(57)【要約】燃料電池装置の動作において発生した溶解、保持、および／または排気されたガス状副生生物の輸送を制御さもなくば効果的にパラメータ化するためのシステムおよび方法であって、例えば直接メタノール型燃料電池システム（７００）において、二酸化炭素（７１０）に対し、実質的に直列式で重力に無関係な区画を行うためのガス透過性膜（３２０）を含む。本発明の様々な特徴およびパラメータは、任意の個々の燃料電池設計に対してガス輸送機能を最適化するように、適切に適応させることができる。本発明は、とりわけ携帯型電子機器に電力を供給するための燃料電池技術の用途の向上とともに、燃料電池燃料溶液からのガス状副生成物の除去速度の制御の向上をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のアノード燃料溶液とカソード酸化剤溶液とのうちの少なくとも一方中の、少なくとも１つのガス状の酸化還元副生成物の濃度を制御するためのシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの前記ガス状副生成物に対して少なくとも部分的な透過性を有する少なくとも１つのバリアを含み、
前記バリアは、少なくとも第１の表面と第２の表面とを含み、
前記バリアの前記第１の表面は、前記溶液との有効な接触量を有し、
前記バリアは、前記溶液および前記ガス状化合物が、前記バリアを介する実質的に透過性の輸送による以外に、前記バリアの前記第２の表面を越えて移動しないように、前記システムを少なくとも有効に封止するように設けられることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記バリアは、高分子膜、多孔性セラミック、多孔性シリコンマトリックス、ステンレス鋼グリット、およびフリットガラスのうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
燃料電池溶液中の少なくとも１つのガス状酸化還元副生成物の濃度を制御するための装置であって、
少なくとも１つのガス状化合物に対して透過性を有するバリアであって、少なくとも内面と外面とを備え、前記バリアの前記内面は、少なくとも１つのガス状化合物を内部に含有して有する溶液を流すための少なくとも１つの流体流路を含むバリアと、
少なくとも１つの流体流入口と、
少なくとも１つの流体流出口と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
流体流出口における前記ガス状副生成物の濃度は、流体流入口における前記ガス状副生成物の濃度よりも少なくとも低いことを特徴とする請求項３に記載の部品装置の使用方法。
【請求項５】
燃料電池のアノード燃料溶液とカソード酸化剤溶液とのうちの少なくとも一方中の、少なくとも１つのガス状の酸化還元副生成物の濃度を制御するための方法であって、該方法は、
溶液を流体流れ場を介して流す工程を含み、
前記流れ場は、前記溶液とバリアの第１の表面の間での有効な接触を有し、
前記バリアは、前記ガス状化合物の少なくとも１つに対して少なくとも部分的な透過性を有し、
前記バリアは、少なくとも第２の表面をさらに含み、
前記バリアの前記第１の表面と前記流れ場は、溶液およびガス状化合物が、前記バリアを介する実質的に透過性の輸送による以外に、前記第２の表面を越えて移動することを最小限に抑えるように、少なくとも有効に封止されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
燃料電池溶液中の少なくとも１つのガス状の酸化還元副生成物の濃度を制御するための方法であって、該方法は、
少なくとも内面と外面とを含んだ、少なくとも１つのガス状副生成物に対して透過性を有するバリアを提供する工程と、
前記バリアの前記内面は、少なくとも１つのガス状副生成物をその内部に含有して有する溶液を流すための少なくとも１つの流体流路を含むことと、
少なくとも１つの流体流入口を提供する工程と、
少なくとも１つの流体流出口を提供する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
メタノール燃料電池燃料溶液中の二酸化炭素の濃度を制御するためのシステムであって、
流体流れ場と、
少なくとも内面と外面とを有するＣＯ２透過性を有するバリアと、
ＣＨ３ＯＨおよびＣＯ２が、前記バリアを介する実質的に透過性の輸送による以外に、前記バリアの前記外面を越えて移動することを防止するように、前記バリアの前記内面を、前記流体流れ場に対して有効に封止する手段とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
燃料電池溶液中の水蒸気の排気輸送を制御するためのシステムであって、
流体流れ場と、
少なくとも内面と外面とを有する、水蒸気透過性を有するバリアと、
バルク溶液の漏れを防止するように前記膜を少なくとも有効に封止する手段とを含むシステム。
【請求項９】
ガス状化合物の排気輸送を制御するためのコンポーネントシステムを有する、電気を発生するための燃料電池であって、
少なくとも１つのアノードおよび少なくとも１つのカソードと、
流体流れ場と、
少なくとも内面と外面とを備え、少なくとも１つのガス状化合物に対して少なくとも部分的な透過性を有するバリアと、
前記バリアの前記内面は、少なくとも１つのガス状化合物を内部に含有して有する溶液を流すための少なくとも１つの流体流路と有効に接触し、
前記燃料電池は、さらに
少なくとも１つの流体流入口と、
少なくとも１つの流体流出口と、
を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
流体流出口における前記ガス状化合物の濃度は、流体流入口における前記ガス状化合物の濃度よりも少なくとも低いことを特徴とする請求項９に記載の電気を発生するための装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般には燃料電池技術に関する。より詳細には、本発明は燃料電池装置の動作において発生するガスを区画するためのシステムおよび方法を包含する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の酸化によって起こる自由エネルギーの変化を電気エネルギーに変換する電気化学的電池である。初期の燃料電池は１８２９年にウィリアム・グローブ（Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｇｒｏｖｅ）によって構築されたが、開発努力が再開されたのは１９３０年代後半のＦ．Ｔ．ベーコン（Ｂａｃｏｎ）の研究からである。初期の実験においては、水性電解質が透過できるバリアを介して連結された、水含有区画室内に水素および酸素ガスを気泡として導入していた。複合グラファイト／白金電極をそれぞれの区画室内に沈めて電極同士を導電結合すると、完全な回路が形成され、セル内で次のような酸化還元反応が起こった。すなわち、アノード（例えば、「水素電極」）において水素ガスが酸化されてプロトンを形成し、電子が放出されてカソード（例えば「酸素電極」）に流れ込み、酸素と結合する。
