Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2007523259A - Hydrogen generation system and method - Google Patents

Hydrogen generation system and method Download PDF

Info

Publication number
JP2007523259A
JP2007523259A JP2006542767A JP2006542767A JP2007523259A JP 2007523259 A JP2007523259 A JP 2007523259A JP 2006542767 A JP2006542767 A JP 2006542767A JP 2006542767 A JP2006542767 A JP 2006542767A JP 2007523259 A JP2007523259 A JP 2007523259A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrochemical
electrochemical cell
water
combustible gas
controlling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006542767A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ダミアン バートラッキ,ジャスティン
スペランサ,エイ.ジョン
アーロン スパナー,マイケル
コープランド エブナー,コート
ウェイン ドレイアー,ケン
アーサー ゴヤッティー,ステファン
ジェイ. クリストファー,マシュー
Original Assignee
プロトン エナジー システムズ,インク.
モールスロップ,ローレンス クリントン
ダミアン バートラッキ,ジャスティン
スペランサ,エイ.ジョン
アーロン スパナー,マイケル
コープランド エブナー,コート
ウェイン ドレイアー,ケン
アーサー ゴヤッティー,ステファン
ジェイ. クリストファー,マシュー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by プロトン エナジー システムズ,インク., モールスロップ,ローレンス クリントン, ダミアン バートラッキ,ジャスティン, スペランサ,エイ.ジョン, アーロン スパナー,マイケル, コープランド エブナー,コート, ウェイン ドレイアー,ケン, アーサー ゴヤッティー,ステファン, ジェイ. クリストファー,マシュー filed Critical プロトン エナジー システムズ,インク.
Priority claimed from PCT/US2004/040437 external-priority patent/WO2005057686A2/en
Publication of JP2007523259A publication Critical patent/JP2007523259A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

【課題】
【解決手段】 複数の個別電気化学セルスタックを有する電気化学システムが記載されている。このシステムは、複数の電気化学セルスタックに液通した水−酸素管理システムと、複数の電気化学セルに液通した水素管理システムとを具える。システムを換気する手段と、前記電気化学システムをモニタして動作させる制御システムがあり、この制御システムが、異常動作状態を検出する手段と、この異常状態に応じて前記電気化学システムの性能を低減する手段を具える。
【選択図】 図2
【Task】
An electrochemical system having a plurality of individual electrochemical cell stacks is described. The system includes a water-oxygen management system that is fluidly passed through a plurality of electrochemical cell stacks and a hydrogen management system that is fluidly passed through a plurality of electrochemical cells. There are means for ventilating the system and a control system for monitoring and operating the electrochemical system, the control system detecting means for abnormal operating conditions, and reducing the performance of the electrochemical system according to the abnormal conditions It has a means to do.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、電気化学セルシステムに関するものであり、特に単一のシステム内の多数の電気化学セルの使用に関する。   The present invention relates to electrochemical cell systems, and more particularly to the use of multiple electrochemical cells in a single system.

発明の背景
電気化学セルはエネルギィ変換デバイスであり、通常電解セルまたは燃料セルのいずれかに分類される。電解セルは、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生することによって水素発生器として機能し、水素を酸素と電気化学的に反応させて電力を発生する燃料セルとして機能する。図1を参照すると、典型的な陽子交換膜電解セルの一部の詳細が示されている。通常のアノード給水電解セル(図示せず)では、処理水を酸素電極(電解セル中の、アノード)の横のセルに供給し、酸素ガス、電子および陽子にする。電解反応は、このアノードに電気的に接続された電力源の正端子と、水素電極(電解セル中の、カソード)に接続された電力源の負端子によって促進される。
BACKGROUND OF THE INVENTION Electrochemical cells are energy conversion devices and are usually classified as either electrolytic cells or fuel cells. The electrolytic cell functions as a hydrogen generator by electrolyzing water to generate hydrogen gas and oxygen gas, and functions as a fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting hydrogen with oxygen. Referring to FIG. 1, some details of a typical proton exchange membrane electrolysis cell are shown. In a normal anode feed water electrolysis cell (not shown), treated water is supplied to the cell next to the oxygen electrode (in the electrolysis cell, the anode) to produce oxygen gas, electrons and protons. The electrolytic reaction is facilitated by the positive terminal of the power source electrically connected to the anode and the negative terminal of the power source connected to the hydrogen electrode (the cathode in the electrolysis cell).

酸素ガスと処理水の一部がセルから出て、陽子と水が陽子交換膜を通ってカソードへ移動し、そこで水素ガスができる。カソード供給電解セル(図示せず)では、処理水が水素電極に送られ、この水の一部がカソードから前記膜を通ってアノードへ移動し、そこで陽子と酸素ガスができる。処理水の一部は、この膜を通過することなくカソード側のセルから出てゆく。陽子は、この膜を通ってカソードへ移動し、そこで水素ガスができる。典型的な電気化学セルシステムは、スタックに配置した複数の個別セルと、スタック構造内に形成した入力及び出力導管を介してセルへ導入される作動液を具える。スタック内のセルは順番に配列されており、各々がカソードと、陽子交換膜と、アノードを具えている。   Part of the oxygen gas and treated water exits the cell, and protons and water move through the proton exchange membrane to the cathode where hydrogen gas is produced. In a cathode supply electrolysis cell (not shown), treated water is sent to a hydrogen electrode, and a portion of this water moves from the cathode through the membrane to the anode where protons and oxygen gas are produced. Part of the treated water leaves the cell on the cathode side without passing through this membrane. Protons travel through this membrane to the cathode where hydrogen gas is produced. A typical electrochemical cell system comprises a plurality of individual cells arranged in a stack and a working fluid introduced into the cell via input and output conduits formed in the stack structure. The cells in the stack are arranged in order, each comprising a cathode, a proton exchange membrane, and an anode.

従来の構成では、アノード、カソード、またはその両方が、ガスの膜への拡散を容易にするガス拡散電極である。各カソード/膜/アノードアッセンブリ(以下、「膜電極アッセンブリ」、あるいは「MEA」という)は、通常、その両側を、スクリーンパックあるいはバイポーラプレートを具える流動場によって支持されている。このような流動場は、流体の移動と膜の水和作用を容易にし、MEAに機械的な支持を提供する。セル内にはしばしば差圧が存在するので、しばしば圧縮パッドあるいはその他の圧縮手段を用いて、セルの活性領域、すなわち電極内の圧縮を均一に維持するようにして、これによって、流体場とセル電極間の密接な接触を長期間にわたって維持するようにしている。パイプシステムによって液体及び気体ストレージデバイスに連結されている電気化学セルへおよび電気化学セルからポンプを用いて反応物と生成物を移動させる。この外付ポンプとストレージ領域の双方を使用することで、電気化学セルの移送の容易さが制限され、ポンプとストレージタンクの導入あるいは稼動が困難な場所での電気化学セルの使用を複雑なものになる。現存の電気化学セルシステムはその意図する目的に適している一方、特に、複数の電気化学セルスタックとそれらの動作による電気化学セルシステムの動作にいまだ改善の余地がある。   In conventional configurations, the anode, cathode, or both are gas diffusion electrodes that facilitate diffusion of gas into the membrane. Each cathode / membrane / anode assembly (hereinafter “membrane electrode assembly” or “MEA”) is typically supported on both sides by a flow field comprising a screen pack or bipolar plate. Such a flow field facilitates fluid movement and membrane hydration and provides mechanical support to the MEA. Since there is often a differential pressure within the cell, a compression pad or other compression means is often used to maintain uniform compression within the active area of the cell, i.e., the electrode, thereby reducing the fluid field and the cell. Intimate contact between the electrodes is maintained over a long period of time. Reactants and products are moved using pumps to and from electrochemical cells connected to liquid and gas storage devices by pipe systems. The use of both this external pump and storage area limits the ease of transfer of the electrochemical cell and complicates the use of the electrochemical cell in places where it is difficult to install or operate the pump and storage tank. become. While existing electrochemical cell systems are suitable for their intended purpose, there is still room for improvement, particularly in the operation of electrochemical cell systems with multiple electrochemical cell stacks and their operation.

発明の概要
複数の別々の電気化学セルスタックを有する電気化学システム。このシステムは、複数の電気化学セルスタックに液通した水−酸素管理システムと、複数の電気化学セルスタックに液通した水素管理システムを具える。このシステムを換気する手段と、電気化学システムをモニタし操作する制御システムを具え、この制御システムは異常動作状態を検出する手段と、この異常状態に反応して電気化学システムの性能を下げる手段とを具える。
SUMMARY OF THE INVENTION An electrochemical system having a plurality of separate electrochemical cell stacks. The system includes a water-oxygen management system that is fluidly passed through a plurality of electrochemical cell stacks and a hydrogen management system that is fluidly passed through a plurality of electrochemical cell stacks. Means for ventilating the system, a control system for monitoring and operating the electrochemical system, the control system for detecting an abnormal operating condition, and means for reducing the performance of the electrochemical system in response to the abnormal condition; With

複数の個別の電気化学セルスタックを有する電気化学システムであって、複数の電気化学セルスタックに液通した酸素−水相分離器を具えるシステム。この相分離器は、電気化学セルスタックに水を放出する第1のマニフォールドと、電気化学セルスタックから水を受け取る第2のマニフォールドを具える。第1のマニフォールドは電気化学セルに水を放出するための複数のセルスタック出口と、ガードベッド出口を具える。排出導管が相分離器に液通しており、この導管は相分離器からガス流を受け取る入口と、このガス流を放出する排出ポートを具える。このシステムは、また、第1のマニフォールドガードベッド出口に連結された流量低減器を具える。この流量低減器は、圧力範囲を超えるガードベッド出口を通る水量を制限する。   An electrochemical system having a plurality of individual electrochemical cell stacks comprising an oxygen-water phase separator in fluid communication with the plurality of electrochemical cell stacks. The phase separator includes a first manifold that discharges water into the electrochemical cell stack and a second manifold that receives water from the electrochemical cell stack. The first manifold includes a plurality of cell stack outlets for releasing water into the electrochemical cell and a guard bed outlet. An exhaust conduit is in fluid communication with the phase separator, the conduit having an inlet for receiving a gas stream from the phase separator and an exhaust port for discharging the gas stream. The system also includes a flow reducer coupled to the first manifold guard bed outlet. This flow reducer limits the amount of water passing through the guard bed outlet beyond the pressure range.

