KR101296819B1 - 석탄 가스 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

석탄 가스 연료 전지 시스템이 제공된다. 석탄 가스 연료 전지 시스템은, 연료극으로 연료 가스를 공급하는 연료 가스 통로, 공기극으로 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 통로 및 상기 연료 가스 통로와 산화제 가스 통로 사이에 위치하며, 냉각용 질소가 공급되는 냉각용 질소 통로를 포함하는 스택 냉각용 분리판, 상기 스택 냉각용 분리판을 포함하는 스택을 포함한다.

Description

석탄 가스 연료 전지 시스템{COAL GAS MOLTEN FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 석탄 가스 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄 가스를 연료로 하는 용융탄산염 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
최근 기후 온난화에 현상으로 인해, 친환경성과 고효율 특성을 가지는 연료 전지가 중요한 기술 중 하나로 각광을 받고 있다.
특히 용융탄산염 연료 전지(이하, ‘MCFC’라 칭함)는 연료 전지 중에서 가장 큰 규모로 개발되고 있고, 기 개발된 제품은 상업화 운전 중에 있다.
연료 전지 시스템에서, 연료 에너지의 일부분은 전기 에너지로 전환되고, 나머지 부분의 에너지는 대부분 열 에너지로 전환된다.
이러한 열 에너지의 전환에 의해 스택 내부의 온도 상승이 일어난다.
MCFC의 경우, 이러한 온도 상승에 의해 스택 내부에 고온부가 형성되는데, 이 고온부의 온도는 약 700℃ 이하로 유지되는 것이 바람직하다.
이 허용 온도 이상의 고온부가 형성되면 전극의 미세 구조 변화, 부식 및 전해질 증발 등 현상이 일어남으로써 스택의 수명에 직접적인 영향을 주게 된다.
따라서, 상용화를 위한 스택의 목표 수명 시간을 달성하기 위해서는 반드시 고온부의 온도 제어가 이루어져야만 한다.
이에, 미국등록특허 제5,170,562호(Reforming unit for fuel cell stack), 제5,660,941호(Catalyst assembly for internal reforming fuel cell) 및 제6,200,696호(Internal reforming fuel cell assembly with simplified fuel feed)에서, 내부 개질 반응을 이용하여 MCFC 스택 고온부의 온도를 제어하는 기술을 제시하였다.
그러나, 이 기술은 탄화수소를 연료로 사용해야만 하며, 이는 다른 연료에 비해 비용적인 측면의 부담이 매우 커서 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다.
또한, 한국등록특허 제10-0259214호(용융탄산염 연료 전지의 전해질 첨가 방법)에서는 스택 고온부를 제어하기 위해서 공기극 가스를 과량 공급하는 기술을 제시하였다.
그러나, 이 기술은 과량의 공기극 가스를 사용하기 위해서 가압 시스템을 필요로 하는데, 가압 시스템은 복잡한 구성과 운전의 어려움에 의해 현재까지 많은 문제점이 지적되고 있는 실정이다.
