(57)【要約】多数の水素発生器（１０）が開示され、これは水素発生器の内部水素圧力（４４、４４’）が大きいときに、貯蔵領域（３８）内の、第１の燃料室（１２）からの単一ドースの粘性燃料成分を測定、貯蔵、または搬送し、内部圧力が小さいときに、この単一ドースを第２の燃料室（１４）内の金属水素化物燃料成分に搬送して、粘性液体および金属水素化物燃料成分が一緒に反応してより多くの水素を生成してサイクルを再開させるようになす。粘性燃料成分は、液体またはゲル形態の水、またはアルコール、例えばメタノールであってよく、金属ン水素化物燃料成分は水素化ホウ素ナトリウムまたは粘性燃料と化学的に反応して水素を生成する他の金属水素化物であってよい。金属水素化物燃料成分は固体または粘性形態、例えば水性形態であってよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性燃料成分を含有する第１の燃料室（１２）、金属水素化物燃料成分を含有する第２の燃料室（１４）を有し、上記粘性燃料成分が上記金属水素化物燃料と反応して水素を発生する水素発生器（１０）において、
上記水素発生器の内部水素圧力が第１の予め定められた圧力より大きいときに、単一ドースの上記粘性燃料成分を測定し、搬送し、または貯蔵し、上記内部圧力が第２の予め定められた圧力より小さいときに上記単一ドースを搬送して上記金属水素化物燃料成分と反応させ、
上記単一ドースの予め定められた容積を伴い、
上記第１の予め定められた圧力が上記第２の予め定められた圧力より大きいことを特徴とする水素発生器。
【請求項２】
上記粘性燃料は液体またはゲルを有する請求項１記載の水素発生器。
【請求項３】
上記金属水素化物燃料は固体金属水素化物燃料または水性金属水素化物燃料である請求項１記載の水素発生器。
【請求項４】
上記内部水素圧力は、上記第２の燃料室（１４）と流体的に連通されている水素室（４４）の圧力であり、または、上記内部水素圧力は上記第２の燃料室（１４）の圧力である請求項１記載の水素発生器。
【請求項５】
上記内部水素圧力に連通されている粘性燃料貯蔵領域（３８）をさらに有し、上記内部水素圧力が上記第１の予め定められた圧力より大きいときに上記粘性燃料貯蔵領域（３８）の体積が、上記単一ドースの上記予め定められた容積と実質的に同一な量だけ増大するようになっている請求項４記載の水素発生器。
【請求項６】
上記粘性燃料貯蔵領域（３８）は、
（ｉ）上記内部水素圧力に応じて屈曲または撓む柔らかなダイヤフラム（５６、１５６）、
（ｉｉ）上記内部水素圧力に応じて移動するバイアスされた実質的に堅固な部材（１０２／１０４、２７０／２７２）、
（ｉｉｉ）上記内部水素圧力に応じて膨張または収縮する圧縮可能媒体を包含する柔らかで方包囲された部材（１０８）、または、
（ｉｖ）上記内部水素圧力に応じて屈曲または撓む２つの柔らかなダイヤフラム（１３２／１３４、４６／１４２）の間の空間、
を有する請求項５記載の水素発生器。
【請求項７】
上記粘性燃料貯蔵領域は通気される請求項５記載の水素発生器。
【請求項８】
上記粘性燃料貯蔵領域はシールされている請求項５記載の水素発生器。
【請求項９】
上記第１の燃料室は上記粘性燃料貯蔵領域に第１のバルブ（８２）を通じて結合され、上記第１のバルブは上記内部水素圧力がほぼ上記第１の予め定められた圧力より大きいときに開き、かつ、上記内部水素圧力がほぼ上記第１の予め定められた圧力より小さいときに閉じる請求項５記載の水素発生器。
【請求項１０】
上記第２の燃料室は上記粘性燃料貯蔵領域に第２のバルブ（８４、１２４）を通じて結合され、上記第２のバルブは上記内部水素圧力がほぼ上記第１の予め定められた圧力より小さいときに開き、かつ、上記内部水素圧力がほぼ上記第１の予め定められた圧力より大きいときに閉じる請求項９記載の水素発生器。
【請求項１１】
上記内部水素圧力に応答して、上記内部水素圧力が上記第１の予め定められた圧力より大きいときに、移動して上記第１の燃料室を開き、上記粘性燃料貯蔵領域に上記単一ドースを貯蔵する可動コネクタをさらに有する請求項５、９、または１０記載の水素発生器。
【請求項１２】
上記可動コネクタは、
上記第１および第２の燃料室の双方を開き、かつ閉じるフォーク（４８）、
上記粘性燃料貯蔵領域に結合されたポスト（７８）またはスプール（９２）、
バネ状部材（８６、１４２／４６、１４７、４６ｂ／１５６ａ、２７２）によってバイアスされ、上記内部水素圧力に露呈するピストンであって、当該ピストンの移動が上記第１のバルブ（８２）および／または上記第２のバルブ（８４、１２４）を開き、かつ閉じる上記ピストン、
上記第１のバルブ（８２）を開き、または閉じるように連結または適合化された第１のピストン（１１６ａ、１４０）、および上記第２のバルブ（８４、１２４）を開き、または閉じるように連結または適合化された第２のピストン（１１６ｂ、１４１）、
上記第１のバルブ（８２）を開くように適合化された第１の柔らかなダイヤフラム（４６ａ、１３６）、および第２のバルブ（８４、１４２）を開くように適合化された第２のダイヤフラム（４６ｂ、１３８）であって、上記２つのダイヤフラムがその間に空間（４４、４４’）を形成して、当該空間が上記内部圧力と流体的に連通されるもの、または、
膨張可能なベローズ（１３６）であって、当該ベローズの内部容積（４４’）が上記内部水素圧力と流体的に連通されているもの、
を有する請求項１１記載の水素発生器。
【請求項１３】
上記第１のピストン（１１６ａ、１４０）および上記第２のピストン（１１６ｂ、１４１）はそれぞれ上記第１のダイヤフラム（４６ａ、１３６）、および上記第２のダイヤフラム（４６ｂ、１３８）に連結され、上記第１のダイヤフラムおよび上記第２のダイヤフラムは上記内部水素圧力に露呈されている請求項１２記載の水素発生器。
【請求項１４】
上記第２の柔らかなダイヤフラム（１３８、４６ｂ）または上記膨張可能なベローズ（１３６）は、上記第２のバルブ（８４、１２４）を閉じるように移動するピストンまたは拡張部材（１４１２、１４６ｂ、１５２）に結合されている請求項１２記載の水素発生器。
【請求項１５】
上記コネクタはバネまたはダイヤフラム（３６、４６、８６、４６ａ／４６ｂ、１２０ａ／１２０ｂ、１４２／４６）によってバイアスされる請求項１１記載の水素発生器。
【請求項１６】
上記コネクタは上記粘性燃料貯蔵領域の内部に配置される請求項１１記載の水素発生器。
【請求項１７】
上記第１の燃料室に付加されて上記第１の燃料室を加圧する開始加圧部（２０）をさらに有する請求項１記載の水素発生器。
【請求項１８】
上記開始加圧部（２０）はさらに金属水素化物を有する請求項１７記載の水素発生器。
【請求項１９】
上記第２の燃料室（１４）は移動噴射ポイント（７４）を有し、粘性燃料成分の上記単一ドースが上記第２の燃料室における異なる位置に被着されるようになす請求項１記載の水素発生器。
【請求項２０】
刺激装置（２０、９０、３００、３００／３２４、３００／３３４、３０１、３０２、３０４、３１２、３１４、３３４）をさらに有し上記粘性燃料成分の流れを再開させる請求項１または１１記載の水素発生器。
【請求項２１】
第２の粘性燃料貯蔵領域（３３４）をさらに有し、上記第２の粘性燃料貯蔵領域は、上記内部水素圧力が第３の予め定められた圧力より小さいときに、その貯蔵量の少なくとも一部を放出し、上記第３の予め定められた圧力は上記第２の予め定められた圧力より小さい請求項２０記載の水素発生器。
【請求項２２】
上記刺激装置は、
（ｉ）上記コネクタに結合されて上記コネクタを移動させて上記粘性燃料区画の上記流れを再開させる刺激アクチュエータ、
（ｉｉ）上記第１の燃料室に流体的に結合された手動起動可能なポンプ、または、
（ｉｉｉ）上記第１の燃料室に流体的に結合された自動ポンプ（３０１）、
を有する請求項２０記載の水素発生器。
【請求項２３】
上記第１のバルブ（８２）および上記粘性燃料貯蔵領域（３８）の間に配された第３のバルブ（１６０）をさらに有する請求項９記載の水素発生器。
【請求項２４】
上記予め定められた圧力は上記第２の予め定められた圧力より約０．５ｐｓｉから約５ｐｓｉだけ大きい請求項１記載の水素発生器。
【請求項２５】
上記第１の予め定められた圧力は約５ｐｓｉから約７ｐｓｉである請求項１記載の水素発生器。
【請求項２６】
上記第２の予め定められた圧力は約０．５ｐｓｉから約２ｐｓｉである請求項１記載の水素発生器。
【請求項２７】
圧力調整器（１６４）をさらに有する請求項１記載の水素発生器。
【請求項２８】
水素発生器（２００）であって、
２つの燃料室（１２、１４）を有する単一ドース燃料カートリッジ（２０１）であって、上記２つの燃料室は脆い部材（２０６）によって分離されているものと、
起動されたときに脆い部材２０６を破壊するようにされた起動部（２１０）と、
燃料室（１２、１４）の双方から燃料成分を受け取るように構成された第１の圧力室（２０２）であって、上記燃料成分は反応して水素を発生するものと、
上記第１の圧力室から水素燃料を受け取るように構成された第２の圧力室（２０４）とを有し、
上記第１の圧力室は上記第２の圧力室より大きな圧力に耐えることができることを特徴とする水素発生器。
【請求項２９】
（ｉ）上記第１の圧力室（２０２）中に配されたフィルタ材料、
（ｉｉ）上記燃料成分とさらに反応する酸、アルコール、または水を含有する、上記第１の圧力室（２０２）内に配されたフィルタ層、
（ｉｉｉ）操作抵抗部材（２１２、２１４）を有して起動に先立って予め定められた方位に整合されるようになす起動部、
（ｉｖ）上記第２の圧力室（２０４）中に配された多孔質水素供給管（２１６）、
（ｖ）第２の圧力室に動作可能に結合された遮断バルブ（１８）または圧力調整器（１６４）、または
（ｖｉ）水素の生成に応じて膨張する上記燃料室（１４）の１つを被覆する膨張可能なスキン、
のうちの少なくとも１つをさらに有する請求項２８記載の水素発生器。
【請求項３０】
ハウジング（２３０ａ、２３０ｂ）内でクランプされ、少なくとも２つのソースからの粘性燃料を受け取るように構成された混合室（２３２）を有し、各ソースは流量制限器（２８ａ、２２８ｂ）を有し、上記ハウジングは上記混合室（２３２）に対して予め定められたクランプ力を加え、かつ、上記少なくとも２つの粘性燃料の混合から生成されるガスのガス圧力が上記予め定められたクランプ力を上回るときに、上記生成されたガスが当該混合装置から排出されることを特徴とする混合装置。
【請求項３１】
上記ハウジングまたは上記混合室に形成された少なくとも１つの流れチャネルをさらに有する請求項３０記載の混合装置。
【請求項３２】
遮断バルブ（２４０）であって、
入口（２４２）および出口（２４４）と、
予め定められた内務圧力を具備する第１のシール状態の室（２５４）と、
バルブステム（２５２）を通じて上記出口（２４４）に流体的に連通される第２の平衡室（２４６）とを有し、
上記出口の圧力が上記第１のシール状態の室の中の圧力を上回るときに、上記バルブステムが当該遮断バルブを閉じることを特徴とする遮断バルブ。
【請求項３３】
遮断バルブ（２６０）であって、
入口圧力を伴う入口（２４２）および出口圧力を伴う出口（２４４）と、
基準圧力（２６８）に応答する第１の隔膜（２６４）と、
上記入口圧力および上記出口圧力に応答する第２の隔膜（２６６）と、
上記第１の隔膜おおび上記第２の隔膜を架橋するコネクタ（２６２）とを有し、
上記入口圧力により引き起こされる力が上記基準圧力により引き起こされる力より大きいときに、上記バルブが開き、上記出口圧力により引き起こされる力が上記基準圧力により引き起こされる力より大きいときに、上記バルブが閉じることを特徴とする遮断バルブ。
【請求項３４】
粘性燃料成分を含有する第１の燃料室（１２）、金属水素化物燃料成分を含有する第２の燃料室（１４）を有し、上記粘性燃料成分が上記金属水素化物燃料と反応して水素を発生する水素発生器（１０’）において、
上記水素発生器の内部水素圧力が第１の予め定められた圧力より大きいときに、バルブ（２８４）が閉じて上記粘性燃料成分を上記金属水素化物成分から隔離し、上記内部圧力が第２の予め定められた圧力より小さいときに、バルブ（２８４）が開いて上記粘性燃料成分が流れるのを可能にし、
上記粘性燃料成分の流れは、流量制限器（２７８）および上記タイミング機構（２８０）により制御されて上記粘性燃料成分の流れを測定し、かつ、上記第１の予め定められた圧力は上記第２の予め定められた圧力より大きいことを特徴とする水素発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用の燃料サプライ、燃料カートリッジまたは水素発生器に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
水素発生技術における既存の試みは、化学金属水素化物、例えば、水素化ホウ素ナトリウムと、液体、例えば、水またはメタノールとの間の反応速度を制御することである。反応が遅すぎると、燃料電池は電気を発生するにたる水素を供給されない。反応が速すぎると、過剰な水素ガスが燃料サプライまたは水素発生器を加圧する。
【０００３】
