KR20140083981A - 고체 산화물 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

고체 산화물 연료 전지 시스템(10)은 고체 산화물 연료 전지 적재부(12) 및 개스 터빈 엔진(14)을 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 복수개의 고체 산화물 연료 전지(16)들을 포함한다. 개스 터빈 엔진(14)은 콤프레서(24) 및 터빈(26)을 포함한다. 콤프레서(24)는 옥시던트 배출기(60)를 통하여 연료 전지(16)의 캐소드(22)들로 옥시던트를 공급하고, 옥시던트 배출기(60)는 연료 전지(16)의 캐소드(22)들로부터 연료 전지(16)의 캐소드(22)들로의 미사용 옥시던트의 일부에 콤프레서(24)로부터의 옥시던트를 공급한다. 연료 전지 시스템(10)은 추가적인 콤프레서(64), 추가적인 터빈(66), 냉각기(70) 및, 열 회수기(72)를 더 포함한다. 콤프레서(24)는 옥시던트를 냉각기(70)를 통하여 추가적인 콤프레서(64)로 공급하고, 추가적인 콤프레서(64)는 열 회수기(72)를 통하여 옥시던트 배출기(60)로 옥시던트를 공급한다. 고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 배기 개스를 터빈(26)으로 공급하고, 터빈(26)은 열 회수기(72)를 통하여 배기 개스를 공급하여 열 회수기(72)를 통해 유동하는 옥시던트를 가열한다.

Description

고체 산화물 연료 전지 시스템{A solid oxide fuel cell system}
본 발명은 고체 산화물 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 특히 고체 산화물 연료 전지 적재부 및 개스 터빈 엔진을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
국제 출원 공개 WO 2004032273 A2 는 고체 산화물 연료 전지 적재부 및 개스 터빈 엔진을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 개시하는데, 여기에서 고체 산화물 연료 전지 적재부의 캐소드들을 떠나는 미사용 옥시던트의 일부는 고체 산화물 연료 전지 적재부의 캐소드들로 공급되는 새로운 옥시던트와 함께 재순환되어 고체 산화물 연료 전지 적재부의 캐소드들로 공급되는 새로운 옥시던트를 미리 가열한다. 새로운 옥시던트로 구동되는 옥시던트 배출기는 미사용 옥시던트를 고체 산화물 연료 전지 적재부의 캐소드들로 재순환시키는데 이용된다.
이러한 고체 산화물 연료 전지 시스템의 문제점은 개스 터빈 엔진의 콤프레서와 터빈인 팽창기 사이의 옥시던트 배출기의 위치가 매우 커다란 압력 손실을 발생시키고, 이는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 위하여 설계되어야 하는 특정의 개스 터빈 엔진을 필요로 한다는 점이다. 개스 터빈 엔진의 특정한 설계는 고체 산화물 연료 전지 시스템의 전체 비용을 증가시킨다.
따라서 본 발명은 상기 언급된 문제점을 바람직스럽게 감소시키는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 제공하려는 것이다.
따라서 본 발명은 고체 산화물 연료 전지 적재부(solid oxide fuel cell stack) 및 개스 터빈 엔진을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 제공하는데, 고체 산화물 연료 전지 적재부는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지를 포함하고, 각각의 고체 산화물 연료 전지는 전해질, 애노드 및 캐소드를 포함하고, 개스 터빈 엔진은 콤프레서 및 상기 콤프레서를 구동하도록 구성된 터빈을 포함하고, 콤프레서는 옥시던트 혼합기(oxidant mixer)를 통하여 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 옥시던트 혼합기는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로부터 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로의 미사용 옥시던트의 일부에 콤프레서로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 시스템은 추가적인 콤프레서 및, 상기 추가적인 콤프레서를 구동하도록 구성된 전기 모터를 더 포함하고, 콤프레서는 옥시던트를 추가적인 콤프레서로 공급하도록 구성되고, 추가적인 콤프레서는 옥시던트를 옥시던트 혼합기로 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 적재부는 배기 개스를 터빈으로 공급하도록 구성된다.
