СИСТЕМА С ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ТОПЛИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

1. Система, имеющая множество высокотемпературных топливных элементов, соединенных последовательно, для генерирования, по меньшей мере, электрической энергии, в частности, имеющая твердотопливные элементы на основе оксида (ТТЭО), содержащая
источник воздуха для воздуха;
источник топлива для топлива, например природного газа;
по меньшей мере, первый и второй высокотемпературные топливные элементы, соединенные последовательно, причем каждый топливный элемент содержит вход анода для топлива и выход анода, а также вход катода для воздуха и выход катода, а также электрическое соединение для вывода сгенерированной электрической энергии;
вход катода первого топливного элемента, соединенный с источником воздуха;
вход анода каждого топливного элемента, соединенный с источником топлива;
выход катода первого топливного элемента, соединенный с входом катода второго топливного элемента; и
обходное воздушное соединение для воздуха, обеспеченное между источником воздуха, с одной стороны, и, с другой стороны, отверстием для примешивания между выходом катода первого топливного элемента и входом катода второго топливного элемента.
2. Система по п.1, в которой источник топлива соединен с входом анода первого топливного элемента, и вход анода второго топливного элемента соединен с выходом анода первого топливного элемента для подачи топлива к второму топливному элементу.
3. Система по п.1, содержащая один или более дополнительных последовательно соединенных высокотемпературных топливных элементов, в которой выход катода топливного элемента соединен с выходом катода предыдущего топливного элемента, согласно направлению подачи воздуха, при этом для каждого дополнительного топливного элемента имеется обходное воздушное соединение, обеспеченное между источником воздуха и отверстием для примешивания между выходом катода предыдущего топливного элемента и входом катода дополнительного топливного элемента.
4. Система по п.2, в которой вход анода дополнительного топливного элемента соединен с выходом анода предыдущего топливного элемента.
5. Система по п.1, содержащая обходное воздушное соединение для воздуха между источником воздуха и выходом катода последнего топливного элемента в последовательности топливных элементов.
6. Система по п.1, содержащая между источником воздуха и входом катода первого топливного элемента устройство предварительного нагрева, предпочтительно устройство сгорания, для нагрева воздуха, выходящего из источника воздуха, так что нагретый воздух подается к первому топливному элементу.
7. Система по п.6, в которой для подачи в него топлива устройство предварительного нагрева-сгорания соединено с выходом анода одного или более топливных элементов, предпочтительно последнего топливного элемента последовательности.
8. Система по п.1, дополнительно содержащая турбину, которая соединена с выходом катода последнего топливного элемента последовательности.
9. Система по п.1, содержащая компрессорную сборку для сжатия воздуха, имеющую, по меньшей мере, один компрессор с входом для воздуха и выходом для воздуха, указанный выход для воздуха соединен с входом катода первого топливного элемента последовательности, так что сжатый воздух подается к первому топливному элементу и одному или более обходных воздушных соединений и соответствующим им отверстиям для примешивания указанной последовательности топливных элементов.
10. Система по п.9, содержащая турбинную сборку компрессора для приведения в движение компрессорной сборки, причем турбинная сборка компрессора содержит одну или более турбин компрессора, причем турбинная сборка компрессора имеет вход и выход, вход турбинной сборки компрессора соединен с выходом катода последнего топливного элемента последовательности.
11. Система по п.10, содержащая силовую турбину для выведения механической энергии, при этом силовая турбина имеет вход, который соединен с выходом турбинной сборки компрессора, и выход для отработанного газа, а система содержит также систему трубопроводов для отработанного газа, входной конец которой соединен с выходом для отработанного газа силовой турбины.
12. Система по п.11, в которой один или более высокотемпературных топливных элементов, предпочтительно последовательность высокотемпературных тепловых элементов по п.1, размещены.между выходом турбинной сборки компрессора и входом силовой турбины.
13. Система по п.11, содержащая теплообменник между системой трубопроводов для отработанного газа и воздухом, подаваемым с выхода воздуха компрессорной сборки к последовательности высокотемпературных топливных элементов, так что воздух, подаваемый к катодному входу первого топливного элемента, и воздух, подаваемый к одному или более отверстий для примешивания, предварительно нагревается.
14. Система по п.11, в которой система трубопровода для отработанного газа содержит канал потока первичного отработанного газа и канал потока вторичного отработанного газа, которые соединены с выходом силовой турбины, так что поток первичного отработанного газа входит в канал первичного отработанного газа, и поток вторичного отработанного газа входит в канал потока вторичного отработанного газа, причем теплообменник осуществляет обмен тепла от канала первичного отработанного газа с помощью источника воздуха к последовательности высокотемпературных тепловых элементов, при этом система содержит канал вторичного воздуха, который на его входном конце соединен между выходом компрессора низкого давления и входом компрессора высокого давления компрессорной сборки таким образом, что из сжатого воздуха, выходящего из выхода компрессора низкого давления, поток первичного воздуха проходит через канал первичного воздуха к компрессору высокого давления, и поток вторичного воздуха входит в канал вторичного воздуха, который на его выходном конце соединен с соединением между выходом турбинной сборки компрессора и входом силовой турбины, при этом дополнительный теплообменник осуществляет теплообмен между потоком вторичного отработанного газа и потоком вторичного воздуха.
15. Система по п.1, содержащая один или более генераторов пара для генерирования пара, причем генератор пара предпочтительно соединен с системой трубопровода для отработанного газа, чтобы использовать тепло от отработанных газов для создания пара предпочтительно ниже по потоку относительно возможного теплообменника или рекуператора, при этом генератор пара имеет выход, соединенный с выходом анода одного или более топливных элементов, предпочтительно с отверстием для примешивания между выходом анода топливного элемента и входом анода последующего топливного элемента в последовательности топливных элементов.
16. Система по п.1, содержащая генератор пара для генерирования пара, при этом генератор пара предпочтительно соединен с системой трубопровода для отработанного газа, чтобы использовать тепло от отработанных газов для создания пара, и генератор пара имеет выход, соединенный с выходом катода последнего топливного элемента в последовательности, причем, предпочтительно, указанный выход соединен с турбиной и, предпочтительно, предусмотрено средство управления температурой, которое позволяет управлять подачей пара для установки, по существу, постоянной температуры для подачи к турбине.
17. Система по п.10, в которой турбинная сборка компрессора имеет одну турбину, которая установлена на валу, общем с компрессором, например компрессором низкого давления и компрессором высокого давления, если он имеется.
18. Система по п.1, содержащая компрессорную сборку для сжатия воздуха, имеющую, по меньшей мере, один компрессор с входом для воздуха и выходом для воздуха, соединенным с входом катода первого топливного элемента последовательности, так что сжатый воздух подается к первому топливному элементу и одному или более обходных воздушных соединений и соответствующих им отверстиям для примешивания указанной последовательности топливных элементов,
при этом система содержит турбинную сборку компрессора для приведения в движение компрессорной сборки, причем турбинная сборка компрессора имеет одну турбину компрессора, которая установлена на валу, общем с, по меньшей мере, одним компрессором, причем турбинная сборка компрессора имеет вход и выход, вход турбинной сборки компрессора соединен с выходом катода последнего топливного элемента в указанной последовательности.