(57)【要約】  １次電源（１４）にバックアップ電力を供給する補助燃料電池システム（１６）、並びに少なくとも１つの１次電源（１４）及び少なくとも１つの補助燃料電池システム（１６）に関連付けられたエネルギー消費システム（１２）。  補助燃料電池システム（１６）は、燃料及び酸化剤、例えば水素及び酸素ガスから電流を生成するように適合された少なくとも１つの燃料電池スタック（２４）を含む。  補助燃料電池システム（１６）は更に水素ガスソース等の燃料ソースを含み、このソースは、水素ガスまたは他の燃料を生成するように適合された燃料処理装置を含むことができる。  エネルギー消費システム（１２）は、１次電源または補助燃料電池システム（１６）から電流を選択的に取り出すように適合されている。  ソース選択システムは、エネルギー消費システム（１２）と１次電源（１４）またはエネルギー消費システム（１２）と補助燃料電池システム（１６）との間の電気的連絡を選択的に確立する。
2007503706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー消費システムから加えられた負荷に応答して前記エネルギー消費システムに電力を供給するように通常は適合されている１次電源を補うように適合された補助燃料電池システムであって、
エネルギー消費システムから加えられた負荷に少なくとも部分的に応答して前記エネルギー消費システムに電力を選択的に供給するように適合された電力送達サブシステムであって、
燃料及び酸化剤を供給するように適合されたソースサブシステムと、
前記ソースサブシステムから受け取った燃料及び酸化剤から電流を生成するように適合された少なくとも１つの燃料電池スタックと、
前記少なくとも１つの燃料電池スタックからの前記電流の少なくとも一部を受け取るように適合されたエネルギー貯蔵サブシステムと、
を備えている電力送達サブシステムと、
前記１次電源と前記エネルギー消費システムとの間の電力リンクを前記補助燃料電池システムに対して選択的にイネーブル状態及びディスエーブル状態にして、前記補助燃料電池システムと前記１次電源のうちのどちらを、その時点において前記エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力を供給するように構成するのかを選択的に調整するように適合されたソース選択サブシステム
を備えたシステム。
【請求項２】
前記ソース選択サブシステムが更に、１次電源の動作状態を検出するように適合された電力モニタを備え、前記１次電源が、その時点において前記エネルギー消費システムから加えられた前記負荷を満たす電力を供給するように構成されていない中断動作状態にあることの検出に応答して、前記補助燃料電池システムが、前記電力送達サブシステムから前記エネルギー消費システムへ電力を供給するように適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１次電源が、その時点において前記エネルギー消費システムに電力を供給するように構成されている電力生成動作状態に、前記１次電源が復帰したことが検出されたときに、前記ソース選択サブシステムが、前記補助燃料電池システムと前記エネルギー消費システムの間の前記電力リンクを選択的にディスエーブル状態にするように適合される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エネルギー消費システムとの前記電力リンクをディスエーブル状態にしたときに、前記補助燃料電池システムが自動的に停止するように適合される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記エネルギー消費システムとの前記電力リンクをディスエーブル状態にしたときに、前記補助燃料電池システムが前記エネルギー貯蔵サブシステムを再充電するように適合される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記エネルギー消費システムとの前記電力リンクをディスエーブル状態にしたときに、前記補助燃料電池システムがアイドル動作状態へ移行するように適合される、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源及び前記補助燃料電池システムの前記電力送達サブシステムのうちの少なくとも一方からの電力が、前記１次電源と前記補助燃料電池システムの前記電力送達サブシステムのうちのもう一方に適用されることを防ぐように適合されたフィードバック防止構造を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ソース選択サブシステムが、前記補助燃料電池システムと前記エネルギー消費システムとの間の前記電力リンクをイネーブル状態にする前に、前記１次電源と前記エネルギー消費システムとの間の前記電力リンクを選択的にディスエーブル状態にするように適合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ソース選択サブシステムが、前記補助燃料電池システムと前記エネルギー消費システムとの間の前記電力リンクをイネーブル状態にするのと同時に、前記１次電源と前記エネルギー消費システムとの間の前記電力リンクを選択的にディスエーブル状態にするように適合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記エネルギー貯蔵サブシステムが、前記エネルギー消費システムから加えられた前記負荷を満たす電力を供給するように適合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記補助燃料電池システムが更に、選択的に信号を送りまたは受け取るように適合された通信サブシステムを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記通信サブシステムが、前記１次電源が中断動作状態にあることを検出したことと、前記エネルギー消費システムと前記電力送達サブシステムとの間の電力リンクをイネーブル状態にしたことのうち、少なくとも一方に応答して通知信号を送信するように適合された、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記通信サブシステムが、前記１次電源の中断動作状態への移行を指示する信号の受信に応答して、前記エネルギー消費システムと前記補助燃料電池システムとの間の電力リンクをイネーブル状態にするように適合された、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記通信サブシステムが、前記１次電源の電力送達動作状態への復帰を指示する信号の受信に応答して、前記エネルギー消費システムと前記補助燃料電池システムとの間の電力リンクをディスエーブル状態にするように適合された、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記燃料が水素ガスを含み、前記ソースサブシステムが、水素ガスを貯蔵するように適合された貯蔵装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記燃料が水素ガスを含み、前記ソースサブシステムが、水素ガスを生成するように適合された燃料処理装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記補助燃料電池システムが更に、前記電力送達サブシステムによって生み出された前記電力を調整するように適合された電力管理モジュールを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
通常はエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たすように適合されている１次電源の検出された動作状態に少なくとも部分的に応答して、補助電力を条件付きで生成するように構成された燃料電池スタックを含む電力送達サブシステムと、
前記１次電源の前記検出された動作状態に少なくとも部分的に応答して、前記エネルギー消費システムへの前記補助電力の送達を選択的に制御するように構成されたソース選択サブシステムと、
を備えた補助燃料電池システム。
【請求項１９】
前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源が中断動作状態にあるときに前記エネルギー消費システムへの補助電力の送達を自動的に開始するように構成された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源が前記中断動作状態にあるときに前記電力送達サブシステムを前記エネルギー消費システムに有効に接続し、前記１次電源を前記電力送達サブシステムから有効に切断するように構成された、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ソース選択サブシステムが、前記電力送達サブシステムを前記エネルギー消費システムに有効に接続する前に、前記１次電源を前記電力送達サブシステムから有効に切断するように構成された、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源が電力送達動作状態にあるときに前記エネルギー消費システムへの補助電力の送達を選択的に差し控え、前記１次電源から前記エネルギー消費システムに１次電力を選択的に送達するように構成されており、前記電力送達動作状態では、前記１次電源がその時点において、前記エネルギー消費システムから加えられた前記負荷を満たす電力を前記エネルギー消費システムに供給するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電力送達サブシステムがエネルギー貯蔵サブシステムを含み、前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源の前記動作状態に応答して前記エネルギー貯蔵サブシステムから前記エネルギー消費システムへの補助電力の送達を選択的に制御するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記補助燃料電池システムが、前記１次電源から前記エネルギー消費システムへ送達される１次電力の中断の検出に応答して前記補助電力の生成を自動的に開始するように適合された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２５】
生み出された前記補助電力の少なくとも一部を貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵サブシステムを更に備え、前記ソース選択サブシステムが、前記１次電源から前記エネルギー消費システムへ送達される１次電力の中断の検出に応答して、前記エネルギー貯蔵サブシステムによって貯蔵された前記補助電力を前記エネルギー消費システムに自動的に供給するように構成された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記エネルギー貯蔵サブシステムによって貯蔵された補助電力の量が最小閾値を下回ったことの検出に応答して、前記燃料電池スタックが前記補助電力の生成を自動的に開始する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ソース選択サブシステムが、前記電力送達サブシステムが前記エネルギー消費システムに補助電力を供給する前に、前記１次電源を前記エネルギー消費システムから有効に切断するように構成された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２８】
前記補助燃料電池システムが、前記１次電源から前記エネルギー消費システムへ１次電力が送達されるように復帰したことの検出に応答して、前記エネルギー消費システムへの前記補助電力の供給をやめるように構成された、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２９】
１次電源をバックアップするように構成された補助燃料電池システムであって、
燃料ソースと、
酸化剤ソースと、
