(57)【要約】      （修正有）【課題】発電、送電、および配電能力を効果的に配置した、水素を組み入れたエネルギー分配ネットワークの提供。【解決手段】  ユーザに水素燃料を供給するためのエネルギー分配ネットワークは；エネルギー源手段１２；エネルギーリソース手段からエネルギーを受ける水素生成手段１０；水素生成手段１０から水素を受ける水素燃料ユーザ手段１６；水素生成手段から水素を決定、制御、および供給するためにエネルギーリソース手段、水素生成手段、および水素燃料ユーザ手段に連係されたデータ収集、記憶、制御および供給手段１４を具備する。好ましくは、このネットワークは、一つまたはそれ以上の水電解装置を具備し、乗物、燃料電池、電気および熱ジェネレータなどの燃料用の水素を分配する。【選択図】図１
2006037226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）エネルギーソースから出力圧で水素を発生させる水素発生装置と；
（ｂ）前記水素をユーザに送る出力導管；
（ｃ）水素を前記出力圧で生成する前記水素派生装置を制御するコントローラと、
（ｄ）ユーザ要求データを受信し、前記ユーザ要求データに関連して前記コントローラを作動させるユーザ入力インターフェースと；
を備えることを特徴とする水素燃料供給システム。
【請求項２】
前記水素発生装置が、前記水素を前記出力圧に加圧するコンプレッサを具備することを特徴とする請求項１に記載の水素燃料供給システム。
【請求項３】
更にユーザに供給する前に、前記水素を蓄積する貯蔵手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素供給燃料システム。
【請求項４】
水素燃料供給ステーションであり：
（ａ）エネルギーソースから水を発生させる水素発生装置と；
（ｂ）前記水素発生装置から前記水素を受け取る水素貯蔵装置と；
（ｃ）前記水素をユーザへ送る水素配送システムと；
（ｄ）ユーザへの水素の配送を制御するため、前記水素デリバリーシステムに対し動作可能に接続されたコンローラと；
を備えることを特徴とする水素燃料供給ステーション。
【請求項５】
前記コントローラが、前記水素貯蔵装置による受容に関して水素の生成を制御するため、前記水素発生装置と前記水素貯蔵装置に作動的に接続されること、を特徴とする請求項４に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項６】
前記水素を生成するために最も費用的に効果的な時間による水素の発生を促進するため、前記コントローラに作動的に接続されたエネルギーコストインプットソースを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項７】
ユーザへ前記水素を送る前に、前記水素を所望の出力圧に加圧するコンプレッサを更に備えること特徴とする請求項４に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項８】
前記水素デリバリーシステムが、少なくとも一つの電解装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項９】
前記水素デリバリーシステムが、前記水素を車両に送るのに適していることを特徴とする請求項４に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１０】
前記コントローラが、水素に対するユーザの要求に関連したユーザインプットを受信するユーザインプットインターフェースを具備することを特徴とする請求項４に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１１】
複数の水素燃料供給ステーションが、ネットワークにおいて接続されること、前記各水素燃料供給ステーションに関する前記コントローラが、前記ネットワークを制御するためにネットワークコントローラと連絡すること、を特徴とする請求項５に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１２】
前記水素発生装置が、環境に対する影響力を基に好ましいエネルギーソースを含んだ複数の異なるエネルギーソースの一つから、エネルギーを受け取るのに適していることを特徴とする請求項５に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１３】
（ａ）少なくとも一つの水電気分解を基にした水素発生装置を備え；
（ｂ）前記少なくとも一つの水素発生装置に接続された少なくとも一つの水素貯蔵装置を備え；
（ｃ）水素を一台またはそれ以上の水素駆動車両に分配する、少なくとも一つの水素分配装置を備え、前記少なくとも一つの水素分配装置が、前記少なくとも一つの水素発生装置と少なくとも一つの水素貯蔵装置のうちの一つから水素を受け取るために作動的に接続され；
（ｄ）前記少なくとも一つの水素発生装置により使用する電気エネルギーの利用に関連したデータを含む制御インプットを受信し且つ処理する少なくとも一つのコントローラを備え、前記少なくとも一つのコントローラが、前記制御インプットを少なくとも部分的に基にした水素の生成を制御するため、前記少なくとも一つの水素発生装置に作動的に接続されること；
を特徴とする水素燃料供給ステーション。
【請求項１４】
前記制御インプットが、更に前記少なくとも一つの水素貯蔵装置と少なくとも一つの水素分配装置のうちの少なくとも一つからの水素についての要求に関するデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの水素分配装置が、前記一台かそれ以上の水素駆動車両に関する水素要求データを受信するため、ユーザインターフェースを具備することを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１６】
更に前記一台かそれ以上の水素駆動車両に分配する前に、水素を所望の圧力に加圧するため、少なくとも一つのコンプレッサを更に備え、前記少なくとも一つのコンプレッサが、前記少なくとも一つの水素発生装置と少なくとも一つの水素貯蔵装置のうちの少なくとも一つから、水素を受け取るため動作可能に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのコンプレッサが、前記少なくとも一つの水素発生装置から水素を受け取るため作動的に接続され、前記水素を前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に蓄積する前に、前記水素を前記所望の圧力に加圧することを特徴とする請求項１６に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１８】
前記電気エネルギー可用データが、前記水素を生成するために利用可能な電気エネルギーの価格に関するデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項１９】
前記電気エネルギー可用データが、前記水素を生成するために利用可能な電力の特徴に関するデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２０】
前記電気エネルギー可用データが、前記利用可能な電気エネルギーを再生可能なエネルギーリソースまたは再生不可能なエネルギーリソースから生成したかに関するデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２１】
前記電気エネルギー可用データが、電気エネルギーを生成するエネルギーリソースのタイプに関するデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２２】
前記制御インプットが、水素についての要求に関するデータを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２３】
前記コントローラが、電気エネルギーの利用を必要とする水素に関する要求に合わせるため、水素の発生を制御することを特徴とする請求項２２に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２４】
前記電気エネルギー可用データが、電気エネルギーの価格を含むこと、前記コントローラが最低の利用価格での水素についての要求に合わせるように充分な水素を発生させるため、水素の発生を制御することを特徴とする請求項２２に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２５】
前記水素についての要求データが、水素の所望量に関するデータを含むことを特徴とする請求項２２に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２６】
前記水素要求データが、水素の所望の圧力に関するデータを含むことを特徴とする請求項２２に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２７】
前記水素要求データが、水素を送る所望の割合に関するデータを含むことを特徴とする請求項２２に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２８】
前記コントローラが、前記水素発生装置によって水素の発生を動的に制御することを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項２９】
前記少なくとも一つの水素貯蔵装置が、少なくとも一つの水素化合物貯蔵チャンバを備えることを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項３０】
