Пакет блоков среднетемпературных твердооксидых топливных элементов на металлическом носителе

Изобретение относится к пакету блоков среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на металлическом носителе с улучшенным сроком службы и долговечностью. Пакет (1) блоков (10) среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на металлическом носителе содержит металлическую подложку (12), дистанцирующий элемент (22) и соединение (30), каждый из которых в себе имеет отверстия (34) под стягивающие болты, отверстие впуска (33) топлива, отверстие выпуска (32) топлива и выпуск (17) воздуха, при этом пустоты (34) для болта сформированы путем совмещения отверстий под болты, и дополнительная пустота (17) - путем совмещения выпусков воздуха, при этом пустоты вентилируются, например, в окружающую среду или в дополнительную пустоту, чтобы предотвратить накопление топлива, влаги или ионов. Техническим результатом является улучшение конструкции пакета для увеличения срока службы топливного элемента и его прокладок путем предотвращения выходов из строя. 22 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Настоящее изобретение относится к пакету блоков среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на металлическом носителе с улучшенным сроком службы и долговечностью.

Из публикации WO2015/136295, полное содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки, известен усовершенствованный узел 5 пакета топливных элементов. Он имеет, как показано на приложенной к ней фиг.1, в пакете 1 множество активных блоков 10 твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) с прокладками 38, установленными между каждой парой соседних блоков 10 элементов. Как показано и обсуждено в WO2015/136295, в узле также могут быть балластные блоки 8 элементов.

Узел 5 весь удерживается или стягивается посредством соединительных гаек 3 и болтов 2 между концевыми пластинами 4.

Каждый активный блок 10 элемента имеет множество слоев, таких как металлическая (обычно стальная) опорная подложка 12, дистанцирующий элемент 22 и соединение 30, как показано на фиг.2. Стальная подложка 12 содержит в себе множество отверстий 36, проходящих через нее, и поверх этих отверстий находятся электрохимически активные слои 14 - анод, электрод и между ними электролит. Предпочтительные материалы для этих слоев обсуждаются в приведенной выше заявке PCT. Затем дистанцирующий элемент 22 отделяет эту стальную подложку 12 от соединения 30, причем обычно электрохимически активные слои 14, расположены снаружи этого блока 10 топливного элемента. Эти слои затем сваривают вместе, чтобы сформировать отдельный блок 10 элемента с соединением 30 на одной стороне стальной подложки 12 и электрохимически активными слоями 14, прикрепленными на другой стороне подложки 12 - см. Фиг.12 для линии 90 сварки для аналогичного блока элемента, хотя и с другой периферической формой. Линия 90 сварки будет следовать соответствующему пути с блоком элемента на фиг.2. Таким образом, эта компоновка обеспечивает внешний электрохимически активный слой (самый внешний катод), при этом линия 90 сварки герметизирует топливо внутри блока элемента от воздуха, окружающего блок элемента - (блок элементов имеет внутренний поток топлива, поскольку топливо должно контактировать с анодом внутри блока элементов через нижележащие отверстия 36 в металлической подложке).

Для формирования пакета 1 складываются вместе множество этих блоков 10 элементов - см., например, фиг.3.

Соединение 30 имеет рельеф поверхности, включающий различные выступы или неровности или гребни 42 и соответствующие выемки или канавки 40, впечатанные или отштампованные на нем, в совокупности определяющие две отстоящие друг от друга в целом плоские (но с множеством зазоров) поверхности, одна из которых (верхняя на фиг. 2 и нижняя на фиг.3) имеет размещенный на ней блок элемента с электрохимически активнымие слоями 14, обращенными вниз. Другая поверхность соединения 30, вместо этого касается стальной опорной подложки 12 своего собственного блока 10 элемента - через дистанцирующий элемент 22. Кроме того, поскольку плоские поверхности не являются полными, они соприкасаются только в определенных местах, в результате чего они не будут блокировать многие из ранее упомянутых отверстий 36, образованных в стальной опорной подложке 12 своего собственного блока 10 элемента, и будут касаться лишь аналогично ограниченного числа внешних поверхностей электрохимически активных слоев 14 другого блока элемента.

Форма выступов, выпуклостей, гребней, углублений и канавок или тому подобного, 40, 42, также по-разному или противоположно расположена между соседними блоками элементов, чтобы позволить, например, выступу 40 первого блока 10 элемента выровняться под углублением 42 второго блока 10 элемента, посредством чего любая сила от первого соединения 30 первого блока 10 элемента на электрохимически активные слои 14 второго блока 10 элемента будет нейтрализована соответствующей противодействующей силой, создаваемой соединением 30 этого второго блока 10 элемента и т.д., когда пакет 1 собран и скреплен гайками 3 и болтами 2.

