本发明涉及气体或蒸汽涡轮机，特别涉及使用这类装置的高性能动 力系统。

常规的高性能气体涡轮机动力系统已经存在并已为人所知。先有的 气体涡轮机动力系统包括压缩机、燃烧器和机械式涡轮机，它们通常成 直线排列，例如沿同一轴线排列。在常规的气体涡轮机中，空气进入压 缩机，在希望的升高的压下离开压缩机。该高压空气流进入燃烧器，在 燃烧器中与燃料发生反应，并被加热到选定的提高了的温度。然后，该 加热气体流进入气体涡轮机，并绝热地进行膨胀，从而做功。该普通型 气体涡轮机的一个缺陷是，对百万瓦额定功率的系统来说，该涡轮机通 常以较低的系统效率-例如25％左右-进行运转。

用于解决该问题的一个先有技术方法是采用了用于回收热量的回 收装置。在空气流进入燃烧器前，通常使用该回收的热量对其进一步加 热。通常，回收装置将该气体涡轮机的系统效率提高到30％左右。该 方案的缺点是，回收装置相对较贵，因而大大增加了动力系统的总成 本。

采用的另一个先有技术方法是在相对较高的压力和相对较高的温 度下运行系统以便提高系统效率。然而，系统实际提高的效率极小，而 系统还要承受与高温高压机械器件有关的成本。

额定功率超过100MW的设备的另一种先有技术方法是用热回收蒸 汽发生器来对涡轮机的高温排出气进行热匹配，构成组合的气体涡轮机 /蒸汽涡轮机应用。该组合循环应用通常将系统工作效率提高到55％左 右。但是，这个效率仍相对较低。

因此，在本技术中需要高效功率系统。特别是，能够整合和采用电 化转换器的理想特性的改进型气体涡轮机动力系统将标志着工业上的 显著进步。更特别地，一种集成电化转换器和气体涡轮系统降低了成 本、提供了精确的热量处理系统而又显著地提高了系统的整体动力效 率，这也标也着该技术中的巨大进步。

发明概述

本发明提供了整合电化转换器与气体涡轮机的动力系统。该电化转 换器和气体涡轮机构成了较高效率的动力系统，例如其效率是发电的70 ％左右。

本发明的气体涡轮机动力系统包括压缩机和电化转换器，压缩机用 于压缩第一介质，电化转换器与压缩机保持流体联系，适宜于接收第一 介质和第二介质。该转换器配置为允许在第一介质和第二介质间产生电 化反应，因而产生具有升高的选定温度的排出气。该动力系统还包括与 电化转换器保持流体联系并适宜于接收转换器排出气的涡轮机，以便该 涡轮机将电化转换器排出气转换成旋转运动来产生电能。

按照本发明的一个方面，该电力系统还包括发电机，该发电机接收 涡轮机的旋转能量，并响应涡轮机旋转能量发电。该电化转换器最好能 适宜于在升高的温度和各种压力下工作。

按照另一方面，该动力系统还包括热交换元件，该热交换元件与电 化转换器热相连，从转换器排出气中提取余热，并将余热传递给涡轮 机。

按照另一方面，该电化转换器包括在内部将第一介质和第二介质加 热到转换器工作温度的内部加热元件。从另一方面看，该转换器由多个 平面形或管形转换器元件构成，这些元件包括一个圆形的电解质层，在 该电解质层的一侧是氧化剂电极材料。在相反的一侧是燃料电极材料。

按照另一方面，该电化转换器包括一个电化转换器装置和多个连接 器片；该电化转换器装置有多个层叠的转换器元件，该转换器元件包括 多个电解质片，在电解质片的一侧有氧化剂电极材料，在另一侧有燃料 电极材料；连接器片用于提供与电解质片的电连接，以便通过交替地对 连接器片和电解质片进行层叠来安装转换器元件层。另一方面，该层叠 的转换器元件还包括多个多支管和一个介质加热元件，多支管与层轴向 连接，适宜于接收第一和第二介质，介质加热元件与多支管相连，至少 能把第一和第二介质的一部分加热到转换器工作温度。

