(57)【要約】  装置を制御する際に使用するための装置と方法が開示される。装置は、精製された水素の発生装置；圧縮単位装置、貯蔵単位装置および分配単位装置の少なくとも１つ；並びにシステムコントローラを含む。システムコントローラは、水素発生装置、および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転をシステムレベルにおいてモニターし、そして水素発生装置および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の少なくとも１つを危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することができる。方法は、精製された水素の流れの発生をシステムレベルからモニターし；精製水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つをシステムレベルから、精製水素ガス流れの発生をモニターすることと共同してモニターし；そして精製水素ガス流れの発生および圧縮、貯蔵または分配の少なくとも１つを、システムレベルにおいて危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することを含む。
2008524105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発生装置；
圧縮単位装置、貯蔵単位装置および分配単位装置の内の少なくとも１つ；並びに
水素発生装置、および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転をシステムレベルにおいてモニターし、そして水素発生装置および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の少なくとも１つを危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することができるシステムコントローラ：
を含む装置。
【請求項２】
水素発生装置が、水素発生装置によって生成せしめられた水素富化ガス流れを精製することができる水素精製装置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
水素発生装置が燃料処理装置または電気分解装置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
水素精製装置が圧力スイング吸着単位装置または水素選択性膜を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
システムコントローラがプログラマブル・ロジックコントローラを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
水素発生装置がローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが水素発生装置の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置が第二のローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転を第二ローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置がローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
システムコントローラが、水素発生装置の運転を水素発生装置内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
システムコントローラが、圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転を圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置内で検知される第二の複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
システムコントローラが、圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転を圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
火災を指摘するための装置をモニターし、そしてシステムコントローラに同指摘の信号を送ることができる火災報知器制御システムをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
システムコントローラが、動力供給の中断および緊急時遮断信号の少なくとも１つのためにさらにモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
水素発生装置が水素発生装置によって生成せしめられた水素富化ガス流れを精製する手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
水素発生装置が水素を発生させる手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
コントローラが水素発生装置、並びに圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の内の少なくとも１つを制御する手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
水素発生装置が水素発生装置を制御するローカル手段を含み、そしてシステムコントローラが水素発生装置の運転をローカル制御手段の出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置が圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置を制御するローカル手段を含み、そしてシステムコントローラが圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転をローカル制御手段の出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
煙または火炎を検出し、そして同検出信号をシステムコントローラに送る手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
水素を発生させる手段；
水素を圧縮し、貯蔵し、そして分配することの少なくとも１つを行う手段；並びに
水素発生手段および圧縮、貯蔵または分配手段の運転をモニターし、そして水素発生手段および圧縮、貯蔵または分配手段の少なくとも１つを危険な状態が検出されたらすぐに運転停止する手段：
を含む装置。
【請求項２１】
水素発生手段が、水素発生手段によって生成せしめられた水素富化ガス流れを精製することができる水素精製装置を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
水素発生手段が燃料処理装置または電気分解装置を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
モニターおよび運転停止手段がプログラマブル・ロジックコントローラを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
水素発生手段がローカルコントローラを含み、そしてモニターおよび運転停止手段が水素発生手段の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
圧縮、貯蔵または分配手段がローカルコントローラを含み、そしてモニターおよび運転停止手段が圧縮、貯蔵または分配手段の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
モニターおよび運転停止手段が、水素発生手段の運転を水素発生手段内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
モニターおよび運転停止手段が、圧縮、貯蔵または分配手段の運転を圧縮、貯蔵または分配手段内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２８】
火災を指摘するための装置をモニターし、そしてモニターおよび運転停止手段に同指摘の信号を送ることができる火災報知器制御システムをさらに含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２９】
モニターおよび運転停止手段が、動力供給の中断および緊急時遮断信号の少なくとも１つのためにさらにモニターすることができる請求項２０に記載の装置。
【請求項３０】
水素流れの発生をあるシステムレベルからモニターし；
水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つを、そのシステムレベルから、水素ガス流れの発生をモニターすることと共同してモニターし；そして
水素ガス流れの発生および圧縮、貯蔵または分配の少なくとも１つをシステムレベルにおいて危険な状態が検出されたらすぐに運転停止する：
