(57)【要約】ガス発生装置（１２）は、圧力調整され間欠回転制御される燃料搬送システムを具備する燃料導入システムを有する。流体燃料成分（２２）と、固体燃料成分に作動可能に結合された間欠回転システム（２４）を有する反応室部（１８）が実現される。この発明の固体燃料成分は反応室部内の流体燃料成分中へと案内される。さらに。間欠回転機構が、流体燃料成分と直接に接触して良いラチェット機構を有する。代替的には、反応室部はポッド内に含有され、ポッドは流体燃料成分を含有する貯蔵部も内包し、複数のポッドが設けられる。間欠回転機構がポッドを順次に進ませ、燃料成分が案内される。他の間欠回転きこうが実現される。第２の燃料電池（１４’）を設けて過剰な生成を反応室部から抜くようにしてよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室部、
上記反応室部に配された第１の反応物と、
第２の反応物に関連して作用し、第２の反応物を上記反応室部に案内して上記第１の反応物および上記第２の反応物の間の反応によりガスを生成するように構成された間欠回転機構とを有することを特徴とするガス発生装置。
【請求項２】
上記第２の反応物は上記間欠回転機構上に配置される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項３】
上記間欠回転機構は圧力駆動される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項４】
上記間欠回転機構はラチェットホイールを有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項５】
上記ラチェットホイールの外側表面に配された複数の封止ポーチであって、上記第２の反応物を当該ポーチ内に包含するものと、
上記ラチェットホイールが回転させられるときに上記封止ポーチの少なくとも１つを開けるように構成された開放機構とをさらに有する請求項４記載のガス発生装置。
【請求項６】
上記ラチェットホイールは圧力駆動の爪機構により回転させられ、上記爪は、上記ラチェットホイールに下方に角度付けて結合された複数の歯の少なくとも１つと係合する請求項５記載のガス発生装置。
【請求項７】
上記爪はバネアームである請求項６記載のガス発生装置。
【請求項８】
上記爪はラチェットホイールにヒンジ結合される請求項６記載のガス発生装置。
【請求項９】
上記爪は圧力駆動ピストンに結合される請求項６記載のガス発生装置。
【請求項１０】
上記ラチェットホイールは巻回ひねりバネにより回転させられる請求項６記載のガス発生装置。
【請求項１１】
上記ラチェットホイールと結合される関連ギアを具備する、バネ荷重、圧力駆動、ギア噛み合いロッドを有する駆動機構をさらに有する請求項７記載のガス発生装置。
【請求項１２】
上記第２の反応物を含有する複数の封止ポーチを具備するテープをその外部表面に配した供給ホイールをさらに有し、上記間欠回転機構は巻き取りホイールであり、さらに、上記テープが上記巻き取りホイールへと伸び、しかも、上記巻き取りホイールが上記テープを開放機構を越えて引くように構成される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項１３】
上記間欠回転機構はモータにより駆動される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項１４】
上記反応室部内に配される粉砕ホイールをさらに有し、上記第２の燃料反応物が、粉砕可能な塊として形成された固体燃料成分であり、さらに、上記第２の燃料反応物が粉砕されて上記第２の反応物中を上記反応室部へと導入する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項１５】
上記粉砕ホイールを回転させる駆動機構をさらに有し、上記駆動機構が上記反応室部内の圧力により制御される請求項１４記載のガス発生装置。
【請求項１６】
上記粉砕ホイールがモータにより駆動される請求項１５記載のガス発生装置。
【請求項１７】
上記粉砕ホイールの表面が少なくとも部分的に封止材料で被覆される請求項１５記載のガス発生装置。
【請求項１８】
上記反応室部に連接し、上記第２の反応物を含む燃料サイロと、
上記燃料サイロから上記反応室部へと上記第２の反応物を移動させる燃料搬送システムをさらに有し、上記反応室部の少なくとも１つの壁が液体非透過性、気体透過性の膜を有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項１９】
上記燃料搬送システムは上記反応室部内の圧力により制御される請求項１８記載のガス発生装置。
【請求項２０】
複数のポッドをさらに有する請求項１記載のガス発生装置。
【請求項２１】
上記反応室部が上記複数のポッドの各々に位置決めされ、
活性化部材が上記反応室部内に上記第１の反応物に隣接して配置され、
上記貯蔵部が上記ポッドの各々の内部に上記反応室部に隣接して形成され、上記貯蔵部が上記第２の反応物を内包し、
壊れ易い膜が上記反応室部を上記貯蔵部から分離し、
上記間欠回転機構が上記複数のポッドのうちの１つを選択し、上記活性化部材を上記貯蔵部へと進め上記第２の反応物を当該選択されたポッドの上記反応室部へ導入する請求項２０記載のガス発生装置。
【請求項２２】
上記ポッドの各々が第２の反応物を含有するマイクロマシン加工された室部を有し、各マイクロマシン加工された室部が作動可能にコントローラに結合され、上記複数のポッドが上記反応室部からスクリーンにより分離されて、マイクロマシン加工された室部の少なくとも１つが、上記コントローラにより活性化せれたときに、駆動されてその内容物を上記反応室部へ搬送するようになっている請求項２０記載のガス発生装置。
【請求項２３】
複数のピエゾ電気要素をさらに有し、上記複数のピエゾ電気要素の少なくとも１つが作動可能に関連するマイクロマシン加工された室部に結合され、上記コントローラから上記ピエゾ電気要素への電気信号が関連する階黒マシン加工された室部を駆動する請求項２２記載のガス発生装置。
【請求項２４】
上記反応室部が上記複数のポッドの各々に位置づけられ、上記第２の反応物が壊れ易い膜により上記第１の反応物から分離され、上記間欠回転機構が上記複数のポッドの各々の上記第２の反応物を順次に開放するように構成される請求項２０記載のガス発生装置。
【請求項２５】
上記第１の反応物は液体である請求項１記載のガス発生装置。
【請求項２６】
上記第２の反応物は固体である請求項１記載のガス発生装置。
【請求項２７】
上記反応室部に連結された燃料電池を有し、上記燃料電池のカソード側が酸素に露呈され、上記燃料電池のアノード側が上記反応室部の内部に露呈される請求項１記載のガス発生装置。
【請求項２８】
上記ガスが上記ガス発生装置から外部へ伝送されるときにカバーが選択的に上記カソード側に配置される請求項２７記載のガス発生装置。
【請求項２９】
固体燃料成分を液体反応物に導入する手段を有することを特徴とするガス発生装置。
【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】
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
【０００６】
カソードでの半反応：
１．５  Ｏ２  ＋  ６  Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ
【０００７】
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  １．５Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
【０００８】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）がアノードからカソード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。
【０００９】
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。アノードは、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。カソードは、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。
【００１０】
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）
【００１１】
アノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
【００１２】
カソードでの半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
既知の水素ガス生成器の１つの共通する不利益は、一旦、反応が開始されると、ガス生成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。
【００１６】
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可能な水素発生器を実現することが望まれる。
【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】
【００１７】
この発明は、著しく長い保管寿命を有し水素をより効率的に生成する燃料システム／ガス発生装置に向けられている。
【００１８】
１実施例において、この発明のガス発生装置は、第１の反応物を具備する反応室部、および、第２の反応物と作動的に結合されて第２の反応物の予め定められた量を開放させて反応室部内で第１の反応物と反応させる誘導機構を少なくとも有する。好ましくは、第１の反応物は液体で、第２の反応物は固体である。
【００１９】
他の実施例において、この発明のガス発生装置は反応物、巻き取りホイール、および供給ホイールを具備する反応室部を有する。この発明の巻き取りホイールは好ましくは間欠回転ホイールである。
【００２０】
この発明の１例に従うと、ガス発生装置は、少なくとも部分的に歯状またはギザギザに加工された間欠回転ホイールを具備する反応室部と、当該ギザギザの間回転ホイールに接触するように力を受けその一部を開放させる燃料棒とを有する。代替的には、間欠回転ホイールはギザギザの部分とポリマーのカプセル化部分を具備する。
【００２１】
他の例では、この発明のガス発生装置は、燃料搬送システムを具備する燃料案内システムを有し、燃料搬送システムは燃料を反応物に導入して水素を生成する。
【００２２】
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。
【００２３】
