(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料プロセッサ内のどの条件が該燃料プロセッサのシャットダウンを引き起こしたかを決定するための方法において、
複数のシャットダウン開始信号を発生する段階であって、該各信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にそのような条件が実際に存在しているかどうかを指示するものであり、且つ前記複数のシャットダウン開始信号は、望ましくない温度、望ましくない圧力、望ましくない濃度、低燃料圧力、高燃料圧力、陽極排ガス酸化装置加熱器での高温度、陽極排ガス酸化装置での高入口温度、陽極排ガス酸化装置反応層中点での高温度、陽極排ガス酸化装置反応層最上部での高温度、陽極排ガス酸化装置最上部での高表面温度、自己熱改質装置への高入口温度、自己熱改質装置からの高出口温度、選択的酸化装置からの高出口温度、酸化亜鉛層からの高出口温度、自己熱改質装置反応器外殻高温度、自己熱改質装置に供給されるプロセス原料ガスの低圧力、陽極排ガス酸化装置での低温度、陽極排ガス酸化装置での点火時間切れ、シフト・プロセスでの高温度、遠隔操作緊急スイッチの作動、緊急停止スイッチ入、操作停止スイッチ入、システムへの電源切れ、ＡＴＲキャビネット内でのガス検出、および制御盤上の停止スイッチ入の少なくともひとつを指示する信号を含むものである段階と、
前記複数のシャットダウン開始信号を予め決められた時間窓内に読み取る段階と、
読み取られた前記複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示していることを前記予め決められた時間窓内に検知する段階と、
前記対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する段階と
を含む方法。
【請求項２】
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると検知する該操作は、最初の該シャットダウン開始信号は「オン」の状態であるの認定を包含することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数の該シャットダウン条件の発生を指示する複数の該シャットダウン開始信号が更に検知された場合、これらの信号の検知を予め決められた次の複数の時間窓内に無効化する操作を更に包含することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の二番目のものは対応する二番目のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知する操作を更に包含することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
二番目のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作を更に包含することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
最初のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作および最初のシャットダウン条件の発生の情報を表示する操作の少なくともひとつを更に包含することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
コンピュータによって実行された時、燃料プロセッサ内のどの条件が該燃料プロセッサのシャットダウンを引き起こしたかを決定するための方法を実施する命令が符号化されたプログラム記憶媒体であって、前記方法が、
複数のシャットダウン開始信号を発生する段階であって、該各信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にそのような条件が実際に存在しているかどうかを指示するものであり、且つ前記複数のシャットダウン開始信号は、望ましくない温度、望ましくない圧力、望ましくない濃度、低燃料圧力、高燃料圧力、陽極排ガス酸化装置加熱器での高温度、陽極排ガス酸化装置での高入口温度、陽極排ガス酸化装置反応層中点での高温度、陽極排ガス酸化装置反応層最上部での高温度、陽極排ガス酸化装置最上部での高表面温度、自己熱改質装置への高入口温度、自己熱改質装置からの高出口温度、選択的酸化装置からの高出口温度、酸化亜鉛層からの高出口温度、自己熱改質装置反応器外殻高温度、自己熱改質装置に供給されるプロセス原料ガスの低圧力、陽極排ガス酸化装置での低温度、陽極排ガス酸化装置での点火時間切れ、シフト・プロセスでの高温度、遠隔操作緊急スイッチの作動、緊急停止スイッチ入、操作停止スイッチ入、システムへの電源切れ、ＡＴＲキャビネット内でのガス検出、および制御盤上の停止スイッチ入の少なくともひとつを指示する信号を含むものである段階と、
前記複数のシャットダウン開始信号を予め決められた時間窓内に読み取る段階と、
読み取られた前記複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示していることを予め決められた時間窓内に検知する段階と、
前記対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する段階と
を含むプログラム記憶媒体。
【請求項８】
該符号化された方法において読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると検知する該操作は、最初の該シャットダウン開始信号は「オン」の状態であるの認定を包含することを特徴とする請求項７記載のプログラム記憶媒体。
【請求項９】
該符号化された方法が、複数のシャットダウン条件の発生を指示する複数の該シャットダウン開始信号が更に検知された場合、これらの信号の検知を予め決められた次の複数の時間窓内に無効化する操作を更に包含することを特徴とする請求項７記載のプログラム記憶媒体。
【請求項１０】
該符号化された方法が、読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の二番目のものは対応する二番目のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知する操作を更に包含することを特徴とする請求項９項記載のプログラム記憶媒体。
