(57)【要約】本発明の開示は、方法およびシール減圧を動的に制御するためのシステムを対象とする。本方法は、シールの作動に関連するパラメーターのセットをモニタリングするステップであり、該パラメーターのセットは、該シールに供される最大の圧力および該最大の圧力での曝露時間を包含する、ステップ、該最大の圧力および該曝露時間の少なくとも１つに基づき、目標とする圧力のランプダウン速度を計算するステップ、および該目標とする圧力のランプダウン速度に基づく減圧速度で、該シール周辺の圧力を減少させるステップを包含する。本システムは、制御器を包含し、該制御器は、メモリデバイス、グラフィカルユーザーインターフェース、該シール周辺の圧力をモニタリングするように設計された少なくとも１つの圧力伝送器、およびプロセッサーを有し、該プロセッサーは、該シール周辺の最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出し、該シールの爆発的減圧を防ぐために、検出された該最大の曝露圧力および該曝露時間に基づき、該シール周辺の圧力のランプダウンを制御するように設計されている。【選択図】図３
2016537508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール減圧を動的に制御する方法であって、
シールの作動に関連するパラメーターのセットをモニタリングするステップであり、該パラメーターのセットは、該シールに供される最大の圧力および該最大の圧力での曝露時間を包含する、ステップ；
該最大の圧力および該曝露時間の少なくとも１つに基づき、目標とする圧力のランプダウン速度を計算するステップ；および
該目標とする圧力のランプダウン速度に基づく減圧速度で、該シール周辺の圧力を減少させるステップ
を含む、上記方法。
【請求項２】
前記減圧速度が、前記目標とする圧力のランプダウン速度の±５０％以内である、請求項１に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項３】
前記目標とする圧力のランプダウン速度の計算が、構築に用いられるシール材料にさらに基づいている、請求項１に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項４】
前記パラメーターのセットが、ガス源、該ガス源中の水素分圧、温度、湿度、シールの厚さ、シールの外形、およびシールの経時をさらに含む、請求項１に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項５】
前記シールの少なくとも一部が、ＥＰＤＭ、バイトン、ナイロン、バロックス、ポリカーボネート、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、またはポリエチレンナフタレートで形成されている、請求項３に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項６】
前記シール周辺の環境が、水素を含有する、請求項１に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項７】
電気化学的スタックのための減圧を動的に制御する方法であって、
該電気化学的スタックに関する最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出するステップ；および
該電気化学的スタックの爆発的減圧を防ぐために、検出された該最大の曝露圧力および該曝露時間に基づき、該電気化学的スタックの該圧力のランプダウンを制御するステップ
を含む、上記方法。
【請求項８】
前記電気化学的スタックの減圧を制御するステップが、構築に用いられる前記電気化学的スタックの材料にさらに基づいている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電気化学的スタックが、ＥＰＤＭ、バイトン、ナイロン、バロックス、ポリカーボネート、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、またはポリエチレンナフタレートで形成されているシールを包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気化学的スタックのガス源が、水素である、請求項７に記載のシール減圧を制御する方法。
【請求項１１】
電気化学的スタック；および
制御器
