(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料源を圧縮するように設計された電気化学的圧縮機；
該電気化学的圧縮機に流体連結された、少なくとも１つの低圧の圧縮燃料貯蔵容器；および
該電気化学的圧縮機に流体連結された、少なくとも１つの高圧の圧縮燃料貯蔵容器；および
該低圧の圧縮燃料貯蔵容器と該高圧の圧縮燃料貯蔵容器との間の移行時に該電気化学的圧縮機の圧力変化の速度を許容される圧力変化の速度に制御するように設計されており、該電気化学的圧縮機からの圧力変化を制御された速度に制限して維持する流量制御弁
を含む、圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項２】
前記電気化学的圧縮機に流体連結された、少なくとも１つの中圧の圧縮燃料貯蔵容器をさらに含む、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項３】
前記低圧の圧縮燃料貯蔵容器に流体連結された、１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットをさらに含む、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項４】
前記高圧の圧縮燃料貯蔵容器に流体連結された、１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットをさらに含む、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項５】
前記中圧の圧縮燃料貯蔵容器に流体連結された、１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットをさらに含む、請求項２に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項６】
前記流量制御弁が、前記低圧の圧縮燃料貯蔵容器から前記高圧の圧縮燃料貯蔵容器に移行するときに前記電気化学的圧縮機の圧力変化速度を前記許容できる圧力変化速度に制限するようにさらに設計されている、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項７】
前記許容できる圧力変化速度が、前記圧縮機の最大圧力変化速度に実質的に等しい、請求項６に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項８】
１つまたはそれより多くの圧力センサーからの入力に基づき前記流量制御弁を調整するように設計された制御装置をさらに含む、請求項６に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項９】
前記制御装置と連通する１つまたはそれより多くの制御弁をさらに包含し、該制御弁は、前記低圧の圧縮燃料貯蔵容器および前記高圧の圧縮燃料貯蔵容器に燃料を選択的に向かわせるように開閉するように設計されている、請求項８に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１０】
前記流量制御弁が、前記高圧の圧縮燃料貯蔵容器から前記低圧の圧縮燃料貯蔵容器に移行するときに前記電気化学的圧縮機の圧力変化速度を前記許容できる圧力変化速度に制限するようにさらに設計されている、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１１】
前記許容できる圧力変化速度が、前記圧縮機の最大圧力変化速度に実質的に等しい、請求項１０に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１２】
１つまたはそれより多くの圧力センサーからの入力に基づき前記流量制御弁を調整するように設計された制御装置をさらに含む、請求項１０に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１３】
前記制御装置と連通する１つまたはそれより多くの制御弁をさらに包含し、該制御弁は、前記低圧の圧縮燃料貯蔵容器および前記高圧の圧縮燃料貯蔵容器に燃料を選択的に向かわせるために開くまたは閉じるように設計されている、請求項１２に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１４】
前記燃料源が、水素、天然ガス、およびプロパンの少なくとも１つを包含する、請求項１に記載の圧縮燃料貯蔵システム。
【請求項１５】
圧縮燃料貯蔵システム内の圧力を維持する方法であって、
