(57)【要約】本発明は、液体をリザーバから反応エリアに圧送するためのポンプであって、液体は、水素ガスを産生するように反応する、ポンプと、水素発生器および燃料電池スタックを含む、燃料電池システムとを含む、水素発生器である。ポンプは、カム作動式プッシュロッドによって開放される機械作動式液体入口および出口弁を伴う、ダイヤフラムポンプであって、プッシュロッドは、ダイヤフラムによって、ポンプを通る液体流路から隔離される。液体リザーバと反応エリアとの間の液体流路内の全ての弁は、機械作動式弁である。
2014532824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発生器であって、
前記水素発生器は、
筐体と、
液体反応物質を含有し、前記筐体内に配置される液体リザーバと、
前記筐体内に配置される反応エリアと、
前記液体反応物質を前記液体リザーバから、液体流路を通して、前記反応エリアに圧送するように構成されるポンプと
を備え、
前記液体は、前記反応エリア内で反応し、水素ガスを放出可能であり、
前記ポンプは、ダイヤフラムポンプであり、
前記ポンプは、
ある容積を有するポンプチャンバと、
前記ポンプチャンバの一部を画定する第１のダイヤフラムと、
入口弁がその中に配置される、前記ポンプチャンバへの液体入口経路であって、前記入口弁は、閉鎖位置において、第２のダイヤフラムに対して付勢される、液体入口経路と、
出口弁がその中に配置される、前記ポンプチャンバからの液体出口経路であって、前記出口弁は、閉鎖位置において、第３のダイヤフラムに対して付勢される、液体出口経路と、
回転可能シャフトを有するモータと、
全てが前記回転可能シャフト上に配置される、第１のカム、第２のカム、および第３のカムと、
前記第１のカムと接触し、前記第１のカムと協働して、前記第１のダイヤフラムを可逆的に変位させ、前記ポンプチャンバ容積を減少させるように構成される第１のプッシュロッドと、
前記第２のカムと接触し、前記第２のカムと協働して、前記第２のダイヤフラムを可逆的に変位させ、前記入口弁を開放させるように構成される第２のプッシュロッドと、
前記第３のカムと接触し、前記第３のカムと協働して、前記第３のダイヤフラムを可逆的に変位させ、前記出口弁を開放させるように構成される第３のプッシュロッドと
を備え、
前記液体リザーバと前記反応エリアとの間の液体流路内の全ての弁は、機械作動式弁である、水素発生器。
【請求項２】
前記第１、第２、および第３のダイヤフラムは、単一ダイヤフラムシートの別個のエリアである、請求項１に記載の水素発生器。
【請求項３】
前記ダイヤフラムシートは、架橋フッ素ポリマーを含む、請求項２に記載の水素発生器。
【請求項４】
前記入口弁および前記出口弁は、それぞれ、入口弁バネおよび出口弁バネによって、前記第２および第３のダイヤフラムに対して付勢される、請求項１〜３のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項５】
前記ポンプは、ポンプ本体を備え、前記ポンプチャンバ、前記液体入口経路、および前記液体出口経路が、前記ポンプ本体の中に配置される、請求項１〜４のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項６】
前記ポンプ本体内の空洞および前記第１のダイヤフラムによって画定される最大ポンプチャンバ容積は、０．０１ｃｍ３〜１ｃｍ３である、請求項１〜５のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項７】
前記ポンプは、最大１００サイクル／分で動作するように構成される、請求項１〜６のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項８】
前記モータは、電気モータである、請求項１〜７のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項９】
前記ポンプは、前記水素発生器筐体内に配置される、請求項１〜８のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１０】
前記ポンプは、前記水素発生器筐体外に配置される、請求項１〜８のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１１】
前記液体は、水を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１２】
前記液体は、酸を含む、請求項１１に記載の水素発生器。
【請求項１３】
前記液体は、塩基を含む、請求項１１に記載の水素発生器。
