃烧是富的(富燃料)，具有不完全燃烧。当量比与空气燃料比相反(inverse)。
36.来自飞行器燃气涡轮的排气由co、二氧化碳(co2)、水蒸气(h2o)、未燃烧的碳氢化合物(uhc)、颗粒物(主要是碳)、no
x
以及过量的大气氧和氮组成。可能期望限制排气中的co和no
x
成分。
37.提供了用于利用燃料电池减少飞行器的推进系统的排放的系统和方法。
38.飞行器可以包括飞行器燃料供应部。推进系统可以包括燃料电池组件，该燃料电池组件限定燃料电池组件操作参数，并且包括燃料电池和例如空气处理单元、燃料处理单元和电力转换器。推进系统还可以包括涡轮机，该涡轮机包括以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧器和涡轮区段。燃烧器可构造为接收来自飞行器燃料供应部的航空燃料流，并且可以进一步构造为接收来自燃料电池的输出产物。
39.该系统进一步包括控制器。控制器大体上被构造为接收指示风扇速度需求或推力需求和燃烧器的温度的数据。控制器可以确定一组燃料电池操作条件，以满足推力需求并将燃烧器的温度维持在温度限制内；并且可以进一步根据所确定的一组燃料电池操作条件来控制燃料电池组件操作参数，以将燃烧器的温度维持在温度限制(例如，排放温度限制)内。
40.更具体地，控制器可以响应于确定燃烧器的温度正在接近温度范围的下限或已经
下降到低于温度范围的下限来确定第一组燃料电池操作条件，并且响应于确定燃烧器的温度正在接近温度范围的上限或已经超过温度范围的上限来确定第二组燃料电池操作条件。
41.响应于确定第一组燃料电池操作条件或第二组操作条件，控制器控制燃料电池组件操作参数，在至少某些示例性方面，其可以包括根据第一组燃料电池操作条件和第二组燃料电池操作条件中的所确定的一个，控制空气处理单元、燃料处理单元和电力转换器中的至少一个。
42.根据第一组燃料电池操作条件的控制(“低温控制”)可以包括增加燃烧器的温度(例如，火焰温度)，这加速了氧化速率并提高了燃烧效率，因此一氧化碳(co)排放下降。例如，根据第一组燃料电池操作条件的控制可以包括增加燃料电池的排气温度，增加来自燃料电池的输出产物(例如，富氢燃料)的当量比，增加燃料电池的燃料利用率(发送较少的h2燃料和更多的空气，以促进燃烧室内的更完全的燃烧)，以及减少从燃料电池组件到燃烧器的直接燃料。
43.根据第二组燃料电池操作条件的控制(“高温控制方法”)可以包括降低燃烧器的温度(例如，火焰温度)，这提供了可以淬灭氮氧化物(no
x
)反应的更高纯度的排气流和/或用作蒸发器以减少no
x
。根据第二组燃料电池操作条件的控制可以包括增加从燃料电池汲取的电流，以及将来自燃料电池的燃烧气体朝向燃烧器的出口或在燃烧器的出口处喷射。通过增加从燃料电池汲取的电流，更多氢在燃料电池中被消耗，并且更少燃料被排放到燃烧器中。通过将来自燃料电池的燃烧气体朝向燃烧器的出口喷射，气体在燃烧器中的停留时间减少，从而降低了no
x
。
44.本公开的系统和方法大体上可以导致较低的排放，同时维持风扇速度需求或推力需求。在实现风扇速度需求或推力需求的同时，提供了这种排放降低。
45.现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意横截面视图。发动机可以结合到运载器中。例如，发动机可以是结合到飞行器中的航空发动机。然而，替代地，发动机可以是用于任何其他合适运载器的任何其他合适类型的发动机。
46.对于所描绘的实施例，发动机被构造为高旁通燃气涡轮发动机100。如图1所示，燃气涡轮发动机100限定轴向方向a(平行于提供参考的中心线轴线101延伸)、径向方向r和周向方向(围绕轴向方向a延伸；未在图1中示出)。通常，燃气涡轮发动机100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的涡轮机104。
47.所描绘的示例性涡轮机104大体上包括限定环形入口108的基本上管状外壳106。外壳106以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括增压或低压(lp)压缩机110和高压(hp)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，其包括高压(hp)涡轮116和低压(lp)涡轮118；以及喷射排气喷嘴区段120。压缩机区段、燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定从环形入口108延伸到喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。涡轮风扇发动机进一步包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机包括将hp涡轮116驱动地连接到hp压缩机112的高压(hp)轴或线轴122，以及将lp涡轮118驱动地连接到lp压缩机110的低压(lp)轴或线轴124。
48.对于所描绘的实施例，风扇区段102包括风扇126，风扇126具有以间隔开的方式联接到盘130的多个风扇叶片128。多个风扇叶片128和盘130能够通过lp轴124一起绕中心线
轴线101旋转。盘130被可旋转的前毂132覆盖，前毂132在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片128。此外，环形风扇壳或外机舱134被设置成周向围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134由多个周向间隔开的出口导向轮叶136相对于涡轮机104被支撑。机舱134的下游区段138在涡轮机104的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道140。
49.以这种方式，将理解的是，燃气涡轮发动机100大体上包括第一流(例如，核心空气流动路径121)和平行于第一流延伸的第二流(例如，旁通气流通道140)。在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可以进一步限定例如从lp压缩机110延伸到旁通气流通道140或延伸到环境的第三流。利用这种构造，lp压缩机110大体上可以包括被构造为管道式中间风扇的第一压缩机级和下游压缩机级。第三流的入口可以定位在第一压缩机级和下游压缩机级之间。
50.仍然参考图1，燃气涡轮发动机100另外包括附件齿轮箱142和燃料输送系统146。对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳106内。此外，将理解的是，对于图1中示意性描绘的实施例，附件齿轮箱142机械地联接到涡轮机104的一个或多个轴或线轴，并且能够与涡轮机104的一个或多个轴或线轴一起旋转。例如，在所描绘的示例性实施例中，附件齿轮箱142通过合适的齿轮系144机械地联接到hp轴122，并且能够与hp轴122一起旋转。附件齿轮箱142可以在至少某些操作期间向燃气涡轮发动机100的一个或多个合适的附件系统提供动力，并且可以在其他操作期间进一步将动力提供回燃气涡轮发动机100。例如，对于所示的实施例，附件齿轮箱142联接到启动器电动机/发电机152。启动器电动机/发电机可以被构造为在某些操作期间从附件齿轮箱142和燃气涡轮发动机100提取动力以发电，并且可以在其他操作期间将动力提供回附件齿轮箱142和燃气涡轮发动机100(例如，向hp轴122)，以将机械功添加回燃气涡轮发动机10(例如，用于启动燃气涡轮发动机100)。
51.此外，燃料输送系统146大体上包括燃料源148(诸如燃料箱)和一条或多条燃料输送管线150。一条或多条燃料输送管线150通过燃料输送系统146向燃气涡轮发动机100的涡轮机104的燃烧区段114提供燃料流。如下文将更详细地讨论的，燃烧区段114包括集成燃料电池和燃烧器组件200。对于所描述的实施例，一条或多条燃料输送管线150向集成燃料电池和燃烧器组件200提供燃料流。
52.然而，将理解的是，图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的燃气涡轮发动机可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施例中，涡轮风扇发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，诸如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。以这种方式，将进一步理解的是，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以具有任何其他合适的构造，诸如任何其他合适数量或布置的轴、压缩机、涡轮、风扇等。此外，尽管图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机示意性地示出为直接驱动固定桨距涡轮风扇发动机，但在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮式燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(诸如lp轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变桨距燃气涡轮发动机(即，包括具有能够围绕它们各自的桨距轴线旋转的多个风扇叶片128的风扇126)等。此外，尽管示例性燃气涡轮发动机100包括管道式风扇126，但在其他示例性方面，燃气涡轮发动机100可以包括非管道式风扇126(或开式转子风扇)，而没有
