(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１の室部に配されたフィラーインサートを含み、燃料電池とともに使用されて好適な、燃料を含有する燃料カートリッジであって、上記燃料カートリッジはマイクロマシン（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）ポンプと動作可能に結合可能であり、上記カートリッジからの燃料の流れを制御し、上記フィラーインサートが、上記カートリッジ内に含まれる燃料を毛管作用により吸い上げる（ウィッキングする）ことができる吸収性材料を含み、かつ、上記フィラーインサートが、カートリッジがどんな向きにあっても、また、燃料レベルがどのようなものでも、実質的に燃料に接触し、かつ、上記フィラーインサートの少なくとも一部が流体不浸透性のフィルムによってカバーされることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項２】
第１の空きスペース部分および第２のスペース部分を有し、上記フィラーインサートが上記第２のスペース部分を占める請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項３】
上記フィラーインサートが、少なくとも２つのディスク形状のフィラーインサート部分と、当該ディスク形状のフィラーインサート部分を連結する柱形状のフィラーインサート部分とを包括する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項４】
上記フィラーインサートが、カートリッジの内部表面の少なくとも一部を被覆するシェルを有する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項５】
上記フィラーインサートが出口ポートを包括する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項６】
上記フィラーインサートは、複数のスポーク形状のフィラーインサート部分と、当該スポーク形状のフィラーインサート部分を連結する柱形状のフィラーインサート部分とを有する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項７】
上記フィラーインサートは、さらに、複数のリング形状のフィラーインサート部分を有し、上記スポーク形状のフィラーインサート部分が上記柱形状のフィラーインサート部分を上記リング形状のフィラーインサート部分に接続する請求項６記載の燃料カートリッジ。
【請求項８】
上記吸収性材料がポリマーの繊維から作られる請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項９】
上記吸収性材料が植物ベースの繊維から作られる請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１０】
さらに上記フィラーインサートが配される上記１の室部に設けられた通気孔を有する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１１】
燃料を燃料カートリッジ本体に充填することができるバルブを有する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１２】
上記マイクロマシンポンプは電場または磁場の印可によって燃料をポンピングするポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１３】
上記マイクロマシンシポンプは燃料に電場を印可して燃料をポンピングする請求項１２記載の燃料カートリッジ。
【請求項１４】
上記電場はＤＣ電圧により発生される請求項１３記載の燃料カートリッジ。
【請求項１５】
上記電場はＡＣ電圧により発生される請求項１３記載の燃料カートリッジ。
【請求項１６】
上記マイクロマシンポンプは作用流体に磁場を印可して燃料をポンピングする請求項１２記載の燃料カートリッジ。
【請求項１７】
上記マイクロマシンポンプが電気流体力学（ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）ポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１８】
上記マイクロマシンポンプが電気流体力学ポンプと電気浸透（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｓｍｏｔｉｃ）ポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項１９】
上記マイクロマシンポンプが電磁流体力学（ｍｅｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）ポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２０】
上記ポンプが電気浸透ポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２１】
上記マイクロマシンポンプが膜変位（ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）ポンプである請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２２】
上記マイクロマシンポンプは膜およびこの膜に力を印可して膜を動かして燃料をポンピングする請求項２１の燃料カートリッジ。
【請求項２３】
上記ポンプが静電気（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ）により燃料をポンピングするポンプを包括する請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２４】
上記ポンプが熱空気（ｔｈｅｒｍｏｐｎｅｕｍａｔｉｃ）により燃料をポンピングするポンプを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２５】
さらに他の室部を有し、各室部は予め定められた濃度の燃料を有し、上記第２の室部は、燃料を毛管作用により吸い上げる（ウィッキングする）ことができる吸収性材料からなる第２のフィラーインサートを含む請求項１記載の燃料カートリッジ。
【請求項２６】
上記室部の燃料の濃度が相互に異なる請求項２５記載の燃料カートリッジ。
【請求項２７】
上記濃度は１００％燃料および０％水から０％燃料および１００％水の範囲である請求項２６記載の燃料カートリッジ。
【請求項２８】
上記１の室部および上記他の室部が、並列して配置される請求項２５記載の燃料カートリッジ。
【請求項２９】
上記１の室部および上記他の室部は、燃料の流れ方向に沿って直列して配置される請求項２５記載の燃料カートリッジ。
【請求項３０】
