(57)【要約】      （修正有）【課題】乗物に燃料を供給する装置、さらには、車両のような乗物のための水素を生成したり、家や建物のための電気や熱を生成するエネルギーステーションを提供する。【解決手段】エネルギーステーション１０は、生成部１２と、分離して遠隔に配置された供給部１４とを備える。第１態様において、生成部１２は、燃料流から改質物を生成する改質器２０と、改質物を貯蔵する貯蔵部５２とを有する筐体で構成される。供給部１４は、生成部からの改質物を供給するための筐体で構成される。生成部は第１の場所に配置され、供給部は第１の場所から離れた第２の場所に配置される。例えば、生成部は建物外に配置され、供給部はガレージ内に配置される。また、電気化学セルを有する生成部が開示されている。この電気化学セルは、建物に電気を供給するための燃料セルとして、又は改質物を精製するための水素ポンプとして動作する。【選択図】図２
2007126351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流から改質物を生成する改質器、及び該改質物を貯蔵する貯蔵部を有する筐体で構成される生成部と、
前記生成部からの改質物を供給するための筐体で構成される供給部とを備え、
前記生成部は第１の場所に配置され、前記供給部は該第１の場所から離れた第２の場所に配置されることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部の筐体は第１の高さを有し、前記供給部の筐体は、該第１の高さよりも大きい第２の高さを有することを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項３】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、圧縮された改質物を前記貯蔵部に供給するための、圧縮機と水素ポンプのうち少なくとも１つをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項４】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、改質物を圧縮するための第１の圧縮機と水素ポンプのうち少なくとも１つ、該圧縮機からの改質物を精製する精製器、及び圧縮された精製改質物を前記貯蔵部に供給する高圧圧縮機をさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項５】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部と前記供給部のうち少なくとも１つは、該生成部と該供給部を制御するコントローラをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項６】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、車両に改質物を供給した後に前記供給部からの改質物を逃がすためのベントをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項７】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記供給部は、改質物を車両に供給するためのノズルを備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項８】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、建物へ熱を供給するための熱交換器をさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項９】
請求項１記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、改質物から電気を生成するための燃料セルをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１０】
請求項９記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、前記貯蔵部に貯蔵された改質物を前記燃料セルに供給するためのバルブをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１１】
請求項９記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部と前記供給部のうち少なくとも１つは、前記改質器、前記燃料セル及び該供給部を制御するコントローラをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１２】
請求項９記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、前記燃料セルから建物へ電気を供給するためのインバータをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１３】
建物のためのエネルギーステーションであって、
燃料流から改質物を生成する改質器、該改質物を圧縮するための第１の圧縮機と水素ポンプのうち少なくとも１つ、該圧縮機からの改質物を精製する精製器、該精製器からの精製改質物を圧縮する高圧圧縮機、該高圧圧縮機からの改質物を貯蔵する貯蔵部、建物へ熱を供給するための熱交換器、改質物と精製改質物のうち少なくとも１つから電気を生成するための燃料セル、及び該燃料セルから建物へ電気を供給するためのインバータを有する筐体で構成される生成部と、
前記生成部からの前記改質物と精製改質物のうち少なくとも１つを供給するための筐体とノズルで構成される供給部とを備え、
前記生成部と前記供給部のうち少なくとも１つは、該生成部と該供給部を制御するコントローラをさらに備え、
前記生成部は第１の場所に配置され、前記供給部は該第１の場所から離れた第２の場所に配置されることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１４】
請求項１３記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部の筐体は第１の高さを有し、前記供給部の筐体は、該第１の高さよりも大きい第２の高さを有することを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１５】
建物のためのエネルギーステーションであって、
燃料流から改質物を生成する改質器、電気を生成すると共に改質物を精製するための電気化学セル、及び該電気化学セルからの精製改質物を貯蔵する貯蔵部とを有する筐体で構成される生成部と、
生成部からの改質物と精製改質物のうち少なくとも１つを供給するための筐体で構成される供給部と、
前記電気化学セルが電気を生成するための燃料セルとして動作するように、建物から該電気化学セルへの電気的負荷を制御すると共に、該電気化学セルが改質器からの改質物を精製するための水素ポンプとして動作するように、該電気化学セルへの電位を制御するコントローラとを備え、
前記生成部は第１の場所に配置され、前記供給部は該第１の場所から離れた第２の場所に配置されることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１６】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部の筐体は第１の高さを有し、前記供給部の筐体は、該第１の高さよりも大きい第２の高さを有することを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１７】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、圧縮された精製改質物を前記貯蔵部に供給するための圧縮機をさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１８】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、改質物を圧縮する第１の圧縮機と、該圧縮機からの改質物を精製する精製器と、圧縮された精製改質物を前記貯蔵部に供給するための高圧圧縮機とをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項１９】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、車両に改質物を供給した後に前記供給部からの改質物を逃がすためのベントをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２０】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記供給部は、改質物を車両に供給するためのノズルを備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２１】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、建物へ熱を供給するための熱交換器をさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２２】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、前記貯蔵部に貯蔵された改質物と精製改質物のうち少なくとも１つを前記電気化学セルに供給するためのバルブをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２３】
請求項１５記載のエネルギーステーションにおいて、
前記生成部は、前記電気化学セルから建物へ電気を供給するためのインバータをさらに備えることを特徴とするエネルギーステーション。
【請求項２４】
車両のための水素を生成する方法であって、
水素を生成する生成部と水素を供給する供給部とを有する請求項１記載のエネルギーステーションを用意すること、
