知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-13
(54)【発明の名称】電解反応器及び電解反応器を動作させる方法
(51)【国際特許分類】
C25B 15/023 20210101AFI20220105BHJP
C25B 15/00 20060101ALI20220105BHJP
C25B 15/027 20210101ALI20220105BHJP
C25B 9/19 20210101ALI20220105BHJP
C25B 9/67 20210101ALI20220105BHJP
C25B 9/77 20210101ALI20220105BHJP
C25B 9/65 20210101ALI20220105BHJP
F02D 19/02 20060101ALI20220105BHJP
C25B 15/021 20210101ALI20220105BHJP
C25B 9/70 20210101ALI20220105BHJP
【ＦＩ】
C25B15/023
C25B15/00 302Z
C25B15/027
C25B9/19
C25B9/67
C25B9/77
C25B9/65
F02D19/02 B
C25B15/021
C25B9/70
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021518445
(86)(22)【出願日】2019-10-04
(85)【翻訳文提出日】2021-05-31
(86)【国際出願番号】 CA2019051427
(87)【国際公開番号】W WO2020069628
(87)【国際公開日】2020-04-09
(31)【優先権主張番号】62/741,637
(32)【優先日】2018-10-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＪＡＶＡ
(71)【出願人】
【識別番号】520116698
【氏名又は名称】ダイナサート インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ディーロン、ベーピンデルプリート
(72)【発明者】
【氏名】シン、グルジャント
【テーマコード（参考）】
3G092
4K021
【Ｆターム（参考）】
3G092AB09
3G092BB01
3G092EA01
3G092FA01
3G092HB04Z
4K021AA01
4K021BA02
4K021BA17
4K021BC05
4K021BC09
4K021CA05
4K021CA12
4K021CA15
4K021DB31
4K021DB43
4K021DB53
4K021DC01
4K021DC03
4K021EA06
(57)【要約】
本明細書に開示される様々な実施例は、電解反応器の構成を変更するシステム及び方法に関する。少なくとも１つの実施例では、システムは、複数の電解セルを具備する電解反応器組立体を備え、電解反応器組立体は、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される。システムはまた、電解反応器組立体に結合された少なくとも１つの切替要素、制御ユニット、及び制御ユニットに結合された監視システムを備え、監視システムは、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を監視するように構成される。制御ユニットは、監視システムによって監視される電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性に基づいて、少なくとも２つの動作モード間で電解反応器組立体の構成を変更するように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解反応器の構成を変更するシステムであって、該システムは、複数の電解セルを具備する電解反応器組立体であって、前記複数の電解セルは、電解質溶液に対して電気分解を実行するように構成され、前記電解反応器組立体は、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される、電解反応器組立体と、
前記電解反応器組立体と結合された、少なくとも１つの切替要素と、
前記少なくとも１つの切替要素及び前記電解反応器組立体と動作可能に結合された、制御ユニットと、
前記制御ユニット、前記電解反応器組立体、及び前記少なくとも１つの切替要素と結合された監視システムであって、前記監視システムは、前記電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を監視するように構成される、監視システムと
を備え、前記制御ユニットは、前記監視システムによって監視される前記電解反応器組立体の前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記少なくとも２つの動作モード間で前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成される、システム。
【請求項2】
前記監視システムは、前記電解反応器組立体に関連する周囲温度を監視するように構成された温度センサを備え、前記制御ユニットは、前記周囲温度に基づいて前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記温度センサは、前記電解反応器組立体の近傍に位置する、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記監視システムは、前記電解反応器組立体による消費電流を監視するように構成された電流センサを備え、前記制御ユニットは、前記電解反応器組立体による前記消費電流に基づいて、前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記電解反応器組立体のガス生成速度は、前記電解反応器組立体の前記消費電流に基づいて判定される、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記複数の電解セルは、第１のセル・ユニットと第２のセル・ユニットとの間で分割され、前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットは、互いに並列に配置され、前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットのそれぞれの前記電解セルは、互いに直列に配置されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項7】
前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットは、共通の負電気を共有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットのそれぞれは、６個の電解セルを備える、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つの切替要素は、前記第１のセル・ユニット内の６個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の６個の電解セルに結合された、第１の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の５個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の５個の電解セルに結合された、第２の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の４個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の４個の電解セルに結合された、第３の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の３個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の３個の電解セルに結合された、第４の切替要素と
のうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第１の信号に基づいて前記第１の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、前記第１の信号は、前記周囲温度が第１の所定の温度範囲内にあることを示す、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第１の信号に基づいて前記第１の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、前記第１の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第１の所定の消費電流の範囲内にあることを示す、請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第２の信号に基づいて前記第２の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、前記第２の信号は、前記周囲温度が第２の所定の温度範囲内にあることを示し、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低い、請求項９から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項13】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第２の信号に基づいて前記第２の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、前記第２の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第２の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低い、請求項９から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項14】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるよりも多くの熱を発生させる、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第３の信号に基づいて前記第３の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、前記第３の信号は、前記周囲温度が第３の所定の温度範囲内にあることを示し、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低い、請求項９から１４までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項16】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第３の信号に基づいて前記第３の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、前記第３の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低い、請求項９から１４までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項17】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる、請求項１５又は１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第４の信号に基づいて前記第４の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、前記第４の信号は、前記周囲温度が前記第３の所定の温度範囲内にあることを示す、請求項９から１７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項19】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第４の信号に基づいて前記第４の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、前記第４の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が前記第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示す、請求項９から１７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項20】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる、請求項１８又は１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記監視システムはさらに、内燃機関の１つ又は複数の動作状態を監視するように構成され、前記制御ユニットは、少なくとも前記内燃機関の前記１つ又は複数の動作状態に基づいて、前記少なくとも１つの切替要素を制御するように構成される、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項22】
電解反応器の構成を変更する方法であって、前記電解反応器は、複数の電解セルを具備する電解反応器組立体を備え、前記電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成され、前記方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、
前記監視システムに結合された制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性を分析するステップと、
前記制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、
少なくとも１つの切替要素を使って、前記電解反応器の前記構成を、前記制御ユニットで決定された前記動作モードに変更するステップと
を含む、方法。
【請求項23】
第１の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルと結合するステップと、第２の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第２の所定の数の電解セルは、前記第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第３の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第３の所定の数の電解セルは、前記第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第４の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第４の所定の数の電解セルは、前記第３の所定の数の電解セルより少数であるステップと
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項26】
前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項27】
前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項28】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムが、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項29】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項32】
前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３から３１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項33】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３から３１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項34】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項３２又は３３に記載の方法。
【請求項35】
前記電解反応器は内燃機関に結合され、前記電解反応器内で使用される前記電解質溶液は水であり、前記方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、前記内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、
前記制御ユニットで、前記内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、
前記内燃機関がより多量の前記水素ガスを必要とする場合、前記第２の切替要素、前記第３の切替要素、及び前記第４のスイッチ要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップと
をさらに含む、請求項２３から３４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項36】
コンピュータが実行可能な命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサに、電解反応器の構成を変更する方法を実行させるように実行可能であり、前記電解反応器は、複数の電解セルを具備する、電解反応器組立体を備え、前記電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成され、前記方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、
前記監視システムに結合された制御ユニットによって、前記監視システムで判定された前記少なくとも１つの属性を分析するステップと、
前記制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、
少なくとも１つの切替要素によって、前記電解反応器の前記構成を、前記制御ユニットで決定された前記動作モードに変更するステップと
を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項37】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、第１の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルと結合するステップと、
第２の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第２の所定の数の電解セルは、前記第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第３の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第３の所定の数の電解セルは、前記第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第４の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第４の所定の数の電解セルは、前記第３の所定の数の電解セルより少数であるステップと
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項３６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項38】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項39】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項40】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から３９までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項41】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から３９までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項42】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムが、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる、請求項４０又は４１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項43】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から４２までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項44】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から４２までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項45】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項４３又は４４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項46】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７から４５までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項47】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７から４５までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項48】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項４６又は４７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項49】
前記電解反応器は内燃機関に結合され、前記電解反応器内で使用される前記電解質溶液は水であり、前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるように実行可能であり、前記方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、前記内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、
前記制御ユニットで、前記内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、
前記内燃機関がより多量の前記水素ガスを必要とする場合、前記第２の切替要素、前記第３の切替要素、及び前記第４のスイッチ要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップと
をさらに含む、請求項３７から４８までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
記載される具体例は、電解反応器システム、詳細には、電解反応器システムに関連する最適な動作範囲より低い温度で動作するよう動的に構成可能な、電解反応器システムに関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の燃費は、水素ガス及び酸素ガスをエンジンの吸気流に噴射することで向上させることができる。場合によっては、水素ガス及び酸素ガスは、「オンデマンド型」電解反応器システムによって内燃機関に供給されることがあり、このシステムは、基材を電気分解で分離して水素ガス及び酸素ガスを発生させる。
【0003】
