(57)【要約】【課題】  携帯式電気機器の変化するエネルギー需要を満たすように、燃料電池によって生成される電力を調整する方法及び装置を提供する。【解決手段】  本発明の水素生成システムは、入口及び出口を備える反応チャンバ、該反応チャンバに接続されているガス収集チャンバ、該ガス収集チャンバに接続されている調整器とを包含する。前記調整器は、ガス収集チャンバ内の圧力に応じて、反応チャンバに入る反応物の流れ（流量）を制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口を備えた反応チャンバと、
前記反応チャンバの近くに配置されたガス収集チャンバと、
前記ガス収集チャンバに接続された調整器と、
からなり、前記調整器が、前記ガス収集チャンバ内の圧力に応じて前記反応チャンバへの反応物の流量を制御する生成システム。
【請求項２】
前記調整器が、前記反応チャンバ入口を調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記調整器が、前記反応チャンバ出口を調整する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反応チャンバが触媒を収容する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記反応物が、金属水素化物水溶液を含有する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記金属水素化物水溶液が、水素化ホウ素ナトリウムからなる請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記反応物が、過酸化水素からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記調整器が、ダイアフラムシールを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記調整器が、ポペットバルブを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記調整器が、ロッカーバルブを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記調整器が、膨張式バッグを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記調整器が、二連ピストンを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記調整器が、ピストンポンプを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記調整器が、圧力変換器、コントローラ、及び電気機械式バルブを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と空気極の間に配置されたプロトン交換膜と、
前記燃料極に結合された請求項１の生成システムとを備えた燃料電池システム。
【請求項１６】
前記反応物が、金属水素化物水溶液を含むことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
燃料極と、
空気極と、
前記燃料極及び前記空気極の間に配置されたプロトン交換膜と、
前記空気極に接続された請求項１の生成システムと、
からなる燃料電池システム。
【請求項１８】
前記反応物が、過酸化水素からなる請求項１７に記載の燃料電池システム。  
【請求項１９】
入口及び出口を備えた反応チャンバを通して反応物を流すステップと、
前記反応物を触媒と反応させ、ガスを生成するステップと、
前記ガスの圧力を検知するステップと、
前記検知した圧力に基づいて反応物の流れを調整するステップと、
前記ガスを燃料電池に供給するステップと、
を包含する燃料電池の運転方法。  
【請求項２０】
前記反応チャンバ入口を通る反応物の流量を調整するステップをさらに包含する請求項１９に記載の方法。  
【請求項２１】
前記反応チャンバ出口を通る前記反応生成物の流量を調整するステップをさらに包含する請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記燃料電池に供給される前記ガスを反応させて電気エネルギーを生成するステップをさらに包含する請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記生成された電気エネルギーを用いて携帯式電気機器に電力を供給するステップをさらに包含する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
反応物を反応させガスを生成する反応手段と、
前記ガスを収集する収集手段と、
前記収集手段内の圧力に応じて、前記反応手段への反応物の流量を調整する調整手段と、
からなる生成システム。
