KR20230069160A - 탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성 - Google Patents

탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성 Download PDF

Info

Publication number
KR20230069160A
KR20230069160A KR1020237012398A KR20237012398A KR20230069160A KR 20230069160 A KR20230069160 A KR 20230069160A KR 1020237012398 A KR1020237012398 A KR 1020237012398A KR 20237012398 A KR20237012398 A KR 20237012398A KR 20230069160 A KR20230069160 A KR 20230069160A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
fuel cell
cell system
exhaust gas
stream
Prior art date
Application number
KR1020237012398A
Other languages
English (en)
Inventor
안토니 제이. 레오
스테펜 졸리
제임스 김
Original Assignee
퓨얼셀 에너지, 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퓨얼셀 에너지, 인크 filed Critical 퓨얼셀 에너지, 인크
Publication of KR20230069160A publication Critical patent/KR20230069160A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04477—Concentration; Density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04805—Concentration; Density of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0637—Direct internal reforming at the anode of the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M8/144—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/145—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material comprising carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

연료 전지 시스템은 복수의 연료 전극 및 공기 전극을 각각 포함하는 복수의 연료 전지를 가진 연료 전지 스택을 포함한다. 시스템은 연료 공급부로부터 탄화수소 연료를 수용하는, 연료 전지 스택에 연결된 연료 수용 장치를 포함한다. 시스템은 슬립 스트림에 의해 연료 전지 스택에 유체 흐름 가능하게 결합된 연료 배기가스 처리 장치를 포함하고, 연료 배기가스 처리 장치는 연료 전지 스택으로부터의 연료 배기가스를 처리하고, 슬립 스트림은 연료 전지 스택으로부터 흐르는 배출 스트림에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 연료 처리 장치는 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 이산화탄소(CO2)의 제1 부분을 제거하고 제1 스트림 내 CO2의 제1 부분을 출력하고, 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 남아 있는 CO2의 제2 부분을 수소를 포함하는 제2 스트림으로 출력한다.

Description

탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 특허 출원 제63/079,284호(출원일: 2020년 9월 16일)의 이득 및 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시내용은 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
본 개시내용은 일반적으로 탄산염 연료 전지로부터 이산화탄소(CO2)의 추출 분야, 더 구체적으로, 탄산염 연료 전지의 내부 공정 스트림으로부터 CO2의 추출에 관한 것이다.
일반적으로, 용해된 탄산염 연료 전지는 CO2 소모 및 희석에 의한 하류 공정에 의해 낮아지는, 높은 CO2 농도를 가진 가스의 내부 공정 스트림을 생성한다. 이러한 연료 전지는 연료 수용 애노드, 공기 수용 캐소드 및 탄산염 전해질을 포함한다. 연료 전지의 작동 동안, 탄화수소 기반 연료(예를 들어, 메탄)가 애노드-측 유입부를 통해 공급될 수도 있고 연료 전지 내에서 개질을 겪어서 H2 및 CO2를 생성할 수도 있다. 이어서 생성된 H2가 포함된 전해질로부터의 탄산염 이온과 반응하여, 추가의 CO2를 생성할 수도 있다. 연료 전극을 떠나는 결과적으로 발생된 CO2 함유 가스가 공기 공급과 결합하여 캐소드-측 유입부를 통해 전송될 수도 있고, 여기서 CO2는 공기 전극 반응에 의해 소모될 것이다. 이러한 탄화수소(예를 들어, 메탄) 기반 연료(예를 들어, 천연 가스 또는 바이오가스)의 사용 동안, CO2의 하나의 분자가 탄화수소의 모든 분자에 대한 연료 전지로부터 배출될 것이지만, 위에서 설명된 바와 같이, 추가의 CO2(예를 들어, CO2의 추가의 4개의 분자)가 애노드(즉, 연료 전극)에 의해 생성되고 후속하여 캐소드(즉, 공기 전극)에 의해 소모될 수도 있다.
배기가스 스트림, 특히 연료 배출 스트림(즉, 애노드로부터의 배기가스)이 과잉의 CO2를 포함할 수도 있기 때문에, 초과량은 연료 전지 시스템에 의한 소모에 대해 불능이거나 또는 부적합할 수도 있고, 그 결과, 궁극적으로 연료 전지 시스템으로부터 전부 배출될 수도 있다. 따라서, 과잉의 CO2가 연료 전지 시스템으로부터 배출될 수도 있고, 이는 잠재적으로 사용 가능한 CO2를 폐기할 뿐만 아니라 과잉의 배출물에 기여할 수도 있다.
따라서, 폐기물 및 배출물을 감소시키도록 재활용, 처리 또는 다른 재사용을 위해 CO2 풍부 연료 배기가스로부터 CO2를 추출하는 내부 기구를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 개시내용의 양상은 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 시스템은 복수의 연료 전지를 가진 연료 전지 스택을 포함하고, 복수의 연료 전지는 복수의 연료 전극 및 공기 전극을 포함한다. 시스템은 연료 전지 스택에 유체 흐름 가능하게 결합된 연료 수용 장치를 더 포함하고, 연료 수용 장치는 연료 공급부로부터 탄화수소 연료를 수용하도록 구성된다. 시스템은 또한 슬립 스트림(slip stream)에 의해 연료 전지 스택에 유체 흐름 가능하게 결합된 연료 배기가스 처리 장치를 포함하고, 연료 배기가스 처리 장치는 연료 전지 스택으로부터의 연료 배기가스를 처리하도록 구성되고, 슬립 스트림은 연료 전지 스택으로부터 흐르는 배출 스트림에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 연료 처리 장치는 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 이산화탄소(CO2)의 제1 부분을 제거하고 제1 스트림 내 CO2의 제1 부분을 출력하도록 구성되고, 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 남아 있는 CO2의 제2 부분은 제2 스트림으로 출력되고, 제2 스트림은 수소를 포함한다.
