(57)【要約】この発明は牽強応答バルブ付きの燃料サプライに向けられている。環境応答バルブは、温度、圧力、または速度のような環境要素に応答する。このバルブは、環境的にドリガとなる事象がもはやなくなったときにバルブが自動的にリセットするように構成して良い。【選択図】  図３ｂ
2008516400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料サプライおよび燃料電池とともに使用されるように構成されたバルブにおいて、
上記バルブは、
ハウジングと、
上記ハウジングの内部に配置された環境応答部材とを有し、
上記バルブは、選択された環境要素が変化するときに、作動状態および非作動状態の間を遷移可能であり、
上記環境応答部材は、変化した環境要素に応じて上記バルブを介した燃料の流れを変更するように動作することを特徴とするバルブ。
【請求項２】
上記作動状態において減量された流れが上記バルブを介して許容される請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
作動状態における上記バルブを介した燃料通路が非さ同状態における燃料通路より小さい請求項２記載のバルブ。
【請求項４】
上記バルブは作動状態においてシールされる請求項１記載のバルブ。
【請求項５】
上記作動状態において上記環境応答部材はシール面と協働して上記バルブをシールする請求項４記載のバルブ。
【請求項６】
上記シール面は上記ハウジングの表面に配置される請求項５記載のバルブ。
【請求項７】
上記シール面は上記ハウジングに連結される請求項５記載のバルブ。
【請求項８】
上記シール面は上記ハウジングと一体である請求項５記載のバルブ。
【請求項９】
選択された上記環境要素は上記燃料の温度である請求項１記載のバルブ。
【請求項１０】
上記バルブは、上記燃料の温度が予め定められた温度を下回るときに上記非作動状態であり、上記燃料の温度が上記予め定められた温度より大きいときに上記作動状態である請求項９記載のバルブ。
【請求項１１】
上記予め定められた温度は上記燃料の沸点より小さい請求項１０記載のバルブ。
【請求項１２】
上記予め定められた温度は上記燃料の沸点より約３°Ｃ小さい請求項１１記載のバルブ。
【請求項１３】
上記予め定められた温度は上記燃料の沸点より約５°Ｃから約１０°Ｃ小さい請求項１１記載のバルブ。
【請求項１４】
上記燃料はメタノールである請求項１１記載のバルブ。
【請求項１５】
上記環境応答部材は上記燃料の沸点より小さな沸点の液体を含む請求項１０記載のバルブ。
【請求項１６】
上記液体の少なくとも一部がほぼ上記予め定められた温度において相変化を伴い、上記環境応答部材の体積が増加する請求項１５記載のバルブ。
【請求項１７】
上記液体がシール部材中に含まれ、上記シール部材が上記バルブの上記ハウジング上のシール面と協働して上記バルブをシールする請求項１５記載のバルブ。
【請求項１８】
上記液体は他の燃料である請求項１５記載のバルブ。
【請求項１９】
上記液体は少なくとも２つの他の液体の混合物である請求項１５記載のバルブ。
【請求項２０】
上記環境応答部材は環境応答バネを有し、上記環境応答バネは上記燃料の温度が上昇すると拡張し、上記燃料に温度が予め定められた温度に達するときに上記バルブをシールする請求項９記載のバルブ。
【請求項２１】
上記温度応答バネはシール部材をバイアスし、上記シール部材が上記バルブの上記ハウジング上のシール面と協働して上記バルブを上記さ同状態においてシールする請求項２０記載のバルブ。
【請求項２２】
上記温度応答バネはバイメタル金属から製造される請求項２１記載のバルブ。
【請求項２３】
上記温度応答バネは金属材料またはポリマー材料から製造される請求項２１記載のバルブ。
【請求項２４】
上記温度応答バネはシール部材中に含まれる請求項２１記載のバルブ。
【請求項２５】
上記温度応答バネはシール部材に隣接する請求項２１記載のバルブ。
【請求項２６】
上記温度応答バネはコンテナ中に含まれる温度応答ワックスを有する請求項２１記載のバルブ。
【請求項２７】
上記温度応答バネは、コンテナ中に含まれる、燃料の沸点を下回る沸点の液体を有する請求項２１記載のバルブ。
【請求項２８】
上記温度応答バネはコンテナ中に含まれる気体を有する請求項２１記載のバルブ。
【請求項２９】
上記温度応答バネは少なくとも１つの腕部を有する請求項２１記載のバルブ。
【請求項３０】
上記腕部が上記シール部材と結合する請求項２９記載のバルブ。
【請求項３１】
上記温度応答バネはダイアフラムを有する請求項２１記載のバルブ。
【請求項３２】
上記環境応答部材は温度応答部材を有し、上記温度応答部材は上記燃料の温度が上昇すると拡張し、上記燃料に温度が予め定められた温度に達するときに上記バルブをシールする請求項９記載のバルブ。
【請求項３３】
上記温度応答部材はシール部材と結合して動作する請求項３２記載のバルブ。
【請求項３４】
上記温度応答部材は上記シール部材に付着する請求項３３記載のバルブ。
【請求項３５】
上記温度応答部材は上記シール部材の内部にある請求項３３記載のバルブ。
【請求項３６】
上記温度応答材料は中間部材と結合して動作し、上記中間部材が上記シール部材と結合して動作する請求項３３記載のバルブ。
【請求項３７】
上記温度応答部材はバイメタル部材を有する請求項３３記載のバルブ。
【請求項３８】
上記バイメタル部材はダイアフラムである請求項３７記載のバルブ。
【請求項３９】
上記温度応答部材は温度応答ワックスを有する請求項３３記載のバルブ。
【請求項４０】
上記バルブはさらに上記温度応答ワックスの拡張の少なくとも一部を吸収するクッションを有する請求項３９記載のバルブ。
【請求項４１】
さらに第２の温度応答部材を有する請求項３２記載のバルブ。
【請求項４２】
選択された上記環境要素は上記環境応答部材に加えられる圧力である請求項１記載のバルブ。
【請求項４３】
上記バルブは、加えられる上記圧力が予め定められた圧力を下回るときに上記非作動状態であり、加えられる上記圧力が上記予め定められた圧力より大きいときに上記作動状態である請求項４２記載のバルブ。
【請求項４４】
上記作動状態において上記環境応答部材は上記ハウジングのシール面と協働して上記バルブをシールする請求項４３記載のバルブ。
【請求項４５】
上記環境応答部材はシール部材を有する請求項４４記載のバルブ。
【請求項４６】
上記シール部材は液体を内包する請求項４５記載のバルブ。
【請求項４７】
バネが上記シール部材の内部に含まれる請求項４５記載のバルブ。
【請求項４８】
上記シール部材はバネと協働する請求項４５記載のバルブ。
【請求項４９】
上記シール部材はバネによってバイアスされる請求項４５記載のバルブ。
【請求項５０】
加えられる上記圧力が上記シール部材をバイアスバネに抗して押圧して上記バルブを上記さ同状態においてシールする請求項４９記載のバルブ。
【請求項５１】
上記シール部材がその内部に通路を形成し、上記非作動状態において上記通路が液体流路と整合し、かつ、上記作動状態において、加えられる上記圧力が上記シール部材に働いて上記通路を上記流路と整合しないようにして上記バルブをシールする請求項４２記載のバルブ。
【請求項５２】
上記ハウジングは少なくとも第１の流れ戻り通路を有し、上記環境応答部材はその中に通路を形成し、上記非作動状態において上記第１の流れ戻り通路が上記燃料から隔離され、上記燃料が上記環境応答部材中の上記通路を介して流れる請求項４２記載のバルブ。
【請求項５３】
第１の作動状態において、加えられた上記圧力が上記環境応答部材に働いて上記第１の流れ戻り通路を上記燃料に対して露出させる請求項５２記載のバルブ。
【請求項５４】
上記ハウジングはさらに第２の流れ戻り通路を有し、第２の作動状態において、加えられた上記圧力が上記環境応答部材に働いて上記第１の流れ戻り通路および上記第２の流れ戻り通路を上記燃料に対して露出させる請求項５３記載のバルブ。
【請求項５５】
上記ハウジングはさらに第３の流れ戻り通路を有し、第３の作動状態において、加えられた上記圧力が上記環境応答部材に働いて上記第１の流れ戻り通路、上記第２の流れ戻り通路、および上記第３の流れ戻り通路を上記燃料に対して露出させる請求項５４記載のバルブ。
【請求項５６】
上記第１の作動状態、第２の作動状態、または第３の作動状態において、上記燃料は上記環境応答部材中の通路を介して流れる請求項５５記載のバルブ。
【請求項５７】
選択された上記環境要素は上記バルブを流れる燃料の速度である請求項１記載のバルブ。
【請求項５８】
選択された上記環境要素は、上記燃料の温度、または上記燃料により上記環境応答部材に加えられる圧力のいずれかである請求項１記載のバルブ。
【請求項５９】
上記ハウジングは少なくとも１つの流れバイパス通路を形成する請求項１記載のバルブ。
【請求項６０】
上記環境応答部材の上記ハウジングに対する位置は少なくとも１つの位置決めバネにより保持される請求項１記載のバルブ。
【請求項６１】
上記環境応答部材は復帰バネにより保持されて上記バルブが上記作動状態から上記非作動状態に移動可能にする請求項１記載のバルブ。
【請求項６２】
上記環境応答部材は、上記燃料が上記燃料電池から出さないようにする遮断状態にさらに移行可能である請求項１記載のバルブ。
【請求項６３】
上記遮断状態において、上記環境応答部材はシール面と協働して上記バルブをシールする請求項６２記載のバルブ。
【請求項６４】
上記バルブの初期状態において上記環境応答部材は上記遮断状態にあり、上記燃料電池中のポンプが起動されて上記環境応答部材を上記非作動状態に移行させる請求項６２記載のバルブ。
【請求項６５】
燃料サプライおよび燃料電池とともに使用されるように構成された連結装置において、上記バルブは、予め定められた温度で拡張するように構成された圧力応答部分を有し、上記部分の拡張体積が拡張前の体積より大きいことを特徴とする結合装置。
【請求項６６】
上記圧力応答部分は複数の襞を有し、上記部分が拡張するときに上記襞の折り畳みが開放される請求項６５記載の連結装置。
【請求項６７】
上記圧力応答部分は上記部分が拡張するときに伸びる弾性部分を有する請求項６５記載の連結装置。
【請求項６８】
燃料電池用の燃料サプライにおいて、
燃料室部を形成する外側ケーシングと、
上記燃料室部を上記燃料電池に流体的に結合する環境応答バルブとを有し、
上記環境要素が予め定められた閾値を下回っているときに上記バルブが非作動状態であり、上記環境要素が上記予め定められた閾値を上回っているときに上記バルブが動作状態であり、上記バルブは上記作動状態および上記非作動状態の間を移行可能であることを特徴とする燃料サプライ。
【請求項６９】
上記非作動状態における上記燃料流が上記作動状態における上記燃料流より大きい請求項６８記載の燃料サプライ。
【請求項７０】
上記動作状態における上記燃料流は実質的にゼロである請求項６８記載の燃料サプライ。
【請求項７１】
上記作動状態において上記燃料流の少なくとも一部が上記燃料電池から分流される請求項６８記載の燃料サプライ。
【請求項７２】
上記作動状態において上記燃料の少なくとも一部が上記バルブ内部に貯蔵される請求項６８記載の燃料サプライ。
【請求項７３】
さらにプランジャを有し、上記プランジャおよび上記シール部材が切り離し可能に結合されて上記予め定められた圧力で上記シール部材を上記プランジャから切り離して上記燃料の上記燃料電池への流れを停止する請求項４５記載のバルブ。
【請求項７４】
上記シール部材は、上記プランジャの溝に取り外し可能に保持される止め部を有する請求項７３記載のバルブ。
【請求項７５】
上記止め部および溝は環状である請求項７４記載のバルブ。
【請求項７６】
上記シール部材と上記プランジャの外側面との間の縛りばめが上記予め定められた圧力に屈して上記シール部材が上記プランジャに対して移動可能になる請求項７３記載のバルブ。
【請求項７７】
上記ハウジングはさらにバルブ室部壁を有し、上記シール部材がさらにヒンジ部分および第２のシール面を有し、上記予め定められた圧力で上記ヒンジ部分が上記しール部材の上記第２のシール面を移動させて上記バルブ室部壁に接触させて上記燃料の上記燃料電池への流れを停止させる請求項４５記載の燃料サプライ。
【請求項７８】
上記シール部材は、上記ヒンジ部分を介して、上記第２のシール面を含むウイング部分に付着される環状部分を有し、上記ヒンジ部分は９０°より大きな角度で上記環状部分に付着される請求項７７記載の燃料サプライ。
【請求項７９】
上記ヒンジ部分は上記シール部材の上記環状部分および上記ウイング部分の１つより薄い請求項７８記載の燃料サプライ。
【請求項８０】
上記シール部材の上記ヒンジ部分は上記プランジャの長手方向の軸に対して９０°より大きな角を形成する請求項７７記載の燃料サプライ。
【請求項８１】
上記シール部材の部品の上記ヒンジ部分は上記プランジャの外側面に対して逸れて曲がる請求項７７記載の燃料サプライ。
【請求項８２】
上記シール部材と一体に結合されて単一の部品を構成するプランジャをさらに有し、上記予め定められた圧力で上記部品が上記ハウジング上の上記シール面方向に移動して燃料の上記流れを制限して上記バルブをシールする請求項４５記載の燃料サプライ。
【請求項８３】
上記シール部材およびプランジャからなる部品はされにヒンジ部分および第２のシール面を有し、上記予め定められた圧力で上記ヒンジ部分が上記第２のシール面を移動させて上記ハウジングのバルブ室部壁に接触させて燃料の上記燃料電池への上記流れを制限する請求項８２記載の燃料サプライ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は係属中の平成１６年１０月５日出願の米国特許出願１０／９５８，５７４の部分継続出願であり、その内容は参照してここに組み入れる。
【０００２】
この発明は、一般には、燃料を種々の燃料電池に供給する、カートリッジのような燃料サプライに関する。より詳細には、この発明は、燃料の流れを制御する環境応答バルブを具備するカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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、および、（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に分けることができる。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。
【０００５】
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。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。
【０００６】
比較的大きな供給に用いるＤＭＦＣは、酸化剤、典型的には空気または酸素を陰極に供給するファンまたはコンプレッサ、水／メタノール混合物を陽極に供給するポンプ、および膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を有する。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：
【０００７】
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