【請求項２５】
前記反応手段が、触媒を収容する請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記反応物が、金属水素化物水溶液からなる請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記金属水素化物水溶液が、水素化ホウ素ナトリウムからなる請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記反応物が、過酸化水素からなる請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記調整手段が、ダイアフラムシールを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記調整手段が、ポペットバルブを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記調整手段が、ロッカーバルブを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記調整手段が、膨張式バッグを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３３】
前記調整手段が、二連ピストンを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３４】
前記調整手段が、ピストンポンプを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３５】
前記調整手段が、圧力変換器、コントローラ、及び電気機械式バルブを備える請求項２４に記載のシステム。
【請求項３６】
入口及び出口を備える反応チャンバを作り出すステップと、
前記反応チャンバと接続された収集チャンバを作り出すステップと、
前記収集室チャンバ内の圧力に応じて前記反応チャンバへの反応物の流れを制御する調整器を作り出すステップと、
を包含する、生成システムを製造する方法。  
【請求項３７】
前記反応チャンバ内に触媒を組み込むステップをさらに包含する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記反応チャンバを反応物供給源と接続するステップをさらに包含する請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記収集チャンバを燃料電池と接続するステップをさらに包含する請求項３６に記載の方法。  
【請求項４０】
生成システムを調整する方法であって、
入口及び出口を備える反応チャンバ内で反応物を反応させてガスを生成するステップと、
前記ガスを、前記反応チャンバと接続された収集チャンバ内に収集するステップと、
前記収集チャンバ内の前記ガスの前記圧力を検知するステップと、
基準圧力を検知するステップと、  
前記基準圧力と前記収集チャンバ圧力の圧力差に基づいて前記反応チャンバへの反応物の流れを調整するステップと、
を包含する方法。
【請求項４１】
前記基準圧力が、前記反応チャンバ入口で検知される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記基準圧力が、前記反応チャンバ出口で検知される請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記基準圧力が、大気圧である請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記反応物の流れが、ダイアフラムシールによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記反応物の流れが、ポペットバルブによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記反応物の流れが、ロッカーバルブによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記反応物の流れが、膨張式バッグによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記反応物の流れが、二連ピストンによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
前記反応物の流れが、ピストンポンプによって調整される請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
前記反応物の流れが、電気機械的バルブによって調整される請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成の分野、より詳細には水素を発生する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型計算処理装置及び携帯通信装置の出現によって、クリーンで携帯可能なエネルギー源が必要とされている。従来のバッテリ技術では、そのような装置の高い機能性及び「通電時間（ｏｎ  ｔｉｍｅ）」が難題となっている。現在の充電式バッテリシステムでは、比エネルギー（ワット時／キログラム）及びエネルギー密度（ワット時／リットル）の領域で大きな制限がある。
