KR100584047B1 - 연료 전지, 개질기, 또는 열 플랜트로 작동 가능한 다기능에너지 시스템 - Google Patents

연료 전지, 개질기, 또는 열 플랜트로 작동 가능한 다기능에너지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원한다면 가스 터빈 어셈블리와 같은 바닥 장치 전달용 변환기에 의해 발생된 배기를 수집하기 위한 수집 용기 내에 배치된 변환기를 포함하는 에너지 시스템에 관한 것이다. 바닥 장치는 향상된 효율의 에너지 시스템을 산출하는 변환기에 의해 발생된 폐열(waste heat)로부터 에너지를 추출한다. 변환기는 증기 개질기(steam reformer)와 같은 개질기로서, 천연 가스, 등유, 메탄올, 프로판, 가솔린, 또는 디젤 연료 및 다른 화학 물질들과 같은 탄화수소 연료의 부분 산화 또는 자열 개질기(autothermal reformer)로서 작동할 수 있다. 화학 변환기는 또한 전기 화학 장치로서 작동하는 것이 좋다. 변환기가 연료 전지로서 작동하는 경우, 전기 에너지는 수소 또는 탄화수소 연료를 공급받는 때에 발생된다. 전해 전지로서 작동하는 경우, 전기 에너지는 저장 매체 또는 화학 공급 원료(chemical feed stock)의 생산을 위해 소비된다. 에너지 시스템은 또한 상업적, 산업적 또는 전력 발생 용도로 가압, 과열의 증기 또는 뜨거운 열 유체나 가스 매체를 생산하기 위한 열 플랜트(thermal plant)를 포함하거나 또는 열 플랜트로서 사용될 수 있다.
연료 전지, 에너지 시스템, 개질기

Description

연료 전지, 개질기, 또는 열 플랜트로 작동 가능한 다기능 에너지 시스템{MULTI-FUNCTION ENERGY SYSTEM OPERABLE AS A FUEL CELL, REFORMER, OR THERMAL PLANT}
[관련 출원]
본 출원은 2000년 10월 30일에 출원되고 화학 에너지 전력 시스템(CHEMICAL ENERGY POWER SYSTEM)을 발명의 명칭으로 하는 미국 임시 출원(U.S. Provisional Patent Application) 제60/244,257호의 일부 계속 출원(continuation-in-part patent application)으로, 상기 미국 임시 출원의 내용은 본 출원에 참조를 위해 포함된다.
본 발명은 에너지 시스템의 구축에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학 변환기들(chemical converters)을 사용하는 고성능의 에너지 또는 전력 시스템들에 관한 것이다. 화학 변환기들은 연료 전지들(fuel cells) 또는 전해조들(electrolyzers)과 같은 전기화학 장치들이거나, 개질기들(reformers)과 같은 화학 장치들일 수 있다.
연료 전지들과 같은 전기화학 장치들은 연료 원료(fuel stock)로부터 얻은 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환한다. 전기화학 장치의 주요 구성 요소들 은 표면에 배치된 전극들을 구비한 일련의 전해질 유닛들(electrolyte units)과, 전해질 유닛들 사이에 배치되어 직렬 전기 접속들을 제공하는 일련의 상호 연결기(interconnector)들이다. 전해질 유닛들은 연료와 반대면들에 부착된 산화제 전극들(oxidizer electrodes)을 구비한다. 각각의 전해질 유닛은 낮은 이온 저항을 갖는 이온 도체(ionic conductor)이고, 그로 인하여 변환기의 작동 조건 하에서 한 전극-전해질 계면(electrode-electrolyte interface)으로부터 반대 전극/전해질 계면으로 이온 종(ionic species)을 이동시킬 수 있다. 다양한 전해질들이 이러한 변환기들에 사용될 수 있다. 예를 들면, 마그네시아(magnesia), 칼시아(calcia) 또는 이트리아(yttria)와 같은 화합물들에 의해 안정화된 지르코니아(zirconia)는 상승된 온도(전형적으로 약 1000℃)에서 작동될 때 이러한 요구를 충족시킨다. 전해질 재료는 산소 이온을 사용하여 전류를 이동시킨다. 전해질은 변환기를 단락시킬 수 있는 전자들에 대하여 도전성이어서는 안 된다. 반면, 상호 연결기는 양도체이어야 한다. 반응가스, 전극 및 전해질의 상호 작용이 전극-전해질 계면에서 일어나는데, 전극들은 충분히 다공질이어서 반응가스 종(reacting gas species)을 수용하고 생산 종(product species)이 유출될 수 있어야 한다. 전류는 전극들과 전해질을 통해 전기화학 반응에 의해 발생되는데, 전기화학 반응은 연료(예컨대, 수소)가 연료 전극(fuel electrode)으로 유입되고 산화제(oxidizer)(예컨대, 공기)가 산화제 전극(oxidizer electrode)으로 유입될 때 시작된다. 전기화학 장치들은 또한 튜브 또는 평면의 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 전기화학 장치들은 전해조 모드(electrolyzer mode)에서 동작될 수 있 다. 전해조 모드에서 전기화학 장치들은 전기를 소비하고 반응물(reactant)을 투입하고 연료를 생산한다.
전기화학 장치가 연료 전지 모드(fuel cell mode)에서 연료-전기 변환을 수행할 때, 폐에너지(waste energy)가 발생되는데 전기화학 장치의 적정한 온도를 유지하고 전력 시스템(power system)의 전체 효율을 높이기 위하여 적절히 처리되어야 한다. 반대로, 장치가 전해조 모드에서 전기-연료 변환을 수행할 때, 전해질에 열을 가해 반응을 유지해야 한다.
게다가, 장치는 연료를 개질(reforming)하기 위해 사용될 때, 열 에너지의 상호전환을 필요로 한다. 따라서, 적절한 작동과 효율을 위한 전기화학 장치의 열 관리(thermal management)는 중요하다.
석탄 또는 기름으로 시동하는 전기 발생 플랜트들(electrical generation plants)과 같은 연소를 기반으로 한 전통적인 에너지 시스템들과 관련된 환경 및 공해에 관한 걱정들은 대체 에너지 시스템에 대한 관심을 높이고 있다. 전기화학 장치들이 널리 사용되고 있지 않지만, 종래의 에너지 시스템들에 비해 현저한 장점이 있다. 예를 들면, 전통적인 에너지 시스템들과 비교하여, 연료 전지와 같은 전기화학 장치들은 비교적 효율적이고 오염 물질을 생성하지 않는다. 따라서, 전기화학 에너지 시스템들의 개발을 추가적으로 하면 전통적 에너지 시스템들에 대한 장점을 최대화하고 널리 사용되도록 하는 이익을 얻을 수 있다.
가스 터빈 전력 시스템들(gas turbine power systems)과 같은 종래의 에너지 장치들이 존재하고 알려져 있다. 선행 가스 터빈 전력 시스템들은 전형적으로 일 렬로 연결된(예컨대, 동일 축을 따라 연결된) 압축기(compressor); 연소기(combustor); 및 기계 터빈(mechanical turbine)을 포함한다. 종래 가스 터빈에서, 공기는 압축기로 들어가 바람직한 상승 압력에서 유출된다. 이러한 고압 공기의 유동은 연소기로 들어가 연료와 반응하고, 선택된 상승 온도로 가열된다. 그 후, 이렇게 가열된 가스의 유동은 가스 터빈으로 들어가 단열 팽창하여 일(work)을 한다. 이러한 일반적인 종류의 가스 터빈의 한가지 결점은, 전형적으로, 터빈이 메가와트(megawatt) 용량의 시스템들을 사용하여 상대적으로 낮은 시스템 효율, 예컨대 약 25%로 동작한다는 것이다.
따라서, 당업계에서는 고성능의 에너지 시스템을 필요로 하고 있다. 특히, 전기화학 장치와 시스템 안정성을 향상시키면서 전기화학 장치를 사용한 개선된 전력 시스템과 동작 효율을 높이기 위한 구조를 사용한 종래의 에너지 장치는 산업계에 있어 중요한 발전을 의미할 것이다.
본 발명은 개질기, 연료 전지 및 열 제어 스택(thermal control stack)을 수집 용기(collection vessel) 내에 장착하고, 시스템의 동작 안정성을 감시하기 위한 방법들 및 장치들을 제공함으로써 전술한 목적과 다른 목적들을 달성한다. 본 발명에 의하면, 화학 변환기와 열 제어 스택은 가스 터빈 어셈블리(gas turbine assembly) 등의 열 병합 발전(cogeneration) 또는 바닥 장치(bottoming device)와 결합하여 에너지 시스템을 형성한다.
본 발명의 에너지 시스템은 수집 용기, 수집 용기 내에 배치된 1 이상의 화 학 변환기, 화학 변환기와 열 교환하고 수집 용기 내에 배치된 열 제어 스택, 반응물을 화학 변환기 또는 열 제어 스택으로 전달하는 전달 수단, 및 수집 용기와 연결된, 시스템의 파라미터(parameter)를 감시하여 적절한 동작을 보장하기 위한 1 이상의 센서들을 포함한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 시스템은 시스템에 의해 발생된 배기 가스(exhaust)의 1 이상의 성분들을 감지하기 위한 가스 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가스 센서는 배기 가스 내의 산소량을 감지하기 위한 산소 센서일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 센서는 열 제어 스택과 같은 시스템 구성 요소의 열 조건을 감지하기 위한 UV나 IR 센서일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 시스템은 개질기로의 유입 전에, 증기(steam) 등의 개질제(reforming agent)를 입력 연료와 혼합하기 위한 혼합기(mixer)를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 화학 변환기는 연료 전지, 개질기 또는 둘 다일 수 있다. 본 발명의 다른 형태들에 의하면, 수집 용기에 의해 수집된 배기 가스는 가스 터빈 어셈블리와 같은 바닥 장치에 결합될 수 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 다음 설명을 통하여 명백해질 것이고 첨부된 도면들로부터 명백해질 것이다. 도면에서 같은 참조 번호는 다른 도면에서 같은 부분들을 나타낸다. 도면들은 본 발명의 원리를 도시 하고, 일정한 비율은 아니지만 상대적인 크기를 나타낸다.
도 1은 개질기, 연료 전지 및 열 제어 스택을 수집 용기 내에 장착하고 사용 중에 시스템의 동작 안정성을 보장하기 위한 복수의 센서를 사용한 다기능 에너지 시스템의 일 실시예의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 화학 변환기 시스템에 사용되는 개질기의 일 실시예의 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 개질기의 촉매와 개질판들(reforming plates)의 다양한 실시예들의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 내부 개질(internal reforming)을 갖는 조립된 연료 전지의 설명도.
도 5는 내부 개질을 가능하게 하는 연료 전지 변환기의 전해질 구성 요소와 상호 연결 구성 요소를 더욱 상세하게 나타낸 설명도.
도 6은 다양한 처리 밴드들(process bands)이 전해질과 상호 연결 변환기를 가로지르도록 배치된 전해질과 상호 연결 변환기의 단면 조립도.
도 7은 흡열성 개질 밴드, 발열성 연소 밴드 및 발열성 연료 전지 밴드 사이에서 열 전달 기능을 제공하여 결국 등온면의 온도가 되는 도 2의 개질기의 상호 연결기 판들(interconnector plates)을 도식적으로 나타낸 설명도.
도 8은 도 1의 열 제어 스택의 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 9는 복수의 판을 사용한 열 제어 스택의 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 10은 도 1의 열 제어 스택의 또 다른 실시예를 도시한 단부 단면도.
도 11은 도 10의 열 제어 스택의 단면도.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 에너지 시스템의 구성 요소들의 다양한 배열을 도시한 개략도.
도 13은 본 발명에 따른 도 1의 에너지 시스템의 수집 용기의 부분 절개 평면도.
도 14는 본 발명의 에너지 시스템의 또 다른 실시예의 개략도.
도 15는 본 발명에 따른, 도 1의 개질기로의 유입 전에, 개질제와 연료를 혼합하기에 적당한 혼합기의 개략도.
도 16은 수집 용기 내에 연료 처리기, 개질기 및 열 제어 스택을 장착하고, 사용 중에 시스템의 동작 안정성을 보장하기 위한 복수의 센서를 사용하는 에너지 시스템의 한 실시예의 개략적인 블록도.
도 17은 생산 열 매체(output thermal medium)의 전력 발생, 열의 인가 또는 직접 소비(direct consumption)를 위해 선택적으로 종래의 장치들에 연결될 수 있는 열 플랜트(thermal plant)의 부분 개략도.
도 1은 수집 용기(120) 내에 장착된 화학 변환기 시스템(72)과 가스 터빈 어셈블리(74)와 같은 선택적인 바닥 장치를 통합한 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 통상의 지식을 가진 자들은 바닥 장치가 본 발명의 선택적인 구성 요소이고 반드시 사용될 필요는 없다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
가스 터빈 어셈블리는 화학 변환기 시스템(72)에 의해 발생된 배기 가스로부 터의 폐열(waste heat)에서 기계 에너지(mechanical energy)를 추출한다. 가스 터빈 어셈블리(74)는 압축기(76), 터빈 팽창기(turbine expander, 78), 및 발전기(generator, 84)를 포함하고 모두 샤프트(shaft, 82)에 연결된다. 샤프트(82)는 압축기(76)를 터빈 팽창기(78)에 직렬, 공기 유도체 구성(aero-derivative configuration)으로 연결한다. 발전기(84)는 적당한 결합 장치에 의해 터빈 팽창기(78)에 연결된다. 가스 터빈 어셈블리(74)는 전형적으로 천연 가스(natural gas), 메탄올(methanol), 케로신(kerosene), 프로판(propane), 가솔린(gasoline) 및 디젤 연료(diesel fuel)와 같은 탄화수소 연료(hydrocarbon fuel) 상에서 동작하고, 비용이 많이 들지 않고 깨끗하게 전기를 발생시킨다. 가스 터빈 어셈블리(74)는 샤프트(82)에 순차적인 순서로 장착된 압축기(76), 터빈 팽창기(78), 및 발전기(84)를 도시하지만, 다른 순서도 사용될 수 있다. 예를 들면, 발전기(84)는 압축기(76)와 터빈 팽창기(78) 사이에 배치될 수 있다. 게다가, 가스 터빈 어셈블리(74)는 다수의 샤프트를 포함하도록 배열되어 전기를 발생하기 위한 다수 샤프트 어셈블리(multi-shaft assembly)를 형성할 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 가스 터빈과 가스 터빈 어셈블리란 용어는 적어도 50,000 RPM으로 동작하는 마이크로터빈들(microturbines)을 포함하여, 일반적으로 약 70,000과 약 90,000 RPM인 모든 전력들(powers), 모양들(shapes), 속력들(speeds)의 가스 터빈을 포함하는 것으로 사용된다. 적절한 가스 터빈은 미국 캘리포니아 주, 타자나(Tarzana)의 캡스톤 터빈 기업(Capstone Turbine Corporation) 또는 미국 캘리포니아 주, 토란스(Torrance)의 얼라이드 시그널(Allied Signal)로부터 구할 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 바닥 장치란 용어는 화학 변환기 시스템(72) 또는 수집 용기(120)에 연결될 수 있는 적당한 구조를 포함하고, 이로부터 배기 가스 또는 열 에너지를 수용하는 데에 적용된다. 적당한 바닥 장치의 예는 가스 터빈 어셈블리, 증기 터빈, 다른 전력 시스템들 등, 또는 그 조합, 또는 조절된 열 매체(thermal medium)의 직접 소비에 적당한 어댑터들(adapters)을 포함한다. 여기 도시된 바와 같이, 시스템들의 다른 형태도 사용될 수 있지만, 바닥 장치로 가스 터빈이 사용된다.
산소 또는 공기(85)와 같은 산화제 반응물(oxidizer reactant)은 적당한 유체 도관(fluid conduit)을 통하여 압축기(76)로 유입되어 압축되고 가열된 후 방출된다. 가열되고, 압축되고 가압된 공기(86)는 그 후 복열기(recuperator)와 같은 열 교환기(188)로 유입되어 터빈 팽창기(78)에서 나오는 터빈 배기 가스(184)에 의해 더욱 가열된다. 또는, 가열되고 가압된 공기(86)의 일부분 또는 전부는 연료(90)와 혼합될 수 있고 그 후 개질을 위해 화학 변환기 시스템(72)으로 이동한다. 통상의 지식을 가진 자들은 적당한 수의 유체 조절 장치들(fluid regulating devices)이 도시된 시스템(70)에 사용되어 1 이상의 시스템 유체(system fluids)를 조정함으로써, 유체의 전달을 조절하거나 화학 변환기 시스템(72), 가스 터빈 어셈블리(74) 등의 1 이상의 시스템 구성 요소의 작동 파라미터를 조절한다는 것을 알 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이, 열 교환기(heat exchanger) 또는 열 교환 소자(heat exchanging element)라는 용어들은 두 개 이상의 유체들 사이의 열을 교환하기 위해 설계되고 적용된 어떠한 구조도 포함하는 것이다. 본 발명의 사용에 적용되는 열 교환기의 적당한 종류들의 예들은 가스 터빈 어셈블리(74)의 내부에 장착되거나 외부에 장착된 복열기들, 방사 열 교환기들(radiative heat exchangers), 역류 열 교환기들(counterflow heat exchangers), 재발생형 열 교환기들(regenerative type heat exchangers) 등이다.
도시된 에너지 시스템(70)에서, 물 같은 개질제와 연료(90)는 화학 변환기 시스템(72)으로 유입된다. 특히, 개질제(88)는 초기에 양이온들(cations), 음이온들(anions) 같은 원하지 않는 이온들을 제거하고, 시스템의 나머지로 유입되기 전의 물을 필터링(filtering)하기 위한 선택적인 전처리 단계(pre-processing treatment stage, 92)를 통과한다. 처리된 개질제는 그 후 처리된 물을 증기로 변환하기 위한 열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator, HRSG, 94)와 같은 열 에너지원으로 전달된다. HRSG(94)는 물을 가열하여 증기를 발생시키기 위하여 복열기(188)를 빠져 나가는 터빈 배기 가스를 사용한다. 개질제는 그 후 화학 변환기 시스템(72)의 개질기(110)로 유입된다. HRSG는 도시된 바와 같이, 외부에 장착될 수 있고, 또는 수집 용기(120) 내부에 장착될 수도 있다. 이러한 구성에서, 물을 증기로 변환하거나, 개질제로서 사용된 경우 공기를 적정한 온도로 가열하는데 필요한 열 에너지는 화학 변환기 시스템(72)의 1 이상의 구성 요소들에 의해 제공될 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 개질제란 용어는 직접적으로 또는 간접적으로 처음의 화학 종(chemical species)을 다른 화학 종들로 변환시키거나 변화시키기에 충분한 어떠한 작용제(agent)도 포함한다. 본 발명의 사용에 적합한 개질제들의 예들은 물, 공기, 이산화탄소 또는 그 혼합물을 포함하는데, 화학 처리장치의 연료를 수소와 CO와 같은 반응 종으로 변환시키는데 사용된다.