を含む、電気化学的スタックのための減圧を動的に制御するためのシステムであって、該制御器は、該電気化学的スタックに関する最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出し、該電気化学的スタックの爆発的減圧を防ぐために、検出された該最大の曝露圧力および該曝露時間に基づき、該電気化学的スタックの圧力のランプダウンを制御するように設計されている、上記システム。
【請求項１２】
前記圧力のランプダウンの制御はさらに、構築に用いられる前記電気化学的スタックの材料に基づいている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電気化学的スタックが、約０ｐｓｉ〜約１５，０００ｐｓｉの範囲の作動圧力で作動するように設計されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
シール減圧を動的に制御するためのシステムであって、該システムは、
制御器
を含み、該制御器は、
メモリデバイス、グラフィカルユーザーインターフェース、該シール周辺の圧力をモニタリングするように設計された少なくとも１つの圧力伝送器、およびプロセッサー
を含み、該プロセッサーは、該シール周辺の最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出し、該シールの爆発的減圧を防ぐために、検出された該最大の曝露圧力および該曝露時間に基づき、該シール周辺の圧力のランプダウンを制御するように設計されている、上記システム。
【請求項１５】
前記圧力のランプダウンの制御がさらに、構築に用いられるシール材料に基づいている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記シール周辺の環境が、水素を含有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
シール減圧を動的に制御する方法であって、
該シールに関して時間的に変化する圧力レベルでの総曝露時間を累積するための積分関数を実行するステップ
を含み、ここで目標とするランプダウン速度は、圧力の重み関数に基づき計算される、上記方法。
【請求項１８】
前記目標とする圧力のランプダウン速度に基づく減圧速度で、前記シール周辺の圧力を減少させるステップをさらに含む、請求項１７に記載のシール減圧を動的に制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本出願は、参照により本明細書に組み入れられる２０１３年７月２３日付けで出願された米国仮出願第６１／８５７，２８１号の利益を主張する。
【０００２】
[002]本発明の開示は、水素環境中において高圧で作動するシールを対象とし、より具体的には、高圧シールの減圧を動的に制御することを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
[003]シールは、漏れを防ぐこと、圧力を封じ込めること、または汚染を排除することによって、構成要素またはメカニズムを一緒に合体させるために設計されたデバイスである。シールは、様々な形状で供給される。例えば、シールは、フランジガスケット、ｏ−リング、ホースカップリングなどの形態をとることができる。またシールは、様々な材料、例えばブチル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイソプレン、シリコーンなどの合成ゴム、または例えばエラストマー、ポリウレタン、もしくはポリアミドなどの熱可塑性物質としても提供される。
【０００４】
[004]シールの不良は、シール、用途、環境、およびシールと接触する流体に応じて様々な理由で起こる可能性がある。例えば、小さな分子のガス（例えば水素）を取り扱う場合におけるシールの不良に関する特定のメカニズムの一つは、爆発的減圧によるシール材料の不良である。爆発的減圧は、突然の圧力減少によって引き起こされる可能性があり、それにより、周囲の圧力が減少するにつれてシール構造内に閉じ込められたガスの突然の膨張が起こる。固体材料（例えば、ポリマー固体材料およびエラストマー固体材料）中の水素の拡散は比較的遅い速度であることから、周囲の圧力が、閉じ込められたガスが逸散し得る速度より速い速度で変化する場合、材料内部にガスポケットが形成される可能性があり、それにより材料が完全に引き裂かれる可能性がある。
【０００５】