いままで、化学金属水素化物反応で水素を発生させる反応速度の制御は、液状金属水素化物および水を含有する反応室中に触媒を導入して反応を開始させ、また、触媒を液状金属水素化物から除去して反応を停止させて実現され、これは特許文献１（米国特許第６，９３９，５２９号明細書）、および特許文献２（米国特許第３，４５９，５１０号明細書）、ならびに特許文献３（米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１５８５９５号明細書）に開示されるとおりである。この手法は、どのくらい多くの触媒を液状の燃料に相互作用させるか、または、触媒および燃料の間の接触の期間を制御して反応速度を調整する。
【０００４】
反応速度を調整する他の方法は、均一寸法の金属水素化物の顆粒を規則正しい速度で水に加えて水素の発生を制御することであり、これは特許文献４（米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１８４９８７号明細書）で検討されるとおりである。他の方法は水および液状金属水素化物溶液の注入速度を制御してそれらの反応速度を制御することである。
【０００５】
しかしながら、化学金属水素化物および液状の反応物の間の反応速度を効果的に制御することができる方法および装置が依然として望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，９３９，５２９号明細書
【特許文献２】米国特許第３，４５９，５１０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１５８５９５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第ＵＳ２００５／０１８４９８７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
この発明は、その他のこととともに、水素発生器の内部水素圧力が大きいときに単一ドース（一回分）の液体燃料成分を測定、搬送または貯蔵し、この内部圧力が小さいときにこの単一ドースを固体燃料成分に搬送して、これによって、液体および固体燃料成分が一緒に反応してより多くの水素を発生し、またサイクルを再開させる、多数の水素発生器を開示する。
【０００８】
圧力調整器、および自動遮断バルブも開示される。液体燃料成分は加圧されても非加圧でもよい。
【０００９】
この発明の先の特徴および利点、ならびに他の特徴および利点は、添付の図面に示されるこの発明の以下の説明から明らかである。添付の図面は、明細書の一部を構成し、この発明の原理を説明し、また、当業者がこの発明を実施し、利用することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の燃料サプライ／水素発生器の斜視図である。
【図２】図１の発生器の頂部を、明瞭化のために所定の細部を省略して、拡大して示す部分断面図である。
【図３】明瞭化のために所定の細部を省略した、下方ストローク位置の単一ドースバルブを示す、図２の拡大切欠き部分断面図である。
【図４】明瞭化のために所定の細部を省略した、上方ストローク位置の単一ドースポンプを示す、図２の拡大切欠き部分断面図である。
【図５Ａ】頂部、並びに、固体燃料分配機構を伴う固体燃料／反応室の一部の部分図である。
【図５Ｂ】固体燃料分配機構を示す、水素発生器の部分断面図である。
【図５Ｃ】分配機構のリコイル手段の拡大断面図である。
【図６Ａ】この発明に従う単一ドースポンプを中間ストロークの構造で示す断面図である。
【図６Ｂ】この発明に従う単一ドースポンプを上方ストロークの構造で示す断面図である。
【図６Ｃ】この発明に従う単一ドースポンプを下方ストロークの構造で示す断面図である。
【図７Ａ】この発明に従う他の単一ドースバルブを中間ストロークで示す断面図である。
【図７Ｂ】この発明に従う他の単一ドースバルブを上方ストロークで示す断面図である。
【図７Ｃ】この発明に従う他の単一ドースバルブを下方ストロークで示す断面図である。
【図８Ａ】この発明とともに使用可能な液体貯蔵領域の種々の実施例を示す部分断面図である。
【図８Ｂ】この発明とともに使用可能な液体貯蔵領域の種々の実施例を示す部分断面図である。
【図８Ｃ】この発明とともに使用可能な液体貯蔵領域の種々の実施例を示す部分断面図である。
【図９Ａ】この発明に従う他の単一ドースバルブを中間ストロークで示す断面図である。
【図９Ｂ】この発明に従う他の単一ドースバルブを上方ストロークで示す断面図である。
【図９Ｃ】この発明に従う他の単一ドースバルブを下方ストロークで示す断面図である。
【図１０Ａ】この発明に従う他の単一ドースバルブを中間ストロークで示す断面図である。
【図１０Ｂ】この発明に従う他の単一ドースバルブを上方ストロークで示す断面図である。
【図１０Ｃ】この発明に従う他の単一ドースバルブを下方ストロークで示す断面図である。
【図１１Ａ】この発明に従う他の単一ドースバルブを中間ストロークで示す断面図である。
【図１１Ｂ】この発明に従う他の単一ドースバルブを上方ストロークで示す断面図である。
【図１１Ｃ】この発明に従う他の単一ドースバルブを下方ストロークで示す断面図である。
【図１２Ａ】この発明に従う単一ドースバルブを上方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１２Ｂ】この発明に従う単一ドースバルブを下方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１３Ａ】この発明に従う単一ドースバルブを上方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１３Ｂ】この発明に従う単一ドースバルブを下方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａおよび図１３Ｂで示されるバルブの変形例の断面図である。
【図１４Ａ】この発明に従う単一ドースポンプを中間ストロークの構造で示す断面図である。
【図１４Ｂ】この発明に従う単一ドースポンプを上方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１４Ｃ】この発明に従う単一ドースポンプを下方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ａ〜図１４Ｃで示される単一ドースポンプの他のバージョンの断面図である。
【図１５Ａ】図１４Ａ〜図１４Ｃで示されるポンプの変形例の断面図である。
【図１５Ｂ】図１４Ａ〜図１４Ｃで示されるポンプの変形例の断面図である。
【図１６Ａ】この発明に従う他の単一ドースポンプを中間ストロークの構造で示す断面図である。
【図１６Ｂ】この発明に従う他の単一ドースポンプを上方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１６Ｃ】この発明に従う他の単一ドースポンプを下方ストロークの構造で示す断面図である。
【図１７】図１６Ａ〜図１６Ｃに示されるポンプの変形例の断面図である。
【図１８Ａ】この発明に従う圧力調整器の断面図である。
【図１８Ｂ】この発明に従う圧力調整器の分解図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａ〜図１８Ｂに示す調整器の変形例の断面図である。
【図１９Ａ】この発明に従う単一ドース燃料発生器の断面図である。
【図１９Ｂ】単一ドース燃料発生器の部品の斜視図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａの明瞭化のための部分拡大図である。
【図２０】単一ドース燃料発生器の他の実施例を示す図である。
【図２１Ａ】この発明に従う液体燃料混合気の分解図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａに示す燃料混合器の断面図である。
【図２２Ａ】この発明に従う遮断バルブの断面図である。
【図２２Ｂ】この発明に従う遮断バルブの断面図である。
【図２２Ｃ】他の遮断バルブの断面図である。
【図２２Ｄ】他の遮断バルブの断面図である。
【図２３Ａ】単一ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２３Ｂ】単一ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２４Ａ】測定ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２４Ｂ】測定ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２４Ｃ】測定ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２４Ｄ】測定ドースポンプ／バルブを伴う他の燃料サプライ／水素発生器の断面図である。
【図２５Ａ】刺激機構を伴う図１０Ａ〜図１０Ｃの実施例の断面図である。
【図２５Ｂ】刺激機構を伴う図１０Ａ〜図１０Ｃの実施例の断面図である。
【図２６】図１４Ａ〜図１４Ｃ、および図１５Ａ〜図１５Ｂに示す実施例に用いる他の刺激機構の断面図である。
【図２７Ａ】他の刺激機構を伴う図１６Ａ〜図１６Ｃに示す実施例の断面図である。
【図２７Ｂ】他の刺激機構を伴う図１６Ａ〜図１６Ｃに示す実施例の断面図である。
【図２８Ａ】図１７に示す実施例に適した刺激機構の断面図である。
【図２８Ｂ】図１７に示す実施例に適した刺激機構の断面図である。
【図２９Ａ】図２８Ａ〜図２８Ｂに示す刺激機構に適したアクチュエータの断面図である。
【図２９Ｂ】図２８Ａ〜図２８Ｂに示す刺激機構に適したアクチュエータの断面図である。
【図２９Ｃ】図２８Ａ〜図２８Ｂに示す刺激機構に適したアクチュエータの断面図である。
【図２９Ｄ】図２８Ａ〜図２８Ｂに示す刺激機構に適したアクチュエータの断面図である。
【図２９Ｅ】図２９Ａ〜図２９Ｄに示す刺激レバーの断面図である。
【図３０Ａ】自己起動刺激機構の部分断面図である。
【図３０Ｂ】自己起動刺激機構の部分断面図である。
【図３０Ｃ】自己起動刺激機構の部分断面図である。
【図３０Ｄ】自己起動刺激機構の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
水素を生成させるための金属水素化物反応物と液体反応物の間の一般的な反応は知られている。一例において、水素化ホウ素ナトリウムおよび水の間の反応はつぎのとおりである。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（触媒または熱）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
【００１２】
適切な触媒は、白金、ルテニウム、およびルテニウム塩（ＲｕＣｌ３）、その他の金属およびその塩を含む。酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）副産物も反応によって生成される。燃料電池に用いられる水素化ホウ素ナトリウム燃料は米国特許第３，４５９，５１０号明細書に検討され、その詳細はここに参照して組み入れる。
【００１３】
添付図面に示され、以下に詳細に検討されるように、この発明は、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）のような化学金属水素化物、および水からの水素の開放を調整し、最大化することができる方法および装置に向けられている。この発明は、また、化学金属水素化物および水の反応からの水素燃料の開放を最大化する自己調整装置に向けられている。
【００１４】
化学金属水素化物を用いる水素発生装置は本出願人による米国特許出願公開第２００５／００７４６４３号；米国特許出願公開第２００６／０１９１１９９号、同じく第２００６／０１９１１９８号；２００５年６月１３日出願の米国仮出願第６０／６８９，５３８号；２００５年６月１３日出願の米国仮出願第６０／６８９，５３９号に開示されている。とくに、本出願人の２００５年６月１３日出願の米国仮出願第６０／６８９，５７２号は燃料および水素発生器を開示し、ここでは、金属水素化物および液体反応物に含有される実質的にすべての水素が開放される。これら参考文献のすべては参照してここに組み入れる。
【００１５】
適切な化学金属水素化物燃料は、これに限定されないが、周期律表のＩＡ〜ＩＶＡ族の元素の水素化物、およびこれらの混合物、例えば、アルカリ金属水素化物、またはこれらの混合物を含む。他の化合物、例えばアルカリ金属アルミニウム水素化物（アラネート）およびアルカリ水素化ホウ素も採用できる。金属水素化物のより具体的な例は、これに限定されないが、リチウム水素化物、リチウムアルミニウム水素化物、リチウムホウ素水素化物、ナトリウム水素化物、水素化ホウ素ナトリウム、カリウム水素化物、水素化ホウ素カリウム、マグネシウム水素化物、水素化ホウ素マグネシウム、カルシウム水素化物、およびそれらの塩および／または誘導物を含む。好ましい水素化物はナトリウム水素化物、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素リチウム、および水素化ホウ素カリウムであり、より好ましくはＮａＢＨ４および／またはＭｇ（ＢＨ４）２である。
【００１６】
水以外の液体反応物、例えば、メタノールおよび他のアルコールも化学金属水素化物に反応させるのに用いることができる。液体反応物はゲルの形態でもよく、液体およびゲルの反応物の双方がこの発明の技術範囲に含まれる。