마찬가지로, 연료 반응물(fuel reactant, 90)은 황 화합물들 같은 원하지 않는 요소들 또는 불순물들을 연료(90)로부터 제거하기 위해, 탈황 유닛(de-sulfurization unit)을 포함할 수 있는 선택적인 전처리 단계(pre-processing treatment stage, 96)를 통하여 증기 개질기(steam reformer) 및/또는 시프트 반응기(shift reactor)를 지난다. 원하지 않는 황이 충분한 양으로 존재하면 화학 변환기 시스템(72)의 연료 전지를 "못 쓰게 만들기(poisoning)" 때문에 탈황(sulfur removal)은 중요하다. 특히, 탄화수소 연료와 같은 연료에 존재하는 황은 연료 전지에 존재하는 연료 전극의 니켈 촉매(nickel catalyst)를, 촉매 기능을 파괴함으로써 못 쓰게 만든다. 이러한 황-민감성(sulfur-sensitivity)은 저온 및 고온 연료 전지들 모두에 존재한다. 통상의 지식을 가진 자들은 연료 전처리가 시스템(70)의 다른 위치들에서 실행될 수 있거나, 화학 변환기 시스템(72)의 연료 전지에 의해 이를 통과할 때 실행될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 처리된 연료(99a)는 압축기(98)로 유입되어 압축된다. 처리된 연료(99a)는 그 후 산화 개질 영역들(oxidation reforming regimes) 내의 화학 변환기 시스템(72)으로 유입되기 전에 공기 반응물과 선택적으로 혼합될 수 있다. 이 실시예에서, 공기는 개질제로서 기능하고, 따라서, 물(88)은 사용될 필요가 없다. 게다가, 처리된 연 료(99a)는 자열 처리공정(autothermal reforming process)에서 공기 및 물 모두와 선택적으로 혼합될 수 있다. 연료와 물 또는/및 공기는 화학 변환기 시스템(72)의 개질기(110)로 유입되어 연료를 수소가 풍부한(hydrogen-rich) 연료로 개질할 수 있다.
에너지 시스템(70)은 수집 용기(120) 내에 배치되고 개질기(110)로 유입되기 전에 처리된 연료(99a)와 물(88)을 증기 개질 영역에서(또는 공기(85))를 산화 개질 영역에서 또는 물과 공기 모두를 자열 개질 영역에서) 혼합하는 선택적인 혼합기(176)를 포함한다. 한 실시예에 의하면, 탄화수소 연료의 개질은 반응 물, 산소, 이산화탄소 또는 이것들과 아래에 설명되고 개질기(110) 내에 위치하는 다른 적절한 화학 종의 혼합물에 의해 수소와 일산화탄소를 생산하도록 수행된다. 증기 개질 처리에서, 연료는 개질제(증기)와 함께 혼합함으로써 가열된다. 따라서, 증기는 연료와의 혼합 전에 더 차가운 연료와 혼합될 때 증기를 뜻하지 않게 응축하는 것을 피하기 위해 과열된다(superheated). 그러나, 혼합기(176)는 뜻하지 않게 연료를 열분해(pyrolizing)하는 것을 피하는데, 이것은 천연 가스(natural gas)를 사용할 때 약 700℃의 온도에서 발생할 수 있는 종류 등의 원하지 않는 탄소 침전물들을 발생시킬 수 있다. 도시된 혼합기(176)는 증발 전에 공급 또는 혼합 영역에서 증기(물)의 액체 상태를 사용함으로써 이것을 달성한다.
도 1을 참조하면, 도시된 시스템(70)은 화학 변환기 시스템(72)을 수용하기 위한 수집 용기(120)를 포함할 수 있다. 화학 변환기 시스템(72)은 개질기(110), 연료 전지(112), 및/또는 열 제어 스택(116)과 같은 1 이상의 화학 변환기들을 포 함한다. 도시된 개질기(110)는 수집 용기(120) 내에 위치하여 처리된 개질제(88)와 처리된 연료(90)를 수취한다. 도시된 개질기(110)는 개질제의 존재 하에 연료를 개질하여 상대적으로 순수한 연료 원료(fuel stock)를 생산한다. 게다가, 연료 전지들은 수소 또는 일산화탄소 분자들과 같은 선택된 연료 종의 화학 포텐셜(chemical potential)을 이용하여 산화 분자들에 부가하여 전력을 생산한다. 분자의 수소나 일산화탄소를 공급하는데 드는 비용이 전통적인 화석 연료들을 공급하는데 드는 비용보다 상대적으로 높기 때문에, 개질기는 석탄, 천연 가스, 메탄올, 케로신, 프로판, 가솔린, 및 디젤 연료와 같은 화석 연료들을 수소와 일산화탄소가 많은 반응물 가스로 변환시키도록 사용된다. 결과적으로, 전용이거나 연료 전지 내에 배치된 연료 처리기(fuel processor)는, 증기, 산소 또는 이산화탄소를 (흡열반응에서) 사용하여 석탄 연료들을 비합성 반응물 가스들(non-complex reactant gases)로 개질하도록 선택적으로 사용된다.
도 2는 개질기(110)의 일 실시예의 단면도이다. 개질기(110)는 교대로 같이 적층되어 축(28)을 따라 뻗은 적층 개질 구조물(stacked reforming structure, 13)을 형성하는 다수의 열 전도판들(thermally conductive plates, 12)과 개질판들(reforming plates, 14)을 포함한다. 개질기는 판들(12, 14)의 안쪽 부분들과 유체 교환되는 유체 도관(16)을 포함한다. 개질기(110)는 수집 용기(120)일 수도 있고 수집 용기(120)와는 별개일 수도 있는 기밀 구조(gas-tight enclosure), 하우징(housing) 또는 수집 용기(120) 내에 바람직하게 수용된다. 도시된 개질기는 증기, 산화 또는 자열 개질을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 개질 처리에 필 요한 열은 탄화수소 연료의 부분적인 산화에 의해 내부적으로 또는 원격 열원(remote heat source)에 의해 물결선들(26)로 도시된 바와 같이 외부에서, 복사(radiation), 전도(conduction) 또는 대류(convention)로 개질기(110)에 공급될 수 있다.
개질기(110)에 의해 개질되는 반응물은 축 유체 다기관(axial fluid manifold, 16)을 통해 개질기로 유입된다. 반응물은 바람직하게 공기, 산소, 물, CO2 또는 그 혼합물과 같은 탄화수소 연료와 개질제의 혼합물을 포함하는데, 이들은 다기관(16)으로 유입되기 전이나 개질기 내부에서 미리 혼합된다. 개질기(110)는 각각의 가스 성분용 개별적 입력 다기관을 공급하는 대신, 연료/개질제 혼합물을 개질기로 전달하는 적어도 하나의 다기관을 포함한다.
반응 혼합물(reactant mixture, 22)은 유체 도관 같은 적절한 수단으로 다기관으로 유입된다. 혼합물(22)은 인접한 전도판들(12)과 개질판들(14) 사이에 형성된 반응 통로들(24)을 통해 개질기의 안쪽 부분들로 들어간다. 통로들은 표면에 어떠한 오목부나 돌출부를 포함할 수 있는데, 이것은 양각(embossing)에 의해 형성될 수 있고, 실질적으로 계속되는 다기관(16)부터 적층 개질 구조물(13)의 외부의 주변 표면(peripheral surface, 13A)까지 뻗은 유체 통로를 구성한다. 통로들은 또한 다공 재료로 제조되거나 전력 개질기 촉매 재료(power reformer catalyst material)가 코팅되거나 표면에 형성된 도전 또는 개질판들을 사용하여 형성되어, 반응물이 개질기를 통과하게 한다.
이러한 다양한 판 배열들과 구성들의 예들이 도 3a-3c에 도시되어 있다. 도 3a는 개질기 판들(14)과 전도판들(12)의 적층 배열을 도시한다. 개질기 판들은 바람직하게 그 표면에 직접적으로 전도판들(12)과 접촉하는 개질기 촉매 재료(36)를 형성했다. 도시된 전도판들(12)은 양각되어 반응 유동 채널들(reactant flow channels)을 형성한다. 유입 반응물 또는 반응 혼합물(22)은 축 다기관(16)에 유입되고 반응 채널들로 들어가, 그 주변 가장자리들(peripheral edges)에 적층 판 개질기를 빠져나간다.
개질기 촉매 재료는 고체 또는 다공질 재료이다. 도 3b는 다공질 개질 재료를 사용할 때 개질기(110)를 통한 혼합물 유동을 도시한다. 다공질 개질 재료를 사용하면 도시된 개질기를 양각할 필요성이 줄어든다.
다른 실시예에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 개질기(110)는 열 전도 재료와 개질 재료의 합성물로 형성된 복수의 적층 판들(38) 또는 단순히 기둥 구조(columnal structure)를 포함한다. 이 합성물 판(38)은 적당한 개질 재료를 혼합하여 적당한 열 전도 재료를 산재시킴으로써 얻을 수 있다. 결과로서 생기는 적층 구조는 도 2, 3a 및 3b에 도시되고 이하 설명되는 적층 개질 구조물(stacked reforming structure, 13)과 실질적으로 동일하게 동작한다.
통상의 지식을 가진 자들은 개질판들(14)이 다공질 재료로 이루어지고 내부에 배치되거나 표면에 코팅된 개질 촉매 재료를 구비하는 것과 같이 개질기(10)의 다른 실시예들이 존재한다는 것을 알 수 있다. 효율을 감소시키지 않고 개질 시스템의 기밀 필요들을 줄이기 때문에 다공질 재료들의 사용은 현 외부 개질기의 장점 들 중의 하나이다. 통상의 지식을 가진 자들은 종래 형태의 반응층 개질기들 (reactant bed reformers) 또는 판 형이 아닌 개질기들(non-plate type reformers)이 화학 변환기 시스템(72)의 일부로서 사용될 수 있다는 것을 또한 알 수 있을 것이다.
반응물이 반응 통로들이나 개질판들(14)을 통과함에 따라 반응 혼합물은 적층 개질 구조물(110) 내에서 개질된다. 개질판들(14)과 연관된 촉매 재료는 탄화수소 연료를 더욱 간단한 반응 종들로 개질하는 것을 촉진시킨다. 다기관(16)으로 유입된 반응 혼합물의 증기는 탄화수소 연료 이외에 H2O, O2, 및 CO2를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메탄(CH4)은 촉매를 사용하여(catalytically) 수소, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합물로 개질될 수 있다.
개질기가 증기 개질기로 동작할 때, 개질기는 천연 가스(또는 메탄), 또는 기화된 케로신(vaporized kerosene), 메탄올, 프로판, 가솔린, 또는 디젤 연료 및 증기를 포함하는 반응 가스 혼합물을 수취한다. 증기 개질 촉매(steam reforming catalyst)는 주변 밴드(circumferential band) 내의 개질판 상에 형성될 수 있다. 개질 반응을 위한 열 에너지는 전도판들(12)에 의해 기밀 구조로부터 안쪽으로 방사상으로 바람직하게 전달된다. 전도판들의 두께와 열 전도도는 충분한 열 유동(heat flow)을 방사상으로(또는 평면 내로) 제공하도록 선택되어 흡열 개질 반응을 위한 열을 제공한다. 전도판은 유입되는 반응물들을 예열하기 위해 축 반응물 다기관(16)으로 돌출되어 있는 완전 신장(integral extension)을 포함하는데, 이하 더 상세히 설명된다.
개질기를 부분 산화 개질기(partial oxidation reformer) 또는 자열 개질기(autothermal reformer)로 동작시킬 때, 개질기는 천연 가스(또는 메탄), 또는 기화된 케로신, 메탄올, 프로판, 가솔린과 디젤 연료 및 공기, 산소 및/또는 증기를 포함하는 반응 가스 혼합물을 수취한다. 개질 촉매 재료의 1 이상의 종류는 개질판의 주변 밴드들(circumferential bands) 내에 분산될 수 있다.
도시된 개질기(110)는 알칸류(파라핀 탄화수소), 알콜(수산기)과 결합된 탄화수소, 카르복실기과 결합된 탄화수소, 카르보닐기와 결합된 탄화수소, 알켄류(올레핀 탄화수소)과 결합된 탄화수소, 에테르기와 결합된 탄화수소, 아민기와 결합된 에스테르 탄화수소(esterhydrocarbons)와 결합된 탄화수소, 방향족 유도체(aromatic derivatives)와 결합된 탄화수소, 및 다른 유기-유도체(organo-derivatives)와 결합된 탄화수소와 같은 반응물들을 개질하기 위해 사용된다.
개질판(14)은 약 200℃ 내지 약 800℃ 범위의 온도에서 동작하는 적절한 개질 촉매 재료로 구성된다. 사용될 수 있는 재료의 종류의 예로는 백금, 팔라듐, 크롬, 크롬 산화물, 니켈, 화합물들을 포함하는 니켈, 및 다른 적절한 전이 금속들과 그 산화물을 들 수 있다. 개질판(14)은 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 개질 재료가 코팅된 세라믹 지지판(ceramic support plate)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 개질판(14)은 탄화수소 연료를 적절한 개질종으로 개질하는 것을 촉진하는 적절한 개질 촉매를 포함하는 어떠한 다층 개질판 구조(multi-stacked reforming plate structure)도 포함할 수 있다.
전도판(12)은 알루미늄, 구리, 철, 철 합금, 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 백금과 같은 금속들과, 탄화규소(silicon carbide) 및 다른 합성 재료들과 같은 비금속들을 포함하여 어떠한 적절한 열 전도 재료로도 형성될 수 있다. 전도판(12)의 두께는 판(12)의 평면 내의 최소 온도 구배(minimum temperature gradient)를 유지하고 따라서 최적의 개질 반응을 위한 등온 영역을 제공하고 개질판들(14)에서의 열 응력을 경감시키도록 선택될 수 있다. 전도판(12)은 각 판(12)의 평면 내에 거의 등온 조건을 형성한다. 전도판(12)에 의해 형성된 등온면은 개질을 위한 판의 표면에 대해 실질적으로 일정한 온도와 열 공급을 제공함으로써 전체 개질 처리의 효율을 향상시킨다.
게다가, 전도판들은 스택의 축을 따라(적층 개질기(13)의 외주면을 따라) 반응물 통로들을 통한 반응 혼합물의 균일한 분포에 의해 등온 조건을 형성하여 차거나 뜨거운 지점들이 스택을 따라 성장하는 것을 방지한다. 이것은 개질기(10)의 열 특성을 향상시키고 시스템의 전체 성능을 향상시킨다. 여기에서 사용된 바와 같이, "등온(isothermal)" 조건(condition) 또는 영역(region)이라는 용어는 축 또는 평면 방향에서 약간만 변동하는 실질적으로 일정한 온도를 나타낸다. 적어도 약 50℃의 온도 변화가 본 발명으로 알 수 있는 것으로 생각된다.
개질된 연료 또는 반응 종은 화살표들(30)이 가리키는 바와 같이, 적층 개질 구조물(13)의 주변부(13A)를 따라 배기된다. 반응 종의 주변 배기는 예컨대 개질된 연료 제품들은 상대적으로 쉬운 반응물들의 다기관화(manifolding)를 가능하게 한다. 배기된 연료 매체는 그 후 기밀 하우징(gas-tight housing, 20)에 의해 수 집되고 배출관(exit conduit, 32)을 통해 기밀 하우징에서 배기된다. 따라서, 기밀 하우징(20)은 주변 다기관(peripheral manifold)으로서 사용된다.
다른 실시예에서, 반응 혼합물(22)은 하우징(20)에 의해 형성된 주변 다기관으로 유입되고, 그 후 적층 개질 구조물(13)로 주변 가장자리를 따라 유입된다. 반응물은 개질 및 전도판들(14, 12)을 가로질러 방사상으로 안쪽으로 흐르고, 축 다기관(16)을 통해 유출된다.
스택의 주변의 적어도 실질적인 부분에 바람직하게 거의 전 주변으로부터 개질된 반응 혼합물이 나가는 개구는 기밀 밀봉(gas-tight seal) 또는 격리 재료(insulating material)가 없는 노출된 주변 표면을 제공한다. 따라서, 본 발명의 개질기(110)는 작고, 단순하고, 우아한 개질 설계를 달성한다.
기밀 구조(20)는 금속과 같은 열 전도 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 기밀 구조(20)는 외부 열원으로부터 열 에너지를 복사 수취하고 또한 스택(13)으로 이 열 에너지를 복사 전달하여 전도판들(12)로 복사 전달한다. 판들(12)은 개질 반응에 필요한 열 에너지를 스택(13)의 외주면(13A)으로부터 반응물 다기관(16)으로 안쪽으로 전도 전달함으로써 열 에너지를 제공한다. 통상의 지식을 가진 자들은 구조(20)가 도 1의 용기(120)와 분리되어 그 내부에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있다.
또 다른 실시예에서, 개질 구조물(10)의 바깥 표면은 열 에너지를 전도판들로 도전 전달하는 기밀 용기의 안쪽 표면과 접촉한다.
원통 구성(cylindrical configuration)의 기밀 구조는 가압된 개질기 동작에 특히 적합하다. 용기 내의 압력은 본 발명에 의해 다른 압력 범위가 생각될 수도 있지만, 대기압 내지 약 50atm인 것이 바람직하다.