按照另一方面，连接器片是导热的连接器片，介质加热元件包括导 热和整体地形成的延伸表面，它与连接器片整体地形成，并伸入到轴向 多支管中。在另一实施方案中，该转换器元件层包括在电解质片和电连 接器片间插入的多个隔离片，介质加热元件包括隔离片的导热和整体地 形成的延伸表面，延伸表面伸入到轴向管道中。

根据本发明的一个实例，电化转换器装置产生的余热把第一介质和 第二介质加热到转换器工作温度，由连接器片传导地传递给第一介质和 第二介质。

按照另一方面，该动力系统还包括预热元件，用于在把第一和第二 介质引进电化转换器前对其预热。该预热元件可以是外部再生式换热 器，也可以是辐射式换热器。根据本发明的另一实例，可以利用介质加 热元件或预热元件把包括烃和重组反应物的第一介质和第二介质解离 成不复杂的反应成分。

按照本发明的另一方面，该动力系统还包括转换器排出气加热元 件，该元件与电化转换器和涡轮机相连，用于在把转换器的排出气引入 到涡轮机之前将其加热到选定的提高的温度。根据本发明的一个实例， 该加热元件将转换器排出气的温度加热得比转换器排出的温度高。该排 出气加热元件最好是天然气燃烧器。该动力系统还可包括再生热密封元 件，该元件构成电化转换器的耐压容器。

本发明还提供了一种蒸汽涡轮机动力系统，包括电化转换器、蒸汽 发生器和涡轮机，电化转换器用于产生具有升高的选定温度的排出气和 余热，蒸汽发生器与电化转换器相连，涡轮机与蒸汽发生器相连，用于 发电。

按照一方面，蒸汽涡轮机动力系统包括热交换元件，用于在转换器 和蒸汽发生器之间辐射地交换能量。

按照另一方面，该动力系统还包括再生换热器，它与涡轮机相连， 接收转换器排出气，从转换器排出气把余热对流地传递给涡轮机。

按照另一方面，电化转换器包括一个电化转换器装置和多个连接器 片；该电化转换器装置有多个层叠的转换器元件，该转换器元件包括多 个电解质片，在电解质片的一侧有氧化剂电极材料，在另一侧有燃料电 极材料；连接器片用于提供与电解质片的电连接。通过交替地对连接器 片和电解质片进行层叠来安装转换器元件层。

按照另一方面，该层叠的转换器元件还包括多个多支管和反应物加 热元件，多支管与层轴向相连，适用于接收反应物，反应物加热元件与 多支管相连，用于把至少一部分反应物加热到转换器工作温度。根据一 个实例，连接器片包括一个导热连接器片，反应物加热元件包括连接器 片的一个导热和整体构成的延伸表面，该延伸表面伸入到多个轴向多支 管中。

在另一方面，转换器元件层还包括多个插入到电解质片和连接片之 间的隔离片。

按照另一方面，该反应物加热元件包括隔离片的导电导热和整体构 成的延伸表面，该隔离片伸入到多个轴向多支管中。

按照本发明的一个实例，电化转换器装置产生余热，余热将反应物 加热到转换器工作温度。由连接器片将余热传导地传递给反应物。

在另一方面，该蒸汽涡轮机动力系统还包括预热元件，用于在把反 应物引进电化转换器前对其预热。该预热元件可包括外部再生式换热器 或辐射式换热器。

根据本发明的另一实例，预热元件和反应物加热元件两者或其一把 包括烃和重组反应物的反应物离解成不复杂的反应物成分。

本发明还提供了一种包括电化转换器和蒸汽涡轮机的动力系统，电 化转换器适用于接收输入反应物，产生余热和排出气，气体涡轮机包括 压缩机和产生具有升高的选定温度的排出气的机械涡轮机。该系统还包 括蒸汽发生器，接收气体涡轮机排出气，辐射地使气体涡轮机的排气与 工作介质结合。该系统还包括蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机至少与蒸汽发 生器相连，适宜于接收工作介质。

本发明还提供了包括电化转换器和气体涡轮机的动力系统，电化转 换器适宜于接收输入反应物，产生余热和排出气，气体涡轮机包括一个 压缩机和产生具有升高的选定温度的排出气的机械涡轮机。本系统还包 括蒸汽发生器，蒸汽发生器接收气体涡轮机排出气，对流地使蒸汽涡轮 机的排出气与工作介质结合。该系统还包括蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机 与蒸汽发生器相连，适宜于接收工作介质。根据一个实施例，用电化转 换器、蒸汽涡轮机和气体涡轮机产生动力。