고체 산화물 연료 전지 시스템은 냉각기 및 열 회수기(recuperator)를 더 포함할 수 있고, 콤프레서는 냉각기를 통하여 추가적인 콤프레서로 옥시던트를 공급하도록 구성될 수 있고, 추가적인 콤프레서는 열 회수기를 통하여 옥시던트 혼합기로 옥시던트를 공급하도록 구성될 수 있고, 고체 산화물 연료 전지 적재부는 배기 개스를 터빈으로 공급하도록 구성될 수 있고, 터빈은 열 회수기를 통하여 배기 개스를 공급하도록 구성될 수 있어서 열 회수기를 통해 유동하는 옥시던트를 가열한다.
콤프레서는 옥시던트의 일부를 냉각기를 통하여 추가적인 콤프레서로 공급하도록 구성될 수 있고, 콤프레서는 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈으로 공급하도록 구성될 수 있다.
열 회수기는 추가적인 콤프레서에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 옥시던트 혼합기로 공급하도록 구성될 수 있고, 열 회수기는 추가적인 콤프레서에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈으로 공급하도록 구성될 수 있다.
냉각기는 콤프레서에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 콤프레서로 공급하도록 구성될 수 있고, 냉각기는 콤프레서에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈으로 공급하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드는 미사용 옥시던트의 일부를 연소기로 공급하도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 애노드는 미사용 연료의 일부를 연소기로 공급하도록 구성되고, 연소기는 연소기 배기 가스의 적어도 일부를 터빈으로 공급하도록 구성된다.
연소기는 연소기 배기 개스의 일부를 터빈으로 공급하도록 구성될 수 있다.
연소기는 연소기 배기 개스의 일부를 열교환기를 통하여 제 1 유동 경로로 공급하도록 구성될 수 있고, 옥시던트 혼합기는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로부터 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로의 미사용 옥시던트의 일부에, 열교환기를 통한 제 2 유동 경로를 통하여 콤프레서로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성된다.
추가적인 콤프레서는 열 회수기를 통하여 추가적인 혼합기로 옥시던트를 공급하도록 구성될 수 있고, 연소기는 연소기 배기 개스를 추가적인 혼합기로 공급하도록 구성되고, 추가적인 혼합기는 열 교환기를 통하여 제 1 유동 경로로 옥시던트 및 연소기 배기 개스를 공급하도록 구성된다.
열교환기는 열교환기를 통한 제 1 유동 경로를 떠나는 옥시던트 및 연소기 배기 개스의 제 1 부분을 연소기로 공급하도록 구성될 수 있고, 열교환기는 열교환기를 통한 제 1 유동 경로를 떠나는 옥시던트 및 연소기 배기 개스의 제 2 부분을 터빈으로 공급하도록 구성된다.
추가적인 콤프레서는 팬 또는 송풍기일 수 있다. 추가적인 혼합기는 추가적인 배출기(ejector)일 수 있다. 옥시던트 혼합기는 옥시던트 배출기일 수 있다.
본 발명은 또한 고체 산화물 연료 전지 적재부 및 개스 터빈 엔진을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 제공하는데, 고체 산화물 연료 전지 적재부는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지를 포함하고, 각각의 고체 산화물 연료 전지는 전해질, 애노드 및 캐소드를 포함하고, 개스 터빈 엔진은 콤프레서 및, 상기 콤프레서를 구동하도록 구성된 터빈을 포함하고, 콤프레서는 옥시던트 배출기를 통하여 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 옥시던트 배출기는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로부터 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지의 캐소드로의 미사용 옥시던트의 일부에 콤프레서로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 시스템은 추가적인 콤프레서 및, 상기 추가적인 콤프레서를 구동하도록 구성된 전기 모터를 더 포함하고, 콤프레서는 추가적인 콤프레서로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 추가적인 콤프레서는 옥시던트를 옥시던트 배출기로 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 적재부는 배기 개스를 터빈으로 공급하도록 구성된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예를 들어 더 자세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료 전지 시스템이다.
도 2 는 본 발명에 따른 다른 고체 산화물 연료 전지 시스템이다.
도 3 은 본 발명에 따른 다른 고체 산화물 연료 전지 시스템이다.
