Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов



Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов
Конфигурации батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов

 


Владельцы патента RU 2415498:

Уорлдвайд Энерджи, Инк. оф Делавэр (US)

Изобретение относится к трубчатым твердооксидным топливным элементам. Техническим результатом изобретения является снижение затрат на производство и повышение эффективности. Согласно изобретению блок топливных элементов (1) включает набор трубок твердооксидных топливных элементов (18). Трубки (18) твердооксидных топливных элементов имеют пористые металлические внешние поверхности (116), внутренние слои топливных элементов (112-114) и внутренние поверхности (118). Каждая из трубок (18) твердооксидных топливных элементов имеет по меньшей мере один открытый конец. С набором трубок (18) твердооксидных топливных элементов сообщается при работе по меньшей мере один коллектор (28) для направления первого реакционного газа и приведения его в соприкосновение с пористыми металлическими внешними поверхностями (116) и для направления второго реакционного газа и приведения его в соприкосновение с внутренними поверхностями (118). Коллектор (28) также включает по меньшей мере одну шину, расположенную с обеспечением электрического соединения по меньшей мере с одной поверхностью из группы, состоящей из пористых металлических внешних поверхностей (116) и внутренних поверхностей (118). 2. н. и 21 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к конфигурациям батарей трубчатых твердооксидных топливных элементов (ТТОТЭ), более конкретно к конфигурациям батарей ТТОТЭ, имеющих металлические опорные трубки с расположенными внутри них мембранами топливных элементов.

Уровень техники, предшествующий изобретению

[0002] Устройства, обычно известные как топливные элементы, содержат пластины или трубки, которые непосредственно преобразуют в электричество энергию, высвобождающуюся при окислении водорода. Топливные элементы предоставляют потенциальную возможность реализации чистых, бесшумных и эффективных источников питания для портативной генерации электроэнергии. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), особенно трубчатые твердооксидные топливные элементы (ТТОТЭ), являются особенно привлекательными кандидатами для применения при распределенном или централизованном снабжении электроэнергией.

[0003] Технология ТОТЭ обладает потенциальной возможностью обеспечения высоких плотностей мощности, продолжительных сроков службы со стабильными рабочими характеристиками и способности к использованию разнообразных источников топлива без дорогостоящего реформинга или очистки газа, а также обеспечивает высокую эффективность системы в широком диапазоне выработки электроэнергии для транспортировки.

[0004] Критические ограничения текущего состояния технологии ТОТЭ, такие как длительное время запуска (обычно от нескольких минут до часов) и высокая стоимость материалов для их изготовления, имеют большое значение при оценке их применения в автомобилях.

Задачи изобретения

[0005] Соответственно задачи настоящего изобретения включают: предоставление конфигураций ТОТЭ, которые минимизируют использование дорогостоящих материалов, минимизируют производственные затраты, минимизируют время запуска и максимизируют эффективность выработки электроэнергии. Дополнительные и другие задачи настоящего изобретения станут очевидными из представленного здесь описания.

Сущность изобретения

[0006] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения вышеуказанные и другие задачи решаются посредством блока топливных элементов, который включает в себя набор трубок твердооксидных топливных элементов, имеющих пористые металлические внешние поверхности, внутренние слои топливных элементов и внутренние поверхности, причем каждая из этих трубок имеет по меньшей мере один открытый конец. С этим набором трубок твердооксидных топливных элементов сообщается при работе по меньшей мере один коллектор, который включает в себя структуру для направления первого реакционного газа в соприкосновение с пористыми металлическими внешними поверхностями и структуру для направления второго реакционного газа в соприкосновение с внутренними поверхностями. Коллектор также включает в себя по меньшей мере одну электропроводную шину, расположенную в электрическом контакте с по меньшей мере одной поверхностью, выбранной из группы, состоящей из пористых металлических внешних поверхностей и внутренних поверхностей.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением.

[0008] Фиг.2a представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов с плотно упакованной конфигурацией в соответствии с настоящим изобретением.

[0009] Фиг.2b представляет собой схематический местный вид с торца сборки трубок топливных элементов с плотно упакованной конфигурацией в соответствии с настоящим изобретением.

[0010] Фиг.2c представляет собой схематический местный вид с торца сборки трубок топливных элементов с плотно упакованной конфигурацией в соответствии с настоящим изобретением.

