ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ГАЗОПОРШНЕВОГО/ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

1. Энергосиловая установка на гибридных топливных элементах, содержащая:
топливный элемент, содержащий анод и катод,
2
2
2
2
2
2
реактор реформинга топлива, выполненный с возможностью смешивания вместе углеводородного топлива и водяного пара вверх по потоку от топливного элемента, а также с возможностью частичного или полного преобразования углеводородного топлива и водяного пара в поток реформированного топлива, содержащего водород (Н), оксид углерода (СО) и диоксид углерода (СО), причем топливный элемент выполнен с возможностью получения потока реформированного топлива с давлением на уровне рабочего атмосферного давления или выше него и дополнительного получения воздушного потока с давлением на уровне рабочего атмосферного давления или выше него, при этом поток воздуха содержит кислород (O) и азот (N), причем топливный элемент выполнен с возможностью выработки потока горячих отработанных газов, содержащего обедненный воздух, неокисленный СО и остаточный Н в ответ на получение потока реформированного топлива и воздушного потока, при этом обедненный воздух содержит О, мольная доля которого меньше, чем мольная доля воздуха на входе топливного элемента,
двигатель внутреннего или внешнего сгорания, выполненный с возможностью выработки электроэнергии в ответ на получение потока сжатых горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью топливного элемента, и
цикл Ранкина, приводимый в действие теплом, рекуперированным как из потока горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью топливного элемента, так и из горячего отработанного газа, вырабатываемого с помощью двигателя сгорания.
2. Энергосиловая установка по п.1, в которой топливный элемент содержит твердооксидный топливный элемент.
3. Энергосиловая установка по п.1, в которой топливный элемент содержит топливный элемент с расплавленным карбонатным электролитом.
4. Энергосиловая установка по п.1, в которой топливный элемент содержит как твердооксидный топливный элемент, так и топливный элемент с расплавленным карбонатным электролитом.
2
5. Энергосиловая установка по п.1, в которой цикл Ранкина содержит цикл Ранкина типа DReSCO на углекислом газе (СО).
6. Энергосиловая установка по п.1, в которой цикл Ранкина содержит органический цикл Ранкина.
7. Энергосиловая установка по п.1, дополнительно содержащая турбонагнетатель или компрессорно-турбинную систему для выработки сжатого воздуха, приводимые в действие горячим отработанным газом, вырабатываемым с помощью двигателя сгорания.
8. Энергосиловая установка по п.7, дополнительно содержащая рекуператор, выполненный с возможностью рекуперации тепла по меньшей мере из одного из следующего: потока горячих отработанных газов топливного элемента и горячего отработанного газа, вырабатываемого с помощью двигателя сгорания, для дальнейшего нагрева сжатого воздуха, поступающего в катод топливного элемента.
9. Энергосиловая установка по п.1, дополнительно содержащая компрессор, выполненный с возможностью дальнейшего сжатия потока сжатых отработанных газов, вырабатываемого с помощью топливного элемента, до его использования двигателем сгорания.
10. Энергосиловая установка по п.1, дополнительно содержащая конденсатор, выполненный с возможностью охлаждения потока сжатых отработанных газов, вырабатываемого с помощью топливного элемента, а также удаления воды из потока сжатых отработанных газов, вырабатываемого с помощью топливного элемента, до использования двигателя сгорания.
11. Энергосиловая установка по п.1, в котором двигатель сгорания представляет собой газопоршневой двигатель.
12. Энергосиловая установка по п.1, в котором двигатель сгорания представляет собой газовую турбину.
13. Энергосиловая установка по п.1, в которой реактор реформинга, топливный элемент, двигатель сгорания и цикл Ранкина вместе выполнены с возможностью создания энергосиловой установки на топливных элементах, которая работает с КПД более чем приблизительно 60%.
14. Энергосиловая установка по п.1, в которой реактор реформинга, топливный элемент, двигатель сгорания и цикл Ранкина вместе выполнены с возможностью создания энергосиловой установки на топливных элементах, которая работает с КПД более чем приблизительно 65%.
