KR20220113681A - 연료 전지 모듈 조립체 및 이를 사용하는 시스템 - Google Patents

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키스 이 데이비스
프랭크 허쉬코위츠
루 한
클레이 알 서튼
폴 제이 루바스
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엑손모빌 테크놀로지 앤드 엔지니어링 컴퍼니
퓨얼 셀 에너지, 인크
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Abstract

연료 전지 스택 조립체와, 열교환기와, 연료 전지 스택 조립체 및 열교환기를 둘러싸는 하우징을 포함하는 모듈 조립체가 제공된다. 열교환기는 외부 소스로부터 프로세스 가스를 수용하고 상기 프로세스 가스를 연료 전지 스택 조립체로 출력하도록 구성되고, 연료 전지 스택 조립체로부터 프로세스 가스를 수용하고 상기 프로세스 가스를 출력하도록 구성된다. 제 1 단부를 갖는 모듈 조립체와, 모듈 조립체를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체와, 주변 플랜트 장비와, 주변 플랜트 장비와 모듈 조립체의 제 1 단부 사이의 유체 연통을 제공하도록 구성된 덕트를 포함하는 연료 전지 발전소가 제공된다. 모듈 조립체 및 랙킹 구조체는 모듈 조립체가 모듈 조립체의 제 1 단부로부터 멀어지는 방향으로 랙킹 구조체로부터 제거될 수 있도록 구성된다.

Description

연료 전지 모듈 조립체 및 이를 사용하는 시스템
본 출원은 일반적으로 연료 전지 모듈 조립체 및 해당 모듈 조립체를 사용하는 시스템의 분야와 관련되며, 보다 상세하게는 클러스터(cluster)로 그룹화될 수 있는 통합형 열적 구성요소를 갖는 연료 전지 모듈 조립체 및 해당 클러스터를 사용하는 시스템과 관련된다.
연료 전지는 전기화학적 반응을 사용하여 수소 또는 메탄과 같은 연료에 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 디바이스이다. 일반적으로, 연료 전지는 연료와 촉매적으로 반응하는 애노드(anode)와, 연소 소스로부터 출력되는 공기 또는 연도 가스와 같은 산화제와 유체 연통하는 캐소드(cathode)를 포함한다.
연료 전지는 일반적으로 적층된 관계(stacked relationship)로 배열된다. 하나의 연료 전지 스택 구성은 외부 매니폴드형 스택을 포함하며, 연료 전지 스택은 측면이 개방된 상태로 있고, 연료 또는 산화제와 같은 유체는 연료 전지 스택의 각 측면의 주변 부분에 밀봉된 매니폴드를 통해 전달된다. 따라서, 매니폴드는 연료 및 산화제 가스를 연료 전지로 전달하고 스택에서 그러한 가스의 유동을 안내하기 위한 밀봉된 통로를 제공하여, 이러한 가스가 환경 또는 다른 매니폴드로 누출되는 것을 방지한다. 그러한 매니폴드는 전형적으로 약 650℃에서 작동하는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)에 사용된다.
연료 전지 스택에서 개별 연료 전지의 크기(즉, 표면적) 또는 개별 연료 전지의 수를 과도하게 증가시킬 필요 없이 전력 출력을 증가시키기 위해, 복수의 연료 전지 스택이 전기적으로 그리고 유체적으로 연결된다. 많은 수의 연료 전지 스택을 포함하는 대형 모듈 인클로저(enclosure)(궁극적인 발전소 위치로부터 떨어진 오프사이트(offsite)에 구성 및 컨디셔닝될 수 있음) 개념의 경우, 크기 및 비용 고려사항으로 인해 모듈을 운송하는 것이 어렵거나 불가능하다. 발전소는 이러한 대형 모듈 인클로저 중 몇 개를 포함할 수 있으며, 이는 적어도 두 가지 문제를 야기한다. 첫째, 모듈에 고온 프로세스 가스(~650℃)를 제공하기에 적합한 덕트(예를 들어, 스테인리스강, 절연 파이프 등)가 필요하다. 둘째, 대형 모듈 인클로저의 개별 연료 전지 스택의 수리 또는 교체 동안에, 모든 연료 전지 스택은 오프라인(offline) 상태로 될 필요가 있으며(즉, 운전 정지됨), 이는 연료 전지 스택을 포함하는 "핫존(hot zone)"이 개방될 때에 냉각되기 때문이다. 결과적으로, 나머지 연료 전지 스택은 보다 낮은 온도에서 작동할 수 없을 가능성이 있다.
보다 낮은 온도의 프로세스 가스를 수용 및 출력할 수 있는 연료 전지 모듈 조립체를 제공하고, 발전소의 나머지 연료 전지 스택에 대한 최소한의 중단으로 연료 전지 스택의 교체를 가능하게 하는 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 전지 스택 조립체와, 열교환기와, 연료 전지 스택 조립체 및 열교환기를 둘러싸는 하우징을 포함하는 연료 전지 모듈 조립체가 제공된다. 연료 전지 스택 조립체는 제 1 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 구성된 연료 전지 스택과, 제 1 프로세스 가스를 연료 전지 스택에 제공하도록 구성된 제 1 매니폴드 및 연료 전지 스택으로부터 출력된 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 구성된 제 2 매니폴드를 포함하는 복수의 매니폴드를 갖는다. 열교환기는 외부 소스로부터 제 1 프로세스 가스를 수용하고 제 1 프로세스 가스를 제 1 매니폴드로 출력하도록 구성되고, 제 2 매니폴드로부터 제 1 프로세스 가스를 수용하고 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 단부를 갖고 연료 전지 스택을 수용하는 모듈 조립체와, 설치된 모드 동안에 모듈 조립체를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체와, 주변 플랜트 장비와, 설치된 모드 동안에, 주변 플랜트 장비와 모듈 조립체의 제 1 단부 사이의 유체 연통을 제공하도록 구성된 덕트를 포함하는 연료 전지 발전소 시스템이 제공된다. 모듈 조립체 및 랙킹 구조체는, 제거 모드 동안에, 모듈 조립체가 연료 전지 모듈의 제 1 단부로부터 멀어지는 방향으로 랙킹 구조체로부터 제거될 수 있도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 모듈 조립체의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모듈 클러스터의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 복수의 랙킹 구조체를 포함하는 클러스터 그룹의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 복수의 클러스터 그룹을 포함하는 발전소 시스템의 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 제거 모드 또는 설치 모드 동안의 연료 전지 모듈 조립체 및 랙킹 구조체의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 덕트에 연결된 연료 전지 모듈 조립체의 확대 사시도이다.
