電気を発生させる方法
【課題】高い電力レベル、固有エネルギー、および／またはエネルギー密度を実現するマイクロ電源を提供する。
【解決手段】発電機は、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料の方に湿気が流れるようにする水素流路を有する。ＬｉＢＨ４およびＬｉＡｌＨ４などの金属水素化物が、好ましくは、水素含有燃料として使用される。湿気は、水蒸気流路から水交換膜を通して水素流路に通過する。水素流路と水蒸気流路の間の燃料電池は、水素流路中の水素と反応して電気を生成し、さらにまた、水蒸気流路中の湿気を主に生成する。
【解決手段】発電機は、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料の方に湿気が流れるようにする水素流路を有する。ＬｉＢＨ４およびＬｉＡｌＨ４などの金属水素化物が、好ましくは、水素含有燃料として使用される。湿気は、水蒸気流路から水交換膜を通して水素流路に通過する。水素流路と水蒸気流路の間の燃料電池は、水素流路中の水素と反応して電気を生成し、さらにまた、水蒸気流路中の湿気を主に生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
戦場における用途、無人航空機および無人無線センサなどの多くの用途において、より軽量な電源に対する継続した、しかも急を要する要求がある。現在、主に使用されている電源は、リチウム電池である。しかし、所定重量のリチウム電池のエネルギー能力は、与えられた範囲に限られている。
【０００３】
重量を追加することなしに、電源の能力を数倍に上げて、電子装置の動作寿命を実質的に増すことができるようにすることが望ましい。
【０００４】
本発明の譲受人は、図１に示す高性能マイクロ電源１０を以前に開発した。マイクロ電源１０は、水タンク１２、水浸透膜１３、固体燃料タンク１４、および空気圧弁１６を含む。水タンク１２は、例えば数ｃｃといった少量の水を収容するように構成することができる。固体燃料タンク１４は、例えばＬｉＡｌＨ４のような数グラムの金属水素化合物のような固体燃料を含む。
【０００５】
水タンク１２は、空気圧弁１６を介して固体燃料タンク１４に接続されている。水タンク１２の水は蒸発し、水浸透膜１３を通して浸透し、結果として得られた水蒸気は、空気圧弁１６を介して拡散し、固体燃料タンク１４の燃料と反応して水素ガスを生成する。空気圧弁１６は、内部水素ガス圧を感知し、通常大気圧より僅かに高い一定内部水素ガス圧を維持するように水蒸気の拡散を調整する。
【０００６】
マイクロ電源１０の１つまたは複数の燃料電池１８は、水素ガスを出力電圧に変換する。例えば、燃料電池１８は、小型陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池であってもよい。小型陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池のそれぞれは、水素を直流出力電圧に変換する直径１ｍｍのナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）膜を有する。ナフィオン膜は、一方の側が空気と接触する。
【０００７】
液体の水ではなく水蒸気を使用することの有利点の１つは、液体の水を使用した場合に一般に見られる凝結および目詰まりのない状態で、水蒸気は固体燃料と１００％の完全な反応を基本的に生じることである。
【０００８】
マイクロ電源１０は、一般的な一次リチウム電池の１グラム当り０．２５ワット時という値に比べて、１グラムの重量当り最高で１．２５ワット時を発生することができる。マイクロ電源１０の蓄積エネルギー（３．１ワット時）は、約２．５グラムの燃料重量（例えば、金属水素化合物と水）を必要とするだけであり、その他の非燃料部品は、マイクロ電源１０に僅か０．８グラムの重量を追加するだけであり、その結果、マイクロ電源１０の全体的な固有エネルギーは１グラム当り０．９５ワット時であり、一般的な一次リチウム電池の約４倍である。
【０００９】
図２は、Ｃ電池の大きさの発電機として構成されたマイクロ電源１０の例示の構造を示す。水タンク１２で囲繞された固体燃料タンク１４がコアを形成するように水タンク１２および固体燃料タンク１４を収納する円筒形ハウジング２０の中に、マイクロ電源１０は収納されている。固体燃料タンク１４の燃料は、固体の金属水素化物ペレット１５の形であってもよい。空気圧弁１６は、水タンク１２から固体燃料タンク１４に拡散する水蒸気の量を調整するように弁座２４と協働する弁体２２を含む。内部水素ガス圧が変化するときに、弁ダイアフラム２６が弁体２２を弁座２４に対して動かすようにたわんで、水タンク１２から固体燃料タンク１４に拡散する水蒸気の量を調整するように、弁体２２は、弁棒２８により弁ダイアフラム２６に結合されている。
【００１０】
燃料電池１８は、空気および水素と接触している。多孔質障壁２１が、水を水タンク１２の中に保ち、固体の金属水素化物ペレット１５を適切な位置に保っている。
【００１１】
図３は、マイクロ電源１０の化学プロセスを要約したものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、より高い電力レベル、固有エネルギー、および／またはエネルギー密度を実現する電源に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に従って、発電機は、水素流路と、湿り空気流路と、燃料電池と、水交換膜とを備える。水素流路は、水素含有燃料および流れインデューサを含み、水素含有燃料は水素流路中の湿気と反応して水素を生成し、さらに、流れインデューサは水素流路に流れを引き起こす。燃料電池が水素流路中の水素と反応して電気を生成し、かつ湿り空気流路中の湿気が燃料電池の反応によって生成されるようにして、燃料電池は、水素流路と湿り空気流路との間にある。水交換膜は、水素流路と湿り空気流路の間にあり、水蒸気流路中の湿気を水素流路に供給することを可能にする。
【００１４】
本発明の他の態様に従って、電気を発生する方法は、次のことを含む。すなわち、水素流路に湿気を供給すること、水素流路中に流れを引き起こすこと、ここで、この流れは湿気を含み、かつ水素流路は、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料を含むものであり、および、水素含有燃料によって生成された水素を燃料電池に向け、水素と反応させて電気を生成する。
【００１５】
本発明のさらに他の態様に従って、電気を発生する方法は、次のことを含む。すなわち、水素流路で湿気を金属水素化物と反応させ水素を生成すること、水素を水素流路に通して、水素と反応して電気および湿気を生成する燃料電池に向けること、および、金属水素化物と反応する主要な湿気として、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給すること。
