(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の本体で形成され、かつ主表面を有する基部と、
該基部の主表面上に形成された、少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリと、
前記基部内に区画形成され、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に燃料含有流体を供給するため、該少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に連通する流体供給チャネルと、
前記基部内に区画形成され、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に連通し、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々から流体を排出する排出チャネルと、
各燃料電池薄膜電極アセンブリのカソード電極を周囲空気へ露出させるように形成され、各燃料電池薄膜電極アセンブリ上にカレントコレクタを有する頂部部分とを備え、
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々、流体供給チャネル、および排出チャネルは、単一の燃料電池を形成する燃料電池アレイ装置。
【請求項２】
前記基部は、セラミック、プラスチック、ガラス、およびシリコンのうちから選択される材料からなる請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項３】
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々は、第一の電極と、前記第一の電極に隣接して形成されかつプロトン伝導性電解質からなるフィルムと、該フィルムに隣接して形成された第二の電極とを備える請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項４】
前記第一の電極と第二の電極は、白金、パラジウム、金、ニッケル、炭化タングステン、ルテニウム、モリブデン、並びに白金、パラジウム、金、ニッケル、炭化タングステン、モリブデン、およびルテニウムの合金のうちから選択される材料からなる請求項３に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項５】
前記第一の電極に重なっているフィルムは、プロトン交換材料からなる請求項４に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項６】
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリは、プロトン伝導性電解質からなるフィルムを共有する請求項５に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項７】
前記第二の電極の各々は隣接した第一の電極に電気的に接続されることによって電気的に直列接続され、燃料電池アレイ装置の出力電圧を増大させる請求項３に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項８】
前記第一の電極の各々は隣接する第一の電極に電気的に接続され、前記第二の電極の各々は隣接する第二の電極に電気的に接続されることによって、電気的に並列に接続されて燃料電池アレイ装置の出力電流を増大させる請求項３に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項９】
前記基部内に区画形成された混合室を備え、前記混合室では、メタノール及び水が混合されて前記燃料含有流体となる請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項１０】
前記基部内に区画形成されたメタノール濃度センサを備え、前記メタノール濃度センサは、前記燃料含有流体に含まれるメタノールの濃度を検出する請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項１１】
前記基部内に区画形成され、少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々と連通する前記排出チャネルは、さらに二酸化炭素分離室および二酸化炭素排気口を備える請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項１２】
前記燃料電池薄膜電極アセンブリは、隣接した燃料電池薄膜電極アセンブリから少なくとも１ｍｍ離間している請求項１に記載の燃料電池アレイ装置。
【請求項１３】
単一の本体で形成され、かつ主表面を有する基部であって、セラミック、プラスチック、ガラスおよびシリコンのうちから選択される材料からなる基部と、
該基部の主表面上に形成された、少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリであって、該少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリは、第一の電極と、該第一の電極に接触しかつプロトン伝導性電解質からなるフィルムと、該フィルムに接触した第二の電極とを含む燃料電池薄膜電極アセンブリと、