도 7은 도 4의 발전소 시스템의 측단면도이다.
본 발명은 예를 들어 랙킹 구조체(racking structure)에서 다른 연료 전지 모듈 조립체와 관련하여 적층될 수 있고, 수평으로 추출(또는 설치)될 수 있는 연료 전지 모듈 조립체를 제공하여, 종래의 연료 전지 발전소와 비교하여 더 높은 전력 밀도 발전소(예를 들어, MW/acre)를 제공한다. 본 연료 전지 모듈 조립체는 발전소의 모듈식 구성을 가능하게 할 수 있으며, 이는 발전소의 전력 용량의 유연성을 증가시키면서 건설의 시간 및 비용 및 발전소의 크기를 감소시킬 수 있다. 본 연료 전지 모듈 조립체는 또한 열교환기(또는 복열기 등)를 포함할 수 있으며, 열교환기는 본 연료 전지 모듈이 종래의 연료 전지 모듈과 비교하여 더 저온의 프로세스 가스를 수용 및 출력할 수 있게 하고, 이는 결국 종래의 연료 전지 발전소와 비교하여 더 작고 저렴한 덕트(예를 들어, 더 작은 직경의 덕트, 더 저렴한 덕트 재료)로 발전소를 구성할 수 있게 한다. 본 연료 전지 모듈 조립체는 모듈 조립체의 제어 가능한 유닛(예를 들어, 모듈 클러스터)에 사용될 수 있다. 다수의 제어 가능한 유닛을 갖는 발전소는 특정 모듈 조립체가 수리될 때 작동 상태로 유지될 수 있으며(즉, 전력을 생산함), 이는 해당 특정 모듈 조립체에 대한 제어 가능한 유닛만이 오프라인 상태로 될 필요가 있고, 나머지 제어 가능한 유닛은 온라인 상태로 유지되어 전력을 생산하는 데 이용 가능할 수 있기 때문이다.
본 발명은 하나 이상의 연료 전지 스택 및 하나 이상의 열교환기를 포함하는 연료 전지 모듈 조립체를 제공한다. 연료 전지 모듈 조립체는 하나 이상의 연료 전지 스택 및 하나 이상의 열교환기를 둘러싸는 외부 하우징을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 실시예가 하기에서 설명된다. 그러나, 본 발명은 도 1의 특정 도시에 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 모듈 조립체(모듈 조립체)(100)의 사시도를 도시한다. 모듈 조립체(100)는 복수의 연료 전지 스택 조립체(스택 조립체)(101), 열교환기(102), 제 1 격납 벽(103) 및 제 2 격납 벽(104)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 외부 종방향 격납 벽(도시되지 않음)은 제 1 및 제 2 격납 벽을 연결하여 모듈 조립체(100)를 위한 밀봉된 인클로저(예를 들어, 하우징)를 형성한다. 다른 실시예에서, 외부 종방향 격납 벽(도시되지 않음)은 모듈 조립체(100) 내에 포함된 구성요소 및 조립체 주위에 인클로저를 형성한다. 인클로저는 연료 전지 모듈 조립체의 서브조립체를 둘러싸고, 그리고/또는 연료 전지 모듈이 하나 이상의 연료 전지 모듈 조립체를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체에 설치되거나 제거될 수 있게 하기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 인클로저는 정사각형, 직사각형 또는 원형 풋프린트(footprint)를 가질 수 있고, 직육면체 또는 원통형 형상을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 제 1 및 제 2 격납 벽(103, 104)은 원형 둘레부를 갖지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 제 1 및 제 2 격납 벽(103, 104)의 둘레부는 정사각형, 직사각형 또는 다른 형상을 가질 수 있고, 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 모듈 조립체(100)는 또한 원통형 또는 관형 하우징의 경우의 단일 원통형 벽과는 달리 복수의 종방향 격납 벽을 가질 수 있다. 예를 들어, 모듈 조립체(100)는 직각 직육면체 형상 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A)("프로세스 단부"로도 지칭됨)에 위치된 제 1 격납 벽(103)은 연료 공급 가스, 연료 배기가스, 산화제 공급 가스 및 산화제 배기가스와 같은 프로세스 가스를 수용 및 출력하기 위한 개구 또는 도관(예를 들어, 포트, 배관, 덕트)을 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 또한 연료 전지 시스템으로 들어가고, 연료 전지 시스템 내에서 처리되며, 연료 전지 시스템을 빠져나가는 가스 스트림을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 애노드 프로세스 가스는 애노드 공급 가스로서 연료 전지 시스템으로 들어가고, 연료 전지의 애노드에서 전기화학적으로 처리되며, 애노드 배기가스로서 연료 전지 시스템을 빠져나간다. 마찬가지로, 캐소드 프로세스 가스는 캐소드 공급 가스로서 연료 전지 시스템으로 들어가고, 연료 전지의 캐소드에서 전기화학적으로 처리되며, 캐소드 배기가스로서 연료 전지 시스템을 빠져나간다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 격납 벽(103)은 애노드 프로세스 가스(공급물)를 수용하기 위한 애노드 입력 포트(110)와, 애노드 프로세스 가스(배기가스)를 출력하기 위한 애노드 출력 포트(111)와, 캐소드 프로세스 가스(공급물)를 수용하기 위한 캐소드 입력 포트(120)와, 캐소드 프로세스 가스(배기가스)를 출력하기 위한 캐소드 출력 포트(121)를 포함한다.
