集成燃料电池和燃烧器组件

技术领域

本公开大体涉及发电系统，例如燃料电池和燃气涡轮发动机。特别地，本公开涉及具有燃烧系统和燃料电池的燃气涡轮发动机。

背景技术

发动机的燃料效率在发动机的选择和操作中可以是重要的考虑因素。例如，飞行器中的燃气涡轮发动机的燃料效率可能是影响飞行器行进距离的重要(和限制)因素。当前飞行器喷气发动机通常主要提供机械动力和少量发电，该机械动力使用安装在风扇的轴来转换为推进力。然而，除了燃气涡轮发动机之外，一些飞行器推进系统可以包括燃料电池。这些燃料电池可以位于燃气涡轮发动机的燃烧器的上游和燃气涡轮发动机的压缩机的下游。压缩机输出的压缩空气沿发动机的长度流动并进入燃料电池中。该空气的一部分被燃料电池消耗以生成电能，该电能可用于操作与燃气涡轮发动机的操作相关联的电气装置。其余空气可以流过燃料电池或围绕燃料电池流动并进入燃烧器中。然后，该空气与燃料混合并在发动机的燃烧器中燃烧，从而生成高速离开发动机的燃烧产物并生成推力。

附图说明

前述以及其他特征和优点将从以下更具体的对各种实施例的描述中变得显而易见，如附图中所示，其中相似的附图标记通常指示相同、功能类似和/或结构类似的元件。

图1示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件的实施例的示意图。

图2示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件的示意图。

图3示出了根据本公开的实施例的沿图2的线3-3截取的集成燃料电池和燃烧器组件的燃料电池的示意横截面视图。

图4示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件的燃料电池的示意图。

图5示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件在稳态条件下的示意图。

图6示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件在瞬态条件下的示意图。

图7示出了根据本公开的另一个实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件在瞬态条件下的示意图。

图8示出了根据本公开的又一个实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件在瞬态条件下的示意图。

图9示出了根据本公开的实施例的操作集成燃料电池和燃烧器组件的方法的示意流程图。

具体实施方式

本公开的特征、优点和实施例通过考虑以下详细描述、附图和权利要求来阐述或显而易见。此外，应当理解，以下详细描述是示例性的并且旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。

下面详细讨论各种实施例。尽管讨论了特定实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和构造。

现在将详细参考所公开主题的当前实施例，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所公开主题的相似或类似部分。如本文所用，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“示例性”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“燃料电池堆”和“多个燃料电池”以及“多电池”和“多燃料电池”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“燃料重整器”和“催化部分氧化转换器”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“LP压缩机”以及“LPC”和“低压压缩机”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“HP压缩机”以及“HPC”和“高压压缩机”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“LP涡轮”以及“LPT”和“低压涡轮”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“HP涡轮”以及“HPT”和“高压涡轮”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“SOFC”和“固体氧化物燃料电池”以及“燃料电池”可以互换使用，以将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。

进一步，如本文所用，术语“止回阀”或“单向止回阀”是通常允许流体(液体或气体)仅在一个方向上流过其的阀。止回阀自动工作，不需要任何控制器。术语“控制阀”或“阀”可以互换使用，并且是用于通过根据来自控制器的信号的指示改变流动通道的尺寸来控制流体流的阀。控制阀可以包括其中阀位置可以从“完全关闭”到“完全打开”的节流阀，或“完全打开”或“完全关闭”的电磁阀。

燃气涡轮发动机(例如用于为飞行器提供动力或用于工业应用的那些燃气涡轮发动机)通常包括围绕中心发动机轴线设置的压缩机、燃烧器和涡轮，其中压缩机轴向设置在燃烧器的上游，并且涡轮轴向设置在燃烧器的下游。在稳态操作条件下，压缩机对空气供应加压，燃烧器在加压空气存在的情况下燃烧碳氢化合物燃料，并且涡轮从产生的燃烧气体中提取能量，这个循环继续进行，直到循环达到故意停止。

在瞬态事件的情况下，例如当燃气涡轮发动机中发生熄火时，燃烧器内的燃烧反应被无意或意外地熄灭，从而使燃气涡轮发动机的操作瞬间停止。燃气涡轮发动机中的熄火可能由多种原因(包括压力变化、压缩机失速、环境空气中的氧气不足(例如，在高海拔地区)、恶劣的天气条件、异物损坏(FOD)和诸如此类的其他事件)引起。燃烧器瞬态事件是重要事件，需要紧急处理，以便燃烧器可以重新点燃并且燃烧反应可以恢复，从而恢复燃气涡轮发动机的操作。

在混合飞行器系统的背景下，燃料电池与燃气涡轮发动机集成以提高系统效率并减少排放。燃料电池通过跨离子导电层电化学结合燃料和氧化剂来产生电力。该离子导电层(也称为燃料电池的电解质)可以是液体或固体。在实践中，燃料电池以电气串联的形式聚集在燃料电池组件中，以在有用的电压或电流下产生功率。

燃料电池的部件包括电解质和两个电极。产生电力的反应通常发生在电极处，在那里设置了催化剂以加速反应。电极可以被构造为沟道、多孔层等，以增加发生化学反应的表面面积。电解质将带电粒子从一个电极携带到另一个电极，并且在其他方面对燃料和氧化剂基本上是不可渗透的。常见的燃料电池类型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)，它们通常都以其各自的电解质命名。

可以提供集成燃料电池和燃烧器系统架构以在瞬态事件期间维持SOFC子系统的连续操作，并保护SOFC材料免受损坏(以便燃料电池保持在健康的包络中从而实现化学和机械完整性)。SOFC操作需要受控的进气和吸入燃料流，并且发动机系统构造通常依赖来自高压压缩机(HPC)的出口空气来获取进气。然而，熄火或类似的瞬态事件会导致进气突然流失，从而导致SOFC子系统出现故障。在上述瞬态事件期间，需要稳健可靠的系统架构来保护SOFC子系统。

作为集成燃料电池和燃烧器系统架构的一部分，容错控制器可以监测和控制自立式空气供应系统，该自立式空气供应系统提供在瞬态时间期间仍然可用的空气供应中的一个，并利用可用的空气供应在瞬态事件期间维持SOFC子系统。进一步，可从持续燃料电池获得的冗余功率可以被用来为燃烧器的重新点火以及燃气涡轮发动机脱离瞬态事件的恢复和过渡提供动力。

图1示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机102中使用的集成燃料电池和燃烧器组件100的实施例的示意图。燃气涡轮发动机102包括一个或多个压缩机104，其接收入口空气并经由一级或多级旋转叶片压缩该空气。压缩空气被引导到燃料电池和燃烧器组件100中。

燃烧器组件100包括燃烧器106，燃烧器106沿燃烧器的一些长度或燃烧器106的全部长度被燃料电池堆108周向围绕。燃料电池堆108包括布置成将来自压缩机104的燃料和压缩空气转换成电能的多个燃料电池。燃料电池堆108可以集成到燃烧器106的外部分，使得燃料电池堆108是燃烧器106的一部分并且位于燃烧器106的径向外侧(例如，相对于燃烧器106的轴线110)。燃气涡轮发动机102包括可以与轴线110重合或可以不与轴线110重合的中心轴线116。