ユーザインターフェースと、このユーザインターフェースに連結された制御パネルを有する可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートするシステム。あらかじめ混合された可燃ガスのキャニスタと、制御パネルに電気的に接続されている少なくとも一の可燃ガスセンサがある。このキャニスタと少なくとも一の可燃ガスセンサに液通するバルブ構造が設けられている。バルブ構造も、制御パネルに電気的に接続されている。   A system for automatically calibrating a combustible gas sensor having a user interface and a control panel coupled to the user interface. There is a premixed combustible gas canister and at least one combustible gas sensor electrically connected to the control panel. A valve structure is provided through which liquid passes through the canister and at least one combustible gas sensor. The valve structure is also electrically connected to the control panel.

可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートする方法であって、あらかじめ混合された可燃ガスを所定のインターバルで自動的に放出するステップと、可燃ガスセンサの検出表面にこのあらかじめ混合された可燃ガスを注入するステップとを具える。このセンサで検出された可燃ガスのレベルを測定し、この測定に応じてセンサキャリブレーションを自動的に調整する。   A method for automatically calibrating a combustible gas sensor, the step of automatically releasing a premixed combustible gas at a predetermined interval, and the step of injecting the premixed combustible gas into a detection surface of the combustible gas sensor; With The level of combustible gas detected by this sensor is measured, and sensor calibration is automatically adjusted according to this measurement.

少なくとも一の電気化学セルを具える電気化学システムの出力圧を制御するシステム。設定ポイントを有する圧力調整器があり、この圧力調整器は電気化学セルに液通している。圧力センサは、圧力調整器と電気化学セルの間で圧力調整器に液通している。制御パネルが圧力センサと、この圧力センサに応じて電気化学セルの出力を調整する手段をモニタしており、圧力センサのガス圧が圧力調整器の設定ポイント以上の所定の圧力に維持される。   A system for controlling the output pressure of an electrochemical system comprising at least one electrochemical cell. There is a pressure regulator having a set point, which is in fluid communication with the electrochemical cell. The pressure sensor is in fluid communication with the pressure regulator between the pressure regulator and the electrochemical cell. The control panel monitors the pressure sensor and the means for adjusting the output of the electrochemical cell in response to the pressure sensor, and the gas pressure of the pressure sensor is maintained at a predetermined pressure that is equal to or higher than the set point of the pressure regulator.

詳細な説明
水素ガスは工業的に様々に使用され、アンモニアの生成、発電機の冷却から、宇宙空間を推進するロケットの動力にいたるまでのエネルギィのアプリケーションを有する、用途の広い材料である。水素ガスは宇宙で最も豊富な元素である一方、入手が容易でなく、その他の材料から抽出しなくてはならない。通常は、蒸気還元プロセスを通じてメタンを改質する大量生産設備を使用して大量の水素ガスを作り、コンテナあるいはタンクに保存して、用途に合わせて顧客のところへ輸送する。
DETAILED DESCRIPTION Hydrogen gas is widely used in industry and is a versatile material with energy applications ranging from ammonia generation, generator cooling to rocket power driving space. While hydrogen gas is the most abundant element in the universe, it is not readily available and must be extracted from other materials. Usually, a large amount of hydrogen gas is produced using a mass production facility that reforms methane through a steam reduction process, stored in a container or tank, and transported to the customer according to the application.

物流とセキュリティの問題のため、使用の最終地点により近いところで水素を製造することが一層望まれてきている。最も望ましい製造方法は、ユーザが使用する地点で必要とされるときに水素を製造できることである。これを実現するために、水の電気分解を用いた水素発生器を用いて、必要なときに水素ガスを生成するようにしている。図1及び図2を参照すると、本発明の電気化学システム12が示されている。電気化学セル14は通常、スタックに配置された一またはそれ以上の個別セルと、スタック構造内のセルを介して導入される作動液を具える。スタック内のセルは、シーケンシャルに配列されており、各々が、図1に示すようなカソード、陽子交換膜、およびアノード(以下、「膜電極アッセンブリ」あるいは「MEA」119という)を有する。通常、各セルは更に、カソードと液通した第1の流動場と、アノードに液通した第2の流動場を具える。MEA119は、これらの流動場内に配置されたスクリーンパックによって、あるいは、バイポーラプレートによって、いずれか一方あるいは双方の側部が支持されており、膜水和作用及び/又はMEA119へおよびMEA119からの流体の移動を容易にするように構成することができる。   Due to logistics and security issues, it has become more desirable to produce hydrogen closer to the final point of use. The most desirable production method is that the hydrogen can be produced when needed at the point of use by the user. In order to realize this, a hydrogen generator using electrolysis of water is used to generate hydrogen gas when necessary. With reference to FIGS. 1 and 2, an electrochemical system 12 of the present invention is shown. The electrochemical cell 14 typically comprises one or more individual cells arranged in a stack and a working fluid introduced through the cells in the stack structure. The cells in the stack are sequentially arranged, and each has a cathode, a proton exchange membrane, and an anode (hereinafter referred to as “membrane electrode assembly” or “MEA” 119) as shown in FIG. Typically, each cell further comprises a first flow field in fluid communication with the cathode and a second flow field in liquid communication with the anode. The MEA 119 is supported on either or both sides by screen packs placed in these flow fields, or by bipolar plates, and allows membrane hydration and / or fluid flow to and from the MEA 119. It can be configured to facilitate movement.

膜118は、電気化学セルの動作状態の下、好ましくは固相あるいはゲル状の電解質を具える。実用的な材料は、例えば、陽子伝導性イオノマ及びイオン交換樹脂を具えている。実用的な陽子伝導性イオノマには、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、プロトン酸、プロトン酸塩を具える錯体、または上述の錯体を一またはそれ以上具える混合物がある。上記の塩に実用的なカウンタイオンには、ハロゲンイオン、過塩素イオン、チオシアネートイオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、フルオロホウ酸イオン、その他がある。このような塩の代表的な例には、限定するものではないが、フッ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化リチウム、過塩化リチウム、チオシアン化ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、燐酸、硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、その他がある。アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、プロトン酸、あるいはプロトン酸塩は、ポリエーテル、ポリエステル、またはポリイミドなどの一又はそれ以上の極性ポリマと、あるいは、上述の極性ポリマをセグメントとして含有するネットワークポリマまたは架橋ポリマと合成することができる。実用的なポリエーテルには、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、およびポリエチレングリコールジエーテルなどのポリオキシアルキレン;ポリ(オキシエチレン−コ−オキシプロピレン)グリコール、ポリ(オキシエチレン−コ−オキシプロピレン)グリコールモノエーテル、及び、ポリ(オキシエチレン−コ−オキシプロピレン)グリコールジエーテルなどの、上述のポリエーテルの少なくとも一つの共重合体;上述のポリオキシアルキレンによるエチレンジアミンの凝縮生成物;及び、燐酸エステル、脂肪族カルボキシル酸エステル、あるいは芳香族カルボキシル酸エステルなど、上述のポリオキシアルキレンのエステル;がある。例えば、ポリエチレングリコールモノエチルエーテルとメタクリル酸などの共重合体は、十分なイオン導電性を示し、有用である。   Membrane 118 preferably comprises a solid phase or gel electrolyte under the operating conditions of the electrochemical cell. Practical materials include, for example, proton conducting ionomers and ion exchange resins. Practical proton conducting ionomers include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, protonic acids, complexes comprising protonic acid salts, or mixtures comprising one or more of the complexes mentioned above. Counter ions that are practical for the above salts include halogen ions, perchlorate ions, thiocyanate ions, trifluoromethanesulfonate ions, fluoroborate ions, and others. Representative examples of such salts include, but are not limited to, lithium fluoride, sodium iodide, lithium iodide, lithium perchloride, sodium thiocyanide, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium borofluoride, six There are lithium fluorophosphate, phosphoric acid, sulfuric acid, trifluoromethanesulfonic acid and others. The alkali metal salt, alkaline earth metal salt, proton acid, or proton acid salt may be one or more polar polymers such as polyether, polyester, or polyimide, or a network polymer containing the above polar polymer as a segment. Alternatively, it can be synthesized with a crosslinked polymer. Practical polyethers include polyoxyalkylenes such as polyethylene glycol, polyethylene glycol monoether, and polyethylene glycol diether; poly (oxyethylene-co-oxypropylene) glycol, poly (oxyethylene-co-oxypropylene) glycol At least one copolymer of the aforementioned polyethers, such as monoethers and poly (oxyethylene-co-oxypropylene) glycol diethers; condensation products of ethylenediamine with the aforementioned polyoxyalkylenes; and phosphates; There are esters of the above-mentioned polyoxyalkylenes such as aliphatic carboxylate esters or aromatic carboxylate esters. For example, a copolymer such as polyethylene glycol monoethyl ether and methacrylic acid is useful because it exhibits sufficient ionic conductivity.

陽子伝導性材料として実用的なイオン交換樹脂には、炭化水素と過フッ化炭化水素タイプの樹脂がある。炭化水素タイプのイオン交換樹脂には、フェノール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒドなどの縮合樹脂、ポリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン、スチレン−ジビニルベンゼン−ビニルクロライドターポリマ、その他があり、これらはスルホン化によるカチオン交換能力を用いて十分にしみこませることができ、あるいは、クロロメチル化の後、対応する第4アミンへ転換することによるアニオン交換能力を用いて十分にしみこませることができる。   Practical ion exchange resins as proton conductive materials include hydrocarbon and fluorocarbon type resins. Hydrocarbon type ion exchange resins include phenol resins, condensation resins such as phenol-formaldehyde, polystyrene, styrene-divinylbenzene copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene, styrene-divinylbenzene-vinyl chloride terpolymer, There are others, which can be fully impregnated using the cation exchange capacity by sulfonation, or they can be sufficiently impregnated using the anion exchange capacity by converting to the corresponding quaternary amine after chloromethylation. Can be made.