[0011] Фиг.3 представляет собой местный вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением.

[0012] Фиг.4 представляет собой местный вид в перспективе с разрезом сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением.

[0013] Фиг.5 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с неплотно упакованной конфигурацией.

[0014] Фиг.6 представляет собой местный вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с неплотно упакованной конфигурацией.

[0015] Фиг.7 представляет собой местный вид в перспективе с разрезом сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с неплотно упакованной конфигурацией.

[0016] Фиг.8 представляет собой вид в перспективе не в масштабе трубки топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением.

[0017] Фиг.9 представляет собой схематический вид с торца сборки трубок топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с полуплотно упакованной конфигурацией.

[0018] Фиг.10 представляет собой местный вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с полуплотно упакованной конфигурацией.

[0019] Фиг.11 представляет собой местный вид в перспективе с пространственным разделением деталей сборки топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, в которой трубки объединены в батарею с полуплотно упакованной конфигурацией и соединены последовательно.

[0020] Фиг.12 представляет собой местный вид в перспективе с пространственным разделением деталей другого конца сборки топливных элементов, показанной на Фиг.11.

[0021] Фиг.13 представляет собой местный вид сверху в сечениях A на Фиг. 11 и B на Фиг.12.

[0022] Фиг.14 представляет вид в перспективе коллектора в соответствии с настоящим изобретением, в котором трубки объединены в батарею с неплотно упакованной конфигурацией и соединены последовательно.

[0023] Фиг.15 представляет собой вид в перспективе другой стороны коллектора, показанного на Фиг.14.

[0024] Фиг.16 представляет собой вид в перспективе коллектора на другом конце сборки топливных элементов, противоположного коллектору, показанному на Фиг.14.

[0025] Фиг.17 представляет собой вид в перспективе другой стороны коллектора, показанного на Фиг.16.

[0026] Фиг.18 представляет собой местный вид осевого сечения одного из отверстий в коллекторе, показанном на Фиг.14.

[0027] Эквивалентные элементы на фигурах обозначены сходными номерами.

[0028] Для лучшего понимания настоящего изобретения вместе с его другими и дополнительными задачами, преимуществами и возможностями в приведенном ниже описании и в прилагаемой формуле изобретения делаются ссылки на вышеописанные чертежи.

[0029] Подробное описание изобретения

[0030] Настоящее изобретение усовершенствует ТТОТЭ посредством использования комбинации внешней, предпочтительно металлической, опорной структуры и внутренних мембран в уникальной конфигурации батареи. Обращаясь к Фиг.8, там показан пример трубки 18 ТТОТЭ, имеющей круглое поперечное сечение. Трубка 18 открыта на обоих концах. Пористая металлическая опорная трубка 111 с внешними поверхностями 116 покрыта с внутренней стороны пористым анодом 112, таким как, например, Ni-Ni стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YSZ). Анод 112 покрыт с внутренней стороны плотным электролитом 113, таким как, например, Y2O3-ZrO2. Плотный электролит 113 покрыт с внутренней стороны пористым катодом 114, таким как, например, LaMnO3. Пористый катод 114 обеспечивает внутренние поверхности 118. Составы, используемые для изготовления трубок ТТОТЭ, не критичны для настоящего изобретения. Более того, расположение слоев анода и катода может быть изменено на обратное, так что анод располагается радиально изнутри катода.

[0031] На Фиг.1 показан блок 1 ТТОТЭ в сборе, который содержит корпус (кожух) 2 и торцевые крышки 4, 10. Впускная торцевая крышка 4 имеет отверстия 6 для проникновения воздуха в блок 1, впуск 8 топлива и гнездо 9 с фланцем для «внутреннего» электрического вывода 14, причем фланец обеспечивает уплотнение и/или электрическую изоляцию. Выпускная торцевая крышка 10 имеет отверстие 12 для выпуска топлива и отверстия для выпуска воздуха, подобные показанным отверстиям 6. Кожух 2 может иметь гнездо 3 с фланцем для «внешнего» токосъемника 16, причем фланец обеспечивает уплотнение и/или электрическую изоляцию. Впускная торцевая крышка 4 и выпускная торцевая крышка 10 идентичны одна другой, за исключением размещения внутреннего электрического вывода 14, который может быть расположен в любом удобном для этого месте, например на одной или обеих торцевых крышках 4, 10.