다양한 실시형태에서, 제1 부분의 CO2의 양은 연료 전지 시스템과 통신하는 제어기에 의해 제어된다. 일부 실시형태에서, 제1 부분의 CO2의 양은 연료 전지 시스템의 작동 상태에 기초하여 미리 결정된다. 다른 실시형태에서, 제1 부분의 CO2의 양은 CO2 수요에 응답하여 실시간으로 조정된다. 추가의 다른 실시형태에서, 제1 유체 경로는 배출 스트림에 연결되고, 제1 유체 경로는 공기 조합 장치로 흐르고, 제1 유체 경로로부터의 연료 배기가스는 공기 조합 장치 내에서 외기와 혼합된다. 다양한 실시형태에서, 공기 조합 장치 내에서 혼합된 연료 배기가스의 혼합물은 제2 유체 경로를 통해 복수의 공기 전극에 공급된다. 일부 실시형태에서, 공기 조합 장치는 가열기를 포함하고, 가열기는 혼합물 내 수소와 반응하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 배기가스 냉각 컴포넌트 및 CO2 분리 컴포넌트를 포함하고, 배기가스 냉각 컴포넌트는 슬립 스트림으로부터의 연료 배기가스를 냉각하고 연료 배기가스로부터 물을 추출하도록 구성된다.
추가의 다른 실시형태에서, 연료 배기가스 처리 장치는 탄소 처리 장치를 더 포함하고, 탄소 처리 장치는 액체 형태로 CO2의 제1 부분을 제거하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, CO2의 제1 부분은 연료 전지 시스템으로부터 복수의 유출부 경로를 통해 수송되고, 복수의 유출부 경로의 각각은 탄소 처리 장치에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 다양한 실시형태에서, 복수의 유출부 경로의 각각은 CO2의 제1 부분과 연관된 미리 결정된 용도에 대응한다. 일부 실시형태에서, 슬립 스트림 내 연료 배기가스의 흐름은 팬 또는 송풍기 중 적어도 하나에 의해 제어된다. 다른 실시형태에서, 흐름은 CO2 수요 또는 연료 전지 시스템의 작동 모드 중 적어도 하나에 기초하여 제어된다.
본 개시내용의 또 다른 양상은 이산화탄소를 추출하는 방법에 관한 것이다. 방법은 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 연료 배기가스의 부분을 수용하는 단계를 포함하고, 연료 배기가스의 부분은 연료 전지 스택으로부터 흐르는 배출 스트림에 연결된 슬립 스트림으로부터 흐른다. 방법은 또한 팬 또는 송풍기 중 적어도 하나에 의해, 슬립 스트림 내 연료 배기가스의 흐름을 제어하는 단계를 포함한다. 방법은 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 이산화탄소(CO2)의 제1 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 제1 스트림 내 CO2의 제1 부분 및 제2 스트림 내 CO2의 제2 부분을 출력하는 단계를 포함하고, 제2 부분은 제1 부분이 제거된 후 남아 있는 CO2를 포함한다. 연료 전지 스택은 복수의 연료 전지를 포함하고, 복수의 연료 전지는 복수의 연료 전극 및 공기 전극을 포함한다.
다양한 실시형태에서, 방법은 연료 배기가스 처리 장치에 의해, CO2의 제1 부분을 수송하는 단계를 더 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적이고 임의의 방식으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위에서 설명된 예시적인 양상, 실시형태 및 특징에 더하여, 추가의 양상, 실시형태 및 특징은 다음의 도면 및 상세한 설명을 참조하여 분명해질 것이다.
본 개시내용을 구성하는 장점 및 특징, 및 본 개시내용과 함께 제공된 전형적인 메커니즘의 구성 및 작동에 대한 명확한 개념은 유사한 참조 부호가 몇몇 도면에서 동일한 구성요소를 나타내는, 첨부되고 본 명세서의 일부를 형성하는 도면에 예시된 예시적인, 따라서 비제한적인 실시형태를 참조함으로써 더 손쉽게 명백해질 것이고, 여기서:
도 1은 예시적인 실시형태에 따른, 탄산염 연료 전지의 개략도.
도 2는 예시적인 실시형태에 따른, 탄산염 연료 전지의 사시도.
도 3은 예시적인 실시형태에 따른, 탄산염 연료 전지의 개략도.
도 4는 예시적인 실시형태에 따른, 탄소-처리 탄산염 연료 전지 시스템의 개략도.
도 5는 예시적인 실시형태에 따른, 탄산염 연료 전지 시스템의 개략도.
도 6은 예시적인 실시형태에 따른, 탄소-처리 탄산염 연료 전지 시스템의 개략도.
도 7은 예시적인 실시형태에 따른, 탄소-처리 탄산염 연료 전지 시스템의 개략도.
도 8은 예시적인 실시형태에 따른, 탄산염 연료 전지 시스템을 위한 탄소-처리 장치의 개략도.
본 개시내용의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 함께 취해진 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다. 이 도면이 본 개시내용에 따른 단지 몇몇의 실시형태를 도시하고 따라서, 이의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해함으로써, 본 개시내용은 첨부 도면의 사용을 통해 부가적인 특수성 및 상세사항으로 설명될 것이다.
다음의 상세한 설명에서, 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어진다. 도면에서, 유사한 부호는 일반적으로 문맥이 달리 나타내지 않는 한, 유사한 컴포넌트를 식별한다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에서 설명되는 예시적인 실시형태는 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 여기서 제시된 주제의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일 없이, 다른 실시형태가 활용될 수도 있고, 다른 변화가 이루어질 수도 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고, 도면에 예시된 바와 같은, 본 개시내용의 양상이 매우 다양한 상이한 구성으로 배열되고, 치환되고, 결합되고, 설계될 수 있고, 이들 전부가 분명하게 고려되고 본 개시내용의 부분을 이룬다는 것을 손쉽게 이해할 것이다.
