加圧燃料電池カートリッジ
圧縮ガス室部および液体燃料室部を有する燃料サプライが開示される。圧力調整器が圧縮ガス室部を液体燃料室部に連結する。圧力調整器は圧縮ガス室部から高圧力入力を受け取ることができ、液体燃料室部に実質的に一定の低出力圧力を供給して液体燃料室部から液体燃料を取り出すことができる。圧縮ガス室部の圧力は時間の経過とともに減少するけれども、燃料を液体燃料室部から駆動する圧力は実質的に同一のレベルを維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全般的には、燃料電池用の燃料カートリッジに関し、より具体的には、この発明は、加圧燃料電池カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応物、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）の電気に直接的に変換する装置である。多くの用途において、燃料電池は、化石燃料の燃焼のような従来の発電やリチウムイオン電池のような携帯用蓄電池より効率が良い。
【０００３】
一般に、燃料電池技術は、アルカリ燃料電池、高分子電解質燃料電池、リン酸燃料電池、溶融炭酸燃料電池、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような様々な異なった燃料電池を含む。今日、より重要な燃料電池は、いくつかのカテゴリ、すなわち、（ｉ）燃料として圧縮水素（Ｈ２）を利用している燃料電池、（ｉｉ）アルコール、例えばメタノール（ＣＨ３ＯＨ）、金属水化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、炭化水素、または水素燃料に改質される他の燃料を用いるプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、（ｉｉｉ）非水素燃料を直接に消費できるＰＥＭ燃料電池、すなわち直接酸化燃料電池、および、（ｉｖ）高温で炭化水素燃料を直接電気に変換する固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を含む。
【０００４】
電気を発生させる化学反応は燃料電池のそれぞれのタイプごとに異なる。ＤＭＦＣでは、各電極での化学電気反応と直接メタノール燃料電池に関する総合的な反応は以下のとおり記述される：
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ−
カソードでの半反応：
１．５Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ ＋ １．５Ｏ２ → ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ
【０００５】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）がアノードからカソードを通り抜けてマイグレーションするために、また、自由電子（ｅ−）がＰＥＭを通り抜けられないため、電子は外部回路を通って流れなければならず、外部回路を通して電流を生じさせる。この外部回路は、モバイルすなわちセル電話、計算機、パーソナルデジタツアシスタンツ、ラップトップコンピュータ、電力ツールなどの有益な消費者向けの電子製品であってよい。
【０００６】
ＤＭＦＣは、特許文献１（米国特許第４，３９０，６０３号）および特許文献２（米国特許第４，８２８，９４１号）に開示されており、詳細は参照してここに組み入れる。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などのポリマーから作られており、これはＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオポリマー、その他の膜である。アノードは、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。カソードは、典型的には、白金粒子が膜の一面に接着されるガス拡散電極である。
【０００７】
化学金属水素化物燃料電池において、水素化ホウ素ナトリウムは以下のように改質され反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
アノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソードでの半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【０００８】
この反応に適切な触媒は、白金およびルテニウム、その他の金属である。水素化ホウ素ナトリウムを改質して生成された水素燃料は燃料電池中で、酸化剤例えばＯ２と反応させられ、電気（すなわち電子の流れ）および水の副産物を生成する。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）の副産物もこの改質プロセスで生成される。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池は特許文献３（米国特許第４，２６１，９５６号）に検討されており、参照してここに組み入れる。
【０００９】
燃料電池を利用する際により重要な特徴の１つは、液体燃料の燃料電池への搬送、例えば、メタノールをＤＭＦＣへ搬送すること、あるいは、液体燃料反応物の反応室部への搬送、例えば、水および添加物を搬送して金属水素化物と反応させることである。液体燃料／反応物を搬送する既知の手法は、ウィッキングまたは毛管現象作用、液体燃料／反応物の加圧を含む。これら手法を採用する際に遭遇する問題は、燃料をウィッキングする際の流速の制御や、加圧源で燃料を加圧する際の安定した圧力を維持することである。
【００１０】
従って、液体燃料・反応物を搬送する手法が背景技術において必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，３９０，６０３号
【特許文献２】米国特許第４，８２８，９４１号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の概要】
【００１２】
この発明は、液体燃料または液体燃料反応物（以下では集合的に「液体燃料」と呼ぶ）を、強制的に、燃料電池、または、液体燃料反応物を加水分解して水素を生成する反応室部へおくる加圧源を伴う、燃料サプライを実現する。この加圧源は、当初、高圧であり、燃料サプライの予期された寿命の間にその圧力を減少させて良い。他方、液体燃料を駆動する圧力は実質的に一定のレベルに維持可能である。
【００１３】
１実施例において、この発明の燃料サプライは、圧縮ガス室部および液体燃料室部を有する。圧力調整器が圧縮ガス室部を液体燃料室部に連結する。圧力調整器は、圧縮ガス室部から高圧入力を取り出し、実質的に一体のより低い圧力を液体燃料室部に供給する。圧縮ガス室部の圧力は時間の経過に従って減少して良いが、液体燃料室部から液体燃料を強制的に送る圧力は同一のレベルに実質的に維持される。したがって、燃料電池または反応室部は予期可能な、または受容可能な圧力で液体燃料を受け取る。
【００１４】
添付図面は明細書の一部を形成し、それとの関連で把握されるべきであり、種々の図において類似の参照番号は類似の部分を指し示すものとして用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に従う燃料サプライの正面側斜視図であり、燃料電池またはその燃料電池が給電する装置から部品を示すものである。
【図２】図１の燃料サプライの正面側斜視図であり、燃料サプライのバルブを開にするように働く連結チューブの他の、装置側の部品を省いたものである。
【図３】図２の燃料サプライの分解斜視図である。
【図４】図２の燃料サプライの一部分解して示す断面図である。
【図５】図４の燃料サプライの拡大部分図であり、燃料サプライの加圧室部を圧力調整器に連結するバルブを示すものである。
【図６】図４の燃料サプライの拡大部分図であり、燃料サプライを、燃料電池に、またはこの燃料電池に給電される装置に連結するバルブを示すものである。
【図７】図５のバルブの代替例を示すものである。
【図８】図６のバルブの代替例を示すものである。
【図９Ａ】適切な圧力調整器の断面図である。
【図９Ｂ】適切な圧力調整器の分解図である。
【図１０Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１０Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１１Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１１Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１２Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１２Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ、図１２Ｂの圧力調整器の他の例の断面図である。
【図１３】この発明に従う他の加圧燃料サプライの分解斜視図である。
【図１４】図４の燃料サプライに燃料ゲージを付した例の断面図である。
【図１４Ａ】燃料ゲージの正面図である。
【図１５ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１５ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１５ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１５ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１６ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１６ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１６ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１６ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１７ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１７ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１７ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１７ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１８ａ】この発明に従う事例のバルブ要素の断面図である。
【図１８ｂ】この発明に従う事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【図１９ａ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の断面図である。
【図１９ｂ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【図２０ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図２０ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図２０ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図２０ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図２１ａ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の断面図である。
【図２１ｂ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０ 燃料サプライ
１６ 第１バルブ
１８ 第２バルブ
２０ 圧力調整器
２２ 装置バルブ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面に示され以下に詳細に検討するように、この発明は燃料サプライに向けられており、この燃料サプライは燃料電池燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水の混合物、メタノール／水の種々の濃度の混合物、純粋なメタノールおよび／または、メチレンクラスレートを貯蔵し、これは、米国特許第５，３６４，９７７号および同第６，５１２，００５号Ｂ２に記載されており、その内容は参照してここに組み入れる。メタノール、および他のアルコールは、多くの種類の燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、および改質燃料電池、その他において使用可能である。燃料サプライは他の種類の燃料電池燃料、例えば、エタノールまたは他のアルコール；金属水素化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム；水素に改質可能な他の化学物質；または燃料電池の性能や効率を改善させる化学物質を内包してよい。燃料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質含み、これが金属燃料電池またはアルカリ燃料電池とともに使用でき、燃料サプライ中に貯蔵できる。金属燃料電池に対しては、燃料はＫＯＨ電解質反応溶液に浸漬された液体担持亜鉛粒子の形態をしており、電池空洞中の陽極は亜鉛粒子からなる粒状陽極である。ＫＯＨ電解質溶液は、「１または複数の負荷に電力供給するように構成された燃料電池システムの使用方法」という題名で２００３年４月２４日に公開された米国公開特許出願第２００３／００７７４９３号に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、メタノール、過酸化水素、および硫酸の混合物を含み、これはシリコンチップ状に形成された触媒を通過して流れ燃料電池反応を生成する。燃料は、また、メタノール、水素化ホウ素ナトリウム、電解質、および他の化合物、例えば、米国特許第６，５５４，８７７号、同第６，５６２，４９７号、および同第６，７５８，８７１号に説明されているもののブレンドまたは混合物を含み、これらは参照してその内容をここに組みこむ。燃料は、また、米国特許第６，７７３，４７０号に説明されている、溶媒中に部分的に溶解し、部分的に懸濁するもの、ならびに、米国特許出願公開第２００２／０７６６０２号に説明されている、液体燃料および固体燃料の双方を含むものを含む。適切な燃料は、また、２００５年６月１３日出願の、「水素発生カートリッジ用の燃料」という題名の、本願の出願人の出願に係る米国特許出願第６０／６８９，５７２号に開示されているものでもある。これらは参照してその内容をここに組みこむ。
【００１８】
燃料は、また、上述のように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような金属素化物および水のような活性剤を含んで良い。燃料は、さらに、炭化水素燃料を含み、炭化水素燃料は、これに限定されないが、ブタン、灯油、アルコール、および天然ガスを含み、これは、「液体ヘテロインタフェース燃料電池デバイス」という題名で、２００３年５月２２日に公開された米国特許出願公開第２００３／００９６１５０号に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、燃料と反応する液体酸化剤を含む。したがって、この発明は、サプライ中に含有され、また、その他、燃料電池システムにより使用される、任意のタイプの燃料、活性剤、電解質溶液、酸化剤溶液または液体または固体に制約されない。ここで使用される用語「燃料」は、燃料電池または燃料サプライ中で反応することができるすべての燃料を含み、また、上述の適切な燃料、電解質溶液、酸化剤溶液、気体、液体、固体および／または化学物質ならびにこれらの混合物のすべてを含むが、これに限定されない。
【００１９】
ここで使用される用語「燃料サプライ」は、これに限定されないが、使い捨てカートリッジ、再充填可能／再使用可能カートリッジ、電子製品内に配置されるカートリッジ、取り外し可能なカートリッジ、電子製品の外部に配置されるカートリッジ、燃料タンク、燃料再充填タンク、燃料を貯蔵する他のコンテナ、および、燃料タンクおよびコンテナに結合された管材を含む。１のカートリッジがこの発明の例示的な実施例との関連で以下に説明されるが、これら実施例は他の燃料サプライにも適用可能であり、この発明は燃料サプライのいかなる特定のタイプにも限定されないことに留意されたい。
【００２０】
この発明の燃料サプライは、燃料電池で使用されない燃料を貯蔵するのに使用しても良い。これらの用途は、これに限定されないが、シリコンチップ上に構築されたマイクロガスタービン用の炭化水素および水素燃料を貯蔵することであり、”Ｈｅｒｅ Ｃｏｍｅ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｓ”、Ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔ（２００１年１２月／２００２年１月）、ｐｐ．２０−２５に検討されている。この出願の目的に関し、「燃料電池」はこれらマイクロエンジンも含む。他の用途は、内燃機関エンジン用の伝統的な燃料や、ポケットおよび実用ライター用の炭化水素例えばブタンおよび液体プロパンを貯蔵することである。
【００２１】
図１〜図４を参照して、燃料サプライ１０が示される。燃料サプライ１０は任意の形状を伴って良く、この形状には、これに限定されないが図示の形状が含まれる。燃料サプライ１０は、外側ケーシング１２、蓋１４、第１バルブ１６、および第２バルブ１８を具備する。蓋１４は外側ケーシング１２にぴったりと合い、Ｏ−リング１３を用いてシールされる。シールは接着剤や超音波溶着によって実現しても良い。第１バルブ１６は、圧力調整器２０に係合するような寸法および形状を有し、第２バルブ１８は装置バルブ２２に係合するような寸法および形状を有する。１実施例では、燃料サプライ１０は使い捨て可能であり、より好ましくはリサイクル可能である。より具体的には、外側ケーシング１２がリサイクル可能、または再利用可能であり、内側ライナー２８および／または蓋１４が使い捨て可能である。圧力調整器２０および装置バルブ２２は好ましくは再利用可能であり、燃料電池、またはこの燃料電池が給電する装置に接続され、またはその一部をなし、コストを抑えるようになっている。
【００２２】