본 발명에 따른 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)은 도 1 에 도시된 바와 같이, 고체 산화물 연료 전지 적재부(solid oxide fuel cell stack, 12) 및 개스 터빈 엔진(14)을 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)를 포함하고, 각각의 고체 산화물 연료 전지(16)는 전해질(18), 애노드(anode, 20) 및 캐소드(cathode, 22)를 포함한다. 애노드(20) 및 캐소드(22)는 전해질(18)의 대향하는 표면들상에 배치된다.
개스 터빈 엔진(14)은 샤프트(28)를 통해 콤프레서(24)를 구동하도록 구성된 콤프레서(24) 및 터빈(26)을 포함한다. 개스 터빈 엔진(14)의 터빈(26)은 샤프트(29)를 통해 전기 발전기(27)를 구동하도록 구성된다.
고체 산화물 연료 전지(16)들의 애노드(20)들에는 예를 들어 수소인 연료가 공급되고, 예를 들어 수소인 연료의 공급부(32)는 도관(34)을 통하여 연료 매니폴드(30)로 연료를 공급하도록 구성된다. 캐소드(22)에는 예를 들어 산소인 옥시던트, 공기등이 옥시던트 매니폴드(36)에 의해 공급되고, 옥시던트 공급부(38)는 옥시던트를 도관(40)을 통하여 옥시던트 매니폴드(36)로 공급하도록 구성된다. 콤프레서(24)는 도관(40)내에 위치되고, 옥시던트 매니폴드(36)로의 옥시던트의 공급을 가압한다.
애노드(20)에는 미사용 연료의 수집 매니폴드(42)가 제공되어 미사용 연료가 그 안으로 배출된다. 미사용 연료 수집 매니폴드(42)는 도관(44,46)들을 통해 도관(34)에 연결됨으로써, 미사용 연료의 일부가 연료 매니폴드(30)로 공급되고, 재순환된다. 연료 배출기(48)는 미사용 연료 수집 매니폴드(42)로부터 연료 매니폴드(30)로의 미사용 연료의 공급 및 재순환을 일으키도록 제공된다. 도관(44,46)들 및 연료 배출기(48)는, 고체 산화물 연료 전지(16)들의 애노드(20)들로부터 고체 산화물 연료 전지(16)들의 애노드(20)들로 미사용 연료를 공급하고 재순환시키는 수단(50)을 형성한다. 연료 배출기(48)는 미사용 연료를 가압하고 연료 매니폴드(30)의 도관(34)을 통하여 연료 공급부(32)에 의해 공급된 연료와 미사용 연료를 혼합한다. 연료 공급부(32)로부터의 연료만이 연료 공급부(32)와 연료 배출기(48) 사이 도관(34)의 제 1 부분(34A)에서 유동한다. 연료 공급부(32)로부터의 연료 및 고체 산화물 연료 전지(16)들의 애노드(20)들로부터의 미사용 연료 일부가 연료 배출기(48)에 의해 혼합된 이후에 도관(34)의 제 2 부분(34B)을 통하여 연료 매니폴드(30)로 공급된다.
미사용 연료 수집 매니폴드(42)는 도관(44) 및 다른 도관(54)을 통하여 연소기(52)에 연결됨으로써 미사용 연료의 제 2 부분은 연소기(52)에 공급된다.
고체 산화물 연료 전지(16)들의 캐소드(22)들에는 미사용 옥시던트 수집 매니폴드(56)가 제공되며, 그 안으로 미사용 옥시던트가 배출된다. 미사용 옥시던트 수집 매니폴드(56)는 도관(58)을 통하여 도관(40)에 연결됨으로써 미사용 옥시던트의 일부가 옥시던트 매니폴드(36)로 공급, 재순환된다. 옥시던트 배출기(60)가 제공되어 미사용 옥시던트 수집 매니폴드(56)로부터 옥시던트 매니폴드(36)로의 미사용 옥시던트의 공급 순환을 일으킨다. 도관(40,58)들 및 옥시던트 배출기(60)는 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)들로부터 고체 산화물 연료 전지(16)들의 캐소드(22)들로 미사용 옥시던트를 공급 순환시키는 수단(61)을 형성한다. 옥시던트 배출기(60)는 미사용 옥시던트를 가압하고, 콤프레서(24)에 의해 도관(40)을 통하여 옥시던트 매니폴드(36)로 공급된 옥시던트와 미사용 옥시던트를 혼합한다. 콤프레서(24)는 옥시던트 배출기(60)를 통하여 고체 산화물 연료 전지(12)들의 캐소드(22)들로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 옥시던트 배출기(60)는 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)들로부터 고체 산화물 연료 전지(16)들의 캐소드(22)들로의 미사용 옥시던트의 일부에 콤프레서(24)로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성된다.