【請求項１１】
該符号化された方法が、二番目のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作を更に包含することを特徴とする請求項１０記載のプログラム記憶媒体。
【請求項１２】
該符号化された方法が最初のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作および最初のシャットダウン条件の発生の情報を表示する操作の少なくともひとつを更に包含することを特徴とする請求項７記載のプログラム記憶媒体。
【請求項１３】
燃料プロセッサ内のどの条件が該燃料プロセッサのシャットダウンを引き起こしたかを決定するための方法を実施するためのプログラム化された計算機であって、前記方法が、
複数のシャットダウン開始信号を発生する段階であって、該各信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にそのような条件が実際に存在しているかどうかを指示するものであり、且つ前記複数のシャットダウン開始信号は、望ましくない温度、望ましくない圧力、望ましくない濃度、低燃料圧力、高燃料圧力、陽極排ガス酸化装置加熱器での高温度、陽極排ガス酸化装置での高入口温度、陽極排ガス酸化装置反応層中点での高温度、陽極排ガス酸化装置反応層最上部での高温度、陽極排ガス酸化装置最上部での高表面温度、自己熱改質装置への高入口温度、自己熱改質装置からの高出口温度、選択的酸化装置からの高出口温度、酸化亜鉛層からの高出口温度、自己熱改質装置反応器外殻高温度、自己熱改質装置に供給されるプロセス原料ガスの低圧力、陽極排ガス酸化装置での低温度、陽極排ガス酸化装置での点火時間切れ、シフト・プロセスでの高温度、遠隔操作緊急スイッチの作動、緊急停止スイッチ入、操作停止スイッチ入、システムへの電源切れ、ＡＴＲキャビネット内でのガス検出、および制御盤上の停止スイッチ入の少なくともひとつを指示する信号を含むものである段階と、
前記複数のシャットダウン開始信号を予め決められた時間窓内に読み取る段階と、
読み取られた前記複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示していることを予め決められた時間窓内に検知する段階と、
前記対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する段階と
を含む計算機。
【請求項１４】
該プログラム化された方法において読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると検知する該操作は、最初の該シャットダウン開始信号は「オン」の状態であるの認定を包含することを特徴とする請求項１３記載のプログラム化された計算機。
【請求項１５】
該プログラム化された方法が複数のシャットダウン条件の発生を指示する複数の該シャットダウン開始信号が更に検知された場合、これらの信号の検知を予め決められた次の複数の時間窓内に無効化する操作を更に包含することを特徴とする請求項１３記載のプログラム化された計算機。
【請求項１６】
該プログラム化された方法が読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の二番目のものは対応する二番目のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知する操作を更に包含することを特徴とする請求項１５記載のプログラム化された計算機。
【請求項１７】
該プログラム化された方法が二番目のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作を更に包含することを特徴とする請求項１６記載のプログラム化された計算機。
【請求項１８】
該プログラム化された方法が最初のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作および最初のシャットダウン条件の発生の情報を表示する操作の少なくともひとつを更に包含することを特徴とする請求項１３記載のプログラム化された計算機。
【請求項１９】
燃料プロセッサ内のどの条件が該燃料プロセッサのシャットダウンを引き起こしたかを決定するための装置において、
複数のシャットダウン開始信号を発生する手段であって、該各信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にそのような条件が実際に存在しているかどうかを指示するものであり、且つ前記複数のシャットダウン開始信号は、望ましくない温度、望ましくない圧力、望ましくない濃度、低燃料圧力、高燃料圧力、陽極排ガス酸化装置加熱器での高温度、陽極排ガス酸化装置での高入口温度、陽極排ガス酸化装置反応層中点での高温度、陽極排ガス酸化装置反応層最上部での高温度、陽極排ガス酸化装置最上部での高表面温度、自己熱改質装置への高入口温度、自己熱改質装置からの高出口温度、選択的酸化装置からの高出口温度、酸化亜鉛層からの高出口温度、自己熱改質装置反応器外殻高温度、自己熱改質装置に供給されるプロセス原料ガスの低圧力、陽極排ガス酸化装置での低温度、陽極排ガス酸化装置での点火時間切れ、シフト・プロセスでの高温度、遠隔操作緊急スイッチの作動、緊急停止スイッチ入、操作停止スイッチ入、システムへの電源切れ、ＡＴＲキャビネット内でのガス検出、および制御盤上の停止スイッチ入の少なくともひとつを指示する信号を含むものである手段と、
前記複数のシャットダウン開始信号を予め決められた時間窓内に読み取る手段と、
読み取られた前記複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示していることを予め決められた時間窓内に検知する手段と、
前記対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する手段と
を有する装置。
【請求項２０】
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると検知する該手段は、最初の該シャットダウン開始信号は「オン」の状態であるの認定を包含することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