축 반응물 유동 균일도(axial reactant flow uniformity)를 달성하기 위한 기술은 다음과 같다. 반응물 유동 통로들(reactant flow passages, 24)은 반응물 다기관(16) 내의 총 반응물 유동 압력 하강이 반응물 다기관(16) 내의 반응물 유동 압력 하강보다 상당히 크게 될 것을 보장하도록 설계된다. 더욱 상세하게, 통로들(24)의 유동 저항(flow resistance)은 축 다기관(16)의 유동 저항보다 실질적으로 크다. 바람직한 실시예에 의하면, 통로(24) 내의 반응물 유동 압력은 다기관 내의 반응물 유동 압력보다 약 열 배 크다. 이러한 압력차는 반응물 다기관(16)과 반응물 통로들(24)을 따라 축 및 방위각 방향으로, 개질기 스택(13)의 본래 위로부터 아래까지 반응물의 균일한 분포를 보장한다. 균일한 유동 분포는 개질 구조물(10)의 축을 따라 균일한 온도 조건을 보장한다.
바람직한 실시예에 의하면, 적층 개질 구조물(13)은 기둥 구조이고, 판들은 약 1인치 내지 약 20인치의 직경을 가지고, 약 0.002인치 내지 약 0.2인치의 두께를 갖는다. 여기에서 사용되는 기둥(column)이란 용어는 종방향의 축을 따라 적층되고 반응 혼합물을 위한 도관 기능을 하는 적어도 하나의 내부 반응물 다기관을 구비한 다양한 기하학적 구조들을 나타낸다.
통상의 지식을 가진 자들은 내부 또는 외부 다기관들을 구비한 사각(rectangular) 또는 직선으로 둘러싸인(rectilinear) 형상들과 같은 다른 기하학적인 구성들이 사용될 수 있다. 사각 구성을 한 판들은 적층되고 반응물과 개질 결과종(reforming resultant species)의 공급을 위해 부착된 외부의 다기관들과 통합될 수 있다.
개질기(10)의 판들(12, 14)의 상대적으로 작은 크기들은 탄화수소 연료를 적절한 반응 종으로 개질하는 작은 판 형 개질기를 제공하고, 이는 기존의 전력 시스템들 및 어셈블리들과 쉽게 결합된다. 도시된 개질기(10)는 고체 산화 연료 전지와 같은 전기화학 장치 또는 화학 변환기와 열 결합된다. 개질된 연료가 연료 전지로 유입되는 특별한 적용에서, 요구되는 반응열은 연료 전지에 의해 발생되는 폐열(waste heat)로부터 공급된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전기화학 변환기 시스템의 내부에 결합된 개질기를 같은 크기로 도시한 것이다. 내부 개질 전기화학 변환기(internal reforming electrochemical converter, 40)가 전해질판(electrolyte plate, 50)의 교번하는 층들과 상호 연결판(interconnector plate, 60)으로 구성된 것이 도시되어 있다. 상호 연결판은 통상 양호한 열 및 전기 도체이다. 구조에 형성된 구멍들 또는 다기관들은 연료와 산화 가스들, 예컨대 유입 반응물들을 위한 도관들을 제공한다. 도 5의 상호 연결 판들에 형성된 반응물 유동 통로들은 이 가스들의 분포 및 수집을 용이하게 한다.
내부 개질 전기화학 변환기(40)의 판들(50, 60)은 스프링이 적재된 타이-로드 어셈블리(spring loaded tie-rod assembly, 42)에 의해 압축되어 있다. 타이-로드 어셈블리(42)는 도 5에 도시된 바와 같이 중앙 산화물 다기관(central oxidizer manifold, 47)에 고정된 타이-로드 부재(44)를 포함하는데, 타이-로드 부 재는 어셈블리 넛(assembly nut, 44A)을 포함한다. 내부 개질 전기화학 변환기(40)의 한 끝에 장착된 한 쌍의 종판들(endplates, 46)은 교대하는 상호 연결판들과 전해질판들(50, 60)의 스택을 균일하게 죄고 판들 사이에 전기적인 접촉을 유지하고 어셈블리 내의 적당한 위치들에 가스 봉인(gas sealing)을 제공한다. 변환기(40)는 도 1의 변환기(112)와 동일한 것일 수 있다.
도 4 내지 도 6은 전해질판(50)과 상호 연결판(60)을 포함하는 전기화학 변환기(40)의 기본 셀 유닛(basic cell unit)을 도시한다. 일 실시예에서, 전해질판(50)은 표면에 배치된 안정화된 지르코니아 재료 ZrO2(Y2O3), 산소 이온 도체와 다공질 산화제 전극 재료(50A) 및 다공질 연료 전극 재료(50B)와 같은 세라믹 재료로 제조된다. 산화제 전극 재료를 위한 대표적인 재료들은 LaMnO3(Sr)와 같은 페로브스카이트(perovskite) 재료들이다. 연료 전극 재료를 위한 대표적인 재료들은 ZrO2/Ni와 ZrO2/NiO와 같은 도성합금(cermet)이다.
상호 연결판(60)은 전기 및 열을 전달하는 상호 연결 재료(electrically and thermally conductive interconnect material)로 제조하는 것이 바람직하다. 상호 연결 제조에 적합한 재료들은 알루미늄, 구리, 철, 철 합금, 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 백금, 백금 합금과 같은 금속들과 탄화규소, La(Mn)CrO3, 및 도체 재료들과 같은 비금속들을 포함한다. 상호 연결판(60)은 인접하는 전해질판들 사이의 전기 연결기(electrical connector) 기능을 하고, 연료와 산화제 반응물들 사이를 분할하는 기능을 한다. 게다가, 상호 연결판(60)은 아래에서 설명되는 바와 같이, 판의 평면에서(예컨대, 표면을 가로질러) 열을 전도 전달하여 등온면을 형성한다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상호 연결판(60)은 중앙 개구(central aperture, 62)와 중간, 바깥쪽을 향해 방사상으로 간격을 두고 위치한 동심의 개구들(64)의 세트를 구비한다. 개구들(66)의 바깥 세 번째 세트는 원통의 바깥 부분 또는 판(60)의 주변을 따라 배치한다.
상호 연결판(60)은 직조된 표면(textured surface)을 구비할 수 있다. 직조된 표면(60A)에는 일련의 오목부(dimple)가 형성되는 것이 바람직하다. 오목부는 알려진 양각 기술들로 형성되고 일련의 연결 반응물 유동 통로들(connecting reactant flow passageways)을 형성한다. 상호 연결판의 양면 모두에 오목면이 형성된 것이 바람직하다. 중간과 바깥의 개구들(64 및 66)이 각각 선택된 수의 개구들과 도시되어 있지만, 통상의 지식을 가진 자들은 시스템과 반응물 유동과 다양한 필요들에 따라, 어떠한 수의 개구들 또는 분포 패턴들도 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
마찬가지로, 전해질 판(50)은 상호 연결 판(60)의 개구들(62, 64 및 66)과 각각 보완하는 위치에 형성된 중앙 개구(52)와 중간 및 바깥 개구들(54 및 56)의 세트를 구비한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 반응물 유동 조정 요소(reactant flow adjustment element, 80)는 전해질판(50)과 상호 연결판(60) 사이에 놓일 수 있다. 유동 조정 요소(80)는 판들(50, 60) 사이의 유체-유동 임피던스(fluid-flow impedance)로 기능하는데 반응물 유동 통로들 내의 반응물의 유동을 제한한다. 따라서, 유동 조정 요소(80)는 유동의 더 큰 균일도를 위한 것이다. 바람직한 유동 조정 요소는 철망(wire mesh)이나 스크린(screen)이지만, 선택되고 결정할 수 있는 비율로 반응물들의 유동을 제한할 수만 있다면 어떠한 적당한 설계도 가능하다. 혹은, 간격판(spacer plate)이 판들(50 및 60) 사이에 놓이거나, 반응물 유동 요소(80)와 조합되어 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전해질판들(50)과 상호 연결판들(60)은 교대로 적층되고 각각의 개구들을 따라 정렬된다. 개구들은 (스택에 관하여) 축 다기관들을 형성하는데 셀 유닛에 유입 반응물들을 제공하고 사용되는 연료를 배기시킨다. 특히, 중앙 개구들(52, 56)은 유입 산화제 다기관(input oxidizer manifold, 47)을 형성하고, 동심 개구들(54, 64)은 유입 연료 다기관(input fuel manifold, 48)을 형성하고, 정렬된 바깥 개구들(56, 66)은 사용된 연료 다기관(49)을 형성한다.
상호 연결 판의 주변부에 돌출부(ridge) 또는 다른 돌출 구조(raised structure)가 없으므로, 외부 환경과 소통되는 배기 포트들(exhaust ports)을 제공할 수 있다. 반응물 유동 통로들은 유입 반응물 다기관들(47 및 48)을, 유체와 같이, 개질기(40)의 외부 주변과 연결시켜, 반응물들이 변환기의 외부에서 배기되도록 한다.
내부 개질 전기화학 변환기는 기둥 구성의 적층 판 어셈블리이고, 적어도 하나의 전해질판과 전도판은 직경이 약 1인치 내지 약 20인치이고, 두께는 약 0.002인치 내지 약 0.2인치이다.
도 6에서, 본 발명의 내부 개질 전기화학 변환기(240)는 아래 설명되는 추가 적인 특징을 갖는다. 증기가 존재하여 동작할 때 내부 개질 동작은 천연 가스(또는 메탄), 또는 기화된 케로신, 메탄올, 프로판, 가솔린, 또는 디젤 연료, 및 증기를 포함하는 반응물 가스 혼합물을 수취한다. 증기 개질 촉매(290)는 전해질판(250)에 배치된 연료 전극 재료(250B)에 선행하는 주변 밴드에 분포한다. 개질 반응을 위한 열 에너지는 판(260)에 의해 개질 밴드로 방사상으로 전달된다. 판들의 두께와 열 전도도는 내부 개질 밴드(290)와 외부 연료 전지 밴드(예컨대, 밴드(250B)) 사이에 충분한 열 유동을 방사상으로 제공하여 흡열 개질 반응을 위한 열 에너지를 제공하고 유입되는 반응물들을 예열하도록 설계된다.
도 6의 내부 개질은 부분적인 산화 반응이나 자열 반응에 의해 또한 수행될 수 있다. 이 모드에서, 도시된 변환기(240)는 천연 가스(또는 메탄)와 공기, 산소 또는/및 증기와 같은 탄화수소 연료들을 포함하는 반응물 가스 혼합물을 수취한다. 촉매의 1 이상의 종류가 전해질 판(250) 상의 연료 전극(250B)에 선행하는 주변 밴드들에 분포한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전해질 판은 연소 촉매(292)를 포함하는 내부 밴드, 수증기(water vapor)(증기 개질) 및 이산화탄소에 의해 메탄의 개질을 촉진시키는 방사상의 외부 밴드(290)를 포함한다. 이러한 흡열 개질 반응들을 위한 열 에너지는 연소 밴드(292)로부터 개질 밴드(290)로 방사상으로 전달된다. 다른 반응들, 예컨대 시프트 반응들 등을 위한 촉매들이 결합될 수도 있다. 전도판들의 두께와 열 전도도는 내부 연소 밴드(292)와 방사상으로 외부 개질 밴드(290) 사이에 방사상으로 충분한 열 유동을 제공하여 흡열 반응 에너지를 제공하고 유입되는 반응물들을 예열한다. 부가적인 열 에너지는 판의 직경을 따라 가 장 바깥 밴드에 도시된 연료 전극(250B)에 의해 수행되는 발열 연료 전지 반응으로부터 얻을 수 있다.
도시된 전기화학 변환기(240)에서, (개질 촉매(290)의 방사상 바깥의 밴드에도 또한 인가됨) 연소 촉매(292), 개질 촉매(290) 및 시프트 촉매는 유동 조정 요소(flow adjustment element)에 또한 인가되는데, 유동 조정 요소는 전해질판과 전도판 사이에 위치한다. 개질기는 방사상으로 다양한 비율로 혼합되어 생산 가스의 생산을 최대화하는 촉매들에 또한 인가할 수 있다.
외부 개질기와 밴드와 관련하여 위에 설명된 모든 개질 특징들은 이러한 내부 개질 전기화학 변환기에 똑같이 적용될 수 있다. 예를 들면, 상호 연결판(260)은 뻗어 있는 립 부분(lip portions, 272A, 272B)을 포함할 수 있는데, 이 중 하나가 유입 반응물들을 예열하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 내부 개질 전기화학 변환기(240)는 고체 산화 연료 전지, 용융된 탄산염 연료 전지(molten carbonate fuel cell), 알카라인 연료 전지, 인산 연료 전지 및 양자막 연료 전지(proton membrane fuel cell)와 같은 연료 전지일 수 있다. 본 발명의 바람직한 연료 전지는 고체 산화 연료 전지이다. 본 발명의 바람직한 내부 개질 전기화학 변환기(240)는 동작 온도가 약 600℃이고, 바람직하게는 약 900℃ 내지 1100℃, 가장 바람직하게는 1000℃이다.
통상의 지식을 가진 자들은 도시된 연소, 개질 및 연료 전극 밴드들이 단지 변환기(240)를 개질기로 사용하는 동안 발생하는 전기화학 동작들의 관련된 위치들을 대표하는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 내부 개질 전기화학 변환기(240)는 직선으로 둘러 쌓인 구성과 같은 어떠한 바람직한 기하학적 구성을 가질 수 있다. 따라서, 적층 구조는 사각의 전해질판(250)과 사각의 상호 연결판들(260)을 판들 외부에 부착된 다기관들과 함께 포함할 수 있다. 촉매와 전극 재료들은 반응물 유동 방향에 수직인 전해질 판들에 조각나서 인가될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 연료 유동(224)은 뻗어 있는 밴드들(292, 290 및 250B)에 수직이다. 상호 연결판들(260)은 흡열 개질 촉매 밴드(290), 발열 연소 촉매 밴드(292), 및 발열 연료 전지 밴드(250B)에 열 에너지를 전도 전달하여, 도 7에 도시된 바와 같이 실질적으로 평면상 등온 조건이 된다.
도 7은 탄화 수소 연료와 같은 유입 반응물, 및 도 6의 전해판(250) 위로 통과하는 동안 열전도판(260)에 의해 정해지는 개질 연료의 등온 조건을 도시한다. 작용 중의 연료 온도는 세로축에 의해 정의되고 연료 유동 방향은 가로축에 의해 정의된다. 작용 중에 열을 평행하게 전도시키도록 열전도판을 사용하지 않는 개질 구조물에서, 연료 온도는 파형(210)과 같이 연료 유동 방향으로 크게 변화한다. 도시된 바와 같이, 유입 연료는 도 6의 뻗어 있는 표면(272A, 272B)에 의해 먼저 예비 가열된다. 연료 온도가 변환기(240)의 작용 온도에 근접함에 따라, 이러한 예비 가열 단계(212)는 연료 온도의 증가와 일치한다. 발열 부분 산화 또는 연소 단계(214) 동안, 연료 온도는 연료 유동이 개질 단계(216)에 도달할 때까지 더욱 증가한다. 흡열 개질 단계는 개질 작동을 유지하기 위해 가열 에너지의 상당량을 요한다. 그 다음에 연료는 연료 전지 반응 단계(218)로 흘러 들어가는데, 여기서 연료가 예를 들면 상대적으로 고온인 변환기(240)의 작동 환경에 의해 재가열된다. 정현파와 유사한 이러한 연료의 온도 프로파일(210)은 변환기의 전체적인 작용 효율을 감소시키는 것은 물론, 특정 구성 요소(전해판(250))를 바람직하지 않은 열 응력에 노출시킨다. 변환기(240) 내에의 전도판(접속기)의 도입은 온도 프로파일을 완만하게 하고, 등온 프로파일(220)에 의해 나타낸 바와 같이 모든 작용 단계들을 통해 변환기 스택에 따라 축 방향으로 또한 평행하게 실질상 등온인 온도 조건을 제공한다.
작동의 한 형태에 따르면, 내부 개질 전기화학적 변환기(internal reforming electrochemical converter)는 H2O로 탄화 수소 연료를 촉매적으로 개질하여 H2와 CO를 생성하는데, 이는 전기 생성을 위해 연료 전지 부분(예를 들면, 연료 전극(250B))에 차례로 제공된다. 그것은 H2O와 CO2 배기종을 생성한다. 발열 연료 전지 반응으로부터의 열은 전도판에 평행하게 전도되어 흡열 개질 반응을 돕는다.
작동의 다른 형태에 따르면, 내부 개질 전기화학적 변환기는 탄화 수소 연료를 촉매적으로 산화시켜서 H2와 CO를 생성하는데, 이는 전기 생성을 위해 연료 전지 섹션으로 제공된다. 그것은 H2O와 CO2 배기종을 생성한다. 발열 연료 전지 반응으로부터의 열은 전도판(260)에 평행하게 전도되어 다소 발열적인 부분 산화 개질 반응 또는 자열 개질 반응을 돕는다. 내부 개질 전기화학적 변환기는 수집 용기(120)와 같이, 가압 작용을 위해 설계된 용기 내에 배치될 수 있다.
예시된 전기화학적 변환기(도 4의 40 또는 도 6의 240)는 또한 화학적 변환 및 생산을 수행하면서, 부수적으로 공동 생산(coproduction) 작용으로 전기를 생성할 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 전기화학적 변환기(40 또는 240)는 전원으로부터 전기를 수취하도록 되어 있는데, 이는 변환기 내의 전기화학적 반응을 야기하고 유입 반응물 내에 포함된 특정 오염물질을 양호한 종류로 변환ㆍ감소시킨다. 그러므로, 예를 들면, 전기화학적 변환기(40 또는 240)가 NOx 및 탄화 수소류를 포함하는 특정 오염물질을 포함하는 배출원에 결합될 수 있다. 변환기(40 또는 240)는 오염물질을 N2, O2, 및 CO2를 포함하는 양호한 종류로 촉매적으로 변환ㆍ감소시킨다.