前記生成部を建物外で第１の場所に配置すること、
車両と関わる前記供給部を前記第１の場所から離れた第２の場所に配置することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、
前記第１の場所は建物の一側部又は背後にあることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２４記載の方法において、
前記第２の場所は屋内であることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の方法において、
前記生成部から建物へ熱を供給することをさらに備える方法。
【請求項２８】
車両のための改質物と水素のうち少なくとも１つと、建物のためのエネルギーとを生成する方法であって、
水素及び電気を生成する生成部と水素を供給する供給部とを有する、請求項１３記載のエネルギーステーションを用意すること、
前記生成部を建物外で第１の場所に配置すること、
車両と関わる前記供給部を前記第１の場所から離れた第２の場所に配置することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法において、
前記第１の場所は建物の一側部又は背後にあることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２８記載の方法において、
前記第２の場所は屋内にあることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２８記載の方法において、
前記生成部から建物へ熱を供給することをさらに備える方法。
【請求項３２】
車両のための改質物と水素のうち少なくとも１つと、建物のためのエネルギーを生成する方法であって、
水素及び電気を生成する生成部と水素を供給する供給部とを有する、請求項１５記載のエネルギーステーションを用意すること、
前記生成部を建物外で第１の場所に配置すること、
車両に関わる前記供給部を前記第１の場所と離れた第２の場所に配置することを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、
前記第１の場所は建物の一側部又は背後にあることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、
前記第２の場所は屋内にあることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３２記載の方法において、
前記生成部から建物へ熱を供給することをさらに備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗物に燃料を供給する装置全般に関し、さらには、車両のような乗物のための水素を生成したり、家や建物のための電気や熱を生成するエネルギーステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、排出物がゼロの燃料として重要である。近年、水素の燃料としての使用を支援するために、水素燃料の基盤（インフラストラクチャー）システムの開発が、より重要なものとなっている。
【０００３】
水素燃料の基盤システムの重要な部分は、水素の生成である。一般に、２つの方法が水素の生成に用いられる。１つの水素生成方法は、電気エネルギーを用いて水分子を水素と酸素に分解する電解工程を含むものである。もう１つの水素生成方法は、改質工程、すなわち、天然ガス又はプロパンのような炭化水素燃料を水素リッチなガスに変換する工程を含むものである。いずれの方法においても、水素はしばしば精製及び／又は圧縮されて、後述の用途のために貯蔵される。水素リッチなガスの水素の精製及び／又は圧縮のためには、電気化学的な水素ポンプが用いられる。
【０００４】
水素燃料と電力との同時生成を特徴とする産業的な水素エネルギーステーションが、ネバダ州のラスベガスにおいて、ラスベガス・フリート・トランスポーテーション・サービスセンターで稼動された。そのステーションは、水素と圧縮天然ガス（又は圧縮水素）との両方を車両に供給した。そのステーションは、改質器、燃料セル、貯蔵タンク及びガスポンプのそれぞれについて、分離した独立型の装置を備えていた。他の水素燃料の補給システムやエネルギー供給ネットワークは、下記特許文献１及び２に開示されている。
【特許文献１】米国特許第６４３２２８３号公報
【特許文献２】米国特許第６７４５１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両のための水素を生成したり家や建物のための電気や熱を生成するエネルギーステーションにおいては、さらなる改良が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１態様において、生成部及び供給部を備えるエネルギーステーションを提供する。生成部は、燃料流から改質物を生成する改質器、及び改質物を貯蔵する貯蔵部を有する筐体で構成される。供給部は、生成部からの改質物を供給するための筐体で構成される。生成部は第１の場所に配置され、供給部は第１の場所から離れた第２の場所に配置される。
【０００７】
本発明は、第２の態様において、生成部及び供給部を備える建物のためのエネルギーステーションを提供する。生成部は、燃料流から改質物を生成する改質器、改質物を圧縮する第１の圧縮機、圧縮機からの改質物を精製する精製器、精製器からの精製改質物を圧縮する高圧圧縮機、高圧圧縮機からの改質物を貯蔵する貯蔵部、建物へ熱を供給するための熱交換器、改質物と精製改質物のうち少なくとも１つから電気を生成する燃料セル、及び燃料セルから建物へ電気を供給するためのインバータを有する筐体で構成される。供給部は、生成部からの改質物と精製改質物のうち少なくとも１つを供給するための筐体とノズルとで構成される。生成部と供給部のうち少なくとも１つは、該生成部と該供給部を制御するコントローラを備える。生成部は第１の場所に配置され、供給部は第１の場所と離れた第２の場所に配置される。
【０００８】
本発明は、第３の態様において、生成部及び供給部を備える建物のためのエネルギーステーションを提供する。生成部は、燃料流から改質物を生成する改質器、電気を生成すると共に改質物を精製する電気化学セル、及び電気化学セルからの精製改質物を貯蔵する貯蔵部を有する筐体を備える。供給部は、生成部からの改質物と精製改質物のうち少なくとも１つを供給するための筐体を備える。コントローラは、電気化学セルが電気を生成する燃料セルとして動作するように、建物から電気化学セルへの電気的負荷を制御すると共に、電気化学セルが改質器からの改質物を精製する水素ポンプとして動作するように、電気化学セルへの電位を制御する。生成部は第１の場所に配置され、供給部は第１の場所と離れた第２の場所に配置される。
【０００９】
本発明は、第４の態様において、車両のための水素を生成する方法を提供する。この方法は、上述のような、水素を生成する生成部と水素を供給する供給部とを有するエネルギーステーションを用意すること、生成部を建物外で第１の場所に配置すること、車両に関わる供給部を第１の場所と離れた第２の場所に配置することを含む。また、この方法は、水素から電気を生成し、建物へ電気を供給するための生成部を用意することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態であるエネルギーステーション１０を例示する。このエネルギーステーション１０は、筐体１３を有する生成部１２と、筐体１５を有する分離した供給部１４とを備えている。エネルギーステーション１０は、車両用の燃料（例えば、改質物又は水素ガス）を生成し、家や建物のための電気を生成し、家や建物で用いる水や空気を暖める（又は吸着式冷却装置を介して冷やす）ための熱を生成するために使用可能である。
【００１１】
以下に記述するように、生成部１２と供給部１４とは分離して構成されており、供給部１４は生成部１２から離れて配置されているので、生成部と供給部とが同じ場所に配置されている場合に生じる多くの問題が克服される。例えば、本発明は生成部より小さい供給部を提供する。したがって、供給部が家や建物のガレージの近くに設置されるとき、供給部による視覚的な圧迫感がずっと小さいものとなる。生成部は、たいてい供給部より大きく、家や建物の一側部や背後のような目立たない場所に設置される。生成部は、しばしば空調装置や他の外部装置に用いられるような場所に設置される。
【００１２】
また、供給部は燃料を貯蔵しないように構成される。したがって、適用される法定基準や公定基準は、供給部を家や建物のガレージ内部のような建物内に設置することを許容し得る。貯蔵ユニットは、ガレージ外部に配置される生成部に内蔵される。
【００１３】
さらに、例えばベントを介してエネルギーステーションから排出される、可燃性の混合ガスを含む排気は、生成部の設置場所で排出される。生成部は、家や建物の一側部や背後のような異なる場所に設置されるので、供給部が車両と接触する場所に配置されることを認めても法定基準や公定基準が満たされる。例えば、生成部は建物の扉や窓から離れて設置されるので、水素ガスのような燃料が建物に入ることが抑制される。
【００１４】
また、供給部は、例えば典型的な大人が使用できる高さのような、高い外形を有するように設計される。分離した生成部は、より低い高さや外形を有するように形成されるので、圧迫感のある構造とはならず、窓や視界を遮らない。
【００１５】
図２は、生成部１２を含むエネルギーステーション１０全体を示す。この生成部１２は、一般に、天然ガス、メタン、メタノール等の炭化水素、又は他の燃料（例えば、燃料会社から供給される）を水素リッチなガス流に変換するための、触媒部分酸化（Catalytic Partial Oxidation，ＣＰＯ）による改質器や、水蒸気改質器や、自己熱改質器といった改質器２０と、電気を生成するための燃料セル３０と、改質物を圧縮する第１の圧縮機４０（例えば、ピストン圧縮、ダイアフラム圧縮機、スクロール圧縮機、又は他の方式の圧縮機）と、不純物を除去するための洗浄用デバイス又は精製器４２（例えば、圧力振動吸収器、拡散膜精製器、熱振動吸収器、電気化学的な水素ポンプ、又は他の方式の精製器）と、改質物を貯蔵する水素貯蔵部５０と、家や建物を暖める（又は吸着式冷却装置を介して冷やす）ために使用される熱を燃料セルから移動するための熱交換器６０と、コントローラ７０とを有する。これらの種々の構成要素は、流体の搬送に適した導管により接続されている。