Выступы или выпуклости, гребни или впадины и т.д. 40, и соответствующие выемки или канавки 42, также имеют такие форму и расположение, чтобы образовать, когда они уложены друг в друга, проходы с обеих сторон соединений 30 для воздуха (обычно на внешней поверхности) и топлива (обычно на внутренней поверхности), таких как на фиг.3, так что при работе пакет топливных элементов может работать.

В WO2015/136295 и, предпочтительно, в настоящем изобретении, блоки топливных элементов представляют собой блоки среднетемпературных твердотопливных элементов на металлическом носителе.

Пример пакета 1 топливных элементов на металлическом носителе для лучшей иллюстрации такого эффекта пакетирования, схематично показан на фиг.3. Пакет 1 топливных элементов на металлическом носителе содержит несколько уложенных друг на друга блоков 10 топливных элементов, каждый из которых имеет плоскую стальную пластину - металлическую опорную подложку 12, как на фиг.2, с отверстиями 36, просверленными или прорезанными лазером сквозь подложку 12 для доступа к ближайшему (обычно анодному) слою из электрохимически активных слоев 14, которые будут нанесены на стальную подложку 12 с другой стороны подложки 12, дистанцирующий элемент 22, образующий в основном кольцо вокруг противоположной стороны стальной подложки 12, и соединение 30 с углублениями, впадинами, гребнями и выступами и т.д. 40, 42 для соединения со следующим блоком элемента, причем все они сварены вместе в основном вокруг электрохимически активных слоев 14, и любую трубу 33 впуска топлива и трубу 32 выпуска топлива (см. Фиг. 2 и 12), чтобы сформировать законченный блок 10 элемента. Поскольку отверстия 36, лежащие под электрохимически активными слоями 14, проходят не дальше, чем распространяются электрохимически активные слои 14, линия 90 сварки охватывает отверстия 36, образуя внутреннее пространство с топливными каналами 31, чтобы топливо могло течь внутри блока 10 элементова во внутреннем пространстве внутри блока элемента, ограниченном линией 90 сварки, по топливным каналам 31 между углублениями или впадинами без утечек (отверстия 36 не дают течи из-за перекрывающих их вышележащих электрохимически активных слоев 14, блокирующих их), и топливо, таким образом, попадет в электрохимически активные слои 14 через отверстия 36.

В этой конструкции вместо этого воздух эффективно окружает блок 10 элемента, протекает вокруг блока 10 элемента и между соседними блоками 10 элементов по воздушным каналам 23 и выходит через выпуск 17 воздуха, так что воздух может контактировать с катодом электрохимически активных слоев 14 в пакете 1 (катод является внешним слоем электрохимически активных слоев 14 каждого активного блока 10 элемента).

Таким образом, линия 90 сварки является частью конструкции, которая гарантирует, что топливо и воздух не могут смешаться внутри блока 10 элемента.

Все эти принципы известны из предшествующего уровня техники, такого как упомянутая выше заявка PCT, хотя форма блока 10 элемента на фиг.11 и 12 является новой.

На фиг.1 и 2, в дополнение к линии 90 сварки, аналогичной линии на фиг.12, топливо отделяется от воздуха, протекающего вокруг и по блокам топливных элементов, с помощью прокладок 38, причем прокладки 38 имеют в себе отверстия 32i, 33o - топливные отверстия 32, 33 (впуски 33i или выпуски 32o) и отверстия 34i, 34o под болты. Этот пример предшествующего уровня техники имеет две формы прокладки - прокладку 38i впуска и прокладку 38o выпуска. Таким образом, имеются отверстия 34i под болты прокладки впуска и отверстия 34o под болты прокладки выпуска. Эти отверстия 34 под болты позволяют удерживать прокладки 38 внутри пакета 1 во время сборки пакета и стягивания болтами 2.

Когда пакет 1 собран (см. фиг.1 и обратите внимание также на фиг.11), отверстия 34i, o под болты прокладок 38i, o впуска и выпуска совмещены с пустотами 34 для болтов 2 в блоках 10 элементов; и топливные отверстия 33i, 32o прокладок 38i, o впуска и выпуска совмещены с трубами 33 впуска топлива и/или трубами 32 выпуска в блоках 10 элементов. Трубы 33 впуска топлива и/или трубы 32 выпуска в блоках 10 элементов и совмещенные топливные отверстия 33i, 32o прокладок затем завершают по существу непрерывный внутренний топливный коллектор, проходящий по/вдоль пакета 1, с блоком 10 элемента, доступным к отверстиям 33b впуска топлива дистанцирующих элементов 22 и отверстиям 32b выпуска топлива дистанцирующих элементов 22. Для болтов 2 соответствующее выравнивание отверстий под болты соединения, прокладки, дистанцирующего элемента, прокладки впуска и прокладки 34 выпуска должно быть прямой пустотой, чтобы болты 2, которые обычно являются прямыми, могли проталкиваться через пакет 1. Для топливного коллектора путь может быть более извилистым, поскольку топливо будет перемещаться по углам. Тем не менее, как показано, он, как правило, также выполняется прямым для удобства.