【００１７】
メタノールゲルは広く知られており、商業的に入手可能であり、液体の水はゲルに変換でき、これは本出願人の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００６３８４号に開示され、ＷＯ２００７／１０９０３６号として公開されており、その内容は参照してここに組み入れる。一例において、液体反応物はゲルに変換され、反応に必要とされるまで、液体分子がマトリクス中に可逆な態様でカプセル化されるようになっている。このようにして、液体成分が自由に流動して勝手に反応しないようになる。液体を吸収することができる、水不溶性であるが、水膨潤性のポリマーを用いることができる。水不溶性、水膨潤性の材料を水に加えるとき、水不溶性、水膨潤正の化合物と水との間の結合は水を保持するのに十分であるが、他の反応、すなわち水およびＮａＢＨ４の間の反応が水を必要とするときに、水の分子を引き渡すのに十分なほど弱い。好ましい、水不溶性、水膨潤性材料は、幼児のおむつ製品に広く使用されているポリアクリレートナトリウム、およびポリアクリルアミド、その他を含む。適切な水不溶性、水膨潤性材料は米国特許第６，９９８，３６７Ｂ２号およびそこに引用されている参考文献に説明されている。これら参考文献において検討されている水不溶性、水膨潤性ポリマーは参照してここに組み入れる。
【００１８】
他の適切な水不溶性、水膨潤性ポリマーは米国特許第６，９９８，３７７Ｂ２号に開示されており、参照してその内容をここに組み入れる。この発明の吸収性ポリマーは少なくとも１つのヒドロゲル形成吸収性ポリマー（ヒドロゲル形成ポリマーとも呼ばれる）を含んでもよい。適切なヒドロゲル形成ポリマーは液体を吸収することが可能な種々の水不溶性、水膨潤性ポリマーを含む。
【００１９】
固体の形態で、ＮａＢＨ４は、典型的には粉末または顆粒の形態、または圧縮粒子の固体形態であり、水がない状態では容易に加水分解せず、このため、無水水素化ホウ素を使用すると燃料サプライまたはガス発生器の保管期間が改善される。ただし、液状形態の水素担持燃料、例えば、液状のＮａＢＨ４は、安定化材料が存在しなければ、典型的には、容易に加水分解する。安定化剤の例は、これに限定されないが、金属および金属水酸化物、例えばアルカリ金属水酸化物、具体的には、ＫＯＨおよび／またはＮａＯＨを含む。そのような安定化剤の例は米国特許第６，６８３，０２５号に説明されており、その内容は参照してここに組み入れる。
【００２０】
固体形態の水素担持燃料は、液状形態より一般的に好ましい。一般的に、固体燃料は液状燃料よりより有利であると考えられる。なぜならば、液状燃料は固体燃料にくらべて比例的により少ないエネルギーしか含まず、また液状燃料は固体燃料より安定的でないからである。固体および液状の形態の双方の化学水素化物反応物がこの発明の技術的範囲に含まれる。
【００２１】
さらに、ＮａＢＨ４と水との間の反応は一旦始まると、制御するのが困難であり、このため、新鮮な反応物が組みあわされたときに水素生成の急増を伴い水素が不均一に生成される。初期の急増の後には水素生成量が好ましくないレベルに降下する。
【００２２】
理解を容易にするために、この発明の実施例は全体としてここでは水のような液体反応物と固体金属水素化物に関連して説明される。この発明はそのように限定されず、用語「粘性」は液体、水性、またはゲルの形態の燃料を記述するのに用いられる。
【００２３】
この発明によれば、水またはメタノールのような液体燃料の単一ドース（一回分）を、固体または水性の水素化ホウ素ナトリウムのような化学金属水素化物燃料に搬送することができる燃料サプライまたは水素発生器が図１〜図５Ｃに示される。図１を参照すると、この発明の水素発生器１０が開示される。発生器１０は、液体燃料室１２、および金属水素化物燃料室１４を有し、液体燃料室１２は好ましくは液体またはゲル形態の加圧粘性燃料を含み、金属水素化物燃料室１４は好ましくは固体燃料を含む。そのような室部はＵＳ２００６／０１７４９５２号に開示されており、これについてはすでに参照してここに組み入れた。発生器１０はさらに頂部部分１６、その他の機構を有し、頂部部分１６は単一ドース搬送機構を収容する。遮断バルブ１８が水素発生器１０の頂部に設けられ、燃料電池、または燃料電池により給電される電子機器に直接または間接的に接続される。遮断バルブ１８は２要素バルブの一方の部分であり、ＵＳ２００６／０１７４９５２号に開示されたバルブ（６２）と類似のバネバイアスされたチェックバルブである。遮断バルブ１８はターンオン・オフ可能な任意のタイプのバルブであって良い。
【００２４】
液体燃料室１２はＵＳ２００６／０１７４９５２号に説明される方法で加圧されて良く、あるいは開始剤２０を液体室中に挿入して加圧されて良い。好ましくは、開始剤２０は室１４中の子他院燃料と同様の材料から製造され、室１２において水のような粘性燃料と反応して加圧液体室１２へと水素を生成する。開始剤は保持アーム２２から延びる複数の爪部２４により当初保持される。保持アーム２２は、もろいリンク２８によって起動ロッド２６に連結される。起動ロッド２６はチャネル３０内に往復動可能に配置され、頂部部分１６の外側に突出してよい。好ましくは、起動ロッド２６はチャネル３０内に後退している。
【００２５】
開始剤２０および液体燃料の間の反応を開始させるために、ユーザは、指で、あるいは、起動ロッド２６が後退しているときには、長尺のツールを用いて、起動ロッド２６を押し下げる。押し下げると、図２に示すように、もろいリンク２８が壊れ、開始剤２０が爪部２４から外れて開放される。さらに具体的には、ユーザが起動ロッド２６を押圧するときに、保持アーム２２ももろいリンク２８が壊れるまで、バネ３２およびオプションのバネ３４のバイアス力に抗して押し下げられる。バネ３２および３４に蓄えられたエネルギーが開放されて、保持アーム２２は、ダイヤフラム３６に衝突するまで押し上げられる。この衝撃により、開始剤２０が外れる。開始剤２０は、もろいリンク２８が壊れたときに、他の方法によって、外れて良い。代替的には、室１２がモジュラーユニットであってよく、もろいリンク２８は、室１２が水素発生器１０に挿入されるときに自動的に壊れるように設計される。水素発生器１０は、他の手法で準備付けられて良く、例えば、最初の使用時、またはシステム内にガスバブルがあるときに、水素発生器の外側表面に配置された絞り出し可能なベローズを、ユーザが絞って液体燃料を移動させる。他の準備システムは以下に説明される。
【００２６】
図２を参照すると、液体燃料および水素の流路が全体として説明される。初めに、液体燃料が、自らの圧力で、またはポンプを通じて、粘性または液体貯蔵領域３８に搬送され、これについては図３および図４に関連して以下にさらに説明される。ここから、単一ドース（一回分）の液体または粘性燃料がバルブ４０を介して室１４に搬送される。室１４において、液体燃料が固体の金属水素化物燃料と反応して水素を生成する。水素は流れチャネル４２を通じて水素貯蔵領域４４に流れる。遮断バルブ１８が開いていれば、水素ガスは水素発生器１０から出て燃料電池（図示しない）に流れて電気を生成する。遮断バルブ１８が閉じていれば、水素ガスは水素貯蔵領域４４に累積され、その圧力を上昇させる。
【００２７】
図３は、水素発生器１０の下方ストロークの構造を示しており、この図において、遮断バルブ１８が閉じているため、あるいは、水素の生成が水素の受容を上回っているため、水素貯蔵領域４４の圧力が大きい。水素圧力が大きいと、ダイヤフラム４６に作用してそれを下方に押す。フォーク４８はダイヤフラム４６に結合され、これも下方に押される。フォーク４８は直線部５０およびヨーク５２を有し、図３および図４に示すように上下動可能である。直線部５０はダイヤフラム４６の直下にあり、液体燃料室１２に出入り可能に移動する。水素圧力が大きくダイヤフラム４６が下方に移動していると、直線部５０は液体燃料室１２中への移動し、これを図３に示す。加圧液体燃料が流れチャネル５４に沿って粘性または液体燃料貯蔵室３８へと移動する。流れチャネル５４は直線部５０および液体室１２の側壁の間に形成される。この構造では、液体燃料は液体燃料貯蔵室３８内に止まる。なぜならば、フォーク４８のヨーク５２およびダイヤフラム５６がファンネル５８をシールするからである。ファンネル５８はバルブ４０および固体燃料室１４へ至るものである。ダイヤフラム５６は液体燃料の圧力の下で屈曲してファンネル５８をシールするように構成されて良く、あるいは、ダイヤフラム５６は、ヨーク５２に結合されて、これにより、フォーク４８がダイヤフラム４６によって下方に押されるときにヨーク５２がダイヤフラム５６をファンネル５８へと下方に引くようになしてよい。ダイヤフラム５６は柔軟に構成し、ヨーク５２に結合するように構成して良い。
【００２８】
ダイヤフラム４６は図２に示されるダイヤフラム３６と同一であって良く、また、直線部５０は図２の保持アーム２２と同一であってもよいことに留意されたい。
【００２９】
水素貯蔵領域４４の圧力が小さいときには、水素発生器１０は図４に示すような上方ストロークの構成である。低圧力のため、ダイヤフラム４６は上方に屈曲してフォーク４８を上方に引く。フォーク４８が上方に引かれるときに、直線部５０が上方に引かれて、その膨出端部が流れチャネル５４を閉じて粘性または液体燃料貯蔵領域３８を液体燃料室１２からシールして燃料の室１２へのいずれの逆流も阻止する。ヨーク５２も上方に引かれて、ダイヤフラム５６を上方に移動させファンネル５８を通じた流路を開ける。ヨーク５２およびダイヤフラム５６の動きにより、バルブ４０を閉じていたバネ力を克服してバルブ４０を通じて液体燃料がポンピングされる。図示のとおり、バルブ４０はチェックバルブである。ただし、バルブ４０は、圧力に感応して開となる他のタイプのバルブ、例えば、カモノハシバルブ、フラッパーバルブ、および他のメカニカルバルブであってよい。
【００３０】
有利なことに、フォーク４８の１回の上方ストロークが、実質的に、１つ分の既知の量（ドース）の液体燃料を固体燃料室１４にポンピングする。この既知の容積は実質的にダイヤフラム５６の屈曲料と同じである。換言すれば、この容積は、ダイヤフラム５６が屈曲状態（すなわち図３のダイヤフラム５６の突出した表面）で貯蔵できる容積と、非屈曲状態（すなわち図４のダイヤフラム５６の実質的に平坦な表面）で貯蔵できる容積の差分である。このため、水素が必要なときには、どのような場合でも、既知のドースの液体燃料を固体燃料室１４へ放出して既知の量の水素が生成される。
【００３１】
水素貯蔵領域４４およびダイヤフラム４６の屈曲力の間の平衡により、水素発生器１０は以下の表に示すように自己制御的である。
【表１】
2010517911.tif 000003
示されるとおり、遮断バルブ１８が開いているとき、水素の生成は自動的であり、必要なときのみなされる。遮断バルブ１８が閉じると水素の生成は終了させられる。この発明の他の実施例の圧力および流れ手順は上述に示されたものと類似であり、以下でさらに検討される。
【００３２】
この発明の実施例に関連してここで検討されるように、ダイヤフラム４６は、バネ（例えば、バネ８６。以下に検討する）によってバイアスされ、または支持されてよい。このバネは水素圧力に対抗する圧力を実現する。そのようなバネは、ダイヤフラム４６およびダイヤフラム５６が経験する屈曲の量を制御し、投入される単一ドースの量を制御する。ここで使用されるように、用語「高圧力」は、ダイヤフラム４６および／または支持バネ（例えばバネ８６）の力に打ち勝って単一ドースの液体燃料をポンピングし、搬送し、または貯蔵するのに必要な力を実現する圧力である。用語「低圧力」は、ダイヤフラム４６および／または支持バネ（例えばバネ８６）の力により小さく、貯蔵された単一ドースの液体燃料を固体燃料室に搬送して反応させ付加的な水素燃料を生成する力を実現する圧力である。非制約的な例において、ポリマー電解質隔膜、または陽子交換隔膜（ＰＥＭ）燃料電池において、高圧力は約５ｐｓｉから約７ｐｓｉの範囲の相対圧力であってよく、低圧力は約０．５ｐｓｉから約２ｐｓｉの範囲であってよく、高圧力および低圧力の差分は約０．５ｐｓｉから約５ｐｓｉの範囲であってよい。他のタイプの燃料電池において、高および低圧力は任意のレベルであって良い。
【００３３】
固体燃料室１４における液体燃料および固体燃料の間の反応をより一様に行わせるために、この発明はさらに混合機構６０を有し、これを図５Ａ〜図５Ｃに示す。混合機構６０はスプール６４に巻き取られた平坦チューブ６２を有する。スプール６４はサポート６６の間に位置する。スプール６４およびサポート６６は水素貯蔵領域４４中に配置されるけれども、どこに八値されても良い。図５Ｃに最も良く示されるように、スプール６４はコイルバネ６８によってバイアスされる。コイルバネ６８の一端はポスト７０に固定され、ポスト７０は水素発生器１０の頂部部分１６の側壁に結合される。コイルバネ６８の他端はスプール６４の壁部のストップ７２に固定される。平坦チューブ６２の自由端７４は固体燃料室１４の内部に配され、また、水および金属水素化物の間の反応の柔らかなホウ酸塩副産物を横切る湾曲部分を具備する。コイルバネ６８が平坦チューブ６２を巻き取るときに、自由端７４を副産物中を通って引き上げ、新しい未反応の固体燃料を新たな液体燃料に露出させて固体燃料室１４中に含まれる燃料の反応を助長させる。混合の改善は、室１４中で水性金属水素化物燃料が用いられるときに実現できる。
