(57)【要約】ガス発生装置は、第１の反応物を具備する反応室部、オプションの第２の反応物を具備する貯蔵部、および自己調整流れ制御装置を含む。自己調整流れ制御装置は、反応室部の圧力が予め定められたレベルに到達すると貯蔵部から反応室部への反応物の流れを停止する。ガス発生装置および自己調整流れ制御装置を捜査する方法もここに開示され、この方法は、ガス発生装置の遮断バルブを循環させ、また自己調整流れ制御装置を循環させることを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室部と、
少なくとも１つの反応物を有する貯蔵部と、
上記貯蔵部を上記反応室部に結合する流れ制御装置とを有し、
上記少なくとも１つの反応物が上記貯蔵部から上記反応室部へ上記流れ制御装置を介して搬送されて反応してガスを生成し、かつ、上記反応室部の圧力が予め定められた停止圧力を越えるときに上記流れ制御装置が上記少なくとも１つの反応物の搬送を停止することを特徴とするガス発生装置。
【請求項２】
上記反応室部は第１の反応物を内包する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項３】
上記貯蔵部は第２の反応物を内包する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項４】
上記少なくとも１つの反応物は毛細管現象により上記反応室部へ搬送される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５】
上記流れ制御装置は上記反応室部中に配された芯材部材に取り外し可能に結合できる芯材配管を有し、上記反応室部は第１の反応物を内包する請求項４記載のガス発生装置。
【請求項６】
上記芯材配管は、上記貯蔵部に内包された第２の反応物と接触する第１の端部と、上記芯材部材と接触して上記貯蔵部から上記反応室部への流路を形成することが可能な第２の端部とを有する請求項５記載のガス発生装置。
【請求項７】
上記芯材配管の上記第２の端部は上記芯材部材へバイアスされる請求項６記載のガス発生装置。
【請求項８】
上記芯材配管の上記第１の端部の近傍に結合可能な重りをさらに有する請求項６記載のガス発生装置。
【請求項９】
上記反応室部内の圧力が上記停止圧力にほぼ等しくまたはそれ以上であるときに、上記圧力上記芯材配管の第２の端部を押して上記反応室部内の上記芯材部材から遠ざけて上記流路を中断させる請求項６記載のガス発生装置。
【請求項１０】
上記第２の端部は非透過性部材により支持される請求項６記載のガス発生装置。
【請求項１１】
上記第２の端部は拡大されている請求項１１記載のガス発生装置。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの反応物は圧力下で上記反応室部へ搬送される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項１３】
上記貯蔵部は絶えず圧力を受けている請求項１２記載のガス発生装置。
【請求項１４】
上記貯蔵部は液化炭化水素により圧力を受けている請求項１３記載のガス発生装置。
【請求項１５】
上記少なくとも１つの反応物はブラダーに貯蔵される請求項１３記載のガス発生装置。
【請求項１６】
上記ブラダーはバイアス部材により圧力を受ける請求項１５記載のガス発生装置。
【請求項１７】
上記流れ制御装置は、上記貯蔵部内の圧力が上記反応室部内の圧力より大きいときに開となって上記反応物を上記貯蔵部から上記反応室部へ搬送するようになされた第１のバルブを有する請求項１３記載のガス発生装置。
【請求項１８】
上記第１のバルブは、上記反応室部内の圧力が上記貯蔵部内の圧力より小さい予め定められた差分内にあるときに、閉となる上記請求項１７記載のガス発生装置。
【請求項１９】
上記流れ制御装置は、上記貯蔵部内の圧力が上記反応室部内の圧力より大きいときに開となって上記反応物を上記貯蔵部から上記反応室部へ搬送するようになされた隔膜を有する請求項１３記載のガス発生装置。
【請求項２０】
上記隔膜は、上記反応室部内の圧力が上記貯蔵部内の圧力より小さい予め定められた範囲内にあるときに、閉となる請求項１９記載のガス発生装置。
【請求項２１】
上記隔膜に動作可能に結合されて上記貯蔵部を上記反応室部へ結合する流路をシールするシール部材をさらに有する請求項１９記載のガス発生装置。
【請求項２２】
上記隔膜を上記シール部材に結合する棒をさらに有する請求項２１記載のガス発生装置。
【請求項２３】
上記流路は非線形である請求項２１記載のガス発生装置。
【請求項２４】
上記流路は線形である請求項２１記載のガス発生装置。
【請求項２５】
上記隔膜は少なくとも１つのバイアス部材によりバイアスされる請求項２１記載のガス発生装置。
【請求項２６】
上記予め定められた停止圧力は、上記予め定められた差分より小さい上記貯蔵部の圧力と実質的に同一である請求項１８記載のガス発生装置。
【請求項２７】
上記予め定められた差分は約２ｐｓｉより小さい請求項２６記載のガス発生装置。
【請求項２８】
上記反応室部内の圧力は上記貯蔵部に選択的に連通される請求項１２記載のガス発生装置。
【請求項２９】
上記反応室部内の圧力が上記予め定められた停止圧力より小さい予め定められた差分内にあるときに選択的に開となって上記反応室部および上記貯蔵部の間の圧力を連通させる第２のバルブにより、上記反応室部が上記貯蔵部に結合される請求項２７記載のガス発生装置。
【請求項３０】
上記反応室部の圧力が上記予め定められた停止圧力より上記予め定められた差分より大きいときに上記第２のバルブが閉じる請求項２９記載のガス発生装置。
【請求項３１】
上記予め定められた差分は約２ｐｓｉより小さい請求項２９記載のガス発生装置。
【請求項３２】
上記予め定められた差分は約５ｐｓｉより小さい請求項３１記載のガス発生装置。
【請求項３３】
ガスの発生を開始させる開始装置をさらに有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項３４】
上記開始装置は、押し、引き、または回転動作により、上記貯蔵部から上記反応室部への上記少なくとも１つの反応物の案内を開始または停止させる請求項３３記載のガス発生装置。
【請求項３５】
上記開始装置は軸および当該軸に回転可能に連結されたバルブを有し、上記バルブの回転動作が上記バルブを線形に往復動させる請求項３４記載のガス発生装置。
【請求項３６】
上記流れ制御装置は、上記反応物を上記貯蔵部から上記反応室部へ搬送可能にする第１の位置と、生成されたガスと上記反応室部から搬送可能にする第２の位置との間を往復する可動部材を有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項３７】
上記可動部材は上記第１の位置へバイアスされる請求項３６記載のガス発生装置。
【請求項３８】
生成されたガスが上記可動部材を上記第２の位置へと押す請求項３７記載のガス発生装置。
【請求項３９】
上記反応物を反応する対応するバルブをさらに有する請求項３６記載のガス発生装置。
【請求項４０】
生成されたバスを搬送する対応するバルブをさらに有する請求項３６記載のガス発生装置。
【請求項４１】
上記貯蔵部は圧力を受ける請求項３６記載のガス発生装置。
【請求項４２】
生成されたガスを開放する遮断バルブをさらに有する請求項４２記載のガス発生装置。
【請求項４３】
上記遮断バルブは閉位置から開位置へと循環してガスの生成を維持させる請求項４２記載のガス発生装置。
【請求項４４】
ガスの生成速度は当該装置からの生成ガスの放出速度より大きい請求項１記載のガス発生装置。
【請求項４５】
上記貯蔵部は上記反応室部に取り外し可能に結合できる請求項１記載のガス発生装置。
【請求項４６】
上記貯蔵部は、上記貯蔵部を上記反応室部へ結合するようになされた第１のバルブ要素を有する請求項４５記載のガス発生装置。
【請求項４７】
上記反応室部は、上記第１のバルブ要素と結合可能な第２のバルブ要素を有する請求項４６記載のガス発生装置。
【請求項４８】
上記反応室部は加熱された上記反応物を改質してガスを生成する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項４９】
上記反応室部はガスの生成を支援する少なくとも１つの触媒を有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５０】
上記貯蔵部は拡張物質を有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５１】
上記拡張物質は炭化水素、アルコール、または拡張バルーンである請求項５０記載のガス発生装置。
【請求項５２】
上記貯蔵部は開放バルブに結合される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５３】
