PL248971B1 - Urządzenie do wytwarzania mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do wytwarzania mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla. Urządzenie składa się ze stosu ogniw stałotlenkowych (1), zabudowanego pomiędzy płytami usztywniającymi (4 i 5) i tworzącego z nimi moduł elektrolizera oraz stosu węglanowych ogniw paliwowych (2), zabudowanego szczelnie pomiędzy płytami usztywniającymi (7 i 8), tworzącego z nimi moduł ogniw paliwowych, przy czym w płytach usztywniających są kanały przelotowe dla gazów anodowych oraz gazów katodowych. Pomiędzy stosami usztywnionymi płytami zabudowany jest mieszacz (6). Usztywnione stosy wraz z mieszaczem zabudowane są pomiędzy korpusem z króćcami zasilającymi (3), wyposażonym w króciec dolotowy gazów katodowych (12) i króciec dolotowy gazów anodowych (13) oraz korpusem z króćcami wylotowymi (9), wyposażonym w króciec wylotowy gazów katodowych (14) i króciec wylotowy gazów anodowych (15).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania mieszaniny gazowej zawierającej głównie wodór oraz dwutlenek węgla, która stanowi surowiec dla procesu metanizacji, prowadzonego zgodnie z reakcją chemiczną Sabatiera, w którym uzyskiwany jest tzw. syntetyczny gaz ziemny (SNG).

Zaletą syntetycznego gazu ziemnego jest to, iż może być bardzo istotnie zbliżony składem do gazu ziemnego wysokometanowego, a przez to może być powszechnie wykorzystywany w gospodarce (konsumenci indywidualni, transport oraz przemysł, a tutaj np. elektrownie, zakłady chemiczne). Produkcja syntetycznego gazu ziemnego jest sposobem na wykorzystanie wodoru, mającego w przyszłości stanowić bardzo ważny nośnik energii, głównie pozyskiwanej w oparciu o pracę źródeł odnawialnych. Wodór taki może być produkowany w procesie elektrolizy, gdzie w oparciu o doprowadzaną do procesu energię elektryczną, następuje rozkład wody na wodór i tlen. Produkcja wodoru może być sposobem dla zagospodarowywania energii elektrycznej, która może być produkowana w nadwyżce względem potrzeb, np. w okresach wysokiego potencjału niestabilnych systemów wytwórczych, takich jak elektrownie solarne i farmy wiatrowe. W przypadku reakcji Sabatiera wodór i dwutlenek węgla doprowadzony powinien być optymalnie w proporcji objętościowej, odpowiednio 4:1. Produktami reakcji, która przebiega w obecności katalizatora (np. ruten, nikiel i tlenek glinu) jest metan oraz woda. Reakcja ma charakter silnie egzotermiczny.

