(57)【要約】直接酸化燃料電池システム又は該システムに供給する燃料タンク燃料リザーバ内に配置し得る、制御可能な燃料供給調節アセンブリを提供する。燃料供給調節アセンブリの一実施形態はシャッターアセンブリであり、それは対応する穴のあいた２つの要素を含む。当該２つの要素は、各々の要素内の開口が或る方法で位置合わせされ得るように互いに関し配置し得る。開位置では、開口は実質的に完全に揃い、十分な燃料を流す。閉位置では、開口は開口がなくなるようオフセットされ、燃料流を制限する。中間位置は、開口寸法に比例して燃料流の量の調節を可能にする。本発明の他の実施形態によれば、一群の、回転可能に配置された、スロットを有するロッドがハウジング中に挿入され、燃料はハウジングの開口を通って流れる。ロッドが第１の位置に回転すると、ロッドのスロットがハウジングの開口と揃う。ロッドが閉位置に回転すると、スロットは開口と揃わず、燃料流が制限される。中間位置は、燃料供給の制御を可能とする。ルーバアセンブリもまた提供される。燃料供給調節アセンブリ内の種々の要素の位置調節のための自動及び手動制御システムも提供する。
2006523938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（A）蒸気燃料供給；
（B）燃料極面及び空気極面を有する触媒処理された膜電極アセンブリを備える燃料電池であって、前記燃料極面が前記蒸気燃料供給を受容する、燃料電池；
（C）液体燃料からの前記蒸気燃料の生成を制御するか、又は前記燃料極面に向かって移動する前記蒸気燃料供給を制御する、制御可能な燃料供給調節アセンブリ；
（D）可変調節可能な部材を有する前記制御可能な燃料供給調節アセンブリであって、前記アセンブリが、第１の状態において、燃料流が実質的に制限される実質的に閉状態であり、第２の状態において、触媒処理された膜電解質の燃料極面にほぼ向かって燃料を流すことのできる複数の開口を前記アセンブリ内に生成する、燃料供給調節アセンブリ；及び
（E）前記燃料電池により生成された電気の経路をもたらす、前記燃料電池に接続されている負荷、
を含んで成る、燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料供給調節アセンブリがまた、燃料流の量を制御可能な中間位置も有する、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池内に配置されており、液体燃料から蒸気燃料への相変化をもたらす物質輸送壁をさらに含み、且つ前記燃料供給調節アセンブリが、燃料源と前記物質輸送壁との間に配置されており、前記物質輸送壁への液体燃料の流れを制限して蒸気生成を制限する、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池内に配置されており、液体燃料から蒸気燃料への相変化をもたらす物質輸送壁をさらに含み、且つ前記燃料供給調節アセンブリが、前記物質輸送壁と前記燃料電池との間に配置されており、前記燃料電池への蒸気燃料の流れを制限する、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料供給調節アセンブリが、開口を備えた第１要素と、対応する第２要素とを含み、前記第２要素に対する前記第１要素の配置によって、そこを通って燃料を流すことのできる開状態又は燃料の流れを制限する閉状態となる、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１及び第２要素が、位置合わせされると開状態を与える対応した開口を備えるほぼ平面の要素であり、且つ前記第１及び第２要素が、前記開口を通る燃料流を制御し得るように互いに関して合わされている、請求項５に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１要素が、前記燃料源から燃料供給を受けるハウジングであり且つ燃料を前記触媒処理された膜電解質に向かって前記ハウジング中を流すことができるように適合されており、前記第２要素が、その中に１つ又は複数の回転可能に配置されたロッドを備え、前記１つ又は複数のロッドの回転に応じて、回転すると燃料流を制限したり、前記ハウジングを通して燃料を流したりすることのできる、請求項５に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１要素が、前記燃料源から燃料供給を受けるハウジングであり且つ燃料を前記色処理された膜電解質に向かって前記ハウジング中を流すことができるように適合されており、前記第２要素が、１つ又は複数のヒンジ式ルーバを備え、前記１つ又は複数のルーバの回転に応じて、ヒンジに関して回転すると燃料流を制限したり、前記ハウジングを通して燃料を流したりすることのできる、請求項５に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料供給調節アセンブリの位置を可変調節するための制御システムをさらに含む、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池システム内に設けられたシール要素をさらに含み、前記燃料供給調節アセンブリ又は前記燃料電池システムからの燃料漏れを実質的に防止できる、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料タンクである燃料源をさらに含み、前記燃料供給調節アセンブリが前記燃料タンク内に配置されている、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料供給調節アセンブリが、前記燃料電池システム内に配置されている、請求項１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料源が燃料タンクであり、前記燃料供給調節アセンブリが、前記燃料タンク内に配置された第１要素と、前記燃料電池内に配置された第２要素とを備える、請求項１１に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料タンクをさらに含み、対応する開口を備える前記第１及び第２の平面要素のうち一方が、前記燃料タンク内に配置されており、他のシャッター要素が前記燃料電池内配置されている、請求項４に記載の燃料供給を制御可能な直接酸化燃料電池システム。
【請求項１５】
以下のステップ：
（A）液体燃料からの前記蒸気燃料の生成を制御するか又は燃料極面に向かって移動する前記蒸気燃料供給を制御する、制御可能な燃料供給調節アセンブリを設けること；
（B）前記アセンブリを実質的に閉状態として燃料流を実質的に防止することが望まれる場合に、前記制御可能な燃料供給調節アセンブリ内の部材を第１の位置へと可変駆動すること； 
（C）燃料流を増大させることが望まれる場合に、前記制御可能な燃料供給調節アセンブリ内の前記部材を第２の位置へと可変駆動して、燃料を触媒処理された膜電解質の燃料極面にほぼ向かって流すことのできる複数の開口を前記アセンブリ内に生成すること、
