(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池が装備されたホストデバイスまたは燃料電池に連結されるようになされた、燃料電池燃料を含有する燃料サプライにおいて、
上記燃料電池またはホストデバイス側の第２のバルブ要素に連結されて上記燃料サプライから上記燃料電池への燃料流路を形成するようになされた第１のバルブ要素を有し、上記第１のバルブ要素および上記第２のバルブ要素は第１の交換可能性要素および第２の交換可能性要素を有して上記燃料電池燃料または燃料サプライが上記燃料電池と互換性を有することを確実にし、
上記第１の交換可能要素は、少なくとも２つのキーおよび少なくとも２つの対応する整合キーを有し、２つのキーまたは２つの対応する整合キーの間の角度または距離が上記燃料サプライに含まれる燃料の種類を特定し、これら２つのキーおよび対応する２つの整合キーはそれらバルブ要素のハウジングに配置され、
上記第２の交換可能性要素は、保持機構を有して燃料流路の形成後にそれらバルブ要素を一緒に保持し、上記保持機構は第１の部材および上記第１の部材に整合する第２の部材を有し、上記第１の部材および上記第２の部材のそれぞれのバルブ要素のハウジングの表面における位置がさらに上記燃料サプライに含まれる燃料の種類を特定することを特徴とする燃料サプライ。
【請求項２】
上記保持機構の上記第１の部材は、１のバルブ要素の表面に配された少なくとも１つの係止部を有し、上記保持機構の上記第２の部材は他のバルブ要素の表面に配された少なくとも１つのフックを有し、上記フックおよび上記係止部が相互に係合して取り外し可能に上記２つのバルブ要素を相互に保持するように構成される請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項３】
上記保持機構はさらに上記フックを上記係止部から係合解除する開放部材をさらに有する請求項２記載の燃料サプライ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は本出願人の出願にかかる２００５年２月１６日出願の係属中のＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０５／０４８２６号の部分継続出願であり、その内容は参照してここに組み入れる。本国際出願はアメリカ合衆国、その他を指定している。
【技術分野】
【０００２】
この発明は、燃料サプライを燃料電池または燃料電池が装備された電子デバイスに連結するバルブに関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料サプライまたは燃料カートリッジを燃料電池または燃料電池が装備された電子デバイスに連結するバルブはすでに開示されている。適切な連結バルブは、本出願人が保有し、または本出願人の出願にかかる、「連結バルブを具備する燃料カートリッジ」という題名の米国特許出願公開２００５／００２２８８３Ａ１（特許文献１）、「燃料電池用の燃料カートリッジおよびその製造方法」という題名の米国特許出願公開２００５／００７４６４３Ａ１（特許文献２）、「燃料と相性がよい材料を具備する燃料電池サプライ」という題名の米国特許出願公開２００５／０１１６１９０Ａ１（特許文献３）、および「情報記憶デバイスを含む燃料電池サプライおよび制御システム」という題名の米国特許出願公開２００５／０１１８４６８Ａ１（特許文献４）に開示されている。他の適切な連結バルブは、本出願人が保有し、または本出願人の出願にかかる、「燃料カートリッジ用のバルブ」という題名のＰＣＴ国際公開パンフレット２００６／０５０２６１Ａ１（特許文献５）、「環境応答バルブを具備する燃料カートリッジ」という題名の米国特許出願公開２００６／００７１０８８Ａ１（特許文献６）を含む。
【０００４】
これら係属中の出願および公報はとくに参照してここに組み入れる。
【０００５】
この発明は改良された連結バルブに向けられている。
【特許文献１】米国特許出願公開２００５／００２２８８３Ａ１
【特許文献２】米国特許出願公開２００５／００７４６４３Ａ１
【特許文献３】米国特許出願公開２００５／０１１６１９０Ａ１
【特許文献４】米国特許出願公開２００５／０１１８４６８Ａ１
【特許文献５】ＰＣＴ国際公開パンフレット２００６／０５０２６１Ａ１
【特許文献６】米国特許出願公開２００６／００７１０８８Ａ１
【発明の開示】
【０００６】
この発明は、交換可能性を伴い燃料電池燃料を燃料電池に適合させることが可能な連結バルブに向けられている。
【０００７】
この発明は、また、燃料サプライを燃料電池または燃料電池が装備された電子デバイスに取り外し可能に連結する保持機構に向けられている。
【０００８】
この発明は、また、燃料サプライ中の残る残留燃料の量を減少させるための連結バルブの改良に関する。
【０００９】
