KR101706498B1 - 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체 - Google Patents

다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR101706498B1
KR101706498B1 KR1020157032846A KR20157032846A KR101706498B1 KR 101706498 B1 KR101706498 B1 KR 101706498B1 KR 1020157032846 A KR1020157032846 A KR 1020157032846A KR 20157032846 A KR20157032846 A KR 20157032846A KR 101706498 B1 KR101706498 B1 KR 101706498B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
anode exhaust
anode
fuel cell
water
Prior art date
Application number
KR1020157032846A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150135542A (ko
Inventor
조오지프 엠. 달리
프레드 시. 얀케
스티븐 에이. 코흘러
Original Assignee
퓨얼 셀 에너지, 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퓨얼 셀 에너지, 인크 filed Critical 퓨얼 셀 에너지, 인크
Publication of KR20150135542A publication Critical patent/KR20150135542A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101706498B1 publication Critical patent/KR101706498B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04343—Temperature; Ambient temperature of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04462—Concentration; Density of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체는 연료전지 시스템의 아노드측을 떠나가는 아노드 배기와 상기 아노드 배기로부터 유도되는 가스중 어느 하나에서 수소 농도를 감지하는 센서와, 상기 센서에 의해 감지된 수소 농도에 기초하여 상기 연료전지 시스템의 아노드측으로의 연료 흐름을 제어하는 연료 흐름 제어 조립체를 포함한다.

Description

다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체{FLOW CONTROL ASSEMBLY FOR USE WITH FUEL CELL SYSTEMS OPERATING ON FUELS WITH VARYING FUEL COMPOSITION}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 특히 연료전지 시스템에 사용하기 위한 가스 흐름 제어 조립체에 관한 것이다.
연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학 에너지를 전기화학 반응에 의해 전기 에너지로 직접 변환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 충전된 이온을 도전(conduct)시키는 전해질에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함한다. 유용한 파워 레벨을 생산하기 위해, 다수의 개별적인 연료전지는 각각의 전지 사이의 도전성 분리기 판과 직렬로 적층된다.
연료전지는 산화 가스가 캐소드를 통과할 동안 반응물 가스를 아노드를 통과시킴으로써 작동된다. 연료전지 시스템의 전기 출력은 연료의 에너지 함유량 뿐만 아니라, 부분적으로는 연료 가스 및 산화 가스가 아노드 및 캐소드에 공급되어 이를 통해 각각 이송되는 비율에 의존한다. 또한, 연료전지 시스템의 효율은 부분적으로는 연료의 활용, 즉 연료전지에 의해 이용되는 연료의 백분율에 의존하며, 이것은 연료의 에너지 함유량 및 연료 흐름율에 의존한다. 종래의 연료전지 시스템은 전형적으로는 최적의 연료 활용 보다 낮게 작동되며, 이에 따라 연료의 에너지 함유량의 변화에 기인한 연료의 연료전지 시스템의 요구사항을 피하기 위해 최적의 연료 활용에 요구되는 것 보다 연료전지를 통해 연료를 더 많이 통과시킴으로써 효율이 낮아지게 된다. 따라서, 연료전지 성능을 최적화하고 연료전지 시스템으로부터 원하는 전기 출력 및 효율을 얻기 위하여, 연료의 에너지 함유량이 관찰될 필요가 있으며, 연료가 전지에 공급되는 흐름율은 정밀하게 제어될 필요가 있다.
종래의 연료전지 시스템은 전형적으로 연료전지의 파워 출력에 따라 연료전지 아노드로의 연료 가스의 흐름율을 제어하기 위해 질량 흐름 제어기를 사용해 왔다. 종래의 시스템은 연료전지 시스템에 공급되는 연료의 조성물을 결정하기 위해 온라인 연료 조성물 분석기도 사용해 왔다. 특히, 질량 흐름 제어기는 조성물 분석기에 의한 연료 조성물 결정과 전지의 파워 출력에 기초하여 연료전지에 분배된 연료량을 제어하기 위해, 온라인 연료 조성물 분석기와 조합하여 사용되어 왔다.
인식할 수 있는 바와 같이, 아노드로의 연료 흐름율을 제어하는 이러한 종래의 방법은 복잡한 설비의 사용을 필요로 한다. 또한, 분석된 연료가 높은 습도 함유량을 갖고 또한 연료의 조성물이 상당히 변했을 때 그리고 분석기의 장시간 작동후에는 온라인 연료 조성물 분석기의 신뢰성이 상당히 떨어진다. 따라서, 분석기는 연료 성분을 지속적으로 정밀하게 결정하기 위해서는 자주 재보정될 필요가 있다. 따라서, 고가의 설비를 필요로 하지 않으면서도 정밀하고 신뢰성을 갖는 아노드로의 연료 흐름을 제어하는 수단이 필요하다.
아노드로의 연료 흐름율을 제어하는 또 다른 조립체 및 방법은 본 발명에 참조인용된 미국 특허출원 제11/089,799호에 개시되어 있다. 상기 미국 특허출원 제11/089,799호에는 아노드 배기 가스의 성분 변화에 기초하여 산화 가스의 캐소드로의 흐름을 조정하고 또한 옥시던트(oxidant) 흐름 조정에 기초하여 아노드로의 연료 흐름을 제어하는 제어 조립체가 개시되어 있다. 미국 특허출원 제11/089,799호에 개시된 조립체는 고가의 설비를 필요로 하지는 않지만, 신속하면서도 더욱 정밀한 흐름 조정을 갖는 개선된 연료 흐름 제어 조립체가 요망된다. 또한, 주위 온도에 영향을 받지 않는 아노드로의 연료 흐름을 제어하기 위한 수단도 요망된다.
본 발명의 목적은 신뢰성이 있고 정밀하며 또한 신속한 연료 흐름 조정을 제공하며, 아노드로의 연료 흐름을 제어하기 위한 개선된 가스 흐름 제어 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주위 온도에 영향을 받지 않으며 연료 조성물 변화에 대한 민감성이 증가된, 아노드로의 연료 흐름을 제어하기 위한 개선된 가스 흐름 제어 조립체를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적 및 기타 다른 목적들은 연료전지 시스템의 아노드측을 떠나가는 아노드 배기 또는 상기 아노드 배기로부터 유도된 가스의 수소 농도를 감지하기 위한 센서와, 상기 센서에 의해 감지된 수소 농도에 기초하여 연료전지 시스템의 아노드측으로의 연료 흐름을 제어하기 위한 연료 흐름 제어 조립체를 포함하는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 연료 흐름 제어 조립체에서 실현된다. 상기 센서는 GE XMTC 센서, Conspec 센서, 또는 Panterra TCOND 센서를 선택적으로 포함한다.
흐름 제어 조립체가 사용되는 연료전지 시스템은 분리된 물 및 분리된 아노드 배기를 출력하기 위해, 아노드측으로부터 아노드 배기의 설정된 부분을 수용하고 상기 아노드 배기의 설정된 부분을 냉각하여 아노드 배기에서 물의 적어도 일부를 응축하는 냉각 조립체를 포함한다. 이러한 연료전지 시스템에서, 흐름 제어 조립체의 센서는 분리된 아노드 배기를 포함하는 아노드 배기로부터 유도된 가스의 수소 농도를 감지한다. 이러한 실시예에서, 냉각 조립체는 대기로의 열손실을 통해 아노드 배기에서 물을 응축하고 또한 분리된 아노드 배기 및 분리된 물을 출력하기 위해 설정된 부분, 전형적으로는 아노드 배기의 작은 샘플을 설정된 흐름율로 통과시키기 위한 냉각 연결라인과, 분리된 아노드 배기를 수용하고 상기 분리된 아노드 배기를 센서로 통과시키기 위한 가스 루프 연결라인과, 상기 냉각 연결라인으로부터 분리된 물을 수용하기 위한 물 루프를 포함한다. 예시적인 다른 실시예에서, 냉각 조립체는 열교환기 및 녹아웃 포트(knock out pot)와; 또는 부분 압력 스윙 물 전달 장치와, 엔탈피 휠 가습기와, 냉각 라디에이터와, 박막과, 패킹된 컬럼과, 흡수기/스트리퍼 시스템중 하나 이상을 포함한다.