【００１６】
コントローラ７０は、インバータ３５を介して家や建物への給電の流れを制御するための１又は複数の機械的なスイッチを備えると共に、自動化されてマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えている。コントローラは、貯蔵部の上又は中に貯蔵部内の改質物の高さ又は量を決定するために設けられたセンサ５２からの信号を受け取るように、貯蔵部に動作可能に接続されている。また、コントローラは、供給部や車両への水素ガスの供給後の、供給部への導管の内部を減圧するように、ベント５４を制御する。また、コントローラは、燃料セル、改質器、圧縮機、及び熱交換器に動作可能に接続されている。コントローラはこれらの種々の構成要素やセンサに１又は複数の線、又は好適な無線を用いて接続されて、動作可能に連結されている。また、このコントローラは、「エネルギー供給ネットワーク（Energy Distribution Network）」に関する米国特許６７４５１０５号及び「水素燃料補給システム（Hydrogen Fuel Replenishment Systems）」に関する米国特許第６４３２２８３号に開示されたコントローラの特徴を適切に用いている。以下、これらの特許の全体的な主内容を引用して説明する。
【００１７】
供給部１４は、ユーザインタフェース又は入力／出力デバイス９０と、（図１に最も良く示された）ノズル又はコネクタのようなディスペンサ９５とを備えている。入力／出力デバイス９０は、（図１に最も良く示された）タッチスクリーンディスプレイを備えている。１又は複数のワイヤ又はケーブルと好適なパイプが、供給部１４を生成部１２のコントローラ７０に動作可能に接続している。
【００１８】
また、燃料セル７０は、貯蔵部５０に貯蔵された改質物により燃料が供給され、コントローラ７０によりバルブ２２を介して制御される。
【００１９】
図３は、本発明における燃料セル７０の一実施形態を示す。燃料セル７０は、改質物等の水素を含む燃料の供給、空気等の酸素の供給から電気を生成する。燃料セル７０は、アノード分離板又は分離部７２と、カソード分離板又は分離部７４とを備えている。アノード分離板又は分離部７２は、燃料の供給を受け取るアノード入口に装着されており、燃料の供給を分配するための流量チャンネル７３を有する。また、カソード分離板又は分離部７４は、酸素の供給を受け取るカソード入口に装着されており、酸素の供給を分配するための流量チャンネル７５を有する。また、燃料セル７０は、アノード分離板７２とカソード分離板７４とを挟んで設けられた、プロトン伝導性電気化学セルを備えている。
【００２０】
プロトン伝導性電気化学セルは、アノード分離板７２に隣接して配置されたアノードのガス拡散層７６及びアノード電極７７と、カソード分離板７４に隣接して配置されたカソードガス拡散層７８と及びカソード電極７９と、アノード電極７７とカソード電極７９との間に配置されたプロトン伝導媒体８０とを備えている。
【００２１】
また、アノード電極は、プラチナ又はプラチナ−ルテニウム合金触媒層から構成される。プロトン伝導媒体は、NAFION（登録商標）共重合フルオロスルホン酸（perfluorosulfonic acid）高分子膜（米国のE. I. DuPont de Nemours and Co.社から提供されている）のようなプロトン交換膜（ＰＥＭ）を備えている。
【００２２】
燃料セルが駆動されるとき、アノード側に燃料が供給され、カソード側に酸素が供給されると共に、両電極に負荷が印加される。水素は、燃料流から多孔質の水素透過性アノード電極へ移動し、ここで水素ガスはプロトン（Ｈ＋）と電子を形成する。そして、プロトンはプロトン伝導媒体を通って移動し、非多孔質の水素透過性カソード電極を通って伝導される。プロトンは酸素及び電子と結合して水を形成する。アノード側の不純物及び／又は不純物の生成物（例えば、一酸化炭素、窒素等）は、すぐにアノード出口から排出される。
【００２３】
燃料セルは、１つのプロトン伝導性電気化学セルを備えるように図示されているが、当業者には認識されるように、本発明による燃料セルは、電気を生成するための複数又は多重構造のプロトン伝導性電気化学セルを備えてもよい。
【００２４】
図４は、他の実施形態であるエネルギーステーション１００を示す。このエネルギーステーション１００は、次の点を除いて、図１のエネルギーステーション１０と同様である。すなわち、コントローラ１７０が、生成部１１２ではなく供給部１１４に配置されて、生成部の種々の構成要素に動作可能に接続されている。かかる供給部とコントローラは、ガレージや他の建造物の内部に設置される。
【００２５】
図５は、本発明のさらに別の実施形態であるエネルギーステーション２００を示す。このエネルギーステーション２００は、電気を生成するための燃料セルモード、又は水素を精製及び／又は圧縮するための水素ポンプモードで駆動される、電気化学セル又はスタックを備えている。電気を生成するための燃料セルと、水素を精製及び／又は圧縮するための水素ポンプといった、２つの分離したデバイスを備える場合に対して、図示した構成によれば、２つの分離したデバイスを備える場合に比べてコストや必要なスペースを削減することができる。
【００２６】
エネルギーステーション２００は生成部２１２を備えている。この生成部２１２は、一般に、天然ガス、メタン、メタノール等炭化水素、又は他の燃料を水素リッチなガス流に変換するための、触媒部分酸化（Catalytic Partial Oxidation，ＣＰＯ）による改質器や、水蒸気改質器や、自己熱改質器といった改質器２２０と、燃料セル又はスタック２３０（後述の、水素リッチなガス流を精製するための水素ポンプや、電気を生成するための燃料セルのような）と、改質物を圧縮する圧縮機２４０と、精製された水素ガスや改質物を貯蔵する水素貯蔵部２５０と、家や建物を暖める（又は吸着式冷却装置を介して冷やす）ために使用される熱を、燃料セルから移動するための熱交換器２６０と、コントローラ２７０とを備えている。コントローラ２７０は、家や建物への給電の流れを制御するための、１又は複数の機械的なスイッチとインバータ３５を備えると共に、自動化されてマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えている。
【００２７】
コントローラは、貯蔵部の上又は中に貯蔵部内の改質物や水素の高さ又は量を決定するために設けられたセンサ２５２からの信号を受け取るように、貯蔵部に動作可能に接続されている。また、コントローラは、供給部や車両への改質物や水素ガスの搬送後の、供給部への導管の内部を減圧するために、ベント２５４を制御する。コントローラ２７０とバルブ２５６は、スタック２３０からの圧縮された精製水素ガスや、改質器２２０からの改質物による貯蔵部２５０の充填を動作可能に制御する。さらに、コントローラ２７０とバルブ２６５とバルブ２５８は、貯蔵部２５０に貯蔵された改質物又は水素を許容して、電気を生成するためにスタック２３０に燃料供給するように使用される。また、コントローラは、燃料セル、改質器、圧縮機、及び熱交換器に動作可能に接続されている。
【００２８】
供給部２１４は、ユーザインタフェース又は入力／出力デバイスと、ノズルのようなディスペンサとを備えている。入力／出力デバイスは、タッチスクリーンディスプレイを備えている。１又は複数のワイヤ又はケーブルや好適なパイプが、供給部２１４を生成部２１２のコントローラ２７０に動作可能に接続している。
【００２９】
スタック２３０は、一般に、少なくとも１つの電気化学セル（例えば、図３に示したような）を備えている。この電気化学セルは、例えば改質物又は精製水素ガス等の燃料を受け取るアノード入口３２２と、燃料を排出するアノード出口３２４と、空気等の酸素を受け取るカソード入口３２６と、空気等の酸素や精製水素を排出するためのカソード出口３２８とを備えている。さらに、電気化学セルは、電気的負荷又は電位をスタック２３０に印加するための第１の電気コネクタ３３２と第２の電気コネクタ３３４とを備えている。
【００３０】
第１のバルブ３４６は、カソード入口３２６に装着されており、スタック２３０への酸素を制御する。第２のバルブ３４８は、例えば三分岐弁であり、カソード出口３２８に装着されて、スタック２３０から排出された酸素を第１の方向へ排出するか、又は精製水素を第１の方向と異なる第２の方向へ排出する。
【００３１】
コントローラ２７０は、第１の電気コネクタ３３２及び第２の電気コネクタ３３４に装着され、電気的負荷をスタック２３０へ印加して電気を生成するか、又は電位をスタック２３０へ印加して水素を精製する。コントローラ２７０は、電気的負荷をスタック２３０に印加するための出力端子３６２と３６４とを備えている。また、コントローラ２７０は、電位をスタック２３０に印加するための入力端子３７２と３７４とを備えている。コントローラ２７０は、１又は複数の機械的スイッチを備えているか、又は自動化されてマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを備えている。
【００３２】
図６は、エネルギーステーション２００の生成部２１２のうちの、精製水素の供給を生成する動作に係る構成を示す。この実施形態で、スタックは、改質物等の水素を含む入力供給から、純粋な水素を分離し、移動し、及び／又は圧縮するための水素ポンプとして動作する。
【００３３】
例えば、改質物等の燃料は、アノード入口３２２へ供給され、アノード出口３２４を介して排出され、第１のバルブ３４６は、カソード入口３２６への酸素の供給を閉鎖又は阻止するように駆動され、第２のバルブ３４８は、精製水素を第２の方向へ導くように駆動される（例えば、図６に示すように、酸素排気を導く第１の方向は閉鎖又は阻止される）。コントローラ２７０の入力端子３７２と３７４は、電気コネクタ３３２と３３４を介してスタック２３０に電位を印加する電源に接続されている。