上記反応室部は開放バルブに結合される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５４】
バッフルが上記貯蔵部および上記反応室部の間に配置され、上記バッフルは上記反応室部から上記貯蔵部へガスを搬送可能にする請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５５】
液体が上記貯蔵部から上記反応室部へ搬送できない請求項５４記載のガス発生装置。
【請求項５６】
上記バッフルは複数のリブを有し、上記リブの間の間隔が均一でない請求項５４記載のガス発生装置。
【請求項５７】
上記リブの間の間隔は上記反応室部から上記貯蔵部への方向に沿って減少する請求項５６記載のガス発生装置。
【請求項５８】
上記リブは複数組のリブを有し、上記組の中でリブが欣一でない請求項５６記載のガス発生装置。
【請求項５９】
上記組の間隔が上記反応室部から上記貯蔵部への方向に沿って減少する請求項５８記載のガス発生装置。
【請求項６０】
反応室部と、
少なくとも１つの反応物を有する貯蔵部とを有し、
上記少なくとも１つの反応物は上記反応室部へ搬送されて反応してガスを生成し、
上記反応室部内の圧力が予め定められた停止圧力を越えるときに、当該装置が動作位置から非動作位置へ移動可能であり、上記圧力が上記予め定められた圧力を下回るときに、当該装置が上記非動作位置から上記動作位置に移動可能であることを特徴とするガス発生装置。
【請求項６１】
反応室部と、
少なくとも１つの反応物を有する貯蔵部とを有し、
上記反応室部と上記貯蔵部とは一定の流体連通であり、
さらに、上記貯蔵部へ圧力を付与して上記少なくとも１つの反応物を上記反応室部へ供給し続けるバイアスされた可動部材を有することを特徴とするガス発生装置。
【請求項６２】
上記予め定められた差分は約５ｐｓｉより小さい請求高２７記載のガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【０００２】
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、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような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つのカテゴリ、すなわち、（ｉ）圧縮水素（Ｈ２）を燃料として利用する燃料電池、（ｉｉ）水素燃料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）又は他の燃料を利用する陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、（ｉｉｉ）直接に非水素燃料を消費できるＰＥＭ燃料電池すなわち直接酸化燃料電池、および、（ｉｖ）炭化水素燃料を高熱で直接に電気に変換する固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）に分けることができる。
【０００３】
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。従来の改質燃料電池は、燃料を水素に変換させて燃料電池内で酸素と反応させるために改質材や気化および補助システムを必要とする。最近の進歩により、改質材または改質燃料電池が消費者向け電子製品に有望になっている。最も一般的な直接酸化燃料電池は、ダイレクトメタノール燃料電池すなわちＤＭＦＣである。他の直接酸化燃料電池は、ダイレクトエタノール燃料電池およびダイレクトテトラメチルオルトカーボネート燃料電池を含む。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。ＳＯＦＣは炭化水素例えばブタンを高熱で変換して電気を生じる。ＳＯＦＣは、燃料電池反応を起こさせるために１０００°Ｃの範囲の比較的高温を必要とする。
【０００４】
電気を発生させる化学反応は燃料電池のそれぞれのタイプごとに異なる。ＤＭＦＣでは、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】
陽極での半反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
陰極での半反応：
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。
【０００７】
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）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。
【０００８】
他の直接酸化燃料電池では、ホウ化水素燃料電池（ＤＢＦＣ）はつぎのように反応する。
陽極での半反応：
ＢＨ４−  ＋  ８ＯＨ−  →  ＢＯ２−  ＋  ６Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−
陰極での半反応：
２Ｏ２  ＋  ４Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−  →  ８ＯＨ−
【０００９】
化学金属水素燃料電池では、一般に、液体の水素化ホウ素ナトリウムが改質され、つぎのように反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
陽極での半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
陰極での半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【００１０】
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。
【００１１】
燃料電池応用のための最も重要な機構の１つは、燃料貯蔵である。他の重要な機構は、燃料の燃料カートリッジから燃料電池への搬送を安定化させることである。商業的に有用にするために、燃料電池、例えば、ＤＭＦＣまたはＰＥＭシステムは消費者の通常の使用を満足させるに足る量の燃料を貯蔵する能力を有さなければならない。例えば、モバイルまたはセルラー電話、ノートブックコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタンツ（ＰＤＡ）のために、燃料電池は、少なくとも現行のバッテリーと同じくらい長く、好ましくはより長く、これら装置を給電できなくてはならない。さらに、燃料電池は、容易に交換可能または再充填かのうな燃料タンクを伴って、現行の再充電可能なバッテリーに必要とされる長時間の充電を最小化または省略する必要がある。
【００１２】
既知の水素ガス発生器の１つの不利益は、一旦、反応が開始されると、ガス発生カートリッジは反応を制御できないということである。そのため、反応は、反応物の供給が終了するまで、または反応物源が遮断されるまで、継続する。
【００１３】
したがって、少なくとも１つの反応物の反応室部への流れを自己調整することができる水素発生装置を得ることが望まれる。
【特許文献１】米国特許第５，９９２，００８号
【特許文献２】米国特許第５，９４５，２３１号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の開示】
【００１４】
この発明は、保管寿命が著しく長く、また水素発生効率がより良好な燃料システム／ガス発生装置に向けられている。
【００１５】
１実施例において、この発明は、少なくとも、反応室部、貯蔵部、および自己調整流れ制御装置またはシステムを含むガス発生装置に関する。自己調整流れ制御装置／システムは、反応室部の内部の圧力が予め定められた停止圧力に達するときに反応物の貯蔵部から反応室部への搬送を停止する。
【００１６】
他の実施例において、この発明のガス発生装置は、反応室部と少なくとも１つの反応物を内包する貯蔵部とを含む。この反応物は、貯蔵部から反応室部へ搬送されて水素ガスを生成する。一般に、反応室部の内部の圧力が予め定められた停止圧力を越えるときに、当該装置は動作状態から非動作状態に切り替わり、この圧力が当該予め定められた圧力を下回るときに、当該装置が非動作状態から動作状態に切り替わる。
【００１７】
好ましくは、反応室部は他の反応物または触媒を内包し、あるいは、加熱されて水素ガスの生成を支援する。貯蔵部からの反応物は毛細管現象またはポンプにより搬送できる。貯蔵部は種々の手法で加圧されて反応物を貯蔵部から反応室部へ搬送してよい。代替的には、反応室部内の改質反応により生成された圧力が貯蔵部へ戻されて反応物を反応室部へ搬送してよい。
【００１８】
自己調整流れ制御装置は圧力応答隔膜、逆止めバルブ、ピストンまたはプッシャー、毛細現象流路を切断する手段、その他、あるいはこれらの組み合わせでよい。
【００１９】
