Патент на изобретение №2227348

(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ТОПЛИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДАННОЙ СИСТЕМОЙ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству и способу производства электроэнергии энергетической системой с топливными элементами. Энергетическая система содержит узел пакетов (220) топливных элементов, которые работают при разных температурах, отличающихся для двух или более пакетов топливных элементов. Пакет топливных элементов может иметь несколько температурных зон (240, 242, 244), образованных вдоль оси пакета, либо может быть использовано несколько пространственно разнесенных пакетов топливных элементов для нагревания реагента от входной температуры до заданной температуры. Пакеты топливных элементов имеют рабочие температуры в интервале от в основном 20С до в основном 2000С. Техническим результатом изобретения является повышение КПД энергетической системы. 4 с. и 146 з.п.ф-лы, 17 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Энергетическая система с топливными элементами, предназначенная для производства электрической энергии, отличающаяся тем, что она содержит узел пакетов топливных элементов, установленных с возможностью работы при различных рабочих температурах с изменением значения упомянутых рабочих температур между, по крайней мере, двумя пакетами топливных элементов в упомянутом узле, причем каждый из упомянутых пакетов топливных элементов содержит средства приема реагентов для электрохимического процесса производства электроэнергии с возможностью параллельного введения, по крайней мере, одного из упомянутых реагентов в упомянутый узел пакетов топливных элементов.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов имеет рабочие температуры, в основном, в интервале 20 – 2000С.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел содержит два или более пакета топливных элементов, выбранных из группы, содержащей топливный элемент с твердым оксидом, топливный элемент на твердой основе, топливный элемент с расплавленным карбонатом, топливный элемент с фосфорной кислотой, щелочной топливный элемент и мембранный топливный элемент с обменом протонов.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый упомянутый пакет топливных элементов содержит твердую основу или твердый оксид, включающий в себя, по крайней мере, один из следующих материалов: цирконий, стабилизированный иттрием, галлат лантана, оксид на основе церия, оксид на основе висмута, смеси вышеназванных материалов.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что пакет топливных элементов снабжен электролитными пластинами, имеющими с одной стороны материал электрода окислителя, а с противоположной стороны – материал топливного электрода, соединительными пластинами обеспечения электрического контакта электролитных пластин, коллекторами приема реагентов, выполненными вдоль оси пакета, причем пакет топливных элементов образован чередованием соединительных и электролитных пластин.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена средствами нагрева, по меньшей мере, одного реагента, содержащими теплопроводную поверхность соединительной пластины, выполненную объединенной с пластиной и выступающей в осевые коллекторы.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов имеет цилиндрическую форму или поперечное сечение прямоугольной формы.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов содержит ряд топливных элементов трубчатой формы.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, один коллектор переноса текучей среды к упомянутым пакетам топливных элементов или от них, расположенный снаружи или внутри упомянутых пакетов топливных элементов.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства введения упомянутых реагентов в упомянутый пакет топливных элементов.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды, по меньшей мере, одного из упомянутых пакетов топливных элементов в упомянутом узле.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды упомянутых пакетов топливных элементов и приема другого реагента последовательно относительно потока реагентов.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды упомянутых пакетов топливных элементов и приема другого реагента параллельно относительно потока реагентов.

14. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства соединения выхлопа одного из упомянутых пакетов топливных элементов с другим пакетом топливных элементов и введения упомянутого выхлопа топливных элементов одного из пакетов топливных элементов в другой пакет топливных элементов.

15. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг, по крайней мере, одного упомянутого пакета топливных элементов упомянутого узла с возможностью сбора выхлопа от упомянутого пакета топливных элементов.

16. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов содержит первый пакет топливных элементов, выполненный с возможностью вырабатывания выхлопа при первой рабочей температуре, и второй пакет топливных элементов, соединенный с упомянутым первым пакетом топливных элементов с возможностью получения упомянутого выхлопа и его нагрева до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что она содержит третий пакет топливных элементов, соединенный с упомянутыми пакетами топливных элементов с возможностью получения упомянутого выхлопа со второй рабочей температурой и его нагрева до третьей рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая вторая рабочая температура.

18. Система по п.16, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит источник снабжения топливом, по крайней мере, одного из упомянутых первого и второго пакетов топливных элементов, источник снабжения окислителем упомянутого первого пакета топливных элементов, и средства соединения упомянутого выхлопа первого пакета топливных элементов с упомянутым вторым пакетом топливных элементов и введения в него упомянутого выхлопа в качестве упомянутого окислителя

19. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства последовательного соединения друг с другом заданного числа пакетов топливных элементов с нагреванием текучей среды от первой температуры до заданной температуры, причем упомянутое число пакетов топливных элементов определяется упомянутой заданной температурой.

20. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит источник снабжения топливом одного или более упомянутых пакетов топливных элементов.

21. Система по п.20, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства регулирования количества подаваемого к упомянутым пакетам топливных элементов топлива.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что упомянутые средства регулирования содержат клапан или отверстие регулирования потока топлива.

23. Система по п.22, отличающаяся тем, что упомянутые средства регулирования дополнительно содержат средство управления, соединенное с клапаном с возможностью автоматического регулирования количества подводимого к пакету топливных элементов топлива.

24. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла имеет различные параметры риформинга в зависимости от упомянутой рабочей температуры.

25. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов выполнен с образованием верхних пакетов топливных элементов и нижних пакетов топливных элементов, причем упомянутые верхние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего первой рабочей температуре, а упомянутые нижние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего второй, более низкой, рабочей температуре.

26. Система по п.25, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг упомянутого узла, при этом упомянутые нижние пакеты топливных элементов расположены ближе к опорным элементам конструкции по сравнению с упомянутыми верхними пакетами топливных элементов, а упомянутые рабочие температуры нижних пакетов топливных элементов отличаются от упомянутой рабочей температуры верхних пакетов топливных элементов.

27. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов выполнен с образованием внутренних пакетов топливных элементов и наружных пакетов топливных элементов, причем упомянутые наружные пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего первой рабочей температуре, а упомянутые внутренние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего второй, более высокой, рабочей температуре.

28. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов размещен внутри теплозащитного кожуха, причем наружные пакеты топливных элементов упомянутого узла размещены ближе к внутренней стенке упомянутого теплозащитного кожуха, по отношению к внутренним пакетам топливных элементов упомянутого узла, а рабочие температуры наружных пакетов топливных элементов ниже рабочей температуры внутренних пакетов топливных элементов.

29. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла содержит ряд температурных зон, смежных друг другу вдоль оси упомянутого пакета, причем каждая упомянутая зона имеет отличающуюся от других рабочую температуру.

30. Система по п.29, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов дополнительно содержит коллектор топлива для приема топливного реагента и коллектор окислителя для приема реагента-окислителя.

31. Система по п.30, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, размещенный вокруг упомянутого пакета топливных элементов с возможностью сбора выхлопа от упомянутого пакета топливных элементов.

32. Система по п.31, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит элемент запирания текучей среды, размещенный в упомянутом пакете топливных элементов с возможностью выборочного перекрытия одного из упомянутых коллекторов и предотвращения прохождения упомянутого соответствующего реагента внутри коллектора в месте размещения элемента запирания текучей среды.

33. Система по п.32, отличающаяся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды расположен внутри упомянутого коллектора окислителя, а выхлоп упомянутого пакета топливных элементов имеет выход в пределах, по крайней мере, части границы одной из температурных зон и повторный ввод, посредством упомянутого газонепроницаемого кожуха, в упомянутую смежную температурную зону по упомянутой границе и в упомянутый коллектор окислителя.

34. Система по п.32, отличающаяся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды расположен на стыке упомянутых температурных зон.

35. Система по п.32, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов содержит первые и вторые смежные температурные зоны, причем упомянутая первая температурная зона выполнена из первого материала, соответствующего первой рабочей температуре, упомянутая вторая зона выполнена из второго материала, соответствующего второй рабочей температуре, отличающейся от упомянутой первой рабочей температуры, а упомянутый элемент запирания текучей среды расположен на стыке упомянутых первой и второй зон.

36. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый узел содержит, по меньшей мере, два пакета топливных элементов, образующих отдельные пространственно разнесенные топливные элементы с разными рабочими температурами.

37. Система по п.36, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг, по крайней мере, одного из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла и выполненный с возможностью сбора выхлопа от упомянутого пакета топливных элементов.

38. Система по п.37, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства соединения выхлопа одного из упомянутых пакетов топливных элементов с другим, пространственно отделенным, пакетом топливных элементов и ввода в него упомянутого выхлопа.

39. Система по п.37, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов содержит первый пакет топливных элементов, имеющий выхлоп с первой рабочей температурой, и второй пакет топливных элементов, соединенный с упомянутым первым пакетом топливных элементов с возможностью приема упомянутого выхлопа и его нагрева до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура.

40. Система по п.39, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства соединения упомянутого выхлопа от упомянутого первого пакета топливных элементов с упомянутым вторым пакетом топливных элементов и введения в него упомянутого выхлопа в качестве реагента-окислителя.

41. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, один компрессор для сжатия одного из упомянутых реагентов, связанный с, по крайней мере, одним упомянутым пакетом топливных элементов упомянутого узла, и, по крайней мере, одну турбину, связанную с упомянутым, по крайней мере, одним пакетом топливных элементов с возможностью приема вырабатываемого ими выхлопа и преобразования выхлопа в энергию вращения.

