KR20230024373A - 가스 주입을 이용하여 연료 전지에서 차동 압력의 균형을 재조정하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

연료 전지 시스템은 애노드 공급 가스를 수용하도록 구성된 애노드 유입구 및 애노드 배기를 애노드 배기 도관(120) 내로 배출하도록 구성된 애노드 유출구(121)를 갖는 애노드를 갖는 연료 전지 모듈(100)을 포함한다. 연료 전지 모듈은 캐소드 공급 가스를 수용하도록 구성된 캐소드 유입구 및 캐소드 유출구를 갖는 캐소드를 더 포함한다. 연료 전지 시스템은 또한, 애노드 배기 도관(120)에 유체 결합된 애노드 배기 처리 시스템(105) 및 애노드 유입구의 하류 및 애노드 배기 처리 시스템(105)의 상류에 배치된 가스 주입 시스템(115)을 포함한다. 가스 주입 시스템(115)은 애노드의 과소 여압 조건을 방지하기 위해 애노드 배기 도관 내에 가스를 주입하도록 구성된다.

Description

가스 주입을 이용하여 연료 전지에서 차동 압력의 균형을 재조정하기 위한 시스템

관련된 특허 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 미국 특허 출원 번호 제63/042,355호(출원일: 2020년 6월 22일)의 이득 및 이에 대한 우선권을 주장하고, 이 기초 출원은 이에 의해 본 명세서에 전문이 참조에 의해 원용된다.

본 출원은 일반적으로 연료 전지 시스템 분야, 더 구체적으로 연료 전지 내의 차동 압력의 균형을 조정하기 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연료 전지는 이 사이에서 이온 교환을 용이하게 하는 전도성 전해질에 의해 분리된 애노드(음극) 및 캐소드(양극)를 포함한다. 연료 전지는 애노드 및 캐소드에 각각 연료 및 산화제가 공급될 때 전력을 생성한다. 연료 및 산화제의 공급은 애노드 및 캐소드의 각각에 인접한 가스 흐름장에 의해 용이해진다. 생산된 전력을 증가시키기 위해, 개별적인 연료 전지가 직렬로 적층될 수 있고, 전도성 분리기는 각각의 연료 전지와 이의 인접한 연료 전지 사이에 배치된다. 동작 동안, 연료 전지 스택의 애노드 측의 가스 압력은 연료 전지 스택의 캐소드 측의 가스 압력에 가깝게 유지되어야 한다. 애노드 배기 스트림에서 가변 주파수 드라이브 및 속도 제어기가 있는 송풍기는 애노드 압력을 캐소드 압력에 가깝게 유지하기 위해 연료 전지 시스템에서 공통적으로 사용된다. 이것은 애노드 배기 스트림을 처리하는 연료 전지 시스템에서 특히 그렇다. 이러한 애노드 배기 처리는 물 회수, 화학적 전이 반응기 및/또는 외부 시스템으로의 애노드 배기 내보내기를 포함할 수 있다.

압력 균형은 애노드 압력이 캐소드 압력과 거의 같으며 수주(water column) 차가 몇 인치 이내인 것을 의미한다. 시스템 동작이 중단되는 동안 예를 들면, 연료 전지가 전력 출력의 급격한 감소 또는 급격한 증가를 가질 때, 압력 불균형은 연료 전지 애노드 배기의 체적 유량의 즉각적인 감소 또는 증가로 인해 발생한다. 그러나, 애노드 송풍기는 일반적으로, 애노드 배기의 이 감소 또는 증가를 보상하기 위해 속도를 감소시키거나 속도를 증가시키는데 몇 초가 걸린다. 이 지연 동안, 애노드 송풍기에 공급되는 애노드 배기의 유량은 애노드 송풍기 내로 유입되는 유량에 비해 전력 감소 사례에서 불충분하거나, 전력 증가 사례에서 너무 크다. 유량의 급격한 차는 캐소드의 압력에 비해 애노드의 압력 감소 또는 증가를 야기한다(즉, 애노드 과소 여압(anode under-pressurization) 또는 애노드 초과 여압(anode over-pressurization)). 애노드 과소 여압 또는 초과 여압은 전형적으로 연료 전지 매니폴드 및/또는 연료 전지 매니폴드 밀봉을 손상시킴으로써, 연료 전지에 손상을 야기할 만큼 충분히 심각할 수 있다.

일부 연료 전지 매니폴드 설계에서, 애노드와 캐소드 사이의 압력의 차로서 측정된 -7인치의 수주 압력(iwc)보다 큰(즉, 이보다 더 음의) 애노드 과소 여압이 잠재적으로 연료 전지에 손상을 주는 것으로 고려된다. -10iwc보다 큰 과소 여압은 연료 전지 손상을 야기할 가능성이 있는 것으로 고려되고, -15iwc보다 큰 것은 연료 전지 손상을 야기할 가능성이 매우 높다. 연료 전지 손상은 연료 전지 매니폴드 및 매니폴드 밀봉의 손상으로 제한될 수 있다. 애노드 과소 여압의 경우에, 매니폴드가 무너져 더 심각한 손상이 발생할 수 있어서, 연료 전지의 부가적인 구성요소에 기계적 손상(예컨대, 내부 연료 전달 시스템 또는 전지에 대한 전기적 단락을 포함하는 전지에 미치는 영향)을 야기한다. 과소 여압으로 인한 손상을 수리하는 것은 매우 비용이 많이 들 수 있으며, 때때로 연료 전지 자체의 가치를 초과하는 비용이 든다.

그에 따라, 애노드와 캐소드 사이의 과도한 압력 차를 완화하거나 회피하고 연료 전지의 손상 위험을 감소시키기 위해 연료 전지의 차동 압력의 균형을 재조정하기 위한 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다. 본 명세서에서 논의된 예시적인 실시형태에서 설명된 시스템 및 방법은 연료 전지 내의 압력 차의 변화에 응답하여 애노드 배기 배관 내의 가압된 가스의 주입을 통해 애노드 과소 여압을 감소 또는 제거하도록 구성된다.

본 발명의 하나의 양태는 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 연료 전지 시스템은 애노드 공급 가스를 수용하도록 구성된 애노드 유입구 및 애노드 배기를 애노드 배기 도관 내로 배출하도록 구성된 애노드 유출구를 갖는 애노드를 포함하는 연료 전지 모듈을 포함한다. 연료 전지 모듈은 또한, 캐소드 공급 가스를 수용하도록 구성된 캐소드 유입구 및 캐소드 유출구를 갖는 캐소드를 포함한다. 연료 전지 시스템은 애노드 배기 도관에 유체 결합된 애노드 배기 처리 시스템 및 애노드 유출구의 하류 및 애노드 배기 처리 시스템의 상류에 배치된 가스 주입 시스템을 더 포함하고, 가스 주입 시스템은 애노드의 과소 여압 조건을 방지하기 위해 애노드 배기 도관 내에 가스를 주입하도록 구성된다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 가스 공급부와 유체 연통하는 적어도 하나의 탱크를 포함하고, 적어도 하나의 탱크는 애노드 배기 도관 내로의 가스의 흐름을 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 적어도 하나의 탱크는 제1 탱크 및 제2 탱크를 포함하고, 제1 탱크는 가스 공급부에 직접적으로 결합되고 제2 탱크는 제1 탱크로부터 가스를 수용하도록 구성되고, 제1 탱크로부터 제2 탱크로의 가스의 흐름은 제1 밸브에 의해 계량된다. 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 탱크 내의 압력은 연료 전지 시스템의 동작 조건에 기초하여 미리 결정된 설정 지점에서 유지된다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 차동 압력이 미리 결정된 임계치를 초과한다는 결정에 응답하여 가스를 주입하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 연료 전지 모듈과 연관된 동작 파라미터에 기초하여 가스를 주입하도록 구성된다.

다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 애노드 배기 처리 시스템의 하류에 유체 결합된 애노드 배기 재순환 시스템을 더 포함하고, 애노드 배기 재순환 시스템은 애노드 배기 처리 시스템으로부터 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 애노드 배기 재순환 시스템은 가스 주입 시스템과 협력하여 동작하도록 구성되고, 애노드 배기 재순환 시스템은 가스 주입 시스템과 직렬로 동작하도록 구성된다. 여전히 다른 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 애노드 배기 재순환 시스템과 가스 주입 시스템 사이에 유체 결합된 제1 경로 내에 배치된 제1 포핏 밸브(poppet valve)를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 제1 포핏 밸브는 적어도 하나의 다른 밸브와 직렬로 유체 결합되고, 적어도 하나의 다른 밸브는 애노드 배기 재순환 시스템을 통한 흐름을 허용하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 애노드 배기 재순환 시스템과 가스 주입 시스템 사이에 유체 결합된 제2 유체 경로 내에 배치된 제2 밸브를 더 포함하고, 제1 밸브 또는 제2 밸브 중 적어도 하나는 압력 트랜스미터와 직렬로 유체 결합되며, 압력 트랜스미터로부터의 배출은 제1 또는 제2 밸브 중 적어도 하나가 개방되는데 실패했음을 나타낸다. 다른 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 연료 전지 모듈과 유체 연통하고 애노드의 초과 여압 조건을 방지하도록 구성된 수밀봉 시스템을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 적어도 하나의 다른 밸브는 솔레노이드 밸브이다.

