JP2007524960A - バーストディスクの確認を行うための方法及び装置 - Google Patents

バーストディスクの確認を行うための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、バーストディスクの作動を確認するための方法と装置とを提供する。流れに関連する圧力データ又は温度データが受信される。該流れが遮断されているか否かの決定が、該圧力データ及び該温度データの少なくとも一方に基づいて行われる。バーストディスクの作動は、該流れが遮断されていることを決定することに応答して確認される。

Description

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、燃料電池の改質装置に関し、より詳しくは、燃料電池装置に関連するバーストディスク（ｂｕｒｓｔ ｄｉｓｋ）の作動（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）を確認することに関する。
（関連技術の記述）
燃料電池は、自動車、バス（ｂｕｓｅｓ）、住宅、商業ビル等を包含する様々な背景の従来の電源に取って代わるための著しい徴候を見せている。燃料電池を有利にする３つの主要な議論は、豊富さ（ａｂｕｎｄａｎｃｅ）、効率、及び清浄度（ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ）である。第１に、燃料電池の主要燃料は水素であり、水素は、宇宙で最も豊富な元素である。第２に、燃料電池の効率は、比較的低い温度で作動しながら、カルノーサイクル（Ｃａｒｎｏｔ Ｃｙｃｌｅ）の限界を超えることがある。例えば、８０℃で作動する燃料電池は典型的には、実質的により高い作動温度を必要とすることもある内燃機関の２〜３倍効率が良い。第３に、燃料電池の作動による副産物は典型的には、良性である。例えば、専ら水素によって作動する燃料電池の唯一の副産物は、水である。
１つの通常型の燃料電池は、高分子電解質膜燃料電池である。この型の燃料電池は、陽子交換膜燃料電池、固体高分子電解質（ＳＰＥ）燃料電池、又は高分子電解質燃料電池とも呼ばれることがある。作動中、水素及び酸素が、それぞれ、ＰＥＭ燃料電池のアノード及びカソードの中に導入される。水素は、電子及び陽子に解離し、それら陽子は、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）によって製造されたナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）膜のような電解質膜を通って拡散する。該電解質膜は、アノードをカソードから分離する。陽子がカソードに到達する時、それら陽子は酸素と反応して、水及び熱を作り出す。それら陽子の移動によって創り出される電流は、アノードとカソードの間に約０．７ボルトの電位差を発生させる。
しかし、燃料電池のための主要燃料として純水素を用いることに関し、多くの欠点が存在している。水素ガスは、比較的小さいエネルギー密度を有しており、水素ガスを配給するためのかなり大きい基幹施設（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、今のところはまだ全く存在していない。該エネルギー密度は、水素を液化することによって増大させることはできるが、液化のプロセスもまた、水素燃料の総原価に加わる。更に、液体水素は、低温で保持しなければならず、従って、水素ガスを配給することよりも実質的に高価である。従って、ガソリン、メタノール、エタノール、ナフサ等を包含する多くの代替的主要燃料が提案されてきた。
このようにして、多くの種類の燃料を用いることが可能であり、それらの幾種類かは、化石燃料とハイブリッド化されるが、理想的な燃料は水素である。例えば、該燃料が水素である場合、燃焼は非常に清浄（ｃｌｅａｎ）であり、実際問題として、熱による散逸及び／又は消費、並びに電気による消費が行われた後、水のみが残る。容易に入手することのできる多くの種類の燃料（例えば、天然ガス、プロパン及びガソリン）、並びに更に低級の一般的燃料（例えば、メタノール及びエタノール）は、それらの分子構造に水素を含有している。従って、燃料電池の幾種類かのインプリメンテーション（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ；実装）では、特定の燃料を処理して、該燃料電池に燃料を供給するのに使用される比較的純粋な水素流れを生成する「燃料プロセッサ（ｆｕｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」が用いられる。純水素以外の主要燃料が用いられる場合、燃料プロセッサとも呼ばれる改質装置が典型的には、該代替的主要燃料から水素を生成するのに用いられる。従来の３種類の改質装置の構造は、水蒸気改質装置、部分酸化改質装置、及び自己熱改質装置（ａｕｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｏｒｍｅｒｓ）である。水蒸気改質装置は、代替的主要燃料を水蒸気及び熱と組合せて水素を生成する。該装置を稼動させるのに必要な熱は、該代替的主要燃料、又は燃料電池の出口からの過剰水素を燃焼させることによって得られる。部分酸化改質装置は、代替的主要燃料を酸素と組合せて水素及び一酸化炭素を生成する。該一酸化炭素は次いで、水蒸気と反応して、更に多量の水素を生成する。部分酸化によって熱が放出され、この熱は、捕捉されて該装置の他の場所で用いられる。自己熱改質装置は、代替的主要燃料を、水蒸気と酸素の両方と組合せて、反応が熱平衡状態にあるようにする。
それら改質装置の内部では、圧力エクスカーション（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ；圧力の急激な増大）が生じることがある。プラントと反応器それ自体との均衡（ｂａｌａｎｃｅ）として知られている、反応器に接続されているハードウェアに対する損傷を防止する試みにおいて、バーストディスクとして知られている圧力除去装置（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｄｅｖｉｃｅ；過圧防止安全装置）が用いられて、エクスカーションの場合の圧力が軽減される。そのようなバーストディスクは、スイッチ及び電子ハードウェアを有して、過剰圧力に起因するバーストディスクの破裂を表示することができる。
