JP2003524864A - 燃料電池装置コントローラ - Google Patents

燃料電池装置コントローラ

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JP2003524864A JP2001512659A JP2001512659A JP2003524864A JP 2003524864 A JP2003524864 A JP 2003524864A JP 2001512659 A JP2001512659 A JP 2001512659A JP 2001512659 A JP2001512659 A JP 2001512659A JP 2003524864 A JP2003524864 A JP 2003524864A
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ヘロン，トーマス・ジー
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アイダテック・エルエルシー
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Abstract

(57)【要約】 燃料電池装置（１０）によって製造される電力を調節するための制御装置（３０）を含んでいる燃料電池装置（１０）。燃料電池装置（１０）は、供給材料（１０２）から電力を製造するようになされた燃料電池スタック（１４）を含んでいる。いくつかの実施形態においては、燃料電池装置（１０）は、一以上の供給原料から燃料電池スタック（１４）のための供給材料を製造するようになされた燃料処理アセンブリ（１６）を含んでいる。制御装置（３０）は、装置（１０）に対する損傷及び／又は故障を防止するために、燃料電池装置（１０）によって製造される電力を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、概して燃料電池装置に関し、より特別には、燃料電池装置のための
コントローラ及び同コントローラを組み込んだ燃料電池装置に関する。
【０００２】 発明の概要 燃料電池は、電子−化学反応によって水素ガスを電力に変換する装置である。
燃料電池スタックは、相互に結合されて一つのユニットにされたいくつかの燃料
電池である。燃料電池スタック内の電池のうちの一つが損傷したときに、典型的
には、スタック全体を損傷させ、スタック全体の性能に影響を与える。
【０００３】 燃料電池又は燃料電池スタックは、スチームリフォーマーのような燃料処理装
置をも含む燃料電池装置内に組み込んでも良い。この装置はまた、生産された電
力を貯蔵するバッテリーバンク及び酸素を燃料電池に供給する空気供給源をも含
んでいてもよい。このような装置においては、損傷を防止するために、燃料電池
からの電力の供給を制御する必要がある。損傷を防止し且つ適用された負荷に応
答する動作を理想化するために、装置の動作を調節するための制御装置の必要性
もある。
【０００４】 本発明は、これらの必要性の両方に一緒に又は別個に応えるために使用するこ
とができる制御装置を提供する。 本発明の多くの特徴は、以下の詳細な説明及び本発明の原理を組み込んでいる
好ましい実施形態が図示の例としてのみ開示されている添付図面を参考にすると
、当業者に明らかになるであろう。
【０００５】 本発明の詳細な説明及び最良モード 燃料電池装置が、図１に示されており且つ全体が符号１０によって示されてい
る。装置１０は、燃料電池スタック１４と燃料処理アセンブリ１６とを含んでい
る。燃料電池スタック１４は供給材料から電力を生産するようになされており、
燃料処理アセンブリ１６は一以上の供給材料から燃料電池スタックのための対応
する供給原料の流れ１８を生成するようになされている。適切な供給原料の流れ
は、例えば、燃料電池スタック１４の形状及び構造に依存して他の材料を同様に
使用することができるけれども、水素ガスを含むか又は少なくとも実質的に水素
ガスによって作られた流れである。ここで使用されているように、燃料処理アセ
ンブリ及び燃料電池スタックは、総体的に燃料処理装置と称され且つ図１におい
て全体が符号１１によって示されている。装置１１は、更に、組み合わされたポ
ンプ、流体運搬ライン、供給材料貯蔵装置及び／又は供給装置並びに関係する装
置を含んでいる。
【０００６】 燃料電池スタック１４は、典型的には作動可能に相互に結合された複数の燃料
電池を含む燃料電池スタック１４の形態の一以上の燃料電池１５を含んでいる。
ここでは燃料電池スタックと称されているけれども、燃料電池スタック１４が、
単一の燃料電池、複数の別個に作動する燃料電池又は複数の別個に作動するか若
しくは連結された燃料電池スタックを含んでいても良い。適切な燃料電池の例は
、プロトン交換膜型（ＰＥＭ）燃料電池及びアルカリ燃料電池を含んでいる。
【０００７】 装置１０は、一以上の燃料処理装置１７を含んでいる燃料処理アセンブリ１６
を含んでいる。適切な燃料処理装置の例は、アルコール又は炭化水素を含む供給
材料を典型的に含んでいる熱化学反応によって水素ガスを生成するスチームリフ
ォーマーである。適切なスチームリフォーマーの例が、米国特許第５，８６１，
１３７号及び米国特許出願第０８／９５１，０９１号に開示されており、これら
の開示は、それらの参照番号を記すことによって本明細書に組み込まれている。
適切な燃料処理アセンブリ１６のブロック図が図８に示されている。図示されて
いるように、燃料処理アセンブリ１６は、一以上の供給材料の流れ１０２を燃料
処理装置１７に供給するようになされた供給装置アセンブリ１００を含んでいる
。燃料処理装置１７は、供給材料の流れを受け取り且つ製品である水素の流れ１
８を生成する。水素製品の流れ１８に加えて、燃料処理装置１７はまた、一以上
の副産物の流れ１０４を生成することもできる。これらの副産物は、燃料、熱交
換又は供給材料のために利用することができる。別の方法として、これらの流れ
は、他の用途において使用するために採集しても良い。
【０００８】 燃料処理装置１７は、水素を含有する流れ又は混合されたガスの流れ１０８が
供給材料の流れから生成される水素生成領域１０６を含んでいる。水素を含有す
る流れは、典型的には不純物を含んでおり、従って、流れが精製される分離領域
又は精製領域１１０に供給される。分離領域１１０においては、水素を含有して
いる流れは、水素製品の流れ１８と副産物の流れ１０４とに分離される。分離領
域１１０は、パラジウム及びパラジウム合金によって作られた膜のような一以上
の水素透過性の金属膜を含んでいる膜モジュール１１２を含んでいる。
【０００９】 複数の水素選択性金属膜によって作られた膜モジュール１１２の例が、１９９
９年４月１３日に出願され、“燃料処理装置”の名称の米国特許出願第０９／２
９１，４４７号に開示されており、同出願の全開示が参照番号を記載されること
によって、本明細書に組み入れられている。この出願においては、複数の概して
平らな膜が一緒に組み立てられて、その中を不純なガスの流れが膜に供給される
流れの溝（１４’）を有する膜モジュールとされ、精製されたガスの流れが膜か
ら採集され、副産物の流れが膜から取り出される。
【００１０】 燃料処理アセンブリ１６が水素ガスの流れを生成するための装置のあらゆる適
切な装置又は装置のアセンブリを含むことができることは、本発明の範囲内に含
まれる。水素ガスの流れ１８を生成するために使用され得る他の適切な機構の例
としては、オートサーマルリフォーミング、炭化水素又はアルコール蒸気の部分
的酸化によるもの、部分的酸化と炭化水素又はアルコール蒸気のスチームリフォ
ーミングとの組み合わせによるもの、炭化水素又はアルコール蒸気の熱分解によ
るもの、及び水の電気分解によるものがある。燃料処理装置１２のための供給材
料は、使用されている燃料処理装置の特定の形態に依存して変化するであろうこ
とは理解されるべきである。例えば、燃料処理装置がスチームリフォーミングに
よって水素を生成する場合には、供給材料は、典型的には水及びアルコール又は
