(57)【要約】この発明は、外側ケーシング、燃料を内包するライナー部材、バルブ本体部材と当該バルブ本来部材の内側に配置された滑動体部材とを具備するバルブ要素とを有する、燃料電池用の燃料電池サプライに向けられている。この滑動体部材は通常時にはバルブシート表面に向けたバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体部材は上記バルブシート表面から離れるように移動して上記バルブ要素を開成できる。上記ナイナー部材、上記バルブ本体部材、および上記滑動体部材が少なくとも２つの異なる材料から製造され、かつ上記部材のうちの少なくとも１つがメタノールと適合性がある。したがって、各部品は、燃料サプライ中の機能を実質的に最適化する材料から選択できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内包する内側ライナーを包み込む外側ケーシングと、
バルブ本体と当該バルブ本来の内側に配置された滑動体とを具備する第１のバルブ要素とを有し、
上記滑動体は通常時にはバルブシート表面に更けてバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体は上記バルブシートから離れるように移動して上記バルブ要素を開成でき、
上記バルブ本体が上記内側ライナーの開口に結合され、かつ、上記バルブ本体が上記外側ケーシングの開口に結合されることを特徴とする燃料サプライ。
【請求項２】
上記バルブ本体は上記内側ライナーの開口と圧着される請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項３】
上記バルブ本体は上記外側ケーシングの開口と超音波溶着される請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項４】
上記外側ケーシングおよび上記内側ライナーは異なる材料から製造される請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項５】
上記バルブシート表面は上記バルブ本体の表面に位置する請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項６】
上記滑動体はプランジャである請求項５記載の燃料サプライ。
【請求項７】
Ｏリングが上記プランジャの表面に配置される請求項６記載の燃料サプライ。
【請求項８】
上記バルブシート表面に隔膜が設けられる請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項９】
上記滑動体はボールである請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１０】
上記第１のバルブ要素と、燃料を使用する装置に配置された対応する第２のバルブ要素との間のシールを実現する外側シーリンブ部材をさらに有する請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１１】
上記外側シールング部材はＯリングである請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１２】
上記内側ライナーは上記外側ケーシングにスナップ式に結合可能である請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１３】
上記内側ライナーは少なくとも１つの係止部を有し上記内側ライナーを上記外側ケーシングに保持する請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１４】
上記第１のバルブ要素は燃料の流れを安定化させるフィラーまたは保持材料を有する請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１５】
上記保持材料は上記プランジャをバイアスするバネを支持するバネ保持部の内部に位置する請求項１記載の燃料サプライ。
【請求項１６】
燃料を内包する内側ライナーを包み込む外側ケーシングと、
バルブ本体と当該バルブ本来の内側に配置された滑動体とを具備する第１のバルブ要素とを有し、
上記滑動体は通常時にはバルブシート表面に更けてバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体は上記バルブシートから離れるように移動して上記バルブ要素を開成でき、
上記内側ライナーはフッ素化ポリマーから製造されることを特徴とする燃料サプライ。
【請求項１７】
上記燃料はメタノールである請求項１６記載の燃料サプライ。
【請求項１８】
上記内側ライナーはフッ素化低密度ポリエチレンから製造される請求項１６記載の燃料サプライ。
【請求項１９】
上記内側ライナーは低密度ポリエチレンから調整してフッ素化される請求項１６記載の燃料サプライ。
【請求項２０】
上記外側ケーシングおよび上記内側ケーシングは異なる材料から製造される請求項１６記載の燃料サプライ。
【請求項２１】
上記外側ケーシングは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、アセタールポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン（商標）、金属、およびこれらのブレンドからなるグループから選択された材料から製造される請求項１８記載の燃料サプライ。
