特表 2023-502525 水素発生のための電気化学デバイス、モジュール、およびシステムならびにその動作方法

(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】2023-01-24

(54)【発明の名称】水素発生のための電気化学デバイス、モジュール、およびシステムならびにその動作方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/08 20060101AFI20230117BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20230117BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230117BHJP

   C25B 9/77 20210101ALI20230117BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20230117BHJP

   C25B 13/02 20060101ALI20230117BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20230117BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20230117BHJP

   C25B 15/023 20210101ALI20230117BHJP

【ＦＩ】

C25B15/08 302

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B9/77

C25B9/23

C25B13/02 302

C01B3/56 Z

C01B3/02 H

C25B15/023

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022530195

(86)(22)【出願日】2020-11-23

(85)【翻訳文提出日】2022-07-15

(86)【国際出願番号】 US2020061771

(87)【国際公開番号】W WO2021102401

(87)【国際公開日】2021-05-27

(31)【優先権主張番号】62/938,494

(32)【優先日】2019-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522203075

【氏名又は名称】オーミアム インターナショナル， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】バランタイン， アルネ

(72)【発明者】

【氏名】ライト， ピーター

(72)【発明者】

【氏名】バーピー， カーステン

(72)【発明者】

【氏名】カルッパイア， チョカリンガム

(72)【発明者】

【氏名】エッサー， アルバート

【テーマコード（参考）】

4G140

4K021

【Ｆターム（参考）】

4G140FA02

4G140FB02

4G140FC02

4G140FC03

4G140FD01

4G140FD02

4G140FE01

4K021AA01

4K021BA02

4K021BC01

4K021CA08

4K021DB15

4K021DB31

4K021DB43

4K021DB53

4K021DC01

4K021DC03

4K021EA06

(57)【要約】

水素発生のためのシステムは、第１の容積と、第２の容積と、第３の容積とを画定する、少なくとも１つのキャビネットであって、第１の容積、第２の容積、および第３の容積は、相互から流体的に隔離される、少なくとも１つのキャビネットと、第１の容積内に位置する、水回路と、第２の容積内に位置する、電解槽電気化学スタックを含む、電気化学モジュールと、第３の容積内に位置する、水素回路と、水回路および電解槽電気化学スタックに流動的に接続する、少なくとも１つの第１の流体コネクタと、電解槽電気化学スタックおよび水素回路に流動的に接続する、少なくとも１つの第２の流体コネクタとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素発生のためのシステムであって、
第１の容積と、第２の容積と、第３の容積とを画定する少なくとも１つのキャビネットであって、前記第１の容積、前記第２の容積、および前記第３の容積は、相互から流体的に隔離される、少なくとも１つのキャビネットと、
前記第１の容積内に位置する水回路と、
前記第２の容積内に位置する電解槽電気化学スタックを備える電気化学モジュールと、
前記第３の容積内に位置する水素回路と、
前記水回路および前記電解槽電気化学スタックに流動的に接続する少なくとも１つの第１の流体コネクタと、
前記電解槽電気化学スタックおよび前記水素回路に流動的に接続する少なくとも１つの第２の流体コネクタと
を備える、システム。

【請求項2】

前記少なくとも１つのキャビネットは、単一キャビネットを備え、前記単一キャビネットの中で、前記第１の容積は、第１の内壁によって前記第２の容積から隔離され、前記第２の容積は、第２の内壁によって前記第３の容積から隔離され、
前記少なくとも１つの第１の流体コネクタは、前記第１の内壁を通して延在し、
前記少なくとも１つの第２の流体コネクタは、前記第２の内壁を通して延在する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

第１のエアームーバであって、前記第１のエアームーバは、前記第１の容積に流動的に接続されるが、前記第２または前記第３の容積には接続されず、前記第２または前記第３の容積を換気せずに、前記第１の容積を換気するように構成される、第１のエアームーバと、
第２のエアームーバであって、前記第２のエアームーバは、前記第２の容積に流動的に接続されるが、前記第１または前記第３の容積には接続されず、前記第１または前記第３の容積を換気せずに、前記第２の容積を換気するように構成される、第２のエアームーバと、
第３のエアームーバであって、前記第３のエアームーバは、前記第３の容積に流動的に接続されるが、前記第１または前記第２の容積に接続されず、前記第１または前記第２の容積を換気せずに、前記第３の容積を換気するように構成される、第３のエアームーバと
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１、第２、および第３のガスムーバは、前記単一キャビネットの外側の環境に対して、前記第１の容積、前記第２の容積、および前記第３の容積の各々内に個別の負圧を形成するように動作可能である、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記電解槽電気化学スタックは、少なくとも１つのバイポーラプレートと、複数の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを備え、
前記複数のＭＥＡおよび前記少なくとも１つのバイポーラプレートは、前記少なくとも１つのバイポーラプレートによって相互から分離される少なくとも１つのアノードチャネルと、少なくとも１つのカソードチャネルとを画定し、
前記少なくとも１つのアノードチャネルは、前記少なくとも１つの第１の流体コネクタを介して、前記水回路と流体連通し、
前記少なくとも１つのカソードチャネルは、前記第２の流体コネクタを介して、前記水素回路と流体連通し、
前記ＭＥＡは、アノードと、カソードと、それらの間の陽子交換膜とを含み、
前記第２の容積は、前記第１の容積と前記第３の容積との間に位置する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記水回路は、ポンプと、リザーバと、セパレータとを含み、
前記少なくとも１つの第１の流体コネクタは、２つの流体コネクタを備え、
前記リザーバは、前記セパレータと前記ポンプとの間で流体連通し、
前記ポンプは、前記２つの第１の流体コネクタのうちの１つを介して、前記電気化学スタックのアノードチャネルと流体連通し、
前記セパレータは、前記２つの第１の流体コネクタのうちの第２のものを介して、前記電気化学スタックの少なくとも１つのアノードチャネルと流体連通する、
請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記水素回路は、
ドライヤであって、前記ドライヤは、前記第２の流体コネクタを介して、前記電解槽電気化学スタックの少なくとも１つのカソードチャネルと流体連通する入口部分を有する、ドライヤと、
前記ドライヤの出口部分および入口部分と流体連通する水素ポンプであって、前記水素ポンプは、加圧された水素を前記ドライヤの出口部分から前記ドライヤの入口部分に再循環させるように動作可能である、水素ポンプと
を備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

コントローラであって、前記コントローラは、前記電気化学スタックと電気連通し、前記第１の容積、前記第２の容積、および前記第３の容積の各々から流体的に隔離される前記キャビネットの第４の容積内に位置する、コントローラと、
前記少なくとも１つのキャビネットの外面上に配置される電気接点であって、
前記電気接点は、電源と電気連通しながら解放可能に係合可能であり、
前記電気接点は、前記コントローラを介して、前記電気化学スタックと電気連通する、
電気接点と
をさらに備える、請求項４に記載のシステム。

【請求項9】

前記第４の容積と流体連通するファンをさらに備え、前記ファンは、前記キャビネットの外側の環境に対して前記第４の容積内に正圧を形成するように動作可能である、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

複数のガスセンサをさらに備え、
前記複数のガスセンサの各々は、水素含有ガスを測定するように構成され、
各ガスセンサは、前記第１の容積、前記第２の容積、および前記第３の容積の個別のもの内に配置され、
各ガスセンサは、前記コントローラと電気連通し、
前記コントローラは、前記複数のガスセンサのうちの１つまたはそれを上回るものから受信される信号に基づいて、前記電源と前記キャビネット内の機器との間の電気連通を中断するように構成される、
請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

水素処理のための電気化学モジュールであって、
複数の水コネクタおよび少なくとも１つの水マニホールドを含む液体管理区分と、
ガス管理区分であって、前記ガス管理区分は、前記液体管理区分の上方に位置し、前記液体管理区分と流体接続する、電解槽電気化学スタックおよび水素コネクタを含み、
前記電解槽電気化学スタックは、少なくとも１つのバイポーラプレートと、複数の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを含み、
前記少なくとも１つのバイポーラプレートは、前記複数のＭＥＡのうちの１つとシール係合され、それらの間にアノードチャネルを画定し、
前記少なくとも１つのバイポーラプレートは、前記複数のＭＥＡのうちの別の１つとシール係合され、それらの間にカソードチャネルを画定し、
前記複数の水コネクタの各々は、前記少なくとも１つのマニホールドを介して、前記アノードチャネルと流体連通し、
前記水素コネクタは、前記カソードチャネルと流体連通する、
ガス管理区分と
を備える、電気化学モジュール。

【請求項12】

前記液体管理区分の前記複数の水コネクタおよび前記少なくとも１つのマニホールドの各々は、前記ガス管理区分の前記電気化学スタックのアノードチャネルと流体連通しながら解放可能に固着可能であり、
前記液体管理区分および前記ガス管理区分は、前記マニホールドと前記電気化学スタックとの間の界面に沿って、相互から取外可能である、
請求項１１に記載の電気化学モジュール。

【請求項13】

電解槽電気化学スタックのためのバイポーラプレートであって、
相互に反対のアノード側およびカソード側を有する基板であって、前記基板は、各々が前記基板の前記アノード側から前記カソード側まで延在する複数のアノードポートおよび複数のカソードポートを画定し、前記アノード側は、前記複数のアノードポートのうちの少なくともいくつかの間で水を指向するように配向されるアノード流動場を画定し、前記カソード側は、水素ガスを前記複数のカソードポートに向かって指向するように配向されるカソード流動場を画定する、基板と、
前記基板のアノード側に沿って、前記アノード流動場および前記複数のアノードポートを取り囲むアノードガスケットであって、前記複数のカソードポートは、前記アノードガスケットの外側に位置する、アノードガスケットと、
前記基板のカソード側に沿って、前記カソード流動場、前記複数のアノードポート、および前記複数のカソードポートを取り囲むカソードガスケットと
を備える、バイポーラプレート。