複数のシャットダウン条件の発生を指示する複数の該シャットダウン開始信号が更に検知された場合、これらの信号の検知を予め決められた次の複数の時間窓内に無効化する手段を更に包含することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の二番目のものは対応する二番目のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知する手段を更に包含することを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
二番目のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する手段を更に包含することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
最初のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する手段および最初のシャットダウン条件の発生の情報を表示する手段の少なくともひとつを更に包含することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
燃料プロセッサおよび制御システムを有する装置であって、前記制御システムが、
複数のシャットダウン開始信号を発生する段階であって、該各信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にそのような条件が実際に存在しているかどうかを指示するものであり、且つ前記複数のシャットダウン開始信号は、望ましくない温度、望ましくない圧力、望ましくない濃度、低燃料圧力、高燃料圧力、陽極排ガス酸化装置加熱器での高温度、陽極排ガス酸化装置での高入口温度、陽極排ガス酸化装置反応層中点での高温度、陽極排ガス酸化装置反応層最上部での高温度、陽極排ガス酸化装置最上部での高表面温度、自己熱改質装置への高入口温度、自己熱改質装置からの高出口温度、選択的酸化装置からの高出口温度、酸化亜鉛層からの高出口温度、自己熱改質装置反応器外殻高温度、自己熱改質装置に供給されるプロセス原料ガスの低圧力、陽極排ガス酸化装置での低温度、陽極排ガス酸化装置での点火時間切れ、シフト・プロセスでの高温度、遠隔操作緊急スイッチの作動、緊急停止スイッチ入、操作停止スイッチ入、システムへの電源切れ、ＡＴＲキャビネット内でのガス検出、および制御盤上の停止スイッチ入の少なくともひとつを指示する信号を含むものである段階と、
前記複数のシャットダウン開始信号を予め決められた時間窓内に読み取る段階と、
読み取られた前記複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示していることを前記予め決められた時間窓内に検知する段階と、
前記対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する段階と
を実行可能である装置。
【請求項２６】
該燃料プロセッサが以下を包含することを特徴とする請求項２５記載の装置：
燃料、空気および水蒸気からなる混合物を改質できる自己熱改質装置、
燃料、空気および水蒸気を混合してプロセス原料ガスを生成し、そのプロセス原料ガスを自己熱改質装置に供給できる陽極排ガス酸化装置、
水を陽極排ガス酸化サブシステムに供給できる水サブシステム、
空気を陽極排ガス酸化サブシステムに供給できる空気サブシステム、
自己熱改質装置および陽極排ガス酸化装置の運転温度を制御できる熱サブシステム。
【請求項２７】
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると検知する該操作は、最初の該シャットダウン開始信号は「オン」の状態であるの認定を包含することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２８】
該制御システムは、更に、複数のシャットダウン条件の発生を指示する複数の該シャットダウン開始信号が更に検知された場合、これらの信号の検知を予め決められた次の複数の時間窓内に無効化できることを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２９】
該制御システムは、更に、読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の二番目のものは対応する二番目のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知できることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
該制御システムは、更に、二番目のシャットダウン条件の発生の情報を記憶できることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
該制御システムは、更に、最初のシャットダウン条件の発生の情報を記憶する操作および最初のシャットダウン条件の発生の情報を表示する操作の少なくともひとつができることを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項３２】
該制御システムは、対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示する該シャットダウン開始信号を検知しそのシャットダウン条件を先出し条件と認定するようにプログラム化された計算機を包含することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項３３】
該制御システムは以下の手段を包含することを特徴とする請求項２５記載の装置：
読み取られた複数の該シャットダウン開始信号の少なくとも最初のものは対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示すると予め決められた時間窓内に検知する手段；および
その対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する手段。
【請求項３４】
該検知手段および該認定手段の少なくともひとつはハードウエア内で実行されることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
