KR101563455B1 - 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법 및 어레인지먼트 - Google Patents

고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법 및 어레인지먼트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포커스는 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 어레인지먼트이고, 이 연료 전지 시스템의 각각의 연료 전지는 애노드 측 (100), 캐소드 측 (102), 및 애노드 측과 캐소드 측 사이의 전해질 (104) 을 포함하고, 연료 전지 시스템은 반응물들의 애노드 (100) 측 재순환 흐름을 수행하기 위한 수단 (109) 을 포함한다. 어레인지먼트는, 재순환 흐름에 대해 70% 이상의 재사용 비율을 달성하기 위한 수단 (120), 실질적으로 높은 산소 함량을 포함하고 전체 흐름의 30% 이하인 피드-인 흐름을 재순환에 공급하기 위한 수단 (122), 재순환 흐름에서 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환을 수행하기 위한 수단 (105), 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 재순환 흐름을 위해 실질적으로 많은 양의 수소를 생성하도록 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107), 및 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름의 30% 이하를 배출하기 위한 수단 (114) 을 포함하고, 수단 (105 및 120) 은 상기 수단 (107) 의 유출 온도가 800 ℃ 를 초과하지 않으면서 수단 (107) 에 350℃ - 500℃ 의 유입 온도를 제공하도록 배열된다.

Description

고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법 및 어레인지먼트{METHOD AND ARRANGEMENT FOR UTILIZING RECIRCULATION FOR HIGH TEMPERATURE FUEL CELL SYSTEM}
세계의 에너지의 대부분은 오일, 석탄, 천연 가스 또는 원자력에 의해 생성된다. 이들 생산 방법들 모두는, 예를 들어 환경에 대한 이용성 및 친화성이 고려되는 한 그 특정 문제들을 갖는다. 환경이 고려되는 한, 특히 오일 및 석탄은 그들이 연소될 때 오염물질을 야기한다. 원자력 이용에서의 문제는 적어도 사용된 연료의 저장이다.
특히 환경적 문제들 때문에, 보다 환경 친화적인, 그리고 예를 들어 전술된 에너지 원들보다 더욱 효율적인 새로운 에너지원이 개발되고 있다. 연료 전지 는, 연료, 예를 들어 바이오 가스의 에너지가 친 환경적인 프로세스에서 화학적 반응을 통해 전기로 직접 변환되는 것에 의해 미래의 에너지 전환 디바이스로 촉망된다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 연료 전지는 애노드 측 (100) 과 캐소드 측 (102) 및 그들 사이의 전해질 재료 (104) 를 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 (solid oxide fuel cell; SOFC) 에서, 캐소드 측 (102) 으로 산소 (106) 가 공급되고, 이 산소는 캐소드로부터 전자들을 받음으로써 음의 산소 이온으로 환원된다. 음의 산소 이온은 전해질 재료 (104) 를 통과하여 애노드 측 (100) 으로 가고, 여기서 산소 이온은 연료 (108) 와 반응하여 물 및 또한 통상적으로 이산화탄소 (CO2) 를 생성한다. 애노드 (100) 와 캐소드 (102) 사이에는 연료 전지에 대한 부하 (110) 를 포함하는 외부 전기 회로 (111) 가 있다.
도 2 에는 고온 연료 전지 디바이스의 예로서 SOFC 디바이스가 제시된다. SOFC 디바이스는, 예를 들어 중성 가스, 바이오 가스, 메탄올 또는 탄화수소를 함유하는 다른 화합물들을 연료로서 이용할 수 있다. 도 2 의 SOFC 디바이스는 스택 형상 (103)(SOFC 스택) 으로 1 보다 많은, 통상적으로 복수의 연료 전지들을 포함한다. 각각의 연료 전지는 도 1 에 제시된 바와 같이 애노드 (100) 및 캐소드 (102) 를 포함한다. 사용된 연료의 일부분은 각각의 애노드를 통해 피드백 어레인지먼트(arrangement) (109) 로 재순환될 수 있다. 도 2 의 SOFC 디바이스는 또한, 연료 열 교환기 (105) 및 리포머 (reformer; 107) 를 포함한다. 통상적으로 여러 개의 열 교환기들은 연료 전지 프로세스에서 상이한 로케이션들에서 열 컨디션을 제어하기 위해 사용된다. 리포머 (107) 는, 예를 들어 중성 가스와 같은 연료를 연료 전지에 적합한 조성물, 예를 들어 수소와 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소와 불활성 가스들을 함유하는 조성물로 변환하는 디바이스이다. 그러나, 각각의 SOFC 디바이스에서 반드시 리포머를 구비해야 하는 것은 아니다.
(연료 유량계, 전류계 및 온도계와 같은) 측정 수단 (115) 을 사용함으로써 SOFC 디바이스의 동작을 위해 필요한 측정들이 수행된다. 애노드 (100) 에서 사용된 가스의 일부분이 피드백 어레인지먼트 (109) 의 애노드들을 통해 재순환되고, 가스의 다른 부분이 애노드들 (100) 로부터 배출된다 (114).