図３〜図５を参照して内部部品が詳細に示され、これらの図において、燃料サプライ１０は、圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６を具備し、ここで、液体燃料がライナー２８内に維持される。先に検討したように、液体燃料は、燃料電池によって触接に使用される燃料、例えば、メタノールおよびエタノールであってよい。液体燃料は、反応室部内で加水分解して、燃料電池を給電する水素を生成する液体反応物、例えば、固体金属水素化物と反応して水素燃料を生成する、水、または他の活性剤であってもよい。
【００２３】
第１バルブ１６は、圧縮ガスが、燃料サプライ１０の加圧または圧縮ガス室部２４を出て圧力調整器２０に入るようになし、つぎに減圧ガスが燃料サプライ１０に引き入れられた減圧ガスと混ざり、液体燃料室部２６に送られライナー２８に圧力を加える。第１バルブ１６は、バルブ本体３０を具備し、加圧ガス室部２４の側壁とぴったりと合い、Ｏ−リング３２によってシールされる。内側の中央ポスト３４はバルブ本体３０に固定して、例えば締まりばめにより、取り付けられ、内側の中央ポスト３４とバルブ本体３０との間の相対的な移動が実質的にないようになされる。流れチャネル３６は内側の中央ポスト３４の幹部分とバルブ本体３０との間に形成される。１例においては、幹部分の形状は円筒であり、幹部分の一部が削り落とされて平坦面を形成するようになっている。内側の流れチャネル３６は、この平坦面とバルブ本体３０との間に形成され、これは図３および図５に最も良く示される。内側の弾性シール３８が、図示のとおり、内側の中央ポスト３４の頭部およびバルブ本体３０の頂部の間に配置され、内側の流れチャネル３６のシールを実現するようになっている。第１バルブ１６は外側の中央ポスト４０も具備し、これが、内側の中央ポスト３４の回りに環状に配置され、図示のとおりその間に空間を残す。外側の中央ポスト４０も、バルブ本体３０に固定して、例えば締まりばめにより、取り付けられ、内側の中央ポスト３４とバルブ本体３０との間の相対的な移動が実質的にないようになされる。外側の流れチャネル４２は外側の中央ポスト４０の外側回りに形成され、減圧ガスが圧力調整器２０から燃料サプライ１０に再び入るようになす。燃料サプライ１０内において、外側チャネル４２は液体燃料室部２６へと再方向付けられ、これは図５に最も良く示される。外側の弾性シール４４は外側の流れチャネル４２に対するシールを実現し、外側の中央ポスト４０の頭部およびオプションのキャップ４６の下方に配置される。キャップ４６は省略可能であり、バルブ本体３０が外側の弾性シール４４に合致するように上方に伸びても良く、または弾性シール４４がバルブ本体３０に合致するように下方に伸びても良い。
【００２４】
内側の流れチャネル３６は外側の流れチャネル４２の内側にあるように示されているけれども、これら２つのチャネルは逆の順番で、あるいは、隣り合って配列されて良い。
【００２５】
図３および図５に示すように、第１バルブ１６は閉止され、またはシールされる。バルブ１６を開にするには、チューブ４８を第１バルブ１６中へ押し込む。チューブ４８は内側チューブ５０および外側チューブ５２を有する。これらチューブは相対的な位置を維持するために、例えば、スポークまたはウェブ（図示しない）によって連結されてよい。内側チューブ５０は、内側の中央ポスト３４および外側の中央ポスト４０の間に空間５４にちょうど入るような寸法および形状を伴い、外側チューブ５２は、外側の中央ポスト４０および蓋１４０の間に空間５６にちょうど入るような寸法および形状を伴う。内側チューブ５０は内側の弾性シール３８を押圧して流れ経路３６を開にし、外側チューブ５２は外側の弾性シール４４を押圧して流れ経路４２を開にする。圧縮ガスが流れ経路３６を通じて燃料サプライ１０を出て、減圧ガスが流れ経路４２を通じて再び入り、液体燃料を加圧する。
【００２６】
この発明の創造的な側面においては、第１バルブ１６は中央ポスト３４、４０を有するので、これは交換可能ではない。具体的には、バルブ１６は、正確な直径のチューブ４８が中央ポスト３４、４０の回りの環状空間に挿入されて、弾性シール３８、４４が押圧された後のみに、開になる。中央ポスト３４、４０は、より大きな、またはより小さな径の外来物体（例えば、ペン、鉛筆、紙クリップ、指、その他）がバルブを開にするのを阻止するように構成されている。中央ポスト３４および４０は、ポストおよびバルブ本体の間の相対的な移動が限定される限り、種々の手法、例えばスナップフィット、接着、超音波溶着等によりバルブ本体３０に結合されて良い。好ましくは、中央ポスト３４、４０は充填処理の後またはその最中に組み立てられて良い。この結果、燃料のカートリッジへの流れが、他の設計手法に比べて、より速くなり、また制約がより少なくなる。
【００２７】
第２バルブ１８は、液体燃料を燃料サプライ１０から出すように構成されているだけである点を除いて、第１バルブ１６と類似している。第２バルブ１８はバルブ本体５８および中央ポスト６０を有し、これらは、実質的に、上述の第１バルブ１８の内側の中央ポスト３４と類似である。弾性シール６２が第２バルブ１８をシールし、流れチャネル６４が内側ポスト６０およびバルブ本体５８の間に形成されている。ライナー２８はシール状態でバルブ本体５８に結合される。チューブ６６の形状および寸法は、第２バルブ１８中に空間６８を入れ込み、弾性シール６２を押圧し、第２バルブ１８を開にして、流れチャネル４２からの圧縮ガスにより強制的に燃料サプライ１０から離れるようになすようなものになっている。
【００２８】
オプションとして、チューブ４８または６６が非標準サイズである。換言すれば、それらの寸法は、家庭やオフィスに通常散見される物品の寸法と異なり、これにより、シール部材３８、４４、または６２が不用意に押圧されるのがより困難になるようになっている。代替的には、チューブ４８または６６は非円形または多角形（正規または非正規）の断面を伴うべきである。もちろん、中央ポスト３４、４０または６０はこれらチューブを収容するために適合する形状を有しなければならない。
【００２９】
図７〜８に示される代替的な実施例において、弾性シール３８、４４および６２はＯ−リング３８’、４４’、および６２’よって置き換えられる。中央ポスト３４’および４０’は、Ｏ−リングとともにシールを実現する環状のシール表面を実現するように変更される。この実施例の中央ポスト６０’は外側リング６１’を具備して、チューブ６６が入り込んで第２バルブ１８を開にする空間６８’を実現する。
【００３０】
図５〜８や他の図面に説明されるように、バルブ１６および１８の、チューブ４８および６６に対面する、頂部表面は、係合面として終端してもよい。
【００３１】
燃料サプライ１０の予定寿命の間、液体燃料を押し出すのに必要な、圧縮ガス室部２４の高圧力は、以下に示される、理想気体の法則により決定できる。
（（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２４＋（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２６）ｉｎｉｔｉａｌ ＝ （（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２４＋（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２６）ｆｉｎａｌ
ここで、液体燃料室部２６について
Ｐ＝液体燃料をライナー２８／燃料室部２６から第２バルブ１８を通じて駆動するのに必要な圧力であり、１実施例では、これは「ｘ」ゲージ圧（ｐｓｉｇ）または（１４．７＋ｘ」ｐｓｉ絶対圧（ｐｓｉａ）であり、ｘは所望駆動圧力；燃料室部２６の職圧力は１４．７ｐｓｉａ、すなわち０ｐｓｉｇであるべきであり；燃料室部２６の最終圧力は（１４．７＋ｘ）ｐｓｉａ、すなわちｘｐｓｉｇであるべきである。
Ｖ＝液体燃料室部２６の体積；
Ｔ＝液体燃料室部２６の温度（絶対）であり、これは典型的には雰囲気温度である。
ここで、圧縮ガス室部２４について
Ｐ＝初期圧力−決定されるべきもの；室部２４の最終圧力はｘｐｓｉｇ、すなわち（１４．７＋ｘ）ｐｓｉａであるべきである。
Ｖ＝圧縮ガス室部２４の体積；
Ｔ＝典型的には雰囲気温度。
２つの温度は同一であるべきだから、等式から除去できる。
（Ｐ・Ｖ）２４，ｉｎｉｔｉａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｉｎｉｔｉａｌ ＝ （Ｐ・Ｖ）２４，ｆｉｎａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｆｉｎａｌ
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ ＝ ｛（Ｐ・Ｖ）２４，ｆｉｎａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｆｉｎａｌ − （Ｐ・Ｖ）２６，ｉｎｉｔｉａｌ｝／Ｖ２４
１実施例にいて、５０ｃｃの体積の液体燃料室部２６が、液体燃料を第２バルブ１８から押し出すのに２ｐｓｉｇ、すなわち１６．７ｐｓｉａの圧力が必要であり、圧縮ガス室部２４の体積が２４であると、圧縮ガス室部２４の初期圧力は以下のように計算される。
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ＝｛（１６．７＊５）＋（１６．７＊５０）−（１４．７＊５０）｝／５
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ＝３６．７ｐｓｉａ（または２２ｐｓｉｇ）
同様に、圧縮ガス室部２４の体積が１０ｃｃの体積であると、初期圧力は２６．７ｐｓｉａすなわち１２ｐｓｉｇとなるであろう。
【００３２】
高い初期内部圧力が直接に液体燃料室部２６に連通されるならば、ライナー２８は圧力スパイクを受け、液体燃料は比較的高速度で燃料サプライ１０から離れ、これは好ましくないであろう。さらに、より多くの液体燃料が燃料サプライ１０から搬送されるにつれて、液体燃料室部２６内の圧力は時間の経過とともに連続して減少し、液体燃料は連続して減少し続ける速度で燃料サプライ１０から出て行くことになる。そして、液体燃料を受け取る燃料電池または反応室部は可変する液体燃料速度を調整しなければならない。
【００３３】
変化する液体燃料速度は、図１において参照番号２０で模式的に示される圧力調整器を、圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６の間に挟み込むことにより解決される。圧力調整器は広範囲の入口圧力、例えば２ｐｓｉｇから２００ｐｓｉｇを受け取ることができ、出口圧力を一定のレベル例えば２ｐｓｉｇに制御できる。図３〜４を参照すると、圧縮ガス室部２４は燃料サプライ１０内に位置決めされるが、圧縮ガス室部２４は燃料電池の内部または燃料電池で給電される装置の内部に位置決めされて良く、またそれ自体別のカートリッジであってもよい。
【００３４】
以下の表１は、図１〜８に示される燃料サプライの実験的なシミュレーション結果を示し、ここでは、圧力調整器２０は圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６の間に挟み込まれる。実験的なシミュレーションは以下のように実行された。３．３ｃｍ３の容量修正注射器の形態の圧縮ガス室部２４が、ボールバルブにより流れが制御されている管を介して外部サプライから供給される約８０ｐｓｉの空気により圧縮された。管はガス室部２４から圧力調整器２０への流れのためにも用いられた。ガス室部２０および圧力調整器２０の間に配置された０〜１００ｐｓｉの圧力センサーを用いてこの高圧入力が測定された。
【００３５】
圧力調整器２０を使用して、液体燃料、すなわち脱イオン水を液体燃料室部２６から駆動する、実質的に一定の低出力圧力を生成し、液体燃料室部２６は３５ｃｍ３の容積の修正注射器の形態であった。修正されたＴ字器具が圧力調整器２０および液体燃料室部２６を連結した。圧力調整器２０および液体燃料室部は流体的に転結され、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＸＳ２０４化学天秤上に配置され、この天秤が液体燃料、すなわち脱イオン水の重量を測定した。液体燃料を液体収集ブレーカーへ供給する管を介して、液体燃料が液体燃料室部２６を出ていった。ここで、この管はその端部で０．４５μｍのフィルタ（Ｍｉｌｌｅｘ−ＨＰＳ ＨＶ Ｆｉｌｔｅｒ、パーツ番号ＳＬＨＶＭ２５ＮＳであり、マサチューセッツ州、ビレリカのＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社から商業的に入手できる）および０．００２５インチの直径のオリフィス（パーツＩＢＬＰ−２Ｅ−ＳＳ、コネチカット州トランブルのＯ’Ｋｅｆｆｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社から商業的に入手できる）を有していた。０〜３０ｐｓｉの圧力センサが液体燃料室部２６および流体収集ブレーカーの間に配置され、流体圧力を測定し、これは、当業者であれば、出力圧力と等価であることを容易に理解できるであろう。
【００３６】
当初、実験的なシミュレーションにおいて、調整された出力圧力は空気を管線の外の追い出し、１．６ｐｓｉあたりに安定化した。その後、ボールバルブが閉じて外部の８０ｐｓｉの空気サプライを圧縮ガス室部２４から隔離した。実験的なシミュレーションの間、入力圧力、出力圧力、および燃料重量（すなわち修正された注射器液体燃料室部２６の中の水の重量）が測定された。測定は２１５分（１２９０２．５秒）にわたって０．５秒ごと行われた。ただし、正確にいうと、表１の結果は選択した時間、すなわち、０秒、０．５秒（液体燃料室部２６が脱イオン水で満たされたとき）、５５秒（圧縮ガス室部２４が約８０ｐｓｉの空気で加圧されたとき）、３００秒ごとの時間間隔、そして１２９０２．５秒の測定値を示すだけである。燃料重量は、化学天秤を校正するときとシミュレーションを開始するときの間、＋１．２２５６だけ調整され、この間、負荷を支持する管がシフトしていた。シミュレーションの最後近くのわずかな負の重量値は化学天秤に固有なエラーを反映するものである。
【００３７】
この結果は、圧力調整器２０が約８０ｐｓｉの高圧力の入力を圧縮ガス室部２４から受け入れ、約１．６ｐｓｉから約０．３ｐｓｉの実質的に一定の低い出力圧力を供給し、当初約３０グラムの脱イオン水で満たされていた液体燃料室部２６から、液体を駆動できることを示す。圧縮ガス室部２４の圧力は時間の経過とともに約８０ｐｓｉから約１２ｐｓｉへと減少して良いが、液体燃料を液体燃料室部２６から駆動する圧力は実質的に同一のレベルの約１．６ｐｓｉから約０．３ｐｓｉに維持される。当業者には容易に理解できるように、出力圧力の比較的ささいな変化は、燃料電池または反応室部の反応に受容できる予測可能な圧力で当該液体燃料または反応室部が液体燃料を受け取ることができる受容可能な範囲のものである。液体燃料が比較的いっていな流速で液体燃料室部２６を出る際に、その重量は約３０グラムから約０グラムに減少する。
【００３８】
ここで用いられるように用語「実質的に一定」は、圧力変動があったとしても、それが約＋−２．０ｐｓｉより小さく、好ましくは、＋−１．５ｐｓｉより小さく、より好ましくは約＋−１．０ｐｓｉより小さいことを意味する。ここで使用されるように用語「低い圧力」（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）または「より低い圧力」（ｌｏｗｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は約５ｐｓｉ以下の圧力、好ましくは約３ｐｓｉ以下の圧力、より好ましくは約２ｐｓｉ以下の圧力を意味する。
【表１】
【００３９】
入力圧力、出力圧力、および燃料サプライの圧力の、経過時間の関数としてのチャートを以下に示す。
【表２】
【表３】
【表４】
【００４０】
圧力調整器２０を伴わないで、燃料サプライ１０の他のシミュレーションが行われ，２ｐｓｉｇの圧縮ガスの既知の外部源を用いて燃料をライナー２８からバルブ１８を介して駆動した。燃料サプライ１０からの出力圧力が実質的に一定かどうか、ライナーを圧縮し、燃料をバルブ１８を横切って押し出すのに必要な圧力降下は、受容可能かどうか、また流速は実質的に一体化どうかを確かめるように、シミュレーションは設計された。出力圧力はバルブ１８からの流れの下方で測定される。その結果は以下の表２に示される。
【表５】
【００４１】
経過時間の関数としての、流速、出力圧力および残留燃料が以下に示される。
【表６】
【００４２】
経過時間の関数としての、出力圧力および流速のみを示す他のチャートが、この発明の燃料サプライが燃料サプライの寿命の実質的な機関を通じて実質的に一定の流速および出力圧力を実現することを示すために、以下に示される。ライナー２８を圧縮し燃料をバルブ１８を通じて押し出すのに必要な圧力降下は受容可能な範囲であることに留意されたい。
【表７】
【００４３】
これに限定されないが、空気、窒素、二酸化炭素、不活性ガス等を含む任意のタイプのガスを圧縮ガス室部２４内に貯蔵できる。この発明はいずれのタイプの圧縮ガスにも限定されない。圧縮ガス室部２４は、液化炭化水素、例えばシガレットライター内に用いられるものを含んでも良い。液化炭化水素を用いる利点は、小さな体積の液化炭化水素が著しく大きな体積の圧縮ガスに変化し、このため、圧縮ガス室部２４の体積を著しく小さくできる点である。適切な液化炭化水素は、これに限定されないが、ブタン、イソープロパン、ディーゼル、ガソリンを含む。液体またはゲル形態のメタノールおよび他のアルコールも利用可能である。圧縮ガス室部２４内で利用可能な適切なガスおよび他の物質は、米国特許出願番号第１１／２４３，７６７号として本出願人より２００５年１０月５日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００７／００７７４７０Ａ１号、および、米国特許出願番号第１１／２４４，２１８号として本出願人より２００５年１０月５日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００７／００７７４６３Ａ１号に開示されている。これらは参照してここに組み入れる。
【００４４】
多数の適切な圧力調整器２０が、米国特許出願番号第１１／３２７，５８０号として本出願人より２００６年１月６日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００６／０１７４９５２Ａ１号に説明されている。’９５２参考文献の内容は参照してここに組み入れる。
【００４５】
