KR101119973B1 - 연료 처리장치용 제어의 아키텍처 계층 - Google Patents

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Abstract

연료 처리장치용 제어 기술이 개시되어 있다. 일 측면에서 제어 시스템은 상기 연료 처리장치에서 복수의 물리적 하위시스템 각각에 대한 각각의 물리적 하위시스템을 운영하는 하위시스템 매니저 컨트롤러(controller)를 포함한다. 상기 하위시스템 매니저는 마스터 제어 매니저로부터 지시를 받는다. 두 번째 측면에서, 상기 하위시스템 매니저는 상기 하위시스템 매니저를 그들의 각 물리적 하위시스템에 결부시킬 수 있는 제2층(a second layer), 상기 제2층과 함께 상기 하위시스템 매니저를 결부시킬 수 있는 제3층과 관련하여 운영하는 층을 집합적으로 형성한다. 세 번째 측면에서, 마스터 제어 매니저는 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하고, 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하며, 그리고 상기 마스터 제어 매니저로부터 상기 하위시스템 매니저 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)한다.
개질반응, 제어 시스템

Description

연료 처리장치용 제어의 아키텍처 계층{ARCHITECTURAL HIERARCHY OF CONTROL FOR A FUEL PROCESSOR}
본 발명은 연료 처리장치, 더욱 상세하게는 연료 처리장치의 제어 시스템에 관한 것이다.
연료 전지 기술(Fuel cell technology)은 화석연료의 연소를 사용하는 보다 통상적인 에너지원에 대한 대체 에너지원이다. 연료 전지는 일반적으로 연료와 산소로부터 전기, 물 및 열을 생성한다. 더욱 상세하게는, 연료 전지는 화학적 산화-환원 반응으로부터 전기를 제공하며, 청정성 및 효율성 측면에서 다른 형태의 동력 생산 방법에 비하여 현저한 이점을 갖는다. 일반적으로, 연료 전지는 수소를 연료로 사용하고, 산소를 산화제로 사용한다. 동력 생산은 반응물 소비속도에 비례한다.
연료 전지의 광범위한 사용을 방해하는 심각한 단점으로는 수소 기반시설이 널리 분포되어 있지 못하다는 것이다. 수소는 비교적 낮은 용량 에너지 밀도를 가 지며, 현재 대부분의 동력생산 시스템에서 사용되고 있는 탄화수소 연료보다 저장 및 수송에 있어 더욱 어려운 점이 있다. 이와 같은 어려움을 극복하는 한 가지 방법으로는 탄화수소를 연료 전지의 공급물로 사용가능한 수소가 풍부한 가스 스트림으로 전환시키는 "연료 처리장치(fuel processors)" 또는 "개질장치(reformers)"를 사용하는 것이다. 천연가스, LPG, 가솔린, 및 디젤과 같은 탄화수소 기반 연료는 대부분의 연료 전지에 사용되는 연료로 사용하기 위하여 전환반응이 요구된다. 현재의 기술은 여러 번의 세척공정을 수반하는 초기 전환 공정과 결합한 다단계 공정을 사용한다. 상기 초기공정은 대부분 증기개질반응(steam reforming; "SR"), 자열개질반응(autothermal reforming: "ATR"), 촉매적 부분산화반응(catalytic partial oxidation; "CPOX") 또는 비촉매적 부분산화반응(non-catalytic partial oxidation; "POX")이다. 세척공정은 일반적으로 탈황화반응, 고온 물-기체 전환반응, 저온 물-기체 전환 반응, 선택적 CO 산화반응 또는 선택적 CO 메탄화반응의 조합으로 구성되어 있다. 대체가능한 공정들로는 수소 선택적 막 반응기 및 필터를 포함한다.
따라서, 여러 형태의 연료들이 사용될 수 있으며, 이들 중 일부는 화석연료와 혼성화되지만 이상적인 연료는 수소이다. 만일 연료가 예를 들면 수소일 경우 청정한 연소가 가능해지고, 열의 소실 및/또는 소비 및 전기 소비 후 실질적인 물질로서 오직 물만이 남게 된다. 가장 용이하게 사용가능한 연료(예를 들면 천연가스, 프로판 및 가솔린) 및 심지어 잘 사용되지 않는 연료(예를 들면 메탄올 및 에 탄올)들도 그들의 분자구조 내에 수소를 포함한다. 그러므로, 일부의 연료 전지 이행은 특정 연료를 처리하여 연료 전지에 사용가능한 비교적 순수한 수소 스트림을 생성하는 "연료 처리장치"를 사용한다.
연료 전지는 백 년 넘게 존재하여 왔으나, 기술은 여전히 발달되지 않은 것으로 여겨진다. 그 이유는 여러 가지이고 또 어렵다. 그러나, 최근 정치학적, 상업적 및 환경적 조건들에 의해 연료 전지 기술에 대한 증대된 관심이 활성화되었다. 이러한 증대된 관심은 차례로 빠른 속도의 기술 발전을 야기하였다.
그러나, 빠른 속도의 발전은 환영을 할 수 있으나, 그 자체의 문제점들이 존재한다. 연료 전지 디자인, 특히 연료 처리장치를 갖는 연료 전지는 일반적으로 복잡하다. 미국특허 출원 10/006,963(발명의 명칭: Compact Fuel Processor for Producing a Hydrogen Rich Gas, 출원일: 2001.12.5, 발명자: Curtis L. Krause et al., 공개일: 2002.7.18, 공개번호: US2002/0094310 A1)에 개시된 연료 처리장치 디자인을 참조하라. 이 디자인에서 애노드 테일기체 산화장치 온도(anode tailgas oxidizer temperature)는 촉매 로딩(loading), 공기 흐름(air flow) 및 그의 공간속도(space velocity) 및 주어진 공간 속도에서의 산소와 탄소의 비율의 기능이다. 인자의 개수는 그 자체로도 상기 온도의 조절을 어렵게 만든다. 게다가 연료 유형의 변형- 예컨대, 천연가스로부터 수소까지-은 모든 이들 변수에 극적으로 영향을 미친다. 따라서 상기 어려운 제어 문제는 연료 처리장치 디자인이 변함에 따라 더 욱 심해진다.
본 발명은 앞서 언급한 문제들 중 하나 또는 모두를 해결하거나 또는 적어도 문제를 감소시키기 위하여 안출되었다.
발명의 요약
연료 처리장치용 제어 기술이 개시되어 있다. 일 측면에서 제어 시스템은 상기 연료 처리장치에서 복수의 물리적 하위시스템 각각에 대한 각각의 물리적 하위시스템을 운영하는 하위시스템 매니저 컨트롤러(controller)를 포함한다. 상기 하위시스템 매니저는 마스터 제어 매니저로부터 지시를 받는다. 두 번째 측면에서, 상기 하위시스템 매니저는 상기 하위시스템 매니저를 그들의 각 물리적 하위시스템에 결부시킬 수 있는 제2층(a second layer), 상기 제2층과 함께 상기 하위시스템 매니저를 결부시킬 수 있는 제3층과 관련하여 운영하는 층을 집합적으로 형성한다. 세 번째 측면에서, 마스터 제어 매니저는 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하고, 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하며, 그리고 상기 마스터 제어 매니저로부터 상기 하위시스템 매니저 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)한다.
본 발명은 첨부된 도면과 결합되어 기술된 하기의 설명을 참조하여 이해될 수 있으며, 동일한 참조번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따라 실행된 제어 시스템의 일 특정 실시예를 도시한 것이다;
도 2A 및 도 2B는 도 1의 실시예의 실행에 사용될 수 있는 컴퓨팅 장치(computing apparatus)를 개념적으로 도시한 것이다;
도 3은 본 발명에 따라 제어되는 연료 처리장치의 일 특정 실시예를 도시한 것이다;
도 4A 내지 도 4F는 도 3의 연료 처리장치의 물리적 하위시스템을 상세하게 도시한 것이다;
도 5는 도 3에서 첫 번째로 도시된 연료 처리장치를 제어하는데 사용하기 위한 도 1의 제어 시스템의 일 특정 실시예를 묘사한 것이다;
도 6은 본 발명에 따라 도 5에 첫 번째로 도시된 제어 시스템에 대한 하위시스템 매니저의 아키덱쳐 계층(architectural hierarchy)을 도시한 것이다;
도 7은 본 발명의 일 특정 실시예의 물리적 하위시스템에 대한 상태 기계(state machine)이다;
도 8은 도 3에 첫 번째로 도시된 연료 처리장치의 자열 개질장치(autothermal reformer)의 개질 과정을 도시한 것이다.
본 발명을 다양한 변형 및 대체 형태로 나타낼 수 있지만, 도면은 실시예를 통해 구체적으로 기술된 특정 실시예를 나타내고 있다. 그러나, 특정 실시예에 기술된 내용은 개시된 특정 형태에 본 발명을 제한하려는 의도는 아니며, 이와 반대로 본 발명은 청구범위에 기술된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 가능한 모든 변형, 등가물 및 대체물을 포함한다고 이해되어야 한다.
