KR102412626B1 - 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템 - Google Patents

고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템 Download PDF

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이병주
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에스케이에코플랜트(주)
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Abstract

고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈은 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 및 고압 압축 설비를 포함하되, 저압 압축 설비는 냉각 설비에 공급되는 공급 가스의 압력을 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고, 고압 압축 설비는 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이며, 냉각 설비에 공급되는 공급 가스는 수소 가스 및 수증기를 포함한다.

Description

고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템{BALANCE OF PLANT MODULE FOR SOLID OXIDE ELECTROLYSIS CELL SYSTEM AND SOLID OXIDE ELECTROLYSIS CELL SYSTEM}
본 개시는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템에 관한 것이다.
수전해 시스템은 물을 전기화학적으로 환원시켜 수소와 산소로 분해하는 장치다. 수전해 시스템은 연료전지의 반대 반응을 이용하기 때문에 친환경적인 수소 에너지 기술로서 주목을 받고 있다.
수전해 시스템을 활용하여 물을 전기 분해하는 방법은 대표적으로 고체 산화물 수전해 시스템(SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell), 고분자 전해질 수전해 시스템(PEMEC, Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell), 알칼리 수전해 시스템(AEC, Alkaline Electrolysis Cell)이 있다. 이 중, 알칼라인 수전해 방식과 고분자 전해질 수전해 방식이 상용화 되었고, 이와 관련한 주변 설비는 각 수전해 방식의 특성에 맞게 개발되었다.
고체 산화물 수전해 시스템은 효율은 우수하나 기술적 난이도로 인하여 상용화 개발 단계에 있다. 나아가, 다른 수전해 방식과의 차이로 인해 고체 산화물 수전해 시스템에 특화된 주변 설비(BOP, Balance of Plant)가 요구된다.
해결하고자 하는 과제는 고체 산화물 수전해 모듈 내의 전해질 멤브레인이 손상되는 것이 감소되거나 실질적으로 방지되는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 다양한 수요처에서 요구하는 수준의 압력을 갖는 수소 가스를 공급할 수 있는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 안전성이 향상된 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 소형화된 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공하는 것에 있다.
다만, 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
일 측면에 있어서, 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 및 고압 압축 설비를 포함하되, 상기 저압 압축 설비는 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고, 상기 고압 압축 설비는 상기 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이며, 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스는 수소 가스 및 수증기를 포함하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈이 제공될 수 있다.
상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 측정하여 제1 압력 데이터를 생성하는 제1 압력 지시 조절기;를 더 포함하되, 상기 저압 압축 설비는 상기 제1 압력 데이터에 기초하여 작동될 수 있다.
상기 저압 압축 설비와 상기 고압 압축 설비 사이에서 상기 공급 가스를 건조하는 건조 설비;를 더 포함하되, 상기 고압 압축 설비는 기계식 압축기를 포함할 수 있다.
상기 고압 압축 설비를 지난 상기 공급 가스를 건조하는 건조 설비;를 더 포함하되, 상기 고압 압축 설비는 기계식 압축기 또는 전기화학식 압축기를 포함할 수 있다.
상기 고압 압축 설비를 지난 상기 공급 가스의 압력을 측정하여 제2 압력 데이터를 생성하는 제2 압력 지시 조절기;를 더 포함하되, 상기 고압 압축 설비는 상기 제2 압력 데이터에 기초하여 작동될 수 있다.
상기 냉각 설비, 상기 저압 압축 설비, 및 상기 고압 압축 설비에 냉각 물질을 공급하는 냉각 물질 공급 설비;를 더 포함하되, 상기 저압 압축 설비 및 상기 고압 압축 설비의 각각은 상기 공급 가스의 압축시 발생하는 열을 제어하기 위해 상기 냉각 물질을 이용하는 냉각 장치를 포함할 수 있다.
상기 냉각 설비, 상기 저압 압축 설비, 및 상기 고압 압축 설비에 연결되는 복수의 이송 라인들; 상기 복수의 이송 라인들에 배치되는 밸브들; 및 상기 밸브들에 상기 밸브들의 작동을 위한 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 설비;를 더 포함할 수 있다.
외부 전력 계통으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 설비;를 더 포함하되, 상기 정류 설비는 상기 직류 전력을 고체 산화물 수전해 모듈에 공급할 수 있다.
외부 수도 계통으로부터 공급되는 물을 정제하는 물 정제 설비;를 더 포함하되, 상기 물 정제 설비는 정제된 물을 고체 산화물 수전해 모듈에 공급할 수 있다.