電解反応器システムは、一般に、効果的に動作するために最適な温度範囲が必要である。最適な温度範囲より低い周囲温度で、すなわち、より寒い天候で動作する電解反応器システムは、電気分解プロセスを始めるのに外部熱源が必要となる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、外部熱源の使用は、いくつかの課題を引き起こす。具体的には、外部熱源は通常、電解反応器に電解質溶液を供給するノックアウト・タンクの上又は内部に位置する。したがって、電解反応器は、外部熱源から直接熱を受け取らず、その結果、機能的な動作状態まで暖機するのにより長い時間がかかる。加えて、外部熱源は、電解反応器に必要な電力とは別に、熱を発生させるために追加で電力を投入する必要があり得る。電解反応器と共に外部熱源を使用することに関連する、潜在的な安全上の問題もいくつかある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様では、本明細書に記載の少なくとも１つの実施例において、電解反応器の構成を変更する方法がある。電解反応器は、複数の電解セルを具備する、電解反応器組立体を備え、ここで電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される。該方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、監視システムに結合された制御ユニットによって、少なくとも１つの属性を分析するステップと、制御ユニットによって、少なくとも１つの属性に基づいて、電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、少なくとも１つの切替要素を使って、電解反応器の構成を、制御ユニットによって決定された動作モードに変更するステップとを含む。
【0006】
該態様の特徴として、該方法は、第１の切替要素を、電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルに結合するステップと、第２の切替要素を、電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第２の所定の数の電解セルは、第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、第３の切替要素を、電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第３の所定の数の電解セルは、第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、第４の切替要素を、電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第４の所定の数の電解セルは、第３の所定の数の電解セルより少数であるステップとをさらに含む。
【0007】
別の特徴として、該方法は、監視システムからの第１の信号が、電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0008】
さらに別の特徴として、該方法は、監視システムからの第１の信号が、電解反応器組立体に関連する第１の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0009】
さらなる特徴として、該方法は、監視システムからの第２の信号が、電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第２の所定の温度範囲は、第１の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0010】
別の特徴として、該方法は、監視システムからの第２の信号が、電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第２の所定の消費電流の範囲は、第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0011】
さらに別の特徴として、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる。
【0012】
さらなる特徴として、該方法は、監視システムからの第３の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第３の所定の温度範囲は、第２の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0013】
別の特徴として、該方法は、監視システムからの第３の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第３の所定の消費電流の範囲は、第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0014】
さらに別の特徴として、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード又は第２の動作モードのどちらで電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる。
【0015】
さらなる特徴として、該方法は、監視システムからの第４の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0016】
別の特徴として、該方法は、監視システムからの第４の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0017】
さらに別の特徴として、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード、第２の動作モード、又は第３の動作モードのいずれで電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる。
【0018】
さらなる特徴として、電解反応器は内燃機関に結合され、電解反応器内で使用される電解質溶液は水であり、該方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、制御ユニットで、内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、内燃機関がより多量の水素ガスを必要とする場合、第２の切替要素、第３の切替要素、及び第４の切替要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップとをさらに含む。
【0019】
別の態様では、本明細書に記載の少なくとも１つの実施例において、電解反応器の構成を変更するシステムがあり、システムは、複数の電解セルを具備する電解反応器組立体であって、複数の電解セルは、電解質溶液に対して電気分解を実行するように構成され、電解反応器組立体は、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される電解反応器組立体と、電解反応器組立体に結合された少なくとも１つの切替要素と、少なくとも１つの切替要素及び電解反応器組立体に動作可能に結合された制御ユニットと、制御ユニット、電解反応器組立体、及び少なくとも１つの切替要素に結合された監視システムであって、監視システムは、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を監視するように構成される監視システムとを備え、制御ユニットは、監視システムによって監視される電解反応器組立体の少なくとも１つの属性に基づいて、少なくとも２つの動作モード間で電解反応器組立体の構成を変更するように構成される。
【0020】
該態様の特徴として、監視システムは、電解反応器組立体に関連する周囲温度を監視するように構成された温度センサを備え、制御ユニットは、周囲温度に基づいて電解反応器組立体の構成を変更するように構成される。
【0021】
別の特徴として、温度センサは、電解反応器組立体の近傍に位置する。
【0022】
さらなる特徴として、監視システムは、電解反応器組立体による消費電流を監視するように構成された電流センサを備え、制御ユニットは、電解反応器組立体による消費電流に基づいて、電解反応器組立体の構成を変更するように構成される。
【0023】
さらに別の特徴として、電解反応器組立体のガス生成速度は、電解反応器組立体の消費電流に基づいて判定される。
【0024】
別の特徴として、複数の電解セルは、第１のセル・ユニット及び第２のセル・ユニットに分割され、第１のセル・ユニット及び第２のセル・ユニットは、互いに並列に配置され、第１のセル・ユニット及び第２のセル・ユニットのそれぞれの電解セルは、互いに直列に配置されている。
【0025】
さらに別の特徴として、第１のセル・ユニット及び第２のセル・ユニットは、共通の負電気を共有する。
【0026】
さらなる特徴として、第１及び第２のセル・ユニットのそれぞれは、６個の電解セルを備える。
【0027】
別の特徴として、少なくとも１つの切替要素は、第１のセル・ユニット内の６個の電解セル及び第２のセル・ユニット内の６個の電解セルに結合された、第１の切替要素と、第１のセル・ユニット内の５個の電解セル及び第２のセル・ユニット内の５個の電解セルに結合された、第２の切替要素と、第１のセル・ユニット内の４個の電解セル及び第２のセル・ユニット内の４個の電解セルに結合された、第３の切替要素と、第１のセル・ユニット内の３個の電解セル及び第２のセル・ユニット内の３個の電解セルに結合された、第４の切替要素とを備える。
【0028】
さらに別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第１の信号に基づいて第１の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、第１の信号は、周囲温度が第１の所定の温度範囲内にあることを示す。
【0029】
別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第１の信号に基づいて第１の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、第１の信号は、電解反応器組立体の消費電流が第１の所定の消費電流の範囲内にあることを示す。
【0030】
さらに別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第２の信号に基づいて第２の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、第２の信号は、周囲温度が第２の所定の温度範囲内にあることを示し、第２の所定の温度範囲は、第１の所定の温度範囲よりも低い。
【0031】
別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第２の信号に基づいて第２の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、第２の信号は、電解反応器組立体の消費電流が第２の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、第２の所定の消費電流の範囲は、第１の所定の消費電流の範囲よりも低い。
【0032】
さらなる特徴として、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させることにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるよりも多くの熱を発生させる。
【0033】
別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第３の信号に基づいて第３の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、第３の信号は、周囲温度が第３の所定の温度範囲内にあることを示し、第３の所定の温度範囲は、第２の所定の温度範囲よりも低い。
【0034】
さらに別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第３の信号に基づいて第３の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、第３の信号は、電解反応器組立体の消費電流が第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、第３の所定の消費電流の範囲は、第２の所定の消費電流の範囲よりも低い。
【0035】
さらなる特徴として、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させることにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード又は第２の動作モードのどちらで電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる。
【0036】
別の特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第４の信号に基づいて第４の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、第４の信号は、周囲温度が第３の所定の温度範囲内にあることを示す。
【0037】
さらなる特徴として、制御ユニットは、監視システムからの第４の信号に基づいて第４の切替要素を作動させることによって、電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、第４の信号は、電解反応器組立体の消費電流が第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示す。
【0038】
さらに別の特徴として、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させることにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード、第２の動作モード、又は第３の動作モードのいずれで電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる。
【0039】
別の特徴として、監視システムはさらに、内燃機関の１つ又は複数の動作状態を監視するように構成され、制御ユニットは、少なくとも内燃機関の１つ又は複数の動作状態に基づいて、少なくとも１つの切替要素を制御するように構成される。
【0040】
別の態様では、本明細書に記載の少なくとも１つの実施例において、コンピュータが実行可能な命令を格納するコンピュータ可読媒体が提供され、命令は、プロセッサに、電解反応器の構成を変更する方法を実行させるように実行可能であり、電解反応器は、複数の電解セルを具備する、電解反応器組立体を備え、ここで電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される。該方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、監視システムに結合された制御ユニットによって、監視システムで判定された少なくとも１つの属性を分析するステップと、制御ユニットによって、少なくとも１つの属性に基づいて、電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、少なくとも１つの切替要素を使って、電解反応器の構成を、制御ユニットによって決定された動作モードに変更するステップとを含む。
【0041】
該態様の特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、第１の切替要素を、電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルに結合するステップと、第２の切替要素を、電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第２の所定の数の電解セルは、第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、第３の切替要素を、電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第３の所定の数の電解セルは、第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、第４の切替要素を、電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルに結合するステップであって、第４の所定の数の電解セルは、第３の所定の数の電解セルより少数であるステップとのうちの、少なくとも１つをさらに含む。
【0042】
別の特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第１の信号が、電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0043】
さらなる特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第１の信号が、電解反応器組立体に関連する第１の所定の範囲の消費電流を識別する場合、第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0044】
さらに別の特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第２の信号が、電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第２の所定の温度範囲は、第１の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0045】
さらなる特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第２の信号が、電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第２の所定の消費電流の範囲は、第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0046】
別の特徴として、第２の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる。
【0047】
さらに別の特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第３の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第３の所定の温度範囲は、第２の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0048】
さらなる特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第３の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップであって、第３の所定の消費電流の範囲は、第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む。
【0049】
別の特徴として、第３の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード又は第２の動作モードのどちらで電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる。
【0050】
さらに別の特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第４の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0051】
さらなる特徴として、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、監視システムからの第４の信号が、電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む。
【0052】
別の特徴として、第４の動作モードで電解反応器組立体を動作させるステップにより、結果的に、電解反応器システムは、第１の動作モード、第２の動作モード、又は第３の動作モードのいずれで電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる。
【0053】
さらに別の特徴として、電解反応器は内燃機関に結合され、電解反応器内で使用される電解質溶液は水であり、コンピュータ可読媒体に格納されたものは、プロセッサに該方法を実行させるよう実行可能であり、該方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、制御ユニットで、内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、内燃機関がより多量の水素ガスを必要とする場合、第２の切替要素、第３の切替要素、及び第４のスイッチ要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップとをさらに含む。
【0054】
本出願の他の特徴及び利点は、添付図面と共に理解される、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、詳細な説明及び特定の実例は、出願の好ましい実施例を示しながらも、ただ単に例示するために提供されていることを理解されたい。というのは、詳細な説明から、当業者には、出願の精神及び範囲内での様々な変更及び修正が明らかになるからである。
【0055】
本明細書に記載の様々な実施例のより適切な理解のために、且つこれらの様々な実施例をどのように実行できるかをより明確に示すために、実例として、少なくとも１つの例示的な実施例を示す添付図面を参照することにする。ここで、図を簡単に説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1A】例示的な実施例による、ラップ・ヒータの画像である。
【図1B】別の例示的な実施例による、フィラメント・ヒータの画像である。
【図1C】さらに別の例示的な実施例による、絶縁ラップの画像である。
【図2A】燃料管理システムの、実例の構成図である。
【図2B】燃料管理システムの、別の実例の構成図である。
【図3A】電解反応器システムの、実例の構成図である。
【図3B】反応器システムの、実例の構成図である。
【図5A】反応器セル及びタンク・システム組立体の、実例の概略斜視図である。
【図5B】反応器セル及びタンク・システム組立体の、別の実例の概略斜視図である。
【図5C】トリガされていない状態のフロート・スイッチの、例示的な斜視図である。
【図6A】反応器セル及びタンク・システム組立体の、別の実例の概略斜視図である。
【図6B】反応器セル及びタンク・システム組立体の、さらなる実例の概略斜視図である。
【図6C】反応器セル及びタンク・システム組立体の、さらに別の実例の概略斜視図である。
【図6D】いくつかの実施例による、反応器及びタンク組立体内の容器の、概略上面斜視図である。
【図6E】例示的なガス継手の斜視図である。
【図6F】例示的なガス管の斜視図である。
【図7】例示的な電解反応器システムの斜視図である。
【図8】反応器システムの構成を変更する方法の、実例の図である。
【図9】反応器システムの構成を変更する方法の、別の実例の図である。
【図10A】一実例による、反応器システムの構成を変更する方法の図である。
【図10B】別の実例による、反応器システムの構成を変更する別の方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【0057】
当業者は、以下に説明される図面が、例示のみを目的としていることを理解するであろう。図面は、出願人の教示の範囲を限定することを何等意図するものではない。加えて、説明図を単純且つ明確にするために、図に示される要素は、必ずしも原寸に比例して描かれているわけではないことが理解されよう。たとえば、要素のうちのいくつかの寸法は、明確にするために、他の要素に比べて誇張されている場合がある。さらに、適切と考えられる場合、一致する要素又は類似の要素を示すために、参照番号が図間で繰り返される場合がある。
【0058】
特許請求の範囲に記載される主題の少なくとも１つの実施例の実例を提示するために、様々な装置又はプロセスを以下に説明することにする。以下に説明する実施例は、どの特許請求の範囲に記載される主題をも制限するものではなく、どの特許請求の範囲に記載される主題も、以下に説明するものとは異なるプロセス、装置、デバイス、又はシステムを包含できる。特許請求の範囲に記載される主題は、以下に説明する任意の１つの装置、デバイス、システム又はプロセスのすべての特徴を有する装置、デバイス、システム又はプロセスに、或いは以下に説明する複数の若しくはすべての装置、デバイス、システム又はプロセスに共通の特徴に、限定されるものではない。以下で説明する装置、装置、システム又はプロセスは、どの特許請求の範囲に記載される主題の実施例でもない場合がある。この文書で特許請求の範囲に記載されていない、以下に説明する装置、デバイス、システム、又はプロセスに開示されているどの主題も、別の保護的な法律文書、たとえば継続特許出願の主題である場合があり、出願人、発明者、又は所有者は、かかるどの主題をも、この文書内で開示することによって放棄する、棄権する、又は公共に捧げる意図はない。
【0059】
