(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池において膜電極組立体の上流に配置される燃料電池用のフィルタであって、入口と、出口と、ペルフルオロスルホン酸ポリマーから製造され上記入口および上記出口の間に配置された媒体とを有し、上記フィルタから出る燃料の金属イオンが上記フィルタに入る燃料の金属イオンより少なく、上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーは少なくとも１つの触媒を具備することを特徴とする燃料電池用のフィルタ。
【請求項２】
燃料サプライと結合可能である請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
燃料サプライ中に配置される請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
燃料電池と結合可能である請求項１記載のフィルタ。
【請求項５】
燃料電池内に配置される請求項１記載のフィルタ。
【請求項６】
燃料電池により電力供給を受ける電子装置の中に配置される請求項１記載のフィルタ。
【請求項７】
上記媒体を包み込むハウジングをさらに有する請求項１記載のフィルタ。
【請求項８】
上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーの媒体は破砕された形態である請求項１記載のフィルタ。
【請求項９】
上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーの媒体はインゴットの形態である請求項１記載のフィルタ。
【請求項１０】
上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーの媒体は布地として製造される請求項１記載のフィルタ。
【請求項１１】
上記布地は非織物の布地である請求項１０記載のフィルタ。
【請求項１２】
上記布地は織物の布地である請求項１記載のフィルタ。
【請求項１３】
上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーの媒体は粉末の形態である請求項１記載のフィルタ。
【請求項１４】
上記媒体は使用前に湿潤状態である請求項１記載のフィルタ。
【請求項１５】
第１の量のイオンを伴う燃料を内包する外側ケーシングと、
上記ケーシングにより支持され、上記燃料と液体連通のイオンフィルタとを有し、
上記イオンフィルタは燃料電池において膜電極組立体の上流に配置され、上記イオンフィルタは、ペルフルオロスルホン酸ポリマーから製造されるフィルタ材料、および少なくとも１つの触媒を有し、
上記燃料が上記イオンフィルタを通して流れる際に上記フィルタから出る燃料の第２の量のイオンが上記第１の量のイオンより少ないことを特徴とする燃料電池用の燃料サプライ。
【請求項１６】
上記イオンフィルタは粉々の断片のフィルタ材料を有する請求項１５記載に燃料サプライ。
【請求項１７】
上記フィルタ材料は破砕された形態である請求項１５記載に燃料サプライ。
【請求項１８】
上記フィルタ材料は使用前に湿潤状態である請求項１５記載に燃料サプライ。
【請求項１９】
燃料電池に利用可能な燃料から金属イオンを引きつけるように適合化されたペルフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体であって、少なくとも１つの触媒を有し、上記フィルタ媒体は上記燃料電池に関連する流体経路中において上記燃料電池の膜電極組立体の上流に配置されることを特徴とするフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体。
【請求項２０】
上記フィルタ媒体は燃料サプライ中に配置される請求項１９記載のフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体。
【請求項２１】
上記フィルタ媒体は混合室部内に配置される請求項１９記載のフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体。
【請求項２２】
上記フィルタ媒体は副産物室部内に配置される請求項１９記載のフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、燃料電池を使用する燃料システムに関し、さらに具体的には、この発明は、このようなシステムに一体化されるイオンフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、直接すなわち、反応物質、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）電気に直接変換する装置である。多くの漸増している用途において、燃料電池は、化石燃焼などの従来の発電よりも効率的であり、リチウムイオンバッテリーなどの携帯型蓄電池より効率的である。