【０００３】
それ以来、商用および民生水準の実現可能な燃料電池技術の開発への関心は新しくなってきる。既存の従来法と比べての様々な他の利益に加えて、燃料電池は一般により高いエネルギー密度での電力生産向上を約束するものである。例えば、約２５０℃および約５０大気圧の圧力で動作する典型的な水素−酸素電池は、水および少量の熱エネルギーを副生成物として発生しながら、約１ボルトの電位を与える。しかしながら、つい最近になって、はるかに低い温度および圧力（すなわち、約８０℃および約１．３大気圧程度）で動作する新しい高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）が、ほぼ同じ電位差を発生することが観察された。
【０００４】
燃料電池のさらなる利点としては、一般により高いエネルギー密度を有しており、間接的エネルギー変換を伴う方法に比べて本質的に効率が高いことが挙げられる。実際に、燃料電池の効率は典型的には熱電変換法（すなわち、化石燃料燃焼熱交換）の効率のほぼ２倍であると測定されている。
【０００５】
携帯型電源用途に対しては、燃料電池は標準バッテリとは対照的に様々な原理の下で機能する。標準バッテリが動作する際には、電極の様々な化学成分が時間と共に消耗される。これに対し、燃料電池においては、燃料および酸化剤が連続的に供給されている限り、電池の電極材料は消耗されないため、電池切れが起こることもなく、また再充電や交換の必要もない。
【０００６】
現在開発途上にある一般的な民生用の燃料電池の種類の１つとして水素燃料電池があるが、水素燃料電池では、酸化還元反応用の燃料を提供するために、水素に富んだ化合物を用いる。アノードにおいて化学燃料種が酸化されると、電子が放出されて外部回路に流れる。残りの正に荷電したイオン（すなわち、プロトン）は、電解質を通してカソードに向けて移動し、次にここで還元されることになる。自由電子は例えばプロトンや酸素と結合して、環境的にきれいな副生成物である水を産生する。しかしながら、直接メタノール型燃料電池においては、酸化還元反応が進むにつれ、副生成物である二酸化炭素の蓄積によって、装置の電力発生能に歯止めがかかる場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の燃料電池は、典型的には、実質的に直接的な重力依存性の通気または燃料電池自体内での保持を一般に伴う副生ガス除去方法を採用していた。これらの手法はある種の大規模システムにおいては有用であるかもしれないが、例えば、携帯型の民生レベルのシステムなどにへのより広い燃料電池技術の用途においては、副生ガスの処理に関する問題が未解決のまま残されている。したがって、従来技術の燃料電池技術の限界は、燃料電池装置の動作中に生成するガスを効果的かつ効率的に区画することに関係する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
様々な代表的な態様において、本発明は、特に、燃料電池装置の動作中に発生する、溶解、保持、および／または排気されたガス状生成物の輸送機能を、制御、さもなくば効果的にパラメータ化するためのシステムおよび方法を提供する。１つの例示的態様において、本発明は、流体流れ場と有効に接触するガス透過性バリアを含む装置を提供する。該装置は、例えば流体および／またはそれに含まれるガスが、バリアを介した実質的に透過性の輸送による以外で、該バリアの上方で漏れたり移動したりすることを防止するように封止してもよい。さらに、そのような装置の構築および使用方法は、例えば、動作温度、流れ場表面積、バリアの組成および／または多孔率、透過性バリアの向きおよび／幾何学構成、流れ場内での流体流の体積、背面部分ガス圧、燃料流油圧、流れ場における流体流の流速、透過性バリアの厚みなどの変更により、ガス輸送速度をより良好に制御するように提供される。
【０００９】
本発明の代表的な利点としては、燃料電池装置の動作中に発生するガスを、使用者または設計者による制御下で処理および／または区画することが挙げられる。別の利点の例としては、流体溶液を著しい漏れや流体移動なく実質的に保持しながら、一般に任意の向きで燃料電池を作動させて、ガス状副生成物を排気できることが挙げられる。
【００１０】
本発明のさらなる利点は以下の詳細な説明に記載するが、詳細な説明から自明であるかもしれないし、本発明の実施例を実施することにより習得できるかもしれない。本発明のさらに別の利点は、請求項中で特に指摘する任意の手段、方法またはその組み合わせによって実現されるかもしれない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の代表的な要素、動作的特徴、用途、および／または利点は、とりわけ、その一部を構成する添付の図面を参照しながら、以下にさらに完全に図示、説明および請求するような構造と動作の詳細のなかにある。同様の数字は一貫して同様の部分を表すものとする。他の要素、動作的特徴、用途、および／または利点は、詳細な説明の中にあげた個々の実施例に鑑みて当業者には明らかであろう。
【００１２】
図面中の各要素は単純かつ明瞭に描かれており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを当業者ならば理解するであろう。例えば、図面中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするために、他の要素よりも大げさに描かれていることもある。
【００１３】
以下の説明は本発明の実施例および発明者が構想する最良の形態を示したものであって、本発明の範囲、利用可能性または構成を何ら限定する意図はない。そうではなく、以下の説明は、本発明の様々な実施形態を実施するためのうってつけの説明を提供することを意図している。開示した実施例に記載されるいずれの要素についても、本発明の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、その機能および／または構成を変更してもよいことは明らかであろう。
【００１４】
本発明の様々な代表的な実施を、燃料電池システム内においてガスの輸送および／また