【請求項２２】
メタノールを内包するライナー部材、
バルブ本体部材と当該バルブ本来部材の内側に配置された滑動体部材とを具備するバルブ要素とを有し、
上記滑動体部材は通常時にはバルブシート表面に更けてバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体部材は上記バルブシートから離れるように移動して上記バルブ要素を開成でき、
上記ナイナー部材、上記バルブ本体部材、および上記滑動体部材が少なくとも２つの異なる材料から製造され、かつ上記部材のうちの少なくとも１つがメタノールと適合性があることを特徴とする燃料サプライ。
【請求項２３】
上記部材のうちの少なくとも１つがフッ素化ポリマーを有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項２４】
上記フッ素化ポリマーはフッ素化ポリエチレンである請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２５】
上記少なくとも１つの部材は上記ライナー部材である請求項２３記載の燃料サプライ。
【請求項２６】
上記少なくとも１つの部材は少なくとも２つの層を具備するラミネートを有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項２７】
上記少なくとも２つの層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート、繊維ガラス、マイクロガラスおよびポリテトラフルオロエチレンからなるグループから選択される請求項２６記載の燃料サプライ。
【請求項２８】
上記少なくとも１つの部材は上記ライナー部材である請求項２６記載の燃料サプライ。
【請求項２９】
上記少なくとも１つの部材は、アセタールポリオキシメチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートおよびステンレス鋼からなるグループから選択される請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３０】
上記少なくとも１つの部材はバルブ本体部材である請求項２９記載の燃料サプライ。
【請求項３１】
上記少なくとも１つの部材はステンレス鋼および熱可塑性エラストマーからなるグループから選択される請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３２】
上記少なくとも１つの部材は上記滑動体部材である請求項３１記載の燃料サプライ。
【請求項３３】
上記バルブ要素はさらに、エチレンプロピレンジエンメチレンターポリマーから製造されるシール部材を有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３４】
上記バルブ要素は、さらに、フルオロゴム、フルオロシリコーンゴム、二トリルゴム、水素化二トリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよびポリビニルクロライドの混合物、フルオロゴムおよびフルオロシリコーンの混合物、アクリル酸ゴム、ならびにシリコーンゴムからなるグループから選択された材料から製造されたシール部材を有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３５】
上記フルオロゴムは、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンゴム、テトレフルオロエチレン−プロピレンゴム、テトラフルオロエチレンペルフルオロメチルビニルエーテルゴム、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンゴムからなるグループから選択される請求項３４記載の燃料サプライ。
【請求項３６】
上記バルブ要素は、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、テトレフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマーおよびポリビニリデンフルオライド、ポリアミド樹脂、およびポリブチレンテレフタレート、およびポリエチレンテレフタレートからなるグループから選択された材料から製造されるシール部材を有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３７】
上記バルブ要素は、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、低二トリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、およびホスホ二トリルフルオロゴム、エピクロロヒドリンゴム、二トリルゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、フルオロシリコーンゴム、水素化二トリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩化ポリエチレンゴム、塩化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリル酸ゴム、二トリルゴムおよびエチレン−プロピレンゴムの混合物、ならびにフッ素化合成ゴム（ヨウ素および臭素架橋サイトを伴う）からなるグループから選択された材料から製造されるシール部材を有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３８】
