|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Настоящее изобретение касается батареи твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных друг над другом элементов, где каждый блок содержит слой элементов и слой интерконнектора, причем один слой интерконнектора отделяет один блок элементов от прилегающего блока элементов в батарее элементов, причем по меньшей мере один из указанных слоев по меньшей мере в одном из блоков элементов имеет по меньшей мере одно первичное отверстие для подачи газа, и причем по меньшей мере один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет по меньшей мере одно вторичное отверстие для подачи газа, причем указанные первичное и вторичное отверстия для подачи газа частично перекрывают друг друга, перекрывающий участок определяет общую зону подачи газа, где подаваемый газ проходит от первичного отверстия для подачи газа к вторичному отверстию для подачи газа. Кроме того, настоящее изобретение касается способа подачи газа по каналам в блок элементов в батарее твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных друг над другом элементов. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Настоящее изобретение касается батареи твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных друг над другом элементов, где каждый блок содержит слой элементов и слой интерконнектора, причем один слой интерконнектора отделяет один блок элементов от прилегающего блока элементов в батарее элементов, причем по меньшей мере один из указанных слоев по меньшей мере в одном из блоков элементов имеет по меньшей мере одно первичное отверстие для подачи газа, и причем по меньшей мере один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет по меньшей мере одно вторичное отверстие для подачи газа, причем указанные первичное и вторичное отверстия для подачи газа частично перекрывают друг друга, перекрывающий участок определяет общую зону подачи газа, где подаваемый газ проходит от первичного отверстия для подачи газа к вторичному отверстию для подачи газа. Кроме того, настоящее изобретение касается способа подачи газа по каналам в блок элементов в батарее твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных друг над другом элементов.
Отверстие для подачи газа для блока ТОЭ ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к отверстию для подачи газа для блока твердооксидных элементов (ТЭ), в частности, для блока твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) или блока твердооксидного электролизера (ТОЭ), в частности, для ТЭ, входящего в состав батареи ТЭ.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) содержит твердый электролит, который обеспечивает перенос электричества ионами кислорода, катод, на котором из кислорода образуются ионы кислорода, и анод, где происходит окисление водорода. Общей реакцией, происходящей в ТОТЭ, является электрохимическое взаимодействие водорода и кислорода, при этом вырабатываются электроэнергия, тепло и вода. Для получения необходимого водорода анод, как правило, обладает каталитической активностью для парового риформинга углеводородов, в частности, природного газа, в результате чего вырабатываются водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Паровой риформинг метана, основного компонента природного газа, может быть описан следующими уравнениями:
СН4 + Н20 СО + зн2
СН4 + С02 2СО + 2Н2
СО + Н20 со2 + н2.
В ходе функционирования твердооксидного топливного элемента в его катодную зону осуществляют подачу окислителя, такого как воздух. В анодную зону топливного элемента подают топливо, например, водород. В качестве альтернативы, в анодную зону подают углеводородное топливо, например, метан, где происходит его конверсия в водород и оксиды углерода с помощью вышеприведенных реакций. Водород проходит через пористый анод и на границе раздела анод/электролит вступает в реакцию с ионами кислорода, полученными на катодной стороне, которые диффундировали через электролит. Ионы
кислорода получают на катодной стороне при подаче электронов из внешней электрической цепи элемента.