[0032] На Фиг. 2a-4 представлены варианты осуществления изобретения, в которых трубки 18 объединены в батарею с плотно упакованной конфигурацией при взаимном соприкосновении внешних металлических поверхностей (пористых металлических опорных трубок 111) трубок 18. На Фиг. 2b и 2c представлены соответственно прямоугольная 17 и сотовая 17' плотно упакованные конфигурации сборок топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением. Также показаны соответствующие пустоты 19, 19'.

[0033] В такой плотно упакованной конфигурации может быть использована одна или более металлических лент 22, способствующих поддержке батареи 15 трубок 18. Ленты 22 электрически изолированы от кожуха 2; такая изоляция может быть обеспечена обычными средствами, такими как воздушный зазор или электрическая изоляция, прикрепленная к лентам 22 и/или кожуху 2. Кроме того, батарея может быть обернута электрической изоляцией.

[0034] Поскольку все металлические внешние поверхности трубок 18 находятся в осевом контакте с каждой соседней трубкой 18, то трубки 18 обеспечивают непрерывное протекание тока через батарею 15. Ленты 22 и/или пластина-токосъемник 20 обеспечивают обычное электрическое соединение (шину) с «внешним» электрическим выводом 16. «Внешний» электрический вывод 16 вытянут через отверстие 3 в кожух 2 и электрически изолирован от него изолятором 24.

[0035] Батарея 15 также поддерживается на каждом конце различными функциональными компонентами. Первый такой компонент представляет собой теплоизолятор 30, такой как оксид алюминия или другой выдерживающий высокие температуры материал, который предотвращает соприкосновение концов трубок 18 с коллектором 28. В теплоизоляторе 30 сформирован первый набор отверстий 40, которые обеспечивают проход к внутренним пространствам трубок 18, и второй набор отверстий 42, которые обеспечивают проход к пустотам 19. В данном варианте осуществления изобретения пустоты 19 включают в себя пространство вокруг внешней стороны батареи 15 и внутри кожуха 2.

[0036] Вторым компонентом является электропроводный коллектор 28, который имеет две выполненные за одно установочные пластины 44, 46, разделенные топливной камерой 48. Внешняя установочная пластина 44 обращена к впускной торцевой крышке 4; промежуток между ними представляет собой воздушную камеру 54. Внутренняя установочная пластина 46 обращена к изолятору 30. Коллектор также имеет сквозные проходы 50, которые обеспечивают сообщение текучей средой между воздушной камерой 54 и внутренними пространствами всех трубок 18. Топливная камера 48 взаимосоединяет все пустоты 19 через отверстия 52 во внутренней установочной пластине 46, которые расположены соосно отверстиям 42 второго набора в изоляторе. Сквозные проходы 50 имеют удлинения 56, которые выступают из внутренней установочной пластины 46 и вставляются в трубки 18, контактируя с их внутренней поверхностью.

[0037] Коллектор 28 служит в качестве внутренней шины или поддерживает внутреннюю шину и включает в себя внутренний электрический вывод 14, который предпочтительно выполнен за одно с коллектором 28, однако может быть отдельным компонентом. Удлинения 56 являются токосъемниками.

[0038] Коллектор 28 является важным для изобретения, направляя воздух в трубки 18, направляя топливо вокруг трубок 18 и обеспечивая электрические соединения с внутренними сторонами трубок 18. В описанной выше конфигурации внешние стороны трубок 18 омываются топливом (водородом), что предотвращает окисление их металлических компонентов. Внутренние стороны трубок 18 омываются воздухом. Электрохимическая реакция для выработки электроэнергии является результатом переноса кислорода через мембрану трубки 18 (топливного элемента) и реакции кислорода с водородом на границе раздела мембраны с топливной стороны трубки 18.

[0039] Третий компонент представляет собой изолятор 32, который предотвращает электрический контакт коллектора 28 с кожухом 2 и торцевой крышкой 4. Изолятор 32 включает в себя удлинение 62 для внутреннего электрического вывода 14 и топливного отверстия 64. Данный изолятор также герметизирует топливную камеру 48.