【請求項14】

前記基板のアノード側上に位置し、個別のカソードポートを囲繞するカソードリングシールと、
前記基板のカソード側上に位置し、個別のアノードポートを囲繞するアノードリングシールと
をさらに備える、請求項１３に記載のバイポーラプレート。

【請求項15】

前記アノードガスケットおよび前記カソードガスケットは、それぞれ、前記基板のアノード側および前記基板のカソード側に沿って、相互と異なる形状を有し、
前記アノード流動場および前記カソード流動場は、それぞれ、前記基板のアノード側および前記基板のカソード側に沿って、同一形状を有する、
請求項１４に記載のバイポーラプレート。

【請求項16】

前記カソード流動場は、最小境界長方形を有し、
前記複数のカソードポートは、前記最小境界長方形に対して相互に対角線上反対に位置する２つのカソード部分を備え、
前記アノードガスケットは、前記基板のアノード側上の前記複数のアノードポートと前記複数のカソードポートとの間に延在する、
請求項１４に記載のバイポーラプレート。

【請求項17】

前記基板は、少なくとも部分的に、可塑化された黒鉛または炭素複合材のうちの１つまたはそれを上回るものから形成され、
前記基板のアノード側は、導電性である酸化阻害剤を含む、
請求項１３に記載のバイポーラプレート。

【請求項18】

水素処理のための電気化学スタックであって、
請求項１４に記載のバイポーラプレートと、
複数の電解槽膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）であって、各ＭＥＡは、アノードと、カソードと、それらの間の陽子交換膜とを含む、複数のＭＥＡと
を備え、
前記複数のＭＥＡのうちの１つのアノードは、アノードチャネルがそれらの間に画定されるように、前記アノードガスケットを介して、前記基板のアノード側とシール係合され、
前記複数のＭＥＡのうちの別の１つのカソードは、カソードチャネルがそれらの間に画定されるように、前記カソードガスケットを介して、前記基板のカソード側とシール係合される、
電気化学スタック。

【請求項19】

前記複数のＭＥＡのうちの１つのアノードと前記バイポーラプレートの前記基板のアノード側との間のアノードチャネル内に配置される多孔性材料と、
前記複数のＭＥＡおよび前記バイポーラプレートを中心として配置される筐体であって、前記筐体は、金属またはアラミドファイバのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、筐体と
をさらに備える、請求項１８に記載の電気化学スタック。

【請求項20】

水素発生方法であって、
電解槽内の水を電解し、湿潤水素流を発生させることと、
前記湿潤水素流をドライヤ内で乾燥させ、乾燥水素流ならびに水および水素含有流を発生させることと、
前記水および水素含有流を水素ポンプに提供し、水素を前記水および水素含有流から前記ドライヤの中に圧送することと
を含む、方法。

【請求項21】

水および酸素含有流を前記電解槽からセパレータに提供することと、
前記セパレータ内で前記水を前記水および酸素含有流中の酸素から分離することと、
前記分離された水を前記電解槽の中に提供することと
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。

【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６２／９３８，４９４号の利益を主張する。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般に、化学生産を対象とし、より具体的には、水素発生のための電気化学モジュールおよび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産業上の用途を有する、一般的ガスである。水素は、豊富であって、種々の再生可能および非再生可能エネルギー源から形成され得るが、空気中の水素の可燃性は、水素を貯蔵および出荷することを困難にする。結果として、水素は、概して、大規模な地理的領域を横断した後続流通のための一元化された設備における大規模生産には適応不可能である。むしろ、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、水素発生のためのシステムは、第１の容積と、第２の容積と、第３の容積とを画定する、少なくとも１つのキャビネットであって、第１の容積、第２の容積、および第３の容積は、相互から流体的に隔離される、少なくとも１つのキャビネットと、第１の容積内に位置する、水回路と、第２の容積内に位置する、電解槽電気化学スタックを含む、電気化学モジュールと、第３の容積内に位置する、水素回路と、水回路および電解槽電気化学スタックに流動的に接続する、少なくとも１つの第１の流体コネクタと、電解槽電気化学スタックおよび水素回路に流動的に接続する、少なくとも１つの第２の流体コネクタとを含む。

【0005】

一実施形態では、少なくとも１つのキャビネットは、その中で、第１の容積が、第１の内壁によって、第２の容積から隔離され、第２の容積は、第２の内壁によって、第３の容積から隔離される、単一キャビネットを備え、少なくとも１つの第１の流体コネクタは、第１の内壁を通して延在し、少なくとも１つの第２の流体コネクタは、第２の内壁を通して延在する。

【0006】

一実施形態では、本システムはさらに、第１の容積に流動的に接続されるが、第２または第３の容積には接続されず、第２または第３の容積を換気せずに、第１の容積を換気するように構成される、第１のエアームーバと、第２の容積に流動的に接続されるが、第１または第３の容積には接続されず、第１または第３の容積を換気せずに、第２の容積を換気するように構成される、第２のエアームーバと、第３の容積に流動的に接続されるが、第１または第２の容積に接続されず、第１または第２の容積を換気せずに、第３の容積を換気するように構成される、第３のエアームーバとを備える。

【0007】

別の実施形態では、水素処理のための電気化学モジュールは、複数の水コネクタおよび少なくとも１つの水マニホールドを含む、液体管理区分と、液体管理区分の上方に位置し、液体管理区分と流体接続する、電解槽電気化学スタックおよび水素コネクタを含む、ガス管理区分とを含む。電解槽電気化学スタックは、少なくとも１つのバイポーラプレートと、複数の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを含み、少なくとも１つのバイポーラプレートは、複数のＭＥＡのうちの１つとシール係合され、その間にアノードチャネルを画定し、少なくとも１つのバイポーラプレートは、複数のＭＥＡのうちの別の１つとシール係合され、カソードチャネルをその間に画定し、複数の水コネクタはそれぞれ、少なくとも１つのマニホールドを介して、アノードチャネルと流体連通し、水素コネクタは、カソードチャネルと流体連通する。

【0008】

別の実施形態では、電解槽電気化学スタックのためのバイポーラプレートは、相互に反対のアノード側およびカソード側を有する、基板であって、基板は、それぞれ、基板のアノード側からカソード側まで延在する、複数のアノードポートおよび複数のカソードポートを画定し、アノード側は、複数のアノードポートのうちの少なくともいくつか間で水を指向するように配向される、アノード流動場を画定し、カソード側は、水素ガスを複数のカソードポートに向かって指向するように配向される、カソード流動場を画定する、基板と、基板のアノード側に沿って、アノード流動場および複数のアノードポートを取り囲むアノードガスケットであって、複数のカソードポートは、アノードガスケットの外側に位置する、アノードガスケットと、基板のカソード側に沿って、カソード流動場、複数のアノードポート、および複数のカソードポートを取り囲むカソードガスケットとを備える。

【0009】

別の実施形態では、水素発生方法は、電解槽内の水を電解し、湿潤水素流を発生させるステップと、湿潤水素流をドライヤ内で乾燥させ、乾燥水素流ならびに水および水素含有流を発生させるステップと、水および水素含有流を水素ポンプに提供し、水素を水および水素含有流からドライヤの中に圧送するステップとを含む。

【0010】

一実施形態では、本方法はまた、水および酸素含有流を電解槽からセパレータに提供するステップと、セパレータ内で水を水および酸素含有流中の酸素から分離するステップと、分離された水を電解槽の中に提供するステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】図１Ａは、キャビネットと、電気化学モジュールとを含む、システムの斜視図である。

【0012】

【図1B】図１Ｂは、図１Ａのシステムのブロック図であって、電気化学モジュールとキャビネット内の水回路および水素回路の接続を表す。

【0013】

【図2A】図２Ａは、図１Ａおよび１Ｂのシステムの電気化学モジュールの電気化学スタックの略図である。

【0014】

【図2B】図２Ｂは、図２Ａの電気化学スタックのバイポーラプレートのアノード側の上面図である。

【0015】

【図2C】図２Ｃは、図２Ｂのバイポーラプレートのカソード側の上面図である。

【0016】

【図3A】図３Ａは、相互に結合されて示される、電気化学モジュールの液体管理区分およびガス管理区分とともに示される、図１Ａおよび１Ｂのシステムの電気化学モジュールの斜視図である。

【0017】

【図3B】図３Ｂは、相互から結合解除されている、電気化学モジュールの液体管理区分およびガス管理区分とともに示される、図１Ａおよび１Ｂのシステムの電気化学モジュールの部分的分解図である。

【0018】

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】

【0019】

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。

【0020】

本明細書に述べられた全ての文書は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。単数形におけるアイテムの言及は、別様に明示的に述べられない限り、または文脈から明白ではない限り、複数形におけるアイテムを含み、その逆も同様であると理解されたい。文法的接続詞は、別様に述べられない限り、または文脈から明白ではない限り、等位接続された節、文、単語、および同等物のあらゆる離接的および接続的組み合わせを表すように意図される。したがって、用語「または」は、概して、「および／または」を意味すると理解されるべきであって、用語「および」も、概して、「および／または」を意味すると理解されるべきである。