흐름 제어 조립체는 센서에 의해 감지된 수소 농도를 사용하여 결정되는 연료의 수소(H2) 등가값(equivalents value)에 기초한 연료 흐름 셋포인트(set point)를 결정하는 연료 흐름 제어 조립체를 포함하며, 전류는 연료전지와 아노드를 통한 연료의 측정된 흐름율에 의해 생산된다. 연료 흐름 제어 조립체는 연료전지 시스템에서의 연료 활용을 설정된 범위내로 유지하기 위해, 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 아노드측으로의 연료 흐름을 제어한다. 상기 연료 흐름 제어 조립체는 연료 트림 제어기를 포함하며; 상기 연료 트림 제어기는 센서에 의해 감지된 수소 농도에 기초하여 연료의 수소(H2) 등가값과, 상기 수소(H2) 등가값 및 원하는 연료 활용에 기초한 연료 흐름 셋포인트를 결정한다. 또한, 연료 흐름 제어 조립체는 연료 트림 제어기에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 연료의 흐름을 제어하는 연료 흐름 제어기도 포함한다.
이러한 실시예에서, 연료전지 시스템은 연료를 아노드측에 제공하기 전에 연료를 가습하기 위하여 물 공급부로부터 물을 수용하며, 흐름 제어 조립체는 연료 흐름 제어 조립체에 의해 아노드측으로의 연료 흐름의 제어에 기초하여 연료전지 시스템으로의 물 흐름을 제어하는 물 흐름 제어 조립체를 포함한다. 특히, 물 흐름 제어 조립체는 설정된 탄소를 가습된 연료에 스트림 비율로 유지하기 위해 연료 트림 제어기에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 시스템으로의 물 흐름을 제어한다.
흐름 제어 방법과 흐름 제어 조립체를 포함하는 연료전지 시스템이 서술될 것이다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 흐름 제어 조립체의 제1실시예를 이용한 연료 전지 시스템을 도시한 도면.
도2는 흐름 제어 조립체의 다른 실시예를 이용한 연료 전지 시스템을 도시한 도면.
도3은 도1 및 도2의 흐름 제어 조립체의 연료 트림 제어기의 동작에 대한 흐름도.
도1은 시스템의 연료전지 스택(102)으로의 연료 흐름을 제어하는데 사용되는 연료 흐름 제어기(134)와 연료 트림 제어기(130) 및 센서(126)를 포함하는 흐름 제어 조립체(101)를 이용하는 연료전지 시스템(100)을 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 흐름 제어 조립체(101)는 연료전지 스택(102) 및 열전쌍(thermocouple)(125)에 공급된 연료를 가습하는데 사용되는 물의 양을 제어하기 위해 탄소 트림 제어기(136)를 포함하거나, 또는 아노드 배기 가스의 습도로 인한 보상을 위해 기타 다른 적절한 온도 측정 장치를 포함한다.
연료전지 시스템(100)은 적어도 하나의 연료전지를 구비하는 연료전지 스택(102)을 포함한다. 도1에 있어서, 연료전지 스택(102)은 연료를 수용하는 아노드(104)와, 전해질(108)에 의해 분리되는 캐소드 옥시던트 가스를 수용하는 캐소드(106)를 포함하는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 상기 스택(102)은 다수의 연료전지를 포함하며, 이들 각각의 연료전지는 전해질에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함하는 것을 인식해야 한다. 시스템(100)에는 아노드(104)에 연료를 제공하는 연료 공급부(110)로부터 연료가 공급되고, 연료가 아노드(104)를 통과하기 전에 연료를 가습하기 위해 물을 공급하는 물 공급부(112)로부터 물이 공급된다. 도시된 바와 같이, 시스템에는 아노드 배기 산화기(116)에 에어를 공급하는 에어 공급부(114)로부터 에어 형태로 옥시던트 가스도 공급된다. 하기에 서술되는 바와 같이, 상기 산화기는 캐소드 옥시던트 가스를 캐소드에 출력한다.
도1의 시스템(100)은 청정 연료를 제공하기 위해 연료를 처리하는 연료 클린업(clean-up) 조립체(118)와, 연료를 가습하고 연료가 연료전지(102)의 아노드(104)를 통과하기 전에 상기 가습된 연료를 예열하기 위해 상기 연료 클린업 조립체(118)로부터의 청정 연료와 물 공급부(112)로부터의 물을 혼합하는 열교환기(120)를 포함한다.
도1의 시스템에서, 연료 공급부(110)로부터의 연료는 연료전지 아노드(104)에 사용하기 적합하도록 연료로부터 황 등과 같은 오염물을 제거하기 위해 연료를 처리하는 연료 클린업 조립체(118)에 공급된다. 상기 연료 클린업 조립체(118)는 연료로부터 황 함유 성분을 제거하기 위해 탈황기 유니트를 포함한다. 그후, 연료 클린업 조립체로부터의 청정 연료는 연료 트림 제어기(130)에 의해 결정되고 흐름 제어 조립체(101)의 연료 흐름 제어기(134)에 의해 제어되는 흐름율로 열교환기(120)에 공급된다. 열교환기(120)에 있어서, 청정 연료는 물 공급부(114)로부터의 물과 혼합되고, 설정된 온도로 예열된다. 도1에 도시되지는 않았지만, 시스템은 예열 및 가습된 연료로부터 트레이스(trace) 옥시던트 오염물을 제거하고 연료를 가습하기 위해 연료의 적어도 일부를 예비 리포밍하기 위해, 탈산제/예비 리포머(pre-reformer)도 포함한다. 그후, 가습 및 예열된 연료는 전기 출력을 생산하는 전기화학적 반응이 실행되는 연료전지 아노드(104)로 이송된다.
수소, 일산화탄소, 메탄, 물, 이산화탄소 형태의 소모되지 않은 연료를 포함하는 아노드 배기 가스는 아노드(104)로부터 제1연결라인(115)을 통해 에어 공급부(114)로부터 에어의 형태로 옥시던트 가스도 수용하는 아노드 배기 산화기(116)로 이송된다. 아노드 배기 산화기(116)에 있어서, 에어 형태의 옥시던트 가스는 가열된 캐소드 옥시던트 가스를 원하는 온도에서 생산하기 위해, 아노드 배기와 혼합되어 연소된다. 그후, 산화기(116)를 떠나가는 가열된 캐소드 옥시던트 가스는 연료전지(102)의 캐소드측 입구(106a)로 이송된다. 고갈된 캐소드 옥시던트 가스는 캐소드 출구(106b)를 통해 캐소드(106)를 빠져나가며, 배기된 캐소드 옥시던트 가스로부터의 열이 연료 및 물 혼합물을 예열하기 위해 전달되는 열교환기(120)를 통해 흐른다. 열교환기(122)를 떠난 후 배기된 캐소드 옥시던트 가스에 남아있는 열은 공간 가열 및 스팀 형성 등을 포함하여 다양한 용도로 사용된다.
도1에 도시된 바와 같이, 아노드(104)를 떠나가는 아노드 배기 가스의 일부는 아노드 배기의 수소 농도를 결정하기 위해 흐름 제어 시스템(101)의 센서(126)로 이송된다. 인식할 수 있는 바와 같이, 연료전지의 연료 활용은 연료전지를 통한 연료 흐름율과, 연료전지 및 연료전지 수소(H2) 등가값에 의해 생성된 전류 또는 암페어와, 또는 물로 연료를 리포밍함으로써, 즉 연료 조성물에 의존하는 가습된 연료를 리포밍함으로써 발생된 수소량에 의존하는 수소 및 일산화탄소의 형태의 아노드 배기의 미반응 연료량과 직접적으로 연관이 있다.
인식할 수 있는 바와 같이, 아노드 배기 가스에서, 모든 연료 또는 실질적인 모든 연료는 수소 및 일산화탄소로 변환된다. 그 결과, 연료 에너지의 평가가 아노드 배기 가스를 통해 이루어질 때, 연료 에너지를 평가하는 다수의 가스 성분을 측정 및 분석하기 위한 복잡한 센서가 필요없다. 또한, 아노드 배기 가스에서 수소 및 일산화탄소의 양을 측정할 수 있지만, 실험에 따르면 아노드 배기 가스에서 오직 수소량만을 측정함으로써 정밀한 측정 및 제어가 얻어질 수 있도록 아노드 배기에서 일산화탄소에 대한 수소의 비율은 충분히 안정적인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 센서(126)를 통해 아노드 배기의 수소량만의 측정은 수소의 특성이 아노드 배기 가스의 기타 다른 성분과는 상이하기 때문에, 일반적으로 필요로 하는 설비를 단순하게 한다.