【００３４】
有利なことに、貯蔵の間、すなわち、最初の使用の前に、固体燃料はコイルバネが自由端７４を巻き上げるのを阻止する。なぜならば、粉末、または顆粒形態の固体燃料は自由端７４が動かないように保持できるからである。最初の使用の後、反応済みの燃料は柔らかなホウ酸塩副産物になり、自由端７４は柔らかな副産物を通じて巻き上がられるようになる。
【００３５】
図３および図４に示すように、ダイヤフラム４６および５６、液体貯蔵領域３８、および他の関連する部品は一体になってポンプまたはバルブを形成し、これが、高水素圧力期間に、既知のドースまたは容積の液体燃料を貯蔵し、低水素圧力期間に、このドースの液体燃料を反応対象の固体燃料へと搬送させて、さらなる水素を生成させる。このサイクルは、燃料が消尽されるまで、あるいは、発生器が遮断されるまで、自動的に繰り返される。以下に説明されるいくつかの実施例もこのサイクルに従う。
【００３６】
そのような実施例の１つは図６Ａ〜図６Ｃに示される。類似の機能を実行する要素に類似の参照番号を割り当てる。このネーミング規則は、類似の実施例の共通性を示すことを意図しており、この発明の技術的範囲を制約する意図でない。単一ドースポンプまたはバルブ７６は水素貯蔵領域４４の圧力に（管８０を通じて）露呈され、液体燃料室１２（バルブ８２を通じて）および固体燃料室１４（バルブ８４を通じて）に流体的に連結されている。水素貯蔵領域４４は固体燃料室１４内にあっても良い。用語「ポンプ」および「バルブ」はこの発明の多数の実施例において交換可能に用いることができる。ただし、一例として図６Ａ〜図６Ｃに示される装置については、用語「ポンプ」または「ダイヤフラムポンプ」がより受け入れやすい。代替的には、液体燃料が非圧縮なときには用語「ポンプ」が好ましくは使用され、液体燃料が加圧されるときには用語「バルブ」が好ましくは使用される。単一ドースのポンプ／バルブ７６の所定の実施例が、加圧および非加圧の液体燃料の双方とともに使用可能である。
【００３７】
単一ドースのポンプ／バルブ７６は、上述の水素発生器１０、または、先に参照して組み入れたような、液体燃料室および固体燃料室を具備する任意の水素発生器の内部で用いられるように構成される。ポンプ７６は第１のダイヤフラム４６および第２のダイヤフラム５６を有し、第１のダイヤフラム４６は水素貯蔵領域４４内の水素圧力に露出され、第２のダイヤフラム５６は屈曲して単一の既知のドースの液体燃料を貯蔵し、伸長して当該ドースを固体燃料に搬送する。ダイヤフラムはお互いにポスト７８によって結合されて一緒に動くようになされている。
【００３８】
ダイヤフラム４６はポンプ７６の頂部壁とともにバネ室８５を形成し、これがバネ８６を収容する。室８５は図示のとおり外部雰囲気にオープンとなっており、このため、ダイヤフラム４６は、補足空気を圧縮することなく、上下動できる。代替的には、室８５がシールされ、加圧ガス、例えば、液化ブタンまたは他の炭化水素をバネに代わって、含む。
【００３９】
水素貯蔵領域４４からの水素ガスは管８０を通じて水素区画４４’に運ばれ、これは、水素貯蔵領域４４と同一に圧力を有する。水素区画４４’はダイヤフラム４６およびセパレータ８８の間に形成される。カラム７８がシール状態で往復動可能にセパレータ８８に結合され、これによって、２つのダイヤフラムを連結するカラム７８が水素を開放すること無しにセパレータ８８に対して移動可能である。室８７がセパレータ８８およびダイヤフラム５６の間に形成され、外部雰囲気に開放されており、このため、ダイヤフラム５６は室８７内の補足空気を圧縮することなく、上下動できる。ダイヤフラム５６の下方の領域は液体貯蔵領域３８である。
【００４０】
水素圧力はダイヤフラム４６をバイアスバネ８６に抗して上方または下方に屈曲させ、これによって、水素圧力がバネ力を上回るときにはダイヤフラム４６がバネ８６に抗して上方に移動させられ、ダイヤフラム５６も上方に引かれ、これを図６Ｂに示す。この結果、液体貯蔵領域３８中に部分的に真空が形成され、これによりバルブ８２が同時に開き、バルブ８４を閉じる。バルブ８２は液体燃料室１２の方向を向くシール面を具備するチェックバルブとして示される。バルブ８４は液体燃料室１２から遠ざかる方向を向くシール面を具備するチェックバルブとして示される。バルブ８２が開いてバルブ８４が閉じていると、既知のドースの液体が液体貯蔵領域３８中に貯蔵される。バルブ８２および８４は、チェックまたはボールバルブ（図示のとおり）、フラッパーバルブ、カモノハシバルブ、または他の圧力感応バルブであってよい。カモノハシバルブはＵＳ２００６／０１７４９５２号に開示されており先に参照してここに組み入れた。
【００４１】
水素圧力が、例えば、燃料電池による水素の使用によって、バネ８６のバネ力より下回るとき、バネ８６が図６Ｃに示すようにダイヤフラム４６および５６を下方に押す。この動作により、液体貯蔵領域３８中に正圧が形成され、これがバルブ８２を閉じてバルブ８４を開き、液体貯蔵領域３８に貯蔵されている既知のドースの液体を固体燃料室１４へ搬送する。新たな反応によりより多くの水素が生成されると、水素圧力が上昇してダイヤフラム４６および５６を上方に押して、図６Ｂに示すように、バルブ８４を閉じバルブ８２を開き、さらなる既知のドースの液体燃料を液体貯蔵領域３８中へポンピングしてさらなるサイクルを開始させる。
【００４２】
単一ドースの容積は、ダイヤフラム４６および５６の移動量により決定され、ダイヤフラムの移動量はバネ８６のバネ定数を変化させて調整できる。さらに、さらに、ポンプ７６には手動プライマー９０が設けられる。ユーザは、最初の使用に先立って、手動プライマー９０を上下動させて液体燃料をポンピングして液体貯蔵領域３８に満たし、固体燃料室１４へと排出し反応を開始させることにより、ポンプ７６を準備する。好ましくは、手動プライマー９０は図６Ｃに示すようにバネにより負荷を受けている。
【００４３】
さらに、バルブ８２が開いているときには液体燃料は加圧されて自動的に液体貯蔵領域３８に流れるようになっていてもよいけれども、液体燃料は実質的に非圧縮であっても良い。図６Ｂの構成では部分的な真空が形成されるので、例えば液体燃料がバルブ８２に隣接してウィッキングで上昇させられるときには、この真空が液体燃料を液体貯蔵領域３８に引くのに十分である。加圧液体を使用するときには、圧力がバルブ８２または８４が自動的に開いてしまうほど十分に大きくないことが好ましい。
【００４４】
水素区画４４’の圧力、バネ８６の力、およびダイヤフラム４６の屈曲力の間の平衡により、水素発生器１０は以下の表に示すように自己制御的である。
【表２】
2010517911.tif 000004
この発明の他の実施例の圧力および流れ手順はこれと類似であり、以下でさらに検討される。
【００４５】
図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、単一ドースバルブ７６の他の実施例が図示される。この実施例では、単一ドースバルブ７６も水素貯蔵領域４４または水素区画４４’の圧縮に露呈され、液体燃料室１２（バルブ８２を通じて）および固体燃料室１４（バルブ８４を通じて）に流体的に連結されている。この実施例では、好ましくは、液体燃料室は加圧される。図７Ａに示すように、単一ドースバルブ７６はスプール９２を具備する。スプール９２の第１の端部はダイヤフラム４６に結合その他のよって連結され、スプール９２がダイヤフラム４６と一緒に動くようになっている。スプール９２の第１の端部は第１の通気済み室９４内に収容されて、ダイヤフラム４６の動きにより空気が圧縮されないようになっている。スプール９２の第２の端部は第２の通気済み室９６に収容され、バネ８６によってバイアスされている。スプール９４の第１および第２の端部は２つのＯ−リング１０８および１１４によってスプール９４の中央部分からシールされている。スプール９２の中央部分は液体燃料に露呈され、通気済み室から隔離されなければならない。
【００４６】
バネ８６のバネ定数は、水素貯蔵領域４４の水素圧力とバランスするように予め選択され、これは図６Ａ〜図６Ｃに示す実施例と類似である。水素圧力が大きいときは、ダイヤフラム４６およびスプール９２は図７Ｂに示すように右側に押され、バネ８６を圧縮して、バルブ８２をウエスト部９８に整合させる。液体燃料室１２からの加圧液体燃料はバルブ８２のボール１００を押してウエスト部９８に移動させる。これによって、液体燃料室１２から開状態のバルブ８２を通じてウエスト部９８の回りをめぐって液体燃料貯蔵領域３８に至る液体燃料の流路が形成される。液体貯蔵領域３８は多くの構造、例えば、図１〜図５Ｃ、および図６Ａ〜図６Ｃに示される実施例における構造、あるいは、以下にその他のものとともに詳細に検討される図８Ａ〜図８Ｃに示される構造を採用できる。
【００４７】
例えば燃料電池による水素の消費により、水素圧力が小さいときには、バネ８６および／またはダイヤフラム４６が図７Ｃに示すようにスプール９２を左側に押す。この動きによって、ボール１００がウエスト部９８のランプ１０１を押し上げられ、バルブ８２を再びシールし、加圧された液体燃料室１２を単一ドースバルブ７６から隔離する。ウエスト部９８はバルブ８４と整合し、バルブ８４のバネ荷重ボール９９が押されて図示のとおりウエスト部９８に配置させられる。これによって、バルブ８４が開く。液体貯蔵領域３８中の加圧された液体は液体貯蔵領域３８から押し出されて開状態のバルブ８４を通じて固体燃料要素１４へと搬送される。
【００４８】
上述のとおり、液体貯蔵領域３８は複数の実施例を伴う。図８Ａにおいて、液体貯蔵領域３８はダイヤフラム５６を有し、その機能は屈曲し、または撓んで（破線で示す）単一ドースの液体燃料を貯蔵し、開放状態に復帰した（実線で示す）単一ドースの液体燃料を固体燃料室１４へポンピングすることである。ダイヤフラム５６は通気された室に収容されて、ダイヤフラム５６の動きがいずれの空気も圧縮させないようになっており、これは上述の通気された室９４および９６と類似である。単一ドースの容積はダイヤフラム５６の屈曲状態および開放状態の間の体積の差である。
【００４９】
図８Ｂにおいて、液体貯蔵領域３８は通気された室内に移動可能に収容された、バネ荷重のピストンまたはフォーク１０２を具備する。フォークまたはピストン１０２も通気された室の壁に対してシールされる。ピストンまたはフォーク１０２の機能はダイヤフラム５６のそれと類似であり、すなわち、これはバネ１０４に抗して移動して単一ドースの液体燃料を貯蔵し（実線で示す）、また、開放状態に復帰して（破線で示す）単一ドースの液体燃料をポンピングする。単一ドースの容積はピストンまたはフォーク１０２の位置の差である。
【００５０】
図８Ｃにおいて、液体貯蔵領域３８はシールされた端部１０６を具備し、これが膨張可能な部材１０８を含み、これは好ましくは弾性バルーンである。部材１０８は任意の形状であって良い。圧縮された液体燃料がシールされた端部１０６へ搬送されるときに、その圧力が球１０８を圧縮して単一のドースの燃料を貯蔵する。部材１０８が開放されると、これが膨張して単一のドースの液体燃料をポンピングする。単一ドースの容積は圧縮状態および開放／膨張状態の部材１０８の体積の差である。部材１０８は好ましくは薄い壁で構成され、圧縮ガス、例えば水素、窒素すなわち不活性ガス、またはこれらの組み合わせを内包する。
【００５１】
図９Ａ〜図９Ｃに示される単一ドースのバルブ７６は、スプール９２が、スプール９２と結合されたダイヤフラム４６とバネ８６との間で平衡となっている点で、図７Ａ〜図７Ｃに示されるものと類似である。バルブ８２および８４に代えて、このバージョンのバルブ７６は４つのＯ−リング１０８、１１０、１１２、および１１４を具備する。Ｏ−リング１０８および１１４は図７Ａ〜図７Ｃの実施例におけるものと同様の機能を実現する。ここで、図９Ａの中間的な構造において、液体燃料室１２は加圧されており、Ｏ−リング１１２および１１４の間で隔離され、固体燃料室１４はＯ−リング１０８および１１０の間で隔離されている。水素圧力が大きいときには、図９Ｂに示すように、Ｏ−リング１１２がウエスト部９８上に配置されて、加圧液体燃料が液体貯蔵領域３８と流体的に連通されて、ここに単一ドースの液体燃料が貯蔵される。水素圧力が小さいときには、図９Ｃに示すように、Ｏ−リング１１０がウエスト部９８上に配置されて、液体貯蔵領域３８に貯蔵されていた加圧状態の単一ドースが固体燃料室１４へと搬送されて新たな反応を開始させ、さらなる水素を生成させる。さらに、この実施例ではバルブがないので、ウエスト部９８のランプ１０１はオプションである。
【００５２】
他の単一ソースバルブ７６が図１０Ａ〜図１０Ｃに示される。この実施例は、図７Ａ〜図７Ｃ、および図９Ａ〜図９Ｃの実施例と、水素圧力が変化するときに動くときにスプール９２を擦るＯ−リングを伴わないので摩擦が少ないという点で、異なる。この実施例は第１のダイヤフラム４６ａを具備し、これが、水素貯蔵領域４４または水素区画４４’からの水素圧力に露呈している。第１のダイヤフラム４６ａは第１のピストン１１６ａと連結され、これが第１の通気された室１１８ａ内に配されている。第１のピストン１１６ａの他端は図１０Ａの中間構造に示されるように、第２のダイヤフラム１２０ａに連結されている。押圧ロッド１２２は第２のダイヤフラム１２０ａに直接に接触し、第１のピストン１１６ａに間接的に接触し、水素圧力が第１のピストン１１６ａを移動させるときに、押圧ロッド１２２が上方に動いて図１０Ｂに示すようにバルブ８２を開くことができ、また、図１０Ｃに示すように下方に動いてバルブ８２を閉じることができるようになっている。