【請求項１４】
前記液体は、化学水素化物を含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１５】
前記水素発生器は、前記反応エリア内に配置される固体反応物質を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１６】
前記水素発生器は、前記反応エリア内に配置される触媒を含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１７】
前記ポンプは、所定のポンプ位置を感知するためのセンサを備える、請求項１〜１６のいずれかに記載の水素発生器。
【請求項１８】
燃料電池スタックおよび請求項１〜１７のいずれかに記載の水素発生器を備える、燃料電池システム。
【請求項１９】
前記ポンプは、前記燃料電池スタックによる必要に応じて、水素を供給するように動作されることができる、請求項１８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体反応物質を圧送するためのポンプを伴う、水素発生器と、水素発生器を含む、燃料電池システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル電子デバイスのための電源としての燃料電池バッテリにおける関心は、高まりつつある。燃料電池は、正および負電極のための活性材料として、電池外からの材料を使用する、電気化学電池である。燃料電池は、電気を発生させるために使用される活性材料の全てを含有する必要がないため、燃料電池は、他のタイプのバッテリと比較して、産生される電気エネルギーの量に対して、小容積で作製されることができる。
【０００３】
いくつかのタイプの燃料電池が存在し、それらは、種々の方法で分類され得る。例えば、燃料電池は、使用される電解質のタイプに従って、典型的には、５つのタイプ：プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、アルカリ燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）、および溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）のうちの１つにカテゴリ化されることができる。これらのタイプの燃料電池はそれぞれ、水素および酸素を使用する。水素は、負電極において酸化され、酸素は、正電極において還元される。イオンは、電気的に非伝導性のイオン浸透性セパレータを通過し、電子は、外部回路を通過して、電流を提供する。
【０００４】
いくつかのタイプの水素燃料電池では、水素は、燃料電池の負電極側に供給される水素含有燃料から形成される。他のタイプの水素燃料電池では、水素ガスは、燃料電池外の源から燃料電池に供給される。
【０００５】
燃料電池システムは、１つ以上の燃料電池（燃料電池スタック）と、ガスタンクまたはガス発生器等のガス源とを含む、燃料電池バッテリを含むことができる。ガスを燃料電池に供給する、ガス発生器は、燃料電池システムの一体部分であることができる、または燃料電池システムに可撤性に結合されることができる。可撤性ガス発生器は、反応物質を産生するガスが、消費されると、別のものと交換されることができる。可撤性ガス発生器は、使い捨て（１回限りの使用のために意図される）または詰め替え可能（複数回の使用のために意図される）であって、消費された反応物質材料を補充することができる。
【０００６】
可撤性ガス発生器は、燃料電池システムに容易に結合され、結合時にガス漏出を伴うことなく、ガス発生器から燃料電池システムの残部へのガス流路を生成することが望ましく、また、ガス発生器は、燃料電池システムの残部に結合されていないときも、ガス漏出がないことが望ましい。ガス発生器と燃料電池システムの残部との間の結合は、１つ以上の弁を含むことができる。弁は、手動で開放および閉鎖されることができる、弁動作は、制御システムによって制御されることができる、あるいは弁は、構成要素の結合を行なうまたは分離することによって動作される、アクチュエータによって、開放および閉鎖されることができる。後者の方法は、迅速な結合分断において使用されることができ、例えば、弁は、ガス発生器がシステムの残部に結合されると、開放され、ガス発生器が分断されると、閉鎖される。
【０００７】
