RU97104031A - Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера - Google Patents

Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера

Info

Publication number
RU97104031A
RU97104031A RU97104031/09A RU97104031A RU97104031A RU 97104031 A RU97104031 A RU 97104031A RU 97104031/09 A RU97104031/09 A RU 97104031/09A RU 97104031 A RU97104031 A RU 97104031A RU 97104031 A RU97104031 A RU 97104031A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas turbine
converter
power system
electrochemical converter
electric power
Prior art date
Application number
RU97104031/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2168806C2 (ru
Inventor
Итан Д. Хоуг
Майкл С. Хсу
Original Assignee
Зтек Копэрейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/287,093 external-priority patent/US5501781A/en
Application filed by Зтек Копэрейшн filed Critical Зтек Копэрейшн
Publication of RU97104031A publication Critical patent/RU97104031A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2168806C2 publication Critical patent/RU2168806C2/ru

Links

Claims (58)

1. Газотурбинная электроэнергетическая система для выработки электроэнергии, содержащая, по крайней мере, один компрессор для сжатия, по крайней мере, первой и второй разных сред и, по крайней мере, одну турбину, отличающаяся тем, что она включает в себя, по крайней мере, один электрохимический конвертер, связанный с компрессором и выполненный с возможностью приема, по крайней мере, одной из вышеупомянутых сред и проведения электрохимической реакции между первой и второй средами с получением выпускного потока, являющегося смесью первой и второй среды при заданной повышенной температуре, а указанные турбины связаны с электрохимическим конвертером с обеспечением приема упомянутого выпускного потока из конвертера и преобразования его во вращательную энергию.
2. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит генератор, связанный с турбиной и воспринимающий ее вращательную энергию с выработкой электроэнергии.
3. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер выполнен с возможностью выработки электроэнергии.
4. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер выполнен с возможностью работы при повышенной температуре и атмосферном давлении, при этом система дополнительно содержит теплообменник, находящийся в тепловом взаимодействии с электрохимическим конвертером для выделения из выпускного потока конвертера отходящей теплоты и для ее передачи турбине.
5. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер имеет заданную рабочую температуру, выполнен с возможностью работы при повышенных температуре и давлении и содержит внутренний нагреватель среды для нагрева первой и второй сред до рабочей температуры конвертера.
6. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 5, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер содержит трубчатые элементы, включающие в себя кольцевой электролитный слой, имеющий электродный материал окислителя на одной стороне и электродный материал топлива на противоположной стороне.
7. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер содержит узел электрохимического конвертера, имеющий собранные в пакет элементы, включающие в себя электролитные пластины, имеющие электродный материал окислителя на одной стороне и электродный материал топлива на противоположной стороне, и промежуточные соединительные пластины для обеспечения электрического контакта с электролитными пластинами, в котором упомянутый пакет элементов конвертера образован чередованием промежуточных соединительных и электролитных пластин.
8. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 7, отличающаяся тем, что собранные в пакет элементы конвертера дополнительно содержат каналы, аксиально расположенные в пакете и выполненные для приема, по крайней мере, первой или второй сред, и нагреватель среды, связанный с каналом для нагрева, по крайней мере, части первой и второй сред до рабочей температуры конвертера.
9. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 8, отличающаяся тем, что промежуточная соединительная пластина выполнена теплопроводной.
10. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 8, отличающаяся тем, что нагреватель среды имеет теплопроводную и интегрально образованную выступающую поверхность промежуточной соединительной пластины, выступающей в аксиальные каналы.
11. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 8, отличающаяся тем, что пакет элементов конвертера дополнительно содержит распорные пластины, установленные между электролитными и промежуточными соединительными пластинами.
12. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 11, отличающаяся тем, что нагреватель среды имеет теплопроводную и интегрально образованную выступающую поверхность распорной пластины, выступающей в аксиальные каналы.
13. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 8, отличающаяся тем, что узел электрохимического конвертера выполнен с обеспечением выделения отходящей теплоты, нагревающей первую и вторую среды до рабочей температуры конвертера, причем отходящая теплота кондуктивно передается первой и второй средам посредством промежуточной соединительной пластины.
14. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая температура узла электрохимического конвертера расположена в диапазоне от 20oС до 1500oС.
15. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный электрохимический конвертер взаимодействует с тепловым элементом, выбранным из группы, содержащей топливный элемент с окислом в твердом состоянии, топливный элемент с плавленным карбонатом, щелочный топливный элемент, топливный элемент с фосфорной кислотой и топливный элемент с протонной мембраной.
16. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит подогреватель первой и второй сред перед вводом их в электрохимический конвертер.
17. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 16, отличающаяся тем, что подогреватель содержит наружный регенеративный теплообменник и радиационный теплообменник.
18. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 16, отличающаяся тем, что подогреватель, по крайней мере, разлагает первую и вторую среды, содержащие углеводороды и реформинг-агенты, в некомплексные продукты реакции.
19. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 8, отличающаяся тем, что нагреватель среды, по крайней мере, разлагает первую и вторую среды, содержащие углеводороды и реформинг-агенты, в некомплексные продукты реакции.
20. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрохимический конвертер установлен последовательно в линии между компрессором и турбиной.
21. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нагреватель выпуска конвертера, установленный между электрохимическим конвертером и турбиной, для нагрева выпуска конвертера до заданной повышенной температуры перед входом в турбину.
22. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 21, отличающаяся тем, что нагреватель выпуска конвертера содержит камеру сгорания природного газа.
23. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит регенерирующую теплоту оболочку, образующую автоклав вокруг электрохимического конвертера.
24. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что первая среда представляет собой воздух, а вторая среда - природный газ.
25. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит парогенератор, связанный с газовой турбиной с обеспечением приема ее выпускного потока, причем парогенератор конвективно связывает выходящий газ газовой турбины с рабочим телом.
26. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит паровую турбину, связанную с парогенератором и предназначенную для выработки электроэнергии.
27. Электроэнергетическая система, содержащая газотурбинную установку, включающую в себя компрессор и турбину, oтличающаяся тем, что она содержит узел электрохимического конвертера, имеющий собранные в пакет элементы конвертера и выполненный с возможностью приема одного или более реагентов, при этом газовая турбина связана с электрохимическим конвертером, а компрессор выполнен с возможностью нагрева, по крайней мере, одного из реагентов электрохимического конвертера.
28. Электроэнергетическая система по п. 27, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит генератор, связанный с газовой турбиной с обеспечением выработки им электроэнергии от вращательной энергии турбины.
29. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная газовая турбина выполнена в виде газотурбинной установки, содержащей компрессор и механическую турбину, вырабатывающую электроэнергию и формирующую выпускной поток, имеющий заданную повышенную температуру, при этом система включает в себя парогенератор, соединенный с газовой турбиной для приема ее выпускного потока и конвективно связывающий этот поток с рабочим телом, и паровую турбину, связанную с парогенератором для выработки электроэнергии.
30. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 29, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нагреватель, связанный с электрохимическим конвертером и газовой турбиной, для нагрева выпускного потока конвертера до требуемой повышенной температуры перед входом в газовую турбину.
31. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 30, отличающаяся тем, что нагреватель представляет собой камеру сгорания природного газа.
32. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что указанные турбины связаны с указанными компрессорами посредством, по крайней мере, одного вала.
33. Узел электрохимического конвертера, функционирующий при заданной рабочей температуре и содержащий пакет плоских элементов конвертера, отличающийся тем, что он включает в себя электролитные пластины, имеющие электродный материал окислителя на одной стороне и электродный материал топлива на противоположной стороне, промежуточные соединительные пластины для обеспечения электрического контакта с указанными электролитными пластинами, при этом указанный пакет плоских элементов конвертера образован чередованием промежуточных соединительных и электролитных пластин, а также, по крайней мере, один канал, аксиально сообщенный с указанным пакетом, и нагреватели реагентов, расположенные в указанных каналах, для нагрева, по крайней мере, части одного из указанных реагентов до указанной рабочей температуры узла конвертера при прохождении их через указанные каналы.
34. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что указанная промежуточная соединительная пластина выполнена высокотеплопроводной.
35. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что указанный нагреватель реагента имеет теплопроводную и интегрально образованную выступающую поверхность указанной промежуточной соединительной пластины, выступающей в указанное множество аксиальных каналов.
36. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что он выполнен с обеспечением выделения отходящей теплоты, нагревающей указанные реагенты до указанной рабочей температуры и кондуктивно передающейся указанным реагентам посредством указанной промежуточной соединительной пластины с выступающей поверхностью.
37. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что указанный пакет плоских элементов конвертера дополнительно содержит распорные пластины, установленные между указанными электролитными пластинами и указанными промежуточными соединительными пластинами.
38. Узел электрохимического конвертера по п. 37, отличающийся тем, что указанный внутренний нагреватель реагента имеет теплопроводную и интегрально образованную выступающую поверхность указанной распорной пластины, выступающей в указанный аксиальный канал.
39. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, чти он дополнительно содержит подогреватель указанных реагентов перед входом в узел конвертера.
40. Узел электрохимического конвертера по п. 39, отличающийся тем, что указанный подогреватель включает в себя наружный регенеративный теплообменник или радиационный теплообменник, подогревающий указанные реагенты посредством отходящей теплоты, выделяемой конвертером.
41. Узел электрохимического конвертера по п. 39, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из указанных подогревателей и указанных нагревателей разлагает вводимые реагенты, содержащие углеводороды и реформинг-агенты, на некомплексные продукты реакции.
42. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что в указанном пакете и указанном нагревателе реагента образованы каналы, а указанная промежуточная соединительная пластина имеет теплопроводную и интегрально образованную выступающую поверхность, выступающую в указанные аксиальные каналы.
43. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что он функционирует с топливным элементом с окислом в твердом состоянии.
44. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что он дополнительно содержит газовую турбину, связанную с конвертером.
45. Узел электрохимического конвертера по п. 44, отличающийся тем, что указанная газовая турбина выполнена в виде газотурбинной установки, содержащей компрессор, связанный с ротором турбины.
46. Узел электрохимического конвертера по п. 45, отличающийся тем, что он установлен последовательно в линии между указанным компрессором и указанным ротором турбины.
47. Узел электрохимического конвертера по п. 45, отличающийся тем, что указанный компрессор выполнен с обеспечением подогрева, по крайней мере, одного из указанных реагентов.
48. Узел электрохимического конвертера по п. 45, отличающийся тем, что он выполнен с формированием выпускного потока, содержащего реагенты топлива и окислителя, идущего непосредственно в указанный ротор турбины.
49. Узел электрохимического конвертера по п. 45, отличающийся тем, что он выполнен с формированием выпускного потока и дополнительно содержит нагреватель, расположенный между конвертером и указанным ротором турбины, для нагрева указанного потока до требуемой повышенной температуры перед входом в указанный ротор турбины.
50. Узел электрохимического конвертера по п. 49, отличающийся тем, что указанный нагреватель потока включает в себя камеру сгорания природного газа.
51. Узел электрохимического конвертера по п. 45, отличающийся тем, что он дополнительно содержит парогенератор, соединенный с газовой турбиной для приема ее выпускного потока и конвективно связывающий этот поток с рабочим телом, и паровую турбину, связанную с парогенератором для выработки электроэнергии.
52. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рекуперирующую теплоту оболочку, образующую автоклав вокруг узла конвертера.
53. Узел электрохимического конвертера по п. 33, отличающийся тем, что он дополнительно содержит связанную с ним паровую турбину для выработки электроэнергии.
54. Узел электрохимического конвертера по п. 53, отличающийся тем, что он дополнительно содержит парогенератор, связанный с паровой турбиной.
55. Узел электрохимического конвертера по п. 54, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью работы при повышенной температуре и содержит теплообменник для радиационного теплообмена между конвертером и парогенератором.
56. Узел электрохимического конвертера по п. 55, отличающийся тем, что выпускной поток конвертера радиационно нагревает рабочее тело парогенератора посредством теплообменника.
57. Узел электрохимического конвертера по п. 54, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сообщенную с ним газовую турбину для приема выпускного потока конвертера и выработки электроэнергии, при этом газовая турбина сообщена с парогенератором и ее выпускной поток имеет требуемую повышенную температуру с последующим попаданием в парогенератор.
58. Газотурбинная электроэнергетическая система по п. 9, отличающаяся тем, что указанные аксиальные каналы образованы пакетом элементов, а указанные нагреватели среды связаны с указанной промежуточной соединительной пластиной и выступают в указанные аксиальные каналы.
RU97104031/09A 1994-08-08 1995-03-21 Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера RU2168806C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/287,093 1994-08-08
US08/287,093 US5501781A (en) 1994-08-08 1994-08-08 Electrochemical converter having internal thermal integration
US08/325,486 1994-10-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97104031A true RU97104031A (ru) 1999-04-10
RU2168806C2 RU2168806C2 (ru) 2001-06-10