본 개시내용의 하나의 실시형태는 연료 공급부, 공기 공급부 및 가변 부하에 유체 흐름 가능하게 결합된 용해된 탄산염 연료 전지를 가진 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 연료 전지는 연료 공급부로부터 연료 전극(예를 들어, 애노드)에서 연료를 수용하고 공기 공급부로부터 공기 전극(예를 들어, 캐소드)에서 공기를 수용하도록 구성될 수도 있다. 연료 전지 시스템은 탄소 처리 장치에 유체 흐름 가능하게 결합될 수도 있는 배기가스 처리 부분을 더 포함할 수도 있다. 탄소 처리 장치는 연료 전극으로부터의 유출부로부터 연료 배기가스의 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수도 있고, 탄소 처리 장치는 연료 전지 시스템으로부터 나중의 재사용, 재활용, 수집 또는 제거를 위해 수용된 연료 배기가스로부터 탄소 및/또는 이산화탄소(CO2)를 추출할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분은 연료 배기가스에 연결된 하나 이상의 유체 경로(예를 들어, 슬립 스트림)를 포함할 수도 있고, 이 경로를 통해 CO2 풍부 연료 배기가스가 하류 재사용, 재활용, 수집 또는 제거를 위해 흐를 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분은 대응하는 하나 이상의 유체 경로(예를 들어, 슬립 스트림)를 통한 연료 배기가스의 하나 이상의 부분의 흐름을 용이하게 하는 순환 디바이스(예를 들어, 팬, 송풍기 등)를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스(따라서, 상당한 CO2)는 순환 디바이스(예를 들어, 팬, 송풍기 등)에 의해 제어될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 복수의 유체 경로는 하나 이상의 제어 가능한 환기구 및/또는 밸브에 의해 제어될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유체 경로 및/또는 복수의 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스는 연료 전지 시스템의 작동 모드(예를 들어, 고효율, 저배출, 전력 최대화 등)에 기초하여 미리 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유체 경로 및/또는 복수의 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스는 미리 결정된 적용 필요성(예를 들어, 식료품에서 사용을 위한 추출, 미래의 화학 시약 사용을 위한 추출 등)에 기초하여 미리 결정될 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 수용된 연료 배기가스로부터 상당한 CO2를 제어 가능하게 제거하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 미리 결정된 적용 필요성(예를 들어, 식료품에서 사용을 위한 추출, 미래의 화학 시약 사용을 위한 추출 등)에 기초하여 상당한 CO2를 제거하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 하나 이상의 필터, 냉각 및/또는 응축 디바이스, 막 등을 포함하여 연료 배기가스의 수용된 하나 이상의 부분으로부터 CO2의 분리를 용이하게 할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 연료 전지 및 유체 흐름 가능하게 결합된 컴포넌트의 작동을 제어할 수도 있는 제어기에 작동 가능하게 결합될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제어기는 연료 배기가스 처리 부분, 탄소 처리 장치 및/또는 순환 디바이스의 작동을 제어할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제어기는 연료 전지 시스템이 하나 이상의 미리 결정된 모드로 작동하게 하도록 구성될 수도 있고, 상당한 연료 배기가스 및/또는 상당한 추출된 CO2 또는 탄소는 하나 이상의 미리 결정된 모드에 기초한다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 미리 결정된 모드는 최대 효율 모드, 최소 전력 모드 및 최소 배출물 모드를 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는다.
일반적으로 도면을 참조하면, 탄산염 연료 전지를 가진 CO2 생성 연료 전지 시스템은 다양한 예시적인 실시형태에 따라, 연료 공급부, 공기 공급부 및 가변 부하에 유체 흐름 가능하게 결합될 수도 있다. 탄산염 연료 전지는 연료 공급부로부터 연료 전극(예를 들어, 애노드)에서 연료를 수용하고 공기 공급부로부터 공기 전극(예를 들어, 캐소드)에서 공기를 수용하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 탄소 처리 장치에 유체 흐름 가능하게 결합된 배기가스 처리 부분을 더 포함할 수도 있다. 탄소 처리 장치는 연료 전극으로부터의 유출부로부터 배기가스 처리 부분을 통해 연료 배기가스의 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수도 있고, 탄소 처리 장치는 연료 전지 시스템으로부터 나중의 재사용, 재활용, 수집 또는 제거(이후에 "처리")를 위해 수용된 연료 배기가스로부터 탄소 및/또는 이산화탄소(CO2)를 추출할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분은 연료 배기가스에 연결된 하나 이상의 유체 경로(예를 들어, 슬립 스트림)를 포함할 수도 있고, 이 경로를 통해 CO2 풍부 연료 배기가스가 하류 처리를 위해 흐를 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분은 대응하는 하나 이상의 유체 경로(예를 들어, 슬립 스트림)를 통한 연료 배기가스의 하나 이상의 부분의 흐름을 용이하게 하는 순환 디바이스(예를 들어, 팬, 송풍기 등)를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 순환 디바이스는 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스(따라서, 상당한 CO2)를 제어하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 배기가스 처리 부분은 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스를 제어할 수도 있는, 하나 이상의 환기구 및/또는 밸브를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 환기구 및/또는 밸브는 배기가스 처리 부분 내에 존재하는 복수의 유체 경로를 결정할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분 내 하나 이상의 유체 경로 및/또는 복수의 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스는 연료 전지 시스템의 작동 모드(예를 들어, 고효율, 저 배출물, 전력 최대화 등)에 기초하여 미리 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 배기가스 처리 부분 내 하나 이상의 유체 경로 및/또는 복수의 하나 이상의 유체 경로로 향하는 상당한 연료 배기가스는 미리 결정된 적용 필요성(예를 들어, 식료품에서 사용을 위한 추출, 미래의 화학 시약 사용을 위한 추출 등)에 기초하여 미리 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템의 작동 모드는 미리 결정된 적용 필요성에 기초할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 수용된 연료 배기가스로부터 상당한 CO2를 제어 가능하게 제거하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 미리 결정된 적용 필요성(예를 들어, 식료품에서 사용을 위한 추출, 미래의 화학 시약 사용을 위한 추출 등)에 기초하여 상당한 CO2를 제거하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치는 하나 이상의 필터, 냉각 및/또는 응축 디바이스, 막 등을 포함하여 연료 배기가스의 수용된 하나 이상의 부분으로부터 CO2의 분리를 용이하게 할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제거된 CO2의 양은 연료 전지 시스템에 적용되는 연료의 유형에 기초할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제거된 CO2의 양은 연료 전지 시스템에 공급되는 연료의 양에 기초할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템은 연료 전지 및 유체 흐름 가능하게 결합된 컴포넌트의 작동을 제어할 수도 있는 제어기에 작동 가능하게 결합될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제어기는 연료 배기가스 처리 부분, 탄소 처리 장치 및/또는 순환 디바이스를 포함하지만 이로 제한되지 않는, 연료 전지 시스템의 작동을 제어할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제어기는 연료 전지 시스템이 하나 이상의 미리 결정된 모드로 작동하게 하도록 구성될 수도 있고, 상당한 연료 배기가스 및/또는 상당한 추출된 CO2 또는 탄소는 하나 이상의 미리 결정된 모드에 기초한다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 미리 결정된 모드는 최대 효율 모드, 최소 전력 모드 및 최소 배출물 모드를 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는다. 다양한 실시형태에서, 제어기는 연료 전지 시스템에 공급되는 연료의 양을 제어하여 연료 배기가스로부터 추출되는 CO2의 양을 제어할 수도 있다.