도 1 및 도 8-11을 참조하면, 도 1의 열 제어 스택(116)은 그 사용 중에 연료 전지(112)를 가열 및/또는 냉각하도록 조작될 수 있다. 여기서 사용되는 열 제어 스택이라는 용어는 화학적 변환기 시스템(72)용 열원 및/또는 열 싱크(sink)로서 기능할 수 있는 모든 적절한 구조를 포함하는 것이다. 열 제어 스택(116)은 또한 바람직하게는 연료 전지(112)의 축 길이에 따른 온도 비균일성을 감소 또는 제거시키기 위한 등온 표면으로서 기능할 수 있다. 이것은 본 발명의 화학적 변환기 시스템(72)의 구조적인 완전성을 보존 또는 강화시킨다. 사용 중에, 열 제어 스택은 압력 용기(120) 내에 배치되고 연료 전지와 열적으로 교신한다. 열 제어 스택(116)은 연료 전지(112) 및 개질기(110)에 대하여 어떠한 선택된 배치로도 탑재될 수 있으므로 적절한 시스템 열 처리를 달성할 수 있다. 이러한 목적에 부합하는 하나의 특별한 배치는 개질기, 연료 전지, 및 열 제어 스택을 서로 맞물리게 하여 바람직한 열 처리를 달성하는 유닛들의 단일 집합을 형성한다. 이러한 배치는 직사각형 또는 육각형 패턴, 또는 어떠한 다른 적절한 2차원 또는 3차원 배치를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 12a-12e에서 도시된 바와 같이, 개질기(110), 연료 전지(112), 및 열 제어 스택(116)과 같은 화학적 변환기 시스템(72)의 구성 요소는 도 12a 및 도 12b에서 도시된 바와 같이 정사각형 또는 직사각형의 서로 맞물린 배치와 같은 사변형 배치를 가질 수 있다. 이와 달리, 화학적 변환기 시스템(72)의 구성 요소는 도 12c-12e에 도시된 바와 같이 육각형으로 배치될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 연료 전지(112)은 수집 용기(120)에 의해 포획 또는 수집되는 배출물(115)을 생성한다. 연료 전지(112)에 열적으로 결합된 열 제어 스택은 수집 용기(120) 내에 배치된다. 예시된 열 제어 스택(116)은 연료 전지와 같은 전기화학적 변환기 시스템(72)의 구성 요소의 온도를 단독으로 또는 다른 온도 조정 구조와 함께 제어, 조절 또는 조정하기 위해서 연료 전지(112)과의 연결을 위한 어떠한 특정 구조도 포함할 수 있다. 당업자라면 열 제어 스택(116)이 시스템 시동 시의 가열 장치로서 그리고 설정된 시스템 사용 중의 냉각 장치 또는 열 싱크로서 작동할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 연료 전지(112) 및/또는 수집 용기(120)는 전기화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생성되는 직류 전기를 인버터(114)에 결합시키는 전력선(power lead)을 사용할 수 있다. 인버터(114)는 전력 그리드, 전력 저장 장치, 또는 전력 소모 장치로 지속적으로 전달되도록 전기화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생성되는 직류 전기를 교류 전기로 변환할 수 있다.
열 제어 스택(116)은 연료 전지와 열적으로 교신하고 또한 연료(99b) 및 공기 모두를 수취하도록 배치된다. 열 제어 스택은 연료 전지(112)를 예비 가열하기 위한 열을 생성하도록 공기 중에서 연료를 연소시킴으로써 가열 소자 또는 열원으로서 기능할 수 있다. 이러한 작용은 대개는 1000℃ 정도의 적절한 작용 온도를 계속적으로 유지함으로써, 연료 전지(112)은 이러한 반응물을 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생성하도록 연료 및 공기를 계속적으로 소비한다. 일단 연료 전지가 그 적정 작용 온도에 도달하면, 열 제어 스택에 공급되는 연료는 감소되거나 정지될 수 있고, 공기는 연료 전지(112)로부터 열을 제거할 때 도움이 되도록 계속적으로 연료 전지를 통과할 수 있다. 이러한 배치에서, 열 제어 스택은 작용 중에 연료 전지로부터 잔열을 제거하도록 냉각 소자 또는 열 싱크로서 기능한다.
일 실시예에 따르면, 도 8에서 도시된 바와 같이, 열 제어 스택(116)은 다공성 구조물(228)을 갖는 등온 구조물(열 교환기)(227)로서 형성될 수 있는데, 이는 그 주변 환경(예를 들면, 근방의 연료 전지)으로부터 방사된 열을 수취한다. 산화제 반응물과 같은 작용 유체(244)는 내부 통로 또는 저장소(242) 내에서 흐르고 내부 표면(228A)으로부터 외부 표면(228B)으로 바깥쪽으로 방사상으로 스며든다. 작용 유체(244)는 도 1의 수집 용기(120)와 같은 어떠한 적절한 구조물에 의해 수집될 수 있고 도 1의 에너지 시스템(70)의 다른 부분들로 전달될 수 있다. 작용 유체(244) 유동 속도의 축 방향 및 방위각 방향에서의 균일성을 보장하기 위해, 작용 유체가 구조물(228)을 통해 스며듦에 따른 방사상 압력 강하가 저장소(242)를 통해 흐르는 작용 유체(244)의 압력보다 실질적으로 더 크도록 유지된다. 내부 유동 분 배 튜브는 구조물(228) 내에 탑재되어 유동 균일성을 강화할 수 있다. 작용 유체는 또한 각 축 단부로부터 방출될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열 제어 스택(116)은 또한 도 9에 도시된 바와 같이 다수의 열전도판을 사용할 수 있다. 열 제어 스택(116)은 도시된 바와 같이, 서로의 위에 적층된 일련의 판(246)을 갖는 스택(229)으로서 형성될 수 있다. 판(246)은 니켈 및 연료 전지로 대개 사용되는 다른 재료들과 같은 어떠한 적절한 열전도성 재료로도 형성될 수 있다. 중앙 유체 통로 또는 저장소(242)는 판을 연결하고, 판 사이에 공간이 제공되어 작용 유체(244)가 내부 표면(262A)으로부터 외부 표면(262B)으로 흐르게 된다. 작용 유체(244)는 판(262)을 연결하는 저장소(242)를 통해 흐른다. 판(262)은 도시된 바와 같이, 실질적으로 원통형인 구성을 가질 수 있거나, 튜브형과 같은 다른 적절한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 도 9의 실시예는 등온 연료 전지의 구성에 특히 유용하다. 예를 들면, 셀 유닛들 사이의 공간 소자를 사용함으로써 균일한 유동의 반응물이 획득될 수 있다.
도 10은 도 1의 에너지 시스템에서 사용하기에 적절한 열 제어 스택(116)의 다른 실시예의 단부 단면도를 도시한다. 도시된 스택(225)은 도시된 바와 같이 바람직하게는 축 방향으로 이격된 3개의 동심원 튜브 구조물을 포함한다. 내부 루멘(lumen)(264)은 슬리브의 내부 표면(268A) 및 외부 표면(268B) 사이에 뻗어 있는 다수의 통로(266) 또는 튜브(268)를 갖는다. 다공성 슬리브 구조(228)는 내부 튜브(268)를 둘러싸고 내부 표면(228A) 및 외부 표면(228B)을 갖는다. 내부 표면(228A)은 내부 튜브(268)의 외부 표면과 밀접하게 접촉하고 있으므로, 횡단 통 로(266)가 다공성 슬리브(228)와 유체 상태로 교신한다. 횡단 통로(266)는 고르게 이격되어 있지만, 다른 공간 배치도 사용될 수 있다.
외부 튜브(269) 또는 벽 소자가 다공성 슬리브(228) 및 내부 튜브(268) 주변에 배치됨으로써, 실질적으로 동축인 형태를 형성한다. 외부 튜브(269)는 내부 표면(269A) 및 외부 표면(269B)을 갖는다. 내부 튜브(268)의 내부 루멘(264)은 도 11에서 도시된 바와 같이 작용 유체(244)용 저장소의 역할을 하는 뻗어 있는 중앙 통로를 형성한다. 외부 튜브(269A)의 내부 표면과 다공성 슬리브 외부 표면(228B) 사이의 내부 공간은 중앙 통로(264)에 대해 실질적으로 평행한 신장된 제 2 통로(267)를 형성한다.
내부 튜브(268)와 외부 튜브(269)는 바람직하게는 금속 또는 세라믹과 같은 동일 재료로 제조하는 것이 좋다. 다공성 슬리브 구조(228)는 세라믹일 수 있고 내부 루멘으로부터 외부 루멘으로 작용 유체의 유동을 확산시키는 역할을 한다.
도 11을 참조하면, 작용 유체(244)는 저장소의 역할을 하고 세로 방향 축(241)을 따라 뻗어 있는 신장된 중앙 루멘 또는 통로(264)를 통해 흐른다. 작용 유체(244)가 저장소(264)를 통해 흐를 때, 작용 유체는 횡단 통로(266)를 통해 나아간다. 슬리브(228)는 통로(266)를 통해 흐르는 작용 유체(244)의 일부분을 수취하도록 횡단 통로(266) 위에 놓인다. 작용 유체(244)는 다공성 슬리브(228)를 통해 방사상으로 바깥쪽으로 외부 루멘(267)으로 스며드는데, 여기서 유체는 예를 들면 연료 전지 어셈블리 또는 냉각을 요하거나 다른 구조에 의해 냉각되는 다른 시스템과 같은 외부 열원에 의해 가열된다. 외부 루멘(267) 내에 포함된 작용 유체(244)는 외부 튜브(269)의 내부 표면을 따라 흐르면서, 외부 표면(269B)으로부터 내부 표면에 전도되는 열을 흡수한다. 외부 튜브의 외부 표면(269B)은 연료 전지 어셈블리(112)와 직접 접촉하도록 배치되거나, 연료 전지(112)에 복사적으로 결합됨으로써 가열될 수 있다. 외부 튜브(269)의 내부 표면(269A)에 따른 작용 유체(244)의 분배에 의해, 작용 유체(244)와 외부 환경 사이의 효율적인 열 전도가 가능하다. 내부 튜브(268)에 따른 횡단 통로(266)를 선택적으로 이격함으로써, 제 2 통로(267) 내에 수집된 작용 유체(244)는 일정한 온도를 유지한다. 내부 표면(269A)에 따른 등온 작용 유체(244)의 균일한 분배에 의해 외부 튜브(269B)의 외부 표면에 따른 등온 조건을 달성한다. 통로 크기 및 공간 배치는 외부 튜브(269) 및 내부 튜브(268)의 직경에 의존한다.
상기 설명은 열 싱크로서 작동하는 열 제어 스택(225)에 관한 것이다. 당업자라면 열 제어 스택(225)이 열원으로서도 작동할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 작용 유체(244)는 냉각제보다는 가열된 유체를 포함할 수 있다. 가열된 유체가 저장소(264)를 통해 흐를 때, 외부 튜브의 외부 표면(269B)으로부터 외부 환경으로 열이 전도된다.
본 발명의 원리가 연료 전지 스택의 길이를 따라 반응물들을 균일하게 분배하는 유사한 구조를 사용함으로써 등온 연료 전지 (그리고 다른 전기화학적 변환기)을 구성하는데 응용될 수 있다는 것이 인식되어야 할 것이다. 전체적으로 스택의 온도는 조정될 수 있고, 필요한 때에는 등온 상태가 될 수 있다.
다양한 형태의 표면 구조들을 갖는 속이 빈 다공성 원통을 사용하는 것을 포 함하여, 열 제어 스택의 다른 실시예들은 여기서의 설명에 비추어 보면 당업자에게 명백할 것이다. 표면 구조들은 금속 또는 세라믹으로 이루어질 수 있고, 다공성 원통은 와이어 메시 스크린(wire mesh screen)을 포함하여 어떠한 적절한 금속으로도 이루어질 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 화학적 변환기 시스템(72)의 구성 요소들은 예시된 수집 용기(120) 내에 탑재된다. 수집 용기(120)는 개질기(110) 및/또는 연료 전지(112), 및 열 제어 스택(116)과 같은 몇 개의 화학적 변환기들을 수납하기 위해 크기 및 치수가 정해진 어떠한 적절한 용기일 수 있고, 부가적으로 연료 전지(112) 및/또는 열 제어 스택(116)의 배출물을 수집하기 위한 유체 수집 용기로도 기능할 수 있다. 수집 용기는 "양의 압력 용기"일 수 있는데, 이는 10 기압 정도의 압력 하에서 작동하도록 설계된 용기, 또는 훨씬 더 높은 압력인 1000 psi(평방 인치당 파운드, pounds per square inch) 정도의 압력을 견디도록 설계된 용기를 포함하도록 의도된 것이다. 저압 용기는 화학적 변환기와 결합하여 사용되는 바닥 장치(bottoming device)가 예를 들면 열-가동 냉각기 또는 보일러를 구성하는 HVAC 시스템일 때 유용하다. 고압 용기는 예를 들면 예시된 에너지 시스템(70)과 함께 사용될 때 유용하다. 예시된 수집 용기는 가스 터빈 어셈블리, 증기 터빈/발전기, 열 유체 보일러, 증기 보일러, 열 가동 냉각기, HVAC 시스템 등과 같이, 바닥 장치에 적절한 온도 및 압력 하에서 배출물을 수집한다.
수집 용기의 바람직한 유형이 도 13에 도시되어 있는데, 여기서 재생성 또는 회복성 열 용기로서도 기능할 수 있는 수집 용기(120)는 일련의 적층된 화학적 변 환기(122)를 둘러싼다. 수집 용기(120)는 배출물 방출 다기관(exhaust outlet manifold)(124), 전기 접속기(126) 및 입력 반응물 다기관(128 및 130)을 포함한다. 일 예에 따르면, 산화제 반응물은 다기관(128)을 통해 상주 화학적 변환기(122)에 유입되고 연료 반응물은 연료 다기관(130)을 통해 유입된다.
화학적 변환기(122)는 수집 용기(120)의 내부에 배출 가스를 방출한다. 수집 용기와 결합하여 사용되는 바닥 장치에 적절한 배출 가스의 압력은 화학적 변환기(122)로 입력 반응물을, 그리고 화학적 변환기(122)로부터 배출 가스를 선택적으로 펌핑하기 위해 여기에 그 내용이 참조를 위해 포함된 Hsu의 미국 특허 제 5,948,221 호에서 도시되어 설명된 바와 같은 블로어(blower)를 사용하거나 펌프, 압축기를 사용하여 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이, 화학적 변환기는 상승된 온도에서 그리고 주변 압력 또는 상승된 압력 하에서 작동될 수 있다. 화학적 변환기는 바람직하게는 여기에 참조를 위해 포함된 미국 특허 제 4,853,100 호에 도시되어 설명된 유형과 유사한 맞물려진 열 교환기를 포함할 수 있는 연료 전지 시스템이다.
수집 용기(120)는 내벽(138)으로부터 이격된 외벽(136)을 포함할 수 있고, 이로써 그 사이에 환형부를 형성할 수 있다. 환형부는 적절한 온도로 용기의 외부 표면을 유지하기 위해 절연 재료(139)로 채워질 수 있다. 이와 달리, 환형부는 수집 용기와 열을 교환하기 위한 열 교환 소자를 수납하거나 형성할 수 있다. 열 교환기의 일 실시예에서, 환형부 및 벽들(138 및 136)이 그 안의 열 교환 유체를 순회시키도록 열 교환 재킷(heat exchanging jacket; 140)을 형성할 수 있다. 벽들 에 의해 형성된 열 교환기는 열을 압력 용기와 교환하고 외부 표면을 적절한 온도로 유지하는 것을 돕는다. 물론, 냉각 재킷으로서 환형부를 사용하는 것과는 별도로, 압력 용기의 내부로부터의 열 손실을 감소시키거나 압력 용기의 외부 표면을 적절한 온도로 유지하기 위하여, 환형부 외의 장소에 부가적인 절연 재료를 배치할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 벽들(136 및 138)에 의해 형성된 냉각 재킷과 같은 압력 용기 열 교환기 내에서 순회되는 열 교환 유체는 다기관(128) 내에 흐르는 공기 입력 반응물(air input reactant)과 같은 입력 반응물이다. 부가적인 유체 분기(도시하지 않음)는 화학적 변환기(122)에 환형부를 연결하여 공기 입력 반응물이 적절하게 변환기에 유입되도록 한다. 벽들(136 및 138)에 의해 형성된 냉각 재킷에 의한 공기 입력 반응물의 예비 가열은 잔열을 재생성적으로 획득함으로써 효율을 올리기 위하여 공기 입력 반응물을 예비 가열하는 것과, 압력 용기(120)의 외부 표면을 냉각하는 것과 같은 여러 목적을 위한 것이다.
다른 실시예에서, 절연부(139)는 내벽(벽(138) 외)을 형성할 수 있고 화학적 변환기에 의해 생성되는 배출물에 지속적으로 노출된다. 이러한 배치에서, 화학적 변환기(122)에 의해 배출되는 연소되지 않은(예를 들면, 연소성) 연료 가스가 용기 체임버(134) 내에 축적되어 잠재적으로 위험한 수준에 도달하지 않게끔 하는 것이 중요하다. 작동 안전성을 보장하기 위하여, 정화 가스(100)가 화학적 변환기 시스템(72)의 작동 전, 작동 중 또는 작동 후에 용기 체임버(134)에 유입될 수 있다. 정화 가스(100)는 바람직하게는 용기 체임버(134) 내의 그리고 벽(136)과 수집 용 기(120)의 절연부(139) 사이에 형성되는 공극 내의 바람직하지 못한 가스를 공기 및 질소 등과 같은 상대적으로 안정한 가스로 치환한다.
도 1을 다시 참조하면, 에너지 시스템(70)은 시스템(70)의 1 이상의 구성 요소들의 1 이상의 파라미터들을 감지하거나 검출하기 위해 수집 용기(120)에 결합되는 1 이상의 센서들을 사용한다. 예를 들면, 센서들은 시스템(70)의 적절한 작동 안전성을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 예시된 시스템은 1 이상의 선택적인 열 센서들(170)과 수집 용기(120) 및 제어기(174)에 결합되는 1 이상의 화학적 센서들(172)을 포함한다. 예시된 열 센서(170)는 수집 용기(120) 내에 탑재되는 열 제어 스택(116)과 같은 화학적 변환기의 1 이상의 파라미터들을 감지하거나 검출하도록 배치될 수 있다. 센서(170)는 열 제어 스택(116) 내에서 적절한 연소 또는 가열이 발생하는지 여부를 판단하기 위해 스택의 열적 상태를 감지하거나 검출하는 적외선 센서, 자외선 센서, 또는 열전쌍 또는 자동 온도 감지 장치일 수 있다. 센서는 열 제어 스택으로부터 또는 스택 주위의 불꽃으로부터의 복사를 검출함으로써 작동할 수 있다. 복사는 스택으로부터 방출되고 그 정보는 제어기(174)에 의해 상관되어진다. 센서는 불꽃(또는 열 복사)의 존재 또는 부존재를 감지함으로써 적절한 연소가 발생하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 시스템(70)은 연소성 연료가 안전하지 않은 수준으로 수집 용기(120) 내에 축적되는 것을 막기 위해 불꽃 또는 적절한 연소가 없는 경우 열 제어 스택에의 연료의 유입을 중단시킬 수 있다. 이것은 시스템 내의 적절한 위치에 배치되는 1 이상의 유체 조정 장치를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러므로, 시스템(70)의 안전 하지 않은 작동이 회피되거나 방지될 수 있다.