【００５３】
この実施例は第３のダイヤフラム４６ｂも具備し、これも水素貯蔵領域４４または水素区画４４’からの水素圧力に露呈されている。第３のダイヤフラム４６ｂは第２のピストン１１６ｂに連結され、これは第２の通気された室１１８ｂに配されている。第２のピストン１１６ｂの他端は、図１０Ａの中間構造に示されるように、第４のダイヤフラム１２０ｂに連結されている。高水素圧力のために第２のピストン１１６ｂが上方に押されるとき、これが、円形のチャネル１２４およびチャネル１２６に対して第４のダイヤフラム１２０ｂをシールし、これが液体貯蔵領域３８に連結され、これを図１０Ｂに示す。水素圧力が小さいときには、第２のピストン１１６ｂが下方に移動させられ、第３のダイヤフラム４６ｂが下方に撓むことができるようになり、チャネル１２６が円形チャネル１２４と流体的に連通するようになり、これを図１０Ｃに示す。
【００５４】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す単一ドースバルブの動作は以下の通りである。水素圧力が大きいときには、第１のダイヤフラム４６ａがピストン１１６ａおよびロッド１２２を上方に押してバルブ８２を開けて、これにより、加圧液体燃料が液体燃料室１２からバルブ８２を通じて連結チャネル１２８に入り、さらにチャネル１２６に入り、これは図１０Ｂに示すとおりである。高水素圧力は第３のダイヤフラム４６ｂおよび第２のピストン１１６ｂも上方に押し、チャネル１２６がその底端で第４のダイヤフラム１２０ｂによりシールされ、これも図１０Ｂに示すとおりである。これにより、加圧液体燃料が液体燃料貯蔵領域３８へと上方に移動させられ、ダイヤフラム５６を屈曲させ、単一ドースの液体燃料を貯蔵させる。
【００５５】
水素圧力が小さいときには、ダイヤフラム４６ａおよび４６ｂの双方が下方に移動させられ、ピストン１１６ａおよび１１６ｂを下方に引く。この動きにより、バルブ８２がシールされて、液体燃料室１２を隔離する。この動きにより、第４のダイヤフラム１２０ｂも下方に屈曲されて、チャネル１２６が円形のチャネル１２４と流体的に連通させられ、これを図１０Ｃに示す。液体貯蔵領域３８に貯蔵されている加圧された単一ドースの液体燃料はチャネル１２６へと逆流する。バルブ８２が閉じられているので、液体燃料は連結チャネル１２８をバイパスして第４のダイヤフラム１２０ｂの屈曲部へと流れ込む。ここから、液体燃料は円形のチャネル１２４に流入し、排出チャネル１３０に流入し、さらに固体燃料室１４へ流れ、固体燃料と反応する。チャネル１２４の開閉がバルブとして機能して液体燃料を燃料室１４へと搬送する。
【００５６】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示される単一ドースバルブ７６のシーケンスはダイヤフラム４６ａおよび４６ｂの相対的な動きまたは相対的な屈曲能力により制御できる。例えば、第１のダイヤフラム４６ａが第３のダイヤフラム４６ｂより先に屈曲するように選択でき、これにより、バルブ８２が最初に開になる。ダイヤフラム４６ａおよび４６ｂが、異なる厚さ、または、水素に露呈する異なる面積を具備させて屈曲能力を異ならせることができる。代替的には、バイアスバネ、例えば、コイルバネ、またはリーフバネを、ピストン１１６ａまたはピストン１１６ｂとダイヤフラム４６ａまたは４６ｂとのそれぞれの間、または、ピストン１１６ａまたはピストン１１６ｂとダイヤフラム１２０ａまたは１２０ｂとの間、または、ピストン１１６ａまたはピストン１１６ｂと室壁とのそれぞれの間に付加してよい。ピストン１１６ａおよび１１６ｂは相互に結合され、あるいは、相互に一体に製造されて良い。
【００５７】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示される単一ドースバルブ７６は実質的に図１０Ａ〜図１０Ｃのものと類似であり、ただし、第１および第３のダイヤフラム４６ａおよび４６ｂが相互に対面している点が異なる。これらダイヤフラムは依然として同一の水素圧力に露呈されている。水素貯蔵領域３８からの水素ガスは管８０を通じて水素区画４４’に連通される。２つの単一ドースバルブ７６も同一または実質的に類似の部品を具備する。
【００５８】
他の単一ドースバルブ７６が図１２Ａ〜図１２Ｂに示される。このバルブは、好ましくは、液体燃料室１２からの加圧された液体燃料とともに使用されるように構成される。この実施例は、Ｏ−リングが使用されず、また、単一ドース液体燃料貯蔵領域３８がバルブ７６の温帯と一体に形成されている点を除いて、図７Ａ〜図７Ｃに示される単一ドースバルブと類似である。この実施例では、液体貯蔵領域は第１のベローズ１３２、第２のベローズ１３４、スプール９２の外側表面およびバルブ７６の表面により形成される。水素圧力が大きいときには、ウエスト部９８がバルブ８２のボール１００と対面するまで、スプール９２が図１２Ａに示すように右側に押される（図７Ａ〜図７Ｃの実施例と類似）。ボール１００がウエスト部９８に押し入れられ、バルブ８２が開き、圧縮液体燃料が液体貯蔵領域３８に流れ込み、ベローズ１３２および１３４の一方または双方を膨張させ、既知の単一ドースの液体燃料をそこに貯蔵する。水素圧力が小さいときには、バルブ８４ボール９９がウエスト部９８に押し入れられるまで、スプール９２が図１２Ｂに示すように左側に押される液体貯蔵領域３８に貯蔵されている単一ドースの圧力液体燃料が開状態のバルブ８４を通じて固体燃料区画１４へと搬送される。ベローズ１３２および１３４はダイヤフラム５６と実質的に同一の機能を実現し、２つのダイヤフラム５６として把握できる。Ｏ−リングまたはシール部材がスプール９２の外側表面に採用されるならば、ベローズの一方を省略でき、この点は図７Ａ〜図７Ｃに示される実施例と類似である。
【００５９】
図１３Ａ〜図１３Ｂに示される単一ドースバルブ７６は、少なくとも２点、顕著な相違があるけれども、図１１Ａ〜図１１Ｃに示されるものと実質的に同一である。ここでも、類似の要素は同一の参照番号で示される。第１に、ダイヤフラム４６ａ、４６ｂ、およびピストン１１６ａ、１１６ｂがベローズ１３６および１３８で置き換えられる。ベローズ１３６および１３８は一緒に水素区画４４’を形成する。水素貯蔵領域３８からの水素ガスは管８０を通じて水素区画４４’と連通され、これは先に検討したように水素貯蔵領域４４と同一の圧力を有する。ベローズ１３６および１３８はそれぞれ通気された室１１８ａおよび１１８ｂにより収容される。他の顕著な相違は、図１３Ａに最も良く示されるように、ダイヤフラム１２０ｂの一部が液体貯蔵領域３８として使用される点である。水素圧力が大きいときに、ベローズは膨張する。ベローズ１３６はロッド１２２を介してバルブ８２を開き、加圧液体燃料がチャネル１２８を通じて、液体貯蔵領域３８として働くダイヤフラム１２０ｂの一部へと流れる。ベローズ１３８は円形のチャネル１２４をシールして液体燃料を液体貯蔵領域３８内に保持する。水素圧力が小さいときには、ベローズが部分的に畳まれる。ベローズ１３６がバルブ８２を閉じて液体燃料の逆流を阻止する。ベローズ１３８が液体貯蔵領域３８、円形のチャネル１２４、および排出チャネル１３０の間の連結を開となし、液体燃料を固体燃料へと搬送する。
【００６０】
この実施例では、ベローズ１３６および１３８は好ましくは柔らかいけれども弾性ではなく、ダイヤフラム１２０ａおよび１２０ｂは弾性であり、水素圧力と平衡する。代替的には、ベローズが柔らかく、しかも弾性であり、これらベローズが水素圧力とも平衡するようになっている。さらに、ベローズ１３６および１３８は図１３Ｃに示すように横方向に整合されて良く、この場合、ベローズのひだは図１３Ａおよび図１３Ｂに示すひだと直交する。さらに、ベローズ１３６および１３８は拡張部１４０および１４１をそれぞれ具備して良く、これは実質的に堅固であってベローズのダイヤフラムへのリーチを延長できる。
【００６１】
加圧および非加圧液体燃料とともに使用できる他の単一ドースポンプ７６が図１４Ａ〜図１４Ｃに示される。加圧されるであれば、液体燃料はそれ自体ではバルブ８２または８４を開くほど高圧力でないことが好ましい。好ましくは、この実施例は非加圧液体燃料をポンピングするのに使用される。この単一ドースポンプまたはバルブ７６も、水素貯蔵領域４４（または管８０を通じて水素区画４４’）の圧力に露呈され、液体燃料室１２（バルブ８２を通じて）および固体燃料室１４（バルブ８４を通じて）に流体的に結合可能である。ポンプ７６は、顕著なことに、水素圧力の変化によってその体積を直接に変化させる液体貯蔵領域３８を具備する。液体貯蔵漁期３８は、ダイヤフラム４６および１４２の間の領域または空間として定義され、上述したダイヤフラム５６と同様に機能し、雰囲気圧力に露呈される。水素圧力が大きいときには、この圧力がダイヤフラム４６を上方に押し、これによりピストン１４４を上方に押す。この動きにより、ダイヤフラム１４２も押されて液体貯蔵漁期３８の体積が増大する。これによって、図１４Ｂに示すように液体貯蔵領域中に真空が形成される。この真空により、図示のバルブ８２および８４の向きに従って、バルブ８２が開き、バルブ８４が閉じ、体積変化の量と実質的に等しい既知のドースの液体燃料が貯蔵領域３８に真空引きされる。水素圧力が小さいときには、ダイヤフラム４６および／またはダイヤフラム１４２がピストン１４４を下方に押し、正圧力を形成する。図１４Ｃに示すように、この正圧力によって、バルブ８２が閉じ逆流を阻止し、バルブ８４が開いて単一ドースの液体燃料をバルブ８４を介して固体燃料区画１４へとポンピングする。バルブ８２および８４は図示のとおりチェックまたはボールバルブであるけれども、カモノハシバルブ、フラッパーバルブ、その他であってもよい。
【００６２】
図１４Ｄは図１４Ａ〜図１４Ｃに示される単一ポンプ７６の他のバージョンを示す。ここでは、バルブ８２および８４はカモノハシバルブとして示され、これは所定の低圧力状態でより応答性がよい。ピストン１４４は長尺の本体を具備する。これは、その本体に沿って水素貯蔵部４４の圧力に直接に露呈され、また底部でパイロット圧力に露呈される。シール部材またはＯ−リング１４５はパイロット圧力を水素貯蔵部４４の圧力から隔離するように設けられる。ピストン１４４は図示のとおりバネ１４７によってバイアスされている。水素圧力がパイロット圧力およびバネ１４７のバイアス力より大きいときには、ピストン１４４は下方に移動させられる。この動作により、液体貯蔵領域３８の体積が増大し、カモノハシバルブ８２を開き、液体燃料を引いて液体貯蔵領域３８に導入し、また、カモノハシバルブ８４を閉じて単一ドースの液体燃料を保持する。水素圧力がパイロット圧力およびバネ１４７のバイアス力より小さいときには、ピストン１４４が情報に移動させられ、液体貯蔵領域３８の体積が減少する。この動作により、カモノハシバルブ８２が閉じられ、カモノハシバルブ８４が開けられ、単一ドースの液体燃料を固体燃料区画１４へ押し出す。
【００６３】
図１５Ａ〜図１５Ｂは図１４Ａ〜図１４Ｃに示される単一ドースポンプ７６の２つの実現可能な変形例を示す。図１５Ａの単一ドースポンプ７６は、プランジャ１４４が大面積の底部を有し、ダイヤフラム４６がより大きく、このため、プランジャが低圧力に対して反応性がよい点を除けば、実質的に図１４Ａ〜図１４Ｃに示されるポンプと同様である。換言すれば、圧力が小さくてもその圧力に露呈される表面面積が大きいときには、その圧力により加えられる力はより顕著になる（力＝圧力×面積）。同様に、プランジャ１４４は図１５Ｂに示すように２つの部分を有して良い。ここでは、頂部のプランジャ１４４ａは先に述べたようなポンプの一部であり、底部のプランジャ１４４ｂは圧力増幅器である。２つのプランジャ１４４ａおよび１４４ｂはダイヤフラム１４２ｂにより分離され液体貯蔵領域３８の体積が頂部部分に依然として含まれようになす。
【００６４】
図１６Ａ〜図１６Ｃは非圧縮および圧縮の液体燃料に適した単一ドースポンプ７６の他の実施例を示す。圧縮されるのであれば、液体燃料はそれ自体ではバルブ８２または１６０を開くほど高圧力でないことが好ましい。図１６Ａ〜図１６Ｃの単一ドースポンプ７６と図１４Ａ〜図１４Ｃおよび図１５Ａ〜図１５Ｂに図示される単一ドースポンプとの間の第１の顕著な相違は、ポンプ室が液体貯蔵領域３８から分離されている点である。図１６Ａを参照すると、ポンプ７６は水素区画４４’を具備し、これが管８０を通じて水素貯蔵領域４４と流体的に連通され、また第１および第２のダイヤフラム４６ａおよび４６ｂの間に形成される。ポンプ室１５０はダイヤフラム４６ａおよびポンプ７６の壁の間に形成される。第２のダイヤフラム４６ｂはピストン１５２に結合され、これが通気された室１５４中に収容される。第３のダイヤフラム１５６も、通気された室１５４を区切る。ピストン１５２は第３のダイヤフラム１５６の一部に結合され、第３のダイヤフラム１５６の一部がピストン１５２とともに移動する。第３のダイヤフラム１５６の他の部分は図１６Ａに示すように単一ドースの液体貯蔵領域３８を形成し、これは図１３Ａ〜図１３Ｃの実施例に関連して検討した。