圧縮機を用いて燃料源を圧縮すること；
該圧縮機から第一の燃料貯蔵容器に燃料を向かわせること；
該第一の燃料貯蔵容器が目標充填圧力に達したことを決定すること；
該燃料を第二の燃料貯蔵容器に方向を変えて向かわせることによって、該第一の燃料貯蔵容器から該第二の燃料貯蔵容器に移行すること；および
該第一の燃料貯蔵容器から該第二の燃料貯蔵容器に移行するとき、該圧縮機からの圧力変化を制御された速度に制限して維持するように、流量制御弁を開いて、該圧縮機の圧力変化速度を許容できる圧力変化速度に制限すること
を含む、上記方法。
【請求項１６】
前記許容できる圧力変化速度が、前記圧縮機の最大圧力変化速度に実質的に等しい、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の燃料貯蔵容器が、第一の圧力を包含し、前記第二の燃料貯蔵容器が、第二の圧力を包含し、前記第一の圧力は前記第二の圧力と等しくない、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の圧力が、前記第二の圧力より大きい、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の圧力が、前記第二の圧力より小さい、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第二の燃料貯蔵容器に関連付けられた制御弁を開くことをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
電気化学的圧縮機を用いて前記燃料源を圧縮することをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記燃料源が、水素、天然ガス、およびプロパンの少なくとも１つを包含する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本出願は、参照により本明細書に組み入れられる２０１３年８月２８日付けで出願された米国仮出願第６１／８７０，８９５号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[002]本発明の開示は、統合された電気化学的圧縮機ならびにカスケード式の貯蔵方法およびシステムに関する。例示的な実施態様によれば、本システムおよび方法は、水素で駆動する車両に燃料補給するのに使用することができる。
【０００３】
[003]電気化学セルは、通常、燃料電池または電解セルとして分類されるが、化学反応により電流を発生させたり、または電流の流れを使用して化学反応を誘導したりするために使用される装置である。燃料電池は、燃料（例えば、水素、天然ガス、メタノール、ガソリンなど）と酸化剤（例えば、空気または酸素）の化学エネルギーを電気に変換し、熱および水を生産する。基礎的な燃料電池は、負電荷を有するアノード（anode）、正電荷を有するカソード（cathode）、および電解質と呼ばれるイオン伝導性材料を含む。
【０００４】
[004]様々な燃料電池技術において様々な電解質材料が利用されている。プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、例えば、電解質として高分子のイオン伝導性膜を利用する。水素ＰＥＭ燃料電池において、水素原子は、アノードで電気化学的に電子とプロトン（水素イオン）とに分離し得る。電子は回路を通ってカソードへ流れて電気を発生させ、その一方でプロトンは電解質膜を介してカソードに拡散する。カソードでは、水素のプロトンが、（カソードに供給された）電子および酸素と反応して、水および熱を生産することができる。
【０００５】
[005]電解セルは、逆に作動する燃料電池の代表である。基礎的な電解セルは、外部電位が印加されると、水を水素ガスおよび酸素ガスに分解することによって、水素生成器として機能することができる。水素燃料電池または電解セルの基礎的な技術は、例えば電気化学的な水素の圧縮、精製、または膨張などの電気化学的な水素の操作に適用することができる。
【０００６】
[006]電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ）は、例えば、セルの一方の側から他方の側に水素を選択的に移動するのに使用することができる。この方式で作動するＥＨＣは、時には水素ポンプとも称される。第二の電極に蓄積した水素が限定された空間に制限される場合、電気化学セルは、限定された空間内で水素を圧縮するかまたは圧力を高める。個々のセルが起こすことができる最大の圧力または流速は、セルの設計に基づき限定される可能性がある。
【０００７】