42. Система по п.41, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит парогенератор, связанный с газовой турбиной с возможностью приема выхлопа газовой турбины и соединения выхлопа газовой турбины с рабочей средой.

43. Система по п.42, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит паровую турбину, связанную с парогенератором с возможностью производства электроэнергии.

44. Система по п.41, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрогенератор, связанный с турбиной с возможностью приема от нее энергии вращения и ее преобразования в электроэнергию.

45. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые пакеты топливных элементов выполнены из разного материала с возможностью их работы при разных температурах.

46. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства раздельного введения топлива в каждый упомянутый пакет топливных элементов.

47. Способ производства электрической энергии энергетической системой с топливными элементами, собранными в узел пакетов топливных элементов, отличающийся тем, что работу, по крайней мере, части упомянутых пакетов топливных элементов осуществляют при разных рабочих температурах, значение которых изменяют между, по крайней мере, двумя упомянутыми пакетами топливных элементов в упомянутом узле, а в упомянутые пакеты топливных элементов параллельно вводят, по крайней мере, один реагент и осуществляют электрохимический процесс производства электрической энергии.

48. Способ по п.47, отличающийся тем, что работу упомянутого узла пакетов топливных элементов осуществляют, в основном, в интервале между 20 и 2000С.

49. Способ по п.47, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два упомянутых пакета топливных элементов выбирают из группы, содержащей топливный элемент с твердым оксидом, топливный элемент на твердой основе, топливный элемент с расплавленным карбонатом, топливный элемент с фосфорной кислотой, щелочной топливный элемент и мембранный топливный элемент с обменом протонов.

50. Способ по п.47, отличающийся тем, что упомянутый пакет топливных элементов выполняют, по крайней мере, из одного из следующих материалов: цирконий, стабилизированный иттрием, галлат лантана, оксид на основе церия, оксид на основе висмута и смеси вышеназванных материалов.

51. Способ по п.47, отличающийся тем, что пакет топливных элементов формируют из электролитных пластин, имеющих материал электрода окислителя с одной стороны и материал топливного электрода с противоположной стороны, соединительных пластин, посредством которых обеспечивают электрический контакт с электролитными пластинами, и коллекторов приема реагентов, выполняемых вдоль оси пакета, причем пакет топливных элементов собирают с укладкой соединительных пластин и электролитных пластин поочередно.

52. Способ по п.51, отличающийся тем, что, по крайней мере, один реагент нагревают посредством теплопроводной поверхности соединительной пластины, выполненной объединенной с пластиной и выступающей в осевые коллекторы.

53. Способ по п.47, отличающийся тем, что пакет топливных элементов выполняют с цилиндрической формой или с поперечным сечением прямоугольной формы.

54. Способ по п.47, отличающийся тем, что ряд пакетов топливных элементов выполняют трубчатой формы.

55. Способ по п.47, отличающийся тем, что упомянутые пакеты топливных элементов соединяют посредством средств взаимосвязи текучей среды последовательно или параллельно относительно потока реагентов.

56. Способ по п.55, отличающийся тем, что переносят текучую среду к упомянутым пакетам топливных элементов и от них посредством, по меньшей мере, одного коллектора, выполненного снаружи или внутри упомянутых пакетов топливных элементов.

57. Способ по п.55, отличающийся тем, что нагревают текучую среду от первой температуры до заданной температуры посредством последовательно соединенных друг с другом заданным числом пакетов топливных элементов, причем упомянутое число пакетов топливных элементов определяют в зависимости от упомянутой заданной температуры.

58. Способ по п.47, отличающийся тем, что вокруг по крайней мере одного пакета топливных элементов упомянутого узла размещают газонепроницаемый кожух и собирают выхлоп от упомянутого пакета топливных элементов посредством упомянутого газонепроницаемого кожуха.

59. Способ по п.58, отличающийся тем, что выхлоп одного из упомянутых пакетов топливных элементов соединяют с другим пакетом топливных элементов и вводят упомянутый выхлоп одного пакета топливных элементов в другой пакет топливных элементов.

60. Способ по п.58, отличающийся тем, что генерируют выхлоп с первой рабочей температурой посредством первого пакета топливных элементов, и нагревают упомянутый выхлоп до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура, посредством второго пакета топливных элементов, соединенного с упомянутым первым пакетом топливных элементов.

61. Способ по п.60, отличающийся тем, что упомянутый выхлоп от упомянутого второго пакета топливных элементов направляют средствами соединения к третьему пакету топливных элементов, имеющему третью рабочую температуру, более высокую, чем упомянутая вторая рабочая температура.