炭化水素を含むであろう。オートサーマルリフォーミングはまた、供給材料の一
部分として水の成分又は流れを含むが、熱分解及び部分的な酸化は含まないであ
ろう。
【００１１】 図１においては、装置１０は、空気を燃料処理アセンブリ及び燃料電池スタッ
クに供給するために、ブロワー又はコンプレッサのような空気供給源１９を含む
ものとして示されている。空気供給源１９は、一以上の別個のユニットであるか
又は燃料電池スタック及び／又は燃料処理アセンブリ内に組み込まれても良い。
本発明の燃料電池装置のいくつかの実施形態は、空気供給源１９を含んでいなく
ても良いことは理解されるべきである。例えば、燃料処理アセンブリ１６は、同
アセンブリに供給される空気の流れを有していなくてもよい。同様に、燃料電池
スタック１４は、同スタックに供給される空気の流れと反対の酸素ガスの流れを
有しても良い。
【００１２】 燃料処理アセンブリ１６及び空気供給源１９からの酸素によって生成される水
素は、燃料電池スタック１４に供給され、同燃料電池スタックは、水素から電力
と水とを生成する。燃料電池スタック１４によって生成された電力は、電気的負
荷に応えるように使用されるか、バッテリーバンク２０内に貯蔵される。燃料電
池スタックから電力を取り出すことができる装置の例としては、以下に記載する
設備２２だけでなく、それ自体の電力を供給される構成部品のための電力を取り
出す燃料電池装置自体もある。ここで使用されているように、燃料電池装置から
電力を取り出す装置はまた、装置に負荷を適用する装置として引用されても良い
。
【００１３】 装置１０は更に、燃料電池スタック１４によって生産される電力を貯蔵するバ
ッテリーバンク２０を含んでいる。バンク２０は、電力を貯蔵するようになされ
た一以上のバッテリー又はその他の適当な装置を含んでいる。バッテリーバンク
２０は、燃料電池スタック１４によって提供される電力を増すために使用されて
もよいし、又は、これと択一的に、燃料処理アセンブリ１６及び燃料電池スタッ
ク１４が電力を生産するために使用されていないときに、電力需要に応えるため
に使用されても良い。バッテリーバンク２０は、最大の充電すなわち貯蔵される
電力の最大値を有しており且ついかなる特定の時においても、貯蔵される電力ゼ
ロと貯蔵される電力の最大値との間に亘る充電の電流レベルを有している。
【００１４】 典型的には、燃料電池スタック１４とバッテリーバンク２０とは互いに連絡し
、それによって、住宅向きで商業的な又は工業的な構造及び装置のような一以上
の電力消費設備２２の電気的負荷に応じる。このような設備の例としては、家屋
及びその他の住宅、商業的で小さいビル、自動車、バス、レクレーション用で商
業的な車両、ボート、マイクロ波塔、電気信号及び発信装置、移動電話のような
情報伝達のためのリレーステーション並びに発信器又はその他のあらゆる電気エ
ネルギによって電力を供給され得る装置がある。
【００１５】 通常の作動状態においては、装置１０は、設備２０の電力要件に合致するであ
ろう。しかしながら、装置が設備単独によって又はここに記載する工場施設の残
りの構成要素のようなその他の電力消費装置と組み合わせて要求される負荷に応
じることができないときに問題が生じるかもしれない。これらの問題は、単位時
間当たりに燃料電池スタックから得られる電力の最大量は限界があるが、適用さ
れる電気的な負荷が装置の能力を超過するかもしれないために生じる。この問題
が生じるときは２つの典型的な結果が生じる。第一番目の結果は、燃料処理アセ
ンブリ及び／又は空気供給源が適用される電気的負荷に応える（要望される電力
を生産する）のに必要とされる水素及び酸素に対する燃料電池スタックの要望に
応えることができないことである。この状況は、ゼロまで減少する燃料電池スタ
ックによって生成される電力をもたらす本質的に反応物質が枯渇している燃料電
池スタックをもたらす。
【００１６】 他方の結果は、燃料処理アセンブリ及び空気供給源が、適用される負荷に応じ
た電力の定格出力を超えるように、燃料電池スタックに十分な水素及び酸素を供
給することができるときに起こる。この第二の結果は、おそらく、電池の電圧が
電流密度の関数としてプロットされている図２に示された分極曲線を参照するこ
とによって、より詳細に説明することができる。燃料電池スタック１４はいくつ
かの同じ電池によって作られているので、この曲線は全ての電池の性能を表して
いる。
【００１７】 電力の需要が増大すると、電流が増加し且つ個々の燃料電池の電圧は下がる。
例えば、個々の燃料電池の定格作動範囲に含まれる代表的な作動状態が符号２４
で示されている。電流が増加し続けると、電池の電圧は、符号２６で示されてい
るようなマイナスになり得る。このことが起こると、電池は、電力を消費しつつ
あり且つ個々の燃料電池に対する修繕できない損傷が秒に関して起きるであろう
。既に述べたように、個々のたった一つの燃料電池の損傷が燃料電池スタック全
体の故障を生じさせるかもしれない。
【００１８】 これらの結果のいずれもが望ましくない。エンドユーザーの観点に立つと、上
記の状態の両方とも単に電力が供給されないので、装置の故障である。しかしな
がら、第二の結果が第一の結果に比較してどれだけ費用がかかり且つ破壊的であ
るかは理解することができる。第一の結果においては、燃料電池スタックは、反
応物質を枯渇させるので安全にオフに切り換わる。第二の結果においては、スタ
ックは、設計された作動パラメータの外側で動作する。
【００１９】 これらの結果のいずれかが起こるのを避けるために、装置１０は更に、燃料電
池スタック１４を、そこから取り出される定格出力よりも大きくならないように
保護し、一方で、燃料電池の水素の需要に応じるように、燃料処理アセンブリ１
６からの水素の製造を調節する制御装置３０を更に含んでいる。従って、この制
御装置は、燃料電池装置の二回転制御を制御する。しかしながら、本発明の好ま
しい実施形態が制御装置３０内に両方のコントローラを組み入れているとしても
、続いて以下に説明する各タイプのコントローラが別個の用途を有し且つ他のタ
イプのコントローラから独立して利用してもよいことは、本発明の範囲に含まれ
る。
【００２０】 制御回路と称されても良い制御装置３０は、燃料電池スタック１４に対して損
傷を生じさせることなく、装置上に配置される電気的負荷の形態で電力の需要を
制御する。この装置は、燃料電池スタック内の電圧及び電流を監視することによ
って、これを行う。装置３０はまた、燃料処理装置内での水素の製造及び利用可
能な酸素の供給を監視し且つ制御することによって、電力の効率的な発生を確保
する。
【００２１】 図１に示されているように、制御装置３０は、燃料処理装置コントローラ３２
と、充電コントローラ３４と、を含んでいる。コントローラ３２及び３４は、ユ
ニットとして又は別個に提供されてもよいけれども、図示のために、ここでは別
個に記載されている。コントローラは、リンケージ３５を介して相互に連絡して
いる。もちろん、コントローラが単一のユニットとして提供されているときには
、このようなリンケージは必要ない。制御装置３０は、一以上のアナログ又はデ
ジタル回路又は処理装置を含んでいてもよく且つ相互に連絡した一以上の別個の
ユニットを含んでもよいことは理解されるべきである。制御装置３０はまた、セ
ンサー、スイッチ及びその他の電気的及び／又は機械的回路、センサー、フィー
ドバック機構等を含むか又はこれらと連絡していても良い。
【００２２】 図１に示されているように、燃料処理装置コントローラ３２は、各々、リンケ
ージ３６、３７及び３８を介して、燃料電池スタック１４、燃料処理アセンブリ
１６及び空気供給源１９と連絡している。リンケージ３６ないし３８は、コント
ローラと二つの方法で連絡することができて、それによって、コントローラは、
典型的には、測定された値に応答して、ユニット１４ないし１９の動作をも制御
しつつ、同ユニットの選択された値又は選択された変数を測定し又は監視するこ
とができるようにするのが好ましい。燃料処理アセンブリ１６のために監視され
てもよい値の例は、燃料処理アセンブリ１６を形成している燃料処理装置１７の
