СИСТЕМА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА И СПОСОБ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ

1. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом
система дополнительно содержит:
- вторую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в анод топливного элемента; и
- второй обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью подавать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, так что выпускаемый газ из катода смешивается с обогревающим газом второй камеры сгорания, так что смешанный газ из выпускаемого газа и обогревающего газа второй камеры сгорания подается в анод.
2. Система по п.1, в которой второй обратный канал для обогревающего газа выполнен так, что выпускаемый газ, подаваемый обратно в анод, является только частью общего объема выпускаемого обогревающего газа, выпускаемого из катода.
3. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая:
- второй модуль измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять расход выпускаемого газа, подаваемого в анод посредством второго обратного канала для обогревающего газа;
- второй модуль измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять температуру выпускаемого газа, подаваемого в анод посредством второго обратного канала для обогревающего газа; и
- второй модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых во вторую камеру сгорания, так что соотношение пара к углероду выпускаемого газа и температура выпускаемого газа, подаваемого в анод, достигают предварительно определенных значений на основе расхода, измеренного посредством второго модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, и температуры, измеренной посредством второго модуля измерения температуры выпускаемого обогревающего газа.
4. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом система дополнительно содержит:
- установку для риформинга, выполненную с возможностью подавать водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ в топливный элемент;
- дополнительный обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью подавать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, в установку для риформинга.
5. Система по п.4, дополнительно содержащая:
- теплообменник, выполненный с возможностью обмениваться теплом с установкой для риформинга;
- третью камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в теплообменник через канал подачи обогревающего газа, подсоединенный для протекания текучих сред между третьей камерой сгорания и теплообменником.
6. Система по п.4 или 5, дополнительно содержащая:
- второй модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых в установку для риформинга, так что соотношение пара к углероду топливного газа и температура топливного газа, подаваемого в анод, достигают предварительно определенных значений на основе расхода и температуры выпускаемого газа, подаваемого в установку для риформинга.
7. Система по п.6, дополнительно содержащая:
- модуль определения рабочей температуры, выполненный с возможностью определять то, достигает или нет температура установки для риформинга рабочей температуры установки для риформинга;
- модуль задания расхода установки для риформинга, выполненный с возможностью задавать скорость, на которой выпускаемый газ протекает в установку для риформинга, на основе температуры установки для риформинга, определенной посредством модуля определения рабочей температуры, и доставляемого объема выпускаемого газа, выпускаемого из катода и протекающего в установку для риформинга, после определения того, что температура установки для риформинга достигает рабочей температуры установки для риформинга; и
- модуль подачи газа в установку для риформинга, выполненный с возможностью подавать выпускаемый газ в установку для риформинга при заданном расходе.
8. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом
система дополнительно содержит:
- первый модуль измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять температуру выпускаемого газа, протекающего через первый обратный канал для обогревающего газа;
- первый модуль измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять расход выпускаемого газа, протекающего через первый обратный канал для обогревающего газа;
- модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых в первую камеру сгорания, так что обогревающий газ, подаваемый из первой камеры сгорания в катод, достигает предварительно определенной температуры, на основе расхода, измеренного посредством первого модуля измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, и температуры, измеренной посредством первого модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа; и
- модуль подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ в первую камеру сгорания при расходах, заданных посредством модуля задания расхода.
9. Система по п.8, дополнительно содержащая:
- модуль измерения температуры элемента, выполненный с возможностью измерять температуру топливного элемента;
- модуль задания температуры газа, выполненный с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого из первой камеры сгорания в катод, на основе температур, измеренных посредством первого модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа и модуля измерения температуры элемента;
- модуль определения температуры элемента, который определяет то, достигает или нет топливный элемент начальной рабочей температуры; и
- модуль переключения режима, выполненный с возможностью переключаться с режима повышения температуры на нормальный рабочий режим после определения того, что топливный элемент достигает начальной рабочей температуры.
10. Система по п.9, в которой модуль задания температуры газа выполнен с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого из первой камеры сгорания, так, что она увеличивается со временем до целевой температуры.
11. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом система дополнительно содержит:
- модуль измерения температуры подаваемого в катод газа, выполненный с возможностью измерять температуру смешанного обогревающего газа, подаваемого в катод; и
- модуль определения разности температур газов, выполненный с возможностью определять разность температур между смешанным обогревающим газом, подаваемым в катод, и выпускаемым газом, протекающим через первый обратный канал для обогревающего газа;
- модуль задания температуры газа, выполненный с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого в катод из первой камеры сгорания, после определения того, что разность температур находится за пределами предварительно определенного диапазона, так что разность температур возвращается в предварительно определенный диапазон.
12. Способ повышения температуры твердооксидного топливного элемента, содержащий этапы, на которых:
- формируют обогревающий газ в первой камере сгорания, которая принимает водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ;
- повторно распространяют по замкнутой системе, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода топливного элемента, обратно в катод посредством использования системы подачи газа, которая инструктирует выпускаемому газу смешиваться с обогревающим газом первой камеры сгорания и протекать через катод до того, как работа топливного элемента начинается, так что топливный элемент нагревается до рабочей температуры топливного элемента;
- измеряют температуру выпускаемого газа, рециркулирующего из катода, до смешения с обогревающим газом, выделяемым из первой камеры сгорания;
- задают расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа для первой камеры сгорания так, что обогревающий газ, выделяемый из первой камеры сгорания и подаваемый в катод, достигает предварительно определенной температуры; и
- подают топливо и кислородсодержащий газ при заданных расходах в первую камеру сгорания.