添付図面は明細書の一部を形成し、それと関連して理解され、種々の図において同様な参照符号は同様な部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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アノードは亜鉛粒子から生成された粒子アノードである。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。
【００２５】
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む。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
適切な既知の水素発生装置は、本出願人の出願に係る２００３年１０月６日出願の米国特許出願１０／６７９，７５６、２００４年５月２４日出願の１０／８５４，５４０、２００５年２月２５日出願の１１／０６７，１６７、および２００５年２月２５日出願の１１／０６６，５７３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。
【００２９】
この発明のガス発生装置は、第１の反応物および第２の反応物を具備する反応室部を含んで良い。第１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。両反応物は、気体、液体、含水、固体の形態であって良い。好ましくは、固体反応物は、固体の金属水素化物、または金属ホウ化水素であり、反応室部に貯蔵される液体反応物は、オプションとして添加物および触媒を混合された水である。反応物の１つは、メチルクラスレートを含んでよく、これは、基本的には、他の化合物内に包含またはトラップされたメタノールを含む。この発明の水および金属水素化物は反応して水素ガスを生成し、これが燃料電池で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以下に検討され、米国特許出願１０／８５４，５４０にも開示されており、その内容はすでにここに組みこんでいる。
【００３０】
さらに、ガス発生装置は、第２の反応物の開放、また、２つの反応物の結合を制御可能なデバイスまたはシステムを含んで良い。ガス発生装置内の動作条件、好ましくは、圧力が反応室部内の第２の反応物の開放を制御できる。例えば、反応室部内の圧力が予め定められた値より小さくなったときに、第２の反応物が開放可能である。第２の反応物の開放は好ましくは自己制御される。それゆえ、反応室部が予め定められた圧力に達し、またはこれを越えると、第２の反応物の開放が保留されて水素ガスの生成が停止される。同様に、反応室部内の圧力が減少して予め定められた圧力を下回ると、第２の反応物が再度開放されて反応室部内に導入可能になる。貯蔵部内の第２の反応物は、間欠回転機構（ｉｎｄｅｘｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）、繰り出し・巻き上げリール、ラチェット機構、その他により開放できる。好ましくは、固体の金属水素化物、例えば、水素化ホウ素ナトリウムを用いるときには、固体燃料成分が液体またはガス燃料に導入され、これについては以下の実施例で詳述する。
【００３１】
図１を参照すると、燃料サプライシステム１０が示される。システム１０はガス発生装置１２を含み、これが燃料電池１４に結合されている。燃料管１６は燃料、例えば水素ガスを燃料電池１４へ搬送する。燃料管１６は、当業界で知られている任意のタイプの燃料管、例えばプラスチック、または非反応性金属パイプまたはチューブであってよい。
【００３２】
ガス発生装置１２は、一般に、反応室部１８を含み、これは側壁２０に包囲されている。反応室部１８は少なくとも部分的に流体燃料成分２２により満たされている。流体燃料成分２２は、好ましくは液体であるけれども、気体であっても良く、好ましくは、オプションの触媒を伴って、または伴わずに、水素担持流体と反応して水素ガスを生成することができる薬剤を含む。流体燃料成分２２は水素を含有しても良い。好ましくは、流体燃料成分２２は、これに限定されないが、水、アルコール、および／または希釈酸を含む。流体燃料成分２２中の薬剤の最も一般的なソースは、水である。ただし、当業者であれば、他のタイプの薬剤もこの発明に採用できることは理解できるであろう。
【００３３】
この実施例では、間欠回転ホイール（ｉｎｄｅｘｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ）２４が反応室部１８内に配される。間欠回転ホイール２４は、流体燃料成分２２内に好ましくは埋没し、または部分的に隠れている。間欠回転ホイール２４は当業界で知られている任意の適切なホイールであり、例えば、ステンレス鋼のような非反応性金属、プラスチック、または類似の堅固な、流体燃料成分２２に対して不活性な材料から製造される。間欠回転ホイール２４は少なくとも１つの側壁２０に回転可能に結合される。間欠回転ホイール２４はラチェット化される。すなわち、間欠回転ホイール２４は一方向にしか回転できない。間欠回転ホイール２４は当業界で知られている任意の適切なラチェット機構を有し、これは例えば一方向ストップ、傾斜歯および爪、または類似の機構（図示しない）である。
【００３４】
複数の封止ポーチ２６が間欠回転ホイール２４の外側表面上に配置されている。封止ポーチ２６は固体燃料成分、好ましくは水素化ホウ素ナトリウム、ＮａＢＨ４を、好ましくは粉状、粒状、またはタブレット状態で含んでいる。ただし、当業者であれば、他のタイプの固体燃料成分もこの発明に採用できることは理解するであろう。例えば、封止ポーチ２６は、間欠回転ホイール２４の外周に接着されたテープ２５上に形成されて良い。
【００３５】
開放機構２８も反応室部１８中に含まれる。開放機構２８はその一端を側壁２０の一旦に固定して取り付け、開放機構２８の他端は好ましくは鋭利な切断または破砕面を具備するように形成される。好ましくは、開放機構２８は当該開放機構２８の鋭利な切断面が封止ポーチ２６に接触するように構成される。間欠回転機構２４が回転するときに、開放機構２８の鋭利な切断面が封止ポーチを順次に破いて、内包固体燃料成分を流体燃料成分２２中へと導入する。開放機構２８は当業界で知られている任意の適切な開放機構でよく、例えば、ナイフ、ブレード、針、または同様の、非反応性金属またはプラスチックのような堅固な材料から製造された鋭利な物体で良い。開放機構２８は、平滑または鋸歯状の切断表面、鋭利な点状チップ、その他を具備する。事例的な１実施例では、鋸歯状の切断面は、一側から他側へ移動または振動可能な可動切断表面であり、電力源、例えば電池または燃料電池１４から電力供給を受ける。
【００３６】
間欠回転ホイール２４の大きさは一般に反応室部１８内において利用可能にできる燃料の量に左右される。開放機構２８は、間欠回転ホイール２４の間欠回転ごとに、当該開放機構２８を通過した封止ポーチのみを破く。間欠回転ホイール２４のサイズ、すなわち、間欠回転ホイール２４の直径は、間欠回転ホイール２４の周囲に沿って、好ましい距離だけ、間欠回転ホイール２４の間欠回転移動ごとに送り出されるように選定される。さらに、間欠回転ホイール２４の周囲が長くなればなるほど、多くの封止ポーチ２６を間欠回転ホイール２４の周囲に配置できる。好ましくは、間欠回転ホイール２４のサイズは反応室部１８内に全体がフィットするように小さいものとする。
【００３７】
代替的には、ポーチ２６はホイール２４の側面に配置してよく、ポーチ２６は中心に向かって螺旋状に配される。開放機構２８はホイールに対して直角に配置される。さらに、ポーチ２６はホイール２４の内側面および外側面に配されて良く、この場合、開放機構２８はホイール２４の上および下方に配置される。そして、ホイール２４は当業界で知られている任意の手法に従ってギア駆動され、ホイール２４の対向する面上のポーチが交番して破かれる。
【００３８】
固体燃料成分は、一旦、流体燃料成分中へ開放されると、流体燃料成分２２と反応して水素ガスを生成し、これが燃料電池１４で利用される。固体燃料成分および流体燃料成分２２の間の反応は’１６７出願および’５７３出願に詳細に説明されており、その内容はすでに参照してここに組み入れた。ガスが生成されるにつれて、反応室部１８内の圧力（Ｐ１で表す）が、生成ガスを燃料管１６を介して燃料電池１４に搬送することにより開放可能である。圧力Ｐ１が閾値を越える場合に備えて、オプションの圧力開放バルブ（図示しない）を設けても良い。
【００３９】
逆止バルブ３４が燃料管１６の境界に、またはその近くに設けられる。逆止バルブ３４はガス発生装置１２のガスの出入りの流れを制御するのを支援し、またガス発生装置１２を封止するのに使用して良い。例えば、逆止バルブ３４は、ガスがガス発生装置１２から燃料管１６へ流れるのを許容するけれども反対方向への流れは許容しない一方向性バルブであってよい。さらに、逆止バルブ３４は、反応室部１８内の圧力Ｐ１が閾値レベルＰ２に至ったときに好ましくは自動的に開成し、閾値レベルＰ２を下回る任意の圧力で逆止バルブ３４が閉とされて、反応室部１８からガスがさらに放出されるのを阻止する。
【００４０】
オプションとして、ガス透過性・液体非透過性膜３２、例えばＧｏｒｅ−Ｔｅｘ（商標）のようなものがバルブ３４を越えて配置されて、有害となるおそれがある液体が燃料電池１４に入るのを阻止する。管１６は好ましくは他のバルブ、例えば、下流に配される遮断バルブ３５で封止され、これは水素が必要なときに燃料電池によって開成可能である。
【００４１】
間欠回転ホイール２４の動作は、好ましくは、圧力Ｐ１、すなわち、反応室部１８の内部圧力により自動的に制御され、これが、ホイール２４の回転を制御するラチェットシステムをトリガーする。ラチェットシステムは当業界で知られている任意のラチェットシステムであって良い。適切なラチェットシステムの一例は図１および図１Ａに示され、この図において、バネ荷重の膜４０、例えば、ゴムまたはウレタン膜が室部４１内に封止状態で配置され、バネ４２に結合される。膜４０は圧力応答膜であり、Ｐ１、すなわち反応室部１８内のガス圧力に対して露出される。バネ４２はバイアス力Ｋを付与して膜４０がホイール４１から遠ざかるようにバイアスする。圧力Ｐ１およびバイアス力Ｋは相互に対向し、圧力Ｐ１がバイアス力Ｋより大きいと、膜４０がホイール２４へと撓む。同様に、圧力Ｐ１がバイアス力Ｋより小さいと、バネ４２が膜４０を押してホイール２４から遠ざける。図１Ａに示すように室部４１は好ましくは外部雰囲気と連通してその内部に真空が形成されるのを阻止し、膜４０の背後の圧力を一様化可能にする。代替的には、室部４１は封止され、液化天然ガス、例えばブタンを含んでよい。液化天然ガスはバネ４２を代替可能であり、あるいは、バネ４２に加えて付加的な力を印可可能である。
【００４２】
