(57)【要約】ハイブリッドシステムであって、金属空気電池によって電気を作る、および、電気、機械的動力または熱エネルギーの形でエネルギーを作る金属空気電池の作動中に放出された水素を利用する。ハイブリッド電気エネルギーシステムは、少なくとも１つの金属空気電池および少なくとも１つの水素変換ユニットを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド電気エネルギーシステムであって、電力を生産する少なくとも１つの金属空気電池と、少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットと、を備え、
前記少なくとも１つの金属空気電池は、前記生産の際に水素を放出し、
前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、放出された水素の少なくとも一部を消費する、
ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、放出された水素を消費可能電力に変換する、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、燃焼反応器を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、水素燃料電池を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記燃焼反応器は、内燃機関である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、コントロールユニットをさらに備え、
前記コントロールユニットは、前記少なくとも１つの金属空気電池と前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルとの制御可能パラメータを制御するように構成されている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記制御可能パラメータは、以下の少なくとも１つ：金属空気電池の電解液の温度、水素エネルギー変換セルの水素ガスの圧力、およびハイブリッド電気エネルギーシステム全電圧、を含む、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池の作動パラメータと、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルの作動パラメータと、は、ハイブリッドシステム効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率よりも少ないようになっている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、エネルギー効率である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、コスト効率である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池は、９９．９９９％未満の純度の金属を有する金属電極を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池は、９９．９％未満の純度の金属を有する金属電極を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記ハイブリッドシステムは、熱と電気とを含むリストからの少なくとも１つの形態でエネルギーを生産するように適合されている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、実質的に全ての放出された水素を消費し、このようにして、空気中の水素の濃度を水素発火点以下に減らす、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池によって生産されたエネルギーと、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルによって生産されたエネルギーと、を結合するエネルギーコンバイナマネージャーをさらに備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、水素を加圧するシステムと、コントロールユニットと、をさらに備え、
前記コントロールユニットは、水素エネルギー変換セルに送出される水素圧力を制御する、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１７】
ハイブリッド電気エネルギーシステムを作動する方法であって、
ハイブリッド電気エネルギーシステムに含まれる金属空気電池の作動パラメータの第１グループを選択することと、
ハイブリッド電気エネルギーシステムに含まれる水素エネルギー変換セルの作動パラメータの第２グループを選択することと、を含み、