机舱134。此外，尽管本文未描绘，但在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，例如航海燃气涡轮发动机。
53.现在参考图2，图2示意性地示出了根据本公开的实施例的燃烧区段114的一部分，其包括图1的燃气涡轮发动机100(上文关于图1描述为燃气涡轮发动机100)中使用的集成燃料电池和燃烧器组件200的一部分。
54.将理解的是，燃烧区段114包括压缩机扩散器喷嘴202，并且大体上沿轴向方向a在上游端和下游端之间延伸。燃烧区段114经由压缩机扩散器喷嘴202流体地联接到上游端处的压缩机区段，并且流体地联接到下游端处的涡轮区段。
55.集成燃料电池和燃烧器组件200大体上包括燃料电池组件204(图2中仅部分地描绘；也参见图3至图5)和燃烧器206。燃烧器206包括内衬208、外衬210、圆顶组件212、罩组件214、旋流器组件216和燃料流动管线218。燃烧区段114大体上包括沿径向方向r在燃烧器206外侧以包围燃烧器206的外壳220，以及沿径向方向r在燃烧器206内侧的内壳222。内壳222和内衬208在其间限定内通路224，而外壳220和外衬210在其间限定外通路226。内壳222、外壳220和圆顶组件212一起至少部分地限定燃烧器206的燃烧室228。
56.圆顶组件212接近燃烧区段114的上游端设置(即，与下游端相比，更靠近上游端)，并且包括用于接收和保持旋流器组件216的开口(未标记)。旋流器组件216还包括用于接收和保持燃料流动管线218的开口。燃料流动管线218进一步联接到沿径向方向r设置在外壳220外侧的燃料源148(参见图1)，并且被构造为从燃料源148接收燃料。以这种方式，燃料流动管线218可以流体地联接到上文参考图1描述的一条或多条燃料输送管线150。
57.旋流器组件216可以包括多个旋流器(未示出)，多个旋流器被构造为在将压缩流体注入燃烧室228以生成燃烧气体之前，使压缩流体旋流。在所示实施例中，罩组件214被构造为将内衬208、外衬210、旋流器组件216和圆顶组件212保持在一起。
58.在操作期间，压缩机扩散器喷嘴202被构造为将压缩流体230从压缩机区段引导至燃烧器206，其中压缩流体230被构造为与旋流器组件216内的燃料混合，并在燃烧室228内燃烧以生成燃烧气体。燃烧气体被提供给涡轮区段，以驱动涡轮区段的一个或多个涡轮(例如，高压涡轮116和低压涡轮118)。
59.在包括集成燃料电池和燃烧器组件200的燃气涡轮发动机100的操作期间，燃烧室228内的火焰由连续的燃料和空气流维持。为了例如在燃气涡轮发动机100的启动期间提供燃料和空气的点火，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括点火器231。点火器231可以提供火花或初始火焰，以点燃燃烧室228内的燃料和空气混合物。在某些示例性实施例中，集成燃料电池和燃烧器组件200可以附加地包括专用燃料电池点火器233(以虚线描绘)。特别地，对于图2的实施例，专用燃料电池点火器233定位在燃料电池的至少一部分的下游，特别是在燃料电池堆(如下所述)的至少一部分的下游。以这种方式，专用燃料电池点火器233可以更有效地燃烧燃料电池的输出产物。
60.如上所述和图2中示意性地描绘，集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池组件204。所描绘的示例性燃料电池组件204包括第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234。更具体地，第一燃料电池堆232与外衬210一起构造，并且第二燃料电池堆234与内衬208一起构造。再更具体地，第一燃料电池堆232与外衬210集成，并且第二燃料电池堆234与内衬208集成。下面将更详细地描述燃料电池组件204的操作，并且更具体地，燃料电池组件
204的燃料电池堆(例如，第一燃料电池堆232或第二燃料电池堆234)的操作。
61.对于所描述的实施例，燃料电池组件204被构造为固体氧化物燃料电池(“sofc”)组件，其中第一燃料电池堆232被构造为第一sofc燃料电池堆，并且第二燃料电池堆234被构造为第二sofc燃料电池堆(各自具有多个sofc)。将理解的是，sofc大体上是直接通过氧化燃料来产生电力的电化学转换装置。一般来说，燃料电池组件，并且特别是燃料电池，其特征在于所使用的电解质材料。本公开的sofc大体上可以包括固体氧化物或陶瓷电解质。这类燃料电池大体上呈现出高的综合热电效率、长期稳定性、燃料灵活性和低排放。
62.在某些实施例中，燃料电池组件204包括沿燃烧器206的轴向方向a分布的多个燃料电池堆。到多个燃料电池堆的燃料(例如，来自燃料源148或通过本文描述的燃料电池和燃烧器组件200的元件)可以改变，以沿着燃烧器206的轴向方向a将燃料分配到燃烧器206。
63.例如，“迟贫(late lean)”方法使用在燃烧器206的下游端处燃烧的更多燃料。可以实施“迟贫”方法，以减少燃料在燃烧器206中的停留时间。
64.为了例释的目的，第二燃料电池堆234包括上游燃料电池堆234a和下游燃料电池堆234b。从燃料源148到上游燃料电池堆234a的燃料流可以由阀235a控制，并且从燃料源148到下游燃料电池堆234b的燃料流可以由阀235b控制。应当理解，第一燃料电池堆232可以类似地布置成沿轴向方向a分布。
65.附加地或替代地，在其他示例性实施例中，第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234可以沿燃烧室228的周向方向布置(参见图3)。此外，在其他示例性实施例中，燃料电池组件204可以包括任何其他合适数量和布置的燃料电池堆，以在沿燃烧室228的轴向和周向方向的具有不同参数(例如，温度、压力、成分等)的各种位置处分配输出产物。
66.此外，示例性燃料电池组件204进一步包括第一电力转换器236和第二电力转换器238。第一燃料电池堆232通过第一多个电源电缆(未标记)与第一电力转换器236电连通，并且第二燃料电池堆234通过第二多个电源电缆(未标记)与第二电力转换器238电连通。
67.第一电力转换器236控制从对应的第一燃料电池堆232中汲取的电流，并且可以将电力从直流(“dc”)电力转换为处于另一电压电平的dc电力或交流(“ac”)电力。类似地，第二电力转换器238控制从第二燃料电池堆234汲取的电流，并且可以将电力从dc电力转换为处于另一电压电平的dc电力或ac电力。第一电力转换器236、第二电力转换器238或两者都可以电联接到电总线(诸如下面描述的电总线326)。
68.集成燃料电池和燃烧器组件200进一步包括燃料电池控制器240，燃料电池控制器240与第一电力转换器236和第二电力转换器238可操作地通信，以例如在两者之间发送和接收通信和信号。例如，燃料电池控制器240可以向第一电力转换器236和第二电力转换器238发送电流或功率设定点信号，并且可以接收例如来自第一电力转换器235和第二电力转换器238的电压或电流反馈信号。燃料电池控制器240可以以与下面参考图5描述的控制器240相同的方式构造。
69.如以下将更详细讨论的，燃料电池是电化学装置，其可以通过燃料(诸如氢)与氧化剂(诸如大气中所含的氧)的电化学反应来将来自燃料的化学能转换为电能。燃料电池系统可以有利地用作能量供应系统，因为在与至少某些现有系统相比时，燃料电池系统可以被认为是环境优越和高效的。
70.为了提高系统效率和燃料利用率并减少外部用水量，燃料电池系统可以包括阳极
再循环回路。由于单个燃料电池只能生成约1v的电压，因此可以将多个燃料电池堆叠在一起(其可以称为燃料电池堆)，以生成期望电压。燃料电池可以包括固体氧化物燃料电池(sofc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、磷酸燃料电池(pafc)和质子交换膜燃料电池(pemfc)，它们大体上都以其各自的电解质命名。
71.将理解的是，在至少某些示例性实施例中，第一燃料电池堆232、第二燃料电池堆234或两者都可以在燃气涡轮发动机的周向方向c(即，绕燃气涡轮发动机100的中心线轴线101延伸的方向)上基本上延伸360度。例如，现在参考图3，根据本公开的示例性实施例，描绘了集成燃料电池和燃烧器组件200的简化横截面视图。尽管为了简单起见，图3中仅描绘了第一燃料电池堆232，但第二燃料电池堆234可以以类似的方式构造。
72.如图所示，第一燃料电池堆232在周向方向c上围绕燃烧室228延伸，在所示实施例中，围绕中心线轴线101完全包围燃烧室288。更具体地，第一燃料电池堆232包括沿周向方向c布置的多个燃料电池242。在图3中可见的燃料电池242可以是燃料电池242的单个环，其中燃料电池242沿轴向方向a堆叠在一起(参见图2)，以形成第一燃料电池堆232。在另一个实例中，燃料电池242的多个附加环可以被放置在彼此的顶部，以形成沿中心线轴线101伸长的第一燃料电池堆232。