図９Ａおよび９Ｂは、第１の圧力調整器１２６を示し、これは’９５２参考文献の図４Ａおよび４Ｂとして説明されている。参照を容易にするために’９５２参考文献で使用した参照番号をここでも使用する。圧力調整器バルブ１２６は圧力反応膜１４０を含む。ただし、この実施例において、膜１４０は２つのハウジング要素、すなわちバルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８に間に挟まれ、その中央を通って形成された穴１４９を具備し、これは図９Ｂに最も良く示される。さらに、空洞１２９がバルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８の間に形成されて膜がチャネル１４３の入り口圧力、チャネル１４５の出口圧力、および基準圧力Ｐｒｅｆに従って移動、すなわち曲がることができる。バルブハウジング１４６は、調整器バルブ１２６の流路を形成する内部構造を具備する。具体的には、バルブハウジング１４６の内部にチャネル１４３および１４５が形成され、チャネル１４３が入り口圧力に露呈して第１バルブ１６が開のときに圧縮ガス室部２４に流体的に連通し、チャネル１４５が出口圧力に露呈して第１バルブ１６が開のときに液体燃料室部２６と流体的に連通する。さらに、排出チャネル１４１がバルブカバー１４８に形成され膜１４０が基準圧力Ｐｒｅｆに露呈され、これは雰囲気圧力であってよい。代替的には、膜は参照圧力に対してバネバイアスされていてよい。
【００４６】
バルブハウジングチャネル１４３はスライド可能にバルブステム１４２を収容するように構成される。バルブハウジングチャネル１４３は、バルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８の中間位置、またはその近くで狭くなるように構成され肩部１３７を形成するようになっている。バルブステム１４２は好ましくは細いステム部分１３８およびキャップ１３１を具備する一体の要素である。この構成により細いステム部分１３８がバルブハウジングチャネル１４３の狭い部分を通って延び、他方、キャップ１３１は肩部１３７に引っかかる。そして、キャップ１３１および肩部１３７の双方はシール面を含み、キャップ１３１が肩部１３７に当たるときにバルブ１２６を通る流路を肩部１３７で閉止する。さらに、グロメット１４７が膜１４０内の穴１４９にバルブステム１４２を固着し、これによって、膜１４０およびバルブステム１４２の間にシールおよび強固な結合が形成される。したがって、膜１４０が移動するとき、バルブステム１４２も移動してキャップ１３１が肩部１３７に当たり、または底から外れてバルブ１２６を開成、または閉成させる。
【００４７】
圧力調整器１２６が第１バルブ１６に連結されると、上述のとおり、圧縮ガス室部２４からの比較的高い圧力が入口１４３に連通される。圧力調整器からの出口１４５における出口圧力は、第１バルブ１６を通じて流れチャネル４２へと連通して液体燃料室部２６を加圧する。液体燃料室部２６内の圧力が、燃料サプライ１０から液体燃料を押し出すのに必要な圧力より小さいときには、圧力調整器１２６は図９Ａに示すように開構成であり、この場合、膜は屈曲されず、バルブステム１４２のキャップ１３１は肩部１３７から外れている。そして、圧縮ガスは圧力調整器１２６を通って流れ、液体燃料室部２６へと入る。液体燃料室部２６中の圧力が上述のとおり「ｘ」ｐｓｉに達すると、膜１４０は、バルブステム１４２のキャップ１３１が肩部１３７に着座して圧力調整器１２６を閉止する程度に、バルブカバー１４８方向に屈曲する。液体燃料室部２６からさらに多くの液体燃料が搬送されると、ライナー２８の体積が減少して、この結果、液体燃料室部２６内部の圧力を減少させる。このように圧力が減少すると、膜１４０がバルブカバー１４０から離れるように移動し、バルブステム１４２を開位置に移動させ、さらなる圧縮ガスが液体燃料室部２６へと入り、サイクルを再開させる。
【００４８】
そのポイントで圧力調整器１２６が開または閉成する出口圧力Ｐｏｕｔｌｅｔは、バルブステムの長さ、キャップ１３１が開位置および閉位置の間で移動するギャップ、膜１４０の柔軟性すなわちバネ定数を調整し、および／または、Ｐｒｅｆを調整して制御可能である。ステム１３８は、グロメット１４７に対して移動可能なような寸法および形状とされステム１３８の長さを調整できるようになっている。ステム１３８のグロメット１４７およびキャップ１３１の間の長さが大きくなればなるほどバルブ１２６を閉止するための圧力が大きくなる。好ましくは、出口圧力は実質的に一定、または許容範囲に維持され、基準圧力Ｐｒｅｆはそのような出口圧力を実現するように選択ないし調整される。換言すれば、Ｐｒｅｆは、入り口圧力が予め定められた量を上回ったときに膜１４０が閉止してチャネル１４５における出口圧力が大きくなったり変動したりするのを最小化するように、設定される。
【００４９】
他の圧力調整器２２６が図１０Ａおよび１０Ｂに示され、これは、’９５２参考文献において図４Ｃ−４Ｄとして開示されるものである。バルブハウジング２４８がバルブキャップ２４７に固着されているので、圧力調整器２２６は先に検討した圧力調整器１２６に類似している。バルブキャップ２４７中に入り口部２４３が形成され、これが圧縮ガス室部２４に連結され、他方、圧力調整出口部２４５はバルブハウジング２４８中に形成され、これが液体燃料室部２６に結合される。穴２５１がバルブキャップ２４７の下方部分に形成される。好ましくは、穴２５１は圧力調整器２２６の長さ方向軸から若干芯ずれしている。
【００５０】
変形可能でキャップ状のシリンダ２５０がバルブキャップ２４７およびバルブハウジング２４８の間に挟まれ保持される。キャップ状のシリンダ２５０は上方端２５９、下方端２８７、およびそこに形成された穴またはチャネル２０１を含む。キャップ状のシリンダ２５０は当業界で知られている任意の変形可能な、弾性材料、例えばゴム、ウレタン、またはシリコーンから製造される。キャップ状のシリンダ２５０は圧力反応膜と同様に機能する。
【００５１】
上方端２５９はバルブキャップ２４７に隣接して配置されて、圧力調整器２２６を通って流体が流れないときに上端２５９がバルブキャップ２４７の下方の面と面一になるようになっている。上方端２５９の端部は位置固定されて上方キャップ２５９の残部が屈曲しても端部は固定してシールされたままであるようになす。
【００５２】
下方端２８７はバルブハウジング２４８に隣接して配置される。空洞２０２がバルブハウジング２４８に形成され、これが下方端２８７の直下に配置されて下方端２８７が自由に屈曲できるようになっている。好ましくは、下方端２８７は上方端２５９と異なる直径を有し、これについては以下に説明する。
【００５３】
リテーナ２５３は実質的に堅固な材料から製造され、キャップ状のシリンダ２５０を包囲する。リテーナ２５３は穴２４１を形成してキャップ状のシリンダ２５０およびリテーナ２５３の間に周回して形成される第２の空洞２０３を基準圧力Ｐｒｅｆに連結する。第２の空洞２０３の部分２０５は下方キャップ２８７の頂部に沿い、またその表面で部分的に伸びるように構成される。
【００５４】
圧力を調整するために、入り口ガス（または液体）が圧力調整器２２６に入り口２４３を通って入り穴２５１へと至る。穴２５１はキャップ２４７の上に形成された円形の溝またはリングであってよい。入り口２４３から入る入り口ガスまたは液体により付与される圧力が閾値に到達して上方端２５９を変形させるまで、上方端２５９が穴２５１をシールする。ガスが上方端２５９を変形させるとき、この変形がシリンダ２５０の本体を通じて伝達されて下方端２８７も変形させる。上方端２５９が変形すると、ガスが穴２５１を通り抜け、さらにキャップ状のシリンダ２５０を通じて出口２４５から調整された状態で排出される。
【００５５】
キャップ状のシリンダ２５０に加えられた力は、加えられた圧力と圧力が露呈された面積との積であるからキャップ状のシリンダ２５０に働く力はつぎのようにまとめることができる。
入り口の力＋基準の力←→出口の力
（入り口２４３のＰ・上方端２５９の面積）＋（Ｐｒｅｆ・部分２０５の面積）←→（出口２４５のＰ・下方端２８７の面積）
出口の力が、入り口の力に基準の力を加えたものより大きいときに、圧力調整器２２６は閉止され、出口の力が、入り口の力に基準の力を加えたものより小さいときにバルブ２２６は開成される。この実施例では、出口の力が入り口の力および基準の力とバランスしなければならないので、下方端２８７の面積が、有利なことに、図示のとおり、上方端２５９の面積より大きくなっており、出口の圧力を大きくすることなしに、出口の力がより大きくできるようになっている。端２５９および２８７ならびに部分２０５の面積を可変することにより、キャップ状のシリンダ２５０の表面の力のバランスを制御でき、バルブ２２６を開成または閉止するのに必要な圧力差を決定できる。
【００５６】
基準圧力Ｐｒｅｆは下方端２８７を下方に押圧しがちであるので、この付加的な圧力が流れを開始させる閾値圧力を下げることができる。すなわち、基準圧力Ｐｒｅｆは比較的大きく、ガスがキャップ状のシリンダ２５０を変形するのを支援する。基準圧力Ｐｒｅｆは出口２４５を出るガスの圧力をさらに調整するために大きく、または小さくしてよい。
【００５７】
他の実施例の圧力調整器４２６が図１１Ａおよび１１Ｂに示され、これは、’９５２参考文献において図６Ａ−６Ｂとして開示されるものである。圧力調整器４２６は、バルブ４２６が可撓性のキャップ状のシリンダ２５０の代わりにスライド可能なピストン４５０を具備する点を除けば、先に検討した圧力調整器バルブ２２６と類似である。バルブ４２６はバルブキャップ４４７に結合されたハウジング４４８を具備する。バルブキャップ４４７中に入り口４４３が形成され、これが圧縮ガス室部２４に結合される。ただし、圧力統制された出口４４５は、液体燃料室部に連結され、これが、バルブハウジング４４８に形成される。穴４５１がバルブキャップ４４７の下方端に形成される。好ましくは、穴４５１は圧力調整器バルブ４２６の長さ方向軸から若干芯ずれしている。穴４５１はリングとして形成された複数の穴を含んで、入り口圧力がスライド可能なピストン４５０に均一に加わるようにしてよい。
【００５８】
ピストン４５０はバルブキャップ４４７およびバルブハウジング４４８の間にスライド可能に配される。スライド可能なピストン４５０は第１の直径の上方部分４５９、第２の直径の下方部分４８７、およびこれを通るように形成された穴４０１を含み、好ましくは第２の直径は上方部分４５９の直径より大きい。スライド可能なピストン４５０は当業界で知られている任意の堅固な材料、例えば、プラスチック、エラストマ、アルミニウム、エラストマおよび堅固な材料の組み合わせ、その他から製造する。
【００５９】
スペース４０２がバルブハウジング４４８中に形成されピストン４５０がキャップ４４７およびハウジング４４８の間をスライドできるようにしている。第２の空洞４０３がスライド可能なピストン４５０およびバルブハウジング４４８の間に形成される、空洞４０３は基準圧力Ｐｒｅｆに結合される。空洞４０３の部分４０５は下方端４８７に対抗するように配置され、基準の力がピストン４５０に加わることが可能なようになっている。
【００６０】
上方部分４５９はバルブキャップ４４７に隣接して配置されて、上述のとおり、出口の力が入り口圧力に基準圧力を加えたものを上回ると、上方部分４５９がバルブキャップ４４７の下方の面と面一になるようになりバルブ４２６を閉止し、これは図１１Ａに示すとおりである。出口の力が入り口圧力に基準圧力を加えたものより小さくなるとピストン４５０がハウジング４４８の方向に押されて流体、例えば水素ガスが入り口４４３から穴（複数でもよい）４５１および穴４０１を通って出口４４５へと流れだすことが可能になる。バルブ２２６に関連して先に説明したように、端部４５９および４８７ならびにスペース４０５の表面面積を可変にしてバルブ４２６の開成および閉止を制御できる。
【００６１】
他の適切な圧力調整器が図１２Ａ−１２Ｂに示されている。図１２Ａ−１２Ｃは本出願人より２００７年２月２日に出願された米国仮出願番号第６０／８８７，９１８号に先に開示されており、その内容は参照してここに組み入れる。参照を容易にするために、仮出願’９１８に使用された参照番号の最初の数字をここで使用する際に変更して、先に使用された参照番号との重複を回避した。
【００６２】
事例的な圧力調整器５６４は図１２Ａ〜図１２Ｂに示される。調整器５６４は入口ハウジング５６６、出口ハウジング５６８、その間に配された保持部５７０を有する。ピストン５７２が保持部５７０内で移動可能に配される。第１のダイヤフラム５７４が入口ハウジング５６６および保持部５７０の間にクランプされ、第２のダイヤフラム５７６が出口ハウジング５６８および保持部５７０の間にクランプされる。入口ハウジング５６６は入口チャネル５７８を形成してこれが圧縮ガス室部２４に結合され、出口ハウジング５６８は出口チャネル５８０を形成しこれが液体燃料室部２６に連結される。保持部５７０の内部はピストン５７２を収容し、基準圧力に露呈可能であり、これは雰囲気圧力であってよい。ボール５８２は、入口チャネル５７８の直下の第１のダイヤフラム５７４の下に設けて入口チャネルのシールを確実にできる。図示のとおり、第１のダイヤフラム５７４は入口圧力に露呈され、第２のダイヤフラム５７６は出口圧力に露呈される。
【００６３】
ピストン５７２に印可される力は、印可圧力と圧力の露呈面積の積であるので、ピストン５７２に作用する力は以下のようにまとめることができる。
入口ダイヤフラムの力は：
入口圧力×入口面積＝基準圧力×入口面積＋ピストンの力（上面）
出口ダイヤフラムの力は：
出口圧力×出口面積＝基準圧力×出口面積＋ピストンの力（下面）
上面の力は下面の力と等しいので、ピストンの力は双方の式において等しい。ピストンの力について双方の式を解き、等価にすると：
（入口Ｐ−基準Ｐ）×入口面積＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×出口面積
この式はつぎのように書き換えることができる：
（出口Ｐ−基準Ｐ）＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×入口面積／出口面積
基準圧力が０ｐｓｉ相対値または１気圧である場合には：
出口Ｐ＝入口Ｐ×入口面積／出口面積
【００６４】
基準圧力が０ｐｓｉ相対値でない場合には、ピストンの双方のサイドがそれぞれの面積に応じて基準圧力により影響を受ける。調整器の動作中に入口面積は変化する。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなる前に、入口面積はピストンの上面と等しい。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなった後は、入口面積は小さな入口開口へと縮みこむ。この特徴によって、若干の出口圧力減少を伴うピストンの発振を減少させる。
【００６５】
出口の力が入口の力より小さいときには、入口の水素圧力が隔膜に働いて下方に移動させ、入口チャネル５７８から内側の円形のチャネル５８４への流路を開き、これが頂部の横方向チャネル５８６に連結され、これが外側の円形チャネル５８８および連結チャネル５９０に連結され、これが下側の横方向チャネル５９２および出口チャネル５８０に接続される。有利なことに、出口チャネル５８０は５９４の点で膨大化され、ガスを膨張させて排出前にいくらかさらに圧力を減少させる。出口チャネル５８０も膨大化され調整器５６４が燃料電池システムの他の部品と適合するようになっている。横方向のチャネル５８６および５９２は図１２Ａに示すようにボールによってシールされる。
【００６６】
圧力調整器５６４の他の実施例が図１２Ｃに示され、これは図１２Ａ〜図１２Ｂの実施例と同様の態様で動作する。図１２Ｃに図示されるように、調整器５６４は、出口ハウジング５６８の底部に取り付けられた、出口ダイヤフラム／ガスケット５７７および端部キャップ５９６をも具備する。端部キャップ５９６は、基準圧力をピストン５７２に連通させるチャネル、および、排出前に排出水素の圧力を大幅に降下させるため、より膨大化された出口チャネル５８０を具備してよい。ダイヤフラム／ガスケット５７７はＯ−リングにより置き換えて良い。
【００６７】
この発明の他の側面によれば、燃料サプライ６１０は、図１３に示すように、圧力調整器なしで実現できる。この燃料サプライも蓋１４および内側ライナー２８を具備する外側ケーシング１２を有する。バルブ１８を設けて、液体燃料を内側ライナー２８から反応室部へ連通させるようにして水素を発生させ、または、液体燃料を内側ライナー２８から燃料電池、あるいは燃料電池が給電する装置へ連通させる。圧力はバネクリップ６１２を介して内側ライナー２８に加えられる。内側ライナー２８に均等に圧力が分散されるように堅固な板６１４が内側ライナー２８の各側部に設けられる。
【００６８】
燃料サプライ中に残っている燃料の量を測定するために、燃料ゲージ７００が図１４および１４Ａに示すように設けられる。燃料ゲージ７００はスレッド７０２および読み出し部７０４を有する。スレッド７０２は内側ライナー２８の底または側部に一端を取り付けられている。燃料がライナー２８から搬出される際に、ライナーは図１４中で２８’で示すように縮む。縮んだライナーはスレッド７０２を内側に引く。スレッドが引っ張られるときに、他の端部は読み出し部７０４に沿って移動して残留燃料の量を示す。読み出し部７０４を正確にマークするために較正を行う必要があり、読み出し部７０４上の区切りマーク（例えばＥ、１／４、１／２、３／４）を均等に間隔を置いて配置しなくても良い。
【００６９】
ライナー２８が、内側ライナー２８に含まれる燃料の蒸発によって引き起こされるガスにより再膨張すると、スレッド７０２が柔軟であるので、再膨張した内側ライナーはスレッドを外側に押すことはなく、このため、燃料ゲージ７００上の読み出し値は内側ライナーの再膨張によっては変化することがない。したがって、燃料ゲージ７００の利点は単純さ、正確性、および再現性である。
【００７０】
図１５（ａ）〜１５（ｃ）および図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示すような、利用可能なタイプのバルブ１６、１８に戻って説明すると、第１バルブ１６または第２バルブ１８は、いずれかのバルブの入口の近傍に配置されるシール部材８７０（例えばＯ−リング、シール面、ワッシャー、オーバーモールド弾性部分、弾性部分、またはその他）を具備してよい。例えば、図１５（ａ）〜１５（ｃ）、および図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示されるように、シール部材８７０は第２バルブ１８のバルブ本体８５８の内部に形成された溝中に配されたＯ−リングであってよい。シールはバルブ本体８５８、シール部材８７０、および中央ポスト８６０の間に実現される。空間８６８がバルブ本体８５８および中央ポスト８６０の間に形成される。この実施例において、チューブ８６６は中央ポスト８６０より大きな寸法、形状とされ、チューブ８６６が空間８６８中に入れ込まれると、これがＯ−リング８７０を外側に押して、図１５（ｂ）および１５（ｃ）に示されるように、チューブ８６６および中央ポスト８６０の間に流れチャネル８６４が許容されるようになる。図１５（ｃ）に示すようにチューブ８６６をさらに挿入すると、チューブ８６６がバルブ本体８５８の内部に確実に配される。チューブ８６６が、図１５（ｂ）に示すように、最初に空間８６８に挿入されると、要素間シールが、オプションとして、チューブ８６６およびバルブ本体８５８の間に形成される。図１５（ｄ）はバルブ１８およびチューブ８６６の分解図を示す。