Family

ID=23101415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97104031/09A RU2168806C2 (ru) 1994-08-08 1995-03-21 Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5501781A (ru)
PL (2) PL180962B1 (ru)
RU (1) RU2168806C2 (ru)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6083636A (en) * 1994-08-08 2000-07-04 Ztek Corporation Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems
US5948221A (en) * 1994-08-08 1999-09-07 Ztek Corporation Pressurized, integrated electrochemical converter energy system
US5518705A (en) * 1994-08-22 1996-05-21 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for the two-stage selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture
US5750278A (en) * 1995-08-10 1998-05-12 Westinghouse Electric Corporation Self-cooling mono-container fuel cell generators and power plants using an array of such generators
US6054229A (en) * 1996-07-19 2000-04-25 Ztek Corporation System for electric generation, heating, cooling, and ventilation
US5811201A (en) * 1996-08-16 1998-09-22 Southern California Edison Company Power generation system utilizing turbine and fuel cell
US6230494B1 (en) 1999-02-01 2001-05-15 Delphi Technologies, Inc. Power generation system and method
US6461752B1 (en) * 1999-04-19 2002-10-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Portable electric generator with thermal electric co-generator
US6440596B1 (en) 1999-10-20 2002-08-27 Technology Management, Inc. Solid-oxide fuel cell hot assembly
US6489050B1 (en) * 1999-11-01 2002-12-03 Technology Management, Inc. Apparatus and method for cooling high-temperature fuel cell stacks
US6921595B2 (en) * 2000-05-31 2005-07-26 Nuvera Fuel Cells, Inc. Joint-cycle high-efficiency fuel cell system with power generating turbine
US6916564B2 (en) * 2000-05-31 2005-07-12 Nuvera Fuel Cells, Inc. High-efficiency fuel cell power system with power generating expander
US20020163819A1 (en) * 2000-11-07 2002-11-07 Treece William A. Hybrid microturbine/fuel cell system providing air contamination control
EP1454042B1 (en) * 2001-12-05 2007-04-25 Lawrence G. Clawson High efficiency otto cycle engine with power generating expander
AU2003287846A1 (en) * 2002-10-24 2004-05-25 Airbus Deutschland Gmbh Device for producing water on board of an airplane
US20050112436A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Carol Jeffcoate Methods and devices for heating or cooling fuel cell systems
CA2575629A1 (en) * 2004-06-11 2006-08-10 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel fired hydrogen generator
CN101844621B (zh) * 2009-06-10 2012-10-10 北京航空航天大学 多电飞行器的机载冷热电联产系统
WO2013131035A1 (en) * 2012-03-01 2013-09-06 Qwtip Llc Thrust engine
EP2784288B1 (de) 2013-03-28 2020-02-19 Lumenion AG Kraftwerksanlage und Verfahren zum Erzeugen von elektrischem Strom
ES2879916T3 (es) * 2013-07-19 2021-11-23 Itm Power Res Limited Sistema de reducción de presión
US10727520B2 (en) * 2017-07-18 2020-07-28 Cummins Enterprise Llc Fuel cell stack assembly
US20230265792A1 (en) * 2022-02-21 2023-08-24 General Electric Company Systems and method of operating a fuel cell assembly, a gas turbine engine, or both