ガス発生装置および自己調整流れ制御装置を動作させる方法も提供され、これは、ガス発生装置の遮断バルブを循環させ、自己調整流れ制御装置を循環させる。
【００２０】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の双方は単に例示的また説明的なものであり、特許請求の範囲に記載される、この発明の詳細な説明を提供することを目的とすることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付の図面に示され以下に詳細に検討するように、この発明は燃料サプライに向けられており、この燃料サプライは燃料電池燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水の混合物、メタノール／水の種々の濃度の混合物、純粋なメタノール、および／または、米国特許第５，３６４，９７７号および同第６，５１２，００５Ｂ２号に説明されるメチルクラスレートを貯蔵する。これら特許の内容は参照してここに組み入れる。メタノールまたは他のアルコールは多くの種類の燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、および改質燃料電池、その他において使用可能である。燃料サプライは他の種類の燃料電池燃料、例えば、エタノールまたはアルコール；水素化物、例えば、水素化ホウ素ナトリウム；水素へと改質可能な他の化学物質；または燃料電池の改質または効率を改善する他の化学物質を含んでよい。燃料は、また、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質を含み、これは金属燃料電池またはアルカリ燃料電池とともに使用でき、燃料サプライに貯蔵可能である。金属燃料電池に対しては、燃料は、ＫＯＨ電解質反応溶液中に浸漬された流体担持亜鉛粒子の形態であり、電池キャビティ内の陽極は亜鉛粒子から生成された粒子陽極である。ＫＯＨ電解質溶液は、２００３年４月２４日に発行された「１またはそれ以上の負荷に電力を供給するよう構成された燃料電池システムの使用方法」と題された米国特許出願公開第２００３／００７４９３号に開示されており、その内容は参照してここに組み入れる。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、メタノール、水素化ホウ素ナトリウム、電解質、および他の化合物、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号に説明されているもののブレンドまたは混合物を含み、これらは参照してその内容をここに組みこむ。燃料は、また、米国特許第６，７７３，４７０号に説明されている、溶媒中に部分的に溶解し、部分的に懸濁するもの、ならびに、米国特許出願公開２００２／０７６６０２に説明されている、液体燃料および固体燃料を含むものを含み、これらは参照してその内容をここに組みこむ。
【００２２】
燃料は、また、上述のように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような金属水素化物および水を含み、反応により低圧力、低温度しか生成されない。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特許出願公開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、また、その他、燃料電池システムにより使用される、任意のタイプの燃料、電解質溶液、酸化物溶液または液体または固体に制約されない。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、固体および／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。
【００２３】
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、燃料リザーバ、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、燃料電池または燃料電池が給電する電子製品に結合された管材を含む。１のカートリッジが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。
【００２４】
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。
【００２５】
適切な既知の水素発生装置は、本出願人の出願に係る米国特許出願１０／６７９，７５６および１０／８５４，５４０に開示されている。その内容は参照してここに組み入れる。
【００２６】
この発明の種々の実施例において、この発明のガス発生装置は、反応室部と第２の反応物を具備する貯蔵部とを有する。反応室部はオプションとして第１の反応物を含んでよい。第１の反応物および第２の反応物は、金属水素化物、例えば水素化ホウ素ナトリウムおよび水であってよい。双方の反応物は気体、液体、水性、または固体の形態でよい。好ましくは、反応室部に貯蔵される第１の反応物は固体金属水素化物または固体水素化ホウ素金属であり、第２の反応物は水であり、オプションとしてこれに添加物および触媒が混合される。反応物の１つは、メチルクラスレートを含み、これは基本的にはメタノールを他の化合物の内部に内包または捕捉して含む。この発明の金属水素化物および水は反応して水素ガスを発生し、これが燃料電池により消費されて電気を生成する。他の適切な反応物または試薬は１０／８５４，５４０に開示されており、先に参照して組み入れた。
【００２７】
さらに、ガス発生装置は、第２の反応物を貯蔵部から反応室部へ搬送するのを制御することが可能な装置またはシステムを含んでよい。反応室部および／または貯蔵部の内部の動作条件はが、好ましくは、反応室部の内部の圧力が、貯蔵部内の第２の反応物を反応室部へ搬送するのを制御できる。例えば、反応室部内の圧力が予め定められた値より低いときに、好ましくは、貯蔵部内の圧力より低いときに、さらに好ましくは、貯蔵部内の圧力より予め定められた量だけ低いときに、貯蔵部内の第２の反応物が反応室部へ案内できる。第２の反応物の貯蔵部から反応室部への流れは好ましくは自己制御される。そして、反応室部が予め定められた圧力に到達し、好ましくは、貯蔵部内の圧力より大きな予め定められた圧力に到達したとき、第２の反応物の貯蔵部から反応室部への流れが停止されて水素ガスの生成が阻止できる。同様に、反応室部が予め定められた圧力を下回ったとき、好ましくは、貯蔵部内の圧力を予め定められた量だけ下回ったとき、第２の反応物が貯蔵部から反応室部へ流れることが可能になる。貯蔵部中の第２の反応物は、任意の既知の手法、これに限定されないが、ポンプ、浸透作用、毛細管現象、作動圧力、バルブ、１以上のこれらの組み合わせにより、反応室部へ案内できる。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、ガス発生装置は、第１の反応物を具備する反応室部１２と、第２の反応物を具備する貯蔵部１４と、自己調整流れ制御装置１６と、配管１８とを含んでよい。代替的には、反応室部１２が反応物の代わりに触媒を含んでよく、また反応室部１２が加熱されてよい。配管１８は、貯蔵部１４に配置された第１の端部と、反対側の第２の端部とを含み、第２の端部が反応室部１２に対して取り外し可能に結合でき、または動作可能に関連づけできるようになっている。第１の反応物および第２の反応物が一緒に混合されると、反応して水素ガスを生成する。
【００２９】
貯蔵部１４内に部分的な真空が形成されないように、拡張物質を貯蔵部１４に挿入して、反応物が搬送されているときに、拡張物質が少なくとも部分的に搬送済みの体積を置き換えるようにしてよい。適切な拡張物質は、これに限定されないが、ブタン、メタノールのようなアルコール、加圧されているバルーン、その他を含む。代替的には、開放バルブを貯蔵部１４と連通させて配置して、反応物が貯蔵部１４から搬出されるときに空気を流入させるようにしてよい。部分的な真空を最小化する他の装置は以下で検討される。これら装置はこの発明のいずれの実施例とともに採用してよい。
【００３０】
ガス発生装置１０は、配向装置、例えば、おもり２０を具備しても良く、このおもり２０は配管１８の一部に結合されて、配管１８の第１の端部が貯蔵部１４内の第２の反応物と確実に流体連通するようになす。おもり２０は、装置１０の向きに関わらず、配管２０の第１の端部を、第２の反応物が累積して配置されている位置に移動させることが可能な任意の重量を有してよい。したがって、反応物が貯蔵部１４から引き抜かれるときに、液体反応物のレベルが貯蔵部１４内で減少し、装置１０がどのような位置、例えば、横方向、斜め方向、上下方向にあっても、それと無関係に、配管１８の第１の端部が第２の反応物に接触しなければならない。換言すれば、おもり２０および残留燃料が同一の方向に重力により引かれ、このため接触を維持する。配管１８の第２の端部は、好ましくは図示のとおり、それが反応室部１２に入れられる前に拡張され、より効率よく第２の反応物を分配する。