前記少なくとも一つの水素貯蔵装置が、加圧水素蓄積するため少なくとも一つの容器を備えることを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項３１】
前記電気エネルギーが、電気エネルギーのグリッドソースから得られることを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料ステーション。
【請求項３２】
前記電気エネルギー可用データが、リアルタイムデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項３３】
前記電気エネルギー可用データが、蓄積データを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水素燃料供給ステーション。
【請求項３４】
（ａ）少なくとも一台の水素駆動車両に対する水素についての要求に関するデータを処理するステップと；
（ｂ）少なくとも一つの水素貯蔵装置の状態に関するデータを処理するステップと；
（ｃ）少なくとも一つの電解を基にした水素発生装置の状態に関するデータを処理するステップと；
（ｄ）水素の前記要求に合わせるため、所望のパラメータに関連して水素の発生、蓄積及び配送を制御するステップと；
を含むことを特徴とする水素燃料供給ステーションを制御するプロセス。
【請求項３５】
前記電気エネルギー可用データが、前記電気エネルギーの価格に関するデータを含むことを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記電気エネルギー可用データが、前記電気エネルギーの生成時に使用されるエネルギーリソースの特徴に関するデータを含むことを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記電気エネルギー可用データが、前記電気エネルギー生成のために使用される再生及び非再生エネルギーリソースの特徴に関するデータを含むことを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記水素についての要求を最低の利用可能なコストに合わせるため、水素の発生、蓄積及び配送を制御する戦記ステップが実行されることを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記水素についての要求に合わせて、再生可能なリソースから生成された電気エネルギーの使用を最適化するため、水素の発生、蓄積及び配送を制御する戦記ステップが実行されることを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項４０】
水素の発生を制御する前記ステップが、前記水素発生装置に供給される電気エネルギーを調整するステップを含むことを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記処理ステップの少なくとも一つに関する前記データが、リアルタイムデータを含むことを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記処理ステップの少なくとも一つに関する前記データが、蓄積データであることを特徴とする請求項３４に記載のプロセス。
【請求項４３】
水素燃料供給プロセスが、
（ａ）少なくとも一つの水電解を基にした水素発生装置と、少なくとも一つの水素貯蔵装置と、少なくとも一つの水素デリバリーシステムを、水素燃料供給ステーションに備えるステップと、
（ｂ）水素を前記少なくとも一つの水素貯蔵装置から、前記少なくとも一つの水素デリバリーシステムを使用して、前記水素燃料ステーションに付属する前記一つかそれ以上の水素駆動車両へ水素を送るステップと；
（ｃ）前記少なくとも一つの水素発生装置による水素発生時に使用する電気エネルギーの利用に関するデータを処理するステップと；
（ｄ）前記少なくとも一つの水素発生装置を使用して水素を周期的に発生させ、電気エネルギーの利用に関する前記データを含んだデータインプットを基に、前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に前記水素を所望の圧力で直積するステップと、；
含むことを特徴とする水素燃料供給プロセス。
【請求項４４】
前記電気エネルギー可用データが、前記少なくとも一つの水電気分解を基にした前記少なくとも一つの水電解を使用して、水素を発生させるために使用される電気エネルギーの価格に関するデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４５】
電気エネルギーの利用に関する前記データが、前記電気エネルギーの生成時に使用されるエネルギーリソースの特徴に関するデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４６】
電気エネルギーの利用に関する前記データが、前記電気エネルギーの生成時に使用される再生可能または再生不可能なエネルギーリソースに関するデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記データインプットが、前記少なくとも一つの水素貯蔵装置の状態に関するデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記水素貯蔵状態データのインプットが、前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に蓄積される水素の量に関するデータを含むことを特徴とする請求項４７に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記データインプットが、前記一台かそれ以上の水素駆動車両に関する水素についての要求に関連したデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、前記水素を前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に蓄積する前に、前記水素を前記所望の圧力に加圧するステップを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、前記水素を発生させるエネルギーの最低の利用可能なコストで、前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に所望量の水素を保持するため、実行されることを特徴とする請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、前記水素を発生させるエネルギーの最低の利用可能なコストで、水素についての要求に合わせるため、実行されることを特徴とする請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、前記少なくとも一つの水素貯蔵装置に所望量の水素を保持し、再生可能なリソースから生成された電気エネルギーの使用を最適化するため、実行されることを特徴とする請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、水素に関する前記要求に合わせて、再利用可能なリソースから生成された電気エネルギーの使用を最適化するため、実行されることを特徴とする請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記水素を発生させ、蓄積する前記ステップが、前記少なくとも一つの水素発生装置へ供給されるエネルギーを調整するステップを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記データインプットの少なくとも幾つかが、リアルタイムデータを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記データインプットの少なくとも幾つが、蓄積データを含むことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。
【請求項５８】
一つかそれ以上の建築物のための水素エネルギーシステムであり、前記システムが：
（ａ）水素発生装置と；
（ｂ）一つかそれ以上の建築物の少なくとも一つの領域に関して、水素についての要求を受信し且つ送信する少なくとも一つのゾーンコントローラと；
（ｃ）前記少なくとも一つのゾーンコントローラから受け取った水素について、の前記要求を処理し、それと共に前記水素発生装置を制御するユニットコントローラと；
を備えることを特徴とする一つかそれ以上の建築物に関する水素エネルギーシステム。
【請求項５９】
前記要求が、前記水素からの発生した電気についての要求を含むことを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記要求が、前記水素から発生した熱についての要求を含むことを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ユニットコントローラが更に、水素を電気エネルギーに変換する装置を制御することを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ユニットコントローラが更に、水素を熱エネルギーに変換する装置を制御することを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６３】
前記水素変換装置が、燃料電池であることを特徴とする請求項６１に記載のシステム。
