KR20060086950A - 고체 산화물 연료 셀의 동작제어방법 및 장치 - Google Patents

고체 산화물 연료 셀의 동작제어방법 및 장치 Download PDF

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노홍상
루이스 야마르테
게리 제이. 코바식
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Abstract

본 발명은 시스템 중의 연료 셀이 허용가능한 전기화학 반응 능력 안에서 동작하는 부하추종 고체 산화물 연료 셀 시스템의 제어에 관한 것이다. 이 시스템은 연료 셀 스택상의 부하변화를 검출하고, 그리고 부하가 떨어질 때는 스택에 대한 연료 흐름속도를 감소시키거나 또는 스택 중의 하나 이상의 연료 셀을 작동불가시켜서 스택이 줄어든 부하에 상응하는 허용가능한 전기화학 반응 능력범위 안에서 동작하도록 하고, 그리고 부하가 증가할 때는 스택에 대한 연료 흐름속도를 증가시키거나 또는 스택중의 연료 셀을 활성화시켜서 스택이 허용가능한 전기화학 반응 능력범위 안에서 동작하도록 하는 프로그램을 갖춘 컨트롤러를 가지고 있다.
연료 셀

Description

고체 산화물 연료 셀의 동작제어방법 및 장치{Controlling Solid Oxide Fuel Cell Operation}
본 발명은 고체 산화물 연료 셀(Solid oxide fuel cell : SOFC)시스템의 동작을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산화물 연료 셀(SOFC)은 세라믹 고체-상 전극으로 분리된 한쌍의 전극(양극 및 음극)으로 이루어져 있다. 그러한 세라믹 전극에서 적절한 이온 전도도를 달성하기 위해서는, SOFC는 상승된 온도, 전형적으로는 약 1000C의 정도에서 작동해야 한다. 전형적인 SOFC 전극에서의 물질은 완전 고밀도(즉, 비공성)의 이트라-안정화된 지르코니아(yttria-stabilized zirconia : YSZ)인데, 이것은 고온에서는 음성으로 대전된 산소 이온의 훌륭한 전도체이다.
전형적인 SOFC는 다공성 니켈/지르코니아 세르밋(cermet)으로부터 만들어지는 반면, 전형적인 음극들은 마그네슘으로 도핑된 LaMnO(3), 또는 스트론튬으로 도핑된 LSM 으로부터 만들어진다.
작동시, 양극 위를 지나는 연료 스트림에서 산소 또는 일산화탄소는 전극을 통해 전도되는 산화 이온화 함께 반응하여 물 및/또는 이산화탄소 및 이온을 발생시킨다. 전자는 외부회로를 통해 양극으로부터 연료 셀의 바깥쪽으로 회로상의 부 하를 관통하여 흐르며, 공기스트림으로부터 산소가 전자를 받는 음극으로 되돌아 가며, 전극으로 분출되는 이온 전자로 변환된다. 이때 일어나는 SOFC 반응은 다음을 포함한다.
양극반응 :
H2 + O= → H2O + 2e-
CO + O= → CO2 + 2e-
CH4 + 4O= → 2H2O + CO2 + 8e-
음극반응 :
O2 + 4e- → 2O=
잘 알려진 SOFC 디자인은 평면 및 관형 연료 셀들을 포함한다. 본 출원인의 PCT출원 제 PCT/CA01/00634호 및 PCT/CA03/00059호는 전기영동 증착(electrophoretic deposition : EDP), 금속 전착(metal electrodeposition : MED) 및 복합전착(composite electrodeposition : CED)에 의해 관형 연료 셀을 생성하는 방법을 개시한다. 연료 셀은 다중 동심층들, 즉 내측전극층, 중간 전극층, 및 외부 전극층으로 이루어진다. 내, 외부 전극은 각각의 양극 및 음극인 것이 적당하고, 그리고 그러한 경우, 연료는 튜브를 통해 양극으로 공급되며, 공기는 튜브의 외부 표면을 지나서 음극에 공급된다. 이들 2 응용예에 의해 교시된 방법들은 특히 휴대용 전자기구와 같은 소형 응용물을 동작시키기에 적절한 소직경 "마이크로" 연료 셀을 제조하는 데 사용된다.
다중 연료 셀들이 서로 전기적으로 그리고 물리적으로 결합되어 부하(load)에 동력을 제공하는 스택(stack)을 형성할 수도 있다. 어떤 응용에 있어, 부하는 시간과 함께 변경될 수 있고, 각종 연료 셀 시스템들은 스택에 의해 공급된 동력이 변동부하를 따르도록 한다. SOFC 스택 출력이 변동부하를 따르고 있을 때 거기에는 스택이 허용가능한 능력으로 동작하지 않는 때일 것이다. 예컨대, 연료이용속도와 연료 셀 동작온도는 스택 출력이 변경됨으로써 변경되고, 그리고 허용 동작범위 밖으로 떨어질 것이다. 따라서 부하추종 연료 셀 스택을 능력적인 방도로 동작시킬 수 있는 동작전략을 제공하는 것이 요구된다. 그와 같은 동작전략은 특히 연료 공급이 제한되는 휴대응용물에 사용될 때 연료 셀 스택이 중요하며, 그리고 동력운영은 중요한 고려사항이다.
동작 중, 스택으로 있는 연료 셀들은 안정적인 동력 출력을 제공하기 위해 특정온도범위안으로 유지되어야만 한다. 따라서, 소정의 동작 온도범위, 능력 및 연료사용속도와 같은 기타 소정의 동작 매개변수 안에서 스택을 위한 플랜트 성분의 밸런스 및 스택을 위한 동작전략을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 1 태양에 따르면, 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작을 스택이 선택된 능력범위내로 그리고 연료 셀들을 선택된 동작 온도범위내로 제어하는 방법이 제공된다. 위 방법은 다음과 같은 단계로 구성된다.
(a) 연료 셀 스택에 대해 부하를 결정하는 단계;
(b) 연료 셀 스택 중 충분한 수량의 서브-연료 셀 스택을 선택된 동작능력으로 동력을 공급하여 부하와 부합되도록 활성화시키고, 활성화된 서브 스택을 가열하여 선택된 동작온도로 그리고 서브-스택에 대해 충분한 연료 및 산화제를 공급하여 부하와 부합하는 동력을 공급하도록 하는 단계; 및
(c) 하나 또는 그 이상의 활성화된 서브-스택으로부터 배출된 비반응 연료를 연소시켜서 적어도 하나의 비활성 서브-스택을 가열시키고, 그에 의해 가열된 비활성 서브-스택을 대기온도로 유지시키고, 이때 연소는 각각의 가열된 비활성 서브-스택안에서 발생되는 단계.
