KR101750578B1 - 애노드 재순환을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위한 연료 전지 시스템 장치이고, 이 장치는 물을 애노드 측 연료 재순환에 제공하기 위한 수단 (112), 제공된 물을 펌핑하여 수류를 용이하게 하기 위한 적어도 하나의 물 펌프 (118), 용이해진 수류로부터 물을 증발시켜 스팀 제트 배출기 (122) 에 대한 적어도 기동 압력을 갖는 가압된 스팀을 생성하기 위한 수단 (120) 을 포함하고, 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 는 스팀의 적어도 일부를 연료 전지 시스템에 주입하고, 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 포획하며, 연료 전지 시스템의 연료 측에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 가스 혼합물을 연료 피드-인 스트림의 중압으로 압축한다.

Description

애노드 재순환을 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING ANODE RECIRCULATION}
특히 환경 문제들 때문에, 친환경적이고 우수한 효율성을 갖는 새로운 에너지원들이 개발되고 있다. 연료 전지 디바이스는, 친환경적인 프로세스에서의 화학 반응을 통해, 연료 예를 들어 바이오 가스가 직접적으로 전기로 변환되는 것에 의해 미래의 에너지 전환 디바이스로 촉망받고 있다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 연료 전지는 애노드 측 (100) 과 캐소드 측 (102) 및 그들 사이의 전해액 재료 (104) 를 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 (solid oxide fuel cell; SOFC) 에서, 캐소드 측 (102) 으로 산소가 공급되고, 산소는 애노드로부터 전자를 받음으로써 음의 산소 이온들로 환원된다. 음의 산소 이온은 전해액 재료 (104) 를 통과하여 애노드 측 (100) 으로 가고, 여기서 산소 이온은 사용되는 연료와 반응하여 물 및 또한 통상적으로 이산화탄소 (CO2) 를 생성한다. 애노드 (100) 와 캐소드 (102) 간에는 연료 전지에 대한 부하 (110) 를 포함하는 외부 전기 회로 (111) 가 있다.
도 2 에는 고온의 연료 전지 디바이스의 예로서 SOFC 디바이스가 제시된다. SOFC 디바이스는, 예를 들어 중성 가스, 바이오 가스, 메탄올 또는 다른 탄화수소 함유 화합물들을 연료로서 이용할 수 있다. 도 2 의 SOFC 디바이스 시스템은 하나 이상의 스택 형상 (103)(SOFC 스택(들)) 으로 1 보다 많은, 통상적으로 복수의 연료 전지들을 포함한다. 대형의 SOFC 디바이스 시스템은 여러 스택들 (103) 로 많은 연료 전지들을 포함한다. 각각의 연료 전지는 도 1 에 제시된 바와 같은 애노드 (100) 및 캐소드 (102) 를 포함한다. 사용된 연료의 일부분은 피드백 장치 (109) 로 재순환된다. 도 2 의 SOFC 디바이스는 또한, 연료 열 교환기 (105) 및 리포머 (reformer; 107) 를 포함한다. 열 교환기는 연료 전지 프로세스에서 열 컨디션을 제어하기 위해 사용되고, SOFC 디바이스의 상이한 로케이션들에서 1 보다 많은 위치들에 있을 수 있다. 순환 가스에서 여분의 열 에너지는 하나 이상의 열 교환기 (105) 에서 회수되어 SOFC 디바이스 내 또는 외부에서 이용된다. 리포머 (107) 는, 예를 들어 중성 가스와 같은 연료를 연료 전지에 적합한 조성물, 예를 들어 수소, 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 불활성 가스들 및 물 모두 또는 적어도 일부를 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. 피드백 장치 (109) 에서 단지 애노드 배출 가스의 일 부분만이 재순환되고, 이 가스의 다른 부분은 버너와 같은 포스트 산화 디바이스에서 산화된다.
연료 전지들은 반응물들의 화학적 에너지를 직접적으로 전기 및 열로 변환하는 전기화학적 디바이스이다. 연료 전지 시스템은 비교 가능한 크기의 전통적인 에너지 생산 기술들의 전기적 및 CHP (Combined production of Heat and Power) 효율성을 상당히 초과할 가능성을 갖는다. 연료 전지 시스템은 중요한 미래의 에너지 생산 기술로서 널리 인식되어 있다.
