KR20230019048A

KR20230019048A - 대규모 현장 연료 전지 시스템 및 그의 설치 방법

Info

Publication number: KR20230019048A
Application number: KR1020220093611A
Authority: KR
Inventors: 라그하반 스리하리; 트레비산 데이비드; 레이치 리차드; 고메즈 아르만도; 엘스 아론; 말러 제시카
Original assignee: 블룸 에너지 코퍼레이션
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2023-02-07
Also published as: TW202341559A; US11862832B2; US20230037162A1; JP2023021039A; EP4131527A2

Abstract

모듈형 연료 전지 서브시스템은 복수의 행들의 모듈을 포함하며, 각 행은 복수의 연료 전지 전력 모듈과, 전력 모듈에 전기적으로 연결된 DC-AC 인버터를 포함하는 전력 조절 모듈을 포함한다. 일부 실시예에서, 단일 가스 및 물 분배 모듈은 전력 모듈의 다수의 행들에 유체 연결되고, 단일 미니 전력 분배 모듈이 모듈들의 각 행에서 각각의 전력 조절 모듈에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예에서, 모듈의 각 행은 전력 조절 모듈로부터 복수의 연료 전지 전력 모듈의 반대 측에 위치하는 연료 처리 모듈을 더 포함한다. 연료 및 물 연결들은, 연료 처리 모듈을 포함하는 행의 측으로부터 각 행으로 진입할 수 있고, 전기 연결은 전력 조절 모듈을 포함하는 행의 측으로부터 각 행으로 진입할 수 있다.

Description

대규모 현장 연료 전지 시스템 및 그의 설치 방법{LARGE SITE FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF INSTALLING SAME}

관련 출원

본 출원은 2021년 7월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 63/227,836, 2022년 1월 20일에 출원된 미국 가출원 번호 63/301,399, 및 2022년 2월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 63/307,309에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이의 전체 교시내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 개시내용은 일반적으로 연료 전지 시스템, 특히 대규모 현장 연료 전지 시스템 및 그의 설치 방법에 관한 것이다.

빠르고 저렴한 설치는 연료 전지 시스템의 보급을 높이는 데 도움이 될 수 있다. 일반적으로 배관 및 전기 라인에 트렌칭(trenching)이 필요한 맞춤형 설계 콘크리트 패드를 제자리에 타설하기 위한 설치 비용이 엄청나게 늘어날 수 있다. 콘크리트 타설과 트렌치에는 일반적으로 하나 이상의 건축 허가와 건물 검사관의 검토가 필요하기 때문에 대부분의 현장에서 설치 시간이 또한, 문제가 된다.

또한, 고정형 연료 전지 시스템은 부동산 가격이 상당히 높거나 사용 가능한 공간이 제한된 위치(예컨대, 하역장(loading dock), 빌딩 사이의 좁은 골목 또는 공간 등)에 설치할 수 있다. 연료 전지 시스템 설치는 가용 공간 활용도가 높아야 한다. 도어 등을 통해 시스템에 접근하기 위해 상당한 양의 격리(stand-off) 공간이 필요한 경우 설치 부동산 비용이 크게 증가한다.

현장에 설치해야 하는 연료 전지 시스템의 개수가 증가할 때 일반적으로 발생하는 한 가지 문제는, 이러한 시스템들 사이에 격리 공간이 필요하다는 것이다(하나의 유닛 또는 다른 유닛의 유지 관리를 허용하기 위함이다). 시스템 사이의 공간은 연료 전지 시스템의 고객이 사용할 가능성의 측면에서 손실된다.

일부 연료 전지 시스템 설계의 경우 이러한 문제는 모놀리식 시스템 설계의 전체 용량을 증가시켜 해결된다. 그러나 이것은 필요한 콘크리트 패드의 크기와 무게가 증가함에 따라 새로운 문제를 야기한다. 따라서, 이 전략은 시스템 설치 시간을 늘리는 경향이 있다. 또한, 시스템의 최소 크기가 증가함에 따라, 설계의 내결함성(fault tolerance)이 감소된다.

연료 전지 시스템의 연료 전지 스택 또는 칼럼(column)은 일반적으로 고온 박스(즉, 단열 컨테이너)에 있다. 기존의 대형 고정식 연료 전지 시스템의 고온 박스는 캐비닛, 하우징 또는 인클로저(enclosure)에 보관된다. 캐비닛, 인클로저 및 하우징이라는 용어는, 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 캐비닛은 일반적으로 금속으로 만들어진다. 금속은 스크래치, 찌그러짐(denting) 및 부식에 취약한 자동차 또는 산업용 분말 코팅 페인트로 칠해져 있다. 이러한 캐비닛의 대부분은 현재 산업용 HVAC 장비 캐비닛과 유사하다.

일실시예에서, 모듈형 연료 전지 서브시스템(modular fuel cell subsystem)은: 복수의 모듈의 행들(rows of modules)로서, 각각의 행은 복수의 연료 전지 전력 모듈들 및 전력 모듈들에 전기적으로 연결된 DC-AC 인버터를 포함하는 전력 조절 모듈(power conditioning module)을 포함하는 것인, 상기 복수의 모듈의 행들, 복수의 전력 모듈의 행들에 유체 연결된 단일 가스 및 물 분배 모듈, 및 복수의 모듈의 행들의 각 행의 전력 조절 모듈에 전기적으로 연결된 단일 소형 전력 분배 모듈(single mini power distribution module)을 포함한다.

일실시예에서, 연료 전지 시스템은: 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템, 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템에 전기적으로 연결된 시스템 전력 분배 유닛, 및 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템을 유틸리티 연료 파이프, 유틸리티 수도관 및 시스템 전원 분배 장치와 연결하는 배관 및 와이어를 포함하는 복수의 사전-주조 콘크리트 트렌치(precast concrete trenches)를 포함한다.

다른 실시예에서, 연료 전지 전력 모듈은: 셀룰러 콘크리트 베이스(cellular concrete base), 상기 베이스 상에 위치하며 상기 베이스보다 면적이 작은 비-셀룰러 콘크리트 패드, 및 콘크리트 베이스 상에 위치하는 연료 전지 전력 모듈을 포함하고, 상기 연료 전지 전력 모듈은 적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함한다. 일실시예에서, 사전-주조 콘크리트 트렌치가 제공되고, 상기 트렌치는 연료 전지 전력 모듈을 전력 분배 유닛과 연결하는 와이어를 포함한다.

다른 실시예에서, 연료 전지 시스템은: 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행을 포함하며, 각각의 행은 복수의 연료 전지 전력 모듈, 전력 모듈에 전기적으로 연결된 DC-AC 인버터를 포함하는 전력 조절 모듈, 및 전력 모듈에 유체 연결되는 연료의 전처리를 위한 컴포넌트를 포함하는 연료 처리 모듈을 포함하고, 여기서 전원 조절 모듈은 복수의 연료 전지 모듈의 제1 측에 위치되고, 연료 처리 모듈은 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행 중의 각각의 행에서 제1 측에 반대되는 복수의 연료 전지 모듈의 제2 측에 위치하며, 각각의 행의 전력 조절 모듈로의 전기적 연결은 각각의 행의 제1 측에 위치하고, 각각의 행의 연료 전지 처리 모듈로의 적어도 하나의 배관 연결은 각각의 행의 제2 측에 위치한다.

도 1은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 평면도를 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c는 도 2의 연료 전지 시스템의 패드의 평면도 및 사시도를 도시한다.
도 3d는 도 2의 연료 전지 시스템의 패드의 수정된 버전의 사시도를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 사시도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 시스템의 상부 평면도를 도시한다.
도 4c는 도 4a의 연료 전지 시스템의 패드의 개략도를 도시한다.
도 5a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 상부 평면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 연료 전지 시스템의 패드의 개략도를 도시한다.
도 5c는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 상부 평면도를 예시한다 .
도 5d는 도 5c의 연료 전지 시스템의 패드의 개략도를 도시한다.
도 6a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 상부 평면도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 연료 전지 시스템의 패드의 개략도를 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 상부 평면도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 연료 전지 시스템의 패드의 개략도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드 섹션의 사시도를 도시한다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드의 사시도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드의 사시도를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드를 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드를 도시한다.
도 13a 및 13b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 패드의 사시도를 도시한다.
도 14는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 모듈형 패드의 사시도이다.
도 15는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 모듈형 패드의 사시도이다.
도 16은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 모듈형 패드의 사시도이다.
도 17은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 패드 섹션의 사시도이다.
도 18a는 연료 전지 시스템의 지지 프레임의 사시도이고, 도 18b는 도 18a의 지지 프레임 상의 모듈을 도시한다.
도 19a 및 19b는 본 개시내용의 실시예에 따라, 각각 배관 및 배선으로 채워지기 전과 후에 사전-주조 콘크리트 트렌치를 갖는 대규모 현장 연료 전지 시스템의 평면도를 도시한다.
도 19c 및 19d는 도 19a의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 사시도이다.
도 19e는 도 19c의 가스 및 물 분배 모듈의 컴포넌트들의 개략적인 측면도이다.
도 19f는 도 19d의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 모듈형 패드의 측단면도이다.
도 19g는 도 19a의 시스템의 기능 개략도이다.
도 19h 및 19i는 도 19a 및 19g의 시스템의 컴포넌트들의 사시도이다.
도 19j는 중앙 집중식 탈황기를 갖는 연료 처리 모듈의 도면이다.
도 19k는 도 19a의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 블록의 평면도를 도시한다.
도 19l은 본 개시내용의 대안적인 실시예에 따른 대규모 현장 연료 전지 시스템의 평면도를 도시한다.
도 20a 내지 20j는 도 19a 내지 19f의 대규모 현장 연료 전지 시스템을 설치하는 방법의 단계들의 사시도이다.
도 21은 일실시예에 따른 서브시스템의 개략적인 평면도이다.
도 22a 및 22b는 도 21의 서브시스템의 전기 컴포넌트들의 회로도이다.
도 23은 본 개시내용의 실시예에 따른 전기 컴포넌트의 회로 개략도이다.
도 24, 25a 및 25b는 본 개시내용의 실시예의 시스템을 설치하는 동안 사용될 수 있는 콘크리트 연석(concrete curbs) 및 궤도(raceways)의 사진이다.
도 26a는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 대규모 현장 연료 전지 시스템의 평면도이다.
도 26b는 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록의 평면도이다.
도 26c는 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록의 대안적 구성의 평면도로서, 본 개시내용의 실시예에 따른 연료 및 물을 위한 도관들과 전기 배선을 도시한다.
도 26d는, 전력 모듈의 행의 제2 단부에서 전기 배선의 측면 진입과, 전력 모듈의 행의 제1 단부에서 가스 및 물 도관의 측면 진입을 도시하는, 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록의 사시도이다.
도 26e는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 전력 시스템의 블록을 위한 중앙 집중식 시스템 전력 분배 유닛 및 전력 모듈의 행들 사이에서 연장되는 전기 배선을 포함하는 콘크리트 트렌치의 사시도이다.
도 27a는 도 26a 내지 26e에 도시된 연료 전지 전력 시스템의 블록의 콘크리트 패드 및 사전-주조 콘크리트 트렌치의 사시도이다.
도 27b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 전기 연결을 포함하는 사전-주조(pre-cast) 콘크리트 트렌치의 사시도이다.
도 27c는 도 27b의 사전-주조 콘크리트 트렌치의 평면도이다.
도 28a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템 모듈을 지지하기 위한 콘크리트 패드의 부분 투명 투시도이다.
도 28b는 도 28a의 콘크리트 패드의 부분적으로 투명한 평면도이다.
도 28c는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 콘크리트 패드의 상부 표면에 부착된 오버레이 구조(overlay structures)를 포함하는 도 28a의 콘크리트 패드의 평면도이다.
도 28d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 시스템 전력 분배 유닛의 컴포넌트들을 지지하기 위한 콘크리트 패드의 평면도이다.
도 29a 및 29b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템 모듈의 캐비닛의 측면에 인접하여 위치하는 서비스 재배치 모듈(service relocation modules)의 사시도이다.

전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(modular fuel cell system; 10)이 도시되어 있다. 모듈형 시스템(10)은 2007년 1월 22일에 출원된 미국 특허 출원 제11/656,006호 및 2014년 3월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제14/208,190호에 설명된 모듈 및 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 이들의 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다. 연료 전지 시스템(10)의 모듈형 설계는 유연한 시스템 설치 및 작동을 제공한다. 모듈은 설치된 발전 용량의 확장, 안정적인 전력 생성, 연료 처리의 유연성, 단일 설계 세트로 전력 출력 전압 및 주파수의 유연성을 허용한다. 모듈형 설계로 인해 매우 높은 가용성과 안정성을 갖춘 "항상 전원이 켜진(always on)" 유닛이 제공된다. 이 설계는 또한, 손쉬운 확장 수단을 제공하고 고객 설치의 특정 요구사항을 충족한다. 모듈형 설계는 또한, 고객 및/또는 지리적 지역에 따라 다를 수 있는, 사용 가능한 연료와 필요한 전압 및 주파수의 사용을 허용한다.

모듈형 연료 전지 시스템(10)은 하우징(14)을 포함하며, 하우징(14)에는, 전력 모듈(12), 하나 이상의 연료 처리 모듈(16), 및 하나 이상의 전력 조절(즉, 전기 출력) 모듈(18) 중의 적어도 하나(바람직하게는 하나 또는 복수)가 배치된다. 실시예에서, 전력 조절 모듈(18)은 직류(DC)를 전달하도록 구성된다. 대안적인 실시예에서, 전력 조절 모듈(18)은 교류(AC)를 전달하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 전력 조절 모듈(18)은, 인버터와 같이 DC를 AC로 변환하는 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 시스템(10)은 2-30개의 전력 모듈과 같은, 임의의 원하는 수의 모듈, 예를 들어 6-12개의 모듈과 같이 3-12개의 전력 모듈을 포함할 수 있다.

도 1의 시스템(10)은: 패드(20) 상의, 6개의 전력 모듈(12)(6개의 모듈이 나란히 적층된 하나의 행), 1개의 연료 처리 모듈(16), 및 1개의 전력 조절 모듈(18)을 포함한다. 하우징(14)은 각각의 모듈(12, 16, 18)을 수용하는 캐비닛을 포함할 수 있다. 대안으로, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 모듈(16, 18)은 단일 캐비닛에 배치될 수 있다. 전력 모듈(12)의 한 행이 도시되어 있지만, 시스템은 모듈(12)의 하나 이상의 행을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 백투백/단대단(back to back/end to end)으로 배열된 2개의 행의 전력 모듈(18)을 포함할 수 있다.