본 발명의 또 다른 양태는 연료 전지 시스템 내의 압력의 균형을 재조정하는 방법에 관한 것이다. 방법은 차동 압력 트랜스미터에 의해, 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 차동 압력을 결정하는 단계로서, 애노드 유출구 및 캐소드 유입구는 연료 전지 모듈 내에 포함되는, 상기 차동 압력을 결정하는 단계, 및 연료 전지 시스템의 애노드 유출구와 유체 연통하는 가스 주입 시스템에 의해, 가스를 주입 경로로부터 애노드 배기 도관 내로 주입하는 단계를 포함한다. 애노드 배기 도관은 애노드 유출구 및 애노드 배기 처리 시스템에 유체 결합되고, 주입 경로는 애노드 유출구의 하류 및 애노드 배기 처리 시스템의 상류에 배치되며 애노드 배기 도관 내로 가스를 주입하는 단계는 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 압력 재균형을 야기한다.

다양한 실시형태에서, 애노드 배기 도관 내로 가스를 주입하는 단계는 연료 전지 모듈 내의 잠재적인 압력 변화를 예상한다. 일부 실시형태에서, 가스를 애노드 배기 도관 내로 주입하는 단계는 리시버 탱크에서, 공급부로부터 불활성 가스를 수용하는 단계를 포함하고, 공급부로부터 리시버 탱크로의 가스의 피크 흐름은 공급부에서 피크 수요를 제한하도록 제한된다. 다른 실시형태에서, 방법은 또한, 애노드 배기 재순환 시스템에 의해, 애노드 배기 처리 시스템으로부터 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 애노드 배기를 재순환시키는 단계는 주입 경로로부터 가스를 주입하는 것을 따르기 위해 지연된다.

본 발명의 여전히 또 다른 양태는 연료 전지 시스템 내의 압력의 균형을 재조정하는 방법에 관한 것이고, 이는 제1 압력 센서에 의해, 연료 전지 모듈의 애노드 유출구에 유체 결합된 애노드 유출구 도관 내의 제1 압력을 감지하는 단계를 포함하고, 제1 압력 센서는 차동 압력 조절기와 연통한다. 방법은 제2 압력 조절기에 의해, 연료 전지 모듈 내에 포함된 캐소드 유입구에서 제2 압력을 감지하는 단계로서, 제2 압력 센서는 차동 압력 조절기와 연통하는, 상기 제2 압력을 감지하는 단계, 및 차동 압력 조절기에 의해, 가스가 차동 압력 조절기를 통해 주입 경로 내로 흐르는 것을 허용하는 단계를 더 포함하고, 가스는 주입 경로 내로 흐르고 애노드 배기 도관에 진입한다. 애노드 배기 도관에 진입하는 가스는 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 압력 재균형을 야기한다.

다양한 실시형태에서, 방법은 애노드 배출 도관과 유체 연통하는 애노드 배기 재순환 시스템에 의해, 애노드 배기 처리 시스템으로부터 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 가스는 불활성 가스이다.

이 요약은 단지 예시이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

본 발명을 구성하는 장점 및 특징, 및 본 발명과 함께 제공된 전형적인 메커니즘의 구성 및 동작에 대한 명확한 개념은 동일한 참조 부호가 몇몇 도면에서 동일한 요소를 지정하는, 첨부된 및 본 명세서의 일부를 형성하는 도면에 도시된 예시적인 따라서, 비제한적인 예시적인 실시형태를 참조함으로써 더 용이하게 명백해질 것이고, 여기서:
도 1은 일 예시적인 실시형태에 따른, 능동 제어 밸브를 갖는 가스 주입 시스템을 포함하는 연료 전지 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 2는 일 예시적인 실시형태에 따른, 수동 제어 밸브를 갖는 가스 주입 시스템을 포함하는 연료 전지 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 3은 일 예시적인 실시형태에 따른, 가스 주입 시스템을 포함하고 또한 애노드 재순환 및 레벨 조정 수밀봉의 선택적인 시스템을 갖는 연료 전지 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 4는 일 예시적인 실시형태에 따른, 애노드 가스 재순환이 가스 주입 시스템과 동시에 작동하는 것으로부터 수동적으로 방지되는, 애노드 가스 재순환 시스템과 결부하여 사용된 능동 제어 밸브를 갖는 가스 주입 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 5는 또 다른 예시적인 실시형태에 따른, 애노드 가스 재순환이 가스 주입 시스템과 동시에 작동하는 것으로부터 수동적으로 방지되는, 애노드 가스 재순환 시스템과 결부하여 사용된 능동 제어 밸브를 갖는 가스 주입 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
도 6은 또 다른 예시적인 실시형태에 따른, 능동 제어 밸브를 갖는 가스 주입 시스템의 개략적인 표현을 도시한 도면.
본 발명의 상기 및 다른 특징은 첨부된 도면과 결부하여 취해진 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 명확해질 것이다. 이 도면이 본 발명에 따른 단지 몇몇 실시형태를 묘사하고 따라서, 이의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해함으로써, 본 발명은 첨부 도면의 사용을 통해 부가적인 특수성 및 상세로 설명될 것이다.

본 발명의 다양한 실시형태는 연료 전지의 애노드 내의 애노드 배기 배관과 유체 연통하는 가압된 가스를 포함하는 가스 주입 탱크를 포함하는 가스 주입 시스템에 관한 것이다. 가스 주입 탱크는 애노드 배기 배관으로부터 분리되고 연료 전지 내의 차동 압력의 변화(예컨대, 애노드와 캐소드 챔버 사이의 차동 압력의 변화)에 응답하여 작동될 수 있는 제어 가능한 밸브를 통해 계량될 수 있다. 다양한 실시형태에 따르면, 제어 가능한 밸브는 가스 주입 탱크로부터 애노드 배기 배관 내로 주입된 가스를 계량하기 위해 다양한 속도 및/또는 다양한 지속기간을 통해 작동될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 연료 전지 시스템 내의 수동 압력 제어 시스템의 일부로서 구성될 수 있으며, 가스 주입 시스템의 작동은 연료 전지 시스템 내의 차동 압력에 응답하여 수동적으로 작동된다.

다양한 실시형태에서, 가압된 가스는 질소, 이산화탄소, 및/또는 다른 불활성 또는 환원 가스를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.

다양한 실시형태에서, 애노드와 캐소드 사이의 차동 압력의 변화를 완화하는 것은 주입된 가스의 체적 및/또는 유량에 기초할 수 있으며, 주입된 가스의 체적 및/또는 유량은 또한, 가스 주입 탱크의 체적, 가스 주입 탱크 내의 압력, 가스 주입 파이프의 손실, 밸브 흐름 영역, 및/또는 밸브 개방 속도에 의존할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크는 탱크 충전 파이프라인을 통해 메인 가스 공급부와 유체 연통하고 가스 주입 탱크 압력을 유지하는 것을 용이하기 위해 제어 가능한 탱크 충전 밸브를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 탱크 충전 파이프라인은 하나 이상의 리시버 탱크와 유체 연통할 수 있으며, 이는 가스 주입 탱크의 신속한 재충전을 가능하게 하고 메인 가스 공급부에 대한 수요를 감소시킨다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크는 가스 주입 탱크로부터 가스의 제거(예컨대, 대기로의 방출)를 용이하게 할 수 있는 제어 가능한 블리드 다운 밸브(controllable bleed down valve)를 갖는 블리드 다운 라인과 유체 연통한다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크 내의 압력은 탱크 충전 밸브 및/또는 블리드 다운 밸브의 제어를 통해 압력 설정 지점에서 조절 및 유지될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 압력 설정 지점은 연료 전지 시스템을 포함하는 연료 전지 파워 플랜트의 하나 이상의 동작 조건에 기초하여 조정된다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 수밀봉에 더하여 연료 전지 시스템과 유체 연통할 수 있고, 가스 주입 시스템은 애노드 과소 압력을 완화하도록 구성되며 수밀봉은 애노드 초과 압력을 완화하도록 구성된다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템은 하나 이상의 애노드 재순환 밸브에 더하여 연료 전지 시스템과 유체 연통할 수 있고, 하나 이상의 애노드 재순환 밸브의 각각은 가스 주입 시스템과 결부하여 애노드 과소 여압을 완화하는 것을 돕도록 구성된다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템이 하나 이상의 애노드 재순환 밸브와 결부하여 사용될 때, 포핏 밸브 시스템은 가스 주입 시스템이 가스 주입을 실질적으로 완료한 이후까지 애노드 재순환 밸브가 작동하는 것을 수동적으로 방지하도록 구성된다.