고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 시스템에서, 예를 들어 부분적으로 리포밍된 수소 풍부 (hydrogen rich) 연료 가스 혼합물이 연료 전지의 애노드 측에 공급되면서, 공기는 캐소드 측으로 안내된다. 연료 산화 반응이 발생하고, 수소 및 다른 산화 가능한 화합물들은 물 및 이산화탄소로 변환되면서, 전류가 생성된다. 탄화수소 연료의 리포밍이 스팀을 필요로 하기 때문에, 상기 연료 산화의 산물로서 형성된 물을 회수하고 리포머 (107) 에서의 연료 리포밍을 위해 상기 물을 이용하는 것이 이로우므로, 일단 시스템이 이미 스타트업 되어 전기를 생성하면 시스템으로의 외부의 물을 공급할 필요성이 없다. 연료 전지에서 연료 산화 반응들의 산물로서 형성된 물을 회수하는 실제 방법은 애노드 오프-가스 (off-gas) 재순환이다. 이 방법은, 연료 전지들의 단일 패스 동작 (passing operation) 과 비교하여 향상된 전체 연료 이용의 추가적인 이점을 갖는다.
종래 기술에서, 애노드 오프-가스 재순환은 연료 전지 시스템에서의 압력 하락을 극복하고 연료 스팀 리포밍에 적합한 수증기의 질량 흐름을 제공하기에 충분한 압력 부스트를 생성하기 위해 압축기 또는 다른 디바이스를 필요로 하며, 중요한 제어 파라미터는 연료 가스 혼합물의 산소-대-탄소 (O/C) 비이다.
하나의 종래 기술의 시스템 실시형태에서, 연료 전지 시스템 컴포넌트들에서의 압력 손실을 극복하기 위해 연료 가스 혼합물의 압력을 증가시키고, 애노드 테일 가스를 포획 (entrain) 하도록 제트 배출기에서의 기동 스트림 (motive stream) 으로서 고압이 가해진 연료 피드 (feed) 가 사용된다. 예를 들어, 특허출원 문헌 JP2008282599　(A) 에는 이러한 종류의 시스템 기술이 제시된다. 이러한 종류의 시스템 기술들은 고압의 연료 공급 원료를 필요로 하고, 제트 배출기의 고정된 지오메트리 때문에 이들 기술들은 재순환 비 및 결과의 산소-대-탄소 (O/C) 비를 제어하는데 있어서 한정된 능력을 갖는다.
팬 또는 압축기에 의해 수행된 재순환은 시스템에 추가의 유연성 및 제어 가능성을 제공하지만, 정교하고 복잡하며 잠재적으로 신뢰할 수 없는 기계류를 필요로 한다. 전술된 방법들 양자 모두는 종종, 고온의 가스 스트림 조성의 측정이 어렵고 복잡하기 때문에 추론적이고 이에 따라 부정확한 산소-대-탄소 (O/C) 비의 결정에 의존한다.
본 발명의 목적은 종래의 시스템 컴포넌트들을 이용함으로써 연료 전지 시스템에서 실제적인 산소-대-탄소 (O/C) 관계 관리를 달성하는 것이다. 이는, 연료 전지들로 전기를 생성하기 위한 연료 전지 시스템에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위한 장치에 의해 달성되고, 연료 전지 시스템의 각 연료 전지는 애노드 측, 캐소드 측 및 애노드 측과 캐소드 측 사이의 전해질을 포함하고, 연료 전지 시스템은 연료로서 사용된 가스를 애노드 측에 공급하기 위한 수단 및 애노드 측 가스의 일부분을 재순환시키기 위한 수단을 포함한다. 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위한 장치는, 이 장치에 물을 제공하기 위한 수단, 제공된 물을 펌핑하여 수류를 용이하게 하기 위한 적어도 하나의 물 펌프, 스팀 제트 배출기에 대한 적어도 기동 압력을 갖는 압력이 가해진 스팀을 생성하기 위해 상기 용이해진 수류로부터 물을 증발시키기 위한 수단, 및 상기 스팀의 적어도 일부를 연료 전지 시스템에 주입하고 상기 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 포획하며 연료 전지 시스템의 연료 측에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 연료 피드-인 (feed-in) 스트림의 중압 (intermediate pressure) 으로 가스 혼합물을 압축하기 위한 적어도 하나의 스팀 제트 배출기를 포함한다.
