RU158590U1

RU158590U1 - DEPARTMENT AND DISTRIBUTION MODULE OF HEAT ENERGY OF POWER INSTALLATION ON SOLID-OXIDE FUEL ELEMENTS

Info

Publication number: RU158590U1
Application number: RU2015142574/07U
Authority: RU
Inventors: Никита Сергеевич Плотников; Юлия Владимировна Волкова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Уральская производственная компания"
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2016-01-20

Abstract

1. Модуль отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах, содержащий теплообменник, расположенный в теплоизолированном корпусе, снабженном входом для продуктов реакции из горелки и выходом для выхлопных газов, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник, при этом второй теплообменник расположен в теплоизолированном корпусе последовательно первому теплообменнику и соединен с ним посредством трубопровода, вход для продуктов реакции горелки посредством трубопровода сообщен с первым теплообменником, а выход для выхлопных газов посредством трубопровода сообщен со вторым теплообменником, при этом теплоизолированный корпус снабжен двумя входами для подачи воздуха и двумя выходами для нагретого воздуха так, что первый вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через первый теплообменник с первым выходом для нагретого воздуха, который выполнен с возможностью соединения с катодным каналом топливной батареи, а второй вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через второй теплообменник со вторым выходом для нагретого воздуха, который выполнен с возможностью соединения с эжектором.2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что теплообменники выполнены в виде трубчатых теплообменников.3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что трубы теплообменника выполнены с диаметром от 0,3 до 1 см и расположены внутри теплообменника равномерно.4. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что горелка может быть выполнена в виде каталитической горелки.5. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что второй теплообменник может быть расположен выше первого �1. A module for the removal and distribution of thermal energy from a solid oxide fuel cell installation, comprising a heat exchanger located in a thermally insulated housing provided with an inlet for reaction products from the burner and an outlet for exhaust gases, characterized in that it further comprises a second heat exchanger, wherein the second heat exchanger is located in heat-insulated casing in series with the first heat exchanger and connected to it through a pipeline, inlet for the reaction products of the burner through a pipe the ode is in communication with the first heat exchanger, and the exhaust outlet through a pipe is in communication with the second heat exchanger, while the insulated casing is provided with two inlets for supplying air and two outlets for heated air so that the first inlet for supplying air is communicated through the pipeline through the first heat exchanger with the first an outlet for heated air, which is configured to be connected to the cathode channel of the fuel battery, and the second air inlet is communicated via a pipeline through a power supply second heat exchanger to the second outlet for heated air, which is connectable with ezhektorom.2. The module according to claim 1, characterized in that the heat exchangers are made in the form of tubular heat exchangers. 3. The module according to claim 1, characterized in that the pipes of the heat exchanger are made with a diameter of 0.3 to 1 cm and are uniformly located inside the heat exchanger. 4. The module according to claim 1, characterized in that the burner can be made in the form of a catalytic burner. The module according to claim 1, characterized in that the second heat exchanger can be located above the first �

Description

Полезная модель относится к области создания автономных источников питания, автономного энергетического машиностроения на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа и предназначена для отведения отработанных технологических газов из горячего бокса энергоустановки и управления тепловой энергией, вырабатываемой энергоустановкой в процессе реализации химических реакций.The utility model relates to the field of creating autonomous power sources, autonomous power engineering based on solid oxide fuel cells (SOFC) for the needs of cathodic protection stations during oil and gas transport and is intended to divert exhaust process gases from the hot box of the power plant and to control the thermal energy generated by the power plant in the process implementation of chemical reactions.

Известно устройство для теплоотвода, которое содержит оборудование с источником тепла, работающим в максимальном тепловом режиме, холодную часть и элемент для передачи тепла от оборудования к холодной части. Указанное оборудование и холодная часть разделены газовым зазором. Элемент для передачи тепла содержит, по меньшей мере, одну тепловую трубу, проходящую через зазор и контактирующую одним концом с оборудованием, а другим концом - с холодной пластиной, причем элемент для передачи тепла выполнен с возможностью ограничения тепла, передаваемого к холодной части при тепловых значениях, превышающих определенное пороговое значение, меньшее максимального значения упомянутого режима [RU 2465531, МПК F28F 13/00, дата публикации заявки 27.08.2010].A device for heat sink is known, which contains equipment with a heat source operating in maximum thermal mode, a cold part and an element for transferring heat from the equipment to the cold part. The specified equipment and the cold part are separated by a gas gap. The heat transfer element contains at least one heat pipe passing through the gap and in contact with the equipment at one end and with the cold plate at the other end, the heat transfer element being configured to limit the heat transferred to the cold part at thermal values exceeding a certain threshold value less than the maximum value of the mentioned mode [RU 2465531, IPC F28F 13/00, the date of publication of the application 08.27.2010].