前記基部内に区画形成され、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に燃料含有流体を供給するため、該少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に連通する流体供給チャネルと、
前記基部内に区画形成され、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に連通し、前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々から流体を排出する排出チャネルと、
各燃料電池薄膜電極アセンブリのカソード電極を周囲空気へ露出させるように形成され、各燃料電池薄膜電極アセンブリ上にカレントコレクタを有する頂部部分とを備え、
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々、流体供給チャネル、および排出チャネルは、単一の燃料電池を形成する燃料電池アレイ装置。
【請求項１４】
燃料電池アレイ装置を製造する方法であって、
セラミック、プラスチック、ガラスおよびシリコンのうちから選択される材料からなる基部を提供する工程と、
少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々に燃料含有流体を供給するために、基部内に流体供給チャネルを形成する工程と、
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々から流体を排出する排出チャネルを、基部内に形成する工程と、
前記基部の主表面上に前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリを形成する工程であって、該少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々を形成する工程は、第一の電極を基部の主表面に接触させる段階、フィルムと第一の電極とを接触させる段階、および第二の電極とフィルムを接触させる段階とを含む工程と、
各燃料電池薄膜電極アセンブリのカソード電極を周囲空気へ露出させ、各燃料電池薄膜電極アセンブリ上にカレントコレクタを有する頂部部分を形成する工程とからなり、
前記少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々、流体供給チャネル、および排出チャネルは、単一の燃料電池を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は燃料電池に関し、より詳細には、電気的エネルギーが気体または液体燃料の消費によって生産される直接メタノール燃料電池アレイ、および燃料電池アレイの製造方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
燃料電池は概して、「バッテリ代替装置」であり、バッテリと同様、燃焼することなく電気化学プロセスにより電気を生成する。利用される電気化学プロセスは、空気中の水素と酸素とを結合させる。このプロセスは、二つの電極、即ちアノードとカソードの間に挟持されたプロトン交換膜（ＰＥＭ）を利用することにより達成される。燃料電池は周知のように、燃料と酸素とが供給される限り恒久的に電気を提供することができる。水素は一般に、電気を生成するための燃料として使用され、メタノール、天然ガス、ガソリンから処理され得、または純粋水素として貯蔵される。直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣｓ）はメタノールを、気体または液体の形態にて燃料として利用するので、高価な改質操作の必要性が除去される。ＤＭＦＣｓは、より単純なＰＥＭ電池系、さらなる軽量性、合理化された生産性を提供するので、安価である。
【０００３】
標準ＤＭＦＣでは、希釈されたメタノール水溶液がアノード側（第一の電極）に燃料として供給され、カソード側（第二の電極）は圧送された空気または周囲空気（またはＯ２）に露出される。ナフィオン（ｎａｆｉｏｎ（登録商標））型のプロトン伝導性膜は、一般にアノード側とカソード側とを分離する。フロー流（flow streams）は燃料電池の設計では分離されていなければならない。該燃料電池の数個は、出力用件に従って直列または並列に接続され得る。
【０００４】
一般的なＤＭＦＣｓの設計は、高温において圧送気体流を伴う大型のスタックである。より小さい空気吸引を伴うＤＭＦＣの設計は、より複雑である。従来のＰＥＭ燃料電池では、スタックの連結は燃料電池アセンブリと導電プレートとの間でなされ、気体分配のためにチャネルまたは溝が機械加工されていた。典型的な従来の燃料電池は、アノード（Ｈ２またはメタノール側）カレントコレクタ、アノードバッキング、薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）（アノード／イオン伝導性薄膜／カソード）、カソードバッキング、およびカソードカレントコレクタからなる。各燃料電池は、約１．０Ｖを発電するが、一般的な作動電圧はより低い。より高い電圧を得るために、燃料電池は一般に各々が各々の上部に直列（バイポーラ式、正から負）に積層されている。従来の燃料電池はまた、より大きな電力を得るために並列（正から正）にも積層され得るが、一般には、単により大きな燃料電池が使用される。燃料電池を積層する時は、燃料と酸化剤とが分離されていなければならない。そのためには、気体フローの創造的な管理が必要となる。
【０００５】