본 발명의 구체적인 실시예를 하기에 기술한다. 명확성의 측면에서 실제적인 실행의 모든 특징들이 본 명세서에 기술된 것은 아니다. 그러한 실제 실시예의 개발에서 시스템과 관련되고 사업과 관련된 제약에의 순응 - 그러한 것은 하나의 실행에서 다른 것으로 변하게 할 것이다 - 과 같은 많은 실행-특이적 결정이 개발자의 특정한 목표를 달성하기 위하여 이루어져야 한다는 것이 당연할 것이다. 더욱이 그러한 개발 노력이 복잡하고 시간이 걸릴지도 모르지만, 그럼에도 불구하고 본 개시내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 일상적인 과업이 될 것으로 사료된다.
본 발명은 일반적으로 "연료 처리장치(fuel processor)" 또는 "개질장치(reformer)"를 제어하기 위한 방법 및 장치, 즉 탄소 연료를 수소가 풍부한 기체로전환하는 장치에 관한 것이다. "연료 처리장치"라는 용어는 본 명세서에서 사용될 것이다. 본 명세서의 실시예에서, 상기 방법과 장치는 연료 전지에서의 사용을 위해 탄화수소 연료로부터 수소가 풍부한 가스 스트림을 생산하기 위한 간결한 처리장치를 제어한다. 그러나, 다른 연료 처리장치들이 대체가능한(alternative) 실시예에 사용될 수 있다. 게다가 기타의 다른 가능한 용도들도 수소가 풍부한 스트림이 바람직한 어떠한 용도를 포함하는 본 명세서에 기술된 장치 및 방법에 대해 예상된다. 상기 방법 및 장치는 또한 가스 스트림의 생산에 적용될 수 없는 실시예에도 사용될 수 있다. 따라서, 비록 본 발명이 연료 전지와 함께 사용되도록 본 명세서에 기재되어 있지만, 본 발명의 범위가 상기와 같은 사용에 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따라 설계되고, 제조되고, 운영된 제어 시스템(100)의 일 특정 실시예를 도시하고 있다. 상기 제어 시스템(100)은 마스터 제어 매니저(102), 및 복수의 물리적 하위시스템 매니저(104)를 포함한다. 하위시스템 매니저 (104)의 수는 본 발명에 중요하지 않다. 따라서, 도 1은 하위시스템 매니저0-하위시스템 매니저N으로 지정된 N 하위시스템 매니저(104)를 도시하고 있다. 비록 본 개시의 이점을 가지는 당업자(those skilled in the art having the benefit of this disclosure)라면 어떤 실제적인 제한이 상세하게 실행될 때(implementation specific detail) 야기되리라는 것을 이해할 것이나, 이론적으로는 상기 숫자 N은 임의의 수일 수 있다. 그럼에도 하위시스템 매니저(104)의 숫자 N은 본 발명을 실시하는 데 중요하지 않다.
제어 시스템(100)은 도 2A 및 도 2B에 도시된 랙 장착형 컴퓨팅 장치(rack-mounted computing apparatus)(200)와 같은 컴퓨팅 장치에서 실행되는, 주로 소프트웨어이다. 모든 실시예에서 상기 컴퓨팅 장치(200)가 랙-장착될 필요가 없다는 것을 주의하라. 게다가, 임의의 주어진 실행의 이러한 면은 본 발명을 실시하는데 중요하지 않다. 상기 컴퓨팅 장치(200)는 데스크톱 개인용 컴퓨터, 워크 스테이션(workstation), 노트북 또는 랩톱(laptop) 컴퓨터, 또는 심지어 임베디드 프로세서(embedded processor)에 실행될 수 있다.
도 2A 및 도 2B에 도시된 컴퓨팅 장치(200)는 버스 시스템(215)의 위쪽에 저장장치(storage)(210)와 이어져 있는 처리장치(processor)(205)를 포함한다. 상기 저장장치(210)는 하드 디스크 및/또는 램(random access memory; RAM) 및/또는 플로피 자기 디스크(217) 및 광학 디스크(220)와 같은 탈착식(removable) 저장장치(210)를 포함할 수 있다. 상기 저장장치(210)는 위에서 기재한 대로 얻어진 데이터 세트를 저장하는 데이터 구조(225), 운영 시스템(operating system)(230), 사용자 인터페이스 소프트웨어(235), 및 애플리케이션(265)과 함께 코드화된다(encoded). 디스플레이(240)와 결합된 사용자 인터페이스 소프트웨어(235)는 사용자 인터페이스(245)를 실행한다. 상기 사용자 인터페이스(245)는 키 패드 또는 키보드(250), 마우스(255) 또는 조이스틱(joystick)(260)과 같은 주변의 I/O 장치를 포함할 수 있다. 상기 처리장치(205)는 실질상 당업계에 공지된 임의의 작동 시스템일 수 있는 운영 시스템(230)의 조절하에서 작동한다. 애플리케이션(265)은 운영 시스템(230)의 실행에 의존하여 전원 키거나(power up) 리셋(reset)하거나 또는 둘 다를 할 때 운영 시스템(230)에 의해 호출된다. 본 실시예에서는 상기 애플리케이션(265)은 도 1에 도시된 제어 시스템(100)을 포함한다.
그러므로 본 발명의 적어도 어떤 면은 일반적으로 적절하게 프로그램된 컴퓨팅 장치, 예컨대, 도 2A 및 도 2B에 있는 컴퓨팅 장치(200)상의 소프트웨어로 실행될 것이다. 상기 명령어(instruction)는 예컨대, 저장장치(210), 플로피 디스크(217) 및/또는 광학 디스크(220) 상에 코드화될 수 있다. 따라서 본 발명은 발명의 일 측면에서, 본 발명의 방법을 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 장치를 포함한다. 다른 측면에서, 본 발명은 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 본 발명의 방법을 수행하는 명령어로 코드화된 프로그램 저장장치(program storage device)를 포함한다.
본 명세서의 상세한 설명의 일 부분은 컴퓨팅 시스템 또는 컴퓨팅 장치의 저장장치 내부의 데이터 비트(data bit) 상에 운영에 대한 부호 표시(symbolic representations)를 포함하는 소프트웨어로 실행된 공정으로 최종적으로 표현된다. 이러한 기재 및 표시들은 당업자가 당업계의 다른 사람들에게 그들의 일의 내용을 가장 효과적으로 알리기 위해 사용하는 수단이다. 상기 공정 및 운영은 물리적인 양의 물리적인 조작(manipulation)을 필요로 한다. 통상적으로 필요하지 않을지라도, 이들 양은 저장, 전달, 결합, 비교 및 다른 방법으로 조작될 수 있는 전기적, 자기적 또는 광학적 신호의 형태를 가진다. 비트(bits), 수준(values), 요소(elements), 부호(symbols), 문자(characters), 용어(terms), 숫자(numbers) 등과 같은 것으로 이들 신호를 참조하는 것이, 대체로 일반적으로 사용되므로, 때때로 편리하다.
그러나, 이들 또는 유사한 용어가 모두 적당한 물리적 양(physical quantities)과 연관되어 있으며, 이들 양에 적용되는 단지 편리한 라벨(labels)이라는 것을 명심해야 한다. 특별히 언급되지 않는 한 또는 명백하지 않는 한, 본 발명의 개시 전체에서 이 기재는 전자 장치의 작동(action)과 공정(process)을 말하는 것으로서, 이들은 몇몇 전기 장치의 저장장치 내에서 물리적(전자적, 자기적 또는 광학적) 양으로 표현되는 데이터를 상기 저장장치 내부의 또는 트랜스미션(transmission) 또는 표시 장치(display device)에서의 물리적 양으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환시킨다. 이런 기재를 의미하는 용어의 예는, 이에 제한되지는 않으나, "처리공정(processing)", "컴퓨팅(computing)", "연산(calculating)", "측정(determining)", "표시(displaying)" 등의 용어이다.
본 실시예에서 제어 시스템(100)은 연료 처리장치, 즉 도 3에 있는 연료 처리장치(300)를 제어한다. 상기 연료 처리장치(300)는 여러 개의 모듈형(modular) 물리적 하위시스템을 포함한다:
? 자열 개질장치(autothermal reformer)("ATR")(302) - 연료 처리장치(300)에 투입된 연료를 연료 전지(303)용 개질유(reformate)로 개질시키는 산화-환원 반응을 수행한다;
? 산화장치(oxidizer)("ox")(304) - 본 실시예에 있는 애노드 테일기체 산화장치(anode tailgas oxidizer)("ATO")인데, 스트림, 연료 및 공기를 혼합하여 공정 공급물 스트림(process feed stream)으로서 상기 ATR(320)에 전달되는 연료 혼합물을 생성한다;
? 연료 하위시스템(306) - ATR(302)로 전달되는 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 투입된 연료(본 실시예의 천연가스)를 상기 산화장치(304)로 전달한다;
? 물 하위시스템(308) - 상기 ATR(302)로 전달된 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 물을 산화장치(304)로 전달한다;
? 공기 하위시스템(310) - 상기 ATR(302)로 전달된 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 공기를 산화장치(304)로 전달한다;
? 자열 하위시스템(312) - 냉매(예: 물)를 상기 ATR(302)을 통해 순환시킴으로써 상기 ATR(302)의 운영시 온도를 조절한다.