【００３１】
配管１８は、貯蔵部１２内の第２の反応物を反応室部１２へ搬送することが可能な任意の材料から製造できる。このましくは、配管１８は、液体を芯材で吸い上げることができる、すなわち、毛細管現象を実現する任意の材料またはデザインを含んでよい。適切な配管材料は、これに限定されないが、ファイバー、フィラー、繊維材料、オープンセル発泡体、砂材料、またはこれらの組み合わせを含む。好ましくは、配管１８は柔らかい。配管１８は、第２の反応物を反応室部１２へ搬送可能な任意の形状を採用できる。配管１８は非透過性の鞘または固体ブロック中に埋め込まれた１または複数の芯材部材を有してもよい。
【００３２】
貯蔵部１４からの第２の反応物が反応室部１２へと、重力による供給により、配管１８を伴うことなしに、案内可能な位置または向きでガス発生装置１０が主に使用されるならば、当該ガス発生装置１０はオプションとして配管１８を含まない。
【００３３】
ガス発生装置１０は反応室部１２および貯蔵部１４の間に層４をも含んでよい。層２４は多孔性面を具備し、第２の反応物を第１の反応物へと均一に分配／案内することが可能な任意の材料から製造できる。層２４は好ましくは配管１８と類似の芯材材料である。
【００３４】
さらに、バス発生装置１０は、オプションとして、液体非透過性、ガス透過性の層／膜２５を含んで良く、これが水素ガスのようなガスを装置の外部へ案内でき、同時に液体を反応室部１２内に維持できる。膜２５は、当業者に既知の任意の液体非透過性／気体透過性材料から製造できる。そのような材料は、これに限定されないが、アルカン基を有する撥水性材料であってよい。より具体的な例は、これに限定されないが、ポリエチレン組成物、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリグラクチン（ＶＩＣＲＹ、商標）、冷凍乾燥硬膜、またはその組み合わせを含む。気体透過性部材２２は、多孔性部材を被覆する気体透過性／液体非透過性膜を含んでよい。このような膜の例はＣＥＬＧＡＲＤ（商標）およびＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）である。この発明に採用できる、他の気体透過性、液体非透過性部材は、これに限定されないが、約０．１μｍ〜約０．４５μｍの孔サイズのＳＵＲＢＥＮＴ（総評）ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）を含み、これはＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社から入手できる。ＳＵＲＢＥＮＴ（商標）ＰＶＤＦの孔サイズはシステムを出る水および／またはメタノールの料を調整する。０．２μｍのハイドロを具備する電子ベントタイプ材料のような材料もこの発明に使用でき、これはＷ．Ｌ．Ｇｏｒｅから入手できる。さらに、ＧｅｎＰｏｒｅ社から入手できる。孔サイズが約１０μｍの直径が０．２５インチの棒、厚さが約０．３μｍの直径２インチのディスク、およびＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から入手できる、孔サイズが約１０μｍ未満の焼結および／またはセラミックの多孔性材料も、この発明医利用できる。さらにＢｅｌｌ  Ｌａｂｓ社からのナノガラス材料も液体をフィルタリングするのにしようできる。ナノガラスは、特別に加工したガラスのブレードに類似するシリコン表面に電荷を与えて、小さな液体滴の振る舞いを制御する。さらに、または代替的には、米国特許出願１０／３５６，７９３に開示されている気体透過性、液体非透過性材料もこの発明に使用でき、その内容は参照してここに組み入れる。
【００３５】
バルブ３６は好ましくは遮断バルブであり、開となって、生成されたガスを所望の位置、例えば燃料電池へ搬送することができる任意のバルブであってよい。バルブ３６は水素ガスが必要なときに開にされ、水素ガスの需要がないときに閉にされる。バルブ３６はユーザにより手作業で制御されても、必要であれば、ＣＰＵまたは制御装置により自動的に制御されてもよい。バルブ３６は逆止めバルブ、カモノハシバルブ、ソレノイドバルブ、磁気バルブ、その他の機械バルブ、および／または電気バルブであってよい。この発明において使用して適切な遮断バルブはさらに本出願人に係る２００４年１１月１日出願の米国特許出願１０／９７８，９４９および同じく２００３年７月２９日出願の米国特許出願１０／６２９，００６に開示されている遮断バルブを含む。これらの内容は参照してここに組み入れる。代替的には、バルブ３６は開を維持して良く、燃料電池または装置内の他のバルブが水素の流れを制御するために開および閉されてよい。
【００３６】
この実施例では、配管１８の拡張された第２の端部が自己調整流れ制御装置１６と動作可能に関連づけられる。流れ制御装置１６を除いて、反応室部１２および貯蔵部１４は相互に仕切り部２３により隔離されている。図１（ａ）に示すように、流れ制御部１６は、バネ２２によりバイアスされたディスク２６を含む。ディスク２６およびバネ２２の双方は、区切り部２３により包囲されている。ディスク２６は区切り部２３に対して可動であり、その間にシールを形成する。シール２１、例えばＯ−リングは、図示のとおり、ディスク２６に一体に組み込み可能であり、シールを形成する。好ましくは、ディスク２６は、少なくとも、実質的に非透過性の面を含み、この面が配管１８の拡大した第２の端部を支持し、あるいは、ディスク２６が実質的に非透過性の材料から製造して良い。
【００３７】
動作状態すなわち流れている状態では、配管１８の拡大した第２の端部が芯材層２４に連結され、あるいは、接触して、流路を形成し、第２の反応物が貯蔵部１４から芯材動作（ｗｉｃｋｉｎｇ）または毛細管減少により反応室部１２に搬送されて反応し水素ガスを生成する。ガスが生成されると、反応室部１２の内部の圧力が増大する。ディスク２６は実質的にガスに対して非透過性であり、配管１８も、第２の反応物により湿潤されているときには、気体が配管１８を下降していくのを阻止することが可能であるので、増大したガスの圧力がバイアスバネ２２に抗してディスクに力を加える。さらに、シール２１は、水素ガスがディスク２６の回りを通り、および／または、漏れるのを阻止する。したがって、バルブ３６が閉の時のガスの圧力が可能のディスク２６に作用する。予め定められた圧力以上で、反応室部１２内のガス圧力がディスク２６および配管１８の拡大された第２の端部を、図１（ｂ）に示すように、芯材層２４から離して空間３７を形成する。配管１８が芯材層２４から離れると、毛細管減少の流路が遮断されて、第２の反応物の搬送が停止される。
【００３８】
水素ガスが必要なときには、バルブ３６が手作業、電子的、または自動的に開とされて、反応室部１２内のガス圧力が開放される。反応室部１２内の圧力が減少して予め定められた圧力を下回ると、バネ２２がディスク２６を押して配管１８の拡大した第２の端部が芯材層２４と接触して第２の反応物の反応室部１２への流れが再開され、水素の発生も再開される。水素ガスがもはや必要でなくなると、バルブ３６が閉じられ、反応室部１２の内部の圧力が増大して予め定められた圧力に到達し、これにより、増大した圧力が、配管１８の拡大した第２の端部をディスク２４から離して、第２の反応物の反応室部への流れが停止され、水素の生成が停止する。
【００３９】
このように、流れ制御装置１６は自己調整的であり、動作状態すなわちＯＮ位置では、配管１８の第１の端部がバネバイアスされて反応室部１２と接触して第２の反応物を芯材作用または毛細管減少により反応室部へ搬送する。非動作状態すなわちＯＦＦ位置では、予め定められた圧力を越える反応室部１２内の圧力が配管１８を反応室部１２から分離して第２の反応物の反応室部１２への流れを停止し、水素の生成を停止する。
【００４０】
貯蔵部１４内に部分的な圧力が形成されるのを最小化するために、さらに、上述の排気装置に加えて、バッフル１４０を配管１８の回りに設けて良く、このバッフル１４０は反応室部１２からの水素ガスを貯蔵部１４へ案内する排気機構である。事例的な適切な排気機構は、本出願人に係る、筆記用具に関する米国特許第５，９０６，４４６号に十分に説明されている。’４４６特許は、空気をインク貯蔵部に流入させて真空の形成を最小化し、これと同時にインクが当該排気機構を介して流れ出ないようにする、排気機構を教示している。’４４６特許の内容は参照してここに組み入れる。
【００４１】
’４４６特許の図面に示し、また図１１として部分的に再現するように、バッフル１４０は芯材要素を包囲し、複数のリブ１４２、１４４、１４６、１４８等を有する。これらリブの間の間隔は、反応室部１２から貯蔵部１４へ向かって減少する。より具体的には、反応室部１２のより近くに位置するリブ１４２は、つぎの組のリブ１４４より相対的に大きな間隔を有し、リブ１４４はリブ１４６より相対的に大きな間隔を有し、以下同様である。リブの組の数はいくつでもよく、この発明はリブの組のどのような個数にも限定されない。