미사용 옥시던트 수집 매니폴드(56)는 도관(58) 및 다른 도관(62)을 통하여 연소기(52)에 연결됨으로써 미사용 옥시던트의 제 2 부분이 연소기(52)에 공급된다.
고체 산화물 연료 전지 시스템(10)은 추가적인 콤프레서(64), 추가적인 터빈(66), 냉각기(70) 및 열회수기(recuperator, 72)를 더 포함한다. 추가적인 터빈(66)은 샤프트(68)를 통해 추가적인 콤프레서(64)를 구동하도록 구성된다. 콤프레서(24)는 도관(40)의 일부(40A), 냉각기(70) 및 도관(40)의 일부(40B)를 통해 추가적인 콤프레서(64)로 옥시던트를 공급하도록 구성된다. 냉각제(C)는 옥시던트가 냉각기(70)를 통해 유동할 때 옥시던트를 냉각시키도록 냉각기(70)로 공급된다. 콤프레서(24)는 냉각기(70)를 통과하지 않으면서, 도관(41)을 통하여 추가적인 터빈(66)으로 옥시던트의 일부를 직접적으로 공급하도록 구성된다. 추가적인 터빈(66)은 콤프레서(24)에 의해 압축된 옥시던트의 일부를 팽창시켜서 추가적인 콤프레서(64)를 구동한다. 콤프레서(24)로부터 냉각기(70)를 통하여 추가적인 콤프레서(64)로 유동하는 옥시던트 대(對) 콤프레서(24)로부터 추가적인 터빈(66)으로 유동하는 옥시던트의 비율은 대략 4:1 이다.
추가적인 콤프레서(64)는 도관(40)의 일부(40C)를 통해 옥시던트를 열회수기(72)로 공급하도록 구성되어 옥시던트를 가열한다. 가열된 옥시던트의 제 1 부분은 열회수기(72)로부터 도관(40)의 일부(40D)를 통해 옥시던트 배출기(60)로 공급되며, 가열된 옥시던트의 제 2 부분은 열회수기(72)로부터 도관(76)을 통해 추가적인 배출기(74)로 공급된다. 연소기(52)는 고온 배기 개스를 도관(78)을 통해 추가적인 배출기(74)의 제 2 유입부로 공급하도록 구성된다. 추가적인 배출기(74)는 열회수기(72)로부터 공급된 옥시던트의 일부 및 연소기(52)로부터의 고온 배기 개스를 혼합한다. 추가적인 배출기(74)의 유출부는 옥시던트 및 배기 개스의 혼합물을 도관(80)을 통해 열교환기(82)로 공급하도록 구성된다. 고온 배기 개스는 열교환기(82)의 제 1 유입부(84)로 공급되고 열교환기(82)내의 제 1 경로(86)를 통해 열교환기(82)의 제 1 유출부(88)로 유동한다. 고온 배기 개스 및 옥시던트의 혼합물의 일부는 열교환기(82)의 제 1 유출부(88)로부터 터빈(26)으로 도관(90)을 통해 공급된다. 고온 배기 개스는 터빈(26)을 구동하고, 다음에 고온 배기 개스는 도관(92)을 통해 열회수기(72)로 유동하며 배기부(94)를 통해 배출된다. 옥시던트 및 고온 배기 개스의 혼합물의 다른 일부는 열교환기(82)의 제 1 유출부(88)로부터 연소기(52)로 도관(96)을 통해 공급된다.