【００１６】
これらおよび他の特徴および有利点は、図面と共に解釈されるとき本発明の詳細な考察からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の譲受人によって以前に開発されたマイクロ電源を示す模式図である。
【図２】図１に示すマイクロ電源の例示の構造を示す図である。
【図３】図１に示すマイクロ電源の化学プロセスを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った閉サイクルマイクロ電源を示す模式図である。
【図５】図４に示す閉サイクルマイクロ電源の例示の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上で述べたマイクロ電源１０は、ｍＷレベルの発電として非常に簡単で、かつ効率的である。しかし、マイクロ電源１０は、水タンク１２からの湿気の自然蒸発速度および拡散速度が遅いため、これが発電を著しく制限するものにしている。さらに、燃料電池１８で生成された水は廃物として排出され、このことが、マイクロ電源１０として必要とされる小ささおよび軽さを制限している。図３の化学反応シーケンスから理解できるように、燃料電池１８の自然な作用としては、水蒸気と燃料との間の化学反応に必要とされる、まさにその速度で、水を生成するので、原理的には、マイクロ電源１０に水を新たに供給する必要はない。
【００１９】
図４は、本発明の一実施形態に従った閉サイクルマイクロ電源３０を示す。閉サイクルマイクロ電源３０は、水素流路３２および湿り空気流路３４を含む。ファン、ポンプ、インペラなどの流れインデューサ３６が、水素流路３２を通る流れを引き起こす。同様に、ファン、ポンプ、インペラなどのインデューサ（図４に示されない）が、湿り空気流路３４を通る流れを引き起こす。水素流路３２中の水素をまず始めに加湿するために、最初に水素流路３２または湿り空気流路３４のどちらかに霧状の水滴を注入することができる（図示せず）。
【００２０】
水素流路３２中の湿った水素の流れは、例えば金属水素化物のような固体燃料を含む燃料タンク３８を通過する。多くの金属水素化物を燃料タンク３８で使用することができるが、ＬｉＢＨ４およびＬｉＡｌＨ４は、単位重量当りに多量の水素エネルギーを含む。例えば、ＬｉＢＨ４は、ＬｉＡｌＨ４の約１．７倍のエネルギーを含むので、ことによると３６％×初期重量の水素をもたらすかもしれない。用い尽くされたときに燃料は、蓄積された酸素のために重量が３．９倍に増すだろう。しかしながら、ＬｉＢＨ４と水蒸気との間の化学反応は、反応速度を減少させるアルカリ性「スラリー」を生成し、結果として、典型的には完全（１００％）に対して３０％まで進むだけの化学反応となる。ＬｉＡｌＨ４はこの問題を示さず、ほとんど１００％の完全反応をもたらす。ある方法（例えば、酸または触媒を追加すること）がＬｉＢＨ４の上記影響をなくすことができるならば、ＬｉＢＨ４は、ＬｉＡｌＨ４よりも優れた燃料である可能性がある。
【００２１】
燃料タンク３８は、水素流中の水蒸気と反応して乾燥水素を発生する必要量（例えば数グラム）の金属水素化物を含むことができる。乾燥水素は、水素流路３２の熱交換器４０を通過して、周囲温度を維持する。すなわち、燃料タンク３８において水蒸気と金属水素化物との反応で発生した熱（約１５ワット）は、熱交換器４０によって周囲空気に受動的に伝えることができる。
【００２２】
水素流路３２における乾燥水素は、重合体浸透交換障壁などの水交換膜４２のそばを通過する。湿り空気流路３４の湿った流れと水素流路３２の乾燥水素との間の大きな相対湿度差は、潜熱変化なしに、水蒸気が水交換膜４２を横切って乾燥水素ガス中へ浸透する事態を引き起こす。呼吸可能な重合体（例えば、ゴアテックス（Ｇｏｒｅｔｅｘ）、ＰＥＢＡ、ＰＶＯＨ、ナフィオン、その他）は、水蒸気に対して非常に高い浸透性を有し、水交換膜４２に使用することができる。このようにして、湿り空気流路３４からの水蒸気は、水素流路３２の水素を湿らせるために、水素流路３２に進む。
【００２３】
それから、湿った水素が、１つまたは複数のナフィオン燃料電池のような燃料電池４４の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）のそばを通って流れ、水素の一部（約２ｃｃ／秒）が、燃料電池４４の膜電極アセンブリの陽極にて消費されて電力を発生させ、さらに膜電極アセンブリの陰極にて水を発生させる。したがって、燃料電池４４の水素消費速度に一致して、代替え水素が燃料タンク３８の燃料によって発生されることになる。
【００２４】
湿り空気流路３４中の空気または他のキャリアの流れは、燃料電池４４の陰極のそばを対向流（カウンターフロー）として通り過ぎるように流れ、燃料電池４４で発生した水によって湿らされる。この水蒸気は、下流で、水交換膜４２によって元の水素の方に抽出される。水サイクルが完全に効率的である場合、システムは、図３に示されるように、自然に釣り合いの取れた状態にあり、取り出される電力に応じて正確に必要とされるだけ水と水素が発生される。水サイクルが完全に効率的というわけではない場合、湿り空気流路３４または水素流路３２に小さなタンクを設け、そうしなければ閉サイクルマイクロ電源３０で失われるであろう水を注入するようにしてもよい。このように、実際には、始動および失われた水の代替えのために、小さな水注入システム（図示されない）が必要であることもある。
【００２５】
図５は、図４の閉サイクルマイクロ電源３０の例示構造を示す。水素は水素流路３２内を連続的に循環して下部マニホルド４６に入り、下部マニホルド４６は、水素流を、中央マニホルド４９に配列された垂直管４８を通して上方へ分布させる。垂直管４８は、湿り空気流路３４中の下向きに流れる湿り空気で囲繞されている。水素流路３２中の水素は、流れインデューサ３６による誘導を受けて、垂直管４８を通って上の方へ流れ、上部マニホルド５０によって垂直管４８から集められる。垂直管４８の上の方の部分は、燃料電池の電極材料でコーティングされ、垂直管４８の下の方の部分は、水交換膜４２でコーティングされている。中央マニホルド４９の垂直管４８は、金属水素化物燃料棒の形の固体燃料のような燃料を含む。垂直管４８は、例えば、ナフィオン重合体管であってもよい。
【００２６】
上で述べたように、水素は、水蒸気と金属水素化物燃料との反応によって水素流路３２内に作り出される。水蒸気は、湿り空気流路３４から水交換膜４２を通ってくる。水交換膜４２は、垂直管４８の下の方の部分を覆っている。このようにして、水素ガスは乾燥される。垂直管４８の燃料電池の陰極にて解放された水蒸気は、湿り空気流路３４内を、水素の流れに対して反対方向の対向流（カウンターフロー）によって運ばれ、水交換膜４２を通って乾燥水素ガス内に浸透し、水サイクルを完成する。熱交換器４０は、図５に示されていないが、これを水素流路３２に含ませ、上で述べたように周囲温度を維持するようにしてもよい。湿り空気流路３４内における対向流は、ファン、ポンプ、インペラ、その他の流れインデューサ５２によって引き起こすことができる。あるいはまた、湿り空気流路３４内における対向流は、乗り物用途での空力学的な圧力を使用して生じさせるようにしてもよい。