【０００８】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）が陽極から陰極を通り抜けてマイグレーションするために、また、自由電子（ｅ−）がＰＥＭを通り抜けられないため、電子は外部回路を通って流れなければならず、外部回路を通して電流を生じさせる。この外部回路は、モバイルすなわちセル電話、計算機、パーソナルデジタツアシスタンツ、ラップトップコンピュータ、電力ツールなどの有益な消費者向けの電子製品であってよい。ＤＭＦＣは、特許文献１および特許文献２に開示されており、詳細はこれらに記載のとおりである。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などの高分子から作られており、ＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオ化合物材料、その他である。陽極は、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）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。
【０００９】
上述のように、他の燃料電池において、燃料が水素に改質され、水素が燃料電池内で酸素と反応して電気を生成する。このような改質燃料は、多くの種類の燃料を含み、これにはメタノールおよび水素化ホウ素ナトリウムが含まれる。水素化ホウ素ナトリウム改質燃料電池の他の燃料反応は以下のようなものである：
ＮａＢＨ４（液体）＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）（液体）
陽極での半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
陰極での半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
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。
【００１０】
燃料カートリッジ、燃料電池、および／または燃料再充填デバイスの間で燃料を搬送するためにバルブが必要である。既知の技術は種々のバルブおよびフロー制御デバイス、例えば特許文献４および特許文献５ならびに特許文献６および特許文献７に説明されるものを開示している。変動する環境要素に応じて燃料の流れを制御するフローバルブが要請される。
【特許文献１】米国特許第５９９２００８号
【特許文献２】米国特許第５９４５２３１号
【特許文献３】米国特許第４２６１９５６号
【特許文献４】米国特許第６５０６５１３号
【特許文献５】米国特許第５７２３２２９号
【特許文献６】米国特許出願公開ＵＳ２００３／００８２４２７Ａ１
【特許文献７】米国特許出願公開ＵＳ２００２／０１９７５２２Ａ１
【発明の開示】
【００１１】
この発明は、燃料の温度、圧力、燃料の流速のような変動する環境要素により作動可能なバルブを具備する燃料電池用の燃料サプライに向けられている。環境対応バルブは、燃料の急激な変化から燃料電池を防護するように働く。いくつかの実施例では、この発明の環境対応バルブは、選択環境要素が予め定められた値に到達すると、燃料の流れを遮断してよい。他の実施例では、環境対応バルブは、燃料電池を動作させるに足る燃料が当該バルブを通じて流れるようにして燃料電池およびそれが給電する電子装置が継続して動作可能にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面に例示され、以下で詳細に説明されるように、この発明は、燃料電池用の燃料、例えば、メタノールおよび水、メタノール／水混合物、種々の濃度または純粋なメタノールのメタノール／水混合物を貯蔵する燃料サプライに向けられている。メタノールは多くの種類の燃料電池、例えば、ＤＭＦＣ、酵素燃料電池、および改質燃料電離、その他に利用できる。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、水素化ホウ素ナトリウムのような金属水素化物、水素に改質できる他の化学物質、または、燃料電池の性能を改善する他の化学物質を含んでよい。燃料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質含み、これが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、燃料サプライ中に貯蔵できる。金属燃料電池に対しては、燃料はＫＯＨ電解質反応溶液に浸漬された液体担持亜鉛粒子の形態をしており、電池空洞中の陽極は亜鉛粒子からなる粒状陽極である。ＫＯＨ電解質溶液は、「１または複数の負荷に電力供給するように構成された燃料電池システムの使用方法」という題名で２００３年４月２４日に公開された米国公開特許出願２００３／００７７４９３Ａ１に開示されており、参照してここに組みこむ。燃料は、また、メタノール、過酸化水素、および硫酸の混合物を含み、これはシリコンチップ状に形成された触媒を通過して流れ燃料電池反応を生成する。燃料は、また、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公開特許出願２００３／００９６１５０Ａ１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。
【００１３】
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。
【００１４】
種々の環境要素が燃料電池の性能に悪影響を与える。例えば、燃料が高温、高燃料流速、高あるが燃料電池を損傷する。メタノールは好ましい燃料であるが、その沸点は約６５°Ｃである。すなわち、メタノール燃料サプライが、高温の環境で（すなわち６５°Ｃと等しいかそれ以上の温度で）貯蔵されると、例えば、暑い気候の車内または暑い気候のブリーフケース内に貯蔵されると、液体メタノールが気相に変化して燃料サプライに高圧を加える。燃料サプライが電子装置に結合されて状態が変わると、燃料が増大した速度で流れて燃料電池を損傷させる。このため、予め定められた環境条件、例えば、流速、または温度で、流れるのを阻止しまたは減速させるためのフローバルブが望まれる。
【００１５】
添付の図面に示され以下に詳述されるように、この発明は、負荷１１に給電する燃料電池ＦＣ（仮想線で示す）または燃料電池システムに供給を行うための燃料サプライすなわちカートリッジ１０に向けられており、これを図１に示す。負荷すなわち電気装置１１は、燃料電池が給電する任意の有益な家庭電化製品の外部回路および関連機能である。図１において、燃料電池ＦＣは電気装置１１内に含まれている。電気装置１１は、例えば、コンピュータ、モバイルすなわちセルラー電話機、計算機、電気工具、園芸工具、パーソナルデジタルアシスタンツ、デジタルカメラ、コンピュータゲームシステム、携帯型音楽システム（ＭＰ３またはＣＤプレーヤ）、グローバルポジショニングシステム、およびキャンプ用品、その他であってよい。
【００１６】
図示の実施例では、電気装置１１はラップトップコンピュータである。燃料電池ＦＣ内でＭＥＡ（図示しない）により生成された自由電子は電気装置１１を介して流れる。この実施例では、当業者に知られているように、ハウジング１２が、電気装置１１およびその電子回路ならびに燃料電池ＦＣの他の要素（すなわちポンプおよびＭＥＡ）を保持し、収容し、防護する。ハウジング１２は、好ましくは、消費者／エンドユーザがハウジング１２内の室部１４に対して燃料カートリッジ１０を容易に装着・離脱できるように構成される。
【００１７】
カートリッジ１０は、内側ライナーまたはブラダーを伴い、または伴うことなく形成できる。ライナーおよび関連部品を具備しないカートリッジは、「燃料電池用の燃料カートリッジ」と題され、２００４年８月５日に公開された、米国特許出願公開ＵＳ２００４−０１５１９６２Ａ１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。内側ライナーまたはブラダーを具備するカートリッジは、「柔らかいライナーを具備する燃料カートリッジ」と題され、２００５年２月３日に公開された、米国特許出願公開ＵＳ２００５−００２３２３６Ａ１に開示されており、その内容も参照してここに組み入れる。
【００１８】
さらに図１および図２において、燃料カートリッジ１０は、外側シェルまたは外側ケーシング１６、および第１および第２ノズル１８ａおよび１８ｂを有する。外側ケーシング１６は、その内部に燃料２２を保持する燃料室部２０を形成するように構成される。第１ノズル１８ａは連結バルブ２４（仮想線で示す）を収容し、これが燃料室部２０と流体的に連通する。連結バルブ２４を用いて室部２０に燃料を満たして良い。適切な連結バルブ２４は、「連結バルブを具備する燃料カートリッジ」と題され、２００５年２月３日に公開された、米国特許出願公開ＵＳ２００５−００２２８８３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。
【００１９】
カートリッジ１０はさらに排出バルブまたはオプションの気体透過、液体非透過の膜２６を有し、これが、カートリッジ１０を満たすときに空気を排出可能にする。代替的には、膜２６は、燃料電池反応により生成されカートリッジ内に蓄えられた気体副産物を、使用時に排出可能にする。膜２６は気体透過で液体非透過の膜でよく、これにより、燃料が消費されたときに、カートリッジ１０内で真空が形成されるのを最小限にできる。そのような膜はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナイロン、ポリアミド、ポリビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、またはその他のポリマー性膜材料から製造できる。商業的に入手可能な撥水性ＰＴＦＥの微多孔性膜はＷ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ者およびＭｉｌｓｐｏｒｅ者、その他から入手できる。Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ（商標）は適切な膜である。Ｇｏｒｅｔｅｘ（商標）は小さすぎて液体は通さないが気体を通すには十分に大きい孔を含む微多孔性膜である。
【００２０】
第２ノズル１８ｂは遮断または制御バルブ２８（仮想線で示す）を収容する。好ましくは、燃料室部２０はバルブ２８とも流体的に連通する。バルブ２８を用いて燃料２２を燃料室部２０から排出できる。バルブ２８は好ましくは環境応答部材を含み、これは以下に詳細に検討する。代替的には、バルブ２４を省略して、バルブ２８を用いて室部２０に燃料を充填してもよい。
【００２１】
開成状態すなわち非作動状態において、選定されている環境要素が予め定められた閾値レベルを下回っていると、環境応答材料または部材が初期の位置、すなわち開成位置にあり、燃料２２が通常どおりに室部２０から燃料電池ＦＣへバルブ２８を介して流れることが可能となる。バルブ２８をポンプとともに用いて選択的に燃料２２を室部２０から燃料電池ＦＣへ搬送するようにしてよい。選定されている環境要素が予め定められた閾値レベルに至り、またはこれを越えると、環境応答部材が作動されてバルブ２８が開成／非作動状態から閉成／作動状態に移行して、燃料２２が室部２０から燃料電池ＦＣへ流れるのを阻止し、あるいは、室部２０から燃料電池ＦＣへの燃料２２の通常の流れを維持して、過剰な燃料をどこかにそらす。閉成／作動上程では、環境応答バルブ２８が燃料電池への過剰な燃料の流れを阻止する。環境要素は燃料の流れの温度、圧力または速度、その他であってよい。
【００２２】
図３ａを参照すると、環境応答バルブ１２８の第１の実施例は、図示のように、ノズル１１８ｂおよびシール部材１３６を有する。ノズル１１８ｂは第１、第２、および第３の穴部１３０、１３２、１３４をそれぞれ含む。第１および第３の穴部１３０、１３４の径は第２の穴部１３２の径より小さい。第２の穴部１３２の径は、シール部材１３６が、開成状態で、穴部１３２内を自由に移動できるのに十分な程度に大きい。燃料が矢印Ｆでしめすように流れるときに、少なくとも１つのギャップｇがノズル１１８ｂ内に形成されて燃料を燃料室部２０から燃料電池ＦＣへ流せるようになっている。
【００２３】
シール部材１３６は、温度応答材料または部材１３８を含む、ベローズ、風袋、またはケーシングである。この発明は、シール部材１３６の形状に限定されるものではなく、シール部材１３６は、球、卵形、円筒、多面体、その他であってよい。シール部材１３６は好ましくは圧力により伸長可能で、元の形状に、または形状へと復帰可能で、ノズル１１８ｂの内面に接触してシールを行える弾性材料から製造する。
【００２４】
燃料がメタノール、または、メタノールを含むブレンドのとき、温度応答材料１３８は好ましくはメタノールの沸点と等しいかまたは下回る予め定められた閾値温度を有する。１実施例では、温度応答材料１３８は、予め定められた閾値温度より低い沸点の液体であってよい。より好ましくは、その液体の沸点は、燃料の沸点より約３°Ｃ低く、かつ通常の室温よりかなり高い。ここではメタノールについて説明するけれども、この発明はいずれの種類の燃料にも限定されない。
【００２５】
約６５°Ｃすなわちメタノールの沸点を下回る沸点の、温度応答材料１３８用に適切な液体は以下に列挙される化合物を含む。
【表１】
2008516400.tif 000003
【表２】
2008516400.tif 000004
【表３】
2008516400.tif 000005
【表４】
2008516400.tif 000006
【００２６】
代替的には、温度応答材料１３８は２以上の成分のブレンドであってもよく、これはブレンドの沸点が予め定められた閾値温度よりも低くなるようにする。
【００２７】
沸点が約６５°Ｃすなわちメタノールの沸点より下回る適切なブレンドは、以下に列挙される成分ブレンドを含む。
【表５】
2008516400.tif 000007
（ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ＆  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ８１ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０００−２００１，ＰＰ６−１７４から６−１７７を参照されたい）
ｔＡＺ＝共沸点温度
Ｘ１＝成分２の各チョイスに対する成分１のモル分率
【００２８】
図３ａを再度参照すると、バルブ１２８が開成すなわち非作動状態であると、燃料の流れＦは邪魔されない。１実施例では、バルブ１２８は圧力または燃料速度に応答する。燃料流が遅い、または閾値レベルより下回ると、燃料は予め定められた閾値圧力を下回る圧力をシール部材１３６に加える。燃料はバルブ１２８を通り抜け、シール部材１３６はシール面１３２ａと非接触になる。この結果、燃料流はバルブ１２８により減少させられたり、阻害されたりすることがない。シール面１３２ａは斜面（ベベル）であってよい。また、それは放射状であってもよいし、部分１３２、１３４の間の角度が９０°であってもよい。