さらに、説明図を単純且つ明確にするために、適切であると考えられる場合、一致する又は類似する要素を示すために、参照番号が、図面間で繰り返される場合があることが理解されよう。加えて、本明細書に記載の例示的な実施例の完全な理解をもたらすために、多数の特定の詳細を示している。ただし、本明細書に記載の例示的な実施例は、こうした特定の詳細なしに実施され得ることを、当業者は理解されよう。他の実例では、本明細書に記載の例示的な実施例を曖昧にしないように、よく知られた方法、手順、及び構成要素を詳細には説明していない。加えて、この説明は、本明細書に記載の例示的な実施例の範囲を限定するものと見なされるべきではない。
【0060】
本明細書で使用される「結合される」又は「結合する」という用語は、この用語が使用される文脈に応じて、いくつかの相異なる意味を有し得ることにも留意されたい。たとえば、結合するという用語は、機械的又は電気的な意味合いを持つことができる。たとえば、本明細書で使用される場合、「結合される」又は「結合する」という用語は、個々の文脈に応じて、２つの要素又はデバイスが、互いに直接接続され得るか、或いは、たとえば、これらに限定されるものではないが、ワイヤ又はケーブルなどの、電気的要素、電気信号、又は機械的要素を介して、１つ若しくは複数の中間要素又はデバイスを経由して、互いに接続され得ることを示すことができる。
【0061】
本明細書で使用される「実質的に」、「ほぼ」、及び「約」などの程度を指す用語は、最終結果が著しく変更されないように、修飾される用語の妥当な量の誤差を意味することに留意されたい。これらの程度を指す用語は、この誤差が修飾する用語の意味を否定しない場合、修飾された用語の誤差を含むと解釈されたい。
【0062】
さらに、本明細書での端点を使ったどの数値範囲の列挙も、その範囲内に含まれるすべての数及び小数を含む（たとえば、１から５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．９０、４、及び５を含む）。すべての数及びその小数は、最終結果が著しく変わらない場合に、参照されている数の特定の量までのばらつきを意味する「ほぼ」という用語を使って修飾されると想定されることも、理解されたい。
【0063】
本明細書に記載のデバイス、システム、及び方法の様々な実施例は、ハードウェア及びソフトウェアの組合せを使用して実施できる。こうした実施例は、プログラム可能なデバイス上で実行するコンピュータ・プログラムを部分的に使用して実施でき、各プログラム可能なデバイスには、少なくとも１つのプロセッサ、オペレーティング・システム、１つ又は複数のデータ記憶部（揮発性メモリ、不揮発性メモリ、若しくは他のデータ記憶要素、又はその組合せを含む）、少なくとも１つの通信インタフェース、並びに本明細書に記載の少なくとも１つの実施例の機能を実施するのに必要な、他のいかなる関連するハードウェア及びソフトウェアも含まれる。たとえば、これらに限定されるものではないが、コンピュータ処理デバイスは、サーバ、ネットワーク機器、組込デバイス、コンピュータ拡張モジュール、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ、携帯情報端末、携帯電話、スマートフォン・デバイス、タブレット・コンピュータ、無線デバイス、又は本明細書に記載の方法を実行するように構成され得る他のいかなるコンピュータ処理デバイスでもあり得る。個々の実施例は、コンピュータ処理デバイスの適用例によって変わる。
【0064】
いくつかの実施例では、通信インタフェースは、ネットワーク通信インタフェース、ＵＳＢ接続、又は当業者には既知の別の好適な接続であり得る。他の実施例では、通信インタフェースは、プロセス間通信（ＩＰＣ：ｉｎｔｅｒ－ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）用のものなど、ソフトウェア通信インタフェースであり得る。さらに他の実施例では、ハードウェア、ソフトウェア、及びそれらの組合せとして実装される、通信インタフェースの組合せがあり得る。
【0065】
本明細書に記載の少なくともいくつかの実施例では、プログラム・コードは、入力データに使用され、本明細書に記載の少なくともいくつかの機能を実行し、出力情報を作ることができる。出力情報は、表示又はさらに処理するために、１つ又は複数の出力デバイスに供給できる。
【0066】
本明細書に記載の、プログラムを使用する少なくともいくつかの実施例は、高度の手続き型若しくはオブジェクト指向プログラミング及び／又はスクリプト言語、或いはその両方で実施できる。したがって、プログラム・コードは、Ｃ、Ｊａｖａ、ＳＱＬ、又は他のどの好適なプログラミング言語でも記述でき、オブジェクト指向プログラミングの熟練者には既知であるように、モジュール又はクラスが含まれ得る。しかし、他のプログラムは、必要に応じて、組立体、機械語、又はファームウェアで実施できる。いずれの場合も、言語は、コンパイルされた、又はインタプリタで翻訳された言語であり得る。
【0067】
コンピュータ・プログラムは、記憶媒体（たとえば、ＲＯＭ、磁気ディスク、光ディスクなどであるがこれらに限定されない、コンピュータ可読媒体）、又は汎用若しくは専用コンピュータ処理デバイスで読取り可能なデバイスに格納できる。プログラム・コードは、コンピュータ処理デバイスで読み取られると、コンピュータ処理デバイスを、本明細書に記載の方法の少なくとも１つを実行するために、新しい、特定の、事前定義されたやり方で動作するよう設定する。
【0068】
さらに、本明細書に記載の実施例のシステム、プロセス、及び方法に関連するプログラムの一部は、１つ又は複数のプロセッサ用のコンピュータ使用可能命令を有するコンピュータ可読媒体を含む、コンピュータ・プログラム製品の形で配布できる。媒体は、１つ又は複数のディスケット、コンパクト・ディスク、テープ、チップ、並びに磁気及び電子記憶装置などであるがこれらに限定されない、非一時的な形態を含む、様々な形態で提供され得る。代替の実施例では、媒体は、有線伝送、衛星伝送、インターネット伝送（たとえば、ダウンロード）、メディア、デジタル及びアナログ信号などであるがこれらに限定されない、本質的に一時的なものであり得る。コンピュータ使用可能命令は、コンパイルされたコード及びコンパイルされていないコードを含む、様々な形式でもあり得る。
【0069】
内燃機関に水素ガス及び酸素ガスを供給する電解反応器システムは、一般に、効果的に動作させるために最適な温度範囲が必要である。最適な温度範囲より低い周囲温度で、すなわち、より寒い天候で動作する電解反応器システムは、電気分解プロセスを開始するのに外部熱源が必要となる場合がある。
【0070】
電解反応器システムで使用される従来の外部熱源の実例を、図１Ａ～図１Ｃに示す。図１Ａは、電解質溶液を電解反応器に供給するノックアウト・タンクの周りに巻き付けることができるラップ・ヒータ１００の画像である。図１Ｂは、ノックアウト・タンクの内部に吊り下げることができる、フィラメント・ヒータ１１０の画像である。図１Ｃは、熱を保存するために、やはりノックアウト・タンクの周りに巻き付けることができる、絶縁ラップ１２０の画像である。
【0071】
しかし、外部熱源の使用は、いくつかの課題を引き起こす。具体的には、外部熱源は、通常、電気分解プロセスを実行する電解セル又は電極から取り外される、ノックアウト・タンクの上又は内部に配置されるので、電極及び電解質溶液は、外部熱源から直接的には熱を受け取らない。したがって、電極及び電解液は、機能的な動作状態まで暖機するのに長い時間がかかる。さらに、外部熱源によって生じる熱は、周囲に逃げることが多く、電解反応器内の電解質溶液に直接伝達されない。
【0072】
外部熱源はまた、電解反応器に必要な電力とは別に、熱を発生させるために追加で電力を投入する必要がある。たとえば、図１Ａのラップ・ヒータ１００及び図１Ｂのフィラメント・ヒータ１１０は、熱を発生させるために、４０Ｗの電力定格の１２Ｖ供給源を必要とする場合がある。外部熱源を装着し、熱源を電源に接続することも、時間を消費し、費用のかかるプロセスであり得る。
【0073】
最後に、潜在的な安全上の問題は、電解反応器と共に外部熱源を使用することに起因し得る。たとえば、図１Ａのラップ・ヒータ１００などの巻付け式ヒータは、ノックアウト・タンクの溶融、及び腐食性の高い電解質溶液の漏れを引き起こす可能性がある。図１Ｂのフィラメント・ヒータ１１０はまた、ノックアウト・タンク内部で、電気分解の副生成物として生じ得る水素ガスに点火しやすい。
【0074】
本明細書で論じられる様々な実施例では、外部熱源を必要とせずに効率的に動作できる、改良型の電解反応器のシステム及び方法が提供される。具体的には、本明細書に開示される改良型の電解反応器は、電解反応器の構成を変更することにより、低温、すなわち電解反応器の最適温度範囲より低い温度で動作するように構成される。以下で詳細に論じられるように、いくつかの実施例では、改良型の電解反応器は、電気分解のプロセスに関与する作動電解セル又は作動電極の数を減らすように構成される。電解反応器内の作動セルの数を減らすことにより、同じ入力電圧がより少ないセル間で分割され、その結果セル当りの電流が増加し、それに応じて、電気分解によるガス生成量が一層増える。ガス生成量の増加により、次に、反応器が、反応器の最適な温度範囲まで暖機される。結果として、本明細書で提供される電解反応器システムは、作動直後に、機能的な動作状態まで暖機することができる。
【0075】
それぞれが、本明細書に開示される反応器システムの例示的な適用例を示している、図２Ａ及び図２Ｂの両方を簡単に参照する。図２Ａは、具体的には、一実例による燃料管理システム２００Ａの構成図を示している。図２Ｂは、別の実例による燃料管理システム２００Ｂの構成図を示している。
【0076】
図２Ａの燃料管理システム２００Ａ及び図２Ｂの燃料管理システム２００Ｂは、内燃機関（ＩＣＥ：ｉｎｔｅｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ）２０８の燃費を改善するために使用される、反応器システム３１３を示している。具体的には、反応器システム３１３は、内燃機関２０８の吸気流に水素（Ｈ２）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを供給する、電気分解のプロセスを実行するように構成される。
【0077】
図２Ａ及び図２Ｂに示される実施例では、反応器システム３１３の構成、及びそれに応じた動作は、反応器システム３１３に関連する特定の属性に基づいて変更される。かかる属性のいくつかの非限定的な実例には、反応器システム３１３に関連する周囲温度、反応器システム３１３に関連する消費電流、反応器システム３１３内で発生されるガスの量、反応器システム内で生じる熱量、などが含まれ得る。これは、特に図３Ａ～図３Ｃ及び図４Ａ～図４Ｄを参照して、以下で詳細に論じられる。
【0078】
以下で論じられる様々な実施例において、反応器システム３１３の構成は、反応器システム３１３内の作動電解セルの数を増加又は減少させることによって変更される。以下で詳細に論じられるように、レクタ・システム３１３内の作動電解セルの数を操作することによって、ガスの生成量及び生じる熱量を制御できる。
【0079】
例示的な実施例による、電解反応器プラットフォーム３００を示す図３Ａを参照する。電解反応器プラットフォーム３００は、溶液ポンプ３９０、反応器システム３１３、及び制御システム３０１を備える。
【0080】
溶液ポンプ３９０は、電気分解するために、電解質溶液を反応器システム３１３に供給するように構成される。場合によっては、溶液ポンプ３９０は、純水又は実質的に純粋な水（たとえば、蒸留水）の供給源に結合されている。
【0081】
反応器システム３１３は、反応器セル組立体３１０を備える。反応器セル組立体３１０は、電気分解のプロセスを実行するように構成された、互いに接続された多数の電解セルを備える。反応器セル組立体３１０は、溶液ポンプ３９０と流体連結されているタンク・システム３１２から電解質溶液を受容する。
【0082】
電解質溶液が水である場合に、反応器セル組立体３１０は、水と水酸化カリウム（ＫＯＨ）との組合せを受容するように構成される。電解質溶液が水である、他のいくつかの場合において、反応器セル組立体３１０は、水とＫＯＨとを別々に受容し、受け取った後に水とＫＯＨとを組み合わせるように構成される。水とＫＯＨとを別々に受容する場合、反応器セル組立体３１０は、ＫＯＨの供給源に結合されている。
【0083】
ＫＯＨは、水の導電性を高めるために水に遊離イオンを与え、ひいては電気分解のプロセスを容易にするので、通常、水の電気分解に使用される。場合によっては、反応器セル組立体３１０内部の溶液には、５５％の水と４５％のＫＯＨとの混合物が含まれる。かかる場合、反応器システム３１３は、腐食性ＫＯＨ蒸気が確実に生じず、よって反応器システム３１３から出ないようにするために、摂氏６５度未満の温度で動作することが必要となり得る。これは、反応器システム３１３をＩＣＥと組み合わせて使用する場合に特に重要である。というのは、さもなければＩＣＥが、ＫＯＨ蒸気によって腐食される可能性があるためである。反応器システム３１３はまた、摂氏マイナス２８度より高い温度で動作することも必要であり得る。具体的には、ＫＯＨは、摂氏マイナス２８度未満の温度でＫＯＨの凝固点に達し、これにより、反応器システム３１３が動作不能になる可能性がある。
【0084】
電気分解プロセスを実行している間、反応器セル組立体３１０は、電解質溶液に対応する副生成物をガス状で発生させる。電解質溶液が水である場合、反応器セル組立体３１０は、電気分解の副生成物として、水素ガス及び酸素ガスを発生させるように構成される。次いで、副生成物は、タンク・システム３１２内に戻され、反応器システム３１３の適用例に基づく適切なシステムに送られる。反応器システム３１３が、適用例で内燃機関と共に使用され、エンジンの燃費を改善する場合、反応器システムのガス状副生成物はＩＣＥに送られる。反応器システム３１３のこの適用例は、図２Ａ及び２Ｂを参照して、以下で詳細に論じられる。
【0085】
図３Ａに示されるように、制御システム３０１は、以下でさらに詳細に説明されるように、監視システム３５０に結合される。監視システム３５０は、電解反応器プラットフォーム３００の１つ又は複数の構成要素に関連する、１つ又は複数のパラメータを監視できる１つ又は複数のユニット、デバイス、及び／又はシステムを備え得る。たとえば、監視システム３５０は、反応器システム３１３に関連する温度を監視できる、１つ又は複数のセンサを備え得る。他のいくつかの場合では、監視システム３５０は、反応器システム３１３に関連する圧力を監視できる、１つ又は複数のセンサを備え得る。別の実例では、監視システム３５０は、反応器システム３１３の消費電流を測定できる、１つ又は複数のセンサを備え得る。
【0086】
一実施例では、監視システム３５０は、反応器システム３１３の周囲温度を監視するように構成される、温度センサ３５５を備える。温度センサ３５５は、反応器システム３１３から離れて位置するよう示されているが、温度センサ３５５は、反応器システム３１３の周囲温度を測定できるように、反応器システム３１３に関連するどこにでも位置し得る。たとえば、場合によっては、温度センサ３５５は、反応器システム３１３の内部に位置する。他のいくつかの場合では、温度センサ３５５は、反応器セル組立体３１０の内部に位置する。いくつかのさらなる場合では、温度センサ３５５は、タンク・システム３１２に隣接して位置する。理解され得るように、本明細書に開示される温度センサ３５５の様々な場所は、非限定的な実例にすぎないことを意図している。
【0087】
この実施例では、温度センサ３５５は、温度信号３１６ａを通じて、温度測定値を制御システム３０１に送信するように構成される。制御システム３０１は、温度信号３１６ａに含まれる情報を使用して、反応器システム３１３の動作に関する判定を行う。たとえば、制御システム３０１は、温度信号３１６ａから、反応器システム３１３が理想的な動作温度範囲よりも低い温度で動作していることを判定できる。それに応じて制御システム３０１は、反応器システム３１３を理想的な動作温度範囲内まで加熱する目的で、反応器セル組立体３１０の構成を変えるよう反応器システム３１３に指示する、制御信号３１８を送信できる。
【0088】
別の実施例では、監視システム３５０は、反応器システム３１３の消費電流を監視するように構成される、電流センサ３７０を備え得る。たとえば、電流センサ３７０は、電流計又は他の好適な電流感知デバイスを備え得る。温度センサ３５５と同様に、電流センサ３７０は、電流信号３７０ａを通じて、電流測定値を制御システム３０１に送信するように構成される。制御システム３０１は、電流信号３７０ａに含まれる情報を使用して、反応器システム３１３の動作に関する判定を行う。
【0089】
少なくともいくつかの実施例では、電流信号３７０ａに含まれる情報は、制御システム３０１によって使用され、反応器システム３１３によって生成されるガスの速度を判定できる。たとえば、反応器システム３１３による消費電流の多さは、より速いガス生成速度と相関し得る一方で、反応器システム３１３による消費電流の少なさは、より遅いガス生成速度と相関し得る。電解質溶液が水である場合、水分子を水素ガスと酸素ガスとの副生成物に分離するのに必要なエネルギー（たとえば、電流）を判定することで、消費電流はガス生成速度と相関し得る。
【0090】
少なくともいくつかの例示的な場合において、制御システム３０１は、電流信号３７０ａから、反応器システム３１３が大量の電流を消費しており、よって、理想的なガス生成速度を超える速度でガスを生成していると判定できる。この場合、制御システム３０１は、反応器システム３１３の消費電流並びに反応器システム３１３のガス生成速度の両方を低減する目的で、反応器セル組立体３１０の構成を変えるよう反応器システム３１３に指示する、制御信号３１８を送信できる。
【0091】
他の実施例では、電流信号３７０ａに含まれる情報はまた、反応器システム３１３の相対的な動作温度を判定するために、制御システム３０１によって使用され得る。たとえば、より高い（たとえば、より暖かい）動作温度では、反応器システム３１３のガス生成速度が増加し（すなわち、電気分解プロセスは、より高い温度で触媒される）、ひいては、反応器システム３１３は、より速いガス生成速度に対応するために、より多量の電流を消費する。逆に、より低い（たとえば、より冷たい）動作温度では、反応器システム３１３のガス生成速度は低下し（すなわち、電気分解プロセスは、より低い温度で悪影響を受ける）、ひいては、反応器システム３１３は、より遅いガス生成速度に応じて、より少量の電流を消費する。このようにして、反応器システム３１３の消費電流は、反応器システム３１３の動作温度と相関し得る。
【0092】
反応器システム３１３の消費電流と動作温度との間の関係を例示するために、以下の表１は、６つの監視された反応器の例示的な温度及び対応する消費電流の測定値を提示している。表１では、最初の３つの反応器（反応器１から３）の両端間の電圧、及び最後の３つの反応器（反応器４から６）の両端間の電圧がそれぞれ、一定のレベルに維持されている。観察されるように、６つの反応器のそれぞれについての温度上昇が、結果として、反応器のそれぞれによる、より多い消費電流をもたらした。
【表1】
【0093】
したがって、少なくともいくつかの例示的な場合において、制御システム３０１は、電流信号３７０ａから、反応器システム３１３が少量の電流しか消費していないので、反応器システム３１３が理想的な温度範囲より低い温度範囲で動作していることを判定できる。結果として、制御システム３０１は、反応器システム３１３のガス生成速度を上げる目的で、ひいては、消費電流を増加させて、反応器システム３１３の動作温度を高める目的で、反応器セル組立体３１０の構成を変えるよう反応器システム３１３に指示する、制御信号３１８を送信できる。
【0094】
場合によっては、電流センサ３７０は、温度センサ３５５よりも信頼性の高い情報を提供し得る。たとえば、温度センサ３５５の場所、及び反応器セル組立体３１０に関連する熱伝導率などの要因に基づいて、温度センサ３５５で検出される温度は、ずれる可能性がある。
【0095】
他のいくつかの場合において、温度センサ３５５を反応器システム３１３内に挿入することが実現不可能な場合がある（たとえば、システムが高圧下で動作している場合）。かかる場合に、電流センサ３７０は、反応器システム３１３の動作温度について、温度センサ３５５によって提示される情報よりも直接的で信頼できる示度を提供する可能性がある。
【0096】
反応器セル３１３が内燃機関に水素ガス及び酸素ガスを供給する適用例では、エンジンの動作条件は、エンジン・データ信号３１４（たとえば、図２Ｂ）を通して制御システム３０１に通知され得る。制御システム３０１は、エンジン・データ信号３１４に含まれる情報を使用して、反応器システム３１３の動作に関する判定を行うことができる。たとえば、制御システム３０１は、内燃機関が水素ガス及び酸素ガスのより多い又はより少ない流入を必要とすることを、エンジン・データ信号３１４から判定できる。それに応じて制御システム３０１は、ＩＣＥへの水素ガス及び酸素ガスの、生成速度を上げるか又は下げる目的で、反応器セル組立体３１０の構成を変えるよう反応器システム３１３に指示する、制御信号３１８を送信できる。
【0097】
図示される実施例では、監視システム３５０はまた、反応器セル組立体３１０内部の電解質溶液のレベルを測定するように構成された、１つ又は複数のレベル・センサ３６０を備え得る。代替的又は追加的に、監視システム３５０は、タンク・システム３１２内部の電解質溶液及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）のレベルが所定の高さを超えるかどうかを判定するように構成される、１つ又は複数のオーバフロー・センサ３６５を備え得る。場合によっては、レベル・センサ３６０及び／又はオーバフロー・センサ３６５は、タンク・システム３１２に結合できる。たとえば、レベル・センサ３６０及び／又はオーバフロー・センサ３６５は、タンク・システム３１２内に設けられ得る。他のいくつかの場合では、レベル・センサ３６０及び／又はオーバフロー・センサ３６５は、反応器セル組立体３１０内に直接置かれ得る。
【0098】
レベル・センサ３６０がタンク・システム３１２内部に配置される、いくつかの場合に、センサ３６０は、センサ信号３１２ａを制御システム３０１に送信するように構成され、ここでセンサ信号３１２ａは、反応器セル組立体３１０内の溶液の量を識別する。レベル・センサ３６０がタンク・システム３１２の外部に配置される、他の場合に、センサ３６０は、センサ信号３１２ａ’を制御システム３０１に送信するように構成され、センサ信号３１２ａ’は同じく、反応器セル組立体３１０内の溶液の量を識別できる。制御システム３０１は、センサ信号を受信及び処理することができ、溶液レベルが所定の閾値を超えると判定される場合、制御信号３１９を溶液ポンプ３９０に送信して、溶液ポンプに、タンク・システム３１２へ電解質溶液を供給するのを止めるよう指示できる。
【0099】
同様に、オーバフロー・センサ３６５がタンク・システム３１２内部に配置される場合、該センサは、センサ信号３１２ｂを制御システム３０１に送信し、タンク・システム３１２内の電解質溶液及びＫＯＨのレベルが所定の高さを超えるかどうかを識別するように構成される。オーバフロー・センサ３６５がタンク・システム３１２の外部に配置される場合、該センサは、同じくタンク・システム３１２内の溶液レベルが所定の高さを超えるかどうかを識別する、センサ信号３１２ｂ’を送信するように構成される。
【0100】
オーバフロー・センサ３６５が利用される実施例では、制御システム３０１は、タンク・システム３１２に結合されたポンプ３８０に制御信号３８２ａを送信するように構成され得る。制御信号３８２ａは、ポンプ３８０に、溶液及びＫＯＨをタンク・システム３１２の外へポンプ移送して、反応器セル組立体３１０内に戻すよう指示する。溶液及びＫＯＨは、次いで、電気分解するために、反応器セル組立体３１０内部で再利用され得る。
【0101】
反応器システム３１３はまた、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９に結合された電子制御モジュール（「ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ」）３０５を備え得る。反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は、さらに、反応器セル組立体３１０の電解セルに接続されている。ＥＣＵ３０５は、たとえば、回路基板を備え得る。本明細書に開示される様々な実施例において、ＥＣＵ３０５は、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９の動作を制御するように構成され、さらに、対応する反応器セル組立体３１０の構成を制御する。ＥＣＵ３０５は、本明細書では独立型ユニットとして図示されているが、別法としてＥＣＵ３０５は、制御システム３０１内に収容されてもよい。
【0102】
反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は、作動状態と非作動状態との間で切替え可能な、電気スイッチであり得る。各反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９の動作状態は、制御システム３０１によって決定され得る。