또한, 센서(126)를 통해 아노드 배기의 수소를 정밀하게 측정하기 위해, 아노드 배기 가스는 먼저 센서(126)의 최대 작동온도 이하로 냉각될 필요가 있다. 아노드 배기 가스의 높은 물 함유량으로 인해, 아노드 배기의 냉각은 전형적으로 아노드 배기에 존재하는 물의 적어도 일부를 응축시킬 것이다. 이러한 물은 센서 동작에 대한 액체 물의 간섭을 피하기 위해, 센서(126)를 통과하기 전에 아노드 배기 가스의 기타 다른 성분으로부터 분리될 필요가 있다.
따라서, 도1에 도시된 바와 같이, 아노드 배기의 일부는 센서(126)를 통과하기 전에, 먼저 제2연결라인(122)을 통해 냉각 조립체(121)를 통과한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제2연결라인(122)은 약 1/4 인치의 외경을 갖는 스텐레스 스틸 열 트레이스 배관(heat traced tubing)을 포함한다. 제2연결라인(122)을 통과한 아노드 배기의 양은 절연 밸브 또는 고정형 오리피스 등과 같은 제1흐름 제어부재(123)에 의해 제어된다. 이러한 실시예에서, 아노드 배기의 흐름은 제2연결라인(122)의 직경 및 길이에 의해 제어된다.
냉각 조립체(121)에 있어서, 응측된 물은 아노드 배기로부터 분리되고, 분리된 물 및 분리된 아노드 배기가 출력되며, 그후 후자의 분리된 아노드 배기는 물에 의한 간섭없이 센서(126)에서 분석될 수 있다. 도1에 도시된 예시적인 실시예에서, 냉각 조립체는 냉각 연결라인(124)과, 분리된 물을 우회시키기 위한 물 루프 연결라인(127)과, 가스 루프 연결라인(128)을 포함한다. 특히, 아노드 배기는 배기를 충분히 냉각시켜 배기에서 물을 응축 및 분리하기 위해 낮은 흐름율로 냉각 연결라인(124)을 통과한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 냉각 연결라인(124)은 약 1/4 내지 1/2 인치의 외경과 적어도 3인치의 길이를 갖는 스텐레스 스틸 배관을 포함한다. 냉각 연결라인(124)을 형성하는데 사용된 배관은 차가운 날씨에서 물 동결을 방지하기 위해 열 트레이스 커버링(covering)도 포함한다. 그러나, 이러한 실시예에서, 열 트레이스 커버링은 주위 온도가 낮을 때 분리된 물의 동결로 인한 차단을 방지하기 위해 또한 주위 온도가 높을 때 충분한 아노드 배기 냉각을 허용하기 위해 배관 표면적의 50% 이하를 포함하는 것이 바람직하다. 아노드 배기 가스를 냉각하기 위해 또한 응축에 의해 아노드 배기에서 물을 분리하기 위해 냉각 연결라인(124)을 사용하면 열교환기에 대한 필요성을 제거하고, 비용과 조립체(101)의 복잡성을 감소시킨다.
도1에 도시된 예시적인 실시예에서, 열전쌍 등과 같은 온도 센서(125)는 아노드 배기 가스의 온도를 측정하기 위해 냉각 조립체(121)에, 특히 냉각 연결라인(124)에 제공된다. 온도 센서는 아노드 배기가 냉각되는 최저 온도를 측정하기 위해 냉각 연결라인(124)에 배치된다. 하기에 상세히 서술되는 바와 같이, 열전쌍(125)에 의한 온도 측정은 센서(126)에 의한 측정이 냉각된 아노드 배기에 존재하는 물 부분이나 습도를 위해 적절히 조정되거나 보상되는 것을 보장하기 위해, 냉각시 달성된 온도 변화로 인해 아노드 배기에 존재하는 습도를 보상하는데 사용된다.
냉각 연결라인(124)을 통과한 후, 냉각 연결라인(124)에서 아노드로부터 응축된 분리된 물은 냉각 조립체(121)의 물 루프 연결라인(127)에 출력되며, 냉각 라인(124)에서 응축되지 않은 물과 이산화탄소와 미반응 연료를 포함하는 분리된 아노드 배기 가스는 냉각 조립체(121)의 가스 루프 연결라인(128)을 통해 센서(126)에 출력된다. 이러한 예시적인 실시예에서는 분리된 물이 중력에 의해 물 루프 연결라인(127)에 이송되도록 냉각 연결라인(124)과 물 루프 연결라인(127) 및 가스 루프 연결라인(128)이 제공된다. 특히, 냉각 연결라인(124)과 가스 루프연결라인(128)은 물 루프 연결라인(127)에 대해 높은 레벨로 또는 높은 위치에 제공되므로, 중력은 냉각 연결라인(124)으로부터 분리된 물을 하향 방향으로 물 루프 연결라인(127)으로 끌어당길 수 있으며, 분리된 아노드 배기는 가스 루프 연결라인(128)을 통과한 후 센서(126)로 이동된다.
센서(126)는 연료 활용(Uf)과 원하는 Uf 를 달성하는데 필요한 연료 흐름 조정을 결정하기 위해, 분리된 아노드 배기에 존재하는 수소(H2)의 농도를 감지 및 결정하며; 이러한 농도는 연료 트림 제어기(130)에 의해 사용된다. 예시적인 실시예에서, 센서(126)는 열전도율 분석기 등과 같은 열 측정 유니트이다. 센서(126)로서 사용하기에 적절한 센서는 제너럴 일렉트릭스(General Electrics)에 의해 제조된 GE XMTC 센서와, 콘스펙 콘트롤스(Conspec Controls)에 의해 제조된 Conspec CN06 센서와, 네오딤 테크놀러지스(Neodym Technologies)에 의해 제조된 Panterra-TCOND 센서를 포함한다.
센서(126)를 떠나가는 분리된 아노드 배기는 가스 루프 연결라인(128)에 의해 이송되며, 그후 물 루프 연결라인(127)으로부터의 분리된 물과 조합된다. 그후, 조합된 분리된 아노드 배기 및 분리된 물은 제1연결라인(115)과 결합되는 제3연결라인(129)을 통해 이송된다. 선택적으로, 조합된 분리된 아노드 배기 및 분리된 물 또는 그 일부는 냉각 조립체(121)를 통해 압력 강하를 증가시키기 위해, 각각의 연결라인(129a, 129b)을 통해 연결라인(117 또는 118)에 이송될 수도 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 제3연결라인(129)은 연결라인(129)을 통과한 조합된 가스의 흐름을 제어하기 위해 또한 연결라인(115)의 아노드 배기가 연결라인(129)을 통해 센서(126)에 흐르는 것을 방지하기 위해, 절연 및/또는 계량 밸브 등과 같은 제2흐름 제어부재(131)를 선택적으로 포함한다. 제2흐름 제어부재(131)는 전형적으로 필요한 것은 아니지만, 필요시 센서(126)의 절연 및 유지보수를 허용하기 위해 포함된다. 이러한 실시예에서, 제3연결라인(129)은 솔레노이드 차단 밸브 등과 같은 차단 제어부재(132)도 포함한다. 도시된 바와 같이, 조합된 분리된 아노드 배기 및 제3연결라인(129)의 분리된 물은 연결라인(115)으로 이송되어 연결라인(115)의 아노드 배기와 혼합되며, 그후 산화기(116)를 통과한다. 다른 실시예에서, 조합된 분리된 아노드 배기 및 제3연결라인(129)의 분리된 물은 연결라인(117)으로 이송되어 캐소드 입구 옥시던트 가스와 혼합되거나, 또는 연결라인(118)에 이송되어 캐소드 배기 가스와 혼합된 후 캐소드 배기와 함께 통기된다. 연결라인(129)을 통한 흐름이 적기 때문에, 조합된 분리된 아노드 배기 및 분리된 물이 시스템으로 복귀되는 포인트는 프로세스에 대한 충격이 최소한으로 된다.