각각의 전력 모듈(12)은 하나 이상의 고온 박스(13)를 수용하도록 구성된다. 각각의 고온 박스는, 전도성 상호 연결 플레이트로 분리된 세라믹 산화물 전해질을 갖는 고체 산화물 연료 전지의 하나 이상의 스택 또는 열과 같은, 연료 전지의 하나 이상의 스택 또는 열(명확성을 위해 도시되지 않음)을 포함한다. 가령, PEM, 용융 탄산염, 인산 등과 같은 다른 연료 전지 유형이 또한, 사용될 수 있다.

연료 전지 스택은 외부 및/또는 내부 매니폴드 스택을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스택은, 연료 전지 층 및/또는 연료 전지들 사이의 상호 연결 플레이트의 개구를 통해 연장되는 연료 및 공기 라이저들(risers)을 갖는 연료 및 공기에 대해 내부적으로 매니폴드될 수 있다.

대안적으로, 연료 전지 스택은 연료에 대해 내부적으로 매니폴드되고 공기에 대해 외부적으로 매니폴드될 수 있으며, 여기서 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는 미국특허 제7,713,649호에 기술된 바와 같이, 연료 유입구 및 배기 라이저만이 연료 전지 층 및/또는 연료 전지들 사이의 상호 연결 플레이트의 개구부를 통해 연장된다. 연료 전지는 직교류(cross flow)(공기와 연료가 각 연료 전지의 전해질의 대향하는 측들에서 서로 대략 수직으로 흐르는 경우), 역류 평행(counter flow parallel)(공기와 연료가 서로 대략 평행하지만, 각 연료 전지에서 전해질의 대향하는 측들에서 반대 방향으로 흐를 경우), 또는 병류 평행(co-flow parallel)(공기와 연료가 각 연료 전지의 전해질의 대향측에서 동일한 방향으로 서로에 대해 대략 평행하게 흐르는 경우) 구성을 가질 수 있다.

모듈형 연료 전지 시스템(10)은 또한, 적어도 하나의 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 연료 처리 모듈(16)은, 흡착 베드(예를 들어, 탈황기 및/또는 다른 불순물 흡착) 베드와 같은, 연료의 전처리를 위한 컴포넌트를 포함한다. 연료 처리 모듈(16)은 특정 유형의 연료를 처리하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 디젤 연료 처리 모듈, 천연 가스 연료 처리 모듈 및 에탄올 연료 처리 모듈을 포함할 수 있으며, 이들은 동일하거나 별도의 캐비닛에 제공될 수 있다. 특정 연료에 맞춰진 다른 베드 조성(bed composition)이 각 모듈에 제공될 수 있다. 처리 모듈(들)(16)은: 파이프라인에서 제공되는 천연 가스, 압축 천연 가스, 메탄, 프로판, 액화 석유 가스, 가솔린, 디젤, 가정용 난방유, 등유, JP-5, JP-8, 항공 연료, 수소, 암모니아, 에탄올, 메탄올, 합성 가스, 바이오 가스, 바이오 디젤, 및 다른 적합한 탄화수소 또는 수소 함유 연료로부터 선택된 연료들 중의 적어도 하나를 처리할 수 있다. 원하는 경우, 연료 처리 모듈(16)은 개질기(17)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 개질기(17)를 연료 전지 스택(들)과 열적으로 통합하는 것이 바람직하다면, 별도의 개질기(17)가 각 전력 모듈(12) 내 각각의 고온 박스(13)에 위치할 수 있다. 또한, 내부 개질 연료 전지가 사용되는 경우, 외부 개질기(17)가 완전히 생략될 수 있다.

전력 조절 모듈(18)은 연료 전지 스택에서 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위한 컴포넌트들(예를 들어, 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제7,705,490호에 기술된 DC/DC 및 DC/AC 컨버터), 그리드로의 AC 전력 출력을 위한 전기 커넥터, 전기적 과도 상태를 관리하기 위한 회로, 시스템 컨트롤러(예컨대, 컴퓨터 또는 전용 제어 논리 장치 또는 회로)를 포함한다. 전력 조절 모듈(18)은 연료 전지 모듈로부터의 DC 전력을 상이한 AC 전압 및 주파수로 변환하도록 설계될 수 있다. 208V, 60Hz; 480V, 60Hz; 415V, 50Hz 및 다른 공통 전압 및 주파수에 대한 설계들이 제공될 수 있다.

연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 하우징(14)의 하나의 캐비닛에 수용될 수 있다. 단일 입력/출력 캐비닛이 제공되는 경우, 모듈(16, 18)은 수직으로 위치될 수 있거나(예를 들어, 전력 조절 모듈(18) 컴포넌트 위에 연료 처리 모듈(16) 탈황기 캐니스터/베드가 있거나), 또는 캐비닛 내에 나란히 위치될 수 있다.

도 1의 예시적인 일실시예에 도시된 바와 같이, 하나의 캐비닛은 6개의 전력 모듈(12)의 1개의 행에 제공되며, 이들은 입력/출력 모듈의 일측면에 선형으로 나란히 배열된다. 모듈의 행은 예를 들어, 시스템이 전원을 공급하는 건물에 인접하게 위치할 수 있다(예컨대, 모듈의 캐비닛 후면이 건물의 벽을 향함). 전력 모듈(12)의 한 행이 도시되어 있지만, 시스템은 모듈(12)의 하나 이상의 행을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 바와 같이, 시스템은 백투백(back to back)으로 적층된 전력 모듈들의 2개의 행을 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)의 선형 어레이는 쉽게 스케일링된다. 예를 들어, 연료 전지 시스템(10)에 의해 서비스되는 건물 또는 다른 시설의 전력 요구에 따라 더 많거나 더 적은 전력 모듈(12)이 제공될 수 있다. 전력 모듈(12) 및 입력/출력 모듈은 또한 다른 비율로 제공될 수 있다. 예를 들어, 다른 예시적인 실시예에서, 더 많거나 더 적은 전력 모듈(12)이 입력/출력 모듈(16/18)에 인접하여 제공될 수 있다. 또한, 지원 기능은 하나 이상의 입력/출력 모듈(16/18)(예를 들어, 별도의 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18) 캐비닛을 가짐)에 의해 제공될 수 있다. 추가로, 바람직한 실시예에서, 입력/출력 모듈(16/18)은 전력 모듈(12)의 열의 단부에 있지만, 이는 또한, 열의 전력 모듈(12)의 중앙에 위치될 수도 있다.

모듈형 연료 전지 시스템(10)은 시스템(10)의 컴포넌트의 정비(servicing)를 용이하게 하는 방식으로 구성될 수 있다. 통상적으로 또는 빈번하게 서비스되는 컴포넌트들(가령, 소모성 컴포넌트들) 전부가 서비스 인력에게 요구되는 시간을 감소시키기 위해 단일 모듈에 배치될 수 있다. 예를 들어, 천연 가스 연료 시스템을 위한 퍼지 가스(선택 사항) 및 탈황 재료는 단일 모듈(예컨대, 연료 처리 모듈(16) 또는 결합된 입력/출력 모듈(16/18) 캐비닛)에 배치될 수 있다. 이것은 일상적인 유지 관리 중에 액세스되는 유일한 모듈 캐비닛이다. 따라서, 각 모듈(12, 16, 18)은 다른 모듈 캐비닛을 열지 않고, 다른 모듈을 수리, 수리 또는 제거하지 않고, 서비스, 수리되거나 또는 시스템으로부터 제거될 수 있다.

예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 시스템(10)은 다수의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전력 모듈(12)이 오프라인이 되는 경우(즉, 오프라인 모듈(12)의 고온 박스(13)에서 스택에 의해 전력이 생성되지 않는 경우), 나머지 전력 모듈(12), 연료 처리 모듈(16) 및 전원 조절 모듈(18)(또는 결합된 입/출력 모듈(16/18))은 오프라인 상태가 아니다. 또한, 연료 전지 시스템(10)은 각 유형의 모듈(12, 16 또는 18) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정 유형의 적어도 하나의 모듈이 오프라인 상태인 경우, 동일한 유형의 나머지 모듈은 오프라인 상태가 아니다.

따라서, 복수의 모듈을 포함하는 시스템에서, 각각의 모듈(12, 16, 18)은 전기적으로 분리되거나, 연료 전지 시스템(10)으로부터 제거될 수 있거나, 및/또는 시스템의 다른 모듈의 작동을 중단하지 않고 서비스 또는 수리될 수 있어서, 연료 전지 시스템이 계속해서 전기를 생산할 수 있도록 한다. 전체 연료 전지 시스템(10)은, 하나의 고온 박스(13)에 있는 연료 전지 스택 하나가 오작동하거나 서비스를 위해 오프라인으로 전환되는 경우, 셧다운될 필요가 없다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(200)의 상부 평면도를 도시한다. 연료 전지 시스템(200)은 도 1의 연료 전지 시스템(10)과 유사하다. 이와 같이, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 번호를 사용하고, 그들 간의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 시스템(200)은, 패드(210) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 시스템(200)은 모듈(12, 16, 18)에 접근하기 위한 도어(30)를 포함할 수 있다. 시스템(200)은 코스메틱 도어(cosmetic; 30A)를 더 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)은 백투백 구성(back-to-back configuration)으로 배치될 수 있다. 특히, 전력 모듈(12)은 평행한 행들로 배치될 수 있고, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈은 행들의 단부에 배치될 수 있다. 따라서, 시스템(200)은 전체적인 직사각형 구성을 가지며, 가령 도 1의 시스템(10)과 같은 다른 시스템보다 길이가 더 짧을 수 있다. 따라서, 시스템(200)은 공간의 길이가 문제가 되는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 시스템(200)은 전력이 제공될 건물에 인접한 주차 장소에 적합할 수 있다.

시스템(200)이 3개의 전력 모듈(12)의 2개의 행을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시내용은 임의의 특정 수의 전력 모듈(12)로 제한되지 않는다. 예를 들어, 시스템(200)은 일부 실시예에서, 2-30개의 전력 모듈(12), 4-12개의 전력 모듈(12), 또는 6-12개의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 시스템(200)은 전력 모듈(12)의 임의의 원하는 수를 포함할 수 있고, 전력 모듈(12)은 백투백 구성으로 배치된다. 또한, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)의 위치가 반전될 수 있거나, 및/또는 모듈(16, 18)이 시스템(200)의 양 단부 중 하나에 배치될 수 있다.

도 3a는 패드(210)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 3b는 패드(210)의 투시도를 도시하고, 도 3c는 에지 커버를 포함하는 패드(210)의 투시도를 도시한다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 패드(210)는 베이스(212)를 포함한다. 베이스(base; 212)는 콘크리트 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 베이스(212)는 강철 또는 다른 금속과 같은 임의의 다른 적절한 구조 재료로 만들어질 수 있고, 단일 본체로서 사전-주조(pre-cast)될 수 있거나, 섹션들로 주조될 수 있다. 베이스(212)는 패턴이 있는 몰드에서 베이스 재료를 주조하고, 몰드에서 주조 베이스(212)를 제거한 다음, 베이스(212)를 몰드의 위치(예를 들어, 베이스 제조 시설에서)에서 연료 전지 시스템의 작업 현장(즉, 연료 전지 시스템이 전력을 생성하기 위해 위치하는 곳)으로 운반함으로써 만들어질 수 있다. 베이스(212)는 단일 피스로 구성되거나, 다수의 연결된 섹션들을 포함할 수 있다.

베이스(212)는 제1 및 제2 관통 구멍(through holes; 214, 216), 배수 리세스(drainage recess; 218), 배선 리세스(wiring recess; 220), 및 배관 리세스(plumbing recess; 222)를 포함할 수 있다. 베이스(212)는 또한, 타이-다운 포켓(tie-down pockets; 224), 타이-다운 인서트(tie-down inserts; 226) 및 배관 브라켓(pluming brackets; 228)을 포함할 수 있다.

배수 리세스(218)는 모듈의 행들 사이에서 베이스(212)의 중간을 따라 연장될 수 있으며, 예를 들어 베이스(212)에 수집된 비(rain)나 파편을 수집하도록 구성될 수 있다. 타이-다운 포켓(224) 및 타이-다운 인서트(226)는, 베이스(212)에 대응하는 모듈들을 고정하도록 구성될 수 있다. 배관 리세스(222)는 베이스(212)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 특히, 배관 리세스(222)는 베이스(212)의 3개 이상의 에지를 따라 형성될 수 있다. 배선 리세스(220)는 제1 관통 구멍(214)에서 제2 관통 구멍(216)까지 연장될 수 있으며, 일반적으로 U자-형상일 수 있다.

패드(210)는 또한, 배관(230), 배선(232), 및 가령, 버스바(bus bar; 234)와 같은 시스템 전기 연결을 포함할 수 있다. 특히, 배선(wiring; 232)은 배선 리세스(220)에 배치될 수 있고, 하나 이상의 모듈에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배선(232)은 버스바(234) 및 전력 모듈(12) 각각에 연결될 수 있다. 버스바(234)는 전력 조절 모듈(18)에 연결될 수 있다. 전력 조절 모듈(18)은 제2 관통 구멍(216)을 통해 외부 부하에 연결될 수 있다. 버스바(234)는, 관통 구멍(216)의 하나의 에지 상에 배치될 수 있어서, 배선(232)이 관통 구멍(216)을 가로질러 연장되지 않도록 한다. 하지만, 버스바(234)는, 위치가 시스템 요구사항을 충족하기 위해 필요한 경우 관통 구멍(216)의 대향하는 측들에 배치될 수 있어서, 배선(232)이 관통 구멍(216)을 가로질러 연장되게 한다.

배관(230)은 배관 리세스(222)에 배치될 수 있다. 배관(230)은 제1 관통 구멍(214)을 통해 물 및/또는 연료의 외부 소스에 연결될 수 있고, 배관 브래킷(228)에 부착될 수 있다. 특히, 배관(230)은 연료 처리 모듈(16)을 전력 모듈(12)에 연결하는 연료 파이프(230A)를 포함할 수 있다. 배관(230)은 또한, 전력 모듈(12)에 물을 제공하도록 구성된 수도 파이프(230B)를 포함할 수 있다. 배관(230)은 배관 브래킷들(228) 사이에서 전력 모듈(12)로 연장될 수 있다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 배관(230)은 에지 커버(edge cover; 236)에 의해 덮일 수 있다. 특히, 에지 커버(236)는 배관 리세스(222)를 덮도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에지 커버(236)는 다수의 세그먼트를 포함할 수 있어서, 에지 커버(236)가 피스 단위로 제거 및/또는 설치될 수 있게 한다.