Недостатком известного технического решения является неавтономность от внешних источников электроэнергии, система обеспечивает только систему отвода тепловой энергии. Наряду с этим, в тепловых трубах рабочая среда находится в герметичном замкнутом контуре, и применение такой технологии в автономном энергетическом устройстве невозможно из-за сложности конструктивной интеграции оборудования и существенного снижения безопасности всей системы в этом случае.A disadvantage of the known technical solution is the autonomy from external sources of electricity, the system provides only a system for removing thermal energy. Along with this, the working medium in heat pipes is in an airtight closed loop, and the use of such technology in an autonomous energy device is impossible due to the complexity of the structural integration of equipment and a significant reduction in the safety of the entire system in this case.

Также известно техническое решение «Энергетическая установка для самолета с использованием топливных элементов» (RU 2391749 C1, МПК Н01М 8/12, B64D 41/00, дата публикации 10.06.2010). Согласно изобретению энергетическая установка для самолета с использованием топливных элементов содержит систему подачи окислителя энергетической установки, включающую компрессор для сжатия атмосферного воздуха, использующую в качестве окислителя кислород воздуха. На одном валу с компрессором установлена выходная турбина, соединенная с химическим реактором трубопроводом для отвода газа от химического реактора, и дополнительная турбина, на валу которой установлен электрогенератор для выработки дополнительного электрического тока. Рабочая температура составляет 900-1000°C.Also known is the technical solution “Power plant for an aircraft using fuel cells” (RU 2391749 C1, IPC Н01М 8/12, B64D 41/00, publication date 10.06.2010). According to the invention, a power plant for an aircraft using fuel cells comprises an oxidizer supply system of a power plant, including a compressor for compressing atmospheric air, using air oxygen as an oxidizer. An output turbine is installed on one shaft with a compressor, connected to a chemical reactor by a pipeline for removing gas from the chemical reactor, and an additional turbine, on the shaft of which an electric generator is installed to generate additional electric current. Operating temperature is 900-1000 ° C.

Недостаток данного технического решения заключается в невозможности автономного старта при разогреве топливных элементов и их автономной работы в установленных режимах, при этом не описано каким образом достигается рабочая температура. Также в качестве топлива используется авиационный керосин, что является недостатком и исключает возможность использования данного решения в распределенной стационарной энергетике для транспорта газа. Еще одним существенным недостатком данного технического решения является зависимость от внешних источников электроэнергии при пусках.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of an autonomous start when heating the fuel cells and their autonomous operation in the set modes, while it is not described how the operating temperature is achieved. Aviation kerosene is also used as fuel, which is a disadvantage and excludes the possibility of using this solution in distributed stationary energy for gas transportation. Another significant drawback of this technical solution is the dependence on external sources of electricity during startups.

В качестве прототипа был выбран электрохимический генератор с твердым электролитом, который содержит заключенные в корпус с теплоизолирующими стенками и трубками для подвода и отвода газа, рабочую камеру с батареей топливных элементов, камеру сгорания, конвертор природного газа, каналы для подачи и отвода топлива и газов, при этом конвертор природного газа установлен в рабочей камере, генератор содержит теплообменник, смонтированный в теплоизолирующих стенках, при этом канал для подачи газа-окислителя в рабочую камеру образован пространством между камерой сгорания и рабочей камерой и соединен с каналом для подачи воздуха в теплообменник, каналы для отходящих газов которого соединены с камерой сгорания. [RU 2538095, МПК H01M 8/10, H01M 4/88, дата публикации 10.01.2015].As a prototype, an electrochemical generator with solid electrolyte was selected, which contains enclosed in a housing with heat-insulating walls and tubes for supplying and discharging gas, a working chamber with a battery of fuel cells, a combustion chamber, a converter of natural gas, channels for supplying and discharging fuel and gases, wherein the natural gas converter is installed in the working chamber, the generator contains a heat exchanger mounted in heat-insulating walls, while a channel for supplying an oxidizing gas to the working chamber is formed It is connected between the combustion chamber and the working chamber and is connected to the channel for supplying air to the heat exchanger, the exhaust gas channels of which are connected to the combustion chamber. [RU 2538095, IPC H01M 8/10, H01M 4/88, publication date 01/10/2015].