일 측면에 있어서, 수소 가스 및 수증기를 포함하는 공급 가스를 생산하는 고체 산화물 수전해 셀을 포함하는 고체 산화물 수전해 모듈; 및 상기 고체 산화물 수전해 모듈로부터 공급 가스를 수용하는 주변 설비 모듈;을 포함하되, 상기 주변 설비 모듈은: 상기 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 및 고압 압축 설비를 포함하되, 상기 저압 압축 설비는 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 상기 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고, 상기 고압 압축 설비는 상기 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이는 고체 산화물 수전해 시스템이 제공될 수 있다.
본 개시는 고체 산화물 수전해 모듈 내의 전해질 멤브레인이 손상되는 것이 줄어들거나 실질적으로 방지되는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공할 수 있다.
본 개시는 다양한 수요처에서 요구하는 수준의 압력을 갖는 수소 가스를 공급할 수 있는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공할 수 있다.
본 개시는 안전성이 향상된 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공할 수 있다.
본 개시는 소형화된 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈 및 고체 산화물 수전해 시스템을 제공할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
이하에서, 'a, b, 및 c 중 적어도 하나'는 '오직 a', '오직 b', '오직 c', 'a와 b', 'a와 c', 'b와 c', 또는 'a, b, 및 c'를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1a)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1a)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10a)을 포함할 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20)과 주변 설비 모듈(10a)은 적어도 하나의 이송 라인에 의해 연결될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20)은 고체 산화물 수전해 셀(solid oxide electrolysis cell, SOEC)을 포함할 수 있다. 고체 산화물 수전해 셀은 산소이온이 전도되는 전해질 멤브레인을 사이에 두고 서로 마주하는 애노드(anode)와 캐소드(cathode)를 포함할 수 있다. 고체 산화물 수전해 셀의 캐소드에 수증기가 공급되고, 애노드와 캐소드에 요구되는 전압이 인가되면, 캐소드에서 수증기가 전기 분해되어 수소 가스가 발생할 수 있다. 캐소드에 공급되는 수증기의 일부는 전기 분해되지 않고 수소 가스와 함께 주변 설비 모듈(10a)에 공급될 수 있다. 이하에서, 고체 산화물 수전해 모듈(20)에서 주변 설비 모듈(10a)로 공급되는 수소 가스 및 수증기는 공급 가스로 지칭된다. 공급 가스의 온도 및 압력은 주변 설비 모듈(10a) 내의 여러 설비들을 지나면서 변할 수 있다. 주변 설비 모듈(10a)에 공급되는 공급 가스에서 수소 가스와 수증기의 예시적인 질량비는 다음과 같을 수 있다.
수소 가스의 질량:수증기의 질량=21.8:78.2
고체 산화물 수전해 모듈(20)로부터 배출되는 공급 가스는 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위 내의 압력을 가질 수 있다. 예를 들어, 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위는 0 내지 0.14 barg일 수 있다. 다만, 운전 가능 압력 범위는 한정적인 것이 아니며, 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 포함되는 고체 산화물 수전해 셀에 따라 정해질 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위는 고체 산화물 수전해 모듈(20)이 정상적으로 가동될 수 있는 압력의 범위일 수 있다. 예를 들어, 고체 산화물 수전해 모듈(20)로부터 배출되는 공급 가스가 운전 가능 압력 범위 밖의 압력을 갖는 경우, 고체 산화물 수전해 셀의 멤브레인이 손상될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20)로부터 배출되는 공급 가스는 고온(예를 들어, 약 100~200 도(℃))을 가질 수 있다.
주변 설비 모듈(10a)은 냉각 설비(110), 제1 압력 지시 조절기(PIC1), 저압 압축 설비(120), 고압 압축 설비(130), 제2 압력 지시 조절기(PIC2), 냉각 물질 공급 설비(210), 불활성 가스 공급 설비(220), 및 컨트롤러(230)를 포함할 수 있다. 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120), 및 고압 압축 설비(130)는 이송 라인들에 의해 연결될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20), 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120), 및 고압 압축 설비(130)에 연결되는 이송 라인들에 밸브들(미도시)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 밸브들은 조절 밸브(control valve) 및 차단 밸브(emergency block valve)를 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10a)에 공급되는 공급 가스는 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120), 및 고압 압축 설비(130)를 차례로 지날 수 있다. 설명의 간결함을 위해, 본 실시예에서, 고체 산화물 수전해 모듈(20)과 냉각 설비(110) 사이의 공급 가스는 제1 공급 가스로 지칭될 수 있고, 냉각 설비(110)와 저압 압축 설비(120) 사이의 공급 가스는 제2 공급 가스로 지칭될 수 있으며, 저압 압축 설비(120)와 고압 압축 설비(130) 사이의 공급 가스는 제3 공급 가스로 지칭될 수 있고, 고압 압축 설비(130)로부터 배출되는 공급 가스는 제4 공급 가스로 지칭될 수 있다.