過フッ化炭化水素タイプのイオン交換樹脂には、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロスルホニルエトキシビニルエーテル、あるいはテトラフルオロエチレン−ヒドロキシル化(過フッ化ビニルエーテル)共重合体、その他の水和物がある。例えば、燃料セルのカソードなど、酸化および/又は耐酸が必要な場合、スルホン酸、カルボキシル酸及び/又は燐酸官能基を有する過フッ化炭化水素タイプの樹脂が好ましい。過フッ化炭化水素タイプの樹脂は通常、ハロゲン、強酸、および塩基によって優良な耐酸性を示す。スルホン酸基官能基を有する過フッ化炭化水素タイプの樹脂の一の族は、NAFION(登録商標)樹脂(デラウエア州、ウイルミントン所在のE.I. du Pont de Nemours and Company社から商業的に入手可)である。   Examples of the perfluorohydrocarbon type ion exchange resin include tetrafluoroethylene-perfluorosulfonylethoxyvinyl ether, tetrafluoroethylene-hydroxylated (perfluorovinyl ether) copolymer, and other hydrates. For example, if oxidation and / or acid resistance is required, such as a fuel cell cathode, a fluorocarbon type resin having sulfonic acid, carboxylic acid and / or phosphoric acid functional groups is preferred. Fluorohydrocarbon type resins usually show good acid resistance with halogens, strong acids and bases. One family of fluorohydrocarbon type resins having sulfonic acid functional groups is NAFION® resin (commercially available from EI du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Del.) It is.

電極114と116は、必要な電気化学反応(すなわち、水を電気分解して水素と酸素を発生する)を行うのに適した触媒を具えている。好適な電極は、限定するものではないが、プラチナ、パラジウム、ロジウム、炭素、金、タンタル、タングステン、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、その他、また、上述の金属の一またはそれ以上を具える合金と組み合わせである。電極114と116は、膜118の上に形成することもでき、あるいは膜118の近傍に、膜118と接触してあるいはイオン的に連通して層を成している。   Electrodes 114 and 116 comprise a catalyst suitable for performing the necessary electrochemical reaction (ie, electrolyzing water to generate hydrogen and oxygen). Suitable electrodes include, but are not limited to, platinum, palladium, rhodium, carbon, gold, tantalum, tungsten, ruthenium, iridium, osmium, etc., and alloys with one or more of the above metals. It is. The electrodes 114 and 116 can be formed on the membrane 118 or are layered in contact with or in ionic communication with the membrane 118 in the vicinity of the membrane 118.

流動場部材(図示せず)と支持膜118は、システム流体の通路を作り、好ましくは導電性であり、例えば、スクリーンパックまたはバイポーラプレートであってもよい。スクリーンパックは、一またはそれ以上の穴の開いたシート、あるいは金属またはストランドで形成された織ったメッシュを具える。これらのスクリーンは、典型的には、例えば、ニオビウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、カーボンスチール、ステンレススチール、ニッケル、コバルトなどの金属と、また、合金および上述の金属の一またはそれ以上の組み合わせを含む。バイポーラプレートは、一般に、ファイバーカーボン、ポリテトラフルオロエチレン、またはPTFE(デラウエア州、ウイルミントン所在のE.I. du Pont de Nemours and Company社から、商標名TEFLON(登録商標)の名前で商業的に入手可)を含侵させたファイバーカーボンを具える多孔性構造である。   The flow field member (not shown) and the support membrane 118 create a passage for the system fluid and are preferably electrically conductive, for example, a screen pack or a bipolar plate. The screen pack comprises one or more perforated sheets or woven mesh formed of metal or strands. These screens typically include, for example, metals such as niobium, zirconium, tantalum, titanium, carbon steel, stainless steel, nickel, cobalt, and also combinations of alloys and one or more of the above metals. . Bipolar plates are generally fiber carbon, polytetrafluoroethylene, or PTFE (commercially available under the trade name TEFLON® from EI du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Del.) It is a porous structure comprising fiber carbon impregnated with.

図2及び図3を参照すると、電気化学セル14内で水が水素ガスと酸素ガスに分解された後、下流側の更なる処理のために電気化学セル14に各ガスが残る。分解されなかった処理水と混合された酸素が、水−酸素管理システム16(以下、「WOMS」という)に送られる。WOMS16は、水から酸素ガスを分離する、水のラインをマニフォールドすること、水質をモニタすること、水を脱イオン化することを含む、電気化学システム12内の水の液体としての機能の全てを持続する。これらの全機能を以下により詳細に説明する。   Referring to FIGS. 2 and 3, after the water is decomposed into hydrogen gas and oxygen gas in the electrochemical cell 14, each gas remains in the electrochemical cell 14 for further downstream processing. Oxygen mixed with treated water that has not been decomposed is sent to a water-oxygen management system 16 (hereinafter referred to as “WOMS”). WOMS 16 maintains all of its functions as a water liquid in the electrochemical system 12, including separating oxygen gas from water, manifolding the water line, monitoring water quality, and deionizing water. To do. All these functions are described in more detail below.

水素ガスは、水を電気分解するプロセス間に水素陽子と共に持ち越される少量の水と共に電気化学セル14から出て行く。この水素−水混合物は、更なる処理のために水素ガス管理システム18(以下、「HGMS」という)へ送られる。HGMS18は、水素ガスから水を分離して、追加の乾燥装置を用いてこのガスを処理し、水の混入を更に最小にする。最終的に、水素ガスがポート20を通ってシステム12から出てゆき、最終アプリケーションの使用に付される。   Hydrogen gas exits the electrochemical cell 14 with a small amount of water carried over with hydrogen protons during the process of electrolyzing the water. This hydrogen-water mixture is sent to a hydrogen gas management system 18 (hereinafter “HGMS”) for further processing. The HGMS 18 separates the water from the hydrogen gas and treats this gas with additional drying equipment to further minimize water contamination. Eventually, hydrogen gas exits system 12 through port 20 and is ready for use in the final application.

電気化学システム12は、更に、換気システム22、電源モジュール24、制御パネル26、ユーザ入力パネル28、燃焼ガスセンサキャリブレーションシステム30などのサブシステムを具える。電気化学システム12のキャビネット32は、ガス発生コンパートメント38から電気コンパートメント36を分離するパーティション34によって分割されており、水素ガスが点火ソースにうっかり露出することを防止している。   The electrochemical system 12 further includes subsystems such as a ventilation system 22, a power supply module 24, a control panel 26, a user input panel 28, and a combustion gas sensor calibration system 30. The cabinet 32 of the electrochemical system 12 is divided by a partition 34 that separates the electrical compartment 36 from the gas generating compartment 38, preventing hydrogen gas from being inadvertently exposed to the ignition source.

WOMS16は、図4と図6に最もよく示されている。脱イオン水が外付源から水入口導管42を介して相分離器と水マニフォールド40へ送られる。追加のフィルタ44を水入口導管42へ接続して、システム12に汚染物質が入ることを更に防護している。システム12がスタートすると、導管42を介して水が入り、ソレノイドバルブ50を閉じる所望のレベルの水がセンサ48で検出されるまで、相分離器本体46を満たす。動作中に、相分離器の水レベルが所定のスレッシュホールドを下回ったことを水レベルセンサ48が検出すると、ソレノイドバルブ50が開いて、システムに追加の水を提供する。相分離器と水マニフォールド40は、ブラケット43によってキャビネットに装着されている。   WOMS 16 is best shown in FIGS. Deionized water is sent from an external source to the phase separator and water manifold 40 via a water inlet conduit 42. An additional filter 44 is connected to the water inlet conduit 42 to further protect contaminants from entering the system 12. When the system 12 is started, water enters through the conduit 42 and fills the phase separator body 46 until the desired level of water that closes the solenoid valve 50 is detected by the sensor 48. In operation, when the water level sensor 48 detects that the water level of the phase separator has fallen below a predetermined threshold, the solenoid valve 50 opens to provide additional water to the system. The phase separator and water manifold 40 are attached to the cabinet by brackets 43.

適当な水レベルになり、システム12が稼動すると、水が相分離器本体46から導管52とポンプ54を介して放出される。追加の熱交換器56を用いて、水の温度を下げるようにしても良い。ポンプ54をそのままにしておいて、水が導管60を介してマニフォールド58に入る。複数の出口62と64が電気化学セル14とガードベッド66に水を提供する。出口62は、流量スイッチ133を通って導管68を介して電気化学セル14へ水を送り込む。流量スイッチ133は電源24の制御回路に電気的に接続されている。導管68内で流れが遮断された場合、流量スイッチが電源24に信号を送り、遮断された導管が水を提供していた電気化学セル14への電力を切断する。電気化学セル14に向けられていない追加の水が出口64を介してマニフォールド58から出て、ガードベッド66でフィルタされる。以下により詳細に説明するように、ガードベッド66は、出口64を通る過剰フローを防止する制限器を具え、逆の動作をして、作動寿命を低減する電気化学セル14の水の不足を防止するようにしている。マニフォールド58も、システム12内の水質を測定する導管センサ70を具える。このセンサ70は、通常、水導管と温度センサ(Pathfinder Instruments社が製造しているモデルRC−20/PS102J2として商業的に入手可能)である。これらのタイプのセンサは、精密な測定を維持するためには水が流れていることが必要なので、センサ70の設置箇所は重要である。センサ70をガードベッド66への出口近傍のマニフォールド58の端部に設置することによって、センサ70によって二つの機能を行うことができる。第1は、センサ70が水質を測定することである。水質が、通常1ないし5マイクロシーメンス/cmである、所定のスレッシュホールドが通常の値以下に下がると、システム12がシャットダウンして、電気化学セル14にダメージを与える汚染を防止する。更に、センサ70は、正確な測定のためには水が流れていることが必要なので、ガードベッド、あるいはこれに取り付けられている導管またはバルブのいずれかが詰まると水が流れなくなり、導電センサ70は、システム12に問題があり、不正に高い導電率を読み出してしまいプロセスをシャットダウンするべきであることを表示する。   When the appropriate water level is reached and the system 12 is in operation, water is discharged from the phase separator body 46 via conduit 52 and pump 54. An additional heat exchanger 56 may be used to reduce the water temperature. With the pump 54 left, water enters the manifold 58 via the conduit 60. A plurality of outlets 62 and 64 provide water to the electrochemical cell 14 and the guard bed 66. The outlet 62 pumps water through the flow switch 133 and through the conduit 68 to the electrochemical cell 14. The flow switch 133 is electrically connected to the control circuit of the power supply 24. If the flow is interrupted in the conduit 68, the flow switch sends a signal to the power supply 24, and the interrupted conduit disconnects power to the electrochemical cell 14 that was providing water. Additional water that is not directed to the electrochemical cell 14 exits the manifold 58 via the outlet 64 and is filtered by the guard bed 66. As will be described in more detail below, the guard bed 66 includes a restrictor that prevents excessive flow through the outlet 64 and operates in reverse to prevent shortage of water in the electrochemical cell 14 that reduces operating life. Like to do. The manifold 58 also includes a conduit sensor 70 that measures the quality of water in the system 12. This sensor 70 is typically a water conduit and temperature sensor (commercially available as model RC-20 / PS102J2 manufactured by Pathfinder Instruments). Since these types of sensors require water to flow to maintain precise measurements, the location of the sensor 70 is important. By installing the sensor 70 at the end of the manifold 58 near the exit to the guard bed 66, the sensor 70 can perform two functions. The first is that the sensor 70 measures water quality. When the water quality is typically 1 to 5 microsiemens / cm and the predetermined threshold falls below a normal value, the system 12 shuts down to prevent contamination that damages the electrochemical cell 14. Further, since the sensor 70 needs to have water flowing for accurate measurement, if either the guard bed or a conduit or valve attached thereto is clogged, the water will not flow, and the conductive sensor 70 Indicates that there is a problem with the system 12 and that it should read the high conductivity illegally and shut down the process.