Potrzebne dla prowadzenia reakcji Sabatiera wodór i dwutlenek węgla pozyskiwane są najczęściej w procesach oddzielnych, przy czym obecnie, z uwagi na ekologiczny charakter, najczęściej dla produkcji wodoru proponuje się wykorzystywanie spopularyzowanych rynkowo niskotemperaturowych elektrolizerów typu PEM lub elektrolizerów alkalicznych. Z kolei dla pozyskiwania dwutlenku węgla proponowane są procesy separacji z gazów spalinowych, bądź gazów pr ocesowych. Taka separacja dwutlenku węgla zmniejsza jego emisję do atmosfery, co jest korzystne z uwagi na zmniejszenie w ten sposób negatywnego wpływu działalności człowieka na środowisko. Korzystnie dwutlenek węgla, dla uzyskania tzw. efektu emisji ujemnej, może być pozyskiwany na drodze separacji z gazów spalinowych wywiązywanych w efekcie procesu spalania biopaliw. Sam proces separacji może być prowadzony z wykorzystaniem procesów adsorpcji, absorpcji, separacji membranowej lub metody kriogenicznej. Zarówno pozyskiwanie wodoru, który na Ziemi nie występuje w wolnej postaci, jak i pozyskiwanie dwutlenku węgla na drodze jego separacji z mieszanin gazowych, niezależnie od wykorzystywanych metod, związane jest z potrzebą wykorzystywania w tym celu energii elektrycznej i/lub ciepła. Z tego też powodu, produkcja syntetycznego gazu ziemnego związana jest w potrzebą ponoszenia wysokich kosztów eksploatacyjnych. Dodatkowo technologie umożliwiające separację dwutlenku węgla, bazujące na przykład na metodach absorpc ji chemicznej, adsorpcji fizycznej lub spalaniu tlenowym przewidziane są dla zastosowań wielkoskalowych, co wyklucza ich implementację w małych systemach rozproszonych. W literaturze przedmiotu brak jest informacji o rozwiązaniach kompaktowych urządzeń do produkcji mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla, przystającej do potrzeb procesu Sabatiera, wykorzystujących procesy elektrochemiczne. Znane są za to rozwiązania kompaktowe, gdzie wykorzystuje się zestawienie modułów elektrolizera z modułami umożliwiającymi prowadzenie procesu Sabatiera. Urządzenie zgodnie z wynalazkiem WO2019093518A1 pozwala na utylizację dwutlenku węgla w procesie Sabatiera, przy czym w ramach kompaktowego urządzenia wyłącznie wymagany dla prowadzenia reakcji wodór wytwarzany jest w ramach modułu elektrolizera, stanowiącego element urządzenia, natomiast dwutlenek węgla jest dostarczany we właściwej ilości do urządzenia z zewnątrz. Procesy ukierunkowane na pozyskiwanie mieszaniny predysponowanej dla zastosowania w procesie Sabatiera mogą być prowadzone z wykorzystaniem systemu integrującego stałotlenkowy elektrolizer oraz węglanowe ogniwo paliwowe przez zastosowanie połączeń rurowych. Projekt realizowany w Polsce przez firmę Tauron PA S.A. (POIR. 01.02.00-00-0281/16) zademonstrował instalację do produkcji mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla i dowiódł jej funkcjonalność, choć też zidentyfikował problem, jakim są wysokie straty ciepła do otoczenia, za co odpowiadają połączenia rurowe integrujące dwa kluczowe dla systemu urządzenia [https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.10.054].

Celem wynalazku jest umożliwienie efektywnego pozyskiwania mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla na drodze zastosowania kompaktowego urządzenia, przy udziałach tych gazów wymaganych dla procesu metanizacji, realizowanego zgodnie z reakcją Sabatiera. Zwarta budowa urządzenia integrującego dwa urządzenia wymagane do elektrochemicznej produkcji wodoru oraz separacji CO2 z gazów spalinowych, jakimi są stałotlenkowy elektrolizer oraz węglanowe ogniwo paliwowe, pozwoli na prowadzenie procesów wysokotemperaturowych (nawet ponad 700°C) z minimalizacją strat ciepła do otoczenia, co jest odpowiedzialne za wysokie straty energii w przypadku prowadzenia procesów z wykorzystaniem dla integracji urządzeń połączeń rurowych.

Cel ten osiągnięto na drodze zintegrowania w ramach jednego urządzenia stosu ogniw stałotlenkowych oraz stosu węglanowych ogniw paliwowych. W urządzeniu takim stos ogniw stałotlenkowych, zasilany powietrzem oraz parą wodną, pracuje w trybie elektrolizera i pozwala na przypływ wymuszony jonów tlenu z części katodowej, gdzie podawana jest para wodna, do części anodowej omywanej gorącym powietrzem. Wymuszenie następuje dzięki różnicy potencjałów dwóch el ektrod (anody i katody), będącego wynikiem przyłożonego napięcia prądu stałego. Dzięki takiemu wymuszeniu na wylocie strony katodowej modułu uzyskiwana jest mieszanina pary wodnej oraz wodoru. Anodę modułu elektrolizera opuszcza powietrze wzbogacone w tlen. Gazy katodowe modułu elektrolizera trafiają na stronę anodową modułu stosu ogniw paliwowych, natomiast gazy anodowe modułu elektrolizera do mieszacza, przed który podawane są również gorące gazy, będące nośnikiem dwutlenku węgla (np. spaliny). Mieszacz, najkorzystniej statyczny, stanowi dowolne rozwiązanie techniczne umożliwiające turbulizację gazów do niego wprowadzanych, a dzięki temu ich efektywne wymieszanie. Mieszacz opuszcza mieszanina jednorodna, która zostaje skierowana na wlot części katodowej stosu ogniw paliwowych. W stosie ogniw paliwowych następuje konwersja paliwa wodorowego do ciepła i energii elektrycznej. W ogniwach następuje transport jonów węglanowych przez elektrolit, co umożliwia separację dwutlenku węgla, który łączy się po stronie anodowej modułu ogniw paliwowych ze strumieniem pary wodnej oraz wodoru. Tlen reagując z wodorem tworzy parę wodną. Skutkiem działania stosu jest pojawienie się różnicy potencjałów między anodą, a katodą, a intensywność odbioru energii decyduje o intensywności przepływu jonów węglanowych, co decyduje z kolei o składzie mieszaniny opuszczającej cześć katodową oraz część anodową stosu. Dla uzyskania właściwego stosunku molowych wodoru oraz dwutlenku węgla ważne jest wobec tego odpowiednie obciążenie elektryczne stosu ogniw paliwowych.