Недостатком устройства по прототипу является использование теплообменника ламельного типа, поскольку при длительной эксплуатации при высоких температурах возможно протекание и, как результат, смешение теплоносителя и рабочего тела, что приведет к выходу установки из строя. Кроме того, использование теплообменника ламельного типа не позволяет достичь необходимых показателей КПД. Также недостатком прототипа является то, что используется один теплообменник, что ограничивает возможность подачи нагретого воздуха в несколько элементов энергоустановки и снижает КПД устройства и установки в целом.The disadvantage of the prototype device is the use of a lamellar type heat exchanger, since during prolonged use at high temperatures, leakage and, as a result, mixing of the coolant and the working fluid are possible, which will lead to the failure of the installation. In addition, the use of a lamellar heat exchanger does not allow to achieve the necessary efficiency indicators. Another disadvantage of the prototype is that it uses one heat exchanger, which limits the possibility of supplying heated air to several elements of the power plant and reduces the efficiency of the device and the installation as a whole.

Технической задачей является создание модуля отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах с более высоким КПД.The technical task is to create a module for the removal and distribution of thermal energy of a power plant based on solid oxide fuel cells with higher efficiency.

Технический результат - повышение КПД модуля отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах.The technical result is an increase in the efficiency of the module for the removal and distribution of thermal energy of a solid-oxide fuel cell power plant.

Сущность заявляемого устройства заключается в следующем.The essence of the claimed device is as follows.

Модуль отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах содержит расположенный в теплоизолированном корпусе теплообменник. Теплоизолированный корпус снабжен входом для продуктов реакции из горелки и выходом для выхлопных газов. В отличие от прототипа, модуль содержит второй теплообменник, расположенный в теплоизолированном корпусе последовательно первому теплообменнику и соединенный с ним посредством трубопровода. При этом теплоизолированный корпус снабжен двумя входами для подачи воздуха и двумя выходами для нагретого воздуха, вход для продуктов реакции горелки посредством трубопровода сообщен с первым теплообменником, а выход для выхлопных газов посредством трубопровода сообщен со вторым теплообменником. Первый вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через первый теплообменник с первым выходом для нагретого воздуха, а второй вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через второй теплообменник со вторым выходом для нагретого воздуха. Первый выход для нагретого воздуха выполнен с возможностью соединения с катодным каналом топливной батареи, а второй выход для нагретого воздуха выполнен с возможностью соединения с эжектором.The module for the removal and distribution of thermal energy from a solid-oxide fuel cell power plant contains a heat exchanger located in a thermally insulated housing. The heat-insulated casing is equipped with an inlet for reaction products from the burner and an outlet for exhaust gases. Unlike the prototype, the module contains a second heat exchanger located in a heat-insulated casing in series with the first heat exchanger and connected to it through a pipeline. In this case, the heat-insulated casing is equipped with two inlets for supplying air and two outlets for heated air, the inlet for the reaction products of the burner is connected via a pipeline to the first heat exchanger, and the outlet for exhaust gases through a pipeline is connected to the second heat exchanger. The first air inlet is communicated through a pipeline through a first heat exchanger to a first outlet for heated air, and the second air inlet is communicated through a conduit through a second heat exchanger to a second outlet for heated air. The first outlet for heated air is configured to connect to the cathode channel of the fuel battery, and the second outlet for heated air is configured to connect to an ejector.

Составные элементы заявляемого устройства расположены в едином корпусе и находятся в функциональной взаимосвязи, при этом задача отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах может быть выполнена только при использовании всех составных элементов заявляемого модуля.The constituent elements of the inventive device are located in a single housing and are in a functional relationship, while the task of the removal and distribution of thermal energy of the power plant on solid oxide fuel cells can only be performed using all the constituent elements of the claimed module.

Технический результат достигается за счет увеличения количества электрической энергии на выходе путем использования двух теплообменников, при этом нагретый воздух из первого теплообменника подается в катодный канал топливной батареи одновременно с подачей нагретого воздуха из второго теплообменника в эжектор.The technical result is achieved by increasing the amount of electric energy at the outlet by using two heat exchangers, while the heated air from the first heat exchanger is supplied to the cathode channel of the fuel battery simultaneously with the supply of heated air from the second heat exchanger to the ejector.