모듈 조립체(100)의 제 2 단부(B)("전기 단부" 또는 "추출 단부"로도 지칭됨)에 위치된 제 2 격납 벽(104)은 모듈 조립체(100) 내에 포함된 구성요소 및 서브조립체에 대한 제어 신호를 수신/출력하고, 그리고/또는 연료 전지 스택 서브조립체(101)에 의해 생산된 전력을 출력하기 위한 전기적 연결부를 포함할 수 있다. 전기적 연결부는 모듈 조립체(100)를 지원하는 발전소 내의 다른 전기 구성요소, 제어 센터 및/또는 다른 조립체에 모듈 조립체(100)를 전기적으로 연결하는 접점, 커넥터, 포트, 플러그 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전기적 연결부는 모듈 조립체(100)의 프로세스 단부에(예를 들어, 제 1 격납 벽(103) 상에 또는 그 근처에) 위치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 랙킹 구조체에 설치되는 경우, 모듈 조립체(100)는 모듈 조립체(100)의 제 2 단부를, 예를 들어 크레인, 풀리 시스템 등으로 랙킹 구조체로부터 멀리 당김으로써 랙킹 구조체로부터 추출될 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 격납 벽(104)은 추출 메커니즘(예를 들어, 크레인, 풀리 시스템 등)에 연결(또는 결합)하기에 적합한 후크, 돌출부 또는 다른 구조적 특징부를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모듈 조립체(100)는 4개의 스택 조립체(101)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 모듈 조립체(100)는 보다 적거나 보다 많은 스택 조립체(101)를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에서, 스택 조립체(101)는 수평으로 배향되고, 스택 조립체(101) 내에 포함된 연료 전지 스택은 수평으로 적층된 복수의 연료 전지(각각의 전지가 애노드, 매트릭스(matrix) 및 캐소드를 가짐)를 갖는다. 매니폴드는 각 스택 조립체(101)의 측면을 따라 측방향으로 연장된다. 매니폴드는 스택 조립체(101) 내의 연료 전지의 애노드 및 캐소드로 또는 그로부터 프로세스 가스를 운반한다. 특정 실시예에서, 작동 동안에, 매니폴드는 고온 프로세스 가스를 스택 조립체(101) 내에 포함된 연료 전지로 이송하도록 구성된 덕트로서 작용한다. 일 실시예에서, 복수의 매니폴드는 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 포함하며, 제 1 매니폴드는 프로세스 가스를 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 제 2 매니폴드는 연료 전지 스택으로부터 출력된 프로세스 가스를 수용하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모듈 조립체(100)는 제 1 격납 벽(103)과 스택 조립체(101) 사이에 위치된 2개의 열교환기(102)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 모듈 조립체(100)는 보다 적거나 보다 많은 열교환기(102)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 열교환기(102)는 스택 조립체(101)의 길이에 걸쳐 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 열교환기(102)는 스택 조립체(101) 아래에, 스택 조립체(101)의 상부에, 또는 스택 조립체(101)의 종축을 따라 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 열교환기(들)(102)의 주어진 유닛은 스택 조립체(101)의 주어진 크기 또는 전력 밀도에 대해 적절하게 크기설정될 수 있다. 그러한 실시예에서, 모듈 조립체(100) 내의 측방향 공간의 보다 높은 비율이 발전을 위해 (즉, 연료 전지와 함께) 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 열교환기는 외부 소스로부터 프로세스 가스를 수용하고 (제 1 매니폴드를 통해) 프로세스 가스를 연료 전지 스택으로 출력하도록 구성되며, (제 2 매니폴드를 통해) 연료 전지 스택으로부터 프로세스 가스를 수용하고 모듈 배기가스 스트림으로서 프로세스 가스를 (예를 들어, 모듈 조립체(101)로부터 멀리 후처리 장비를 향해 또는 플랜트 배기가스로서 주변 환경으로) 출력하도록 구성된다.
상기에서 언급된 바와 같이, MCFC와 같은 연료 전지는 약 570℃ 내지 670℃에서 작동한다. 종래의 MCFC 발전소에서, 종래의 MCFC 모듈로 들어가는 프로세스 가스는 약 650℃이어야 하며, 해당 모듈로 들어가는 덕트는 해당 온도로 프로세스 가스를 운반할 수 있어야 한다(해당 가스에 대응하는 체적을 수용함). 그러한 온도를 견디기 위해, 스테인리스강 및/또는 절연 재료와 같은 고가의 재료가 덕트에 필요할 수 있다. 열교환기(또는 복열기 등)를 본 연료 전지 모듈 조립체에 통합함으로써, 작동 동안에 보다 낮은 온도의 프로세스 가스가 모듈 자체에 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 모듈에 대한 캐소드 입력(산화제 공급 가스)은 주변 온도에 가깝거나 작동 온도(예를 들어, 약 20℃ 내지 65℃)보다 85% 내지 95% 낮을 수 있고; 본 모듈로부터의 캐소드 출력(산화제 배기가스)은 작동 온도(예를 들어, 약 100℃ 내지 150℃)보다 70% 내지 80% 낮을 수 있고; 본 모듈에 대한 애노드 입력(연료 공급 가스)은 작동 온도(예를 들어, 약 110℃ 내지 150℃)보다 75% 내지 85% 낮을 수 있으며; 본 모듈로부터의 애노드 출력(연료 배기가스)은 작동 온도(예를 들어, 약 150℃ 내지 200℃)보다 70% 내지 80% 낮을 수 있다. 일 실시예에서, 모듈 조립체에 통합된 열교환기는 연료 전지의 작동 온도보다 낮고 프로세스 가스의 응축 온도보다 높은 온도로 공급 가스를 수용하고 배기가스를 출력하며, 연료 전지의 작동 온도 정도 또는 그에 가까운 온도로 공급 가스를 출력하고 배기가스를 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 작동 동안 열교환기에서, 연료 전지를 떠나는 프로세스 가스는 모듈 조립체로 들어가는 프로세스 가스를 가열할 수 있고, 모듈 조립체를 떠나는 프로세스 가스는 모듈 조립체로 들어가는 프로세스 가스에 의해 냉각될 수 있다.