이제 도면을 참조하면 그리고 구체적으로 도 1을 참조하면, CO2 생성 연료 전지 시스템(100)을 위한 탄산염 연료 전지(10)의 개략도가 예시적인 실시형태에 따라 도시된다. 도시된 바와 같이, 연료 전지(10)는 애노드(27)와 인접한 애노드-측 연료 통로(15) 및 캐소드(25)와 인접한 캐소드-측 공기 통로(20)를 포함하고, 애노드(27)와 캐소드(25)는 탄산염 이온을 가진 전해질(30)에 의해 분리된다. 탄화수소 연료(35), 예컨대, 메탄이 애노드-측 연료 통로(15)에 공급될 수도 있고, 연료(35)가 개질을 겪어서 H2 및 CO2를 생성한다. 생성된 H2가 후속하여 애노드(15)의 표면에서 탄산염 이온과 반응하여 물 및 추가의 CO2를 생성할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 생성된 CO2를 포함하는, 애노드-측 연료 통로(15)로부터의 연료 배기가스(40)는 캐소드-측 공기 통로(20)의 유입부로 향하게 될 수도 있다. 연료 배기가스(40)는 또한 캐소드-측 공기 통로(20)의 유입부에 공급되는 외기(45)와 결합될 수도 있다. 캐소드-측 공기 통로(20) 내에서, 연료 배기가스 및 외기로부터의 CO2 및 O2 각각은 캐소드(25)의 표면에서 반응하여 탄산염 이온을 형성할 수도 있다. 캐소드(25)에서의 과잉의 CO2는 후속하여 연료 전지(10)로부터 배출 스트림(47)을 통해 향하게 되고, 배출 스트림(47)은 추가의 처리로 향하게 될 수도 있거나 또는 배출될 수도 있다.
도 2는 예시적인 실시형태에 따른, 연료 전지(10)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 탄화수소 연료(35)는 (예를 들어, 애노드-측 연료 통로(15)를 통해) 애노드(27)에 공급될 수도 있고 외기(45)는 (예를 들어, 캐소드-측 공기 통로(20)를 통해) 캐소드(25)에 공급될 수도 있다. 예시된 바와 같이, 전해질(30)이 연료 전지(10) 내에 분포되어 이온 전달 및 교환을 가능하게 할 수도 있다. 사용 동안, 다수의 연료 전지(10)가 조립되어 연료 전지 스택을 형성할 수도 있다. 따라서, 연료 전지(10)는 또한 연료 전지(10) 내 연료(35)와 외기(45)의 혼합을 방지할 수도 있고 스택 내 연료 전지(10)의 각각 간의 전류를 전도할 수도 있는 양극판(50)을 포함할 수도 있다. 따라서, 애노드(27)에서 전기화학 반응 동안 연료 전지(10)에 의해 생성되는 전자가 전류로서 가변 부하(60)에 제공될 수도 있고, 가변 부하는 도 3에 예시된 바와 같이, 연료 전지(10) 또는 다수의 연료 전지(10)를 포함하는 스택에 결합될 수도 있다.
도 4는 예시적인 실시형태에 따른, CO2 생성 연료 전지 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(100)은 전력(107)을 하나 이상의 가변 부하(예를 들어, 가변 부하(60)와 유사하거나 또는 동일함)에 제공하도록 구성될 수도 있다. 연료 전지 시스템(100)은 다수의 연료 전지(예를 들어, 연료 전지(10)와 각각 유사하거나 또는 동일함) 내에 포함된 다수의 연료 전극(110)(예를 들어, 애노드) 및 공기 전극(115)(예를 들어, 캐소드)을 포함하는, 연료 전지 스택(105)을 포함한다. 연료 전지 스택(105)은 연료 수용 장치(120), 연료 배기가스 처리 장치(125) 및 공기 결합 장치(130)에 유체 흐름 가능하게 결합될 수도 있다.
연료 수용 장치(120)는 연료 공급부(135)를 통해 탄화수소 연료를 수용하여 연료 전지 스택(105)을 제공하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 공급부(135)로부터의 연료는 천연 가스 또는 다른 탄화수소 연료, 예컨대, 바이오가스일 수도 있다. 수용된 연료는 물 공급부(140)로부터의 물에 의해 가습될 수도 있고 연료 경로(145)를 통해 연료 전극(110)으로 향하게 될 수도 있다. 연료 경로(145)를 통해 제공되는 연료는 연료 전극(110)의 표면에서 전기화학 반응을 겪어서 CO2, 물 및 에너지(전자의 형태임)를 형성할 수도 있다. 이어서 생성된 에너지는 시간에 걸쳐 전력(107)으로서 결합된 가변 부하(예를 들어, 가변 부하(60)와 유사하거나 또는 동일함)에 공급될 수도 있다.