도 3d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 패드(211)의 사시도를 도시한다. 패드(211)는, 패드(210) 대신에, 도 2의 연료 전지 시스템의 패드(210)의 대안적인 버전이다. 따라서, 패드(210, 211) 사이의 차이점만이 상세하게 설명될 것이다.

도 3d를 참조하면, 패드(211)는 배선(233)을 포함하지만 버스바는 포함하지 않는다. 특히, 배선(233)은, 각각의 전력 모듈(12)을 전력 조절 모듈(18)에 부착하도록 구성된 케이블의 형태일 수 있고, 시스템 전기 연결은 케이블 어셈블리 입력 또는 출력(237)을 포함할 수 있다.

도 4a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템의 사시도를 도시한다. 도 4b는 시스템(400)의 상부 평면도를 도시한다. 도 4c는 도 4a의 패드(410)의 개략도를 도시한다. 연료 전지 시스템(400)은 도 1의 연료 전지 시스템(10)과 유사한 컴포넌트를 포함한다. 이와 같이, 유사한 구성요소에는 유사한 참조 번호가 사용되며, 그들 간의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 시스템(400)은, 패드(410) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 시스템(400)은 모듈(12, 16, 18)에 접근하기 위한 도어(30)를 포함할 수 있다. 시스템(400)은 코스메틱 도어(30A)를 더 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)은 선형 구성으로 배치될 수 있다. 특히, 전력 모듈(12)은 하나의 행에 배치될 수 있고, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 행의 일단(one end)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 행의 중간에 배치될 수 있다. 따라서, 시스템(400)은 전체적인 선형 구성을 가지며, 선형 공간을 갖지만 제한된 폭을 갖는 위치에 적합할 수 있다. 이러한 위치의 예는, 큰 박스 스토어(box store)의 후면일 수 있다.

시스템(400)이 6개의 전력 모듈(12)의 행을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시내용은 임의의 특정 수의 전력 모듈(12)로 제한되지 않는다. 예를 들어, 시스템(400)은, 일부 실시예에서, 2-30개의 전력 모듈(12), 4-12개의 전력 모듈(12), 또는 6-12개의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 시스템(500)은 임의의 원하는 수의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있으며, 모듈(12, 16, 18)은 선형 구성으로 배치된다.

패드(410)는 베이스(412)를 포함한다. 베이스(412)는 제1 및 제2 관통 구멍 (214, 216)을 포함할 수 있다. 베이스(412)는 또한, 도 10과 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 배선 리세스 및 배관 리세스를 포함할 수 있다. 베이스(412)는 콘크리트 또는 이와 유사한 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 베이스(412)는 가령, 강철 또는 다른 금속과 같은 임의의 다른 적절한 구조 재료로 만들어질 수 있고, 단일 몸체로서 사전-주조될 수 있거나, 섹션들에서 주조될 수 있다. 베이스(412)는 베이스 재료를 패턴이 있는 몰드(mold)로 주조하고, 몰드에서 주조 베이스(412)를 제거한 이후, 베이스(412)를 몰드의 위치(예를 들어, 베이스 제조 시설)에서 연료 전지 시스템(즉, 연료 전지 시스템이 전력을 생성하기 위해 위치하는 곳)의 위치로 전달함으로써 제조될 수 있다.

패드(410)는 또한, 배관(230)(예를 들어, 수도 파이프(230A) 및 연료 파이프(230B)), 배선(232), 및 시스템 버스바(234)를 포함할 수 있다. 특히, 배선(232)은 실질적으로 선형인 배선 리세스에 배치될 수 있고, 하나 이상의 모듈에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배선(232)은 버스바(234) 및 전력 모듈(12) 각각에 연결될 수 있다. 버스바(234)는 전력 조절 모듈(18)에 연결될 수 있다. 전력 조절 모듈(18)은 제2 관통 구멍(216)을 통해 외부 부하에 연결될 수 있다. 버스바(234)는 제2 관통 구멍(216)의 에지 상에 배치되어서, 배선(232)이 제2 관통 구멍(216)을 가로질러 연장되지 않도록 할 수 있다. 하지만, 버스바(234)는, 시스템 요구사항을 충족하기에 필요한 위치인 경우 제2 관통 구멍(216)의 대향하는 측들에 배치되어서, 배선(232)이 제2 관통 구멍(216)을 가로질러 연장되도록 할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 배관(230) 및 배선(232)은, 모듈(12, 16, 18)에 대한 연결을 용이하게 하기 위해 도어(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 배관(230) 및 배선(232)은 베이스(412)의 에지에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 배선(232)은 도 3d에 도시된 것과 유사한 케이블 형태일 수 있고, 버스바(234)는 생략될 수 있다.

도 5a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(500)의 상부 평면도를 도시한다. 도 5b는 도 5a의 패드(510)의 개략도를 도시한다. 연료 전지 시스템(500)은 연료 전지 시스템(200)과 유사한 컴포넌트를 포함한다. 이와 같이 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 번호를 사용하며, 그들 간의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 시스템(500)은, 패드(510) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 시스템(500)은 모듈(12, 16)에 접근하기 위한 도어(30)를 포함할 수 있다. 시스템(500)은 코스메틱 도어(30A)를 더 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)은 L-자형 구성으로 배치될 수 있다. 특히, 전력 모듈(12)은 제1 행에 배치될 수 있고, 연료 처리 모듈(16), 전력 조절 모듈(18), 및 추가 전력 모듈(12)은 제1 행에 실질적으로 직교하는 제2 행에 배치될 수 있다. 특히, 모듈(16, 18)은 제2 열의 말단부(distal end)에 배치될 수 있다. 따라서, 시스템(500)은 선형 공간을 갖지만 제한된 폭을 갖는 위치에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 위치는 예컨대, 대형 스토어 뒤에 있을 수 있다.

시스템(500)이 6개의 전력 모듈(12)의 행을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시내용은 임의의 특정 수의 전력 모듈(12)로 제한되지 않는다. 예를 들어, 시스템(500)은 일부 실시예에서, 2-30개의 전력 모듈(12), 4-12개의 전력 모듈(12), 또는 6-12개의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있다.. 다시 말해서, 시스템(500)은 임의의 원하는 수의 전력 모듈(12)을 포함할 수 있고, 모듈(12, 16, 18)은 직교 구성(orthogonal configuration)으로 배치된다.

패드(510)는 베이스(512)를 포함한다. 베이스(512)는 제1 및 제2 관통 구멍(214, 216), 배선 리세스 및 배관 리세스를 포함할 수 있다. 베이스(512)는 콘크리트 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 베이스(512)는 단일 몸체로 사전-주조되거나 섹션으로 주조될 수 있다. 예를 들어, 베이스(512)는, 사전-주조되고 이후 작동 위치에서 서로 인접하게 배치될 수 있는 제1 섹션(512A) 및 제2 섹션(512B)을 포함할 수 있다. 섹션(512A)과 섹션(512B) 사이의 분할은 점선 L로 도시되어 있다. 모듈의 제1 행은 제1 섹션(512A)에 배치될 수 있고, 모듈의 제2 행은 제2 섹션(512B)에 배치될 수 있다.

패드(510)는 또한, 배관(230)(예를 들어, 물 배관(230A) 및 연료 배관(230B)), 배선(232) 및 시스템 버스바(234)를 포함할 수 있다. 특히, 배선(232)은 배선 리세스에 배치될 수 있고, 하나 이상의 모듈에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배선(232)은 버스바(234) 및 전력 모듈(12) 각각에 연결될 수 있다. 버스바(234)는 전력 조절 모듈(18)에 연결될 수 있다. 전력 조절 모듈(18)은 제2 관통 구멍(216)을 통해 외부 부하에 연결될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 배관(230) 및 배선(232)은 모듈(12, 16, 18)에 대한 연결을 용이하게 하기 위해 도어(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 배관(230) 및 배선(232)은 베이스(512)의 에지들에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 배선(232)은 도 3d에 도시된 것과 유사한 케이블 형태일 수 있고, 버스바(234)는 생략될 수 있다.

도 5c는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(550)의 상부 평면도를 도시한다. 도 5d는 도 5c의 패드(560)의 개략도를 도시한다. 연료 전지 시스템(550)은 연료 전지 시스템(500)과 유사한 컴포넌트를 포함한다. 이와 같이 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 번호가 사용되고, 그들 사이의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 5c 및 도 5d를 참조하면, 시스템(550)은, 패드(560) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 전력 모듈(12)은 제1 행에 배치될 수 있고, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 제1 행에 일반적으로 직교하는 제2 행에 배치될 수 있다. 이와 같이, 시스템(550)은 일반적으로 L자-형상일 수 있다. 패드(560)는, 점선(L)으로 구분된 제1 및 제2 섹션(560A, 560B)을 포함할 수 있다. 그러나, 패드(560)는 단일 재료 조각으로 형성될 수 있다. 모듈의 제1 행은 제1 섹션(560A)에 배치될 수 있고, 모듈의 제2 행은 제2 섹션(560B)에 배치될 수 있다.

패드(560)는 또한, 배관(230)(예를 들어, 물 배관(230A) 및 연료 배관(230B)), 배선(232), 제1 관통 구멍(214), 제2 관통 구멍(216), 및 시스템 버스바(234)를 포함할 수 있다. 특히, 배선(232)은 배선 리세스에 배치되고, 하나 이상의 모듈에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배선(232)은 버스바(234) 및 전력 모듈(12) 각각에 연결될 수 있다. 버스바(234)는 전력 조절 모듈(18)에 연결될 수 있다. 전력 조절 모듈(18)은 제2 관통 구멍(216)을 통해 외부 부하에 연결될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 배관(230) 및 배선(232)은 모듈(12, 16, 18)에 대한 연결을 용이하게 하기 위해 도어(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 배관(230) 및 배선(232)은 패드(560)의 에지들에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 배선(232)은 도 3d에 도시된 것과 유사한 케이블 형태일 수 있고, 버스바(234)는 생략될 수 있다.

도 6a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(600)의 상부 평면도를 도시한다. 도 6b는 도 6a의 패드(610)의 개략도를 도시한다. 연료 전지 시스템(600)은 연료 전지 시스템(500)과 유사한 컴포넌트를 포함한다. 이와 같이 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 번호가 사용되고, 이들 사이의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 6a 및 6b를 참조하면, 시스템(600)은 패드(610) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 시스템(600)은 모듈(12, 16)에 접근하기 위한 도어(30)를 포함할 수 있다. 시스템(600)은 코스메틱 도어(30A)를 더 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)은 L자 형태의 구성으로 배치될 수 있다. 특히, 전력 모듈(12)은 제1 행에 배치될 수 있고, 연료 처리 모듈(16), 전력 조절 모듈(18), 및 추가 전력 모듈(12)은 제1 행에 실질적으로 직교하는 제2 행에 배치될 수 있다. 특히, 모듈(16, 18)은 제2 열의 말단부에 배치될 수 있다.

시스템(500)과 대조적으로, 시스템(600)은 제1 행과 제2 행 사이에 배치된 더미 섹션(dummy section; 630)을 포함한다. 더미 섹션(630)은 모듈을 포함하지 않는 패드(610)의 일부일 수 있다. 배관(230) 및 배선(232)은 더미 섹션(630)을 통해 라우팅될 수 있고, 패드(610)의 에지를 따라 연장될 수 있다.

패드(610)는 더미 섹션(630)에 의해 분리된 제1 섹션(612A) 및 제2 섹션(612B)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 더미 섹션(630)은 패드(610)의 별도 섹션일 수 있거나, 제1 및 제2 섹션(612A, 612B) 중의 하나의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 빈 캐비닛이 더미 섹션(630)에 배치될 수 있다. 모듈의 제1 행은 제1 섹션(612A)에 배치될 수 있고, 모듈의 제2 행은 제2 섹션(612B)에 배치될 수 있다.

도 7a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 연료 전지 시스템(700)의 상부 평면도를 도시한다. 도 7b는 도 7a의 패드(710)의 개략도를 도시한다. 연료 전지 시스템(700)은 연료 전지 시스템(500)과 유사한 컴포넌트를 포함한다. 이와 같이 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 번호가 사용되고, 이들 간의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.

도 7a 및 7b를 참조하면, 시스템(700)은 패드(710) 상에 배치된, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 연료 처리 모듈(16)을 포함한다. 시스템(700)은 모듈(12, 16)에 접근하기 위한 도어(30)를 포함할 수 있다. 시스템(700)은 코스메틱 도어(30A)를 더 포함할 수 있다.

전력 모듈(12)은 계단형 구성(stepped configuration)으로 배치될 수 있다. 특히, 전력 모듈(12)은 제1 행, 제1 행과 실질적으로 직교하는 제2 행, 및 실질적으로 제2 행에 직교하는 제3 행에 배치될 수 있다. 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 제3 열의 말단부에 배치될 수 있다. 그러나, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은 일부 실시예에 따라 제1 행 또는 제2 행에 배치될 수 있다.

시스템(700)은 제1 행과 제2 행 사이에 더미 섹션(730)을 포함한다. 더미 섹션(730)은 모듈을 포함하지 않는 패드(710)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 빈 캐비닛이 더미 섹션(730)에 배치될 수 있다. 배관(230) 및 배선(232)은 더미 섹션(730)을 통해 라우팅될 수 있고, 패드(710)의 에지를 따라 연장될 수 있다.

패드(710)는 제1 섹션(712A), 제2 섹션(712B) 및 제3 섹션(712C)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 섹션(712A, 712B)은 라인(L)에 의해 분리될 수 있다. 제2 및 제3 섹션(712B, 712C)은 더미 섹션(730)에 의해 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 더미 섹션(730)은 패드(710)의 개별 세그먼트일 수 있거나, 또는 제2 및 제3 섹션(712B, 712C) 중의 하나의 일부일 수 있다. 모듈의 제1 행은 제1 섹션(712A)에 배치될 수 있고, 모듈의 제2 행은 제2 섹션(712B)에 배치될 수 있으며, 모듈의 제3 행은 제3 섹션(712B)에 배치될 수 있다. 패드(710)는 또한, 제1 및 제2 섹션(712A, 712B)의 배선(232)을 연결하도록 구성된 제2 시스템 버스바(235)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드 섹션(800)의 사시도를 도시한다. 도 8을 참조하면, 패드 섹션(800)은 전술한 패드의 임의의 섹션으로 사용될 수 있다. 패드 섹션(800)은 직사각형일 수 있고, 예를 들어, 패드 섹션(800)은 2개의 실질적으로 평행한 장변(long sides)과 그 사이에서 연장되는 2개의 실질적으로 평행한 단변(short sides)을 가질 수 있다.