一般に、これらバーストディスクの状態を絶えず評価するために、上述の燃料供給装置に関連する制御装置の演算リソース（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ）を利用することができる。最新式のバーストディスクは、ハードウェアの状態を監視するために、制御ハードウェア中のインテリジェントで複雑なハードウェアと入出力割当（Ｉ／Ｏ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）とを特徴としている。これは、ある種のリソースを利用することができ、該リソースは、さもなければ、前記装置における他の諸操作のために用いることができるであろう。バーストディスクの操作を監視するためには、ハードウェア電子機器のような追加の装置が必要である。このことによって、上述の圧力除去装置の特徴を使用するコストが増大することがあり、及び／又は前記装置の操作の効率に悪影響を及ぼすことがある。
本発明は、上記に開示される１つ以上の問題の影響を克服すること、又は該影響を少なくとも軽減することに向けられている。
（発明の要旨）
本発明の１つの面において、バーストディスクの作動を確認するための方法が提供される。流れに関する圧力データ又は温度データが受信される。前記流れが遮断されているか否かの決定は、前記圧力データ及び前記温度データの少なくとも一方に基づいて行われる。バーストディスクの作動は、前記流れが遮断されていることを決定することに応答して確認される。
本発明のもう１つの面において、バーストディスクの作動を確認するための燃料電池装置が提供される。本発明の燃料電池装置は、酸化装置と該酸化装置に効果的に連結されている改質装置とを備えている。該燃料電池装置は、圧力エクスカーションに応答して、該改質装置内部を流れる改質油化合物を放出するように作動するバーストディスクと、該改質装置に関連する流れに関する圧力データを与えるための圧力センサとを更に備えている。該燃料電池装置は、該圧力センサに効果的に連結されている制御器を更に備えている。該制御器は、前記圧力データに基づいて圧力エクスカーションを検出するために；且つ、前記バーストディスクが、該圧力エクスカーションに応答して作動したか否かを決定するために；与えられている。
本発明のもう１つの面において、バーストディスクの作動を確認するための装置が提供される。本発明の該装置は、バーストディスクに効果的に連結されている制御器を備えている。該制御器は、圧力データを受信して、圧力エクスカーションが生じたか否かを該圧力データに基づいて決定し；且つ、圧力エクスカーションに応答して該バーストディスクが作動したか否かを決定する；ために備えられている。
本発明の更にもう１つの面において、バーストディスクの作動を確認することを実行する命令のエンコードが行われているコンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置が提供される。該コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置は、コンピュータによって実行される場合、流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信する段階と；前記流れが遮断されているか否かを、前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方に基づいて決定する段階と；前記流れが遮断されていることを決定することに応答するバーストディスクの作動を確認する段階と；を包含する方法を実行する命令のエンコードが行われている。
本発明は、様々な部分的修正及び代替的形態を受け入れることが可能であるが、それらの特定の態様は、諸図面の中に一例として示されている。しかし、それら特定の態様に関する本明細書における記述は、開示されているそれら特定の形態に本発明を限定するようには意図されておらず；本発明は、特許請求の範囲によって規定されている本発明の思想及び範囲に含まれる部分的修正、同等物及び代替物の全てに及ぶ；ことを理解すべきである。
（特定の態様の詳細な記述）
以下に、本発明の、説明に役立つ態様を記述する。明瞭にするため、実際に実施されたことの全ての特徴が本明細書に記述されている訳ではない。そのような実際の如何なる態様を創り出す場合でも、インプリメンテーション毎に変わるであろう開発者らの具体的目標（例えば、装置関連の制約、及び実務関連の制約の遵守）を達成するためには、インプリメンテーションに関する多くの具体的決定をしなければならないことは、当然、よく理解されるであろう。更に、そのような開発のための努力は、複雑であり且つ多大の時間を必要とするかも知れないが、それにもかかわらず、この開示内容に係る恩恵を有する当業者にとっては、日常的な仕事であろう。
本発明の諸態様では、圧力変換器及び／又は温度変換器を監視して、バーストディスクの作動（例えば、破裂）が起こったか否かを決定することが考慮されている。１つの態様において、バーストディスクは、諸図面及び以下に与えられる記述の中に説明されており、本発明において言及されるが、圧力の増加に応答して物質の放出を作動させるのに用いることが可能であり、更に、本発明の思想及び範囲の中に含まれる。還元すれば、用語「バーストディスク」は、様々な形状を有することのできる様々な装置であって、圧力エクスカーションに応答して作動する（例えば、破裂する）ことのできる装置を表わすことができる。
本発明の諸態様では、燃料供給装置に流れ込む物質を漏出させるように破裂／開放を行って、圧力エクスカーションを軽減することのできるバーストディスクが考慮されている。バーストディスクの起こり得る作動が生じたか否かを決定するために、ダウン管路の（ｄｏｗｎ−ｌｉｎｅ）圧力変換器及び／又は温度変換器を用いて、所定の閾値に対する諸値の評価又は比較を行うことができる。そのような決定に基づくバーストディスクの診断メッセージ（ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ）は、バーストディスクの作動が起こったということを燃料供給装置の様々な構成要素に警告するのに用いることができる。従って、燃料供給装置において一般的に既に利用可能である圧力センサ及び／又は温度センサを優先的に選定し、専らバーストディスクを監視するために設計されるハードウェアは減らすか又は排除することができる。専用のハードウェアの必要性を、限定された特定目的のみに減らすことによって、当然、コストは低減するであろう。