ことを含む方法。
【請求項３１】
水素流れの発生をモニターすることが水素富化ガス流れを精製する水素精製装置をモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
水素流れの発生をモニターすることが燃料処理装置または電気分解装置の運転をモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
水素精製装置をモニターすることが圧力スイング吸着単位装置または水素選択性膜をモニターすることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
水素流れの発生を局部的にモニターすることをさらに含み、そして水素流れの発生をシステムレベルにおいてモニターすることが、水素発生の局部的モニタリングからの出力をモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つを局部的にモニターすることをさらに含み、そして水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つをシステムレベルにおいてモニターすることが、水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つの局部的モニタリングからの出力をモニターすることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つを局部的にモニターすることをさらに含み、そして水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つをシステムレベルにおいてモニターすることが、水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つの局部的モニタリングからの出力をモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
水素流れの発生をシステムレベルからモニターすることが、水素流れの発生内に検知される複数のパラメータをモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つをシステムレベルからモニターすることが、水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配内に検知される第二の複数のパラメータをモニターすることを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つをシステムレベルからモニターすることが、水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配内に検知される第二の複数のパラメータをモニターすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
火災を指摘し、そして同指摘の信号をシステムコントローラに送る方法をモニターすることができる火災報知器制御システムをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
動力供給の中断および緊急時遮断信号の少なくとも１つのためにシステムレベルにおいてモニターすることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
煙または火炎の存在のためにモニターし、そして同存在の信号を送ることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
水素燃料補給ステーションであって、
燃料を水素富化ガス流れにリホーミングすることができる燃料処理装置；および
水素富化ガス流れを精製して精製された水素の流れを生成させることができる圧力スイング吸着単位装置：
を含む水素発生装置；
精製された水素の流れを圧縮し、貯蔵し、そして分配することができる圧縮、貯蔵および分配単位装置；並びに
水素発生装置、並びに圧縮、貯蔵および分配単位装置の運転をシステムレベルにおいてモニターし、そして水素発生装置並びに圧縮、貯蔵および分配単位装置の少なくとも１つを危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することができるシステムコントローラ：
を含む上記の水素燃料補給ステーション。
【請求項４４】
システムコントローラがプログラマブル・ロジックコントローラを含む、請求項４３に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項４５】
水素発生装置がローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが水素発生装置の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項４３に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項４６】
圧縮、貯蔵および分配単位装置が第二のローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが圧縮、貯蔵または分配単位装置の運転を第二ローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項４５に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項４７】
圧縮、貯蔵および分配単位装置がローカルコントローラを含み、そしてシステムコントローラが圧縮、貯蔵および分配単位装置の運転をローカルコントローラの出力をモニターすることによってモニターすることができる、請求項４３に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項４８】
システムコントローラが、水素発生装置の運転を水素発生装置内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項４３に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項４９】
システムコントローラが、圧縮、貯蔵および分配単位装置の運転を圧縮、貯蔵および分配単位装置内で検知される第二の複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項４８に記載の水素燃料補給ステーション。
【請求項５０】
システムコントローラが、圧縮、貯蔵および分配単位装置の運転を圧縮、貯蔵および分配単位装置内で検知される複数のパラメータをモニターすることによってモニターすることができる、請求項４３に記載の水素燃料補給ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、水素燃料補給ステーション、さらに詳しくは燃料処理装置で使用するための制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．関連技術の説明）
純粋な水素または水素富化ガスの流れには非常に多くの用途がある。例えば、燃料電池−将来有望な代替エネルギー源−は、典型的には、動力を発生させる燃料として水素を用いる。多くの工業プロセスも、広範囲の類別の最終製品を製造および生産する色々な分野において水素または水素富化ガスの流れを使用する。しかし、純粋な水素は、容易に利用できる形をした天然資源としては入手できない。反例として、炭化水素系燃料の１種である天然ガスは、しばしば、ひとたび開発されると容易にアクセスおよび輸送することができる大きな地下埋蔵物の中に見いだされる。自然は水素のそのような埋蔵物を与えていない。
【０００３】
この困難を克服する１つの方法は、炭化水素系燃料を燃料電池用供給材料として使用することができる水素リッチのガス流れに転化する「燃料処理装置」または「リホーマー」の使用である。天然ガス、液化石油ガス（“ＬＰＧ”）、ガソリンおよびジーゼル油のような炭化水素系燃料は、ほとんどの燃料電池用の燃料として使用するための転化を必要とする。最新の技術は、初めの転化プロセスを幾つかのクリーンアッププロセスと組み合わせている多段プロセスを使用するものである。その初めのプロセスは、水蒸気改質（“ＳＲ”）、自己熱改質（“ＡＴＲ”）、接触部分酸化（“ＣＰＯＸ”）または非接触部分酸化（“ＰＯＸ”）であることが非常に多い。クリーンアッププロセスは、通常、脱硫、高温水性ガスシフト、低温水性ガスシフト、選択的ＣＯ酸化または選択的ＣＯメタン化反応から成る。これらに代わるプロセスは水素選択性膜反応器およびフィルターを含むものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、安全問題が起こる可能性がある。燃料処理装置を用いる、燃料電池搭載自動車に燃料を補給するための水素燃料補給ステーションを考えられたい。燃料の処理は、適切に制御されなければ装置にダメージを与えるか、または作業者に有害な条件を生み出すことがあり得る圧力および温度を伴う。さらに、燃料処理装置の種類に依存して、改質される反応体および生成される水素は両者とも注意深い制御と取り扱いを必要とする可能性がある。燃料処理装置によって生成された水素は、また、典型的には、その水素を分配することができる−これも適切な制御を必要とする−まで圧力下に貯蔵される。かくして、新しい、よりよい制御戦略が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、その色々な面および態様において、装置を制御する際に使用する装置および方法を含む。装置は、水素発生装置；圧縮単位装置、貯蔵単位装置および分配単位装置の少なくとも１つ；並びにシステムコントローラを含む。システムコントローラは、水素発生装置、および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の運転をあるシステムレベルにおいてモニターし、そして水素発生装置および圧縮単位装置、貯蔵単位装置または分配単位装置の少なくとも１つを危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することができる。方法は、水素流れの発生をあるシステムレベルからモニターし；水素ガス流れの圧縮、貯蔵および分配の少なくとも１つを、上記システムレベルから、水素ガス流れの発生をモニターすることと共同してモニターし；そして水素ガス流れの発生および圧縮、貯蔵または分配の少なくとも１つを上記システムレベルにおいて危険な状態が検出されたらすぐに運転停止することを含む。