動作モード、供給材料の供給源、水素ガスが生成される速度及び燃料処理装置の
作動温度である。燃料処理アセンブリ１６のための典型的な動作モードは、始動
、遮断、空転、ノーマル（作動）及びオフである。燃料電池スタック１４のため
の監視される値としては、スタック及び／又は個々の電池１５内の電圧及び電流
のみならず、適用される負荷がある。空気供給源のための監視される値の例は、
空気が燃料処理アセンブリ及び燃料電池スタックに供給される速度である。空気
供給源１９が燃料処理アセンブリ及び／又は燃料電池スタックの一方又は両方に
組み込まれているとき、その動作及び測定は、典型的には、これが組み込まれる
ユニットのための対応するリンケージ内に組み込まれるであろう。
【００２３】 これらの値の全てが必ずしも必須ではないこと及び燃料電池装置の特定の要件
及び構造、装置の複雑さ及び制御の所望のレベル並びに特別なユーザーの嗜好に
依存して、同様に測定しても良いことは理解されるべきである。更に、リンケー
ジは、所望の監視及び制御をなすための適当なインターフェース及び／又はセン
サーを含んでいても良い。
【００２４】 充電コントローラ３４は、燃料電池スタック１４によって生産される電力の貯
蔵及び出力を調節する。図１に示されているように、充電コントローラ３４は、
生産された電力を貯蔵するためにバッテリーバンク２０に供給し、設備２２によ
って使用するために電力を供給し及び／又は燃料処理装置１１へ電力を供給する
ようになされている。
【００２５】 充電コントローラ３４は、燃料電池スタック１４から電力を受け取り且つ電力
を設備２２に供給するアウトプット３９を含んでいる。生産された電力は、必ず
ではないが、しばしば、設備によって受け取られる前に、一以上のｄｃからａｃ
へのインバータ４０に供給されるか又は工場設備の残りの電子部品を作動させる
ために、燃料処理装置１１に供給される。ここで使用されている工場設備の残り
の構成部品とは、概して、ポンプ、電力が供給されるセンサー及び燃料処理装置
１１と組み合わせられたその他の電気的装置を指している。
【００２６】 設備２２がｄｃ電力を受け取るようになされているときにはインバータ４０を
省略してもよいことは本発明の範囲に含まれる。このような設備の例としては、
バッテリ充電器、レクレーションボート及びマイクロ波リレーステーションがあ
る。インバータ４０はまた、充電コントローラ３４又は設備２２内に含まれてい
ても良い。図１には、上記したように２つのインバータが示されているけれども
、装置１０は、インバータ無し又は一つのインバータを含んでいても良く又は該
装置が電力を提供する特定の装置及び設備の要件に依存して多数のインバータを
含んでいても良い。
【００２７】 図１には、三段階パルス幅変調方法又はその他のあらゆる適当なバッテリーバ
ンク２０を充電するための方法を利用することができる充電ユニット４２を含ん
でいる充電コントローラ３４が示されている。コントローラ３４はまた、燃料処
理装置コントローラ３２と連絡している処理装置４４をも含んでいる。典型的に
は、この連絡は、コントローラから制御信号を受け取ること並びに同コントロー
ラへ監視信号及びフィードバック信号を戻すことを含んでいる。充電ユニット４
２は、制御装置３０からの制御信号に応答して燃料電池スタック１４から電力を
取り出す。典型的には、制御信号は、燃料処理アセンブリ１６内の水素生成速度
に応答してコントローラ３２によって送られる。従って、充電ユニット４２によ
って取り出される電力の量は、燃料電池スタック１４のための水素の利用可能な
供給に応答して制限されることを含む調節をされる。燃料電池スタック１４から
取り出される電力の量はまた、燃料電池スタック１４の定格出力が超過しないこ
とを確保するために、充電ユニット４２を介して、充電コントローラ３４によっ
て調節される。
【００２８】 充電コントローラ３４はまた、充電ユニット４２、バッテリーバンク２０及び
アウトプット３９を連結する電気的バス４６をも含んでいる。バッテリーバンク
２０は、燃料電池スタックの出力電力及びインバータ入力に応答する構造とされ
るべきである。充電コントローラ３４はまた、種々の回路ブレーカー又はその他
のスイッチ、安全機構、接触器、センサー及び処理装置４４と連絡しているフィ
ードバックループをも含んでいても良い。例えば、図１に示されているように、
コントローラ３４は、燃料電池スタック１４の最大定格出力よりも大きい所定の
量で定格されるのが好ましい入力ブレーカー５０を含んでいる。典型的には、ブ
レーカー５０は、燃料電池スタック１４の最大定格出力の約１０５％ないし約１
５０％に定格され、約１１０％ないし約１３５％の範囲が好ましく、１２５％の
値（燃料電池装置の出力に基づいた現在のＮａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｃｏｄｅ（ＮＥＣ）基準による）は、実験的な試験において効率が良いことが
わかっている。ローカル、ステイト又はその他のコード及び基準によって必要と
されるような他の定格を使用してもよい。ブレーカー５０はまた、処理装置４４
と連絡している接触器を含んでいても良い。
【００２９】 燃料電池スタック１４からスタックの最大定格出力より高いこの閾値を越える
電力のスパイクを受け取ると、ブレーカー５０が作動し、それによって、充電コ
ントローラ３４への電力の供給を停止させる。好ましくは、ブレーカー５０は、
同ブレーカーが作動せしめられたときを（直接に又は充電コントローラ３４を介
して）指示するために、燃料処理装置コントローラ３２と連絡している。このよ
うな信号を受け取ると、コントローラ３２は、次いで、この装置に対する損傷を
防止するために、燃料電池スタック１４及び／又は燃料処理アセンブリ１６の作
動を調節する。
【００３０】 一対の出力ブレーカー５２及び５４もまた図１に示されている。出力ブレーカ
ー５２及び５４は、インバータ４０の出力容量に対して定格を定められているの
が好ましい。図１には、複数の出力ブレーカーが示されているけれども、このよ
うなブレーカーを一以上使用してもよいことは本発明の範囲に含まれる。例えば
、ブレーカーの数は使用されているインバータの数に対応していても良い。出力
ブレーカー５２及び５４は、インバータがインバータの容量を超える電力を受け
取るのを防止する。ブレーカー５２及び５４はまた、接触器を含んでいても良い
。別の方法として、ブレーカー５２及び５４が代わりに接触器であっても良い。
【００３１】 充電コントローラ３４の構成要素は、コントローラ３２と連絡している処理装
置４４と連絡しているのが好ましい。これによって、制御装置が、ここに記載し
た個々の要素の動作を監視し且つ指示するのが可能になる。コントローラ３２と
の直接的な連絡もまた本発明の範囲に含まれる。全ての要素に対して二つの方法
の連絡が必要とされないこと、及びいくつかの要素は一つの方法による連絡（監
視又は制御）のみを有するか又は全く連絡を有しなくてもよいことは、理解され
るべきである。例えば、ブレーカーは、典型的には、制御装置３０と直接的な連
絡を有しないであろう。しかしながら、ブレーカーのうちのいくつか又は全てが
接触器と組み合わせられても良いことは本発明の範囲に含まれる。接触器は、制
御装置がブレーカーが作動せしめられ且つ燃料電池装置の作動を指示するときを
検知することができるように監視連絡のみを有しても良い。しかしながら、二方
法による連絡は、燃料電池装置の増大した制御を可能にすることが好ましい。例
えば、接触器との二方法による連絡は、制御装置が、緊急又は装置の要素が誤動
作するか若しくは制御装置と連絡しないときに必要とされるかもしれないブレー
カーの作動を惹起させるであろう。
【００３２】 以下に、バッテリーバンク２０が充電されず且つ燃料処理アセンブリ１６がオ
フされている状態から始まる燃料電池装置１０の動作を、より詳細に説明する。
燃料処理アセンブリ１６が始動モードを完了し且つ所望の作動温度に達した後に
、燃料処理アセンブリは、燃料電池スタック１４に供給される水素ガスの生成を