本発明の諸態様では、電気負荷（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏａｄ）を加えて、バーストディスクの作動が起こったか否かを決定する間、燃料電池スタックの電圧を監視すること（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）が考慮されている。本発明の諸態様では、燃料供給装置に流れ込む物質を漏出させるように破裂／開放を行って、圧力エクスカーションを軽減することのできるバーストディスクが考慮されている。この超過圧力の軽減は、最も小さい抵抗の通路へ広がって、燃料電池の内部に存在する圧力低下を回避して、それら物質の流れを酸化装置へ方向転換する。この結果、燃料電池スタックの方に向かう水素に富む改質油が減少することとなり、従って、個々の電池電圧が低下することとなり、結果として燃料電池スタックの全電圧がいっそう低くなる。従って、負荷が燃料電池スタックに加えられている間、電圧低下が表示されるため、バーストディスクを監視するために設計されるハードウェアを減らすか又は排除することができる。
図１を見ると、本発明の態様による燃料供給装置１００が例示されている。該装置１００は、燃料プロセッサ１０１、燃料電池スタック１０３及び制御器１０５を備えている。１つの態様において、制御器１０５は、図５Ａ及び図５Ｂに図示され以下に記述されているコンピュータ装置を備えることができる。１つの態様において、燃料電池スタック１０３は、複数の電池１３０を有することができる。燃料電池スタック１０３において、それら電池１３０の各々（図２を参照）は陽子交換膜燃料電池である場合があるが、他のタイプの電池１３０も、利用することが可能であり、本発明の思想及び範囲の中に含まれる。１つの態様において、それら電池１３０は個々の燃料電池である場合がある。本発明は、燃料電池スタック１０３のインプリメンテーション（実装）によって制限される訳ではない。とりわけ、例示される態様において、燃料プロセッサ１０１は、以下に記述される他のモジュラー式物理的システムを有することがある。
燃料プロセッサ１０１は、とりわけ、自己熱改質装置（ＡＴＲ）１０２を備えることができる。ＡＴＲ１０２では、ＡＴＲ１０２に供給される燃料入力を、燃料電池スタック１０３によって使用することのできる改質油化合物（例えば、改質油ガス）に改質する酸化還元反応を行うことができる。ＡＴＲ１０２は、ＡＴＲ１０２内部で起こり得る圧力エクスカーションを低減するためにバーストディスクを利用することのできる改質油化合物流れ装置（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ）を備えることができる。ＡＴＲ１０２に関する更に詳しい記述を以下に提供する。
燃料プロセッサ１０１は、酸化装置１０４を更に備えることができる。１つの態様において、酸化装置１０４は、アノード尾部ガス酸化装置（ａｎｏｄｅ ｔａｉｌ ｇａｓ ｏｘｉｄｉｚｅｒ）（ＡＴＯ）である場合がある。当業者に知られている、本開示内容に係る利点を有する他のタイプの酸化装置を、利用することが可能であり、本発明の思想及び範囲の中に含まれる。酸化装置１０４は、水蒸気、燃料及び空気を混合して燃料混合物を作り出すことができる。該燃料混合物は、プロセス供給原料化合物（ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｅｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）（例えば、プロセス供給原料ガス）としてＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２まで送り出すことができる。燃料プロセッサ１０１は、燃料サブシステム１０６、水サブシステム１０８及び空気サブシステム１１０を更に備えることができる。燃料サブシステム１０６は、入力燃料（ｉｎｐｕｔ ｆｕｅｌ）を酸化装置１０４まで送り出し、ＡＴＲ１０２まで送り出されるプロセス供給原料化合物の中に混合することができる。燃料サブシステム１０６は、酸化装置１０４に、例えば天然ガスを供給することができる。水サブシステム１０８は、水を酸化装置１０４まで送り出し、ＡＴＲ１０２まで送り出されるプロセス供給原料化合物の中に混合することができる。同様に、空気サブシステム１１０は、所定量の空気を酸化装置１０４まで送り出し、ＡＴＲ１０２まで送り出されるプロセス供給原料化合物の中に混合することができる。燃料プロセッサ１０１は、ＡＴＲ１０２を操作する場合の様々な温度帯を制御することができる熱サブシステム１１２を更に備えることができる。燃料供給装置１００によって種々の燃料（例えば、あらゆる種類の炭化水素）が利用され得ることを認識すべきである。
次に図２を見ると、本発明の態様による、酸化装置１０４とＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２の間の相互作用が例示されている。酸化装置１０４は、上述の通り、プロセス供給原料化合物を管路２２０でＡＴＲ１０２に供給する。ＡＴＲ１０２は、該プロセス供給原料化合物を処理し、管路１２５で燃料電池スタック１０３に水素を供給する。燃料電池スタック１０３は複数の電池１３０から成るスタックを備えており、各々の電池は、アノード１３５及びカソード１３７を有している。ＡＴＲ１０２に関するより詳細な記述を以下に示す。ＡＴＲ１０２は、ＡＴＲ１０２内部を循環する改質油物質の通常流れを妨げて圧力エクスカーションに応答して該改質油のための逃げ道を与えることのできるバーストディスク２１０を備えている。バーストディスク２１０は、圧力エクスカーションに応答して改質油物質／改質油化合物を放出するために作動することができるか又は破裂することのできる装置を提供するために、様々な形状及び寸法で提供することができる。ＡＴＲ１０２の通常動作が行われている間（即ち、圧力エクスカーションが存在していない間）、改質油物質の通常流れは、管路２５０で酸化装置１０４に送り戻すか、又は燃料電池に送り出すことができる。しかし、バーストディスク２１０は、圧力エクスカーションを感知したとき、作動して（例えば、破裂して）、圧力を軽減し、流れを管路２６０でＡＴＲ１０２から酸化装置１０４に方向転換するように設計されている。