【請求項６４】
前記水素変換装置が、ボイラーであることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項６５】
前記水素変換装置が、炉であることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項６６】
前記システムが、複数の建築物にエネルギーを供給することを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６７】
各々の建築物が、前記ユニットコントローラの一つと前記ゾーンコントローラの少なくとも一つを具備することを特徴とする請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記建築物の各々に関連する前記ユニットコントローラからの水素要求データを、受信し且つ処理するビルディングネットワークコントローラを更に備えることを特徴とする請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記ビルディングネットワークコントローラが、前記水素発生装置による水素の発生と、複数の前記建築物に関する少なくとも一つの水素変換装置への水素の供給を制御することを特徴とする請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記ビルディングネットワークコントローラは、各々が関連するエネルギーソースのデータを有するエネルギーソースのネットワークを制御するエネルギーネットワークと連絡することを特徴とする請求項６８に記載のシステム。
【請求項７１】
前記複数の建築物についての要求に合わせるように水素の発生、蓄積及び変換を制御するため、前記ビルディングネットワークコントローラが、エネルギーソースのデータを受信し且つ処理することを特徴とする請求項６８に記載のシステム。
【請求項７２】
特徴前記複数の建築物についての要求に合わせるように水素の発生、蓄積及び変換を制御するため、前記ユニットコントローラが、エネルギーソースのデータを受信し且つ処理することを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項７３】
前記水素変換装置が、電気エネルギーを電気グリッドへ送るのに適していることを特徴とする請求項６１に記載のシステム。
【請求項７４】
水素を少なくとも一つの水素駆動車両へ分配する水素分配装置を、更に備えることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項７５】
前記少なくとも一つのゾーンコントローラが、水素についての要求に関するデータを受信するユーザ作動インターフェースを具備することを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項７６】
前記水素分配装置が、水素についての要求に関するデータを受信するユーザ作動インターフェースを具備することを特徴とする請求項７４に記載のシステム。
【請求項７７】
複数の前記ゾーンコントローラが、ネットワークにおいて相互接続され、前記ネットワークが前記ユニットコントローラに対し動作可能に接続されることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項７８】
前記水素発生装置が、電解装置であることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項７９】
水素エネルギーシステムが：
（ａ）水素生成のための電解を基にした水素生成手段と；
（ｂ）前記水素生成手段に接続された水素貯蔵手段と；
（ｃ）前記水素生成手段により使用する電気エネルギーの利用に関するデータを含んだ制御インプットを受信し且つ処理するため、コンピュータ処理手段を有する少なくとも一つのコントローラとを備え、前記少なくとも一つのコントローラが前記制御インプットを少なくとも部分的に基にして、水素の発生を制御する前記水素生成手段に対し動作可能に接続されること；
を特徴とする水素エネルギーシステム。
【請求項８０】
前記電気エネルギー可用データが、前記水素の発生のために利用可能な電気エネルギーの価格に関するデータを含むことを特徴とする請求項７９に記載のエネルギー分配ネットワーク。  
【請求項８１】
前記電気エネルギー可用データが、前記エネルギーを生成するために使用される再生可能及び再生不可能なエネルギーソースに関するデータを含むことを特徴とする請求項７９〜８０のいずれか一項に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８２】
前記電気エネルギー可用データが、前記エネルギーを生成するために使用されるエネルギーソースのタイプに関するデータを含むことを特徴とする請求項７９〜８１のいずれか一項に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８３】
エネルギーリソースの前記タイプが、化石燃料、水素、核太陽光及び風力リソースの一つかそれ以上を含むことを特徴とする請求項８２に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８４】
前記制御インプットが更に、水素に関する要求に関するデータを含むことを特徴とする請求項７９〜８３のいずれか一項に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８５】
前記コントローラが、電気エネルギーの利用を必要とする水素に関する要求に合わせるため、水素の発生を制御することを特徴とする請求項８４に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８６】
前記エネルギーの利用データが、電気エネルギーの価格を含むこと、前記コントローラが水素の発生を制御して、充分な水素を発生させ、最低の利用可能なコストで水素に関する要求に合わせるため水素の発生を制御すること、を特徴とする請求項８４に記載のエネルギー分配ネットワーク。
【請求項８７】
一つかそれ以上の建築物用の水素エネルギーシステムであり：
（ａ）水素発生装置と；
（ｂ）前記水素発生装置から受け取った水素を蓄積する水素貯蔵装置と；
（ｃ）前記水素貯蔵装置から受け取った水素を所望の形のエネルギーに変換する水素変換装置と；
（ｄ）前記一つかそれ以上の建築物に関連する複数の領域に連絡して、前記水素発生装置、水素貯蔵装置及び水素変換装置による水素の発生、蓄積及び変換を、前記複数の領域の一つかそれ以上から受けた要求に対応して、制御するためのコントローラと；
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項８８】
一つかそれ以上の建築物用の水素エネルギーシステムであり：
（ａ）水素発生装置と；
（ｂ）前記水素発生装置から受け取った水素を蓄積する水素貯蔵装置と；
（ｃ）前記水素貯蔵装置から受け取った水素を所望の形のエネルギーに変換する水素変換装置と；
（ｄ）前記水素貯蔵装置から一つかそれ以上の水素駆動車両へ、水素を分配する水素分配装置と；
（ｅ）前記水素発生装置、水素貯蔵装置、水素変換装置及び水素分配装置の少なくとも一つに連絡して、前記建築物と車両の一つかそれ以上に対する水素及びエネルギーの発生及び分配を制御するコントローラと；
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造現場において、特に一つまたはそれ以上の水電解装置によって発生された水素を、特に、乗物またはエネルギー貯蔵用の燃料として提供するためのエネルギーネットワークに関する。本発明はさらに、水素が電気エネルギーに変換される、燃料電池用、補助エネルギー源としての燃焼用、および特に、配電システムの一部としての発電用の燃料としての水素の使用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、メタノール製造用の大規模化学プラント、または大規模発電所の生産能力を計画する場合、商品に対して予想される需要について正しい知識をもつことは、大規模設備における資本配分の最適化および投資収益の確実性に関して重大なことである。大抵の場合、数百万ドルもの資金を建造のために調達しなければならない。故に、最終商品についての供給および需要の測定および予測を行うことが極めて望ましい。商業的に、リアルタイム、短期、中期または長期的尺度で将来の需要を予測する技術を適応することが、特に、資産活用、在庫圧縮、およびリスク低減に極めて重要である。
【０００３】
目下のところ、水素燃料車両用水素供給システムのネットワークが広く行きわたる展開はまだ存在しない。目下、公知技術、社会の基準、および消費者受諾の限界に基づいて最適化された、燃料供給インフラストラクチャーネットワークを完備した炭化水素燃料車両用ネットワークが広く行きわたっている。人は大抵、生産、貯蔵、運搬、および分配を含む水素供給ネットワークで水素燃料車両用地理的ネットワークが広く行きわたるように構築するのが良いと思うが、その作業は、いかなる経済的方法でも達成するのが実質的に不可能と思われるほど、大規模な投資を伴い、それほど難しい。車両に燃料供給するのに使用される場所に近い電気から水素を生産する多数の例があるが、そのような個々の現場は、性能および資産配分を最適化できるように相互につながっていない。
【０００４】