ＤＭＦＣｓは、一般には０．２〜０．８ボルトにて作動する。より大きな電位を必要とする装置を作動させるためには、バイポーラ電圧の追加のために複数の燃料電池を直列に接続する必要がある。しかしながら、小さな単一平面、従って小さな面積を利用したより高い電圧が可能な装置が求められている。この場合、複数のＤＭＦＣｓは単一平面上に形成される。各燃料電池は、燃料インレットおよび燃料アウトレットを備える。複数の燃料電池を同時に供給する微量流体チャネルなどの構成要素を共有する、燃料電池のアレイを形成する必要がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、複数の直接メタノール燃料電池が平面アレイ内に「積層」され得、従ってより高い電圧が得られる平面アレイ設計を提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、直接メタノール燃料電池の平面アレイが単一平面上にて達成される、複数の直接メタノール燃料電池の平面スタック設計を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、複数の微量流体チャネルが、同等に同時に、複数の直接メタノール燃料電池への提供に利用され、排気物即ち二酸化炭素を除去し、メタノール／水の混合物を再循環させる、直接メタノール燃料電池のための平面スタック設計を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、燃料含有流体を供給し、二酸化炭素排気物を除去し、メタノール／水混合物を再循環させる複数の微量流体チャネルを備えた、直接メタノール燃料電池の平面アレイが単一平面上にて達成された、直接メタノール燃料電池の平面スタックの製造方法を提供することである。
【００１０】
（発明の概要）
上記および他の問題点は少なくとも一部が解決され、上記および他の目的は、単一の本体で形成されかつ主表面を有する基部を備えた燃料電池アレイ装置と、該燃料電池アレイの製造方法にて実現することができる。前記基部の主表面上に、少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜が形成されている。前記基部内に流体供給チャネルが区画形成され、少なくとも二つの離間した薄膜電極アセンブリの各々に連通している。前記基部内に排出チャネルが区画形成され、少なくとも二つの離間した薄膜電極アセンブリの各々に連通している。排出チャネルは、少なくとも二つの離間した薄膜電極アセンブリの各々から流体を排出するために、流体供給チャネルから離間されている。二つの離間した薄膜電極アセンブリの各々、共働する流体供給チャネル、および共働する排出チャネルは、単一の燃料電池アセンブリを形成している。形成された複数の燃料電池アセンブリの電気的統合のために、複数の電気部品を有する頂部部分がさらに備えられている。
【００１１】
（好ましい実施態様の説明）
本発明に従って製造された直接メタノール燃料電池の平面スタックアレイである。より詳細には、概して１２で参照される少なくとも二つの直接メタノール燃料電池を備える平面スタックアレイ１０が形成されている。燃料電池１２は基部１４上に形成され、各燃料電池１２は隣接する燃料電池１２から少なくとも１ｍｍ離間されている。要求される電力出力に従って、任意の数の燃料電池１２を製造して、燃料電池平面アレイを形成し得ること理解されよう。基部１４は、燃料電池１２にエネルギーを与えるために利用される、燃料および酸化剤材料の混合物に不浸透性であるよう設計された材料から形成されている。一般に、燃料電池１２に動力を与えるためには、水素を含む燃料／酸化剤混合物が利用される。燃料電池１２に消費され電気的エネルギーを生成する適切な燃料としては、水およびメタノールなどの材料が含まれる。この特定の実施態様では、メタノールが燃料電池１２に使用される。基部１４は、一般にガラス、プラスチック、シリコン、セラミック、または他の適切な材料により形成される。平面スタックアレイ１０は、各々が燃料電池薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）１６によって区画形成された少なくとも二つの直接メタノール燃料電池１２を備え、従って平面スタックアレイ１０は、少なくとも二つの燃料電池薄膜電極アセンブリを有する。燃料電池薄膜電極アセンブリ１６は、カーボンクロスのバッキングを有する第一の電極１８、多孔性プロトン伝導性電極薄膜などのフィルム２０、およびカーボンクロスのバッキングを有する第二の電極２２を備える。第一の電極と第二の電極１８，２２は、白金、パラジウム、モリブデン、金、ニッケル、炭化タングステン、ルテニウム、並びに白金、パラジウム、モリブデン、金、ニッケル、炭化タングステン、およびルテニウムの合金のうちから選択される材料からなる。フィルム２０はさらに、プロトン伝導性のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））型の材料からなるものとして記述されるが、アノード側からカソード側への燃料の浸透を制限する。フィルム２０は、複数の燃料電池アセンブリが単一のフィルム薄膜を含むように形成され、または各燃料電池アセンブリがフィルムを限定するよう形成され得ることが理解されよう。
【００１２】
この特定の実施態様において、薄膜電極アセンブリ１６は、基部１４の一番上の主表面２６内に形成された凹部２４内に位置している。薄膜電極アセンブリ１６は、凹部２４の形成を必要とすることなく、基部１４の主表面２６上に位置させ得ることがこの開示によって予想される。この場合、ガスケットなどのスペーサが、薄膜電極アセンブリ１６の完全な圧縮を回避するために利用されるであろう。