【0103】
いくつかの実施例では、制御システム３０１は、温度信号３１６ａ、電流信号３７０ａ、又はエンジン・データ信号３１４に含まれる情報に基づいて、どの反応器リレーを作動させるかに関して判定できる。制御システム３０１は、次いで、関連する反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９を作動させるように、ＥＣＵ３０５に命令する制御信号３１８を送信できる。具体的には、ＥＣＵ３０５は、作動信号３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、又は３０５ｄをそれぞれ関連する反応器リレーに送信することにより、関連する反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９を作動させることができる。本明細書で説明される様々な実施例では、各反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９を作動させると、結果的に、反応器セル組立体３１０の構成が変更される。
【0104】
本明細書に開示される少なくとも１つの実施例では、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９のそれぞれは、１２ＶＤＣ、４ピン、単極、単投リレーである。いくつかの他の実施例では、各反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は５ピン・リレーである。様々な実施例において、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は、対応するリレーの電磁コイルに供給することにより作動される。
【0105】
反応器システム３１３は、正の電圧端子が反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９に接続された、電力源３０３をさらに備える。電力源３０３は、連続的な正の電圧信号３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、及び３０１ｄを、それぞれ、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９に供給する。反応器リレーが、ＥＣＵ３０５によって、好適な作動信号を使って作動されるとき、この反応器リレーに接続された電解セルの両端に正の電圧が供給され、それによって電解セルを作動させる。どの反応器リレー、したがってどの電解セルが作動されるかに応じて、セル組立体３１０は、固有のセル構成で動作する。
【0106】
電力源３０３は、たとえば、１２ボルトの直流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧源、又は１３．８ボルトのＤＣ供給源であり得る。他の場合には、電力源３０３は、交流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧源であり得る。電力源３０３がＡＣ電圧源である場合、１２ボルトのＤＣ出力又は１３．８ボルトのＤＣ出力を作るために、昇圧又は降圧ＡＣ－ＤＣ電力変換器を電力源に結合できる。
【0107】
少なくともいくつかの実施例では、電力源３０３は、ＥＣＵ３０５内に設けられる電源回路であり得る。いくつかの実施例では、電力源３０３は、ＥＣＵ３０５から分離されてもよい。しかし、かかる実施例では、電力源３０３は、ＥＣＵ３０５に電気的に結合できる。たとえば、図示のように、電力源３０３は、ＥＣＵ３０５から制御信号３０３ａを受信するように構成され、ここで制御信号３０３ａは、電力源３０３を選択的に作動させるか又は停止状態にするために、電力源３０３の動作を制御する。
【0108】
ＥＣＵ３０５内に収容され得る反応器制御基板（ＲＣＢ：ｒｅａｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｏａｒｄ）３０２は、電力源３０３の負電圧端子３０３ｂに結合されている。ＲＣＢ３０２は、反応器セル組立体３１０に、電力源３０３からの負の電圧３０２’を供給するように構成される。ＲＣＢ３０２はまた、組立体３１０に負の電圧を供給することによって、反応器セル組立体３１０の電流を制御するように構成される。
【0109】
様々な実施例において、ＲＣＢ３０２は、組立体３１０の定められた電流制限に基づいて、反応器セル組立体３１０をオン及びオフにするように構成される。たとえば、反応器セル組立体３１０が１０Ａ（アンペア）の動作電流に設定されているが、２０Ａが供給されている場合、ＲＣＢ３０２は、反応器セル組立体３１０を１秒間オンに保つよう動作し、次の秒にはオフにする。結果として、反応器セル組立体３１０は、２秒間にわたって平均１０Ａとなり、反応器セル組立体３１０の平均消費電流は、定められた制限内となる。様々な場合において、ＲＣＢ３０２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。
【0110】
ＲＣＢ３０２は、図３Ａにおいて、ＥＣＵ３０５内に収容されているものとして示されているが、他の場合には、ＲＣＢ３０２は、ＥＣＵ３０５とは別個のユニットであり得る。
【0111】
ここで、図３Ａの反応器システム３１３を詳細に示す、図３Ｂを参照する。図３Ｂの反応器システム３１３は、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９、並びに反応器セル組立体３１０を備える。
【0112】
反応器セル組立体３１０は、電解セル３１０ａ～３１０ｌの配列を収納する。具体的には、図示の実施例において、電解セルの配列は、第１の電解セル３１０ａ、第２の電解セル３１０ｂ、第３の電解セル３１０ｃ、第４の電解セル３１０ｄ、第５の電解セル３１０ｅ、第６の電解セル３１０ｆ、第７の電解セル３１０ｇ、第８の電解セル３１０ｈ、第９の電解セル３１０ｉ、第１０の電解セル３１０ｊ、第１１の電解セル３１０ｋ、及び第１２の電解セル３１０ｌを収納している。各電解セルは、２枚の横方向に間隔をあけて配置された電極板の、平行配置によって形成され得る。反応器セル組立体３１０は、１２個の電解セルを備えて図示されているが、反応器セル組立体３１０は、他の場合には、様々な数の電解セルを備えてもよい。
【0113】
図示の実施例では、反応器セル組立体３１０の電解セル３１０ａ～３１０ｌは、互いに並列構成で配置された、第１のセル・ユニット３１１ａと第２のセル・ユニット３１１ｂとの間で分割される。第１のセル・ユニット３１１ａ及び第２のセル・ユニット３１１ｂのそれぞれは、直列配置された（ｓｔａｃｋｅｄ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ）６つの電解セルを収納する。いくつかの他の実施例では、電解セル３１０ａ～３１０ｌの相異なる配置が行われ得る。
【0114】
第１及び第２のセル・ユニット３１１ａ、３１１ｂは、負の電圧信号３０２’を通してＲＣＢ３０２によって印加される、共通の負電圧を共有する。たとえば、ＲＣＢ３０２は、第１及び第２のセル・ユニット３１１ａ、３１１ｂそれぞれのセル３１０ｆと３１０ｇとの間に挿置された、中央電極板に接続され得る。
【0115】
前述のように、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は、ＥＣＵ３０５ばかりでなく、電力源３０３の正端子にも接続されている。動作中、第１の反応器リレー３０４は、電解セル３１０ａ及び３１０ｌの最も外側の電極板に、正の電圧を供給する。同様に、第２の反応器リレー３０６の動作中、第２の反応器リレーは、セル３１０ｂの外側の電極板及びセル３１０ｋの外側の電極板に、正の電圧を供給するように構成される。第３の反応器リレー３０８は、動作中、同様に、セル３１０ｃの外側の電極板及びセル３１０ｊの外側の電極板に、正の電圧を供給する。第４の反応器リレー３０９が動作して、セル３１０ｄの外側の電極板及びセル３１０ｉの外側の電極板に、正の電圧を供給する。ここでは、リレーが接続されている様々なセルを、ただ単に実例として提示している。いくつかの他の実施例では、リレーは、反応器セル組立体３１０内のセルの様々な組合せに接続され得る。
【0116】
本明細書に示される様々な実施例では、ＥＣＵ３０５は、任意の所与のタイミングに、４つの反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９のうちの１つしか作動させないように構成される。反応器リレーが既に作動しており、且つ別の反応器リレーを作動させることが望ましい場合、ＥＣＵ３０５は、所望のリレーを作動させる前に、まず作動しているリレーを停止状態にするように構成される。様々な場合において、ＥＣＵ３０５は、特定の反応器リレーをトリガして作動させるか又は停止状態にするように、制御システム３０１から命令され得る。たとえば、制御システム３０１は、温度信号３１６ａからの情報を使用して、反応器システム３１３近傍の周囲温度を判定でき、反応器セル組立体３１０のいかなる構成がこの状況に好適であるかを決定できる。次いで、制御システム３０１は、反応器組立体３１０の構成を、好適な構成に変更するために、特定の反応器リレーを作動させるようＥＣＵ３０５に命令できる。
【0117】
他のいくつかの場合において、制御システム３０１は、反応器システム３１３の消費電流に基づいて、ＥＣＵ３０５をトリガして反応器セル組立体３１０の構成を変更できる。たとえば、制御システム３０１は、検出された消費電流に基づいて、反応器システム３１３の温度及び／又はガス生成速度を判定できる。かかる場合に、制御システム３０１は、ガス生成速度及び／又は反応器システムの温度を変えるために、消費電流を増加又は減少させる、反応器セル組立体３１０の好適な構成を決定できる。次いで、制御システム３０１は、好適な反応器リレーを作動させるようＥＣＵ３０５に命令できる。
【0118】
少なくともいくつかの場合において、反応器システム３１３はまた、システムが相異なるリレー間で切り替わるときに、電気的保護を可能にする電気ヒューズも備え得る。
【0119】
第１の反応器リレー３０４を作動させるために、ＥＣＵ３０５は、第１の作動リレー信号３０５ａを第１の反応器リレー３０４に送信する。作動されると、第１の反応器リレー３０４は、セル３１０ａ及び３１０ｌの電極板の両端間に正の電圧を供給できる。正の電圧は、セル３１０ａの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させる。同様に、セル３１０ｌの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じる。このようにして、第１の反応器リレー３０４は、反応器セル組立体３１０の１２個の電解セル３１０ａ～３１０ｌすべてを作動させる。
【0120】
第２の反応器リレー３０６を作動させるために、ＥＣＵ３０５は、第２の作動リレー信号３０５ｂを第２の反応器リレー３０６に送信する。作動されると、第２の反応器リレー３０６は、セル３１０ｂ及び３１０ｋの電極板の両端間に正の電圧を供給できる。正の電圧は、セル３１０ｂの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させる。同様に、セル３１０ｋの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じる。したがって、第２の反応器リレー３０８は、反応器セル組立体３１０の１０個の電解セル３１０ｂ～３１０ｋを作動させる。反応器セル組立体３１０の２つの最も外側の電解セル３１０ａ及び３１０ｌは、いかなる電圧又は電流も受け取らないので、非作動状態のままである。
【0121】
第３の反応器リレー３０８を作動させるために、ＥＣＵ３０５は、第３の作動反応器信号３０５ｃを第３の反応器リレー３０８に送信する。作動されると、第３の反応器リレー３０８は、セル３１０ｃ及び３１０ｊの電極板の両端間に正の電圧を供給する。正の電圧は、セル３１０ｃの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させる。同様に、セル３１０ｊの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じる。したがって、第３の反応器リレー３０８は、反応器セル組立体３１０の８個の電解セル３１０ｃ～３１０ｊだけを作動させる。反応器セル組立体３１０の４つの最も外側の電解セル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｋ、及び３１０ｌは、電圧又は電流を受け取らないので、非作動状態のままである。
【0122】
第４の反応器リレー３０９を作動させるために、ＥＣＵ３０５は、第４の作動リレー信号３０５ｄを第４の反応器リレー３０９に送信する。作動されると、第４の反応器リレー３０９は、セル３１０ｄ及び３１０ｉの電極板の両端間に正の電圧を供給できる。正の電圧は、セル３１０ｄの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させる。同様に、セル３１０ｉの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じる。したがって、第４の反応器リレー３０９は、反応器セル組立体３１０の６個の電解セル３１０ｄ～３１０ｉを作動させる。反応器セル組立体３１０の６つの最も外側の電解セル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｊ、３１０ｋ、及び３１０ｌは、いかなる電圧又は電流も受け取らないので、非作動状態のままである。
【0123】
４つの別個の反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９が図３Ａ及び図３Ｂに示されているが、場合によっては、反応器リレーは単一の反応器リレー・ユニット内に統合され得る。単一の反応器リレー・ユニットは、第１、第２、第３、及び第４の反応器リレーに機能的に対応する、動作の少なくとも４つの作動モード間で切替え可能であるように構成され得る。さらに、４つの反応器リレーが図示されているが、反応器システム３１３において、電力システム３０３を反応器セル組立体３１０内の様々な電解セルに接続するために、４つより多い又は少ない反応器リレー・ユニットを使用できる。
【0124】
ここで、図３Ｂの反応器システム３１３の簡略化された構成図を示す、図３Ｃを簡単に参照する。図３Ｂの反応器システム３１３と同様の、反応器システム３１３は、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、反応器リレー・システム３５０、及び反応器セル組立体３１０を備える。
【0125】
反応器リレー・システム３５０は、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９のうちの１つ又は複数を備えることができる。たとえば、場合によっては、反応器リレー・システム３５０は、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９のすべてを備えることができる。他の場合には、反応器リレー・システム３５０は、反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９の一部分だけを備えることができる。たとえば、反応器リレー・システム３５０は、反応器リレーのうちの１つだけ、反応器リレーのうちの２つ、又は反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９のうちの３つを備えることができる。したがって、反応器リレー・システム３５０は、セル構成のいかなる組合せをも作動させる、反応器リレーのいかなる組合せをも備えることができる。場合によっては、反応器リレー・システム３５０は、同じセル構成を作動させるために、複数の反応器リレーを備えることもできる。これには、１つ又は複数の反応器リレーが誤動作した場合に備えて、予備の反応器リレーを設けるという利点がある。さらに他の場合には、反応器リレー・システム３５０は、動作の１つ又は複数の作動モード間を切り替えるように構成された、単一の反応器リレーを備えることができる。たとえば、単一の反応器リレーは、第１、第２、第３、及び／又は第４の反応器リレーのうちの１つ又は複数の機能を実行できる。
【0126】
反応器リレー・システム３５０はまた、図３Ａ及び図３Ｂの例示的な実施例に示されていない反応器リレーを備えることもできる。たとえば、反応器リレー・システム３５０は、反応器セル組立体３１０の４つのセルだけを作動させるための反応器リレーを備えることができる。たとえば、セル３１０ｅ及び３１０ｈの電極板の両端間に正の電圧を印加する、反応器リレーを備えることができる。したがって、正の電圧は、セル３１０ｅの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させることができる。同様に、セル３１０ｈの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じ得る。同様に、反応器リレー・システム３５０はまた、反応器セル組立体３１０の２つのセルだけを作動させるための反応器リレーを備えることもできる。たとえば、反応器リレーは、セル３１０ｆ及び３１０ｇの電極板の両端間に、正の電圧を供給できる。正の電圧は、セル３１０ｆの最も外側の電極板とセル３１０ｆの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差を発生させる。同様に、セル３１０ｇの最も外側の電極板とセル３１０ｇの最も内側の電極板（ＲＣＢ３０２から負の電圧信号３０２’を受信する）との間に、電位差が生じる。
【0127】
ここで、一実例による、反応器システムの第１の構成４００Ａの概略図を示す、図４Ａを簡単に参照する。構成４００Ａは、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、第１の反応器リレー３０４、及び反応器セル組立体３１０間の接続を示している。
【0128】
図示のように、第１の反応器リレー３０４は、導電性ワイヤによって、導電性フック４０２及び４０４に接続されている。フック４０２及び４０４は、それぞれ、反応器組立体３１０のセル３１０ａ及び３１０ｌの最も外側の電極板と並べられ、接続されている。ＲＣＢ３０２は、別個のワイヤを通して、負の電圧信号３０２’を反応器セル組立体３１０に印加する。別個のワイヤは、セル３１０ｆと３１０ｇとの間の中央に位置する第３の導電性フック４０６に接続されている。
【0129】
少なくともいくつかの実施例では、第１の反応器リレー３０４は、ＥＣＵ３０５によって作られた作動信号３０５ａによって作動される。作動されると、第１の反応器リレー３０４は、正の電圧信号３０１ａを介して電力源３０３から受け取った１２Ｖ又は１３．８Ｖの電圧を、反応器セル組立体３１０の、電解セル３１０ａ及び３１０ｆの両端間並びに電解セル３１０ｌ及び３１０ｇの両端間に印加する。したがって、２Ｖ又は２．３Ｖの電位が、１２個の電解セル３１０ａ～３１０ｌのそれぞれの両端間に生じる。
【0130】
場合によっては、温度信号３１６ａが、反応器システム３１３周辺の周囲温度が、理想的な動作温度範囲内にあることを記録する場合、第１の反応器リレー３０４が作動される。非限定的な実例では、理想的な動作温度範囲は、摂氏約２０から７０度であり得る。
【0131】
他の場合において、電流信号３７０ａが、反応器システム３１３が理想的なレベルの電流を消費していることを示す場合、第１の反応器リレー３０４が作動される。反応器システム３１３が、理想的なレベルの電流を消費している場合、これは、反応器システム３１３が理想的な速度でガスを生成している、且つ／又はそれ以外では、理想的な動作温度範囲内で動作していることを示し得る。非限定的な実例として、消費電流の理想的なレベルは約２０Ａであり得、これは、毎分約１．５Ｌのガスである、反応器システム３１３の理想的なガス生成速度、及び摂氏２０から７０度の間である、理想的な動作温度範囲を示し得る。
【0132】
次に、別の実例による、反応器システム３１３の第２の構成４００Ｂの概略図を示す、図４Ｂを簡単に参照する。構成４００Ｂは、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、第２の反応器３０６、及び反応器セル組立体３１０間の接続を示している。
【0133】
図示のように、第２の反応器リレー３０６は、導電性ワイヤによって、導電性フック４０８及び４１０に接続され得る。フック４０８及び４１０は、セル３１０ｂ及び３１０ｋの外側の電極板と並べられ、接続されている。
【0134】
少なくともいくつかの実施例では、第２の反応器リレー３０６は、ＥＣＵ３０５によって作られた作動信号３０５ｂによって作動される。作動されると、第２の反応器リレー３０６は、正の電圧信号３０１ｂを介して電力源３０３から受け取った１２Ｖ又は１３．８Ｖの電圧を、反応器セル組立体３１０の、電解セル３１０ｂ及び３１０ｆの両端間並びに電解セル３１０ｋ及び３１０ｇの両端間に印加する。したがって、２．４Ｖ又は２．７６Ｖの電位が、１０個の作動される電解セル３１０ｂ～３１０ｋのそれぞれの両端間に生じる。第１の反応器リレー３０４が作動される実施例と比較して、この構成（すなわち、第２の反応器リレー３０６が作動される場合）における各作動セルの両端間の電圧は、２０％増加する。様々な場合において、各セルの両端間の電圧が２０％増加すると、レクタ・セル組立体３１０全体からのガス生成（すなわち、電気分解による副生成物の、ガス生成物）の速度は、ほぼ２００％速くなる。ガス生成量の増加により、反応器セル組立体３１０が加熱されるという利点ももたらされ得る。
【0135】
場合によっては、温度信号３１６ａが、反応器システム３１３周辺の周囲温度が、理想的な動作温度範囲より下であることを記録する場合、第２の反応器リレー３０６が作動される。たとえば、第２の反応器リレー３０６は、動作温度が摂氏約０から５０度の範囲内にある場合に、作動され得る。こうした場合、反応器システム３１３は、電解プロセスを実行するために若干の初期加熱を必要とし得る。
【0136】
他の場合において、電流信号３７０ａが、反応器システム３１３の消費する電流が理想的なレベルより少ないことを示す場合、第２の反応器リレー３０６が作動される。反応器システム３１３の消費する電流が、理想的なレベルより少ない場合、これは、反応器システム３１３が、理想的な速度未満でガスを発生させている、且つ／又は理想的な動作温度範囲未満で動作していることを示し得る。非限定的な実例として、第２の反応器リレー３０６は、反応器システム３１３の消費電流が６Ａから１０Ａの間の範囲で測定される場合に作動され得る。したがって、これは、反応器システム３１３が、予想される速度の半分（たとえば、毎分約０．７５Ｌリットルのガス）でガスを生成しており、それ以外では、理想的な温度範囲（たとえば、摂氏０から５０度）よりも低い温度で動作している可能性があることを示し得る。
【0137】
いくつかの実施例によれば、反応器システム３１３を加熱するか、又は電流消費レベルを増加させるために、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、作動信号３０５ｂを送信して、第２の反応器リレー３０６を作動させることができる。第１の反応器リレー３０４が既に作動している場合、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、まず第１の反応器リレー３０４を停止状態にして、次いで第２の反応器リレー３０６を作動させることができ、それによりいかなる所与の段階でも、１つの反応器リレーだけが作動している。
【0138】
第２の反応器リレー３０６を作動させると、反応器セル組立体３１０の構成は、１０個の電解セルだけが作動するよう変更される。この動作モードでは、各作動セルは、増加した電圧（２．４Ｖ又は２．７６Ｖ）を受け取り、その結果１２個の作動セル構成と比較して、総ガス生成量が増加する。ガス生成量の増加は、反応器システム３１３を、反応器システムの理想的な動作温度範囲まで急速に暖めるのに役立ち得る。
【0139】
反応器システム３１３が、理想的な動作温度及び／又は消費電流レベルに達したとき、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、反応器セル組立体３１０を反応器セル組立体の初期設定の動作モードに戻すために、第２の反応器リレー３０６を停止状態にして、第１の反応器リレー３０４を再度作動させることができる。
【0140】
図２Ａ及び図２Ｂに関連して論じられたように、反応器セル組立体３１０が、内燃機関に水素ガス及び酸素ガスを供給して燃料効率を高める適用例では、制御システム３０１はまた、ＥＣＵ３０５に、第２の反応器リレー３０６を作動させて電気分解の速度を上げ、それに応じて、副生成物のガス（水素ガス及び酸素ガスなど）の生成量を増加させるよう指示できる。
【0141】