上記少なくとも１つの部材はホウ酸亜鉛を伴うポリウレタンを有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項３９】
上記ホウ酸亜鉛は、上記ポリウレタンの約３％から３０％である請求項３８記載の燃料サプライ。
【請求項４０】
上記少なくとも１つの部材はイオン導電性ポリマーを有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項４１】
上記イオン導電性ポリマーはポリ（ビニルアルコール）−ポリ（スチレンスルホン酸）である請求項４０記載の燃料サプライ。
【請求項４２】
上記少なくとも１つの部材はクロムフルオロカーボン複合物である請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項４３】
上記バルブシート表面はバルブ本体の表面に位置する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項４４】
上記滑動体部材はプランジャである請求項４３記載の燃料サプライ。
【請求項４５】
Ｏリングが上記プランジャの表面に配置される請求項４４記載の燃料サプライ。
【請求項４６】
上記バルブシート表面に隔膜が設けられる請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項４７】
上記滑動体部材はボールである請求項４６記載の燃料サプライ。
【請求項４８】
外側ケーシングをさらに有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項４９】
上記外側ケーシングは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、アセタールポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン（商標）、金属、およびこれらのブレンドからなるグループから選択された材料から製造される請求項４８記載の燃料サプライ。
【請求項５０】
上記滑動体部材はバネによりバイアスされ、上記バネはメタノールに適合性がある請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項５１】
上記バネはバネ支持部により支持され、上記バネ支持部はメタノールに適合性がある請求項５０記載の燃料サプライ。
【請求項５２】
上記バネ支持部は多孔質フィラー、吸収材料または保持材料を内包する請求項５１記載の燃料サプライ。
【請求項５３】
上記バルブ要素はさらに多孔質フィラー、吸収材料および保持材料を有する請求項２２記載の燃料サプライ。
【請求項５４】
上記多孔質フィラー、吸収材料および保持材料は上記バルブ要素の上流に配置される請求項５３記載の燃料サプライ。
【請求項５５】
上記多孔質フィラー、吸収材料および保持材料は上記バルブ要素の下流に配置される請求項５３記載の燃料サプライ。
【請求項５６】
上記多孔質フィラー、吸収材料および保持材料は上記バルブ要素および対応するバルブ要素の間に配置される請求項５３記載の燃料サプライ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、燃料電池サプライに関し、さらに具体的には、この発明は、その１つはメタノールである、燃料電池の燃料と適合性がある燃料サプライに関する。
【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、化石燃料の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（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ。テフロンは商標）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】
しかしながら、そのなかに内包される燃料と適合性がある（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）材料から製造された、燃料電池用の燃料サプライについては公知の技術では検討されていない。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、燃料と適合性がある、燃料電池用の燃料サプライに向けられている。
【００１０】
この発明は、さらに、メタノールと適合性がある、燃料電池用の燃料サプライに向けられている。
【００１１】
この発明は、さらに、当該燃料サプライ中の動作を実質的に最適化する材料から各部品が製造されている燃料サプライに向けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、外側ケーシング、燃料、例えばメタノールを内包するライナー部材、バルブ本体部材と当該バルブ本来部材の内側に配置された滑動体部材とを具備するバルブ要素とを有する、燃料電池用の燃料電池サプライに向けられている。この滑動体部材は通常時にはバルブシート表面に更けてバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体部材は上記バルブシートから離れるように移動して上記バルブ要素を開成できる。上記ナイナー部材、上記バルブ本体部材、および上記滑動体部材が少なくとも２つの異なる材料から製造され、かつ上記部材のうちの少なくとも１つがメタノールと適合性がある。したがって、各部品は、燃料サプライ中の機能を実質的に最適化する材料から選択できる。