Предпочтительно, горелка может быть выполнена в виде каталитической горелки, которая обеспечивает высокую температуру продуктов реакции, подаваемых на вход и полное окисление смесей газов с малым количеством горючих компонентов. Это обеспечивает повышение КПД заявляемого модуля.Preferably, the burner can be made in the form of a catalytic burner, which provides a high temperature of the reaction products supplied to the inlet and complete oxidation of gas mixtures with a small amount of combustible components. This provides increased efficiency of the claimed module.

Предпочтительно, каждый теплообменник выполнен в виде трубчатого теплообменника. При этом трубы внутри теплообменника расположены равномерно, диаметр труб составляет от 0,3 до 1 см.Preferably, each heat exchanger is in the form of a tubular heat exchanger. In this case, the pipes inside the heat exchanger are evenly distributed, the diameter of the pipes is from 0.3 to 1 cm.

Второй теплообменник может быть расположен выше первого теплообменника с возможностью направления потока продуктов реакции из горелки вверх, что позволяет уменьшить сопротивление движения продуктов реакции горелки от входа для продуктов реакции из Горелки до выхода для выхлопных газов. Это обеспечивает дополнительное повышение КПД заявляемого модуля за счет повышения количества выхода электрической энергии.The second heat exchanger can be located above the first heat exchanger with the possibility of directing the flow of reaction products from the burner upward, which reduces the resistance to movement of the reaction products of the burner from the inlet for the reaction products from the burner to the outlet for exhaust gases. This provides an additional increase in the efficiency of the claimed module by increasing the amount of electric energy output.

Выполнение первого выхода для нагретого воздуха с возможностью присоединения к катодному каналу топливной батареи, а второго выхода для нагретого воздуха с возможностью присоединения к эжектору позволяет повысить КПД за счет одновременного нагрева воздуха для подачи в эжектор и катодный канал топливной батареи.The implementation of the first exit for heated air with the possibility of attaching to the cathode channel of the fuel battery, and the second exit for heated air with the ability to connect to the ejector allows to increase the efficiency by simultaneously heating the air for supplying to the ejector and the cathode channel of the fuel battery.

Количество труб и их длину в первом и втором теплообменниках определяют расчетным путем в зависимости от мощности энергоустановки, к которой подключают заявляемый модуль, а также требуемой тепловой энергии для катодного канала топливной батареи и эжектора.The number of pipes and their length in the first and second heat exchangers is determined by calculation, depending on the power of the power plant to which the claimed module is connected, as well as the required thermal energy for the cathode channel of the fuel battery and ejector.

Выполнение труб теплообменника с диаметром от 0,3 до 1 см дает возможность обтекания теплоносителем труб по всей их внутренней поверхности, что позволяет исключить возникновение слепых зон с другой стороны трубы от входа потока. В результате увеличивается интенсивность теплопередачи и, как следствие, повышение КПД и надежности заявляемого модуля.The implementation of the heat exchanger pipes with a diameter of 0.3 to 1 cm allows the heat carrier to flow around the pipes along their entire inner surface, which eliminates the occurrence of blind spots on the other side of the pipe from the flow inlet. As a result, the intensity of heat transfer increases and, as a result, the increase in efficiency and reliability of the claimed module.

Выполнение труб теплообменника диаметром меньше, чем 0,3 см, способствует увеличению сопротивления движению потока воздуха по трубам теплообменника при распределении потока посредством прохождения через трубную доску, что может провоцировать запирание труб вихревым потоком и, как следствие, их прогорание, из-за локальных перегревов, что снижает надежность и КПД.The execution of the heat exchanger pipes with a diameter of less than 0.3 cm contributes to an increase in resistance to the movement of the air flow through the heat exchanger pipes when the flow is distributed through a tube plate, which can cause the tubes to become blocked by the vortex flow and, as a result, burn out due to local overheating , which reduces reliability and efficiency.

При выполнении труб теплообменника диаметром больше, чем 1 см, снижается эффективность теплопередачи и увеличивается количество неиспользованной тепловой энергии, что снижает КПД заявляемого модуля.When performing heat exchanger pipes with a diameter greater than 1 cm, the heat transfer efficiency decreases and the amount of unused thermal energy increases, which reduces the efficiency of the claimed module.