前記燃料ソースから受け取った燃料と前記酸化剤ソースから受け取った酸化剤とから、前記１次電源の動作状態に従って条件付きで電流を生成するように構成され、前記１次電源が中断動作状態にあるときには電流を生み出し、前記１次電源が電力送達動作状態にあるときには電流を生み出さない燃料電池スタックと、
前記１次電源の前記動作状態を決定し、前記動作状態を前記燃料電池スタックに通知するように適合された監視サブシステムと、
を備えたシステム。
【請求項３０】
エネルギー消費システムから加えられた負荷に応答して前記エネルギー消費システムに電力を供給するように通常は適合されている１次電源を補うように適合された補助燃料電池システムであって、
燃料ソースと、
酸化剤ソースと、
前記燃料ソースから受け取った燃料と前記酸化剤ソースから受け取った酸化剤とから、前記１次電源の動作状態に従って条件付きで電流を生成するように構成され、前記１次電源が中断動作状態にあるときには電流を生み出し、前記１次電源が電力送達動作状態にあるときには電流を生み出さない燃料電池スタックと、
前記１次電源の前記動作状態を決定するように適合された監視サブシステムであって、
前記１次電源が、その時点において少なくとも一時的に、前記エネルギー消費システムに電力を送達するように構成されていない中断動作状態に前記１次電源があることが検出されたときに、前記エネルギー消費システムから加えられた負荷に応答して、前記エネルギー消費システムへの電力の送達を自動的に開始するように適合された監視サブシステムと、
を備えたシステム。
【請求項３１】
エネルギー消費システムに補助電力を供給するための方法であって、
エネルギー消費システムから加えられた負荷に応答して電力を供給するように通常は適合されている１次電源の中断動作状態を検出するステップと、
前記１次電源と前記エネルギー消費システムの間の電気接続を自動的に一時的にディスエーブル状態にするステップと、
前記１次電源と前記エネルギー消費システムから加えられた前記負荷を満たす補助電力を供給するように適合された補助燃料電池システムとの間の電気接続を自動的にイネーブル状態にするステップと、及び、
前記１次電源の前記中断動作状態の前記検出に少なくとも部分的に応答して前記補助燃料電池システムによる補助電力の生成を開始するステップと、
を含む方法。
【請求項３２】
前記一時的にディスエーブル状態にするステップが、前記自動的にイネーブル状態にするステップの前に実行される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記一時的にディスエーブル状態にするステップが、前記自動的にイネーブル状態にするステップと同時に実行される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記自動的にイネーブル状態にするステップが、前記エネルギー消費システムへの電力の検出可能な中断の前に実行される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記自動的にイネーブル状態にするステップが少なくとも、前記エネルギー消費システムへの電力送達が中断されている所定の時間の後に実行される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記１次電源の前記中断動作状態を知らせる通知信号を送信するステップを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記１次電源が電力生成動作状態に復帰したことの検出と、前記１次電源の電力生成動作状態への復帰を指示する信号の受信のうち、少なくとも一方の後に、前記補助燃料電池システムと前記エネルギー消費システムとの間の前記電気接続を自動的に一時的にディスエーブル状態にするステップを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記補助燃料電池システムと前記エネルギー消費システムとの間の前記電気接続が一時的にディスエーブル状態にされた後に、前記補助燃料電池システムのエネルギー貯蔵システムを再充電するステップを更に含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たすように通常は適合されている１次電源と、前記１次電源が、その時点において前記エネルギー消費システムから加えられた前記負荷を満たすように構成されていない中断動作状態に前記１次電源があるときに前記エネルギー消費システムに補助電力を供給するように適合された補助燃料電池システムとを含む電力送達網を動作させるための方法であって、
前記１次電源が中断動作状態にある間、前記エネルギー消費システムから加えられた負荷に少なくとも部分的に応答して前記補助燃料電池システムから前記エネルギー消費システムへ補助電力を供給するステップと、
前記１次電源が、その時点において前記エネルギー消費システムに電力を供給するように構成されている電力送達動作状態への前記１次電源の復帰と、前記１次電源の前記電力送達動作状態への差し迫った復帰のうち、少なくとも一方を検出するステップと、及び
前記検出に少なくとも部分的に応答して前記補助燃料電池システムから前記エネルギー消費システムへの電力の前記送達を中断するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に燃料電池システムを対象とし、詳細には、１次電源に代わってバックアップ電力ないし補助電力を供給するように適合された燃料電池システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
電気化学燃料電池は、燃料及び酸化剤を、電気、反応生成物及び熱に変換する装置である。  燃料電池は一般に、酸素及び陽子源、例えば水素を、水及び電気に変換するように構成される。  このような燃料電池では水素が燃料、酸素が酸化剤、水が反応生成物である。
【０００３】
単一の燃料電池によって生み出される電気の量は、２つ以上の燃料電池を１つに接続することによって補充することができる。  接続された複数の燃料電池は一般に燃料電池スタックと呼ばれる。  燃料電池スタック中の燃料電池は一般に直列に接続される。  複数の燃料電池スタックを合体して１つの燃料電池システムとすることができ、この燃料電池システムは一般に、燃料電池スタックの水素ガスソースまたは他の燃料ソースを含み、一般的には更に、燃料及び酸化剤から電気への変換を容易にするように適合された他の構成要素を含む。
【特許文献１】米国特許第６，４０３，２４９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２４２，１２０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０８３，６３７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８７９，８２６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６３７，４１４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４３２，７１０号明細書
【特許文献７】米国特許第５，４０１，５８９号明細書
【特許文献８】米国特許第４，０９８，９５９号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４５１，４６４号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，８５８，３４１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，２２１，１１７号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，９９７，５９４号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，８６１，１３７号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００１／００４５０６１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，３１９，３０６号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，５６２，１１１号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，５３７，３５２号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，３８３，６７０号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，３７５，９０６号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，４９５，２７７号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，８３５，４８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、１次電源のバックアップ電力を供給する補助燃料電池システムを対象とし、少なくとも１つの１次電源及び少なくとも１つの補助燃料電池システムを含み、またはこれらに他の方法で関連付けられたエネルギー消費システムを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
補助燃料電池システムは、燃料及び酸化剤、例えば水素ガス及び酸素ガスから電流を生成するように適合された少なくとも１つの燃料電池スタックを含む。  補助燃料電池システムは更に水素ガスソース等の燃料ソースを含み、このソースは、水素ガスまたは他の燃料を生成するように適合された燃料処理装置を含むことができる。  エネルギー消費システムは、１次電源または補助燃料電池システムから電流を選択的に取り出すように適合されている。  ソース選択システムは、エネルギー消費システムと１次電源または補助燃料電池システムとの間の電気的連絡を選択的に確立する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
少なくとも１つのエネルギー消費システム１２に電力を供給するように構成された電力送達網（power delivery network）の一例が図１に概略的に示されており、この電力送達網はその全体が１０で示されている。  電力送達網１０は、少なくとも１つの１次電源１４及び少なくとも１つの補助燃料電池システム１６を含む。  １次電源及び補助燃料電池システムは電力リンク１８によってエネルギー消費システム１２に電気的に接続されており、電力リンク１８は、ここで詳細に論じるように、システム１４及び１６からエネルギー消費システム１２へ電力を選択的に送達するのに適した任意の構造を概略的に表している。  １次電源及び補助燃料電池システムは、同じ電力リンクによって、別々の電力リンクによって、並びに／あるいは共通の１つまたは複数の構成要素を共用する電力リンクによって、エネルギー消費システムと電気的に相互に接続することができる。
【０００７】
後に詳述するが、補助燃料電池システムは、１次電源と連携して使用されて、エネルギー消費システムに信頼性の高い電力を供給するように構成される。  具体的には補助燃料電池システム１６は、１次電源がエネルギー消費システムに電力を供給できないときにエネルギー消費システム１２に補助電力を選択的に供給するように構成される。  単純にするため、以下の議論では、単一の１次電源１４及び単一の補助燃料電池システム１６を含む電力送達網１０について論じるが、先に指摘したように、電力送達網１０がこれらの構成要素の一方または両方を２つ以上含むことも本開示の範囲に含まれる。
【０００８】
本明細書で使用されるとき、エネルギー消費システム１２は一般に、電力送達網によって給電されるように構成された任意の電気装置または複数の電気装置を表す。  従ってエネルギー消費システムは電力送達網に電気的な負荷を加え、それによってこの１つまたは複数の電気装置は、１次電源または補助燃料電池システムから電力の供給を受ける。  例えばエネルギー消費システム１２は、１つまたは複数の住宅、商業ビル、居住区、工具、電灯、電気器具、コンピュータ、工業設備、固定装置、信号装置、通信装置等の任意の組合せを含む。
