PL B1. Urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F23L 1/02 ( ) F23L 5/02 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 04/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/11 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ANDRZEJ MILLER, Warszawa, PL JAROSŁAW MILEWSKI, Podkowa Leśna, PL TADEUSZ TOMBOROWSKI, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Krystyna Lewińska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym, stosowany zwłaszcza do podniesienia ciśnienia gazu zasysanego. Znane jest z publikacji na konferencję ASME TURBO EXPO 2006, 8-11 May, Barcelona, Spain w art. Jarosław Milewski, Andrzej Miller, Ewa Mozer THE APPLICATION OF µ-fan INSTEAD OF THE EJECTOR IN TABULAR SOFC MODULE wentylatorowe urządzenie do recyrkulacji gazów w ogniwie paliwowym. Urządzenie to zastępuje strumienicę w klasycznych ogniwach paliwowych, która składa się z konfuzora, komory mieszania i dyfuzora i ma za zadanie podniesienie ciśnienia gazu zasysanego, np. anodowego, czerpanego za pomocą strumienia gazu roboczego, zwłaszcza gazu ziemnego. Efektywność zasysania i sprężania gazów w strumienicy w celu recyrkulacji zależy od masy paliwa, co wiąże się z wieloma wadami tej cyrkulacji. Znane urządzenie zastępujące strumienicę w ogniwie paliwowym ma postać odcinka rury przeźroczystej dla pola magnetycznego, na którą nawinięte jest wielofazowe uzwojenie wzbudzenia, które stanowi stator silnika. We wnętrzu rury jest osiowo ułożyskowany wirnik wykonany w postaci tulei, na której zewnętrznej powierzchni jest uzwojenie elektryczne w postaci klatki jak w silniku indukcyjnym klatkowym, a wewnątrz tulei jest scalony z nią układ łopatek wentylatora. Odcinek rury urządzenia stanowi odcinek rury doprowadzającej gazy do kanałów stosu. W uzwojeniu wzbudzenia zasilanym prądami wielofazowymi powstaje wirujące pole magnetyczne, które przenika przez powierzchnię rury i indukuje prądy w klatce wirnika i wytwarza w wirniku moment napędowy, który przenosi się na układ łopatek i wprawia ten układ w ruch obrotowy i następuje przetłaczanie gazów recyrkulacyjnych. Urządzenie działa jak wentylator. Regulacja parametrów dynamicznych gazów recyrkulacyjnych dokonywana jest przez regulację prędkości obrotowej wirnika w sposób częstotliwościowy. Jednak przy pracy w wysokich temperaturach, dochodzących do 800 C C powstają problemy z wykonaniem odpowiednich uzwojeń i właściwą pracą urządzenia. Znane jest z opisu patentowego DE urządzenie do dopalania, redukcji tlenków azotu w gazie wylotowym z palnika, który umieszczony jest w zbiorniku zasilanym paliwem gazowym lub płynnym. Część gazów wylotowych wprowadzana jest w obszar płomienia palnika za pomocą dmuchawy z silnikiem, które wraz z zaworem umieszczone są w rurze na zewnątrz zbiornika palnika. Urządzenie to służy do przetłaczania części gazów wylotowych do obszaru płomienia palnika. Celem wynalazku jest konstrukcja urządzenia do recyrkulacji gazów z możliwością sterowania recyrkulacją gazów i niezakłóconą pracą w wysokich temperaturach ogniwa paliwowego. Istota urządzenia według I wersji wynalazku polega na tym, że silnik napędowy połączony jest przez wałek przeprowadzony przez ściankę zbiornika z wentylatorem, który umieszczony jest w obudowie. Wentylator w obudowie znajduje się na zewnątrz zbiornika, a obudowa połączona jest z ogniwem paliwowym rurami na gaz recyrkulacyjny, przeprowadzonymi przez ściankę zbiornika. Istota urządzenia według drugiej wersji polega na tym, że stanowi go turbowentylator, którego stopień turbinowy połączony jest rurą doprowadzającą sprężony gaz ze zbiornika usytuowanego na zewnątrz zbiornika. Rura doprowadzająca sprężony gaz wyprowadzona jest poprzez ścianki zbiornika na zewnątrz. Rury na gaz recyrkulacyjny przeprowadzone są na zewnątrz zbiornika, a turbowentylator znajduje się na zewnątrz zbiornika. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym z turbosprężarką wewnątrz zbiornika, fig. 2 przedstawia schematycznie urządzenie do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym z turbosprężarką na zewnątrz zbiornika, fig. 3 przedstawia schematycznie urządzenie do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym z silnikiem napędowym zewnątrz zbiornika, a urządzeniem wentylatorowym wewnątrz zbiornika, a fig. 4 - urządzenie do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym z silnikiem napędowym i urządzeniem wentylatorowym na zewnątrz zbiornika. W urządzeniu przedstawionym na fig. 1 w zbiorniku 4 ogniwa paliwowego 3 znajduje się turbowentylator 1, który ma stopień wentylatorowy W połączony wałkiem 6 ze stopniem turbinowym T. Turbowentylator 4 połączony jest rurą 2 na gaz recyrkulacyjny z wysokotemperaturowym ogniwem paliwowym 3. Stopień turbinowy T połączony jest z rurą 5 doprowadzającą sprężony gaz, np. azot, stanowiący czynnik napędowy 2 turbowentylatora 1. Dostarczony sprężony gaz napędza stopień turbinowy T, który za pomocą wałka 6 przekazuje moment napędowy na stopień wentylatorowy W, przetłaczający gazy recyrkulacyjne rurami 2 do ogniwa paliwowego 4.