本発明の態様では、バーストディスクによる診断メッセージを与えて、バーストディスク２１０の動作が生じたことを装置１００に示すことが考慮されている。本発明の態様では、圧力の読み取り及び／又は温度の読み取りを分析して、バーストディスク２１０の動作が生じたか否かを決定することが考慮されている。ここでは、構成部分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）（例えば、センサ）、他のハードウェア電子機器、ソフトウェア、及び／又はファームウェア電子機器が減らされているバーストディスク２１０を利用すること、並びに、圧力エクスカーションのみに反応するバーストディスク２１０を利用することが考慮されている。酸化装置１０４によって受け入れられる改質油化合物は処理することができ、過剰の化合物は、管路１２０によって排気ガスとして除去することができる。
次に図３を見ると、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２に関するより詳しいブロック線図が与えられている。酸化装置１０４からの、管路２２０によるプロセス供給原料化合物は、反応器３１０によって受け入れられる。反応器３１０は、管路３１５で改質油化合物の流れを供給する。反応器３１０からの改質油化合物は、管路３１５によって第１の機械的抵抗３２０まで送り出される。第１の機械的抵抗３２０からの流れは、管路３２５による第２の機械的抵抗３３０までの流れとなる場合がある。第１及び第２の機械的抵抗３２０，３３０は、図４及び以下の付随の記述の中に規定される。第２の機械的抵抗３３０からの化合物の流れは、管路３３５を経由して第１の遮断弁３４０まで送り出されることがある。第１の遮断弁３４０は、次いで、該化合物を管路２５０によって酸化装置１０４まで送り戻すことができる。ＡＴＲ１０２からの出力は、燃料電池スタック１０３中の諸電池１３０の諸アノードまで送り出すことができる（図２を参照）。第２の遮断弁３６０からの出力は、管路２６０で酸化装置１０４まで送り出される。
管路３１５に圧力エクスカーションが生じる場合、バーストディスク２１０が作動して（例えば、破裂して）、管路３１５からの流れを酸化装置１０４へ方向転換する。バーストディスク２１０は、管路３１５の圧力エクスカーションに応答して、改質油化合物の流れを、管路３５５を経由して第２の遮断弁３６０に供給する。第２の遮断弁３６０は、次いで、管路２６０を経由して酸化装置１０４に供給する。管路２６０は、改質油化合物のバーストディスク流れ（ｂｕｒｓｔ ｄｉｓｋ ｆｌｏｗ；バーストディスク経由の流れ）を酸化装置１０４に運搬する。酸化装置１０４はその後、過剰の改質油化合物を処理する。
バーストディスク２１０が作動する場合、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２中の流れは乱される。そのことによって、燃料電池スタック１０３中の１個以上の電池１３０の電圧が低下することがある。従って、バーストディスク２１０が作動した場合に注目することは有用である。なぜなら、補正段階又は補償段階をインプリメントする（実装する）ことができるからである。換言すれば、１個以上の電池１３０の電圧の低下もまた、バーストディスク２１０が作動したことを表示するものとして用いることができる。バーストディスク２１０を通って流れる改質油化合物は、酸化装置１０４によって処理されて、管路１２０により排気ガスとして外部に放出される。しかし、装置１００は、バーストディスク２１０と関連する追加の電子機器及びセンサが備えられていなければ、この事象を表示することができない。しかし、追加の電子機器及びセンサは、ＡＴＲ１０２を提供するコストを増大させ、装置１００の全体的な効率の悪さを増大させることがある。
ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２は、圧力変換器（又は圧力センサ）３７０及び温度変換器（又は温度センサ）３８０を更に備えている。圧力変換器３７０及び温度変換器３８０は、第１の機械的抵抗段階の後の管路３２５に位置する接続点（ｎｏｄｅｓ）に備えることができる。圧力変換器３７０及び温度変換器３８０は、圧力及び温度を表示する信号を与えるセンサを有することができる。制御器１０５は、そのような信号を圧力変換器３７０及び／又は温度変換器３８０から受信することができる。ＡＴＲ１０２の全体に渡って改質油化合物が通常流れで流れている間、管路３１５上の圧力及び温度は、概して所定範囲内にある。
本発明の態様では、変換器３７０，３８０によって提供される圧力信号及び温度信号を監視することが考慮されている。１つの態様において、そのような変換器３７０，３８０は、燃料プロセッサ装置１００を稼動させることに関連する多数の処理作業のために存在し、用いられることがあり、追加の利点として、そのような読み取りは、バーストディスク２１０が作動したか否かを決定するのに用いることができる。例えば、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２の全体に渡り改質油化合物が通常流れで流れる間、圧力変換器３７０が概して約２ＰＳＩを読み取る場合、約０又は０．５ＰＳＩへの突然の低下は、バーストディスク２１０が作動している（即ち、改質油化合物の流れが、バーストディスク２１０によって管路３１５から酸化装置１０４の中に方向転換された）という表示であることがある。バーストディスク２１０が作動すれば、管路３１５による流れは、第２の遮断弁３６０に至るバーストディスク２１０の経路を選択するため、このことは確実である。なぜなら、その経路は、第１及び第２の機械的抵抗３２０，３３０へ至る経路と比べて、抵抗が最も小さい経路であるからである。
