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KR101591557B1 - 연료　전지의　연료　반응물　스트림용　유동층 오염물　분리기　및　수제어　루프 - Google Patents

연료　전지의　연료　반응물　스트림용　유동층 오염물　분리기　및　수제어　루프 Download PDF

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KR101591557B1
KR101591557B1 KR1020117026945A KR20117026945A KR101591557B1 KR 101591557 B1 KR101591557 B1 KR 101591557B1 KR 1020117026945 A KR1020117026945 A KR 1020117026945A KR 20117026945 A KR20117026945 A KR 20117026945A KR 101591557 B1 KR101591557 B1 KR 101591557B1
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KR
South Korea
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water
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loop
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KR1020117026945A
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KR20120024602A (ko
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조슈아 이솜
레슬리 엘. 반다인
데렉 더블류. 힐드레스
존 엘. 프레스톤
폴 알. 한라한
린 레니
Original Assignee
두산 퓨얼 셀 아메리카, 인크.
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Filing date
Publication date
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Publication of KR101591557B1 publication Critical patent/KR101591557B1/ko
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Abstract

본 발명의 유동 오염물 제거 장치(10)는 연료 전지(12)의 연료 반응물 스트림에서 오염물을 제거한다. 연료 반응물 스트림으로부터 분리된 오염물 및 물 스트림으로 오염물을 용해시키기 위해, 물은 유동층(62) 내의 암모니아 용해 매체(61)의 표면을 통과하고 동시에 연료 반응물 스트림은 상기 표면을 통과한다. 스크러버(58)의 상류의 연료 제어 열 교환기(57)는 연료 스트림으로부터 열을 제거한다. 수제어 루프(78)는 축적기(68)로부터, 스트림으로부터 오염물을 제거하는 이온 교환층(88)을 통해 분리된 오염물 및 물 스트림의 유동을 안내한다. 오염물 제거된 물은 유동층(62)을 통해 유동하도록 스크러버(58)로 다시 안내된다. 연료 반응물 스트림으로부터 오염물을 분리한 후에 이온 교환 재료(88) 내에서 분리된 오염물을 단리 및 농축시킴으로써 비용 및 보수 요건을 최소화한다.

Description

연료　전지의　연료　반응물　스트림용　유동층 오염물　분리기　및　수제어　루프{A FLUIDIZED BED CONTAMINANT SEPARATOR AND WATER-CONTROL LOOP FOR A FUEL REACTANT STREAM OF A FUEL CELL}
본 발명은 수송 차량, 휴대형 발전 장치에, 또는 고정 발전 장치로서 사용하기에 적합한 연료 전지에 관한 것이며, 특히 연료 전지에 유입되는 연료 반응물 스트림으로부터 암모니아 및 미립자와 같은 오염물을 효율적으로 제거하기 위한 오염물 제거 시스템에 관한 것이다.
연료 전지는 잘 알려져 있고, 통상 수소 함유 환원 유체 연료 및 산소 함유 산화제 반응물 스트림으로부터 전류를 생산하여 수송 차량과 같은 전기 장치에 동력을 공급하는데 사용된다. 종래의 연료 전지에서는, 연료가 개질기(reformer)에 의해 제조되는 것이 잘 알려져 있으며, 생성된 연료는 개질(reformate) 연료라 지칭되고, 이는 개질기로부터 연료 반응물 스트림 입구 라인을 통해 연료 전지의 애노드 유동장으로 유동한다. 잘 알려진 바와 같이, 산소 농후 반응물은 동시에 연료 전지의 캐소드 유동장을 통해 유동하여 전기를 생산한다. 유감스럽게도, 이러한 개질 연료는 종종 오염물, 특히 암모니아를 함유한다. 개질 연료 스트림 중에 암모니아가 존재하면 연료 전지의 성능에 불리한 영향을 끼친다. 암모니아는 개질 공정의 통상의 부산물이어서, 개질 공정이 암모니아의 형성을 최소화하도록 설계되더라도, 통상적으로 개질 연료 중에는 낮은 수준의 암모니아가 존재하는 것으로 파악된다. 증기 개질기에서, 암모니아는, 개질기로 공급되어 연료로 개질되는 천연 가스 중에 존재하는 질소로부터 형성된다. 통상적으로, 질소 함량은 2 내지 3 퍼센트이지만, 세계의 일부 지역에서는 15 퍼센트에 이를 수 있다. 전해질로서 인산을 포함하는 공지된 연료 전지는, 천연 가스 내에 1 내지 2 퍼센트 초과의 질소가 존재할 때, 목적하는 10년 수명을 달성할 수 없다. 더욱이, 자열 개질기 또는 부분 산화 개질기의 경우, 공기가 개질 공정을 위한 산소 공급원으로서 사용될 때, 질소가 도입될 수도 있다.
연료 전지의 연료 반응물 스트림으로부터 암모니아 및 다른 오염물을 제거하려는 많은 노력들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 그라소(Grasso)에게 1989년 1월 31일자로 허여된 미국 특허 제4,801,356호는 연료 전지 발전 장치의 물로부터 암모니아를 제거하기 위한 정교한 시스템을 개시하였다. 그라소의 시스템은, 암모니아 오염물을 제거하기 위해, 개질 연료를 냉각하는데 사용되는 냉각수를 제1 증기 스트립퍼 및 제2 증기 스트립퍼로 통과시키는 것을 포함한다. 이것은 비록 효과적이지만, 그라소의 시스템은 복잡하고 값비싼 스트립퍼와 대량의 연료 전지 냉각수의 처리를 요구한다.
더 최근에 본빌 쥬니어 등(Bonville, Jr. et al.)에게 2002년 4월 23일자로 혀여된 미국 특허 제6,376,114호에는 개질 연료로부터 암모니아 및 다른 오염물을 제거하기 위한 또 다른 정교한 시스템이 개시되어 있다. 본빌 쥬니어 등의 시스템은 다르게는 일회용 암모니아 스크러버, 암모니아 스크러빙 냉수층 및 암모니아 스트립핑 온수층, 한 쌍의 제1 및 제2 재생가능한 스크러버, 또는 단일 재생가능한 스크러버를 포함한다. 또한, 본빌 쥬니어 등의 시스템은 효과적이지만, 시스템을 작동하기 위해서 높은 보수율을 필요로 하는 정교하고 값비싼 구성요소를 포함한다. 연료 전지를 위한 다른 암모니아 및 관련된 오염물 제거 시스템이 당업계에 공지되어있다. 그러나, 이들 중 어느 것도 최소 비용 및 최소 보수 요건으로 암모니아를 효율적으로 제거할 수 없다. 대부분의 공지된 암모니아 오염물 제거 시스템은 고용량의 유체를 처리하기 위한 대형 구성요소를 필요로 하거나, 또는 오염된 필터 및/또는 이온층 등의 매우 빈번한 제거 및 대체를 필요로 한다.