作動パラメータの第１グループは、ハイブリッド電気エネルギーシステム全効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率よりも少ないように、選択される、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、エネルギー効率またはコスト効率である、方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池の金属アノードの純度のレベルを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、９９．９９９％未満の純度の金属を有する金属アノードを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池に含まれる電解液の温度を含む、方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池の電圧を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第２グループは、水素エネルギー変換セルを、水素燃料電池と燃焼反応器との少なくとも１つに選択することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アルミニウム空気電池は、当技術分野で公知である。そのようなアルミニウム空気電池は、電池のアルミニウムアノードの腐食のために効率損失を被る。アルミニウム空気電池の寄生腐食の別の欠点は、電池の作動中に気体の形で放出される水素（Ｈ）の量が原因である危険性である。この過程は、電気エネルギーを与えることなくアルミニウムを消費し、放出された水素による潜在的危険性を引き起こす。アルミニウムアノードの望ましくない消費は、電気が作られないときにより大きく、電気が作られるときにより小さい。
【背景技術】
【０００２】
放出された水素の爆発の危険性は、空気中に放出された水素の相対量が小さいときに、または、空気中に放出された水素の相対量が、高く、１００％に近いまたは１００％に等しいときに、典型的に低い。どちらの混合域でも、空気中の水素の混合物は、その燃焼点とは程遠い。残りの混合域では、混合物は、非常に燃えやすく爆発しやすい。
【０００３】
コロンビウム効率は、電気のために利用および消費されたアルミニウムの量と、消費された（腐食を含む）アルミニウムの総量と、の比と定義される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミニウムアノードの利用率を高め、アルミニウム空気電池の作動中に放出された水素による危険性を下げる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ハイブリッド電気エネルギーシステムが開示され、そのハイブリッドシステムは、電力を作る少なくとも１つの金属空気電池と、少なくとも１つの水素エネルギー変換セルと、を備え、その金属空気電池は、作動中に水素を放出し、その水素エネルギー変換セルは、放出された水素の少なくとも一部を消費する。水素エネルギー変換セルは、燃焼反応器を備えてよく、それは、本発明のある実施形態によると、内燃機関であってよい、または燃料電池を備えてよい。
【０００６】
本発明と見なされる内容は、特に指摘され、明細書の結びの部分で明確に請求される。本発明は、しかしながら、その対象、特徴、および利点と共に、機構および作動の方法の両方に関して、添付図面と共に読まれるときに以下の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のある実施形態に従って構成されて作動する例示的ハイブリッド電気エネルギーシステムの略ブロック図である。
【図２】本発明のある実施形態に従ったハイブリッド金属空気システムのパラメータを選択する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
当然のことながら、説明の簡潔さおよび明確さのために、図に示される要素は、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。例えば、要素のいくつかの寸法は、明確さのために他の要素に対して誇張されることがある。さらに、適当であると考えられる場合には、符号は、対応するまたは類似した要素を示すように図の中で繰り返されることがある。
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの具体的詳細が示される。しかしながら、本発明はこれらの具体的詳細がなくても実施できることが、当業者には理解される。他の例では、周知の方法、手順、および構成要素は、本発明を分かりにくくしないように、詳しく記載されていない。エネルギー損失を最小にするために、およびさらに、金属空気電池を利用するシステムでのエネルギーユニットの製造コストを下げるために、例えば金属空気電池以外のデバイスを用いて、放出された水素に含まれるポテンシャルエネルギーを利用してよく、このようにして、システムの全体効率を、エネルギーに関して、金銭に関して、またはその両方で、高め、その安全性も高める。
【００１０】
図１が参照され、図１は、本発明のある実施形態に従って構成されて作動するハイブリッド電気エネルギーシステム１０の略ブロック図である。ハイブリッドシステム１０は、少なくとも１つの金属空気電池２０（例えばアルミニウム空気電池）と、金属空気電池２０によって作られる水素の少なくとも一部を消費する少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニット３０と、を備える。ハイブリッドシステム１０は、システム２０および３０によって作られたエネルギーを受け取り、その出力１９でエネルギーを提供する、エネルギーコンバイナ／マネージャーユニット４０を、必要に応じて備えてよい。ハイブリッドシステム１０は、電池２０で作られた水素を加圧する加圧器６０を、必要に応じて含んでよい。ハイブリッドシステム１０は、エネルギーコントロールユニット５０をさらに備えてよく、エネルギーコントロールユニット５０は、少なくとも１つの金属空気電池２０および水素変換ユニット３０とアクティブ通信してよく、およびさらに、エネルギーコンバイナ／マネージャーユニット４０と通信してよく、ハイブリッドシステム１０のエネルギー生産を制御および管理し、および、加圧器６０と通信してよく、電池２０からユニット３０への水素圧力送出を制御する。