73.如下文将更详细地解释的，参考图5，第一燃料电池堆232中的燃料电池242被定位为接收来自例如压缩机区段的排放空气244和来自燃料输送系统146的燃料246。燃料电池242使用该空气244和至少一些该燃料246来生成电流，并将部分氧化的燃料246和未使用部分的空气248朝向中心线轴线101径向引导到燃烧室228中。集成燃料电池和燃烧器组件200将燃烧室228中的部分氧化的燃料246和空气248燃烧成燃烧气体，燃烧气体向下游被引导到涡轮区段中，以驱动或辅助驱动其中的一个或多个涡轮。
74.此外，现在参考图4，提供了作为图2的集成燃料电池和燃烧器组件200的第一燃料电池堆232的立体图的示意图。第二燃料电池堆234可以以类似的方式形成。
75.描绘的第一燃料电池堆232包括壳体250，壳体250具有燃烧出口侧252和与燃烧出口侧252相对的侧254，燃料和空气入口侧256和与燃料和空气入口侧256相对的侧588，以及侧260、262。侧260、侧258和侧254在图4的立体图中不可见。
76.将理解的是，第一燃料电池堆232可以包括例如从第一燃料电池堆232的一端(例如，燃料和空气入口侧256)到第一燃料电池堆232的另一端(例如，侧258)并排“堆叠”的多个燃料电池。因此，将进一步理解的是，燃烧出口侧252包括多个燃烧出口264，每个燃烧出口来自第一燃料电池堆232中的燃料电池。在操作期间，燃烧气体266(本文也称为“输出产物”)从燃烧出口264引导出壳体250。如本文所述，燃烧气体266使用未被第一燃料电池堆232的壳体250内的燃料电池消耗的燃料和空气来生成。燃烧气体266被提供给燃烧室228，并在操作期间燃烧以生成燃烧气体，燃烧气体用于为燃气涡轮发动机100(以及结合燃气涡轮发动机100的运载器/飞行器)生成推力。
77.燃料和空气入口侧256包括一个或多个燃料入口268和一个或多个空气入口270。可选地，入口268、270中的一个或多个可以在壳体250的另一侧上。一个或多个燃料入口268中的每个燃料入口与用于第一燃料电池堆232的燃料源(诸如含氢气体或下文进一步描述的燃料处理单元的一个或多个加压容器)流体联接。一个或多个空气入口270中的每个空气入口与用于燃料电池的空气(诸如从压缩机区段和/或以下也进一步描述的空气处理单元
排出的空气)源流体联接。一个或多个入口268、270分开接收来自外部燃料和空气源的燃料和空气，并将燃料和空气分开引导到燃料电池中。
78.在某些示例性实施例中，图2至图4的第一燃料电池堆232可以以与例如2018年12月17日提交的美国专利申请公开号2020/0194799a1中描述的示例性燃料电池系统(标记为100)中的一个或多个类似的方式构造，该美国申请的全部内容通过引用并入本文。将进一步理解的是，图2的第二燃料电池堆234可以以与第一燃料电池堆232类似的方式构造，或者替代地，可以以任何其他合适的方式构造。
79.现在参考图5，将描述根据本公开的示例性实施例的集成燃料电池和燃烧器组件200(例如，燃料电池组件)的操作。更具体地，图5提供了根据本公开的实施例的燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200的示意图。在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机100以及集成燃料电池和燃烧器组件200可以以与图1至图4中的一个或多个示例性实施例类似的方式构造。
80.因此，将理解的是，燃气涡轮发动机100大体上包括具有风扇126的风扇区段102、lp压缩机110、hp压缩机112、燃烧区段114、hp涡轮116和lp涡轮118。燃烧区段114大体上包括具有燃烧器206和燃料电池组件204的集成燃料电池和燃烧器组件200。
81.包括燃气涡轮发动机100的推进系统进一步包括燃料输送系统146。燃料输送系统146大体上包括燃料源148和一条或多条燃料输送管线150。燃料源148可以包括燃气涡轮发动机100的燃料(例如，碳氢燃料，包括例如碳中性燃料或合成碳氢化合物)的供应部。此外，将理解的是，燃料输送系统146还包括燃料泵272和分流器274，并且一条或多条燃料输送管线150包括第一燃料输送管线150a、第二燃料输送管线150b和第三燃料输送管线15c。
82.分流器274将来自燃料源148和燃料泵272的燃料流分成通过第一燃料输送管线150a到燃料电池组件204的第一燃料流，通过第二燃料输送管线150b也到燃料电池组件204(并且特别是到下文描述的空气处理单元)的第二燃料流，以及通过第三燃料输送管线150c到燃烧器206的第三燃料流。分流器274可以包括一系列阀(未示出)，以便于来自燃料源148的燃料流的这种分流，或者替代地，可以具有固定几何结构。此外，对于所示的实施例，燃料输送系统146包括与第一燃料输送管线150a相关联的第一燃料阀151a(例如，用于控制第一燃料流)，与第二燃料输送管线150b相关联的第二燃料阀151b(例如，用于控制第二燃料流)，以及与第三燃料输送管线150c相关联的第三燃料阀151c(例如，用于控制第三燃料流)。
83.燃气涡轮发动机100进一步包括压缩机排出系统和气流输送系统。更具体地，压缩机排出系统包括lp引气管道276和相关联的lp引气阀278、hp引气管道280和相关联的hp引气阀282、hp出口空气管道284和相关联的hp出口空气阀286。
84.燃气涡轮发动机100进一步包括气流供应管道288(与气流供应部290气流连通)和相关联的空气阀292，其也与气流输送系统气流连通，用于向集成燃料电池和燃烧器组件200的燃料电池组件204提供压缩气流。气流供应部可以是例如被构造为提供交叉引气的第二燃气涡轮发动机、被构造为提供引气的辅助动力单元(apu)、冲压空气涡轮(rat)等。如果压缩机空气源不足或不可用，则气流供应部可以是对压缩机排出系统的补充。
85.压缩机排出系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流，如将在下面更详细地解释的。
86.仍然参考图5，集成燃料电池和燃烧器组件200的燃料电池组件204包括燃料电池堆294，燃料电池堆294可以以与例如上述第一燃料电池堆232类似的方式构造。燃料电池堆294示意性地描述为具有阴极侧296、阳极侧298和定位在它们之间的电解质300的单个燃料电池。大体上将理解的是，电解质300在操作期间可以将负氧离子从阴极侧296传导到阳极侧298，以生成电流和电力。
87.阳极侧298可以支持生成电的电化学反应。燃料可以经由通过电解质300的扩散，利用从阴极侧296接收到的氧离子而在阳极侧298中被氧化。该反应可以在阳极侧298中产生自由电子形式的热、蒸汽和电，其可以用于向能量消耗装置(诸如下文描述的一个或多个附加电装置328)供电。可以使用从能量消耗装置返回到阴极侧296的电子，经由阴极氧化剂的氧还原来产生氧离子。
88.阴极侧296可以耦合到阴极氧化剂源，诸如大气中的氧。阴极氧化剂被限定为供应到阴极侧296的氧化剂，燃料电池系统在发电时使用阴极侧296。阴极侧296对于从阴极氧化剂接收到的氧离子，可以是可渗透的。
89.电解质300可以与阳极侧298和阴极侧296连通。电解质300可以使氧离子从阴极侧296通向阳极侧298，并且可以具有很小的电导率或没有电导率，以防止自由电子从阴极侧296通向阳极侧298。
90.固体氧化物燃料电池(诸如燃料电池堆294)的阳极侧可以由镍/氧化钇稳定的氧化锆(ni/ysz)金属陶瓷构成。阳极侧中的镍用作燃料氧化的催化剂和电流导体。在燃料电池堆294的正常操作期间，操作温度可以大于或等于约700℃，并且阳极中的镍(ni)由于主要是氢燃料气体的连续供应而保留其还原形式。
91.简单地说，将理解的是，燃料电池组件204进一步包括燃料电池传感器302，燃料电池传感器302被构造为感测指示燃料电池组件操作参数的数据，燃料电池组件操作参数诸如燃料电池堆294(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298)的温度，燃料电池堆294内(例如，燃料电池的阴极侧296或阳极侧298内)的压力。
92.燃料电池堆294设置在lp压缩机110、hp压缩机112或两者的下游。此外，从以上关于图2的描述中将理解的是，燃料电池堆294可以联接到燃烧器206的衬套(例如，内衬208或外衬210)或以其他方式与其集成。以这种方式，燃料电池堆294也可以布置在集成燃料电池和燃烧器组件200的燃烧室228的上游，并且进一步布置在hp涡轮116和lp涡轮118的上游。
93.如图5所示，燃料电池组件204还包括燃料处理单元304和空气处理单元306。在描绘的示例性实施例中，燃料处理单元304和空气处理单元306在壳体308内被歧管在一起，以向燃料电池堆294提供调节空气和燃料。
94.燃料处理单元304可以是用于生成富氢燃料流的任何合适结构。例如，燃料处理单元304可以包括燃料重整器或催化部分氧化转换器(cpo
x
)，用于为燃料电池堆294产生富氢燃料流。
95.然而，应当理解，燃料处理单元304可以附加地或替代地包括任何合适类型的燃料重整器，诸如自动热重整器和蒸汽重整器，它们可能在重整器出口流处需要具有较高氢成分的附加蒸汽入口流。附加地或替代地，燃料处理单元304还可以包括与燃料电池堆294集成的重整器。