膜４０はロッド３８に固定して取り付けられ、反応室部の圧力Ｐ１およびバネ力Ｋの対向する力に起因して膜４０が移動すると、ロッド３８も移動する。ロッド３８の他端は、爪、例えばバネアーム５０に接触する。バネアーム５０は好ましくは薄い可撓性の部材であり、これは非反応性の金属またはプラスチックから製造され、その一端が側壁２０に固定して結合され他端が間欠回転機構４６と係合している。
【００４３】
間欠回転機構４６は間欠回転ホイール２４に固定して結合され、好ましくは、複数の下方に角度付けられた歯４８を含む。歯４８は、好ましくは、平滑な外側表面を具備するような形状を有し、バネアーム５０が比較的容易に歯４８の各々の上を押圧してバネアーム５０が下側で係合できるようになっている。歯４８の各々の大きさを選定して間欠回転ホイール２４が単一の歯４８の移動ごとに固定された量だけ回転するようになっている。
【００４４】
反応室部の圧力Ｐ１が、バネ４２により加えられるバネ力Ｋより小さいと、バネ４２が膜４０を押し引きしてホイール２４から遠ざける。ロッド３８が押し上げられ、この結果、バネアーム５０を引き上げる。バネアーム５０の自由端は歯４８の１つと係合しているので、バネアーム５０が引き上げられるとホイール２４が回転する。反応室部の圧力Ｐ１がバネ４２により加えられるバネ圧力Ｋより大きいと、膜４０がロッド３８をホイール２４へとバイアスしてバネアーム５０の自由端が上側へ移動して他の歯４８の下側と係合し、燃料が新たに必要になる事態に備える。
【００４５】
間欠回転ホイール２４の動きを制御するラチェットシステムをトリガーする圧力サイクルは表１にまとめられ、以下さらに詳述する。
【表１】
2008546523.tif 000003
【００４６】
はじめに、反応室部の圧力Ｐ１はロッド３８をバネアーム５０上へと押し下げるのに十分にすることができる。これは当業界で知られている任意の手法により実現できる。例えば、システム１０が一旦組み立てられると、予め定められた量の初期化不活性ガスまたは水素が反応室部１８へ、例えばバルブ３４または他の手段を介して導入して良い。好ましくは、予め定められた量の不活性ガスまたは水素は、ロッド３８が十分な力をバネアーム５０へ加えてバネアーム５０が中立状態に復帰するのを阻止して、この結果、間欠回転ホイール２４が回転するのを阻止させるのに十分なものである。また、好ましくは、反応室部の圧力Ｐ１は当初では十分に大きくて逆止バルブ３４を開として遮断バルブ３５が開のときにガスが燃料電池１４へと流れるのを開始させる。反応室部１８内のガスが管１６を介して燃料電池１４へと搬送されるときに反応室部Ｐ１が減少する。
【００４７】
反応室部の圧力Ｐ１がバネ力Ｋより下回ると、バネ４２は伸長して膜４０が撓む。ロッド３８が上方に引かれてこれがバネアーム５０を引き上げる。バネアーム５０の自由端が歯４８と係合するときに、バネアーム５０がその動きに即して歯４８を移動させ、間欠回転ホイール２４を回転させる。間欠回転ホイール２４が回転するときに、開放機構２８の鋭利なエッジが少なくとも１つの封止ポーチ２６を切断し、裂き、または穴あけし、内包の燃料成分が液体燃料成分２２に案内されて水素ガスを生成する。反応室部の圧力Ｐ１が新たなガスの生成に起因して再び反応室部１８内で大きくなると、反応室部の圧力Ｐ１が、当該反応室部の圧力Ｐ１がＫを上回るまで増大して反応室部の圧力Ｐ１がバネ４２の力に打ち勝ち、膜４０を介してロッド３８を下方に移動させる。ロッド３８が、再度、バネアーム５０を押圧し、これにより、バネアーム５０の先端を構造４６の歯４８の少なくとも１つをエッジを越えるように押し、ホイール２４の次の回転に備える。
【００４８】
閾値レベルＰ２およびバネ力Ｋは適切に選択されてガス発生装置の自動動作が中断しないようにする。好ましくは、バネ力Ｋは閾値レベルＰ２よりほんのわずか小さい。この場合、バネ４２がロッド３８を持ちあげ、その直簿にバルブ３４が閉成する。
【００４９】
代替的には、外部のボタンのような機構がユーザにより押されて第１のポーチを開けて反応を開始させる。
【００５０】
代替的には、間欠回転ホイール２４がコントローラにより電子的に制御されてよく、これは、例えば、間欠回転ホイール２４を駆動するモータ（図示しない）を制御する燃料電池１４に結合されたマイクロプロセッサである。代替的な当該実施例のコントローラは反応室部１８内のセンサを用いたＰ１をモニタする。この圧力センサは、反応室部１８内に配置でき、約０−１００ｐｓｉの、想定される範囲の圧力を測地できる、当業者に知られている任意のタイプの圧力センサでよい。ただし、この範囲は燃料電池および使用燃料に顕著に左右される。例えば、圧力センサは、ニュージャージ州、モリスタウンのハネウェル社から入手可能な圧力変換器である。圧力センサは、歪みゲージのように動作するガラスまたはシリカ結晶であってもよい。すなわち結晶が圧力の大きさに従って電流を出力する。反応室部１８内の圧力を測定するのに適切なセンサの他の例はピエゾ電気センサである。ピエゾ電気センサは、圧力または衝撃にさらされたときに電荷を生成する固体阻止である。適切なピエゾ電気センサは多くのソースから入手でき、これにはニューヨーク州、ドヒューのＰＣＢピエゾトロニクスが含まれる。
【００５１】
他の実施例において、逆止バルブ３４が装置１０から省略され、閾値圧力Ｐ２がもはや要素でなくなる。この実施例では、遮断バルブ３５が閉成されると、反応室部１８の圧力Ｐ１がバネ力Ｋを超えてホイール２４の動きが停止し、これについては検討した。バルブ３５が開成すると、圧力Ｐ１が減少してホイール２４の間欠動作を許容する。圧力調整器をガス発生装置１０および燃料電池１４の間に配置して水素の出力を調整できる。適切な圧力調整器は、本願出願人の出願にかかる米国特許出願１１，３２７，５８０の「水素発生燃料電池カートリッジ」に開示されている。この出願は参照してここに組み入れる。
【００５２】
オプションの液体非透過、気体透過性の層／膜３２が、ガス例えば水素ガスを装置から導出させて、同時に、液体を反応室部１８内に保持する。膜３２は、当業者に知られている任意の液体非透過、気体透過性材料から製造してよい。そのような材料は、これに限定されないが、アルケン基を具備する撥水性材料を含む。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）、凍結乾燥硬膜、またはこれらの組み合わせを含む。気体透過性部材３０は、多硬質部材を被覆する気体透過／液体非透過性膜であってもよい。そのような膜の例は、ＣＥＬＧＡＲＤ（商標）およびＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）である。この発明に利用可能な他の気体透過、液体非透過性部材は、これに限定されないが、約０．１μｍから約０．４５μｍの孔サイズのＳＵＲＢＥＮＴ（商標）ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）であり、これはＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社から入手できる。ＳＵＲＢＥＮＴ（商標）ＰＶＤＦの孔サイズは、システムから出る水の量を調整する。Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ＆  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から入手可能な０．２μｍハイドロの電子ベントタイプ材料のような材料もこの発明に使用してよい。さらに、ＧｅｎＰｏｒｅ社から入手可能な約１０μｍの孔サイズの０．２５インチ直径のロッド、または約０．３μｍの厚さの２インチ直径のディスク、およびＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から入手可能な約１０μｍ未満の孔サイズの焼結および／またはセラミック多硬質材料もこの発明に使用できる。さらに、Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ社からのナノガラス材料も液体をフィルタするのに使用できる。ナノガラスは、ガラスの刃に類似した特別に加工したシリコン表面に電荷を印可して小さな液体滴の挙動を制御する。さらに、または代替的に、本出願人の出願の米国特許出願１０／３５６，７９３に開示された気体透過、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。そのような膜３２はここで検討される任意の実施例において使用可能である。さらに、フィラーまたは発泡体を膜３２上に配置して副産物またはスラリにより膜が目詰まりされるのを最小化させてよい。
【００５３】
圧力減少ポーチ３０が好ましくは反応室部１８内に配置され、より好ましくは、液体燃料成分２２中に沈められる。圧力減少ポーチ３０は、反応室部１８内の圧力が予め定められた値に到達すると内容物を開放することが可能な材料から製造される。例えば、圧力減少ポーチ３０は、予め定められた圧力下で側壁を通じてその内容物を通過させることが可能な膜から形成されてよい。代替的には、圧力減少ポーチ３０は、予め定められた圧力の下で破裂する材料から製造されてよい。好ましくは、水素ガスが製造されるときに、圧力減少ポーチ３０は、液体燃料成分２２のｐＨを上昇させる少なくとも１つの組成物を含む。液体燃料成分２２のｐＨを上昇させると、水素をほとんど生成させない点まで反応速度を減少させる。換言すると、圧力減少ポーチ３０の内容物を導入するとシステムを中和させる。したがって、圧力減少ポーチ３０の内容物は、好ましくは、ｐＨが約７より大きな、好ましくは約９から約１４の塩基組成物である。圧力減少ポーチ３０において使用して好適な事例的な組成物は水酸化ナトリウムである。さらに、圧力減少ポーチ３０の内容物は固体形態、例えば、粉末状、または液体形態でよい。そのような圧力減少ポーチ３０はここで説明される実施例にいずれにも使用してよい。
【００５４】
反応室部１８の圧力を制御する他の手法は第２の燃料電池１４’を側壁２０に配置することであり、これを図１に示す。第２の燃料電池１４’は、遮断バルブ３５が閉じているときに、過剰な水素を消費して圧力Ｐ１を最小化する。図示のとおり、第２の燃料電池１４’は側壁２０の１つの上に設けられアノード側を反応室部１８に対面させ、水素ガスと接触させ、カソード側を雰囲気空気側に対面させ酸素と接触させる。好ましくは、可動カバーゲート１３が設けられ、水素発生装置が作動中にカソード側をカバーさせて、燃料電池１４’に空気が到達せず、第２の燃料電池１４’により水素が無駄に消費されないようになっている。ユーザまたはコントローラがバルブ３５を開にすると、ゲート１３が動かされて第２の燃料電池１４’をカバーする。ユーザまたはコントローラがバルブ３５を閉にすると（または圧力Ｐ１が閾値レベルを上回ると）、ゲート１３が動かされて空気がカソードに接触可能となり、過剰な水素を消費する。電気エネルギ消費装置、例えば抵抗器または類似の回路が模式的に示されるように設けられて燃料電池１４’により生成される電気を消費する。第２の燃料電池１４’およびカバー１３はこの発明の実施例のいずれにも使用できる。