패드 섹션(800)는 제1 보스(boss; 802), 제2 보스(804), 제3 보스(806), 배관 브래킷(828), 배선 리세스(820), 연결 리세스(822) 및 배관 리세스(824)를 포함할 수 있으며, 이는 패드 섹션(800)의 상부 표면에 형성될 수 있다. 제1 보스(802)는 제2 및 제3 보스(804, 806) 사이에 배치될 수 있다. 제2 보스(804)는 제3 보스(806)보다 더 큰 표면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 보스(804) 및 제3 보스(806)는 실질적으로 동일한 폭을 갖지만, 제2 보스(804)는 제3 보스(806)보다 더 길 수 있다. 제1 보스(802)는 제2 또는 제3 보스(804, 806)보다 더 큰 표면적을 가질 수 있다. 제3 보스(806)와 인접한 배관 브래킷(828) 사이에 배치된 배선 리세스(820)의 부분(820A)은 확대될 수 있고, 예컨대 확대된 부분(820A)은 배선 리세스(820)의 나머지보다 더 넓을 수 있다. 일부 실시예에 따르면 확대된 부분(820A)에 관통 구멍(216)이 형성될 수 있다.

배선 리세스(820)는 보스(802, 804, 806)와 배관 브래킷(828) 사이에 배치될 수 있다. 보스(802, 804, 806)는 그 위에 배치된 모듈을 고정하도록 구성된 타이-다운 포켓(826)을 포함할 수 있다. 배관 브래킷(828)은 제1 행에 배치될 수 있고, 보스(802, 804, 806)는 제1 행에 실질적으로 평행한 제2 행에 배치될 수 있다.

배관 리세스(824)는, 패드 섹션(800)를 사용하여 구성되는 패드의 형상에 따라 패드 섹션(800)의 오로지 2개 또는 3개의 측면/에지에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 배관 리세스(824)는, 패드 섹션(800)이 L-형 또는 선형 구성을 갖는 연료 전지 시스템에서 사용되는 경우, 패드 섹션(800)의 장변 및 하나의 단변을 따라 연장될 수 있다. 대안으로, 배관 리세스(824)는, 패드 섹션(800)가 직사각형 구성을 갖는 연료 전지 시스템에서 사용되는 경우, 패드 섹션(800)의 장변 및 2개의 단변을 따라 연장될 수 있다.

에지 커버(832)는 배관 리세스(822) 상에 배치될 수 있다. 패드 섹션(800)은 사전-주조(precast)되고, 전달된 다음, 하나 이상의 다른 패드 섹션(800)과 함께 현장에서(on-site) 조립될 수 있다.

도 9a 및 9b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드(215)의 사시도를 도시한다. 패드(215)는 연료 전지 시스템(200)의 패드(210)로 사용될 수 있다. 도 9a 및 9b를 참조하면, 패드(215)는 서로 인접하게 배치된 2개의 패드 섹션(800)을 포함한다. 특히, 패드 섹션들(800)은 서로 같은 높이로 배치될 수 있거나, 및/또는 물리적으로 서로 연결될 수 있다.

특히, 각 패드 섹션(800)은 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이 섹션(800)이 조립될 때 연결 리세스(822) 및 배관 리세스(824)가 각각 서로 정렬되도록 구성될 수 있다. 즉, 인접한 패드 섹션(800)의 연결 리세스(822)는 인접한 리세스를 형성할 수 있고, 패드 섹션(800)이 서로 정렬될 때 인접한 2개의 패드 섹션(800)의 배관 리세스(824)는 인접한 배관 리세스를 형성할 수 있다. 또한, 패드 섹션(800)은 제2 보스(804)가 제3 보스(806)에 정렬(접촉)하고, 제1 보스(802)가 서로와 정렬(접촉)되도록 정렬될 수 있다. 즉, 제1 패드 섹션(800)의 장변은 제2 패드 섹션(800)의 장변과 접하도록 배치될 수 있다(동일한 제1 패드부에 대해 180도 회전됨). 배관 및/또는 배선의 라우팅을 허용하기 위해, 하나 이상의 관통 구멍(216)이 패드 섹션(800)에 형성될 수 있다. 특히, 배선 리세스(820)의 확대된 부분(820A)에 관통 구멍(216)이 형성될 수 있다.

도 10은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드(415)의 사시도를 도시한다. 패드(415)는 도 4a 및 4b의 선형 패드(410)를 대체할 수 있는 선형 패드일 수 있다. 도 10을 참조하면, 패드(415)는 길이방향으로 함께 정렬된 2개의 패드 섹션(800)을 포함한다. 특히, 하나의 패드 섹션(800)의 제3 보스(806)는, 다른 패드 섹션(800)의 제2 보스(804)와 인접하게 배치된다. 즉, 패드 섹션(800) 중 하나의 단변이 다른 패드 섹션(800)의 단변과 접촉하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 패드 섹션(800)의 배선 리세스(820) 및 배관 리세스(824)는 서로 정렬(연속)될 수 있다. 특히, 배선 리세스(820)는 실질적으로 연속적인 선형의 배선 리세스를 형성하도록 정렬될 수 있다.

도 11은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드(615)를 도시한다. 패드(615)는 도 6b의 패드(610)를 대체할 수 있다.

도 11을 참조하면, 패드(615)는 함께 직교하도록 정렬된 2개의 패드 섹션(800)을 포함한다. 특히, 하나의 패드 섹션(800)의 제3 보스(806)는 다른 패드 섹션(800)의 제1 보스(802)에 인접하게 배치된다. 이와 같이, 배선 리세스(820)는 연결 리세스들(822) 중 하나에 의해 연결될 수 있고, 패드 섹션(800)의 배관 리세스(824)는 서로에 대해 각각 정렬(연속)될 수 있다. 즉, 하나의 패드 섹션(800)의 단변이 다른 패드 섹션(800)의 장변과 접하도록 배치될 수 있다.

추가 패드 섹션(800)은 도 7b의 패드(710)와 같은 계단형 패드가 형성될 수 있도록, 상기 패드 섹션들(800) 중 하나와 정렬될 수 있다. 즉, 각 섹션(712A, 712B, 712C)은 패드 섹션들(800) 중의 하나를 사용하여 형성될 수 있다.

도 12는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 모듈형 패드(415A)를 도시한다. 패드(415A)는 도 4a 및 4b의 패드(410)를 대체할 수 있다.

도 12를 참조하면, 패드(415A)는 2개의 모듈형 패드 섹션(900)을 포함한다. 패드 섹션(900)은 패드 섹션(800)과 유사하므로, 이들 사이의 차이점만이 상세하게 논의될 것이다.

특히, 패드 섹션(900)은 패드 섹션(900)의 상부 표면에서 제1 보스(802)와, 제1 보스(804)의 대향하는 측들에 배치된 제2 보스들(808)을 포함한다. 제2 보스들(808)은 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 패드 섹션(800)이 상이한 크기들을 갖는 제2 및 제3 보스들(804, 806)을 포함하기 때문에, 패드 섹션(800)의 경우와는 달리 패드 섹션(900)은 폭 방향으로 대칭일 수 있다. 패드 섹션(900)은 위에서 논의된 바와 같이, 패드(415)의 패드 섹션(800)과 유사한 방식으로 함께 정렬될 수 있다.

도 13a 및 13b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 패드(1000)의 사시도를 도시한다.

도 13a 및 13b를 참조하면, 패드(1000)는 상기 연료 전지 시스템들 중 임의의 것에 통합될 수 있다. 패드(1000)는 베이스(1010), 분리기(1012), 및 프레임(frames; 1014)을 포함한다. 베이스(1010)는 전술한 바와 같이 콘크리트 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 특히, 베이스(1010)는 현장에서 주조될 수 있거나, 하나 이상의 섹션에서 사전 주조된 이후 현장에서 조립될 수 있다.

분리기(1012)는 베이스(1010)의 상부 표면에 배치될 수 있으며, 판금 또는 다른 유사한 물질로 형성될 수 있다. 분리기(1012)는 베이스(1010)의 양측에 배치된 레일(1017), 및 레일(1017) 상에 배치된 스페이서(1016)를 포함할 수 있다. 레일(1017)은 단일 조각일 수 있거나, 또는 연결된 레일 섹션들을 포함할 수 있다.

프레임들(1014)은, 가령 볼트(1018), 클램프 등을 사용하는 것과 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여, 스페이서(1016)에 부착될 수 있다. 프레임(1014)은 가령, 전력 모듈, 연료 처리 모듈 등과 같은 모듈을 수용하도록 구성된다. 분리기(1012)는 베이스(1010)와 프레임(1014) 사이에 공간이 형성되도록 이들을 분리하도록 구성될 수 있다.

패드(1000)는 베이스(1010) 상에 배치된 배관(1020)을 포함할 수 있다. 배관(1020)은 베이스(1010)에 형성된 관통 구멍(1022)으로부터 연장될 수 있고, 프레임(1014) 상에 배치된 모듈에 물 및/또는 연료를 제공하도록 구성될 수 있다. 패드(1000)는 전력 조절 모듈을 수용하도록 구성된 프레임(1014A)을 포함할 수 있다. 패드(1000)는 또한, 전력 모듈을 프레임(1014A) 상에 배치된 전력 조절 모듈에 연결하도록 구성된 배선(미도시)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 배선은 프레임(1014)에 형성된 개구(1015)를 통해 라우팅될 수 있다.

분리기(1012)는 베이스(1010)의 상부 표면으로부터 프레임(1014)을 이격하도록 구성된다. 따라서, 배관(1020)은 베이스(1010)의 상부 표면 바로 위에 배치될 수 있다. 즉, 베이스(1010)의 상부 표면은 실질적으로 평면이어야 하며, 예를 들어 배관(1020) 및/또는 배선을 위한 리세스를 포함할 필요가 없다.

패드(1000)의 구성은, 배관 및/또는 배선이 연료 전지 시스템 모듈의 설치를 위한 평평한 표면을 갖기 위해 베이스(1010) 내로 주조된 피쳐로 설정될 필요가 없다는 점에서 종래의 패드에 비해 이점을 제공한다. 이와 같이, 베이스(1010)가 주조된 피처(cast feature)를 필요로 하지 않기 때문에, 패드(1000)는 더 낮은 비용으로 제조될 수 있다.

도 14는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른, 연료 전지 시스템을 위한 패드(1400)의 사시도이다. 도 14를 참조하면, 패드(1400)는 베이스(1410) 및 베이스(1410) 상에 배치된 복제기(replicators; 1420)를 포함한다. 베이스(1410)는 현장 주조 또는 사전-주조일 수 있고 현장으로 전달될 수 있다. 베이스(1410)는 콘크리트 또는 이와 유사한 재료로 형성될 수 있다.

복제기(1420)는 베이스(1410)에 부착될 수 있으며 플라스틱 또는 다른 비부식성 재료로 형성될 수 있다. 복제기(1420)는 위에서 설명한 이전 실시예의 베이스로 성형된 특징을 복제할 수 있다. 예를 들어, 복제기(1420)는, 복제기(1420) 사이에서 베이스(1410)의 평평한 상부 표면에 배선 및/또는 배관 채널 또는 리세스들이 형성되도록 보스들(bosses)을 형성할 수 있다. 따라서, 복제기(1420)는 연료 전지 시스템의 모듈(12, 16, 18)을 지지하기 위한 융기된 구조(elevated structure)를 생성할 수 있는 한편, 배선 및 배관은 복제기들 사이에서 채널이나 리세스들 내로 콘크리트 베이스(1410)의 평평한 상부 표면 상에 형성된다. 복제기(1420)는 또한, 피처를 베이스(1410)에 드릴링하기 위한 템플릿으로 사용될 수 있다. 복제기(1420)는 임의의 적절한 부착 방법들, 가령 상부 베이스 표면으로 몰딩되는 것을 사용하여, 베이스(1410)에 부착되거나 및/또는 함께 부착(예컨대, 스냅(snapped))될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 다수의 패드(1400)는 패드 섹션으로서 서로 부착되어 더 큰 패드(1400)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 패드(1400)는 패드 배관 커버 상의 "리빙 힌지(living hinges)"를 사용하여 연결될 수 있으며, 이는 제자리에서 스냅 잠금(snap lock)될 수 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 패드(1400)는 패드 섹션으로 간주될 수 있다.

도 15는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 패드(1500)의 사시도이다. 도 15를 참조하면, 패드(1500)는 패드 섹션(1510) 및 인장 케이블(tension cable; 1520)을 포함한다. 하나의 인장 케이블(1520)이 도시되어 있지만, 다수의 인장 케이블(1520)이 포함될 수 있다. 인장 케이블(1520)은 패드 섹션(1510)을 연결하도록 구성된다. 특히, 웨지(1530)는 패드 섹션(1520)을 함께 바이어스하기 위해 인장 케이블(1520) 상에 배치될 수 있다. 하나의 웨지(1530)가 도시되어 있지만, 웨지는 각 인장 케이블(1520)의 대향 단부들에 배치될 수 있다.

패드 섹션(1510)은 정렬 핀(1512) 및 정렬 구멍(1514)을 더 포함할 수 있다. 특히, 정렬 핀(1512)은 패드 섹션(1520)을 서로 정렬하기 위해 정렬 구멍(1514)에 빠져있다. 일부 실시예에 따르면, 정렬 핀(1512)은 피라미드 형상일 수 있고, 정렬 구멍(1514)은 패드 섹션(1510)의 정렬을 용이하게 하기 위해, 대응하는 형상을 가질 수 있다.

도 16은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 위한 패드(1600)의 사시도이다. 도 16을 참조하면, 패드(1600)는 함께 연결된 패드 섹션(1610)을 포함한다. 특히, 패드 섹션(1610)은 제1 및 제2 브래킷(1612, 1614)을 포함하며, 이는 서로 짝을 이루고(mate with one another), 이를 통해 삽입된 핀(1616)과 함께 잠겨진다. 패드 섹션(1610)은 배관 및/또는 배선을 위한 공간을 제공할 수 있는 리세스 또는 컷아웃(cut-outs)(1618)을 포함할 수 있다. 배관 및/또는 배선은 패드 섹션(1610)을 통해 내부에 형성된 구멍(1620)으로 공급될 수 있다. 패드(1600)의 구성은, 패드(1600)가 다양한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 패드 섹션(1600)은 비교적 얇은 콘크리트 패드 상에 배치될 수 있다.

