(57)【要約】個人用及び商用交通軽車両は、無排出の電気又は燃料電池車両が選択される傾向にある。蓄電池を充電するための電気又は燃料電池を作動せる水素の需要を満たすには、変換装置を用いた現場のエネルギー供給システムにより、従来の交通燃料からオンサイトで電気及び水素を生産するのが最適である。このアプローチは、自動車及びトラックサービスステーション産業の現在のインフラストラクチャーにおける変更を最小限に抑えることができ、更に、電力業界の通常操業を妨害することもない。このオンサイト水素／電気ハイブリッド変換装置は、改質器及び／又は燃料電池である。このシステムの出力は、燃料電池車両の水素燃料需要を満たすためか、電気自動車で使われる蓄電池を充電する電気を供給するためかに従って変更可能である。発電用の高温の固体酸化物燃料電池システムと、水素生産用の統合蒸気改質システムとを利用したオンサイト分散形エネルギー供給システムは、最も望ましいアプローチである。こうしたエネルギー供給システムによれば、ＣＯ２を完全に捕捉して隔離可能とする一方、システム効率を高め、システムの完全な利用を可能とする。ＣＯ２を収集する機能によって、オンサイト設備への無／低排出エネルギー供給の商業化を推進する。
2004534186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素燃料を、後に車両に供給するために水素及び電気の少なくとも一方に転化するためのエネルギー供給ステーションであって、
燃料を受け取るように配置され、前記燃料を処理して二酸化炭素を含有した出力媒体を生成する１つ又は複数の化学変換器と、
前記出力媒体から化学成分を分離する分離段と、
前記分離段と共に流体回路に設けられ、前記二酸化炭素を収集する収集要素と、
前記車両とインターフェース接続する車両インターフェースとを含む、エネルギー供給ステーション。
【請求項２】
水素及び電気を炭化水素燃料から生産するための併産エネルギー供給ステーションであって、
前記炭化水素燃料を受け取るように配置され、前記燃料を処理して二酸化炭素を含んだ出力媒体を生成する複数の化学変換器であって、前記水素及び前記電気も生成する複数の化学変換器と、
化学成分を前記出力媒体から分離する分離段と、
前記分離段と共に流体回路に設けられた、前記水素をその供給に先だって貯蔵するための貯蔵要素とを含む、併産エネルギー供給ステーション。
【請求項３】
前記炭化水素燃料が、天然ガス、石炭ガス、プロパン、ナフサ、ガソリン、ディーゼル燃料、メタノール、及びバイオガスの何れかを含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項４】
前記燃料を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に前処理する燃料処理要素を更に含む、請求項１又２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項５】
液体改質剤を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に加熱し、気化する１つ又は複数の気化器を更に含む、請求項１又２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項６】
前記燃料を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に加熱し、蒸発させる１つ又は複数の蒸発器を更に含む、請求項１又２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項７】
前記気化器が前記ボイラー又は排熱回収装置を含む、請求項５に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項８】
前記気化器と共に流体回路に設けられ、前記気化した改質剤及び前記燃料を受け取るように適合された混合機であって、前記燃料を蒸発させ、前記改質剤を前記燃料と混合するよう適合された混合機を更に含む、請求項５に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項９】
前記気化器及び前記混合機との間に設けた、前記改質剤を前記混合機に導入する前に加熱する二次加熱段を更に含む、請求項８に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１０】
前記化学変換器が改質器を含み、前記出力媒体が水素、水、及び二酸化炭素を含み、前記分離段が、前記出力媒体内の前記水素、水、及び二酸化炭素の少なくとも１つを別々に単離するよう適合されている、請求項１又２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１１】
前記燃料を、前記改質器内部で起こる中間反応の産出物として水素及び一酸化炭素に転換するのに適した改質剤を、前記改質器に供給するための手段を更に含む、請求項１０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１２】
前記改質剤が空気、水、及び蒸気の何れかである、請求項１１に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１３】
改質剤を前記改質器に導入する前に処理する処理段を更に含む、請求項１０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１４】
前記処理段が脱イオン装置又は気化器を含む、請求項１３に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１５】
前記脱イオン装置が、脱イオン樹脂及び逆浸透の何れかを用いて前記改質剤を処理する、請求項１４に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１６】
前記化学変換器が少なくとも１つの改質器を含み、前記出力媒体が水素、水、及び二酸化炭素を含み、前記車両インターフェースが水素を前記車両に供給するよう構成されている、請求項１に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１７】
前記化学変換器が少なくとも１つの燃料電池を含み、前記燃料電池が電気を発生する、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１８】
前記化学変換器が少なくとも１つの燃料電池を含み、前記燃料電池が電気を発生し、前記車両インターフェースが、電気を前記車両と前記ステーションとの間で交換するよう適合されている、請求項１に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項１９】
前記燃料電池が、固体酸化物燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、固体高分子形燃料電池の何れかである、請求項１７に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２０】
電気を発生するための発電機を更に含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２１】
前記発電機が、燃料電池、ガスタービン、内燃機関、及びスターリングエンジンアッセンブリの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２２】
前記発電機が、前記改質器の水素出力を受け取るように配置された燃料電池であって、前記水素を酸化剤の存在下で電気エネルギーに電気化学的に変換する燃料電池を含む、請求項２０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２３】