【００５５】
他の事例的な実施例において、図２に示されるように、水素発生装置１２は全体として図１および図１Ａを参照して説明したガス発生装置１２と類似であり、ガス発生装置１２は、液体燃料成分２２内に間欠回転ホイール２４を保持させた反応室部１８を含む。燃料成分を内包する封止ポーチ２６が間欠回転ホイール２４の外周上に配される。開放機構２８は、間欠回転ホイール２４が回転するときに封止ポーチ２６を開けるように構成され、バネ駆動の圧力反応膜４０がロッド３８を駆動して間欠回転ホイール２４を回転させる。膜４０は図１および図１Ａを参照して上述したように動作する。反応室部の圧力がバネ４２からの力Ｋより小さいと、膜４０はバネ４２によりホイール２４方向へバイアスされる。反応室部の圧力Ｐ１がバネ４２からの力Ｋより大きいと、膜４０が撓んでホイール２４から遠ざかる。
【００５６】
ただし、この実施例では、ロッド３８がラチェット機構４６に直接にヒンジ結合され、膜４０が上述のように撓むときに、ロッド３８がラチェット機構４６を押す。バネ荷重爪５０は間欠回転ホイール２４にヒンジ結合され、ロッド３８がラチェット機構４６を押すときに歯４８の１つと係合してラチェット機構４６に位置固定される。換言すると、爪５０および歯４８がストップとして働き、ホイール２４が反時計方向（図２）に回るのを阻止するので、ホイール２４は一方向にのみ回転可能である。反応室部の圧力Ｐ１がバネ４２の力Ｋより大きくなると、膜４０がバネ４２の方向に撓む、ロッド３８をバネ４２の方向へ引く。その後、ロッド３８がラチェット機構４６を引く。爪５０はそのヒンジ周りで回って、少なくとも１つの歯４８を乗り越える。ラチェット機構４６は爪５０のみでホイール２４に結合され、それ以外では独立して回転するので、ホイール２４は爪５０が歯４８上を滑るときには回転せず、つぎに固体燃料を反応室部１８に導入する必要が生じるまで待つ。
【００５７】
反応室部の圧力Ｐ１が減少すると、膜４０がバネ４２によりホイール２４方向へ押される。この移動によりロッド３８がホイール２４へ移動させられ、ラチェット機構４６を時計回り方向（この実施例では）に押圧する。爪５０が歯４８の１つと係合しているので、爪５０は歯４８上を滑って超えることができない。そのため、ラチェット機構４６の移動が爪５０を押し、ホイール２４を回転させる。少なくとも１つの封止ポーチ２６が開放機構２８を超えるように力を受け、これにより固体燃料成分を液体燃料成分へ導入する。
【００５８】
さらに他の代替的なラチェットシステムが図２Ａ−２Ｃに示される。このシステムでは、上述の実施例と同様に、ハウジング２０が水素発生層１２を囲む。ハウジング２０は上側部分２０ａおよび下側部分２０ｂを含み、これらが封止状態で相互に結合され内側空間１８を形成する。ポート２５が上側部分２０ａに形成され内部空間１８を燃料電池（図示しない）または燃料電池への管（図示しない）へと流体的に結合する。バルブ３４が内部空間１８およびポート２５の間に配されて、内部空間１８内の圧力、燃料ガス圧力Ｐ１が閾値レベルに到達するときにガスのみを燃料電池へと搬送するようになっている。バルブ３４は当業界で知られている任意のタイプの一方向性、圧力トリガバルブであってよいけれども、好ましくは逆止バルブである。遮断バルブ３５（図２Ａ−２Ｃには示さない）を好ましくはバルブ３４の流体的な上流に設けてユーザが他作業でまたはコントローラが自動的にガス発生装置１２からの燃料ガスの流れを制御する。
【００５９】
上側ハウジング部分２０ａの内側表面にも一連の間欠回転（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）リブ５を設けてもよい。間欠回転リブ５は好ましくは複数の等間隔に配された矩形突起であり、これは上側部分２０ａから外側に伸びている。
【００６０】
上側部分２０ａにより画定される部分において内部空間１８内でラチェットホイール２４が包囲され、これはその周囲の回りに複数の封止ポーチ２６を配している。封止ポーチ２６は燃料ガス、例えば水素、その他の、当業界で知られ、またはここで説明した燃料ガスを含む。封止ポーチ２６は当業界で知られ燃料ガスを内包することが可能な任意の材料、例えば、プラスチック、ガス、その他の液体非透過性の材料から製造されてよい。好ましくは、封止ポーチ２６は薄い壁部とされ、必要なときに封止ポーチ２６が容易に穴あけ、破壊、または破裂するようになっている。開放機構２８、例えば、先端、または鋭利にとがった針が固定して内部空間１８内でハウジング２０に固定して結合される。開放機構２８、封止ポーチ２６が間欠的に開放機構２８を通過するときに少なくとも１つの封止ポーチを穴あけ、切断、破裂させるような構成となっている。
【００６１】
任意の可撓性材料から製造された圧力反応性の膜４０が上側部分２０ａおよび下側部分２０ｂの間に配される。膜４０は、バネ荷重であり、バネ４２が下側部分２０ｂに設けられる。バネ４２は当業界で知られている任意のタイプのバネでよく、これが膜４０をホイール２４に向かってバイアスするものであり、これは例えば、コイル圧縮バネ、またはスタックバネワッシャーである。
【００６２】
回転プランジャ７ａが、図２Ａに示すように、リンクピン４１を介し得膜４０に回転可能に結合されている。回転プランジャ７ａは複数のギア歯を有し、これらが平行移動プランジャ７ｂ上の設けられた複数のギア歯と相互結合して係合する。回転プランジャ７ａの外側表面には一連の間欠回転タブ６が配される。間欠回転タブ６は回転プランジャ７から外側に伸びる突起である。ただし、各間欠回転タブ６の１つの側壁は角度づけられている。また、回転間欠タブ６は好ましくは間欠回転リブ５に較べて短く、回転プランジャ７ａおよび膜４０の間のインタフェースから伸びて回転プランジャ７ａの高さを単に部分的に超える。間欠回転タブ６は、上側ハウジング部分７ｂ上で間欠回転リブ５とインターロックして係合するように構成される。好ましくは、間欠回転タブ６の数は間欠回転リブ５の数よりすくない。
【００６３】
動作に際しては、内部空間１８が、初期状態で、例えば、封止ポーチ２６にも貯蔵されている燃料ガスの装填により充填され、遮断バルブ（図示しない）が開となっているときに燃料ガスの圧力Ｐ１が十分に大きくなるようになっている。燃料ガスの圧力Ｐ１は、また、膜４０を下側ハウジング部分２０ｂの方向へ撓ませバネ４２を圧縮させるのに十分なほど大きい。
【００６４】
膜４０が燃料ガス圧力Ｐ１から撓むときに、平行移動プランジャ７ｂが同一方向に、すなわち下側ハウジング部分２０ｂへ移動する。回転プランジャ７ａが平行移動プランジャ７ｂと係合しているので、回転プランジャ７ａも同一の方向に平行移動する。間欠回転タブ６は間欠回転リブ５に沿ってスライドする。間欠回転リブ５は間欠回転タブの傾斜した表面に実質的に押しつけられ、間欠回転プランジャ７ａを回転させる。回転プランジャ７ａが平行移動プランジャ７ｂと係合しているので、平行移動プランジャ７ｂ、その結果、ホイール２４もリンクピン４１の周りを回転する。ホイール２４が回転すると、封止ポーチ２６の少なくとも１つが開放機構２８を超えるように力を受け、穴あけされる。内部空間１８からのガスがバルブ３４を介して引き抜かれるのが、封止ポーチ２６からのガスの追加より遅いと、燃料ガス圧力Ｐ１が封止ポーチ２６からの新たなガスの開放により構成され続ける。
【００６５】
圧力が増大し続けるので、間欠回転タブ６が間欠回転リブ５から自由になり、ホイール２４の間欠回転移動が１つ完了する。燃料ガスが消費され、および／または」、バルブ３４を介して搬送されるので、燃料ガス圧力Ｐ１が減少して、バネ４２が膜４０を押して回転プランジャ７ａを平行移動して元に戻して平行移動プランジャ７ｂと再び係合し、つぎの間欠回転移動に備える。
【００６６】
他の事例的な実施例において、図３に示すように、ガス発送装置１２は全体として図１および図１Ａを参照して説明したガス発生装置１２と類似であり、ガス発生装置１２は、液体燃料成分２２内に間欠回転ホイール２４を保持させた反応室部１８を含む。燃料成分を内包する封止ポーチ２６が間欠回転ホイール２４の外周上に配される。開放機構２８は、間欠回転ホイール２４が回転するときに封止ポーチ２６を開けるように構成される。ただし、この実施例では、軸５２が、ホイール２４の中心の位置または近くで間欠回転ホイール２４から突出する。軸５２は好ましくは非反応性の金属、例えばステンレス鋼、またはプラスチックから製造される堅固なロッド状部材である。軸５２の自由端５３はス
【００６７】
回転バネ５６が間欠回転ホイール２４に取り付けられる。回転バネ５６は、間欠回転ホイール２４を回転可能な当業界で知られている任意のタイプのバネであってよい。例えば、回転バネ５６は巻き付けねじれ、またはクロックバネであってよい。回転バネ５６は回転力をホイール２４に加え、好ましくは、間欠回転ホイール２４の中央ポケット（図示しない）内に配置される。
【００６８】
図１および図２を参照して先に説明した実施例と同様に、ピストン４０がピストン室部３８内に封止状態で配置され、そのなかにバネ４２によって吊るされている。バネ４２はピストン４０をピストン室部３８の上側端に向けてバイアスする。この実施例では、ピストン４０の下側端は好ましくはスロット５４と係合するように構成されている。例えば、ピストン４０の下側端は先端化さら、または楔形形状を有してよい。反応室部１８内の圧力Ｐ１がピストン室部３８内の圧力Ｐ３より大きいと、ガスがピストン室部３８内へと流れ、Ｐ３を上昇させる。ピストン室部の圧力Ｐ３がバネ４２から受ける力Ｋを超えると、ピストン４０が下げられてピストン４０の下側端がスロット５４と係合し、これによって、間欠回転ホイール２４のさらなる回転運動が阻止される。換言すると、ピストン４０がホイール２４をその場にロックする。
【００６９】
動作に際しては、内部空間１８が、初期状態で、好ましくは圧縮され、これは第１の実施例との関係で説明したとおりである。このため、ピストン４０が下側位置にあり、ホイール２４がロックされる。ガス発生装置１２を燃料電池１４に連結するときに逆止バルブ３４が開とされ、遮断バルブ３５が開とされたのち、反応室部の圧力Ｐ１が減少し始める。反応室部の圧力Ｐ１が減少するので、ピストン室部３８内のガスが反応室部１８へと流れ、これによりピストン室部の圧力Ｐ３が減少する。ピストン室部３８から反応室部１８へ十分なガスが搬送されてピストン室部の圧力Ｐ３がバネ力Ｋより小さくなる程度にピストン室部の圧力Ｐ３が小さくなると、バネ４２が中間状態に復帰してピストンを上昇させる。そして、間欠回転ホイール２４が自由になり、回転バネ４０により加えられる回転力ゆえに回転する。同時に、反応室部の圧力Ｐ１が、逆止バルブ３４の開を維持するのに必要な圧力点へと減少して、Ｐ２がもはや利用できなくなる。逆止バルブ３４が閉となると、これによりガスが反応室部１８から燃料電池へと流れるのを遮断する。
【００７０】