【０００３】
燃料電池は、携帯用の充電式バッテリに代わる魅力的な選択肢を与え、現在のリチウムイオン電池よりも顕著な性能上の利点をもたらす。最も有望な燃料電池技術の１つは、固体高分子形（ＰＥＭ）燃料電池であり、これは、水素を酸化させて電気と水を生成する。
【０００４】
図１を参照すると、ＰＥＭ燃料電池は、一般に、正バスプレート２０、空気フレーム２２、空気極２３、両側面に触媒層２４及び２７を備えているプロトン交換膜２６、燃料極２８、水素フレーム３０、及び負バスプレート３２からなる。ＰＥＭ燃料電池は、水素フレーム３０に水素ガスを導入することにより作動し、水素分子は、触媒２７と接触して電子を放出し水素イオンとなる。電子は、燃料極２８、負バスプレート３２、外部回路３４、及び正バスプレート２０を流れて空気極２３まで移動する。当該反応によって生成される電流は、ラップトップコンピュータ、ディジタルカメラ、携帯情報端末、携帯電動工具などの携帯式電気機器３６に電力を供給するために使用することができる。
【０００５】
プロトン交換膜２６は、プロトンを通すが、電子を通さない。その結果、電子は外部回路３４に流れるが、水素イオンは、プロトン交換膜２６を通って空気極２３に直接流れ、そこで、酸素分子及び電子と結合して水となる。当該化学式は、次のようになる。
【０００６】
燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
空気極：Ｏ２→２Ｏ−
全体：２Ｈ＋＋Ｏ−→Ｈ２Ｏ
【０００７】
Ｈ２分子が、触媒２７、好ましくは白金と接触するとき、Ｈ２分子は、２つのＨ＋イオン及び２つの電子（ｅ−）に分かれる。燃料電池の空気極側では、酸素ガス（０２）が触媒２４に通され、そこで２つの酸素原子となる。これらの酸素原子はそれぞれ、強い負電荷を有し、これが、ＰＥＭ２６を介して２つのＨ＋イオンを誘引し、外部回路からの２つの電子と結合して水分子（Ｈ２Ｏ）となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
携帯式電気機器の電力需要が時間と共に変化し、また効率的に作動させるためには、燃料電池の出力をその需要に合うように調整しなければならないことを理解されたい。従って、携帯式電気機器の変化するエネルギー需要を満たすように、燃料電池によって生成される電力を調整する方法及び装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
入口及び出口を備える反応チャンバ、該反応チャンバに接続されているガス収集チャンバ、及び該ガス収集チャンバに接続されている調整器を備えた生成システムを提供する。前記調整器は、ガス収集チャンバ内の圧力に応じて反応物の流れ（流量）を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、携帯電気機器の変化するエネルギー需要を満たすように、燃料電池の発電量を調整する方法及び装置を提供することができる。
【００１１】
本発明が以下の詳細な説明及び図面によってより良く理解されるとき、本発明の特徴の多くがさらに容易に認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、添付図面を参照してより良く理解される。図面に示した要素は、必ずしも実寸とは限らない。それどころか、本発明を分かりやすく例示するために強調されている。
【００１３】
燃料電池によって生成される電力を調整する１つの方法は、燃料電池への燃料の供給を調整することである。これは、弁や他の調整装置によって燃料電池への燃料の流れ（流量）を調整するか、燃料電池に供給される燃料の生成を調整することによって達成することができる。燃料電池に供給される燃料の生成を調整することには、燃料をＮａＢＨ４などの安定した不活性な形で貯蔵できることによる高い安全性と、水素ガスよりもＮａＢＨ４のような水溶液の流量の調整が容易であることによる制御の単純さを包含するいくつかの利点がある。
【００１４】
図面を参照すると、図２は、図１に示した燃料電池４２、あるいは水素を必要とする他の装置に水素を与え得る水素生成システム４０を示している。図２の実施形態によれば、水素生成システムは、多孔質触媒４６を収容している反応チャンバ４４を備えることができる。触媒４６は、ＮａＢＨ４のような金属水素化物溶液からの水素ガスの放出を開始させるものであり、当業者に既知のルテニウム、白金、ニッケル、その他の触媒物質のような材料を例として挙げることができる。水素化ホウ素ナトリウム水溶液は、触媒４６の存在下で、次の化学反応に従って水素ガスを放出する。
【００１５】