Трубы 33, 32 впуска и выпуска топлива обеспечивают доступ к блоку 10 элемента через отверстия 33b, 32b впуска и выпуска топлива в дистанцирующих элементах 22, чтобы обеспечить пути входа и выхода для потока топлива в или из каждого блока 10 элемента, чтобы обеспечить работу всех блоков 10 элементов.

После сборки болты 2 не будут касаться соответствующих блоков 10 элементов, поскольку это привело бы к заземлению блоков 10 топливных элементов, что сделало бы пакет 1 бесполезным.

Болты 2 сами заземлены для безопасности.

См. фиг.1 для примера такого расположения пакет/болт.

Авторы настоящего изобретения, однако, отметили, что в продукте предшествующего уровня техники было несколько случаев выхода из строя прокладки, когда топливо смешивалось с воздухом и приводило к возгоранию или, более того, к взрыву, к электрическому замыканию между болтами и металлом блоков элементов, вызывающему прорыв через одну или несколько прокладок между полостью для болта и наружным воздушным коллектором. Настоящее изобретение, следовательно, предназначено для улучшения конструкции пакета для увеличения срока службы топливного элемента и его прокладок путем предотвращения таких выходов из строя.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается пакет блоков среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на металлическом носителе, содержащий множество блоков топливных элементов, расположенных в пакете 1, причем каждый блок топливного элемента содержит металлическую опорную подложку с электрохимически активными слоями, дистанцирующий элемент и соединение, при этом металлическая опорная подложка, дистанцирующий элемент и соединение имеют отверстия под болты для стягивающих болтов пакета, по меньшей мере, один впуск топлива и, по меньшей мере, один выпуск топлива для входа топлива в блок элемента и выхода топлива из него, и, по меньшей мере, один выпуск воздуха для выпуска воздуха, причем пустоты для болтов образованы внутри пакета с помощью выравнивания соответствующих отверстий под болты для стягивающих болтов в пакете, и дополнительная пустота - путем выравнивания соответствующих отверстий выпуска для выпуска воздуха, отличающийся тем, что каждая пустота для болтов для стягивающих болтов выполнена вентилируемой. Вентиляция, предпочтительно, осуществляется либо в среду, окружающую пакет, либо в отверстие выпуска воздуха или вентиляционную трубу.

Предпочтительно, между соседними элементами расположены прокладки. Прокладки могут быть встроены в блоки элементов, но предпочтительно, пакет дополнительно имеет отдельные прокладки между соседними блоками элементов в пакете, причем отдельные прокладки имеют, по меньшей мере, одно топливное отверстие, выровненное с трубами впуска или выпуска топлива в блоках элементов с обеих сторон, и, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие под болт, выровненное с отверстиями под болт для стягивающего болта в пакете с обеих сторон. Прокладки для пакета среднетемпературных топливных элементов на металлическом носителе могут быть на основе слюды или талька.

Предпочтительно, в каждом пакете выполнено более двух отверстий под болты для стягивающих болтов, в идеале - по меньшей мере, два отверстия на каждом конце блока элементов. Предпочтительно, образовавшиеся при этом пустоты для болтов в пакете все выполнены вентилируемыми.

Предпочтительно, чтобы каждая прокладка имела два дополнительных отверстия под болты, таким образом, соединяясь между отверстиями под болты в соседних блоках элементов.

Предпочтительно, прокладки, предпочтительно, отдельные прокладки, обеспечивают вентиляцию за счет того, что их отверстия под болты выполнены со щелями на их боковой стороне, предпочтительно, наружу к краю прокладки. Сами блоки элементов, однако, могут в равной степени обеспечивать вентиляцию с помощью их собственных отверстий под болты, содержащих щель, хотя отдельные прокладки могут иметь тенденцию, по меньшей мере, частично блокировать такие щели в блоках элементов из-за их большей сжимаемости, поэтому наличие щелей в отдельных прокладках предпочтительно.

Для блока элемента может быть два или более отверстий выпуска топлива, поэтому соответствующие прокладки для них могут иметь два или более отверстий выпуска топлива - обычно соответствующее число выравнивается по всем отверстиям выпуска топлива на конце или на боковой стороне блока топливного элемента. Он также может совмещаться по любому или всем отверстиям под болты на том конце или боковой стороне.

Отдельные прокладки обычно располагаются в двух соответствующих концевых областях отдельных блоков элементов, то есть на узких сторонах пакета или рядом с ними в случае в целом прямоугольных блоков элементов.

Пакет, предпочтительно, выполнен с четырьмя болтами, проходящими от конца к концу пакета, с двумя болтами на каждой узкой стороне, то есть на двух концах или концевых областях блоков элементов. Таким образом, каждая прокладка, предпочтительно, имеет два отверстия под болты. Как вариант, может быть установлено более одной прокладки между каждым из блоков элементов на каждом конце каждого блока элемента, но это усложняет узел.

