(57)【要約】  改良された三方向弁は、相当する一連のポートに直接接続するように位置揃えされた３つの開口部と弁内の流体の流れを調節する選択的に位置決め可能なシールとを有する。改良された燃料電池は複数の流路を有しており、これらの流路は少なくとも一つの改良された三方向弁に接続され、燃料電池を通る流体の流れを調節するには好都合なものである。一般に、流路は一連のポートを有しており、三方向弁は一連のポートと係合および離脱するように構成され、付加的連結器、例えばチューブおよび/またはホースの使用なく、連結管を直接形成できる。三方向弁は一連のポートと直接係合および離脱できることから、燃料電池の配管システムにおける潜在的な漏出箇所を減じることができる。ある実施例において、三方向弁は、選択的に位置決め可能なシールを有する中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバと、を有する。一般に、選択的に位置決め可能なシールは、バイパスチャンバまたは貫通チャンバに中央チャンバを接続するポート、または通路において選択的にシールを形成することができる。選択的に位置決め可能なシールは、中央チャンバからバイパスチャンバと貫通チャンバへの流体の流れを調節できる。
2007536698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
陰極と、
陽極と、
陽極および陰極と接触する電解液と、
少なくとも１つの三方向弁と、
フローネットワークとを有し、
前記三方向弁は、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバと、中央チャンバをバイパスチャンバに連結する第１通路と、中央チャンバを貫通チャンバに連結する第２通路と、第１通路または第２通路を密封できる選択的に位置決め可能なシールとを有し、各チャンバは弁本体の外部への開口部を形成する穴を有し、
前記フローネットワークは、陽極または陰極への流体流路を有する連結管構造を有しており、三方向弁の各開口部が連結管構造に直接係合する燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が長円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体はポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリ（ビニル  クロライド）、ポリカーボネイト、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池であって、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバとからの開口部の各々が、おおよそ同じ方向に位置揃えされる燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池であって、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバとからの開口部の各々が、ほぼ共平面方向に位置揃えされる燃料電池。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池であって、中央チャンバは、第１通路上に形成された第１弁シートと、第２通路上に形成された第２弁シートとをさらに有する燃料電池。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは第１弁シートの係合に適した第１密封面と第２弁シートの係合に適した第２密封面とをさらに有し、第１密封面は中央チャンバとバイパスチャンバとの間の第１通路を封じることができ、また第２密封面は中央チャンバと貫通チャンバとの間の第２通路を封じることができる燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項１０】
請求項８に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成された重合体から構成される燃料電池。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは、中央チャンバから貫通チャンバへの流路を形成するために第1密封面が第1弁シートに接触している位置と、中央チャンバからバイパスチャンバへの流路を形成するために第２密封面が第２弁シートに接触している位置との間で、選択的に位置決め可能なシールを動かすことができるソレノイドシステムに接続される燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池であって、バイパスチャンバは、バイパスチャンバの穴にほぼ垂直に形成された第２の開口部をさらに有しており、第２の開口部の寸法は、ダイヤフラムにより分割されてダイヤフラムステムが弁本体内に、ソレノイドプランジャが弁本体の外側に位置した状態でソレノイドシステムのダイヤフラムを収容するように定められている燃料電池。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムの寸法は、バイパスチャンバの第２開口部に装着されて密封できるように定められている燃料電池。
【請求項１５】
請求項１２に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成される重合体から構成される円形デイスクを有する燃料電池。
【請求項１６】
請求項１２に記載の燃料電池であって、ソレノイドのケースはフランジを有しており、弁がケース上に延びてケースフランジに係合するのに適した開口部を有するキャップをさらに有しており、ここでキャップが弁本体と係合してソレノイドケースを弁本体に締結する燃料電池。
【請求項１７】
請求項１に記載の燃料電池であって、三方向弁は中央チャンバと、バイパスチャンバと貫通チャンバの開口部の外側周辺まわりに延びるフランジ部分を有し、１またはそれ以上のシーリング部材が前記開口部の外側周辺まわりに延びてフランジ部分と接触し、前記開口部が固定したフローネットワークと係合しているときに、前記開口部周辺の流体漏れを防ぐ燃料電池。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上のシーリング部材は重合体、合成エラストマー、天然ゴムまたはそれらの組み合わせから構成される燃料電池。
【請求項１９】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体は剛性のフローネットワークに三方向弁を固定するために１またはそれ以上の取り付け部分を有する燃料電池。
【請求項２０】
請求項１９に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上の取り付け部分は、三方向弁の隣接するチャンバ間に形成された孔付きのほぼ平面状の部分を有し、燃料電池は剛性のフローネットワークに弁本体を締結するために前記孔を通って延びるボルトをさらに有する燃料電池。
【請求項２１】
請求項１に記載の燃料電池であって、陽極と、陰極と電解液とを囲むコンテナをさらに有し、フローネットワークがコンテナの一部を形成する燃料電池。
【請求項２２】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに酸化剤を提供する酸化剤貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２３】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに燃料を提供する燃料貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２４】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークは流体入口ポートと中央ポートとを備える流体入口ラインを有しており、中央ポートは中央チャンバに連結され、入口ラインは流体入口ポートから中央チャンバへの流体の流体流路を提供する燃料電池。
【請求項２５】
請求項２４に記載の燃料電池であって、フローネットワークは貫通チャンバと係合する貫通ポートをさらに有し、貫通ポートは燃料電池スタックに至る流路を提供する燃料電池供給ラインに開口している燃料電池。
【請求項２６】
三方向弁であって、
第１チャンバと、第２チャンバと第３チャンバとを有する弁本体を有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有し、第１チャンバと第２チャンバは第１通路により接続されて、第２チャンバと第３チャンバは第２通路により接続され、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部は、ほぼ同じ方向に位置揃えされており、
選択的に位置決め可能なシールがシーリング材を有する第２チャンバ内に配置されており、該シーリング材は第１通路または第２通路と係合するのに適したものであって、選択的に位置決め可能なシールは該シールが第１通路を密封するために第１通路に接触する第１位置と、該シールが第２通路を密封するために第２通路に接触する第２位置とを有し、