냉각 설비(110)는 고체 산화물 수전해 모듈(20)로부터 공급 가스(즉, 제1 공급 가스)를 수용할 수 있다. 냉각 설비(110)는 공급 가스의 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 냉각 설비(110)는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기(heat exchanger)를 포함할 수 있다. 냉각 설비(110)의 작동을 위해 요구되는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다. 예를 들어, 냉각 설비(110)는 공급 가스의 온도를 약 40 도(℃)로 낮출 수 있다. 공급 가스의 온도가 낮아짐에 따라 수증기 중 일부가 응축되어 액체 상의 물로 변할 수 있다. 냉각 설비(110)로부터 배출되는 공급 가스(즉, 제2 공급 가스) 내에서 수소 가스와 수증기의 예시적인 질량비는 다음과 같을 수 있다.
수소 가스의 질량:수증기의 질량=78.7:21.3
냉각 설비(110)에서 생성된 물은 냉각 설비(110) 외부로 배출될 수 있다. 예를 들어, 냉각 설비(110)는 물을 회수하기 위한 적어도 하나의 기액 분리기를 포함할 수 있다. 일 예에서, 냉각 설비(110)에서 생성된 물은 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 재공급될 수 있다. 냉각 설비(110)에서 생성된 물이 필요시 정제 처리 후 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 재공급될 수 있다. 예를 들어, 냉각 설비(110)에서 생성된 물이 0.1μS/cm보다 큰 전기 전도성을 갖는 경우, 냉각 설비(110)에서 생성된 물은 0.1μS/cm 이하의 전기 전도성을 갖도록 정제될 수 있다.
냉각 설비(110)에 의해 공급 가스의 온도가 낮아지므로, 공급 가스 내의 수증기가 응축될 수 있다. 이에 따라, 제2 공급 가스의 압력은 제1 공급 가스의 압력보다 낮을 수 있다. 일 예에서, 제2 공급 가스는 대기압보다 낮은 음압(즉, 0 barg 미만의 압력)을 가질 수 있다.
제1 압력 지시 조절기(PIC1)는 고체 산화물 수전해 모듈(20)과 냉각 설비(110) 사이의 이송 라인에 제공될 수 있다. 제1 압력 지시 조절기(PIC1)는 제1 공급 가스의 압력을 측정하여, 제1 압력 데이터를 생성할 수 있다. 제1 압력 데이터는 제1 공급 가스의 압력에 관한 데이터일 수 있다. 제1 압력 지시 조절기(PIC1)는 제1 압력 데이터를 컨트롤러(230)에 제공할 수 있다. 제1 압력 데이터는 후술되는 저압 압축 설비(120)의 작동 출력 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(230)는 제1 압력 데이터에 기초하여 저압 압축 설비(120)의 출력을 높이거나 낮출 수 있다.
저압 압축 설비(120)는 저압 압축 설비(120)에 공급되는 공급 가스(즉, 제2 공급 가스)를 압축할 수 있다. 예를 들어, 저압 압축 설비(120)는 기계식 압축기(예를 들어, 액체 고리 압축기(liquid ring compressor)) 또는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 저압 압축 설비(120)에 의해 공급 가스의 압력이 높아질 수 있다. 저압 압축 설비(120)로부터 배출되는 공급 가스(즉, 제3 공급 가스)의 압력은 제2 공급 가스의 압력보다 높을 수 있다. 제3 공급 가스의 압력은 1 내지 10 barg일 수 있다. 예를 들어, 제3 공급 가스의 압력은 약 3.3 barg일 수 있다. 다만, 제3 공급 가스의 압력은 한정적인 것이 아니며, 필요에 따라 결정될 수 있다.
저압 압축 설비(120)에 의한 공급 가스의 압력 상승에 따라 공급 가스 내의 수증기가 응축될 수 있다. 일 예에서, 공급 가스 내의 수증기의 농도는 요구되는 수준으로 낮아질 수 있다. 요구되는 수준의 수증기 농도는, 예를 들어, 수소를 연료로 사용하기 위한 국제 규격인 ISO 14687-2017 SAE J2719-202003에 따른 기준인 5 ppm 이하일 수 있다. 일 예에서, 저압 압축 설비(120)는 공급 가스 압축시 발생하는 열을 제어하고, 공급 가스의 온도가 상승하는 것을 줄이거나 실질적으로 방지하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각 장치의 작동을 위해 요구되는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다.
저압 압축 설비(120)는 공급 가스를 흡입 후 압축하여 배출할 수 있다. 저압 압축 설비(120)의 공급 가스에 대한 흡입 유량(예를 들어, 단위 시간당 흡입하는 유량)에 따라 제2 공급 가스의 압력이 조절될 수 있다. 저압 압축 설비(120)의 흡입 유량이 많을 수록, 제2 공급 가스의 유속이 빨라지고 압력은 낮아질 수 있다.