【００２７】
垂直管４８ならびに下部マニホルド４６および上部マニホルド５０は、円筒形のハウジング５４内に含まれている。円筒形ハウジング５４は、軽量を実現するために、ガスの浸透しない金属被覆薄壁付きプラスチック管で組み立てることができる。
【００２８】
このように、必要な水の全てまたは大部分は、閉サイクルによって供給されるので、その結果、搭載すべき水の量は少なくてすみ、最初に必要とされる水の重量を大幅に節減でき、結果として高いエネルギーが得られる。水の自然蒸発速度（約１ｅ−７ｃｃ／秒）に頼る代わりに、高電力のために必要とされる速度（１０ワットシステムの出力電力用に十分な水素を発生するために、１．５ｅ−３ｃｃ／秒の水が必要とされる）で最初に水を注入すべく、マイクロ水ポンプなどのインデューサを使用することができる。ＭＤＰ１３０４マイクロポンプなどの適切なポンプが、例えばｔｈｉｎＸＸＳ Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから市販されている。強制された水素ガス流の流れの中に液体水の微小水滴を最初に機械的に注入するために、超音波噴霧器を使用することができ、これによって、システム起動のために十分な湿った水素が生じる。そのような超音波デバイスは、家庭用加湿器で使用されている。５Ｃで１００％ＲＨの蒸気の形で毎秒１．５ｅ−３ｃｃの水を運ぶために必要とされる水素ガスの流速は、約２００ｃｃ／秒である。そのようなガスの流れは、小型低出力の市販のファン（Ｓｕｎｏｎ Ｉｎｃ ＃５Ｆ８５２、０．２５Ｗ、１．８グラムなど）で引き起こすことができる。
【００２９】
水サイクルはおそらく完全に効率的というわけではないので、小さな水タンクから水素流の中にいくらかの追加の水を注入してもよい。この注入の速度は、水素発生速度を制御するために利用することができる。
【００３０】
水素ガスの適切な流速は、約２００ｃｃ／秒である。この流速で、必要量の水を湿り水素ガスとして確実に運ぶことができる。水の蒸発に必要とされる潜熱の３．７ワットは、それがシステム環境から熱伝導で供給されるという意味で、コストのかからないものであり、電気システムの負荷にならない。
【００３１】
また、湿り空気流路３４は、燃料電池４４の陰極側に空気を供給する。空気の必要とされる流速は、陰極表面にて酸素枯渇を起こさないよう、通常、化学量論的速度の約２倍である（約６ｃｃ／秒）。
【００３２】
１０Ｗの出力電力で、かつ０．６５Ｖの一般的な電池電圧の場合、燃料電池４４は、５０％の効率であると予想され、残りの１０Ｗを熱として消散する。燃料電池４４にナフィオンが使用される場合には、この消散熱は、ナフィオンを温かく保ち、かつ陰極にて水蒸気を生成するのに役立つはずである。
【００３３】
油のような少量の障壁材料を金属水素化物に添加することができる。それによって、そうしなければ起こり得る水との爆発的反応の速度を落とすことができる。一方で、制御された水素発生のための適切な反応速度は依然として維持される。液体の水は、少量のアルコールを加えられることによって、凍らないようになることができる。アルコールは、ＬｉＡｌＨ４と反応して、また水素を生成する。
【００３４】
本発明の特定の変更態様を上で述べた。他の変更態様は、本発明の属する技術分野における当業者によって思いつくであろう。例えば、上で述べたように、熱交換器４０が、周囲温度を維持するために水素流路３２で使用されている。しかし、熱交換器４０の使用は必須ではない。
【００３５】
また、上で述べたように、水蒸気を、湿り空気流路３４を通って流れる湿った空気から、水素流路３２を通って流れる乾燥水素へと通すために、水交換膜４２が使用されている。その代わりに、燃料電池４４を出る湿り空気によって運び去られる水蒸気を、湿った空気をより低温の水素ガスのそばを通過させるようダクト送りさせることにより凝縮させ、実質上冷却能の潜熱を使用するようにしてもよい。例えば、凝縮された液体の水は、上で述べたようなマイクロポンプおよび噴霧器を最初の水注入のために使用することにより、水素流に再び取り入れさせることができる。
【００３６】
上述した本発明の説明は、単なる例示として解釈されるべきであり、本発明を実施する最良の形態を当業者に教示する目的で記述された。本発明の細部は、本発明の精神から逸脱することなしに実質的に変えることができ、さらに、添付の特許請求の範囲内にある全ての変更例の排他的な使用は、留保される。
【００３７】
本発明の第１の態様は、発電機であって、水素含有燃料および流れインデューサを含む水素流路であって、水素含有燃料は水素流路中の湿気と反応して水素を生成するものであり、さらに、流れインデューサは水素流路に流れを引き起こすものである、水素流路と、湿り空気流路と、水素流路と湿り空気流路との間に設けられた燃料電池であって、燃料電池は水素流路中の水素と反応して電気を生成するようになされており、さらに、湿り空気流路中の湿気は、燃料電池の反応によって生成されるようになされている、燃料電池と、水素流路と湿り空気流路との間に設けられた水交換膜であって、水蒸気流路中の湿気を水素流路に供給することを可能にする水交換膜とを備える。
【００３８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の発電機において、水素含有燃料が、金属水素化物を含む。
【００３９】
本発明の第３の態様は、第２の態様の発電機において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００４０】
本発明の第４の態様は、第２の態様の発電機において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００４１】
本発明の第５の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００４２】
本発明の第６の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路で必要とされる水の大部分が、湿り空気流路から水素流路に通されるようになされている。
【００４３】
本発明の第７の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路で必要とされる最初の水が、水タンクから水素流路に注入される。
【００４４】
本発明の第８の態様は、第１の態様の発電機において、湿り空気流路から供給されない水が、水タンクから水素流路に注入されるようになされている。
【００４５】
本発明の第９の態様は、第１の態様の発電機において、液体の水を、霧状の水滴として水素流路に注入することができるようになされている。
【００４６】