옥시던트 배출기(60)는, 추가적인 콤프레서(64)에 의해 열회수기(72) 및 도관(40)의 일부(40D)를 통해 공급된 옥시던트 및, 옥시던트 수집 매니폴드(56) 및 도관(58)으로부터 공급된 미사용 옥시던트를 도관(40)의 일부(40E)를 통해 열교환기(82)의 제 2 유입부(98)로 공급하고 열교환기(82)내의 제 2 경로(100)를 통해 열교환기(82)의 제 2 유출부(102)로 유동시키도록 구성된다. 추가적인 콤프레서(64)로부터의 옥시던트 및 고체 산화물 연료 셀(16)들의 캐소드(22)들로부터의 미사용 옥시던트의 일부는 다음에 열교환기(82)의 제 2 유출부(102)로부터 옥시던트 매니폴드(36)로 도관(40)의 일부(40F)를 통해 공급된다.
고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 배기 개스를 터빈(26)으로 공급하도록 구성되고, 터빈(26)은 배기 개스를 열회수기(72)를 통해 공급하도록 구성되어 열회수기(72)를 통해 유동하는 옥시던트를 가열한다.
추가적인 콤프레서(64)는 팬 또는 송풍기일 수 있다.
본 발명의 장점은 고체 산화물 연료 전지들의 캐소드들로부터 고체 산화물 연료 전지들의 캐소드들로 미사용 옥시던트를 재순환시키는 옥시던트 배출기에 의해 발생되는 대규모 압력 손실과 함께 작동되는 특정의 개스 터빈 엔진을 개발하기 보다는, 추가적인 콤프레서, 추가적인 터빈, 냉각기 및 열회수기의 사용이 상업적으로 이용 가능한 개스 터빈 엔진의 사용을 허용한다는 점이다. 추가적인 콤프레서는 특히 고체 산화물 연료 전지 시스템으로의 입력부에서, 옥시던트 압력, 공기 압력을 증가시키고, 이는 옥시던트 배출기의 이용을 허용하여 고체 산화물 연료 전지들의 캐소드들로부터 고체 산화물 연료 전지들의 캐소드들로 미사용 옥시던트, 미사용 공기의 재순환(recycling)을 구동한다. 추가적인 콤프레서의 이용은 통상적인 개스 터빈 엔진을 가능하게 하는데, 콤프레서의 압축 비율이 터빈의 팽창 비율과 같은 통상적인 개스 터빈 엔진은, 콤프레서의 압축 비율이 터빈의 팽창 비율보다 큰 통상적이지 않은 개스 터빈 엔진의 개발과 비교된다. 냉각기는 추가적인 콤프레서에 의해 요구되는 추가적인 동력을 감소시키는데, 예를 들어 대략 60 % 로 필요 동력을 감소시킨다.
본 발명에 따른 대안의 고체 산화물 연료 전지 시스템(110)은 도 2 에 도시되어 있으며, 고체 산화물 연료 전지 시스템(110)은 고체 산화물 연료 전지 적재부(12) 및 개스 터빈 엔진(14)을 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 시스템(110)은 도 1 에 도시된 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)과 실질적으로 같으며, 동일한 부분들은 동일한 참조 번호로 표시되어 있다.
고체 산화물 연료 전지 시스템(110)은 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)과 상이한데, 옥시던트의 일부를 냉각기를 통과시키지 않으면서 도관(41)을 통해 추가적인 터빈(66)으로 직접 공급하도록 콤프레서(24)를 구성하기보다는, 가열된 옥시던트의 제 3 부분이 열 회수기(72)로부터 도관(40) 및 도관(104)의 일부(40D)를 통해 추가적인 터빈(66)으로 공급된다는 점에서 상이하다. 따라서, 열 회수기(72)는 추가적인 콤프레서(64)에 의하여 공급된 옥시던트의 일부를 옥시던트 배출기(60)로 공급하도록 구성되고, 열 회수기(72)는 추가적인 콤프레서(64)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈(66)으로 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 다른 고체 산화물 연료 전지 시스템(210)은 도 3 에 도시되어 있으며 고체 산화물 연료 전지 시스템(210)은 고체 산화물 연료 전지 적재부(12) 및 개스 터빈 엔진(14)을 포함한다. 고체 산화물 연료 전지 시스템(210)은 실질적으로 도 1 에 도시된 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)과 같으며, 동일한 부분은 동일한 번호로 표시되어 있다.