도 17은 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 패드 섹션(1700)을 도시한다. 도 17을 참조하면, 패드 섹션(1700)은 그 상부 표면으로부터 연장되는 타이 다운(tie downs; 1710)을 포함한다. 타이 다운(1710)은 단조 또는 강화된 금속으로 형성될 수 있으며, 제조 중 또는 제조 후에 패드에 삽입될 수 있다. 타이 다운(1710)은 버섯 모양일 수 있고, 패드 섹션(1700) 상의 모듈의 블라인드 설치를 허용할 수 있다. 이와 같이, 타이 다운(1710)은 자가 안내 방식(self-guiding)이기 때문에 모듈이 패드 섹션(1700)에 더 쉽게 부착되는 것을 허용한다.

도 18a는 다양한 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 지지 프레임(1800)을 도시한다. 지지 프레임은 물 배관(1810), 연료 배관(1812), 및 전기 배선(1814)을 포함할 수 있으며, 이는 지지 프레임(1800)의 구멍(1816)과 빠른 연결부(1818) 사이에서 연장될 수 있다.

지지 프레임(1800)은 제조 현장에서 도 18b에 도시된 바와 같이 연료 전지 시스템의 모듈(1820)에 부착되고 사전 배선된 다음 연료 전지 시스템이 전력을 생성할 조립 현장으로 배송될 수 있다. 사전 부착된 프레임(1800)은 도 13a에 도시된 프레임(1014)과 유사할 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템의 조립이 단순화될 수 있다.

도 19a 및 19b는 트렌치가 배관 및 배선으로 각각 채워지기 전과 후에 사전-주조 콘크리트 트렌치가 있는 다른 실시예의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 평면도를 도시한다. 도 19c 및 19d는 도 19a 내지 19b의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 사시도이다. 도 19e는 도 19c의 가스 및 물 분배 모듈의 컴포넌트들의 개략적인 측면도이다. 도 19f는 도 19d의 대규모 현장 연료 전지 시스템의 모듈을 위한 패드의 측단면도이다. 도 19g는 시스템의 기능 개략도이다. 아래에 설명된 모든 모듈은 다른 모듈과는 별도의 하우징에 위치할 수 있다. 이 시스템은 컴포넌트들의 개수를 줄이고 컴포넌트들의 설치를 단순화하여 전체 시스템 비용을 줄이다.

대규모 현장 연료 전지 시스템은, 위에서 설명한 전력 모듈(12)(PM5로 표시됨)의 다수의 행들(rows)을 포함한다. 단일 가스 및 물 분배 모듈(GDM)은 전원 모듈의 다수의 행들에 유체 연결된다. 예를 들어, 각각 7개의 전력 모듈로 구성된 4개의 행과 같이, 각각 6개 이상의 전력 모듈로 이루어진 2개 이상의 행들이, 단일 가스 및 물 분배 모듈에 유체 연결된다. 도 19e에 도시된 바와 같이, 단일 가스 및 물 분배 모듈(GDM)은, 전술한 물 및 연료 배관(230)과 전력 모듈들 사이의 연결을 포함할 수 있다. 연결은 중앙 배관(230)으로부터 각각의 전력 모듈로 각각의 연료 및 물을 라우팅하는 도관(예를 들어, 파이프) 및 밸브(231F, 231W)를 포함할 수 있다. 연료 및 물 배관(230)은 "UG"로 라벨링된 상술된 연료 파이프(230A) 및 "UW"로 라벨링된 상술된 수도 파이프(230B)를 포함할 수 있다. 가스 및 물 배관(230)은 유틸리티 가스 및 수도 파이프에 각각 연결될 수 있다. 흡착 베드(예를 들어, 탈황기 및/또는 다른 불순물 흡착) 베드와 같은, 연료의 전처리를 위한 컴포넌트들을 포함하는 단일 시스템 수준 연료 처리 모듈(16)은, 모든 가스 파이프(230A)에 연결될 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템의 모든 GDM에 제공되는 천연 가스 연료를 탈황하기 위해 단일 탈황기가 사용될 수 있다.

선택적으로 하나 이상의 물 분배 모듈(WDM)이 시스템에 제공될 수 있다. WDM에는 물 처리 컴포넌트(예컨대, 탈이온수기)와, 도시의 급수관 및 시스템의 개별 모듈에 연결된 물 분배 파이프 및 밸브가 포함될 수 있다.

전력 모듈(12)의 각 행은, DC-AC 인버터 및 다른 전기 컴포넌트를 포함할 수 있는 단일의 전술한 전력 조절 모듈(18)(AC5로 표시됨)에 전기적으로 연결된다. 단일 소형 전력 분배 모듈(mini power distribution module; MPDS)은 "UE"로 라벨링된 전술한 배선(232)을 사용하여 전력 조절 모듈(18) 각각에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 각각 7개의 전력 모듈의 4개 행들과 같이, 각각 6개 이상의 전력 모듈(12)의 2개 이상의 행들은, 가령 4개의 전력 조절 모듈(18)과 같은 개별 전력 조절 모듈들(18)을 통해 단일 MPDS에 전기적으로 연결된다. MPDS는 회로 차단기 및 복수의 전력 조절 모듈(18)과 시스템 전력 분배 모듈(PDS-1 또는 PDS-2) 중 하나 사이의 전기적 연결을 포함할 수 있다.

하나 이상의 원격 측정 모듈(telemetry modules; TC)도 시스템에 포함될 수 있다. 원격 측정 모듈에는 시스템이 중앙 컨트롤러 및 시스템 운영자와 통신할 수 있도록 하는 시스템 컨트롤러 및 통신 장비가 포함될 수 있다. 따라서, 전력 조절 모듈(18) 및 원격 측정 케이블의 4개의 인버터가 단일 MPDS에 연결될 수 있다. 이 시스템에는 또한, GDM 내의 안전 시스템에 전원을 공급하고, 원격 측정 이더넷 스위치(4:1)에 전원을 공급하는 시스템 전력 분배 장치(즉, 중앙 전력 공급 장치)도 포함된다. 이는 현장 계약자가 설치한 전력 도관 및 원격 측정 도관의 수를 4개에서 1개로 감소시키도록 한다. 대안으로, 단일 연결을 사용하여 원격 측정 데이터를 전송할 수 있다. 단일 캣(5) 케이블은, 전력 조절 모듈(18)과 원격 측정 모듈(TC) 사이의 데이터 통신을 위한 무선 송수신기 유닛으로 대체될 수 있다. 이렇게 하면 데이터 케이블 설치가 제거된다.

동일한 GDM 및 동일한 MPDS에 각각 유체 및 전기적으로 연결된 전력 모듈 및 각각의 전력 조절 모듈의 복수의 행들의 세트는, 서브시스템으로 지칭될 수 있다. 연료 전지 시스템은 2개 내지 10개의 서브시스템과 같은, 복수의 서브시스템을 포함할 수 있다. 4개의 서브시스템이 도 19a-19b에 도시된다.

연료 전지 시스템은 또한, 와이어(232)(즉, "UE")를 사용하여, 연료 전지 시스템의 모든 서브시스템에 전기적으로 연결된 시스템 전력 분배 유닛을 포함할 수 있다. 시스템 전력 분배 유닛은, 가령 2개의 모듈(PDS-1 및 PDS-2)과 같은 적어도 하나의 시스템 전력 분배 모듈, 2개의 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2)와 같은 적어도 하나의 변압기 및 차단 스위치 기어(SWGR)를 포함할 수 있다. 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2)는 와이어(232)를 사용하여 각각의 모듈(PDS-1 및 PDS-2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치 기어는 와이어(232)를 통해 변압기에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 15kV 스위치 기어와, 전기 부하 및/또는 그리드에 전기적으로 연결된 출력을 포함한다. 선택적인 무정전 전력 서브시스템(uninterruptible power subsystem; UPS)도 포함될 수 있다. 따라서, 전력은 각각의 MPDS, PDS-1 또는 PDS-1, XFMR-1 또는 XFMR-2 및 SWGR을 통해 전력 모듈로부터 그리드 및/또는 부하로 제공된다.

도 19k는 도 19a에 도시된 것과 같은 연료 전지 시스템의 한 블록을 도시한다. 하나의 블록에는 8개의 300kW(6+1) 전력 모듈, 8개의 전력 조절 모듈(18; AC5), 1개의 TC, 2개의 WDM, 1개의 3000kVA 변압기, 2개의 GDM, 및 2개의 MPDS가 포함된다.

도 19l은 대안적인 실시예의 시스템의 레이아웃을 도시한다. 시스템에는 8개의 블록이 포함된다(블록 중 하나는 2개의 추가적인 행의 전력 모듈이 있는 더 큰 블록이다). 시스템에는 66개의 300KW(6+1) 전력 모듈, 1개의 중앙 집중식 탈황 모듈 시스템, 16개의 GDM, 16개의 WDM, 7개의 3000kVA 변압기, 1개의 4000kVA 변압기, 15개의 2000Amp MPDS, 2개의 이차 2500Amp MPDS, 및 8개의 TC를 포함한다. 도 19l의 시스템은, 모듈의 컴팩트한 레이아웃을 제공하여, 모듈들 사이의 전기 연결(예컨대, 구리선)의 길이를 줄인다. 이는 시스템 비용을 절감시킨다.

도 19g에 도시된 바와 같이, 중앙 탈황 시스템(예를 들어, 모듈)(1600)은 전력 모듈의 각 행에서 별도의 탈황기를 대체한다. 중앙 탈황 모듈(1600)은 전력 모듈(12)에 연료를 제공하기 위해 전력 모듈(12)에 유체 연결되는 GDM에 유체 연결된다. 전력 모듈(12)은 전기 부하(1901)(예를 들어, 전력 그리드 또는 독립형 부하)에 전기적으로 연결된 MPDS에 전기적으로 연결된다. 중앙 탈황 시스템(예를 들어, 모듈)(1600)은 도 19h에 도시되어 있다. 중앙 탈황 시스템(예를 들어, 모듈)(1600)은 황 흡착 재료(예를 들어, 황 흡착 베드)로 채워진 하나 이상의 용기(1602)(예를 들어, 컬럼)를 포함한다. GDM은 도 19i에 도시된다. GDM은 4개의 행의 전력 모듈("스탬프"라고 함)에 연료를 분배한다.

도 19j는 중앙 탈황 시스템(1600)에 대한 흐름도를 도시한다. 시스템(1600)은 연료 유입구에 필터를 포함할 수 있고, 전력 모듈의 각 행(즉, "스탬프(stamp)")로 향하는 2개의 평행한 연료 유동 경로(예컨대, 연료 라인, 즉 연료 도관)를 포함한다. 게다가, 각 "스탬프"에 대한 병렬 연료 흐름 경로에 위치하는, 가령 질량 흐름 제어 밸브와 같은 2개의 제어 밸브들(1603)의 2개의 세트가 있을 수 있다. 압력 변환기(pressure transducer; PRT)는 다양한 라인에 위치할 수 있으며, 라인 압력을 모니터링하고, 시스템 동작 중에 필요한 조치를 취하는 데 사용할 수 있다. 가스 샘플링 포트(1604)는 또한, 메인 유입 라인에 위치할 수 있다. 일실시예에서, 시스템은 또한, 유황 파과(sulfur breakthrough)를 검출하는데 사용되는 별도의 유황 파과 검출 라인(1606)(점선 상자로 도시됨)을 포함한다. 검출 라인(1606)의 출력은, 안전 벤트(safety vent; 1608) 에 유체 연결될 수 있다. 황 검출 센서(1609)는 탈황 시스템(1600)으로부터 출력되는 연료 내의 황의 존재를 검출하기 위해 검출 라인(1606) 상에 위치될 수 있다.

도 19b 내지 19d에 도시된 바와 같이, 배관(230)(예를 들어, 연료 및 수도 파이프(230A, 230B))은 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)를 통해, 각각의 유틸리티(예컨대, 가스 및 수도 파이프)에서 각각의 서브시스템의 각각의 GDM으로 제공될 수 있다. 마찬가지로, 와이어(232)는 동일한 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)를 통해 각 MPDS와 시스템 전력 분배 유닛 사이에 제공될 수 있다. 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는, 수평 하부 벽이나 수평 연결바에 의해 연결된 2개의 수직 측벽을 갖는 "U"자 형상을 가질 수 있다. 개구들이 수평 하부 벽에 제공될 수 있다. 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는 그레이드(grade) 아래에 위치하고, 커버 플레이트, 흙, 자갈 및/또는 아스팔트 콘크리트 포장으로 덮여 있다.

도 19d 및 19f에 도시된 바와 같이, 전력 모듈(12) 및/또는 전력 조절 모듈(18)과 같은 시스템의 각 모듈은, 다층 지지체(multi-layer support)에 설치될 수 있다. 다층 지지체는 압축된 토양(1910)에 형성된다. 지지체는, 가령 Confoam® 셀룰러 콘크리트 베이스와 같은 셀룰러 콘크리트(콘크리트 발포체라고도 함) 베이스(1912)를 포함한다. 기존(비셀룰러) 콘크리트 패드(1914)는 베이스(1912)에 위치한다. 콘크리트 패드(1914)는 베이스(1912)보다 면적이 더 작다. 금속 철근 케이지(metal rebar cage)를 둘러싸는, 가령 Novoform®과 같은 U자형 강철 메쉬 프레임워크(1916)가 콘크리트 패드(1914)의 측들에 제공된다. 베이스(1912)는 프레임워크(1916)의 바닥을 지지한다. 콘크리트 패드(1914)의 상단은, 완성된 등급 위 1.5인치와 2인치 사이에 위치하며, 이는 베이스(1912) 위에 위치하는 자갈 또는 아스팔트 콘크리트 포장재(1918)를 포함할 수 있다.

도 19a 내지 19c, 19k 및 19l에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템의 각 블록은 적어도 하나의 변압기(transformer)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 변압기는 전력 모듈(12)의 행으로부터 격리(즉, 물리적으로 분리)될 수 있고, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 선택적으로 GDM, WDM, TC 유닛 및 MPDS 모듈로부터 분리된 패드 상에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 변압기는 시스템 전력 분배 모듈(들)(PDS-1 및 PDS-2) 및 차단 스위치 기어(SWGR)와 같은 시스템 전력 분배 유닛의 다른 컴포넌트들을 포함하는 별도의 패드에 위치할 수 있다. 와이어(232)(즉, "UE")는, 적어도 하나의 변압기를 포함하는 별도의 패드와, 시스템 전력 분배 유닛의 선택적인 다른 컴포넌트들 사이에서, 가령 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)와 같은 트렌치를 통해, 전력 모듈(12), 전력 조절 모듈(18), 및 선택적으로 GDM, WDM, TC 유닛, 및 MPDS 모듈의 행들을 포함하는 각각의 패드까지 연장될 수 있다. 다양한 실시예에서, 적어도 하나의 변압기(예를 들어, 도 19a 및 19b의 XFMR-1 및 XFMR-2와, 도 19k 및 19l의 XFMR)는, 전력 모듈(12)의 행이 변압기의 적어도 2개의 대향하는 측들에 위치할 수 있도록(즉, 전력 모듈(12)들의 행들이 변압기의 단일측 상의 변압기와 일렬로 정렬되지 않도록) 블록의 중앙 위치에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 변압기는 블록 내의 전력 모듈(12)의 적어도 2개의 행들 사이에 위치될 수 있다.