【００４２】
この構成によれば、予め定められたレベルの部分的な真空が貯蔵部１４内にあるときには、水素は反応室部１２から貯蔵部１４へ連絡できるけれども、反応物は貯蔵部１４から反応室部へ流れることができない。先に検討したように、反応物の流れは配管１８を通じて制御され、これは図示のとおり２以上の異なる芯材材料を有してよい。
【００４３】
代替的な自己調整流れ制御装置１６は図１（ｃ）および１（ｄ）に示される。この自己調整流れ制御装置はハウジング３２を具備し、これが、バネ２８によりバイアスされた可動部材３０を含む。ハウジング３２は、一端で、反応室部１２に圧力入力ポート３４によって結合され反応室部１２内の圧力が入力チャンネル３４を介して連通してバイアス力に抗して可動部材３０に作用する。
【００４４】
図１（ｃ）および１（ｄ）に示し、１９で参照されるように、可動部材３０は好ましくは配管１８の一部を含む。反応室部１２内の圧力が予め定められた圧力より小さいときには、バネ２８が、部材３０を押して少なくとも部分的に整合させて少なくとも部分的に流路が形成される寸法および形状をとる。このため、動作状態すなわちＯＮ位置では、バネ２８の力が少なくとも部分的にセクション１９を配管１８と整合させて連続した毛細管の流れを配管１８の第１の端部と配管１０の拡大した第２の端部との間に形成する。貯蔵部１４の第２の反応物は配管１８の第１の端部から配管１８の第２の端部へと流れ、さらに反応室部１２へと流れることができ、反応して水素を生成する。
【００４５】
反応室部１２内の圧力が予め定められた値を越えると、図１（ｃ）に示すように、圧力がポート３４を介して可動部材３０に伝わり、部材３０をバネ２８に抗して変位させて、セクション１９がもはや配管１８と整合しなくなる。したがって、非動作状態、すなわちＯＦＦ位置では、このような非整合状態となり、このため第２の反応物の反応室部１２への流れが停止する。図１（ａ）および１（ｂ）で示す実施例と同様に、バルブ３６が開になると、反応室部１２内の圧力が減少する。圧力が開放され、バネ２８が部材３０内のセクション１９を移動させて配管１８と少なくとも部分的に整合させて、第２の反応物の反応室部１２への流れを再開できる。オプションのシールを、ＯＦＦ位置で配管１８をセクション１９から分離するために可動部材３０との間に設け、または配管１８とバネ２８との間に設け、または、配管１８と圧力ポート３４との間に設けて良い。
【００４６】
図１（ａ）および１（ｂ）に示すように、第１の反応物は固体として示される。しかしながら、第１の反応物は水性でも液体形態でもよい。添加物、例えば、安定剤、触媒、または他の添加物が第１の反応物またな第２の反応物、あるいは双方と混合され、あるいはブレンドされてよい。固体の反応物は、これに限定されないが、粉末、ペレット、多孔質構造、球、チューブ、溶解性シートまたはこれらの組み合わせを含む。この発明は、個々の燃料、または添加物、または添加物をどのように混合しブレンドするか、バス発生装置中にどのように貯蔵するかに制約されない。
【００４７】
図２に示される他の実施例では、ガス発生装置４０は自己調整流れ制御装置１６を含み、これが自己調整ガス圧調整装置４２またはガスバルブ４２と、自己調整液体制御同値４１または液体バルブ４１とを具備する。流れ制御装置１６は貯蔵部１４を反応室部１２に連結する。貯蔵部１４は第２の反応物を保持するブラダーまたはライナー４４を含んでよい。ブラダー４４は可撓性の材料または弾性材料を含む任意の材牢から製造できる。適切なブラダーは、本出願人に係る米国特許出願１０／６２９００４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。代替的にはブラダー４４に代えて、貯蔵部１４は、第２の反応物から圧力を隔離することができる任意の部材、例えば、貯蔵部１４との間でシールを形成する可動壁、圧縮ガスを収容するようになされた拡張可能ライナーを具備してよい。上述した実施例と同様に、反応室部１２は芯材層４６（芯材層２６と類似する）を具備して反応室部１２内の第２の反応物の分配を改善してよい。反応室部１２は、芯材材料または液体非透過性、気体透過性膜（膜２５に類似する）から製造されるフィラーディスク４８を具備して別個の気体収集室部５０を形成してよい。バルブ３６が設けられて、水素ガスを室部５０または反応室部５０から燃料電池へ搬送する。ディスク４８は、類似の材料から製造されるオプションのロッド４７に結合されて良く、これにより、第２の反応物を第１ン反応物のカラムを通じて支持し分配する。図２（ｂ）−２（ｄ）に示すように、第１の反応物はペレットの形態をしている必要はないけれども、ジグザグ形状のウェファ、線形のウェファ、またはグリッド形状のウェファにそれぞれなされてよい。だらに、ガス発生装置４０は、図２（ｂ）−２（ｄ）に示すように、スプレイアタッチメント３９を含んでよく、第２の反応物を第１の反応物ウェファ状に均一に分散する。
【００４８】
自己調整流れ制御装置１６は、第２の反応物が所定の条件の下で反応室部１２に入るのを可能にする。好ましくは、自己制御流れ制御装置１６は、第２の反応物を内包するブラダー４４を第１の反応物を内包する反応室部１２へ結合する気体バルブ４２および液体バルブ４１を有する。当初、ガス発生装置４０が構築された後、貯蔵部１４が加圧されてわずかな量の第２の反応物が反応室部１２に搬送されて反応が開始されて水素ガスを生成する。反応室部１２の内部の圧力が増加して、それが貯蔵部１４内の圧力と等しくなる。これら２つの区画の圧力が予め定められた差分、例えばＸ  ｐｓｉの範囲内になると、気体バルブ４２が開となってこれら２つの区画内の圧力を等しくする。これら２つの圧力が実質的に等しくなると、例えば相互にＸ  ｐｓｉ以内になると、ブラダー４４に印可する圧力が液体バルブ４１を開にできなくなり、第２の反応物の流れが生じなくなる。したがって、ガス発生装置４０は、反応室部１２が加圧されるときに非動作状態すなわちＯＦＦ位置になる。一例では、Ｘ  ｐｓｉは約１ｐｓｉから約２０ｐｓｉの予め定められた値であり、好ましくは、Ｘは５ｐｓｉでよく、より好ましくは、Ｘは約２ｐｓｉでよい。
【００４９】
水素が必要なとき、遮断バルブ３６が開となり、ガス発生装置４０が動作すなわちＯＮ位置になる。水素がガス収集室部５０または反応室部１２から搬送されると、反応室部１２内の圧力が減少する。貯蔵部１４および反応室部１２の間の圧力差がＸ  ｐｓｉをケルト、気体バルブ４２が閉となり、これにより、貯蔵部１４をより高い圧力に維持する。貯蔵部１４内の維持圧力がブラダー４４に加わり、これが液体バルブ４１を開いて第２の反応物を反応室部１２に搬送して第１の反応物と反応する。
【００５０】
高く維持された貯蔵部１４内の圧力が抽気されると、２つの室部の圧力が再びＸ  ｐｓｉ内になる。反応室部１２内の生成ガスが、反応室部１２からの圧力が貯蔵部１４内の圧力と等価になるまで、気体バルブ４２を開とし、液体バルブ４１を閉として第２の反応物の流れを停止させて反応を停止させる。水素ガスを生成する反応を継続させるために、処断バルブ３６が閉じられる。好ましくは、貯蔵部１４内の高く維持された圧力がすべて抽気される前に、双方の圧力がお互いにＸ  ｐｓｉである間に、閉じられる。このように閉じると、室部１２および貯蔵部１４の双方が再加圧される（気体バルブ４１が開のままであるので）。圧力が所望のレベルに至ると、バルブ３６が再び開とされてサイクルを再開する。バルブ３６の開および閉動作は循環的であり、ＣＰＵまたはコントローラにより制御できる。圧力ゲージをガス発生装置４０内に挿入でき、ＣＰＵ／コントローラが読み出し可能であり、これにより開／閉サイクルを制御する。ガス発生装置４０の事例的な動作サイクルは、以下にまとめられる。
【表１】
2008531450.tif 000003
【００５１】
代替的には、遮断バルブ３６を循環させることなしに水素の生成を維持するために、貯蔵部１４内のブラダー４４を連続的に例えば圧力ガスにより加圧して良い。好ましくは、貯蔵部１４は十分な量の液化炭化水素、例えば、Ｎ−ブタン、イソブタン、またはイソブタンおよびプロパンのブレンドを具備する。これらの材料の気液図は、炭化水素のうちのいくらかが液体形態のままである限り、その圧力が一定になるというものである。一例において、貯蔵部１４内の圧力は１７ｐｓｉに維持され（Ｎ−ブタンを室温で使用）、反応室部１２内の圧力が１７ｐｓｉからＸ  ｐｓｉの範囲内またはそれ以上のときに、気体バルブ４２が開となり、圧力を等価とし、液体バルブ４１を開とする当該バルブ４１を横切る顕著な圧力差がなく、そのため、流れが生じない。水素ガスが必要なときには、バルブ３６を開にして、２つの室部の間の圧力差がＸ  ｐｓｉより大きくなり、気体バルブ４２が閉となる。そして、貯蔵部１４内の圧力がブラダー４４に加わり、液体バルブ４１を開として第２の反応物を反応室部１２へと搬送する。これはバルブ３６が閉となるまで継続する。貯蔵部１４内の加圧ガスが反応室部１２に入り込むのを最小化、または阻止するために、気体バルブ４２は一方向でよく、すなわち、水素ガスの反応室部１２から貯蔵部１４への搬入のみを許容する。また、貯蔵部１４が加圧されるときに、気体バルブ４２を省略して良く、貯蔵部１４および反応室部１２の間の変化する圧力差が十分に大きく液体バルブ４１を開および閉にすることができる。この実施例はさらに図５（ａ）を参照して以下に説明する。また、多孔質膜を気体バルブ４２の近傍に配置して良い。適切な多孔性膜は、より小さな水素分子は透過させるほど大きく、より大きな炭化水素分子は阻止するほど小さいサイズでなければならない。