한국등록특허 제10-0259214호, ‘용융탄산염 연료 전지의 전해질 첨가 방법’
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 기존의 값 비싼 천연 가스를 연료로 사용하는 용융탄산염 연료 전지와 달리, 경제적인 석탄을 연료로 사용하는 용융탄산염 연료 전지 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지 시스템은, 연료극으로 연료 가스를 공급하는 연료 가스 통로, 공기극으로 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 통로 및 상기 연료 가스 통로와 산화제 가스 통로 사이에 위치하며, 냉각용 질소가 공급되는 냉각용 질소 통로를 포함하는 스택 냉각용 분리판, 상기 스택 냉각용 분리판을 포함하는 스택을 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 연료 가스는 석탄 가스 및 부생 수소 중 어느 하나를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 연료극 및 공기극은 각 전극을 통해 전기 화학 반응에 참여하며, 상기 냉각용 질소는 상기 전기 화학 반응에 참여하지 않고 열 전달 매체로 이용된다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 냉각용 질소의 온도는 상기 연료극 및 공기극의 온도를 기준으로 미리 정해진 범위 내에서 설정된다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 연료 전지 시스템은 압축된 공기로부터 산소와 질소를 분리하여, 상기 분리된 산소를 상기 공기극에, 상기 분리된 질소를 상기 스택 냉각용 분리판에 공급하는 공기 분리기를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 분리된 산소는 열 교환기를 지난 공기극 배가스와 혼합된다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 분리된 산소와 공기극 배가스가 혼합된 가스를 상기 공기극의 입구 가스 온도로 증가시키는 촉매 연소기를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 촉매 연소기의 온도를 제어하는 공기극 순환 블로워를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 공기극 순환 블로워는 상기 공기극 가스를 상기 공기 분리기로부터 분리된 산소와 혼합하여 상기 공기극 가스를 순환시키되, 상기 공기극 가스는 열 교환기를 거쳐 연료극 가스와 열 교환된다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 공기극 순환 블로워는 상기 공기극 순환 블로워의 용량을 증대시킴으로써 상기 공기 분리기의 용량을 감소시킨다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 분리된 질소는 상기 냉각용 질소로서, 상기 스택 냉각용 분리판의 배가스와 제 1 열 교환기를 통해 제 1 차 열 교환되며, 상기 스택 냉각용 분리판의 배가스와 제 2 열 교환기를 통해 제 2 차 열 교환된 후 상기 스택 냉각용 분리판으로 유입된다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 연료 전지 시스템은 상기 스택을 나온 질소 배가스를 상기 공기 분리기로부터 분리된 질소와 혼합하여 상기 질소 배가스를 순환시키는 질소 순환 블로워를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 질소 순환 블로워는 상기 질소 순환 블로워의 용량을 증대시킴으로써 상기 공기 분리기의 용량을 감소시킨다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 석탄 가스 연료 전지 시스템의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 탄화수소 제조기와 같은 부차적인 장치 없이 석탄 가스를 직접 연료로 사용함과 동시에, 스택 내부의 고온부의 온도를 제한 온도 영역 이하로 제어할 수 있다.
또한, 에너지 소모가 큰 공기 분리기의 용량을 줄이기 위하여 공기극 순환 블로워와 질소 순환 블로워의 용량을 증대시킴으로써, 에너지 소모량이 큰 공기 분리기의 용량을 상대적으로 줄여 시스템의 효율을 높일 수 있다.
또한, 기존의 값 비싼 천연 가스를 연료로 사용하는 용융탄산염 연료 전지와 달리 경제성이 매우 높기 때문에 시장에 있어서 활용 가치가 높다.
도 1은 기존의 천연 가스(탄화수소)를 연료로 하는 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스 연료 전지 제어 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스 연료 전지 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 냉각용 분리판을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 내부의 온도 그래프를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
참고로, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성 요소를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 기존의 천연 가스(탄화수소)를 연료로 하는 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
기존의 천연 가스(탄화수소)를 연료로 하는 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지 시스템(100)은 탄화수소 계로 이루어진 천연 가스 외 석탄 가스 또는 부생 수소 등의 연료(101)가 공급되면 배관(102)을 통해 수성 가스 반응 장치(103), 즉, 일산화탄소와 물을 반응시켜 수소와 이산화탄소로 전환하는 반응을 거친 후, 수소 성분이 많은 가스가 배관(104)을 거쳐 탄화수소 제조기(105)로 들어가게 된다.
즉, 탄화수소 제조기(105)를 통해 탄화수소가 만들어지고, 이는 배관(106)을 통해 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지(107)로 들어가 개질 반응 층에서 다시 수소를 만들어 전력을 생산하게 된다.