3 PL B1 3 W urządzeniu przedstawionym na fig. 2 turbowentylator i znajduje się na zewnątrz zbiornika 4 ogniwa paliwowego 3 i połączony jest z wysokotemperaturowym ogniwem paliwowym 3, znajdującym się wewnątrz zbiornika 4, za pomocą rur 2 na gaz recyrkulacyjny przeprowadzonych przez ściankę zbiornika 4. Turbowentylator i ma stopień wentylatorowy W połączony wałkiem 6 ze stopniem turbinowym T. Stopień turbinowy T połączony jest z rurą 5 doprowadzającą sprężony gaz, np. azot, stanowiący czynnik napędowy turbowentylatora 1. Dostarczony sprężony gaz napędza stopień turbinowy T, który za pomocą wałka 6 przekazuje moment napędowy na stopień wentylatorowy W, przetłaczający gazy recyrkulacyjne rurami 2 do ogniwa paliwowego 4. W obu urządzeniach nie istnieje napęd wewnątrz zbiornika z temperaturami w zakresie 800 C C, dzięki czemu nie powstają problemy związane z wykonaniem napędu mogącego pracować przy tak wysokich temperaturach. W urządzeniu przedstawionym na fig. 3 w zbiorniku 4 ogniwa paliwowego 3 znajduje się w obudowie 11 wentylator W, który połączony jest poprzez wałek 6 z silnikiem napędowym 8, znajdującym się zewnątrz zbiornika 4. Silnik ten poprzez wałek 6 przekazuje moment napędowy do wentylatora W, który za pomocą rury 2 na gaz recyrkulacyjny połączony jest z wysokotemperaturowym ogniwem paliwowym 3. Moment napędowy przekazany jest z silnika 8 wentylatorowi W, który przetłacza gazy recyrkulacyjne do wysokotemperaturowego ogniwa paliwowego 5. W urządzeniu przedstawionym na fig. 4 wentylator W w obudowie 11 znajduje się na zewnątrz zbiornika 4 ogniwa paliwowego 3 i za pomocą rur 2 na gaz recyrkulacyjny przeprowadzonych przez ściankę zbiornika 4 połączony jest z ogniwem paliwowym 3. Wentylator W połączony jest poprzez wałek 6 z silnikiem napędowym 8, znajdującym się zewnątrz zbiornika 4. Moment napędowy przekazany jest z silnika 8 na wentylator W, który przetłacza gazy recyrkulacyjne do wysokotemperaturowego ogniwa paliwowego 5. Dzięki wyprowadzeniu silnika napędowego 8 na zewnątrz zbiornika 4 można zapewnić silnikowi odpowiednie warunki chłodzenia. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym usytuowanym w zbiorniku i zawierające silnik napędowy łopatek wentylatora połączony z ogniwem paliwowym rurami na gaz recyrkulacyjny, w którym silnik napędowy znajduje się na zewnątrz zbiornika, znamienne tym, że silnik napędowy (8) przez wałek (6), przeprowadzony przez ściankę zbiornika (4), połączony jest z wentylatorem (W), umieszczonym w obudowie (11). 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wentylator (W) w obudowie (11) znajduje się na zewnątrz zbiornika (4), a obudowa (11) połączona jest z ogniwem paliwowym (3) rurami (2) na gaz recyrkulacyjny, przeprowadzonymi przez ściankę zbiornika (4). 3. Urządzenie wentylatorowe do recyrkulacji gazów w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym usytuowanym w zbiorniku i zawierające silnik napędowy łopatek wentylatora połączony z ogniwem paliwowym rurami na gaz recyrkulacyjny, znamienne tym, że stanowi go turbo wentylator (1), którego stopień turbinowy (T) połączony jest rurą doprowadzającą sprężony gaz (5) ze zbiornika usytuowanego na zewnątrz zbiornika (4). 4. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że rura doprowadzająca sprężony gaz (5) wyprowadzona jest poprzez ścianki zbiornika (4) na zewnątrz. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że rury (2) na gaz recyrkulacyjny przeprowadzone są na zewnątrz zbiornika (4), a turbowentylator (1) znajduje się na zewnątrz zbiornika (4).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)