たとえば、制御システム３０１は、内燃機関又は対応する電子制御モジュールから、エンジン・データ信号３１４を通して、水素ガス及び酸素ガスの量を増やす必要があるという情報を受信できる。この場合、制御システム３０１は、反応器セル組立体３１０の構成を１２個の作動セルから１０個の作動セルに変更するために、ＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４を停止状態にして、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示できる。１０個の作動セルへ変更することにより、結果的に、１２個の作動セル構成と比較して、ガスの生成量が２倍に増加し得る（たとえば、１．５リットル／分から３．０リットル／分に増加）。
【0142】
ここで、別の実例による、電解反応器システムの第３の構成４００Ｃの概略図を示す、図４Ｃを参照する。構成４００Ｃは、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、第３の反応器３０８、及び反応器セル組立体３１０間の接続を示している。
【0143】
図示のように、第３の反応器リレー３０８は、導電性フック４１２及び４１４に接続できる。フック４１２及び４１４は、セル３１０ｃ及び３１０ｊの外側の電極板と並べられ、接続されている。第３の反応器リレー３０８と、導電性フック４１２及び４１５との間の接続は、ワイヤ接続であり得る。
【0144】
少なくともいくつかの実施例では、第３の反応器リレー３０８は、ＥＣＵ３０５によって作られた作動信号３０５ｃによって作動される。作動されると、第３の反応器リレー３０８は、正の電圧信号３０１ｃを介して電力源３０３から受け取った１２Ｖ又は１３．８Ｖの電圧を、反応器セル組立体３１０の、電解セル３１０ｃ及び３１０ｆの両端間並びに電解セル３１０ｊ及び３１０ｇの両端間に印加する。したがって、３Ｖ又は３．４５Ｖの電位が、８個の作動される電解セル３１０ｃ～３１０ｊのそれぞれの両端間に生じる。第１の反応器リレー３０４が作動される実施例と比較して、この構成（すなわち、第３の反応器リレー３０８が作動される場合）における各作動セルの両端間の電圧は、５０％増加する。様々な場合において、各セルの両端間の電圧が５０％増加すると、レクタ・セル組立体３１０全体でほぼ４００％、副生成物のガス生成の速度が増す。ガス生成量の増加により、反応器セル組立体３１０が加熱されるという利点ももたらされ得る。
【0145】
場合によっては、第３の反応器リレー３０８は、反応器システム３１３周辺の周囲温度が、低い動作温度の範囲内にあると判定された場合に作動する。低い温度の非限定的な実例は、摂氏約０から－２８度の範囲内であり得る。
【0146】
他の場合において、第３の反応器リレー３０８は、反応器システム３１３の消費電流が、非常に低い消費電流の範囲内にあると判定された場合に作動する。非常に低い消費電流の非限定的な実例は、０Ａから５Ａの間の範囲内であり得る。これは、反応器システム３１３に関連する周囲温度の低下に起因する可能性がある。
【0147】
この範囲内の消費電流は、結果的に、非常に低い生成速度でガスを発生させる可能性がある。かかる条件下では、１２個又は１０個の作動セル構成による消費電流は、所望のガス生成量を発生させるのに、且つ／又は反応器システム３１３内で電気分解を実行するために十分な熱を発生させるのに、十分ではない場合がある。したがって、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、場合によっては、第３の反応器リレー３０８を作動させ、第１又は第２の反応器リレーを停止状態にすることができる。このようにして、反応器セル組立体３１０の構成は、１２個又は１０個の作動セル構成から８個の作動セル構成に変更される。８個のセル構成に起因するより速いガス生成速度は、反応器システム３１３を、反応器システムの理想的な動作温度範囲まで迅速に暖機するのに役立ち得る。
【0148】
反応器システム３１３が、反応器システムの理想的な動作温度範囲及び／又は消費電流レベルに達したとき、場合によっては、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、第３の反応器リレー３０８を停止状態にして、第１又は第２の反応器リレーのいずれかを、再度作動させることができる。
【0149】
反応器セル組立体３１０が、内燃機関に水素ガス及び酸素ガスを供給する適用例では、制御システム３０１が、内燃機関は、より多量の又はより速い水素ガス及び酸素ガスの流入を必要としているという、エンジン・データ信号３１４からの情報を受信した場合に、第３の反応器リレー３０８を作動させることもできる。こうした場合において、第１又は第２の反応器リレーによって作られたセル構成が十分な量のガスを生成しない場合、第３の反応器リレー３０８を作動させることができる。
【0150】
ここで、別の実例による、電解反応器システムの第４の構成４００Ｄの概略図を示す、図４Ｄを参照する。構成４００Ｄは、ＥＣＵ３０５、ＲＣＢ３０２、電力源３０３、第４の反応器３０９、及び反応器セル組立体３１０間の接続を示している。
【0151】
図示のように、第４の反応器リレー３０９は、導電性フック４１６及び４１８に接続できる。フック４１６及び４１８は、セル３１０ｄ及び３１０ｉの外側の電極板と並べられ、接続されている。第４の反応器リレー３０９と、導電性フック４１６及び４１８との間の接続は、ワイヤ接続であり得る。
【0152】
少なくともいくつかの実施例では、第４の反応器リレー３０９は、ＥＣＵ３０５によって作られた作動信号３０５ｄによって作動される。作動されると、第４の反応器リレー３０９は、正の電圧信号３０１ｄを介して電力源３０３から受け取った１２Ｖ又は１３．８Ｖの電圧を、反応器セル組立体３１０の、電解セル３１０ｄ及び３１０ｆの両端間並びに電解セル３１０ｇ及び３１０ｉの両端間に印加する。したがって、４Ｖ又は４．６Ｖの電位が、６個の作動される電解セル３１０ｄ～３１０ｉのそれぞれの両端間に生じる。第１の反応器リレー３０４が作動される実施例と比較して、この構成（すなわち、第４の反応器リレー３０９が作動される場合）における各作動セルの両端間の電圧は、１００％増加する。様々な場合において、各セルの両端間の電圧が１００％増加すると、レクタ・セル組立体３１０全体でほぼ８００％、副生成物のガス生成の速度が増す。ガス生成量の増加により、反応器セル組立体３１０が加熱されるという利点ももたらされ得る。
【0153】
第３の反応器リレー３０８と同様に、第４の反応器リレー３０９も、反応器システム３１３周辺の周囲温度が、低い動作温度の範囲内にあると判定された場合に作動され得る。低い温度の非限定的な実例は、摂氏約０から－２８度の範囲内であり得る。
【0154】
他の場合において、第４の反応器リレー３０９もまた、反応器システム３１３の消費電流が、非常に低い消費電流の範囲内にあると判定された場合に作動する。非常に低い消費電流の非限定的な実例は、０Ａから５Ａの間の範囲であり得る。
【0155】
様々な場合において、１２個、１０個、又は８個の作動セル構成による消費電流が、所望のガス生成量を発生させるのに、且つ／又は反応器システム３１３内で電気分解を実行するために十分な熱を発生させるのに、十分ではない可能性がある場合に、第４の反応器リレー３０９を作動させることができる。したがって、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、場合によっては、第４の反応器リレー３０９を作動させ、第１、第２、又は第３の反応器リレーを停止状態にすることができる。このようにして、反応器セル組立体３１０の構成は、１２個、１０個、又は８個の作動セル構成から６個の作動セル構成に変更される。６個のセル構成に起因するより速いガス生成速度は、反応器システム３１３を、反応器システムの理想的な動作温度範囲まで迅速に暖機するのに役立ち得る。
【0156】
反応器システム３１３が、反応器システムの理想的な動作温度範囲及び／又は消費電流レベルに達したとき、場合によっては、制御システム３０１又はＥＣＵ３０５は、第４の反応器リレー３０９を停止状態にして、第１、第２、又は第３の反応器リレーのいずれかを、再度作動させることができる。
【0157】
反応器セル組立体３１０が、内燃機関に水素ガス及び酸素ガスを供給する適用例では、制御システム３０１が、内燃機関は、より多量の又はより速い水素ガス及び酸素ガスの流入を必要としているという、エンジン・データ信号３１４からの情報を受信した場合に、第４の反応器リレー３０９を作動させることもできる。こうした場合において、第１、第２、又は第３の反応器リレーによって作られたセル構成が十分な量のガスを生成しない場合、第４の反応器リレー３０９を作動させることができる。
【0158】
様々な実施例において、第１の反応器リレー３０４が作動して反応器セル組立体３１０に１３．８Ｖの電圧を印加する第１の動作モードでは、反応器セル組立体３１０は、室温で総電流１５Ａを消費し得る。第１の反応器リレー３０４が反応器セル組立体３１０内の１２個のセルに接続されている場合、２．３Ｖの電圧が各電解セルに印加され、各電解セルは個々に約１．２５Ａを消費する。かかる場合に、反応器セル組立体３１０の総ガス生成量は、約１リットル／分であり得、セル当りの総ガス生成量は、約０．０８３３リットル／分であり得る。
【0159】
反応器セル組立体３１０が第２の動作モードで動作している場合、すなわち、第２の反応器リレー３０６が作動して反応器セル組立体３１０に１３．８Ｖの電圧を印加する場合、反応器セル組立体３１０は、室温で総電流３０Ａを消費し得る。第２の反応器リレー３０６が反応器セル組立体３１０内の１０個のセルに接続されている場合、２．７６Ｖの電圧を各電解セルに印加することができ、各電解セルは個々に約３Ａを消費する。かかる場合に、反応器セル組立体３１０の総ガス生成量は、約２．０リットル／分であり得、セル当りの総ガス生成量は、約０．２リットル／分であり得る。第１の動作モードと比較して、この場合の各セルの効率は２４０％向上し、反応器セル組立体３１０全体の総効率は２００％向上する。
【0160】
反応器セル組立体３１０が第３の動作モードで動作している場合、すなわち、第３の反応器リレー３０８が作動して反応器セル組立体３１０に１３．８Ｖの電圧を印加する場合、反応器セル組立体３１０は、室温で総電流６０Ａを消費し得る。第３の反応器リレー３０８が反応器セル組立体３１０内の８個のセルに接続されている場合、３．４５Ｖの電圧が各電解セルに印加され、各電解セルは個々に約７．５Ａを消費する。かかる場合に、反応器セル組立体３１０の総ガス生成量は、約４．０リットル／分であり得、セル当りの総ガス生成量は、約０．５リットル／分であり得る。第１の動作モードと比較して、この場合、各セルの効率は６００％向上し、反応器セル組立体３１０全体の効率は４００％向上する。
【0161】
反応器セル組立体３１０が第４の動作モードで動作している場合、すなわち、第４の反応器リレーが作動して反応器セル組立体３１０に１３．８Ｖの電圧を印加する場合、反応器セル組立体３１０は、室温で総電流１２０Ａを消費し得る。第４の反応器リレーが反応器セル組立体３１０内の６個のセルに接続されている場合、４．６Ｖの電圧が各電解セルに印加され、各電解セルは個々に約２０Ａを消費する。かかる場合に、反応器セル組立体３１０の総ガス生成量は、約８．０リットル／分であり得、セル当りの総ガス生成量は、約１．３３リットル／分であり得る。第１の動作モードと比較して、この場合、各セルの効率は１６００％向上し、反応器セル組立体３１０全体の効率は８００％向上する。
【0162】
表２は、様々な反応器セル組立体３１０構成について、反応器セル組立体３１０に関連する電圧及び電流測定値、並びにガス生成速度の実例を提示している。
【表2】
【0163】
表３は、反応器システム３１３の近傍での、様々な周囲温度に対する反応器セル組立体３１０の最適構成の実例を提示する。
【表3】
【0164】
表４は、様々な反応器セル組立体３１０の構成での、さらなる例示的なガス生成量及び消費電流レベルを提示する。具体的には、表４の値は、反応器システム３１３の近傍での周囲温度が、室温よりわずかに高い（たとえば、摂氏３０度）こと、及び１３．８ボルトの供給電圧が、反応器セル組立体３１０に印加されていることを想定している。より冷たい周囲温度では、電気分解プロセスを触媒するだけでなく、反応速度を上げるために、セル構成を切り替えることによって生じた熱を使用して、反応器システム３１３内部の反応器溶液が暖められる。しかし、周囲の室温よりも暖かい温度では、反応器システム３１３は、電気分解を開始するのに加熱を必要としない。したがって、反応器組立体３１３が周囲の室温よりも暖かい温度で動作しているときに、セル構成を切り替えることによって生じたエネルギーは、単に熱の形でシステムから放散される。以下の表４は、反応器システム３１３が周囲の室温よりわずかに暖かい温度で動作するときに、エネルギーが熱の形で放散される程度を示している。表４の値はまた、セル構成の各切替えによって、システムが発生させる熱の増加する程度も示している。周囲温度がより低いときに、この熱は、反応器の溶液を暖機するために使用される。
【表4】
【0165】
表４に示されるように、反応器セル組立体３１０を１２セル構成から１０セル構成に切り替えると、ガス生成量が１６．８２％増加し、消費電流が３９．８６％増加する。これにより、結果的に、１６．７１％のエネルギー損失が、システムからの熱の形で生じる。同様に、反応器セル組立体３１０を１０セル構成から８セル構成に切り替えると、結果として、ガス生成量が５０％増加し、消費電流が１０５％増加する。これにより、結果的に、熱の形での３８．８７％のエネルギー損失が生じる。さらに、１０セル構成から６セル構成に切り替えると、結果的に、システムによって生じる熱が４８．５９％増加する。したがって、反応器システム３１３によって生じる熱損失の量は、セル構成の各切替えに伴って著しく増加する（たとえば、１６．７１％から３８．８７％へ、３８．８７％から４８．５９％へ）。熱の増加は、室温よりも暖かい温度でシステムから単に放散されるが、この同じ熱を使用して、反応器システム３１３を、より冷たい周囲温度で暖機できる。したがって、表４の値は、セル構成を切り替えることによって反応器システム３１３を暖機できる程度を示している。様々な場合において、セルの両端間の電圧を下げて各セルが生成するガスをより少なくさせることにより、より暖かい周囲温度で熱損失を減らすことができる。前述のように、反応器リレーを切り替えた結果である消費電流の変化に対応するために、反応器システム３１３は、過電流保護を可能にする電気ヒューズを備え得る。
【0166】
表５は、様々な反応器セル組立体３１０の構成での、さらに別の例示的なガス生成量及び消費電流レベルを提示する。表５は、反応器システム３１３の近傍での周囲温度が理想的な室温に近い（たとえば、摂氏２４度）こと、及び１３．８Ｖの供給電圧が、反応器セル組立体３１０に印加されていることを想定している。しかし、表５は、様々な消費電流及びガス生成量の値についての、反応器セル組立体３１０の動作を示している。
【表5】
【0167】
表５に示すように、１２セル構成から１０セル構成に切り替えると、結果として、消費電流が７１％増加するが、ガス生成量は５８％しか増加しない。消費電流（たとえばエネルギー投入量）とガス産出生成量（たとえばエネルギー産出量）との間の１３％の差は、熱の形でシステムから失われたエネルギーの量を表す。同様に、１０セル構成から８セル構成に切り替えると、消費電流は４６％増加する一方で、ガス産出生成量は２０％しか増加しない。したがって、２６％の差はやはり、熱によるエネルギー損失を表す。同様に、反応器が８セル構成から６セル構成に切り替わると、消費電流は４９％増加する一方で、ガス生成量は１４％しか増加せず、結果として３５％のエネルギー差をもたらす。したがって、表５から、反応器システム３１３によって生じる熱損失の量が、セル構成の各切替えに伴い、著しく増加することも観察できる。以前に述べたように、より冷たい周囲温度では、この熱は、反応器システム３１３内部の溶液を暖めるために使用できる。
【0168】
ここで、それぞれが、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ａ及び５００Ｂの、例示的な実施例の斜視図を概略的に示している、図５Ａ及び図５Ｂを参照する。図５Ａは、一実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ａを示している。図５Ｂは、別の実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ｂを示している。
【0169】
図５Ａは、タンク・システム３１２及び反応器セル組立体３１０を備える、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ａを示している。タンク・システム３１２は、３つの容器５０２、５０４、及び５０６を備える。容器５０２及び５０４は、反応器セル組立体３１０と流体連通している。容器５０２及び５０４は、入口５０２ａ及び５０４ａを通して、溶液ポンプ３９０から電解質溶液を受容する。電解質溶液は、電気分解するために、容器５０２及び５０４から反応器セル組立体３１０に供給される。容器５０２及び５０４はまた、電気分解の副生成物として反応器セル組立体３１０から生じたガスを収集する。本明細書でさらに詳細に説明されるように、容器５０２及び５０４で収集されたガスは、容器５０６に運ばれ得る。内燃機関が反応器システム３１３に結合されている適用例では、容器５０６内のガスは、ガス出口５０６ａを通って該内燃機関に移送され得る。様々な場合において、ガスは、内燃機関の空気取入口に連結されたガス供給ライン５５０を通って内燃機関に移送される。ガス供給ライン５５０は、たとえば、連結管であり得る。
【0170】
容器５０２及び５０４はそれぞれ、レベル・センサ５１０及び５１２をそれぞれ内蔵できる。レベル・センサ５１０及び５１２は、それぞれ、図３Ａのレベル・センサ３６０に類似しており、反応器セル組立体３１０内部の溶液のレベルを検出できる。レベル・センサは、たとえば、フロート・スイッチであり得る。
【0171】
レベル・センサ５１０又は５１２で使用され得るフロート・スイッチの実例が、図５Ｃ及び図５Ｄに示されている。図５Ｃ及び図５Ｄは、本体部分５１１ａ及びバルブ部分５１１ｂを備える、フロート・スイッチ５１１を示している。バルブ部分５１１ｂは、本体部分５１１ａに枢動可能に取り付けられている。図５Ｃは、バルブ５１１ａが、水平軸に沿って本体部分５１１ａより下に垂れている、トリガされていない状態のフロート・スイッチ５１１を示している。図５Ｄは、今度はバルブ５１１ａが本体部分５１１ａと水平に並ぶように上方へ枢動された、トリガされた状態のフロート・スイッチ５１１を示している。フロート・スイッチは、バルブ５１１ａを、本体部分５１１ｂと水平に一直線上に浮き上がらせるように（たとえば、図５Ｄ）、反応器セル組立体３１０内部の溶液が、少なくともフロート・スイッチのレベルまで上昇したときに、トリガされ得る。
【0172】
図５Ａに戻って参照すると、レベル・センサ５１０及び５１２は、レベル・センサがトリガされたときに作動されるマイクロ・スイッチを備え得る。作動されたマイクロ・スイッチは、センサ信号３１２ａを制御システム３０１に送信するように構成され得る。場合によっては、制御システム３０１がセンサ信号３１２ａを受信すると、制御システム３０１は、反応器セル組立体３１０が十分な量の溶液で満たされ、電気分解プロセスを実行する準備ができていると判定できる。こうした場合、制御システム３０１は、溶液ポンプ３９０に、タンク・システム３１２への溶液の供給を止めるよう指示できる。制御システム３０１はまた、反応器セル組立体３１０への電力の供給を開始するために、反応器リレー３０４～３０９のうちの１つを作動させるよう、ＥＣＵ３０５に指示できる。
【0173】
図５Ｂは、別の実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ｂを示している。反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ｂは、反応器セル及びタンク・システム組立体５００Ａのすべての要素を備える。しかし、組立体５００Ｂは、容器５０２及び５０４内で、それぞれ、組立体５００Ａのレベル・センサ５１０及び５１２よりも低いところに配置された、レベル・センサ５１０及び５１２を備える。
【0174】
容器５０２及び５０４の容積は一定のままであるので、組立体５００Ｂ内のレベル・センサの位置がより低いことにより、反応器セル組立体３１０は、レベル・センサをトリガする前に、より少量の溶液しか受容しないという結果になる。結果として、組立体５００Ｂ内のレベル・センサの位置がより低いことにより、反応器セル組立体３１０が、より少量の溶液に対して電気分解を実行するという結果になる。すなわち、反応器組立体３１０は、電気分解を実行するために、より少ない供給量の溶液しか必要としない。さらに、より寒い天候では、組立体５００Ｂの反応器セル組立体３１０内のより少量の溶液は、組立体５００Ａの反応器セル組立体３１０内のより多量の溶液よりも、迅速に加熱され得る。
【0175】
また、組立体５００Ｂ内のレベル・センサの位置がより低いことにより、容器５０２及び５０４は、レベル・センサがトリガされる前に、より少量の溶液しか受容しないという結果になる。容器５０２及び５０４に受容される溶液がより少量であることにより、反応器セル組立体３１０内部の溶液に対するヘッド圧力が低下し得る。ヘッド圧力とは、反応器セル組立体３１０内部に存在するガスが直面する抵抗を指す。
【0176】
例示的な実施例では、組立体５００Ａ内のレベル・センサ５１０及び５１２は、容器５０２及び５０４の上蓋から約５．７２センチメートル（２．２５インチ）に配置され、組立体５００Ｂ内のレベル・センサ５１０及び５１２は、容器５０２及び５０４の上蓋から８．２６センチメートル（３．２５インチ）に配置される。組立体５００Ａと比較して、組立体５００Ｂ内のレベル・センサの位置がより低いことにより、レベル・センサがトリガされる前の、反応器セル組立体３１０内に溜まる溶液は、約４００ｍｌ、より少ないという結果になる。
【0177】
ここで、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ａ及び６００Ｂの、さらに例示的な実施例の斜視図をそれぞれ概略的に示している、図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａは、一実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ａを示している。図６Ｂは、別の実例による、反応器セル及びタンク・システム６００Ｂの組立体を示している。
【0178】
図６Ａは、反応器セル組立体３１０及びタンク・システム３１２を備える、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ａを示している。タンク・システム３１２は、反応器セル組立体３１０と流体連通している容器５０２及び５０４を備える。容器５０２及び５０４は、溶液ポンプ３９０から水（又は他の電解質溶液）を受容するために、入口５０２ａ及び５０４ａを有する。溶液は、容器５０２及び５０４から反応器セル組立体３１０内に供給され、電気分解に使用される。電気分解の副生成物として、反応器セル組立体３１０によって生じたガスは、容器５０２及び５０４のそれぞれの中に、戻されて収集される。
【0179】
容器５０２及び５０４で受容されたガスは、ガス配管６０２ａを通って容器５０６に運ばれ得る。図示のように、ガス配管６０２ａは、容器５０２及び５０４それぞれのガス出口５０２ｂ及び５０４ｂ、並びに容器５０６のガス入口５０６ｂに連結されている。したがって、ガスは、ガス出口５０２ｂ及び５０４ｂそれぞれを通って、容器５０２及び５０４のそれぞれを出て、ガス配管６０２ａを通って容器５０６に移動できる。容器５０６はまた、容器５０２及び５０４から収集されたガスが、容器５０６を出てガス供給ライン５５０に入ることができる、ガス出口５０６ａを有する。ガス供給ライン５５０は、ガスを、容器５０６から反応器及びタンク組立体６００Ａに結合されたユニット又はデバイスへ運ぶ、チャネリング媒体（たとえば、管）であり得る。反応器及びタンク組立体６００Ａが内燃機関に連結されている例示的な場合において、ガス供給ライン５５０は、容器５０６から内燃機関の空気取入口へガスを供給できる。場合によっては、エンジンの空気取入れによって生じる吸引力が、容器５０２及び５０４からガス配管６０２ａを通って容器５０６内への、またガス供給ライン５５０を通って内燃機関への、ガスの流れを促進する。
【0180】
図示されるように、ガス配管６０２ａは、ガス継手６０４ａを使ってつなぎ合わされたガス管６０８ａを備える。ガス管６０８ａ及びガス継手６０４ａはそれぞれ、内径によって画定され得る。ガス管６０８ａ及びガス継手６０４ａの内径は、所与の段階で、こうした構成要素を通って流れることができるガスの容積を決定するように、選択できる。内径はまた、こうした構成要素を通って流れるガスが直面する抵抗のレベルも決定し得る。
【0181】