이처럼, 탄화수소를 연료로 하지 않는 부생 수소 또는 석탄 가스화기의 수소 등의 연료에 있어서, 기존 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지 시스템(100)은 부차적인 수성 가스 반응 장치(103)와 탄화수소 제조기(105) 등의 장치를 필요로 하고, 연료 전환에 있어서, ‘수소 -> 메탄 -> 수소’라는 불필요한 전환 반응을 하게 된다.
이는, 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지가 스택 내부의 개질 반응 층에서 전력 생산 시 발생하는 스택의 발열량을 흡수하여 메탄-수소 전환 개질 반응을 일으키고, 이러한 반응에 의한 발열량 흡수에 의해 스택 고온부의 온도 상승을 억제하는 방법이다.
이러한 방법은 연료가 반드시 탄화수소 성분으로 구성되어야 하며, 이는 연료의 다양성 측면에서 분명한 제한적 요소가 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스 연료 전지 제어 시스템의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스 연료 전지 제어 시스템(200)은 석탄 가스 또는 부생 수소 등의 연료가 배관(202)을 통해 직접적으로 용융탄산염 연료 전지(203)로 공급되어 전력을 생산할 수 있다.
또한, 석탄 가스화기 시스템 등의 내부 단위 기기 중 하나인 공기 분리기를 통해 산소와 질소를 분리하여 연료를 공급받을 수 있다.
이 경우, 앞서 설명한, 기존의 천연 가스(탄화수소)를 연료로 하는 내부 개질용 용융탄산염 연료 전지 시스템(100)과는 달리, 수성 가스 반응 장치(103)와 탄화수소 제조기(105)를 필요로 하지 않음으로써, 수소를 탄화수소로 전환하는 공정은 생략될 수 있어, 시스템의 효율을 높일 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 도 2에 도시된 구성 요소들의 동작을 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스 연료 전지 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
각 구성 요소의 동작을 설명하면, 먼저, 석탄 가스 또는 산업용 부생 수소 등의 연료 공급 장치(301)로부터 공급되는 연료와, 물 공급 장치(302)로부터 공급되는 물이 연료/물 혼합기(303)에서 혼합된다.
이때, 물 공급 장치(302)로부터 공급되는 물의 양은 연료의 특성에 따라 공급될 수 있다.
예를 들어, 연료의 성분이 수소, 이산화탄소 및 물을 포함하고, 이들의 조성비가 용융탄산염 연료 전지 스택(310)의 연료극(311) 가스 성분에 충족된다면, 물 공급 장치(302)로부터의 물 공급은 필요치 않을 수 있다.
만일, 연료의 성분 중에 일정 부분이 탄화수소 성분을 포함하는 경우, 그에 해당하는 비율 만큼의 물의 양이 물 공급 장치(302)로부터 공급될 수 있다.
연료/물 혼합기(303)를 나온 연료/물 혼합물은 열 교환기/개질 반응기(304)를 지나 열 교환기(350)를 통해 스택(310)읠 연료극(311)의 연소 가스로 들어가게 된다.
열 교환기/개질 반응기(304)의 경우 연료극(311)의 배가스와 열 교환이 이루어지고, 이러한 열 교환을 통해 연료 가스에 포함되어 있는 일정 부분의 탄화 수소 성분이 스팀 개질 반응을 일으켜 수소와 일산화탄소(또는, 이산화탄소)로 전환하게 된다.
이 연료 가스는 공기극(313)의 배가스와 열 교환기(350)를 거쳐 열 교환함으로써 연료극(311) 입구 가스 온도 조건인 550℃ 이상을 유지하며 스택(310)의 연료극(311)에 공급될 수 있다.
공기극(313)의 반응에 필요로 하는 산소의 경우, 공기 압축기(320)를 통해 공기 분리기(330)를 거친 후 공급될 수 있다.
공기 분리기(330)를 통해 분리된 산소(331)는 열 교환기(350)를 지난 공기극 배가스와 혼합될 수 있다(333).