添付図面は明細書の一部を形成し、それと関連して理解され、種々の図において同様な参照符号は同様な部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付の図に示され以下説明されるように、この発明は燃料サプライのバルブに向けられ、これは燃料電池の燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水混合物、種々の濃度のメタノール／水混合物、純粋メタノール、および／または米国特許第５，３６４，９７７号および同第６，５１２，００５号に開示されるメチルクラスレートを貯蔵し、これら米国特許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、多くのタイプの燃料電池に利用でき、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、リフォーマット燃料電池等に利用できる。燃料サプライは、他のタイプの燃料電池燃料、例えばエタノールまたはアルコールや、金属水素化物、例えば、ホウ素化水素ナトリウム、その他、水素に改質できる化学物質、または、燃料電池の性能または効率を改善する他の化学物質を含んでもよい。燃料は、また、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解液を含んでよく、これは、金属燃料電池やアルカリ燃料電池とともに利用でき、燃料サプライに貯蔵できる。金属燃料電池に対しては、ＫＯＨ電解質反応溶液に浸漬された流体担持の亜鉛粒子の形態であり、電池キャビティ内のアノードは、亜鉛粒子から成る粒子状アノードである。ＫＯＨ電解質溶液は、「１または複数の負荷に電力を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」という名称で２００３年４月２４日に発行された米国特許出願公開第２００３／００７７４９３に開示されており、ここに参照して組みこむ。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、シリコンチップ上に形成された触媒をすぎて流れて燃料電池反応を生成する。さらに、燃料は、メタノール、ホウ素化水素ナトリウム、電解液、および他の化合物のブレンドまたは混合物、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号に開示されたものを含み、これら特許の内容は参照してここに組み入れる。さらに、燃料は、米国特許第６，７７３，４７０号に説明された、溶媒中に部分的に溶解している組成物、および米国特許出願公開２００２／００７６６０２Ａ１に説明されている、溶媒中に部分的に懸濁された組成物を含む。燃料はまた蟻酸を含む。これら参考文献は参照してここに組み入れる。
【００１１】
燃料は、また、ホウ素化水素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような金属水素化物および水を含み、これは上述した。燃料は、さらに、炭化水素燃料を含み、これは、そ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、「液体対向インタフェース燃料電池装置」という名称で２００３年５月２２日に発行された米国特許出願公開２００３／００９６１５０Ａ１に開示され、ここに参照して組みこむ。燃料は、また、燃料と反応する液体酸化剤を含む。もちろん、燃料は、水素も含み、これは圧縮可能であり、金属水素化物中に貯蔵可能であり、水素化物との反応等から生成できる。
【００１２】
したがって、この発明は、または、燃料電池システムのサプライ内に含まれ、また他で使用される任意のタイプの燃料、電解質溶液、酸化溶液、または液体または固体に限定されない。用語「燃料」は、ここでは、燃料電池内または燃料サプライ内で反応可能なすべての燃料を含み、これに限定されないが、上述の適切な燃料、電解質溶液、酸化溶液、気体、液体、固体、および／または化学物質およびこれらの混合物を含む。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。
【００１３】
複数のタイプの燃料電池燃料があるので、燃料サプライを相互に判別可能にして、１つのタイプの燃料を含有する燃料サプライが他のタイプの燃料を必要とする燃料電池とともに使用されないようにする。そのようなミスマッチは、交換機能を燃料サプライ、バルブおよび／または電子デバイスに組みこむことにより最小化できる。燃料サプライ用に適切な交換機能は、２００４年２月６日に出願され、米国特許出願公開２００５／０１７３０２２として公開された、本出願人の出願に係る米国特許出願第１０／７７３，４８１号に十分に開示された。この出願は参照してここに組み入れる。
【００１４】