図６Ｂは、別の実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ｂを示している。反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ｂは、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ｂがガス配管６０２ａの代わりにガス配管６０２ｂを備えることを除いて、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ａのすべての要素を備える。ガス配管６０２ｂは、ガス継手６０４ｂを使ってつなぎ合わされたガス管６０８ｂを備える。ガス配管６０２ｂ（すなわち、ガス管６０８ｂ及びガス継手６０４ｂ）は、組立体６００Ａのガス配管６０２ａよりも内径が大きい。
【0182】
ガス配管６０２ｂの直径を増やすことで、より多量のガスが配管を通って運ばれるのを補助し、また一方でガスの流れへの抵抗を減らす。したがって、ガス配管６０２ｂは、毎分より高速にガスを発生させるセル反応器組立体３１０の構成を補助できる。ＩＣＥが反応器セル組立体３１０に連結されている適用例では、ガス配管６０２ｂの直径を増やすことにより、ＩＣＥへのガスの流量を増やすことを補助する。
【0183】
いくつかの実施例では、ガス配管６０２ａは０．９５センチメートル（３／８インチ）の外径を有し、一方、ガス配管６０２ｂは、１．２７センチメートル（０．５インチ）の外径を有する。ガス配管６０２ｂの外径が０．３２センチメートル（１／８インチ）増えると、ガス配管６０２ｂを通るガスの流れる容量は、結果的に、ガス配管６０２ａを通るガスの流量と比較して、１２５％増加する。図６Ｅは、図６Ａによるガス継手６０４ａ及び図６Ｂによるガス継手６０８ｂの斜視図である。図６Ｆは、図６Ａによるガス管６０８ａ及び図６Ｂによるガス管６０８ｂの斜視図である。図示されるように、ガス継手６０４ａ及びガス管６０８ａは、ガス継手６０４ｂ及びガス管６０８ｂより直径が小さい。たとえば、ガス継手６０４ａ及びガス管６０８ａは、０．６４センチメートル（０．２５インチ）の外径を有してもよく、一方、ガス継手６０４ｂ及びガス管６０８ｂは、０．９５センチメートル（３／８インチ）の増加した直径を有してもよい。ガス継手６０４ｂ及びガス管６０８ｂの直径を増やすことにより、より多量のガスが継手６０４ｂ及び管６０８ｂを通って流れるのを補助する。
【0184】
ここで、別の実例による、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ｃを示している、図６Ｃを参照する。
【0185】
容器５０２～５０６は、ガス状副生成物を収集することに加えて、場合によっては、反応器セル組立体３１０から溶液及びＫＯＨを誤って収集する可能性がある。たとえば、容器５０２～５０６は、場合によっては、反応器及びタンク組立体６００Ｃに連結された内燃機関によって生じる大きな吸引力のために、電解質溶液及びＫＯＨを収集する可能性がある。たとえば、内燃機関が高速（たとえば、高いＲＰＭ）で動作している場合、又はエンジンのターボチャージャが作動している場合に、エンジンは、より多くの空気の供給を必要とする場合がある。したがって、余分な空気の供給量が、エンジンの空気取入口を通して引き込まれる可能性があり、これは、空気取入口に連結されているガス供給ライン５５０を通して、より大きな吸引力を発生させ得る。次に、吸引力は、容器５０２～５０６の内部に、負圧の高まりを発生させる可能性があり、これは、電解質溶液及びＫＯＨを、反応器セル組立体３１０からタンク・システム３１２内に引き込み得る。
【0186】
電解質溶液及びＫＯＨはまた、反応器セル組立体３１０の内部の電気分解によって生じるガス蒸気が凝縮した結果、容器５０２～５０６の内部に溜まる可能性もある。具体的には、反応器セル組立体３１０内部のセル構成の各切替えによって、反応器セル組立体３１０内部の温度が上昇し、その結果、形成されているガス中により多量の蒸気が生じる可能性がある。場合によっては、ガス蒸気が容器５０２～５０６の内部で凝縮し、その結果、各容器の内部に溶液及びＫＯＨが溜まる可能性がある。反応器及びセル組立体６００Ｃがより暖かい周囲温度で動作している場合、ガス蒸気が凝縮する問題が際立つ。
【0187】
様々な場合において、大きな吸引力又はガス蒸気の凝縮に起因して、容器５０２～５０６内部に溶液及びＫＯＨが溜まると、次に、反応器及びタンク組立体６００Ｃに連結されているユニット又はデバイスへの浸水をもたらす可能性がある。たとえば、内燃機関によって生じた吸引力は、溶液及びＫＯＨを容器５０６からガス供給ライン５５０を通って内燃機関に引き込み、エンジンに損傷を与える可能性がある。
【0188】
いくつかの実施例では、容器５０２～５０６内部に溶液及びＫＯＨが溜まり、その結果として容器５０６から連結されたユニット又はデバイスへ溢れ出ることを防ぐために、容器５０６は、オーバフロー・センサ６１０を備え得る。オーバフロー・センサ６１０は、図３Ａのオーバフロー・センサ３６５に類似している。オーバフロー・センサ６１０は、容器５０６内部の溶液及びＫＯＨのレベルが、所定の閾値の高さを確実に超えないようにすることで、安全性チェック機能を実現する。
【0189】
いくつかの実施例では、容器５０６はまた、容器５０６の内部容積と流体連通しているポンプ６１２を備える。ポンプ６１２は、図３Ａのポンプ３８０に類似している。オーバフロー・センサ６１０が作動される場合、ポンプ６１２は、過剰な溶液及びＫＯＨを容器５０６からポンプ移送して、反応器セル組立体３１０内に戻すことができる。場合によっては、過剰な溶液及びＫＯＨを運ぶための流路管６１４を設けて、容器５０６からポンプで排出して、反応器セル組立体３１０内に戻すことができる。具体的には、ポンプ６１２を使用することにより、システムの過剰な停止時間をもたらす可能性がある、反応器及びセル組立体６００Ｃを閉め、容器５０６を手動で取り外して空にする必要性を回避する。
【0190】
様々な場合において、ポンプ６１２は、制御システム３０１によって作動され得る。ポンプ６１２を作動させるために、オーバフロー・センサ６１０は、作動時にセンサ信号３１２ｂを制御システム３０１に送信する、マイクロ・スイッチを備え得る。制御システム３０１は、センサ信号３１２ｂを受信して処理し、ポンプ６１２に、容器５０６から流路管６１４内への溶液及びＫＯＨのポンプ移送を開始するよう指示する。場合によっては、流路管６１４は、過剰な溶液及びＫＯＨを、容器５０６から反応器セル組立体３１０の底部へ運ぶことができる。これは、具体的には、ＫＯＨの、反応器セル組立体３１０の内部に既に存在する電解質溶液との適切な再混合を助けるという利点を有し得る。電解質溶液が水を含む場合、水と比較してより高濃度のＫＯＨが、適切に再混合される助けとなり、反応器セル組立体３１０の上部ではなく底部から注入することを、さらに正当化できる。
【0191】
様々な場合において、ポンプ６１２による移送は、容器５０６の全量をポンプ移送して反応器セル組立体３１０内に戻すことができる十分な時間であり得る、５秒間行うことができる。ポンプ移送が完了し、溶液及びＫＯＨのレベルがオーバフロー・センサ６１０の高さより下に戻ると、制御システム３０２は、ポンプ６１２を停止状態にすることができる。
【0192】
溶液及びＫＯＨをポンプ移送して反応器組立体３１０内に戻すことにより、ＫＯＨを電気分解プロセスで再使用できることが理解されよう。さらに、やはり溶液及びＫＯＨをポンプ移送して反応器セル組立体３１０内に戻すことにより、確実に、反応器セル組立体３１０内部のＫＯＨの濃度は薄まらず、さもなければ一定レベルに維持される。電解質溶液が水である場合、ＫＯＨ溶液が薄くなると、反応器セル組立体３１０内部の水の沸点が上昇し得る。これにより、次に、結果的に、セル組立体３１０によって生じるガス蒸気の容積が増加し、ガス蒸気が凝縮すると、容器５０２～５０６の内部にさらにＫＯＨが溜まる可能性がある。反応器セル組立体３１０内部のＫＯＨの濃度がより低いと、水の凝固点も低下し、これにより、より冷たい周囲温度で反応器システムが動作する際に、水がより凍結しやすくなる。したがって、これにより、より冷たい温度での運転中に、反応器システムの機能が損なわれる可能性がある。なお、さらに、ＫＯＨの濃度がより低いと、反応器セル組立体３１０内部の液体混合物の導電率が低下し、その結果、ガス生成量が低下し、したがって、反応器及びセル組立体６００Ｃの効率が低下する可能性がある。
【0193】
いくつかの実施例では、容器５０６は、２次オーバフロー・センサ６１６を備え得る。２次オーバフロー・センサ６１６は、１次オーバフロー・センサ６１０に類似し得るが、ガス出口５０６ａのより近くに位置し得る。２次オーバフロー・センサ６１６は、容器５０６内部の溶液及びＫＯＨが溢れ出るのを防止する、予備の安全機構を実現できる。たとえば、２次オーバフロー・センサ６１６は、溶液及びＫＯＨがポンプ６１２によって容器５０６からポンプ移送されている速度よりも速い速度で、溶液及びＫＯＨが容器５０６に流入している場合に必要であり得る。他の場合には、２次オーバフロー・センサ６１６は、１次センサ６１０及び／又はポンプ６１２が誤動作する場合に必要となる可能性がある。
【0194】
２次オーバフロー・センサ６１６が作動する場合、２次オーバフロー・センサ６１６は、信号３１２ｂを制御システム３０１に送信できる。制御システム３０１は、この信号を処理し、それに応答して、反応器及びタンク・システム６００Ｃをシャット・ダウンすることができる。制御システム３０１は、制御信号３１８をＥＣＵに送信して、すべての反応器リレー３０４～３０９を停止状態にすることで、反応器及びタンク・システム６００Ｃをシャット・ダウンすることができる。反応器リレーを停止状態にすることにより、正の電圧が反応器セル組立体３１０に印加されず、電気分解プロセスは停止する。
【0195】
場合によっては、容器５０６は、１次オーバフロー・センサ６１０又はポンプ６１２を備えていなくてもよいが、２次オーバフロー・センサ６１６だけを備え得る。こうした場合、２次オーバフロー・センサ６１６が作動すると、反応器及びタンク組立体６００Ｃは自動的にシャット・ダウンされる。
【0196】
いくつかの実施例では、容器５０６は、視覚的インジケータ６１８も備え得る。視覚的インジケータ６１８は、たとえば、ＬＥＤライトであり得る。視覚的インジケータ６１８は、容器５０６の外側、又はさもなければ、容器５０６の外部の他の任意の場所に位置し得る。場合によっては、容器５０６は、少なくとも部分的に透明な外側を有してもよく、視覚的インジケータ６１８は、容器５０６の内部に位置し得る。視覚的インジケータ６１８は、２次オーバフロー・センサ６１６に接続（たとえば、電気的に接続）することができ、それにより２次オーバフロー・センサ６１６が作動するときに、視覚的インジケータ６１８は作動する。他の場合には、視覚的インジケータ６１８は、制御システム３０１に接続することができ、制御システム３０１が２次オーバフロー・センサ６１６から信号３１２ｂを受信すると、制御システム３０１によって作動され得る。視覚的インジケータ６１８が作動すると、これは、容器５０６が溶液及びＫＯＨで溢れていること、及び容器５０６を手動で取り外して空にする必要があることを、ユーザに示すことができる。
【0197】
いくつかの実施例では、２次オーバフロー・センサ６１６は、作動時に反応器システム６００Ｃを自動的にシャット・ダウンすることができず、視覚的インジケータ６１８のみを作動させることができる。視覚的インジケータ６１８が作動すると、ユーザは、反応器及びタンク組立体６００Ｃを手動でシャット・ダウンし、容器５０６を空にすることができる。さらに他の場合には、視覚的インジケータ６１８は、１次オーバフロー・センサ６１０に接続できる。
【0198】
ここで、いくつかのさらなる例示的な実施例による、反応器セル及びタンク・システム組立体６００Ｃの容器５０６の上面斜視図を概略的に示している、図６Ｄを参照する。
【0199】
図示されるように、容器５０６は、ガス出口５０６ａ及びガス入口５０６ｂを有する。ガス出口５０６ａは、ガス供給ライン５５０に連結し、ガス供給ラインは、ガスを、反応器及びタンク組立体６００Ｃに連結されたユニット又はデバイス（たとえば、内燃機関）に運ぶ。ガス入口５０６ｂは、容器５０２及び５０６からの、ガス配管６０２ａ又は６０２ｂを通る、ガスを受容するために使用される。
【0200】
図示の実施例では、容器５０６はまた、追加の出口５０６ｃを有する。図示のように、出口５０６ｃは、第１の圧力逃し弁６２２及び第２の圧力逃し弁６２４に結合された、管継手組立体６２０を受容できる。
【0201】
第１の圧力逃し弁６２２は、反応器及びタンク組立体６００Ｃ内部の負圧の高まりを防止するために使用できる。様々な場合において、負圧は、ガス供給ライン５５０を介して容器５０６に連結されている内燃機関によって生じる、大きな吸引力に起因する可能性がある。負圧は、反応器及びタンク組立体６００Ｃの内側と、反応器及びタンク組立体６００Ｃの外側との間に、大きな圧力差（たとえば、大気圧）を発生させることにより、反応器及びタンク組立体６００Ｃにストレスをかける可能性がある。場合によっては、反応器及びタンク組立体内部の負圧により、溶液及びＫＯＨが、反応器セル組立体３１０からタンク組立体３１２内及びエンジン内に溢れ出る可能性もある。図示されるように、第１の圧力逃し弁６２２は、継手組立体６２０を介して容器５０６と連通している入口端部６２２ａ、及び対向する出口端部６２２ｂを備え得る。入口端部６２２ａで、容器５０６の内部での負圧の閾値までの高まりが検出されると、圧力逃し弁６２２が開き、空気が流れて容器５０６に入ることを可能にし得る。空気の流入により、反応器及びタンク組立体６００Ｃの内側の圧力が、反応器及びタンク組立体の外側の大気圧と等しくなる。いくつかの実施例では、第１の圧力逃し弁６２２は、０．３ＰＳＩの閾値圧力の設定であり得る。
【0202】
第２の圧力逃し弁６２４は、反応器及びタンク組立体６００Ｃ内部の正圧の高まりを防止するために使用できる。正圧の高まりは、たとえば、凍結した水分が物理的に妨げるか又は徐々に蓄積することによる、容器５０６のガス出口５０６ｃの閉塞に起因する可能性がある。反応器及びタンク組立体６００Ｃの内部で正圧が高まると、結果的に漏れが生じる場合があり、これにより組立体が動作不能になる可能性がある。図示されるように、第２の圧力逃し弁６２４もまた、継手組立体６２０を介して容器５０６と連通している入口端部６２４ａ、及び対向する出口端部６２４ｂを備える。入口端部６２４ａで、容器５０６の内部での正圧の閾値までの高まりが検出されると、出口端部６２４ａが開き、空気が容器５０６から出て、反応器及びタンク組立体６００Ｃの内側の圧力を、組立体の外側の大気圧と等しくすることを可能にし得る。いくつかの実施例では、第２の圧力逃し弁６２４は、５．０ＰＳＩの閾値圧力の設定であり得る。
【0203】
図７は、例示的な実施例による、反応器システム７００の斜視図を示している。反応器システム７００は、図３Ａ及び図３Ｂの反応器システム３１３に類似している。反応器システム７００は、タンク・システム３１２及び反応器セル組立体３１０を備える。タンク・システム３１２は、反応器セル組立体３１０と流体連通しており、反応器セル組立体３１０に電解質溶液を供給する。
【0204】
図示のように、電解質溶液は、タンク・システム３１２から、タンク・システム３１２を反応器セル組立体３１０の左側及び右側に位置する入口（図示せず）に連結する配管７０２及び７０４を通して、反応器セル組立体３１０に供給される。タンク・システム３１２は、容器５０２、５０４、及び５０６を備える。容器５０２及び５０４はそれぞれ、レベル・センサ５１０及び５１２を備える。図示の実施例では、レベル・センサ５１０及び５１２は、容器５０２及び５０４の上蓋から８．２６センチメートル（３．２５インチ）の位置にある。
【0205】
容器５０６は、１次オーバフロー・センサ６１０、２次オーバフロー・センサ６１６、視覚的インジケータ６１８、及び流路管６１４を介して容器５０６を反応器セル組立体３１０と連結するポンプ６１２を備え得る。ガス配管６０２ｂは、容器５０２及び５０４の内部で収集されたガスを、容器５０６に運ぶ。ガス供給ライン５５０は、ガスを、容器５０６から反応器セル組立体３１０に連結されたデバイス又はユニットに運ぶ。
【0206】
反応器セル組立体３１０が内燃機関に連結されている適用例では、ガス供給ライン５５０は、副生成物のガス（たとえば、水素ガス及び酸素ガス）を内燃機関に運ぶことができる。
【0207】
反応器システム７００はまた、反応器セル組立体３１０の内部の電解セルに結合された反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９を具備する、反応器セル組立体３１０も備える（反応器リレー３０９は、視界から隠れている）。図７の反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９は、図３Ａ～図３Ｃ及び図４Ａ～図４Ｄの反応器リレー３０４、３０６、３０８、及び３０９と、構造及び動作は同様である。
【0208】
ここで、図３Ａの電解反応器プラットフォーム３００及び図７の電解反応器７００の、例示的な適用例、及びこれを動作させる方法を示す、図２Ａ及び図２Ｂの両方を再び参照する。図２Ａは、具体的には、以前に論じられたように、一実例による燃料管理システム２００Ａの構成図を示している。図２Ｂは、別の実例による燃料管理システム２００Ｂの構成図を示している。
【0209】
図２Ａの燃料管理システム２００Ａは、内燃機関（「ＩＣＥ」）２０８、反応器システム３１３、及び制御システム３０１を備える。燃料管理システム２００Ａの様々な構成要素は、ネットワーク２０２を介して接続されている。
【0210】
ネットワーク２０２は、インターネット、イーサネット、基本電話サービス（ＰＯＴＳ：ｐｌａｉｎ ｏｌｄ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）回線、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：ｐｕｂｌｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、統合サービス・デジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）、デジタル加入者回線（ＤＳＬ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ）、同軸ケーブル、光ファイバ、衛星、モバイル、ワイヤレス（たとえばＷｉ－Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ）、ＳＳ７信号ネットワーク、固定回線、構内ネットワーク、広域ネットワークなどを含み、これらのいかなる組合せも含む、データ伝送に対応できる任意のネットワークであり得る。ネットワーク２０２はまた、たとえば、ＣＤ ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＳＤカード、外付けハード・ドライブ、ＵＳＢドライブなどの記憶媒体も備え得る。ネットワーク２０２はまた、たとえば、ＣＤ ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＳＤカード、外付けハード・ドライブ、ＵＳＢドライブなどの記憶媒体も備え得る。
【0211】
反応器システム３１３は、電気分解のプロセスを実行するように構成される任意の反応器システムであり、構造及び機能性においては、図３Ａ及び図３Ｂの反応器システム３１３に類似している。ＩＣＥ２０８は、炭素ベースの燃料の燃焼プロセスを実行するように構成される、燃焼機関である。図示の実施例では、ＩＣＥ２０８は、炭素ベースの燃料と、反応器システム３１３から受け取った水素ガス及び酸素ガスとの混合物の、燃焼プロセスを実行するように構成される。図２Ａの実施例は、以下の図２Ｂの実施例を参照して、さらに詳細に論じられる。
【0212】
図２Ｂは、さらなる例示的な実施例による燃料管理システム２００Ｂを示している。図示されるように、反応器システム３１３は、ＩＣＥ２０８の吸気流に、水素（Ｈ２）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを供給するように構成され得る。ＩＣＥ２０８に供給される水素ガス及び酸素ガスは、反応器システム３１３によって生じる。
【0213】
エンジン制御モジュール（「ＥＣＭ：ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ」）２０６は、動作状態を監視するために、ＩＣＥ２０８に接続され得る。ＥＣＭ２０６に監視されるＩＣＥ２０８の動作状態には、走行距離計情報、エンジン速度、燃料消費量、燃料速度、質量空気圧、質量空気流、走行マイル数、距離、燃料比、排気温度、ＮＯＸレベル、ＣＯ２レベル、Ｏ２レベル、エンジン瞬間燃費、エンジン平均燃費、エンジン入口空気質量流量、エンジン必要パーセント・トルク、現在の速度でのエンジンのパーセント負荷、変速機の実際のギア比、変速機の現在のギア、エンジン・シリンダの燃焼状態、エンジン・シリンダのノック・レベル、処理後の吸気ＮＯＸレベルの予備故障モード識別子（ＦＭＩ： ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、ドライブトレイン情報、車速、及びＧＰＳ場所などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【0214】
少なくともいくつかの実施例では、ＥＣＭ２０６によって監視される動作状態は、エンジン・データ信号３１４を通して制御システム３０１に伝達され得る。制御システム３０１は、エンジン・データ信号３１４に含まれる情報を使用して、燃料管理システム２００Ｂの様々な構成要素の動作に関する１つ又は複数の判定を行うことができる。たとえば、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８が水素ガス及び酸素ガスのより多い又はより少ない流入を必要とすることを、エンジン・データ信号３１４の情報から判定できる。次いで、制御システム３０１は、水素ガス及び酸素ガスの生成速度を上げるか又は下げるために、反応器システムの構成を変えるよう反応器システム３１３に命令する、制御信号３１８を送信できる。
【0215】
ＩＣＥ２０８がＥＣＭ２０６を備えていない場合、又はＥＣＭ２０６が必要なデータを提供しない場合、エンジンのパラメータを監視するために、他のセンサ又はデバイスが、ＩＣＥ２０８又は車両の他の部品に接続され得る。こうしたセンサ又はデバイスから受信したエンジンのパラメータは、制御システム３０１によって使用され、ＩＣＥ２０８の性能を判定できる。
【0216】
制御システム３０１はまた、反応器システム３１３に接続された監視システム３５０から、データを受信できる。たとえば、監視システム３５０は、反応器システム３１３の周囲温度を測定するために、反応器システム３１３の外部の、周辺又は近くに位置し得る、１つ又は複数の温度センサ３５５を備え得る。温度センサ３５５はまた、反応器システム３１３の内部にも配置され得る。
【0217】
温度センサ３５５は、温度信号３１６ａを通して、温度測定値を制御システム３０１に送信するように構成され得る。制御システム３０１は、温度信号３１６ａに含まれる情報を使用して、燃料管理システム２００Ｂの様々な構成要素の動作に関する判定を行う。たとえば、制御システム３０１は、温度信号３１６ａから、反応器システム３１３が理想的な動作温度範囲よりも低い温度で動作していると判定できる。制御システム３０１は、次いで、反応器システムを理想的な動作温度範囲まで加熱する目的で、反応器システムの構成を変えるよう反応器システム３１３に命令する、制御信号３１８を送信できる。
【0218】
いくつかの実施例では、温度センサ３５５は、所定の時間間隔で、又は所定の周波数で、温度測定値を制御システム３０１に送信するよう、予め構成され得る。他の場合には、温度センサ３５５は、制御システム３０１から温度センサ３５５に送信された温度要求信号３１６ｂに応答して、温度測定値を制御システム３０１に送信できる。
【0219】
他の場合において、制御システム３０１は、電流センサ３７０によって作られる電流信号３７０ａを通して、消費電流データを受信できる。制御システム３０１は、同様に、電流信号３７０ａに含まれる情報を使用して、燃料管理システム２００Ｂの様々な構成要素の動作に関する判定を行うことができる。たとえば、制御システム３０１は、電流信号３７０ａから、反応器システム３１３が、生成速度が遅い状態でガスを発生させていること、及び／又は理想的な温度範囲未満で動作していることを判定できる。次いで、制御システム３０１は、それに応じて、ガス生成速度を上げる、且つ／又は反応器システムを理想的な温度範囲まで加熱する目的で、反応器システムの構成を変えるよう反応器システム３１３に命令する、制御信号３１８を送信できる。
【0220】
場合によっては、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８及び反応器システム３１３から遠隔に位置し、操作者によって操作され得る。操作者は、制御システム３０１のユーザ・インタフェースと相互作用することによって、燃料管理システム２００Ｂの様々な構成要素を制御することができ得る。たとえば、制御システム３０１は、反応器システム３１３の周辺又は内部の周囲温度を操作者に通知する（すなわち、温度信号３１６ａからの情報を使用して）ユーザ・インタフェースを有し得る。次いで、操作者は、ユーザ・インタフェースを通じて、反応器システム３１３の適切な構成を選択できる。制御システム３０１は、制御信号３１８を通して、選択された構成を反応器システム３１３に適用できる。他の場合には、温度センサ３５５又は電流センサ３７０が動作不能となる可能性があり、この場合、操作者は、温度又は電流値を制御システム３０１のユーザ・インタフェースに入力できる。次いで、制御システム３０１は、書き込まれた温度又は電流値に基づいて、反応器システム３１３の適切なセル構成を決定できる。