상술한 바와 같이 또한 도1에 도시된 바와 같이, 공급부(110)로부터의 연료 흐름율은 연료 흐름 제어기(134)에 의해 제어되며, 상기 연료 흐름 제어기는 연료 트림 제어기(130)에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 공급부로부터의 연효 흐름율을 측정하고 공급부(110)로부터의 연료 흐름율을 조정할 수 있는 열 질량 연료 흐름 계량기(a thermal mass fuel flow meter)를 포함한다. 특히, 연료 공급부(110)로부터의 연료는 연료전지(102)의 최적의 작동 및 전기 출력에 필요한 흐름율인 설정된 흐름율로 시스템(100)에 공급된다. 설정된 연료 흐름율은 시스템(100)의 원하는 전기 출력 및 원하는 연료 활용, 즉 연료전지에 의해 활용되는 입력된 연료(H2)의 비율에 기초하여 결정된다. 연료전지에 의한 연료 활용은 연료 수소(H2) 등가값 또는 리포밍 후의 수소 함유량과 직접적으로 관련되어 있으며, 이에 따라 연료 공급부(110)로부터 연료전지에 공급된 연료의 수소(H2) 등가값의 변화는 연료 흐름이 보정되지 않는 한 원하는 연료 활용으로부터 이탈되어 버린다. 센서(126)가 연료전지로부터 직접 연료의 수소 함유량을 측정하기 때문에, 센서의 측정에 기초한 연료 흐름에 대한 조정은 연료 흐름 제어기(134)의 흐름 계량기에 의해 측정된 연료 흐름율의 드리프팅(drifting)과 연료 흐름 제어기(134)와 연료전지(102) 사이의 가능한 연료 누설도 보상할 것이다.
연료 활용을 ±1% 내로 유지하거나 또는 이에 근접하게 유지하고, 또한 원하는 연료 활용 레벨을 유지하기 위해, 연료 흐름 제어기(134)는 연료의 수소(H2) 등가값의 변화 및 연료 흐름 제어기의 그 어떤 드리프트를 보상하도록 연료전지(102)의 연료의 흐름율을 조정한다. 특히, 연료 흐름 제어기(130)는 센서(126)로부터 감지된 H2 농도를 가지며, 감지된 H2 농도에 기초하여 연료전지의 연료 활용을 결정한다. 그후, 연료 트림 제어기(130)는 결정된 연료 활용에 기초하여, 연료전지(102)로의 연료 흐름율에 대한 조정량에 대응하거나 또는 원하는 연료 활용값을 유지하는데 필요한 조정된 연료 흐름율에 대응하는 연료 흐름 셋포인트를 결정한다. 연료 흐름 제어기(134)는 연료 트림 제어기(130)에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트를 수용하며, 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 연료 공급부(110)로부터 연료전지(102)로의 연료 흐름율을 제어한다.
예를 들어, 만일 아노드 배기의 감지된 H2 농도가 증가된다면, 연료 트림 제어기는 연료의 높은 수소(H2) 등가값으로 인해 연료전지의 연료 활용이 감소된 것으로 결정한다. 이 경우, 연료 트림 제어기는 연료 흐름 제어기가 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 연료 흐름율이 감소되도록 제어하기 위해, 연료 흐름 셋포인트를 결정 및 설정한다. 감소된 흐름율은 연료전지에서 반응 및 활용될 연료에 수소를 더 적게 공급하며, 이에 따라 연료 활용을 증가시킨다. 이와 마찬가지로, 아노드의 감지된 H2 농도가 감소될 때, 연료 활용이 증가되며, 연료 트림 제어기는 연료 흐름 제어기가 연료 흐름율이 증가하도록 연료 흐름율을 제어하여 공급된 수소의 작은 단편(fraction)이 연료전지에서 반응될 수 있도록 연료 흐름 셋포인트를 결정 및 설정한다.
따라서, 연료의 가열값이 연료 조성물의 변화로 인해 변화될 때, 연료 트림 제어기(130)는 연료 조성물의 변화에 기초하여 연료 흐름 셋포인트를 결정하며, 연료 흐름 제어기(134)는 연료 흐름율을 증가시키거나 감소시킴으로써 연료의 흐름율을 조정하며, 따라서 연료 활용이 원하는 값으로 유지될 수 있다.
냉각 라인(124)에 온도 감지 유니트(125)를 사용하는 이러한 예시적인 실시예에서, 연료 트림 제어기(130)는 연료 흐름 셋포인트를 결정함에 있어서 분리된 아노드 배기의 습도를 보상하기 위해 온도 감지 유니트(125)에 의해 감지된 아노드 배기 온도도 사용한다. 이러한 방식에 의해, 만일 대기 온도가 높고 냉각된 분리된 아노드 배기 가스가 그 고온으로 인해 다량의 습도를 포함한다면, 연료 흐름 셋포인트 결정은 냉각된 분리된 아노드 배기 가스에 존재하는 부가의 습도에 의해 왜곡되지 않는다.
도1에 도시된 예시적인 실시예에서, 흐름 제어 시스템은 물 공급부(112)로부터 열교환기(120)에 공급된 물의 양을 제어하기 위해 탄소 트림 제어기(136)를 포함하는 물 흐름 제어 조립체도 포함한다. 특히, 연료전지의 성능 및 연료 활용은 연료전지 아노드(104)에 공급된 연료의 탄소-스팀 비율의 변화에 영향을 받을 수 있다. 상기 탄소 트림 제어기(136)는 열교환기(120)로부터 아노드(104)에 공급된 예열된 가습된 연료의 스팀-탄소 비율이 최적의 연료전지 성능에 대응하는 설정된 비율로 유지될 수 있도록, 열교환기(120)에 공급된 물의 양을 제어한다. 연료의 스팀-탄소 비율이 연료의 조성물 및 시스템(100)에 공급된 연료의 양에 의존하기 때문에, 탄소 트림 제어기(136)는 연료 트림 제어기(130)의 결정에 기초하여 물 흐름율을 제어한다. 특히, 탄소 트림 제어기(136)는 연료 트림 제어기(130)에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트를 가지며; 변화되는 연료 조성물에도 불구하고 설정된 스팀-탄소 비율을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해, 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 물 흐름율에 대한 조정량을 결정한다. 도1에 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서 탄소 트림 제어기(136)는 연료 흐름 제어기(134)에 의해 실행된 연료 흐름율 조정에 기초하여 물 흐름율을 조정한다.
도1에 도시된 흐름 제어 조립체(101)의 구성 및 부품들은 조립체(101)에 사용된 센서(126)의 형태와 연료전지 시스템(100)의 요구사항에 따라 변화될 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 도1의 냉각 조립체(121)의 형태는 아노드 배기로부터 응축된 물의 제거를 보장하기 위해 녹아웃 포트 등과 같은 물전달 장치를 포함한다. 이러한 형태의 냉각 조립체를 갖는 시스템(200)이 도2에 도시되어 있다.
도2에서 인식할 수 있는 바와 같이, 시스템(200)의 형태는 실질적으로 도1의 연료전지 시스템(100)과 동일하다. 도2에 있어서, 도1의 부품들과 유사한 시스템(200)의 부품들은 유사한 도면부호가 사용되었으며, 시스템(200)의 상세한 설명은 생략되었다. 냉각 조립체(221) 및 흐름 제어 조립체(201)의 형태는 하기에 상세히 서술될 것이다.
도시된 바와 같이, 흐름 제어 조립체(201)는 연료 흐름 제어기(234)와, 연료 트림 제어기(230)와, 센서(226)를 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 흐름 제어 조립체(201)는 센서(226)의 상류의 열전쌍 등과 같은 온도 센서(225)와, 시스템(200)으로의 물 흐름율을 제어하기 위한 탄소 트림 제어기(236)를 포함한다. 냉각 조립체(221)는 제2연결라인(222)으로부터의 아노드 배기를 수용하기 위해 제2연결라인(222)에 결합되고 물 전달장치(237)와 결합되는 냉각 연결라인(224)과, 물 전달장치(237)에서 아노드 배기로부터 분리된 물을 이송하기 위한 물 루프 연결라인(227)과, 분리된 아노드 배기를 물 전달장치(237)로부터 센서(226)로 통과시키기 위한 가스 루프 연결라인(228)을 포함한다.