本発明の第１０の態様は、第１の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００４７】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００４８】
本発明の第１２の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路が、さらに熱交換器を含む。
【００４９】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００５０】
本発明の第１４の態様は、第１２の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００５１】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００５２】
本発明の第１６の態様は、電気を発生する方法であって、水素流路に湿気を供給するステップと、水素流路に流れを引き起こすステップとを含み、流れが湿気を含み、さらに、水素流路が、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料を含み、水素含有燃料によって生成された水素を燃料電池へ向け、該燃料電池を水素と反応させて電気を生成させるステップをさらに含む。
【００５３】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様の方法において、水素含有燃料が、金属水素化物を含む。
【００５４】
本発明の第１８の態様は、第１７の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００５５】
本発明の第１９の態様は、第１７の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００５６】
本発明の第２０の態様は、第１６の態様の方法において、燃料電池が、水素と反応してまた湿気を生成し、水素流路に湿気を供給するステップが、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給することを含む。
【００５７】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様の方法において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含み、さらに、水素流路に湿気を供給するステップが、燃料電池の陰極で生成された湿気を湿り空気流路に供給し、次いで水素流路に供給することを含む。
【００５８】
本発明の第２２の態様は、第２０の態様の方法において、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給することが、燃料電池で生成された湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００５９】
本発明の第２３の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路が、さらに熱交換器を含む。
【００６０】
本発明の第２４の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００６１】
本発明の第２５の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿り空気を水凝縮器に通し、さらに凝縮された水を元の水素流路に通すことを含む。
【００６２】
本発明の第２６の態様は、電気を発生する方法であって、水素を生成するように水素流路で湿気を金属水素化物と反応させるステップと、水素を、水素流路を通して燃料電池に向け、該燃料電池を水素と反応させて電気と湿気とを生成するステップと、金属水素化物と反応する主要な湿気として、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給するステップとを含む。
【００６３】
本発明の第２７の態様は、第２６の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００６４】
本発明の第２８の態様は、第２６の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００６５】
本発明の第２９の態様は、第２６の態様の方法において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および水蒸気流路と接続する陰極を含み、さらに、燃料電池で生成された湿気を供給するステップが、水蒸気流路を通して湿気を供給することを含む。
【００６６】
本発明の第３０の態様は、第２６の態様の方法において、水素流路が、熱交換器をさらに含む。
【００６７】
本発明の第３１の態様は、第２６の態様の方法において、燃料電池で生成された湿気を供給するステップが、湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００６８】
本発明の第３２の態様は、第２６の態様の方法において、水素を生成するように水素流路で湿気を金属水素化物と反応させるステップが、水素流路中の湿気の流れを金属水素化物の方に向けて生じさせることを含む。
【００６９】
本発明の第３３の態様は、第２６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿り空気を水凝縮器に通し、さらに、凝縮された水を元の水素流路に通すことを含む。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
戦場における用途、無人航空機および無人無線センサなどの多くの用途において、より軽量な電源に対する継続した、しかも急を要する要求がある。現在、主に使用されている電源は、リチウム電池である。しかし、所定重量のリチウム電池のエネルギー能力は、与えられた範囲に限られている。
【０００３】
重量を追加することなしに、電源の能力を数倍に上げて、電子装置の動作寿命を実質的に増すことができるようにすることが望ましい。
【０００４】
本発明の譲受人は、図１に示す高性能マイクロ電源１０を以前に開発した。マイクロ電源１０は、水タンク１２、水浸透膜１３、固体燃料タンク１４、および空気圧弁１６を含む。水タンク１２は、例えば数ｃｃといった少量の水を収容するように構成することができる。固体燃料タンク１４は、例えばＬｉＡｌＨ４のような数グラムの金属水素化合物のような固体燃料を含む。
【０００５】
水タンク１２は、空気圧弁１６を介して固体燃料タンク１４に接続されている。水タンク１２の水は蒸発し、水浸透膜１３を通して浸透し、結果として得られた水蒸気は、空気圧弁１６を介して拡散し、固体燃料タンク１４の燃料と反応して水素ガスを生成する。空気圧弁１６は、内部水素ガス圧を感知し、通常大気圧より僅かに高い一定内部水素ガス圧を維持するように水蒸気の拡散を調整する。
【０００６】