도 19a 및 19b에 도시된 실시예에서, XFMR-1은, 블록의 제1 측(first side)(즉, 좌측)에 위치하는 모든 전력 모듈(12)을 포함하는 복수의 전력 모듈(12)에 전기적으로 연결될 수 있고, XFMR-2는, 블록의 제2 측(즉, 우측)에 위치하는 모든 전력 모듈(12)을 포함하는 복수의 전력 모듈(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 변압기(즉, XFMR-3)는 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2)를 포함하는 동일한 패드와 같이, 블록의 중앙 위치에 위치할 수도 있다. 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2)는 제3 변압기(XFMR-3)에 전력을 공급할 수 있으며, 이는 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2) 중 하나보다 높은 정격 전력을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 변압기(XFMR-1, XFMR-2)는 3000kVA 변압기일 수 있고, 제3 변압기(XFMR-3)는 5000kVA 변압기일 수 있다. 제3 변압기(XFMR-3)는 전체 블록에 대해 단일 전력 출력을 제공할 수 있다.

도 19l에 도시된 실시예에서, 각각의 변압기(XFMR)는 연료 전지 시스템의 개별 블록에 서비스를 제공할 수 있고, 그리드 및/또는 부하에 결합될 수 있는 공통 스위치기어(도 19의 좌측 하단에 도시됨)로 와이어를 통해 전송될 수 있는 단일 전력 출력을 제공할 수 있다.

전력 모듈(12)의 각 행들 사이의 블록 중앙 위치에 하나 이상의 변압기를 제공하면 각 블록에 대해 그리고 전체로서 연료 전지 전력 시스템 내에서 실행되어야 하는 전기 연결(예컨대, 구리 와이어)의 전체 길이를 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 연료 전지 시스템의 비용을 크게 줄일 수 있다.

도 20a 내지 20j는 도 19a 내지 19k의 대규모 현장 연료 전지 시스템을 설치하는 방법의 단계들의 사시도이다.

도 20a 및 20g에 도시된 바와 같이, 토양에 트렌치들을 형성한 후 가령, 굴착기와 같은 중장비를 사용하여 이를 다지고, 프레임을 트렌치들에 배치한다. 도 20b 및 20h에 도시된 바와 같이, 셀룰러 콘크리트 베이스(1912)가 트렌치 안으로 채워진다. 셀룰러 콘크리트는, 파이프 또는 호스에서 채워진 다음 베이스(1912)로 응고되는 유동성 충전 재료(예컨대, Confoam 충전재(27)와 같은 발포 콘크리트)를 포함한다.

도 20c 및 20i에 도시된 바와 같이, U자형 강철 메쉬 거푸집(1916) 및 보강 철근 케이지(rebar cage)가 베이스(1912)의 상부에 배치된다. 프레임워크(1916)는 금속 메쉬를 덮는 중합체 시트를 포함할 수 있다. 보강 철근은 도 20j와 같이 프레임워크 내부에 있다. 그런 다음 콘크리트 패드(1914)가 프레임워크(1916)의 경계 내부에 형성된다. 그런 다음 모듈이 콘크리트 패드(1914) 상에 배치된다.

도 20d 및 20f에 도시된 바와 같이, 베이스(1912) 외부에 추가 트렌치가 형성된다. 그 다음, 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)가 추가 트렌치에 배치된다.

도 20e에 도시된 바와 같이, 가스 파이프(230A), 수도 파이프(230B) 및 와이어(232)는 이후 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)에 배치되고, 가령 MPDS, PDS-1 및 PDS-2와 같은 각각의 GDM 및 전력 컴포넌트들에 연결된다. 파이프 및 와이어는 상이한 수직 레벨에서 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902) 내부에 (예를 들어, 클램프(1903) 및/또는 지지바(support bar)를 사용하여) 부착되거나 클램핑될 수 있다. 그 다음 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는, 커버 플레이트, 흙, 자갈 및/또는 아스팔트 콘크리트 포장으로 덮인다.

도 20a 내지 20j에 도시된 방법은, 기계적 진동 없이 100%의 통합을 달성하여 백필(backfill) 작업 동안 벽을 보강(brace)할 필요성을 제거하거나 감소시킨다. 마지막으로, 이는 굴착이 쉽고, 삽으로 제거하거나, 왕복 톱이나 휴대용 톱으로 잘라낼 수 있다.

도 21은 도 19a 내지 19c에 도시된 시스템의 하나의 서브시스템의 개략도이다. 전력 모듈(12)의 각 행은, "ES"로 라벨링된 블룸 에너지 주식회사(Bloom Energy Corporation)의 300kW Energy Server® 연료 전지 발전기를 포함할 수 있다. 따라서, 서브시스템에는 총 1200kW의 전력에 대해 300kW ES의 4개 행이 포함된다. 4개의 서브시스템을 포함하는 전체 시스템은 4800kW의 전력을 제공할 수 있다. 1200kW ES 구성은 4 x 300kW ES로 구성되어 있으며, 이 구성은 모두 표준 전력, 통신, 수도 및 가스 상호 연결을, 설치 프로세스 중 공통 연결(tie-in)을 위해 중앙 섹션으로 수렴시킨다.

도 22a 및 22b의 MPDS는 두 가지 방식으로 설치 근접성을 활용한다. 먼저, 이 모듈에 대한 단일 전기 타이-인(tie-in)은, 현장 설치 키트의 일부로 상호 연결 케이블을 공급함으로써 전력 조절 모듈(18)에 차례로 분배될 수 있다. 이것은 4개의 세트의 도관과 트렌치를 하나의 설치로 감소시킨다. 이 구성은 또한, 1200kW 시스템에서 제거된 총 4개의 차단기와 4개의 서지 장치(surge device)에 대해 각 전력 조절 모듈(18)에서 출력 회로 차단기 및 서지 장치를 생략할 수 있다. 추가적인 이점은, MPDS 모듈에 WIFI 송신기와 별도의 ES에 대한 통신 상호 연결을 배치하는 것을 포함한다. WIFI 시스템은 전체 설비에 서비스를 제공할 수 있으며, 4세트의 도관과 전선이 생략될 수 있으므로, 설치 비용과 복잡성이 줄어든다. 따라서 별도의 유닛들을 시스템에 집단화하여, 시스템 및 설치를 감소시킬 수 있다. 시스템에 메인 차단기를 포함시키는 것은, 변압기를 전력 모듈들의 행에 더 가깝게 배치할 수 있으므로, 설치 비용이 절감되고 전기 라인이 덜 필요하게 된다.

도 23은 다른 실시예에 따른 대안적인 전자 모듈을 도시한다. 도 23의 구성은 4개의 개별 캐비닛(즉, 하우징)을 도시하며, 각 캐비닛은 전용 용도로 완전히 채워져 있다. 제1 캐비닛은 4개의 ES에서 개별 전원 모듈을 연결하면서 공통 DC 버스에 병렬로 연결(landing)하는 위치이다. 이 모듈에는 버스 연결(bussing), 퓨즈 보호 및 내부 케이블 연결 위치가 포함된다. 이 모듈은 50kW 및 75kW 정격 전원 모듈을 모두 지원할 수 있으며, DC 버스를 인접한 1200kW 시스템으로 확장하기 위한 선택적 수단으로서, 수집된 출력 DC의 완전한 정격 상호 연결을 포함할 수 있다. 중심 모듈(2 및 3)에는 대용량 DC 입력 및 AC 출력이 있는 인버터 유닛만이 장착되어 있다. 이 실시예는, 더 작은 인버터 유닛을 제거하고, 중앙 시스템 전력 분배 유닛에서 구현하기 위한 단일 모놀리식 인버터를 만들어서 비용을 추가적으로 절감할 수 있다. 최종 모듈(4)은 추가 비용 절감을 제공한다. 이 모듈은, 연료 전지 전원 모듈을 위한 시동 및 안전 장비를 수용한다. 이렇게 하면 이러한 항목들의 수가 4개에서 1개로 감소된다. 이것은 또한, 시스템의 수집된 출력 단자이자 외부 도관 입구를 위해 제공된 유일한 위치의 역할을 한다.

일실시예에서, 각각의 서브시스템은 1200kW/1200kVA 또는 1420kVA 인버터를 포함한다. 서브시스템은, 그리드 연결된 인버터들 내에서 개별 시동 및 안전 시스템을 계속 유지한다. 이렇게 하면 단일 300kW ES(즉, 전원 모듈(12)들의 행) 내에서 개별 안전 차단(shutdown)이 가능하다. GDM에서 오는 안전 차단 요청은, 서브시스템의 모든 4개의 ES를 종료한다. 따라서, 4개의 그리드 병렬 인버터들 내에서 회로 차단기가 제거되면 제품 비용이 절감된다. 이러한 차단기가 제공하는 보호 기능은, 통합된 시스템(PDS-1 또는 PDS-2)으로 이동될 수 있다. 따라서, 각 서브시스템의 4개의 중복 서지(surge) 보호 장치와 안전 시스템을, 중앙 시스템 전력 분배 유닛에 통합할 수 있다.

도 24, 25a 및 25b는 본 개시내용의 실시예들의 시스템을 설치하는 동안 사용될 수 있는 콘크리트 연석(concrete curbs) 및 궤도(raceways)의 사진이다. 도 24는 사전-주조 콘크리트 패드 대신 사용할 수 있는 콘크리트 연석을 도시한다. 이를 통해 서브시스템은 단일 전기 연결 위치에 있는 하나의 영역에 함께 위치할 수 있다. 연석은 모듈 아래에 경로들을 제공하여, 전선(232)과 배관(230)이 경사면 아래가 아닌 경사면 상에 설치될 수 있도록 한다. 이것은 트렌치 굴착을 제거한다.

또한, 굴착 및 별도의 도관의 사용은, 도 25a 및 25b에 표시된 미리 제조된 콘크리트 케이블 궤도를 사용하여, 줄이거나 없앨 수 있다. 궤도는 도 20d 및 20j와 관련하여 전술한 사전-주조 콘크리트 트렌치를 포함할 수 있다. 이들은 도관 매설에 필요한 토목 작업 없이 경사면이나 단순한 굴착 트렌치에 설치될 수 있다. 마지막으로, 고정된 케이블 궤도와 개선된 현장 설계는, 실제 도체의 길이를 미리 결정할 수 있어서, 1200kW 서브시스템에서 중앙 전기 기어(즉, 시스템 전력 분배 유닛) 까지의 각 케이블들의 실행에 대해 미리-제조된 도체 세트들을 허용한다. 이는 품질을 향상시키고, 현장에서의 스크랩 및 노동 시간을 줄이다. 일반적으로 설치 품질이 향상되고, 현장 구축 시간이 단축되고, 인건비(예컨대, 전기 및 배관 관련)가 감소하는 동시에 컴포넌트들의 전체 높이가 낮아지고, 리깅(rigging)이 단순화되어서 유지 관리의 가능성이 유지된다. 따라서, 도 24 내지 25b에 도시된 개방 트렌치는, 클래스 II/엔지니어드 충전재(Class II/Engineered fill)로 트렌치를 압축하고 폐쇄하는 것을 회피함으로써 상당한 노동력 및 재료의 절약을 제공한다. 가령, Confoam fill 27(셀룰러 콘크리트)과 같은 자체-압축 슬러리는, 서브등급 및 트렌치에 대해 클래스 II AB 대신에 제공된다. 또한, 이는 또한, 더 나은 방열을 제공하고, RHO 콘크리트를 제거할 뿐만 아니라, 서비스 및 유지 관리가 더 용이하다.

도 26a는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따른 대규모 현장 연료 전지 시스템의 평면도이다. 도 26b는 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록(2603)의 평면도이다. 도 26c는 연료 도관(230A), 물 도관(230B), 및 전기 배선(232)을 도시하는 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록(2603)의 대안적인 구성의 평면도이다. 도 26d는 도 26a의 연료 전지 시스템의 블록(2603)의 사시도로서, 전력 모듈(12)의 행의 제2 단부에 위치한 전력 조절 모듈(18) 안으로의 전기 배선(232)의 측면 진입과, 전력 모듈(12)의 행의 제1 단부에 위치한 연료 처리 모듈(16)로의 연료 및 물 도관들(230A, 230b)의 측면 진입을 도시한다. 따라서, 이 실시예에서, 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)은, 전력 모듈(12)의 행의 대향 단부들에 위치한다. 도 26e는, 연료 전지 전력 시스템의 블록(2603)에 대한 전력 모듈(12)의 행들과 중앙 집중형 시스템 전력 분배 유닛(2604) 사이에서 연장되는 전기 배선(232)을 포함하는 콘크리트 트렌치(1902)의 사시도이다. 도 26a 내지 26e에 도시된 바와 같은 연료 전지 전력 시스템은, 전기 배선의 총량을 포함하는 컴포넌트들의 수를 감소시킬 수 있고, 컴포넌트의 설치를 단순화할 수 있어서, 전체 시스템 비용을 감소시킬 수 있다.

도 26a 내지 26e에 도시된 대규모 현장 연료 전지 시스템은, 도 19a 내지 19l을 참조하여 위에서 설명된 시스템과 유사할 수 있다. 특히, 시스템은 도 26d에 도시된 바와 같이, 패드(2601a)(예를 들어, 콘크리트 패드) 상에 배열된 전력 모듈(12)(PM5로 라벨링됨)의 다수의 행들을 포함할 수 있다. 전력 모듈(12)의 각 행은, DC 대 AC 인버터 및 다른 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있는, 단일의 전술한 전력 조절 모듈(18)(AC5로 표시됨)에 전기적으로 연결된다. 연료 처리 모듈(16)(FP5로 표시됨) 및 전력 조절 모듈(18)은 전력 모듈(12)과 동일한 패드(2601a)에 위치할 수 있다. 시스템은 복수의 블록 (2603)으로 구성될 수 있으며, 여기서 각 블록(2603)은 전력 모듈(12)(및 관련 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18))의 복수의 행들을 포함할 수 있다. 전력 모듈(12)의 행들은, 각각의 블록(2603)의 중앙 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 상이한 측들에 위치한다. 시스템 전력 분배 유닛(2604)은, 블록(2603)의 각 측에 있는 복수의 열의 전력 모듈(12)에 각각 전기적으로 연결될 수 있는 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR)와 같은 적어도 하나의 변압기를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2)에 전기적으로 연결되는 제3 변압기(XFMR-3)를 포함할 수 있으며, 블록(2603)을 위해 단일 전력 출력을 제공할 수 있다. 각각의 블록(2603)으로부터의 전력 출력은 전기 연결(예를 들어, 구리선)을 통해 시스템을 그리드 및/또는 부하에 연결할 수 있는 공통 스위치기어(2605)에 제공될 수 있다.