도2에 도시된 바와 같이 수소와, 물과 혼합되는 일산화탄소와, CO2 형태의 소비되지 않은 연료를 포함하는 아노드 배기 가스는 연료전지 아노드(204)로부터 제1연결라인(215)을 통해 아노드 배기 산화기(216)로 이송된다. 상기 산화기(216)는 아노드 배기와 혼합되고 가열된 캐소드 옥시던트 가스를 생산하도록 연소되는, 에어 공급부(214)로부터의 에어 형태의 옥시던트 가스를 수용한다. 도시된 바와 같이, 제1연결라인(215)에서 아노드(204)를 떠나가는 아노드 배기의 일부 또는 샘플은 연료전지의 연료 활용 및 연료 흐름 조정을 결정하는데 사용되는 아노드 배기의 수소 농도를 결정하기 위해 센서(226)를 통과한다. 특히, 상기 일부의 아노드 배기는 먼저 제2연결라인(222)을 통해 센서의 적절한 방향을 허용하기 위해 아노드 배기가 냉각되는 냉각 조립체(221)로 이송된다. 냉각 조립체(221)는 냉각의 결과 아노드 배기로부터 응축된 물도 분리시키며, 분리된 물 및 분리된 아노드 배기를 출력한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제2연결라인(222)은 히트 트레이싱(heat tracing)이 차가운 날씨 조건중의 동결을 방지하기 위해서만 사용되는 스텐레스 스틸 열 트레이스 배관을 포함한다.
도시된 바와 같이, 아노드 배기는 제2연결라인(222)으로부터 스텐레스 스틸 배관을 포함하며 제2연결라인(222) 보다 큰 외경을 갖는 냉각 연결라인(224)을 통과한다. 아노드 배기는 아노드 배기를 최대한으로 허용가능한 센서 작동 온도 이하로 충분히 냉각하고 배기의 물을 응축시킬 수 있는 낮은 흐름율로 냉각 연결라인(224)을 통과한다. 냉각 연결라인(224)을 통과한 후, 아노드 배기는 분리된 물 및 분리된 아노드 배기를 생산하기 위해 아노드 배기가 계속 냉각되고 물이 아노드 배기의 기타 다른 성분으로부터 분리되는 물 전달장치(237)에 이송된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 물 전달장치(237)는 녹아웃 포트를 포함한다. 기타 다른 예시적인 실시예에서, 물 전달장치(27)는 열교환기, 패킹된 컬럼, 부분압력 스윙 전달장치, 종래의 엔탈피 휘일 가습기, 냉각 라디에이터, 박막, 패킹된 컬럼 또는 흡수기/스트리퍼 형태의 시스템, 또는 아노드 배기 가스로부터 물을 분리하기에 적합한 기타 다른 조립체중 하나를 포함한다. 분리된 물은 물 전달장치(237)로부터 물 루프 연결라인(227)을 통과하며; 기타 다른 아노드 배기 성분, 즉 미반응 연료, 이산화탄소, 물 전달장치(237)에서 분리되지 않은 물의 트레이스를 포함하는 분리된 아노드 배기는 가스 루프 연결라인(228)을 통해 센서(226)에 이송된다.
도1에 도시된 바와 같이, 아노드 배기 가스의 온도를 측정하고 아노드 배기가 냉각되는 최저 온도를 결정하기 위해 온도 센서(225)가 제공된다. 상기 온도 센서(225)는 열전쌍 또는 기타 다른 적절한 온도 감지 장치를 포함한다. 도2에 도시된 실시예에서, 온도 센서(225)는 냉각 조립체(221)의 냉각 연결라인(224)에 제공된다. 그러나, 기타 다른 예시적인 실시예에서, 온도 센서(225)는 물 전달장치(237)에서 계속 냉각된 후 분리된 아노드 배기 가스의 온도를 측정하기 위해 가스 루프 연결라인(228)에 제공된다. 도1에 도시된 바와 같이, 온도 센서(225)에 의한 온도 측정은 냉각된 분리된 아노드 배기의 습도를 보상하기 위해 또한 센서(226)에 의한 측정이 분리된 아노드 배기에서 그 어떤 잔류 습도를 위해 적절히 보정되는 것을 보장하기 위해 사용된다.
센서(226)는 분리된 아노드 배기를 수용하고, 분리된 아노드 배기에 존재하는 H2 의 농도를 감지하며; 상기 농도는 연료 트림 제어기(230)에서 연료 활용(Uf) 및 연료 흐름 조정을 결정하는데 사용된다. 도1에 도시된 바와 같이, 센서(226)는 콘스펙 콘트롤즈에 의해 제조되는 Conspec CN06 등과 같은 열전도율 분석기이다. 제너럴 일렉트릭스에 의해 제조된 GE XMTC 및 네오딤 테크놀러지스에 의해 제조된 Panterra-TCOND 등과 같은 기타 다른 센서들이 센서(226)로서 사용하기에 적합하다.
센서(226)를 통과한 후, 분리된 아노드 배기는 가스 루프 연결라인(228)을 통해 이송되고, 그후 물 루프 연결라인(227)으로부터 분리된 물과 조합된다. 이러한 실시예에서, 흐름 제어부재(228a)는 분리된 물과 조합되는 분리된 아노드 배기 가스의 흐름을 제어하기 위해 또한 분리된 물이 가스 루프 연결라인(228)을 통해 센서(226)에 유입되는 것을 방지하기 위해, 센서(226)로부터 하류의 가스 루프 연결라인(228)에 제공된다. 도1을 참조하여 설명한 바와 같이, 조합된 분리된 아노드 배기 가스 및 분리된 물은 통기되거나, 또는 아노드 배기와 캐소드 입구 옥시던트 가스 또는 캐소드 배기 가스와 조합되도록 프로세스의 하류의 복귀 포인트로 이송된다.
도시된 바와 같이, 분리된 물 및 분리된 아노드 배기의 조합된 혼합물은 그후 제3연결라인(229)을 통해 제1연결라인(215)에 이송된다. 상기 제3연결라인(229)은 연결라인(229)을 통과하는 조합된 혼합물의 흐름을 제어하기 위해, 절연 및/또는 계량 밸브 등과 같은 흐름 제어부재(231)를 포함한다. 상기 흐름 제어부재(231)는 유지보수를 위해 센서(226)가 절연되게 한다. 연결라인(229)의 분리된 아노드 배기 및 분리된 물의 조합된 혼합물은 연결라인(215)에 이송되고, 상기 연결라인(215)에서 아노드 배기와 혼합되어 산화기(216)를 통과한다.
도1에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서 연료 공급부(210)로부터 연료전지 시스템(200)으로의 연료의 흐름율은 연료 흐름 제어기(234)에 의해 제어된다. 이러한 실시예에서, 연료 흐름 제어기(234)는 연료 흐름율을 측정하고 연료 트림 제어기(230)에 의해 제공된 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 연료 흐름율을 보정하는 열 질량 연료 흐름 계량기이다. 상술한 바와 같이, 연료 흐름율은 연료전지 시스템(200)이 원하는 전력을 발생하도록 또한 연료전지(202)의 연료 활용이 원하는 연료 활용으로 유지되거나 이에 가깝게 유지되도록, 연료 흐름 제어기(234)에 의해 제어된다. 연료의 흐름율에 대한 조정은 연료전지에 공급된 연료의 가열값의 변화를 보상하기 위해 연료 트림 제어기(230)에 의해 결정된 연료 흐름 셋포인트에 기초하여, 연료 흐름 제어기(234)에 의해 실행된다.
특히, 센서(226)에 의해 감지된 H2 농도는 감지된 H2 농도에 기초하여 연료전지의 연료 활용을 결정하는 연료 트림 제어기(230)에 제공된다. 결정된 연료 활용값 및 기타 다른 요소들[연료 흐름율, 연료전지 스택(202)과 연료전지 스택(202)의 다수의 전지에 의해 생산된 암페어 등과 같은]에 기초하여, 연료 트림 제어기(230)는 연료 공급부(210)로부터 시스템(200)으로의 연료 흐름율에 대한 조정량에 대응하는 연료 흐름 셋포인트를 결정한다.
도시된 바와 같이, 도2의 흐름 제어 시스템(201)은 시스템에 공급되는, 특히 연료를 가습하기 위해 열교환기(220)에 공급되는 물의 양을 제어하는 탄소 트림 제어기(236)도 포함한다. 도1의 시스템에서, 탄소 트림 제어기(236)는 연료전지 스택(202)에 제공된 연료의 설정된 탄소-스팀 비율을 유지하기 위하여, 연료 트림 제어기(230)의 결정에 기초하여 물 흐름율을 제어한다.