고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 디바이스는 연료를 산화시키는 것으로부터 직접 전기를 생산하는 전기화학적 변환 디바이스이다. SOFC 디바이스의 이점들은 높은 효율성, 장기 안정성, 낮은 방출 (emission), 및 비용을 포함한다. 주요 단점은, 긴 스타트업 및 셧다운 시간과, 기계적 및 화학적 호환성 이슈들 양자 모두를 초래하는 높은 동작 온도이다.
고 탄소 화합물들을 포함하는 가스들 및 메탄과 같은 천연 가스들이 통상적으로, SOFC 들에서 연료들로서 사용되지만, 이 가스들은 코킹 (coking), 즉 예를 들어 코크스 (coke), 분진, 타르, 카보네이트 및 카바이드 화합물들과 같은 유해한 탄소 화합물들의 형성을 방지하기 위해 연료 전지들에 공급하기 전에 사전처리되어야 한다. 이 맥락에서 이들 상이한 형태들의 탄소는 일반적으로 유해한 탄소 화합물들인 것으로서 지칭될 수 있다.
탄화수소들은 유해한 탄소 화합물들의 형성에서 열적 또는 촉매 분해를 거친다. 생성된 화합물은 연료 전지 디바이스의 표면들에 부착하고, 니켈 입자들과 같은 촉매제들에 흡착한다. 코킹에서 생성된 유해한 탄소 화합물은 연료 전지 디바이스의 활성면의 일부를 코팅하고, 이에 따라 연료 전지 프로세스의 반응성을 상당히 악화시킨다. 유해한 탄소 화합물들은 연료 통로를 심지어 완전히 막을 수도 있다.
유해한 탄소 화합물들의 형성을 방지하는 것은 따라서, 연료 전지들에 대한 긴 서비스 수명을 보장하는데 중요하다. 유해한 탄소 화합물들의 형성의 방지는 또한, 화학 반응들을 가속시키기 위해 연료 전지들에서 사용된 물질들 (니켈, 플래티넘 등) 인 촉매제들을 절약한다. 가스 사전-처리는 연료 전지 디바이스에 공급되는 물을 필요로 한다. 산소 이온 및 연료, 즉 애노드 (100) 측 상의 가스를 결합하는데 생성된 물은, 또한 가스의 사전-처리에 사용될 수 있다.
고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 의 애노드 전극은 통상적으로, 대기가 환원 (reduce) 되지 않는다면 니켈 산화물을 형성하기에 취약한 상당한 양의 니켈을 포함한다. 니켈 산화물 형성이 어려울 경우, 전극의 모폴로지 (morphology) 가 비가역적으로 변화되어 전기화학적 활동의 상당한 손실 또는 심지어 셀들의 브레이크 다운을 야기한다. 따라서, SOFC 시스템들은 연료 전지의 애노드 전극들을 산화로부터 방지하기 위해서 스타트-업 및 셧다운 (shut-down) 동안 (질소와 같은 불활성으로 희석된 수소와 같은) 환원제들을 함유하는 퍼지 가스를 필요로 한다. 실제 시스템들에서, 많은 양의 예를 들어 수소를 함유하는 가압 가스가 공간 차지 (space-requiring) 컴포넌트들로서 비싸고 문제가 있기 때문에, 퍼지 가스의 양은 최소화되어야 한다. 퍼지 가스들은 반드시 기본적인 것은 아니고, 이들은 또한 화합물 가스들일 수도 있다.
연료 전지 시스템들에서 CPOx (Catalytic Partial Oxidation) 의 처리는 통상적으로, 일산화탄소 (CO) 및 수소 (H2) 를 생성한다. 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 동작을 위한 요건들은 충분한 증기 및 수소 생성을 포함하고, 여기서 대량의 CO 생성은 유해하다. 더 많은 공기, 즉 더 완전한 산화를 위한 산소양을 사용하는 것은 너무 많은 열을 생성하여 스타트-업 상황에서 과도하게 온도를 상승시키고 셧다운 상황에서 냉각 프로세스를 너무 느리게 만든다.
CPOx (Catalytic Partial Oxidation) 는 통상적으로, 일산화 탄소 (CO) 및 수소 (H2) 를 생성한다. 이 가스 혼합물은 다양한 화학적 산업 목적들에 사용되고, CPOx 의 동작 온도는 700 ℃ 위이다. 통상적인 생성물 가스는 시스템 가열/동작 온도들에서의 코크스 형성으로 인해 연료 전지에 부적합하다. 스타트-업 또는 셧다운 가스에 대한 요건들은 충분한 증기 및 수소 생성을 포함하는 반면에, 대량의 CO 생성은 유해하다. 더 많은 공기, 즉 더 완전한 산화를 위한 산소 양들을 사용하는 것은 너무 많은 열을 생성하여 정규 SOFC 동작 컨디션들, 열 관리, 열 스트레스들 및 재료 선택에 관하여 과도한 온도 상승을 만든다.