【００１１】
ある実施形態では、金属空気電池（例えば、アルミニウム空気電池、マグネシウム空気電池、亜鉛空気電池、シリコン空気電池、リチウム空気電池または同種のもの）２０は、例えばアウトレット１６（Ｅ１）で提供される電力を作動中に作り出すことができる。しかしながら、金属空気電池２０は、腐食によってアノードで全体の消費アルミニウムの１％‐２０％を典型的に不必要に消費する。従って、金属空気電池２０は、電気を作らずに、電力生産中に水素を生成および放出することがある。本発明のある実施形態によると、典型的なアルミニウム空気システムで放出された水素（例えば金属空気電池２０から導管１７で流出する水素）は、水素変換ユニット３０によって少なくとも部分的に消費されることができ、エネルギーを作り出す。水素変換ユニット３０は、水素によってエネルギーを与えることができるあらゆるエネルギー変換デバイス（水素燃料電池または水素で動作可能なあらゆる他の適切なエネルギー変換システムなど）であってよく、アウトレット１８（Ｅ２）で提供されるように付加的な電力を作り出す、または、機械的エネルギーを作り出すように例えば２ストローク燃焼機関にエネルギーを与える、熱エネルギーを作り出すように水素を燃やす、または同種のものである。金属空気電池２０によって作られるエネルギーと、水素エネルギー変換ユニット３０と、によって作られるエネルギーと、は、ハイブリッドシステム１０によってエネルギーを提供するように、エネルギーコンバイナ／マネージャーユニット４０によって、結合、調整または、一般に、管理されることができる。一例示的実施形態では、ユニット３０が電気を作る燃料電池であるとき、コンバイナ４０は、ユニット３０と並列に電池２０からの電気を結合できる。別の例示的実施形態では、ユニット３０が燃焼機関であるとき、コンバイナ４０は、金属空気電池によって作られる電気を電気コンスーマに、および、燃焼機関によって作られる機械的エネルギーを機械的エネルギーコンスーマに、供給できる。代替的に、コンバイナ４０は、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる（例えば、発電機を使用して）、およびさらに、両方の電気エネルギーを並列に供給できる。
【００１２】
ある実施形態では、システム１０は、金属空気電池２０で作られた水素を加圧する加圧ユニット６０をさらに含んでよい。加圧器６０は、ユニット３０にとって必要であるレベルまで、電池２０で作られた水素の圧力を高めることができる。加圧器６０は、金属空気電池２０から水素変換ユニット３０への水素の供給を制御するバルブおよび圧縮器を含むことができる。加圧器６０は、生成された水素用のバッファーとなるヘッダタンク（図示せず）に接続されてよい。これによって、水素エネルギー変換ユニット３０での水素の使用の正しい状態をもたらすことができる。
【００１３】
図１に見られるように、エネルギーのソースは、本発明のある実施形態によると、矢印１２で記載されるように、例えばアルミニウムが完全に使い尽くされるまで１つのバルクとして、金属空気電池２０に提供されるアルミニウムであってよい。ハイブリッドシステム１０は、金属空気電池２０でも水素変換ユニット３０でも必要である、酸素富化空気を、または、周囲空気からの酸素を、さらに与えられることができる。
【００１４】
ある実施形態では、水素エネルギー変換セル３０は、金属空気電池２０によって作られた実質的に全ての放出された水素を消費することができ、このようにして、空気中に放出される水素の濃度を水素発火点以下（すなわち、４体積％以下）に減らす。水素ユニット３０は、所定の金属空気電池２０から放出されたと算出された水素の量で作動できるように設計または選択されてよく、望ましくはあらゆる所定の作用点または作動のあらゆる所定の時間で放出された水素の量の全範囲を通じて適切に作動でき、従って金属空気電池２０の作動の全範囲を通じて操作性を確かにする。所定数の金属空気電池について、水素エネルギー変換セル３０の比例する数が選択されてよく、金属空気電池（金属空気電池２０など）から実際に放出された水素の量を燃料とする水素変換ユニット（水素変換ユニット３０など）の操作性が広範囲に及ぶことを可能にするようになっている。ある実施形態では、水素エネルギー変換セル３０は、放出された水素を消費可能電力に変換するように適合できる。水素エネルギー変換セル３０は、電気、熱、および機械的エネルギーの少なくとも１つでエネルギーを作るように適合できる。例えば、水素エネルギー変換セル３０は、電気を作る燃料電池、機械的エネルギーまたは熱を作る燃焼反応器（例えば水素燃焼機関）、および／またはあらゆる他の水素作動エネルギー変換デバイスであってよい。
【００１５】