전술한 시스템 전력 분배 모듈(PDS)은, 전력 모듈(12)의 행들 중의 복수의 전력 조절 모듈(18)에 전기적으로 연결될 수 있고, 또한, 각 블록(2603) 내 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 변압기(예를 들어, XFMR-1 또는 XFMR-2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 각 블록(2603)은 시스템 전력 분배 유닛(2604)에 가령, 전술한 PDS-1 및 PDS-2와 같은 한 쌍의 시스템 전력 분배 모듈을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 전력 분배 모듈은 블록(2603)의 각각의 측(예를 들어, 좌측 및 우측)에서 전력 조절 모듈(18)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 및 제2 변압기(XFMR-1 및 XFMR-2) 각각에 전력을 제공할 수 있다. 시스템의 각 블록(2603)은 선택적으로 하나 이상의 위에서 설명한 물 분배 모듈들(WDMs)과, 하나 이상의 위에서 설명한 원격 측정 모듈들(TC)을 포함할 수 있다.

도 26a에 도시된 시스템은, 각각 전력 모듈(12) 및 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 복수의 행들을 포함하는 5개의 블록(2603)을 포함한다. 각 행은, 7개의 전력 모듈(12)을 포함하고, 도 21을 참조하여 위에서 설명한 300kW Energy Server® 연료 전지 발전기(ES)를 형성할 수 있다. 5개 블록(2603) 중 4개는 전력 모듈(12)의 14개 행들을 포함하고 4.2MW의 전력을 제공할 수 있다. 제5 블록(2603)(도 26a의 우측에 위치함)은 13개 행들의 전력 모듈(12)을 포함한다. 따라서, 시스템 전체는 20.7MW의 전력을 제공할 수 있다. 시스템의 블록(2603) 수의 변동, 블록(2603)당 전력 모듈(12)의 행들의 수의 변동, 행당 전력 모듈(12)의 수의 변동뿐만 아니라, 블록(2603)의 레이아웃(들)의 변동 및 각 블록(2603) 내 전력 모듈(12)의 행들의 변동을 포함하는, 시스템의 다양한 다른 구성들이 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 이해될 것이다.

도 26a-26e에 도시된 시스템은, 도 26a-26e의 시스템이 중앙 탈황 시스템을 포함하지 않을 수 있고, 또한 전력 모듈(12)의 행들에 유체 연결된 중앙 가스 및 물 분배 모듈(GDMs)을 포함하지 않을 수 있다는 점에서, 도 19a-19l을 참조하여 위에서 설명된 시스템과 다를 수 있다. 오히려, 도 26a 내지 26e에 도시된 시스템은 연료의 사전 처리를 위한 컴포넌트, 가령 흡착 베드(예컨대, 탈황기 및/또는 다른 불순물 흡착 베드)를 포함하는, 복수의 전술한 연료 처리 모듈(16)(FP5로 표시됨)을 포함할 수 있다. 전력 모듈(12)의 각각의 행은, 그 행 내의 전력 모듈(12) 각각에 유체 결합된 연료 처리 모듈(16)을 포함할 수 있다. 연료 처리 모듈(16)은 전력 모듈(12)의 행 및 연관된 전력 조절 모듈(18)과 동일한 패드(2601a) 상에 위치될 수 있다.

도 26a 내지 26e를 다시 참조하면, 다양한 실시예에서, 시스템의 전력 모듈(12)의 각각의 행 내에서, 연료 처리 모듈(16)(즉, FP5)이 전력 모듈(12)의 행의 제1 측에 위치될 수 있고, 전력 조절 모듈(18)(즉, AC5)은 전력 모듈(12)의 행의 제1 측에 대향하는 제2 측에 위치될 수 있다. 도 26b에 도시된 바와 같이, 연료("F"로 표시된 화살표로 표시됨) 및 물("W"로 표시된 화살표로 표시됨)이 행들의 일측에 있는 도관(230A 및 230B)을 통해 연료 처리 모듈(16)에 진입할 수 있고, 전력 조절 모듈(18)("E"로 표시된 화살표로 표시됨)로 향하는 외부 전기 연결(예컨대, 와이어(232))은 행들의 반대측에 위치할 수 있다. 지하 연료 도관(예를 들어, 파이프)(230A) 및 물 도관(예를 들어, 파이프)(230B)은, 도 26c 및 26d에 도시된 바와 같이, 각 행 내의 연료 처리 모듈(16)에 연료 및 물을 각각 공급할 수 있다. 적어도 하나의 물 분배 모듈(WDM)을 포함하는 실시예에서, 도시 급수 파이프로부터의 물은, 초기에 처리를 위해 WDM에 제공될 수 있고, 처리된 물은 도 26c에 도시된 바와 같이, 물 도관(230B)을 통해 WDM에서 각각의 행의 연료 처리 모듈(16)로 공급될 수 있다. 전술한 와이어(232)는 각 행의 전력 조절 모듈(18)을 개별 블록(2603)의 중앙 집중식 시스템 전력 분배 유닛(2604)에 결합할 수 있다. 일부 실시예에서, 와이어(232)는 도 19b-19d 및 20d-20e를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902) 내에 위치될 수 있다. 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는, 연료 전지 시스템의 각 블록(2603)에서 중앙 집중식 시스템 전력 분배 유닛(2604)까지 각 행들의 전력 조절 모듈(18) 사이에서 연장될 수 있다. 대안적으로, 와이어(232)는 도 24, 25a 및 25b에 설명된 바와 같이 콘크리트 연석 또는 궤도에 위치할 수 있다. 도 26d에 도시된 것과 같이, 다른 실시예에서, 와이어(232)는 가령, 시멘트와 같은 적절한 재료로 선택적으로 둘러싸일 수 있는 매설된 도관 내에 위치할 수 있다.

다양한 실시예에서, 전력 모듈(12)의 행의 대향하는 측들의 연료 처리 모듈(16)과 전력 조절 모듈(18)을 분리하는 것은, 동일한 트렌치들 내에 유틸리티 연결(즉, 연료 및 물 도관(230A, 230B)) 및 전기 연결(예를 들어, 구리선)을 포함시킬 필요를 배제할 수 있다. 유틸리티와 전기 연결을 동일한 트렌치 내에 배치하는 것은, 유틸리티와 전기 연결 사이에 충분한 수직 분리를 유지하기 위해, 더 깊은 트렌치(예컨대, > 3피트, 가령, 최대 5피트의 깊이)가 필요할 수 있다. 따라서, 연료 및 물 도관(230A, 230B)을 전기 연결(예를 들어, 배선(232))로부터 분리된 트렌치에 배치함으로써, 트렌치가 그만큼 깊지 않아도 되서, 굴착 시간 및 비용을 절약할 수 있다.

또한, 전기 연결은 각 블록(2603) 내에서 중앙 집중식 시스템 전력 분배 유닛(2604)에 가장 가까운 행들의 측에 진입할 수 있다. 따라서, 각 블록(2603)의 중앙 집중식 전력 분배 유닛(2604)에 전력 조절 모듈(18)을 연결하는 배선(232)는 더 짧은 거리들을 횡단할 수 있다. 이것은 더 적은 구리 배선 및 전기적 연결을 포함하는 트렌치들(예를 들어, 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902))의 더 짧은 실행(runs)을 발생시킬 수 있고, 이는 인건비 및 재료비의 상당한 절감을 제공할 수 있다. 또한, 도 26d에 도시된 전기적 연결(예를 들어, 와이어(232))을 포함하는 트렌치(1902)는, 적층된 전기 및 유틸리티(예컨대, 가스 및 물) 연결이 아닌 오로지 전기적 연결만을 포함하기 때문에, 도 19b 내지 19d 및 20d 내지 20e에 도시된 트렌치(1902)에 비해 상대적으로 더 얕을 수 있다.

도 26b 내지 26e를 참조하면, 다양한 실시예에서, 전기 연결(예를 들어, 와이어(232)) 및 유틸리티 연결(예를 들어, 연료 및 물 도관(230A 및 230B))이, 예컨대 도 3a-3d, 4c, 5b, 5d, 6b, 7b, 8, 9b, 16, 17, 18a, 19a-d, 19k 및 19l을 참조하여 전술된 실시예들에서와 같이 행들 아래에서 진입하기 보다는, 행들의 측으로부터 전력 모듈들(12)의 행들에 진입할 수 있다. 다양한 실시예에서, 서비스 재배치 모듈(2606a)은, 전력 모듈(12)의 각 행의 단부에서 연료 처리 모듈(16) 캐비닛의 외부 측면 상에 위치할 수 있다. 연료 및 물 도관(230A, 230B)은 아래로부터 서비스 재배치 모듈(2606a)에 진입할 수 있고, 측면으로부터 연료 처리 모듈(16) 캐비닛으로 진입할 수 있다(예컨대, 완성 등급 이상). 추가적인 서비스 재배치 모듈(2606b)은 전력 모듈(12)의 각 행의 대향하는 단부에 있는 전력 조절 모듈(18) 캐비닛의 외부 측면에 위치할 수 있다. 전기 연결들(예컨대, 와이어(232)는, 아래로부터(예컨대, 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)로부터) 서비스 재배치 모듈(2606b)에 진입할 수 있고, 측면으로부터 전력 조절 모듈(18) 캐비닛에 진입할 수 있다(예를 들어, 완성 등급 이상). 다양한 실시예에서, 전력 모듈(12)의 각각의 행에 대하여 전기 및 유틸리티 연결의 측면-진입(side-entry)을 제공함으로써, 콘크리트 패드(2601a)(예를 들어, 콘크리트 패드를 통과하는 전술한 개구들(214, 216)) 내에 "절단부(cut-outs)"의 사용이 회피될 수 있다. 이것은, 전력 모듈(12)의 행들이 지지되는 콘크리트 패드(2601a)의 설계 및 설치를 단순화할 수 있으며, 콘크리트 패드 아래의 전기 및/또는 유틸리티 연결을 포함하는 트렌치들을 개구(214, 216)의 위치(들)까지 연장시킬 필요가 제거될 수 있어서, 인건비를 또한, 절감시킬 수 있다.

도 27a는, 도 26a 내지 26e에 도시된 연료 전지 전력 시스템의 블록(2603)의 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c) 및 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)의 사시도이다. 도 27b는 전기 연결들(즉, 와이어(232))를 포함하는 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)의 사시도이다. 도 27c는 도 27b의 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)의 평면도이다.

도 27a를 참조하면, 전력 모듈(12)의 행들(rows)이 위치하는 콘크리트 패드(2601a 및 2601c)는, 유틸리티 및 전기 연결이 각각의 행들을 이를 통해 진입하는, 패드(2601a, 2601c)를 관통하는 개구 또는 내부 "절단부(cut-outs)"를 포함하지 않는 일반적으로 직사각형 형상인 패드들일 수 있다. 오히려 위에서 설명한 대로, 유틸리티 및 전기 연결은, 행들의 대향하는 단부들에서 모듈 캐비닛의 측면을 통과하도록 만들어질 수 있다. 따라서, 패드(2601a, 2601c)는 패드를 통해 연장되는 내부 개구(즉, 패드(2601a, 2601b)에 의해 모든 측면들이 둘러싸인 개구)를 포함하지 않을 수 있다. 콘크리트 패드(2601a)는 각각의 행들의 대향 단부에서 전력 모듈(12) 및 연관된 연료 처리 모듈(16)과 전력 조절 모듈(18)의 2개의 행들을 각각 지지할 수 있다. 콘크리트 패드(2601c)는 연료 처리 모듈(16) 및 전력 조절 모듈(18)이 행의 대향 단부들에 있는 전력 모듈(12)의 단일 행을 지지할 수 있다. 행의 모듈들 사이의 배관 및 전기 연결은, 콘크리트 패드(2601a, 2601c)의 상부 표면 위로 연장될 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명되는 다양한 실시예에서, 패드(2601a, 2601c)의 상부 표면에 부착된 하나 이상의 오버레이 구조는, 패드(2601a, 2601c)의 상부 표면과, 패드(2601a, 2601c) 상에 지지된 연료 전지 시스템 모듈들(12, 16, 18)의 하부 표면 사이에 공간 또는 분리를 제공할 수 있다. 배관 및 전기 연결들은 패드(2601a, 2601c)의 상부 표면과 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18)의 하부 표면 사이의 공간 내에서 연장될 수 있다. 도 13a-13b 및 14를 참조하여 위에서 설명된 실시예들에서와 같이, 베이스(1010)의 상부 표면은 실질적으로 평면일 수 있고, 예를 들어 배관 및/또는 배선 및/또는 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18)의 설치를 위한 리세스 또는 다른 특징부를 포함할 필요가 없다. 이와 같이, 콘크리트 패드(2601a, 2601c)는 패드(2601a, 2601b)가 주조 특징부를 필요로 하지 않기 때문에 더 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 콘크리트 패드(2601a, 2601c)는 배관 및/또는 배선 및/또는 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18)의 설치를 위한 주조 특징부들을 포함할 수 있다.

도 27a에 도시된 블록(2603)은 또한, 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 다양한 컴포넌트들, 가령 위에서 설명된 전력 분배 모듈(PDS-1, PDS-2) 및 변압기(XFMR- 1, XFMR-2, XFMR-3)가 그 위에 위치할 수 있는 별도의 콘트리트 패드(2601b)를 포함할 수 있다. 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18)을 포함하는 콘크리트 패드(2601a, 2601b) 각각과 콘크리트 패드(2601b) 사이에서 연장될 수 있다.

다양한 실시예에서, 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18) 및 시스템 전력 분배 유닛(2604)은, 베이스(2607) 및 베이스(2607) 위에 위치하는 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)를 포함하는 다중층 지지체 상에서 지지될 수 있다. 베이스(2607)는 압축된 토양에서 형성될 수 있는, 가령 Confoam® 셀룰러 콘크리트 베이스와 같은 셀룰러 콘크리트(콘크리트 폼이라고도 함) 베이스(2607)일 수 있다. 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)는 통상적인(비-셀룰러) 콘크리트 패드일 수 있다. 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)는, 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)가 위치하는 베이스(2607)보다 작은 면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(2607)는 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스(2607)는, 가령 18 내지 30인치(예컨대, 약 24인치)와 같이 12인치보다 큰 두께를 가질 수 있다. 콘크리트 패드(2601a, 2601b, 2601c)는 6 내지 12인치(예를 들어, 약 8인치)와 같이 12인치 미만의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 와이어(232)를 포함하는 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)는 베이스(2607)의 일부 위에 위치될 수 있다.