다음으로, 이 기술 분야에 관한 몇몇 종래 기술 문헌들이 짧게 논의된다. 특허출원 문헌 US2011159386 A1 에는 연료 전지 시스템을 스타트 업하는 프로세스가 제시되고, 이 연료 전지 시스템은 캐소드 측 및 애노드 측, 리포머 및 보조 버너를 구비한 연료 전지를 갖는다. 연료 전지 공기는 보조 버너로 사전가열되고, 연료 전지의 캐소드 측으로 공급된다. 잔여 가스는 연료 전지의 애노드 측에서 리포머로, 그리고 리포머에서 애노드 측으로 순환된다. 어쨌든, 애노드 측의 재순환으로부터 산소를 제거하기 위해 애노드 측으로의 공기 공급이 정지된다.
특허출원 문헌 US2006093879 A1 에는 애노드 배출 재사용 루프를 갖는 연료 전지 시스템을 스타트 업하는 절차가 제시된다. 연료 전지 시스템은 그 주요한 로드로부터 분리되고, 그 캐소드 측 및 애노드 측 양자에서 공기를 갖는다. 애노드 측 흐름의 재순환으로부터 가스의 대부분이 배출되고, 연료의 작은 제한된 흐름만이 애노드 측의 재순환으로 제공된다. 연료 및 공기 혼합물에서의 수소 및 산소는 이것들이, 재사용 루프에서 실질적으로 산소가 남아있지 않을 때까지 애노드 측에서 재순환하기 때문에 촉매 반응으로 반응되고; 그 다음에 애노드 측 흐름으로의 연료 유량은 정규 동작 레벨들로 증가되고 이후에 셀을 가로질러 1 차 부하를 연결한다. 따라서, US2006093879 A1 에 제시된 실시형태들은 연료 전지 시스템의 리포밍 단계에 대한 것이고, 이 문헌의 주요 포인트는 또한 애노드 측으로부터 산소를 제거하는 것이다. 수소 및 물 증기는 이들의 생성 대신에 애노드 측으로 공급되어야 한다.
특허출원 US2002102443 A1 에는 애노드 배출 재사용 루프를 갖는 연료 전지 시스템을 셧다운하는 절차가 제시된다. 애노드 측 흐름 배출의 일부분은 동작 동안 재사용 루프에서 애노드 측을 통해 재순환된다. 이 연료 전지 시스템은 외부 회로로부터 1 차 부하를 분리시킨 후, 연료를 포함하는 신선한 수소의 애노드 측으로의 흐름을 정지시키고, 실질적으로 모든 수소가 제거될때 까지 애노드 재사용 루프 내의 이러한 가스들을 촉매와 접촉시켜 재순환시킴으로써 애노드 측의 재순환에서 수소를 촉매반응으로 반응시킴으로써 셧다운된다. 따라서, 문헌 US2002102443 A1 은 문헌 US2006093879 A1 에 제시된 것과 유사하지만 반전된 방법을 제시한다.
추가로, 공개공보 EP1571726 A1 뿐만 아니라 공개공보 EP1998398 A2 는 본 발명의 종래 기술을 나타낸다.
본 발명의 목적은 연료 전지 시스템을 달성하는 것이고, 여기서 퍼지 가스 및 외부 물 접속들을 사용하는 필요성이 최소화되고 심지어 연료 전지 시스템의 스타트-업 및 셧다운 상황들에서는 완전히 무시된다. 이는 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 어레인지먼트에 의해 달성되고, 각각의 연료 전지 시스템의 연료 전지는 애노드 측, 캐소드 측, 및 애노드 측과 캐소드 측 사이의 전해질을 포함하고, 연료 전지 시스템은 반응물들의 애노드 측의 재순환 흐름을 수행하기 위한 수단을 포함한다. 이 어레인지먼트는 재순환 흐름에 대해 70% 이상의 재사용 비율을 달성하기 위한 수단, 실질적으로 높은 산소 함량을 포함하고 전체 흐름의 30% 이하인 피드-인 (feed-in) 흐름을 재순환에 공급하기 위한 수단, 재순환 흐름에 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환을 수행하기 위한 수단, 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 재순환 흐름을 위해 실질적으로 많은 양의 수소를 생성하도록 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단, 및 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름의 30% 이하를 배출하기 위한 수단을 포함하고, 열 교환을 수행하기 위한 수단 및 재사용 비율을 달성하기 위한 수단은 상기 수단의 유출 (outlet) 온도가 800 ℃ 를 초과하지 않으면서, 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단에 350℃ -500℃ 의 유입 (inlet) 온도를 제공하도록 배열된다.