ガス発生器は、種々のタイプの反応物質を使用して、ガスを産生することができる。あるタイプの水素発生器では、少なくとも１つの反応物質が、リザーバ内に液体として貯蔵され、液体は、リザーバから反応チャンバに移送され、そこで、所望のガスを産生するように反応する。重力流、液体への圧力の印加、毛細管作用による液体の吸い上げ、および機械的ポンプを用いた圧送を含む、種々の手段が、液体を移送するために使用されている。各方法は、利点および不利点を有する。
【０００８】
液体の圧送は、圧送が開始および停止されることができ、したがって、ガスが必要ベースで産生されるため、有利であり得る。ポンプもまた、制御された割合で液体を提供することができる。ガス発生器と併用されるポンプの選択の際、ポンプ材料および構成要素の圧送される液体との適合性、使用される環境に耐えるポンプの能力（例えば、温度および圧力）、ポンプのサイズ、圧送割合、割合制御（正確度および精度）、ポンプを動作させるために要求される動力の量およびタイプ、ガス発生器またはシステム内へのポンプの統合、ポンプのガスの産生を制御する方法との適合性、ポンプの信頼性、ならびに動作の間、ポンプによって産生される熱および雑音の量等、多くの要因が、考慮され得る。
【０００９】
前述に照らして、本発明の目的は、ガス発生器内の液体反応物質を圧送するために好適なポンプと、ポンプを含む、燃料電池システム、特に、通信機器、ポータブルコンピュータ、およびビデオゲーム等のポータブル消費者電子デバイスに給電するために使用され得る燃料電池システムとを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的は、以下に説明されるポンプ、ポンプを含む、水素発生器、および水素発生器を含む、燃料電池システムによって、充足され、先行技術の前述の不利点も、それらによって、克服される。
【００１１】
故に、本発明の一側面は、筐体と、液体反応物質を含有し、筐体内に配置される、液体リザーバと、筐体内に配置される、反応エリアと、液体反応物質を液体リザーバから、液体流路を通して、反応エリアに圧送するように構成される、ポンプとを含み、液体は、反応エリア内で反応し、水素ガスを放出する、水素発生器である。ポンプは、ダイヤフラムポンプであって、ある容積を有する、ポンプチャンバと、ポンプチャンバの一部を画定する、第１のダイヤフラムと、入口弁がその中に配置される、ポンプチャンバへの液体入口経路であって、入口弁は、閉鎖位置において、第２のダイヤフラムに対して付勢される、液体入口経路と、出口弁がその中に配置される、ポンプチャンバからの液体出口経路であって、出口弁は、閉鎖位置において、第３のダイヤフラムに対して付勢される、液体出口経路と、回転可能シャフトを伴う、モータと、全て、回転可能シャフト上に配置される、第１のカム、第２のカムおよび第３のカムと、第１のカムと接触し、第１のカムと協働して、第１のダイヤフラムを可逆的に変位させ、ポンプチャンバ容積を減少させるように構成される、第１のプッシュロッドと、第２のカムと接触し、第２のカムと協働して、第２のダイヤフラムを可逆的に変位させ、入口弁を開放させるように構成される、第２のプッシュロッドと、第３のカムと接触し、第３のカムと協働し、第３のダイヤフラムを可逆的に変位させ、出口弁を開放させるように構成される、第３のプッシュロッドとを含む。液体リザーバと反応エリアとの間の液体流路内の全ての弁は、機械作動式弁である。
【００１２】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
●  第１、第２、および第３のダイヤフラムは、単一ダイヤフラムシートの別個のエリアであって、ダイヤフラムシートは、架橋フッ素ポリマーを含むことができる。
●  入口および出口弁は、それぞれ、入口弁バネおよび出口弁バネによって、第２および第３のダイヤフラムに対して付勢される。
●  ポンプは、ポンプ本体を含み、その中に、ポンプチャンバ、液体入口経路、および液体出口経路が、配置される。
●  ポンプ本体内の空洞および第１のダイヤフラムによって画定される、最大ポンプチャンバ容積は、０．０１ｃｍ３〜１ｃｍ３である。
●  ポンプは、最大１００サイクル／分で動作するように構成される。
●  モータは、電気モータである。
●  ポンプは、水素発生器筐体内に配置される。
●  ポンプは、水素発生器筐体外に配置される。
●  液体は、水を含む、液体は、酸を含むことができる、液体は、塩基を含むことができる、または液体は、化学水素化物を含有することができる。
●  水素発生器は、反応エリア内に配置される、固体反応物質を有する。
●  水素発生器は、反応エリア内に配置される、触媒を有する。
●  ポンプは、所定のポンプ位置を感知するためのセンサを含む。
【００１３】
