Комбинированные схемы потоков в пакете топливных элементов или в пакете электролитических элементов

Комбинированные схемы потоков в пакете топливных элементов или в пакете электролитических элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается пакетов элементов, в частности пакетов твердооксидных топливных элементов (Solid Oxide fuel cells, SOFC), пакетов твердооксидных электролитических элементов (Solid Oxide Electrolysis cells, SOEC), где направление потока катодного газа по отношению к анодному газу внутри каждого элемента, так же как направления потоков газов между соседними элементами, комбинируется с другими слоями элементов пакета. Далее, катодный газ или анодный газ или оба могут пройти более чем через один элемент, до того как газ исчерпается, и множество потоков газа может разделяться или объединяться после прохождения первичного элемента и до прохождения вторичного элемента. Эти комбинации служат для увеличения плотности тока и минимизируют градиенты температур по элементам и по пакету в целом.

Далее изобретение поясняется в отношении SOFC. Соответственно, в SOFC катодный газ является окислительным газом, и анодный газ является топливным газом. Тем не менее, изобретение также может быть использовано для других типов элементов, таких как SOEC, как уже упоминалось, или даже для полимерных электролитных топливных элементов (Polymer Electrolyte fuel cells, РЕМ) или прямых метанольных топливных элементов (Direct Methanol Fuel Cells, DMFC).

SOFC содержит электролит, проводящий ионы кислорода, катод, где кислород восстанавливается, и анод, где водород окисляется. Суммарная реакция в пакете SOFC заключается в том, что водород и кислород реагируют электрохимически для вырабатывания электричества, тепла и воды. Рабочая температура для пакета SOFC находится в диапазоне от 650 до 1000°С, предпочтительно от 750 до 850°С. Пакет SOFC поставляет при нормальном режиме работы напряжение приблизительно в 0.8 В. Чтобы увеличить полное выходное напряжение, топливные элементы собираются в пакеты, в которых топливные элементы электрически соединены через интерконнекторные (межсоединительные) пластины.

Для того чтобы получить требуемый водород, анод обычно обладает каталитической активностью для парового риформинга углеводородов, особенно природного газа, в результате чего вырабатывается водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Паровой риформинг метана, основного компонента природного газа, может быть описан следующими уравнениями:

СН₄+H₂O⇆СО+3Н₂,

СН₄+СО2⇆2СО+2Н₂,

СО+Н₂О⇆CO₂+Н₂.

В ходе эксплуатации окислитель, такой как воздух, подводится к твердооксидному топливному элементу в области катода. Топливо, такое как водород, подводится в область анода топливного элемента. В качестве альтернативны углеводородное топливо, такое как метан, подводится в область анода, где превращается в водород и оксиды углерода с помощью описанных выше реакций. Водород проходит через пористый анод и реагирует на границе раздела анод/электролит с ионами кислорода, которые вырабатываются на стороне катода и проводятся через электролит. Ионы кислорода создаются со стороны катода в результате акцептирования электронов от внешнего контура элемента.

Интерконнекторы служат для разделения анодной и топливной сторон соседних единичных элементов и в то же время позволяют осуществлять передачу тока между анодом и катодом. Интерконнекторы обычно оснащены множеством каналов для прохождения топливного газа с одной стороны интерконнектора и окислительного газа с другой стороны. Направлением потока топливного газа называется основное направление от пространства подачи топлива к пространству выхода топлива единичного элемента. Аналогично, направлением потока окислительного газа, катодного газа, называется основное направление от катодного входного пространства к катодному выходному пространству единичного элемента. Таким образом, внутри элемент может иметь параллельный поток, если направление потока топливного газа является по существу таким же, как и направление потока катодного газа, или поперечный поток, если направление потока топливного газа является по существу перпендикулярным направлению потока катодного газа, или противоток, если направление потока топливного газа является по существу противоположным направлению потока катодного газа.