Для получения большего напряжения несколько блоков элементов собирают в батарею, при этом их соединяют с помощью интерконнекторов. Интерконнекторы выступают в качестве газонепроницаемого барьера для разделения анодной (топливной) и катодной (где происходит подача воздуха/кислорода) сторон прилегающих блоков элементов, при этом интерконнекторы обеспечивают электрическую проводимость между прилегающими элементами, т.е. между анодом одного элемента, где имеется избыток электронов, и катодом расположенного рядом элемента, где имеется недостаток электронов для процесса восстановления. Также, как правило, в интерконнекторах имеется несколько каналов для потока топливного газа с одной стороны интерконнектора и окислительного газа с другой стороны. Для оптимизации функционирования батареи ТОТЭ ряд параметров, положительно влияющих на функционирование батареи, должен быть увеличен до максимума, при этом не должно быть нежелательных последствий для ряда соответствующих параметров, отрицательно влияющих на функционирование батареи, который должен быть снижен до минимума. Вот некоторые из этих параметров:
ПАРАМЕТРЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ УВЕЛИЧЕНЫ ДО МАКСИМУМА
- Эффективность использования топлива
- Энергоэффективность
- Срок годности
ПАРАМЕТРЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ СНИЖЕНЫ ДО МИНИМУМА
- Экономичность
- Габариты конструкции
- (температура, до необходимой точки)
- время производства
- интенсивность отказов
- количество компонентов
- Паразитные потери (при нагреве, охлаждении, обдуве)
Почти все вышеперечисленные параметры являются взаимозависимыми, что означает, что изменение одного параметра влияет на другие. Некоторые взаимозависимости между характеристиками газового потока в топливных элементах и вышеперечисленными параметрами указаны ниже:
Эффективность использования топлива:
Каналы, которые находятся с топливной стороны интерконнектора, должны иметь конструкцию, обеспечивающую поступление равных количеств топлива в каждый элемент в батарее, т.е. в топливной стороне батареи не должно быть сокращающих отрезков пути потока.
Паразитные потери:
При разработке конструкции каналов технологического газа в батарее ТОТЭ и ее отдельных топливных элементов следует стремиться к уменьшению потерь давления в зависимости от объема потока, по меньшей мере, со стороны подачи воздуха и, по возможности, с топливной стороны интерконнектора, что приведет к снижению паразитных потерь в обдувочных устройствах.
Энергоэффективность:
Интерконнектор обеспечивает электрическую проводимость между анодным и катодным слоями расположенных рядом элементов. Таким образом, для уменьшения внутреннего сопротивления электропроводящие контактные точки (далее именуемые для простоты "контактные точки") интерконнектора должны иметь конструкцию, обеспечивающую надлежащий контакт с электродами (анодом и катодом), контактные точки не должны быть расположены на большом расстоянии одна от другой (из-за этого току придется проходить большее расстояние по электроду, вследствие чего происходит увеличение внутреннего сопротивления).
Срок годности:
В отношении интерконнектора зависит, помимо прочего, от равномерного распределения потока как с топливной стороны, так и со стороны подачи воздуха интерконнектора, от наличия в конструкции небольшого количества компонентов, а также от наличия равномерного защитного покрытия на материалах.
Стоимость:
Затраты, связанные со стоимостью интерконнекторов, могут быть снижены путем отказа от использования дорогостоящих материалов, путем уменьшения времени производства интерконнектора и снижения потерь материала.
Габариты конструкции:
Общие габариты батареи топливных элементов могут быть снижены, когда конструкция интерконнектора обеспечивает эффективное использование активной зоны элемента. Объем малоэффективных зон с низким расходом потока топлива или воздуха должен быть уменьшен, а объем неиспользуемых зон для герметизирующих поверхностей должен быть минимизирован.
Температура:
Температура должна быть достаточно высокой для осуществления каталитической реакции в элементе, при этом она не должна подниматься выше определенного уровня для того, чтобы предотвратить быструю порчу компонентов элемента. Таким образом, конструкция интерконнектора должна способствовать равномерному распределению температуры, при этом обеспечивается высокая средняя температура, не превышающая максимально допустимый уровень.
Время производства.
Время, затрачиваемое на производство самого интерконнектора, должно быть снижено до минимума, конструкция интерконнектора также должна способствовать быстрой сборке всей батареи. В целом, если конструкция интерконнектора обеспечивает устранение какого-либо компонента конструкции батареи, может быть достигнуто снижение времени производства батареи.
Интенсивность отказов.