【0021】

本明細書の値の範囲の列挙は、限定することを意図するものではなく、代わりに、本明細書に別様に示されない限り、個々に、範囲内に該当するあらゆる値を指し、そのような範囲内の各別個の値は、本明細書に個々に列挙される場合と同様に、明細書の中に組み込まれる。単語「約」、「およそ」、または同等物は、数値を伴うとき、意図される目的のために満足の行くように動作するための当業者によって理解されるであろうような任意の偏差を含むものとして解釈されるべきである。値および／または数値の範囲は、実施例のみとして本明細書に提供され、説明される実施形態の範囲に関する限界を構成するものではない。あらゆる実施例または例示的言語（「例えば」、「等」、または同等物）の使用は、単に、実施形態をより明らかにするように意図され、それらの実施形態の範囲に関する限界を課するものではない。本明細書におけるいずれの言語も、任意の請求されない要素を開示される実施形態の実践に不可欠なものとして示すものとして解釈されるべきではない。

【0022】

水素生産場所をその最終的産業上の使用先と同じ場所に設置することは、工場占有面積、安全性、およびリソース可用性に関連する、その独自の課題を提示し得る。故に、リソース制約された面積を含む、広範囲の場所における安全実装に適応可能である、小占有面積工場内で費用効果的に実施され得る、水素発生の必要性が残ったままである。続く説明では、電気化学デバイス、モジュール、およびシステムの種々の側面は、電解（すなわち、電解槽スタック場所）、酸素処理、および水素処理のために、別個に換気されるキャビネット区分（すなわち、空間）を用いた、水からの水素と電気の電気化学電解の文脈において説明される。本構成は、酸素および水素処理機器を別個に換気される空間に分離し、漏出酸素と水素との間の混合および発熱性反応の尤度を低減させることによって、システムの安全性を増加させる。

【0023】

なお、別様に規定されない限り、または文脈から明白ではない限り、本明細書に説明される種々の異なるデバイス、モジュール、またはシステムのうちの任意の１つまたはそれを上回るものは、加えて、または代替として、その中でより低い圧力反応物が、より高い圧力生産物を生産する、電気化学プロセスへの入力である、種々の異なる電気化学プロセスのうちの任意の１つまたはそれを上回るものにおいて使用されてもよいことを理解されたい。例えば、反対の意図が示されない限り、本明細書に説明される種々の異なるデバイス、モジュール、およびシステムのうちの任意の１つまたはそれを上回るものは、水素を再循環させ、化学プロセスの全体的収率を増加させるために有用であり得るように、水素を電気化学的に圧送するために使用されてもよい。より具体的実施例として、本明細書に説明される種々の異なるデバイス、モジュール、およびシステムのうちの任意の１つまたはそれを上回るものは、本明細書と同日に出願され、弁理士整理番号第３５０５５－００１ＵＳ号を有し、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＭＭＯＮＩＡ ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ」と題された、Ｂａｌｌａｎｔｉｎｅ， ｅｔ ａｌ．による、米国特許出願（これらの参考文献のそれぞれの内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される種々のシステムおよび方法のうちの任意の１つまたはそれを上回るものの一部として、アンモニア合成のための水素を発生させ、および／または水素を再循環させるために使用されてもよい。

【0024】

ここで図１Ａおよび１Ｂを参照すると、水素を発生させるためのシステム１００は、電気化学モジュール１０２と、少なくとも１つのキャビネット１０４とを含んでもよい。少なくとも１つのキャビネット１０４は、第２の容積１０６ｂ内の電気化学モジュール１０２と第１の容積１０６ａおよび第３の容積１０６ｃ内の機器との間の流体接続を除き、それぞれ、相互から隔離される、第１の容積１０６ａと、第２の容積１０６ｂと、第３の容積１０６ｃとを画定してもよい。３つの隔離された容積（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）を伴う、１つのキャビネット（すなわち、筐体）１０４が、図１Ａに示されるが、それぞれ、３つの隔離された容積の１つまたは２つを含有する、２つまたは３つの別個のキャビネット１０４が、代わりに使用されてもよいことに留意されたい。単一キャビネット１０４が、使用される場合、隣接する隔離された容積は、キャビネット１０４の内壁またはパーティション１０５ａ、１０５ｂによって、相互から隔離される。例えば、第１の内壁１０５ａは、第１の容積１０６ａを第２の容積１０６ｂから分離してもよく、第２の内壁１０５ｂは、第２の容積１０６ｂを第３の容積１０６ｃから分離してもよい。本明細書で使用されるように、２つの容積は、１つの容積内のガスが、２つの容積を接続し、ガスまたは液体を２つの容積間に提供するように構成される、指定される流体導管（例えば、パイプまたはマニホールド）を通してを除き、他の容積の中に通過することができない場合、相互から隔離される。一実施形態では、容積１０６ａ、１０６ｂ、および１０６ｃはそれぞれ、下記にさらに詳細に説明されるであろうように、別個の専用換気機器によって、別個に換気される。

【0025】

電気化学モジュール１０２は、陽子交換膜（ＰＥＭ）ベースの電解槽モジュール等の電解槽モジュールを含んでもよい。モジュール１０２は、１つまたはそれを上回るＰＥＭベースの電解槽スタック等の１つまたはそれを上回る電気化学スタック２００を含んでもよい。モジュール１０２はまた、複数の第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂ（集合的に、複数の第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂ、個々に、第１の流体コネクタ１１０ａおよび第１の流体コネクタ１１０ｂと称される）と、第２の流体コネクタ１１２とを含んでもよい。下記により詳細に説明されるように、電気化学モジュール１０２は、（例えば、第１の容積１０６ａと第３の容積１０６ｃとの間の）第２の容積１０６ｂ内に配置され、複数の第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂを介して、第１の容積１０６ａ内の水回路１１４と流体連通し、第２の流体コネクタ１１２を介して、第３の容積１０６ｃ内の水素回路１１６と流体連通するように接続されてもよい。電気化学モジュール１０２、水回路（酸素処理機器を含む）１１４、および水素回路１１６の、１つまたはそれを上回るキャビネット１０４内で相互から隔離される、個別の容積１０６ｂ、１０６ａ、１０６ｃの中へのそのようなパーティション化は、空間的にコンパクトな占有面積内において、商業規模の水素の量を安全に発生させることを促進し得る。これは、とりわけ、システム１００を使用して、限定された空間を伴う配設場所において水素を発生させ、および／またはシステム１００を遠隔配設施設に移送するために有用であり得る。加えて、または代替として、また、下記により詳細に説明されるように、電気化学モジュール１０２とキャビネット１０４内の水回路１１４および水素回路１１６のそれぞれとの間のコネクティビティは、配設、保守、および修理することを促進する、モジュール性を含んでもよい。

【0026】

使用時、下記により詳細に説明されるように、水および電気が、電気化学スタック２００に提供されてもよく、水の一部は、電気化学的に電解され、水素を形成してもよい（例えば、水素イオン拡散を介して、ＰＥＭ電解質を通して、電解槽セルのアノード側から、ＰＥＭ電解槽セルのカソード側に）。例えば、水回路１１４は、第１の流体継手を介して、精製された水をキャビネット１０４の第１の容積１０６ａからキャビネット１０４の第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００に送達するように作動可能であってもよい。精製された水が、電気化学スタック２００を通して移動するにつれて、電気化学スタック２００に送達される電力は、精製された水の少なくとも一部の陽子をＰＥＭ電解質を通して移動させ、水素を形成し得る。精製された水の電解によって、セルのアノード側上に形成される酸素は、過剰精製された水とともに、第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００から第１の容積１０６ａ内の水回路１１４に戻されてもよい。加えて、または代替として、電気化学スタック２００内で電解によって形成される水素は、キャビネット１０４の第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００のカソード側からキャビネット１０４の第３の容積１０６ｃ内の水素回路１１６に移動してもよい。故に、酸素および水素が、第２の容積１０６ｂ内に存在する限り、電気化学スタック２００は、これらの流れを別個に管理し、これらの流れをキャビネット１０４の異なる部分（すなわち、隔離された容積）に指向し、その中で酸素および水素が同一の封入された容積内で処理される、構成と比較して、燃焼性混合物を形成する、酸素と水素の不注意による混合の尤度を低減させる。

【0027】

一般に、水回路１１４は、随意に、個別の流体導管を介して、セパレータ１２０とポンプ１２２との間で流体連通する、リザーバ（例えば、水タンク）１１８を含んでもよい。ある実装では、リザーバ１１８は、外部水源（例えば、示されない、水パイプ）に結合され、電気化学スタック２００の需要を満たすために好適な水の供給を受容してもよい。リザーバ１１８と外部水源との間の接続は、キャビネット１０４の外側で行われ、システム１００と産業水供給源の接続を促進し、いくつかの事例では、外部水源とリザーバ１１８との間の接続における漏出の場合、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃのうちの１つまたはそれを上回るもの内の機器を損傷させる、尤度を低減させてもよい。水回路１１４は、システム１００を通して流動する水の性質を管理するために有用な種々の異なるタイプの機器のいずれかを含んでもよいことを理解されたい。実施例として、水回路１１４は、プロセス水の精製のために有用な濾過または他の処理機器を含み、他の構成要素（例えば、電気化学スタック２００）の性能を経時的に劣化させ得る、汚染物質の濃度を低減させてもよい。加えて、または代替として、水回路１１４は、リザーバ１１８、セパレータ１２０、またはポンプ１２２のうちの１つまたはそれを上回るものと熱連通する、熱交換器（図示せず）を含み、各構成要素の温度を管理し、および／または各構成要素を通して流動する水の温度を管理してもよい。

