RU2379796C1 - System of solid oxide fuel elements - Google Patents
System of solid oxide fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379796C1 RU2379796C1 RU2008148189/09A RU2008148189A RU2379796C1 RU 2379796 C1 RU2379796 C1 RU 2379796C1 RU 2008148189/09 A RU2008148189/09 A RU 2008148189/09A RU 2008148189 A RU2008148189 A RU 2008148189A RU 2379796 C1 RU2379796 C1 RU 2379796C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid oxide
- oxide fuel
- heat exchanger
- fuel cell
- fuel elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высокотемпературным топливным элементам, в частности к твердооксидным топливным элементам.The invention relates to high temperature fuel cells, in particular to solid oxide fuel cells.
Известно устройство (СА 2452905, опубл. 27.01.2008), содержащее, по меньшей мере, один топливный элемент с рециркуляцией анодного и катодного газов, конвертор для подготовки топлива. Воздух, выходящий из топливного элемента, подогревается выходящими из турбины газами, затем смешивается с газами, выходящими из анодной зоны топливного элемента. В концевой камере дожига смесь воспламеняется, после чего газы направляются в турбину. Недостатком данного устройства является невозможность регулирования нагрузки.A device is known (CA 2452905, publ. 27.01.2008), containing at least one fuel cell with recirculation of the anode and cathode gases, a converter for preparing fuel. The air leaving the fuel cell is heated by the gases leaving the turbine, then mixed with the gases leaving the anode zone of the fuel cell. In the end chamber of the afterburner, the mixture ignites, after which the gases are sent to the turbine. The disadvantage of this device is the inability to regulate the load.
Известно устройство (RU 2316083, опубл. 23.06.2004), содержащее набор твердооксидных топливных элементов и газотурбинный двигатель. Набор твердооксидных топливных элементов содержит множество твердооксидных топливных элементов, каждый из которых содержит электролит, анод и катод. Газотурбинный двигатель содержит компрессор и турбину. Компрессор предназначен для подачи окислителя к катоду. Имеются средства для подачи топлива к аноду, а также средства для подачи части неиспользованного окислителя от твердооксидных топливных элементов к катодам. Средство для подачи, по меньшей мере, окислителя содержит камеру сгорания и эжектор. Камера сгорания предназначена для сжигания, по меньшей мере, части неиспользованного топлива из твердооксидных топливных элементов, а также для подачи продуктов камеры сгорания к окислителю, подаваемому компрессором к катодам, для подогрева окислителя, подаваемого компрессором. Преимуществом данной конструкции является то, что камера сгорания непосредственно подогревает неиспользованный окислитель, и в соответствии с этим нет необходимости в высокотемпературном теплообменнике. Это обеспечивает возможность упрощения системы твердооксидных топливных элементов, минимизирует число элементов, уменьшает себестоимость и увеличивает эксплуатационную надежность.A device is known (RU 2316083, publ. 23.06.2004) containing a set of solid oxide fuel cells and a gas turbine engine. The solid oxide fuel cell kit contains a plurality of solid oxide fuel cells, each of which contains an electrolyte, an anode, and a cathode. The gas turbine engine comprises a compressor and a turbine. The compressor is designed to supply oxidizer to the cathode. There are means for supplying fuel to the anode, as well as means for supplying part of the unused oxidizer from solid oxide fuel cells to the cathodes. Means for supplying at least an oxidizing agent comprises a combustion chamber and an ejector. The combustion chamber is designed to burn at least part of the unused fuel from solid oxide fuel cells, as well as to supply the products of the combustion chamber to the oxidizer supplied by the compressor to the cathodes, to heat the oxidizer supplied by the compressor. The advantage of this design is that the combustion chamber directly heats the unused oxidizer, and therefore there is no need for a high-temperature heat exchanger. This makes it possible to simplify the solid oxide fuel cell system, minimizes the number of cells, reduces cost and increases operational reliability.