Методы производства интерконнекторов, а также материалы, используемые при производстве интерконнекторов, должны обеспечивать низкую интенсивность отказов и низкую частоту повреждений интерконнекторов (таких, например, как наличие ненужных отверстий в газонепроницаемом материале интерконнектора, неравномерность толщины материала интерконнектора или
колеблющиеся характеристики материала интер коннектора). Также, интенсивность отказов батареи элементов в сборе может быть снижена, когда конструкция интерконнектора обеспечивает снижение общего количества компонентов, предназначенных для сборки, а также обеспечивает снижение площади герметизирующих поверхностей.
Количество компонентов.
Помимо уменьшения частоты отказов и снижения времени сборки снижение количества необходимых компонентов приводит к снижению стоимости.
Распределение потоков анодного и катодного газа в батарее ТОТЭ обеспечивается с помощью общей системы трубопроводов для каждого из двух технологических газов. Системы трубопроводов могут быть внешними или внутренними. С помощью системы трубопроводов осуществляется подача технологических газов в отдельные слои батареи ТОТЭ с использованием каналов, направленных в каждый слой. Как правило, каналы располагаются в одном слое повторяющихся элементов, составляющих батарею ТОТЭ, т.е. в промежуточных модулях или в интер коннекторе.
Промежуточные модули или интерконнекторы, как правило, имеют один канал подачи, который изготавливается путем штамповки, прорезания или травления в материале. Причиной, по которой конструкцией предусмотрен только один канал подачи, является то, что промежуточный модуль должен представлять собой встроенный компонент. Такое решение позволяет осуществлять экономичное и контролируемое производство канала промежуточного модуля или интерконнектора, так как контроль габаритов обеспечивает возможность контроля падения давления.
Другими способами изготовления каналов технологического газа, с помощью которых можно получить множество каналов, являются травление, штамповка, прессование, или интерконнектор может быть изготовлен иным способом, при котором канал частично проходит через промежуточный модуль или интерконнектор. Это означает, что промежуточный модуль может представлять собой встроенный компонент, однако, способ, при котором каналы
частично проходят через материал, не обеспечивает достаточную точность, что приводит к неопределенному и неконтролируемому падению давления в газовых каналах.
Использование герметизирующего материала для газовых каналов, которые частично проходят через материал промежуточного модуля или интерконнектора, приведет к более неопределенному и неконтролируемому падению давления в газовых каналах. Конечно, герметизирующий материал может наноситься путем трафаретной печати исключительно на соответствующие поверхности, или крепиться с помощью клея и вырезаться из газовых каналов, что снизит риск неопределенного падения давления, однако, такой способ является неэкономичным и затратным по времени.
В документе US6492053 описана батарея топливных элементов, содержащая интерконнектор и промежуточный модуль. Как интерконнектор, так и промежуточный модуль снабжены системами трубопроводов для подачи и отвода потока кислорода/топлива. Системы трубопроводов для подачи и отвода потока снабжены углублениями/каналами на поверхности для распределения кислорода/топлива по аноду и катоду. Тем не менее, углубления/каналы интерконнектора и промежуточного модуля не выравнены между собой, и, следовательно, не может быть произведено комбинирование их геометрии для получения множества точек подачи. Также, из-за того, что углубления/каналы сделаны как на поверхности интерконнектора, так и на поверхности промежуточных модулей, образование множества точек подачи не является целесообразным.
В документе US2010297535 описана биполярная пластина топливного элемента с каналами потока. Пластина с каналами потока имеет несколько каналов для равномерного распределения жидкости по активной зоне топливного элемента. В документе не описан второй слой и подобные каналы в нем.