일반적으로 도면을 참조하면, 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 연료 전지(애노드 및 캐소드를 가짐) 및 유체 결합된 애노드 배기 처리 시스템을 포함하고, 연료 전지에 의해 배출된 애노드 배기는 연료 전지 시스템 내의 어딘가에서 내보내거나 사용하기 위해 처리 및/또는 변환된다. 다양한 실시형태에서, 애노드 배기 처리 시스템은 애노드 배기로부터 하나 이상의 구성요소(예컨대, 부산물)를 냉각, 반응 및/또는 분리할 수 있다. 연료 전지 시스템은 처리된 애노드 배기(예컨대, 애노드 배기 처리 시스템으로부터의 처리된 스트림)를 수용하는 애노드 배기 송풍기를 포함할 수 있고 캐소드 압력에 필적하는 범위 내에서 애노드 압력을 유지하도록 구성될 수 있다. 애노드 배기 송풍기는 제어기 및/또는 압력 센서에 연통 가능하게 결합될 수 있고, 압력 센서 및 제어기 중 적어도 하나는 애노드 압력과 캐소드 압력 사이의 차를 측정하고 이에 응답하여, 미리 결정되고/거나 원하는 차압을 유지하기 위해 애노드 배기 송풍기의 속도 조정을 야기하도록 구성된다. 연료 전지 시스템은 미리 결정되고/거나 원하는 차동 압력보다 크거나 작을 수 있는 애노드와 캐소드 사이의 차동 압력을 최소화, 완화, 또는 제거하고 결과적으로, 연료 전지 시스템 내의 (예컨대, 연료 전지 자체, 연료 전지 매니폴드, 및/또는 연료 전지 매니폴드 개스킷에 대한) 잠재적인 손상을 방지하기 위해 하나 이상의 압력 재균형 시스템을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 차동 압력은 연료 전지 배출의 급격한 감소 또는 증가, 애노드 배기 송풍기의 고장, 및/또는 애노드 배기 처리 시스템의 중단으로 인해 미리 결정된 및/또는 원하는 차동 압력보다 크거나 작을 수 있다.

다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 연료 전지 시스템 내의 애노드 과소 압력을 최소화하거나 제거하기 위해 사용될 수 있는 가스 주입 시스템을 포함할 수 있다. 가스 주입 시스템은 연료 전지의 애노드 구획 내의 애노드 배기 배관과 유체 연통하는 가압된 가스를 포함하는 가스 주입 탱크를 포함한다. 가스 주입 탱크는 애노드 챔버와 캐소드 챔버 사이의 차동 압력의 변화와 같은, 연료 전지 내의 차동 압력의 변화에 응답하여 작동될 수 있는 제어 가능한 밸브에 의해 애노드 배기 배관과 분리된다. 제어 가능한 밸브는 가스 주입 탱크로부터 애노드 배기 배관 내로 주입된 가스를 계량하기 위해 다양한 속도를 갖고 및 다양한 지속기간 동안 작동될 수 있다. 애노드와 캐소드 사이의 차동 압력의 변화를 완화하는 것은 주입된 가스의 체적 및/또는 유량에 기초하고, 주입된 가스의 체적 및/또는 유량은 또한, 가스 주입 탱크의 체적, 가스 주입 탱크 내의 압력, 가스 주입 파이프의 손실, 밸브 흐름 영역, 및/또는 밸브 개방 속도에 의존한다. 전형적으로 애노드와 연관된 압력보다 훨씬 높은 압력으로 유지되는 가스 주입 탱크 내의 압력은 연료 전지 동작에 기초하여 용이하게 제어되고 미리 설정될 수 있다. 가스 주입 탱크와 연관된 오리피스 및/또는 밸브를 통한 유량, 유량의 시간 감쇠, 및 주입된 가스의 총량은 매우 예측 가능하고, 따라서 연료 전지 시스템 내에서 압력 재균형 동작의 전반적인 제어를 개선한다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크는 가스 주입 탱크의 충전 또는 재충전을 용이하게 하는 탱크 충전 파이프라인을 통해 메인 가스 공급부와 유체 연통할 수 있다. 가스 주입 탱크를 충전하는 것은 제어 가능한 탱크 충전 밸브에 의해 용이해질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 탱크 충전 파이프라인은 하나 이상의 리시버 탱크와 유체 연통할 수 있으며, 이는 가스 주입 탱크의 신속한 재충전을 가능하게 하고 메인 가스 공급부에 대한 피크(예컨대, 순간) 수요를 감소시킨다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크는 블리드 다운 라인과 유체 연통하고, 이에 의해 가스가 거부되고 대기로 방출될 수 있다. 블리드 다운 라인을 통한 가스 흐름은 블리드 다운 밸브에 의해 제어될 수 있다. 가스 주입 탱크 내의 압력은 탱크 충전 밸브 및/또는 블리드 다운 밸브의 제어를 통해 압력 설정 지점에서 조절 및 유지될 수 있다. 이 압력 제어 방식은 압력이 탱크 충전 밸브에 의해 제어된 경우보다 빠른 재충전 레이트를 제공한다. 다양한 실시형태에서, 압력 설정 지점은 연료 전지 시스템을 포함하는 연료 전지 파워 플랜트의 하나 이상의 동작 조건에 기초하여 조정된다.

이제 도 1을 참조하면, 일 예시적인 실시형태에 따른, 차동 압력의 균형을 재조정하기 위한 시스템을 통합하는 연료 전지 시스템(10)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 배기 처리 시스템(105), 제어기(113)에 의해 제어된 애노드 배기 송풍기(110), 및 차동 압력의 균형을 재조정하는 것을 용이하게 하도록 구성된 능동 제어된 가스 주입 시스템(115)의 각각과 유체 연통하는 연료 전지 모듈(100)을 포함하고, 유체 연통은 애노드 배기관(120)(예컨대, 도관)에 의해 용이해진다. 다양한 비제한적인 실시형태에서, 연료 전지 모듈(100)은 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)일 수 있고 대략적으로 550과 650℃ 사이에서 동작할 수 있다. 다른 실시형태에서, 연료 전지 모듈(100)은 다른 고온, 중온, 또는 저온 연료 전지 모듈을 포함하는 당업계에 알려진 임의의 유형의 하나 이상의 연료 전지를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 전지 모듈은 스택으로 배열된 하나 이상의 연료 전지를 포함할 수 있고, 스택은 병렬 및/또는 직렬로 구성될 수 있다.

애노드 배기관(120)은 연료 전지 모듈(100)로부터의 애노드 배기가 애노드 유출구(121)를 통해(예컨대, 애노드 유출구(121)에 결합된 애노드 배기 매니폴드에서) 빠져나는 것을 가능하게 한다. 연료 전지 모듈(100)은 적어도 하나의 연료 전지를 포함하고 애노드 유입구(122)를 통해 (예컨대, 애노드 유입구(122)에 결합된 애노드 유입구 매니폴드에서) 연료 가스를 수용한다. 연료 전지 모듈(100)은 또한, (예컨대, 캐소드 공급 가스를 수용하기 위해 캐소드 유입구(123)에 결합된 캐소드 유입구 매니폴드에서) 캐소드 유입구(123) 및 캐소드 유출구(124)를 포함한다. 애노드 유입구(122)는 애노드 유입구 압력(P1)을 가질 수 있으며, P1은 애노드 유입구(122)에서 애노드 연료 가스의 압력으로서 정의될 수 있다. 캐소드 유입구(123)는 유사하게, 캐소드 유입구 압력(P2)을 가질 수 있고, P2는 캐소드 유입구(123)에서 캐소드 공급 가스("유입구 가스")의 압력으로서 정의될 수 있다. 애노드 유출구(121)는 애노드 유출구 압력(P3)을 가질 수 있고, P3는 애노드 유출구(121)에서의 애노드 배기의 압력으로서 정의될 수 있다.

P1과 P2, 또는 P3과 P2 사이에서 측정될 수 있는 차동 압력은 차동 압력 트랜스미터(PDT)(125)에 의해 결정될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, PDT(125)는 가스 압력 감지 라인(135 및 130) 각각을 통해 애노드 유출구(121)(P3)와 캐소드 유입구(123)(P2) 사이의 차동 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, PDT(125)는 P1과 P2 사이, 및/또는 P3과 P2 사이의 차동 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 연료 전지 모듈(100) 내의 높은 차동 압력은 연료 전지 시스템(10) 내의 손상을 야기할 수 있다. 캐소드와 연관된 압력(예컨대, P2 및/또는 다른 유체 연결 지점)이 애노드와 연관된 압력(예컨대, P1, P3, 및/또는 다른 유체 연결 지점의 압력)에 비해 큰 경우, 애노드는 과소 여압의 위험에 있을 수 있다. 반대로, 애노드와 연관된 압력(예컨대, P1, P3, 및/또는 다른 유체 연결 지점의 압력)이 캐소드와 연관된 압력(예컨대, P2 및/또는 다른 유체 연결 지점)에 비해 크면, 애노드가 초과 여압의 위험에 있을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 배기 처리 시스템(105)으로부터 (애노드 배기관(120)을 통해) 애노드 배기를 수용하도록 구성되는 애노드 배기 송풍기(110)를 포함한다. 애노드 배기 처리 시스템(105)은 연료 전지 모듈(100)의 애노드 유출구(121)로부터 배출된 애노드 배기 가스를 처리하도록 구성된다. 애노드 배기 송풍기(110)에 의해 수용된 애노드 배기(예컨대, 처리된 스트림)는 후속적으로, 또 다른 처리, 수집, 또는 연료 전지 시스템(10)으로부터 내보내기 위해 배출될 수 있다. 애노드 배기 송풍기(110)의 동작 속도는 연통 가능하게 결합된 제어기(113)("속도 제어기")에 의해 제어된다. 제어기(113)는 연통 경로(127)를 통해 연통 가능하게 결합되는 PDT(125)에 의해 측정된 차동 압력에 기초하여 애노드 배기 송풍기(110)의 속도를 유지 및/또는 조정하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, PDT(125)는 유선 및/또는 무선 연통을 통해 제어기(113)와 연통할 수 있다.