본 발명의 포커스는 또한, 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법이고, 이 방법에서 반응물들의 애노드 측의 재순환 흐름이 수행된다. 방법에서, 재순환 흐름에 대해 재사용 비율 70% 이상이 달성되고, 실질적으로 높은 산소 함량을 포함하고 전체 흐름의 30% 이하인 피드-인 흐름이 재순환에 공급되며, 재순환 흐름에서 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환이 수행되고, 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 재순환 흐름을 위해 실질적으로 많은 양의 수소를 생성하도록 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화가 수행되고, 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름의 30% 이하가 배출되며, 열 교환은 유출 온도가 800℃ 를 초과하지 않으면서 촉매 부분 산화에 350℃-500℃ 의 유입 온도를 제공한다.
본 발명은 요구된 산화 레벨을 위해 충분한 산소 또는 공기 함량을 갖는 재순환 흐름에 대해 실질적으로 높은 재사용 비율을 달성하고, 재순환 흐름에서 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환을 수행하는 것에 기초한다. 재순환 흐름을 위해 실질적으로 많은 양의 수소 및 증기 중 적어도 하나를 생성하고, 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 증기 대 탄소 (S/C) 및 산소 대 탄소 (O/C) 관계 조건 중 적어도 하나를 제어하도록 촉매 부분 산화가 수행된다.
본 발명의 이점은, 요구된 임의의 외부 퍼지 가스들 없이도 연료 전지 시스템의 스타트-업들 및 셧다운들이 수행될 수 있고, 이는 상당한 비용 및 공간 절감들 및 장착 이점들을 가져온다는 것이다.
도 1 은 단일 연료 전지 구조를 나타낸다.
도 2 는 SOFC 디바이스의 예를 나타낸다.
도 3 은 상이한 재사용 비율을 갖는 유입 및 유출 S/C (steam to carbon -ratio) 및 CPOx 유출에서의 온도 값들을 나타낸다.
도 4 는 본 발명에 따른 바람직한 실시형태를 나타낸다.
고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 는 다수의 지오메트리를 가질 수 있다. 평면의 지오메트리 (도 1) 는 대부분의 타입들의 연료 전지들에 의해 이용된 통상적인 샌드위치 타입의 지오메트리이고, 여기서 전극들, 애노드 (100) 와 캐소드 (102) 사이에는 전해질 (104) 이 개재된다. SOFC 는 또한, 관형 (tubular) 지오메트리로 이루어질 수 있는데, 여기서 예를 들어 공기 또는 연료는 튜브의 내부를 관통하고, 다른 가스는 튜브의 외부를 따라 통과된다. 이는, 또한 연료로서 사용된 가스가 튜브의 내부를 관통하고, 공기는 튜브의 외부를 따라 통과되도록 배열될 수도 있다. 다른 지오메트리의 SOFC 들은 변형된 평면 셀들 (MPC 또는 MPSOFC) 을 포함하고, 여기서 파상 (wave-like) 구조가 평면 셀의 전통적인 평평한 구성을 대체한다. 이러한 설계는, 평면 셀들 (낮은 저항) 과 관형 셀 양자 모두의 이점을 공유하기 때문에 촉망된다.
SOFC 들에 사용된 세라믹들은, 이들이 매우 고온에 도달할 때까지 이온으로 활성화되지 않고, 이 때문에 스택들은 600 ℃ 내지 1,000 ℃ 의 범위에 이르는 온도에서 가열되어야 한다. 산소 이온들로의 산소 (106)(도 1) 의 환원은 캐소드 (102) 에서 발생한다. 이들 이온들은 그 다음에, 고체 산화물 전해질 (104) 을 통해 애노드 (100) 로 전달될 수 있고, 애노드에서 이온들은 연료 (108) 로서 사용된 가스를 전기화학적으로 산화시킬 수 있다. 이 반응에서, 물 및 이산화탄소 부산물들이 또한 2 개의 전자들을 발산한다. 이들 전자들은 그 다음에, 외부 회로 (111) 를 통해 유동되고 이 회로에서 전자들이 이용될 수 있다. 이 사이클은 그 다음에, 이들 전자들이 캐소드 재료 (102) 로 다시 들어감에 따라 반복된다.