【００３４】
水素ポンプモードの構成において、燃料は電気化学セルのアノードへ流れ、電気エネルギーは、電気化学セルの内部抵抗を超えるように電極間に印加され、処理中のガス内の水素をプロトンに分離し、プロトンを膜を通して反対側へ駆動し、精製及び／又は減圧された水素をアノード出口で復元する。水素流はそのまま、又は水の導入により加湿されてから貯蔵される。また、加湿された精製水素は、水素と同様に水の移動を許容するNAFION膜を有する電気化学セルを用いて生成される。
【００３５】
図７は、エネルギーステーション２００の生成部２１２のうちの、電気を生成する動作に係る構成を示す。この実施形態で、スタックは、電気を生成するための燃料セルとして動作する。
【００３６】
例えば、燃料はアノード入口３２２へ供給され、アノード出口３２４を介して排出され、第１のバルブ３４６は、カソード出口３２６への酸素の供給を許容するように駆動され、第２のバルブ３４８は、酸素をカソード出口３２８から第１の方向、例えばベントへ排出するように駆動される。コントローラ２７０の出力端子３６２と３６４は、電気コネクタ３３２と３３４とを介してスタック２３０の全域に印加される電気的負荷に接続されている。
【００３７】
燃料セルモードの構成において、改質物等の燃料は電気化学セルのアノードへ流れ、アノード上の触媒被膜が、ガスをプロトン（水素イオン）に分離する反応を促進する。中央部の電解膜は、プロトンのみが膜を電気化学セルのカソード側へ透過することを許容する。電子はこの膜を透過できず、電流を形成して外部回路を通って流れる。酸素（例えば空気中の酸素）は燃料セルのカソードへ流れ、カソード上の触媒被膜が、酸素、プロトン、電子が結合して純粋な水と熱とを生成する反応を促進する。
【００３８】
本発明で使用可能な、燃料セルと水素ポンプとの好適な構成は、米国特許出願番号１０／６５８，１２３に開示されている。この出願は、米国特許公開公報第２００５００５３８１３号に公示されている。この公報の全体的な主内容が上述で引用して説明されている。
【００３９】
図８は、他の実施形態であるエネルギーステーション４００を示す。このエネルギーステーション４００は、次の点を除いて、図５のエネルギーステーション２００と同様である。すなわち、コントローラ４７０が、生成部４１２ではなく供給部４１４に配置されて、生成部の種々の構成要素に動作可能に接続されている。かかる供給部とコントローラは、ガレージや他の建造物の内部に設置される。
【００４０】
図９は、他の実施形態であるエネルギーステーション５００を示す。このエネルギーステーション５００は、生成部５１２と及びこれと分離された供給部５１４を備えている。この実施形態では、生成部において、改質器５２０からの改質物が燃料セル５３０へ供給され、燃料セルからの改質物の排出が水素ポンプスタック等の水素ポンプにより処理され、精製器５４２により精製され、さらに圧縮機５４４により圧縮され、貯蔵部５５０に貯蔵される。
【００４１】
図１０は、他の実施形態であるエネルギーーステーション６００を示す。このエネルギーステーション６００は、生成部６１２及びこれと分離した供給部６１４を備えている。エネルギーステーション６００は、水素を生成するが電気は生成しない。この実施形態では、生成部において、改質器６２０からの改質物は、圧縮機６４０に供給され、精製器６４２により精製され、さらに圧縮機６４４により圧縮されて、貯蔵部６５０に貯蔵される。
【００４２】
図１１は、他の実施形態であるエネルギーステーション７００を示す。このエネルギーステーション７００は、改質器７２０からの改質物が、水素ポンプスタック等の水素ポンプ７４０に供給される以外は、図１０のエネルギーステーション６００と同じである。そして、水素ポンプからの水素は、精製器７４２により精製され、さらに、圧縮機７４４により圧縮されて、貯蔵部７５０に貯蔵される。
【００４３】
図１２は、他の実施形態であるエネルギーステーション８００を示す。このエネルギーステーション８００は、水（例えば、水道供給から）が電解槽８２０に供給される以外は、図２のエネルギーステーション１０と同じである。直流電源入力等の電力が電解槽に供給され、電解槽で生成された水素が精製器８４２に供給され、さらに、圧縮機８４４により圧縮されて、貯蔵部８５０に貯蔵される。
【００４４】
図１３は、他の実施形態であるエネルギーステーション９００を示す。このエネルギーステーション９００は、水（例えば、水道供給から）が電解槽９２０へ供給される以外は、図１０のエネルギーステーションのものと同様に、生成部９１２及びこれと分離した供給部９１４を備えている。エネルギーステーション９００は、水素を生成するが電気は生成しない。この実施形態において、生成部では、電解槽からの水素は精製器９４２へ供給され、さらに圧縮機９４４により圧縮されて、貯蔵部９５０に貯蔵される。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態として、貯蔵容量をシステムモジュール化するようにしてもよい。これは、燃料在庫の貯蔵（fuel inventory storage）を分離したエンクロージャーに置くか、或いは生成部内のエンクロージャーでモジュール化することによって実現される。貯蔵容量をモジュール化することにより、エネルギーステーションの使用者は、家族や仕事の必要に応じて、異なる量の水素貯蔵容量を選択することができる。例えば、使用者は、２台の車両を所有する場合には、標準の２倍の燃料貯蔵容量を選択できる。或いは、使用者は、大家族を有する場合には、使用量のピーク期間の電力より大きな電力を生成可能なように、より大きな貯蔵容量を選択できる。或いは、使用者は、送電網が特に信頼性の低い地域に住んでいる場合には、送電網の停電時に大きな在庫燃料を確実に使用可能とするために、通常の貯蔵容量の５倍ないし１０倍の貯蔵容量を選択することができる。
【００４６】
燃料セル又はスタック、更には供給部からの水素供給を制御するために、図では単一のコントローラが示されているが、２又はそれ以上のコントローラで、エネルギーステーションの２又はそれ以上の異なる状態を制御するようにしてもよい。例えば、１つのコントローラで、燃料セル又はスタックを制御し、他のコントローラで、車両への水素供給を制御するものとする。
【００４７】
また、上述から、プロトン伝導媒体は、無水固体（すなわち、水を有しない）プロトン伝導媒体を含む。例えば、無機物基材やセラミックス基材（inorganic and ceramic based stations）のような固相導電体、ペロブスカイト構造セラミックスや、リン酸二水素セシウム（CsH2PO4）のような固体酸や、その他好適な無水固体プロトン伝導媒体が挙げられる。さらに、プロトン伝導媒体として、ポリベンゾイミダゾール（polybenzimidazole，PBI）高分子膜、ポリエーテルケトン（polyetheretherketones，PEEK）、スルホン化ポリスルホン（sulfonated polysulfones）膜、ポリイミド、炭化水素膜、３−フルオロ−スチレンスルホン酸（polytrifluoro-styrenesulfonic acid）、共重合フルオロスルホン酸（perfluorosulfonic acid）膜の変形物、又は何らかの強酸を含む他の高分子又は非高分子プロトン伝導体が挙げられる。
【００４８】
本発明の様々な実施形態が記述されているが、当業者には認識されるように、本発明の趣旨や範囲から離れずに、さらに多くの変更と修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるエネルギーステーションの外観図である。
【図２】図２は、図１のエネルギーステーションのブロック図である。
【図３】図３は、図１及び２のエネルギーステーションの燃料セルにおける電気化学セルの一実施形態の断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図６】図６は、図５のエネルギーステーションの水素生成に関する説明図である。
【図７】図７は、図５のエネルギーステーションの電気生成に関する説明図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施形態であるエネルギーステーションのブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…エネルギーステーション、１２…生成部、１３…筐体、１４…分離した供給部、１５…筐体。
【図１】
2007126351.tif 000003
【図２】
2007126351.tif 000004
【図３】
2007126351.tif 000005
【図４】
2007126351.tif 000006
【図５】
2007126351.tif 000007
【図６】
2007126351.tif 000008
【図７】
2007126351.tif 000009
【図８】
2007126351.tif 000010
【図９】
2007126351.tif 000011
【図１０】
2007126351.tif 000012
【図１１】
2007126351.tif 000013
【図１２】
2007126351.tif 000014
【図１３】
2007126351.tif 000015
【外国語明細書】
【発明の名称】  ENERGY STATIONS
【技術分野】
This invention relates generally to vehicle refueling appliances, and more particularly, to energy stations for generating hydrogen for vehicles and for generating electricity and heat for a home or a building. 