생성된 CO2 및 물은 연료 전극(110)으로부터 멀리, 연료 배출 스트림(150)으로부터 슬립 스트림(200)을 통해 연료 배기가스 처리 장치(125)로 향하게 될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 배기가스 처리 장치(125)는 수용된 연료 배기가스를 처리하여 CO2의 냉각, 응축, 건조 및/또는 제거를 용이하게 하는 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제거된 CO2는 스트림(210)을 통해 전송될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 상당한 추출된 CO2는 하나 이상의 용도 적용에 기초하여 (예를 들어, 연료 전지 시스템(100)과 통신하는 제어기에 의해) 제어될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 양은 실시간으로 조정되어 CO2 수요를 수용할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 양은 연료 전지 시스템(100)의 모드 또는 설정된 작동 상태에 기초하여 미리 결정될 수도 있다. 대부분 수소 및 임의의 비-제거된 CO2로 이루어진 추출된 슬립 스트림(200)으로부터의 잔여 가스는 수소의 유익한 사용-예컨대, 산업용 가스로서 판매, 저온 연료 전지-전력공급된 수송 차량 또는 다른 장비를 위한 연료로서 사용 및/또는 다시 연료 배출 스트림(150)으로의 재활용-을 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는, 나중의 사용을 위해 스트림(246)을 통해 전송될 수도 있다. 이어서 스트림(200)으로 추출되지 않은 연료 배기가스는 유체 경로(155)(배출 스트림(150)에 유체 흐름 가능하게 연결됨)를 통해 공기 결합 장치(130)로 향하게 될 수도 있고, 처리된 연료 배기가스는 공기 공급부(160)로부터의 외기와 혼합될 수도 있고 유체 경로(165)를 통해 공기 전극(115)에 공급될 수도 있다. 이어서 처리된 배기가스 및 공기로부터의 산소 및 CO2는 공기 전극(115)의 표면에서 전기화학 반응을 겪어서 탄산염 이온을 형성할 수도 있다. 공기 전극(115)으로부터 남아 있는 CO2는 공기 배기관(167)을 통해 배출되고 연료 수용 장치(120)로 향하게 되어 연료 가습을 위한 열을 제공할 수도 있고, 공기 배기관(167)으로부터의 CO2는 유체 경로(145)를 통해 재활용되고/되거나 연료 전지 시스템(100)으로부터 시스템 배기관(169)을 통해 제거될 수도 있다.
도 5는 또 다른 실시형태에 따른, CO2 수송을 위해 구성되지 않은, 연료 전지 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 연료는 연료 공급부(135)로부터 유체 경로 및 연료 수용 장치(120)를 통해 연료 전극(110)으로 제공될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 수용 장치(120)는 연료 공급부(135) 및/또는 공기 배기관(167)으로부터 수용된 연료를 (예를 들어, 물 공급부(140)로부터 수용된 물을 사용하여) 가열하고/하거나 가습하는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 가열기(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 연료 전극(110)에 공급되는 연료가 전기화학 반응을 겪어서 시간에 걸쳐 전력 출력부(107)를 통해 가변 부하로 제공될 수도 있는 에너지를 생성할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 생성된 에너지는 이차 전력 출력부(170)를 통해 예컨대, 양방향 전력 변환기, 결합된 에너지 저장 시스템 등이지만 이로 제한되지 않는 하나 이상의 전력 변환 및/또는 내부 시스템 부하로 부가적으로 공급될 수도 있다.
CO2를 포함하는 연료 배출 스트림(150)은 연료 전극(110)으로부터 공기 결합 장치(130)로 직접적으로 흐를 수도 있다. 최종적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 공기 결합 장치(130)는, 반응된 연료 배기가스와 공기의 가열된 조합이 유체 경로(165)를 통해 공기 전극(115)으로 순환될 수도 있도록 열을 생성하기 위해 외기 공급부(160)로부터 수용된 공기와 유체 경로(155)로부터의 연료 배기가스의 잔여 수소를 반응시키도록 구성될 수도 있는 가열기(175)를 포함할 수도 있다.
도 6은 추가의 또 다른 실시형태에 따른, CO2 생성 연료 전지 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 연료 배출 스트림(150)이 연료 배기가스 처리 장치(125) 내에서 분할될 수도 있어서 슬립 스트림(200)은 연료 배출 스트림(150)의 일부를 탄소 처리 장치(205)(즉, 연료 배기가스 처리 장치(125)에 포함됨)로 전달할 수도 있다. 연료 전극(110)에서의 전기화학 반응 동안 CO2 생성으로 인한 높은 CO2 농도를 포함하는 슬립 스트림(200)은 탄소 처리 장치(205)를 통과할 수도 있고, CO2는 기체 또는 액체 형태로 추출되고 나중의 처리를 위해 연료 전지 시스템으로부터 멀리 CO2 유출부(210)를 통해 향하게 될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200)을 통한 흐름은 송풍기 및 팬을 포함하지만 이로 제한되지 않는 하나 이상의 순환 디바이스를 포함할 수도 있는 슬립 스트림 관리 시스템(215)에 의해 계량될 수도 있다. 슬립 스트림 관리 시스템(215)은 연료 전지 시스템(100)과 통신하는 하나 이상의 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 슬립 스트림(200)을 통한 연료 배기가스의 흐름은 하나 이상의 용도 적용에 기초한다. 다양한 실시형태에서, 흐름이 실시간으로 조정되어 CO2 수요를 수용할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 흐름은 연료 전지 시스템(100)의 모드 또는 설정된 작동 상태에 기초하여 미리 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 탄소 처리 장치(205)는 연료 배기가스 슬립 스트림(200)으로부터 CO2를 추출하도록 구성된 하나 이상의 필터, 막, 냉각 디바이스 및/또는 응축 디바이스를 포함할 수도 있다. CO2를 (예를 들어, 슬립 스트림(200)으로부터) 추출하기 위한 전형적인 기법은 CO2를 흡수할 수도 있고 가열에 의해 재생성될 수도 있는, 액체, 고체 및/또는 액상 물질을 통해 CO2를 추출하도록 슬립 스트림(200)의 가스의 압축 및 냉각을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 대안적으로 또는 부가적으로, 선택적으로 (다른 구성 성분이 아닌) CO2가 통과하게 하는 막이 (예를 들어, 슬립 스트림(200) 및/또는 탄소 처리 장치(205) 내에서) 구현될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 상당한 추출된 CO2는 하나 이상의 용도 적용에 기초하여 제어될 수도 있다. CO2의 추출 후, 슬립 스트림(200)으로부터의 잔여 가스는 대부분 수소뿐만 아니라 임의의 미추출된 CO2를 함유할 수도 있다. 스트림(246) 내 가스는 수소의 유익한 사용-예컨대, 산업용 가스로서 판매, 저온 연료 전지-전력공급된 수송 차량 또는 다른 장비를 위한 연료로서 사용 및/또는 다시 스트림(155)의 공정으로의 재활용-을 위해 수송될 수도 있다. 최종적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 공기 결합 장치(130)는 유체 경로(155)로부터의 연료 배기가스 내 잔여 수소와 외기 공급부(160)로부터 수용된 공기를 반응시켜서 열을 생성하여 반응된 연료 배기가스와 공기의 가열된 조합물이 유체 경로(165)를 통해 공기 전극(115)으로 순환될 수도 있도록 구성될 수도 있는 가열기(175)를 포함할 수도 있다.