【０００９】
１次電源１４は、公衆または専用送電網、風力エネルギー源、太陽光エネルギー源、水力エネルギー源、原子力エネルギー源、あるいは電力を出力するように構成された事実上任意のタイプの他のエネルギー源を含むことができる。  １次電源は、エネルギー消費システムに対して複数の動作状態を有する。  これらの動作状態には少なくとも電力送達動作状態及び中断動作状態が含まれる。  １次電源が、その時点において電力を送達するように構成されているか、または電力を送達する準備が整っているとき、１次電源は電力送達動作状態にあると言う。  このことは、１次電源が、加えられた負荷、例えばエネルギー消費システム１２によって加えられた負荷に少なくとも部分的に応答して自体から電流を取り出す準備が整っていることを意味する。  従って、１次電源が電力送達動作状態にあるとき、１次電源は、エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力を供給するように構成されており、またはそうする準備が整っている。
【００１０】
一方、１次電源が、その時点においてエネルギー消費システムに電力を送達することができないか、またはエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電流を生成することができないとき、１次電源は中断動作状態にあると言う。  従って、理由は何であれ、１次電源が、その時点においてエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力または十分な電力を生成することができない場合には、１次電源は、その時点においてエネルギー消費システムに電力を供給するように構成されていないため、１次電源は中断動作状態にある。  本明細書で使用されるとおり、１次電源とエネルギー消費システムの間の電気接続が断たれており、または別の理由でこの接続が損なわれおり、その結果、１次電源によって生み出された電力のエネルギー消費システムへの送達が妨げられているときに、１次電源は中断動作状態にあると言うこともできる。  従って、１次電源が動作不良を生じておらず、または１次電源が電流を生み出している場合であっても、１次電源の電流がエネルギー消費システムに送達されない場合には、１次電源は中断動作状態にある。
【００１１】
機器の故障、（保守、修理またはサービス作業等のための）１次電源の意図的な停止または分離、１次電源とエネルギー消費システムの間の電力リンクの切断または中断、停電、電圧低下、風力不足、日照不足、水流不足等、１次電源の具体的な形態に応じたさまざまな事象または出来事によって、エネルギー消費システムに対する電力は中断されまたはディスエーブル状態となる可能性がある。  電力の中断は、例えば電力送達網によってエネルギー消費システムに電力が供給されないことによって、エネルギー消費システムに不利な影響を与え、及び／または不都合を引き起こす。
【００１２】
後に詳細に説明するが、補助燃料電池システム１６は、１次電源１４が中断動作状態にあるときに、及び／または１次電源が中断動作状態にあることが検出されたことに応答して、自動的に補助電力をエネルギー消費システム１２に送達するように構成される。  従って補助燃料電池システムは、エネルギー消費システムのダウン時間を限定的なものとし、またはこれをなくす。  「ダウン時間」は、エネルギー消費システムが１次電源または補助燃料電池システムに負荷を加えている（すなわちこれらから電力を取り出そうとしている）が、エネルギー消費システムに電力が供給されていない時間を意味する。  １次電源が電力送達動作状態に戻ると、補助燃料電池システムは、エネルギー消費システムへの電力送達を選択的にやめるように構成される。  このように、補助燃料電池システムは、１次電源が中断動作状態にあるときにエネルギー消費システムに電力を供給する１次電源のバックアップ電源の役目を果たす。
【００１３】
図２に示すように、補助燃料電池システム１６は電力送達サブシステム２０を含み、電力送達サブシステム２０はソースサブシステム（source subsystem）２２及び少なくとも１つの燃料電池スタック２４を含む。  電力送達サブシステムは更にエネルギー貯蔵サブシステム２６を含むことができる（但し、これを含む必要はない）。  ソースサブシステム２２は、燃料電池スタック２４に燃料及び酸化剤を供給するように構成されている。  ソースサブシステム２２は、燃料電池スタックに燃料流及び酸化剤流を供給するように適合されていると言うこともできる。  図２には燃料電池スタックへの燃料及び酸化剤の送達が概略的に示されており、参照符号３２は少なくとも１つの燃料流を表し、参照符号３４は少なくとも１つの酸化剤流を表す。  適当な燃料の非排他的な例は水素ガスであり、適当な酸化剤の非排他的な例は酸素ガスであり、酸素ガスは、空気流、酸素流または高酸素濃度空気流等の例示的な形態で送達することができる。  ソースサブシステムは適当な燃料ソース及び酸化剤ソースを含み、適当なソースは、少なくとも１つの燃料または酸化剤貯蔵装置ないし容器３６、並びに／あるいは化学反応または他の手段によって燃料及び／または酸化剤を生成するように構成された少なくとも１つの装置３８を含む。
【００１４】
更にこの点を説明するため、水素ガスの形態の燃料の文脈では、適当な貯蔵装置３６の例に、加圧タンク、水素化物層、及び水素ガスを貯蔵するように適合された他の装置が含まれる。  酸素ガスの適当な貯蔵装置３６の例には、加圧タンク及び酸素ガスを貯蔵するように適合された他の装置が含まれる。  １種または数種の反応物ないし供給物から水素ガスを生成するように適合された適当な装置３８の例には、水蒸気改質器、オートサーマル改質器、部分酸化反応器、熱分解反応器、電解槽等の燃料処理装置が含まれる。  酸素ガス流または高酸素濃度空気流を生成するように適合された適当な装置３８の例には、空気流を受け取り、空気流の他の成分から酸素ガスを部分的にまたは完全に分離するように適合された圧力スイング吸着システム（pressure swing adsorption system）及び酸素選択性膜モジュールが含まれる。  環境から入手可能なため、空気は環境から獲得し、適当なファン、コンプレッサ、ブロワ等によって燃料電池スタックに送達することができる。  これらの例を続けると、これらのソースはいずれも、ソースによって生み出された燃料流または他の方法でソースから受け取った燃料流から汚染物質を除去するように適合された精製装置を含み、あるいは該精製装置に関連付けることができる。
【００１５】
燃料電池スタック２４は、燃料及び酸化剤を受け取り、これらから電流を生成するように適合される。  この電流を使用して、補助燃料電池システムのエネルギー要求（プラント要求量の残部）を満たし、エネルギー消費システム１２等の外部システムに電力を供給し、及び／または後の使用のために後述するエネルギー貯蔵サブシステム２６等によって貯蔵される電流を生成することができる。  具体的には、１次電源１４が中断動作状態に入ったことに応答して、燃料電池スタックによって生み出された、または燃料電池スタックから取り出された電流を、エネルギー消費システム１２に供給して、エネルギー消費システム１２から加えられた負荷を満たすことができる。  スタック２４は、適当な任意のタイプの燃料電池スタックを含むことができ、その例には、陽子交換膜（ＰＥＭ：proton exchange membrane）燃料電池、アルカリ型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池及びリン酸型燃料電池が含まれる。
【００１６】
燃料電池スタック２４を複数の動作状態間で選択的に構成することができる。  これらの動作状態には少なくとも、燃料電池スタックが燃料流及び／または酸化剤流を受け取っておらず、且つ、燃料流及び酸化剤流を受け取ってすぐに電流を生み出せるように予熱されておらず、または他の理由でその準備ができていない停止動作状態と、燃料電池スタックが燃料流及び酸化剤流を受け取っており、これらから電流を生み出している電流生成動作状態とが含まれる。  燃料流及び酸化剤流を受け取ったときに電流を生成するように燃料電池スタックが構成される温度まで燃料電池スタックが予熱された始動動作状態、並びに燃料電池スタックが、燃料流及び酸化剤流を受け取ったときに電流を生成する準備はできているが、これらの燃料流及び酸化剤流を燃料電池スタックが受け取っていないか、燃料電池スタックをこの準備ができた動作状態に維持するだけの量しか燃料流及び酸化剤流を受け取っていないアイドル動作状態を含む、定義された追加の動作状態間で燃料電池スタック２４を選択的に構成することは本開示の範囲に含まれる。
【００１７】
図２に概略的に示されているように、補助燃料電池システム１６はエネルギー貯蔵サブシステム２６を含むことができる。  但し、エネルギー貯蔵サブシステム２６を含む必要は必ずしもない。  エネルギー貯蔵サブシステム２６は、後の使用のために電流を貯蔵するように適合された適当な任意の構造を含む。  このことは、エネルギー貯蔵サブシステムが、電流を受け取り、加えられた負荷を満たすために将来に使用することができる電位をこの電流から生成するように適合されていることを意味する。  エネルギー貯蔵サブシステムが存在するとき、エネルギー貯蔵サブシステムは例えば、１つまたは複数のバッテリ、ウルトラキャパシタ（ultra-capacitor）、フライホイール、及び／またはエネルギーを貯蔵し、加えられた負荷に応答して電流を選択的に出力するように設計された同様の装置を含むことができる。  エネルギー貯蔵サブシステム２６を使用して、補助燃料電池システムのエネルギー要求を満たし、及び／またはエネルギー消費システムに補助電力を供給することができる。  この加えられた負荷を、燃料電池スタックまたはエネルギー貯蔵サブシステム、あるいはその両方に適用することは本開示の範囲に含まれる。
【００１８】
上記の一例として、１次電源からの１次電力が失われている間、エネルギー貯蔵サブシステムを使用してエネルギー消費システム１２のエネルギー要求を満たし、その間に、燃料電池スタックが追加の電力を生成する準備をすることができる。  上の例を続けると、１次電源が中断動作状態にあることが検出されたときに、燃料電池スタックが電力を生み出し、またはエネルギー消費システムによって加えられた負荷を満たす十分な電流を生成することができない場合がある。  例えば、燃料電池スタックが電流生成動作状態以外の状態にある可能性があり、ソースサブシステムが、その時点において燃料を生み出し、及び／または燃料電池スタックに燃料を送達するように適合されていない可能性がある。  １次電源の中断動作状態が検出されたときに燃料電池スタックが電流を生み出しているか、またはその時点において電流を生成するように構成されているかどうかにかかわらず、補助燃料電池システムは、エネルギー貯蔵サブシステムを利用することによって加えられた負荷にすぐに応答して、これを満たすことができる。
【００１９】
エネルギー記憶サブシステム２６のエネルギー貯蔵容量は有限であり、再充電されない場合には枯渇する可能性があることを理解されたい。  更に、エネルギー貯蔵サブシステム２６の具体的な容量は、使用者の好み、エネルギー貯蔵サブシステムがそれに対して設計された設計対象の具体的な補助燃料電池システム、エネルギー貯蔵サブシステムによって選択的に電力が供給される具体的なエネルギー消費システム、エネルギー消費システムによって加えられる定格負荷または予想される負荷、選択され加えられた負荷をエネルギー貯蔵サブシステムが満たすことができる所望の期間、エネルギー貯蔵サブシステムのコスト及び所望のサイズを含む、さまざまな因子によって変動する可能性があることを理解されたい。  エネルギー貯蔵サブシステム２６は、適当な機構を介して燃料電池２４によって充電（再充電）されるように構成されていることが好ましく、それに加えてまたはその代わりに、１次電源１４からの電流を貯蔵された補助電力に変換するように適合されていてもよい。  例えば、充電を容易にするため、燃料電池スタックとエネルギー貯蔵サブシステムを同じバス上で並列に電気結合することができる。  同様に、エネルギー貯蔵サブシステムは、適当な充電器または充電装置を利用して、この電流から貯蔵された電位を確立することができる。  エネルギー貯蔵サブシステムを補助燃料電池システムの他の部分と物理的に統合し、またはエネルギー貯蔵サブシステムを、補助燃料電池システムの他の部分と適当な電力リンクを介して有効に（operatively）結合するように構成された外部周辺システムとすることは本開示の範囲に含まれる。