【００５２】
代替的には、イソブタンまたはイソブタン／プロパンのブレンドをＮ−ブタンに変えて採用して良く、その圧力はそれぞれ約３１ｐｓｉおよび５０ｐｓｉである。Ｘ  ｐｓｉは任意の圧力で良く、例えば、２ｐｓｉ、４ｐｓｉ、６ｐｓｉ等である。
【００５３】
他の動作モードにおいて、反応室部１２内の水素発生速度は遮断バルブ３６から出る寿司その速度より大きい。このため、バルブ３６が開位置にあるときに、反応室部１２の内部の圧力が、貯蔵部１４内の圧力より大きな圧力へと増大し続ける。反応室部１２内の圧力が予め定められた値だけ貯蔵部１４の内部の圧力を越えると、液体バルブ４１が閉となり第２の反応物が反応室部１２に搬入されるのを阻止し、気体バルブ４２が開となり反応室部１２の内部の圧力が少なくとも貯蔵部１４の内部の圧力と実質的に等しくなるようにできる。水素の需要が継続する場合、反応室部１２の内部の圧力は減少して貯蔵部１４内の圧力より小さな圧力となり、この結果、気体バルブ４２が閉となり、液体バルブ４１が開となる。この動作モードの要約を以下の表２に示す。
【表２】
2008531450.tif 000004
【００５４】
実際、ガス発生装置４０は、比較的新しいとき、すなわち、装置が新しく、反応速度が比較的大きいときには、表２に示される動作モードによって動作可能である。反応物が枯渇に近づき、反応速度が所定速度をしたまわると、ガス発生装置４０は表１で示される動作循環で動作してよい。
【００５５】
ガス発生装置４０はさらに開放バルブ４３を含んでよい。開放バルブ４３の目的は、反応室部１２内に過剰な圧力が形成されるのを阻止することである。例えば、開放バルブ４３は、反応室部１２内の圧力が予め定められた値に達すると開となることができるバルブである。好ましくは、開放バルブ４３は逆止めバルブである。代替的には、開放バルブ４３は手作業で開にでき、水素貯蔵領域５０内のいくらかの水素を排出する。膜２５は開放バルブ４３とともに採用して液体が装置４０から流出するのを阻止してよい。
【００５６】
図３に示すように、オプションのスタータ５２をガス発生装置４０内に含んで良い。スタータ５２は初期圧力をブラダー４４に加えて第２の反応物を反応室部１２へ案内させて反応を開始させることができる。スタータ５２は当業者に既知の任意のタイプのスタータであってよい。これは手動のスタートでもよく、ガス発生装置が生成ガスを必要とする機器に結合されると初期反応を開始できる自動スタータであってもよい。例えば、スタータ５２は、圧縮、移動、回転させて直接または間接的に圧力をブラダー４４に加えて第２の反応物の少なくとも幾分かを反応室部に案内することができるボタン、ポンプ機構、スライド機構、および／またはネジであってよい。事例的なスタータは図８（ａ）−８（ｄ）に示される。
【００５７】
図４（ａ）を参照すると、自己調整流れ制御装置１６は隔膜５６を有してよく、これがブラダー４４の開口５４を被覆して第２の反応物の流れを阻止し、また開口５４を被覆解除して第２の反応物の反応室部１２への流れを許容するように構成される。隔膜５６は、貯蔵部１４および反応室部１２の間の圧力差に応答する。図示のとおり、貯蔵部１４が、圧縮ガス、バネ、発泡体、液化炭化水素、または他の圧力機構により加圧されて実質的に一定の圧力をブラダー４４に加える。当初、最初の使用の前では、貯蔵部１４内の大きな圧力により、第２の反応物の幾分かが開口５４および隔膜５６の孔５５を通じて搬送されて第１の反応物と反応する。生成された水素が、反応室部１２内の圧力が貯蔵部１４の圧力からＸ  ｐｓｉの範囲になるまで、反応室部１２を加圧する。隔膜５６は、Ｘ  ｐｓｉの範囲内では、図４（ｃ）に示すように、開口５４を閉じ、第２の反応物の流れを停止するような寸法および形状とされる。水素ガスが必要なときには、遮断バルブ３６が開にされ、反応室部１２内の圧力が減少する。隔膜５６は図４（ｂ）に示すように開となり、この結果、第２の反応物が反応室部１２へ流れて必要な水素を生成する。水素がもはや必要でないときには、バルブ３６は遮断され、反応室部１２が再加圧されて流れを停止する。
【００５８】
図５（ａ）を参照すると、隔膜５６が逆止めバルブ５７に置き換えられて良く、これが隔膜５６と同一の条件で開および閉となる。図５（ｂ）は流れ調整器５８を示す。好ましくは、調整器５８は第２の反応物を吸収可能なフィラー材料から製造される。そのため、第２の反応物を吸収可能な任意の材料をこの発明に採用できる。適切な材料は発泡体、フィラーまたは繊維材料である。他のオプションは、これに限定されないが、復帰バルブおよび噴霧制限である。
【００５９】
図６の示すように、ガス発生装置４０は、バルブ６５および可動部材すなわちピストン６８に連結されたスタータ６４を含んで良い。スタータ６４を押してバルブ６５を開にして第２の反応物を反応室部１２へ案内して反応を開始できる。スタータ６４は手動のスタートでもよく、ガス発生装置が生成ガスを必要とする機器に結合されると初期反応を開始できる自動スタータであってもよい。可動部材６８はオプションとしてバルブ６９を含んでも良い。オプションのバルブ６９をこの発明で使用すると、スタータ６４を、初期反応を開始するのに使用できる。初期反応が開始されて反応室部１２が加圧されると、この圧力が、オプションのバルブ６９を開として第２の反応物の反応室部１２への流れを可能にする傾向があるピストン６８に加わる。
【００６０】
可動部材６８およびガス発生装置４０の壁部の間にシールを形成するために、また第２の反応物を第１の反応物と隔離するために、可動部材６８は１またはそれ以上のシール６２、例えばｏ−リングを有してよい。さらに、可動部材６８およびガス発生装置４０の壁部の間の摩擦を補償するために、オプションの（１または複数の）バネ６６を図６に示すように反応室部１２中に配置して良い。
【００６１】
反応が開始すると、反応室部１２内の圧力が予め定められたレベルへと増大して、反応室部１２内の圧力がバルブ６９を閉にして第２の反応物の反応室部１２へ至る流れを停止する。貯蔵部１４内に真空が生成されるのを最小化するために、また第２の反応物へ圧力を加え、および／または維持するために、可動部材６８がバネ６６によって貯蔵部１４へとバイアスされる。バルブ３６を開にすることにより反応室部１２内の圧力が減少されたのち、貯蔵部１４内のより大きな圧力がバルブ６９を開にしてさらに第２の反応物を反応室部１２へ搬送してさらに水素を生成させる。代替的には、オプションのバルブ６９を可能部材６８に組みこまないときに、必要時に、スタータ６４が押圧されてバルブ６５を開にして第２の反応物の反応室部１２への流れを開始させてよい。
【００６２】
他の実施例が図７に示される。この実施例は図６と類似である。ただし、バネ６６が貯蔵部１４内に配置され、可動部材６８がバルブ６９を含んでいない。さらに、スタータ６４は、軸７１に置換され、これが、バルブすなわち末端１７を具備し、これが回転可能である。軸７１が回転動作するとバルブも比例して回転し、これにより、第２の反応物の反応室部１２への流れが開始および停止される。図７に示すような、バルブシステムは一般に産業界では「線形制御バルブ」（ｌｉｎｅａｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ）または「グローブバルブ」（ｇｌｏｂｅ  ｖａｌｖｅ）として知られている。そして、初期の反応を開始するために、軸７１を回転させてバルブ１７を開にする。この実施例における水素発生プロセスは図６に関連して検討したプロセスと類似である。ただし、この実施例では、部材６８が貯蔵部１４へ移動するとき、部材６８の移動が軸７１と連結されたバルブ１７を回転させて第２の反応物の反応室部への流れを停止させる。反応室部１２内の圧力が予め定められた圧力を下回るとき、バネ６６が可動部材６８を反応室部１２へと押して、この結果、これが、軸７１に結合されているバルブ１７を回転させて開となす。
【００６３】