【０００６】
（図面の簡単な説明）
本発明は添付図面と共になされる次の説明を参照することによって理解することができるが、図面において同様の参照数字は同様の要素と見なされる。
【０００７】
本発明は色々な修正および代替形態が可能であるが、図面は本明細書で例として詳細に説明される特定の態様を図解するものである。しかし、特定の態様についての本明細書中の説明は、本発明を開示される特定の形態に限定しようとするものではなく、それどころか、その意図するところは、添付特許請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲の中に入る全ての修正物、均等物および代替物をカバーせんとするものであることが理解されるべきである。
【０００８】
（発明の詳細な説明）
本発明の実例となる態様が以下において説明される。明快さのために、この明細書では実際の実行（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）について全ての特長が述べられている訳ではない。任意のそのような実際態様の開発においては、システム関連およびビジネス関連の制約に従うことのような、実行毎に変わる開発者固有の目的を達成するために、非常に多くの、実行に特有の決定がなされなければならないことは勿論認められるだろう。さらに、このような開発努力は、それが複雑かつ時間の掛かるものであるとしても、この開示の利益を有する当業者にはごく普通の仕事であろうことは認められるだろう。
【０００９】
図１は、本発明に従って組み立てられ、そして運転される装置１００の１つの特定の態様を図解するものである。装置１００は水素燃料補給ステーションとして機能する。装置１００は精製された水素の発生装置（“ＰＨＧ”）１０２、圧縮、貯蔵および分配単位装置（“ＣＳＤ”）１０４およびシステムコントローラ１０６を含む。ＰＨＧ１０２は、燃料１１０から、精製された水素ガスの流れ１０８を生成させる。用語「精製された（ｐｕｒｉｆｉｅｄ）」は、純粋の水素ガス流れ１０８が１００％水素であることを必ずしも意味しないことに留意されたい。この開示の利益を有する当業者は認めるだろうように、精製ガス流れ１０８は不純物をある最小限の量で含む。その量は実行特異性である。図示態様において、精製水素ガス流れ１０８は水素約９９．８％に等しいか、またはそれ以上である。ＣＳＤ１０４は、その名称が意味するように、精製水素ガス流れ１０８を圧縮し、それを貯蔵し、次いでそれを要求のありしだい分配する。分配された水素１１２は、次いで、例えば動力が燃料電池で供給される車両に燃料を補給するために使用することができる。しかし、分配水素１１２は他の目的に使用してもよい。
【００１０】
システムコントローラ１０６は、ＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４の運転をモニターし、そして危険な状態が検出されたらすぐにそれらの少なくとも１つを運転停止することができる。さらに詳しくは、システムコントローラ１０６は図２に示される方法２００を遂行する。システムコントローラ１０６は精製水素流れ１０８の発生をあるシステムレベルから（２０３において）モニターする。システムコントローラ１０６は、また、精製水素ガス流れ１０８の圧縮、貯蔵および分配を、そのシステムレベルから、精製水素ガス流れの発生をモニターすることと共同して（２０６において）モニターする。図示態様において、システムコントローラ１０６は圧縮、貯蔵および分配の全３つを実際にモニターする。システムコントローラ１０６は、次いで、上記システムレベルにおいて危険な状態を検出したらすぐに精製水素ガス流れの発生、および圧縮、貯蔵または分配の少なくとも１つを（２０９において）運転停止にする。
【００１１】
本発明のさらなる理解のために、また代わりの態様で実施することができる本発明の色々な面に光を当てるために、装置１００の構成および運転についての追加の細部が次に与えられる。図３−図４にＰＨＧ１０２の構成が図解される。図５はＣＳＤ１０４の実行を描く。図６−図１１は水素発生装置３００のための制御技術を例示説明する。
【００１２】
図３は、図１における装置１００のＰＨＧ１０２の１つの特定の態様を描く。ＰＨＧ１０２は燃料１１０が供給される水素発生装置３００を含む。水素発生装置３００は燃料１１０を改質して、水素富化ガス流れであるリホーメート３０３を生成させる。図示態様において、リホーメート３０３は４０％水素である。水素発生装置３００は図示態様では燃料処理装置である。圧縮装置３０６はリホーメート３０３を含み、それをあらかじめ決められた圧力において水素精製装置３０９に提供する。水素精製装置３０９は、この特定の態様では、圧力スイング吸着（“ＰＳＡ”）単位装置である。水素発生装置３００、圧縮装置３０６および水素精製装置３０９は、計算装置３１５によって表されるローカル自動化制御システム３１２の管理の下で作動する。
【００１３】
水素発生装置３００のデザインおよびそれが実行する改質法は、かなりな程度まで、水素発生装置３００に対する燃料１１０の投入量、およびいったん精製されたリホーメート３０３が持って行かれる最終用途に依存する。図示態様における燃料は天然ガスであるが、ある種他のタイプの炭化水素であってもよい。燃料１１０は、それを気化させ得る限り、周囲条件において液体であってもよいし、或いは気体であってもよい。本明細書で使用される用語「炭化水素」は、部分酸化または水蒸気改質反応により水素を生成させることができるＣ−Ｈ結合を有する有機化合物を包含する。この化合物の分子構造中に炭素および水素以外の原子が存在することは排除されない。かくして、適した燃料には、限定されるものではないが、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ガソリンおよびジーゼル燃料のような炭化水素燃料、並びにメタノール、エタノール、プロパノール等のようなアルコールがある。
【００１４】
水素発生装置３００のデザインは、使用されるべき燃料１１０、およびリホーメート３０３の組成を含めて多数の因子の関数である。上記のように、図示態様の水素発生装置３００は燃料処理装置である。燃料処理装置はこの技術に対しては周知であって、この技術に対して知られている、適切などんな燃料処理装置のデザインも水素発生装置３００を実行するために使用することができる。１つのそのようなデザインが、以下において、図４に関してさらに十分に議論されている。しかし、燃料１１０を水素リッチのガス流れに転化することができる、燃料処理以外の技術が知られていることに留意されたい。１つのそのような典型的な代替技術は電気分解装置である。かくして水素発生装置３００は、燃料１１０を改質することができる手段のほんの１例に過ぎず、そして代替技術においては他の手段を用いてもよい。
【００１５】
同様に、水素精製装置３０９のデザインは、リホーメート３０３の組成、並びに出力精製水素１０８についての要件、例えば出力圧力および純度のような因子の関数である。圧縮装置３０６は水素発生装置３０３の出力圧力および水素精製装置３０９の入力圧力を受け入れるように選ばれる。また、上記のように、図示態様の水素精製装置３０９はＰＳＡ単位装置である。ＰＳＡ単位装置はこの技術には周知であり、そしてこの技術に知られている、適したどんなＰＳＡ単位装置デザインも水素精製装置３０９を実行する（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ）ために使用することができる。しかし、リホーメート３０３を精製することができる、圧力スイング吸着以外の技術が知られていることに留意されたい。１つのそのような、典型的な代替技術は、燃料処理技術において知られているような、水素リッチの流れの中の不純物から水素を分離する水素選択性膜を使用することである。かくして、水素精製装置３０９は、リホーメート３０３を精製することができる手段のほんの１例に過ぎず、そして代替技術においては他の手段を用いてもよい。