본 발명의 목적은 또한, 연료 전지들로 전기를 생성하기 위해 연료 전지 시스템에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하는 방법이고, 이 방법에서 연료로서 사용된 가스는 애노드 측으로 공급되고 상기 가스의 일부는 재순환된다. 산소-대-탄소 (O/C) 관계는 재순환에 물을 제공하고, 제공된 수량을 펌핑하여 수류를 용이하게 하고, 스팀 제트 배출기에 대한 적어도 기동 압력을 갖는 가압된 스팀을 생성하기 위해 상기 용이해진 수류로부터 물을 증발시킴으로써, 그리고 상기 스팀의 적어도 일부를 연료 전지 시스템에 주입하고 상기 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 포획하기 위한 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기를 이용하며, 연료 전지 시스템의 연료 측에서의 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 연료 피드-인 스트림의 중압으로 가스 혼합물을 압축함으로써 제어된다.
본 발명은 애노드 재순환에서 수류를 용이하게 하기 위해 제공된 물을 펌핑하고, 스팀 제트 배출기에 대한 적어도 기동 압력을 갖는 가압된 스팀을 생성하기 위해 상기 용이해진 수류로부터 물을 증발시키는 것에 기초하며, 스팀 제트 배출기는 연료 전지 시스템에 상기 스팀의 적어도 일부를 주입하고 상기 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 포획하며 연료 전지 시스템의 연료 측에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 연료 피드-인 스트림의 중압으로 가스 혼합물을 압축한다.
본 발명의 이점은 종래의 시스템 컴포넌트들을 이용함으로써 산소-대-탄소 (O/C) 관계의 성공적인 제어가 달성되고, 따라서 연료 전지 시스템에서 연료 이용이 증가되는 것이다.
도 1 은 단일의 연료 전지 구조를 나타낸다.
도 2 는 SOFC 디바이스의 예를 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 제 1 바람직한 실시형태를 나타낸다.
도 4 는 본 발명에 따른 제 2 바람직한 실시형태를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시형태들은 다음의 상세한 설명과 도 3 및 도 4 에서 설명된다. 도 3 에는 본 발명에 따른 제 1 바람직한 실시형태가 제시되고, 여기서 실시형태는 공지된 온도 및 수분 함량으로 냉각, 건조된 애노드 가스 부분이 재순환된다. 도 4 에는 본 발명에 따른 제 2 바람직한 실시형태가 제시되고, 여기서 뜨거운 애노드 가스가 재순환된다.
적어도 연료 전지 시스템의 스타트-업을 위해, 본 발명에 따른 장치는 장치에 물을 제공하기 위한 수단 (112) 으로서, 외부 물 소스 (112) 와 같은 물 탱크 (112) 를 포함한다. 바람직하게, 또한 애노드 배출 가스 스트림이 물 소스 (112) 로서 사용되고, 따라서 이는 연료 전지 반응의 산화 산물인 물을 포함한다. 애노드 배출 스트림 또는 그것의 일부는 콘덴서 (116) 로 안내되고, 액체의 물이 형성된다. 따라서, 일단 시스템이 이미 스타트업되었고, 대부분의 상황에서 연료 전지 반응에서 물을 생성하고 있으면, 장치는 다른 물 피드들로부터의 독립을 달성한다. 이런 종류의 바람직한 실시형태에서, 시스템으로의 외부 물 피드 없이 O/C 관리가 용이해지고, 콘덴서 (116) 는 장치의 필요한 부분이다.