활성화된 서브-스택을 가열하는 것은 활성화된 서브-스택의 연료 셀의 전기화학적인 반응으로부터 발생시키므로써 그리고 활성화된 서브-스택의 비반응 연료를 연소시키므로써 얻어질 수 있다.
이 방법은 또한 비반응 연료 모두를 연소시키는 데 필요한 활성 및 가열된 비활성 서브-스택의 수량을 결정하고, 다음 이들 활성 및 가열된 비활성 서브-스택 중에 있는 모든 비반응 연료를 연소시키는 단계를 포함할 수 있다.
아울러 이 방법은 부하를 모니터링하는 단계도 포함할 수 있다. 부하변경이 검출되었을 때, 스택 동력은 적어도 하나의 활성화된 서브-스택에 대해 연료 및 산화제 흐름속도를 변경시키므로써 부하변경을 따르게끔 변경된다. 스택 동력이 적어도 하나의 활성화된 서브-스택으로의 연료 및 산화제의 흐름속도의 증가에 의해 충분히 변경되지 않았을 때, 적어도 하나의 가열된 비활성 서브-스택은 활성화될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 적어도 하나의 활성화된 서브-스택의 온도를 모니터닝을 하는 것도 포함할 수 있다. 서브-스택 온도가 선택된 동작온도범위의 상부 온도 한계를 초과할 때, 연소를 위한 비반응 연료의 공급, 및/또는 연료 셀에의 연료 및 산화제의 공급은 서브-스택을 위해 감소될 수 있다. 역으로, 서브-스택 온도가 온도범위의 하부한계이하로 떨어질 때, 연소용의 비반응 연료의 공급 및/또는 연료 셀으로의 연료 및 산화제의 공급은 서브-스택을 위해 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 선택된 온도범위내로 연료 셀의 동작온도를 유지시킬 수 있도록 구성된 연료 셀 어셈블리가 제공된다. 이 연료 셀 어셈블리는 각기 적어도 하나의 연료 셀과 버너를 가지는 다수의 연료 셀 서브-스택을 포함한다. 각 서브-스택에 있는 각 연료셀은 산화제 공급원과 연료 공급원에 결합된다. 각 서브-스택의 각 연료셀은 아울러 비반응 연료도관에 결합되고 이것은 순차로 각 서브-스택의 버너에 결합된다. 연료 셀로부터 배출된 비반응 연료는 비반응 연료도관을 통해 흐르고, 하나 또는 그 이상의 서브-스택의 버너로 향해서 서브-스택을 가열시킬 수 있다.
하나의 컨트롤러가 연료와 산화제의 연료 셀과 버너로의 흐름을 제어하는 액튜에이터들과 연통하여 있다. 이 컨트롤러는 버너와 활성화된 서브-스택 중의 연료 셀을 동작시켜서 연료 셀과 버너에 의해 발생된 열이 활성화된 서브-스택 중의 연료 셀을 선택된 동작 온도범위내로 유지시키는 데 충분하도록 한다. 이 컨트롤러는 또한 활성화된 서브-스택으로부터 활성화된 서브-스택의 버너로, 그리고 하나 이상의 비활성 서브-스택의 버너들의 흐름을 제어하여 서브-스택을 대기온도로 가열시킨다. 컨트롤러는 아울러 활성화된 서브-스택의 전기적 및 열적 출력을 제어하기 위해 각각의 활성화된 서브-스택 중의 각 연료 셀로의 연료 및 산화제의 흐름을 제어하는 구조를 가질 수 있다.
각각의 서브-스택 중에 있는 적어도 하나의 연료 셀은 연속형 고체 상태의 다공성 기포 매트릭스에 선택적으로 매설될 수 있다. 또한 각 서브-스택의 적어도 하나의 연료 셀은 열적으로 절연된 하우징에 쌓여 질 수도 있다.
버너 이외에, 연료 셀 어셈블리는 선택적으로 연료 셀 서브-스택에 열을 제공하기 위한 저항성 가열요소를 포함할 수도 있다. 이 저항성 요소는 전기동력 공급원에 결합되고 그리고 연료 셀 서브-스택의 부근에 위치한다.
도 1 은 4 개의 독립제어형 서브-스택들을 가지는 마이크로 SOFC 스택의 1 구현예의 반응배관도로서, SOFC 스택안에서 연료와 산화제 흐름관계를 예시한다.
도 2(a) 및 (b) 는 도 1 에 예시한 SOFC 스택의 서브-스택 중 하나의 스택에 대한 상세도로서, 도 2(a) 는 수소버너 가열요소를 가지는 서브-스택을 보여주고, 도 2(b) 는 전기 저항성 가열요소를 가지는 서브-스택을 보여준다.
도 3 은 도 1 의 SOFC 스택을 위한 컨트롤러로서 연료 셀 시스템에서의 컨트롤러, 센서, 서브-스택의 액튜에이터 및 기타 성분들간의 연통관계를 예시한다.
도 4 는 컨트롤러에 의해 수행되는 부하추종동작전략을 예시하는 컨트롤러 동작 흐름도이다.
도 5 는 온도운영전략에 의해 수행되는 부하추종동작전략을 예시하는 컨트롤러 동작 흐름도이다.
도 6 은 컨트롤러에 의해 수행된 서브-스택 셧-다운(shut-down)절차를 예시하는 컨트롤러 동작 흐름도이다.
도 1 에 따른 본 발명의 1 구현예에 의하면, 연료 셀 시스템(1)은 마이크로-SOFC 스택(10)을 포함하고 이 스택(10)은 순차로 다수의 마이크로 관형 고체 산화물 연료 셀(12)들을 포함한다. 이들 연료 셀(12)은 0.5 내지 5㎜ 사이의 직경을 가지는 것으로 본 출원인 명의의 PCT/CA01/00634호 및 PCT/CA03/00059호에 교시된 방법에 따라 제조된다. 그러나, 서로 동일하거나 상이한 기술로 제조된 극소형 또는 대형 연료 셀들을 가지는 연료 셀 시스템은 환경이 요구하는 바에 따라 제조될 수 있다. 특히, 연료 셀(12)은 긴밀한 접촉상태를 이룬 3개의 관형층, 즉, 다공성의 전자적 및 이온적 전도성을 지닌 양극 내부층, 조밀한 세라믹 전해질의 중간층, 및 다공성의 전자적 및 이온적으로 전도성을 지닌 음극 외부층을 가진다.