제1 공급 가스의 압력은 제2 공급 가스의 압력에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 제2 공급 가스의 압력이 낮아지면 제1 공급 가스의 압력도 낮아지고, 제2 공급 가스의 압력이 높아지면 제1 공급 가스의 압력도 높아질 수 있다. 따라서 제1 공급 가스의 압력은 저압 압축 설비(120)의 흡입 유량에 따라 조절될 수 있다. 저압 압축 설비(120)의 흡입 유량은 저압 압축 설비(120)의 출력에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 저압 압축 설비(120)의 출력이 높을수록 저압 압축 설비(120)의 흡입 유량이 많아질 수 있다. 일 예에서, 저압 압축 설비(120)의 출력은 컨트롤러(230)에 의해 제어될 수 있다.
고체 산화물 수전해 시스템(1a) 주변의 환경적 요인(예를 들어, 기온) 또는 냉각 설비(110)의 비정상적이 작동에 의해 제2 공급 가스가 지나치게 낮거나 높은 압력을 갖게되어, 제1 공급 가스의 압력이 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위(예를 들어, 0 내지 0.14 barg)를 벗어날 수 있다.
본 개시의 저압 압축 설비(120)는 제1 공급 가스가 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위(예를 들어, 0 내지 0.14 barg) 내의 압력을 갖도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(230)는 제1 압력 지시 조절기(PIC1)로부터 제공되는 제1 압력 데이터에 기초하여, 제1 공급 가스가 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위(예를 들어, 0 내지 0.14 barg) 내의 압력을 갖도록 저압 압축 설비(120)의 출력을 조절할 수 있다. 제1 공급 가스의 압력이 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위의 하한값(예를 들어, 0 barg)보다 낮게 측정되는 경우, 컨트롤러(230)는 저압 압축 설비(120)의 출력을 낮춰서 제1 공급 가스의 압력을 높일 수 있다. 제1 공급 가스의 압력이 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위의 상한값(예를 들어, 0.14 barg)보다 높게 측정되는 경우, 컨트롤러(230)는 저압 압축 설비(120)의 출력을 높여서 제1 공급 가스의 압력을 낮출 수 있다. 이에 따라, 제1 공급 가스의 압력이 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 운전 가능 압력 범위(예를 들어, 0 내지 0.14 barg) 내로 유지되고, 고체 산화물 수전해 모듈(20)의 전해질 멤브레인의 손상이 줄어들거나 실질적으로 방지될 수 있다.
고압 압축 설비(130)는 저압 압축 설비(120)로부터 공급된 공급 가스(즉, 제3 공급 가스)를 수요처(1000)로부터 요구되는 수준으로 높일 수 있다. 예를 들어, 고압 압축 설비(130)는 기계식 압축기(예를 들어, 다이어프램 컴프레셔(diaphragm compressor), 피스톤 컴프레셔(piston compressor)) 또는 전기화학식 수소 압축기(electrochemical hydrogen compressor)를 포함할 수 있다. 전기화학식 수소 압축기는 직류 전력을 이용하여 전기화학식 수소 압축기의 멤브레인을 통과한 수소 가스를 압축할 수 있다. 이때, 수소 가스와 함께 수증기가 일정 농도 이상 멤브레인에 공급될 것이 요구된다. 예를 들어, 수요처(1000)는 수소 충전소이고, 요구되는 공급 가스의 압력은 약 850 내지 900 barg일 수 있다. 고압 압축 설비(130)는 저압 압축 설비(120)로부터 공급된 공급 가스의 압력을 수십 내지 수백 barg로 높일 수 있다. 일 예에서, 고압 압축 설비(130)는 공급 가스를 압축할 때 발생하는 열을 제어하고, 공급 가스의 온도가 상승하는 것을 줄이거나 실질적으로 방지하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각 장치의 작동을 위해 요구되는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다.
제2 압력 지시 조절기(PIC2)는 고압 압축 설비(130)로부터 배출되는 공급 가스(즉, 제4 공급 가스)를 이송하는 이송 라인에 제공될 수 있다. 제2 압력 지시 조절기(PIC2)는 제4 공급 가스의 압력을 측정하여, 제2 압력 데이터를 생성할 수 있다. 제2 압력 지시 조절기(PIC2)는 제2 압력 데이터를 컨트롤러(230)에 제공할 수 있다. 제2 압력 데이터는 고압 압축 설비(130)의 출력 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(230)는 제2 압력 데이터에 기초하여, 제4 공급 가스의 압력이 수요처(1000)에서 요구하는 수준으로 유지될 수 있도록 고압 압축 설비(130)의 출력을 제어할 수 있다.