現在の炭化水素燃料車両分配ネットワークには多数の欠点があり、それらの欠点は、本質的に炭化水素燃料の有限資源と、世界の資源の不均一な分配とを含む。事実、世界の炭化水素資源の多くがまさに数カ所の地理的領域に集中しているので、多数の国が原産燃料を自給できない。これは、世界的および地域的摩擦を生むこととなる。さらに、健康および気候変化への温室効果ガス排出の影響についての不確定性がある。さらに、炭化水素燃料それ自体の使用、または炭化水素燃料を使用するための処理が、酸性雨のような、地域的環境変化だけでなくスモッグやオゾンの地上汚染の原因となる。炭化水素の燃焼または処理のために直接、または間接的に形成された空中浮遊汚染物質が、収穫物の収量の減少、寿命の潜在的短縮、およびあらゆる生物に対する他の健康問題の原因となる。
【０００５】
好ましくは、十分な消費者サービスを提供し、燃料資源格差、炭化水素燃料の負の環境的局面やそれらの燃焼または処理を低減または排除し、投資リスクを軽減し、システム内の全設備の性能を最大限活用し、非炭素エネルギーの使用を促進するように導入できる燃料供給システムのネットワークが、極めて望まれている。従来の石炭や石油炭素含有量がより少ないエネルギー源から製造される水素燃料、または炭素が地球表面下に隔離されている石炭または石油から製造される水素燃料は、このネットワークにとって理想的な燃料となる。
【０００６】
製造現場から使用現場への商品の分配についての一つの形態は、貯蔵装置の使用を伴う。商品、ときには有用品である、の貯蔵は、供給と需要とを効率的に一致させ生産の有用性を最適化することができる。この二つの例は、（ａ）車載メタノールが水素含有ガスに改質される車で使用される車載メタノールからと、（ｂ）車両上、または車両へ後に転送するために地上のいずれかに設置された圧縮ガス貯蔵タンクに充填するために使用される車外電気によって、製造される水素の供給である。
【０００７】
後者（ｂ）の場合、水素は、車外で製造され、圧縮ガスタンクまたは同様の容器内に貯蔵される。水素の蓄積は、水素製造用の電気の発生を水素のリアルタイムの需要と分離する。水素の貯蔵によって可能になる発電へのこの負荷移動効果は、特に、水素需要が、生産されている電気に関して1％〜100％のかなり大きな割合のものである場合に、電気のより良好且つより予測可能な有用性を与える。これは、例えば、電解による水素の製造または他の用途に電気を投入することに関してリアルタイムで決定できるようになる。これは、電気の供給が測定できるとき、すなわち、電気の製造の増大が有効すなわち有利であるとき、均衡の一部でしかなく、リアルタイムの資産有用性に即一致させることに加えて、水素製造のための改良された資産有用性を生む発電、送電、配電システムを稼働させる多くの形態を含む。均衡の第二の半分は、実質的にリアルタイムでの水素需要の測定である。これは、水素の製造計画を含む。水素製造が電解源からであり、水素の市場からの需要に合わせるために水素が貯蔵タンクから、または電解装置ベースから直接的に車載貯蔵タンクに転送される場合、その都度の測定が水素需要に関して可能となる。その需要は、電気エネルギー消費量だけでなく温度／圧力測定のような技術によって当業者には理解される。さらに、車載水素エネルギー量の測定は、電気製造から水素供給のコントローラに情報が提供されるようにでき、貯蔵されたエネルギー／電気リソースに等しくされる。これらの測定は、詳細測定で供給と需要との均衡を完成させる。これは以下を可能にする：
（ａ）以下の時間に要する電気の量のリアルタイム予測：瞬間、および先のデータと組み合わせた場合、水素製造用の電気の需要成長率；
（ｂ）水素製造のための電気の繰り延べ使用、および最優先（経済的または技術的）の需要に対する電気の供給；
（ｃ）十分な貯蔵が貯蔵タンクの「システムネットワーク」内に存在するとき水素製造に使用するための電気供給の安全削減；および
（ｄ）電気の供給の優先／コスト／方法が貯蔵リザーバの状態に基づいて決定される「仮想」貯蔵リザーバを展開する能力。
【０００８】
水素市場へ、車載または地上のいずれかに貯蔵された水素に対する電気生産決定を結合するシステムは、いつ、どこに、どれだけの量の電気を供給するかに関してより良好な決定を可能にする。実質的に測定を通じて瞬間的に利用できるこの情報は、資産配置に重大であり、資産有用性およびリスク軽減を増す。発電機の稼働計画をより良く立てるためにも使用できる。「停止可能負荷」として作用させることによって、電気有用性が信頼性条件に合致するように動作保留を提供できる。適切な手段を介してこの情報を収集することによって、一つまたはそれ以上の上記のａ、ｂ、ｃ、ｄを組み入れる特徴を組み込む新規で発明的な測定システムが作られる。
【０００９】
故に、メタノールのオンボードまたはオフボード改質を含む多くの用途に後に使用される、例えば、メタノール製造用化学プラントに関する決定は、製造決定に影響を及ぼす瞬間および日々の情報を提供できないことが分かる。
【００１０】
故に、発電、送電、および配電能力の効果的配置および有用性、およびそのような資産を高めた経済的性能を提供する水素を組み入れたエネルギー分配ネットワークを提供することが本発明の目的である。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、その一般的形態において下記を有するネットワークを具体化する：
（ａ）主エネルギー源の製造源から水素製造現場に送られた主エネルギー源；
（ｂ）副産物封鎖設備を備えたまたは無し、地上設置水素貯蔵設備を備えた、または無しの水素製造および分配設備；
（ｃ）データ通信用の収集、記憶および供給コントローラ。
【００１２】
用語コントローラは、データを受け、処理し、送り、任意に記憶するための中央処理手段および演算手段を備える。
【００１３】
本発明の実施は、特に、ユーザによって電解装置から要求される水素の量、電解装置への電気エネルギーの分配の時間、エネルギーが電解装置に分配されるべき期間、電解装置に送られるべきエネルギーレベル、ユーザ貯蔵の水素圧力、電気のリアルタイム価格、価格予測、エネルギーレベルの割合または電解装置へのエネルギーリソースの調整の種類；および発生される化石燃料、水力、原子力、太陽エネルギーおよび風力から選択される電気エネルギーの種類に関する情報データを利用し決定するためにコントローラ内のアルゴリズム処理の使用を含む。
【００１４】
コントローラ内でのアルゴリズム処理は、特に、後述されるようなエネルギーリソース、電解槽、コンプレッサ弁、ユーザ起動ユニットなどの動作のような、本発明の実施において機能する制御段階をさらに決定する。
【００１５】
上記構成要素を共に結合することによって、水素燃料に対するリアルタイムおよび演算された予想需要を測定し、商品、すなわち水素、を提供するネットワークが実現される。このネットワークは、地理的位置による将来の需要条件を予測するために標準予測モデルと連係されても良い。この水素ネットワークの好ましい特徴は、いかなる種類の大規模水素製造設備の建造にも頼らないことである。代わりに、ここで提供される好ましい水素製造設備は、技術的／商業的に可能な限り小さく、単一の商業、小売り、または工業地域からのたった一人の消費者または複数の消費者の要望に合致する規模を縮小した装置を含む。
【００１６】
したがって、その最も広範囲の形態において、本発明は、水素燃料製造手段；前記製造手段への原材料供給手段；水素燃料ユーザ手段；および前記製造手段、前記原材料供給手段およびユーザ手段に連係された情報および供給制御手段を具備する、ユーザに水素燃料を提供するためのエネルギー分配ネットワークを提供する。
【００１７】
この明細書での用語「水素燃料ユーザ手段」は、水素製造手段によって製造された水素の受容器を意味する。それは、例えば、これらに限定されるものではないが、地上または地下、車両、および他の運搬ユニット内にあっても良い水素貯蔵設備；燃料電池、電気および熱発生装置のような、直接および間接水素消費変換装置および設備；導管、コンプレッサおよび同配送装置を含む。需要は、余剰電力を「ダンピング」しなければならないので、より安価な水素を製造する機会となるエネルギー供給によって開始されても良い。
【００１８】
原材料は、例えば、天然ガス、液体炭化水素または、電解装置の場合、電流および水を含む。
【００１９】
天然ガスに関わる本発明の実施に関して、遠隔地からの天然ガスは、パイプラインに送り込まれて水素燃料の小売アウトレットまたは、燃料供給地まで運ばれる。小売りアウトレットまたは燃料供給地またはその近くに、天然ガスは、精製段階でスチーム／メタン改質されて水素ガスを製造する。副産物の二酸化炭素は、ガス抜きされるか、またはその封鎖となる他の方法で処理される。生成された水素は、例えば、圧縮を利用して、車両の圧縮水素ガス貯蔵タンク内に充填されても良い。あるいは、コンプレッサは、わずかにスチームメタン改質器／コンプレッサシステムに近い地上に設置された貯蔵タンクに、その流れを迂回させても良い。所定日に製造される水素量は、公知の様々な方法で決定され、天然ガス消費量、水素製造量、貯蔵圧力、変化率などを含む。この情報は、本発明によるネットワークのオペレータに電子的または他の方法で送られる。時間の経過と共にこの情報は、予測された将来の需要だけでなく、供給条件がそれから予測される水素の需要情報を構成する。水素の需要が増すと、ネットワークオペレータは、需要が低いときの既存ジェネレータをより効果的に使用するためにより大規模の天然ガス改質器を設置するか、またはより多くの貯蔵タンクを増設しても良い。水素を測定し貯蔵する能力は、現在の液体炭化水素（ガソリン）インフラストラクチャーでの場合よりもより良い決定を行うことができるようになる。測定能力は、決定されるべき原材料（この場合では天然ガス）の予測を可能にする。天然ガスがパイプラインから送られてくる場合、供給／需要特性は、購入拡大、パイプラインの拡張、保守整備、固定資産の償却、さらに天然ガスの発見についての計画と同じように、天然ガスのパイプラインをいかにより良く管理するかについての有用な情報を提供する。システムの測定能力は、車両用の水素需要の成長率が重大な先導指標となるので、車両需要の予測についてのキー情報をも提供する。