【背景技術】
Hydrogen is an important zero emission fuel. Recently, development of hydrogen fuel infrastructure systems has become a priority to support the use of hydrogen as a fuel. 
An important part of a hydrogen fuel infrastructure system is generation of hydrogen. Two methods are generally used for generating hydrogen. One method for generating hydrogen includes an electrolysis process in which electrical energy is used to split water molecules into hydrogen and oxygen. Another method for generating hydrogen includes a reforming process, e.g., converting hydrocarbon fuel such as natural gas or propane into a hydrogen-rich gas. With either method, the hydrogen is often purified and/or compressed so that it can be stored for later use. Electrochemical hydrogen pumps have been used for hydrogen purification and/or compression of hydrogen-rich gas. 
An industrial hydrogen energy station, featuring the co-generation of hydrogen fuel and electric power, was operated at the Las Vegas Fleet and Transportation Services Center, in Las   Vegas, Nev. The station provided both hydrogen and compressed natural gas/hydrogen vehicles. The station included separate stand-alone units for each of a reformer, a fuel cell, a storage tank, and a gas pump. Other hydrogen fuel replenishment systems and energy distribution networks are disclosed in U.S. Pat. Nos. 6,432,283, and 6,745,105. 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
There is a need for further improvements in energy stations for generating hydrogen for vehicles and for generating electricity and heat for a home or a building 
【課題を解決するための手段】
The present invention provides in a first aspect, an energy station which includes a generating unit and a dispensing unit. The generating unit includes a housing having a reformer for generating reformate from a fuel stream, and a storage unit for storing the reformate. The dispensing unit includes a housing for dispensing reformate from the generating unit. The generating unit is located at a first location and the dispensing unit is located at a second location away from the first location. 
The present invention provides in a second aspect, an energy station for a building which includes a generating unit and a dispensing unit. The generating unit includes a housing having a reformer for generating reformate from a fuel stream, a first compressor for compressing the reformate, a purifier for purifying the reformate from the compressor, a high pressure compressor for compressing the purified reformate from the purifier, a storage unit for storing the reformate from the high pressure compressor, a heat exchanger for providing heat to the building, a fuel cell for generating electricity from at least one of the reformate and the purified reformate, and an inverter for supplying electricity from the fuel cell to the building. The dispensing unit includes a housing and a nozzle for dispensing at least one of he reformate and the purified reformate from the generating unit. At least one of the generating unit and the dispensing unit includes a controller for controlling the generating unit and dispensing unit. The generating unit is located at a first location and the dispensing unit is located at a second location away from the first location. 
The present invention provides in a third aspect, an energy station for a building which includes a generating unit and a dispensing unit. The generating unit includes a housing having a reformer for generating reformate from a fuel stream, an electrochemical cell for generating electricity and purifying the reformate, and a storage unit for storing the purified reformate from the electrochemical cell. The dispensing unit includes a housing for dispensing at least one of the reformate and the purified reformate from the generating unit. A controller controls an electrical load from the building to the electrochemical cell so that the electrochemical cell acts as a fuel cell for generating electricity, and controls an electrical potential to the electrochemical cell so that the electrochemical cell acts as a hydrogen pump for purifying the reformate from the reformer. The generating unit is located at a first location and the dispensing unit is located at a second location away from the first location. 
The present invention provides in a fourth aspect, a method for generating hydrogen for a vehicle in which the method includes providing the energy station having the generating unit for generating hydrogen and the dispensing unit for dispensing the hydrogen as described above, locating the generating unit outside a building in a first location, and locating the dispensing unit having access to the vehicle in a second location remote from the first location. The method may also include providing the generating unit for generating electricity from the hydrogen, and providing the electricity to the building. 
【発明を実施するための最良の形態】
FIG. 1 is an example of one embodiment of an energy station 10 in accordance with the present invention, which includes a generating unit 12 having a housing 13, and a separate dispensing unit 14 having a housing 15. Energy station 10 is operable for generating vehicle fuel (e.g., reformate or hydrogen gas), generating electricity for a home or a building, and generating heat for heating (or cooling through adsorptive chilling) water or air for use in the home or the building. 
As will be appreciated by the description below, providing a separate generating unit 12 and dispensing unit 14, and remotely locating dispensing unit 14 away from generating unit 12 overcomes many of the problems associated with a combined generating and dispensing unit that are located together. For example, the present invention provides a dispensing unit that may be smaller than the generation unit. Thus, when the dispensing unit is placed near the garage of a home or a building, it presents a much smaller visual impact. The generation unit, which is typically larger than the dispensing unit, can be placed in a location, which does not draw attention such as behind or beside a home or a building. The generating unit may be placed at a location such as often used for air conditioners or other external appliances. 
In addition, the dispensing unit may be configured so as to not store fuel. Thus, applicable codes and standards may allow for placement of the dispensing unit indoor such as inside a garage of a home or a building. The storage unit may reside in the generation unit, which may be located outside the garage. 
Further, exhaust emitted from the energy station, for example via vents, containing flammable mixtures of gas may be located in the generation unit. Because the generating unit may be placed in a different location such as beside or behind a home or a building, codes and standards may be satisfied while still allowing the dispensing unit to be placed in a location which has vehicle access. For example, the generating unit may be placed away from doors or windows of a building so that the fuel such as hydrogen gas is inhibited from entering the building. 
The dispensing unit may also be designed having a high profile such as at a height typical for adult use. The generation unit, which is separate, may be configured to have a lower height or profile so that it does not present an intrusive structure and also does not block windows or views. 