냉각 물질 공급 설비(210)는 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120)의 냉각 장치, 및 고압 압축 설비(130)의 냉각 장치에 냉각 물질을 공급할 수 있다. 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120)의 냉각 장치, 및 고압 압축 설비(130)의 냉각 장치가 각각 냉각 물질을 공급하는 설비들을 갖출 필요가 없으므로, 주변 설비 모듈(10a)이 소형화될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120)의 냉각 장치, 및 고압 압축 설비(130)는 적어도 하나의 열 교환기 대신 냉각 물질을 이용하지 않는 에어 쿨러 타입의 냉각기를 포함할 수 있다. 냉각 설비(110), 저압 압축 설비(120)의 냉각 장치, 및 고압 압축 설비(130)의 냉각 장치가 에어 쿨러 타입의 냉각기를 이용하는 경우, 냉각 물질 공급 설비(210)는 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 주변 설비 모듈(10a)은 냉각 물질 공급 설비(210)를 포함하지 않을 수 있다.
불활성 가스 공급 설비(220)는 공급 가스를 이송하는 이송 라인들에 배치되는 밸브들을 제어하는 불활성 가스를 밸브들에 공급할 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 질소 가스를 포함할 수 있다. 일반적인 건조 공기(instrument air)가 밸브 제어에 사용되는 경우, 공기와 수소 가스가 접촉하여 폭발할 가능성이 있다. 본 개시는 불활성 가스를 밸브 제어에 이용하므로, 안전성이 개선될 수 있다. 나아가, 불활성 가스가 하나의 불활성 가스 공급 설비(220)에 의해 각 밸브들에 통합적으로 제공되므로, 불활성 가스를 공급하는 설비를 복수 개 이용하는 것과 비교하여 주변 설비 모듈(10a)이 소형화될 수 있다.
컨트롤러(230)는 주변 설비 모듈(10a) 내의 설비들 및 장치들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(230)는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 주변 설비 모듈(10a) 내의 설비들 및 장치들을 제어할 수 있다. 메모리는 프로세서가 주변 설비 모듈(10a) 내의 설비들 및 장치들을 제어하기 위해 요구되는 소프트웨어 및 데이터를 저장할 수 있다.
본 개시에 따르면, 고체 산화물 수전해 모듈(20) 내의 전해질 멤브레인이 손상되는 것이 줄어들거나 실질적으로 방지될 수 있고, 다양한 수요처에서 요구하는 수준의 압력을 갖는 수소 가스를 공급할 수 있으며, 안전성이 향상될 수 있고, 주변 설비 모듈(10a)이 소형화될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 2를 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1b)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1b)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10b)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10b)은 도 1을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10a)과 달리 건조 설비(140)를 더 포함할 수 있다.
건조 설비(140)는 저압 압축 설비(120)와 고압 압축 설비(130) 사이에 제공될 수 있다. 건조 설비(140)는 저압 압축 설비(120)로부터 공급되는 공급 가스를 건조하고, 건조된 공급 가스를 고압 압축 설비(130)에 제공할 수 있다. 일 예에서, 건조 설비(140)는 흡착식 건조기를 포함할 수 있다. 건조 설비(140)는 수분을 흡수하는 흡착제로 채워진 복수의 타워들을 포함할 수 있다. 복수의 타워들은 교대로 수분 흡수 공정 및 재생 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 복수의 타워들이 제1 타워 및 제2 타워로 구성되는 경우, 제1 타워가 공급 가스의 수증기를 흡수하는 동안, 제2 타워는 흡수한 수분을 배출하는 재생 공정을 수행할 수 있다. 제1 타워 내의 흡착제가 흡착한 물로 포화되는 경우, 제1 타워는 수분을 배출하는 재생 공정을 수행하고, 제2 타워가 공급 가스의 수증기를 흡수할 수 있다. 제1 타워와 제2 타워는 교대로 수분 흡수 공정 및 재생 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 재생 공정은 가열된 기체 또는 외부 열원을 사용하여 수행될 수 있다.
건조 설비(140)에 의해 공급 가스 내의 수증기의 농도는 더 낮아질 수 있다. 일 예에서, 저압 압축 설비(120)로부터 배출되는 공급 가스가 요구되는 수준보다 높은 수증기 농도를 갖는 경우, 건조 설비(140)는 공급 가스 내의 수증기의 농도를 요구되는 수준으로 낮출 수 있다. 예를 들어, 요구되는 수증기의 농도는 수소를 연료로 사용하기 위한 국제 규격인 ISO 14687-2017 SAE J2719-202003에 따른 기준인 5 ppm 이하일 수 있다.