[0040] Четвертым компонентом является торцевая крышка 4, которая включает в себя отверстия 6 для проникновения воздуха в блок 1, впуск 8 топлива, гнездо 9 для внутреннего электрического вывода 14 и уплотняющее соединение с кожухом 2, такое как канавка 68. Если торцевая крышка 4 изготовлена из изолирующего материала, то торцевая крышка 4 и изолятор 32 могут быть выполнены за одно и/или крышка может служить изолятором. Опорное средство также включает в себя кожух 2.

[0041] На Фиг. 5-7 показан вариант осуществления изобретения, в котором трубки 18 объединены в батарею с неплотно упакованной конфигурацией. В такой батарее 120 с неплотно упакованной конфигурацией внешние металлические поверхности трубок 18 отделены и не соприкасаются одна с другой. Трубки 18 удерживаются в соответствующих положениях в батарее 120 упомянутыми компонентами на обоих их концах. Батарея 120 закрыта кожухом 122.

[0042] Батарея 120 закрыта на обоих концах опорным средством, которое может включать в себя различные функциональные компоненты. Первым таким компонентом является внешняя шина 124, которая находится в электрическом соединении с внешними металлическими компонентами трубок 18. Внешняя шина 124 имеет отверстия 126, которые расположены соосно трубкам 18 для обеспечения возможности проникновения через них воздуха. Внешняя шина 124 может иметь столбиковые выводы, крылья, фланцы или другие виды удлинений 125, которые связаны с отверстиями 126, проходят поверх трубок 18 и контактируют с их внешними поверхностями для обеспечения электрического соединения с ними. Внешняя шина 124 может быть припаяна, приварена, припрессована или иным образом прочно закреплена на каждой трубке 18 для того, чтобы удерживать батарею 120 в скрепленном состоянии и/или обеспечивать надежное электрическое соединение. Для поддержки трубок между их концами могут быть использованы другие пластины (не показаны), подобные по форме внешней шине 124 и являющиеся электропроводными или неэлектропроводными. Внешняя шина 124 может иметь выполненный за одно вывод 127, такой как, например, перемычка, штырь или столбиковый вывод.

[0043] Следующим компонентом является изолятор 128 с отверстиями 130, которые расположены соосно трубкам 18 для обеспечения возможности проникновения через них воздуха. Изолятор 128 плотно прижимается к внешней шине 124.

[0044] Следующим компонентом является внутренняя шина 132 с отверстиями 134, которые расположены соосно трубкам 18 для обеспечения возможности проникновения через них воздуха. Внутренняя шина 132 плотно прижимается к изолятору 128, который предотвращает электрический контакт между внешней шиной 124 и внутренней шиной 132. Внутренняя шина 132 имеет столбиковые выводы, крылья, фланцы или другие виды удлинений 136, которые связаны с отверстиями 134, проходят в трубки 18 и контактируют с их внутренними поверхностями для обеспечения электрического соединения с ними. Внутренняя шина 132 может быть припаяна, приварена, припрессована или иным образом прочно закреплена внутри каждой трубки 18 для того, чтобы удерживать батарею 120 в скрепленном состоянии и/или обеспечивать надежное электрическое соединение. Внутренняя шина 132 может иметь выполненный за одно вывод 137, такой как, например, перемычка, штырь или столбиковый вывод.

[0045] Следующим компонентом является торцевая крышка 138, которая либо является изолирующей, либо включает в себя изолирующую (т.е. электроизолирующую) внутреннюю облицовку для предотвращения электрического контакта и, соответственно, короткого замыкания шин 124, 132. Может быть использован компонент, подобный изолятору 32, описанному выше. Торцевая крышка 138 может иметь те же самые или сходные признаки, что и торцевая крышка 4, описанная выше. Торцевая крышка 138 может иметь изолирующую опору 139 выводов для размещения электрических выводов 127, 137. Изолирующая опора 139 выводов может быть втулкой, взаимозамыкающимся соединителем или любой другой структурой, которая обеспечивает по меньшей мере одно из простоты сборки, опоры выводов, изоляции, упрочнения и закрепления.

[0046] Внешняя шина 124, изолятор 128 и внутренняя шина 132 могут быть выполнены за одно в виде одного компонента, имеющего множество слоев. Изолятор может служить в качестве опоры для трубок и может иметь электропроводные (например, металлические) покрытия на каждой стороне, служащие в качестве шин 124, 132.