도 28a는 연료 전지 시스템 모듈(12, 16, 18)을 지지하기 위한 콘크리트 패드(2601a)의 부분 투명도이다. 도 28b는 도 28a의 콘크리트 패드(2601a)의 부분 투명 평면도이다. 도 28c는 콘크리트 패드(2601a)의 상부 표면에 부착된 오버레이 구조(2615)를 포함하는, 도 28a의 콘크리트 패드(2601a)의 평면도이다. 도 28d는 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 컴포넌트를 지지하기 위한 콘크리트 패드(2601a)의 평면도이다.

도 28a 및 28b를 참조하면, 콘크리트 패드(2601a)는 철근(rebar; 2612) 보강재의 단일 층으로, 가령 두께가 8인치와 같은, 6 내지 10인치일 수 있다. 일부 실시예에서, 콘크리트 패드(2601a)는 오버레이 구조를 콘크리트 패드(2601a)의 상부 표면에 부착하는 데 사용될 수 있는 복수의 매립된 지주(embedded struts; 2613)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 가령 앵커 볼트(anchor bolts)와 같은 다른 부착 메커니즘이, 오버레이 구조를 콘크리트 패드(2601a)의 상부 표면에 부착하는 데 사용될 수 있다. 콘크리트 패드(2601a)는, 콘크리트 패드 상에 위치하는 전력 조절 모듈(18)에 대한 전기적 연결(예를 들어, 와이어(232))을 포함하는 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)의 부분과 접할 수 있는, 패드의 주변 측면을 따르는 절단 부분(cut-out portion)을 가질 수 있다. 도 28c는 콘크리트 패드(2601a)의 상부 표면에 부착된 오버레이 구조(2615)를 갖는 콘크리트 패드(2601a)의 평면도이다. 일부 실시예에서, 오버레이 구조(2615)는 예를 들어, 도 13a 및 13b를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 전력 모듈(12), 연료 처리 모듈(16) 및/또는 전력 조절 모듈(18)을 수용하도록 구성되는 전술한 프레임(1014), 및 콘크리트 패드(2601a)의 상부 표면으로부터 프레임(1014)을 분리하도록 구성되는 전술한 분리기(1012)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 오버레이 구조(2615)는, 도 14를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 전력 모듈(12), 연료 처리 모듈(16) 및/또는 전력 조절 모듈(18)을 지지하기 위한 융기된 구조(elevated structure)를 형성할 수 있는 전술한 복제기(1420)를 포함할 수 있다. 다른 적절한 오버레이 구조(2615)가 본 개시내용의 고려된 범위 내에 있다.

도 28d를 참조하면, 시스템 전력 분배 유닛(2604)의 컴포넌트들을 위한 콘크리트 패드(2601b)는, 철근(2612) 보강재의 2개의 층을 포함할 수 있다. 콘크리트 패드(2601b)는, 시스템 전력 분배 유닛(2604)에 대한 전기적 연결(예를 들어, 와이어(232))을 포함하는 사전-주조 콘크리트 트렌치(1902)의 부분을 수용하기 위해, 패드의 주변 측면을 따르는 복수의 절단(cut-out) 부분(2614)을 가질 수 있다.

도 29a 및 29b는 연료 전지 시스템 모듈의 하우징(14)의 캐비닛의 일측에 인접하게 위치하는 서비스 재배치 모듈(2606)의 사시도이다. 위에서 논의된 바와 같이, 서비스 재배치 모듈(2606)은 연료 전지 시스템 모듈(예를 들어, 연료 처리 모듈(16) 및/또는 전력 조절 모듈(18))의 하우징(14)의 캐비닛으로의 유틸리티 및/또는 전기 연결의 측면 진입을 허용할 수 있다. 서비스 재배치 모듈(2606)은 제거 가능한 커버(2621)가 있는 하우징(2620)을 포함할 수 있다. 유틸리티 및/또는 전기 연결(예컨대, 유틸리티 연결의 경우 가스 및 물 도관(230A, 230B), 그리고 전기 연결의 경우 와이어(232))이 도관(예컨대, 튜브)(2622)을 통해 지면-수준(ground-level) 아래에서 하우징(2620)에 진입할 수 있다. 하우징(14)의 캐비닛의 측에 있는 하나 이상의 개구(2623)는, 유틸리티 및/또는 전기 연결이 하우징(2620)으로부터 캐비닛으로 진입하는 것을 허용한다. 도 29a의 실시예는 서비스 재배치 모듈(2606)의 하우징(2620) 내부에 위치한 복수의 러그 커넥터(lug connectors; 2627)를 포함한다. 러그 커넥터(2627)는, 하우징(14)의 캐비닛의 내부에 대한 제2 세트의 연결들로 제1의 복수의 지하 유틸리티 및/또는 전기적 연결들을 연결한다. 도 29b의 실시예는, 지하 유틸리티 및/또는 전기 연결들이 하우징(14)의 캐비닛의 내부 안으로 하우징(2620)을 통해 계속 연장되는 "당기기(pull)" 유형의 서비스 재배치 모듈(2620)을 도시한다.

본 개시내용의 실시예의 연료 전지 시스템은, 온실 가스 배출을 감소시키고 기후에 긍정적인 영향을 미치도록 설계된다.

다양한 예시적인 실시예에 도시된 바와 같은 연료 전지 시스템의 배치는 단지 예시적인 것이다. 비록 몇몇 실시예들만이 본 개시내용에서 상세하게 설명되었지만, 본 명세서에 기재되는 발명의 대상의 신규한 교시내용 및 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고 (예를 들어, 다양한 구성요소의 크기, 치수, 구조, 모양 및 비율, 파라미터의 값들, 장착 배치, 재료의 사용, 색상, 방향 등의 변화와 같은) 다수의 수정사항들이 가능하다.

일체로 형성된 것으로 도시되는 일부 구성요소는, 다수의 부품 또는 구성요소들로 구성될 수 있고, 구성요소의 위치는 역전되거나, 달리 변경될 수 있으며, 개별 구성요소 또는 위치의 성질이나 개수는 변경 또는 변화될 수 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고, 다양한 예시적인 실시예의 설계, 작동 조건 및 배열에 있어서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 또한, 이루어질 수 있다. 임의의 실시예의 임의의 하나 이상의 특징은, 하나 이상의 다른 실시예의 임의의 하나 이상의 다른 특징과 임의로 조합되어서 사용될 수 있다.

Claims

모듈형 연료 전지 서브시스템으로서,
복수의 모듈의 행들(rows of modules)로서, 각각의 행이 복수의 연료 전지 전력 모듈들 및 상기 전력 모듈들에 전기적으로 연결된 DC-AC 인버터를 포함하는 전력 조절 모듈(power conditioning module)을 포함하는 것인, 상기 복수의 모듈의 행들;
복수의 전력 모듈의 행들에 유체 연결된 단일 가스 및 물 분배 모듈; 및
상기 복수의 모듈의 행들의 각각의 행의 전력 조절 모듈에 전기적으로 연결된 단일 소형 전력 분배 모듈
을 포함하는, 모듈형 연료 전지 서브시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 모듈의 행들에 유체 연결된 단일 탈황기 모듈을 더 포함하는, 모듈형 연료 전지 서브시스템.
제2항에 있어서,
분리된 유황 파과(sulfur breakthrough) 검출 라인을 더 포함하는, 모듈형 연료 전지 서브시스템.
연료 전지 시스템으로서,
복수의, 청구항 제1항의 모듈형 연료 전지 서브시스템들;
복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템들에 전기적으로 연결된 시스템 전력 분배 유닛; 및
상기 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템들을 유틸리티 연료 파이프, 유틸리티 수도 파이프 및 상기 시스템 전력 분배 유닛과 연결하는 배관 및 와이어를 포함하는 복수의 사전-주조 콘크리트 트렌치들(precast concrete trenches)
을 포함하는, 연료 전지 시스템.
제4항에 있어서,
상기 시스템 전력 분배 유닛은, 상기 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템들의 적어도 하나의 소형 전력 분배 모듈에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 변압기를 포함하고,
상기 복수의 모듈형 연료 전지 서브시스템들은 상기 적어도 하나의 변압기의 적어도 양측에 위치하는, 연료 전지 시스템.
제5항에 있어서,
상기 시스템 전력 분배 유닛은: 제1 모듈형 연료 전지 서브시스템의 제1 소형 전력 분배 모듈에 전기적으로 연결된 제1 변압기와, 제2 모듈형 연료 전지 서브시스템의 제2 소형 전력 분배 모듈에 전기적으로 연결된 제2 변압기와, 연료 전지 시스템의 전력 출력을 제공하는, 상기 제1 변압기 및 제2 변압기에 전기적으로 연결된 제3 변압기를 포함하고,
상기 제1 변압기, 상기 제2 변압기 및 상기 제3 변압기는 각각 상기 연료 전지 시스템의 모듈의 행들의 쌍들(pairs) 사이에 위치하는, 연료 전지 시스템.
연료 전지 전력 모듈로서,
셀룰러 콘크리트 베이스(cellular concrete base);
상기 베이스 상에 위치하고, 상기 베이스보다 작은 면적을 갖는 비-셀룰러 콘크리트 패드; 및
적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함하고, 상기 콘크리트 베이스 상에 위치하는 연료 전지 전력 모듈
을 포함하는, 연료 전지 전력 모듈.
제7항에 있어서,
상기 연료 전지 전력 모듈을 전력 분배 유닛과 연결하는 와이어를 포함하는 사전-주조 콘크리트 트렌치를 더 포함하는, 연료 전지 전력 모듈.
제8항에 있어서,
상기 사전-주조 콘크리트 트렌치는 상기 연료 전지 전력 모듈을 유틸리티 연료 파이프 및 유틸리티 수도 파이프와 연결하는 배관을 포함하는, 연료 전지 전력 모듈.
제9항에 있어서,
상기 콘크리트 패드의 측벽들과 접촉하고, 상기 베이스 상에 위치하는 메쉬 프레임워크를 더 포함하는, 연료 전지 전력 모듈.
제7항에 있어서,
상기 콘크리트 패드는 실질적으로 평탄한 상부 표면을 포함하고, 상기 콘크리트 패드를 관통하는 어떠한 내부 개구도 포함하지 않는, 연료 전지 전력 모듈.
제11항에 있어서,
상기 콘크리트 패드는 적어도 하나의 매립된 지주(embedded strut)를 포함하고, 오버레이 구조들이 상기 적어도 하나의 매립된 지주를 사용하여 상기 콘크리트 패드의 상부 표면에 장착되는, 연료 전지 전력 모듈.
연료 전지 시스템으로서,
복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행들로서, 각각의 행이 복수의 연료 전지 전력 모듈들, 상기 전력 모듈들에 전기적으로 연결된 DC-AC 인버터를 포함하는 전력 조절 모듈, 및 상기 전력 모듈들에 유체 연결된 연료의 전처리를 위한 컴포넌트들을 포함하는 연료 처리 모듈을 포함하고, 상기 전력 조절 모듈은 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 제1 측에 위치하고, 상기 연료 처리 모듈은 상기 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행들의 각각의 행에서 상기 제1 측과 반대인, 상기 복수의 연료 전지 모듈의 제2 측에 위치하는 것인, 상기 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행들;
각각의 행들의 상기 제1 측에 위치하는 각각의 행의 상기 전력 조절 모듈에 대한 전기 연결; 및
각각의 행들의 상기 제2 측에 위치하는 각각의 행의 상기 연료 처리 모듈에 대한 적어도 하나의 배관 연결
을 포함하는, 연료 전지 시스템.
제13항에 있어서,
상기 연료 전지 시스템 모듈들은 복수의 캐비닛들에 위치하고,
각각의 행에 대한 상기 전기 연결 및 상기 적어도 하나의 배관 연결은, 상기 행의 대향하는 측들에 위치하는 캐비닛들의 측면들을 통해 진입하는, 연료 전지 시스템.
제14항에 있어서,
각각의 행의 연료 처리 모듈을 포함하는 제1 캐비닛의 측면에 인접하여 위치하는 제1 서비스 재배치 모듈로서, 연료 및 물을 위한 배관 연결이 상기 제1 서비스 재배치 모듈의 하우징에 아래로부터 진입하고, 상기 제1 캐비닛의 측면의 개구를 통해 상기 하우징을 빠져나가는 것인, 상기 제1 서비스 재배치 모듈; 및
각각의 행의 전력 조절 모듈을 포함하는 제2 캐비닛의 측면에 인접하는 제2 서비스 재배치 모듈로서, 적어도 하나의 전기 연결이 상기 제2 서비스 재배치 모듈의 하우징에 아래로부터 진입하고, 상기 제2 캐비닛의 측면의 개구를 통해 상기 하우징을 빠져나가는 것인, 상기 제2 서비스 재배치 모듈
을 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
제13항에 있어서,
시스템 전력 분배 유닛 및 연료 전지 시스템 모듈의 행들의 제1 측 사이에서 연장되는 사전-주조 콘크리트 트렌치를 더 포함하고,
상기 사전-주조 콘크리트 트렌치는 각각의 행의 전력 조절 모듈을 상기 시스템 전력 분배 유닛에 연결하는 와이어를 포함하는, 연료 전지 시스템.
제16항에 있어서,
상기 시스템 전력 분배 유닛은 적어도 하나의 변압기를 포함하고, 상기 복수의 연료 전지 시스템 모듈의 행들은 상기 적어도 하나의 변압기의 적어도 양측에 위치하며, 상기 전력 조절 모듈은 상기 시스템 전력 분배 유닛을 향하는 각각의 행의 단부에 위치하는, 연료 전지 시스템.
제17항에 있어서,
상기 시스템 전력 분배 유닛은: 연료 전지 시스템 모듈의 행들의 제1 그룹에 전기적으로 연결된 제1 변압기와, 연료 전지 시스템 모듈의 행들의 제2 그룹에 전기적으로 연결된 제2 변압기와, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기에 전기적으로 연결된 제3 변압기를 포함하는, 연료 전지 시스템.
제13항에 있어서,
상기 연료 전지 시스템 모듈의 행들은, 각각의 패드를 관통하여 연장되는 내부 개구를 포함하지 않는 하나 이상의 패드 상에 위치하는, 연료 전지 시스템.
제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 패드 각각은 12인치보다 작은 두께를 갖는, 연료 전지 시스템.