始める。スタック１４は、燃料処理アセンブリ１６から水素ガスの流れを受け取
り且つ空気供給源１９から（典型的には、空気の形態の）酸素の流れを受け取り
、電力を生成する。この電力は、充電コントローラ３４に供給される。電力は、
入力ブレーカー５０を通って充電ユニット４２へと通過し、次いで電気バス４６
へと通過する。
【００３３】 オームの法則及び／又はキルヒホッフの法則によって指示されるように、電力
は、バス４６からバッテリーバンク２０又はアウトプット３９へと流れる。従っ
て、設備２２からのような装置に適用されつつある電気的な負荷が存在する場合
に、生産される電力は、需要を満たすように出力されるであろう。電力生産が需
要を超えるか又は需要がない場合には、生産された電力は、バッテリーバンク２
０内に貯蔵される。バッテリーバンク２０が十分に充電されると、コントローラ
３２に信号が送られ、コントローラ３２は、次いで、燃料処理アセンブリ１６を
空回転運転か又は低出力作動モードへとシフトさせる。この動作モードにおいて
は、燃料処理装置は、本質的に最少量の水素のみを生成しつつ、その作動温度及
びその他の状態を維持する。水素のこの通常の流れは、燃料電池装置１０を作動
させるため及びバッテリーバンクをフル充電状態に維持するために使用される電
力に変換される。作動状態が維持されるので、燃料処理アセンブリ１６は、始動
時間を必要とすることなく且つ燃料処理装置が電源を切られる場合に必要とされ
る動作なしで、通常の水素生成作動モードまで迅速に立ち上がることができる。
従って、燃料処理装置は、装置の水素需要の変化に対して比較的迅速に応答する
ことができる。
【００３４】 バッテリーバンク２０がフル充電され、燃料処理アセンブリ１６の電源が切ら
れるか又は空回転運転モードにあるときには、装置に適用される如何なる電気的
負荷もバッテリーバンク２０によって満たされるであろう。バッテリーバンク２
０の状態、レベル又は充電は、充電コントローラ３４又は処理アセンブリコント
ローラ３２によって、制御装置３０によって監視される。充電が選択された最低
レベルまで低下したとき、コントローラ３２は、燃料処理アセンブリ１６をその
通常の水素生成作動モードを再開するように指示する。典型的には、これは、そ
の空回転モードから通常モードへとシフトすること又はそのオフモードからその
始動及び次いで通常の作動モードへとシフトすることを伴う。この最低レベルに
到達したときに燃料処理アセンブリ１６が既に通常の作動モードにある場合には
、制御装置３０は、適用される負荷が装置の容量を超える場合に起こるような燃
料電池スタックに対する損傷を防止するために、燃料電池スタック１４に取り出
される電力の量を制限する。例えば、コントローラ３２は、充電コントローラ３
４に、充電ユニットが電力をバス４６へ供給する速度を制限するように指示して
もよい。
【００３５】 制御装置３０が燃料処理アセンブリ１６にその作動モードになるように指示す
る充電の最低レベルは、燃料処理装置がその通常の作動モードに到達すのに必要
とされる時間、バッテリーバンク２０に残っている充電量、適用される負荷の大
きさ等のようなファクタの関数として選択されるべきである。従って、充電の最
低レベルは、燃料処理装置の特定の作動モードに依存して変化するかもしれない
。燃料処理装置は、同燃料処理装置の電源が切られているときよりも、空回転ウ
ォームアップ運転からのほうがより迅速に通常の作動モードに到達するので、燃
料処理装置の電源を切られているときには、より高い最低レベルが必要とされる
ことになる。基本的に、最低値は、バッテリーバンクの充電が使い果たされる（
又は、選択された充電の基準レベルに到達する）前に、燃料処理装置が通常の作
動モードに到達することを確保するように選択されるべきである。
【００３６】 好ましくは、最低充電値は、人間によるエラー又はその他のエラーのようなフ
ァクタの場合に安全率を提供するための緩衝、燃料処理装置内の通常の作動モー
ドへの到達の遅れ、適用される負荷の増大を含む。この緩衝は、理論的最低レベ
ルの約１０％から約１００％の範囲のような充電の理論的最低レベルのパーセン
テージとすることができ、約２５％ないし約７５％の範囲の値が好ましく、充電
の理論的最低レベルの約５０％の値が十分であることがわかる。例えば、２０％
の充電レベルが、燃料電池スタック１４が更なる電力を生産することができるま
で適用された負荷に応える電力を提供するのに必要とされる充電の理論的最低レ
ベルであると決定された場合には、３０％の値が、十分な緩衝を提供するために
制御装置３０によって使用され得る。
【００３７】 装置３０は、現状の動作状態に関係なく燃料処理アセンブリ１６が通常の作動
モードに到達するのに十分な時間を提供するために、選択された単一の最小充電
値を利用してもよい。このような値は、燃料処理アセンブリ１６が低温のスター
トからその通常モードに到達するのに必要な時間だけ適用された最大負荷に応え
るために必要とされるバッテリーバンク２０の充電レベルとして決定される。全
ての作動条件において十分であるように選択された単一の最低充電値においては
、ほとんどの作動条件において、バッテリーバンクは、使い果たされているもの
より十分大きい安全率を有するであろう。装置３０はまた、以下において詳細に
説明するように、設備２２のエネルギ使用パターンを反映する多数の異なる最小
充電値を利用してもよい。
【００３８】 制御装置３０がひとたび燃料処理アセンブリ１６にその通常作動モードへとシ
フトすることを命令すると、動作モードに達し、燃料処理アセンブリ１６は、水
素を生成し始めて、燃料電池スタック１４が付加的な電力を生産するのを可能に
する。新しく生産された電力は、既に述べた経路を通ってバス４６まで流れ、そ
こで、適用された負荷、再充電バッテリーバンク２０又はこれらの両方を満たす
ために使用することができる。基本的には、電力は、バス４６から最少の抵抗経
路をたどり、バッテリーバンクの現在の充電及び適用負荷に依存して、バッテリ
ーバンク及び充電コントローラのアウトプットに、全く電力が行かないか又は全
ての電力が行く。
【００３９】 燃料処理装置コントローラ３２の重要な特徴は、最大定格電力以上の電力が燃
料電池スタック１４によって生産されるのを防止し、それによって、既に述べた
装置の欠陥のうちの両方を防止することである。従って、適用された負荷が燃料
電池スタック１４の最大出力生産量よりも大きいときに、制御装置は、燃料電池
スタックが最大定格を超えるのを防止するために、電力の生産を制限する。燃料
処理装置コントローラ３２によって規定される最大生産量が燃料電池スタック１
４の最大生産定格以外のある値であってもよいことは理解されるべきである。例
えば、９５％、９５％又は最大値よりも小さいその他の値のような最大定格より
も小さい値に、生産を制限することが望ましいかもしれない。
【００４０】 制御装置３０はまた、水素及び酸素の必要とされる供給材料を燃料電池スタッ
クに提供するために、燃料処理アセンブリ１６及び空気供給源１９の能力に応じ
て燃料電池スタック１４が電力を生産する速度を制限してもよい、従って、燃料
電池スタックの理論的最大出力に応えるのに必要とされる供給原料の７５％だけ
が利用可能である場合に、次いで、燃料電池コントローラは、水素及び酸素の現
在の定格／有用性に対する電力の生産を制限することができる。
【００４１】 上記したように、制御装置３０は、燃料処理アセンブリ１６、空気供給源１９
又はその他の適当な供給源からのような最大定格出力又は水素若しくは酸素の有
用性を燃料電池スタックが超えないことを確保するために、電力の生産を制限す
る。言い換えれば、制御装置は、燃料電池スタックに適用される負荷の一部分を
制限する。しかしながら、これは、燃料電池装置１０が、燃料電池スタック１４
の最大定格出力を超える負荷に少なくとも一時的に安全に応えることができない
ことを意味していない。バッテリーバンク２０は電力を貯蔵しているので、それ
は、本質的に、上記したように、新しく生産された電力の代わりに又は生産され
た電力への補給として使用することができる電力貯蔵装置を形成する。従って、