[005]爆発的減圧が問題となる具体的な用途は、水素を利用する高圧電気化学セルでの用途である。電気化学セルは、通常燃料電池または電解セルとして分類されるが、化学反応により電流を生成したり、または電流の流れを使用して化学反応を誘導したりするために使用されるデバイスである。例えば、燃料電池は、燃料（例えば、水素、天然ガス、メタノール、ガソリンなど）および酸化剤（空気または酸素）の化学エネルギーを電気ならびに熱および水の廃棄物に変換する。
【０００６】
[006]水素燃料電池の基礎的な技術は、例えば電気化学的な水素の圧縮、精製、または膨張などの電気化学的な水素の操作に適用できる。電気化学的水素圧縮機（ＥＨＣ）は、例えば、セルの一方の側から他方の側に水素を選択的に移動するのに使用することができる。この方式で作動するＥＨＣは、時には水素ポンプと称される。蓄積した水素が限定されたスペースに制限される場合、電気化学セルは、水素を圧縮する。いくつかのケースにおいて、水素圧縮機は、最大１５，０００ｐｓｉまたはそれを超える圧力に水素を圧縮することができる。個々のセルが起こすことができる最大の圧力または流速は、セルの設計に基づく可能性がある。
【０００７】
[007]電気化学的な水素の操作は、水素の管理に従来使用されていた機械システムの実用的な代替物として出現した。エネルギーキャリアーとしての水素の商業化の成功および「水素経済」の長期的持続可能性は主に、燃料電池、電解セル、および他の水素の操作／管理システム（すなわち、ＥＨＣ）の効率、安全性、および費用対効果によって決まる。ガス状水素は、通常加圧封じ込めによる、エネルギー貯蔵のための便利で汎用の形態である。高圧で水素を貯蔵することは、高エネルギー密度をもたらすという利点がある。それゆえに、特に高圧電気化学セルに関して、爆発的減圧の問題に取り組む必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
[008]高圧電気化学セル用途に関するこの爆発的減圧の問題に対して提唱されている解決法の一つは、材料から水素が漏れる可能性がある速度より遅い固定速度で電気化学的スタックまたはセルを減圧することである。しかしながら、これは、その速度が控えめ過ぎるような状況ではシステムの潜在的な応答時間を制限する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[009]上述の事情を考慮して、本発明の開示は、高圧シールのための動的な減圧制御方法およびシステムを対象とする。
【００１０】
[010]本発明の開示の一実施態様は、シール減圧を動的に制御する方法を対象とする。本方法は、シールの作動に関連するパラメーターのセットをモニタリングするステップであり、パラメーターのセットは、シールに供される最大の圧力および最大の圧力での曝露時間を包含する、ステップ、最大の圧力および曝露時間の少なくとも１つに基づき、目標とする圧力のランプダウン速度を計算するステップ、および目標とする圧力のランプダウン速度に基づく減圧速度で、シール周辺の圧力を減少させるステップを含む。
【００１１】
[011]別の実施態様において、目標とする圧力のランプダウン速度の計算は、構築に用いられるシール材料にさらに基づいている。別の実施態様において、パラメーターのセットは、ガス源、ガス源中の水素分圧、温度、湿度およびシールの経時をさらに含む。別の実施態様において、シールの少なくとも一部は、ＥＰＤＭ、バイトン（Viton）、ナイロン、バロックス（valox）、ポリカーボネート、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレートで形成されている。別の実施態様において、シール周辺の環境は、水素を含有する。
【００１２】
[012]別の本発明の開示の実施態様は、電気化学的スタックのための減圧を動的に制御する方法を対象とする。本方法は、電気化学的スタックに関する最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出するステップ、および電気化学的スタックの爆発的減圧を防ぐために、検出された最大の曝露圧力および曝露時間に基づき、電気化学的スタックの圧力のランプダウンを制御するステップを含む。
【００１３】
[013]別の実施態様において、電気化学的スタックの減圧を制御するステップは、構築に用いられる電気化学的スタックの材料にさらに基づいている。別の実施態様において、電気化学的スタックは、ＥＰＤＭ、バイトン、ナイロン、バロックス、ポリカーボネート、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレートで形成されたシールを包含する。別の実施態様において、電気化学的スタックのガス源は、水素である。