加えて、温度変換器３８０によって表示される突然の温度低下もまた、バーストディスク２１０の作動を示すことがある。例えば、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２中の改質油が通常流れで流れる間、温度変換器３８０によって読み取られる温度値は、約８０℃を示すことがある。バーストディスク２１０が作動すれば、管路３１５の流れは、バーストディスク２１０の方へ移動して、管路３２５の温度は、８０℃から約３５℃〜４０℃に低下することがある。この突然の温度低下が検出された時、制御器１０５は、バーストディスク２１０が作動したことを決定することができる場合がある。一般に、突然の圧力低下は、突然の温度低下よりも検出が容易である場合があり、熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ）に起因し、温度低下は、検出するのにより長い時間がかかることがある。この場合、圧力低下は、より迅速に認識することができるであろう。従って、圧力変換器３７０及び／又は温度変換器３８０からの読み取りを利用して、作動しているバーストディスク２１０を効果的に確認することができる。制御器１０５は、複数のＡＴＲ１０２に効果的に連結することができるので、この方法を用いて、作動した（即ち、破裂した）バーストディスク２１０を容易に確認することができる。
次に図４を見ると、第１及び第２の機械的抵抗３２０，３３０のより詳細なブロック線図が例示されている。第１の機械的抵抗３２０は、管路３１５及び３２５を通過する改質油の流れの圧力低下を与えることのできる圧力装置（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｉｔ）４１０を備えることができる。第１の機械的抵抗３２０は、改質油化合物が燃料電池スタック１０３に送り出される前に該改質油化合物を冷却することのできる熱交換器４２０を更に備えることができる。ブロック４２０には、複数の熱交換器が含まれることがある。第１の機械的抵抗３２０は、熱交換器４２０の稼動によって生じる凝縮液（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）を回収することのできる水ノックアウト装置４３０を更に備えることができる。熱交換器４２０は一般に、約１００℃である物質を約８０℃まで冷却することができる。従って、２０℃の低下が、第１の機械的抵抗３２０の諸構成要素によって達成され、結果的に、水ノックアウト装置４３０によって回収される凝縮液が生成される。
加えて、第１の機械的抵抗３２０は、濾過装置４４０を備えることができる。濾過装置４４０は、上述のプロセスが行われる間に捕捉されたかも知れない種々のタイプの触媒を濾過することができる。改質油化合物は、第１の機械的抵抗３２０によって実行される上述の処理の直後、管路３２５によって第２の機械的抵抗に流れる。第２の機械的抵抗３３０は、切換え弁４５０を備えている。切換え弁４５０は、酸化装置１０４へ向かう管路３３５による、前記流れの一部分と、燃料電池スタック１０３へ向かう（管路１２５による）、前記流れのもう１つの部分であって実質的に純粋な水素を含有することのある該部分とに切換えることができる。バーストディスク２１０の状態を決定するための圧力及び温度の測定値は、管路３２５に位置する接続点から得られる。バーストディスク２１０の作動（例えば、破裂）が生じた直後、第１の機械的抵抗３２０へ向かう流れは、停止することがあり、そのため、切換え弁４５０の作動は、管路３３５に十分な流れを供給せず、燃料電池スタック１０３の一部分（１個以上の電池１３０）の作動に必要な適切な化合物を供給することができる。
（最初、図１に示される）制御器１０５の１つの特定の態様は、コンピュータ装置５００を備えることがあるが、図５Ａ及び図５Ｂに例示される。コンピュータ装置５００の具体化は、ラックマウント式（ｒａｃｋ−ｍｏｕｎｔｅｄ）であるが、全ての態様においてラックマウント式である必要はない。実際、あらゆる任意のインプリメンテーションに関するこの面は、本発明を実施するのに重要ではない。コンピュータ装置５００は、デスクトップ型パソコン、ワークステーション（ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）、ノートブック型又はラップトップ型のコンピュータ、エンベディッド・プロセッサ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等として提供することができる。更に、制御器１０５は、ハードウェアに組み込まれた１つ以上の制御器の形態、又はハードウェアに組み込まれた制御器とコンピュータ装置の組み合せの形態をとることができる。
図５Ａ及び図５Ｂに例示されるコンピュータ装置５００は、バスシステム（ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ）５１５を介して記憶装置５１０と連結しているプロセッサ５０５を備えている。記憶装置５１０は、フロッピー（登録商標）磁気ディスク５１７のような、ハードディスク及び／又はランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）及び／又はリムーバブルストレージ（ｒｅｍｏｖａｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ）を有することができ、記憶装置５１０の中に光ディスク５２０を挿入することができる。記憶装置５１０は、上記で解説したようにして得られたデータセットを記憶しているデータ構造５２５でエンコードされている（ｅｎｃｏｄｅｄ）。記憶装置５１０は、オペレーティング・システム５３０、ユーザー・インターフェース・ソフトウェア５３５及びアプリケーション５６５を有している。ユーザー・インターフェース・ソフトウェア５３５は、ディスプレイ５４０と接続されており、ユーザー・インターフェース５４５を与える。ユーザー・インターフェース５４５は、キーパッド（ｋｅｙ ｐａｄ）若しくはキーボード５５０、マウス（ｍｏｕｓｅ）５５５、又はジョイスティック（ｊｏｙｓｔｉｃｋ）５６０のような諸周辺入出力装置（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉ／Ｏ ｄｅｖｉｃｅｓ）を備えることができる。プロセッサ５０５は、オペレーティング・システム５３０による制御下で作動する。オペレーティング・システム５３０は、実質的に、当該技術分野において知られている如何なるオペレーティング・システムであってもよい。アプリケーション５６５は、オペレーティング・システム５３０によって始動、リセット又はそれら両方の状態で呼び出され、オペレーティング・システム５３０のインプリメンテーションに依存する。例示される態様において、アプリケーション５６５は、以下にいっそう十分に記述されているやり方で、本発明のある面をインプリメントするために用いられる。諸周辺入出力装置５４０，５５０，５５５，５６０は、燃料プロセッサ１００のための遠隔緊急停止スイッチをインプリメントするために用いることができることに注目されたい。