离开压缩机104的一些压缩空气在朝向燃烧器106的轴线110的径向向内方向上被引导通过燃料电池堆108中的燃料电池。来自压缩机104的一些剩余量压缩空气或所有剩余量压缩空气在沿燃烧器106的轴线110或平行于燃烧器106的轴线110的方向上被引导到燃烧器106中。

燃料电池堆108中的燃料电池接收来自指定燃料歧管(例如，图2中的200)的燃料和来自压缩机104的空气，并将燃料和空气转换为电能。燃烧器106被构造为燃烧部分氧化的燃料和来自燃料空气排气、来自压缩机104的附加空气和/或来自一个或多个燃料注入器的附加燃料。来自燃烧的燃料和空气混合物的排气然后被引导到涡轮112中，涡轮112将排气转换成可用于经由轴115为一个或多个负载114(例如用于推进运载器(例如飞行器)的风扇、发电机等)提供动力的旋转能量。

图2示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件的示意图。燃料电池堆108包括沿燃烧器106的周边位于不同位置的若干燃料歧管200。燃料电池堆108沿燃烧器106的长度直接邻接燃烧器106。燃料电池堆108可以形成燃烧器106的外衬或燃烧器106的边界。进一步，燃料电池堆108可以与燃烧器106一体形成。一体式布置减少或消除了对将燃料电池堆108与燃烧器106流体联接的附加管道的需要。

燃烧器106包括与压缩机104、涡轮112和燃料电池堆108流体联接的燃烧室202。燃烧室202接收来自燃料电池堆108的未用完的燃料和空气，以及来自压缩机104的补充燃料和空气。该补充燃料和空气不穿过燃料电池堆108中的任何燃料电池或不流过燃料电池堆108中的任何燃料电池，并且可以在沿轴线110或平行于轴线110的方向上流入燃烧室202。

图3示出了根据本公开的实施例的沿图2的线3-3截取的集成燃料电池和燃烧器组件100的多个燃料电池300的横截面视图。如图所示，燃料电池堆108通过围绕轴线110完全环绕燃烧室202而围绕燃烧器106的燃烧室202周向延伸。燃料电池300形成为燃料电池堆108的一部分。在图3中可见的燃料电池300可以是单环燃料电池300，其中燃料电池300轴向堆叠在一起以形成燃料电池堆108。在另一个实例中，可以将多个附加环燃料电池300放置在彼此的顶部上，以形成沿轴线110伸长的燃料电池堆108。

燃料电池堆108中的燃料电池300定位成接收来自压缩机104的排放空气302和来自燃料歧管200的燃料304。燃料电池300使用该空气302和至少一些该燃料304来生成电流，并且将部分氧化的燃料306和空气308的未使用部分朝向轴线110径向引导到燃烧器106的燃烧室202中。燃烧器106在燃烧室202中将部分氧化的燃料306和空气308燃烧成一种或多种气态燃烧产物(例如排气)，其被引导到下游涡轮112中并驱动下游涡轮112。

图4示出了在燃气涡轮发动机系统(例如，图1的燃气涡轮发动机102)中使用的集成燃料电池和燃烧器系统400中使用的燃料电池的示意图，这在例如US 2020/0194799 A1中进一步描述，其通过引用整体并入本文。燃烧器系统400包括壳体410，壳体410具有燃烧出口侧412和与燃烧出口侧412相对的侧416、燃料和空气入口侧422以及与燃料和空气入口侧422相对的侧424、以及侧414，415。侧414和侧416在图4的立体视图中不可见。

燃烧出口侧412包括若干燃烧出口480，燃烧气体488从燃烧出口480被引导出壳体410。如本文所述，燃烧气体488可以使用未被壳体410内的燃料电池堆中的燃料电池消耗的燃料和空气来产生。该燃烧气体488可用于生成运载器(例如有人驾驶飞行器或无人驾驶飞行器)的推进力或运载器的推力。

燃料和空气入口侧422包括一个或多个入口450和一个或多个入口460。可选地，入口450、460中的一个或多个可以位于壳体410的另一侧。入口450与燃料电池的燃料源(例如含氢气体的一个或多个加压容器和/或如下文进一步描述的催化部分氧化转换器)流体联接。入口460与燃料电池的空气源(例如从设置有燃气涡轮发动机的压缩机和/或如下文进一步描述的预燃器系统排放的空气)流体联接。入口450、460分别接收来自外部燃料源和空气源的燃料和空气，并且分别将燃料和空气引导到燃料电池中。

在一个实施例中，系统400可以由从端部422到端部424并排堆叠的一百个燃料电池形成。或者，系统400可以包括更少或更多并排堆叠的燃料电池。根据一个实施例，系统400可以是8厘米高、2.5厘米宽和24厘米长。或者，系统400可以比这些示例尺寸更高或更短、更宽或更窄、和/或更长或更短。

图5示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件500在稳态条件下的示意图。如图5所示，燃气涡轮发动机组件500包括燃气涡轮发动机510。燃气涡轮发动机510包括风扇512、压缩机514(低压压缩机或LPC)和/或516(高压压缩机或HPC)、设置在压缩机514和/或516的下游和在燃烧器522的上游和/或集成在燃烧器522的衬套区域内的燃料电池堆550、以及设置在燃烧器522下游的涡轮524(低压涡轮或LPT)和/或526(高压涡轮或HPT)。

环境空气508由风扇512吹入，由压缩机514(低压压缩机或LPC)、压缩机516(高压压缩机或HPC)加压，并在进入燃烧器522之前与燃料混合。燃气涡轮发动机组件500进一步包括LP引气流513和相关联的LP引气止回阀511、HP引气流515和相关联的HP引气止回阀518、HP出口空气流517和相关联的HP出口空气控制阀519、空气流523和相关联的环境空气控制阀521。可以有与LP引气流513相关联的LP引气控制阀(未示出)，以及与HP引气流515相关联的HP引气控制阀(未示出)。空气流523可以来自：来自第二燃气涡轮发动机的交叉引气、来自辅助动力装置(APU)的引气、来自冲压空气涡轮(RAT)的空气和机舱空气。如果压缩机空气源(空气流513、515和517)不足或不可用，则空气流523可以是互补的。

如图5所示，燃气涡轮发动机组件500进一步包括燃料电池堆550，燃料电池堆550具有与燃烧器522集成的多个燃料电池。燃料电池堆550集成到燃烧器522的外衬和/或内衬中。燃料电池堆550包括阴极552、阳极554、阴极温度传感器553、阴极压力传感器555、阳极压力传感器557和阳极温度传感器559。燃气涡轮发动机组件500进一步包括阴极旁通空气流527、相关联的阴极旁通空气阀525和阴极空气控制阀529。燃料电池堆550输出产生的功率作为燃料电池功率输出561。进一步，燃料电池堆550将阴极空气排放565和阳极燃料排放567径向引导到燃烧器522中。