本発明の第２の側面は、ポンプおよび燃料電池スタックを含む、燃料電池システムである。ある実施形態では、ポンプの動作は、燃料電池スタックのために要求される水素放出割合に基づいて、制御されることができる。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴、利点、ならびに目的は、以下の明細書、請求項、および添付の図面を参照することによって、当業者によってさらに理解および認識されるであろう。
【００１５】
本明細書で別様に規定されない限り、開示される特性および範囲は全て、室温（２０〜２５℃）で判定される。
【００１６】
「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「正面」、「背面」、「左」、「右」、およびその変形例等の空間的相対用語の使用は、別様に記載されない限り、図面に図示されるように、別の要素または特徴に対するある要素または特徴の関係を説明するための説明の容易さのために意図されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、入口および出口弁が閉鎖されている、ポンプの正面平面断面図である。
【図２】図２は、出口弁が開放されている、図１のポンプの正面平面断面図である。
【図３】図３は、入口弁が開放されている、図１のポンプの正面平面断面図である。
【図４】図４は、図１におけるポンプの分解斜視図である。
【図５】図５は、ポンプを含む、燃料電池システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
市販のポンプは、ガス発生器および燃料電池システムにおける使用のための所望の特徴が欠如していることが分かっている。以下に説明されるポンプは、選択される具体的材料に応じて、水、酸、および塩基水溶液、アルコール等の水素含有炭化水素、およびヒドラジン等の非水性液体を含む、種々のタイプのガス発生器のための種々の液体反応物質と適合性がある。ポンプは、広範囲にわたる割合で液体を圧送するように定寸されることができ、容易に始動および停止されることができ、かつポンプモータが旋回する方向に基づいて、いずれかの方向に液体を圧送することができる。ポンプは、選択される具体的材料に応じた温度に耐えることができる。ポンプは、静音で動作し、したがって、燃料電池システムによって給電されるデバイスのユーザの妨害にはならないであろう。ポンプはまた、単純設計および低コストを有する。
【００１９】
本発明によるポンプは、機械作動式弁を伴う、モータ駆動式ダイヤフラムポンプである。機械作動式弁（圧力に応答して、開放および／または閉鎖しない弁）は、確動的に閉鎖される（例えば、バネによって）ため、有利であって、したがって、弁が閉鎖されると、内部または外部過圧によってさえ、いずれの方向にも液体の自由な流動は存在しない。実際、外部過圧（例えば、ガス発生器から）は、弁をさらにきつく閉鎖する傾向となるであろう。圧力応答逆止弁は、使用されないため、ポンプは、始動時に、より自吸可能となる。ポンプは、機械作動式弁を伴う、ダイヤフラムポンプであるため、管類がより急速に劣化し得る、蠕動ポンプにおけるように、ゴム管類を緊締し、液体の自由流動を防止する必要はない。機械作動式弁を伴う、ダイヤフラムポンプもまた、静音で動作する。
【００２０】
ポンプチャンバは、ポンプが、所望の最大割合で液体を提供することを可能にするように定寸される。ポンプダイヤフラムおよび弁は、カム駆動式プッシュロッドによって変位される。弁を動作させるプッシュロッドは、ダイヤフラムをシールすることによって、弁から隔離され、したがって、プッシュロッドは、圧送される液体に接触せず、それによって、それらを液体から保護し、ポンプの有用寿命を延長させ、より多くの代替および／またはより安価な材料を実行可能にする。ポータブル消費者電子機器を給電する、燃料電池システムにおいて使用されるポンプの場合、１〜５ｃｍ３の液体／分を圧送可能なポンプが、所望され得る。６０サイクル／分で動作するポンプの場合、これは、容積０．０１５〜０．０８５ｃｍ３を伴うポンプチャンバを要求するであろう。より大きなポンプを伴う燃料電池システムは、ユーザによって携行されるように意図される機器には、大き過ぎる場合がある。より小さいポンプを要求する燃料電池システムは、電子デバイスならびにポンプモータの両方を給電可能な燃料電池スタックを有していない場合がある。いくつかの実施形態では、ポンプは、最大動作速度約１００サイクル／分を有することができる。
【００２１】