Urządzenie do wytwarzania mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla składa się ze stosu ogniw stałotlenkowych, zabudowanego pomiędzy płytami usztywniającymi oraz stosu węglanowych ogniw paliwowych, również zabudowanego pomiędzy płytami usztywniającymi. W płytach usztywniających (płytach bipolarnych ogniw) wycięte są kanały przelotowe dla gazów anodowych oraz gazów katodowych. Z kolei pomiędzy stosami usztywnionymi płytami zabudowany jest mieszacz z zabudowanym króćcem wlotowym dla mieszaniny gazowej z CO2, w którym również wycięty jest kanał dla transportu mieszaniny pary wodnej oraz wodoru (gazu katodowego modułu elektrolizera) oraz kanały dla wprowadzania powietrza wzbogaconego w tlen (gaz anodowy opuszczający moduł elektrolizera) i wyprowadzania tego gazu po jego zmieszaniu z mieszaniną gazową z CO 2. Natomiast usztywnione stosy wraz z mieszaczem zabudowane są pomiędzy korpusem z króćcami zasilającymi, wyposażonym w króciec dolotowy gazów katodowych i króciec dolotowy gazów anodowych modułu elektrolizera oraz korpusem z króćcami wylotowymi, wyposażonym w króciec wylotowy gazów katodowych i króciec wylotowy gazów anodowych modułu ogniw paliwowych. Moduły zorganizowane zgodnie z opisem są ściśnięte z wykorzystaniem ram dociskowych: dolnej oraz górnej, które są połączone szpilkami ściągającymi, wyposażonymi w sprężyny oraz mocowania sprężyn, przy czym elementy robocze urządzenia są zabudowane w osłonie termoizolacyjnej.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok izometryczny urządzenia po złożeniu, z naciągiem sprężynowym, natomiast Fig. 2 przedstawia widok izometryczny podstawowych elementów w uszeregowaniu odpowiadającemu ich rozmieszczeniu w ramach urządzenia, z zaznaczonymi kierunkami przepływu gazów anodowych modułu elektrolizera/gazów katodowych modułu ogniw paliwowych (strzałki ciemnoszare), gazów katodowych moduły elektrolizera/gazów anodowych moduły ogniw paliwowych (strzałki jasnoszare) oraz mieszaniny gazowej stanowiącej nośnik CO2 (strzałka czarna).