대형의 고체 산화물 연료 전지 시스템에서, 통상적인 연료는 중성 가스 (주로 메탄), 상이한 바이오 가스들 (주로 질소 및/또는 이산화탄소 희석된 메탄), 및 알콜을 포함하는 연료를 함유하는 다른 고급 탄화수소 (higher hydrocarbon) 이다. 메탄 및 고급 탄화수소들은 연료 전지 스택 (103) 에 들어가기 전에 리포머 (107)(도 2) 내에서 또는 (부분적으로) 스택 (103) 내부에서 리포밍될 필요가 있다. 이 리포밍 반응들은 소정 양의 물을 필요로 하고, 고급 탄화수소들에 의해 야기된 가능한 탄소 형성, 즉 코킹을 방지하기 위해 추가의 물이 또한 필요하다. 이 물은, 연료 전지 반응들에서 물이 초과량으로 생성되기 때문에 애노드 가스 배출 흐름을 순환시킴으로써 내부로 제공될 수 있고, 및/또는 상기 물은 보조의 물 공급 (feed)(예를 들어, 다이렉트 담수 공급 또는 배출 응축액의 순환) 를 이용하여 제공될 수 있다. 애노드 재순환 장치에 의해, 사용되지 않은 연료의 일부분 및 애노드 가스의 희석액이 또한 프로세스에 다시 공급되는 반면에, 보조의 물 공급 장치에서 프로세스에 대한 첨가제는 단지 물이다. 통상적으로, 고체 산화물 연료 전지의 애노드 전극은, 전지 성능에 중요한 모폴로지인 다공성, 니켈 기질 세라믹-금속 구조로 구성되기 때문에, 니켈의 산화는 연료 전지들의 성능을 비가역적으로 변화시킬 수도 있다. 이것은, 연료 전지 시스템의 애노드 전극들을 산화로부터 방지하기 위해서 SOFC 시스템들이 퍼지 가스, 즉 질소와 같은 불활성 가스로 희석된 수소와 같은 환원제를 포함하는 퍼지 가스를 필요로 하기 때문이다. 실제 연료 전지 시스템들에서, 과도한 퍼지 가스 저장을 유지하는 것은 비경제적이다, 즉, 퍼지 가스의 양은 최소화되어야 한다. 또한, 퍼지 가스의 사용에 필요한 여압 (pressurization) 어레인지먼트는 연료 전지 시스템의 물리적 크기에 상당한 영향을 준다.
본 발명에 따른 방법에서, 예를 들어, 애노드 재사용 블로어를 사용함으로써 연료 전지 시스템에서, 높은 재사용 비율 (recycle ratio; RR), 예를 들어 90 % 를 제공하기 위한 신규한 방식으로 촉매 부분 산화 (catalytic partial oxidation; CPOx) 가 이용된다. 이것은 상기 촉매 부분 산화로부터의 열을 포함하는 가스 화합물을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 높은 산소 함량, 즉 높은 람다 (high lambda) 를 갖는 연료 공급 유입 조성이 실현 가능하고 (람다 0.6-0.75, 여기서 람다 1 은 완전한 화학량적 연소임), 이것은 종래 기술의 실시형태에서 CPOx 유출 온도들이 1600-1800 ℃ 위라는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명에 따른 방법에서, 높은 람다를 갖는 높은 RR 이 모든 스타트-업 요건들을 위해 800 ℃ 유출 온도를 초과하지 않으면서 충분한 품질의 가스를 제공하는데 이용된다. 본 발명에 따른 촉매 부분 산화 (CPOx) 에서, 방출된 열은 높은 애노드 재사용 비율 (RR) 로 핸들링될 것이며, RR 은 (체적의) 전체 흐름의 재순환된 부분이다. 예를 들어, RR=90 % 인 경우, 가스의 90 % 는 애노드 측의 재순환에서 냉각되어, CPOx 유입로 다시 재순환된다. 이는 또한, 예를 들어 열 교환기들에서 탄소 형성을 억제하는 CPOx 의 상류의 가열된 컴포넌트들에서의 증기 존재를 보장한다. CPOx 유입 온도는, 예를 들어 대략 450 ℃ 이다. CPOx 는 촉매에서 또는 리포머에서 수행된다.
도 3 에는 상이한 재사용 비율들을 갖는 유입 (302) 및 유출 (304) S/C (steam to carbon-ratio) 값들 및 CPOx 유출에서의 온도 값들 (301) 이 나타내어진다. 애노드 측의 재순환 없이 필요한 유입 가스 혼합물로, 유출 온도는 대략 1900 ℃ 에서 발생한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 일 실시형태에서, CPOx 유출에서의 타겟 온도 값은 애노드 측의 재순환에서의 재료 선택들로 인해 700 ℃ 미만이다.
다음으로, CPOx 에서 생성된 수소 대 스택들 상의 수소 소모가 논의된다. 스택들이 수소를 소모하면, 이것은 피드-인 가스의 람다를 감소시키는 것으로 핸들링될 수 있다: 즉 더 적은 산소가 CPOx 로 공급되고 더 많은 수소가 형성될 것이다. 다시 말해, 스택들 상에서의 수소 소모에 따라, 공기 공급, 즉 산소 공급은 스택들에서의 수소 부족을 방지하도록 조정될 수 있다. 이는 또한, 더 작은 증기가 형성될 것이라는 것을 의미하지만, 이는 증기를 생성하는 산소와의 반응들에서 수소 양이 소모되는 경우에 스택들에서의 수소 산화로 평형 상태가 되고, 이는 애노드 측의 재순환으로부터 더 많은 증기들로서 보여질 것이다. 따라서, 스택들 상에서의 수소 소모는 조정 가능한 파라미터이다. 제어는 증기 대 탄소 요건을 고려해야 한다: 즉, CPOx 는 소비를 오프셋하는데 필요한 것보다 더 많이 유입 산소 공급을 감소시키지 않는데, 이는 공기 공급을 더 많이 감소시키는 것은 코킹을 유발하는 연료 전지 시스템의 S/C 를 감소시키기 시작하기 때문이다.