【００１６】
前記のように、水素発生装置３００は、水素精製装置３０９への図形表現３０３で示されるとおり、水素リッチの流出流れ、即ち「リホーメート」を与える。リホーメート３０３は、図示態様では、水素および二酸化炭素を含み、そしてまた若干の水、未転化炭化水素、一酸化炭素、不純物（例えば、硫化水素およびアンモニア）、および不活性成分（例えば、特に空気が供給材料流れの成分であったならば窒素およびアルゴン）も含んでいることがある。しかし、リホーメート３０３の正確な組成は本発明の実施に特有の実行であって、本発明の実施に対しては重要ではない。
【００１７】
図４は、図示態様の水素発生装置３００の１つの特定の態様を図解するものである。水素発生装置３００は、図示態様においては、「燃料処理装置」、即ち「リホーマー」、即ち炭化水素燃料を水素リッチガスに転化する装置である。本明細書では用語「燃料処理装置」が用いられるだろう。本明細書中で図示説明される態様では、水素発生装置３００は、炭化水素燃料から水素リッチガス流れを生成させる小型の処理装置である。しかし、これに代わる態様では他の燃料処理装置を用いることができる。水素発生装置３００は幾つかのモジュール式物理的サブシステム、即ち：
【００１８】
・燃料１１０をリホーメート３０３に改質する酸化−還元反応を遂行する自熱式リホーマー（“ＡＴＲ”）４１０；
【００１９】
・ＡＴＲ４１０に送出される加熱された燃料混合物、即ち「プロセス供給材料流れ」４２０を送出するために水４１６、燃料１１０および空気４１８を予熱する、図示態様ではアノード・テイルガス酸化装置（ａｎｏｄｅ  ｔａｉｌｇａｓ  ｏｘｉｄｉｚｅｒ）（“ＡＴＯ”）である酸化装置（“Ｏｘ”）４１４；
【００２０】
・ＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れ４２０を予熱し、その中に含めるために、投入燃料１１０を酸化装置４１４に送出する燃料サブシステム４２２；
【００２１】
・水蒸気に転化し、そしてＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れ４２０の中に含めるために、水４１６を酸化装置４１４に送出する水サブシステム４２４；
【００２２】
・ＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れ４２０の中に含めるために、空気４１８を酸化装置４１４に送出する空気サブシステム４２６；および
【００２３】
・冷却液４１６を循環させることによってＡＴＲ４１０の運転における温度を制御する熱サブシステム４２８
を含む。
これらのサブシステムの特定の態様は以下において図１２Ａ−図１２Ｆに関してさらに十分に開示される。燃料サブシステム４２２、水サブシステム４２４、空気サブシステム４２６および熱サブシステム４２８は、酸化装置４１４およびＡＴＲ４１０の運転特性を達成するのに適した、この技術に知られているどんな方法ででも実行することができる。
【００２４】
一部の態様において、ＡＴＲ２１０の水性ガスシフトは、図示されないが非自燃性シフト触媒（１種または２種以上）を使用する。非自燃性触媒は、典型的には初期還元後に空気に暴露されたときに２００℃を超える温度増加はしないそのような触媒である。非自燃性シフト触媒は貴金属、例えば白金、または非貴金属、例えば銅に基づくことができる。本発明による使用に適した、商業的に入手できる非自燃性シフト触媒は、ニュージャージー州ＩｓｅｌｉｎのＥｎｇｅｌｈａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できるＳＥＬＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＴＴＭである。しかし、他の適切な非自燃性シフト触媒も使用できる。
【００２５】
ＡＴＲ２１０の改質運転中に、リホーメートおよび随意に追加の水蒸気がシフト触媒床を通して案内される。液体の水は触媒をコーティングしてその質を潜在的に下げるので、液体の水がシフト触媒床に入ることが確実となるよう注意しなければならない。シフト反応温度は約３００℃より低い温度に維持される。シフト触媒は、約６０分未満、好ましくは約４５分未満、さらに好ましくは約３０分未満の短時間、そのような温度を超える一時的温度に耐えることができる。しかし、そのような一時的期間中でも、反応温度は約４００℃未満、好ましくは約３７５℃未満、さらに好ましくは約３５０℃未満であるべきである。シフト触媒が超過温度条件（ｏｖｅｒ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）に長時間付されるならば、触媒の活性は不可逆的に変化してメタン化反応に有利となる可能性がある。
【００２６】
シフト触媒はその活性を維持するために再生を必要とする。シフト触媒の再生は酸化によって成し遂げることができる。具体的にいうと、リホーマーへの、そしてシフト触媒床への水蒸気の流動は、空気だけがシフト床を通して流れるように遮られる。その反応器をパージした後、シフト触媒床の酸化が進行せしめられる。酸化による触媒床の再生は、例えば触媒床を約２２０℃の温度に一晩保持することによってより低い温度でさらにゆっくりと進行させることが可能であるか、または、例えばシフト床を約４００℃までの温度に約１時間またはそれ以上保持することによって、より高い温度でより速やかに推し進めることができる。再生中は、液体の水も水蒸気もシフト触媒床を通して流れないことを保証するよう注意しなければならない。
【００２７】
図５は図１のＣＳＤ１０４の１つの特定の態様を図解するものである。ＣＳＤ単位装置１０４は圧縮単位装置５００、貯蔵単位装置５０３および分配単位装置５０６を含む。圧縮単位装置５００は、ＰＨＧ１０２から精製された水素１０８を貯蔵単位装置５０３中に貯蔵するために受け取る。精製水素１０８は、分配単位装置５０６を経由して分配されるまで加圧下で貯蔵される。ＣＳＤ１０４の運転は、計算装置５１２で表されるローカル自動化制御システム５０９によって制御される。ＣＳＤ１０４はこの技術に知られているどんなＣＳＤであってもよい。
【００２８】
ＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４は両者ともローカルコントローラ、即ち図３に示されるローカル制御システム３１２、および図５に示されるローカル制御システム５０９を含む。これらのローカル制御システム３１２、５０９は、この技術に一般に知られている従来の制御戦略を使用することができる。図示態様では、ＣＳＤ１０４のローカル制御システム５０９は、実際、従来の制御戦略を用いている。しかし、ＰＨＧ１０２はそれを使用していない。
【００２９】
図６は、本発明に従って設計され、造られ、そして運転される制御システム６００の１つの特定の態様を図解するものである。この特定の制御システムは、発明者Ｖｅｓｎａ  Ｒ．Ｍｉｒｋｏｖｉｃ等の名で２００３年４月１９日に出願され、そして本出願と共通に譲渡された、「燃料処理装置のための制御のアーキテクチャ階層（Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ  Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  ａ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」と題される米国特許出願第１０／４０７，４８８号明細書にさらに十分に開示されている。本発明の選ばれた諸局面のさらなる理解のために関連部分が次に再現される。
【００３０】
制御システム６００は、マスターコントロールマネージャー６０２および複数の物理的サブシステムマネージャー６０４を含む。サブシステムマネージャー６０４の数は本発明には重要ではない。従って、図６は、サブシステムマネージャー０−サブシステムマネージャーＮとして設計されたＮ個のサブシステムマネージャー６０４を図示している。この開示の利益を有する当業者は、ある特定の実際上の制限が実行に固有の細部から起こることを認めるだろうが、数Ｎは理論上どんな数であってもよい。それにもかかわらず、サブシステムマネージャー６０４の数Ｎは本発明の実施には重要でない。
【００３１】
制御システム６００は、主として、図７Ａおよび図７Ｂに図解されるラック搭載計算装置３１２のような計算装置に実装されたソフトウエアである。計算装置３１２は全ての態様でラックに搭載されている必要はないことに留意されたい。実際、どんな与えられた実装のこの面は本発明の実施には重要ではない。計算装置３１２はデスクトップ型パソコン、ワークステーション、ノートブック型またはラップトップ型コンピューターとして実装することもできるし、或いは埋め込みプロセッサとしてでも実装することができる。
【００３２】
