RU2010107602A - Системы твердооксидных топливных элементов с улучшенными канализированием газов и теплообменом - Google Patents

Abstract

1. Система топливных элементов, содержащая: ! один или более топливных элементов, каждый из которых имеет анод, катод и электролит; и ! центральный опорный элемент в проточном сообщении с каждым из одного или более топливных элементов, причем этот центральный опорный элемент содержит внутренний продольный элемент, образующий внутренний продольный канал, и внешний продольный элемент, образующий внешний продольный канал, при этом внешний продольный элемент является концентрическим по отношению к внутреннему продольному элементу и расположен вокруг него, при этом внутренний продольный элемент приспособлен доставлять топливо к одному или более анодам, а внешний продольный элемент приспособлен доставлять окислитель к одному или более катодам, и при этом один или более топливных элементов расположены вокруг центрального опорного элемента. ! 2. Система топливных элементов по п.1, при этом центральный опорный элемент содержит один или более катализаторов, выбранных из катализатора риформинга, катализатора горения и их комбинаций. ! 3. Система топливных элементов по п.2, при этом центральный опорный элемент содержит катализатор частичного окислительного риформинга. ! 4. Система топливных элементов по п.2, при этом центральный опорный элемент содержит катализатор парового риформинга. ! 5. Система топливных элементов по п.2, при этом один или более катализаторов связаны с по меньшей мере частью внутренней поверхности внутреннего продольного элемента. ! 6. Система топливных элементов по п.1, при этом центральный опорный элемент содержит четырехступенчатый катализатор. ! 7. Система топливных элементов по п.6, при этом че

Claims (26)

1. Система топливных элементов, содержащая:

один или более топливных элементов, каждый из которых имеет анод, катод и электролит; и

центральный опорный элемент в проточном сообщении с каждым из одного или более топливных элементов, причем этот центральный опорный элемент содержит внутренний продольный элемент, образующий внутренний продольный канал, и внешний продольный элемент, образующий внешний продольный канал, при этом внешний продольный элемент является концентрическим по отношению к внутреннему продольному элементу и расположен вокруг него, при этом внутренний продольный элемент приспособлен доставлять топливо к одному или более анодам, а внешний продольный элемент приспособлен доставлять окислитель к одному или более катодам, и при этом один или более топливных элементов расположены вокруг центрального опорного элемента.

2. Система топливных элементов по п.1, при этом центральный опорный элемент содержит один или более катализаторов, выбранных из катализатора риформинга, катализатора горения и их комбинаций.

3. Система топливных элементов по п.2, при этом центральный опорный элемент содержит катализатор частичного окислительного риформинга.

4. Система топливных элементов по п.2, при этом центральный опорный элемент содержит катализатор парового риформинга.

5. Система топливных элементов по п.2, при этом один или более катализаторов связаны с по меньшей мере частью внутренней поверхности внутреннего продольного элемента.

6. Система топливных элементов по п.1, при этом центральный опорный элемент содержит четырехступенчатый катализатор.

7. Система топливных элементов по п.6, при этом четырехступенчатый катализатор содержит катализатор частичного окисления, комбинированный катализатор частичного окисления и горения, катализатор горения и катализатор парового риформинга.

8. Система топливных элементов по любому из пп.1-7, дополнительно содержащая:

один или более анодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с одним или более анодами и приспособленных направлять анодный выхлоп от одного или более анодов;

один или более катодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с одним или более катодами и приспособленных направлять катодный выхлоп от одного или более катодов;

восстановительную камеру, находящуюся в проточном сообщении с одним или более анодными выпускными проточными каналами и по существу свободную от любого окислителя;

токосъемник, расположенный внутри восстановительной камеры и в электрическом сообщении с каждым из одного или более топливных элементов; и

дожигатель, находящийся в проточном сообщении с восстановительной камерой и с одним или более катодными выпускными проточными каналами, причем дожигатель приспособлен обеспечивать объединение анодного выхлопа от одного или более анодов и катодного выхлопа от одного или более катодов.

9. Система топливных элементов по п.8, при этом восстановительная камера находится в тепловом сообщении с изолирующим материалом.

10. Система топливных элементов по п.8, при этом восстановительная камера расположена вокруг центрального опорного элемента.

11. Система топливных элементов по п.8, при этом дожигатель содержит внутреннюю поверхность, по меньшей мере частично покрытую катализатором горения.