水が出口64に入ると、導管72を介してガードベッド66へ移動する。ガードベッド66は、導管72からの水を受け取って、ガードベッド66の本体75からあらゆる粒子状物質をろ過するスクリーン74を介してその水に力を加えるマニフォールド73を具える。本体75内で処理された後、その水はマニフォールド73を通ってボリューム制限器76を介してガードベッド66から出てゆく。制限器76(Neoperl, Inc.社によって製造されているモデル58.6271.1として商業的に入手可能)は、広い圧力範囲にわたってガードベッド66を通過できる水量を制限する。ポンプ54の出力と電気化学セル14の動作条件を知ることによって、制限器76を、電気化学セル14へ適度な水の流量を維持するレベルで、ガードベッド66を通って流れる水量を維持するための好適なサイズにすることができる。ガードベッド66から入口79へ水が戻り、導管77を介してマニフォールド78へ戻る。   As water enters outlet 64, it moves to guard bed 66 via conduit 72. The guard bed 66 includes a manifold 73 that receives water from the conduit 72 and applies force to the water through a screen 74 that filters any particulate matter from the body 75 of the guard bed 66. After being processed in the body 75, the water exits the guard bed 66 through the manifold 73 and through the volume limiter 76. A restrictor 76 (commercially available as model 58.6271.1 manufactured by Neoperl, Inc.) limits the amount of water that can pass through the guard bed 66 over a wide pressure range. By knowing the output of the pump 54 and the operating conditions of the electrochemical cell 14, the restrictor 76 maintains the amount of water flowing through the guard bed 66 at a level that maintains an adequate flow rate of water to the electrochemical cell 14. The preferred size can be as follows. Water returns from guard bed 66 to inlet 79 and back to manifold 78 via conduit 77.

上述したとおり、電気化学セル14によって水が水素ガスと酸素ガスに分解され、酸素−水の混合物が導管80を介して相分離器40に戻る。戻りのマニフォールド78は、入口82を通って導管80を受けている。酸素−水混合物は、戻りマニフォールド78に沿って移動して、相分離器本体46へ移る。混合物が本体46に入ると、内壁と表面に当たって、重力と表面張力の影響で水をガスから分離して、分離器本体46の底に集める。自由になったガスは、導管84を介して分離器本体46から出てゆき、出口86を通ってキャビネット32へ排出される。出口86を出てゆくガスを可燃ガスセンサ88でモニタして、何らかの可燃ガスが所定のレベルを超えると警告する。本体46内の分離された水は、上述したように、システム12内で再使用される。   As described above, the electrochemical cell 14 decomposes water into hydrogen gas and oxygen gas, and the oxygen-water mixture returns to the phase separator 40 via the conduit 80. Return manifold 78 receives conduit 80 through inlet 82. The oxygen-water mixture moves along the return manifold 78 and moves to the phase separator body 46. As the mixture enters the body 46, it strikes the inner walls and surfaces, separating water from the gas under the influence of gravity and surface tension and collecting it at the bottom of the separator body 46. The liberated gas exits the separator body 46 via a conduit 84 and is discharged to the cabinet 32 through an outlet 86. The gas exiting the outlet 86 is monitored by the combustible gas sensor 88 to warn if any combustible gas exceeds a predetermined level. The separated water in the body 46 is reused in the system 12 as described above.

電気化学セル14が水を分解すると、水と混合された水素ガスがHGMS18によって処理される。図3に最もよく示されているように、HGMS18は、マニフォールド90を介して水を受け取る。水素水相分離器92は、液状の水から略全ての水素ガスを分離する。水素ガスは、導管94を介して分離器92を出て行き、一方、水は分離器92の底に集まる。ここに述べる背圧調整器154が、生成した水素ガスの送出と、相分離器92から水を戻すために、水素ガス圧を確実に最小限にする。少量の水素ガスを加圧することによって、ガスが水の中で分解される。好ましい実施例では、分解された水素を伴う水がバルブ152を介して出てゆき、減圧され、結果物である混合物は、酸素−水相分離器46に戻る導管96を介して流れる。代替の実施例では、分解された水素を伴う水がバルブ152と導管96を介して出て行き、減圧されて、水素−水相分離器150に入る。この代替の実施例では、結果物である水素ガスがキャビネット38内へ換気され、水は導管151を介して酸素−水相分離器46へ戻る。水素ガスは、導管94を介して乾燥機98、99へ移動し、このガスを、通常、標準的な温度と圧力において体積あたり10パーツパーミリオン以下の、所望のレベルに更に乾燥させる。乾燥機98、99はマニフォールド120によって連結されており、所定の時間インターバルで、二つの乾燥機98、99間で水素ガスを切り替える。通常、圧力スイング、またはスイングベッド乾燥機と呼ばれるこれらの乾燥機は、代替の乾燥機によって処理された減圧したドライガスの小さなスリップ流で一つのベッドを再生する。水素ガス乾燥機98、99をそのままにしておき、水素ガスの圧力を圧力センサ155で測定する。圧力センサ155は、電気化学セル14に提供する好適な量の電力を決定するための制御パネル28へのフィードバックを提供する。制御パネル28によって提供される電力量は、水素ガスの出力圧をもたらす電気化学セルの生成レートを決定する。圧力センサ155を圧力調整器154の上流側に配置することによって、制御パネル28は、ガス乾燥機98、99の循環運動の結果、相分離器92のドレインサイクル、およびカスタマの要求の変化によって生じる圧力変動を補償することができる。圧力センサ155で測定した圧力を圧力調整器154の設定圧力より若干上に調整することによって、システム12は、以前は必要とされていた水素バッファタンクを使用することなく、エンドユーザへの出力水素ガス圧を+/−0.5バール内に維持することができる。通常、制御パネル28は、圧力調整器154の設定ポイントより0.1ないし3バール大きい圧力で、圧力センサ155の圧力を制御するように動作する。エンドユーザの使用のために、出口20を介してシステム12から水素ガスが出てゆく。   When the electrochemical cell 14 decomposes water, hydrogen gas mixed with water is processed by the HGMS 18. As best shown in FIG. 3, HGMS 18 receives water via manifold 90. The hydrogen aqueous phase separator 92 separates substantially all hydrogen gas from liquid water. Hydrogen gas exits separator 92 via conduit 94, while water collects at the bottom of separator 92. The back pressure regulator 154 described herein ensures that the hydrogen gas pressure is minimized in order to deliver the generated hydrogen gas and return water from the phase separator 92. By pressurizing a small amount of hydrogen gas, the gas is decomposed in water. In the preferred embodiment, the water with cracked hydrogen exits through valve 152 and is depressurized, and the resulting mixture flows through conduit 96 back to oxygen-water phase separator 46. In an alternative embodiment, water with cracked hydrogen exits through valve 152 and conduit 96 and is depressurized and enters hydrogen-water phase separator 150. In this alternative embodiment, the resulting hydrogen gas is vented into the cabinet 38 and the water returns to the oxygen-water phase separator 46 via conduit 151. Hydrogen gas travels through conduit 94 to dryers 98, 99, which are further dried to a desired level, typically 10 parts per million or less per volume at standard temperature and pressure. The dryers 98 and 99 are connected by a manifold 120, and the hydrogen gas is switched between the two dryers 98 and 99 at a predetermined time interval. These dryers, commonly referred to as pressure swings, or swing bed dryers, regenerate a bed with a small slip stream of decompressed dry gas processed by an alternative dryer. The hydrogen gas dryers 98 and 99 are left as they are, and the pressure of the hydrogen gas is measured by the pressure sensor 155. The pressure sensor 155 provides feedback to the control panel 28 to determine a suitable amount of power to provide to the electrochemical cell 14. The amount of power provided by the control panel 28 determines the production rate of the electrochemical cell that results in the output pressure of hydrogen gas. By placing the pressure sensor 155 upstream of the pressure regulator 154, the control panel 28 results from the circulation of the gas dryers 98, 99, as a result of changes in the drain cycle of the phase separator 92, and customer requirements. Pressure fluctuation can be compensated. By adjusting the pressure measured by the pressure sensor 155 slightly above the set pressure of the pressure regulator 154, the system 12 outputs hydrogen to the end user without using the previously required hydrogen buffer tank. The gas pressure can be maintained within +/− 0.5 bar. Typically, the control panel 28 operates to control the pressure of the pressure sensor 155 at a pressure that is 0.1 to 3 bar greater than the set point of the pressure regulator 154. Hydrogen gas exits the system 12 through the outlet 20 for end user use.