前記発電機が燃料電池であって、該燃料電池が、固体酸化物燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、固体高分子形燃料電池の何れかである、請求項２０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２４】
前記発電機が、電気を前記車両に供給するため前記車両インターフェースに選択的に結合される、請求項２０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２５】
前記化学変換器が発生した直流電気を交流電流に変換するインバーターを更に含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２６】
前記燃料又は前記出力媒体から硫黄を除去する脱硫ユニットと、
前記出力媒体内の一酸化炭素及び蒸気を二酸化炭素及び水素に転化する低温及び高温シフト反応器のうち少なくとも一方と、
前記出力媒体内に存在する水素を処理する水素処理機と、の内の１つ又は複数を更に含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２７】
前記水素処理機が機械的圧縮機及び電気化学的圧縮機の何れかを含む、請求項２６に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２８】
前記電気化学的圧縮機が、リン酸装置、アルカリ装置、及び固体高分子膜装置の何れかを含む、請求項２７に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項２９】
前記化学変換器の前記出力媒体が蒸気を含み、前記分離段が前記出力媒体からの前記蒸気を凝結させて、前記出力媒体から水素及び二酸化炭素を分離可能な手段を含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３０】
前記分離段が水素を前記出力媒体から分離する、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３１】
前記分離段が、ＣＯ２の物理吸着、吸着、低温蒸留、高圧液化、膜、酵素、及び分子ふるい式分離技法の何れかによって、前記出力媒体から前記水素を単離する、請求項３０に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３２】
前記分離段が、液体又は固体水素化合物を生成して、そこから水素を単離する１つ又は複数の手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を冷却して、そこから水素を分離する手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を加圧して、そこから水素を分離する手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を薄膜フィルタにかけて、そこから水素を分離する手段との内の１つ又は複数を含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３３】
前記分離段により前記出力媒体から分離された前記水素を貯蔵するための貯蔵ユニットを更に含む、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３４】
前記水素を、圧縮ガスの状態、固体状態、水性状態、又は冷却状態で前記貯蔵ユニット内に貯蔵するための手段を更に含む、請求項３３に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３５】
前記水素を、選択した触媒の存在下で水素を放出する化合物ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、及びＬｉＢＨ４のうち少なくとも一つとして、水性状態で前記貯蔵ユニット内に貯蔵するための手段を更に含む、請求項３４に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３６】
１つの蒸気改質器および１つの高温燃料電池を含む２つ以上の化学変換器を更に含み、それぞれの能力は、付加的燃焼加熱を必要とせずに前記燃料電池及び改質器の熱エネルギーのマッチング特性により決定され、前記改質器は吸熱改質反応を行い、前記燃料電池は発熱反応を行い、前記改質器は、前記燃料電池の化学的マッチング必要性よりも大きな能力を備えており、従って、前記改質器が生成した余剰改質燃料を水素生成のために利用可能とする、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３７】
複数の化学変換器を更に含み、該化学変換器が、前記燃料を水素に改質する改質器と、電気を発生する燃料電池とを含み、電気エネルギーと水素エネルギーの併産比を約２：１とする、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３８】
複数の化学変換器を更に含み、該化学変換器が、前記燃料を水素に改質する改質器と、電気を発生する燃料電池とを含み、前記ステーションは、前記改質器でより少量の水素を生成して併産効率を低下させる第１状態で動作させるか、或いは前記燃料電池でより少量の電気を発生し、従って、前記改質器の改質処理を維持してＣＯ２排出レベルを低く維持するには、燃焼プロセスから熱エネルギーを必要とする第２状態で動作可能な、請求項１又は２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項３９】
前記二酸化炭素を処分する前に前記出力媒体内に収集するための収集ユニットを更に含む、請求項２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項４０】
前記貯蔵要素が、ポリマーで裏打ちした複合材料製の貯蔵タンクを含む、請求項２に記載のエネルギー供給ステーション。
【請求項４１】
ステーション内で、炭化水素燃料から水素及び電気を併産するための方法であって、
前記燃料を処理して二酸化炭素を備えた出力媒体を形成することにより、複数の化学変換器を用いて水素及び電気を併産する段階と、
前記出力媒体から化合物を分離する段階と、
供給前に前記水素を貯蔵する段階とを含んだ方法。
【請求項４２】
前記炭化水素燃料が、天然ガス、石炭ガス、プロパン、ナフサ、ガソリン、ディーゼル燃料、メタノール、及びバイオガスの何れかを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記燃料を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に前処理する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
液体改質剤を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に加熱及び気化する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記燃料を、前記化学変換器の少なくとも１つに導入する前に加熱及び蒸発させる段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
液体改質剤を、前記化学変換器に導入する前に気化する段階を更に含み、前記気化器が蒸気ボイラー又は排熱回収装置を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
改質剤を気化し、前記燃料と混合する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