制御ユニットが選択的に位置決め可能なシールに接続されていて、選択的に位置決め可能なシールの位置を制御する、三方向弁。
【請求項２７】
請求項２６に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、おおよそ同じ方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、ほぼ共通の面方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２９】
請求項２６に記載の燃料電池であって、制御ユニットは選択的に位置決め可能なシールの位置を選択的に定めるソレノイドシステムを有する燃料電池。
【請求項３０】
請求項２９に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項３１】
陽極または陰極への流体の流れを調節する方法であって、燃料電池はフローネットワークとフローネットワークに接続する第１三方向弁とを有し、第１三方向弁は第１中央チャンバと第１バイパスチャンバと第１貫通チャンバとを有する弁本体と、三方向弁を通る流体の流れを調節できる第１の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第１バイパスチャンバは該第１バイパスチャンバを第１中央チャンバに接続する第１通路を有し、第１貫通チャンバは第１中央チャンバを第１貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各チャンバは、第１弁本体の外側への開口部を形成する穴を有し、また第１選択的に位置決め可能なシールが三方向弁を通る流体の流れを調節でき、
選択的に位置決め可能なシールを調整して燃料電池の陽極または陰極への流体の流れを調節することを有する方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバの開口部はおおよそ同じ方向に位置揃えされている方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、燃料電池はフローネットワークに接続された第２三方向弁をさらに有しており、第２三方向弁は第２中央チャンバと第２バイパスチャンバと第２貫通チャンバとを有する弁本体と、第２三方向弁を通る流体の流れを調節できる第２の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第２バイパスチャンバは該第２バイパスチャンバを第２中央チャンバに接続する第１通路を有し、第２貫通チャンバは第２中央チャンバを第２貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各第２チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有している、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、第１三方向弁の第１の選択的に位置決め可能なシールを調整して陽極への燃料の流れを調節することと、第２三方向弁の第２の選択的に位置決め可能なシールを調整して陰極への酸化剤の流れを調節することとをさらに有する方法。
【請求項３５】
請求項３１に記載の方法であって、フローネットワークは、陽極と陰極と電解液とを囲むコンテナの一部を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、参照によってここに全面的に導入する２００３年７月１１日出願の「Three  Way  Valve  Assembly」という名称の米国仮特許出願番号第６０／４８６６６２号の優先権の利益を主張している。
【０００２】
発明の分野
一般に本発明は、望ましい形態を有する三方向弁に関する。特に、本発明は、燃料電池連結管のような対応する構造物に直接に連結できる三方向弁に関する。その上、本発明は燃料電池を通る流体の流れを制御および/または調節する方法に関する。
【０００３】
発明の背景
一般に、燃料電池は水素やメタノール等のような燃料に蓄えられているエネルギーを、燃料の燃焼なく電気に変換できる電気化学装置である。燃料電池は、一般に負電極と、正電極と適切なコンテナ内にあるセパレータからなる。燃料電池は、各電極で起こる化学反応を利用することより作用する。一般に、電子は一方の電極で発生し、他方の電極に外部回路を通って流れて化学反応の釣り合いをとる。この電子の流れは、２極間に過電圧を生じて、外部回路で有効な仕事を働かせるように利用できる。商業上の実施例において、いくつかの「燃料電池」が一層大きな過電位を生ずるために通常一連に、または積重ねられて配列される。
【０００４】
燃料電池がバッテリーに類似するのは、両者が一般に正電極と、負電極と電解液を有するという点にある。しかしながら、燃料電池がバッテリーと異なる意味は、燃料電池の燃料が電池を分解することなく置換でき、その電池の作用を保つということにある。その上、燃料電池は、それらを伝統的エネルギー源に替わるべき魅力あるエネルギーにする能力源以外にいくらか長所がある。特に、燃料電池は環境的にやさしく効率が良く、適切な燃料源、例えば水素またはメタノールを利用する。
【０００５】
前記に記載するように、燃料電池の燃料は電池を分解することなく置換することができる。一般に、燃料電池の燃料は例えば、水素ガスのような流体であり、それは汲み出されるかまたは陽極に循環される一方、空気（酸素）のような酸化剤は陰極に送られる。その上、反応生成物はこの反応システムから一般に取り除かれる。陽極と陰極への適切な反応物の送出は、反応生成物の除去と同じように、特定の流体の流れに問題を招く。
【０００６】
燃料電池は、多くの商業的用途や産業に潜在的な利用がある。例えば、燃料電池は、一家族の家庭のエネルギー需要に対処するに十分な電力を提供することができるものが開発されてきている。加えて、燃料電池由来のエネルギーで走るプロトタイプの自動車が開発されている。その上さらに、燃料電池はコンピュータ、電話、映像撮影装置等のような携帯式電子装置に電力を供給するために用いられる。燃料電池の用途の増加に伴って、前記の問題に対処できる燃料電池を提供することは望ましいであろう。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２４６９９２１号公報
【特許文献２】米国特許第５６４８１８２号公報
【特許文献３】米国特許第３４７０９０８号公報
【特許文献４】米国特許第４８７２４７９号公報
【特許文献５】米国特許第４０８１２３１号公報
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
第１の側面において、本発明は三方向弁に関係しており、この三方向弁は選択的に位置決め可能なシールと弁の外側への開口部とを有する中央チャンバと、中央チャンバに接続する通路があるバイパスチャンバとを有し、バイパスチャンバは弁の外側への開口部を有する。これらの実施例において、三方向弁は中央チャンバを接続する通路がある通過貫通チャンバをさらに有し、貫通チャンバは弁の外側への開口部を有しており、選択的に位置決め可能なシールは中央チャンバからバイパスチャンバと貫通チャンバに至る流体の流れを制御する。中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとからの各開口部は、おおよそ同じ方向に位置揃えされる。加えて、三方向弁は燃料電池を通る流体の流れを調節する方法に利用できる。一つの実施例において、この方法は三方向弁を提供することと、選択的に位置決め可能なシールを調整して弁を通る流体の流れを調節することを有する。
【０００９】
第２の側面において、本発明は陰極と陽極と電解液と少なくとも１つの三方向弁とを有する燃料電池に関係しており、該三方向弁は３つの開口部を有する弁本体を含む燃料電池を通る流体の流れを調節するためのものである。これらの実施例において、燃料電池は剛性のフローネットワークをさらに有し、三方向弁がフローネットワークと直接係合している。
【００１０】
もう１つの側面において、本発明は燃料電池に関係しており、該燃料電池は陰極と、陽極と、陽極および陰極に接触する電解液と、少なくとも１つの三方向弁とを有し、該三方向弁は中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとを有する弁本体と、中央チャンバをバイパスチャンバに接続する第１通路と、中央チャンバを貫通チャンバに接続する第２通路と、選択的に位置決め可能なシールとを有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有しており、選択的に位置決め可能なシールは第１通路または第２通路を密封できる。これらの実施例において、燃料電池は陽極または陰極への流体通路を有する固定した構造を含むフローネットワークをさらに有しており、三方向弁の開口部の各々が固定した構造に直接係合している。
【００１１】