【００２０】
電力送達網、好ましくは、補助燃料電池システム１６は更に、エネルギー消費システムへの電力送達を制御するように構成されたソース選択サブシステム（source-selection subsystem）３０を含む。  それに加えてまたはその代わりに、ソース選択サブシステム３０は、エネルギー消費システムと、補助燃料電池システム若しくは１次電源との間の電気的連絡または電力リンクを選択的に可能にし、及び／または不能にして、補助燃料電池システムと１次電源のうちのどちらが、その時点においてエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力を供給するように構成されるかを選択的に調整することができると言うこともできる。  ソース選択サブシステムは更に、エネルギー消費システムに供給される電力を調整するように適合された１つまたは複数の電力管理モジュールを含むことができる。  この調整は、電圧を調整すること、電圧を上げ（ブースティング（boosting））または電圧を下げる（バッキング（bucking））こと、電流を（ＡＣ電流等に）変換すること等を含む。  補助燃料電池システム１６は更に、ソース選択サブシステム３０なしで設計された燃料電池システムに関して特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７及び特許文献８、並びに特許文献９及び特許文献１０に記載されている要素等の、追加の要素及び／または代替要素を含むことができる。  これらの文献の開示はその全体があらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。  図２にはソース選択サブシステムが、補助燃料電池システム１６の一部として概略的に示されている。  ソース選択サブシステムを１次電源の一部とし、ソース選択サブシステムが、１次電源及び／または補助燃料電池システムの一部である１つまたは複数の構成要素を有し、ソース選択サブシステムを１次電源及び補助燃料電池システムと連絡した独立型ユニットとする等、電力送達網内でソース選択サブシステムを他の方法で配置し、及び／または統合することは本開示の範囲に含まれる。  この例示的なオプションの範囲を図式的に示すために、図２ではこのことが一点鎖線で概略的に示されている。
【００２１】
明瞭にするため本明細書では補助燃料電池システムの諸構成要素が機能ユニット（すなわち電力送達サブシステム、ソースサブシステム、ソース選択サブシステム等）として記載される。  いくつかの実施形態において、２つ以上の機能ユニットが共用構成要素を含み、２つ以上の機能ユニットが互いに部分的または完全に統合されることは本開示の範囲に含まれる。  例えば、電力送達サブシステム２０とソース選択サブシステム３０は、電力送達機能及びソース選択機能を容易にするための命令を実行するように構成された共通の処理装置を共用することができる。  更に、１つまたは複数の機能ユニットを、電力送達網の他の構成要素と統合し、または他の方法で関連付け、並びに／あるいは１つまたは複数の機能ユニットを、本明細書に記載された他の構成要素と連絡した独立型ユニットとすることも本開示の範囲に含まれる。
【００２２】
先に論じたとおり、電力送達網、好ましくは電力送達網の補助燃料電池システムは、電力送達網からエネルギー消費システム１２への電力の送達を制御するように適合されたソース選択サブシステム３０を含む。  以下の議論では、ソース選択サブシステムが補助燃料電池システムの構成要素として記述されるが、ソース選択サブシステムが他の方法で電力送達網内に実装され、または電力送達網に関連付けられて、エネルギー消費システムの電力源を選択的に制御することも本開示の範囲に含まれる。  ソース選択サブシステム３０は、１次電源、エネルギー消費システム及び電力送達サブシステムのうちの少なくとも１つの動作状態に基づいて電力送達を導くように構成される。  ソース選択サブシステムは一般に、エネルギー消費システムへの電力の潜在的な中断を限定し、またはなくすように構成される。  従って、１次電源の中断動作状態が検出されたときに、ソース選択サブシステムは、補助燃料電池システムを利用して、少なくとも１次電源が電力送達動作状態に復帰するまでエネルギー消費システムに補助電力を供給するように構成される。  このためソース選択サブシステムは、エネルギー消費システム１２に電力を供給するために、１次電源と補助燃料電池システムの電力送達サブシステムとの間で有効に「切り換わる」ように構成される。
【００２３】
図２の破線で示されているように、ソース選択サブシステムは、１次電源の動作状態を検出するように適合された電力モニタ４０を含むことができる。  電力モニタは例えば、１次電源１４が電力送達動作状態、中断動作状態、並びに／あるいは電力送達動作状態及び中断動作状態以外の１つまたは複数の動作状態にあるかどうかを決定し、または別の方法でこれを検出するように適合される。  電力モニタ４０は適当な検出構造及び／または方法を利用して、１次電源の動作状態を検出することができる。  従って、電力モニタ４０は１次電源の動作状態を決定するように適合された検出アセンブリ４２を含むと記述することができる。  検出アセンブリ４２の適当な構成の非排他的な一例が図３に概略的に示されている。  図示のとおり、電力モニタ４０は光アイソレータ４４を含む。  光アイソレータ４４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）４６と、このＬＥＤを監視するように構成された相補センサ４８とを含む。  ＬＥＤは１次電源に有効に結合されており、１次電源が電力送達動作状態にあるときに発光するように構成されている。  １次電源が電力送達動作状態以外の状態にあるとき、ＬＥＤは、発光を止め、色または強度を変化させ、あるいは他の方法で可視信号または検出可能な信号を発するように構成される。  これに対応して、センサ４８はこの信号を検出するように構成される。  例えば、ＬＥＤは１次電源から電力の供給を受け、１次電源の動作状態がＬＥＤの状態によって指示され、このＬＥＤの状態をセンサ４８が監視する。  このような構成では、１次電源からのＬＥＤへの電力送達が失われることによって、ＬＥＤが発光しなくなり、この変化がセンサ４８によって検出される。  従って光アイソレータ４４を使用して、１次電源が中断動作状態にあること、電力生成動作状態にあること、及び／または１次電源がこれらの動作状態間で変化したことを検出することができる。
【００２４】
光アイソレータ及び先に述べた例示的な構成は、電力モニタ４０用の適当な検出アセンブリの一例として示したものである。  電力モニタ４０が、他の適当な検出アセンブリ及び／またはエネルギー消費システムに対する１次電源の動作状態を選択的に決定するための他の構造を含むことは本開示の範囲に含まれる。  他の例として、図４の破線で概略的に示されているように、電力モニタは、１次電源から送達された電流の波形を監視してその波形が電力送達動作状態に対応するかどうかを判定するように構成された検出アセンブリ５０を含むことができる。  やはり図４の破線で概略的に示されている他の例として、ソース選択サブシステムは、１次電源から電力が供給されたリレーを含む検出アセンブリ５２を有する電力モニタを含むことができる。  １次電源が中断動作状態に入った場合にはこのリレーが開き、ソース選択サブシステムはこの開いたリレーを、１次電源からの電力送達が失われたことに対応すると識別する。  このような構成では、１次電源による電力送達動作状態への復帰も、リレーへの電力の送達が再開されたときにリレーが閉じることによって検出することができる。  他の例として電力モニタは、１次電源からの電力の電圧を監視して、この（標準化され、調整されまたは未処理の）電圧が所定のパラメータの範囲に収まっているかどうか、所定の最小値を超えていないかどうか、所定の最大値を超えていないかどうか等を判定するように適合されたセンサを有する検出アセンブリ５４を含むことができる。  更に説明するために上の例を続けると、出力の電圧は調整の前または後に測定し、標準のまたは予想される電圧または電圧範囲と比較することができる。
【００２５】
それが望ましいときには、電力モニタが電圧を測定する前に、最初に１次電源からの電流を整流し、または他の方法で調整することができる。  電力モニタは更に、中断動作状態と、電力の瞬間的な消失または減失、あるいは１次電源からの電力送達の消失に対応すると誤ってとられる可能性がある他の異常とを区別するフィルタ及び／または制御論理を含むことができる。
【００２６】
後述するように、このように決定されたエネルギー消費システムに対する１次電源の動作状態を使用して、エネルギー消費システムの負荷が加えられた電力ソースを決定する。  エネルギー消費システムに対して１次電源がエネルギー生成動作状態にあるとき、エネルギー消費システムは、図５に概略的に示されているように１次電源から電力の供給を受ける。  １次電源がエネルギー消費システムに対して１次電源が中断動作状態にあるとき、エネルギー消費システムは、図６に概略的に示されているように補助燃料電池システムから電力の供給を受ける。  ソース選択サブシステム３０は、決定された１次電源の動作状態に少なくとも部分的に応答してエネルギー消費システムからの負荷が適用される選択された１次電源１４または補助燃料電池システム１６を制御するように構成される。  このようにして補助燃料電池システムは、エネルギー消費システムに対して１次電源が電力送達動作状態に復帰するまで１次電源をバックアップする。  １次電源と補助燃料電池システムは協力して、エネルギー消費システムから加えられた負荷を電力送達網が満たすことができない時間を限定し、またはそのような時間をなくす。
【００２７】
エネルギー消費システムへの電力送達を制御するため、ソース選択サブシステム３０は、１次電源１４及び／または電力送達サブシステム２０をエネルギー消費システム１２から有効に接続し、切断するように構成される。  １次電源１４から電力を送達するとき、ソース選択サブシステムは、１次電源とエネルギー消費システムとの間の電力リンクを確立し、またはイネーブル状態にする。  本明細書で使用されるとき、「電力リンク」は、１本または数本の導線等、電流を伝導するための１つまたは複数の適当な装置または構造、及び任意選択でブレーカ、スイッチ、コンディショナ、コンバータ、ダイオード、計測器等の１つまたは複数の回路部品を含むことができる。  このことが図７に概略的に示されており、この図には、数本の導線５６及び少なくとも１つの回路部品５８を含む電力リンク１８が示されている。  一般に、電力リンクは、その中を電流が流れることができる電荷の経路を提供するように構成され、電力リンクは、電流の流れまたは他の機能を助けるさまざまな要素を含むことができる。  電力リンクの確立は、電気接続をイネーブル状態にすることと記述することもできる。
【００２８】
エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たすために１次電源がイネーブル状態のとき、ソース選択サブシステムは、１次電源とエネルギー消費システムの間に有効な電力リンクを確立し、一方で、電力送達サブシステムとエネルギー消費装置の間の電力リンクを選択的にディスエーブル状態にし、または他の方法で無効にする。  このことが先に論じた図５に概略的に示されている。  同様に、エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす目的に何らかの理由で１次電源が使用できないとき、ソース選択サブシステムは、図６に概略的に示されているように、電力送達サブシステムとエネルギー消費システムの間に有効な電力リンクを確立し、１次電源とエネルギー消費システムの間の電力リンクを選択的に無効にする。  従って、これらの要素の物理的配置とは無関係に、ソース選択サブシステムは、１次電源と補助燃料電池システムのうちの選択された一方とエネルギー消費システムとの間の電気的接続、より具体的には１次電源と補助燃料電池システムの電力送達サブシステムのうちの選択された一方とエネルギー消費システムとの間の電気的接続を調整するように適合される。  このイネーブル化とディスエーブル化のタイミングは、本開示の範囲内で変更することができる。  例えばこれらのステップを同時に実施し、または一方のステップを他方のステップの前に実施することができる。