は分配を制御さもなくばパラメータ化するための任意のシステムに適用することができる。ある代表的な実施としては、例えば、燃料電池溶液中に溶解したガス濃度の調節、燃料電池中のガス状相の化学種の濃度の制御、燃料電池からの排気ガスの流出速度の制御などが挙げられる。本明細書中で用いる「排気」「通気」「輸送」「流出」および「区画」という用語、またはその任意の変形または組み合わせは、一般にそのような特性に少なくとも影響されやすい任意のもの含むことが意図されるか、あるいは、一般的に、（１）ある領域内またはその周囲における濃度を相対的に減少させるように、および／または（２）ある領域内またはその周囲における濃度を相対的に増加させるように、少なくとも１つの化学的化合物が、ある領域から別の領域に移動することもいう。このことは正当に本発明の範囲に含まれるとみなされる。本明細書中で用いる用語「流体」、「溶液」、「流」、「液体」および「流出液」、またはその変形または組み合わせは、一般に、燃料電池の電極要素への露出に関して前調整されるか後調整されるかに関わらす、あらゆるアノードの燃料溶液および／またはカソードの酸化剤溶液を含むことを意図する。
【００１５】
用途例、すなわち、直接メタノール型燃料電池アノード燃料流からの二酸化炭素の除去速度のパラメータ化と制御の詳細な説明を、特定の実施を可能にする開示として提供する。この実施を可能にする開示は、本発明の様々な実施形態に従う任意のタイプの燃料電池におけるガス輸送制御のための開示されたシステムおよび方法の任意の用途のために、当業者によって一般化することができる。さらに、当業者であれば、本発明の原理は、たとえば、限定はされないが、ガス状副生成物の再生、少なくとも１つの構成燃料化合物の再形成、燃料系中に溶解したガス状副生成物の濃度の制御、燃料電池の酸化還元反応動力学の制御などの燃料電池内でのガス輸送の制御に関連する任意の数の他の利益を確認および／または実現するために使用しうることがわかるであろう。
【００１６】
（燃料電池）
広義において、燃料電池は、供給された燃料の化学エネルギーを電気化学反応によって電気エネルギーに直接変換しうるあらゆる装置として一般に特徴づけることができる。このエネルギー変換は、供給された燃料の酸化によって得られる自由エネルギーに相当する。たとえば図１に示すように、典型的な従来技術の燃料電池１１０は、電子を発生するための反応部位を提供するアノード（たとえば、「燃料電極」）１３０と、使用済燃料イオンを還元して、外部回路１５０の前後に電圧降下を生み出すカソード（たとえば「酸化剤電極」）１３５とで構成される。電極１３０，１３５は、一般に相当な酸化還元反応速度を与える触媒特性を備えたイオン的に多孔性の電子伝導体である。アノード１３０において、流入水素ガス１６０は触媒作用でイオン化して、プロトン（たとえば電子欠乏水素核）および電子を発生する。カソード１３５においては、流入酸素ガス１６５が、電解質１４０を介して移動してきたプロトンおよび外部回路１５０から到来する電子と触媒的に反応して、副生成物としての水を発生する。燃料電池１１０の動作パラメータによっては、副生成物である水が電解質１４０内に残っていることがあり、これにより、体積が増して電解質１４０が希釈されたり、蒸気としてカソード１３５から放出されることがある。
【００１７】
アノード１３０およびカソード１３５は、一般的にはイオン伝導性電解性媒質１４０（すなわち、ＰＥＭ（高分子電解質膜）あるいはアルカリ金属の水酸化物、たとえばＫＯＨ、ＮａＯＨなど）によって分離されている。初期の燃料電池の実験では、水素１６０および酸素１６５はそれぞれ区画室１２０および１２５に導入され、一方、電極１３０，１３５は外部回路１５０によって導電結合され、負荷１５５にエネルギーを供給して電気的仕事（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｗｏｒｋ）を達成し得る。外部回路１５０においては、電流は一般に電子の流れによって輸送されるが、電解質１４０中においては、電流は一般にイオンの流れによって輸送される。理論上は、実質的に連続的に供給可能な、酸化可能なあらゆる化学物質（すなわち、水素、メタノール、アンモニア、ヒドラジン、簡単な炭化水素など）を、アノードにおいて電解酸化可能な燃料１６０として使用することができる。
同様に、酸化剤１６５（すなわち、酸素、大気など）は、外部回路１５０前後の適当な電圧降下を維持するために十分な速度で、使用済燃料イオンを酸化することのできる任意の物質に選ぶことができる。
【００１８】
（熱力学）
燃料電池の反応の自由エネルギーΔＧは、ΔＧ＝ΔＥ＋ΔＨ（式中、ΔＥは電気仕事を達成するために利用できるエネルギーであり、ΔＨは反応によって放出され、燃料電池とその周辺の温度を上昇させるエネルギーである）の式で与えられる。典型的な燃料電池の用途において、燃料電池の周囲に放出される熱は、電気仕事を達成するために利用できるエネルギーよりははるかに小さく、このことは、ΔＨ＜＜ΔＥの式で表される。
【００１９】
たとえば、ＱＦｕｅｌＣｅｌｌ＝ＥＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ／ＥＣｈｅｍｉｃａｌが、化学位置エネルギーＥＣｈｅｍｉｃａｌから電気エネルギーＥＥｌｅｃｔｒｉｃａｌへの直接変換の効率を示す場合、約ＱＦｕｅｌＣｅｌｌ＝０．６５から約ＱＦｕｅｌＣｅｌｌ＝０．８０の典型的な水素／酸素燃料電池の効率が観測されている。これらの値は、間接的な熱交換動力変換方法のもののほぼ２倍にあたり、次のような関係式で表すことができる。
【００２０】
【数１】
2005522846.tif 000003
式中、熱交換効率は下記の式で与えられる。
【００２１】
【数２】
2005522846.tif 000004
因数ＥＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ／ＥＣｈｅｍｉｃａｌは、化学位置エネルギーを熱（すなわち化石燃料の燃焼）に変換する成分効率を表し、因数ＥＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ／ＥＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎは、熱を、たとえば蒸気駆動電力に変換する燃焼の成分効率を表している。
【００２２】
したがって、燃料電池の動作は、熱交換電力変換を利用した方法よりも本質的に効率が高い。さらに、燃料電池の他の代表的な利益としては、エネルギー密度が高いこと、動作が静かであること、再充電および／または電極交換の必要性がないことが挙げられる。
【００２３】
（携帯型電源）
これまでは、民生用電子機器のための携帯型電力貯蔵の解決策としては、一般に標準バッテリが利用できる選択肢の中心となっていた。標準バッテリの場合、一般に、比較的短い持続時間しか電力を供給できず、その後に再充電または交換の必要があるといういったいくつかの欠点が伴ったが、燃料電池の場合、例えば長い使用寿命や従来のバッテリにおいて使用されるような「固形燃料」ではなく液体または気体の化合物を燃料として使用できることを含む他の代表的な利点に加えて、標準バッテリに典型的に付随する消費者志向の特徴（すなわち、便利で携帯性のあるパッケージ内で静かに電力を供給する）の多くを有している。