適用される負荷が燃料電池スタック１４の能力を超えるとき、バッテリーバンク
はまた、この負荷に応える電力を供給することができる。
【００４２】 燃料電池スタック１４及びバッテリーバンク２０によって満たされる負荷の実
際的な分布は、適用される負荷の大きさ、バッテリーバンクに残っている充電量
、燃料処理装置の作動モード等のようなファクタに依存して変化するかもしれな
い。もちろん、適用される負荷が燃料電池スタック１４及びバッテリーバンク２
０による結合されたトータルの出力を超えることは可能である。このことが起こ
ると、制御装置３０は、燃料電池スタックから取り出されつつある電力が多くな
りすぎるのを防止し、それによって、装置のあらゆる構成要素に対する損傷を防
止する。
【００４３】 燃料処理アセンブリに対する制御装置３０と、燃料電池スタック及び設備その
他の電力消費装置との間の関係を記載するためのもう一つ別の方法は、以下の通
りである。
【００４４】 燃料処理アセンブリ１６は、流れ１８の最大生産定格と、流れ１８の現在利用
可能な生産定格とを有している。流れ１８の最大生産定格は、燃料処理アセンブ
リが全ての必要な供給原料の十分な供給を呈する速度又は安全な作動状態内で流
れ１８を生産することができる最大速度である。流れ１８の現在利用可能な生産
定格は、問題となっている特定の時間に燃料処理アセンブリが流れ１８を生産す
ることができる速度である。
【００４５】 燃料処理アセンブリは、典型的には、オフすなわち遮断状態、オンすなわち作
動状態を有しており且つ時々は空回転又はスタンバイ状態を有している。オフす
なわち遮断状態においては、燃料の処理は、いかなる供給原料も消費せず、いか
なる出力の流れも生成せず、室温状態にある。オンすなわち作動状態においては
、燃料処理アセンブリは、供給原料を消費しつつ且つその作動パラメータ（温度
、圧力等）の範囲内で出力の流れを生成しつつある。スタンバイ又は空回転状態
においては、燃料処理装置は、十分な供給原料を消費しつつあるのみであり、そ
れによって対応する流れ１８を生成して燃料処理装置をそのオンすなわち作動状
態のための作動パラメータに又はその近くに維持しつつある。
【００４６】 オン状態では、流れ１８の現在利用可能な生産定格は、流れ１８が実際に生成
されつつある速度であり、一方、オフ及び空回転状態では、現在利用可能な生産
定格は、各々、ゼロか又はゼロに近い。これらの三つの状態の全ての現在利用で
きる生産定格は、理論的には、最大生産定格まで増大させることができるが、こ
の最小又は最大の定格に到達するのに必要とされる時間は、これらの状態間では
異なるであろう。これら三つの状態の全てにおいて、流れ１８の最大生産定格は
同じである。
【００４７】 燃料電池スタックは、最大定格出力と現在利用可能な出力とを有している。最
大定格出力は、流れ１８のような安全な作動状態で十分な供給材料を呈するスタ
ックの最大出力である。現在利用可能な出力は、電流供給すなわち流れ１８に基
づいて燃料電池スタック１４が生産することができる電力である。従って、現在
利用可能な出力は、流れ１８が供給される速度に依存しており、従って、流れ１
８の流速を変えることによって制御してもよい。
【００４８】 最後に、この燃料電池装置はまた、最大定格装置出力と、現在利用できる装置
出力とをも有している。最大定格装置出力は、燃料電池スタックの最大定格出力
と、最大充電（最大の貯蔵された電力）又はバッテリーバンクとのトータルであ
る。現在利用可能な装置出力は、燃料電池スタックの現在利用可能な出力と、バ
ッテリーバンク２０の現在の充電レベル（現在の貯蔵された電力）との組み合わ
せである。
【００４９】 燃料電池スタック１４によって要望される生産速度が流れ１８の最大生産定格
を超える場合には、燃料処理アセンブリは、単に、燃料電池装置１４の供給量を
提供することができない。他方において、燃料電池スタックが流れ１８の現在利
用できる生産定格を超える場合には、燃料処理アセンブリは、現在利用可能な生
産定格が増加しないか又は供給条件が減少しない限り或いはそのときまで、燃料
電池装置１４の供給条件に応えることができない。
【００５０】 種々の貯蔵され及び／又は測定された値に応じて、制御装置３０は、装置の欠
陥又は損傷に対して、燃料電池装置１０によって生産される出力を調節する。こ
の調節は、生産される出力の量を制限することを含んでいても良い。これは、装
置の構成要素にその現在利用可能な定格を変えさせることを含んでいても良い。
例えば、制御装置３０は、より多くの水素ガスを生成し、それによって、燃料電
池スタック１４及び燃料電池装置１０の現在利用できる出力を増加させるように
燃料処理アセンブリ１６に指示してもよい。制御装置３０は、流れ１８が生成さ
れる速度を制限して、燃料電池スタックの現在利用可能な出力を下げ、それによ
って、燃料電池装置の現在利用できる出力を下げることもできる。制御装置はま
た、バッテリーバンク２０から取り出される電力を増すか又はバッテリーバンク
内の充電の現在のレベル（貯蔵された電力）を増すために、燃料電池スタックの
現在利用可能な出力を調節することもできる。制御装置３０の相互作用及び動作
を以下により詳細に説明する。
【００５１】 制御装置３０の別の実施形態が図３に示されている。図示されているように、
充電コントローラ３４は、図１に示されている充電ユニット４２及びｄｃバス４
６の代わりに、ステップアップコンバータ４３を含んでいる。引き続いて説明さ
れる図４ないし６に示された燃料電池装置の実施形態は、図３のステップアップ
コンバータ又は図１の充電ユニット及びｄｃバスを含んでいてもよいことは理解
されるべきである。
【００５２】 燃料電池装置１０はまた、燃料処理アセンブリ１６からの熱エネルギをも提供
し、この熱エネルギは、設備２２の熱エネルギの要件に応えるように取り入れら
れてもよい。燃料処理アセンブリ１６は通常は少なくとも２００℃、一般的には
、約２００℃と約７００℃との間の範囲の高温で作動するので、この熱エネルギ
は設備２２の熱的負荷に応えるように使用されてもよいことがわかるであろう。
例えば、熱エネルギは、オイル又は空気のような水又はその他の流体を熱するた
めに使用することができ、この熱せられた水又はその他の流体は、設備２２又は
その他の取り付けられるか若しくは隣接した設備を加熱するために使用すること
ができる。
【００５３】 熱的負荷に応えるもう一つ別の方法は、電力を生産し、次いで、この電力を、
熱を得るために抵抗アセンブリ６３に給送することである。アセンブリ６３は、
典型的には、一以上の抵抗を含むであろう。装置１０に配置されている熱的需要
を満足させるために直接的に取り入れられるか又は熱交換によって取り入れられ
ることができる熱を生成するために、生成された水素を燃焼させることである。
例えば、図４には、バイパス６０を含んでいる装置１０が示されており、このバ
イパス６０を介して、燃料処理アセンブリ１６によって生産された水素ガスが、
燃料電池スタック１４に供給される代わりに、燃焼チャンバ６２に供給される。
燃焼チャンバ６２は、燃焼触媒、バーナー、点火装置又は供給された水素ガスを
燃焼させるためのその他のあらゆる適切な機構を含んでいても良い。燃焼チャン
バ６２は、空気供給源を含んでいても良い。空気供給源が望ましい場合には、空
気供給源１９を、燃焼チャンバに空気の流れを提供するために使用することもで
きる。更に、熱的負荷に応えるためのもう一つ別の方法は、燃料処理装置の作動
温度を増す燃料処理アセンブリ１６内で消費されるべき燃料の供給速度を単に増
加させることである。
【００５４】 バイパス６０は、電力を生産することなく水素ガスが燃料処理装置から取り入
れられるのを可能にする。生産される電力が設備２２によって適用される負荷及
び充電バッテリーバンク２０に必要な電力を超過するので、このことは、生産さ
れた電力がバッテリーバンク２０を別の方法で過充電するときに特に有用である
。バイパス６０は、燃料処理アセンブリ１６によって生成される水素を全く受け
取らないか、全て受け取るか又は一部分を受け取ってもよい。例えば、図４にお