マイクロ電源１０の１つまたは複数の燃料電池１８は、水素ガスを出力電圧に変換する。例えば、燃料電池１８は、小型陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池であってもよい。小型陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池のそれぞれは、水素を直流出力電圧に変換する直径１ｍｍのナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）膜を有する。ナフィオン膜は、一方の側が空気と接触する。
【０００７】
液体の水ではなく水蒸気を使用することの有利点の１つは、液体の水を使用した場合に一般に見られる凝結および目詰まりのない状態で、水蒸気は固体燃料と１００％の完全な反応を基本的に生じることである。
【０００８】
マイクロ電源１０は、一般的な一次リチウム電池の１グラム当り０．２５ワット時という値に比べて、１グラムの重量当り最高で１．２５ワット時を発生することができる。マイクロ電源１０の蓄積エネルギー（３．１ワット時）は、約２．５グラムの燃料重量（例えば、金属水素化合物と水）を必要とするだけであり、その他の非燃料部品は、マイクロ電源１０に僅か０．８グラムの重量を追加するだけであり、その結果、マイクロ電源１０の全体的な固有エネルギーは１グラム当り０．９５ワット時であり、一般的な一次リチウム電池の約４倍である。
【０００９】
図２は、Ｃ電池の大きさの発電機として構成されたマイクロ電源１０の例示の構造を示す。水タンク１２で囲繞された固体燃料タンク１４がコアを形成するように水タンク１２および固体燃料タンク１４を収納する円筒形ハウジング２０の中に、マイクロ電源１０は収納されている。固体燃料タンク１４の燃料は、固体の金属水素化物ペレット１５の形であってもよい。空気圧弁１６は、水タンク１２から固体燃料タンク１４に拡散する水蒸気の量を調整するように弁座２４と協働する弁体２２を含む。内部水素ガス圧が変化するときに、弁ダイアフラム２６が弁体２２を弁座２４に対して動かすようにたわんで、水タンク１２から固体燃料タンク１４に拡散する水蒸気の量を調整するように、弁体２２は、弁棒２８により弁ダイアフラム２６に結合されている。
【００１０】
燃料電池１８は、空気および水素と接触している。多孔質障壁２１が、水を水タンク１２の中に保ち、固体の金属水素化物ペレット１５を適切な位置に保っている。
【００１１】
図３は、マイクロ電源１０の化学プロセスを要約したものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、より高い電力レベル、固有エネルギー、および／またはエネルギー密度を実現する電源に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に従って、発電機は、水素流路と、湿り空気流路と、燃料電池と、水交換膜とを備える。水素流路は、水素含有燃料および流れインデューサを含み、水素含有燃料は水素流路中の湿気と反応して水素を生成し、さらに、流れインデューサは水素流路に流れを引き起こす。燃料電池が水素流路中の水素と反応して電気を生成し、かつ湿り空気流路中の湿気が燃料電池の反応によって生成されるようにして、燃料電池は、水素流路と湿り空気流路との間にある。水交換膜は、水素流路と湿り空気流路の間にあり、水蒸気流路中の湿気を水素流路に供給することを可能にする。
【００１４】
本発明の他の態様に従って、電気を発生する方法は、次のことを含む。すなわち、水素流路に湿気を供給すること、水素流路中に流れを引き起こすこと、ここで、この流れは湿気を含み、かつ水素流路は、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料を含むものであり、および、水素含有燃料によって生成された水素を燃料電池に向け、水素と反応させて電気を生成する。
【００１５】
本発明のさらに他の態様に従って、電気を発生する方法は、次のことを含む。すなわち、水素流路で湿気を金属水素化物と反応させ水素を生成すること、水素を水素流路に通して、水素と反応して電気および湿気を生成する燃料電池に向けること、および、金属水素化物と反応する主要な湿気として、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給すること。
【００１６】
これらおよび他の特徴および有利点は、図面と共に解釈されるとき本発明の詳細な考察からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の譲受人によって以前に開発されたマイクロ電源を示す模式図である。
【図２】図１に示すマイクロ電源の例示の構造を示す図である。
【図３】図１に示すマイクロ電源の化学プロセスを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った閉サイクルマイクロ電源を示す模式図である。
【図５】図４に示す閉サイクルマイクロ電源の例示の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上で述べたマイクロ電源１０は、ｍＷレベルの発電として非常に簡単で、かつ効率的である。しかし、マイクロ電源１０は、水タンク１２からの湿気の自然蒸発速度および拡散速度が遅いため、これが発電を著しく制限するものにしている。さらに、燃料電池１８で生成された水は廃物として排出され、このことが、マイクロ電源１０として必要とされる小ささおよび軽さを制限している。図３の化学反応シーケンスから理解できるように、燃料電池１８の自然な作用としては、水蒸気と燃料との間の化学反応に必要とされる、まさにその速度で、水を生成するので、原理的には、マイクロ電源１０に水を新たに供給する必要はない。
【００１９】
図４は、本発明の一実施形態に従った閉サイクルマイクロ電源３０を示す。閉サイクルマイクロ電源３０は、水素流路３２および湿り空気流路３４を含む。ファン、ポンプ、インペラなどの流れインデューサ３６が、水素流路３２を通る流れを引き起こす。同様に、ファン、ポンプ、インペラなどのインデューサ（図４に示されない）が、湿り空気流路３４を通る流れを引き起こす。水素流路３２中の水素をまず始めに加湿するために、最初に水素流路３２または湿り空気流路３４のどちらかに霧状の水滴を注入することができる（図示せず）。
【００２０】
水素流路３２中の湿った水素の流れは、例えば金属水素化物のような固体燃料を含む燃料タンク３８を通過する。多くの金属水素化物を燃料タンク３８で使用することができるが、ＬｉＢＨ４およびＬｉＡｌＨ４は、単位重量当りに多量の水素エネルギーを含む。例えば、ＬｉＢＨ４は、ＬｉＡｌＨ４の約１．７倍のエネルギーを含むので、ことによると３６％×初期重量の水素をもたらすかもしれない。用い尽くされたときに燃料は、蓄積された酸素のために重量が３．９倍に増すだろう。しかしながら、ＬｉＢＨ４と水蒸気との間の化学反応は、反応速度を減少させるアルカリ性「スラリー」を生成し、結果として、典型的には完全（１００％）に対して３０％まで進むだけの化学反応となる。ＬｉＡｌＨ４はこの問題を示さず、ほとんど１００％の完全反応をもたらす。ある方法（例えば、酸または触媒を追加すること）がＬｉＢＨ４の上記影響をなくすことができるならば、ＬｉＢＨ４は、ＬｉＡｌＨ４よりも優れた燃料である可能性がある。