【００２９】
任意選択でソース選択サブシステムは、１次電源から電力送達サブシステムへの電流のバックフィード（back-feed）、及び／または電力送達サブシステムから１次電源への電流のバックフィードを限定するように構成される。  より具体的な例として、ソース選択サブシステムは、１次電源と電力送達サブシステムの間の電力リンクを選択的に遮断しまたはディスエーブル状態にするように構成することができる。  例えば、ソース選択サブシステムを、１次電源が電力送達動作状態にあるときに１次電源から電力送達サブシステムを電気的に切断するように構成することができる。  本明細書で使用されるとき、語「切断する」は電荷の経路を遮断することを意味し、物理的な接続を完全に排除することを必ずしも意味しない。  ソース選択サブシステムは、例えば図８の６０に概略的に示されているような適当な任意のバックフィード防止構造を含むことができる。  非排他的な例には、バックフィードを防止するように構成された回路、回路遮断器、ダイオード等が含まれる。
【００３０】
ソース選択サブシステムのこのようなバックフィード防止構造の適当な構成の一例として、構造６０を、１次電源と電力送達サブシステムの間のバックフィードを防止するブレークゼンメーク（break-then-make）接続を実現するように構成することができる。  ブレークゼンメーク接続では、電力送達サブシステムがエネルギー消費システムに有効に接続される前に、１次電源１４が、エネルギー消費システム１２及び電力送達サブシステム２０から有効に切断される。  語「有効に接続される」は、電力送達サブシステムが、加えられた負荷を満たす電流を送達するように構成されることを意味する。  この効果のため、１次電源と補助燃料電池システムの電力送達サブシステムとの間の電力リンクが回避される。  従って、１次電源と補助燃料電池システムの電力送達サブシステムとの間のバックフィードが防止される。
【００３１】
ブレークゼンメーク接続を実現するための適当な構造の非排他的な例として、ソース選択サブシステムは、電力モニタに通信で結合されたスイッチング機構６２を含むバックフィード防止構造６０を含むことができる。  機構６２は、１次電源の動作状態に応答して所望の電力リンクを確立するように構成される。  ブレークゼンメーク接続用に構成されるとき、ソース選択サブシステムは一般に、所望の応用に対して十分に短い所定のスイッチング時間内で接続を実行するように構成される。  例えば、ソース選択サブシステムは、このような所定のスイッチング時間内に１次電源１４を有効に切断し、電力送達サブシステム２０を有効に接続するように構成することができる。  補助燃料電池システムの意図された応用に応じて、ソース選択サブシステムを、１〜５秒の長いスイッチング、０．１〜０．９９秒の中程度の長さのスイッチング、０．００１秒から０．０９９秒の短いスイッチング、または０．００１秒未満の非常に短いスイッチングを実行するように構成することができる。  補助電力の送達はブレークゼンメーク接続の実行後に始まるので、より短いスイッチング時間は、エネルギー消費システムへの電力送達の短い中断を容易にする。
【００３２】
ソース選択サブシステム３０は、１次電源が中断動作状態にあることが検出されたときに補助燃料電池システムを電流生成動作状態に直接にまたは間接的に移行させるように構成することができる。  このことは、燃料電池スタックが十分に暖められたときにこの燃料電池スタックが持続可能な補助電力をエネルギー消費システムに供給できるよう燃料電池スタック２４（及び／またはソースサブシステムの燃料処理装置）を始動させるように、ソース選択サブシステムを選択的に構成することができることを意味する。  あるいは、ソースサブシステムは、補助燃料電池システムまたは電力送達網の適当なコントローラまたは処理装置と通信することができ、このコントローラまたは処理装置は、１次電源が中断動作状態にあることがソースサブシステムによって検出されたことに応答して補助燃料電池システムの電流生成動作状態への移行を指示する。  他のバリエーションとして、補助燃料電池システム及び／または電力送達網は、１次電源が中断動作状態にあることを検出し、この検出に少なくとも部分的に応答して、補助燃料電池システムの電流生成動作状態への移行を指示するように適合された独立したセンサまたは他の検出構造を含むことができる。
【００３３】
本開示に基づく補助燃料電池システム１６は、１次電源に代わるさまざまなタイプのバックアップ電力を供給するように構成することができる。  例えば、補助燃料電池システム１６は、エネルギー消費システムに対して１次電源が中断動作状態にあることが検出されてから所定の時間内に、エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力を供給するように構成することができる。  本明細書に記載したとおり、補助燃料電池システムは、中断バックアップ電力（interrupted backup power）または無中断バックアップ電力（uninterrupted backup power）を供給するように構成することができる。  中断バックアップ電力を供給するシステムは、１次電源が中断動作状態に入った時刻と電力送達サブシステムが補助電力の送達を開始する時刻との間の顕著な隔たりを許すことができる。  一方、無中断バックアップ電力を供給するシステムは、１次電源が中断動作状態にあることが検出されたときに、電力送達を、１次電源から補助燃料電池システムへ直ちに移行させるように構成される。  従ってエネルギー消費システムは一定の、または一定に近い電力ソースを受け取る。  他の言い方をすれば、中断電源では、１次電源からの電力供給の中断に応答してエネルギー消費システムの動作が中断すると記述することができる。  同様に、無中断電源は、１次電源からの電力供給の中断に応答したエネルギー消費システムの動作の中断を防ぐと記述することができる。
【００３４】
機能の点から、無中断バックアップ電力を供給するように構成された補助燃料電池システムが望ましいことがある。  無中断バックアップ電力は特に、コンピュータネットワーク、医療機器または設備、連続監視または測定装置、金銭登録機及び商取引を容易にする他の電子装置、通信機器、並びにその動作が中断しないよう信頼できる無中断電源を必要とするその他の機器及び装置（マイクロプロセッサを含む電子機器等）等のエネルギー消費装置に対して望ましい。  無中断バックアップ電力を供給するように適合された補助燃料電池システムは一般に、少なくとも補助燃料電池システムが電流生成動作状態へ移行するまでの間、エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力を供給するように適合された（構成され、十分な容量を有するサイズに設計された）、エネルギー貯蔵サブシステムを含む。  このように、エネルギー貯蔵サブシステムは速効性の短期バックアップ電力を供給するように構成され、燃料電池スタックは、持続可能な長期のバックアップ電力を供給するように構成される。  燃料電池スタックが電流生成動作状態に入った後にエネルギー貯蔵サブシステムを再充電するように、燃料電池スタックを構成することができる（但し、そうする必要は必ずしもない）。  エネルギー貯蔵サブシステムと燃料電池スタックは集合的に、１次電源がエネルギー消費装置に電力を供給できないときにエネルギー消費装置に電力を供給するように構成される。
【００３５】
補助燃料電池システムが電流生成動作状態に移行するまでの時間は、補助燃料電池システムの構造、その時点における動作状態等によって異なる。  例えば、停止動作状態から電流生成動作状態へ移行するのにかかる時間は、アイドル動作状態から電流生成動作状態へ移行するのにかかる時間よりも長い。  同様に、補助燃料電池システムのソースサブシステムも、電流生成動作状態へ移行するのに要する時間に影響する可能性がある。  例えば、燃料電池スタック向けの燃料流と酸化剤流のうちの少なくとも一方を生成するソースサブシステムが燃料処理装置に依存する場合には、この一方または両方の流れを生成するのに要する時間を考慮する必要がある。  一方、貯蔵装置を利用し、従って燃料処理装置を始動する必要なしに必要な燃料流及び酸化剤流を燃料電池スタックに供給するように構成されたソースサブシステムを有する補助燃料電池システムは、補助燃料電池システムを電流生成動作状態に移行させるのに燃料処理装置を始動させる必要があるシステムよりも早く、電流生成動作状態に移行することができる。
【００３６】
応用によっては、中断バックアップ電力を供給する補助燃料電池システムの利用しか許容されない。  このことは、エネルギー消費システムの加えられた負荷を満たす電力を供給するのに１次電源が使用できないことが検出されてから補助燃料電池システムによるバックアップ電力の供給までの間に顕著な遅延が生じることを意味する。  先に述べたように中断電源では一般に、１次電源が中断動作状態にあることが検出されてからある期間の間、エネルギー消費システムから加えられた負荷が満たされない状況が生じる。  中断バックアップ電源の利用が許容される状況の例には、停電がせいぜい限定された持続時間を有する限り停電が許容される状況が含まれ、補助燃料電池システムは、この限定された持続時間より短い時間のうちに電流生成動作状態に移行するように構成される。  補助燃料電池システムの具体的な設計に応じて、補助燃料電池システムは、（１次電源が中断動作状態にあることが検出されてから）例示的に１時間、３０分、１５分、５分、それ未満等の時間内に補助電力を供給することができる上記の時間は単に例として挙げたものであり、これらよりも長い時間または短い時間を利用することも本開示の範囲に含まれる。
【００３７】
一例として、多くの家庭にとって中断バックアップ電力を供給することは許容される。  中断バックアップ電力が許容されるかどうかを判定するときの１つの考慮事項は、中断バックアップ電力だけを供給する補助燃料電池システムを製造したほうが安価になる可能性があることである。  エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たすように適合されたエネルギー貯蔵サブシステムを含まない場合等、同様に、バックアップ電力の中断が許容されるときには、ソース選択サブシステムを、無中断バックアップ電力を供給するように構成された補助燃料電池システムのソース選択サブシステムよりも動作が遅い（安価な）ものとすることができる（但し、そうする必要は必ずしもない）。  このような補助燃料電池システムが図９に概略的に示されている。
【００３８】
このようなシステムは、エネルギー消費システムの加えられた負荷を満たすように適合されたエネルギー貯蔵サブシステムを含まなくてもよいが、補助燃料電池システムは、燃料電池システムを電流生成動作状態へ移行させるのに必要な電力を供給するように適合された始動電源を含むことが好ましい。  このような補助燃料電池システムが図１０に概略的に示されており、始動電源は７０で指示されている。  電源７０が、エネルギー貯蔵サブシステム２６に関して先に論じた構造を含む適当な任意の構造を有することは本開示の範囲に含まれる。  しかし、エネルギー貯蔵サブシステム２６と異なる点は、電源７０が、燃料電池システムが電流生成動作状態へ移行するまでエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たすようには構成されておらず、及び／またはそのようにサイズも決められていない点である。  補助燃料電池システムが電流生成動作状態へ移行すると、生み出された電流を使用して、エネルギー消費システムの加えられた負荷を満たすことができる。  同様に、この電流を使用して始動電源を再充電することも本開示の範囲に含まれる（但し、そうする必要は必ずしもない）。
【００３９】