연료 셀(12)은 다수의 서브-스택(14)으로 그룹지어진다. 이 구현예에 있어, 스택(12)은 각기 2개, 3개, 3개 및 4개의 연료 셀(12)을 가지는 4개의 서브-스택(14)을 포함한다. 그러나, 서브-스택(14)의 수 및 각 서브-스택(14) 안에 있는 연료 셀(12)의 수는 시스템의 동력요구에 따라 변경가능하다. 서브-스택(14)은 스택(10)에 시리즈상태로 전기 결합되며; 선택적으로, 서브-스택(14)은 평행하게 전기적으로 결합되거나, 또는 시리즈로 결합(도시하지 않았음)될 수 있다. 스택(10) 은 랩톱 컴퓨터(laptop computer)와 같이, DC 부하에 연결되어 DC 동력을 제공하는 1 쌍의 리드(도시하지 않았음)를 갖는다. 선택적으로, 시스템(1)은 시스템(1)이 A/C 동력기구에 파워를 가하도록 의도되었을 때 스택 리드에 결합되는 DC/AC 컨버터를 포함할 수 있다.
도 2(a) 및 2(b) 에 관해 설명하면, 이 도면에서는 서브-스택(14)이 산화제 공급포트(18) 및 산화제 배출포트(20)를 갖춘 열적으로 절연된 산화제 챔버(16)를 갖는다. 이 산화제 챔버(16)는 적절한 열절연을 제공하기 위해 Aspen Aerogel 재료로 만들어질 수 있다. 산화제 공급포트(18)에는 산화제 공급도관(21)이 연결된다. 산화제는 공기일 수 있다. 연료 셀(12)은 본 출원인 명의의 PCT 출원인 PCT/CA03/00216호에 교시된 바의 고체상태의 다공성 기포 매트릭스(22) 내부에 매설된다. 이 매트릭스(22)는 전기 전도성 재료로 만들어져서 반응의 음극측에 전류를 수집하는 역할을 하는 물론, 연료 셀(12)에 대해 기계적인 지지기능을 제공한다. 대안적으로, 연료 셀(12)은 종래기술에서 스페이서(도시하지 않았음)와 같은 것으로 알려진 수단으로 산화제 챔버(16) 내부의 제 위치에서 고정될 수 있다. 각 연료 셀(12)은 연료 흡입단 및 연료 배출단을 가지며; 각 연료 셀(12)의 연료 공급단에는 연료 공급도관(23)이 연결되고, 그리고 각 연료 셀(12) 외 연료 배출단에는 연료 배출도관(24)이 연결된다. 대안적으로, 연료 셀들은 단일단(도시하지 않았음)을 가질 수 있으며, 이 경우 연료공급 및 배출도관(23, 24)은 연료 셀(12)의 개방단에 연결된다. 연료는 기체성 수소일 수 있다. 그러나, 기타 액체 상태 또는 기체상태의 연료, 즉, 메타놀, 부탄, 천연가스 및 종래기술에 잘 알려져 사용되는 SOFC 용으로 적절한 기타 탄화수소와 같은 것으로 대체가능하다. 가열요소(26)는 각각의 산화제 챔버(16) 안에 위치하여서 연료 셀(12)을 약 500-850℃, 가급적이면 750-850℃ 범위의 적절한 동작 온도로 가열시키는 데 이용된다. 도 2(a) 에 도시한 바와 같이 가열요소(26)는 수소버너(26)이다. 이 버너(26)는 연료 셀(12)로부터 배출된 비반응 연료를 받아들이는 비반응 연료도관(27)에 연결된다.
다시 도 1 로 되돌아가서, 각 연료 셀(12)을 위한 연료 배출도관(24)은 비반응 연료도관(27)에 결합된다. 이 비반응 연료도관(12)은 각 연료 배출도관(24)으로부터 비반응 연료를 받아들이는 공동 매니폴드를 갖는다. 이 공동 매니폴드는 각 버너(26)에 결합되는 다수의 헤더를 가지며, 각 헤더에는 제어밸브(60)가 위치되고, 각 제어밸브(26)는 비반응 연료도관(27)으로부터 각 버너(26)로의 비반응 연료의 흐름을 제어한다.
각 버너(26)는 종래의 전기 화학적인 배터리와 같이 전기 동력 공급원에 전기적으로 접속된 압전 점화기(piezoeloctric igniter : 도시하지 않았음)를 가진다. 이 점화기는 스파크를 발생시켜 버너(26)를 통과하는 비반응 연료를 점화시키고; 그 결과 연소작용이 열을 발생시켜 서브-스택(14)과 연료 셀(12)을 가열시킨다. 연소생성물과 비반응 연료는 버너(26)로부터 그리고 서브-스택(14)으로부터 시스템(1) 및 배출도관(58)을 통해 배출된다. 그와 같은 수소버너는 당업계에서 잘 알려진 것으로서 여기서는 더 이상 설명을 않을 것이며, 그 일예로 안종민 등의 "Gas-phase and Catalylic Combustion in Heat Recirculation Burners", Proceedings of the Combusion Institute, Vol. 30(2004)에 기술된 형식이 잘 알려 져 있다.
대안적으로 그리고 도 2(b) 에 도시된 바와 같이, 가열요소(26)는 전기동력공급원에 전기 접속된 전기 저항성 요소일 수 있다. 그와 같은 저항성 요소는 도 2(a) 에 도시한 버너(26)와 분리적으로 동작하거나 또는 그와 함께 결합되어 서브-스택(14)에 열을 제공할 수 있도록 한다.