【００７１】
図１６（ａ）〜（ｄ）の実施例は図１５（ａ）〜（ｄ）の実施例と類似である。ただし、Ｏ−リング８７０により実現されるシールに加えて第２のシールが弾性シール８６２および中央ポスト８７０によって実現される。ここで、チューブ８６６がＯ−リング８７０を脇に押すときに、バルブ１８が図１６（ｂ）に示すように、シールされたままであり、この後、図１６（ｃ）に示すように、チューブ８６６が弾性シール８６２を押圧して流れ経路８６４を形成する。図１６（ｄ）は係合するチューブ８６６およびバルブ１８の分解図を示す。
【００７２】
図１５（ａ）〜１５（ｃ）および図１６（ａ）〜１６（ｃ）の手順はバルブ１８について示されるけれども、同様の手順がチューブ４８およびバルブ１６の間の要素間シールを形成し、この後、バルブ１６内で内部シールを開にするために適用できる。
【００７３】
バルブ１６またはバルブ１８のいずれかを閉止するための手順は上述の開手順と逆のプロセスに類似している。カートリッジ１０は、まず、手作業で、あるいは、公知の排出機構を用いて自動的に、装置と係合解除され、いずれかの圧縮シール（例えば、弾性シール３８、４４、６２、８６２Ｏ−リング３８’、４４’、および６２’、またはシール部材８７０）が貯蔵エネルギーを開放し、その当初の位置に復帰する。有利なことに、１つの具体的な実施例では、圧縮シール自体はそれ自体で排出機構として働く。この結果、カートリッジ１０を排出するために外部のバネ力が不要であり、カートリッジ１０内の空間を節約する。カートリッジが排出され、弾性シールが元の位置に復帰したのちに、中央ポストは、再度、弾性シールと係合して燃料カートリッジへの流れパスを閉じる。
【００７４】
図１７（ａ）〜（ｄ）はこの発明の他の実施例を示す。図示のとおり、連結バルブ８７２は２つのバルブ要素８７４および８７６を有する。１つのバルブ要素は燃料サプライまたは装置（例えば、燃料電池、再充填装置、または、燃料電池システムに使用して好適な任意の他の装置）のいずれかと係合され、他のバルブ要素が燃料サプライまたは装置の他方と係合される。好ましくは、第１のバルブ要素８７４が装置と係合され、第２のバルブ要素８７６が好ましくは燃料サプライと係合される。図１７（ａ）〜１７（ｃ）は第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の連結と、その内部シールの開動作を示し、図１７（ｄ）は連結バルブ８７２の分解図を示す。
【００７５】
第１のバルブ要素８７４は頂部部分８７７ａおよび底部部分８７７ｂを伴う這う寝具を有する。頂部部分８７７ａは、Ｏ−リング８８０と流体的に連結されたホースチューブ８７８を収容する。Ｏ−リング８８０は中央ポスト８８１との間で内部シールを形成し、これが、頂部ハウジング８７７ａと一体に形成される。内側チューブ８８２は選択的にＯ−リング８８０を押圧するために設けられ、これが、直径方向に対抗する一対の開口８８４を具備する。内側チューブ８８２は外側チューブ８８６内にちょうど入るような寸法および形状を伴う。チューブ８８２および８８６はその間に流路の一部をなす空間を形成する寸法および形状を伴う。内側チューブ８８２および外側チューブ８８６の双方は底部８７６ｂ内に配置され、スポークまたはウェブ（図示しない）によって連結されて相対的な位置を維持するようになっていてもよい。Ｏ−リング８８０が圧縮されていないとき、これが中央ポスト８８１に当接し、バルブ要素８７４をシールする。これが圧縮されるときには、バルブ要素８７４を通る流路が形成され、この流路がホースチューブ８７８から、圧縮されたＯ−リング８８０を通じて、チューブ８８２の空洞端部に至り、また開口８８４を通じ、また、内側チューブ８８２および外側チューブ８８６の間の空間を通じるようになっている。
【００７６】
第２のバルブ要素８７６もいくつかの部品を有し、これには頂部部分８８８ａおよび底部部分８８８ｂを具備するハウジング８８８が含まれる。有利なことに、中央ポスト８９０は底部部分８８８ｂに固定的に結合され、Ｏ−リング８９２との間で内部シールを形成する環状の座面を具備する。底部部分８８８ｂはホースチューブ８９４も具備し、これが、Ｏ−リング８９２と流体的に結合する。バルブ要素８７４の外側チューブ８８６も中央ポスト８９０より大きく、これにより、その間を流体が流れる。
【００７７】
第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の双方はチャネル８９８中のボルト８９６によって一体に結合される。さらに、Ｏ−リング（図示しない）が第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の間に設けられ、２つのバルブ要素の間の要素間シールを容易に行えるようになっている。
【００７８】
図１７（ａ）は、第１のバルブ要素８７４を、第２のバルブ要素８７６と非結合の状態で示す。燃料サプライを燃料電池に結合して燃料を燃料サプライから燃料電池に搬送させるために、第１のバルブ要素８７４からの外側チューブ８８６が第２のバルブ要素８７６の中の中央ポスト８９０の回りの空間９００に、Ｏ−リング８９２に至るまで、挿入され、これを図１７（ｂ）に示す。図１７（ｃ）において、第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６における内部シールが開にされて流路９０１が形成される。第１のバルブ要素８７４内の内部シールは、中央ポスト８９０が内側チューブを押すときに、開となり、この中央ポスト８９０はつぎにＯ−リング８８０を押圧する。第２のバルブ要素８７６内の内部シールは、第１のバルブ要素８７４の外側チューブ８８６がＯ−リング８９２を押圧するときに、開となる。流路は、第２のバルブ要素において、ホースチューブ８９４から、圧縮されたＯ−リング８９２の回りを経て、中央ポスト８９０および第１のバルブ要素８７４の外側チューブ８８６の間の空間を通じて形成される。図１７（ｃ）に示すように、流路９０１は、第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の内部の流路の組み合わせである。燃料は流路９０１を通じてホースチューブ８７８からホースチューブ８９４の方向または逆の方向のいずれにも流れて良い。
【００７９】
流路９０１を形成する際に、第１のバルブ要素８７４は第２のバルブ要素８７６と同時に開となってよく、あるいは、２つのバルブ要素が、それらの間の結合が完了した後に、時間を定めて逐次的な態様で開となってもよい。当業者に容易に理解できるように、いくつかの状況下で、カートリッジ１０への流路を開にする前に、装置への流路を開とすると、有利であり、例えば、装置は、カートリッジ１０に貯蔵されている燃料へのアクセスに先立って、流体または気体を受容する準備を確実にすることができる。このような順次的な開成は、単に、内側チューブ８８２、外側チューブ８８６、または中央ポスト８９０の長さを調整することで実現できる。例えば、第１のバルブ要素８７４が装置側にあるならば、外側チューブ８８６を短くし、内側チューブ８８２または中央ポスト８９０を長くしてよい。この場合、中央ポスト８９０が、外側チューブ８８６のＯ−リング８９２との係合に先立って、内側チューブ８８２を移動させる。代替的には、第２のバルブ要素が装置側にあるとすると、外側チューブ８８６が長くされて、内側チューブ８８２の中央ポスト８９０との係合に先立って、Ｏ−リング８９２を押圧するようになしてもよい。このような構成のいずれも、あるいは、組み合わせによって、一方のバルブ要素がその流路を開とするストロークが、他方のバルブ要素より長くなり、これにより、一方のバルブ要素が他方のバルブ要素より長い開手順を伴うようになる。
【００８０】
他の例の第１のバルブ要素８７４’が図１８（ａ）および１８（ｂ）に示される。ここでは、中央ポスト８８１がハウジング８７７ａに締まりばめにより結合され、下方のハウジング部分８７７ｂが外側チューブ８８６に組みあわされる。内側チューブ８８２は下方ハウジング８７７ｂ／外側チューブ８８６に対して若干の上下動が可能であり、Ｏ−リング８８０を押圧または押圧解除する。このバルブ要素８７４’の動作は図１８（ａ）〜１１（ｄ）において説明された第１のバルブ要素８７４と類似である。
【００８１】
他の例の第１のバルブ要素８７４’’が図１９（ａ）および（ｂ）に示される。ここでは、中央ポスト８８１が、下方または外側に伸び、第１ハウジング部分８７７ａに締まりばめにより結合されている。単一のチューブ８８２／８８６が内側チューブ８８２および外側チューブ８８６に置き換わり、Ｏ−リング８８０を押圧するように移動可能であり、これが上述のように、中央ポスト８８０とのシールを実現する。保持リング９０５は、チューブ８８２／８８６の外側リング９０３との干渉によって、バルブ要素８７４’’内にチューブ８８２／８８６を保持するようになっている。Ｏ−リング８８０が押圧されるとき、チューブ８７８から、中央ポスト８８１の小さな幹部の回りを経て、さらに、押圧されたＯ−リング８８０の回りを経て、チューブ８８２／８８６および中央ポスト８８１の間の空間に入る流路が形成される。図１７（ａ）〜（ｄ）に示されるように、チューブ８８２／８８６は、第２のバルブ要素８７６と結合されるときに、第２のバルブ要素８７６のＯ−リング８９２を、第１のバルブ要素８７４のＯ−リング８８０に加えて、押圧し、この押圧は先に検討したように、同時でも、逐次でもよい。
【００８２】
図２０（ａ）〜（ｄ）を参照すると、他の例のバルブ１８が示される。この実施例では、中央ポスト８６０がバルブ本体８５８と一体に製造されているけれども、別々に製造され、先に検討され、また以下に図２１（ａ）〜（ｂ）に関連して説明されるようにバルブ本体８５８に固着されて良い。この例では、シール部材８６２は非平坦なワッシャーすなわちリップワッシャーであり、これが中央ポスト８６０との間のシールを実現する。図２０（ａ）に最もよく示されるように、リップワッシャー８６２はバルブ本体８５８および保持部材９０７の間に保持される。ワッシャー８６２のシール部分は、図示のとおり、内側に配向されて中央ポスト８６０を押圧してシールを実現する。この実施例では、保持部材９０７および中央ポスト８６０の間に空間８６８が設けられ、これがチューブ８６６を収容する寸法および形状を伴う。また、チューブ８６６および中央ポスト８６０の間に隙間が設けられ、これを通じて燃料が流れることが可能になっている。図２０（ｂ）に示すように、チューブ８６６は、それがリップワッシャー８６２に到達しさらに図２０（ｃ）に示すようにこれを超えるまで、空間８６８を通じてバルブ要素１８中に挿入される。チューブ８６６が、一度、リップワッシャー８６２を超えて押し込まれると、図示のとおり流路８６４が形成される。
【００８３】
図２１（ａ）〜（ｂ）は図２０（ａ）〜（ｂ）のバルブ要素の変形例を示す。これら２つのバルブ要素は相互に類似する。ただし、ワッシャー８６２は平坦なワッシャーであり、中央ポスト８６０がバルブ本体８５８と別個に製造されている。さらに、バルブ本体８５８にはその内部に切り出しチャネル９０９が形成され、流路８６４の一部をなす。
【００８４】
この発明の他の実施例が、ここで開示された、この発明の当該明細書およびその実施を考慮して、当業者には明らかであろう。例えば、液体燃料室部２６は内側ライナー２８に代えて液体燃料区画およびガス区画を有してよく、これらが圧力調整器の出口に流体的に連通せれ、可動でシール状態のピストンにより分離される。もちろん、内側ライナーを可動ピストンとともに使用しても良い。代替的には、液体燃料室部２６は、内側ライナーおよび可動ピストンに代えて、一端にウエイトを備え他端にバルブを連結させた柔軟性のあるチューブを具備して良い。柔軟性のあるチューブのウエイト付けされた端部は燃料サプライ１０がどの配位でも液体燃料に接触することになり、液体／気体の界面で液体燃料に接触している圧縮ガスは圧力を供給して液体燃料を柔軟性のあるチューブを介してバルブ１８の方へ駆動する。ウエイト付けされた柔軟性燃料チューブは米国特許公開第２００６／０１９１１９９号に説明されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００８５】
さらに、圧縮ガス室部２４は燃料サプライ１０の外部に配置されて良い。例えば、装置／燃料電池の内部に区画が設けられ圧縮ガスカートリッジを収容できるようになっていてよく、この区画は、そこにガスカートリッジを挿入する際にガスカートリッジを破く。さらに、圧縮ガス室部２４または圧縮ガスカートリッジはフォイルまたは他のガス非透過性の膜によりシールされてよく、これは最初の使用に先立って取り外されることができ、また燃料サプライ１０／圧縮ガス室部２４の保管寿命を長くする。
【００８６】
第１および第２バルブ１６および１８は、カモノハシバルブ、またはボールバネバルブ、または、本出願人による出願に係る米国公開特許出願第ＵＳ２００５／００２２８８３号、同第ＵＳ２００６／０１９６５６２号、国際公開特許出願第ＷＯ２００６／０５０２６１号、および同第ＷＯ２００６／０８８４５０号、並びに、米国特許第７，０５９，５８２号に開示されている、バルブに置き換えて良い。燃料サプライ１０または装置／燃料電池は、燃料の速度、圧力または温度が高くなりすぎたときに燃料の流れを遮断するバルブ、例えば本出願人の出願に係る米国公開特許出願第ＵＳ２００６／００７１０８８号に開示されているようなものを具備しても良い。これら参考文献の内容は参すべて照してここに組み入れる。
【００８７】
また、外側ケーシング１２もチェックバルブまたは排気バルブを有してよく、これは、外側ケーシング１２の内部の圧力が予め定められたレベルに達したときに、外側ケーシング１２内のガスを雰囲気中、または他の場所に排出することができるものである。
【００８８】
この明細書および例は例示としてのみ意図されており、この発明の本来の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲およびその均等物により示される。この発明の他の実施例が、ここで開示された、この発明の当該明細書およびその実施を考慮して、当業者には明らかであろう。さらに、１つの実施例の要素または特徴を他の実施例に採用できる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全般的には、燃料電池用の燃料カートリッジに関し、より具体的には、この発明は、加圧燃料電池カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応物、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）の電気に直接的に変換する装置である。多くの用途において、燃料電池は、化石燃料の燃焼のような従来の発電やリチウムイオン電池のような携帯用蓄電池より効率が良い。
【０００３】
一般に、燃料電池技術は、アルカリ燃料電池、高分子電解質燃料電池、リン酸燃料電池、溶融炭酸燃料電池、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような様々な異なった燃料電池を含む。今日、より重要な燃料電池は、いくつかのカテゴリ、すなわち、（ｉ）燃料として圧縮水素（Ｈ２）を利用している燃料電池、（ｉｉ）アルコール、例えばメタノール（ＣＨ３ＯＨ）、金属水化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、炭化水素、または水素燃料に改質される他の燃料を用いるプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、（ｉｉｉ）非水素燃料を直接に消費できるＰＥＭ燃料電池、すなわち直接酸化燃料電池、および、（ｉｖ）高温で炭化水素燃料を直接電気に変換する固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を含む。
【０００４】
電気を発生させる化学反応は燃料電池のそれぞれのタイプごとに異なる。ＤＭＦＣでは、各電極での化学電気反応と直接メタノール燃料電池に関する総合的な反応は以下のとおり記述される：
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ−
カソードでの半反応：
１．５Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ ＋ １．５Ｏ２ → ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ
【０００５】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）がアノードからカソードを通り抜けてマイグレーションするために、また、自由電子（ｅ−）がＰＥＭを通り抜けられないため、電子は外部回路を通って流れなければならず、外部回路を通して電流を生じさせる。この外部回路は、モバイルすなわちセル電話、計算機、パーソナルデジタツアシスタンツ、ラップトップコンピュータ、電力ツールなどの有益な消費者向けの電子製品であってよい。
【０００６】
ＤＭＦＣは、特許文献１（米国特許第４，３９０，６０３号）および特許文献２（米国特許第４，８２８，９４１号）に開示されており、詳細は参照してここに組み入れる。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などのポリマーから作られており、これはＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオポリマー、その他の膜である。アノードは、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。カソードは、典型的には、白金粒子が膜の一面に接着されるガス拡散電極である。
【０００７】
化学金属水素化物燃料電池において、水素化ホウ素ナトリウムは以下のように改質され反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
アノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソードでの半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【０００８】