FIG. 2 diagrammatically illustrates energy station 10 which generally includes generating unit 12 having a reformer 20 such as a catalytic partial oxidation (CPO) reformer, a steam reformer, or an autothermal reformer for converting a hydrocarbon such as natural gas, methane, methanol, or other fuel into a hydrogen-rich gas stream (e.g., from a power company), a fuel cell 30 for generating electricity, a first compressor 40 for compressing reformate (e.g., a piston compressor, a diaphragm compressor, a scroll compressor, or other type of compressor), a clean up device or purifier 42 for removing impurities (e.g., a pressure swing absorber, a diffusion membrane purifier, thermal swing absorber, electrochemical hydrogen pump, or other type of purifier), a second compressor 44 such as a high pressure compressor (e.g., a piston compressor, a diaphragm compressor, or other type of compressor), a hydrogen storage unit 50 for storing the reformate, a heat exchanger 60 for removing heat from the fuel cell which may be used to heat (or cool via an absorptive chiller) a home or a building, and a controller 70. The various components may be connected with suitable conduits for the transfer of the fluids. 
Controller 70 may include a mechanical switch or switches for controlling the flow of electricity to the home or the building via an inverter 35, and may be automated and further include a microprocessor or microcontroller. The controller may also be operably connected to the storage unit for receiving a signal from a sensor 52 on or in the storage unit for determining the level or amount of reformate in the storage unit. The controller may also control a vent 54 for depressurizing the line to the dispensing unit after delivery of hydrogen gas to the dispensing unit and to a vehicle. The controller may also be operably connected to the fuel cell, reformer, compressors, and heat exchanger. The controller may be operably linked to the various components or sensors using one or more wires, or suitably wirelessly connected. The controller may also suitably employ the features of the controller disclosed in U.S. Pat. No. 6,745,105, entitled "Energy Distribution Network", and the controller disclosed in U.S. Pat. No. 6,432,283, entitled "Hydrogen Fuel Replenishment Systems", the entire subject matter of these patents being incorporated herein by reference. 
Dispensing unit 14 may include a user interface or input/output device 90 and a dispenser 95 such as a nozzle or connector (as best shown in FIG. 1). Input/output device 90 may include a touch screen display (as best shown in FIG. 1). One or more wires or cables and suitable pipes may operably connect dispensing unit 14 to controller 70 of generator unit 12. 
It is also appreciated that fuel cell 70 may be fueled by reformate stored in storage unit 50 and controlled via a valve 22 by controller 70. 
FIG. 3 illustrates one embodiment of fuel cell 70 in accordance with the present invention for generating electricity from a supply of fuel containing hydrogen such as reformate and a supply of oxidant such as air. Fuel cell 70 may include an anode separator plate or member 72 attached to an anode inlet for receiving the supply of fuel and having flow channels 73 for distributing the supply of fuel, a cathode separator plate or member 74 connected to a cathode inlet for receiving the supply of oxidant and having flow channels 75 for distributing the supply of oxidant, and a proton conducting electrochemical cell sandwiched between the anode separator plate 72 and cathode separate plate 74. 
The proton conducting electrochemical cell may include an anode gas diffusion layer 76 and an anode electrode 77 disposed adjacent to anode separator plate 72, a cathode gas diffusion layer 78 and a cathode electrode 79 disposed adjacent to the cathode separator plate 74, and a proton conducting medium 80 disposed between anode electrode 77 and cathode electrode 79. 
The anode electrode may also comprise platinum or a platinum-ruthenium alloy catalyst layer. The proton conducting medium may include a proton exchange membrane (PEM) such as a NAFION perfluorosulfonic acid polymer membrane (available from E. I. DuPont de Nemours and Co., Wilmington, Del., USA). 
When the fuel cell is operated, fuel is supplied to the anode side, oxidant is supplied to the cathode side, and a load is applied to the electrodes. Hydrogen moves from the fuel stream to the porous hydrogen permeable anode electrode where the hydrogen gas forms protons (H+) and electrons. The protons then migrate across the proton conducting medium and are conducted through the nonporous hydrogen permeable cathode electrode. The protons are combined with the oxidant and electrons to form water. Impurities and/or the build up of impurities (e.g., CO, N2, etc.) on the anode side are readily exhausted by the anode outlet. 
While the fuel cell is illustrated as including one proton electrical chemical cell, it will be appreciated by those skilled in the art that the fuel cell in accordance with the present invention may comprise a plurality of or a stack of proton conducting electrochemical cells for generating electricity. 
FIG. 4 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 100 which is similar to energy station 10 of FIG. 1 with the exception that a controller 170 is located in the dispensing unit 114 and operably connected to the various components in the generating unit as opposed to being placed in generating unit 112. The dispensing unit and controller may be placed in a garage or other structure. 
FIG. 5 diagrammatically illustrates still another embodiment of an energy station 200 in accordance with the present invention. Energy station 200 includes an electrochemical cell or stack that may be operated in either a fuel cell mode for generating electricity or a hydrogen pumping mode for purifying and/or compressing hydrogen. While two separate devices such as a fuel cell for generating electricity and a hydrogen pump for purifying and/or compressing hydrogen may be provided, the illustrated combination reduces the costs and also the space required compared to providing two separate devices. 
Energy station 200 generally includes a generating unit 212 having a reformer 220 such as a catalytic partial oxidation (CPO) reformer, a steam reformer, or an autothermal reformer for converting a hydrocarbon such as natural gas, methane, methanol, or other fuel into a hydrogen-rich gas stream, an electrochemical cell or stack 230 (as explained below may be configured as a hydrogen pump for purifying the hydrogen-rich gas stream or configured as a fuel cell for generating electricity), a compressor 240 for compressing reformate, a hydrogen storage unit 250 for storing purified hydrogen gas or reformate, a heat exchanger 260 for removing heat from the fuel cell which may be used to heat (or cool via an absorptive chiller) a home or a building, and a controller 270. Controller 270 may include a mechanical switch or switches and an inverter for controlling the flow of electricity to the home or the building, and may be automated and further include a microprocessor or microcontroller. 
The controller may also be operably connected to the storage unit for receiving a signal from a sensor 252 on or in the storage unit for determining the level or amount of reformate or hydrogen in the storage unit. The controller may also control a vent 254 for depressurizing the line to the dispensing unit after delivery of reformate or hydrogen gas to the dispensing unit and a vehicle. Controller 270 and a valve 256 may operably control the filling of storage unit 250 with purified compressed hydrogen gas from stack 230 or reformate from reformer 220. In addition, controller 270 and valve 265 and a valve 258 may be used to permit reformate or hydrogen stored in storage unit 250 to be used to fuel stack 230 for generating of electricity. The controller may also be operably connected to the fuel cell, reformer, compressor, and heat exchanger. 
Dispensing unit 214 includes a user interface or input/output device and a dispenser such as a nozzle. The input/output device may include a touch screen display. One or more wires or cables and suitable pipes may operably connect dispensing unit 214 to controller 270 of generator unit 212. 
Stack 230 generally includes at least one electrochemical cell (for example as illustrated in FIG. 3) having an anode inlet 322 for receiving a fuel such as reformate or purified hydrogen gas, an anode outlet 324 for exhausting the fuel, a cathode inlet 326 for receiving an oxidant such as air, a cathode outlet 328 for exhausting oxidant such as air or purified hydrogen, and a first electrical connector 332 and a second electrical connector 334 for applying an electrical load or an electrical potential to stack 230. 
A first valve 346 is attached to cathode inlet 326 for controlling oxidant to stack 230. A second valve 348, for example a three-way valve, is attached to cathode outlet 328 for either exhausting oxidant from stack 230 in a first direction or exhausting purified hydrogen in a second direction different from the first direction. 
Controller 270 is attached to first electrical connector 332 and second electrical connector 334 for applying either an electrical load to stack 230 for generating electricity, or an electrical potential to stack 230 for purifying hydrogen. Controller 270 may include electrical output terminals 362 and 364 for applying an electrical load to stack 230. Controller 270 may also include electrical input terminals 372 and 374 for applying an electrical potential to stack 230. Controller 270 may include mechanical switch or switches or may be automated and include a microprocessor or microcontroller. 