を包含する、直接酸化燃料電池への蒸気燃料の供給を制御する方法。
【請求項１６】
以下のステップ：
前記燃料電池内に、液体燃料から蒸気燃料への相変化をもたらす物質輸送壁を設けること、をさらに包含し、前記燃料供給調節アセンブリが、燃料源と前記物質輸送壁との間に配置されており、前記物質輸送壁への液体燃料の流れを制限し蒸気生成を制限する、請求項１５に記載の直接酸化燃料電池への蒸気燃料の供給を制御する方法。
【請求項１７】
以下のステップ：
前記燃料電池内に、液体燃料から蒸気燃料への相変化をもたらす物質輸送壁を設けること、をさらに包含し、前記燃料供給調節アセンブリが、前記物質輸送壁と前記燃料電池の間に配置されており、前記燃料電池への蒸気燃料の流れを制限する、請求項１５に記載の直接酸化燃料電池への蒸気燃料の供給を制御する方法。
【請求項１８】
以下のステップ：
（A）燃料電池の燃料極面に向かって移動する蒸気燃料を制御する、制御可能な燃料供給調節アセンブリを設けること；及び
（B）前記制御可能な燃料供給調節アセンブリ内の部材を可変駆動し、前記燃料極面への燃料流を調節すること、
を包含する、直接酸化燃料電池への蒸気燃料の供給を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、直接酸化燃料電池に関し、より詳細には、燃料電池システムにおける燃料供給を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料分子が関与する電気化学反応を用いて発電する装置である。燃料電池の具体的特性に応じて、燃料としての使用に、種々の物質が適している。メタノールや天然ガスなどの液体状の有機物質は、その比エネルギーが高いため、魅力的な燃料の選択肢である。
【０００３】
燃料電池システムは、「改質器ベース」のシステム（即ち、燃料電池システムに導入される前に、水素を取り出す幾つかの方法で燃料が処理されるもの）、又は別個の中間処理や外部処理を要することなく燃料が電池に直に供給される「直接酸化」システムに分類される。最近開発されている燃料電池のほとんどは、改質器ベースのシステムである。しかしながら、燃料の処理は複雑で、一般的に、相当の大きさを占める高価な構成要素を必要とするため、改質器ベースのシステムは比較的高出力の用途により適している。
【０００４】
直接酸化燃料電池システムは、比較的小型の携帯型機器（例えば、携帯電話、手持ち式コンピュータやラップトップコンピュータ）における用途、並びに幾分大規模の用途により適している。多くの直接酸化燃料電池では、炭素含有液体燃料（典型的に、メタノールやメタノール水溶液）が、膜電極アセンブリ（MEA）の燃料極側に直に導入される。
【０００５】
直接酸化燃料電池システムの一例は、直接メタノール燃料電池、即ちDMFCシステムである。DMFCシステムでは、メタノール又はメタノールと水を主成分とする混合物を燃料（「燃料混合物」）として用い、酸素、好ましくは周囲空気からの、を酸化剤として用いる。基本的な反応は、燃料混合物がCO2、プロトン及び電子となる燃料極反応；及びプロトン、電子及び酸素が水となる空気極化合である。
【０００６】
典型的なDMFCシステムは、燃料源、流体及び廃液管理サブシステム、空気管理サブシステム、並びに直接メタノール燃料電池（「燃料電池」）自体を備える。燃料電池は、典型的に、ハウジング、電流収集、燃料及び空気の拡散用設備、並びに典型的にハウジング内に配置された膜電極アセンブリ（「MEA」）から構成される。
【０００７】
直接酸化燃料電池システムにおける発電反応及び電流収集は、MEAにて及びその内部で起こる。燃料極における燃料酸化工程においては、典型的に、生成物はプロトン、電子及び二酸化炭素である。プロトン（燃料極反応に関与する燃料及び水分子に由来）は、電子に対して非透過性である触媒処理された膜電解質を通って移動する。電子は、負荷を含む外部回路を通って移動し、空気極反応においてプロトン及び酸素分子と結合し、それによって、燃料電池から電力が得られ、燃料電池の空気極において水が生成する。
【０００８】
典型的なMEAは、中央に配置されるプロトン伝導性で電子非伝導性の膜（「PCM」、しばしば「触媒処理された膜」とも称される）を含む。市販のPCMの一例は、NAFION（登録商標）、E.I. Dupont de Nemours and Companyの登録商標、であり、それは、種々の厚さ及び当量のポリパーフルオロスルホン酸系のカチオン交換膜である。PCMは、典型的に、その各面上に、白金粒子、又は白金／ルテニウム混合物若しくは合金粒子などの電極触媒がコーティングされている。触媒コートされたPCMのどちらかの面上の電極アセンブリは、典型的に拡散層を備える。燃料極側の拡散層は、液体若しくは気体燃料をPCMの燃料極触媒面上に均一に拡散させると共に、PCMの燃料極面から反応生成物、典型的には二酸化炭素ガス、を除去させるために採用される。空気極側に関しては、濡れに耐性を有する拡散層を用いることで、PCMの空気極面上における液体、典型的に水、の蓄積を最小限としたり又は排除することにより、酸素の十分な供給を可能とする。燃料極及び空気極拡散層の各々はまた、触媒処理されたPCMから電流コレクタへの電流の収集並びに伝導を支援する。
【０００９】
携帯型電子機器用の直接酸化燃料電池システムは、要求される電力出力において、できるだけ小さくなければならない。電力出力は、燃料電池の燃料極及び空気極において起こる反応の速度によって左右される。より詳細には、ポリパーフルオロスルホン酸や他の高分子電解質をはじめとする酸性電解質膜を利用する直接メタノール燃料電池の燃料極プロセスは、メタノール１分子と水１分子との反応を伴う。このプロセスでは、水分子中の酸素原子が電気化学的に活性化されて、以下の化学反応式に従って、６電子プロセスにおいて、最終生成物であるCO2へのメタノールの酸化が達成される。
【００１０】
(1)    CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
【００１１】
外部水再循環ループを必要とすることなく高濃度の燃料を用いる受動的な燃料電池システムは、本願と同じ出願人による、同日付の、Renらによる、DIRECT OXIDATION FUEL CELL OPERATING WITH DIRECT FEED OF CONCENTRATED FUEL UNDER PASSIVE WATER MANAGEMENTと題された米国特許出願[代理人整理番号107044-0026]において説明されている。その出願では、燃料源と、触媒処理された膜電解質の燃料極面との間に配置された、受動的な物質輸送壁要素を利用する受動的な直接酸化燃料電池システムが記載されている。その発明の一実施形態では、受動的な物質輸送壁は、メタノール蒸気供給フィルムである。このメタノール蒸気供給フィルム（しばしば「MDF」とも称される）は、MEAの燃料極面への供給前に、燃料タンク内の液体メタノールを蒸気燃料へと相変化させる過蒸発膜である。これは、高濃度の燃料の使用を可能とすると共に、受動的な水管理を使用することを可能とする。