上述したように、システム12は、換気システム22も具えており、ガス発生コンパートメント38の内部にフレッシュエアを提供している。放熱用グリル122近傍のファン124が外の空気を引き込む。空気は、ダクト126を下りてきて、電気化学セル14近傍のガス発生コンパートメント38の内部に入る。コンパートメント38から出るためには、空気は、コンバートメント38を縦に横切らなくてはならず、放熱用グリル128を通って出て行く。空気の流れがあるために、酸素−水相分離器ベント86によって放出される酸素が、システム12から迅速に除去される。相分離器150から換気される水素など、出てゆく水素は全て、空気の流量の中へ放出され、希釈されてシステム12から迅速に取り去られる。センサ160は、換気のロスを検出して、自動的にシステム12をシャットダウンし、酸素と水素の生成を中止する。更に、可燃ガスセンサ130が出口グリル128の近傍に配置されている。換気した空気流中の可燃ガスレベルが許容できないレベルに近づくと、システム12がメンテナンスまたは修理のために自動的にシャットダウンする。   As described above, the system 12 also includes a ventilation system 22 that provides fresh air inside the gas generating compartment 38. A fan 124 in the vicinity of the heat dissipation grill 122 draws outside air. Air travels down the duct 126 and enters the interior of the gas generating compartment 38 near the electrochemical cell 14. In order to exit the compartment 38, air must traverse the conversion 38 vertically and exit through the heat dissipating grill 128. Due to the air flow, the oxygen released by the oxygen-water phase separator vent 86 is quickly removed from the system 12. Any hydrogen exiting, such as hydrogen vented from phase separator 150, is released into the air flow, diluted, and quickly removed from system 12. Sensor 160 detects a loss of ventilation and automatically shuts down system 12 to stop oxygen and hydrogen production. Further, a combustible gas sensor 130 is disposed in the vicinity of the outlet grill 128. When the level of combustible gas in the ventilated air stream approaches an unacceptable level, the system 12 automatically shuts down for maintenance or repair.

センサ130および88などの可燃ガスセンサは、通常、「触媒反応ビーズ」タイプセンサ(Detcon Inc.社による商品モデル名FP−524Cとして商業的に入手可能)と呼ばれる技術を用いている。これらのセンサは、生成したガス流中の可燃ガスの燃焼下限(lower flammable limit 「LFL」)のパーセンテージをモニタする。このLFLの測定は、水素、プロパン、天然ガスなどの可燃ガスの、空気中の所定の体積のパーセンテージを表す(例えば、空気中の水素のLFLは体積あたり4%である)。これらのセンサ88、130は、適当な性能を確実なものにするために、定期的なキャリブレーションが必要である。キャリブレーション工程は、通常、ユーザが、水素と空気の所定の混合率で製造したあらかじめ混合されたキャリブレーションガスを一瓶使用する必要がある。この混合物は、通常、可燃ガスの燃焼下限の25−50%である。本発明の好ましい実施例では、システム12は、定期的なベースでのセンサの自動キャリブレートを行うか、あるいはガス発生コンパートメントにユーザがアクセスする必要性をなくすことによって自動キャリブレーションを容易にするかの、いずれかのために構成されている。好ましい実施例の自動キャリブレーションシステム30は、あらかじめ混合されたキャリブレーションガス瓶132と、ソレノイドバルブブロック134と、外部ポート136と、導管138、140、142、143を有する。   Combustible gas sensors, such as sensors 130 and 88, typically use a technique called “catalytic reaction bead” type sensor (commercially available under the trade name FP-524C by Detcon Inc.). These sensors monitor the percentage of the lower flammable limit (LFL) of the combustible gas in the generated gas stream. This LFL measurement represents a percentage of a given volume in air of a combustible gas such as hydrogen, propane, natural gas (eg, the LFL of hydrogen in air is 4% per volume). These sensors 88, 130 require periodic calibration to ensure proper performance. The calibration process usually requires the user to use a bottle of pre-mixed calibration gas produced at a predetermined mixing ratio of hydrogen and air. This mixture is usually 25-50% of the lower combustion limit of the combustible gas. In the preferred embodiment of the present invention, the system 12 performs automatic calibration of the sensor on a regular basis or facilitates automatic calibration by eliminating the need for user access to the gas generating compartment. Configured for either. The preferred embodiment autocalibration system 30 includes a premixed calibration gas bottle 132, a solenoid valve block 134, an external port 136, and conduits 138, 140, 142, 143.

動作中は、可燃ガスキャリブレーションシステム30は、ユーザがインターフェースパネル28を介して、あるいは制御パネル26によって所定のインターバルで始動されたときにトリガされる。始動が、インターフェースパネルによってトリガされる場合は、外部キャリブレーションボトルをポート136に自動的に接続する、あるいは内部キャリブレーションガス132を使用するか、のいずれかの選択をユーザが行う。ユーザが、外部ボトルの使用を選択した場合は、ユーザはインターフェースパネル28をそのボトルに接続するように指示する。ユーザが内部キャリブレーションガスを使用することを選択した場合は、制御パネル26がバルブブロック134のソレノイドバルブ144を開いて、可燃ガス混合物を導管138、140に導入する。導管138と140のオリフィス145、146は、それぞれ、適宜の量のガスを導管内へ導入できるサイズを有する。ガスは、導管138、140に沿って可燃ガスセンサ88、130へ移動する。制御パネル26は、センサ88、130によって測定された可燃ガスのレベルをモニタする。測定されたレベルが、あらかじめ混合されたキャリブレーションガスのレベルと同じでない場合は、制御パネルが可燃ガスセンサ88、130を、適宜のレベルに達するまで調整する。   In operation, the combustible gas calibration system 30 is triggered when the user is started at predetermined intervals via the interface panel 28 or by the control panel 26. If start-up is triggered by the interface panel, the user has the choice of either automatically connecting an external calibration bottle to port 136 or using internal calibration gas 132. If the user chooses to use an external bottle, the user instructs the interface panel 28 to connect to that bottle. If the user chooses to use the internal calibration gas, the control panel 26 opens the solenoid valve 144 of the valve block 134 to introduce the combustible gas mixture into the conduits 138, 140. The orifices 145, 146 of the conduits 138 and 140 are each sized to allow an appropriate amount of gas to be introduced into the conduit. The gas travels along the conduits 138, 140 to the combustible gas sensors 88, 130. The control panel 26 monitors the level of combustible gas measured by the sensors 88, 130. If the measured level is not the same as the premixed calibration gas level, the control panel adjusts the combustible gas sensors 88, 130 until the appropriate level is reached.

キャリブレーションが、所定の時間リミットが満了することによってトリガされた場合は、シーケンスが働いて、上述したのと略同じ動作を行う。キャリブレーションの設定が調整から所定量外れている場合は、制御パネルが追加で信号を発して警告し、ユーザにアドバイスを行う、及び/又は、キャリブレーション間の期間を短くするようにする。   If calibration is triggered by the expiration of a predetermined time limit, the sequence works and performs substantially the same operation as described above. If the calibration setting deviates from the adjustment by a predetermined amount, the control panel additionally issues a signal to warn the user and / or advise the user and / or shorten the period between calibrations.

可燃ガスセンサキャリブレーションが検出されるなどの、動作条件あるいはパラメータが異常である場合は、システム12は、システム12の動作を自動的に調整する補正アクションを行うことができるいくつものヘルスモニタリングプロセスを含んでいる。システム12の好ましい実施例では、電気化学セル14、あるいは電源などの複数の部材がモジュール調整される。このモジュール方式は、致命的なエラーが一のモジュールに生じた場合に更に利益を提供する。ここにより詳細に述べるとおり、致命的なエラーが生じた場合、システム12は、そのエラーを受け入れて、修理あるいはメンテナンスを実行できるまでシステムの動作を落としたモードにすることができる。これによって、その工程に主たる打撃を与えることなくエンドユーザは動作を続けることができる。   In the event of abnormal operating conditions or parameters, such as a combustible gas sensor calibration being detected, the system 12 includes a number of health monitoring processes that can take corrective action to automatically adjust the operation of the system 12. It is out. In the preferred embodiment of the system 12, the electrochemical cell 14 or a plurality of components such as a power supply are modularly adjusted. This modularity provides further benefits when a fatal error occurs in one module. As will be described in more detail herein, if a fatal error occurs, the system 12 can accept the error and put the system in a mode that slowed the system until repair or maintenance can be performed. This allows the end user to continue to operate without damaging the process.

上述の機能及び所望の処理、およびそのためのコンピュータ処理(すなわち、水素発生のための制御アルゴリズム、その他)を実行するために、制御パネル26と電源24は、限定するものではないが、プロセッサと、コンピュータと、メモリと、ストレージと、レジスタと、タイミングと、中断と、通信インターフェースと、入力/出力信号インターフェース、その他、およびこれらのうちの少なくとも一つを具える組み合わせを具えていても良い。例えば、制御パネル26は、正確なサンプリングと、通信インターフェースからのこれらの信号の変化あるいは遷移を可能とする入力信号処理及びフィルタリングを含む。制御パネル26と所定のプロセス、機能、および動作の更なる特徴は、以下の点において全体的に議論される。   In order to perform the functions and desired processing described above, and computer processing therefor (i.e., control algorithms for hydrogen generation, etc.), the control panel 26 and power source 24 include, but are not limited to, a processor, A computer, memory, storage, register, timing, interrupt, communication interface, input / output signal interface, and the like, and combinations comprising at least one of these may be provided. For example, the control panel 26 includes input signal processing and filtering that allows accurate sampling and changes or transitions of these signals from the communication interface. Further features of the control panel 26 and certain processes, functions, and operations are generally discussed in the following respects.

通常の動作モードの間は、電源24から制御パネル26と電気化学セル14へ電力が供給されて、上述したように水素ガスを生成する。この上述した処理機能に加えて、制御パネル26は、限定されるものではないが、回路ブレーカ、リレー、接触器、ヒューズ、dc−dc電力調整器、その他、およびこれらの少なくとも一つを具える組み合わせ、といった配電部品を具えていても良い。これらの配電部品によって、ポンプ、ファン、ソレノイドバルブなどのシステム12内の部品に電力が提供される。通常モードでは電気化学セル14への電流が変化して、ユーザが必要とする好適な水素ガス生成レベルを提供する。   During the normal operation mode, power is supplied from the power supply 24 to the control panel 26 and the electrochemical cell 14 to generate hydrogen gas as described above. In addition to the processing functions described above, the control panel 26 includes, but is not limited to, circuit breakers, relays, contactors, fuses, dc-dc power regulators, and / or the like. It may have power distribution parts such as a combination. These power distribution components provide power to components in the system 12 such as pumps, fans, solenoid valves and the like. In the normal mode, the current to the electrochemical cell 14 changes to provide the preferred level of hydrogen gas generation that the user needs.