さらなる問題において、本発明は三方向弁に関係しており、該三方向弁は第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとを有する弁本体を有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有し、第１チャンバと第２チャンバは第１通路に連結され、第２チャンバと第３チャンバは第２通路に連結されており、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとを形成する開口部はおおよそ同じ方向に位置揃えされる。これらの実施例において、三方向弁はシーリング材を有する第２チャンバ内に配置される選択的に位置決め可能なシールと、該選択的に位置決め可能なシールに接続された制御ユニットとをさらに有し、選択的に位置決め可能なシールは第１通路または第２通路と係合するのに適しており、選択的に位置決め可能なシールは第１通路と接触する第１の位置を有して第１通路を密封し、第２通路と接触する第２の位置を有して第２通路を密封しており、制御ユニットは選択的に位置決め可能なシールの位置を制御する。
【００１２】
さらにもう１つの側面において、本発明は燃料電池を通る流体の流れを調節するための方法に関しており、燃料電池は剛性のフローネットワークと、剛性のフローネットワークに接続された三方向弁とを有し、三方向弁は、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとを有する弁本体と、三方向弁を通る流れを調節できる位置決め可能なシールとを有し、バイパスチャンバは該バイパスチャンバを中央チャンバに接続する第１通路を有し、貫通チャンバは中央チャンバを貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有する。これらの実施例において、この方法は、選択的に位置決め可能なシールを調整して燃料電池の陽極への加湿燃料空気混合物の流れを制御することを有し得る。
【００１３】
発明の詳細な説明
改良された三方向弁は対応する一連のポートと直接接続するように位置揃えされた３つの開口部と、弁内の流体の流れを調節および/または方向付けする選択的に位置決め可能なシールとを有する。改良された燃料電池は、少なくとも１つの三方向弁に接続されていて燃料電池を通る流体の流れを調節するのに適する複数のフローチャネルを有する。一般に、フローチャネルは一連のポートを有しており、三方向弁が一連のポートと係合及び離脱するように構成され、例えばチューブおよび/またはホースのような付加的連結器の使用なく、連結管に直接形成できる。三方向弁は、一連のポートと直接係合及び離脱できることから、燃料電池の配管システムにおける潜在的な漏出箇所を減じることができる。ある実施例において、三方向弁は選択的に位置決め可能なシールを有する中央チャンバと、バイパスチャンバと貫通チャンバを有する。一般に、選択的に位置決め可能なシールは、ポートまたは通路において選択的にシールを形成でき、中央チャンバをバイパスチャンバと貫通チャンバに接続する。位置決めができるシールは、中央チャンバからバイパスチャンバと貫通チャンバに至る流体の流れを調節できる。一実施例において、選択的に位置決め可能なシールは例えば、選択的に位置決め可能なシールと動作可能に連結されたソレノイドによって動かすことができる。
【００１４】
本発明の三方向弁は一般に一連のポートに直接に接続でき、チューブおよび/またはホースのようなアダプタは入用でない。ある実施例において、三方向弁のすべて３つのチャンバは、共通の平面に沿う開口部に位置揃えされる。他の実施例において、これらのチャンバは異なる面内の開口部に位置揃えされるがしかしながら、これらの実施例において、三方向弁はそれでも適切な一連のポートに直接接続でき、中央チャンバから他の両チャンバに至る流れを可能にする。一実施例において、選択的に位置決め可能なシールは、三方向弁を通る流体の流れを調節するが、これはチャンバの１つへの流体の流れを妨げることによる。特に、選択的に位置決め可能なシールは中央チャンバからバイパスチャンバを締め切り、中央チャンバから貫通チャンバを締め切り、または中央チャンバから他の両チャンバへの流れを、ことによると一方/または両方の側への流れを部分的に妨げつつ、可能にする。
【００１５】
以上で述べたように、ここに説明した改良された弁は、３つの位置揃えされたチャンバを有し、チャンバの各々は、そのチャンバを隣接するチャンバに接続する通路と弁の外側への開口部を有する。チャンバの形状は、弁を通る結果として生じる流れの特性に影響を及ぼす。チャンバ内への開口部の向きは、適切なフローチャネルに接続されるポートと弁との係合を提供する。一般に、これらのチャンバはおおよそ同じ方向に位置揃えされ、弁の外側から各チャンバへの開口部は、同様におおよそ同じ方向に位置揃えされる。一方、これらのおおまかな関係は、弁の改良された取り付けを提供するが、多少の変形がその弁の改良された側面を損なうことなく許容できる。特に、それは各々のチャンバへの３つの開口部の向きにあり、弁の取り付け性に影響を及ぼす。
【００１６】
ある実施例において、各々のチャンバへの開口部は同一平面状にある。他の実施例において、各々のチャンバへの開口部は平面であり平行平面に沿っているので、少なくとも開口部の１つは、他の開口部の１つまたは両方の下側に延びている。さらに一般的に、開口部がおおまかに同じ方向に沿って配行される一方、開口部の１つに直角な外方は、他の２つの開口部のうちの１またはそれ以上に対して傾斜することができる。便宜上、その角度は中央開口部に沿う平面に直角な外方と称しうる。他の２つの開口部の平面の直角な外方の角度は、一般的に約７５度以下であり、他の実施例では約５０度以下であり、さらなる実施例では約３０度以下であり、付加的な実施例では約５度から約２５度である。当業者は、これらの明示された範囲内で付加的な角度の範囲は予期され本開示内のことであることを容認できる。ある実施例において、１またはそれ以上の開口部は平面でなく波状のようであろう。共通平面でない実施例としては、直角の外方は波状等の平均をほぼ通る平面をもって規定される。ここで用いるように、そのチャンバの開口部についておおまかに位置揃えされていることは、三方向弁が固定した連結管に単一動作で配置でき、利用するために締結されることを意味する。
【００１７】
図１−３を参照すると、一実施例において、三方向弁１００は弁本体１０１を有しており、この弁本体１０１は、中央チャンバ１０２と、バイパスチャンバ１０４と、貫通チャンバ１０６とを有する。一般に、各チャンバ１０２、１０４、１０６は開口部１０８、１１０、１１２各々を有し、それらは例えば燃料電池または燃料電池フローネットワークの適切な一連のポートに接続できる。ある実施例において、開口部は円形であるが一方、他の実施例では開口部は長円形の形状、または長方形の形状またはその類の形状を有し得る。図１−３に示されるように、開口部は長円形の形状である。当業者は、別の形状の開口部が予期され、本開示の範囲内であることを容認するであろう。
【００１８】
一実施例において、図１−３に示されるように開口部１０８、１１０、１１２は、共通の平面内に全て位置揃えされて一連のポートへの直接の接続を容易にしている。ある実施例において、各開口部の面積は同じであるが一方、他の実施例おいて開口部の面積は異なるであろう。一般に、各チャンバの大きさと開口部の面積は、意図する用途や関係する流体の流速および圧力降下の詳細に左右されるであろう。このようなパラメータは当業者により数値を求めることができる。
【００１９】
図１−４を参照すると、ある実施例において、チャンバ１０２、１０４、１０６はさらにフランジ１２７とシーリング部材１２８をさらに有し、これらは、例えば燃料電池フローネットワークのような適切な一連のポートに至るチャンバをシールする機能があり、流体漏れを防ぐことができる。フランジ１２７は、開口部１０８、１１０、１１２に隣接して外側に突き出し、リップ１２９を残す。シーリング部材１２８は、フランジ１２７に対してリップ１２９越しに装着されている。シーリング部材１２８はあらゆるシーリング材料から構成でき、例えば特定の流体の流れの中で不活性である重合体、合成エラストマー、天然ゴム等とそれらの組み合わせを含む燃料電池の用途における使用に適する。一実施例において、シーリング部材１１８は、過酸化物で硬化した（エチレン  プロピレン  ジエン  モノマー）（ＥＰＤＭ）から構成される。
【００２０】
その上ある実施例において、弁体１０１は取り付け部分１３０をさらに有し、これらの取り付け部分は、例えばネジかその類のもののような機械式留め具によって三方向弁１００を適切な一連のポートに固定するための留め具穴１３２を一般に備えている。クランプや適当なフランジかその類のもののような他の留め具を留め具と留め具穴１３２に代用できる。図１と２に示すように、一実施例において、２つの取り付け部分１３０が貫通チャンバ１０６と中央チャンバ１０２との間に提供され、２つの取り付け部分１３０が中央チャンバ１０２とバイパスチャンバ１０４との間に設けられている。一実施例において、取り付け部分１３０は弁１００の２つの隣接するチャンバの間に形成されたほぼ平面状の部分を有する。一般に、取り付け部分１３０は三方向弁１００のチャンバと同じ材料から構成され、例えば射出成形によってチャンバと一体に形成できる。一般に、弁本体１０１は３つのチャンバ１０２、１０４、１０６と上記に説明した開口部とポートとを有する一体のユニットとして形成できる。