該検知手段および該認定手段の少なくともひとつはハードウエア内で実行されることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３６】
該制御システムは以下を包含することを特徴とする請求項２５記載の装置：
複数の該シャットダウン開始信号を受け取り、これらの信号のいずれかが先出しエラー条件を指示しているか否かを決定できる先出し機能ブロック、および
その先出し機能ブロックのためのリセット。
【請求項３７】
該先出し機能ブロックは以下を包含することを特徴とする請求項３６記載の装置：
複数の該シャットダウン開始信号のどれが先出しエラー条件の発生を指示しているのかを選択できる選択ブロック、
先出しエラー条件の発生を指示しているどのような該シャットダウン開始信号をも保持できる一セットのラッチ、および
先出しエラー条件の発生を指示している保持された該シャットダウン開始信号を一セットのラッチから受け取った場合、リセット信号を受け取るまで、選択ブロックを作動不能とすることができる励起ブロック。
【請求項３８】
該機能ブロックおよび該リセットの少なくともひとつはハードウエア内で実行されることを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項３９】
該機能ブロックおよび該リセットの少なくともひとつはソフトウエア内で実行されることを特徴とする請求項３６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料プロセッサの運転に関し、より詳細には燃料プロセッサ内の先出しシャットダウン条件の認定に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池技術は、化石燃料の燃焼に基づくより通常型のエネルギー源の代替エネルギー源である。燃料電池は典型的には燃料および酸素から電気、水および熱を生成する。より詳細には、燃料電池は酸化還元に基づく化学反応により電気を生成し、クリーンさや効率の観点からは他の発電形態に比べて相当有利である。典型的には、燃料電池は燃料として水素を、また酸化剤として酸素を使用する。発電量は反応物の消費速度に比例する。
【０００３】
燃料電池に内包される短所のひとつは水素供給のための広く行き渡った基盤構造の欠如であり、これが同電池のより広範囲な使用を妨げている。水素の容積基準のエネルギー密度は比較的低く、これまで発電システムに主に用いられている炭化水素系燃料に比べて貯蔵・輸送が困難である。この困難さを克服するための方法のひとつは「燃料プロセッサ」あるいは「改質装置」の使用である。これは、炭化水素を燃料電池の反応原料として使用可能な水素を高純度で含有するガス・ストリームに転換する。天然ガス、ＬＰＧ、ガソリンおよび軽油のような炭化水素系燃料を多くの燃料電池のための燃料として使用する際には、これらを転化するプロセスが必要である。現行の技術では、ひとつの初期転化プロセスをいくつかのクリーンアップ・プロセスと組み合わせた多段プロセスが使用されている。殆どの場合、この初期転化プロセスは水蒸気改質（ＳＲ）、自己熱改質（ＡＴＲ）、接触部分酸化（ＣＰＯＸ）あるいは非接触部分酸化（ＰＯＸ）に基づいている。また、クリーンアップ・プロセスは、脱硫、高温水性ガス・シフト、低温水性ガス・シフト、選択的酸化あるいは選択的メタン化の組み合わせから構成されている。代案プロセスでは、水素の選択的メンブレン反応器およびフィルタが使用されている。
【０００４】
上記のように、多くの形式の燃料電池が使用可能であり、これらのいくつかのものは化石燃料を併用するハイブリッド型であるが、しかし理想的な燃料は水素である。例えば、水素を燃料として使用した場合には、極めてクリーンな燃焼が得られ、熱の放出および／あるいは消費および電気の消費の後に残る事実上唯一の物質は水だけである。最も容易に入手可能な燃料（例えば、天然ガス、プロパンおよびガソリン）そしてこれら等ほどには広く使用されていない燃料（例えば、メタノールやエタノール）でさえも、その分子構造内に水素を保有している。従って、一部の燃料電池の実例においては、特定の燃料を処理して燃料電池用燃料として使用される比較的高純度水素のストリームを生成するための「燃料プロセッサ」を装備している。
【０００５】
燃料プロセッサの設計は典型的には非常に複雑である。典型的には、燃料電池用の水素を生成するために相当な数のサブシステムが複雑な様式で相互に影響を及ぼしあっている。例えば、燃料プロセッサは水、空気および燃料を混合し、この混合物を改質するであろう。従って、燃料プロセッサはプロセス原料ガスを生成するために水、空気および燃料を混合サブシステムに送る独立したサブシステムを装備しているであろう。混合プロセスにおいては水、空気、燃料そしてプロセス原料ガスの流量、圧力および温度を制御して、同プロセス原料ガスの望ましい燃焼を達成しそれを改質するための条件を設定する。次いで、混合サブシステムはプロセス原料ガスを制御された様式により改質サブシステムに送る。改質プロセスは、それ自体がいくつかのより小さなプロセスで構成されており、これらの各々は異なった温度・圧力条件下で作動する可能性がある。
【０００６】
流量、圧力、温度などの操作条件のいずれもが、多くの理由によって、燃料プロセッサ運転でのエラー条件を形成し得る。これらのエラー条件のいくつかは、それらが矯正されるまで燃料プロセッサの運転の停止（すなわちシャットダウン）を起因し得る。典型的には、燃料プロセッサは、これらエラー条件に関連する因子の種類を監視し同燃料プロセッサをシャットダウンさせるための制御システムを装備している。燃料プロセッサがシャットダウンすれば、運転員あるいは保全員はシャットダウンの原因を確認し、問題を矯正した後に同プロセッサを再び運転に戻す。
【０００７】