図7を参照すると、システム12用制御プロセス200の例示的な方法を示す状態変化図が提供されている。プロセス200は、様々なモード間の状態の変化を制御するいくつかのモードと基準、条件、イベント、その他を具える。プロセス200は、通常、正常モード210で運転しており、様々なセンサと状態をモニタし、評価して、システム12の状態を確かめている。このようなモニタリングは、センサ88、130からの換気ストリーム中の燃焼ガスレベルを評価する。燃焼下限(以下、「LFL」という)のパーセンテージが、LFLがスレッシュホールド以下に残る時間とレベル以上に上がる傾向にある場合は、プロセス200がログモード212に移転して、LFLデータを記録し、ユーザインターフェース28に警告を送る。   Referring to FIG. 7, a state change diagram illustrating an exemplary method of control process 200 for system 12 is provided. The process 200 includes several modes and criteria, conditions, events, etc. that control the change of state between the various modes. Process 200 typically operates in normal mode 210 and monitors and evaluates various sensors and conditions to verify the state of system 12. Such monitoring assesses the combustion gas level in the ventilation stream from sensors 88, 130. If the percentage of the lower combustion limit (hereinafter “LFL”) tends to rise above the time and level where the LFL remains below the threshold, the process 200 moves to log mode 212 to record LFL data, A warning is sent to the user interface 28.

プロセス200は、LFLが修理あるいは防止動作を必要とすることの表示である所定のスレッシュホールドを超えたことを検出すると、プロセスが診断モード214に移行して、電気化学セル14を評価する。高いLFL測定値が電気化学セル14の故障あるいは磨耗によるものであるかどうかを決定するために、診断モード214で各電気化学セル14を個別に動作させて、センサ88、130からのLFL測定値をモニタする。LFL測定値がシャットダウンレベルより大きい場合、あるいはLFL測定値が下がらない場合、あるいは、電気化学セル14が一つだけ稼動している場合、プロセス200がシャットダウンモード216に移行して、システム12の処理を順次の態様で終了する。プロセス200は、アラートモード218を用いてユーザに通知する。   When the process 200 detects that the LFL has exceeded a predetermined threshold, which is an indication that a repair or preventive action is required, the process transitions to a diagnostic mode 214 to evaluate the electrochemical cell 14. In order to determine whether the high LFL reading is due to failure or wear of the electrochemical cell 14, each electrochemical cell 14 is operated individually in diagnostic mode 214 to obtain the LFL reading from the sensors 88, 130. To monitor. If the LFL measurement is greater than the shutdown level, or if the LFL measurement does not drop, or if only one electrochemical cell 14 is operating, the process 200 transitions to the shutdown mode 216 and the system 12 processes. In a sequential manner. Process 200 notifies the user using alert mode 218.

診断モード214がどの電気化学セル14が高LFLレベルに応答しているかを決定した場合は、プロセス200は低減モード220に移行する。低減モード220は、電源24の適宜のモジュールをオフにして、故障して動作していない電気化学セル14の電源を切る。ログモード212で、適宜のデータを記録して、ユーザに警告する。システム12がシャットダウンして正しい動作になったら、プロセス200が通常モード210にリセットされる。   If diagnostic mode 214 determines which electrochemical cell 14 is responding to a high LFL level, process 200 transitions to reduced mode 220. Reduced mode 220 turns off the appropriate module of power supply 24 and turns off the electrochemical cell 14 that is not operating due to failure. In the log mode 212, appropriate data is recorded and the user is warned. When system 12 shuts down and operates correctly, process 200 is reset to normal mode 210.

システム12によって行われるもう一つのエラー状態は、マニフォールド58中の超過水温である。通常動作モード210を行う間にセンサ70から温度測定値が得られ、プロセス200でモニタして、分析する。通常モード210が、温度が上がり気味であることを検出し、実際の水温が所定のスレッシュホールド以下である場合は、プロセス200は、ログモード212に移行して、この情報を記録してユーザに警告を送る。   Another error condition performed by the system 12 is an excess water temperature in the manifold 58. Temperature measurements are obtained from sensor 70 during normal operating mode 210 and are monitored and analyzed by process 200. If the normal mode 210 detects that the temperature is rising and the actual water temperature is below the predetermined threshold, the process 200 moves to the log mode 212 to record this information and prompt the user. Send a warning.

センサ70によって測定される水温が所定のスレッシュホールドを超える場合、プロセス200が低減モード222に移行する。低減モード222では、電源24の電流出力が低下して、電気化学セル14の水素ガス出力を下げる。処理200は、ログモード212に移行して、温度情報を記録して、システム12の能力を低減したことをユーザに警告する。システム12がシャットダウンして、正しい動作になると、プロセス200が通常モード210にリセットされる。センサ70で測定された温度が、通常ガードベッド66の最大動作温度に等しい第2の所定のスレッシュホールド以上に維持されている場合、プロセス200はシャットダウンモード216に移行して、システム12の処理を順次の態様で停止させる。プロセス200は、警告モード218を使ってユーザに警告する。   If the water temperature measured by sensor 70 exceeds a predetermined threshold, process 200 transitions to reduction mode 222. In the reduction mode 222, the current output of the power supply 24 is reduced, and the hydrogen gas output of the electrochemical cell 14 is reduced. Process 200 transitions to log mode 212 to record temperature information and alert the user that the capacity of system 12 has been reduced. When system 12 shuts down and operates correctly, process 200 is reset to normal mode 210. If the temperature measured by sensor 70 is maintained above a second predetermined threshold that is typically equal to the maximum operating temperature of guard bed 66, process 200 transitions to shutdown mode 216 to process system 12. Stop in sequential manner. Process 200 alerts the user using alert mode 218.

システム12が経験するかもしれないもう一つのエラー状態は、電気化学セル14内の低電圧または高電圧状態である。通常モード210が電圧の上昇あるいは下降傾向を検出すると、プロセス200はログモード212に移行して、情報を記録し、ユーザに警告を送る。電気化学セル14を稼動させるのに必要な電圧が、スレッシュホールド以下に落ちた場合、スレッシュホールド以上にあがった場合、及び電気化学セル14によって出されている電流がある場合、処理200は診断モード228に移行して、どの電気化学セルが通常のパラメータ以外で稼動しているかを決定する。稼動している電気化学セル14が一つだけの場合は、プロセス200はシャットダウンモード216に移行して、システム12の処理を順次の態様で停止させる。プロセス200は、アラートモード218を使ってユーザに通知する。   Another error condition that the system 12 may experience is a low voltage or high voltage condition within the electrochemical cell 14. When the normal mode 210 detects a voltage rising or falling trend, the process 200 moves to the log mode 212 to record information and send a warning to the user. If the voltage required to operate the electrochemical cell 14 falls below the threshold, rises above the threshold, and there is current being delivered by the electrochemical cell 14, the process 200 is in diagnostic mode. Moving to 228, it is determined which electrochemical cell is operating at other than normal parameters. If only one electrochemical cell 14 is operating, the process 200 transitions to the shutdown mode 216 and stops the processing of the system 12 in a sequential manner. Process 200 notifies the user using alert mode 218.

二つ以上の電気化学セル14を稼動できる場合は、プロセス200は、低減モード226に移行して、故障した電気化学セルに電力を提供している電源を切って、残りの電気化学セルでシステム12を稼動し続ける。低減モード226は、その電気化学セルの電圧のモニタと分析を続け、上述の動作と同様に、上昇傾向あるいは下降傾向が検出されたら、プロセス200がログモード212に移行して、情報を記録し、ユーザに警告を送る。システム12がシャットダウンして、正しい動作になると、プロセス200が通常モード210にリセットされる。電圧が再び所定のスレッシュホールド以上に上がる、または、所定のスレッシュホールド以下に下がる場合は、プロセス200は再び診断モード228に移行して、上述したシーケンスを再度繰り返す。このプロセスは、システム12が修理されるあるいはリセットされる、または、最後の電気化学セルが故障していることが決定されるまで続く。   If more than one electrochemical cell 14 can be operated, the process 200 transitions to a reduced mode 226 to turn off the power providing power to the failed electrochemical cell and the system in the remaining electrochemical cell. 12 will continue to operate. Reduce mode 226 continues to monitor and analyze the voltage of the electrochemical cell, and if an upward or downward trend is detected, as in the above operation, process 200 transitions to log mode 212 to record information. , Send a warning to the user. When system 12 shuts down and operates correctly, process 200 is reset to normal mode 210. If the voltage again rises above the predetermined threshold or falls below the predetermined threshold, the process 200 again enters diagnostic mode 228 and repeats the above sequence again. This process continues until the system 12 is repaired or reset or it is determined that the last electrochemical cell has failed.

システム12が遭遇するもう一つのエラーは、電源24内の故障電源モジュールである。通常モード210にあるプロセス200が、電源の故障を検出すると、プロセス200は、診断モード230に移行する。診断モード230は、電源24内の各モジュールと対話を行い、どの個別モジュールが故障しているかを決定する。診断モード230がどのモジュールが故障しているかを決定すると、プロセス200は低減モード232に移行して、故障している電源モジュールを切断し、動作を続ける。単一の電気化学セル14を動作させるのに複数の電源モジュールが必要な場合は、低減モード232は、故障モジュールに関連する全ての電源モジュールの接続を切る。プロセス200は、また、ログモードに移行して、適宜の電源情報を記録し、ユーザに警告を送る。プロセス200は、次いで、システム12の動作を低減モードで継続する。システム12がシャットダウンして、正しい動作になると、プロセス200は通常モード210にリセットされる。他の電源が落ちた場合、プロセス200が診断モード230に移行したときのシーケンスが繰り返される。単一の電気化学セル14を動作させるために十分な電源モジュールがない場合、プロセス200がシャットダウンモード216に移行して、システム12の処理を順次の態様で停止させる。プロセス200は、警告モード218を使って、ユーザに通知する。   Another error encountered by the system 12 is a failed power supply module in the power supply 24. When process 200 in normal mode 210 detects a power failure, process 200 transitions to diagnostic mode 230. The diagnostic mode 230 interacts with each module in the power supply 24 to determine which individual module has failed. If the diagnostic mode 230 determines which module has failed, the process 200 transitions to a reduced mode 232 to disconnect the failed power supply module and continue operation. If multiple power supply modules are required to operate a single electrochemical cell 14, reduction mode 232 disconnects all power supply modules associated with the failed module. The process 200 also transitions to a log mode, records appropriate power information, and sends a warning to the user. Process 200 then continues operation of system 12 in a reduced mode. The process 200 is reset to the normal mode 210 when the system 12 shuts down and operates correctly. If the other power fails, the sequence when process 200 transitions to diagnostic mode 230 is repeated. If there are not enough power modules to operate a single electrochemical cell 14, process 200 transitions to shutdown mode 216 to stop the processing of system 12 in a sequential manner. Process 200 notifies the user using alert mode 218.