【0028】

ポンプ１２２は、第１の容積１０６ａ内のポンプ１２２から電気化学モジュール１０２の第１の流体コネクタ１１０ａまで延在する、給送導管１２４を介して、電気化学スタック２００と流体連通してもよい。給送導管１２４は、第１の容積１０６ａと第２の容積１０６ｂとの間の壁１０５ａを通して延在してもよい。使用時、ポンプ１２２は、給電され、精製された水を、リザーバ１１８から、第１の容積１０６ａから第２の容積１０６ｂまで延在する、給送導管１２４に沿って、第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００の中に移動させてもよい。したがって、ポンプ１２２は、第２の容積１０６ｂおよび第３の容積１０６ｃのそれぞれ内の機器からパーティション化されながら、精製された水を第２の容積１０６ｂに送達するように動作可能であってもよい。ポンプ１２２のそのようなパーティション化は、とりわけ、動作の間、ポンプ１２２によって発生される熱が、水素含有混合物のための発火源としての役割を果たし得る、尤度を低減させるために有利であり得る。例えば、第２の容積１０６ｂおよび／または第３の容積１０６ｃ内の水素漏出の場合、発火可能水素－空気混合物が、不注意に、第２の容積１０６ｂおよび／または第３の容積１０６ｃ内に形成され得る。本実施例を継続すると、ポンプ１２２を第２の容積１０６ｂおよび第３の容積１０６ｃから離れるようにパーティション化されたまま保つことは、したがって、発火可能水素－空気混合物が、検出され、システムが安全にシャットダウンされ得る前に、発火が生じ得る、尤度を低減させ得る。

【0029】

いくつかの実装では、水回路１１４は、第１の流体コネクタ１１０ｂとセパレータ１２０との間で流体連通する、再循環回路１２６を含んでもよい。第１の流体コネクタ１１０ｂとの流体連通を通して、再循環回路１２６は、水と酸素とから本質的に成る、流出流を電気化学スタック２００のアノード部分から受容してもよい。再循環回路１２６の少なくとも一部は、壁１０５ｂを通して、第２の容積１０６ｂから第１の容積１０６ａまで延在し、水および酸素の流動を第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００から第１の容積１０６ａ内のセパレータ１２０に指向してもよい。第１の容積１０６ａ内の酸素を第２の容積１０６ｂからパーティション化されるセパレータ１２０に搬送することによって、再循環回路１２６は、電気化学モジュール１０２から流動する過剰水中の酸素が、第２の容積１０６ｂおよび／または第３の容積１０６ｃの中に不注意に逃散し、発火可能混合物を水素と形成し得る、尤度を低減させ得る。

【0030】

セパレータ１２０は、再循環回路１２６を通して電気化学モジュール１０２から移動する戻り流中の酸素を過剰水から分離するのために好適な種々の異なるタイプのガス－液体セパレータのうちの任意の１つまたはそれを上回るものであってもよい。例えば、セパレータ１２０は、ドライヤ、凝縮器、または別のデバイスを備えてもよく、これは、酸素を過剰水から重力を通して分離し、過剰水は、セパレータ１２０の底部部分に沿って沈降し、酸素は、セパレータ１２０の上部部分に沿って収集される。より一般的には、セパレータ１２０は、そうでなければ、システム１００内の潜在的発火源として作用し得る、電力または可動部品を使用せずに、酸素を過剰水から分離するように動作してもよい。セパレータ１２０によって収集される酸素は、第１の容積１０６ａから外に指向され、キャビネット１０４の外側の環境に換気される、または工場の別の部分のためのプロセスガスとして使用されてもよい。実施例として、限定ではないが、セパレータ１２０によって収集される酸素は、吸引ポンプまたは送風機を使用して、セパレータ１２０から除去されてもよい。セパレータ１２０によって収集される過剰水は、リザーバ１１８に指向され、電気化学スタック２００を通して、再び、循環される。すなわち、より一般的には、セパレータ１２０は、水素の形成における水の効率的使用を促進しながら、第２の容積１０６ｂおよび第３の容積１０６ｃ内の水素関連機器から離れた位置において、酸素をキャビネット１０４から除去し得る。

【0031】

一般に、水素回路１１６は、第２の容積１０６ｂ内の電気化学スタック２００によって形成される水素含有生産物流を収集し、第１の容積１０６ａおよび第２の容積１０６ｂからパーティション化される機器を使用して、本生産物流を処理してもよい。本文脈では、生産物流の処理は、湿気を生産物流から除去し、実質的に純水素を生産することを含んでもよい。すなわち、湿気を水素から除去することは、湿気が１つまたはそれを上回る下流プロセスに干渉する潜在性を低減させ得、そのような干渉は、潜在的に、下流機器の劣化を含む。さらに、または代わりに、システム１００の安全性およびエネルギー／水素効率と関連付けられる、考慮点を前提として、水素回路１１６内の生産物流の処理は、電気化学スタック２００によって生産される水素の全てまたは実質的に全て（例えば、約９９パーセントを上回る）を回収しながら、殆どまたは全くエネルギーを要求し得ない。

【0032】

いくつかの実装では、水素回路１１６は、相互と流体連通する、生産物導管１２８と、ドライヤ１３０とを含んでもよい。より具体的には、生産物導管１２８は、第２の容積１０６ｂと第３の容積１０６ｃとの間の壁１０５ｂを通して延在してもよい。生産物導管１２８は、ドライヤ１３０の入口部分１３２と電気化学モジュール１０２の第２の流体コネクタ１１２との間で流体連通してもよい。したがって、使用時、水素と水（例えば、水蒸気）とから本質的に成る、生産物流は、電気化学スタック２００のアノード側から、第２の流体コネクタ１１２および生産物導管１２８を介して、ドライヤ１３０の入口部分１３２に移動してもよい。電気化学スタック２００のアノード部分から再循環回路１２６の中への流出流中の酸素と過剰水の混合物と比較して、生産物流は、より高い圧力にあり得る。水素が第３の容積１０６ｃの中に漏出する、尤度を低減させるために、生産物導管１２８と第２の流体コネクタ１１２およびドライヤ１３０のそれぞれとの間の接続は、ガス密シールを含んでもよい。

【0033】

ドライヤ１３０は、例えば、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）システム、またはハイブリッドＰＳＡ－ＴＳＡシステムであってもよい。ドライヤ１３０は、活性炭、シリカ、ゼオライト、またはアルミナ等の水吸着材料の１つまたはそれを上回る層を含んでもよい。水素と水とから本質的に成る、生産物混合物が、ドライヤ１３０の入口部分１３２から出口部分１３４に移動するにつれて、水の少なくとも一部は、水吸着材料の層内の水または水素のいずれかの吸着を通して、生産物混合物から除去されてもよい。水素が、吸着される場合、圧力および／または温度スイングサイクルの間、出口導管１３８の中に除去される。水が、吸着される場合、圧力および／または温度スイングサイクルの間、ポンプ導管１４０の中に除去される。いくつかの事例では、ドライヤ１３０によって実施される吸着は、そうでなければ、発火可能水素含有混合物の発火源として作用し得る、熱または電気の追加を伴わずに、受動的であってもよい。しかしながら、そのような事例では、電気化学スタック２００と流体連通する、ドライヤ１３０によって生成される背圧に関連する考慮点は、サイズ、したがって、湿気を生産物流から除去する際のドライヤ１３０の単回通過の有効性を限定し得る。

【0034】

少なくとも、ドライヤ１３０の単回通過の有効性に関連する、そのような考慮点に照らして、水素回路１１６はさらに、または代わりに、ドライヤ１３０の出口部分１３４と入口部分１３２との間で流体連通する、水素ポンプ１３６を含み、ドライヤ１３０を通した付加的通過のために、水素と水の生産物混合物を再循環させてもよい。例えば、ドライヤ１３０は、乾燥された水素を、ドライヤ１３０の出口部分１３４から、乾燥された水素を下流プロセスまたはキャビネット１０４の外側の環境内の貯蔵場所に指向する、出口導管に指向してもよい。さらに、または代わりに、ドライヤ１３０は、適正に乾燥されていない、生産物流の一部を、ドライヤ１３０の出口部分１３４から、水素ポンプ１３６と流体連通する、ポンプ導管１４０に指向してもよい。ある事例では、ポンプ導管１４０に沿って移動する、生産物混合物中の水の少なくとも一部は、水素ポンプ１３６に到達する前に、生産物混合物から外に凝縮され、ポンプ導管１４０と流体連通する、湿気トラップ１４２内に収集されてもよい。湿気トラップ１４２内に凝縮されたそのような湿気は、キャビネット１０４の外側の環境に収集および／または指向されてもよい。

【0035】

水素ポンプ１３６は、例えば、電気化学ポンプであってもよい。本文脈において使用されるように、電気化学ポンプは、アノードとカソードとの間に配置される、陽子交換膜（すなわち、ＰＥＭ電解質）を含むと理解されるものとする。水素ポンプ１３６は、アノードから陽子交換膜を通してカソードに移動可能な陽子を発生させ、加圧された水素を形成し得る。したがって、そのような電気化学ポンプは、少なくとも、電気化学ポンプによって提供される電気化学圧送が、ポンプ導管１４０を介して、水素ポンプ１３６に送達される、混合物中の水から水素を分離しながら、また、分離された水素を加圧し、ドライヤ１３０の入口部分１３２への加圧された水素の移動を促進するため、特に、水素回路１１６内で水素再循環させるために有用であり得る。

【0036】

代替として、水素ポンプ１３６は、ダイヤフラムコンプレッサまたは送風機もしくは金属－水素化物セパレータ（例えば、水素を選択的に吸着する）等の別の水素圧送および／または分離デバイスを備えてもよく、これは、電気化学水素ポンプと組み合わせて、またはその代わりに、使用されてもよい。一実施形態では、水素圧送および／または再加圧の複数の段階が、使用されてもよい。各段階は、ダイヤフラムコンプレッサまたは送風機、電気化学ポンプ、もしくは金属－水素化物セパレータのうちの１つまたはそれを上回るものを備えてもよい。１つの実装では、段階は、カスケード式（すなわち、直列）構成であってもよく、および／または別個のエンクロージャ内に位置してもよい。