附图的简要说明

通过下面的说明和附图，本发明的上述目的及其他目的、特性和优 点将显而易见。在附图中，对不同的图来说，相同的参照字符代表相同 的部件。附图说明了本发明的原理。附图虽未按比例，但它示出了相对 大小。

图1是根据本发明采用了将电化转换器与气体涡轮机成直线串连的 动力系统的概略框图，

图2是根据本发明采用了不将电化转换器与蒸汽涡轮机成直线串连 的动力系统的另一实施例的概略框图；

图3是根据本发明采用了电化转换器和蒸汽涡轮机的动力系统的概 略框图；

图4是根据本发明采用了气体涡轮机、蒸汽涡轮机和转换器排出气 加热元件的动力系统的另一实施例的概略框图；

图5是本发明的装入了多个电化转换器的耐压容器的部分剖开的平 面图；

图6是本发明的电化转换器基本电池单元的透视图；

图7是本发明的电化转换器基本电池单元的另一实施例的透视图；

图8是图6的电池单元的截面图；

图9是根据本发明采用了电化转换器的多轴气体涡轮机动力系统的 简图；

图10图示地说明了本发明的动力系统的组合动力系统的效率。

实施例的说明

图1示出了根据本发明的气体涡轮机动力系统。该图解的直线式气 体引导型气体涡轮机动力系统70包括一个电化转换器72和一个气体涡 轮机装置。该气体涡轮机包括压缩机76、涡轮机80和发电机84。从 空气源73通过适当的管道将空气引入压缩机76，在压缩机中压缩空 气，空气就被加热，然后排出，引入电化转换器72。把燃料74引导到 预热器68，在预热器68中预热到低于转换器工作温度的、升高了的选 定温度。被加热的空气和燃料作为输入反应物，为电化转换器72提供 动力。

转换器72加热压缩机76引导的压缩空气和燃料74以产生高温排 出气。把排出气导入气体涡轮机80，气体涡轮机将热能转化成旋转动 能，随后传递给发电机84。特别地，涡轮机把高温排出气转换成旋转 运动(通过涡轮机轴)，它做功，用于发电。发电机84产生电，既可 作为工业用，也可民用。将电化转换器用作气体涡轮机燃烧器的优点之 一是转换器起到了附加的发电机的作用。图示的电连接88A和88B表 明，既可从发电机84提取电能，也可从转换器72提取电能。气体涡轮 机组件和发电机是公知和可从市场上得到的技术。普通技术人员容易明 白气体蒸汽机组件的操作及电化转换器与气体涡轮机的整合，在现有说 明和图示的启发下更是如此。例如，普通熟练程序的技术人员将容易明 白，转换器72可整体或部分地替代本发明的气体涡轮机的燃烧器。

图2示出了电化转换器72′与气体涡轮机离线结合的动力系统90。 用压缩机76压缩来自空气源73′的空气，将空气排出并随后引导到离线 的转换器72′。将来自燃料源74′的燃料引入转换器，于是消耗空气和燃 料。转换器将燃料热离解成简单的反应成分，通常是H2和CO，并产 生高温排出气。将排出气导入气体涡轮机80′，气体涡轮机80′与发电机 84′配合。可以使用图示的发电机84′和转换器72′来驱动图示的推进电机 86。系统90还可以采用与图1中的预热器类似的预热器，使反应物进 入转换器前被预热。

图3说明了采用了按所示连接的电化转换器72′、热回收蒸汽发生 器108(HRSG)和蒸汽涡轮机112的动力系统95。通过把例如空气 和燃料等输入反应物预热到低于转换器72′的工作温度的升高的期望温 度，蒸汽发生器108起预热器的作用。转换器利用输入反应物，产生余 热和加热的排出气91。可以通过流体管道等合适的装置把排出气91传 送到蒸汽发生器108中。通过再生热交换过程，加热的排出气有助于预 热反应物73和74，同时还伴随着加热诸如水等与蒸汽涡轮机相连的工 作介质来为蒸汽涡轮机112产生蒸汽。在另一实施例中，蒸汽涡轮机108 内部包括通过热离解重整燃料的重整器，它通常涉及烃的重整和把介质 重整成不复杂的反应成分。