W skład urządzenia wchodzi stos ogniw stałotlenkowych 1, stanowiących zespół łączących elektrycznie szeregowo sąsiadujące ogniwa, tak, że katoda jednego ogniwa jest elektrycznie połączona z anodą ogniwa kolejnego (w przypadku przykładowego wykonania stos składa się z pięciu ogniw), przewidzianego w urządzeniu do pracy w trybie elektrolizera, co umożliwia produkcję wodoru, oraz stos węglanowych ogniw paliwowych 2, również szeregowo łączących ogniwa (w przypadku przykładowego wykonania stos składa się również z pięciu ogniw), zapewniający separację dwutlenku węgla. Stos ogniw stałotlenkowych 1 oraz stos węglanowych ogniw paliwowych 2 posia dają kanały dla gazów katodowych oraz gazów anodowych, utworzone przez otwory wycięte w płytach bipolarnych poszczególnych ogniw, zapewniające właściwy transport gazów w ramach stosów. Gazy anodowe oraz gazy katodowe z kanałów rozpływają się równolegle na poszczególne ogniwa stosów, mając tam kontakt z materiałem anody oraz materiałem katody. Stos ogniw stałotlenkowych jest połączony od strony zasilania gazami z płytą usztywniającą 4, natomiast od strony wylotu gazów z płytą usztywniającą na wylocie modułu elektrolizera 5 i stanowi wraz z tymi płytami monolit. Podobnie stos ogniw paliwowych jest połączony od strony zasilania gazami z płytą usztywniającą na zasilaniu modułu ogniw paliwowych 7, natomiast od strony wylotu gazów z płytą usztywniającą na wylocie modułu ogniw paliwowych 8, również z tymi płytami stanowiąc monolit. Każda z płyt usztywniających posiada dwa kanały przelotowe, jeden dla gazów anodowych oraz drugi dla gazów katodowych. Odpowiednie skonfigurowanie tych kanałów w ramach całego urządzenia zapewnia właściwy kierunek przypływu gazów katodowych oraz anodowych. Dwa opisane monolity przy gotowane muszą być zgodnie z procedurami przewidzianymi odpowiednio dla elektrolizerów stałotlenkowych oraz węglanowych ogniw paliwowych. Montaż stosów w ramach urządzenia, stanowiącego przedmiot wynalazku, odbywać musi się w sposób zapewniający zachowanie szczelności dwóch stosów, co jest ważne w kontekście bezpieczeństwa eksploatacji oraz efektywności pracy urządzenia. Pomiędzy górną (umownie i zgodnie z przedstawionym rysunkiem, bowiem zorientowanie urządzenia w trakcie jego pracy w przestrzeni jest dowo lne) płytą usztywniającą stos ogniw stałotlenkowych, a dolną płytą usztywniającą stos węglanowych ogniw paliwowych umiejscowiony jest mieszacz 6, stanowiący po montażu w ramach urządzenia szczelną komorę o polu przekroju stycznym do kierunku poruszania się mieszaniny gazów zbliżonym do pola przekroju otworów wyciętych w płytach bipolarnych ogniw, dopasowaną kształtem do kształtu płyt usztywniających, w której równomiernie umiejscowione są elementy turbulizujące przepływ gazów, stanowiące prostokątne blaszki wygięte w łuki i unieruchomione przez docisk ścian komory stanowiących powierzchnię płyt usztywniających (górnej i dolnej) w ten sposób, że blaszki krótszymi bokami skierowane są w kierunku napływającego strumienia mieszaniny gazowej, co ma zapewnić dobre wymieszania gazu-, wprowadzanego do mieszacza 6 z części anodowej stosu ogniw stałotlenkowych, z mieszaniną gazową (np. spalinami) stanowiącą nośnik dwutlenku węgla, która jest wprowadzana do mieszacza 6 specjalnie w tym celu przewidzianym w konstrukcji m ieszacza króćcem wlotowym mieszaniny gazowej z CO2 16. Dwa stosy oraz mieszacz w opisanej konfiguracji są umieszczone pomiędzy korpusem z króćcami zasilającymi 3, a korpusem z króćcami wylotowymi 9. Szczelność urządzenia jest zapewniona dzięki umieszczeniu wszystkich elementów pomiędzy ramą dociskową dolną 10 oraz ramą dociskową górną 11, na które działa siła zapewniona przez sprężyny 18 zamocowane na gwintowanych szpilkach ściągających 17, przy czym właściwa siła ściskająca zapewniona jest naciągiem sprężyn ustalonym przez mocowania 19.