図２と同様に、間欠回転ホイール２４が回転すると、開放機構２８の鋭利な先端が封止ポーチ２６を開けて、これにより、内包燃料成分を液体燃料成分２２へと案内してガスを生成させる。これは図１を参照して先に説明したとおりである。反応室部の圧力Ｐ１が新たなガスの生成により増加すると、ガスがピストン室部３８内へ流れ始める。こうしてピストン室部の圧力Ｐ３が増大する。反応室部の圧力Ｐ１が実質的に閾値圧力Ｐ２を超えると、これにより、再度、逆止バルブ３４を開にする。ピストン室部の圧力Ｐ３がＫを超えると、ピストン４０が再び下げられてスロット５４と係合し、間欠回転ホイール２４がさらに回転するのを阻止する。このサイクルは以下の表２にまとまられる。
【表２】
2008546523.tif 000004
【００７１】
図４を参照すると、他の代替的なガス発生装置が示される。この実施例では、間欠回転ホイール１２４が複数の固体燃料ポーチ１２６をその外側表面に配置させ、このホイール１２４がバネ機構１４１を用いてラチェット制御され、このバネ機構１４１がバネ荷重膜１４０をバイアスバネ１４２に結合させてロッド１３８を駆動し、これがラチェット機構１４６を回転させ、これは図２を参照して説明したとおりである。また、図２の実施例と同様に、バネ荷重爪１５０がホイール１２４にヒンジ固定され、これがラチェット機構１４６の歯１４８と係合し、一方向にのみホイール１２４を回転可能にする。
【００７２】
ただし、この実施例においては、燃料ポーチ１２６が穴あけ位置に配置されたときに、第２のバネ機構１４１’を用いて破裂要素１２８をホイール１２４に移動させる。バネ機構１４１と同様に、第２のバネ機構１４１’は、反応室部の圧力Ｐ１に露出された圧力反応性膜１４０’と、バネ力Ｋ’を反応室部の圧力Ｐ１に抗して加えるバイアスバネ１４２’とを具備する。反応室部の圧力Ｐ１がバネ力Ｋ’より大きいと、反応室部の圧力Ｐ１が膜１４０’を押すように力を加えるので、穴あけ要素１２８がホイール１２４およびポーチ１２６から遠ざかるように保持される。バネ力Ｋ’が反応室部の圧力Ｐ１より大きいと、穴あけ要素１２８がホイール１２４およびポーチ１２６へとバネ１４２’により押される。好ましくは、バネ１４２’はバネ１４２より若干弱く、ホイール１２４が回転された後、穴あけ要素１２８がホイール１２４へ押される。
【００７３】
間欠回転ホイール１２４および圧力駆動穴あけ機構１２８は、ポーチ１２６を図４Ａおよび４Ｂに示す燃料生成ポッド１２７に置き換えた場合にも採用できる。この実施例では、燃料貯蔵部（図示しない）を設けて、燃料、例えば、ポッド１２７により生成された水素ガスを保持する。燃料貯蔵部は、燃料サプライまたは燃料電池側の一方に配置してよい。各ポッド１２７は、液体燃料成分１２２を充填した室部に隣接した室部に固体燃料成分１０７の一部を含む。いずれの燃料成分はここで説明した任意の燃料成分でよく、例えば、固体燃料成分１０７としてホウ素化水素ナトリウムを用い、液体燃料成分１２２として水または水を含有する溶液を用いる。好ましくは、固体燃料の液体燃料成分の比は、固体燃料成分すべてが反応するようなものにする。さらに好ましくは、固体燃料成分のすべてを反応させるのに十分な液体燃料成分のみが設けられる。換言すれば、固体燃料成分の量は液体燃料成分と1対1で利用できるものと化学量論的に近いように関連づけられる。化学量論的な限界に近い、水素の生成は、本出願人の２００５年6月13日出願の米国特許出願６０／６８９，５７２の「水素発生装置用の燃料」において検討されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００７４】
固体燃料成分１０７および液体燃料成分１２２は薄い壊れやすい膜１０４により分離される。ロッド１０３が固体燃料成分１０７に接触し、燃料管１１３を通じて伸び、キャップ１０５を通じてポッド１２７から出る。ロッド１０３は、十分な力で衝撃が加えられたとき、固体燃料成分１０７の方向へわずかに移動することが可能である。Ｏ−リング１０２は衝撃を緩衝する。例えば、システム内の圧力変化が急激であると、ロッド１０３は打撃衝突を受ける。ただし、ロッド１０３が漸増する力を受けて衝撃を受けない場合には反応はより緩やかに起こること考えられる。
【００７５】
例えば、圧力駆動穴あけ機構１２８により、ロッド１０３が衝突すると、ロッド１０３が固体燃料成分を壊れやすい膜１０４を介して液体燃料成分１２２へ押す。好ましくは、空隙１０９が液体燃料成分１２２の下方に設けられ、可撓性の膜１０８、例えばゴムまたはウレタンの薄いシートによりこれと分離される。空隙１０９により、より多くの体積の液体燃料成分１２２が固体燃料成分１０７の付加により適切に拡大することが可能になる。
【００７６】
燃料成分１０７、１２２が反応すると燃料ガスが生成される。燃料が燃料管１１３を通じて貯蔵部（図示しない）へと移動してその中の燃料ガスを補充し、反応室部の圧力Ｐ１を上昇させる。反応室部の圧力Ｐ１が再び十分に小さくなり、ホイール１２４が図2を参照して先に説明したように回転させられると、消費されたポッド１２７が当該位置から外れて新たなポッド１２７が圧力駆動穴あけ機構１２８に整合させられる。オプションのガス透過、液体非透過性の膜１３２を設けて液体が燃料電池へ搬送されるのを阻止してよい。膜１３２は当業界で知られた任市のタイプのガス透過、液体非透過性の膜であってよく、例えば図１を参照して先に説明したものである。
【００７７】
代替的な燃料生成ポッド１２７’が図４Ｂに示される。この実施例は、図４Ａに示される実施例と類似であり、この図において、固体燃料成分１０７は静止流体管１１１の第1端に配置される。流体管１１１の第２端は流体貯蔵部１０６で終端され、これはキャップ１０５上に配される。流体貯蔵部１０６は少量の充填用液体燃料成分１２２’を含み、好ましくは、これが液体燃料成分１２２と同一の組成物である。流体貯蔵部１２４は２つの壊れやすい膜１１５、１１５’を含み、これらが流体貯蔵部１０６の両側面で相互に整合される。
【００７８】
圧力駆動穴あけ機構１２８をホイール１２４の方向へ押すと、圧力駆動穴あけ機構１２８が壊れ易い膜１１５、１１５’の双方に穴をあけ、充填用液体燃料成分１２２’が、流体管１１１を通り、固体燃料成分１０７と反応する。生成された燃料ガスが流体管１１１内に十分な圧力を形成し固体燃料成分１０７を壊れ易い膜１０４を介して液体燃料成分１２２へ押す。当業者に容易に理解されるように、十分な用の充填用液体燃料成分１２２’を供給してすべての固体燃料成分１０７を反応させてもよい。この場合、液体燃料成分１２２は省略可能である。
【００７９】
当業者に理解されるように、充填用燃料成分１２２’は、当業界で知られている任意のタイプの壊れ易い、または破砕され易いコンテナ、例えば、ガラス、プラスチック、その他から製造されたカプセル中に収容して良い。さらに、貯蔵部１０６のような貯蔵部に代えて、充填用燃料成分１２２’をアレイ状の複数の室部１１７、例えば、図４Ｃに示されるようなマイクロマシン加工されたアレイ１２３内に含ませて良い。室部１１７は好ましくはメッシュ状の基板１１９状に実装され、これは、多数のホール１２６を貫通させたガラスまたはプラスチックのシートのようなものである。室部１１７は、好ましくは、電気信号が加えられたときに既知の態様で曲がる屈曲可能な材料１２１、例えば、ピエゾ電気材料または電気活性材料により基板１１９に実装される。屈曲可能な材料１２１は好ましくはマイクロプロセッサすなわちマイクロチップのようなコントローラにリード１３１を介して結合される。コントローラが、例えば、圧力センサ（図示しない）からの信号を受信することにより、圧力の変化を検出すると、コントローラは電気信号を室部１１７の１つに供給する。信号が屈曲可能材料１２１を通るときに、屈曲可能材料１２１は曲がって、室部１１７を傾斜させる。代替的には、屈曲可能な材料１２１が曲がって室部１１７を絞り、液体燃料を排出させる。内包された液体燃料成分１２２はこぼれ落ち、ホール１２６を通り、流体管１１１に至り、これは図４Ａおよび４Ｂに示した。さきに説明したように燃料成分が反応して燃料を生成する。
【００８０】
代替的には、室部１０６が図４Ｄに示すようにカプセルまたはパッケージ１５１を含んで良い。カプセル１５１は液体燃料成分１２２および固体燃料成分１０７の双方を含む。好ましくは、液体燃料成分１２２は、壊れ易い膜のポーチ１５３内に含まれ、これは例えばプラスチックの極めて薄いシートから製造される。カプセル１５１の外側壁部１５５がポーチ１５３を包囲し、これは好ましくは気体透過性、液体非透過性の材料、例えば、ＣＥＬＧＡＲＤ（商標）またはＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）から製造されるけれども、当業界で知られている任意の材料が適切である。外側壁部１５５およびポーチ１５３の間に固体燃料成分１０７が配される。穴あけ機構１２８により衝撃を受けると、ポーチ１５３が壊れて固体燃料成分１０７および液体燃料成分１２２が混合可能になる。生成されたガスは壁１５５を通りガス貯蔵部へと排出される。
【００８１】
代替的には、外側壁部１５５およびポーチ１５３を類似の壊れ易い材料から構成して衝撃時に双方が開くようにになって良い。その後、固体燃料成分１０７および液体燃料成分１２２はポッド１２７または燃料ガス貯蔵部において混合できる。この場合、ポーチ１５３は外側壁部１５５の内部に載置する必要がなく、室部１５３ａおよび１５３ｂが単純に相互に隣接して配置され、壊れ易い壁部１５６により分離されていればよく、これを図４Ｅに示す。
【００８２】
図５を参照すると、他の代替的なガス発生装置２１２が示される。図１−３を参照して先に説明した実施例と同様に、反応室部２１８は、流体燃料成分２２２内につるされた間欠回転ホイール２２４を有する。燃料成分を内包する封止されたポーチ２２６が間欠回転ホイール２２４の外周に配される。開放機構２２８は、間欠回転ホイール２２４が回転するときに封止ポーチに穴をあけるように構成される。
【００８３】
事例的な実施例において間欠回転機構はピストン室部２３８内に封止状態で配置されるピストン２４２を有し、ピストン室部２３８は圧力伝送チューブ２５８を介して燃料管２１６に結合される。そして、ピストン室部２３８は反応室部２１８の圧力に燃料管２１６および圧力伝送部２５８を介して露呈される。軸２６４がピストン２４２とその一端で固定的に結合され、ピストン室部２３８の開放端から伸びている。軸２６４はその長さ方向にスロットまたは類似の構造を具備するように構成される。こられスロットはラチェットホイール２６６と係合する。
【００８４】
