KR20110031228A - 연료 전지 디바이스에 대한 방법 및 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 에너지를 생성하는 연료 전지 디바이스 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 연료 전지 애노드 (100) 및 캐소드 (102), 애노드 및 캐소드 사이에서 이온들을 운반하기 위한 전해질 (104), 및 애노드로부터 캐소드로 이동하는 전자들을 위한, 전해질로부터 분리된 통로 (108) 를 포함한다. 연료 전지 디바이스에 있어서, 탄소의 형성을 방지하기 위한 제어 장치가 실현되며, 제어 장치는, 연료의 피드백 (109) 재순환을 위해 화학적 반응의 열역학적 평형에 기초하여 하나 이상의 열역학적 평형 모델들을 산출하기 위한 산출 수단 (110); 및 재순환시 측정 값들을 적어도 전류 및 연료 유속으로부터 생성하고, 연료의 조성을 산출을 통해 결정하고, 상기 측정 값들 및 연료 조성을 이용하여 재순환되는 연료에 대한 열역학적 평형 모델에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출하며, 그리고 필요하다면, 상기 환산 값들을 생성하는 상기 산출을 반복하고 이를 통해서 연료 조성의 산출이 충분히 정확하게 수렴되게 결정될 수 있도록 하고 상기 환산 값들을 이용하여 연료 전지 디바이스의 동작이 열역학적 평형 모델에 따라 안정성 한계 이내에서 유지되게 설정될 수 있도록 하기 위한, 연료 전지의 애노드 (100) 를 통해 피드백 구성으로 연료를 재순환하는 것에 의해 재순환을 구현하기 위한 수단 (110, 112) 을 포함한다.
Description
연료 전지는 전기 에너지를 생성하기 위한 반응 물질이 공급되는 전기화학 디바이스이다.
도 1은 애노드 측 (100) 및 캐소드 측 (102) 과, 그 사이의 전해질 (104) 을 포함하는 연료 전지를 나타낸다. 연료 전지 디바이스에 공급되는 반응 물질은 발열 반응의 결과로서 전기 에너지 및 물이 생성되는 프로세스를 수행한다. 고체 산화물 연료 전지 (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) 들에서, 캐소드 측에 공급되는 산소는 캐소드로부터 전자를 수용하며, 즉 음의 산소 이온으로 환원되며, 음의 산소 이온은 전해질을 통해 애노드로 이동되어, 적용된 연료와 결합하고, 물과 이산화 탄소를 생성한다. 애노드 및 캐소드 사이에 외부 전기 회로가 있으며, 외부 전기 회로를 통해 전자들이 캐소드로 전달된다.
메탄과 같은 천연 가스들 및 고급 탄소 화합물을 함유하는 가스들이 SOFC 의 연료로 통상적으로 사용되지만, 이 가스들은 탄소 형성, 즉 코킹 (coking) 을 방지하기 위해서 연료 전지로 공급하기 이전에 전처리되어야 한다. 코킹에서, 탄화수소는 열적으로 분해하고, 연료 전지 디바이스의 표면에 부착하고 니켈 입자와 같은 촉매 상에 흡착되는 탄소를 생성한다. 코킹시 생성된 탄소는 연료 전지 디바이스의 활성면의 일부를 코팅하고, 이로써 연료 전지 프로세스의 반응성을 상당히 저하시킨다. 탄소는 심지어 연료 통로를 완전히 차단할 수도 있다.
따라서, 코킹 방지는 연료 전지의 긴 서비스 수명을 확보하기 위해 중요하다. 코킹 방지는 또한 촉매, 즉, 반응을 가속화하기 위해 연료 전지에서 사용되는 물질 (니켈, 백금 등) 을 절약한다.
가스 전처리는 물을 필요로 하고, 물은 연료 전지 디바이스에 공급된다. 산소 이온 결합시 생성되는 물과 연료, 즉, 애노드 상의 가스도 또한 가스의 전처리시 사용될 수 있다.
피드백 구성으로 애노드를 통해 재순환되는 가스의 조성은, 종래의 가스 전처리가 성공적이기 위해서 충분히 정확하게 알려져야 한다. 특히 산소/탄소 (O/C) 비, 또한 어느 정도의 수소/탄소 (H/C) 비가, 탄소 형성의 가장 위험한 반응 환경을 피하기 위해서 제어되어야 한다.