ATR(302), 산화장치(304), 연료 하위시스템(306), 물 하위시스템(308), 공기 하위시스템(310) 및 자열 하위시스템(312)의 특정 실행이 도 4A 내지 도 4F에 도시되어 있다.
도 4A는 연료 하위시스템(306)의 일 특정 실행을 도시하고 있다. 연료 하위시스템(306)은 연료 공급장치(fuel supply)(402)를 포함하며, 산화장치(304)의 2개의 다른 부분에 공급물 ATO1, ATO2를 공급한다. 위에서 기재한 대로, 본 실시예의 연료는 천연가스이나, 다른 형태의 탄화수소일 수도 있다. 탄화수소 연료는 그것이 증발될 수 있는 한 일상조건에서 액체 또는 기체일 수 있다. 본 발명에 사용된 "탄화수소"라는 용어는 부분 산화반응 또는 스트림 개질 반응으로부터 수소를 생성할 수 있는, C--H 결합을 가지는 유기 화합물을 포함한다. 상기 화합물의 분자 구조에서 탄소 및 수소 이외에 다른 원자의 존재는 배제되지 않는다. 그러므로, 본 명세서에서 개시하고 있는 방법 및 장치에 사용되기 위한 적합한 연료는, 이에 제한되지는 않으나, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 나프타(naphtha), 가솔린 및 디젤 연료와 같은 탄화수소 연료, 및 메탄올, 에탄올, 프로판올 등과 같은 알코올을 포함한다. 황 포집기(sulphur trap)(408)은 검사 밸브(404) 및 솔레노이드(solenoid) 밸브(406)을 통하여 연료 공급장치(402)로부터 연료를 받는다. 이후, 탈황 연료(de-sulphured fuel)는 필터(410)에 의하여 여과되고, 각각 제어 밸브(412) 및 유량계(flow meter)(414)를 포함하는 2개의 라인(411,413)을 통하여 산화장치(304)로 공급된다.
도 4B는 물 하위시스템(308)의 일 특정 실행을 도시하고 있다. 탱크(416)는 검사 밸브(404) 및 솔레노이드 밸브(406)를 통하여 물 공급장치(418)로부터 물을 받는다. 본 실시예에서, 탱크(416)도 연료 전지(303)의 캐소드(cathode)(미도시)로부터 회수기(return)(420)을 통하여 물을 받는다. 탱크(416) 내의 압력과 부피는 압력 릴리프(relif), 검사 밸브(426) 및 솔레노이드 밸브(406)를 통한 배수구(drain)(417)를 통하여 배수구 팬(419)으로 조절될 수 있다. 탱크(416)의 물(424)은 컨트롤러(controller)(428)의 지시하에서 필터(410) 및 질량 유량계(427)를 포함하는 라인(425)을 통하여 펌프(421)에 의해 산화장치(304)로 펌핑(pumping)된다. 댐퍼(damper)(430)는 산화장치(304)로 가는 도중에 펌프된 물(424)의 압력하에서의 진동(oscillations) 또는 파동(fluctuations)을 댐핑(damping)한다. 공기(423)는 라인(427)을 거쳐 산화장치(304)로 공급된다.
도 4C는 공기 하위시스템(310)의 일 특정 실행을 도시하고 있다. 모터(434)를 포함하는 컴프레서(compressor)(432)는 공기 흡입구(air intake)(436), 필터(410) 및 유량계(flow meter)(414)를 거쳐 대기로부터 여과된 공기를 받고, 그것을 탱크(438)로 압축시킨다. 이후, 탱크(438)의 공기는 유량계(414) 및 제어 밸브(444, 446)을 포함하는 라인(440, 442)을 통하여 2개의 공급물(feed) AT06, AT07에 의하여 산화장치(304)로 공급된다. 상기 탱크(438)로부터 공기는 또한 유량계(414) 및 제어 밸브(446)을 포함하는 라인(447)을 통하여 공급물 ATR1에 의하여 ATR(302)로 공급된다.
도 4D는 산화장치(304)의 일 특정 실행을 도시한 것이다. 산화장치(304)는 복수의 검사 밸브(426)를 통하여 연료 하위시스템(306), 물 하위시스템(308), 공기 하위시스템(310) 및 ATR(302)로부터 앞에서 언급한 라인(413, 440, 427, 429)을 거쳐 공급물 ATO2, ATO3, ATO5, ATO7에 의하여 연료, 물 및 공기를 받는다. 공급물 ATO5는 ATR(302)와 결합된 물 분리 시스템(하기에서 설명됨)으로부터 온 것이다. 또한 연료 전지(303)의 캐소드(미도시)로부터의 뜨거운 공기(hot air)(429)는 산화장치(304)로 되돌아간다. 연료 전지(303)의 애노드(미도시)로부터의 유출물(exhaust)(431)은 물 분리기(448)로 되돌아가며, 상기 물 분리기(448)는 솔레노이드 밸브(406)를 거쳐 배수되는(drained) 물을 배수구 팬(419)에 분리시킨다. 이후, 탈수된 애노드 회수물(dehydrated anode return)은 라인(450)을 통하여 검사 밸브(426)를 거쳐 산화장치(304)로 공급된다. 연료, 공기 및 탈수된 애노드 회수물은 산화장치(304)의 탱크(454)에 도입되기 전에 혼합기(452)에서 혼합된다. 생성된 혼합물은 전열기(456)에 의하여 가열된다.
도 4D에 대하여 여전히 언급을 하면, 산화장치(304)는 또한 연료 하위시스템(306), 물 하위시스템(308) 및 공기 하위시스템(310)으로부터 위에서 기재한 각각의 라인(411, 442, 425)을 통하여 공급물 ATO1, ATO6, ATO3에 의하여 연료, 공기 및 물을 받는다. 라인(411)과 라인(442)은 검사 밸브(426)에 의해 보호된다. 라인(411, 442)을 통해 받은 공기와 물은 봉합된 코일(enclosed coil)(458)에 들어간다. 라인(425)을 통해 받은 물은 봉합된 코일(460)에 들어간다. 탱크(454)안의 가열된 공기, 물 및 연료 혼합물은 봉합된 코일(458, 460)의 내용물(contents)을 가열하고, 그것은 이후 혼합기(462)에서 혼합되고, 라인(464)을 통하여 공급물 ATR2에 의해 ATR(302)로 공급된다. 산화장치(304)는 라인(465)을 통하여 유출물(463)에 렌트(rent)된다.
도 4E는 열 하위시스템(312)의 일 특정 실행을 도시한 것이다. 물(466)은 물 공급장치(468)로부터 탱크(416)로 온다. 물 공급장치(468)가 도 4B에 도시된 물 하위시스템(308)의 물 공급장치(418)와 다르다는 것을 주의하라. 물 공급장치(418)로부터 받은 물(424)은, 본 실시예에서, 탈 이온화된 것인 반면, 상기 물(466)은 그렇지 않다. 물(466)은 ATR(302) 및 그와 결합된 하위시스템의 여러부분에 라인(471-475)상으로 공급물 ATR3, PROX1, L1, L2를 통하여 순환된다. ATR(302)로 이전에 순환된, 물(466)은 라인(476)상으로 공급물 TS1을 통하여 열 하위시스템(312)로 되돌아간다. ATR(302) 성분에 의해 물(466)에 가해진 열은 열 교환기(478)을 통하여 주위로 덤핑(dumping)된다. 본 실시예는 또한 이러한 열교환을 촉진하기 위하여 팬(480)을 이용한다.
도 4F는 ATR(302)의 일 특정 실행을 도시한 것이다. 상기 ATR(302)은 다수의 열교환기(478) 및 전기히터(456)를 포함하는 여러 개의 단(stages)(482a-482e)을 포함한다. 각각의 열교환기(478)는 열 하위시스템(312)(도 4E에 가장 잘 도시됨)으로부터 라인(470-472)을 통하여 온도가 조절된 물(466)을 받고, 그것을 라인(476)을 통하여 돌려보낸다. 선택적 산화성(preferential oxidizing)("prox") 단(482)에 있는 열 교환기(478)가 예외인데, 이것은 라인(473)을 통하여 열 하위시스템(312)로부터 물(466)을 받고, 그것을 라인(476)을 거쳐 물 탱크(416)과 공급물 TS1으로 돌려보낸다. 선택적 산화장치(486)를 관통하는 ATR(302)를 빠져나오는(exiting) 개질유 기체(reformate gas)는 열교환기(478)에 의해 가열되고, 물 분리기(448)에 의해 탈수되고, 여과되고, 연료 전지(303)(도 3에 도시됨)의 애노드(미도시)로 공급된다. 본 실시예는 또한 버스트 디스크(burst disk)(484)를 포함하는데, 그것은 ATR(302)가 과도한 압력을 받을 때(overpressure), 버스트(burst)되어 ATR(302)의 내용물을 라인(440)을 거쳐 산화장치(304) 및 공급물 ATO7로 버려지게 한다.