燃气涡轮发动机组件500包括与燃烧器522连接的发动机操作条件监测元件528。发动机操作条件监测元件528通过发动机操作条件传感器线路563感测和/或检测瞬态事件和若干燃烧相关事件、参数，例如燃烧器522中火焰的存在(或不存在)、燃烧排气温度、发动机轴速度、由阴极温度传感器553感测到的阴极温度、由阴极压力传感器555感测到的阴极压力、由阳极压力传感器557感测到的阳极压力、以及由阳极温度传感器559感测到的阳极温度。发动机操作条件监测元件528基于瞬态事件和若干燃烧相关事件、上述参数的感测和/或检测将发动机操作参数检测信号591发送到控制器580。

如图5所示，燃气涡轮发动机组件500还包括燃料处理单元560，燃料处理单元560包括燃料重整器或催化部分氧化转换器(CPOx)564，用于为燃料电池堆550产生富氢燃料流。燃料处理单元560进一步包括与CPOx燃料流543相关联的阳极燃料控制阀538、CPOx空气流535和与CPOx空气流535相关联的CPOx空气控制阀533。应当注意，燃料重整器564可以是任何其他类型的燃料重整器，包括自热重整器和蒸汽重整器，其可能需要在重整器出口流处具有更高氢成分的附加蒸汽入口流。

燃气涡轮发动机组件500进一步包括空气处理单元558，空气处理单元558包括用于将从压缩机514和/或516排出的空气的温度升高到足以实现燃料电池温度控制的温度(例如，～600℃至800℃)的预燃器系统562。空气处理单元558处理(或调节)穿过阴极空气控制阀529的预燃器空气流531。

根据实施例，预燃器系统562和CPOx 564可以结合在一起，以向燃料电池堆550提供调节的空气和燃料。CPOx 564、预燃器系统562和具有多个燃料电池的燃料电池堆550紧密联接在燃气涡轮发动机组件500内，使得CPOx 564、预燃器系统562和燃料电池堆550定位为在燃气涡轮发动机组件500内彼此尽可能靠近。图5的预燃器系统562可以替代地是热交换器或用于将从压缩机514和/或516排放的空气的温度升高到足以实现燃料电池温度控制的温度(例如，～600℃至800℃)的另一个装置。

在操作中，空气处理单元558被构造为加热/冷却压缩空气509的一部分，作为预燃器空气流531进入并生成处理过的空气532，以被引导到燃料电池堆550中以促进燃料电池堆550的功能。处理过的空气532和预燃器燃料流539被引导到燃料电池堆550中，并且至少部分地转换为电能。在本公开的实例中，阴极旁通空气流527和处理过的空气532可以组合成组合空气流534，以被供给到燃料电池堆550的阴极552中。进一步，阴极空气排放565、阳极燃料排放567、未使用的空气、未燃烧的燃料和/或燃料电池堆550的其他气态成分在燃烧器522中(至少部分地)燃烧。燃烧器522中的燃烧生成可被引导到涡轮524和/或526中的气态燃烧产物，从而驱动涡轮524和/或526。

燃气涡轮发动机组件500进一步包括燃料供应540(例如碳氢化合物燃料，包括例如碳中性燃料或合成碳氢化合物)，该燃料供应540储存在燃料箱542中并通过管线530、燃料泵546分阶段输送，并且作为燃料流544泵送到分流器548。连接到流分离器536的分流器548将燃料流544分成流过启动燃料控制阀537的预燃器燃料流539和流过发动机燃料控制阀545到燃烧器522的燃烧器燃料流547。

进一步，如图5的实施例中所示，作为预燃器燃料流539的燃料540的第一部分被引导至预燃器系统562，而将燃料540的第二部分(即CPOx燃料流543)引导至CPOx 564，用于产生富氢燃料流(例如，优化燃料流的氢含量)。随着从压缩机514和/或516排放的空气的温度在预燃器系统562内升高到期望温度(例如，600℃至800℃)，加热的空气随后被引导到燃料电池堆550中，以促进燃料电池堆550的功能。并行地，从燃料箱542引导到CPOx 564中的CPOx燃料流543发展成富含氢的阳极燃料流541，以供给到燃料电池堆550中。燃烧器燃料流547从燃料箱542输送到燃烧器522中，用于燃烧器522的引燃器/主燃器(未示出)的操作。

燃气涡轮发动机组件500的压缩机514和/或516接收环境空气508，并经由例如一级或多级旋转叶片(未示出)压缩该空气。压缩空气509和CPOx空气流535的一部分然后被引导到燃料处理单元560中，用于为位于燃烧器522上游和/或与燃烧器522集成的燃料电池堆550产生富含氢的阳极燃料流541。压缩空气509的另一部分(即预燃器空气流531)被引导到空气处理单元558中。

根据本公开的实施例，通过沿燃烧器(522)的燃烧器衬套结合或集成燃料电池堆550，空气和燃料都可以在单程中被引导至燃料电池堆550，这意味着没有将未燃烧的燃料或空气从燃料电池排气再循环到燃料电池堆550的入口。因此，在这种构造中不需要单独的再循环鼓风机或任何相关的控制装置。

然而，由于燃料电池堆550的入口空气仅来自上游压缩机(514和/或516)，而没有任何其他单独控制的空气源，因此从压缩机(514和/或516)排放的燃料电池堆550的入口空气受到不同飞行阶段发生的空气温度变化的影响。例如，飞行器发动机压缩机内的空气可以在怠速期间以200℃、在起飞期间以600℃、在巡航期间以450℃等工作。引导到燃料电池的入口空气的这种类型的温度变化可导致燃料电池的陶瓷材料出现明显的热瞬态问题(或甚至热冲击)，其范围可能从开裂到失效。

因此，通过将预燃器系统562流体连接到(i)压缩机514和/或516(在预燃器系统562的上游侧)和(ii)燃料电池堆550(在预燃器系统562的下游侧)，预燃器系统562用作控制装置或系统，以将被引导到燃料电池堆550中的处理过的空气532的温度维持在期望范围(例如，700℃±100℃，或优选地750℃±50℃，或优选地750℃±20℃)。

预燃器系统562用于将燃料电池堆550的温度控制在预期操作温度。对于采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质或氧化钪稳定氧化锆(ScZ)电解质的燃料电池堆，预期操作温度通常为700℃至800℃。对于采用低温电解质的燃料电池堆(例如基于二氧化铈的系统)，预期操作温度为550℃至650℃。在任一情况下，预燃器系统562以比操作期间的预期温度低高达～200℃的现有温度向燃料电池堆550提供气体。在启动期间，预燃器系统562以可能高于燃料电池堆550的出口温度的温度向燃料电池堆550提供气体。启动期间的预期操作温度约比出口温度高(+0℃至400℃)，并且来自预燃器系统562的气体温和地将燃料电池堆550的温度升高到预期操作温度。