【００１４】
[014]別の本発明の開示の実施態様は、電気化学的スタックのための減圧を動的に制御するためのシステムを対象とする。本システムは、電気化学的スタックおよび制御器を含み、制御器は、電気化学的スタックに関する最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出し、電気化学的スタックの爆発的減圧を防ぐために、検出された最大の曝露圧力および曝露時間に基づき、電気化学的スタックの圧力のランプダウンを制御するように設計されている。
【００１５】
[015]別の実施態様において、圧力のランプダウンの制御はさらに、構築に用いられる電気化学的スタックの材料に基づいている。別の実施態様において、電気化学的スタックは、約０ｐｓｉ〜約１５，０００ｐｓｉの範囲の作動圧力で作動するように設計されている。
【００１６】
[016]別の本発明の開示の実施態様は、シール減圧を動的に制御するためのシステムを対象とする。本システムは、制御器を含み、制御器は、メモリデバイス、グラフィカルユーザーインターフェース、シール周辺の圧力をモニタリングするように設計された少なくとも１つの圧力伝送器、およびプロセッサーを含み、プロセッサーは、シール周辺の最大の曝露圧力および最大の圧力での曝露時間を検出し、シールの爆発的減圧を防ぐために、検出された最大の曝露圧力および曝露時間に基づき、シール周辺の圧力のランプダウンを制御するように設計されている。
【００１７】
[017]別の実施態様において、圧力のランプダウンの制御はさらに、構築に用いられるシール材料に基づいている。別の実施態様において、シール周辺の環境は、水素を含有する。
【００１８】
[018]別の本発明の開示の実施態様は、シールに関して時間的に変化する圧力レベルでの総曝露時間を累積するための積分関数を実行することによって、シール減圧を動的に制御する方法を対象とし、ここで目標とするランプダウン速度は、圧力の重み関数に基づき計算することができる。
【００１９】
[019]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に例示的で説明的なものにすぎず、特許請求された開示を限定しないと理解されるものとする。
【００２０】
[020]添付の図面は、本明細書に取り入れられ本明細書の一部を構成するが、これらは、本発明の開示の実施態様を例示し、その記載と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】[021]図１は、例示的な実施態様に係る電気化学的スタックシステムの一部の概略図である。
【図２】[022]図２は、例示的な実施態様に係る制御器の一部の概略図である。
【図３】[023]図３は、例示的な実施態様に係る様々な減圧シナリオを示す圧力対時間のチャートである。
【図４】[024]図４は、例示的な実施態様に係る様々な減圧シナリオを示す圧力対時間のチャートである。
【図５】[025]図５は、例示的な実施態様に係る様々な減圧シナリオを示す圧力対時間のチャートである。
【図６】[026]図６は、様々な実施態様に係る様々な減圧シナリオを示す圧力対時間のチャートである。
【図７】[027]図７は、例示的な実施態様に係る減圧制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[028]以下、本発明の開示の例示的な実施態様について詳細に述べ、その例は添付の図面で例示される。可能な限り、同じまたは類似の部品を指すために図面全体にわたり同じ参照番号が使用される。水素を採用する電気化学セルおよびスタックに関して説明されているが、本発明の開示の方法およびシステムは、様々な種類の加圧シールされたシステムで採用できることが理解される。
【００２３】
[029]図１は、例示的な実施態様に係る電気化学的スタックシステム１００の一部を示す。電気化学的スタックシステム１００は、電気化学的スタック１１０、および電気化学的スタック１１０と連通している制御器１２０を含み得る。図１で示されるように、電気化学的スタック１１０は、電気化学的スタック１１０が形成されるように互いに隣接してスタックされた複数の電気化学セル１１１で構成されていてもよい。制御器１２０は、図１で示されているようにスタック１１０から隔てられるように設計することができ、または様々な他の実施態様に従って、制御器１２０は、スタック１１０内に統合されるように設計することができる。他の実施態様において、制御器１２０は、複数の電気化学的スタックと連通してそれを制御するように設計することができる。