더욱이, 보다 낮은 프로세스 가스 온도는 보다 저렴한 재료(예를 들어, 비절연 파이프, 아연 도금 강판)를 덕트에 사용할 수 있게 한다. 또한, 본 모듈에 대한 덕트의 크기는 (동일한 프로세스 가스 수요를 갖는) 종래의 모듈에 비해 감소될 수 있다. 예를 들어, 본 모듈을 갖는 플랜트에 배치된 덕트는 (동일한 프로세스 가스 수요를 갖는) 종래의 모듈을 갖는 플랜트에 배치된 덕트보다 2배 내지 3배 작은 체적을 가질 수 있다. 프로세스 플랜트 배관 및 절연재는, 특히 초대형 시스템의 경우, 전체 플랜트 체적 및 풋프린트의 상당한 부분을 차지한다. 본 디자인에 의해 용이해진 보다 낮은 프로세스 온도 및 보다 작은 파이프 및 덕트는 플랜트의 전체 풋프린트가 상당히 감소될 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 클러스터(200)의 사시도를 도시한다. 모듈 클러스터(200)는 복수의 모듈 조립체(100)(스택 조립체(101) 및 열교환기(102)를 둘러싸는 하우징으로 도시됨), 주변 플랜트 장비(balance of plant equipment)(202) 및 덕트(301)(도 3 및 도 4에 도시됨)를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체(201)를 포함할 수 있다. 랙킹 구조체(201) 및 모듈 조립체(100)는 설치된 모드(installed mode), 제거 모드(removal mode) 또는 설치 모드(installation mode)에서 함께 작동할 수 있다. 설치된 모드에서, 덕트(301)는 주변 플랜트 장비(202)와 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A) 사이에 유체 연통을 제공하도록 구성된다. 제거 모드에서, 모듈 조립체(100)는 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A)로부터 멀어지는 방향으로(예를 들어, 모듈 조립체(100)의 제 2 단부(B)를 향해) 랙킹 구조체(201)로부터 제거 가능하다. 설치 모드에서, 모듈 조립체(100)는 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A)를 향하는 방향으로 랙킹 구조체(201) 내에 설치된다.
랙킹 구조체(201)는 제 1 단부(A')와, 대향하는 단부에 제 2 단부(B')를 가질 수 있다. 설치될 때, 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A)는 랙킹 구조체(201)의 제 1 단부(A')에 근접할 수 있다. 제거 동안에, 모듈 조립체(100)는 랙킹 구조체(201)의 제 2 단부(B')로부터 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 랙킹 구조체(201)는 4개의 모듈 조립체(100)를 유지한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 랙킹 구조체(201)는 보다 적거나 보다 많은 모듈 조립체(100)를 유지할 수 있다. 도 2의 실시예에서, 랙킹 구조체(201)는 복수의 모듈 조립체(100) 및 주변 플랜트 장비(202)를 적층된 배열로 유지할 수 있으며, 랙킹 구조체(201) 및 모듈 조립체(100)는 제거 동안에 모듈 조립체(100)가 랙킹 구조체(201)로부터 동일한 방향으로(예를 들어, 랙킹 구조체(201)의 제 2 단부(B')로부터) 제거 가능하도록 하는 방식으로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 그룹(300)의 사시도를 도시한다. 클러스터 그룹(300)은 복수의 모듈 클러스터(200)(덕트(301)를 포함함)를 포함할 수 있다. 클러스터 그룹(300)은 제 1 단부(A") 및 제 2 단부(B")를 가질 수 있다. 각각의 모듈 클러스터(200)의 덕트(301)는 클러스터 그룹(300)의 제 1 단부(A")에 근접할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 클러스터 그룹(200)에 유지된 모듈 조립체는 동일한 방향으로(예를 들어, 클러스터 그룹(300)의 제 2 단부(B")로부터) 제거될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클러스터 그룹(300)은 나란한 배열로 배열된 4개의 모듈 클러스터(200)를 포함하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 클러스터 그룹(300)은 보다 적거나 보다 많은 모듈 클러스터(200)를 포함할 수 있다.