ラチェットホイール２２４は間欠回転ホイール２２４に結合され、間欠回転ホイールが一方向、例えば反時計回り方向に回転させられるときには、間欠回転ホイール２２４にロックされるけれども、間欠回転ホイール２２４が逆方向、例えば時計回り方向に回転させられるときには、間欠回転ホイール２２４に対して自由に回転するようになっている。軸２６４の他端はバイアスバネ２６８に結合され、これが軸２６４を圧力伝達チューブ２５８の方向にバイアスする。バネ２６８は当業界で知られている任意のバネであり、例えば、螺旋バネであり、十分なバネ定数を具備して軸２６４を駆動する。好ましくは、ラチェットホイール２６６および間欠回転ホイール２２４の回転比は同一である。ただし、ラチェットホイール２６６および間欠回転ホイール２２４の回転比が異なっても良い。
【００８５】
好ましくは、反応室部２１８は、所期状態で圧縮され、その内部圧力Ｐ１がトリガー圧力Ｐ２より大きく、逆止バルブ２３４を開にする。ピストン室部２３８は流体的に反応室部２１８と結合されているので、ピストン室部の圧力Ｐ３は反応室部の圧力Ｐ１と等しい。ピストン室部の圧力Ｐ３がピストン２４０を押し、ピストン室部の圧力Ｐ３により供給される力とバイアスバネ２６８からの力Ｋがこの点でバランスする。ピストン２４２への力がバランスすると、ラチェットホイール２６６の回転が阻止される。
【００８６】
反応室部２１８内のガスが燃料電池２１４へ燃料管２１６を介して搬送されると、反応室部の圧力Ｐ１が減少する。反応室部の圧力Ｐ１が減少するのに伴って、同様にピストン室部の圧力Ｐ３も減少する。ピストン室部の圧力Ｐ３が、当該圧力がバネ力Ｋともはやバランスしない点まで減少すると、バネがピストン室部の圧力Ｐ３に打ち勝って、ピストン２４２および軸２６４をピストン室部２３８内に伝達チューブ２５８へ向けて軸方向にスライドさせ、これがラチェットホイール２６６を回転させる。ラチェットホイール２６６がこの方向に回転させられるときには、間欠回転ホイール２２４に対してロックされているので、間欠回転ホイール２２４も回転する。
【００８７】
図２と同様に、間欠回転ホイール２２４が回転すると、開放機構２２８の鋭利なエッジが少なくとも１つの封止ポートを開けて、これにより内包固体燃料成分を流体燃料成分２２２へ導入して反応室部２１８内でガスを生成させる。この事例的な実施例では、ラチェットホイール２６６の回転動作が間欠回転ホイール２２４を予め定められた量だけ進めることになる。
【００８８】
反応室部２１８内でガスが生成されると反応室部の圧力Ｐ１が増大する。生成されたバスの一部は圧力伝達チューブ２５８を介してピストン室部２３８へ搬送される。そのため、ピストン室部の圧力Ｐ３も増大してピストン２４０を押す。ピストン室部の圧力Ｐ３がバネ力Ｋを上回ると、ピストン２４２および軸２６４がピストン室部２６０内でバイアスバネ２６８の方向へスライドし、バネ２６８が圧縮される。先に述べたとおり、ラチェットホイール２６６は、ピストン２４２および軸２６４がバイアスバネ２６８の方向へ移動するときには、自由に移動する。そのため、ピストン２４２および軸２６４がラチェットホイール２６６およびバイアスバネ２６８を移動させても、ラチェットホイール２６６の移動は間欠回転ホイール２２４を移動させない。反応室部の圧力Ｐ１が閾値圧力Ｐ２、すなわち、逆止バルブ２３４を開とする圧力を越えると、ガスが反応室部２１８から出てオプションの遮断バルブ２３５を介して燃料電池２１４へと流れる。
【００８９】
反応室部の圧力Ｐ１およびピストン室部の圧力Ｐ３は、ガスの燃料電池２１４への搬出に起因して、再び減少する。ピストン室部の圧力Ｐ３がもはやバネ力Ｋを上回らなくなると、バイアスバネ２６８が軸２６４およびピストン２４２をピストン室部２３８の内部で伝達チューブ２５８の方向へとスライドさせる。この移動により、ラチェットホイール２６６および間欠回転ホイール２２４が先に説明したのと同様に移動してより多くの固体燃料成分を流体燃料成分２２２へ導入する。このサイクルは以下の表３にまとめられる。
【表３】
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【００９０】
図６を参照すると、この発明に従う、さらに他の実施例のガス発生装置３１２が示される。図１−５にあるように、ガス発生装置３１２は全体として側壁３２０により形成される反応室部３１８を有する。流体燃料成分３２２が反応室部３１８内に含まれる。巻き取りホイール３７０および供給ホイール３７２が少なくとも部分的に流体燃料成分３２２内に沈んでおり、これらの中の少なくとも１つが間欠回転させられる。それらの間に開放機構３２８が配され、これは図１−５に関連して先に説明した開放機構と類似である。好ましくは、開放機構３２８は、テープ３２５を２片に分けるように配置され、また設計され、テープ３２５の２片は巻き取りホイール３７０により巻き取られる。１例において、テープ３２５は、好ましくは中央の位置で、穴あけされ、開放機構３２８が簡単にテープ３２５を２つの半体に分離できるようにする。
【００９１】
供給ホイール３７２はテープ３２５を有し、これはその表面に複数の封止ポーチ３２６を形成させている。各封止ポーチ３２６は予め定められた量の固体燃料を含有する。好ましくは、供給ホイール３７２は車軸３６９の周りに供給ホイール３７２が容易に回転できるように取り付けられる。換言すると、ホイール３７２は、それを移動させまたは停止させるどのようなギヤまたは他の機構からも自由である。ただし、供給ホイール３７２および巻き取りホイール３７０はギア３８６ａ、３８６ｂの周りに設けて、それらが相互に一致して移動することを確実にしても良い。ギアを用いるときには、好ましくはクラッチまたは滑り機構を含ませて巻き取りホイール３７０および供給ホイール３７２が相互にスリップ可能にして、テープ３２５を使用するに際して、ホイール３７０、３７２の異なる直径に起因するテープ３２５の破損を回避する。図１および１Ａを参照して先に説明した間欠回転ホイール２４と同様に、供給ホイール３７２は、流体燃料成分３２２内に沈めることが可能な材料、例えば非反応性金属またはプラスチックかれ製造された当業界で適切なホイールであって良い。
【００９２】
テープ３２５は供給ホイール３７２から巻き取りホイール３７０へと伸びる。好ましくは、巻き取りホイール３７０が、図１および２を参照して先に説明した間欠回転ホイール２４と類似の間欠回転ホイールである。ここで、巻き取りホイールは好ましくはラチェット制御されて一方向にのみ回転可能なようになっている。巻き取りホイール３７１は好ましくは先に説明した物と類似の間欠回転機構により駆動され、巻き取りホイール３７１が、供給ホイール３７２からテープ３２５を引き、これは開放機構３２８を越えて行なわれ、開放機構３２８はテープ３２５を分割しポーチ３２６を開ける。巻き取りホイールはテープ３２５の消費部分を収集領域３７１、３８３に巻き取る。ポーチ３２６は、開けられると、その中身を空にして流体燃料成分３２２に入れ、これにより、ガスの生成が触発される。任意の既知の間欠回転手法を用いて巻き取りホイール３７０を駆動して良い。好ましくは、間欠回転ホイールを駆動するために先に説明したバネ駆動機能の任意の１つを採用してよい。これら間欠回転機構を自動駆動する圧力サイクルは、上述した実施例で説明したものと同じである。
【００９３】
代替的な実施例において、巻き取りホイール３７０および供給ホイール３７２の双方は、同一のまたは異なる駆動機構を採用する、例えば、上述の機構の１または複数を使用する間欠回転ホイールである。さらに、他の例では、供給ホイール３７２は、上述の１以上の機構で回転させられるときに、テープ３２５の予め定められた分だけ開放機構３２８の鋭利なエッジを越えて押して封止ポーチ３２８を切り裂く、間欠回転ホイールである。この事例的な実施例では、巻き取りホイール３７０が好ましくは供給ホイール３７２とギア噛み合いしてテープ３２５の消費部分を巻き取る。
【００９４】
図７および８を参照すると、この発明に従う他の実施例のガス発生装置４１２は、図１−６を参照して先に説明したものと同様に、側壁４２０に包囲された反応室部４１８を有する。事例的に１実施例において、反応室部４１８は流体燃料成分４２２および粉砕ホイール４５０を有する。好ましくは、流体燃料成分４２２は図１−５を参照して先に説明した反応物に類似した液体であり、粉砕ホイール４５０は流体燃料成分４２２内に少なくとも部分的に沈んである。
【００９５】
好ましくは、粉砕ホイール４５０は側壁４２２に回転可能に取り付けられ燃料棒４８２の部分を削って流体燃料成分４２２に導入できるようになっている。粉砕ホイール４５０は、燃料棒の部分を開放して流体燃料成分４２２に入れることが可能な任意の直径を有してよい。この実施例では、粉砕ホイール４５０は外側表面を有し、その一部が粗表面４７８を有する。粗表面４７８は、当業界で知られている任意の形状の研磨構造、例えば、歯、立ち上がり粒、または他の突起刃またはこすり取り構造で粗面化またはギザギザ処理を施されてよい。粗表面４７８は、研磨に使用して適切なものとして当業者に知られている任意の材料、例えば、ステンレス鋼から製造されて良い。好ましくは、粗表面４７８の材料は著しい損傷、例えば、研磨を阻止する著しい摩耗または破損を伴うことなしに、固体燃料を研磨できる種類のものである。粗表面４７８の幅は、粉砕ホイール４５０の回転の各部分で、燃料棒４８２から適切な量の燃料成分をそぎ落とすことを確実するように選定されて良い。
【００９６】
少なくとも１つの側壁４２０ａが燃料棒区画４２８に対して開いており、これは燃料棒４８２を収容する。燃料棒４８２は固体燃料成分、例えば、上述した粉末形態でポーチ内に封止された燃料成分である。この実施例では、燃料成分は圧縮され、成型され、その他、固体形態とされる。燃料棒４８２は任意のサイズおよび構造であって良いけれども、燃料棒４８２は好ましくは四角、矩形、楕円、塩の断面形状の棒である。燃料棒４８２の幅は最大でも粉砕ホイール４５０の粉砕面の幅より小さい。
【００９７】
燃料棒区画４２８は好ましくはバイアスバネ４８６を有し、これが燃料棒４８２に力を印加し、このバイアスバネ４８２が燃料棒４８２を粉砕ホイール４５０へ押しつける。４８６により燃料棒４８２に加えられる一定のバイアス力により、燃料棒４８２が粉砕ホイール４５０と接触し続けるのを確実にする。さらに、流体燃料成分４２２が燃料棒区画４２８に染み込むのを阻止するために、燃料棒区画４２８または反応室部４１８はシール４８４を有する。好ましくは、シール４８４は、燃料棒４８２および流体燃料成分４２２に不活性な屈曲可能な封止材料、例えば、天然または合成ゴムおよびシリコーンから製造される。
【００９８】