12. Система топливных элементов по п.8, при этом дожигатель расположен вокруг центрального опорного элемента.

13. Система топливных элементов, содержащая:

один или более топливных элементов, каждый из которых имеет анод, катод и электролит;

один или более анодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с одним или более анодами и приспособленных направлять анодный выхлоп от одного или более анодов;

один или более катодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с одним или более катодами и приспособленных направлять катодный выхлоп от одного или более катодов;

восстановительную камеру, находящуюся в проточном сообщении с одним или более анодными выпускными проточными каналами и по существу свободную от любого окислителя;

токосъемник, расположенный внутри восстановительной камеры и в электрическом сообщении с каждым из одного или более топливных элементов; и

дожигатель, находящийся в проточном сообщении с восстановительной камерой и с одним или более катодными выпускными проточными каналами, причем дожигатель приспособлен обеспечивать объединение анодного выхлопа от одного или более анодов и катодного выхлопа от одного или более катодов.

14. Система топливных элементов по п.13, при этом восстановительная камера находится в тепловом сообщении с изолирующим материалом.

15. Система топливных элементов по п.13, при этом восстановительная камера расположена вокруг центрального опорного элемента, который находится в проточном сообщении с каждым из одного или более топливных элементов.

16. Система топливных элементов по п.13, при этом дожигатель содержит внутреннюю поверхность, по меньшей мере частично покрытую катализатором горения.

17. Система топливных элементов по п.13, при этом дожигатель расположен вокруг центрального опорного элемента, который находится в проточном сообщении с каждым из одного или более топливных элементов.

18. Система топливных элементов по п.13, при этом между восстановительной камерой и дожигателем присутствует изолирующий материал.

19. Способ работы системы топливных элементов, содержащий:

обеспечение системы топливных элементов, содержащей один или более топливных, элементов, центральный опорный элемент в проточном сообщении с одним или более топливными элементами и токосъемник в электрическом сообщении с одним или более топливными элементами, причем токосъемник расположен вокруг центрального опорного элемента, и центральный опорный элемент содержит внутренний продольный элемент, образующий внутренний продольный канал, и внешний продольный элемент, образующий внешний продольный канал, причем внешний продольный элемент является концентрическим по отношению к внутреннему продольному элементу и расположен вокруг него;

направление топлива через внутренний продольный элемент к аноду одного или более топливных элементов; и

направление окислителя через внешний продольный элемент к катоду одного или более топливных элементов, при этом температура внутреннего продольного элемента и температура внешнего продольного элемента создают перепад температур, и этот перепад температур способствует теплопереносу и регулированию температуры в центральном опорном элементе.

20. Способ по п.19, в котором направление окислителя через внешний продольный элемент защищает токосъемник от воздействия избыточного тепла.

21. Способ по п.19, содержащий:

обеспечение токосъемника внутри восстановительной камеры, причем восстановительная камера находится в проточном сообщении с дожигателем;

направление анодного выхлопа от анода одного или более топливных элементов в восстановительную камеру;

направление катодного выхлопа от катода одного или более топливных элементов в дожигатель;

направление анодного выхлопа из восстановительной камеры в дожигатель; и

объединение анодного выхлопа и катодного выхлопа в дожигателе.

22. Способ по п.21, содержащий сжигание анодного выхлопа и катодного выхлопа в дожигателе.

23. Способ по п.21, содержащий обеспечение изолирующего материала между восстановительной камерой и дожигателем.

24. Способ работы системы топливных элементов, содержащий:

обеспечение системы топливных элементов, содержащей один или более топливных элементов в проточном сообщении с восстановительной камерой, причем восстановительная камера находится в проточном сообщении с дожигателем, при этом восстановительная камера содержит расположенный в ней токосъемник, и этот токосъемник находится в электрическом сообщении с одним или более топливными элементами;

направление анодного выхлопа от анода одного или более топливных элементов в восстановительную камеру;

направление катодного выхлопа от катода одного или более топливных элементов в дожигатель;

направление анодного выхлопа из восстановительной камеры в дожигатель; и

объединение катодного выхлопа и непрореагировавшего окислителя в дожигателе.

25. Способ по п.24, содержащий сжигание анодного выхлопа и катодного выхлопа в дожигателе.

26. Способ по п.24 или 25, содержащий обеспечение изолирующего материала между восстановительной камерой и дожигателем.