(57)【要約】  ハイブリッド・システム、および水素システム圧力を管理し発電システムのスタートアップ期間中あるいは水素流が過渡的な状態である期間中に途切れることなく電力を供給するための方法が開示されている。本発明のハイブリッド・システムは水素生成装置、発電のために水素を消費する装置および補助電源により構成されており、ここで補助電源は水素生成装置により生成された水素を用いてエネルギーを蓄電する能力があり、また発電のために水素を消費する装置および補助電源はエネルギー消費装置に対して並列に連結されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素消費装置；
同水素消費装置により消費される水素を生成する水素生成装置；
同水素消費装置により発電された電力の少なくとも一部を蓄電する能力を有する補助電源システム；および
同補助電源システムの充電状態に応じて同水素生成装置を作動させるように設定された制御システム、
を含む、発電のためのシステム。
【請求項２】
該水素消費装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項３】
該水素消費装置が発電装置と組み合わされた水素燃焼装置であることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項４】
該補助電源システムが蓄電装置を有していることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項５】
該蓄電装置が再充電可能な電池を有していることを特徴とする請求項４のシステム。
【請求項６】
該補助電源システムがキャパシターを有していることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項７】
該水素生成装置が固体水素化化合物と酸性試薬の反応により水素ガスを生成できることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項８】
該水素生成装置が水素化化合物を含む固体燃料の加熱により水素ガスを生成できることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項９】
該補助電源システムが水素消費装置により発電された電力を蓄電するように設定されていることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項１０】
該燃料電池と補助電源システムが電力消費装置に並列に連結されていることを特徴とする請求項２のシステム。
【請求項１１】
圧力の変化に対応して二次電池充電制御器を作動させるように設定されている制御システムを更に装備していることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項１２】
水素ガス生成装置；
水素消費装置；
同水素消費装置により発電された余剰電力を吸収するように設定された補助電源システム；および
同補助電源システムでの充電状態を検知し、同充電状態を予め決められた値に制御するために水素ガス生成装置のオンオフ状態を調整する制御システム、
を含み、しかも、同補助電源システムと水素ガス生成装置は同電力消費装置に並列に連結されている、電力消費装置に連結されるための発電システム。
【請求項１３】
該水素消費装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１２のシステム。
【請求項１４】
該水素消費装置が発電装置と組み合わされた水素燃焼装置であることを特徴とする請求項１２のシステム。
【請求項１５】
該補助電源装置が再充電可能な電池を有していることを特徴とする請求項１２の発電システム。
【請求項１６】
該補助電源システムがキャパシターを有していることを特徴とする請求項１２の発電システム。
【請求項１７】
該水素生成装置が水素化化合物を含む固体燃料を加熱することにより水素ガスを生成できることを特徴とする請求項１２の発電システム。
【請求項１８】
該水素生成装置が固体水素化化合物と酸性試薬の反応により水素ガスを生成できることを特徴とする請求項１２の発電システム。
【請求項１９】
システムの圧力が予め決められた値を越えた場合に二次電池充電制御器を作動させるように設定されている制御システムを更に装備していることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項２０】