【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、りん酸燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池等の、様々な異なった燃料電池を含む。今日の、より重要な燃料電池は３つの一般的なカテゴリに分割することができる。すなわち、圧縮水素（Ｈ２）を燃料として利用したもの；燃料としての水素に改質されるメタノール（ＣＨ３ＯＨ）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、炭化水素（例えばブタン）又は他の燃料を使用する陽子交換膜（ＰＥＭ）の燃料電池；および直接メタノール（ＣＨ３ＯＨ）燃料を使用するＰＥＭ燃料電池（「ダイレクトメタノール燃料電池」すなわちＤＭＦＣ）である。圧縮された水素は一般に、高い圧力の下で保たれ、そのため、扱いが難しい。その上、大きい貯蔵タンクが通常必要で、消費者向け電子製品用に十分小さくすることができない。通常の改質燃料電池は、燃料を水素に変換して燃料電池中で酸化剤と反応させるために、改質材が必要であり、また他の気化および補助システムを必要とする。近年の技術進歩により、改室材または改室燃料電池は消費者向け電子製品に有望である。ＤＭＦＣでは、メタノールが直接に燃料電池中で酸素と反応し、このＤＭＦＣは、最も簡単で可能性としては最も小さくなる燃料電池であり、消費者向け電子製品用の電力供給に最も有望である。
【０００４】
比較的供給が大きなアプリケーションでは、ＤＭＦＣは、酸化剤、典型的には空気か酸素を陰極電極に供給するためのファンかコンプレッサーと、水／メタノール混合物を陽極電極へ供給するポンプと、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを典型的に具備する。ＭＥＡは、典型的には、陰極、ＰＥＭおよび陽極を含む。動作中、水／メタノール燃料の混合液体が直接に陽極に供給され、酸化剤が陰極に供給される。各電極での化学電気反応と燃料電池に関する総合的な反応は以下の通り記述される：
【０００５】
陽極での反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
陰極での反応：
Ｏ２  ＋  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  １。５Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
【０００６】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）が陽極から陰極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。ＤＭＦＣは、特許文献１および特許文献２に開示されており、詳細はこれらに記載のとおりである。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などの高分子から作られており、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化合物材料、その他である。陽極は、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（登録商標。Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。陰極は、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】
水素化ホウ素ナトリウム改質燃料電池の燃料反応は以下のようなものである：
ＮａＢＨ４（液体）＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）（液体）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−（陽極で）
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ（陰極で）
適切な触媒は白金およびルテニウム、その他である。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に検討されており、参照してここに組み入れる。
【０００８】
プロトン以外のカチオンはＰＥＭの電導性を減少させる。とくに、多価カチオンＰＥＭ中の捕捉される傾向があり、膜の導電性を損なう。導電性がかなり減少し、または捕捉イオンのレベルが閾値レベルに到達すると、ＰＥＭは交換または改装する必要がある。
【０００９】
特許の文献は、沢山の燃料電池用のフィルタを開示している。特許文献４は、ＭＥＡの前方に燃料フィルタを配置したダイレクトメタノール供給燃料電池を開示している。このフィルタは、粒子サイズに基づいて粒子を捕捉し燃料から炭化水素不純物を除去する、ふるいタイプのフィルタである。特許文献５は、照射し、その後、スルホン化してスルホン酸基を膜にリンクさせるポリマー膜を開示している。この膜は、燃料電池のＰＥＭに使用でき、イオン交換部材またはイオン選択精製システム、その他に使用できる。
【００１０】