前記改質剤を気化し、前記燃料と混合するための混合機を提供する段階と、前記改質剤を前記混合機に導入前に加熱する段階とを更に含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記化学変換器の１つ又は複数が改質器であり、そこで生成された前記出力媒体が水素、水、及び二酸化炭素を含み、前記分離する段階が、前記出力媒体内の前記水素、水、及び二酸化炭素の少なくとも１つを別々に単離する段階を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５０】
前記化学変換器の１つ又は複数が改質器であり、前記燃料を、前記改質器内部で起こる中間反応の産出物として水素及び一酸化炭素に転換するための改質剤を、前記改質器に供給する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５１】
前記改質剤が空気、水、及び蒸気の何れかである、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記改質剤を、改質段を備えた前記改質器に導入する前に処理する段階を更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記処理段が脱イオン装置又は気化器を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記脱イオン装置が、脱イオン樹脂及び逆浸透の何れかを用いて前記改質剤を処理する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記化学変換器が少なくとも１つの改質器を含み、前記出力媒体が水素、水、及び二酸化炭素を含み、車両インターフェースを介して水素を車両に供給する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５６】
前記化学変換器が少なくとも１つの燃料電池を含み、該燃料電池が電気を発生する、請求項４１又は４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記車両と前記ステーションとの間で電気を交換するよう適合された車両インターフェースを提供する段階を更に含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記燃料電池が、固体酸化物燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、固体高分子形燃料電池の何れかである、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
電気を発生する発電機を提供する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６０】
前記発電機が、燃料電池、ガスタービン、内燃機関、及びスターリングエンジンアッセンブリの少なくとも１つを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記発電機が、前記改質器の水素出力を受け取るように配置された燃料電池であって、前記水素を酸化剤の存在下で電気エネルギーに電気化学的に変換する燃料電池を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記発電機が燃料電池であって、該燃料電池が、固体酸化物燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、固体高分子形燃料電池の何れかである、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記発電機が、電気を車両に供給するため車両インターフェースに選択的に結合される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記化学変換器が発生した直流電気を交流電流に変換する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６５】
前記燃料又は前記出力媒体から硫黄を除去する脱硫ユニットと、
前記出力媒体内の一酸化炭素及び蒸気を二酸化炭素及び水素に転化する低温及び高温シフト反応器のうち少なくとも一方と、
前記出力媒体内に存在する水素を処理する水素処理機と、の内の１つ又は複数を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６６】
前記水素処理機が機械的圧縮機及び電気化学的圧縮機の何れかを含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記電気化学的圧縮機が、リン酸装置、アルカリ装置、及び固体高分子膜装置の何れかを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記化学変換器の前記出力媒体が蒸気を含み、前記の分離する段階が、前記出力媒体からの前記蒸気を凝結させて、前記出力媒体から水素及び二酸化炭素を分離可能とする段階を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６９】
前記の分離する段階が、前記出力媒体から水素を分離する段階を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項７０】
ＣＯ２の物理吸着、吸着、低温蒸留、高圧液化、膜、酵素、及び分子ふるい式分離技法の何れかによって、前記出力媒体から前記水素を単離する段階を更に含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記の分離する段階が分離段を用いて実行され、該分離段が、液体又は固体水素化合物を生成して、そこから水素を単離する１つ又は複数の手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を冷却して、そこから水素を分離する手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を加圧して、そこから水素を分離する手段と、前記化学変換器の前記出力媒体を薄膜フィルタにかけて、そこから水素を分離する手段との内の１つ又は複数を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項７２】
前記出力媒体から分離された水素を貯蔵する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項７３】
前記出力媒体から分離された前記水素を、圧縮ガスの状態、固体状態、水性状態、又は冷却状態で貯蔵ユニット内に貯蔵する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項７４】
前記水素を、選択した触媒の存在下で水素を放出する化合物ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、及びＬｉＢＨ４のうち少なくとも一つとして、水性状態で前記貯蔵ユニット内に貯蔵する段階を更に含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記化学変換器が１つの蒸気改質器および１つの高温燃料電池を含み、前記燃料電池及び前記改質器の能力を、付加的燃焼加熱を必要とせずに前記燃料電池及び改質器の熱エネルギーのマッチング特性により決定する段階を更に含み、前記改質器が吸熱改質反応を行い、前記燃料電池が発熱反応を行い、前記改質器は、前記燃料電池の化学的マッチング必要性よりも大きな能力を備えており、従って、前記改質器が生成した余剰改質燃料を水素生成のために利用可能とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項７６】
前記化学変換器が前記燃料を水素に改質する改質器と、電気を発生する燃料電池とを含み、電気エネルギーと水素エネルギーの併産比が約２：１である、請求項４１に記載の方法。
【請求項７７】