この発明の一側面によれば、燃料サプライの交換可能性はキーまたはキー機能により実現され、これらにより、燃料電池または燃料電池を具備するデバイスが結合されているバルブ上のキーと燃料サプライのバルブ上のキーがマッチするときのみ、燃料サプライが燃料電池に結合できるようにする。キーは、ベル部上の突起またはバルブ内の凹みであってよく、またはキーはバルブの外側面に配置され、直接または間接的にバルブに、燃料サプライ上に、またはバルブ内の移動可能なシール本体に結合されて良い。キーは視覚可能なキーでも良い。適切なキーは本出願人の出願に係る、２００５年２月１６日に出願された親の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０５／０４８２６に開示されている。かかる親の国際特許出願は参照してここに組み入れる。
【００１５】
図１を参照すると、連結バルブ１０は２要素バルブであり、これは交換機能を伴うバルブ要素１２および１４を含む。好ましくは、各バルブ要素は内部シール（例えば、逆止バルブ、カモノハシバルブまたはソレノイドバルブ）を有するけれども、内部シールは常に必要と言うわけではない。２要素バルブは先に列挙した特許文献、とくに米国２００５／００２２８８３、およびＷＯ２００６／０５０２６１に十分に開示されている。バルブ要素１２または１４は燃料サプライまたはデバイス／燃料電池の一方に結合可能である。図示のとおり、バルブ要素１２はリム１６を具備し、これが、リム上に配置され、またはリムから垂れる、少なくとも１つのキー１８を具備する。好ましくは、リム１６は１より多くのキー１８を具備する。この実施例では、キー１８は矩形の突起または歯であるけれども、他の実施例ではキー１８が任意の形状またはサイズをとることができる。バルブ要素１４は対応するキー２０を具備し、これはキー１８を収容するような形状および寸法の凹みである。キー２０はバルブ要素１４の本体内、またはリム２２内に形成されて良く、これは図示のとおりである。突起状のキー１８は当該他方のバルブ要素１４上に配置されて良く、対応する凹みのキーがバルブ要素１２上に配置されて良い。リム１６およびリム２２は円形として示されているけれども、これらリムが楕円、正多角形、非正多角形を含む任意の形状を採用できる。
【００１６】
隣接するキーの対応する参照点の一の間の距離ないし角度２４、２４’、２４’’は図３Ａ−３Ｃに示すように異なってよく、これにより燃料サプライ中に含有される燃料のタイプを示し、また対応するキー２０がキー１８と合致するのでなければ、燃料サプライは燃料電池と結合できない。換言すると、角度２４、２４’および２４’’は相互に異なっており、角度の各々が燃料の異なるタイプ、または燃料の異なる品質を表示する。代替的には、角度２４は鈍角な余角により置き換え可能であり、これを図４に示す。キー１８、２０の幅は、同一であってよく、またキー１８、２０の一方が他方を収容可能な範囲で異なっても良い。角度２４、２６は、一般的な角度、例えば３０°または４５°で分割可能なように選択されて良く、また一般的でない角度、例えば、１３°または１７°で分割可能であってよく、これによりユニークなキーを形成する。キー１８の選択からバルブ要素１２の端部１９までの距離４を標準化させて対応するキー２０の底部およびバルブ要素１４の係合面２３の間の距離５と合致させ、２つのバルブ要素の間の適切な係合が確保されるようにする必要がある。燃料サプライの燃料電池（または燃料電池が装備されたデバイスへの適切な係合は、適宜な基準との関係により実現でき、これは先に検討した、’４８１特許出願に十分に開示されている。
【００１７】
この発明に従うバルブ要素の交換可能性は、複数のタイプの燃料サプライを単一のタイプの燃料電池に適合させることも含む。例えば、単一の直接メタノール型燃料電池が複数の異なるタイプのメタノール燃料、例えば、添加物を含む、または含まないメタノール、濃度が異なるメタノール、または他のアルコールを添加されたメタノールを受容して良い。したがって、バルブ要素が交換可能な限り、異なるタイプの燃料サプライを特定の燃料電池に使用できる。
【００１８】
この発明の他の側面によれば、保持デバイスがバルブ１０に付加される。図５および６に示すように、内側にネジきりされたスリーブ２８がバルブ要素１２（またはバルブ要素１４）に結合され、スリーブ２８がバルブ要素に関連して回転可能となっている。対応するバルブ要素１４の外側表面の部分、好ましくはリム２２もネジきりされて、ネジ付きのスリーブ２８と係合するようになっている。バルブ要素１２のバルブ要素１４に対する係合は、スリーブ２８を回転させてネジ３０を係合させることにより実現できる。バルブ要素１２および１４はスリーブ２８を逆方向に回転させてその係合を取り外すことができる。
【００１９】