62. Способ по п.60, отличающийся тем, что снабжают по крайней мере один из упомянутых первого и второго пакетов топливных элементов топливом, снабжают упомянутый первый пакет топливных элементов окислителем и направляют упомянутый выхлоп средствами соединения от упомянутого первого пакета топливных элементов к упомянутому второму пакету топливных элементов, в который упомянутый выхлоп вводят в качестве реагента-окислителя.

63. Способ по п.62, отличающийся тем, что регулируют количество топлива, подводимого к упомянутым пакетам топливных элементов.

64. Способ по п.63, отличающийся тем, что регулируют количество топлива посредством клапана или отверстия для регулирования расхода топлива.

65. Способ по п.47, отличающийся тем, что осуществляют изменение параметров риформинга одного или более из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла в зависимости от упомянутой рабочей температуры.

66. Способ по п.47, отличающийся тем, что в упомянутом узле пакетов топливных элементов формируют верхние пакеты топливных элементов и нижние пакеты топливных элементов, причем работу упомянутых верхних пакетов топливных элементов осуществляют при первой рабочей температуре посредством выполнения их из соответствующего материала, а работу упомянутых нижних пакетов топливных элементов осуществляют при второй, более низкой рабочей температуре и выполняют упомянутые нижние пакеты топливных элементов из материала, подходящего для работы при упомянутой второй рабочей температуре.

67. Способ по п.66, отличающийся тем, что вокруг упомянутого узла размещают газонепроницаемый кожух, при этом упомянутые нижние пакеты топливных элементов располагают ближе к опорным элементам конструкции, чем упомянутые верхние пакеты топливных элементов, и осуществляют работу упомянутых нижних пакетов топливных элементов при рабочей температуре, отличающейся от рабочей температуры упомянутых верхних пакетов топливных элементов.

68. Способ по п.67, отличающийся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов выполняют с образованием внутренних пакетов топливных элементов и наружных пакетов топливных элементов, причем работу упомянутых наружных пакетов топливных элементов осуществляют при первой рабочей температуре и выполняют их из соответствующего материала, а работу упомянутых внутренних пакетов топливных элементов обеспечивают при второй, более высокой рабочей температуре посредством выполнения их из материала, подходящего для работы при упомянутой второй рабочей температуре.

69. Способ по п.68, отличающийся тем, что работу упомянутых наружных пакетов топливных элементов осуществляют при рабочей температуре ниже упомянутой рабочей температуры упомянутых внутренних пакетов топливных элементов посредством расположения упомянутого узла пакетов топливных элементов внутри теплозащитного кожуха, причем упомянутые наружные пакеты топливных элементов упомянутого узла размещают ближе к внутренней стенке упомянутого теплозащитного кожуха по сравнению с внутренними пакетами топливных элементов упомянутого узла.

70. Способ по п.47, отличающийся тем, что формируют ряд температурных зон, расположенных смежно друг другу вдоль оси упомянутого пакета, причем каждая упомянутая зона имеет отличающуюся от других рабочую температуру.

71. Способ по п.70, отличающийся тем, что принимают топливный реагент посредством коллектора топлива и принимают реагент-окислитель посредством коллектора окислителя.

72. Способ по п.71, отличающийся тем, что собирают выхлоп от упомянутого пакета топливных элементов посредством газонепроницаемого кожуха, размещенного вокруг упомянутого пакета топливных элементов.

73. Способ по п.72, отличающийся тем, что выборочно перекрывают один из упомянутых коллекторов и предотвращают прохождение упомянутого соответствующего реагента внутри коллектора, посредством размещения элемента запирания текучей среды в соответствующем месте упомянутого пакета топливных элементов.

74. Способ по п.73, отличающийся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды размещают внутри упомянутого коллектора окислителя, выводят выхлоп в пределах, по крайней мере, части границы одной из температурных зон и повторно вводят упомянутый выхлоп в упомянутую смежную температурную зону по упомянутой границе и в упомянутый коллектор окислителя.

75. Способ по п.73, отличающийся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды размещают на стыке соседних температурных зон.

76. Способ по п.73, отличающийся тем, что осуществляют работу упомянутого пакета топливных элементов с образованием первой и второй смежных температурных зон, причем упомянутую первую температурную зону выполняют из первого материала и обеспечивают ее работу при первой рабочей температуре, а упомянутую вторую зону выполняют из второго материала и обеспечивают ее работу при второй рабочей температуре, отличающейся от упомянутой первой рабочей температуры, а упомянутый элемент запирания текучей среды располагают на стыке упомянутых первой и второй зон.

77. Способ по п.47, отличающийся тем, что в упомянутом узле используют, по меньшей мере, два пакета топливных элементов с образованием отдельных пространственно разнесенных топливных элементов, работу которых осуществляют при разных рабочих температурах.