前記化学変換器が、前記燃料を水素に改質する改質器と、前記ステーション内に配置された電気を発生する燃料電池とを含み、前記ステーションは、前記改質器でより少量の水素を生成して併産効率を低下させる第１状態で動作させるか、或いは前記燃料電池でより少量の電気を発生し、従って、前記改質器の改質処理を維持してＣＯ２排出レベルを低く維持するには、燃焼プロセスから熱エネルギーを必要とする第２状態で動作可能な、請求項４１に記載の方法。
【請求項７８】
前記二酸化炭素を処分する前に収集する段階を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項７９】
前記の貯蔵する段階が、水素をポリマーで裏打ちした複合材料製の貯蔵タンクに貯蔵する段階を含む、請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエネルギー供給システムに関し、より詳細には、水素及び／又は電気を生産し、それらを例えば車両などのユーザに供給するためのエネルギー供給ステーションを利用するエネルギー供給システムに関する。
【０００２】
エネルギー供給ステーションは公知であり存在する。従来型エネルギー供給ステーションとしては、炭化水素燃料又は水素などの消耗燃料を提供するよう構成可能な独立型ステーションがある。或いは、このステーションを発電用に構成することもできる。こうした種類のステーションの一つの欠点は、燃料供給か発電かという単一目的のサービスしか提供しないことである。更に、こうしたステーションは、燃料及び電気の供給連鎖（原語：supplychain）において、環境に排出される放出物の全般的な量を減少させることはない。
【０００３】
更に、内燃機関並びにオンサイト及び集中発電所などの、従来の燃焼に基づくエネルギーシステム及びステーションに関する環境及び政治的懸念によって、代替的でクリーン（例えばグリーン）なエネルギーシステムへの関心が増大している。従って、本発明の分野では、比較的クリーンな高性能のエネルギー供給ステーションに対する必要性が存在する。具体的には、１つ又は複数種類の化学変換器を用いた改良型低排出ステーションは、この産業において大きな発展となるはずである。更に、水素燃料及び／又は電気を車両などのユーザに供給可能な低排出エネルギー供給ステーションは、この産業において大きな進歩となるはずである。
【発明の開示】
【０００４】
本発明のステーションはハイブリッド改質器／燃料電池システムを用いて、既存の電力インフラストラクチャーに負担を掛けることなく、既存の交通燃料インフラストラクチャーを使った無／低排出サービスステーションを作り出す。本発明のステーションは、同時に、温暖化放出物からＣＯ２成分を除去するか、大幅に低減する環境バランスを維持する。ガソリン、ディーゼル燃料、天然ガス、メタノール、又はバイオガスなどの伝統的な交通燃料は水素及び電気に転化されて、燃料電池車両、蓄電池式車両、又はこうした車両のハイブリッドタイプなどの無排気又は低排出車両で使用される。このステーションで発生された余剰電力は、オンサイト若しくは近傍で利用するか、又は送電線網に供給できる。
【０００５】
このハイブリッド改質器／燃料電池システムは、水素及び電気を供給するツーインワン・システムでよく、或いは、電気及び水素の一方を提供するように構成することもできる。このツーインワン・システム構成は、改質器サブシステムと燃料電池サブシステムとの間で主要な構成要素を共有させることが可能であり、ベース負荷運転において多様なエネルギーサービスを提供できるので、有利である。これにより、システムの運転効率及び費用効果が向上し、融通性がもたらされる。このシステムの大きな魅力は、その資本及び運用経済性を向上させるだけでなく、ＳＯｘ，ＮＯｘ、又はＣＯ２を排出しないという環境的利点である。
【０００６】
このバイブリッドシステムは化学変換器を利用できる。化学変換器は改質器として動作させることができる。蒸気改質器として動作させる場合は、吸熱性蒸気改質反応のための熱エネルギーは、放射及び／又は対流により外部熱源から提供される。水素、一酸化炭素、及び蒸気の分子種からのシフト反応は、水素、二酸化炭素、及び蒸気からなる流動を生成する。この蒸気を結露させることで、純粋な水素をシフト反応流から抽出でき、更に二酸化炭素を収集して隔離できる。上述の処理は、無／低排出を達成しつつエネルギーを生産するステーションを用いることで、地球温暖化問題に対処するものである。
【０００７】
この化学変換器を部分酸化又はオートサーマル改質器として動作させる場合は、天然ガスの一部が燃焼触媒及び改質触媒の存在下で酸化される。この改質器は、水素、二酸化炭素、蒸気、及び窒素の混合物を発生する。ＣＯ２の単離及び収集は、燃焼加熱に必要な空気に由来する希釈窒素の存在により容易ではない。
【０００８】
この化学変換器は、燃料電池としても動作させることができる。燃料電池として動作させる場合は、電気エネルギーが、水素又は天然ガスのような燃料の供給により発生される。高温燃料電池を用いる場合は、燃料流は、空気からの窒素で希釈することなくＣＯ２及び蒸気に転化される。凝結により蒸気を分離すると、二酸化炭素は容易に収集、単離、又は分離して、隔離（原語：sequestration）できる。
【０００９】
本発明は、蒸気改質器と高温燃料電池との組合せを利用して無排出ステーションを構成するが、改質器及び燃料電池それぞれの能力は両者の熱エネルギーのマッチングにより決定され、改質反応は吸熱性で、燃料電池反応は発熱性である。結果的に、改質器は、燃料電池の化学的マッチング必要性よりも大きな能力を備えることになる。従って、余剰改質燃料が他のステーション構成要素に利用可能となるか、車両に供給可能となる。蒸気改質器と高温燃料電池の運転をこうして組合せることで、ＣＯ２の捕捉も容易となる。
【００１０】
更に、本発明は、システム動作効率及びシステム全体の融通性を向上させるように構成した化学変換器に関する。この化学変換器は、この変換器が発生した高温排気ガスを収集する収容器内に設けてもよく、収集した排気ガスはガスタービンのような熱電併給ボトミングプラントに後に供給できる。このボトミング装置は変換器が発生した廃熱からエネルギーを抽出して、システムのエネルギー効率を向上させる。ボトミング装置は、例えば、暖房・換気・冷却（ＨＶＡＣ）システムを含むこともできる。
【００１１】
本発明はクリーンなエネルギー生産に対する今日の必要性に取り組む一方、低排出又は無排出車両で使用するエネルギー生産の必要性に取り組むものであり、こうした車両は、蓄電池、水素燃料電池、又はそれらの組合せから動力を得る。本発明がなされる前は、遠隔地にある中央生産施設で、又、既存の自動車又はトラックサービスステーションにおいてオンサイトで改質処理によって水素を生成することは可能であった。水素は、水素燃料電池式の車両などの低排出又は無排出車両により燃料として使用可能である。水素生成は、送電線網の電力を用いて電解によっても実行できる。送電線網の電力を使って電気車両の蓄電池を充電することもできる。これには相当な費用を要し、電力インフラストラクチャーに負担を掛ける。更に、水素を生成するための従来のシステムは、望ましくないＣＯ２排気を発生する。ＣＯ２温暖化ガスを燃料生産及び発電所で排出し続ければ、低排出又は無排出車両の使用から達成される利点が失われてしまう。上述の費用及びそれに対応した排出は、無／低排出車両の使用から得られる省力にとって逆効果である。
【００１２】
蒸気改質、部分酸化改質、又はオートサーマル改質を含んだ従来の改質処理では、天然ガスの一部が、吸熱改質処理用の熱を提供するため熱源によって利用される空気などの燃焼ガスの存在下で酸化される。大気に放出された排気は、常に、二酸化炭素、蒸気、及び窒素の混合物からなる。この二酸化炭素は窒素から容易には分離できないので、その隔離を行うのは経済的ではない。これは、石炭、天然ガス、又は石油を用いる現在の従来型発電所に当てはまる。
【００１３】