Podstawowym produktem pracy urządzenia jest gaz opuszczający część anodową stosu węglanowych ogniw paliwowych 2. Gaz katodowy modułu ogniw paliwowych opuszczający urządzenie stanowi mieszaninę powietrza oraz gazu stanowiącego nośnik CO2, który wprowadzany jest do urządzenia króćcem 16, przy czym ilości tlenu oraz dwutlenku węgla w wyprowadzanej mieszaninie są wynikiem ukierunkowanego prowadzenia w urządzeniu procesów elektrochemicznych. W urządzeniu, w pierwszej kolejności, w stosie ogniw stałotlenkowych 1 przebiega proces elektrolizy, ukierunkowany na produkcję wodoru. W tym celu do stosu podany jest prąd stały. Stos ogniw stałotlenkowych pozwala na rozdzielenie cząsteczek wody na wodór i tlen oraz transport tlenu poprzez elektrolit. W konsekwencji tego procesu na wylocie z części katodowej stosu pojawia się zwiększony udział wodoru, natomiast powietrze przepływające przez część anodową opuszcza stos z dodatkową zawartością cząsteczek tlenu. Gaz zasilający katodę modułu elektr olizera, tj. mieszanina pary wodnej oraz wodoru (udział objętościowy wodoru w nominalnym punkcie pracy urządzenia wynosi 5%) o temperaturze rzędu 570°C, wprowadzany jest przez króciec dolotowy gazów katodowych modułu elektrolizera 13, który jest zabudowany w korpusie 3, który szczelnie, płaszczyzną kontaktu, przylega do płyty usztywniającej 4. Wodór podawany w gazie ma pozwolić na utrzymanie warunków redukcyjnych, a tym samym zabezpieczenie materiału katody przed szybką degradacją. W korpusie 3 zabudowany jest również króciec dolotowy gazów anodowych modułu elektrolizera 12, które dla urządzenia stanowi powietrze podgrzane do temperatury na poziomie 700°C. Wysokotemperaturowy gaz anodowy opuszcza stos ogniw stałotlenkowych i trafia do mieszacza, który wykona ny jest z materiału stanowiącego izolator elektryczny (np. ceramika), gdzie podlega mieszaniu z gazami stanowiącymi nośnik dwutlenku węgla, które podawane są króćcem wlotowym mieszaniny gazowej z CO2 16. Temperatura tych gazów powinna zapewnić po zmieszaniu temperaturę mieszaniny na poziomie 380°C. Tak przygotowana, jednorodna mieszanina wprowadzana jest na katodę stosu węglanowych ogniw paliwowych 2. Mieszanina staje się gazem katodowym dla modułu ogniw paliwowych. Na anodę tego stosu wprowadzana jest mieszanina, którą dotychczas stanowiły - gazy katodowe modułu elektrolizera, które opuszczają stos ogniw stałotlenkowych przy temperaturze rzędu 710°C. W stosie węglanowych ogniw paliwowych ma miejsce konwersja energii chemicznej paliwa wodorowego do ciepła oraz energii elektrycznej. Z zacisków stosu odbierany jest prąd stały, przy czym obciążenie prądowe stosu jest wielkością determinującą charakter pracy stosu, który w przypadku klasycznie pojmowanych ogniw paliwowych powinien być ukierunkowany na maksymalizację produkcji energii elektrycznej. W przypadku stosu węglanowych ogniw paliwowych, pracującego w ramach urządzenia stanowiącego przedmiot wynalazku, procesy są ukierunkowane na uzyskanie właściwej mieszaniny opuszczającej część anodową stosu. Taka funkcjonalność urządzenia jest możliwa dzięki transportowi dwutlenku węgla w postaci jonu węglanowego przez elektrolit. Wynikiem procesu jest pojawienie się po stronie anodowej stosu dwutlenku węgla oraz zwiększonej ilości pary wodnej. Pojawić może się tutaj również tlenek węgla oraz metan. Przykładowe udziały objętościowe gazów mogą być następujące: 43,1% wodoru, 11% dwutlenku węgla, 39,8% pary wodnej, 5,5% tlenku węgla, 0,6% metanu. Dla zapewnienia składu gazu, jaki wymagany jest dla procesu metanizacji, taka mi eszania musi zostać poddana wychłodzeniu i w ten sposób, na drodze kondensacji, pozbawiona pary wodnej. Gazy katodowe opuszczają urządzenie przy temperaturze rzędu 650°C. Gazy anodowe wyprowadz ane są z urządzenia przez króciec wylotowy gazów anodowych modułu ogniw paliwowych 15, natomiast gazy katodowe przez króciec wylotowy gazów katodowych modułu ogniw paliwowych 14. Oba króćce są zabudowane w korpusie 9, który płaszczyzną kontaktu szczelnie przylega do płyty usztywniającej 8.

Z uwagi na wysokie temperatury jakie towarzyszą pracy urządzenia, stanowiącego przedmiot wynalazku, nieodzowne jest zastosowanie odpowiednich materiałów żaroodpornych na wykon anie poszczególnych elementów konstrukcyjnych urządzenia. Wysoka temperatura pracy wymaga zastosowania dla urządzenia izolacji termicznej 20, która zapewni utrzymanie wymaganych dla procesów temperatur oraz zniweluje straty ciepła do otoczenia.

Z uwagi na to, iż gazy doprowadzane do urządzenia oraz gazy odbierane z urządzenia są gazami wysokotemperaturowymi, korzystne jest zastosowanie wysokotemperaturowych wymienników ciepła umożliwiających podgrzew gazów zasilających na drodze wychłodzenia gazów opuszczających urządzenie. Zastosowanie takiego optymalnie zaprojektowanego systemu odzysku ciepła zapewni minimalizację potrzeb na energię zewnętrzną, wymaganą dla podgrzewu gazów kierowanych do urządzenia.