[007]水素は、従来の電力源（すなわち、化石燃料）に対する実用的な代替物として出現した。エネルギー担体としての水素の商業化の成功および「水素経済」の長期的持続可能性は、燃料電池、電解セル、水素の取り扱い／管理システム（例えば、ＥＨＣ）、および水素分配システム（例えば、分配ステーション）の効率および費用対効果に大きく依存する。気体の水素は、通常加圧封じ込めによるエネルギー貯蔵の便利で効率的な手段である。水素を高圧で貯蔵することは、高エネルギー密度をもたらすという利点がある。
【０００８】
[008]しかしながら、完全に統合された「水素経済」の一部として、車両に水素を効率的に分配することには課題がある。例えば、分配ステーションは、どのようにすれば大量の交通量に対処することができ、それでもなお各車両に満杯のタンクを提供することができるのであろうか。水素タンクは、設計圧力に応じて等級分けすることができ、その設計圧力まで充填することは、車両の移動範囲を最大化することができる。大量の交通量に対処することができ、各顧客がフル充填を確実に受けられるようなステーションにするには、ステーションは、大容量の高圧水素貯蔵タンクを有していなければならず、これは、コストがかかり非効率的である可能性がある。
【０００９】
[009]典型的な気体燃料補給ステーションは、貯蔵された燃料をいくつかの別々のタンクに分けるカスケード式の貯蔵システムを採用している。例えば、１つの方式は、３つのタンク、すなわち低圧、中圧および高圧のタンクを用い得る。車両は、まず低圧タンクに連結されて均一化され、次いで中圧、最後に高圧タンクに連結される。この手法は、車両に満タン以上に補給（top off）するために高圧タンクから除去される質量を低減することにより、貯蔵された気体の利用率を最大化する。高圧タンクの高圧で気体を貯蔵するのにより多くのエネルギーが必要であることに加えて、この高圧レベルで気体を安全に貯蔵するためには、タンクそれ自体の製造コストも高くなる可能性がある。
【００１０】
[010]典型的な気体燃料補給ステーションはまた、燃料源を圧縮してそれを低圧、中圧、または高圧燃料タンクのいずれかに送るための圧縮機も利用する。機械的圧縮は、所望の加圧状態（すなわち低圧、中圧、または高圧）を達成するための圧縮機に関して最も一般的な方式である。機械的圧縮は、一般的に、ピストンまたはダイアフラムによって気体をチャンバー内で圧縮することを含む。しかしながら、機械的圧縮は、集中的なエネルギーの使用、可動部の磨滅、水素脆化、過剰な騒音、嵩高な装置、および潤滑剤による気体の汚染という欠点を有する。
【００１１】
[011]電気化学的水素圧縮機は、燃料源を所望の加圧状態に圧縮するための別のシステムを提供し、一般的に、プロトン交換膜（ＰＥＭ）で隔てられた膜電極接合体（ＭＥＡ）のスタックを包含する。各ＭＥＡは、カソード、電解質膜、およびアノードを包含する。水素ガスは、ＭＥＡのアノード側に導入され、電位によって酸化されて、プロトンおよび電子が生産される。プロトンは、電解質膜を通過してカソードに移動し、電子と再合流して、圧縮された水素が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
[012]電気化学的圧縮機は、一般的に、急速な圧力変化中に損傷を受けやすい複数のシールおよび／または膜のスタックを包含する。カスケード式の貯蔵システムで使用される圧縮機は、１つの貯蔵タンク（例えば、高圧燃料タンク）から別の貯蔵タンク（例えば低圧燃料タンク）に連続する場合、急速な圧力変化を受ける可能性がある。このような急速な圧力変化は、実質的には瞬間的である可能性があり、数千ポンド／平方インチ／秒もの高さになる場合がある。これらの急速な圧力変化は、電気化学的圧縮機に多数の方式で損傷を与える可能性がある。例えば、電気化学的圧縮機のシールは、爆発的減圧、過剰な膨張、または突出しによる損傷を受ける可能性がある。その代わりに、またはそれに加えて、急速な圧力変化は、類似の損傷メカニズムによる膜の損傷を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[013]前述の環境を考慮して、本発明の開示は、統合された電気化学的圧縮機およびカスケード式の水素貯蔵のためのシステムおよび方法を提供する。本発明の開示の一実施態様は、圧縮燃料分配ステーションを対象とする。圧縮燃料分配ステーションは、電気化学的圧縮機および１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットを含んでいてもよい。電気化学的圧縮機は、燃料源を圧縮するように設計されていてもよい。加えて、圧縮燃料分配ステーションは、電気化学的圧縮機および１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットに流体連結された、少なくとも１つの低圧の圧縮燃料貯蔵容器と、電気化学的圧縮機および１つまたはそれより多くの燃料分配ユニットに流体連結された、少なくとも１つの高圧の圧縮燃料貯蔵容器とを包含していてもよい。