いては、バイパス６０は、リンケージ６５を介して燃料処理装置コントローラ３
２と連絡した状態で示されており、この燃料処理装置コントローラ３２は、燃焼
チャンバ６２に送られる生成された水素の一部分を監視し且つ制御することがで
きる。燃料電池スタック１４に供給されつつある水素の量を制御することによっ
て、バッテリーバンク２０及び設備２２が別の方法で生成された水素によって生
産される電力の量を必要としない場合においてさえ、燃料処理アセンブリ１６が
、その水素生成の通常のフル速度で作動するのが可能である。代わりに、余分の
水素は、他の用途のために取り入れられてもよい。これはまた、後に使用するた
め又は他の装置又は水素消費用途に送るために生成された水素を貯蔵することを
含んでいても良い。
【００５５】 装置１０は、常に、設備２２の平均的な需要に応えるように理想化されてもよ
い。この認識によって、装置は、設備の需要に効率良く応えるために自動的に立
ち上がり又は立ち下がることができる。例えば、制御装置３０は、時間の関数と
して、設備の電気的及び／又は熱的需要によってプログラムしてもよい。これら
の需要は、同様の設備等のための過去の特性、実験的又は理論的な測定、平均需
要に基づいてプログラムしてもよい。
【００５６】 例えば、設備２２が毎日３時間に亘る高いエネルギ需要（電気的及び／又は熱
的）を有している場合に、制御装置３０及び典型的には燃料処理装置コントロー
ラ３２は、この需要量を供給するために、装置１０のための十分な時間に燃料処
理アセンブリ１６を立ち上げるようにプログラムしてもよい。好ましくは、通常
の需要のためのこの進んだ計画は、燃料電池装置が、この計画によって解決され
ることができた問題により、電力の生産を制限する必要なく、これらの需要に効
率良く応えることを可能にする。例えば、燃料処理アセンブリ１６は、バッテリ
ーバンク２０が高い需要期間に先立って十分に充電されること及び燃料処理アセ
ンブリ１６が燃料電池スタック１４の水素の需要に応える用意ができていること
を確保するために、十分な時間、通常の作動モードまで立ち上げられるべきであ
る。
【００５７】 もう一つ別の例として、設備２２は、別の時間内に再び起こる高い熱エネルギ
の需要を有しても良い。これらの需要をかなえるために、コントローラ３２は、
燃料処理アセンブリ１６に、燃料処理アセンブリ１６との熱交換によって取り入
れられても良い熱を生成するため、燃焼されて付加的な熱を生成する付加的な水
素を生成するため及び／又は抵抗を通ることによって熱を生成する付加的な電力
を生成するために、この時間に先立って立ち上がらせる（すなわち、燃料及び供
給原料の供給速度を増す）ようにすることができる。設備２０の再び起こる電気
及び熱の需要を予測することにより、制御装置３０は、燃料電池装置がこれらの
需要に効率良く応えることができることを可能にする。更に、この予測は、別の
方法により装置１０が同装置の能力を超える需要に応えることができるようにさ
えすることができる。例えば、設備２２が再び起こる熱的及び電気的需要の期間
を有している場合には、熱的需要は、設備２２に供給される電力以外の熱交換又
は熱生成によって少なくすることができるか又は応えられ得る。燃料処理アセン
ブリ１６によって発生される熱によって熱的需要の一部分又は全てを置き換える
ことによって、装置は、この電力の一部分が設備の熱的負荷を満足させるために
使用された場合には、別の方法で可能でなかったかもしれないものを、装置は、
適用された電気的負荷に応えるためにフルの電気的能力を使用することができる
。
【００５８】 上記したように、燃料電池装置は、一以上の燃料処理装置を含んでいても良い
。このような装置の例が図５に示されており且つ符号７０で全体が示されている
。別の方法で特定されない限り、装置７０は、既に記載した燃料電池装置１０と
同じ部材、従属部材及び可能な変形部材を含んでいる。装置７０は、単一の燃料
電池スタック１４に複数の燃料処理装置１７及び１７’が結合されている点で装
置１０と異なっている。装置７０は、二以上の燃料処理装置を含んでいても良い
ことは理解されるべきである。例えば、燃料電池スタック１４のいかなる水素の
需要にも応えるのに必要な数よりも少なくとも一つ以上多くの燃料処理装置を有
するのが望ましいかもしれない。このことにより、装置は、燃料処理装置のうち
の一つが正しく機能していないか又はメンテナンス又は交換のために電源が切ら
れている場合においてさえ、その最大定格容量まで作動し続けることが可能とな
る。
【００５９】 もちろん、通常の作動モードで複数の燃料処理装置を有することによって、装
置の水素を生成するための能力を増し、この水素を電力に変えるために複数の燃
料電池スタックが使用されるのを可能にすることもできるであろう。水素を生成
する能力か燃料電池スタックの水素必要量を超えたときに、残りの水素は、例え
ば、水素化物床又は貯蔵容器／タンク内に貯蔵してもよく、燃料のために燃焼さ
せてもよく、又は別の水素を消費する装置へと送られても良い。
【００６０】 上記したように、燃料電池装置は、複数の燃料電池スタック１４を含んでいて
も良い。例えば、図６においては、２つの燃料電池スタック１４及び１４’が示
されており、これらの各々は、一以上の燃料電池１５を含んでいてもよく、典型
的には、燃料電池を含んでいる。複数の燃料電池スタックが使用されるときには
、これらは、電流の管理可能なレベルを提供するために、直列か、並列か又は直
列と平行とを組み合わせて結合しても良い。例えば、図６に示されているように
、一以上の燃料電池スタックが使用されている場合には、装置（全体が符号８０
で示されている）は、この一以上の燃料処理装置から一以上の燃料電池スタック
への水素の流れを調節する供給マニホルド８２を含んでいても良い。図６に示さ
れているように、マニホルド８２は、リンケージ８１によってコントローラ３２
と連絡しており、このリンケージ８１は、コントローラが、燃料処理装置からの
水素の供給を監視し且つ指示するのを可能にする。マニホルド８２はまた、燃料
電池装置の特定の実施形態が燃焼チャンバを含むか又はこれと連絡している場合
に、水素を燃焼チャンバ６２に選択的に供給することもできる。図６には２つの
燃料処理装置及び燃料電池スタックが示されているけれども、この装置は、同様
に、各ユニットを二以上含んでいても良く、異なる数の各タイプのユニットを含
んでいてもよいことは理解されるべきである。
【００６１】 図７は、本発明による燃料電池装置及びコントローラの更に別の実施形態が示
され且つ全体が符号９０によって示されている。図示されているように、燃料電
池装置９０は燃料処理装置１１を含んでおり、この燃料処理装置１１は、図示さ
れ且つ既に説明した実施形態及び変形例のいずれかを含んでいても良い。図７に
おいては、燃料処理コントローラ３２は、装置１１内に組み入れられた状態で示
されている。既に説明した実施形態と同様に、コントローラ３２は、連絡ライン
３５を介して、充電コントローラ３４の処理装置４４と連絡している。
【００６２】 図７にはまた、既に述べたステップアップコンバータ４３、インバータ４０、
バッテリーバンク２０及び接触器５２，５４も示されている。コントローラ３２
は、燃料電池スタックから取り出された電流が選択された閾値を超えるのを防止
するように、ステップアップコンバータ４３の出力を調節する。コントローラ３
２はまた、スタック１４からの電流（又は、スタック１４において消費される水
素ガスの別の適当な測定値）に比例する流れ１８内の水素ガスの流れも調節する
。接触器５２及び５４は、例えば、制御装置３０からの信号に応答して、燃料電
池スタック１４へのａｃ負荷を選択的に切断するようになされている。
【００６３】 説明したように、制御装置３０は、種々のセンサーを含んでいても良い。適当
なセンサーの例示的な例が図７に示されている。例えば、装置１１によって生成
される電力の流れ８４を測定するセンサー８３が示されており、センサー８３は
処理装置４４と連絡している。同様に、バッテリーバンク２０からの電力の流れ