종래 문제는, 프로세스를 위한 적절한 방식으로 가스의 전처리의 실행을 보장할 수 있도록 하기 위해서, 가스 전처리가, 재순환될 가스의 구성성분을 결정하기 위한, 복잡하고 고가인 온라인 측정 장치, 예컨대, 가스 크로마토그램의 사용을 필요로 한다는 것이다.
본 발명의 목적은 복잡하고 고가인 연속식 측정 장치없이 안전한 동작 한계 내에서 유지될 수 있는 연료 전지 구현을 제공하는 것이다. 이것은, 전기 에너지를 생성하기 위한 연료 전지 디바이스 장치에 의해 달성되며, 이 연료 전지 디바이스 장치는 적어도 하나의 연료 전지 애노드 및 캐소드, 애노드 및 캐소드 사이에서 이온들을 운반하기 위한 전해질, 그리고 애노드로부터 캐소드로 이동하는 전자를 위한, 전해질로부터 분리된 통로를 포함한다. 연료 전지 디바이스에 있어서, 탄소의 형성을 방지하기 위한 제어 장치가 실현되며, 이 제어 장치는, 연료의 피드백 재순환을 위해 화학적 반응의 열역학적 평형에 기초하여 하나 이상의 열역학적 평형을 산출하기 위한 산출 수단; 그리고 적어도 전류 및 연료 유속으로부터 재순환시 측정 값들을 생성하고, 연료의 조성을 산출을 통해 결정하고, 상기 측정 값들 및 연료 조성을 이용함으로써 재순환되는 연료에 대한 열역학적 평형 모델에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출하며, 그리고 필요하다면, 상기 산출을 반복하여 환산 값들을 생성하고 이를 통해서 연료 조성의 산출이 충분히 정확하게 수렴되도록 결정될 수 있게 하고 상기 환산 값들을 이용함으로써 상기 연료 전지 디바이스의 동작이 상기 열역학적 평형 모델에 따라 안정성 한계 이내에서 유지되도록 설정될 수 있게 하기 위해, 연료 전지 애노드를 통해 피드백 구성으로 연료를 재순환하는 것에 의해 재순환을 구현하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명은 또한, 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 이온이 연료 전지의 애노드 및 캐소드 사이의 전해질을 통해 운반되고 전자가 전해질로부터 분리된 통로를 통해서 애노드에서 캐소드로 운반된다. 이 방법에서, 탄소의 형성을 방지하기 위해서 하기의 단계들이 수행된다: 화학적 반응의 열역학적 평형에 기초하여 하나 이상의 열역학적 평형 모델이 연료의 피드백 재순환을 위해 산출되는 단계; 및 적어도 전류 및 연료 유속으로부터 재순환시 측정 값들을 생성함으로써, 연료의 조성을 산출을 통해 결정함으로써, 측정 값들 및 연료 조성을 이용하여 재순환되는 연료에 대한 열역학적 평형 모델에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출함으로써, 그리고 필요하다면, 상기 산출을 반복하여 환산 값들을 생성하고 이를 통해서 연료 조성의 산출이 충분히 정확하게 수렴되도록 결정될 수 있게 하고 상기 환산 값들을 이용하여 연료 전지 디바이스의 동작이 열역학적 평형 모델에 따라 안정성 한계들 이내에 유지되도록 설정되게 함으로써, 연료의 재순환이 연료 전지 애노드를 통해 피드백 구성으로 수행되는 단계.
본 발명은, 연료 전지 프로세스의 열역학적 평형, 및 산소 및 탄소 사이의 원하는 비에 기초하여, 적어도 전류 및 연료 유속의 값을 알려진 값으로 설정한, 다양한 화학적 반응의 열역학적 평형 모델들이 산출된다는 사실에 기초한다. 연료의 조성은 산출을 통해 결정된다. 상기 평형 모델들은 연료 전지 프로세스에서의 연료의 피드백 재순환에서 이용되며, 여기서 적어도 연료 유속 및 전류에 대해 생성된 측정 값들, 및 산출을 통해 결정된 연료 조성에 기초하며, 그리고 하나 이상의 열역학적 평형 모델들은 산출을 통해 안정성 한계 이내에서 유지되는 연료 전지 프로세스의 동작 모드를 찾을 수 있다.
본 발명에 의한 구현은, 별도의 물 공급을 요구하지 않고 피드백 구성으로의 안전한 연료의 재순환을 가능하게 하고, 동시에 연료의 이용률을 증가시키며, 즉 연료 전지 프로세스에서의 전기 에너지 생성의 효율을 개선시킨다. 본 발명의 다른 이점은, 복잡하고 고가인 연속식 온라인 측정 장치, 예컨대 가스 프로마토그램의 이용을 요구하지 않는 구현에서, 코킹이 방지되는 연료 전지 디바이스의 안전한 사용이 가능하다는 것이다.