В документе US2005016729 описан керамический топливный элемент (элементы), который расположен на подложке, которая представляет собой пластину-интерконнектор из теплопроводного материала, при этом несколько пластин образуют кондукционное нагревательное устройство, которое именуется
батареей. При соединении нескольких батарей получают серию топливных элементов. При соединении нескольких серий топливных элементов одна за другой получают цепочку топливных элементов. Длина такой цепочки может составлять тысячу футов или более, такие размеры обеспечивают возможность размещения ее таким образом, чтобы она проникала в слой ресурсов (например, нефти), находящийся под землей. Устройство предварительного нагрева используется для нагревания цепочки до рабочей температуры, которая составляет более 700° С, после чего в топливных элементах такая температура поддерживается с использованием нескольких каналов, с помощью которых осуществляют подачу топлива и окислителя в топливные элементы, а также вывод выхлопных газов на поверхность. Между цепочкой элементов и поверхностью, как продолжение таких нескольких каналов, в качестве устройства теплообмена между выхлопными газами и окислителями/топливом, может использоваться система трубопроводов.
Ни один из вышеуказанных способов не обеспечивает простую, эффективную и надежную конструкцию для решения указанных выше проблем.
Таким образом, с учетом перечисленных выше соображений существует необходимость в надежной, несложной, экономически выгодной и простой в производстве и эксплуатации конструкции для подачи газа с несколькими каналами, которая обеспечивала бы эффективную подачу газа в элемент ТОТЭ при максимально низкой интенсивности отказов. Так как в качестве соответствующих элементов могут использоваться твердооксидные электролизеры, такая конструкция для подачи газа может также применяться для ТОЭ, следовательно, такая конструкция может применяться в любых твердооксидных элементах (ТЭ).
Эти, а также другие цели достигаются настоящим изобретением в соответствии с описанием ниже.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Топливный элемент или электролизер содержит повторяющиеся элементы в каждом элементе. С использованием двух слоев повторяющихся элементов в батарее элементов, которые образуют каналы подачи в элементах, можно создать
простые, сообразно связанные компоненты с входными отверстиями для множественных каналов.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются различные каналы в двух слоях, которые перекрывают друг друга таким образом, что поток направляется из канала одного компонента в один канал или предпочтительно в множество каналов в другом компоненте, а затем в активную зону элементов в батарее. В соответствии с этим принципом можно создать несколько каналов, ведущих в каждый повторяющийся элемент в батарее элементов с находящимися в сцеплении компонентами, которые просты в эксплуатации.
ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Батарея твердооксидных электролизеров, содержащая множество блоков установленных друг над другом элементов, при этом каждый блок содержит слой элементов и слой интерконнектора, отличающаяся тем, что один слой интерконнектора отделяет один блок элементов от прилегающего блока элементов в батарее элементов, при этом, по меньшей мере, один из указанных слоев, по меньшей мере, в одном из блоков элементов имеет, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа, и при этом, по меньшей мере, один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа, при этом указанное первичное отверстие для подачи газа и указанное вторичное отверстие для подачи газа частично перекрывают друг на друга, перекрывающий участок определяет общую зону подачи газа, где подаваемый газ проходит от первичного отверстия для подачи газа ко вторичному отверстию для подачи газа.
2. Батарея твердооксидных электролизеров по признаку 1, отличающаяся тем, что слой, содержащий, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа, и слой, содержащий, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа находятся в сцеплении.
3. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что слой, содержащий, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа, дополнительно содержит, по меньшей мере,
1.
один выступ, образующий, по меньшей мере, одну направляющую потока для отверстия для подачи газа.
4. Батарея твердооксидных электролизеров по признаку 3, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна направляющая потока для отверстия для подачи газа, по меньшей мере, частично перекрывает указанное первичное отверстие для подачи газа, образуя, таким образом, по меньшей мере, одно многоканальное отверстие для подачи газа.
5. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из указанных слоев, по меньшей мере, в одном из блоков элементов имеет, по меньшей мере, одно первичное отверстие для отвода газа, и при этом, по меньшей мере, один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа, при этом указанные первичное отверстие для отвода газа и вторичное отверстие для отвода газа частично перекрывают друг на друга, перекрывающий участок определяет общую зону отвода газа, где отводимый газ проходит от первичного отверстия для отвода газа ко вторичному отверстию для отвода газа.