電力送達サブシステム２０は、さまざまなトリガ事象に応答して燃料電池スタック２４によるエネルギー生成を開始するように構成することができる。  いくつかの実施形態では、燃料電池スタックが、システム２６等のエネルギー貯蔵サブシステムの電荷（貯蔵エネルギーレベル）が、所定の最低閾値、例えばこのサブシステムの完全に充電された状態の９０％、８０％、７５％、５０％、４０％、２５％または選択された他の電荷状態を下回ったときに、エネルギー生成を開始するように構成される。  エネルギー貯蔵サブシステムの電荷に応じたトリガは、燃料電池スタック及び／または電力送達サブシステムの他の構成要素を始動させる必要なしに、エネルギー貯蔵サブシステムが小さな中断の大部分を処理することを可能にする。  いくつかの実施形態では、電力送達サブシステムを、１次電源の中断動作状態の検出に応答した電力モニタ４０から受け取られた信号等の受信信号に応答してエネルギー生成を開始するように構成することができる。  いくつかの実施形態では、補助燃料電池システムに負荷が加えられたのに応答して燃料電池スタックがエネルギー生成を開始する。  エネルギー生成は、所定の最小時間よりも長い時間、１次電力の送達が中断されているときに開始されるようにプログラムすることができ、従ってこの所定の最小時間よりも短い持続時間しか１次電力が中断されていないときに燃料電池スタックを不必要に始動させることを制限することができる。  この時間は、使用者の好み、システムの許容範囲、エネルギー消費システム１２が電力なしでいられる許容時間等、さまざまな因子に基づいて選択することができることを理解されたい。  ２つ以上の基準を使用してエネルギー生成の開始を決定することができる。  例えば、１次電力の中断時間とエネルギー貯蔵電荷レベルの組合せを使用することができる。  上記のものは非限定的な例として挙げたものであり、補助燃料電池システムは、さまざまな事象及び／または機構を介してトリガすることができる。
【００４０】
先に述べたように、１次電源の中断動作状態が検出されると、ソース選択サブシステムは、電力送達サブシステムからエネルギー消費システムへの電力の供給を可能にすることができる。  エネルギー貯蔵サブシステムが存在するとき、エネルギー貯蔵サブシステムはこの中断に直ちに応答し、エネルギー消費システムが不利な影響を受ける前に補助電力を供給することができる。  燃料電池スタックは、燃料及び酸化剤から絶えず電気エネルギーを生成するように構成されているため、燃料及び酸化剤がイネーブル状態である間、補助燃料電池システムは持続可能な電力を供給することができる。  補助燃料電池システムは、１次電力の送達が復旧され、または他のバックアップ電力システムが実現されるまで電力を送達し続けることができる。  更に、補助燃料電池システムはサービスの中断に関して絶えず１次電源を監視し、中断が発生するたびに電力を供給することができる。  従って、補助燃料電池システムは１次電源を強化し、１次電源が故障しまたは他の方法で中断されたときでも、持続可能な電力送達を提供する。
【００４１】
１次電力が中断されていない場合でも始動するように補助燃料電池システムを構成することも本開示の範囲に含まれる。  このようにすると、補助燃料電池システムは、その１つまたは複数の構成要素の動作を検査し、エネルギー貯蔵サブシステムが存在する場合にはエネルギー貯蔵サブシステムを充電すること等ができる。  １次電源が中断動作状態以外の状態にある間に始動するように補助燃料電池システムが適合されているとき、この始動を引き起こす例示的な事象には、コマンド信号（例えば後述する通信サブシステムから受け取る信号）、所定の非活動期間、及び／または周期的なサイクル（毎日、週１回、月１回等）等が含まれる。
【００４２】
図１１に示すように、本開示に基づく補助燃料電池システム１６は、例えばデータ、コマンド、問合せ、コード等を含む信号を送り、及び／または受け取るように構成された通信サブシステム８０を含むことができる（但し、これを含む必要は必ずしもない）。  この通信サブシステムは、図１１の８２に概略的に示されているように、適当な任意のタイプ及び数の通信リンクを介して制御機能と通信することができる。  例えば、通信リンク８２は有線または無線リンクとすることができ、通信リンク８２は、この通信サブシステムへの通信信号及び／またはこの通信サブシステムからの通信信号がその中を伝わることができる適当な任意の通信構造を利用することができる。
【００４３】
信号を送るように適合された通信サブシステムの応用の一例として、１次電源が中断動作状態にあることが検出されたことに応答して通知信号を、通信サブシステム８０を少なくとも部分的に介して送るように、補助燃料電池システムを構成することができる。  この通知信号は例えば、指定された通信センタ、１次電源の維持に責任を負う実体、エネルギー消費システムに関連付けられた実体等のうちの少なくとも１つに送ることができる。  他の例として、補助燃料電池システムまたはその構成要素の動作に関するデータを含む信号を送ることができる。  この信号は例えば、補助燃料電池システムの自己診断、アイドル及び／または動作状態の期間、補助燃料電池システムが電流生成動作状態にある間の動作データ、サービス及び保守の必要性を予測するための診断情報、消耗品（例えば燃料、吸収剤、フィルタ等）の交換が必要であることの予告、等の因子に対応するデータを含む。
【００４４】
信号を受け取るように適合された通信サブシステムの応用の一例として、異なる動作状態へ移行するよう補助燃料電池システムを指示する信号を、通信サブシステム８０を少なくとも部分的に介して受け取り、それに応じるように補助燃料電池システムを構成することができる。  例えば、１次電源が（例えば保守のためまたは優先負荷に電力を配分するために）意図的にオフラインにされ、または他の理由で中断動作状態に移行する前に、補助燃料電池システムを始動させ、または他の方法でエネルギー消費システムに電力を供給する準備をさせる信号を補助燃料電池システムに送る。  他の例として、１次電源がオンラインに戻され、または他の方法で電力送達動作状態に移行する前に、あるいはそれと同時に、補助燃料電池システムがエネルギー消費システムに電力を供給するように適合されないアイドル動作状態、停止動作状態等の動作状態に移行するよう補助燃料電池システムに指示する信号を補助燃料電池システムに送ることができる。  これらのタイプの通信信号及び他のタイプの通信信号を使用して、１次電源と補助燃料電池システムの間の協力を向上させることができる。
【００４５】
１次電源が電力生成動作状態に復帰したことが検出されたときに、エネルギー消費システムから加えられた負荷を満たす電力の供給を停止するように、補助燃料電池システムを適合させることができる。  エネルギー消費システムへ供給される電力のこの中断は例えば、ソース選択サブシステムによって発動させることができる。  ソース選択サブシステムは、電力モニタ４０または同様の装置を用いて電力送達動作状態を検出することができる。  ソース選択サブシステムは、補助燃料電池システムの電力送達サブシステムを有効に切断してから１次電源のエネルギー消費システムへの有効な接続を回復するブレークゼンメーク接続を実現することができる。  あるいはいくつかの実施形態では、１次電源と補助燃料電池の電力送達サブシステムとをエネルギー消費システムに同時に接続することができ、または事実上任意の他の適当なスイッチング機構もしくはプロトコルを使用することができる。
【００４６】
補助燃料電池システム１６は、１次電源の電力生成動作状態への復帰に対して、いくつかの異なる方法のうちの少なくとも１つの方法で応じるように構成することができる。  いくつかの実施形態では、補助燃料電池システムが直ちに運転の停止を開始する。  いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵サブシステムが所定のレベル（一般に１００％だが、９５％、９０％、８０％等他のレベルを使用することもでき、このような他のレベルも本開示の範囲に含まれる）に充電されるまで、補助燃料電池システムが、エネルギー貯蔵サブシステムの充電に使用するエネルギーを生み出し続け、補助燃料電池システムはその後に停止し、または燃料電池スタックが電気エネルギーを出力する準備ができた状態を維持するアイドル動作状態に入る。  いくつかの実施形態では、補助燃料電池システムがアイドル動作状態に移行する。  いくつかの実施形態では、補助燃料電池システムが、例えば１次電源が電力生成動作状態にとどまっているかどうかを見るために、所定の時間の間、アイドル動作状態に移行し、それによって１次電力が断続的に中断されている場合の暖機及び冷却サイクルの反復を回避する。  １次電力が回復されたときに、上記の１つまたは複数の基準及び他の基準を使用して、電力送達サブシステムの挙動を制御するように補助燃料電池システムを構成することができる。  先に論じたとおり、１次電源がエネルギー消費システムから加えられた負荷を満たしている（例えば先に説明した）動作状態へ移行するよう補助燃料電池システムに指示するコマンドを通信サブシステムに送ることもできる。
【００４７】
図１２に、電力送達サブシステム２０からの電流がそこを通過してエネルギー消費システム１２に伝えられる電力管理モジュール８４を含む例示的な補助燃料電池システム１６の一部を示す。  エネルギー消費システム１２がＡＣ電力を必要とするとき、モジュール８４は、電力送達サブシステムからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するインバータを含む。  モジュール８４は、これに加えてまたはその代わりに、補助燃料電池システムから送達された電力または電気出力の電圧を上昇させる少なくとも１つのブーストＤＣ−ＤＣコンバータ、送達された電力の電圧を低下させる少なくとも１つのバック（buck）ＤＣ−ＤＣコンバータ等の少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータを含むことができる。  ＤＣ−ＤＣコンバータは、加えられた負荷とともに電圧が変化する電力送達サブシステム２０からの無調整のＤＣ電流を受け取り、その電流の電圧を選択された値に調整する。  この選択された値は、無調整の電圧よりも大きくまたは小さくすることができる。  モジュール８４は、燃料電池スタック２４及び／もしくはエネルギー貯蔵サブシステムごとにＤＣ−ＤＣコンバータを含み、あるいはそれぞれの燃料電池スタック及び／もしくはエネルギー貯蔵サブシステムを専用ＤＣ−ＤＣコンバータに接続し、またはそれぞれの燃料電池スタック及び／もしくはエネルギー貯蔵サブシステムが専用ＤＣ−ＤＣコンバータを含むことができる。  これらのＤＣ−ＤＣコンバータを、燃料電池スタック及び／またはエネルギー貯蔵サブシステムと統合し、電力送達サブシステムと統合し、あるいは電力送達サブシステムの下流の別個のユニットとすることができる。  専用ＤＣ−ＤＣコンバータからの調整されたＤＣ出力は、並列に、直列に、または事実上任意の適当な接続機構によって接続することができる。  本明細書で論じた以外の構成要素をモジュール８４が含むことができること、及び電力管理モジュールの全ての実施形態において上記の構成要素が全て必要というわけではないことは本開示の範囲に含まれる。  電力管理モジュール８４なしで補助燃料電池システムを構成できることも本開示の範囲に含まれる。
【００４８】
先に論じたとおり、燃料電池スタック２４は一般に複数の燃料電池を含む。  これらの燃料電池は対向する端板間に物理的に配置される。  それぞれの電池は燃料及び酸化剤を電流に変換するように構成される。  これらの燃料電池は通常は直列に電気結合されるが、並列に、または直列と並列の組合せで結合することもできる。  電気的に結合されるとき、これらの電池は集合的に、電池スタックの構成に応じた電位を供給する。  例えば、全ての電池が直列に電気結合される場合、このスタックによって供給される電位はそれぞれの電池の電位の和である。  スタック２４は、それらの間に負荷を電気的に結合することができる正及び負の接点を含むことができる。  特定のスタック中の燃料電池の数は、燃料電池スタックの所望の電力出力に応じて選択することができることを理解されたい。  更に、一般に１つの燃料電池スタック２４に関して説明されるが、本明細書に記載の補助燃料電池システムは２つ以上の燃料電池スタックを含むことができる。
【００４９】