도 1은 종래 기술의 연료 전지에 의한 구현을 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 연료 전지 디바이스의 구현을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 연료 전지 디바이스의 구현을 나타낸다.
연료 전지는 고효율 및 친환경적인 방식으로 전기 에너지를 생성하기 위해 사용될 수 있는 전기화학 디바이스이다. 연료 전지 테크놀로지는 에너지 생성의 가장 전도 유망한 미래 형태 중 하나로 간주된다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 SOFC 디바이스, 즉, 고체 산화물 연료 전지 디바이스에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 SOFC 디바이스를 나타내며, 그 연료로서 예를 들어, 천연 가스, 바이오가스 또는 메탄올 또는 탄화수소를 함유하는 다른 화합물을 이용할 수 있다. 도 2에 도시된 연료 전지 디바이스 장치는 판상 연료 전지를 포함하며, 각 연료 전지는 도 1에 도시된 바와 같이 애노드 (100) 및 캐소드 (102) 를 포함하고, 도 2 에서 연료 전지는 스택 형성 (103)(SOFC 스택) 으로 조합된다. 연료는 애노드를 통해서 피드백 구성으로 재순환된다. 연료 전지 애노드 및 캐소드 사이에는 전해질 (104) 이 있다. 캐소드 측 (102) 에 캐소드로부터 전자를 수용하는, 즉, 음의 산소 이온으로 환원되는, 산소가 공급되며, 음의 산소 이온은 전해질을 통해서 애노드로 이동되며, 여기서 산소 이온은 적용된 연료와 결합하여 물과 이산화 탄소를 제공한다. 애노드 및 캐소드 사이에는 별도의 통로 (108), 즉, 외부 전기 회로가 있으며, 그것을 통해서 전자, 즉 전류가 부하를 통해서 캐소드로 이동된다.
도 2에 도시된 연료 전지 디바이스 장치는 연료 열 교환기 (105) 및 개질기 (107) 를 포함한다. 열 교환기는 연료 전지 프로세스의 열 균형을 제어하기 위해 사용되고, 그 중 여러 개가 연료 전지 디바이스에서 상이한 위치에 있을 수 있다. 재순환된 가스에서의 과잉 열 에너지는 지역 난방 네트워크 (district heating network) 에서 또는 연료 전지 디바이스에서의 다른 곳에서 사용하기 위해 열 교환기에서 회수된다. 이로써 열을 회수하는 열 교환기가 도 2에 도시된 것과 상이한 위치에 있을 수도 있다. 개질기는 연료, 예컨대 천연 가스를 연료 전지에 적합한 형태로, 즉, 예를 들어 1/2 의 수소 및 나머지의 메탄, 이산화 탄소 및 비활성 가스들을 함유하는 가스 혼합물로 변환시키는 디바이스이다. 하지만, 개질기가 모든 연료 전지 구현에 필요한 것은 아니며, 미처리된 연료가 또한 연료 전지 (103) 에 직접 공급될 수도 있다.
연료 전지 (103) 의 애노드들 (100) 상에서 연소된 연료의 일부분만이 피드백 장치 내의 애노드들을 통해서 재순환되고, 따라서 도 2 는 애노드들 (100) 로부터 연료의 나머지의 소진 (114) 을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 연료 전지 디바이스의 사용은, 탄소 형성을 방지하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는 산출 수단 (110) 으로서, 애노드 (100) 를 통한 연료의 피드백 (109) 재순환을 위해서 화학적 반응의 열역학적 평형에 기초하여 하나 이상의 평형 모델을 산출하기 위한 컴퓨터를 포함한다. 상기 산출 프로세스는, 예를 들어, 프로그래머블 로직 (PLC, Programmable Logic Controller) 또는 다른 프로세서-기반 컴퓨터인, 제어 컴퓨터 (110) 를 통해 연료 전지 프로세스와 연결하여 수행될 수 있다. 산출 프로세스는 또한 연료 전지 디바이스 자체 이외의 다른 곳에 배치될 수도 있는 컴퓨터의 프로세서 상에서, 사전의 산출 (advance calculation) 로서 수행될 수 있다.