Обычно элементы располагаются один поверх другого с полным перекрыванием, в результате чего формируется пакет, например, с параллельным потоком, имеющий все топливные и окислительные входы с одной стороны пакета и все топливные и окислительные выходы с противоположной стороны. Благодаря экзотермичности электрохимического процесса, выходящие газы имеют более высокую температуру, чем температура входа. В сочетании с тем, что в пакете SOFC во время эксплуатации достигается температура, например, 750°С, по пакету образуется значительный температурный градиент. Хотя в некоторой степени он необходим для охлаждения пакета, поскольку воздушное охлаждение пропорционально температурному градиенту, большие температурные градиенты вызывают температурные напряжения в пакете, которые весьма нежелательны и влекут за собой различие плотностей тока и электрического сопротивления. Следовательно, существует проблема управления температурой в пакете SOFC: понизить градиенты температур достаточным образом для того, чтобы избежать неприемлемых напряжений, но иметь достаточно большие градиенты температур - отличие температуры выходящих газов от температуры входящих газов, - чтобы можно было охладить пакет с указанными газами.

Патент US 6830844 описывает систему термического управления в блоке топливных элементов, особенно для предотвращения температурных градиентов свыше 200°С по катодам, путем периодического изменения направления потока воздуха через катод на противоположный, меняя таким образом местами катодные стороны подачи и выпуска.

Патент US 6803136 описывает пакет топливных элементов с частичным перекрыванием элементов, составляющих пакет, что приводит к полной спиральной конфигурации элементов. Элементы располагаются под углом один к другому, что дает простоту соединения с коллектором и термического управления.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение пакета топливных элементов, особенно пакета твердооксидных топливных элементов, с улучшенным термическим управлением по пакету.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение пакета твердооксидных топливных элементов, имеющего пониженное электрическое сопротивление по сравнению с пакетами SOFC известного уровня техники.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение пакета SOFC, имеющего большее значение выходной мощности на более большую часть каждого элемента в пакете по сравнению с обычными SOFC.

Другой задачей изобретения является обеспечение пакета SOFC с более высоким значением максимального коэффициента использования топлива по сравнению с обычными пакетами SOFC, что достигается за счет перераспределения потока топлива после прохождения потока через первичный топливный элемент до прохождения потока через вторичный топливный элемент с или без разделения или объединения топливного газа.

Эти и другие задачи решаются данным изобретением.

Мы обнаружили, что спиральная структура пакета, раскрытая в US 6803136, не очень эффективна для понижения градиентов температур по пакету, видимо, потому, что каждый элемент в пакете только слегка повернут по отношению к соседним элементам.

Соответственно, мы обеспечиваем пакет твердооксидных топливных элементов, содержащий множество плоских элементов, расположенных в слоях друг над другом в параллельных друг другу плоскостях, в которых каждый единичный элемент содержит анод, электролит и катод, и где анод и катод соседних элементов разделены друг от друга интерконнектором, снабженным входными и выходными пространствами для прохождения топливного газа и окислительного газа к каждому элементу, где комбинация схем с параллельными потоками и противотоками топливного и окислительного газа обеспечивается внутри каждого элемента и между соседними элементами, и топливный и катодный газ могут течь либо только через первичный топливный элемент, до того как газы выйдут из пакета, либо они могут течь через первичный элемент и затем через вторичный элемент, до того как выйдут; при прохождении из одного или более первичных элементов топливный и катодный газ могут либо объединиться в один поток из множества потоков, либо разделиться из одного на множество текущих потоков, до того как продолжить движение к одному или более вторичным элементам в пакете.

В этом контексте под "комбинацией" подразумевают то, что каждый элемент в пакете внутри может иметь любую схему из параллельного потока, противотока или поперечного потока и что каждый элемент в пакете может быть расположен в меняющемся порядке по отношению к соседним элементам, так что соседние элементы испытывают параллельный поток, противоток или поперечный поток по отношению к соседним элементам. Следовательно, согласно настоящему изобретению, все элементы в пакете, например, могут иметь внутри параллельные потоки топливного и катодного газа, в то время как каждый соседний элемент в указанном пакете располагается в меняющемся порядке, так что элемент претерпевает поперечный поток по отношению к своим соседним элементам.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает широкий диапазон схем потоков в пакете SOFC. В результате в пакете достигается улучшенное термическое управление.