결과적으로, 매우 빈번한 보수 없이도 장시간 동안 효율적으로 작동될 수 있는 연료 반응물 스트림용 오염물 제거 시스템이 필요하다.
본 기재는 연료 전지의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프에 관한 것이다. 유동층 오염물 분리기는 연료 전지의 연료 반응물 입구 라인과 유체 소통 상태로 고정된 분리기 스크러버이다. 상기 스크러버는 스크러버 용기 내에 갖춰진 경량의 유동층, 바람직하게는 고 표면적 매체를 포함한다. 물 방출구는 물이 매체의 표면적에 걸쳐 중력에 의해 유동하여 방출되도록 유동층 위에 고정된다. 연료 반응물 방출구는 연료 반응물이 연료 반응물 방출구로부터 경량의 매체를 통해 상향으로 유동하도록 방출되게 유동층 아래에 고정되어 층이 유동화되게 유도한다. 스크러버 연료 출구는 연료 반응물 스트림을 스크러버 용기로부터 연료 반응물 입구 라인 및 연료 전지로 다시 유동하게 안내하기 위해 스크러버 용기 내에 형성된다. 축적기는 물을 분리된 오염물 스트림으로서 축적하기 위해 유동층 아래에서, 유동층과 유체 소통 상태로 고정되고, 축적기는 연료 반응물 방출구 및 유동층 아래의 스크러버 용기 내에 물 축적 영역으로 단순하게 이루어질 수 있다. 연료 제어 열 교환기는 연료 반응물 입구 라인을 통해 스크러버로 통과하는 연료 반응물에 열 에너지를 추가하거나 이로부터 열 에너지를 제거하기 위해 분리기 스크러버의 상류의 연료 반응물 입구 라인과 열 교환 관계로 고정된다. 유동층은 또한 연료 반응물 스트림을 처리하는데 사용되는 시프트 변환기로부터 구리 입자와 같은 작을 미립자를 제거하는 우수한 미립자 제거 장치이다. 이러한 입자가 연료 반응물 스트림으로부터 추출되지 않는다면, 연료 전지로 이동할 수 있어서, 구성요소에 해를 끼치거나 또는 연료 전지 애노드 유동장 내의 통로를 막을 수 있다. 본원의 목적을 위해, 예를 들어 "분리된 오염물 스트림"이라는 구문의 용어 "오염물"은 분리기 스크러버 내에서 연료 반응물 스트림으로부터 분리된 미립자 및 용해된 암모니아를 의미한다.
수제어 루프는 분리기 스크러버와 유체 소통 상태로 고정되고, 수제어 루프는 물 스트림을 분리기 스크러버의 축적기 외부로 그리고 결국 분리기 스크러버로 다시 안내하기 위한 루프 도관을 포함한다. 수제어 루프 펌프는 루프 도관을 통해 물 스트림을 펌핑하기 위해 루프 도관과 유체 소통 상태로 고정된다. 이온 교환층은 이온 교환층을 통해 분리된 오염물 스트림의 유동을 안내하기 위해 루프 도관과 유체 소통 상태로 고정된다. 루프 도관 복귀 라인은, 유동층 위쪽의 물 방출구를 통해 방출될 오염물 제거 물 스트림의 유동을 이온 교환층으로부터 분리기 스크러버로 다시 안내하기 위해, 이온 교환층의 출구와 분리기 스크러버의 물 입구 사이에서 유체 소통 상태로 고정된다. 다른 실시예에서는, 연료 제어 열 교환기가 분리기 스크러버의 상류에 고정되지 않을 수 있다. 대신, 물 제어 열 교환기가 시스템으로부터 열 에너지를 추가 또는 제거하기 위해 물 제어 루프와 유체 소통 상태로 고정될 수 있다. 또 다르게, 이온 교환층은 암모니아를 선택적으로 제거하기 위해 양이온전용 교환 수지를 이용하여, 용해된 이산화탄소 및 탄산 음이온이 양이온전용 이온 교환층을 벗어나는 물 내에 남아있게 하며, 이로써 물을 산성화하고 결과적으로 스크러버의 암모니아 제거 성능을 향상시킨다.
유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프는 또한 제어기를 포함함으로써, 분리기 스크러버로 유입 및/또는 유출되는 연료 반응물 스트림의 온도 및/또는 수분 함량을 감지할 수 있고, 스크러버 축적기 내의 수위를 감지할 수 있고, 스크러버의 최적 작동 온도를 성취하도록 연료 반응물 라인 열 교환기를 제어할 수 있고, 스크러버 축적기 내의 최적 수위를 유지하도록 물 범람 밸브를 제어할 수 있다.
양호한 실시예의 주된 이점은 열 제어 기능이 오염물 제어 기능으로부터 분리되어 유동층을 보다 유연성 있게 설계할 수 있게 한다는 점이다. 스트림이 스크러버로 유입되기 전에 연료 반응물 스트림으로부터 열 에너지를 제거함으로써, 스크러버는 용이하게 유동화될 수 있는 경량의 저용융 온도 접촉 재료를 포함할 수 있다. 또한, 수제어 루프 펌프를 정립(sizing)할 때, 열 제어 요건이 아닌 오염물 제어 요건에 의해서만 설정될 수 있기 때문에 더 낮은 유동이 사용될 수 있다. 또한, 유동층 스크러버는 패킹층 등과 같은 저 효율 스크러버와 비교하여 연료 반응물 스트림과 분리된 오염물 물 스트림 사이의 접촉을 향상시킨다. 이는 암모니아 오염물의 흡수를 향상시켜 훨씬 작은 분리기 스크러버 용기가 사용될 수 있게 한다.