【００１２】
そのような受動的燃料供給燃料電池システムでは、受動的な燃料供給（即ち、ポンプや他の能動的な循環手段を必要とすることなく燃料が供給される）によって、燃料の供給が一点からであったり、燃料電池の一面からであると、活性流効果がなく、燃料極において濃度勾配及び／又は水蓄積が生じ得る。燃料電池燃料極の活性領域に沿ったそのような濃度変化の存在を防止又は最小限とするため、燃料を、MEAの面に垂直に供給（「面供給」として知られる）することで、当該問題に取り組み解決することができ、それによって、触媒処理された膜の活性な燃料極面への均一な燃料供給を極限まで向上させることができる。能動的な燃料管理を用いずに一点からの源により供給する際には、過剰の水が、一点源供給機構を詰まらせたり、妨害したりして、MEA活性部への不均一な燃料分配がもたらされ、それによって、燃料電池システムの性能がそれほど望ましくなくなる。これは、燃料極反応に必要な水が、触媒処理された膜を横切って押し戻される場合に特に当てはまる。
【００１３】
また、蒸気燃料供給燃料電池においては、燃料は典型的に、一定の速度で供給される。しかしながら、場合によっては、燃料の供給速度を変化させたり、燃料電池システムを休止させたりすることが望ましい。そのような場合には、制御された方法で燃料供給速度を変化させることが有利である。これは、参照した同時出願中の米国特許出願に記載のものに類似の装置を用いる蒸気燃料供給燃料極において特に当てはまる。
【００１４】
直接メタノール燃料電池の効率は、燃料極触媒に存在するメタノール量に部分的に依存する。発電に必要とされるよりも多くのメタノールが存在する場合、過剰分は、発電に用いられずに、触媒処理された膜中を通過する。過剰のメタノールが、触媒処理された膜を越えると、それは、空気極側において触媒の存在下で酸素と反応して、熱と水を生成する。燃料の浪費につながるため、当該反応は、通常、望ましくない。また、過剰の水は、燃料電池空気極面への酸素の導入を阻害し燃料電池システム性能を制限してしまう、空気極の洪水に帰着し得る。さらに、過剰の熱は、燃料電池のより低い性能に帰着し、いくつかの燃料電池要素の構造を破壊する可能性がある。したがって、燃料電池システムに供給されるメタノールの流束の制御を改善することが望まれている。
【００１５】
燃料電池をハイブリッドパワーソースの一構成要素として用いており、バッテリーが十分に充電されたため、燃料供給をほぼ完全に停止させ得ることが望ましい場合などのように、他の場合には、燃料電池を休止させることが必要であったり望ましい場合がある。この場合、燃料を供給することは、燃料の保存を妨げる。
【００１６】
また、燃料が膜電解質をクロスオーバーし、熱を発生することを可能としたり、一時的に促進させたりすることが望ましい場合もある。例えば、燃料電池システムを、冷えた周囲条件下で始動又は作動させる際は、燃料電池の作動に典型的に用いられるよりも多くのメタノールを膜電解質の燃料極に供給し、メタノールをクロスオーバーさせて、燃料極側で熱を発生させ、燃料電池を通常運転温度まで暖めより速い始動を可能にすることが望ましい場合がある。直接酸化燃料電池の冷間始動を行う技術に関しては、2001年3月2日付の、Ackerらによる、COLD START AND TEMPERATURE CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR FUEL CELL SYSTEMと題された米国特許出願第09/798,314号に記載されており、参照することで本明細書に取り入れることとする。
【００１７】
また、特定の環境条件に反応して、MEAの燃料極面への燃料流を調節することが望ましい場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、受動的な燃料電池システムにおいて、触媒処理された膜の燃料極面に供給される燃料の量を制御するための装置が依然として必要とされている。詳細には、膜電解質にほぼ平行に配置された膜を介して面供給される蒸気燃料供給を利用して作動する燃料電池システムにおいて、蒸気燃料の供給を調節することが今なお必要されている。
【００１９】
したがって、本発明の目的は、燃料電池への燃料供給を調節するための、詳細には、直接メタノール燃料電池の触媒処理された膜の燃料極へと供給される種々の燃料の供給を調節するための、装置を備える燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
従来技術の制限は、制御可能な燃料供給を備える独特の受動的な直接酸化燃料電池システムを提供する本発明によって克服される。本発明によれば、制御可能な燃料供給調節アセンブリを採用することで、触媒処理された膜の燃料極面への燃料供給速度を調節することができる。
【００２１】
本発明による制御可能な燃料供給調節アセンブリの配置は、本発明の具体的用途において望まれるように選択することができる。例えば、第一の実施形態では、燃料供給調節アセンブリは、燃料タンク又は燃料カートリッジ内部に配置され、それによって、燃料タンク又は燃料カートリッジ内部に収容された液体燃料を、それがメタノール供給フィルムに到達する前に制御することができる。蒸気燃料供給燃料電池システムでは、燃料供給調節アセンブリによって、蒸気供給フィルムに到達する液体の量を制限することによって蒸気生成が制限される。あるいはまた、MEA又は触媒処理された膜に送られる蒸気の量も本発明に従って調節することができる。
【００２２】
本発明の制御可能な燃料供給調節アセンブリは、種々の代替構成にて製造することができる。本発明の一態様は、対応するように穴のあけられた２つの構成要素を備える構造として実施され、そこでは、開位置において、穴を介して燃料が流れ、そして、閉位置に調節されると、燃料が流れ得る開口がないため燃料の流れが防止される。調節可能な構造はまた、開口の寸法に比例して比較的少ない量の燃料流がそれを通ることが可能な比較的小さい開口がもたらされる１つ又は複数の中間位置を含む。これらの構造は、互いに関連してシャッター要素が位置し得るような様式で各シャッター要素上に対応するように配された開口を有するスライド可能なシャッターから形成することができ、それによって、前記開口を一列に配することでそれを通して燃料を流すことができ、又は開口をオフセット配置することで、燃料の流を制限することができる。あるいはまた、シャッター要素は、燃料供給速度を調節可能に制御し得るように、中間設定に合わせることができる。
【００２３】