도 4 에는 본 발명에 따른 바람직한 어레인지먼트가 나타내어지고, 여기서 연료 전지 시스템은 반응물들의 애노드 (100) 측 재순환 흐름을 수행하기 위한 수단 (109) 을 포함한다. 이 수단 (109) 은 재순환을 배열하는데 필요한 다른 시스템 파트들 및 파이프들을 포함한다. 다른 시스템 파트들 (109) 은, 예를 들어 커넥터들 및 밸브들일 수도 있다. 어레인지먼트는 피드-인 가스 흐름을 재순환에 공급하기 위한 수단 (122a, 122b) 을 포함하는데, 피드-인 가스 흐름은 실질적으로 높은 산소 함량을 포함하고, 피드-인 흐름은 전체 흐름의 체적의 30% 이하이다. 바람직하게, 피드-인 흐름은 재순환 흐름의 약 10% 이고, 이것은 따라서 전체 흐름의 90% 파트를 나타낸다. 이 바람직한 어레인지먼트에서, 수단 (122) 은 공기 및 연료의 피드-인 동작들에 필요한 다른 시스템 파트들 및 파이프들에 의해 배열되는, 수단들 (122a 및 122b) 을 포함한다. 다른 시스템 파트들 (122a, 122b) 은 예를 들어, 제어된 피드-인 동작들을 수행하기 위한 커넥터들, 밸브들 및/또는 제어 가능한 밸브들일 수도 있다. 수단 (122a) 은 연료로서 사용된 가스를 피드 인하고, 수단 (122b) 은 공기를 피드 인하며, 이는 연료 및 재순환 가스 및 공기의 파이프들을 믹서에 연결함으로써 또는 연료 및 재순환 가스 및 공기의 파이프들을 믹서에 연결하지 않음으로써 믹서 (미도시) 에 의해 재순환 가스에 그리고 연료 흐름에 혼합된다. 공기 및 연료의 연결된 피드-인 흐름들은 재순환으로의 상기 피드-인 가스 흐름을 형성한다. 설명된 피드-인 어레인지먼트는 예시적인 것이고, 또한 다른 피드-인 어레인지먼트들이 본 발명에 따른 실시형태에서 이용되어 상기 피드-인 가스 흐름을 형성할 수 있고, 이 흐름은 실질적으로 높은 산소 함량을 포함하고, 피드-인 흐름은 전체 흐름의 체적의 30% 이하이다. 따라서, 바람직한 어레인지먼트는 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름의 30% 이하를 배출하기 위한 수단 (114) 을 포함한다. 상기 수단 (114) 은 파이프 (114) 및 예를 들어 커넥터들 및/또는 밸브들과 같은 다른 시스템 파트들에 의해 배열된다.
공급하기 위한 수단 (122a, 122b) 은 피드-인 흐름을 재순환에 공급하도록 배열되는데, 이 흐름은 피드-인 흐름의 실질적으로 높은 산소 함량을 나타내는 범위 0.55 - 0.90 의 람다-값을 포함한다. 필요한 경우, 산소 함량을 나타내는, 람다 값은 람다 센서 또는 다른 센서를 사용함으로써 측정된다. 어레인지먼트는 재순환 흐름을 위해 재사용 비율 70% 이상을 달성하기 위한 수단 (120) 을 포함한다. 수단 (120) 은 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 에 의해 수행된 산화로부터의 열을 포함하는 가스 화합물을 제공할 수 있도록 하는 재순환 흐름에 대해, 바람직하게, 80% - 94% 의 재사용 비율, 예를 들어 RR=90% 을 달성하기 위한 애노드 재사용 블로어 (120) 를 포함한다. 도 4 의 바람직한 실시형태에서, 수단 (107) 은 촉매 (107) 로서 나타내어지지만, 바람직하게는 촉매보다는 수단 (107) 은 또한, 리포머 (107) 로서 실현될 수 있다. 촉매 부분 산화가 재순환 흐름에서 수행되어, 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 재순환 흐름을 위한 실질적으로 많은 양의 수소 및 증기를 생성한다. 바람직하게, 수단 (107) 은 상기 실질적으로 많은 양의 수소와 같은 재순환 흐름에 대해 3.5% - 15% 의 함량 퍼센트의 수소를 생성하도록 배열된다. 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 은 또한, 혼합된 피드-인 흐름 및 재순환 흐름으로 촉매 부분 산화를 수행하도록 배열되어, 연료 전지 시스템의 애노드 측에서의 가스들은 연료 전지 시스템 가열, 냉각 또는 동작의 정규 온도 범위에서 열역학적으로 코킹 영역들 밖에 있다.