上記他の室部が出口ポートを包括する請求項２５記載の燃料カートリッジ。
【請求項３１】
さらに遮断バルブを包括する請求項１の燃料カートリッジ。
【請求項３２】
ポンプが燃料の流れを逆にすることにおいて可逆である請求項１の燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、燃料電池用燃料カートリッジに関し、より具体的には、この発明は、使い捨て、および詰め替え可能な燃料カートリッジに関する。この発明は、また、ダイレクトメタノール燃料電池用燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、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。
【０００３】
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および固体酸化物燃料電池を含むさまざま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つの一般的なカテゴリに分割することができる。すなわち、圧縮水素（Ｈ２）を燃料として利用したもの；燃料としての水素にリフォームされるメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を使用する陽子交換膜（ＰＥＭ）の燃料電池；および直接メタノール（ＣＨ３ＯＨ）燃料を使用するＰＥＭ燃料電池（「ダイレクトメタノール燃料電池」すなわちＤＭＦＣ）である。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。他方、メタノールリフォーマットを採用する燃料電池は、改質材が必要であり、また他の気化および補助システムを必要と、この結果、メタノールリフォーマット型の燃料電池を大型化させ、また複雑なものとしている。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。
【０００４】
比較的供給が大きなアプリケーションでは、ＤＭＦＣは、酸化剤、典型的には空気か酸素を陰極電極に供給するためのファンかコンプレッサーと、水／メタノール混合物を陽極電極へ供給するポンプと、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）とを典型的に具備する。ＭＥＡは、典型的には、陰極、ＰＥＭおよび陽極を含む。動作中、水／メタノール燃料の混合液体が直接に陽極に供給され、酸化剤が陰極に供給される。各電極での化学電気反応と燃料電池に関する総合的な反応は以下の通り記述される：
【０００５】
陽極での反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−

【０００６】
陰極での反応：
Ｏ２  ＋  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ
【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、白金粒子が膜の半面に接着されるガス拡散電極である。
【０００９】
ＤＭＦＣアプリケーションのための最も重要な特徴の１つは燃料貯蔵である。別の重要な特徴は燃料カートリッジからＭＥＡに燃料が移動するのを抑制することである。商業的に利用できるようにするために、ＤＭＦＣシステムには、消費者の通常の使用を充足させることができる量の燃料を格納できなければならない。例えば、モバイル電話すなわちセル電話、ノートコンピュータ、およびパーソナルデジタツアシスタンツ（ＰＤＡ）のために、燃料電池は、少なくとも既存のバッテリーと同程度の期間、好ましくは、より長い期間、これらの装置に電力を供給できなければならない。さらに、ＤＭＦＣに、容易に交換可能または再充填可能な燃料タンクを設け、既存の再充電バッテリーが必要とする長時間の再充電を短くしまたは解消しなければならない。
【００１０】
いずれの特許文献も、燃料電池用の非加圧形の携帯型燃料タンクすなわち燃料貯蔵装置について言及していない。特許文献３は、直立している円形のタンクにメタノール燃料を貯蔵して、副産物のＣＯ２を通気してタンクに戻して加圧するコンパクトなＰＥＭ燃料電池を開示している。この燃料タンクは、さらに、タンクの過剰高圧を防ぐリリースバルブと、燃料を加える燃料取入口バルブとを具備する。燃料タンクは、毛管作用で水／メタノール燃料混合物をＰＥＭの陽極電極へと吸い上げる多孔層を具備する。しかしながら、この多孔層は、垂直か、わずかな角度で傾いている場合を除いて、燃料と接触状態を保持することができない。したがって、この燃料タンクはすべての傾き角度で利用できるというものではない。
【００１１】
同様に特許文献４は、再充填可能な燃料容器と流体連通された、吸収性材料製吸い上げ（ｗｉｃｋｉｎｇ）構造を開示している。吸い上げ構造は、毛管作用で燃料をＰＥＭに調整された量だけ案内する。しかしながら、燃料レベルが毛管作用が扱うように完全というよりも小さいときに、この文献は、燃料の流れを調整する方法、すなわち、燃料のレベルが毛管現象が起こるよりも低いときに、吸い上げ構造を燃料と接触させる方法を開示していない。
【００１２】
特許文献５は、どのような方向であっても、燃料が毛管現象により燃料針に流れＰＥＭに吸い上げられるようにする燃料透過物質で満たすことができる燃料アンプル等を開示している。毛管現象がうまく働かず透過物質中での間隔が必ず小さくなり、この結果、これらの燃料アンプルは十分な量の燃料を格納できない。したがって、燃料透過物質はアンプルのスペースの大部分を占めて、その結果、貯蔵能を減少させる。また、この文献は、ユーザが燃料をポンプ送出するための、手動のポンプ、すなわちへこんでいる領域をアンプルに設けることを開示している。電子装置に電力が供給可能になるまで、ユーザはポンプ操作しなければならず、また、燃料がＰＥＭに流れ続けるように燃料セルをポンプ操作し続けなければならず、このため、このポンプは実用的ではない。さらに、手作業のポンプ操作によりＰＥＭへ燃料の脈動が送られ、燃料電池から電子装置への電気出力に望ましくない脈動が生じる。重要なことに、この特許文献は、透過物質によって吸収された未使用の燃料をＰＥＭに送ることを教示しない。
【００１３】
特許文献６は、燃料を含む気球を格納し、または、燃料を含む吸収固体を燃料電池とともに使用するように格納するキャビティを電子装置に設けることを開示している。この吸収剤は、特許文献５と同様に、燃料タンクのスペースの大部分を占め、吸収材料の中で燃料を保持して、その結果、有効な燃料格納容量が減少する。
【００１４】
特許文献７は、は燃料タンクの中で燃料に接触している複数の水平燃料浸透層を開示しており、燃料は毛管作用によって燃料格納部から燃料浸透層に案内される。そして、燃料は、陽極電極に達する前に、燃料蒸発層において燃料で蒸発させられる。この燃料タンクには、燃料の輸送を支援する内部構造を具備していない。
【００１５】