調節可能なシャッターの実施形態では、シャッターアセンブリは、燃料タンクと一体化又は機械的に取り付けることができ、又は、シャッター要素の１つを燃料タンクと一体化又は機械的に取り付け、他のシャッター要素を触媒処理された膜の燃料極面に接続して配置することができる。あるいはまた、シャッターアセンブリ全体を、燃料源と、触媒処理された膜電解質との間の燃料電池システム内部に配置することができる。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、第一の位置に回転すると調節器を閉じて燃料の流を制限する、回転可能なルーバ又はスロットのあけられたシリンダが設けられている。ルーバ又はロッドを完全に開位置に回転させると、十分な燃料流が許される。中間位置は、設けられた開口の寸法に典型的に比例する、燃料極面に流れる燃料量の調節を可能とする。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、柔軟な領域を有する２つのプレートが、前記柔軟な要素に関して平行なロッドにより支持されている。当該柔軟な要素は、トッププレートが第一の位置にスライドする際に折りたたまれ、蒸気輸送のための開口を実現する。これは、蒸気流のために最大の面積を利用することを可能にする。支持ロッドの間隙は、柔軟な面の折りたたみ方に応じて最適化することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の実施形態では、ラテックスや二トリルなどの非透過性の弾性材料からなるシートに、当該シートが伸ばされたり引っ張られると開状態となるスリットが設けられる。この実施形態は、形状因子や他の制限事項のためにより薄い構成要素が必要とされる用途において、解法をもたらす。他の実施形態によれば、アクチュエータやガス圧により圧縮され得る多孔性材料を採用することで、蒸気流を調節することができる。
【００２７】
種々の始動法の制御可能な燃料供給調節アセンブリは、本明細書に記載の多数の制御システムのうちの任意の１つによってもたらすことができる。この制御によって、作動条件の範囲において、燃料電池の最適な効率を維持するための手段がもたらされる。それはまた、燃料電池の良好な冷間始動を促進する。
【００２８】
記載のように、制御可能な燃料供給調節アセンブリは、燃料電池燃料極チャンバ内又は関連する燃料タンク内に配置することができる。蒸気燃料供給燃料電池においては、メタノール供給フィルムにより生成された蒸気は、それが触媒処理された膜の燃料極面に到達する前に、制限、制御され得る。
【００２９】
シャッターがその閉位置に合わせられている際にかみ合うことになる安全ファスナーを備え付けることもできる。また、接続時に、燃料電池システムの活性な燃料流領域からの燃料の漏れを防止するためのシールも設けることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、当業者に既知の方法並びに材料を用いて製造された膜電極アセンブリを有する燃料電池１０２を備える燃料電池システム１００を示す。本明細書に記載のように、膜電極アセンブリは、Nafion（登録商標）のような、プロトン伝導性の膜を含む。膜はまた、当該膜の主面の各々に近接、好ましくは密接、した触媒も含み、触媒処理された燃料極面１０４ａ及び触媒処理された空気極面１０４ｂを有する触媒処理された膜電解質１０３を形成する。燃料極拡散層１０５及び空気極拡散層１０７のような拡散層もまた含まれる。金属メッシュのような、開放性の導電性構造から成る電流コレクタ１０９a及び１０９bは、具体的用途において必要とされるような燃料電池により生成された電力を利用する負荷１０８を通る電子を収集、伝導させるために用いられる。空気吸い込み燃料電池に関しては、空気極フィルタ１０７もまた設けられる。
【００３１】
液体燃料は、燃料タンク１１０内に収容される。受動的なシステムでは、燃料は、ニートメタノール又は高度に濃縮されたメタノールである。本明細書の記載のように、MDFを通過し得る燃料の少なくとも１つである限り、本発明の範囲内においてエタノールや水溶液又はメタノールとエタノールの組み合わせのような他の燃料もまた採用し得ることは本発明の範囲内である。
【００３２】
燃料電池システム１００の図示した実施形態は、受動的な物質輸送壁要素１１２を備える。当該受動的な物質輸送壁要素１１２は、好ましくは、燃料タンク１１０からの液体燃料の相変化に影響を及ぼすメタノール供給フィルム（MDF）である。しかしながら、例えば、アトマイザ蒸気供給アセンブリ、蒸気燃料インジェクションシステム並びに蒸発機構などの、燃料電池の燃料極に供給される蒸気燃料をもたらす他の要素及び方法を利用し得ることは本発明の範囲内である。これら又は他の手段によりもたらされる蒸気燃料は、本明細書に記載の本発明の燃料供給調節アセンブリによって制御することができる。MDFを備える図１の実施形態では、液体燃料は、それがMDF１１２中を蒸気チャンバ１１６へと通過する際に、相変化し、蒸気燃料となる。
【００３３】
本発明の燃料供給調節アセンブリに関しては、以下、図面に概略的に示し、燃料電池システムの他の構成要素に関する幾つかの選択し得る位置にて説明する。それらの燃料電池システム構成要素は、種々の異なる構成にて製造し、組み立てることができることを理解されたい。例えば、液体燃料は、取り外し可能、交換可能、及び／又は再充填可能なカートリッジ内に収容することができる。そのような取り外し可能なカートリッジはまた、メタノール供給フィルム、即ちMDFも備え得る。あるいはまた、燃料供給調節アセンブリ自体を、取り外し可能なカートリッジや脱着可能な燃料容器内に収容したり、又は、具体的なシステム構成に基づいて望まれる際には、別個のものとして脱着させることができる。あるいは、本発明の燃料供給調節アセンブリの一構成要素をカートリッジ内に収容し、対応する構成要素を燃料電池内、又はカートリッジ内以外の燃料電池システムの他の部分内に収容することができる。他の用途では、先述の構成要素をはじめとする燃料電池システム全体を、単一のユニット、即ちハウジング内に、完全に収容することができる。これらの構成の、又はそれらの組み合わせの、あるいは他の構成の、燃料電池システムが本発明の範囲に属すると考えられる。
【００３４】
本発明の本実施形態によれば、燃料供給調節アセンブリ１２０は、概して、燃料タンク１１０に隣接して設けられる。燃料供給調節アセンブリ１２０は、燃料タンク１１０からMDF１１２への燃料の供給を制御する。このようにして、燃料供給調節アセンブリ１２０を用いることで、燃料タンク１１０からMDF１１２へと移動する液体燃料の量を制限したり制御したりすることによって、蒸気生成を制限することができる。
【００３５】