このように、燃料電池に使用される燃料の金属イオン濃度を減少させるフィルタが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５９９２００８号
【特許文献２】米国特許第５９４５２３１号
【特許文献３】米国公開特許出願２００３／００８２４２７
【特許文献４】米国特許第６２６５０９３号
【特許文献５】米国特許第６６３０５１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明は、燃料電池の流体システム中の任意の位置に配置できるイオンフィルタに向けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、入口と、出口と、ペルフルオロスルホン酸ポリマーから製造され上記入口および上記出口の間に配置された媒体とを有する燃料電池用のフィルタに向けられている。上記フィルタから出る燃料の金属イオンが上記フィルタに入る燃料の金属イオンより少ない。上記ペルフルオロスルホン酸ポリマーは当該燃料電池の膜電極組立体中のポリマー交換膜に実質的に類似する。
【００１４】
このフィルタは、燃料サプライまたは燃料電池部品と結合可能である。フィルタは、上記媒体を包み込むハウジングをさらに有してもよい。フィルタ媒体は破砕された形態またはインゴットの形態であり媒体の表面面積を増大させる。
【００１５】
この発明はさらに第１の量のイオンを伴う燃料を内包する外側ケーシングと、上記ケーシングにより支持されたイオンフィルタとを有する燃料電池用の燃料サプライに向けられている。イオンフィルタは、上記燃料と液体連通であり、上記燃料が上記イオンフィルタを通して流れる際に上記フィルタから出る燃料の第２の量のイオンが上記第１の量のイオンより少ないようになっている。イオンフィルタは先のイオンフィルタと実質的に類似である。
【００１６】
この発明は、また、燃料電池に利用可能な燃料および上記燃料電池中で生成される液体副産物から金属イオンを引きつけるように適合化されたペルフルオロスルホン酸ポリマーのフィルタ媒体に向けられている。フィルタ媒体は当該燃料電池の膜電極組立体中のポリマー交換膜に実質的に類似し、上記フィルタ媒体は上記燃料電池に関連する流体経路中に、例えば、燃料カートリッジ、混合室部および／または副産物室部に配置される。
【００１７】
添付図面は明細書の一部を形成し、明細書との関連において理解されるべきであり、種々の図において類似の参照番号は類似の部分を示すために用いられる。添付図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に従う、燃料カットリッジ、イオンフィルタおよびイオンゲージを伴う燃料電池システムの模式図である。
【図２】図１の燃料カートリッジの一部を、イオンフィルタと、燃料中のイオンレベルを測定するゲージとともに示す、拡大、部分切欠き図である。
【図３】燃料電池システムの他の実施例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付図面に例示され、以下で詳細に説明されるように、この発明は、メタノールと水、メタノール／水混合液、濃度が変化するメタノール／水混合液または純粋なメタノールなどの燃料電池用の燃料を格納する燃料サプライ（燃料供給装置）に向けられている。メタノールは多くのタイプの燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素（ｅｎｚｙｍｅ）燃料電池、改質燃料電池、その他に使用できる。燃料サプライは他のタイプの燃料電池の燃料、例えば、エタノールまたはアルコール、水素に改質できる化学物質、または、燃料電池の性能や効率を改善することができる他の化学物質を含んでも良い。燃料は、またｈ、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質を含んでも良く、これは金属燃料電池またはアルカリ燃料電池とともに用いることができ、燃料サプライに貯蔵することができる。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２００３／００７７４９３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、液体水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）および水を含み、これは上述のとおりである。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公開特許出願２００３／００９６１５０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物を含む。したがって、この発明は、サプライ中に含有される、任意のタイプの燃料、電解質溶液、酸化物溶液または液体に制約されない。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、酸化物溶液、液体、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。