【００１３】
この発明は、また、燃料を内包する内側ライナーを包み込む外側ケーシングと第１のバルブ要素とを有する、燃料電池用の燃料サプライに向けられている。上記滑動体は通常時にはバルブシート表面に更けてバイアスされ上記バルブ要素をシーリングし、上記滑動体は上記バルブシートから離れるように移動して上記バルブ要素を開成できる。この内側ライナーは好ましくはフッ素化ポリマーから製造される。
【００１４】
上記バルブ本体は上記内側ライナーの開口と圧着され、かつ、上記外側ケーシングの開口と超音波溶着されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、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。
【００１６】
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、燃料電池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。
【００１７】
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。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。
【００１８】
燃料は、一般に、燃料サプライを劣化させる作用があり、この発明の一側面によれば、燃料サプライおよびその部品の製造材料を燃料と適合性があるように選択する。より具体的には、メタノール燃料はそれと接触する材料を劣化させるかもしれない。以下に検討するように、この発明に従う燃料サプライはメタノールと適合性がある。
【００１９】
図１〜３を参照すると、燃料カートリッジ１０は任意の形状、サイズ、および寸法を取って燃料電池に燃料を供給できるようになっており、また燃料電池が電力を供給する電子装置上の予め定められた受けスロットと適合できるようになっている。カートリッジ１０は外側ケーシング１２および内側ブラダーすなわちライナー１４を具備し、これが燃料を内包する。好ましくは、外側ケーシング１２はライナー１４よりも堅固であり、内側ライナーを防護する。内側ライナーは好ましくは柔らかい。外側ケーシングおよぶ内側ライナーを有するカートリッジは、本出願人の２００３年７月２９日出願に係る米国特許出願１０／６２９００４、「柔らかいナイナー付きの燃料カートリッジ」に十分に開示されている。００４’特許出願の内容は参照してここに組み入れる。他の燃料サプライは、本出願人の２００３年１月３１日出願に係る米国特許出願１０／３５６７９３、「燃料電池用の燃料カートリッジ」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。
【００２０】
前面１６において、カートリッジ１０は、ノズル１８および充填ポート２０を有する。充填ポート２０は製造プロセスにおいて燃料をライナー１４に運ぶために用いられ、予め定められた量に燃料、例えば、ライナー１４の最大容量の約８５％から９５％をライナーに運んだ後にシールされる。前面１６は非対称整合開口１５も具備し、これが、カートリッジ１０を収容する装置（図示しない）上に設けられた照合凸部を収容するような大きさ寸法となっている。カートリッジ１０を正しく挿入したときに凸部が開口１５に入り、カートリッジが完全に挿入可能になる。カートリッジ１０を正しくなく挿入すると、例えば、上下を反対にして挿入すると、凸部が前面１６に当たりカートリッジを挿入できない。
【００２１】
図１および図３を参照すると、カートリッジ１０の下面には少なくとも１本のレール１７が形成され、このレール１７が当該装置（図示しない）の表面に設けられた対応するレール上を滑動するようになっている。さらに、前面１６は電気インタフェース１９も規定し、これが所要の電気設定を含み、カートリッジを電子装置に、または電子装置に電力供給する燃料電池に接続する。電気インタフェース１９は、電子的に読み出し可能な燃料ゲージ、セキュリティ装置、または、ＥＥＰＲＯＭのような情報記憶装置に接続されてもよい。燃料ゲージ、セキュリティ装置、および情報記憶装置は、本出願人の同日の出願に係る米国特許出願、「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」に十分な開示されている。この出願内容は参照してここに組み入れる。
【００２２】
背面２２において、カートリッジ１０はカバー２６に通気孔２４を有し、ライナーが充填されているときにカートリッジ中の空気を排出できる。通気孔２４により、燃料がカートリッジから運び出されるときに空気をカートリッジに流入させ、これによりカートリッジ内に部分的な真空が形成されないようにできる。通気孔２４は液体がカートリッジから出ないようにする。好ましくは、通気孔２４は膜を有し、この膜が、空気や他の気体のカートリッジに対する出入りを可能にする一方で、液体のカートリッジに対する出入りを禁止する。このような気体透過性、液体非透過性の膜は、’００４特許出願および１９７０年４月２１日発行の米国特許第３５０８７０８号、「気体透過性通気孔ストップ付きの電池」、および１９８５年１２月３１日発行の米国特許第４５６２１２３号、「燃料電池」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。このような膜はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナイロン（商標）、ポリアミド、ポリビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、または他のポリマーの膜から製造できる。商業的に入手できる撥水性ＰＴＦＥは微孔性膜はＷ．Ｇ．Ａｓｓｏｃｉａｔｅ社から取得できる。Ｇｏｒｅｔｅｘ（商標）は適切な膜である。Ｇｏｒｅｔｅｘ（商標）は、液体を通過させるには小さすぎ気体を通すには十分に大きい孔を有する微孔性膜である。