Комбинация схем потоков внутри каждого элемента и между соседними элементами, так же как комбинация единичных и множественных проходов газовых потоков между одним и более элементами плюс комбинация разделения и объединения газовых потоков, согласно настоящему изобретению, обеспечивают возможность получения улучшенных профиля температур и профиля токового выхода по индивидуальному элементу и пакету в целом. Таким образом, низкое поверхностное удельное сопротивление возникает из-за того, что ток выделяется с большой и относительно горячей поверхности и одновременно достигается эффективное охлаждение катодным газом за счет обеспечения высокой температуры катодного газа на выходе. Некоторые комбинированные схемы потоков дополнительно дают улучшенный максимальный коэффициент использования топлива за счет смешивания потока топливного газа внутри пакета (CMR) или, в качестве альтернативы, за счет распределения перепадов давления каждого индивидуального элемента на два или более элемента, которые последовательно соединены со стороны топливного газа.

Параллельный поток, поперечный поток или противоток внутри пакетов топливных элементов, как известно из уровня техники, каждый имеет различные характеристики и преимущества. Поперечный поток имеет меньшую плотность тока при данной максимальной температуре пакета, чем параллельный поток и противоток, в первую очередь благодаря тому, что параллельный поток и противоток лучше распределяют температуру и токовый выход по элементам. Если сравнивать противоток и параллельный поток, то у каждого есть свои преимущества. Пакет с противотоком в большей степени по сравнению с пакетом с параллельным потоком имеет токовый выход, причем пакет является относительно горячим, что означает относительно низкое внутреннее сопротивление (поверхностное удельное сопротивление, ASR), в то время как пакет с параллельным потоком имеет более высокую температуру выхода катодного газа по сравнению с температурой катодного газа на входе (ΔT) и, таким образом, имеет наиболее эффективное охлаждение, но в большей степени имеет токовый выход, причем пакет является относительно холодным, что означает большее значение ASR.

Как поясняется согласно настоящему изобретению, различные преимущества могут объединяться посредством комбинирования схем потоков в целом по всему пакету и внутри элементов в пакете. Кроме того, обсуждаемые разделение и объединение газовых потоков, так же как более чем один проход через элемент газовых потоков, обеспечивают дополнительную выгоду повышенного коэффициента использования топлива. Соответственно, можно назвать три главных преимущества настоящего изобретения:

Преимущество 1: Сниженное электрическое сопротивление внутри элементов за счет выхода тока с большей части элемента, особенно в более горячих зонах (более низкое электрическое сопротивление в керамическом проводнике и более низкое сопротивление поляризации на электродах).

Преимущество 2: Высокая температура катодного газа на выходе по сравнению с температурой катодного газа на входе, ΔT, что обеспечивает улучшенное охлаждение, когда пакет охлаждается катодным газом.

Преимущество 3: Более высокое максимальное значение коэффициента использования топлива за счет перераспределения топлива на более чем один проход потока через топливный элемент, возможно, включая объединение и разделение потоков между первичными и вторичными проходами потоков.

Эти преимущества имеют связанные друг с другом обычным путем схемы: противоток, параллельный поток и последовательно соединенные пакеты. Но настоящее изобретение обеспечивает решение, с помощью которого могут быть объединены все три преимущества и преимущество противотока может быть улучшено даже за пределы известного уровня техники.

В качестве пояснения отметим, что настоящее изобретение обеспечивает любую комбинацию разделения/объединения газовых потоков и количества проходов через элемент, так же как любую комбинацию схем направлений газовых потоков (параллельный поток, поперечный поток и противоток) внутри каждого элемента, так же как между соседними элементами в пакете. Далее с помощью примеров иллюстрируется ряд вариантов осуществления согласно изобретению, а также анализируются их преимущества.