図２は、本名発明の他の実施形態を示しており、それは、燃料電池システム２００である。図１同様、図２記載の燃料電池システム２００は、メタノール供給フィルム（即ち、MDF）２１２を備える。当該燃料電池システムはまた、その各々に触媒が適用されている燃料極面２０４a及び空気極面２０４bを備えた触媒処理された膜電解質２０３を有する燃料電池２０２を備える。膜電解質は、燃料極拡散層２０５と空気極拡散層２０６との間に配置されている。金属メッシュのような、開放性の導電性構造から成る電流コレクタ２０９a及び２０９bは、具体的用途において必要とされるような燃料電池により生成された電力を利用する負荷２０８を通る電子を収集、伝導させるために用いられる。空気極フィルタ２０７もまた設けられている。メタノール供給フィルム２１２は、燃料タンク２１０内に収容されたできたい燃料がMDF２１２中を通過する際に相変化に影響を及ぼす過蒸発膜として構成される。記載のように、燃料タンク２１０からの液体燃料はMDF２１２中を通り、相変化して、蒸気となる。次いで蒸気は、制限なしに蒸気チャンバ２１６に入る。しかしながら、本発明によれば、燃料供給調節アセンブリ２２０は、MDF２１２とMEA２０３との間に配置されている。燃料供給調節アセンブリ２２０は、蒸気チャンバから膜電極アセンブリ２０３の燃料極面２０４へと移動する蒸気燃料の量を制御する。本実施形態では、本発明の燃料供給調節アセンブリは、燃料極面２０４への蒸気供給を制限及び／又は制御する。それを用いることで、蒸気燃料の供給を遮断することができ、燃料電池システムをシャットダウンすることができたり、必要な際には、比較的開状態とすることで、より多くの量の燃料を流したりすることができる。燃料供給調節器の配置は、本発明の具体的用途において選択された具体的な聞きや、望まれる具体的な特性に応じて決定することができる。例えば、小さい蒸気チャンバはより速い遮断を可能とし、大きい蒸気チャンバは、当該蒸気チャンバ内の大きい蒸気燃料容積に起因して急な燃料要求に適応することができる。よって、蒸気チャンバの実際の寸法は、システム用件に左右される。
【００３６】
本発明の燃料供給調節アセンブリの一実施形態を、図３Ａ〜４Ｂを参照して、さらに詳細に説明する。より詳細には、図３Ａは、スライド可能アセンブリ（図４Ａ及び４Ｂ）の第１要素３０２aを示す。第１要素３０２aは、開口３０４a及び３０６aのような開口を備える。開口３０４a及び３０６aは、図３Ａでは円形として示している。しかしながら、開口は、それらがほぼ均一にMEAの燃料極面に燃料を供給するものであれば、本発明の用途に応じて有利に採用しえる任意の多くの形状をとることができ、例えば、限定はしないが、スロットのような長方形や蛇行形状がある。
【００３７】
図３Ｂは、第１要素３０２aの開口に関して、対応する、即ち相補的な形状及び位置を有する開口３０４b及び３０６bを備える第２要素３０２bを示す。２つの要素３０２a及び３０２bは、互いに関して、スライド可能に合わせられており、それによって、例えば、開口３０４a及び３０４bの位置合わせによって、燃料流を許すか制限するかが決定される。それら開口の寸法は、第２要素３０２bに関する第１要素３０２aの相対配置により制御することができる。要素３０２a及び３０２bは、開口３０４a及び３０４bが位置合わせされていない際に、それらがシールを形成し、蒸気が膜電解質アセンブリの燃料極面に供給されるのを防止することができるように、互いに合わされる。
【００３８】
例えば、図４Ａに、組み合わせシャッターアセンブリ４００を示す。第１要素４０２aは、実線で示す位置にある。第２要素４０２b（点線で示す）は、矢印Ｃの方向に調節されている。図４Ａの例では、開口４０４a及び４０６aは、点線で示した開口４０４b及び４０６bに関して、シャッターアセンブリ４００が実質的に閉じるように配置されている。換言すれば、記号ｘで示された非常に小さい開口だけが残っており、非常に少量の燃料流、例えばMDFから蒸気チャンバへの、のみが許される。
【００３９】
比較のために、図４Ｂは、実質的に開状態のシャッターアセンブリ４００を示す。第１要素４０２aは、実線で示され、第２要素４０２bは点線で示されている。この位置では、開口４０４a及び４０６aは、ほぼ正確に、点線で示す開口４０４b及び４０６bに合わさっている。これは、記号ｙで示す対応する開口を通して、最大の燃料流を実現する。中間的な設定（図示せず）もまた、燃料電池が作動している条件に応じて燃料供給を所望の速度に制御するために採用することができる。
【００４０】
本発明の本実施形態によれば、シャッターアセンブリ４００全体を、図１記載のように、燃料タンク内に配置することができる。あるいはまた、シャッターアセンブリ４００は、図２に示すように、MDFと膜電極アセンブリとの間に配置することができる。本発明のさらに他の態様によれば、第１要素４０２aのようなシャッターの１つを燃料タンク内に配置し、他のシャッター４０２bを燃料電池システム内の燃料電池側に配置することができる。本発明を、燃料供給調節アセンブリの位置における変更形態に容易に適合させ得ることを理解されたい。
【００４１】
図４Ａ及び４Ｂに記載のシャッターアセンブリの駆動は、制御システム４０８（図４Ａ）により行うことができ、それは、シャッター要素４０２aを駆動するための第１手段４０９、及び／又は第２要素４０２bを駆動するための第２の手段４１０を備える。手段４０９、４１０の一方又は両方は、例えば、ニッケル−チタニウム（ニチノール）合金のような形状記憶合金（SMA）から形成されたワイヤなどの機械的手段を備えることができ、それは、２つの要素４０２a及び４０２bの一方又は両方を互いに関して引いたり押したりする。あるいはまた、温度感応性バイメタルスプリングが要素４０２a、４０２bの一方又は両方を駆動させて、２つの要素の相対位置を調節することができる。温度により制御されるシステムは、制御システム４０８において記載の、レバーやスプリングを備えることができる。シャッター要素４０２a及び４０２bはまた、互いに関して手動で物理的に移動させることで、所望の燃料供給制御を達成することもできる。
【００４２】
あるいはまた、シャッターアセンブリ要素４０２a及び４０２bの動きは、要素の一方又は両方を駆動するサーボ及び／又は要素の一方を他方に関して引いたり押したりし得るモータによって、制御することができる。また、ギアアセンブリやレバーアセンブリもまた、要素の位置を調節するために採用し得る。
【００４３】
要素それ自体は、E.I. DuPont de Nemours and companyの登録商標であるDelrinなどの高分子、又はステンレス鋼や、メタノール若しくは燃料電池システム内で生じる反応性生物と実質的に反応しない他の適切な金属などの金属から構成することができる。
【００４４】
本発明の他の実施形態を、図５Ａ及び５Ｂに示す。図５Ａでは、燃料供給調節アセンブリ５００の側面図を示している。燃料供給は、矢印Ｄの向きにて、燃料電池（図示せず）に燃料供給が誘導される。ロッド５０２は、燃料電池供給ハウジング５０４内に回転し得るように配置されている。次に図５Ｂを参照すると、燃料供給調節アセンブリ５００の前面図であり、開口５０６a、５０６b、５０６c、及び５０６d内にそれぞれ受容される複数のロッド５０２a、５０２b、５０２c、及び５０２dが示されている。ロッド５０２aのような各ロッドは、開口、即ち、スロット５１０aを有する。この開口、即ちスロット５１０aは、燃料供給制御ハウジング５０４内の一致するスロット５１２aに対応する。例えば、ロッド５０２aが矢印Ｅの向きに回転すると、スロット５１０aは、ハウジング５０４内の対応するスロット５１２aに一致するであろう。ハウジング５０４の反対側に含まれる同様の一群のスロット（図５Ｂでは見えない）は、図５Ａの矢印Ｄで示すように、燃料が、ハウジング５０４を通って流れることを許可する。ロッド５０２a内のスロット５１０aが、ハウジング５０４内のスロット５１２aと一致すると、当該アセンブリを通過する燃料の速度は最大となる。