【００２４】
[030]作動中、例示的な実施態様によれば、水素ガスを電気化学的スタック１１０に供給して、各電気化学セル１１１に分配することができる。電位を適用することができ、さらに、各電気化学セル１１１内の水素を酸化させて、水素を電子とプロトンとに分けることができる。プロトンは、各電気化学セル１１１内のプロトン交換膜（示されていない）を介して電気化学的に輸送され、一方で電子は、ルート変更されて迂回する。逆側では、プロトン交換膜によって輸送されたプロトンとルート変更された電子とが還元されて、水素が形成される。逆側で水素がますます形成されるにつれて、限定されたスペース内で水素を圧縮して加圧することができる。
【００２５】
[031]各電気化学セル１１１内および電気化学的スタック１１０内で、複数の高圧ゾーンおよび複数のシールは、複数の圧力ゾーンを規定することができる。各圧力ゾーンの境界として機能する構成要素（例えば、プレート、シールなど）は、様々な圧力で水素ガスに曝露される可能性がある。例えば、電気化学的スタック１１０内の圧力は、約０ｐｓｉ〜約１５，０００ｐｓｉの範囲であってもよい。
【００２６】
[032]作動中、シールへの圧力により力を及ぼす水素ガスの少なくとも一部は、シール材料（例えば、ポリマーおよびエラストマー）に拡散する可能性がある。シール材料に拡散する水素の量は、シールにかけられる水素圧力および曝露期間に基づく可能性がある。所定期間が経つと、シールは所与の圧力で飽和する可能性があり、そうなるとシール材料への水素の拡散が止まると予想される。この飽和時間は、水素圧力に依存する可能性があり、ｔｍａｘと称することができる。様々な実施態様によれば、飽和時間ｔｍａｘを決定する際に、構築に用いられる材料を検討することができる。加えて、シールの外形（例えば、厚さ）は、飽和時間ｔｍａｘに影響を与える可能性がある。飽和時間ｔｍａｘは、外形と構築に用いられる材料の拡散率との複合的な関数であり得る。
【００２７】
[033]電気化学的スタック１１０は、様々な要因、例えば用途、負荷要求などに応じて、様々な持続時間にわたり様々な圧力で作動することができる。電気化学的スタック１１０内の圧力は、例えば作動パラメーターの変化などの様々な理由のために、または運転停止の一環として減少させてもよい。緊急的な運転停止の場合、圧力は、安全性および運用上の理由で作動圧力から周囲圧力に変更されてもよい。正常な動作条件下において、電気化学的スタック１１０の出口は、貯蔵容器中で様々な圧力レベルに曝露される可能性がある。
【００２８】
[034]シール材料から水素ガスが拡散し得る速度より速い速度で電気化学的スタック１１０内の圧力をランプダウンすることは、シール構造内部にガスポケットが形成される原因となる可能性がある。結果的に、外部の水素圧力が減少するにつれて、ガスポケットの体積が増加して、高い内部ストレスがもたらされ、それにより、シールが変形して引き裂かれること（すなわち、爆発的減圧）の原因となる可能性がある。
【００２９】
[035]爆発的減圧の可能性を低減するために、電気化学セル１１０内の減圧速度（すなわち、圧力のランプダウン速度）を制御して、シール材料内部のガスポケットの形成を制限し、低い内部ストレスを維持することができる。圧力のランプダウン速度を制御することは、シール材料に拡散した水素が、圧力差の結果として、シール内でのガスポケットおよび高い内部ストレスの形成を起こすことなくシールから逆拡散できるほど十分に遅い速度で、電気化学的スタック１１０内の水素ガスの圧力を低下させることを包含していてもよい。
【００３０】
[036]上記で簡単に論じたように、圧力のランプダウン速度は、所与のシナリオに基づき、固定された減圧速度に制御することができる。例えば、固定された減圧速度は、最悪のケースのシナリオに基づき計算することができ、ここで最悪のケースのシナリオとは、電気化学的スタックの最大の作動圧力およびｔｍａｘの曝露時間と予想される。最悪のケースのシナリオに基づき固定された減圧速度を計算することは、作動圧力または曝露時間に関係なく、確実に減圧を十分遅くすることができる。しかしながら、最悪のケースのシナリオに基づき制御することは、電気化学セルが最大の作動圧力または最大の曝露時間未満で作動する場合、過度に控えめなランプダウン時間のために非効率性をもたらす可能性がある。