96.空气处理单元306可以是任何合适的结构，用于将提供给其的空气温度升高到足
够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。例如，在描绘的实施例中，空气处理单元包括预燃烧器系统，预燃烧器系统基于通过第二燃料输送管线150b的燃料流来操作，被构造用于例如在瞬态条件(诸如启动、关机和异常情况)期间通过燃烧来升高空气的温度。
97.类似地，应当理解，图5的空气处理单元306可以替代地是热交换器或另一个装置，用于将提供给其的空气的温度升高到足够高以实现燃料电池温度控制的温度(例如，约600℃至约800℃)。
98.如上所述，压缩机排出系统(和气流供应管道288)与气流输送系统气流连通，用于向燃料电池组件204提供压缩气流。气流输送系统包括用于向燃料处理单元304提供气流的阳极气流管道310和相关联的阳极气流阀312、用于向空气处理单元306提供气流的阴极气流管道314和相关联的阴极气流阀316、以及用于直接向燃料电池堆294(或者更确切地，向燃料电池的阴极侧296)提供气流的阴极旁通空气管道318和相关联的阴极旁通空气阀320。燃料输送系统146被构造为通过第一燃料输送管线150a向燃料处理单元304提供第一燃料流，并且通过第二燃料输送管线150b向空气处理单元306提供第二燃料流(例如，如果提供的话，作为用于预燃烧器系统的燃料)。
99.燃料电池堆294输出作为燃料电池功率输出322产生的电力。此外，燃料电池堆294将阴极空气排放和阳极燃料排放(为了清晰起见，都没有标记)引导到燃烧器206的燃烧室228中。
100.在操作中，空气处理单元306被构造为加热/冷却通过阴极气流管道314进入的压缩空气的一部分，以生成要被引导到燃料电池堆294中的处理空气，从而促进燃料电池堆294起作用。空气处理单元306接收来自第二燃料输送管线150b的第二燃料流，并且可以例如燃烧这种第二燃料流，以将接收到的空气加热至期望温度(例如，约600℃至约800℃)，从而促进燃料电池堆294起作用。由空气处理单元306处理的空气被引导到燃料电池堆294中。在本公开的实施例中，如图所示，阴极旁通空气管道318和由空气处理单元306处理的空气可组合成组合空气流，以被送入燃料电池堆294的阴极296。
101.此外，如图5的实施例中所示，通过第一燃料输送管线150a的第一燃料流被引导至燃料处理单元304以用于产生富氢燃料流(例如，优化燃料流的氢含量)，以也被送入燃料电池堆294。将理解的是，并且如下文讨论的，到燃料电池堆294(例如，阴极侧296)的空气(处理空气和旁通空气)流和从燃料处理单元304到燃料电池堆294(例如，阳极侧298)的燃料可以促进发电。
102.由于燃料电池堆294的入口空气可能仅来自上游压缩机区段，而没有任何其他单独控制的空气源，因此将理解的是，从压缩机区段排出的燃料电池堆294的入口空气会受到在不同飞行阶段发生的空气温度变化的影响。仅作为说明性示例，燃气涡轮发动机100的压缩机区段中的特定位置内的空气可以在怠速期间以200℃工作、在起飞期间以600℃工作、在巡航期间以268℃工作等。引导到燃料电池堆294的入口空气的这种类型的温度变化可能会导致燃料电池堆294的陶瓷材料出现显著的热瞬态问题(或甚至是热冲击)，其范围可能从开裂到失效。
103.因此，通过在压缩机区段和燃料电池堆294之间流体连接空气处理单元306，空气处理单元306可以用作控制装置或系统，以将由空气处理单元306处理并引导到燃料电池堆
294中的空气维持在期望的操作温度范围(例如，正或负100℃，或优选地正或负50℃，或者正或负20℃)内。在操作中，可通过控制到空气处理单元306的燃料流来控制提供给燃料电池堆294的空气的温度(相对于从压缩机区段排出的空气的温度)。通过增加到空气处理单元306的燃料流，可以提高到燃料电池堆294的气流的温度。通过减少到空气处理单元306的燃料流，可以降低到燃料电池堆294的气流的温度。可选地，不能向空气处理单元306输送燃料，以防止空气处理单元306提高和/或降低从压缩机区段排出并引导到空气处理单元306中的空气的温度。
104.此外，如以虚线所描绘的，燃料电池组件204进一步包括围绕燃料电池堆294延伸的气流旁通管道321，以允许由空气处理单元306调节(并与通过管道318的任何旁通空气组合)的气流的一部分或全部绕过燃料电池堆294的阴极侧296，并直接进入燃烧室228。气流旁通管道321可以与燃料电池堆294热连通。燃料电池组件进一步包括围绕燃料电池堆294延伸的燃料旁通管道323，以允许来自燃料处理单元304的重整燃料的一部分或全部绕过燃料电池堆294的阳极侧298，并直接进入燃烧室228。
105.如上面简要提及的，燃料电池堆294将发送到燃料电池堆294的来自燃料处理单元304的阳极燃料流和由空气处理单元306处理的空气转换为dc电流形式的电能，即燃料电池功率输出322。该燃料电池功率输出322被引导至电力转换器324，以便将该dc电流转换为能够被一个或多个子系统有效利用的dc电流或ac电流。特别地，对于所描绘的实施例，电力从电力转换器被提供给电总线326。电总线326可以是专用于燃气涡轮发动机100的电总线、结合燃气涡轮发动机100的飞行器的电总线或其组合。电总线326与一个或多个附加电装置328电连通，一个或多个附加电装置328可适于从燃料电池堆294汲取电流或向燃料电池堆294施加电负载。一个或多个附加电装置328可以是电源、功率耗散器(power sink)或两者。例如，附加电装置328可以是储电装置(诸如一个或多个电池)、电机(发电机、电动机或两者)、电推进装置等。例如，一个或多个附加电装置328可以包括燃气涡轮发动机100的启动器电动机/发电机。
106.仍然参考图5，燃气涡轮发动机100进一步包括传感器330。在所示的实施例中，传感器330被构造为感测指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。例如，传感器330可以是温度传感器，其被构造为感测指示燃烧区段114的出口温度、涡轮区段的入口温度、排气温度或其组合的数据。附加地或替代地，传感器330可以是任何其他合适的传感器或传感器的任何合适组合，其被构造为感测一个或多个燃气涡轮发动机操作条件或参数，包括指示燃气涡轮发动机100的燃烧区段114内的火焰的数据。
107.此外，如图5中进一步示意性描绘的，推进系统、包括推进系统的飞行器或两者都包括控制器240。例如，控制器240可以是独立控制器、燃气涡轮发动机控制器(例如，全权限数字发动机控制器或fadec控制器)、飞行器控制器、推进系统的监督控制器及其组合等。
108.控制器240可操作地连接到在燃气涡轮发动机100、燃料输送系统146以及燃料电池和燃烧器组件200中的至少一个内的各种传感器、阀等。更具体地，对于所描绘的示例性方面，控制器240可操作地连接到空气处理单元306，燃料处理单元304，电力转换器324(和/或电力转换器236m、238)，轴向分布的燃料电池堆(例如，燃料电池堆234a、234b)的阀(例如，阀235a、235b)、压缩机排出系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274、阀151a、151b、151c)，以及燃气涡轮发动机100的
传感器330和燃料电池传感器302。
109.从下面的描述中将理解的是，控制器240可以与这些部件有线或无线通信。以这种方式，控制器240可以接收来自各种输入(包括图6中所示的监督控制器412、燃气涡轮发动机传感器330和燃料电池传感器302)的数据，可以做出控制决策，并且可以向各种输出(包括控制来自压缩机区段的气流排出的压缩机排出系统的阀、引导从压缩机区段放出的气流的气流输送系统、以及引导燃气涡轮发动机100内的燃料流的燃料输送系统146)提供数据(例如，指令)。
110.特别参考控制器240的操作，在至少某些实施例中，控制器240可以包括一个或多个计算装置332。计算装置332可以包括一个或多个处理器332a和一个或多个存储器装置332b。一个或多个处理器332a可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置332b可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
111.一个或多个存储器装置332b可以存储能够由一个或多个处理器332a访问的信息，包括可以由一个或多个处理器332a执行的计算机可读指令332c。指令332c可以是当由一个或多个处理器332a执行时，使一个或多个处理器332a进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令332c可以由一个或多个处理器332a执行，以使一个或多个处理器332a进行操作，诸如控制器240和/或计算装置332被构造用于的任何操作和功能、如本文所述的用于操作推进系统的操作(例如方法600)、和/或一个或多个计算装置332的任何其他操作或功能。指令332c可以是用任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实施。附加地和/或替代地，指令332c可以在处理器332a上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。存储器装置332b可以进一步存储可由处理器332a访问的数据332d。例如，数据332d可以包括指示功率流的数据、指示燃气涡轮发动机100/飞行器操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。