【００２４】
年月とともに燃料電池のサイズは小さくなり、そのエネルギー密度は増大してきたが、従来技術には、燃料電池技術を電力輸送用の用途、例えば携帯型電子機器に適合させるに
あたっての様々な問題が残されている。そのした問題の少なくとも１つとして、燃料電池溶液流内の排気ガスを処理および／または通気することが挙げられる。採用されてきた典型的な手法は一般に、酸化還元副生ガスを大気圧に、実質的に直接、向きに依存して（例えば重力に対して逆平行）通気することを包含していた。しかしながら、直接通気を行う重力依存性の手法では、燃料成分の実質的な漏れ、さもなくば望ましくない移動または漏れを引き起こさずに、燃料電池を任意の向きで作動させることができなかった。
【００２５】
（燃料電池の開発）
現在、民生用途のために開発中の燃料電池の種類の１つとして水素燃料電池があるが、この水素燃料電池においては、水素を豊富に含む燃料（すなわち、水素、メタノール、メタンなど）を酸化還元反応のための燃料として用いる。燃料がアノードにおいて酸化されると、プロトンはカソードにおいて還元されるためにセルを通過する。例えば燃料としてメタノールを用いる場合、アノードにおける副生成物として二酸化炭素が生成される。すると外部回路からの自由電子が、カソードにおける酸素の還元に影響を及ぼす。還元された酸素はプロトンと結びついて、水を産生する。
【００２６】
水素セルに燃料を供給するための１つの方法は「直接酸化」法のものを含む。直接酸化型燃料電池は、一般に、燃料に対して何ら特筆すべき前調整や改変を行うことなく、有機燃料をアノードに供給するような燃料電池を含んでいる。これは一般には、有機燃料が後続の酸化のために、一般的に触媒的に再形成されるか有機自由水素に加工されるような、「間接酸化」（例えば、リフォーマー（ｒｅｆｏｒｍｅｒ））燃料電池の場合とは違う。直接酸化型燃料電池は、一般に燃料の加工を必要としないので、直接酸化では、間接酸化法に勝る、寸法と重量に関する実質的な利点が提供される。従来技術の直接および間接燃料電池の例は以前に開示されたとおりであり、例えば米国特許第３，０１３，９０８号、同第３，１１３，０４９号、同第４，２６２，０６３号、同第４，４０７，９０５号、同第４，３９０，６０３号、同第４，６１２，２６１号、同第４，４７８，９１７号、同第４，５３７，８４０号、同第４，５６２，１２３号、同第４，６２９，６６４号および同第５，５９９，６３８号において比較することができる。
【００２７】
もう一つの周知のタイプの燃料電池部品は、「膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）」として知られており、例えば、１９９３年１２月２１日発行のスワチラヤン（Ｓｗａｔｈｉｒａｊａｎ）に付与された米国特許第５，２７２，０１７号に記載されている。このような膜電極アセンブリ部品の１つの実施例には、例えば図２に一般的に示したような直接メタノール型燃料電池が含まれる。図示した直接メタノール型燃料電池の膜電極アセンブリは、一方面にアノード２３０を有し、他方の面にカソード２３５を有した薄いプロトン透過性固体ポリマー膜電解質２４０を含んでいる。直接メタノール型燃料電池膜電極アセンブリのアノード２３０、電解質２４０、およびカソード２３５は、それぞれアノード２３０およびカソード２３５に対する電流コレクタとして働く導電性要素対２９０，２９５の間に介在させることができる。導電性要素対２９０，２９５は、一般に燃料２６２（すなわち、直接メタノール型燃料電池システムの場合にはメタノールと水）と酸化剤反応物質２６５（すなわち酸素）を対応する電極触媒の表面全体に分配するための適当な管路および／または開口部を含んでいる。実際には、多数の上記単位燃料電池を積み重ねて、あるいはグループ化して燃料電池スタックを形成する。個々のセルは、１つのセルのアノード電流コレクタ２９０をスタック中の隣接する単位セルのカソード電流コレクタ２９５に当接させることにより、電気的に直列に接続することができる。
【００２８】
直接メタノール型燃料電池のアノード２３０に、メタノール２８５と水２８０の混合物２６２を燃料として供給すると、一般に酸化反応が次の３段階で進む。（１）メタノールが２つの電子を放出してメタナール（例えば、ホルムアルデヒド）に酸化する。（２）メタナールが２つの電子を放出してメタン酸（例えば、ギ酸）に酸化する。（３）メタン酸
がさらに２つの電子を放出して二酸化炭素に酸化する。例示的直接メタノール型燃料電池の様々な実施形態において、酸化反応は連続する多段階のいずれの時点において開始させてもよい。これは、２つの中間体（メタナールとメタン酸）が一般に容易に得られるためである。しかしながら、一般的には、メタナールとメタン酸が相対的に低濃度でしか出現していないことを示す分光学的研究を考慮すると、第１の酸化段階（メタノールからメタナール）が全反応の律速段階であるに違いない。このことは、一般に、中間体は迅速に酸化され、したがってそれらの酸化的消費に対応する反応段階は、より大きな運動速度係数を有することを示唆する。直接的メタノール燃料型装置に対する正味のアノード反応は一般に、
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
で与えられる。
【００２９】
典型的には、直接メタノール型燃料電池によって発生される電流は正味の反応速度に比例し、１アンペアは１秒間あたり約１．０４Ｅ１８に相当する。水性メタノール２８５は、アノード２３０において酸化され、電子２７０が放出されて、外部回路２５０を介して負荷２５５を通電し、ここで電気仕事を達成することができる。プロトン２７５は、プロトン透過性電解質膜を通って移動し、そこで、外部回路２５０から到来する電子２７０によって還元された酸素２６５と結びつき、結果として水２７８が生成する。
【００３０】
従来技術の直接メタノール型燃料電池は、一般に、カソード２３５で水２７８を排出し、アノード２３０において二酸化炭素２６８を排出する方法を採用しており、該方法は一般に、引き続いての、大気への直接的な重力依存性通気もしくは燃料電池自体内での保持を伴う。したがって、本発明の様々な実施形態の代表的な利点のひとつとして、重力に関して実質的に任意の向きにある酸化還元燃料系内で、効果的に通気することができる、かつ／または副生ガスの濃度を制御できることが挙げられる。１つの代表的な実施態様において、本発明は、例えば、直接メタノール型燃料電池装置内でアノード燃料流からのＣＯ２除去の制御のために実施され得るが、これに代わって、本発明は、アノード燃料溶液、カソード酸化剤溶液および／または燃料電池装置内の任意の他の前調整または後調整された溶液（すなわち廃液）を区画すなわち分離するように、実施され、拡張され、あるいは改変されてもよい。