この反応に適切な触媒は、白金およびルテニウム、その他の金属である。水素化ホウ素ナトリウムを改質して生成された水素燃料は燃料電池中で、酸化剤例えばＯ２と反応させられ、電気（すなわち電子の流れ）および水の副産物を生成する。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）の副産物もこの改質プロセスで生成される。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池は特許文献３（米国特許第４，２６１，９５６号）に検討されており、参照してここに組み入れる。
【０００９】
燃料電池を利用する際により重要な特徴の１つは、液体燃料の燃料電池への搬送、例えば、メタノールをＤＭＦＣへ搬送すること、あるいは、液体燃料反応物の反応室部への搬送、例えば、水および添加物を搬送して金属水素化物と反応させることである。液体燃料／反応物を搬送する既知の手法は、ウィッキングまたは毛管現象作用、液体燃料／反応物の加圧を含む。これら手法を採用する際に遭遇する問題は、燃料をウィッキングする際の流速の制御や、加圧源で燃料を加圧する際の安定した圧力を維持することである。
【００１０】
従って、液体燃料・反応物を搬送する手法が背景技術において必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，３９０，６０３号
【特許文献２】米国特許第４，８２８，９４１号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の概要】
【００１２】
この発明は、液体燃料または液体燃料反応物（以下では集合的に「液体燃料」と呼ぶ）を、強制的に、燃料電池、または、液体燃料反応物を加水分解して水素を生成する反応室部へおくる加圧源を伴う、燃料サプライを実現する。この加圧源は、当初、高圧であり、燃料サプライの予期された寿命の間にその圧力を減少させて良い。他方、液体燃料を駆動する圧力は実質的に一定のレベルに維持可能である。
【００１３】
１実施例において、この発明の燃料サプライは、圧縮ガス室部および液体燃料室部を有する。圧力調整器が圧縮ガス室部を液体燃料室部に連結する。圧力調整器は、圧縮ガス室部から高圧入力を取り出し、実質的に一体のより低い圧力を液体燃料室部に供給する。圧縮ガス室部の圧力は時間の経過に従って減少して良いが、液体燃料室部から液体燃料を強制的に送る圧力は同一のレベルに実質的に維持される。したがって、燃料電池または反応室部は予期可能な、または受容可能な圧力で液体燃料を受け取る。
【００１４】
添付図面は明細書の一部を形成し、それとの関連で把握されるべきであり、種々の図において類似の参照番号は類似の部分を指し示すものとして用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に従う燃料サプライの正面側斜視図であり、燃料電池またはその燃料電池が給電する装置から部品を示すものである。
【図２】図１の燃料サプライの正面側斜視図であり、燃料サプライのバルブを開にするように働く連結チューブの他の、装置側の部品を省いたものである。
【図３】図２の燃料サプライの分解斜視図である。
【図４】図２の燃料サプライの一部分解して示す断面図である。
【図５】図４の燃料サプライの拡大部分図であり、燃料サプライの加圧室部を圧力調整器に連結するバルブを示すものである。
【図６】図４の燃料サプライの拡大部分図であり、燃料サプライを、燃料電池に、またはこの燃料電池に給電される装置に連結するバルブを示すものである。
【図７】図５のバルブの代替例を示すものである。
【図８】図６のバルブの代替例を示すものである。
【図９Ａ】適切な圧力調整器の断面図である。
【図９Ｂ】適切な圧力調整器の分解図である。
【図１０Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１０Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１１Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１１Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１２Ａ】他の適切な圧力調整器の断面図である。
【図１２Ｂ】他の適切な圧力調整器の分解図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ、図１２Ｂの圧力調整器の他の例の断面図である。
【図１３】この発明に従う他の加圧燃料サプライの分解斜視図である。
【図１４】図４の燃料サプライに燃料ゲージを付した例の断面図である。
【図１４Ａ】燃料ゲージの正面図である。
【図１５ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１５ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１５ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１５ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１６ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１６ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１６ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１６ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１７ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図１７ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図１７ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図１７ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図１８ａ】この発明に従う事例のバルブ要素の断面図である。
【図１８ｂ】この発明に従う事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【図１９ａ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の断面図である。
【図１９ｂ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【図２０ａ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の閉状態を示す断面図である。
【図２０ｂ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の係合状態を示す断面図である。
【図２０ｃ】この発明に従う他の事例のバルブの開手順の開状態を示す断面図である。
【図２０ｄ】この発明に従う他の事例のバルブの分解斜視図である。
【図２１ａ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の断面図である。
【図２１ｂ】この発明に従う他の事例のバルブ要素の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０ 燃料サプライ
１６ 第１バルブ
１８ 第２バルブ
２０ 圧力調整器
２２ 装置バルブ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面に示され以下に詳細に検討するように、この発明は燃料サプライに向けられており、この燃料サプライは燃料電池燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水の混合物、メタノール／水の種々の濃度の混合物、純粋なメタノールおよび／または、メチレンクラスレートを貯蔵し、これは、米国特許第５，３６４，９７７号および同第６，５１２，００５号Ｂ２に記載されており、その内容は参照してここに組み入れる。メタノール、および他のアルコールは、多くの種類の燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、および改質燃料電池、その他において使用可能である。燃料サプライは他の種類の燃料電池燃料、例えば、エタノールまたは他のアルコール；金属水素化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム；水素に改質可能な他の化学物質；または燃料電池の性能や効率を改善させる化学物質を内包してよい。燃料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質含み、これが金属燃料電池またはアルカリ燃料電池とともに使用でき、燃料サプライ中に貯蔵できる。金属燃料電池に対しては、燃料はＫＯＨ電解質反応溶液に浸漬された液体担持亜鉛粒子の形態をしており、電池空洞中の陽極は亜鉛粒子からなる粒状陽極である。ＫＯＨ電解質溶液は、「１または複数の負荷に電力供給するように構成された燃料電池システムの使用方法」という題名で２００３年４月２４日に公開された米国公開特許出願第２００３／００７７４９３号に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、メタノール、過酸化水素、および硫酸の混合物を含み、これはシリコンチップ状に形成された触媒を通過して流れ燃料電池反応を生成する。燃料は、また、メタノール、水素化ホウ素ナトリウム、電解質、および他の化合物、例えば、米国特許第６，５５４，８７７号、同第６，５６２，４９７号、および同第６，７５８，８７１号に説明されているもののブレンドまたは混合物を含み、これらは参照してその内容をここに組みこむ。燃料は、また、米国特許第６，７７３，４７０号に説明されている、溶媒中に部分的に溶解し、部分的に懸濁するもの、ならびに、米国特許出願公開第２００２／０７６６０２号に説明されている、液体燃料および固体燃料の双方を含むものを含む。適切な燃料は、また、２００５年６月１３日出願の、「水素発生カートリッジ用の燃料」という題名の、本願の出願人の出願に係る米国特許出願第６０／６８９，５７２号に開示されているものでもある。これらは参照してその内容をここに組みこむ。
【００１８】
燃料は、また、上述のように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような金属素化物および水のような活性剤を含んで良い。燃料は、さらに、炭化水素燃料を含み、炭化水素燃料は、これに限定されないが、ブタン、灯油、アルコール、および天然ガスを含み、これは、「液体ヘテロインタフェース燃料電池デバイス」という題名で、２００３年５月２２日に公開された米国特許出願公開第２００３／００９６１５０号に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、燃料と反応する液体酸化剤を含む。したがって、この発明は、サプライ中に含有され、また、その他、燃料電池システムにより使用される、任意のタイプの燃料、活性剤、電解質溶液、酸化剤溶液または液体または固体に制約されない。ここで使用される用語「燃料」は、燃料電池または燃料サプライ中で反応することができるすべての燃料を含み、また、上述の適切な燃料、電解質溶液、酸化剤溶液、気体、液体、固体および／または化学物質ならびにこれらの混合物のすべてを含むが、これに限定されない。
【００１９】
ここで使用される用語「燃料サプライ」は、これに限定されないが、使い捨てカートリッジ、再充填可能／再使用可能カートリッジ、電子製品内に配置されるカートリッジ、取り外し可能なカートリッジ、電子製品の外部に配置されるカートリッジ、燃料タンク、燃料再充填タンク、燃料を貯蔵する他のコンテナ、および、燃料タンクおよびコンテナに結合された管材を含む。１のカートリッジがこの発明の例示的な実施例との関連で以下に説明されるが、これら実施例は他の燃料サプライにも適用可能であり、この発明は燃料サプライのいかなる特定のタイプにも限定されないことに留意されたい。
【００２０】
この発明の燃料サプライは、燃料電池で使用されない燃料を貯蔵するのに使用しても良い。これらの用途は、これに限定されないが、シリコンチップ上に構築されたマイクロガスタービン用の炭化水素および水素燃料を貯蔵することであり、”Ｈｅｒｅ Ｃｏｍｅ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｓ”、Ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔ（２００１年１２月／２００２年１月）、ｐｐ．２０−２５に検討されている。この出願の目的に関し、「燃料電池」はこれらマイクロエンジンも含む。他の用途は、内燃機関エンジン用の伝統的な燃料や、ポケットおよび実用ライター用の炭化水素例えばブタンおよび液体プロパンを貯蔵することである。
【００２１】
図１〜図４を参照して、燃料サプライ１０が示される。燃料サプライ１０は任意の形状を伴って良く、この形状には、これに限定されないが図示の形状が含まれる。燃料サプライ１０は、外側ケーシング１２、蓋１４、第１バルブ１６、および第２バルブ１８を具備する。蓋１４は外側ケーシング１２にぴったりと合い、Ｏ−リング１３を用いてシールされる。シールは接着剤や超音波溶着によって実現しても良い。第１バルブ１６は、圧力調整器２０に係合するような寸法および形状を有し、第２バルブ１８は装置バルブ２２に係合するような寸法および形状を有する。１実施例では、燃料サプライ１０は使い捨て可能であり、より好ましくはリサイクル可能である。より具体的には、外側ケーシング１２がリサイクル可能、または再利用可能であり、内側ライナー２８および／または蓋１４が使い捨て可能である。圧力調整器２０および装置バルブ２２は好ましくは再利用可能であり、燃料電池、またはこの燃料電池が給電する装置に接続され、またはその一部をなし、コストを抑えるようになっている。
【００２２】
図３〜図５を参照して内部部品が詳細に示され、これらの図において、燃料サプライ１０は、圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６を具備し、ここで、液体燃料がライナー２８内に維持される。先に検討したように、液体燃料は、燃料電池によって触接に使用される燃料、例えば、メタノールおよびエタノールであってよい。液体燃料は、反応室部内で加水分解して、燃料電池を給電する水素を生成する液体反応物、例えば、固体金属水素化物と反応して水素燃料を生成する、水、または他の活性剤であってもよい。
【００２３】
第１バルブ１６は、圧縮ガスが、燃料サプライ１０の加圧または圧縮ガス室部２４を出て圧力調整器２０に入るようになし、つぎに減圧ガスが燃料サプライ１０に引き入れられた減圧ガスと混ざり、液体燃料室部２６に送られライナー２８に圧力を加える。第１バルブ１６は、バルブ本体３０を具備し、加圧ガス室部２４の側壁とぴったりと合い、Ｏ−リング３２によってシールされる。内側の中央ポスト３４はバルブ本体３０に固定して、例えば締まりばめにより、取り付けられ、内側の中央ポスト３４とバルブ本体３０との間の相対的な移動が実質的にないようになされる。流れチャネル３６は内側の中央ポスト３４の幹部分とバルブ本体３０との間に形成される。１例においては、幹部分の形状は円筒であり、幹部分の一部が削り落とされて平坦面を形成するようになっている。内側の流れチャネル３６は、この平坦面とバルブ本体３０との間に形成され、これは図３および図５に最も良く示される。内側の弾性シール３８が、図示のとおり、内側の中央ポスト３４の頭部およびバルブ本体３０の頂部の間に配置され、内側の流れチャネル３６のシールを実現するようになっている。第１バルブ１６は外側の中央ポスト４０も具備し、これが、内側の中央ポスト３４の回りに環状に配置され、図示のとおりその間に空間を残す。外側の中央ポスト４０も、バルブ本体３０に固定して、例えば締まりばめにより、取り付けられ、内側の中央ポスト３４とバルブ本体３０との間の相対的な移動が実質的にないようになされる。外側の流れチャネル４２は外側の中央ポスト４０の外側回りに形成され、減圧ガスが圧力調整器２０から燃料サプライ１０に再び入るようになす。燃料サプライ１０内において、外側チャネル４２は液体燃料室部２６へと再方向付けられ、これは図５に最も良く示される。外側の弾性シール４４は外側の流れチャネル４２に対するシールを実現し、外側の中央ポスト４０の頭部およびオプションのキャップ４６の下方に配置される。キャップ４６は省略可能であり、バルブ本体３０が外側の弾性シール４４に合致するように上方に伸びても良く、または弾性シール４４がバルブ本体３０に合致するように下方に伸びても良い。
【００２４】
内側の流れチャネル３６は外側の流れチャネル４２の内側にあるように示されているけれども、これら２つのチャネルは逆の順番で、あるいは、隣り合って配列されて良い。
【００２５】
図３および図５に示すように、第１バルブ１６は閉止され、またはシールされる。バルブ１６を開にするには、チューブ４８を第１バルブ１６中へ押し込む。チューブ４８は内側チューブ５０および外側チューブ５２を有する。これらチューブは相対的な位置を維持するために、例えば、スポークまたはウェブ（図示しない）によって連結されてよい。内側チューブ５０は、内側の中央ポスト３４および外側の中央ポスト４０の間に空間５４にちょうど入るような寸法および形状を伴い、外側チューブ５２は、外側の中央ポスト４０および蓋１４０の間に空間５６にちょうど入るような寸法および形状を伴う。内側チューブ５０は内側の弾性シール３８を押圧して流れ経路３６を開にし、外側チューブ５２は外側の弾性シール４４を押圧して流れ経路４２を開にする。圧縮ガスが流れ経路３６を通じて燃料サプライ１０を出て、減圧ガスが流れ経路４２を通じて再び入り、液体燃料を加圧する。
【００２６】
この発明の創造的な側面においては、第１バルブ１６は中央ポスト３４、４０を有するので、これは交換可能ではない。具体的には、バルブ１６は、正確な直径のチューブ４８が中央ポスト３４、４０の回りの環状空間に挿入されて、弾性シール３８、４４が押圧された後のみに、開になる。中央ポスト３４、４０は、より大きな、またはより小さな径の外来物体（例えば、ペン、鉛筆、紙クリップ、指、その他）がバルブを開にするのを阻止するように構成されている。中央ポスト３４および４０は、ポストおよびバルブ本体の間の相対的な移動が限定される限り、種々の手法、例えばスナップフィット、接着、超音波溶着等によりバルブ本体３０に結合されて良い。好ましくは、中央ポスト３４、４０は充填処理の後またはその最中に組み立てられて良い。この結果、燃料のカートリッジへの流れが、他の設計手法に比べて、より速くなり、また制約がより少なくなる。