システム12が遭遇するかもしれないエラーの最後の例は、入口の脱イオン水の低い流量である。システム12の動作を維持するためには、通常、新鮮な脱イオン水を一定して供給することが必要である。外付の水源17の問題に起因してこの脱イオン水の流量が低減したり、止まったりして、電気化学セル14に十分な脱イオン水が供給されない場合、システムがダメージを受けることがある。脱イオン化装置17からの水の流量は、酸素−水相分離器46内のセンサ48によって測定された水のレベルを変えるのに必要な時間量を測定することによって決まる。通常モード210が、入口の脱イオン水の流量が低すぎると決定したら、プロセス200は、診断モード234に移行して、入手できる脱イオン水の入口の流量でどのくらいの水素ガス生成レートを実現できるかを決定する。プロセス200は、低減モード236に移行して、電源24による電流を低減して、電気化学セル14の水素発生率を下げる。低減モード236は、脱イオン水の入口での流量を上述した態様でモニタし、分析を続ける。システム12がシャットダウンして、正しい動作になるか、脱イオン水の流量が通常の動作状態に戻ったら、プロセス200が通常モード210にリセットされる。水の流量が下がる傾向にある場合は、プロセス200は、ログモード212に移行して、その情報を記録し、ユーザに警告を送る。   The last example of an error that the system 12 may encounter is a low flow rate of deionized water at the inlet. In order to maintain the operation of the system 12, it is usually necessary to provide a constant supply of fresh deionized water. If the flow rate of this deionized water is reduced or stopped due to the problem of the external water source 17 and sufficient deionized water is not supplied to the electrochemical cell 14, the system may be damaged. . The flow rate of water from the deionizer 17 is determined by measuring the amount of time required to change the water level measured by the sensor 48 in the oxygen-water phase separator 46. If the normal mode 210 determines that the inlet deionized water flow rate is too low, the process 200 can move to a diagnostic mode 234 to achieve what hydrogen gas production rate at the available deionized water inlet flow rate. To decide. Process 200 transitions to reduction mode 236 to reduce the current from power supply 24 and reduce the hydrogen generation rate of electrochemical cell 14. Reduce mode 236 monitors the flow rate at the inlet of deionized water in the manner described above and continues the analysis. The process 200 is reset to the normal mode 210 when the system 12 shuts down and is operating properly or when the deionized water flow returns to normal operating conditions. If the water flow rate tends to decrease, the process 200 transitions to the log mode 212 to record the information and send a warning to the user.

入口の水の流量が、第2のスレッシュホールド以下に下がっている場合は、プロセス200は診断モード234に戻り、上述したように、入口での流量が最小動作レベルに下がるまでシーケンスを繰り返す。最小動作レベルになると、プロセス200がシャットダウンモード216に移行して、システム12のプロセスを順次の態様で停止させる。プロセス200は、警告モード218を使ってユーザに通知する。   If the inlet water flow rate has dropped below the second threshold, the process 200 returns to diagnostic mode 234 and repeats the sequence until the inlet flow rate is reduced to a minimum operating level, as described above. When the minimum operating level is reached, process 200 transitions to shutdown mode 216 and stops the processes of system 12 in a sequential manner. Process 200 notifies the user using alert mode 218.

好ましい実施例を示して説明したが、本発明の精神と範囲から離れることなく、様々な変形、交換を行うことができる。例えば、ここに示す実施例は、特に3つの電気化学セルを有する電気化学システムに言及しているが、2つ、4つ又はそれ以上の電気化学セルを有するシステムにも同様に適用することができる。従って、本発明は、図面によって説明されているが、これに限定されるものではない。   While the preferred embodiment has been shown and described, various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the example shown here specifically refers to an electrochemical system having three electrochemical cells, but can be applied to systems having two, four or more electrochemical cells as well. it can. Accordingly, the invention is illustrated by the drawings but is not limited thereto.

例示的なものであり、限定するものではない図面を参照する。ここでは、同じエレメントには同じ符号が付されている。
図1は、電気化学反応を示す従来の電気化学セルの一部の概略図である。 図2は、水素発生システムの例示的な実施例の斜視図である。 図3は、図2の水素発生システムの配管および器械を示す図である。 図4は、図2の水管理システムの斜視図である。 図5は、図2の酸素−水相分離器と水管理マニフォールドを示す斜視図である。 図6は、図2の水脱イオン化フィルタと水制限器を示す平面図である。 図7は、過剰LELレベルに起因する動作低下モードにおける制御体系の例示的な実施例を示す状態変化図である。 図8は、高温の水に起因する動作低下モードにおける制御体系の例示的な実施例を示す状態変化図である。 図9は、電気化学セルの高電圧または低電圧に起因する動作低下モードにおける制御体系の例示的な実施例を示す状態変化図である。 図10は、電源の故障に起因する動作低下モードにおける制御体系の例示的な実施例を示す状態変化図である。 図11は、入口の脱イオン水の流量が低いことに起因する動作低下モードにおける制御体系の例示的な実施例を示す状態変化図である。
Reference is made to the drawings, which are exemplary and not limiting. Here, the same symbols are assigned to the same elements.
FIG. 1 is a schematic view of a portion of a conventional electrochemical cell showing an electrochemical reaction. FIG. 2 is a perspective view of an exemplary embodiment of a hydrogen generation system. FIG. 3 is a diagram illustrating piping and instruments of the hydrogen generation system of FIG. FIG. 4 is a perspective view of the water management system of FIG. FIG. 5 is a perspective view showing the oxygen-water phase separator and water management manifold of FIG. FIG. 6 is a plan view showing the water deionization filter and the water restrictor of FIG. FIG. 7 is a state change diagram showing an exemplary embodiment of the control system in the operation degradation mode due to the excessive LEL level. FIG. 8 is a state change diagram showing an exemplary embodiment of the control system in the operation lowering mode caused by high-temperature water. FIG. 9 is a state change diagram illustrating an exemplary embodiment of a control system in a reduced operation mode caused by a high voltage or a low voltage of an electrochemical cell. FIG. 10 is a state change diagram illustrating an exemplary embodiment of the control system in the operation deterioration mode caused by a power failure. FIG. 11 is a state change diagram showing an exemplary embodiment of the control system in the operation reduction mode due to the low flow rate of deionized water at the inlet.

Claims (21)