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＮａＢＯ２
【００１６】
反応チャンバ４４は、入口４８から水素化ホウ素ナトリウムなどの燃料源を受け取り、出口５０から反応生成物及び排出物を放出する。反応チャンバの入口４８及び出口５０には、液体は通過させるが、毛細管抵抗によりガスの通過を防止する親水性スクリーン５２及び５４が存在する。反応チャンバ４４はまた、多孔質触媒４６を包囲しているか、又は反応チャンバ４４を被覆している疎水性膜５６を備える。疎水性膜５６は、選択的にガスを通過させるが、液体が膜を通過するのを防止する。親水性スクリーン５２及び５４、並びに疎水性膜５６を選択することによって、多孔質触媒４６と水素化ホウ素ナトリウム溶液との間の反応によって生成される液体及びガス生成物の経路が画定される。
【００１７】
水素生成システム４０はまた、反応チャンバ４４と隣接するか又はそれを包囲しているガス収集チャンバ５８を備える。一実施形態では、ガス収集チャンバ５８は、反応チャンバ４６を取り囲むか又は包囲しており、疎水性膜５６に対する表面積を最大にし、それに伴って、反応チャンバと収集チャンバとの間の圧力損失を最も小さくする。反応チャンバ４４内に生成された水素ガスは、疎水性膜５６を通過し、ガス収集チャンバ５８に入り、導管６０を通って、水素を利用する燃料電池４２又は機器に送られる。当該装置の安全性を保証するために、水素収集チャンバ５８は、燃料電池４２又は水素を利用する機器の水素の需要に比例して寸法が決定される。具体的には、水素収集チャンバ５８の体積は、生成システム４０に蓄積される水素ガスの量を最小にするためにできるだけ小さく保たれ、それによって危険性が低下する。
【００１８】
代替実施形態では、生成システム（図示せず）は、反応チャンバ４４内で過酸化水素Ｈ２Ｏ２溶液を銀触媒４６と反応させて酸素Ｏ２を生成する。過酸化水素溶液は、次の化学反応によって、銀触媒と反応し酸素を放出する。
【００１９】
２Ｈ２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
【００２０】
生成された酸素には、いくつかの異なる用途がある。酸素は、燃料電池４２の空気フレーム２２に供給することができ、空気フレーム２２は、酸素を燃料と反応させて、携帯式電気機器３６に電力を供給するために使用される電気を生成する。
【００２１】
次に、図３を参照すると、本発明の一実施形態による水素生成システム４１は、入口４８及び出口５０を備える反応チャンバ４４と、該反応チャンバ４４の近くのガス収集チャンバ５８と、該ガス収集チャンバ５８内の圧力に応じて反応チャンバ５６への燃料の流れ（流量）を調整するダイアフラムシール６２とから構成される。図２に示すように、入口４８及び出口５０は、親水性スクリーン５２及び５４を備え、反応チャンバ４４は、疎水性膜５６と、水素（図示せず）を利用する燃料電池又は機器に水素ガスを導く導管６０とを備える。
【００２２】
ダイアフラムシール６２は、ダイアフラムシールの両側の圧力差が上側調整値よりも大きい場合、ダイアフラム６２が下方に拡張し、金属水素化物水溶液が反応チャンバ４４に流れ込むのを防止するように、上側調整圧力及び下側調整圧力が設計されている。圧力が上側調整値よりも低い場合、成形ダイアフラムシール６２の復元力が、差圧に対抗し、ダイアフラムシール６２が少し後退して、限られた量の金属水素化物水溶液が反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。下側調整値では、ダイアフラムシール６２は完全に後退して、入口４８が開けられて、最大量の金属水素化物水溶液が、反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。
【００２３】
図４は、水素生成システム（４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１）の代表的な応答曲線を示す。携帯式燃料電池の用途では、上側調整値及び下側調整値は、通常、それぞれ５．０ｐｓｉデルタ及び１．０ｐｓｉデルタであり、大規模な商業用途では、上側調整圧力及び下側調整圧力は、それぞれ１００ｐｓｉデルタ及び２０ｐｓｉデルタの範囲にある。水素生成システムの流量要求に基づいて、調整箇所と応答曲線の形状を調整できることを理解されたい。また、反応チャンバ４４、反応チャンバの入口４８及び出口５０、ガス収集チャンバ５８、及び導管６０からなる水素生成システム（４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１）内の多くの箇所で調整圧力を検知できることを理解されたい。
【００２４】