6. Батарея твердооксидных электролизеров по признаку 5, отличающаяся тем, что слой, содержащий, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа, дополнительно содержит, по меньшей мере, один выступ, образующий, по меньшей мере, одну направляющую потока для отверстия для отвода газа.
7. Батарея твердооксидных электролизеров по признаку 6, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна направляющая потока для отверстия для отвода газа, по меньшей мере, частично перекрывает часть указанного первичного отверстия для отвода газа, образуя, таким образом, по меньшей мере, одно многоканальное отверстие для отвода газа.
8. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что указанный блок дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой.
4.
9. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих
признаков, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие
для подачи газа или, по меньшей мере, одно первичное отверстие для отвода газа
представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их
комбинацию.
10. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их комбинацию.
11. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно первичное отверстие для отвода газа расположены в слое интерконнектора.
12. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа расположены, по меньшей мере, в одном промежуточном слое.
13. Способ подачи газа по каналам в блок элементов в батарее
твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных
друг над другом элементов, при этом каждый блок содержит слой элементов и
слой интерконнектора, где один слой интерконнектора отделяет один блок
элементов от прилегающего блока элементов в батарее, при этом, по меньшей
мере, один из указанных слоев, по меньшей мере, в одном из блоков элементов
имеет, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа, и, по
меньшей мере, один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по
меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа, при этом указанные
первичное отверстие для подачи газа и вторичное отверстие для подачи газа
частично перекрывают друг друга, перекрывающий участок определяет общую
зону подачи газа, отличающийся тем, что указанный способ включает следующие этапы:
• подачу газа, по меньшей мере, к одному первичному отверстию для подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа в первом направлении через указанное первичное отверстие для подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа во втором направлении через общую зону подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа в третьем направлении через, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа.
14. Способ по признаку 13, отличающийся тем, что второе направление, в целом, отличается от первого и третьего направления.
15. Способ по признаку 13 или 14, отличающийся тем, что третье направление, в целом, находится в той же двумерной плоскости, что и, по меньшей мере, один слой элементов.
16. Способ по любому из признаков 13 - 15, отличающийся тем, что угол между вторым направлением, в целом, и, по меньшей мере, одним слоем элементов составляет, по меньшей мере, 5°, предпочтительно, по меньшей мере, 30°.
17. Способ по любому из признаков 13 - 16, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа расположено в слое интерконнектора.
18. Способ по любому из признаков 13 - 17, отличающийся тем, что указанный блок дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой.
19. Способ по признаку 18, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа расположено, по меньшей мере, в одном промежуточном слое.
14.
20. Способ по любому из признаков 13 - 19, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их комбинацию.
21. Способ по любому из признаков 13 - 20, отличающийся тем, что подаваемый газ является анодным газом или катодным газом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение поясняется в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые иллюстрируют примеры вариантов осуществления изобретения.
На Фиг. 1 приведен вид снизу повторяющегося элемента твердооксидного элемента в собранном виде с удаленной частью нижнего слоя.
На Фиг. 2 приведено изометрическое изображение повторяющегося элемента, показанного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 приведен вид в разрезе сбоку по линии А-А повторяющегося элемента, показанного на Фиг. 1.
На Фиг. 4 приведено увеличенное изображение части (В) повторяющегося элемента, показанного на Фиг. 1.
На Фиг. 5 приведено увеличенное изображение части (С) повторяющегося элемента, показанного на Фиг. 1, и
На Фиг. 6 приведено увеличенное изображение части (D) повторяющегося элемента, показанного на Фиг. 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из вариантов осуществления изобретения газовые каналы в слоях, промежуточном модуле, интерконнекторе и элементе проходят насквозь и образуют один сообразно связанный компонент.