【００２０】
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、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、コンテナ、燃料電離又は燃料電池が電力供給する電子製品に結合された管材を含む。カートリッジは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。
【００２１】
この発明の一側面によれば、燃料電池システムは燃料をフィルタする能力を有し燃料中の金属イオン粒子を著しく減少させる。添付の図に示し、以下に詳述するように、この発明は、負荷１１に電力供給する燃料電池すなわち燃料電池システム１０に向けられている。
【００２２】
図１はこの発明の一実施例を示しており、またこの燃料電池システムは２組の接続線を含む。第１の組の接続線は燃料すなわち液体および気体を含み、その矢印は流れの方向を示す。第２の組の接続線は電気の線を含み、交差位置の黒丸は電気接続点を示す。この実施例はダイレクトエタノール燃料電池に関連して説明されるが、この実施例は任意の燃料電池に適切であることに留意されたい。
【００２３】
カートリッジ１２は燃料電池１０に結合され、この燃料電池が電子装置１１に電力を供給する。カートリッジ１２は内側ライナーまたはブラダーを伴って、または伴うことなく、生成されても良い。ライナーおよび関連部品を伴わないカートリッジは、本出願人の出願に係る２００３年１月３１日出願の米国特許出願第１０／３５６７９３の「燃料電池用の燃料カートリッジ」に開示されている。’７９３出願の内容は参照してここに組み入れる。内側ライナーまたはブラダーを伴うカートリッジは、本出願人の出願に係る２００３年７月２９日出願の米国特許出願第１０／６２９００４の「柔らかいライナーを有する燃料カートリッジ」に開示されている。’００４出願の内容も参照してここに組み入れる。
【００２４】
電子装置１１は典型的には燃料電池よりも大きく、通常燃料電池を収容する。図１において、電子装置１１は模式的に燃料電池１０を包囲するように示す。これはまた破線で描かれるブロックによっても表されており、ＭＥＡ１６によって生成される電流により電力供給を受ける。電子装置はバッテリを再充電する充電器であってもよい。
【００２５】
流体回路に関連して、上述のように、燃料カートリッジはバルブ２４に接続され、これは好ましくは二要素バルブである。バルブ要素２４ａはカートリッジに接触しバルブ要素２４ｂはポンプ１４に結合される。各バルブ要素は燃料カートリッジが燃料電池から分離するときにシールを形成できる。二要素バルブは、本出願人の出願に係る２００３年７月２９日出願の米国特許出願第１０／６２９００６の「結合バルブを有する燃料カートリッジ」に十分に開示されている。この特許出願の内容も参照してここに組み入れる。
【００２６】
燃料電池１０の内部において、バルブ要素２４ｂは直接にポンプ１４と結合し、燃料カートリッジが取り外されたときにポンプ１４のためにシールを実現する。代替的には、バルブ要素２４ｂは他の部品に結合されても良い。ポンプ１４はバルブ２５２に接続され、これが流れ調整器として動作し、ポンプ１４およびバルブ２５２を介した流速が流速計２５４例えばベンチュリ計または他の電子流速計、または混合室部内の濃度センサで測定できる。燃料はつぎに混合室部２５０にポンピングされる。混合室部２５０から燃料／水混合物が直接ＭＥＡ１６へとポンピングされて電気を生成し電子装置１１に対して電力を供給する。液体および気体の副産物例えば水および二酸化炭素は、ポンピングされ、また二酸化炭素からの圧力により流されて、副産物室部２５６へと送られる。水の副産物はさらに混合室部２５０に戻される。混合室部２５０は、逃がしバルブ２５８を有して気体の副産物を燃料電池の外部に排出する。逃がしバルブは’００４特許出願に開示されたポペット型のバルブとしてよい。液体の副産物は混合室部２５０で燃料と混合されて最適な燃料濃度を実現する。燃料濃度は燃料濃度センサ２６０で測定され、このセンサは米国特許出願公開２００３／０１３１６６３および同２００３／０１３４１６２および米国特許第６２５４７４８号および同第６３０６２８５号に開示されている。これらの内容は参照してここに組み入れる。
【００２７】
加圧燃料サプライを用いるときには、ポンプ１４は省略しても良い。この実施例では、調整バルブ２５２が燃料のＭＥＡ１６への流れを調整する。調整バルブ２５２は本出願人の出願に係る米国特許出願の「情報記憶装置を有する燃料電池システムおよび制御システム」に十分に開示されている。
【００２８】
代替的に、副産物を廃棄のためにカートリッジ１２、１１２、２１２へ送り戻す。ただし、燃料電池の反応に必要な水は除く。逃がしバルブ２５８を燃料カートリッジに設けて気体の副産物を雰囲気中に排出してもよい。さらに、副産物室部２５６を省略してもよく、副産物は直接にＭＥＡ１６から混合室部２５０へ運ばれる。代替的な実施例では、室部２５０内の破線により示されるように、室部２５０を２つの部分に分割してもよい。室部２５０ａは燃料カートリッジからの燃料を受け取るようになっており、室部２５０ｂは副産物を受け取るようになっている。各室部２５０ａおよび２５０ｂは個別にＭＥＡ１６に直接に、または、ＭＥＡの上流の他の混合室部に結合される。室部２５０ａおよび２５０ｂの各々は個別にポンプ、例えばポンプ２６２に結合され、各室部からＭＥＡへの流れが調整されて燃料の濃度を最適化する。