【００３１】
（ガス輸送の制御）
無限の透過性と、ｘからｘ＋ｌ（式中、ｌはバリアの厚みを表す）に至る断面積Ａを有する薄いバリアを想定すると、バリアの体積は、Ｖ＝Ａｌと表すことができる。ガスＧの点ｘにおける時間ｔでの濃度を［Ｇ］とする。これにより、Ｊを粒子束とすると、単位時間あたりにバリアに流入するガス粒子の数はＪＡとなる。したがって、流入する粒子束による、バリア内部のモル濃度の増加速度は、
【数３】
2005522846.tif 000005
となる。
また、バリアのｘ＋ｌ表面における外方に向かうガス粒子束についても、同様に、下記式によって導出することができる。
【００３２】
【数４】
2005522846.tif 000006
したがって、濃度の正味時間定格変化（例えば「濃度速度」）は、
【数５】
2005522846.tif 000007
と表すことができる。
（１）バリアの内部に拡散する粒子の束Ｊが、濃度勾配によって起こる熱力学力Ｆに応答した運動を含み、（２）上記熱力学力Ｆが粘性抵抗と一致したとき、粒子は定常状態ドリフト速度ｓになり、（３）ドリフト速度ｓは熱力学力Ｆに比例し、（４）粒子束Ｊはドリフト速度に比例し、（５）熱力学力Ｆは空間濃度勾配
【数６】
2005522846.tif 000008
に比例すると仮定する。得られる比例関係の連鎖
【数７】
2005522846.tif 000009
は、粒子束Ｊが濃度勾配
【数８】
2005522846.tif 000010
に比例していることを意味する。これは、「フィックの拡散の第１法則」に相当するものとして当業者にとっては明らかである。比例定数は、一次元ｘに限定された拡散に対する下記等式の中の拡散係数Ｄとして与えられる。
【００３３】
【数９】
2005522846.tif 000011
したがって、拡散濃度速度に対する式から得た式Ｊ−Ｊ’は、
【数１０】
2005522846.tif 000012
となる。膜の厚み全体の粒子濃度の線形累積を代入することにより、
【数１１】
2005522846.tif 000013
となり、これはさらに通分すると、
【数１２】
2005522846.tif 000014
となる。この式は、濃度速度式に代入し直すこともでき、
【数１３】
2005522846.tif 000015
が得られる。この式は、当業者にとっては「フィックの拡散の第２法則」に従う時間依存性の拡散式であることが明らかであり、任意の点における濃度速度を、当該点における濃度の空間的変化に関連づけたものである。より一般的には、この式は、相対的に高濃度の領域から相対的に低濃度の領域に平行移動する（例えば、濃度勾配を降下する）拡散化学種の典型的に観察される挙動に対する物理的根拠として理解されるであろう。
【００３４】
次に、所与の体積Ｖの容器からの流出ガスＧの部分分子圧ｐの時間依存性について考える。粒子の大きな凝集体（すなわち分子のモル）ではなく、分子レベルの系に対する「理想気体法則」ＰＶ＝ｎＲＴは、ｐＶ＝ｎｋＴとなる。上記式中、ｐは部分分子圧力であり、Ｖは空間境界条件を与える容器の体積であり、ｎは粒子数であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは温度である。
【００３５】
部分圧について解くと、ｐ＝ｎｋＴ／Ｖとなる。一定温度および体積における時間に関する部分導関数を導くと、圧力速度について以下のような式が得られる。
【００３６】
【数１４】
2005522846.tif 000016
時間とともにガスが漏出しながらも補充されていない流出ガスに対しては、粒子数の時間による変化は下記式で与えられる。
【００３７】
【数１５】
2005522846.tif 000017
上記式中、Ｚｗはガス粒子の平均自由工程に関連する衝突頻度であり、Ａｏは流出ガスが逃避するのに利用できる開口部の面積である。衝突頻度は、下記等式によって、ガスの部分圧力ｐ、ガスの質量ｍ、および系の温度Ｔと関連づけられる。
【００３８】
【数１６】
2005522846.tif 000018
この関係を、圧力速度に対する式に代入すると、
【数１７】
2005522846.tif 000019
が得られる。この式は時間積分すると、
【数１８】
2005522846.tif 000020
となり、上記式中、
【数１９】
2005522846.tif 000021
である。流出圧力速度に対する上記の式から、以下の（１）〜（５）のことが観察される。（１）ガスが補充されない場合、圧力は指数関数的にゼロまで減少する。（２）圧力速度は温度が上昇すると速くなり、温度が低下すると遅くなる。（３）圧力速度は重い粒子ほど遅くなり、粒子の質量が小さくなるにつれ速くなる。（４）圧力速度は、流出開口部の表面積が増加するにつれ速くなり、表面積が減少するにつれ遅くなる。（５）圧力速度は、流出容器の体積が増加するにつれ遅くなり、体積が増加するにつれ速くなる。
【００３９】
一定温度においては、部分圧ｐ＝ｎｋＴ／Ｖの時間導関数は、
【数２０】
2005522846.tif 000022
となる。
したがって、以前に導出した濃度速度に、フィックの拡散の第２法則に対応する式を代入すると、無限の透過性を持つバリア内での三次元に拡散するガスの圧力速度に対する一般式は、ガスの濃度［Ｇ］の関数として次のように表すことができる。
【００４０】
【数２１】
2005522846.tif 000023
しかしながら、バリアが有限の拡散透過性しか有しないと想定した場合には、様々なバリア依存性透過性マトリックス、例えば不均一な多孔率、異なる次元に沿った異方性輸送、疎水性、バリア／膜／毛細管不良などを考慮するために、さらに別の拡散係数
【数２２】
2005522846.tif 000024
を含めてもよい。
本発明の１つの態様に従った例示的な直接メタノール型燃料電池システムに関する代表的な実施形態を実施可能にする開示を展開するにあたり、膜（さもなくば多孔性バリア）を通って拡散する二酸化炭素に対する下記式を考えると便利であろう。
【００４１】
【数２３】
2005522846.tif 000025
この式は、膜（さもなくば多孔性バリア）Ψ内の任意の点における二酸化炭素の濃度を、当該点における二酸化炭素濃度の三次元的変化に関連づけたものである。これは、いわば二酸化炭素が、その濃度勾配をより高いＣＯ２濃度からなる体積要素から、相対的に低いＣＯ２濃度をからなる体積要素に移動させるように多孔性バリアを通して拡散することを表す。
【００４２】
流出等式
【数２４】
2005522846.tif 000026
のなかの体積ＶにＡΨｌを代入すると、