[0047] На Фиг. 9, 10 представлен вариант осуществления изобретения, в котором трубки 18 объединены в батарею с полуплотно упакованной конфигурацией при соприкосновении внешних металлических поверхностей трубок 18 одной с другой в подбатареях 210, разделенных зазорами 212. Подбатареи 210 могут действовать как параллельные резисторы, приводя к протеканию большего тока через блок. За исключением более широкого профиля с тем, чтобы вместить зазоры 212, функциональные торцевые компоненты могут быть по существу такими же, что и описанные выше для плотно упакованной конфигурации, включая изолятор 30', коллектор 28', изолятор 32' и торцевую крышку 4'.

[0048] На Фиг. 11-13 представлен вариант осуществления изобретения, в котором трубки 18 объединены в батарею с полуплотно упакованной конфигурацией, подобной той, что описана выше, но в которой подбатареи 210 соединены последовательно для обеспечения усиленного регулирования полного напряжения и силы тока, выдаваемых блоком. Число трубок 18 в каждой подбатарее 210 определяет достижимую силу тока, выдаваемого блоком, а число подбатарей 210, соединенных последовательно, определяет достижимое полное напряжение, выдаваемое блоком.

[0049] Внешняя шина содержит множество компонентов для обеспечения последовательных соединений. Могут быть использованы любые подходящие средства последовательного соединения; в качестве примера показаны перемычки 220, припаянные мягким или твердым припоем. Другие подходящие средства соединения включают в себя, однако не ограничиваются ими, проволоки, полоски, пластинки, стержни, накладки, вставки и т.п. Внешний электрический вывод 16' может быть соединен с одним из концов последовательности подбатарей 210 непосредственно или при помощи любого подходящего средства соединения, такого как припаянная мягким или твердым припоем перемычка 222, как показано на чертеже.

[0050] Внутренняя шина содержит множество электропроводных компонентов для обеспечения последовательных соединений. Могут быть использованы любые подходящие средства последовательного соединения; в качестве примера показаны электропроводные вставки 224, 228, которые выполнены за одно с изолирующим коллектором 28', 29. Свободные концы первой и последней подбатарей 210 могут быть соединены параллельно однорядными вставками 224, одна из которых имеет расширение 226, которое соединяется с «внутренним» электрическим выводом 14'. Подбатареи 210 соединены последовательно двухрядными вставками 228, которые также обеспечивают параллельные соединения в каждой подбатарее 210. Электропроводные компоненты 224, 228 могут содержать любые подходящие структуры. Другие примеры электропроводных компонентов включают в себя, однако не ограничиваются ими, перемычки, проволоки, полоски, пластинки, стержни, накладки и т.п. Другие функциональные торцевые компоненты могут быть по существу такими же, что и описанные выше для полуплотно упакованной конфигурации, включая соответствующие изоляторы 30', коллекторы 28', 29, изоляторы 32", 33 и торцевые крышки 4', 10'.

[0051] В другом варианте осуществления изобретения неплотно упакованная конфигурация, показанная на Фиг. 5-7, может быть соединена последовательно посредством модификаций, сходных с непосредственно предшествующим вариантом осуществления. Опытному специалисту будет понятно, что имеется большое число возможных вариантов и комбинаций для соединения трубок топливных элементов параллельным и последовательным образом, поскольку отдельные трубки могут быть соединены последовательно или параллельно во всей батарее.

[0052] Например, обращаясь к Фиг. 14-18, последовательное соединение неплотно упакованной конфигурации может быть реализовано при использовании жестких изолирующих опорных пластин 302, 352, чтобы поддерживать трубки на одном конце батареи. Одна из этих изолирующих опорных пластин также включает приспособление для электрического вывода; в показанном примере используется выводная перемычка 308.

[0053] Трубки 18 плотно входят в раззенкованные отверстия 304, которые имеют упорные заплечики 306, чтобы изолировать концы трубок. Внешние шины 310 и внутренние шины 312 размещены плотно прилегающими на соответствующих сторонах опорных пластин 302, 352 в рисунках с зазорами 322, как показано, которые соединяют трубки 18 последовательно и параллельно желательным образом. Показанные рисунки соединяют трубки 18 в параллельные вертикальные батареи, которые последовательно соединены горизонтально. Кроме того, горизонтальное разделение шин 310, 312 приведет к меньшему числу параллельных соединений и большему числу последовательных соединений. Внешние шины 310 и внутренние шины 312 проходят по соответствующим сторонам выводной перемычки 308, чтобы обеспечить внешние электрические соединения с ответной частью соединителя (не показана).