ダイアフラムシール６２の調整値、即ち上側作動値及び下側作動値は、シールの形状、シール材料、及びシステムの応答要件によって決定される。さらに、ダイアフラムシール材料は、１０／１０／８０（水素化ホウ素ナトリウム１０％、水酸化ナトリウム１０％、水８０％）の溶液の場合にｐＨ約１１を有する金属水素化物水溶液の腐食作用に耐えるように選択される。いくつかの実施形態では、好ましいダイアフラムシール材料として、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、及び熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）が挙げられる。代替実施形態では、ダイアフラムシール６２は、水素生成システム（実施形態は示していない）の出口５０に配置される。本実施形態では、ダイアフラムシール６２は、出口５０とガス収集チャンバ５８との間の圧力差に応じて、反応チャンバ４４からの反応生成物水溶液の流出を調整している。
【００２５】
図５は、本発明の代替実施形態による水素生成システム５１を示す。この水素生成システム５１は、多孔質触媒４６を収容している反応チャンバ４４、ガス収集チャンバ５８、入口４８、出口５０、導管６０、及び水素生成システム５１への燃料の流れ（流量）を調整するポペットバルブ６４を備える。ポペットバルブ６４は、入口４８とガス収集チャンバ５８との間の差圧を検知する。ポペットバルブ６４は、圧力差が上側値よりも大きい場合、ポペットバルブ６４が完全に閉じて、反応チャンバ４４への燃料の流れを阻止するように、上側調整圧力及び下側調整圧力が設計されている。圧力が上側調整圧力よりも小さい場合、ポペットバルブ６４は、少し開いて、限られた量の燃料が反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。下側調整圧力では、ポペットバルブ６４が完全に開き、最大量の燃料が反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。当業者は、上側調整圧力及び下側調整圧力が、ポペットバルブの幾何学形状、ポペットバルブのばね定数、エラストマーシールの特性、及びシステムの応答要件によって決定されることを理解されよう。
【００２６】
図６は、本発明の代替実施形態による水素生成システム６１を示す。この水素生成システム６１は、多孔質触媒４６を備えた反応チャンバ４４、ガス収集チャンバ５８、入口４８、出口５０、導管６０、及び水素生成システム４１への燃料の流量を調整するロッカーバルブ６５を備える。ブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）６６が、入口４８とガス収集チャンバ５８との間の圧力差を検出し、その圧力差に基づいて膨張又は収縮する。ブラダ６６は、次に、ロッカーアーム６８を作動させ、ロッカーアーム６８は、シート７２と接触し、反応チャンバ４４への燃料の流量を調整する。
【００２７】
ロッカーバルブ６５は、圧力差が上側値よりも大きい場合、ブラダ６６が完全に膨張し、ロッカーアーム６８をバルブシート７２と接触するまで膨張させ、反応チャンバ４４内への燃料の流れを阻止するように、上側調整圧力及び下側調整圧力が設計されている。圧力が上側調整値より低い場合、ロッカーアーム６８は、ばね７０によって少し後退され、限られた量の燃料が反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。下側調整値では、ブラダ６６は、ばね７０によって完全に後退され、バルブシート７２が、ロッカーアーム６８によって完全に開けられ、最大量の燃料が、反応チャンバ４４に流れ込むことを可能にする。当業者は、上側調整値及び下側調整値が、ロッカーアーム６８の幾何学形状、ばね７０の定数、ブラダ６６の幾何学形状、及びシステムの応答要件によって決定されることを理解されよう。この場合も、ブラダ６６の材料の選択は、金属水素化物水溶液の腐食作用を考慮しなければならず、そのような材料として、ダウケミカル社製のＳａｒａｎｅｘ  １１、ポリエチレン、及び液晶ポリマーフィルムが挙げられる。代替実施形態では、ロッカーバルブ６５は、水素生成システム（実施形態を示していない）の出口５０に配置されている。この実施形態では、ロッカーバルブ６５は、出口５０とガス収集チャンバ５８との間の圧力差に応じて、反応チャンバ４４からの反応生成物水溶液の流出量を調整する。
【００２８】
次に図７を参照すると、図７は、本発明の代替実施形態による水素生成システム７１を示す。この水素生成システム７１は、多孔質触媒４６を収容している反応チャンバ４４、入口４８及び出口５０を備えているガス収集チャンバ５８、反応チャンバ４４内への燃料の流れ（流量）を調整する膨張式バッグ８２を備えている燃料室８５、及び水素ガスを送る導管６０から構成される。燃料室８５は、ＮａＢＨ４などの燃料と、入口４８とガス収集チャンバ５８との間の圧力差を感知する膨張式バッグ８２の両方を収容している。バッグ８２は、ばね式ピストン８４と接しており、その圧力差に基づいて膨張又は収縮する。
【００２９】