このような状況下では、燃料プロセッサの複雑な設計によりしばしば困難な問題が発生する。燃料プロセッサのシャットダウンは通常はシャットダウンを指示する単一のエラー条件に基づく。この条件が「先出し条件」と呼ばれている。しかしながら、先出し条件は典型的には燃料プロセッサ内を非常な高速で伝播し、他の複数のシャットダウンを指示するエラー条件（シャットダウン・エラー条件）を発生させる。従って、燃料プロセッサがシャットダウンするまでの期間中には非常に多くのシャットダウンを指示するエラー条件が存在する可能性がある。運転員あるいは保全員は、問題を矯正するためには、これらの全てのエラー条件を細心に検討してどれが先出し条件であるのかを決定しなければならない。シャットダウンを指示するエラー条件のどれが先出し条件であるのかの決定プロセスは時間がかかり費用がかさむ可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題の少なくともひとつを解決する、あるいは少なくとも緩和するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
本発明は、燃料プロセッサ内のどの条件がシャットダウンを引き起こしたかを決定するための方法と装置を開示している。一般的には、同装置は複数のシャットダウン開始信号を発生し、各々の信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にどの条件が実際に存在しているのかを指示する。シャットダウン開始信号は予め決められた時間窓内に読み取られる。読み取られた複数のシャットダウン開始信号の少なくともひとつは、対応する最初のシャットダウン条件の発生を指示し、その対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する。また、同装置は色々な面でコントローラおよびプログラム記憶媒体を装備しており、同コントローラは同方法を実施するためにプログラム化された計算装置内で作動し、また同媒体は符号化された命令を記憶し、この命令に従って同方法が実施される。
【００１０】
本発明は各種の変更・代案態様を取ることが可能であるが、ここでは特定の実施態様を添付図面により例示的に詳細に述べている。しかしながら、ここで述べる特定の実施態様は本発明を開示されている特定の様式に制限することを意図していると理解すべきではなく、逆に本発明は特許請求の範囲に規定される本発明の精神と範囲内にある全ての変更・同等・代案発明の全てを含むと理解すべきである。
【００１１】
（発明の詳細な説明）
本発明を説明するための実施態様を以下に記載する。念のために述べると、本明細書は実際の態様の全ての特徴を網羅しているわけではない。言うまでもなく、このような実際の態様のどのようなものでもそれの開発過程で開発者の特定の目的（例えばシステム関連およびビジネス関連の制約−これらは態様毎に変化する−の順守）を達成するために数多くの態様特有の解決策が取られるであろう。更に、このような開発努力は、それが複雑かつ時間がかかるものであろうとも、本発明が属する技術分野における通常の知識を有しここでの開示事項から利益を享受する者にとっては日常業務であろう。
本発明は以下の記載と添付図面の参照により理解されよう。同図面において、類似要素に対しては類似番号を付している。
【００１２】
図１は本発明に従って組み立てられ運転される装置１００の一実施態様を示している。装置１００には燃料プロセッサ１０１、燃料電池１０３および計算装置１０５が設置されている。図示される実施態様においては、燃料電池１０３はプロトン交換膜（ＰＥＭ）型電池であるが、他の形式の電池を用いてもよい。本発明では、燃料電池１０３の作動方法は制限されない。より具体的には、図示される実施態様では燃料プロセッサ１００は以下に述べるいくつかのモジュラ型の物理的サブシステムで構成されている：
・  自己熱改質装置（ＡＴＲ）１０２：燃料プロセッサ１００に供給される燃料を改質して燃料電池１０３のための改質ガスを生成する酸化還元反応を実施する；
・  酸化装置（Ｏｘ）：図示される実施態様では陽極排ガス酸化装置（ＡＴＯ）１０４であり、これは水蒸気、燃料および空気を混合してＡＴＲ１０２に供給されるプロセス原料ガスとしての燃料混合物を形成する；
・  燃料サブシステム１０６：ＡＴＲ１０２に供給されるプロセス原料ガスを形成するために他と混合される投入燃料（図示される実施態様では天然ガス）を酸化装置１０４に供給する；
・  水サブシステム１０８：ＡＴＲ１０２に供給されるプロセス原料ガスを形成するために他と混合される水を酸化装置１０４に供給する；
・  空気サブシステム１１０：ＡＴＲ１０２に供給されるプロセス原料ガスを形成するために他と混合される空気を酸化装置１０４に供給する；および
・  熱サブシステム１１２：ＡＴＲ１０２の運転のために温度を制御する（制御方法は後述）。
ここで、燃料としてどのような炭化水素でも使用可能であることに留意されたい。ＡＴＲ１０２および酸化装置１０４の特定の運転方法は図２Ａおよび図２Ｂに示されている。
【００１３】
図２Ａは酸化装置１０４の特定の運転方法を示している。酸化装置１０４は燃料、水および空気を各々燃料サブシステム１０６、水サブシステム１０８、空気サブシステム１１０およびＡＴＲ１０２から受け取る。これらの原料流ＡＴＯ２、ＡＴＯ４、ＡＴＯ５およびＡＴＯ７は各々配管２１３、２２７、２２３および２４０により供給され、各々の配管には逆止弁２２６が設置されている。改質ガス原料流ＡＴＯ５はＡＴＲ１０２での水分離装置（図示されていない）から供給される。燃料電池１０３の陽極（図示されていない）からの排ガスは水分離器２４８（図２Ｂ）に戻される。同水分離器２４８により電磁弁２０６からのドレン水は分離されてドレン受器２１９（図２Ｂ）に排出され、次いで配管２２９により酸化装置１０４に供給される。燃料、空気および脱水処理を受けた陽極からの戻り流は混合器２５２で混合された後、酸化装置１０４のタンク２５４に貯蔵される。同混合物は電気加熱器２５６により加熱される。
【００１４】
再び図２Ａを参照して、酸化装置１０４の運転方法の説明を続ける。酸化装置１０４は上述したように燃料、水および空気を原料流ＡＴＯ１、ＡＴＯ６およびＡＴＯ３としても各々燃料サブシステム１０６、水サブシステム１０８、空気サブシステム１１０から受け取る。この場合のこれらの原料流は各々配管２１１、２４２および２２５により供給され、各々の配管には逆止弁２２６が設置されている。配管２１１および２４２により供給される空気および燃料は封入されたコイル２５８に導かれ、また配管２２５により供給される水は封入されたコイル２６０に導かれる。コイル２５８および２６０内の原料流はタンク２５４内で加熱された空気／燃料混合物により加熱され、次いで混合器２６２で混合されて原料流ＡＴＲ２となり、配管２６４によりＡＴＲ１０２に供給される。酸化装置１０４からの排ガスは配管２６５により排出口２６３に送られそこから外部に放出される。