８８を測定するもう一つ別のセンサー８７が示されており、同センサーはコント
ローラ３２と連絡している。
【００６４】 適当なコンバータ４０は、５．５ｋＷに定格されており且つ１１０Ｖ ＡＣの
出力電圧を生産する。例えば、燃料電池スタック１４からの電力によって電力を
供給される装置の構造に応じて他の電力定格及び出力電圧を有するインバータも
同様に使用しても良い。例えば、１１０／２２０Ｖ ＡＣを提供するために第２
のインバータを使用しても良い。例示的な装置９０においては、工場施設の残り
の構成要素が約０．８ｋＷを取り出し、その結果、設備２２に供給されるべく少
なくとも４．７ｋＷが残る。
【００６５】 適当なステップアップコンバータ４３は、燃料電池スタック１４からバッテリ
ーバンク２０へ３．８ｋＷまでの標準２４−ボルトｄｃ出力を供給する。バッテ
リーバンク２０は、装置１１のための始動電力を提供し、及びピーク出力中に必
要な付加的な電力を提供するための能力を有しているべきである。例として、少
なくとも一時間に亘って５ｋＷを提供することができる４つの１２−ボルトバッ
テリーが有効であることが判明した。
【００６６】 工業的な用途 ここに記載した燃料電池装置及び制御装置は、燃料電池スタックによって電力
が生産されるようになされているあらゆる状況において適用できる。燃料電池ス
タックのための供給材料を提供する燃料処理アセンブリを含むことは特に妥当で
ある。
【００６７】 上記の開示は、独立した用途によって多くの異なった発明を包含すると信じら
れている。これらの発明の各々を好ましい形態で開示したけれども、ここに開示
され且つ図示された特別の実施形態は、多くの変形が可能であるので、限定的な
意味で考えられるべきではない。本発明の主題は、ここに開示された種々の部材
、特徴及び／又は特性の新規で非自明のコンビネーション及びサブコンビネーシ
ョンの全てを含んでいる。請求項が“一つの”又は“第一の”部材又はその等価
物を開示している場合に、このような請求項は、一以上のこのような部材の組み
込みを含み、このような部材を二以上必要としないし除外もしない。
【００６８】 請求の範囲は、開示された発明のうちの一つに関し且つ新規で非自明であると
信じられているある種のコンビネーション及びサブコンビネーションを開示して
いる。特徴、機能、部材及び／又は特性の他のコンビネーション及びサブコンビ
ネーションにおいて実施化された発明は、本願又は関係のある出願における現在
の請求の範囲の補正又は新しい請求の範囲の提供によって請求することができる
。このような補正された又は新しい請求項は、これらが異なった発明に関するも
のか同じ発明に関するものかにかかわらず、範囲として元の請求項と異なるか、
より広いか、より狭いか又は等しいにもかかわらず、本開示の発明の主題内に含
まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による制御装置を含んでいる燃料電池装置のブロック図である。
【図２】 電流密度の関数としてプロットされた電池電圧を示している、燃料装置のため
の分極曲線グラフである。
【図３】 図１の燃料電池装置の別の実施形態のブロック図である。
【図４】 図３の燃料電池装置の別の実施形態のブロック図である。
【図５】 図３の燃料電池装置の別の実施形態のブロック図である。
【図６】 図３の燃料電池装置の別の実施形態のブロック図である。
【図７】 図３の燃料電池装置の別の実施形態のブロック図である。
【図８】 燃料処理アセンブリのブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 10/44 10/44 Ｐ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ホルムズ，クレイグ・エフ アメリカ合衆国オレゴン州97701，ベンド， パロマ・ドライブ 21636 Ｆターム(参考） 5H026 AA03 AA06 HH06 5H027 AA03 AA06 BA01 BA13 BA14 BA16 DD00 DD03 KK21 KK52 KK56 MM21 5H030 AA06 AS01 BB01 FF41 FF42

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池装置であって、 一以上の供給原料からの供給材料の流れを作るようになされた燃料処理アセン
    ブリと、 少なくとも一つの燃料電池を含んでいる燃料電池スタックであって、前記燃料
    処理アセンブリからの供給材料の流れを受け取り且つそこからの電力の流れを形
    成するようになされた燃料電池スタックと、 少なくとも一つの選択された変数に応答して燃料電池スタックによって製造さ
    れる定格電力を調節するようになされた制御装置と、を含む燃料電池装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、供給材料の流れの最大生産定格を有し、更に、前
    記少なくとも一つの選択された変数が、供給材料の流れの最大生産定格を含んで
    いる、装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、前記供給材料の流れの現在利用可能な生産定格を
    有し、更に、前記少なくとも一つの選択された変数が、供給材料の流れの現在利
    用可能な生産定格を含んでいる、装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置であって、 前記燃料電池スタックが、最大定格出力を有し、更に、前記少なくとも一つの
    選択された変数が、前記燃料電池スタックの最大定格出力を含んでいる、装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置であって、 前記燃料電池スタックが、現在利用可能な出力を有し、更に、前記少なくとも
    一つの選択された変数が、前記燃料電池スタックの現在利用可能な出力を含んで
    いる、装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置であって、 電力を貯蔵するようになされたバッテリーバンクを更に含んでおり、同バッテ
    リーバンクが、最大の貯蔵充電を有し、更に、前記少なくとも一つの選択された
    変数が、前記バッテリーバンクの最大の貯蔵充電を含んでいる、装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置であって、 電力を貯蔵するようになされたバッテリーバンクを更に含んでおり、同バッテ
    リーバンクが、貯蔵された電力の電流レベルを有しており、更に、前記少なくと
    も一つの選択された変数が、前記バッテリーバンクの貯蔵された電力の電流レベ
    ルを含んでいる、装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記少なくとも一つの選択された変数の各々の少なくとも一
    つの閾値を含んでいる、装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記選択された変数のうちの一以上が対応する少なくとも一
    つの閾値を超えると、前記燃料電池装置によって製造される定格電力を調節する
    ようになされている、装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記燃料電池スタックの現在利用可能な出力を制限すること
    によって、前記燃料電池装置によって製造される電力の定格を調節するようにな
    されている、装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の装置であって、 前記制御装置が、現在利用可能な供給材料の流れの生産定格を調節することに
    よって、燃料電池装置による電力の生産定格を調節するようになされている、装