水素生成装置、燃料電池および同燃料電池に連結された再充電可能な電池を包含しかつ電力消費装置に連結された発電システム内で水素ガスの生成を制御するための方法であって、以下の工程：
同再充電可能な電池での充電状態をモニタリングするステップ；
同充電状態が予め決められた値を下回る場合に同燃料電池に水素ガスを供給するように同水素生成装置を作動させるステップ；
同再充電可能な電池と同燃料電池から交互に電力を同電力消費装置に供給するステップ；および
同燃料電池で発電された余剰の電力を同再充電可能な電池に蓄電するステップ、
を包含する、前記方法。
【請求項２１】
該充電状態が予め決められた値を越えた場合に該水素生成装置の運転を停止するステップを更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２２】
該再充電可能な電池への充電速度を変化させるステップを更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２３】
以下の工程：
該再充電可能な電池から該電力消費装置に電力を供給するステップ；
該再充電可能な電池が予め決められた値にまで放電したならば該水素ガス生成装置に対して最初の信号を伝送するステップ；および
次いで該水素ガス生成装置により水素ガスを生成し、同水素ガスを該燃料電池に供給して発電するステップ、
を更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２４】
該燃料電池により水素ガスから変換された電力で該再充電可能な電池を再充電するステップを更に包含することを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項２５】
該水素生成装置が固体水素化化合物と酸性試薬の反応により水素ガスを生成できることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２６】
該水素生成装置が水素化化合物を含む固体燃料の加熱により水素ガスを生成できることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２７】
該再充電可能な電池が余剰に生産された水素により発電された電力を十分に蓄電できるようにそれの充電状態を調整するステップを更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２８】
該燃料電池と該再充電可能な電池からの電力出力が一定の電圧出力を維持するように調整するステップを更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２９】
該燃料電池を用いて該再充電可能な電池を充電する電力を発電するために水素を消費することによりシステム圧力を調整するステップを更に包含することを特徴とする請求項２０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、２００５年８月１９日に出願された米国仮出願番号６０／７０９，４４９に与えられた優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、ハイブリッド水素燃料システム、燃料電池発電システムおよびそれらの制御方法に関する。より詳細には、ハイブリッド水素燃料システムおよび発電システムにおける水素生成および水素システム圧力のモニタリングおよび制御のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
ハイブリッド発電システムは典型的には燃料電池および二次電池（ｂａｔｔｅｒｙ）により構成され、ある種の適用先（例えばしばしばオンオフが繰り返されるかもしれない電子装置）にとっては好ましいシステムである。これらのシステムでは燃料電池は同装置への一次電力を提供するとともに二次電池も充電できる。同二次電池はシステムのスタートアップ期間中、典型的には水素製造装置および燃料電池がまだ理想的な運転状態にはない状態のときに電力を供給でき、また同装置のピーク負荷を補うための電力も提供できる。このようなシステムでは、燃料電池発電システムは電源である二次電池を充電するために使用される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の簡単な概要）