콘덴서 (116) 는 애노드 배출 가스의 수증기 부분의 적어도 일부를 액체로 응축시키고/시키거나 적어도 부분적으로 포스트 산화된 애노드 배출 가스의 수증기 부분의 적어도 일부를 액체로 응축시킴으로써 동작한다. 장치는 또한, 천이 동작 모드들의 필요성 및 연료 전지 시스템의 스타트-업에 충분한 물 저장부 (112) 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 적어도 물 펌프 (118), 물을 증발시키기 위한 수단 (120) 으로서 스팀 생성기 (120), 바람직하게는 고압 스팀 생성기, 및 예를 들어 제트 펌프인 스팀 제트 배출기 (122) 를 포함한다. 또한, 보일러가 스팀 생성기 (120) 로서 사용될 수 있다. 제트 배출기는, 넓은 의미에서 기동 스트림 및 추진식 (propelled) 스트림 사이의 상호교환 모멘텀의 원리로 동작하고 유체 속도를 증가시키는 한편 압력을 감소시키도록 설계된 적어도 노즐을 포함하는 유체 역학 디바이스로서 고려될 수 있고, 그 흐름은 유체 속도를 감소시키고 그 압력을 증가시키도록 설계된 디퓨저 (diffuser) 를 향한다.
본 발명에 따른 애노드 가스 재순환에서의 물 흐름을 용이하게 하기 위해, 물 펌프 (118) 는 공지된 질량 흐름 값으로 수량 (water amount) 을 펌핑한다. 질량 흐름 값은, 연료 전지 시스템이 동작하기 전에 또는 연료 시스템 동작과 온라인으로 이루어진 측정에 기초하여 알려진다. 그 후, 스팀 생성기 (120) 는 물을 증발시킴으로써 상기 수류의 가압된 스팀을 생성한다. 이 스팀은, 스팀 제트 배출기의 포획 비에 따라 상기 가압된 스팀의 적어도 일부를 배출하기 위해 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 에 대한 기동 스팀으로서 상기 스팀을 사용하고 스팀 제트 배출기 (122) 에 대한 적어도 기동 압력을 갖는 것이다. 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 는 상기 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 포획부 및 상기 스팀의 적어도 일부를 연료 전지 시스템에 주입하고, 연료 전지 시스템의 연료 측에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 연료 피드-인 스트림의 중압으로 가스 혼합물을 압축한다.
적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 는, 상기 응축하기 위한 수단 (116) 에 의한 적어도 부분적인 물 분리 후에 상기 재순환된 가스를 응축하기 위한 수단 (116) 으로부터의 스팀 스트림 안에 포획한다. 상기 스팀 제트 배출기 (122) 는 또한, 응축하기 위한 수단 (116) 에 의한 압축 전에 또는 포스트 산화를 위한 수단에 의한 산화 전에 상기 재순환된 가스를 애노드 배출 스트림으로부터의 스팀 스트림 안에 포획할 수 있다.
본 발명은 또한, SOFC 를 이용하여 설명될 뿐만 아니라, MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) 및 다른 연료 전지들로 이용될 수 있다. MCFC 는 다공성의, 화학적으로 불활성인 세라믹 매트릭스에 부유된 용융 탄산염 혼합물로 이루어진 전해질을 이용하는 고온의 연료 전지이다.
본 발명은 첨부된 도면 및 상세한 설명을 참조하여 제시되었으나, 본 발명은 청구범위에 의해 허용되는 범위 내에서 본 발명이 변형의 대상이 되는 것과 같이 본 발명에 제한되지 않는다.