図７Ａおよび図７Ｂに図解される計算装置３１２は、バスシステム７１５を通してストレージ７１０と通信するプロセッサ７０５を含む。ストレージ７１０はハードデスクおよび／またはランダムアクセスメモリー（“ＲＡＭ”）、および／またはフロッピー（登録商標）磁気ディスク７１７および光学ディスク７２０のようなリムーバブルストレージを含むことができる。ストレージ７１０は、上記で議論したようにして得られたデータのセットを記憶するデータ構造７２５、オペレーティングシステム７３０、ユーザーインターフェースソフトウエア７３５およびアプリケーション７６５でエンコード化される。ユーザーインターフェースソフトウエア７３５は、ディスプレイ７４０と共にユーザーインターフェース７４５を実装する。ユーザーインターフェース７４５は、キーパッドまたはキーボード７５０、マウス７５５またはジョイスティック７６０のような周辺Ｉ／Ｏ装置を含んでいることができる。プロセッサ７０５はオペレーティングシステム７３０の制御下で作動するが、そのオペレーティングシステムはこの技術に知られている実際上どんな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７６５は、オペレーティングシステム７３０の実装に依存するが、パワーアップ、リセットまたはその両者が行われるとすぐにオペレーティングシステム７３０によって呼び出される。図示態様において、アプリケーション７６５は図６に示される制御システム６００を含む。
【００３３】
かくして、本発明の少なくとも一部の面は、典型的には、適切にプログラム化された計算装置、例えば図７Ａおよび図７Ｂの計算装置３１２上にソフトウエアとして実装される。命令は、例えばストレージ７１０、フロッピー（登録商標）ディスク７１７および／または光学ディスク２０上にエンコード化される。本発明は、従って、１つの面では、本発明の方法を遂行するようにプログラム化された計算装置を含む。もう１つの面では、本発明は、計算装置で遂行されるとき本発明の方法を成し遂げる命令によりエンコード化されるプログラム記憶装置を含む。
【００３４】
今度は図４に戻ると、図示態様において、ＡＴＲ４１０、酸化装置４１４、燃料サブシステム４２２、水サブシステム４２４、空気サブシステム４２６および熱サブシステム４２８の各々は、サブシステムマネージャー６０４の１つによって制御される物理的サブシステムを構成する。かくして、図８に示される、図４における特定の水素発生装置３００と共に使用するために制御システム６００の１つの特定の実装は：
【００３５】
・水素発生装置３００の制御をサブシステムマネージャーにより管理するマスターコントロールマネージャー８０２；
【００３６】
・ＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れの中に混入させるために燃料のＡＴＯ４１４への送出を制御する燃料サブシステムマネージャー８０４；
【００３７】
・ＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れの中に混入させるために水のＡＴＯ４１４への送出を制御する水サブシステムマネージャー８０６；
【００３８】
・ＡＴＲ４１０に送出されるプロセス供給材料流れの中に混入させるために空気のＡＴＯ４１４への送出を制御する空気サブシステムマネージャー８０６；
【００３９】
・水蒸気、燃料および空気の混合を制御してプロセス供給材料流れとしてＡＴＲ４１０に送出される燃料混合物を作るＡＴＯサブシステムマネージャー８１０；
【００４０】
・水素発生装置３００への燃料１１０の投入を行ってリホーメート３０３にするＡＴＲ４１０中での酸化−還元反応を制御するＡＴＲサブシステムマネージャー８１２；
【００４１】
・ＡＴＲ４１０の運転の際の温度を熱サブシステム４２８により制御する熱サブシステムマネージャー８１４；
【００４２】
・圧縮装置３０６および水素精製装置３０９の運転を制御するコンプレッソリー（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｙ）ＰＳＡサブシステムマネージャー８１５を含む。
サブシステムマネージャー８０４−８１４の各々は、それぞれの物理的サブシステム４１０、４１４、４２２、４２４、４２６および４２８の運転を制御する。
【００４３】
制御システム８００はモジュール方式に階層様式で寄与する追加の層をさらに含む。さらに詳しくは、制御システム８００はハードウエア依存性層（ｈａｒｄｗａｒｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｌａｙｅｒ）８１６および“コンパティビリティー”層（“ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ”ｌａｙｅｒ）８１８を含む。ハードウエア依存性である制御機能性の面はハードウエア依存性層８１６に分離される。例えば、図４を参照すると、燃料１１０の酸化装置４１４への流量を増加させるために１つまたは２つ以上のコントロールバルブが開けられる。制御信号（図示されず）が制御システム８００からコントロールバルブ（１つまたは２つ以上）のアクチュエータ（これも図示されない）に伝達されるが、この信号の特性はハードウエア依存性である。この制御信号を実際に発生させ、伝達する機能がハードウエア依存性層８１６に分離される。かくして、例えば燃料サブシステム４２２中のハードウエアが１つのモデルから他のモデルに変えられるならば、ハードウエア依存性層８１６だけが修正されることが必要である。
【００４４】
コンパティビリティー層８１８は、サブシステムマネージャー８０４−８１５によって出された命令をそれらが水素発生装置３００のハードウエアと互換性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）となるように変換する。例えば、１つのサブシステムマネージャー８０４−８１５は、特定の測定単位を用いる事象（ｅｖｅｎｔ）を要求することがある。この要求を実行することを必要とされたハードウエアは、命令を第二の測定単位で取ることができる。コンパティビリティー層８１８は、サブシステムマネージャー８０４−８１５によって第一の測定単位で出された命令を、ハードウエアで用いられる第二の測定単位に翻訳し、それ故命令はハードウエア依存性層８１６によって実行され得るのである。
【００４５】
制御システム８００の図示態様は、同様に、階層様式でモジュール方式に寄与する診断層８２０をさらに含む。サブシステムマネージャー８０４−８１５は、各々、それぞれの物理的サブシステム４１０、４１４、４２２、４２４、４２６および４２８をエラー状態についてモニターする。さらに詳しくは、サブシステムマネージャー８０４−８１５は「運転停止」状態、即ちそれらが水素発生装置３００の運転停止を正当化する十分に重要なエラー状態についてモニターする。サブシステムマネージャー８０４−８１５によって検出されたエラー状態は、診断層８２０によってマスターコントロールマネージャー８０２に報告される。
【００４６】
サブシステムマネージャー８０４−８１５の各々は、また、図９に概念的に図示されるモジュール内部構造９００を組織化している。サブシステムマネージャー８０４−８１５は、各々、このモジュール内部構造９００を用いてそれぞれの物理的サブシステム４１０、４１４、４２２、４２４、４２６、４２８、３００、３０６および３０９の管理を行っている。サブシステムマネージャー８０４−８１５は、各々：
【００４７】
特定のサブシステムマネージャー８０４−８１５が他のサブシステムマネージャー８０４−８１５によりマスターコントロールマネージャー８０２を通じて求められる事象を実行することの可能性を決め、そして求められた事象を実行するための行動を確認する情報交換モジュール９０５；
【００４８】
情報交換モジュール９０５によって診断層８２０と通信してエラー状態を報告する診断モジュール９１０；
【００４９】
情報交換モジュール９０５が協議して、求められた事象を実行するための行動を確認し、かつ診断モジュールが通信してエラー状態に関する情報を得る物理的モジュール９１５；および
【００５０】
物理的モジュール９１５が協議して、どの行動が求められた事象を実行するために取られるべきであるかを決め、かつハードウエア依存性層８１６とコンパティビリティー層８１８を通じて通信してそのような決定の情報を得るコントロールモジュール９２０を含む。
診断層８２０を省いている制御システム８００の別の態様では、診断モジュール９１０をサブシステムマネージャー８０４−８１５から省いてもよい。
【００５１】
図８に戻ると、図示態様において、サブシステムマネージャー８０４−８１５は、それらの情報交換モジュール９０５からの要求を、マスターコントロールマネージャー８０２を通じて通信することによって互いに協力する。例えば、図４に最初に示された酸化装置４１４が、同様に図４に最初に示された燃料サブシステム４２２からの供給材料における圧力降下を検知する状況を考えられたい。ＡＴＯサブシステムマネージャー８１０は、燃料の供給が増加することを要求することができる。図示態様の言い方では、燃料増加は「事象」であろう。ＡＴＯサブシステムマネージャー８１０は要求を図９に示されるその情報交換モジュール９０５に通じて発し、その情報交換モジュール９０５はその要求をマスターコントロールマネージャー８０２に通信する。マスターコントロールマネージャー８０２はその要求を適切な物理的サブシステムマネージャー・・・この場合、燃料サブシステムマネージャー８０４・・・に送り届ける。
【００５２】