本発明はそれの好ましい実施態様によりにおいて水素ガスを生成するために水素化ホウ素化合物の加水分解を利用して発電するためのシステムを提供する。本発明のシステムは、水素消費装置（例えば水素ガスを用いて発電する燃料電池など）、システムのスタートアップ期間中あるいは水素流が過渡的な状態である期間中に途切れることなく電力を供給するための補助電源システム（好ましくは再充電可能な二次電池、キャパシターおよびスーパーキャパシターからなる群から選ばれるシステム）、および補助電源システムのプロセスおよび充電状態をモニターおよび／あるいは制御するための１種あるいは複数種の装置によって構成される。同補助電源システムは、負荷がない状態での水素生成装置により生成された余剰水素を用いて発電される電力の貯蔵のためにも使用できる。本発明の発電システムはどのような水素源に対しても適用可能である。このような水素源の例として、システムのシャットダウン後に余剰水素を生成する装置が挙げられるが、これらに限られない。
【０００５】
本発明は、発電システムでの水素生成を制御しモニタリングする方法も提供する。本発明の一実施態様によれば、エネルギーは電子の形で供給でき、これは水素消費装置あるいは補助電源システムからのエネルギーと交互に使用できる。これらはエネルギーを消費する電子装置に対して直接的に並列に連結してもよいし、あるいは間接的に（例えば電力調整器を介して）連結してもよい。本発明の他の実施態様によれば、補助電源システムの充電状態に基づいて水素ガス生成装置を調整、制御してよい。更に他の実施態様では補助電源システムは再充電可能な二次電池を有し、同二次電池の再充電速度を発電システムの水素圧力の管理のために制御する。その他、随意的に蓄電装置を再充電可能な二次電池と共に用いて、例えば圧力ピークを低下させパルス状の電力負荷に対する応答性を向上させてよい。
【０００６】
（図面の簡単な説明）
下記の詳細な説明において、添付図面を参照することにより本発明の完全な理解が可能となろう。
【０００７】
図１は本発明の一実施態様に有用なハイブリッド水素燃料電池発電システムの模式図である。
【０００８】
図２は本発明の一実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの一運転モードで生成した電気出力の模式図である。
【０００９】
図３は本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの一運転モードで生成した電気出力の模式図である。
【００１０】
図４は本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの模式図である。
【００１１】
図５は本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料システムの模式図である。
【００１２】
図６は図５に示す燃料システムでの水素生成システムの模式図である。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
本発明のハイブリッド・システムおよび制御方法は、水素システムの圧力管理のためおよび電力システムで水素流が過渡的な状態である期間中に途切れることなく電力を供給するために有用である。このようなシステムの例として、水素生成装置、水素消費装置（例えば燃料電池など）および補助電源システムよって構成されるシステムが挙げられる。ここで用いられている「ハイブリッド」という言葉は、発電のための水素消費装置および補助電源システム（これは電子の蓄電が可能な再充電可能な二次電池、キャパシターなどであるかもしれない）によって構成されるシステムあるいはそれの制御方法のことを意味している。
【００１４】
適切な水素生成装置の例として水素化化合物の加水分解、アルコール分解あるいはアンモニア分解に基づくシステムが挙げられる。これらの分解プロセスは、不均一系あるいは均一系の遷移金属触媒、酸あるいは熱の存在下により加速あるいは開始できる可能性がある。これらの水素生成装置の例として、遷移金属触媒の存在下での水素化ホウ素溶液の接触加水分解、酸の存在下で加速される水素化化合物と水との加水分解および熱により開始される水素化化合物の水素生成反応などが含まれる。
【００１５】
適切な水素化化合物の例として水素化ホウ素、イオン性水素化物塩、水素化アルミニウムが挙げられるが、これらに限られない。これらの水素化化合物は個々に用いてもよいし混合物として用いてもよい。
【００１６】