【数２５】
2005522846.tif 000027
が得られる。流出粒子輸送路に垂直な膜の凝集表面積に対する、膜開口部の領域の比を、流出面における膜の多孔率に対応する無次元量θとすると、膜（またはいずれにせよ多孔性バリア）表面から流出する二酸化炭素に対する複合式は、
【数２６】
2005522846.tif 000028
となり、これは、バリアを介して拡散して多孔性バリアΨの外表面に至る二酸化炭素の蒸気圧を、二酸化炭素の背面圧ｐＣＯ２と、温度Ｔと、二酸化炭素の質量ｍＣＯ２と、バリアの厚みｌと、バリアの多孔率θΨとに関連づけるものである。したがって、二酸化炭素は一般に、（１）動作温度が高いほど迅速に流出し、温度が低くなると流出は遅くなり、（２）ＣＯ２の背面圧が増大すると流出は速くなり、背面圧が減少すると流出は遅くなり、（３）膜の多孔率が大きいと迅速に流出し、多孔率が小さいとゆっくりと流出し、（４）直線輸送距離が短い多孔性バリア（例えば、より薄い膜）では迅速に流出し、輸送距離が大きくなるとゆっくりと流出する。
【００４３】
このような副生ガスが効果的に処理されない燃料電池においては、圧力の蓄積が燃料電
池にダメージを与え、その本来の目的を果たすことを妨害したり、酸化還元反応の進行を速度論的に妨げて、それ以上の電力の発生を妨げることもある。
【００４４】
（直接メタノール型燃料電池におけるＣＯ２輸送の制御）
例えば図３に示したような、本発明の１つの代表的な態様に従う実施例において、燃料電池においてガス状副生成物の区画化を制御するためのシステムは、少なくとも２つの部品、すなわち流体流れ場３３０とガス透過性バリア３２０とを含む。少なくとも１つのガス状成分を有した燃料流体３６０を、流れ場入口３４０から流れ場管路３３５に導入することができる。流体３６０がガス透過性バリア３２０の第１の表面に接触すると、燃料流３６０に保持された少なくとも１つのガス状成分が、前記ガス透過性バリア３２０の第１の表面を介して拡散し、前記バリア３２０の反対側の第２の表面を介して退出する。これにより、燃料流体３６０内の前記ガス状成分の濃度は、少なくとも部分的に減少し、流れ場３３０の流れ場出口３４５から引き出された流出液３５０は、前記流れ場入口３４０における流入流体３６０に比べて、少なくとも前記ガス状成分の相対濃度は低い。
【００４５】
１つの実施形態において、燃料流体３６０は、ポンプの作用および／または現在当業者によって知られているか、今後得られる任意の手段によって、前記流れ場３３０を受動的に流れるようにしてもよい。前記燃料流体３６０と前記バリア３２０の前記第１の表面との間の実質的または有効な接触を提供するために、特に限定はされないが、回旋型流路３３５（例えば図３に一般的に示されている）、実質的に平坦な管路領域４３５（例えば図４に一般的に示されている）、および／または波板５２０（例えば図５に代表的に描かれている）を含む様々な他の手段も任意選択的に、代替的に、連続的に、かつ／または連係させて用いることもできる。上記実質的に平坦な管路領域４３５は、流れ場入口４４０から流入する燃料流体４６０をより多く露出させて、例えば、流出液４５０が流れ場出口４４５を退出する前に、相手となる多孔性バリア（図示せず）との接触表面積をとりわけ大きくするためのものである。さらに、前記バリア３２０は、波形の流れ場５００、実質的に層状の流れ場、線形の流れ場、非線形の流れ場、曲線状の流れ場、および当業者によって既に知られているか、今後得られる同様の他の手段と最適に接触するように、実質的に一致しあう波板で構成してもよい。
【００４６】
前記バリア３２０は、膜、多孔性セラミック、多孔性シリコンマトリックス、ステンレス鋼グリット、フリットガラスなど、あるいは当業者によって既に知られているか、今後得られる同様の材料をさらに含んでいてもよい。随意に膜を含んだバリア３２０の場合、前記膜は高分子であってもよく、また疎水性または親水性を示すようにされていてもよい。本発明の代表的態様に従う１つの実施例において、前記膜は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  ＣＯ．，在デラウェア州ウィルミントン），Ｚｉｔｅｘ（登録商標）Ａ（Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，ＩＮＣ．，在ニューヨーク州アムハースト），Ｚｉｔｅｘ（登録商標）Ｇ（Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，ＩＮＣ．，在ニューヨーク州アムハースト）または他の同様の適切に構成および／または適合された、当業者によって既知または今後得られるガス透過性材料からなるものであってよい。
【００４７】
本発明の様々な例示的用途において、ガス透過性バリア３２０は、ＣＯ２，ＣＨ３ＯＨ，ＣＨＯＯＨ，Ｈ２ＣＯ，Ｈ２，Ｏ２，Ｈ２Ｏ，Ｈ２Ｏ２、および／または燃料電池の分野において当業者によって使用されている、既知または今後得られるような同様の他の化学種に対して、少なくとも部分的な透過性を示すように選択することができる。
【００４８】
本発明に従う例示的コンポーネントシステムの別の代表的な実施形態において、前記コンポーネントシステムが重力に関する向きとは実質的に無関係に動作できるように、一般
的に燃料流体３６０および／または流出液３５０の実質的な漏れまたは流体の移動から、前記コンポーネントシステムを封止して、前記バリア３２０を前記流れ場３３０に固定するために目の粗い網目（ｏｐｅｎ  ｍｅｓｈ）またはスクリーンキャップ（ｓｃｒｅｅｎ
ｃａｐ）３１０を随意で使用してもよい。代替的もしくは結合的に、封止されたカソードキャップを、例えば強制空気系において使用してもよい。ガス状副生成物３７０は、一般に前記スクリーンキャップ３１０の開口部３１５を通過して、例えば、大気中に排気するようにしてもよい。スクリーンキャップ３１０もまた、前記バリア３２０を前記流れ場３３０に取付けて封止することを助けるために、随意で周辺スカート３１８を含んでいてもよい。前記バリア３２０を前記流れ場３３０に封止するための様々な他の手段は、代替的または結合的に、ガスケット、クランプ、圧入クリップ、熱溶着シール、真空シール、磁気シール、ネジ、ボルト、ナット、リベット、ピン、接着剤、ハンダ、整合要素など、または当業者によって既知または今後得られる同様の封止手段を含んでいてももよい。さらに、バリア３２０は、実質的に自己密閉（ｓｅｌｆ−ｇａｓｋｅｔｉｎｇ）するように構成してもよい。
【００４９】