112.计算装置332还包括网络接口332e，网络接口322e被构造为例如与燃气涡轮发动机100的其他部件(诸如压缩机排出系统的阀(阀278、282、286)、气流输送系统的阀(阀312、316、320)和燃料输送系统146的阀(分流器274，阀151a、151b、151c)，以及燃气涡轮发动机100的传感器330和燃料电池传感器302)、结合燃气涡轮发动机100的飞行器等通信。网络接口332e可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适部件，包括例如发射机、接收机、端口、控制器、天线和/或其他合适部件。以这种方式，将理解的是，网络接口332e可以利用有线和无线通信网络的任何合适组合。
113.本文所讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、以及发送到和发送自基于计算机的系统的信息。将理解的是，基于计算机的系统的固有灵活性允许了部件之间和部件之中的任务和功能性的多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，或者分布在多个系统上。分布的部件可以顺序地或并行操作。
114.如上简要所述，燃料电池组件204可以与电总线326电连通，电总线326可以是燃气涡轮发动机100的电总线、飞行器的电总线、或其组合。现在简要参考图6，提供了根据本公
开的实施例的飞行器400的示意图，飞行器400包括一个或多个燃气涡轮发动机100(标记为100a和100b)，每个发动机都具有集成燃料电池和燃烧器组件200(标记为200a和200b)，以及与一个或多个燃气涡轮发动机100电连通的飞行器电总线326。
115.特别地，对于所描述的示例性实施例，飞行器400被提供为包括机身402、尾翼404、第一机翼406、第二机翼408和推进系统。推进系统大体上包括联接至第一机翼406或与第一机翼406集成的第一燃气涡轮发动机100a和联接至第二机翼408或与第二机翼408集成的第二燃气涡轮发动机100b。然而，将理解的是，在其他实施例中，可以提供任何其他合适数量和/或构造的燃气涡轮发动机100(例如，安装在机身上、安装在尾翼上等)。
116.第一燃气涡轮发动机100a大体上包括第一集成燃料电池和燃烧器组件200a以及第一电机410a。第一集成燃料电池和燃烧器组件200a大体上可以包括第一燃料电池组件。第一电机410a可以是嵌入式电机、偏置电机(例如，能够通过附件齿轮箱或合适的齿轮系与燃气涡轮发动机100一起旋转)等。例如，在某些示例性实施例中，第一电机410a可以是第一燃气涡轮发动机100a的启动器电动机/发电机。
117.类似地，第二燃气涡轮发动机100b大体上包括第二集成燃料电池和燃烧器组件200b以及第二电机410b。第二集成燃料电池和燃烧器组件200b大体上可以包括第二燃料电池组件。第二电机410b也可以是嵌入式电机、偏置电机(例如，能够通过附件齿轮箱或合适的齿轮系与燃气涡轮发动机100一起旋转)等。例如，在某些示例性实施例中，第二电机410b可以是第二燃气涡轮发动机100b的启动器电动机/发电机。
118.在图6的实施例中，飞行器400附加地包括电总线326和监督控制器412。此外，将理解的是，飞行器400和/或推进系统包括各自与电总线326电连通的一个或多个电装置414和电能存储单元416。电装置414可以表示一个或多个飞行器功率负载(例如，航空电子系统、控制系统、电动推进器等)、一个或多个电源(例如，辅助动力单元)等。电能存储单元416可以是例如用于存储电力的电池组等。
119.电总线326进一步电连接到第一电机410a和第一燃料电池组件，以及电连接到第二电机410b和第二燃料电池组件。监督控制器412可以以与图5的控制器240类似的方式构造，或者可以与专用于第一燃气涡轮发动机100a的第一燃气涡轮发动机控制器和专用于第二燃气涡轮发动机100b的第二燃气涡轮发动机控制器操作地通信。
120.以这种方式，将理解的是，监督控制器412可以被构造为接收来自第一燃气涡轮发动机100a的燃气涡轮发动机传感器330a和来自第二燃气涡轮发动机100b的燃气涡轮发动机传感器330b的数据，并且可以进一步被构造为向第一和第二燃气涡轮发动机100a、100b的各种控制元件(诸如阀)发送数据(例如，命令)。
121.此外，将理解的是，对于所描绘的实施例，飞行器400包括一个或多个飞行器传感器418，其被构造为感测指示飞行器400的各种飞行操作的数据，包括例如海拔、环境温度、环境压力、气流速度等。监督控制器412可操作地连接到这些飞行器传感器418，以从这些飞行器传感器418接收数据。
122.除了接收来自传感器330a、330b、418的数据并向控制元件发送数据之外，监督控制器412还被构造为控制通过电总线326的电力流。例如，监督控制器412可以被构造为命令并接收来自一个或多个电机(例如，第一电机410a和第二电机410b)、一个或多个燃料电池组件(例如，第一燃料电池组件和第二燃料电池组件)或两者的期望电力提取，并且向一个
或多个电机(例如，第一电机410a和第二电机410b)、一个或多个燃料电池组件(例如，第一燃料电池组件和第二燃料电池组件)中的另一个或两者提供全部或部分提取的电力。这些动作中的一个或多个动作可以根据下面概述的逻辑来进行。
123.燃烧区的温度是影响来自燃气涡轮燃烧器的污染物排放的重要因素。利用常规燃烧器，燃烧区的温度范围可以如图7中指示的从低功率操作时的1000k到高功率操作时的2500k。
124.图7还显示了在低于约1670k的温度下形成过多的co，而在高于约1900k的温度下产生过量的no
x
。co和no
x
的水平在1670和1900k之间的温度带内分别低于25和15ppmv。下面描述的低排放燃烧器将燃烧区(或多个燃烧区)维持在低排放温度带内，例如，遍及发动机的整个功率范围。
125.仍然参考图7，在图表中示出了相对于燃烧器温度的发动机的一氧化碳(co)排放和氮氧化物(no
x
)排放。特别地，图7的图表在x轴上描绘了燃烧器温度，在第一y轴(在图7中的左侧)上描绘了以百万分率体积(“ppmv”)为单位的co含量，以及在第二y轴(在图7中的右侧)上描绘了以ppmv为单位的no
x
含量。co和no
x
含量可以指燃烧器排气中的co和no
x
含量。如本文所用，燃烧器温度可以指初级温度、整体温度、峰值温度、火焰温度等。
126.如下文进一步详细描述的，燃气涡轮发动机100和/或集成燃料电池和燃烧器组件200被控制，以在燃烧器206中以在低排放的温度范围500(例如，排放范围)内的燃烧器温度操作。低排放的温度范围500由下限502和上限504限定。低于下限502，一氧化碳(co)512增加超过期望阈值。高于上限，氮氧化物(no
x
)514增加超过期望阈值。
127.低于下限502的co 512的形成可以是由于燃烧器206中的燃烧速率不足。例如，燃烧器206中的空气燃料比可能太低或可能没有足够的停留时间。
128.低于下限502的co 512的形成也可以是由于燃料和空气的不充分混合。在此，在燃烧器206的一些区域中，燃料和空气的混合物可能太弱而不能支持燃烧，并且在燃烧器206的其他区域中，燃料和空气的混合物可能导致过富燃烧，从而产生高局部浓度的co 512。
129.低于下限502的co 512的形成也可以是由于燃烧器206中的燃烧完成之前的产物淬灭(quenching)。
130.co 512的形成受到当量比(例如，燃料空气比)的影响，这与火焰温度相关。在图7中，低于下限502，co 512例如由于当量比太高(富)而在较低燃烧器温度下增加。co 512的增加可能是由于与低燃烧温度相关联的缓慢氧化速率。
131.在所描绘的示例性方面中，在高于例如1800开尔文的温度下，通过二氧化碳(co2)的化学解离产生co 512开始变得显著，这增加了co 512的水平。
132.no
x 514的形成可以随着燃烧温度而强烈增加；可以随着燃烧器206的入口空气温度而指数式增加；可以随着燃烧器206的入口压力的平方根而增加；以及可以随着燃烧器206的火焰区中的停留时间增加而增加。
133.然而，将理解的是，图7的图表中提供的值仅作为示例提供，以图示本公开的概念。特定发动机和燃烧器构造的co和no
x
排放的实际值可以取决于此处未描述的各种附加因素。
134.参考图8，提供了控制器240的离线调谐方面的示意图。控制器240的示例性离线调谐方面可以包括确定多组燃料电池操作条件524。例如，如图9中的表格中所示，确定的每组
limit)。
146.系数“a”和“b”可用于加权第一项和第二项的相对成本。例如，可以将系数“a”设定为1，并且可以将系数“b”设定为大的正数(例如，b＝1000的值)。这里，“b”的大值会导致任何违反排放规定限制(e-limit)的高成本惩罚。