適切な水素化ホウ素の例として、ホウ化水素塩「Ｍ（ＢＨ４）ｎ」、トリホウ化水素塩「Ｍ（Ｂ３Ｈ８）ｎ」、デカヒドロデカホウ酸塩「Ｍ２（Ｂ１０Ｈ１０）ｎ」、トリデカヒドロデカホウ酸塩「Ｍ（Ｂ１０Ｈ１３）ｎ」、ドデカヒドロドデカホウ酸塩「Ｍ２（Ｂ１２Ｈ１２）ｎ」およびオクタデカヒドロイコサホウ酸塩「Ｍ２（Ｂ２０Ｈ１８）ｎ」からなる群が挙げられるが、これらに限られない。上記化学式において、Ｍはアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アルミニウム・カチオン、亜鉛カチオンあるいはアンモニウム・カチオンであり、ｎは同カチオンの価数である。他の水素化ホウ素の例として、デカボラン（１４）（Ｂ１０Ｈ１４）；ＮＨｘＢＨｙの化学式で表されるアンモニア・ボラン化合物（ここで、ｘおよびｙは独立して１〜４の整数であり、これらは同一である必要はない）；およびＮＨｘＲＢＨｙの化学式で表されるアンモニア・ボラン化合物（ここで、ｘおよびｙは独立して１〜４の整数であり、これらは同一である必要はない、またＲはメチル基あるいはエチル基である）を含むポリヘドラル・ボランの群のような中性ボラン化合物が挙げられるが、これらに限られない。
【００１７】
イオン性の水素化物塩の例として、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化マグネシウムおよび水素化カルシウムのようなアルカリ金属カチオンあるいはアルカリ土類金属の水素化物が挙げられるが、これらに限られない。これらはＭＨｎの一般式で表され、ここでＭはアルカリ金属カチオンあるいはアルカリ土類金属カチオンであり、ｎは同カチオンの価数である。
【００１８】
水素化アルミニウムの例として、アレイン（ＡｌＨ３）および水素化アルミニウム塩の錯体が挙げられるが、これらに限られない。水素化アルミニウム塩の錯体の例としてＭ（ＡｌＨ４）ｎの一般式で表される化合物が挙げられるが、これらに限られない。同一般式においてＭはアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アルミニウム・カチオン、亜鉛カチオンあるいはアンモニウム・カチオンであり、ｎは同カチオンの価数である。
【００１９】
適切な補助電源システムの例として、再充電可能な二次電池やキャパシターのような蓄電装置が挙げられる。
【００２０】
適切な水素消費装置の例として水素ガスを用いて発電する装置が挙げられ、このような装置の例として燃料電池および少なくとも１個の発電コイルを有する水素燃焼エンジンが挙げられる。
【００２１】
本発明はシステムおよび水素生成装置による水素ガスを管理するための方法を提供する。同方法は、例えば発電システム内の水素圧力を構成装置の設計圧力範囲内に制御する、および／あるいは一定の電気出力を供給するために制御する。効果的な水素の使用は全般的なエネルギー貯蔵密度を向上する。なぜならば、貯蔵された水素は浪費されることなく、またそれの圧力制御により同システム内の燃料電池や水素生成装置のような構成装置を薄肉かつ軽量な材料により製作が可能になる。
【００２２】
注目すべき点は、本発明の好ましいシステムは並列設計を包含する。このような設計では、電子の形のエネルギーを水素消費装置あるいは補助電源システムと交互に供給できる。更に、本発明の好ましい方法では、補助電源システムの充電状態を水素ガス生成装置の運転の調整、制御に用いることができる。
【００２３】
本発明の一実施態様は、再充電可能な二次電池の充電速度を発電システム内の水素圧力管理のために変化させるシステムおよび制御方法を提供する。キャパシターあるいはスーパーキャパシターは、随意的に再充電可能な二次電池と共に用いて、例えば圧力ピークを低下させ、これによりパルス状の電力負荷に対する応答性を向上させてよい。
【００２４】
一実施態様では、水素生成装置は、同時継続出願の米国特許出願番号１１／１０５，５４９（２００５年４月１４日出願）に開示されているように（その内容は全面的に本明細書内に引用されている）、固体水素化化合物と酸性試薬の反応により水素ガスを生成するシステムである。しかしながら、どのような適切な水素生成装置でも用いてよく、これらは本明細書を読んだ当業界の通常の技能を有する者により選択されてよい。このようにして生成された水素ガスは発電のために燃料電池その他（例えば水素燃焼型エンジン）に供給されてよい。
【００２５】