【００３１】
[037]その代わりに、平均の作動圧力および曝露時間に基づき固定された減圧速度を計算することは、それでもなお爆発的減圧が起こり得る状況を作り出す可能性がある。それゆえに、電気化学的スタックの応答時間はスタックの作動、性能、および効率において重要な要素であり得るため、リアルタイムで電気化学的スタックの減圧を動的に制御することが有利な可能性がある。例えば、約１５，０００ｐｓｉ〜０ｐｓｉの圧力で作動する電気化学的スタックにとってのランプダウン時間は、最悪のケースのシナリオでの固定されたランプダウン速度に基づけば、約３０分の制御であり得る。圧力を動的に制御することによって、約１５，０００ｐｓｉでの曝露時間が比較的短い状況において、時間を約５分未満に短くすることができる。
【００３２】
[038]電気化学的スタックシステム１００は、本発明の実施態様によれば、減圧への移行を開始させる前に、電気化学的スタックの時間の履歴に基づき圧力のランプダウン速度を計算することによって、電気化学的スタック１１０の減圧を動的に制御するように設計することができる。制御器１２０は、時間の履歴のパラメーターをモニタリングし、そのパラメーターを使用して、減圧への移行の開始時にリアルタイムで目標とする圧力のランプダウン速度を計算するように設計することができる。モニタリングされるパラメーターとしては、最大の圧力、その圧力で費やされた時間、およびシールの構築に用いられる材料を挙げることができる。制御器１２０は、１つまたはそれより多くのパラメーターを使用して、重み係数を考慮に入れて曝露時間を掛けた曝露された圧力の時間依存性の合計に基づき、ランプダウン速度を計算するように設計することができる。
【００３３】
[039]図２は、例示的な実施態様に係る制御器１２０の概略図を示す。図１および２で示されているような制御器１２０は、減圧を受けるシールを有するあらゆる加圧されたデバイスと連動するように設計することができる。
【００３４】
[040]図２で示されるように、制御器１２０は、加圧されたデバイス２００の内圧を読み取るように設計された、少なくとも１つの圧力伝送器１３０またはそれに匹敵する他のデバイスを含み得る。加えて、制御器１２０は、加圧されたデバイス２００と連通させて、加圧されたデバイス２００のための入口および出口の流れを制御することによって、目標とする圧力のランプダウン速度で加圧されたデバイス２００の減圧を行うように設計されていてもよい。この流れは、バルブまたは他の流体を取り扱う構成要素（示されていない）の使用によって制御することができる。
【００３５】
[041]圧力伝送器１３０は、加圧されたデバイス２００内の少なくとも１つの加圧されたゾーン内の圧力をモニタリングするように設計された、１つまたはそれより多くの圧力伝送器で構成されていてもよい。例えば、圧力伝送器１３０は、スタック１１０全体の圧力をモニタリングするように設計されていてもよいし、またはそれぞれの個々の電気化学セル１１１内の圧力をモニタリングするように設計されていてもよい。
【００３６】
[042]制御器１２０は、圧力伝送器１３０に加えて、プロセッサー１２１、メモリデバイス１２２、およびグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）１２３で構成されていてもよい。制御器１２０は、設定されたインターバルで、例えば１分、３０秒、１５秒、５秒、１秒、０．５秒、または０．１秒毎に、パラメーターをモニタリングしてそれを記録するように設計することができる。加えて、制御器１２０は、最も最近のパラメーターに基づき目標とするランプダウン速度を連続的に計算するように設計することができる。例示的な実施態様によれば、目標とするランプダウン速度は、爆発的減圧の可能性と過剰なランプダウン時間とのバランスをとるように設計することができる。ＧＵＩ１２３は、パラメーター、例えばシール材料、作動圧力の範囲、ＰＩＤのループパラメーター、ガス源、シールのモデル、シールの外形、安全性の要因などを使用者が入力できるように設計することができる。
【００３７】
[043]代替の実施態様において、制御器１２０は、モニタリングされたパラメーターに基づき圧力のランプダウン速度を計算するのではなく、ルックアップ表またはデータベースを利用してもよい。ルックアップ表またはデータベースは、可能性のある作動圧力の全範囲、圧力で費やされた時間、および構築に用いられるシール材料に基づき、圧力のランプダウン速度に関して前もって計算された値を含んでいてもよい。