78. Способ по п.77, отличающийся тем, что собирают выхлоп от, по крайней мере, одного из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла посредством газонепроницаемого кожуха размещенного вокруг упомянутого пакета топливных элементов.

79. Способ по п.78, отличающийся тем, что направляют средствами соединения выхлоп одного из упомянутых пакетов топливных элементов к другому пространственно отделенному пакету топливных элементов и вводят упомянутый выхлоп топливных элементов упомянутого одного пакета топливных элементов в другой пакет топливных элементов.

80. Способ по п.78, отличающийся тем, что генерируют выхлоп с первой рабочей температурой посредством первого пакета топливных элементов упомянутого узла, принимают упомянутый выхлоп вторым пакетом топливных элементов, соединенным с упомянутым первым пакетом топливных элементов, и нагревают упомянутый выхлоп до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура.

81. Способ по п.80, отличающийся тем, что направляют упомянутый выхлоп средствами соединения от упомянутого первого пакета топливных элементов к упомянутому второму пакету топливных элементов, в который упомянутый выхлоп вводят в качестве реагента-окислителя.

82. Способ по п.47, отличающийся тем, что осуществляют сжатие одного из упомянутых реагентов посредством, по крайней мере, одного компрессора, связанного с, по крайней мере, одним из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла, принимают вырабатываемый, по крайней мере, одним пакетом топливных элементов выхлоп посредством, по крайней мере, одной турбины, связанной с упомянутым пакетом топливных элементов, и преобразуют в турбине выхлоп в энергию вращения.

83. Способ по п.82, отличающийся тем, что выхлоп газовой турбины принимают парогенератором, связанным с газовой турбиной и соединяющим выхлоп газовой турбины с рабочей средой.

84. Способ по п.83, отличающийся тем, что производят электрическую энергию посредством паровой турбины, связанной с парогенератором.

85. Способ по п.82, отличающийся тем, что производят электрическую энергию из энергии вращения турбины посредством электрогенератора, связанного с турбиной и принимающего от нее энергию вращения.

86. Способ по п.47, отличающийся тем, что упомянутые пакеты топливных элементов выполняют из разного материала и обеспечивают их работу при разных температурах.

87. Способ по п.47, отличающийся тем, что осуществляют раздельное введение топлива в каждый упомянутый пакет топливных элементов.

88. Энергетическая система с топливными элементами, предназначенная для производства электрической энергии, отличающаяся тем, что она содержит узел пакетов топливных элементов, установленных с возможностью работы при различных рабочих температурах, причем, по крайней мере, один из упомянутых топливных элементов содержит группу пакетов топливных элементов, расположенных смежно друг другу в осевом направлении с возможностью работы при различных рабочих температурах, и каждый из упомянутых пакетов топливных элементов содержит средства приема реагентов для электрохимического процесса производства электроэнергии.

89. Система по п.88, отличающаяся тем, что каждый из упомянутых пакетов топливных элементов имеет рабочие температуры, в основном, в интервале 20 – 2000С.

90. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутый узел содержит два или более пакета топливных элементов, выбранных из группы, содержащей топливный элемент с твердым оксидом, топливный элемент на твердой основе, топливный элемент с расплавленным карбонатом, топливный элемент с фосфорной кислотой, щелочной топливный элемент и мембранный топливный элемент с обменом протонов.

91. Система по п.88, отличающаяся тем, что каждый упомянутый пакет топливных элементов содержит твердую основу или твердый оксид, включающий в себя, по крайней мере, один из следующих материалов: цирконий, стабилизированный иттрием, галлат лантана, оксид на основе церия, оксид на основе висмута, смеси вышеназванных материалов.

92. Система по п.88, отличающаяся тем, что пакет топливных элементов снабжен электролитными пластинами, имеющими с одной стороны материал электрода-окислителя, а с противоположной стороны – материал топливного электрода, соединенными пластинами обеспечения электрического контакта электролитных пластин, коллекторами приема реагентов, выполненными вдоль оси пакета, причем пакет топливных элементов образован чередованием соединительных и электролитных пластин.

93. Система по п.92, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена средствами нагрева одного или более реагентов, содержащими теплопроводную поверхность соединительной пластины, выполненную объединенной с пластиной и выступающей в осевые коллекторы.

94. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов имеет цилиндрическую форму или поперечное сечение прямоугольной формы.

95. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутый пакет топливных элементов содержит ряд топливных элементов трубчатой формы.

96. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, один коллектор переноса текучей среды к упомянутым пакетам топливных элементов или от них, расположенный снаружи или внутри упомянутых пакетов топливных элементов.

97. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства введения упомянутых реагентов в упомянутый пакет топливных элементов.

98. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды, по меньшей мере, одного упомянутого пакета топливных элементов в упомянутом узле.

99. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды упомянутых пакетов топливных элементов и приема другого реагента последовательно относительно потока реагентов.

100. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства взаимосвязи текучей среды упомянутых пакетов топливных элементов и приема другого реагента параллельно относительно потока реагентов.

101. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства соединения выхлопа одного из упомянутых пакетов топливных элементов с другим пакетом топливных элементов и введения упомянутого выхлопа топливных элементов одного из пакетов топливных элементов в другой пакет топливных элементов.

102. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг, по крайней мере, одного упомянутого пакета топливных элементов упомянутого узла с возможностью сбора выхлопа от упомянутого пакета топливных элементов.

103. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутые смежные вдоль оси пакеты топливных элементов содержат первый пакет топливных элементов, выполненный с возможностью вырабатывания выхлопа при первой рабочей температуре, и второй пакет топливных элементов, соединенный с упомянутым первым пакетом топливных элементов с возможностью получения упомянутого выхлопа и его нагрева до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура.

104. Система по п.103, отличающаяся тем, что она содержит третий пакет топливных элементов, соединенный с упомянутыми пакетами топливных элементов с возможностью получения упомянутого выхлопа со второй рабочей температурой и его нагрева до третьей рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая вторая рабочая температура.

105. Система по п.103, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит источник снабжения топливом, по крайней мере, одного из упомянутых первого и второго пакетов топливных элементов, источник снабжения окислителем упомянутого первого пакета топливных элементов, и средства соединения упомянутого выхлопа первого пакета топливных элементов с упомянутым вторым пакетом топливных элементов и введения в него упомянутого выхлопа в качестве упомянутого окислителя.

106. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства последовательного соединения друг с другом заданного числа топливных элементов, имеющих смежные вдоль оси пакеты топливных элементов, с нагреванием текучей среды от первой температуры до заданной температуры, причем упомянутое число пакетов топливных элементов определяется упомянутой заданной температурой.

107. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит источник снабжения топливом, по меньшей мере, одного упомянутого пакета топливных элементов.

108. Система по п.107, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства регулирования количества подаваемого к упомянутым пакетам топливных элементов топлива.

109. Система по п.108, отличающаяся тем, что упомянутые средства регулирования содержат клапан или отверстие регулирования потока топлива.

110. Система по п.109, отличающаяся тем, что упомянутые средства регулирования дополнительно содержат средство управления, соединенное с клапаном с возможностью автоматического регулирования количества подводимого к пакету топливных элементов топлива.

111. Система по п.88, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из упомянутых пакетов топливных элементов имеет различные параметры риформинга в зависимости от упомянутой рабочей температуры.

112. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутые смежные вдоль оси пакеты топливных элементов размещены с образованием верхних пакетов топливных элементов и нижних пакетов топливных элементов, причем упомянутые верхние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего первой рабочей температуре, а упомянутые нижние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего второй, более низкой рабочей температуре.

113. Система по п.112, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг упомянутых пакетов топливных элементов, при этом упомянутые нижние пакеты топливных элементов расположены ближе к опорным элементам конструкции по сравнению с упомянутыми верхними пакетами топливных элементов, а упомянутые рабочие температуры нижних пакетов топливных элементов отличаются от упомянутой рабочей температуры верхних пакетов топливных элементов.

114. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутый узел топливных элементов выполнен с образованием внутренних пакетов топливных элементов и наружных пакетов топливных элементов, причем упомянутые наружные пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего первой рабочей температуре, а упомянутые внутренние пакеты топливных элементов выполнены из материала, соответствующего второй, более высокой, рабочей температуре.

115. Система по п.88, отличающаяся тем, что упомянутый узел пакетов топливных элементов размещен внутри теплозащитного кожуха, причем наружные пакеты топливных элементов упомянутого узла размещены ближе к внутренней стенке упомянутого теплозащитного кожуха, по отношению к внутренним пакетам топливных элементов упомянутого узла, а рабочие температуры наружных пакетов топливных элементов ниже рабочей температуры внутренних пакетов топливных элементов.

116. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит элемент запирания текучей среды, размещенный в одном из упомянутых пакетов топливных элементов с возможностью выборочного перекрытия одного или более коллекторов, образованных внутри пакетов, и предотвращения прохождения упомянутого соответствующего реагента внутри коллектора в месте размещения элемента запирания текучей среды.

117. Система по п.116, отличающаяся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды расположен внутри упомянутого коллектора-окислителя, а выхлоп упомянутого пакета топливных элементов имеет выход в пределах, по крайней мере, части границы одной из температурных зон, причем система дополнительно снабжена газонепроницаемым кожухом, установленным с возможностью захвата и повторного ввода упомянутого выхлопа в упомянутую смежную температурную зону по упомянутой границе и в упомянутый коллектор окислителя.