此外，通过将预燃器系统562与CPOx 564以及阴极旁通空气流527集成，可以实现具有增强的可操作性和更快启动的更好热管理。在实施例中，可以独立控制单独部件(诸如空气处理单元558或燃料处理单元560或燃料压力控制器572)及其操作，以更好地管理被引导到燃料电池堆550中的处理过的空气532的温度。例如，控制器580可以控制阀，阀又控制到预燃器系统562和/或CPOx 564的燃料流。控制器580还监测系统中的其他部分并控制系统中的其他部分，例如燃料压力控制器572、阴极燃料流控制器574、阳极燃料流控制器576、HPC出口压力传感器549和HPC出口温度传感器551。

在操作中，从压缩机514和/或516排出的空气的温度可以通过经由控制器580控制到预燃器系统562的燃料流来控制。例如，控制器580可以关闭相应阀以减少流入预燃器系统562的燃料量，从而降低从压缩机514和/或516排放并引导到预燃器系统562中的空气的温度。进一步，控制器580可以打开相应阀以增加流入预燃器系统562的燃料量，从而升高从压缩机514和/或516排放并引导到预燃器系统562中的空气的温度。可选地，没有燃料可以从燃料箱542输送到预燃器系统562，以防止预燃器系统562升高和/或降低从压缩机514和/或516排出并引导到预燃器系统562中的空气的温度。

集成到燃烧器522的外衬和/或内衬中的燃料电池堆550将送入燃料电池堆550的阳极燃料流541和处理过的空气532转换，以生成DC电流形式的功率。该电能或燃料电池功率输出561被引导至功率转换器582，以便将DC电流改变为可以被一个或多个子系统(例如电动机/发电机、风扇或其他电气装置)有效利用的DC电流或AC电流。继续参考图5，燃气涡轮发动机组件500进一步包括通过连接件583连接到功率转换器582的启动器584，以及通过连接件585连接到启动器584的替代预存在电源586。

如图5中进一步所示，控制器580被构造为感测和/或检测和/或控制和/或优化燃气涡轮发动机组件500的各种部件的功能。与控制器580相关的感测或控制信号包括来自发动机操作条件监测元件528的发动机操作参数信号591、控制阴极燃料流控制器574的控制信号592、控制空气处理单元558的控制信号593、控制燃料压力控制器572的控制信号594、控制燃料处理单元560的控制信号595以及控制阳极燃料流控制器576的控制信号596。

在操作中，如果发动机操作参数信号591指示由阴极空气温度传感器553感测到的阴极空气温度对于燃料电池堆550来说太高，则控制器580将控制信号593发送到空气处理单元558，以在将处理过的空气532引导到燃料电池堆550中之前从压缩机出口空气的处理过的空气532中去除更多热量。相反，如果发动机操作参数信号591指示由阴极空气温度传感器553感测到的阴极空气温度对于燃料电池堆550来说太低，则控制器580将控制信号593发送到空气处理单元558，以在将处理过的空气流引导到燃料电池堆550中之前向压缩机出口空气添加更多热量。以类似的方式，取决于发动机操作参数信号591，控制器580经由控制信号595控制燃料处理单元560的功能，以便调节例如从燃料处理单元560引导并进入燃料电池堆550中的燃料的流率。

图6、7和8分别示出了集成燃料电池和燃烧器组件600、700和800在瞬态条件期间的示意图，其中相似数字表示执行相似功能的相似部分。参考图6、7和8，集成燃料电池和燃烧器组件600、700和800分别通过自立式空气供应系统602、702和802供应空气。自立式空气供应系统602、702和802不依赖于任何外部源来将进气632、732和832供给到燃料电池堆650、750和850中。另一方面，自立式空气供应系统602、702和802被构造为在瞬态事件期间完全从集成燃料电池和燃烧器组件600、700、800内的瞬时空气供应源获取进气632、732和832。瞬时空气供应源可以是来自低压压缩机614的引气609(例如，图6)、或来自高压压缩机716的第四级引气709(例如，图7)、或内部空气供应809(其包括环境空气或机舱空气或交叉引气或辅助动力装置空气(APU空气)或RAM空气(由移动物体产生以增加环境压力的气流))(例如，图8)、或这些条件的任何组合。容错控制器680、780和880被构造为控制自立式空气供应系统602、702和802，并利用相应瞬时空气供应继续燃料电池堆650、750和850的操作。

具体参考图6，集成燃料电池和燃烧器组件600包括燃气涡轮发动机610，燃气涡轮发动机610具有与上游风扇612、低压压缩机614和高压压缩机616流体联接的燃烧器622。燃烧器622与包括阴极652和阳极654的燃料电池堆650流体联接。燃料电池堆650使用富氢燃料流641和进气632，并生成燃料电池功率输出661。进一步，来自燃料电池堆650的燃料排气667和空气排气665直接排放到燃烧器622中。

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括设置在燃烧器622下游并且与燃烧器622流体联接的低压涡轮624和高压涡轮626，使得燃烧器622将来自燃料电池堆650的燃料排气667和空气排气665燃烧成为低压涡轮624和高压涡轮626提供动力的一种或多种气态燃烧产物。

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括容错控制器680，其检测燃烧器622内的瞬态事件并在瞬态事件期间控制自立式空气供应系统602。如本领域公知的，典型的容错控制器(FTC)是能够容忍故障并且即使存在故障也能够将系统的控制性能保持在理想操作范围内的控制器。

返回参考图6的集成燃料电池和燃烧器组件600，自立式空气供应系统602利用来自低压压缩机614的引气609作为瞬时空气供应。进一步，容错控制器680操作自立式空气供应系统602以在瞬态事件期间维持燃料电池堆650。进一步，容错控制器680被构造为使用来自持续燃料电池堆650的燃料电池功率输出661的一部分，并且为燃烧器622脱离瞬态事件的过渡事件提供动力。过渡事件通常包括重新点燃或点火或启动或重新启动燃烧器622。集成燃料电池和燃烧器组件600包括发动机操作条件监测元件628，以感测和/或检测若干瞬态事件、燃烧相关事件、参数，和重新点燃部件，例如启动器684。燃烧器组件600进一步包括通过连接件683连接到启动器684的功率转换器682和通过连接件685连接到启动器684的替代预存在电源686。容错控制器680进一步控制与重新点燃部件(例如用于重新点燃燃烧器622的启动器684)相关联的燃料和空气流。

参考图6，集成燃料电池和燃烧器组件600供应有LPC引气609作为空气供应源。集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括CPOx 664、到CPOx 664的LPC引气流627、LPC引气流627上的CPOx空气控制阀615、空气预燃器系统662、空气预燃器LPC引气空气流629、定位在空气预燃器LPC引气流629上的空气预燃器空气控制阀618、从燃烧器622到发动机操作条件监测元件628的发动机操作条件传感器线路663。

在本公开的一个实例中，点火器(未示出)可以设置在SOFC燃烧器衬套处，用于熄火期间的冗余照明装置。通过利用SOFC作为燃料注入器来控制燃料/空气流和点火器的操作，以便更快地重新点燃，并将期望的SOFC流出物(例如高H