도 3에서 보면, ATR(302), 산화장치(304), 연료 하위시스템(306), 물 하위시스템(308), 공기 하위시스템(310) 및 열 하위시스템(312)의 각각은 하위시스템 매니저(104)의 하나에 의해 조절되는 물리적 하위시스템을 구성한다. 그러므로, 도 3의 특정 연료 처리장치(300)의 사용을 위한 제어 시스템(100)의 일 특정 실행은 도 5에 도시되어 있으며, 다음을 포함한다:
? 마스터 제어 매니저(502) - 하위시스템 매니저를 통하여 연료 처리장치(300)의 제어를 관리(manage)한다;
? 연료 하위시스템 매니저(504) - ATR(302)로 전달되는 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 ATO(306)으로의 연료의 전달을 조절한다;
? 물 하위시스템 매니저(506) - ATR(302)로 전달되는 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 ATO(306)으로의 물의 전달을 조절한다;
? 공기 하위시스템 매니저(508) - ATR(302)로 전달되는 공정 공급물 스트림에 혼합하기 위해 ATO(306)으로의 공기의 전달을 조절한다;
? ATO 하위시스템 매니저(510) - 공정 공급물 스트림으로서 ATO(302)에 전달되는 연료 혼합물을 만들어내기 위하여 스트림, 연료 및 공기의 혼합을 조절한다;
? ATR 하위시스템 매니저(512) - 연료 처리장치(300)에 투입된 연료를 연료 전지(303)용 개질유로 개질시키는 ATR(302)에서 산화-환원 반응을 조절한다;
? 열 하위시스템 매니저(514) - 열 하위시스템(312)을 통한 ATR(302)의 운영시 온도를 조절한다.
그러므로 각 하위시스템 매니저(504-514)는 각각의 물리적 하위시스템(302, 304-312)의 운영을 조절한다.
제어 시스템(500)은 계층 형(hierarchical fashion)에서 그것의 모듈방식(modularity)을 도움을 주는 추가적인 층(layers)을 추가로 포함한다. 더욱 상세하게는, 상기 제어 시스템(500)은 하드웨어-의존층(hardware-dependent layer)(516)과 "호환성(compatibility)" 층(518)을 포함한다. 하드웨어에 의존적인 제어 기능성의 양상은 상기 하드웨어-의존층(516)으로 분리된다. 예컨대, 도 4A를 언급하면, 산화장치(304)로의 연료(402)의 유출을 증가시키기 위하여, 제어 밸브(414)를 하나 또는 둘이 오픈(open)된다. 제어 신호(미도시)는 제어 시스템(500)으로부터 상기 제어 밸브(들)(414)의 작동기(actuator)(미도시)로 전이되고, 이 신호의 특성은 하드웨어 의존적이다. 이 제어 신호의 실제적인 생성(generating)과 전이(transmitting)의 기능성은 하드웨어에 종속되어 있는 층(516)으로 분리된다. 따라서, 만일 하드웨어가, 예컨대 연료 하위시스템(306)에 있는 하드웨어가 한 모델에서 다른 모델로 변한다면, 오직 상기 하드웨어에 종속되어 있는 층(516)만이 수정될 것이 요구된다. 호환성 층(518)은 하위시스템 매니저(504-514)에 의해 내려진(issue) 명령어를 전환하여 그들이 연료 처리장치(300)의 하드웨어와 호환성이 있게 한다. 예를 들면, 하나의 하위시스템 매니저(504-514)는 측정의 특정 유닛(unit)을 이용하는 사건(event)을 요구할 수 있다. 상기 요구를 실행하는데 요구되는 하드웨어는 측정의 두번째 유닛에서 명령어를 받을 수 있다. 상기 호환성 층(518)은 측정의 첫번째 유닛에서 하위시스템 매니저(504-514)에 의해 내려진 명령어를 상기 하드웨어가 적용된 측정의 두 번째 유닛으로 번역할 것이고, 그래서 이것은 상기 하드웨어-의존층(516)에 의해 실행될 수 있다.
또한, 제어 시스템(500)의 실시예는 계층 형(hierarchical fashion)에서 그것의 모듈방식(modularity)에 도움을 주는 진단 층(diagnostic layer)(520)을 추가로 포함한다. 각각의 하위시스템 매니저(504-514)는 오류 조건에 대해 그것의 각 물리적 시스템(302, 304-312)를 모니터링한다. 더욱 상세하게는, 상기 하위시스템 매니저(504-514)는 "정지(shotdown)" 상태, 즉 충분히 중요한 오류 조건을 모니터링한다. 그들은 연료 처리장치(300)의 정지(shutting down)를 보장한다. 하위시스템 매니저(504-514)에 의해 검출된 오류 조건은 진단층(520)을 통하여 마스터 제어 매니저(502)에 보고된다.
각각의 하위시스템 매니저(504-514)는 또한 도 6에 개념적으로 도시된 모듈방식 내부 구조(modular internal structure)(600)를 구현한다. 각각의 하위시스템 매니저(504-514)는 각각의 물리적 하위시스템(302, 304-312)의 작동에서 그들의 해야할 일(business)을 수행하기 위하여 상기 모듈방식 내부 구조(600)를 이용한다. 각 하위시스템 매니저(504-514)를 다음을 포함한다:
? 정보 교환 모듈(605) - 이를 통하여 특정 하위시스템 매니저(504-514)는 다른 시스템 매니저(504-514)에 의해 요구된 사건을 실행하는 실행가능성을 마스터 제어 매니저(502)를 통하여 결정(determine)하고, 요구된 사건을 실행하는 작동(actions)을 확인(identify)한다;
? 진단 모듈(610) - 오류 조건을 보고하기 위하여 진단 층(520)이 정보 교환 모듈(605)를 통하여 이 진단 모듈(610)과 연락한다(communicate);
? 물리적 모듈(615) - 요구된 사건을 실행하는 작동을 확인하기 위하여 정보 교환 모듈이 이 물리적 모듈(615)과 상담(consult)하고, 상기 진단 모듈도 오류 조건에 관계된 정보를 얻기 위하여 이 물리적 모듈(615)과 연락한다;
? 제어 모듈(620) - 작동이 요구된 사건을 실행하도록 되어 있는지 결정하기 위하여 물리적 모듈(615)이 이 제어 모듈(620)과 상담하고, 상기 결정을 위한 정보를 얻기 위하여 상기 하드웨어에 종속되어 있는 층(516)도 호환성 층(518)을 통하여 이 제어 모듈(620)과 연락한다.
진단 층(520)이 제거된 제어 시스템(500)의 대체 가능한 실시예에서, 진단 모듈(610)은 하위시스템 매니저(504-514)로부터 제거될 수 있다.
도 5에서 보면, 본 실시예에서, 하위시스템 매니저(504-514)는 마스터 제어 매니저(502)를 통하여 그들의 정보 교환 모듈(605)로부터의 요구를 연락함으로써 서로 상호협력한다. 예를 들면, 도 3에 첫 번째로 도시된 산화장치(304)가 도 3에 첫 번째로 도시된 연료 하위시스템(306)으로부터 공급물의 압력의 하락(drop)을 감지하는 상황을 고려하라. ATO 하위시스템 매니저(510)는 연료 공급을 증가시킬 것을 요구할 것이다. 본 실시예의 용어에서, 연료 증가(fuel increase)가 "사건(event)"이다. 상기 ATO 하위시스템 매니저(510)는 도 6에 도시된 그것의 정보 교환 모듈(605)을 통하여 상기 요구를 내리고, 이것은 상기 요구를 마스터 제어 매니저(502)에게 연락한다. 마스터 제어 매니저(502)는 적당한 물리적 하위시스템 매니저-이 경우에는 연료 하위시스템 매니저(504)-에게 상기 요구를 전달한다.
연료 하위시스템 매니저(504)는 그 자체의 정보 교환 모듈(605)을 거쳐 상기 요구를 받고, 그것이 상기 요구를 실행하기 위해 적당한 운영 상태(하기에서 더욱 설명됨)인지 알아보기 위하여 검사한다. 이후, 연료 하위시스템 매니저(504)는 만일 상기 요구가 허용될 수 있고 실행가능한 다면 요구된 사건을 실행한다. 상기 정보 교환 모듈(605)은 물리적 모듈(605)에 요구된 사건을 실행하라고 명령한다. 상기 정보 교환 모듈(605)은 작동이 수행되는 것이 필요한 지에 대하여 컨트롤러 모듈(620)에 문의한다. 이후, 상기 정보 교환 모듈(605)은 물리적 모듈(615)에게 그들의 작동이 필요하다는 것을 알려준다. 그리고 나서 상기 물리적 모듈은 상기와 같은 명령어를 호환성 층(518)을 거쳐 하드웨어에 종속되어 있는 층(516)을 통하여 상기 하드웨어 작동기(미도시)에게 내린다.