【００２１】
三方向弁１００は、貫通チャンバ１０６と中央チャンバ１０２の間の通路１１４と、中央チャンバ１０２とバイパスチャンバ１０４の間の通路１１６とをさらに有する。通路１１４、１１６は、開口部１０８を通って中央チャンバ１０２に入る流体をいずれか一方および/または両方のポート１０４、１０６に流すことができるようにしている。図４を参照すると、ある実施例において、弁シート１１９は通路１１６上に形成できる一方、弁シート１２１は通路１１４上に形成できる。図２を参照すると、ある実施例において、中央チャンバ１０２は選択的に位置決め可能なシール１１８をさらに有しており、部分的または完全に通路１１４か通路１１６のいずれか一方を塞ぐことができる。以下に説明するように、選択的に位置決め可能なシール１１８は中央チャンバ１０２から通路１１４か１１６のいずれか一方への流体の流れを調節でき、結局中央チャンバ１０２からバイパスチャンバ１０４と貫通チャンバ１０６に至る流体の流れを調節する。
【００２２】
図２を参照すると、一実施例において、選択的に位置決め可能なシール１１８は、通路１１６を密封するのに適した第１表面１４０と通路１１４を密封するのに適した第２表面１４２とを有する。弁シート１１９、１２１を用いる実施例において、第１表面１４０は弁シート１１９との係合に適し、第２表面１４２は弁シート１２１との係合に適しており、通路１１４と通路１１６の密封を容易にすることができる。選択的に位置決め可能なシール１１８は単一部材または複数の部品から構成される構造であるであろう。ある実施例において、第１表面１４０と第２表面１４２は同じ大きさであるが一方、他の実施例において、第１表面１４０と第２表面１４２は異なる大きさであろう。一般に、選択的に位置決めができるシール１１８の大きさと形状は通路１１４、１１６の大きさと形状に左右されるであろう。シール１１８が複数の部品からなる実施例のためには、選択的に位置決め可能なシール１１８は第１表面１４０と第２表面１４２との間のスペーサ１４４をさらに有するであろう。ある実施例において、選択的に位置決め可能なシールは円筒軸に垂直な中心面に関して対称であるばかりでなく円筒対称であり、一方、他の実施例において、選択的に位置決め可能なシールは対称性には乏しいであろう。ある実施例において、選択的に位置決め可能なシール１１８は別々のシール材をさらに有しており、密封された通路内への流体漏れを防ことができ、第１表面１４０、第２表面１４２、または両方の側で、スペーサ１４４に取り付けられている。他の実施例において、別々のシーリング材は通路１１４、１１６の内側の縁に沿って配置されるので、選択的に位置決め可能なシールが通路の1つを遮断するように配置されたときに、選択的に位置決め可能なシール１１８はシーリング材に接触できる。一実施例において、別々のシーリング材は、選択的に位置決め可能なシール１１８周辺の流体の流れを防ぐ重合体の外皮またはコーテイングであり得る。従って、スペーサ１４４が適切なシーリング材料を有していない場合、表面１４０、１４２に沿うシーリング材が望ましいシールを提供できる。
【００２３】
一般に、選択的に位置決め可能なシール１１８の第１表面１４０と第２表面１４２は、移送される流体には不活性で流体移送の用途に適したあらゆる材料から構成され得る。適した材料には、金属、金属合金、重合体およびそれらの組み合わせが含まれる。適した重合体には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリウレタン、ポリ（ビニリデン  フロライド）（ＰＶＤＦ）とそれらの混合物や共重合体が含まれる。一実施例において、選択的に位置決め可能なシール１１８の第１と第２表面１４０、１４２は、過酸化物で硬化したＥＰＤＭから構成されるが一方、スペーサ１４４はＰＶＤＦから構成される。金属が選択的に位置決め可能なシールを形成するために使われるならば、そのときには上記に説明した重合体コーテイングのような別個のシーリング材が、金属表面に一般に付着されて通路を密封することができる。シーリング材用に使われる適した重合体コーテイングには、エラストマー、天然ゴム、ポリウレタン等とそれらの組合わせを含む。ある実施例において、第１表面１４０と第２表面１４２は、同じ材料から構成されるが一方、他の実施例おいて第１表面１４０と第２表面１４２は、異なった材料から構成されるであろう。
【００２４】
ある実施例において、弁１００はソレノイド１２２と連結させることができる連結構造１２０をさらに有する。図４は、図２の線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図を示す。図４に示すように、通路１１４、１１６は、貫通チャンバ１０６を中央チャンバ１０２へそして中央チャンバ１０２をバイパスチャンバ１０４へ各々接続する。選択的に位置決め可能なシール１１８は、ダイヤフラムステム１２６に取り付けられ、それは連結棒１２６によってソレノイドプランジャ１８８にさらに取り付けられている。図５を参照すると、三方向弁１００の斜視図が、分解図で示されるソレノイドシステムの個々の部品と共に示されている。一実施例において、連結構造１２０は外側キャップ１２４の内面上の対応する構造に連結できる溝１８０を有し、それにより、外側キャップ１２４を連結構造１２０に固定できる。外側キャップ１２０は、ソレノイド１２２を連結構造１２０に固定する役割を果たす。上記に説明したように、選択的に位置決め可能なシール１１８は、ダイヤフラムステム１２６に取り付けられ、それはある実施例おいて、連結棒１８２を含むように適合された中空チューブであろう。その上、連結棒１８２は一般にダイヤフラム孔１８５を経てダイヤフラム１８６を貫通しており、連結棒１８２を受け入れるのに適したソレノイドプランジャ１８８の開口部を通ってソレノイドプランジャ１８８に取り付けられていている。従って、連結棒１８２は、ソレノイドプランジャ１８８に対して、ダイヤフラムステム１２６と、選択的に位置決め可能なシール１１８とを連結するように機能する。ある実施例において、ソレノイドプランジャ１８８は圧縮バネ１９０に取り付けられており、圧縮バネ１９０はソレノイド１２２に取り付けられる。
【００２５】
一実施例において、Ｏ-リング１８４が連結棒１８２をダイヤフラムステム１２６に取り付けるために使われる。当業者には、連結棒をダイヤフラムステムに接続するための別の構造が考えられ、また本開示の範囲のものであることを容認するであろう。図５に示すように、 一実施例において、ダイヤフラム１８６は円形デイスクであり、ダイヤフラムステム１８２とソレノイドプランジャ１８６との間に配置されており、バイパスポート１０４の連結構造１２０とソレノイド１２２との間のシールとして一般に機能する。図４は連結構造１２０の開口部とソレノイド１２２との間のシールを形成するように配置されたダイヤフラム１８６を示している。その上、ダイヤフラム１８６は、ソレノイド１２２の位置に関して凹面の位置から凸面の位置さらには中間の位置にまで曲げることができる。ソレノイド１２２は電気接触部１９２をさらに有し、この電気接触部はソレノイド１２２を駆動する電力を提供しており、また弁１００を使用する間ソレノイド１２２の機能を制御するように設計された中央処理ユニットへの接触部を有している。中央処理ユニットは弁、(燃料電池のような）統合されたシステムのすべての流体流および/または（温度制御や電気インターフエースのような）統合されたシステムのすべての機能だけを制御できる。
【００２６】
以下に詳細に説明するように、ソレノイドシステムは選択的に位置決め可能なシール１１８を動かして、選択的に位置決めができるシール１１８を通路１１４か通路１１６のいずれか一方を完全に密封するように配置できる。一形態において、ソレノイド１２２は選択的に位置決め可能なシール１１８を延ばして通路１１４の内側の縁および/または弁シート１２１に接触させて、通路１１４を密封することができる。別の形態において、ソレノイド１２２は選択的に位置決め可能なシール１１８を引っ込めて、選択的に位置決め可能なシール１１８を通路１１６の内側の縁および/または弁シート１１９に接触させ、それで通路１１６を密封できる。それに代えて、選択的に位置決め可能なシール１１８を通路１１４と１１６の間に配置して通路１１４か通路１１６のいずれか一方を部分的に塞ぐことができ、それにより、全流体の減る割合が通路１１４と通路１１６の両方を流れることができる。一つの形態において、作動している間、図４に示すように選択的に位置決め可能なシール１１８を通路１１４が完全に遮断または密封されるように配置される。通路１１４が選択的に位置決め可能なシール１１８によって完全に密封されているとき、例えば開口部１０８を通って中央チャンバ１０２に流れる流体は、通路１１６を通ってバイパスチャンバ１０４の中に向けられ、開口部１１０を通って三方向弁１００を出て行くであろう。逆に、通路１１６が選択的に位置決め可能なシール１１８によって完全に密封されているとき、中央チャンバ１０２へ流れる流体は、通路１１４を通って貫通チャンバ１０６に向けられ、開口部１１２に出て行くであろう。三方向弁１００の作動中に、選択的に位置決め可能なシール１１８を動かすために、ソレノイド１２２はソレノイドプランジャ１８８を前進させたり引っ込めたりでき、それによりダイヤフラム１８６の凸面と凹面位置との間、または中間の位置への移動が生じる。上記に説明したように、連結棒１８２はダイヤフラムステム１２６を、ダイヤフラム１８６を通じて機械的にソレノイドプランジャ１８８に取り付けている。従って、ソレノイドプランジャ１８８がダイヤフラム１８６を前進させたり引っ込めたりするに伴い、連結棒とダイヤフラムステムもまた前進し、それにより、結局望ましい流れを選択するように適切な位置に選択的に位置決め可能なシール１１８を動かす。