水素ガス生成装置はポンプあるいは差圧を用いて液体酸性試薬を固体水素化化合物に接触させてよい。水素生成速度は反応物質が消費されるにつれて変化する可能性がある。なぜならば、生成した副生成物の性質および種類は対流、吸収その他の酸性試薬の固体物質中の移動を非効率的にする現象を引き起こす可能性があるからである。全体的に見て、水素生成反応も典型的には開始および停止のためにいくらかの時間を必要とする。より具体的には、酸性試薬の供給が停止された場合でも反応器内に残留している未反応酸性試薬が固体水素化物と接触するので、水素生成装置はいくらかの時間引き続き水素を生成する可能性がある。この余剰の水素は燃料電池によって消費されるか、系外にベントされるか、あるいは発電システム内での圧力の蓄積を避けるために圧力容器内に貯蔵される。しかしながら、系外へのベントは安全および法規制の観点から望ましくないかもしれない。圧力下での水素の貯蔵も追加的な装置を必要とするであろうからコストを引き上げ全般的なエネルギー貯蔵密度を低下する。本発明の方法および制御システムは、例えば補助電源システムの二次電池の充電状態を積極的に管理して、運転停止期間中および／あるいは運転停止後に生成された余剰水素を吸収するために十分なエネルギー貯蔵能力を確保することにより、また余剰水素により発電し二次電池に蓄電することにより上記の問題を解決できる。
【００２６】
図１に示すように、本実施態様による例示的なハイブリッド発電システム１００は、水素生成装置１０２、水素生成装置のための制御器１０４、二次電池充電制御器１０６、燃料電池１０８および電力調整器１１０により構成されており、これは更に水素システム圧力のようなシステム操作因子を測定するための少なくとも１個のセンサーを装備してよい。典型的な制御器の例として数学的および論理的な操作を実施可能なマイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよび／あるいは各種の電子式フィードバックおよび制御システムが挙げられる。典型的な電力調整器の例としてｄｃ／ｄｃ変換器、ｄｃ／ａｃ変換器および電圧調整器が挙げられる。発電システム１００は電子装置１１４に連結されてよい。制御器１０４は水素生成装置を制御することに加えて、充電制御器１０６とも連絡されてシステム停止期間中に生成される水素に対応するに必要とされる二次電池蓄電能力に関する情報をそれに伝送する。充電制御器１０６は充電状態を管理することに加えて、制御器１０４と連絡されて必要とされる充電状態を維持するために必要な水素流の情報をそれに伝送する。水素は水素生成装置１０２から燃料電池１０８に供給され、そこで電力に変換される。電力調整器１１０は一定の電圧出力を確保するために発電システム内に装備されてよい。更に二次電池１１２は充電制御器１０６を介して電力調整器１１０と電気的に連絡される。図１にこれらの連絡パス通路およびコネクションを、水素（例えば、水素生成装置１０２と燃料電池１０８の間）、制御信号（例えば１０２、１０４および１０６の間）および電力（例えば１０６、１０８、１１０、１１２および１１４の間）に関して示している。
【００２７】
例えば最初に運転が開始された場合、二次電池１１２は電子装置１１４に電力を提供する（図２を参照されたい）。二次電池での充電状態はモニターされ、予め決められた充電状態にまで放電すると、充電制御器１０６は制御器１０４を介して水素生成装置に信号を伝送して水素生成を開始させる（ステップ１５０）。水素が生成され電力に変換されるために燃料電池１０８に供給されたならば、同燃料電池は電子装置を駆動するための一次電力を供給してよい。二次電池は、短期間のピーク負荷に対処するため、および／あるいは余剰水素の生成に起因する圧力遷移状態を吸収するためにも使用してよい。例えば、システム圧力のモニタリングにより、燃料電池が適用負荷を管理し二次電池１１２を再充電するための電力を発電するための十分な水素量を水素生成装置が何時生成できるかを知ることができる。制御器はシステム圧力が設定点を越えたならば何時でも二次電池１１２を再充電するために充電回路に信号を伝送できる。このような過剰圧力は、電子装置１１４での電力需要が低下した場合、あるいは燃料電池が水素生成装置１０２が生成するほどには水素を消費しない場合に起こり得る。
【００２８】
制御アルゴリズムにより二次電池での目標充電状態が特定できる。例えば、充電状態は二次電池の蓄電能力の約２０〜９０％の範囲内に変動し得る。目標充電状態は、システムの運転時間、温度あるいは圧力と関連付けることができ、同システムでは余剰水素量は予測可能でありかつこれらの操作因子に依存する。充電状態の一例を以下の表１に示している。
【表１】
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【００２９】