제거 모드 동안에, 클러스터 그룹(300) 내의 단일 모듈 클러스터(200)는 다른 모듈 클러스터(200)로부터 전기적으로 및/또는 유체적으로 분리될 수 있다. 모듈 클러스터(200)로부터 모듈 조립체(100)가 제거될 때, 영향을 받는 모듈 클러스터(200)는 "오프라인" 상태로 되거나 클러스터 그룹(300) 내의 나머지 모듈 클러스터(200)로부터 전기적으로 분리될 수 있으며, 프로세스 가스는 영향을 받는 모듈 클러스터(200)로부터 멀리 분로될 수 있다. 나머지 모듈 클러스터(200)는 "온라인" 상태로 유지되거나 프로세스 가스를 수용/출력하고 전력을 생산하는 데 이용 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소(400)의 사시도를 도시한다. 발전소(400)는 복수의 클러스터 그룹(300)과, 모듈 조립체(100)를 상승/하강시키고 상기 모듈 조립체(100)를 클러스터 그룹(300) 내로/으로부터 설치/제거하도록 구성된 크레인 조립체(402)(또는 유사한 장치)를 포함할 수 있다. 크레인 조립체(402)는 크레인 조립체(402)가 모듈 조립체(100)를 상승/하강시키고 설치/제거할 때 상기 모듈 조립체(100)를 유지하도록 구성된 캐리지 조립체(carriage assembly)(401)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발전소(400)는 애노드 공급 가스 덕트(410), 애노드 배기가스 덕트(411), 캐소드 공급 가스 덕트(420) 및 캐소드 배기가스 덕트(421)를 포함할 수 있다. 캐소드 공급 가스를 위한 외부 소스는 주변 공기, 연소 소스, 또는 이산화탄소 배출물을 방출하는 다른 소스일 수 있다. 예를 들어, 캐소드 공급 가스 덕트(420)는 연도 가스 소스(예를 들어, 발전용 설비 또는 산업용 설비)에 유체적으로 연결될 수 있다. 캐소드 프로세스 가스는 캐소드 배기가스 덕트(421)를 통해 환경으로 배기될 수 있다. 애노드 공급 가스를 위한 외부 소스는 임의의 탄화수소 소스(예를 들어, 천연 가스 파이프라인, 혐기성 소화조 등)일 수 있다. 그러한 애노드 공급 가스는 하나 이상의 가스 처리/취급 조립체를 통과할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 처리/취급 조립체는 주변 플랜트 장비의 일부일 수 있다. 모듈 조립체(100)로부터, 처리된 애노드 가스(애노드 배기가스)는 후처리 조립체(예를 들어, 탄소 포획용 등)로 보내질 수 있다. 주변 플랜트 장비는 연료 전지 내로 도입하기 위한 프로세스 가스를 준비하도록 구성된 조립체와, 배기가스를 처리하도록 구성된 조립체(예를 들어, 탄소 포획용 등)를 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른, 제거 모드 또는 설치 모드 동안의 (제거 또는 설치될) 모듈 조립체(100) 및 클러스터 그룹(300)의 사시도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 설치 모드 동안 및 크레인 또는 다른 리프팅 메커니즘에 의한 작업 동안에, 캐리지 조립체(401)는 운송 메커니즘(예를 들어, 철도 차량(rail car), 트레일러 베드(trailer bed) 등) 또는 스테이징 영역으로부터 모듈 조립체(100)를 고정하고, 모듈 조립체(100)를 클러스터 그룹(300)의 제 2 단부(B")(및 랙킹 구조체(201)의 제 2 단부(B'))를 향해 이동(예를 들어, 상승, 회전, 위치 등)시킬 수 있다. 캐리지 조립체(401)는 모듈 조립체(100)가 (슬라이딩, 밀기, 당기기, 병진이동 등에 의해) 개방형 랙킹 구조체 레벨(501)에 설치될 수 있도록 모듈 조립체(100)를 위치시킬 수 있다. 제거 모드 동안에는 전술한 프로세스가 역전될 수 있다.
랙킹 구조체 레벨(501) 및/또는 모듈 조립체(100)는 랙킹 구조체(201) 내외로의 모듈 조립체(100)의 이동을 가능하게 하는 레일, 트랙, 홈, 슬라이딩면, 롤러 등을 포함할 수 있다.
캐리지 조립체(401)는 중공업 구성요소 또는 장비(예를 들어, 대형 열교환기)를 들어올릴 수 있고 그러한 구성요소 또는 장비를 상승된 구조체(raised structure) 내로 병진이동시킬 수 있는 당업계에 알려진 임의의 그러한 조립체일 수 있다. 캐리지 조립체(401)는 모듈 조립체(100)가 캐리지 조립체(401)로부터 변위될 때 이동하는 무게 중심을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 캐리지 조립체(401)는 캐리지 구조체(502) 및 캐리지 플랫폼(carriage platform)(503)을 포함할 수 있으며, 이들은 중량 부하가 캐리지 플랫폼(503) 상으로 이동되거나 캐리지 플랫폼(503)으로부터 이동될 때 캐리지 구조체(502)가 캐리지 조립체(401)의 무게 중심에 근접한 위치를 유지할 수 있도록 서로에 대해 측방향으로 이동하도록 구성된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 덕트에 연결된 모듈 조립체(100)의 클러스터 그룹(300)의 제 1 단부(A')(또는 랙킹 구조체(200)의 제 1 단부(A')) 부근의 확대 사시도를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A) 상에 위치된 포트는 클러스터 그룹(300)의 제 1 단부(A')(또는 랙킹 구조체(200)의 제 1 단부(A')) 근처에 위치된 덕트와 연통한다. 설치된 모드 동안에, 애노드 입력 포트(110)는 애노드 공급 가스 덕트(410)와 연통하고, 애노드 출력 포트(111)는 애노드 배기가스 덕트(411)와 연통하고, 캐소드 입력 포트(120)는 캐소드 공급 가스 덕트(420)와 연통하며, 캐소드 출력 포트(121)는 캐소드 배기가스 덕트(421)와 연통한다. 모듈 조립체(100) 상의 포트와 덕트 사이의 연통은 당업계에 알려진 임의의 수단 또는 방법에 의해 이루어질 수 있다. 모듈 조립체 포트와 덕트 사이의 연통은 해제 가능할 수 있거나(예를 들어, 볼트, 나사, 클램프, 정적 힘 등) 또는 해제 불가능할 수 있다(예를 들어, 용접). 바람직한 실시예에서, 모듈 조립체 포트와 모듈 클러스터 덕트 사이의 연통은 해제 가능하다. 임의의 연통은 모듈 조립체 포트와 모듈 클러스터 덕트 사이에 주변 환경으로부터 밀봉된 유체적 연결을 생성한다는 것이 이해되어야 한다. 모듈 조립체 포트와 모듈 클러스터 덕트 사이에 밀봉된 연결을 생성하기 위해 시일, 개스킷 등이 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 모듈 조립체 포트와 모듈 클러스터 덕트 사이의 연통은 중력 또는 일부 다른 정적 힘에 의해 유지될 수 있다. 예를 들어, 모듈 조립체(100)의 중량은 모듈 조립체 포트와 모듈 클러스터 덕트 사이의 연결을 고정할 수 있다. 