【0221】
他のセンサは、反応器システム３１３の周辺又は内部に位置し得る。これらのセンサは、水タンク・レベル、電解質レベル、供給電圧、供給電流、水タンク温度、反応器温度、反応器漏れ、水ポンプ、ガス流量、相対湿度、電解質の導電率、電解質の抵抗値、及び電解質の濃度に関するデータを、制御システム３０１へ伝えることができる。
【0222】
次に、反応器システム３１３に関連する感知された温度に基づいて、反応器システム３１３の構成を変更する方法８００の例示的な実施例を示している、図８を参照する。方法８００は、制御システム３０１によって実行され得る。
【0223】
８０２で、制御システム３０１は、反応器システム３１３に関連する周囲温度について、１つ又は複数の温度センサ３５５から情報を受信する。場合によっては、温度センサ３５５によって測定される温度は、反応器システム３１３内部の温度であり得る。他のいくつかの場合において、温度センサによって測定される温度は、反応器セル組立体３１０内部の温度であり得る。
【0224】
８０４Ａで、制御システム３０１は、反応器システム３１３に関連する温度が、事前定義された閾値を下回っている（すなわち、理想的な動作温度範囲を下回っている）かどうかに関して判定する。これが当てはまる場合、８０６で、制御システム３０１は、反応器システム３１３の適切な構成を決定する。適切な構成は、反応器システム３１３を十分に加熱して温度を理想的な範囲に上げる構成であり得る。たとえば、反応器システム３１３に関連する周囲温度が摂氏２０度未満と測定される場合、制御システム３０１は、反応器システム３１３の適切な構成が、図４Ｂに示される１０個の作動セル構成であると判定することができる。或いは、反応器システム３１３に関連する周囲温度が摂氏０度未満と測定される場合、制御システム３０１は、反応器システム３１３の適切な構成が、それぞれが図４Ｃ及び図４Ｄに示される、８個の作動セル構成又は６個の作動セル構成であると判定することができる。
【0225】
８０８で、制御システム３０１は、リレー要素３０４～３０９を停止状態にする、且つ／又は作動させることによって、反応器システム３１３の構成を変更するようＥＣＵ３０５に指示する。たとえば、８０６で、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が１０個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４を停止状態にさせ（反応器リレー３０４が、先に作動していた場合）、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示できる。８０６で、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が８個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４又は第２の反応器リレー３０６のいずれかを停止状態にさせ（場合によっては）、第３の反応器リレー３０８を作動させるよう指示できる。どの反応器リレーも先に作動していなかった場合、ＥＣＵ３０５は、当該の反応器リレーを直接作動させることになる。８０６で、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が６個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４、第２の反応器リレー３０６、又は第３の反応器リレー３０８のいずれかを停止状態にさせ（場合によっては）、第４の反応器リレー３０９を作動させるよう指示できる。どの反応器リレーも先に作動していなかった場合、ＥＣＵ３０５は、当該の反応器リレーを直接作動させることになる。反応器システム３１３をより少ない数の作動セルに変更すると、結果として反応器システム３１３は、所望の温度範囲（すなわち、理想的な動作温度範囲）まで暖機することになる。
【0226】
或いは、８０４ａで、反応器システム３１３に関連する温度が所定の閾値を下回っていないと判定された場合、制御システム３０１は、８０４ｂで、温度が所定の閾値を上回っているかどうかを判定する。たとえば、場合によっては、反応器システム３１３は、ガス生成量の増加のために過剰な熱を発生させている可能性がある。これが当てはまる場合、８０６で、制御システム３０１は、反応器セル組立体３１０の適切な構成を判定する。たとえば、反応器システム３１３が６個又は８個の作動セル構成で動作しており、過剰な熱を発生させている場合、制御システム３０１は、図４Ｂに示される１０個の作動セル構成、又は図４Ａに示される１２個の作動セル構成が、より適切であると判定することができる。
【0227】
８０８で、制御システム３０１は、リレー要素３０４～３０９を停止状態にする、且つ／又は作動させることによって、反応器システム３１３の構成を変更するようＥＣＵ３０５に指示する。たとえば、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第３の反応器リレー３０８又は第４の反応器リレー３０９を停止状態にさせ（第３の反応器リレー又は第４の反応器リレーが、先に作動していた場合）、構成を１２個の作動セル構成又は１０個の作動セル構成に変更するために、それぞれ、第１の反応器リレー３０４又は第２の反応器リレー３０８のいずれかを作動させるよう指示できる。反応器システム３１３の構成をより多数の作動セルに変更することは、反応器システム３１３を好適な温度まで冷却するのに役立つであろう。
【0228】
制御システム３０１が、８０４ｂで、反応器システム３１３に関連する温度は、所定の閾値を超えていないと判定した場合、プロセスは８０２に戻り、制御システム３０１は、１つ又は複数の温度センサ３５５からの温度測定値の受信を継続する。
【0229】
次に、反応器システム３１３の感知された消費電流に基づいて、反応器システム３１３の構成を変更する方法９００の例示的な実施例を示している、図９を参照する。方法９００は、制御システム３０１によって実行され得る。
【0230】
９０２で、制御システム３０１は、監視システム３５０などの監視システムから消費電流データを受信する。監視システム３５０は、反応器システム３１３による消費電流を監視するように構成された、１つ又は複数の電流センサ３７０を備え得る。
【0231】
９０４ａで、制御システム３０１は、消費電流データを使用して、消費電流レベルが、第１の所定の範囲内にあるかどうかを判定する。例示的な実施例では、第１の所定の範囲は、消費電流の理想的な範囲である、消費電流の範囲であり得る。非限定的な実例として、消費電流の第１の所定の範囲は、１５Ａから２０Ａの間であり得る。これは、反応器システム３１３が、理想的な温度で動作していることを示し得る。というのは、温度がより低いと、反応器システム３１３の電流の消費が鈍くなるからである。
【0232】
９０４ａで、消費電流が第１の所定の範囲内にあると判定された場合、制御システム３０１は、９０６で、反応器システム３１３の構成を第１の所定の構成に変更する。非限定的な実例として、第１の所定の構成は、図４Ａに示される１２個の作動セル構成であり得る。制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に第１の反応器リレー３０４を作動させるよう指示することによって、反応器システム３１３を１２個の作動セル構成に変更する。
【0233】
或いは、９０４ａで、反応器システム３１３の消費電流が、第１の所定の範囲内にないと判定された場合、制御システム３０１は、９０４ｂで、消費電流が第２の所定の範囲内にあるかどうかを判定し、ここで第２の所定の消費電流の範囲は、第１の所定の範囲よりも低い。非限定的な実例として、消費電流の第２の所定の範囲は、６Ａから１０Ａの間であり得る。これは、反応器システム３１３が、理想的な温度を下回る、又はより低温で動作していることを示し得る。というのは、温度が低下すると、反応器システム３１３の消費電流が減少するからである。加えて、反応器システム３１３による消費電流の減少により、電気分解のプロセスも減少し、したがって、ガス生成の速度も低下する。
【0234】
９０４ｂで、消費電流が第２の所定の範囲内にあると判明した場合、プロセスは９０８に進み、ここで反応器システム３１３の構成は、第２の所定の構成に変更される。第２の所定の構成は、第１の所定の構成よりも作動セルの数が少ない構成である。非限定的な実例として、第２の所定の構成は、図４Ｂに示される１０個の作動セル構成であり得る。作動セルの数を減らすことにより、セル当りの消費電流が増加し、それにより、反応器システム３１３での電気分解のプロセスが増加する。これにより、ガス生成速度の上昇がもたらされ、その結果、反応器システム３１３内の熱が増加する。したがって、反応器システム３１３の温度が上昇し、その後で、反応器システム３１３の消費電流が増加する。
【0235】
制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示することによって、反応器システム３１３を１０個の作動セル構成に変更する。第１の反応器リレー３０４が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示する前に、ＥＣＵ３０５に第１の反応器リレーを停止状態にするよう指示する。
【0236】
しかし、９０４ｂで、消費電流が第２の所定の範囲内にないと判定した場合、プロセスは９０４ｃに進んで、消費電流が第３の所定の範囲内にあるかどうかが判定される。ここで、第３の所定の範囲は、第２の所定の範囲よりも低い。非限定的な実例として、消費電流の第３の所定の範囲は、０Ａから５Ａの間であり得る。反応器システム３１３による理想的な消費電流よりも低いことは、反応器システム３１３が非常に低い温度で動作していることを示し得る。さらにこれは、結果的に、反応器システム３１３によるガス生成の速度の、実質的な低下をもたらし得る。
【0237】
９０４ｃで、消費電流が第３の所定の範囲内にあると判明した場合、プロセスは９１０に進み、ここで反応器システム３１３の構成は、第３の所定の構成に変更される。９１０で、第３の所定の構成は、第２の所定の範囲よりも作動セルの数が減らされた構成である。非限定的な実例として、第３の所定の構成は、図４Ｃに示される８個の作動セル構成、又は図４Ｄに示される６個の作動セル構成であり得る。制御システム３０１は、したがって、ＥＣＵ３０５に第３の反応器リレー３０８を作動させるよう指示することによって、反応器システム３１３を８個の作動セル構成に変更できる。他の場合には、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に第４の反応器リレー３０９を作動させるよう指示することによって、反応器システム３１３を６個の作動セル構成に変更できる。第１の反応器リレー３０４又は第２の反応器リレー３０６が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第３の反応器リレー３０８又は第４の反応器リレー３０９を作動させるよう指示する前に、ＥＣＵ３０５に、まず第１又は第２の反応器リレーを停止状態にするよう（場合によっては）、指示することができる。
【0238】
作動セルの数を８個のセル又は６個のセルまで減らすことにより、セル当りの消費電流が増加し、それにより、反応器システム３１３での電気分解のプロセスが増加する。これにより、ガス生成速度の上昇がもたらされ、その結果、反応器システム３１３内の熱が増加する。したがって、反応器システム３１３の温度が上昇し、その後で、反応器システム３１３の消費電流が増加する。
【0239】
しかし、９０４ｃで、反応器システム３１３の消費電流が、第３の所定の範囲内にないと判定された場合、プロセスは９０２に戻り、反応器システム３１３の消費電流が継続して監視される。
【0240】
いずれの場合（９０６、９０８、９１２）でも、制御システム３０１が反応器セル組立体３１３の構成を変更すると、方法９００は９１２で終了する。
【0241】
次に、反応器システム３１３に連結されたＩＣＥの水素及び酸素の必要度にしたがって、反応器システム３１３の構成を変更する方法１０００Ａの例示的な実施例を示している、図１０Ａを参照する。方法１０００Ａは、制御システム３０１によって実行され得る。
【0242】
１００２Ａで、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８の水素ガス及び酸素ガスの必要度に関する情報を受信する。ＩＣＥ２０８のガスの必要度がわかると、反応器システム３１３によって実行される電気分解のプロセスは、かかる必要度に適応するよう変更され得る。場合によっては、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８の動作状態を受信し、動作状態を分析及び処理して、ＩＣＥ２０８のガスの必要度を判定する。ＩＣＥ２０８の動作状態は、ＥＣＭ２０６から受信できる。他のいくつかの場合には、ＩＣＥ２０８のガスの必要度は、外部の情報源から受信される。
【0243】
１００４Ａで、制御システム３０１はまた、反応器システム３１３の現在のガス生成速度に関する情報も受信する。たとえば、制御システム３０１は、電流センサ３７０から消費電流の情報を受信できる。次いで、消費電流の情報は、反応器システム３１３による現在のガス生成速度を判定するために、制御システム３０１によって使用され得る。制御システム３０１は、監視システム３５０から消費電流の情報を受信でき、監視システムは、１つ又は複数の電流センサ３７０を備え得る。
【0244】
１００６Ａで、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８の水素ガス及び酸素ガスの必要度を満たすために、反応器システム３１３のガス生成速度を上昇させるべきか、又は低下させるべきかに関する判定を行う。１００６Ａでの判定は、１００２及び１００４Ａで集められた情報を使用して行われ得る。
【0245】
制御システム３０１は、１００６Ａで、ＩＣＥ２０８が水素ガス及び酸素ガスのさらなる流入を必要とすると判定した場合、制御システム３０１は、次いで１００８Ａで、反応器システム３１３の現在の温度を判定する。たとえば、制御システム３０１は、温度センサ３５５から受信した周囲温度情報に基づいて、反応器システム３１３の現在の温度を判定できる。代替的又は追加的に、制御システム３０１はまた、温度センサ３７０から受信した消費電流の情報を使用して、反応器システム３０１の相対温度を判定することもできる。
【0246】
１０１０Ａで、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８のガスの必要性（１００６Ａで判定される）、反応器システム３１３の現在のガス生成速度（１００４Ａで判定される）、及び反応器システム３１３の現在の温度（１００８Ａで判定される）に基づいて、反応器システム３１３の構成を変更する。たとえば、制御システム３０１が、ＩＣＥ２０８は、反応器システム３１３から現在供給されていない水素及び酸素の、さらなる流入が必要であると判定した場合、制御システム３０１は、反応器システム３１３の適切な構成が、図４Ｂに示される１０個の作動セル構成、図４Ｃに示される８個の作動セル構成、又は図４Ｄに示される６個の作動セル構成のいずれかであると判定できる。反応器システム３１３の構成を少数の作動セルに変更することにより、それに応じて、反応器システム３１３からＩＣＥ２０８への水素及び酸素の生成量が増加することになる。したがって、制御システム３０１は、リレー要素３０４～３０９を停止状態にするか、又は作動させることによって、構成を変更するようＥＣＵ３０５に指示できる。
【0247】
たとえば、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が１０個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示する。第１の反応器リレー３０４、第３の反応器リレー３０８、又は第４の反応器リレー３０９が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、まず第１、第３、又は第４の反応器リレーを停止状態にするよう指示し（場合によっては）、次いでその後に、ＥＣＵ３０５に、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう命令する。
【0248】
同様に、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が８個又は６個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第３の反応器リレー３０８又は第４の反応器リレー３０９をそれぞれ作動させるよう指示する。第１の反応器リレー３０４又は第２の反応器リレー３０８が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、まず第１又は第２の反応器リレーを停止状態にするよう指示し（場合によっては）、次いでその後に、ＥＣＵ３０５に、第３の反応器リレー３０８又は第４の反応器リレー３０９を作動させるよう指示する。
【0249】
しかし、反応器システム３１３の構成をより少ない作動セル構成に変えることによって、電気分解の速度は上昇し、その結果、反応器システム３１３内の熱の生成量が増加し得る。これは、反応器システム３１３の温度を上昇させる効果を有し得る。しかし、反応器システム３１３が既に高温で動作している場合、反応器システム３１３内の作動電解セルの数を減らすことは、反応器システム３１３を過熱させる作用を有する可能性があるので、理想的ではない場合がある。したがって、図示の実施例では、制御システム３０１はまた、１０１０Ａで、反応器システム３１３の構成を変更する前に、反応器システム３１３の温度を考慮する。
【0250】
たとえば、反応器システム３１３が既に高温で動作していると判定された場合（すなわち、温度センサ又は電流センサによって判定された場合）、制御システム３０１は、反応器システム３１３を１０個、８個、又は６個の作動セル構成へ切り替えることが、ただ単に、反応器システム３１３の温度をさらに上昇させることになる（すなわち、ガス生成量を増加させた結果として）と判定できる。したがって、制御システム３０１は、現在のセル構成を維持することが適切であると判定できる。
【0251】
１０１４Ａで、制御システム３０１が反応器システムの構成に適切な変更を加えると（必要な場合に）、方法１０００Ａは終了する。
【0252】
或いは、制御システム３０１が、１００６Ａで、水素ガス及び酸素ガスのさらなる供給量が、ＩＣＥ２０８に供給される必要はないと判定した場合、制御システム３０１は、１００６Ａ’で、ＩＣＥ２０８が過剰な水素及び酸素を受け取っているかどうかを判定する。
【0253】
これが当てはまると判定された場合、制御システム３０１は、１０１２Ａで、反応器システム３１３の構成を変更する。たとえば、制御システム３０１が、ＩＣＥ２０８は、水素及び酸素の流入をより少なくする必要があると判定した場合、制御システム３０１は、反応器システム３１３の構成を、図４Ａに示される１２個の作動セル構成又は図４Ｂに示される１０個の作動セル構成のいずれかに変更する。反応器システム３１３の構成を、多数の作動セルを備えるよう変更することにより、反応器システム３１３によってＩＣＥ２０８へ送達される水素及びガスの量は、減少することになる。具体的には、制御システム３０１は、９０８で、リレー要素３０４～３０９を停止状態にするか、又は作動させることによって、構成を変更するようＥＣＵ３０５に指示できる。
【0254】
たとえば、１０１２Ａで、制御システム３０１が、反応器システム３１３の構成を１０個の作動セル構成に変更する場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示する。第１の反応器リレー３０４、第３の反応器リレー３０８、又は第４の反応器リレー３０９が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、まず第１、第３、又は第４の反応器リレーを停止状態にするよう指示し（場合によっては）、次いでＥＣＵ３０５に、第２の反応器リレー３０６を作動させるよう指示する。
【0255】
同様に、１０１２Ａで、制御システム３０１が、反応器システム３１３の適切な構成が１２個の作動セル構成であると判定した場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４を作動させるよう指示する。第２の反応器リレー３０６、第３の反応器リレー３０８、又は第４の反応器リレー３０９が先に作動している場合、制御システム３０１は、ＥＣＵ３０５に、まず第２、第３、又は第４の反応器リレーのいずれかを停止状態にするよう指示し（場合によっては）、次いでＥＣＵ３０５に、第１の反応器リレー３０４を作動させるよう指示する。
【0256】
制御システム３０１が、１００６Ａ’で、ＩＣＥ２０８が過剰なガスを受け取ってはいないと判定した場合、プロセスは１００２に戻り、制御システム３０１は、ＥＣＭ２０６からの監視情報の受信を継続する。
【0257】
制御システム３０１が、反応器システムの構成に適切な変更を加えると、プロセスは、１０１４Ａで終了する。
【0258】
次に、反応器システム３１３に連結されたＩＣＥの水素及び酸素の必要度にしたがって、反応器システム３１３の構成を変更する方法１０００Ｂの、さらなる例示的な実施例を示している、図１０Ｂを参照する。方法１０００Ｂもまた、制御システム３０１によって実行され得る。
【0259】
具体的には、方法１０００Ｂは、１００６Ｂ’で、より多量の水素ガス及び酸素ガスをＩＣＥ２０８に供給する必要があると判定された場合、１０１１Ｂで、制御システム３０１は、反応器システムの温度を判定し、その後に１０１２Ｂ’で、追加で反応器システム３１３の温度に基づいて、反応器システム３１３の構成を変更すること以外は、図１０Ａの方法１０００Ａに類似している。
【0260】
前述のように、制御システム３０１は、温度センサ３５５から受信した情報を使用して、反応器システム３０１の周囲温度を判定できる。代替的又は追加的に、制御システム３０１はまた、たとえば電流センサ３７０から受信した消費電流の情報を使用して、反応器システム３０１の相対温度を判定することもできる。
【0261】
次いで、１０１２Ｂ’で、制御システム３０１は、ＩＣＥ２０８のガスの必要性と反応器システム３０１の温度との両方に基づいて、反応器システムの構成を変更できる。少なくともいくつかの場合において、制御システム３０１は、ガス生成量を減らすために、反応器システム３０１のより多数の作動セル構成（たとえば、１０個の作動セル又は１２個の作動セル）が必要であるが、反応器システム３０１は既に低温で動作していることを判定できる。したがって、反応器システム３０１のセル構成をより多数の作動セルに変更することが、反応器システム３０１の動作温度の望ましからざる低下を引き起こす可能性がある。かかる場合に、制御システム３０１は、１０１２Ｂ’で、反応器システムの構成を変更してはならないと判定できる。
【0262】
本明細書に記載された例示的な実施例の完全な理解をもたらすために、本明細書で多数の特定の詳細を示している。ただし、これらの実施例は、こうした特定の詳細なしに実施され得ることを、当業者は理解されよう。他の実例では、実施例の説明を曖昧にしないように、よく知られた方法、手順、及び構成要素を詳細には説明していない。さらに、この説明は、これらの実施例の範囲を、いかなる形であれ限定するものと解釈されるべきではなく、むしろこれらの様々な実施例の実施態様を単に説明するものと解釈されるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【手続補正書】
【提出日】2020-07-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解反応器の構成を変更するシステムであって、該システムは、少なくとも１つのセル・ユニット内で直列に配置された複数の電解セルを具備する電解反応器組立体であって、前記複数の電解セルは、電解質溶液に対して電気分解を実行するように構成され、前記電解反応器組立体は、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成される、電解反応器組立体と、
前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのうちの少なくとも所定数の電解セルと結合された、少なくとも１つの切替要素であって、前記所定数の電解セルは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内で複数の電解セルのサブセットを含み、該サブセットは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのセル総数よりも少ない、少なくとも１つの切替要素と、