图4示出了采用电化转换器、气体涡轮机和蒸汽涡轮机的又一动力 系统100。该图示的动力系统100包括二次燃烧器104、蒸汽发生器108′ 和蒸汽涡轮机112′。通常由流体储存器(未图示)来提供来自燃料源74 的燃料和用于重整的水102，将它们导入电化转换器72″。水102和转 换器72″产生的余热有助于把例如石油燃料等输入燃料重整成有用的非 复杂反应成分，如氢分子和一氧化碳。优选通过压缩机或吹风机76″将 来自空气源73的空气导入转换器72″，并将其与输入燃料混合来驱动转 换器72″。转换器72″产生通常为1000℃左右的高温排出气，进而用二 次燃烧器104将其加热到升高的选定温度，如1300℃，以满足气体涡 轮机80″的预定的进气温度要求。气体涡轮机产生排出气输出81，它穿 过热回收蒸汽发生器108，和底部蒸汽涡轮机112一起作为下一应用。 蒸汽涡轮机输出与发电的发电机84″结合。电连接88A′和88B′表明，可 以从电化转换器72″和发电机84″中直接提取电。

图1-4所示的动力系统通过把高效紧凑的电化转换器与工厂底部 构件进行直接集成，提供了允许在高效系统中发电的优点。以图1～4 所示的方式对电化转换器和气体涡轮机集成，产生了总体功率效率约为 70％的气体涡轮机动力系统。该系统效率意味着与先有技术的气体涡轮 系统和先有技术的单个电化系统相比，在效率上得到了显著的提高。该 图示的气体涡轮机动力系统与电化转换器配合，产生高梯度的热能和 电，同时利用了电化转换器的优点。例如，转换器作为低Nox热源工作， 因此比常规气体涡轮机发电厂提高了环境性能。

在图10中示出了组合的电化转换器和气体涡轮机系统的高系统效 率。图的纵坐标表示以百分比表示的总体系统效率，横坐标表示混合系 统的功率比。功率比定义为电化转换器和气体涡轮机的尺寸(FC+ GT)与气体涡轮机尺寸(GT)的商。线200表示采用效率为50％的 燃料电池和效率为25％的气体涡轮机时、总系统效率可高于60％。类 似地，线210表示采用效率为55％的燃料电池和效率为35％的气体涡 轮机时、总系统效率可高于60％，并且，根据功率比，该总系统效率 可达70％。线200和210还说明可以选择电化转换器和气体涡轮机的 尺寸和效率以便使总的系统效率最大。另外，附图表明当气体涡轮机与 电化转换器组合时，系统效率有了相当大的提高；这一结果先前是不为 人知的。例如，如前所述，依赖于组成的气体涡轮机和电化转换器的尺 寸和效率，采用电化转换器的气体涡轮机动力系统的总体系统效率超过 60％、接近于70％。

图9是整合电化转换器与多轴气体涡轮系统的动力系统300的概略 表示。该图示的气体涡轮系统可以是常规的燃烧涡轮机系统。所示的混 合系统300包括一对压缩机C1和C2、一对涡轮机T1和T2、发电机 305、中间冷却器310和一个或多个电化转换器300。一对轴322、324 分别把涡轮机T1和T2与机械压缩机C1和C2相连。

如图所示，来自空气入口的空气在其入口处进入压缩机C1，从而 被压缩。被压缩的空气在其出口处离开压缩机，进入中间冷却器310， 这就使压缩空气在离开中间冷却器之前就减少了压缩空气的温度。中间 冷却器310在其入口处接收来自流体源(未图示)的、诸如水的冷却液 体，在其出口处排出水。

然后，冷却、压缩的空气进入到压缩机C2中，压缩机C2在将空 气导入第一电化转换器320前压缩空气。沿流体通路328、在转换器320 和压缩机C2间传送空气。在引入转换器时，空气与来自燃料源(未图 示)的燃料反应，被电化转换器320消耗来发电。