【００１３】
平面スタックアレイ１０は、さらに頂部部分を、より詳細にはこの特定の実施態様にては、薄膜電極アセンブリ１６に重なるように位置するカレントコレクタ２８を備える。カレントコレクタ２８は、好ましい実施態様にて、個別に形成された燃料電池薄膜電極アセンブリ１６の各々の上部に別々に形成されている。カレントコレクタ２８は、好ましい実施態様にてさらに、穿孔された波形の金被覆ステンレス鋼として記載されている。加えて、カレントコレクタ２８は、いかなる導電性材料からも形成され得ることが理解されよう。
【００１４】
基部１４には、複数の微量流体チャネルが形成されている。より詳細には、基部１４には、流体供給チャネル３２と流体が流れるように連通した、燃料インレット３０が形成されている。燃料インレット３０は一つだけでもよいが、任意の数の燃料インレット３０を、特に水およびメタノールのインレットを設計要求に従い設けられることがこの開示から予想される。流体供給チャネル３２は、マルチレイヤセラミック技術、ミクロ機械加工または射出成形などの標準的な当業者に周知の技術を利用して、基部１４内に形成される。流体供給チャネル３２は、燃料含有流体３４を少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリ１６の各々へ供給する。この特定の実施態様において、燃料含有流体３４はメタノールおよび水からなる。基部１４内に混合室３６が、流体供給チャネル３２にわずかに流体が流れるように連通している（以下、「微量流体連通している」と称す）。好ましい実施態様にて、燃料含有流体３４は、水（９６％〜９９．５％）中、０．５〜４．０％のメタノールを含む。メタノールをアセンブリ１０全体内に０．００２ｍｌ／分の速度で、および水をアセンブリ１０内に０．０９８ｍｌ／分の速度で（２％〜９８％）ポンピングすることが目標である。燃料電池アセンブリ１０は、水およびエタノールなどの他の燃料を使用することもできるが、エタノールは、メタノールの使用と比較すると非効率で、電力の生成量も低いことが理解されよう。この特定の実施例において、燃料含有流体を供給するために分離したメタノールおよび水のタンクが利用される。メタノールは所定の速度にてポンピングされ、水は、メタノール濃度センサ３７により決定された必要な量だけ加えられる。メタノールおよび水は、各個別の燃料電池１２に流入する前に、混合室３６にて均質に混合される。代替として前に開示したように、燃料含有流体３４は適切な割合で前もって混合されてもよく、それにより混合室３６とメタノール濃度センサ３７の必要性が除去される。流体供給チャネル３２は、別個に形成された燃料電池１２の各々へ同等および同時に燃料含有流体３４を供給することが理解されよう。
【００１５】
加えて、少なくとも二つの離間した燃料電池１２の各々と連通した排出チャネル３８が、基部１４内に形成されている。排出チャネル３８は、燃料電池１２から排出生成物４２、即ち二酸化炭素、水、およびメタノールを除去する役割をする。作動中、排出生成物は二酸化炭素分離室４０にて、水メタノール混合物４６および二酸化炭素４８に分離される。次に、水メタノール混合物４６は流体アウトレット５０を通って排出され、気体４８は気体浸透性薄膜などの排気アウトレット５２を通って排気される。
【００１６】
燃料電池アレイ１０は、基部１４の主表面２６上に形成された四つの個別燃料電池１２を備える。燃料電池アレイ１０は、その基部の全体寸法が約５．５ｃｍ×５．５ｃｍ×５．５ｃｍであり、個別燃料電池の面積は４×１．５〜２．０ｃｍ２である。各個別燃料電池１２は、約０．４７Ｖおよび２２．５ｍＡ／ｃｍ２の電力を発電することができる。
【００１７】
製造中、個別の燃料電池薄膜電極アセンブリ１６は、直接塗装法またはホットプレス法を使用して形成される。より詳細には、複数の第一の電極１８は、基部１４の表面２６に直接接触して形成される。電極１８の形成には、様々な材料が適切である。適切な材料には、白金、パラジウム、金、ニッケル、炭化タングステン、ルテニウム、モリブデン、およびこれらの材料の様々な合金が含まれる。
【００１８】
この特定の実施態様において、また模範を示す目的として、複数の第一の電極１８の各々は、約２．０ｃｍ×２．０ｃｍの寸法を有する。隣接する燃料電池１２と同士の間には、約０．５ｍｍ〜０．１ｍｍの離間距離がある。
【００１９】
プロトン交換膜（ＰＥＭ）とも呼ばれるプロトン伝導性電解質から形成されたフィルム２０は、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））型の材料からなる。フィルム２０は、アノード側からカソード側への燃料の浸透を制限する。
【００２０】
次に、薄膜電極アセンブリ１６の製造中、複数の第二の電極２２は、複数の第一の電極１８と対応して共働するよう形成される。各第二の電極２２は、対応する第一の電極１８とほぼ同じ寸法を有するよう形成される。記述するように、燃料電池薄膜電極アセンブリ１６は各々、第一の電極１８、フィルム２０および第二の電極２２を備えることが理解されよう。
【００２１】