【００１４】
[014]本発明の開示の別の実施態様は、圧縮燃料分配ステーション内の圧力を維持する方法を対象とする。本方法は、圧縮機を用いて燃料源を圧縮すること、および圧縮機から第一の燃料貯蔵容器に燃料を向かわせることを包含していてもよい。加えて、本方法は、第一の燃料貯蔵容器が目標充填圧力に達したことを決定すること、および燃料を第二の燃料貯蔵容器に方向を変えて向かわせることによって、第一の燃料貯蔵容器から第二の燃料貯蔵容器に移行することを包含していてもよい。本方法は、第一の燃料貯蔵容器から第二の燃料貯蔵容器に移行するときに、流量制御弁を開いて、圧縮機の圧力変化速度を許容できる圧力変化速度に維持することをさらに包含していてもよい。
【００１５】
[015]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に典型的で説明的なものにすぎず、特許請求された開示を限定しないことが理解されるものとする。
【００１６】
[016]添付の図面は、本明細書に取り入れられ本明細書の一部を構成するが、これらは数々の本発明の開示の実施態様を例示し、その記載と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】[017]図１は、例示的な実施態様に係る圧縮燃料分配ステーションの概略図を示す。
【図２】[018]図２は、例示的な実施態様に係る圧縮燃料分配ステーションの回路の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[019]以下、本開示の本発明の例示的な実施態様について詳細に述べるが、その例を添付の図面で例示する。可能な限り、同じまたは類似の部品を指すために図面全体にわたり同じ参照番号が使用される。
【００１９】
[020]図１は、例示的な実施態様に係る圧縮燃料分配ステーション（ＣＦＤＳ）１００の概略図を示す。ＣＦＤＳ１００は、燃料源１１０、圧縮機１２０、１つまたはそれより多くの燃料分配ユニット１３０、少なくとも１つの低圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＬＰＣＦＲ）１４０、少なくとも１つの中圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＭＰＣＦＲ）１５０、および少なくとも１つの高圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＨＰＣＦＲ）１６０を含んでいてもよい。回路１０５は、１つまたはそれより多くの弁１７０を使用して、燃料源１１０から、圧縮機１２０に、さらにはＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、またはＨＰＣＦＲ１６０のいずれかに流体を向かわせることができる。制御装置１８０は、圧縮機１２０、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、ＨＰＣＦＲ１６０、および弁１７０と連通していてもよい。
【００２０】
[021]ＣＦＤＳ１００は、カスケード式の燃料補給配置に従って燃料を分配するように設計されていてもよい。例えば、各燃料分配ユニット１３０は、まずＬＰＣＦＲ１４０から低圧燃料を供給し、次いでＭＰＣＦＲ１５０から中圧燃料を供給し、最終的にＨＰＣＦＲ１６０から高圧燃料を満タン以上に充填して、車両が最適な圧力（すなわち、７００ｂａｒａ〜９００ｂａｒａ）へのフル充填を受けることを確実にするように設計されていてもよい。
【００２１】
[022]他の実施態様において、車両は、中圧燃料から開始して充填されてもよいし、または高圧燃料から開始して充填されてもよい。これは、車両タンクおよび供給の初期条件に依存する可能性がある。例えば、車両タンクがほぼ満杯である場合（すなわち、高圧および高体積で）、低圧および中圧燃料の供給は有益ではないと予想される。その代わりに、高圧燃料の供給のみがタンクを目一杯に充填するのに使用することができる。
【００２２】