沿流体通路330将转换器排出气导入涡轮机T2，将涡轮机的排出 气导入二次转换器320。该二次转换器发电，并在将排出气导入涡轮机 T1前再次对其加热。优选将涡轮机T1的尾气沿流体通路332从系统300 带走，作为下次应用。优选通过功率轴装置322和发电机305把涡轮机 T1的旋转能分配在机械压缩机C1间。出于大量民用和商用目的，可使 用发电机305来发电。尽管图示的系统300采用了一组电化转换器320， 但普通技术人员将意识到可以只用一个转换器，用普通燃烧器来取代另 一个转换器。

就普通技术人员所知，存在并给出了上述设计的其他改变。例如， 可采用一系列蒸汽涡轮机装置，或使用任意数量的压缩机、燃烧器和涡 轮机。本发明还力图完成电化转换器与包括单轴气体涡轮机、双轴气体 涡轮机、再生式气体涡轮机、中冷气体涡轮机和再热式气体涡轮机的大 多数气体涡轮机类型的整合。在最广泛的意义上，本发明完成了电化转 换器与常规气体涡轮机的组合动力系统。根据本发明一个优选实施例， 转换器完全或部分地替换了该气体涡轮机动力系统的一个或多个燃烧 器。

将电化转换器72安放在高压管道120中有助于电化转换器与气体 涡轮机的直接整合。图5示出了转换器包装的一种优选类型，兼作再生 热密封的压力管120包围着一系列的层叠燃料电池装置122，下面将更 具体地对其进行说明。压力管120包括尾气排出多支管124、电连接器 126和反应物输入多支管128、130。在一个优选实施例中，通过位于 中间的多支管130将氧化剂反应物导入固有的燃料电池装置中，通过大 致位于管道120外周的燃料多支管128导入燃料反应物。

如上所述，电化转换器可以在升高的温度和周围压力或升高的压力 下工作。电化转换器优选能够包括又指式热交换器的燃料电池系统，类 似于美国专利4853100号中举出和说明的类型，这里通过引用将它包括 进来。

燃料电池通常通过利用选定燃料成分(如氢和一氧化碳)的化学能 离解燃料，并产生电能和氧化分子。由于提供氢分子和一氧化碳的费用 要比提供传统的矿物燃料的费用相对高些，所以，可以采用燃料处理或 重整步骤将诸如媒和天然气等太物燃料转换成富含氢和一氧化碳的反 应气体混合物。结果，通过使用蒸汽、氧气或二氧化碳(在吸热型反应 物中)，采用专用的或在燃料电池内部配置的燃料处理器将矿物燃料重 整成非复杂反应气体。

图6～8示出了电化转换器72的基本电池单元10，它尤其适用于 与普通气体涡轮机的整合。该电池单元10包括电解质片20和互连片 30。在一个实施例中，电解质片由陶瓷构成(如性能稳定的氧化铣 (ZrO2)或氧化钇(Y2O3))在其上配置多孔氧化剂电极材料20A 和多孔燃料电极材料20B。氧化剂电极材料的典型材料是钙钛矿材料， 例如LaMnO3(Sr)。燃料电极材料的典型材料是诸如ZrO2/Ni和 ZrO2/Nio的陶瓷合金。

互连片30优选由导电、导热性互连材料制造。这类材料的例子有 镍合金、铂合金、诸如碳化硅的非金属导体、La(Mn)CrO3优选美国Inco. 生产的、市场上有售的铬镍铁合金。互连片30用作相邻电解质片之间 的电连接器和燃料与氧化反应物的隔离片。如图8所示，互连片30具 有中孔32和一组居中的、同轴径向地向外放置的孔34。沿片30的外 侧柱面部分或周围配置了第三组外围孔36。

互连片30有一纹理表面38。如图8所示，该纹理表面优选在其上 形成一系列波纹40，它形成一组反应物流连接通路。优选地，在互连 片30的两边都形成波纹表面。尽管分别用选定数目的孔示出了中间孔 组34和外围孔组36，但普通技术人员会意识到可以根据系统和反应物 流的需要采用任意数目的孔或分布方式。

同样，电解质片20有一中央孔22、一组中间孔24和外围孔组26， 它们分别形成在与互连片30的孔32、34和36互补的位置上。

参考图7，可在电解质片20和互连片30间插入隔离片50。间隔 50与互连片30类似，优选具有波纹表面52，波纹表面52形成一组反 应物流连接通路。如图所示，隔离片50还有一些中孔54、56和58， 它们位于与互连片和电解质片的孔互补的位置上。另外，在该配置中， 互连片30没有反应物流通道。隔离片50优选由诸如镍的导电材料制 成。