연료 전지 시스템(10)은 애노드 유출구(121)와 애노드 배기 처리 시스템(105) 사이에 배치되는 압력 재균형을 용이하게 하도록 구성된 능동 제어된 가스 주입 시스템(115)을 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 애노드 과소 압력은 애노드 배기 송풍기(110)의 속도가 애노드 유입구, 애노드 출구, 또는 캐소드 유입구 스트림의 흐름 또는 압력 변동에 따라 제어기(113)에 의해 적시에 조정되지 않는 경우에(PDT(125)에 의해 측정된 차동 압력에 기초하여) 발생할 수 있다. 애노드 과소 여압(즉, 과소 가압된 조건)을 방지하기 위해, 가스 주입 시스템(115)은 불활성 및/또는 환원 가스를 애노드 유입구(122) 및 애노드 유출구(121) 중 적어도 하나와 유체 연통하는 도관(예컨대, 애노드 배기관(120)) 내로 주입한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 주입 시스템(115)은 애노드 유출구(121)의 하류 및 애노드 배기 처리 시스템(105)의 상류에 배치된 주입 경로(165)를 통해 애노드 배기관(120) 내에 가스를 주입하도록 구성된다.

가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10) 내에 주입하기 위한 가압된 가스를 포함하는 가스 주입 탱크(170)를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 공급된 가스는 질소, 이산화탄소, 및/또는 또 다른 불활성 또는 환원 가스일 수 있다. 가스 주입 탱크(170) 내로부터의 가스의 주입은 하나 이상의 고속 개방 밸브(180)에 의해 용이해지며, 이는 주입 경로(165)로의 가스 흐름을 제어 가능하게 하거나 금지한다. 다양한 실시형태에서, 주입 탱크(170) 내로부터의 가스의 주입은 가스 주입 시스템(115)에 연통 가능하게 결합된 제어기에 의해 수신된 작동 신호에 응답하여 수행된다. 다양한 실시형태에서, 작동 신호는 차동 압력이 미리 결정된 임계치를 초과한다는 결정(예컨대, PDT(125)와 연통하는 하나 이상의 부가적인 제어기에 의한)에 기초하여 제어기로 전송될 수 있다. 가스 주입 탱크(170)는 또한, 압력 제어 밸브(185)를 통해 가스 주입 탱크(170)로부터 가스의 방출을 가능하게 하도록 구성되는 블리드 다운 라인(183)과 유체 연통한다. 가스 주입 탱크(170)는 리시버 탱크(190)로부터 가스를 수용할 수 있고, 리시버 탱크(190)로부터 가스 주입 탱크(170)로의 흐름은 밸브(195)에 의해 계량된다. 리시버 탱크(190)는 이에 대응하여, 가스 공급부(197)로부터 가스를 수용할 수 있고, 가스 공급부(197)로부터 리시버 탱크(190)로의 흐름은 밸브(199)에 의해 계량된다. 리시버 탱크(190)는 (예컨대, 가스 공급부(197)로부터의) 가스의 피크 유량을 제한하고 결과적으로, 가스 공급부(197)에 대한 피크 수요를 제한하도록 구성될 수 있다. 가스 주입 탱크(170) 내의 압력은 밸브(195 및/또는 185)를 제어함으로써 유지된다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)는 가스가 가스 공급부(197)로부터 가스 주입 탱크(170) 내로 직접적으로 흐를 수 있도록 가스 공급부(197)와 직접 유체 연통할 수 있다. 다양한 다른 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 주입 탱크(170) 내로의 최종 흐름을 위해 가스 공급부(197)로부터 가스를 수용하도록 각각 구성되는 리시버 탱크(190)와 유사하거나 등가인 복수의 리시버 탱크를 포함할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)는 타겟 압력 또는 압력 설정 지점으로 유지될 수 있고, 타겟 압력 및/또는 압력 설정 지점은 연료 전지 시스템(10)을 포함하는 파워 플랜트 및/또는 연료 전지 시스템(10)의 동작 조건에 기초할 수 있다. 가스 주입 탱크(170) 내의 압력의 조정 가능성은 연료 전지 모듈 내의(예컨대, P1과 P2 사이, 또는 P3과 P2 사이의) 차동 압력에 대한 가스 주입 효과의 정밀 제어를 가능하게 한다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)는 신속한 재충전이 잠재적으로 반복된 애노드 과소 압력 이벤트에 대한 준비를 보장하기 위해 구성될 수 있다. 이 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)의 신속한 재충전은 미리 결정된 타겟 압력 및/또는 압력 설정 지점을 초과할 수 있다. 가스 주입 탱크(170) 내의 압력이 신속한 재충전 동안 미리 결정된 타겟 압력 및/또는 압력 설정 지점을 초과할 때, 압력 제어 밸브(185)는 가스 주입 탱크(170) 내로부터의 가스의 통기(예컨대, 블리드 다운 라인(183)을 통한)을 용이하게 하도록 개방되고 후속적으로 그 안에서 미리 결정된 원하는 압력으로 복귀하는 것을 가능하게 할 수 있다.

동작 동안, 압력 변화가 검출될 때(예컨대, PDT(125) 또는 연료 전지 모듈(100) 내 및/또는 이에 인접한 하나 이상의 압력 센서에 의해), 구체적으로 연료 전지 모듈(100) 내의 애노드와 연관된 압력(예컨대, P1 및/또는 P3)이 연료 전지 모듈 내의 캐소드와 연관된 압력(예컨대, P2)에 비해 낮거나 강하할 때, 가스 주입 시스템(115)은 가스 주입 탱크(170)로부터 애노드 배기관(120)(및/또는 애노드 유입구(122)) 내로 가스를 주입하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 연료 전지 모듈(100), 가스 주입 시스템(115), 및/또는 PDT(125)는 하나 이상의 제어기에 연통 가능하게 결합될 수 있고, 하나 이상의 제어기는 가스 주입 시스템으로 하여금 PDT(125)가 차동 압력이 미리 결정된 압력 임계치를 초과함을 검출한다는 결정에 응답하여 가스를 주입하게 할 수 있다. 주입된 가스는 후속적으로, 연료 전지 모듈 결과적으로, 연료 전지 시스템(10) 내의 압력 균형을 복원한다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10)과 연관된 하나 이상의 동작 파라미터에 기초하여 가스 주입 탱크로부터 애노드 유입구(122) 및/또는 애노드 배기관(120)으로 가스를 주입하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 모듈(100) 내의 잠재적인 압력 변화를 예상하여 동작하도록 구성될 수 있으며, 이는 PDT(125)에서 측정된 차동 압력에 기초한 반응적 가스 주입 동작에 비해 더 빠른 압력 재균형을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)으로부터의 가스 주입의 속도 및/또는 체적은 연료 전지 시스템(10)과 연관된 하나 이상의 동작 파라미터에 기초할 수 있다.

도 2는 일 예시적인 실시형태에 따른, 수동 제어된 가스 주입 시스템(115)을 통합하는 연료 전지 시스템(10)의 개략적인 표현을 보여준다. 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 배기 처리 시스템(105), 제어기(113)에 의해 제어된 애노드 배기 송풍기(110), 및 차동 압력의 균형을 재조정하는 것을 용이하게 하도록 구성된 수동 제어된 가스 주입 시스템(115)의 각각과 유체 연통하는 연료 전지 모듈(100)을 포함하고, 유체 연통은 애노드 배기관(120)(예컨대, 도관)에 의해 용이해진다.

도 2에 도시된 바와 같이, PDT(125)는 가스 압력 감지 라인(135 및 130) 각각을 통해 애노드 유출구(121)(P3)와 캐소드 유입구(123)(P2) 사이의 차동 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, PDT(125)는 P1과 P2 사이, 또는 P3과 P2 사이의 차동 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 배기 처리 시스템(105)으로부터 애노드 배기를 수용하도록(애노드 배기관(120)를 통해) 구성되고 연통 가능하게 결합된 제어기(113)("속도 제어기")에 의해 제어되는 애노드 배기 송풍기(110)를 포함한다. 제어기(113)는 연통 경로(127)를 통해 연통 가능하게 결합되는 PDT(125)에 의해 측정된 차동 압력에 기초하여 애노드 배기 송풍기(110)의 속도를 유지 및/또는 조정하도록 구성된다.