Щели для вентиляции могут быть в каждом отверстии под болт каждой отдельной прокладки, чтобы обеспечить полную вентиляцию пустот для болта, или, как вариант, могут быть некоторые вентилируемые прокладки и некоторые невентилируемые прокладки, чтобы уменьшить степень вентиляции.

Сами блоки элементов или некоторые из них могут дополнительно или вместо этого вентилироваться, как упоминалось ранее.

Авторы настоящего изобретения разработали такую вентиляцию пустот для болтов, поскольку поняли, что водород, влага или ионы каким-то образом просачивались в пустоты для болтов и накапливались достаточно, чтобы вызвать нарушение работы. Таким образом, способ нарушения работы, как правило, идентифицируется как одно или более из, или, возможно, комбинации, горения в пустотах для болта из-за рассеянного водорода в пустоте для болта, реагирующего с кислородом воздуха в нем, потенциально взрывоопасного из-за температуры пакета - обычно от 500 до 700ºC для узла среднетемпературных топливных элементов, ионизации от ионов, вытекающих из прокладок, и короткого замыкания из-за окружающей среды тем самым призводимой. Они пришли к выводу, что водород диффундирует через прокладки через крошечные поры в них. Как вариант или дополнительно был сделан вывод, что ионизируемые элементы в материале прокладки освобождаются из прокладки, возможно, из-за сгорания или общей температуры узла топливных элементов и/или из-за сил сжатия, действующих через прокладки, и эти ионы затем накапливались в пустоте для болта с течением времени, обычно менее ста часов работы, что приводило к пониженному электрическому напряжению пробоя и, таким образом, позволяло возникнуть короткому замыканию между болтом или соединительным стержнем и блоками элементов. Таким образом, изобретатели решили решать эту проблему и пришли к идее, что можно было бы обеспечить вентиляцию для выпуска медленно диффундирующего водорода и ионов в больший поток воздуха из окружающей среды или выпуска воздуха, таким образом устраняя опасность чрезмерного образования водорода и ионов, в результате чего не может происходить ни горение водорода, ни электрическое короткое замыкание через ионы, что устраняет риск отказа. Таким образом, вкратце, пустоты для болтов, которые изначально не рассматривались как предназначенные для какого-либо выпуска воздуха/топлива, теперь используются в качестве каналов потока для отвода любых вытекших ионных газов из таких пустот для болтов, таким образом предотвращая возникновение рассмотренных выше способов отказа.

Предпочтительно, прокладки имеют форму, часть которой обычно соответствует смежной части внешней формы блока элемента, так что в пакете прокладки сохраняют в целом аккуратную и однородную форму пакета. Части внешней формы блоков элементов обычно являются более тонкими или более короткими сторонами элементов.

Настоящее изобретение также обеспечивает прокладку, содержащую, по меньшей мере, одно топливное отверстие и два отверстия под болты, причем отверстия под болты обычно имеют круглую форму, а топливное отверстие имеет любую выбранную форму, но обычно, как правило, прямоугольную. Топливное отверстие обычно имеет полную периметрическую стенку, в то время как два отверстия под болты могут иметь щели в периметрической стенке, нарушая периферию, причем щели, предпочтительно, проходят от периметрической стенки к наружной стенке прокладки, при этом два в целом круглых отверстия под болты, таким образом, являются вентилируемые щелями.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно топливное отверстие представляет собой центральное топливное отверстие с двумя, как правило, круглыми отверстиями под болты на каждой его стороне. Центральное отверстие может быть в целом прямоугольным.

По меньшей мере, одно топливное отверстие может вместо этого представлять собой пару топливных отверстий на любом конце прокладки.

Предпочтительно, два конца прокладки разнесены друг от друга с помощью рычага прокладки, который тоньше, чем концы прокладки. Предпочтительно, два отверстия под болты расположены на соответствующих концах прокладки. Предпочтительно, два отверстия под болты расположены в направлении внутрь от пары топливных отверстий на концах рычага.

Предпочтительно, щели отверстий под болты проходят параллельно друг другу.

Предпочтительно, щели отверстий под болты проходят вдоль линии, проходящей между центрами двух обычно круглых отверстий под болты.

Предпочтительно, прокладка является по существу симметричной относительно линии, проходящей перпендикулярно линии, проходящей между центрами двух обычно круглых отверстий под болты.