燃料電池流体流からのガス状副生成物を区画するための様々な他の例示的なシステムは、例えば図６〜１０に示したような、図示した代表的な構成を含んでいてもよい。流入流体６３０は、流体流入口ライン６４０を介して流入させ、ここで、流体６３０を、例えば図６に描いたような、例えば三次元のガス透過性バリア６００の内面と効果的に接触させるようにしてもよい。ガス６１０は、前記バリア６００を介して拡散し、前記バリア６００の外表面から退出する。少なくとも流入流体６３０よりも前記ガス６１０の濃度の低い流出液６２０は、前記バリア６００を退出して、流体流出口ライン６４５を通過する。
【００５０】
このような例示的な三次元ガス透過性バリアシステムにおける輸送路に対しては、個々の燃料電池設計、用途、および／または動作環境に応じて、様々な変更を加えることができる。たとえば、随意で、バリア６６０は、例えば図７に一般的に描かれているように、前記バリア６６０の実質的に同じ面からの少なくとも１つの流体流入口６４０と流体流出口６４５を含むように構成してもよい。輸送路６７５を引き延ばして、例えば、ループ路バリア６７０の内部への、流入流体６３０の露出面を大きくしてもよい（図８を参照）。輸送路６８５は、透過性バリア６８０内に螺旋状または渦巻き状の経路を含むように構成してもよい（図９を参照）。さらに別の実施例において、透過性バリア６９０は、代替的、連続的、および／または結合的に、少なくとも複数の輸送路６９２を含むように構成してもよい（図１０を参照）。当業者であれば、図６〜１０は実質的に円筒形状を有するある代表的な三次元バリアを描いたものであり、特に限定はされないが、球形、卵形、ドーナツ形、円錐、多面体、正多面体、および／または不規則体、または当業者によって既知または今後得られる他の幾何学形状を含む様々な他の幾何学形状を、代替的、連続的、および／または結合的に用いてもよいことを理解するであろう。当業者であれば、様々な他の流体輸送路を、本発明の開示から容易に導くか、さもなくば機能的に改変しうることを理解するであろう。このことは、本発明の範囲内であるとみなされる。
【００５１】
本発明の様々な実施形態に従って、燃料電池中のガス輸送を制御するためのシステムの１つの代表的な製造方法は、従来のセラミック製造技術を利用することを含んでいてもよい。このようなコンポーネントシステムは、代表的な用途において、実質的に、例えば一体型直接メタノール型燃料電池システムを開発するために実施することができる。１つの代表的な動作モードにおいて、そのような直接メタノール型燃料電池中でのＣＯ２ガスの分離は、水性のアノード燃料溶液を流れ場に通し、燃料流をガス透過性膜に暴露して、該膜にガス状ＣＯ２を拡散または透過させることによって達成することができる。１つの例示的用途において、このような膜を通過するＣＯ２ガス輸送の速度は、とりわけ膜の多孔率または厚みによって制御することができる。別の例示的用途において、アノード燃料溶液中の水性成分および／または共沸性成分の蒸発は、例えばＺｉｔｅｘ（登録商標）Ａや
Ｚｉｔｅｘ（登録商標）Ｇなどのある種の疎水性高分子膜材料によって、および／または代替的に、連続的に、あるいは連係して、システムを受動的にまたは低い圧力で作動させることによって低減することができる。１つの実施例において、圧力勾配は、例えば、流体流出口において、例えば、流れ制限材料を組み込むことによって、かつ／または、前記流体流出口またはその付近において相対的な流れの狭窄を引き起こすように管路を小さくすることによって確立することができる。当業者であれば、限定はされないが、泡、織物繊維、紙繊維、高分子チューブなどの任意の流れ制限材料を用いてもよいことを認識するであろう。さらに、当該術分野において既知または今後得られる他の材料に加えて、適切に構成された流れ制限材料を、溶液からのガス状化合物のガス相の核生成のために用いてもよい。
【００５２】
本発明の他の実施例に従う代表的なコンポーネントシステムは、とりわけ例えば図１１中に描いたような多層直接メタノール型燃料電池基板系と比較的簡単に一体化できるように容易に適応させることができる。直接メタノール型燃料電池システム７００は一般に、燃料流筐体７０７と、通気筐体７０９とを含む。メタノール７２０は、メタノール燃料ポンプ７２５の動作によって、アノード燃料混合室７４０に供給される。同様に、水７３０は、水燃料ポンプ７３５の動作によって混合室７４０に供給される。メタノールセンサ７５０は、アノード燃料中のメタノール７２０の濃度を測定して、メタノールポンプ７２５および水ポンプ７３５に、一般に燃料成分の相対濃度を動かすために制御フィードバックを提供する。
【００５３】
燃料流筐体７０７は、供給燃料路７７０と、排気燃料路７７５とを含むように構成することができる。供給燃料路７７０は、燃料混合室７４０からアノード燃料流を提供して、メタノール７２０と水７３０との燃料混合物を、少なくとも１つの膜電極アセンブリスタック７６０，７６２に送達する。膜電極アセンブリ燃料スタック７６０および７６２は、水蒸気を膜電極アセンブリカソードから、例えば周囲環境に逃させるとともに、カソードへの空気の接近手段を提供する。回路接続点７５５，７５６，７８０，７８２，７８７，７８８，７８９および７９２は、電力を取り出すため、および／または直接メタノール型燃料電池の動作を監視または制御するための様々な電気接触部位を提供する。
【００５４】
膜電極アセンブリの７６０，７６２から取り出されたアノード燃料は、排気燃料路７７５を通って流体流れ場７２２に流れ、ここで副生成物ＣＯ２７１０は、ガス透過性バリア７０２、続いて排気通気口７９０を通して、周囲環境に逃れることができる。再循環されたアノード燃料は、ポンプ７７２の動作によって流体流れ場７２２から混合室７４０に戻される。
【００５５】
図１２は、本発明の１つの代表的な態様に従う例示的直接メタノール型燃料電池システムの動作についてのプロセス制御フローチャートである。例示的制御部品は、大まかな見出し「燃料送給部８１０」、「ミクロ流体部８３０」、「燃料電池８５０」および「電子部品８７０」によってグループ分けされている。燃料送給部品は、例えば、水８１８およびメタノール８１５を混合室８２０に供給するためのカートリッジ手段を含み、該混合室は、前記燃料送給制御コンポーネント８１０をミクロ流体コンポーネント８３０に橋渡しする役目を果たす。ミクロ流体コンポーネント８３０は、混合室８２０からの燃料を流体供給するための制御サブシステム８２５を有し、該制御サブシステムは、（１）フィードバックセンサ作動支援８３４によって燃料流体８３２を汲み上げ、（２）水の回収および再循環９４０に作用し、（３）ＣＯ２の分離および通気８４２に作用する。燃料電池８５５は、燃料送給系８１０とミクロ流体部系８３０とを、電力供給すべき電子装置８７０に橋渡しする役目を果たす。電子装置８７０は、制御回路８６８、直流−直流変換器８６５、再充電可能なバッテリ８６０など、あるいは当業者によって既存または今後得られる他の同様の電子部品のうちの任意またはすべてのものを随意で含んでいてもよい。本発明の