【００２１】
燃料タンク３８は、水素流中の水蒸気と反応して乾燥水素を発生する必要量（例えば数グラム）の金属水素化物を含むことができる。乾燥水素は、水素流路３２の熱交換器４０を通過して、周囲温度を維持する。すなわち、燃料タンク３８において水蒸気と金属水素化物との反応で発生した熱（約１５ワット）は、熱交換器４０によって周囲空気に受動的に伝えることができる。
【００２２】
水素流路３２における乾燥水素は、重合体浸透交換障壁などの水交換膜４２のそばを通過する。湿り空気流路３４の湿った流れと水素流路３２の乾燥水素との間の大きな相対湿度差は、潜熱変化なしに、水蒸気が水交換膜４２を横切って乾燥水素ガス中へ浸透する事態を引き起こす。呼吸可能な重合体（例えば、ゴアテックス（Ｇｏｒｅｔｅｘ）、ＰＥＢＡ、ＰＶＯＨ、ナフィオン、その他）は、水蒸気に対して非常に高い浸透性を有し、水交換膜４２に使用することができる。このようにして、湿り空気流路３４からの水蒸気は、水素流路３２の水素を湿らせるために、水素流路３２に進む。
【００２３】
それから、湿った水素が、１つまたは複数のナフィオン燃料電池のような燃料電池４４の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）のそばを通って流れ、水素の一部（約２ｃｃ／秒）が、燃料電池４４の膜電極アセンブリの陽極にて消費されて電力を発生させ、さらに膜電極アセンブリの陰極にて水を発生させる。したがって、燃料電池４４の水素消費速度に一致して、代替え水素が燃料タンク３８の燃料によって発生されることになる。
【００２４】
湿り空気流路３４中の空気または他のキャリアの流れは、燃料電池４４の陰極のそばを対向流（カウンターフロー）として通り過ぎるように流れ、燃料電池４４で発生した水によって湿らされる。この水蒸気は、下流で、水交換膜４２によって元の水素の方に抽出される。水サイクルが完全に効率的である場合、システムは、図３に示されるように、自然に釣り合いの取れた状態にあり、取り出される電力に応じて正確に必要とされるだけ水と水素が発生される。水サイクルが完全に効率的というわけではない場合、湿り空気流路３４または水素流路３２に小さなタンクを設け、そうしなければ閉サイクルマイクロ電源３０で失われるであろう水を注入するようにしてもよい。このように、実際には、始動および失われた水の代替えのために、小さな水注入システム（図示されない）が必要であることもある。
【００２５】
図５は、図４の閉サイクルマイクロ電源３０の例示構造を示す。水素は水素流路３２内を連続的に循環して下部マニホルド４６に入り、下部マニホルド４６は、水素流を、中央マニホルド４９に配列された垂直管４８を通して上方へ分布させる。垂直管４８は、湿り空気流路３４中の下向きに流れる湿り空気で囲繞されている。水素流路３２中の水素は、流れインデューサ３６による誘導を受けて、垂直管４８を通って上の方へ流れ、上部マニホルド５０によって垂直管４８から集められる。垂直管４８の上の方の部分は、燃料電池の電極材料でコーティングされ、垂直管４８の下の方の部分は、水交換膜４２でコーティングされている。中央マニホルド４９の垂直管４８は、金属水素化物燃料棒の形の固体燃料のような燃料を含む。垂直管４８は、例えば、ナフィオン重合体管であってもよい。
【００２６】
上で述べたように、水素は、水蒸気と金属水素化物燃料との反応によって水素流路３２内に作り出される。水蒸気は、湿り空気流路３４から水交換膜４２を通ってくる。水交換膜４２は、垂直管４８の下の方の部分を覆っている。このようにして、水素ガスは乾燥される。垂直管４８の燃料電池の陰極にて解放された水蒸気は、湿り空気流路３４内を、水素の流れに対して反対方向の対向流（カウンターフロー）によって運ばれ、水交換膜４２を通って乾燥水素ガス内に浸透し、水サイクルを完成する。熱交換器４０は、図５に示されていないが、これを水素流路３２に含ませ、上で述べたように周囲温度を維持するようにしてもよい。湿り空気流路３４内における対向流は、ファン、ポンプ、インペラ、その他の流れインデューサ５２によって引き起こすことができる。あるいはまた、湿り空気流路３４内における対向流は、乗り物用途での空力学的な圧力を使用して生じさせるようにしてもよい。
【００２７】
垂直管４８ならびに下部マニホルド４６および上部マニホルド５０は、円筒形のハウジング５４内に含まれている。円筒形ハウジング５４は、軽量を実現するために、ガスの浸透しない金属被覆薄壁付きプラスチック管で組み立てることができる。
【００２８】
このように、必要な水の全てまたは大部分は、閉サイクルによって供給されるので、その結果、搭載すべき水の量は少なくてすみ、最初に必要とされる水の重量を大幅に節減でき、結果として高いエネルギーが得られる。水の自然蒸発速度（約１ｅ−７ｃｃ／秒）に頼る代わりに、高電力のために必要とされる速度（１０ワットシステムの出力電力用に十分な水素を発生するために、１．５ｅ−３ｃｃ／秒の水が必要とされる）で最初に水を注入すべく、マイクロ水ポンプなどのインデューサを使用することができる。ＭＤＰ１３０４マイクロポンプなどの適切なポンプが、例えばｔｈｉｎＸＸＳ Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから市販されている。強制された水素ガス流の流れの中に液体水の微小水滴を最初に機械的に注入するために、超音波噴霧器を使用することができ、これによって、システム起動のために十分な湿った水素が生じる。そのような超音波デバイスは、家庭用加湿器で使用されている。５Ｃで１００％ＲＨの蒸気の形で毎秒１．５ｅ−３ｃｃの水を運ぶために必要とされる水素ガスの流速は、約２００ｃｃ／秒である。そのようなガスの流れは、小型低出力の市販のファン（Ｓｕｎｏｎ Ｉｎｃ ＃５Ｆ８５２、０．２５Ｗ、１．８グラムなど）で引き起こすことができる。
【００２９】
水サイクルはおそらく完全に効率的というわけではないので、小さな水タンクから水素流の中にいくらかの追加の水を注入してもよい。この注入の速度は、水素発生速度を制御するために利用することができる。
【００３０】
水素ガスの適切な流速は、約２００ｃｃ／秒である。この流速で、必要量の水を湿り水素ガスとして確実に運ぶことができる。水の蒸発に必要とされる潜熱の３．７ワットは、それがシステム環境から熱伝導で供給されるという意味で、コストのかからないものであり、電気システムの負荷にならない。
【００３１】
また、湿り空気流路３４は、燃料電池４４の陰極側に空気を供給する。空気の必要とされる流速は、陰極表面にて酸素枯渇を起こさないよう、通常、化学量論的速度の約２倍である（約６ｃｃ／秒）。
【００３２】