Claims (14)

  1. 연료 전지들로 전기를 생성하기 위한 연료 전지 시스템에서 산소 대 탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위한 장치 (arrangement) 로서,
    상기 연료 전지 시스템의 각 연료 전지는 애노드 측 (100), 캐소드 측 (102) 및 상기 애노드 측과 상기 캐소드 측 사이의 전해질 (104) 을 포함하고,
    상기 연료 전지 시스템은 연료로서 사용되는 가스를 상기 애노드 측에 공급 (feeding) 하기 위한 수단 (108), 상기 장치에 물을 제공하기 위한 수단 (112), 제공된 상기 물을 펌핑하여 수류 (water flow) 를 용이하게 하기 위한 적어도 하나의 물 펌프 (118), 용이해진 상기 수류로부터 물을 증발시켜 스팀 제트 배출기 (122) 에 대한 적어도 기동 압력 (motive pressure) 을 갖는 가압된 스팀을 생성하기 위한 수단 (120) 을 포함하고,
    상기 산소 대 탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위한 장치는,
    - 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스의 수증기 부분의 적어도 일부를, 상기 장치에 물을 제공하기 위한 수단 (112) 에 제공되는 액체로 응축시키기 위한 수단 (116),
    - 상기 애노드 측 가스의 일부를 냉각 및 실질적으로 건조 가스로서 재순환시키기 위한 수단 (109), 및
    - 상기 가압된 스팀의 적어도 일부를 상기 연료 전지 시스템에 주입하고 상기 애노드 측 가스 재순환에서 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 포획하며 상기 연료 전지 시스템의 상기 연료 측에서의 상기 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 가스 혼합물을 연료 피드-인 (feed-in) 스트림의 중압 (intermediate pressure) 으로 압축하기 위한 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는, 적어도 부분적으로 포스트 산화된 애노드 배출 가스의 상기 수증기 부분의 적어도 일부를, 상기 장치에 물을 제공하기 위한 수단 (112) 에 제공하기 위한 액체로 응축시키기 위한 수단 (116) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 연료 전지 시스템 스타트-업 및 천이 동작 모드들의 요구에 충분한 물 소스 (112) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 응축시키기 위한 수단 (116) 에 의한 적어도 부분적인 물 분리 후에 재순환된 상기 가스를 상기 응축시키기 위한 수단 (116) 으로부터 스팀 스트림으로 포획하기 위한 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 응축시키기 위한 수단 (116) 에 의한 응축 전에 재순환된 상기 가스를 애노드 배출 스트림으로부터 스팀 스트림으로 포획하기 위한 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 포스트 산화를 위한 수단에 의한 산화 전에 재순환된 상기 가스를 애노드 배출 스트림으로부터 스팀 스트림으로 포획하기 위한 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 연료 전지들로 전기를 생성하기 위한 연료 전지 시스템에서 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하는 방법으로서,
    상기 방법에서 연료로서 사용되는 가스가 애노드 측 (100) 으로 공급되고, 상기 연료 전지 시스템에 물이 제공되고, 제공된 수량을 펌핑하여 수류 (water flow) 를 용이하게 하며, 용이해진 상기 수류로부터 물이 증발되어 스팀 제트 배출기 (122) 에 대한 적어도 기동 압력 (motive pressure) 을 갖는 가압된 스팀을 생성하고,
    상기 산소 대 탄소 (O/C) 관계는,
    - 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스의 수증기 부분의 적어도 일부를 액체로 응축시켜 상기 연료 전지 시스템에 물을 제공함으로써,
    - 상기 애노드 측 가스의 일부를 냉각 및 실질적으로 건조 가스로서 재순환시킴으로써, 그리고
    - 상기 적어도 하나의 스팀 제트 배출기 (122) 를 이용하여 상기 가압된 스팀의 적어도 일부를 상기 연료 전지 시스템에 주입하고 본질적으로 저압의 애노드 배출 가스 스트림의 일부를 상기 애노드 측 가스 재순환으로 포획하며 상기 산소-대-탄소 (O/C) 관계를 제어하기 위해 가스 혼합물을 연료 피드-인 (feed-in) 스트림의 중압 (intermediate pressure) 으로 압축함으로써, 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 포스트 산화된 애노드 배출 가스의 상기 수증기 부분의 적어도 일부를 액체로 응축시킴으로써 상기 물이 상기 재순환에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 방법에서 연료 전지 시스템 스타트-업 및 천이 동작 모드들의 요구에 충분한 물 소스 (112) 가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    재순환된 상기 가스는, 응축에서 만들어진 적어도 부분적인 물 분리 후에 응축으로부터 스팀 스트림으로 포획되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    재순환된 상기 가스는, 응축 전에 애노드 배출 스트림으로부터 스팀 스트림으로 포획되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    재순환된 상기 가스는, 포스트 산화 전에 애노드 배출 스트림으로부터 스팀 스트림으로 포획되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011082498A1 (de) * 2011-09-12 2013-03-14 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem mit verbesserter Anodengasrezirkulation und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
US9077008B2 (en) 2013-03-15 2015-07-07 Exxonmobil Research And Engineering Company Integrated power generation and chemical production using fuel cells
EP2973819B1 (en) 2013-03-15 2018-10-31 ExxonMobil Research and Engineering Company Integration of molten carbonate fuel cells in fischer-tropsch synthesis
US9556753B2 (en) 2013-09-30 2017-01-31 Exxonmobil Research And Engineering Company Power generation and CO2 capture with turbines in series