연료전지 시스템의 형태와 상기 시스템 및 흐름 제어 시스템에 사용된 특정한 부품들은 센서의 형태와 아노드 배기에 대한 냉각 요구사항에 따라 변화될 수 있음을 인식해야 한다. 에를 들어 예시적인 실시예에서, 물 루프 연결라인은 센서의 하우징을 통과한다. 그러나, 연료 트림 제어기에 의해 실행된 작동은 변화된 시스템 형태와 동일하거나 유사한 것을 인식해야 한다. 도1 및 도2의 흐름 제어 시스템(101, 201)의 작동, 특히 연료 트림 제어기(130, 230) 및 탄소 트림 제어기(136, 236)의 작동은 도3의 흐름도에 상세히 도시되어 있다.
상술한 바와 같이 또한 도3에 도시된 바와 같이, 센서는 센서를 통과하는 아노드 배기의 수소 농도를 감지하며, 아노드 배기에 존재하는 수소 농도(%H2 )는 제1단계(S1)에서 연료 트림 제어기(130)에 의해 수용된다.
상술한 바와 같이, 이러한 실시예에서, 연료전지 시스템은 아노드 배기가 냉각되는 최저 온도를 감지하기 위한 온도 센서(도1 및 도2의 125, 225)도 포함하며, 온도 센서에 의해 감지된 온도(S3D)는 연료 트림 제어기에 제공된다. 또한, 캐소드 입구(S3E)에서의 압력도 측정되고, 이 또한 연료 트림 제어기에 제공된다.
이러한 실시예에서, 제1단계(S1)에서 아노드 배기에 존재하는 감지된 %H2 를 수용한 후 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S1A)로 진행되어, 연료 트림 제어기는 분리된 아노드 배기에서 측정된 %H2 의 습도를 보상하기 위해 온도 센서에 의해 감지된 온도와 캐소드 입구 압력을 사용한다. 특히, 이 경우 연료 트림 제어기는 보상된 %H2 값을 결정하며, 상기 %H2 값은 하기의 방정식을 사용하여 분리된 아노드 배기의 습도를 위해 보상된다.
보상된 %H2 = 측정된 %H2 /(1- %H2O) ㆍㆍㆍ (1)
여기서, 상기 보상된 %H2 는 분리된 아노드 배기의 습도를 위해 보상된 수소 농도 이고, 측정된 %H2 는 센서에 의해 감지되고 제1단계(S1)에서 연료 트림 제어기에 의해 수용된 수소 농도이다. 보상된 %H2 를 연산하기 위해 방정식(1)에 사용된 %H2O 값은 하기의 방정식을 사용하여 결정되는 분리된 아노드 배기의 물 농도이다.
%H2O = [4.030179E-2 * exp(3.066433E-2 * T)]/P(캐소드 인) ㆍㆍㆍ (2)
여기서, T 는 연료 트림 제어기에 의해 수용된 측정 온도(S3D)(℉)이며, P(캐소드 인)는 psia 유니트의 측정된 캐소드 입구 압력(S3E)이다. 선택적으로, 측정된 수소 농도상의 습도 효과는 정밀한 습도 보상을 허용하기 위해 경험적으로 보정 데이터의 수집에 의해 유도될 수도 있다. 분리된 아노드 배기의 감지된 수소 농도가 습도를 위해 보상된 후, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S2)로 진행된다.
제2단계(S2)에 있어서, 연료 트림 제어기는 단계(S1)에서 수용된 감지된 수소 농도에 기초하여 또는 단계(S1A)에서 응축된 수소 농도에 기초하여 연료전지의 연료 활용(Uf)을 연산한다. 특히, 연료 활용 및 감지된 또는 보상된 수소 농도는 서로 설정된 선형 관계를 가지며, 이것은 시스템에 사용된 연료 형태와 연료전지 스택의 크기 및 형태에 의존한다. 예를 들어, 천연 가스를 연료로 사용하는 300kW 연료전지에서의 연료 활용은 하기의 방정식을 사용하여 연산된다.
Uf = -1.402*(%H2 /100) + 0.9299 ㆍㆍㆍ (3)
제2단계(S2)에서 연산된 연료 활용(Uf) 값은 연료의 측정된 수소 등가값 또는 MH2 를 연산하기 위해 다음 단계(S3)에서 연료 트림 제어기에 의해 사용된다. MH2 값의 연산에 있어서, 연료 트림 제어기는 연료전지 스택에 의해 생산된 전류량(암페어: Amps)과, 연료전지 스택(S3B)의 다수의 연료전지(Ncells)와, 측정된 연료 흐름율(S3C)도 사용한다. 상기 MH2 등가값은 하기의 방정식(4)을 사용하는 연료 트림 제어기에 의해 연산된다.
*MH2 = (Amps * Ncells* 0.0002603)/흐름율*Uf ㆍㆍㆍㆍㆍ (4)
여기서, Amps 는 연료전지 스택에서 생산된 전류량(암페어)이며, Ncells 는 스택의 다수의 연료전지에 대응하며, 흐름율은 측정된 연료 흐름율(scfm)이다.
단계(S3)에서 MH2 등가값을 연산한 후, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S4)로 진행되어, 연료 트림 제어기는 연료전지 스택에 의해 생산된 전류량(암페어)이 설정된 양 보다 큰 지의 여부를 결정한다. 도3의 예시적인 실시예에서, 설정된 전류량은 부하(load)의 약 25% 보다 크거나 또는 300 KW Direct FuelCell®(DFC) 연료전지 시스템에서 270 암페어이며, 단계(S4)에서 연료 트림 제어기는 연료전지 스택에 의해 생산된 전류가 270 암페어 보다 큰 지의 여부를 결정한다. 그러나, 설정된 전류량은 연료전지 스택의 크기와 상기 스택에 의해 생산된 최대 전류에 따라 변화되는 것임을 인식해야 한다.
만일 단계(S4)에서 연료 트림 제어기가 연료전지 스택에 의해 생산된 전류가 설정된 양 보다 작은 것으로 결정하였다면, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S5)로 진행되어, 연료 트림 제어기는 설정된 공칭값(nomTH2)과 동일한 활성 수소 등가값, 또는 ActTH2 를 설정한다. 상기 설정된 공칭값(nomTH2)은 제로 연료 흐름율 조정에 대응한다.
만일 단계(S4)에서 연료 트림 제어기가 연료전지 스택에 의해 생산된 전류가 설정된 양 보다 큰 것으로 결정하였다면, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S6)로 진행되어, 연료 트림 제어기는 연산된 MH2 등가값이 최대 네거티브 흐름 조정에 대응하는 설정된 최대 MH2 등가값(maxMH2 ) 보다 크거나 동일한 지의 여부를 결정한다. 만일 단계(S6)에서 연료 트림 제어기가 연산된 MH2 등가값이 최대 등가값 보다 크거나 이와 동일한 것으로 결정한다면, 연료 트림 제어기는 활성 수소 농도 등가값(ActTH2)을 단계(S7)의 최대 등가값(maxMH2)과 동일하게 설정한다. 도3에 도시되지는 않았지만, 연료 트림 제어기는 연료 트림 제어기가 단계(S6)에서 연산된 등가값이 최대 등가값 보다 크거나 이와 동일한 것으로 결정하였을 때 시스템 작동자에게 경보하기 위해 알람을 작동시킨다. 그후, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S11)로 진행된다.
만일 단계(S6)에서 연료 트림 제어기가 연산된 MH2 등가값이 최대 등가값(maxMH2) 보다 작다고 결정하였다면, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S8)로 진행되어, 연료 트림 제어기는 연산된 MH2 등가값이 설정된 최소 등가값(minTH2) 보다 작거나 이와 동일한 지의 여부를 결정한다. 최소 등가값은 설정된 최대 포지티브 연료 흐름 조정에 대응한다. 최소 및 최대 등가값(minTH2 및 maxTH2)의 사용은 시스템으로 하여금 흐름 조정을 설정된 범위에 대해 포지티브로 또는 네거티브로 제한하게 한다.