【００６５】
水素圧力が大きいときには、ダイヤフラム４６ａおよび４６ｂが図１６Ｂに示すように膨張する。このように膨張すると、ポンプ室１５０が圧縮され、またピストン１５２が押されて円形のチャネル１２４をシールする。ポンプ室１５０の圧縮によりバルブ８２が閉じ、液体燃料室１２を隔離する。同様にポンプ室１５０の圧縮によりチャネル１５８を通じて予め定められた量の液体をポンピングし、バルブ１６０を開き、液体貯蔵領域３８をなすダイヤフラム１５６の一部を圧縮して単一ドースの液体燃料を貯蔵する。円形のチャネル１２４はシールされているので、液体は液体貯蔵領域３８に保持される。
【００６６】
水素圧力が小さいときには、ダイヤフラム４６ａおよび４６ｂが図１６Ｃに示すように相互に近づく。この接近により、ピストン１５２が左側に移動して、液体貯蔵領域３８に対して開放している円形の連結部１２４と排出チャネル１３０との間を流体連結部を開き液体燃料を固体燃料室１４へ搬送する。同様に、この接近により、ポンプ室１５０が膨張して負圧すなわち部分的な真空を形成する。部分的な真空によりバルブ８２が開き、ポンプ室１５０中に単一ドースの液体燃料を真空引きする。同様に、部分的な真空により、バルブ１６０が閉じ、新たな液体がこの時点で液体貯蔵領域に流れ込まないようにする。
【００６７】
図１６Ａ〜図１６Ｃの実施例の変形例が図１７に示され、この図においても、類似の要素には同一の参照番号を付す。顕著な相違点は、バルブ８２および１６０が図示のとおりカモノハシバルブであり、相互に接近して配置されていることであるけれども、それらの役割および開／閉の手順は同一のままである。他の相違点はダイヤフラム１５６がダイヤフラム１５６ａおよび１５６ｂに分かれている点である。ダイヤフラム１５６ａは高水素圧力時にピストン１５２によって依然として押圧される。ダイヤフラム１５６ｂは液体貯蔵領域３８を形成する。液体貯蔵領域３８は円形なチャネル１２４にチャネル１６２により流体的に連結され、ピストン１５２に結合されているダイヤフラム１５６ａの一部が、高水素圧力時にチャネル１６２をシールするような寸法および形状とされる。
【００６８】
ここで検討される、ピストン、流れチャネル、およびダイヤフラムは、高圧力で水素ガスを受け取り燃料電池で受領可能なレベルに圧力を減少させる圧力調整器としても利用することができる。そのような圧力調整器の１つの用途は、水素貯蔵領域４４および発生器１０から遮断バルブ１８を通じて出て行く水素の圧力を減少させることである。そのような調整器は遮断バルブ１８（図２参照）の上流または下流に配置でき、またそれに隣接して配置できる。事例的な圧力調整器１６４は図１８Ａ〜図１８Ｂに示される。調整器１６４は入口ハウジング１６６、出口ハウジング１６８、その間に配された保持部１７０を有する。ピストン１７２が保持部１７０内で移動可能に配される。第１のダイヤフラム１７４が入口ハウジング１６６および保持部１７０の間にクランプされ、第２のダイヤフラム１７６が出口ハウジング１６８および保持部１７０の間にクランプされる。入口ハウジング１６６は入口チャネル１７８を形成し、出口クランプ１６８は出口チャネル１８０を形成する。保持部１７０の内部はピストン１７２を収容し、基準圧力に露呈可能であり、これは雰囲気圧力である。ボール１８２は、入口チャネル１７８の直下の第１のダイヤフラム１７４の下に設けて入口チャネルのシールを確実にできる。図示のとおり、第１のダイヤフラム１７４は入口圧力に露呈され、第２のダイヤフラム１７６は出口圧力に露呈される。
【００６９】
ピストン１７２に印可される力は、印可圧力と圧力の露呈面積の積であるので、ピストン１７２に作用する力は以下のようにまとめることができる。
入口ダイヤフラムの力は：
入口圧力×入口面積＝基準圧力×入口面積＋ピストンの力（上面）
出口ダイヤフラムの力は：
出口圧力×出口面積＝基準圧力×出口面積＋ピストンの力（下面）
上面の力は下面の力と等しいので、ピストンの力は双方の式において等しい。ピストンの力について双方の式を解き、等価にすると：
（入口Ｐ−基準Ｐ）×入口面積＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×出口面積
この式はつぎのように書き換えることができる：
（出口Ｐ−基準Ｐ）＝（出口Ｐ−基準Ｐ）×出口面積／入口面積
基準圧力が０ｐｓｉ相対値または１気圧である場合には：
出口Ｐ＝入口Ｐ×出口面積／入口面積
基準圧力が０ｐｓｉ相対値でない場合には、ピストンの双方のサイドがそれぞれの面積に応じて基準圧力により影響を受ける。調整器の動作中に入口面積は変化する。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなる前に、入口面積はピストンの上面と等しい。出口圧力が入口を遮断するのに十分なほど大きくなった後は、入口面積は小さな入口開口へと縮みこむ。この特徴によって、若干の出口圧力減少を伴うピストンの発振を減少させる。
【００７０】
出口の力が入口の力より小さいときには、入口の水素圧力が隔膜に働いて下方に移動させ、入口チャネル１７８から内側の円形のチャネル１８４への流路を開き、これが頂部の横方向チャネル１８６に連結され、これが外側の円形チャネル１８８および連結チャネル１９０に連結され、これが下側の横方向チャネル１９２および出口チャネル１８０に接続される。有利なことに、出口チャネル１８０は１９４の点で膨大化され、水素ガスを膨張させて排出前にいくらかさらに圧力を減少させる。出口チャネル１８０も膨大化され調整器１６４が燃料電池システムの他の部品と適合するようになっている。横方向のチャネル１８６および１９２は図１８Ａに示すようにボールによってシールされる。
【００７１】
圧力調整器１６４の他の実施例が図１８Ｃに示され、これは図１８Ａ〜図１８Ｂの実施例と同様の態様で動作する。図１８Ｃに図示されるように、調整器１６４は、出口ハウジング１６８の底部に取り付けられた、出口ダイヤフラム／ガスケット１７７および端部キャップ１９６をも具備する。端部キャップ１９６は、基準圧力をピストン１７２に連通させるチャネル、および、排出前に排出水素の圧力を大幅に硬化させるため、より膨大化された出口チャネル１８０を具備してよい。ダイヤフラム／ガスケット１７７はＯ−リングにより置き換えて良い。
【００７２】
圧力調整器１６４は、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように水素発生器２００とともに使用されても好適である。この発生器は２つの主室、すなわち第１の圧力室２０２および第２の圧力室２０４を具備し、圧力調整器１６４が第２の圧力室２０４から燃料電池への水素の流れを制御する。第１の圧力室２０２は開口２１８を介して第２の室２０４に連結される。水素発生器２００は、単一ドースカートリッジ２０１を有し、これが隔膜２０６により固体燃料室１４から分離されている液体燃料室１２を具備し、これはポリマーまたはコポリマー、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、壊れやすいガラス、金属フォイル、または破壊しやすい、または貫通しやすい、任意の材料から製造できる。カートリッジ２０１は起動ボタン２１０に取り付けられた撃針２０８をも具備する。撃針２０８は隔膜２０６を貫通して液体燃料が固体燃料と混合されて水素を生成するようになっている。水素ガスおよび副産物は第１の圧力室２０２中を通る。好ましくは、第１の圧力室２０２は厚い側壁を具備して高圧力に耐え、また、フィルタ層を含んで、単一ドースカートリッジからの取り残された未反応の任意の燃料と反応するようになす。好ましくは、フィルタ層は、酸、例えば、酢酸、または水素化物燃料と反応する他のタイプの酸、アルコール、例えば、メタノール、または水素化物燃料と反応する他のタイプのアルコール、または水を有する。好ましくは、酸、アルコール、または水は、吸収性媒体、例えば、紙、不織または織物材料の中に吸収されている。
【００７３】
２つの燃料が不用意に混合されるのを最小化するために、発生器２００はインターロックキャップを具備して良く、これはカートリッジ２０１を収容する中央開口２１２を形成する。開口２１２は多くの翼部２１４を連結させても良い。起動ボタン２１０は翼部２１４を収容するようになされた対応する脚部（図示しない）を具備する。起動ボタン２１０を押し下げるには、脚部が翼部２１４と整合しなければならない。さらに、起動ボタン２１０は、バネ等によって非整合位置にバイアスされてよく、これによって、ユーザは、起動ボタン２１０を押し下げる前に起動ボタン２１０をひねったり、回転させたりする必要がある。図示のとおり、翼部２１４は異なる形状をともなってよく、任意の個数の翼部があってもよい。
【００７４】
第１の圧力室２０２からの水素は開口２１８を通過して第２の圧力室２０４に入る。水素供給チューブ２１６が、水素が発生器２００から離れるための通路として設けられる。水素供給チューブ２１６は多孔質材料、例えば、セラミック、テキスタイル、発泡体、その他から製造されて良い。水素供給チューブ２１６は、調整器１６４を通過する任意の副産物をフィルタリングしてよい。代替的には、バルブ１８と類似の遮断バルブを調整器１６４の近傍に配置してよく、また、第２の圧力室２０４も第１の圧力室２０２中のものと類似のフィルタ層を具備してもよい。
【００７５】
カートリッジ２０１が消尽されたのち、または水素が使用され尽くしたとき、使用済みカートリッジは取り外すことができ、他の単一ショットのカートリッジ２０１を挿入できる。
【００７６】
他の適切な単一ドースカートリッジ２０１が図２０に示される。このカートリッジの起動ボタン２１０は液体燃料質２を含む。参照番号２２０により示される固体燃料は、ホルダー／固体燃料室１４中に貯蔵される。固体燃料および液体燃料は隔膜／フォイル２０６によって分離されている。起動ボタン２１０および固体燃料室１４はカートリッジハウジング２２２によって一緒に保持されている。起動するには、固体燃料２２０および固体燃料室１４を液体燃料室１２に押し込み、隔膜２０６を壊し、燃料を反応させる。固体燃料室１４は弾性スキン２２４により被覆され、これは蛇行プロフィールを伴い、固体燃料室１４が液体燃料室１２中へ押し込まれた後、液体燃料の予期とおりのうごきを押さえ込むように外側に拡大するようになっている。スキン２２４はカートリッジハウジング２２２および起動キャップ２１０の間に保持、またはクランプされて、その場所に固定される。スキン２２４は、好ましくは、水素に対して透過性を有するが燃料や副産物に対して透過性がない材料から製造される。適切な材料は、シリコーンのようなエラストマーを含む。単一ドースの液体燃料はカートリッジ２０１内で単一ドースの固体燃料との接触を維持される。固体燃料は粉末または顆粒の形態として混合を助長して良い。図示のとおり、固体燃料２２０は開いた筒の形態であり、液体燃料との反応に利用できる表面面積が最大化される。
【００７７】
この発明の単一ドース水素発生器１０は２単位ドースの液体燃料を反応させるように変更できる。１例においては、２つの単一ドースポンプ／バルブ７６が採用される。１つのポンプ／バルブ７６が第１の液体、例えば、水またはメタノールを計量するのに用いられる。他のポンプ／バルブ７６が水溶性または液体形態、すなわち第２の液体燃料に変換された固体燃料を計量するのに用いられる。例えば、固体の水素化ホウ素ナトリウムは、水素化ホウ素ナトリウムを溶媒、例えば、テトラエチレングリコールジメチルエーテルまたはトリメチレングリコールジメチルエーテルに溶解させることにより、液体形態に変換できる。液体または水性形態の水素化ホウ素ナトリウムは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から、種々モル濃度で、例えば、テトラエチレングリコールジメチルエーテルの３モル溶液、トリメチレングリコールジメチルエーテルの２モル溶液、および１２重量％の水性溶液として入手できる。上述のとおり、液体燃料はゲル形態でよい。
【００７８】
２つの単一ドースポンプ／バルブ７６を適用する例は図２１Ａ〜２１Ｂに示され、この図において、２つの排出チャネル１３０ａおよび１３０ｂがそれぞれポンプ／バルブ７６ａおよび７６ｂから２つの単一ドースの液体燃料を搬送する。排出チャネル１３０ａ、１３０ｂの各々はそれぞれ入口アダプタ２２６ａ、２２６ｂに連結される。入口アダプタはバルブ２２８ａおよび２２８ｂをハウジング２３０ａおよび２３０ｂ内にそれぞれ保持・配置するように構成される。バルブ２２８ａおよび２２８ｂはカモノハシバルブ（図示のように）、フラッパーバルブ、またはチェックバルブであって良い。室２３２がハウジング２３０ａおよび２３０ｂの間にクランプされ、好ましくは、クローズドセルの発泡体材料で充填される。２つの単一ドースの液体燃料が室２３２において反応するときに、水素圧力が発泡体を圧縮して、水素および副産物が室２３２から流出する。水素の圧力も副産物を室２３２から掃き出して、これによって室２３２が後続の反応のためにきれいにされる。さらに、流れチャネル２３４がハウジング２３０ａおよび２３０ｂから切り出されて副産物および水素の室２３２からの流出を助けるようにしてよい。流れチャネル２３４は任意の構造、例えば、螺旋、同心円、中心から放射状に伸びる線分、その他であってよい。さらに、室２３２にも、螺旋、同心円、中心から放射状に伸びる線分の流れチャネルを形成して、水素および副産物の除去を容易にしてよい。代替的には、室２３２は、ハウジング２３０ａおよび２３０ｂの間で圧縮または一緒に保持される２枚またはそれ以上の弾性ディスクを有して良い。これらディスクの表面は平滑、模様付け、または溝付けされて異なる燃料成分の混合を支援してよい。室２３２はディスクの代わりに複数の同心円状のＯ−リングを有しても良い。