本発明は、炭化水素燃料を後に車両などのユーザに供給される水素及び／又は電気に転化するためのエネルギー供給ステーションを提供することで、上述の目的及び利点を達成する。このステーションは、上記燃料を処理して二酸化炭素を含有した出力媒体を生成する化学変換器と、上記出力媒体から化学成分を分離する分離段（原語：separationstage）と、上記二酸化炭素を収集するために上記分離段と共に流体回路に設けられた収集要素と、上記車両とインターフェース接続する車両インターフェースとを含む。上記車両インターフェースは、上記車両と上記ステーションとの間での電気及び／又は水素の交換を可能とする。上記ステーションは、水素を他の設備に、又は電力を送電線網に供給するよう構成することもできる。
【００１４】
一局面によれば、上記エネルギー供給ステーションは、上記燃料を上記化学変換器に導入する前に前処理する燃料処理要素を含む。上記システムは、液体改質剤を上記化学変換器に導入する前に加熱し且つ気化する気化器、及び／又は上記燃料を上記化学変換器に導入する前に加熱し且つ蒸発させる蒸発器を更に含んでもよい。上記気化器は蒸気ボイラー又は廃熱回収装置を含んでもよい。
【００１５】
別の局面によれば、前記エネルギー供給システムは、上記改質剤を気化し、上記燃料を蒸発させ、且つ／又は上記燃料と上記改質剤を混合する混合機を含むことができる。
【００１６】
別の局面では、上記エネルギー供給システムは、上記気化器及び上記混合機との間に設けた、上記改質剤を上記混合機に導入する前に加熱する二次加熱段を更に含んでもよい。
【００１７】
更に別の局面によれば、上記化学変換器は、改質剤の存在下で燃料を改質する改質器であって、水素、水、及び一酸化炭素を含有する出力媒体を生成する改質器を含むことができる。上記改質器は、上記燃料を、水素と内部で起こる中間反応の産出物として一酸化炭素とに転換する。上記改質剤には空気、水、又は上記が含まれる。上記分離段は、この構成では、上記出力媒体内の水素、水、及び二酸化炭素を別々に単離するように適合可能である。
【００１８】
更に別の局面によれば、上記エネルギー供給ステーションは、改質剤を上記改質器に導入する前に処理する処理段を更に含む。上記処理段は脱イオン装置又は気化器を含むことができる。上記脱イオン装置は、脱イオン樹脂を用いて又は逆浸透技法によって上記改質剤を処理する。
【００１９】
更に別の局面によれば、上記化学変換器が改質器の場合は、上記車両インターフェースは、水素を上記車両に供給するように構成できる。上記化学変換器が燃料電池である場合は、上記車両インターフェースは、電気を上記車両に供給するように構成できる。
【００２０】
更に別の局面によれば、上記エネルギー供給ステーションは、発電機（燃料電池又はガスタービンアッセンブリを含むことができる）を含むこともできる。上記発電機は、電気を上記車両に供給するため前記車両インターフェースに選択的に結合可能である。
【００２１】
更に別の局面によれば、上記ステーションは、上記入力燃料又は出力媒体から硫黄を除去する脱硫ユニット、上記出力媒体内の一酸化炭素及び蒸気を二酸化炭素及び水素に転化する低温及び／若しくは高温シフト反応器、並びに／又は上記出力媒体内に存在する水素を処理する水素処理機を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、ＣＯ２、ＳＯｘ、ＮＯｘの排出を無くすか大幅に低減させつつ、主に水素及び／又は電気を発生して、その後に無排出車両（ＺＥＶ）に供給するか或いは無排出車両で利用するように適合された、無／低排出エネルギー供給ステーション（ＺＥＳ）を提供する。このアプローチは、既存のエネルギー産業インフラストラクチャーを殆ど或いは全く変更することなく利用する。供給ステーション３０２は、図１及び２のエネルギーシステム３００に関連付けられた１つ又は複数の構成要素を含むように適合可能である。
【００２３】
図１は、本発明の教示に従った環境に優しい（例えば低排出性の）エネルギー供給システム３００を示す。本明細書では、無排出又は低排出という用語は、そこで発生又は消費される炭化水素燃料の炭素含有量の５０％以下、より好適には２５％未満、最も好適には０％近く又は０％の炭素（ＣＯ、ＣＯ２、及びＣｘＨｙ化学種を含む）を排出する供給ステーションを意図する。図示したシステム３００は、無／低排出車両３０４及び無／低排出エネルギー供給ステーション３０２を含む。このステーションは、任意所望の電力又は水素発生能力又は定格を備えた任意の大きさのステーションでよい。本明細書で使用する場合、「車両」という用語は、自動車、トラック、バス、列車、船舶、飛行機、宇宙船、運搬装置などを含むがそれらに限定されないあらゆる交通手段及び方式を指す。好適な一実施例では、図示した車両は、水素を消費する燃料電池及び／又は充電式電池を用いる燃料電池式車両である。本発明と共に使用するのに適した車両の例は、米国特許第５，８５８，５６８号及び米国特許第５，３３２，６３０号に開示されており、それら特許の内容はここに引用して援用する。具体的には、米国特許第５，８５８，５６８号は、外部ステーションに結合可能な可動式燃料電池動力システムを開示している。運搬装置は、水素又は電気を貯蔵又は運搬するよう構成された任意の装置でよい。図示した車両３０４は、車両アクセスパネル３０６を含むことができる。アクセスパネル３０６により、無／低排出エネルギー供給ステーション３０２は、車両３０４と直接的にインターフェース接続可能である。
【００２４】
図示したエネルギー供給ステーション３０２は様々な構成要素を含むことができる。一実施形態では、このステーションは、車両アクセスパネル３０６と連通するよう適合されたステーション車両インターフェース３０８を含む。この車両インターフェースは、水素及び／又は電気を車両に供給するため、ステーションによる車両へのインターフェース接続を許容、可能、又は容易にする任意の機械的、電気的、電気化学的、又は化学的構成要素でよい。車両インターフェース３０８は、随意の電力計３１０及び／又は随意の燃料計３１２と随意に通信可能である。図示した燃料計３１２は、ステーション３０２と車両３０４内の燃料タンクとの間で交換される燃料量を計量する。図示した電力計３１０は、ステーションと車両３０４との間で交換される電気を計量する。代替実施形態によれば、ステーション３０２により発生される電気は、蓄電池３１５を充電するため、オンサイト使用などのステーションでの使用のため、若しくは隣接する住宅又は商用施設での使用のため、又は、電力計３１０若しくは他の適切な構造体を介して当該地域の送電線網に供給することもできる。
【００２５】
図示したクリーンなエネルギー供給ステーション３０２は、電力計３１０と通信した発電機３１４を更に含むことができる。この発電機は、動力又は電力を発生するのに適した任意の装置を含むことができ、例としては、燃料電池、ガスタービン、蒸気タービン、ＩＣ発電機、ボトミング装置などを含むことができる。本明細書では、ボトミング装置という用語は、動力、電気、排気、又は熱エネルギーを他のステーション構成要素から受け取るために結合された任意適切な構造体を含むことを意図する。この発電機は発電目的で構成されており、発電した電気は車両インターフェース３０８を介して車両３０４に供給される。更に、ステーション３０２は、ステーション内で発電された電気を変換するためのインバーター３２７を含むこともできる。例えば、化学変換器が燃料電池の場合は、インバーターは、この電池により発電した直流電気を交流電気に変換できる。
【００２６】
エネルギー供給ステーション３０２は、更に化学変換器３１６を含む。化学変換器３１６は、改質器又は燃料電池か、両方の機能を備えた複合変換器を用いるハイブリッドシステムかの何れかでよい。この化学変換器は分離段３１８と流体連通しており、分離段３１８は二酸化炭素収集ユニット３２０に流体連通している。この収集ユニットは、二酸化炭素を収集及び／又は貯蔵するのに適した任意の機器又は装置でよい。分離段３１８は、化学変換器３１６又は他のシステム構成要素によって発生された出力媒体から１つ又は複数の成分を除去するよう適合されている。図示した化学変換器は、システム起動及び定常運転時の熱制御用の熱制御装置３２５に熱連通するように設けることもできる。化学変換器は、その機能に従って水、空気、又は燃料を受け取るように配置できる。上記熱制御装置は、燃料又は空気源と流体連通している。