Недостатком данного устройства является невозможность регулирования нагрузки.The disadvantage of this device is the inability to regulate the load.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении возможности регулирования нагрузки, а также в снижении выбросов углекислого газа.The technical problem solved by the proposed device is to provide the ability to regulate the load, as well as to reduce carbon dioxide emissions.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее последовательно соединенные батарею твердооксидных топливных элементов, камеру сгорания и газотурбинную установку, причем каждый твердооксидный топливный элемент содержит электролит, анод и катод, а газотурбинная установка содержит компрессор и турбину, теплообменник, инвертор, систему подачи топлива, причем выход камеры сгорания соединен со входом турбины, выход турбины соединен с первым входом теплообменника, выход компрессора соединен со вторым входом теплообменника, третий вход теплообменника соединен с системой подачи топлива, один выход теплообменника соединен с катодом батареи твердооксидных топливных элементов, другой выход теплообменника соединен с анодом батареи твердооксидных топливных элементов, согласно изобретению дополнительно снабжено электролизером, который содержит контур отвода тепла, а также системой очистки газов, состоящей из двух блоков, причем электролизер электрически соединен с батареей твердооксидных топливных элементов, первые входы блоков системы очистки газов соединены с третьим выходом теплообменника, вторые входы блоков системы очистки газов соединены с контуром отвода тепла электролизера. Кроме того, система твердооксидных топливных элементов может содержать последовательно соединенные десульфуризатор и конвертор, причем вход десульфуризатора подключен к одному из выходов теплообменника, выход конвертора соединен со входом батареи твердооксидных топливных элементов, а выход батареи твердооксидных топливных элементов подключен ко второму входу конвертора.The problem is solved in that the known device comprising a series-connected solid oxide fuel cell battery, a combustion chamber and a gas turbine installation, each solid oxide fuel cell containing an electrolyte, anode and cathode, and a gas turbine installation comprising a compressor and a turbine, a heat exchanger, an inverter, a fuel supply system moreover, the output of the combustion chamber is connected to the input of the turbine, the output of the turbine is connected to the first input of the heat exchanger, the output of the compressor is connected to the second input of the heat exchanger exchanger, the third input of the heat exchanger is connected to the fuel supply system, one output of the heat exchanger is connected to the cathode of the solid oxide fuel cell battery, the other output of the heat exchanger is connected to the anode of the solid oxide fuel cell battery, according to the invention is additionally equipped with an electrolyzer that includes a heat removal circuit, as well as a gas purification system consisting of two blocks, the cell being electrically connected to the solid oxide fuel cell battery, the first inputs of the gas cleaning system blocks a third output connected to the heat exchanger, the second inputs of gas cleaning system circuit blocks are connected to heat dissipation of the cell. In addition, the solid oxide fuel cell system may include a desulfurizer and a converter connected in series, with the desulfurizer input connected to one of the exchanger outputs, the converter output connected to the solid oxide fuel cell battery input, and the solid oxide fuel cell battery output connected to the second input of the converter.
На фиг.1 представлена структурная схема системы твердооксидных топливных элементов, на фиг.2 - структурная схема системы твердооксидных топливных элементов, снабженная конвертором и десульфуризатором.Figure 1 presents a structural diagram of a system of solid oxide fuel cells, figure 2 is a structural diagram of a system of solid oxide fuel cells, equipped with a converter and desulfurizer.