【００２９】
燃料流が増大してバルブ１２８に圧力を加え、それが、予め定められた閾値圧力になり、またはそれを上回ると、シール部材１３６は移動して少なくともその一部がシール面１３２ａと接触して燃料流を減少させ、または、阻害する。これによって、燃料流の速度または圧力の急激な変動から燃料電池ＦＣを保護する。このような急激な変動は燃料電池の効率を損傷または減少させるものである。圧力が閾値圧力を下回るまで減少すると、バルブ１２８は開成状態すなわち非作動状態に復帰する。
【００３０】
バルブ１２８は温度にも応答する。温度応答部材１３８が予め定められた閾値温度以上になると、例えば、メタノールが燃料の場合約６５°Ｃ以上になると、液体138の少なくとも一部が沸騰して気体状態に移行する。シール部材１３６内部の体積が増大してシール部材１３６が拡張してノズル１１８ｂのシール面１３２ｂに接触する。好ましくは、シール部材１２８とノズル１１８ｂは平滑面で接触する。液体／気体１３８からの内部圧力によりシール部材１３６とシール面１３２ｂとの間にシール接触が行われる。この結果、バルブ１２８は作動状態すなわち閉成状態になり（図３ｂに示すように）、燃料室部２０（図１）から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆが減少させられ、または阻止される。バルブ１２８は、燃料２２の沸点到達のまえに、閉成状態に移行するので、燃料電池ＦＣを損傷する燃料流の急激な変化を阻止する。
【００３１】
温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、材料１３８は液体状態に復帰し、シール部材１３６内の内部圧力が減少し、この結果、シール部材１３６は元の形状、体積へと復帰する。
【００３２】
他の実施例では、位置決め装置を用いてシール部材１３６を位置決めし、またはシール部材１３６に抗し、これは図４ａに示される対向するバネ対１４０、１４１であってよい。バネ１４０、１４１は係止部（図示しない）により部分１３０、１３４においてそれぞれ保持され、シール部材１３６を接触して、シール部材１３６を拡張部分１３２の中央に配置する。バネ１４０、１４１は作動の後にシール部材１３６を開成位置に戻すこともできる。バルブ１２８ｂを温度にのみ応答するようになすには、バネ１４１の剛性を大きくして流速や圧力に起因するシール部材１３６の移動に抗するようにする。この位置決め装置は以下に説明する他の類似の実施例にも採用できる。
【００３３】
さらに他の実施例において、バルブ１２８ｃ（図４ｂに示す）は、バルブ１２８ｃから圧力応答性を減少させ、または、取り除く代替的な手段を含んでよい。バルブ１２８ｃにおいて、ノズル１１８ｂ’は部分１３０から部分１３２への通路１３１および部分１３４から部分１３２への通路１３３を含む。どのような速度または圧力でも、燃料は通路１３１および１３３を介して流れる。この結果、バルブ１２８ｃが圧力に応じて燃料流を減少させまたは素子することがない。この変更は、以下に説明される他の類似の実施例に採用できる。
【００３４】
さらに他の実施例において、バルブ１２８ｄ（図４ｃに示す）は、バルブ１２８ｄから圧力応答性を減少させ、または、取り除く代替的な手段を含んでよい。バルブ１２８ｄにおいて、ノズル１１８ｂ’は、面取りされたシール面１３２ｂおよび部分１３４中のバネ１４１を含む。部分１３０は通路１３１を含んで、これにより、予め定められた温度になってシール部材１３６が拡張部分１３２の壁部と協働してバルブをシールするまで、燃料が確実に流れる。燃料流が遅い、すなわち、閾値レベルを下回っていると、燃料Ｆがシール部材１３６に予め定められた閾値を下回る圧力しか加えず、燃料は部分１３２および／または通路１３１を通じて移動し、バネ１４１は、シール部材１３６をシール面１３２ａとシール接触させない剛性を有する。この結果、バルブ１２８ｄは燃料流を減少させたり阻止したりしない。バルブ１２８ｄはバルブ１２８と同様にして温度に応答する。この変更は以下に説明する他の類似の実施例に採用できる。
【００３５】
さらに他の実施例において、バルブ１２８ｅ（図４ｄに示す）は、バルブ１２８ｅから圧力応答性を変更する代替的な手段を含んでよい。バルブ１２８ｅにおいて、ノズル１１８ｂ’は、面取りされたシール面１３２ａおよび部分１３２中の流れ板１３３を含む。板１３３は多数の円周状に離間して設けられた多数の孔１３３ａを含んでよい。燃料流が遅い、すなわち、閾値レベルを下回っていると、燃料Ｆがシール部材１３６に予め定められた閾値を下回る圧力しか加えず、燃料は部分１３２および孔１３３ａまたは板１３３の周囲を通じて移動する。この状態では、流れは十分でなく、シール部材１３６がシール面１３２ａと部分的にシール接触することさえない。この結果、バルブ１２８ｅは燃料流を減少させたり阻止したりしない。板１３３は、燃料流に対して、比較的大きく、直接的な表面を構成し、バルブの圧力応答性を増大させる。孔１３３ａの数およびサイズに応じて圧力応答性を減少させることができる。
【００３６】
燃料流が増大し、予め定められた閾値圧力以上の圧力が働くと、シール部材１３６が、板１３３により支援され、シール面１３２ａと少なくとも部分的にシール接触するように移動する。この結果、バルブ１２８ｅの圧縮応答性はバルブ１２８より大きくなる。圧力が閾値圧力より小さくなると、バルブ１２８ｅは開成状態すなわち非作動状態に戻る。この変更は以下に説明する他の類似の実施例に採用できる。板１３３の周囲に立ち上がり側壁を設けてシール部材１３６に対する板の回動を最小化してよい。
【００３７】
図５を参照すると、第２の実施例の環境応答バルブ２２８が示される。ノズル２１８ｂはノズル１１８ｂと同様であり、バルブ２２８はバルブ１２８と同様である。バルブ２２８もシール部材すなわち薄いポリマーのシール部材２３６を含み、これが液体形態の温度応答要素２３８を内包し、その沸点温度は燃料電池の燃料より小さい。
【００３８】
シール部材２３６は、好ましくは、圧力の下で伸張でき、かつ元の形状に復帰できるポリマー材料から製造される。さらに、ポリマー材料は圧力の下でノズル２１８ｂの内側面と接触してシールを構成する。適切な商業的に入手可能なポリマー材料の１つは低未密度ポリエチレンであり、これは、当業者に知られている慣用技術を用いて、連続的に管状に押し出され端部２３６ａで挟まれ、またはシールされる。連続的に押し出すことによりコストが安くなる。代替的には、シール部材２３６は、当業者に知られている慣用技術を用いて、ブロー成型により製造できる。液体すなわち燃料の容器をブロー成型し、蒸気透過率を減少させるためにコーティングを塗布することは、「燃料電池用の燃料サプライ」と題され、２００４年８月６日に出願された米国特許出願１０／９１３，７１５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。この発明に有益な他の商業的に入手可能なポリマー材料はＴｅｆｌｏｎ（商標）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、およびシリコンである。シール部材２３６を弾性材料で被覆してバルブ２２８の外部と継ぎ目ができないようにしてよい。
【００３９】
図５および図６を参照すると、バルブ２２８はバルブ１２８と同様に動作する。開成状態すなわち非作動状態（図５に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ２２８は、シール部材２３８上で燃料流Ｆの速度により生じる圧力に応答する。この結果、シール部材２３６はシール面２３２ａとシール可能に接触する。同様に、バルブ２２８を修正してバルブ２２８が圧力応答性を有しないように、あるいは少ない圧力応答性しか有しないようにできる。これは上述のとおりである。
【００４０】
バルブ２２８は温度に応答する。温度応答要素２３８が予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、温度応答材料２３８の少なくとも一部が気体状態に移行してシール部材２３６中の体積が増大する。この結果、シール部材２３６は拡張して第２部分２３２においてシール面２３２ｂと接触する。液体２３８からの内部圧力によりシール部材２３６およびシール面２３２ｂの間にシール接触が形成される。この結果、バルブ２２８は作動状態すなわち閉成状態（図６に示す）になり、燃料室部２０から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆは減量または阻止される。
【００４１】
作動後に、温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、温度応答材料２３８は液体状態に復帰し、シール部材２３６内の内部圧力が減少し、この結果、シール部材２３６は元の形状、体積へと復帰する。このため、バルブ２２８は開成状態すなわち非作動状態（図５に示す）に復帰できる。バルブ２２８は、上述のように、復帰バネおよび／またはバイパス通路を含んで圧力応答性を減少させてもよい。
【００４２】
図７−９を参照すると、第３の実施例の環境応答バルブ３２８が示される。ノズル３１８ｂはノズル１１８ｂと同様である。バルブ２２８はシール部材すなわち弾性ケーシング３３６を含み、これが温度応答材料３３８を内包する。シール部材３３６は、好ましくは、シール部材１３６と同様な弾性材料から製造される。
【００４３】
この実施例では、温度応答材料３３８は、好ましくは、予め定められた閾値温度以上で形状を変化させるバイメタルバネの形態を採る。バネ３３８は好ましくは自由端３３８ａ，ｂを有し、これらはオーバーラップしてバネが少なくとも１コイルの全体として閉ループをなすようになっている。バイメタルバネを製造する特に好ましい材料の１つはオーステナイト系材料記憶ワイヤであり、以下に検討する。代替的な実施例では、温度応答材料３３８は、温度変化に伴って体積を顕著に変化させる拡張材料であってよい。代替的には、拡張材料はワックス、例えばポリマーブレンド、ワックスブレンド、またはワックス／ポリマーブレンドである。この材料は、予め定められた閾値温度で溶融すると、体積を増大させる必要がある。
【００４４】
図７−９を参照すると、開成状態すなわち非作動状態（図８に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ３２８は、燃料流Ｆの速度により生じる圧力に応答する。燃料流が予め定められたレベルを下回っていると、燃料はバルブ３２８に圧力をかけるけれども、シール部材３３６はシール面３３２ａとのシール接触に移行しない。燃料流が予め定められた閾値を越えると、バルブ３２８が作動されてシール部材３３６は移動させられ強制的にシール面３３２ａとシール接触して燃料流を阻止または減量させる。バルブ３２８は復帰バネおよび／またはバイパス流通路を含んで圧力応答性を減少させてもよい。これについては上述した。
【００４５】
バルブ３２８は温度に応答する。温度応答要素２３８が予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、バイメタルバネ３３８がケーシング３３６内で拡張する。この結果、ケーシング３３６が拡張してノズル３１８ｂの第２部分３３２内部でシール面３３２ｂと接触する。バネ３３８からの圧力によりケーシング３３６およびシール面３３２ｂの間にシール接触が形成される。この結果、バルブ３２８は作動状態すなわち閉成状態（図９に示す）になり、燃料室部２０から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆは減量または阻止される。
【００４６】
作動後に、温度応答材料すなわちバネ３３８の温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、バネ３３８は元の状態に復帰し、この結果、ケーシング３３６は元の形状、体積へと復帰する。このため、バルブ３２８は開成状態すなわち非作動状態（図８に示す）に復帰できる。
【００４７】
図１０−１２を参照すると、第４の実施例の環境応答バルブ４２８が示される。ノズル４１８ｂはノズル１１８ｂと同様である。バルブ４２８はシール部材すなわち弾性ケーシング４３６を含み、これが温度応答材料４３８を内包する。シール部材４３６は、好ましくは、ケーシング１３６と同様な弾性材料から製造され、非線形な側壁を具備して熱伸張を可能にする。
【００４８】
温度応答材料４３８は、好ましくは、予め定められた閾値温度以上で形状を変化させるバイメタルバネの形態を採る。この実施例では、バネ４３８は螺旋バネである。バネ４３８は好ましくはバネ３３８と同様な材料で製造される。これは先に検討した。
【００４９】
図１０−１２を参照すると、開成状態すなわち非作動状態（図１１に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ４２８は、燃料流Ｆの速度により生じる圧力に応答し、これはバルブ３２８と同様であり、先に検討した。
【００５０】
バルブ４２８は温度に応答する。温度応答要素４３８が予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、バルブ４２８が作動されて、バイメタルバネ４３８がケーシング４３６内で燃料流Ｆの方向に拡張する。この結果、ケーシング４３６が拡張して第２部分４３２内部でシール面４３２ａと接触する。バネ４３８からの圧力によりケーシング４３６およびシール面４３２ａの間にシール接触が形成される。この結果、バルブ４２８は作動状態すなわち閉成状態（図１２に示す）になり、燃料室部２０から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆは減量または阻止される。
【００５１】
作動後に、温度応答材料すなわちバネ４３８の温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、バネ４３８は元の状態に復帰し、シール部材４３６は元の形状、体積へと復帰する。このため、バルブ４２８は開成状態すなわち非作動状態（図１１に示す）に復帰できる。バルブ４２８は復帰バネおよび／またはバイパス流通路を含んで圧力応答性を減少させてもよい。これについては上述した。
【００５２】
代替的な実施例のバルブ４２８ａを図１２ａに示す。バルブ４２８ａはバルブ４２８と類似している。ただし、シール部材４３６’は弾性材料製のディスクであり、これは、温度応答要素すなわちバイメタルバネ４３８’が作動されるとシール面４３２ｂにシール可能に接触する。バネ４３８’はケーシングに封入されていない。さらに他の代替実施例のバルブ４２８ｂを図１２ｂに示す。バルブ４２８ｂはバルブ４２８と類似である。ただし、シール部材４３６’は弾性材料製のディスクであり、これは、温度応答要素４３８’が作動されるとシール面４３２ｂにシール可能に接触する。成分４３８’は弾性ケーシング４３９内に封入されている拡張材料である。拡張材料の体積は温度変化に応じて著しく変化する。好ましくは、拡張材料はワックス、例えばポリマーブレンド、ワックスブレンド、またはワックス／ポリマーブレンドである。拡張材料は気体であってもよい。この材料は、予め定められた閾値温度で溶融する際および／またはその後に、体積を増大させる必要がある。バルブ４２８ｂはバルブ４２８と同様に圧力変化に応答する。代替的には、バルブ４２８ｂは復帰バネおよび／またはバイパス流通路を含んで圧力応答性を減少させてもよい。これについては上述した。