【００２０】
油井、および精製所のネットワークから製造された現在もっと良く使用されている燃料、ガソリン、ディーゼルに基づく本発明によるネットワークに関して、この燃料は小売りアウトレットまたは燃料供給地に出荷される。必要なときに、ガソリン／ディーゼルは、改質または部分的に酸化される、または他の化学的ステップがとられて水素を生成する。十分な精製後に、水素は、車両に直接、または後に車載移送用に車外貯蔵所に貯蔵されるかのいずれかである。所定日に製造される水素量は、ガソリン／ディーゼル消費量、水素製造量、ガス貯蔵器の貯蔵レベルまたは圧力、変化率などに基づいて当業者によって決定される。この情報は、本発明によるネットワークのオペレータに電子的または他の方法で送られる。時間の経過と共にこの情報は、予測された将来の需要だけでなく、供給条件がそれから予測される水素の需要情報を構成する。水素の需要が増すと、ネットワークオペレータは、需要が低いときの既存ジェネレータをより効果的に使用するためにより大規模のガソリン／ディ−ゼル改質器を設置するか、またはより多くの貯蔵タンクを増設しても良い。水素を測定し貯蔵する能力は、現在の液体炭化水素（ガソリン／ディーゼル）インフラストラクチャーでの場合よりも、貯蔵タンクやより多くの水素製造設備のような、資産の配置に関してより良い決定を行うことができるようになる。測定能力は、決定されるべき原材料の予測を可能にする。これは、ガソリン／ディーゼルが、オクタン、添加剤、洗浄剤、硫黄含有物などに関する低公害または有害排出物ゼロ車両用に特別に製造され、この特別の等級のガソリン／ディーゼルを製造、運搬および分配するために使用される資産に対する独特の資本構成がある場合には特に重要である。本発明によるシステムの測定能力は、車両用の水素需要の成長率が非常に重大な先導指標となるので、車両需要の予測についてのキー情報をも提供する。
【００２１】
メタノールのような、液体炭化水素に基づく本発明によるネットワークに関して、地域的または世界的に拡がる生成プラントのネットワークから製造されたメタノールは、小売りアウトレットまたは燃料供給基地に出荷される。必要なときに、メタノールは、改質または部分的に酸化されるか、または他の化学的ステップがとられて水素を生成する。十分な精製後に、水素は、車両に直接、または後の車載移送用の非車両貯蔵器に貯蔵されても良い。所定日に製造される水素量は、天然ガスやガソリンに関して上述されたように、決定されよう。
【００２２】
但し、最も好ましいネットワークは、水電解のための電気を使用することに基づく。地域的または世界的に拡がる生成プラントのネットワークから製造される、導体内を流れる電気は、居住地、家庭など、商業または工業的小売りアウトレットまたは他の燃料供給地に給電される。必要なときに、電気は、価値がある水素と酸素とを生成する電気分解工程で使用される。十分な精製と、必要ならば圧縮との後に、水素は、直に車両に貯蔵されるか、非車両貯蔵器に送られても良い。
【００２３】
電気は、それぞれがそれら自体の特性および製造の最適方法および手段を有する、多くの異なるタイプの主エネルギーから得ることができる。一旦、電気が発生されると、効率的に貯蔵することが難しく、ある形式の配電／送電システムを介して送電されなければならない。そのようなシステムは、ユーザの多くの異なる状況、天然ガスパイプラインからよりも多くのユーザ、使用変動の時間、負荷密度、主電気入力源、主電気入力源の状況、天候条件、気体または液体に対する電気の性質を扱う特有の局面に対応しなければならない。
【００２４】
電解ユニット、特別に適切に設計された水電気分解システムは、それがどのように電源に接続されるか、および連続的に動作する必要がないことにおいて特有の利点を有する。電解装置は、炭化水素から水素を製造する典型的な方法よりもはるかに容易に部分的負荷ステップで開始、停止または調整させるようにできる。この要因は、電気が優先的計画に基づいて水素製造から他の電気的負荷に動的に「切り換え」られる、キー要素である。この特徴は、電解装置がより高い優先電気的負荷よりも低コストの電気を得ることができるようにする。さらに、電気分解が、1＜kW〜100,000ｋＷを越える非常に拡大可能な技術であるので、サイズのみが変わる同システムは、必要なときに、配電されるべき潜在力を有する。故に、それは、電気需要の変化に動的に一致させるために制御的作動を提供できる。
【００２５】
好適実施例における本発明の実施において、電解装置に電気エネルギーを配電するワイヤは、電気分解構成の状況についての有用な情報を関連デバイスに送るために使用される。これは、必要な情報を電気的に収集するための付加的な接続、または「遠隔測定」デバイスの必要性を排除する。
【００２６】
したがって、電気および電解を組み込む水素燃料ネットワークは、例えば、光起電装置や風力発電タービンのような、断続性継続更新可能なエネルギー源で、たとえ、これらが電気分解を基礎にした水素ジェネレータのネットワ−クから何百マイルも離れたところに配置されていても、有用な機会を提供する。水素ジェネレータは、継続更新可能なエネルギー源の有効性に比例した割合で水素を生成するように配列される。さらに、価格信号を測定することによって、電解装置は、特定の発電源からの電気の市場価格が、燃料供給のための許容レベルを超える場合、低減または停止される。電解システムは、電解システム内での緊急の場合にも容易に停止される。データ通信速度の観点から、1秒未満で行われる制御動作は、信頼性に対する条件に合致させるために、スピンリザーブを交換するだけでなく、グリッドを動的に制御するために使用される。
【００２７】
天然ガス分配システムのみが、水素ジェネレータへのエネルギー源の連続トリクル供給についての概念において電気システムに近い。ガソリンまたはメタノールが水素製造および燃料供給現場に到着すると、それは一般に大量の荷となり、ガソリンまたはメタノールは、50,000ガロン程度のサイズのタンク内に貯蔵される。トリクル充電は、水素燃料ネットワークの重要な特徴であり、明らかに好ましい。車両自体がトリクル充電されても良いその車両、またはトリクル充電される地上設置貯蔵タンクのいずれかに、分配された水素の貯蔵は、十分な水素を蓄積し、次にその水素を自動車にＧＷで測定した出力率で分配する。ｋＷトリクル充電を行い、それを効率的な貯蔵を経てＧＷ高速燃料出力システムにそれを変換する能力は、ネットワークの商品として効率的な燃料供給システムを構築する際のキー要素である。
【００２８】
地上貯蔵または車載貯蔵を含む、ネットワーク内に貯蔵されている総水素量を見積もるだけでなく、水素供給および需要を測定する能力は、本発明のネットワークの最も有用な利益を提供する。一体化されたネットワークの全体は、巨大な燃料計に類似しているので、システムに補給すべき電気量や必要な補給速度の予測が行われる。これは、電力ジェネレータ／マーケッタが供給および需要をリアルタイムで、より良く予測し易くする情報を彼らに提供する。独特のものであるが、どこが最も燃料を必要としているかに関する位置もほぼ連続的な形で決定できる。
【００２９】
さらに、分配された水素貯蔵は、本発明によるネットワークの結果、分配された電気貯蔵と同じであるか、または共に一体化される場合、大規模水力電気貯蔵槽と同じとなる。水素貯蔵槽は、任意に、燃料電池のような適切な変換デバイスを用いてグリッド用の電気に戻るように変換されても良い。水力電気水槽で得られるエネルギー管理の大抵の目的は、水素貯蔵槽で実施されても良い。水素貯蔵槽の分配ネットワークであれば、特定のエネルギー管理技術を実施する優先順位付けが実行される。この優先順位付け能力は、本発明のネットワークに独特のものである。
【００３０】
分配された貯蔵槽と共に分配された電解ベースの水素供給システムを組み入れるネットワークが展開されると、新たに電気発生システムを増設する計画もそのネットワークからの情報に基づいて立てられる。ネットワークの供給、受容およびエネルギー貯蔵局面を知る独自性は、新電気発生システムの最適仕様についての情報を提供する。大規模エネルギー貯蔵能力の創造は、エネルギー貯蔵不足によって以前では拒否されたような電気ジェネレータの選択を助長する。風力タービンや光起電パネルを含むそのようなジェネレータの使用が促進されても良い。これは、認識されている環境的問題に対抗すべきものなので、政府によって命令されても良いこのようなタイプのジェネレータを実施する能力を最大限に活用すべきである。
【００３１】
さらに好ましい形態における水素ネットワークは、環境的影響に基づくエネルギー源の好適形式と比べて、リアルタイムで提供されるサービスに対して支払いができるようにする。
【００３２】
故に、本発明の実施で使用するエネルギー源のネットワークは、目的としたユーザ現場において、または非常に近い場所で、スチームメタン改質法、部分酸化法または水電気分解法のような、様々な技術を通じて水素を製造するので特定の貯蔵タンク／エネルギー用途のための適切な生成および加圧を越えるさらなる処理が無用となる。水素エネルギーが、社会によって炭素含有量（ＣＯ２生成物）があまりにも高すぎると考えられている炭素源から直接または間接的に生じるか、または他の汚染物質が存在する場合、これらは、炭素源で捕獲され、社会が必要と考える程度まで封鎖される。さらに、地中または地上の貯蔵器（圧縮ガス、液体Ｈ２、水素化物など）または車載の適切な貯蔵システム内への水素の流れを測定、または正当に見積もる方法は、燃料の製造または車載測定の過程において、より多くの資産をいつ配置すべきかについてだけでなく、いつ、どこで、いかに燃料を製造するかについての決定を導く情報を得るのに役立つ。