도 4 의 바람직한 어레인지먼트는 촉매 전에 자동 발화를 방지하도록 재순환 흐름에서 실질적으로 낮은 온도 컨디션들을 제공하도록 열 교환을 수행하기 위한 수단 (105a, 105b, 105c, 105d) 을 포함한다. 열 교환을 수행하기 위한 수단 (105) 은 바람직하게, 350℃-500℃, 예를 들어 450 ℃ 의 유입 온도를 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 에 제공하도록 배열된다. 이 설명된 바람직한 어레인지먼트에서, 수단 (105) 은 4 개의 열 교환기들 (105a, 105b, 105c, 105d) 을 포함한다. 열 교환기 (105a) 는 연료를 피드-인 가스 흐름에 혼합하기 전에 전기적 가열을 사용함으로써 피드-인 공기를 예를 들어 450 ℃ 로 가열한다. 열 교환기 (105b) 는 연료 피드-인 가스 흐름 및 재순환 가스 흐름을 예를 들어 450 ℃ 로 가열하고, 이 후 공기 및 연료의 혼합된 가스 흐름이 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 으로 유동된다. 열 교환기 (105c) 는 어느 정도의 가스로 냉각하고, 이 가스는 스택(들)(103) 의 애노드 측들 (100) 로 유동된다. 스타트-업 상황에서, 즉, 연료 전지 시스템의 가열 페이즈에서, 스택들 (103) 은 재순환 가스를 냉각시킨다. 또한, 스택들의 캐소드 측들 (102) 로 공급되는 공기는, 적어도 스택 모듈이 재순환 가스로부터 공기로의 열 교환을 강화시키는 라디에이터를 포함하는 경우 재순환 가스를 냉각시킨다. 열 교환기 (105d) 는 냉각 (121), 예를 들어 재순환 가스의 냉각을 수행한다, 즉 이 프로세스 단계에서 열은 연료 전지 시스템으로부터 밖으로 전달될 수 있고 또는 열은 연료 전지 시스템 내부의 열 통합에 이용된다. 설명된 열 교환 어레인지먼트는 예시적인 것이고, 본 발명에 따른 실시형태들에서 다른 변형들이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시형태들은 연료 전지 시스템의 스타트-업 또는 셧다운 상황들의 상이한 종류에서, 예를 들어 서비스 요구들을 위한 짧은 시간 셧다운들 및 스타트-업들 등에서 이용될 수 있다. 본 발명은 또한, 예를 들어 단기간의 ESD (Emergency ShutDown) 상황 후에 이용될 수 있고, 이 후에 연료 전지 시스템은 전기 생성 상태로 다시 즉시 스타트 업되고, 또는 부하 없이 온도들을 높이 유지하도록 핫 아이들 (hot idle) 에서 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면 및 상세한 설명을 참조하여 제시되었으나, 본 발명은 청구범위에 의해 허용되는 범위 내에서 변형의 대상이 되기 때문에 이들에 제한되지 않는다.

Claims (10)

  1. 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 어레인지먼트 (arrangement) 로서,
    상기 연료 전지 시스템의 각각의 연료 전지는 애노드 측 (100), 캐소드 측 (102), 및 상기 애노드 측과 상기 캐소드 측 사이의 전해질 (104) 을 포함하고, 상기 연료 전지 시스템은 반응물들의 애노드 (100) 측 재순환 흐름을 수행하기 위한 수단 (109) 을 포함하며,
    상기 어레인지먼트는 재순환 흐름 체적에 대해 70% 이상의 재사용 비율 (recycle ratio) 을 달성하기 위한 수단 (120), 실질적으로 높은 산소 함량을 나타내는 범위 0.55 - 0.90 의 람다-값을 포함하고 전체 흐름 체적의 30% 이하인 피드-인 (feed-in) 흐름을 상기 재순환에 공급하기 위한 수단 (122), 상기 재순환 흐름에서 350℃ -500℃ 의 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환을 수행하기 위한 수단 (105), 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 상기 재순환 흐름을 위해 수소를 생성하도록 상기 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107), 및 상기 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름 체적의 30% 이하를 배출하기 위한 수단 (114) 을 포함하고,
    상기 수단 (105 및 120) 은 상기 수단 (107) 의 유출 (outlet) 온도가 800 ℃ 를 초과하지 않으면서 상기 수단 (107) 에 350℃ - 500℃ 의 유입 (inlet) 온도를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레인지먼트는 상기 수단 (107) 에 의해 수행된 산화로부터의 열을 포함하는 가스 화합물을 제공하도록 상기 재순환 흐름 체적에 대해 80% - 94% 의 재사용 비율을 달성하기 위한 수단 (120) 으로서 애노드 재사용 블로어 (120) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레인지먼트.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 은 상기 재순환 흐름 체적에 대해 3.5% - 15% 의 함량 퍼센트의 수소를 생성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 어레인지먼트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화를 수행하기 위한 수단 (107) 은 혼합된 피드-인 흐름 및 재순환 흐름으로 촉매 부분 산화를 수행하도록 배열되어, 상기 연료 전지 시스템의 상기 애노드 측에서의 가스들은 연료 전지 시스템 가열, 냉각 또는 동작의 정규 온도 범위에서 열역학적으로 코킹 (coking) 영역들 밖에 있는 것을 특징으로 하는 어레인지먼트.