다시 도 1 에 대해 설명한다면, 각 서브-스택(14)의 연료 공급도관(23)은 연료 공급 컨테이너(28)에 연결된다. 이 컨테이너(28)는 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 기체수소 압력탱크, 금속수소화합물 탱크 또는 기타 적당한 수소 컨테이너일 수 있다. 수소가스가 압력 컨테이너(28)로부터 가압상태로 공급되었을 때, 어떠한 수소 펌프도 필요치 않다. 그러나, 고압의 연료 공급압 및/또는 흐름속도가 필요하면, 또는 연료가 적절하게 가압된 컨테이너에 담겨있지 않다면 펌프(도시하지 않았음)가 제공될 수도 있다.
공기팬(29)은 산화제 공급도관(21)과 유체 연통하고 있고, 전기 동력 공급원에 접속되고, 그리고 전기 화학적 반응에 필요한 바로서 각 산화제 챔버에 공기를 이동시킨다.
전기 버퍼(도시하지 않았음)은 연료 셀 스택 및 부하에 전기적으로 결합된다. 버퍼는 당업계에 잘 알려진 바의 재충전형 전기화학 배터리일 수 있는 것으로, 이 버퍼는 부하가 연료 셀(12)이 응답하는 것보다 더 빠른 속도로 증가할 경우에 부하에 동력을 공급하고, 또한 연료 셀(12)에 의해 형성된 동력이 여러 성분에 비해 부족할 때 시스템(1)의 컨트롤러(32), 가열요소(26), 팬(29) 및 기타 성분들에 대한 동력 공급원으로서 역할을 한다. 이 버퍼는 연료 셀(12)에 의해 주기적으로 또는 필요에 따라 재충전된다.
각 연료 공급도관(23)에는 밸브(30)가 설치된다. 각 밸브(30)는 컨트롤러(32) (도3)에 의해 분리적으로 제어되고 아울러 예컨대 솔레노이드 밸브일 수 있으며, 이 밸브는 각 서브-스택(14)에 연료공급을 독립적으로 제어 가능하게 실행한다. 유사하게, 각 산화제 공급도관(21)에도 제어가능한 밸브(34)가 설치되어 각 서브-스택(14)에 산화제의 흐름을 독립적으로 제어가능하게 실행시킨다. 메인 연료밸브(36)는 컨트롤러(32)와 연통하는 것으로 연료 컨테이너(28) 근처의 연료 공급도관(23)상에 놓여 있다. 이 메인 연료 밸브(32)는 연료 컨테이너(28)가 시스템(1)으로부터 제거되었을 때 자동적으로 폐쇄되고, 그리고 시스템(1)이 셧다운, 또는 비상시 컨트롤러(32)에 의해 컨테이너(28)로부터 연료 흐름을 정지시키도록 작동될 수 있는 일 방향 체크 밸브일 수 있다.
도 3 에 관해, 컨트롤러(32)는 각종 센서로부터 데이타를 수령하고 그리고 각종 액튜에이터의 동작을 제어함으로써 연료 셀 시스템(1)의 동작을 제어한다. 이 액튜에이터는 연료 및 산화제 공급도관(21, 23) 중에 있는 제어형 밸브, 메인 연료밸브(36), 버너(26), 팬(29), 및 버퍼스위치(37)를 포함한다. 버퍼스위치(37)는 폐쇄시 버퍼를 부하에 전기적으로 결합시킨다. 센서들은 각각의 서브-스택(14)을 우해 다음의 센서들을 포함한다(다만 도 3 에는 한 서브-스택(14)을 위한 센서들을 도시하였다).
전압센서(40);
전류센서(42);
온도센서(46);
연료흐름미터(48);
산화제흐름미터(50);
연료 압력센서(52) 및
산화제 압력센서(54)
컨트롤러(32)는 또한 연료 컨테이너(28)에 있는 연료 레벨센서 (56)와 연통하고 있다. 이 컨트롤러(32)는 또한 부하와도 연통한다. 부하가 랩톱 컴퓨터인 경우, 컨트롤러(32)는 컴퓨터의 CPU와 연통하고, 그리고 랩톱의 기대된 동작주기를 포함하는 데이타를 수령한다. 예시를 위해, 부하는 본 설명에서는 랩톱 컴퓨터로 하였지만, 시스템(1)은 어떠한 전기 동력장치에도 전기적으로 결합가능하다는 것을 이해하여야 한다.
일반적으로, 컨트롤러(32)는 연료 셀(12)이 허용가능한 전기화학적 반응능력에서 그리고 허용가능한 동작 온도범위내에서 동작하도록 연료 셀 시스템(1)의 동작을 운영한느 프로그램을 갖추고 있다. 특히, 컨트롤러(32)는 적절한 동작온도로 연료 셀(12)을 가열시키므로써 하나 또는 그 이상의 서브-스택(14)중의 연료 셀(12)을 활성화시키고, 그리고 동작온도범위 안에서 활성화된 연료 셀(12)을 유지시키고, 또한 적절한 대기온도로 하나 이상의 비활성 연료 셀(12)을 유지시키는 프로그램을 갖추고 있다. 컨트롤러(32)는 또한 서브-스택(14)의 연료 흐름속도(14)를 목표 동작 범위내로 유지시켜 서브-스택(14)의 연료 셀(12)들이 허용가능한 전기 화학적 반응능력으로 동작하도록 하는 프로그램도 갖추고 있다.
연료 셀 시스템(1)의 허용가능한 전기화학적 반응능력은 ≥60%이며, 이 능력 범위는 당업자에게는 명백히 이해되는 바와 같이 시스템마다 다를 수 있다. 연료 셀 시스템(1)이 60% 이상의 이론적인 능력으로 동작 되기를 바라지만, 그와 같은 이론적인 능력은 결코 도달할 수 없는 것이다. 연료 셀 시스템(1)을 허용가능한 전기화학적 반응능력범위안에서 특히 허용가능한 연료 흐름 속도범위안에서 동작시키는 데 필요한 동작 매개변수를 결정하기 위해, 다음의 가역반응의 기본 열역학적 공식을 고려해야 한다.
능력(능력) = 동력출력량/연료사용량
연료사용량 = 연료공급량 × 연료이용도
따라서, 능력(능력) = 동력출력량/연료공급량 × 연료이용도
연료 셀 시스템(1)의 전기화학적 반응능력은 따라서 적어도 동력 출력량, 연료공급량 및 연료이용도 중 어느 하나를 제어하여야만 가능하나, 스택의 동력출력량은 시간에 따라 변경가능한 외부 부하에 의해 결정된다. 연료공급은 연료 셀(12)로의 연료 흐름의 속도를 제어함으로써 실행가능하다. 그러나, 연료이용도는 직접 제어불가능하다. 그 이유는 그것은 연료 셀 시스템의 구조 및 형태에 따라 다르기 때문이며, 따라서 경험적으로 결정해야만 한다. 따라서, 모든 제어성분을 포함하는 연료 셀 시스템이 구성되었을 때, 측정절차는 연료이용도와 서로 다른 가변치들간의 관계를 결정하여 이행하여야만 한다.