【００４５】
より調節された燃料流を実現するために、部分的な燃料流を許可する中間位置へとロッドをほぼ同じだけ回転させることができる。あるいはまた、ロッドは、いくつかのロッドが他のロッドよりも多くの燃料を通過させ得るように独立して調節することができる。
【００４６】
例えば、図５Ａ及び５Ｂに記載の実施形態は、燃料電池アレイ（単一面にある）と共に用いることができ、個々のロッドは、アレイ中の特定の電池に関し誘導することができる。本発明の他の実施形態も同様に、燃料電池アレイと共に用いるよう用意に適合させることができ、これも本発明の範囲内である。
【００４７】
図５Ｂに記載のアセンブリ５００全体を、図１及び２に記載のように、燃料タンクや燃料電池システム内の任意の位置に配置することができる。例えば、図５Ｂの実施形態は、本発明の具体的用途において望まれるように、図１に示すように、燃料タンク内に利用することができ、又は、図２に示すように、燃料電池システム自体の中において利用することができる。
【００４８】
次に図６を参照すると、本発明の他の態様が、燃料供給調節アセンブリ６００として示されている。燃料供給調節アセンブリ６００は、開口６０４〜６２０を有するベースプレート構造６０２を有する。開口６０４〜６２０は、各々、ルーバ６３０がその上に固定される、６２２及６２４として概略的に示す群のような、一群のヒンジが取り付けられている。ルーバ６３０は、燃料が、開口６４０などの開口を通って流れることができる開位置か、又は燃料の流れが防止される閉位置に調節することができる。中間位置は、部分的な燃料の流を実現し、それによって、燃料タンクから離れたり、燃料電池システムに到達する際の燃料の量を制御することができる。
【００４９】
シャッターアセンブリ４００に関して記載した制御システム４０８と同様、図５Ａ、５Ｂ、及び６、並びに本明細書に記載する任意の実施形態の可変駆動を達成するための多くの方法がある。限定はしないが、ニッケル−チタニウム（ニチノール）合金のような形状記憶合金（SMA）から構成されるワイヤや他の留め具を少なくとも１つの構成要素に固定し、温度に基づいて当該要素を調節することをはじめとする、多くのそのような制御の機械的方法がある。より詳細には、温度感応制御機構は、温度により制御されるシステムにおいて、自動的な調節を可能にする。燃料電池の作動温度が特定のレベルに達すると、温度感応性バイメタルスプリングのような温度感応性材料は、例えば図５Ａ、５Ｂ又は７のシャッターアセンブリや燃料供給調節アセンブリが、温度変化に起因して自動的に対応するように調節されるような様式で反応する。シャッターの位置を手動で調節することも可能である。制御はまた、燃料電池システムからのフィードバックや応用装置からの信号に基づいて作動開始するアクチュエータにより調節することもできる。そのようなフィードバックとしては、限定はしないが、燃料電池、燃料電池システム、又はそれらの構成要素の温度に反応して生成されるフィードバック、又は燃料電池システムの蒸気チャンバ内に存在する水に起因して変化し得る、MEAの燃料極面に供給されている燃料濃度に基づくものが挙げられる。記載のように、これらの可変駆動手段並びにそれらの組み合わせは、本明細書に記載の他の実施形態にも適用し得る。
【００５０】
本発明の他の実施形態を、図７Ａ〜７Ｄに示す。図７Ａは、幾つかのロッド７１０、７１２、７１４及び７１６を有するトップアセンブリ７０２を示す。図７Ｂは、いくつかのロッド７３０、７３２、７３４及び７３６を有するボトムアセンブリ７０４を示す。燃料流に対し非透過性の柔軟な要素７２２、７２４、７２６及び７２８が、トップアセンブリ７０２の１つのロッドとボトムアセンブリ７０４の１つのロッドに取り付けられている。トッププレートがボトムプレート上に配置されると、図７Ｃに示すように、ロッドが位置合わせされ、トップアセンブリ及びボトムアセンブリからのロッドの間の柔軟な要素が伸ばされ、実質的に燃料源からMEAの燃料極面への燃料流が防止される。トッププレート７０２を、図７Ｄに示す矢印Ｄの向きに動かすと、柔軟な領域は、曲がり折りたたまれて、MEAの燃料極面への蒸気の実質的に自由な流れが実現される。この実施形態は、柔軟な要素の適応性に基づいて、他の実施形態よりもより自由な燃料流を実現することができる。柔軟な要素を複数含むように図示したが、本発明は、燃料容器から燃料電池燃料極面への燃料流を調節するために柔軟な要素を１つ用いるシステムも包含する。
【００５１】
本発明の他の実施形態を、図８Ａ及び８Ｂに示す。図８Ａは、LatexやNitrileなどの非透過性弾性材料から成るシート８０２を示す。あるいはまた、この機能のために、厚いシリコンシート（少なくとも20〜80ミル厚）を用いることもできる。シート８０２には、複数のスリット状の開口８０４、８０６が設けられている。１つ又は複数のアクチュエータ（図示せず）を用いて、矢印Ｄの向きにシートが伸ばされると、開口８０４、８０６などは拡大して、蒸気燃料がその中を流れ得る開口を形成する。あるいはまた、アクチュエータを用いてシートの各面を反対方向に引っ張ることで、より大きな開口面積を実現することができる。この実施形態は、形状因子や他の制限事項のために薄い構成要素が必要とされる用途にとっての解法をもたらす。
【００５２】
例
本発明を実施する燃料電池の運転例を、以下、さらに例示するために説明する。シャッター位置が変化した際のメタノール流束（燃料電池の燃料極面に供給されるメタノールの量）の変化を測定すべく、実験をおこなった。本例で採用した本発明の実施形態は、本例では「だぼ」とも称される回転可能に配置されたロッドを備えた、図５Ａ及び５Ｂに示したものであった。
【００５３】
5cm2DMFCを、高メタノール流束の物質輸送層としてMDFを用いて、ニートメタノール蒸気を供給して、空気吸い込みモードで運転させた。実施した試験では、燃料供給調節アセンブリは、シャッターがMDFからMDAへの燃料の移動を調節するように、MDFの下流に配置した（図２に示すように）。MEAに達するMeOHの量を、シャッターを用いて制御した。0.3Vにおけるセル電流（「Jcell」）及び制限電流（「Jlim」）（0.1〜0.2V）を、後述するように、シャッターの種々の位置に関して記録した。実験で用いた電池の仕様は以下であった：ポリウレタンから製造した物質輸送層MDFをシャッター面に隣接して配置した。MDFの開放面積は、シャッターの開放面積とほぼ同じであった。ベンチ面上での電池の運転温度は、およそ25℃であった。