  6. 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법으로서,
    상기 방법에서 반응물들의 애노드 (100) 측 재순환 흐름이 수행되고,
    상기 방법에서,
    재순환 흐름 체적에 대해 70% 이상의 재사용 비율이 달성되고, 실질적으로 높은 산소 함량을 나타내는 범위 0.55 - 0.90 의 람다-값을 포함하고 전체 흐름 체적의 30% 이하인 피드-인 흐름이 상기 재순환에 공급되고, 상기 재순환 흐름에서 350℃ -500℃ 의 실질적으로 저온 컨디션들을 제공하도록 열 교환이 수행되고, 연료 전지 시스템 스타트-업 또는 셧다운 상황들에서 상기 재순환 흐름을 위해 수소를 생성하도록 상기 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화가 수행되며, 상기 애노드 측의 재순환으로부터 전체 흐름 체적의 30% 이하가 배출되고, 상기 열 교환은 유출 온도가 800℃ 를 초과하지 않으면서 상기 촉매 부분 산화에 350℃-500℃ 의 유입 온도를 제공하는 것을 특징으로 하는 재순환을 이용하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법에서, 상기 촉매 부분 산화로부터의 열을 포함하는 가스 화합물을 제공하도록 상기 재순환 흐름 체적에 대한 80% - 94% 의 재사용 비율이 애노드 (100) 재사용 블로잉에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 재순환을 이용하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법에서, 상기 재순환 흐름 체적에 대해 3.5% - 15% 의 함량 퍼센트의 수소를 생성하도록 상기 재순환 흐름에서 촉매 부분 산화가 수행되는 것을 특징으로 하는 재순환을 이용하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법에서, 혼합된 피드-인 흐름 및 재순환 흐름으로 촉매 부분 산화가 수행되어 상기 연료 전지 시스템의 상기 애노드 측에서의 가스들은 연료 전지 시스템 가열, 냉각 또는 동작의 정규 온도 범위에서 열역학적으로 코킹 영역들 밖에 있는 것을 특징으로 하는 재순환을 이용하는 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6361910B2 (ja) * 2014-04-07 2018-07-25 日産自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP6349413B2 (ja) 2014-04-25 2018-06-27 コンヴィオン オサケユキチュアＣｏｎｖｉｏｎ Ｏｙ 燃料電池システムの作動状態の移行装置及び移行方法
CN105576268B (zh) 2014-10-08 2019-02-15 通用电气公司 用于控制流量比的系统和方法
AT517685B1 (de) * 2015-11-17 2017-04-15 Avl List Gmbh Messverfahren und Messvorrichtung zur Ermittlung der Rezirkulationsrate
JP6322219B2 (ja) * 2016-03-31 2018-05-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
CN108091907B (zh) 2016-11-22 2020-09-25 通用电气公司 燃料电池系统及其停机方法
WO2022113397A1 (ja) * 2020-11-24 2022-06-02 三浦工業株式会社 燃料電池システム
WO2022215224A1 (ja) * 2021-04-08 2022-10-13 三浦工業株式会社 燃料電池システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003098728A1 (en) 2002-05-21 2003-11-27 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system
EP1571726A1 (en) 2004-03-04 2005-09-07 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for high efficiency operation of a high temperature fuel cell system
EP1770812A1 (en) 2005-09-21 2007-04-04 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for light internal reforming in a solid oxide fuel cell system
EP1998398B1 (en) 2007-05-22 2011-02-23 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for fueling a solid oxide fuel cell stack

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11273701A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置
US20020102443A1 (en) 2001-01-25 2002-08-01 Deliang Yang Procedure for shutting down a fuel cell system having an anode exhaust recycle loop
DE10297626B4 (de) 2002-01-04 2013-04-18 Utc Fuel Cells, Llc Verfahren zum Anfahren eines Brennstoffzellensystems mit einem Anodenabgas-Wiederverwertungskreislauf
DE10262231B4 (de) * 2002-07-04 2009-04-16 Sgl Carbon Ag Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff
JP2008146851A (ja) * 2006-12-06 2008-06-26 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池発電装置の停止方法及び燃料電池発電装置
CN101946358A (zh) * 2007-12-17 2011-01-12 国际壳牌研究有限公司 用于产生电力的基于燃料电池的方法
EP2336083A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Topsøe Fuel Cell A/S Gas generator and processes for the conversion of a fuel into an oxygen-depleted gas and/or hydrogen-enriched gas
DE102009060679A1 (de) 2009-12-28 2011-06-30 J. Eberspächer GmbH & Co. KG, 73730 Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003098728A1 (en) 2002-05-21 2003-11-27 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system
EP1571726A1 (en) 2004-03-04 2005-09-07 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for high efficiency operation of a high temperature fuel cell system
EP1770812A1 (en) 2005-09-21 2007-04-04 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for light internal reforming in a solid oxide fuel cell system
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