147.发动机或系统模拟器，诸如计算流体动力学(cfd)模拟器532或试验台，可用于使仿真飞行条件522和燃料电池操作条件524与目标函数530的项相关。仿真飞行条件522和燃料电池操作条件524可以通过固体氧化物燃料电池(sofc)模型、发动机模型、限制控制逻辑、优先逻辑、其组合等与目标函数530的项相关。例如，模拟器532可以包括下面更详细描述的模型或逻辑。
148.例如，推力可以从燃烧器功率来确定；燃烧器功率可以从主燃料和燃料电池的质量流率以及主燃料和燃料电池的低热值来确定；并且燃料电池的低热值可以基于从燃料电池汲取的电力、氢转化率、燃料利用率、燃料电池的温度来确定。
149.燃烧器功率(pcomb)可以表示为：
150.pcomb＝w36*lhv_36+wfc*lhv_fc
151.其中w36是通过主入口进入燃烧器的主燃料的质量流率(例如，图5中通过第三燃料输送管线150c到燃烧器的燃料的质量流率)，lhv_36是主燃料的低热值，wfc是通过燃料电池堆294的质量流率(在下文进一步限定)，以及lhv_fc是燃料电池堆294的低热值(在下文进一步限定)。
152.通过燃料电池堆294的质量流率(wfc)可以表示为：
153.wfc＝wa_fc+wf_fc
154.其中wa_fc是空气流率(例如，来自空气处理单元306)，以及wf_fc是燃料流率(例如，来自燃料处理单元304)。
155.燃料电池的低热值(lhv_fc)可以是多个燃料电池操作条件524的函数，并且更具体地，可以表示为：
156.lhv_fc＝f(pelec,cpo
x
(h2),uf,t_fc)
157.其中pelec是从燃料电池汲取的电力，cpo
x
(h2)是氢转化率(例如，通过燃料重整器或燃料处理单元304将燃料转化为富氢燃料)，uf是燃料利用率(例如，燃料电池中消耗了多少氢，反映了氢的反应速率，例如进入燃料电池的每燃料的电流)，以及t_fc是燃料电池的温度(例如，进入燃烧器的排气温度)。
158.从燃料电池汲取的电力可以表示为：
159.pelec＝n*v*i
160.其中n是电池的数量，v是电压，以及i是电流。这里，由燃料电池生成的电力可以通过汲取附加电流来增加(例如，为电池或电容器充电以备后用)。
161.因为仿真飞行条件522和燃料电池操作条件524经由模拟器532与目标函数530的项相关，所以模拟器532被构造为基于飞行条件522的值和燃料电池操作条件524的值来确定目标函数530的项的值。例如，模拟器532确定仿真飞行条件522和燃料电池操作条件524如何影响燃气涡轮发动机100的性能和排放。
162.因为对于不同的仿真飞行条件522(例如，表示各种飞行模式)和各种可能的目标函数530(例如，其可以在发动机100的操作期间被手动选择)存在有各种值，所以确定表示
多个燃料电池操作条件524的不同组值。例如，参考图9的表格，显示有“n”组飞行条件522(例如，根据各种飞行模式)和每组飞行条件522的“m”个目标函数530。因此，存在有确定的“m
×
n”组燃料电池操作条件524，一组燃料电池操作条件用于一组飞行条件522和目标函数530的不同组合中的每一个。
163.为了确定每组燃料电池操作条件524的值，从“m”个目标函数530中选择目标函数530，并且从“n”组飞行条件522中选择飞行条件522的值。
164.燃料电池操作条件524的值可以从燃料电池操作条件524的各种组值中重复选择，例如，燃料电池操作条件524的各种组值覆盖了集成燃料电池和燃烧器组件200和/或燃料电池堆232、234的可能的操作条件的范围(并且在某些情况下，还覆盖了诸如可变几何结构和燃烧器当量比的操作条件)。
165.可以根据约束条件来确定可能的操作条件的范围，该约束条件包括氢转化率(cpo
x
(h2))的增加、燃料利用率(uf)的增加以及燃料电池的温度(t_fc)的增加，即，从燃料电池汲取的电流或电力(pelec)增加，来自燃烧器206的下游端处的燃料电池的燃料相对于燃烧器206的上游端处的燃料增加，以及燃料电池的温度(t_fc)降低。
166.附加地或替代地，燃料电池操作条件524的值可以被迭代地确定。
167.如图8中所示，燃料电池操作条件524的第一组值和飞行条件522的一组所选值(例如，选自“n”组飞行条件522中的一组飞行条件)在模拟器532中被组合，以确定所选目标函数530(例如，选自“m”个目标函数530中的一个目标函数)的项的值(和第一总体值)。
168.反馈回路534表示对于燃料电池操作条件524的多组值(例如，第二、第三、等)重复该步骤，从而导致所选目标函数530(例如，第二、第三、等)的多个总体值。
169.所选目标函数530的一个值(例如，第二)被确定为最佳值、优选值、最优值等。例如，可以期望的是，取决于目标函数530的项来使目标函数530的值最小化或最大化。在一些情况下，所选目标函数530的一个值可以是高于或低于目标函数530的阈值的值。
170.然后，与所选目标函数530的一个所选值(例如，第二)对应的燃料电池操作条件524的一组值(例如，第二)被存储在图9的表格中(例如，用于在线或飞行中使用)。在表中(例如，在图9的一行中)，燃料电池操作条件524的一组所选值与选自“m”个目标函数530的关联目标函数530和选自“n”组飞行条件522的飞行条件522的关联值相关联。
171.对于“m”个目标函数530中的一个目标函数和“n”组飞行条件522中的一组飞行条件的每个组合，重复上述步骤，导致“n
×
m”组燃料电池操作条件524。多组燃料电池操作条件524与“m”个目标函数530中的一个关联目标函数和“n”组飞行条件522中的一组关联飞行条件一起存储在图9的表格中。
172.图9的结果表是用于不同仿真飞行条件522和不同(例如，用户可构造或可选择的)目标函数530的一组最优的、优选的燃料电池操作条件524等。在图9的表格中，每一行表示在一组给定飞行条件522处并且用于一个特定目标函数530的一组最优的、优选的、最佳的燃料电池操作条件524等。
173.在图9的表格中，n1、n2、n3可以各自表示一组飞行条件522。例如，n1、n2、n3可以表示与飞行模式(诸如起飞、巡航、下降、地面怠速、飞行怠速等)相关联的一组飞行条件。对于目标函数530，m1、m2、m3可以各自表示目标函数530，诸如推力和排放、tsfc和排放、功率和排放等。列x1-x7中的每一列可以表示一组燃料电池操作条件524中的燃料电池操作条件。
燃料电池操作条件524可以包括h2转化率、sofc排气温度、sofc燃料利用率、sofc电流、迟贫喷射以及其他发动机操作条件，诸如可变几何结构和燃烧器当量比。
174.图9的表格的数据可用于训练在实时控制中使用的调谐模型。调谐模型可以包括神经网络模型、机器学习模型、基于内核的模型、模糊逻辑、深度学习模型、其组合等。
175.如本文所用，术语“机器学习模型”是指一个或多个数学模型，其被构造为在数据中寻找模式并将确定的模式应用于新数据集以形成预测。取决于要解决的问题的性质以及数据类型和数据量，实施不同方法(也称为机器学习类别)。机器学习模型的类别包括例如监督学习、无监督学习、强化学习、深度学习或其组合。
176.监督学习利用目标或结果变量，诸如要从一组给定预测量(也称为自变量)预测到的因变量。这些变量集用于生成将标记输入映射到期望输出的函数。训练过程是迭代的，并且一直持续到模型在训练数据上实现期望的准确度。归类为监督学习算法和模型的机器学习模型包括例如神经网络、回归、决策树、随机森林、k最近邻法(knn)、逻辑回归等。
177.与监督学习不同，无监督学习是不使用标记数据的学习算法，从而使其从输入中确定结构。换句话说，无监督学习的目的是通过诸如聚类之类的方法找到数据中的隐藏模式。无监督学习的一些示例包括apriori算法或k均值。强化学习是指经过训练以做出特定决策的机器学习模型。机器学习模型暴露在其不断地使用试错来训练自己的环境中。这种模型从过去的经验中学习，并试图掌握最好的可能知识来做出准确的业务决策。强化学习的示例包括markov决策过程。
178.深度学习是一种机器学习方法，其在连续层中结合神经网络，以迭代方式从数据中学习。深度学习可以从非结构化数据中学习模式。深度学习算法重复执行任务，并通过实现渐进式学习的深度层来逐步改善结果。深度学习可以包括监督学习或无监督学习方面。一些深度学习机器学习模型例如是人工神经网络(ann)、卷积神经网络(cnn)、循环神经网络(rnn)、长短期记忆/门控循环单元(gru)、自组织映射(som)、自动编码器(ae)和受限玻尔兹曼机(rbm)。
179.机器学习模型被理解为意指具有至少一个非线性运算(例如，在神经网络的情况下，非线性激活层)的任何种类的数学模型。经由使与模型本身分离的一个或多个损失函数最小化(例如，使交叉熵损失或负对数似然最小化)，来训练或优化机器学习模型。训练或优化过程旨在优化模型，以重现已知结果(低偏差)，以及使模型能够从看不见的经验中做出准确的预测(低方差)。模型的输出可以是与任务相关的各种事物，诸如预测值、分类、序列等。在本实施例中，输出可以是间隙值和/或与预测的间隙值相关联的置信水平。
180.然而，应当理解，神经网络模型的使用仅仅是机器学习模型的一个示例，该机器学习模型被训练以基于飞行条件522和目标函数530来预测一组燃料电池操作条件524。系统包括实施在本文中称为排放调谐模型540的神经网络模型，以基于实时飞行条件542(其包括来自飞行器的一个或多个传感器的信号)和用户选择的目标函数530来预测燃料电池操作条件524。