【実施例】
【００３８】
実施例１
[044]図３は、電気化学的スタック１１０に関する様々な減圧シナリオを例示する圧力対時間のチャートを示す。シナリオは、２種の異なる圧力レベル、ＰＡおよびＰＢに分けることができる。圧力レベルＰＢは点線として示され、圧力レベルＰＡは実線として示される。図３は、最大の作動圧力および最大の作動圧力での曝露時間に基づきどのようにランプダウン速度ｒを変更することができるかを例示する。図３に示したシナリオに関して、構築に用いられるシール材料は、全てのシナリオについて同じであると考えられる。
【００３９】
[045]図３で示されるように、電気化学的スタック１１０内の圧力は、ＰＡおよびＰＢの様々な傾きによって例示されるような様々な速度でランプアップすることができる。ＰＡおよびＰＢの両方に関する圧力は、圧力が水平になるまでランプアップする。図３で示されるように、ＰＢに関する圧力は、ＰＡより大きい。
【００４０】
[046]圧力の水平化に続き、ＰＡに関して３種の異なるランプダウンシナリオを例示する。第一のランプダウンシナリオは、ｔ１の持続時間の後にｒ１のランプダウン速度でランプダウンが始まるときに起こり、第二のランプダウンシナリオは、ｔ２の持続時間の後にｒ２のランプダウン速度でランプダウンが始まるときに起こり、第三のランプダウンシナリオは、ｔ３の持続時間の後にｒ３のランプダウン速度でランプダウンが始まるときに起こる。ランプダウン速度は、ランプダウンの線の傾き（ΔＰ／Δｔ）に等しい。
【００４１】
[047]図３で示されるように、曝露時間ｔ３は曝露時間ｔ２より大きく、曝露時間ｔ２は曝露時間ｔ１より大きい。したがって、各シナリオにとって最大の圧力が同じであることから、ランプダウン速度は、曝露時間に基づき変更される可能性がある。それゆえに、ｔ１は最も短い曝露の持続時間であることから、最も少ない量の水素がシール材料に拡散したと予想され、このケースにおいてランプダウン速度ｒ１はランプダウン速度ｒ２より大きい可能性があり、ランプダウン速度ｒ２はランプダウン速度ｒ３より大きい可能性がある。
【００４２】
[048]同様に、図３で示されているように、圧力レベルがＰＢの場合、曝露時間ｔ５は、曝露時間ｔ４より大きい。したがって、ランプダウン速度ｒ４は、ランプダウン速度ｒ５より大きい可能性がある。加えて、ＰＢはＰＡより大きいことから、ｔ５がｔ３に等しい場合、ｒ３は、ｒ５より大きいかまたはそれに等しい可能性がある。一般的に、減圧の速度は、最大の圧力で費やされた時間に反比例し、最大の曝露された圧力レベルに反比例する可能性がある。曝露された圧力レベルの比例関係は、非線形であり得ることが予期される。
【００４３】
実施例２
[049]図４は、電気化学的スタック１１０に関する３つの減圧シナリオを例示する圧力対時間のチャートを示す。図４は図３に類似しているが、図４は圧力レベルＰＡのみを示し、図４においてｔ２およびｔ３は飽和時間ｔｍａｘを上回る。それゆえに、構築に用いられる材料が同じと仮定するとｒ２およびｒ３は等しく、これはなぜなら、飽和時間は両方にとっての曝露時間として使用され、最大の圧力は同じためである。
【００４４】
実施例３
[050]対照的に、図５は、電気化学的スタック１１０の構築に用いられる材料が異なる場合の２つの減圧シナリオを例示する圧力対時間のチャートを示す。両方のシナリオにおいて、最大の圧力での曝露時間はｔ１に等しく、ｔ１は飽和時間ｔｍａｘより大きい。加えて、最大の圧力は、両方のシナリオにおいて等しい。それゆえに、２つのシナリオ間の差は、境界の構成要素の構築に用いられる材料であり得る。シナリオ１は、傾きｒ１を有する実線のランプダウンの線によって表すことができる。シナリオ２は、傾きｒ２を有する点線のランプダウンの線によって表すことができる。図５に基づき、シナリオ１の場合の電気化学的スタック１１０の材料は、シナリオ２の場合の電気化学的スタック１１０のシールより大きいシールからの水素拡散速度を有する。シナリオ１の水素拡散速度がより高いために、ランプダウン速度ｒ１はｒ２より大きい可能性があり、その結果として応答時間は、図５で例示したように、より小さくなる可能性がある。
【００４５】
実施例４
[051]別の実施態様において、図６で示されているように、ランプダウンは、図３〜５で示されているような一定の漸進的な下方への傾きではなく、複数のステップで実施されてもよい。図６で示されるように、圧力が下降し、次いで実質的に安定化して、その後再び低下する。複数工程の下降にわたる全体的な減圧速度は、一定のランプダウンの場合の全体的な減圧速度に実質的に等しくてもよい。