モニターされた充電状態は水素生成装置１０２の制御のために使用される。充電状態が目標範囲を越えたならば、水素生成装置１２に運転停止するように信号を伝送することができ（ステップ１６０）、そして二次電池は電力負荷のための一次電力を供給できる。二次電池は電池充電状態が目標範囲を下回るまで放電し、そこで水素生成装置に対して運転再開するように信号を伝送する。充電状態のモニタリングにより、例えば、もし水素生成装置１２および／あるいは水素消費装置でのトラブルにより二次電池が一次電力を供給する場合には水素生成装置での運転上のトラブルも察知できる。発電システムに対しては、ユーザーに対して自己診断のためのパッケージソフトを動かすように警報を発するように、および／あるいは水素生成装置の運転を再開するように信号を伝送できる。
【００３０】
電子装置１１４がスイッチオフされて燃料電池１０８からの電力をもはや消費しない場合、水素生成装置に対して運転停止するように信号を伝送できる。前述したように、水素の生成１０２は活性の高い反応が停止した後のしばらくの間続行する可能性がある。システム圧力は設計圧力上限を確実に越えないようにモニターされる。次に図３を参照して、もしシステム圧力が設定値を越えた場合の対処法を説明する。このような場合には、燃料電池１０８は水素を電力に変換でき、この電力は二次電池１１２を再充電できる（ステップ４０１）。システム圧力が設計範囲内に収まっていれば、燃料電池に対して運転を停止し、二次電池の充電を停止するように信号を伝送する（ステップ４０２）。同二次電池は余剰水素を電力に変換することによりその余剰量を低減する。これによる電力は、電力調整器１１０および二次電池充電制御器１０６により例えば図４に示すように二次電池内に蓄電できる。
【００３１】
他の実施態様によれば、水素ガス生成装置は固体水素化化合物の熱反応により水素を生成するシステムである。この種のシステムでは、例えばその内容が全面的に本明細書内に引用されている同時継続出願の米国特許出願番号６０／７４８，５９８（２００５年１２月９日出願）に開示されているように、反応は固体水素化化合物が水源と接触する結果発生する熱により開始する。あるいは、この熱反応は水素化化合物（例えばアンモニア・ボラン化合物、水素化ホウ素リチウムあるいは水素化アルミニウムリチウム）の熱分解である。しかしながら、どのような適切な水素生成装置でも用いてよく、これらは本明細書を読んだ当業界の通常の技能を有する者により選択されてよい。このようにして生成された水素ガスは発電のために燃料電池その他（例えば水素燃焼型エンジン）に供給されてよい。このようなシステムは、回分モードで運転されてよく、この場合には個々の水素貯蔵燃料量は完全に反応により消費され、水素は水素消費装置が消費するよりも高い速度で生成する可能性がある。
【００３２】
図５に示すように、本実施態様による例示的なハイブリッド発電システム３００は、水素生成装置２００、水素生成装置のための制御器１０４、二次電池充電制御器１０６、燃料電池１０８および電力調整器１１０により構成されている。典型的な制御器の例として数学的および論理的な操作を実施可能なマイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよび／あるいは各種の電子式フィードバックおよび制御システムが挙げられる。典型的な電力調整器の例としてｄｃ／ｄｃ変換器、ｄｃ／ａｃ変換器および電圧調整器が挙げられる。制御器１０４は水素生成装置を制御することに加えて、充電制御器１０６とも連絡されてシステム停止期間中に生成される水素に対応するに必要とされる二次電池蓄電能力に関する情報をそれに伝送する。充電制御器１０６は充電状態を管理することに加えて、制御器１０４と連絡されて必要とされる充電状態を維持するために必要な水素流の情報をそれに伝送する。水素は水素生成装置２００から燃料電池１０８に供給され、そこで電力に変換される。電力調整器１１０は一定の電圧出力を確保するために発電システム内に装備されてよい。更に二次電池１１２は充電制御器１０６を介して電力調整器１１０と電気的に連絡される。
【００３３】
図６に示すように、水素生成装置２００は、少なくとも１個の反応セル２０４を有する燃料カートリッジ２０２（同反応セルは加熱により水素を発生する燃料２２０を保持している）、水素室２１６、水素ガス出口２１８および圧力センサー２１２により構成される。個々の反応セルは加熱素子２０８を内包しており、これはリード線２０６により加熱制御器（図示されていない）に連絡されている。また同反応セルはガス透過膜２１４と接している。燃料カートリッジ２０２は加熱制御器を内包してよく、あるいは少なくとも１個の電気接点を内包してよく、同接点を介して取り外し可能なカートリッジを例えば燃料電池を有する発電モジュールでの制御器に連絡する。好ましくは、圧力センサー２１２は加熱制御器と電気的に連絡される。
【００３４】