종래 기술의 오염물 제거 시스템으로 이러한 성능을 달성하기 위하여, 더 크고, 더 고가이며 더 복잡한 스크러버 및/또는 이온 교환층이 필요할 수 있거나, 또는 이온 교환층이나 다른 오염물 단리 장치의 대체가 더욱더 빈번한 간격으로 필요할 수 있다. 본 발명은 오직 암모니아만이 물로부터 제거되도록, 모든 다른 발전 장치의 물 시스템, 예를 들어 연료 개질기 시스템으로부터 분리된 이온 교환층 내의 오염물을 단리시킨다. 따라서, 본 발명의 오염물 제거 시스템은 연료 전지 연료 반응물 스트림 내의 오염물의 매우 효율적인 제거를 달성하고, 또한, 연료 반응물 스트림의 최적 온도 및 수분 함량의 유지를 달성한다.
따라서, 본 발명의 전반적인 목적은 종래 기술의 결함을 극복하는, 연료 전지의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프를 제공하는 것이다.
더 구체적인 목적은 연료 전지의 연료 반응물 스트림으로부터 오염물의 제거 및 연료 반응물 스트림의 최적 온도 및 수분 함량의 유지를 강화하는, 연료 전지의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프를 제공하는 것이다.
본 발명의 연료 전지의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프의 이러한 목적 및 다른 목적과 장점은 첨부 도면을 참조하여 다음 설명을 읽을 때 더욱 용이하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 유동층 오염물　분리기　및　수제어　루프의 간략한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 유동층 오염물　분리기　및　수제어　루프의 다른 실시예의 간략한 개략도이다.
도면들을 상세히 살펴보면, 연료 전지의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프, 즉 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치가 도 1에 도시되었으며, 총괄적으로 도면 부호 10으로 표시되었다. 본 발명에 적합한 연료 전지(12)는 전해질(18)의 나란한 측면에 고정된 캐소드 유동장(14) 및 애노드 유동장(16)을 포함한다. 전해질(18)은 인산 전해질, 프로톤 교환막("PEM") 전해질, 또는 당업계에 공지된 임의의 전해질일 수 있다. 산소 공급기(20)는 산소 함유 반응물 스트림을 산화제 입구(22)를 통해 캐소드 유동장(14)으로 그리고 캐소드 유동장(14)을 통해 운반하고, 산소 반응물 스트림은 캐소드 배출구(24)를 통해 연료 전지(12)로부터 유출된다. 수소 함유 환원 유체 연료는 연료 반응물 입구 라인(26)을 통하여 애노드 유동장(16)을 거쳐 그리고 애노드 배출구(28)를 통해 연료 전지(12)의 외부로 유동하도록 안내된다.
연료 전지(12)는 또한, 냉각제 루프(32)에 의해 판(30)을 통해 순환하는 수계 냉각제를 갖는 냉각제 판(30)을 포함할 수도 있다. 냉각제 루프(32)는 냉각제 루프(32)를 통해 냉각제를 안내하는 냉각제 루프 도관(34)을 포함할 수 있다. 냉각제 공급기(36)는 냉각제를 냉각제 입구 밸브(38) 및 냉각제 입구 라인(40)을 통해 냉각제 루프 도관(34)으로 선택적으로 내보낸다. 냉각제 펌프(42)는 냉각제 루프(32)를 통해 냉각제를 펌핑하기 위해 냉각제 루프 도관(34)과 유체 소통 상태로 고정된다. 냉각제 루프 열 교환기(44)는 냉각제 루프 도관(34)과 열 교환 관계로 고정되어, 냉각제 루프 도관(34)을 통해 순환하는 냉각제의 온도를 제어한다. 증기 분리기(46)는 냉각제 루프 도관(34) 내부의 액체 냉각제로부터 증기를 분리하기 위해 냉각제 루프 도관(34)과 유체 소통 상태로 고정된다.
증기는, 증기 분리기(46)로부터 증기 라인(48)을 통해 천연 가스와 같은 수소 농후 연료를 수소 기체를 함유한 개질 연료로 개질하는 개질기 수단(50)으로 안내된다. 수소 함유 연료 공급기(52)는 연료를 연료 라인(54)을 통해 개질기(50)로 내보낸다. 연료 공급기(52)는 가압된 공급원일 수 있거나, 또는 당업계에 공지된 방식으로 연료의 압력을 증가시키는 가압 수단을 포함할 수 있다. 개질기(50)는 수소 농후 유체를 연료 전지에 사용하기에 적합한 개질 연료로 개질하기 위한 당업계에 공지된 임의의 개질기 수단일 수 있다. 개질기(50)는 또한 수소 농후 연료를 연료 전지에 적합한 개질 연료로 가공하는데 필요한 관련 구성요소, 예컨대 탈황기, 시프트 변환기, 연소기 등을 포함할 수 있는 연료 처리 시스템(미도시)의 일부일 수 있다.
개질 연료는 개질기(50) 및 관련 구성요소로부터 유출되어 이후, 저온 시프트 변환기(55)를 통과할 수 있고, 이어서 연료 반응물 입구 라인(26)의 제1 부분(56)을 통과할 수 있다. 이어서, 연료는 연료 반응물 입구 라인과 열 교환 관계로 고정된 연료 제어 열 교환기(57)를 통해, 이어서 오염물 분리기 스크러버(58)로 안내되어서 스크러버(58) 내부의 연료 반응물 방출구(60)를 통해 방출되게 된다. 분리기 스크러버(58)는 개질 연료로부터 분리기 스크러버(58) 내부의 액체 분리된 오염물 스트림으로 암모니아를 용해시키는 암모니아 용해 매체(61), 예컨대 스크러버 용기(64) 내부에 배치된 경량의 고 표면적 매체로 구성되는 유체층(62)을 포함한다. 이용될 수 있는 다른 암모니아 용해 매체(61)로는 폴리프로필렌 또는 다른 플라스틱 또는 알루미늄 또는 씬월 스테인리스 스틸(thin walled stainless steel)과 같은 경량의 금속으로 제조된 평활한 또는 움푹 파인 볼이 있을 수 있다. 이러한 동일한 재료로 제조된 다른 유동화될 수 있는 형상이 채용될 수도 있다.
방출구(66)로부터 물을 방출하여 중력에 의하여 유동층(62)을 통해 하향시키기 위해 물 방출구(66)가 유동층(62) 상부에 고정된다. 연료 방출구(60)는, 물이 유동층(62)을 통해 하향으로 유동할 때, 방출구(60)를 통해 방출된 연료가 유동층(62)을 통해 상향으로 흐르도록, 유동층(62) 하부에 고정된다. 기체상 연료가 유동층(62)의 표면적에 걸쳐 통과하고 이와 접촉함으로써, 기체상 연료 내부의 오염물이 유동층(62) 내부의 매체의 표면을 거쳐 통과하는 물 중의 용액에 용해되게 된다. 축적기(68)는, 유동층(62)을 통해 하향으로 통과하는 물이 축적기(68) 내부에 축적되도록, 스크러버 용기(64) 내부에 예컨대 연료 반응물 방출구(60) 하부에 형성된다.