Количество труб теплообменника определяется в зависимости от требуемой мощности теплообменников, предпочтительно от 30 до 250.The number of tubes of the heat exchanger is determined depending on the required capacity of the heat exchangers, preferably from 30 to 250.

Выход для выхлопных газов может быть выполнен с возможностью присоединения к радиатору. Радиатор предназначен для отопления окружающей среды, что позволяет повысить выход тепловой энергии, а следовательно и КПД модуля отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах.The exhaust outlet may be configured to be connected to a radiator. The radiator is designed for heating the environment, which allows to increase the yield of thermal energy, and therefore the efficiency of the module for the removal and distribution of thermal energy of a power plant using solid oxide fuel cells.

На каждом участке трубопровода, обеспечивающего сообщение составных элементов заявляемого модуля, могут быть расположены термопары, осуществляющие измерение температуры воздуха, а на участках трубопровода между первым и вторым теплообменниками, между выходом для выхлопных газов и радиатором, на участке трубопровода, соединяющего первый выход для нагретого воздуха с эжектором или с катодным каналом топливной батареи, и на участке трубопровода, соединяющего второй выход для нагретого воздуха с эжектором или катодным каналом топливной батареи, расположены датчики измерения давления.On each section of the pipeline that provides the message of the constituent elements of the claimed module, thermocouples can be used to measure air temperature, and on sections of the pipeline between the first and second heat exchangers, between the exhaust outlet and the radiator, on the section of the pipeline connecting the first outlet for heated air with an ejector or with a cathode channel of the fuel battery, and in the pipeline connecting the second outlet for heated air with an ejector or cathode channel of the fuel batteries, pressure sensors are located.

Повышение КПД заявляемого модуля способствует повышению КПД энергоустановки на твердооксидных топливных элементах в целом.Increasing the efficiency of the claimed module improves the efficiency of a solid-oxide fuel cell power plant as a whole.

Наличие отличительных существенных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive essential features allows us to conclude that the claimed utility model meets the patentability criterion of "novelty."

Заявляемая полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».The inventive utility model can be made of known materials using known means, which allows us to conclude that the claimed utility model meets the patentability criterion of "industrial applicability".

Заявляемое устройство поясняется следующими чертежами.The inventive device is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 - принципиальная схема модуля отведения и распределения тепловой энергии.In FIG. 1 is a schematic diagram of a module for the removal and distribution of thermal energy.

На фиг. 2 - модуль отведения и распределения тепловой энергии (изометрия).In FIG. 2 - module for the removal and distribution of thermal energy (isometry).

На фиг. 3 - теплообменник (общий вид без верхнего основания корпуса).In FIG. 3 - heat exchanger (general view without the upper base of the housing).

На фиг. 4 - теплообменник (разрез А-А).In FIG. 4 - heat exchanger (section AA).

В таблице 1 - данные по обоснованию характеристик трубчатого теплообменника.Table 1 - data on the justification of the characteristics of the tubular heat exchanger.

Модуль отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах содержит последовательно расположенные в теплоизолированном корпусе 1 и соединенные между собой трубопроводом 2 первый теплообменник ТО1 и второй теплообменник ТО2. Теплоизолированный корпус 1 снабжен входом для продуктов реакции из каталитической горелки 3, сообщенным с первым теплообменником ТО1 посредством участка трубопровода А, выходом для выхлопных газов 4, сообщенным со вторым теплообменником ТО2 посредством участка трубопровода Ж, двумя входами для подачи воздуха 5 и 6, и двумя выходами для нагретого воздуха 7 и 8. Первый вход для подачи воздуха 5 сообщен посредством участков трубопровода Б и Г через первый теплообменник ТО1 с первым выходом для нагретого воздуха 7, а второй вход для подачи воздуха 6 сообщен посредством участков трубопровода В и Д через второй теплообменник ТО2 со вторым выходом для нагретого воздуха 8. Второй теплообменник ТО2 расположен выше первого теплообменника ТО1 с возможностью направления потока продуктов реакции из каталитической горелки (не показано на чертежах) вверх.The module for the removal and distribution of thermal energy from a solid oxide fuel cell power plant includes a first heat exchanger TO1 and a second heat exchanger TO2 interconnected in a heat-insulated casing 1 and interconnected by a pipe 2. The heat-insulated casing 1 is equipped with an inlet for reaction products from a catalytic burner 3, connected to the first heat exchanger TO1 through a section of pipeline A, an outlet for exhaust gases 4, connected to a second heat exchanger TO2 through a section of pipeline G, two inlets for air supply 5 and 6, and two exits for heated air 7 and 8. The first inlet for air supply 5 is communicated through sections of the pipeline B and D through the first heat exchanger TO1 with the first outlet for heated air 7, and the second inlet for air supply 6 is communicated through pipeline sections B and D through a second heat exchanger TO2 with a second outlet for heated air 8. The second heat exchanger TO2 is located above the first heat exchanger TO1 with the possibility of directing the flow of reaction products from the catalytic burner (not shown in the drawings) upward.