モータは、交流または直流のいずれかで動作する、電気モータであることができる。モータは、燃料電池システム内の燃料電池スタックまたは燃料電池システム内の別の電気電源、燃料電池システムによって給電される電子デバイス、あるいは燃料電池システムおよび電子デバイスの外部の電源によって給電されることができる。所望に応じて、モータおよびポンプは、可逆式であることができる。これは、液体の流動と、例えば、結果として生じるガスの発生とをより迅速に停止させるために有利であり得る。
【００２２】
ポンプは、モータ、カムシャフト、および他の構成要素を支持する、フレームを含むことができる。モータは、３つのカムを含み、１つは、プッシュロッドを持ち上げ、ポンプダイヤフラムをポンプチャンバ内に変位させ、１つは、プッシュロッドを持ち上げ、シールダイヤフラムを変位させ、入口弁を開放させ、残りの１つは、プッシュロッドを持ち上げ、シールダイヤフラムを変位させ、出口弁を開放させる、カムシャフトを回転させる。ポンプダイヤフラムは、プッシュロッドを対応するカムに対して付勢し、他のプッシュロッドは、シールダイヤフラムおよび弁によって、その対応するカムに対して付勢され、各弁ダイヤフラムは、例えば、弁バネによって、その対応するシールダイヤフラムに対して付勢される。
【００２３】
ポンプは、それを通して、液体が、ポンプチャンバへ流動する、液体入口経路と、それを通して、液体が、ポンプチャンバから流動する、液体出口経路とを含む。入口弁は、入口弁が閉鎖位置にあるとき、液体入口経路が閉鎖されるように配置され、出口弁は、出口弁が閉鎖位置にあるとき、液体出口経路が閉鎖されるように配置される。
【００２４】
一実施形態では、ポンプチャンバは、ポンプフレーム上に搭載されるポンプ本体内に配置されることができる。ポンプチャンバは、ポンプがサイクルの吸入部分にあるとき、液体で充填することができ、その中に、ポンプダイヤフラムが、サイクルの排出部分の間、ポンプチャンバから液体を押勢するように押動される、空洞であり得る。ポンプチャンバの容積は、空洞の壁およびポンプダイヤフラムによって画定される。ポンプ本体はまた、その中に、入口および出口弁が配置される、貫通孔と、それを通して、弁が開放されると、液体が流動することができる、貫通孔とポンプチャンバとの間の開口部とを含むことができる。
【００２５】
ポンプが静止または待機位置にあるとき、全３つのプッシュロッドは、下側位置にあって、ポンプダイヤフラムは、本質的に、ポンプチャンバの容積を最大限にするように後退され、入口および出口弁は、閉鎖され、液体入口および出口経路を通る液体の流動を防止する。待機位置から、ポンプは、サイクルの排出部分に入り、入口弁は、閉鎖し、ポンプダイヤフラムは、出口弁が開放するにつれて、ポンプチャンバ内に押動され、液体が、ポンプチャンバから、液体出口経路を通して、押勢されることを可能にする。液体が、ポンプチャンバから排出された後、ポンプは、サイクルの吸入部分に入り、出口弁は、閉鎖され、ポンプダイヤフラムは、ポンプチャンバ内に変位され、入口弁は、開放され、次いで、ポンプダイヤフラムは、ポンプチャンバから後退することが可能にされ、部分的真空を生成し、液体入口経路を通して、ポンプチャンバ内への液体の流動を促進する。サイクルの吸入部分の終了時、ポンプは、待機位置に戻り、次のサイクルの開始に備える。
【００２６】
ポンプダイヤフラムおよびシールダイヤフラムの周辺縁は、フレームとポンプ本体との間に圧入され、それらを定位置に保定し、液体シールを提供することができる。ダイヤフラムは、別個の構成要素であることができる、または単一ダイヤフラム構成要素の別個の区画であることができる。
【００２７】
ポンプは、液体リザーバと液体入口経路および液体出口経路と反応チャンバとの間に外部接続を提供する、コネクタを含むことができる。ポンプは、１つ以上の弁カバー、シール、締結具等の他の構成要素を含むことができる。
【００２８】
付加的特徴も、ポンプに追加されることができる。例えば、ポンプが、以下に説明されるように、待機位置であり得る、下死点等の特定の位置にあるとき、それを検出するために、センサが、追加されることができる。センサは、所望の位置にある、種々のポンプ特徴のいずれかを感知することができる。例えば、磁石が、カムシャフトに追加されることができ、したがって、センサは、所望の位置にあるとき、磁石を検出するであろう。センサは、いくつかの目的のために使用されることができる。例えば、センサは、ポンプが意図されたように移動していることを示すために使用されることができる、または制御システムの一部として使用され、ポンプを所望の位置（例えば、待機位置）で停止させることができる。
【００２９】