[0054] Для прикрепления внешних шин 310 к внешним сторонам трубок 18 и обеспечения электрического соединения с ними могут быть использованы паяные швы. Для прохождения через отверстия 304 и обеспечения электрического соединения с внутренними сторонами трубок 18 могут быть использованы полые штыри, такие как заклепки 320. Для прикрепления заклепок 320 к внутренним шинам 312 могут быть использованы паяные швы 316.

[0055] Опытному специалисту будет понятно, что описанные выше впуски топлива и воздуха являются типичными по конструкции и могут иметь любые подходящие размер, форму, конфигурацию и/или расположение на блоке. Кроме того, опытному специалисту будет понятно, что электрические выводы, описанные во всех вариантах осуществления выше, являются типичными и общепринятыми по конструкции и могут иметь любые подходящие размер, форму, конфигурацию и/или расположение на блоке. Эти выводы могут быть столбиковыми выводами батареи или могут быть встроены в один(одну) или более электрических вилок, разъемов, розеток и/или т.п. Выводы могут быть соединены с токосъемниками любыми подходящими обычными средствами, такими как, например, проволоки, пластинки, полоски и т.п.

[0056] Признаки настоящего изобретения обеспечивают преимущества уплотнения, поскольку металлическая опора допускает использование паяных и сварных швов.

[0057] Хотя выше было показано и описано то, что в настоящее время считается предпочтительными вариантами осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в них могут быть сделаны различные изменения и модификации без отклонения от объема изобретения, охарактеризованного прилагаемой формулой изобретения.

1. Блок топливных элементов, содержащий
a) набор трубок твердооксидных топливных элементов, причем каждая из упомянутых трубок имеет пористую металлическую опорную структуру с пористыми металлическими внешними поверхностями и пористыми металлическими внутренними поверхностями, слой пористого анода или катода, радиально изнутри нанесенный на упомянутые пористые металлические внутренние поверхности, слой плотного электролита, радиально изнутри нанесенный на упомянутый слой пористого анода или катода, и слой другого из упомянутых пористого анода или катода, радиально изнутри нанесенный на упомянутый слой плотного электролита;
b) по меньшей мере один коллектор, сообщающийся при работе с упомянутым набором трубок твердооксидных топливных элементов, причем упомянутый коллектор включает в себя структуру для направления первого реакционного газа в соприкосновение с упомянутыми пористыми металлическими внешними поверхностями и структуру для направления второго реакционного газа в соприкосновение с упомянутыми внутренними поверхностями, упомянутый коллектор также содержит по меньшей мере одну шину, выбранную из группы, состоящей из внешней шины, расположенной в электрическом контакте с каждой из упомянутых пористых металлических внешних поверхностей, и внутренней шины, расположенной в электрическом контакте с каждой из упомянутых внутренних поверхностей.

2. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый коллектор физически поддерживает упомянутый набор трубок твердооксидных топливных элементов, и в котором упомянутая по меньшей мере одна шина содержит упомянутую внешнюю шину, расположенную в электрическом контакте с каждой из упомянутых пористых металлических внешних поверхностей, и упомянутую внутреннюю шину, расположенную в электрическом контакте с каждой из упомянутых внутренних поверхностей.

3. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый коллектор выполнен заодно с упомянутой внешней шиной.

4. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый коллектор физически поддерживает упомянутую внешнюю шину.

5. Блок топливных элементов по п.3, в котором упомянутый коллектор выполнен заодно с упомянутой внутренней шиной.

6. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый коллектор физически поддерживает упомянутую внутреннюю шину.

7. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый коллектор образует камеру для направления упомянутого первого реакционного газа, и в котором упомянутый коллектор также образует сквозные проходы для направления упомянутого второго реакционного газа, причем упомянутые сквозные проходы пересекают упомянутую камеру.

8. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый набор трубок твердооксидных топливных элементов скомпонован с плотно упакованной конфигурацией.

9. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый набор трубок твердооксидных топливных элементов скомпонован с полуплотно упакованной конфигурацией.

10. Блок топливных элементов по п.9, в котором упомянутый набор трубок твердооксидных топливных элементов также скомпонован содержащим подбатареи трубок твердооксидных топливных элементов, причем все трубки твердооксидных топливных элементов в каждой из упомянутых подбатареи электрически соединены друг с другом параллельно.