이 혼합 가스는 촉매 연소기(340)에 들어가 연료극(311) 배가스의 잔존 수소 및 일산화탄소 성분을 연소시킴으로써 공기극(313) 입구 가스 온도로 승온할 수 있다.
이때, 공기극 순환 블로워(351)는 수소 착화 운전 범위와 공기극(313) 입구 온도를 조절하여 촉매 연소기(340)의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 공기극 순환 블로워(351)의 용량을 증대시키는 경우, 에너지 소비가 큰 공기 분리기(330)의 용량을 줄일 수 있으므로, 전체적인 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
스택(310)을 나온 공기극 가스는 열 교환기(350)를 거쳐 연료극(311) 가스와 열 교환을 한 후, 공기극 순환 블로워(351)를 통해 공기 분리기(330)에서 생산된 산소와 혼합되어 촉매 연소기(340)를 거쳐 공기극(313)으로 다시 공급될 수 있다.
이러한 흐름의 관계가 최대 전력 생산 시 준평형 상태를 이루게 되면, 공기극 가스의 일정 부분이 대기로 배기될 수 있다.
한편, 스택 냉각용 질소(332)는 공기 분리기(330)를 통해 공급될 수 있다. 스택 냉각용 질소(332)는 열 교환기(371)를 거친 후 열 교환기(370)를 통해 스택(310) 내부의 스택 냉각용 분리판(312)로 유입된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 냉각용 분리판을 도시한 도면이다.
연료극 가스(401) 유료와 공기극 가스(403) 유로 사이로 냉각용 질소(402) 유로가 존재한다.
연료극과 공기극이 각각의 전극을 통해 전기 화학 반응에 참여하고, 반면에 냉각용 질소는 전기 화학 반응에 대한 참여 없이 단순 열전달 매체로만 작동될 수 있다.
이때, 스택의 온도 제어를 위해 스택 냉각용 분리판(312)의 입구 온도를 연료극(311)과 공기극(313)의 가스 온도에 비해 상당히 낮추게 되면, 온도 차이에 의한 열적 손상을 입을 수 있다.
따라서, 스택 냉각용 질소의 온도는 연료극(311)과 공기극(313)의 온도와 비슷하게 설정되어야 한다.
이를 위해, 스택 냉각용 질소(332)는 스택 냉각용 분리판(312)의 배가스와 열 교환기(371)를 통해 일차적으로 열 교환을 한 후, 다시 스택 냉각용 분리판(312)의 배가스와 열 교환기(370)를 통해 이차적으로 열 교환을 하여 스택 냉각용 분리판(312)으로 유입될 수 있다.
또한, 공기극에 공급되는 산소(331)의 경우와 마찬가지로, 에너지 소모가 큰 공기 분리기(330)의 용량을 줄이기 위해 질소 순환 블로워(372)를 증대시킴으로써 전체적인 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 기존의 내부 개질 또는 다량의 공기극 가스에 의한 가압 시스템 구성 등으로 해결되던 스택 내부의 고온부 온도 제어를 도 3에 도시된 시스템의 구성 및 도 4에 도시된 분리판에 의해 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 내부의 온도 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5에서, A는 기존 2개의 가스 통로로 구성된 온도 그래프를 나타내며, B는 본 발명의 구성에 의한 스택 내부의 온도 그래프를 나타낸다.