Эти и другие признаки настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно, исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг.1 с разнесением деталей показана компоновка пакета известного уровня техники в соответствии с вышеупомянутой заявкой РСТ;

На фиг.2 с разнесением деталей показано расположение блока элементов внутри пакета;

На фиг.3 схематично показана компоновка пакета, показывающая противоположную форму соединений блоков топливных элементов в пакете и прокладки между блоками топливных элементов;

На фиг.4 показан частичный схематический разрез блоков топливных элементов, трубы выпуска топлива, пустоты болта и болта в форме пакета топливных элементов;

На фиг.5 показана диффузия H₂ (водорода) из закрытого объема соединительного стержня;

На фиг.6 показана отдельная прокладка впуска из узла пакета топливных элементов вышеупомянутой заявки РСТ;

На фиг.7 и 8 показана прокладка впуска для настоящего изобретения для впускного конца для топлива блока элементов;

На фиг.9 и фиг.10 показана прокладка выпуска для настоящего изобретения, но для размещения на выходном конце топлива блока элемента;

На фиг.11 показаны прокладки, расположенные на соединении блока элемента - дополнительного блока элемента, затем располагаемого на нем, с его электрохимически активными слоями, расположенными на соединении показанного блока элемента;

На фиг.12 показан блок элемента с фиг.11, но со снятыми прокладками и показанной линией сварки, и

На фиг.13 показан блок элемента, в котором на подложке, дистанцирующем элементе и соединении имеются вентилируемые отверстия под болты.

Обращаясь в первую очередь к фиг. 1, 2 и 3, они уже были описаны выше, и, следовательно, в этом разделе дальнейшее обсуждение не будет представлено. Эта общая схема представляет собой компоновку узла 5 топливных элементов, в котором может быть полезно использование настоящего изобретения.

Обращаясь далее к фиг.4, можно увидеть схематическое устройство узла 5 пакета топливных элементов, который также может использовать изобретение - без балластных блоков 8 элементов. Фигура показывает множество блоков 10 элементов в пакете 1, накрытых заземленной верхней концевой пластиной 4 с электроизоляционной прокладкой 6, обычно сделанной из слюды, между верхней концевой пластиной 4 и пакетом 1. Затем болт 2 (обычно четыре, как на рис.1) и гайка 3 (опять-таки обычно четыре - для соответствия болтам 2) сжимает весь комплект вместе с прокладками 38 между блоками 10 топливных элементов и между верхним блоком 10 топливного элемента и электроизоляционной прокладкой 6. В этой конфигурации воздух может проходить по воздушному каналу 23 над каждым блоком 10 топливного элемента (фиг.3 и 4) и выходить через его выпуск 17 воздуха (большая воздушная труба через пакет 1, как более четко показано на фиг.1 и 2 и 11 и 12). Вместо этого топливо течет по топливному каналу 31, образованному дистанцирующим элементом и упомянутыми выше углублениями/впадинами, и, таким образом, внутри каждого блока 10 топливного элемента от трубы 33 впуска топлива через отверстие 33b впуска топлива дистанцирующего элемента 22 к отверстиям 32b выпуска топлива дистанцирующего элемента 22, и затем наружу через трубу 32 выпуска топлива пакета.

Как можно видеть на фиг.4, болт 2 проходит через пустоту 34 для болта, не касаясь боковых сторон пустоты, т.е. не касаясь блоков 10 элементов. Это предотвращает заземление болта 2 пакета 1 топливных элементов. Зазор 35 показан на фиг.4. Это область, в которую водород и ионы стремились просачиваться в невентилируемых пустотах для болтов предшествующего уровня техники.

Со ссылкой на фиг.6, показан пример прокладок 38i впуска по предшествующему уровню техники. Как можно видеть, прокладка 38i имеет два отверстия 34i под болты, расположенные по обе стороны от топливного отверстия 33i. На фиг.1 эту прокладку 38i можно увидеть приблизительно в нижней части среднего блока элемента на чертеже. Он выполнен таким образом, что два болта 2 проходят через отверстия 34i под болты прокладки впуска с топливным отверстием 33i прокладки впуска - вместе с отверстиями 33i, 33a, b,c впуска топлива различных блоков элементов и другими прокладками, таким образом, также образуя трубу 33 впуска топлива или топливный коллектор вдоль пакета. Поскольку в этих прокладках 38 или в блоках 10 топливных элементов в узле топливных элементов с фиг.1, отсутствует вентиляция, может произойти вышеупомянутое накопление водорода и ионов.

На фиг.7 и 8 показана аналогичная прокладка 38i впуска, хотя и с другой внешней формой, причем прокладка 38i впуска все еще имеет два отверстия 34i под болты и топливное отверстие 33i в середине, но на этот раз два отверстия 34i под болты прокладки впуска прорезаны в окружающую среду двумя щелями 39 - по одной на каждое отверстие 34i под болт. Таким образом, когда эти прокладки 38i впуска уложены друг на друга с соответствующими блоками 10 топливных элементов, полость 34 для болта, образованная отверстиями 34i под болты прокладок 38i впуска и блоками 10 топливных элементов, теперь вентилируется, чтобы обеспечить диффузию любого скопления водорода наружу из пустоты 34 для болта и в окружающую среду. Для этого пакета 1 окружающая среда представляет собой воздух, окружающий пакет.