고압 압축 설비(130)는 기계식 압축기(예를 들어, 다이어프램 컴프레셔(diaphragm compressor), 피스톤 컴프레셔(piston compressor))를 포함할 수 있다. 멤브레인을 이용하여 수소를 압축하는 전기화학식 수소 압축기는 압축 대상 가스에 수증기가 일정 농도 이상 함유될 것을 요구하므로, 고압 압축 설비(130) 전단에 건조 설비(140)가 배치되는 경우 전기화학식 수소 압축기의 사용이 제한될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 2를 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 3을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1c)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1c)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10c)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10c)의 건조 설비(140)는 도 2를 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10b)의 건조 설비(140)와 달리 고압 압축 설비(130) 후단에 배치될 수 있다. 이에 따라, 공급 가스는 고압 압축 설비(130)를 지나 건조 설비(140)에 제공될 수 있다. 고압 압축 설비(130)는 전기화학식 수소 압축기 또는 기계식 압축기(예를 들어, 다이어프램 컴프레셔(diaphragm compressor), 피스톤 컴프레셔(piston compressor))를 포함할 수 있다. 고압 압축 설비(130)가 기계식 압축기를 포함하는 경우, 저압 압출 설비(120)로부터 배출되는 공급 가스 내의 수분은 10 % 미만일 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 4를 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1d)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1d)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10d)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10d)은 도 1을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10a)과 달리 저압 압축 설비(120)로부터 배출된 공급 가스의 일부를 고체 산화물 수전해 셀(SOEC)의 캐소드에 제공할 수 있다. 공급 가스는 고체 산화물 수전해 셀 내에서 생성되는 산소 가스에 의해 캐소드가 산화되는 것을 줄이거나 방지할 수 있다. 고체 산화물 수전해 셀의 캐소드가 산화되는 경우, 고체 산화물 수전해 셀이 수증기를 전기 분해하는 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 본 개시의 고체 산화물 수전해 시스템(1d)은 수증기의 전기 분해 효율이 낮아지는 것을 줄이거나 실질적으로 방지할 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 5를 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1e)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1e)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10e)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10e)은 도 1을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10a)과 달리 정류 설비(150)를 더 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 외부 전력 계통(30)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 정류 설비(150)는 실리콘제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 직류 전력을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다. 일 예에서, 정류 설비(150)는 전력 변환 과정에서 발생하는 열에 의해 온도가 높아지는 것을 줄이거나 실질적으로 방지하기 위한 냉각 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각 장치에서 이용하는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하지 않는 적어도 하나의 에어 쿨러 타입 냉각기를 포함할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 5를 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 6을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1f)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1f)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10f)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10f)의 정류 설비(150)는 도 5을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10e)의 정류 설비(150)와 달리 고압 압축 설비(130)에 직류 전력을 더 제공할 수 있다. 고압 압축 설비(130)는 직류 전력에 의해 구동되는 전기화학식 수소 압축기를 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 고체 산화물 수전해 모듈(20)과 고압 압축 설비(130)가 정류 설비(150)를 공유하므로, 고체 산화물 수전해 시스템(1f)이 소형화될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명된다.
도 7을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1g)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1g)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10g)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10g)은 도 1을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10a)과 달리 물 정제 설비(162), 물 저장 설비(164), 및 펌프(166)를 더 포함할 수 있다. 물 정제 설비(162)는 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물을 공급받을 수 있다. 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 요구되는 특성을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 0.1μS/cm보다 큰 전기 전도성을 가질 수 있다. 물 정제 설비(162)는 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물이 요구되는 특성을 갖도록 정제할 수 있다. 예를 들어, 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물에 요구되는 특성은 0.1μS/cm 이하의 전기 전도성일 수 있다. 일 예에서, 물 정제 설비(162)는 역삼투(Reverse Osmosis) 방식을 이용하여 물을 정제할 수 있다. 물 저장 설비(164)는 물 정제 설비(162)로부터 공급되는 정제된 물을 저장할 수 있다. 펌프(166)는 물 저장 설비(164)에 연결될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20) 작동시 펌프(166)가 가동되어 물 저장 설비(164) 내의 정제된 물을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 2를 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명될 수 있다.
도 8을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1h)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1h)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10h)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10h)은 도 2를 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10b)과 달리 정류 설비(150), 물 정제 설비(162), 물 저장 설비(164), 및 펌프(166)를 더 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 외부 전력 계통(30)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 정류 설비(150)는 실리콘제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 직류 전력을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다. 일 예에서, 정류 설비(150)는 전력 변환 과정에서 발생하는 열에 의해 온도가 높아지는 것을 줄이거나 실질적으로 방지하기 위한 냉각 장치를 포함할 수 있다. 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각 장치에서 이용하는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하지 않는 적어도 하나의 에어 쿨러 타입 냉각기를 포함할 수 있다.
물 정제 설비(162)는 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물을 공급받을 수 있다. 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 요구되는 특성을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 0.1μS/cm보다 큰 전기 전도성을 가질 수 있다. 물 정제 설비(162)는 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물이 요구되는 특성을 갖도록 정제할 수 있다. 예를 들어, 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물은 0.1μS/cm 이하의 전기 전도성을 가질 것이 요구될 수 있다. 일 예에서, 물 정제 설비(162)는 역삼투(Reverse Osmosis) 방식을 이용하여 물을 정제할 수 있다. 물 저장 설비(164)는 물 정제 설비(162)로부터 공급되는 정제된 물을 저장할 수 있다. 펌프(166)는 물 저장 설비(164)에 연결될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20) 작동시 펌프(166)가 가동되어 물 저장 설비(164) 내의 정제된 물을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 3을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명될 수 있다.