【００１５】
図２ＢはＡＴＲ１０２の特定の運転方法を示している。ＡＴＲ１０２はいくつかのステージ２８２ａ〜２８２ｅにより構成され、この中には多くの熱交換器２７８および電気加熱器２５６が設置されている。
熱交換器２７８の各々は熱サブシステム１１２から配管２７０〜２７３により温度が制御された水を受け取り、これを原料流ＴＳ１として配管２７６により戻す。ただし、選択的酸化装置（ＰｒＯｘ）２８６での熱交換器２７８は例外である。このＰｒＯｘ２８６は熱サブシステム１１２から配管２７４により水を受け取り、これを水分離器２４８に戻す。ここで、水分離器２４８からの空気は、図示されている態様では、燃料電池の陽極に供給されることに留意されたい。ＡＴＲ１０２の運転により発生する副生成物は破裂板２８４を経由して酸化装置１０４に戻され、配管２５０により原料流ＡＴＯ７としてＰｒＯｘ２８６に供給される。図示されている態様では、破裂板２８４をも装備している。これは、ＡＴＲ１０２内に過剰圧が発生した場合に作動し、ＡＴＲ１０２に存在する流体を配管２４０により原料流ＡＴＯ７として酸化装置１０４に戻す。
【００１６】
最初に図１に示されていた計算装置１０５の一態様３００を図３Ａおよび３Ｂで説明する。同態様３００はラックマウント型であるが、全ての態様がそうである必要はない。実際、計算装置の態様は本発明の実施にとって重要なことではない。計算装置３００は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ノート型（ラップトップ型）パーソナルコンピュータ、内蔵されたプロセッサ等であってよい。
【００１７】
図３Ａおよび３Ｂに示される計算装置３００には、バスシステム３１５により記憶装置３１０とつながっているプロセッサ３０５が設置されている。記憶装置３１０は、ハードディスクおよび／あるいはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／あるいは取り外し可能な記憶装置（例えば、フロッピィ磁気ディスク３１７「あるいは光学ディスク３２０）が装備されていてもよい。記憶装置３１０には上述のように入手されたデータセットを記憶するデータ構造３２５、運転システム３３０、ユーザ・インターフェイス・ソフトウエア３３５、アプリケーション３６５が符号化されている。ユーザ・インターフェイス・ソフトウエア３３５は、表示装置３４０と共に、ユーザ・インターフェイス３４５を実行する。ユーザ・インターフェイス３４５は、周辺Ｉ／Ｏ機器（例えば、キーパッドあるいはキーボード３５０、マウス３５５もしくはジョイスティック３６０が装備されていてもよい。プロセッサ３０５は運転システム３３０の制御の下で作動する。同システム３３０は本発明が属する技術分野では周知の事実上いかなるシステムであってよい。アプリケーション３６５は、運転システム３３０がスイッチ・オンあるいはリセットされたならば同システムにより作動を開始する（場合によっては、運転システム３３０がスイッチ・オンおよびリセットの両方でアプリケーション３６５が作動を開始する）。図示されている態様では、アプリケーション３６５は本発明のある面を実行するために使用される（このことは、以下により詳細に説明する）。ここで、周辺Ｉ／Ｏ機器は燃料プロセッサ１００を非常時シャットダウンのための遠隔操作スイッチの作動のために使用可能であることに留意されたい。
【００１８】
図１に戻って更に説明を続ける。前述したように、本発明は燃料プロセッサ１０１の運転状態を指示する信号を監視して、シャットダウン条件が発生したか否かを決定し、そのような条件が発生したと決定したならば何が先出しシャットダウン条件であるのかを認定する。一般的には、燃料プロセッサ１０１は通例により複数のシャットダウン開始信号を発生し、各々の信号は複数のシャットダウン条件のどれかに対応すると同時にどの条件が実際に存在しているのかを指示する。シャットダウンにつながるエラー条件（シャットダウン・エラー条件）が発生したならば、計算装置１０５は、予め決められた時間窓内に、複数のシャットダウン開始信号の少なくとも最初のものが対応する最初のシャットダウン条件が発生したことを指示していると認定する。次いで、計算装置１０５は上記の対応する最初のシャットダウン条件が先出し条件であると認定する。
【００１９】
図４は、本発明の一態様における先出し機能ブロック４００と複数のシャットダウン開始信号４０２をブロック図で示している。これらのシャットダウン開始信号４０２はブール信号であり、各々はシャットダウンを開始できるひとつの条件に対応している。これらのシャットダウン開始信号４０２は通常の方法によって発生できる。図示される態様では、３０個のシャットダウン開始信号４０２（Ｓ１〜Ｓ３０）が監視される。理論上は、どのような数のシャットダウン開始信号が監視可能である。従って、本発明は、監視されるシャットダウン開始信号の数によっては制限されない。ただし、本発明が属する技術分野における熟練者なら周知のように、この数に関しては実際上の制限がある。従って、多くの態様においてはこの数は３０を越えない。図示される態様において監視されるシャットダウン開始信号４０２をこれらの定義と共に下記の表１に示している。
【００２０】
0004778891.tif 000002
0004778891.tif 000003
【００２１】
シャットダウン開始信号４０２はほぼ５０ミリ秒毎に走査される。正確な走査時間間隔はプロセッサ速度の関数であるので、本発明はこの時間間隔によっては制限されない。５０ミリ秒の走査時間間隔はプロセッサ３０５（図３Ｂ）の動作速度の関数であり、また各々の走査が実施される予め決められた時間窓をも規定する。従って、図示される態様では、５０ミリ秒の時間窓内で全てのシャットダウン開始信号４０２を５０ミリ秒毎に読み取る。
【００２２】