最後に、カレントコレクタ２８は第二の電極２２に対して配置される。カレントコレクタ２８は、少なくとも０．１ｍｍの厚さと、各燃料電池１２と接触する点に応じた長さとを有して形成される。代替として、複数の燃料電池１２は、気化またはスパッタリングで溶着された銀導電性塗料を使用して電気的にインターフェースされてもよい。適切な材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、または他の低電気抵抗材料がある。電極材料のバルク抵抗、および電極の面積は、オーム損失を最小にするための集電機構の型を決定する。加えて、直接メタノール燃料電池１２同士の間の電気的インターフェースを達成する本開示にて予想される物としては、パターン化された導電エポキシ樹脂の押圧、ワイアボンディング、タブボンディング、ばね接点、フレックステープ、または、わに口クリップがある。燃料電池１２が、所望の結果電圧に依存して直列接続または並列接続のいずれかを利用して電気的にインターフェースされ得ると予想されることが理解されよう。複数の燃料電池１０の電気的インターフェースを達成するために、各第二の電極２２は、隣接した第一の電極１８と電気的に接続され、従って直列の電気的インターフェースにて接続され、燃料電池アレイ装置１０の出力電圧を増加させる。または、各第一の電極１８は隣接した第一の電極１８に電気的に接続され、各第二の電極２２は隣接した第二の電極２２に電気的に接続され、かように並列の電気的インターフェースにて接続されることによって燃料電池アレイ装置１０の出力電流を増加させる。
【００２２】
第二の実施態様の構成部分と同様の第一の実施態様の構成部分はすべて、同じ数字が異なる実施態様を区別するためプライムを付して記されることに留意されたい。第一の実施形態の構成と同様、この構成は概して１２’で参照される少なくとも二つの直接メタノール燃料電池を備える。燃料電池１２’は基部１４’上に形成され、各燃料電池１２’は、隣接する燃料電池１２’から少なくとも１ｍｍ離間されている。平面スタックアレイ１０に等しい平面スタックアレイは、各々が燃料電池薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）によって区画形成された少なくとも二つの直接メタノール燃料電池１２’を備える。燃料電池薄膜電極アセンブリは、カーボンクロスのバッキングを有する第一の電極１８’、多孔性のプロトン伝導性電極薄膜からなるフィルム２０’、およびカーボンクロスのバッキングを有する第二の電極２２’を備える。
【００２３】
平面スタックアレイは、さらに、薄膜電極アセンブリと重なるように位置するカレントコレクタ２８’を備える。この特定の実施態様において、カレントコレクタ２８’は、概して６０で参照されるカップ部分の一部として形成されている。カップ部分６０は、気体浸透性水再生系６２および水再生返還チャネル６４を備える。加えて、カップ部分６０は、第二の電極２２’を周囲空気へ露出させることが理解されよう。水再生系６２は、燃料電池１２’のカソード側からの水を回収し、その水をカップ部分６０に形成された水再生返還チャネル６４に導き、基部１４’を通って連続している。水再生返還チャネル６４は、目下述べたように、分離室４０’に、および最終的には燃料アウトレット５０’に微量流体連通されている。
【００２４】
基部１４’はその内部に複数の微量流体チャネルが形成されている。より詳細には、基部１４’には、燃料供給チャネル３２’と流体が流れるように連通する燃料インレット３０’が形成されている。流体供給チャネル３２と同様に、流体供給チャネル３２’は、燃料含有流体３４’を、少なくとも二つの離間した燃料電池薄膜電極アセンブリの各々へ供給する。混合室３６’が基部１４’内に、流体供給チャネル３２’と微量流体連通され形成されている。この特定の実施態様において、燃料含有流体３４’を供給するために、分離したメタノールおよび水のタンクが利用される。メタノールは所定の速度にてポンピングされ、水は、メタノール濃度センサ３７’により決定された必要な量だけ加えられる。メタノールおよび水は、各個別の燃料電池１２’に流入する前に、混合室３６’にて均質に混合される。代替として前述したように、燃料含有流体３４’は適切な割合で前もって混合されてもよく、それにより混合室３６’とメタノール濃度センサ３７’の必要性が除去される。流体供給チャネル３２’は、個別に形成された燃料電池１２’の各々へ同等および同時に燃料含有流体３４’を供給することが理解されよう。
【００２５】
加えて、少なくとも二つの離間した燃料電池１２’の各々に連通した排出チャネル３８’が、基部１４’内に形成されている。排出チャネル３８’は、燃料電池１２’から排出生成物４２’、即ち二酸化炭素と、水／メタノールとを除去する役割をする。作動中、排出生産物は二酸化炭素分離室４０’にて、水メタノール混合物４６’および二酸化炭素４８’とに分離される。次に、水メタノール混合物４６’は流体アウトレット５０’を通って排出され、気体４８’は、気体浸透性薄膜などの排気アウトレット５２’を通って排気される。
【００２６】
従ってここに開示するのは、複数の燃料電池が平面上に配置されて製造され、ゆえに単一平面上でより高い電圧および電流が得られる燃料電池アレイ装置とその製造方法である。より詳細には、この設計は平面上の非常に小さい面積にて高い電圧を提供し、基部内に形成された一連の微量流体チャネルを通って、複数の燃料電池へ同等および同時に燃料含有流体を供給し副産物を排出することができる。
【００２７】
本発明の特定の実施態様を開示し記述したが、当業者によってさらなる変更および改良が行われるであろう。従って本発明は、開示した特定の形態に制限されるものではないと理解される事を願い、また付随の請求項は本発明の精神および範囲を逸脱しない全ての改良を包含することを意図する。