電気化学システムにおいて:
複数の個別の電気化学セルスタックと;
前記複数の電気化学セルスタックに液通した水−酸素管理システムと;
前記複数の電気化学セルスタックに液通した水素管理システムと;
を具えることを特徴とする電気化学システム。
In electrochemical systems:
A plurality of individual electrochemical cell stacks;
A water-oxygen management system in fluid communication with the plurality of electrochemical cell stacks;
A hydrogen management system in fluid communication with the plurality of electrochemical cell stacks;
An electrochemical system characterized by comprising:
請求項1に記載の電気化学システムがさらに、前記電気化学システムをモニタし動作させる制御システムを具え、当該制御システムが異常な動作状態を検出する手段を具えることを特徴とする電気化学システム。 2. The electrochemical system according to claim 1, further comprising a control system for monitoring and operating the electrochemical system, the control system further comprising means for detecting an abnormal operating state. 請求項2に記載の電気化学システムにおいて、前記制御システムが更に、前記異常状態に応答して前記電気化学システムの性能を低減する手段を具えることを特徴とする電気化学システム。 The electrochemical system of claim 2, wherein the control system further comprises means for reducing the performance of the electrochemical system in response to the abnormal condition. 請求項3に記載の電気化学システムが更に、前記システムの換気手段を具えることを特徴とする電気化学システム。 The electrochemical system according to claim 3, further comprising ventilation means for the system. 電気化学システムにおいて:
複数の個別の電気化学セルスタックと;
前記複数の電気化学セルスタックに液通した酸素−水相分離器であって、前記電気化学セルスタックに水を放出する第1のマニフォールドと、前記電気化学セルスタックから水を受け取る第2のマニフォールドを具え、前記第1のマニフォールドが前記電気化学セルとガードベッド出口へ水を放出する複数のセルスタック出口を具える分離器と;
を具えることを特徴とする電気化学システム。
In electrochemical systems:
A plurality of individual electrochemical cell stacks;
An oxygen-water phase separator in fluid communication with the plurality of electrochemical cell stacks, wherein the first manifold discharges water into the electrochemical cell stack, and the second manifold receives water from the electrochemical cell stack. A separator comprising a plurality of cell stack outlets, wherein the first manifold discharges water to the electrochemical cell and a guard bed outlet;
An electrochemical system characterized by comprising:
請求項5に記載の電気化学システムが更に、前記相分離器に液通した放出導管を具え、この導管が前記相分離器からのガス流を受ける入口と、前記ガス流を放出するための排出ポートとを具えることを特徴とする電気化学システム。 6. The electrochemical system of claim 5 further comprising a discharge conduit that is in fluid communication with the phase separator, the conduit receiving a gas flow from the phase separator, and an exhaust for discharging the gas flow. An electrochemical system comprising a port. 請求項6に記載の電気化学システムが更に、前記第1のマニフォールドガードベッド出口に連結された流量低減器を具え、この流量低減器が、前記ガードベッド出口からの圧力レンジを超える水量を制限することを特徴とする電気化学システム。 The electrochemical system of claim 6, further comprising a flow reducer coupled to the first manifold guard bed outlet, wherein the flow reducer limits the amount of water beyond a pressure range from the guard bed outlet. An electrochemical system characterized by that. 可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートするシステムにおいて:
ユーザインターフェースと;
前記ユーザインターフェースに接続された制御パネルと;
あらかじめ混合した可燃ガスのキャニスタと;
前記制御パネルに電気的に接続された少なくとも一の可燃ガスセンサと;
を具えることを特徴とするシステム。
In a system that automatically calibrates combustible gas sensors:
A user interface;
A control panel connected to the user interface;
A premixed combustible gas canister;
At least one combustible gas sensor electrically connected to the control panel;
A system characterized by comprising.
請求項8に記載の可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートするシステムが更に、前記キャニスタと前記少なくとも一の可燃ガスセンサに液通しているバルブ構造を具えることを特徴とするシステム。 9. The system for automatically calibrating a combustible gas sensor according to claim 8, further comprising a valve structure in fluid communication with the canister and the at least one combustible gas sensor. 請求項9に記載の可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートするシステムにおいて、前記バルブ構造が前記コントロールパネルに電気的に接続されていることを特徴とするシステム。 10. The system for automatically calibrating a combustible gas sensor according to claim 9, wherein the valve structure is electrically connected to the control panel. 可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートする方法において:
所定のインターバルであらかじめ混合した可燃ガスを放出するステップと;
可燃ガスセンサの検出表面に前記あらかじめ混合した可燃ガスを注入するステップと;
前記センサで検出した可燃ガスのレベルを測定するステップと;
を具えることを特徴とする方法。
In a method of automatically calibrating a combustible gas sensor:
Releasing a premixed combustible gas at a predetermined interval;
Injecting the premixed combustible gas into the detection surface of the combustible gas sensor;
Measuring the level of combustible gas detected by the sensor;
A method characterized by comprising.
請求項11に記載の可燃ガスセンサを自動的にキャリブレートする方法が更に、前記測定に応じて前記センサのキャリブレーションを自動的に調節するステップを具えることを特徴とする方法。 12. The method of automatically calibrating a combustible gas sensor according to claim 11, further comprising automatically adjusting calibration of the sensor in response to the measurement. 電気化学システムの出力圧力を制御するシステムにおいて、前記システムが:
少なくとも一の電気化学セルと;
設定ポイントを有する圧力調整器であって、前記電気化学セルに液通している圧力調整器と;
前記圧力調整器と前記電気化学セルとの間で前記圧力調整器に液通している圧力センサと;
前記圧力センサに応じて電気化学セルの出力を制御する手段であって、前記圧力センサの圧力を、前記圧力調整器の設定ポイント以上の所定の圧力に保つ手段と;
を具えることを特徴とするシステム。
In a system for controlling the output pressure of an electrochemical system, the system includes:
At least one electrochemical cell;
A pressure regulator having a set point, wherein the pressure regulator is in fluid communication with the electrochemical cell;
A pressure sensor in fluid communication with the pressure regulator between the pressure regulator and the electrochemical cell;
Means for controlling the output of the electrochemical cell in response to the pressure sensor, and means for maintaining the pressure of the pressure sensor at a predetermined pressure equal to or higher than a set point of the pressure regulator;
A system characterized by comprising.
請求項13に記載の電気化学システムの出力圧力を制御するシステムにおいて、前記出力を制御する手段が、前記圧力センサをモニタする制御パネルを具えることを特徴とするシステム。 14. The system for controlling the output pressure of an electrochemical system according to claim 13, wherein the means for controlling the output comprises a control panel for monitoring the pressure sensor. 電気化学セルシステムを制御する方法において:
複数の電気化学セルを動作させるステップと;
前記複数の電気化学セルに電気的に接続された複数の電源から電力を供給するステップと;
前記複数の電気化学セルと前記複数の電源の動作を制御システムでモニタするステップと;
エラー状態を検出するステップと;
前記検出したエラー状態を受け入れて前記制御システムの動作を調整するステップと;
を具えることを特徴とする方法。
In a method for controlling an electrochemical cell system:
Operating a plurality of electrochemical cells;
Supplying power from a plurality of power sources electrically connected to the plurality of electrochemical cells;
Monitoring the operation of the plurality of electrochemical cells and the plurality of power sources with a control system;
Detecting an error condition;
Accepting the detected error condition and adjusting the operation of the control system;
A method characterized by comprising.
請求項15に記載の電気化学セルシステムを制御する方法において、前記エラー状態が電源の故障であり、前記調整動作が、前記複数の電気化学セルの一方の出力を低減させるステップを具えることを特徴とする方法。 16. The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 15, wherein the error condition is a power failure and the adjusting operation comprises reducing the output of one of the plurality of electrochemical cells. Feature method. 請求項15に記載の電気化学セルシステムを制御する方法において、前記エラー状態が高LFL測定値であり、前記調整動作が、どの電気化学セルが高LFLレベルを発生しているかどうかを決定するステップを具えることを特徴とする方法。 16. The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 15, wherein the error condition is a high LFL measurement and the adjusting action determines which electrochemical cell is generating a high LFL level. A method characterized by comprising. 請求項17に記載の電気化学セルシステムを制御する方法において、前記どの電気化学セルが高LFLレベルを発生しているかどうかを決定する方法が、前記複数の電気化学セルのうちのひとつである単一の電気化学セルに電力を提供するステップを具えることを特徴とする方法。 18. The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 17, wherein the method of determining which electrochemical cell is generating a high LFL level is one of the plurality of electrochemical cells. A method comprising providing power to an electrochemical cell. 請求項18に記載の電気化学セルシステムを制御する方法が、更に、前記単一の電気化学セルによって発生するガスのLFLレベルを測定するステップを具えることを特徴とする方法。 The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 18, further comprising the step of measuring an LFL level of a gas generated by the single electrochemical cell. 請求項15に記載の電気化学セルシステムを制御する方法において、前記エラー状態が過剰な水温であり、前記調整動作が、前記複数の電源の出力を低減するステップを具えることを特徴とする方法。 16. The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 15, wherein the error condition is excessive water temperature, and the adjusting operation comprises reducing the output of the plurality of power sources. . 請求項15に記載の電気化学セルシステムを制御する方法において、前記エラー状態が前記複数の電源のうちの一つの故障であり、前記調整動作が、どの単一の電源が故障しているかを決定するステップと、当該電源の接続を切断するステップとを具えることを特徴とする方法。
16. The method of controlling an electrochemical cell system according to claim 15, wherein the error condition is a failure of one of the plurality of power supplies, and the adjustment operation determines which single power supply is faulty. And a step of disconnecting the power source.
JP2006542767A 2003-12-03 2004-12-03 Hydrogen generation system and method Pending JP2007523259A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US48174403A 2003-12-03 2003-12-03
PCT/US2004/040437 WO2005057686A2 (en) 2003-12-03 2004-12-03 System of generating hydrogen and method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007523259A true JP2007523259A (en) 2007-08-16

Family

ID=38498687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006542767A Pending JP2007523259A (en) 2003-12-03 2004-12-03 Hydrogen generation system and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007523259A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168377A (en) * 2013-04-08 2013-08-29 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1185294A (en) * 1997-09-12 1999-03-30 Nippon Boshoku Kogyo Kk Dc power source device
JP2002012996A (en) * 2000-06-30 2002-01-15 Nippon Mining & Metals Co Ltd Method for automatically detecting abnormal electrode in electrolytic refining
JP2002513858A (en) * 1998-05-05 2002-05-14 プロートン エネルギー システムズ.インク Hydrogen electrochemical system
JP2002285367A (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Meidensha Corp Method for producing gaseous hydrogen, apparatus therefor and gaseous hydrogen production unit
JP2003506576A (en) * 1999-08-05 2003-02-18 スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン Electrolyzer with improved fluid sealing suitability
JP2003073877A (en) * 2001-09-04 2003-03-12 Shihlin Electric & Engineering Corp Safety control system, and apparatus for generating gaseous hydrogen and oxygen
JP2003163019A (en) * 2001-11-16 2003-06-06 Proton Energy Systems Inc Pressure adjustment of electrochemical cell and its usage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1185294A (en) * 1997-09-12 1999-03-30 Nippon Boshoku Kogyo Kk Dc power source device
JP2002513858A (en) * 1998-05-05 2002-05-14 プロートン エネルギー システムズ.インク Hydrogen electrochemical system
JP2003506576A (en) * 1999-08-05 2003-02-18 スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン Electrolyzer with improved fluid sealing suitability
JP2002012996A (en) * 2000-06-30 2002-01-15 Nippon Mining & Metals Co Ltd Method for automatically detecting abnormal electrode in electrolytic refining
JP2002285367A (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Meidensha Corp Method for producing gaseous hydrogen, apparatus therefor and gaseous hydrogen production unit
JP2003073877A (en) * 2001-09-04 2003-03-12 Shihlin Electric & Engineering Corp Safety control system, and apparatus for generating gaseous hydrogen and oxygen
JP2003163019A (en) * 2001-11-16 2003-06-06 Proton Energy Systems Inc Pressure adjustment of electrochemical cell and its usage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168377A (en) * 2013-04-08 2013-08-29 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100108535A1 (en) System for generating hydrogen and method thereof
US7353085B2 (en) Electrolyzer cell stack system
US8419910B2 (en) Electrolyzer cell stack system
US8374808B2 (en) Detection method for membrane and electrode failures in fuel cell stacks
US20060118428A1 (en) System for generating hydrogen and method thereof
WO2001038608A1 (en) Water electrolyzing device
DE102007059738B4 (en) Method for determining whether a fuel cell stack is overheating and a fuel cell system that can be operated accordingly
US11519089B1 (en) Methods and systems for automated optimization of COx electrolysis reactor
US20110076581A1 (en) Stack operation method aimed at cell reversal prevention
US7117106B2 (en) System and method for alarm recovery for an electrolyzer cell module
JP2007523259A (en) Hydrogen generation system and method
US20130004872A1 (en) Method for early detection of membrane failures of fuel cell stacks and fuel cell system component defects
CN110582879B (en) Fuel cell system and method for detecting and mitigating a fuel starvation condition in such a system
KR102495268B1 (en) Apparatus and method for water electrolysis evaluation
US11811109B2 (en) Method of operating water electrolysis and electricity generating system
US11870111B2 (en) Water electrolysis and electricity generating system
US20060151332A1 (en) Combustible gas detection system
US20060141299A1 (en) Detecting and handling a fault condition in a fuel cell system
US20050000270A1 (en) Combustible Gas Detection System
JP5146053B2 (en) Fuel cell system
JP2021048064A (en) Failure detection processing method
EP4249638A1 (en) Performing an electrolysis
US11764374B2 (en) Water electrolysis and electricity generating system
JP2011204519A (en) Device for detection of liquid junction for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100507

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110104

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111018