【００３３】
故に、一つの最も好ましい形態における本発明は、水素燃料電解装置の接続されたネットワークに基づく水素燃料車両供給インフラストラクチャーを提供する。ネットワーク上の電解装置および制御関連手段は、現在の電気需要を送信し、電気システムオペレータ／スケジューラから製造しなければならない水素燃料の量と、補給に要する期間のような関連データとを受信する。例えば、貯蔵容積の圧力や、圧力が上昇する速度に基づいて、充填されなければならない貯蔵容積が計算される。補給のための期間は、例えば、電解装置の器具にタイマー、および／または、例えば、高速または低速燃料補給となるように動作モードを設定することによって、燃料スケジューラに送信されても良い。電気システムオペレータ／燃料分配スケジューラは、好ましくはネットワーク上の電気負荷を統合し、電気システムを管理、および制御さえ行う仮想貯蔵の形式として「計画的」水素製造を使用して、燃料系統の個々の動作を制御することによって電気システムの動作を最適化し；ライン周波数を制御するための送電および発電有効性、および動的制御を改良するために電源負荷平準化を採用しても良い。
【００３４】
故に、リアルタイムで接続されていても、いなくても主エネルギー源に基づく多数の水素燃料転送現場のリアルタイム水素ベースのネットワークを提供することが本発明の最も好ましい目的である。
【００３５】
本発明によるエネルギーネットワーク上に複数のこのような電解装置、および／またはシステム上の電解装置に対して複数のユーザがあるのが好ましい。
【００３６】
好ましい形態において、本発明のネットワークは、ユーザに水素を供給するための一つまたはそれ以上の水素補給システムを具備し、前記システムであって、
（i）ソース水素を供給するための電解槽と、
（ii）出口圧力でアウトレット水素を供給するための圧縮手段と、
（iii）前記圧縮手段に前記ソース水素を送る手段と、
（iv）前記ユーザに前記アウトレット水素を送るための手段と、
（v）前記出口圧力が選択された最小値に降下すると前記水素源を提供するために前記電解槽を活性化させるための制御手段と、
（vi）前記制御手段を動作可能に作動させるためのユーザ作動手段とを具備する、システム。
【００３７】
上記補給システムは、前記電気槽が前記圧縮手段を具備する、それにより、前記アウトレット水素がソース水素を具備し、前記ステップ（iii）が前記電解槽で構成され、任意に、水素燃料機器が上記システムを具備し、前記手段（iv）が、燃料として前記アウトレット水素を前記車両に提供するために車両に取り付け可能な車両取付手段を具備する、ことを特徴とする。
【００３８】
さらに広い形態における本発明は、貯蔵された水素からユーザにエネルギーを提供するためにユーザ手段に連係されたエネルギー発生手段を先に記述されたようにさらに具備するネットワークを提供する。
【００３９】
エネルギー発生手段は、好ましくは、比較的小さな地域の電気分配ネットワーク、例えば、住宅地、団地、商業および工業地またはビル、で使用するための貯蔵水素から発電する、または従来の電力供給がピーク期間において提供されるとき、需要に応じて、全国、州または地方の高圧送電線網のような、高域配電ネットワークに補助発電された電力を送り返すものである。燃料源として水素を使用するエネルギー発生手段は、水素を電気に直に変換するために燃料電池のような直接エネルギー変換デバイスを利用でき、電気を発電するためにジェネレータ／スチームタービンのような間接エネルギー変換デバイスを利用でき、居住用暖房／料理などで水素を燃焼可能燃料として直に利用できる。
【００４０】
故に、さらなる形態において、本発明は、水素燃料をユーザに提供するためのエネルギー分配ネットワークを提供する。前記エネルギー分配ネットワークであって、
（ａ）エネルギーリソース手段と、
（ｂ）前記エネルギーリソース手段から前記エネルギーを受けるための水素製造手段と、
（ｃ）前記水素製造手段から水素を受けるための水素燃料ユーザ手段と、
（ｄ）前記水素製造手段からの水素を決定、制御および供給するために前記エネルギーリソース手段、前記水素製造手段および前記水素燃料ユーザ手段に連係されたデータ収集、記憶、制御および供給手段と、を具備し、
前記水素燃料ユーザ手段が、事務所、プラント、工場、倉庫、ショッピングモール、団地、および連係され、半連係された、または独立した住宅居住施設から成る群から選択された少なくとも一つの建造物内に位置する、または関連した複数の地理的ゾーンを具備し、前記地理的ゾーンの少なくとも一つが地理的ゾーンに対して先に定義されたように前記データ収集、記憶、制御および供給手段に連係されたゾーンデータ制御および供給手段を有する、エネルギー分配ネットワーク。
【００４１】
本発明は、少なくとも二つの前記地理的ゾーンのそれぞれが、前記水素製造手段から前記地理的ゾーンへの水素を決定、制御および供給するために、相互に接続されたネットワーク内の（i）前記データ収集、記憶、制御および供給手段と、（ii）少なくとも二つの前記地理的ゾーンデータ制御および供給手段のそれぞれとに連係されたゾーンデータ制御および供給手段と、建築物データ制御および供給手段とを有する、先に定義されたようなネットワークをさらに提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明がさらに理解されるように、好ましい形態を実例で説明する。
【００４３】
図１は、発電プラント、または天然ガス、ガソリンまたはメタノール改質プラント、またはそれらの組合せであっても良いエネルギー源１２から供給された、水素製造源１０を有する本発明の広範囲の形態を提供する形態を示す。制御ユニット１４とユーザ１６とは、それぞれハードウエア入力および出力分配導管１８、２０と、電気データ伝送回線２２によって適切に連係される。
【００４４】
ユーザ１６は、ネットワーク上に水素需要を記録するために、例えば、（i）クレジットカードの使用、（ii）スマートカードの使用、（iii）音声作動システムの使用、（iv）フロントパネル制御を介しての手動作動、（v）電子、電気、または無線赤外線データ伝送システムの使用によって送られた水素に対する需要を画定する。需要を受けて、コントローラ１４は、要求された水素の量、水素を分配する時間、温度、圧力および純度など、水素を分配すべき条件、および要求された水素の分配のレートに関する需要の性質を決定する、水素需要についてのこのような初期画定は、この形態で示されるような単一のコントローラ１４、または例えば、ユーザ全ての間で相互通信ができるようにバックボーン（図１Ａ）、ハブ／スター（図１Ｂ）、またはリング（図１Ｃ）状の構造を有する、ネットワーク内で相互接続された複数のコントローラ１４によって行われても良い。
【００４５】
需要を受けると、コントローラ１４は、有効なエネルギーの量、有効な出力の性質、エネルギーの時間有効性、有効なエネルギー源の種類、エネルギーの増分当たりの単価に関して、それに相互に接続される、エネルギーリソース１２の有効性を決定し、これを、ユーザ１６によって要求された水素を発生させるのに要するエネルギーと比較する。
【００４６】
需要を受けると、コントローラ１４は、ネットワーク上の水素製造源１０の全ての状況をさらに決定する。それらの初期チェックは、定格容量の使用％、既知量の水素を製造する定格容量、およびエネルギー消費量としての水素源の現状を含む。これらの初期チェックは、水素製造源を開始するための処理パラメータ、処理弁、および電気スイッチ状況を監視することをさらに含む。
【００４７】
コントローラ１４が水素製造源１０の初期状態、ユーザ１６による水素需要、およびネットワーク上のエネルギー源１２の性質および有効性を決定した後、コントローラ１４は、最小可能コストでエネルギーリソース１２を利用することを条件としてユーザ１６の需要に一致させるために水素製造源１０の開始シーケンスを開始する。コントローラ１４は、水素を導管２０通して流して好ましいコストでエネルギー源１２からユーザ１６へのエネルギーを確保する。エネルギーは、導管２０に沿ってユーザ１６に供給される水素の発生時にユニット１０によって消費される。
【００４８】
上記の任意動作パラメータまたは生成ガスの品質／純度において何らかの不適当な状態があれば、適切な状態が達成されるまでコントローラ１４が水素源１０の動作を変更または停止させることとなる。コントローラ１４は、ユーザ１６の需要に一致するようにネットワーク上の複数の水素製造源をオンまたはオフに調整できるので、ユーザ１６の水素需要を巧く満たし、ユーザにとって最小限のコストで且つ最小限の純度で指定されたように、最小限の時間で且つ最小限の分配レートで最小限の量の水素を供給することができる。
【００４９】
ユーザの要求が巧く一致していることをユーザ１６からの通知を受けて、コントローラ１４は、動作を停止するように水素製造源１０に命令し、電気需要の改新された変化についてエネルギー源１２に知らせる。
【００５０】
図１Ａをも参照し、これはコントローラ１４の指令の下で水素製造手段１０を、ユーザ１６とエネルギー源１２とに連係するデータ回線２２に沿う複数のユーザ１６間のデータフロー関係を示す。図１Ａはコントローラ１４から、前記ユーザ１６のそれぞれにデータを送るための「バックボーン」を画定する。
【００５１】
ユーザ１６とコントローラ１４との間の相互関係の代わりの形態が、図１Ｂのスター／ハブとして、図１Ｃのリングとして示されており、それらの、バックボーン、スター／ハブ、およびリングの組合せも、上記図１で述べられたようにデータの流れや交換のためのネットワーク環境を完成させるために可能である。