【００５４】
実験で用いた燃料供給調節アセンブリの物理的条件は以下であった：４つ全てのシャッターを手によって駆動させ、且つ実験の各段階において、それらが他の３つと実質的に同じ位置に位置するように、４つを１まとめに操作した。開状態から閉状態への完全な回転を各だぼに関して測定し、１０ステップに分割した。それによって、開放率は、完全な開状態に関する測定角度のパーセントにより与えた。開放面積パーセントは、蒸気輸送のために開いているチャネルの面積により決定した。このシャッターの総計開放面積は1.8cm2であり、5cm2MEAの36%であった。プロットに関して説明するように、より大きい開放面積（5cm2により近い）のシャッター（よって、MDF）は、より広範囲のMeOH流束にわたって制御することができる。
【００５５】
そうして実施した運転結果を図９に示す。図９は、ｘ軸の分に対し、ｙ軸に電流ミリアンペア（mA）をプロットしたグラフ９００である。水平に見える、文字の付されたバーは、燃料調節アセンブリのシャッター位置を示す。例えば、グラフにおいてステップｄのバーは、シャッターが実質的に開位置にある際の時間を示す。詳細には、シャッターは、60%の角度に設定されていた。実験のその部分では、電流は約150mAと測定され、それは、5cm2DMFCに関しては、3.0Vにおける約30mA/cm2というセル電流Jcellに対応する。
【００５６】
次いで、ステップeにより示すように、シャッターを閉じた。グラフ９００に示すように、電流は約50mA（セル電流10mA/cm2）である。次いで、バーfで示される開放率約0.7度をはじめとして、シャッターを、徐々に、より大きい開放率位置に設定した。プロットは、わずかに開状態の電池の電流は約65mA（セル電流は約13mA/cm2）に向上したことを示している。ステップgに示すように、次のステップで、シャッターをおよそ3.5度にまで開けた。この開放では、電流は約75mA（セル電流は約15mA/cm2）と測定された。ステップhに示すように、最終的に、シャッターを7度にまで開けると、電流は約90mA（セル電流は約18mA/cm2）となった。したがって、グラフ９００に示すように、シャッターの位置は、DMFCの電流出力に大きな効果を有する。
【００５７】
結果を、異なる様式で図１０のグラフ１０００に示した。図１０は、ｘ軸のシャッター開放パーセント並びに上側ｘ軸のシャッター総計開放面積に対する、左側ｙ軸の制限電流並びに右側ｙ軸のセル電流のプロットである。正方形形状のポイントによる曲線１００２は、セル電流を示す。ダイアモンド形状のポイントによる曲線１００４は、制限電流を示す。グラフ１０００から明らかなように、セル電流（曲線１００２）及び制限電流（曲線１００４）の両方とも、シャッターが100%の開状態となる前に最大値に達している。しかしながら、20%付近で落ち着き始めたセル電流１００２と比較して、制限電流１００４は、40%開状態付近までは、シャッター開放の増大により顕著に影響を受け続けた。換言すれば、シャッターをさらに開け、メタノール流束を増大させ続ける際、たとえセル電流が20%付近で落ち着いても、制限電流の増大が起こった。これは、例えば、燃料電池の冷間始動の場合のような、多くの場合において重要であり得る。冷間始動においては、電池を運転させる例で必要となるよりもより多くのメタノール流束が必要とされる。よって、シャッターを用いることで、冷間始動に必要とされる追加の流束をもたらすことができる。
【００５８】
本発明はまた、機械的な燃料供給調節アセンブリを必要としない代わりに、圧縮されたり拡張されたりする際に増大した燃料流を許したり又は蒸気燃料流を制限したりする、変形し得る要素を用いて作動する、燃料供給調節アセンブリを用いた蒸気燃料の供給並びに制御を提供する。本発明のこの態様は、図１１及び１２Ａ〜１２Ｃに関して説明する。
【００５９】
図１１は、MEA１１０３への燃料流を制御する燃料供給調節アセンブリ１１０１を示している。燃料は、関連する燃料タンク、燃料リザーバ若しくは燃料カートリッジ（図１１には図示せず）から供給することができる。燃料は、好ましくは、矢印Ａの向きに流れるが、燃料蒸気は他の面から供給することもでき、それもやはり本発明の範囲内である。燃料供給調節アセンブリ１１０１は、多孔性の圧縮性材料である燃料流制御要素１１０５を含む。要素１１０５の材料が圧縮条件下にある場合、要素１１０５の多孔度が低下し、それによって、MEA１１０３へ供給される蒸気は少なくなる。燃料流制御要素１１０５は、主図の機構により圧縮され得、その１つを図１１の例に関して説明する。図示する実施形態の圧縮要素１１０７は、それが燃料流制御要素１１０５を圧縮するよう作用している間はそれを通して蒸気燃料を流し得る、剛体であるが開放構造から製造されたバッキングプレートである。ハウジングに固定されているか又はプレート１１０９に配置されている加力要素１１１１a及び１１１１bによって、圧縮要素１１０７に圧力が適用され、それによって、圧縮要素１１０７に適用されることになる力が生じ、次いで、燃料流制御要素１１０５を圧縮するよう作用する。したがって、燃料流制御要素１１０５は、MEA１１０３を通してより少ない燃料流を許す。
【００６０】
加力要素１１１１a、１１１１bは、本発明の他の実施形態の駆動に関して先述したもののような、ニチノールスプリングとし得る。あるいはまた、要素１１１１a、１１１１bは、機械的なアクチュエータ、温度感応性装置、又は燃料極で生成された二酸化炭素により満たされ得る柔軟性ブラダとし得る。燃料電池システムからのフィードバックに反応するもののような、本発明の他の実施形態に関して記載した駆動手段もまた、加力要素１１１１a、１１１１bとして採用することができる。圧縮要素１１０７自体は、専用の圧縮要素に作用するのではなく、燃料制御要素１１０５に直に作用し得るところの二酸化炭素ブラダや他の変形し得る材料とし得る。燃料制御要素１１０５の駆動を実施するために、記載の要素を個別に又は他の要素と組み合わせて用いることができる。
【００６１】
本発明の他の態様を、図１２Ａを参照して説明する。図１２Ａは、MEA１２０３への燃料流を制御する燃料供給調節アセンブリ１２０１を示す。燃料は、関連する燃料タンク、燃料リザーバ、若しくは燃料カートリッジ（図１２Ａでは図示せず）から供給し得る。燃料は、概して、矢印Ｂの向きに流れる。燃料供給調節アセンブリ１２０１は、膨張性材料である燃料流制御要素１２０５を含む。要素１２０５の材料が駆動すると、それは膨張して、MEA１２０３への燃料流を調節する。燃料流制御要素１２０５は、温度変化、メタノール濃度変化、又は機械的アクチュエータなどの種々の駆動機構により膨張し得る。
【００６２】