【００２７】
第２バルブ１８は、液体燃料を燃料サプライ１０から出すように構成されているだけである点を除いて、第１バルブ１６と類似している。第２バルブ１８はバルブ本体５８および中央ポスト６０を有し、これらは、実質的に、上述の第１バルブ１８の内側の中央ポスト３４と類似である。弾性シール６２が第２バルブ１８をシールし、流れチャネル６４が内側ポスト６０およびバルブ本体５８の間に形成されている。ライナー２８はシール状態でバルブ本体５８に結合される。チューブ６６の形状および寸法は、第２バルブ１８中に空間６８を入れ込み、弾性シール６２を押圧し、第２バルブ１８を開にして、流れチャネル４２からの圧縮ガスにより強制的に燃料サプライ１０から離れるようになすようなものになっている。
【００２８】
オプションとして、チューブ４８または６６が非標準サイズである。換言すれば、それらの寸法は、家庭やオフィスに通常散見される物品の寸法と異なり、これにより、シール部材３８、４４、または６２が不用意に押圧されるのがより困難になるようになっている。代替的には、チューブ４８または６６は非円形または多角形（正規または非正規）の断面を伴うべきである。もちろん、中央ポスト３４、４０または６０はこれらチューブを収容するために適合する形状を有しなければならない。
【００２９】
図７〜８に示される代替的な実施例において、弾性シール３８、４４および６２はＯ−リング３８’、４４’、および６２’よって置き換えられる。中央ポスト３４’および４０’は、Ｏ−リングとともにシールを実現する環状のシール表面を実現するように変更される。この実施例の中央ポスト６０’は外側リング６１’を具備して、チューブ６６が入り込んで第２バルブ１８を開にする空間６８’を実現する。
【００３０】
図５〜８や他の図面に説明されるように、バルブ１６および１８の、チューブ４８および６６に対面する、頂部表面は、係合面として終端してもよい。
【００３１】
燃料サプライ１０の予定寿命の間、液体燃料を押し出すのに必要な、圧縮ガス室部２４の高圧力は、以下に示される、理想気体の法則により決定できる。
（（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２４＋（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２６）ｉｎｉｔｉａｌ ＝ （（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２４＋（Ｐ・Ｖ／Ｔ）２６）ｆｉｎａｌ
ここで、液体燃料室部２６について
Ｐ＝液体燃料をライナー２８／燃料室部２６から第２バルブ１８を通じて駆動するのに必要な圧力であり、１実施例では、これは「ｘ」ゲージ圧（ｐｓｉｇ）または（１４．７＋ｘ」ｐｓｉ絶対圧（ｐｓｉａ）であり、ｘは所望駆動圧力；燃料室部２６の職圧力は１４．７ｐｓｉａ、すなわち０ｐｓｉｇであるべきであり；燃料室部２６の最終圧力は（１４．７＋ｘ）ｐｓｉａ、すなわちｘｐｓｉｇであるべきである。
Ｖ＝液体燃料室部２６の体積；
Ｔ＝液体燃料室部２６の温度（絶対）であり、これは典型的には雰囲気温度である。
ここで、圧縮ガス室部２４について
Ｐ＝初期圧力−決定されるべきもの；室部２４の最終圧力はｘｐｓｉｇ、すなわち（１４．７＋ｘ）ｐｓｉａであるべきである。
Ｖ＝圧縮ガス室部２４の体積；
Ｔ＝典型的には雰囲気温度。
２つの温度は同一であるべきだから、等式から除去できる。
（Ｐ・Ｖ）２４，ｉｎｉｔｉａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｉｎｉｔｉａｌ ＝ （Ｐ・Ｖ）２４，ｆｉｎａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｆｉｎａｌ
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ ＝ ｛（Ｐ・Ｖ）２４，ｆｉｎａｌ＋（Ｐ・Ｖ）２６，ｆｉｎａｌ − （Ｐ・Ｖ）２６，ｉｎｉｔｉａｌ｝／Ｖ２４
１実施例にいて、５０ｃｃの体積の液体燃料室部２６が、液体燃料を第２バルブ１８から押し出すのに２ｐｓｉｇ、すなわち１６．７ｐｓｉａの圧力が必要であり、圧縮ガス室部２４の体積が２４であると、圧縮ガス室部２４の初期圧力は以下のように計算される。
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ＝｛（１６．７＊５）＋（１６．７＊５０）−（１４．７＊５０）｝／５
Ｐ２４，ｉｎｉｔｉａｌ＝３６．７ｐｓｉａ（または２２ｐｓｉｇ）
同様に、圧縮ガス室部２４の体積が１０ｃｃの体積であると、初期圧力は２６．７ｐｓｉａすなわち１２ｐｓｉｇとなるであろう。
【００３２】
高い初期内部圧力が直接に液体燃料室部２６に連通されるならば、ライナー２８は圧力スパイクを受け、液体燃料は比較的高速度で燃料サプライ１０から離れ、これは好ましくないであろう。さらに、より多くの液体燃料が燃料サプライ１０から搬送されるにつれて、液体燃料室部２６内の圧力は時間の経過とともに連続して減少し、液体燃料は連続して減少し続ける速度で燃料サプライ１０から出て行くことになる。そして、液体燃料を受け取る燃料電池または反応室部は可変する液体燃料速度を調整しなければならない。
【００３３】
変化する液体燃料速度は、図１において参照番号２０で模式的に示される圧力調整器を、圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６の間に挟み込むことにより解決される。圧力調整器は広範囲の入口圧力、例えば２ｐｓｉｇから２００ｐｓｉｇを受け取ることができ、出口圧力を一定のレベル例えば２ｐｓｉｇに制御できる。図３〜４を参照すると、圧縮ガス室部２４は燃料サプライ１０内に位置決めされるが、圧縮ガス室部２４は燃料電池の内部または燃料電池で給電される装置の内部に位置決めされて良く、またそれ自体別のカートリッジであってもよい。
【００３４】
以下の表１は、図１〜８に示される燃料サプライの実験的なシミュレーション結果を示し、ここでは、圧力調整器２０は圧縮ガス室部２４および液体燃料室部２６の間に挟み込まれる。実験的なシミュレーションは以下のように実行された。３．３ｃｍ３の容量修正注射器の形態の圧縮ガス室部２４が、ボールバルブにより流れが制御されている管を介して外部サプライから供給される約８０ｐｓｉの空気により圧縮された。管はガス室部２４から圧力調整器２０への流れのためにも用いられた。ガス室部２０および圧力調整器２０の間に配置された０〜１００ｐｓｉの圧力センサーを用いてこの高圧入力が測定された。
【００３５】
圧力調整器２０を使用して、液体燃料、すなわち脱イオン水を液体燃料室部２６から駆動する、実質的に一定の低出力圧力を生成し、液体燃料室部２６は３５ｃｍ３の容積の修正注射器の形態であった。修正されたＴ字器具が圧力調整器２０および液体燃料室部２６を連結した。圧力調整器２０および液体燃料室部は流体的に転結され、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＸＳ２０４化学天秤上に配置され、この天秤が液体燃料、すなわち脱イオン水の重量を測定した。液体燃料を液体収集ブレーカーへ供給する管を介して、液体燃料が液体燃料室部２６を出ていった。ここで、この管はその端部で０．４５μｍのフィルタ（Ｍｉｌｌｅｘ−ＨＰＳ ＨＶ Ｆｉｌｔｅｒ、パーツ番号ＳＬＨＶＭ２５ＮＳであり、マサチューセッツ州、ビレリカのＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社から商業的に入手できる）および０．００２５インチの直径のオリフィス（パーツＩＢＬＰ−２Ｅ−ＳＳ、コネチカット州トランブルのＯ’Ｋｅｆｆｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社から商業的に入手できる）を有していた。０〜３０ｐｓｉの圧力センサが液体燃料室部２６および流体収集ブレーカーの間に配置され、流体圧力を測定し、これは、当業者であれば、出力圧力と等価であることを容易に理解できるであろう。
【００３６】
当初、実験的なシミュレーションにおいて、調整された出力圧力は空気を管線の外の追い出し、１．６ｐｓｉあたりに安定化した。その後、ボールバルブが閉じて外部の８０ｐｓｉの空気サプライを圧縮ガス室部２４から隔離した。実験的なシミュレーションの間、入力圧力、出力圧力、および燃料重量（すなわち修正された注射器液体燃料室部２６の中の水の重量）が測定された。測定は２１５分（１２９０２．５秒）にわたって０．５秒ごと行われた。ただし、正確にいうと、表１の結果は選択した時間、すなわち、０秒、０．５秒（液体燃料室部２６が脱イオン水で満たされたとき）、５５秒（圧縮ガス室部２４が約８０ｐｓｉの空気で加圧されたとき）、３００秒ごとの時間間隔、そして１２９０２．５秒の測定値を示すだけである。燃料重量は、化学天秤を校正するときとシミュレーションを開始するときの間、＋１．２２５６だけ調整され、この間、負荷を支持する管がシフトしていた。シミュレーションの最後近くのわずかな負の重量値は化学天秤に固有なエラーを反映するものである。
【００３７】
この結果は、圧力調整器２０が約８０ｐｓｉの高圧力の入力を圧縮ガス室部２４から受け入れ、約１．６ｐｓｉから約０．３ｐｓｉの実質的に一定の低い出力圧力を供給し、当初約３０グラムの脱イオン水で満たされていた液体燃料室部２６から、液体を駆動できることを示す。圧縮ガス室部２４の圧力は時間の経過とともに約８０ｐｓｉから約１２ｐｓｉへと減少して良いが、液体燃料を液体燃料室部２６から駆動する圧力は実質的に同一のレベルの約１．６ｐｓｉから約０．３ｐｓｉに維持される。当業者には容易に理解できるように、出力圧力の比較的ささいな変化は、燃料電池または反応室部の反応に受容できる予測可能な圧力で当該液体燃料または反応室部が液体燃料を受け取ることができる受容可能な範囲のものである。液体燃料が比較的いっていな流速で液体燃料室部２６を出る際に、その重量は約３０グラムから約０グラムに減少する。
【００３８】
ここで用いられるように用語「実質的に一定」は、圧力変動があったとしても、それが約＋−２．０ｐｓｉより小さく、好ましくは、＋−１．５ｐｓｉより小さく、より好ましくは約＋−１．０ｐｓｉより小さいことを意味する。ここで使用されるように用語「低い圧力」（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）または「より低い圧力」（ｌｏｗｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は約５ｐｓｉ以下の圧力、好ましくは約３ｐｓｉ以下の圧力、より好ましくは約２ｐｓｉ以下の圧力を意味する。
【表１】
【００３９】
入力圧力、出力圧力、および燃料サプライの圧力の、経過時間の関数としてのチャートを以下に示す。
【表２】
【表３】
【表４】
【００４０】
圧力調整器２０を伴わないで、燃料サプライ１０の他のシミュレーションが行われ，２ｐｓｉｇの圧縮ガスの既知の外部源を用いて燃料をライナー２８からバルブ１８を介して駆動した。燃料サプライ１０からの出力圧力が実質的に一定かどうか、ライナーを圧縮し、燃料をバルブ１８を横切って押し出すのに必要な圧力降下は、受容可能かどうか、また流速は実質的に一体化どうかを確かめるように、シミュレーションは設計された。出力圧力はバルブ１８からの流れの下方で測定される。その結果は以下の表２に示される。
【表５】
【００４１】
経過時間の関数としての、流速、出力圧力および残留燃料が以下に示される。
【表６】
【００４２】
経過時間の関数としての、出力圧力および流速のみを示す他のチャートが、この発明の燃料サプライが燃料サプライの寿命の実質的な機関を通じて実質的に一定の流速および出力圧力を実現することを示すために、以下に示される。ライナー２８を圧縮し燃料をバルブ１８を通じて押し出すのに必要な圧力降下は受容可能な範囲であることに留意されたい。
【表７】
【００４３】
これに限定されないが、空気、窒素、二酸化炭素、不活性ガス等を含む任意のタイプのガスを圧縮ガス室部２４内に貯蔵できる。この発明はいずれのタイプの圧縮ガスにも限定されない。圧縮ガス室部２４は、液化炭化水素、例えばシガレットライター内に用いられるものを含んでも良い。液化炭化水素を用いる利点は、小さな体積の液化炭化水素が著しく大きな体積の圧縮ガスに変化し、このため、圧縮ガス室部２４の体積を著しく小さくできる点である。適切な液化炭化水素は、これに限定されないが、ブタン、イソープロパン、ディーゼル、ガソリンを含む。液体またはゲル形態のメタノールおよび他のアルコールも利用可能である。圧縮ガス室部２４内で利用可能な適切なガスおよび他の物質は、米国特許出願番号第１１／２４３，７６７号として本出願人より２００５年１０月５日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００７／００７７４７０Ａ１号、および、米国特許出願番号第１１／２４４，２１８号として本出願人より２００５年１０月５日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００７／００７７４６３Ａ１号に開示されている。これらは参照してここに組み入れる。
【００４４】
多数の適切な圧力調整器２０が、米国特許出願番号第１１／３２７，５８０号として本出願人より２００６年１月６日に出願された米国公開特許出願第ＵＳ２００６／０１７４９５２Ａ１号に説明されている。’９５２参考文献の内容は参照してここに組み入れる。
【００４５】
図９Ａおよび９Ｂは、第１の圧力調整器１２６を示し、これは’９５２参考文献の図４Ａおよび４Ｂとして説明されている。参照を容易にするために’９５２参考文献で使用した参照番号をここでも使用する。圧力調整器バルブ１２６は圧力反応膜１４０を含む。ただし、この実施例において、膜１４０は２つのハウジング要素、すなわちバルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８に間に挟まれ、その中央を通って形成された穴１４９を具備し、これは図９Ｂに最も良く示される。さらに、空洞１２９がバルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８の間に形成されて膜がチャネル１４３の入り口圧力、チャネル１４５の出口圧力、および基準圧力Ｐｒｅｆに従って移動、すなわち曲がることができる。バルブハウジング１４６は、調整器バルブ１２６の流路を形成する内部構造を具備する。具体的には、バルブハウジング１４６の内部にチャネル１４３および１４５が形成され、チャネル１４３が入り口圧力に露呈して第１バルブ１６が開のときに圧縮ガス室部２４に流体的に連通し、チャネル１４５が出口圧力に露呈して第１バルブ１６が開のときに液体燃料室部２６と流体的に連通する。さらに、排出チャネル１４１がバルブカバー１４８に形成され膜１４０が基準圧力Ｐｒｅｆに露呈され、これは雰囲気圧力であってよい。代替的には、膜は参照圧力に対してバネバイアスされていてよい。
【００４６】
バルブハウジングチャネル１４３はスライド可能にバルブステム１４２を収容するように構成される。バルブハウジングチャネル１４３は、バルブハウジング１４６およびバルブカバー１４８の中間位置、またはその近くで狭くなるように構成され肩部１３７を形成するようになっている。バルブステム１４２は好ましくは細いステム部分１３８およびキャップ１３１を具備する一体の要素である。この構成により細いステム部分１３８がバルブハウジングチャネル１４３の狭い部分を通って延び、他方、キャップ１３１は肩部１３７に引っかかる。そして、キャップ１３１および肩部１３７の双方はシール面を含み、キャップ１３１が肩部１３７に当たるときにバルブ１２６を通る流路を肩部１３７で閉止する。さらに、グロメット１４７が膜１４０内の穴１４９にバルブステム１４２を固着し、これによって、膜１４０およびバルブステム１４２の間にシールおよび強固な結合が形成される。したがって、膜１４０が移動するとき、バルブステム１４２も移動してキャップ１３１が肩部１３７に当たり、または底から外れてバルブ１２６を開成、または閉成させる。
【００４７】
圧力調整器１２６が第１バルブ１６に連結されると、上述のとおり、圧縮ガス室部２４からの比較的高い圧力が入口１４３に連通される。圧力調整器からの出口１４５における出口圧力は、第１バルブ１６を通じて流れチャネル４２へと連通して液体燃料室部２６を加圧する。液体燃料室部２６内の圧力が、燃料サプライ１０から液体燃料を押し出すのに必要な圧力より小さいときには、圧力調整器１２６は図９Ａに示すように開構成であり、この場合、膜は屈曲されず、バルブステム１４２のキャップ１３１は肩部１３７から外れている。そして、圧縮ガスは圧力調整器１２６を通って流れ、液体燃料室部２６へと入る。液体燃料室部２６中の圧力が上述のとおり「ｘ」ｐｓｉに達すると、膜１４０は、バルブステム１４２のキャップ１３１が肩部１３７に着座して圧力調整器１２６を閉止する程度に、バルブカバー１４８方向に屈曲する。液体燃料室部２６からさらに多くの液体燃料が搬送されると、ライナー２８の体積が減少して、この結果、液体燃料室部２６内部の圧力を減少させる。このように圧力が減少すると、膜１４０がバルブカバー１４０から離れるように移動し、バルブステム１４２を開位置に移動させ、さらなる圧縮ガスが液体燃料室部２６へと入り、サイクルを再開させる。
【００４８】
そのポイントで圧力調整器１２６が開または閉成する出口圧力Ｐｏｕｔｌｅｔは、バルブステムの長さ、キャップ１３１が開位置および閉位置の間で移動するギャップ、膜１４０の柔軟性すなわちバネ定数を調整し、および／または、Ｐｒｅｆを調整して制御可能である。ステム１３８は、グロメット１４７に対して移動可能なような寸法および形状とされステム１３８の長さを調整できるようになっている。ステム１３８のグロメット１４７およびキャップ１３１の間の長さが大きくなればなるほどバルブ１２６を閉止するための圧力が大きくなる。好ましくは、出口圧力は実質的に一定、または許容範囲に維持され、基準圧力Ｐｒｅｆはそのような出口圧力を実現するように選択ないし調整される。換言すれば、Ｐｒｅｆは、入り口圧力が予め定められた量を上回ったときに膜１４０が閉止してチャネル１４５における出口圧力が大きくなったり変動したりするのを最小化するように、設定される。
【００４９】
他の圧力調整器２２６が図１０Ａおよび１０Ｂに示され、これは、’９５２参考文献において図４Ｃ−４Ｄとして開示されるものである。バルブハウジング２４８がバルブキャップ２４７に固着されているので、圧力調整器２２６は先に検討した圧力調整器１２６に類似している。バルブキャップ２４７中に入り口部２４３が形成され、これが圧縮ガス室部２４に連結され、他方、圧力調整出口部２４５はバルブハウジング２４８中に形成され、これが液体燃料室部２６に結合される。穴２５１がバルブキャップ２４７の下方部分に形成される。好ましくは、穴２５１は圧力調整器２２６の長さ方向軸から若干芯ずれしている。