FIG. 6 illustrates a portion of generating unit 212 of energy station 200 configured for operation for generating a supply of purified hydrogen. In this illustrated embodiment, the stack operates as a hydrogen pump for separating, removing, and/or compressing pure hydrogen from an input supply containing hydrogen such as reformate. 
For example, fuel such as reformate is supplied to anode inlet 322 and exhausted via anode outlet 324, first valve 346 is operated to close or block the supply of oxidant to cathode inlet 326, and second valve 348 is operated to direct purified hydrogen in a second direction (e.g., the first direction for directing exhaust oxidant as shown in FIG. 6 is closed or blocked). Electrical input terminals 372 and 374 of controller 270 may be connected to a power supply for providing an electrical potential across stack 230 via electrical connectors 332 and 334. 
In the configuration of a hydrogen pump mode, fuel flows into the electrochemical cell anode, electrical energy is supplied between the electrodes to overcome the internal resistance of the electrochemical cell, dissociate the hydrogen in the gas-to-be-treated to protons, and drive the protons through the membrane to the opposite side for recovery as purified and/or pressurized hydrogen at the cathode outlet. The hydrogen stream may be stored or may be humidified by introduction of water and then stored. Humidified purified hydrogen may also be generated using an electrochemical cell having a NAFION membrane which allows the transfer of water as well as hydrogen. 
FIG. 7 illustrates a portion of generating unit 212 of energy station 200 configured for operation for generating electricity. In this illustrated embodiment, the stack operates as a fuel cell for generating electricity. 
For example, fuel is supplied to anode inlet 322 and exhausted via anode outlet 324, first valve 346 is operated to allow a supply of oxidant to cathode inlet 326, and second valve 348 is operated to exhaust oxidant from cathode outlet 328 in a first direction, e.g., to a vent. Electrical output terminals 362 and 364 of controller 270 are connected to an electrical load which load is applied across stack 230 via electrical connectors 332 and 334. 
In the configuration in a fuel cell mode, fuel such as reformate flows into the electrical chemical cell anode, a catalyst coating on the anode helps to separate the gas into protons (hydrogen ions) and electrons. The electrolyte membrane in the center allows only the protons to pass through the membrane to the cathode side of the electrochemical cell. The electrons cannot pass through this membrane and flow through an external circuit in the form of electric current. As oxidant (e.g., oxygen in air) flows into the fuel cell cathode, another catalyst coating helps the oxygen, protons, and electrons combine to produce pure water and heat. 
Suitable combinations of fuel cells and hydrogen pumps which may be employed in the present invention are disclosed in U.S. patent application Ser. No. 10/658,123, which published as U.S. Patent Application Publication No. 20050053813, and in which the entire subject matter thereof is incorporated herein by reference. 
FIG. 8 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 400, which is similar to energy station 200 of FIG. 5 with the exception that a controller 470 is located in the dispensing unit 414 and operably connected to the various components in the generating unit as opposed to being placed in generating unit 412. Thus, the dispensing unit and controller may be place in a garage or other structure. 
FIG. 9 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 500, which includes a generating unit 512 and a separate dispensing unit 514. In this illustrated embodiment, in the generating unit, reformate from a reformer 520 is supplied to a fuel cell 530, exhaust reformat from the fuel cell is process by a hydrogen pump 540 such as a hydrogen pump stack, purified by a purifier 542, and further compressed by a compressor 544 prior to storage in a storage unit 550. 
FIG. 10 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 600, which includes a generating unit 612 and a separate dispensing unit 614. Energy station 600 generates hydrogen but does not generate electricity. In this illustrated embodiment, in the generating unit, reformate from a reformer 620 is supplied to a compressor 640, purified by a purifier 642, and further compressed by a compressor 644 prior to storage in a storage unit 650. 
FIG. 11 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 700, which is similar to energy station 600 of FIG. 10 with the exception that reformate from a reformer 720 is supplied to a hydrogen pump 740 such as a hydrogen pump stack. Hydrogen from the hydrogen pump is then purified by a purifier 742, and further compressed by a compressor 744 prior to storage in a storage unit 750. 
FIG. 12 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 800, which is similar to energy station 10 of FIG. 2 with the exception that water (e.g., from a municipal water supply) is supplied to an electrolyzer 820. Electrical power such as a DC power input is supplied to the electrolyzer and hydrogen generated in the electrolyzer is then supplied to a purifier 842, and further compressed by a compressor 844 prior to storage in a storage unit 850. 
FIG. 13 diagrammatically illustrates another embodiment of an energy station 900, which includes a generating unit 912 and a separate dispensing unit 914 similar to energy station 600 of FIG. 10 with the exception that water (e.g., from a municipal water supply) is supplied to an electrolyzer 920. Energy station 900 generates hydrogen but does not generate electricity. In this illustrated embodiment, in the generating unit, hydrogen from the electrolyzer is supplied to a purifier 942, and further compressed by a compressor 944 prior to storage in a storage unit 950. 
Additional embodiments of the present invention may include making the storage capacity of the system modular. This can be done by either placing the fuel inventory storage in a separate enclosure, or by making it modular within the generation unit enclosure. By making the storage capacity modular, a user of the energy station can select different amounts of hydrogen storage capacity depending upon the needs of their family or business. For example, if the user has two vehicles, they might select twice the standard fuel storage capacity. Or, if the user has a very large household load, they might select more storage capacity to allow generation of more power during peak periods. Or, if the user lives in a location where the grid is particularly unreliable, the user might select five or even ten times the normal storage capacity to ensure that there is a large inventory of fuel available for grid outages. 
Although a single controller is illustrated in the drawing for controlling the fuel cell or stack, and also the dispensing of hydrogen via the dispensing unit, it will be appreciated that two or more controller may control one or more different aspects of the energy stations. For example, a controller may control the fuel cell or stack while another controller controls the dispensing of hydrogen to a vehicle. 
From the present description, it will be appreciated that the proton conducting medium may also include solid anhydrous (e.g., not having water) proton conducting mediums, for example, solid state conductors such as inorganic and ceramic based stations, perovskite ceramics, solid-acids such as cesium dihydrogen phosphate (CsH.sub.2PO.sub.4), or other suitable solid anhydrous proton conducting mediums. In addition, the proton conducting medium may include a polybenzimidazole (PBI) polymer membrane, a polyetheretherketones (PEEK), sulfonated polysulfones, a polyimide, a hydrocarbon membrane, a polytrifluoro-styrenesulfonic acid, variations of perfluorosulfonic acid membranes, other polymeric or non-polymeric proton conductors including any strong acids. 
While various embodiments of the present invention have been illustrated and described, it will be appreciated by those skilled in the art that many further changes and modifications may be made thereunto without departing from the spirit and scope of the invention. 
【図面の簡単な説明】
【図１】
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図２】
FIG. 2 is a diagrammatic illustration of the energy station of FIG. 1; 
【図３】
FIG. 3 is a cross-sectional view of one embodiment of an electrochemical cell in the fuel cell of the energy station of FIGS. 1 and 2; 
【図４】
FIG. 4 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図５】
FIG. 5 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図６】
FIG. 6 is a diagrammatic illustration of the energy station of FIG. 5 configured for generating hydrogen; 
【図７】
FIG. 7 is a diagrammatic illustration of the energy station of FIG. 5 configured for generating electricity; 
【図８】
FIG. 8 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図９】
FIG. 9 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図１０】
FIG. 10 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図１１】
FIG. 11 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; 
【図１２】
FIG. 12 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention; and 
【図１３】
FIG. 13 is a diagrammatic illustration of another embodiment of an energy station in accordance with the present invention. 