特許文献８は、メタノール燃料の内部容器が外部容器内に配置されてなる多壁容器を開示している。内部容器は堅い壁を有していてもよいし、膨張性のブラダーでもよい。２つの容器の間のプレナム領域には、破損時や、廃棄前に、メタノール燃料を中和するエージェントまたは添加物を保持する。燃料は、重力により、または外側貯蔵部内に配置された加圧ガス源により、燃料貯蔵部、または直接に陽極電極に供給される。外部のポンプが、燃料をＰＥＭに案内するために設けられている。
【００１６】
特許文献９は、燃料を燃料電池に伝えるために加圧燃料タンクを開示する。
【００１７】
したがって、貯蔵能力が高いが、燃料を貯蔵装置からＰＥＭへ輸送するために加圧源を必要としない、燃料貯蔵装置が、依然として望まれている。
【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】
米国特許出願公開ＵＳ２００２／０１２７４５１−Ａ１
【特許文献４】
米国特許出願公開ＵＳ２００１／００５１２９３−Ａ１
【特許文献５】
米国特許第６３２６０９７号
【特許文献６】
米国特許出願公開２００２／００１８９２５−Ａ１
【特許文献７】
米国特許第６４４７９４１号
【特許文献８】
米国特許第６４６０７３３号
【特許文献９】
米国特許第５７０９９６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、この発明は、燃料電池とともの使用される燃料カートリッジに向けられている。
【００１９】
また、この発明は、ダイレクトメタノール燃料電池とともに使用されるカートリッジに向けられている。
【００２０】
また、この発明は、使い切りの燃料カートリッジおよび再充填型の燃料カートリッジに向けられている。
【００２１】
また、この発明は、積み重ね可能な燃料カートリッジすなわち多重燃料室を具備する燃料カートリッジに向けられている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明の好ましい実施例は、燃料電池とともに使用されるのに適した燃料含有燃料カートリッジに向けられている。この燃料カートリッジは空きスペースの部分とフィラーインサートとを含む。フィラーインサートは、カートリッジの中に含まれる燃料を毛管作用によって吸い上げることが可能な吸収性材料を含んでおり、また、このフィラーインサートは、実質的に、カートリッジのどんなオリエンテーションでも、また、どのような燃料レベルでも、燃料に接触する。フィラーインサートは、カートリッジの容積の、好ましくは、約６７％未満、より好ましくは、約５０％未満、さらに好ましくは、約３３％未満である。
【００２３】
この実施例の一側面によれば、フィラーインサートは、連結柱部と少なくとも２つのディスクとを有する。好ましくは、ディスクは連結柱部の端に位置する。好ましくは、連結柱部および／または少なくとも１つのディスクが液体不浸透性のフィルムによって覆われている。好ましくは、フィラーインサートは、燃料がカートリッジから排出されるように、出口ポートを有する。出口ポートは、吸収性材料から作られ、または、毛細管針か毛細管の束を有してもよい。代わりにフィラーインサートが連結柱部と複数のスポークとを具備し、さらに複数のリングを具備してもよい。スポークはリングに連結柱部を接続する。
【００２４】
この実施例の他の側面によれば、フィラーインサートが、カートリッジの内部表面の少なくとも一部および出口ポートをカバーするシェルを有する。フィラーインサートは、さらに、少なくとも１つのディスクおよび／または連結柱部を有してもよい。シェルは、カートリッジの内部表面の全体をカバーしてもよい。
【００２５】
フィラーインサートの吸収性材料は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリアセタール、またはポリプロピレン繊維などのポリマー繊維か、麻、綿、または酢酸セルロースなどの植物ベースの繊維から作ることができる。
【００２６】
カートリッジは、さらに、通気孔および再充填バルブを具備してもよい。通気孔は、燃料が抜き出されたときに、カートリッジの中で部分的に真空が形成されないようにする。通気孔は空気バルブでもよいし、疎水性の超小型の膜によって覆われた開口空気バルブでもよい。また、通気孔により、カートリッジから蒸気またはガスが排出される。
【００２７】
この実施例の他の側面によれば、燃料カートリッジは、カートリッジからの燃料の流れを制御するポンプに動作可能に接続することができる。好ましくは、ポンプはマイクロマシン（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）システム（ＭＥＭＳ）ポンプである。ＭＥＭＳポンプはフィールド誘導ポンプまたは膜変位ポンプでよい。フィールド誘導ポンプは、燃料をポンプで送るためにＡＣ、ＤＣの電場または磁場を燃料に印可する。適切なフィールド誘導ポンプは、電気流体力学ポンプ、電磁流体力学ポンプおよび電気浸透ポンプを含むが、これらに限定されない。電気流体力学ポンプと電気浸透ポンプは一緒に使用できる。膜変位ポンプは膜を含み、力を膜に印可して膜を変位または振動させて燃料をポンプで送る。適切な膜変位ポンプは、静電気ポンプおよび熱空気ポンプを含むが、これらに限定されない。ＭＥＭＳポンプは燃料の流れの速度を制御し、て、流れを止めることと同様に流れを逆にする。
【００２８】
この発明の他の好ましい実施例は、燃料電池とともに用いられて最適で、フィラーインサートおよび燃料流を制御するＭＥＭＳポンプを有する燃料含有用の燃料カートリッジに向けられている。フィラーインサートは、毛管作用によってカートリッジ内に含まれる燃料を吸い上げることができる吸収性材料を含んでおり、実質的に、カートリッジがどのような向きにあっても、また、燃料レベルがどのようなレベルでも、燃料に接触する。
【００２９】
この実施例の一側面によれば、燃料カートリッジは、さらに、第１の空きスペース部分と第２のスペース部分とを有し、フィラーインサートは第２のスペース部分を占める。フィラーインサートは、カートリッジの容積の好ましくは約３３％であり、より好ましくは約５０％未満であり、さらに好ましくは約３３％未満である。
【００３０】
この実施例の他の側面によれば、フィラーインサートは、上で議論した構造のいずれも採用できる。フィラーインサートの吸収性材料は、ポリマー繊維か植物ベースの繊維から作ることができる。カートリッジは、さらに、通気孔および再充填可能を含んでも良い。ＭＥＭＳポンプは、上述したような、フィールド誘導ポンプまたは膜変位ポンプとすることができる。
【００３１】
この発明の別の好ましい実施例は、燃料電池とともに使用されて好適であり、複数の室部を有する燃料含有用の燃料カートリッジに向けられている。各室部は、予め定められた濃度の燃料を含み、さらに、各室部は、毛管作用によって当該室部内の燃料を吸い上げることができる吸収性材料から製造されたフィラーインサートを含む。フィラーインサートは、室部がどのような向きであっても、また燃料レベルがどのようなレベルであっても、実質的に燃料に接触する。