Ze względu na to, iż stos ogniw stałotlenkowych wymaga dla prowadzenia procesu elektrolizy dostarczenia energii elektrycznej przy parametrach odpowiadających energii elektrycznej produkowanej przez stos węglanowych ogniw paliwowych, korzystne jest zintegrowane obu stosów po stronie elektrycznej, co przyczyni się do zniwelowania strat będących standardowo wynik iem ukierunkowanego przekształcania energii pobieranej lub oddawanej do sieci elektroenergetycznej. Ze względu na to, iż ogniwa paliwowe są oddzielone od elektrolizera nieprzewodzącym prąd elektryczny mieszaczem, integracja elektryczna powinna być zrealizo wana przy wykorzystaniu odpowiednich odczepów.

Wykaz oznaczeń:

1. Stos ogniw stałotlenkowych

2. Stos węglanowych ogniw paliwowych

3. Korpus z króćcami zasilającymi

4. Płyta usztywniająca na zasilaniu modułu elektrolizera

5. Płyta usztywniająca na wylocie modułu elektrolizera

6. Mieszacz

7. Płyta usztywniająca na zasilaniu modułu ogniw paliwowych

8. Płyta usztywniająca na wylocie modułu ogniw paliwowych

9. Korpus z króćcami wylotowymi

10. Rama dociskowa dolna

11. Rama dociskowa górna

12. Króciec dolotowy gazów anodowych modułu elektrolizera

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

Króciec dolotowy gazów katodowych modułu elektrolizera

Króciec wylotowy gazów katodowych modułu ogniw paliwowych

Króciec wylotowy gazów anodowych modułu ogniw paliwowych

Króciec wlotowy mieszaniny gazowej z CO2

Szpilka ściągająca

Sprężyna

Mocowanie sprężyny

Claims (1)

1. Urządzenie do wytwarzania mieszaniny wodoru oraz dwutlenku węgla, zawierające stos ogniw stałotlenkowych (1) i stos węglanowych ogniw paliwowych (2), przy czym usztywnione stosy wraz z mieszaczem (6) zabudowane są pomiędzy korpusem z króćcami zasilającymi (3) i urządzenia te są umieszczone w osłonie termoizolacyjnej, znamienne tym, że składa się co najmniej ze stosu ogniw stałotlenkowych (1), zabudowanego pomiędzy płytą usztywniającą na zasilaniu modułu elektrolizera (4) i płytą usztywniająca na wylocie modułu elektrolizera (5) i tworzącego z nimi moduł elektrolizera oraz stosu węglanowych ogniw paliwowych (2), zabudowanego szczelnie pomiędzy płytą usztywniającą na zasilaniu modułu ogniw paliwowych (7) i płytą usztywniającą na wylocie modułu ogniw paliwowych (8), tworzącego z nimi moduł ogniw paliwowych, przy czym w płytach usztywniających są kanały przelotowe dla gazów anodowych oraz gazów katodowych, z kolei pomiędzy stosami usztywnionymi płytami zabudowany jest mieszacz (6), stanowiący szczelną komorę dopasowaną kształtem do kształtu płyt usztywniających i szczelnie do nich przylegający, w której umiejscowione są elementy turbulizujące przepływ gazów i w którym zabudowany jest kanał łączący kanał gazów katodowych modułu elektrolizera z kanałem gazów anodowych modułu ogniw paliwowych oraz kanał łączący kanał gazów anodowych modułu elektrolizera z kanałem gazów katodowych modułu ogniw paliwowych, przy czym w kanale mieszacza, na wlocie gazów anodowych modułu elektrolizera zabudowany jest króciec wlotowy mieszaniny gazowej z CO2 (16), z kolei za tym króćcem w kanale zabudowane są elementy do turbulizacji przepływu gazów, natomiast usztywnione stosy wraz z mieszaczem zabudowane są pomiędzy korpusem z króćcami zasilającymi (3), wyposażonym w króciec dolotowy gazów katodowych (12) i króciec dolotowy gazów anodowych (13) oraz korpusem z króćcami wylotowymi (9), wyposażonym w króciec wylotowy gazów katodowych (14) i króciec wylotowy gazów anodowych (15), przy czym stos ogniw stałotlenkowych (1), stos węglanowych ogniw paliwowych (2), płyty usztywniające (4), (5), (7), (8), mieszacz (6) oraz korpusy (3) i (9) są ściśnięte z wykorzystaniem ram dociskowych: dolnej (10) oraz górnej (11), które są połączone szpilkami ściągającymi (17), wyposażonymi w sprężyny (18) oraz mocowania sprężyn (19).