다른 예에서, 모듈 조립체(100)는 모듈 조립체 포트가 클러스터 덕트의 수용 단부 내로 가압되도록 모듈 클러스터 덕트를 향해 밀려질 수 있다. 모듈 조립체 포트와 클러스터 덕트의 수용 단부 사이의 밀봉된 연결을 유지하기 위해 모듈 조립체(100)에 정적 힘이 인가될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소(400)의 측단면도를 도시한다. 2개의 클러스터 그룹(300)은 클러스터 그룹(300)의 제 2 단부(B")가 서로 대면하고 제 2 단부(B") 사이에 스테이징 영역(701)을 생성하도록 배향될 수 있으며, 스테이징 영역(701)은 오프사이트 위치로부터 모듈 조립체(100)를 수용하고, (예를 들어, 캐리지 조립체(401)로) 모듈 조립체(100)를 고정하며, 2개의 클러스터 그룹(300) 중 하나 또는 다른 하나 내로 설치하기 위해 (예를 들어, 모듈 조립체(100)가 설치되는 클러스터 그룹(300)을 향해 모듈 조립체(100)의 제 1 단부(A)가 향하도록 모듈 조립체(100)를 회전시킴으로써) 모듈 조립체(100)를 배향시키는 것에 대응하기에 적절하게 크기설정될 수 있다. 크레인 조립체(402)는 크레인 조립체(402)가 클러스터 그룹(300) 내에 수용된 임의의 랙킹 구조체(200)에 근접하게 캐리지 조립체(401)를 위치시킬 수 있도록 클러스터 그룹(300)의 제 2 단부(B")의 면을 따라 병진이동하도록 구성될 수 있다. 크레인 조립체(402)는 클러스터 그룹(300) 내의 임의의 랙킹 구조체 레벨(501)에 근접하게 캐리지 조립체(401)를 상승(또는 하강)시키도록 구성될 수 있다. 캐리지 조립체(401) 및 크레인 조립체(402)는 클러스터 그룹(300) 내로 설치하거나 클러스터 그룹(300)으로부터 제거하기 위해 모듈 조립체(100)를 회전시키도록 구성될 수 있다.
추가 실시예
실시예 1. 연료 전지 모듈 조립체에 있어서, 연료 전지 스택 조립체로서, 제 1 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 구성된 연료 전지 스택과, 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 포함하는 복수의 매니폴드를 포함하며, 상기 제 1 매니폴드는 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 구성되는, 상기 연료 전지 스택 조립체와, 외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 제 1 매니폴드로 출력하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 열교환기와, 상기 연료 전지 스택 조립체 및 상기 열교환기를 둘러싸는 하우징을 포함하는, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 연료 전지 스택은 제 2 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 추가로 구성되며, 상기 복수의 매니폴드는 제 3 매니폴드 및 제 4 매니폴드를 포함하고, 상기 제 3 매니폴드는 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 4 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 구성되며, 상기 열교환기는 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 제 3 매니폴드로 출력하며, 상기 제 4 매니폴드로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되는, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 3. 실시예 2에 있어서, 상기 하우징은 상기 하우징의 제 1 단부에 위치된 복수의 포트를 포함하며, 상기 복수의 포트는 상기 열교환기에 유체적으로 연결되고, 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트를 포함하고, 상기 제 1 포트는 상기 외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 제 2 포트는 상기 하우징으로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 구성되고, 상기 제 3 포트는 상기 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 제 4 포트는 상기 하우징으로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 구성되는, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 4. 실시예 2 또는 3에 있어서, 상기 열교환기는 제 1 온도로 상기 외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고, 제 2 온도로 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택 조립체로 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 약 85% 내지 약 95% 더 저온인, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 5. 실시예 4에 있어서, 상기 열교환기는 제 3 온도로 상기 연료 전지 스택 조립체로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 제 4 온도로 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 약 70% 내지 약 80% 더 저온인, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 6. 실시예 5에 있어서, 상기 열교환기는 제 5 온도로 상기 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 제 6 온도로 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택 조립체로 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 5 온도는 상기 제 6 온도보다 약 75% 내지 약 85% 더 저온인, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 7. 실시예 6에 있어서, 상기 열교환기는 제 7 온도로 상기 연료 전지 스택 조립체로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 제 8 온도로 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 8 온도는 상기 제 7 온도보다 약 70% 내지 약 80% 더 저온인, 연료 전지 모듈 조립체.