【００２７】
一実施例によれば、図示した化学変換器３１６は燃料改質器でよい。この改質器は、炭化水素燃料及び水、空気、蒸気、酸素、又は二酸化炭素のような改質剤３２４を受け取るように適合されている。通常の技能を備えた当業者なら、こうした水は蒸気として改質器に供給可能なことは理解するはずである。改質器は触媒材料を用いて、炭化水素燃料の、より単純な反応種への改質を促進する。例えば、この炭化水素燃料は、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＯ、及びＣＯ２の混合物を含んだ出力媒体に触媒的に改質できる。図示した改質器は、改質剤の存在下でこの燃料を改質して、比較的純粋な燃料ストックを生産する。図示したエネルギー供給システム３００で使用するのに適した改質器の例は、米国特許第５，８５８，３１４号に開示されており、その特許の内容はここに引用して援用する。一実施例によれば、プレート式のコンパクトな改質器を本システムに用いることができるが、通常の技能を備えた当業者であれば、従来型の反応体ベッド及び円筒状改質器を含んだ他の種類の改質器も利用可能なことは理解するはずである。改質処理に必要な熱は、炭化水素燃料のような燃料の部分酸化により内部的に供給することもでき、或いは、熱制御装置３２５、燃料電池、熱を発生する他の装置などにより熱源から外部的に供給できる。こうした熱は、放射、伝導、又は対流によって改質器に供給可能である。
【００２８】
図示した熱制御装置３２５は、化学変換器３１６の温度又はシステム３００の他の構成要素の温度を制御、調整、又は調節するために、化学変換器３１６とインターフェース接続する任意選択した構造体を含むことができる。通常の技能を備えた当業者であれば、熱制御装置３２５は、例えば始動時には加熱装置として動作可能であり、定常運転時には、ヒートシンク又は冷却装置として動作可能なことは理解するはずである。適切な加熱装置の例は、米国特許第５，３３８，６２２号に記載されており、その特許の内容はここに引用して援用する。
【００２９】
この改質器を好適な動作モードである蒸気改質器として運転している場合は、この改質器は、炭化水素燃料及び蒸気を含有した反応ガス混合物を受け取る。この吸熱性蒸気改質反応のための熱エネルギーは、放射及び／又は対流により外部から提供される。これにより、この加熱媒体とは別に燃料流中に水素が生成する。上記の分離段は、水、水素、及び二酸化炭素を出力媒体から別々に除去、分離、又は単離するように適合した１つ又は複数の段を含むことができる。蒸気を改質器の出力媒体から凝結法などにより除去又は分離した後で、水素も分離段３１８により流動から抽出し、残った二酸化炭素を二酸化炭素収集ユニット３２０に収集し、隔離し、或いは貯蔵できる。改質器により生成された出力改質燃料（すなわち水素）は、車両インターフェース３０８を介して車両３０４に供給できる。或いは、この水素は、ステーション３０２内の燃料貯蔵ユニット３２２に貯蔵できる。燃料貯蔵ユニット３２２は任意適切な貯蔵要素としてよく、金属若しくはガラス繊維製としてもよく、又は米国所在のクワンタムテクノロジーズ社（原語：QuantumTechnologies, Inc.）のタイプＩＶトライシールド（原語：TypeIV TriShield）貯蔵タンクのようなポリマーで裏打ちした複合材料から作製してもよい。
【００３０】
上述の蒸気改質を行う場合は、空気は燃料と混合されていないので、除去が困難な窒素副産物は変換器の出力媒体に存在しない。これは、部分酸化又はオートサーマル改質式改質器（天然ガスの一部が燃焼及び改質触媒の存在下で酸化される）とは正反対である。従って、この改質器は、水素、二酸化炭素、蒸気、及び窒素の混合物を産出する。
【００３１】
通常の技能を備えた当業者であれば、脱イオン又は気化ユニットのような処理ユニットを設けて、改質剤３２４を化学変換器３１６に導入する前に前処理してもよいことは理解するはずである。改質剤処理機の種類は、使用する改質剤の種類、又は化学変換器３１６の種類及び／若しくは構成に従って選択できる。改質剤が水であれば、この処理機は、脱イオン樹脂装置又は逆浸透装置を用いて改質剤を処理できる。
【００３２】
図示した分離段３１８は、化学変換器３１６によって発生された出力媒体から１つ又は複数の選択した成分を分離又は除去するよう適合又は構成されている。一実施例によれば、分離段は１つ又は複数の成分を除去して、二酸化炭素を出力媒体中に残存させるように適合されている。残存した二酸化炭素は、次に捕捉して二酸化炭素収集ユニット３２０内に収集できる。通常の技能を備えた当業者であれば、この二酸化炭素は化学変換器の排気から直接除去するか、水素などの１つ又は複数の他の排気成分を除去した上で排気中に残存させておいてもよいことは容易に理解するはずである。
【００３３】
分離段３１８は、化学変換器の出力媒体から１つ又は複数の成分を分離するよう適合又は構成された任意適切な段でよい。この分離段は、水素又は二酸化炭素を出力媒体から分離するように構成されている。分離段は、多数の技法に従って水素又は二酸化炭素を出力媒体から分離するように構成可能であり、これら技法は、化学又は物理吸収、吸着、低温蒸留、高圧液化、膜、酵素、及び分子ふるい式分離技法を含むがそれらに限定されない。一例としては、Ｃ２Ｏ及びＨ２ＯをＨ＋及びＨＣＯ３−に転換する水性環境で行う酵素処理技法がある。重炭酸塩（ＨＣＯ３−）は、管理処分に適した環境に安全な化学種である。
【００３４】
化学変換器３１６が改質器として機能する際は、改質した燃料は、燃料貯蔵ユニット３２２又は車両３０４内の貯蔵ユニットに貯蔵できる。これら貯蔵ユニットは、水素の貯蔵又は運搬に適した適切な貯蔵媒体を含むことができる。この貯蔵媒体は、水素を容器内での運搬態様又は容器内での水素の状態を参照することもできる。この水素は、圧縮ガスの状態（Ｈ２）、固体状態（例えば金属水素化物）、水性状態（例えば、ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、及びＬｉＢＨ４を含む液体水素化物）、又は液体又は冷却状態（例えば液体水素）で貯蔵又は運搬できる。水素の水性貯蔵又は運搬は、ＮａＢＯ２を４Ｈ２と反応させてＮａＢＨ４及び２Ｈ２Ｏを生成するような任意適切な化学反応を用いることができる。水素は、任意適切な既知触媒の存在下で逆方向に放出される。水溶液は水素の貯蔵には特に適した形状であり、それは既存のガソリン貯蔵庫及び運搬車両が使用できるからである。
【００３５】
又、エネルギー供給ステーション３０２は、脱硫ユニット、水素シフト反応器、水素ポリッシャ、又は水素を圧縮するための水素圧縮機などの燃料又は改質燃料の状態を付加的に調節する装置を含むこともできる。この圧縮機は、機械的圧縮機でも、リン酸、アルカリ、又は固体高分子膜装置のような電気化学圧縮機でもよい。
【００３６】
動作において、ハイブリッドエネルギー供給ステーション３０２は、車両３０４に供給できる水素及び／又は電気を発生する。化学変換器が改質器の場合は、このステーションは、空気、水、又はそれら両方のような改質剤と燃料改質剤とを改質器に供給する手段を含む。改質器出力媒体は、概して水素に富んだガスを含む。次に、出力媒体は分離段を通過させて、水素又はＣＯ２のような１つ又は複数の成分を分離できる。この水素は、次に車両インターフェース３０８を介して無排出又は低排出車両３０４に移しかえ可能である。燃料計３１２は、車両３０４に供給される燃料の量を測定できる。水素燃料も発電機３１４に供給でき、すると発電機は電気及び排気を生成する。この電気は車両インターフェース３０８を介して車両３０４に供給できる。
【００３７】