신선한 물 공급기(70)는, 시동시 물 입구 라인(72) 및 물 입구 밸브(74)를 통해 물을 스크러버 용기(64)로 안내하거나 또는 작동 중에 물 밸런스가 유지되지 않는 경우 스크러버(58)에 추가로 물을 보충하기 위해, 스크러버 용기(64)와 유체 소통 상태로 고정될 수 있다.
수제어 루프(78)는 루프 도관(80)에 의해 분리기 스크러버(58)와 유체 소통 상태로 고정된다. 루프 도관(80)은 스크러버 용기(64) 내부에 형성되고 축적기(68) 내부의 물과 유체 소통하는 물 출구(82)에 고정된다. 수제어 루프(78)는 또한 물의 스트림을 분리기 스크러버(58) 외부로 그리고 루프(78)를 통해 펌핑하는 수제어 펌프 수단(84)을 포함한다. 수제어 루프(78)는 또한 루프 도관(80)과 유체 소통 상태로 고정된 이온 교환층(88)을 포함하여, 분리된 오염물 스트림의 유동을 이온 교환층(88)을 통해 안내하고 층(88) 내부의 오염물 스트림 중의 물로부터 분리된 오염물을 제거한다. 수제어 루프(78)는 또한 오염물 제거된 물을 수제어 루프(78)로부터 물 방출구(66)를 통해 분리기 스크러버(58)로 다시 복귀시키기 위해 이온 교환층(88)의 출구(92)와 분리기 스크러버(58)의 물 입구(94) 사이에서 유체 소통 상태로 고정되는 루프 도관 복귀 라인(90)을 포함한다. 수제어 루프(78)는 또한 수제어 루프(78) 외부로 잉여 물을 안내하기 위해서, 루프 도관(80) 및 이온 교환층(88)의 출구(92)와 유체 소통 상태로 고정된 물 방출 라인(91) 및 물 방출 밸브(93)를 포함한다. 수제어 루프(78)는 또한, 임의의 축적된 기체를 이온 교환층(88)으로부터 루프 도관 복귀 라인(90)으로 다시 복귀시키도록 배출 도관을 제공하는, 이온 교환층(88) 사이에 유체 소통 상태로 고정된 기체 배출 바이패스 라인(104)을 포함할 수도 있다. 이온 교환층(88) 내부의 이러한 축적된 기체는 이온 교환층(88)의 효율적인 작동을 방해할 수 있다.
이온 교환층(88)은 액체 스트림으로부터의 오염물을 제거하기 위해 당업계에 공지되어 있는 임의의 이온 교환 수단, 예컨대 양이온 교환 수지를 포함한 층일 수 있으며, 더 구체적으로는 암모니아의 제거를 위한 수소 형성 양이온 교환층이 바람직할 수 있다.
분리기 스크러버(58) 및 수제어 루프(78)는 또한 스크러버(58)로부터 유입 또는 유출되는 연료 반응물 스트림의 온도 및/또는 수분 함량과 같은 정보를 감지하는 제어기 수단(96)을 포함할 수도 있다. 제어기 수단(96)은 이러한 온도, 수위 및/또는 수분 정보를 감지하며, 전선, 무선 전송부, 광섬유 또는 이들의 기능을 달성할 수 있는 임의의 신호 통신 수단(예를 들어, 마이크로프로세서, 컴퓨터 등)과 같은 통신 라인을 경유하여 상기 정보를 통신하도록 설계될 수 있다. 감지된 정보는 연료 제어 열 교환기 제어 밸브(97) 및/또는 물 방출 밸브(93)를 제어하기 위한 제어기(96)에 의해 이용될 수 있다. 제어기(96) 내외로의 제어 정보 및 감지된 정보의 전달을 위한 제어 라인은 점선 100A, 100B, 100C, 및 100D로 도 1에 표시된다. 이러한 제어기 수단(96)은 컴퓨터뿐만 아니라, 스크러버 연료 출구(98)에서 감지되는 온도, 수위, 및/또는 수분 정보에 응답하는 물 방출 밸브(93) 및/또는 연료 제어 열 교환기 제어 밸브(97)의 수동 제어 및/또는 전기기계적 스위치를 포함할 수 있다. 물 온도가 감소함에 따라 물 중의 암모니아의 용해성은 증가하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 제어기 수단(96)은 스크러버(58) 및 이에 따른 수제어 루프(78)로 유입하는 연료 스트림의 온도를 조정할 뿐 아니라 물 방출구(66)를 통해 방출되는 물의 온도를 조정하여 물 중의 암모니아 용해량을 조정하는데 사용될 수 있다. 이는 연료 반응물 스트림의 오염물 제거를 증가 또는 감소시키는데 효율적이다.
스크러버(58)는 또한 스크러버 연료 출구(98)에 이웃하며, 연료 반응물 스트림과 함께 임의의 수액적의 이동을 제거하는 연무 제거기(102)를 포함할 수도 있다. 연무 제거기(102)는 이러한 기능을 달성하기 위한 임의의 연무 제거기, 예컨대 강철솜 등일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분리기 스크러버(58)는 스크러버 연료 출구(98)가 암모니아 용해 매체(61) 상부에 위치하고, 연료 방출구(60)가 암모니아 용해 매체(61) 하부에 위치하도록 구성된다. 그러므로, 스크러버 연료 출구(98)는, 연료 반응물 스트림이 암모니아 용해 매체(61)를 통과한 이후에, 분리기 스크러버(58) 외부로 유동하도록 안내한다.
유동층(62)은, 매체의 표면적에 걸친 액체의 유동에 의해 오염물을 제거하기 위해, 스크러버 내에서 사용되도록 유동화될 수 있는 임의의 경량의 고 표면적 매체를 포함할 수 있다. 유동층에서 사용될 수 있는 이러한 고 표면적 매체의 예시로는, 플라스틱과 같은 임의의 경량의 재료로 제조될 수 있는 중공 구, 중공 타원형 요소, 또는 물을 수집하고 와류 속도를 증가시키기 위해 오목부를 갖춘 중공 형상 등이 있다.