에너지 시스템(70)은 또한 수집 용기(120) 내에 수집되는 배출물을 감지하거나 검출하기 위해 화학적 센서(172)를 사용할 수 있다. 센서(172)는 산소와 같은 배출물의 1 이상의 구성 성분들의 존재 또는 부존재를 감지하거나 검출하기에 적합한 가스 센서일 수 있다. 센서는 제어기에 결합될 수 있는데, 이는 어떠한 적절한 장치를 통해 1 이상의 반응물들(예를 들면, 연료 및/또는 공기)을 화학적 변환기 시스템(72)의 1 이상의 구성 요소로 전달하는 것을 제어한다. 일 실시예에 따르면, 센서(172)는 시스템(72) 내에서 충분한 산소가 이용 가능하다는 점과 용기로부터 어떠한 비연소된 연료도 우연히 누출되지 않는다는 점을 보장하기 위하여 배출물 내의 산소의 존재 또는 부존재를 감지하는 산소 센서이다. 센서는 수집 용기(120)에 결합되거나 배출 유동(180)에 대해 배치되어 잉여 산소의 존재 또는 부존재를 감지할 수 있다.
더욱이, 센서(172)로 유체 성분을 감지하고 나서 화학적 변환기 시스템(72)에 유체를 전달하는 것을 조정하는 것은 수집 용기 내에 탄화 수소, 탄소 일산화물, 및 질소 산화물과 같은 오염물질들이 생성 및/또는 축적되는 것을 효율적이고 용이하게 방지, 회피, 또는 제거함으로써 시스템(70) 내에 최적의 작동 상태를 제공하기 위한 것이다. 시스템이 적절하게 작동되도록 하기 위해, 배출물 내의 산소 농도는 화학량론적 상태 이상이어야만 한다. 최적의 작용을 위해, 산소 수준 또는 농도는 화학량론적 조건과 비교하여 조정된다. 전형적이고 안전하며 효율적인 상태는 배출물 내의 산소 농도를 약 2% 내지 약 4%로 유지하는 것인데, 이는 시스템(72)을 통과하는 잉여의 공기 반응물을 약 10% 내지 약 20% 정도로 하는 것에 대응한다. 산소 센서는 배출물 내의 산소 농도와 주변 환경 내의 산소 농도를 비교함으로써 산소의 부분압을 결정하는 전기화학적 센서와 같은, 어떠한 적절한 센서일 수 있다. 이러한 센서 유형은 보쉬(Bosch)(사)로부터 상업적으로 이용 가능하다. 산소 센서는 공지되어 특정되어 있으므로 여기서 더 논의할 필요는 없을 것이다.
예시된 에너지 시스템(70)은 내부의 선택된 온도를 감지하기 위한, 수집 용기(120)에 결합된 1 이상의 온도 센서들(178)을 더 포함할 수 있다. 센서(178)는 수집 용기(120), 수집 용기 내의 또는 수집 용기 외의 배출물(180), 또는 열 제어 스택(116), 연료 전지(112), 및/또는 개질기(110)와 같은 화학적 변환기 시스템(72)의 1 이상의 구성 요소들의 내부 온도를 감지하기 위해 배치될 수 있다. 센서(178)는 열전쌍과 같은 온도 감지를 위한 어떠한 적절한 센서일 수 있다. 센서(178)는 시스템(70)이 1 이상의 시스템 유체들의 유동을 제어하거나, 시스템 내의 온도를 조정, 조사, 검출, 유지하거나 변화시킬 수 있게 하기 위해 선택된 시스템 구성 요소들의 작동을 제어할 수 있게끔 피드백 루프를 제공하도록 제어기(174)에 결합될 수 있다. 이로써, 예시된 시스템(70)은 특정 온도 범위 내에서 시스템이 기능하는 것을 보장함으로써, 안전하고 효율적인 시스템 작동을 보장할 수 있다.
제어기(174)는 산업적 래더 로직 제어기(industrial ladder logic controller), 마이크로프로세서, 자립형 연산 기기(stand-alone computing apparatus), 네트워크 구성에 결합되어 있는 연산 기기, 또는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 에너지 시스템의 제어를 유효하게 하기 위한 저장 장치를 포함하는 어떠한 다른 적절한 처리 장치와 같은 종래의 설계일 수 있다. 여기서 사용된 "연산 기기"라는 용어는 명확히 정의되는 방식으로 명령문의 특정한 집합에 대응 및/또는 미리 결정된 명령문의 목록을 수행할 수 있는 프로그램 가능한 또는 프로그램 가능하지 않은 장치로 언급될 수 있다. 연산 기기는 연산 기기가 적어도 일시적으로나마 데이터, 정보, 및 프로그램을 저장할 수 있도록 하는 1 이상의 저장 장치(예를 들면, RAM 또는 ROM); 데이터, 정보, 및 프로그램을 실질적으로 영구히 저장하기 위한 대량 저장 장치(예를 들면, 디스크 드라이브 또는 테이프 드라이브); 데이터 및 명령문이 연산 기기에 입력되도록 하는 입력 장치(예를 들면, 키보드, 마우스, 또는 스타일러스(stylus)); 연산의 결과를 디스플레이하거나 생성하기 위한 출력 장치(예를 들면, 디스플레이 스크린, 프린터, 또는 자외선, 직렬, 또는 디지털 포트); 및 명령문의 특정한 집합을 수행하기 위한 프로세서를 포함하는 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 수집 용기(120) 내에 수집된 배출물(180)은 어떠한 적절한 유체 연결부들을 통해 방출되고, 결국 가스 터빈 어셈블리(74)에 유입된다. 연료 전지(112)에 의해 생성되는 동력에 더하여, 가스 터빈 어셈블리(74)도 화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생성된 배출물 및 잔열을 이용 가능한 전력으로 변환하는 바닥 장치의 역할을 함으로써 동력을 생성한다. 대개는, 화학적 변환기 시스템(72)으로부터 방출되는 배출물은 약 1000℃의 범위 내에 있다. 이러한 온도 를 갖는 배출물은 가스 터빈 어셈블리(74)로 유입되기 전에 가열되거나 냉각될 필요가 있다. 이러한 응용에서, 냉각 유체 내에 부가하거나 혼합하기 위한 부가적인 연소기 또는 부가적인 구조와 같은 제 2 가열 또는 냉각 구조가 배출물의 온도를 조정하기 위해 수집 용기(120) 및 가스 터빈 어셈블리(74) 사이에 삽입될 수 있으므로, 배출물은 가스 터빈 어셈블리의 작동 조건과 더욱 부합된다. 다른 응용에서, 화학적 변환기 시스템을 빠져 나가는 배출물은 이미 가스 터빈 어셈블리(74)와 밀접하게 부합하므로 배출물은 부가적인 가열 또는 냉각을 요하지 않는다. 어떤 응용에서, 화학적 변환기 시스템(72)의 배출물 온도는 바람직한 수준보다 높을 수 있다. 예를 들면, 특히 더 작은 터빈 유닛들을 사용하는 가스 터빈 어셈블리 내에서는, 입력 드라이브 가스의 온도는 대개 약 800℃ 내지 900℃ 사이의 범위 내에 있다. 그러므로, 화학적 변환기 시스템(72)을 빠져 나가서 용기(120) 내에 수집되는 1000℃의 배출물 온도는 가스 터빈 어셈블리의 입력 온도 범위와 부합되지 않는다. 따라서, 화학적 변환기 시스템(72)의 배출물의 온도를 조절, 제어 또는 조정하여 작동 중에 가스 터빈 어셈블리(74)의 작동 요구 조건들에 부합시키는 것이 바람직하다.
화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생성되어 수집 용기(120)로부터 방출되는 배출물(180)은 가스 터빈 어셈블리용 드라이브 가스를 형성하고 결국 터빈 신장기(turbine expander; 78)에 유입된다. 터빈 신장기는 배출물을 단열적으로 신장시켜서 배출물의 열 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 터빈 신장기(turbine expander; 78), 발전기(84), 및 압축기(76)가 공통의 샤프트 상에 배치될 수 있기 때문에, 발전기(80)는 교류 또는 직류 전기를 생산하고, 압축기는 위에서 설명된 바와 같이 입력 공기 반응물을 압축한다. 당업자라면 발전기에 의해 생산된 전기의 주파수가 적어도 1000 Hz이고, 대개는 약 1200 내지 1600 Hz라는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 발전기(80)에 의해 생산된 교류 전기는 교류 전기를 직류 전기로 변환하는 정류기와 같은 적절한 수단에 의해 정류될 수 있다. 이러한 직류 전기는 인버터(84)에 의한 변환에 앞서 화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생산되는 직류 전기와 결합될 수 있다. 이러한 배치에서 부가적으로는, 화학적 변환기 시스템(72)은 가스 터빈 어셈블리의 외부 연소기로서 기능하고, 또한 시스템(70)을 위한 바닥 장치로서 기능한다.
그 다음에 터빈 신장기(78)는 열 교환기(188)에 유입되는 터빈 배기(184)로서 언급되는 배출물을 생성한다. 압축기(76)로부터의 가열된 공기(86)의 일부는 선택적으로 열 교환기(188)에 유입될 수 있는데, 여기서 유입된 공기는 교환기를 통과하는 터빈 배기(184)에 의해 회복적이거나 역류적인 구조 내에서 더욱 가열될 수 있다.
열 교환기(188)를 빠져 나가는 터빈 배기(184)는 선택적으로 HRSG(94)를 통과할 수 있는데, 여기서 열 교환기는 또한 개질기(110)로의 계속적인 유입을 위해 개질제(reforming agent)(물)(88)를 증기로 변환하는 것을 용이하게 한다. 그 다음에 터빈 배기는 다른 장치들이나 주변 환경으로 배출되거나 방출될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 에너지 시스템(70)에의 입력은 공기와 같은 산소 함유 가스; 대개는 주로 메탄으로 이루어지는 천연 가스인 연료; 및 개질제(88)이 다. 따라서, 공기 및 연료는 화학적 변환기 시스템(72)에서 반응물로서 기능한다. 입력 산화제 반응물은 연료 전지(112) 내의 연료를 산화시키기 위해 사용되는데, 이는 압축기(76)에 의해 압축되고 가열된다. 그 다음에 압축되고, 가열되며, 가압된 공기(86)는 터빈 신장기(78)를 빠져 나가는 터빈 배기에 의해 열 교환기(188) 내에서 가열된다. 산소 함유 가스가 대개는 공기이지만, 이는 산소가 부분적으로 결핍된 공기 또는 산소가 풍부한 공기 등의 다른 산소 함유 유체일 수 있다. 공기 및 연료 반응물은 전기화학적 변환기(112) 또는 열 제어 스택(116)에 의해 소모되어, 번갈아 전기 및 수집 용기(120)에 의해 포획되는 배출물을 생성한다.
도 1의 에너지 시스템의 장점은 그것이 바닥 장치 또는 플랜트로서 작동하는 가스 터빈 어셈블리와 함께 효율이 높고 소형인 전기화학적 변환기의 직접적인 통합에 의해 높은 효율로 전기가 생산되도록 한다는 점이다. 가스 터빈 어셈블리(74)를 갖는 화학적 변환기 시스템(72)의 통합은 약 70% 또는 그 이상의 전체 전력 효율을 갖는 혼성 시스템(hybrid system)을 형성한다. 이러한 시스템 효율은 종래 기술인 가스 터빈 시스템과 종래 기술인 전기화학적 시스템만에 의해 달성되는 효율을 훨씬 상회한다. 예시된 혼성 시스템은 연료 전지(112)와 같은 전기화학적 변환기를 편입하여 전기 및 높은 등급의 열 에너지를 생산한다. 예를 들면, 연료 전지은 낮은 NOx원으로서 작동함으로써, 종래의 가스 터빈 발전 플랜트에 비해 환경적 성능을 향상시킨다.
본 발명의 다른 장점은 시스템이 연료 전지 및/또는 개질기와 같은 화학적 변환기를 열 제어 스택을 갖는 수집 용기 내에 탑재한다는 점이다. 이러한 구성은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있는 소형이고 쉽게 배치되며 통합 가능한 어셈블리를 위해 제공된다.
시스템(70)에서 많은 센서들을 사용하는 다른 장점은 그것들이 용기(120)에 의해 수집되는 배출물 내에 바람직하지 못한 가연 물질을 잠재적으로 위험한 수준으로 축적하지 않고도 시스템의 안전한 작동을 보장한다는 점이다.
설계의 다른 변형들이 존재하는데, 이는 당업자의 능력의 범위 내에 있는 것이다. 예를 들면, 일련의 가스 터빈 어셈블리가 사용될 수 있거나, 어떠한 수의 압축기, 연소기 및 터빈이 사용될 수 있다. 본 발명은 단일 샤프트 가스 터빈, 이중 샤프트 가스 터빈, 회복성 가스 터빈, 상호 냉각형 가스 터빈, 및 재가열 가스 터빈을 포함하는 대부분의 가스 터빈의 유형들을 갖는 전기화학적 변환기의 통합을 포괄하는 것으로 의도된 것이다. 그러므로, 본 발명은 화학적 변환기 및 종래의 가스 터빈을 결합하는 화학적 에너지 시스템을 포괄한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 변환기는 가스 터빈 전력 시스템의 1 이상의 연소기들을 전부 혹은 일부 대체할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 화학적 변환기 시스템(72)의 시동 작동 시에, 시스템(70)은 수집 용기(120)를 통해 정화 가스(100)를 통과시켜서 용기 체임버(134) 및 화학적 변환기 시스템(72)의 구성 요소들 및 체임버(134)로 용기에 들어가는 연료를 제한하기 위한 고립된 공극 또는 체적(132)을 정화한다. 이러한 정화는 연소되지 않은 연료와 같은 위험하거나 잠재적으로 위험한 가스의 축적물이 시동 기간 동안 용기 체임버(134) 또는 고립된 공간 내에 축적되는 것을 방지 또는 억제한다.
또한 시동 작동 시에, 열 제어 스택(116)은 화학적 변환기 시스템(72)을 위한 시동 가열기로서 기능한다. 에너지 시스템(70)의 시동 작동을 야기하기 위해, 가스 터빈 어셈블리(74)의 압축기(76)는 분리된 모터(도시하지 않음) 또는 모터로서 기능하는 발전기에 의해 가동된다. 공기(85)는 압축기(76)에 의해 압축되고, 결국 열 제어 스택(116)에 유입되어 수집 용기(120) 내에서 배출된다. 열 제어 스택(116)을 통해 공기를 통과시킴에 이어서, 적절한 연료가 도 1에서 도시된 바와 같이, 열 제어 스택에 유입된다. 열 제어 스택(116)에의 공기 및 연료 입력은 제어기(174)에 의해 제어되어 시간당 250℃와 같은 용기 체임버(134)의 규정된 가열 속도를 획득할 수 있다. 열 제어 스택(116)에 의해 생성된 열은 인접한 화학적 변환기(110 및/또는 112)를 연료의 자동 점화 온도로 가열하는 역할을 한다. 만약 필요하다면, 에너지 시스템(70)은 화학적 변환기(110 및/또는 112)가 적절한 작동 온도에 도달할 때까지 열적 대기 상태로 유지될 수 있다. 또한 이러한 안정된 상태에서, 정화 가스가 유입 중단될 수 있다. 정화 가스(100)는 확산 또는 자연 대류에 의해 도 13의 절연부(139) 및 용기 벽(136) 사이에 형성된 공극으로 들어갈 수 있다.
화학적 변환기 시스템(72)은 1 이상의 개질기와 함께 1 이상의 연료 전지로 발전하기 위해, 또는 오직 개질기(110)만을 사용하여 화학적으로 생산하기 위해 장착될 수 있다.
만약 필요하다면, 제어기(174)는 화학적 변환기(110 및/또는 112)를 그 작동 온도로 또는 그 근처로 계속 가열하기 위해 열 제어 스택(116)에 유입된 반응물을 계속 조절할 수 있다. 일단 화학적 변환기(110 및/또는 112)가 대개는 1000℃인 일반적인 작동 온도에 근접한 온도에 도달하면, 연료 전지(112) 및 개질기(110)가 가동될 수 있다. 예를 들면, 압축기(98)를 빠져 나가는 연료(90)는 비교적 간단한 연료 비축을 위해 혼합기(176)를 갖는 HRSG(증기 개질용)(94)에 의해 생성된 증기와 섞이거나 혼합될 수 있다. 그 다음에 개질기(110)를 빠져 나가는 개질된 연료는 연료 전지를 시동시키고 요구되는 연료 전지 전력 출력을 생성하기 위해 연료 전지(112)에 압축된 공기(86)와 함께 유입된다. 이와 달리, 만약 산화 개질이 바람직하다면, 개질기(110)에 들어가는 연료가 물/증기보다는 공기와 혼합되어 비교적 간단한 연료 비축을 가져올 수 있다. 일단 화학적 변환기 시스템(72)이 작동되면, 열 제어 스택이 더 이상 열원으로서 작동하지 않기 때문에, 열 제어 스택(116)에의 연료 공급이 중단될 수 있다. 이 시점에서 스택을 통해 공기만을 통과시킴으로써, 열 제어 스택이 연료 전지(112)로부터 잔열을 제거함으로써 열 수집기 또는 열 싱크로서 작동할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 예시된 화학적 변환기 시스템(72)은 가스 터빈 어셈블리(74)의 터빈 신장기에 유입되는 고온의 배출 가스를 생산한다. 터빈 신장기(78)는 고온의 연료 전지 배출물을 단열적으로 팽창시킨 다음에, 에너지 시스템(70)에 의한 계속적 사용을 위해 터빈 배기를 생성한다. 터빈은 드라이브 가스의 열 에너지를 회전 에너지로 변환하는데, 이는 번갈아 발전기(80)에 의해 교류 전기를 생성하도록 샤프트(82)를 회전시킨다. 이 전기는 계속적인 상업용 또는 주거용 사용을 위해 화학적 변환기 시스템(72)에 의해 생성되는 전기와 결합될 수 있다.