一般に、できる限り、安価、軽量、かつ処理が容易な材料を使用することが望ましい。圧送される液体に接触する構成要素は、特に、何度もまたは長期間にわたって使用されることが意図されるポンプの場合、液体と適合性でなければならない。金属が使用されることができるが、プラスチックおよびエラストマーもまた、ポンプ構成要素の多くに好適であり得る（但し、金属は、比較的に高強度を要求する薄い部品に必要とされてもよい（例えば、弁バネおよび弁カバー））。例えば、水または水溶液を圧送するために、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）（例えば、ＳＡＢＩＣ  Ａｍｅｒｉｃａｓ，  Ｉｎｃ．製ＵＬＴＥＭ(R)ＰＥＩ）等の耐熱および耐溶剤熱可塑性物質は、ポンプ本体に好適であり得、耐熱および耐溶剤エラストマー（例えば、末端シリコーン架橋基を伴うペルフルオロポリエーテル主鎖を有する、Ｓｈｉｎ−Ｅｔｓｕ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．製ＳＩＦＥＬ(R)等の架橋フッ素ポリマーを含む、エラストマー）は、ダイヤフラムおよびシールに好適であり得、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）系ポリマー（例えば、Ｔｒｅｌｌｅｂｏｒｇ  Ｓｅａｌｉｎｇ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ製ＴＵＲＣＩＴＥ(R)材料）およびベアリンググレードプラスチック（例えば、ＩＧＵＳ(R)製ＩＧＬＩＤＥ(R)）等の低摩擦、高強度、耐熱ポリマーは、弁リフタ、カムシャフト、およびブッシングに好適であり得る。ステンレス鋼は、液体と接触する、弁バネおよび弁カバー等の金属構成要素に好ましい材料である。アルミニウムは、液体と接触しない部品（例えば、フレームおよびカムシャフト）に好適な金属である。
【００３０】
図４は、ポンプの実施形態の分解図である。ネジ１１６（１つのみのネジが示される）を用いて、フレーム１１０に搭載されることができる、端部１１２を伴う、フレーム１１０を含む。モータ１１４は、ネジ１１６（１つのみのネジが示される）を用いて、フレーム１１０上に搭載されることができる。カムシャフト１１８は、シャフト１２０および軸受１２２とともに、モータ１１４およびフレーム端１１２に搭載されることができる。カムシャフト１１８は、カムシャフト１１８がモータ１１４によって回転されるにつれて、プッシュロッド１２６Ａ、１２６Ｂ、および１２６Ｃを上昇させる、３つのカム１２４Ａ、１２４Ｂ、および１２４Ｃを有する。ポンプダイヤフラム１２８Ａおよび２つのシールダイヤフラム１２８Ｂおよび１２８Ｃは、フレーム１１０の上部とポンプ本体１３０の下部との間に配置される。ダイヤフラム１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃは、別個の構成要素であることができる、または単一ダイヤフラムシート１２８内に形成されることができる。ダイヤフラム１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃは、プッシュロッド１２６Ａ、１２６Ｂ、および１２６Ｃをポンプ本体１３０内の液体から隔離する。ポンプ本体１３０は、ポンプチャンバ１３２（図１、２、および３）としての役割を果たす、その下部表面内の中心陥凹（図示せず）と、その中に、入口弁１３６および出口弁１３８が配置される、貫通孔１３４とを有する。貫通孔１３４はそれぞれ、弁座として、下端環状唇部を有し、弁１３６および１３８上のシール１４０は、弁１３６および１３８が閉鎖されると、弁座に対してシールする。弁１３６および１３８は、弁１３６および１３８の上部と弁カバー１４４の内側表面との間に配置され得る、バネ１４２によって、シールダイヤフラム１２８Ｂおよび１２８Ｃに対して付勢される。ポンプ本体１３０内の貫通孔１３４の周囲のＯリング１４６は、ポンプ本体１３０と弁カバー１４４との間にシールを提供する。弁カバー１４４は、ネジ１４８（１つのみ示される）を用いて、ポンプ本体１３０に固着される。コネクタ１５０は、液体リザーバ（図示せず）とポンプチャンバ１３０への液体入口経路およびポンプチャンバ１３０からの液体出口経路とガス発生器（図示せず）との間のシール接続を提供する。
【００３１】