[023]図１で示されるように、燃料源１１０は、圧縮機１２０に流体連通していてもよい。圧縮機１２０は、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０と流体連通していてもよい。１つの構成要素から別の構成要素への流体の流れを選択的に制御することができるように、弁１７０の１つまたはそれより多くが、これらＣＦＤＳ１００の構成要素間に位置していてもよい。例えば、各燃料貯蔵容器は、圧縮機１２０または他の燃料貯蔵容器から隔離されていてもよい。
【００２３】
[024]燃料源１１０は、燃料発生器、例えば天然ガス改質システム、または電気分解システム、または水素ガスを生産するように設計されたユニットを包含していてもよい。別の実施態様において、燃料源１１０は、水素ガスまたは液体の定期的な輸送を受け入れるように設計された、地下の分配ネットワークまたは貯蔵容器タンクを包含していてもよい。他の圧縮ガス源の利用も予期される。例えば、燃料源１１０は、天然ガス源またはプロパン源を包含していてもよい。
【００２４】
[025]圧縮機１２０は、燃料源１１０からの燃料を受け入れ、燃料を圧縮して、増加した圧力で燃料を燃料貯蔵容器に排出するように設計されていてもよい。例示的な実施態様によれば、圧縮機１２０は、電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ）であってもよい。様々な他の実施態様において、圧縮機１２０は、機械的な圧縮機または他の相等する圧縮装置の形態をとることもできる。
【００２５】
[026]ＬＰＣＦＲ１４０は、図１で示されるように、圧縮燃料を入れるように設計された、１つまたはそれより多くのチャンバーまたはタンクを包含していてもよい。ＬＰＣＦＲ１４０は、地面より上に設置されるかまたは地下に埋め込まれるように設計されていてもよい。ＬＰＣＦＲ１４０は、約１Ｌ〜約５，０００Ｌの体積の範囲であってもよく、圧力に関して約５００ｐｓｉから約１５，０００ｐｓｉの間で等級分けされてもよい。
【００２６】
[027]ＭＰＣＦＲ１５０は、図１で示されるように、圧縮燃料を入れるように設計された、１つまたはそれより多くのチャンバーまたはタンクを包含していてもよい。ＭＰＣＦＲ１５０は、地上に搭載されるかまたは地下に埋め込まれるように設計されていてもよい。ＭＰＣＦＲ１５０は、約１Ｌ〜約５，０００Ｌの体積の範囲であってもよく、圧力に関して約５００ｐｓｉから約１５，０００ｐｓｉの間で等級分けされてもよい。
【００２７】
[028]様々な実施態様によれば、ＬＰＣＦＲ１４０およびＭＰＣＦＲ１５０は、実質的に等しい体積を有していてもよいし、またはほかの実施態様においては、ＣＦＤＳ１００の要求に応じて、一方はもう一方の貯蔵容器より大きくてもよい。
【００２８】
[029]ＨＰＣＦＲ１６０は、図１で示されるように、圧縮燃料を入れるように設計された、１つまたはそれより多くのチャンバーまたはタンクを包含していてもよい。ＨＰＣＦＲ１６０は、地面より上に設置されるかまたは地下に埋め込まれるように設計されていてもよい。ＨＰＣＦＲ１６０は、約０．２５Ｌ〜約２，０００Ｌの体積の範囲であってもよく、圧力に関して約１，０００ｐｓｉから約１５，０００ｐｓｉの間で等級分けされてもよい。例示的な実施態様によれば、対応する燃料分配ユニット１３０から車両を目一杯に充填した後に、ＨＰＣＦＲ１６０をより迅速に再充填できるように、いずれのＨＰＣＦＲ１６０も、ＬＰＣＦＲ１４０およびＭＰＣＦＲ１５０より小さい体積であってもよい。
【００２９】
[030]燃料分配ユニット１３０は、圧縮燃料を受け取るように設計された、車両、容器、または他の装置に圧縮燃料を分配するように設計されていてもよい。燃料分配ユニット１３０は、１つまたはそれより多くの燃料分配装置１３０を含んでいてもよい。各燃料分配ユニット１３０は、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０から燃料を受け取り、それを分配するように設計されていてもよい。各燃料分配ユニット１３０は、遮断弁、逆止め弁、流量調整装置、および圧縮ガスの分配と放出を安全且つ効率的に調整および制御するように設計された機器を含んでいてもよい。
【００３０】
[031]制御装置１８０は、各燃料貯蔵容器内の相対的な圧力に基づきＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０への流体の流れを調整するように設計されていてもよい。制御装置１８０は、例えば、ＣＦＤＳ１００の多数の機能を制御することができる１つまたはそれより多くの一般的なマイクロプロセッサーで具体化することができる。制御装置１８０は、メモリー、第二のストレージデバイス、プロセッサー（例えば、ＣＰＵ）、または開示されたＣＦＤＳ１００の機能を発揮するプログラムを実行するための他のあらゆる構成要素を包含していてもよい。電力供給回路、シグナルコンディショニング回路、データ収集回路、信号出力回路、信号増幅回路、および当業界において公知の他のタイプの回路などの様々な他の回路が、制御装置１８０と関連付けられていてもよい。図２で示されるように、制御装置１８０は、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、ＨＰＣＦＲ１６０、圧縮機１２０、弁１７０、およびセンサー１９０などのＣＦＤＳ１００の様々な構成要素と連通していてもよい。