실질적인 동작조건하에서, 도 1 에 도시한 시스템(1)의 이론 연료이용도는 약 80-85%로 기대된다.
연료 사용량은 연료공급, 이를테면 연료 셀(12)로의 연료 흐름을 제어함으로써 실행된다. 따라서, 연료 셀 시스템(1)의 전기화학적 반응능력은 연료공급을 제어함으로써 제어된다. 연료이용도, 및 동력 출력량(연료 셀 시스템(1)에 부과된 부하에 의해 결정된)이 주어졌다면, 컨트롤러(32)는 허용가능한 전기화학적 반응능력 범위안에서 동작시키기 위한, 연료 셀 시스템(1)에 필요한 연료 공급범위를 계산할 수 있다. 부하가 변경될 때, 동력 출력량 및 연료이용도도 변경되고, 결국 필요한 연료 공급범위도 변경될 것이다. 컨트롤러(32)는 따라서 특정부하를 위한 적절한 연료 공급범위를 결정하고, 그리고 적절한 연료 공급범위 안에서 맞는 연료 흐름속도를 조정하는 프로그램을 갖추고 있다.
시작에 따라, 연료 셀(12)은 연료 공급도관(21, 23)을 거쳐 연료 셀(12)로 먼저 연료 및 산화제를 흘러 보냄으로써 작동된다. 연료 셀(12)이 아직 동작온도에 도달하지 않았을 때, 연료는 도달하지 않고 연료 셀(12)로부터 연료 배출도관(24)을 통해 비반응 연료도관(27)으로 흐른다음, 버너(26)로 보내져서 그곳에서 연료를 점화시켜 연료 셀(12)을 따뜻하게 되도록 열을 발생시킨다. 연료 셀(12)이 약 500℃의 온도로 가열되었을 때, 전기화학적 반응이 일어나서 전기가 형성되고 이 전기는 연료 셀 스택(10)의 리드(lead)에 전기적으로 연결된 부하에 공급된다.
시스템 시동 중, 컨트롤러(32)는 다음의 단계를 수행하는 프로그램으로 행해진다. 컨트롤러(32)는 컴퓨터로부터 시작 신호를 수신하고 컨트롤러(32)는 버퍼스위치(37)를 폐쇄시켜 버퍼가 컴퓨터에 동력을 즉시 공급하도록 작동시키며, 그리고 컴퓨터에 의해 버퍼(29)상에 요구된 부하를 결정한다. 컨트롤러(32)는 그 다음 이 요구사항에 부합하는 동력 출력을 제공하도록 작동되는 서브-스택의 수량을 결정하며, 그런다음 선택된 서브-스택(14)의 적절한 수량에 연료 및 산화제 흐름 밸브(30, 34)를 개방시키고, 서브-스택(14)의 적절한 수량은 측정된 부하에 상응하는 허용가능한 연료 공급범위안에 연료 흐름속도가 있도록 작동하는 데 필요한 서브-스택의 수를 계산함으로써 결정되며, 그에 의해 목표 동작능력을 얻게 된다. 이 컨트롤러(32)는 또한 관련된 제어밸브(60)를 개방시키므로써 그리고 관련된 버너(26)용 점화기를 작동시키므로써 선택된 서브-스택용 버너(26)를 작동시키게 된다. 버너(26)는 산화제 챔버(16) 및 연료 셀(12)을 가열시키기 시작한다. 컨트롤러(32)는 활성화된 서브-스택(14)의 내부온도를 모니터링하고 그리고 서브-스택(14)안의 연료 셀(12)이 약 500℃의 최소 동작온도에 도달하는 즉시, 연료 셀(12)안의 전기화학적 반응은 시작되고 전기가 형성된다. 충분한 전기가 요구된 부하에 맞도록 서브-스택(14)에 의해 형성되는 즉시, 버퍼(26)는 버퍼 부하스위치(37)을 개방하므로써 꺼지고, 부하를 위한 동력이 활성 서브-스택(14)에 의해 독점적으로 제공된다.
연료 셀(12)의 온도는 750-850℃의 목표 동작온도 범위에 달하게 되고, 그에 따라 버너(26) 및 연료 셀(12)은 열을 발생하게 된다. 활성시, 연료 셀(12)은 전기 화학적 반응을 위해 연료를 소비하고, 따라서 거의 비반응 연료 버너(26)에 도달하지 않게 되고 결국 버너(26)에 의해 발생되는 열은 별로 없다. 버너(26)로부터의 감소된 열은 전기화학적 반응으로부터 발생된 열에 의해 옵-셋(off-set)된다. 컨트롤러(32)는 연료 셀 전기화학 반응 및 버너(26)가 연료 셀(12)을 목표 동작온도범 위로 유지시키는 것을 보장하도록 프로그램 처리된다. 컨트롤러(32)는 연료 셀(12) 및 버너(26)로의 연료 및 산화제 흐름의 속도를 제어함으로써 이 온도범위로 연료 셀 온도를 유지시킬 수 있다. 상세하게는, 컨트롤러(32)는 팬(29)의 속도를 제어함으로써, 또는 산화제 흐름밸브(34)를 제어함으로써 산화제 흐름속도를 제어한다. 컨트롤러(32)는 이들 연료 셀(12)과 관련된 연료 흐름밸브(30)를 제어함으로써 연료 셀(12)에 대한 연료 흐름속도를 제어하고, 그리고 버너(26)와 관련된 제어밸브(60)를 제어함으로써 버너(26)에 대한 연료 흐름속도를 제어한다.