만일 단계(S8)에서 연료 트림 제어기가 연산된 MH2 등가값이 설정된 최소 등가값(minMH2) 보다 크다고 결정하였다면, 단계(S10)에서 활성 수소 등가값(ActTH2)은 연산된 등가값(MH2)과 동일한 것으로 설정된다. 만일 단계(S8)에서 연료 트림 제어기가 연산된 MH2 등가값이 설정된 최소 등가값(minMH2) 보다 작거나 이와 동일하다고 결정하였다면, 연료 트림 제어기는 활성 수소 등가값(ActTH2)을 단계(S9)의 최소 등가값(minTH2)과 동일한 것으로 설정한다. 또한, 도3에 도시되지는 않았지만, 연료 트림 제어기는 시스템의 작동자에게 연산된 등가값이 최소 등가값 보다 작거나 이와 동일하다는 경보를 작동한다. 그후, 연료 트림 제어기의 작동은 단계(S11)로 진행된다.
단계(S11)에서 연료 트림 제어기는 단계(S12, S13)에서 연료 트림 제어기에 의한 실행을 위해 또한 단계(S14, S15)에서 탄소 트림 제어기에 의한 실행을 위해, 단계(S5, S7, S9, 또는 S10)에서 결정된 ActTH2 값에 기초하여 활성 수소 등가값(ActTH2)을 선택한다. 단계(S12)에서, 연료 트림 제어기는 연료 흐름 셋포인트를 결정하기 위해, 단계(S11)에서 선택된 ActTH2를 사용한다. 단계(S12)에서 결정된 연료 흐름 셋포인트는 연료 흐름 셋포인트에 기초하여 연료전지 스택 아노드측으로의 연료 흐름율을 제어함으로써 단계(S13)의 연료 흐름 셋포인트를 실행하는 연료 흐름 제어기로 전송된다. 연료 흐름율은 연료 흐름 제어밸브에 의한 연료 흐름 제어기에 의해 또는 연료 흐름 제어기의 기타 다른 흐름 제어장치에 의해 제어된다.
단계(S11)에서 선택된 ActTH2 값은 물 흐름 셋포인트를 결정하기 위해 단계(S14)에서 탄소 트림 제어기에 의해 사용된다. 단계(S14)에서 결정된 물 흐름 셋포인트는 연료와 혼합되기 위해 열교환기(120) 및 가습된 연료의 일부로서 연료전지 스택 아노드측에 대한 물 흐름율을 제어하기 위해, 단계(S15)에서 물 흐름 제어밸브 또는 기타 다른 흐름 제어장치에 의해 실행된다. 상술한 바와 같이, 탄소 트림 제어기는 탄소-스팀 비율을 설정된 값으로 유지하기 위해 물 공급부로부터의 물 흐름율을 제어한다.
이러한 택일적 실시예에서, 탄소 트림 제어기는 연료 흐름율 또는 연료 흐름율에 대한 조정에 기초하여, 열교환기로의 물 흐름율을 제어한다. 이러한 실시예에서, 탄소 트림 제어기는 단계(14)에서 연료 흐름 제어기로부터 연료 흐름율 또는 예를 들어 연료 흐름 셋포인트 등과 같은 연료 흐름율에 대한 조정을 갖는다. 그후, 상기 탄소 트림 제어기는 연료 흐름 제어기로부터 흐름율 또는 연료 흐름율에 대한 조정에 기초하여, 단계(S15)에서 열교환기로의 물 흐름율을 제어한다.
연료 트림 제어기(130, 230) 및 탄소 트림 제어기(136, 236)는 프로그램가능한 로직 콘트롤(PLC) 시스템 또는 분배된 제어 시스템(DSC) 또는 기타 다른 제어 시스템의 적절한 프로그래밍에 의해 제공될 수 있음을 인식해야 한다. 마찬가지로, 연료 흐름 제어기(134, 234)는 제어 밸브를 변조함으로써 제공될 수 있다.
도1 및 도2의 흐름 제어 조립체(101, 201)는 신속하게 작동되며, 정밀한 결과를 제공한다. 특히, 센서는 약 30초 등의 설정된 간격으로 아노드 배기의 수소 농도를 감지하며, 감지된 수소 농도에 기초한 연료 트림 연산이 약 45초내에 제공된다. 이러한 방식으로, 흐름 제어 조립체는 연료 조성물 및 연료 가열값의 변화와 연료에 희석제의 존재 및 흐름 전달자 에러 및 연료 누설에 기인한 연료 활용의 그 어떤 변화에 대해서도 신속하게(즉, 30초 내지 45초내에) 응답할 수 있으며, 연료 활용을 원하는 연료 활용 레벨의 1%내로 유지하기 위해 연료 흐름율을 정밀하게 조정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 종래의 연료전지 시스템은 연료 조성물이 희박해졌을 때 연료의 연료전지 요구를 피하기 위해 그리고 이에 따라 연료전지에 대한 손상을 피하기 위해, 전형적으로 최적의 연료 활용 보다 낮게 그리고 이에 따라 최적의 효율 보다 낮게 작동된다. 이와는 달리, 도1 및 도2의 흐름 제어 조립체에 의한 아노드 배기의 감지된 연료 조성물에 기초한 연료 흐름율의 신속한 그리고 정밀한 조정은 연료전지 시스템이 최적의 연료 활용 및 최적의 효율로 작동되게 한다. 또한, 도1 및 도2의 흐름 제어 조립체는 시스템이 최적의 연료 활용 보다 크게 작동될(이것은 연료전지 시스템 및 그 부품들에 대한 손상을 유발시킨다) 위험성을 감소시킨다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.
100: 연료전지 시스템 102: 스택
104: 아노드 106: 캐소드
108: 전해질 110: 연료 공급부
112: 물 공급부

Claims (15)

  1. 연료를 수용하고 수소, 일산화 탄소, 메탄, 물 및 이산화탄소를 포함하는 아노드 배기 가스를 출력하는 아노드 및 캐소드를 포함하는 연료 전지; 및
    혼합된 가스를 생성하기 위하여 산화 가스와 상기 아노드 배기 가스를 혼합하고 가열된 캐소드 산화 가스를 생성하기 위하여 상기 혼합된 가스를 연소하도록 구성되는 아노드 배기 산화기를 포함하고,
    상기 아노드 및 캐소드는 전해액에 의하여 분리되고,
    상기 연료 전지의 캐소드는 상기 아노드 배기 산화기로부터 상기 가열된 캐소드 산화 가스를 수용하도록 구성된 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지의 아노드에 연료를 공급하는 연료 공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료가 상기 연료 전지의 아노드에 수용되기 전에 연료를 가습하는 물 공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서
    상기 산화 가스는 에어(air)이고
    상기 연료전지시스템은 상기 아노드 배기 산화기에 에어를 공급하도록 구성된 에어 공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    연료가 상기 연료전지의 아노드에 공급되기 전에 연료로부터 불순물을 제거하도록 구성된 연료 클린업 조립체를 추가로 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료 클린업 조립체는 연료로부터 황 함유 성분을 제거하는 탈황기 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  7. 제5항에 있어서
    연료가 상기 연료전지의 아노드에 공급되기 전에, 상기 불순물이 제거된 연료를 가습하기 위해 물과 상기 불순물이 제거된 연료를 혼합하고 상기 가습된 연료를 예열하도록 구성되는 열교환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    연료가 상기 연료전지의 아노드에 공급되기 전에, 상기 예열 및 가습된 연료로부터 트레이스(trace) 옥시던트 오염물을 제거하고 연료의 적어도 일부를 수소 연료에 예비 리포밍하는 탈산제/예비 리포머(pre-reformer)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 캐소드로부터 고갈된 캐소드 옥시던트 가스를 수용하고 상기 가습된 연료를 예열하기 위해 상기 고갈된 캐소드 옥시던트 가스로부터 열을 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  10. 제7항에 있어서
    상기 열교환기에 의하여 수용되는 연료의 흐름율을 제어하도록 구성되는 흐름 제어 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흐름 제어 시스템은 상기 아노드 배기 가스에서 수소 농도를 결정하도록 구성되는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 흐름 제어 시스템은 상기 아노드 배기 가스에서 일산화 탄소 농도를 결정하도록 구성되는 센서를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제11항에 있어서
    아노드 배기 가스가 센서로 보내지기 전에, 상기 아노드 배기 가스를 냉각하고 상기 아노드 배기 가스로부터 응축된 물을 분리하도록 구성되는 냉각 조립체를 추가로 포함하는 연료 전지 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 흐름 제어 시스템은 연료전지 시스템의 원하는 전기 출력과 연료 활용에 기초하여 열교환기에 의하여 수용되는 연료 흐름률을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  15. 전해액에 의하여 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함하는 연료 전지를 공급하는 단계;
    상기 아노드에서, 연료를 수용하고 수소, 일산화 탄소, 메탄, 물 및 이산화탄소를 포함하는 아노드 배기 가스를 출력하는 단계;
    아노드 배기 산화기에서, 혼합된 가스를 생성하기 위하여 산화 가스와 상기 아노드 배기 가스를 혼합하고 가열된 캐소드 산화 가스를 생성하기 위하여 상기 혼합된 가스를 연소하는 단계; 및
    상기 캐소드에서, 상기 아노드 배기 산화기로부터 상기 가열된 캐소드 산화 가스를 수용하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020157032846A 2007-10-31 2008-09-16 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체 KR101706498B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/931,746 2007-10-31
US11/931,746 US8062804B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Flow control assembly for use with fuel cell systems operating on fuels with varying fuel composition
PCT/US2008/076510 WO2009058485A1 (en) 2007-10-31 2008-09-16 Flow control assembly for use with fuel cell systems operating on fuels with varying fuel composition

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107011833A Division KR101571177B1 (ko) 2007-10-31 2008-09-16 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150135542A KR20150135542A (ko) 2015-12-02
KR101706498B1 true KR101706498B1 (ko) 2017-02-14

Family

ID=40583252

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157032846A KR101706498B1 (ko) 2007-10-31 2008-09-16 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체