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括燃料处理单元660的集成燃料重整器，该集成燃料重整器与燃料箱642流体连接并由燃料箱642供应，使得一部分燃料从燃料箱642引导至燃料处理单元660，用于产生富氢燃料流641。燃料处理单元660包括CPOx 664、热交换器666、热交换器空气入口压力传感器619、热交换器空气入口压力传感器线路637、CPOx空气入口压力传感器621、CPOx燃料入口压力传感器625、热交换器HPC主空气流633、热交换器HPC主空气阀639、热交换器CPOx空气流634以及从CPOx 664流到热交换器666的富氢燃料流638。具有供应的空气供给的CPOx将阳极入口气体维持在(600℃至800℃)范围内的期望温度和还原气氛中。

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括流体连接到燃料电池堆650的空气处理单元659。空气处理单元659包括空气预燃器系统662、空气预燃器燃料入口压力传感器617、空气预燃器燃料入口压力传感器623、穿过空气预燃器HPC主空气阀620的空气预燃器HPC主空气流631。具有供应的空气供给的预燃器将阴极入口气体维持在期望温度范围(600℃至800℃)和氧化气氛中。空气处理单元通常控制供给到燃料电池堆650和流体连接到空气处理单元659的燃料箱642的进气632的温度。来自燃料箱642的一部分燃料640(即预燃器燃料流636)被引导至空气处理单元659，以调节进入燃料电池堆650的进气632的温度。

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括燃料供应640，该燃料供应640储存在燃料箱642中并通过管线630、燃料泵646分阶段输送，并且作为燃料流644泵送到分流器648。连接到阴极燃料控制阀645的分流器648将燃料流644分成流过阴极燃料流控制器674的预燃器燃料流636和流到燃烧器622的燃烧器燃料流647。集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括流过燃料蒸发器635的阳极燃料流643和与燃料处理单元660串联布置的阳极燃料流控制器676，下文将更详细地描述。

集成燃料电池和燃烧器组件600进一步包括燃料压力控制器672、HPC出口压力传感器649和HPC出口温度传感器651。

容错控制器680通过接收来自相应传感器单元的传感器输入和容错地控制集成燃料电池和燃烧器组件600的所有子系统来控制集成燃料电池和燃烧器组件600中的多个部件，并且通过相应控制信号来控制相关联的阀和调节器。与容错控制器680相关的感测或控制信号包括来自发动机操作条件监测元件628的发动机操作参数信号691、控制阴极燃料流控制器674的控制信号692、控制空气处理单元659的控制信号693、控制燃料压力控制器672的控制信号694、控制燃料处理单元660的控制信号695以及控制阳极燃料流控制器676的控制信号696。

进一步，燃料处理单元660，或更具体地，CPOx 664是基于燃料处理单元的出口温度、燃料处理单元的出口压力或其任何组合由来自容错控制器680的控制信号695控制。具体地，容错控制器680控制燃料处理单元660，或更具体地控制CPOx 664，以维持燃料电池阳极入口气体的还原气氛，并且还原气氛通常包括预定范围内的温度。

在一个实例中，燃料处理单元660或更具体地，CPOx 664由来自容错控制器680的控制信号695控制，以将氧碳比维持在预定范围内。进一步，燃料处理单元660或更具体地，CPOx 664可以由来自容错控制器680的控制信号695控制，以将燃料电池阴极入口温度维持在预定范围内。燃料处理单元660或更具体地，CPOx 664可以由来自容错控制器680的控制信号695控制，以将燃料电池阳极入口温度维持在预定范围内。进一步，燃料处理单元660或更具体地，CPOx 664可以由来自容错控制器680的控制信号695控制，以控制燃料电池的操作条件来生成预定成分的排气燃料。

参考图6，燃料压力控制器672由来自容错控制器680的控制信号694控制，以将阳极654和阴极652之间的压力差维持在预定范围内。进一步，阳极旁通阀669可以可选地由容错控制器680控制，以绕过燃料电池堆650并将阳极入口气体668直接引导到燃烧器622中。

进一步，来自容错控制器680的控制信号693基于空气处理单元的出口温度、或空气处理单元的出口压力、或其任何组合来控制空气处理单元659。具体地，容错控制器680通过调节从燃料源引导到空气处理单元659的那部分燃料的流率来控制空气处理单元659。

在一个实例中，空气处理单元659包括空气预燃器系统662。空气预燃器系统662与CPOx 664以及阴极旁通空气流527集成到集成燃料重整器或集成燃料处理单元660中，以实现具有增强的可操作性和更快启动的更好热管理。在燃料重整器664的启动阶段期间，或当燃料重整器664不能热自维持时，空气预燃器系统662为燃料重整器664提供热量。具体地，预燃器燃料流636(也称为阴极燃料)和阴极空气631在空气预燃器系统662中燃烧，以加热阳极燃料/空气供给，直到它们达到稳定反应的条件。

在其他时间期间，通过将阴极燃料控制阀645保持在完全关闭状态来关闭预燃器。这意味着空气预燃器662内部没有燃烧反应或热量释放。然后阴极空气631穿过空气预燃器系统662，其被CPOx重整器664加热(CPOx反应释放大量热量，同时燃料被重整到富H

阳极燃料/空气供给维持富含燃料。在导致阳极654的氧化气氛的异常事件期间，阳极旁通阀669将阳极入口气体668直接引导至燃烧器622而不通过SOFC。

空气预燃器系统662由容错控制器680控制，以维持燃料电池阴极入口气体的氧化气氛，其中氧化气氛包括预定范围内的温度。

在操作中，当感测到阳极燃料流率小于预定阈值，或感测到燃烧器出口温度(T4)低于预定阈值，或两者时，增加到燃料电池堆650的富氢燃料流641的吸入量。在一个这样的实例中，燃料电池功率输出661通过调节燃料处理单元660的燃料利用率或氧燃料比，或燃料电池堆的总燃料流率或温度，或两者来增加或减少。

图7示出了在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件700在瞬态条件下的示意图。参考图7，在燃烧器瞬态事件期间，集成燃料电池和燃烧器组件700用自立式空气供应系统702供应空气。自立式空气供应系统702利用来自高压压缩机716的第四级引气709作为瞬时空气供应来维持燃料电池堆750的操作，并且使燃烧器722过渡到脱离瞬态事件，如关于上面图6的描述更详细地描述的。

集成燃料电池和燃烧器组件700包括具有燃烧器722的燃气涡轮发动机710，燃烧器722与上游风扇712、低压压缩机714和高压压缩机716流体联接。燃烧器722与燃料电池堆750流体联接。燃料电池堆750包括多个燃料电池并且示意性地表示为包括阴极752和阳极754的组合单元。燃料电池堆750使用富氢燃料流741和进气732生成燃料电池功率输出761。进一步，来自燃料电池堆750的燃料排气767和空气排气765被排放到燃烧器722中。集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括低压涡轮724、高压涡轮726和容错控制器780，其检测燃烧器722内的瞬态事件并在瞬态事件期间控制自立式空气供应系统702。

返回参考图7，集成燃料电池和燃烧器组件700包括发动机操作条件监测元件728、通过连接件783连接到功率转换器782的启动器784、以及通过连接件785连接到启动器784的替代预存在电源786。