ガス収集チャンバ５８と入口４８との圧力差が５ｐｓｉよりも大きいとき、バッグ８２は完全に膨張し、ばね式ピストン８４が燃料を反応チャンバ４４に押し出すのを阻止する。圧力差が低下すると、バッグ８２は、少し収縮し、ばね力の一部分だけを燃料に作用させ、反応チャンバ４４に少ない流れ（流量）が供給される。圧力差が１ｐｓｉに達すると、バッグ８２は、ばね式ピストン８４によって燃料に加えられる力のうちの少しの部分だけに反応し、反応チャンバ４４への流量が少し減少する。上側調整値及び下側調整値は、ばね式ピストン８４のばね定数、膨張式バッグ８２の幾何学形状、及び水素生成システム４１の流量要件によって決定される。
【００３０】
図８は、交替水素生成システム８１を示し、この図では、膨張式バッグ８２及びばね式ピストン８４が、二連ピストン８６と置き換えられている。二連ピストン８６は、第１のピストン８８、第２のピストン９０、及び作動ばね９２を備える。また、二連ピストン８６は、ガス収集チャンバ５８と入口４８との間の圧力差を検出し、反応チャンバ４４内へ燃料の流入量を調整する。入口４８とガス収集チャンバ５８との間の圧力差が５ｐｓｉより大きい場合、収集チャンバ５８内の水素ガスが、第１のピストン８８を押して作動ばね９２を撓ませ、且つ第２のピストン９０が燃料を導管９４から反応チャンバ４４に送るのを阻止する。圧力差が低下するにつれて、収集チャンバ５８内の水素ガスがばね９２に作用する作用力が小さくなり、残りの力が燃料に作用し、反応チャンバ４４への流量が減少する。圧力差が１ｐｓｉに近づくと、作動力のわずかな部分が水素ガスに作用し、作動力の大部分が燃料に作用し、反応チャンバ４４への流量が最大になる。
【００３１】
図９は、本発明のさらに他の実施形態による水素生成システム９１を示す。この水素生成システム９１は、多孔質触媒４６を収容している反応チャンバ４４、ガス収集チャンバ５８、入口４８、出口５０、導管６０、検出ライン１１４、ピストンポンプ１１２、逆止弁１１６及び１１８、及びばね式ピストン８４から構成される。最初に、燃料が、ばね式ピストン８４によって反応チャンバ４４に送り込まれる。次に、燃料は、多孔質触媒４６と反応して、水素ガスが生成され、この水素ガスは、ガス収集チャンバ５８に入り、導管６０を通って、水素を使用する燃料電池又は機器まで流れる。反応生成物及び排出物は、反応チャンバ４４から出て逆止弁１１８を通って、ポンプ室１１０に入る。ピストンポンプ１１２は、異なる上側表面積と下側表面積を有し、導管１１４とポンプ室１１０との圧力差の変化に応じて動く。
【００３２】
圧力が上側しきい値より高い場合、ピストンポンプ１１２内のピストンが下降し、ポンプ室１１０内の排出物を強制的に逆止弁１１６を介して廃棄物収集チャンバ５５に送る。同時に、ピストンポンプ１１２の下降によって、逆止弁１１８が閉じ、反応生成物が反応チャンバ４４に逆流するのを防ぎ、新しい燃料が反応チャンバ４４に流れ込むのを防止する。この新しい燃料がなくなると、反応チャンバ４４内の反応速度が遅くなり、圧力が低下し、ピストンポンプ１１２内のピストンが上昇する。水素圧力が下側しきい値より低い場合、ピストンポンプ１１２内のピストンは、拡張位置に戻る。これによって、ポンプ室１１０に入る反応生成物及び反応チャンバ４４に入る燃料が増えて、反応チャンバ４４内の反応速度が速くなり、収集チャンバ５８及び導管１１４内の圧力が上昇する。
【００３３】
作動的に、逆止弁１１８は、クラッキング圧力が、ばね式ピストン８４によって生成された圧力よりも低くなるように設計されており、逆止弁１１６は、クラッキング圧力が、ばね式ピストン８４によって生成された圧力よりも高く且つピストンポンプ１１２の下降によってポンプ室１１０内に生成される圧力よりも低くなるように設計される。当業者は、上側調整圧力及び下側調整圧力が、ピストンポンプ１１２の幾何学形状、ピストンポンプの１１２のばね定数、逆止弁（１１６及び１１８）のクラッキング圧力、及び水素生成システム４１の応答要件によって決定されることを理解されよう。これらの設計パラメータに基づいて、ピストンポンプ１１２は、下側調整圧力が１ｐｓｉで、上側調整圧力が５ｐｓｉになるように設計される。
【００３４】
説明したピストンポンプの概念に対して、連続した弁、段階的な逆止弁、柔軟な膜、及び他の可撓性の装置を含むいくつかの変形実施形態があることを理解されたい。この場合も、ピストンポンプ１１２の材料の選択は、金属水素化物水溶液の腐食作用を考慮しなければならない。
【００３５】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による水素生成システム１０１を示す。この水素生成システム１０１は、多孔質触媒４６を収容している反応チャンバ４４、ガス収集チャンバ５８、入口４８、出口５０、導管６０、及び反応チャンバ４４への燃料の流れ（流量）を調整する電気機械式バルブ１０２から構成される。本実施形態では、圧力センサ１０４が、ガス収集チャンバ５８内の水素ガスの圧力を検出し、信号をコントローラ１０６に送る。圧力センサ１０４からの信号に基づいて、コントローラは、電気機械式バルブ１０２を作動させ、反応チャンバ４４への燃料の流量を調整する。  