고체 산화물 연료 전지 시스템(210)은 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)과 상이한데, 옥시던트의 일부가 냉각기(70)를 통과하지 않으면서, 도관(41)을 통하여 추가적인 터빈(66)으로 직접 공급되도록 콤프레서(24)를 구성하기 보다는, 냉각된 옥시던트의 일부가 냉각기(70)로부터 도관(106)을 통하여 추가적인 터빈(66)으로 공급된다는 점에서 상이하다. 따라서, 냉각기(70)는 콤프레서(24)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 콤프레서(64)로 공급하도록 구성되고, 냉각기(70)는 콤프레서(24)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈(66)으로 공급하도록 구성된다.
비록 본 발명이 추가적인 콤프레서와 콤프레서 사이의 옥시던트에 대한 유동 경로에 있는 냉각기 및, 터빈으로부터의 배기 개스를 위한 유동 경로 및 추가적인 콤프레서로부터 옥시던트 배출기로의 옥시던트에 대한 유동 경로에 있는 열 회수기를 참조하여 설명되었을지라도, 본 발명은 냉각기 없이, 열 회수기 없이, 또는 냉각기 및 열 회수기 없이 동등하게 잘 이용될 수 있다.
본 발명의 각각의 실시예에서, 만약 연료 공급(22)이 알케인(alkane), 알킨(alkene), 알코홀 등과 같은 탄화 수소 연료의 공급, 예를 들어 메탄, 부탄, 프로판, 천연 개스, 에탄올 등이라면, 연료를 연료 매니폴드(30) 및 고체 산화물 연료 전지(16)들의 애노드(20)들로 공급하는 도관(34)의 제 2 부분(34B)에 연료 개질부(fuel reformer)를 제공할 수 있다. 연료 개질부는 예를 들어 옥시던트 수집 매니폴드(56) 또는 도관(58) 등에서 고체 옥시던트 연료 전지(16)들의 캐소드(22)들로부터 배출되는 미사용 옥시던트에 의해 가열되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 각각의 실시예에서 기계적인 브레이크, 전기 브레이크 또는 전기 발전기를 샤프트(68), 추가적인 콤프레서(64) 또는 추가적인 터빈(66)상에 제공하여 추가적인 터빈(66) 및 추가적인 콤프레서(64)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
비록 본 발명이 옥시던트 배출기와 관련하여 설명되었지만, 옥시던트 공급으로부터 콤프레서에 의해 공급된 새로운 옥시던트와 미사용 옥시던트 수집 매니폴드로부터 공급된 미사용 옥시던트를 혼합시키는 다른 유형의 옥시던트 혼합기를 이용할 수 있다. 비록 본 발명이 추가적인 배출기를 참조하여 설명되었지만, 다른 유형의 추가적인 혼합기를 이용할 수 있다. 비록 본 발명이 연료 배출기를 참조하여 설명되었지만, 연료 공급으로부터의 새로운 연료와 미사용 연료 수집 매니폴드로부터의 비사용 연료를 혼합시키는 다른 유형의 연료 혼합기를 사용할 수 있다.