    置。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の装置であって、 当該装置から電力を引き出すために、同装置に負荷をかけるようになされた一
    以上の設備とつながっている、装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の装置であって、 前記少なくとも一つの選択された変数が、一以上の設備から当該装置への負荷
    を含んでいる、装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の装置であって、 前記負荷が熱的負荷を含んでいる、装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記熱的負荷に応えるために前記燃料電池装置を調節するよ
    うになされている、装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１２に記載の装置であって、 一以上の設備からの負荷に応答して、前記燃料電池装置が前記燃料電池スタッ
    クから前記設備に電力を供給し、前記制御装置は、提供される電力が、前記燃料
    電池スタックの最大定格出力又は燃料電池スタックの現在利用可能な出力を超え
    ないようにするために、前記燃料電池装置によって提供される電力を制限するよ
    うになされている、装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１に記載の装置であって、 前記燃料電池装置が、燃料電池スタックによって生産された電力を貯蔵するよ
    うになされたバッテリーバンクを含んでいる、装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の装置であって、 前記バッテリーバンクが、貯蔵された電力の充電を含んでおり、更に、前記制
    御装置が、前記貯蔵された電力が選択された閾値より下がったときに、貯蔵され
    る電力の充電を増すために電力を生産するように、前記燃料電池装置を調節する
    ようになされている、装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１に記載の装置であって、 前記供給材料の流れが水素ガスを含んでいる、装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、水の電気分解によって前記供給材料の流れを生産
    するようになされた少なくとも一つの燃料処理装置を含んでいる、装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１９に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、炭化水素及びアルコールのうちの少なくとも一つ
    を改質することによって、供給材料の流れを生産するようになされた少なくとも
    一つの燃料処理装置を含んでいる、装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、一以上の供給材料から混合ガスの流れを生産する
    ようになされており、更に、前記燃料処理アセンブリが、前記混合ガスの流れが
    、供給材料と少なくとも一つの副産物の流れとに分離される精製領域を含んでい
    る、装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の装置であって、 前記精製領域が、少なくとも一つの水素選択性膜を含んでいる膜モジュールを
    含んでいる、装置。
  24. 【請求項２４】 燃料電池装置であって、 供給材料から電力を製造するようになされた少なくとも一つの燃料電池を含ん
    でいる燃料電池スタックであって、最大定格出力と、現在利用可能な出力とを有
    している燃料電池スタックと、 前記出力が選択された閾値を超えるのを防止するために、前記燃料電池スタッ
    クによって製造される電力を調節するようになされた制御装置と、を含む燃料電
    池装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の装置であって、 前記選択された閾値が、前記燃料電池スタックの最大定格出力の少なくとも一
    つ又は前記燃料電池スタックの現在利用可能な出力である、装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２４に記載の装置であって、 前記選択された閾値が、前記燃料電池スタックの最大定格電力又は前記燃料電
    池スタックの現在利用可能な出力の少なくとも一方の選択されたパーセンテージ
    である、装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２４に記載の装置であって、 貯蔵された電力の現在利用可能な充電及び貯蔵された出力の最大充電を有して
    いるバッテリーバンクを更に含んでいる、装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記バッテリーバンクの貯蔵された出力の現在利用可能な充
    電に少なくとも部分的に応答して燃料電池装置を調節するようになされている、
    装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２４に記載の装置であって、 少なくとも一つの供給原料から供給材料を生成するようになされた燃料処理ア
    センブリを更に含む、装置。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の装置であって、 前記燃料処理アセンブリが、供給材料の現在利用可能な生産定格と、供給材料
    を最大生産定格と、を含んでいる装置。
  31. 【請求項３１】 請求項３０に記載の装置であって、 前記制御装置が、現在利用可能な供給材料生産定格に少なくとも部分的に応答
    して前記燃料電池装置を調節するようになされている、装置。
  32. 【請求項３２】 請求項３０に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記供給材料の最大生産定格に少なくとも部分的に応答して
    前記燃料電池装置を調節するようになされている、装置。
  33. 【請求項３３】 請求項２９に記載の装置であって、 前記供給材料が水素ガスを含んでいる、装置。
  34. 【請求項３４】 請求項２４に記載の装置であって、 前記制御装置が、前記燃料電池装置に適用された負荷に少なくとも部分的に応
    答して前記燃料電池装置を調節するようになされている、装置。
  35. 【請求項３５】 請求項３４に記載の装置であって、 前記負荷が電力の需要を含んでいる、装置。
  36. 【請求項３６】 請求項３４に記載の装置であって、 前記負荷が熱の需要を含んでいる、装置。
  37. 【請求項３７】 燃料電池装置であって、 供給材料から電力を生産する手段と、 当該装置によって生産される電力が、当該装置の最大定格出力又は当該装置の
    現在利用可能な出力を超えないようにするために、前記燃料電池装置を制御する
    ための手段と、を含んでいる燃料電池装置。
  38. 【請求項３８】 請求項３７に記載の装置であって、 供給材料を製造するための手段を更に含んでいる、装置。
  39. 【請求項３９】 請求項３８に記載の装置であって、 熱エネルギの需要に応答して熱を製造する手段を更に含んでいる、装置。
  40. 【請求項４０】 請求項３８に記載の装置であって、 前記制御するための手段が、少なくとも一つの選択された変数が一以上の対応
    する閾値を超えた場合に、少なくとも一つの選択された変数を測定し且つ前記燃
    料電池装置を調節するようになされた少なくとも一つのコントローラを含んでい
    る、装置。
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