안정 상태 작동 중에, 본래의 공기(85)는 가스 터빈 어셈블리(74)에의 계속적인 유입을 위해 연속적으로 압축기(76)를, 필요하다면 열 교환기(188)를 통과하여 연료 전지(112)로 공급된다. 에너지 시스템(70)은 또한 터빈 배기 내에 존재하는 열 에너지를 벌충하기 위해 열 교환기(188)를 통해 터빈 배기를 통과한다. 터빈 배기 내의 열 에너지는 열 교환기를 통과하는 반응물을 예비 가열한다. 예를 들면, 열 교환기(188)를 통해 공기(85)를 통과시키는 단계는 터빈 배기 내에 존재하는 잔열을 재사용함으로써 공기를 예비 가열한다. 마찬가지로, 터빈 배기는 개질기(110)으로의 유입에 앞서 물을 증기로 변환하기 위해 HRSG(94)를 통과한다.
당업자라면 화학적 변환기 시스템(72), 보다 상세하게는 연료 전지(112)이 가스 터빈 어셈블리(74)를 위해 연소기 대체물로서 기능할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 그러나, 다른 실시예들도 또한 본 발명에 의해 고려되는데, 여기서 가스 터빈 어셈블리(74)는 가스 터빈 어셈블리의 부분으로서 연소기 및/또는 복열기를 포함할 수 있다. 가스 터빈 어셈블리(74)가 자체의 내부 연소기를 포함하는 시스템 설계에서, 다른 시동 절차가 에너지 시스템(70)을 가동시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 가스 터빈 어셈블리(74)는 어떠한 적절한 시동 모터(도시하지 않음)에 의해서도 가동될 수 있다. 그러므로, 압축기(76)는 가스 터빈 어셈블리를 통해 공기 유동을 정할 수 있다. 그 다음에 가스 터빈의 연소기는 규정된 가열 비율에 따라 공기와 반응하는 연료를 수취한다. 열 제어 스택은 또한 연료원으로부터 연료를 수취하여 그 작동 온도에 근접한 연료 전지(112)를 예비 가열하도록 구성된다. 이러한 대안적인 시스템 배치의 다른 작동 기능은 위에서 설명된 에너지 시스템(70)과 동일하다.
본 발명의 에너지 시스템(70)의 또 다른 실시예에서, 예시된 에너지 시스템(70)은 수집 용기(120) 주위에 배치된 특정의 열 재킷(190)을 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 열 재킷이라는 용어는 수집 용기 주위에 탑재되고 그와 열 에너지를 교환하는데 적합한 어떠한 적절한 구조도 포함하도록 의도된 것이다. 예시된 냉각 재킷(190)은 공기 또는 물과 같은 특정 유체가 그를 통해 통과하는데 적합하다. 압축기 또는 블로어는 열 재킷(190)에 결합되어 있고 냉각 재킷(190)을 통해 개질제를 밀어 넣거나 끌어 내기 위해 선택된 압력이 인가된다. 이러한 배치에서, 특정 응용에 따르면, 수집 용기(120)는 열 재킷(190)을 통과하는 공기 또는 물에 의해 냉각되거나 가열된다.
도 14는 본 발명의 설명에 따른 에너지 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 예시된 에너지 시스템(300)은 모두 샤프트(310) 상에 일직선의 공기 파생적인(aeroderivative) 형태로 탑재되는 압축기(304), 터빈 신장기(306), 및 발전기(308)를 포함하는 가스 터빈 어셈블리(302)를 사용한다. 당업자라면 구성 요소들이 샤프트(310) 상에 다양한 방법으로 배치될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 예시된 시스템(300)에서, 공기(316)와 같은 입력 반응물은 그것이 압축되는 장소인 압축기(304)로 유입된다. 압축된 공기(318)는 열 교환기(340)를 통해 통과되어 수 집 용기(320)에 유입된다. 보다 상세하게는, 가열되어 압축된 공기는 연료(324)와 같은 다른 입력 반응물과 함께 연소기(322)로 유입된다. 연소기(322)는 1 이상의 반응물 또는 유체의 통로를 제공하고 산소 존재 하에서 연료를 연소시키기에 충분한, 어떠한 선택된 구조도 포함할 수 있다. 도 1 및 도 8의 열 제어 스택(116)은 적절한 연소기의 예이다.
예시된 수집 용기(320)는 필요하다면 제 2 열 교환기(326)를 통과한 후에 연료(324)를 수취하도록 구성된다. 물과 같은 개질제(328)도 또한 열 교환기(326)를 통과하고, 그 다음에 수집 용기(320) 내의 개질기(310)에 유입된다. 예시된 개질제(328)는 수집 용기(320)로부터 방출되는 비교적 순수한 연료 비축(330)을 생산하기 위해 개질기(310) 내의 연료(324)를 개질한다. 그 다음에 개질된 연료는 재생성적인 방식으로 열 교환기(326)를 통과한다. 역시 개질물(reformate)로서 언급되는, 비교적 순수한 연료 비축물은 다른 용도로 원격지로 전달되거나, 예시된 에너지 시스템(300) 내에서 더 이용될 수 있다. 예를 들면, 연료 비축물(330)은 열 교환기(326)를 통과할 때 들어오는 연료(324) 및 물(328)을 예비 가열할 수 있다.
마찬가지로, 연소기(322)를 빠져 나가는 압축된 공기(318)는 수집 용기(320) 내에서 수집되고 그로부터 방출되어 가스 터빈 어셈블리(302)의 터빈 신장기(306)를 위한 드라이브 가스(332)의 역할을 할 수 있다. 유동물(332)은 터빈 신장기에 의해 회전 에너지로 변환된 다음에, 발전기(308)에 의해 전기로 변환된다. 전기는 전기 리드(312 및 314)를 경유하여 추출될 수 있다. 터빈 신장기(306)로부터의 배출물(334) 및/또는 연소기(322)로부터의 유동물(332)은 연소기(322)에의 유입에 앞 서 압축된 공기(318)를 예비 가열하기 위해 사용될 수 있다.
당업자라면 위에서 예시된 시스템에의 변형이 본 발명의 설명에 의해 고려된다는 점을 쉽게 인식할 것이다. 예를 들면, 도 1의 예시된 화학적 변환기 시스템(72)은 수집 용기(320) 내에 배치되어 에너지 어셈블리를 형성할 수 있다. 에너지 어셈블리는 그 내용이 여기에 참조를 위해 포함된 미국 특허 제 5,948,221 호 및 미국 특허 제 6,054,229 호에서 설명된 유형의 HVAC 시스템과 같은 다른 많은 시스템에 병합될 수 있다.
본 발명에서 사용하기에 적절한 도 1의 혼합기(176)의 일 실시예는 도 15에서 도시된다. 예시된 혼합기(176)는 그 내부에 형성된 선택된 수만큼의 포트들을 갖는 하우징을 포함한다. 예를 들면, 증기 개질 과정에서, 개질제 물(88)은 입구 포트(196A)로 유입되어 출구 포트(196B)를 통해 빠져 나간다. 그 다음에 물은 물이 증기로 변환되는 장소인 HRSG(94)에 유입되고 나서, 포트(196D)로 유입된다. 하우징(194)은 처리된 연료(99a), 또는 이와 달리 처리되지 않은 연료를 수취하기 위한 포트(196D)를 더 포함하는데, 연료는 혼합 구역(198)에서 증기와 혼합된다. 그 다음에 혼합된 증기 및 연료는 포트(196E)를 통해 혼합기를 빠져 나간다. 혼합기를 통해 순회하는 물(88)은 증기 및 연료로부터 분리되거나 고립되고, 혼합 구역(198)에 인접한 냉각 구역을 형성하여 혼합기(176)를 통과할 때 연료의 바람직하지 못한 열 분해(pyrolysis)를 방지, 최소화, 감소 또는 억제시키기 위해 선택된 온도의 냉각을 제공한다. 당업자라면 혼합기가 수집 용기 내에 탑재되는 것으로서 도시되지만, 만약 혼합기가 개질제와 연료 반응물을 수취하도록 결합된다면 수집 용기의 외곽과 같은 다른 장소도 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 당업자라면 또한 예시된 혼합기가 산화 개질 과정에서 공기와 같은 산화체와 연료를 혼합하고 자열 개질 과정에서 산화체 및 증기와 연료를 혼합하도록 개조되거나 배치될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 이러한 설계에 따르면, 선택 냉각은 필수적인 것은 아니다.
도 16은 본 발명의 에너지 시스템(70)의 또 다른 실시예를 도시한다. 전체적으로 유사한 참조 번호가 유사한 부분들을 지정한다. 예시된 에너지 시스템(70)은 수집 용기(120) 내에 탑재된 화학적 변환기 시스템(72)을 포함한다. 화학적 변환기 시스템(72)은 연료 개질 변환기(110) 및 완료 개질 변환기(110A)를 포함한다. 개질기(110)는 공기 및/또는 물과 같은 개질제의 존재 하에서 연료를 개질하여 비교적 순수한 연료 비축을 제공한다. 예시된 실시예에서, 화학적 변환기(110 및 110A)는 산화 개질 과정에 따라 공기의 존재 하에서 연료를 개질할 수 있다. 당업자라면 물 개질제 또는 공기 및 물의 혼합물이 공기 대신에 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 개질기는 수집 용기(120)로부터 제거될 수 있는 개질물 또는 화학적 출력 또는 비축(115)을 생산한다. 예시된 에너지 시스템(70)은 또한 하우징에 결합되거나 하우징에 대해 배치된 선택된 센서들을 위해 제공하여, 에너지 시스템의 적절한 작동을 보장하도록 한다.
작용 중, 예시된 에너지 시스템(70)은 연료(90) 및 공기(85)와 같은 시스템 반응물 쌍을 시스템으로 유입시킨다. 공기(85)는 압축기(76)에 의해 압축되어 열 교환기에 선택적으로 유입되는 가압되고 압축된 공기(86)를 형성하는데, 여기서 산 화 개질 설계에서 연료(90)를 위한 개질제로서 기능하는 공기(86)가 열 제어 스택(116) 및 화학적 변환기(110 및 110A)에 유입되기 전에, 공기(86)는 터빈 신장기(78)를 빠져 나가서 그를 통과하는 터빈 배기(184)에 의해 재생성적으로 또는 회복적으로 가열된다.
입력 연료(90)는 탈황 작용 유닛(desulphurization unit)과 같은 제 1 예비 처리 단계(96)를 통해 먼저 통과된 다음에, 연료가 압축되는 압축기(98)로 유입된다. 그 다음에 입력 연료는 화학적 변환기(110 및 110A)에 유입되는데 여기서 연료는 물 및/또는 공기의 존재 하에서 개질되고, 개질물은 화학적 출력 포트(115)에서 빠져 나간다.
물(88)과 같은 입력 개질제는 처리 유닛(92)에 유입된다. 예시된 처리 유닛은 물로부터 이온을 제거하는 탈이온 작용 유닛일 수 있다. 그 다음에 물은 열 회복 증기 발생기(94)를 통해 통과되는데 여기서 물은 화학적 변환기 시스템(72) 또는 그를 통과하는 터빈 배기(184)와 연관된 열에 의해 증기로 변환된다. 그 다음에 증기는 필요하다면 공기 대신에, 혼합기(176)로 유입될 수 있는데, 여기서 증기는 증기 개질 설계에서 입력 연료의 개질을 용이하게 하기 위해 개질제로서 기능한다. 예시된 변환기(110 및 110A)는 연료를 개질하여 비교적 순수한 연료 비축물을 생산하는데, 이는 출력 포트(115)에서 시스템으로부터의 원격지에서의 사용 또는 시스템 내의 다른 장소에서의 사용을 위해 용기(120)로부터 제거될 수 있다.
마찬가지로, 열 제어 스택(116)은 수집 용기(120) 내에 배치되어 위에서 설명된 바와 같이, 시동 작동 동안의 열원으로서 또는 안정 상태 작동 동안의 열 제 어 장치로서 기능하게 된다. 예시된 열 제어 스택(116)은 특정 시스템 작동에 의존하여 공기 및 연료를 수취하게 된다. 열 제어 스택(116)은 변환기(110)에 의해 생성되는 배출물과 함께 수집 용기(120) 내에 수집된 배출물을 생산한다. 수집된 배출물(180)은 수집 용기(120)로부터 방출되고 가스 터빈 어셈블리(74)의 일부를 형성하는 터빈 신장기(78)로 유입된다. 배출물은 터빈 신장기로부터 회전 에너지로 변환되고 이는 전기로 변환된다. 터빈 신장기를 빠져 나가는 터빈 배기(184)는 선택된 시스템 유체를 예비 가열하기 위해 열 교환기(188)와 열 회복 증기 발생기(94)를 통과한다.
에너지 시스템(70)의 작동 안전성은 센서들(170, 172 및 178)에 의해 조사될 수 있다. 자외선 또는 적외선 센서인 센서(170)는 수집 용기에 결합되거나 용기와 관련되어, 연료가 적절하게 소모되었다는 점을 보장하기 위해 불꽃과 같은 열 제어 스택의 특정 열 조건의 존재 또는 부존재를 조사, 감지 또는 검출할 수 있다.
에너지 시스템(70)은 산소 센서와 같은 가스 센서(172)를 더 사용하여 비연소된 연소성 연료의 위험한 축적을 방지, 억제 또는 제거하기 위해 용기 체임버 내에 적절한 수준 내지 농도의 산소가 존재한다는 점을 보장할 수 있다. 이것은 산소의 적절한 양이 체임버 내에 존재한다는 것을 보장한다. 센서(178)는 용기 내의 온도를 감지한다.
도 1 및 도 16에서 도시된 에너지 시스템(70)의 1 이상의 소자는 열 플랜트를 형성하도록 재구성될 수 있다. 예를 들면, 연료 공급(99a) 및 혼합기(176)가 제거될 때, 연료(99b)는 열 제어 스택 및 연료 개질 변환기(110)에 공급되고 완료 개질 변환기(110A)는 증기 발생기 및 우수한 가열기로서 기능할 수 있다. 이 경우에, 출력(115)은 조건부 열 매체(conditioned thermal medium)가 된다. 여기서 사용된 바와 같이, 열 플랜트라는 용어는 조건부 열 매체의 생산에 적절한 어떠한 구조도 포함하는 것으로 의도된 것이다. 적절한 열 플랜트의 예로는 증기 발생기, 증기 보일러, 열 유체 가열기(순환수 방식의 냉난방 시스템), 가스 매체 가열기, 및 초가열기(superheater)를 들 수 있다. 열 플랜트를 사용할 때, 예시된 시스템은 다음을 처리 및 제공할 수 있다:
1) 가압, 포화되거나 초가열된 증기
2) 순환수 방식의 응용에서의 고온의 열 유체, 또는
3) 공기와 같은 고온의 가스 매체.
초가열된 증기, 고온의 열 유체 및 고온의 가스는 전력 생성을 위한 증기 터빈 또는 가스 터빈과 결합하는 것 외에도 많은 상업적 또는 공업적 용도를 갖는다.
도 17은 전력 생성용 증기 터빈 또는 가스 터빈과 같은 다양한 에너지 장치와 결합될 수 있는 열 플랜트; 열 응용을 위한 열 교환기; 또는 조건부 열 매체의 직접적인 소모를 위한 어댑터의 일부를 도시한다
당업자라면 연료 전지, 개질기, 열 제어 스택, 개질 변환기, 및 열 플랜트를 포함하여 위에서 설명된 구성 요소들의 어떠한 적절한 수 또는 조합도 포함하도록 배치될 수 있다. 마찬가지로, 시스템(72)은 본 발명에 의해 고려되는 바와 같이, 이러한 구성 요소들 중에서 1 이상을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명이 전술한 설명으로부터 분명해지는 목적들 중에서, 위에서 지적한 목적들을 효율적으로 달성한다는 점을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 위의 구성에서 어떠한 변화도 가능하기 때문에, 위의 설명에 포함되거나 첨부 도면에서 도시된 모든 사항들은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로서 받아들여져야 할 것이다.