На участке трубопровода А, между входом для продуктов реакции из горелки и первым теплообменником ТО1, расположена первая термопара Т1. На участке трубопровода Б, между первым входом для подачи воздуха 5 и первым теплообменником ТО1, расположена вторая термопара Т2. На участке трубопровода В, между вторым входом для подачи воздуха 6 и вторым теплообменником ТО2, расположена третья термопара Т3. На участке трубопровода Е, между первым теплообменником ТО1 и вторым теплообменником ТО2, расположена четвертая термопара Т4 и датчик давления Д1. На участке трубопровода Ж, между вторым теплообменником ТО2 и выходом для выхлопных газов 4, расположена пятая термопара Т5. На участке трубопровода 3, между выходом для выхлопных газов 4 и радиатором РУ, расположен датчик давления Д2. На участке трубопровода Г, соединяющем первый выход для нагретого воздуха 7 с катодным каналом топливной батареи расположена термопара Т6 и датчик давления Д3. На участке трубопровода Д, соединяющем второй выход для нагретого воздуха 8 с эжектором, расположена термопара Т7 и датчик давления Д4.In the pipeline section A, between the inlet for the reaction products from the burner and the first heat exchanger TO1, the first thermocouple T1 is located. In the pipeline section B, between the first air inlet 5 and the first heat exchanger TO1, there is a second thermocouple T2. In the pipeline section B, between the second air inlet 6 and the second heat exchanger TO2, there is a third thermocouple T3. On the pipeline section E, between the first heat exchanger TO1 and the second heat exchanger TO2, there is a fourth thermocouple T4 and a pressure sensor D1. A fifth thermocouple T5 is located in the pipeline section Ж, between the second heat exchanger TO2 and the outlet for exhaust gases 4. On the pipeline section 3, between the exhaust outlet 4 and the radiator of the switchgear, there is a pressure sensor D2. A thermocouple T6 and a pressure sensor D3 are located in the pipeline section G connecting the first outlet for heated air 7 with the cathode channel of the fuel battery. A thermocouple T7 and a pressure sensor D4 are located in the pipeline section D connecting the second outlet for heated air 8 with the ejector.

Теплообменники ТО1 и ТО2 выполнены в виде трубчатых теплообменников с диаметром труб D и количеством труб К, расположенных равномерно в шахматном порядке внутри корпуса. Каждый из теплообменников состоит из герметичного корпуса 9, снабженного патрубком для подвода теплоносителя 12 и патрубком для подвода нагреваемого агента 14, патрубком для отвода теплоносителя 13 и патрубком для отвода нагретого агента 15. Внутри корпуса закреплены две параллельно расположенные трубные доски 16, выполненные перфорированными, в соответствующих противоположных отверстиях которых (не показано на чертежах) между досками закреплены трубы 17, расположенные равномерно. Трубные доски 16 расположены перпендикулярно дну и образуют вместе с корпусом 9 камеру разбиения теплоносителя 10 и камеру смешения теплоносителя 11 соответственно. Камера разбиения теплоносителя 10 сообщена с патрубком для подвода теплоносителя 12, а камера смешения теплоносителя 11 сообщена с патрубком для отвода теплоносителя 13. При этом теплообменники ТО1 и ТО2 могут быть выполнены любым известным образом.The heat exchangers TO1 and TO2 are made in the form of tubular heat exchangers with a pipe diameter D and the number of pipes K arranged uniformly in a checkerboard pattern inside the housing. Each of the heat exchangers consists of a sealed casing 9, equipped with a pipe for supplying a coolant 12 and a pipe for supplying a heated agent 14, a pipe for removing the coolant 13 and a pipe for removing the heated agent 15. Inside the casing are fixed two parallel pipe boards 16 made perforated in corresponding opposite holes of which (not shown in the drawings) between the boards are fixed pipes 17 that are evenly spaced. Tube boards 16 are perpendicular to the bottom and together with the housing 9 form a chamber for splitting the coolant 10 and a mixing chamber for the coolant 11, respectively. The split chamber of the coolant 10 is in communication with a pipe for supplying a coolant 12, and the mixing chamber of a coolant 11 is connected with a pipe for removal of a coolant 13. Moreover, the heat exchangers TO1 and TO2 can be made in any known manner.