【００５３】
図１３−１４を参照すると、第５の実施例の環境応答バルブ５２８ａ、ｂが示される。ノズル５１８ｂはノズル１１８ｂと同様である。ただし、ノズル５１８ｂは、２つの拡大部分５３２ａおよび５３２ｂとシート部５３３ａ、５３３ｂ、シール面５３５ａ、５３５ｂを有する。これらバルブ本体は図示の通り一体に形成してもよいし、別々に製造して組み立ててもよい。
【００５４】
各バルブ５２８ａ、ｂは可動プランジャ５３７ａ、ｂにそれぞれ支持されたシール部材すなわち弾性Ｏリング５３６ａ、ｂを有する。シール部材５３６ａ、ｂに適切な商業的に入手可能な材料はエチレンプロピレンジエンメチレンターポリマー（ＥＰＤＭ）ゴム、エチレン−プロピレンエラストマー、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）、およびＶｉｔｒｏｎ（商標）フルオロエラストマーである。好ましくはＥＰＤＭを用いる。
【００５５】
各バルブ５２８ａ，ｂは、さらに、多層コイルのバイメタルバネの形態の温度応答要素５３８ａ、ｂをそれぞれ有する。各バネ５３８ａ、ｂは温度に応じて形状を変化させる。バネ５３８ａ、ｂは好ましくはバネ３３８と同様な材料で形成される。
【００５６】
バルブ５２８ａにおいて、バネ５３８ａがシート面５３３ａおよびプランジャ５３７ａの間に配置され、プランジャ５３７ａと関連して動作する。好ましくは、バネ５３８ａはシート面５３３ａおよびプランジャ５３７ａと連結されバルブ５３８ａが任意の方向で動作可能にする。バルブ５２８ｂにおいて、バネ５３８ｂがシート面５３３ｂおよびプランジャ５３７ｂの間に配置され、プランジャ５３７ｂと関連して動作する。好ましくは、バネ５３８ｂはシート面５３３ｂおよびプランジャ５３７ｂと連結されバルブ５３８ｂが任意の方向で動作可能にする。
【００５７】
図１３−１４を参照すると、開成状態すなわち非作動状態（図１３に示す）では、バネ５３８ａ，ｂはＯリング５３６ａおよび５３６ｂをシールしないサイズおよび寸法とされ、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ５２８ｂは、燃料流Ｆの速度により生じるバルブ５２８ｂへの圧力に応答する。燃料流が予め定められたレベルを下回っていると、燃料Ｆはプランジャ５３７ｂを移動させるけれども、Ｏリング５３６ｂをシール面５３７ｂに対して十分に押しつけるものではない。この結果、燃料はＯリング５３６ｂを介して流れる。
【００５８】
燃料流Ｆが予め定められた閾値レベルを越えると、プランジャ面５３７ｃへの急激な圧力変動によりバルブ５２８ｂが作動されてプランジャ５３７ｂは移動させられＯリング５３６ｂを押しつけてシール面５３５ｂとシール接触させる。この結果、バルブ５２８ｂが閉成状態すなわち作動状態になる。圧力が小さくなって閾値圧力を下回ると、バルブ５２８ｂは自動的に開成状態すなわち非作動状態（図１３に示す）に復帰する。
【００５９】
バルブ５２８ａ，ｂも温度に応答する。温度応答要素５３８ａ，ｂが予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、バルブ５２８ａ，ｂが作動してバイメタルバネ５３８ａ，ｂが関連するシート部５３３ａ，ｂに抗して拡張する。この結果、バネ５３８ａ，ｂが関連プランジャ５３７ａ，ｂを移動させ、Ｏリング５３６ａ，ｂがそれぞれシール面５３５ａ，ｂと接触してこれに強固に押しつけられる。この結果、バルブ５２８ａ，ｂは作動状態すなわち閉成状態（図１４に示す）になり、燃料室部２０から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆは減量または阻止される。
【００６０】
作動後に、温度応答材料すなわちバネ５３８ａ，ｂの温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、バネ５３８ａ，ｂは元の状態に復帰し、この結果、プランジャ５３７ａ，ｂは元に位置に復帰する。こうしてバルブ５２８ａ，ｂは開成状態すなわち非作動状態（図１３に示す）に復帰できる。オプションとして、復帰バネを用いてバルブ５２８ａ，ｂを非作動状態に復帰させてよい。
【００６１】
図１５−１６を参照すると、第６の実施例の環境応答バルブ６２８が示される。ノズル６１８ｂは拡大径部分６３２および下方のテーパ径部分６３４を有する、拡大径部分６３２はシート面６３２ａを有し、これに少なくとも１つの開口６３２ｂが設けられ燃料室部２０および部分６３２との間の流体連通を可能にする。付加的な開口６３２ｂを設けてもよいし、開口６３２ｂの幾何形状を変更してもよく、これにより所望の燃料流速を確保する。テーパ径部分６３４はシール面６３４ａを有する。
【００６２】
バルブ６２８はシール部材すなわち弾性プラグ６３６を有し、これが温度応答要素６３８と関連して動作する。プラグ６３８は好ましくはシール部材１３６と同様な弾性材料から製造される。プラグ６３６は全体として円筒形状である。プラグ６３６は好ましくは下流側の端部にテーパの外側面６３６ａを有する。
【００６３】
温度応答要素５３８は、好ましくは、温度に応じて形状を変化させるバイメタルバネの形態を採る。バネ６３８は基部６３８ａと、外側に曲がって伸びるカンチレバー型の腕部６３８ｂとを有する。腕部６３８ｂはプラグ６３６と接触する。バネ６３８の基部６３８ａは開口６３２ｂが邪魔されないようにシート面６３２ａと接触する。開成状態すなわち非作動状態（図１５に示す）では、プラグ６３６の外側面６３６ａがシート面６３４ａから離れているので、燃料流Ｆは禁止されない。
【００６４】
バルブ６２８は温度に応答する。温度応答要素すなわちバネ６３８が予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、バルブ６２８が作動され、バイメタルバネ６３８が伸びて腕部６３８ｂが基部６３８ａから離れていく。この結果、バネ６３８がプラグ６３６を移動させて外側面６３６ａをシール面６３ａと接触させて十分に押しつけシールを構成する。こうしてバルブ６２８は作動状態すなわち閉成状態（図１６に示す）になり、燃料室部２０（図１参照）から燃料電池ＦＣへの燃料流Ｆは減量または阻止される。
【００６５】
温度が減少したときにバルブ６２８を自動的に元の状態に戻さなければならない場合には、バネ６３８の材料を所望の記憶特性を有するように選択する必要がある。代替的には、バネ６３８の基部６３８ａを省略して、腕部６３８ｂをシール面６３２ｂにより支持する。また、基部６３８ａおよび腕部６３８ｂを相互に一体に形成してもよいし、別々に製造して組み付けてもよい。
【００６６】
図１７−１８を参照すると、第７の実施例の環境応答バルブ７２８が示される。ノズル７１８ｂはノズル６１８ｂと類似である。バルブ７２８において、シール部材すなわちプラグ７３６はさらに保持穴部７３６ｃを上流端部近傍に有する。温度応答要素すなわちバネ７３８の腕部７３８ｂは穴部７３６ｃを通じて伸び、そこに結合される。バルブ７２８はバルブ６２８と同様に動作する。ただし、温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ったときに、バネ７３８の腕部７３８ｂが元の状態に復帰してプラグ７３６を元の位置すなわち開成状態（図１７に示す）に引き戻す。シール部材７２６、６２６は他の形状、例えば、球、円錐、または半球となって良く、また、多孔質フィラーを流路Ｆに配置して燃料流を制御してよい。
【００６７】
図１９−２１は、温度応答バルブ６２８、７２８、８２８および９２８の使用に供する代替的な実施例の温度応答要素７３８’、７３８’’および７３８’’’をそれぞれ示す。温度応答要素７３８’は、屈曲部Ｂ１およびＢ２を具備する腕部７３８ｂ’を有する。他方、成分７３８（図１７参照）は滑らかな曲率を有する。温度応答要素７３８’’は腕部７３８ｂ’’を有し、これは実質的に平坦である。温度応答要素７３８’’’は、２つの対抗する滑らかに曲がった腕部７３８ｂ’’’を有する。これにより、１つの腕部しか具備しない温度応答要素に較べて作動時の力が大きくなる。バネ７３８’’’の腕部の幾何形状は、バネ７３８’の二重屈曲部であってもバネ７３８’’の平坦なプロフィールでもよい。温度応答要素７３８、７３８’、７３８’’、および７３８’’’の幾何形状は作動時の所望の力に依存する。
【００６８】
図２２−２４はこの発明の第８の実施例を示している。バルブ８２８は、面８３４ａまたは面８３４ｂと共同してバルブ８３８を閉成するように構成される。シール部材８３６を有する。シール部材８３６はバネ８３８ａおよび８３８ｂにより位置決め保持される。シール面８３４ａおよびバネ８３８ａは燃料電池の近くにあり、シール面８３４ｂおよびバネ８３８ｂは燃料カートリッジ１０の近くにあり、図示の通りである。
【００６９】
１つの計画では、バルブ８３８は温度応答バルブであり、バネ８３８ｂがバイメタルバネであり、あるいは、そうでない場合には、バネ８３８ａよりかなり大きな熱膨張係数を有する。予め定められた温度になると、バネ８３８ｂが拡張してバネ８３８ａを打ち負かして図２３に示すようにバルブをシールする。代替的には、バルブ８２８は圧力応答バルブであり、バネ８３８ａおよび８３８ｂのバネ定数を選択して、燃料流が予め定められた圧力または速度になると、流れがバネ８３８ａを圧縮しバネ８３８ｂを伸張しバルブをシールするようになっている。これは図２３に示す通りである。バルブ８２８が圧力応答バルブであるときには、バネ８３８ａおよび８３８ｂのバネ定数は実質的に同一である。他の計画では、バネ８３８ｂのバネ定数は好ましくは小さく小さな量の額流でもバルブ８２８を遮断するようにする。これは図２４に示す通りである。
【００７０】
図２４−２５はこの発明の第９の実施例を示している。バルブ９２８は、圧縮応答バルブおよび／または温度応答バルブである点で、バルブ８２８と類似である。ただし、非作動状態では、図２４に示すように、バルブ９２８は閉成されており、図２５に示すように、バルブ９２８を開成して燃料がながれるようにするにはポンプが必要である。バルブ９２８では、ポンプを停止し燃料電池を停止すると、バルブ９２８も遮断されてｊ逆流を防止できるという利点がある。代替的には、非作動状態で、図２５に示すように、シール部材９３６をシール面９３４ａおよび９３４ｂの間に偏らせて配置し、好ましくは面９３４ｂ寄りに位置させ、これは燃料カートリッジ１０寄りである。シール部材９３６およびシール面９３４ｂの間の距離、およびバネ９３８ｂのバネ定数を選択してバルブ９２８（例えば図２４参照）を閉成させて逆流を防止する。この距離は比較的小さくし、バネ定数を弱くして低速度の逆流に適切に対処するように必要がある。
【００７１】
図２６−２７は第１０の実施例の環境応答バルブ１０２８を示している。バルブ１０１８ｂは、第１の通路１０３０、第２の通路１０３２、および第３の通路１０３４を有する。第１および第３の通路１０３０および１０３４は第２の通路１０３２と直角である。通路１０３０、１０３２および１０３４はすべて燃料室部２０（図１に示す）と流体連通である。
【００７２】
バルブ１０２８は、ケーシング１３６と類似の材料から製造される、シール部材すなわちプラグ１０３６を有する。プラグ１０３６は、外側面１０６ａ、流れ穴部１０３６ｂ、および保持穴部１０３６ｃを有する。プラグ１０３６は第２の通路１０３２に配置され、ノズル１０１８ｂにおいて複数のワイパ１０３７により支持される。ワイパすなわちシール１０３７の支援の下で、プラグ１０３６は内２の通路１０３２の内部で矢印Ｄ１およびＤ２に示す方向に沿って移動する。バルブ１０２８はコイルバネ１０３８をさらに有する。バネ１０３８は一方の端部で係止部１０３７に抗して保持され、保持穴部１０３６ｃ内に収容される。
【００７３】
図２６−２７を参照すると、開成状態（図２６に示す）において、流れ穴部１０３６ｂが第１の通路１０３０と整合して、燃料流Ｆは邪魔されず、第１の通路を通って流れ穴部１０３６ｂを介して流れる。
バルブ１０２８は、バルブ１０２８への燃料Ｆ２の圧力により示されるような、燃料流の速度により引き起こされる圧力に応答する。燃料流が予め定められた閾値を下回っていると、バネ１０３８は十分に押されず、燃料は穴部１０３６ｂを介して流れ、これは図２６に示すとおりである。燃料流が予め定められた閾値圧力を越えると、第２の通路中の燃料Ｆ２からの圧力がプラグ面１０３６ａを押す。これによって、プラグ１０３６が方向Ｄ１に移動してバネ１０３８を押す。この結果、流れ穴部１０３６ｂが第１の通路１０３０と整合しなくなり、流れを阻止する。圧力が減少すると、バネ１０３８がプラグ１０３６を開成状態に戻して、バルブ１０２８は自動的にリセットする。
【００７４】
バネ１０３８が温度応答性であるとき、バルブ１０２８は温度に応答する。閾値を越える温度になると、バイメタルバネ１０３８が係止部１０３９に抗して収縮する。この結果、バネ１０３８はプラグ１０３６をＤ１方向に移動させ流れ穴部１０３６ｂを第１の通路１０３０と整合させず流れを阻止する（図２７に示す）。代替的には、バネ１０３８は伸張して流れ穴部１０３６ｂを不整合にしてもよい。バネ１０３８はバイメタル材料から製造できる。
【００７５】
図２８ａ−２８ｂおよび１９ａ−２９ｂは、第１１の実施例の環境応答バルブ１１２８を示している。ノズル１１１８ｂは第１部分１１３０および拡大した第２の部分１１３２を有する。第２の部分１１３２はシール面１１３２ａを有する。第２の部分１１３２はさらにオリフィス１１３３ｂを具備するシート部分１１３３を有する。
【００７６】
バルブ１１２８は、弾性材料から製造されたシール部材すなわちプラグ１１３６を含む。バルブ１１２８はさらに温度応答要素１１３８を含み、これが好ましくはバイメタルのワッシャー／バネである。バネ１１３８は開成状態すなわち非作動状態では平坦でよく、作動状態では放物型ディスクに曲げられる。バネ１０３８は、予め定められた閾値温度以上で形状を変える。これはバネ３３８に関連して先に説明したとおりである。バネ１１３８はシート部分１１３３により支持される。図２８ａ、２８ｂに示すように、プラグ１１３６は球状でよく、バネ１１３８に結合されない。あるいは、図２９ａ、２９ｂに示すように、プラグ１１３６は鋭い先端を具備し、バネ１１３８に固定して結合される。バルブ１１３８は多孔質フィラーを具備して流れを制御してよい。この実施例ではフィラー１１３９はバネ１１３８の上流に示される。代替的な実施例では、フィラー１１３９はバネ１１３８の下流に配置してもよい。
【００７７】
図２８ａおよび２９ａを参照すると、開成状態では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ１１２８は、プラグ１１３６の鋭い先端に起因して燃料流の速度により生じる圧力に応答する。燃料流が予め定められたレベルを下回っていると、ワッシャー１１３８は十分に押されず、プラグ１１３６は面１１３２ａから離れている。この結果、燃料はバルブ１１２８を通じて流れる。
【００７８】