化学変換器３１６は、燃料電池のような電気化学装置としても動作可能である。燃料電池として動作させる際は、この装置は、燃料及び酸化剤を消費して電気エネルギー及び高温の出力媒体を生成する。固体酸化物形燃料電池を用いる場合は、燃料流の出力媒体は、窒素で希釈することなく二酸化炭素及び蒸気を含む。出力媒体から凝結法などにより分離段３１８により蒸気を除去すると、残った二酸化炭素を収集して、収集ユニット３２０に貯蔵できる。更に、この高温の出力媒体は発電機に搬送することもでき、すると発電機は付加的に発電を行う。この電気はインターフェース３０６及び／又は３０８を介して車両３０４に供給できる。本明細書では、燃料電池という用語には、米国特許第５，５０１，７８１号及び４，８５３，１００号（これらの内容はここに引用して援用する）に記載されたプレート式燃料電池、又は長方形、正方形、若しくは管状の燃料電池のような任意適切な燃料電池を含むことを意図する。この燃料電池は、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸形燃料電池、アルカリ形燃料電池、及び固体高分子形燃料電池の何れかでよく、固体酸化物燃料電池が好ましい。
【００３８】
別の実施例によれば、この化学変換器は、この変換器が発生した高温排気ガスを収集する収容器内に設けてもよく、そうすれば収集した排気ガスは、ガスタービンのような発電機又はボトミングプラントに後に供給できる。化学変換器３１６を封入するよう適合した適切な容器は、米国特許第５，５０１，７８１号に開示されており、その特許の内容はここに引用して援用する。このボトミング装置は、変換器が発生した廃熱からエネルギーを抽出して、システムのエネルギー効率を向上させる。ボトミング装置は、例えば、暖房・換気・冷却（ＨＶＡＣ）システムを含むこともできる。
【００３９】
通常の技能を備えた当業者であれば、任意適切な数の化学変換器、熱制御装置、発電機、及び分離段を使用可能なことは容易に理解するはずである。好適な実施形態によれば、ステーション３０２は、水素及び電気を発生するため１つ又は複数の燃料電池及び１つ又は複数の改質器を含む。
【００４０】
本発明の大きな利点は、このエネルギー供給ステーションがハイブリッドモードで動作可能であり、従って水素及び電気を生成して、無排出又は低排出車両３０４に供給できる点である。一実施例によれば、改質器は、燃料電池で必要とされるより多くの改質燃料を生成する。従って、余剰の改質燃料が水素生産に利用できる。
【００４１】
本発明のエネルギー供給ステーション３０２の別の利点は、無排出又は低排出電気又は燃料電池車両の利用を容易にし、或いはそれを推進する点である。本発明のステーション３０２は、従来の交通燃料をオンサイトで変換することで、電気及び水素を車両３０４に供給できる。こうしたアプローチによって、このステーションは、送電線網、燃料供給トラック、及びパイプラインのような現在のインフラストラクチャーを利用或いはそれらにインターフェース接続できる。更に、ステーション３０２のオンサイト分散形エネルギー供給システムは、一局面では、発電用の高温燃料電池システム及び水素生産用の蒸気改質システムを利用する。これらシステムは高いシステム効率と、高いシステム利用度と、二酸化炭素の比較的容易な隔離とを提供するので好ましいアプローチである。二酸化炭素の隔離を単純化することで、このステーションは、無／低排出設備の構成及び使用を促進する。
【００４２】
図２は、本発明の教示による、反応体及び出力媒体の処理の流れを示すブロック図である。図中では、類似の参照番号を類似の構成要素を示すために用いる。図示したシステムすなわちステーション３０２は、上記システムの特定構成要素の動作及び相互関係を例示することを意図しているに過ぎない。複数の異なる段及び構成要素を用いることが示されているが、このシステムは、任意選択した数の構成要素及びそれらの構成を具備できる。図示した構成は例示に過ぎず、限定的な意味に解釈することを意図したものではない。上述した段及び構成要素の説明は繰り返す必要はない。図示したように、このシステムは、燃料電池１１２及び改質器１１０という２つの化学変換器を利用する。
【００４３】
水のような改質剤８８を処理段９２に導入し、その後、気化器９４に移入する。この気化器は水を加熱して蒸気に変え、この蒸気は混合機１７６に搬送される。気化器は蒸気ボイラー又は廃熱回収装置でよい。代替的な随意の実施形態では、二次過熱機を気化器９４と混合機１７６との間に配置して、気化器を出るガス状改質剤が混合機１７６に導入される前に、この改質剤を更に加熱できる。燃料を処理段９６に導入し、その後、混合機１７６に移入する。混合機１７６は、改質剤と燃料を改質器１１０に導入する前に混合する。更に、液体燃料が用いられており且つ蒸気がこの処理の熱源であれば、混合機は蒸発器としても機能する。蒸発器は燃料を加熱し、蒸発させる。改質器１１０は、改質剤及び触媒の存在下で燃料を改質して、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、及びＳの少なくとも１つを含んだ出力媒体を生成するのが好ましい。出力媒体の水素及び／又は他の成分は、燃料電池１１２に導入できる。この燃料電池は、酸化剤の存在下で改質燃料を電気に転化する一方、同時に主にＨ２Ｏ及びＣＯ２からなる出力媒体又は排気を生産する。燃料電池の出力媒体７５は、ガスタービン７４又はＨＶＡＣユニットなどのボトミング装置に移送可能な高温媒体でもよい。このボトミングプラントは、他の場所又はユーザに搬送可能な窒素などの排気及び電気を発生できる。反対に、このボトミングプラントは、空気のような入力媒体を受け取って、燃料電池に導入される出力流を生産できる。出力流はボトミングプラントで圧縮した媒体か、燃料電池で処理するのに適した出力放出物でよい。燃料電池で発生された電気は、この電池から取り出して、任意所望の用途で使用できる。例えば、この電気はオンサイトで或いは現場付近で使用したり、通常の電力用途のため送電線網に送ったりでき、又、電気車両３０４で使用されている種類の蓄電池４０４を充電するのに使用可能である。
【００４４】
改質器１１０の出力媒体は、次に、第２処理段４０６に搬送できる。処理段４０６は、燃料を処理又は調節するための任意適切な段でよく、例としては脱硫ユニットが含まれる。こうした脱硫ユニットはＺｎＯを用いて、硫黄を出力媒体から吸収すなわち除去できる。次に、処理した出力媒体は追加処理段４１２に導入でき、この追加処理段は、ＣＯをＨ２Ｏの存在下でＣＯ２と混ざり合ったＨ２に転化する高温シフト反応器及び低温シフト反応器を含むことができる。高温シフト反応器は、出力媒体と化学反応するＦｅ２Ｏ３／Ｃｒ２Ｏ３の反応ベッドを含み、低温シフト反応器は、出力媒体と化学反応するＣｕＯ／ＺｎＯの反応ベッドを含む。処理段階で適正な温度が確実に得られるように、熱交換器は適切な位置に設ける。
【００４５】
システム３００は、水を出力媒体から除去するための水分離段を更に含む。水は、例えば既知の凝結技法を用いて除去可能である。
【００４６】
すると、この無／低排出ハイブリッド電気供給ステーションは、Ｈ２及びＣＯ２を含み、これらは分離段に導入できる。例えば、図１の分離段３１８はＣＯ２又はＨ２を出力媒体から分離する。一実施例では、分離段は、上述の当該分野で既知の技法の何れかに従って出力媒体から水素を分離する。高水素濃度ガスと共に出力媒体中に残ったＣＯ２は、外部の望ましくないＮ２で希釈する？ことなく、容易に隔離し収集ユニット３２０に貯蔵できる。ＣＯ２は環境に放出又は排出されないので、これは無／低排出ステーションを構成することになる。蒸気補助改質及び高温燃料電池からの廃熱を用いる上述の技法は、ＣＯ２の単離を容易に可能にする。燃料電子運転の残りの酸化性流における無害の化学種であるＮ２は、ガスタービン又はＨＶＡＣ段のようなボトミング装置を介して送られ、周囲環境に別々に排出される。
【００４７】