【００５０】
変形可能でキャップ状のシリンダ２５０がバルブキャップ２４７およびバルブハウジング２４８の間に挟まれ保持される。キャップ状のシリンダ２５０は上方端２５９、下方端２８７、およびそこに形成された穴またはチャネル２０１を含む。キャップ状のシリンダ２５０は当業界で知られている任意の変形可能な、弾性材料、例えばゴム、ウレタン、またはシリコーンから製造される。キャップ状のシリンダ２５０は圧力反応膜と同様に機能する。
【００５１】
上方端２５９はバルブキャップ２４７に隣接して配置されて、圧力調整器２２６を通って流体が流れないときに上端２５９がバルブキャップ２４７の下方の面と面一になるようになっている。上方端２５９の端部は位置固定されて上方キャップ２５９の残部が屈曲しても端部は固定してシールされたままであるようになす。
【００５２】
下方端２８７はバルブハウジング２４８に隣接して配置される。空洞２０２がバルブハウジング２４８に形成され、これが下方端２８７の直下に配置されて下方端２８７が自由に屈曲できるようになっている。好ましくは、下方端２８７は上方端２５９と異なる直径を有し、これについては以下に説明する。
【００５３】
リテーナ２５３は実質的に堅固な材料から製造され、キャップ状のシリンダ２５０を包囲する。リテーナ２５３は穴２４１を形成してキャップ状のシリンダ２５０およびリテーナ２５３の間に周回して形成される第２の空洞２０３を基準圧力Ｐｒｅｆに連結する。第２の空洞２０３の部分２０５は下方キャップ２８７の頂部に沿い、またその表面で部分的に伸びるように構成される。
【００５４】
圧力を調整するために、入り口ガス（または液体）が圧力調整器２２６に入り口２４３を通って入り穴２５１へと至る。穴２５１はキャップ２４７の上に形成された円形の溝またはリングであってよい。入り口２４３から入る入り口ガスまたは液体により付与される圧力が閾値に到達して上方端２５９を変形させるまで、上方端２５９が穴２５１をシールする。ガスが上方端２５９を変形させるとき、この変形がシリンダ２５０の本体を通じて伝達されて下方端２８７も変形させる。上方端２５９が変形すると、ガスが穴２５１を通り抜け、さらにキャップ状のシリンダ２５０を通じて出口２４５から調整された状態で排出される。
【００５５】
キャップ状のシリンダ２５０に加えられた力は、加えられた圧力と圧力が露呈された面積との積であるからキャップ状のシリンダ２５０に働く力はつぎのようにまとめることができる。
入り口の力＋基準の力←→出口の力
（入り口２４３のＰ・上方端２５９の面積）＋（Ｐｒｅｆ・部分２０５の面積）←→（出口２４５のＰ・下方端２８７の面積）
出口の力が、入り口の力に基準の力を加えたものより大きいときに、圧力調整器２２６は閉止され、出口の力が、入り口の力に基準の力を加えたものより小さいときにバルブ２２６は開成される。この実施例では、出口の力が入り口の力および基準の力とバランスしなければならないので、下方端２８７の面積が、有利なことに、図示のとおり、上方端２５９の面積より大きくなっており、出口の圧力を大きくすることなしに、出口の力がより大きくできるようになっている。端２５９および２８７ならびに部分２０５の面積を可変することにより、キャップ状のシリンダ２５０の表面の力のバランスを制御でき、バルブ２２６を開成または閉止するのに必要な圧力差を決定できる。
【００５６】
基準圧力Ｐｒｅｆは下方端２８７を下方に押圧しがちであるので、この付加的な圧力が流れを開始させる閾値圧力を下げることができる。すなわち、基準圧力Ｐｒｅｆは比較的大きく、ガスがキャップ状のシリンダ２５０を変形するのを支援する。基準圧力Ｐｒｅｆは出口２４５を出るガスの圧力をさらに調整するために大きく、または小さくしてよい。
【００５７】
他の実施例の圧力調整器４２６が図１１Ａおよび１１Ｂに示され、これは、’９５２参考文献において図６Ａ−６Ｂとして開示されるものである。圧力調整器４２６は、バルブ４２６が可撓性のキャップ状のシリンダ２５０の代わりにスライド可能なピストン４５０を具備する点を除けば、先に検討した圧力調整器バルブ２２６と類似である。バルブ４２６はバルブキャップ４４７に結合されたハウジング４４８を具備する。バルブキャップ４４７中に入り口４４３が形成され、これが圧縮ガス室部２４に結合される。ただし、圧力統制された出口４４５は、液体燃料室部に連結され、これが、バルブハウジング４４８に形成される。穴４５１がバルブキャップ４４７の下方端に形成される。好ましくは、穴４５１は圧力調整器バルブ４２６の長さ方向軸から若干芯ずれしている。穴４５１はリングとして形成された複数の穴を含んで、入り口圧力がスライド可能なピストン４５０に均一に加わるようにしてよい。
【００５８】
ピストン４５０はバルブキャップ４４７およびバルブハウジング４４８の間にスライド可能に配される。スライド可能なピストン４５０は第１の直径の上方部分４５９、第２の直径の下方部分４８７、およびこれを通るように形成された穴４０１を含み、好ましくは第２の直径は上方部分４５９の直径より大きい。スライド可能なピストン４５０は当業界で知られている任意の堅固な材料、例えば、プラスチック、エラストマ、アルミニウム、エラストマおよび堅固な材料の組み合わせ、その他から製造する。
【００５９】
スペース４０２がバルブハウジング４４８中に形成されピストン４５０がキャップ４４７およびハウジング４４８の間をスライドできるようにしている。第２の空洞４０３がスライド可能なピストン４５０およびバルブハウジング４４８の間に形成される、空洞４０３は基準圧力Ｐｒｅｆに結合される。空洞４０３の部分４０５は下方端４８７に対抗するように配置され、基準の力がピストン４５０に加わることが可能なようになっている。
【００６０】
上方部分４５９はバルブキャップ４４７に隣接して配置されて、上述のとおり、出口の力が入り口圧力に基準圧力を加えたものを上回ると、上方部分４５９がバルブキャップ４４７の下方の面と面一になるようになりバルブ４２６を閉止し、これは図１１Ａに示すとおりである。出口の力が入り口圧力に基準圧力を加えたものより小さくなるとピストン４５０がハウジング４４８の方向に押されて流体、例えば水素ガスが入り口４４３から穴（複数でもよい）４５１および穴４０１を通って出口４４５へと流れだすことが可能になる。バルブ２２６に関連して先に説明したように、端部４５９および４８７ならびにスペース４０５の表面面積を可変にしてバルブ４２６の開成および閉止を制御できる。
【００６１】
他の適切な圧力調整器が図１２Ａ−１２Ｂに示されている。図１２Ａ−１２Ｃは本出願人より２００７年２月２日に出願された米国仮出願番号第６０／８８７，９１８号に先に開示されており、その内容は参照してここに組み入れる。参照を容易にするために、仮出願’９１８に使用された参照番号の最初の数字をここで使用する際に変更して、先に使用された参照番号との重複を回避した。
【００６２】
事例的な圧力調整器５６４は図１２Ａ〜図１２Ｂに示される。調整器５６４は入口ハウジング５６６、出口ハウジング５６８、その間に配された保持部５７０を有する。ピストン５７２が保持部５７０内で移動可能に配される。第１のダイヤフラム５７４が入口ハウジング５６６および保持部５７０の間にクランプされ、第２のダイヤフラム５７６が出口ハウジング５６８および保持部５７０の間にクランプされる。入口ハウジング５６６は入口チャネル５７８を形成してこれが圧縮ガス室部２４に結合され、出口ハウジング５６８は出口チャネル５８０を形成しこれが液体燃料室部２６に連結される。保持部５７０の内部はピストン５７２を収容し、基準圧力に露呈可能であり、これは雰囲気圧力であってよい。ボール５８２は、入口チャネル５７８の直下の第１のダイヤフラム５７４の下に設けて入口チャネルのシールを確実にできる。図示のとおり、第１のダイヤフラム５７４は入口圧力に露呈され、第２のダイヤフラム５７６は出口圧力に露呈される。
【００６３】
ピストン５７２に印可される力は、印可圧力と圧力の露呈面積の積であるので、ピストン５７２に作用する力は以下のようにまとめることができる。
入口ダイヤフラムの力は：
入口圧力×入口面積＝基準圧力×入口面積＋ピストンの力（上面）
出口ダイヤフラムの力は：
出口圧力×出口面積＝基準圧力×出口面積＋ピストンの力（下面）
上面の力は下面の力と等しいので、ピストンの力は双方の式において等しい。ピストンの力について双方の式を解き、等価にすると：
（入口Ｐ−基準Ｐ）×入口面積＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×出口面積
この式はつぎのように書き換えることができる：
（出口Ｐ−基準Ｐ）＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×入口面積／出口面積
基準圧力が０ｐｓｉ相対値または１気圧である場合には：
出口Ｐ＝入口Ｐ×入口面積／出口面積
【００６４】
基準圧力が０ｐｓｉ相対値でない場合には、ピストンの双方のサイドがそれぞれの面積に応じて基準圧力により影響を受ける。調整器の動作中に入口面積は変化する。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなる前に、入口面積はピストンの上面と等しい。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなった後は、入口面積は小さな入口開口へと縮みこむ。この特徴によって、若干の出口圧力減少を伴うピストンの発振を減少させる。
【００６５】
出口の力が入口の力より小さいときには、入口の水素圧力が隔膜に働いて下方に移動させ、入口チャネル５７８から内側の円形のチャネル５８４への流路を開き、これが頂部の横方向チャネル５８６に連結され、これが外側の円形チャネル５８８および連結チャネル５９０に連結され、これが下側の横方向チャネル５９２および出口チャネル５８０に接続される。有利なことに、出口チャネル５８０は５９４の点で膨大化され、ガスを膨張させて排出前にいくらかさらに圧力を減少させる。出口チャネル５８０も膨大化され調整器５６４が燃料電池システムの他の部品と適合するようになっている。横方向のチャネル５８６および５９２は図１２Ａに示すようにボールによってシールされる。
【００６６】
圧力調整器５６４の他の実施例が図１２Ｃに示され、これは図１２Ａ〜図１２Ｂの実施例と同様の態様で動作する。図１２Ｃに図示されるように、調整器５６４は、出口ハウジング５６８の底部に取り付けられた、出口ダイヤフラム／ガスケット５７７および端部キャップ５９６をも具備する。端部キャップ５９６は、基準圧力をピストン５７２に連通させるチャネル、および、排出前に排出水素の圧力を大幅に降下させるため、より膨大化された出口チャネル５８０を具備してよい。ダイヤフラム／ガスケット５７７はＯ−リングにより置き換えて良い。
【００６７】
この発明の他の側面によれば、燃料サプライ６１０は、図１３に示すように、圧力調整器なしで実現できる。この燃料サプライも蓋１４および内側ライナー２８を具備する外側ケーシング１２を有する。バルブ１８を設けて、液体燃料を内側ライナー２８から反応室部へ連通させるようにして水素を発生させ、または、液体燃料を内側ライナー２８から燃料電池、あるいは燃料電池が給電する装置へ連通させる。圧力はバネクリップ６１２を介して内側ライナー２８に加えられる。内側ライナー２８に均等に圧力が分散されるように堅固な板６１４が内側ライナー２８の各側部に設けられる。
【００６８】
燃料サプライ中に残っている燃料の量を測定するために、燃料ゲージ７００が図１４および１４Ａに示すように設けられる。燃料ゲージ７００はスレッド７０２および読み出し部７０４を有する。スレッド７０２は内側ライナー２８の底または側部に一端を取り付けられている。燃料がライナー２８から搬出される際に、ライナーは図１４中で２８’で示すように縮む。縮んだライナーはスレッド７０２を内側に引く。スレッドが引っ張られるときに、他の端部は読み出し部７０４に沿って移動して残留燃料の量を示す。読み出し部７０４を正確にマークするために較正を行う必要があり、読み出し部７０４上の区切りマーク（例えばＥ、１／４、１／２、３／４）を均等に間隔を置いて配置しなくても良い。
【００６９】
ライナー２８が、内側ライナー２８に含まれる燃料の蒸発によって引き起こされるガスにより再膨張すると、スレッド７０２が柔軟であるので、再膨張した内側ライナーはスレッドを外側に押すことはなく、このため、燃料ゲージ７００上の読み出し値は内側ライナーの再膨張によっては変化することがない。したがって、燃料ゲージ７００の利点は単純さ、正確性、および再現性である。
【００７０】
図１５（ａ）〜１５（ｃ）および図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示すような、利用可能なタイプのバルブ１６、１８に戻って説明すると、第１バルブ１６または第２バルブ１８は、いずれかのバルブの入口の近傍に配置されるシール部材８７０（例えばＯ−リング、シール面、ワッシャー、オーバーモールド弾性部分、弾性部分、またはその他）を具備してよい。例えば、図１５（ａ）〜１５（ｃ）、および図１６（ａ）〜１６（ｃ）に示されるように、シール部材８７０は第２バルブ１８のバルブ本体８５８の内部に形成された溝中に配されたＯ−リングであってよい。シールはバルブ本体８５８、シール部材８７０、および中央ポスト８６０の間に実現される。空間８６８がバルブ本体８５８および中央ポスト８６０の間に形成される。この実施例において、チューブ８６６は中央ポスト８６０より大きな寸法、形状とされ、チューブ８６６が空間８６８中に入れ込まれると、これがＯ−リング８７０を外側に押して、図１５（ｂ）および１５（ｃ）に示されるように、チューブ８６６および中央ポスト８６０の間に流れチャネル８６４が許容されるようになる。図１５（ｃ）に示すようにチューブ８６６をさらに挿入すると、チューブ８６６がバルブ本体８５８の内部に確実に配される。チューブ８６６が、図１５（ｂ）に示すように、最初に空間８６８に挿入されると、要素間シールが、オプションとして、チューブ８６６およびバルブ本体８５８の間に形成される。図１５（ｄ）はバルブ１８およびチューブ８６６の分解図を示す。
【００７１】
図１６（ａ）〜（ｄ）の実施例は図１５（ａ）〜（ｄ）の実施例と類似である。ただし、Ｏ−リング８７０により実現されるシールに加えて第２のシールが弾性シール８６２および中央ポスト８７０によって実現される。ここで、チューブ８６６がＯ−リング８７０を脇に押すときに、バルブ１８が図１６（ｂ）に示すように、シールされたままであり、この後、図１６（ｃ）に示すように、チューブ８６６が弾性シール８６２を押圧して流れ経路８６４を形成する。図１６（ｄ）は係合するチューブ８６６およびバルブ１８の分解図を示す。
【００７２】
図１５（ａ）〜１５（ｃ）および図１６（ａ）〜１６（ｃ）の手順はバルブ１８について示されるけれども、同様の手順がチューブ４８およびバルブ１６の間の要素間シールを形成し、この後、バルブ１６内で内部シールを開にするために適用できる。
【００７３】
バルブ１６またはバルブ１８のいずれかを閉止するための手順は上述の開手順と逆のプロセスに類似している。カートリッジ１０は、まず、手作業で、あるいは、公知の排出機構を用いて自動的に、装置と係合解除され、いずれかの圧縮シール（例えば、弾性シール３８、４４、６２、８６２Ｏ−リング３８’、４４’、および６２’、またはシール部材８７０）が貯蔵エネルギーを開放し、その当初の位置に復帰する。有利なことに、１つの具体的な実施例では、圧縮シール自体はそれ自体で排出機構として働く。この結果、カートリッジ１０を排出するために外部のバネ力が不要であり、カートリッジ１０内の空間を節約する。カートリッジが排出され、弾性シールが元の位置に復帰したのちに、中央ポストは、再度、弾性シールと係合して燃料カートリッジへの流れパスを閉じる。
【００７４】
図１７（ａ）〜（ｄ）はこの発明の他の実施例を示す。図示のとおり、連結バルブ８７２は２つのバルブ要素８７４および８７６を有する。１つのバルブ要素は燃料サプライまたは装置（例えば、燃料電池、再充填装置、または、燃料電池システムに使用して好適な任意の他の装置）のいずれかと係合され、他のバルブ要素が燃料サプライまたは装置の他方と係合される。好ましくは、第１のバルブ要素８７４が装置と係合され、第２のバルブ要素８７６が好ましくは燃料サプライと係合される。図１７（ａ）〜１７（ｃ）は第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の連結と、その内部シールの開動作を示し、図１７（ｄ）は連結バルブ８７２の分解図を示す。
【００７５】
第１のバルブ要素８７４は頂部部分８７７ａおよび底部部分８７７ｂを伴う這う寝具を有する。頂部部分８７７ａは、Ｏ−リング８８０と流体的に連結されたホースチューブ８７８を収容する。Ｏ−リング８８０は中央ポスト８８１との間で内部シールを形成し、これが、頂部ハウジング８７７ａと一体に形成される。内側チューブ８８２は選択的にＯ−リング８８０を押圧するために設けられ、これが、直径方向に対抗する一対の開口８８４を具備する。内側チューブ８８２は外側チューブ８８６内にちょうど入るような寸法および形状を伴う。チューブ８８２および８８６はその間に流路の一部をなす空間を形成する寸法および形状を伴う。内側チューブ８８２および外側チューブ８８６の双方は底部８７６ｂ内に配置され、スポークまたはウェブ（図示しない）によって連結されて相対的な位置を維持するようになっていてもよい。Ｏ−リング８８０が圧縮されていないとき、これが中央ポスト８８１に当接し、バルブ要素８７４をシールする。これが圧縮されるときには、バルブ要素８７４を通る流路が形成され、この流路がホースチューブ８７８から、圧縮されたＯ−リング８８０を通じて、チューブ８８２の空洞端部に至り、また開口８８４を通じ、また、内側チューブ８８２および外側チューブ８８６の間の空間を通じるようになっている。
【００７６】
第２のバルブ要素８７６もいくつかの部品を有し、これには頂部部分８８８ａおよび底部部分８８８ｂを具備するハウジング８８８が含まれる。有利なことに、中央ポスト８９０は底部部分８８８ｂに固定的に結合され、Ｏ−リング８９２との間で内部シールを形成する環状の座面を具備する。底部部分８８８ｂはホースチューブ８９４も具備し、これが、Ｏ−リング８９２と流体的に結合する。バルブ要素８７４の外側チューブ８８６も中央ポスト８９０より大きく、これにより、その間を流体が流れる。
【００７７】
第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の双方はチャネル８９８中のボルト８９６によって一体に結合される。さらに、Ｏ−リング（図示しない）が第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の間に設けられ、２つのバルブ要素の間の要素間シールを容易に行えるようになっている。