【００２７】
チャンバと連結構造とソレノイドハウジングとダイヤフラムステムとソレノイドプランジャと外側キャップとは、燃料電池用途における利用に適したあらゆる重合材料から構成できる。適した重合体には例えば、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリ（ビニル  クロライド）、ポリカーボネイト、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦと、それらの混合物や共重合体が含まれる。重合体は弁を通って流れる流体に対する化学的耐性があり、通常の運転温度と圧力では劣化しないように選択すべきである。ダイヤフラム１８６はダイヤフラムが凸面の位置から凹面の位置まで転換することができるように十分な弾性を有するあらゆる重合体またはエラストマー組成物から構成される。適したエラストマーには例えば、天然ゴム、合成ゴム等とそれらの組み合わせが含まれる。一実施例において、ダイヤフラムはポリエステル繊維の裏打ちを有する過酸化物で硬化したＥＰＤＭを有する。ある実施例において、連結棒はスチールのような金属から構成される一方、他の実施例おいて連結棒は重合体材料であろう。ある実施例において、Ｏ−リングは過酸化物で硬化したＥＰＤＭから構成される。一実施例において、圧縮バネは亜鉛コートした音楽線から構成される。しかしながら、他の金属圧縮バネもまた用いられる。種々のソレノイドと、ソレノイドコイルが市販されている。例えば、適当な市販のソレノイドコイルの１つが、Saia  Burgess（Vandalia,  OH）により販売されている。ソレノイドは都合のよいものであるが一方、ステッパーモータのような他のモータ形式が、シール１１８を動かすために用いることができる。一般に、三方向弁の部品片は完全な構造を形成するために製造され組み立てられる。上記に書き留めたように、弁本体は、例えば射出成形により単一構造として一体形成できる。ソレノイドシステムの適切な部品が組み立てられ、連結構造を通じて弁本体に挿入される。一実施例において、選択的に位置決め可能なシールが、中央チャンバの開口部を通って挿入されてソレノイドシステムに取り付けられる。外側のキャップは、連結構造に接続されて、弁本体にソレノイドシステムを固定することができる。
【００２８】
一実施例において、本開示の三方向弁は燃料電池用途における利用に適している。上記に説明したように、燃料電池は陽極と、陰極と、陽極および陰極を電気的に隔離するためのセパレータと、例えば水酸化カリウムのような電解液と、を適切なコンテナ内に有する。水素燃料電池では、水素ガスが陽極に供給され、空気(酸素）は陰極に供給される。これらの実施例において、水素ガスは陽極でイオン化されるが、それは電子を放出してプロトン（Ｈ+イオン）を生ずる。電子は、外部回路の陽極を通って陰極に伝導し、そこで電子は酸素分子の還元に関与して水を生成する。従って、水素燃料電池には陰極に酸素（空気）を供給し、陽極に水素を供給することのできるシステムが一般に要求される。燃料電池システムの例は、Peschke等への「Flow  Control  Subsystem  for  A  Fuel  Cell  System」という名称の米国特許６４５１４６７号およびHara等への「Fuel  Cell  Power  Generation  System」という名称の米国特許５６４８１８２号に開示されており、これらは参照によってここに編入される。
【００２９】
一実施例において、図６に示すように、少なくとも１つの三方向弁１００を流体フローネットワーク２２０に直接取り付けることができる。一般に、流体フローネットワークは燃料電池２２２の一部にさらに取り付けることができる。図６に示すように、三方向弁は流体フローネットワーク２２０に直接連結されるので、付加的ホースおよび/またはチューブは不要である。ある実施例において、燃料電池システムは各流体フローネットワークに接続された２つの三方向弁を有し得る。それらの三方向弁の１つは、空気、またはブロミンのような別の適当なガス状の酸化剤の流れを調節および/または方向付けるために用いられ、他方の三方向弁は加湿水素の混合物のような加湿燃料の流れを調節および/または方向付けるために用いられる。図６に示すように、三方向弁１００は統合された流体フローネットワークに直接接続するが、しかしながら、他の実施例おいて、三方向弁１００は複数の位置揃えされた流れの部分を有している流体フローネットワークに直接接続できる。
【００３０】
図７と８を参照すると、流体フローネットワーク２２０の平面図と断面図が各々に示されている。ある実施例において、流体フローネットワーク２２０は第１ポート２３０と第２ポート２３２と第３ポート２３４とを有し、それらは、三方向弁１００の、貫通チャンバ１０６と中央チャンバ１０２とバイパスチャンバ１０４とにそれぞれ連結することができる。第１ポート２３０と第２ポート２３２と第３ポート２３４とは、図６において三方向弁１００と連結されて示されている。図７と８に示すように、陽極燃料供給入口２３６は、ポート２３２に開放できる陽極燃料ライン２３８に接続されており、入口２３６から三方向弁１００の中央チャンバ１０２への流路を提供できる。ポート２３０は三方向弁１００の貫通チャンバ１０６に接続できるポートであって、供給ライン２４０に接続し、この供給ラインは燃料電池の陽極にさらに接続することができ、貫通ポート１０６から燃料電池スタックの陽極への燃料流路を提供する。その上、ポート２３４は三方向弁１００のバイパスチャンバ１０４に接続できるポートであって、バイパスライン２４１に接続でき、三方向弁１００のバイパスチャンバ１０４から陽極バイパスシステムへの流路を提供する。フローネットワーク２２０もまた、陰極供給ライン２４６に接続される陰極供給入口２４４を有しており、陰極供給ラインは燃料電池スタックの陰極にさらに接続でき、入口２４４から陰極への流路を提供する。燃料電池スタックの陰極もまた、陰極排出ライン２４５に接続できる。ある実施例において、フローネットワーク２２０は冷却剤入口２４８をさらに有しており、それは冷却剤ライン２５０に接続される。冷却剤入口ライン２５０は燃料電池スタックにさらに接続できるので、冷却剤入口２４８を通って導入される冷却剤は、冷却剤ライン２５０を通って燃料電池スタックに流れることができる。図６−８に示すように、フローネットワーク２２０と三方向弁１００は、三方向弁１００上のチャンバ１０２、１０４、１０６が付加的ホースおよび/または管材料の使用なく、フローネットワーク２２０のうちポート２３０、２３２、２３４のそれぞれと直接に係合できるように設計されている。
【００３１】
使用中に、陽極燃料、例えば加湿水素ガスのようなものは、陽極燃料供給入口２３６に導入されて、ライン２３８を通って三方向弁の中央チャンバ１０２に流れることができる。このガスが中央チャンバ１０２にいったん入ると、選択的に位置決め可能なシール１１８が貫通チャンバ１０６かバイパスチャンバ１０４のいずれか一方に流体の流れを向けることができる。その上、ある実施例において、選択的に位置決め可能なシール１１８は燃料、または他の流体の流れを、その流れの一部分が貫通チャンバ１０６に入り、またその流れの一部分はバイパスチャンバ１０４に入るように調節できる。貫通チャンバ１０６に向けられる燃料または他の流体は、ポート２３０を通って供給ライン２４０に流れることができ、そして例えば、燃料電池スタックの陽極に向けることができる。その上、バイパスチャンバ１０２に向けられた燃料は、ポート２３４を通ってバイパスライン２４１に流れることができ、そこで、燃料をバイパスシステムに向けることができる。その上、例えば空気(酸素)のような酸化物は、入口２４４を通ってフローネットワーク２２０に導入され、供給ライン２４６を通って燃料電池スタックの陰極まで流れることができる。一実施例において、位置決め可能なシール１１８は、始動の間および/または燃料電池の緊急閉鎖の間、貫通チャンバ１０６への燃料の流れを封鎖するように配置でき、それにより、燃料電池スタックの陽極への燃料の流れを減少、またはなくすることができる。その上、燃料電池が通常の定常状態で動作する間、位置決め可能なシール１１８はバイパスチャンバ１０４への流れを封鎖するように配置されるであろう。
【００３２】