【００３２】
各室部の燃料の濃度は、好ましくは、互いと異なっている。燃料濃度の範囲は、好ましくは、約１００％の燃料／０％の水から約０％の燃料／１００％の水までの範囲である。各室部は互いに並列した状態で配置されるか、端部から端部の方向に配置される。
【００３３】
この実施例の一側面によれば、少なくとも１つの室部が第１の空きスペース部分と第２のスペース部分とを含み、フィラーインサートが第２のスペース部分を占める。フィラーインサートは室部の容積の、好ましくは、約６７％未満であり、より好ましくは、約５０％未満であり、さらに好ましくは、約３３％未満である。
【００３４】
この実施例の他の側面によれば、フィラーインサートは、上で議論した構造のいずれも採用できる。フィラーインサートの吸収性材料は、ポリマー繊維か植物ベースの繊維から作ることができる。カートリッジは、さらに、通気孔および再充填可能を含んでも良い。ＭＥＭＳポンプは、上述したような、フィールド誘導ポンプまたは膜変位ポンプとすることができる。各室部の燃料は好ましくは異なるレートでポンピングされ、好ましくは、各室部からポンピングされた燃料は混合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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、メタノールと水、メタノール／水混合液、濃度が変化するメタノール／水混合液または純粋なメタノールなどの燃料電池用の燃料を格納するための多用途燃料カートリッジに向けられている。燃料カートリッジは燃料電池の性能または効率を改善するエタノール、または他の化学物質などの他のタイプの燃料電池用の燃料を含んでも良く、また、この発明はカートリッジに含まれる燃料または液体のタイプに関して制限されない。ここで使用される用語「燃料」は燃料電池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、液体、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。この発明は、フィラーインサートを利用する。このフィラーインサートは、燃料カートリッジの容積の小部分しか占めず、これにより、燃料カートリッジの長寿命化を可能にすべくより多くの燃料を保持し、カートリッジの実効寿命が尽きたときに残留量を最小化することができる。フィラーインサートは燃料を吸い上げてＭＥＡに輸送することができる。さらに、フィラーインサートは、燃料カートリッジに燃料カートリッジがどんな向きでも、また燃料レベルがどのようなレベルでも、実質的に燃料に接触したままとなる。
【００３６】
また、燃料カートリッジは、選択的に、燃料貯蔵部からの燃料流を開始し、維持し、制御するためのポンプを含んでもよい。また、ポンプがＭＥＡへの燃料流を調整して、ＭＥＡからの電流出力を増加させ、または減少させ、さらに重要なことに、必要な場合には、燃料の流れを止める。代替的には、遮断バルブを用いて、電子装置がオフしているときや、カートリッジが装置から外れているときに、燃料の流れが確実に止められるようにしてもよい。また、ＭＥＡに混合物をポンピングして送る前に、１または複数のポンプが水に純粋なメタノールを混ぜるようにしてもよい。また、ポンプは、異なったメタノール濃度の種々な貯蔵部から選択的にメタノール／水混合液をポンピングしてもよい。
【００３７】
好ましくは、ポンプは低液体流速に適合させられて、また、好ましくは、小さいサイズで消費者向け電子装置用に適したサイズのものとすることができる。ポンプは、故障を少なくするために、好ましくは、できるだけ可動部を有さず、より好ましくは、まったく可動部を有さない。好ましくは、適切なポンプは、マイクロマシンシ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）システム（ＭＥＭＳ）ポンプ、例えば、インクジェットプリンタでインクをポンピングするのに用いるポンプ、薬剤送達システムで用いられるポンプ、または微小集積回路チップを冷却するポンプ等である。より具体的には、適切なＭＥＭＳポンプにはフィールド誘導流ポンプと膜変位ポンプとが含まれる。フィールド誘導ポンプは、流れを発生させるのに電場または磁場を利用する。適切なフィールド誘導ポンプは電気浸透ポンプである。このポンプは、毛細管空間のような小さな空間において、毛細管柱部の少なくとも一部を横切る直流（ＤＣ）電位を印可して、液体を移動させることができる。また、ＤＣ電子の方向を逆にすることによって、毛細管柱部における流の方向は逆にしたり、停止したりすることができる。他の適切なフィールド誘導ポンプは、電気流体力学ポンプおよび電磁流体力学ポンプであるが、これに限定されない。膜変位ポンプは力を利用する。例えば電荷が膜に印可され、膜が動き、または振動し、ポンポング対象の流れを推進する。適切な膜変位ポンプは、静電気ポンプおよび熱気圧ポンプであるが、これに限定されない。
【００３８】
図１に示されるように、燃料カートリッジ１０が空きスペース部分およびフィラーインサート１２によって占められる部分を含む。空きスペース部分においては、燃料レベルが充満レベル未満のときに、燃料またはガスによってスペースが占められるが、そうでない場合には、他の物質や材料によって占められることはない。好ましくは、インサート１２は吸収性材料から作られている。適切な吸収性材料は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリプロピレン等のスポンジまたは繊維状ポリマー、または、麻、綿、酢酸セルロースまたは他の植物ベースの繊維などの天然繊維からなるが、これに限定されない。ポリマー繊維を採用する場合には、好ましくは、これらの繊維は熱硬化性の繊維か、軟化温度または溶融温度が高く燃料電池の中、または、電子装置の中で起こり得る高温度に耐えうる熱可塑性の繊維である。任意の気孔率または透過率のフィラー材料を網値いて良い。ただし、フィラー材料は燃料を十分な速度で吸い上げるものでなければならない。好ましくは、インサート１２は２つの基部すなわちディスク１４と連結柱部１６とを含む。インサート１２は、好ましくは、カートリッジ１０の内部容積の約６７％未満、より好ましくは約５０％未満、さらに好ましくは約３３％未満を占め、空きスペース部分およびインサート１２の間質容積を燃料２０を担持するのに用いるようにする。代替的には、好ましくはカートリッジ１０がＭＥＭＳポンプと共に利用されるときには、インサート１２がカートリッジ１０の内部容積のすべてを占めても良い。
【００３９】