【００５２】
図２を参照して、図１の形態を参照してここで説明したもの同じような方法で、ユーザ１６は、電気エネルギー源２２から、コントローラ１４の制御下で複数の個々の電解装置１０によって提供される水素の需要を画定する。
【００５３】
図２は、故に、地上または地下の対応するユーザ設備、または車両貯蔵器１６に接続された複数の水素燃料発生電解装置１０を有する本発明によるエネルギーネットワークを概略的に２００で示す。電気エネルギーは、コントローラ１４の制御下でパワーグリッド源２２から個別にまたは集中的に、必要なときにリード線１８で電解槽１０に提供され、導管２０を通してユーザ１６に水素を供給する。制御および供給コントローラ１４は、燃料要求および充填状況が必要なとき、電解槽１０とユーザ設備１６とから情報を受ける。コントローラ１４は、必要なときに水素発生用の電解槽１０に必要なだけの給電活動をさらに実施する。開始時間、期間および電解槽への電力レベルも、中央コントローラ１４で制御される。水素燃料用貯蔵器の容積、その内部の水素圧力、およびに改修時の圧力変化率に関する情報は、リアルタイムで測定される。コントローラ１４は、さらに、情報がそれから取り出され、読み出されるまたは書き込まれるデータ記憶手段を具備する。記憶されたデータについてのリアルタイムでの繰り返し、およびアルゴリズム処理が行われ、適切な処理制御は、そのようなデータにリアルタイムで作用させることで実現される。
【００５４】
図２をより詳細に参照して、ユーザ１６は、水素の需要を画定し、（i）クレジットカードの使用、（ii）スマートカードの使用、（iii）音声作動システムの使用、（iv）フロントパネル制御を介しての手動作動、（v）ネットワーク上に水素需要を記録するために電子、電気、または無線赤外線データ送信システムの使用によって、その需要を送っても良い。
【００５５】
需要を受けて、ネットワークコントローラ１４は、要求された水素の量、水素を分配する時間、温度、圧力および純度など、水素を分配すべき条件、および要求された水素の分配のレートに関する需要の性質を決定する、水素需要についてのこのような初期画定は、この形態で示されるような単一のコントローラ１４、または例えば、コントローラ１４の全ての間での相互通信ができるように「ハブ／スター」、「バックボーン」、または「リング」構造に相互接続された複数のコントローラ１４によって行われても良い。
【００５６】
需要を受けると、コントローラ１４は、有効なエネルギーの量、電流および電圧に関する、有効な電力の性質、エネルギーの時間有効性、有効な電気エネルギー源の種類、電気エネルギーの増分当たりの単価に関して、それに相互に接続される、電気エネルギーリソース２２の有効性を決定し、これを、ユーザ１６によって要求された水素を発生させるのに要する電力と比較する。
【００５７】
コントローラ１４は、ネットワーク上の水素製造電解源１０の全ての状況をさらに決定する。それらの初期チェックは、既知量の電気消費に対する、水素源の現状、定格容量の使用％、既知量の水素を製造するための定格容量を含む。これらの初期チェックは、電解装置１０を開始するための処理パラメータ、特に、温度、圧力、陽極液および陰極液レベル、電気的バス連続性、ＫＯＨ濃度、および処理弁、および電気スイッチ状態を監視することをさらに含む。
【００５８】
コントローラ１４が電解装置１０の初期状態、ユーザ１６による水素需要、およびネットワーク上の電気エネルギー源の性質、および有効性を決定した後、コントローラ１４は、最小可能コストで電気エネルギーリソース１２を利用することを条件として、ユーザ１６の需要に一致させるために電解装置１０の開始シーケンスを開始する。
【００５９】
コントローラ１４は、水素を導管２０を通して下流に流すためにユーザ１６にとって最も好ましいコストで、電気エネルギー源２２から電気エネルギーを確保する。電力は、次に水素製造電解機器１０に加えられ、上記処理パラメータは、導管２０に沿ってユーザ１６に供給される水素を発生させるための、水素製造電解機器１０を安全に動作させるように監視され、制御される。酸素は、任意に、導管（図示せず）によってユーザ２０、または他のユーザ（図示せず）に提供されても良い。
【００６０】
上記の任意動作パラメータまたは生成ガスの品質／純度において何らかの不適当な状態があれば、適切な状態が達成されるまで、コントローラ１４が電解装置１０の動作を変更または停止させる。コントローラ１４は、ユーザ１６の需要に一致するように、ネットワーク上の一つまたは複数の電解装置を調整できるので、ユーザにとって最小限のコストで最小限の純度で指定されたように、最小限の時間で最小限の分配レートで、最小限の量の水素を供給することによって、水素需要を巧く満たすことができる。
【００６１】
ユーザの要求が巧く一致していることをユーザ１６からの通知を受けて、コントローラ１４は、動作を停止するように電解装置１０に命令し、電気需要の改新された変化について電気エネルギー源２２に知らせる。
【００６２】
図３を参照して、これは、所望圧力Ｐ1でコンプレッサ２６に導管２４を通して送られるソース水素を生成する電解槽２０を有し、概略的に３００で示された本発明によるシステムを示す。コンプレッサ２４は、取付具３０によって取り付けられた車両として例示された、圧力Ｐ2でユーザ１６に導管２８を通して圧縮アウトレット水素を送る。電解槽１０、コンプレッサ２６およびユーザ１６は、コントローラ１４に連係されている。
【００６３】
図４をも参照して、一対の、貯蔵器付きまたは無しの、水素充填器および発生器、スレーブコントローラ（ＨＦＧＳ）４０は、ユーザ１６からのデータ入力を受ける。この入力は、ユーザ燃料の要求、有効なユーザ燃料、有効なユーザ貯蔵設備、任意の貯蔵設備で有効な燃料のレベル、有効入力電力、入力電力の種類、入力電力源の状況およびパーセント使用度の少なくとも一つを含んでも良い。ＨＦＧＳコントローラ４０は、データの統合性を検証し、モデム４４を介して回線４２に沿って、必要ならば、中継器４６を利用して、マスターネットワークコントローラ４８へこのデータを送る。データは、他の形態では、ＨＦＧＳスレーブコントローラ４０から、例えば、無線、赤外線、衛星または光手段を介しての無線送信で、マスターネットワークコントローラ４８へ、さらに制御ネットワークハブ５０に送られても良い。
【００６４】
リアルタイムで、またはユーザ１６の要望により若干遅れて、有効電力の種類、有効電力量、電力使用の瞬間および傾向、瞬間需要および予測需要、ピーク負荷需要の性質および種類、および予備容量、およびエネルギー源資産のパーセント使用度に関するエネルギー源５０の状態が、制御ネットワークハブ５０へデータ回線５４に沿って上述と同じように送られる。
【００６５】
リアルタイムで、またはユーザ１６の要望により若干遅れて、制御ネットワークハブ５０は、マスターネットワークコントローラ４８を経てユーザの状態および要求、およびエネルギー源５２の状態を分析し、ユーザの要求に一致するように最適化されたアルゴリズムを提供すると共に、ユーザにとって実証付けられた最小限の許容可能コストでプラント負荷切換、プラント動作スケジュール、プラント機能休止／保守を提供する。エネルギー源５２は、ネットワークの状態にアクセスし、資産使用度、コストなどのデータ分析が実行され、最も効果的にユーザ１６の需要とエネルギー源５２の供給との両方を管理する制御ネットワークハブ５０に戻るように、動的に連係されている管理センター５８へ、上述の手段によってデータ回線５６に沿ってデータを送る。機密保護バリア６０は、ネットワークの安全を維持できるようにそれぞれのユーザ１６、エネルギー源５２、および管理センター５８への機密性および、特別許可されたデータ交換を確実にするために、ネットワーク内の様々な位置にあっても良い。
【００６６】
図５を参照して、これは、全体としてのシステムの動作に有効な論理制御ステップ、図６では、特定の電解槽制御ループ、サブユニットを示し、ここで本発明による一つの形態の制御プログラムの論理ブロック図；ここで、
ＰMS−コンプレッサ始動圧力；
ＰL−コンプレッサ停止圧力；
ＰLL−入口低圧力；
ＰMO−満タン圧力；
ΔＰ−圧力スイッチ不感帯；
ＰMM−最大許容電解圧力；
ＬL−最小許容電解液レベル。
【００６７】
より詳細には、図５は、動作の制御プログラムの論理フロー図を示す。プラント始動時、電解槽１０は、ある出力圧力、ＰHOで水素ガスを発生する。そのような圧力、ＰHOの大きさは、コンプレッサ始動の動作を調整するために使用される。ＰHOが、電解槽１０内の液レベルに関連したある最小圧力、ＰLL、未満である場合、低圧警報が発生され、プラント停止シーケンスが続く。出力圧力、ＰHOがＰLLよりも大きい場合、さらなる比較が行われる。出力圧力、ＰHOがＰMSよりも大きい場合、コンプレッサ始動への最小入力圧力となり、後者は始動シーケンスを開始する。出力圧力がある最小値、ＰL未満である場合、コンプレッサ始動は、ＰHOの大きさがＰMSを上回ってコンプレッサ動作を開始するときまで、アイドル状態（停止状態）のままとなる。
【００６８】
コンプレッサを始動すると、水素ガスは一つまたはそれ以上の段階で圧縮されて、コンプレッサの出口からの出力圧力、ＰC、に達する。出力圧力、ＰC、が安全しきい値、ＰMOを上回る場合、コンプレッサの動作が終了される。出力、ＰC、がある所望最小値、ＰMO−ΔＰ未満である場合、コンプレッサは稼働して水素を供給、放出する。
【００６９】