Выход для выхлопных газов 4 соединен с радиатором РУ.Exit for exhaust gases 4 is connected to the radiator RU.

Теплообменники ТО1 и ТО2, а также все соединительные элементы (трубопроводы, крепления, посты для термопар) могут быть изготовлены из материала с термостойкостью до 960°C.Heat exchangers TO1 and TO2, as well as all connecting elements (pipelines, fasteners, posts for thermocouples) can be made of material with heat resistance up to 960 ° C.

Трубы 17 теплообменников ТО1 и ТО2 расположены равномерно на расстоянии 1 см друг от друга.The pipes 17 of the heat exchangers TO1 and TO2 are located evenly at a distance of 1 cm from each other.

Трубопровод 2 и радиатор РУ могут быть изготовлены из материала термостойкостью до 400°C.Pipeline 2 and the radiator of the switchgear can be made of heat-resistant material up to 400 ° C.

Модуль отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных установках работает следующим образом.The module for the removal and distribution of thermal energy of a power plant on solid oxide plants works as follows.

Продукты реакции из каталитической горелки через вход для продуктов реакции из каталитической горелки 3 по участку трубопровода А (термопара Т1 производит измерение температуры) поступают в камеру разбиения 10 теплообменника ТО1 и через трубную доску 16 теплообменника ТО1 равномерно распределяются по трубам 17 теплообменника ТО1.The reaction products from the catalytic burner through the inlet for the reaction products from the catalytic burner 3 along the pipeline section A (thermocouple T1 measures the temperature) enter the split chamber 10 of the heat exchanger TO1 and are evenly distributed through the pipes 16 of the heat exchanger TO1 through the pipes 17 of the heat exchanger TO1.

Также по участку трубопровода Б, через первый вход для подачи воздуха 5, подается воздух в теплообменник ТО1 (измерение температуры поступающего воздуха происходит при помощи термопары Т2), а по участку трубопровода В, через второй вход для подачи воздуха 6, подается воздух в теплообменник ТО2, измерение температуры этого поступающего воздуха происходит при помощи термопары Т3. После осуществления процесса теплообмена внутри корпуса теплообменника ТО1, теплоноситель поступает через трубную доску 16 теплообменника ТО1 в камеру смешения теплоносителя 11 теплообменника ТО1 и через патрубок для отвода теплоносителя 13 поступает в трубопровод. По участку трубопровода Г (используя термопару Т6 и датчик давления Д3 для измерения температуры и давления воздуха в трубопроводе соответственно), нагретый воздух от теплообменника ТО1 через первый выход для нагретого воздуха 7 подается в катодный канал топливной батареи.Also, air is supplied to the TO1 heat exchanger through a section of pipeline B, through the first air inlet 5 (the incoming air temperature is measured using a T2 thermocouple), and air is supplied to the TO2 heat exchanger through a section of pipeline B, through a second air inlet 6 , the temperature of this incoming air is measured using a T3 thermocouple. After the heat exchange process is carried out inside the body of the heat exchanger TO1, the heat carrier enters through the tube plate 16 of the heat exchanger TO1 into the mixing chamber of the heat carrier 11 of the heat exchanger TO1 and enters the pipeline through the pipe for removal of the heat carrier 13. In the section of the pipeline G (using a thermocouple T6 and a pressure sensor D3 to measure the temperature and pressure of the air in the pipeline, respectively), the heated air from the heat exchanger TO1 is fed through the first outlet for heated air 7 to the cathode channel of the fuel battery.