도 7은 예시적인 실시형태에 따른 CO2 생성 연료 전지 시스템의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 탄소 처리 장치(205)는 연료 배기가스 냉각 컴포넌트(220) 및 CO2 분리 컴포넌트(223)를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 배기가스 냉각 컴포넌트(220)는 슬립 스트림(200)으로부터의 연료 배기가스를 냉각시켜서 물을 수집하고 제거하도록 구성될 수도 있고, 추출된 물은 슬립 스트림(200)으로부터 멀리 물 경로(227)를 통해 향하게 될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 물 경로(227) 내 물은 연료 전지 시스템(100) 내에서 (예를 들어, 물 공급부(140)를 통해서와 같이) 재활용되고 재사용될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 물 경로(227) 내 물이 연료 전지 시스템(100)로부터 멀리 향하게 되고 제거되어 물을 유용한 생성물 스트림-예컨대, 물 소모를 감소시키기 위해 인근의 시설에서의 사용-으로서 물을 제공할 수도 있다. 연료 배기가스 냉각 컴포넌트(220)를 통과한 슬립 스트림(200)으로부터의 배기가스는 유체 경로(225)를 통해 CO2 분리 컴포넌트(223)(하나 이상의 응축기를 포함할 수도 있음)로 흐를 수도 있고, CO2는 배기가스로부터 CO2 유출부(210)를 통해 제어 가능하게 추출되고 유용한 생성물 스트림-예컨대, 물 소모를 감소시키기 위해 인근의 시설에서의 사용-으로서 연료 전지 시스템(100)으로부터 수송될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 상당한 추출된 CO2는 하나 이상의 용도 적용에 기초하여 제어될 수도 있다. CO2의 추출 후, 슬립 스트림(200)으로부터의 잔여 가스는 대부분 수소뿐만 아니라 임의의 미추출된 CO2를 함유할 수도 있다. 스트림(246) 내 가스는 산업용 가스로서 판매, 저온 연료 전지-전력공급된 수송 차량 또는 다른 장비를 위한 연료로서 사용 및/또는 다시 스트림(155)의 공정으로의 재활용을 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는 수소의 유익한 사용을 위해 수송될 수도 있다.
도 8은 예시적인 실시형태에 따른, 연료 배기가스 처리 장치(125)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 연료 배기가스 처리 장치(125) 내 탄소 처리 장치(205)는 슬립 스트림(200)을 통해 연료 배기가스를 수용할 수도 있다. 연료 배기가스가 탄소 처리 장치(205) 내에서 처리된 후, 추출된 CO2는 연료 전지 시스템(100)으로부터 탄소 처리 장치(205)에 유체 흐름 가능하게 연결된 복수의 CO2 유출부(210)를 통해 수송될 수도 있다. 도시된 바와 같이, CO2 유출부(210)는 다수의 경로(235, 240 및 245)를 포함할 수도 있고, 각각의 경로는 미립자 또는 추출된 CO2와 관련된 미리 결정된 용도 적용에 관한 것일 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 추출된 CO2와 관련된 용도 적용은 식품 관련 적용, 의료 관련 적용, 화재 예방 적용 및 화학 시약 적용을 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는다. 다양한 실시형태에서, 경로(235, 240 및/또는 245)를 통한 CO2의 수송은 탄소 처리 장치 내에 배치된 하나 이상의 환기구 및/또는 밸브에 의해 제어되거나 또는 결정될 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 연료 추출 장치(125) 및 탄소 처리 장치(205)는 슬립 스트림(200) 내 연료 배기가스의 처리를 제어하도록 구성될 수도 있는 제어기(250)에 작동 가능하게 결합될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 제어기(250)는 슬립 스트림(200) 내 연료 배기가스의 양을 제어할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200) 내 연료 배기가스의 양은 연료 배출 스트림(150) 내 연료 배기가스의 대략 0% 내지 대략 40%일 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200)으로부터 추출된 CO2의 양은 제어기(250)에 의해 제어될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200)으로부터 추출된 CO2의 양은 슬립 스트림(200) 내 CO2의 대략 0% 내지 대략 95%일 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 복수의 CO2 유출부(210)는 제어기(250)에 의해 결정되고 제어될 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 연료 전지 시스템(100)은 복수의 미리 규정된 모드로 작동하도록 구성될 수도 있고, 미리 규정된 모드는 제어기(250)에 의해 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 미리 규정된 모드는 고효율 모드, 고전력 모드, 저 배출물 모드 및 용도 적용 모드를 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는다. 다양한 실시형태에서, 미리 규정된 모드는 제어기(250)의 사용자 또는 조작자에 의해 결정되고/되거나 선택될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200) 내 연료 배기가스의 양은 미리 규정된 모드에 기초하여 결정될 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 슬립 스트림(200)으로부터 수송을 위해 추출된 CO2의 양은 미리 규정된 모드에 기초할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 경로(235, 240 및 245)를 통한 CO2의 수송은 미리 규정된 모드에 기초할 수도 있다.
도 6 내지 도 8이 단일의 슬립 스트림(200)을 가진 연료 전지 시스템(100)을 도시하지만, 연료 전지 시스템(100)의 다양한 실시형태는 임의의 수의 슬립 스트림(200)을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 연료 배기가스 처리 장치(125)는 슬립 스트림(200)(예를 들어, H2, H2O 등) 내에서부터 추가의 화합물을 처리하도록 구성될 수도 있다.
도 1 내지 도 8에서 위에서 설명된 실시형태에도 불구하고, 이 실시형태에 대한 다양한 수정 및 포함이 본 개시내용의 범위 내에서 예상되고 고려된다.