연료 전지 시스템(10)은 애노드 유출구(121)와 애노드 배기 처리 시스템(105) 사이에 배치되는 압력 재균형을 용이하게 하도록 구성된 수동 제어된 가스 주입 시스템(115)을 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 애노드 과소 압력은 애노드 배기 송풍기(110)의 속도가 제어기(113)에 의해 적시에 조정되지 않는 경우에(PDT(125)에 의해 측정된 차동 압력에 기초하여) 발생할 수 있다. 애노드 과소 여압을 방지하기 위해, 가스 주입 시스템(115)은 불활성 및/또는 환원 가스를 애노드 유입구(122) 및 애노드 유출구(121) 중 적어도 하나와 유체 연통하는 도관(예컨대, 애노드 배기관(120)) 내로 주입한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 주입 시스템(115)은 애노드 유출구(121)의 하류 및 애노드 배기 처리 시스템(105)의 상류에 배치된 주입 경로(165)를 통해 애노드 배기관(120) 내에 가스를 주입하도록 구성된다.

가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10) 내에 주입하기 위한 가스를 포함하는 리시버 탱크(190)를 포함한다. 리시버 탱크(190)는 가스 공급부(197)로부터 가스를 수용할 수 있고, 가스 공급부(197)로부터 리시버 탱크(190)로의 흐름은 밸브(199)에 의해 계량된다. 다양한 실시형태에서, 공급된 가스는 질소, 이산화탄소, 및/또는 또 다른 불활성 또는 환원 가스일 수 있다. 리시버 탱크(190) 내로부터의 가스 주입은 주입 경로(165)로의 가스 흐름을 수동적으로 제어하는 하나 이상의 차동 압력 조절기(200)에 의해 용이해진다. 도시된 바와 같이, 차동 압력 조절기(200)는 가스 압력 감지 라인(307 및 309) 각각을 통해 애노드 유출구(121)와 연관된 압력(예컨대, P3) 및 캐소드 유입구(123)와 연관된 압력(예컨대, P2)에 의해 작동될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 리시버 탱크(190) 내로부터의 가스의 주입은 애노드 유출구(121)에서의 압력(예컨대, P3)이 캐소드 유입구(123)에서의 압력(예컨대, P2) 미만의 임계량일 때 수행되며, 이는 차동 압력 조절기(200)로 하여금 개방하게 하고 이를 통해 주입 경로(165) 내로 가스 흐름을 가능하게 할 수 있고, 가스는 후속적으로 애노드 배기관(120)에 진입한다. 압력 재균형이 성취되었을 때(예컨대, 가스 압력 감지 라인(307 및 309)으로부터 결정된 바와 같음), 차동 압력 조절기(200)는 후속적으로, 폐쇄되어 또 다른 가스 흐름을 금지할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 차동 압력 조절기(200)는 가스가 가스 공급부(197)로부터 차동 압력 조절기(200)로 직접적으로 흐를 수 있도록 가스 공급부(197)와 직접 유체 연통할 수 있다. 다양한 다른 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10) 내로의 최종 흐름을 위해 가스 공급부(197)로부터 가스를 수용하도록 각각 구성되는 리시버 탱크(190)와 유사하거나 등가인 복수의 리시버 탱크를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 수동 제어된 가스 주입 시스템(115)은 또한, 리시버 탱크(190)와 유체 연통하는 압력 제어된 주입 탱크(예컨대, 탱크(170)와 유사하거나 동등함)를 포함할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 그 안의 압력의 균형을 재조정하기 위해 연료 전지 시스템(예컨대, 연료 전지 시스템(10)) 내에 포함된 애노드 배기 재순환 시스템과 협력하여 동작하도록 구성될 수 있다. 다양한 예시적인 실시형태에서, 연료 전지 시스템(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 애노드 배기 재순환 시스템(205)을 포함할 수 있고, 이는 압력 재균형을 제공하고 애노드 과소 여압을 방지하기 위해 가스 주입 시스템(115)과 협력하여 동작하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템(205)은 애노드 과소 여압을 감소시키거나 제거하기 위해 애노드 배기 송풍기(110)의 상류에 있는 더 낮은 압력 가스 경로로 다시 처리된 애노드 배기(예컨대, 처리된 스트림)의 흐름을 용이하게 하도록 구성된다. 배기 재순환 시스템(205)은 경로(213)를 통해 애노드 배기관(120)에 유체 결합될 수 있고 애노드 배기관(120) 내로의 처리된 애노드 배기의 흐름을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

도 4는 일 예시적인 실시형태에 따른, 연료 전지 시스템(10) 내에서 배기 재순환 시스템(205)과 직렬로 동작하도록 구성된 능동 제어된 가스 주입 시스템(115)의 개략적인 표현을 보여준다. 다양한 실시형태에서, 애노드 초과 압력을 야기할 수 있는 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)의 원하는 직렬 동작보다 동시 동작을 방지하기 위해, 배기 재순환 시스템(205)은 가스 주입 탱크(170) 내의 압력이 임계 압력 아래로 감소한 후에만 동작하도록 구성될 수 있다. 주입 탱크(170)의 압력이 임계 압력 미만 이후까지 배기 재순환 시스템(205)의 동작을 지연시키는 것은 애노드 유입구(122)(예컨대, P1) 및/또는 애노드 유출구(121)(예컨대, P3) 내의 과도한 가스 압력의 위험을 감소시키고 결과적으로, 애노드 초과 압력의 위험을 감소시킨다. 다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템(205)은 리시버 탱크(190) 내의 압력에 기초하여 동작하도록 구성될 수 있다.

도시된 바와 같이, 가스 주입 시스템(115)은 유체 연통 경로(215)를 통해 배기 재순환 시스템(205)과 유체 연통한다. 가스 주입 시스템(115)은 주입 탱크(170)로부터 흐름 경로(165)로의 가스의 주입을 용이하게 하는 고속 개방 밸브(180)를 포함하고, 흐름 경로(165)는 애노드 유입구(122) 및/또는 애노드 유출구(121)와 유체 연통한다. 도 4는 애노드 배기관(120)과 유체 연통하는 흐름 경로(165)를 보여준다. 유체 연통 경로(215)는 압력 임계치에 기초하여 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)의 동작을 조정하도록 구성되는 포핏 밸브(223)를 포함한다. 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(220)와 직렬로 배치되고, 이는 포핏 밸브(223)와 동시에 개방될 때, 밸브(210)를 통해 배기 재순환 시스템(205)을 통한 가스 흐름을 가능하게 한다. 다양한 실시형태에서, 압력 임계치는 리시버 탱크(190)와 연관된 압력 및/또는 솔레노이드 밸브(225)의 통기 압력에 기초한다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225) 내의 통기 압력은 배기 재순환 시스템(205) 내의 작동 가스(230)의 압력에 대응한다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225)는 제어기에 의해 제어될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(225)의 통기 압력이 주입 탱크(170)와 연관된 압력보다 큰 임계 압력을 충족할 때 개방하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(225)의 통기 압력이 주입 탱크(170) 내의 압력보다 적어도 대략적으로 10배 더 클 때 개방하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170) 내의 압력보다 적어도 대략적으로 10배 더 큰 솔레노이드 밸브(225)의 통기 압력은 가스 주입 탱크(170)가 이에 포함된 가압된 가스의 대부분을 방출하는 것을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 솔레노이드 밸브(225) 통기 압력 대 주입 탱크(170) 내의 압력의 10:1 비는 솔레노이드 밸브(225)가 작동 가스(230)가 대응하는 대략적으로 100psi의 압력으로, 이를 통해 흐르는 것을 가능하게 하기 위해 개방될 수 있기 전에 주입 탱크(170) 내의 압력이 대략적으로 10psi 아래로 떨어지는 것을 요구할 것이다. 따라서, 가스 주입 시스템(115) 내의 압력에 기초하여 포핏 밸브(223)를 통한 배기 재순환 시스템(205)의 동작을 제어하는 것은 배기 재순환 시스템(205)의 부주의한 동작을 방지하여 애노드 유입구(122)(예컨대, P1) 및/또는 애노드 유출구(121)(예컨대, P3) 내의 과도한 가스 압력의 위험을 대응하여 감소시키고, 결과적으로 애노드 초과 압력을 방지한다.