图示的电解质片20、互连片30和隔离片50可以具有任意所要的 几何形状。另外，具有图示多支管的片可以以重复模式和非重复模式向 外延伸，因此用虚线表示。

参考图8，当电解质片20和互连片30沿其相应的孔层叠排列时， 孔形成轴向(就层叠而言)多支管，为电池单元提供输入反应物和排出 被消耗了的燃料。特别时，排列的中央孔22、32、22′形成输入氧化 剂的多支管17，排列的中间孔24、34、24′形成输入燃料的多支管 18，排列的外围孔26、36、36′形成输入消耗燃料多支管19。

在图8的截面图中，在互连片30的波形表面38的两边形成了起伏 很大的波纹结构。该波纹结构形成反应物流通路，将输入反应物向互连 片的边缘引导。互连片还有延伸的加热表面或唇状结构，在每一轴向多 支管中和互连片的边缘周围延伸。特别地，互连片30有一沿其外围边 缘形成的平坦环形延伸表面31A。在一个优选实施例中，所示的加热表 面31A延伸到电解质片20的外围边缘之外。互连片还有一个在轴向多 支管内部延伸的加热表面，例如边缘31B，它延伸到并容纳在轴向多支 管19内部；边缘31C延伸到并容纳在轴向多支管18内部；边缘31D 延伸到并容纳在轴向多支管17内部。延伸加热表面可以与互连片一体 地形成，也可以附着或连接在其上。加热表面不必用与互连片相同的材 料制造，可以包括能承受电化转换器的工作温度的任何合适的导热材 料。在一个替换的实施例中，延伸加热表面可以与隔离片一体地构成， 或者可与隔离片连接。

互连片边缘没有隆起或其他突起结构，这提供了与外部环境联系的 排气口。反应物流通道把输入反应物多支管连接输送到外边缘，因此使 得反应物排出到外部环境中，或者排出到配置在电化转换器周围的热容 器或压力管内(图5)。

再次，参考图8，可将所示密封材料60应用于多支管连接处的互 接片30部分，这样就有选择地允许一种特定的输入反应物穿过互连器 表面和电解质片20的配合表面。互连片底面30B接触电解质片20的燃 料电解涂层20B。在该配置中，最好是密封材料只允许燃料反应物进入 反应物流通道，接触燃料电极。

如图所示，密封材料60A配置在输入氧化物多支管17的周围，形 为氧化物多支管17形成了有效的反应物流屏障。密封材料有助于维持 燃料反应物与电解质片20的燃料电极侧面20B接触的整合和通过消耗 燃料多支管19排出的消耗燃料的整合。

互连片30的顶端30A有配置在燃烧输入多支管18和消耗燃料多支 19周围的密封材料60B。互连片30的顶端30A与相对电解质片20′的 氧化剂涂层20B′接触。结果，输入氧化剂多支管17处的接合处没有密 封材料，因而允许氧化剂反应物进入反应物流通道。完全包围燃料多支 管18的密封材料60B抑制燃料反应物过多泄漏到反应物流通道中，因 而抑制燃料和氧化剂反应物混合。类似地，完全包围消耗燃料多支管19 的密封材料60C抑制消耗氧化剂反应物流进入消耗燃料多支管19中。 因此，通过多支管19所抽的消耗燃料的纯度得以维持。

再次参考图8，可以通过轴向多支管17将氧化剂反应物引到电化 转换器中，轴向管分别由孔22、32、电解质片和互连片的22′构成。 通过反应物流通路将氧化剂配置在互连片30A的顶部和氧化剂电解质 片表面20A′上。于是，消耗氧化剂在轴向上迅速地朝着周缘31A向外 流动，最后沿转换器元件周围排出。密封材料60C抑制氧化剂流进入消 耗燃料多支管19中。通过轴向多支管的氧化剂流动路径用实黑箭头26A 画出，在穿过氧化剂电池单元时用实黑箭头26B画出。

通过燃料多支管18将燃料反应物引入电化转换器10中，燃料多支 管由片的排列的孔24、34、24′构成。将燃料导入反应物流通道中， 配置在互连片30B的底部和电解质片20的电极涂层20B上。伴生地， 密封材料60A阻止输入氧化剂反应物进入反应物流通路与纯燃料/消耗 燃料反应物混合物混合。在消耗燃料多支管19处没有任何密封材料， 这会使得消耗燃料进入管19。随后沿互连片30的环状边缘31A排出燃 料。用实黑箭头26C表示燃料反应物的流动通道。

互连器表面的波纹40有一顶点40A，它装配时与电解质片接触， 在其间建立电连接。

本发明的电连接器薄片可以使用的传导材料相当广。这种材料应满 足下述要求：(1)高强度和导电导热性；(2)在工作温度下的良好 的抗氧化性；(3)与输入反应物的化学相容性和稳定性；(4)形成 反应物流通路等纹理片结构时的制造经济性。

适合作为互连器结构的材料有镍合金、镍-铬合金、镍-铬-铁合 金、铁-铬-铝合金、铂合金、这些合金的陶瓷以及诸如锆或铝、碳化 碳和二硅化钼等耐火材料等。

互连上表面和下表面的纹理结构例如可以通过用一组或多组阳模 和阴模冲压金属合金片材而得到。最好根据互连片的所要形状对模进行 预加工，用热处理硬化以便承受反复压缩操作、批量生产及高工作温 度。互连器的模具形成工序最好分多步处理，因为例如波纹状互连片表 面的气体通道网络的几何尺寸很复杂。在互连片上形成的多支管道最好 在最后一步冲压。建议在连续的步骤间进行温度的自然冷却，以免使片 材材料受力过大。冲膜法能够生产不同和复杂形状的产品，同时维持均 匀的材料厚度。

另外，可以通过使用一组合适的掩膜在最初为平的金属片进行电镀 形成波纹状的连接器。可以通过烧结粘粉末或自粘接处理在预成形的基 片上进行蒸镀，这样来形成碳化硅互连片。    

氧化剂反应物和燃料反应物最好在进入电化转换器前预热到一个 合适的温度。可以通过适当的预热结构进行预热，例如用再生式换热器 和辐射式换热器把反应物加热到足以减少施加到转换器的热应力的量 的温度。

本发明的一个显著特征是，图1-4和图9-10所示的混合动力 系统的工作效率出乎意料地高于任何已知的效率。本发明的另一明显特 征是延伸加热表面31D和31C把氧化剂多支管17和燃料多支管18中所 含的反应物加热到转换器的工作温度。特别地，伸入到氧化剂多支管17 中的延伸表面31D加热氧化剂反应物，伸入到燃料多支管18中的延伸 表面31C加热燃料反应物。高导热互连片30通过把来自例如传导连接 片的中间区等燃料电池内表面的热量传导地传递给延伸表面或凸出部 分而有利于输入反应物的加热，因此，在输入反应物通过反应物流通路 传递前，将其加热到工作温度。因此，延伸表面起加热片的作用。这种 反应物加热结构提供了一种能够与发电动力系统整合的紧凑型加热结 构，还提供了成本较低的高效系统。电化转换器与根据这些原理构造 的、用于与气体涡轮机相连的燃料电池构件的结合提供了一种系统结构 相对简单的动力系统。

电化转换器的工作温度最好在大约20℃到1500℃之间，另外，本 发明采用的燃料电池的优选类型是固态氧化物燃料电池、融熔碳酸盐燃 料电池、碱燃料电池、磷酸燃料电池和质子膜燃料电池。

在一个可选实施例中，电解质片和互连片可具有大致为管状的形 状，在一边配置氧化剂电极材料，在另一边配置燃料电极材料。这样， 片能够以相似的方式进行层叠。

这样可知，本发明比先有技术有进步。因为不脱离本发明的范围、 在所述结构中可以做某些改变，所以意味着，上述说明中的全部内容或 附图所示都是叙述性的而不是限制性的。

另外可知，后文的权利要求包括了这里说明的发明的全部一般特征 和具体特征，可以说，本发明范围的所有叙述都作为语言归纳到权利要 求中。例如，本发明的采用沿经连片边缘延伸的电化转换器还可采用熔 融碳酸盐、磷酸、碱和质子交换膜电化转换器及其他类似转换器。

发明背景