金属空気電池のアレイの作動中に放出された水素の量（すなわち、アルミニウム空気電池のコロンビウム非効率）は、様々なパラメータ（消費電流の大きさ、電池の温度等）によって決まる。金属空気電池の作動パラメータの選択と、水素エネルギー変換ユニットの容量および種類およびその作動パラメータの選択とは、最も良く利用できるエネルギー効率、換言すれば、金属空気電池での消費アルミニウムでの理論的に利用できるエネルギーから作られるエネルギーＥｏの最大量、のために、本発明のある実施形態に従って、調整されることができる。最も良いエネルギー効率を達成するように本発明のある実施形態に従ってエネルギーシステムを作動することは、最も良く利用できるエネルギー効率を提供するが、非常に高いエネルギーコストを生じさせる、状況での作動に影響することが分かる。例えば、第１エネルギーユニットでは、９９．９９９％アルミニウム（５Ｎ）のレベルまで精製されたアルミニウムを使用することは、９９．９９％アルミニウム（４Ｎ）の生産のコストの２倍でエネルギー効率の追加の５％を提供する。より精製されていないアルミニウムを使用して、腐食のより大きな量が形成され、水素のより大きな量が放出されるからである。
【００１６】
アルミニウム空気電池は、通常０．９‐１．３ボルトの電圧レベルで作動する。所定の温度について、増加する電流引き込みは、電池電圧を減少させ、腐食を増加させ、減少する電流引き込みは、電圧を増加させ、腐食を増加させる。全体の金属空気電池効率は、所定の時点で次によって与えられる（１）ｅｆｆ１＝（コロンビウム効率）×（電池電圧／２．７１）２．７１は、アルミニウム空気電池の理論電圧である（アルミニウム以外の金属については異なる理論電圧を使用してよい）。アルミニウム空気電池から放出された水素を消費するのに水素燃料電池を使用するとき、全体のハイブリッド電気エネルギーシステム効率は、次によって与えられる（２）ｅｆｆ２＝（コロンビウム効率）×（電池電圧／２．７１）＋（１−コロンビウム効率）×（水素変換ユニット効率）
【００１７】
従って、水素変換ユニットを加えることは、より効率的でない状態（例えば、電圧が高ければ高いほど、腐食が多い）で、金属空気電池（アルミニウム空気電池など）を稼働するのにより効率的であることを意味することができ、全体のハイブリッド電気エネルギーシステム効率が増加するようにさらなる水素を利用することができる。コントローラー（コントロールユニット５０など）は、瞬間的な全体のハイブリッド電気エネルギー効率を算出することができ、例えば、引き込まれた電流または金属空気電池の温度を制御／変更することによって、適切に金属空気電池の作動パラメータを変更できる。作動パラメータのいくつかは、コントローラー５０によって制御できる。ある実施形態では、制御可能パラメータは、次の少なくとも１つを含んでよい：引き込まれた電流、金属空気電池の電解液の温度、およびハイブリッド電気エネルギーシステム全電圧。ある実施形態では、コントロールユニット５０は、例えば、加圧器６０を制御することによって、水素エネルギー変換ユニットに送出される水素ガスの圧力を制御できる。
【００１８】
いくつかの作動パラメータは、コントロールユニット５０によって制御されなくてよく、例えば、金属空気電池に含まれる金属電極純度水準である。例えば、金属空気電池２０は、生成した水素の適切な利用のためにハイブリッドエネルギーシステム効率が高く保たれながら、９９．９９９％未満の純度の数字を有する金属電極（例えば、９９．０％‐９９．９９％精製アルミニウム）を消費できる。
【００１９】
ある実施形態では、システム１０に含まれる少なくとも１つの金属空気電池２０と少なくとも１つの水素エネルギー変換セル３０との作動パラメータは、ハイブリッド電気エネルギーシステム効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率よりも少ないようになることができる。予め定められた最適化効率は、金属空気電池が最適状態（例えば、所定の状態での金属空気電池の可能な限り高い効率）で作動されるときに、金属空気電池について算出される効率と定義することができる。最適化効率（例えば、エネルギー効率）は、腐食および水素生成によるエネルギー損失が可能な限り低いように、金属空気電池が高純度金属アノード（例えば、少なくとも９９．９９９％アルミニウム）、最適化電圧および／または最適化温度を用いて作動されるときで算出されてよい。可能な限り高い効率を有するように金属空気電池を作動する最適化パラメータを見つける方法は、当技術分野で周知である。非最適非効率的な状態で金属空気電池を作動することは、電気の低生産および望ましくない水素の高生産をもたらす。本発明の実施形態は、より高いハイブリッド電気エネルギーシステム１０効率を有するように、意図的に非最適非効率的な状態でシステム１０に含まれる金属空気電池２０を作動することに関する。ハイブリッド電気エネルギーシステム効率は、予め定められた最適化効率（金属空気電池について算出された）よりも高くなることができる。
【００２０】
一例では、９９．９９９％の水準まで精製されたアルミニウムで作動する金属空気電池は、９５％のコロンビウム効率および１ボルトの電池電圧を有する。同じ金属空気は、６５％のコロンビウム効率および１．４ボルトの電池電圧で作動できる。第１の場合では、金属空気電池エネルギー効率は〜３５％であるが、第２の場合では、金属空気エネルギー効率は〜３４％である。従って、第１セットの作動パラメータでアルミニウム空気電池を作動することがより効率的であり、予め定められた最適化エネルギー効率を〜３５％とすることができる。しかしながら、金属空気電池がハイブリッド電気エネルギーシステム（システム１０など）に含まれるとき、腐食による損失エネルギーの５０％を水素変換ユニットで回収できる。従って、ハイブリッド電気エネルギーシステムエネルギー効率は、第１の場合では〜３８％であり、第２の場合では〜５１％である。従って、ハイブリッド電気エネルギーシステムの全体のパフォーマンスを向上させ、金属空気電池だけに比べてより高いハイブリッド電気エネルギー効率を達成するように、金属空気電池を準最適状態で作動すること、すなわち、作動パラメータを〜３５％の予め定められた最適化エネルギー効率未満（例えば、〜３４％）を与えるように設定することが、有益である。従って、コントローラー５０は、〜５１％のハイブリッド電気エネルギー効率を達成するように１．４ボルトの電圧で動くように金属空気電池２０の作動を制御できる。