【0037】

ある実装では、水素ポンプ１３６は、湿気トラップ１４２と流体連通してもよく、水素ポンプ１３６内で水素から分離される水は、キャビネット１０４の外側の環境に収集および／または指向されてもよい。加えて、または代替として、水素ポンプ１３６によって形成される加圧された水素は、水素ポンプ１３６とドライヤ１３０の入口部分１３２との間で流体連通する（例えば、生産物導管１２８内の生産物流との混合を介して）、回収回路１４４に沿って指向され、加圧された水素をドライヤ１３０に再循環させてもよい。他の利点の中でもとりわけ、加圧された水素をドライヤ１３０を通してこのように再循環させることは、水素をキャビネット１０４から外に単一導管（例えば、出口導管１３８）のみを通して移動させることを促進し、これは、複数の出口点の使用と比較して、潜在的故障モードを低減させ得る。

【0038】

いくつかの実装では、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃのそれぞれ内の別個の換気および／または強制対流は、個別の容積内の発火可能水素含有混合物を形成する、尤度を低減させるために有用であり得る。さらに、または代わりに、強制対流は、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃの封入された環境内の温度の制御を促進し得る。そのような温度制御は、例えば、各個別の容積内の機器が、発火源になり得る、および／または時期尚早に故障し得る、尤度を低減させるために有用であり得る。

【0039】

故に、システム１００は、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃ（集合的に、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃ、個々に、ガスムーバ１４６ａ、ガスムーバ１４６ｂ、およびガスムーバ１４６ｃと称される）を含んでもよい。複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃは、別様に規定されない限り、または文脈から明白ではない限り、種々の異なるタイプのファン（例えば、パージファン）、送風機、またはコンプレッサのうちの任意の１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。ある実装では、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものへの給電される回路は、全米防火協会（ＮＦＰＡ）７０(R)による米国電気工事規程(R)（ＮＥＣ）の第５００－５０３条（２０２０年）（その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に従って規定されるようなクラス１区分２動作のために定格されてもよい。そのような実装では、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、キャビネット１０４内に配置されてもよい。代替として、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、外部からキャビネット１０４の外部（例えば、キャビネットの屋根または側壁）に搭載され、熱またはスパークが、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃの内容物のための不注意による発火源として作用する、潜在性を低減させてもよい。

【0040】

一般に、ガスムーバ１４６ａは、第１の容積１０６ａと流体連通してもよく、ガスムーバ１４６ｂは、第２の容積１０６ｂと流体連通してもよく、ガスムーバ１４６ｃは、第３の容積１０６ｃと流体連通してもよい。例えば、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、キャビネット１０４の外側の環境と第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃのうちの対応する１つとの間で流体連通してもよく、キャビネット１０４の個別の容積を別個に換気するように構成されてもよい。加えて、または代替として、複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、キャビネット１０４の外側の環境に対して第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃのうちの対応する１つ内に負圧を形成するように動作可能であってもよい。そのような負圧は、例えば、空気を環境から第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃの中に引き込み、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃの中への任意の水素漏出が、キャビネット１０４と関連付けられる温度および圧力において、水素－空気混合物のより低い発火限界を上回る濃度において蓄積し得る、尤度を低減させるために有用であり得る。さらに、または代わりに、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃ内の負圧は、発火可能水素含有混合物が、キャビネット１０４から逃散し得る、尤度を低減させ得る。ある事例では、キャビネット１０４は、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃ内の１つまたはそれを上回る構成要素を電気化学スタック２００の動作のために好適な温度範囲（例えば、約６０℃～約８０℃）内に維持することを促進するように絶縁されてもよい。

【0041】

複数のガスムーバ１４６ａ、ｂ、ｃは、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃ内に形成される非安全条件の尤度を低減させるために有用であり得るが、これらの容積のうちの１つまたはそれを上回るものは、加えて、または代替として、面積分類構成要素を含んでもよいことを理解されたい。そのような事例では、対応する容積は、換気されなくてもよい。

【0042】

ある実装では、システム１００は、少なくとも、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃ内の１つまたはそれを上回る構成要素と電気連通する、コントローラ１４８を含んでもよい。一般に、コントローラ１４８は、１つまたはそれを上回るプロセッサと、１つまたはそれを上回るプロセッサに、システム１００の種々の側面のうちの任意の１つまたはそれを上回るものの始動、動作、またはシャットダウンのうちの１つまたはそれを上回るものを制御し、安全および効率的動作を促進せるための、その上に記憶された命令を有する、非一過性コンピュータ可読記憶媒体とを含んでもよい。例えば、コントローラ１４８は、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃ内の１つまたはそれを上回る構成要素のための１つまたはそれを上回る埋設コントローラを含んでもよい。加えて、または代替として、コントローラ１４８は、少なくとも、電気化学スタック２００および電源１５０と電気連通してもよい。本実施例を継続すると、コントローラ１４８は、異常条件が検出される場合、電気化学スタック２００への電力を中断してもよい。さらに、または代わりに、コントローラ１４８は、始動プロトコル（例えば、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および／または第３の容積１０６ｃのパージ）後、電力を電気化学スタック２００に提供し、キャビネット１０４内の水素含有混合物を発火させる、尤度を低減させてもよい。

【0043】

いくつかの実装では、キャビネット１０４は、第４の容積１０６ｄを画定してもよく、コントローラ１４８は、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃのうちの１つまたはそれを上回るもの内に配置されるような本明細書に説明される種々の異なる構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものと無線または有線通信しながら、第４の容積１０６ｄ内に配置されてもよい。第４の容積１０６ｄは、概して、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃの近傍に位置し、配設、始動、通常動作、保守、または修理のうちの１つまたはそれを上回るものの一部として、電気の接続および／または接続解除を促進してもよい。したがって、例えば、第４の容積１０６ｄは、キャビネット１０４の上部部分に沿って、および／またはキャビネット１０４の背部部分に沿って、配置されてもよく、両場所は、それぞれ、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃへのアクセスを提供するために使用され得る、第１のドア１５２ａ、第２のドア１５２ｂ、および第３のドア１５２ｃから離れながら、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃのそれぞれへの有用なアクセスを提供する。さらに、または代わりに、コントローラ１４８がその中に配置された状態で、第４の容積１０６ｄは、キャビネット１０４の屋根１０５ｃまたは背壁によって、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および／または第３の容積１０６ｃのそれぞれから流体的に隔離され、コントローラ１４８の動作を損なわせ得る、配設、始動、通常動作、シャットダウン、保守、または修理の間、１つまたはそれを上回るプロセス流体へのコントローラ１４８の暴露の尤度を低減させてもよい。

【0044】

第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃは、複数のガスムーバ１４６ａ、１４６ｂ、および１４６ｃによって提供される、負圧を有するように説明されたが、第４の容積１０６ｄは、第４の容積１０６ｄの外側の環境に対して第４の容積１０６ｄ内で正圧を発生させるように動作可能である、ファン１５４と流体連通し、第４の容積１０６ｄ内のコントローラ１４８および／または他の構成要素の温度を制御してもよい。さらに、または代わりに、第４の容積１０６ｄは、コントローラ１４８を格納するように説明されたが、第４の容積１０６ｄは、そのような構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものの不注意によるスパークまたは過熱が、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、または第３の容積１０６ｃのうちの１つまたはそれを上回るもの内の水素含有混合物を発火させる得る、尤度を低減させるために有用であり得るように、システム１００のための全ての制御およびパワーエレクトロニクス機器を格納してもよいことを理解されたい。

【0045】

ある実装では、コントローラ１４８はさらに、または代わりに、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃ内の１つまたはそれを上回る周囲条件を監視し、異常条件が、システム１００および／またはシステム１００の近傍の面積への損傷をもたらす前に、１つまたはそれを上回る是正措置を講じることを促進してもよい。特に、キャビネット１０４内の発火可能水素含有混合物の存在によって引き起こされ得る、潜在的損傷を前提として、システム１００は、複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃ（集合的に、複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃ、個々に、ガスセンサ１５８ａ、ガスセンサ１５８ｂ、およびガスセンサ１５８ｃと称される）を含んでもよい。複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、光ファイバセンサ、電気化学水素センサ、薄膜センサ、および同等物のうちの１つまたはそれを上回るもの等の種々の異なるタイプの水素センサのうちの任意の１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。キャビネット１０４内の水素のロバストな検出を促進するために、ガスセンサ１５８ａは、第１の容積１０６ａ内に配置されてもよく、ガスセンサ１５８ｂは、第２の容積１０６ｂ内に配置されてもよく、ガスセンサ１５８ｃは、第３の容積１０６ｃ内に配置されてもよい。複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものは、発火事象が生じ得る前に、是正措置を講じることを促進するために、水素の発火限界を下回る水素濃度レベルを検出するように較正されてもよい。本目的のために、コントローラ１４８は、複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃのそれぞれのものと電気連通してもよく、コントローラ１４８の非一過性コンピュータ可読記憶媒体は、コントローラ１４８の１つまたはそれを上回るプロセッサに、複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃのうちの１つまたはそれを上回るものから受信され、危険水素濃度を示す、信号に基づいて、電源１５０とキャビネット１０４内の機器との間の電気連通を中断させるための、その上に記憶された命令を有してもよい。加えて、または代替として、複数のガスセンサ１５８ａ、ｂ、ｃのうちの１つまたはそれを上回るものから受信される信号は、水素濃度の高速増加を示し得る。