次に図６を見ると、本発明の諸態様をインプリメントするために実施することのできるアルゴリズム（ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）の流れ図が例示されている。制御器１０５は、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２が稼動している時のバーストディスクのアルゴリズムを実行して、バーストディスク２１０の状態のチェック（ｓｔａｔｕｓ ｃｈｅｃｋ）を実施することができる（ブロック６１０）。制御器１０５は、ＡＴＲ１０２中の反応器３１０へ向かう流れが作動しているか否かを決定する（ブロック６２０）。反応器３１０へ向かう流れが作動していないという決定が行われた時、バーストディスク２１０のアルゴリズムは、ループバックして（ｌｏｏｐｓ ｂａｃｋ）、反応器３１０へ向かう流れをチェックし続ける。このループ（ｌｏｏｐ）は、反応器３１０へ向かう流れが作動しない限り続く。
制御器１０５は、反応器３１０へ向かう流れが存在しないことを決定した時、制御器１０５は、２通りの決定を行う。制御器１０５は、所定の閾値より大きい圧力が存在しているか否かを決定することができる（ブロック６３０）。例えば、装置１００は、圧力が管路３２５で約１．５〜５ＰＳＩ又はそれ以上であるか否かを決定することができる。１つの態様において、所定の圧力閾値は、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２内における通常流れの間、予想される平均圧力に基づいて算出される。圧力が所定の閾値よりも大きいという決定が行われる時、前記アルゴリズムは、ループバックして、反応器３１０へ向かう流れが存在していることを確認する（即ち、ブロック６２０の上の位置までループバックして、反応器３１０へ向かう流れをチェックする）。しかし、制御器１０５は、該圧力が所定の閾値より大きくない（即ち、圧力低下が閾値の１．５ＰＳＩより小さい）と決定する時、制御器１０５は、（ブロック６５０で）バーストディスクの診断メッセージを呼び出すことができる。バーストディスクの診断メッセージは、制御器１０５に情報を提供する。そのような情報には、圧力エクスカーションの結果として作動している（即ち、破裂している）特定のバーストディスク２１０の確認が含まれることがある。該診断メッセージなしで、バーストディスク２１０を確認すること；及び、そのような事象によって引き起こされる、燃料電池スタック１０３内の電池１３０の電圧損失に反応すること；はより困難になるであろう。
ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２内で反応器３１０へ向かう流れが開始されたことが決定された時、制御器１０５はまた、管路３２５の温度は所定の閾値より高いか否かを決定することができる（ブロック６４０）。例えば、装置１００は、管路３２５の温度が４０℃より高いか否かを決定することができる。１つの態様において、所定の温度閾値は、ＡＴＲ１０２内における通常流れの間の予想される平均温度に基づいている。温度が所定の閾値より高いことが決定された時、バーストディスク２１０のアルゴリズムは、ループバックして、反応器３１０へ向かう流れが存在することを確認する（即ち、ブロック６２０の上の位置までループバックして、反応器３１０へ向かう流れをチェックする）。バーストディスク２１０の診断メッセージを出すべきであるという決定が行われるまで、ソフトウェア制御は引き続きループバックする。制御器１０５が、温度は所定の閾値よりも高くないということを決定するとき、該アルゴリズムは、上述のバーストディスクの診断メッセージを作り出す（ブロック６５０）。
バーストディスクの診断メッセージの作動（例えば、破裂）があった時、作動した（破裂した）バーストディスク２１０が確認される。従って、装置１００は、適切な補償量（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ）を受けて、適切なＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２における流れを補正することができる。加えて、上述の方法を用いれば、予想される電圧より低い（燃料電池スタック１０３の）適切な電池１３０を容易に確認することができる。図６に例示される諸段階（ｓｔｅｐｓ）は、ソフトウェア、ファームウェア若しくはハードウェアの構成要素；又は、ソフトウェア、ファームウェア若しくはハードウェアの構成要素の２つ以上の組合せ；を用いてインプリメントすることができる。
通常、ＡＴＲ（自己熱改質装置）１０２に実装される上述の圧力変換器３７０及び温度変換器３８０を利用すれば、作動するバーストディスク２１０の表示は、容易に実現される。このことによって、不必要なハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアのインプリメンテーションを使用することなく、いっそう簡便なバーストディスク２１０を用いることが可能となる。このことによって、制御器１０５が、各々のバーストディスク２１０を絶えず監視しなければならないことを軽減し、そうすることによって、高価な演算リソースが免除される。上述の技術を用いれば、燃料供給装置１００における作動した（破裂した）バーストディスク２１０のより効率的な確認を実現することができる。本発明の態様を利用すれば、ＡＴＲ１０２及び燃料電池スタック１０３のより効率的な稼動を実現することができる。上記で提供される方法及び装置は、化合物の流れが実装される様々な工業的用途において用いることができる。
上記に開示される特定の諸態様は、単に説明に役立つためのものである。なぜなら、本発明は、本明細書及び特許請求の範囲に教示されるものに関し恩恵を受ける当業者にとって明らかな、異なるが同等であるやり方で、部分的修正をすることができ、実施することができるからである。更に、特許請求の範囲に記述されるもの以外、本明細書に示される構造又は設計の詳細に限定されることは全く意図されていない。従って、上記に開示されている特定の諸態様は、部分的に変えるか又は部分的に修正することができ、しかも、そのような変形物が全て、本発明の範囲及び思想の範囲内にあると見なされることは自明である。従って、ここで要求される保護対象は、特許請求の範囲に開示されているものである。