あるシャットダウン開始信号４０２が走査された際に「オン」の状態になったならば、このことは対応するシャットダウン条件が発生し、同システムはシャットダウンされるべきであることを意味する。先出し機能ブロック４００は、走査期間中に「オン」状態となった各々のシャットダウン開始信号に対応する条件を先出し条件として認定する。ここで、ある種の状況下では、複数のシャットダウン開始信号４０２が同一走査期間内に「オン」状態になり得ることに留意されたい。このような場合には、複数の先出し条件が存在するとしても、これらの「オン」状態のシャットダウン開始信号の内のひとつを先出し条件として認定する。しかし、「オン」状態となった他のシャットダウン開始信号４０２に関する情報も報告・分析のために保存される。複数の先出し条件の認定・報告は、唯一の同条件の認定ほどには望ましくないであろうが、それでもどの条件も認定しないとか３０もの条件を認定することに比べれば望ましいことである。従って、本発明は、唯一の先出し条件の認定に制限されるのではない。しかし、当然のことながら、より動作頻度の高い、従ってより高頻度で走査するプロセッサを採用することが望ましい。
【００２３】
図５は、最初に図４に示された先出し機能ブロック４００を説明している。同ブロック４００は、選択ブロック５００、励起ブロック５０２および選択ブロック５００の出力信号をリセットされるまで保持する複数のラッチ５０６を包含している。選択ブロック５００はシャットダウン開始入力信号を受け取り、走査期間中に「オン」状態に励起されたひとつの（また存在するのであれば複数の）信号を「選択」する。励起ブロックは、「オン」状態のシャットダウン開始信号４０２が検出されたならば、システムがリセットされるまで、選択ブロック５００を作動不能にする。選択ブロック５００および励起ブロック５０２の構造および動作を各々図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃに示している。
【００２４】
図６Ａおよび６Ｂに、最初に図５に示された選択ブロック５００での読み取り論理を示している。図６Ａに示されるシャットダウン開始信号４０２には、図５に示しているように、既に励起ブロック５０２でのＦＯ＿ＮＯＴ＿ＡＣＴＩＶＥ信号が乗ぜられている。複数のシャットダウン開始信号４０２は次いで加算器６０２により加算される。その和は反転され、ＮＯ＿ＳＤ＿ＡＣＴＩＶＥ信号としてＡＮＤゲート５０８に出力され（図５）、いずれかのシャットダウン開始信号４０２がシャットダウン条件の発生を指示しているか否かを示する。その後、比較器６０４は上記和が１を越えているか否か（すなわち、複数のシャットダウン条件が存在するか否か）を指示する。この指示は機能ブロック６０６に入力される。
【００２５】
図６Ｂは、最初に図６Ａに示された機能ブロック６０６での概念的な状態ダイアグラムを示している。状態Ｓ１において、ＳＥＬＥＣＴ（すなわち比較結果）＝０の場合、機能ブロック６０６はシャットダウン開始信号４０２の読み取りを開始する。もし、どのシャットダウン開始信号４０２もシャットダウン・エラー条件の発生を指示していなければ、機能ブロック６０６はＳ７状態となり、出力としてのシャットダウン開始信号４０２を無視する。もし、いずれかのシャットダウン開始信号４０２がシャットダウン・エラー条件の発生を指示していれば、同信号は先出し条件として表示され、他のシャットダウン開始信号４０２は無視される。
【００２６】
先出し条件は素早く伝播してシャットダウンにつながる新たなエラー条件を発生する可能性があるので、複数のシャットダウン開始信号４０２が同一の走査期間中に見つかりシャットダウン・エラー条件を指示する可能性がある。この状態はＳＥＬＥＣＴ＝１（すなわちシャットダウン開始信号４０２の個数＞１）となった場合に指示される。機能ブロック６０６は複数のシャットダウン開始信号４０２全体を読み、どれがシャットダウン・エラー条件を指示しているのかを探す。機能ブロック６０６はＳ２およびＳ３状態にある信号を読み、対応するシャットダウン・エラー条件を指示する最初に発生したシャットダウン開始信号４０２を「先出し条件」と認定する。次いで、機能ブロックはＳ５およびＳ６状態にある信号を読み、残りのシャットダウン開始信号４０２が対応するシャットダウン・エラー条件を指示しているか否かを調べる。これらのシャットダウン開始信号４０２に関する情報は保存されるが、「先出し条件」として表示されるのではない。ここで、当アルゴリズムは本当の先出し条件を検出するとは限らないが、先出し条件として調査すべきシャットダウン・エラー条件の数を減らすであろうことに留意されたい。
【００２７】
図７は、最初に図５に示された励起ブロック５０２の内部論理を示している。「ＯＲ」機能ブロック７０２は複数のラッチ５０６のいずれかが信号値を保持しているか否かを検出し、ＦＯ＿ＮＯＴ＿ＡＣＴＩＶＥ信号を無効化して最後のシャットダウン信号値をリセットされるまで保持する。第二の「ＯＲ」機能ブロック７０４は各々のシャットダウン信号に対して１０進法数値を割り当て、これにより各々に対して異なったテキスト・メッセージを割り当てる。例えば、第二の「ＯＲ」機能ブロック７０４はシャットダウン開始信号Ｓ２に対して「入り口天然ガス圧力が高いことに起因するシステムのシャットダウン」とのテキスト・メッセージを割り当てる。
【００２８】
図５に戻って説明を続ける。各々のシャットダウン開始信号４０２は各々のラッチ５０６に対応している。各々のラッチ５０６は選択ブロック５００からの先出し条件信号を保持するためのＳｅｔ−Ｒｅｓｅｔフリップ・フロップを有している。ラッチ５０６はＯＮ信号をロックする（それが間違って表示され、その後に消える場合でも）。例えば、もしシャットダウン開始信号がＯＮとなりその後ただちにＯＦＦとなる場合を考えてみよう。このようなことは容器内の圧力が急上昇した場合に起こる。この場合、ラッチ５０６が無ければ、選択ブロックは実際の信号が消えた場合にはそれを廃棄し、それのわずか１時間後でも、運転員が読むことが可能な情報が消滅することになる。
【００２９】
さて、図４に戻って説明を更に続ける。同図には、それによって先出し機能ブロックの状態がリセットできる論理４０４をも示している。ひとたび先出し条件が検出されたならば、先出し機能ブロック４００は、それが論理４０４によってリセットされるまで、その状態を維持する。論理４０４は要素４０６および４０８を有しており、これらは各々Ｈｉｔクロッシングおよび伝送遅れを意味している。論理４０４は例えばリセット・スイッチ（図示されていない）から「ＲＥＳＥＴ」信号４１０を受け取る。Ｓ−Ｒフリップ・フロップ４１２はその「ＲＥＳＥＴ」信号を保持し、それの非反転出力により励起ブロック４００に出力する。反転出力は停止器４１４により停止する。
【００３０】