Эта прокладка 38i впуска имеет длину около 45 мм и ширину около 21 мм. Толщина составляет от 0,5 до 0,9 мм. При необходимости можно использовать другие толщины для размещения более высоких или более низких выступов или гребней 40 в соединении 30. Аналогично, ширину и длину можно регулировать в зависимости от размера или формы блоков элементов и расположения отверстий 34 под болты и отверстий 33 впуска топлива.

Отверстия 34 под болты предпочтительно имеют диаметр около 8,5 мм для размещения болта М8 или болта 2, имеющего диаметр около 8 мм. Таким образом, зазор 35 составляет около 0,25 мм с каждой стороны болта. Таким образом, зазор 35 может быть небольшим. Большие или меньшие зазоры могли бы также быть обеспечены. Кроме того, отверстия большего или меньшего размера можно использовать для больших или меньших болтов 2.

Отверстие 33 впуска топлива, предпочтительно, в целом, имеет прямоугольную форму, как показано, - предпочтительно около 14 мм на 11 мм, или имеет площадь поперечного сечения около 160 мм². Это обеспечивает достаточную площадь для передачи топлива в блок топливного элемента. Вместо этого могут быть предусмотрены меньшие или большие отверстия 33 впуска топлива, и они будут предпочтительны для пакетов, требующих меньших или больших объемов подачи топлива.

Щели могут иметь ширину 1-2 мм, обычно ширину 1,4-1,8 мм, и предпочтительно, чтобы щели 39 имели ширину около 1,6 мм. Для заданного пространства вокруг болта 2 она была установлена достаточной для рассеивания водорода и ионов. Щель 39 может быть шире или уже для увеличения или замедления скорости дисперсии, или если больше или меньше водорода и ионов нуждается в дисперсии.

Обычно используемые размеры прокладок 38i впуска для конца впуска топлива блока 10 топливного элемента будут иметь не более чем удвоенные эти размеры и не менее половины этих размеров, хотя они имеют размеры, соответствующие размеру блока элементова, и, как таковые могут быть топливными элементами любого данного подходящего размера.

На фиг.9 и 10 вместо этого показана прокладка 38o выпуска для конца выхода топлива из пакета 1. Эта прокладка 38o выпуска также имеет два отверстия 34o под болты, но на этот раз расположенных в направлении внутрь двух топливных отверстий 32o. Кроме того, прокладка 38o выпуска имеет более вытянутую форму с рычагом 43, соединяющим два конца (рычаг 43 в плане тоньше, чем концы), при этом при использовании рычаг 43 соединяется за отверстием 17 выпуска воздуха двух блоков 10 топливных элементов, против которого он будет установлен, одно из которых показано на фиг.11.

На фиг.11 также показана прокладка 38o выпуска, перекрывающая другой конец блока 10 топливных элементов. Как и прокладка 38i впуска по изобретению, эта прокладка 38o выпуска имеет щели 39 для вентиляции отверстий 34 под болты прокладки выпуска, но на этот раз для выпуска воздуха в выпуск 17 воздуха.

Хотя показано, что прокладки 38i, o на фиг.6-10 имеют щели 39 для вентиляции их отверстий 34i, o под болты, как обсуждалось ранее, вместо этого или в дополнение блоки 10 топливных элементов могут иметь вентиляционные отверстия для отверстий 34а,b, c под болты. Смотрите фиг.13 для такого варианта осуществления. В этом варианте осуществления металлическая опорная подложка 12, дистанцирующий элемент 22 и соединение 30 все содержат щели 39 в соответствующих пустотах 34 для болта на конце отверстия выпуска топлива элемента таким же образом, как прокладки 38o выпуска снабжены щелями 39 в предыдущем варианте осуществления, таким образом, обеспечивается выпуск воздуха из пустот 34 для болта в атмосферу. Однако следует понимать, что возможна взаимозаменяемость в отношении того, где могут быть предоставлены щели - они не обязательно должны присутствовать в каждом компоненте или только в одном комплекте компонентов, но они могут быть в любом выборе компонентов в данном пакете, на одном или обоих концах (конце впуска топлива и/или конце выпуска топлива). Например, в одном варианте осуществления дистанцирующий элемент 22 содержит щели 39 для вентилирования пустот 34 для болта, тогда как отверстия 34а под болты соединения и отверстия 34с под болты подложки содержат полную периметрическую стенку, то есть не имеют щелей.

Возвращаясь к первому варианту осуществления, прокладки 38о выпуска этого варианта осуществления имеют длину около 110 мм и ширину около 27 мм. Толщина составляет от 0,5 до 0,9 мм. Можно использовать другие толщины, например, когда необходимо разместить более высокие или более низкие выступы или гребни 40 в соединении 30. Аналогично, ширину и длину можно регулировать, например, в зависимости от расположения отверстий 34o под болт прокладок выпуска и топливных отверстий 32o прокладок выпуска.