保持デバイスの他の実施例が図７および８に示される。ここで、バルブ１４は少なくとも１つのフック３２をその表面に具備する。好ましくは、フック３２はリム２２上に配置されるけれども、他の位置に配置しても良い。バルブ要素１２は、少なくとも１つの係止部、例えば穴３６を具備するプレート３４を装備しており、この穴３６がフック３２を収容する大きさおよび形状になっている。図８に示すように、フック３２が係止部または穴３６を通過したのち、フック３２の大きな頭部がプレート３４の頂部上に留まりバルブ要素１２および１４を相互に固定する。プレート３４は開放アーム３８をその上に配置している。アーム３８はプレート３４に対して移動可能であり、フック３２の大きな頭部を押してフック３２を解除し、これは矢印４０で示す。フック３２が矢印４０に示す方向に押圧されたのち、バルブ要素１２および１４の係合が相互に解除可能になる。フック３２はバルブ要素のどちらにも配置できる。さらに、バルブ要素１２および１４が相互に係合可能になる前にフック３２を係止部３６に整合させなければならないので、フック３２および係止部３６もキー１２および１４に類似した交換可能性を実現できる。したがって、フック３２および係止部３６の独特な位置が独特な燃料に専用的に対応させることができる。
【００２０】
保持機能が、力によって分離可能であり、または、２つのバルブ要素の間の相対的な回転移動させてバルブ要素を他方から係合解除する必要があるならば、開放アーム３８を省略できる。他の適切な保持デバイスは本出願人の出願に係る、２００５年７月１８日出願の「分離可能な燃料カートリッジ」という名称の仮特許出願連続番号第６０／６９９，８５４号に開示されており、これは参照してここに組み入れる。
【００２１】
先に検討したように、保持デバイスは単独で使用して良いし、また交換可能機能とともに採用して良い。交換可能機能および保持デバイスの組み合わせは他の構造をとってよく、例えば図９Ａ−Ｃに示すようなもので良い。ここで、キー１８は同一のバルブ要素上にフック３２として配置できる。キー１８は任意の高さ（ａ）または（ａ’）および幅（ｂ）または（ｂ’）を保持して良く、バルブ要素１２、１４の本体部分に隣接して配置されても良い。キー１８はフック３２に隣接して配置されてよく、またはバルブ本体部分およびフックから離間して配置されても良い。キー１８のプロフィールは任意のものでよく、例えば、四辺形、三角形、円（半円形を含む）、または他の任意の形状であってよい。さらに、フック３２の大きな頭部は図示のように外側に向いていても良いし、あるいは、内側を向いていても良い。フックが真っ直ぐな挿入に対して撓み、またはバルブ要素が相互に回転して相互に係合できるのであれば、フック３２は側方に配向されていてもよい。キー１８はリム１６の周りに角度を置いて異なる角度で配置されても良い。
【００２２】
この発明のバルブ１０の他の改良を図１０に示す。図示のとおり、バルブ要素（１２，１４）の一方が燃料サプライ４２に結合され、これが燃料４４を内包し、また他のバルブ要素が燃料電池または燃料電池の装備されたデバイスに結合されている。バルブ要素が比較的深く燃料サプライに挿入されるとき、より多くの残留燃料が燃料サプライ中に使用されずに捕捉できる。より具体的には、通常の燃料サプライでは、燃料サプライ４２およびバルブ要素１２、１４の末端の間に位置する残留燃料が捕捉されることになる。しかしながら、燃料サプライ４２から取り出すことが可能な燃料の量を最大化するために、開口５０をバルブ要素の本体に形成し、好ましくは、開口５０を残留燃料４４と流体連通状態とし、できるだけ頂部へ基部４６と面一になるように配置する。他の実施例では、開口５０は末端４８へ伸びるＵ字状の切欠きであっても良い。
【００２３】
この発明の他の改良点はオプションのカバー５２であり、これはバルブ要素１２および１４の一方または双方の上にバルブ要素を保持するために配置でき、これを図１０に示す。カバー５２は、好ましくは、バルブ要素１２、１４の外側端に配置された開口および吸収材料５４を図示のとおり含む。バルブ要素１２および１４が相互に係合し、または相互に係合解除するときに、バルブ要素の内部またはその間の残留燃料が吸収材料５４により吸収できる。吸収材料５４は燃料を吸収可能な任意の材料で良く、これはスポンジ、発泡体、またフィラーを含む。適切なフィラーはポリマー繊維、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリアセタール、またはポリプロピレン繊維、または植物性繊維、例えば麻、面、またはセルロースアセテートを含む。
【００２４】
さらに、オプションの弾性ディスク５６を吸収材料５４の上に配置できる。ディスクは図示のとおりカバー５２の外側に配置しても良く、カバー５２の内側に配置しても良い。好ましくは、弾性ディスク５６は開口またはスリット５８を具備し、これが他のバルブ要素、例えば、図１２の上側のバルブ要素を通り抜けさせることが可能なようになっている。開口５８は上側のバルブ要素が引き抜かれるときに残留燃料をカバー５２内の保持するワイパーとして働く。好ましくは、開口は挿入または引き抜かれるバルブ要素との間でシールを形成する。オプションとして、開口５８はカバー５２の外側で他のシールを形成する閉じたスリットである。