11. Блок топливных элементов по п.10, в котором по меньшей мере часть упомянутых подбатареи электрически соединены друг с другом последовательно.

12. Блок топливных элементов по п.11, в котором упомянутая внутренняя шина также содержит множество компонентов внутренней шины.

13. Блок топливных элементов по п.12, в котором упомянутый коллектор также содержит электроизолирующий материал, который поддерживает упомянутые компоненты внутренней шины.

14. Блок топливных элементов по п.11, в котором упомянутая внешняя шина также содержит множество компонентов внешней шины.

15. Блок топливных элементов по п.14, в котором упомянутый коллектор также содержит электроизолирующий материал, который поддерживает упомянутые компоненты внешней шины.

16. Блок топливных элементов по п.1, в котором упомянутый набор трубок твердооксидных топливных элементов объединен в батарею с неплотно упакованной конфигурацией.

17. Блок топливных элементов по п.16, в котором по меньшей мере часть упомянутых трубок твердооксидных топливных элементов электрически соединены параллельно.

18. Блок топливных элементов по п.16, в котором по меньшей мере часть упомянутых трубок твердооксидных топливных элементов электрически соединены последовательно.

19. Блок топливных элементов по п.18, в котором часть упомянутых трубок твердооксидных топливных элементов электрически соединены параллельно.

20. Трубчатый твердооксидный топливный элемент, содержащий
пористую металлическую опорную структуру с пористой металлической внешней поверхностью и пористой металлической внутренней поверхностью, слой анода или катода, радиально изнутри нанесенный на упомянутую пористую металлическую внутреннюю поверхность, слой электролита, радиально изнутри нанесенный на упомянутый слой анода или катода, и другой из упомянутых анода или катода, радиально изнутри нанесенный на упомянутый электролит.

21. Трубчатый твердооксидный топливный элемент по п.20, в котором упомянутый слой пористого анода представляет собой Ni-Ni стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония.

22. Трубчатый твердооксидный топливный элемент по п.20, в котором упомянутый слой плотного электролита представляет собой Y2O3-ZrO2.

23. Трубчатый твердооксидный топливный элемент по п.20, в котором упомянутый слой пористого катода представляет собой LaMnO3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции батарей твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), и более конкретно к конструкциям батарей элементов указанного типа, состоящим из металлических несущих трубчатых решеток с внутренними мембранами в виде топливных элементов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления батареи топливных элементов с твердым полимерным электролитом, предназначенной как для портативных мобильных электронных устройств, так и для изготовления зарядного устройства на основе батарей топливных элементов.

Изобретение относится к штабелю (10) высокотемпературных топливных элементов, стягиваемому с помощью временного стягивающего устройства, также к способу временной затяжки штабеля (10) топливных элементов и к способу удаления временного стягивающего устройства (12-22) для штабеля (10) высокотемпературных топливных элементов.

Изобретение относится к высокотемпературных электрохимическим устройствам с твердым электролитом. .

Изобретение относится к области создания и использования батарей топливных элементов, позволяющих преобразовывать химическую энергию непосредственно в электрическую.

Изобретение относится к топливным элементам, в частности к МЭУ (мембранно-электродному узлу). .

Изобретение относится к электрохимическим топливным элементам и, в частности, к способу и устройству для сборки множества пластин топливных элементов в виде пакета топливных элементов.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к модулям твердых окисных топливных элементов. .

Изобретение относится к твердооксидным топливным элементам. .

Изобретение относится к области топливных элементов, более конкретно к узлу сжатия для распределения наружного усилия сжатия в стопке твердооксидных топливных элементов и к стопке твердооксидных топливных элементов

Изобретение относится к конструкции для закрепления батареи плоских твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), к батарее твердооксидных топливных элементов и способу сжатия батареи

Изобретение относится к системам твердооксидных топливных элементов

Изобретение относится к топливному элементу, содержащему мембранно-электродный блок (МЕА), в котором два электрода расположены напротив электролитической мембраны, находящейся между ними, а также к способу его изготовления