この発明の粉砕ホイール４５０は好ましくは間欠回転駆動機構、例えば、図１−４の間欠回転ホイールに関連して上述したものを有する。反応室部４１８がガス例えば水素の存在に起因して十分に加圧されていると、粉砕ホイール４５０は静止している。例えば、図１および１Ａに示す駆動機構を採用すると、粉砕ホイール４５０は回転されない。代替的に、図３に示す駆動機構を採用すると、粉砕ホイール４５０は位置固定され回転を阻止される。そのため、粗表面４７８は棒４８に対して研磨を停止している。オプションとして、粉砕ホイール４５０の第２の部分が燃料シール４８０を有して良い。燃料シール４８０は好ましくは噴水ホイールの部分に、例えば接着剤により東風して取り付けられ、また、好ましくは粉砕ホイール４５０の十分な表面面積をカバーして、燃料シール４８０が燃料棒４８２に抗して配置されたときに、燃料シール４８０が燃料棒４８２および流体燃料成分４２２の間の接触を阻止する。燃料シール４８０は任意の適切な材料、例えば、シール４８４との関連で先に述べたものから製造して良い。燃料シール４８０の目的は、粉砕ホイール４５０と接触している燃料棒４８２の部分の特性を維持させることである。一般に、粉砕ホイール４５０と接触している燃料棒４８２の部分は流体燃料成分４２２と反応して燃料棒４８２の未使用の部分の表面に副産物の層を形成する。この副産物層は燃料棒４８２、有効に自己シールされている燃料棒４８２がさらに反応するのを阻止するけれども、この副産物層は研磨時に燃料成分をより小さな効率で反応させることになる。限定された量の燃料しかガス発生機構４１２に伴って含ませることができないので、燃料棒４８２の全ての燃料をできるだけ有効に利用することができるようにすることが望まれる。そのため、燃料シール４８０が燃料棒４８２の表面に副産物が生成されるのを阻止する。
【００９９】
反応室部４１８中のガスが燃料電池（図示しない）に搬送されるときに、燃料室部４１８の内部の圧力が減少する。反応室部４１８内の圧力が予め定められた値に到達すると、粉砕ホイール４５０が回転し、あるいは、駆動機構により回転させられ、粉砕ホイール４５０の粗表面４７８が燃料棒４８２の上を通過すると燃料組成物の一部を流体燃料成分４２２へと落とすようになっている。落とされた燃料は流体燃料成分４２２と反応してガス例えば水素を生成する。反応室部４１８内で圧力が再び形成されると、駆動機構が粉砕ホイール４５０の回転を停止する。粉砕ホイール４５０の回転が停止されたとき、好ましくは、燃料シール４８０は燃料棒４８２に接触している。
【０１００】
代替的な例では、図８に示すように、粉砕ホイール４５０は燃料シール４８０を有さない。その代わりに、粉砕ホイール４５０の表面が実質的に粗表面４７８により被覆されている。他のすべての側面において、この実施例は図７を参照して説明した実施例と同一の態様で動作する。
【０１０１】
好ましくは、モータを使用して粉砕ホイール４５０を回転させる。このモータはコントローラにより電子的に制御され、例えば、具体的には、燃料電池（図示しない）に接続されプロセッサが粉砕ホイール４５０を駆動するモータを制御する。図１および１Ａを参照して先に説明したモータ駆動の代替例と同様に、この代替実施例のコントローラは１または複数のセンサを使用して反応室部４１８内の圧力をモニタしてよく、これは上述のとおりである。反応室部４１８内の圧力が、コントローラに保持されたテーブルに記録された予め定められた値を下回ると、コントローラがモータに信号を送り粉砕ホイール４５０を回転させる。他の例では、コントローラが、反応室部４１８から燃料電池への水素ガスの流速をフロー計を介してモニタできるようにしてよく、このフロー計は当業界で知られている任意のフロー計であってよい。この例では、流速が予め定められた値を下回ると、コントローラが粉砕ホイール４５０のモータに信号を送り、これを適切な距離だけ回転させ、粉砕ホイール４５０が燃料棒４８２の部分を削り落とすようにする。使用されるモータは当業界で知られている任意の適切なモータでよく、好ましくはバッテリ作動のＭＥＭＳモータである。
【０１０２】
図９−１１を参照して、他の代替的なガス発生装置５１２が示される。ガス発生装置５１２は、燃料電池にバルブ５３４を介して結合されるように構成されたハウジング５２０を有する。ハウジング５２０は、全体として、先の実施例で説明したものと類似した、箱またはカートリッジ状の壁構造である。ハウジング５２０の一部において、気体透過性、液体非透過性の膜５３２およびハウジング５２０の側壁が反応室部５１８を形成し、これが流体燃料成分５２２で少なくとも部分的に満たされる。気体透過性層／膜５３２は当業界で知られている任意のそのような膜、例えば図１を参照して先に説明されたものであってよく、流体燃料成分５２２は燃料成分例えば先に説明した反応物と反応するのに適した液体である。オプションとして、多孔質充填材料５８８をバルブ５３４および液体非透過性、気体透過性層／膜５３２の間に配置して膜５３２を通る任意の液体を吸収させる。
【０１０３】
また、ハウジング５２０の内部に燃料サイロ５２２を配置する。燃料サイロ５２２は粉末化または粒状化された燃料成分５９６を内用する室部である。燃料サイロ５２２は、スライド可能なトレイ５９９まで搬送されるまで、燃料成分５９６を貯蔵し、トレイ５９９の中に、燃料サイロ５２２の開放下側端部に近接して区画５９７が形成される。
【０１０４】
燃料成分５９６の一部を燃料サイロ５２２から区画５９７へと搬送するために、ピストン５９２が燃料サイロ５２２の頂部近くに位置決めされ、ハウジング５２０にバイアスバネ５９４により移動可能に結合される。バイアスバネ５９４は力を与え、これが、燃料サイロ５２２内に収容された燃料成分５９６の上側表面を押す。したがって、ピストン５９２は連続的に燃料成分５９６を区画５９７へ押し込もうとする。好ましくは、逆止バルブ５９１が側壁５２０ａに設けられ燃料サイロ５２２内に真空が形成されないようにする。このような真空はピストン５９２の移動を阻止しがちである。
【０１０５】
この実施例では、離散的な量の燃料成分のインデクシングまたは供給が要求時に圧力駆動で以下の態様で行なわれる。全体として、スライド可能なトレイ５９９は、燃料サイロ５２２の開放した下側端５９３の近くに形成された粉砕室部５９５内に収容される。区画５９７はスライド可能なトレイ５９９内に配置され、好ましくは、開放した頂部および板５０６により形成された底部を有し、この底部が区画５９７の開放頂部の方向にバネ５０８によりバイアスされている。区画５９７の大きさは、スライド可能なトレイ５９９の通過のたびに特定の量の固体燃料が反応室部５１８に案内されるように選定される。
【０１０６】
バイアスバネ５２３の一端がスライド可能なトレイ５９９に結合され、他端が側壁５２０ｂに結合され、側壁５２０ｂは粉砕室部５９５の影の１つを構成する。バイアスバネ５２３は力Ｋを付与し、これがスライド可能トレイ５９９を反応室部５１８の方向へ押す。反応室部５１８の内部の圧力Ｐ１が、スライド可能トレイ５９９を側壁５２０ｂの方向に押す可変の力を付与する。図１０に示すように、加圧された状態では、反応室部の圧力Ｐ１がバネ力Ｋに打ち勝つのに十分なときに、反応室部の圧力Ｐ１がスライド可能トレイ５９９を粉砕室部５９５の内部で移動させ、区画５９７が燃料サイロ５２２の開放下側端５９３と整合する。この後、一杯分の燃料成分がピストン５９２または重力により区画５９７へ充填可能になる。一杯分の燃料成分５９６が区画５９７に充填されると、燃料成分５９６の重量が板５０６を押して、バネ５０８を圧縮させる。
【０１０７】
反応室部５１８内のガスが燃料電離へバルブ５３４を介して搬送されると、反応室部の圧力Ｐ１が減少する。反応室部の圧力Ｐ１がバネ力Ｋをもはや上回らなくなると、図１１に示すように、バイアスバネ５２３がスライド可能トレイ５９９を反応室部５１８の方向へ区画５９７が反応室部５１８内になるまで押す。バネ５０８は板５０６を区画５９７の開放頂部の方向へ駆動する。この結果、燃料成分５９６が流体燃料成分５２２へと供給される。固体燃料成分５９６は流体燃料成分５２２と反応してガスを生成する。ガスが生成されると、反応室部の圧力Ｐ１は上昇する。十分なガスが生成されたとき、反応室部の圧力Ｐ１がバネ力Ｋを上回り、スライド可能トレイ５９９が再び５２０ｂへ押されて、その後、区画５９７が再び燃料サイロ５２２の開放下側端５２３と整合するようになり、これは図１０に示す。その後、区画５９７が、再度、固体燃料成分５９６を再充填され、燃料成分５１８へつぎに押し込まれるのに備える。
【０１０８】
スライド可能トレイ５９９が、図１１に示すように、区画５９７がもはや燃料サイロ５２２の開放下側端５２３と整合しなくなるように移動するときに、スライド可能トレイの後方部分が燃料サイロ５２２の開放下側端５２３をカバーないしブロックして燃料成分５９６が粉砕室部５９５へ行かないようにして空にならないようにしている。
【０１０９】
この発明において利用可能な固体燃料成分の例は、これに限定されないが、元素周期表のＩＡ−ＩＶＡのグループ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む。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。金属水素化物のより具体的な例は、これに限定されないが、リチウム水素化物、リチウム・アルミニウム水素化物、水素化ホウ素リチウム、ナトリウム水素化物、水素化ホウ素ナトリウム、カリウム水素化物、水素化ホウ素カリウム、マグネシウム水素化物、カルシウム水素化物、およびこれらの塩および／または誘導物を含む。好ましい水素化物は、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素リチウム、および水素化ホウ素カリウムである。好ましくは、水素担持燃料はＮａＢＨ４、またはＭｇ（ＢＨ４）２の固定形態であり、また、メタノールクラスレート化合物（ＭＣＣ）はメタノールを有する固体である。固体形態において、ＮａＢＨ４は水なしには加水分解せず、このためカートリッジの保管寿命を改善する。ただし、液体形態の水素担持燃料、例えば、液体のＮａＢＨ４もこの発明に採用できる。液体形態のＮａＢＨ４を採用するときには、液体形態の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、水酸化金属、例えば、アルカリ金属水酸化物を含んで良い。このような安定剤は、米国特許第６，６８３，０２５号に説明されており、その内容は参照してここに組み入れる。好ましくは、安定剤はＮａＯＨである。
【０１１０】
固体形態の水素担持燃料は液体形態より好ましい。一般的に、固体燃料は液体燃料より有益である。なぜならば、液体燃料は固体燃料より少ないエネルギしか含まず、液体燃料は対応する固体燃料より不安定であるからである。したがって、この発明において最も好ましい燃料は粉末化または凝集粉の水素化ホウ素ナトリウムである。
【０１１１】
この発明によれば、液体反応物は好ましくはオプションの触媒の存在下で水素担持燃料と反応して水素を生成できる薬剤を有する。好ましくは、薬剤は、これに限定されないが、水、アルコール、および／または希釈酸を含む。最も一般的な薬剤は水である。先に、または以下の式において示すように、水は、オプションとしての触媒の存在下で、水素担持燃料、例えばＮＡＢＨ４と反応して水素を発生する。
Ｘ（ＢＨ４）ｙ  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｘ（ＢＯ）２  ＋  ４Ｈ２
【０１１２】