補助燃料電池システム１６は、陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等、適当な任意のタイプの燃料電池を含むことができる。  説明の目的上、ＰＥＭ燃料電池の形態の例示的な燃料電池を図１３に概略的に示し、その全体を１１０で指示する。  陽子交換膜燃料電池は一般に、アノード領域１１６とカソード領域１１８の間に位置するイオン交換膜または電解膜１１４を含む膜−電極アセンブリ１１２（ＭＥＡ：membrane-electrode assembly）を利用する。  領域１１６及び１１８はそれぞれ１つの電極、すなわちアノード１２２及びカソード１２４を含む。  更に領域１１６及び１１８はそれぞれ、一般に隣接するＭＥＡ間の電荷の経路の働きをし、隣接するＭＥＡを物理的に支持するように構成される支持板１２６を含む。  燃料電池スタック２４では、隣接する燃料電池の支持板１２６を１つにして、隣接するＭＥＡを分離する双極板を形成することができる。
【００５０】
動作時、水素１２８はアノード領域に供給され、酸素１３０はカソード領域に供給される。  水素１２８及び酸素１３０は、適当な燃料ソース１３１及び酸化剤ソース１３３から適当な任意の機構を通して燃料電池のそれぞれの領域に送達することができる。  図２に関して先に論じたとおり、燃料ソース１３１及び酸化剤ソース１３３はソースサブシステム２２の構成要素である。  図１３では、燃料ソース１３１が水素ガスソース１３２を含み、酸化剤ソース１３３が酸素ソース１３４を含む。  水素１２８の適当なソース１３２の例には、加圧タンク、水素化物層または他の適当な水素貯蔵装置、及び／あるいは水素ガスを含む流れを生成する燃料処理装置が含まれる。  酸素１３０の適当なソース１３４の例には、酸素、空気または高酸素濃度空気の加圧タンク、カソード領域に空気を導くためのファン、コンプレッサ、ブロワまたはその他の装置、並びに／あるいは高酸素濃度空気流を生成するように適合された装置が含まれる。
【００５１】
水素と酸素は一般に酸化還元反応によって互いと結合する。  主に膜のイオン伝導性のため、膜１１４は水素分子の通過は制限するが、水素イオン（陽子）の通過は許す。  酸化還元反応の自由エネルギーはイオン交換膜を通して水素ガスから陽子を駆動する。  膜１１４は電気伝導性の傾向が小さいため、外部回路１３６は残った電子の最小エネルギー経路であり、この回路は図１３に概略的に示されている。  カソード領域１１８では、外部回路からの電子及び膜からの陽子が酸素と結合して水及び熱を生成する。  図１３には更に、水素ガスを含むかもしれないアノードパージ流１３８、及び実質的にとまでは言えないが一般に酸素が少なくとも部分的に枯渇したカソード排気流１４０が示されている。  燃料電池スタック２４は一般に、共通の水素（または他の反応物）フィード、空気取入口及びスタックパージ／排気流を有し、それに応じて、関連する流れを個々の電池に送達し、個々の電池から関連する流れを集める適当な流体管路を含むことを理解されたい。
【００５２】
実際には、燃料電池スタック２４は一般に複数の燃料電池を含み、隣接する膜−電極アセンブリを双極板アセンブリが分離している。  双極板アセンブリは実質上、双極板アセンブリを介して自由電子が第１の電池のアノード領域から隣接する電池のカソード領域に移動するのを許し、それによって加えられた負荷を満たすために使用することができる電位をスタックの両端に確立する。  この燃料電池スタックに少なくとも１つのエネルギー消費システム１２を電気的に結合することができる。  エネルギー消費システム１２はスタックに負荷を加え、スタックから電流を取り出して負荷を満たす。
【００５３】
先に論じたとおり、補助燃料電池システム１６はソースサブシステム２２を含み、ソースサブシステム２２は水素ガス１２８のソース１３２等の燃料ソースを含む。  やはり先に論じたが、適当なソース１３２の一例は、少なくとも実質的に純粋な水素ガス１２８の生成物流を生成するように適合された燃料処理装置である。  このような補助燃料電池システム１６の例が図１４に示されており、全体が１５０で指示されている。  以下の要素の議論を単純にするため、補助燃料電池システム１５０は、ソース選択サブシステム及び先に論じた他の要素なしで示されている。  システム１５０は、少なくとも１つの燃料処理装置１５２及び少なくとも１つの燃料電池スタック２４を含む。  燃料処理装置１５２は、少なくとも１種の供給物１５８を含むフィード流１５６から、水素ガス１２８を含む生成物水素流１５４を生成するように適合されている。  燃料電池スタックは、自体に送達された生成物水素流１５４の部分から電流を生成するように適合されている。  図示の実施形態では、単一の燃料処理装置１５２及び単一の燃料電池スタック２４が示されているが、これらの構成要素の一方または両方を２つ以上使用することも本開示の範囲に含まれる。  これらの構成要素は概略的に示されていること、及びこの燃料電池システムは、空気送達システム、熱交換器、加熱アセンブリ等、これらの図には特に示されていない追加の構成要素を含むことができることを理解されたい。  例えばいくつかの燃料処理装置は、蒸発させた（または気体の）フィード流１５６から生成物水素流１５４を生成するように適合される。  このような実施形態では、蒸発させた（または気体の）状態のフィード流を燃料処理装置に送達することができ、あるいは、燃料処理装置が、図１４の破線に示された適当なバーナ、他の加熱アセンブリ１５９等によってフィード流を蒸発させる蒸発領域１５７を含むことができる。
【００５４】
図１４に示した例示的な実施形態では、燃料処理装置１５２及び水素貯蔵装置１６０のうちの一方または両方からスタック２４に水素ガスを送達することができ、水素貯蔵装置１６０は、水素ガスを貯蔵するのに適した任意の構造を含むことができる。  適当な構造の例には水素化物層及び加圧タンクが含まれる。  図１４に示した例示的な実施形態に示されているとおり、燃料処理装置からの水素１２８は、貯蔵装置とスタック２４のうちの一方または両方に送達することができる。  更にまたは代わりに、生成物水素流１５４の一部または全部を、別の水素消費プロセスで使用するために適当な管路を通して送達し、燃料または熱のために燃やし、あるいは後の使用のために貯蔵することができる。
【００５５】
燃料処理装置１５２は、フィード流から、少なくとも実質的に水素ガスを含む流れ（例えば生成物水素流１５４）を生成する適当な装置である。  フィード流１５６から水素ガスを生成する適当な機構の例には、炭素を含む供給物と水とを含むフィード流から改質触媒をして水素ガスを生成する水蒸気改質及びオートサーマル改質が含まれる。  水素ガスを生成する他の適当な機構には、炭素を含む供給物の熱分解及び触媒部分酸化が含まれ、この場合、フィード流は水を含まない。  水素ガスを生成する他の適当な機構は電気分解であり、この場合、供給物は水である。  炭素を含む適当な供給物の例は少なくとも１種の炭化水素またはアルコールを含む。  適当な炭化水素の例には、メタン、プロパン、天然ガス、ディーゼル、灯油、ガソリン等が含まれる。  適当なアルコールの例には、メタノール、エタノール及び多価アルコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコールが含まれる。
【００５６】
フィード流１５６は適当な任意の機構を介して燃料処理装置１５２に送達することができる。  図１４にはフィード流１５６が１つしか示されていないが、２つ以上のフィード流１５６を使用できること、及びこれらのフィード流は同じ供給物を含み、または異なる供給物を含むことができることを理解されたい。  例えば、燃料処理装置１５２が、炭素を含む供給物１６２と水１６４とを含む供給物１５８を受け取るように適合されているとき、この炭素を含む供給物及び水は、別々のフィード流で送達し、または同じフィード流で送達することができる。  例えば、この炭素を含む供給物が水と混じり合うとき、この供給物は一般に、図１４に示すようにフィード流１５６の水成分と一緒に送達される。  但し、そうする必要は必ずしもない。  この炭素を含む供給物が水と混ざり合わないか、またはわずかにしか混ざり合わないとき、これらのフィードストックは一般に、図１５に示すように別々のフィード流として燃料処理装置１５２に送達される。  図１４及び１５には、供給物送達システム１６６によって燃料処理装置１５２に送達されるフィード流１５６が示されており、供給物送達システム１６６は、燃料処理装置にフィード流を選択的に送達する適当なポンプ、コンプレッサ及び／または流れ調整装置とすることができる。
【００５７】
燃料処理装置は少なくとも実質的に純粋な水素ガスを生成することが好ましい。  従って燃料処理装置は、十分に純粋な水素ガスを本来的に生成するプロセスを利用することができ、あるいは燃料処理装置は、燃料処理装置で生み出された水素ガスから不純物を除去する適当な精製及び／または分離装置を含むことができる。  他の例として、燃料処理システムまたは燃料電池システムは燃料処理装置の下流に精製及び／または分離装置を含むことができる。  燃料電池システムの文脈では、実質的に純粋な水素ガスを生成するように燃料処理装置が適合されることが好ましく、純粋な水素ガスを生成するように適合されることがいっそう好ましい。  本開示の目的上、実質的に純粋な水素ガスの純度は９０％超、好ましくは９５％超、より好ましくは９９％超、よりいっそう好ましくは９９．５％超である。  適当な燃料処理装置が特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３及び係属中の特許文献１４に開示されている。  識別された上記の特許及び特許出願の開示はその全体があらゆる目的のため参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５８】
説明の目的上、以下の議論では、燃料処理装置１５２を、炭素を含む供給物１６２と水１６４とを含むフィード流１５６を受け取るように適合された水蒸気改質器として説明する。  しかし、燃料処理装置１５２が先に論じた以外の形態をとることも本開示の範囲に含まれる。  適当な水蒸気改質器の一例が図１６に示されており、これは全体が２３０で示されている。  改質器２３０は、水蒸気改質触媒２３４を含む改質領域ないし水素生成領域２３２を含む。  改質器２３０はあるいは、オートサーマル改質触媒を含むオートサーマル改質器とすることもできる。  改質領域２３２では、フィード流１５６中の水と炭素を含む供給物とから、改質物（reformate）流２３６が生み出される。  改質物流は一般に水素ガス及びその他のガスを含む。  燃料処理装置の文脈では一般に、フィード流から、水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流が生み出される。  この混合ガス流ないし改質物流は、分離領域ないし精製領域２３８に送達され、そこで水素ガスが精製される。  分離領域２３８では、水素を含むこの流れが、一般にその他のガスの少なくともかなりの部分を含む集合的に２４０で示された１つまたは複数の副生物流と、少なくとも実質的に純粋な水素ガスを含む高水素濃度流２４２とに分離される。  分離領域は、圧力駆動分離プロセスを含む任意の分離プロセスを利用することができる。  図１６には生成物水素流１５４を形成する高水素濃度流２４２が示されている。
【００５９】
分離領域２３８で使用される適当な構造の一例は、１つまたは複数の水素透過膜２４６を含む膜モジュール２４４である。  複数の水素選択性金属膜から形成された適当な膜モジュールの例が特許文献１５に開示されている。  この文献の開示はその全体があらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。  特許文献１５では、概ね平らな複数の膜が一体に組み立てられて膜モジュールを形成し、膜モジュールは、そこを通して不純ガス流が膜に送達される流れチャネルを有し、精製されたガス流は膜から回収され、副生物流は膜から除去される。  フィード流チャネル及び透過物流チャネルの周囲のシールを達成するため、可撓性の黒鉛ガスケット等のガスケットが使用される。  先に識別した出願には更に管状の水素選択性膜が開示されており、これも使用することができる。  他の適当な膜及び膜モジュールは、先に組み込まれた特許及び特許出願、並びに特許文献１６及び特許文献１７に開示されている。  これらの文献の開示はその全体があらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。  膜２４６は、水素生成領域または燃料処理装置１５２の他の部分に直接に統合することもできる。