【００３１】
[032]弁１７０は、逆止め弁１７５および複数の制御弁１７７を包含していてもよい。逆止め弁１７５は、回路１０５を通る逆戻りする流れ、例えば圧縮機１２０に逆戻りする流れを阻止するように設計されていてもよい。制御弁１７７は、回路を通る流体の流れを制御するように設計されていてもよいし、手動で操作されてもよいし、または自動的に操作されてもよい。図２で示されるように、制御弁は、圧縮機１２０の下流、ならびにＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０の上流に配置された弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５およびＶ６を包含していてもよい。弁Ｖ１は、弁Ｖ２と並列に配置されていてもよい。加えて、弁Ｖ１およびＶ２は、弁Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６と直列に配置されていてもよい。一実施態様において、弁Ｖ２は、以下でより詳細に論じられるように、圧縮機１２０からの燃料の圧力変化を調整するように設計された流量制御弁を包含していてもよい。これは、圧縮機１２０のＭＥＡのスタックが感知する圧力変化を低減して、圧縮機１２０への損傷を低減することができる。
【００３２】
[033]図２で示されるように、回路１０５は、１つまたはそれより多くのセンサー１９０を追加で包含していてもよい。いくつかの実施態様において、センサー１９０は、燃料貯蔵容器内の圧力を測定するように設計された圧力センサーを包含していてもよい。例えば、センサーＰ４は、ＬＰＣＦＲ１４０の圧力を測定するように設計されていてもよく、センサーＰ５は、ＭＰＣＦＲ１５０の圧力を測定するように設計されていてもよく、センサーＰ６は、ＨＰＣＦＲ１６０の圧力を測定するように設計されていてもよい。加えて、センサーＰ１およびＰ２は、圧縮機１２０の圧力を測定するように設計されていてもよい。
【００３３】
[034]運転中、弁Ｖ１は、圧縮機１２０が燃料貯蔵容器に燃料を送るとき、開いたままであってもよい。加えて、燃料貯蔵容器と関連付けられた弁は、燃料が燃料貯蔵容器に流れる間、開いたままであってもよい。それゆえに、例えば、弁Ｖ１およびＶ４は、圧縮機１２０がＬＰＣＦＲ１４０に燃料を送る間、開いたままであってもよい。同様に、弁Ｖ１およびＶ５は、圧縮機１２０がＭＰＣＦＲ１５０に燃料を送る間、開いたままであってもよいし、弁Ｖ１およびＶ６は、圧縮機がＨＰＣＦＲ１６０に燃料を送る間、開いたままであってもよい。
【００３４】
[035]圧縮機１２０は、貯蔵容器がその目標充填圧力に達するまで、燃料を貯蔵容器に送り続けてもよい。いくつかの実施態様において、センサー１９０は、燃料貯蔵容器内の圧力を測定して、圧力が目標充填圧力に達したかどうかを決定することができる。制御装置１８０は、センサー１９０から圧力情報を受け取り、燃料貯蔵容器がその目標充填圧力に達したかどうかを決定することができる。さらに、目標充填圧力は、環境的および機械的パラメーターなどの変数パラメーターに基づき、制御装置１８０のプログラマブルロジックによって規定されてもよい。それゆえに、目標充填圧力は、ＣＦＤＳ１００の操作にともない変更したり変化させたりすることができる。加えて、燃料貯蔵容器、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０は、それぞれ固有の目標充填圧力を有していてもよい。ＨＰＣＦＲ１６０は、最高の目標充填圧力を有していてもよいし、ＬＰＣＦＲ１４０は、最低の目標充填圧力を有していてもよい。一例において、圧縮機１２０は、ＬＰＣＦＲ１４０がその目標充填圧力に達したことをセンサーＰ４が示すまで、ＬＰＣＦＲ１４０への供給を続けることができる。同様に、圧縮機１２０は、ＭＰＣＦＲ１５０がその目標充填圧力に達したことをセンサーＰ５が提示するまで、ＭＰＣＦＲ１５０への供給を続けることができる。別の例において、圧縮機１２０は、ＨＰＣＦＲ１６０がその目標充填圧力に達したことをセンサーＰ６が決定するまで、ＨＰＣＦＲ１６０への供給を続けることができる。