분리기 스크러버(58) 및 수제어 루프(78)는 도 1에서, 하류를 따라, 개질기 수단과 연료 반응물 입구 라인(26)에 고정된 애노드 유동장(16) 사이에 도시된다. 그러나, 분리기 스크러버(58) 및 수제어 루프(78)는 또한 암모니아 또는 임의의 오염물을 발생시키는 개질기 수단의 구성요소와 애노드 유동장(16) 사이의 어느 곳에나 위치될 수 있어서, 저온 시프트 변환기(55)와 같은 일부 구성요소들이 특정 연료 전지(12)에 대한 다양한 특정 인자에 따라 스크러버(58)와 애노드 유동장(16) 사이에 고정될 수 있게 된다는 것이 주목된다.
유동층 오염물 제거 장치(10)의 열 효율을 향상시키기 위해, 냉각제 루프(32)를 통해 순환하는 수계 냉각제는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 냉각제 열 교환기(44)로부터의 하류 및 연료 전지(12)로부터의 상류의 냉각제 루프(32)의 냉각부로부터, 예를 들어 냉각제 입구 라인(40)에서, 공급 라인(106)을 포함하는 연료 제어 열 교환기 냉각제 루프(105)를 통해 연료 제어 열 교환기(57)로 유동하도록 안내될 수 있다. 이후, 이러한 상대적으로 저온의 수계 냉각제는 열 교환기(57)를 통과하는 연료로부터 열 에너지를 제거한다. 이후, 연료 제어 열 교환기 냉각제 루프(105)는 가열된 수계 냉각제를 연료 제어 열 교환기 복귀 라인(108)을 통해 냉각제 루프(32)로 다시 보낸다. 선택적으로, 연료 제어 열 교환기 제어 밸브(97)는 공급 라인(106)으로부터 복귀 라인(108)으로 냉각제를 안내함으로써 연료 제어 열 교환기(57)를 우회하도록 수계 냉각제의 일부 또는 전부를 안내할 수 있다. 바람직하게, 복귀 라인(108)은 가열된 냉각제를 냉각제 루프(32)의 일부의 냉각제 루프(32)로, 예를 들어 냉각제 루프 펌프(42)의 상류 및 연료 전지(12)로부터의 하류로 안내하고, 이때 획득된 열은 연료 전지(12)의 작동을 방해하지 않는다. 냉각제 입구 밸브(38)는 냉각제가 연료 제어 열 교환기(57)로 유동하는 것을 제어하기 위해 (도 1에 도시된 바와 같이) 연료 제어 열 교환기 공급 라인(106)에 고정될 수 있다. 냉각제 입구 밸브(38)는 또한 밸브(38) 및 연료 제어 열 교환기 루프(105)의 작동을 제어하기 위해 제어기 수단(96)과 소통 상태로 고정될 수도 있다. 연료 제어 열 교환기(57)에서 잉여 열 에너지를 포획하여 작동 냉각제 열 교환기(44)를 갖는 냉각제 루프(32)로 이를 안내함으로써, 연료 제어 열 교환기 루프(105)는 사실상 유동층 오염물 제거 장치(10)의 열 효율을 향상시킨다.
유동층 오염물 제거 장치(10)는 또한 도 1에 도시된 스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)를 포함할 수도 있다. 스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)는, 냉각제 펌프(42)로부터의 하류 및 냉각제 루프 열 교환기(44)로부터의 상류의 냉각제 루프(32)로부터 기체 재가열기 루프 도관(112)을 통해 수계 냉각제의 일부의 유동을 안내한다. 고정된 유동 오리피스(114)는 기체 재가열기 루프 도관(112)을 통한 냉각제의 유속을 제어하기 위해 기체 재가열기 루프 도관(112)에 고정될 수 있다. 도관(112)은 출구 기체 재가열기 루프(110)의 구성요소인 스크러버 출구 기체 열 교환기(116)로 냉각제를 보낸다. 냉각제는 냉각제 루프 열 교환기(44)로부터의 상류의 기체 재가열기 루프 도관(112)으로 안내되기 때문에, 냉각제는 매우 고온이다. 스크러버 출구 기체 열 교환기(116) 내에서, 냉각제는, 분리기 스크러버(58)와 애노드 연료 전지(12) 사이의 연료 입구 라인(26)을 통과하는 연료와 열 교환 관계로 이동함으로써 연료를 가열한다. 오염물 제거된 연료가 스크러버 연료 출구(98)를 통해 스크러버 분리기(58) 외부로 나가면, 스크러버 분리기는 물로 포화된다. 연료가 연료 전지(12) 및 애노드 유동장(16)을 통과하기 전에 연료를 가열함으로써, 스크러버 기체 재가열기 루프(110)는 사실상 연료의 온도를 상승시켜, 애노드 유동장(16) 내에서 연료를 빠져나온 물이 응축되는 것을 최소화할 수 있게 하고, 이에 따라 액체 물이 연료 전지(12)를 통한 연료의 유동을 방해하는 것을 회피할 수 있게 하고 및/또는 다르게는 연료 내에 응축된 물에 의해 연료 전지에 손상을 가하는 것을 제거할 수 있게 한다.
이후, 스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)는, 스크러버 출구 기체 열 교환기(116)로부터 기체 재가열기 루프 도관(112)을 통해, 출구 기체 재가열기 루프(110)의 다른 구성요소일 수 있는 시프트 변환기 열 교환기(118)로 다소 냉각된 냉각제의 유동을 안내한다. 시프트 변환기 열 교환기(118)는 시프트 변환기(55)를 냉각시키기 위해 저온 시프트 변환기(55)를 통과하는 유체와 열 교환 관계로 고정된다. 이후, 스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)는, 시프트 변환기 열 교환기(118)로부터 기체 재가열기 루프 도관(112)을 통해 다시, 냉각제 펌프(42)로부터 상류일 수 있고 증기 분리기(46)로부터도 역시 상류일 수 있는 냉각제 루프(32)의 위치의 냉각제 루프(32)로 증기와 물의 혼합물일 수 있는 냉각제의 유동을 안내한다.