Изобретение относится к системам топливных элементов. Технический результат - обеспечение возможности размещения на транспортном средстве с повышением функции водоотведения. Система топливных элементов включает в себя: батарею топливных элементов, сформированную посредством укладки в пакет множества единичных элементов горизонтально и имеющую, в многослойном корпусе, коллекторы, через которые подаются и выпускаются химически активные газы в и из каждого из единичных элементов; и дренажные пути, проходящие от коллектора для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно. 4 н. и 9 з.п. ф-лы 20 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к построению корпусов топливных и электролитических элементов. Технический результат - повышение надежности путем исключения металлических пружин. Набор топливных элементов или набор электролитических элементов имеет силовые распределительные элементы с одной поверхностью планарной формы и одной поверхностью выпуклой формы, приложенные к по меньшей мере ее верхней и нижней лицевым сторонам, и в одном варианте осуществления изобретения - дополнительно к двум ее боковым лицевым сторонам. Компрессионный мат и дополнительно жесткое фиксирующее опорное кольцо охватывает набор и, таким образом, набор подвергают воздействию компрессионного усилия на по меньшей мере верхней и нижней лицевых сторонах, и, потенциально, также на двух боковых лицевых сторонах. Узел является, по существу, газонепроницаемым в осевом направлении изначально овальной или круговой формы и может быть оснащен газонепроницаемыми концевыми пластинами с образованием надежных впускного и выпускного коллекторов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к комбинации схем потоков внутри каждого элемента и между элементами пакета топливных элементов (ТЭ) или пакета электролитических элементов. Пакет элементов, содержащий множество ТЭ или электролитических элементов, имеет комбинацию схем потоков анодного газа и катодного газа внутри каждого из элементов и между элементами по отношению друг к другу, так что катодный и анодный газ внутри элемента текут либо в параллельном потоке, либо в противотоке, либо в поперечном потоке, при этом поток анодного и катодного газа в одном элементе имеет параллельный поток, противоток или поперечный поток по отношению к потоку анодного и катодного газа в соседних элементах. Повышение входной мощности и плотности тока за счет минимизации градиента температур по элементам и по пакету в целом является техническим результатом изобретения. 21 з.п. ф-лы, 28 ил.

Изобретение относится к электрохимическим генераторам, в которых химическая энергия топлива преобразуется непосредственно в электрическую энергию, а именно к высокотемпературным электрохимическим устройствам с внутренней конверсией топлива. Описывается способ изготовления высокотемпературного электрохимического устройства, преобразующего химическую энергию топлива в электричество и тепло в одну стадию, с отводом части продуктов преобразования в виде высокотемпературного топливного элемента с внутренней каталитической конверсией. Протонный проводник топливного элемента активируется сложным многочастотным сверхвысокочастотным генератором до состояния формирования плоской протонопроводящей плазмы на частотах, сопряженных с резонансами решетки, так, что осуществляется в процессе эксплуатации непрерывное спекание керамики протонной мембраны с устранением структурных дефектов, чем обеспечивается восстановление структуры протонной мембраны и ряд качественных параметров, что в совокупности и определяет параметры всего устройства, конструктивно едино выполненного в виде сверхвысокочастотной волноводной системы-реактора, преобразующего энергию углеводородного сырья окислением кислородом воздуха. Технический результат - повышение КПД и удельной производительности высокотемпературных топливных элементов за счет увеличения протонной проводимости разделительной мембраны, общее увеличение КПД использования топлива за счет эндотермического углекислотного риформинга и возможности резервирования синтез-газа, увеличение безопасности реакторов с использованием метана, общее снижение капиталовложений на единицу производимой энергии, увеличение срока службы изделия за счет устранения деструктивных факторов, свойственных подобным техническим изделиям. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к герметичным электрохимическим элементам. Технический результат - исключение утечки жидкого электролита и повышение эффективности функционирования. Датчик содержит корпус, по меньшей мере, два электрода внутри корпуса, электролит, обеспечивающий ионную проводимость между электродами, и газоотводный элемент, содержащий первую секцию, которая имеет часть, проходящую через канал в корпусе. Газоотводный элемент дополнительно содержит, по меньшей мере, один удлиненный элемент, соединенный с первой секцией, которая проходит через, по меньшей мере, часть внутреннего пространства корпуса. Первая секция газоотводного элемента является пористой, так что газ может диффундировать через газоотводный элемент, из внутреннего пространства корпуса наружу. Также раскрыт соответствующий способ отвода газа из внутреннего пространства датчика. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.
Наверх