예컨대, 특정 서브-스택(14)의 연료 셀 온도가 동작 온도범위의 상부한계에 접근하고 있다면, 컨트롤러(32)는 서브-스택(14)에 대한 산화제 흐름속도를 증가시키므로써 서브-스택(14)의 냉각을 증대시킬 수 있고, 그리고/또는 서브-스택 중의 연료 셀(12) 및 버너(26) 중 하나 또는 야자에 대한 연료 흐름속도를 감소시키며, 그에 의해 연료 셀(12) 및/또는 버너(26)의 열 출력을 감소시킨다. 컨트롤러(32)는 아울러 버너(26)를 정지시키므로서 그리고 버너(26)안에 있는 점화기를 끄므로써 또는 버너(26)에 대한 비반응 연료 흐름을 중단하므로써 열출력을 감소시킬 수 있다. 역으로, 특정 서브-스택의 연료 셀(12)에 의해 부가적인 열이 요구될 때, 컨트롤러(32)는 전기 화학반응 및 그에 상응하는 열출력을 증대시키기 위해 산화제 및 연료의 흐름속도 양자를 증가시킬 수 있다.
활성화된 서브-스택(14)의 연료 셀(12)로부터 배출되는 비반응 연료의 속도는 목표 동작온도범위로 서브-스택(14)을 유지시키기 위해 서브-스택(14)의 버너(26)에 필요한 것보다 많은 연료를 제공할 것이라고 예측한다. 대기속으로 과다 비반응 연료를 통기시키는 대신에, 비반응 연료는 상승된 "대기온도(stand-by temperature)"로 이 서브-스택(14)에 있는 연료 셀(12)을 유지시키기 위해 하나 이상의 비활성 서브-스택(14)에 있는 버너(26)로 보내질 수도 있다. 이는 이들 서브-스택(14)의 연료 셀(12)로 하여금 주위 온도로 있는 서브-스택(14)보다 더 빠르게 작용하게끔 한다.
대기온도는 연료 셀(12) 안에서의 전기화학반응이 시작하는 최소온도이하, 즉, 300-500℃, 더 바람직하기로는 약 400℃ 이하로 접근된다. 따라서, 컨트롤러(32)는 목표 동작온도로 활성화된 서브-스택(14)의 버너(26)에 필요한 비반응 연료를 결정하고, 그런다음 이들 버너(26)용의 제어밸브(60)를 작동시키고 그리고 이들 버너(26)에 적당량의 연료를 보낸다. 그 다음, 컨트롤러(32)는 얼마나 많은 비활성 서브-스택(14)이 잔여 비반응 연료와 함께 대기온도로 유지되는가를 결정하고, 그런 다음 이들 서브-스택(14)에 대한 제어밸브(34, 60)가 이들 서브-스택(14)의 버너(26)에 대해 산화제 및 연료를 보내도록 작동시킨다. 이 컨트롤러(32)는 또한 가열된 비활성 서브-스택(14)에 대해 연료 공급밸브를 개방시키고 그리고 이들 서브-스택(14)의 연료 셀(12)을 통해 연료를 흘러보내 그곳에서의 산화를 막도록 한다.
버너(16)는 대부분의 비반응 연료를 연소시키는데 사용된다. 기체 H2가 연료로서 이용된 경우, 연소반응은 매우 빠르고 공기도 아주 풍부하게 되며, 따라서 불연소 배기 H2 연료는 제로가 된다. 메타놀과 같은 연료를 사용할 때, 연료의 불연소 량은 최소가 되어야만 한다. 선택적으로, 대기중으로 불연소 연료의 방출을 막기 위해, 부가적인 "일반적인(general)" 버너(도시하지 않았음)를 버너(16)의 하부 흐름측에 설치시켜 버너(16)에 의해 연소되지 않는 연료를 추가적으로 연소시킬 수도 있다.
대기중인 서브-스택(14)이 활성화될 필요가 있을 때, 컨트롤러(32)는 하나 이상의 비활성 서브-스택(14)에 반응제 흐름을 증가시켜서, 버너(26)들이 목표 동작 온도범위로 연료 셀(12)을 보다 많은 열로서 가열시킨다. 컨트롤러(32)는 그 다음 대기중인 서브-스택(14)용 연료 공급밸브(30)를 작동시켜 연료 셀(12)로의 연료 흐름을 증가시킨다. 전기화학 반응은 그 다음 시작된다.
작동 중 작동부하가 변경될 때, 컨트롤러(32)는 연료 셀 작동변수가 조정되어야 하는지를 결정하고, 그리고 그렇다면 필요한 조정을 가해서 스택 출력이 부하변화를 따르도록 한다.
도 4 에 대해, 컨트롤러(32)는 신규 동작부하를 결정한다. 부하가 증가할 때, 컨트롤러(32)는 버퍼스위치(37)를 폐쇄시키고 그에 의해 신규 동작부하에 맞도록 즉시 동력을 공급하게 된다. 컨트롤러(32)는 그 다음 신규 동작부하에 상응하는 신규의 목표 동작매개변수(이를테면, 연료 흐름속도 및 서브-스택 온도)를 결정하고, 그리고 순간 작동된 서브-스택(14)의 흐름속도 및/또는 온도를 조정하여 연료 흐름속도와 온도가 신규 동작부하에 상응하는 목표 동작범위에 있도록 한다. 목표 동작범위 안에 시스템(1)을 유지하는 조정이 불충분하다면, 그땐 부가적인 서브-스택(14)이 작동된다. 연료 셀(12)이 충분한 동력을 형성하여 신규 부하에 부합하는 즉시, 컨트롤러(32)는 버퍼스위치(37)를 개방시킨다.
부하가 줄어들 때, 그땐 연료 흐름속도를 위한 목표 동작범위도 줄어든다. 컨트롤러(32)는 먼저 활성 서브-스택(14)에 대한 연료 및 산화제 공급밸브(30, 34)를 작동시켜서 그곳에 대한 연료 및 산화제 흐름속도를 감소시키며, 그에 의해 동력 출력은 감소된다. 활성 서브-스택이 그들의 목표 능력범위 밖으로 동력출력의 감소가 있을 만큼 부하가 크게 떨어진다면, 그땐 잔여 서브-스택(14)이 능력적으로 동작할 때까지 컨트롤러(32)가 하나 이상의 서브-스택(14)을 꺼버린다. 서브-스택은 연료 공급밸브(30)을 폐쇄시킴으로써 꺼진다. 버너(26)를 동작시키고 그리고 대기온도로 비활성 서브-스택(14)을 유지시키기 위해 산화제 공급밸브(34) 및 비반응 연료 제어밸브(60)는 개방상태로 유지될 수 있다.