118. Система по п.116, отличающаяся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды расположен на стыке упомянутых температурных зон.

119. Система по п.88, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, один компрессор для сжатия одного из упомянутых реагентов, связанный с, по крайней мере, одним упомянутым пакетом топливных элементов упомянутого узла и, по крайней мере, одну турбину, связанную с упомянутым, по крайней мере, одним пакетом топливных элементов с возможностью приема вырабатываемого ими выхлопа и преобразования выхлопа в энергию вращения.

120. Система по п.119, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит парогенератор, связанный с газовой турбиной с возможностью приема выхлопа газовой турбины и соединения выхлопа газовой турбины с рабочей средой.

121. Система по п.120, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит паровую турбину, связанную с парогенератором с возможностью производства электроэнергии.

122. Система по п.119, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрогенератор, связанный с турбиной с возможностью приема от нее энергии вращения и ее преобразования в электроэнергию.

123. Способ производства электрической энергии энергетической системой с топливными элементами, отличающийся тем, что энергетическая система содержит узел пакетов топливных элементов, имеющий ряд пакетов топливных элементов, расположенных смежно друг другу в осевом направлении, причем работу, по крайней мере, некоторых упомянутых пакетов топливных элементов осуществляют при разных рабочих температурах, значение которых изменяется между, по крайней мере, двумя упомянутыми пакетами топливных элементов, а в упомянутые пакеты топливных элементов вводят реагенты и осуществляют электрохимический процесс производства электроэнергии.

124. Способ по п.123, отличающийся тем, что работу упомянутого узла пакетов топливных элементов осуществляют, в основном, в интервале между 20 и 2000С.

125. Способ по п.123, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два из упомянутых пакетов топливных элементов выбирают из группы, содержащей топливный элемент с твердым оксидом, топливный элемент на твердой основе, топливный элемент с расплавленным карбонатом, топливный элемент с фосфорной кислотой, щелочной топливный элемент и мембранный топливный элемент с обменом протонов.

126. Способ по п.123, отличающийся тем, что упомянутый пакет топливных элементов выполняют, по крайней мере, из одного из следующих материалов: цирконий, стабилизированный иттрием, галлат лантана, оксид на основе церия, оксид на основе висмута и смеси вышеназванных материалов,

127. Способ по п.123, отличающийся тем, что пакет топливных элементов формируют из электролитных пластин, имеющих материал электрода окислителя с одной стороны и материал топливного электрода с противоположной стороны, соединительных пластин, посредством которых обеспечивают электрический контакт с электролитными пластинами, и коллекторов приема реагентов, выполняемых вдоль оси пакета, причем пакет топливных элементов собирают с укладкой соединительных пластин и электролитных пластин поочередно.

128. Способ по п.127, отличающийся тем, что, по крайней мере, один реагент нагревают посредством теплопроводной поверхности соединительной пластины, выполненной объединенной с пластиной и выступающей в осевые коллекторы.

129. Способ по п.123, отличающийся тем, что пакет топливных элементов выполняют с цилиндрической формой, трубчатой формой или с поперечным сечением прямоугольной формы.

130. Способ по п.123, отличающийся тем, что упомянутые пакеты топливных элементов соединяют посредством средств взаимосвязи текучей среды последовательно или параллельно относительно потока реагентов.

131. Способ по п.130, отличающийся тем, что переносят текучую среду к упомянутым пакетам топливных элементов и от них посредством одного или более коллекторов, выполненных снаружи или внутри упомянутых пакетов топливных элементов.

132. Способ по п.130, отличающийся тем, что нагревают текучую среду от первой температуры до заданной температуры посредством последовательно соединенных друг с другом заданным числом пакетов топливных элементов, причем упомянутое число пакетов топливных элементов определяют в зависимости от упомянутой заданной температуры.

133. Способ по п.123, отличающийся тем, что вокруг, по крайней мере, одного упомянутого пакета топливных элементов размещают газонепроницаемый кожух и собирают выхлоп от упомянутого пакета топливных элементов посредством упомянутого газонепроницаемого кожуха.

134. Способ по п.133, отличающийся тем, что выхлоп одного из упомянутых пакетов топливных элементов соединяют с другим пакетом топливных элементов и вводят упомянутый выхлоп одного пакета топливных элементов в другой пакет топливных элементов.

135. Способ по п.133, отличающийся тем, что генерируют выхлоп с первой рабочей температурой посредством первого пакета топливных элементов, и нагревают упомянутый выхлоп до второй рабочей температуры, более высокой, чем упомянутая первая рабочая температура, посредством второго пакета топливных элементов, соединенного с упомянутым первым пакетом топливных элементов.

136. Способ по п.135, отличающийся тем, что упомянутый выхлоп от упомянутого второго пакета топливных элементов направляют средствами соединения к третьему пакету топливных элементов, имеющему третью рабочую температуру, более высокую, чем упомянутая вторая рабочая температура.