図６は、最小所望圧力で水素／酸素ガスを供給するために使用される、概略的に６００で示された水素燃料補給装置のブロック図を具備する。装置６００は、交流信号入力を所望の直流信号出力に変換する整流器２１０、バスバー２１２、電解槽１０、導管２１８、２２０内のそれぞれの酸素２１４および水素２１６の圧力を測定する手段、酸素２２２および水素２２４のそれぞれの流れを制御するための弁手段、および適当なプラント停止警報器２２８を備えた電解槽１０の所望動作を確実にするための処理／機器コントローラ２２６を具備する。
【００７０】
図６は、図５の電解ブロックの処理フロー図を含む。プラント始動時、整流器２１０は、圧力およびレベル制御に関してプラント警報器２２８の状態を検査することによって、安全状態を確立する。警報器が安全状態を指示する場合、電流および電圧（電力）が整流器２１０から電解槽１０へ電解槽バスバー２１２に沿って送られる。適当な電流／電圧源の適用で、電気分解が電解槽１０内で起こり、水素ガスと酸素ガスとの生成物への水の分解となる。酸素ガスは、酸素圧力手段２１４がいつでもその内部で酸素圧力、ＰO、を監視する導管２１８に沿って運ばれて、背圧弁２２２の調整を通じて酸素圧力を制御する。同様に、水素ガスは、手段２１６がいつでもその内部で、水素圧力、ＰH、を監視する導管２２０に沿って運ばれて、制御弁２２４を通じて水素圧力を制御する。電解槽１０の動作において、酸素側の電解槽の陽極液レベル、ＬO、および水素側の陰極液レベル、ＬH、は、Ｐ／Ｉコントローラ２２６を介して検出されて、弁２２４に制御信号を提供して、ある所望圧力における水素および／または酸素ガスの供給を容易にする。
【００７１】
図７を参照して、水素の需要を画定するユーザ７１６は、共同住宅、半棟割式、一戸建て家屋などにおけるような、その占有者が居住者であっても良い建物、または事務所、プラント、モール、工場、倉庫などにおけるような工業／商業地内の少なくとも一つの地理的ゾーン７１８に居るものとして画定される。そのようなユーザ７１６は、ゾーンデータ制御および供給手段を代表するゾーンコントローラ７２０に水素需要を記録するために、（i）クレジットカードの使用、（ii）スマートカードの使用、または（iii）電子、電気、または無線データ送信によってその需要を送る。
【００７２】
需要を受けると、ゾーンコントローラ７２０は、要求された水素量、水素を分配する時間、温度、圧力、純度などに関する水素を分配すべき条件、水素の最終使用目的、および要求された水素の分配レートに関する需要の性質を決定する。この水素需要のこのような初期画定は、バス７２２を介しての建物データおよび制御供給手段を例示するユニットコントローラ７２１と、全てのコントローラ７２０との間の相互通信が可能となるように、図１Ａ〜１Ｃで例示されるような「ハブ」、「スター」、「リング」または「バックボーン」状に構成されたネットワークで相互接続された単数または複数のゾーンコントローラ７２０によって実行されても良い。
【００７３】
ゾーンコントローラ７２０のネットワークから、ユニットコントローラ７２１によって需要を受けると、ユニットコントローラ７２１は、有効エネルギーの量、有効電力の性質、エネルギーの時間有効性、有効なエネルギー源の種類、エネルギーの増分当たりの単価に関して、それが相互接続されるネットワークコントローラ１４からの状態をポーリングすることによって、ユニット７１６にとって有効なエネルギー源の全ての有効性を決定し、これをエネルギーを発生するのに要したエネルギー、有効なエネルギー源の種類、エネルギーの増分当たりの単価と比較し、これを全ユニット７１６および次のゾーン７１８によって要求された水素を生成するのに要したエネルギーと比較する。
【００７４】
需要を受けると、ネットワークコントローラ１４は、ネットワーク上の全水素製造源１０の状態をさらに決定する。初期チェックは、水素源の現在状態、定格容量のパーセント使用、既知エネルギー消費量に対する既知量の水素を生成する定格容量、および水素製造源を開始するための処理パラメータ、処理弁、および電気スイッチ状態を監視することを含む。故に、ネットワークコントローラ１４は、最低可能コストのエネルギー源１２を利用することを条件として、ユーザ７１６および次のゾーン７１８の需要を満たすように、水素製造源１０の始動シーケンスを開始する。
【００７５】
ネットワークコントローラ１４は、ユーザにとって最も好ましいコストでエネルギー源１２からのエネルギーを確保し、ユニットコントローラ７２１およびゾーンコントローラ７２０を更新して、水素が導管７２４を通して流れるようにする。エネルギーは次にエネルギー源１２から消費されて、ユニット７１６を経てユーザおよび７１８ゾーンに供給される水素および酸素ガスを、生成するための水素製造源１０を介して水素を生成する。
【００７６】
導管７２４を流れてユニット７１６に至る水素は、ユニット７１６内の水素の分配をさらに制御するユニットコントローラ７２１によって監視される。水素は、ゾーン７１８によって後に使用するための貯蔵ユニット７２６に入れることができるように流れても、ユニット７１６内でのさらなる中央分配のための燃料電池など（図示せず）を介しての水素から電気への変換のための直接変換デバイス７３０に導管７２８に沿って、流入させるようにしても良い。それはさらに、ユニット７１６内でのさらなる中央分配のためのボイラー、暖房炉、スチームジェネレータ、タービンなど、間接変換デバイス７３２によって、熱および／または電気に変換されても良いし、さらに導管７２８を通過させて、直にゾーン７１８に送られるようにしても良い。
【００７７】
ゾーン７１８へ導管７２８を通って流れる水素は、ゾーン７１８内での水素の分配をさらに制御するデータバス７３６に沿う、ユニットコントローラ７２１、ゾーンコントローラ７２０および、ゾーンコントローラ７３４によってさらに監視される。ゾーン内の水素は、暖房炉、ストーブなど（図示せず）を介して電気または熱への変換のための、ゾーン７１８内の直接７３８または間接７４０変換デバイスに入るように流れる。
【００７８】
さらなる形態において、ネットワークコントローラ７２２は、ゾーン７１８に直接的に到達するように導体７４２、７２４、７２６に沿って送られる電気を購入するために特定タイプのエネルギー源を選択し、そのゾーン７１８において、ゾーン内で水素への変換が、上述のような直接７３８または間接７４０変換デバイスで使用するためのゾーン７１８の地理的ドメイン内での、水素発生用の電解装置７４４によって起こり、これら全ての変換デバイスはゾーンコントローラ７２０の制御下にある。
【００７９】
上記の任意動作パラメータまたは生成ガスの品質／純度において、何らかの不適当な状態があると、適切な状態が達成されるまでネットワークコントローラ１４、ユニットコントローラ７２１およびゾーンコントローラ７２０が、水素変換デバイス７３０、７３２、７３８、７４０と共に、水素源１０および７４４の動作を変更または停止させる。コントローラ１４、７２１、７３４は、ユーザ７１６、７１８の需要に一致するように、ネットワーク上の一つまたは複数の水素製造源を調整するように作用するので、ユーザにとって最小限のコストで最小限の純度で指定されたように、最小限の時間で且つ最小限の分配レートで、最小限の量の水素を供給するようにユーザ７１６、７１８の水素需要を巧く満たすことができ、任意に水素需要をスケジュールする。
【００８０】
ユーザの要求が巧く一致していることをユーザ７１６、７１８からの通知を受けて、コントローラ１４、７２１、７２０は、動作を停止するように水素製造源１０、７４４に命令し、電気需要の改新された変化について電気エネルギー源２２に知らせ、任意に水素需要をスケジュールする。
【００８１】
ライン７４６は、自蔵式個別ゾーン電解装置用の直接エネルギー源を示す。
【００８２】
この開示は本発明の一定の好適形態を説明、例示してきたが、本発明は、これらの特定の形態に限定されないことが理解されるべきである。それどころか、本発明は、説明され、例示された特定の形態や特徴の機能的または機械的に同等のものである全ての形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明による一つの形態の概略ブロック図。
【図１Ａ】本発明による代わりとなるべき形態で使用するユーザとコントローラネットワーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
【図１Ｂ】本発明による代わりとなるべき形態で使用するユーザとコントローラネットワーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
【図１Ｃ】本発明による代わりとなるべき形態で使用するユーザとコントローラネットワーク間のデータフロー相互関係のブロック図。
【図２】本発明による代わりの形態のブロック図。
【図３】本発明の好適形態の実施で使用する水素燃料改修システムの主特徴を示すブロック図。
【図４】本発明による一つの形態の制御および供給データコントローラの論理ブロック図。
【図５】本発明による一つの形態の制御プログラムの論理ブロック図。
【図６】図５の制御プログラムのセルブロック制御ループの論理ブロック図。
【図７】図１の形態と、さらに定義されたユーザネットワークとの間の相互関係を表す本発明の形態の概略ブロック図であり、同部分には同参照番号が付されている。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月2日(2005.9.2)
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006037226.tif 000021
【図６】
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【図７】
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