図９は燃料電池スタック３００への流体の流れを調節する三方向弁１００の略図を示す。図９に示すように、例えば水素燃料または空気(酸素)のような流体は、入口ライン３０２によって三方向弁１００に供給できる。通常運転の間、三方向弁１００はライン３０２から、燃料電池スタック３００に接続されたライン３０４へ流体の流れを向けることができる。始動の間および/または燃料電池の緊急閉鎖の間、三方向弁１００はライン３０２から、例えば貯蔵ユニット３０８に接続されたライン３０６へ流体の流れを向けることができる。その上、貯蔵ユニット３０８は、適切であれば、排出管システムに接続され得るライン３１０を備えることができる。例えば、空気(酸素)の流れが弁１００によって調節されている実施例において、ライン３１０は排出管システムに接続でき、この排出管システムは貯蔵ユニット３０８に蓄えられている酸素を周囲の環境に吐出する。上記のように、燃料電池システムは、第１三方向弁を有して、燃料電池スタックへの燃料の流れを調節し、また第２三方向弁を有して、燃料電池スタックへの酸化剤の流れを調節するものである。追加の三方向弁を燃料電池スタックから出る流れの末端ガスを調節するために採用することもできる。
【００３３】
上記の実施例は、例示的なものであり、限定しないことを意図するものである。追加の実施例は請求の範囲内にある。もっとも、本発明は特定の実施例に関して説明されているが、当業者は本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、形式と詳細において変更を行うことができることを容認するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】三方向弁の実施例の斜視図である。
【図２】中央チャンバに位置した選択的に位置決めができるシールを示す図１の三方向弁の底面図である。
【図３】図１の三方向弁の側面図である。
【図４】図２の線Ａ−Ａに沿って描かれた図２の三方向弁の断面図である。
【図５】弁およびソレノイドの部品を示す図１の三方向弁の分解斜視図である。
【図６】流体フローネットワークに直接取り付けられた三方向弁を示す斜視図である。
【図７】図６の流体フローネットワークの平面図である。
【図８】上方表面の真下の流路を示すように描かれた図６の流体フローネットワークの断面図である。
【図９】燃料電池スタックへの流体の流れを制御する三方向弁を示す概略図である。
【図１】
2007536698.tif 000003
【図２】
2007536698.tif 000004
【図３】
2007536698.tif 000005
【図４】
2007536698.tif 000006
【図５】
2007536698.tif 000007
【図６】
2007536698.tif 000008
【図７】
2007536698.tif 000009
【図８】
2007536698.tif 000010
【図９】
2007536698.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月27日(2005.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
陰極と、
陽極と、
陽極および陰極と接触する電解液と、
少なくとも１つの三方向弁と、
フローネットワークとを有し、
前記三方向弁は、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバと、中央チャンバをバイパスチャンバに連結する第１通路と、中央チャンバを貫通チャンバに連結する第２通路と、第１通路または第２通路を密封できる選択的に位置決め可能なシールとを有し、各チャンバは弁本体の外部への開口部を形成する穴を有し、中央チャンバと、バイパスチャンバと貫通チャンバの各開口部は、全て共通の面にあり、全ての開口部が同じ向きに方向付けられていて、中央チャンバの開口部はバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接して位置しており、
前記フローネットワークは、陽極または陰極への流体流路を有する連結管構造を有しており、三方向弁の各開口部が連結管構造に直接係合する燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が長円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体はポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリ（ビニル  クロライド）、ポリカーボネイト、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項５】
削除
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池であって、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバとからの開口部の各々が、ほぼ共平面方向に位置揃えされる燃料電池。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池であって、中央チャンバは、第１通路上に形成された第１弁シートと、第２通路上に形成された第２弁シートとをさらに有する燃料電池。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは第１弁シートの係合に適した第１密封面と第２弁シートの係合に適した第２密封面とをさらに有し、第１密封面は中央チャンバとバイパスチャンバとの間の第１通路を封じることができ、また第２密封面は中央チャンバと貫通チャンバとの間の第２通路を封じることができる燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項１０】
請求項８に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成された重合体から構成される燃料電池。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは、中央チャンバから貫通チャンバへの流路を形成するために第1密封面が第1弁シートに接触している位置と、中央チャンバからバイパスチャンバへの流路を形成するために第２密封面が第２弁シートに接触している位置との間で、選択的に位置決め可能なシールを動かすことができるソレノイドシステムに接続される燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池であって、バイパスチャンバは、バイパスチャンバの穴にほぼ垂直に形成された第２の開口部をさらに有しており、第２の開口部の寸法は、ダイヤフラムにより分割されてダイヤフラムステムが弁本体内に、ソレノイドプランジャが弁本体の外側に位置した状態でソレノイドシステムのダイヤフラムを収容するように定められている燃料電池。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムの寸法は、バイパスチャンバの第２開口部に装着されて密封できるように定められている燃料電池。
【請求項１５】
請求項１２に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成される重合体から構成される円形デイスクを有する燃料電池。
【請求項１６】
請求項１２に記載の燃料電池であって、ソレノイドのケースはフランジを有しており、弁がケース上に延びてケースフランジに係合するのに適した開口部を有するキャップをさらに有しており、ここでキャップが弁本体と係合してソレノイドケースを弁本体に締結する燃料電池。
【請求項１７】
請求項１に記載の燃料電池であって、三方向弁は中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバの開口部の外側周辺まわりに延びるフランジ部分を有し、１またはそれ以上のシーリング部材が前記開口部の外側周辺まわりに延びてフランジ部分と接触し、前記開口部が固定したフローネットワークと係合しているときに、前記開口部周辺の流体漏れを防ぐ燃料電池。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上のシーリング部材は重合体、合成エラストマー、天然ゴムまたはそれらの組合せから構成される燃料電池。
【請求項１９】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体は剛性のフローネットワークに三方向弁を固定するために１またはそれ以上の取付け部分を有する燃料電池。
【請求項２０】
請求項１９に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上の取付け部分は、三方向弁の隣接するチャンバ間に形成された孔付のほぼ平面状の部分を有し、燃料電池は剛性のフローネットワークに弁本体を締結するために前記孔を通って延びるボルトをさらに有する燃料電池。
【請求項２１】
請求項１に記載の燃料電池であって、陽極と、陰極と電解液とを囲むコンテナをさらに有し、フローネットワークがコンテナの一部を形成する燃料電池。