실시예 8. 연료 전지 발전소 시스템에 있어서, 제 1 단부를 갖고 연료 전지 스택을 포함하는 모듈 조립체와, 설치된 모드 동안에 상기 모듈 조립체를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체와, 주변 플랜트 장비와, 상기 설치된 모드 동안에, 상기 주변 플랜트 장비와 상기 모듈 조립체의 제 1 단부 사이의 유체 연통을 제공하도록 구성된 덕트를 포함하며, 상기 모듈 조립체 및 상기 랙킹 구조체는, 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 모듈 조립체의 제 1 단부로부터 멀어지는 방향으로 상기 랙킹 구조체로부터 제거 가능하도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 9. 실시예 8에 있어서, 상기 랙킹 구조체는 제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지며, 상기 덕트의 적어도 일부는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부에 근접하고, 상기 설치된 모드 동안에, 상기 모듈 조립체의 제 1 단부는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부와 근접하여 있는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 10. 실시예 9에 있어서, 상기 모듈 조립체 및 상기 랙킹 구조체는, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 랙킹 구조체의 제 2 단부로부터 제거 가능하도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 11. 실시예 8 내지 10 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 연료 전지 스택은 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 구성되며, 상기 모듈 조립체는, 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 포함하는 복수의 매니폴드로서, 상기 제 1 매니폴드는 상기 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 프로세스 가스를 수용하도록 구성되는, 상기 복수의 매니폴드와, 외부 소스로부터 제 1 온도로 상기 프로세스 가스를 수용하고 제 2 온도로 상기 프로세스 가스를 상기 제 1 매니폴드로 출력하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드로부터 제 3 온도로 상기 프로세스 가스를 수용하고 제 4 온도로 상기 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 열교환기를 더 포함하는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 12. 실시예 11에 있어서, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 약 75% 내지 약 95% 더 저온이고, 상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 약 70% 내지 약 80% 더 저온인, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 13. 실시예 8 내지 12 중 어느 한 실시예에 있어서, 복수의 모듈 조립체를 더 포함하며, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체를 적층된 배열로 유지하도록 구성되고, 상기 랙킹 구조체 및 상기 복수의 모듈 조립체 각각은, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 랙킹 구조체로부터 동일한 방향으로 제거 가능하도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 14. 실시예 10에 있어서, 상기 모듈 조립체를 포함하는 복수의 모듈 조립체를 더 포함하며, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체를 적층된 배열로 유지하도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 15. 실시예 14에 있어서, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체에 대해 적층된 배열로 상기 주변 플랜트 장비를 유지하도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 16. 실시예 15에 있어서, 상기 덕트는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부에 근접하고 상기 주변 플랜트 장비로부터 멀리 상기 복수의 모듈 조립체를 향해 연장되도록 구성된 트렁크와, 상기 모듈 조립체와 연통하도록 구성된 제 1 브랜치를 포함하고 상기 트렁크로부터 멀리 연장되는 복수의 브랜치를 포함하는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 17. 실시예 14 내지 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 복수의 모듈 조립체, 상기 랙킹 구조체, 상기 주변 플랜트 장비 및 상기 덕트는 모듈 클러스터를 형성하는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 18. 실시예 17에 있어서, 상기 연료 전지 발전소 시스템은 상기 모듈 클러스터를 포함하는 복수의 모듈 클러스터를 더 포함하는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 19. 실시예 18에 있어서, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 클러스터는 상기 복수의 모듈 클러스터 중 다른 모듈 클러스터로부터 전기적으로 및/또는 유체적으로 분리되도록 구성되는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 20. 실시예 18 또는 19에 있어서, 상기 복수의 모듈 클러스터는 나란히 배열되어 클러스터 그룹을 형성하고, 상기 클러스터 그룹은 제 1 단부를 가지며, 상기 복수의 모듈 클러스터 중의 각 랙킹 구조체의 제 1 단부는 상기 클러스터 그룹의 제 1 단부에 있는, 연료 전지 발전소 시스템.
실시예 21. 실시예 20에 있어서, 상기 클러스터 그룹을 포함하는 복수의 클러스터 그룹을 더 포함하는, 연료 전지 발전소 시스템.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "대략", "약", "실질적으로" 및 유사한 용어는 본 개시의 주제와 관련이 있는 당업자에 의해 통상의 일반화된 용법과 조화를 이루는 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 개시를 검토하는 당업자라면, 이러한 용어가 설명 및 청구된 특정 특징의 범위를 제공된 정확한 수치 범위에 제한하지 않으면서 그러한 특징의 설명을 허용하는 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 용어는 설명 및 청구된 주제의 비실질적이거나 중요하지 않은 수정 또는 변경이 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
다양한 실시예를 설명하기 위해 본원에 사용된 용어 "예시적인"은 그러한 실시예가 가능한 실시예의 가능한 예, 표현 및/또는 예시임을 나타내는 것으로 의도된다는 점(그리고, 그러한 용어는 그러한 실시예가 필연적으로 특별하거나 최상인 예임을 내포하는 것으로 의도되지 않는다는 점)에 주목해야 한다.
본원에 사용된 용어 "결합된", "연결된" 등은 2개의 부재가 서로 직접적 또는 간접적으로 결합되는 것을 의미한다. 그러한 결합은 고정식(예를 들어, 영구적)이거나 또는 이동 가능(예를 들어, 제거 가능 또는 해제 가능)할 수 있다. 그러한 결합은 2개의 부재 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재가 서로 단일체형 몸체로서 일체로 형성되거나 2개의 부재 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재가 서로 부착됨으로써 달성될 수 있다.
본원에서의 요소의 위치에 대한 언급(예를 들어, "상부", "하부", "위", "아래" 등)은 단지 도면에서의 다양한 요소의 배향을 설명하는 데만 사용된다. 다양한 요소의 배향은 다른 예시적인 실시예에 따라 상이할 수 있으며, 그러한 변형은 본 개시에 의해 포함되는 것으로 의도된다는 점에 주목해야 한다.