燃料サブシステムマネージャー８０４は上記要求をそれ自身の情報交換モジュール９０５経由で受け取り、そしてその情報交換モジュールはそれが要求を実行するのに適正な操作状態（以下においてさらに議論する）にあるかどうかを見るためにチェックする。燃料サブシステムマネージャー８０４は、次に、要求された事象が許され、かつ可能であるならばその事象を実行する。情報交換モジュール９０５は物理的モジュール９１５にその要求された事象を実行するよう命令する。情報交換モジュール９０５はどの行動が取られる必要があるかについてコントローラーモジュール９２０に尋ねる。情報交換モジュール９０５は、次に、取られる必要があるそれら行動について物理的モジュール９１５に通知する。物理的モジュール９１５は、次いで、そのような命令をハードウエアアクチュエータ（図示されず）にハードウエア依存性層８１６を通してコンパティビリティー層８１８を経由して発する。
【００５３】
サブシステムマネージャー８０４−８１５は従来の制御戦略を用いてそれらそれぞれのサブシステムの始動と操作を制御することができる。しかし、図示態様では、ＡＴＲサブシステムマネージャー８１２が組み合わせの制御戦略を用いてシフト反応温度を制御している。この制御戦略は、発明者Ｈｏｎｇｑｉａｏ  Ｓｕｎ等の名前で本出願と同日に出願され、そして本出願と共通に譲渡された、「燃料処理装置反応器のシフト温度制御のための組み合わせ制御戦略（Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｈｉｆｔ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）」と題される米国特許出願第１１／０１５，７１１号明細書（代理人ドケットＮｏ．２０９８．００１３００／Ｔ−６４３３）にさらに十分に開示されている。関連部分が次に再現される。
【００５４】
図１２ＦはＡＴＲ４１０の１つの特定の実行を概念的に描くものである。ＡＴＲ４１０は、この技術に知られている、適したどんなデザインを用いても実行することができる。図示ＡＴＲ４１０は、幾つかの熱交換機１２０９および電熱器（図示されず）を含めて幾つかの段階１２０１−１２０５を含む。リホーマーシフト床１２１２、即ち区画１２０１−１２０２は、ＣＯ濃度を低下させ、そしてＨ２生成速度を増大させる水性ガスシフト反応を遂行するように機能している。
【００５５】
熱交換機１２０９の各々が温度制御された冷却液（図示されず）を図４に示される熱サブシステム４２８からそれぞれラインＲＥＦ１−ＲＥＦ３を通じて受け取り、そしてそれをそれぞれライン熱（ＴＨＥＲＭ）４−熱４を通じて戻す。各ライン中の冷却液のための流量は、それぞれの変速（即ち、容量形）ポンプ１２１５−１２１７によって制御される。ポンプ１２１５−１２１７は、それぞれラインＡ１−Ａ４を通じて受け取られた信号で、図３に示される自動化制御システム３１２によって制御される。もう１つ別の態様では、単一のポンプが冷却液を圧力下でラインＲＥＦ１−ＲＥＦ４を通じて供給することができ、また流量は流量制御弁１２１８のような流量制御弁によって制御することができる。この開示の利益を有する当業者は、この図面は本発明の議論に直接関係のないある要素を省くことによって単純化されていることを認めるだろう。例えば、上記の熱交換機および区画１２０３−１２０５に対する色々な入力および出力は、明確さのために、また議論している制御技術を分かりにくくしないように省略された。
【００５６】
シフト床１２１２は、また、その中に複数のセンサーＴ１−Ｔ４を配置して含む。温度センサーＴｘの正確な数は重要ではないが、但し一般的には数が多い方がより細かい制御の程度を与える。図示態様において、温度センサーＴ１−Ｔ４は熱電対である。自動制御システム３１２は温度センサーＴ１−Ｔ４を用いてシフト床１２１２内の色々な位置で実際の温度をモニターする。温度検出点は冷却／加熱システムの構造に基づいて選択されるが、それら検出点は測定された温度が熱交換コイル１２０９に隣接する局部温度というよりは真の反応温度を反映するように選ばれるべきである。
【００５７】
温度センサーＴ１およびＴ２は、共に、同一熱交換機１２０９の近くの温度を実行に特有なディテールで測定する。特定の熱交換機１２０９は単一の冷却液投入ＲＥＦ１を含むだけである。センサーＴ１−Ｔ４のほとんどは、熱交換機１２０９を含んでいる触媒床区画から下流の温度を測定する。Ｔ１は最上位の触媒床（図示されず）からすぐ下流の温度を読み取ると考えられる。しかし、設置および輸送中は、触媒床は、Ｔ１が床温度または反応温度というよりは空気温度を測定しているように移動して落ち着くことができる。かくして、ＡＴＲ４１０の上部区画１２０１をモニターするために第二のセンサーＴ２が加えられる。Ｔ１およびＴ２が異なる温度を検知しているとき、制御システム１０６はその２つの温度の高い方を取る。典型的には、通常、２つの検知温度間には小さい差しかない。
【００５８】
予熱と水による冷却が、シフト床１２１２中の温度を望ましい反応温度範囲内に維持する。この目的を達成するために、拡大シフト反応器において、多重熱交換機コイル１２０９は局部化温度制御を実現することができる。図示態様では、細長いシフト床１２１２は、そのシフト床１２１２の温度を制御するために、３つの異なる熱交換コイル１２０９を利用している。反応温度の制御戦略は、Ｈ２生成速度、シフト反応段階、シフト床の垂直温度勾配および温度検出点の組み合わせ結果として、以下においてさらに十分に説明される様式で変わる。ロバストなシフト温度制御ループが、リホーマーが安定で高品質のＨ２生成物を生成させるために展開される。
【００５９】
図１０は、本発明に従って図示態様によって使用される制御ループ１０００を概念的に図示するものである。変速ポンプ１２１５−１２１７の各々についての設定はそれぞれの制御ループによって制御される。制御技術は、図示態様において、完全システムモデル化効果（ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）（ＡＴＲ区画、ＺｎＯ区画、シフト区画、生成速度等々を含めて全体としてリホーマー）を使用し、プラント応答に対してダイナミックＰＩＤ制御ループを展開し、そして試験データがモデルの偏りを補償してコントローラのロバスト性を改善するために使用される。
【００６０】
さらに詳しくは、システムモデル化は、現行流量、上流温度分布、反応段階、および熱損失と発熱反応効果に因るシフト床温度勾配に基づく目標水素生成速度を考慮に入れる。シフト床の各区画のためのシステムモデルは、中でも上流の反応と条件、反応器の幾何形状、シフト触媒床への供給材料、および使用されるシフト触媒のタイプから作ることができる。色々なこの種モデル化技術がこの技術に知られており、そして適切などんなモデル化技術も用いることができる。システムモデル化は温度制御に用いられるべき設定値を生み出すために利用される。これらの設定値は、特定のシフト床区画に入っていく、予測されたリホーメート組成、流量および温度を含む。かくして、システムモデル化は、温度センサーＴ１−Ｔ４によって測定される温度について１群の設定値を生み出す。システムモデル化は、また、例えば温度センサーＴ１−Ｔ４によって測定することができる温度とＡＴＲ４１０のＨ２生成速度とを相互に関係づける一組の結果をもたらす。
【００６１】
さらに詳しくは、図示態様によって用いられるモデル（図示されず）はＡｓｐｅｎ  Ｐｌａｕｓ  ａｎｄ  Ａｓｐｅｎ  Ｃｕｓｔｏｍ  Ｍｏｄｅｌｅｒを用いて開発された。これらのソフトウエアパッケージは：
【００６２】
Aspen Technology,Inc.
Ten canal Park
ケンブリッジ、マサチューセッツ州  ０２１４１−２２０１
アメリカ合衆国
電話：＋１−６１７−９４９−１０００
ファックス：＋１−６１７−９４９−１０３０
ｅ−メール：info@aspentech.com
から商業的に入手できる。しかし、上記とは別の態様において、この技術に知られている他の適当なモデル化用ソフトウエアを用いることができる。
【００６３】
上記モデルは定常状態ケイパビリティとダイナミックケイパビリティの両ケイパビリティを有する。燃料処理装置３００の性能は、所定の温度と圧力において望ましい状態をもたらす熱力学的パラメータからこのモデルによって評価される。反応転化率と組成は、そのような典型的な反応について文献中で得られる速度論的データから決められるか、または特定の反応について実験室で行われた実験に基づくモデルから見積もられる。リホーメート３０３についての望ましいＨ２純度と流量が指定され、そして上記モデルが天然ガス流量、空気流量（最適Ｏ２／Ｃ比から戻って計算）、および水流量（最適水蒸気／炭素比から戻って計算）を計算する。
【００６４】
ＡＴＲ４１０の結果として得られる温度は、ＡＴＲ反応の自由エネルギーを最小限に抑える結果として生ずる断熱的温度上昇として計算される。リホーメートの組成はモデルによって（熱力学的推定および反応パラメータの推定から）決定される。モデルは、次に、この組成を用いて、経験による相関関係から最終使用に必要とされる望ましい速度を計算する。
【００６５】
測定された温度Ｔ１−Ｔ４の各々について、ＡＴＲサブシステムマネージャー８１２が、反応器の反応区画中におけるある測定温度１００９を支配するアクチュエータのための設定調整値（ｓｅｔｔｉｎｇ  ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）１００６の第一成分１００３を、上記測定温度１００９およびその測定温度のための設定値１０１２から決定する。設定値１０１２は上記で議論したモデル化された結果の一部として決定される。測定温度１００９は、図１２Ｆに示される、温度センサーＴｘが配置されているシフト床１２１２中の関心のある点において、温度センサーＴｘによって測定された温度である。図示態様において、設定値１０１２と測定温度１００９との間の差１０１５は、この技術分野において知られているような比例−積分−微分（“ＰＩＤ”）コントローラ１０１８への入力である。ＰＩＤコントローラ１０１８の出力は第一成分１００３である。