ただし、Ｘは、これに限定されないが、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌｉ、およびすべてのアルカリ金属を含み、Ｙは整数である。
【０１１３】
反応物は溶液のｐＨを増加させ、または減少させるオプションの添加物を含んでも良い。反応物のｐＨは水素を生成する速度を決定できる。例えば、反応物のｐＨを減少させる添加物は、水素発生速度を大きくする。このような添加物は、これに限定されないが、酸、例えば酢酸を含む。逆に、ｐＨを増大させる添加物は水素が殆ど生成されないレベルまで反応速度を遅くする。この発明の溶液は、７未満の任意のｐＨを有して良く、例えば、約１から約６までのｐＨであり、好ましくは、約３から約５のｐＨである。適切なｐＨのさらなる検討は本出願人の出願’５７２に見いだせ、これについては既に参照してここに組み入れた。
【０１１４】
いくつかの事例的な実施例において、反応物は、水素の発生を開始させ、および／または、反応物が反応する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。これら事例的な実施例のオプションの触媒は、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、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、反応物または燃料成分の少なくとも一方が触媒に接するようになる限り、反応室部の内部に、または反応室部の近傍にあってよい。
【０１１５】
この発明の触媒は、元素の周期律表のＶＩＩＩＢ族からの１またはそれ以上の遷移金属を含んでよい。例えば、触媒は、遷移金属、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、プラチナ）Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）を含んで良い。さらに、ＩＢ族の遷移金属、すなわち、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、および金（Ａｕ）、およびＩＩＢの遷移金属、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、および水銀（Ｈｇ）をこの発明の触媒として採用しても良い。触媒の一部として採用できる、他の遷移金属は、これに限定されないが、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、およびマンガン（Ｍｎ）を含む。この発明の触媒システムに使用して有益な遷移金属は、米国特許第５，８０４，３２９号に説明されており、その内容は参照してここに組み入れる。この発明の好ましい触媒はＣｏＣｌ２である。
【０１１６】
この発明の触媒のいくつかは一般に次の式で定義される。
ＭａＸｂ
【０１１７】
ただし、Ｍは遷移金属の陽イオン、Ｘは陰イオン、「ａ」および「ｂ」は、遷移金属錯体の電荷をバランスさせるのに必要な１から６の整数である。
【０１１８】
適切な遷移金属の陽イオンは、これに限定されないが、鉄（ＩＩ）（Ｆｅ２＋）、鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ３＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）、ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ２＋）、ニッケル（ＩＩＩ）（Ｎｉ３＋）、ルテニウム（ＩＩＩ）（Ｒｕ３＋）、ルテニウム（ＩＶ）（Ｒｕ４＋）、ルテニウム（Ｖ）（Ｒｕ５＋）、ルテニウム（ＶＩ）（Ｒｕ６＋）、ルテニウム（ＶＩＩＩ）（Ｒｕ８＋）、ロジウム（ＩＩＩ）（Ｒｈ３＋）、ロジウム（ＩＶ）（Ｒｈ４＋）、ロジウム（ＶＩ）（Ｒｈ６＋）、パラジウム（Ｐｄ２＋）、オスミウム（ＩＩＩ）（Ｏｓ３＋）、オスミウム（ＩＶ）（Ｏｓ４＋）、オスミウム（Ｖ）（Ｏｓ５＋）、オスミウム（ＶＩ）（Ｏｓ６＋）、オスミウム（ＶＩＩＩ）（Ｏｓ８＋）、イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ３＋）、イリジウム（ＩＶ）（Ｉｒ４＋）、イリジウム（ＶＩ）（Ｉｒ６＋）、プラチナ（ＩＩ）（Ｐｔ２＋）、プラチナ（ＩＩＩ）（Ｐｔ３＋）、プラチナ（ＩＶ）（Ｐｔ４＋）、プラチナ（ＶＩ）（Ｐｔ６＋）、銅（Ｉ）（Ｃｕ＋）、銅（ＩＩ）（Ｃｕ２＋）、銀（Ｉ）（Ａｇ＋）、銀（ＩＩ）（Ａｇ２＋）、金（Ｉ）（Ａｕ＋）、金（ＩＩＩ）（Ａｕ３＋）、亜鉛（Ｚｎ２＋）、カドミウム（Ｃｄ２＋）、水銀（Ｉ）（Ｈｇ＋）、水銀（ＩＩ）（Ｈｇ２＋）、その他を含む。
【０１１９】
適切な陰イオンは、これに限定されないが、水素化物（Ｈ−）、フッ化物（Ｆ−）、塩化物（Ｃｌ−）、臭素化物（Ｂｒ−）、ヨウ化物（Ｉ−），酸化物（Ｏ２−）、硫化物（Ｓ２−）、窒化物（Ｎ３−）、リン化物（Ｐ４−）、次亜塩素酸塩（ＣｌＯ−）、亜塩素酸塩（ＣｌＯ２−）、塩素酸塩（ＣｌＯ３−）、過塩素酸塩（ＣｌＯ４−）、亜硫酸塩（ＳＯ３２−）、硫酸塩（ＳＯ４２−）、硫酸水素塩（ＨＳＯ４−）、水酸化物（ＯＨ−）、シアン化物（ＣＮ−）、チオシアネート（ＳＣＮ−）、シアネート（ＯＣＮ−）、過酸化物（Ｏ２２−）、マンガン酸塩（ＭｎＯ４２−）、過マンガン酸塩（ＭｎＯ４−）、ジクロメート（Ｃｒ２Ｏ７２−）、炭酸塩（ＣＯ３２−）、炭酸水素塩（ＨＣＯ３−）、燐酸塩（ＰＯ４２−）、燐酸水素塩（ＨＰＯ４−）、燐酸二水素塩（Ｈ２ＰＯ４−）、アルミン酸塩（Ａｌ２Ｏ４２−）、ヒ酸塩（ＡｓＯ４３−）、硝酸塩（ＮＯ３−）、酢酸塩（ＣＨ３ＣＯＯ−）、蓚酸塩（Ｃ２Ｏ４２−）、その他を含む。好ましい触媒は、塩化コバルトである。
【０１２０】
いくつかの例示的な実施例において、オプションの添加物は、反応物および／または反応室部の内部にあってよい。このオプションの添加物は、反応物および／または燃料成分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る。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、例えば、凍結防止剤であってよい。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、反応物１２および／または燃料成分の凝固点を小さくできる任意の添加物を採用できる。
【０１２１】
さらに、図１−１１を参照して先に検討したガス発生装置のいずれかにより生成された燃料ガスの流れの特性、例えば圧力および流速を制御するために、図１２に示す流れ制御システム３１を採用して燃料貯蔵部１８を燃料電池システム１４に結合して良い。流れ制御システム３１は、図１および１Ａ、その他を参照して上述したように、好ましくは、バルブ３４を有してガス発生装置１８の出力を制御する。遮断バルブ３５も設けて良い。燃料ガスはバルブ３４を通じて燃料伝送管１６へ流れる。燃料伝送管１６の長さ部分に沿って圧力調整器３３があり、これは当業界で知られている任意のタイプの圧力調整器でよい。好ましくは、出力圧力のレベル変化がある場合、圧力調整器３３は２段圧力調整気であり、この場合、第１段が圧力を設定量に減少させ、その後、第２段が圧力を最適化する。適切な圧力調整器は、ニューハンプシャー州のグリーンランドのＢｅｓｗｉｃｋ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社から入手可能なＰＲＤ２圧力調整器である。さらに、流速を一層制御するために、小さな径を具備するオプションのオリフィス３６を圧力調整器３３の下流に配置する。オリフィス３６の好ましい直径は約０．０５ｍｍでありけれども、オリフィス３６のサイズは、燃料のタイプ、燃料電池のタイプ、および燃料電池により駆動される負荷を含む、多くの要素に左右される。圧力調整器およびオリフィス３６を組み合わせてほぼ一定の流速で燃料を燃料電池１４へ供給できる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】この発明に従う１実施例の燃料サプライの正面断面模式図である
【図１Ａ】ラチェット機構を説明する、図１の実施例の側面断面模式図である。
【図２】代替的なラチェット機構の模式的な側面図である。
【図２Ａ】他の代替的なラチェット機構の模式的な側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのラチェット機構の分解図である。
【図２Ｃ】図２Ａのラチェット機構の分解図である。
【図３】ラチェット機構の代替的な実施例の側面断面模式図である。
【図４】この発明に従う代替的な実施例の燃料サプライの模式的な側面図である。
【図４Ａ】図４の燃料サプライに用いる代替的な燃料ポッドの拡大した断面模式図である。
【図４Ｂ】図４の燃料サプライに用いる他の代替的な燃料ポッドの拡大した断面模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに示される燃料ポッドに用いられる代替的な作動機構の模式図である。
【図４Ｄ】図４Ｂに示される燃料ポッドとともに使用される燃料カプセルの模式的な断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｂに示される燃料ポッドとともに使用される代替的な燃料カプセルの模式的な断面図である。
【図５】代替的な実施例のラチェット機構の模式的な一部断面図である。
【図６】巻き取りホイールを具備するこの発明の他の実施例に従う燃料サプライの模式的な平面一部断面図である。
【図７】燃料棒および複数の歯を具備するホイールを有する他の燃料サプライの模式的な正面断面図である。
【図８】燃料棒およびホイールを有し、ホイールの一部が複数の歯を具備しホイールの他の部分が封止材料を具備する、他の燃料サプライの模式的な正面断面図である。
【図９】この発明の他の実施例に従う燃料伝送システムを具備する燃料サプライの模式的な正面断面図である。
【図１０】図９の燃料伝送システムの拡大部分図であり、加圧状態の供給機構の動作を説明する図である。
【図１１】図９の燃料伝送システムの拡大部分図であり、非加圧状態の供給機構の動作を説明する図である。
【図１２】この発明に従う任意の燃料サプライとともに使用される燃料伝送システムの模式図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１２    ガス発生装置
１４、１４’    燃料電池
１８    反応室部
１０    カートリッジ
２２    流体燃料成分
２４    間欠回転ホイール
２６    固体燃料成分を含む封止ポーチ
２８    開放機構
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【国際調査報告】
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