図１において、カートリッジ１０は、電子装置、例えば、計算機やＰＤＡに応じて水平方向に任意に配置される。この位置では、一部空になっているものとして示される液体燃料２０が、フィラーインサート１２と接触し、その結果、燃料がインサート１２に接触点２２で案内され、ＭＥＡへと吸い上げられていく。この後、燃料は、カートリッジ１０から排出されて出口ポート２４へ移送される。出口ポート２４は、インサート１２と同様のフィラー材料を含み、燃料２０が絶えずカートリッジ１０から吸い出されるようにしてもよい。代替的には、出口ポート２４は単一の毛細管針か毛細管の束を含んでも良い。より好ましくは、出口ポート２４は、選定されたポンプに、より適切な材料を含み、カートリッジからの流れを最適化して、流れを制御する。例えば、電気浸透ポンプが使用されるならば、好ましくは、出口ポート２４はガラスまたは溶融シリカ毛管チューブまたはビードを含む。
【００４０】
図２に示されるように、カートリッジ１０は任意の傾斜角で配置されても良く、燃料２０は接点（１または複数）２２でフィラーインサート１２と実質的に接触を維持する。同様に、カートリッジ１０が垂直に置かれ、出口ポート２４が先端か底のどちらかに位置する場合には、カートリッジ１０に残っている燃料は、フィラーインサート１２のディスク１４と実質的に接触する。
【００４１】
代替的には、図３（ａ）に示されるように、フィラーインサート１２はディスク１４の間に配置された追加ディスク（１または複数）２６を含んでも良い。ディスク２６はどのような向きでも良く、平行でも良いが、これに限定されない。ディスク２６はディスク１４の間に斜めに配置されてもよい。追加構造的なサポート用に、図１１に示されるように、連結柱部１６は薄いプラスチック薄膜２５によって覆われていてもよい。有利な事に、空気または他のガスがフィラーの材料に入るのを防ぐことによって、当該薄膜はインサート１２を通る液体の流れを改善する。代替的に、薄いプラスチック薄膜２５が少なくともディスク１４、２６の少なくとも一部を覆っても良く、シール２７が、柱部１６をカバーするフィルムとディスク１４、２６を覆うフィルムが交差する箇所に、設けられても良い。
【００４２】
図３（ｂ）は、フィラーインサート１２の他の変形例を示しており、このフィラーインサートは、柱部１６および複数のスポーク２８を有する。図３（ｃ）は図３（ｂ）の断面図であり、インサート内の燃料の流路を示す。スポーク２８は、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示される用に直線に沿って整合状態であってもよいし、図３（ｄ）に示すように整合状態でなくてもよい。図３（ｅ）はフィラーインサート１２の他の変形例を示しており、このインサートは柱部１６、スポーク２８およびリング２９を有する。図３（ｆ）は図３（ｅ）の断面図であり、インサート内の好ましい燃料流路を示し、図３（ｇ）は図３（ｅ）の先端図である。スポーク２８は、この実施例において整合状態でも良いし、非整合状態でもよい。
【００４３】
他の好ましい実施例において、フィラーインサート１２は出口ポート２４、ディスク１４、およびシェル３１を有する。図４（ａ）は、分かりやすくするために、シェル３１の一部を切り欠いた状態で、この実施例を示している。シェル３１とディスク１４がカートリッジ１０の内部表面の全体を覆うかもしれないので、燃料レベルがどのレベルでもカートリッジの向きがどのようなものでも、燃料２０はつねにインサート１２に接触し続ける。燃料が実質的にインサート１２と接触し続けるために、シェル３１とディスク１４がカートリッジ１０の内部表面を完全に覆う必要であるということはない、ということ理解することは重要である。例えば図４（ｄ）および図４（ｅ）にそれぞれ示すように、シェル３１は螺旋形でもよく、複数の離間したストリップを含んでも良く、カートリッジの内部表面を部分的に覆う。また、図４（ｄ）および図４（ｅ）に示すように、インサート１２は、出口ポート２４と１枚のディスク１４を有しても良い。代替的に、この実施例は第２のディスク１４と連結柱部１６を有しても良い。さらに、図４（ｂ）に示すように、フィラーインサート１２は出口ポート２４、柱部１６、ディスク１４およびシェル３１を図示の順次的に接続態様で有している。図４（ｃ）は図４（ｂ）の断面図であり、インサート中の好ましい燃料流路を示す。
【００４４】
有利なことに、フィラーインサート１２はカートリッジ３０などの他のカートリッジと共に使用されてもよく、当該カートリッジの外側表面は種々の湾曲となっており、例えば図５（ａ）に示すような砂時計状カートリッジまたは図５（ｂ）に示すようなボトル状カートリッジである。図示のように、図１−２に示されるフィラーインサートは図５（ａ）のカートリッジ３０と共に使用され、図４（ｂ）−４（ｃ）に示されるフィラーインサートは図５（ｂ）のカートリッジとともに示される。また、ディスク１４および／またはリング２９は六角形のディスク３４などの他の形状に変更して、図６に示すカートリッジ３２において使用可能にしてもよい。したがって、用語「ディスク」および「リング」は、ここでは、いかなる特定の形状に制限されず、円形でもよく、非円形でもよく、また規則的な形状でも不規則な形状でもよい。
【００４５】
燃料がカートリッジ１０、３０または３２から引き出されるとき、部分的な真空がカートリッジの中で作成されるかもしれない。この部分的な真空が燃料をカートリッジに戻すように流す傾向があり、またそれは燃料電池反応から水をカートリッジに引き入れるかもしれない。この効果は、カートリッジから燃料を引き出すための、フィラーインサート１２の毛細管効果と反対に作用する。この効果に打ち勝つために、電子消費者向け装置が使用中でないときに、燃料電池反応によって生産された空気かＣＯ２が出口ポート２４を通ってカートリッジに流れて部分的な真空を除去するようにしてもよい。出口ポート２４がＭＥＡへ気密態様で連結されているか、または燃料電池が長期間連続的に使用されるアプリケーションにおいては、通気孔３６を設けて、カートリッジに空気を導入しカートリッジの内圧がその外圧と均等化するようにしてもよい。図６に模式的に示す通気孔３６は、一方向バルブでよく、空気を流入させ燃料や他の液体を排出しないようになっている。代替的に、通気孔３６は疎水性膜によって覆われた開口であってよく、メタノール、水または他の液体が通り抜けられず、反面、空気がカートリッジに入れるようになっている。疎水性膜は、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他の高分子膜からは作ることができる。商業的に利用可能な疎水性のＰＴＦＥ微細孔膜は、Ｗ．Ｌ  Ｇｏｒｅ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ、Ｉｎｃ．から入手できる。さらに、必要であるときに、燃料をカートリッジ１０、３０、３２に加えるために再充填バルブ３８が設けられてもよい。通気孔３６とバルブ３８は図６に関連して示されるが、これらの装置はここで示されまた権利内容として請求されるすべてのカートリッジ例に適用可能であることを留意することが重要である。
【００４６】