마스터 제어 매니저(502)는 또한 하위시스템 매니저(504-514)를 통하여 시스템 전체(300)의 운영 상태를 조절한다. 예컨대, 상기 운영 상태 및 하위시스템 매니저(504-514) 사이에서의 변화(transition)를 보여주고 있는 도 7의 상태 도해(diagram)(700)를 고려하라. 각각의 하위시스템 매니저(504-514)는 8개의 다른 상태를 통하여 변화되는데, 운영 사이클마다 모두 8개 상태는 아니다:
? "오프(off)" 상태(702);
? "매니저 검사(manager check)" 상태(704) - 여기서, 하위시스템 매니저(504-514)는 이들의 각 물리적 하위시스템(302-312)의 운영 준비성(operational readiness)을 검사한다;
?"수동(manual)" 상태(706) - 여기서 운영자는 시스템 전체의 운영을 지시할 수 있다;
?"예열(preheat)" 상태(708) - 여기서, 정상 운영을 위해 시스템 전체(300)의 가열 원소(heating elements)와 유체(fluids)가 그들의 지정된 수준으로 예열되거나 예비-냉각(pre-cooled)된다;
?"시동(startup)" 상태(710) - 여기서, 시스템 전체(300)는 시동 조건 하에서 운영을 개시한다;
?"작동(run)" 상태(712) - 여기서, 시스템 전체(300)는 정상 상태 조건(steady-state conditions) 하에서 운영한다;
?"정지(shutdown)" 상태(714) - 여기서, 시스템 전체의 물리적 하위시스템이 운영 사이클의 계획된 종결시점에서 그들의 운영을 중지시킨다; 및
?"응급 정지(emergency shutdown) 상태(716) - 여기서, 물리적 하위시스템이 하나 이상의 물리적 하위시스템에서의 응급 조건의 발생 및 검출에 반응하여 정지된다.
비록 각각의 하위시스템 매니저(504-514)가 동일한 8개의 상태를 통하여 변화된다 할지라도, 각 하위시스템 매니저(504-514)에 할당된 태스크(task)는 각각의 물리적 하위시스템(302-312)의 필요조건에 비추어 독특할 것이다. 예컨대, 작동 상태(712)에서 연료 하위시스템 매니저(504)에 의해 수행된 태스크는, 도 3에서 도시된, 연료 하위시스템(306) 및 ATR(302)의 운영과 기능에 차이가 있기 때문에, 작동 상태에서 ATR 하위시스템 매니저(512)의 태스크와는 다를 것이다.
도 7에서 보면, 오프 상태(702)로부터 빠져나오면, 하위시스템 매니저(504-514)는 매니저 검사 상태(704) 또는 수동 상태(706)로 변화될 수 있다. 수동 상태(706)으로부터, 하위시스템 매니저(504-514)는 오직 정지 상태(714) 또는 응급 정지 상태(716)로만 변화된다. 매니저 검사 상태(704)로부터, 시스템 매니저(504-514)는 차례대로 예열 상태(708), 시동 상태(710) 및 작동 상태(712)를 통하여 변화될 수 있다. 하위시스템 매니저(504-514)는 임의의 다른 상태로부터 정지 상태(714) 또는 응급 정지 상태(716)로 변화될 수 있다.
도 5 및 도 7에서 보면, 운영자는 상기 시스템의 전원을 키거나 초기화할 때, 즉 오프 상태를 종료(exit)할 때, 수동 상태(706)로 진입할 지 여부를 선택한다. 만일 운영자가 수동 상태(706)를 선택하지 않으면, 마스터 제어 매니저(502)가 제어를 맡는다. 상기 수동 상태(706)에서, 운영자는 특정화된 수준의 설정 포인트까지 운영 용량의 비율 및 시스템 램프를 선택할 수 있으나, 제어 로직(logic)은 여전히 적용된다. 즉, 상기 하위시스템 매니저(504-514)는 위에서 기재한 대로 마스터 제어 매니저(500)를 통하여 서로 간에 여전히 상호협력한다.
운영자가 수동 제어를 취하지 않는다고 가정하면, 마스터 제어 매니저(502)는 매니저 검사 상태(704)를 변화시키기 위하여 각각의 하위시스템 매니저(504-514)에 신호를 보낸다. 각 하위시스템 매니저(504-514)는 매니저 검사 상태(704)로 변화된다. 이후, 각 하위시스템 매니저(504-514)는 매니저 검사 상태(704)와 관련된 각자의 태스크를 수행한다. 개개의 하위시스템 매니저(504-514)가 매니저 검사 상태(704)와 관계된 태스크를 완료하는 경우, 이들은 이 사실을 마스터 제어 매니저(502)에게 신호한다. 마스터 제어 매니저(502)는 모든 하위시스템 매니저(504-514)가 완료 신호를 보내올 때까지 대기하고, 이후, 상기 하위시스템 매니저(504-514)에게 예열 상태(708)로 변화하라는 신호를 보낸다.
이 과정은 하위시스템 매니저(504-514)가 잔존 상태를 통하여 변화될 때 반복된다. 상기 하위시스템 매니저(504-514)는 마스터 제어 매니저(502)에 의해 다음 상태로 변화하라고 신호를 받을 때만 다음 상태로 변화시킴을 주의하라. 또한 마스터 제어 매니저(502)는 오직 모든 하위시스템 매니저(504-514)가 변화될 준비가 되었을 때 하위시스템 매니저(504-514)에 변화하라는 신호를 보낸다는 것을 주의하라. 따라서, 하위시스템 매니저(504-514)는 마스터 제어 매니저(502)의 지시하에서 동기화된 양상으로 그들의 상태를 통하여 변화된다.
도 5에서 보면, 상기 마스터 제어 매니저(502)는 2가지 방식으로 연료 처리장치(300)의 전체적인 작동을 조절한다. 첫째로, 다양한 하위시스템 매니저 사이의 연락(communication)은 마스터 제어 매니저(502)를 통하여 루트가 정해진다. 두번째로, 상기 마스터 제어 매니저(502)는 하위시스템 매니저(504-514)의 작동 상태를 조절한다.
도 3 및 도 5에서 보면, 제어 시스템(500)의 조절 하에서 연료 처리장치(300)의 작동은 지금 기술될 것이다. 전원을 키거나 리셋을 할 때, 연료 처리장치(300)과 제어 시스템(500)은 운영자 입력(input)에 의존하여 도 7에 도시된 오프 상태(702)로부터 매니저 검사 상태(704) 또는 수동 상태(706)로 변화된다. 운영자가 수동 제어를 취하지 않는다고 다시 가정하면, 마스터 제어 매니저(502)는 하위시스템 매니저(504-514)에 신호를 보내어 매니저 검사 상태(704)로 변화시키는데, 여기서 하위시스템 매니저(504-514)는 그들의 각 물리적 하위시스템의 작동가능한 준비성을 검사한다. 일단 각각의 하위시스템 매니저(504-514)가 그들의 각 물리적 하위시스템이 매니저 검사를 통과한 마스터 제어 매니저(502)에 신호를 보내면, 마스터 컨트롤러(502)는 하위시스템 매니저(504-514)에 신호를 보내 예열 상태(708)로 변화되게 하는데, 여기서 각각의 물리적 하위시스템의 가열 원소 및 유체가 정상 작동을 위한 그들의 지정된 수준으로 예열되거나 예비-냉각된다.
일단 모든 하위시스템 매니저(504-514)가 그들의 각 물리적 하위시스템이 예열 태스크를 완료했다는 신호를 보내면, 마스터 제어 매니저(502)는 그들에게 시동 상태로의 변화 신호를 보낸다. 여기서, 시스템 전체(300)는 시동 조건하에서 작동을 개시한다. 본 개시의 이점을 가지는 당업자에게 잘 이해되어질 것과 같이, 연료 처리장치(300)는 단순하게 생산 단계로 진입할 수는 없다. 예를 들어, 산화장치(304)는 혼합할 연료, 물 및 공기를 가질 때까지 공정 공급물 스트림의 혼합을 개시할 수 없다. 유사하게, ATR(302)는 산화장치(304)로부터 충분한 공정 공급물 스트림을 받을 때까지 연료를 개질하도록 개시할 수 없다. 따라서, 시동 상태(710)에서는, 연료 처리장치(300)가 정상 상태의 작동에 도달할 때까지는 폴발하지 않는 초과 범위의 압력, 부피 등, 정지 에러 조건은 허용된다.