【請求項２２】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに酸化剤を提供する酸化剤貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２３】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに燃料を提供する燃料貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２４】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークは流体入口ポートと中央ポートとを備える流体入口ラインを有しており、中央ポートは中央チャンバに連結され、入口ラインは流体入口ポートから中央チャンバへの流体の流体流路を提供する燃料電池。
【請求項２５】
請求項２４に記載の燃料電池であって、フローネットワークは貫通チャンバと係合する貫通ポートをさらに有し、貫通ポートは燃料電池スタックに至る流路を提供する燃料電池供給ラインに開口している燃料電池。
【請求項２６】
三方向弁であって、
第１チャンバと、第２チャンバと第３チャンバとを有する弁本体を有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有し、第１チャンバと第２チャンバは第１通路により接続されて、第２チャンバと第３チャンバは第２通路により接続され、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとは全てが、ほぼ同じ方向に延びていて、中央チャンバの開口部がバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接しており、
選択的に位置決め可能なシールがシーリング材を有する第２チャンバ内に配置されており、該シーリング材は第１通路または第２通路と係合するのに適したものであって、選択的に位置決め可能なシールは該シールが第１通路を密封するために第１通路に接触する第１位置と、該シールが第２通路を密封するために第２通路に接触する第２位置とを有し、
制御ユニットが選択的に位置決め可能なシールに接続されていて、選択的に位置決め可能なシールの位置を制御する、三方向弁。
【請求項２７】
請求項２６に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、おおよそ同じ方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、ほぼ共通の面方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２９】
請求項２６に記載の燃料電池であって、制御ユニットは選択的に位置決め可能なシールの位置を選択的に定めるソレノイドシステムを有する燃料電池。
【請求項３０】
請求項２９に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項３１】
陽極または陰極への流体の流れを調節する方法であって、燃料電池はフローネットワークとフローネットワークに接続する第１三方向弁とを有し、第１三方向弁は第１中央チャンバと第１バイパスチャンバと第１貫通チャンバとを有する弁本体と、三方向弁を通る流体の流れを調節できる第１の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第１バイパスチャンバは該第１バイパスチャンバを第１中央チャンバに接続する第１通路を有し、第１貫通チャンバは第１中央チャンバを第１貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各チャンバは、第１弁本体の外側への開口部を形成する穴を有しており、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとは全てが、ほぼ同じ方向に延びていて、中央チャンバの開口部がバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接しており、
選択的に位置決め可能なシールを調整して燃料電池の陽極または陰極への流体の流れを調節することを有する方法。
【請求項３２】
削除
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、燃料電池はフローネットワークに接続された第２三方向弁をさらに有しており、第２三方向弁は第２中央チャンバと第２バイパスチャンバと第２貫通チャンバとを有する弁本体と、第２三方向弁を通る流体の流れを調節できる第２の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第２バイパスチャンバは該第２バイパスチャンバを第２中央チャンバに接続する第１通路を有し、第２貫通チャンバは第２中央チャンバを第２貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各第２チャンバは、弁本体の外側への開口部を形成する穴を有している、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、第１三方向弁の第１の選択的に位置決め可能なシールを調整して陽極への燃料の流れを調節することと、第２三方向弁の第２の選択的に位置決め可能なシールを調整して陰極への酸化剤の流れを調節することとをさらに有する方法。
【請求項３５】
請求項３１に記載の方法であって、フローネットワークは、陽極と陰極と電解液とを囲むコンテナの一部を形成する方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月28日(2007.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
陰極と、
陽極と、
陽極および陰極と接触する電解液と、
少なくとも１つの三方向弁と、
フローネットワークとを有し、
前記三方向弁は、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバと、中央チャンバをバイパスチャンバに連結する第１通路と、中央チャンバを貫通チャンバに連結する第２通路と、第１通路または第２通路を密封できる選択的に位置決め可能なシールとを有し、各チャンバは弁本体の外部への開口部を形成する穴を有し、中央チャンバと、バイパスチャンバと貫通チャンバの各開口部は、全て共通の面にあり、全ての開口部が同じ向きに方向付けられていて、中央チャンバの開口部はバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接して位置しており、
前記フローネットワークは、陽極または陰極への流体流路を有する連結管構造を有しており、三方向弁の各開口部が連結管構造に直接係合する燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池であって、前記三方向弁の前記開口部の穴が長円形横断面の形状を有する燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体はポリエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリ（ビニル  クロライド）、ポリカーボネイト、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池であって、中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバとからの開口部の各々が、ほぼ共平面方向に位置揃えされる燃料電池。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池であって、中央チャンバは、第１通路上に形成された第１弁シートと、第２通路上に形成された第２弁シートとをさらに有する燃料電池。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは第１弁シートの係合に適した第１密封面と第２弁シートの係合に適した第２密封面とをさらに有し、第１密封面は中央チャンバとバイパスチャンバとの間の第１通路を封じることができ、また第２密封面は中央チャンバと貫通チャンバとの間の第２通路を封じることができる燃料電池。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリウレタン、ポリ（ビニリデン  フルオライド）と、それらの混合物及び共重合体から成るグループから選択された重合体から構成される燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池であって、第１密封面と第２密封面とは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成された重合体から構成される燃料電池。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池であって、選択的に位置決め可能なシールは、中央チャンバから貫通チャンバへの流路を形成するために第1密封面が第1弁シートに接触している位置と、中央チャンバからバイパスチャンバへの流路を形成するために第２密封面が第２弁シートに接触している位置との間で、選択的に位置決め可能なシールを動かすことができるソレノイドシステムに接続される燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項１２】