燃料が燃料カートリッジの出口ポート２４からＭＥＡまで流れていくのを確実に調整するために、付加的なポンプが設けられる。カートリッジから規制された方法で燃料をポンピングして送ることができる限り、任意のポンプを使用できる。ポンプは、その寸法を最小化するために、好ましくは、ＭＥＭＳポンプである。電気浸透ポンプはこの発明で使用可能なＭＥＭＳポンプの１つである。図７（ａ）−７（ｃ）に示すように、電気浸透ポンプ３９が設けられる。電気浸透ポンプ３９はなんら可動部も含んでいなくて、液体を緊密な空間中を移動させることができる。電気透過ポンプは、有利なことに、低伝導率の流体を移動させることができる。ＤＣ電位が多孔の媒体を横切って印可されるときに、電気浸透流は引き起こされる。ＤＣ電場が印可されると、多孔の媒体の中の液体が陽極すなわち正電極から陰極すなわち負電極へと駆動される。電気浸透ポンプは、マイクロチャンネル、例えば、フィラーインサート１２や出口ポート２４の中のマイクロチャネルや、遅い、制御された流れにおいて、特に有効であり、ＤＭＦＣで非常に役に立つ。電気浸透流は、米国特許第３９２３４２６号、「電気浸透ポンプおよびこれを含む流体ディスペンサ」；１９７５年１２月２日発行、「高分子フリットを具備する電気浸透ポンプおよびこれを含む流体ディスペンサ」、Ｓ．Ｚｅｎｇ，  Ｃ．Ｃｈｅｎ，  Ｊ．Ｓａｎｔｉａｇｏ，  Ｊ．Ｃｈｅｎ，  Ｒ．Ｚａｒｅ，  Ｊ．Ｔｒｉｐｐ，  Ｆ．Ｓｖｅｃ，およびＪ．Ｆｒｅｃｈｅｔ，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  ｖｏｌ．８２，  ｐｐ．２０９−２１２（２００２）；および「マイクロポーラスを具備する大流速電気浸透ポンプ」、Ｓ．Ｙａｏ，  Ｄ．Ｈｕｂｅｒ，  Ｊ．ＭｉｋｋｅｌｓｅｎおよびＪ．Ｓａｎｔｉａｇｏ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＭＥＣＥ，２００１  ＡＳＭＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １１−１６，  ２００１，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，等で詳細に検討されている。これらの詳細はこれらを参照されたい。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、カートリッジ１０からの燃料流動が規制されるのを確実にするためにインサート１２の全体を横切ってＤＣ電位を印可しても良い。より好ましくは、ＤＣ電位は出口ポート２４だけを横切るように印可される。なぜならば、より小さな電圧しか要求されず、燃料が出口ポート２４を通っていったん流れ始めると、運動量が粘性の相互作用で、残留燃料に移されるからである。電池４０は、燃料流動を引き起こすために必要な任意の電位をもつように選択される。印可するＤＣ電位を大きくするために図７（ｃ）ＦＩＧに示しように１または複数の電池４０を直列に積み重ねてもよい。代わりに、ＤＣ電位出力を大きくするためにＤＣ−ＤＣコンバータを使用できる。ＤＣ‐ＤＣコンバータは、低電圧ＤＣを交流（ＡＣ）電圧（または電気パルス）に変え、そして、直流電圧にそれを再変換する前に、低交流電圧をより高い交流電圧に変える。有利なことに、ＤＣ−ＤＣコンバータとして、小さいサイズのものを利用可能である。燃料カートリッジの空きスペースに格納された燃料を使いきると、電気浸透ポンプ３９は、燃料の大部分を使用可能にするためにインサート１２から燃料をポンピングして送ることができる。燃料電池がいったん動作状態になると、電池４０からの引き出しを最小にするために、燃料電池からの電位を用いて電気浸透流れを駆動してもよい。好ましくは、コントローラ４２が、電位を制御したり電池４０の極性を反転させるために設けられて。
【００４８】
この発明の一側面によれば、電池４０は、稼働中であるときに燃料電池からの電流が電池４０を再充電することができるように、充電式である。有利なことに、絶えず、電池寿命を長くするために電池４０は再充電することができ、消費者は、バッテリーが燃料電池の中で使用されるとわからないかもしれない。この発明の他の側面によれば、バッテリー４０が消耗したとき、または長期の不動作期間の後に燃料が出口ポート２４から、または多くのインサート１２から徐々に流れ出したとき、または、または毛細管間空間が詰まったときに、マニュアルで燃料をポンピングしてＭＥＡを活性化するための、手動のポンプ４４、例えば手操作空気ポンプを設けても良い。
【００４９】
電気浸透ポンプ３９の他の利点は、ＭＥＡを停止する必要があるときに、コントローラ／インバータ４２がバッテリー４０の極性を反転させて、燃料をＭＥＡから強制的に戻して、燃料電池反応を停止させて図８（ａ）に示すように電気回路をはずすことができる点である。代わりに、図６に示すように、遮断バルブ４５を設けてＭＥＡから燃料を分離させてもよい。カートリッジが電子装置と切り離されるときに、遮断バルブ４５は燃料カートリッジから燃料が意図せずに放出されるのを防止するのに役立つ。遮断バルブは再充填バルブ３８の上、または、下に配置できる。遮断バルブ４５は、米国特許第５５２０１９７号に示されるように、常閉バルブでもよいし、常開バルブでもよい。詳細はこの特許文献を参照されたい。
【００５０】
燃料電池の電気生成が止められた後に、マニュアルまたは電子スイッチ４４が、フィラーインサート１２または出口ポート２４を横切るＤＣ電位を取り除くために開状態にされる。コントローラ４２は、例えば、消費者向け電子装置のオン・オフスイッチに動作可能に接続され、装置がオンしたときに、ＤＣ電位がインサート１２または出口ポート２４を横切って印可されるようしてもよい。装置がオフにされると、ＤＣ電位が反転され、そののち、外される。また、コントローラ４２は、ＤＣ電位を可変させて、燃料カートリッジからの燃料流動の速度を制御してもよい。ＤＣ電位を帰る１つの方法を以下に詳述する。
【００５１】
電池４０とコントローラ／インバータ４２は、好ましくはカートリッジが再充填可能であるときに、燃料カートリッジ状に配置されても良いし、または、単一の使用の後に燃料カートリッジを使い捨てにできるように燃料カートリッジの生産コストを小さくするために、燃料電池内に配置しても良い。
【００５２】
この発明の他の側面によれば、燃料カートリッジ１０は２つ以上の室部を有しても良い。図９に示されるように、燃料カートリッジ１０は室部４６、４８を有してよく、１つの室部がもう片方の室部の上に位置する。好ましくは、１つはメタノールを含んでいて、もう片方が水を含んでいる。フィラーインサートは各室部に含まれる。図９に示すような実施例では、室部４８の連結柱部５０は、室部４６の連結柱部５２の内部に同心的に配置されている。好ましくは、柱部５０は防水フィルムによって柱部５２から隔離される。図示のように、欠く柱部はディスクに連結され、そこに含まれている液体が確実に室部から吸い上げられるようになっている。代わりに、図１０の室部５４、５６のように、室部を並列させた状態で配置してもよい。各室部５４、５６が、連結柱部５８、６０のそれぞれとディスクとを含んで室部から液体を吸い上げるフィラーインサートを有しても良い。図９および図１０に示す実施例では、メタノールおよび水の流れを、ＭＥＡに達する前に結合し、または混ぜなければならない。好ましくは、液体は拡散部または混合ゾーン６２で混合される。好ましくは、ゾーン６２は、インサート１２と同じフィラーの材料で満たされ、ＭＥＡに達する前に毛管作用で燃料混合物を広げる。さらに、拡散部６２に達する前に、液体が完全に混合するように、拡散部または混合ゾーン６２の上流に、前駆混合室部を設けても良い。