1. Пакет элементов, который содержит множество топливных элементов или электролитических элементов, расположенных в слоях друг над другом, при этом каждый из указанных элементов содержит анод, электролит и катод, каждый слой элементов разделен множеством интерконнекторов, по одному между каждым элементом, интерконнекторы снабжены газовыми каналами с каждой стороны, обращенной к анодной или катодной стороне соседнего элемента, газовые каналы идут от входного пространства к выходному пространству указанных элементов, основное направление от анодного входного пространства к анодному выходному пространству с анодной стороны каждого элемента определяет направление потока анодного газа каждого элемента и основное направление от катодного входного пространства к катодному выходному пространству с катодной стороны каждого элемента определяет направление потока катодного газа каждого элемента, каждый элемент в пакете имеет один из:

- внутреннего параллельного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- внутреннего поперечного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- внутреннего противотока направления потока анодного газа по

отношению к направлению потока катодного газа, смежные стороны соседних элементов с каждой стороны интерконнектора ориентированы в любом из:

- потока, параллельного интерконнектору,

- потока, поперечного интерконнектору,

- противотока интерконнектору,

где объединенные в пакет элементы расположены таким образом, что каждый индивидуальный элемент и соседние элементы имеют комбинацию указанных внутреннего параллельного потока, внутреннего поперечного потока или внутреннего противотока направления анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа внутри каждого индивидуального элемента и имеют комбинацию указанных потока, параллельного интерконнектору, потока, поперечного интерконнектору, или противотока интерконнектору между двумя смежными сторонами соседних элементов.

2. Пакет элементов по п.1, в котором указанные элементы представляют собой твердооксидные топливные элементы.

3. Пакет элементов по п.1, в котором указанные элементы представляют собой твердооксидные электролитические элементы.

4. Пакет элементов по любому из предшествующих пунктов, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через элемент.

5. Пакет элементов по любому из пунктов 1-3, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный катодный выходящий газ выполняет второй проход через элемент.

6. Пакет элементов по любому из пунктов 1-3, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента и катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газа и первичный катодный выходящий газ выполняют второй проход через элемент.

7. Пакет элементов по любому из пунктов 4-6, в котором анодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к анодному входному газовому пространству всех вторичных элементов, или катодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к катодному входному газовому пространству всех вторичных элементов, или как анодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к анодному входному газовому пространству всех вторичных элементов, так и катодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к катодному входному газовому пространству всех вторичных элементов, посредством чего первичный анодный выходящий газ или первичный катодный выходящий газ или как первичный анодный выходящий газ, так и первичный катодный выходящий газ выполняют второй проход через элемент.

8. Пакет элементов по любому из пунктов 4-6, в котором анодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к анодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, или катодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к катодной входной газовой камере, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, или как анодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к анодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, так и катодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к катодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ или первичный катодный выходящий газ или как первичный анодный выходящий газ, так и первичный катодный выходящий газ каждого первичного элемента выполняют второй проход через элемент, по меньшей мере, в одном соседнем вторичном элементе.

9. Пакет элементов по п.7 или 8, в котором анодное и катодное газовое входное и выходное пространства указанного, по меньшей мере, одного первичного элемента ориентированы таким образом, что, по меньшей мере, один первичный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и поток катодного газа во втором по существу противоположном направлении по отношению к направлению потока анодного газа, так что указанный первичный элемент внутри имеет противоток, и указанные, по меньшей мере, два соседних вторичных элемента имеют поток анодного газа в указанном втором направлении и катодный газовый поток в указанном втором направлении, так что указанные, по меньшей мере, два соседних вторичных элемента внутри имеют параллельный поток ("I").

10. Пакет элементов по п.7 или 8, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента направляется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через указанный вторичный элемент и посредством чего, по меньшей мере, один первичный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и поток катодного газа во втором по существу противоположном направлении по отношению к направлению потока анодного газа, так что указанный первичный элемент внутри имеет противоток, и указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент имеет поток анодного газа в указанном втором направлении и поток катодного газа в указанном втором направлении, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент внутри имеет параллельный поток ("Н").

11. Пакет элементов по любому из пунктов 1-3, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где, по меньшей мере, один первичный элемент имеет поток анодного газа во втором направлении и катодного газа в первом направлении, по существу противоположном по отношению к направлению потока анодного газа, так что указанный первичный элемент внутри имеет противоток, и указанный, по меньшей мере, один соседний вторичный элемент имеет поток анодного газа в указанном первом направлении и поток катодного газа в указанном первом направлении, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент внутри имеет параллельный поток ("С").