【００２９】
制御回路に関していえば、これは本出願人の出願に係る米国特許出願の「情報記憶装置を有する燃料電池システムおよび制御システム」に十分に開示されているものであるが、コントローラ１８は燃料電池を介する流れを制御するようにセットされている。コントローラ１８は燃料電池１０内、または、電子装置１１内に配置されてよい。コントローラは燃料電池上に配置されてもよく、また、当該コントローラの機能が電子装置１１の中央処理装置（ＣＰＵ）またはそのコントローラにより実行されてもよい。コントローラ１８は情報記憶装置２３、２６６、２６８に記憶されている情報を読み出し、この記憶装置に情報を書き込みことができる。電子的に読み出し可能な燃料ゲージ２６４が燃料カートリッジの表面または内部に配置され残留燃料の量を測定する。このようなゲージは、本出願人の出願に係る同日出願の米国特許出願（１０／７２５２３６）の「燃料カートリッジ用の燃料ゲージ」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。コントローラ１８、１１８は二要素バルブ２４に結合されてもよく、これによりコントローラはバルブ２４の開閉を制御できる。コントローラは、また、センサ、例えば流速計２５４、燃料濃度センサ２６０およびイオンセンサ２７２を読み出せる。
【００３０】
燃料電池１１０内で、コントローラはポンプ１４の情報記憶装置２６６に接続されており、これはポンプについて関連の永久的な情報および書き換え可能な情報を記憶し、これについてはすでに述べた。コントローラは流速計２５４にも接続され、コントローラは流速およびポンプ１４の動作の総時間を読み出し、使用された燃料の容積を決定する。流速が変わる場合には、容積は可変の流速を時間で積分したものである。この容積を、元の容積、または、情報記憶装置２３、１２３に記憶されている残留容積情報から差し引いて残留容積を決定する。コントローラ１８、１１８は、ポンプ１４のポンピング速度、または、調整バルブ２５２をどのくらい大きく開口させるかをセットして、流速を調整してもよい。コントローラをオプションのポンプ２６２に接続しても良く、これは混合室部２５０からＭＥＡへ燃料または燃料混合物をポンピングして流速を制御する。オプションとして、バルブ２５２に類似の他の調整バルブをポンプ２６２に接続して流速を調整する。
【００３１】
コントローラ１８が、ポンプ１４のポンピングレート、すなわち、流速を制御するために調整バルブ２５２をどのくらい広く開けるべきかをセットできてもよい。コントローラは、燃料または燃料混合物を混合室部２５０からＭＥＡにポンピングするポンプ２６２に接続されて流速を制御する。
【００３２】
この発明の一側面によれば、イオンフィルタが燃料電池１０および／またはカートリッジ１２に設けられる。図２を参照すると、カートリッジの出口２２の内部のフィルタ２７０の拡張図が示される。フィルタ２７０は、この実施例において、Ｎａｆｉｏｎ（商標）ペルフルオロスルホン酸ポリマー（ＤｕＰｏｎｔ社から入手可能）を含む。イオン粒子は、浸透により、ＭＥＡ中のＰＥＭに用いられるＮａｆｉｏｎ（商標）ポリマーの効率を減少させることが知られているので、フィルタ材料をＰＥＭと実質的に同じ材料で製造してＭＥＡの上流に配置するときには、イオン粒子はフィルタに引きつけられ、ＭＥＡに到着する前に、燃料から除去される。したがって、フィルタ材料はＰＥＭ材料と実質的に同じものに選択される。フィラー材料もイオン交換樹脂、例えば、Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ社のＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）から製造できる。
【００３３】
この実施例では、ポリマー材料は破砕されて粉々の断片にされ、すなわちインゴット２７０ａとされ、これらが詰め込まれてフィルタ２７０を形成する。粉々の断片を用いることにより燃料Ｆに露出するフィルタ材料の面積が大きくなり、この結果、フィルタを小型・高効率にできる。代替的には、フィルタ材料を細かな粉末状その他にしても良い。この実施例では、粉々のポリマー断片２７０ａがオプションのバインダ２７０ｂにより一体に連結される。適切なバインダ２７０ｂは使用燃料に対して耐性がなければならない。代替的には、バインダに代えて、目の粗いメッシュの燃料耐性のグリッド、例えば、先の’００４米国特許出願に開示されるマトリックス内にフィルタ材料を含ませても良い。
【００３４】
燃料電池の金属イオンは、拡散により、フィルタ内のフィルタ材料に吸収され、また、引きつけられ、この結果、フィルタを出る燃料Ｆ’のイオンの第２の量は、入ってくる燃料Ｆ中のイオンの量Ｆよりも少なくなっている。燃料がフィルタを流れるとき、拡散によりフィルタ材料はイオンを収集できる。ただし、フィルタを横切る比較的小さな圧力降下が必要である。フィルタ２７０は粒子の大きさを区別しないので、非ふるい型のフィルタである。