도 5 에 대해, 컨트롤러(32)는 서브-스택(14)내의 온도센서를 모니터링하고 그리고 목표 동작온도범위 안에 서브-스택을 유지하도록 작용을 취한다. 이 구현예에 있어, 목표 동작온도범위는 750-850℃ 범위이다. 어느 활성화된 서브-스택(14)의 온도가 목표 동작온도범위를 초과한다면, 컨트롤러(32)는 먼저 팬(29)의 속도를 증가시키므로써 또는 산화제 공급밸브(34)를 개방시키므로써써 서브-스택(14)을 통해 산화제의 흐름속도를 증대시킨다. 산화제의 흐름은 서브-스택(14)으로부터 열을 수반하므로써 연료 셀(12)을 냉각시키는 역할을 한다. 만약 온도가 여전히 목표 동작온도범위보다 높다면, 컨트롤러(32)는 제어밸브(60)를 작동시켜 버너(14)에 대한 연료 흐름속도를 감소시키고, 그에 의해 버너(14)로부터 열적 출력을 감소시키게 된다. 온도가 여전히 목표 동작온도범위를 초과하고 있다면, 그땐 컨트롤러(32)가 연료 공급밸브(30)를 작동시켜 연료 셀(12)로의 연료 흐름속도를 감소시키고, 연료 셀의 전기적 및 열적 출력량을 줄어들게 한다. 이때 전기적 출력이 열적부하에 좌우되기 때문에, 연료 셀(12)로의 연료 흐름속도의 변화가 전기적 출력을 실질적으로 변화시키지 않는 것으로 기대되며, 그렇지만 열적 출력에 대한 변화는 기대되는 것으로 본다. 선택적으로, 제어밸브(60)는 차단되어 버너 동작을 정지시킬 수 있다.
어느 활성화된 서브-스택(14)의 온도가 신규의 목표 온도범위 이하로 떨어진다면, 컨트롤러(32)는 먼저 연료 및 산화제 공급밸브(30, 34)를 작동시켜 연료 셀(12)로의 연료 및 산화제의 흐름속도를 증대시키고 그에 의해 연료 셀(12)로부터 열적 출력을 증가시키게 된다(이때 전기적 출력의 최소로 증가한다). 부가적인 연료 흐름은 결국 부가적인 비반응 연료를 역용가능하게 하는 것으로, 이는 제어밸브(60)를 거쳐 버너(26)에 보내져서 버너의 열적 출력을 증가시키고 또한 부가적인 열을 제공한다.
도 6 에 대해, 컨트롤러(32)는 서브-스택(14)안에 있는 연료 셀(12)의 전기화학 반응이 정지될 때까지 서브-스택(14)에 대한 연료 흐름을 감소시키므로써 서브-스택(14)을 셧-다운시키는 프로그램으로 되어 있다. 연료 셀(12)이 700℃ 위에 있을 때, 연료 흐름속도는 20% 감소하고, 연료 셀(12)이 700℃ 밑으로 떨어질 때, 연료 흐름속도는 10% 감소한다. 연료 셀(12)이 500℃ 밑으로 떨어질 때, 컨트롤러는 300℃ 이상에서 일어나는 경향이 있는 연료 셀(12)의 공기에 의한 산화 현상을 막는데 충분한 최소 레벨로 연료 흐름속도를 감소시킨다. 선택적으로(도 6 에는 도 시되어 있지 않음), 연료 셀(12)이 400℃ 밑으로 떨어질 때, 컨트롤러(32)는 버너(26)를 작동시켜 약 400℃의 대기온도로 유지시킨다.
이 구현예에 있어, 4개의 서브-스택(14) 각각은 서로 다른수의 연료 셀(12)을 가지며(양자모두 3개의 연료 셀(12)을 가지는 서브-스택 2 및 3 을 제외하고), 그리고 주어진 동작조건을 위해 다른 출력을 발생시킨다. 이는 컨트롤러(32)가 요구된 부하를 위해 적절한 서브-스택(14)을 선택할 수 있도록 하는 것이다. 그러나, 서브-스택(14)의 수 및 각 서브-스택(14)의 연료 셀(12)의 수는 본 발명의 범위안에서 그리고 사용자의 필요에 따라 변경가능하다.
이상, 본 발명의 대표적인 구현예에 대해 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해해야 할 것이다.

Claims (23)

  1. (a) 고체 산화물 연료 셀 스택상의 부하를 결정하는 단계;
    (b) 부하에 맞게끔 선택된 동작능력으로 동력을 공급하기 위해 스택중에서 충분한 수량의 연료 셀 서브-스택을 활성시키는 단계; 및
    (c) 적어도 하나의 서브-스택으로부터 배출된 비반응 연료를 연소시켜 스택 중 적어도 하나의 비활성 서브-스택을 가열시키는 단계로서, 그에 의해 상기 가열된 비활성 서브-스택을 대기온도로 유지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서브-스택의 활성단계가 활성화된 서브-스택을 선택된 동작온도로 가열시키고 그리고 활성화된 서브-스택에 충분한 연료 및 산화제를 공급하여 부하에 맞는 동력을 공급하도록 한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 연소가 각각의 가열된 비활성 서브-스택 안에서 발생하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 활성화된 서브-스택을 가열시키는 단계는 활성화된 서브-스택의 연료 셀에서의 전기화학 반응에 의해 열을 발생시키고 그리고 활성화된 서브-스택에서의 비반응 연료를 연소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 비반응 연료 모두를 연소시키는데 필요한 활성화되고 가열된 비활성 서브-스택의 수량을 결정하고, 그런다음 이를 활성화되고 가열된 비활성 서브-스택에 있는 모든 비반응 연료를 연소시키는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 부하를 모니터링하고 그리고 부하변화가 검출되었을 때, 적어도 하나의 활성화된 서브-스택에 대한 연료 및 산화제 흐름속도를 변경하므로써 스택동력을 부하변화에 따르도록 변경시키는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 적어도 하나의 활성화된 서브-스택에 대한 연료 및 산화제 흐름속도의 증가에 의해 스택동력이 충분히 변화하지 않았을 때 적어도 하나의 가열된 비활성 서브-스택을 활성화시키는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 활성화된 서브-스택의 온도를 모니터링하 고 그리고 그 온도가 선택된 동작 온도범위 밖에 있을 때 온도가 범위의 상부 온도한계를 초과할 때는 상기 모니터링된 활성화된 서브-스택에 연소용 비반응 연료의 공급을 줄이고, 그리고 온도가 범위 중 하부온도 한계 밑으로 떨어질 때는 모니터링된 활성화된 서브-스택에 연소용 비반응 연료의 공급을 증가시키는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 활성화된 서브-스택의 온도를 모니터링하고 그리고 그 온도가 선택된 동작 온도범위 밖으로 있을 때 온도가 범위의 상부 온도한계를 초과할 때는 상기 모니터링된 활성화된 서브-스택의 연료 셀에 대한 연료 및 산화제의 공급을 줄이고, 그리고 온도가 범위 중 하부온도 한계 밑으로 떨어질 때는 모니터링된 활성화된 서브-스택의 연료 셀에 대한 연료 및 산화제의 공급을 증가시키는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 가열된 비활성 서브-스택의 연료 셀에 대해 연료를 흘려보내고, 그리고 연소를 위해 가열된 비활성 서브-스택으로부터 배출된 비반응 연료를 사용하는 것을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 셀 스택의 동작 제어방법.