燃料流が予め定められた閾値を越えると、燃料流Ｆがプラグ１１３６の鋭い先端を押してバネ１１３８を圧縮させてオリフィス１１３３ｂを完全にまたは部分的にブロックし、流れを減少または阻止する。これは図２９ｂに示すとおりである。フィラー１１２９が図２９ｂに示すように配置されている場合には、オリフィス１１３３ｂを介する流れ通路は部分的にしかブロックされない。
【００７９】
バルブ１１２８は温度にも応答する。ワッシャー１１３８が予め定められた閾値温度以上の温度に晒されると、バイメタルワッシャー１１３８が拡大してプラグ１１３６を面１１３２ａと接触させるようになり、プラグ１１３６を面１１３２ａに押しつける。この結果、バルブ１１２８は閉成状態（図２８ｂに示す）になり、燃料流は減量または阻止される。
【００８０】
温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、バネ１１３８は元の状態に復帰し、プラグ１１３６は元の位置に戻る。バルブ１１２８を自動的に元の状態に戻さなければならない場合には、上述のとおり、バネ１１３８の材料を所望の記憶特性を有するように選択する必要がある。バルブ１１２８は、バルブ１２８ｄ（図４ｃ）と同様に、プラグ１１３６の下流に復帰バネを設けるように修正して、温度作動後に、バルブ１１２８が元の状態に復帰するのを支援してよい。
【００８１】
図３０−３１は、第１２の実施例の環境応答バルブ１２２８を示している。ノズル１２１８ｂは第１部分１２３０、第２部分１２３２および第３部分１２３４を有する。第２部分１２３２は穴部１２３２ａを有する。第３部分１２３４はシール面１２３４ａを有する。第３部分１２３４は、さらに、オリフィス１２３５ａおよびバルブ１２２８の残りの部分を支持する支持部１２３５ｂを具備するシート部分１２３５を有する。支持部１２３５ｂは種々の手段によりノズル１０１８ｂに結合されてよい。この手段は、これに限定されないが、圧接合、溶接、超音波溶接、接着、その他を含む。
【００８２】
バルブ１２２８は、弾性材料から製造されたシール部材すなわちプラグ１２３６を含む。これは先に説明した。バルブ１２２８はさらに温度応答要素１２３８、多孔質フィラー１２３９および復帰バネ１２４０を有する。
【００８３】
温度応答要素１２３８は温度の変化に伴って体積を著しく変化させる拡張材料１２３８ｂを内包する弾性ケーシング１２３８ａを有する。好ましくは、拡張材料はワックス、例えばポリマーブレンド、ワックスブレンド、またはワックス／ポリマーブレンドである。拡張材料は気体であってもよい。この材料は、予め定められた閾値温度で溶融した後に、体積を増大させる必要がある。代替的には、沸点温度が予め定められた閾値温度を下回る上述の液体を温度応答要素としてよい。好ましくは、使用されるワックスは、閾値温度以上の温度になると当初の体積の約１０％から約１５％だけ拡張する。代替的には、弾性ケーシング１２３８ａを省略してワックス１２３８ｂを直接にシール部材１２３６に接触させてよい。
【００８４】
図３０−３１を参照すると、開成状態（図３０に示す）では、復帰バネ１２４０がプラグ１２３をバイアスしてシール面１２３４ａから離し、燃料流Ｆが許容される。温度応答要素すなわちバネ１２３８が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、温度応答要素１２３８ｂが拡張してケーシング１２３８ａを拡大させる。ケーシング１２３８ａが、復帰バネ１２４０により付与されるバネ力を克服するに足るほど拡大し、プラグ１２３６をシール面１２３４ａに接触させて十分に押しつけ、シールを構成する。こうしてバルブ１２２８は閉成状態（図３１に示す）になり、燃料室部２０（図１参照）から燃料電池ＦＣへの燃料流は減量または阻止される。
【００８５】
温度が減少して予め定められた閾値温度を下回ると、温度応答要素１２３８ｂおよびケーシング１２３８ａは元の状態に戻り、復帰バネ１２４０の力により、プラグ１２３６が元の位置に戻る。この結果、バルブ１２２８は開成状態（図３０に示す）に戻り、燃料を流す。図１５−１８、２２ａ−２２ｂ、２３ａ−２３ｂ、および２４−２５の実施例は復帰バネ１２４０と類似する復帰バネを含んでよい。
【００８６】
図３２−３５は、第１３の実施例の環境応答バルブ１３２８を示している。ノズル１３１８ｂは第１、第２、および第３の部分１３３０、１３３２、および１３３４を有する。バルブ１３２８は、温度に応じて体積を変化させる温度応答性シール部材すなわちプラグ１３３８を有する。プラグ１３３８はノズル１３１８ｂの第２の部分１３３２の内部に配置される。好ましくは、プラグ１３３８は温度が上昇すると拡大する材料である。プラグ１３３８は、また、燃料流に対してシールを行える。プラグ１３３８は円筒形状として示されているけれども、この発明はこれに限定されない。代替的には、プラグ１３３８はケーシング内の拡張材料、例えば上述したようなバネ１２３８から製造されてよい。好ましくは、プラグは熱膨張性が大きな材料、例えば、アルミニウム、から製造され、ノズルは熱膨張性が小さな材料から製造し、プラグがノズルより速く拡張してバルブをシールするようになす。
【００８７】
バルブ１３２８はバルブ１２８と同様に動作する。図３３−３５を参照すると、開成状態（図３３に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ１３２８はバルブ１３２８上の燃料流Ｆの速度によって引き起こされる圧力に応答し、これは先に検討したバルブ１２８と同様である。バルブ１３２８は温度にも応答する。温度応答要素すなわちプラグ１３３８が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、プラグ１３３８の体積が増大する。この結果、プラグ１３３８はノズル１３１８ｂの第２部分１３３２に接触し、これを満たす。拡張による圧力によって、プラグ１３３８およびノズル１３１８ａの間にシール接触が生じ、流れを減量または阻止する。これは図３４に示す通りである。温度応答要素すなわちプラグ１３３８の温度が予め定められた閾値温度を下回ると、プラグは元の状態および体積に戻り、バルブ１３２８は開成状態（図３３に示す）に復帰する。
【００８８】
図３５は図３２−３４のバルブ１３２８を示す。ただし、プラグ１３３８の材料はさらにその軟化点が予め定められた閾値温度以下であるという特徴を有する。この結果、予め定められた温度になると、プラグ１３３８はバルブをシールするだけでなく、プラグ１３３８の一部１３３８ａが柔らかくなり、変形してノズルの第１の部分１３３０へと伸び、バルブを燃料流から、一層、シールする。バルブ１３２８は復帰バルブおよび／またはバイパス流通路を有して圧力応答性を減少させてもよい。これについては上述した。
【００８９】
図３６−３７は、第１４の実施例の環境応答バルブ１４２８を示している。ノズル１４１８ｂは第１、第２、および第３の部分１４３０、１４３２、および１４３４を有する。バルブ１４２８は、シール部材すなわちディスク形状の第１のプラグ１４３６と、温度応答要素すなわちディスク形状の第２のプラグ１４３８とを有する。第１のプラグは好ましくは弾性材料のようなシール材料から製造する。第２のプラグ１４３８は、先に説明したプラグ１３３８と同様な温度応答材料から製造し、温度に応じて体積を変化させる。バルブ１４２８はノズル１４１８ｂの拡大した第２の部分１４３２の内部に配される。第１および第２のプラグ１４３６および１４３８はオプションとして、例えば接着剤により、一緒に結合される。
【００９０】
代替的には、図３７ａに示すように、バルブ１４２８ａを修正して第１のプラグ１４３６に突起部１４３６ａを含ませる。これら突起部１４３６ａの先端は、第２のプラグ１４３８の穴部１４３８ａに収容される拡大端部を具備する。突起部１４３６ａおよび第２のプラグ１４３８が機構的に協働して第１および第２のプラグ１４３６、１４３８を相互に固定する。この実施例では、第１および第２のプラグ１４３６、１４３８を一体に成型してもよい。他の代替例では、第１のプラグ１４３６が穴部を有し、第２のプラグ１４３８が突起部を有してもよい。
【００９１】
図３６を参照すると、バルブ１４２８はバルブ１３２８と同様に動作する。開成状態（図３６に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ１４２８はバルブ１４２８上の燃料流Ｆの速度によって引き起こされる圧力に応答し、これは先に検討したバルブ１２８と同様である。バルブ１４２８は温度にも応答する。温度応答要素すなわち第２のプラグ１４３８が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、第２のプラグ１４３８の体積が増大する。この結果、第２のプラグ１４３８は第１のプラグ１４３６を押してシール面１４３２ａと接触させる。拡張による圧力によって、プラグ１４３６およびノズル１４１８ａの間にシール接触が生じる。こうしてバルブ１４２８は閉成状態（図３７に示す）になり、流れを減量または阻止する。
【００９２】
温度が予め定められた閾値温度を下回ると、第２のプラグ１４３８は元の状態および体積に戻る。これにより第１のバルブ１４３６がシール接触から解除される。こうして、バルブ１４２８は開成状態（図３６に示す）に復帰する。
【００９３】
図３８−４０は、第１５の実施例の環境応答バルブ１５２８を示している。ノズル１５１８ｂは第１、第２、および第３の部分１５３０、１５３２、および１５３４を有する。バルブ１５２８は、シール部材すなわちケーシング１５３６を有し、これが、温度応答要素すなわちプラグ１５３８を部分的に封入する。ケーシング１５３６は好ましくは弾性材料のようなシール材料から製造する。ケーシング１５３６は、円筒状のプラグ１５３８を収容し、または部分的に被覆する、空洞円筒である。
【００９４】
プラグ１５３８は温度に応じてその体積を変化させることが可能な材料から製造する。プラグ１５３８は、先に説明したプラグ１３３８と同様な温度応答材料から製造する。バルブ１５２８はノズル１５１８ｂの拡大した第２の部分１５３２の内部に配される。ケーシング１５３６およびプラグ１５３８は当業者に知られているツーショット成型処理により製造できる。この成型処理により、これら部材は一体に結合される。代替的には、接着剤を用いてこれら部材を結合しても良く、これら部品を金属から製造する場合には、殊更である。スナップフィッティングや圧縮フィッティングで結合してもよい。
【００９５】
バルブ１５２８はバルブ１３２８と同様に動作する。初期状態すなわち非作動状態（図３９に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ１５２８はバルブ１５２８上の燃料流Ｆの速度によって引き起こされる圧力に応答し、これは先に検討したバルブ１２８と同様である。バルブ１５２８は温度にも応答する。温度応答要素すなわちプラグ１５３８が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、プラグ１５３８の体積が増大する。この結果、プラグ１５３８はケーシング１５３６を拡大させてシール面１５３２ａと接触させる。拡張による圧力によって、ケーシング１５３６およびノズル１５１８ａの間にシール接触が生じる。こうしてバルブ１５２８は閉成状態（図４０に示す）になり、流れを減量または阻止する。
【００９６】
温度応答要素すなわちプラグ１５３８の温度が予め定められた閾値温度を下回ると、プラグ１５３８およびケーシング１５３６は元の状態および体積に戻る。これによりケーシング１５３６がシール接触から解除される。こうして、バルブ１５２８は開成状態（図３９に示す）に復帰する。
【００９７】
図４１−４３は、第１６の実施例の環境応答バルブ１６２８を示している。ノズル１６１８ｂは第１、第２、および第３の部分１６３０、１６３２、および１６３４を有する。バルブ１６２８は、シール／温度応答要素すなわち第１のプラグ１６３６と、温度応答要素すなわち第２のプラグ１６３８とを有する。第１および第３のプラグ１６３６、１６３８はともに温度応答要素である。第１のプラグ１６３６は予め定められた閾値温度以上の温度で予め定められた量だけ軟化することができる。第１のプラグ１６３６は好ましくはポリマー材料のような軟化性でシール性の材料から製造される。第１のプラグ１６３６を製造するのに適した商業的に入手可能な材料は、パラフィンである。
【００９８】
第２のプラグ１６３８は予め定められた閾値温度以上の温度で体積を変化させることができる。第２のプラグ１６３８は好ましくは先に説明したプラグ１３３８と類似の温度応答材料で製造される。代替的には、第２のプラグ１６３８はワックスバイアス部材（例えば図１１の部材４３８）または温度応答バイアス発泡体のような温度応答性成分から製造される。
【００９９】
開成状態（図４１に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バルブ１６２８はバルブ１６２８上の燃料流Ｆの速度によって引き起こされる圧力に応答し、これは先に検討したバルブ１２８と同様である。バルブ１４２８は温度にも応答する。第１および第２のプラグ１６３６、１６３８が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、第１のプラグ１６３６が予め定められた量だけ軟化し、第２のプラグ１６３８の体積が増大する。この結果、第２のプラグ１６３８は第１のプラグ１６３６を押してシール面１６３２ａと接触させる（図４２に示す）。第２のプラグ１６３８の拡張による圧力によって、軟化した第１のプラグ１６３６の一部が変形してノズル部分１６３４に入り込み、第１のプラグ１６３６およびノズル１６１８ａの間にシール接触が生じる。こうしてバルブ１６２８は閉成状態（図４３に示す）になり、流れを減量または阻止する。
【０１００】
作動後に、第１および第２のプラグ１４３６、１４３８の温度が予め定められた閾値温度を下回ると、プラグ１４３６、１４３８は元の状態および体積に戻る。これにより第１のバルブ１６３６がシール接触から解除される。
【０１０１】
図３２−４３の実施例は復帰バネ１４０、１４１と類似の復帰バネを含んで良い。このような復帰バネにより、このようなバルブの圧力応答性を除くことができ、またこのようなバルブの圧力応答性を制御できる。
【０１０２】
図４４および４５は、第１７の実施例の環境応答バルブ１７００を示している。バルブ１７００は本体１７０２、キャップ１７０４、温度応答要素１７０６、プランジャ１７０８、復帰バネ１７１０、およびシール部材すなわちＯリング１７１２を有する。
【０１０３】
図４６および図４７を参照すると、本体１７０２は段差のある通路１７１４、１７１６、１７１８を有する。第１の通路１７１４は第２の通路１７１６より大きい。第１の通路１７１４はさらに径方向に対向するリセス１７１４ａ（図４６の最も良く示される）。第２の通路１７１６はシール面１７１６ａを有する。第３の通路１７１８は本体１７０２を通じて流れる流体の出口通路である。
【０１０４】
図４８を参照すると、キャップ１７０４は基部１７２０および側壁１７２２を有し、側壁１７２２は基部１７２０から外側に伸びる。基部１７２０はさらに入口通路１７２４（図４４に最も良く示される）を有する。側壁１７２２は複数の径方向に対向する側壁部分１７２２ａ，ｂを有する。第１の側壁部分１７２２ａは第２の側壁部分１７２２ｂより短い。図４４を参照すると、キャップ１７０４を本体１７０２に装着すると、第２の側壁１７２２ｂがリセス１７１４ａに収容されバネ指示面１７２４とプランジャ１７０８との間にギャップｇが形成される。