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1671705A1 (de) * 1967-03-18 1971-09-23 Bbc Brown Boveri & Cie Batterie aus elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen mit Festelektrolyt
US3616334A (en) * 1968-07-05 1971-10-26 Gen Electric Electrically and chemically coupled power generator and hydrogen generator
US3607427A (en) * 1969-02-06 1971-09-21 Gen Electric Electrically coupled fuel cell and hydrogen generator
US3964930A (en) * 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system
US4056452A (en) * 1976-02-26 1977-11-01 Billings Energy Research Corporation Electrolysis apparatus
CA1059943A (en) * 1976-07-20 1979-08-07 Pierre L. Claessens Electrolytically forming peroxosulfuric acid to oxidize organic material in sulfuric acid
US4087976A (en) * 1976-08-13 1978-05-09 Massachusetts Institute Of Technology Electric power plant using electrolytic cell-fuel cell combination
DE2735934C3 (de) * 1977-08-10 1980-07-31 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Verbindungsmaterial zur elektrischen Serienschaltung von elektrochemischen ZeUen
US4310605A (en) * 1980-09-22 1982-01-12 Engelhard Minerals & Chemicals Corp. Fuel cell system
US4490445A (en) * 1982-05-24 1984-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Solid oxide electrochemical energy converter
US4583583A (en) * 1983-06-02 1986-04-22 Engelhard Corporation Fuel cell crimp-resistant cooling device with internal coil
US4482440A (en) * 1983-10-06 1984-11-13 Olin Corporation Electrochemical cell and process for manufacturing temperature sensitive solutions
US4574112A (en) * 1983-12-23 1986-03-04 United Technologies Corporation Cooling system for electrochemical fuel cell
US4629537A (en) * 1985-05-17 1986-12-16 Hsu Michael S Compact, light-weight, solid-oxide electrochemical converter
JP2569550B2 (ja) * 1987-05-08 1997-01-08 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池の温度分布改善方法
US5338622A (en) * 1993-04-12 1994-08-16 Ztek Corporation Thermal control apparatus
US5347806A (en) * 1993-04-23 1994-09-20 Cascaded Advanced Turbine Limited Partnership Cascaded advanced high efficiency multi-shaft reheat turbine with intercooling and recuperation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU97104031A (ru) Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера
RU2180978C2 (ru) Энергетическая система с электрохимическим конвертером, система с электрохимическим конвертером и устройство ввода-вывода для использования с резервуаром высокого давления
KR970705195A (ko) 가스 또는 스팀 터빈 파워시스템(ultra-high efficiency turbine and fuel cell combination)
RU2227348C2 (ru) Энергетическая система с топливными элементами (варианты) и способ производства электрической энергии данной системой (варианты)
RU2168806C2 (ru) Газотурбинная электроэнергетическая система, электроэнергетическая система и узел электрохимического конвертера
CA1164041A (en) Fuel cell generator
RU2175799C2 (ru) Установка реформинга для преобразования реагента в продукты реакции (варианты) и способ осуществления реформинга
US4395468A (en) Fuel cell generator
JP4557323B2 (ja) 補助加熱装置内蔵型燃料電池モジュール及び該モジュールを具備するプラント
RU2001115127A (ru) Энергетическая система с топливными элементами (варианты) и способ производства электрической энергии данной системой (варианты)
JP5109253B2 (ja) 燃料電池
GB2447136A (en) Fuel Cell Stack Hood
EA018452B1 (ru) Узел пакета топливных элементов и способ работы узла пакета топливных элементов с улучшенным распределением газового потока
CA2427419A1 (en) A hybrid power system employing fluid regulating elements for controlling various operational parameters of the system
JP2007157479A (ja) 燃料電池
US20030012997A1 (en) Pressurized, integrated electrochemical converter energy system
JPS62283570A (ja) 高温固体電解質型燃料電池
US8507149B2 (en) Plant with high-temperature fuel cells and clamping device for a cell stack
JP2003045455A (ja) 高温固体酸化物型燃料電池
JP2004146343A (ja) 燃料電池および燃料電池スタック
JPH09289030A (ja) 固体電解質燃料電池モジュール
US20040241513A1 (en) Integrated recupreator and burner for fuel cells
JPH06163066A (ja) 高温型燃料電池の熱回収装置
CN114447367A (zh) 一种集成化热工部件、发电系统及固体氧化物燃料电池
MXPA99006155A (en) Pressurized, integrated electrochemical converter energy system