181.例如，排放调谐模型540可以使用图9的表格的每一行数据来被训练，其中仿真飞行条件522和目标函数530作为模型输入，并且燃料电池操作条件524(包括任何可变发动机操作条件，诸如作为燃料电池操作条件524的一部分确定的可变几何结构或燃烧器当量比)作为输出。在训练模式中，图9的表格的数据提供了模拟飞行数据，用于向排放调谐模型540
提供操作条件和模拟传感器读数。
182.排放调谐模型540可以使用监督或无监督方法来被训练，可选地，用反馈回路来调谐排放调谐模型540的节点的权重，从而在实际操作条件下(例如，使用真实或实时飞行条件542)，实现燃料电池操作条件524的准确预测。
183.现在参考图10，示出了控制器240对图9的表格的实时应用(例如，基于图9的表格的数据来训练排放调谐模型540)。在实时飞行操作中，控制器240确定实时或真实飞行条件542和用户选择的目标函数530。控制器240可以确定真实飞行条件542的值(例如，从传感器)。
184.排放调谐模型540可以将真实飞行条件542和所选目标函数530的值与一组燃料电池操作条件524匹配。例如，排放调谐模型540可以是上述在图9的表格的数据上被训练的调谐模型。因此，排放调谐模型540可以识别一组燃料电池操作条件524，其中真实飞行条件542的值跟与所识别的一组燃料电池操作条件524相关联的仿真飞行条件522的值最相似(例如，图9的表格的相同行)，并且其中用户选择的目标函数530是与所识别的一组燃料电池操作条件524相关联的目标函数530(例如，图9的表格的相同行)。
185.燃料电池操作条件524可以是排放调谐模型540的输出，其中用户选择的目标函数530被输入到调谐模型，并且真实飞行条件542代替仿真飞行条件522作为调谐模型的输入。
186.例如，如果真实飞行条件542的值匹配第一组仿真飞行条件522(例如，包括低于下限502的燃烧器温度)的值，则确定与第一组仿真飞行条件522相关联的第一组操作条件524。
187.如果真实飞行条件542的值匹配第二组仿真飞行条件522(例如，包括高于上限504的燃烧器温度)，则确定与第二组仿真飞行条件522相关联的第二组操作条件524。
188.控制器240可以根据燃料电池操作条件524来控制燃料电池操作参数544(例如，以实现燃料电池操作条件524)。燃料电池操作参数544可以包括燃气涡轮发动机100、燃料输送系统146以及燃料电池和燃烧器组件200的参数。
189.例如，燃料电池操作参数544可以包括空气处理单元306、燃料处理单元304、电力转换器324、阀235a、235b或其组合的操作参数。
190.附加地或替代地，燃料电池操作参数544可以包括到空气处理单元306、燃料电池堆294或两者的空气流率；到燃料处理单元304、燃料电池堆294或两者的燃料流率；空气处理单元306周围的气流的旁通比；到空气处理单元306的燃料流率；提供给燃料电池组件204的气流的温度、压力或两者；提供给燃烧室228的燃料电池组件204的输出产物的成分；燃料电池组件204的两个或更多个燃料电池堆(例如，第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234；参见图2)之间的这些参数中的一个或多个参数的比率；这些参数中的两个或更多个参数的组合；等等。
191.例如，为了实现一组燃料电池操作条件524，控制器240可以控制空气处理单元306来设定燃料电池温度(t_fc)，可以控制重整器或燃料处理单元304以设定氢转化率(cpo
x
(h2))和燃料利用率(uf)，可以控制电力转换器324以设定从燃料电池堆294汲取的电流(i)和燃料利用率(uf)。燃料利用率可以由从燃料电池堆294汲取的电流量相对于进入燃料电池堆294的燃料量来表示。附加地或替代地，可以控制任何其他合适的阀等，以影响上述燃料电池操作条件524。
192.此外，控制器240可以控制阀235a、235b的设定，以控制将燃料流分配到燃料电池堆234a、234b并进入燃烧器206。控制器240可以另外相对于彼此控制两个或更多个燃料电池堆(例如，第一燃料电池堆232和第二燃料电池堆234；参见图2)的参数，作为控制燃料电池操作参数的一部分。如上所述，燃料电池堆234a、234b可以沿燃烧室228的长度布置，使得控制器240可以控制沿燃烧室的长度喷射的输出产物的方面。
193.在一些实施例中，可以使用真实飞行条件542的值代替仿真飞行条件522来改进调谐模型，或者除了仿真飞行条件522之外，还使用真实飞行条件542的值来改进调谐模型。这里，可以使用真实飞行条件542的值代替图8的方法中的仿真飞行条件522来调谐、扩充或更新调谐模型和/或图9的表格。
194.例如，如果一组操作条件524和真实飞行条件542的新值确定了目标函数530的值，该目标函数530的值相对于由一组操作条件524的先前值(例如，用仿真飞行条件522确定)和真实飞行条件542的值所确定的目标函数530的值被改进(例如，取决于目标函数是要最小化还是最大化)，则图9的表格和/或调谐模型可以被更新。
195.可以通过飞行器系统(例如，控制器240)实时进行调谐，可以通过与飞行器分离的计算装置或控制器远程实时进行调谐，可以通过飞行器系统或远程计算装置离线进行调谐，其组合等。
196.参考图11，根据示例性方法600的第一步骤610，控制器240接收指示飞行条件522的数据。对于至少某些示例性方面，指示飞行条件522的数据包括指示推力需求(其可以包括风扇速度需求)的数据和指示燃烧器206的温度的数据。指示燃烧器206的温度的数据可以包括当前温度、响应于燃烧器功率变化的预测温度、响应于燃烧器功率变化的温度的预测变化率或移动方向、其组合等。
197.根据第二步骤620，控制器240基于飞行条件522确定一组燃料电池操作条件524。
198.控制器240确定第一组燃料电池操作条件524，其中飞行条件522包括正在接近(例如，方向或变化率)或已经越过下限502的燃烧器206的温度或预测温度。
199.第一组燃料电池操作条件524可以包括较高的燃料电池温度(t_fc)、较高的cpo
x
氢转化率(cpo
x
(h2))和较高的燃料利用率(uf)。
200.替代地，控制器240确定第二组燃料电池操作条件524，其中飞行条件522包括正在接近(例如，方向或变化率)或已经越过上限504的燃烧器206的温度或预测温度。
201.第二组燃料电池操作条件524可以包括增加从燃料电池堆294汲取的电流(i)、降低燃料电池排气温度、将来自燃料电池堆294的燃烧气体266朝向燃烧器206的出口喷射(例如，迟贫)。
202.根据第三步骤630，控制器240响应于确定第一组燃料电池操作条件524，控制器240控制燃料电池操作参数544，以实现第一组燃料电池操作条件524。
203.例如，控制器240控制空气处理单元306以增加燃料电池的温度(t_fc)，控制燃料处理单元304以增加氢转化率(cpo
x
(h2))的量，增加燃料电池堆294的燃料利用率(uf)，并控制阀151c以减少到燃烧器206的直接燃料量。因为燃料利用率(uf)反映了相对于进入燃料电池堆294的燃料量的电流量(i)，所以控制器240可以控制第一电力转换器324以增加从燃料电池汲取的电流。
204.第一组燃料电池操作条件524增加了燃烧器206的温度，以将燃烧器206的温度移
向或移入温度范围500，同时有助于或满足推力需求或目标函数530的另一项。
205.空气处理单元306处增加的温度增加了流入燃烧器206的燃料电池排气266的温度。来自燃料电池堆294的富氢燃料增加了温度(例如，增加当量比升高了燃烧火焰温度，这加速了氧化速率，从而co排放下降)和在燃烧器206中燃烧的燃料的效率。由于燃料利用率增加，因此更多的氢在燃料电池堆294中被消耗(例如，转化为电)，并且来自燃料电池堆294的较少的燃料排放到燃烧器206中，允许增加效率。
206.从燃料电池堆294进入燃烧器206的排气266的温度增加、来自燃料电池堆294的富氢燃料、以及来自燃料电池堆294的燃料量减少的组合增加了燃烧器206的温度和燃烧器206中的燃料燃烧效率。燃烧器206在较高温度下使较少量的富氢燃料更有效地燃烧，从而提高了燃烧器206的温度，这进一步改善了燃烧器206的效率。
207.替代地，根据第四步骤640，响应于确定第二组燃料电池操作条件524，控制器240控制燃料电池操作参数544，以实现第二组燃料电池操作条件524。
208.控制器240控制第一电力转换器324以增加从燃料电池堆294汲取的电流(i)，控制空气处理单元306以降低燃料电池的温度(t_fc)，并控制阀235a、235b以朝向燃烧器206的出口喷射燃烧气体266。
209.第二组燃料电池操作条件524降低了燃烧器206的温度，以将燃烧器206的温度移向或移入温度范围500，同时有助于或满足推力需求或目标函数530的另一项。
210.由于由第一电力转换器324汲取的电流(i)增加，因此更多的氢在燃料电池中被消耗(例如，转化为电)，并且更少的燃料从燃料电池排放到燃烧器中。因此，燃料电池将较少的可燃气体提供到燃烧器中，这用作蒸发器以减少no
x
。较少可燃气体的流可以称为高纯度流。高纯度流淬灭了no
x
反应。no
x
随水或蒸汽喷射的增加或比湿度的增加而指数式下降。
211.由于空气处理单元306使燃料电池温度(t_fc)降低，因此no
x
减少。因为no
x