Отверстия 34о под болты прокладки выпуска, предпочтительно, имеют диаметр около 8,5 мм для размещения болта М8 или болта 2, имеющего диаметр около 8 мм. Таким образом, зазор 35 между отверстиями для болта и болтом снова составляет около 0,25 мм (с каждой стороны от болта). Могут использоваться большие или меньшие зазоры 35, или большие или меньшие отверстия 34o прокладки выпуска, например, для больших или меньших болтов 2.

Каждое из топливных отверстий 32o прокладок выпуска, предпочтительно, имеет размер около 10 мм на 8 мм или площадь поперечного сечения около 80 мм². Поскольку их два, они могут быть вдвое меньше одиночных топливных отверстий 32i прокладок впуска. Это обеспечивает достаточную площадь для передачи топлива из блока 10 топливного элемента. Меньшие или большие топливные отверстия 32o прокладок выпуска могут быть предпочтительными, например, для более низких или более высоких объемов подачи топлива.

Щели 39 имеют ширину около 1,6 мм. Для заданного пространства вокруг болта 2 она была установлена достаточной для рассеивания водорода и ионов. Щель 39 может быть шире или уже для увеличения или замедления скорости дисперсии, или если больше или меньше водорода и ионов нуждается в дисперсии.

Обычно используемые размеры для прокладки 38o выпуска для конца выпуска топлива блока 10 топливного элемента будут иметь не более чем удвоенные эти размеры и не менее половины этих размеров, хотя они имеют размеры, соответствующие размеру блока элементов, как с прокладками на конце впуска.

Наконец, на фиг.5 приблизительно показана скорость диффузии водорода из объема каждой пустоты 34 для болта, когда в прокладках 38 предусмотрены щели 39. Как можно видеть, в течение полсекунды после входа в объем пустоты 34 для болта по существу весь водород уже диффундировал из объема пустоты 34 для болта. Как следствие, ясно, что щели или вентиляция сводят к минимуму риск накопления водорода, и, таким образом, среда внутри пустоты 34 для болта больше не подвержена горению или искрению (закорачиванию) между болтами 2 и блоками 10 топливных элементов (то есть через зазор 35 между ними).

В идеале во время сборки пакета зазор 35 поддерживается на расстоянии не менее 0,1 мм по всей длине пакета 1.

Настоящее изобретение было раскрыто исключительно в качестве примера. К изобретению могут быть сделаны модификации в деталях в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Ссылочные обозначения включены в описание исключительно для облегчения его понимания и не ограничивают объем формулы изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается только вышеприведенными вариантами осуществления, и другие варианты осуществления будут легко очевидны для специалиста в данной области техники без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения.

Ссылочные обозначения:

1 - Пакет

2 - Болт

3 - Гайка

4 - Концевая пластина

5 - Узел блоков топливных элементов

6 - Изоляционная прокладка

8 - Балластный блок элемента

10 - Блок элемента

12 - Металлическая подложка

14 - Электрохимически активные слои

15 - Канал

16 - Кканал

17 - Выпуск воздуха

17a - Выпуск воздуха соединения

17b - Выпуск воздуха дистанцирующего элемента

17c - Выпуск воздуха подложки

22 - Дистанцирующий элемент

23 - Воздушный канал

30 - Соединение

31 - Топливный канал

32 - Труба выпуска топлива

32a - Отверстие выпуска топлива соединения

32b - Отверстие выпуска топлива дистанцирующего элемента

32c - Отверстие выпуска топлива подложки

32o - Топливное отверстие прокладки выпуска

33 - Труба впуска топлива

33a - Отверстие впуска топлива соединения

33b - Отверстие впуска топлива дистанцирующего элемента

33c - Отверстие впуска топлива подложки

33i - Топливное отверстие прокладки впуска

34 - Пустота для болта

34а - Отверстие под болт соединения

34b - Отверстие под болт дистанцирующего элемента

34c - Отверстие под болт подложки

34i - Отверстие под болт прокладки впуска

34o - Отверстие под болт прокладки выпуска

35 - Зазор

36 - Отверстия (Подложка)

38 - Прокладки

38i - Прокладка впуска

38o - Прокладка выпуска

39 - Щель

40 - Бугры или выступы, гребни или желоба

42 - Углубления или канавки

43 - рычаг

90 - линия сварки

1. Пакет блоков среднетемпературных твердооксидных топливных элементов на металлическом носителе, расположенных в пакете,

причем каждый блок топливного элемента содержит металлическую опорную подложку с электрохимически активными слоями, дистанцирующий элемент и соединение,

при этом металлическая опорная подложка, дистанцирующий элемент и соединение имеют отверстия под болт для стягивающих болтов пакета, по меньшей мере, одно отверстие впуска топлива и, по меньшей мере, одно отверстие выпуска топлива для входа топлива в блок топливного элемента и выхода из него и, по меньшей мере, один выпуск воздуха,