【０１０５】
図４４を参照すると、温度応答要素１７０６は記憶金属の矩形片である。片１７０６は非均一の厚さに修正しても良い。厚さが一様でない楕円片１７０６ａ（図４５ａに示す）を用いても良く、これが温度応答材料を内包しても良い。この発明は上述の特定の形状に限定されない。
【０１０６】
さらに図４４を参照すると、片１７０６を製造するために適した材料はＮｉｔｉｒｏｌまたはＣｕＺｎＡｌの記憶金属のような合金である。片１７０６は好ましくは第１の側壁部分１７２２ａのバネ指示面１７２４に保持される。片１７０６に１または複数の開校７２８を形成して流体が流れるようにして良い。バネ材料が室温のときには、片１７０６は「弱められた」状態であり弱い歪み（所定のＮｉＴｉ金属について約６％）しか示さない。この弱められた状態では、片１７０６はマルテンサイト状態でもあり、曲げ弾性率は材料の最小値に近い。
【０１０７】
図４４、４９および５０を参照すると、プランジャ１７０８は第１の面１７３０ａおよび第２の面１７３９ｂを具備するプラットホーム１７３０を有する。第１の面１７３０ａは、係止面１７３４を具備して周回して伸びる側壁１７３２とバネ接触部材１７３６を有する。バネ接触部材１７３６はバネ接触面１７３６ａへとテーパを付されている。プラットホーム１７３０の第２の面１７３０ｂは段差のある幹部１７３８を有し、これは第１の幹部分１７３８ａおよび第２の幹部分１７３８ｂを有する。第１および第２の幹部分１７３８ａ、ｂはＯリングのシート１７４０を形成するような寸法とされている。
【０１０８】
図４４、４７および４８を参照すると、プランジャ１７０８が本体１７０２内に装備されると、プランジャ１７０８の第１の幹部分１７３８ａが第１および第２の通路１７１４および１７１６内に収容される。プランジャ１７０８の第２の幹部分１７３８ｂは出口通路１７１８に収容される。
【０１０９】
図４４を参照すると、復帰バネ１７１０は好ましくは本体１７０２の第１の通路１７１４内でプランジャ１７０８の第１の幹部分１７３８ａの回りに配置される。復帰バネ１７１０はプランジャのプラットホーム１７３０の第２の面１７３０ｂに接触する。好ましくは、復帰バネ１７１０は圧縮されて力を加え、これにより「弱められた」状態で片１７０６に約６％の歪みを生成される。図４４および５０を参照すると、Ｏリング１７１２が好ましくはプランジャのＯリングシート面１７４０に配置される。
【０１１０】
バルブ１７２８の動作を図４４−４５を参照して説明する。開成状態（図４４に示す）では、燃料流Ｆは邪魔されない。バネ１７１０のバネ定数を選定してバルブ１７００が圧力に応答するようになす。
【０１１１】
バルブ１７２８は温度にも応答する。温度が予め定められた閾値温度を下回っていると、バルブ１７２８は開成状態（図４４に示す）である。この状態では、片１７０６は弱められており、復帰バネ１７１０は十分な力をプランジャ１７０８に与え、バネ接触面１７３６ａ（図５０参照）は片１７０６に接触してこれを曲げる。Ｏリング１７１２は非圧縮状態（図示のとおり）である。この結果、Ｏリング１７１２およびシール面１７１６ａの間にシールは形成されない。この結果、燃料Ｆは入口通路１７２４、片１７０６のオリフィス１７２８、ギャップｇ、第１の通路１７１４、プランジャ１７０８の回り、Ｏリング１７１２内部、おより出口室部１７１８を介して燃料電池ＦＣへ流れる。
【０１１２】
温度応答要素すなわち片１７０６が予め定められた閾値温度以上の温度を経験すると、片１７０６は状態変化を経験し、元の平坦な状態（図４５に示す）に戻ろうとする。この状態変化により、片１７０６はオーステナイト状態であり、その曲げ弾性率はマルテンサイト状態の２．５倍の固さである。片１７０６は、ほぼ平坦になると、プランジャ１７０８を介して復帰バネ力より大きな力を復帰バネ１７１０に加える。この結果、プランジャ１７０８は本体１７０２内を移動してＯリング１７１２を押しつけ、Ｏリング１７１２およびシール面１７１６ａの間にシールを形成する。このようにして流れが減量または阻止される。片１７０６のオーステナイト状態の歪みはＮｉＴｉについては約２％から３％であり、片１７０６からプランジャ１７０８に一定の力が加わり、温度上昇時にバルブ１７００をシール状態に保つ。
【０１１３】
記憶金属の片１７０６が冷えて予め定められた温度を下回ると、片１７０６は元の「弱められて」すなわちマルテンサイト状態に戻り、復帰バネ１７１０はプランジャ１７０８を移動させＯリング１７１２を圧縮から解除してバルブ１７００を開成して燃料を通過させる。こうしてバルブ１７００が開成状態（図４４に示す）に戻り、温度が予め定められた温度を下回ったのちに自動的にリセットする。
【０１１４】
図５１−５２は、第１８の実施例の環境応答バルブ１８００を示している。バルブ１８００は本体１８０２、キャップ１８０４、プランジャ１８０８、復帰バネ１８１０、およびシール部材すなわちＯリング１８１２を有する。バルブ１８８８は、温度応答要素を除いてバルブ１７００と類似している。
【０１１５】
温度応答要素１８０６は内側本体１８０６ａおよびダイアフラム１８０６ｂを有する。内側本体１８０６ａおよびバルブ本体１８０２は少なくとも１つの流れ通路がその間に形成されるような構造および寸法にされる。内側本体１８０６ａは、上側に伸びる開口を具備する室部１８０７ｂを形成する。室部１８０７ｂは温度応答ワックス１８０７ｃで満たされている。内側本体１８０６ａの上方に伸びる開口は、それに連結された拡張可能なダイアフラム１８０６ｂによって閉じられている。ダイアフラム１８０６ｂは、好ましくは、圧力下で拡大し、また元の形状に復帰することが可能な弾性材料または金属材料から形成される。
【０１１６】
バルブ１８００はバルブ１７００と同様に動作する。図５１において、バルブ１８００は開成状態で示されており、この図において、ダイアフラム１８０６ｂは下方に曲げられており、復帰バルブ１８１０はＯリング１８１２を非圧縮の状態で保持してバルブ１８００を介した燃料流Ｆが許容される。バネ１８１０の設計に基づいてバルブ１８００は圧力に応答しない。
【０１１７】
バルブ１８００は温度にも応答する。温度が上昇して予め定められた閾値温度以上になると、ワックス１８０７ｃが融解温度まで加熱され、液体化して約１０％から約１５％のオーダーで拡大する。調合が異なれば、拡大比率が変化する。ワックス１８０７ｃが拡大すると、ダイアフラム１８０６ｂが拡大してプランジャ１８０８を上方に押して復帰バネ１８１０およびＯリング１８１２を圧縮する。この結果、Ｏリング１８１２およびシール面１８１６ａの間にシールが形成されバルブ１８００を介する燃料流が減量または阻止される。図５２ではワックス１８０７ｃが拡大し、バルブ１８００が閉成状態である。
【０１１８】
ワックス１８０７ｃが冷却されて予め定められた閾値温度を下回ると、ワックス１８０７ｃは体積を減少させ、固定化し、復帰バネ１８１０がダイアフラム１８０６ｂに打ち勝ってプランジャ１８０８を移動させ、Ｏリング１８１２の圧縮を解除し、バルブ１８００を開成させて燃料を流す。この過程は繰り返し可能である。ワックス１８０７をここで検討した任意の温度応答材料、例えば、バイメタルバネ、沸点が燃料より小さな液体で、置換できる。
【０１１９】
図５３に示すように、ダイアフラム１８０６ｂを省略してワックス１８０７ｃが拡大して直接にプランジャ１８０８を押しても良い。この場合、プランジャおよびワックスの容器の間にシールが形成される。プランジャ１８０８はバイアスされてＯリング１８１２を圧縮する。代替的には、プランジャ１８０８がシール材料から製造されていれば、Ｏリング１８１２を省略できる。また、バルブ１８００はオプションとしてバネ１８２２によりバイアスされる、行き過ぎプランジャ１８２０を有しても良い。バイアスされた、行き過ぎプランジャは、ワックスの拡張の一部を吸収してＯリング１８１２が圧縮されすぎないようにする。
【０１２０】
図５４は、第１９の実施例の環境応答バルブ２４４０を示している。バルブ２４４０は、バルブ部分２４４０ａおよび調整バルブ部分２４４０ｂを有する。バルブ部分２４４０ａは米国特許出願公開ＵＳ２００５／００２２８８３に十分に開示された２要素バルブの１つの要素であり、これについては先に参照してここに組み入れた。バルブ部分２４４０ａは外側ハウジング２４４４を有し、これが開口２４４６を形成し、この開口２４４６はプランジャ２４４８、バネ２４５０、係止部２４５０およびＯリング２４５６を収容するように構成される。係止部２４５２は、バネ２４５０に対してベアリングとして動作し、その周囲に複数の開口２４５４を形成する。シール位置において、バネ２４５０はプランジャ２４４８およびＯリング２４５６をバイアスして外側ハウジング２４４４のシール面２４５８とシール係合させる。バネ２４５０は金属、エラストマーまたはゴムから製造できる。バネ２４５０は、Ｂｕｎａ  Ｎ  Ｎｉｔｒｉｌｅ、その他の二トリルゴム、エチレンプロピレン、ネオプレン、ＥＰＤＭゴム、またはＶｉｔｒｏｎ（商標）フルオロエラストマーを含む弾性ゴムから製造でき、要求される機構特性、および燃料サプライに貯蔵される燃料に応じたものとする。
【０１２１】
調整バルブ部分２４４０ｂは外側ハウジング２４６０を有し、これが段差のある内側室部２４６２を形成する。フィラー２４６４、バネ２４６６、およびボール２４６８が内側室部２４６２に収容される。
【０１２２】
フィラー２４６４は、燃料カートリッジ１０を燃料電池ＦＣから切断したときにバルブ２４４０内に残る燃料を吸収し保持することが可能な吸収または保持材料から製造される。適切な吸収材料は、これに限定されないが、親水性ファイバ、例えば、幼児用のおむつに使用されるもの、膨張ゲル、例えば生理用ナプキンに使用されるもの、またはこれらの組み合わせである。さらに、吸収材料は燃料に混合される添加物を含んでも良い。フィラー２４６４はバルブ部分２４４０ａ，ｂが接続されるとき、圧縮されて良く、バルブ部分２４４０ａ，ｂが接続解除されるときに圧縮解除されて良い。これらのフィラーはここで検討する任意のフィラーに採用可能である。
【０１２３】
チェックバルブ部分２４４０ａを開成するには、第２のチェックバルブ要素がプランジャ２４４８に接触して係止部２４５２側へ移動させてバネ２４５０を圧縮させる。Ｏリング２４５６が移動してシール面２４５８から外れて流路を開く。
【０１２４】
バルブ部分２４４０ｂは圧力に応答する。予め定められた閾値圧力以上の速度で流速Ｆが生じると、燃料Ｆがボール２４６９を面２４６９の接触から外し、しかも面２４７０に接触しないようにし、これにより、調整バルブ部分２４４０ｂからチェックバルブ部分２４４０ａへの燃料流Ｆが生じる。これを部分的に図５４に示す。Ｏリング２４５６および面２４５８の間のシールが開くと、燃料はプランジャ２４４８の回りを流れてチェックバルブ２４４０ａへと流れる。
【０１２５】
燃料流Ｆが予め定められた閾値を越えると、大きな流れがさらにバネ２４６６を圧縮してボールを移動させて面２４７０に接触させ、燃料流Ｆを減量または阻止する。これは図５５に示すとおりである。燃料流Ｆが減少して予め定められた閾値圧力を下回ると、バネ２４６６がボール２４６８を元の位置に戻し、これによりバルブ部分２４４０ｂを自動的にリセットする。バネ２４６８の要不要は、自動的リセット機能が必要かどうかに依存する。ボール２４６８は要素１１３６と類似の鋭い選択を具備しても良い。
【０１２６】
図５６は、第２０の実施例の環境応答バルブ３００００を示しており、これはカートリッジ１０（図１）と係合でき、またその内部に配置でき、あるいは燃料電池ＦＣまたは再充填装置と係合できる。この構成において、バルブ３０００はノズル１８ｂ（図１）と結合され、またはその内部に収容される。バルブ３０００は、入口３００４および出口３００６を具備する主通路３０００を有する。入口３００４は燃料室部２０に結合され、出口３００６は燃料電池ＦＣに接続される。バルブ３０００はさらに戻り通路３００８、３０１０、および３０１２を有する。戻り通路３００８、３０１０、および３０１２は燃料カートリッジ１０内の個別の戻り貯蔵室部に結合される。
【０１２７】
バルブ３０００は可動プランジャ３０１４、復帰バネ３０１６、係止部３０１９およびフィラー３０２０を主通路３００２内に有する。プランジャ３０１４は、例えば、燃料Ｆと相性がよい弾性またはポリマー材料から製造される。復帰バネ３０１６はプランジャ３０１４の下流にある。係止部３０１９はバネ３０１６に対してベアリング面として働き、燃料流に対する開口を形成する。係止部３０１９の下流にオプションのフィラー３０２０を設けても良く、これは先に説明したフィラー要の材料であって良い。
【０１２８】
バルブ３０００は圧力に応答する。予め定められた第１の閾値圧力以下の燃料流しか生じないと、復帰バネ３０１６は圧縮されずにプランジャ３０１４は全体として静止状態に止まる。この結果、プランジャ３０１４は戻り通路３００８、３０１０および３０１２の上流の第１の位置（図５５に示す）に位置する。燃料Ｆは、プランジャ３００２内に形成された通路を通じて自由に流れる。プランジャ３０１４は主通路３００２の内部に丁度収まるサイズおよび寸法とされ、燃料はプランジャ３０１４の回りを流れない。例えば、プランジャ３０１４は、それ自体と通路３００２の癖部との間に弾性ワイパを具備しても良い。これは注射器に類似するものである。
【０１２９】
予め定められた第１の閾値圧力以上の速度で流速Ｆが生じると、このより速い流れがバネ３０１６を押してプランジャ３０１４を、戻り通路３００８より下流で、かつ戻り通路３０１０および３０１２の上流の第２の位置（図５７に示す）に移動させる。この位置では、燃料流Ｆの一部Ｆ１が戻り通路３００８に入り込み、カートリッジ１０の貯蔵部へと流れる。これにより出口３００６への燃料の流れが安定化され、過剰な流れは戻り通路３００８を通じて排出される。
【０１３０】
予め定められたより大きな第２の閾値圧力以上の速度で流速Ｆが生じると、このより速い流れがバネ３０１６を押してプランジャ３０１４を、戻り通路３０１０より下流で、かつ戻り通路３０１２の上流の第３の位置（図５８に示す）に移動させる。この位置では、燃料流Ｆの部分流Ｆ１およびＦ２が戻り通路３００８、３０１０に入り込み、カートリッジ１０の貯蔵部へと流れる。これにより出口３００６への燃料の流れが、より大きな圧力の下でも、安定化され、さらなる過剰な流れが戻り通路３００８および３０１０を通じて排出される。
【０１３１】
予め定められたより大きな第３の閾値圧力以上の速度で流速Ｆが生じると、このより速い流れがさらにバネ３０１６を押してプランジャ３０１４を、戻り通路３０１２の下流の第４の位置（図５９に示す）に移動させる。この位置では、燃料流Ｆの部分流Ｆ１、Ｆ２およびＦ３が戻り通路３００８、３０１０および３０１２に入り込み、カートリッジ１０の貯蔵部へと流れる。これにより出口３００６への燃料の流れが、より大きな圧力の下でも、安定化される。任意の個数の戻り通路を採用しても良い。
【０１３２】
燃料流Ｆが減少して予め定められた閾値を下回ると、バネ３０１６がプランジャ３０１４を元の位置に戻し、自動的にバルブ３０００をリセットする。バネ３０１６の要不要は、自動的リセット機能が必要かどうかに依存する。
【０１３３】