【００６６】
ＡＴＲサブシステムマネージャー８１２は、また、上記設定調整値１００６のための第二成分１００６を燃料処理装置１０２のためのＨ２生成速度１０２４から決定する。図示態様において、前に議論したモデル化された結果の少なくとも選択された部分が、上記Ｈ２生成速度によって指数化可能（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）な形で表にされる。かくして、モデル化結果１０２７は、例えばアクチュエータの色々な設定調整値が相関するＨ２生成速度によってそれらの設定調整値が指数化される自動照合表であることができる。モデル化結果１０２７は、典型的には、水素発生装置３００の運転をこの情報を得るための色々な運転シナリオでモデル化することによって演繹的に生成されることに留意されたい。また、第一および第二成分１００３、１０２１の決定は、並行にまたは順次に行うことができることにも留意されたい。
【００６７】
ＡＴＲサブシステムマネージャー８１２は、次に、上記設定調整値１００６を第一および第二成分１００３、１０２１から決定する。図示態様において、第一および第二成分１００３、１０２１は設定調整値１００６を得るために評価されるが、但しこれに代わる態様はこの決定のためにさらに洗練された技術を用いることができる。設定調整値１００６は、次いで、アクチュエータにラインＡｙを通じて信号を送る。設定調整値１００６は０であってもよい、即ち測定された温度１００９は設定値１０１２に適切にマッチするので、変化は必要とされないことに留意されたい。しかし、与えられたどんな時間においても、第一成分１００３、第二成分１０２１および設定調整値１００６の少なくとも１つ、時にはその全てはゼロでない。
【００６８】
ある種の環境下では、第一および第二成分１００３、１０２１は、一方がポンプに流量を増やすように指示し、他方がポンプに流量を減らすように指示して互いに反対の方向に作用することができることに留意されたい。かくして、図示態様では、２つの成分１００３、１０２１は冷却液の流量を制御する際に所定の等しい重みではない。具体的にいうと、Ｈ２生成速度、および自動照合表からの情報、即ち第二成分１０２１は支配的成分である。検知された温度１００９および設定値１０２１から誘導される第一成分１００３はポンプ速度を微調整するために用いられる。例として挙げると、第二成分１０２１は所定のポンプに容量の５０％で運転するよう命ずる可能性があり、一方第一成分はエラーに的を絞ってポンプ速度を容量の±５％で調節することができる。
【００６９】
かくして、本発明は、ローカルコントローラ−即ち図３に示されるローカル制御システム３１２および図５に示されるローカル制御システム５０９−がそれらの機能を遂行する方法に広範な変化を許す。ローカル制御システム３１２は、例えば、前記で図６−図１０に関して開示した技術ではなく従来の技術を用いることができる。逆に、ローカル制御システム５０９はローカル制御システム３１２によって用いられた技術を使用してもよい。
【００７０】
しかし、管理する法務当局によって課される法典は制御戦略に対する修正を正当化するかもしれないことに留意されたい。図１に示される装置１００の変形であって、同様の部分は同様の数字を持っている図１１に示される水素燃料補給ステーション１１００を考察されたい。図１１は、また、本発明がこの特定の態様でどのように働くかのさらに詳細な例を与えるために水素燃料補給ステーション１１００の個々の信号を示す。
【００７１】
図示態様において、システムコントローラ１０６はＮａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ規格、Ｃｌａｓｓ  １、Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ２、Ｇｒｏｕｐ  Ｂに準拠するプログラマブル・ロジックコントローラ（“ＰＬＣ”）である。ドイツ連邦共和国、ミュンヒェンのＳｉｅｍｅｎｓ社から商業的に入手できるＰＬＣのＳＩＭＡＴＩＣシリーズのような適切なＰＬＣが、この技術分野に知られている。システムコントローラ１０６は２４Ｖの電源装置（図示されず）を含み、そして図３に示されるキャビネット３１８中でのアーク放電または火花発生を避ける遮断器のどんなヒューズも持たない、“ＵＰＳ  ２”として設計された無停電電源装置（“ＵＰＳ”）１１０３（キャビネット３１８の中に収容されている）によって動力が供給される。ＰＨＧ１０２には常用の３相送電設備網（図示されず）から電力が“ＵＰＳ  １”として設計された第二のＵＰＳ１１０４および電力電源装置１１０５によって供給される。
【００７２】
システムコントローラ１０６は、また、安全問題に関連する多数の他の信号も受け取る。水素燃料補給ステーション１１００は、出力１１０６をシステムコントローラが直接受け取る多数の緊急時遮断（“ＥＳＯ”、図示されず）スイッチを含む。水素燃料補給ステーション１１００は、また、それが設置されている場所の周りに配置される多数のガスセンサー（図示されず）を含む。これらセンサーの出力１１０９もシステムコントローラ１０６によって直接受け取られる。ガスセンサーは、燃料１１０として使用される天然ガスまたは水素１０８、１１０の一方または両方を検知することに供されることがある。
【００７３】
水素燃料補給ステーション１１００は、また、別個の火災報知器制御盤１１１２も含む。ガスセンサーに加えて、水素燃料補給ステーション１１００はその設置場所を横切って配置される複数の火炎センサーおよび煙報知器（どちらも図示されず）を含む。これらセンサーの出力１１１５、１１１８は火災報知器制御盤１１１２に出力される。加えて、ＰＨＧ１０２は出力１１２１が火災報知器制御盤１１１２に直接出力される複数の火炎センサー（図示されず）を含む。火災報知器制御盤１１１２は出力１１１５、１１１８、１１２１をモニターし、そして煙または火炎が検出されたならばライン１１２４を通じてシステムコントローラ１０６に警報を出力する。警報は、また、図示態様では、同一区内消防署に直接送られる。
【００７４】
ＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４は図形１１２７によって指示されるように直接互いに通信し合う。ＰＨＧ１０２はＣＳＤ１０４にそれが精製水素１０８を送出する準備ができているとき通知する。ＣＳＤ１０４は、図３に示される貯蔵単位装置５０３が最低容量にあるときおよびそれが満杯であるときＰＨＧ１０２に通知する。図示態様において、「最低容量」は総容量の３０％である。かくして、ＰＨＧ１０２はいったん準備が整うと、それは、貯蔵単位装置５０３が満杯になり、次いで供給を止めるまでＣＳＤ１０４に精製水素１０８を供給する。ＣＳＤ１０４が、精製水素１０８を、貯蔵単位装置５０３が３０％未満の容量となるように十分に分配されているとき、それはＰＨＧ１０２に通知する。次に、ＰＨＧ１０２は、再び、貯蔵単位装置５０３が満杯であるという信号をＣＳＤ１０４が出すまで精製水素１０８を供給する。
【００７５】
ＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４は、また、図形１１３０、１１３３によってそれぞれ指摘されるとおり、システムコントローラ１０６と双方向通信を行う。しかし、ＰＨＧ１０２とシステムコントローラ１０６との間およびＣＳＤ１０４とシステムコントローラ１０６との間の通信は異なる。その違いはＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４に対してシステムコントローラ１０６によって用いられた異なる制御戦略から直接生まれている。
【００７６】
システムコントローラ１０６はＣＳＤ１０４の図５に示されるローカル制御システム５０９と直接通信する。システムコントローラ１０６は、ＣＳＤ１０４における故障の通知を待って、ＣＳＤ１０４からの出力をモニターしている。システムコントローラ１０６がそのような通知を受け取れば、それはＣＳＤ１０４に運転停止するよう命令を発する。ＣＳＤ１０４内の局部状態を全てモニターすることはローカル制御システム５０９によって遂行される。システムコントローラ１０６は、従って、ＣＳＤ１０４内の状態を間接的に、即ちローカル制御システム５０９の運転のフィルターを通してモニターするだけである。
【００７７】
逆に、システムコントローラ１０６は、ＰＨＧ１０２内で検知された複数のパラメータをモニターすることによってＰＨＧ１０２の運転をモニターする。さらに詳しくは、上記で議論したように、図３に示されるローカル制御システム３１２は、第一にＰＨＧ１０２内の運転条件をモニターする。ローカル制御システム３１２は、このモニタリングをその制御機能の一部として、図８に示される階層制御アーキテクチャ８００の実行を通じて遂行する。このために、ＰＨＧ１０２は、局部運転条件をモニターする、温度および圧力センサー（例えば、図１０の温度センサーＴ１−Ｔ４）のような多数のセンサーを含む。これらのパラメータをモニターする方法を例証するのを助けるために、サブシステム４１０、４１４、４２２、４２４、４２６、４２８の特定の実行が図１２Ａ−図１２Ｆに図解されている。