諸添付図面に関連して取り上げた次の記述を参照することによって、本発明を理解することができる。それら添付図面において、類似の参照番号は、類似の構成要素を取り扱っている。
本発明の、説明に役立つ一態様による燃料供給装置のブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による、図１の酸化装置と自己熱改質装置（ＡＴＲ）の間の相互作用に関するいっそう詳細なブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による、図１のＡＴＲのいっそう詳細なブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による、図３の第１及び第２の機械的抵抗のいっそう詳細なブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による、図１の制御器のいっそう詳細なブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による、図１の制御器のいっそう詳細なブロック線図を例示する。 本発明の、説明に役立つ一態様による方法の流れ図を例示する。

Claims (34)

  1. 流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信する段階と；
    前記流れが遮断されているか否かを、前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方に基づいて決定する段階と；
    前記流れが遮断されているという決定に応答するバーストディスクの作動を確認する段階と
    を包含する方法。
  2. 流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階は、燃料電池装置に関連する改質装置の中の改質油流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信する段階を更に包含する、請求項１に記載の方法。
  3. 流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階は、第１の機械的抵抗と第２の機械的抵抗の間の流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階を更に包含する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、前記圧力データが所定の閾値より小さいか否かを決定する段階を更に包含する、請求項１に記載の方法。
  5. 前記圧力データが前記の所定の閾値より小さいか否かを決定する段階は、前記圧力データが、関連する圧力が約０．５ＰＳＩより小さいことを示しているか否かを決定する段階を更に包含する、請求項４に記載の方法。
  6. 前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、前記温度データが所定の閾値より小さいか否かを決定する段階を更に包含する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記温度データが前記の所定の閾値より小さいか否かを決定する段階は、前記温度データが、関連する温度が約４０℃より低いことを示しているか否かを決定する段階を更に包含する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、燃料電池の一部分の電圧低下が所定の閾値より小さいか否かを決定する段階を更に包含する、請求項１に記載の方法。
  9. 前記流れが遮断されているという決定に応答するバーストディスクの作動を確認する段階は、破裂したバーストディスクを確認する段階を更に包含する、請求項１に記載の方法。
  10. 燃料電池装置において、
    酸化装置と；
    前記酸化装置に効果的に連結されている改質装置と；
    圧力エクスカーションに応答して、前記改質装置内部を流れる改質油化合物を放出するように作動するバーストディスクと；
    前記改質装置内部を流れる前記改質油化合物に関する圧力データを与えるための圧力センサと；
    前記圧力データに基づいて圧力エクスカーションを検出するための、前記圧力センサに効果的に連結されている制御器であって、前記バーストディスクが、該圧力エクスカーションに応答して作動したか否かを決定するための制御器と；
    を備えている、燃料電池装置。
  11. 前記改質装置に関連する前記流れに関する温度データを与えるための温度センサを更に備えている、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  12. 前記制御器は更に、前記温度データに基づいて温度エクスカーションを検出することができ、しかも、前記バーストディスクが、該温度エクスカーションに応答して作動したか否かを決定することができる、請求項１１に記載の燃料電池装置。
  13. 前記改質装置は第１の機械的抵抗及び第２の機械的抵抗を更に備えており、しかも、前記圧力センサは、前記の第１及び第２の機械的デバイスの間の流れに関連する圧力データを獲得するのに適合している、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  14. 前記改質装置は自己熱改質装置である、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  15. 燃料電池に改質油化合物を与えるための前記改質装置に効果的に連結されている該燃料電池を更に備えている、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  16. 前記酸化装置はアノード尾部酸化装置である、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  17. 前記改質装置に効果的に連結されて該改質装置から水素を受け入れる燃料電池スタックであって、１個以上の燃料電池を有する燃料電池スタックを更に備えている、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  18. 前記燃料電池装置に関連する燃料電池の電圧低下を検出して、前記バーストディスクの作動が起こったか否かを決定するための電圧検知器を更に備えている、請求項１０に記載の燃料電池装置。