図８（ａ）はこの発明の他の実施例を示す。このガス発生装置においては、反応室部１２が貯蔵部１４／ブラダー４４から可動ピストン６８によって隔離されている。ただし、反応室部１２は、ピストン６８に形成された開口７８を通じてｔ貯蔵部１４に対して一定の流体連通となっている。可動ピストン６８は、また、反応室部１２内に配置されたバネ６６によって貯蔵部１４へとバイアスされている。反応を開始するためには、スタータ７４を作動させ、例えば、押圧する。スタータ７４の作動により圧力が生成されると、逆止めバルブを開にして第２の反応物を反応室部１２へ開放して第１の反応室部と反応させる。水素ガスが生成され、ガス発生装置全体を加圧する。バルブ３６が開となると、水素ガスが開放される。貯蔵部１４および反応室部１２の間の圧力差がないので、何も第２の反応物の反応室部１２への流れを阻止しない。このため、水素が、反応物が消費されるまで生成される。
【００６４】
図８（ｂ）−８（ｄ）は他のタイプのスタータを示す。図８（ｂ）に示すように、押しボタン７４がポンプボタン８２に置き換えられて良く、これが、ガス、例えば空気をブラダー７８に満たす。ブラダー７８はブラダー４４に力を加えて第２の反応物の少なくとも幾分か、または予め定められた量を反応室部１２に案内できる。さらに、図８（ｃ）に示すように、押しボタン７４をネジ式の装置７６で置き換えることができ、これを回してブラダー４４に力を加えることができる。他のオプションの実施例は、図８（ｄ）に示すように、スライド機構８２を含んでよい。この実施例では、スライドスイッチ８２が予め定められた方向に移動されるときに、ブラダー４４に力が加えられ、第２の反応物の幾分か、または予め定められた量が反応室部１２へ開放される。
【００６５】
この発明の他の実施例が図９（ａ）−９（ｄ）に示される。このガス発生装置は、第２の反応物を具備する貯蔵部１４に結合され、第１の反応物を具備する反応室部１２を含む。貯蔵部１４およびブラダー４４は制御装置１６に取り外し可能に連結できる。貯蔵部１４が制御装置１６に取り外し可能に結合されるときに、好ましくはブラダー４４が逆止めバルブを具備してブラダーをシールし、配管４５が対応する逆止めバルブを具備し配管をシールしブラダー上の逆止めバルブと係合してその間の流路を形成する。適切な対応するバルブは米国特許出願１０／６２４００６および同１０／９７８９４９に十分に開示されており、その内容は参照してここに組み入れる。また、好ましくは、リョ増部１４は上述のとおり、好ましくは液化炭化水素により、加圧される。
【００６６】
自己調整流れ制御装置１６は配管４５／隔膜９２を有し、これが棒９４と相互作用し、また動作可能に関係付けられる。棒９４は配管４５内に配される。非動作すなわちＯＦＦ位置では、図９（ｃ）に示すように、棒９４がシール面９７に愛してシール９８を有して流れを阻止する。図示のとおり、配管４５は数ターンしている。ただし、流路の実際の形状は重要でなく、この発明は配管４５のいかなる具体的な形状にも制約されない。好ましくは、シール９８は、ずれ要素（ｓｈｅａｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）なしに圧縮されてシール９８の寿命を伸ばす。これは角度のないシール面、例えばシール面９７により実現できる。動作すなわちＯＮ位置では、図９（ｄ）に最も良く示すように、棒９４およびシール９８がシール面９７から離れて流れを可能にする。シール９８はｏ−リング、ワイパー、または他の任意のシール要素を含む。
【００６７】
隔膜９２および棒９４はオプションの上側バネ８８および下側バネ９６の間で平衡状態にされている。こられバネは予め荷重を受けており、反応室部１２の予め定められた圧力に対応しており、ガス発生装置はこの圧力を越えると閉じる。オプションの調整部８６を設けてバネの相対的な荷重を調整する。図９（ｂ）に最もよく示すように、反応室部からの圧力Ｐ２が配管４５に戻される（液体の第２の反応物または生成された水素を通じて流体的に）。圧力Ｐ２は隔膜９２の底に作用し、Ｐ２が十分に大きいときに、Ｐ２が隔膜９２および棒９４を上方に押して配管４５の流路を閉とする。バネ８８および９６の予めの荷重、またはこれらバネの間の相対的な予めの荷重が圧力を決定し、配管４５が遮断される前にＰ２がこの圧力に達する。代替的には、バネ８８および９６のうちの１つを省略してよい。例えば、バネ９６を省略して、バネ８８を残し、これが隔膜９２に作用する圧力Ｐ２と平衡するようになしてよい。
【００６８】
他の実施例と同様に、反応室部１２はバルブ３６、これを被覆する少なくとも１つの液体非透過性、気体透過性の膜２５を具備する。反応室部１２は、少なくとも１つのフィラー／フィルタ４６と、隔膜９２の領域に入る粒子を阻止し、少なくともその数を減少させる、少なくとも１つのスクリーンと、ガス発生装置の目詰まりを最小化する少なくとも１つの拡散メッシュ１１４と、スクリーン１１０の閉塞を阻止する少なくとも１つの拡散メッシュ１２０とを有する。オプションとして、ガス発生装置４０は、ブラダー４４およびシール９８の間に気体非透過性部材を含んでいずれのガスもブラダー４４に入らないようにしてよい。
【００６９】
他の実施例を図１０に示す。この実施例では、ガス発生装置４０は、貯蔵部１４および反応室部１２に加えて、室部１２６を含む。室部１２６は可動部材６８によって反応室部１２から分離されており、この可動部材６８がバルブ要素１３２および１２８を配置させている。好ましくは、気体透過性／液体非透過性部材４８がバルブ要素１３２および１２８の間に配置されて、任意の生成ガスが反応室部１２から排出されるときに、反応室部１２に液体を保持するようになっている。室部１２６はさらに雄バルブ１３０を有し、これが雌バルブ１２８と結合するようになっている。
【００７０】
可動部材６８は遮断バルブ３６および貯蔵部１４の間を往復動する。一側では、可動部材６８はバネ６６によりバイアスされ、他側では、反応室部１２内で生成されたバスにより押圧可能である。可動部材６８が遮断バルブ３６へと押圧されるとき、バルブ１３０はバルブ１２８と連結してガスを反応室部１２からガス室部１３２へと搬送する。可動部材６８が貯蔵部１４へと押圧されるときに、バルブ１３４がバルブ１３２と結合して第２の反応物をさらに貯蔵部１４から反応室部１２へと搬送する。
【００７１】
好ましくは、初めての使用に先立って、反応室部１２は、加圧ガス、例えば、不活性ガス、空気または水素を含む。ガスは、雌バルブ１２８を雄バルブ１３０に適切に接触させる距離だけ可動部材６８を押圧する予め定められた圧力に近づくレベルへと、反応室部１２を加圧する。水素生成が必要なときに、バルブ３６は開となり貯蔵されたガスを開放する。この開放により、ガス室部５０内の圧力が減少し、反応室部１２内の圧力も同様である。反応室部１２内の圧力が予め定められたレベルを下回ると、バネ６６が可動部材６８を貯蔵部１４へと押す。好ましくは、バネ６６は、雄バルブ１３２を雌バルブ１３０中に挿入させるに足る距離、可動部材６８を押す。雄バルブ１３２を雌バルブ１３４に挿入することにより、経路が開となり、貯蔵部１４内の第２の反応物がオリフィス４９を介して反応室部１２へと流れることができる。第２の反応物が反応室部１２に案内されると、これが好ましくは第１の反応物と反応して水素を生成する。圧力が、予め定められた値に達し、すなわちバネ６６により可動部材６８へ加えられているある圧力を上回ると、可動部材６８が雄バルブ１３０へと押される。雄バルブ１３０の雌バルブ１２８との結合により、生成ガスが反応室部１２を出て室部５０へ至る経路が開となり、この後、バルブ３６を介してガス発生装置から排出される。
【００７２】
このサイクルが、この後繰り返され、可動部材６８は、再度、貯蔵具１４側へ移動してバルブ１３４をバルブ１３２に結合させてさらに第２の反応物を反応室部１２へ搬送する。好ましくは、貯蔵部１４は加圧され、第２の反応物が先に検討したようにブラダー４４内に貯蔵される。
【００７３】
上述の実施例の各々において、ガス発生装置４０は反応室部１２および貯蔵部１４を含む。いくつかの事例的な実施例では、反応室部１２内の第１の反応物および／または貯蔵部１４またはブラダー４４内の第２の反応物は、オプションとしての触媒、水素担持燃料、および薬剤（例えば水）の少なくとも１つを含んで良く、ここで、薬剤は、触媒を伴って、または伴わずに、第１の水素担持燃料と反応してガスを生成でき、オプションで添加物を含んで良い。好ましくは、薬剤は、触媒の存在下で水素担持燃料と反応して所望のガスを発生させる。好ましくは、反応止痛ｂ１２内の第１の反応物と貯蔵部１２またはブラダー内の第２の反応物１４は同一の組成物でない。さらに好ましくは、水素担持燃料および薬剤は別々の室部に配される。すなわち、反応室部１２内の第１の反応物が水素担持燃料であれば、薬剤を貯蔵部１４内の第２の反応物として具備することが好ましい。
【００７４】