도 5는 압력 재균형을 제공하고 애노드 과소 여압을 방지하기 위해 능동 제어된 가스 주입 시스템(115)과 협력하여 동작하도록 구성되는, 연료 전지 시스템(10) 내의 애노드 배기 재순환 시스템(205)을 보여준다. 배기 재순환 시스템(205)은 경로(213)를 통한 가스의 흐름을 제어하고 애노드 배기관(120) 내로 처리된 애노드 배기(예컨대, 처리된 스트림)의 주입을 용이하게 하도록 구성되는 하나 이상의 고속 배기 밸브(210)를 포함한다. 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)은 애노드 과소 압력을 방지하기 위해 연료 전지 모듈(110)과 연관된 검출된 압력 변화에 응답하여 연료 전지 시스템(10) 내의 압력 균형을 복원하도록 협력적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)은 유체 연통 경로(215)를 통해 유체 연통한다. 유체 연통 경로(215)는 압력 임계치에 기초하여 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)의 동작을 조정하도록 구성되는 포핏 밸브(223)를 포함한다. 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(225)와 직렬로 배치되고, 이는 포핏 밸브(223)와 동시에 개방될 때, 배기 재순환 밸브(210)를 개방하고 밸브(210)를 통해 배기 재순환 시스템(205)을 통해 흐른다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170) 내의 압력이 임계량 미만이면, 포핏 밸브(223)가 개방되고 솔레노이드 밸브(225)가 작동된 경우(예컨대, 제어기를 통해) 작동 가스(230)로부터의 가스가 이를 통해 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225)는 (예컨대, PDT(125)에 의해) 연료 전지 모듈(100) 내에서 검출된 차동 압력에 기초하여 작동될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(225) 작동 실패(예컨대, 잘못된 시간에, 또는 장기간 동안 개방됨)의 경우에 가스가 배기 재순환 시스템(205)을 통해 흐르지 않는 것을 보장하기 위해 안전 장치로서 구성된다.

도시된 바와 같이, 제2 유체 연통 경로(235)는 배기 재순환 시스템(205)과 가스 주입 시스템(115) 사이에 유체 결합될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 제2 유체 연통 경로(235)를 통한 가스 흐름은 중복 포핏 밸브(250)가 개방된 구성에 있을 때 활성화된다. 제2 유체 연통 경로(235)는 작동 가스(240)로부터의 가스 흐름(흐름 오리피스(245)를 통해)이 포핏 밸브(223) 및 중복된 포핏 밸브(250) 둘 모두가 (흐름 오리피스(245)를 통한 작동 가스(240)의 흐름에 의해 연통 경로(235)를 충전하기에 충분한 시간 후에) 전체 작동 압력을 받음을 보장하고 결과적으로, 재순환 밸브(210)가 포핏 밸브(223)가 폐쇄되는데 실패한 경우 애노드 배기관(120) 내에 가스를 제공함으로써 연료 전지 시스템(10) 내에서 압력 재균형을 가능하게 하기 위해 반드시 개방되도록, 가스 주입 탱크(170)의 압력이 작동 압력의 대략적으로 1/10일 때 포핏 밸브(223 및/또는 250)가 개방될 것임을 보장하는 것을 가능하게 하도록 구성된다.

일부 실시형태에서, 포핏 밸브(223)가 개방되는데 실패했다면, 솔레노이드 밸브(225)는 가스 주입 탱크(170) 내의 압력(및/또는 연료 전지 모듈(100)과 연관된 압력)과 무관하게 이를 통한 가스 흐름을 허용할 수 있고(예컨대, 연통 가능하게 결합된 제어기로부터의 신호에 기초하여), 이는 애노드 초과 압력에 이를 수 있다. 2개의 포핏 밸브(223 및/또는 250) 중 어느 것도 개방되는데 실패하지 않았음을 확인하기 위해, 라인(235)의 압력은 솔레노이드 밸브(225)와 포핏 밸브(223 및 250) 사이에 배치된, 유체 연통 경로(235) 내의 압력 트랜스미터(255)에 의해 측정될 수 있고, 중복 유체 연통 경로(235) 내에서 작동 가스(240)에 의해 제공된 가스로부터 발생되는 높은 압력을 확인하도록 구성될 수 있다. 압력 트랜스미터(255)에서 유지된 압력은 포핏 밸브(235 및 250)가 완전히 폐쇄됨을 보장한다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)는 그 안의 압력을 검출하고 모니터링하도록 구성되는 압력 트랜스미터(260)를 통해 유사하게 모니터링될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225)는 가스 주입 탱크(170) 내의 압력(압력 트랜스미터(260)에 의해 검출된 바와 같음)이 미리 결정된 임계치 아래로 떨어질 때 (예컨대, 제어기를 통해) 작동될 수 있다.

도 6은 또 다른 예시적인 실시형태에 따른, 연료 전지 시스템(10) 내의 배기 재순환 시스템(205)과 유체 연통하는 능동 제어된 가스 주입 시스템(115)의 일 대안적인 구성의 개략적인 표현을 보여준다. 도시된 바와 같이, 가스 주입 시스템(115)은 유체 연통 경로(215)를 통해 배기 재순환 시스템(205)과 유체 연통한다. 이전에 설명된 바와 같이, 가스 주입 시스템(115) 및 배기 재순환 시스템(205)은 검출된 압력 변화(예컨대, P1, P2, 및/또는 P3) 및/또는 연료 전지 모듈(100)과 연관된 차동 압력(예컨대, PDT(125)에 의해 검출된 바와 같음)에 응답하여 연료 전지 시스템(10) 내의 압력 균형을 복원하기 위해 협력하여 동작하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170) 내의 압력이 임계량 미만인 경우, 포핏 밸브(223)가 개방되고 솔레노이드 밸브(225)가 작동된 경우(예컨대, 제어기를 통해) 작동 가스(230)로부터의 가스가 이를 통해 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225)는 (예컨대, PDT(125)에 의해) 연료 전지 모듈(100) 내에서 검출된 차동 압력에 기초하여 작동될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 포핏 밸브(223)는 솔레노이드 밸브(225) 작동 실패(예컨대, 잘못된 시간에, 또는 장기간 동안 개방됨)의 경우에 가스가 가스 주입 탱크 압력(260)이 특정 임계치 아래에 있을 때까지 배기 재순환 시스템(205)을 통해 흐르지 않음을 보장하기 위해 안전 장치로서 구성된다.

도시된 바와 같이, 제2 유체 연통 경로(235)는 가스 주입 시스템(115)과 배기 재순환 시스템(205) 사이에 배치된다. 제2 유체 연통 경로(235)는 압력 트랜스미터(255) 및 흐름 오리피스(265 및 270)를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 제2 유체 연통 경로(235)를 통한 가스 흐름은 포핏 밸브(223) 또는 중복 포핏 밸브(250)가 개방된 구성에 있을 때 활성화된다. 흐름 오리피스(265 및 270)는 압력 트랜스미터(255)에 의해 측정된 바와 같이 압력이 연료 전지 시스템(10)의 동작 동안 포핏 밸브(223 또는 250), 및/또는 솔레노이드 밸브(225)의 고장(즉, 잘못된 위치)의 결정을 가능하게 하기 위해, 솔레노이드 밸브(225)가 작동하고 있지 않을 때(즉, 폐쇄됨) 가스 주입 탱크 압력(압력 트랜스미터(260)에 의해 측정된 바와 같음)과 대략적으로 같고, 솔레노이드 밸브(225)가 작동 중일 때(즉, 개방됨) 작동기 공급 공기(230) 압력과 대략적으로 같도록 유체 연통 경로(215)와 제2 유체 연통 경로(235) 사이의 가스 흐름을 가능하게 하도록 구성된다. 재순환 시스템(205)이 가스 주입 시스템(115)과 동일한 순간에 흐르지 않음을 보장하기 위해 중복 안전 시스템(예컨대, 제2 유체 경로(235), 흐름 오리피스(265 및 270), 중복 포핏 밸브(250))이 존재하기 때문에, 중복 밸브(예컨대, 밸브(223, 250)) 중 임의의 것의 검출된 고장이 알려지고 연료 전지 모듈(100)을 애노드 초과 여압으로부터의 손상의 위험에 놓이게 할 수 있는 연료 전지 시스템(10) 동작 이전에 잠재적인 교체 또는 수리를 허용할 수 있다.