随空气入口温度(例如，燃料电池排气温度)而增加，所以降低燃料电池排气温度也会减少no
x
。
212.朝向燃烧器206的出口喷射燃烧气体266(迟贫)减少了燃烧气体266的停留时间，并因此降低了no
x
。
213.该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
214.进一步的方面由以下条款的主题提供：
215.一种控制器，包括：存储器以及一个或多个处理器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述控制器进行操作，所述操作包括：接收一组实时飞行条件；接收用户选择的目标函数，其中所述用户选择的目标函数是多个目标函数中的一个目标函数；和基于所述一组实时飞行条件和所述用户选择的目标函数，利用排放调谐模型，确定多组燃料电池操作条件中的一组燃料电池操作条件，其中所述控制器被构造为根据所述多组燃料电池操作条件中的所确定的一组燃料电池操作条件来控制燃料电池组件操作参数。
216.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，所述多组燃料电池操作条件中的每
组燃料电池操作条件与多组仿真飞行条件中的一组仿真飞行条件和所述多个目标函数中的一个目标函数相关联。
217.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述多组仿真飞行条件包括历史值和建模值中的至少一个。
218.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述排放调谐模型是在所述多组燃料电池操作条件、所述多组仿真飞行条件和所述多个目标函数上被训练的模型。
219.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述调谐模型是神经网络模型、机器学习模型、基于内核的模型、模糊逻辑和深度学习模型中的一个。
220.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述多组燃料电池操作条件中的每组燃料电池操作条件被确定为与所述多组仿真飞行条件中的一组仿真飞行条件一起为所述多个目标函数中的一个目标函数提供优选值的一组燃料电池操作条件。
221.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述多组燃料电池操作条件被离线确定。
222.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述用户选择的目标函数包括对应于排放的第一项。
223.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述用户选择的目标函数包括对应于性能的第二项。
224.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述第一项和所述第二项中的至少一个被加权。
225.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中多组燃料电池操作条件中的所述一组燃料电池操作条件对应于以下中的至少一个：燃料电池堆的温度、氢转化率、燃料利用率、从所述燃料电池堆汲取的电流、来自所述燃料电池堆的排气温度、和在轴向方向上用于将来自所述燃料电池堆的输出产物喷射到燃烧器的位置。
226.根据这些条款中的一项或多项所述的控制器，其中所述燃料电池组件操作参数与燃料电池组件相关联。
227.一种方法，包括：选择多个仿真飞行条件中的一个仿真飞行条件；选择多个目标函数中的一个目标函数；确定多组燃料电池操作条件中的一组燃料电池操作条件，其中所述多组燃料电池操作条件中的所述一组燃料电池操作条件被确定为与所述多组仿真飞行条件中的所述一组仿真飞行条件一起为所述多个目标函数中的所述一个目标函数提供优选值的一组燃料电池操作条件；和基于所述多个仿真飞行条件、所述多个目标函数和所述多组燃料电池操作条件，生成排放调谐模型。
228.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，包括：接收一组实时飞行条件；接收用户选择的目标函数，其中所述用户选择的目标函数是多个目标函数中的一个目标函数；基于所述一组实时飞行条件和所述用户选择的目标函数，利用所述排放调谐模型，选择所述多组燃料电池操作条件中的一组燃料电池操作条件；和根据所述多组燃料电池操作条件中的所选择的一组燃料电池操作条件，控制燃料电池组件操作参数。
229.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中所述多组燃料电池操作条件中的每组燃料电池操作条件与所述多组仿真飞行条件中的一组仿真飞行条件和所述多个目标函数中的一个目标函数相关联。
230.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中所述多组仿真飞行条件包括历史值和建模值中的至少一个。
231.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中所述排放调谐模型是在所述多组燃料电池操作条件、所述多组仿真飞行条件和所述多个目标函数上被训练的模型。
232.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中所述多组燃料电池操作条件被离线确定。
233.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中多个目标函数中的所述一个目标函数包括对应于排放的第一项。
234.根据这些条款中的一项或多项所述的方法，其中所述多组燃料电池操作条件中的所述一组燃料电池操作条件对应于以下中的至少一个：燃料电池堆的温度、氢转化率、燃料利用率、从所述燃料电池堆汲取的电流、来自所述燃料电池堆的排气温度、和在轴向方向上用于将来自所述燃料电池堆的输出产物喷射到燃烧器的位置。

技术特征：
1.一种控制器，其特征在于，包括：存储器以及一个或多个处理器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述控制器进行操作，所述操作包括：接收一组实时飞行条件；接收用户选择的目标函数，其中所述用户选择的目标函数是多个目标函数中的一个目标函数；和基于所述一组实时飞行条件和所述用户选择的目标函数，利用排放调谐模型，确定多组燃料电池操作条件中的一组燃料电池操作条件，其中所述控制器被构造为根据所述多组燃料电池操作条件中的所确定的一组燃料电池操作条件来控制燃料电池组件操作参数。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述多组燃料电池操作条件中的每组燃料电池操作条件与多组仿真飞行条件中的一组仿真飞行条件和所述多个目标函数中的一个目标函数相关联。3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，其中所述多组仿真飞行条件包括历史值和建模值中的至少一个。4.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，其中所述排放调谐模型是在所述多组燃料电池操作条件、所述多组仿真飞行条件和所述多个目标函数上被训练的模型。5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，其中所述调谐模型是神经网络模型、机器学习模型、基于内核的模型、模糊逻辑和深度学习模型中的一个。6.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，其中所述多组燃料电池操作条件中的每组燃料电池操作条件被确定为与所述多组仿真飞行条件中的一组仿真飞行条件一起为所述多个目标函数中的一个目标函数提供优选值的一组燃料电池操作条件。7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，其中所述多组燃料电池操作条件被离线确定。8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，其中所述用户选择的目标函数包括对应于排放的第一项。9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，其中所述用户选择的目标函数包括对应于性能的第二项。10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，其中所述第一项和所述第二项中的至少一个被加权。

技术总结
被构造为接收一组实时飞行条件和用户选择的目标函数的系统和方法。用户选择的目标函数是多个目标函数中的一个目标函数。该系统和方法基于一组实时飞行条件和用户选择的目标函数，利用排放调谐模型，确定多组燃料电池操作条件中的一组燃料电池操作条件。该系统和方法被构造为根据多组燃料电池操作条件中的所确定的一组燃料电池操作条件来控制燃料电池组件操作参数。组件操作参数。组件操作参数。


技术研发人员：王宏刚 迈克尔
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/7/11