図１、２、および３は、種々の位置におけるポンプを伴う、図４に示されるポンプの断面図である（図４に配向されるように背面から見て）。図１では、ポンプは、待機位置にある。待機位置では、プッシュロッド１２６Ａ、１２６Ｂ、および１２６Ｃは全て、入口弁１３６および出口弁１３８が両方とも閉鎖され、ポンプチャンバ１３２の容積が、その最大となるように、完全下側位置にある。本位置では、ダイヤフラム１２８Ａ、１２８Ｂ、および１２８Ｃは、機能低下を最大限にするために、弛緩状態またはそれに近い状態にあって、液体は、ポンプ内外に流動不可能である。ポンプは、待機位置から、サイクルの排出部分に移動する。図２では、ポンプは、サイクルの排出部分にある。サイクルの排出部分の間、プッシュロッド１２６Ｃおよびシールダイヤフラム１２８Ｃは、上昇され、出口弁１３８を開放し、ポンププッシュロッド１２６Ａおよびポンプダイヤフラム１２８Ａは、上昇され、ポンプチャンバ１３８から液体出口経路を通して液体を押勢する。図２では、ポンプは、サイクルの排出部分にあって、出口弁１３８は、開放し、ポンプダイヤフラム１２８Ａは、上向きである。サイクルの排出部分の終了時、ポンプは、サイクルの吸入部分を開始する（図３）。サイクルの吸入部分の間、ポンプカム１２４Ｂは、プッシュロッド１２６Ｂおよびシールダイヤフラム１２８Ｂを上昇させ、入口弁１３６を開放し、液体が、液体入口経路を通して、ポンプチャンバ１３２に流動することを可能にする。ポンプカム１２４Ａおよびポンプダイヤフラム１２８Ａは、次いで、降下し、液体をポンプチャンバ１３２内に引き込む。図３に示されるように、入口弁１３６は、完全に開放し、ポンプダイヤフラム１２８Ａは、下向きである。サイクルの吸入部分の終了時、ポンプは、再び、待機位置（図１）にある。ポンプダイヤフラム１２８Ａは、その最低位置にあって、ポンプチャンバ１３２は、液体で充填され、入口弁１３６および出口弁１３８は両方とも、閉鎖される。
【００３２】
ポンプは、水素ガスを燃料電池スタックに提供する、水素発生器等のガス発生器内のリザーバから反応エリアに、液体を圧送するために使用されることができる。水素発生器および燃料電池スタックは、電力を電子デバイスに提供するために使用され得る、燃料電池システムの部品である。
【００３３】
水素発生器は、種々の反応物質および反応のタイプを使用することができる。少なくとも１つの反応物質は、水素含有化合物である。水素含有化合物は、金属水素化物（例えば、水素化ナトリウム、水素化リチウム、水素化リチウムアルミニウム）、遷移金属水素化物（例えば、水素化アルミニウム）、有機（生理食塩水またはイオン）水素化物（例えば、Ｃ６ＨｓＣ（０）ＣＨ３）、ホウ化水素（例えば、ホウ化水素ナトリウム、アンモニアボラン）、ホウ酸塩（例えば、メタホウ酸ナトリウム）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール）、有機酸（例えば、ギ酸）、および水等の水素化物を含む。少なくとも１つの反応物質は、液体である、または水素発生器内のリザーバに貯蔵される液体中に含有される。触媒は、反応エリア内の水素発生反応に触媒作用を及ぼすために使用されることができる。
【００３４】
ポンプは、水素発生器筐体内または外に位置することができる。筐体内にある場合、筐体と燃料電池システムの残部との間で必要とされる接続がより少ないが、水素発生器が再使用可能（例えば、新しい反応物質を補充することによって）ではない場合、水素発生のコストは、増加する。使い捨て水素発生器の場合、概して、ポンプを水素発生器外に位置させることが望ましく、これによって、何回も使用されることができる。
【００３５】
ポンプは、反応エリアへの液体の供給（および、水素発生の割合）を制御するために使用されることができる。例えば、ポンプは、持続的または断続的に動作されることができ、したがって、水素は、必要に応じてのみ、産生される。必要性は、１つ以上のデバイス特性（例えば、オン／オフ、動作モード、エネルギー消費の割合、内部バッテリ状態）、燃料電池特性（例えば、電圧、アンペア数、電力出力、水素ガス圧力、温度）、水素発生器特性（例えば、水素ガス圧力、温度）、またはそれらの組み合わせに基づいて、判定されることができる。制御システムは、これらの特性を監視し、ポンプの動作を制御するために（例えば、モータをオンおよびオフにすることによって、またはモータ速度を調節することによって）、デバイスおよび／または燃料電池システム内に含まれることができる。
【００３６】