KR1020107011833A KR101571177B1 (ko) 2007-10-31 2008-09-16 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107011833A KR101571177B1 (ko) 2007-10-31 2008-09-16 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8062804B2 (ko)
EP (1) EP2215678B1 (ko)
KR (2) KR101706498B1 (ko)
WO (1) WO2009058485A1 (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8445147B2 (en) * 2009-02-26 2013-05-21 Fuelcell Energy, Inc. Fuel humidifier assembly for use in high temperature fuel cell systems
US8542026B2 (en) * 2009-05-08 2013-09-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for estimating fuel-cell hydrogen concentration and fuel cell system
JP5439584B2 (ja) * 2010-03-26 2014-03-12 パナソニック株式会社 燃料電池システム、及びその制御方法
FI122713B (fi) 2010-06-16 2012-06-15 Waertsilae Finland Oy Polttokennojärjestelmän säätöjärjestely ja -menetelmä
KR101334834B1 (ko) * 2011-12-22 2013-12-02 삼성중공업 주식회사 선박용 연료전지 장치
CN106133973A (zh) 2014-01-31 2016-11-16 燃料电池能有限公司 用于制氢的重整器‑电解槽‑净化器(rep)组件、包含其的系统以及制氢的方法
WO2017087405A1 (en) 2015-11-16 2017-05-26 Fuelcell Energy, Inc. System for capturing co2 from a fuel cell
EP3425716A1 (en) * 2015-11-16 2019-01-09 Fuelcell Energy, Inc. Energy storage using an rep with an engine
JP6650035B2 (ja) 2015-11-17 2020-02-19 フュエルセル エナジー， インコーポレイテッドＦｕｅｌｃｅｌｌ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ． Ｃｏ２捕捉が改善された燃料電池システム
EP3377535A4 (en) 2015-11-17 2019-07-31 Fuelcell Energy, Inc. HYDROGEN AND CARBON MONOXIDE PRODUCTION BY MEANS OF A REP WITH PARTIAL OXIDATION
WO2017184703A1 (en) 2016-04-21 2017-10-26 Fuelcell Energy, Inc. Fluidized catalytic cracking unit system with integrated reformer-electrolyzer-purifier
CN107464944B (zh) 2016-05-27 2021-02-02 通用电气公司 燃料电池系统及其操作方法
US10897055B2 (en) 2017-11-16 2021-01-19 Fuelcell Energy, Inc. Load following power generation and power storage using REP and PEM technology
US11495806B2 (en) 2019-02-04 2022-11-08 Fuelcell Energy, Inc. Ultra high efficiency fuel cell power generation system
US11539058B1 (en) 2021-07-12 2022-12-27 Hamilton Sundstrand Corporation Fuel cell hydrogen detection
CN114204073B (zh) * 2021-11-10 2024-01-30 江苏凌氢新能源科技有限公司 一种进排气可独立控制的燃料电池发动机高原测试系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184445A (ja) * 2000-11-30 2002-06-28 Plug Power Inc 燃料電池の排ガスから熱を回収する燃料電池システム及び方法
JP2005100798A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 固体高分子型燃料電池発電システム

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62246266A (ja) * 1986-04-18 1987-10-27 Toshiba Eng Co Ltd 燃料電池装置
JPH0714595A (ja) * 1993-06-25 1995-01-17 Fujikura Ltd 燃料電池式発電装置の運転方法
US6455181B1 (en) * 2000-03-31 2002-09-24 Plug Power, Inc. Fuel cell system with sensor
KR100652609B1 (ko) * 2000-12-29 2006-12-01 주식회사 엘지이아이 연료전지의 연료 공급 장치
US6913847B2 (en) * 2001-07-25 2005-07-05 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system having a hydrogen sensor
US6977121B2 (en) * 2003-04-03 2005-12-20 Utc Fuel Cells, Llc Fuel cell power plant having a fuel concentration sensor cell
JP2005129312A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Denso Corp 燃料電池の燃料供給装置
JP4692869B2 (ja) * 2003-10-24 2011-06-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの異常検出装置
JP2005321030A (ja) * 2004-05-10 2005-11-17 Toyota Motor Corp 燃料ガス貯蔵供給装置
JP2007273276A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池発電システム及びその運転方法
JP2008269841A (ja) * 2007-04-17 2008-11-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US7537848B1 (en) * 2007-11-07 2009-05-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for model based exhaust mixing control in a fuel cell application

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184445A (ja) * 2000-11-30 2002-06-28 Plug Power Inc 燃料電池の排ガスから熱を回収する燃料電池システム及び方法
JP2005100798A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 固体高分子型燃料電池発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009058485A1 (en) 2009-05-07
KR20100088620A (ko) 2010-08-09
EP2215678A1 (en) 2010-08-11
EP2215678A4 (en) 2012-03-21
EP2215678B1 (en) 2018-06-20
KR101571177B1 (ko) 2015-11-23
KR20150135542A (ko) 2015-12-02
US20090110989A1 (en) 2009-04-30
US8062804B2 (en) 2011-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101706498B1 (ko) 다양한 연료 조성물을 갖는 연료로 작동되는 연료전지 시스템에 사용하기 위한 흐름 제어 조립체
US6881508B2 (en) Apparatus and method for controlling a fuel cell system
US6777120B2 (en) Relative humidity sensor with compensation for changes in pressure and gas composition
US20010028970A1 (en) Fuel cell system and method for operating fuel cell
US9660282B2 (en) Fuel cell system and method of controlling the fuel cell system
US7011903B2 (en) Method and apparatus for a combined fuel cell and hydrogen purification system
JP7116651B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
US7935448B2 (en) Method and apparatus for controlling operation of direct methanol fuel cell system
JP4296741B2 (ja) コージェネレーションシステム
JP2004047438A (ja) 燃料電池発電装置の運転制御方法
US8389136B2 (en) Gas flow control assembly for use with fuel cell systems operating on fuels with varying fuel composition
JP2005038647A (ja) 加湿ガス供給システム
US20080131743A1 (en) Fuel Cell System and Associated Control Method
JP2012038608A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムにおける改質用水供給量の制御方法
JP5189792B2 (ja) 燃料電池用改質器の制御装置
JP2008262875A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の出力診断方法
JP3991047B2 (ja) 燃料電池用加湿装置
JP7567618B2 (ja) 燃料電池システム
JP4332185B2 (ja) 燃料電池用加湿装置
JP2002008692A (ja) 燃料供給装置
JP2005340006A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
Scholta et al. Hydrogen fired PAFCs: an experimental investigation into the optimal utilization of impure, recycled hydrogen
JP2006172794A (ja) 加湿ガス分岐供給システムおよび加湿ガス分岐供給方法

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 4