【符号の説明】
10…energy station, 12…generating unit, 13…housing, 14…separate dispensing unit, 15…housing. 
【請求項１】
An energy station comprising: a generating unit comprising a housing having: a reformer for generating reformate from a fuel stream; a storage unit for storing the reformate; a dispensing unit comprising a housing for dispensing reformate from said generating unit; and wherein said generating unit is located at a first location and said dispensing unit is located at a second location away from said first location. 
【請求項２】
The energy station of claim 1 wherein said housing of said generating unit comprises a first height and said housing of said dispensing unit comprises a second height greater than said first height. 
【請求項３】
The energy station of claim 1 wherein said generating unit further comprises at least one of a compressor and a hydrogen pump for supplying compressed reformate to said storage unit. 
【請求項４】
The energy station of claim 1 wherein said generating unit further comprises at least one of a first compressor and a hydrogen pump for compressing reformate, a purifier for purifying reformate from said compressor, and a high pressure compressor for supplying compressed purified reformate to said storage unit. 
【請求項５】
The energy station of claim 1 wherein at least one of the generating unit and the dispensing unit further comprises a controller for controlling said generating unit and said dispensing unit. 
【請求項６】
The energy station of claim 1 wherein said generating unit further comprises a vent for venting reformate from said dispensing unit after supplying reformate to a vehicle. 
【請求項７】
The energy station of claim 1 wherein said dispensing unit comprises a nozzle for dispensing reformate to a vehicle. 
【請求項８】
The energy station of claim 1 wherein said generating unit further comprises a heat exchanger for providing heat to the building. 
【請求項９】
The energy station of claim 1 wherein said generating unit further comprises a fuel cell for generating electricity from the reformate. 
【請求項１０】
The energy station of claim 9 wherein said generating unit further comprises a valve for supplying stored reformate in said storage unit to said fuel cell. 
【請求項１１】
The energy station of claim 9 wherein at least one of the generating unit and the dispensing unit further comprises a controller for controlling said reformer, said fuel cell, and said dispensing unit. 
【請求項１２】
The energy station of claim 9 wherein said generating unit further comprises an inverter for supplying electricity from said fuel cell to the building. 
【請求項１３】
An energy station for a building comprising: a generating unit comprising a housing having: a reformer for generating reformate from a fuel stream; at least one of a first compressor and a hydrogen pump for compressing the reformate; a purifier for purifying the reformate from said compressor; a high pressure compressor for compressing the purified reformate from said purifier; a storage unit for storing the reformate from said high pressure compressor; a heat exchanger for providing heat to the building; a fuel cell for generating electricity from at least one of the reformate and the purified reformate; and an inverter for supplying electricity from said fuel cell to the building; a dispensing unit comprising a housing and a nozzle for dispensing at least one of reformate and purified reformate from said generating unit; at least one of said generating unit and said dispensing unit further comprising a controller for controlling said generating unit and said dispensing unit; and wherein said generating unit is located at a first location and said dispensing unit is located at a second location away from said first location. 
【請求項１４】
The energy station of claim 13 wherein said housing of said generating unit comprises a first height and said housing of said dispensing unit comprises a second height greater than said first height. 
【請求項１５】
An energy station for a building comprising: a generating unit comprising a housing having: a reformer for generating reformate from a fuel stream; an electrochemical cell for generating electricity and purifying the reformate; and a storage unit for storing the purified reformate from said electrochemical cell; a dispensing unit comprising a housing for dispensing at least one of the reformate and the purified reformate from the generating unit; a controller for controlling an electrical load from the building to said electrochemical cell so that said electrochemical cell acts as a fuel cell for generating electricity, and for controlling an electrical potential to said electrochemical cell so that said electrochemical cell acts as a hydrogen pump for purifying reformate from the reformer; and wherein said generating unit is located at a first location and said dispensing unit is located at a second location away from said first location. 
【請求項１６】
The energy station of claim 15 wherein said housing of said generating unit comprises a first height and said housing of said dispensing unit comprises a second height greater than said first height. 
【請求項１７】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises a compressor for supplying compressed purified reformate to said storage unit. 
【請求項１８】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises a first compressor for compressing reformate, a purifier for purifying reformate from said compressor, and a high pressure compressor for supplying compressed purified reformate to said storage unit. 
【請求項１９】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises a vent for venting reformate from said dispensing unit after supplying reformate to a vehicle. 
【請求項２０】
The energy station of claim 15 wherein said dispensing unit comprises a nozzle for dispensing reformate to a vehicle. 
【請求項２１】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises a heat exchanger for providing heat to the building. 
【請求項２２】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises a valve for supplying at least one of stored reformate and purified reformate in said storage unit to said electrochemical cell. 
【請求項２３】
The energy station of claim 15 wherein said generating unit further comprises an inverter for supplying electricity from said electrochemical cell to the building. 
【請求項２４】
A method for generating hydrogen for a vehicle, the method comprising: providing the energy station having the generating unit for generating hydrogen and the dispensing unit for dispensing the hydrogen of claim 1; locating the generating unit outside a building in a first location; and locating the dispensing unit having access to the vehicle in a second location away from the first location. 
【請求項２５】
The method of claim 24 wherein the first location is on a side or in the back of a building. 
【請求項２６】
The method of claim 24 wherein the second location is indoor. 
【請求項２７】
The method of claim 24 further comprising providing heat from the generating unit to the building. 
【請求項２８】
A method for generating at least one of reformate and hydrogen for a vehicle, and energy for a building, the method comprising: providing the energy station having the generating unit for generating hydrogen and electricity and the dispensing unit for dispensing hydrogen of claim 13; locating the generating unit outside the building in a first location; and locating the dispensing unit having access to the vehicle in a second location away from the first location. 
【請求項２９】
The method of claim 28 wherein the first location is on a side or in the back of the building. 
【請求項３０】
The method of claim 28 wherein the second location is indoor. 
【請求項３１】
The method of claim 28 further comprising providing heat from the generating unit to the building. 
【請求項３２】
A method for generating at least one of reformate and hydrogen for a vehicle, and energy for a building, the method comprising: providing the energy station having the generating unit for generating hydrogen and electricity and the dispensing unit for dispensing hydrogen of claim 15; locating the generating unit outside the building in a first location; and locating the dispensing unit having access to the vehicle in a second location away from the first location. 
【請求項３３】
The method of claim 32 wherein the first location is on a side or in the back of the building. 
【請求項３４】
The method of claim 32 wherein the second location is indoor. 
【請求項３５】
The method of claim 32 further comprising providing heat from the generating unit to the building. 
1  Abstract
An energy station includes a generating unit and a separate remotely located dispensing unit. In one aspect, the generating unit includes a housing having a reformer for generating reformate from a fuel stream, and a storage unit for storing the reformate. The dispensing unit includes a housing for dispensing reformate from the generating unit. The generating unit is located at a first location and the dispensing unit is located at a second location away from the first location. For example, the generating unit may be located outside the building and the dispensing unit may be located inside a garage. Also disclosed is a generating unit having an electrochemical cell, which may be operated as either a fuel cell for supplying electricity to the building or a hydrogen pump for purifying the reformate
2  Representative Drawing
FIG. 2
【図１】
2007126351.tif 000016
【図２】
2007126351.tif 000017
【図３】
2007126351.tif 000018
【図４】
2007126351.tif 000019
【図５】
2007126351.tif 000020
【図６】
2007126351.tif 000021
【図７】
2007126351.tif 000022
【図８】
2007126351.tif 000023
【図９】
2007126351.tif 000024
【図１０】
2007126351.tif 000025
【図１１】
2007126351.tif 000026
【図１２】
2007126351.tif 000027
【図１３】
2007126351.tif 000028