도 9를 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1i)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1i)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10i)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10i)은 도 3을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10c)과 달리 정류 설비(150), 물 정제 설비(162), 물 저장 설비(164), 및 펌프(166)를 더 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 외부 전력 계통(30)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 정류 설비(150)는 실리콘제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 정류 설비(150)는 직류 전력을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다. 일 예에서, 정류 설비(150)는 전력 변환 과정에서 발생하는 열에 의해 온도가 높아지는 것을 줄이거나 실질적으로 방지하기 위한 냉각 장치를 포함할 수 있다. 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하는 적어도 하나의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각 장치에서 이용하는 냉각 물질은 냉각 물질 공급 설비(210)로부터 공급될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 냉각 장치는 냉각 물질을 이용하지 않는 적어도 하나의 에어 쿨러 타입 냉각기를 포함할 수 있다.
물 정제 설비(162)는 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물을 공급받을 수 있다. 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 요구되는 특성을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 수도 계통(40)으로부터 제공되는 물은 0.1μS/cm보다 큰 전기 전도성을 가질 수 있다. 물 정제 설비(162)는 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물이 요구되는 특성을 갖도록 정제할 수 있다. 예를 들어, 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 제공되는 물은 0.1μS/cm 이하의 전기 전도성을 가질 것이 요구될 수 있다. 일 예에서, 물 정제 설비(162)는 역삼투(Reverse Osmosis) 방식을 이용하여 물을 정제할 수 있다. 물 저장 설비(164)는 물 정제 설비(162)로부터 공급되는 정제된 물을 저장할 수 있다. 펌프(166)는 물 저장 설비(164)에 연결될 수 있다. 고체 산화물 수전해 모듈(20) 작동시 펌프(166)가 가동되어 물 저장 설비(164) 내의 정제된 물을 고체 산화물 수전해 모듈(20)에 공급할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 8을 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명될 수 있다.
도 10을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1j)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1j)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10j)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10j)은 도 8을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10h)과 달리 고압 수요처(1000) 및 저압 수요처(2000)에 각각 고압 공급 가스 및 저압 공급 가스를 공급할 수 있다. 고압 수요처(1000)는 앞서 설명된 수요처(1000)와 실질적으로 동일할 수 있다. 저압 수요처(2000)는 저압의 공급 가스를 요구할 수 있다. 예를 들어, 저압 수요처(2000)는 연료 전지일 수 있다. 저압 수요처(2000)에 공급되는 공급 가스는 건조 설비(140)로부터 제공될 수 있다. 일 예에서, 주변 설비 모듈(10j)은 건조 설비(140)로부터 배출되는 공급 가스의 압력을 낮추는 조절 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저압 수요처(2000)에서 건조 설비(140)로부터 배출되는 공급 가스의 압력보다 더 낮은 압력을 갖는 공급 가스가 요구되는 경우, 조절 밸브가 이용되어 공급 가스의 압력을 낮출 수 있다. 예를 들어, 건조 설비(140)로부터 배출되는 공급 가스의 압력이 6 barg이고 저압 수요처(2000)에서 1~1.5 barg의 압력을 갖는 공급 가스를 필요로 하는 경우, 조절 밸브를 이용하여 저압 수요처(2000)에 공급되는 공급 가스의 압력을 낮출 수 있다.
본 개시는 다양한 수요처들(1000, 2000)에서 요구하는 압력을 갖는 공급 가스를 공급할 수 있는 고체 산화물 수전해 시스템(1j)을 제공할 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 9를 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명될 수 있다.
도 11을 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1k)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1k)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10k)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10k)의 정류 설비(150)는 도 8을 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10h)의 정류 설비(150)와 달리 고압 압축 설비(130)에 직류 전력을 더 제공할 수 있다. 고압 압축 설비(130)는 직류 전력에 의해 구동되는 전기화학식 수소 압축기를 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 고체 산화물 수전해 모듈(20)과 고압 압축 설비(130)가 정류 설비(150)를 공유하므로, 고체 산화물 수전해 시스템(1k)이 소형화될 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 고체 산화물 수전해 시스템의 블록도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 2를 참조하여 설명된 고체 산화물 수전해 시스템과의 차이점이 설명될 수 있다.