選択ブロック５００の機能は、先出し機能ブロック４００がロックされておらずリセットされるのを待っている場合には、作動可能となる。図示される態様では、その機能は回線５０４により伝送されたＦＯ＿ＮＯＴ＿ＡＣＴＩＶＥ信号を乗ずることにより作動する。ＦＯ＿ＮＯＴ＿ＡＣＴＩＶＥ信号は、励起ブロック５０２によって発生する。同ブロック５０２は、複数のラッチから、各々対応する条件の先出し状態を入力として受け取る。もし、走査期間中に少なくともひとつのシャットダウン開始信号４０２が「ＯＮ」の状態になれば、これは選択ブロック５００により複数のラッチ５０６を経由して励起ブロック５０２に伝播する。すると、同ブロック５０２は、リセット信号４１０（最初に図４に示されている）を受け取るまで作動を停止する。
【００３１】
図４、５、６Ａ、６Ｂおよび７での要素は、「機能ブロック」、「フリップ・フロップ」およびその他の機能回路によって説明されている。これらの要素は、いくつかの実施態様においてはハードウエア内で実行される場合がある。しかしながら、本発明が属する技術分野における本仕様書によって利益を享受する熟練者が認識すると思われるように、このような機能はしばしばハードウエアあるいはソフトウエアによって実行可能である。いずれによって実行するかは、設計上の制約事項、経済上の制約事項、場合によっては設計者の個人的な嗜好によってすら決められるのかもしれない。上で説明された態様においては、コード・エミュレーションによる論理回路操作によって実行される。従って、上で説明された態様において使用される「機能ブロック」あるいは「フリップ・フロップ」といった用語は、例えばこの種のハードウエア要素の機能をエミュレートするアプリケーション３６５（図３Ｂ）でのブロックあるいはコードの一部であることを意味する。しかし、他の態様においては、当初に述べたように、この機能をハードウエア内で実行するかもしれない。
【００３２】
従って、本発明の少なくともいくつか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３Ａおよび３Ｂに示される計算装置）によりソフトウエアを用いて実施される。命令は、例えば記憶装置３１０、フロッピィディスク３１７および／あるいは光学ディスク３２０内に符号化されるかもしれない。従って、本発明はある面においては、本発明の方法を実施するためのプログラム化された計算装置を包含する。また他の面においては、コンピュータが実行された時、本発明の方法が実施される命令が符号化されたプログラム記憶装置も包含する。
【００３３】
従って、本仕様書での詳細な記載事項の一部は、計算システムあるいは計算装置内の記憶装置に内蔵されるデータ・ビットに対する操作の符号化を含むソフトウエア実行プロセスの形で説明されている。ここで記載あるいは説明されている事項は本発明が属する技術分野における熟練者が自身の仕事の内容を他の同一技術分野の熟練者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。このためのプロセスおよび操作には物理量の物理的な処理が必要である。通常は（必ずしも必要ではないが）、これらの物理量は、記憶、伝送、結合、比較、そしてそうでなければ操作が可能な電気的、磁気的あるいは光学的な信号の形を取る。これらの信号をビット、数量、要素、符号、キャラクター、数値等と呼ぶことが時々便利であることが立証されている（主として、通常そのように使用されているとの理由により）。
【００３４】
しかしながら、これらの全ての用語および類似の用語は適切な物理量と関連付ける必要があり、これらの物理量に適用される単なる便利なラベルに過ぎないことを認識しなければならない。特段の記載がない限り、あるいはそうでなくても明らかである限り、本仕様書を通じてこれらの記載事項は、ある種の電子装置の記憶装置内に内蔵されている物理量（電子的、磁気的あるいは光学的な量）を操作し、また記憶装置、伝送装置あるいは表示装置内で同様に物理量として取り扱われている他のデータに変換する電子装置の動作およびプロセスに関連している。この種の記載事項での用語の例として、「処理」、「計算」、「決定」、「表示」等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００３５】
本仕様書内に開示されている実施態様は本発明を説明する目的のみであり、それを限定することを目的としているのではない。なぜならば、本発明が属する技術分野における熟練者であってここでの開示事項から利益を享受する者は、本発明を変更し、または異なってはいるが同等の方法により実施できるからである。更に、本発明は下記の特許請求の範囲において限定した以外は本仕様書内に記載されている製作あるいは設計の詳細に限定することをも目的としているのではない。従って、本仕様書内に記載されている特定の実施態様の変更あるいは修正は可能であり、このような変更は全て本発明の範囲および精神に包含されることは明らかである。それ故、本発明は以下に記載される特許請求の範囲によって保護されるべきであることを主張する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に従って組み立てられ運転される燃料プロセッサの一実施態様を示している。
【図２Ａ】図１に示される燃料プロセッサでの陽極排ガス酸化装置および自己熱改質装置の詳細を示している。
【図２Ｂ】図１に示される燃料プロセッサでの陽極排ガス酸化装置および自己熱改質装置の詳細を示している。
【図３Ａ】本発明の一実施態様の実施に用いることができる計算装置の概念図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施態様の実施に用いることができる計算装置の概念図である。
【図４】本発明の一実施態様の実施に用いられる先出し機能ブロックと複数のシャットダウン開始信号をブロック図で示している。
【図５】最初に図４に示された先出し機能ブロックの内部構造を示しており、同構造は、選択ブロックおよび励起ブロックを包含している。
【図６Ａ】最初に図５に示された選択ブロックでの読み取り論理を示している。
【図６Ｂ】最初に図５に示された選択ブロックでの読み取り論理を示している。
【図７】最初に図５に示された励起ブロックの内部論理を示している。
【図１】
0004778891.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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