【0046】

コントローラ１４８は、キャビネット１０４内の潜在的に有害な条件に対して是正措置を講じるために有用であり得るが、システム１００は、加えて、または代替として、爆発の場合、システム１００および／またはシステムの近傍への損傷を緩和するために有用な１つまたはそれを上回る安全特徴を含んでもよい。例えば、システム１００は、キャビネット１０４の少なくとも第３の容積１０６ｃと流体連通する、圧力逃がし弁１６０を含んでもよい。圧力逃がし弁１６０は、第３の容積１０６ｃ内の所定の閾値圧力において自己開放する、機械的弁であってもよい。いくつかの事例では、所定の閾値圧力は、第３の容積１０６ｃの中への加圧された水素の漏出から結果として生じる、圧力増加であってもよい。代替として、所定の閾値圧力は、水素含有混合物の燃焼と関連付けられる、高速圧力上昇と関連付けられる、高圧であってもよい。いずれの場合も、圧力逃がし弁１６０は、第３の容積１０６ｃの内容物を環境に換気し、そうでなければ生じ得る、損傷を緩和してもよい。

【0047】

一般に、キャビネット１０４内の構成要素は、キャビネット１０４の１つまたはそれを上回る表面等に沿って、キャビネット１０４の外側の場所から外部リソースに接続可能であってもよい。人員がキャビネット１０４を開放する必要なく、そのような接続は、システム１００の配設を促進し得る。さらに、または代わりに、構成要素のそうでなければ匹敵する配列に関して、キャビネット１０４の外側で行われる接続は、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および第３の容積１０６ｃのそれぞれ内の構成要素間に付加的間隔を提供し得る。これは、ひいては、訓練された人員に、キャビネット１０４内の構成要素へのより良好なアクセスを提供するために有用であり得る。さらに、または代わりに、キャビネット１０４の１つまたはそれを上回る外面に沿って、構成要素を接続することは、安全性に対する利点を提供し得る。例えば、電気接点１５６は、キャビネット１０４の外面上に（例えば、第４の容積１０６ｄを画定する、キャビネット１０４の外面に沿って）配置されてもよく、電気接点１５６は、コントローラ１４８を介して、少なくとも電気化学スタック２００と電気連通してもよい。本実施例を継続すると、電気接点１５６は、キャビネット１０４の外側に位置する電源１５０と電気連通しながら、解放可能に係合可能してもよい（例えば、接触子またはヒューズを介して）。接続解除機能が、スパークを引き起こす場合、スパークは、キャビネット１０４の外側にあって、かつ概して、第１の容積１０６ａ、第２の容積１０６ｂ、および／または第３の容積１０６ｃ内に不注意に形成され得る、潜在的に発火可能な水素含有ガス混合物から離れるように位置する。

【0048】

水素を小占有面積内において安全に生産するために有用なシステム１００の全体的レイアウトのある側面が説明されたので、ここで、電気化学モジュール１０２内の水およびガスを別個に管理し、システム１００の動作の間、付加的または代替安全性を提供し、および／またはシステム１００の配設、保守、および／または修理を促進し、したがって、そのような事象と関連付けられる、休止時間を低減させることを促進し得る、電気化学モジュール１０２自体の具体的特徴に注意を向ける。

【0049】

ここで図２Ａ－２Ｃを参照すると、電気化学スタック２００は、第１の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）２０１と、第２の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）２０２と、水素の発生のために、集合的に、２つの完全な電気化学セルを画定する、バイポーラプレート２０４とを含んでもよい。電気化学スタック２００はまた、第１のＭＥＡ２０１と、第２のＭＥＡ２０２と、バイポーラプレート２０４を相互に接触するように挟着し、流体の流動を電気化学スタック２００の内外に指向し得る、第１の端部プレート２０６と、第２の端部プレート２０８とを含んでもよい。電気化学スタック２００は、２つの完全なセル、すなわち、単一バイポーラプレートと、２つのＭＥＡとを含むように説明されるが、これは、解説および例証の明確性のためのみのものであることを理解されたい。より一般的には、電気化学スタック２００は、加圧された水素と、電気化学スタック２００を通して流動する、より低い圧力の水および酸素との間の分離を維持しながら、図１Ａおよび１Ｂに示されるシステム１００の水素発生需要を満たすために有用な任意の数のＭＥＡと、バイポーラプレートと含んでもよいことを理解されたい。すなわち、別様に規定されない限り、または文脈から明白ではない限り、電気化学スタック２００は、１つを上回るバイポーラプレート、単一ＭＥＡ、および／または２つを上回るＭＥＡを含んでもよい。さらに、または代わりに、電気化学スタック２００は、第１のＭＥＡ２０１と接触する、第１の端部プレート２０６と、第２のＭＥＡ２０２と接触する、第２の端部プレート２０８とを含むように示されるが、これは、再び、明確性および効率的説明の目的のためのものであることを理解されたい。すなわち、いくつかの事例では、バイポーラプレート２０４の事例は、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の端部プレート２０６と第１のＭＥＡ２０１との間および／または第２の端部プレート２０８と第２のＭＥＡ２０２との間に配置されてもよい。

【0050】

一般に、第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２は、相互に同じであってもよい。例えば、第１のＭＥＡ２０１は、アノード２１０ａと、カソード２１２ａと、その間の陽子交換膜（例えば、ＰＥＭ電解質）２１４ａとを含んでもよい。同様に、第２のＭＥＡ２０２は、アノード２１０ｂと、カソード２１２ｂと、その間の陽子交換膜２１４ｂとを含んでもよい。アノード２１０ａ、２１０ｂはそれぞれ、膜に接触する、アノード触媒（すなわち、電極）と、随意のアノード流体拡散層とを備えてもよい。カソード２１２ａ、２１２ｂはそれぞれ、膜に接触する、カソード触媒（すなわち、電極）と、随意のカソードガス拡散層とを備えてもよい。アノード電極は、イリジウム層等の任意の好適なアノード触媒を備えてもよい。アノード流体拡散層２４６は、多孔性チタンシートまたは多孔性炭素シート等の多孔性材料、メッシュ、または織物を備えてもよい。カソード電極は、白金層等の任意の好適なカソード触媒を備えてもよい。カソードガス拡散層は、多孔性炭素を備えてもよい。他の貴金属触媒層もまた、アノードおよび／またはカソード電極のために使用されてもよい。電解質は、式Ｃ_７ＨＦ_１３Ｏ_５Ｓ・Ｃ_２Ｆ_４を有する、スルホン化テトラフルオロエチレンベースのフルオロポリマー－コポリマーから成る、Ｎａｆｉｏｎ(R)膜等の任意の好適な陽子交換（例えば、水素イオン輸送）ポリマー膜を備えてもよい。

【0051】

バイポーラプレート２０４は、第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａと第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂとの間に配置されてもよい。一般に、バイポーラプレート２０４は、基板２２２と、アノードガスケット２２４と、カソードガスケット２２６とを含んでもよい。基板２２２は、相互に反対にアノード（すなわち、水）側２２８と、カソード（すなわち、水素）側２３０とを有する。アノードガスケット２２４は、基板２２２のアノード側２２８に固定されてもよく、カソードガスケット２２６は、基板２２２のカソード側２３０に固定されてもよい。基板２２２の反対側上におけるアノードガスケット２２４およびカソードガスケット２２６のそのような固定された位置付けは、相互に対して、かつバイポーラプレート２０４の両側上の第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２に対して一貫して設置される、２つのシールの形成を促進し得る。ガスケットは、バイポーラプレート２０４の個別の反対側２２８、２３０上に位置する、活性面積（すなわち、アノード（例えば、水）流動場２３４およびカソード（例えば、水素）流動場２４０）の周囲に、二重シールを形成する。さらに、または代わりに、電気化学スタックが、バイポーラプレート２０４の２つの事例間にＭＥＡの事例を含む、事例では、アノードガスケット２２４およびカソードガスケット２２６は、ＭＥＡの活性面積に沿って、二重シールを形成してもよい。したがって、より一般的には、アノードガスケット２２４およびカソードガスケット２２６は、電気化学スタック内の１つまたはそれを上回るＭＥＡとシール係合を形成し、電極スタック内の流動を隔離し、したがって、加圧された水素が、電気化学スタックから流出する水および酸素の流動と不注意に混合し、燃焼性水素－酸素混合物を図１Ａおよび１Ｂに示されるシステム１００内に生成し得る、尤度を低減させ得ることを理解されたい。

【0052】

基板２２２は、導電性、熱伝導性であって、使用の間、基板２２２のカソード側２３０に沿って流動する水素の高圧に耐えるために好適な強度を有する、種々の異なるタイプの材料のうちの任意の１つまたはそれを上回るものから形成されてもよい。したがって、例えば、基板２２２は、少なくとも部分的に、可塑化された黒鉛または炭素複合材のうちの１つまたはそれを上回るものから形成されてもよい。さらに、または代わりに、基板２２２は、有利なこととして、基板２２２のアノード側２２８上の水への長期暴露に耐えるために好適な１つまたはそれを上回る材料から形成されることができる。故に、いくつかの事例では、基板２２２のアノード側２２８は、導電性である、酸化阻害剤コーティングを含んでもよく、その実施例は、チタン、酸化チタン、窒化チタン、またはそれらの組み合わせを含む。酸化阻害剤は、概して、電気化学スタック２００の動作の間、少なくとも、水に暴露される、基板２２２のアノード側２２８のそれらの部分に沿って、延在してもよい。すなわち、酸化阻害剤は、少なくとも、基板２２２のアノード側２２８上のアノードガスケット２２４の内側のアノード流動場２３４に沿って、延在してもよい。いくつかの実装では、酸化物阻害剤は、複数のアノードポート（すなわち、水ライザ開口部）２３２に沿って延在してもよく、これは、基板２２２のアノード側２２８からカソード側２３０まで延在する。酸化阻害剤はまた、アノードプレナム２３５内に位置してもよく、これは、アノード部分２３２を基板２２２のアノード側上のアノード流動場２３４に接続する。