사전의 산출 프로세스에 의해서 열역학적 평형 모델들의 형태로 프로세스의 열역학적 평형 곡선이 생성될 수 있다. 이러한 종류의 산출은 상대적으로 느리고, 많은 컴퓨터의 프로세싱 커패시티를 요구하며, 이 컴퓨터는 예를 들어 연료 전지 제작 회사의 제품 개발 부서에 위치될 수 있다.
산출 프로세스는, 전력-생성 연료 전지 프로세스의 산출에 있어서, 별도의 외부 물의 공급과 함께, 연료 전지 디바이스에서 필요한 전류 및 물의 유속이 알려진 값으로 주어진다는 사실에 기초한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 연료 전지 디바이스의 높은 동작 온도로 인해, 연료 전지 프로세스의 온도를 알려져 있는 값으로서 제공하는 것이 필요하지 않다. 다른 알려져 있는 값은, 연료, 예를 들어 천연 가스의 유속이고; 바람직하게는 재순환의 총 유속이다. 상이한 화학적 반응에 대해, 각 온도에서, 열역학적 평형 모델로서 역할을 하는 열역학적 평형 곡선을 찾을 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 연료 전지 디바이스의 동작에서, 필수적인 화학적 반응은, 예를 들어, 캐소드 상에서의 음의 산소 이온으로의 산소의 환원 및 애노드 상에서의 적용된 연료와 산소 이온의 결합이며, 이 결합은 물 및 이산화 탄소를 제공한다. 이미 주어진 값들은, 연료 전지 디바이스 프로세스 중 상이한 온도에서의 산소 및 탄소 사이의 함유비에 대한 최적 값들 중 일부에 대해 문헌에서 찾을 수 있으며, 이를 통해서 탄소의 형성이 최소화된다. 문헌에서는, 또한 산출 방법들을 찾을 수 있고, 이를 통해서 상이한 연료 조성들에 대한 산소 및 탄소의 함유비에 대해 보다 최적인 값들이 산출될 수 있다. 연료 전지 프로세스에 있어서, 프로세스가 탄소 형성 영역 밖에서 유지되는 것을 보장하기 위해서, 물 양의 유속을 충분히 높게 유지하는 것이 중요하다. 사전의 산출로서 또는 연료 전지 프로세스와 함께 실시간으로 수행되는 산출 프로세스는, 알려져 있는 온도에서, 연료 전지 프로세스의 화학적 반응에 대한 열역학적 평형 모델을 산출하기 위한 산출시, 상기 주어진 알려져 있는 값들을 사용함으로써 수행된다. 사전의 산출시, 평형 곡선은 다양한 흐름 값들, 예컨대 재순환 흐름 값들에 대해서도 생성될 수 있다. 하지만, 여러가지 평형 곡선을 산출하는 것이, 본 발명에 의한 구현을 성공적으로 하기 위해서 필요한 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 산출 프로세스에서는, 물의 공급 흐름, 연료의 공급 흐름 및 전류가 x, y 및 z 축들인 삼차원 (3D) 매트릭스가 사전의 산출에 의해 형성되고, 화학적 반응에서 생성된 성분들의 질량 백분율은 매트릭스에서의 x, y 및 z 축들의 엘리먼트들이다. 매트릭스의 차원 및 변수의 개수를 감소시키기 위해서, 예를 들어, 다항식 (polynome) 이 시스템 산출시 사용하기 위한 결과 데이터에 적용될 수도 있다. 이 방식으로, 본 발명에 따라서 연료 전지 디바이스를 동작시키기 위해 필요한, 충분히 정확한 제어 데이터가 생성될 수 있고, 제어 컴퓨터 (110) 를 이용한 실시간 산출이 가능해진다. 또한, 다항식을 결과 데이터에 적용하는 것은, 순간적인 효과를 통해서 연료 전지 프로세스에 통상적으로 영향을 주는 인자인, 전류를 3D 매트릭스로부터 제거하는 것을 가능하게 한다. 하지만, 열역학적 평형 모델이 연료 전지 프로세스의 실시간으로 산출되는 경우, 상기 삼차원 매트릭스의 형성이 반드시 요구되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 구현에서, 제어 컴퓨터 (110) 가 재순환을 실현하기 위한 수단으로서 사용되고, 그 컴퓨터 상에 사전의 산출에 의해 생성된 열역학적 평형 곡선이 기록되거나 또는 그 컴퓨터를 통해서 연료 전지 프로세스의 실시간 열역학적 평형 모델이 산출된다. 