【００７９】
室２３２は、水素ガスが室から出るまえに一般に分離し、好ましくは室２３２に印可されるクランプ力が所定の時間だけ分離傾向に抵抗して燃料がより長い期間だけ反応するようにできる。このクランプ力はバネ、圧縮ガスまたはファスナにより印可されてよく、このクランプ力は、予め定められた圧力で水素が外に出ることができるように設定され、または予め定められている。さらに、３つ以上の液体燃料を室２３２に導入してよく、各燃料は個別のポンプ／バルブ７６を介して導入できる。また、流れが、断続的（すなわち単一ドース）でなく、連続的なとき、バルブ２２８ａおよび２２８ｂは流量制限器、例えば固定または可変オリフィスで置き換えることができる。バルブ２２８ａおよび２２８ｂも任意のタイプの流量制限器であってよいことに留意されたい。
【００８０】
図２１Ａ〜図２１Ｂの実施例は固体を湿潤させるのにも用いることができる。発泡体を固体の表面に配置してよく、また１または複数の液体を室２３２に導入して良い。代替的には、液体燃料および液体の水素化ホウ素ナトリウムの間の反応は窒素が豊富な環境内に含まれて２つの燃料の反応を改善できる。例えば、アダプタ２２６ｂおよびバルブ２２８ｂが固体燃料棒により置き換えられ、これがバネ負荷を受けて反応室２３２に抗してシールされる。固体燃料の一部が反応または消費されるときに、副産物は反応室から吹き飛ばされ、または取り外され、残りの固体燃料が連続的に反応室に抗してバイアスされる。
【００８１】
先に検討した、ピストン、ベローズ、およびダイヤフラムは、さらに、図２２Ａ〜図２２Ｂに示すように、出口圧力が入口圧力を上回るとき、またはその逆のときに、自動遮断バルブとして採用することができる。図２２Ａを参照すると、入口２４２、出口２４４、および３つの内部室を具備する。室２４６はベローズ２４８とバルブの内側壁との間に形成される。室２４６は、バルブステム２５２中に形成されるチャネル２５０を介して出口２４４の圧力と流体的に連通されて同位置の圧力を有する。中央室２５４はベローズ２４８およびベローズ２５６の間に形成され、シールされた室である。シールされた室２５４は予め定められた圧力を有し、室２４６／出口２４４の圧力と平衡する。第３の室２５８は入口２４２および出口２４４を有する。遮断バルブ２４０は、出口２４４／室２４６の圧力がシールされた室２５４の予め定められた圧力を上回るときに閉じるように設計され、バルブステム２５２を下方に押して出口２４４を閉じる。
【００８２】
遮断バルブ２４０の変形例を図２２Ｂに示す。この実施例では、シールされた室２５４が事前に設定され、または予め定められた圧力を伴い、頂部に配置され、また、室２４６が出口２４４と同一の圧力を有し、その下に配されている。出口圧力が、シールされた室２５４の予め定められた圧力を上回るとき、バルブステム２５２が情報に移動してバルブをシールする。
【００８３】
他の遮断バルブ２６０が図２２Ｃに示される。バルブ２６０は第１のダイヤフラム２６４および第２のダイヤフラム２６６の間でバランスされるピストン２６２を具備する。第１のダイヤフラム２６４は室２６８に露呈され、これがパイロット圧力を伴う。第２のダイヤフラム２６６は円形のチャネル１２４に露呈され、これが入口２４２からの供給圧を伴う。ピストン２６２を包囲する室は基準圧力を有し、これは側部の穴から入り込む。入口領域２４２からの供給圧力による力が、室２６８からのパイロット圧力による力を上回るときには、第２のダイヤフラム２６６の一部が入口２４２および円形のチャネル１２４の下に屈曲し、あるいは下方に曲がり、これにより水素が出口２４４へ流れるようになる。円形のチャネル１２４における供給圧力および２４４における出口圧力による力が、室２６８におけるパイロット圧力より小さいときは、ピストン２６２が出口２４４および／または円形のチャネル１２４に抗して押圧されてバルブ２６０をシールし、すなわち、閉じる。パイロット圧力は任意の圧力でよい。ただし、パイロット圧力は好ましくは実質的に出口圧力と同じである。出口ガスの一部は室２６８に連絡され、パイロット圧力が実質的に出口圧力と同じになるようにしてよい。出口２４４は環状の入口２４２より小さくなるような寸法および形状を伴い、出口２４４の圧力が入口２４２の圧力より大きくなるならば、
（Ｐ２４４×面積２４４）＋（Ｐ２４２×面積２４２）−（Ｐｒｅｆ×面積２６６＊）＞（Ｐ２６８×面積２６８）−（Ｐｒｅｆ×面積２６４）
になるまで、バルブ２６０を閉に維持するようになす。（＊ダイヤフラムのピストン２６２側の面積）
【００８４】
遮断バルブ２６０の変形例を図２２Ｄに示し、この図において、入口２４２および出口２４４の位置が切り替えられている。ここでは、出口領域２４４が入口領域２４２より大きくなっている。
【００８５】
他の燃料サプライ／水素発生器１０が図２３Ａ〜図２３Ｂに示される。水素発生器１０は液体燃料室１２および固体燃料室１４を有し、液体燃料室１２はこの実施例では好ましくは加圧されており、固体燃料室１４は遮断バルブ１８を結合させており、これは図示のとおりである。バルブ８２は液体燃料室１２を液体貯蔵領域３８に連結し、バルブ８４は液体貯蔵領域３８を固体燃料室１４に連結する。この実施例では、可動ピストン２７０がバネ２７２によってバイアスされて水素貯蔵領域４４内に配される。ピストン２７０は静止空洞ポスト２７６と協同して液体貯蔵領域３８を包囲し、ピストン２７０およびポスト２７６がシールを形成して液体燃料を包含する。ダイヤフラム２７４は水素貯蔵領域４４を液体燃料から分離し、ピストン２７０と一緒に移動可能である。図２３Ａは、液体燃料および固体燃料の間の反応により引き起こされた水素圧力が大きいときの状況を示す。この高水素圧力によりダイヤフラム２７４が図示のとおりバイアスバネ２７２に抗して左側に押される。この動作の結果、バルブ８２が開き、液体燃料が液体貯蔵領域３８に流れ込むことが可能になり、またバルブ８４が閉じて単一ドースの液体燃料を保持する。図２３Ｂを参照すると、水素圧力が小さいとき、例えば、固体燃料室１４中の水素ガスがバルブ１８を通じて燃料電池に搬送されてしまったとき、ピストンがバネ２７２によって右側に動かされる。この動作によって、バルブ８２が閉じ、またバルブ８４が開き、貯蔵された単一ドースの液体燃料が開状態のバルブ８４を通過して固体燃料室１４に至り、これは図示のとおりである。
【００８６】
ここに開示される水素発生機の変形例が図２４Ａ〜図２４Ｄに示される。ここで説明した他の実施例と同様に、水素発生器１０’は液体燃料室１２および固体燃料室１４を有し、液体燃料室１２はこの実施例では好ましくは加圧されており、固体燃料室１４は遮断バルブ１８を結合させており、これは図示のとおりである。水素発生器１０’とここで検討されてきた他の水素発生器１０との間の相違点は、液体燃料室１２をタイミング機構２８０に連結する流量制限器２７８を、水素圧力が小さいときに、どのくらい液体燃料が通過するかによって、単一ドースの貯蔵を測定する点にある。適切な流量制限器は、これに限定されないが、マクロオリフィス、圧力緩衝器、多孔質金属、または液体流量を減少させる他の装置を含む。タイミング機構２８０も固体燃料室１４に連結されて液体燃料を固体燃料室へ搬送する。
【００８７】
タイミング機構２８０は液体保持領域２８２を有し、これがバルブ２８４によって閉じられ、このバルブ２８４はバネ２８８によってバイアスされている往復動可能な本体２８６を具備する。バネ２８８はストッパ２８９に接し、これが、例えば、回転によりバネ２８８のバイアス力を設定することにより、液体保持領域２８２に対して出入りするように移動可能である。往復動可能な本体２８６はプランジャピン２９０によって閉状態位置から開状態位置に押され、このプランジャピン２９０は柔らかなアクチュエータ２９２により係合されており、これは図２４Ｂによりよく示される。プランジャピン２９０および柔らかなアクチュエータ２９２は室２９４内に収容され、柔らかなアクチュエータ２９２はワッシャーバネ２９６によりバイアスされる。チャネル２９５は図示のとおり液体燃料を室２９４から固体燃料室１４へ搬送する。ダイヤフラム２９８はワッシャーバネ２９６を室２９４から分離する。作用を説明すると、室２９４およびチャネル２９５は水で満たされる。水素圧力はチャネル２９５を介して室２９４中の水に連通される。液体燃料チャネル２９５の表面張力および／またはメニスカス効果により、水素ガスはチャネル２９５を通じて室２９４に入らない。固体燃料室１４中の水素圧力が大きいときには、図２４Ｃに示すように、伝播された圧力がワッシャーバネ２９６を圧縮する。この動作により、柔らかなアクチュエータ２９２が左に引かれ、アクチュエータ２９２の分岐端がプランジャピン２９０と係合してバルブ２８４が開にならないようにする。
【００８８】
水素圧力が小さいときには、例えば、生成された水素が遮断バルブ１８を通じて燃料電池へ搬送されてしまったときには、ワッシャーバネ２９６は、プランジャピン２９０が、往復動可能な本体２８６と接触してバルブ２８４を開にするまで、柔らかなアクチュエータ２９２を右側に押す。バルブ２８４が、一旦、開くと、液体燃料が液体燃料室１２から、または液体燃料貯蔵部２８２からバルブ２８４を通じて室２９４へ流れる。液体燃料は加圧されているので、液体燃料は室２９４からチャネル２９５を通じて固体燃料室１４へと流れる、流体制限器２７８は液体燃料室１２からの液体燃料の流速を決定する。バルブ２８４が開状態を維持する期間が、どのくらい多くの液体燃料が固体燃料室１４へ流入するかを決定する。バルブ２８４を開にし、また閉にするタイミングは、部分的には、プランジャピン２９０が柔らかなアクチュエータ２９２から離れていることにより制御される。図２４Ｃから図２４Ｄのシーケンスにより最も良く示されるように、プランジャピン２９０がバルブ２８４を開けるとすぐ、柔らかなアクチュエータ２９２が開いてプランジャピン２９０を開放する。プランジャピン２９０が開放されるので、往復動可能な本体２８６に接するバネ２８８のバイアス動作により、バルブ２８４が閉じ、これによって、液体燃料が流れなくなる。プランジャピン２９０が仮に柔らかなアクチュエータ２９２と一体であると、水素圧力が十分に大きく柔らかなアクチュエータおよびプランジャピンを図２４Ｃの構成に移行させるまで液体燃料の流れが止まることがない。
【００８９】
所定の場合には、液体燃料が液体燃料室１２中に残っていても、液体燃料成分のポンプ／バルブ７６を通じた流れが停止することがある。一例において、ガスの泡が液体燃料中に存在し、液体貯蔵領域３８がそのようなガスを貯蔵するときに、流れが止まることがある。水素圧力が小さいときに、液体貯蔵領域３８中に貯蔵されたガスが固体燃料成分へと搬送される。さらなる反応は起こらず、水素圧力は増加せず、つぎの単一ドースの液体燃料のポンピング、貯蔵、または搬送は行われず、このため、液体燃料の流れが停止する。この発明の他の側面によれば、刺激（ｐｒｉｍｉｎｇ）機構が設けられて、液体燃料の流れが中断したときや水素発生器１０を最初に使用するときに、サイクルを再開させる。
【００９０】
図２５Ａ〜図２５Ｂを参照すると、刺激レバー３００が図１０Ａ〜図１０Ｃで先に示した実施例に設けられる。液体の流れが中断させられたとき、水素貯蔵領域４４中の水素圧力は小さく、またダイヤフラム４６ａおよび４６ｂは図１０Ｃに示す構成と同様である。また、水素圧力が小さいので、ピストン１１６ａがダイヤフラム１２０ａを上方に押してバルブ８２を開にすることがない。ＣＰＵ制御のモータを使用して刺激レバー３００を下方に押してバルブ８２を開ける。図２５Ｂに示すように、バルブ８２が開くと液体の流れが再開されるけれども、当初に液体貯蔵領域３８に貯蔵されるのでなく、液体燃料は屈曲したダイヤフラム１２０ｂおよび円形のチャネル１２４を通じて排出チャネル１３０に流れ出る。ダイヤフラム４６ｂおよびピストン１１６ｂが上方へ移動し、ダイヤフラム１２０ｂを上方に押すようになるまで、新しい液体燃料が固体燃料と反応し、水素圧力が上昇していく。ダイヤフラム１２０ｂが上方へ移動すると、これが円形チャネル１２４を隔離して流れを停止させる。この時点で、液体貯蔵領域３８は単一ドースの液体燃料を再度貯蔵してサイクルが再開される。
【００９１】
刺激レバー３００は、圧縮可能な発泡体／ゲルにより、圧縮可能なガス／液体により、バネのより、空気圧または油圧のアクチュエータ３２４により、図２９Ａ〜図２９Ｂに示すように操作されても良い。アクチュエータ３２４はバネバイアスされたピストン３２６、およびガスまたは液体媒体３２８を具備し、ピストン３２６が刺激レバー３００と接触し、これは図示のとおりである。ＣＰＵ、ユーザ、または他のソースにより起動されるとき、媒体３２８が加圧されて刺激レバーを下方に押し、ピストン１１６ｂおよびダイヤフラム１２０ｂを押す。バネ３２７の力の下で起動されたとき、図２９Ａに示すようにピストン３２６は元の位置に復帰する。
【００９２】