向集成燃料电池和燃烧器组件700供应具有HPC引气709的空气。集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括CPOx 764、到CPOx 764的HPC引气流727、HPC引气流727上的CPOx空气控制阀715、空气预燃器762、到空气预燃器的空气预燃器HPC引气流729、空气预燃器HPC引气流729上的空气预燃器空气控制阀718、发动机操作条件监测元件728、以及从燃烧器722到发动机操作条件监测元件728的发动机操作条件传感器线路763。

集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括燃料电池堆750、来自燃料电池堆750的燃料电池功率输出761、来自燃料电池堆750的空气排气765、热交换器766、来自燃料电池堆750的燃料排气767、以及输入到燃料电池堆750的进气732。

集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括集成燃料重整器或燃料处理单元760，该集成燃料重整器或燃料处理单元760包括CPOx 764、空气入口压力传感器719、热交换器空气入口压力传感器线路737、CPOx空气入口压力传感器721、CPOx燃料入口压力传感器725、热交换器HPC主空气流733、热交换器HPC主空气阀739、热交换器CPOx空气流734、从CPOx 764流到热交换器766的富氢燃料流738、以及引导阳极入口气体768的阳极旁通阀769。

集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括空气处理单元759，该空气处理单元759包括空气预燃器762、空气预燃器燃料入口压力传感器717、空气预燃器燃料入口压力传感器723、穿过空气预燃器HPC主空气阀720的空气预燃器HPC主空气流731。

集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括燃料供应740，该燃料供应740储存在燃料箱742中并通过管线730、燃料泵746分阶段输送，并且作为燃料流744泵送到分流器748。连接到阴极燃料控制阀745的分流器748将燃料流744分成流过阴极燃料流控制器774的预燃器燃料流736和流到燃烧器722的燃烧器燃料流747。集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括流过燃料蒸发器735的阳极燃料流743和与燃料处理单元760串联布置的阳极燃料流控制器776。

集成燃料电池和燃烧器组件700进一步包括燃料压力控制器772、阴极燃料流控制器774、阳极燃料流控制器776、容错控制器780、功率转换器782、启动器784和预存在电源786、HPC出口压力传感器749、HPC出口温度传感器751。

来自/去往容错控制器780的感测和/或控制信号包括来自发动机操作条件监测元件728的发动机操作参数信号791、控制阴极燃料流控制器774的控制信号792、控制空气处理单元759的控制信号793，控制燃料压力控制器772的控制信号794，控制燃料处理单元760的控制信号795以及控制阳极燃料流控制器776的控制信号796。

进一步参考图7，燃料处理单元760流体连接到燃料电池堆750，并且燃料处理单元760产生被引导到燃料电池堆750的阳极754中的富氢燃料流741。燃料电池堆750与燃料箱742流体连接并由燃料箱742供应，使得一部分燃料从燃料箱742引导至燃料电池堆750，以产生富氢燃料流741。

图8示出了根据本公开的实施例的在燃气涡轮发动机系统中使用的集成燃料电池和燃烧器组件800在瞬态条件下的示意图。参考图8，在燃烧器瞬态事件期间，集成燃料电池和燃烧器组件800由自立式空气供应系统802供应空气。自立式空气供应系统802利用内部空气供应809，该内部空气供应809包括环境空气或机舱空气或交叉引气或辅助动力装置空气(APU空气)或RAM空气作为瞬时空气供应，以维持燃料电池堆850的操作并使燃烧器822过渡到脱离瞬态事件，如上面关于图6的描述更详细地描述的。

集成燃料电池和燃烧器组件800包括具有燃烧器822的燃气涡轮发动机810，燃烧器822与上游风扇812、低压压缩机814和高压压缩机816流体联接。燃烧器822与燃料电池堆850流体联接。燃料电池堆850包括多个燃料电池并且示意性地表示为包括阴极852和阳极854的组合单元。燃料电池堆850使用富氢阳极燃料流841和进气832，并生成燃料电池功率输出861。进一步，来自燃料电池堆850的燃料排气867和空气排气865被引导到燃烧器822中。

集成燃料电池和燃烧器组件800还包括低压涡轮824、高压涡轮826和容错控制器880，其检测燃烧器822内的瞬态事件并在瞬态事件期间控制自立式空气供应系统802。

返回参考图8，集成燃料电池和燃烧器组件800包括发动机操作条件监测元件828、通过连接件883连接到功率转换器882的启动器884、通过连接件885连接到启动器884的替代预存在电源886、以及通过连接件887连接到功率转换器882的空气鼓风机888。

参考图8，集成燃料电池和燃烧器组件800被供应空气，其中内部空气供应809使用机械部件(例如空气泵或空气鼓风机827)加压，该机械部件由在瞬态事件期间维持的燃料电池堆850提供动力。集成燃料电池和燃烧器组件800进一步包括CPOx 864、内部空气供应809上的CPOx空气控制阀815、空气预燃器内部空气供应空气流829、空气预燃器内部空气供应空气流829上的空气预燃器空气控制阀818、发动机操作条件监测元件828、以及从燃烧器822到发动机操作条件监测元件828的发动机操作条件传感器线路863。

集成燃料电池和燃烧器组件800包括燃料电池堆850、燃料电池堆850的阴极852、燃料电池堆850的阳极854、来自燃料电池堆850的燃料电池功率输出861、来自燃料电池堆850的空气排气865、热交换器866、来自燃料电池堆850的燃料排气867、以及输入到燃料电池堆850中的进气832。

集成燃料电池和燃烧器组件800进一步包括燃料处理单元860的集成燃料重整器，其包括CPOx 864、热交换器866、空气入口压力传感器819、热交换器空气入口压力传感器线路837、CPOx空气入口压力传感器821、CPOx燃料入口压力传感器825、热交换器HPC主空气流833、热交换器HPC主空气阀839、热交换器CPOx空气流834、从CPOx 864流到热交换器866的富氢燃料流838、以及将阳极入口气体868直接引导到燃烧器822而不经过SOFC的阳极旁通阀869。

集成燃料电池和燃烧器组件800进一步包括空气处理单元859、空气预燃器862、空气预燃器燃料入口压力传感器817、空气预燃器燃料入口压力传感器823、以及空气预燃器HPC主空气流831。

集成燃料电池和燃烧器组件800进一步包括燃料供应840，该燃料供应840储存在燃料箱842中并通过管线830、燃料泵846分阶段输送，并且作为燃料流844泵送到分流器848。连接到阴极燃料控制阀845的分流器848将燃料流844分成流过阴极燃料流控制器874的预燃器燃料流836和流到燃烧器822的燃烧器燃料流847。集成燃料电池和燃烧器组件800进一步包括流过燃料蒸发器835的阳极燃料流843和阳极燃料流控制器876。

集成燃料电池和燃烧器组件800包括燃料压力控制器872、阴极燃料流控制器874、阳极燃料流控制器876、容错控制器880、功率转换器882、启动器884、预存在电源886、HPC出口压力传感器849和HPC出口温度传感器851。