На Фиг. 1 приведен вид снизу повторяющегося элемента твердооксидного элемента в собранном виде с удаленной частью нижнего слоя. На Фиг. 2 приведено изометрическое изображение того же элемента. Нижний слой может представлять собой элемент, содержащий электролит и электроды, как видно, имеются также шесть вырезов для каналов газа, которые могут представлять
собой отверстия для подачи газа или отверстия для отвода газа и совмещать эти функции. Слой, расположенный над нижним слоем, в соответствии с этим вариантом осуществления, представляющий собой промежуточный модуль, имеет каналы, отличные от каналов верхнего слоя. Каждый из шести вырезов для газовых каналов в промежуточном модуле меньше, чем соответствующий вырез в нижнем слое, однако у каждого выреза промежуточного модуля имеются выступы в виде "крыльев", которые частично перекрывают большие вырезы в нижнем слое, таким образом образовывая многоканальные отверстия подачи или отвода при сборке слоев в батарею элементов.
На Фиг. 1 видна первая часть множественных каналов, которая перекрывает вырезы в нижнем слое, через каждый из пяти вырезов (более подробное изображение приведено в увеличенном виде "С" на Фиг. 5), в шестом вырезе в части фигуры, обозначенной буквой "В", некоторые из множественных каналов видны полностью вследствие того, что часть нижнего слоя удалена. Более подробное изображение этой части приведено в увеличенном виде "В" на Фиг. 4.
На Фиг. 3 показано отверстие для подачи газа для таких множественных каналов, газовые потоки показаны стрелками. Основная часть потока газа проходит в отверстие для подачи множественных каналов и поступает далее к следующим повторяющимся элементам батареи. Однако вследствие профиля давления батареи часть потока газа поступает в показанный элемент через множественные каналы, образованные в промежуточном модуле выступами в виде крыльев, в соответствии с описанием выше. На Фиг. 6 вид "D" более подробно иллюстрирует пути газового потока в показанный повторяющийся элемент, а также в следующие повторяющиеся элементы (не показаны). Из Фигуры 6 понятно, каким образом происходит эффективное и равномерное распределение газового потока в активной зоне в различных направлениях с помощью множественных отверстий. Также, понятно, каким образом перекрывание слоями друг друга обеспечивает наличие множественных отверстий для подачи, при этом нет необходимости в том, чтобы выступы в виде крыльев были подвижными, при том, что каждый слой полностью прорезан насквозь, это обеспечивает возможность простого и экономичного производства и сборки, а также преимущества множественных отверстий для подачи.
Формула изобретения
1. Батарея твердооксидных электролизеров, содержащая множество блоков
установленных друг над другом элементов, при этом каждый блок содержит слой
элементов и слой интерконнектора, отличающаяся тем, что один слой
интерконнектора отделяет один блок элементов от прилегающего блока
элементов в батарее элементов, при этом, по меньшей мере, один из указанных
слоев, по меньшей мере, в одном из блоков элементов имеет, по меньшей мере,
одно первичное отверстие для подачи газа, и при этом, по меньшей мере, один
прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по меньшей мере, одно
вторичное отверстие для подачи газа, при этом указанное первичное отверстие
для подачи газа и указанное вторичное отверстие для подачи газа частично
перекрывают друг на друга, перекрывающий участок определяет общую зону
подачи газа, где подаваемый газ проходит от первичного отверстия для подачи
газа ко вторичному отверстию для подачи газа.
2. Батарея твердооксидных электролизеров по п. 1, отличающаяся тем,
что слой, содержащий, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа, и слой, содержащий, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа находятся в сцеплении.
3. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих
пунктов, отличающаяся тем, что слой, содержащий, по меньшей мере, одно
вторичное отверстие для подачи газа, дополнительно содержит, по меньшей мере,
один выступ, образующий, по меньшей мере, одну направляющую потока для
отверстия для подачи газа.
4. Батарея твердооксидных электролизеров по п. 3, отличающаяся тем,
что указанная, по меньшей мере, одна направляющая потока для отверстия для подачи газа, по меньшей мере, частично перекрывает указанное первичное отверстие для подачи газа, образуя, таким образом, по меньшей мере, одно многоканальное отверстие для подачи газа.
5. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих
пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из указанных слоев, по
меньшей мере, в одном из блоков элементов имеет, по меньшей мере, одно
первичное отверстие для отвода газа, и при этом, по меньшей мере, один
прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по меньшей мере, одно
вторичное отверстие для отвода газа, при этом указанные первичное отверстие
для отвода газа и вторичное отверстие для отвода газа частично перекрывают
друг на друга, перекрывающий участок определяет общую зону отвода газа, где
отводимый газ проходит от первичного отверстия для отвода газа ко вторичному
отверстию для отвода газа.
6. Батарея твердооксидных электролизеров по п. 5, отличающаяся тем,
что слой, содержащий, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа, дополнительно содержит, по меньшей мере, один выступ, образующий, по меньшей мере, одну направляющую потока для отверстия для отвода газа.
7. Батарея твердооксидных электролизеров по п. 6, отличающаяся тем,
что указанная, по меньшей мере, одна направляющая потока для отверстия для отвода газа, по меньшей мере, частично перекрывает часть указанного первичного отверстия для отвода газа, образуя, таким образом, по меньшей мере, одно многоканальное отверстие для отвода газа.
8. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанный блок дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой.
9. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно первичное отверстие для отвода газа представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их комбинацию.
10. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из
предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно
вторичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно вторичное
отверстие для отвода газа представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их комбинацию.
11. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно первичное отверстие для отвода газа расположены в слое интерконнектора.
12. Батарея твердооксидных электролизеров по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа или, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для отвода газа расположены, по меньшей мере, в одном промежуточном слое.
13. Способ подачи газа по каналам в блок элементов в батарее
твердооксидных электролизеров, содержащей множество блоков установленных
друг над другом элементов, при этом каждый блок содержит слой элементов и
слой интерконнектора, где один слой интерконнектора отделяет один блок
элементов от прилегающего блока элементов в батарее, при этом, по меньшей
мере, один из указанных слоев, по меньшей мере, в одном из блоков элементов
имеет, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа, и, по
меньшей мере, один прилегающий слой в этом же блоке элементов имеет, по
меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа, при этом указанные
первичное отверстие для подачи газа и вторичное отверстие для подачи газа
частично перекрывают друг друга, перекрывающий участок определяет общую
зону подачи газа, отличающийся тем, что указанный способ включает
следующие этапы:
• подачу газа, по меньшей мере, к одному первичному отверстию для подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа в первом направлении через указанное первичное отверстие для подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа во втором направлении через общую зону подачи газа;
• прохождение потока подаваемого газа в третьем направлении через, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что второе направление, в целом, отличается от первого и третьего направления.
15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что третье направление, в целом, находится в той же двумерной плоскости, что и, по меньшей мере, один слой элементов.
16. Способ по любому из пп. 13 - 15, отличающийся тем, что угол между вторым направлением, в целом, и, по меньшей мере, одним слоем элементов составляет, по меньшей мере, 5°, предпочтительно, по меньшей мере, 30°.
17. Способ по любому из пп. 13 - 16, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа расположено в слое интерконнектора.
18. Способ по любому из пп. 13 - 17, отличающийся тем, что указанный блок дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно вторичное отверстие для подачи газа расположено, по меньшей мере, в одном промежуточном слое.
20. Способ по любому из пп. 13 - 19, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно первичное отверстие для подачи газа представляет собой сквозную выемку, сквозное отверстие, углубление или их комбинацию.
21. Способ по любому из пп. 13 - 20, отличающийся тем, что подаваемый газ является анодным газом или катодным газом.
14.
14.
14.
1/6
Фиг. 1
1/6
Фиг. 1
2/6
Фиг. 2
2/6
Фиг. 2
3/6
Фиг. 3
3/6
Фиг. 3
4/6
Фиг. 4
4/6
Фиг. 4
5/6
Фиг. 5
5/6
Фиг. 5
|