일부 실시형태에서, 포핏 밸브(223)가 개방되는데 실패한 경우, 솔레노이드 밸브(225)는 (예컨대, 연통 가능하게 결합된 제어기에 의해 수신된 작동 신호에 응답하여) 가스 주입 탱크(170) 내의 압력 및/또는 연료 전지 모듈(100)과 연관된 차동 압력과 무관하게 이를 통한 가스 흐름을 허용할 수 있고, 이는 중복 포핏 밸브(250)가 또한 개방되는데 실패한 것과 무관하게 애노드 초과 압력에 이를 수 있다. 포핏 밸브(223 및 250)가 개방되는데 실패했음을 보장하기 위해, 흐름 오리피스(265 및/또는 270)를 통한 가스 흐름은 이를 통한 가스 흐름을 가능하게 함으로써 중복 포핏 밸브(250)의 상류에 압력을 제공할 수 있다. 그에 따라, 제2 유체 연통 경로(235)는 솔레노이드 밸브(225)와 중복 포핏 밸브(250) 사이에 배치되고, 흐름 오리피스(265 및/또는 270)에 의해 용이해진 그 안의 가스 흐름으로부터 발생하는 압력을 확인하도록 구성된 압력 트랜스미터(255)를 포함할 수 있다. 압력 트랜스미터(255)에서 유지된 압력은 포핏 밸브(223 및 250)가 완전히 폐쇄됨을 보장한다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 탱크(170)는 그 안의 압력을 검출하고 모니터링하도록 구성되는 압력 트랜스미터(260)를 통해 유사하게 모니터링될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 솔레노이드 밸브(225)는 가스 주입 탱크(170) 내의 압력(압력 트랜스미터(260)에 의해 검출된 바와 같음)이 미리 결정된 임계치 아래로 떨어질 때 (예컨대, 제어기를 통해) 작동될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템(10)은 수밀봉과 같은, 가스 주입 시스템(115)과 직렬로 또는 병렬로 동시에 구현될 수 있는 부가적인 초과 압력 및/또는 과소 압력 보호 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연료 전지 시스템(10)은 애노드 초과 압력(예컨대, 초과 여압 조건)을 방지하기 위해 (예컨대, 애노드 배기관(120) 및/또는 연통 경로(410)를 통해) 연료 전지 모듈과 유체 연통하는 수밀봉 시스템(405)(도 3에 도시된 바와 같음)을 포함할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10) 내의 유일한 압력 재균형 시스템으로서 구현될 수 있거나 가스 주입 시스템(115)은 연료 전지 시스템(10) 내의 과도한 차동 압력의 최소화, 방지, 또는 제거를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 부가적인 압력 완화 시스템(예컨대, 배기 재순환 시스템(205), 수밀봉 시스템(405))과 협력하여 동작될 수 있다. 다양한 이전 실시형태 중 임의의 것에서, 가스 주입 시스템(115)(능동 또는 수동 제어됨)은 차동 압력이 더 짧은 지속기간의 애노드 과소 압력 이벤트를 야기할 때 동작하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템(205)은 차동 압력이 더 긴 지속기간의 애노드 과소 여압 이벤트를 야기할 때 동작하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, ?F은 지속기간 이벤트는 대략적으로 0.5초와 5초 사이에 지속되는 이벤트로서 분류될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 더 긴 지속기간의 이벤트는 대략적으로 2초와 20초 사이에 지속되는 이벤트로서 분류될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템이 가스 주입 시스템과 결부하여 사용될 때, 배기 재순환 시스템이 가스 주입 시스템 이후에 단지 작동함을 보장하기 위해 수동 시스템이 이용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템(205) 내의 솔레노이드 밸브(225)는 가스 주입 시스템(115)이 임계 레벨 아래로 주입 탱크의 가스 압력을 해제한 후에 단지 개방될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 배기 재순환 시스템(205) 내의 솔레노이드 밸브(225)는 가스 주입 시스템(115)이 미리 결정된 시간 기간 동안 동작된 후에(예컨대, 밸브(180) 또는 조절기(200)가 개방된 구성에 있을 때) 단지 개방될 수 있다. 일부 실시형태에서, 미리 결정된 시간 기간은 더 긴 지속기간의 이벤트(예컨대, 적어도 2초)에 대응할 수 있다.

다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 하나 이상의 경보 조건 동안 또는 이에 직접적으로 응답하여 동작할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 경보 조건은 애노드 과소 압력 및/또는 미리 결정된 임계 변화를 초과하는 연료 전지 시스템(10) 내의 차동 압력의 변화와 상관될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가스 주입 시스템(115)은 하나 이상의 경보 조건 동안 또는 이에 직접적으로 응답하여 배기 재순환 시스템(205)과 협력하여 동작할 수 있고, 가스 주입 시스템(115)은 더 낮은 심각도와 연관된 알람 조건 동안 또는 이에 응답하여 동작할 수 있고(예컨대, 밸브(180) 또는 조절기(200)가 개방될 수 있고) 재순환 시스템(205)은 더 높은 심각도를 갖는 알람 조건 동안 또는 이에 응답하여 동작할 수 있다(예컨대, 솔레노이드 밸브(225)가 개방될 수 있다). 다양한 실시형태에서, 경보 조건은 연료 전지 모듈(100)과 연관된 차동 압력에 대응할 수 있다. 예를 들면, 가스 주입 시스템(115)은 차동 압력이 -1 인치의 수주(iwc)에 도달할 때 동작할 수 있는(예컨대, 밸브(180) 또는 조절기(200)가 개방될 수 있는) 반면에 배기 재순환 시스템(205)은 차동 압력이 -4iwc에 도달할 때 동작할 수 있다(예컨대, 밸브(210)가 개방될 수 있다).

도 1 내지 도 6에서 상기 설명된 실시형태에도 불구하고, 이 실시형태에 대한 다양한 수정 및 포함이 본 발명의 범위 내에서 예상되고 고려된다.

또한, 대표적인 실시형태에 도시된 바와 같이 시스템 및 방법의 요소의 구성 및 배열이 단지 예시적인 것임을 이해해야 한다. 단지 본 발명의 몇몇 실시형태가 상세하게 설명되었을지라도, 본 발명을 검토하는 당업자는 많은 수정(예컨대, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율의 변동, 파라미터의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 컬러, 방향, 등)이 개시된 주제의 신규 교시 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 가능하다는 것을 용이하게 인식할 것이다.

그에 따라, 모든 이러한 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 모든 수단 플러스 기능 조항은 인용된 기능을 수행하는 것으로서 본 명세서에서 설명된 구조 및 구조적 등가물뿐만 아니라, 동등한 구조를 커버하도록 의도된다. 다른 대체, 수정, 변경, 및 생략이 본 발명의 범위 또는 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 바람직하고 다른 예시적인 실시형태의 설계, 동작 조건, 및 배열에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 설명된 기능 및 절차는 특정한 기능 및 절차를 수행하도록 설계된 특수화된 장비에 의해 수행될 수 있다. 기능은 또한, 기능 및 절차와 관련된 명령을 실행하는 범용 장비에 의해 수행될 수 있고, 각각의 기능 및 절차는 하나의 피스의 장비가 제어부의 역할을 하거나 별개의 제어 디바이스를 갖는 상이한 피스의 장비에 의해 수행될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 주제는 때때로, 상이한 다른 구성요소 내에 포함되거나 이와 연결된 상이한 구성요소를 도시한다. 이러한 묘사된 아키텍처가 단지 예시적이고, 실제로 동일한 기능을 성취하는 많은 다른 아키텍처가 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개념적 의미에서, 동일한 기능을 성취하기 위한 구성요소의 임의의 배열은 원하는 기능이 성취되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정한 기능을 성취하기 위해 조합된 본 명세서에서의 임의의 2개의 구성요소는 아키텍처 또는 중간 구성요소와 상관 없이, 원하는 기능이 성취되도록 서로 "연관된" 것으로서 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 구성요소는 또한, 원하는 기능을 성취하기 위해 서로 "동작 가능하게 연결되거나", "동작 가능하게 결합된" 것으로서 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 구성요소는 또한, 원하는 기능을 성취하기 위해 서로 "동작 가능하게 결합 가능한" 것으로서 간주될 수 있다. 동작 가능하게 결합 가능한 것의 특정 예는 물리적으로 결합 가능하고/거나 물리적으로 상호 작용하는 구성요소 및/또는 무선으로 상호 작용 가능하고/거나 무선으로 상호 작용한 구성요소 및/또는 논리적으로 상호 작용하고/거나 논리적으로 상호 작용 가능한 구성요소를 포함되지만 이로 제한되지 않는다.

본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 애플리케이션에 적절하게 복수로부터 단수로 및/또는 단수로부터 복수로 번역할 수 있다. 다양한 단수/복수 순열은 명료성을 위해 본 명세서에서 명시적으로 제시될 수 있다.