本発明の特定の実施形態を図１２Ｂに示す。燃料流制御アセンブリ１２１０は、一連の膨張性要素１２１１Ａ、１２１１Ｂ及び１２１１Ｃを備える。膨張性要素１２１１Ａ、１２１１Ｂ及び１２１１Ｃは、駆動時に膨張する材料から構成することができる。記載のように、温度変化、メタノール濃度変化、又は燃料電池内の他の条件に反応して駆動が起こり、適切な材料を本目的のために選択することができる。あるいはまた、燃料流制御アセンブリは、機械的アクチュエータによって膨張することもできる。例に関しては、一連の第２要素１２１５Ａ、１２１５Ｂ、１２１５Ｃ及び１２１５Ｄが、膨張性要素１２１１Ａ等の間に介在している。第２の要素群１２１５Ａ等は、それらが例えば１２１１Ａなどの膨張性要素の力によって駆動される際に変形する材料を含む。例えば、１２１１Ａ、１２１１Ｂ及び１２１１Ｃなどの膨張性要素が駆動していない際は、第２要素は完全に開状態であり、アセンブリ１２１０はそれを通して燃料を流したり、又は所定の量の燃料をMEAへと流すことができる。そして、膨張性要素１２１１Ａ、１２１１Ｂ及び１２１１Ｃが駆動している際には、それらは膨張して第２要素に圧をかけ変形させるため、アセンブリは、MEAへとそれらの要素１２１５Ａ、１２１５Ｂ、１２１５Ｃ及び１２１５Ｄを通る燃料の種々の速度の流を実現することができる。アセンブリ１２１０全体は、図１２Ａの燃料流制御要素１２０５として用いることができる。
【００６３】
図１２Ａの発明の他の特定の実施形態を図１２Ｃに示す。図１２Ｃは、燃料流制御アセンブリ１２２０を示す。アセンブリ１２２０は、その中を燃料が流れることのできる開口を備えるハウジング１２２２を含む。ハウジング１２２２は、ブラダ１２２４のような１つ又は複数の膨張した柔軟性ブラダを含む。柔軟性ブラダ１２２４は、例えば、それを燃料極で生成した二酸化炭素で満たすことによって膨張することができる。ブラダ１２２４が膨張すると、これは、ハウジング１２２２を膨張させ、MEAへの燃料の導入を制御する。アセンブリ１２２０は、図１２Ａの燃料流制御要素１２０５として用いることができる。あるはまた、他の膨張法として、ガス圧（図示せず）を増大させることで膨張する１つ又は複数の要素チューブを組み入れることが挙げられる。
【００６４】
本発明の燃料供給調節アセンブリを用いることで、膜電極アセンブリの燃料極面への燃料流束に変化を生じさせ得ることは理解されよう。また、当該アセンブリを用いることで、DMFCのセル電流の変化を引き起こすことができる。また、電池が作動していない際に少ないシャットオフ電流で実施される燃料の保存はまた、本発明の燃料供給調節アセンブリの有利な使用例である。例えば、ハイブリッドシステム内のバッテリーが完全に充電され燃料電池が必要とされない場合に、燃料極への燃料流は、電源が休止している間は、遮断したり提言させたりできる。よって、燃料は保存される。本発明は、温度変化に反応して、燃料電池を冷間始動させる能力をもたらす、中間設定を実現する。本発明のアセンブリはまた、さもなければ受動的な燃料電池システムにおいて燃料流を制御する能力を有し、それによって本発明が採用される具体的用途において望まれるような最大の効率にて運転を維持することができる。
【００６５】
以上の説明は、本発明の特定の実施形態に関するものである。しかしながら、記載した実施形態に対し、それらの利点の幾つか又は全てを達成する他の変更形態や改良形態を成し得ることは明らかであろう。従って、添付の特許請求の目的は、本発明の真の趣旨や範囲に属するそのような変更形態並びに改良形態の全てを網羅することである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による制御可能な燃料供給調節アセンブリが燃料タンク又は燃料リザーバ内に配置されており、それによって、受動的な燃料電池システムのメタノール供給フィルムに到達する前に燃料の供給を制御することができる、直接酸化燃料電池システムの簡略化された図
【図２】本発明の制御可能な燃料供給調節アセンブリが、受動的な燃料電池システム内に収容されている蒸気チャンバ内に配置されている、直接酸化燃料電池システムの簡略化された図
【図３Ａ】それを通して燃料を流すことのできる穴を有するスライド可能なシャッターアセンブリの一構成要素
【図３Ｂ】図３Ａ記載のものに対応する開口を有するスライド可能なシャッターの第二の構成要素
【図４Ａ】シャッターアセンブリがほとんど完全に閉じている位置を示す、図３Ａ及び３Ｂ記載のスライド可能なシャッターアセンブリ
【図４Ｂ】ほぼ開位置にある、本発明のスライド可能なシャッターアセンブリの図
【図５Ａ】回転し得るよう取り付けられたスロットを有するシリンダを備える、本発明の制御可能な燃料供給調節アセンブリの一実施形態の側面図
【図５Ｂ】図５Ａ記載の装置の等軸前面図
【図６】開閉することでそれを通る燃料流を制御することのできるヒンジ式ルーバを備える、本発明の制御可能な燃料供給調節アセンブリの一実施形態の図
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、トッププレートが移動することで柔軟な要素が折りたたまれ、それによって燃料を流すための開口をもたらすことが可能な、本発明の他の実施形態のトッププレート及びボトムプレートの図であり；図７Ｃ及び７Ｄは、図７Ａ及び７Ｂの実施形態の側面図である
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、伸ばされた際に蒸気を流し得る開口を有するシートを含む、本発明の他の態様の図
【図９】ｘ軸の分に対し、電流ミリアンペア（mA）をｙ軸にプロットした図
【図１０】ｘ軸のシャッター開口割合並びに上側ｘ軸の電池の総計開放領域に対する、左側ｙ軸の制限電流並びに右側ｙ軸のセル電流のプロット
【図１１】圧縮性要素が採用された、本発明の他の実施形態の図
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｃは、拡張したり圧縮したりできる要素を採用する、本発明の他の実施形態
【図１】
2006523938.tif 000003
【図２】
2006523938.tif 000004
2006523938.tif 000005
2006523938.tif 000006
【図４Ａ】
2006523938.tif 000007
【図４Ｂ】
2006523938.tif 000008
【図５Ａ】
2006523938.tif 000009
【図５Ｂ】
2006523938.tif 000010
【図６】
2006523938.tif 000011
【図７】
2006523938.tif 000012
【図８Ａ】
2006523938.tif 000013
【図８Ｂ】
2006523938.tif 000014
【図９】
2006523938.tif 000015
【図１０】
2006523938.tif 000016
【図１１】
2006523938.tif 000017
2006523938.tif 000018
【国際調査報告】
2006523938.tif 000019
2006523938.tif 000020
2006523938.tif 000021