Система твердооксидных топливных элементов, содержащая последовательно соединенные батарею твердооксидных топливных элементов 1, камеру сгорания 2 и газотурбинную установку 3, причем каждый твердооксидный топливный элемент содержит электролит, анод и катод, а газотурбинная установка 3 содержит компрессор 4 и турбину 5, теплообменник 6, инвертор 7, систему подачи топлива 8, причем выход камеры сгорания 2 соединен со входом турбины 5, выход турбины 5 соединен с первым входом теплообменника 6, выход компрессора 4 соединен со вторым входом теплообменника 6, третий вход теплообменника 6 соединен с системой подачи топлива 8, один выход теплообменника 6 соединен с катодом батареи твердооксидных топливных элементов 1, другой выход теплообменника 6 соединен с анодом батареи твердооксидных топливных элементов 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена электролизером 9, который содержит контур отвода тепла 10, а также системой очистки газов 11, состоящей из двух блоков, причем электролизер 9 электрически соединен с батареей твердооксидных топливных элементов 1, первые входы блоков системы очистки газов 11 соединены с третьим выходом теплообменника 6, вторые входы блоков системы очистки газов 11 соединены с контуром отвода тепла электролизера 10.A solid oxide fuel cell system comprising a solid oxide
Кроме того, система твердооксидных топливных элементов может содержать последовательно соединенные десульфуризатор 12 и конвертор 13, причем вход десульфуризатора 12 подключен к одному из выходов теплообменника 6, выход конвертора 13 соединен со входом батареи твердооксидных топливных элементов 1, а выход батареи твердооксидных топливных элементов 1 подключен ко второму входу конвертора 12.In addition, the solid oxide fuel cell system may include a
Топливо поступает в систему посредством системы подачи топлива 8 и, предварительно подогреваясь в теплообменнике 6, далее направляется в батарею твердооксидных топливных элементов 1. Воздух из атмосферы подается в компрессор 4 газотурбинной установки 3, а после - в теплообменник 6, где подогревается уходящими из турбины 5 газами до рабочей температуры в батарее твердооксидных топливных элементов 1. После воздух поступает в батарею твердооксидных топливных элементов 1.The fuel enters the system through the
Уходящие катодные газы и анодные газов смешиваются, неотработанные горючие компоненты, оставшиеся в смеси, дожигаются в камере сгорания 2, а затем смесь подается в турбину 5.The exhaust cathode gases and anode gases are mixed, the untreated combustible components remaining in the mixture are burned in the
Уходящие газы после турбины 5 утилизируются в теплообменнике 6, а затем направляются в систему очистки уходящих газов от углекислого газа 11. Система очистки уходящих газов от углекислого газа 11 содержит два отдельных блока, из которых одновременно один находится в работе, а другой подвергается регенерации с использованием тепла, выделяющегося при работе электролизера 9.The flue gases after the
Электролизер 9 включен в систему для регулирования нагрузки. В часы спада нагрузки электроэнергия, вырабатываемая в батарее твердооксидных топливных элементов 1, поступает для проведения электролиза. Теплота, вырабатываемая в электролизере 9, используется для регенерации системы очистки уходящих газов 11 от углекислого газа. Дополнительно для регенерации системы очистки уходящих газов 11 может использоваться теплота уходящих газов из теплообменника 6.The
Таким образом, за счет работы электролизера 9 в часы спада нагрузки решается проблема необходимости регулирования нагрузки, вырабатываемой системой твердооксидный топливных элементов, за счет использования мощности, вырабатываемой сверх потребляемой, в электролизере 9. Кроме того, кислород и водород, полученные в электролизере 9, могут дополнительно использоваться для сглаживания пиков нагрузки. Также решается задача очистки уходящих газов от углекислого газа, причем для регенерации системы очистки уходящего газа от углекислого газа 11 используется тепло, вырабатываемое при работе электролизера 9.Thus, due to the operation of the