본 발명이 그것의 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 다양한 다른 실시예 및 변형예는 당업자에게 일어날 수 있으며, 그러한 다른 실시예 및 변형예는 대응하는 청구범위에 의해 커버되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는 본원에 설명된 주제의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 많은 수정(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 파라미터 값, 장착 배열, 재료 사용, 색상, 배향, 제조 프로세스 등의 변형)이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들어, 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시예에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다. 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 다양한 예시적인 실시예의 디자인, 작동 조건 및 배열에 있어서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 또한 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 연료 전지 모듈 조립체에 있어서,
    연료 전지 스택 조립체로서, 제 1 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 구성된 연료 전지 스택과, 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 포함하는 복수의 매니폴드를 포함하며, 상기 제 1 매니폴드는 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 구성되는, 상기 연료 전지 스택 조립체와,
    외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 제 1 매니폴드로 출력하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 열교환기와,
    상기 연료 전지 스택 조립체 및 상기 열교환기를 둘러싸는 하우징을 포함하는
    연료 전지 모듈 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택은 제 2 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 추가로 구성되며, 상기 복수의 매니폴드는 제 3 매니폴드 및 제 4 매니폴드를 포함하고, 상기 제 3 매니폴드는 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 4 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 구성되며, 상기 열교환기는 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 제 3 매니폴드로 출력하며, 상기 제 4 매니폴드로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되는
    연료 전지 모듈 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 하우징의 제 1 단부에 위치된 복수의 포트를 포함하며, 상기 복수의 포트는 상기 열교환기에 유체적으로 연결되고, 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트를 포함하고, 상기 제 1 포트는 상기 외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 제 2 포트는 상기 하우징으로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 구성되고, 상기 제 3 포트는 상기 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 제 4 포트는 상기 하우징으로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 구성되는
    연료 전지 모듈 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기는 제 1 온도로 상기 외부 소스로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고, 제 2 온도로 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택 조립체로 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 약 85% 내지 약 95% 더 저온이며, 상기 열교환기는 제 3 온도로 상기 연료 전지 스택 조립체로부터 상기 제 1 프로세스 가스를 수용하고 제 4 온도로 상기 제 1 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 약 70% 내지 약 80% 더 저온인
    연료 전지 모듈 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열교환기는 제 5 온도로 상기 제 2 외부 소스로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 제 6 온도로 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택 조립체로 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 5 온도는 상기 제 6 온도보다 약 75% 내지 약 85% 더 저온이며, 상기 열교환기는 제 7 온도로 상기 연료 전지 스택 조립체로부터 상기 제 2 프로세스 가스를 수용하고 제 8 온도로 상기 제 2 프로세스 가스를 출력하도록 추가로 구성되고, 상기 제 8 온도는 상기 제 7 온도보다 약 70% 내지 약 80% 더 저온인
    연료 전지 모듈 조립체.
  6. 연료 전지 발전소 시스템에 있어서,
    제 1 단부를 갖고 연료 전지 스택을 포함하는 모듈 조립체와, 설치된 모드 동안에 상기 모듈 조립체를 유지하도록 구성된 랙킹 구조체와, 주변 플랜트 장비와, 상기 설치된 모드 동안에, 상기 주변 플랜트 장비와 상기 모듈 조립체의 제 1 단부 사이의 유체 연통을 제공하도록 구성된 덕트를 포함하며,
    상기 모듈 조립체 및 상기 랙킹 구조체는, 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 모듈 조립체의 제 1 단부로부터 멀어지는 방향으로 상기 랙킹 구조체로부터 제거 가능하도록 구성되는
    연료 전지 발전소 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 랙킹 구조체는 제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지며, 상기 덕트의 적어도 일부는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부에 근접하고, 상기 설치된 모드 동안에, 상기 모듈 조립체의 제 1 단부는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부와 근접하여 있는
    연료 전지 발전소 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 모듈 조립체 및 상기 랙킹 구조체는, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 랙킹 구조체의 제 2 단부로부터 제거 가능하도록 구성되는
    연료 전지 발전소 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택은 프로세스 가스를 수용 및 출력하도록 구성되며, 상기 모듈 조립체는, 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 포함하는 복수의 매니폴드로서, 상기 제 1 매니폴드는 상기 프로세스 가스를 상기 연료 전지 스택에 제공하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드는 상기 연료 전지 스택으로부터 출력된 상기 프로세스 가스를 수용하도록 구성되는, 상기 복수의 매니폴드와, 외부 소스로부터 제 1 온도로 상기 프로세스 가스를 수용하고 제 2 온도로 상기 프로세스 가스를 상기 제 1 매니폴드로 출력하도록 구성되고, 상기 제 2 매니폴드로부터 제 3 온도로 상기 프로세스 가스를 수용하고 제 4 온도로 상기 프로세스 가스를 출력하도록 구성된 열교환기를 더 포함하는
    연료 전지 발전소 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    복수의 모듈 조립체를 더 포함하며, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체를 적층된 배열로 유지하도록 구성되고, 상기 랙킹 구조체 및 상기 복수의 모듈 조립체 각각은, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 조립체가 상기 랙킹 구조체로부터 동일한 방향으로 제거 가능하도록 구성되는
    연료 전지 발전소 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 모듈 조립체를 포함하는 복수의 모듈 조립체를 더 포함하며, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체를 적층된 배열로 유지하도록 구성되고, 상기 랙킹 구조체는 상기 복수의 모듈 조립체에 대해 적층된 배열로 상기 주변 플랜트 장비를 유지하도록 구성되는
    연료 전지 발전소 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 덕트는 상기 랙킹 구조체의 제 1 단부에 근접하고 상기 주변 플랜트 장비로부터 멀리 상기 복수의 모듈 조립체를 향해 연장되도록 구성된 트렁크와, 상기 모듈 조립체와 연통하도록 구성된 제 1 브랜치를 포함하고 상기 트렁크로부터 멀리 연장되는 복수의 브랜치를 포함하는
    연료 전지 발전소 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 조립체, 상기 랙킹 구조체, 상기 주변 플랜트 장비 및 상기 덕트는 모듈 클러스터를 형성하고, 상기 연료 전지 발전소 시스템은 상기 모듈 클러스터를 포함하는 복수의 모듈 클러스터를 더 포함하며, 상기 제거 모드 동안에, 상기 모듈 클러스터는 상기 복수의 모듈 클러스터 중 다른 모듈 클러스터로부터 전기적으로 및/또는 유체적으로 분리되도록 구성되는
    연료 전지 발전소 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 클러스터는 나란히 배열되어 클러스터 그룹을 형성하고, 상기 클러스터 그룹은 제 1 단부를 가지며, 상기 복수의 모듈 클러스터 중의 각 랙킹 구조체의 제 1 단부는 상기 클러스터 그룹의 제 1 단부에 있는
    연료 전지 발전소 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 클러스터 그룹을 포함하는 복수의 클러스터 그룹을 더 포함하는
    연료 전지 발전소 시스템.
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