15. Энергосиловая установка по п.1, в которой реактор реформинга, топливный элемент, двигатель сгорания и цикл Ранкина вместе выполнены с возможностью создания энергосиловой установки на топливных элементах, которая работает с КПД более чем приблизительно 70%.
16. Энергосиловая установка по п.1, в которой реактор реформинга, топливный элемент, двигатель сгорания и цикл Ранкина вместе выполнены с возможностью создания энергосиловой установки на топливных элементах, которая работает с КПД между приблизительно 50% и приблизительно 75%.
17. Способ выработки электроэнергии посредством энергосиловой установки на гибридных топливных элементах, включающий:
осуществление реформинга углеводородного топлива вместе с потоком водяного пара вверх по потоку от топливного элемента посредством внешнего реактора реформинга, и выработку потока по существу чистого водородного топлива с давлением на уровне рабочего атмосферного давления или выше;
выработку потока воздуха с давлением на уровне рабочего атмосферного давления или выше;
2
выработку потока горячих отработанных газов, содержащего моноксид углерода и остаточный водород, и дополнительно содержащего поток обедненного воздуха, проходящего через топливный элемент в ответ на получение реформированного топлива и потока воздуха, так что поток обедненного воздуха содержит О, мольная доля которого меньше, чем мольная доля воздуха на входе топливного элемента, причем поток горячих отработанных газов вырабатывают при давлении выше атмосферного давления, когда реформированное топливо и поток воздуха входят в топливный элемент при давлении выше атмосферного давления;
приведение в действие двигателя сгорания для выработки электроэнергии в ответ на получение потока горячих отработанных газов топливного элемента; и
выработку электроэнергии с помощью цикла Ранкина в ответ на получение отработанного тепла, рекуперированного по меньшей мере из одного из следующего: потока горячих отработанных газов топливного элемента и горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью двигателя сгорания, для создания энергосиловой установки на топливных элементах с КПД между 50% и 75%.
18. Способ по п.17, в котором при приведении в действие двигателя внутреннего сгорания приводят в действие газопоршневой двигатель.
19. Способ по п.17, в котором дополнительно сжимают воздух до давления выше атмосферного давления с помощью турбонагнетателя или компрессорно-турбинной системы, приводимой в действие горячим отработанным газом, вырабатываемым с помощью двигателя сгорания.
20. Способ по п.19, в котором дополнительно извлекают тепло по меньшей мере из одного из следующего: потока горячих отработанных газов топливного элемента и горячего отработанного газа, вырабатываемого с помощью двигателя внутреннего сгорания, посредством рекуператора, для дальнейшего нагрева сжатого воздуха, вырабатываемого с помощью турбонагнетателя или компрессорно-турбинной системы.
21. Способ по п.17, в котором до использования двигателя сгорания дополнительно конденсируют поток горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью топливного элемента, для охлаждения и удаления воды из потока горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью топливного элемента.
22. Способ по п.21, в котором до использования двигателя сгорания дополнительно сжимают поток конденсированного горячего отработанного газа, вырабатываемый с помощью топливного элемента.
23. Способ по п.17, в котором при выработке потока горячих отработанных газов также вырабатывают поток горячих отработанных газов с помощью твердооксидного топливного элемента или топливного элемента на основе расплавленного карбоната.
24. Способ по п.17, в котором при выработке электроэнергии с помощью цикла Ранкина в ответ на получение отработанного тепла, рекуперируемого по меньшей мере из одного из следующего: потока горячих отработанных газов топливного элемента и горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью двигателя сгорания, также вырабатывают электроэнергию с помощью Органического цикла Ранкина.
2
25. Способ по п.17, в котором при выработке электроэнергии с помощью цикла Ранкина в ответ на получение отработанного тепла, рекуперируемого по меньшей мере из одного из следующего: потока горячих отработанных газов топливного элемента и горячих отработанных газов, вырабатываемых с помощью двигателя сгорания, также вырабатывают электроэнергию с помощью цикла Ранкина типа DReSCO на углекислом газе (СО).