【００３５】
フィルタ２７０のフィルタ材料の密度および浸透性によりフィルタを通る燃料Ｆの流れの特性が決定される。好ましくは、フィルタ材料はカートリッジに組みつける前に湿潤状態にし、それが、元の体積の約５％から約２５％しか膨張しないようにする。より好ましくは、フィルタ材料を湿潤状態にして元の体積の約１５％しか膨張しないようにする。
【００３６】
フィルタ材料は１または複数の触媒、例えば、プラチナおよび／またはルテニウムを含んでも良く、これは「非支持」状態で、すなわち、基材なしである。繰り返すが、フィルタ材料は破砕でき、細かな粉末上に準備され、先に検討したように利用される。ポリマーフィルタ材料を押し出し成型して、織物または非織物を含む布地マットを形成してもよく、これを燃料流路内に配置する。
【００３７】
フィルタ２７０を図２に示すようにノズル２２内に配置するときには、これは燃料サプライの下流で、ポンプ１４の上流にある。好ましくは、ポンプ１４は燃料を燃料サプライからフィルタを介して圧力により運ぶ。代替的には、図３に示すように、フィルタ２７０は燃料カートリッジ１２およびポンプ１４の下流に位置する。フィルタ２７０はハウジング２７４中にフィルタ材料の粉々の断片１２７０ａを有して良い。ハウジング２７４は入口２７６および出口２７８を有する。好ましくは、ハウジング２７４は燃料と相性のよい材料から製造される。フィルタをカートリッジ上に配置しても良い。だらに、フィルタ２７０および遮断バルブの双方をノズル２２内に配置するときには、フィルタ２７０が流れ調整器としても動作して遮断バルブが開成したときに燃料の流れをスローダウンさせる。フィルタおよび遮断バルブをそのように用いる点については先の’００６米国特許出願に十分に開示されており、参照してその内容をここに組み入れる。流れ調整器として、フィルタを遮断バルブの上流または下流に配置しても良い。
【００３８】
図１を再度参照すると、この発明の他の側面に従って、イオンセンサ２７２を設けて、フィルタの有効性を確かめ、フィルタの交換時期を決める。イオンセンサ２７２は好ましくは図示のとおり燃料電池１０内に、または燃料カートリッジに配置する。イオンセンサ２７２はコントローラ１８に電気的に接続され、コントローラ１８から読み出し可能である。イオンセンサ２７２は燃料に電界を、例えば、燃料を運ぶチューブを横切るように、またはチューブ内で印可する。この電界は燃料を横切る定電圧または燃料をとおる定電流を形成する。燃料の電気伝導度は燃料中のイオンの濃度に左右される。電界は、代替的には、燃料を通す多孔質要素を横切るように、またはその中で印加されてもよい。イオンの個数は、定電圧を燃料を横切るように印加した場合には、燃料を通して流れる電流に、または、定電流が燃料を流れる場合には、燃料を横切る電圧に直接に比例する。実時間の測定値を、低イオン燃料の基線測定値と比較してイオンレベルが許容範囲かどうかを決定する。代替的には、較正曲線すなわちテーブルが、低イオンのレベル、許容できないイオンレベルをそれぞれ表す点、およびその間の１または複数の点から導出できる。実時間の測定値をこの較正曲線と比較して使用中のイオンレベルを確かめることができる。コントローラ１８は、周期的にこの電圧を読み出し、電圧が予め定められたレベルに到達したときに、コントローラがメッセージまたは他の合図、例えば視覚的または聴覚的な合図をユーザに出力し、できれば燃料サプライのつぎの詰め替え時にイオンフィルタが交換されるようにする。
【００３９】
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、または他の実施例の特徴および／または要素と組み合わせて使用できる。例えば、フィルタ材料はカートリッジ１２、混合室部２５０および／または副産物室部２５６の中に配置して燃料および／または水副産物から金属イオン粒子を取り出しても良い。したがって、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は、容易に理解できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０       燃料電池システムまたは燃料電池
１１       負荷または電子装置
１２       燃料カートリッジ
１４       ポンプ
１６       ＭＥＡ
１８       コントローラ
２２       出口またはノズル
２３       情報記憶装置
２４       バルブ
１１０     燃料電池
２５０     混合室部
２５２     調整バルブ
２５４     流速計
２５６     副産物室部
２５８     バルブ
２６０     燃料濃度センサ
２６４     燃料ゲージ
２７０     フィルタ
２７２     イオンセンサ
【図１】
0005554265.tif 000002
【図２】
0005554265.tif 000003
【図３】
0005554265.tif 000004