【００３６】
水素生成システム１０１の要件により、圧力センサ１０４は、大気（絶対圧センサ）、入口圧力４８、又は出口圧力５０を基準にすることができる。さらに、コントローラ１０６は、水素生成システム４１、水素生成システム４１によって電力が供給される電気機器、又は独立した機器に組み込むことができる。電気機械式バルブ１０２は、ボールバルブ、電磁弁又は回転作動弁を含むいくつかの構成を有することができる。代替実施形態においては、電気機械式バルブ１０２は、水素生成システム４１０（実施形態を示していない）の出口５０に配置され、反応生成物の流出を調整する。
【００３７】
図１１は、本発明の水素生成システム（４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１）を利用して携帯式電気機器３６に電力を供給する方法を示すフローチャートである。当該方法は、反応チャンバを通して燃料を流すステップ１２０と、燃料を触媒と反応させて水素ガスを生成するステップ１２２とを包含する。水素ガスの圧力が検出され１２４、この検出した圧力に基づいて反応チャンバへの燃料の流量が調整される１２６。検出圧力は、絶対圧力とすることができ、反応チャンバの入口圧力又は出口圧力を基準とする圧力とすることもできる。次に、生成された水素は、燃料電池内で反応して電気エネルギーが生成される１２８。水素ガスと反応して電気エネルギーを作り出すために使用することができる燃料電池には、固体高分子形（ＰＥＭ）燃料電池、アルカリ形燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）、及び溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）を含むいくつかの種類がある。最終的に、生成された電気エネルギーは、コンピュータ又は計算装置、携帯電話、携帯情報端末、携帯電動工具、又は任意の他の携帯電気機器を含み得る電気装置１３０に電力を供給するために使用される。
【００３８】
本発明を以上の好ましい実施形態及び代替実施形態に関して示し説明したが、当業者は、併記の特許請求の範囲に定義したような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく多くの変形実施形態を作り出し得ることが理解されよう。
【００３９】
本発明のこの説明は、本明細書に示す要素の新規且つ非自明の全ての組み合わせを包含するように理解されるべきであり、特許請求の範囲は、本出願又は今後の出願において、そのような要素の任意の新規且つ非自明な組み合わせで提示されることがある。以上の実施形態は、例示であり、本出願又は今後の出願において請求される可能性のある全ての可能な組み合わせに不可欠な特徴又は要素は１つもない。特許請求の範囲が、等価物の「１つの」又は「第１の」の要素を引用する場合、そのような特許請求の範囲は、１つ又は複数のそのような要素の合体を包含し、複数のそのような要素を必要とせず、除外しないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】固体高分子形燃料電池の断面透視図
【図２】水素生成システムの断面透視図
【図３】本発明の実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図４】水素生成システムの代表的な応答曲線
【図５】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図６】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図７】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図８】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図９】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図１０】本発明の代替実施形態を示す水素生成システムの断面透視図
【図１１】本発明の水素生成システムを備えた燃料電池を作動させる例示的な方法を示す図
【符号の説明】
【００４１】
４０  水素生成システム
４２  燃料電池
４４  反応チャンバ
４６  触媒
４６  多孔質触媒
４８  入口
５０  出口
５２  親水性スクリーン
５６  疎水性膜
５８  ガス収集チャンバ
６０  導管
【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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【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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