【００７８】
図１７（ａ）は、第１のバルブ要素８７４を、第２のバルブ要素８７６と非結合の状態で示す。燃料サプライを燃料電池に結合して燃料を燃料サプライから燃料電池に搬送させるために、第１のバルブ要素８７４からの外側チューブ８８６が第２のバルブ要素８７６の中の中央ポスト８９０の回りの空間９００に、Ｏ−リング８９２に至るまで、挿入され、これを図１７（ｂ）に示す。図１７（ｃ）において、第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６における内部シールが開にされて流路９０１が形成される。第１のバルブ要素８７４内の内部シールは、中央ポスト８９０が内側チューブを押すときに、開となり、この中央ポスト８９０はつぎにＯ−リング８８０を押圧する。第２のバルブ要素８７６内の内部シールは、第１のバルブ要素８７４の外側チューブ８８６がＯ−リング８９２を押圧するときに、開となる。流路は、第２のバルブ要素において、ホースチューブ８９４から、圧縮されたＯ−リング８９２の回りを経て、中央ポスト８９０および第１のバルブ要素８７４の外側チューブ８８６の間の空間を通じて形成される。図１７（ｃ）に示すように、流路９０１は、第１のバルブ要素８７４および第２のバルブ要素８７６の内部の流路の組み合わせである。燃料は流路９０１を通じてホースチューブ８７８からホースチューブ８９４の方向または逆の方向のいずれにも流れて良い。
【００７９】
流路９０１を形成する際に、第１のバルブ要素８７４は第２のバルブ要素８７６と同時に開となってよく、あるいは、２つのバルブ要素が、それらの間の結合が完了した後に、時間を定めて逐次的な態様で開となってもよい。当業者に容易に理解できるように、いくつかの状況下で、カートリッジ１０への流路を開にする前に、装置への流路を開とすると、有利であり、例えば、装置は、カートリッジ１０に貯蔵されている燃料へのアクセスに先立って、流体または気体を受容する準備を確実にすることができる。このような順次的な開成は、単に、内側チューブ８８２、外側チューブ８８６、または中央ポスト８９０の長さを調整することで実現できる。例えば、第１のバルブ要素８７４が装置側にあるならば、外側チューブ８８６を短くし、内側チューブ８８２または中央ポスト８９０を長くしてよい。この場合、中央ポスト８９０が、外側チューブ８８６のＯ−リング８９２との係合に先立って、内側チューブ８８２を移動させる。代替的には、第２のバルブ要素が装置側にあるとすると、外側チューブ８８６が長くされて、内側チューブ８８２の中央ポスト８９０との係合に先立って、Ｏ−リング８９２を押圧するようになしてもよい。このような構成のいずれも、あるいは、組み合わせによって、一方のバルブ要素がその流路を開とするストロークが、他方のバルブ要素より長くなり、これにより、一方のバルブ要素が他方のバルブ要素より長い開手順を伴うようになる。
【００８０】
他の例の第１のバルブ要素８７４’が図１８（ａ）および１８（ｂ）に示される。ここでは、中央ポスト８８１がハウジング８７７ａに締まりばめにより結合され、下方のハウジング部分８７７ｂが外側チューブ８８６に組みあわされる。内側チューブ８８２は下方ハウジング８７７ｂ／外側チューブ８８６に対して若干の上下動が可能であり、Ｏ−リング８８０を押圧または押圧解除する。このバルブ要素８７４’の動作は図１８（ａ）〜１１（ｄ）において説明された第１のバルブ要素８７４と類似である。
【００８１】
他の例の第１のバルブ要素８７４’’が図１９（ａ）および（ｂ）に示される。ここでは、中央ポスト８８１が、下方または外側に伸び、第１ハウジング部分８７７ａに締まりばめにより結合されている。単一のチューブ８８２／８８６が内側チューブ８８２および外側チューブ８８６に置き換わり、Ｏ−リング８８０を押圧するように移動可能であり、これが上述のように、中央ポスト８８０とのシールを実現する。保持リング９０５は、チューブ８８２／８８６の外側リング９０３との干渉によって、バルブ要素８７４’’内にチューブ８８２／８８６を保持するようになっている。Ｏ−リング８８０が押圧されるとき、チューブ８７８から、中央ポスト８８１の小さな幹部の回りを経て、さらに、押圧されたＯ−リング８８０の回りを経て、チューブ８８２／８８６および中央ポスト８８１の間の空間に入る流路が形成される。図１７（ａ）〜（ｄ）に示されるように、チューブ８８２／８８６は、第２のバルブ要素８７６と結合されるときに、第２のバルブ要素８７６のＯ−リング８９２を、第１のバルブ要素８７４のＯ−リング８８０に加えて、押圧し、この押圧は先に検討したように、同時でも、逐次でもよい。
【００８２】
図２０（ａ）〜（ｄ）を参照すると、他の例のバルブ１８が示される。この実施例では、中央ポスト８６０がバルブ本体８５８と一体に製造されているけれども、別々に製造され、先に検討され、また以下に図２１（ａ）〜（ｂ）に関連して説明されるようにバルブ本体８５８に固着されて良い。この例では、シール部材８６２は非平坦なワッシャーすなわちリップワッシャーであり、これが中央ポスト８６０との間のシールを実現する。図２０（ａ）に最もよく示されるように、リップワッシャー８６２はバルブ本体８５８および保持部材９０７の間に保持される。ワッシャー８６２のシール部分は、図示のとおり、内側に配向されて中央ポスト８６０を押圧してシールを実現する。この実施例では、保持部材９０７および中央ポスト８６０の間に空間８６８が設けられ、これがチューブ８６６を収容する寸法および形状を伴う。また、チューブ８６６および中央ポスト８６０の間に隙間が設けられ、これを通じて燃料が流れることが可能になっている。図２０（ｂ）に示すように、チューブ８６６は、それがリップワッシャー８６２に到達しさらに図２０（ｃ）に示すようにこれを超えるまで、空間８６８を通じてバルブ要素１８中に挿入される。チューブ８６６が、一度、リップワッシャー８６２を超えて押し込まれると、図示のとおり流路８６４が形成される。
【００８３】
図２１（ａ）〜（ｂ）は図２０（ａ）〜（ｂ）のバルブ要素の変形例を示す。これら２つのバルブ要素は相互に類似する。ただし、ワッシャー８６２は平坦なワッシャーであり、中央ポスト８６０がバルブ本体８５８と別個に製造されている。さらに、バルブ本体８５８にはその内部に切り出しチャネル９０９が形成され、流路８６４の一部をなす。
【００８４】
この発明の他の実施例が、ここで開示された、この発明の当該明細書およびその実施を考慮して、当業者には明らかであろう。例えば、液体燃料室部２６は内側ライナー２８に代えて液体燃料区画およびガス区画を有してよく、これらが圧力調整器の出口に流体的に連通せれ、可動でシール状態のピストンにより分離される。もちろん、内側ライナーを可動ピストンとともに使用しても良い。代替的には、液体燃料室部２６は、内側ライナーおよび可動ピストンに代えて、一端にウエイトを備え他端にバルブを連結させた柔軟性のあるチューブを具備して良い。柔軟性のあるチューブのウエイト付けされた端部は燃料サプライ１０がどの配位でも液体燃料に接触することになり、液体／気体の界面で液体燃料に接触している圧縮ガスは圧力を供給して液体燃料を柔軟性のあるチューブを介してバルブ１８の方へ駆動する。ウエイト付けされた柔軟性燃料チューブは米国特許公開第２００６／０１９１１９９号に説明されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００８５】
さらに、圧縮ガス室部２４は燃料サプライ１０の外部に配置されて良い。例えば、装置／燃料電池の内部に区画が設けられ圧縮ガスカートリッジを収容できるようになっていてよく、この区画は、そこにガスカートリッジを挿入する際にガスカートリッジを破く。さらに、圧縮ガス室部２４または圧縮ガスカートリッジはフォイルまたは他のガス非透過性の膜によりシールされてよく、これは最初の使用に先立って取り外されることができ、また燃料サプライ１０／圧縮ガス室部２４の保管寿命を長くする。
【００８６】
第１および第２バルブ１６および１８は、カモノハシバルブ、またはボールバネバルブ、または、本出願人による出願に係る米国公開特許出願第ＵＳ２００５／００２２８８３号、同第ＵＳ２００６／０１９６５６２号、国際公開特許出願第ＷＯ２００６／０５０２６１号、および同第ＷＯ２００６／０８８４５０号、並びに、米国特許第７，０５９，５８２号に開示されている、バルブに置き換えて良い。燃料サプライ１０または装置／燃料電池は、燃料の速度、圧力または温度が高くなりすぎたときに燃料の流れを遮断するバルブ、例えば本出願人の出願に係る米国公開特許出願第ＵＳ２００６／００７１０８８号に開示されているようなものを具備しても良い。これら参考文献の内容は参すべて照してここに組み入れる。
【００８７】
また、外側ケーシング１２もチェックバルブまたは排気バルブを有してよく、これは、外側ケーシング１２の内部の圧力が予め定められたレベルに達したときに、外側ケーシング１２内のガスを雰囲気中、または他の場所に排出することができるものである。
【００８８】
この明細書および例は例示としてのみ意図されており、この発明の本来の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲およびその均等物により示される。この発明の他の実施例が、ここで開示された、この発明の当該明細書およびその実施を考慮して、当業者には明らかであろう。さらに、１つの実施例の要素または特徴を他の実施例に採用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮ガス室部および液体燃料室部を有する燃料サプライシステムであって、圧力調整器が上記圧縮ガス室部を上記液体燃料室部に連結し、上記圧力調整器は上記圧縮ガス室部から高圧力入力を受け取ることができ、上記液体燃料室部に実質的に一定の低出力圧力を供給して上記液体燃料室部から液体燃料を取り出すことができることを特徴とする燃料サプライシステム。
【請求項２】
上記圧縮ガス室部の圧力が時間の経過とともに減少する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項３】
上記燃料サプライは、燃料電池で直接消費できる燃料、および、金属水素化物を加水分解して水素を生成する液体燃料反応物を有する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項４】
上記圧縮ガス室部および上記液体燃料室部は相互に結合され、あるいは相互に一体に製造される請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項５】
上記圧縮ガス室部は上記液体燃料室部から分離されたカートリッジ内に包含される請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項６】
第１のバルブが上記圧縮ガス室部を上記圧力調整器に結合する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項７】
上記バルブは内側の中央ポストおよび同芯的に配された外側の中央ポストを有する請求項６記載の燃料サプライシステム。
【請求項８】
第２のバルブが上記液体燃料室部を燃料電池または上記液体燃料を加水分解する反応室部に結合する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項９】
燃料ゲージをされに有する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項１０】
上記燃料ゲージは上記燃料室部内に配置された燃料ライナーに結合されたストリングを有する請求項９記載の燃料サプライシステム。
【請求項１１】
上記バルブは第１および第２のバルブ要素を有し、
上記第１のバルブ陽子はバルブ本体、少なくとも１つのシール部材、および上記バルブ本体に当該バルブ本体に対して実質的に移動できないように取り付けられた中央ポストを有し、
上記シール部材は上記第１のバルブ要素の係合面から離れて位置決めされ、上記係合面の上記中央ポストの回りで空間が形成され、
上記空間は第２のバルブ要素からの空洞のチューブを収容する大きさおよび形状を伴い、
上記空洞のチューブが上記第１のバルブ要素に押し込まれるときに、当該空洞のチューブが上記シール部材をシール位置から遠ざけて上記バルブ要素の双方を通じた流路を形成させる請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
上記低出力圧力は約５ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
上記低出力圧力は約３ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
上記低出力圧力は約２ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
上記低出力圧力は約＋−２．０ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
上記低出力圧力は約＋−１．５ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
上記低出力圧力は約＋−１．０ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１】
圧縮ガス室部および液体燃料室部を有する燃料サプライシステムであって、圧力調整器が上記圧縮ガス室部を上記液体燃料室部に連結し、上記圧力調整器は上記圧縮ガス室部から高圧力入力を受け取ることができ、上記液体燃料室部に実質的に一定の低出力圧力を供給して上記液体燃料室部から液体燃料を取り出すことができることを特徴とする燃料サプライシステム。
【請求項２】
上記圧縮ガス室部の圧力が時間の経過とともに減少する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項３】
上記燃料サプライは、燃料電池で直接消費できる燃料、および、金属水素化物を加水分解して水素を生成する液体燃料反応物を有する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項４】
上記圧縮ガス室部および上記液体燃料室部は相互に結合され、あるいは相互に一体に製造される請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項５】
上記圧縮ガス室部は上記液体燃料室部から分離されたカートリッジ内に包含される請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項６】
第１のバルブが上記圧縮ガス室部を上記圧力調整器に結合する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項７】
上記バルブは内側の中央ポストおよび同芯的に配された外側の中央ポストを有する請求項６記載の燃料サプライシステム。
【請求項８】
第２のバルブが上記液体燃料室部を燃料電池または上記液体燃料を加水分解する反応室部に結合する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項９】
燃料ゲージをされに有する請求項１記載の燃料サプライシステム。
【請求項１０】
上記燃料ゲージは上記燃料室部内に配置された燃料ライナーに結合されたストリングを有する請求項９記載の燃料サプライシステム。
【請求項１１】
上記バルブは第１および第２のバルブ要素を有し、
上記第１のバルブ陽子はバルブ本体、少なくとも１つのシール部材、および上記バルブ本体に当該バルブ本体に対して実質的に移動できないように取り付けられた中央ポストを有し、
上記シール部材は上記第１のバルブ要素の係合面から離れて位置決めされ、上記係合面の上記中央ポストの回りで空間が形成され、
上記空間は第２のバルブ要素からの空洞のチューブを収容する大きさおよび形状を伴い、
上記空洞のチューブが上記第１のバルブ要素に押し込まれるときに、当該空洞のチューブが上記シール部材をシール位置から遠ざけて上記バルブ要素の双方を通じた流路を形成させる請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
上記低出力圧力は約５ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
上記低出力圧力は約３ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
上記低出力圧力は約２ｐｓｉと等しいかそれより小さい圧力である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
上記低出力圧力は約＋−２．０ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
上記低出力圧力は約＋−１．５ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
上記低出力圧力は約＋−１．０ｐｓｉより小さな揺らぎしか有しない請求項１記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５３６６７８（Ｐ２０１０−５３６６７８Ａ）
【公表日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２２０２５（Ｐ２０１０−５２２０２５）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７３８６５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２６４３９
【国際公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５０１４３６６６５）ソシエテ ビック (73)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＣＩＥＴＥ ＢＩＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７３８６５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２６４３９
【国際公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５０１４３６６６５）ソシエテ ビック (73)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＣＩＥＴＥ ＢＩＣ
【Ｆターム（参考）】
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