도 5의 그래프를 통해서, 본 발명의 B가 기존의 A와 비교하여 약 80℃ 정도 고온부의 온도가 낮아졌음을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
301 : 연료 공급 장치
302 : 물 공급 장치
303 : 연료/물 혼합기
304 : 열 교환기/개질 반응기
310 : 스택
311 : 연료극
312 : 스택 냉각용 분리판
313 : 공기극
320 : 공기 압축기
330 : 공기 분리기
331 : 산소
332 : 스택 냉각용 질소
333 : 산소(331)가 열 교환기(350)를 지난 공기극 배가스와 혼합됨
340 : 촉매 연소기
350 : 열 교환기
351 : 공기극 순환 블로워
370 : 열 교환기
371 : 열 교환기
372 : 질소 순환 블로워

Claims (13)

  1. 연료 전지 시스템에 있어서,
    연료극으로 연료 가스를 공급하는 연료 가스 통로,
    공기극으로 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 통로 및
    상기 연료 가스 통로와 산화제 가스 통로 사이에 위치하며, 냉각용 질소가 공급되는 냉각용 질소 통로를 포함하는 스택 냉각용 분리판,
    상기 스택 냉각용 분리판을 포함하는 스택,
    압축된 공기로부터 산소와 질소를 분리하여, 상기 분리된 산소를 상기 공기극에, 상기 분리된 질소를 상기 스택 냉각용 분리판에 공급하는 공기 분리기를 포함하되,
    상기 분리된 산소는 열 교환기를 지난 공기극 배가스와 혼합되는, 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 가스는 석탄 가스 및 부생 수소 중 어느 하나를 포함하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료극 및 공기극은 각 전극을 통해 전기 화학 반응에 참여하며, 상기 냉각용 질소는 상기 전기 화학 반응에 참여하지 않고 열 전달 매체로 이용되는 것인, 연료 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각용 질소의 온도는 상기 연료극 및 공기극의 온도를 기준으로 미리 정해진 범위 내에서 설정되는, 연료 전지 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리된 산소와 공기극 배가스가 혼합된 가스를 상기 공기극의 입구 가스 온도로 증가시키는 촉매 연소기
    를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매 연소기의 온도를 제어하는 공기극 순환 블로워
    를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공기극 순환 블로워는 상기 공기극 가스를 상기 공기 분리기로부터 분리된 산소와 혼합하여 상기 공기극 가스를 순환시키되, 상기 공기극 가스는 열 교환기를 거쳐 연료극 가스와 열 교환된 것인, 연료 전지 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    공기극 순환 블로워는 상기 공기극 순환 블로워의 용량을 증대시킴으로써 상기 공기 분리기의 용량을 감소시키는, 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리된 질소는 상기 냉각용 질소로서, 상기 스택 냉각용 분리판의 배가스와 제 1 열 교환기를 통해 제 1 차 열 교환되며, 상기 스택 냉각용 분리판의 배가스와 제 2 열 교환기를 통해 제 2 차 열 교환된 후 상기 스택 냉각용 분리판으로 유입되는, 연료 전지 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택을 나온 질소 배가스를 상기 공기 분리기로부터 분리된 질소와 혼합하여 상기 질소 배가스를 순환시키는 질소 순환 블로워
    를 더 포함하는, 연료 전지 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 질소 순환 블로워는 상기 질소 순환 블로워의 용량을 증대시킴으로써 상기 공기 분리기의 용량을 감소시키는, 연료 전지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2547737B2 (ja) * 1986-07-23 1996-10-23 株式会社東芝 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池
JPH11312527A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Nippon Steel Corp 製鉄副生ガスを利用した溶融炭酸塩型燃料電池発電−排ガス回収複合システム
JP2006085982A (ja) 2004-09-15 2006-03-30 Yanmar Co Ltd 固体酸化物型燃料電池の冷却構造
KR20100048553A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 한국전력공사 고온용 연료전지 분리판

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2547737B2 (ja) * 1986-07-23 1996-10-23 株式会社東芝 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池
JPH11312527A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Nippon Steel Corp 製鉄副生ガスを利用した溶融炭酸塩型燃料電池発電−排ガス回収複合システム
JP2006085982A (ja) 2004-09-15 2006-03-30 Yanmar Co Ltd 固体酸化物型燃料電池の冷却構造
KR20100048553A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 한국전력공사 고온용 연료전지 분리판

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