재순환을 실현하는 수단 (110, 112) 은, 피드백 구성으로 연료를 재순환하고, 그리고 측정 수단 (112) 으로 측정하여 연료 유속, 전류, 및 가능하게는 또한 물 유속, 온도 및 다른 인자들의 측정 값들을 생성한다. 연료 조성에 대해 요구되는 정보, 예컨대, 산소 및 탄소 사이의 함유 비는 제어 컴퓨터 (110) 에 의한 산출을 통해 결정된다. 하기 단계에서는, 제어 컴퓨터 (110) 가 사용되어, 상기 측정 값들 및 산출된 산소/탄소 비를 적용함으로써 재순환된 연료에 대한 실시간 열역학적 평형 모델 또는 사전의 산출 평형 곡선에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출한다. 상기 산출은, 수렴된 상태가 도달될 때까지 반복을 통해 되풀이되며, 여기서 연료의 조성의 산출은 충분히 정확하게, 즉, 피드백 구성으로 연료 전지들로 순환하는 연료의 산소/탄소 비는 산출시 더 이상 변하지 않게 수렴되는 것으로 확인될 수 있다. 이로써 첫 번째 산출 또는 수 회의 반복 산출에서, 환산 값들이 생성되고, 이를 통해 연료 전지 디바이스의 동작 동안 연료의 조성이 수렴되도록 설정될 수 있으며, 즉, 열역학적 평형 모델 또는 평형 곡선에 따라서 안전성 한계 이내에서 유지되는 동작으로 설정될 수 있다. 이 동작에서, 연료의 산소/탄소 함유비는 실질적으로 정확하게 그 원하는 값으로 유지된다.
전류 측정은, 실제로, 산소 이온들의 양, 즉, 산소 플럭스의 측정에 상응한다. 이로써 본 발명에 의한 구현시 요구되는 측정 수단 (112) 은 기본적인 측정 테크놀로지를 나타낸 저가의 디바이스들, 즉, 유량계, 전류계 및 온도계이며, 이것은 어느 경우나 연료 전지 디바이스와의 연결시 요구된다. 연료 조성에 대해 요구되는 정보는 산소/탄소 비이며, 이것은 소정의 안정성 한계에 기초하여 환산 단계에서 산출된다. 연료 순환들 사이의 시간 차는, 예를 들어, 단지 20 ms 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연료 전지 프로세스의 온도가 변할 때, 연료 전지 디바이스의 동작은, 새롭게 바뀐 온도에 부합하는 열역학적 평형 곡선 또는 평형 모델로의 새로운 환산 단계에 의해 제어 컴퓨터 (100) 를 이용하여 조절될 수 있다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 이것이 SOFC 연료 전지 디바이스의 높은 동작 온도로 인해 필요하지 않다. 오히려, 연료 유속, 전류 또는 가능하게는 외부에서 배열되는 물 유속에서 변화가 발생하는 경우, 새로운 환산 단계는 SOFC 에 있어서 문제가 된다. 이 방식으로, 변화가 발생하는 경우에도, 연료 전지 디바이스의 동작이 안정성 한계 이내에서 그대로 유지된다. 본 발명에 의한 환산 단계는 아주 빠르게 수행될 수 있어, 연료 전지 디바이스의 전기 에너지 생성 프로세스와 관련하여 수행될 수 있다.
본 발명에 의한 연료 전지 디바이스는, 예를 들어, 동작 온도 750 ℃ (하지만, 상기 온도 또는 전력 소요량에 한정되지 않음) 에서 1 MV 이하의 전력 소요량으로 전력을 생성할 수 있고, 전력 공급 시스템 및 지역 난방 네트워크 양자에 연결될 수도 있으며, 이는 연료 전지 디바이스의 동작으로부터 방출된 열 에너지를 회수한다.
상기의 본 발명의 상세한 설명에서 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 상세한 설명 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에서의 구체화된 한계 내에서 수정될 수도있다.