또한, 대표적인 실시형태에 도시된 바와 같이 시스템 및 방법의 구성요소의 구성 및 배열이 단지 예시적인 것임을 이해해야 한다. 단지 본 개시내용의 몇몇 실시형태가 상세하게 설명되었을지라도, 본 개시내용을 검토하는 당업자는 많은 수정(예컨대, 다양한 구성요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율의 변동, 매개변수의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 컬러, 방향, 등)이 개시된 주제의 신규 교시내용 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 가능하다는 것을 용이하게 인식할 것이다.
따라서, 모든 이러한 수정은 본 개시내용의 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 치환, 수정, 변경, 및 생략이 본 개시내용의 범위 또는 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 바람직하고 다른 예시적인 실시형태의 설계, 작동 조건, 및 배열에서 이루어질 수 있다.
게다가, 위에서 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 컴포넌트 내에 포함되거나 이와 연결된 상이한 컴포넌트를 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 컴포넌트의 임의의 배열은 원하는 기능이 성취되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정한 기능을 성취하기 위해 조합된 본 명세서에서의 임의의 2개의 컴포넌트는 아키텍처 또는 중간 컴포넌트와 상관 없이, 원하는 기능이 성취되도록 서로 "연관된" 것으로서 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 컴포넌트는 또한, 원하는 기능을 성취하기 위해 서로 "작동 가능하게 연결되거나", "작동 가능하게 결합된" 것으로서 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트는 또한, 원하는 기능을 성취하기 위해 서로 "작동 가능하게 결합 가능한" 것으로서 간주될 수 있다. 작동 가능하게 결합 가능한 것의 특정한 예는 물리적으로 결합 가능하고/거나 물리적으로 상호 작용하는 컴포넌트 및/또는 무선으로 상호 작용 가능하고/거나 무선으로 상호 작용한 컴포넌트 및/또는 논리적으로 상호 작용하고/거나 논리적으로 상호 작용 가능한 컴포넌트를 포함되지만 이로 제한되지 않는다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적절하게 복수로부터 단수로 그리고/또는 단수로부터 복수로 번역할 수 있다. 다양한 단수/복수 순열은 명료성을 위해 본 명세서에서 명시적으로 제시될 수 있다.
일반적으로 본 명세서에서, 특히 첨부된 청구범위(예컨대, 첨부된 청구범위의 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 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 특정 횟수의 도입된 청구범위 인용이 의도된 경우, 이러한 의도는 청구범위에 명시적으로 인용될 것이며, 이러한 인용이 없을 경우 어떠한 이러한 의도도 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 이해하는 것을 돕는 것으로서, 다음의 첨부된 청구범위는 청구범위 인용을 도입하기 위해 도입 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 문구의 사용은 심지어 동일한 청구범위가 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 청구범위 인용의 도입이 이러한 도입된 청구범위 인용을 포함하는 임의의 특정한 청구범위를 단지 하나의 이러한 인용을 포함하는 개시내용으로 제한함을 암시하도록 해석되어서는 안 되고; 이는 청구범위 인용을 도입하기 위해 사용된 정관사를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 게다가, 특정 횟수의 도입된 청구범위 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. 유사하게, 달리 명시되지 않는 한, 문구 "~에 기초한"은 제한적 방식으로 해석되어서는 안 되고 따라서 "적어도 부분적으로 ~에 기초한"으로 이해되어야 한다. 또한, "A, B, 및 C, 등 중 적어도 하나"와 유사한 관습이 사용되는 이 사례에서, 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 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 당업자가 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, 그리고/또는 A, B, 및 C 함께, 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이로 제한되지 않을 것이다). 또한, 설명, 청구범위, 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 작동의 구체적인 순서를 보여줄지라도, 작동의 순서는 도시된 것과 상이할 수 있다. 또한, 2개 이상의 작동은 동시에 또는 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 이러한 변형은 선택한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템 및 설계자의 선택에 의존할 것이다. 모든 이러한 변형은 본 개시내용의 범위 내에 있다. 마찬가지로, 소프트웨어 구현예는 다양한 연결 작동, 처리 작동, 비교 작동 및 결정 작동을 달성하기 위한 규칙 기반 논리 및 다른 논리를 가진 표준 프로그래밍 기법에 의해 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 연료 전지 시스템으로서,
    복수의 연료 전지를 포함하는 연료 전지 스택으로서, 상기 복수의 연료 전지 각각은 복수의 연료 전극 및 공기 전극을 포함하는, 상기 연료 전지 스택;
    상기 연료 전지 스택에 유체 흐름 가능하게 결합된 연료 수용 장치로서, 연료 공급부로부터 탄화수소 연료를 수용하도록 구성된, 상기 연료 수용 장치; 및
    슬립 스트림(slip stream)에 의해 상기 연료 전지 스택에 유체 흐름 가능하게 결합된 연료 배기가스 처리 장치로서, 상기 연료 배기가스 처리 장치는 상기 연료 전지 스택으로부터의 연료 배기가스를 처리하도록 구성되고, 상기 슬립 스트림은 상기 연료 전지 스택으로부터 흐르는 배출 스트림에 유체 흐름 가능하게 연결되는, 상기 연료 배기가스 처리 장치
    를 포함하되;
    상기 연료 처리 장치는 상기 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 이산화탄소(CO2)의 제1 부분을 제거하고 제1 스트림 내 CO2의 상기 제1 부분을 출력하도록 구성되고, 상기 슬립 스트림 내 상기 연료 배기가스로부터 남아 있는 CO2의 제2 부분은 제2 스트림으로 출력되고, 상기 제2 스트림은 수소를 포함하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부분의 CO2의 양을 제어하기 위한, 상기 연료 전지 시스템과 통신하는 제어기를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 연료 전지 시스템의 작동 상태에 기초하여 상기 제1 부분의 CO2의 양을 미리 결정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 CO2 수요에 응답하여 실시간으로 상기 제1 부분의 CO2의 양을 조정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배출 스트림에 연결된 제1 유체 경로 및 상기 제1 유체 경로에 유체 흐름 가능하게 결합된 공기 조합 장치를 더 포함하되, 상기 연료 전지 시스템은 상기 제1 유체 경로로부터의 연료 배기가스가 상기 공기 조합 장치 내에서 외기와 혼합되도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공기 조합 장치 내에서 혼합된 연료 배기가스를 포함하는 혼합물을 상기 복수의 공기 전극에 공급하기 위한 제2 유체 경로를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공기 조합 장치는 상기 혼합물 내에서 수소와 반응하도록 구성되는 가열기를 포함하는, 연료 전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탄소 처리 장치는 배기가스 냉각 컴포넌트 및 CO2 분리 컴포넌트를 포함하고, 상기 배기가스 냉각 컴포넌트는 상기 슬립 스트림으로부터의 연료 배기가스를 냉각하고 상기 연료 배기가스로부터 물을 추출하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연료 배기가스 처리 장치는 액체 형태로 CO2의 상기 제1 부분을 제거하도록 구성되는 탄소 처리 장치를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템으로부터 CO2의 상기 제1 부분을 수송하기 위한 복수의 유출부 경로를 더 포함하되, 상기 복수의 유출부 경로의 각각은 상기 탄소 처리 장치에 유체 흐름 가능하게 연결되는, 연료 전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 유출부 경로의 각각은 CO2의 상기 제1 부분과 연관된 미리 결정된 용도에 대응하는, 연료 전지 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 슬립 스트림 내 상기 연료 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 팬 또는 송풍기를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 팬 또는 송풍기는 CO2 수요 또는 상기 연료 전지 시스템의 작동 모드 중 적어도 하나에 기초하여 상기 슬립 스트림 내 상기 연료 배기가스의 흐름을 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 시스템에서 이산화탄소를 추출하는 방법으로서,