本発明の無排出システムは、上述の蒸気改質器と高温燃料電池との組合せを利用するが、それぞれの能力は両者の熱エネルギーのマッチングにより決定されるので、改質反応は吸熱性で、燃料電池反応は発熱性である。結果的に、改質器は燃料電池の化学的マッチング必要性よりも大きな能力を備えている。従って、余剰改質燃料が水素製造に利用可能となる。蒸気改質器と高温燃料電池との運転を組合せることで、ＣＯ２を完全に捕捉できる。更に、本発明のシステムは、付加的な燃焼加熱を用いずに全システムエネルギー収支を達成する。この環境に優しいシステムにおける電気エネルギーと水素燃料エネルギーとの併産（原語：co-production）の比率は、約２：１である。システム３００は、約４５％の電気効率及び約２５％の化学生産率を備えるので、約７０％のシステム併産効率が得られる。これは、このステーションにおいて電気車両の蓄電池を充電するのに必要な電気を提供し、このステーションの動作用の電気を供給し、周囲にある商用電気に関する要求を満たし、このステーションで燃料再補給する燃料電池車両に水素を供給することも可能である。このシステムは、より少量の水素改質製品を生成する設計外条件でも動作させることができ、この場合は、最適効率には満たないシステムとなる。一方、ステーション３０２の設計外条件を使って一定量の発電を行い（改質処理を維持するには徐々に燃焼量を増加させる必要がある）、ＣＯ２の排出を比較的低いレベルに抑えることができる。
【００４８】
システム３００には、ＳＯｘ排出を制御するため硫黄除去装置を設けることができ、電気化学的原理に基づいて１０００℃未満で動作する燃料電池段を含むように構成し、更に処理におけるＮＯｘの発生を除去できる。
【００４９】
本発明のエネルギー供給ステーション３０２の大きな付加的利点は、付加的な燃料及び空気燃焼構成要素を必要とせずに全システムエネルギー収支を達成する点である。このステーションは改質器システムと燃料電池システムとの両方の構成要素を共有可能であり、ベース負荷運転において多様なエネルギーサービスを提供できる。このシステムの魅力は、経済的なステーション構成における、例えば無排出のような環境的な利点をもたらすことである。
【００５０】
化学変換器の出力媒体から分離された水素は、図２の段４１６により処理及び／又は貯蔵することもできる。捕捉した水素は、現場又は現場以外の場所での消費に供することができる。例えば、こうした水素は、水素タンクを供えた燃料電池車両に供給でき、或いは付加的な動力及び電気を発生するためにオンサイト発電機３１４に利用させてもよい。
【００５１】
図３は本発明の教示によるステーション３０２の別の実施形態を図示したもので、内部のエネルギー及び流体の流れを示す。図中では、類似の参照番号を類似の部材を示すために用いる。複数の異なる段及び構成要素を用いることが示されているが、このステーションは任意選択した数の構成要素及びそれらの構成を具備できる。図示した構成は例示に過ぎず、限定的な意味に解釈することを意図したものではない。上述した段及び構成要素の説明は繰り返す必要はない。図示したステーション３０２は、改質剤及び触媒の存在下で入力燃料を、水素に富んだ出力媒体に改質するために配置された蒸気改質器を含んだ、高効率併産システムの例である。改質燃料の一部は燃料電池１１２に導入可能で、この燃料は空気のような酸化性反応体と電気化学的に反応して、出力排気及び電気４２８を生成する。改質器は、燃料電池からの廃熱を処理熱４２２として利用して、改質反応を実行する。水素に富んだ出力媒体４２４の残余部分は他の目的で利用できる。
【００５２】
図示した燃料電池１１２は、随意のガスタービンアッセンブリ７４に導入可能な出力排気を生成し、ガスタービンアッセンブリはこの排気を回転エネルギーに変換する。 このガスタービンは電気４２８及び排気流を発生し、次に、排気流は排熱回収装置（ＨＲＳＧ）４２０などのボイラーに導入される。ＨＲＳＧに導入されるタービン排気は、通過する際に水のような入力流体４３０を蒸気４２６に変える。ＨＲＳＧにより生成されて得られた蒸気４２６は、入力燃料を改質するために改質器１１０が利用できる。
【００５３】
図示したステーション３０２は燃料電池、改質器、及び随意のタービンを用いて、約４５％の電気効率と２５％の化学効率を供えたエネルギー効率が高い動力ステーションを形成し、結果的に約７０％の電気／化学併産効率が得られる。図３に示したように、この統合燃料電池／改質器システムは、高温燃料電池からの廃熱を十分に利用して、改質器に改質反応のための処理熱４２２及び処理蒸気４２６を提供することで性能が向上している。
【００５４】
本明細書では、水素という用語は水素に富んだ流体又はガスを含むことを意図し、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、未処理又は未改質燃料のような任意数の他の種類の流体、ガス、又はガス種を含んでもよい。
【００５５】
従って、本発明は、これまでの記載から明らかな目的に含まれる、既に記載した目的を効果的に達成することが分かるはずである。上記の構成に対して幾つかの変更例が、本発明の範囲を逸脱することなく可能であるから、この説明に含まれ、又添付の図面に示された全ては、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００５６】
更に、以下の特許請求の範囲は、ここに説明された本発明の一般的、具体的特徴を網羅するものであり、また本発明の範囲に関する全ての言明をも網羅する。
【００５７】
本発明を説明してきたが、新規なものと主張し特許証による確保を望むものは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
本発明の上記及びその他の目的、特徴、及び利点は、次の詳細な説明及び添付の図面から明らかとなるはずである。また、図面の中の類似した参照記号は、これら複数図面を通して同一部材を示す。これら図面は本発明の原理を説明したものである。
【図１】本発明の教示に従った無排出又は低排出エネルギー供給ステーションの概略図である。
【図２】低排出エネルギー供給ステーションにおける反応体及び排気の処理の流れを示すブロック図である。
【図３】本発明の低排出エネルギー供給ステーションにおける流体及びエネルギーの流れを示すブロック図である。
【図１】
2004534186.tif 000003
【図２】
2004534186.tif 000004
【図３】
2004534186.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004534186.tif 000006
2004534186.tif 000007
2004534186.tif 000008
2004534186.tif 000009
2004534186.tif 000010
2004534186.tif 000011
2004534186.tif 000012
2004534186.tif 000013
2004534186.tif 000014
2004534186.tif 000015
2004534186.tif 000016
2004534186.tif 000017
2004534186.tif 000018
2004534186.tif 000019
2004534186.tif 000020
2004534186.tif 000021
2004534186.tif 000022
2004534186.tif 000023
2004534186.tif 000024
2004534186.tif 000025
2004534186.tif 000026
2004534186.tif 000027
2004534186.tif 000028
2004534186.tif 000029
2004534186.tif 000030
2004534186.tif 000031
2004534186.tif 000032
2004534186.tif 000033
2004534186.tif 000034
2004534186.tif 000035
2004534186.tif 000036
【国際調査報告】
2004534186.tif 000037
2004534186.tif 000038
2004534186.tif 000039