Claims (10)
- 전기 에너지를 생성하는 연료 전지 디바이스 장치로서,
적어도 하나의 연료 전지의 애노드 (100) 및 캐소드 (102), 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에서 이온들을 운반하기 위한 전해질 (104), 및 상기 애노드로부터 상기 캐소드로 이동하는 전자들을 위한, 상기 전해질로부터 분리된 통로 (108) 를 포함하고,
상기 연료 전지 디바이스에 대해 탄소의 형성을 방지하기 위한 제어 장치가 실현되며,
상기 제어 장치는,
- 연료의 피드백 (109) 재순환을 위해 화학적 반응들의 열역학적 평형들에 기초하여 하나 이상의 열역학적 평형 모델들을 산출하기 위한 산출 수단 (110), 및
- 적어도 전류 및 연료 유속으로부터 재순환시 측정 값들을 생성하고, 상기 연료의 조성을 산출을 통해 결정하고, 상기 측정 값들 및 상기 연료의 조성을 이용하여 재순환될 상기 연료에 대한 상기 열역학적 평형 모델에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출하며, 그리고 필요하다면, 상기 환산 값들을 생성하기 위한 상기 산출을 반복하고 이를 통해서 상기 연료의 조성의 산출이 충분히 정확하게 수렴되도록 결정될 수 있게 하고, 상기 환산 값들을 이용하여 상기 연료 전지 디바이스의 동작이 상기 열역학적 평형 모델에 따라 안정성 한계들 이내에서 유지되도록 설정될 수 있게 하기 위해, 상기 연료 전지의 애노드 (100) 를 통해 피드백 구성으로 연료를 재순환하는 것에 의해 재순환을 구현하기 위한 수단 (110, 112) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 디바이스 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 사전의 산출에 의해 생성된 열역학적 평형 곡선으로서 열역학적 평형 모델을 산출하기 위한 산출 수단 (110) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 디바이스 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 연료는 탄화수소를 함유하는 화합물들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 디바이스 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 연료 전지 프로세스의 하나 이상의 온도에서 탄소의 형성을 방지하기 위한 측면에서, 탄소 및 산소 사이의 최적 함유비에 기초하여 열역학적 평형 곡선을 산출하기 위한 산출 수단 (110) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 디바이스 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는 물의 공급 흐름, 연료의 공급 흐름 및 전류가 x, y 및 z 축들인 삼차원 매트릭스를 형성하기 위한 산출 수단 (110) 을 포함하고,
상기 화학적 반응들에서 생성되는 성분들의 질량 백분율이 상기 삼차원 매트릭스에서의 x, y 및 z 축들의 엘리먼트들인 것을 특징으로 하는 연료 전지 디바이스 장치. - 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법으로서,
상기 연료 전지의 애노드 (100) 및 캐소드 (102) 사이의 전해질 (104) 을 통해 이온들이 운반되고,
상기 전해질로부터 분리된 통로 (108) 를 통해 전자들이 상기 애노드에서 상기 캐소드로 운반되며,
상기 전기 에너지를 생성하는 방법에 있어서, 탄소의 형성을 방지하기 위해서 하기 단계들:
- 화학적 반응들의 열역학적 평형들에 기초한 하나 이상의 열역학적 평형 모델들이 연료의 피드백 (109) 재순환을 위해 산출되는 단계, 및
- 적어도 전류 및 연료 유속으로부터 재순환시 측정 값들을 생성하고, 상기 연료의 조성을 산출을 통해 결정하고, 상기 측정 값들 및 상기 연료의 조성을 이용하여 재순환될 상기 연료에 대한 상기 열역학적 평형 모델에 기초하여 설정된 환산 값들을 산출하고, 그리고 필요하다면, 상기 환산 값들을 생성하기 위한 상기 산출을 반복하고 이를 통해서 상기 연료의 조성의 산출이 충분히 정확하게 수렴되도록 결정될 수 있게 하고, 상기 환산 값들을 이용하여 상기 연료 전지 디바이스의 동작이 상기 열역학적 평형 모델에 따라 안정성 한계들 이내에서 유지되도록 설정되게 함으로써, 상기 연료의 재순환이 상기 연료 전지의 애노드 (100) 를 통해 피드백 구성으로 수행되는 단계
가 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
열역학적 평형 모델이 사전의 산출에 의해 생성된 열역학적 평형 곡선에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 연료는 탄화수소를 함유하는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 열역학적 평형 곡선은 상기 연료 전지 프로세스의 하나의 이상의 온도에서 탄소의 형성을 방지하기 위한 측면에서, 탄소 및 산소 사이의 최적 함유비에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법. - 제 7 항에 있어서,
물의 공급 흐름, 연료의 공급 흐름 및 전류가 x, y 및 z 축들인 삼차원 매트릭스가 산출에 의해 형성되고,
상기 화학적 반응들에서 생성되는 성분들의 질량 백분율이 상기 삼차원 매트릭스에서의 x, y 및 z 축들의 엘리먼트들인 것을 특징으로 하는 연료 전지 테크놀로지에 의해 전기 에너지를 생성하는 방법.
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