이하의 청구항들은 여기서 설명된 본 발명의 일반적인 특징들 및 특별한 특징들과, 언어의 문제로서도 본 발명의 범위 내의 모든 설명들을 포괄하는 것으로 또한 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 설명을 마치며, 신규하고 바람직한 사항을 다음과 같이 청구한다:

Claims (187)

  1. 전기, 화학 원료(chemical stock) 및 조건부 열 매체(conditioned thermal medium) 중 적어도 하나를 생산하기 위한 에너지 시스템에 있어서,
    수집 용기(collection vessel)와,
    상기 수집 용기 내에 배치되며, 상기 전기, 상기 화학 원료 및 상기 조건부 열 매체 중 적어도 하나를 생산하기 위한 변환기와,
    상기 변환기와 열 교환하고, 상기 수집 용기 내에 배치되며, 상기 수집 용기 내의 온도를 제어하기 위한 열 제어 스택(thermal control stack)과,
    상기 수집 용기에 결합되고, 상기 시스템의 파라미터를 감시하여 적절한 작동을 보장하기 위한 센서를 포함하며,
    상기 변환기와 상기 열 제어 스택 중 적어도 하나는 배기를 발생시키고,
    상기 수집 용기는 상기 배기를 수집하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 전기 화학 변환기(electrochemical converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 화학 변환기는 고체 산화물 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지, 인산 연료 전지, 알카라인 연료 전지 및 양자 교환 막 연료 전지 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 화학 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화학 변환기는 개질기(reformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 화학 변환기는 증기 개질기(steam reformer), 부분 산화 개질기(partial oxidation reformer), 자열 개질기(autothermal reformer) 및 공기 열 개질기(aerothermal reformer) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 열 변환기(thermal converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열 변환기는 증기 발생기(vapor generator), 증기 과열기(vapor superheater), 열 유체 순환수식 히터(thermal fluid hydronic heater) 및 가스 매체 히터(gaseous medium heater) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 화학 반응기, 전기 화학 반응기 및 열 변환기를 포함하는 복수의 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 UV 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 IR 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 가스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 산소 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    가스 센서와, UV 센서 및 IR 센서 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 1500℃까지의 온도와 1500psi까지의 압력에서 작동하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 촉매 물질이 배치된 캐리어(carrier)를 갖는 개질기를 포함하여 연료를 개질시키는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 전극 물질이 배치된 전해질을 구비한 연료 전지를 포함하여 연료를 전기 화학적으로 전기로 변환하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 열원(heat source) 또는 열 싱크(heat sink)로서 작동하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 수집 용기 내에 수집된 배기 내에서 산소를 감지하기 위한 산소 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 열 제어 스택의 열 상태를 감지하기 위한 열전쌍(thermocouple), 온도 조절기(thermostat) 또는 IR 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 IR 센서는 버너(burner)로서 작동하는 경우 상기 열 제어 스택 내에 화염이 존재하는지 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 열 제어 스택의 열 상태를 감지하기 위한 UV 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  23. 청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 UV 센서는 상기 열 제어 스택의 열 에너지를 검출하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  24. 삭제
  25. 제1항에 있어서,
    상기 수집 용기는 정화 가스(purge gas)를 유입시키기 위한 흡입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  26. 제1항에 있어서,
    특정 유체의 상기 수집 용기의 체임버(chamber)를 정화하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 수집 용기는 체임버를 형성하는 외부 하우징(outer housing)과, 상기 체임버 내에 배치된 절연체 - 상기 체임버는 상기 하우징과 상기 절연체 사이에 절연 공극(isolation void)을 형성함 - 와,
    특정 유체의 상기 절연 공극과 상기 체임버를 정화하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 연료 전지로서 또한 개질기로서 작동하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 센서에 결합되고, 상기 센서로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 수집 용기로의 반응물의 전달을 제어하기 위한 전달 수단에 결합된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  30. 제1항에 있어서,
    개질제(reforming agent), 연료 반응물 및 산화제 반응물 중 적어도 하나를 포함하는 반응물을 상기 변환기와 상기 열 제어 스택 중 하나로 전달하기 위한 전달 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 개질제는 물, 산소, 공기 및 CO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 변환기 또는 상기 열 제어 스택으로 반응물을 전달하기 위한 전달 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 변환기와 상기 열 제어 스택은 배기를 생성하며,
    바닥 장치(bottoming device)로 상기 배기를 전달하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 수집 용기에 유동적으로 결합된 가스 터빈 어셈블리(gas turbine assembly)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 변환기와 상기 열 제어 스택은 배기를 생성하고,
    상기 수집 용기는 상기 배기를 수집하며,
    상기 배기는 상기 가스 터빈 어셈블리용 구동 가스를 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 변환기로의 유입 전에 1 이상의 반응물을 개질제와 혼합시키기 위한 혼합기(mixer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 혼합기는 복수의 포트가 내부에 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 포트들은 상기 하우징 내의 혼합 지역 내에서 상기 반응물과 상기 개질제를 혼합하여 개질 혼합물(reforming mixture)을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 혼합기는 상기 혼합 지역 내에서 연료와 증기(steam)를 혼합하며, 상기 개질 혼합물을 배출하기 위한 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 복수의 포트들 중의 한 쌍의 포트는 유체를 수취하고 배출하여 상기 혼합 지역 부근에 냉각 지역을 형성하고,
    상기 유체는 상기 개질 혼합물을 형성하는 상기 개질제 및 상기 반응물과 분리되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  42. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 작동 중에 반응물을 반응종(reaction species)으로 개질시키기 위한 판형 개질기(plate-type reformer)를 포함하고,
    상기 개질기는,
    개질(reformation)을 향상시키기 위한 서로 관련된 1 이상의 촉매 물질을 갖는 복수의 촉매판(catalyst plate)과,
    열 전도성 물질로 형성된 복수의 전도판(conductive plate)을 포함하고,
    상기 촉매판과 상기 전도판은 교대로 적층(stack)되어 개질 구조물을 형성하며,
    상기 전도판은 열 에너지를 전도력 있게 평행하게 전달하여 개질 공정을 지원하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  43. 청구항 43은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 공정은 1 이상의 개질 반응을 포함하고,
    상기 개질 반응은 2 이상의 반응종 사이의 촉매의 도움을 받는 화학 반응과, 단일종(single species)의 촉매의 도움을 받는 열 해리(thermal dissociation)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  44. 청구항 44은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 다기관(axial manifold)과, 상기 반응종이 상기 개질 구조물로부터 나가는 것을 허용하기 위한 적어도 하나의 다기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  45. 청구항 45은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 열 에너지를 외부 환경과 교환하기 위한 노출된 주변 표면(exposed peripheral surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  46. 청구항 46은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관과, 상기 개질 구조물의 주변부로부터 상기 반응종을 배출하기 위한 주변 배기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  47. 청구항 47은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    주변 축 다기관을 형성하기 위해 상기 적층된 개질 구조물 부근에 배치된 열 전도성의 기밀 하우징(gas-tight housing)과,
    상기 기밀 하우징에 의해 포획된 상기 반응종이 상기 주변 축 다기관에 들어가는 것을 허용하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  48. 청구항 48은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 열 에너지를 상기 외부 환경 및 상기 전도판과 교환하기 위한 수단을 갖는 열 전도성의 기밀 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  49. 청구항 49은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물의 외부 표면은 기밀 하우징의 내부 표면과 접촉하고,
    상기 기밀 하우징은 열 에너지를 상기 전도판으로 전도력 있게 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  50. 청구항 50은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    가압 개질기 작동(pressurized reformer operation)을 허용하기 위한 원통형 구조의 기밀 외장(enclosure)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  51. 청구항 51은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 전도판의 평면 내에서 통상의 등온 조건을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  52. 청구항 52은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관을 포함하고,
    상기 전도판은 그 위에 전체적으로 형성되고, 유입되는 반응물을 예비 가열하기 위하여 상기 축 반응물 다기관으로 뻗어 있는 신장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  53. 청구항 53은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 전도판과 상기 촉매판 중 적어도 하나는 상기 반응물이 상기 판의 표면 위로 흐르는 것을 허용하기 위한 통과 수단을 갖는 평면인 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  54. 청구항 54은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물 내에 형성된 축 다기관과,
    상기 전도판과 상기 촉매판 사이에 형성된 통과 수단과,
    상기 전도판과 상기 촉매판 사이의 상기 통과 수단을 통하여 상기 축 다기관 내의 반응물의 유동 압력 강하(flow pressure drop)보다 실질적으로 더 큰 상기 반응물의 유동 압력 강하를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  55. 청구항 55은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    유입되는 반응물이 상기 판들 중 하나의 표면 위를 통과하는 것을 허용하기 위한 상기 촉매와 상기 전도판 사이에 형성된 통로를 더 포함하고,
    상기 통로는 실질적으로 균일한 압력 강하를 유지하여 상기 개질 구조물의 한 축을 따라 반응물의 실질적으로 균일한 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  56. 청구항 56은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물의 한 축을 따라 실질적으로 균일한 온도 조건을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  57. 청구항 57은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 촉매판은 다공질 촉매 물질로 형성되고,
    상기 다공질 물질은 유입되는 반응물이 상기 판의 적어도 한 부분을 거쳐 통과하는 것을 허용하기 위한 통과 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  58. 청구항 58은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 열 전도판은 다공질의 도전성 물질로 형성되고,
    상기 다공질 물질은 유입되는 반응물이 상기 판을 거쳐 통과하는 것을 허용하기 위한 통과 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  59. 청구항 59은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 전도판은 적어도 하나의 비금속과 합성재(composite material)로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  60. 청구항 60은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 전도판은 알루미늄, 구리, 철, 철 합금, 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 백금, 백금 합금 중 적어도 하나의 금속으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  61. 청구항 61은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 촉매판은 상기 촉매 물질 코팅을 갖는 세라믹 지지판으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  62. 청구항 62은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 촉매판은 상기 촉매 물질 코팅을 갖는 금속성 지지판으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  63. 청구항 63은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 니켈, 니켈 산화물, 철, 철 산화물, 크롬, 크롬 산화물, 코발트, 코발트 산화물, 구리, 구리 산화물, 아연, 아연 산화물, 몰리브덴, 몰리브덴 산화물 및 다른 적합한 전이 금속과 그들의 산화물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  64. 청구항 64은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 촉매판은 백금, 니켈, 니켈 산화물, 크롬 및 크롬 산화물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  65. 청구항 65은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 반응물은 탄화수소 종과 O2, H2O 및 CO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  66. 청구항 66은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 반응물은 알칸(파라핀 탄화수소), 알코올(수산기)과 결합된 탄화수소, 카르복실기와 결합된 탄화수소, 카르보닐기와 결합된 탄화수소, 알켄(올리핀 탄화수소), 에테르와 결합된 탄화수소, 에스테르와 결합된 탄화수소, 아민과 결합된 탄화수소, 방향족 유도체와 결합된 탄화수소 및 다른 유기 유도체와 결합된 탄화수소 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  67. 청구항 67은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질기에 존재하는 상기 반응종을 외부 연료 전지와 결합하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  68. 청구항 68은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제65항에 있어서,
    상기 탄화수소 연료와, H20와 CO2 중 하나는 흡열 촉매 개질을 통해 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하고,
    상기 흡열 개질에 필요한 에너지는 외부 연료 전지에 의해 생성된 에너지에 의하여 제공되며,
    상기 에너지는 상기 전도판에 의해 평행한 열 전달을 통해 상기 연료 전지로부터 전달되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  69. 청구항 69은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제65항에 있어서,
    상기 탄화수소 연료와 O2는 촉매 연소(catalytic combustion) 및 개질을 통해 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하고,
    외부 연료 전지의 발열 연소와 발열 반응 중 적어도 하나는 상기 전도판의 상기 평행한 열 전달 상기 흡열 개질에 필요한 에너지를 보충하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  70. 청구항 70은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제65항 또는 제66항에 있어서,
    상기 탄화수소 연료와 O2는 증기(steam)의 존재 하에 촉매 연소 및 개질을 통해 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  71. 청구항 71은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제65항 또는 제66항에 있어서,
    상기 CO와 H2O는 촉매 전이 반응(catalytic shift reaction)을 통해 CO2와 H2를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  72. 청구항 72은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 실질적으로 원통형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  73. 청구항 73은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 원통형이고,
    상기 촉매판과 상기 전도판 중 적어도 하나는 1인치와 20인치 사이의 직경을 갖고, 0.002인치와 0.2인치 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  74. 청구항 74은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 실질적으로 직사각형 구조이고,
    상기 직사각형 구조의 측면에 부착된 상기 다기관을 통하여 상기 반응물들이 유입되고 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  75. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 작동 중에 반응물을 반응종으로 개질하기 위한 개질기를 포함하고,
    상기 개질기는 1 이상의 촉매 물질이 산재되어 있는 다공질의 열 전도성 물질을 포함하여 개질 구조물을 형성하고,
    상기 열 전도성 물질은 열 에너지를 전달하여 상기 개질 공정을 지원하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  76. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 작동 중에 반응물을 반응종으로 개질하기 위한 판형 개질기를 포함하고,
    상기 개질기는 상기 개질 공정을 증진시키기 위한 1 이상의 촉매 물질이 산재되어 있는 열 전도성 물질로 구성된 복수의 판들을 포함하고,
    상기 판들은 함께 적층되어 개질 구조물을 형성하며, 상기 판들의 평면으로 열 에너지를 전도력 있게 전달하여 상기 개질 공정을 지원하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  77. 청구항 77은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 다기관과, 상기 반응종이 상기 개질 구조물로부터 나가는 것을 허용하기 위한 적어도 하나의 다기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  78. 청구항 78은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 열 에너지를 외부 환경과 교환하기 위한 노출된 주변 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  79. 청구항 79은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관과, 상기 개질 구조물의 주변부로부터 상기 반응종을 배출시키기 위한 주변 배기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  80. 청구항 80은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    주변 축 다기관을 형성하기 위해 상기 개질 구조물 부근에 배치된 열 전도성 기밀 하우징과,
    상기 반응종이 상기 주변 축 다기관에 들어가는 것을 허용하기 위한 수단을 더 포함하고,
    상기 반응종은 상기 기밀 하우징에 의해 포획되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  81. 청구항 81은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 열 에너지를 상기 외부 환경 및 상기 개질 구조물과 교환하기 위한 수단을 갖는 열 전도성 기밀 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  82. 청구항 82은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물의 외부 표면은 기밀 하우징의 내부 표면과 접촉하고,
    상기 기밀 하우징은 열 에너지를 상기 개질 구조물로 전도력 있게 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  83. 청구항 83은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    가압 개질기 작동을 허용하기 위한 원통형 구조의 기밀 외장을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  84. 청구항 84은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 개질 구조물을 통하여 통상의 등온 조건을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  85. 청구항 85은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관을 포함하고,
    상기 개질 구조물은 서로 전체적으로 형성되고, 상기 반응물을 예비 가열하기 위하여 상기 축 반응물 다기관으로 뻗어 있는 신장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  86. 청구항 86은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 반응물이 상기 구조를 통하여 흐르는 것을 허용하기 위한 통과 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  87. 청구항 87은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물 내에 형성된 축 다기관과,
    반응물이 상기 개질 구조물의 평면 내로 흐르는 것을 허용하기 위한 반응물 통과 수단과,
    상기 통과 수단을 통하여 상기 축 다기관 내의 반응물의 유동 압력 강하보다 실질적으로 더 큰 상기 반응물의 유동 압력 강하를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  88. 청구항 88은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제86항에 있어서,
    상기 통과 수단은 실질적으로 균일한 압력 강하를 유지하여 상기 개질 구조물의 한 축을 따라 반응물의 실질적으로 균일한 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  89. 청구항 89은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물의 한 축을 따라 실질적으로 균일한 온도 조건을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  90. 청구항 90은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 비금속 중 적어도 하나와 합성재로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  91. 청구항 91은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 알루미늄, 구리, 철, 철 합금, 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 백금, 백금 합금 및 다른 내화성 금속(refractory metal) 중 적어도 하나의 금속으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  92. 청구항 92은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 니켈, 니켈 산화물, 철, 철 산화물, 크롬, 크롬 산화물, 코발트, 코발트 산화물, 구리, 구리 산화물, 아연, 아연 산화물, 몰리브덴, 몰리브덴 산화물 및 다른 적합한 전이 금속과 그들의 산화물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  93. 청구항 93은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 반응물은 탄화수소 종과 O2, H2O 및 CO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  94. 청구항 94은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질기에 존재하는 상기 반응종을 외부 연료 전지와 결합하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  95. 청구항 95은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 반응물은 촉매 개질이 행하여지는 H20과 CO2 중 적어도 하나와 탄화수소 연료를 포함하여 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하고,
    외부 연료 전지의 발열 반응이 상기 개질 구조물의 상기 흡열 개질 반응에 필요한 에너지를 상기 열 전도성 물질을 통하여 보충하는 것을 특징으로 하는 에너 지 시스템.