【0053】

カソードリングシール２３７が、図２Ｂに示されるように、基板のアノード側２２８上の各カソードポート（すなわち、水素ライザ開口部）２３８の周囲に位置してもよい。カソードリングシール２３７は、水素が基板２２２のアノード側２２８上のアノード流動場２３４の中に漏出しないように防止する。対照的に、アノードリングシール２３３が、基板２２２のカソード側２３０上の各１つまたはそれを上回るアノードポート２３２の周囲に位置してもよい。例えば、図２Ｃに示されるように、２つのアノードポート２３２は、共通アノードリングシール２３３によって囲繞され、水が基板２２２のカソード側上のカソード流動場２４０の中に流動しないように防止する。

【0054】

アノード流動場２３４は、精製された水を図２Ａに示される構成における第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂに沿って均一に分散させるために有用であり得るように、液体（例えば、精製された水）を複数のアノードポート２３２のうちの少なくともいくつか間に指向するように配向される、流動チャネル２３６によって分離される、複数の直線および／または湾曲リブ２３５を含む。アノードガスケット２２４は、基板２２２のアノード側２２８に沿って、アノード流動場２３４および複数のアノードポート２３２を取り囲み、アノード２１０ｂに沿って移動する、精製された水の移動を限定してもよい。すなわち、基板２２２のアノード側２２８は、アノードチャネル２３６がその間に位置するように、アノードガスケット２２４を介して、第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂとシール係合されてもよい。電気化学スタック２００の外部の源（例えば、図１Ｂに示される水回路１１４のポンプ１２２等）によって提供される、圧力下、第１の流体コネクタ１１０ａから提供される液体は、アノードチャネル２３６に沿って流動し、複数のアノードポート２３２の１つの事例から、複数のアノードポート２３２の別の事例に、第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂを横断して指向され、液体（例えば、残りの水および酸素）は、電気化学スタック２００から外に、別の第１の流体コネクタ１１０ｂを通して、指向されてもよい。

【0055】

加えて、基板２２２は、それぞれ、基板２２２のアノード側２２８からカソード側２３０まで延在する、複数のカソードポート（すなわち、水素ライザ開口部）２３８を含んでもよい。基板２２２のカソード側２３０は、カソード流動場２４０を含んでもよい。カソード流動場２４０は、図２Ａに示される構成における第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａに沿って形成される、加圧された水素を指向するために有用であり得るように、直接ガス（例えば、水素）を複数のカソードポート２３８に向かって指向するように配向される、カソード流動チャネル２４２によって分離される、複数の直線および／または湾曲リブ２４１を含む。カソードプレナム２３９が、個別のカソードポート２３８とカソード流動場２４０との間に位置してもよい。カソードガスケット２２６は、基板２２２のカソード側２３０に沿って、カソード流動場２４０、カソードプレナム２３９、および複数のカソードポート２３８を取り囲み、カソード２１２ａに沿って、加圧された水素の移動を限定してもよい。例えば、基板２２２のカソード側２３０は、カソード流動チャネル２４２が、第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａと基板２２２のカソード側２３０との間に画定されるように、カソードガスケット２２６を介して、第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａとシール係合されてもよい。カソード２１２ａに沿って形成される水素の圧力は、カソードチャネル２４２の少なくとも一部に沿って、カソード入口ポートと反対の対角線上に位置する、カソードポート２３８に向かって、水素を移動させてもよい。加圧された水素は、図１Ｂに示されるように、カソードポート２３８から外に、かつ電気化学スタック２００から外に、第２の流体コネクタ１１２を通して流動し、水素回路１１６によって処理され得る。

【0056】

基板２２２のアノード側２２８上のアノードガスケット２２４および基板２２２のカソード側２３０上のカソードガスケット２２６は、異なる形状を有してもよい（図２Ｂおよび２Ｃに示されるように）。例えば、アノードガスケット２２４は、基板２２２のアノード側２２８上の複数のアノードポート２３２と複数のカソードポート２３８との間に延在してもよい。換言すると、アノードガスケット２２４は、アノードポート２３２およびアノード流動場２３４を一方の側方側上で囲繞するが、カソード部分２３８をその取り囲まれた面積外に残す。配設された位置では、したがって、アノードガスケット２２４は、アノード流動をカソード流動から流体的に隔離し得る。

【0057】

対照的に、基板２２２のカソード側２３０上のカソードガスケット２２６は、複数のアノードポート２３２と複数のカソードポート２３８との間に延在しない。換言すると、カソードガスケット２２６は、アノードポート２３２と、カソード部分２３８と、カソード流動場２４０とを囲繞する。代わりに、アノードリングシール２３３は、アノード部分２３２を基板２２２のカソード側２３０上のカソードポート２３８およびカソード流動場２４０から隔離する。

【0058】

１つの構成では、アノード流動場２３４およびカソード流動場２４０は、基板２２２の反対側上にあるにもかかわらず、同一形状を有し、第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２に沿って同一活性面積を提供してもよい。したがって、総合的に、アノードガスケット２２４とカソードガスケット２２６との間の形状の差異は、アノードリングシールの位置付けならびにアノード流動場２３４およびカソード流動場２４０の同一形状とともに、異なるシールされた面積をもたらし得ることを理解されたい。これらの異なるシールされた面積は、相互に相補的であって、アノードチャネル２３６に沿った精製された水のより低い圧力の流動をカソードチャネル２４２に沿って流動する加圧された水素から流体的に隔離しながら、それにもかかわらず、各流動が、電気化学スタック２００を通して移動し、最終的には、異なるチャネルに沿って、電気化学スタック２００から流出することを可能にすることを促進する。

【0059】

ある実装では、カソード流動場２４０は、カソード流動場２４０の最小境界長方形が正方形であるように成形されてもよい。本文脈において使用されるように、用語「最小境界長方形」は、カソード流動場２４０の最大ｘおよびｙ寸法によって画定された最小長方形であると理解されるものとする。複数のカソードポート２３８は、基板２２２あたり２つのカソードポートを含んでもよく、これは、最小境界長方形に対して相互の対角線上の反対角内（例えば、最小境界長方形内）に位置する。他の２つの対角線上の反対角は、カソードポート２３８を欠いている。その中に最小境界長方形が正方形である、事例では、最小境界長方形に対するカソードポート２３８の対角線位置付けは、含有される内部水素圧力に対する強度のための基板２２２の材料の大きな余裕を残しながら、カソード流動場２４０全体に沿って、加圧された水素の流動を対角線上に促進し得る。代替として、基板２２２は、長方形であってもよい。複数のカソードポート２３８は、複数のカソードポート２３８のそれぞれのものが、複数のカソードポート２３８の個別のものと基板２２２の最も近い縁との間の基板２２２の材料によって良好に補強されるように、基板２２２の縁から離れるように位置付けられる。

【0060】

カソードチャネル２４２に沿った加圧された水素の流動と、アノードチャネル２３６に沿った水および酸素の流動との間の大圧力差を前提として、電気化学スタック２００は、アノードチャネル２３６内と、随意に、第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂのアノード電極と基板２２２のアノード側２２８（例えば、アノードリブ２３５）との間とに配置される、アノード流体拡散層を含んでもよい。アノード流体拡散層２４６の多孔性材料は、概して、構造的支持を基板２２２のアノード側２２８上に提供し、基板２２２の反対側上の圧力差から生じ得る、圧潰に抵抗しながら、アノードチャネル２３６を通した流動制限の実質的増加を伴わずに、アノードチャネル２３６を通した水および酸素の流動を可能にし得る。明確な例証の目的のために、多孔性材料２４６は、１つのみのアノードチャネル２３６に沿って示される。しかしながら、多孔性材料２４６は、ある実装では、アノードチャネル２３６の全ての内側に配置されてもよいことを理解されたい。

【0061】

付加的、または代替安全措置として、電気化学スタック２００は、図２Ａに示されるように、第１のＭＥＡ２０１、第２のＭＥＡ２０２、バイポーラプレート２０４、第１の端部プレート２０６、および第２の端部プレート２０８を中心として配置される、筐体２４８を含んでもよい。より具体的には、筐体２４８は、故障事象（例えば、加圧された水素の力下での故障および／または不注意による水素含有混合物の爆発から結果として生じる故障）の場合に吐出された状態になり得る、１つまたはそれを上回る材料の力を吸収するために有用な１つまたはそれを上回る材料から形成されてもよい。実施例として、筐体２４８は、金属またはアラミド（例えば、Ｋｅｖｌａｒ(R)）ファイバのうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。

【0062】

電気化学スタック２００の種々の特徴が説明されたので、ここで、水と電気とを入力として用いて、加圧された水素を形成する、電気化学スタック２００の動作の説明に注意を向ける。特に、図２Ａに示されるように、電場Ｅ（すなわち、電圧）が、電気化学スタック２００を横断して（すなわち、端部プレート２０６と２０８との間に）、図１Ｂに示される電源１５０から印加されてもよい。バイポーラプレート２０４は、電解が、第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２において生じ、陽子交換膜２１４ａおよび陽子交換膜２１４ｂを通して生じる陽子交換を除き、より低い圧力の水および酸素から流体的に隔離されて維持される、加圧された水素の流動を形成し得るように、第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２を直列に相互と電気的に接続してもよい。