【００２３】
図２〜４、特に図４を参照すると、ノズル１８は二要素遮断バルブの第１のバルブ要素を収容している。遮断バルブの第２のバルブ要素（図示しない）は図４に示されるバルブ要素と類似であり、燃料電池が電力を供給する電子装置中またはその面上に設けられている。二要素遮断バルブは、本出願人の２００３年７月２９日の出願に係る米国特許出願１０／６２９００６、「連結バルブ付きの燃料カートリッジ」に十分な開示されている。この出願の内容は参照してここに組み入れる。ノズル１８内に収容されている第１のバルブ要素はバルブ本体３０、および、このバルブ本体３０の内部に滑動可能に配置されたプランジャ３２を具備する。バネ３４が圧縮状態でバルブ本体３０の内部に保持され、バネ支持部３６により支持されている。バネ３４はプランジャ３２を外側方向にバイアスし、これにより内側Ｏリング３８をバルブシート表面４０に押しつけ、第１のバルブ要素の内部でシーリングを実現する。好ましくは、バネ支持部３６は多孔質のフィラー、吸収材料、または保持材料４２を内包し、第１のバルブ要素と通して流れる燃料の伝送を安定化させる。フィラー、吸収材料、または保持材料は、’００４特許出願に十分に開示されている。多孔質のフィラー、吸収材料、または保持材料は第１の（第２の）バルブ要素のどこにでも配置でき、２つのバルブ要素の間に配置してもよい。これは、バルブ要素の上流または下流やバルブ要素の中に配置できる。
【００２４】
一実施例では、第１のバルブ要素を開成するために、第２のバルブ要素の一部、例えばバルブ本体が、プランジャ３２に接触してバネ３４の力に抗してプランジャ３２を押す。これにより、内側Ｏリング３８がバルブシート表面４０から離れて、燃料がライナーからフィラー４２およびバネ支持部３６を通して、またプランジャ３２の周りを伝って燃料電池へと流れる。代替的には、第２のバルブ要素からの他のプランジャがプランジャ３２と接触してこれをバネ３４の力に抗して後方に押す。
【００２５】
第１のバルブ要素は、図４に最もよく示されるように、襟部４５の内側に外側Ｏリングを具備する。襟部４５はバルブ本体３０に固定して配置され、この襟部４５がＯリング４４をバルブ本体３０内に取り付ける。さらに、隙間４７で示されるように、襟部４５により、Ｏリング４４がバルブ本体３０に挿入されるときに拡大させることができる。第２のバルブ要素のバルブ本体が外側Ｏリング４４に挿入されるときに、このＯリング４４は第１のバルブ要素と第２のバルブ要素との間に要素間シールを形成する。好ましくは、要素間シールを、燃料がライナー１４から運ばれる前に、確立する。有益なことに、外側Ｏリング４４はカートリッジに結合可能であり、新たなカートリッジを装填したときにしたときに新品のＯリングを利用できる。好ましくは、第２のバルブ要素内のシールが開成し、Ｏリング４４が第２のバルブ要素をシーリングするまで、燃料は燃料電池に運ばれない。
【００２６】
他のバルブをカートリッジ１０に用いてもよく、それには、限定的ではないが、米国公開特許出願２００３／００８２４２７に開示されているバルブが含まれ、その内容は参照してここに組み入れる。この文献は自己シーリング冗長隔壁／ボール・バネバルブシステムを開示している。燃料サプライにポペット型のバルブが結合され、このバルブはバネにより隔膜（ｓｅｐｔｕｍ）またはシール表面に抗してバイアスされるボールを具備する。隔膜は空洞の針を受けるように構成され、針はバネに抗してボールを押してバルブを開成する。針が後退すると、ボールが隔膜に抗して押されシールを再形成し、隔膜が閉じて念入りのシールを実現する。ボールはプランジャ３２と類似であり、隔膜はＯリング３８およびシーリング表面４０と類似である。この発明はどのようなバルブにも限定されない。
【００２７】
図４において、交差するハッチングにより示される部品は相互に重なっている。例えば、外側Ｏリング４４およびバルブ本体３０の間、ならびにブラダー１４の開口およびバルブ本体３０の間は重なっている。この重なりは、部品の一方または双方が、部品を組み立ててカートリッジを形成するときに、圧縮されることを示す。
上述のとおり、カートリッジ１０の部品の材料は燃料、例えばメタノールと適合性があるように選択される。好ましい実施例では、上述の部品はつぎの適切な材料から製造される。
【表１】
2007520857.tif 000003
【００２８】
この発明によれば、燃料に接触する材料、例えば、アセタールポリオキシメチレン、フッ素化ポリエチレン、ＥＰＤＭおよびステンレス鋼は燃料に適合性がある。換言すれば、燃料、すなわちエタノールは材料を著しく減少させたり劣化させたりしない。各材料は予め定められた機能を実現するように選択される。例えば、フッ素化ポリエチレンは燃料を内包するのに必要である。ステンレス鋼およびＥＤＰＭはバルブに使用される。アセタールポリオキシメチレンおよびフッ素化ポリエチレンは以下に検討するように超音波溶着に適合性がある。