【００５３】
燃料電池が異なれば、動作用の燃料混合物において水対メタノールの濃度も異なる必要がある。これは、図７（ｃ）に模式的に示す電気浸透ポンプによって実現できる。同じＤＣ電位が室部４６、４８または５４、５６に印可できる。メタノールと水は粘度および表面張力が異なるため、メタノールと水の収束は異なるかもしれない。コントローラ／インバータ４２は、複数の出力を有してよく、各出力は異なる電圧で、室部から流れを調整することができる。代わりに、１つの好ましい実施例では、図７（ｂ）に示すように、各出力は可変抵抗器６４を具備し、出力の電圧を調整できる。代わりに、図７（ｃ）に示すように、可変抵抗器を室部に対して直列に配置して、室部に印可される電圧を調整してもよい。
【００５４】
代わりに、室部４６、４８または５４、５６は、異なった濃度または組成の燃料混合物を含んでもよく、電気浸透ポンプ３９はパワー消費条件に応じて１または他の室部から燃料混合物を選択的にポンピングして送るようにしてもよい。これは、不必要な室部と接続される抵抗器６４の抵抗値を増大させて、室部のフィラーインサートのインピーダンスまたは抵抗値と較べて著しく大きくなるようにして実現できる、抵抗器６４の抵抗値が十分高いときに、フィラーインサートを横切るＤＣ電位を著しく小さくして、その結果、不必要な室部からの流れを実質的に止めて、選択した室部からの流れのみを可能にする。上で説明されるようにＭＥＡに達する前に、２つ以上の室部の中の燃料混合物を一緒に混ぜてもよい。代わりに、各室部は、そこからの燃料の流れを調整または制御するそれ自身のポンプを具備しても良い。
【００５５】
この発明の他の実施例によれば、燃料カートリッジ１０、３０、３２または他の燃料カートリッジと共に他のポンプは利用してもよい。上述したように、他の適切なポンプは、フィールド誘導ポンプ、例えば、電気流体力学ポンプおよび電磁流体力学ポンプであるが、これに限定されない。他の適切なポンプは膜変位ポンプ、例えば、静電気ポンプおよび熱気圧ポンプを含む。
【００５６】
電気流体力学ポンプは、交流電場をポンピング対象流体に印可する。電気流体力学ポンプの例が合衆国特許４３１６２３３号、１９８２年２月１６日発行、「単一相電気流体力学ポンプ」に開示されている。その詳細についてはこの文献を参照されたい。一般に、電気流体力学ポンプは電場によってクーロン作用で流体に加えられる引力および斥力によって動作する。電場が流体に働き、機械的な圧力で動作するのでないので、流体の中の内圧はポンピングによって著しく増加するということがない。電気流体力学ポンプは特に低電導性をもった液体に好適である。２３３米国特許第４３１６２３３号の図に示されるように、ＡＣ電荷が流道管に印可され、この流道管は道管の壁から伸びる半絶縁材料製の多くの内部突起を含む。流道管は、有利なことに、フィラーインサート１２の出口ポート２４であってよい。突起は、種々の電気的緩和時間の種々の材料から製造され、各突起の電荷が種々の時間でそのピークに達する。これは流体中に交流電場を生成する。例えば、交電荷が正弦波電圧であると、突起の先の電圧によって正弦波電場が生成されて所望の方向に流体をポンポングする。代わりに、突起の材料は同じにしながら、種々の緩和時間を持つように異なった寸法としてもよい。突起は離間して配置しても良いし、隣接して配置しても良い。また、突起は、どんな幾何学的な形状であってもよい。
【００５７】
電気流体力学流れを電気浸透の流れと組み合わせて使用して流体をポンピングできることは公知であり、また、毛細管を通してメタノールとエタノールをポンピングするのに電気流体力学ポンプおよび電気浸透ポンプを一緒に使用することができることはすでに報告されている。
【００５８】
他方、電磁流体力学ポンプは、任意の所望の方向に、作用流体を動かすために磁場を作用流体に印可する。磁場を反転することによって、作用流体の流れは逆にすることができる。電磁流体力学ポンプの例が米国特許第６２４１４８０号、２００１年６月５日発行、「超小型の電磁流体力学ポンプおよびそれを操作する方法」に開示されている。この詳細は当該特許文献を参照されたい。任意の導電性液体が作用流体であってもよい。好ましくは、作用流体は非常に粘度が大きい液体金属、例えば水銀やガリウム合金である。好ましい実施例では、電磁流体力学のポンプは、入口と出口を具備して液体金属の固まりをピストンとして機能させる室部を有する。永久磁石、電磁石または螺旋磁気インダクタ・アレイにより生成された磁場が作用流体に印可され、この作用流体を入口から離れるように移動させ、ポンポング対象流体を室部内へ引く。そののち磁場が反転されて、出口を介して流体が室部からポンピングされる。電磁流体力ポンプは、ポンピング対象の液体を保持する付加的な室部があってもよい。入口およびで出口の各々は、好ましくは、ポンピング対象の流体の流れを制御する逆止弁を具備する。入口は好ましくは出口ポート２４との流体的に連通しており、出口はＭＥＡに流体的に連通しており、流体をＭＥＡに運ぶ。
【００５９】
静電気ポンプの１つは、膜変位ポンプであり、これは上述のフィールド誘導ポンプと異なる。液体に電場または磁場（または双方）を印可して、流体をポンピングする代わりに、膜変位ポンプは、膜またはダイアフラグを具備して、力を膜またはダイアフラグに印可して液体をポンピングする。静電気ポンプでは、電位が膜またはダイアフラムに印可され、これを移動または振動させて流体をポンピングする。静電気ポンプの１つが米国特許第６４８５２７３号、２００２年１１月２６日発行、「分布ＭＥＭＳ静電ポンピング装置」に開示されている。この文献は、ＭＥＭＳポンプ、その他を開示しており、このポンプは、基体にカンチレバーの態様で結合された可動膜を具備している。この可動膜は自由端において基体から離れるようにバイアスされている。静電気の電圧が、可動膜中の第１の電極および基体中の第２の電極を横切るように印可されるとき、可動膜が基体に向かって動く。そのような動きにより、可動膜の自由端および基体の間のいくらかのポンピング対象流体をポンピングする。静電力が取り除かれるとき、可動膜は元の位置にバイアスされる。このサイクルが繰り返されて、絶えず流体をポンピングできる。別の静電気ポンプが米国特許第５３３６０６２号、１９９４年８月９日発行、「超小型のポンプ」に開示されている。この文献は、少なくとも１つの膜を有する静電ポンプ等を開示している。交流電圧が「オーミック」接触で膜に印可されるとき、膜が振動して流体をポンピングする。この文献は、また、２膜の実施例を開示しており、異なる位相、異なる電圧の２つの交流電圧がこれら膜に印可され、これらの膜が相互に逆位相で振動して液体をポンピングする。これら特許文献の詳細については当該特許文献を参照されたい。
【００６０】