【００２１】
本発明の他の実施形態によると、金属空気電池の作動パラメータおよび作動点の選択、および水素エネルギー変換ユニットおよびその作動状態の選択は、金銭に関する最も良いエネルギー変換率（すなわち、コスト効率）を達成するように、なされることができる。ある実施形態では、少なくとも１つの金属空気電池の作動パラメータ、および少なくとも１つの水素エネルギー変換セルの作動パラメータは、ハイブリッドシステムコスト効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池コスト効率が、予め定められた最適化効率未満であるように、されることができる。これは、主要な考慮がシステム（ＥＯ）の出力での１エネルギー単位の生産の全コストであることを意味する。
【００２２】
予め定められた最適化コスト効率は、式（３）で与えられるように、エネルギーの単位当たりで最も良い価格を与える最適状態（最適化作動パラメータ）で作動されるときに、金属空気電池２０について算出することができる。コスト効率が高ければ高いほど、作られるエネルギーの価格は低い。例えば、予め定められた最適化コスト効率は、高純度金属および高コロンビウム効率を使用して金属空気電池が作動されるときに、算出することができる。本発明の実施形態は、より高いハイブリッド電気エネルギーシステム１０コスト効率を有するように、非最適非効率的な状態でシステム１０に含まれる金属空気電池２０を意図的に作動することに関し、金属空気電池２０が非最適非効率的な状態で作動されるときのハイブリッドシステム１０でのエネルギー生産の全体の価格が、金属空気電池２０が最適効率パラメータで作動されるときの金属空気電池２０のエネルギー生産の価格よりも低いことを意味する。上記で説明されたように、この定義によれば、例えば、９９．９％（３Ｎ）精製アルミニウムまたはさらに９９％（２Ｎ）精製アルミニウムである、より精製されていないアルミニウムを金属空気電池で使用することができ、それは、金属空気電池で作られる比較的大きな量の水素をもたらす。作られた水素は、電気または機械的エネルギーを作るように使用されることができながら、比較的低いアルミニウムコストであり、１エネルギー単位の生産の全コストが、より高い純度の数字を有するアルミニウムが使用されるときに発生する全コストよりも低いようになっている。
【００２３】
コスト効率は、（３）Ｅｆｆｃｏｓｔ＝１／エネルギーの単位当たりコスト（例えばｋＷｈ／＄）と定義することができる
【００２４】
例えば、アルミニウム空気電池は、５Ｎアルミニウム（９９．９９９％純アルミニウム）などの高純度アルミニウムを使用することができ、電池から引き込まれた電気の０．５％‐３％と同等である水素発生率を達成することができる。５Ｎアルミニウムを９０％安価である２Ｎアルミニウムに置き換えることは、電池から引き込まれた電気の１０％‐３５％と同等まで水素発生を増加させ、従って、エネルギー損失、危害、および起こり得る作動不良を引き起こす。従って、５Ｎアルミニウム電極によって作動されるアルミニウム電池は、２Ｎアルミニウム電極によってされる電池よりも、４倍コスト効率的であることができる。ハイブリッドシステムでは、水素を消費し、危害になる水素の放出を減少させながら、水素は、水素エネルギー変換器でエネルギーの少なくとも３０‐５０％を回収するのに使用される。２Ｎアルミニウム電極によって作動される金属空気電池を含むハイブリッド電気エネルギーシステムの全コスト効率は、５Ｎアルミニウム電極によって作動されるアルミニウム空気電池のコスト効率よりも、少なくとも２の倍数だけ高い。従って、高純度アルミニウムをより低級のアルミニウムに置き換えることにより、エネルギー生産コストを３‐１０の倍数だけ減少させることができる。
【００２５】
ある実施形態では、コントロールユニット５０は、コントロールユニット５０と関連するメモリに保存されたヒストリカルデータに基づいて作動パラメータを選択するようにさらに構成することができる。例えば、ヒストリカル作動パラメータ、対応する算出された効率および／またはエネルギー消費パターンは、メモリに保存された日／週／月／年／であってよく、最も良い全効率（例えば、エネルギー効率またはコスト効率）になる作動パラメータを選択するコントロールユニット５０によってさらに使用されてよい。コントローラー５０は、ヒストリカルデータに基づいて制御可能および制御不能パラメータを選択できる。例えば、コントローラー５０は、過去に集められたデータに基づいてコスト効率を高めるように、ユーザーに、金属空気電池の金属アノードをより低い純度の金属に取り替えるように、推奨を送ることができる。ユーザーは、コントロールユニット５０と関連しているディスプレイで推奨を受け取ることができる。例えば、ディスプレイは、車両のマルチメディアシステムのスクリーン、またはコントロールユニット５０と遠隔（例えば、無線）で通信できるユーザーと関連しているモバイル機器、であってよい。さらに別の例では、過去に集められたデータに基づいてハイブリッドシステム１０のエネルギー効率を高めるように、コントロールユニット５０は、電池２０の温度および／またはユニット３０への水素圧力供給を変更することができる（例えば、加圧器６０を使用して）。