스크러버 기체 재가열기 루프(110)는 예비 냉각을 위해 출구 기체 재가열기 열 교환기(116)에 냉각제를 제공하여, 저온 시프트 변환기(55)를 위한 냉각제의 냉각 기능을 향상시키면서 또한 연료 전지(12) 및 애노드 유동장(16)을 물 응축으로부터 보호한다는 것을 알 수 있다. 스크러버 기체 재가열기 루프(110)는, 기생 전력을 증가시키고 이에 따라 연료 전지 발전 장치(10)의 효율을 감소시킬 수 있는 연료의 재가열을 위한 전기 히터(미도시)에 대한 임의의 필요성을 제거한다. 유사하게, 스크러버 기체 재가열기 루프(110)는 연료를 재가열하기 위해 재생 열 교환기(미도시)를 사용할 때보다 더 저렴하고 훨씬 간결하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예(200)를 도시한다. [도 2에서, 도 1에 도시된 구성요소와 가시적으로 동일한 구성요소들은 도 1에 사용된 것과 동일한 도면 부호에 프라임을 첨가하였다. 예를 들어, 도 1의 연료 전지(12)는 도 2에서 도면 부호(12')를 갖는 연료 전지로서 도시된다.] 도 2의 실시예(200)에서는, 도 1의 실시예의 연료 제어 열 교환기(57)가 제거된다. 대신, 수제어 열 교환기(202)가 루프 도관(80')과 열 교환 관계로 고정되고 이온 교환층(88')으로부터의 상류의 루프 도관(80')에 고정된다. 열 교환기(202)는 루프 도관(80') 내의 물 스트림을 가열 또는 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 수제어 열 교환기(202)는 물 스트림으로 열 에너지를 전달하도록 구성 및/또는 작동될 수 있어서, 수제어 루프(78')를 통과하는 물의 최적 온도를 유지시키고 이에 따라 분리기 스크러버(58')를 통과하여 이로부터 유출되는 반응물 연료 스트림의 이슬점 및 소정 온도를 생성할 수 있게 한다. 수제어 루프(78')는 또한, 수제어 루프(78')로부터의 물 스트림을 물 방출구(66')를 통해 분리기 스크러버(58')로 다시 복귀시키기 위해, 이온층(88')의 출구(92')와 분리기 스크러버(58')의 물 입구(94') 사이에 유체 소통 상태로 고정된 루프 도관 복귀 라인(90')을 포함한다.
도 2의 실시예(200)는 도 1의 실시예(10)의 유동층(62')을 포함한다. 그러나, 도 2의 실시예는 수소 입구 라인(26')의 제1 부분(56') 내의 개질 연료 스트림이 냉각을 필요로 할 수 있거나 또는 필요로 하지 않을 수 있다는 것을 예견한다. 예를 들어, 분리기 스크러버(58) 및/또는 장치 내의 물의 증발과 같은 다른 방법에 의해 냉각이 성취될 수 있다. 또한, 유동층(62') 접촉 재료는, 매우 고온의 개질 연료 반응물 스트림에 적용될 때 유동화될 수 있는 고온 경량의 재료일 수 있어서, 분리기 스크러버(58')의 상류에 열 제거 방법 및/또는 장치가 필요 없게 된다.
우선, 입구 라인(26, 26') 내부의 연료 반응물 스트림으로부터 분리기 스크러버(58, 58') 내의 암모니아 또는 다른 오염물을 분리함으로써, 도 1의 제1 실시예(10) 및 도 2의 다른 실시예(200) 모두는 공지 기술에 비하여 상당한 효율을 달성하게 된다. 상기에서 인용된 바와 같이, 이온 교환층(88, 88') 내부의 오염물을 제거하기 위해 이온 교환층(88, 88')과 함께 이온 교환 재료를 대체하거나 또는 이를 서비스하는 보수 간격이 상당한 시간 동안 연장될 수 있어서, 보수 비용이 최소화될 수 있다. 특히, 연료원의 암모니아 오염 수준이 공지되어 있는 경우, 이온 교환층(88, 88')은, 이온 교환층(88, 88')이 오직 예비결정된 간격으로, 예컨대 1년에 1회 서비스될 수 있게 되는 오염물 제거 용량을 갖도록 선택될 수 있다.
추가로, 본 발명의 오염물 제거 공정은 필수적으로, 우선 스크러버(58, 58') 내부의 연료 반응물 스트림으로부터 오염물을 제거 분리한 후에, 이온 교환층(88, 88') 내부에서의 오염물을 단리 및 농축하는 단계를 포함하는 2단계 공정이기 때문에, 유동층(62, 62')을 통한 연료 유동의 방해가 단지 상당히 적은 압력 강하만을 제공한다. 이러한 적은 압력 강하로 인하여, 연료 전지(12, 12')를 통한 연료 공급기(52, 52')로부터의 연료 전달을 위한 비용 및 복잡성이 최소화된다.
도 1의 실시예(10)에 대해서, 본 발명의 오염물 분리기(58) 및 수제어 루프(78)는 또한 연료 전지(12)에 대한 연료 반응물 스트림의 오염물 제거 방법을 포함한다. 본 방법은, 연료 반응물 스트림으로부터의 오염물을 물 내로 분리시키기 위해, 분리기 스크러버(58) 내부의 유동층(62) 내의 암모니아 용해 매체(61)의 표면에 이웃하여 연료 반응물 스트림을 유동시키고 동시에 유동층(62) 내의 암모니아 용해 매체(61)의 표면에 걸쳐 물을 유동시키는 단계와, 그 후에 축적기(68) 내부의 유동층(62) 내의 암모니아 용해 매체(61)에 걸쳐 유동하는 오염된 물을 축적하는 단계와, 유동층(62)의 표면적에 걸친 유동을 위해, 오염된 물을 스크러버의 물 출구(82)로부터 수제어 루프(78)를 통하여 스크러버(58) 내의 물 방출구(66)로 순환시키는 단계와, 수제어 루프(78)를 통해 오염된 물을 순환시키는 동안 수제어 루프와 유체 소통 상태로 고정된 이온 교환층(88) 내에서 오염된 물로부터 오염물을 제거하는 단계와, 분리기 스크러버(58)를 통과하는 연료 반응물 스트림의 최적 온도를 생성하기 위해 분리기 스크러버(58)와 유체 소통 상태로 고정된 연료 반응물 스트림 입구 라인(26)의 제1 부분(56)을 통해 유동하는 연료 반응물 스트림의 온도를 제어하는 단계를 포함한다. 추가 및 선택적인 단계로서, 이온 교환층(88) 내부의 분리된 오염된 물 스트림으로부터 오염물을 제거하는 단계 이전에, 분리된 오염된 물 스트림에 암모니아 용해성 증가제를 첨가하는 단계가 포함될 수 있다. 암모니아 용해성을 높이며 기재된 유동층 오염물 분리기 및 수제어 루프(78)와 함께 사용될 수 있는 임의의 제제, 예컨대 적정한 농도의 인산 또는 탄산이 적합할 수 있다. 개질 연료 스트림 내의 이산화탄소는 분리기 스크러버(58)를 통과하는 물에 용해됨으로써, 물 내에 암모니아 용해성을 향상시키는 탄산을 형성한다. 암모니아 양이온을 선택적으로 제거하는데 양이온전용 교환 수지(cation-only exchange resin)를 이용함으로써, 용해된 이산화탄소 및 탄산 음이온이 물 내에 남아있게 되고 분리기 스크러버(58)의 암모니아 제거 성능이 향상되게 된다.