【００２９】
アセタールポリオキシメチレンはＤｕＰｏｎｔ社からＤｅｌｒｉｎ（商標）として商業的に入手できる。Ｄｅｌｒｉｎ（商標）ＤＥ９４９４はこの発明の使用に適した品質である。内側ライナー１４は燃料に直接に接触し、好ましくはフッ素化されてメタノール耐性を増強させ、またはメタノール非透過性を増大させる。フッ素化およびラミネートはポリマーをよりアルコール燃料に対する耐性を増大させるのに好適な方法である。フッ素化は、ポリマー中の少なくとも１つの水素原子が取り出されてフッ素原子に置換される処理として説明される。これに対して、ペルフルオロ化はすべての水素原子をフッ素原子に置換する処理である。内側ライナー１４はフッ素化ポリマーから製造でき、より好ましくは、ポリマーから調合され、その後、事後的にフッ素化される。代替的には、内側ライナーを少なくとも２つの層かなるラミネートから製造してもよい。ラミネート用の材料はＰＰ、ＰＥ、ＥＶＡ、繊維ガラス、マイクロガラス、およびＰＴＦＥから選択される。これは上述の表に記載のとおりである。
【００３０】
カートリッジをシールするには、内側ライナー１４のスナップロックすなわちスナップ式係止部４６を、出っ張り部４８にロックするまで、ノズル１８に挿入する。内側ライナー１４はオプションとして外側ケーシング１２の斜めの内壁と係合する少なくとの１つの係止部を具備して、内側ライナーを外れないように保持するようにしてもよい。図４に領域Ａとして示すように、ブラダー１４の開口はバルブ本体３０により外側ケーシング１２の外側に向かって配置され、このため、ライナーを外側ケーシング１２の内部に保持しやすくなる。超音波溶着機（図示しない）がシール領域Ｂで示すプラスチック材料を溶かしてバルブ本体３０を外側ケーシング１２にシールする。
【００３１】
超音波エネルギを印可してプラスチック部品を結合させる手法は多くの産業分野で利用されている。超音波溶着では、固体電力源が電気エネルギを２０ｋＨｚまたは４０ｋＨｚの超音波エネルギに変換する。コンバータが電気エネルギを超音波機械振動エネルギに変換する。ホーンが超音波機械エネルギを、直接に、組み付け対象部品に伝達する。結合対象の部品の合わせ面における印可力、表面摩擦、および分子間摩擦の組み合わせにより、材料の溶融温度に達するまで温度が上昇していく。振動を停止させた後も力を加え続け、接合面における分子間結合または溶着が形成される。超音波溶着のより完全な検討はＢＩＣ社に付与された米国特許第６１１５９０２号、「カミソリの製造方法」に見いだせる。’９０２特許の内容は参照してここに組み入れる。シールを有効にするために、結合される材料は類似、または適合性がなければならない。好ましくは、結合される材料は化学的に類似しており、あるいは、類似の溶融温度を有し、おおよそ同時に溶融する。
【００３２】
この発明は、上述のメタノール適合性材料に限定されず、また、メタノール耐性のある材料にも限定されない。カートリッジに貯蔵される燃料に応じて適切な抵抗性材料を選択できる。
【００３３】
例えば、Ｏリングを製造するのに用いることができるメタノール適合性材料は種々の種類のゴムであり、これには、フルオロゴム（ＦＫＭ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、二トリルゴム（ＮＢＲ）、水素化二トリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴムおよびポリビニルクロライドの混合物（ＮＢＲ−ＰＶＣ）、ＦＫＭおよびＦＶＭＱの混合物、アクリル酸ゴム（ＡＣＭ）、およびシリコーンゴム（Ｑ）が含まれる。最も好ましいゴムはフルオロゴムであり、とくに、二元タイプのフルオロゴム、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、テトレフルオロエチレン−プロピレンゴムまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロメチルビニルエーテルゴム、または、三元タイプのフルオロゴム、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）ゴムである。他の適切材料は、溶融温度が１４０°以上の結晶性樹脂であり、これには、他にもあるが、フルオロ樹脂、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライド（ＴＨＶ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトレフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシエーテルコポリマー（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、およびポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリアミド樹脂、例えば、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６、ＰＡ１１、およびＰＡ１２、およびポリエステル樹脂、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれ、これらは成型性に優れ、また液体非浸透性を有する。