일단 모든 하위시스템 매니저(504-514)가 그들의 각 물리적 하위시스템이 정상 상태의 작동가능한 조건(steady-state operational conditions)에 도달하였다는 신호를 보내면, 마스터 제어 매니저(502)는 그들에게 작동 상태로의 변화 신호를 보낸다. 작동 상태(712)에서, 시스템 전체(300)는 정상-상태 조건(steady-state condition) 하에서 운영된다. 연료 처리장치(300)의 기능 전체는 도 4에 도시된 바와 같이 연료 전지용(303) 연료(402)를 개질하는 것이다. 따라서, 연료 처리장치(300)의 운영은 ATR(302)의 작동 및 연료 하위시스템(306), 물 하위시스템(308) 및 공기 하위시스템(310)으로부터 ATR(302)로의 연료(도 4A에 도시됨), 공기(도 4C에 도시됨) 및 물(도 4B에 도시됨)의 전달을 중심으로 행해진다.
도 8은 본 발명의 실시예에 포함된 공정 단계를 묘사하는 일반적인 공정 흐름 도해를 도시한 것이다. 도 8과 관련된 다음의 설명은 미국특허출원 제10/006,963호(발명의 명칭: "Compact Fuel Processor for Producing a Hydrogen Rich Gas", 출원일: 2001.12.5, 발명자: Curtis L. Krause et al., 공개일: 2002.7.18, 공개번호: US2002/0094310 A1)으로부터 채택된다. 당업자라면 본 발명에서 개시된 반응기를 통한 반응물(reactants)의 유동에 일정한 양의 단계적인 순서(progressive order)가 필요하다는 것을 이해한다. 연료 처리장치(300) 공급물은 탄화수소 연료, 산소 및 물을 포함한다. 상기 산소는 공기, 농축 공기 또는 실질적으로 순수한 산소의 형태가 될 수 있다. 상기 물은 액체 또는 증기로서 공급될 수 있다. 공급물 성분의 조성비는 하기에서 기재하는 바와 같이 원하는 작동 조건에 의해 결정된다. 본 발명으로부터 연료처리 장치 유출물 스트림은 수소, 및 이산화탄소(dioxide)을 포함하며, 약간의 물, 전환되지 않은 탄화수소, 일산화탄소(monoxide), 불순물(예: 황화수소 및 암모니아) 및 불활성 성분(inert components)(예: 질소 및 아르곤, 특히 공기가 공급물 스트림의 성분일 경우)을 포함할 수 있다.
공정 단계 A는 자열 개질 공정으로서, 도 4F의 모듈(482a 및 482b)에서 수행되는 2개의 반응, 즉 부분 산화반응(하기의 반응식 Ⅰ)과 선택가능한 스트림 개질반응(하기의 화학식 Ⅱ)이 공급물 스트림 F를 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성 기체로 전환시키기 위해 결합되어 있다. 상기 반응식Ⅰ과 Ⅱ는 반응식의 예이며, 메탄은 탄화수소로서 간주된다:
CH4 + 1/2O2 → 2H2 + CO (I)
CH4 + H2O → 3H2 + CO (Ⅱ)
연료 스트림 F는, 도 4D 및 도 4F에 도시된 바와 같이, 라인(434)을 통하여 산화장치(304)로부터 ATR(302)에 의해 얻어진다. 공급물 스트림 내의 고농도의 산소가 있으면 부분 산화가 잘 일어나는 반면, 고농도의 수증기(water vapor)가 있으면 증기 개질반응이 잘 일어난다. 그러므로, 탄화수소에 대한 산소의 비율과 탄화수소에 대한 물의 비율은 운영 온도 및 수소 산출양(yield)에 영향을 주는 특징적인 매개변수(parameters)로 간주된다.
자열 개질 단계 A의 운영 온도는 공급물 조건과 촉매에 따라서 약 550℃ 내지 약 900℃의 범위일 수 있다. 상기 비율, 온도 및 공급물 조건은 본 발명의 제어 시스템에 의해 조절되는 모든 파라미터의 예이다. 실시예에서는 증기 개질 촉매와 함께 또는 상기 증기 개질 촉매가 없이 모듈(482a)에서 부분 산화 촉매의 촉매단(catalyst bed)을 사용한다.
도 8로 되돌아가서, 공정 단계 B는 다음 단계를 위한 합성 기체 유출물(effluent)의 온도를 최적화하기 위하여 공정 단계 A로부터 합성 가스 스트림을 약 200℃ 내지 약 600℃, 바람직하게는 약 375℃ 내지 약 425℃로 냉각시키기 위한 도 4F의 모듈(482c)에서 수행되는 냉각 단계이다. 이와 같은 냉각은 설계 설명서(specification) 및 임의의 적당한 종류의 냉매를 이용한 가스 스트림의 열 함량을 회수/재순환하려는 필요에 따라 열 싱크(heat sink), 열 파이프(heat pan) 또는 열 교환기를 이용하여 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 도 4E 및 도 4F에 도시된 바와 같이 라인(470)을 통하여 물(466)로부터 받은 물(466)을 이용한다.
도 8로 다시 되돌아가서, 공정 단계 C는 모듈(482c)에서 수행되는, 정제 단계로서 황화수소 흡착제(absorbant)로서 산화아연(zinc oxide)을 이용한다. 탄화수소 스트림의 주 불순물 중의 하나는 황(sulfur)이며, 이것은 자열 개질 단계 A에 의하여 황화수소로 전환된다. 공정 단계 C에서 사용된 처리 코어(processing core)는 바람직하게는 산화아연 및/또는 황화수소를 흡수하여 전환시킬 수 있는 다른 물질을 포함하고, 지지체(예: 모놀리스(monolith), 압출물(extrudate), 펠렛(pellet) 등)를 포함할 수도 있다. 탈황화반응(desulfurization)은 다음의 반응식 Ⅲ에 따라 황화수소를 물로 전환함으로써 수행된다:
H2S + ZnO → H2O + ZnS (Ⅲ)
상기 반응은 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃, 보다 바람직하게는 약 375℃ 내지 약 425℃의 온도에서 수행된다. 이 온도 또한 본 발명의 제어 시스템에 의하여 조절된다.
도 8을 다시한번 살펴보면, 유출물 스트림은 이후 모듈(482d)에서 수행되는 혼합 단계 D로 보내지고, 여기서 물 하위시스템(308)으로부터 전달받은 물은 가스 스트림에 선택적으로 첨가된다. 물의 첨가는 물이 증기화되어 반응물 스트림의 온도를 낮추고, 공정 단계 E(하기에서 설명됨)의 물 기체 전환 반응을 위한 더 많은 양의 물을 공급한다. 수증기와 다른 유출물 스트림 성분은 효과적으로 혼합하거나 및/또는 물의 증기화를 도울 수 있는 세라믹 비드 또는 다른 유사 물질과 같은 불활성 물질의 처리 코어를 통과함으로써 혼합된다. 다른 방법으로, 임의의 추가적인 물이 공급물에 첨가될 수 있으며, 상기 혼합 단계는 CO 산화 단계 G(하기에서 설명됨)에서 산화제 기체의 보다 나은 혼합을 제공하기 위하여 재배치될 수 있다. 이 온도는 또한 본 발명의 제어 시스템에 의해 조절된다.
도 8을 보면, 모듈(482e)에서 수행되는 공정 단계 E는 하기 반응식 Ⅳ에 따라 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 물 기체 전환 반응이다:
H2O + CO → H2 + CO2 (Ⅳ)
일산화탄소의 농도는 연료 전지가 견딜 수 있는 수준, 일반적으로는 50 ppm 이하로 낮춰지는 것이 바람직하다. 일반적으로, 물 기체 전환 반응은 사용되는 촉매에 따라 150℃ 내지 600℃의 온도에서 일어난다. 그런 조건 하에서, 가스 스트림의 일산화탄소 대부분은 이 단계에서 전환된다. 이 온도 및 농도는 본 발명의 제어 시스템에 의해 조절되는 추가의 매개변수이다.
도 8을 다시 보면, 모듈(482e)에서 수행되는 공정 단계 F는 열 교환기(478)에 의해 본 실시예에서 수행된 냉각 단계이다. 열 교환기(478)는 바람직하게는 약 90℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도를 갖는 유출물을 생산하도록 가스 스트림의 온도를 저하시킨다. 공기 하위시스템으로부터 산소는, 도 4C 및 도 4F에 도시된 바와 같이, 라인(498)을 통하여 단계 F의 공정으로 첨가된다. 산소는 하기 기재되는 공정 단계 G의 반응에 의해 소모된다.