請求項１０に記載の燃料電池であって、バイパスチャンバは、バイパスチャンバの穴にほぼ垂直に形成された第２の開口部をさらに有しており、第２の開口部の寸法は、ダイヤフラムにより分割されてダイヤフラムステムが弁本体内に、ソレノイドプランジャが弁本体の外側に位置した状態でソレノイドシステムのダイヤフラムを収容するように定められている燃料電池。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムの寸法は、バイパスチャンバの第２開口部に装着されて密封できるように定められている燃料電池。
【請求項１４】
請求項１１に記載の燃料電池であって、ダイヤフラムは、過酸化物で硬化したエチレン  プロピレン  ジエン  モノマー（ＥＰＤＭ）として形成される重合体から構成される円形デイスクを有する燃料電池。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料電池であって、ソレノイドのケースはフランジを有しており、弁がケース上に延びてケースフランジに係合するのに適した開口部を有するキャップをさらに有しており、ここでキャップが弁本体と係合してソレノイドケースを弁本体に締結する燃料電池。
【請求項１６】
請求項１に記載の燃料電池であって、三方向弁は中央チャンバと、バイパスチャンバと、貫通チャンバの開口部の外側周辺まわりに延びるフランジ部分を有し、１またはそれ以上のシーリング部材が前記開口部の外側周辺まわりに延びてフランジ部分と接触し、前記開口部が固定したフローネットワークと係合しているときに、前記開口部周辺の流体漏れを防ぐ燃料電池。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上のシーリング部材は重合体、合成エラストマー、天然ゴムまたはそれらの組合せから構成される燃料電池。
【請求項１８】
請求項１に記載の燃料電池であって、弁本体は剛性のフローネットワークに三方向弁を固定するために１またはそれ以上の取付け部分を有する燃料電池。
【請求項１９】
請求項１８に記載の燃料電池であって、１またはそれ以上の取付け部分は、三方向弁の隣接するチャンバ間に形成された孔付のほぼ平面状の部分を有し、燃料電池は剛性のフローネットワークに弁本体を締結するために前記孔を通って延びるボルトをさらに有する燃料電池。
【請求項２０】
請求項１に記載の燃料電池であって、陽極と、陰極と電解液とを囲むコンテナをさらに有し、フローネットワークがコンテナの一部を形成する燃料電池。
【請求項２１】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに酸化剤を提供する酸化剤貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２２】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークと連通していて、フローネットワークに燃料を提供する燃料貯蔵コンテナをさらに有する燃料電池。
【請求項２３】
請求項１に記載の燃料電池であって、フローネットワークは流体入口ポートと中央ポートとを備える流体入口ラインを有しており、中央ポートは中央チャンバに連結され、入口ラインは流体入口ポートから中央チャンバへの流体の流体流路を提供する燃料電池。
【請求項２４】
請求項２３に記載の燃料電池であって、フローネットワークは貫通チャンバと係合する貫通ポートをさらに有し、貫通ポートは燃料電池スタックに至る流路を提供する燃料電池供給ラインに開口している燃料電池。
【請求項２５】
三方向弁であって、
第１チャンバと、第２チャンバと第３チャンバとを有する弁本体を有し、各チャンバは弁本体の外側への開口部を形成する穴を有し、第１チャンバと第２チャンバは第１通路により接続されて、第２チャンバと第３チャンバは第２通路により接続され、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとは全てが、ほぼ同じ方向に延びていて、中央チャンバの開口部がバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接しており、
選択的に位置決め可能なシールがシーリング材を有する第２チャンバ内に配置されており、該シーリング材は第１通路または第２通路と係合するのに適したものであって、選択的に位置決め可能なシールは該シールが第１通路を密封するために第１通路に接触する第１位置と、該シールが第２通路を密封するために第２通路に接触する第２位置とを有し、
制御ユニットが選択的に位置決め可能なシールに接続されていて、選択的に位置決め可能なシールの位置を制御する、三方向弁。
【請求項２６】
請求項２５に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、おおよそ同じ方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２７】
請求項２６に記載の燃料電池であって、第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとからの開口部の各々は、ほぼ共通の面方向に位置揃えされている燃料電池。
【請求項２８】
請求項２５に記載の燃料電池であって、制御ユニットは選択的に位置決め可能なシールの位置を選択的に定めるソレノイドシステムを有する燃料電池。
【請求項２９】
請求項２８に記載の燃料電池であって、ソレノイドシステムはケースと、ソレノイドと、圧縮バネと、ソレノイドプランジャと、ダイヤフラム穴を有するダイヤフラムと、連結棒と、連結棒が合うように適した中空コアを有するダイヤフラムステムとを有しており、圧縮バネはケースをソレノイドプランジャに接続して、ソレノイドプランジャを第１の位置に向けて付勢しており、連結棒がダイヤフラムステムの中空コアを通って延びており、ダイヤフラムステムをソレノイドプランジャに接続するようにダイヤフラム穴を通り抜けていて、連結棒もまた選択的に位置決め可能なシールに接続され、そして電流をソレノイドに加えることができ、それによってソレノイドプランジャと付属したダイヤフラムステムと連結棒を動かすことができる磁場を発生して、選択的に位置決め可能なシールが第２の位置に移動できる燃料電池。
【請求項３０】
陽極または陰極への流体の流れを調節する方法であって、燃料電池はフローネットワークとフローネットワークに接続する第１三方向弁とを有し、第１三方向弁は第１中央チャンバと第１バイパスチャンバと第１貫通チャンバとを有する弁本体と、三方向弁を通る流体の流れを調節できる第１の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第１バイパスチャンバは該第１バイパスチャンバを第１中央チャンバに接続する第１通路を有し、第１貫通チャンバは第１中央チャンバを第１貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各チャンバは、第１弁本体の外側への開口部を形成する穴を有しており、中央チャンバとバイパスチャンバと貫通チャンバとは全てが、ほぼ同じ方向に延びていて、中央チャンバの開口部がバイパスチャンバの開口部に隣接しかつ貫通チャンバの開口部に隣接しており、
選択的に位置決め可能なシールを調整して燃料電池の陽極または陰極への流体の流れを調節することを有する方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、燃料電池はフローネットワークに接続された第２三方向弁をさらに有しており、第２三方向弁は第２中央チャンバと第２バイパスチャンバと第２貫通チャンバとを有する弁本体と、第２三方向弁を通る流体の流れを調節できる第２の選択的に位置決め可能なシールと、を有しており、第２バイパスチャンバは該第２バイパスチャンバを第２中央チャンバに接続する第１通路を有し、第２貫通チャンバは第２中央チャンバを第２貫通チャンバに接続する第２通路を有し、各第２チャンバは、弁本体の外側への開口部を形成する穴を有している、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、第１三方向弁の第１の選択的に位置決め可能なシールを調整して陽極への燃料の流れを調節することと、第２三方向弁の第２の選択的に位置決め可能なシールを調整して陰極への酸化剤の流れを調節することとをさらに有する方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、フローネットワークは、陽極と陰極と電解液とを囲むコンテナの一部を形成する方法。
【国際調査報告】
2007536698.tif 000012
2007536698.tif 000013