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액상의 탄화수소계 연료를 개질하여 수소-리치(rich)한 개질 가스를 생성하는 개질기; 개질기 외벽에 부착되어 개질기를 승온시키는 가열기; 개질가스 및 공기를 연료로 전기를 생성하는 고체산화물 연료전지 스택; 상기 고체산화물 연료전지 스택에서 배출된 연료극의 배출가스 또는 상기 개질기에서 배출된 개질가스와 공기극의 배출가스를 연소하여 연소가스를 생성하는 촉매연소기; 및 상기 연소가스와 상기 고체산화물연료전지 스택에 공급되는 개질가스 및 공기의 열교환이 수행되는 복합 열교환기;를 포함하여 구성된 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법이며,
a) 상기 개질기에 공기 및 액상의 탄화수소계 연료를 공급하고 무점화 자연발화시켜 개질기를 작동온도까지 승온하는 단계;
b) 상기 개질기에 상기 연료, 공기 및 물을 공급하여 개질 가스를 생성하는 단계;
c) 상기 고체산화물 연료전지스택의 공기극에 공기를 공급하는 단계;
d) 상기 촉매연소기로 상기 개질기에서 배출된 개질 가스 및 상기 고체산화물 연료전지스택에서 배출된 배출가스를 공급하고, 상기 촉매연소기에서 상기 개질 가스 및 상기 배출가스를 무점화 자연발화시켜 연소가스를 생성하는 단계;
e) 상기 복합 열교환기에서 상기 연소가스를 공급받아 상기 연소가스와 열교환되어 승온된 공기를 상기 고체산화물 연료전지스택의 공기극으로 공급하여 상기 고체산화물 연료전지스택을 운전온도까지 승온하는 단계; 및
f) 상기 개질 가스의 상기 촉매연소기로의 공급을 중단하고, 상기 개질기에서 배출된 개질 가스를 상기 복합 열교환기로 공급하여 상기 고체산화물 연료전지스택의 연료극과 공기극 각각에 상기 복합 열교환기에서 열교환된 개질 가스 및 공기를 공급하는 단계;
g) 상기 고체산화물 연료전지 스택의 연료극과 공기극에서 배출된 배출가스를 상기 촉매연소기로 공급하는 단계;
를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 1항에 있어서,
상기 a) 단계는
a1) 상기 가열기를 이용하여 개질기를 발화온도까지 승온하는 단계; 및
a2) 상기 개질기에 완전 산화 반응 조건으로 상기 연료 및 공기를 공급하여 연료-공기의 무점화 자연발화에 의해 개질기를 작동온도까지 승온하는 단계;
를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 2항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지 시스템은 개질 가스의 황 성분을 제거하여 황성분이 제거된 개질 가스를 생성하는 탈황기가 더 구비되어,
상기 b) 단계 이후, 상기 개질 가스에 의해 탈황기를 작동 온도까지 승온하는 단계; 및 상기 탈황기에 의해 상기 개질 가스가 탈황 되는 단계;가 더 수행되며, 상기 탈황기에서 배출되는 개질가스가 상기 d) 단계의 촉매 연소기로 공급되며, 상기 탈황기에서 배출된 개질가스가 상기 f) 단계의 복합 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 하는 황 성분이 제거된 개질가스가 고체산화물연료전지 스택의 연료극으로 공급되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 2항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지 시스템은 상기 개질기 후단에 구비되어 개질가스의 유량을 조절하는 제 1 벤트 밸브 (vent valve); 및 상기 제 1 벤트 밸브 (vent valve) 후단에 구비되어 개질가스의 공급 방향을 조절하는 쓰리 웨이 밸브 (three way valve)를 더 포함하며,
상기 쓰리 웨이 밸브에 의해 상기 개질기에서 배출되는 개질가스가 상기 촉매연소기 또는 상기 복합 열교환기로 선택적으로 공급되며, 상기 제 1벤트 벨브(vent valve)에 의해 상기 d) 단계의 촉매 연소기 또는 상기 f) 단계의 복합 열교환기로 공급되는 개질 가스의 유량이 제어되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 4항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지 시스템은 고체산화물 연료전지스택의 연료극 가스 배출구 후단에 구비된 제 2 벤트 벨브(vent valve)를 더 포함하며,
상기 제 2 벤트 벨브(vent valve)에 의해 상기 g) 단계의 고체산화물 연료전지 스택(40)에서 촉매연소기로 공급되는 연료극측 배출 가스의 공급 유량이 제어되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 4항에 있어서,
상기 제 1 벤트벨브에 의해 상기 d) 단계의 상기 촉매연소기에서 연소되는 개질가스의 양이 제어되어 상기 e) 단계의 고체산화물 연료전지 스택의 승온 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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제 5항에 있어서,
g) 단계 이후,
상기 고체산화물 연료전지 스택의 온도, 촉매연소기에서 배출되는 연소가스의 온도, 개질기의 온도는 각각 상기 제 1 벤트 벨브, 상기 제 2 벤트 벨브, 상기 개질기에 공급되는 연료의 유량 및 상기 고체산화물 연료전지 스택의 공기극에 공급되는 공기의 유량에 의해 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템의 운전방법
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