모듈(482g)에서 수행되는 공정 단계 G는 산화 단계로서, 유출물 스트림에 있는 잔여의 일산화탄소를 거의 모두 이산화탄소로 전환시킨다. 상기 처리는 일산화탄소 산화용 촉매의 존재하에서 수행된다. 공정 단계 G에서는 일산화탄소의 원하는 산화(반응식 Ⅴ)와 수소의 원하지 않는 산화(반응식 Ⅵ)와 같은 2개의 반응이 일어나며, 이는 다음과 같다:
CO + 1/2O2 → CO2 (Ⅴ)
H2 + 1/2O2 → H2O (Ⅵ)
선택적인 일산화탄소 산화는 저온에서 잘 일어난다. 두 반응이 열을 발생하므로, 처리 내부에 배치된 냉각 코일과 같은 냉각 성분을 임의적으로 포함하도록 하는 것이 좋을 수 있다. 상기 공정의 운영 온도는 약 90℃ 내지 약 150℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 공정 단계 G는 일산화탄소의 수준을 바람직하게는 약 50 ppm 이하로 감소시키며, 이와 같은 수준은 연료 전지의 사용에 적합한 수준이다.
연료 처리장치에서 나오는 유출물은 이산화탄소 및 물, 불활성 성분(예: 질소, 아르곤), 잔여의 탄화수소 등과 같이 존재할 가능성이 있는 다른 구성요소(constituents)를 포함하는, 수소가 풍부한 기체다. 생성물 기체는 연료 전지용 이나 수소가 풍부한 공급물 스트림을 원하는 다른 용도를 위한 공급물로 사용될 수 있다. 임의로, 상기 생성물 기체는 예컨대, 이산화탄소, 물 또는 다른 성분을 제거하기 위하여 추가의 공정으로 보내질 수 있다.
결국, 운영 사이클은 종료된다. 종료되려고 하면, 마스터 제어 매니저는 이후 하위시스템 매니저(504-514)에게 적당한 시기에 정지 상태(714)로의 변화 신호를 보낸다. 위에서 기재한 바와 같이, 하위시스템 매니저(504-514)는 오류 조건의 발생에 대하여, 도 6에 도시된 그들의 진단 모듈(610)을 통하여 그들의 각 물리적 시스템을 모니터링한다. 어떤 오류 조건은 연료 처리장치(300)의 운영을 확실히 정지시킨다. 만약 그런 "정지" 오류 조건이 검출된다면, 이를 검출하는 하위시스템 매니저(504-514)는 진단 모듈(610)과 도 5에 도시된 진단 층(520)을 통하여 상기 "정지" 오류 조건을 마스터 제어 매니저(502)에 보고한다. 이후, 마스터 제어 모듈(502)은 하위시스템 매니저(504-514)에게 응급 정지 상태(716)으로의 변화 신호를 보낸다.
본 발명의 계층적 특성에 기인한 모듈방식 설계는 제어 시스템의 확장의 유연성을 가능하게 한다. 전체 하위시스템은, 마스터 시스템에 대한 큰 조정 없이 하위시스템 설계를 시험하고, 평가하고 및 변형하기 위하여, 제거되고, 첨가되고 및/또는 대체될 수 있다. 장치 측정 데이터(instrument calibration data)를 가지고 있는 하드웨어 의존층을 제외하고는 어떤 제어 알고리즘도 하드웨어 의존적이지않다. 그러므로, 제어 시스템이 전체적으로 영향을 받지 않고 많은 양의 재프로그램밍(reprogramming)이 요구되지 않는다면, 여러 종류의 장치가 추가되고, 제거되고 또는 대체될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 공정 제어 시스템의 신속하고 용이한 확장을 가능하게 하고, 새로운 하위시스템의 매끄러운(seamless) 플러그-인(plug-in)을 용이하게 한다. 또한 본 발명은 독립적인 또는 다른 팀의 개발자가 비교적 간단한 설명서로부터 다양한 물리적 하위시스템용 제어 소프트웨어를 빠르게 생성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 이점은 복합 제어 시스템을 가지는 연료 처리장치/연료 전지 설계와 같은 빠르게 발달하는 기술에 특히 유용하다.
이것으로 상세한 설명을 끝을 맺는다. 상이하지만, 본 발명에서 교시된 이점을 갖는 당업자에게 명백하게 균등한 방식으로 본 발명이 변형 및 실시될 수 있으므로, 상기 기술된 특정 실시예는 단지 예시일 뿐이다. 또한 청구범위에 기술된 내용 이외에 본 명세서에 상세하게 나타낸 구조물 또는 설계에 제한할 의도는 없다. 그러므로, 앞서 기술된 특정 실시예들이 변경 또는 변형될 수 있으며, 이와 같은 변화들(variations)은 본 발명의 범위 및 사상 안에 포함된다고 간주되는 것은 명백하다. 따라서, 본 명세서에서 보호받고자 하는 내용은 하기의 청구범위에서 기술될 것이다.

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  20. 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계;
    마스터 제어 매니저로부터 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계; 및
    상기 마스터 제어 매니저로부터 상기 하위시스템 매니저들 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 물리적 하위시스템을 포함하는 연료 처리장치를 제어 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계는 제어 모듈, 정보 교환 모듈 및 제어 모듈의 호출(invoking)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 운영을 관리하는 단계는 진단 모듈의 호출(invoking)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계는
    오프(off) 상태로;
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로; 및
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로의 상태 변화를 지시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 운영 상태는
    상기 하위시스템에 의해 오프 상태로부터 변화될 수 있는 수동(manual) 상태;
    상기 하위시스템에 의해 오프 상태로부터 변화될 수 있는 매니저 검사 상태;
    상기 하위시스템에 의해 상기 매니저 검사 상태로부터 변화될 수 있는 예열(preheat) 상태;
    상기 하위시스템에 의해 상기 예열 상태로부터 변화될 수 있는 시동(startup) 상태; 및
    상기 하위시스템에 의해 상기 시동 상태로부터 변화될 수 있는 작동(run) 상태중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 정지 상태는 표준 정지 상태; 및 응급(emergency) 정지 상태중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각각의 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 수단;
    마스터 제어 매니저로부터 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 수단; 및
    상기 마스터 제어 매니저로부터 상기 하위시스템 매니저 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)하는 수단을 포함하는, 복수의 물리적 하위시스템을 포함하는 연료 처리장치의 제어 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 각각의 물리적 하위시스템의 작동을 관리하는 수단은 제어 모듈, 정보 교환 모듈 및 제어 모듈을 호출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 작동을 관리하는 수단은 진단 모듈을 호출하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 수단은
    오프(off) 상태로;
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로; 및
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로의 상태 변화를 지시하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 운영 상태는
    상기 하위시스템에 의해 오프 상태로부터 변화될 수 있는 수동 상태;
    상기 하위시스템에 의해 오프 상태로부터 변화될 수 있는 매니저 검사 상태;
    상기 하위시스템에 의해 상기 매니저 검사 상태로부터 변화될 수 있는 예열 상태;
    상기 하위시스템에 의해 상기 예열 상태로부터 변화될 수 있는 시동 상태; 및
    상기 하위시스템에 의해 상기 시동 상태로부터 변화될 수 있는 작동 상태중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 정지 상태는 표준 정지 상태; 및 응급 정지 상태중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각각의 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계;
    마스터 제어 매니저로부터 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계; 및
    상기 마스터 제어 매니저로부터 하위시스템 매니저 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)하는 단계를 포함하는, 컴퓨터에 의해 실행될 때 복수의 물리적 하위시스템을 포함하는 연료 처리장치를 제어하는 방법을 수행하는 명령어(instruction)로 암호화된(encoded) 프로그램 저장 매체.
  33. 제32항에 있어서, 상기 암호화된 방법에서 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계는 제어 모듈, 정보 교환 모듈 및 제어 모듈의 호출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램 저장 매체.
  34. 제32항에 있어서, 상기 암호화된 방법에서 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계는
    오프(off) 상태로;
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로; 및
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로의 상태 변화를 지시하는 것을 포함하는 프로그램 저장 매체.
  35. 각각의 하위시스템 매니저를 통하여 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계;
    마스터 제어 매니저로부터 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계; 및
    상기 마스터 제어 매니저로부터 하위시스템 매니저 사이의 상호작용 절차를 계획(routing)하는 단계를 포함하는, 복수의 물리적 하위시스템을 포함하는 연료 처리장치를 제어하기 위한 방법을 수행하도록 프로그램된 컴퓨터.
  36. 제35항에 있어서, 상기 프로그램된 방법에서 각 물리적 하위시스템의 운영을 관리하는 단계는 제어 모듈, 정보 교환 모듈 및 제어 모듈의 호출을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램된 컴퓨터.
  37. 제35항에 있어서, 상기 프로그램된 방법에서 상기 하위시스템 매니저의 상태 변화를 지시하는 단계는
    오프(off) 상태로;
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로; 및
    상기 오프 상태로부터 적어도 하나의 운영 상태로의 상태 변화를 지시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램된 컴퓨터.