燃料電池は、反応セル２０４内の燃料２２０からの水素を直接的に使用してよい。しかしながら、消費される分を越える速度で水素が生成されたならば燃料カートリッジ内の水素圧力が上昇する。燃料２２０からの水素の内、消費されなかった分はエネルギー装置により電気エネルギーに変換され、二次電池１１２に蓄電される。これにより、燃料カートリッジ２０２内での圧力蓄積を回避でき、未使用水素はその後の使用のために貯蔵できる。
【００３５】
図５および６を参照して説明を続ける。例えば最初に運転が開始された場合、二次電池１１２はそれが連結された電子装置に電力を供給してそれを駆動する。二次電池での充電状態が予め決められた状態に達すると、制御器１０４は水素生成装置に信号を伝送して、燃料２２０を保持する少なくとも１個の反応セル２０４を加熱することにより水素生成を開始させる。燃料電池が電子装置駆動のための一次電力を供給している間に、二次電池もそれが予め決められた充電状態に放電するまで加熱素子２０８に対して電力を供給してよい。二次電池は、短期間のピーク負荷に対処するため、過渡的な状態にある水素生成を補うため、および／あるいは加熱素子２０８に対して電力を供給するために使用してよい。
【００３６】
以下の実施例により本発明の特徴を更に詳しく説明する。この実施例は説明の目的のためのみであり、本発明を制限するものと解釈すべきではない。
【００３７】
実施例１
燃料電池、２２Ｗの充電速度能力を有するリチウム／ポリマー製の再充電可能な二次電池、水素化ホウ素ナトリウムと液体硫酸の反応に基づく水素生成装置、ＤＣ−ＤＣ変換器、充電制御器および水素生成装置のための制御器により構成される燃料電池発電システムのモデルを製作した。これらの構成装置は全て回路基板上に集積され、ラップトップ型コンピューターに連結された。水素化ホウ素ナトリウムと液体硫酸の反応により生成された水素の観察データのシミュレーションは同時継続出願の米国特許出願番号１１／１０５，５４９記載の方法により実施し、また充電状態および圧力に関する情報を求めるためにラップトップ型コンピューターで観察されたデータのシミュレーションも実施した。燃料電池の出力は約０Ｗ（コンピューターがオフの状態）〜約２２Ｗの範囲内に制御された。
【００３８】
コンピューターの駆動を開始すると、二次電池は約８５％の充電状態に達するまで電力を供給した。この時点で燃料電池および水素生成装置に対して運転開始するように信号を伝送し、これらにより一次電力を供給した。
【００３９】
約９５分後に水素生成装置を停止した。しかし、その後も水素はかなりな速度で生成された。燃料電池はこの余剰水素を電力に変換するためのレベルで運転され、それからの電力はハブリッド型二次電池の充電のために使用された。水素生成装置が運転停止した期間中にシステム圧力は大きくは上昇しなかった。
【００４０】
本発明は開示された特定の実施態様により説明されたが、多くの実施態様が本発明の範囲内にあることを理解されたい。例えば、どのような適切な水素生成装置および方法を１個あるいは複数個の補助電源システムと組み合わせて用いてよく、これらは本明細書を読んだ当業界の通常の技能を有する者により選択されてよい。このようにして、本発明のシステムおよび方法の説明のために例示的な実施態様を用いたが、これらは本発明を制限するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施態様に有用なハイブリッド水素燃料電池発電システムの模式図である。
【図２】本発明の一実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの一運転モードで生成した電気出力の模式図である。
【図３】本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの一運転モードで生成した電気出力の模式図である。
【図４】本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料電池発電システムの模式図である。
【図５】本発明の他の実施態様によるハイブリッド水素燃料システムの模式図である。
【図６】図５に示す燃料システムでの水素生成システムの模式図である。
【図１】
2009505372.tif 000004
【図２】
2009505372.tif 000005
【図３】
2009505372.tif 000006
【図４】
2009505372.tif 000007
【図５】
2009505372.tif 000008
【図６】
2009505372.tif 000009
【国際調査報告】
2009505372.tif 000010