熱気圧ポンプは他の膜変位ポンプである。このポンプでは、発熱体、例えば、抵抗発熱エレメントが加圧室部内に配置され、圧力室部は動作可能に膜に接続される。室部内には、加熱時に膨張する作用ガスまたは作用液体が封止されている。適切な作用液体は３Ｍから入手可能なふっ素化炭化水素液体を含む。そのような熱膨張は膜に対して力を発生させて、膜を動かす。膜の動きが、ポンピング対象流体をポンピングする。封止された作用ガスまたは液体の温度が低下すると、膜を収縮させる。熱気圧ポンプおよび他の膜変位超小型ポンプは米国特許第６０６９３９２号、「超小型ベローズ・アクチュエータ」、２０００年５月３０日発行、および米国特許第６３２６２１１号、「微小流体装置においてガスバブルを操作する方法」、２００１年１２月４日発行に開示されている。これらの詳細は当該文献を参照されたい。
【００６１】
上述の燃料カートリッジ１０、３０、３２は、ＤＭＦＣと共に使用することができ、また、るか、またはメタノールを水素に変換してメタノールリフォーマット燃料電池で利用できるようにする改質剤（リフォーマット）とともに一体に使用されてもよい。
【００６２】
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と組み合わせて利用できる。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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】  任意の位置に配向された、この発明に従う好ましい燃料カートリッジの正面図である。
【図２】  他の任意の位置に配向された、図１の燃料カートリッジの正面図である。
【図３（ａ）】  この発明に従う、フィラーインサートの好ましい実施例の正面図である。
【図３（ｂ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図３（ｃ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図３（ｄ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図３（ｅ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図３（ｆ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図３（ｇ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図４（ａ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例を一部切り欠いて示す図である。
【図４（ｂ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図４（ｃ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の図である。
【図４（ｄ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の正面図である。
【図４（ｅ）】  この発明に従う、フィラーインサートの他の好ましい実施例の正面図である。
【図５（ａ）】  図１および図２で示した燃料カートリッジの代替実施例である。
【図５（ｂ）】  図１および図２で示した燃料カートリッジの代替実施例である。
【図６】  図１および図２で示した燃料カートリッジの代替実施例である。
【図７（ａ）】  メタノール流体および／または水の燃料カートリッジからＭＥＡへの流れを制御または調整する電気浸透ポンプの代替実施例の模式図である。
【図７（ｂ）】  メタノール流体および／または水の燃料カートリッジからＭＥＡへの流れを制御または調整する電気浸透ポンプの代替実施例の模式図である。
【図７（ｃ）】  メタノール流体および／または水の燃料カートリッジからＭＥＡへの流れを制御または調整する電気浸透ポンプの代替実施例の模式図である。
【図８（ａ）】  極性が反転されて燃料の流れを止める電気浸透ポンプの模式図である。
【図８（ｂ）】  燃料カートリッジから電気的に絶縁された電気浸透ポンプの模式図である。
【図９】  細部を省略して明確にした、この発明に従う、複数の燃料室部を具備する、燃料カートリッジの他の好ましい実施例である。
【図１０】  細部を省略して明確にした、この発明に従う、模式的に拡散／混合エレメントおよびＭＥＡに接続された複数の燃料室部を具備する、燃料カートリッジの他の好ましい実施例である。
【図１１】  保護シートを設けた図１および図２のフィラーインサートの代替的実施例である。
【符号の説明】
１０、３０・・・ 燃料カートリッジ
１２・・・ フィラーインサート
１４、２６、３４・・・ ディスク
１６・・・ 連結柱部
２０・・・ 液体燃料
２４・・・ 出口ポート
２５・・・ プラスチック薄膜
２７・・・ シール
２８・・・ スポーク
２９・・・ リング
３１・・・ シェル
３６・・・ 通気孔
３８・・・ バルブ
３９・・・ 電気浸透ポンプ
４０・・・ 電池
４２・・・ インバータ
４２・・・ コントローラ
４４・・・ ポンプ
４５・・・ 遮断バルブ
４６、４８、５４、５６・・・室部
【図１】
0004742024.tif 000002
【図２】
0004742024.tif 000003
【図３（ａ）】
0004742024.tif 000004
【図３（ｂ）】
0004742024.tif 000005
【図３（ｃ）】
0004742024.tif 000006
【図３（ｄ）】
0004742024.tif 000007
【図３（ｅ）】
0004742024.tif 000008
【図３（ｆ）】
0004742024.tif 000009
【図３（ｇ）】
0004742024.tif 000010
【図４（ａ）】
0004742024.tif 000011
【図４（ｂ）】
0004742024.tif 000012
【図４（ｃ）】
0004742024.tif 000013
【図４（ｄ）】
0004742024.tif 000014
【図４（ｅ）】
0004742024.tif 000015
【図５（ａ）】
0004742024.tif 000016
【図５（ｂ）】
0004742024.tif 000017
【図６】
0004742024.tif 000018
【図７（ａ）】
0004742024.tif 000019
【図７（ｂ）】
0004742024.tif 000020
【図７（ｃ）】
0004742024.tif 000021
【図８（ａ）】
0004742024.tif 000022
【図８（ｂ）】
0004742024.tif 000023
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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