前記少なくとも１つの切替要素及び前記電解反応器組立体と動作可能に結合された、制御ユニットと、
前記制御ユニット、前記電解反応器組立体、及び前記少なくとも１つの切替要素と結合された監視システムであって、前記監視システムは、前記電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を監視するように構成される、監視システムと
を備え、
前記監視システムによって監視される前記電解反応器組立体の前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの切替要素を作動させ、前記少なくとも２つの動作モード間で前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成され、前記少なくとも１つの切替要素を作動させることにより、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の所定数の電解セルが作動されるようになっている、システム。
【請求項2】
前記監視システムは、前記電解反応器組立体に関連する周囲温度を監視するように構成された温度センサを備え、前記制御ユニットは、前記周囲温度に基づいて前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記温度センサは、前記電解反応器組立体の近傍に位置する、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記監視システムは、前記電解反応器組立体による消費電流を監視するように構成された電流センサを備え、前記制御ユニットは、前記電解反応器組立体による前記消費電流に基づいて、前記電解反応器組立体の前記構成を変更するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記電解反応器組立体のガス生成速度は、前記電解反応器組立体の前記消費電流に基づいて判定される、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記少なくとも１つのセル・ユニットは、第１のセル・ユニットと第２のセル・ユニットとを有し、前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットは、互いに並列に配置され、前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットのそれぞれの前記電解セルは、互いに直列に配置されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項7】
前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットは、共通の負電気を共有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１のセル・ユニット及び前記第２のセル・ユニットのそれぞれは、６個の電解セルを備える、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つの切替要素は、前記第１のセル・ユニット内の６個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の６個の電解セルに結合された、第１の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の５個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の５個の電解セルに結合された、第２の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の４個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の４個の電解セルに結合された、第３の切替要素と、
前記第１のセル・ユニット内の３個の電解セル、及び前記第２のセル・ユニット内の３個の電解セルに結合された、第４の切替要素と
のうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第１の信号に基づいて前記第１の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、前記第１の信号は、前記周囲温度が第１の所定の温度範囲内にあることを示す、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第１の信号に基づいて前記第１の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第１の動作モードで動作させるように構成され、前記第１の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第１の所定の消費電流の範囲内にあることを示す、請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第２の信号に基づいて前記第２の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、前記第２の信号は、前記周囲温度が第２の所定の温度範囲内にあることを示し、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低い、請求項９から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項13】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第２の信号に基づいて前記第２の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第２の動作モードで動作させるように構成され、前記第２の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第２の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低い、請求項９から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項14】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるよりも多くの熱を発生させる、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第３の信号に基づいて前記第３の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、前記第３の信号は、前記周囲温度が第３の所定の温度範囲内にあることを示し、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低い、請求項９から１４までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項16】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第３の信号に基づいて前記第３の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第３の動作モードで動作させるように構成され、前記第３の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示し、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低い、請求項９から１４までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項17】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる、請求項１５又は１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第４の信号に基づいて前記第４の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、前記第４の信号は、前記周囲温度が前記第３の所定の温度範囲内にあることを示す、請求項９から１７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項19】
前記制御ユニットは、前記監視システムからの第４の信号に基づいて前記第４の切替要素を作動させることによって、前記電解反応器組立体を第４の動作モードで動作させるように構成され、前記第４の信号は、前記電解反応器組立体の前記消費電流が前記第３の所定の消費電流の範囲内にあることを示す、請求項９から１７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項20】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させることにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるよりも、多くの熱を発生させる、請求項１８又は１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記監視システムはさらに、内燃機関の１つ又は複数の動作状態を監視するように構成され、前記制御ユニットは、少なくとも前記内燃機関の前記１つ又は複数の動作状態に基づいて、前記少なくとも１つの切替要素を制御するように構成される、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項22】
電解反応器の構成を変更する方法であって、前記電解反応器は、少なくとも１つのセル・ユニット内で直列に配置された複数の電解セルを具備する電解反応器組立体を備え、前記電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成され、前記方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、
前記監視システムに結合された制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性を分析するステップと、
前記制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、
前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのうちの少なくとも所定数の電解セルと結合された少なくとも１つの切替要素を作動させるステップであって、前記所定数の電解セルは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内で複数の電解セルのサブセットを含み、該サブセットは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのセル総数よりも少なく、前記少なくとも１つの切替要素を作動させることにより、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の所定数の電解セルを作動させて、前記電解反応器の前記構成を、前記制御ユニットで決定された前記動作モードに変更する、少なくとも１つの切替要素を作動させるステップと
を含む、方法。
【請求項23】
第１の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルと結合するステップと、第２の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第２の所定の数の電解セルは、前記第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第３の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第３の所定の数の電解セルは、前記第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第４の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第４の所定の数の電解セルは、前記第３の所定の数の電解セルより少数であるステップと
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項26】
前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項27】
前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項28】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムが、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項29】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップをさらに含む、請求項２３から２８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項32】
前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３から３１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項33】
前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップをさらに含む、請求項２３から３１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項34】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項３２又は３３に記載の方法。
【請求項35】
前記電解反応器は内燃機関に結合され、前記電解反応器内で使用される前記電解質溶液は水であり、前記方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、前記内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、
前記制御ユニットで、前記内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、
前記内燃機関がより多量の前記水素ガスを必要とする場合、前記第２の切替要素、前記第３の切替要素、及び前記第４のスイッチ要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップと
をさらに含む、請求項２３から３４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項36】
コンピュータが実行可能な命令を格納する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサに、電解反応器の構成を変更する方法を実行させるように実行可能であり、前記電解反応器は、少なくとも１つのセル・ユニット内で直列に配置された複数の電解セルを具備する、電解反応器組立体を備え、前記電解反応器組立体は、電解質溶液に対して電気分解を実行し、少なくとも２つの動作モードで動作するように構成され、前記方法は、監視システムによって、電解反応器組立体に関連する少なくとも１つの属性を判定するステップと、
前記監視システムに結合された制御ユニットによって、前記監視システムで判定された前記少なくとも１つの属性を分析するステップと、
前記制御ユニットによって、前記少なくとも１つの属性に基づいて、前記電解反応器組立体に関連する動作モードを決定するステップと、
前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのうちの少なくとも所定数の電解セルと結合された少なくとも１つの切替要素を作動させるステップであって、前記所定数の電解セルは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内で複数の電解セルのサブセットを含み、該サブセットは、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の複数の電解セルのセル総数よりも少なく、前記少なくとも１つの切替要素を作動させることにより、前記少なくとも１つのセル・ユニット内の所定数の電解セルを作動させて、前記電解反応器の前記構成を、前記制御ユニットで決定された前記動作モードに変更する、少なくとも１つの切替要素を作動させるステップと
を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項37】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、第１の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第１の所定の数の電解セルと結合するステップと、
第２の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第２の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第２の所定の数の電解セルは、前記第１の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第３の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第３の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第３の所定の数の電解セルは、前記第２の所定の数の電解セルより少数であるステップと、
第４の切替要素を、前記電解反応器組立体内の第４の所定の数の電解セルと結合するステップであって、前記第４の所定の数の電解セルは、前記第３の所定の数の電解セルより少数であるステップと
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項３６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項38】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の温度範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項39】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第１の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第１の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第１の切替要素を作動させることによって、第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項40】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の温度範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の温度範囲は、前記第１の所定の温度範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から３９までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項41】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第２の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第２の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第２の切替要素を作動させることによって、第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第２の所定の消費電流の範囲は、前記第１の所定の消費電流の範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から３９までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項42】
前記第２の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムが、前記第１の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも多くの熱を発生させる、請求項４０又は４１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項43】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の温度範囲は、前記第２の所定の温度範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から４２までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項44】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第３の信号が、前記電解反応器組立体に関連する第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第３の切替要素を作動させることによって、第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップであって、前記第３の所定の消費電流の範囲は、前記第２の所定の消費電流の範囲よりも低いステップ
をさらに含む、請求項３７から４２までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項45】
前記第３の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード又は前記第２の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項４３又は４４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項46】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の温度範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７から４５までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項47】
前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるよう実行可能であり、前記方法は、前記監視システムからの第４の信号が、前記電解反応器組立体に関連する前記第３の所定の消費電流の範囲を識別する場合、前記第４の切替要素を作動させることによって、第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップ
をさらに含む、請求項３７から４５までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項48】
前記第４の動作モードで前記電解反応器組立体を動作させるステップにより、前記電解反応器システムは、前記第１の動作モード、前記第２の動作モード、又は前記第３の動作モードのいずれかで前記電解反応器組立体を動作させるステップよりも、多くの熱を発生させる、請求項４６又は４７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項49】
前記電解反応器は内燃機関に結合され、前記電解反応器内で使用される前記電解質溶液は水であり、前記非一時的コンピュータ可読媒体に格納される前記命令は、前記プロセッサに、前記方法を実行させるように実行可能であり、前記方法は、内燃機関に関連する１つ又は複数の動作状態を検出するステップであって、前記内燃機関は、炭素ベースの燃料、水素ガス、及び酸素ガスの混合物を燃焼するように構成されるステップと、
前記制御ユニットで、前記内燃機関がより多量の水素ガスを必要とするかどうかを判定するステップと、
前記内燃機関がより多量の前記水素ガスを必要とする場合、前記第２の切替要素、前記第３の切替要素、及び前記第４のスイッチ要素のうちの少なくとも１つを作動させるステップと
をさらに含む、請求項３７から４８までのいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【国際調査報告】