다른 실시예에서는, 본 발명의 오염물 분리기 스크러버(58) 및 수제어 루프(78)가, 수소 함유 연료를 연료 반응물 스트림으로 개질하는 개질기 수단(50) 외부로 유동하는 연료로부터 오염물을 제거하기 위해 사용될 수 있으며, 이때 연료 반응물 입구 라인(26)은 엔진, 노(furnace) 등과 같은 다른 수소 소모 장치(미도시)로 연료를 안내한다. 이러한 실시예에서, 개시된 것(10)은 연료 개질기 수단(50), 암모니아 용해 매체(61), 수제어 루프(78), 및 이들과 관련되고 상기에 기재된 구성요소들을 포함하며, 연료 반응물 입구 라인(26)은 연료를 오염물 분리기(58) 외부로 그리고 다른 연료 소모 장치(미도시) 내부로 안내하도록 구성된다.
연료 전지(12)의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치(10)는 실질적으로 연료 반응물 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공지된 장치 및 방법에 비하여 효율을 증가시키는 것을 알 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 우선 오염물을 반응물 스트림으로부터 분리된 오염된 물 스트림으로 분리한 후에, 오염물을 이온 교환층(88) 내로 단리 및 농축함으로써, 본 발명은 연료 전지 반응물 스트림의 오염물 제거에 있어서의 복잡성을 현저히 최소화한다. 빈번하게 서비스되어야 하는 하나의 복잡한 대형 장치를 통하여 반응물 스트림의 오염물을 제거하는 대신에, 본 발명은 스크러버를 통하여 반응물 연료를 비교적 자유롭게 유동시킨 후에 오염물이 농축 및 단리되도록 한다. 이온 교환층(88) 내에서 오염물이 제거되어야 하는 물 스트림을 수제어 루프(78)를 통하여 순환시킨 후에 유동층(62)에 걸쳐 반복적으로 통과시킴으로써, 본 발명은, 층(88)으로부터의 예비결정된 간격으로의 주기적인 제거 동안 이온 교환층(88) 내부의 단리된 오염물을 효율적으로 농축하여 전체 비용 및 보수 요건을 최소화할 수 있다.
본 발명은, 기재되고 예시된 유동층 오염물 제거 장치(10 및 200)에 대하여 개시되었지만, 본 개시는 이들 대안 및 기재된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 인산을 갖는 전해질(18)은 암모니아 오염에 의한 악영향을 받으므로 본 개시로부터 이득이 되는 연료 전지(12)와 유사한 형태인 것으로 알려져 있으나, 본 발명은 또한 다른 공지된 전해질을 갖는 연료 전지 및 다른 에너지 소모 장치에 실질적으로 유리하고 적합할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주를 결정하는데 상기 상세한 설명보다는 주로 하기 특허청구의 범위를 참고해야 한다.

Claims (20)

  1. 연료 전지(12)의 연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치(10)이며,
    a. 연료 전지(12)의 연료 반응물 입구 라인(26)과 유체 소통 상태로 고정되는 분리기 스크러버(58)로서, 연료 반응물 스트림으로부터 분리기 스크러버(58) 내부의 분리된 오염물 스트림 내로 암모니아를 용해시키고 미립자를 제거하기 위해, 분리기 스크러버(58)의 스크러버 용기(64) 내부의 유동층(62) 내에 배치되는 암모니아 용해 매체(61)와, 암모니아 용해 매체(61)에 이웃하여 고정되고, 암모니아 용해 매체(61)를 통해 유동하게 물을 방출하도록 구성되는 물 방출구(66)와, 암모니아 용해 매체(61)에 이웃하여 고정되고, 암모니아 용해 매체(61)를 통해 유동하게 연료 반응물 스트림을 방출하도록 구성되는 연료 반응물 방출구(60)와, 암모니아 용해 매체(61)와 유체 소통 상태로 고정되고, 분리된 오염물 및 물 스트림을 수용 및 축적하도록 구성되는 축적기(68)와, 스크러버 용기(64) 내부에 고정되고, 암모니아 용해 매체(61) 및 분리기 스크러버(58)로부터의 연료 반응물의 유동을 연료 반응물 입구 라인(26)으로 다시 안내하도록 구성되는 스크러버 연료 출구(98)를 포함하는, 분리기 스크러버(58)와,
    b. 연료 반응물 스트림에 열 에너지를 추가하거나 또는 연료 반응물 스트림으로부터 열 에너지를 제거하기 위해 분리기 스크러버(58)의 상류에서, 연료 반응물 스트림과 열 교환 관계로 고정되는 연료 제어 열 교환기(57)와,
    c. 분리기 스크러버(58)와 유체 소통 상태로 고정되는 수제어 루프(78)로서, 분리된 오염물 및 물 스트림을 물 출구(82)로부터 축적기(68) 외부로 안내하도록 구성되는 루프 도관(80)과, 분리된 오염물 및 물 스트림을 루프 도관(80)을 통해 펌핑하기 위해 루프 도관(80)과 유체 소통 상태로 고정되는 수제어 루프 펌프(84)와, 루프 도관(80)과 유체 소통 상태로 고정되는 이온 교환층(88)으로서, 이온 교환층(88)을 통해 분리된 오염물 및 물 스트림의 유동을 안내하고, 이온 교환층(88) 내부의 스트림 중의 물로부터 분리된 오염물을 제거하는 이온 교환층(88)과, 수제어 루프(78)로부터의 오염물 제거된 물이 분리기 스크러버(58)로 다시 복귀하도록, 이온 교환층의 출구(92)와 분리기 스크러버(58)의 물 입구(94) 사이에서 유체 소통 상태로 고정되는 루프 도관 복귀 라인(90)을 포함하는, 수제어 루프(78)를 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    이온 교환층(88)은 양이온전용 교환 수지를 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    연료 제어 열 교환기(57)를 통해 수계 냉각제의 유동을 안내하기 위한 연료 제어 열 교환기 루프(105)를 더 포함하며, 상기 연료 제어 열 교환기 루프(105)는