１０Ｗの出力電力で、かつ０．６５Ｖの一般的な電池電圧の場合、燃料電池４４は、５０％の効率であると予想され、残りの１０Ｗを熱として消散する。燃料電池４４にナフィオンが使用される場合には、この消散熱は、ナフィオンを温かく保ち、かつ陰極にて水蒸気を生成するのに役立つはずである。
【００３３】
油のような少量の障壁材料を金属水素化物に添加することができる。それによって、そうしなければ起こり得る水との爆発的反応の速度を落とすことができる。一方で、制御された水素発生のための適切な反応速度は依然として維持される。液体の水は、少量のアルコールを加えられることによって、凍らないようになることができる。アルコールは、ＬｉＡｌＨ４と反応して、また水素を生成する。
【００３４】
本発明の特定の変更態様を上で述べた。他の変更態様は、本発明の属する技術分野における当業者によって思いつくであろう。例えば、上で述べたように、熱交換器４０が、周囲温度を維持するために水素流路３２で使用されている。しかし、熱交換器４０の使用は必須ではない。
【００３５】
また、上で述べたように、水蒸気を、湿り空気流路３４を通って流れる湿った空気から、水素流路３２を通って流れる乾燥水素へと通すために、水交換膜４２が使用されている。その代わりに、燃料電池４４を出る湿り空気によって運び去られる水蒸気を、湿った空気をより低温の水素ガスのそばを通過させるようダクト送りさせることにより凝縮させ、実質上冷却能の潜熱を使用するようにしてもよい。例えば、凝縮された液体の水は、上で述べたようなマイクロポンプおよび噴霧器を最初の水注入のために使用することにより、水素流に再び取り入れさせることができる。
【００３６】
上述した本発明の説明は、単なる例示として解釈されるべきであり、本発明を実施する最良の形態を当業者に教示する目的で記述された。本発明の細部は、本発明の精神から逸脱することなしに実質的に変えることができ、さらに、添付の特許請求の範囲内にある全ての変更例の排他的な使用は、留保される。
【００３７】
本発明の第１の態様は、発電機であって、水素含有燃料および流れインデューサを含む水素流路であって、水素含有燃料は水素流路中の湿気と反応して水素を生成するものであり、さらに、流れインデューサは水素流路に流れを引き起こすものである、水素流路と、湿り空気流路と、水素流路と湿り空気流路との間に設けられた燃料電池であって、燃料電池は水素流路中の水素と反応して電気を生成するようになされており、さらに、湿り空気流路中の湿気は、燃料電池の反応によって生成されるようになされている、燃料電池と、水素流路と湿り空気流路との間に設けられた水交換膜であって、水蒸気流路中の湿気を水素流路に供給することを可能にする水交換膜とを備える。
【００３８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の発電機において、水素含有燃料が、金属水素化物を含む。
【００３９】
本発明の第３の態様は、第２の態様の発電機において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００４０】
本発明の第４の態様は、第２の態様の発電機において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００４１】
本発明の第５の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００４２】
本発明の第６の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路で必要とされる水の大部分が、湿り空気流路から水素流路に通されるようになされている。
【００４３】
本発明の第７の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路で必要とされる最初の水が、水タンクから水素流路に注入される。
【００４４】
本発明の第８の態様は、第１の態様の発電機において、湿り空気流路から供給されない水が、水タンクから水素流路に注入されるようになされている。
【００４５】
本発明の第９の態様は、第１の態様の発電機において、液体の水を、霧状の水滴として水素流路に注入することができるようになされている。
【００４６】
本発明の第１０の態様は、第１の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００４７】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００４８】
本発明の第１２の態様は、第１の態様の発電機において、水素流路が、さらに熱交換器を含む。
【００４９】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００５０】
本発明の第１４の態様は、第１２の態様の発電機において、水素流路の流れインデューサが、第１の流れインデューサを含み、湿り空気流路が、第２の流れインデューサを含み、さらに、第２の流れインデューサが、湿り空気流路の湿気の流れを引き起こすようになされている。
【００５１】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様の発電機において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含む。
【００５２】
本発明の第１６の態様は、電気を発生する方法であって、水素流路に湿気を供給するステップと、水素流路に流れを引き起こすステップとを含み、流れが湿気を含み、さらに、水素流路が、湿気と反応して水素を生成する水素含有燃料を含み、水素含有燃料によって生成された水素を燃料電池へ向け、該燃料電池を水素と反応させて電気を生成させるステップをさらに含む。
【００５３】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様の方法において、水素含有燃料が、金属水素化物を含む。
【００５４】
本発明の第１８の態様は、第１７の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００５５】
本発明の第１９の態様は、第１７の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００５６】
本発明の第２０の態様は、第１６の態様の方法において、燃料電池が、水素と反応してまた湿気を生成し、水素流路に湿気を供給するステップが、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給することを含む。
【００５７】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様の方法において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および湿り空気流路と接続する陰極を有する陽子交換膜を含み、さらに、水素流路に湿気を供給するステップが、燃料電池の陰極で生成された湿気を湿り空気流路に供給し、次いで水素流路に供給することを含む。