図６０−６２はこの発明の第２１の実施例を示す。バルブ部分３１００は圧力応答部分３１０２を有し、これが複数の襞（ひだ）３１０４を具備する。バルブ部分３１００は燃料カートリッジ１０を燃料電池ＦＣに結合する。圧力応答部分３１０２は、予め定められた圧力で、図６２に示すように、襞３１０２を拡大する。拡大された部分３１０２においては、拡大された流れ面積に起因して燃料流が減少し、これによって、過剰な流れが燃料電池に至らないようにする。過剰な燃料を保持するのに利用できる拡大された体積量は、想定される使用燃料または燃料カートリッジ１０の体積に固定される。適切なバルブ部分３１００の選択を支援する評価システムを開発できる。例えば、評価システムは、部分３１０２が拡大する圧力、燃料電池を防護するための圧力、および／または燃料カートリッジの体積に基づくものにできる。例えば、拡大された部分３１０２の体積は燃料カートリッジの体積の１０％−９０％にできる。
【０１３４】
図６３−６５はこの発明の第２２の実施例を示す。バルブ部分３２００は、ルブ部分３１００と類似している。ただし、圧力応答部分３２０２は弾性材料、例えばゴムから製造される。予め定められた圧力以上で拡張された後に、圧力が予め定められた閾値を下回ると、拡大された部分３２０２はその弾性に起因して収縮して燃料をカートリッジ１０から燃料電池へと押し出してもよい。
【０１３５】
図６６Ａ−６６Ｄおよび６７は第２３の実施例の環境応答バルブ要素４４４０を種々の動作段階で示す。バルブ要素４４４０米国特許出願公開ＵＳ２００５／００２２８８３に十分に開示されている２要素バルブの１つの要素であり、その内容は先に参照してここに組み入れた。バルブ要素４４４０はバルブハウジングまたは本体４４４４、プランジャ４４４８およびシール要素４４３６を有する。図６６Ａに示すように、バネ４４５０はバルブ本体４４４４の内部に圧縮状態で保持され、バネ保持部４４５２により支持されている。バネ４４５０はプランジャ４４４８を外側にバイアスしてシール要素４４３６の第１のシール面４４４３をバルブシート面４４５８に押しつけてバルブ要素４４４０の内部にシールを形成する。シール要素４４３６は、また、第２の環状のシール面４４４５（図６７に示す）を含み、これがプランジャ４４４８とシールを形成する。
【０１３６】
図６６Ａ−６６Ｄおよび６７の実施例では、シール要素４４３６が環状のシール面４４４５に止め部４４６０を有し、これがプランジャ４４４８の対応する溝４４４７に係合する。このようにしてバルブおよびシール要素とプランジャとが強固に相互結合されて保持される。他の実施例では、止め部は１または複数の結び目または突起部を有してよい。他の実施例において、止め部はプランジャ上に設けられ、シール要素の環状のシール面に溝が形成されても良い。
【０１３７】
止め部４４６０および溝４４４７の間の係合は、シール要素４４３６をプランジャ４４４８に開放可能に結合するようなものである。図６６Ｂに示すように、プランジャ４４４８が、第２のバルブ要素（図示しない）の対応するプランジャにより押圧されると、シール要素４４３６がプランジャ４４４８とともに後方へ移動してバルブ要素４４４０の開口４４４１を介して燃料が入り込み燃料を燃料電池に供給する。ただし、動作中に、温度が上昇して燃料カートリッジ内の圧力がそれに応じて増大すると、過剰な圧力がシール要素４４３６の背面４４５７に働きシール要素４４３６をプランジャ４４４８から離してシール要素を、第１のシール面４４４３がバルブシート面４４５８とシールを形成するまで前方へ移動させる。これを図６６Ｃに示す。この発明の１実施例では、止め部４４６０および溝４４４７の相互結合は、２５°Ｃから５５°Ｃの範囲で約２ｐｓｉ以上の圧力上昇があると外れるようなサイズにされている。図６６Ｄに示すように、第２のバルブ要素のプランジャ４４６５が後退してプランジャ４４４８との係合が解除されると、バネ４４５０がプランジャ４４４８を閉成位置に戻す。プランジャ４４４８が前方方向へ移動すると止め部４４６０が溝４４４７に入り直してシール要素４４３６がリセットされる。
【０１３８】
このようにして、シール要素は、特定の温度および関連する圧力で燃料の流れを制限し、または停止する。そのようにしないと所望の流れより大きな燃料の流れが生じてしまう。この発明のシール要素は設計上単純であり、燃料と相性がよく、コストも小さく、燃料の温度／圧力が減少するとリセットすることができるものである。さらに、シール要素は小型で小スペースに実装でき、燃料電池のどのような方向にあっても動作可能である。
【０１３９】
他の実施例において、シール要素４４３６は、シール要素の環状シール面およびプランジャの間の縛りばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｉｔ）を介してプランジャ４４４８に結合され、これによりプランジャ上の要素が止め部および溝の構成を採用しないですむ。縛りばめは所定の温度および圧力で外れてバルブおよびシール要素を遮断状態に移動させる。さらに他の実施例では、リップシールがシール要素の環状面に配置される。バルブおよびシール要素が開成位置に移動しているときに、リップシールはプランジャの外側面と係合を維持し、バルブおよびシール要素が遮断位置に移動するときに、リップシールはプランジャに沿って移動する。
【０１４０】
図６８Ａ−６８Ｄおよび６９は第２４の実施例の環境応答バルブ要素４５４０を種々の動作段階で示す。バルブ要素４５４０米国特許出願公開ＵＳ２００５／００２２８８３に十分に開示されている２要素バルブの１つの要素であり、その内容は先に参照してここに組み入れた。バルブ要素４５４０はバルブハウジングまたは本体４５４４、プランジャ４５４８およびシール要素４５３６を有する。図６８Ａに示すように、閉成位置では、バネ４５５０は、バルブ本体４５４４の内部に圧縮状態で保持され、バネ保持部４５５２および４５８２の間に支持されている。バネ４５５０はプランジャ４５４８を外側にバイアスしてシール要素４５３６の第１のシール面４５４３をバルブシート面４５５８に押しつけてバルブ要素４５４０の内部にシールを形成する。シール要素４５３６は、また、プランジャ４５４８とシールを形成する第２の環状のシール面４５４５（図６９に示す）と、以下に説明する構成でバルブ室部の側壁４５５５とシールを行う第３のシール面４５５３とを有する。
【０１４１】
図６８Ａ−６８Ｄおよび６９の実施例では、シール要素４５３６は第２のシール面４５４５に沿ってシール状態でプランジャ４５４８に結合される。図６８Ｂに示すように、第２バルブ要素（図示しない）の対応するプランジャ４５６５がプランジャ４５４８を押圧すると、シール要素４５３６がプランジャ４５４８とともに後方へ移動してバルブ要素４５４０の開口４５４１を介して燃料が入り込み燃料を燃料電池に供給する。ただし、動作中に、温度が上昇して燃料カートリッジ内の圧力がそれに応じて増大すると、過剰な圧力がシール要素４５３６の背面４５５７に働きシール要素４５３６をヒンジ部４５５１で曲げて、第３のシール面４５５８がバルブ室部側壁４５５５、バルブシート面４５５８、または隣接の傾斜面と接触し、流れを制限し、また完全に阻止する。この発明の１実施例では、ヒンジ部４５５１は、２５°Ｃから５５°Ｃの範囲で約２ｐｓｉ以上の圧力上昇があると曲がるようなサイズにされている。図６８Ｄに示すように、第２のバルブ要素のプランジャ４５６５が後退してプランジャ４５４８との係合が解除されると、バネ４５５０がプランジャ４５４８を閉成位置に戻す。閉成位置に移動する際に、第３のシール面４５５３が、リップシールと同様の態様で、第１のシール面４５４３がバルブシート面４５５８に戻るまで、バルブ室部の側壁４５５５に沿ってスライドする。この位置で、第３のシール面４５５３は元の状態に戻り、シール要素４５３６をリセットする。
【０１４２】
他の実施例では、図６６Ｃに示されるシール要素と同様に、シール要素４５３６がプランジャ４５４８と非結合であってよい。これにより過剰な圧力下で、第３のシール面４５５３がバルブ室部側壁４５５５に沿って第１のシール面４５４３がバルブシート面４５５８に戻るまでスライドし、この位置で、第３のシール面４５５３が元の位置に戻る。この後、図６６Ｄの実施例の動作と同様に、第２のバルブ要素のプランジャ４５６５がプランジャ４５４８の係合から後退すると、バネ４５５０がプランジャ４５４８を閉成位置に戻す。プランジャ４５４８が前方へ移動すると、これがシール要素４５３６をプランジャへと再位置づけされる。これは、上述した保持機構、例えば、止め部および溝、縛りばめおよび／またはリップシールの１つの相互作用により行われる。
【０１４３】
図７０に示す他の実施例では、シール要素４６３６をプランジャ部分４６４８に永久的に固定され、または一体に製造されて単一の要素を構成する。このような単一の要素は例えばツーショット成型方法またはシール部材とプランジャ部分の溶接により製造される。代替的には、シール要素４６３６およびプランジャ部分４６４８を例えば射出成型により１つの部品として製造する。単一のシール要素４６３６を、上述した第１のバルブ要素４４４０、４５４０のバルブ構造とともに採用してよい。ただし、この実施例では、過剰な温度および圧力が燃料カートリッジ中に生成されると、過剰な圧力がシール要素４６３６の背面４６５７に働き、第１のシール面４６４３がバルブシート面に再配置されるまで単一要素を移動させ、燃料流を制限し、さらに遮断する。
【０１４４】
このようにして、図７０の実施例に従う単一要素を、第２のバルブ要素中に対応するバネ負荷プランジャを具備する２要素バルブ構成において用いると（図６６Ｂおよび６８Ｂに示すプランジャ４４６５、４５６５に類似する）、シール要素４６３６上の圧力の増大により、第２のバルブ要素の対応するプランジャ上に働くプランジャ４６４８の力が大きくなる。このようにして第２のバルブ要素のプランジャが、シール部材４６３６の第１のシール面４６４３がバルブシート面間で移動してシールを形成するまで、第２のバルブ要素中へと押し戻され、これにより燃料流が制限され、さらに停止される。この実施例では、シール要素４６３６は図６９に示すような「ヒンジ」であったり柔軟であったりする必要もない。ただし、その形状を図６７および図６９に示される実施例と類似にして燃料カットリッジ側の圧力の増大を利用して要素をシール位置に移動させる必要がある。
【０１４５】
他の実施例では、シール要素４６３６をより堅固な材料から製造して背面４６５７上の圧力が増大するとプランジャ部分４６４８が、例えば燃料電池の対応する第２のバルブ要素のプランジャをより強く押すようにする。この実施例では、燃料電池のバルブを開成する力（例えば５００ｇ）は燃料カートリッジのバルブを開成する力（例えば４５０ｇ）より若干大きく、燃料カートリッジバルブ中でこの過剰な力がストップ（例えば５０ｇ）に作用する。このようにして、燃料カートリッジ中で圧力が増大してシール要素４６３６（例えばたかだか１５０ｇ）に作用すると、その力は燃料カートリッジのバルブ力（４５０ｇ）と組合わさって燃料バルブを閉成する力より大きくなり（１００ｇだけ）、これにより燃料バルブがさらに開成する（この例では、燃料電池プランジャが移動する量はシール要素４６３６が移動して燃料カートリッジバルブを閉成する距離と必然的に等しい）。ただし、シール要素４６３６が収縮してバルブを閉じるならば、第１のバルブ要素のプランジャが移動する距離がより短くてよい。これはつぎの実施例を参照して検討する。
【０１４６】
他の実施例において、シール要素４６３６は適切な材料を用い、燃料カートリッジからの圧力がその背面４６５７に作用する組み合わせで半径方向部分がヒンジで曲がるような厚さに設計される。このように曲がると、シール要素４６３６の面４６５３バルブ室部側壁、バルブシート面または隣接する傾斜面に極めて接近しまたは接触して予め定められた圧力および／または温度でバルブを制約または閉止する。図７０に説明されるさらに他の実施例において、オプションの結合部材４６８０がバネ保持部分を含み、これを用いてシール要素４６３６をバルブ要素の残りの構造とともに取り付けてよい。
【０１４７】
上述のとおり、環境応答材料または要素は、温度、または圧力、また速度に対して例えば環境応答バネのように段階的に反応して良く、また緩やかまたは迅速な反応、例えば液体から気体への相変化、またはバイメタルバネを有してよい。双方の反応はこの発明の範囲内である。
【０１４８】
他の適切な温度応答材料をこの発明とともに採用して良い。例えば、温度応答ポリマー、その他の材料を採用できる。温度応答または熱反応性ポリマーは温度の変化に応じて膨らみ、または収縮するポリマーである。温度応答ポリマーは、上方境界融解温度（ＵＣＳＴ）または下方境界融解温度（ＬＣＳＴ）の一方を伴うポリマーである。これらポリマーは生物学的用途に用いられてきた。これらポリマーは米国特許第６６９９６１１号（Ｂ２）およびその引用文献に説明されている。６１１特許およびその引用文献の内容は参照してここに組み入れる。温度応答材料の例は、これに限定されないが、ポリ（アクリル酸）およびポリ（Ｎ，Ｎジメリルアクリルアミド）からなる相互貫入組織（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＩＰＮ）、ポリ（アクリル酸）およびポリ（アクリルアミド−コ−ブチルアクリレート）からなるＩＰＮ、およびポリ（ビニルアルコール）およびポリ（アクリル酸）からなるＩＰＮ、その他である。また適切な温度応答材料は熱膨張係数が大きな材料を含む。事例的な材料は、これに限定されないが、亜鉛、鉛、マグネシウム、アルミニウム、錫、青銅、銀、ステンレス鋼、銅、ニッケル、炭素鋼、鉄、金、その他、およびこれらの合金を含む。
【０１４９】
さらに、上述したバイメタルバネを任意の温度応答バネで置き換えることができ、これにはポリマーバネまたは金属バネが含まれる、好ましくは、金属またはポリマーを、予め定められた閾値温度以上の熱膨張率が十分に大きくバルブを閉じることが可能なように選択する。
【０１５０】
また、上述したこの発明のバルブを修正して、温度、圧力、または他の環境要素により一旦作動した後には、バルブが燃料の燃料電池への流れを遮断し、高温または高圧が除去された後も再開成しないようにできる。これを実現する手法は、復帰バネまたは復帰バネ力を省略して一旦起動されたバルブが非作動状態に復帰して流れを許容することがないようにするというものである。
【０１５１】
さらに、少なくとも圧力または速度応答バルブに関しては、これらバルブを逆の方向に取り付けて燃料電池からの逆流を阻止するようにできる、これは図２２−２５において説明した実施例と同様である。
【０１５２】
ここに開示された発明の例示的な実施例がこの発明の目的を達成することは明らかであるが、当業者が種々の変形や他の実施例を構成できることは容易に理解できる。さらに、任意の実施例の特徴および／または要素を、単独で、または他の実施例の特徴および／または要素と組み合わせて使用できる。添付の特許請求の範囲は、これらすべての変形例や実施例を、その趣旨を逸脱することなくカバーすることを意図するものであることは、容易に理解できる。
【０１５３】
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】
【０１５４】
【図１】この発明の燃料サプライとともに用いられる家庭用電化製品を、燃料サプライを取り外した状態で示す模式的な斜視図である。