【００２５】
さらに、キャップ６０をバルブ要素１２および１４の一方または双方の上に配置できる。配送または操作時にキャップ６０を燃料サプライとともに使用すれば、キャップ６０はバルブ要素または燃料サプライを防護できる。キャップ６０は使用前に取り外すことができ、また、もはや使用に耐えない場合には、交換してバルブ要素を防護できる。キャップ６０は弾性材料、プラスチック等から製造でき、カバー５２上に配置または引き延ばすことができる。キャップ６０が弾性材料から製造される場合には、上述した開口５８と類似の開口を具備させて開口５８と類似の機能を保持させてよく、これは除去する必要がない。キャップ６０は堅固な材料、例えばプラスチックまたは金属から製造できる。さらにキャップ６０をバルブ要素から取り外すために複数の動きを必要として良く、例えば、バイオネット装着を介して、またはＬ形状の溝およびこれを活動する突起を通じて、キャップ６０をバルブ要素に結合してよい。そのようなキャップは、多重モーションのキャップを含み、先に検討した国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０５／０４８２６に開示されている。
【００２６】
バルブ要素１２および１４は関連する内部機構とともに図１０に示されており、図示のとおり、各々が逆止バルブを有する。より明瞭に説明するために、これら内部機構はこれらの図ではバルブ要素から省略されている。しかしながら、バルブ要素１２および１４が逆止バルブをその内部に含んでよいことに留意されたい。さらに、図１−９に示される交換可能性のデバイスおよび保持機構は図１０のバルブ要素と一緒に使用されて良い。
【００２７】
ここで用いられるように、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／再利用可能なカートリッジ、コンテナ、電子デバイス内に常備されたカートリッジ、取り外し可能なカートリッジ、電子デバイスの外部にあるカートリッジ、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チューブを含む。カートリッジはこの発明の具体的な実施例との関係で以下に説明されるけれども、これら実施例は他の燃料サプライにも適用可能であり、この発明は任意の特定のタイプの燃料サプライに限定されないことに留意されたい。
【００２８】
ここに開示された発明の例示的な実施例がこの発明の目的を達成することは明らかであるが、当業者が種々の変形や他の実施例を構成できることは容易に理解できる。さらに、任意の実施例の特徴および／または要素を単独でまたは他の実施例と組み合わせて利用できる。添付の特許請求の範囲は、これらすべての変形例や実施例を、その趣旨を逸脱することなくカバーすることを意図するものであることを、理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の連結バルブの２つのバルブ要素の、交換可能機能を示す分解図である。
【図２】明瞭にするために細部を省略した図１のバルブ要素の断面図である。
【図３】図１の交換可能機能の種々の実施例の平面図である。
【図４】図１の交換可能機能の他の実施例の平面図である。
【図５】保持機構を具備する図１の２つのバルブ要素の分解図である。
【図６】明瞭にするために細部を省略した、図５のバルブ要素の結合位置の断面図である。
【図７】図５の保持機構の他の実施例を示す図である。
【図８】図５の保持機構の他の実施例を示す図である。他の代替的なバルブコンポーネントの断面図である。
【図９】保持機構および交換可能機構の他の発明的な組み合わせを示す断面図である。
【図１０】燃料サプライから取り出すことが可能な燃料の量を最大化する機構およびバルブ要素用のカバーを示す、バルブ要素の分解断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    バルブ
１２    バルブ要素
１４    バルブ要素
１６    リム
１８    キー
２０    キー
【図１】
0005456311.tif 000002
【図２】
0005456311.tif 000003
【図３】
0005456311.tif 000004
【図４】
0005456311.tif 000005
【図５】
0005456311.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005456311.tif 000008
【図８】
0005456311.tif 000009
【図９】
0005456311.tif 000010
【図１０】
0005456311.tif 000011