【００５８】
本発明の第２２の態様は、第２０の態様の方法において、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給することが、燃料電池で生成された湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００５９】
本発明の第２３の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路が、さらに熱交換器を含む。
【００６０】
本発明の第２４の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００６１】
本発明の第２５の態様は、第１６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿り空気を水凝縮器に通し、さらに凝縮された水を元の水素流路に通すことを含む。
【００６２】
本発明の第２６の態様は、電気を発生する方法であって、水素を生成するように水素流路で湿気を金属水素化物と反応させるステップと、水素を、水素流路を通して燃料電池に向け、該燃料電池を水素と反応させて電気と湿気とを生成するステップと、金属水素化物と反応する主要な湿気として、燃料電池で生成された湿気を水素流路に供給するステップとを含む。
【００６３】
本発明の第２７の態様は、第２６の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＢＨ４を含む。
【００６４】
本発明の第２８の態様は、第２６の態様の方法において、金属水素化物が、ＬｉＡｌＨ４を含む。
【００６５】
本発明の第２９の態様は、第２６の態様の方法において、燃料電池が、水素流路と接続する陽極および水蒸気流路と接続する陰極を含み、さらに、燃料電池で生成された湿気を供給するステップが、水蒸気流路を通して湿気を供給することを含む。
【００６６】
本発明の第３０の態様は、第２６の態様の方法において、水素流路が、熱交換器をさらに含む。
【００６７】
本発明の第３１の態様は、第２６の態様の方法において、燃料電池で生成された湿気を供給するステップが、湿気を、水交換膜を介して水素流路に通すことを含む。
【００６８】
本発明の第３２の態様は、第２６の態様の方法において、水素を生成するように水素流路で湿気を金属水素化物と反応させるステップが、水素流路中の湿気の流れを金属水素化物の方に向けて生じさせることを含む。
【００６９】
本発明の第３３の態様は、第２６の態様の方法において、水素流路に湿気を供給するステップが、湿り空気を水凝縮器に通し、さらに、凝縮された水を元の水素流路に通すことを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を発生させる方法であって、
単独の湿り空気流路から水素流路に水蒸気を供給するステップと、
前記湿り空気流路からの水蒸気が前記水素流路内へ流れることを許容するステップと、
水素流路に流れを引き起こすステップであって、当該流れが前記水蒸気を含み、さらに当該水蒸気と反応して水素を生成する水素含有燃料を当該水素流路が含む、ステップと、
前記水素含有燃料によって生成された前記水素を燃料電池に向け、当該燃料電池を陽極で前記水素の少なくとも一部と反応させて電気と湿気とを陰極で生成させるステップと、
前記燃料電池の前記陰極で生成された湿気を前記湿り空気流路へ方向付け、その湿気の大部分を水蒸気の形態で前記水素流路へ供給して、水の閉サイクルを提供するステップと、を含む方法において、
前記燃料電池の前記陰極で生成された前記湿気を前記水素流路へ供給するステップは、当該燃料電池の当該陰極で生成された湿気が、当該燃料電池とは分離して配置された水蒸気交換膜を通じて前記湿り空気流路から当該水素流路へ水蒸気の形態で浸透するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記水素含有燃料が、金属水素化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水素流路が、さらに熱交換器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
最初に湿気を水タンクから前記水素流路に注入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
電気を発生させる方法であって、
単独の湿り空気流路から水素流路に水蒸気を供給するステップと、
前記湿り空気流路からの水蒸気が前記水素流路内へ流れることを許容するステップと、
水素流路に流れを引き起こすステップであって、当該流れが前記水蒸気を含み、さらに当該水蒸気と反応して水素を生成する水素含有燃料を当該水素流路が含む、ステップと、
前記水素含有燃料によって生成された前記水素を燃料電池に向け、当該燃料電池を陽極で前記水素の少なくとも一部と反応させて電気と湿気とを陰極で生成させるステップと、
前記燃料電池の前記陰極で生成された湿気を前記湿り空気流路へ方向付け、その湿気の大部分を水蒸気の形態で前記水素流路へ供給して、水の閉サイクルを提供するステップと、を含む方法において、
前記燃料電池の前記陰極で生成された前記湿気を前記水素流路へ供給するステップは、当該燃料電池の当該陰極で生成された湿気が、当該燃料電池とは分離して配置された水蒸気交換膜を通じて前記湿り空気流路から当該水素流路へ水蒸気の形態で浸透するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記水素含有燃料が、金属水素化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水素流路が、さらに熱交換器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
最初に湿気を水タンクから前記水素流路に注入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４２２９１（Ｐ２０１２−１４２２９１Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３０７１９（Ｐ２０１２−３０７１９）
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００７−５２１６０５（Ｐ２００７−５２１６０５）の分割
【原出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００７−５２１６０５（Ｐ２００７−５２１６０５）の分割
【原出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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