図５は、燃料電池システムの実施形態の概略図である。全構成要素が、不可欠であるわけではなく、燃料電池システムの構成要素は、必ずしも、図１に示されるように、配置されない（例えば、いくつかの構成要素は、燃料電池システムによって給電される装置内に位置してもよい）。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、水素燃料をスタック１２に提供するための可撤性水素発生器１４とを含む。水素は、水素発生器１４内の出口弁１６を通って、かつスタック１２への入口２４を通って通過し、そこで、アノードによって、燃料として使用される。酸素等の別のガスは、入口２６を通して、スタック１２に流入し、そこで、カソードによって、酸化剤として使用される。スタック１２は、電力出力２８を通して、電気装置に提供される電気を産生する。水素発生器１４内の反応物質は、水素を産生するように反応する。水素発生器１４内の液体は、リザーバから反応エリアに移送され、そこで、水素が発生される。液体は、水素発生器筐体内または外に配置され得る、ポンプ２２によって移送される。ポンプ２２が、筐体内にある場合、必要とされる外部接続はより少ないが、ポンプ２２が、外部ポンプである場合、使用済み水素発生器１４が交換された後も使用され続けることができる。図５では、ポンプ２２は、水素発生器１４外に示される。液体は、出口弁１８を通して、水素発生器１４から、入口弁２０を通して、水素発生器１４内に逆圧送されることができる。燃料電池システム１０は、ガス発生器１４および／または燃料電池スタック１２の動作を制御するために、随意の制御システムを含むことができる。制御システムの構成要素は、水素発生器１４、燃料電池スタック１２、燃料電池システムによって給電される装置、またはそれらの組み合わせ内に配置されることができる。制御システムは、コントローラ３０を含むことができる。コントローラ３０は、燃料電池システム１０内に位置し得るが、図５に示されるように、燃料電池システム１０内、または、例えば、電気装置内のいずれかの場所であることができる。コントローラ３０は、通信ライン３２を通して、ポンプ２２と、通信ライン３４を通して、スタック１２と、通信ライン３６を通して、水素発生器１４と、および／または通信ライン３８を通して、デバイスと通信することができる。電圧、電流、温度、圧力、および他のパラメータを監視するためのセンサは、それらの構成要素内に配置される、またはそれらと通信することができ、したがって、ガス発生は、それらのパラメータに基づいて、制御されることができる。
【００３７】
（実施例１）
ポンプが、水および酸性水溶液を圧送するために、図４に示される実施形態に従って製造された。５ボルト直流モータおよび機械加工されたアルミニウムカムシャフトが、機械加工されたアルミニウムフレーム上に搭載された。機械加工されたＴＵＲＣＩＴＥ(R)プッシュロッドおよび成形されたＳＩＦＥＬ(R)ダイヤフラムシートが、使用された。ポンプ本体は、ＵＬＴＥＭ(R)のブロックから機械加工された。弁バネは、３１６ステンレス鋼から作製され、弁カバーは、３０４ステンレス鋼であった。
【００３８】
ポンプ本体内のポンプチャンバの最大容積は、ポンプが待機位置にある状態で、０．０６ｃｍ３であった。ポンプは、ポンプが６６サイクル／分で動作時、０．０４ｃｍ３／サイクルを送達可能であった。ポンプはまた、呼水のための液体をリザーバから引き込むために、３ｐｓｉ（２１１ｇ／ｃｍ２）、および圧力を排出するために、８ｐｓｉ（５６２ｇ／ｃｍ２）の吸引力を発生可能であった。
【００３９】
（実施例２）
実施例１のポンプは、水素発生器と併用された。水素発生器は、筐体内に水を含有する液体リザーバを含んでいた。ポンプは、水素発生器外に位置し、リザーバから、筐体内の出口を通して、ポンプまで延在する、液体送給ラインと、ポンプから、筐体の入口を通して、水素化ホウ素ナトリウムおよび酸の固体混合物を含有する反応エリアまで延在する、液体供給ラインとを伴った。反応エリアに圧送された水は、酸の存在下、水素化ホウ素ナトリウムと反応し、水素ガスを産生した。水素ガスは、燃料として、水素−酸素燃料電池スタックに供給された。
【００４０】
本発明によるポンプは、水素発生器のための液体を圧送するために好適であるが、また、他の用途において使用するためにも好適であり得る。
【００４１】
本明細書に引用される全ての参考文献は、その全体として、参照することによって本明細書に明示的に組み込まれる。参照することによって組み込まれる刊行物および特許または特許出願が、本明細書内に含有される開示に矛盾する限りにおいて、本明細書は、任意のそのような矛盾する資料に代わる、および／または優先するよう意図される。
【００４２】
種々の修正および改良が、開示される概念の精神から逸脱することなく、本発明に行なわれ得ることは、本発明を実践する者および当業者によって理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲によりおよび法律によって許容される解釈の幅により判断されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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