  19. バーストディスクに効果的に連結されている制御器であって、圧力データを受信して、圧力エクスカーションが生じたか否かを該圧力データに基づいて決定し；且つ、該圧力エクスカーションに応答して該バーストディスクが作動したか否かを決定する；ための制御器を備えている装置。
  20. 前記制御器は更に、前記圧力データが所定の閾値より小さい圧力レベルを示しているか否かを決定することに基づいて、前記バーストディスクが作動したか否かを決定するのに適合している、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記制御器は更に、温度データを受信して、温度エクスカーションが生じているか否かを該温度データに基づいて決定し；且つ、該温度エクスカーションに応答して前記バーストディスクが作動したか否かを決定する；のに適合している、請求項１９に記載の装置。
  22. 前記制御器は更に、前記温度データが所定の閾値より小さい温度レベルを示しているか否かを決定することに基づいて、前記バーストディスクが作動したか否かを決定するのに適合している、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記圧力データは、改質装置中の流れに関連する第１の機械的デバイスと第２の機械的デバイスの間の流れに関する圧力データを更に含んでいる、請求項１９に記載の装置。
  24. 前記燃料電池装置に関連する燃料電池の電圧低下を検出して、前記バーストディスクの作動が起こったか否かを決定するための電圧検知器を更に備えている、請求項１９に記載の装置。
  25. 流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信するための手段と；
    前記流れが遮断されているか否かを、前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方に基づいて決定するための手段と；
    前記流れが遮断されていることを決定することに応答するバーストディスクの破裂を確認するための手段と
    を備えている装置。
  26. コンピュータによって実行される場合、
    流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信する段階と；
    前記流れが遮断されているか否かを、前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方に基づいて決定する段階と；
    前記流れが遮断されていることを決定することに応答するバーストディスクの破裂を確認する段階と
    を包含する方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
  27. 請求項２６に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階が、燃料電池装置に関連する改質装置の中の改質油流れに関する圧力データ及び温度データの少なくとも一方を受信する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  28. 請求項２７に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階が、第１の機械的抵抗と第２の機械的抵抗の間の流れに関する前記圧力データ及び前記温度データの前記の少なくとも一方を受信する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  29. 請求項２６に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、前記圧力データが所定の閾値よりも小さいか否かを決定する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  30. 請求項２９に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記圧力データが前記の所定の閾値よりも小さいか否かを決定する段階は、前記圧力データが、関連する圧力が約０．５ＰＳＩより小さいことを示しているか否かを決定する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  31. 請求項２６に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、前記温度データが所定の閾値よりも小さいか否かを決定する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  32. 請求項３１に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記温度データが前記の所定の閾値よりも小さいか否かを決定する段階は、前記温度データが、関連する温度が約４０℃より小さいことを示しているか否かを決定する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  33. 請求項２６に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記流れが遮断されていることを決定することに応答するバーストディスクの作動を確認する段階は、破裂したバーストディスクを確認する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
  34. 請求項２６に記載の、コンピュータによって実行される場合、前記方法を実行する命令のエンコードが行われている、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置において、前記流れが遮断されているか否かを決定する段階は、燃料電池の一部分の電圧低下が、所定の閾値より小さいか否かを決定する段階を更に包含している、上記プログラム記憶装置。
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