【００７８】
この図示態様についてモニターされたパラメータが表１に示される。システムコントローラ１０６は、例えばハードウエア依存性層８１６をコンパティビリティー層８１８の対応物によりタッピング（ｔａｐｐｉｎｇ）することによって、階層制御アーキテクチャ８００を通じて個々のパラメータを得ることができる。別法として、システムコントローラ１０６はセンサーの出力を直接受け取ることができる。
【００７９】
【表１−１】
2008524105.tif 000003
【表１−２】
2008524105.tif 000004
【００８０】
しかし、本発明は別の態様においてこの面に変化を許すことに留意されたい。例えば、一部の態様では、システムコントローラ１０６は、ＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４の両者における状態を間接的に、即ち図３および図５にそれぞれ示されるローカル制御システム３１２、５０９のフィルターを通してモニターすることができる。他の態様では、システムコントローラ１０６はＰＨＧ１０２およびＣＳＤ１０４内で検知されるパラメータを直接モニターすることができる。
【００８１】
システムコントローラ１０６は、図１３Ａおよび図１３Ｂに図解される計算装置１３００中に実装される。このシステムコントローラは、バスシステム１３１５を通じてストレージ１３１０と通信するプロセッサ１３０５を含む。ストレージ１３１０はハードデスクおよび／またはランダムアクセスメモリー（“ＲＡＭ”）、および／またはフロッピー（登録商標）磁気ディスク１３１７および光学ディスク１３２０のようなリムーバブルストレージを含むことができる。ストレージ１３１０は、上記で議論したようにして得られたデータのセットを記憶するデータ構造１３２５、オペレーティングシステム１３３０、ユーザーインターフェースソフトウエア１３３５およびアプリケーション１３６５でエンコード化される。ユーザーインターフェースソフトウエア１３３５はディスプレイ１３４０と共にユーザーインターフェース１３４５を実装する。ユーザーインターフェース１３４５は、キーパッドまたはキーボード１３５０、マウス１３５５またはジョイスティック１３６０のような周辺Ｉ／Ｏ装置を含んでいることができる。プロセッサ１３０５はオペレーティングシステム１３３０の制御下で作動するが、このオペレーティングシステムはこの技術に知られている実際上どんな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１３６５は、オペレーティングシステム１３３０の実装に依存するが、パワーアップ、リセットまたはその両者が行われるとすぐにオペレーティングシステム１３３０によって呼び出される。図示態様において、アプリケーション１３６５は、図２で図解され、そして上記で議論された方法２００を実行する。
【００８２】
本発明の少なくとも一部の面は、典型的には、適切にプログラム化された計算装置、例えば図１３Ａおよび図１３Ｂの計算装置１３００上にソフトウエアとして実装されることに留意されたい。命令は、例えばストレージ１３１０、フロッピー（登録商標）ディスク１３１７および／または光学ディスク１３２０上にエンコード化される。本発明は、従って、１つの面では、本発明の方法を遂行するようにプログラム化された計算装置を含む。もう１つの面では、本発明は、計算装置で遂行されるとき本発明の方法を成し遂げる命令によりエンコード化されるプログラム記憶装置を含む。
【００８３】
本明細書中の詳細な説明の一部の部分は、従って、計算システムまたは計算装置の中のメモリー内のデータビット上に運転の符号表現を含むソフトウエア実装プロセスに関して与えることができる。これらの記述および表現は、当業者の仕事の内容を他の当業者に最も効果的に伝達するために前者の当業者によって用いられる手段である。そのプロセスとオペレーションは物理量の物理的操作を必要とする。通常、必ずしも取るとは限らないけれども、これらの量は記憶することや、伝達することや、結合することや、比較することや、その他処理することが可能な電気、磁気または光学信号の形を取る。もっぱら普通の用法という理由から、これらの信号をビット（ｂｉｔｓ）、バリュー（ｖａｌｕｅｓ）、エレメント（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、シンボル（ｓｙｍｂｏｌｓ）、キャラクター（ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ）、ターム（ｔｅｒｍｓ）、ナンバー（ｎｕｍｂｅｒｓ）等と呼ぶことが時々便利であることが証明されている。
【００８４】
しかし、これらのおよび同様の用語は、全て、適切な物理量と関連せしめられることになっており、単にこれらの量につけられた都合のよいラベルであるということを心に留めておかなければならない。明確に述べられていないか、またはその他明確ではないかもしれないが、これらの記述は、本開示を通じて、ある電子デバイスのストレージ内の物理（電子、磁気または光学）量として表されるデータを処理して、同様に、そのストレージ内、または伝達若しくはディスプレイ装置中の物理量として表される他のデータに変換する電子デバイスの作用およびプロセスを参照するものである。そのような記述を示す用語の典型的なものは、限定するものではないが、用語「処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「コンピューター処理する（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、「ディスプレイする（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」等である。
【００８５】
この欄は詳細な説明を締めくくるものである。本発明は本明細書中の教示の利益を有する当業者に明白な、異なるが均等である様式で修正および実施することができるので、上記に開示された特定の態様は例証のためのものに過ぎない。さらに、本明細書に示された構成またはデザインの細部には、以下の特許請求の範囲で述べられるもの以外の限定は意図されない。故に、上記に開示された特定の態様は改変または修正することができ、そしてそのような変形態様は全て本発明の範囲および精神内であると見なされることは明白である。従って、本発明において求められる保護は以下の特許請求の範囲に述べられるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に従って組み立てられ、そして運転される例示説明態様における水素燃料補給ステーションの１つである装置の１つの特定態様のブロック図である。
【図２】図１の装置の運転の一部として本発明に従って実施される方法の１つの特定の態様を図解する。
【図３】図１の装置の精製水素発生装置の１つの態様のブロック図である。
【図４】図３における精製水素発生装置の燃料処理装置の１つの特定態様のブロック図である。
【図５】図１の圧縮、貯蔵および分配単位装置の１つの特定態様のブロック図である。
【図６】本発明に従って実行される制御システムの１つの特定の態様を図解する。
【図７Ａ】図６の態様の実行において使用することができる計算装置を概念的に図解する。
【図７Ｂ】図６の態様の実行において使用することができる計算装置を概念的に図解する。
【図８】図３に最初に示された燃料処理装置を局部的に制御する際に使用するための、図６の制御システムの１つの特定の態様を描く。
【図９】本発明に従って図８に最初に示された制御システム用のサブシステムマネージャーのアーキテクチャ階層を図解する。
【図１０】図４におけるリホーマーのシフト床温度を制御するための組み合わせ戦略を図解する。
【図１１】図１における装置の１つの特定態様のブロック図である。
【図１２Ａ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１２Ｂ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１２Ｃ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１２Ｄ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１２Ｅ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１２Ｆ】図４の水素発生装置の構造に関する追加の細部、特にシステムレベルから直接モニターされるその運転のパラメータについての位置の近似を与える。
【図１３Ａ】本発明の１つの特定態様の実装において使用することができる計算装置を概念的に図解する。
【図１３Ｂ】本発明の１つの特定態様の実装において使用することができる計算装置を概念的に図解する。
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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