刺激レバー３００は図２９Ｃ〜図２９Ｄに示すように、シングルパルスアクチュエータ３３０により起動されても良い。この構成において、刺激レバーはポスト３３２を具備し、これは図２９Ｃに示す非起動位置においてバネバイアスされたピストン３３４に接触する。ＣＰＵ、ユーザ、または他のソースにより起動されたとき、ピストン３３４はポスト３３２および刺激レバー３００を下方に押す。ポスト３３２およびピボット３３６の間の距離は、予め定められた距離だけ下げられるとポスト３３２がもはやピストン３３４と接触しなくなり、刺激レバー３００の下方移動が停止されるような長さに設定する。このため、アクチュエータ３３０は予め定められた期間だけ刺激レバーと係合するだけであり、この結果、単一ドースの液体のみがポンプ／バルブ７６を介して呼び水として供給される。刺激レバー３００は、例えば捩じりバネ３３８によりオプションとしてバイアスされ、刺激レバーを非起動状態に復帰させる。ピストン３３４はその先端にカム面を具備してよく、これによって、ポスト３３２がピストン３３４の先端を過ぎて滑動して図２９Ｃの構造に戻ってよい。カム面３４０はピストン３３４の端部に取り付けられた面取りされた円錐によって形成されて良い。また、図２９Ｅに示すように、ポスト３３２はバネバイアスされて図２９Ｃの構造への復帰を容易にさせて良い。バネバイアスされたピストン３３４は図２９Ａ〜図２９Ｂに示す実施例と同様に空気圧または油圧で起動されても良い。
【００９３】
代替的には、刺激レバー３００に代えて、ピストン１１６ａがソレノイドコアを含みピストン１１６ａのハウジングが図２５Ｂに示すものと類似の電磁コイル３０１を具備して良く、この電磁コイルは装置または燃料電池のＣＰＵにより制御される。ＣＰＵが、水素圧力が小さすぎること、すなわち、予め定められたレベルより小さいことを感知したとき、ＣＰＵがコイル３０１に電流を送り、ソレノイドコアおよりピストン１１６ａを上お法に移動させてバルブ８２を開く。さらに、バイパスバルブ８２’をバルブ８２と並列に設けてよい。バイパスバルブ８２’はコイル３０１を含み、ＣＰＵによって制御され、このバルブが回のときに、液体燃料がバルブ８２でなくこれを通じて流れ、液体燃料を搬送する。
【００９４】
図２６を参照すると、さきに図１４Ａ〜１４Ｃおよび図１５Ａ〜図１５Ｄに示した実施例に対して、刺激ノブ３０２が設けられる。刺激ノブ３０２は図示のとおりピストン１４４に結合される。液体燃料の流れが中断させられたとき、ユーザは刺激ノブ３０２を上方へ引きバルブ８２を開にして液体燃料を液体貯蔵領域３８中へと流す。ユーザは刺激ノブ３０２を下方に押して液体燃料をバルブ８４を通じてポンピングして良い。この動作を何回か繰り返して燃料の流れの再開を確実にしてよい。
【００９５】
図２７Ａ〜図２７Ｃを参照すると、図１６Ａ〜１６Ｃに示した実施例に対して、刺激レバー３０４が設けられる。図２７Ａに最も良く示されるように、液体燃料の流れが中断させられたときに、バルブ８２および１６０の双方が閉じられる。当初、刺激レバー３０４は外側ノッチ３０８においてバイアス状態のアーム３０６によって保持されている。流れを再開するために、ユーザは図２７Ｂに示すように刺激レバー３０４を外側に引く。この動作により、ポンプ室１５０の体積が増大してそこに部分的な真空引きを生じさせバルブ８２を開く。すると液体燃料がポンプ室１５０に流れ込む。つぎに、ユーザは刺激レバー３０４を内側に押し込む。この動作により、ポンプ室１５０の体積が減少する。図２７Ｃに最も良く示されるように、バルブ８２が閉じられ、バルブ１６０が開けられ、新しい液体燃料がチャネル１５８、バルブ１６０、円形のチャネル１２４を通じてポンプ室１５０から流れ出て固体燃料と反応する。図２５Ａ〜図２５Ｂに示す実施例と同様に、水素圧力が増大するときに円形のチャネル１２４が隔離され、液体燃料が再び液体貯蔵領域３８に貯蔵されサイクルを再開する。刺激レバー３０４は、図２７Ｂに示すように、内側ノッチ３１０をも具備して、レバーが引かれたときに、バイアス状態のアーム３０６と係合して良い。
【００９６】
図２８Ａを参照すると、さきに図１７で示した実施例に対して回転刺激ノブ３１２が設けられる。ノブ３１２は偏芯状態で取り付けられ、その下方位置（仮想線で示す）で、ノブ３１２がダイヤフラム４６ａを下方に曲げてポンプ室１５０の体積を減少させ、またノブ３１２が上方位置（実線で示す）にあるときにこれがポンプ室１５０の体積を増大させるようになっている。これは先の段落と類似である。回転刺激ノブ３１２はさきの段落で検討したように、刺激レバー３０４に代えて用いることができる。
【００９７】
図２８Ｂを参照すると、図１７に示した実施例に対して刺激ポンプ３１４が設けられる。ポンプ３１４がバルブ３１８およびバルブ３２０に結合されたバイアス状態のアクチュエータ３１６を具備する。アクチュエータ３１６が内側に押されるときに、これがバルブ３１８を開き、バルブ３２０を閉じ、バルブ３２０は液体燃料室１２に結合されている。アクチュエータ３１６が外側位置に復帰することが可能になるとき、バルブ３２０が開いて液体燃料をセクション３２２に入れる。アクチュエータ３１４を再び内側に押すとき、これが、セクション３２２の液体を、開状態のバルブ３１８を通じてバルブ７６へポンピングする。ポンプ３１４は、ポンプ７６を準備付け、あるいは、ポンプ７６を再開させるのに必要な回数だけ起動させられて良い。代替的には、ソレノイドコイルをアクチュエータ３１６の回りに配置して良い。コイルを付勢または脱勢させて、液体燃料室１２の液体燃料をバルブ３１４を通じてポンピングする。
【００９８】
この発明の他の側面に従う、自己起動刺激バルブまたはポンプ３４２が図３０Ａ〜図３０Ｄに示される。自己起動刺激バルブ３４２は上述した多くのバルブ／ポンプ７６の部品を共有し、類似の部分に類似の参照番号を付す。図３０Ａを参照すると、バルブ３４２は入口で液体燃料室１２に連結され、２つの出口で固体燃料室１４に連結され、これらは１つの出口として融合されてよい。先に示したバルブ／ポンプ７６と同様に、とくに図１６Ａ〜図１６Ｃ、および図１７で示したものとは、より類似するように、バルブ３４２はたバルブ８２を液体燃料室１２に結合させ、ポンプ室１５０の圧力が小さいときに所定の量の液体燃料を室１５０にポンピングする。ポンプ室１５０はダイヤフラム４６ａによって水素貯蔵室４４から分離されている。バルブ１６０はポンプ室１５０を液体貯蔵領域３８から分離し、水素圧力が小さいときにはバルブ１６０が閉じている。水素圧力貯蔵領域４４の水素圧力が大きいときには、バルブ８２が閉じてバルブ１６０が開き単一ドースの液体燃料を液体貯蔵領域３８に貯蔵し、これを図３０Ｂに示す。水素圧力が小さいときには、ピストン１５２が下がって、貯蔵済みの単一ドースの液体燃料が円形のチャネル１２４を通じて排出チャネル１３０および固体燃料室１４へと進むことが可能となって、固体燃料と反応し、これを図３０Ｃに示す。
【００９９】
自己起動刺激バルブ３４２は図示のとおり、第２の液体貯蔵領域３４４を具備する。第２の液体貯蔵領域３４４は、実質的に第１の液体貯蔵領域３８と類似である。ただし、第２の液体貯蔵領域３４４は、液体貯蔵領域３８より小さな水素圧力で、貯蔵済みの単一ドースを放出する点を除き、この小さな圧力をここでは「第２の小さな水素圧力」と呼ぶ。非制限的な例において、ＰＥＭ燃料電池に対して、この第２の小さな水素圧力は約０ｐｓｉから約２ｐｓｉであってよい。図３０Ａを参照すると、第２の液体貯蔵領域３４４は液体燃料室１２と流体的に連通されている。第２の液体貯蔵領域３４４は、図では、最初にバルブ１６０’を通じ、つぎに液体燃料室１２へと接続されているけれども、第２の液体貯蔵領域３４４は液体燃料室１２に直接に接続されて良く、例えば、Ｔ字形状のコネクタが液体燃料室１２を液体貯蔵領域３８および３４４の双方に直接に接続する。第２の液体貯蔵３４４も、図示のとおり、ダイヤフラムを介して液体を貯蔵するけれども、これに限定されないが、図８Ａ〜図８Ｃに示したものを含む、任意の手法および構造を用いて液体を貯蔵できる。第２の液体貯蔵領域３４４は円形のチャネル１２４’に接続され、これは、水素圧力が第２の小さな水素圧力と等しいか小さいときにピストン１５２’によって閉じられる。ピストン１５２’はダイヤフラム４６’によって支持され、このダイヤフラム４６’が、図示のとおり、ダイヤフラム４６ａおよび４６ｂと同様に水素貯蔵領域４４の水素圧力に露呈される。
【０１００】
図３０Ｂを参照すると、水素圧力が大きいときに、水素圧力がダイヤフラム４６ａを押圧して液体燃料をバルブ１６０に押し入れ、単一ドースの液体燃料を液体貯蔵領域３８に貯蔵する。この動作において、バルブ１６０’も開き、他の単一ドース（またはより大きな容量）を第２の液体貯蔵領域３４４に貯蔵する。図３０Ｃを再び参照すると、通常の動作圧力サイクルにおいて、水素圧力が小さいときに、貯蔵済みの単一ドースの液体燃料が円形のチャネル１２４を通じて排出チャネル１３０に放出される。通常、この液体燃料は固体燃料室１４中の固体燃料と反応してより多くの水素を発生して水素圧力を上昇させる。これにより、通常の動作サイクルにおいて、他の単一ドースを液体貯蔵領域３８に貯蔵してサイクルを継続する。
【０１０１】
しかしながら、上述したように、このサイクルが擾乱されるときに、例えば、所定量のガスまたは空気が液体燃料室１２に運ばれる。このガスが液体貯蔵領域３８中に貯蔵される。つぎの低水素圧力サイクルにおいて、この貯蔵済みのガスが、液体燃料に変わって放出され、このため、反応、または顕著な反応が固体燃料室１４において起こらず、水素圧力が上昇しない。このとき、付加的な水素が、消費され、または、固体燃料室１４から搬送されるので、水素圧力は、第２の小さな水素圧力に到達するまで、降下し続ける。この段階で、ダイヤフラム４６ｂ’およびピストン１５２’が降下して円形のチャネル１２４’を開ける。第２の液体貯蔵領域３４４に貯蔵されていた液体燃料は円形のチャネル１２４’および排出チャネル１３０’を通じて放出され、固体燃料と反応し、圧力サイクルを再開させる。水素圧力が大きくなると、ダイヤフラム４６’およびピストン１５２’が上方に移動して円形のチャネル１２４’を閉じる。
【０１０２】
上述のとおり、第２の液体貯蔵領域３４４の体積は、液体貯蔵領域３８の体積より大きくして、捕捉ガスの体積が単一ドースより大きいときには、円形のチャネル１２４’が閉じた後に第２の液体貯蔵領域３４４に残される液体燃料が後続のステップにおいて放出されてサイクルを再開させるようにしてよい。
【０１０３】
上述のとおり、ダイヤフラム４６ｂおよび４６ｂ’を較正して小さな圧力になったときにダイヤフラム４６ｂが下がり、第２の小さな水素圧力になったときにダイヤフラム４６ｂ’が下がるようにする多くの手法がある。１つの手法において、各ダイヤフラムがバネ８６のようなバネにより支持されてよく、各バネは異なるバネ定数を伴う。他の手法では、各ダイヤフラムが異なる屈曲特性または厚さを伴う。さらに、これらダイヤフラムにより支持されているピストン１５２および１５２’の表面面積を、図示のように、異ならせて、ダイヤフラムおよびピストンの組み合わせにより異なる露呈水素圧力で移動するようにしてよい。
【０１０４】
この発明の種々の実施例が上述のとおり説明されたが、これらは単に図説および事例として示されたものであることに留意されたい。当業者には、この発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形態および細部において種々の変形を行えることは明らかである。この発明の範囲は、上述の事例的な実施例のみに限定されるのでなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物に従って規定されるべきである。さらに、ここで検討された各実施例ならびにここで引用した参照文献の各特徴は他の任意の実施例の特徴と組み合わされて採用されてよい。ここで検討したすべての特許および刊行物は参照してここに組み入れられる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０      水素発生器
１２      液体燃料室
１４      固体燃料室
１６      頂部部分
１８      遮断バルブ
２０      開始剤
２２      保持アーム
２４      爪部
２６      起動ロッド
２８      リンク
３０      チャネル
３２      バネ
３４      バネ
３６      ダイヤフラム
３８      液体貯蔵領域
４０      バルブ
４２      チャネル
４４      水素貯蔵領域
４６      ダイヤフラム
４６ａ      ダイヤフラム
４６ｂ      ダイヤフラム
４８      フォーク
５０      直線部
５２      ヨーク
５４      チャネル
５６      ダイヤフラム
５８      ファンネル
６０      混合機構
６２      平坦チューブ
６４      スプール
６６      サポート
６８      コイルバネ
７０      ポスト
７２      ストップ
７４      自由端
７６      単一ドースバルブ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【国際調査報告】
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