【００３５】
[036]燃料貯蔵容器がその目標充填圧力に達した場合、カスケード式の貯蔵システムは、燃料貯蔵容器が満杯であることを圧縮機１２０に通知することができる。例えば、カスケード式の貯蔵システムは、ＭＰＣＦＲ１５０がその標的圧力に達し満杯であることを圧縮機１２０に通知することができる。ＣＦＤＳ１００は、別の燃料貯蔵容器、例えばＬＰＣＦＲ１４０への供給に移行することができる。
【００３６】
[037]より高圧の燃料貯蔵容器からより低圧の燃料貯蔵容器に、またはより低圧の燃料貯蔵容器からより高圧の燃料貯蔵容器に移行するときに、制御装置１８０、もしくは圧縮機１２０と関連付けられた他のあらゆる制御システムは、弁Ｖ１を閉じて弁Ｖ２を開くよう指示することができる。弁Ｖ２は、圧縮機１２０が急速な圧力変化を受けないように、圧縮機１２０からの圧力変化を制御された速度に制限してそれを維持することができる。例えば、弁Ｖ２は、電気モーターまたは空気圧作動機構を介して自動的に制御される可変オリフィス弁または可変背圧調整弁を包含していてもよい。
【００３７】
[038]弁Ｖ２は、最初のうちは予め決められた流速で開いていてもよく、ここで予め決められた流速は、圧縮機１２０の許容できる圧力変化速度（ｄＰ／ｄｔ速度）と同等であってもよい。それゆえに、センサーＰ１により測定された圧縮機１２０から送られる燃料は、許容できるｄＰ／ｄｔ速度を超えない速度であってもよい。圧縮機１２０の許容できるｄＰ／ｄｔ速度は、圧縮機１２０の構造または制御装置１８０によって決定された量に基づいた、圧縮機１２０の最大のｄＰ／ｄｔ速度であってもよい。
【００３８】
[039]Ｐ１における圧縮機１２０の圧力が、燃料貯蔵容器で要求される圧力（例えばＰ４、Ｐ５、Ｐ６）と均一化し始めるとき、弁Ｖ２は、制御された速度でさらに開き続けていてもよい。しかしながら、弁Ｖ２は、圧力変化が圧縮機１２０の許容できるｄＰ／ｄｔ速度を超えないことを確実にすることができる。Ｐ１およびＰ２における圧力の均一化が達成される程十分に弁Ｖ２が開いたら、弁Ｖ２は閉じてもよいし、弁Ｖ１は再び開いてもよい。それゆえに、燃料は、燃料貯蔵容器がその目標充填圧力に達するまで、Ｖ１を介して燃料貯蔵容器に分配され続けると予想される。
【００３９】
[040]一例において、高圧燃料貯蔵容器から低圧燃料貯蔵容器に、例えばＭＰＣＦＲ１５０からＬＰＣＦＲ１４０に移行するときに、圧縮機１２０はまず、この移行の通知を受け取ることができる。圧縮機１２０からの燃料が弁Ｖ２を介して方向を変えて向かわせることができるように、弁Ｖ１は閉じていてもよいし、弁Ｖ２は開いていてもよい。加えて、ＭＰＣＦＲ１５０からＬＰＣＦＲ１４０に燃料が方向を変えて向かわせるように、弁Ｖ５は閉じていてもよいし、弁Ｖ４は開いていてもよい。この実施態様において、弁Ｖ２は、圧縮機１２０における圧力変化が制御されるように開いてもよい。例えば、弁Ｖ２は、最初のうちはより小さい直径のオリフィスで開いていてもよく、圧縮機１２０からの圧力の制御された段階的な減少がもたらされるように次第に直径を大きくしてもよい。圧力変化速度は、圧縮機１２０の許容できるｄＰ／ｄｔ速度を超えない速度であってもよい。弁Ｖ２は、圧縮機１２０の圧力がＬＰＣＦＲ１４０の圧力に実質的に等しくなるまで（すなわち、Ｐ１における圧力が、Ｐ２における圧力およびＰ４における圧力に実質的に等しくなるまで）オリフィスの直径を大きくし続けてもよい。その時点で、弁Ｖ２が閉じられてもよいし、弁Ｖ１が再度開かれてもよい。燃料は、ＬＰＣＦＲ１４０がその目標充填圧力に達するまで、圧縮機からＬＰＣＦＲ１４０に流れてもよい。
【００４０】
[041]別の例において、低圧燃料貯蔵容器から高圧燃料貯蔵容器に、例えばＬＰＣＦＲ１４０からＨＰＣＦＲ１６０に移行するときに、圧縮機１２０はまず、この移行の通知を受け取ることができる。圧縮機１２０からの燃料を弁Ｖ２を介して方向を変えて向かわせることができるように、弁Ｖ１は閉じていてもよいし、弁Ｖ２は開いていてもよい。この実施態様において、弁Ｖ２は、圧縮機１２０における圧力変化が制御されるように開いてもよい。例えば、弁Ｖ２は、最初のうちはより大きい直径のオリフィスで開いていてもよく、圧縮機１２０からの圧力の制御された段階的な増加がもたらされるように次第に直径を小さくしてもよい。圧力変化速度は、圧縮機１２０の許容できるｄＰ／ｄｔ速度を超えない速度であってもよい。弁Ｖ２は、圧縮機１２０の圧力がＨＰＣＦＲ１６０の圧力に実質的に等しくなるまで（すなわち、Ｐ１における圧力が、Ｐ２における圧力およびＰ６における圧力に実質的に等しくなるまで）オリフィスの直径を小さくし続けてもよい。その時点で、ＬＰＣＦＲ１４０からＨＰＣＦＲ１６０に燃料を方向を変えて向かわせるように、弁Ｖ４は閉じていてもよいし、弁Ｖ６は開いていてもよく、さらに弁Ｖ２が閉じられてもよいし、弁Ｖ１が再度開かれてもよい。燃料は、ＨＰＣＦＲ１６０がその目標充填圧力に達するまで、圧縮機からＨＰＣＦＲ１６０に流れてもよい。