137. Способ по п.135, отличающийся тем, что снабжают, по крайней мере, один из упомянутых первого и второго пакетов топливных элементов топливом, снабжают упомянутый первый пакет топливных элементов окислителем, и направляют упомянутый выхлоп средствами соединения от упомянутого первого пакета топливных элементов к упомянутому второму пакету топливных элементов, в который упомянутый выхлоп вводят в качестве реагента-окислителя.

138. Способ по п.137, отличающийся тем, что регулируют количество топлива, подводимого к упомянутым пакетам топливных элементов.

139. Способ по п.123, отличающийся тем, что осуществляют изменение параметров риформинга одного или более из упомянутых пакетов топливных элементов упомянутого узла в зависимости от упомянутой рабочей температуры.

140. Способ по п.123, отличающийся тем, что в упомянутом узле пакетов топливных элементов формируют верхние пакеты топливных элементов и нижние пакеты топливных элементов, причем работу упомянутых верхних пакетов топливных элементов осуществляют при первой рабочей температуре посредством выполнения их из соответствующего материала, а работу упомянутых нижних пакетов топливных элементов осуществляют при второй, более низкой рабочей температуре, и выполняют упомянутые нижние пакеты топливных элементов из материала, подходящего для работы при упомянутой второй рабочей температуре.

141. Способ по п.140, отличающийся тем, что вокруг упомянутого узла размещают газонепроницаемый кожух, при этом упомянутые нижние пакеты топливных элементов располагают ближе к опорным элементам конструкции, чем упомянутые верхние пакеты топливных элементов, и осуществляют работу упомянутых нижних пакетов топливных элементов при рабочей температуре, отличающейся от рабочей температуры упомянутых верхних пакетов топливных элементов.

142. Способ по п.141, отличающийся тем, что пакет топливных элементов размещают с образованием внутренних пакетов топливных элементов и наружных пакетов топливных элементов, причем работу упомянутых наружных пакетов топливных элементов осуществляют при первой рабочей температуре и выполняют их из соответствующего материала, а работу упомянутых внутренних пакетов топливных элементов обеспечивают при второй, более высокой, рабочей температуре посредством выполнения их из материала, подходящего для работы при упомянутой второй рабочей температуре.

143. Способ по п.123, отличающийся тем, что работу упомянутых наружных пакетов топливных элементов осуществляют при рабочей температуре ниже упомянутой рабочей температуры упомянутых внутренних пакетов топливных элементов, посредством расположения упомянутого узла пакетов топливных элементов внутри теплозащитного кожуха, причем упомянутые наружные пакеты топливных элементов упомянутого узла размещают ближе к внутренней стенке упомянутого теплозащитного кожуха по сравнению с внутренними пакетами топливных элементов упомянутого узла.

144. Способ по п.123, отличающийся тем, что принимают топливный реагент посредством коллектора топлива и принимают реагент-окислитель посредством коллектора окислителя.

145. Способ по п.144, отличающийся тем, что собирают выхлоп от упомянутого пакета топливных элементов посредством газонепроницаемого кожуха, размещенного вокруг упомянутого пакета топливных элементов.

146. Способ по п.145, отличающийся тем, что выборочно перекрывают один из упомянутых коллекторов и предотвращают прохождение упомянутого соответствующего реагента внутри коллектора посредством размещения элемента запирания текучей среды в соответствующем месте упомянутого пакета топливных элементов.

147. Способ по п.146, отличающийся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды размещают внутри упомянутого коллектора-окислителя, выводят выхлоп в пределах, по крайней мере, части границы одной из температурных зон и повторно вводят упомянутый выхлоп в упомянутую смежную температурную зону по упомянутой границе и в упомянутый коллектор окислителя.

148. Способ по п.146, отличающийся тем, что упомянутый элемент запирания текучей среды размещают на стыке соседних температурных зон.

149. Способ по п.146, отличающийся тем, что осуществляют работу упомянутого пакета топливных элементов с образованием первой и второй смежных температурных зон, причем упомянутую первую температурную зону выполняют из первого материала и обеспечивают ее работу при первой рабочей температуре, а упомянутую вторую зону выполняют из второго материала и обеспечивают ее работу при второй рабочей температуре, отличающейся от упомянутой первой рабочем температуры, а упомянутый элемент запирания текучей среды располагают на стыке упомянутых первой и второй зон.

150. Способ по п.123, отличающийся тем, что один из упомянутых реагентов подвергают сжатию и преобразуют выхлоп, генерируемый упомянутыми пакетами топливных элементов, в энергию вращения.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.11.2004

Извещение опубликовано: 20.04.2006 БИ: 11/2006