【００６０】
この薄い平らな水素透過性膜は好ましくはパラジウム合金、特に銅を３５ｗｔ％から４５ｗｔ％、例えば約４０ｗｔ％含むパラジウムからなる。  水素選択性膜と呼ぶこともできるこの膜は一般に、厚さ約０．００１インチの薄い箔から形成される。  しかし、この膜を、先に論じたもの以外の水素選択性金属及び金属合金、水素透過性及び選択性セラミックス、または炭素組成物から形成することができることも本開示の範囲に含まれる。  この膜は、先に論じた厚さよりも厚くまたは薄い厚さを有することができる。  例えば、この膜をそれよりも薄くすることができ、それに対応して水素フラックスは増大する。  この水素透過性膜は、組み込まれた特許出願に開示されているように、共通の透過物チャネルの周囲に対で配置する等、適当な任意の構成で配置することができる。  これらの水素透過性膜は、組み込まれた特許に開示された管状構成等、他の構成をとることもできる。  分離領域２３８で使用される適当な圧力分離プロセスの他の例は圧力スイング吸着（ＰＳＡ：pressure swing adsorption）である。  ＰＳＡプロセスでは、水素ガスを含む流れから気体不純物が除去される。  ＰＳＡは、適切な温度及び圧力条件下である種のガスは、他のガスよりも強く吸着材に吸着されるという原理に基づく。  一般に、吸着されるのは不純物であり、従って改質物流２３６から不純物が除去される。
【００６１】
これに加えてまたはその代わりに、分離領域２３８が、水素ガスの純度を高め、及び／あるいは水素ガスと混ざり合った１種または数種の成分（一酸化炭素及び／または二酸化炭素等）の濃度を選択的に低下させる化学プロセスを利用することも本開示の範囲に含まれる。  少なくとも多くの従来のＰＥＭ燃料電池に関して、一酸化炭素の濃度は１０ｐｐｍ（parts per million）未満でなければならない。  好ましくはこのシステムが一酸化炭素の濃度を５ｐｐｍ未満に限定し、よりいっそう好ましくは１ｐｐｍ未満に限定する。  二酸化炭素の濃度は一酸化炭素の濃度よりも高くてよい。  例えば、２５％未満の二酸化炭素濃度は許容される。  二酸化炭素濃度は１０％未満であることが好ましく、１％未満であるとよりいっそう好ましい。  特に好ましい濃度は５０ｐｐｍ未満である。  本明細書に提示した許容最大濃度は例にすぎず、本明細書に提示された濃度以外の濃度を使用することができ、それらの濃度も本開示の範囲に含まれることを理解されたい。  例えば、特定の使用者または製造者が、本明細書に識別されたものとは異なる最小または最大濃度レベルまたは範囲を必要とする可能性がある。  同様に、これらの不純物により寛容な燃料電池スタックとともに燃料処理装置１５２が使用されるとき、生成物水素流はこれらのガスをより多く含むことができる。
【００６２】
化学分離プロセスの一例は、流れの中の一酸化炭素の濃度をメタンの生成によって選択的に低下させるメタン化触媒層を含む。  他の例は水−ガスシフト反応である。
【００６３】
先に論じたとおり、水素ガスの精製の少なくとも一部が燃料処理装置と燃料電池スタックの中間で実行されることも本開示の範囲に含まれる。  図１６にはこのような構造が破線で概略的に示されており、分離領域２３８’は燃料処理装置のシェル２３１の下流側に示されている。
【００６４】
水蒸気改質器は一般に、２００℃から８００℃の範囲の温度、５０ｐｓｉから１０００ｐｓｉの範囲の圧力で動作するが、使用されている燃料処理装置の特定のタイプ及び構成等に応じて、これらの範囲以外の温度及び圧力も本開示の範囲に含まれる。  ヒータ、バーナ、燃焼触媒等、適当な任意の加熱機構または装置を使用してこの熱を供給することができる。  加熱アセンブリは燃料処理装置の外部にあり、または燃料処理装置の一部を構成する燃焼室を形成することができる。  加熱アセンブリの燃料は、燃料処理システムによって、燃料電池システムによって、外部ソースによって、またはその任意の組合せによって供給することができる。
【００６５】
図１４〜１６に示した例示的な燃料電池システム及び燃料処理装置の説明を単純化するため、ソース選択サブシステム３０及び他の要素は示されていない。  一般に、これらのサブシステム及び／または他の要素は、燃料電池システムまたは燃料処理装置の上記の構成要素のうちの少なくとも１つと一緒に収容され、あるいはそれの直近に配置される。  測定サブシステム（図示せず）は、測定しようとする対応する動作パラメータを検出するために適当な位置に置かれたさまざまなセンサまたはセンサのアセンブリを含むことができることを理解されたい。  同様に、コントローラは、制御信号に応答して燃料電池システムからの所望の応答を開始させるように構成された適当な制御リンクまたはアクチュエータを含むことができる。  センサ位置及び制御リンク／アクチュエータの非排他的な例が、特許文献９、特許文献１８、特許文献１９及び特許文献２、並びに特許文献２０及び特許文献２１に開示されている。  これらの文献の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６６】
本明細書で論じたさまざまなサブシステム、ユニット、装置等が、いくつかの実施形態において、処理装置、バス、電源、通信リンク等の構成要素を互いに共有することは本開示の範囲に含まれる。  このようにすると、単一の構成要素を２つ以上のサブシステムが利用することができる。  同様に、本明細書に記載された他の構成要素との必要な相互作用が維持される限りにおいて、サブシステムとして本明細書に記載した構成要素を別々の手段とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
エネルギー消費システムに信頼できる電源を供給するための本発明の電力送達、網、補助燃料電池システム及び方法は、信頼できる電源を必要とする燃料処理、燃料電池及び他の産業に適用可能である。
【００６８】
以上に述べた開示は、独立した効用を有する複数の異なった発明を包含すると考えられる。  これらの発明はそれぞれその好ましい形態で開示されているが、本明細書に開示され示されたこれらの発明の特定の実施形態は、多数のバリエーションが考えられるので限定的な意味で考えてはならない。  本発明の内容は、本明細書に開示されたさまざまな要素、特徴、機能及び／または特性の、全ての新規な明白でない組合せ及び副組合せを含む。  同様に、請求項が、「１つの」要素または「第１の」要素といった表現あるいはこれらの等価表現を挙げている場合、このような請求項は、１つまたは複数の該要素の編入を含み、２つ以上の該要素を要求もせず、または排除もしないことを理解されたい。
【００６９】
前記請求項は特に、開示された発明の１つに導かれる新規な明白でないある種の組合せ及び副組合せを指し示すと考えられる。  特徴、機能、要素及び／または特性の他の組合せ及び副組合せの中に具体化される発明は、本出願または関連出願の既存の請求項の補正または新しい請求項の提示によって請求することができる。  異なる発明に導かれるのかまたは同じ発明に導かれるのかに関わらず、もとの請求項に比べて範囲が異なっているのか、範囲が広いのか、狭いのか、または範囲が等しいのかに関わらず、このような補正された請求または新しい請求も、本開示の発明の内容に含まれるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】エネルギー消費システムに電力を供給するように適合された本開示に基づく電力送達網の概略図である。
【図２】エネルギー消費システムに電力を供給するように適合された本開示に基づく他の電力送達網の概略図である。
【図３】本開示に基づく補助燃料電池システムとともに使用される例示的な電力モニタの概略図である。
【図４】本開示に基づく補助燃料電池システムとともに使用される例示的な他の電力モニタの概略図である。
【図５】１次電源がエネルギー消費システムに対して電力送達動作状態にある、図２の電力送達網の概略図である。
【図６】１次電源がエネルギー消費システムに対して中断動作状態にある、図２の電力送達網の概略図である。
【図７】エネルギー消費システム、１次電源及び補助燃料電池システムの電力送達サブシステム間の電力リンクの例示的な構成要素を示す、図２の電力送達網の概略図である。
【図８】電力送達網の本開示に基づく他の例示的なソース選択サブシステムの概略図である。
【図９】中断バックアップ電力を供給するように適合された補助燃料電池システムを備えた電力送達網の概略図である。
【図１０】中断バックアップ電力を供給するように適合された他の補助燃料電池システムを備えた電力送達網の概略図である。
【図１１】通信サブシステムを含む本開示に基づく補助燃料電池システムの概略図である。
【図１２】電力管理モジュールを含む本開示に基づく補助燃料電池システムの概略図である。
【図１３】陽子交換膜燃料電池の概略図である。
【図１４】補助燃料電池システムの燃料電池スタックの燃料として使用される水素ガス流を生成するように適合された燃料処理装置を含む補助燃料電池システムの概略図である。
【図１５】燃料処理装置を備えた他の燃料電池システムの概略図である。
【図１６】例示的な燃料処理装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  電力送達網
１２  エネルギー消費システム
１４  １次電源
１６，１５０  補助燃料電池システム
１８  電力リンク
２０  電力送達サブシステム
２２  ソースサブシステム
２４  燃料電池スタック
２６  エネルギー貯蔵サブシステム
３０  ソース選択サブシステム
３２  燃料流
３４  酸化剤流
３６  燃料または酸化剤の貯蔵装置
３８  燃料または酸化剤の生成装置
４０  電力モニタ
４２，５０，５２，５４  検出アセンブリ
４４  光アイソレータ
４６  発光ダイオード
４８  センサ 
５６  導線
５８  回路部品
６０  バックフィード防止構造
６２  スイッチング機構
８０  通信サブシステム
８２  通信リンク
８４  電力管理モジュール
１１０  ＰＥＭ燃料電池
１１２  膜−電極アセンブリ
１１４  イオン交換膜
１１６  アノード領域
１１８  カソード領域
１２２  アノード
１２４  カソード
１２６  支持板
１２８  水素
１３０  酸素
１３１  燃料ソース
１３２  水素ガスソース
１３３  酸化剤ソース
１３４  酸素ソース
１３６  外部回路
１３８  アノードパージ流
１４０  カソード排気流
１５２  燃料処理装置
１５４  生成物水素流
１５６  フィード流
１５７  蒸発領域
１５８  供給物
１５９  加熱アセンブリ
１６０  水素貯蔵装置
１６２  炭素を含む供給物
１６４  水
１６６  供給物送達システム
２３０  水蒸気改質器
２３１  シェル
２３２  改質領域
２３４  水蒸気改質触媒
２３６  改質物流
２３８，２３８’  分離領域
２４０  副生物流
２４２  高水素濃度流
２４４  膜モジュール
２４６  水素透過膜
【図１】
2007503706.tif 000003
【図２】
2007503706.tif 000004
【図３】
2007503706.tif 000005
【図４】
2007503706.tif 000006
【図５】
2007503706.tif 000007
【図６】
2007503706.tif 000008
【図７】
2007503706.tif 000009
【図８】
2007503706.tif 000010
【図９】
2007503706.tif 000011
【図１０】
2007503706.tif 000012
【図１１】
2007503706.tif 000013
【図１２】
2007503706.tif 000014
【図１３】
2007503706.tif 000015
【図１４】
2007503706.tif 000016
【図１５】
2007503706.tif 000017
【図１６】
2007503706.tif 000018
【国際調査報告】
2007503706.tif 000019