他の適切なゴムは、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、低二トリルＮＢＲ、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、およびホスホ二トリルフルオロゴム（ＰＮＦ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、二トリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、水素化二トリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、塩化ポリエチレンゴム（ＣＰＥ）、塩化ブチルゴム（ＣＩ−ＩＩＲ）、臭素化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）、アクリル酸ゴム（ＡＣＭ）、ＮＢＲおよびエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）の混合物（ＮＥ）を含む。これらゴム材料はＫａｔａｙａｍａ等の米国特許第６５４３７８５号にさらに検討されている。他の適切な抵抗性ゴムは、フッ素の合成ゴムであり、これは金属酸化物および／または金属水酸化物を架橋サイトとして付加しない。これはＯｇｕｒａの米国特許第５４０７７５９号で検討されている。これに代えて、ヨウ素および／または臭素をそのような架橋サイトに付与する。さらに、フッ素化炭化水素エラストマーはメタノールに耐性がある。
【００３４】
さらに、アルコール（メチルまたはエチル）に耐性がある固体ポリウレタンを用いてもよい。ポリウレタンはイソシアネートおよびポリオールの硬化コポリマーである。硬化前に混合されたこれら要素材料は硬化速度に応じた量だけのジブイル錫ジラウレート触媒を含む。ポリウレタンシール材料は、さらにホウ酸亜鉛を劣化防止剤として約３重量％から３０重量％量だけ含む。抵抗性のポリウレタンはＰｈｉｌｌｏｐｓｏｎの米国特許第６５２３８３４号に詳細に検討されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００３５】
外側ケーシング１２用の適切な抵抗性材料は比較的堅固なポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、または改質ＰＰＯであり、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社からＮＯＲＹＬ（商標）として入手できる。好ましくは、改質ＰＰＯは３０％までのマイクロガラスフィラーを含んでよい。
【００３６】
さらに他の適切なクラスのメタノール適合性材料は、燃料電池のポリマー電解質膜または用紙交換部材（ＰＥＡ）としてりようできるイオン交換ポリマーを含む。最も慣用されているＰＥＭはペルフルオロスルホン酸コポリマーであり、ＤｕＰｏｎｔ社から商業的に入手でき、これは上述のとおりである。ただし、ペルフルオロスルホン酸コポリマーは高価であり、メタノールを通してしまう。Ｎａｋａｎｏ等の米国特許第５４０９７８５号に開示されるように、ポリ（ビニルアルコール）、およびポリ（スチレンスルホン酸）を架橋させて生成された三次元構造（ＰＳＳＡ−ＰＶＡ）は三次元構造により支持されている。この三次元構造はメタノール遮蔽能力がある。’７８５特許はＰＳＳＡ−ＰＶＡコポリマーを製造する方法を詳細に検討しており、その内容は、参照してここに組み入れる。
【００３７】
この発明の他の側面によれば、劣化耐性のある複合コーティングがカートリッジ１０の任意の部品、例えば、外側ケーシング１２、内側ライナー１４、バルブ本体３０、およびプランジャ３２の表面に電気メッキされてもよい。Ｓｔｅｗａｒｄ等の米国特許第４９５０５６２号に開示されるように、複合コーティングは、クロムフルオロカーボン複合材であり、これは銅および／ニッケルのアンダーコート、クロムの多孔質層、このクロムの層の孔に含浸されたフルオロカーボンポリマーを有する。このコーティングは化学蒸着またはプラズマ蒸着により被着されてもよい。
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。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。
【００３８】
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】
【００３９】
【図１】この発明に従う燃料サプライの斜視図である。
【図２】図１の燃料サプライの２−２線に沿う切欠き斜視図である。
【図３】図２に示される燃料サプライの平面図である。
【図４】上記燃料サプライの寝ずる部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０       燃料カートリッジ
１２       外側ケーシング
１４       ライナー
２４       通気孔
３０       バルブ本体
３２       プランジャ
３４       バネ
３６       バネ支持部
３８       Ｏリング
４２       フィラー
４４       Ｏリング
【図１】
2007520857.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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