【００２６】
図２が参照され、図２は、本発明のある実施形態に従ったハイブリッド電気エネルギーシステムを作動する方法のフローチャートである。ボックス２１０では、方法は、ハイブリッド電気エネルギーシステム（例えば、システム１０）に含まれる金属空気電池（例えば、電池２０）の作動パラメータの第１グループの選択を含むことができる。ある実施形態では、金属空気電池を作動するパラメータは、金属空気電池が非効率的に作動するように、選択することができる。例えば、作動パラメータは、電気を作らずに過剰水素が金属アノード腐食の際に作られることができるように、選択することができる。そのような状態は、金属空気電池のエネルギー効率および／またはコスト効率を、予め定められた最適化エネルギー効率または最適化コスト効率レベル以下に減少させ得る。最適化エネルギー効率は、式１に従って算出された所定の状態での所定の電池についての可能な限り高いエネルギー効率と定義することができる。所定の電池についての最適化コスト効率は、所定の電池の所定の価格当たりで作られたエネルギーの最大量（例えば、ｋＷｈ／＄）と定義することができる。
【００２７】
一実施形態では、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池の金属アノードの純度を含むことができ、例えば、金属空気電池２０は、９９．９９９％未満の純度の金属を有する金属アノードを組み立てる（または含む）ことができ、金属空気電池のコスト効率が、予め定められたコスト効率レベル以下であることができるようになっている。別の実施形態では、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池に含まれる電解液の温度を含むことができ、例えば、電解液の温度は、７０‐８５℃に設定することができる。さらに別の実施形態では、第１グループの作動パラメータは、金属空気電池の電圧、例えば、１．４ボルト、を含むことができる。そのようなパラメータは、金属空気電池を非効率的に作動させることがある。
【００２８】
ある実施形態では、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率未満であり、しかしながら、ハイブリッド電気エネルギーシステム全効率が、予め定められた最適化効率よりも高いように、選択することができる。生成した水素の少なくとも一部（例えば、少なくとも６５％）がエネルギー変換ユニット（例えば、ユニット３０）でエネルギーに変換されるので、金属空気電池とエネルギー変換ユニットとの両方の全効率（例えば、エネルギー効率またはコスト効率）は、予め定められた最適化効率よりも高い。
【００２９】
ボックス２２０では、方法は、ハイブリッド電気エネルギーシステムに含まれる水素エネルギー変換ユニット（例えば、セル３０）の第２グループの作動パラメータを選択することを含むことができる。第２グループは、水素エネルギー変換セルを、水素燃料電池と燃焼反応器との少なくとも１つに選択することを含むことができる。ある実施形態では、第２グループは、水素エネルギー変換セルのより詳細な作動状態をさらに含むことができる。例えば、第２グループは、水素が水素エネルギー変換セルに供給される（例えば、加圧器６０によって）圧力、水素の燃焼率、燃焼室の寸法および種類、変換ユニットへの空気または酸素流の速度および圧力、ユニットの運転温度、を含むことができる。
【００３０】
本発明のある実施形態によると、上記で説明された、放出された水素による危険の問題は、本発明の実施形態に従って組み立てられて作動するエネルギーシステムで、最も良く利用できるエネルギー効率に向かって、または最も良く利用できる経済効率に向かって、計画および作動されたかにかかわらず、解決される。第１エネルギーユニットに放出された水素は、消費されることができ、その量を安全なレベルまで減少させながら、第２エネルギーユニットでエネルギーに変換されることができる。第１および第２エネルギーユニットは、防漏手段によって互いに接続されることができ、防漏手段は、システムから水素が放出されないことを確かにし、従って、ハイブリッドシステムの全エネルギーへのエネルギー貢献の有無にかかわらず、第１エネルギーユニットのプロセスで放出された全ての水素が、第２エネルギーユニットで消費される（すなわち、燃焼または化学的に反応する）。
【００３１】
本発明の特定の特徴が本明細書で説明および記載されたが、多くの修正、置換、変更、および同等が、当業者に今では思い当たる。従って、添付の「特許請求の範囲」は、発明の真の趣旨の範囲に入るそのような修正および変更を取り上げるよう意図されている。
【図１】
2017503322.tif 000003
【図２】
2017503322.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月8日(2016.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド電気エネルギーシステムであって、電力を生産する少なくとも１つの金属空気電池と、少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットと、を備え、
前記少なくとも１つの金属空気電池は、前記生産の際に水素を放出し、
前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、放出された水素の少なくとも一部を消費する、
ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、放出された水素を消費可能電力に変換する、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、燃焼反応器を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、水素燃料電池を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記燃焼反応器は、内燃機関である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、コントロールユニットをさらに備え、
前記コントロールユニットは、前記少なくとも１つの金属空気電池と前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルとの制御可能パラメータを制御するように構成されている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記制御可能パラメータは、以下の少なくとも１つ：金属空気電池の電解液の温度、水素エネルギー変換セルの水素ガスの圧力、およびハイブリッド電気エネルギーシステム全電圧、を含む、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池の作動パラメータと、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルの作動パラメータと、は、ハイブリッドシステム効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率よりも少ないようになっている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、エネルギー効率である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、コスト効率である、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池は、９９．９９９％未満の純度の金属を有する金属電極を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池は、９９．９％未満の純度の金属を有する金属電極を備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記ハイブリッドシステムは、熱と電気とを含むリストからの少なくとも１つの形態でエネルギーを生産するように適合されている、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換ユニットは、実質的に全ての放出された水素を消費し、このようにして、空気中の水素の濃度を水素発火点以下に減らす、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、前記少なくとも１つの金属空気電池によって生産されたエネルギーと、前記少なくとも１つの水素エネルギー変換セルによって生産されたエネルギーと、を結合するエネルギーコンバイナマネージャーをさらに備える、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のハイブリッド電気エネルギーシステムであって、水素を加圧するシステムと、コントロールユニットと、をさらに備え、
前記コントロールユニットは、水素エネルギー変換セルに送出される水素圧力を制御する、ハイブリッド電気エネルギーシステム。
【請求項１７】
ハイブリッド電気エネルギーシステムを作動する方法であって、
ハイブリッド電気エネルギーシステムに含まれる金属空気電池の作動パラメータの第１グループを選択することと、
ハイブリッド電気エネルギーシステムに含まれる水素エネルギー変換セルの作動パラメータの第２グループを選択することと、を含み、
作動パラメータの第１グループは、ハイブリッド電気エネルギーシステム全効率が、予め定められた最適化効率よりも高いが、金属空気電池効率が、予め定められた最適化効率よりも少ないように、選択される、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、最適化効率と、金属空気効率と、ハイブリッドシステム効率と、は、エネルギー効率またはコスト効率である、方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池の金属アノードの純度のレベルを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、９９．９９９％未満の純度の金属を有する金属アノードを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池に含まれる電解液の温度を含む、方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第１グループは、金属空気電池の電圧を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の方法であって、作動パラメータの第２グループは、水素エネルギー変換セルを、水素燃料電池と燃焼反応器との少なくとも１つに選択することを含む、方法。
【国際調査報告】
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