일반적으로 본 명세서에서, 특히 첨부된 청구항(예컨대, 첨부된 청구항의 본문)에서 사용된 용어가 일반적으로 "개방된" 용어(예컨대, 용어 "포함하는"은 "~을 포함하지만 이로 제한되지 않는 것"으로서 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로서 해석되어야 하고, 용어 "포함한다"는 "~을 포함하지만 이로 제한되지 않는 것"으로서 해석되어야 함, 등)로서 의도됨이 당업계의 사람에 의해 이해될 것이다. 또한, 특정 횟수의 도입된 청구항 인용이 의도된 경우, 이러한 의도는 청구항에 명시적으로 인용될 것이며, 이러한 인용이 없을 경우 어떠한 이러한 의도도 존재하지 않는다는 것이 당업계의 사람에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 이해하는 것을 돕는 것으로서, 다음의 첨부된 청구항은 청구항 인용을 도입하기 위해 도입 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 문구의 사용은 심지어 동일한 청구항이 도입 문구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"와 단수 표현을 포함할 때(예컨대, 단수 표현은 전형적으로, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하도록 해석되어야 함), 단수 표현에 의한 청구항 인용의 도입이 이러한 도입된 청구항 인용을 포함하는 임의의 특정한 청구항을 단지 하나의 이러한 인용을 포함하는 개시로 제한함을 암시하도록 해석되어서는 안 되고; 이는 청구항 인용을 도입하기 위해 사용된 정관사를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 게다가, 특정 횟수의 도입된 청구항 인용이 명시적으로 인용되더라도, 당업자는 이러한 인용이 전형적으로, 적어도 인용된 횟수(예컨대, 다른 수식어 없이, "2개의 인용" 중 기본적인 인용은 전형적으로, 적어도 2개의 인용, 또는 2개 이상의 인용을 의미함)를 의미하도록 해석되어야 함을 인식할 것이다. 또한, "A, B, 및 C, 등 중 적어도 하나"와 유사한 관습이 사용되는 이 사례에서, 일반적으로 이러한 구성은 당업계의 기술자가 관습을 이해할 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 및/또는 A, B, 및 C 함께, 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이로 제한되지 않을 것이다). "A, B, 또는 C, 등 중 적어도 하나"와 유사한 관습이 사용되는 이 사례에서, 일반적으로 이러한 구성은 당업계의 기술자가 관습을 이해할 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 및/또는 A, B, 및 C 함께, 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이로 제한되지 않을 것이다). 또한, 설명, 청구항, 또는 도면에 있든 간에, 2개 이상의 대안적 용어를 제공하는 사실상 임의의 이접적 단어 및/또는 문구가 용어 중 하나, 용어 중 어느 하나, 또는 용어 둘 모두를 포함할 가능성을 예상하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 당업계의 사람에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 문구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 게다가, 달리 언급되지 않는 한, 단어 "대략", "약", "거의", "실질적으로", 등의 사용은 플러스 또는 마이너스 10퍼센트를 의미한다.

게다가, 도면이 방법 동작의 구체적인 순서를 보여줄지라도, 동작의 순서는 묘사된 것과 상이할 수 있다. 게다가, 2개 이상의 동작은 동시에 또는 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 이러한 변형은 선택한 하드웨어 시스템 및 설계자의 선택에 의존할 것이다. 모든 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (20)

1. 연료 전지 시스템으로서,
   연료 전지 모듈로서,
   애노드 공급 가스를 수용하도록 구성된 애노드 유입구 및 애노드 배기를 애노드 배기 도관 내로 배출하도록 구성된 애노드 유출구를 갖는 애노드; 및
   캐소드 공급 가스를 수용하도록 구성된 캐소드 유입구 및 캐소드 유출구를 갖는 캐소드
   를 포함하는, 상기 연료 전지 모듈;
   상기 애노드 배기 도관에 유체 결합된 애노드 배기 처리 시스템; 및
   상기 애노드 유출구의 하류 및 상기 애노드 배기 처리 시스템의 상류에 배치된 가스 주입 시스템
   을 포함하되; 상기 가스 주입 시스템은 상기 애노드의 과소 여압 조건(under-pressurization condition)을 방지하기 위해 상기 애노드 배기 도관 내에 가스를 주입하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스 주입 시스템은,
   가스 공급부와 유체 연통하는 적어도 하나의 탱크를 포함하고, 상기 적어도 하나의 탱크는 상기 애노드 배기 도관 내로의 상기 가스의 흐름을 제공하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탱크는 제1 탱크 및 제2 탱크를 포함하고, 상기 제1 탱크는 가스 공급부에 직접적으로 결합되고 상기 제2 탱크는 상기 제1 탱크로부터 상기 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로의 상기 가스의 흐름은 제1 밸브에 의해 계량되는, 연료 전지 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탱크 내의 압력은 상기 연료 전지 시스템의 동작 조건에 기초하여 미리 결정된 설정 지점에서 유지되는, 연료 전지 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 가스 주입 시스템은 차동 압력이 미리 결정된 임계치를 초과한다는 결정에 응답하여 상기 가스를 주입하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 가스 주입 시스템은 상기 연료 전지 모듈과 연관된 동작 파라미터에 기초하여 가스를 주입하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 애노드 배기 처리 시스템의 하류에 유체 결합된 애노드 배기 재순환 시스템을 더 포함하고, 상기 애노드 배기 재순환 시스템은 상기 애노드 배기 처리 시스템으로부터 상기 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 애노드 배기 재순환 시스템은 상기 가스 주입 시스템과 협력하여 동작하도록 구성되고, 상기 애노드 배기 재순환 시스템은 상기 가스 주입 시스템과 직렬로 동작하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 애노드 배기 재순환 시스템과 상기 가스 주입 시스템 사이에 유체 결합된 제1 경로 내에 배치된 제1 포핏 밸브(poppet valve)를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 포핏 밸브는 적어도 하나의 다른 밸브와 직렬로 유체 결합되고, 상기 적어도 하나의 다른 밸브는 상기 애노드 배기 재순환 시스템을 통한 흐름을 허용하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 애노드 배기 재순환 시스템과 상기 가스 주입 시스템 사이에 유체 결합된 제2 유체 경로 내에 배치된 제2 밸브를 더 포함하되, 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브 중 적어도 하나는 압력 트랜스미터와 직렬로 유체 결합되며, 상기 압력 트랜스미터로부터의 배출은 상기 제1 또는 상기 제2 밸브 중 적어도 하나가 개방되는데 실패했음을 나타내는, 연료 전지 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지 모듈과 유체 연통하고 상기 애노드의 초과 여압 조건(over-pressurization condition)을 방지하도록 구성된 수밀봉 시스템을 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 밸브는 솔레노이드 밸브인, 연료 전지 시스템.
14. 연료 전지 시스템 내의 압력의 균형을 재조정하는 방법으로서,
    차동 압력 트랜스미터에 의해, 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 차동 압력을 결정하는 단계로서, 상기 애노드 유출구 및 캐소드 유입구는 연료 전지 모듈 내에 포함되는, 상기 차동 압력을 결정하는 단계; 및
    상기 연료 전지 시스템의 애노드 유출구와 유체 연통하는 가스 주입 시스템에 의해, 가스를 주입 경로로부터 애노드 배기 도관 내로 주입하는 단계
    를 포함하되;
    상기 애노드 배기 도관은 상기 애노드 유출구 및 애노드 배기 처리 시스템에 유체 결합되고, 상기 주입 경로는 상기 애노드 유출구의 하류 및 상기 애노드 배기 처리 시스템의 상류에 배치되고; 그리고,
    상기 애노드 배기 도관 내로 상기 가스를 주입하는 단계는 상기 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 압력 재균형을 야기하는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 애노드 배기 도관 내로 상기 가스를 주입하는 단계는 상기 연료 전지 모듈 내의 잠재적인 압력 변화를 예상하는, 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 애노드 배기 도관 내로 상기 가스를 주입하는 단계는,
    리시버 탱크에서, 공급부로부터 불활성 가스를 수용하는 단계를 포함하되, 상기 공급부로부터 상기 리시버 탱크로의 상기 가스의 피크 흐름은 상기 공급부에서 피크 수요를 제한하도록 제한되는, 방법.
17. 제14항에 있어서,
    애노드 배기 재순환 시스템에 의해, 상기 애노드 배기 처리 시스템으로부터 상기 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 애노드 배기를 재순환시키는 단계는 상기 주입 경로로부터 상기 가스를 주입하는 것을 따르기 위해 지연되는, 방법.
19. 연료 전지 시스템 내의 압력의 균형을 재조정하는 방법으로서,
    제1 압력 센서에 의해, 연료 전지 모듈의 애노드 유출구에 유체 결합된 애노드 유출구 도관 내의 제1 압력을 감지하는 단계로서, 상기 제1 압력 센서는 차동 압력 조절기와 연통하는, 상기 제1 압력을 감지하는 단계;
    제2 압력 센서에 의해, 상기 연료 전지 모듈 내에 포함된 캐소드 유입구에서 제2 압력을 감지하는 단계로서, 상기 제2 압력 센서는 차동 압력 조절기와 연통하는, 상기 제2 압력을 감지하는 단계; 및
    상기 차동 압력 조절기에 의해, 상기 제1 압력 및 상기 제2 압력에 기초하여 가스가 상기 차동 압력 조절기를 통해 주입 경로 내로 흐르는 것을 허용하는 단계로서, 상기 가스는 상기 주입 경로 내로 흐르고 상기 애노드 배기 도관에 진입하는, 상기 허용하는 단계
    를 포함하되; 상기 애노드 배기 도관에 진입하는 상기 가스는 상기 애노드 유출구와 캐소드 유입구 사이의 압력 재균형을 야기하는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 애노드 배출 도관과 유체 연통하는 애노드 배기 재순환 시스템에 의해, 상기 애노드 배기 처리 시스템으로부터 상기 애노드 배기 도관으로 애노드 배기를 재순환시키는 단계를 더 포함하고; 그리고
    상기 가스는 불활성 가스인, 방법.

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