  96. 청구항 96은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 반응물은 촉매 연소 및 개질이 행하여지는 O2와 탄화수소 연료를 포함하여 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하고,
    외부 연료 전지의 발열 연소와 발열 반응 중 적어도 하나가 상기 전도판의 상기 흡열 개질 반응에 필요한 에너지를 상기 열 전도성 물질을 통하여 보충하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  97. 청구항 97은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 반응물은 H2O의 존재 하에 촉매 연소 및 개질이 행하여지는 O2 및 탄화수소 연료를 포함하여 H2, CO, H2O 및 CO2를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  98. 청구항 98은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 실질적으로 원통형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  99. 청구항 99은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 원통형이고, 1인치와 20인치 사이의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  100. 청구항 100은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제75항 또는 제76항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 실질적으로 직사각형 구조이고,
    상기 직사각형 구조의 측면에 부착된 상기 다기관을 통하여 상기 반응물들이 유입되고 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  101. 제1항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 탄화수소 연료를 산화시켜 열 에너지를 생성하고,
    상기 열 제어 스택은 열 전도성 물질로 형성된 복수의 전도판과, 1 이상의 산화 촉매 물질을 갖는 복수의 촉매판을 포함하고,
    상기 촉매판과 상기 전도판은 교대로 적층되어 버너 구조(burner structure)를 형성하며,
    상기 촉매판의 상기 촉매 물질은 상기 탄화수소 연료의 산화를 증진시켜 결과종(resultant species)을 형성하며,
    상기 전도판은 복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 산화 공정 중에 생성된 열 에너지를 주위 매체로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  102. 제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 열 에너지를 외부 환경과 교환하기 위한 노출된 주변 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  103. 청구항 103은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 상기 반응물을 유입시키기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관과, 상기 스택 구조의 주변부로부터 상기 반응종을 배출하기 위한 주변 배기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  104. 청구항 104은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택 부근에 배치되고, 복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 열 에너지를 상기 외부 환경 및 상기 전도판과 교환하기 위한 수단을 갖는 열 전도성 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  105. 청구항 105은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택의 외부 표면은 상기 열 제어 스택 부근에 배치된 열 전도성 하우징의 내부 표면과 접촉하고,
    상기 하우징은 작동 중에 상기 전도판으로부터 열 에너지를 전도력 있게 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  106. 청구항 106은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 전도판의 평면 내에서 통상의 등온 조건을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  107. 청구항 107은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 반응물 다기관을 포함하고,
    상기 전도판은 그 위에 전체적으로 형성되고, 상기 탄화수소 연료를 예비 가열하기 위하여 상기 축 반응물 다기관으로 뻗어 있는 신장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  108. 청구항 108은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 전도판과 상기 촉매판 중 적어도 하나의 평면 내의 표면은 상기 탄화수소 연료가 상기 판의 표면 위로 흐르는 것을 허용하기 위한 통과 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  109. 제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택 내에 형성된 축 다기관과,
    상기 연료가 상기 판의 표면 위로 흐르는 것을 허용하기 위하여 상기 촉매판과 상기 전도판 중 하나의 평면 내의 표면에 형성된 통과 수단과,
    상기 통과 수단을 통하여 상기 축 다기관 내의 반응물의 유동 압력 강하보다 실질적으로 더 큰 상기 반응물의 유동 압력 강하를 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  110. 청구항 110은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제108항에 있어서,
    상기 통과 수단은 실질적으로 균일한 압력 하강을 유지하여 상기 열 제어 스택의 한 축을 따라 반응물의 실질적으로 균일한 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  111. 청구항 111은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택의 외부 표면을 따라 실질적으로 균일한 온도 조건을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  112. 청구항 112은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제108항에 있어서,
    상기 촉매판은 다공질 촉매 물질로 형성되고,
    상기 다공질 물질은 상기 통과 수단을 형성하고, 상기 반응물이 상기 판을 거쳐 통과하는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  113. 청구항 113은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제108항에 있어서,
    상기 열 전도판은 다공질 도전성 물질로 형성되고,
    상기 다공질 물질은 상기 통과 수단을 형성하고, 상기 반응물이 상기 판을 거쳐 통과하는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  114. 청구항 114은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 전도판은 실리콘 탄화물로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  115. 청구항 115은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 전도판은 적어도 하나의 내화성 금속으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  116. 청구항 116은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 촉매판은 상기 촉매 물질이 코팅된 세라믹 지지판으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  117. 청구항 117은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제116항에 있어서,
    상기 촉매 물질은 백금, 니켈, 니켈 산화물, 크롬 및 크롬 산화물 중 적어도 하나로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  118. 청구항 118은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 촉매판은 백금, 니켈, 니켈 산화물, 크롬 및 크롬 산화물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  119. 청구항 119은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 탄화수수 연료는 상기 축 다기관으로 또는 상기 축 다기관 내에 유입시키기 전에 산화 반응물과 혼합되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  120. 청구항 120은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 실질적으로 원통형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  121. 청구항 121은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제101항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 원통형이고,
    상기 촉매판과 상기 전도판 중 적어도 하나는 1인치와 20인치 사이의 직경을 갖고, 0.002인치와 0.2인치 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  122. 청구항 122은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 1 이상의 촉매 물질이 산재되어 있는 다공질의 열 전도성 물질을 포함하여 버너 구조를 형성하고,
    상기 촉매 물질은 상기 탄화수소 연료의 산화를 증진시켜 결과종을 형성하며,
    상기 도전성 물질은 복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 상기 산화 공정 중에 생성된 열 에너지를 주위 매체로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  123. 청구항 123은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 열 제어 스택은 1 이상의 촉매 물질이 산재되어 있는 열 전도성 물질로 구성된 복수의 판들을 포함하고,
    상기 판들은 함께 적층되어 버너 구조를 형성하며,
    상기 촉매 물질은 상기 탄화수소의 산화를 증진시켜 결과종을 형성하며,
    상기 도전성 물질은 복사, 전도 및 대류 중 하나에 의해 상기 산화 공정 중에 생성된 열 에너지를 주위 매체로 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  124. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 판형 전기 화학 변환기를 포함하고,
    상기 판형 전기 화학 변환기는,
    양 면에 반응물이 배치된 복수의 기밀 전해판 - 상기 판들은 연료 유동 면을 갖고, 연소 촉매, 개질 촉매, 전이 촉매 및 연료 전극 물질 중 적어도 하나로 구성된 군으로부터 선택된 상기 반응물이 배치되고, 산화 전극 물질로 된 군으로부터 선택된 상기 반응물이 배치되고, 산화 유동을 가짐 - 과,
    열 전도성 물질로 형성된 복수의 기밀 전도판 - 상기 전해판과 상기 전도판 은 교대로 함께 적층되어 적층 판 어셈블리를 형성함 - 과,
    상기 적층 판 어셈블리 내의 상기 전해판의 상기 연료 유동 면 위에 탄화수소 연료를 예비 가열하고 개질시키기 위한 내부 개질 수단을 포함하고,
    상기 개질은 상기 적층 판 어셈블리의 연료 전지 부분으로부터 열을 전도력 있게 전달할 수 있는 상기 전도판들에 의해 도움을 받는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  125. 청구항 125은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전해판은 전해 이온 전달 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  126. 청구항 126은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 변환기는 산소를 소비하는 동안 화학 변환 및 생성을 수행하여 전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  127. 청구항 127은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판의 한 면은 상기 연소 촉매, 상기 개질 촉매 및 상기 전이 촉매 중 적어도 하나가 배치된 상기 연료 유동 면에 대향하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  128. 청구항 128은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 연소 촉매, 상기 개질 촉매 및 상기 전이 촉매 중 적어도 하나는 유동 조절 원소(flow adjustment element)에 인가될 수 있고,
    상기 유동 조절 원소는 상기 전해판과 상기 전도판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  129. 청구항 129은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 적층 판 어셈블리에 형성된 복수의 축 다기관을 더 포함하고,
    상기 다기관들 중 적어도 하나는 탄화수소 연료 반응물을 수취하고, 상기 연료가 상기 전해판의 한 면 위를 흐르도록 허용하고, 상기 판들의 외부 가장자리로부터 나가도록 하며,
    상기 다기관들 중 적어도 다른 하나는 산화제 반응물을 수취하고, 상기 산화제가 상기 전해판의 상기 다른 면 위를 흐르도록 허용하고, 상기 판들의 외부 가장자리로부터 나가도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  130. 제124항에 있어서,
    상기 적층 판 어셈블리는 가장자리가 탄화수소 연료 반응물을 수취하도록 된 직사각형 구조이고,
    상기 반응물은 상기 전해판의 한 면 위의 공중으로 흘러 들어가고, 반대편 판 가장자리로부터 나가며,
    상기 제3 판 가장자리는 상기 전해판의 다른 면 위의 공간으로 흘러 들어가고, 제4 판 가장자리로부터 나가는 산화제 반응물을 수취하도록 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  131. 청구항 131은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 적층 판 어셈블리의 상기 평면 내의 온도 분포를 조절하기 위한 수단을 포함하여 실질적으로 평면 내의 등온 조건을 유지하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  132. 청구항 132은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제129항에 있어서,
    상기 다기관은 상기 적층 판 어셈블리의 축을 따라 상기 판들 사이의 공간으로의 상기 균일한 유동 분포를 조절하는 수단을 제공하여 축 방향으로 등온 조건을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  133. 청구항 133은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판의 상기 열 전도성 물질은 실리콘 탄화물을 포함하는 적어도 비금속으로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  134. 청구항 134은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 열 전도판은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 백금 및 백금 합금 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  135. 청구항 135은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 열 전도판은 알루미늄, 구리, 철 및 철 합금 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  136. 청구항 136은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 연료 전극은 니켈, 니켈 함유 화합물, 크롬 및 크롬 함유 화합물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  137. 청구항 137은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 연소 촉매는 백금, 백금 함유 화합물, 니켈 및 니켈 함유 화합물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  138. 청구항 138은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 개질 촉매는 니켈, 니켈 함유 화합물, 크롬 및 크롬 함유 화합물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  139. 청구항 139은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 개질 촉매는 백금, 팔라듐, 니켈, 니켈 산화물, 철, 철 산화물, 크롬, 크롬 산화물, 코발트, 코발트 산화물, 구리, 구리 산화물, 아연, 아연 산화물, 몰리브덴 및 몰리브덴 산화물 중 적어도 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  140. 청구항 140은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    부분 산화는 상기 전해판과 상기 전도판 중 적어도 하나의 표면에 형성된 상기 연소 촉매 위에서 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  141. 청구항 141은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 내부 개질 반응은 상기 전해판과 상기 전도판 중 적어도 하나의 표면의 상기 개질 촉매 위에서 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  142. 청구항 142은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 연료 전지 반응은 상기 전해판의 양면의 상기 전극 물질 위에서 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  143. 청구항 143은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 개질 촉매와 상기 연료 전극 물질은 상기 전해판의 표면 위에서 상호 혼합(intermixing)되어 작동 중에 상기 연료를 실질적으로 동시에 개질하고, 전기 화학 반응을 행하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  144. 청구항 144은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 연소 촉매, 개질 촉매 및 상기 연료 전극 물질은 상기 전해판의 표면 위에서 상호 혼합되어 연료 반응물의 부분 산화 및 개질과 전기 화학 반응을 실질적으로 동시에 개시하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  145. 청구항 145은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 변환기에 유입된 탄화수소 연료는 H2O의 존재 하에 상기 연료를 촉매의 도움을 받아 개질하여 H2와 CO를 생성하고,
    상기 개질된 연료는 연료 전지 반응을 하게 되어 H2O와 CO2를 포함하는 배기종을 형성하며,
    상기 발열 연료 전지 반응으로부터의 상기 열은 상기 전도판들의 평면 내로 전도력 있게 전달되어 상기 흡열 개질 반응을 지원하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  146. 청구항 146은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 변환기로 유입된 탄화수소 연료는 촉매 작용으로 O2와 부분 연소하여 H2와 CO를 생성하고,
    상기 부분 연소된 연료는 발열 연료 전지 반응을 하게 되어 H2O와 CO2를 포함하는 배기종을 형성하며,
    상기 발열 연료 전지 반응으로부터 발생된 상기 열은 상기 전도판들의 평면 내로 전도력 있게 전달되어 온화한 발열 부분 산화 개질 반응(mild exothermic partial oxidation reforming reaction)을 지원하기에 충분한 온도를 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  147. 청구항 147은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 변환기로 유입된 탄화수소 연료는 H2O가 존재 하에 O2와 촉매의 도움을 받아 부분 연소하여 H2와 CO를 생성하고,
    상기 부분 연소된 연료는 발열 연료 전지 반응을 하게 되어 H2O와 CO2를 포함하는 배기종을 형성하며,
    상기 발열 연료 전지 반응으로부터 생성된 상기 열은 상기 전도판들의 평면 내로 전도력 있게 전달되어 온화한 발열 부분 산화 개질 반응을 지원하기에 충분한 온도를 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  148. 청구항 148은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 반응물은 알칸(파라핀 탄화수소), 알코올(수산기)과 결합된 탄화수소, 카르복실기와 결합된 탄화수소, 카르보닐기와 결합된 탄화수소, 알켄(올리핀 탄화 수소), 에테르와 결합된 탄화수소, 에스테르와 결합된 탄화수소, 아민과 결합된 탄화수소, 방향족 유도체와 결합된 탄화수소 및 다른 유기 유도체와 결합된 탄화수소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  149. 청구항 149은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 변환기는 고체 산화물 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지, 알카라인 연료 전지, 양자 교환 막 연료 전지 및 인산 연료 전지로 구성된 군으로부터 선택된 연료 전지인 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  150. 청구항 150은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전해판은 산화 지르코늄 기반 물질, 산화 세륨 기반 물질, 비스무트 기반 산화물, 란탄 갈산염, 용융 탄산염 또는 전술한 물질들 중의 어느 것의 복합물 중 하나로 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  151. 청구항 151은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 다기관을 거쳐 통과하는 상기 반응물들의 적어도 하나의 적어도 한 부분을 가열하기 위한 상기 다기관들 중 하나 내에 배치된 반응물 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  152. 청구항 152은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제151항에 있어서,
    상기 반응물 가열 수단은 상기 다기관의 적어도 하나로 돌출되어 있는 상기 전도판의 열 전도성이고 일체적으로 형성된 신장 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  153. 청구항 153은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제152항에 있어서,
    상기 연료 전지 반응은 상기 작동 온도로 상기 반응물을 가열하는 폐열(waste heat)을 발생하고,
    상기 폐열은 상호 접속된 판과 상기 신장 표면에 의하여 상기 반응물로 전도력 있게 전달되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  154. 청구항 154은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 적층 판 어셈블리의 주변부로부터 상기 개질된 연료를 배출시키기 위한 주변 배기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  155. 제124항에 있어서,
    상기 전도판과 상기 전해판 중 적어도 하나는 상기 반응물이 상기 판들의 표면 위의 상기 축 반응물 다기관으로부터 통과하는 것을 허용하기 위한 반응물 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  156. 청구항 156은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제155항에 있어서,
    상기 반응물 통로는 상기 판들의 적어도 하나의 표면 위에 실질적으로 균일한 압력 강하를 유지하기 위한 수단을 포함하여 상기 판 표면 위의 반응물의 실질적으로 균일한 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  157. 청구항 157은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제155항에 있어서,
    상기 전해판의 상기 반응 코팅은 다공질이고,
    상기 다공질 코팅은 상기 반응물 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  158. 청구항 158은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판과 상기 반대편 전해판 사이에 형성된 공간을 통하여 상기 축 다기관 내의 반응물의 유동 압력 강하보다 실질적으로 더 큰 상기 반응물의 유동 압력 강하를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  159. 청구항 159은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 적층 판들을 통하여 반응물들의 실질적으로 균일한 방사상의 유동 분포를 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  160. 청구항 160은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 적층 판 어셈블리는 원통형이고,
    상기 전해판과 상기 전도판 중 적어도 하나는 1인치와 20인치 사이의 직경을 갖고, 0.002인치와 0.2인치 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  161. 청구항 161은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 판의 일단 지역으로부터 타단 지역으로 평면 내의 방향으로 열을 전도하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  162. 청구항 162은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전해판은 선택된 반응을 행하기 위하여 상기 판의 한 면을 따라 위치하고 있는 복수의 지역을 포함하고,
    상기 지역은 연소 지역, 개질 지역 및 전기 화학 지역을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  163. 청구항 163은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제124항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 전해 및 상기 전도판의 평면 내의 근접 등온 온도 조건을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  164. 청구항 164은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항 또는 제75항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 한 방향으로 한 축을 따라 뻗어 있고,
    상기 개질 구조물은 상기 반응물을 도입하기 위한 적어도 하나의 축 다기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  165. 청구항 165은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제42항 또는 제75항에 있어서,
    상기 개질 구조물은 상기 개질 구조물의 주변부로부터 상기 반응종을 배출하기 위한 주변 배기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  166. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 원격 전원으로부터 전기를 수취하도록 되고,
    상기 전기는 양성종으로 유입되는 반응물 내에 포함된 선택된 오염 물질을 감소시키도록 된 상기 변환기 내에서 전기 화학 반응을 개시하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  167. 제166항에 있어서,
    상기 촉매 변환기는 NOx와 탄화수소 종을 포함하는 선택된 오염 물질을 포함하는 배기를 수취하는 수단을 더 포함하고,
    상기 촉매 변환기는 상기 NOx와 상기 탄화수소 종을 N2, O2 및 CO2 중 어느 하나를 포함하는 양성종으로 감소시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  168. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 판형 촉매 변환기를 포함하고,
    상기 판형 촉매 변환기는,
    제1 탄화수소 가스 측에 배치되고, 변환기 촉매와 제1 전극 물질 중 하나로 된 반응물을 갖고, 또한 제2 버퍼 가스 측에 배치되고, 제2 전극 물질로 된 반응물을 갖는 복수의 기밀 변환기 판과,
    열 전도성 물질로 형성된 복수의 기밀 전도판 - 상기 변환기 판과 상기 전도판은 교대로 함께 적층되어 변환기 어셈블리를 형성함 - 과,
    상기 변환기 판의 상기 탄화수소 가스 측으로 탄화수소 가스를 유입시키고, 상기 변환기 판의 상기 제2 버퍼 가스 측으로 버퍼 가스를 유입시키기 위한 수단과,
    원격 전원으로부터 전기를 수취하기 위한 수단과,
    상기 탄화수소 가스를 양성종으로 변환시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  169. 청구항 169은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 전도판은 상기 전도판의 평면 내에서 통상의 등온 조건을 달성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  170. 청구항 170은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기 판은 실질적으로 기밀 전해 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  171. 청구항 171은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기 판은 기밀 이온 도체인 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  172. 청구항 172은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기 판의 적어도 하나의 면의 상기 전극 코팅은 니켈 또는 니켈 함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  173. 청구항 173은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기 판의 적어도 하나의 면의 상기 전극 코팅은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  174. 청구항 174은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기 판의 적어도 하나의 면의 상기 전극 코팅은 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  175. 청구항 175은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 변환기에 의해 수취된 전기는 상기 탄화수소 가스 내의 선택된 오염 물질을 상기 양성종으로 감소시키는 전기 화학 반응을 개시하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  176. 청구항 176은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제168항에 있어서,
    상기 어셈블리는 NOx와 탄화수소 종 중 적어도 하나를 포함하는 선택된 오염 물질을 포함하는 배기를 수취하고,
    상기 촉매 변환기는 상기 NOx와 탄화수소 종을 양성종으로 감소시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  177. 청구항 177은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 변환기 또는 상기 열 제어 스택은 축 다기관이 형성된 판들의 스택을 포함하고,
    상기 시스템은 판들의 상기 스택을 함께 클램핑하기 위한 타이-로드 어셈블리(tie-rod assembly)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  178. 청구항 178은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제177항에 있어서,
    상기 타이-로드 어셈블리는 상기 스택의 외부에 또는 상기 다기관 내에 축 방향으로 탑재된 적어도 하나의 타이-로드와, 상기 스택의 반대쪽 단에 탑재된 한 쌍의 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  179. 청구항 179은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제178항에 있어서,
    타이-로드는 상기 크램핑 힘을 제공하도록 스프링 부하가 인가되는 저온 지역에 도달하도록 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  180. 청구항 180은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제178항에 있어서,
    상기 변환기는 연료 전지 스택을 포함하고,
    상기 타이-로드는 전기 접속 로드로서 작동하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  181. 청구항 181은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 변환기 또는 상기 열 제어 스택은 상기 변환기 또는 스택을 둘러싸도록 구성된 원통형 구조의 기밀 하우징을 포함하여 가압 작동을 허용하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  182. 청구항 182은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 변환기와 상기 열 제어 스택은 사각 또는 육각 패턴으로 상호 디지털 방식으로 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  183. 적어도 하나의 전기 및 화학 원료를 생성하는 에너지 시스템에 있어서,
    수집 용기와,
    상기 수집 용기 내에 배치된 1 이상의 변환기와,
    화학 변환기와 열 교환하고, 상기 수집 용기 내에 배치된 열 제어 스택과,
    상기 변환기로의 유입 전에 개질제와 1 이상의 반응물을 혼합시키기 위한 혼합기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  184. 청구항 184은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제183항에 있어서,
    상기 혼합기는 복수의 포트가 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  185. 청구항 185은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제184항에 있어서,
    상기 포트들은 상기 하우징 내의 혼합 지역 내에서 상기 반응물과 상기 개질제를 혼합하도록 조절되어 개질 혼합물을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  186. 청구항 186은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제185항에 있어서,
    상기 개질 혼합물을 배출하는 포트를 포함하는 상기 혼합기는 상기 혼합 지역 내에서 연료와 증기(steam)를 혼합하도록 된 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
  187. 청구항 187은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제186항에 있어서,
    상기 복수의 포트들 중 한 쌍의 포트는 유체를 수취하고 배출하도록 조절되어 상기 혼합 지역 부근에 냉각 지역을 형성하고,
    상기 유체는 상기 개질 혼합물을 형성하는 상기 개질제 및 상기 반응물로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 에너지 시스템.
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