В случае, когда система твердооксидных топливных элементов дополнительно снабжена последовательно соединенными десульфуризатором 12 и конвертором 13, изменяется процесс подготовки топлива перед подачей его в батарею твердооксидных топливных элементов 1. В этом случае в систему твердооксидных топливных элементов подается углеводородное топливо, которое после подогрева в теплообменнике 6 поступает в десульфуризатор 12, где осуществляется его очистка от соединений серы. Для очистки углеводородного топлива от соединений серы может использоваться водород, вырабатываемый в электролизере 10 в часы спада нагрузки. После десульфуризатора 12 углеводородное топливо поступает в конвертор 13, где протекает пароводяная конверсия. В начальный момент времени работы системы твердооксидных топливных элементов водяной пар для конвертора 13 подается отдельно, а в процессе работы в конвертор 13 подается часть анодных газов, выходящих из батареи топливных элементов 1. После конвертора 13 получившаяся смесь газов направляется к анодам батареи твердооксидных топливных элементов 1.In the case when the solid oxide fuel cell system is additionally equipped with a series-connected
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148189/09A RU2379796C1 (en) | 2008-12-09 | 2008-12-09 | System of solid oxide fuel elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148189/09A RU2379796C1 (en) | 2008-12-09 | 2008-12-09 | System of solid oxide fuel elements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2379796C1 true RU2379796C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008148189/09A RU2379796C1 (en) | 2008-12-09 | 2008-12-09 | System of solid oxide fuel elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379796C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589884C2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-07-10 | Дженерал Электрик Компани | Recycling system for increasing efficiency of fuel cell with co2 capture |
RU2650184C2 (en) * | 2013-07-09 | 2018-04-11 | Серес Интеллекчуал Проперти Компани Лимитед | Improved fuel cell systems and methods related to fuel elements |
-
2008
- 2008-12-09 RU RU2008148189/09A patent/RU2379796C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589884C2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-07-10 | Дженерал Электрик Компани | Recycling system for increasing efficiency of fuel cell with co2 capture |
RU2650184C2 (en) * | 2013-07-09 | 2018-04-11 | Серес Интеллекчуал Проперти Компани Лимитед | Improved fuel cell systems and methods related to fuel elements |
US10615439B2 (en) | 2013-07-09 | 2020-04-07 | Ceres Intellectual Property Company Limited | Fuel cell stack and steam reformer systems and methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010044113A1 (en) | Apparatus and method for capturing carbon dioxide from combustion exhaust gas and generating electric energy by means of mcfc systems | |
HUE029007T2 (en) | Solid-oxide fuel cell systems | |
AU2014324641B2 (en) | Cathode combustion for enhanced fuel cell syngas production | |
CN202855854U (en) | Solid oxide fuel cell system | |
CN112864438B (en) | High-temperature fuel cell coupling power generation system and method capable of realizing carbon dioxide capture | |
WO2017000626A1 (en) | Self-contained hydrogen fuel cell system and operation method thereof | |
KR101892311B1 (en) | A solid oxide fuel cell system and a method of operating a solid oxide fuel cell system | |
JP2016170953A (en) | Fuel battery module | |
KR101079670B1 (en) | Auxiliary Fuel Cell System Using Waste Heat of Main Engine | |
RU84629U1 (en) | HYBRID ELECTROCHEMICAL POWER PLANT WITH DIVISION OF THE WORKING BODY | |
CN116470107A (en) | Efficient power generation system of ammonia fuel solid oxide fuel cell and control method | |
CN117307107A (en) | Recycling system and recycling method | |
RU2379796C1 (en) | System of solid oxide fuel elements | |
JP4342172B2 (en) | Co-energy system | |
CN109385307B (en) | Biomass fuel cell cogeneration system and power generation method thereof | |
KR101978374B1 (en) | Fuel cell-engine hybrid power generation system with multi-stage reformer structure | |
CN209210730U (en) | A kind of fuel cell cogeneration system of biomass | |
US11757109B2 (en) | Hybrid power system | |
CN117996115A (en) | SOFC power generation and carbon dioxide trapping method and system | |
CN109638331B (en) | Fuel cell hybrid power generation system based on methanol | |
KR101461166B1 (en) | Hybrid electric generating system | |
CN221327789U (en) | Fuel cell generator set | |
CN113471492B (en) | Fuel cell power generation system and power generation method using solid waste synthesis gas | |
CN215220773U (en) | Alcohol-hydrogen fuel power system and power generation device | |
JPH01183073A (en) | Operation suspending method for fuel cell power generating system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141210 |