    a. 냉각제 루프(32)와 연료 제어 열 교환기(57) 사이에 유체 소통 상태로 고정되는 연료 제어 열 교환기 공급 라인(106)으로서, 냉각제 루프(32)는 냉각제 공급기(36)에 의해 공급되는 수계 냉각제를, 연료 전지(12)에 이웃하여 고정된 냉각제 판(30)으로부터 냉각제 루프 도관(34)을 통해, 냉각제로부터 열을 제거하기 위한 냉각제 열 교환기(44)를 통해 냉각제 판(30)으로 다시 펌핑하기 위한 냉각제 루프 펌프(42)를 포함하고, 연료 제어 열 교환기 공급 라인(106)은 냉각제 판(30)으로부터의 상류의 냉각제 루프 도관(34)에 고정되는, 연료 제어 열 교환기 공급 라인(106)과,
    b. 냉각제 판(30)과 냉각제 열 교환기(44) 사이에, 냉각제 판(30)으로부터의 하류의 냉각제 루프(32)와 연료 제어 열 교환기(57) 사이에서 유체 소통 상태로 고정된 연료 제어 열 교환기 복귀 라인(108)을 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    수제어 루프(78) 외부로 잉여 물을 선택적으로 안내하도록 구성되는, 수제어 루프(78)와 유체 소통 상태로 고정된 물 방출 밸브(93)를 더 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    암모니아 용해 매체(61)는 유동층(62) 내부에서 분산된 유동화될 수 있는 고 표면적 매체를 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    연료 반응물 스트림으로부터의 정보를 감지하고, 축적기(68)로부터의 수위 정보를 감지하고, 감지된 정보에 응답하여 수제어 루프(78)와 유체 소통 상태로 고정되는 물 방출 밸브(93) 및 하나 이상의 유체 제어 열 교환기(57)를 제어하기 위해, 연료 입구 라인(26, 56) 내의 연료 반응물 스트림과 소통 상태로 고정되는 제어기 수단(96)을 더 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)를 더 포함하고, 상기 스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)는
    a. 냉각재 루프(32)와 유체 소통 상태로 고정되는 기체 재가열기 루프 도관(112)으로서, 냉각제 루프는 냉각제를, 연료 전지(12)에 이웃하여 고정된 냉각제 판(30)으로부터 냉각제 루프 도관(34)을 통해, 냉각제로부터 열을 제거하기 위한 냉각제 열 교환기(44)를 통해 냉각제 판(30)으로 다시 펌핑하기 위한 냉각제 루프 펌프(42)를 포함하고, 기체 재가열기 루프 도관(110)은 냉각제 열 교환기(44)로부터 상류의 냉각제 루프(32)로부터의 냉각제의 유동을 냉각제 루프(32)로 다시 안내하도록 구성되는, 기체 재가열기 루프 도관(112)과,
    b. 기체 재가열기 루프 도관(112)과 유체 소통 상태로 고정되고, 연료를 가열하기 위해 분리기 스크러버(58)와 연료 전지(12) 사이의 연료 반응물 입구 라인(26) 내부를 통과하는 연료와 열 교환 관계에 있는 냉각제의 유동을 안내하도록 구성되는 스크러버 출구 기체 열 교환기(116)를 포함하는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    스크러버 출구 기체 재가열기 루프(110)는 스크러버 출구 기체 열 교환기(116)로부터 하류의 기체 재가열기 루프 도관(112)과 유체 소통 상태로 고정된 시프트 변환기 열 교환기(118)를 더 포함하고, 상기 시프트 변환기 열 교환기(118)는, 저온 시프트 변환기(55)로부터 열을 제거하기 위해, 연료 반응물 입구 라인(26)과 유체 소통 상태로 고정된 저온 시프트 변환기(55)와 열 교환 관계에 있는 기체 재가열기 루프 도관(112) 내의 냉각제가 통과하도록 구성되는
    연료 반응물 스트림용 유동층 오염물 제거 장치.
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  17. 연료 전지(12)용 연료 반응물 스트림의 오염물 제거 방법이며,
    a. 연료 반응물 스트림으로부터의 오염물을 분리된 오염물 및 물 스트림으로 분리시키기 위해, 분리기 스크러버(58) 내의 연료 반응물 스트림으로부터 암모니아를 용해시키고 미립자를 제거하도록, 유동층(62) 내의 유동 암모니아 용해 매체(61)를 통하여 연료 반응물 스트림을 유동시키고 동시에 유동층(62) 내의 유동 암모니아 용해 매체(61)를 통해 물을 유동시키는 단계와,
    b. 유동층으로부터의 분리된 오염물 및 물 스트림을 축적기(68) 내에 축적하는 단계와,
    c. 분리된 오염물 및 물 스트림을 축적기(68)로부터 수제어 루프(78)를 통해 순환시키는 단계와,
    d. 수제어 루프(78)와 유체 소통 상태로 고정된 이온 교환층(88)을 통해 스트림을 유동시킴으로써 분리된 오염물 및 물 스트림에서 오염물을 제거하는 단계와,
    e. 그 후에, 이온 교환층(88)으로부터의 오염물 제거된 물 스트림을 다시 암모니아 용해 매체(61)를 통해 순환시키는 단계와,
    f. 분리기 스크러버(58)를 통과하는 연료 반응물 스트림의 예비결정된 온도를 생성하기 위해 분리기 스크러버(58)의 상류의 연료 반응물 스트림의 온도를 제어하는 단계를 포함하는
    오염물 제거 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    분리기 스크러버(58) 내의 암모니아 용해 매체(61)에 암모니아 용해성 증가제를 첨가하는 단계를 더 포함하는
    오염물 제거 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    예비결정된 시간 간격으로 이온 교환층(88)의 교환 재료를 대체하는 단계를 더 포함하는
    오염물 제거 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    이온 교환층(88) 내의 이온 교환 재료의 체적이 미리결정된 시간 간격으로 대체될 수 있도록 이온 교환층(88)의 이온 교환 재료의 체적을 선택하는 단계를 더 포함하는
    오염물 제거 방법.
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