12. Пакет элементов по любому из пунктов 1-3, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где, по меньшей мере, один первичный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и катодного газа в указанном первом направлении, так что указанный первичный элемент внутри имеет параллельный поток, и указанный, по меньшей мере, один соседний вторичный элемент имеет поток анодного газа во втором направлении, по существу противоположном указанному первому направлению, и поток катодного газа в указанном втором направлении, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент внутри имеет параллельный поток ("А").

13. Пакет элементов по любому из пунктов 1-3, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где, по меньшей мере, один первичный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и катодного газа в указанном первом направлении, так что указанный первичный элемент внутри имеет параллельный поток, и указанный, по меньшей мере, один соседний вторичный элемент имеет поток анодного газа в указанном первом направлении и поток катодного газа во втором направлении, по существу противоположном указанному первому направлению, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент внутри имеет противоток ("В").

14. Пакет элементов по п.7 или 8, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, двух первичных элементов объединяется в один поток первичного анодного выходящего газа и направляется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через указанный вторичный элемент, и, по меньшей мере, два первичных элемента имеют поток анодного газа в первом направлении и поток катодного газа во втором направлении, по существу противоположном указанному первому направлению, так что указанные первичные элементы внутри имеют противоток, и указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент имеет поток анодного газа в указанном втором направлении и поток катодного газа в указанном втором направлении, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный элемент внутри имеет параллельный поток ("J").

15. Пакет элементов по любому из пунктов 9-14, в котором наборы элементов согласно любому из пунктов 9-14 объединены в пакеты, содержащие множество наборов в комбинации.

16. Пакет топливных элементов, который содержит множество топливных элементов, расположенных в слоях друг над другом, при этом каждый из указанных топливных элементов содержит анод, электролит и катод, где каждый слой топливных элементов разделен множеством интерконнекторов, по одному между каждым топливным элементом, где интерконнекторы обеспечивают электрический контакт одного топливного элемента с соседним элементом(ами) и где указанные интерконнекторы снабжены газовыми каналами с каждой стороны, анодные газовые каналы с одной стороны каждого интерконнектора и катодные газовые каналы с другой стороны каждого интерконнектора, где газовые каналы идут от входного пространства к выходному пространству указанных интерконнекторов, при этом основное направление от анодного входного пространства к анодному выходному пространству с анодной стороны каждого интерконнектора определяет направление потока анодного газа каждого интерконнектора и основное направление от катодного входного пространства к катодному выходному пространству с катодной стороны каждого интерконнектора определяет направление потока катодного газа каждого интерконнектора, где каждый топливный элемент в пакете имеет один из:

- параллельного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- поперечного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- противотока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа,

где смежные стороны соседних топливных элементов ориентированы в любом из:

- параллельного потока,

- поперечного потока,

- противотока,

где объединенные в пакет топливные элементы расположены таким образом, что каждый индивидуальный элемент и соседние элементы имеют комбинацию указанных параллельного потока, поперечного потока или противотока направления анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа в каждом индивидуальном элементе и имеют комбинацию указанных параллельного потока, поперечного потока или противотока между двумя смежными сторонами соседних элементов.

17. Пакет топливных элементов по п.16, в котором указанные топливные элементы являются планарными топливными элементами и каждый последующий слой топливных элементов расположен таким образом, что анодная сторона одного топливного элемента обращена к катодной стороне соседнего топливного элемента и катодная сторона одного топливного элемента обращена к анодной стороне соседнего элемента, при этом смежные анодные и катодные стороны соседних топливных элементов ориентированы в любом из:

- параллельного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- поперечного потока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа, или

- противотока направления потока анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа,

где объединенные в пакет топливные элементы расположены таким образом, что каждый индивидуальный элемент и соседние элементы имеют комбинацию указанных параллельного потока, поперечного потока или противотока направления анодного газа по отношению к направлению потока катодного газа в каждом индивидуальном элементе и между двумя смежными сторонами соседних элементов.

18. Пакет топливных элементов по п.16 или 17, в котором указанные топливные элементы представляют собой твердооксидные топливные элементы.

19. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газа выполняет второй проход через топливный элемент.

20. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный катодный выходящий газ выполняет второй проход через топливный элемент.

21. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и один набор вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента и катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ и первичный катодный выходящий газ выполняют второй проход через топливный элемент.

22. Пакет топливных элементов по любому из пунктов 19-21, в котором анодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к анодному входному газовому пространству всех вторичных элементов, или катодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к катодному входящему газовому пространству всех вторичных элементов, или как анодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к анодным входным газовым пространствам всех вторичных элементов, так и катодный выходящий газ всех первичных элементов собирается, смешивается и перераспределяется к катодным входным газовым камерам всех вторичных элементов, посредством чего первичный анодный выходящий газ или первичный катодный выходящий газ или как первичный анодный выходящий газ, так и первичный катодный выходящий газ выполняют второй проход через топливный элемент.

23. Пакет топливных элементов по любому из пунктов 19-21, в котором анодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к анодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, или катодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к катодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, или как анодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к анодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, так и катодный выходящий газ каждого первичного элемента перераспределяется к катодному входному газовому пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ или первичный катодный выходящий газ или как первичный анодный выходящий газ, так и первичный катодный выходящий газ каждого первичного топливного элемента выполняют второй проход через топливный элемент в, по меньшей мере, одном соседнем вторичном топливном элементе.

24. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, который содержит, по меньшей мере, один набор первичного элемента и соседних вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через топливный элемент.

25. Пакет топливных элементов по п.24, в котором анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента разделяется и перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, двух соседних вторичных элементов.

26. Пакет топливных элементов по п.24, в котором анодный выходящий газ, по меньшей мере, двух первичных элементов объединяется и перераспределяется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента.

27. Пакет топливных элементов по любому из предшествующих пунктов, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных и соседних вторичных элементов, где катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, посредством чего первичный катодный выходящий газ выполняет второй проход через топливный элемент.

28. Пакет топливных элементов по п.27, в котором катодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента разделяется и перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, двух соседних вторичных элементов.

29. Пакет топливных элементов по п.27, в котором катодный выходящий газ, по меньшей мере, двух первичных элементов объединяется и перераспределяется к катодному входному пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента.

30. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, который содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента разделяется на два первичных потока анодного выходящего газа и направляется к анодному входному пространству, по меньшей мере, двух соседних вторичных элементов, расположенных с каждой стороны указанного, по меньшей мере, одного первичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через указанные вторичные топливные элементы.

31. Пакет топливных элементов по п.30, в котором входные и выходные пространства анодного и катодного газа указанного, по меньшей мере, одного первичного топливного элемента ориентированы таким образом, что, по меньшей мере, один первичный топливный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и поток катодного газа во втором направлении, по существу противоположном направлению потока анодного газа, так что указанный первичный топливный элемент внутри имеет противоток, и указанные, по меньшей мере, два соседних вторичных топливных элемента имеют поток анодного газа в указанном втором направлении и поток катодного газа в указанном втором направлении, так что указанные, по меньшей мере, два соседних вторичных топливных элемента внутри имеют параллельный поток ("I").

32. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где анодный выходящий газ, по меньшей мере, одного первичного элемента направляется к анодному входному пространству, по меньшей мере, одного соседнего вторичного элемента, посредством чего первичный анодный выходящий газ выполняет второй проход через указанный вторичный топливный элемент и посредством чего, по меньшей мере, один первичный топливный элемент имеет поток анодного газа в первом направлении и поток катодного газа во втором направлении, по существу противоположном направлению потока анодного газа, так что указанный первичный топливный элемент внутри имеет противоток, и указанный, по меньшей мере, один соседний вторичный топливный элемент имеет поток анодного газа в указанном втором направлении и поток катодного газа в указанном втором направлении, так что указанный, по меньшей мере, один вторичный топливный элемент внутри имеет параллельный поток ("Н").

33. Пакет топливных элементов по п.16, или 17, или 18, при этом указанный пакет содержит, по меньшей мере, один набор первичных элементов и соседних вторичных элементов, где, по меньшей мере, о