【００４１】
[042]本プロセスは、まず、低圧燃料を放出することによりフル充填まで車両に燃料を供給すること；次いで車両に中圧燃料を放出し、次いで高圧燃料を放出することによって、最終的にフル充填を達成することをさらに含んでいてもよい。加えて、本プロセスは、優先順位および燃料分配ユニットの利用率に基づき燃料分配することを包含していてもよい。
【００４２】
[043]ＣＦＤＳ１００がアイドリング中のとき、例えばＣＦＤＳ１００が車両を充填するおよび／または燃料貯蔵容器に流体を供給するのに使用されていないとき、全ての弁１７０を閉じてもよい。それゆえに、燃料は、弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６を介してＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０に流れない可能性がある。
【００４３】
[044]図に表された場合以外にも、追加の燃料貯蔵容器を使用してもよいことがさらに予期される。例えば、ＣＦＤＳ１００は、２つのＬＰＣＦＲ１４０、２つのＭＰＣＦＲ１５０、および少なくとも２つのＨＰＣＦＲ１６０を包含していてもよい。加えて、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、およびＨＰＣＦＲ１６０の体積および数は、様々な要因、例えば、現場の空間的制限、コスト、ステーションの容量、性能、および同種のものを考慮して変更することができる。
【００４４】
[045]ＣＦＤＳ１００は、複数の圧縮機１２０（示されていない）をさらに含んでいてもよい。例えば、第一の圧縮機１２０は、ＬＰＣＦＲ１４０およびＭＰＣＦＲ１５０と連通していてもよい。したがって、第一の圧縮機１２０は、ＬＰＣＦＲ１４０から水素を掃気することができ、さらに水素を圧縮してそれをＭＰＣＦＲ１５０に排出することができる。第二の圧縮機は、ＭＰＣＦＲ１５０およびＨＰＣＦＲ１６０と流体連通していてもよく、ＭＰＣＦＲ１５０から水素を掃気して、水素を圧縮してそれをＨＰＣＦＲ１６０に排出することができる。別の実施態様において（示されていない）、第一の圧縮機１２０は、圧縮された水素をＨＰＣＦＲ１６０に直接排出するように設計されていてもよい。図２の実施態様において、圧縮機１２０は、ＬＰＣＦＲ１４０、ＭＰＣＦＲ１５０、またはその両方から水素を掃気し、その水素をＭＰＣＦＲ１５０、ＨＰＣＦＲ１６０、またはその両方に送るように設計されていてもよい。
【００４５】
[046]本発明の開示の統合された電気化学的圧縮機およびカスケード式の貯蔵システムを利用することによって、カスケード式の貯蔵システムから圧縮機を分離することができ、それゆえに圧縮機への損傷を低減することができる。例えば、圧縮機は、従来の圧縮燃料分配ステーションにつきものの急速な圧力変化の作用を受けない可能性がある。それゆえに、圧縮機は、強化された圧縮能力と共により長い寿命を有し得る。
【００４６】
[047]本発明の開示の他の実施態様は、明細書の考察と本明細書に記載の本発明の開示の実施から当業者には明らかであると予想される。明細書および実施例は単なる例示とみなされ、本発明の開示の真の範囲および本質は、以下の特許請求の範囲により示されることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１００  圧縮燃料分配ステーション（ＣＦＤＳ）
１０５  回路
１１０  燃料源
１２０  圧縮機
１３０  燃料分配ユニット
１４０  低圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＬＰＣＦＲ）
１５０  中圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＭＰＣＦＲ）
１６０  高圧の圧縮燃料貯蔵容器（ＨＰＣＦＲ）
１７０  弁
１７５  逆止め弁
１７７  制御弁
１８０  制御装置
１９０  センサー
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６  弁
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６  センサー
【図１】
0006484243.tif 000002
【図２】
0006484243.tif 000003