【００４６】
[052]別の実施態様において、ランプダウン速度は、非線形（例えば、指数関数、対数、多項式）であってもよい。例えば、ランプダウン速度は、より高い圧力ではより遅い可能性があり、圧力が減少するにつれてランプダウン速度は指数関数的に増加する可能性がある。
【００４７】
[053]様々な実施態様において、追加のパラメーターをモニタリングして、それをランプダウン速度の計算の要素に入れることもできる。例えば、ガス源、ガス源中の水素の分圧、温度、湿度、およびシールの経時である。
【００４８】
[054]様々な他の実施態様において、減圧開始時だけではなく減圧中ずっと、ランプダウン速度を再計算してもよいし、ランプダウン速度を調整してもよいことが予期される。
【００４９】
[055]図７は、例示的な実施態様に係る高圧シールのために減圧を動的に制御する方法の様々な工程を例示するフローチャートである。本方法は、シールの作動に関連するパラメーターのセットをモニタリングするステップを含む。パラメーターのセットは、シールに供される最大の圧力および最大の圧力での曝露時間を包含していてもよい。減圧への移行が一旦開始されれば、最大の圧力および曝露時間の少なくとも１つに基づく目標とする圧力のランプダウン速度の計算を実施することができる。次いで目標とするランプダウン速度に基づき決定される減圧速度で減圧（すなわち、圧力の減少）を開始させることができる。様々な実施態様によれば、減圧速度は、目標とするランプダウン速度に等しくてもよいし、または減圧速度は、目標とするランプダウン速度から、例えば、約±１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、または５０％より大きく変更されていてもよい。
【００５０】
[056]様々な実施態様によれば、減圧中、パラメーターを連続的にモニタリングすることができ、さらに目標とするランプダウン速度をアップデートしてフィードバックループ制御を行うことができる。
【００５１】
[057]別の実施態様において、制御器１２０は、積分関数を実行するように設計することができる。この関数は、時間変化する圧力レベルでの総曝露時間を累積することができる。ランプダウン速度は、圧力の重み関数に基づき計算することができる。例えば、ランプダウン速度は、Ｐ＊ｄ（ｔ）の積分であり得る。さらに別の実施態様において、制御器１２０のランプダウン制御は、ある特定の圧力の閾値を超えると作動するように設計することができる。例えば、電気化学セル内の圧力が約１００ｐｓｉ、５００ｐｓｉ、１，０００ｐｓｉ、５，０００ｐｓｉ、１０，０００ｐｓｉ、または１５，０００ｐｓｉより高く上昇した場合、制御器１２０は、ランプダウン速度の計算を開始することができる。
【００５２】
[058]様々な実施態様によれば、ランプダウン速度を制御することは、高圧デバイスにおいてシールへの「爆発的減圧」を実質的に制限するかまたは防ぐことができる。１つの特定の実施態様は、シールが爆発的減圧による損傷を受けやすい可能性がある電気化学的スタックのために、ランプダウン速度を制御することである。電気化学的スタックのためのシールは、これらに限定されないが、ＥＰＤＭ、バイトン、ナイロン、バロックス、ポリカーボネート、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレートなどのあらゆるエラストマー材料またはポリマー材料から形成することができる。
【００５３】
[059]本発明の開示の他の実施態様は、明細書の考察と本明細書に記載の本発明の開示の実施から当業者には明らかであると予想される。明細書および実施例は単なる例示とみなされ、本発明の開示の真の範囲および本質は以下の特許請求の範囲によって提示されることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１００  電気化学的スタックシステム
１１０  電気化学的スタック
１１１  電気化学セル
１２０  制御器
１２１  プロセッサー
１２２  メモリデバイス
１２３  グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）
１３０  圧力伝送器
２００  加圧されたデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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