来自/去往容错控制器880的感测和/或控制信号包括来自发动机操作条件监测元件828的发动机操作参数信号891、控制阴极燃料流控制器874的控制信号892、控制空气处理单元859的控制信号893、控制燃料压力控制器872的控制信号894、控制燃料处理单元860的控制信号895、以及控制阳极燃料流控制器876的控制信号896。

进一步参考图8，燃料处理单元860流体连接到燃料电池堆850，并且燃料处理单元860产生被引导到燃料电池堆850的阳极854中的富氢阳极燃料流841。燃料电池堆850与燃料箱842流体连接并由燃料箱842供应，使得一部分燃料从燃料箱842引导至燃料电池堆850，用于产生富氢阳极燃料流841。

图9示出了根据本公开的实施例的操作集成燃料电池和燃烧器组件的方法的示意流程图。参考图9，方法900包括检测严重的瞬态条件(熄火、压缩机停止、气压下降)，如步骤910所示。进一步，设置阳极燃料流以将氧碳比维持在预定范围内，如步骤920所示。进一步，如步骤930所示，确定阳极燃料(F32)是否小于燃料阈值或阳极温度是否小于阈值温度(T32)。进一步，确定第二或辅助发动机是否起作用和可用，如步骤940所示。如果可用，则将空气源切换到来自第二或辅助发动机的交叉引气，如步骤950所示。如果第二或辅助发动机不可用，则将空气源切换到APU引气，如步骤960所示。进一步，阳极燃料压力被设置为在八千帕(kpa)内跟踪阴极气压，如步骤970所示。阴极入口温度和阳极入口温度维持在预定范围内，如步骤980所示。调整SOFC操作条件以生成H

本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以提供用于提高燃气涡轮发动机的系统效率并减少来自发动机的排放的系统，以及相关方法。需要可靠的系统架构来在燃烧瞬态事件(例如熄火)期间保护SOFC子系统。典型的发动机构造依赖HPC出口空气用于SOFC操作，而熄火或任何其他类型的高压空气突然损失通常会导致SOFC子系统故障。本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以提供一种系统和方法，该系统和方法自立地将引气(在LPC出口或HPC级4处)供应到SOFC空气预燃器和燃料重整器，以在瞬态(特别是熄火事件)期间维持SOFC连续操作。

本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以提供燃料压力控制器和一种方法，以将阳极/阴极压力差维持在8kpa内，从而避免在瞬态(特别是熄火事件)期间的密封泄漏。SOFC电极通常连接到发动机启动器和其他辅助负载，以在熄火期间增强重新点燃过程。因此，SOFC电极的不间断操作提高了在熄火情况下发动机重新点燃过程的效率和有效性。

本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以在熄火期间提供SOFC的电源，提供冗余功率和用于使燃烧器过渡到脱离瞬态事件并重新点燃或重新启动发动机的方法。SOFC的富含H

本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以提供与压缩机和SOFC燃料电池堆中的一个流体联接的自立式空气供应系统，以及将进气供应到燃料电池堆以在熄火期间维持燃料电池堆的方法。进一步，自立式空气供应系统从组件的至少一部分获取进气。

本公开的集成燃料电池和燃烧器组件可以提供被构造为检测燃烧器内的瞬态事件的容错控制器，以及在瞬态事件期间控制自立式空气供应系统的方法。容错控制器被构造为在瞬态事件期间选择性地从瞬时空气供应源获取进气。

本公开的进一步方面由以下条项的主题提供。

一种集成燃料电池和燃烧器组件，包括与至少一个上游压缩机流体联接的燃烧器、具有阴极和阳极的燃料电池堆、与所述至少一个上游压缩机和所述燃料电池堆流体联接的自立式空气供应系统、以及容错控制器。所述至少一个上游压缩机生成压缩空气。所述燃料电池堆流体联接到所述燃烧器并且被构造为接收吸入燃料和作为进气的一部分所述压缩空气、使用所述吸入燃料和所述进气生成燃料电池功率输出、以及将来自所述燃料电池堆的燃料和空气排气引导到所述燃烧器中。所述自立式空气供应系统被构造为将所述进气供应到所述燃料电池堆。所述容错控制器被构造为检测所述燃烧器内的瞬态事件，并且在所述瞬态事件期间控制所述自立式空气供应系统。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述燃烧器与设置在所述燃烧器下游的至少一个涡轮流体联接，所述燃烧器被构造为将来自所述燃料电池堆的所述燃料和空气排气燃烧成为所述涡轮提供动力的一种或多种气态燃烧产物。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述燃料电池堆设置在所述燃烧器的上游、或集成在所述燃烧器的内衬内、或集成在所述燃烧器的外衬内、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括至少一个发动机操作条件监测元件，所述至少一个发动机操作条件监测元件被构造为检测所述瞬态事件并将检测信号发送到所述容错控制器。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括重新点燃部件，所述容错控制器被构造为控制与所述重新点燃部件相关联的燃料流和空气流、以及控制所述重新点燃部件以重新点燃所述燃烧器。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器进一步被构造为在所述瞬态事件期间维持所述燃料电池堆。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器进一步被构造为使用来自在所述瞬态事件期间维持的所述燃料电池堆的所述燃料电池功率输出的至少一部分来为所述燃烧器脱离所述瞬态事件的过渡事件提供动力。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述瞬态事件包括熄火、或压缩机停止、或气压下降、或其任何组合，并且其中，所述过渡事件包括所述燃烧器的重新点燃、或启动、或重新启动、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述自立式空气供应系统被构造为从所述组件的至少一部分获取所述进气。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器进一步被构造为在所述瞬态事件期间选择性地从瞬时空气供应源获取所述进气。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述瞬时空气供应源包括来自所述至少一个上游压缩机的引气、或环境空气、或机舱空气、或交叉引气、或辅助动力装置(APU)空气、或RAM空气、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括具有出口温度和出口压力的燃料处理单元、以及流体连接到所述燃料处理单元的燃料源。所述燃料处理单元流体连接到所述燃料电池堆，并且被构造为产生要被引导到所述燃料电池堆中的富氢燃料流。一部分燃料从所述燃料源引导至所述燃料处理单元，用于产生所述富氢燃料流。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为控制所述燃料电池堆，以基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合，通过调整所述燃料处理单元中的燃料利用率，或通过调整所述燃料处理单元中的氧燃料比，或通过调整所述组件中的总燃料流率，或通过调整所述燃料电池堆的温度，或其任何组合来调整燃料电池功率输出。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述燃料处理单元包括催化部分氧化转换器(CPOx)、或热交换器、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述燃料处理单元，以维持燃料电池阳极入口气体的还原气氛。所述还原气氛包括预定范围内的温度。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述燃料处理单元，以将氧碳比维持在预定范围内，或将燃料电池阴极入口温度维持在预定范围内，或将燃料电池阳极入口温度维持在预定范围内，或控制所述燃料电池堆的操作条件以生成预定成分的排气燃料，或其任何组合。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括燃料压力控制器，所述容错控制器被构造为基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述燃料压力控制器，以将所述阳极和所述阴极之间的压力差维持在预定范围内。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括阳极旁通阀，其中所述容错控制器被构造为基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述阳极旁通阀，以绕过所述燃料电池堆将燃料电池阳极入口气体引导到所述燃烧器中。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括具有出口温度和出口压力的空气处理单元和流体连接到所述空气处理单元的燃料源。所述空气处理单元流体连接到所述燃料电池堆，并且被构造为控制到所述燃料电池堆的那部分所述进气的温度。一部分所述燃料从所述燃料源引导至所述空气处理单元，以调节到所述燃料电池堆的那部分所述进气的所述温度。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，以绕过所述燃料电池堆的燃料电池阴极将阴极旁通空气流引导到所述燃烧器中。