Продукты реакции из каталитической горелки 3 после осуществления процесса теплообмена в теплообменнике ТО1 по участку трубопровода Е (термопара Т4 и датчик давления Д1 используются для измерения температуры и давления воздуха в трубопроводе соответственно), через патрубок для подвода теплоносителя 12 теплообменника ТО2, подаются в камеру разбиения теплоносителя 10 теплообменника ТО2 и через трубную доску 16 теплообменника ТО2 равномерно распределяются по трубам 17 теплообменника ТО2. После осуществления процесса теплообмена внутри корпуса теплообменника ТО2, теплоноситель поступает через трубную доску 16 теплообменника ТО2 в камеру смешения теплоносителя 11 теплообменника ТО2 и через патрубок для отвода теплоносителя 13 теплообменника ТО2 поступает в трубопровод. По участку трубопровода Д нагретый воздух из теплообменника ТО2 через второй выход для нагретого воздуха 8 подается в эжектор (термопара Т7 и датчик давления Д4 используются для измерения температуры и давления воздуха в трубопроводе соответственно) для смешения с топливным природным газом.The reaction products from the catalytic burner 3 after the heat exchange process in the heat exchanger TO1 along the pipeline section E (thermocouple T4 and pressure sensor D1 are used to measure the temperature and pressure of the air in the pipeline, respectively), are fed through the pipe for supplying the heat carrier 12 of the heat exchanger TO2 to the coolant separation chamber 10 of the heat exchanger TO2 and through the tube plate 16 of the heat exchanger TO2 are evenly distributed over the pipes 17 of the heat exchanger TO2. After the heat exchange process is carried out inside the body of the heat exchanger TO2, the heat carrier enters through the tube plate 16 of the heat exchanger TO2 into the mixing chamber of the heat carrier 11 of the heat exchanger TO2 and enters the pipeline through the pipe to remove the heat carrier 13 of the heat exchanger TO2. In the pipeline section D, heated air from the TO2 heat exchanger is fed into the ejector through a second outlet for heated air 8 (a thermocouple T7 and a pressure sensor D4 are used to measure the temperature and air pressure in the pipeline, respectively) for mixing with fuel natural gas.

После прохождения теплообменников ТО1 и ТО2 продукты реакции из каталитической горелки находятся в температурном диапазоне 250-300°C и по участку трубопровода Ж, через выход для выхлопных газов 4, направляются по участку трубопровода 3 в радиатор РУ.After passing the heat exchangers TO1 and TO2, the reaction products from the catalytic burner are in the temperature range of 250-300 ° C and are sent along the pipeline section G through the exhaust outlet 4 through the pipeline section 3 to the reactor radiator.

Для подтверждения достижения технического результата были изготовлены опытные образцы.To confirm the achievement of the technical result, prototypes were made.

Примеры конкретных значений КПД в зависимости от каждого существенного признака в сравнении с устройством по прототипу представлены в Таблице 1.Examples of specific values of the efficiency depending on each essential feature in comparison with the device of the prototype are presented in Table 1.

По результатам данных Таблицы 1 можно сделать вывод, что заявляемое устройство по сравнению с прототипом позволяет достичь технический результат - повышение КПД модуля отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах при одновременном повышении надежности.According to the results of the data in Table 1, we can conclude that the claimed device compared to the prototype allows to achieve a technical result - increasing the efficiency of the module for the removal and distribution of thermal energy of a power plant on solid oxide fuel cells while improving reliability.

Claims

1. A module for the removal and distribution of thermal energy from a solid oxide fuel cell installation, comprising a heat exchanger located in a thermally insulated housing provided with an inlet for reaction products from the burner and an outlet for exhaust gases, characterized in that it further comprises a second heat exchanger, wherein the second heat exchanger is located in heat-insulated casing in series with the first heat exchanger and connected to it through a pipeline, inlet for the reaction products of the burner through a pipe the ode is in communication with the first heat exchanger, and the exhaust outlet through a pipe is in communication with the second heat exchanger, while the insulated casing is provided with two inlets for supplying air and two outlets for heated air so that the first inlet for supplying air is communicated through the pipeline through the first heat exchanger with the first an outlet for heated air, which is configured to be connected to the cathode channel of the fuel battery, and the second air inlet is communicated via a pipeline through a power supply second heat exchanger to the second outlet for heated air, which is connectable to the ejector.

2. The module according to claim 1, characterized in that the heat exchangers are made in the form of tubular heat exchangers.

3. The module according to claim 1, characterized in that the pipes of the heat exchanger are made with a diameter of 0.3 to 1 cm and are uniformly located inside the heat exchanger.

4. The module according to claim 1, characterized in that the burner can be made in the form of a catalytic burner.

5. The module according to claim 1, characterized in that the second heat exchanger can be located above the first heat exchanger with the possibility of directing the flow of reaction products from the burner up.

6. The module according to claim 1, characterized in that the exhaust outlet can be configured to be connected to a radiator.