  11. 선택된 능력으로 그리고 동작 온도범위 안에서 부하에 동력을 공급하기 위한 것으로서,
    (a) 다수의 연료 셀 서브-스택에 있어 각 서브-스택은 적어도 하나의 고체 산화물 연료 셀 및 버너를 가지며, 각 서브-스택에 있는 각 연료 셀은 산화제 공급원 및 연료 공급원에 결합된 상기 다수의 연료 셀 서브-스택;
    (b) 각 서브-스택에 있는 각 연료 셀 및 버너에 결합되어서, 한 서브-스택의 연료 셀로부터 배출된 비반응 연료가 관통하여 흐를 수 있게 되고 그리고 서브-스택을 가열시키기 위해 하나 이상의 서브-스택 중의 버너에 향해질 수 있도록 한 비반응 연료 도관;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  12. 제 11 항에 있어서, 연료 셀 및 버너에 대한 연료 및 산화제의 흐름을 제어하는 액튜에이터, 및 상기 엑튜에이터와 연통하는 컨트롤러를 아울러 포함하고, 상기 컨트롤러는 연료 셀이 선택된 능력으로 동작하게끔 활성 서브-스택의 연료 셀에 산화제 및 연료의 흐름을 제어할 수 있는 구조를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 연료 셀 및 버너에 대한 연료 및 산화제의 흐름을 제어하는 액튜에이터, 및 상기 액튜에이터와 연통하는 컨트롤러를 아울러 포함하고, 상기 컨트롤러는 연료 셀과 버너에 의해 발생된 열이 연료 셀을 선택된 동작 온도범위 안으로 유지시키는 데 충분하도록 활성 서브-스택의 버너 및 연 료 셀에 대한 산화제 및 연료의 흐름을 제어할 수 있는 구조를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  14. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 활성 서브-스택으로부터 활성 서브-스택의 버너로의 비반응 연료의 흐름을 제어하는 구조를 아울러 갖추어서, 하나 이상의 비활성 서브-스택이 버너에 의해 대기 온도까지 가열되도록 한 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  15. 제 11 항에 있어서, 각 서브-스택의 적어도 하나의 연료 셀이 연속적인 고체상태의 다공성 기포 매트릭스에 매설된 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  16. 제 15 항에 있어서, 각 서브-스택의 적어도 하나의 연료 셀이 열절연 하우징에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  17. 제 11 항에 있어서, 전기 동력 공급원에 결합하고 그리고 연료 셀 서브-스택의 부근에 위치하여서 연료 셀 서브-스택에 열을 제공하는 저항성 가열요소를 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  18. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 활성 및 가열된 비활성 서브-스택의 있는 모든 비반응 연료를 연소시키는 데 필요한 활성 및 가열된 비활성 서브-스택의 수를 결정하는 구조를 아울러 갖춘 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  19. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 부하를 모니터링 하고 그리고 부하변화가 검출될 때 적어도 하나의 활성 서브-스택에 대한 연료 및 산화제 흐름속도를 변경시켜 스택 동력이 부하변화를 따르도록 한 구조를 아울러 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  20. 제 19 항에 있어서, 컨트롤러가 적어도 하나의 활성 서브-스택에 대한 연료 및 산화제의 흐름속도 증가에 의해 스택 동력이 충분히 변화되지 않을 때 적어도 하나의 가열된 비활성 서브-스택을 활성화 되도록 하는 구조를 아울러 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  21. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 적어도 하나의 활성화된 서브-스택의 온도를 모니터링하고 그리고 그 온도가 선택된 동작 온도범위 밖에 있을 때 온도가 범위의 상부 온도한계를 초과할 때는 상기 모니터링된 활성화된 서브-스택에 연소용 비반응 연료의 공급을 줄이고, 그리고 온도가 범위 중 하부온도 한계 밑으로 떨어질 때는 모니터링된 활성화된 서브-스택에 연소용 비반응 연료의 공급을 증가시키는 구조를 아울러 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  22. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 적어도 하나의 활성화된 서브-스택의 온도를 모니터링하고 그리고 그 온도가 선택된 동작 온도범위 밖에 있을 때 온도가 범위의 상부 온도한계를 초과할 때는 상기 모니터링된 활성화된 서브-스택의 연료 셀에 대한 연료 및 산화제 공급을 줄이고, 그리고 온도가 범위 중 하부온도 한계 밑으로 떨어질 때는 모니터링된 활성화된 서브-스택의 연료 셀에 대한 연료 및 산화제의 공급을 증가시키는 구조를 아울러 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
  23. 제 13 항에 있어서, 컨트롤러가 활성 서브-스택의 버너로부터 요구된 열을 결정하고 그런다음 활성 서브-스택의 버너에 충분량 양의 비반응 연료를 보내서 요구된 열을 제공하도록 하고, 그런다음 나머지 비반응 연료를 적어도 하나의 비활성 서브-스택에 보내서 대기온도까지 가열시키는 구조를 아울러 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 연료 셀 어셈블리
KR1020067007690A 2003-10-21 2004-10-21 고체 산화물 연료 셀의 동작제어방법 및 장치 KR20060086950A (ko)

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