US9755258B2 (en) 2013-09-30 2017-09-05 Exxonmobil Research And Engineering Company Integrated power generation and chemical production using solid oxide fuel cells
US9819042B2 (en) 2013-09-30 2017-11-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Fuel cell integration within a heat recovery steam generator
DE102013226327A1 (de) 2013-12-17 2015-06-18 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Gaskreislauf für ein Festoxidbrennstoffzellen-System und Festoxidbrennstoffzellen-System
US10361444B2 (en) 2013-12-31 2019-07-23 General Electric Company Solid-oxide fuel cell systems
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
KR101906684B1 (ko) * 2016-12-29 2018-10-10 포스코에너지 주식회사 유체분석장치와 그 방법 및 유체분석장치를 구비한 연료전지 시스템
CA3091445A1 (en) * 2018-03-07 2019-09-12 Osaka Gas Co., Ltd. Fuel cell system and method for operating fuel cell system
AT521903B1 (de) * 2018-11-27 2021-04-15 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Rezirkulation von Abgas in einem Brennstoffzellensystem
US11211621B2 (en) 2018-11-30 2021-12-28 Exxonmobil Research And Engineering Company Regeneration of molten carbonate fuel cells for deep CO2 capture
WO2020112895A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Reforming catalyst pattern for fuel cell operated with enhanced co2 utilization
KR102662253B1 (ko) 2018-11-30 2024-04-29 퓨얼셀 에너지, 인크 Co2 이용률이 향상된 용융 탄산염 연료 전지의 증가된 압력 작동
US11695122B2 (en) 2018-11-30 2023-07-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Layered cathode for molten carbonate fuel cell
US11476486B2 (en) 2018-11-30 2022-10-18 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell staging for molten carbonate fuel cells
WO2020112812A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co 2 utilization
KR20210016724A (ko) * 2019-08-05 2021-02-17 주식회사 미코 물 리사이클링이 가능한 연료전지용 물탱크 및 이를 구비하는 연료전지 시스템
JP2023503473A (ja) 2019-11-26 2023-01-30 エクソンモービル・テクノロジー・アンド・エンジニアリング・カンパニー 高電解質充填レベルでの溶融炭酸塩型燃料電池の作動
JP2023503995A (ja) 2019-11-26 2023-02-01 エクソンモービル・テクノロジー・アンド・エンジニアリング・カンパニー 燃料電池モジュールのアセンブリおよびそれを使用するシステム
US11978931B2 (en) 2021-02-11 2024-05-07 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow baffle for molten carbonate fuel cell
KR102408377B1 (ko) * 2021-08-30 2022-06-14 주식회사 미코파워 연료전지 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020039673A1 (en) 2000-10-03 2002-04-04 Garris Charles Alexander Fuel cell pressurization system and method of use
US20050106429A1 (en) 2003-11-19 2005-05-19 Questair Technologies Inc. High efficiency load-following solid oxide fuel cell systems
JP2006318938A (ja) 2006-08-28 2006-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池システム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769297A (en) * 1987-11-16 1988-09-06 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system
JPH11260386A (ja) * 1998-03-12 1999-09-24 Toshiba Corp 燃料電池発電プラントおよびその運転制御方法
US7285350B2 (en) * 2002-09-27 2007-10-23 Questair Technologies Inc. Enhanced solid oxide fuel cell systems
JP2004152539A (ja) * 2002-10-29 2004-05-27 Osaka Gas Co Ltd 固体酸化物形燃料電池システム
EP1784883B1 (en) 2004-07-28 2012-12-12 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system
JP2007128680A (ja) 2005-11-01 2007-05-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池システム
JP2008282599A (ja) 2007-05-09 2008-11-20 Tsutomu Toida メタノール／ジメチルエーテルを原料とする燃料電池発電システム
JP5327693B2 (ja) * 2008-03-19 2013-10-30 Ｔｏｔｏ株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020039673A1 (en) 2000-10-03 2002-04-04 Garris Charles Alexander Fuel cell pressurization system and method of use
US20050106429A1 (en) 2003-11-19 2005-05-19 Questair Technologies Inc. High efficiency load-following solid oxide fuel cell systems
JP2006318938A (ja) 2006-08-28 2006-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池システム

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