10. 고체 산화물 연료 전지 시스템 12. 고체 산화물 연료 전지 적재부
14. 개스 터빈 엔진 20. 애노드
22. 캐소드 24. 콤프레서
26. 터빈 28. 샤프트
30. 매니폴드 34. 도관

Claims (13)

  1. 고체 산화물 연료 전지 적재부(solid oxide fuel cell stack, 12) 및 개스 터빈 엔진(14)을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템(10)으로서,
    고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)를 포함하고, 각각의 고체 산화물 연료 전지(16)는 전해질(18), 애노드(20) 및 캐소드(22)를 포함하고, 개스 터빈 엔진(14)은 콤프레서(24) 및 상기 콤프레서(24)를 구동하도록 구성된 터빈(26)을 포함하고, 콤프레서(24)는 옥시던트 혼합기(oxidant mixer, 60)를 통하여 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 옥시던트 혼합기(60)는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)로부터 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)로의 미사용 옥시던트의 일부에 콤프레서(24)로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성되고,
    고체 산화물 연료 전지 시스템(10)은 추가적인 콤프레서(64) 및, 상기 추가적인 콤프레서(64)를 구동하도록 구성된 추가적인 터빈(66)를 더 포함하고, 콤프레서(24)는 옥시던트를 추가적인 콤프레서(64)로 공급하도록 구성되고, 추가적인 콤프레서(64)는 옥시던트를 옥시던트 혼합기(60)로 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 배기 개스를 터빈(26)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고체 산화물 연료 전지 시스템(10)은 냉각기(70) 및 열 회수기(recuperator, 72)를 더 포함하고,
    콤프레서(24)는 냉각기(70)를 통하여 추가적인 콤프레서(64)로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 추가적인 콤프레서(64)는 열 회수기(72)를 통하여 옥시던트 혼합기(60)로 옥시던트를 공급하도록 구성되고, 고체 산화물 연료 전지 적재부(12)는 배기 개스를 터빈(26)으로 공급하도록 구성되고, 터빈(26)은 열 회수기(72)를 통하여 배기 개스를 공급하여 열 회수기(72)를 통해 유동하는 옥시던트를 가열하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    콤프레서(24)는 옥시던트의 일부를 냉각기(70)를 통하여 추가적인 콤프레서(64)로 공급하도록 구성되고, 콤프레서(24)는 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈(66)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    열 회수기(72)는 추가적인 콤프레서(64)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 옥시던트 혼합기(60)로 공급하도록 구성되고,
    열 회수기(72)는 추가적인 콤프레서(64)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈(66)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    냉각기(70)는 콤프레서(24)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 콤프레서(64)로 공급하도록 구성되고,
    냉각기(70)는 콤프레서(24)에 의해 공급된 옥시던트의 일부를 추가적인 터빈(66)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)는 미사용 옥시던트의 일부를 연소기(52)로 공급하도록 구성되고,
    적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 애노드(20)는 미사용 연료의 일부를 연소기(52)로 공급하도록 구성되고,
    연소기(52)는 연소기(52) 배기 개스의 적어도 일부를 터빈(26)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    연소기(52)는 연소기(52) 배기 개스의 일부를 터빈(26)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    연소기(52)는 연소기(52) 배기 개스의 일부를 열 교환기(82)를 통하여 제 1 유동 경로(86)로 공급하도록 구성되고,
    옥시던트 혼합기(60)는 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)로부터 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(16)의 캐소드(22)로의 미사용 옥시던트의 일부에, 열교환기(82)를 통과하는 제 2 유동 경로(100)를 통한 콤프레서(24)로부터의 옥시던트를 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    추가적인 콤프레서(64)는 열 회수기(72)를 통하여 추가적인 혼합기(74)로 옥시던트를 공급하도록 구성되고,
    연소기(52)는 연소기(52) 배기 개스를 추가적인 혼합기(74)로 공급하도록 구성되고,
    추가적인 혼합기(74)는 옥시던트 및 연소기(52) 배기 개스를 열 교환기(82)를 통하여 제 1 유동 경로(86)로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    열 교환기(82)는 열 교환기(82)를 통한 제 1 유동 경로(86)를 떠나는 옥시던트 및 연소기(52) 배기 개스의 제 1 부분을 연소기(52)로 공급하도록 구성되고,
    열 교환기(82)는 열 교환기(82)를 통한 제 1 유동 경로(86)를 떠나는 옥시던트 및 연소기(52) 배기 개스의 제 2 부분을 터빈(26)으로 공급하도록 구성되는, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    추가적인 혼합기(74)는 추가적인 배출기(ejector)인, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,
    추가적인 콤프레서(64)는 팬(fan) 또는 송풍기(blower)인, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,
    옥시던트 혼합기(60)는 옥시던트 배출기인, 고체 산화물 연료 전지 시스템.
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