この発明の水素担持燃料は、薬剤／組成物と反応しておよび／または所定の条件下に置かれて、水素を発生させることができる任意の燃料であってよい。いくつかの事例的な実施例では、水素担持燃料は金属水素化物を含んで良い。いくつかの事例的な実施例では、燃料は、これに限定されないが、元素周期表のＩ−ＩＩＩ族の元素の水素化物およびその混合物、例えば、アルカリ性またはアルカリ金属水素化物、またはこれらの混合物を含んで良い。他の化合物、例えばアルカリ金属水素物（アラネート）および水素化ホウ素アルカリ金属も採用して良い。例えば、水素化カルシウムを固体燃料としてこの発明に従ってそのように使用してよい。好ましくは、水素担持燃料はＮａＢＨ４を含み、これは固定形態である。好ましくは、液体形態のＮａＢＨ４を採用するときには、液体のＮａＢＨ４を含む室部が安定剤も含む。例示的な安定剤は、これに限定されないが、金属水酸化物、例えばアルカリ金属水酸化物を含んで良い。最も好ましい安定剤は、ＮａＯＨである。
【００７５】
いくつかの事例的な実施例において、第１の反応物、第２の反応物、または双方は、燃料源の反応速度を増大させることにより水素の発生を容易にする触媒を含んでよい。この発明の触媒は、所望の反応を支援できるいかなる形状またはサイズを含んでよい。例えば、触媒は粉末の形態をとるほど小さくて良く、また、貯蔵部または反応室部と同じくらいに大きくて良い。いくつかの事例的な実施例では、触媒は触媒床である。この触媒は、第１の反応物または第２の反応物の少なくとも一方が触媒に接するようになる限り、反応室部の内部、貯蔵部の内部またはブラダーの内部、反応室部、貯蔵部、またはブラダーの近傍にあってよい。
【００７６】
いくつかの事例的な実施例では、触媒は、ルテニウム触媒、白金触媒、ニッケル触媒、当業者に既知の任意の他の触媒を含んで良い。いくつかの事例的な実施例では、元素の周期律表のＶＩＩＩＢ族からの金属を具備する触媒を採用できる。好ましくは、この発明のバス発生装置とともに採用できる触媒はＣｏＣｌ２である。
【００７７】
この発明二採用できるいくつかの事例的な燃料は、これに限定されないが、メタノール、水素化ホウ素、アンモニアホウ素、およびヒドラジンを含む。これら事例的な燃料を製造するために、第１の先駆体はジメチルジカーボネート、水、ホウ素含有ポリマー、カーボネート、アンモニア、アジン、および／または過酸化水素であってよい。これらの燃料の各々は米国特許出願１０／８５４５４０に詳細に説明されており、その内容についてはすでに参照してここに組み入れた。
【００７８】
いくつかの事例的な実施例において、燃料と反応可能な薬剤は水である。好ましくは、この発明の第１の反応物は、好ましくは反応室部内に配置され、ＮａＢＨ４であり、第２の反応物は、好ましくは貯蔵部または貯蔵部内のブラダー内に配置され、水である。
【００７９】
いくつかの事例的な実施例において、オプションの添加物は、反応室部、貯蔵部および／または反応室部１８の内部にあってよく、第１の反応物および／または第２の反応物の凝固を実質的に防止できる、すなわちその凝固点を小さくできる任意の組成物であって良い。いくつかの例示的な実施例では、添加物は凍結防止剤であってよい。いくつかの例示的な実施例では、添加物はアルコールベースの組成物である。好ましくは、この発明の添加物はＣＨ３ＯＨである。ただし、上述のとおり、第１の反応物および／または第２の反応物の凝固点を小さくできる任意の添加物を採用できる。
【００８０】
液体溶液はオプションとして約３から５のｐＨの酸を含む。液体溶液に添加される酸の一例は酢酸である。この発明において酸の目的は、液体溶液および固体燃料の間のより定常的な反応を実現するため、および、反応室部の入口において障壁が形成されるのを防止するためである。
【００８１】
上述の明細書およびここで開示された発明の実践を考慮することにより、当業者にはこの発明の他の実施例が明らかであろう。この明細書および例は事例としてのみ考慮すべきであり、この発明の範囲および精神は特許請求の範囲およびその均等物により示されるべきであることに留意されたい。
【００８２】
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。添付図面は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１（ａ）】自己調整流れ制御装置具備するガス発生装置を動作状態で示す断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）のガス発生装置を非動作状態で示す断面図である。
【図１（ｃ）】図１（ａ）に示すガス発生装置において使用できる代替的な自己調整流れ制御装置を、非動作状態で示す模式図である。
【図１（ｄ）】図１（ｃ）の代替的な自己調整流れ制御装置を動作状態で示す模式図である。
【図２（ａ）】自己調整流れ制御装置を具備する他のガス発生装置の断面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）のガス発生装置とともに使用して好適な種々のウェファおよびスプレイアタッチメントの模式図である。
【図２（ｃ）】図２（ａ）のガス発生装置とともに使用して好適な種々のウェファおよびスプレイアタッチメントの模式図である。
【図２（ｄ）】図２（ａ）のガス発生装置とともに使用して好適な種々のウェファおよびスプレイアタッチメントの模式図である。
【図３】初期反応を開始させるプッシャーを具備する代替的なガス発生装置の断面図である。
【図４（ａ）】他のガス発生装置の断面図である。
【図４（ｂ）】図４（ａ）のガス発生装置の流れ制御装置を開位置で示す図である。
【図４（ｃ）】図４（ａ）のガス発生装置の流れ制御装置を閉位置で示す図である。
【図５（ａ）】図４（ａ）の実施例の変形例を示す図である。
【図５（ｂ）】図４（ａ）の実施例の変形例を示す図である。
【図６】他のガス発生装置を示す断面図である。
【図７】反応を開始させるために使用可能な回転棒を具備する他のガス発生装置を示す断面図である。
【図８（ａ）】反応を開始させる押しボタンを具備する他のガス発生装置の断面図である。
【図８（ｂ）】図３および図８（ａ）とともに使用可能な種々の開始機構を示す部分切欠き模式図である。
【図８（ｃ）】図３および図８（ａ）とともに使用可能な種々の開始機構を示す部分切欠き模式図である。
【図８（ｄ）】図３および図８（ａ）とともに使用可能な種々の開始機構を示す部分切欠き模式図である。
【図９（ａ）】隔膜を含むことが可能な自己調整流れ制御装置を具備する他のガス発生装置を示す断面図である。
【図９（ｂ）】図９（ａ）の自己調整流れ制御装置の拡大断面図である。
【図９（ｃ）】自己調整流れ制御装置が閉位置にあるときの図９（ａ）の自己調整流れ制御装置の拡大断面図である。
【図９（ｄ）】自己調整流れ制御装置が開位置にあるときの図９（ａ）の自己調整流れ制御装置の拡大断面図である。
【図１０】他のガス発生装置の断面図である。
【図１１】反応物貯蔵部内において部分的な圧力が形成されるのを最小化するために使用できるバッフルまたは排気機構を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    ガス発生装置
１２    反応室部
１４    貯蔵部
１６    自己調整流れ制御装置
１８    配管
２０    おもり
３６    バルブ
【図１（ａ）】
2008531450.tif 000005
【図１（ｂ）】
2008531450.tif 000006
【図１（ｃ）】
2008531450.tif 000007
【図１（ｄ）】
2008531450.tif 000008
【図２（ａ）】
2008531450.tif 000009
【図２（ｂ）】
2008531450.tif 000010
【図２（ｃ）】
2008531450.tif 000011
【図２（ｄ）】
2008531450.tif 000012
【図３】
2008531450.tif 000013
【図４（ａ）】
2008531450.tif 000014
【図４（ｂ）】
2008531450.tif 000015
【図４（ｃ）】
2008531450.tif 000016
【図５（ａ）】
2008531450.tif 000017
【図５（ｂ）】
2008531450.tif 000018
【図６】
2008531450.tif 000019
【図７】
2008531450.tif 000020
【図８（ａ）】
2008531450.tif 000021
【図８（ｂ）】
2008531450.tif 000022
【図８（ｃ）】
2008531450.tif 000023
【図８（ｄ）】
2008531450.tif 000024
【図９（ａ）】
2008531450.tif 000025
【図９（ｂ）】
2008531450.tif 000026
【図９（ｃ）】
2008531450.tif 000027
【図９（ｄ）】
2008531450.tif 000028
【図１０】
2008531450.tif 000029
【図１１】
2008531450.tif 000030
【国際調査報告】
2008531450.tif 000031