и внутри пакета образованы пустоты для болтов за счет выравнивания соответствующих отверстий под болт для стягивающих болтов в пакете и дополнительная пустота за счет выравнивания соответствующих выпусков воздуха,

отличающийся тем, что каждая из пустот для стягивающих болтов содержит воздух и выполнена вентилируемой либо в среду, окружающую пакет, либо в выпуск воздуха для предотвращения накапливания влаги, вытекающего или диффундирующего водорода, или вытекающих ионов, в воздухе в пустотах для болтов;

- вентилирование обеспечивается щелями, обеспеченными в отверстиях под болт в любом из: металлической опорной подложки, дистанцирующего элемента и соединения;

и/или

- в случае, когда прокладки расположены между соседними блоками топливных элементов в пакете, прокладки имеют, по меньшей мере, одно топливное отверстие, совмещенное либо с трубой впуска топлива, либо с трубой выпуска топлива в блоках топливных элементов, расположенное на каждой их стороне, и по меньшей мере, одно дополнительное отверстие под болт, совмещенное с отверстиями под болт для стягивающего болта в пакете на каждой его стороне, вентилирование обеспечивается щелями, обеспеченными в отверстиях под болт прокладок.

2. Пакет по п. 1, дополнительно содержащий прокладки между соседними блоками топливных элементов в пакете, причем прокладки имеют:

а) по меньшей мере, одно топливное отверстие, совмещенное либо с трубой выпуска топлива, либо с трубой впуска топлива в блоках топливных элементов, расположенное на каждой их стороне, и

б) по меньшей мере, одно отверстие под болт, совмещенное с отверстиями под болт для стягивающего болта на каждой стороне блоков топливных элементов.

3. Пакет по п. 2, в котором прокладки выполнены на основе слюды или талька.

4. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором имеются, по меньшей мере, два отверстия под болты для стягивающих болтов на каждом конце блока топливного элемента.

5. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором прокладки вентилируют пустоты для болтов для стягивающих болтов.

6. Пакет по п. 5, в котором каждая из прокладок имеет два отверстия под болты.

7. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором прокладки обеспечивают вентиляцию посредством их отверстий под болты, содержащих щель на своей боковой стороне снаружи к внешнему краю прокладки.

8. Пакет по любому из предшествующих пунктов, имеющий два или более отверстия выпуска топлива для каждого блока топливного элемента, причем соответствующие прокладки для них также имеют два или более отверстий выпуска топлива.

9. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, некоторые из блоков топливных элементов имеют вентиляционные отверстия для их отверстий под болты.

10. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, некоторые пустоты для болтов вентилируются в окружающую среду, окружающую пакет.

11. Пакет по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, некоторые из пустот для болтов вентилируются в выпуск воздуха пакета.

12. Пакет по п. 2, в котором по меньшей мере одно топливное отверстие имеет полную периметрическую стенку, а по меньшей мере одно дополнительное отверстие под болт в прокладках представляет собой два отверстия под болты, причем два отверстия под болты имеют щели в их периметрической стенке, разрывающие их периферию, причем щели проходят от периметрической стенки к наружной стенке прокладок, в результате чего два отверстия под болты вентилируются.

13. Пакет по п. 12, в котором, по меньшей мере, одно топливное отверстие для прохода топлива представляет собой центральное топливное отверстие для прохода топлива с двумя отверстиями под болты на каждой его стороне.

14. Пакет по п. 12, в котором, по меньшей мере, одно топливное отверстие для прохода топлива представляет собой пару топливных отверстий на любом конце прокладок.

15. Пакет по п. 14, в котором два конца прокладок отнесены друг от друга с помощью рычага, который тоньше, чем концы прокладки.

16. Пакет по п. 14 или 15, в котором два отверстия под болты расположены на соответствующих концах прокладок.

17. Пакет по любому из пп. 14-16, в котором два отверстия под болты расположены в направлении внутрь пары топливных отверстий для прохода топлива на концах рычага.

18. Пакет по любому из пп. 12-17, в котором, по меньшей мере, одно топливное отверстие для прохода топлива обычно является квадратным или прямоугольным.

19. Пакет по любому из пп. 12-18, в котором щели двух отверстий под болты проходят параллельно друг другу.

20. Пакет по пп. 12-19, в котором щели двух отверстий под болты обе проходят по прямой линии, проходящей между двумя отверстиями под болты.

21. Пакет по пп. 12-19, в котором два отверстия под болты являются в основном круглыми.

22. Пакет по п. 21, в котором щели двух отверстий под болты обе проходят вдоль прямой линии, проходящей между центрами двух в основном круглых отверстий под болты.

23. Пакет по любому из пп. 12-22, в котором прокладки являются по существу симметричными относительно линии, проходящей перпендикулярно линии, проходящей между двумя отверстиями под болты.