도 12를 참조하면, 고체 산화물 수전해 시스템(1m)이 제공될 수 있다. 고체 산화물 수전해 시스템(1m)은 고체 산화물 수전해 모듈(20) 및 주변 설비 모듈(10m)을 포함할 수 있다. 주변 설비 모듈(10m)의 건조 설비(140)는 도 2를 참조하여 설명된 주변 설비 모듈(10b)의 건조 설비(140)와 달리 냉각 설비(110)와 저압 압축 설비(120) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 냉각 설비(110)로부터 배출되는 공급 가스는 건조 설비(140)와 저압 압축 설비(120)를 차례로 지날 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 개시의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 개시의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j, 1k, 1m: 고체 산화물 수전해 시스템
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k, 10m:: 주변 설비 모듈
20: 고체 산화물 수전해 모듈 30: 외부 전력 계통
40: 외부 수도 계통 110: 냉각 설비
120: 저압 압축 설비 130: 고압 압축 설비
140: 건조 설비 150: 정류 설비
162: 물 정제 설비 164: 물 저장 설비
166: 펌프 210: 냉각 물질 공급 설비
220: 불활성 가스 공급 설비 230: 컨트롤러
1000, 2000: 수요처

Claims (10)

  1. 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 건조설비 및 고압 압축 설비를 포함하되,
    상기 저압 압축 설비는 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고,
    상기 고압 압축 설비는 상기 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이며,
    상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스는 수소 가스 및 수증기를 포함하며,
    상기 건조 설비는 상기 공급 가스를 건조하는 수증기 흡수 공정과 수증기를 배출하는 재생 공정이 교대로 이루어지는 복수 개의 타워를 포함하는,
    고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 측정하여 제1 압력 데이터를 생성하는 제1 압력 지시 조절기;를 더 포함하되,
    상기 저압 압축 설비는 상기 제1 압력 데이터에 기초하여 작동되는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 압축 설비는 기계식 압축기를 포함하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  4. 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 고압 압축 설비 및 건조 설비를 포함하되,
    상기 저압 압축 설비는 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고, 상기 고압 압축 설비는 상기 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이며,
    상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스는 수소 가스 및 수증기를 포함하며,
    상기 건조 설비는 상기 공급 가스를 건조하는 수증기 흡수 공정과 수증기를 배출하는 재생 공정이 교대로 이루어지는 복수 개의 타워를 포함하며,
    상기 고압 압축 설비는 기계식 압축기 또는 전기화학식 압축기를 포함하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 압축 설비를 지난 상기 공급 가스의 압력을 측정하여 제2 압력 데이터를 생성하는 제2 압력 지시 조절기;를 더 포함하되,
    상기 고압 압축 설비는 상기 제2 압력 데이터에 기초하여 작동되는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 설비, 상기 저압 압축 설비, 및 상기 고압 압축 설비에 냉각 물질을 공급하는 냉각 물질 공급 설비;를 더 포함하되,
    상기 저압 압축 설비 및 상기 고압 압축 설비의 각각은 상기 공급 가스의 압축시 발생하는 열을 제어하기 위해 상기 냉각 물질을 이용하는 냉각 장치를 포함하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 설비, 상기 저압 압축 설비, 및 상기 고압 압축 설비에 연결되는 복수의 이송 라인들;
    상기 복수의 이송 라인들에 배치되는 밸브들; 및
    상기 밸브들에 상기 밸브들의 작동을 위한 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 설비;를 더 포함하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    외부 전력 계통으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 설비;를 더 포함하되,
    상기 정류 설비는 상기 직류 전력을 고체 산화물 수전해 모듈에 공급하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    외부 수도 계통으로부터 공급되는 물을 정제하는 물 정제 설비;를 더 포함하되,
    상기 물 정제 설비는 정제된 물을 고체 산화물 수전해 모듈에 공급하는 고체 산화물 수전해 시스템용 주변 설비 모듈.
  10. 수소 가스 및 수증기를 포함하는 공급 가스를 생산하는 고체 산화물 수전해 셀을 포함하는 고체 산화물 수전해 모듈; 및
    상기 고체 산화물 수전해 모듈로부터 공급 가스를 수용하는 주변 설비 모듈;을 포함하되,
    상기 주변 설비 모듈은:
    상기 공급 가스가 차례대로 지나도록 배열되는 냉각 설비, 저압 압축 설비, 건조 설비 및 고압 압축 설비를 포함하되,
    상기 저압 압축 설비는 상기 냉각 설비에 공급되는 상기 공급 가스의 압력을 상기 고체 산화물 수전해 셀의 운전 가능 압력 범위 내로 유지하고,
    상기 고압 압축 설비는 상기 공급 가스의 압력을 요구되는 수준으로 높이며,
    상기 건조 설비는 상기 공급 가스를 건조하는 수증기 흡수 공정과 수증기를 배출하는 재생 공정이 교대로 이루어지는 복수 개의 타워를 포함하는,
    고체 산화물 수전해 시스템.



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