根据任何前述条项所述的组件，进一步包括燃料流控制器，其中所述容错控制器被构造为基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述燃料流控制器，以在阳极燃料流率小于预定阈值，或燃烧器出口温度低于预定阈值，或两者时调整到燃料电池堆的阳极燃料流。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述空气处理单元包括空气预燃器，所述空气预燃器被构造为加热到所述燃料电池堆的那部分所述进气。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且调整从所述燃料源引导至所述空气处理单元的那部分所述燃料的流率。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且维持燃料电池阴极入口气体的氧化气氛。所述氧化气氛包括预定范围内的温度。

根据任何前述条项所述的组件，其中，所述容错控制器被构造为基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且将催化部分氧化转换器(CPOx)出口温度维持在预定范围内。

一种操作集成燃料电池和燃烧器组件的方法，包括：提供燃烧器；将所述燃烧器与生成压缩空气的至少一个上游压缩机流体联接；将燃料电池堆与所述燃烧器流体联接；使用吸入燃料和作为被引导到所述燃料电池堆中的进气的一部分所述压缩空气来生成燃料电池功率输出；将来自所述燃料电池堆的燃料和空气排气引导到所述燃烧器中；检测所述燃烧器内的瞬态事件；在所述瞬态事件期间自立地向所述燃料电池堆供应所述进气；以及在所述瞬态事件期间容错地控制到所述燃料电池堆的所述进气。所述燃料电池堆具有阴极和阳极。

根据任何前述条项所述的方法，进一步包括流体联接设置在所述燃烧器下游的至少一个涡轮，并且将来自所述燃料电池堆的所述燃料和空气排气燃烧成为所述涡轮提供动力的一种或多种气态燃烧产物。

根据任何前述条项所述的方法，其中，将燃料电池堆与所述燃烧器流体联接包括将所述燃料电池堆设置在所述燃烧器的上游、或集成在所述燃烧器的内衬内、或集成在所述燃烧器的外衬内、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的方法，其中，检测所述燃烧器内的瞬态事件包括提供至少一个发动机操作条件监测元件，以检测所述瞬态事件并从所述至少一个发动机操作条件监测元件接收检测信号。

根据任何前述条项所述的方法，进一步包括在所述燃烧器内提供重新点燃部件、容错地控制与所述重新点燃部件相关联的燃料流和空气流、以及容错地控制所述重新点燃部件以重新点燃所述燃烧器。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括在所述瞬态事件期间维持所述燃料电池堆。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括使用来自在所述瞬态事件期间维持的所述燃料电池堆的所述燃料电池功率输出的至少一部分来为所述燃烧器脱离所述瞬态事件的过渡事件提供动力。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述瞬态事件包括熄火、或压缩机停止、或气压下降、或其任何组合，并且其中，所述过渡事件包括所述燃烧器的重新点燃、或启动、或重新启动、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述自立地供应包括从所述组件的至少一部分获取所述进气。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括在所述瞬态事件期间选择性地从瞬时空气供应源获取所述进气。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述瞬时空气供应源包括来自所述至少一个上游压缩机的引气、或环境空气、或机舱空气、或交叉引气、或辅助动力装置(APU)空气、或RAM空气、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的方法，进一步包括提供具有出口温度和出口压力的燃料处理单元，将所述燃料处理单元流体连接到所述燃料电池堆，将所述燃料处理单元构造为产生富氢燃料流，以及将所述富氢燃料流引导到所述燃料电池堆中，将燃料源流体连接到所述燃料处理单元，并且将来自所述燃料源的一部分燃料引导到所述燃料处理单元，用于产生所述富氢燃料流。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括控制燃料电池堆，并且基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合，通过调整所述燃料处理单元中的燃料利用率，或通过调整所述燃料处理单元中的氧燃料比，或通过调整所述组件中的总燃料流率，或通过调整所述燃料电池堆的温度，或其任何组合来调整所述燃料电池功率输出。

根据任何前述条项所述的方法，其中，将所述燃料处理单元流体连接到所述燃料电池堆包括流体连接催化部分氧化转换器(CPOx)、或热交换器、或其任何组合。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述燃料处理单元，维持燃料电池阳极入口气体的还原气氛，以及将所述燃料电池阳极入口气体的温度维持在预定范围内。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制所述燃料处理单元，将氧碳比维持在预定范围内，或将燃料电池阴极入口温度维持在预定范围内，或将燃料电池阳极入口温度维持在预定范围内，或控制所述燃料电池堆的操作条件并生成预定成分的排气燃料，或其任何组合。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制燃料压力控制器，并且将所述阳极和所述阴极之间的压力差维持在预定范围内。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述燃料处理单元的所述出口温度、所述燃料处理单元的所述出口压力或其任何组合来控制阳极旁通阀，并且绕过所述燃料电池堆将燃料电池阳极入口气体引导到所述燃烧器中。

根据任何前述条项所述的方法，进一步包括提供具有出口温度和出口压力的空气处理单元，将所述空气处理单元流体连接到所述燃料电池堆，将所述空气处理单元构造为控制从所述上游压缩机引导到所述燃料电池堆中的一部分压缩空气的温度，将燃料源流体连接到所述空气处理单元，将一部分燃料从所述燃料源引导到所述空气处理单元，以及调节从所述压缩机引导到所述燃料电池堆中的那部分所述压缩空气的所述温度。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且绕过所述燃料电池堆的燃料电池阴极将阴极旁通空气流引导到所述燃烧器中。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制燃料流控制器，并且在阳极燃料流率小于预定阈值，或燃烧器出口温度低于预定阈值，或两者时调整到所述燃料电池堆的阳极燃料流。

根据任何前述条项所述的方法，其中，将所述空气处理单元流体连接到所述燃料电池堆包括将空气预燃器流体连接到所述燃料电池堆，以加热到所述燃料电池堆的那部分所述进气。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且调整从所述燃料源引导至所述空气处理单元的那部分所述燃料的流率。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且维持燃料电池阴极入口气体的氧化气氛，其中所述氧化气氛包括预定范围内的温度。

根据任何前述条项所述的方法，其中，所述容错地控制包括基于所述空气处理单元的所述出口温度、或所述空气处理单元的所述出口压力、或其任何组合来控制所述空气处理单元，并且将催化部分氧化转换器(CPOx)出口温度维持在预定范围内。

尽管前面的描述是针对优选实施例的，但是应当注意，其他变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下进行。此外，结合实施例描述的特征可以结合其他实施例使用，即使上面没有明确说明。