１つの代表的かつ例示的な実施形態において、このような電子装置８７０は、例えば、携帯電話機８９０で構成してもよい。
【００５６】
本発明の様々な実施例に従うガス輸送技術は、あらゆる燃料電池、および／またはあらゆる燃料電池を電源とする装置またはシステム、例えば携帯電話機、ラップトップコンピュータ、携帯型ゲーム機など、あるいは当該技術分野において既知または今後得られる、燃料電池電力に構成または適応させることのできる任意の装置において使用することができる。
【００５７】
例えば、図１３および図１４に一般的に示したように、携帯電話機１０００は、携帯電話機１０００が重力に関して実質的に任意の向きで動作可能なように、本発明の１つの実施形態に従うＣＯ２透過性膜に対する覆いを含んだ排気口９９０を有する直接メタノール型燃料電池９００を有するように構成することができる。したがって、このような装置１０００は、例えば液体燃料成分が、使用者に対し、あるいは前記携帯電話機１０００の外部に対して、実質的漏れたり移動したりすることなく、ＣＯ２を通気するように適切に適応されていると考えられる。
【００５８】
周囲温度（例えば２８℃）および周囲圧力（例えば約１３３Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）で動作する本発明の１つの実施例に従う直接メタノール型燃料電池装置の試作品は、１時間のあいだに、０．１７２グラムの二酸化炭素をアノード燃料流から除去することが観察された。ＣＯ２除去の速度は、実質的に重力に関する向きとは無関係であり、同一の保持時間の間の損失は、メタノールが７×１０−６（７Ｅ−６）グラム、水が２．７×１０−３（２．７Ｅ−３）グラムであった。しかしながら、当業者であれば、本発明の様々な特徴や態様に対して、実験的な最適化によって性能を実質的に改良でき、このことも本発明の範囲内であることを理解するであろう。
【００５９】
上述の明細書において、本発明は特定の例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、後述の請求項に列挙した本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて、様々な改変および変更を行えることが理解できるであろう。明細書および図面は、制限を与えるのではなく、説明を与えるものとみなすべきであり、そのようなすべての改変が本発明の範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の範囲は、単に上述の実施例ではなく、添付の請求項およびその法律的な均等物によって定まる。例えば、どの方法または製法クレームにおいて列挙される工程も、任意の順序で実施することができ、請求項に提示された特定の順序には限定されない。さらに、どのシステムクレームにおいて列挙された部品および／または要素も、本発明と実質的に同じ結果を生み出す様々な順列で組立てるか、さもなくば機能的に構成してもよく、クレームに列挙した特定の構成には限定されない。
【００６０】
特定の実施形態に関して、利益、他の利点および問題に対する解決策を上記に記載してきたが、あらゆる利益、利点、問題の解決策、または任意の特定の利点、利益または解決策を引き起こすもしくは顕著にするあらゆる要素は、任意またはすべてのクレームの重要な、要求される、または必須の特徴または部品であると解釈すべきではない。
【００６１】
本明細書中で用いる用語「含む」「からなる」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ，ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）またはその変形は、要素のリストを含む製法、方法、物品、組成物またはシステムが、列挙されたそれらの要素のみを含むのではないというような、非排他的な包含に言及するものである。本発明の実施において使用した上述の構造、構成、用途、割合、要素、材料または部品は、特に列挙していないものも合わせて、その一般的な原理から逸脱しない限りにおいて、当業者によって、特定の環境、製造明細、設計パラメータまたは他の動作要件に改変さもなくば個々に適応させてもよい。尚、明細書中、ブロック体アルファベット「ｌ」と筆記体アルファベット
【数２７】
2005522846.tif 000029
はいずれもバリアの厚みを表すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来技術において実施されるような典型的な水素−酸素燃料電池の概略図。
【図２】従来技術において実施されるような典型的な直接メタノール型燃料電池装置の概略図。
【図３】本発明の１つの実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するためのコンポーネントシステムの拡大斜視図。
【図４】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための部品装置の斜視図。
【図５】本発明の他の実施例に従う、部品流体流れ場の斜視図。
【図６】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための一体型部品装置の斜視図。
【図７】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための別の一体型部品装置の斜視図。
【図８】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための別の一体型部品装置の斜視図。
【図９】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための別の一体型部品装置の斜視図。
【図１０】本発明の他の実施例に従う、少なくとも部分的にガスを区画するための別の一体型部品装置の斜視図。
【図１１】本発明の１つの実施例に従う、二酸化炭素を少なくとも部分的に区画するための部品サブシステムを有する実質的に一体型の直接メタノール型燃料電池システムの側面図。
【図１２】例えば図１１に描かれている代表的な実施形態に対応する動作フローチャート。
【図１３】本発明の１つの実施例に従う、携帯電話機とともに用いる代表的な燃料電池の斜視図。
【図１４】例えば図１３に示した代表的な実施形態との例示的な相互接続性を示すための、携帯電話機の斜視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005522846.tif 000036
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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