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Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7318970B2 (en) * 2003-04-04 2008-01-15 Texaco Inc. Architectural hierarchy of control for a fuel processor
WO2005041339A1 (en) * 2003-10-23 2005-05-06 Hydrogenics Corporation A fuel cell power system having multiple fuel cell modules
TWI269043B (en) * 2004-01-09 2006-12-21 Asia Pacific Fuel Cell Tech Detection and functional verification module for water-cooling fuel cell system components
US7763087B2 (en) * 2004-12-17 2010-07-27 Texaco Inc. Safety system architecture for a hydrogen fueling station
US7981171B2 (en) * 2006-04-16 2011-07-19 Georgia Tech Research Corporation Hydrogen-generating reactors and methods
US7832364B2 (en) 2006-12-14 2010-11-16 Texaco Inc. Heat transfer unit for steam generation and gas preheating
US20080141584A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 Texaco Inc. Methods for Using a Catalyst Preburner in Fuel Processing Applications
US20100175320A1 (en) * 2006-12-29 2010-07-15 Pacific Renewable Fuels Llc Energy efficient system and process for the continuous production of fuels and energy from syngas
WO2008090430A1 (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Nissan Motor Co., Ltd. Drainage apparatus for fuel cell system generation water
US20080274240A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-06 Omar Germouni Adaptive controller and expert system food processing
US20090043415A1 (en) * 2007-08-06 2009-02-12 Chevron U.S.A. Inc. System and Method for Distributed Control of a Plant Process
US8182771B2 (en) * 2009-04-22 2012-05-22 General Electric Company Method and apparatus for substitute natural gas generation
US8790618B2 (en) * 2009-12-17 2014-07-29 Dcns Sa Systems and methods for initiating operation of pressure swing adsorption systems and hydrogen-producing fuel processing systems incorporating the same
US8449649B2 (en) 2010-05-11 2013-05-28 Idatech, Llc Systems and methods for starting up pressure swing adsorption assemblies and hydrogen-producing fuel processing systems including the same
US8843240B2 (en) * 2010-11-30 2014-09-23 General Electric Company Loading a steam turbine based on flow and temperature ramping rates
US8920732B2 (en) * 2011-02-15 2014-12-30 Dcns Systems and methods for actively controlling steam-to-carbon ratio in hydrogen-producing fuel processing systems
CN102385337A (zh) * 2011-11-23 2012-03-21 南京禾浩通信科技有限公司 燃料电池安全监控系统
EP2884356A1 (en) * 2013-12-10 2015-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a grid of plants
US9458013B1 (en) 2015-05-27 2016-10-04 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the production of hydrogen
KR20170110231A (ko) * 2016-03-22 2017-10-11 현대자동차주식회사 차량 엔진용 연료개질기
CN116943565B (zh) * 2023-09-20 2023-12-19 山西虎邦新型建材有限公司 一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002158024A (ja) * 2000-08-03 2002-05-31 General Motors Corp <Gm> 電気化学エンジンのための水管理システム
JP2003017106A (ja) * 2001-07-02 2003-01-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池制御システム

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US628081A (en) * 1899-03-03 1899-07-04 Bettendorf Metal Wheel Co Riveting-machine.
US4673624A (en) * 1984-02-08 1987-06-16 Hockaday Robert G Fuel cell
EP0559816B1 (en) * 1990-11-23 1997-05-28 Vickers Shipbuilding &amp; Engineering Limited Application of fuel cells to power generation systems
JPH0668901A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Toshiba Corp 燃料電池発電プラントの制御システム
US5532573A (en) 1994-09-07 1996-07-02 Westinghouse Electric Corporation Reconfigurable hybrid power generation system
US5827602A (en) * 1995-06-30 1998-10-27 Covalent Associates Incorporated Hydrophobic ionic liquids
US5731101A (en) * 1996-07-22 1998-03-24 Akzo Nobel Nv Low temperature ionic liquids
JP4000608B2 (ja) * 1996-11-07 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 水素製造充填装置および電気自動車
US5932735A (en) * 1997-06-13 1999-08-03 Ciba Specialty Chemicals Corporation Derivatives of 1-oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine as polymerization inhibitors for (meth)acrylate monomers
US20030073809A1 (en) * 1997-06-16 2003-04-17 Genentech, Inc. Secreted and transmembrane polypeptides and nucleic acids encoding the same
US6387556B1 (en) * 1997-11-20 2002-05-14 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system
US6269286B1 (en) * 1998-09-17 2001-07-31 Texaco Inc. System and method for integrated gasification control
CN1271908A (zh) * 1999-04-22 2000-11-01 长春市奥泰高科技有限责任公司 采暖节能计算机网络系统
CA2271448A1 (en) * 1999-05-12 2000-11-12 Stuart Energy Systems Inc. Energy distribution network
US6280864B1 (en) * 1999-06-18 2001-08-28 Uop Llc Control system for providing hydrogen for use with fuel cells
US6331366B1 (en) 1999-06-23 2001-12-18 International Fuel Cells Llc Operating system for a fuel cell power plant
AU760387B2 (en) * 1999-08-05 2003-05-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control device of hybrid vehicle
US6383670B1 (en) * 1999-10-06 2002-05-07 Idatech, Llc System and method for controlling the operation of a fuel processing system
US6312846B1 (en) * 1999-11-24 2001-11-06 Integrated Fuel Cell Technologies, Inc. Fuel cell and power chip technology
US6326763B1 (en) 1999-12-20 2001-12-04 General Electric Company System for controlling power flow in a power bus generally powered from reformer-based fuel cells
EP1256545A4 (en) * 1999-12-28 2005-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd DEVICE FOR PRODUCING HYDROGEN
US6835481B2 (en) * 2000-03-29 2004-12-28 Idatech, Llc Fuel cell system with load management
JP3646625B2 (ja) * 2000-06-01 2005-05-11 日産自動車株式会社 燃料改質装置
EP1316529A4 (en) 2000-08-25 2006-03-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd HYDROGEN GENERATOR
JP3685052B2 (ja) 2000-11-30 2005-08-17 日産自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
AU2002227291B2 (en) * 2000-12-05 2007-08-30 Texaco Development Corporation Compact fuel processor for producing a hydrogen rich gas
US6887285B2 (en) * 2000-12-12 2005-05-03 Texaco Inc. Dual stack compact fuel processor for producing hydrogen rich gas
EP1350071B1 (en) * 2000-12-13 2013-04-03 Texaco Development Corporation Single chamber compact fuel processor
MXPA03009451A (es) * 2001-04-18 2004-02-12 Texaco Development Corp PROCESADOR DE COMBUSTIBLE INTEGRADO, PILA DE CELDA DE COMBUSTIBLE Y OXIDADOR DE GAS RESIDUAL CON REMOCIoN DE DIoXIDO DE CARBONO.
US6534950B2 (en) * 2001-05-25 2003-03-18 Cellex Power Products, Inc. Hybrid power supply control system and method
US6770391B2 (en) * 2001-09-04 2004-08-03 General Motors Corporation Hydrogen sensor for fuel processors of a fuel cell
US20030070361A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-17 Ballard Generation Systems Inc. Fuel processing system and method of purging a fuel processing system
JP3807668B2 (ja) * 2001-10-24 2006-08-09 本田技研工業株式会社 燃料電池用の水素供給装置
US7410710B2 (en) * 2003-04-04 2008-08-12 Texaco Inc. Firstout shutdown tracing for fuel processor control system
US7318970B2 (en) * 2003-04-04 2008-01-15 Texaco Inc. Architectural hierarchy of control for a fuel processor
CN1274051C (zh) * 2003-04-24 2006-09-06 松下电器产业株式会社 氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统
US20060068246A1 (en) * 2003-09-09 2006-03-30 Shiro Matsuo Energy stations
US7011693B2 (en) * 2003-11-12 2006-03-14 General Motors Corporation Control of a hydrogen purifying pressure swing adsorption unit in fuel processor module for hydrogen generation
EP1557395B1 (en) * 2004-01-22 2012-07-04 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system
US7255949B2 (en) * 2004-05-25 2007-08-14 Protonetics International, Inc. Systems and methods to generate hydrogen and electrical power in a reversible compound fuel cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002158024A (ja) * 2000-08-03 2002-05-31 General Motors Corp <Gm> 電気化学エンジンのための水管理システム
JP2003017106A (ja) * 2001-07-02 2003-01-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池制御システム

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2004090076A2 (en) 2004-10-21
TWI371668B (en) 2012-09-01
US7785539B2 (en) 2010-08-31
US20050143862A1 (en) 2005-06-30
BRPI0409157A (pt) 2006-05-02
CN101281977B (zh) 2010-12-08
CN1791992A (zh) 2006-06-21
EP1611625A4 (en) 2008-03-26
JP2006524179A (ja) 2006-10-26
NO20055175L (no) 2006-01-03
US8260464B2 (en) 2012-09-04
US7593788B2 (en) 2009-09-22
AU2004227337B2 (en) 2011-01-06
MXPA05010580A (es) 2005-11-23
CA2521298A1 (en) 2004-10-21

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