【図２】図１の燃料サプライの模式的な斜視図である。
【図３ａ】燃料サプライ中に用いられる第１の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図３ｂ】図３ａの第１の実施例の環境応答バルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図４ａ】この発明の実施例で利用可能な位置決め機構の部分断面図である。
【図４ｂ】図４ａの機構の代替機構の部分断面図である。
【図４ｃ】図４ａの機構の代替機構の部分断面図である。
【図４ｄ】図４ａの機構の代替機構の部分断面図である。
【図５】燃料サプライ中に用いられる第２の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分斜視図である。
【図６】図５の第２の実施例のバルブを閉成状態で示す部分斜視図である。
【図７】燃料サプライ中に用いられる第３の実施例の環境応答バルブに用いられるバイメタルバネの斜視図である。
【図８】第３の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図９】図８の第３の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図１０】燃料サプライ中に用いられる環境応答バルブの第４の実施例に用いられる他のバイメタルバネの斜視図である。
【図１１】第４の実施例のバルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図１２】図１１の第４の実施例を閉成状態で示す部分断面図である。
【図１２ａ】図１１に示されるバルブの代替実施例の部分断面図である。
【図１２ｂ】図１１に示されるバルブの代替実施例の部分断面図である。
【図１３】第５の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図１４】図１３の第５の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図１５】第６の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図１６】図１５の第６の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図１７】第７の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図１８】図１７の第６の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図１９】この発明の種々のバルブ中に用いられるバイメタルバネの種々の実施例の断面図である。
【図２０】この発明の種々のバルブ中に用いられるバイメタルバネの種々の実施例の断面図である。
【図２１】この発明の種々のバルブ中に用いられるバイメタルバネの種々の実施例の断面図である。
【図２２】この発明の第８の実施例を非作動位置で示す部分断面図である。
【図２３】図２２のバルブを作動位置で示す部分断面図である。
【図２４】図２２のバルブを他の作動位置で示す部分断面図、またはこの発明の第９の実施例を非作動位置で示す部分断面図である。
【図２５】図２４の第９の実施例の代替的な位置決めを示す部分断面図である。
【図２６】第１０の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図２７】図２６の第１０の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図２８ａ】第１１の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図２８ｂ】図２８ａの第１１の実施例の環境応答バルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図２９ａ】第１１の実施例のバルブの代替実施例を開成状態で示す部分断面図である。
【図２９ｂ】図２９ａの第１１の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図３０】第１２の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図３１】図３０の第１２の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図３２】第１３の実施例の環境応答バルブのシール部材を示す斜視図である。
【図３３】第１３の実施例を開成状態で示す部分断面図である。
【図３４】図３３の第１３の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図３５】図３３の第１３の実施例のバルブを他の閉成状態で示す部分断面図である。
【図３６】第１４の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図３７】図３６の第１４の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図３７ａ】図３に示されるバルブの代替実施例を示す部分断面図である。
【図３８】第１５の実施例の環境応答バルブを示す斜視図である。
【図３９】図３８の第１５の実施例のバルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図４０】図３９の第１５の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図４１】第１６の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す部分断面図である。
【図４２】図４１の第１６の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図４３】図４１の第１６の実施例のバルブを他の閉成状態で示す部分断面図である。
【図４４】第１７の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す断面図である。
【図４５】図４４の第１７の実施例のバルブを閉成状態で示す部分断面図である。
【図４５ａ】図４４に示すバルブに用いられる圧力応答部材の他の実施例を示す部分断面図である。
【図４６】図４４のバルブに用いられる本体を示す斜視図である。
【図４７】図４６の本体矢印４７−４７に沿って示す断面図である。
【図４８】図４４のバルブに用いられるキャップを示す斜視図である。
【図４９】図４４のバルブに用いられるプランジャの斜視図である。
【図５０】図４４のバルブに用いられるプランジャの斜視図である。
【図５１】第１８の実施例の環境応答バルブを開成状態で示す断面図である。
【図５２】図５１の第１８の実施例のバルブを閉成状態で示す断面図である。
【図５３】図５１のバルブの他の実施例を示す断面図である。
【図５４】この発明の他の側面に従う圧力応答部材を具備する第１９の実施例のバルブを開成状態で示す断面図である。
【図５５】図５４のバルブを閉成状態で示す断面図である。
【図５６】この発明の他の側面に従う圧力応答部材を具備する第２０の実施例のバルブを第１の位置で示す断面図である。
【図５７】図５５のバルブを第２の位置で示す断面図である。
【図５８】図５５のバルブを第３の位置で示す断面図である。
【図５９】図５５のバルブを第４の位置で示す断面図である。
【図６０】圧力応答部材を含む第２１の実施例のバルブを非作動状態で示す斜視図である。
【図６１】図６０のバルブを線６１−６１に沿って示す断面図である。
【図６２】図６０のバルブを作動状態で示す斜視図である。
【図６３】圧力応答部材を含む第２２の実施例のバルブを非作動状態で示す斜視図である。
【図６４】図６３のバルブを線６４−６４に沿って示す断面図である。
【図６５】図６３のバルブを作動状態で示す斜視図である。
【図６６Ａ】この発明の他の側面に従う第２３の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６６Ｂ】この発明の他の側面に従う第２３の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６６Ｃ】この発明の他の側面に従う第２３の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６６Ｄ】この発明の他の側面に従う第２３の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６７】図６６Ａ−６６Ｄに示されるシール部材の断面図である。
【図６８Ａ】この発明の他の側面に従う第２４の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６８Ｂ】この発明の他の側面に従う第２４の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６８Ｃ】この発明の他の側面に従う第２４の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６８Ｄ】この発明の他の側面に従う第２４の実施例のバルブ部材を示す断面図である。
【図６９】図６８Ａ−６８Ｄに示されるシール部材の断面図である。
【図７０】シール部材の代替実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１１８ｂ    ノズル
１２８      バルブ
１３２ａ，１３２ｂ    シール面
１３６      シール部材
【図１】
2008516400.tif 000008
【図２】
2008516400.tif 000009
【図３ａ】
2008516400.tif 000010
【図３ｂ】
2008516400.tif 000011
【図４ａ】
2008516400.tif 000012
【図４ｂ】
2008516400.tif 000013
【図４ｃ】
2008516400.tif 000014
【図４ｄ】
2008516400.tif 000015
【図５】
2008516400.tif 000016
【図６】
2008516400.tif 000017
【図７】
2008516400.tif 000018
【図８】
2008516400.tif 000019
【図９】
2008516400.tif 000020
【図１０】
2008516400.tif 000021
【図１１】
2008516400.tif 000022
【図１２】
2008516400.tif 000023
【図１２ａ】
2008516400.tif 000024
【図１２ｂ】
2008516400.tif 000025
【図１３】
2008516400.tif 000026
【図１４】
2008516400.tif 000027
【図１５】
2008516400.tif 000028
【図１６】
2008516400.tif 000029
【図１７】
2008516400.tif 000030
【図１８】
2008516400.tif 000031
【図１９】
2008516400.tif 000032
【図２０】
2008516400.tif 000033
【図２１】
2008516400.tif 000034
【図２２】
2008516400.tif 000035
【図２３】
2008516400.tif 000036
【図２４】
2008516400.tif 000037
【図２５】
2008516400.tif 000038
【図２６】
2008516400.tif 000039
【図２７】
2008516400.tif 000040
【図２８ａ】
2008516400.tif 000041
【図２８ｂ】
2008516400.tif 000042
【図２９ａ】
2008516400.tif 000043
【図２９ｂ】
2008516400.tif 000044
【図３０】
2008516400.tif 000045
【図３１】
2008516400.tif 000046
【図３２】
2008516400.tif 000047
【図３３】
2008516400.tif 000048
【図３４】
2008516400.tif 000049
【図３５】
2008516400.tif 000050
【図３６】
2008516400.tif 000051
【図３７】
2008516400.tif 000052
【図３７ａ】
2008516400.tif 000053
【図３８】
2008516400.tif 000054
【図３９】
2008516400.tif 000055
【図４０】
2008516400.tif 000056
【図４１】
2008516400.tif 000057
【図４２】
2008516400.tif 000058
【図４３】
2008516400.tif 000059
【図４４】
2008516400.tif 000060
【図４５】
2008516400.tif 000061
【図４５ａ】
2008516400.tif 000062
【図４６】
2008516400.tif 000063
【図４７】
2008516400.tif 000064
【図４８】
2008516400.tif 000065
【図４９】
2008516400.tif 000066
【図５０】
2008516400.tif 000067
【図５１】
2008516400.tif 000068
【図５２】
2008516400.tif 000069
【図５３】
2008516400.tif 000070
【図５４】
2008516400.tif 000071
【図５５】
2008516400.tif 000072
【図５６】
2008516400.tif 000073
【図５７】
2008516400.tif 000074
【図５８】
2008516400.tif 000075
【図５９】
2008516400.tif 000076
【図６０】
2008516400.tif 000077
【図６１】
2008516400.tif 000078
【図６２】
2008516400.tif 000079
【図６３】
2008516400.tif 000080
【図６４】
2008516400.tif 000081
【図６５】
2008516400.tif 000082
【図６６Ａ】
2008516400.tif 000083
【図６６Ｂ】
2008516400.tif 000084
【図６６Ｃ】
2008516400.tif 000085
【図６６Ｄ】
2008516400.tif 000086
【図６７】
2008516400.tif 000087
【図６８Ａ】
2008516400.tif 000088
【図６８Ｂ】
2008516400.tif 000089
【図６８Ｃ】
2008516400.tif 000090
【図６８Ｄ】
2008516400.tif 000091
【図６９】
2008516400.tif 000092
【図７０】
2008516400.tif 000093
【国際調査報告】
2008516400.tif 000094
2008516400.tif 000095