    상기 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 연료 배기가스의 부분을 수용하는 단계로서, 상기 연료 배기가스의 부분은 상기 슬립 스트림으로부터 흐르는, 상기 수용하는 단계;
    상기 팬 또는 송풍기 중 적어도 하나에 의해, 상기 슬립 스트림 내 상기 연료 배기가스의 흐름을 제어하는 단계;
    상기 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 상기 슬립 스트림 내 연료 배기가스로부터 CO2의 상기 제1 부분을 제거하는 단계; 및
    상기 연료 배기가스 처리 장치에 의해, 상기 제1 스트림 내 CO2의 상기 제1 부분 및 상기 제2 스트림 내 CO2의 상기 제2 부분을 출력하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 연료 배기가스 처리 장치에 의해, CO2의 상기 제1 부분을 수송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020237012398A 2020-09-16 2021-09-15 탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성 KR20230069160A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063079284P 2020-09-16 2020-09-16
US63/079,284 2020-09-16
PCT/US2021/050521 WO2022060879A1 (en) 2020-09-16 2021-09-15 Carbon dioxide production from carbonate fuel cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230069160A true KR20230069160A (ko) 2023-05-18

Family

ID=78086097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237012398A KR20230069160A (ko) 2020-09-16 2021-09-15 탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성

Country Status (7)

Country Link
US (2) US11909082B2 (ko)
EP (1) EP4214782A1 (ko)
JP (1) JP2023541660A (ko)
KR (1) KR20230069160A (ko)
CN (1) CN116195102A (ko)
CA (1) CA3173241A1 (ko)
WO (1) WO2022060879A1 (ko)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7396603B2 (en) * 2004-06-03 2008-07-08 Fuelcell Energy, Inc. Integrated high efficiency fossil fuel power plant/fuel cell system with CO2 emissions abatement
US7862938B2 (en) * 2007-02-05 2011-01-04 Fuelcell Energy, Inc. Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation
JP5282103B2 (ja) 2008-11-18 2013-09-04 東京瓦斯株式会社 水素リサイクル型ｍｃｆｃ発電システム
EP2969925B1 (en) * 2013-03-15 2018-07-04 ExxonMobil Research and Engineering Company Integrated power generation and chemical production using fuel cells at a reduced electrical efficiency
US9502728B1 (en) * 2015-06-05 2016-11-22 Fuelcell Energy, Inc. High-efficiency molten carbonate fuel cell system with carbon dioxide capture assembly and method
CN110167874A (zh) * 2016-08-30 2019-08-23 燃料电池能有限公司 用于增加由蒸汽甲烷重整器产生的合成气中一氧化碳含量的系统和方法
WO2020053793A2 (en) * 2018-09-12 2020-03-19 Fuelcell Energy, Inc. System including fuel cell assembly voltage monitor

Also Published As

Publication number Publication date
US11909082B2 (en) 2024-02-20
CN116195102A (zh) 2023-05-30
EP4214782A1 (en) 2023-07-26
WO2022060879A1 (en) 2022-03-24
CA3173241A1 (en) 2022-03-24
US20220085397A1 (en) 2022-03-17
US20240154142A1 (en) 2024-05-09
JP2023541660A (ja) 2023-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7976990B2 (en) High efficiency fuel cell system
US8129057B2 (en) High efficiency fuel cell system
JP2010192437A (ja) 燃料電池システム
JP2004207241A (ja) 空気及び燃料の流れを再循環させる燃料電池一体型ハイブリッド発電装置
EP2517296A1 (en) System and method for separating co2 from combustion exhaust gas by means of mcfc multistacks
US20070031710A1 (en) Fuel cell system
JP2007128680A (ja) 燃料電池システム
US7560181B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
JP2004327354A (ja) 燃料電池および燃料電池の運転方法
US20090297903A1 (en) Fuel Cell Device
KR20230069160A (ko) 탄산염 연료 전지로부터의 이산화탄소 생성
US10840530B2 (en) High efficiency fuel cell system with intermediate CO2 recovery system
US6558826B1 (en) Fuel cell system fluid recovery
JP2007299737A (ja) 加湿装置を燃料電池未反応ガス排出ダクトに連結した燃料電池システム
JP5171103B2 (ja) 燃料電池コージェネレーション装置
JP2005011563A (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
US20220246966A1 (en) Solid oxide fuel cell system with carbon capture and increased efficiency
EP2131435B1 (en) Method for operating fuel cell system, and fuel cell system
JP2004199980A (ja) 燃料電池システム
JP2008004309A (ja) 燃料電池装置
JP2024005519A (ja) 燃料電池システム
JP2021093320A (ja) 燃料電池システム、及び燃料電池システム運転方法
US20150311551A1 (en) Fuel cell system
JP2010135101A (ja) 燃料電池システム
JP2006147413A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination