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公開番号2025123381
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2025100113,2022530251
出願日2025-06-16,2020-11-23
発明の名称水素発生のためのモジュール式システムおよびその動作方法
出願人オーミアムインターナショナル, インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C25B 15/023 20210101AFI20250815BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】好適な水素発生のためのモジュール式システムおよびその動作方法を提供すること。
【解決手段】水素発生のためのモジュール式システムは、複数のコアと、ハブとを含む。各コアは、電解槽と、電力供給部とを含む。電力供給部は、コアの電解槽への電力を管理するように動作可能であって、複数のコアのうちの少なくとも別の1つの電力供給部に対して冗長である。ハブは、水モジュールと、熱交換モジュールと、開閉器モジュールとを含む。水モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電解槽と流体連通する、水源を含み、熱交換モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電解槽と熱連通する、熱交換器を含み、開閉器モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電力供給部を電気的に隔離するようにアクティブ化可能なスイッチを含む。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
水素発生のためのモジュール式システムを制御する方法であって、
複数のコアの各コアの個別の水素生産容量を監視することであって、各コアは、電力供給部と電気連通する電解槽を含む、ことと、
１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに利用可能なエネルギーを査定することと、
各コアの前記水素生産容量および前記１つまたはそれを上回る電源からの前記利用可能なエネルギーに基づいて、前記複数のコアが、集合的に、所定の性能目標を満たすように、前記複数のコア内の各コアの個別の動作設定点を設定することと、
各コアの個別の動作設定点に従って、前記利用可能なエネルギーを前記１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに指向することと
を含む、方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記所定の性能目標は、前記利用可能なエネルギーが、前記複数のコアの下流のハードウェアからの水素出力需要を満たすために要求されるエネルギー未満であるとき、前記利用可能なエネルギーの全てを使用して、水素出力を最大限にすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のコア内の各コアの個別の動作設定点を設定することは、付加的コアを前記複数のコアに追加することを含み、
前記所定の性能目標は、完全電力動作の間の前記複数のコアを通した実質的に一定の電圧を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のコア内のコアのうちの１つの個別の水素生産容量が、個別のコアのための定格水素出力未満である場合、前記複数のコア内の各コアの個別の動作設定点を設定することは、前記複数のコア内の少なくとも１つの他のコアの動作設定点を前記少なくとも１つの他のコアのための定格水素出力を上回って設定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各コアの前記電解槽は、個別の電気化学スタックを含み、
各コアの個別の水素生産容量を監視することは、信号を個別のコアの前記電力供給部に送信し、電流中断またはリップル機能を前記電気化学スタックに送信し、前記電流中断またはリップル機能に応答して、前記電気化学スタックの電流中断インピーダンス測定を受信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各コアの個別の水素生産容量を監視することは、各コアの個別の電解槽に利用可能な電力を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに利用可能な電力を査定することは、断続電源から利用可能な電力の量を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記所定の性能目標は、前記複数のコアの前記動作設定点のために集合的に要求される総電力と前記断続電源から利用可能な電力の量の平衡を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の性能目標は、前記複数のコアの前記動作設定点のために集合的に要求される総電力が、他の源からの過剰電力を要求せずに、前記断続電源からの最大利用可能電力に対応するような、前記断続電源の最大電力点追跡を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに利用可能な電力を査定することは、各コアの個別の電力供給部と電気連通する１つまたはそれを上回るバッテリ内に貯蔵された量を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、その全内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年１１月２１日に出願された、米国仮特許出願第６２／９３８，５１１号の利益を主張する。
続きを表示（約 3,700 文字）【０００２】
本開示は、一般に、化学生産を対象とし、より具体的には、水素発生のためのモジュール式システムを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
水素は、石油精製、金属処理、食品加工、およびアンモニア生産等の多くの用途を有する、一般的ガスである。産業用途に関して、水素は、概して、非再生可能エネルギー源、特に、メタンから形成される。しかしながら、空気中でのその燃焼のため、水素は、貯蔵および出荷することが困難である。故に、水素は、概して、その生産施設またはその近傍において使用され、ひいては、非再生可能エネルギー源の局所的可用性によって限定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によると、水素発生のためのモジュール式システムは、複数のコアと、ハブとを含む。各コアは、電解槽と、電力供給部とを含む。電力供給部は、コアの電解槽への電力を管理するように動作可能であって、複数のコアのうちの少なくとも別の１つの電力供給部に対して冗長である。ハブは、水モジュールと、熱交換モジュールと、開閉器モジュールとを含む。水モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電解槽と流体連通する、水源を含み、熱交換モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電解槽と熱連通する、熱交換器を含み、開閉器モジュールは、複数のコアのそれぞれのものの電力供給部を電気的に隔離するようにアクティブ化可能なスイッチを含む。
【０００５】
別の実施形態によると、水素発生のためのモジュール式システムを制御する方法は、複数のコアの各コアの個別の水素生産容量を監視するステップであって、各コアは、相互に電気連通する、電解槽と、電力供給部とを含む、ステップと、１つまたはそれを上回る電源から複数のコアに利用可能なエネルギーを査定するステップと、各コアの水素生産容量および１つまたはそれを上回る電源から利用可能エネルギーに基づいて、複数のコアが、集合的に、所定の性能目標を満たすように、複数のコア内の各コアの個別の動作設定点を設定するステップと、各コアの個別の動作設定点に従って、利用可能なエネルギーを１つまたはそれを上回る電源から複数のコアに指向するステップとを含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
水素発生のためのモジュール式システムであって、
複数のコアであって、
各コアは、電解槽と、電力供給部とを含み、
前記電力供給部は、前記コアの電解槽への電力を管理するように動作可能であり、前記複数のコアのうちの少なくとも別の１つの電力供給部に対して冗長である、
複数のコアと、
ハブであって、前記ハブは、水モジュールと、熱交換モジュールと、開閉器モジュールとを含み、
前記水モジュールは、前記複数のコアのそれぞれのものの電解槽と流体連通する水源を含み、
前記熱交換モジュールは、前記複数のコアのそれぞれのものの電解槽と熱連通する熱交換器を含み、
前記開閉器モジュールは、前記複数のコアのそれぞれのものの電力供給部を電気的に隔離するようにアクティブ化可能なスイッチを含む、
ハブと
を備える、モジュール式システム。
（項目２）
各コアの電力供給部は、前記コアの個別の電解槽が動作中の間、ホットスワップ可能である、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目３）
各電力供給部は、各電力供給部と前記熱交換モジュールとの間の冷却剤流動性を介して、前記熱交換モジュールと熱連通する、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目４）
各電力供給部は、ＤＣ電源およびＡＣ電源の両方に接続され、各電力供給部は、ＤＣ電力を前記コアの電解槽に提供するように構成される、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目５）
各電力供給部は、第１のＤＣ電圧を前記コアの電解槽に提供し、前記第１のＤＣ電圧より低い第２のＤＣ電圧を前記コアの補助デバイスに提供するように構成される、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目６）
各コアはさらに、所与のコアの個別の電解槽と電気連通する補助電源を含む、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目７）
前記電解槽は、電気化学スタックを含み、
前記水モジュールからの水は、前記電気化学スタックの中に受容可能であり、
前記電気化学スタックは、電力を前記電力供給部から受容し、水素および酸素を前記水から発生させるように構成される、
項目１に記載のモジュール式システム。
（項目８）
前記電気化学スタックは、陽子交換膜スタック、固体酸化物電解スタック、アルカリセルスタック、またはそれらの組み合わせを備える、項目７に記載のモジュール式システム。
（項目９）
前記ハブはさらに、
各コアの電解槽と流体連通し、前記複数のコアによって形成可能な水素を受容するコンプレッサを含む圧縮モジュールと、
前記圧縮モジュールと流体連通する貯蔵モジュールであって、前記コンプレッサによって圧縮された水素は、前記貯蔵モジュールの中に移動可能である、貯蔵モジュールと
を備える、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目１０）
前記熱交換モジュールは、熱ループを含み、前記熱交換器は、前記熱ループを介して、各コアと熱連通する、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目１１）
前記熱交換器および前記熱ループは、前記複数のコアからの廃熱を前記ハブの１つまたはそれを上回る他の部分に送達可能な熱に変換するように動作可能であるヒートポンプの少なくとも一部を形成する、項目１に記載のモジュール式システム。
（項目１２）
水素発生のためのモジュール式システムを制御する方法であって、
複数のコアの各コアの個別の水素生産容量を監視することであって、各コアは、相互に電気連通する、電解槽と、電力供給部とを含む、ことと、
１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに利用可能なエネルギーを査定することと、
各コアの水素生産容量および前記１つまたはそれを上回る電源から利用可能エネルギーに基づいて、前記複数のコアが、集合的に、所定の性能目標を満たすように、前記複数のコア内の各コアの個別の動作設定点を設定することと、
各コアの個別の動作設定点に従って、前記利用可能なエネルギーを前記１つまたはそれを上回る電源から前記複数のコアに指向することと
を含む、方法。
（項目１３）
前記所定の性能目標は、前記利用可能なエネルギーが、前記複数のコアの下流のハードウェアからの水素出力需要を満たすために要求されるエネルギー未満であるとき、前記利用可能なエネルギーの全てを使用して、水素出力を最大限にすることを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１Ａは、複数のコアと、ハブとを含む、システムの略図であって、ハブの一部は、壁によってパーティション化され、略図は、ハブと複数のコアとの間の流体連通および熱連通を描写する。
【０００７】
図１Ｂは、図１Ａのシステムのブロック図であって、ハブと複数のコアとの間の電気連通を描写する。
【０００８】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、種々の実施形態による、水素を形成する例示的方法のフローチャートであって、本方法は、複数のコアの動作設定点を設定し、各コアは、電力供給部と、電解槽とを含む。
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、種々の実施形態による、水素を形成する例示的方法のフローチャートであって、本方法は、複数のコアの動作設定点を設定し、各コアは、電力供給部と、電解槽とを含む。
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、種々の実施形態による、水素を形成する例示的方法のフローチャートであって、本方法は、複数のコアの動作設定点を設定し、各コアは、電力供給部と、電解槽とを含む。
【０００９】
種々の図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
実施形態が、ここで、例示的実施形態が示される、以降の付随の図を参照して、より完全に説明されるであろう。しかしながら、前述は、多くの異なる形態において具現化されてもよく、本明細書に記載される例示的実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。全ての流体流動は、別様に規定されない限り、導管（例えば、パイプおよび／またはマニホールド）を通して流動し得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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