【0063】

（例えば、図１Ｂに示される水回路１１４からの）精製された水は、図１Ｂに示されるように、電気化学モジュール１０２の第１の流体コネクタ１１０ａを介して、電気化学スタック２００の中に導入されてもよい。電気化学スタック２００内では、精製された水は、他の構成要素の中でもとりわけ、バイポーラプレート２０４を通して延在する、取込チャネル２１６に沿って流動し、精製された水を第１のＭＥＡ２０１のアノード２１０ａおよび第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂに指向し得る。第１のＭＥＡ２０１のアノード２１０ａおよびカソード２１２ａを横断して印加される電場Ｅを用いることで、精製された水は、アノード２１０ａに沿って、陽子（Ｈ^＋）および酸素に分解し得る。陽子（Ｈ^＋）は、アノード２１０ａからカソード２１２ａに、陽子交換膜２１４ａを通して移動し得る。Ａｔカソード２１２ａでは、陽子（Ｈ^＋）は、相互に組み合わせられ、カソード２１２ａに沿って、加圧された水素を形成し得る。類似プロセスを通して、加圧された水素はまた、第２のＭＥＡ２０２のカソード２１２ｂに沿って形成されてもよい。第１のＭＥＡ２０１および第２のＭＥＡ２０２のそれぞれによって形成される加圧された水素の流動は、相互に組み合わせられ、他の構成要素の中でもとりわけ、バイポーラプレート２０４を通して延在する、２つの水素排気チャネル２１８を介して、電気化学スタック２００から外に流動し、最終的には、加圧された水素を、電気化学モジュール１０２の第２の流体コネクタ１１２から外に、処理のために（図１Ｂに示され、上記に議論されるように）、水素回路１１６に向かって指向し得る。アノード２１０ａおよびアノード２１０ｂに沿った酸素および水の流動は、相互に組み合わせられ、電気化学スタック２００から外に、他の構成要素の中でもとりわけ、端部プレート２０６を通して延在する、出口アノードポート２３２および出口チャネル２２０を介して流動し、水および酸素の本流れを、電気化学モジュール１０２の第１の流体コネクタ１１０ｂから外に、処理のために（図１Ｂに示され、上記に議論されるように）、水回路１１４に向かって指向し得る。

【0064】

上記に議論されるように、バイポーラプレート２０４は、第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａおよび第２のＭＥＡのアノード２１０ｂとシール係合され、第１のＭＥＡ２０１のカソード２１２ａに沿って形成される加圧された水素を、第２のＭＥＡ２０２のアノード２１０ｂに沿って流動する、水および酸素と別個に保つことを促進し得る。本分離は、電気化学スタック２００からの加圧された水素の漏出の尤度を低減させるために有用であって、したがって、電解を通して、産業規模の水素の量を安全に生産することに対して、（図１Ａおよび１Ｂに示される）システム１００のモジュール性の任意の１つまたはそれを上回る側面に加え、またはその代わりに、有用であり得る。加えて、または代替として、下記の図３Ａおよび３Ｂに関してより詳細に説明されるように、バイポーラプレート２０４によって促進されるシールされた係合は、図１Ａに示されるキャビネット１０４の近傍における水の溢流のより低い尤度を伴って、電気化学モジュール１０２の撤去を促進し得る（例えば、電気化学スタック２００修理、保守、および／または交換するために）。

【0065】

ここで図３Ａおよび３Ｂを参照すると、電気化学モジュール１０２は、界面３０５に沿って、相互に解放可能に固着可能であって（例えば、クランプ、ボルト、またはそれらの組み合わせを使用して）、配設、保守、および／または修理を促進する、液体管理区分３０２と、ガス管理区分３０４とを含んでもよい。例えば、ガス管理区分３０４は、第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂにおける水接続を解除する必要なく、液体管理区分３０２から可撤性であってもよい。水接続の除去を要求する配設と比較して、ガス管理区分３０４を液体管理区分３０２から除去する能力は、配設、保守、および／または修理に関連する機械的動作を実施するために要求される時間を低減させ得る。さらに、または代わりに、水接続は、無傷のままであり得るため、図１Ａに示されるキャビネット１０４の周囲の水の不注意による分散は、可能性がより低い。

【0066】

一般に、液体管理区分３０２は、個別の入口および出口水マニホールド３０６ａ、ｂに流動的に接続される、複数の第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂを含んでもよい。複数の第１の流体コネクタ１１０ａ、ｂのそれぞれのものは、個別のマニホールド３０６ａ、ｂと流体連通してもよい。ひいては、マニホールド３０６ａ、ｂは、ガス管理区分３０４に固着可能であって、第１の流体コネクタ１１０ａおよび液体接続３１０ａを介して、精製された水をガス管理区分３０４に送達し、第１の流体コネクタ１１０ｂおよび液体接続３１０ｂを介して、水および酸素のアノード流出を受容する、個別の液体接続３１０ａ、３１０ｂ（例えば、Ｏリングおよび／または管）を含んでもよい。マニホールド３０６ａ、ｂは、中空プラスチックまたは金属ボックスを備えてもよい。液体管理区分３０２は、脚部３０８または台座型支持体等の支持体を含んでもよい。

【0067】

ステンレス鋼プレート等の随意のセパレータプレート３０９が、個別の液体接続３１０ａ、３１０ｂが、セパレータプレートを通して延在するように、液体管理区分３０２の上部上に位置してもよい。例えば、個別の液体接続３１０ａ、３１０ｂは、個別のＯリングによって囲繞されるセパレータプレート３０９内に孔を備えてもよい。

【0068】

ここで図２Ａおよび図３Ａおよび３Ｂを参照すると、電気化学モジュール１０２のガス管理区分３０４は、電気化学スタック２００と、コレクタプレート３１２と、第２の流体コネクタ１１２とを含んでもよい。したがって、換言すると、液体管理区分３０２およびガス管理区分３０４は、低圧水接続１１０ａ、ｂに沿って、相互に分離可能であり得る一方、電気化学モジュール１０２から外の加圧された水素の流動と関連付けられる、高圧接続１１２は、妨害される必要はなく、したがって、高圧接続を繰り返し接続解除および再確立することと関連付けられる、故障モードは、電気化学モジュール１０２内に存在しない。コレクタプレート３１２は、コネクタ１１０ａ、ｂおよび１１２の方向と垂直に（例えば、図３Ａにおけるページから外に）配向されてもよい。

【0069】

上記のシステム、デバイス、方法、プロセス、および同等物は、ハードウェア、ソフトウェア、または本明細書に説明される、制御、データ入手、およびデータ処理のために好適なこれらの任意の組み合わせにおいて実現されてもよい。ハードウェアは、汎用コンピュータおよび／または専用コンピューティングデバイスを含んでもよい。これは、内部および／または外部メモリとともに、１つまたはそれを上回るマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、内蔵マイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサまたは他のプログラマブルデバイスまたは処理回路内における実現を含む。これはまた、または代わりに、１つまたはそれを上回る特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイ論理構成要素、または電子信号を処理するように構成され得る、任意の他のデバイスまたはデバイスを含んでもよい。さらに、上記に説明されるプロセスまたはデバイスの実現は、記憶、コンパイル、または解釈され、前述のデバイス、ならびにプロセッサ、プロセッサアーキテクチャ、または異なるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせの異種組み合わせのうちの１つ上で起動され得る、Ｃ等の構造化されたプログラミング言語、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語、または任意の他の高レベルまたは低レベルプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、およびデータベースプログラミング言語および技術を含む）を使用して生成されたコンピュータ実行可能コードを含んでもよいことを理解されたい。同時に、処理は、上記に説明される種々のシステム等のデバイスを横断して分散されてもよい、または機能性は全て、専用独立型デバイスの中に統合されてもよい。全てのそのような順列および組み合わせは、本開示の範囲内にあると意図される。

【0070】

本明細書に開示される実施形態は、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス上で実行すると、上記に説明される制御システムのステップの任意および／または全てを実施する、コンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コードを備える、コンピュータプログラム生産物を含んでもよい。コードは、非一過性方式において、コンピュータメモリ内に記憶されてもよく、これは、プログラムが実行するメモリ（プロセッサと関連付けられるランダムアクセスメモリ等）、またはディスクドライブ、フラッシュメモリまたは任意の他の光学、電磁、磁気、赤外線または他のデバイスまたはデバイスの組み合わせ等の記憶デバイスであってもよい。別の側面では、上記に説明される制御システムのいずれかは、コンピュータ実行可能コードを搬送する任意の好適な伝送または伝搬媒体および／またはそこへの任意の入力またはそこからの出力において具現化されてもよい。

【0071】

本明細書に説明される実装の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供される、または別様に文脈から明白にならない限り、そのような方法ステップを以下の請求項の特許性と一貫して実施させる任意の好適な方法を含むことが意図される。したがって、例えば、Ｘのステップを実施することは、遠隔ユーザ、遠隔処理リソース（例えば、サーバまたはクラウドコンピュータ）、または機械等の別の当事者に、Ｘのステップを実施させるための任意の好適な方法を含む。同様に、ステップＸ、Ｙ、およびＺを実施することは、そのような他の個人またはリソースの任意の組み合わせに、ステップＸ、Ｙ、およびＺを実施させ、そのようなステップの利点を取得するように指示または制御する任意の方法を含んでもよい。したがって、本明細書に説明される実装の方法ステップは、１つまたはそれを上回る他の当事者またはエンティティに、異なる意味が明示的に提供される、または別様に文脈から明白にならない限り、以下の請求項の特許性と一貫してステップを実施させる任意の好適な方法を含むことが意図される。そのような当事者またはエンティティは、任意の他の当事者またはエンティティの指示または制御下にある必要はなく、特定の管轄権内に位置する必要もない。

【0072】

上記に説明されるデバイス、システム、および方法は、一例として記載され、限定ではないことを理解されたい。多数の変形例、追加、省略、および他の修正は、当業者に明白となるであろう。加えて、上記の説明および図面における方法ステップの順序または提示は、特定の順序が明示的に要求される、または別様に文脈から明白にならない限り、列挙されるステップを実施する本順序を要求することを意図するものではない。したがって、特定の実施形態が、図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更および修正が、本開示の範囲から逸脱することなくその中に行われてもよいことが、当業者に明白となるであろう。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【国際調査報告】