(57)【要約】水素を貯蔵し、配達し、回収するカセット・ベースのシステムおよび方法が開示される。カセットまたは他の容器が、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料を含む。情報が、材料に記憶され、その後、読み取られる、またはアクセスされる。プローブが、材料を調査するために使用される。材料の水素含有量または他の特性が、調査に基づいて決定される。水素ディスペンス・ユニットが、枯渇カセットを受容する枯渇カセット受容装置、および充填カセットをディスペンする充填カセット・ディスペンサを含む。ディスペンス・ユニットは、水素小売り店において、または独立ユニットとして実施される。小売店またはユニットは、水素ネットワークに接続されて、本明細書において開示される様々なビジネス方法を実施する。
2006509163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料容器内に含まれる材料の情報を記憶することを備える方法。
【請求項２】
記憶することが、金属水素化物の情報を記憶することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
記憶することが、磁場を前記材料に加えることによって、前記材料において磁気パターンを形成することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
記憶することが、水素燃料容器識別情報、水素量情報、量制御情報、製造バッチ情報からなる群から選択される情報を記憶することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
記憶することが、固有水素燃料カセット識別とカセット内の水素量からなる群から選択される情報を表す磁気パターンを形成するために、磁場を加えることによって水素燃料カセット内に含まれる金属水素化物の情報を記憶することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
容器と、
前記容器内において金属水素化物を形成するために、水素と組み合わせることができる金属を含む材料と、
前記材料内に記憶されるシステムに関連する情報と
を備えるシステム。
【請求項７】
前記材料が、金属水素化物を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記情報が、容器識別情報、水素量情報、量制御情報、製造バッチ情報からなる群から選択される情報を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記容器が水素燃料カセットを備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記情報が前記材料内に形成される磁気パターン内に記憶される請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記容器が水素燃料カセットを備え、前記材料が金属水素化物を備え、
前記情報が前記金属水素化物内に形成される磁気パターン内に記憶され、
前記情報が固有水素燃料カセット識別および前記カセット内の水素量からなる群から選択される情報を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
水素燃料容器、前記容器内の材料、前記材料を調査するプローブを備えるシステム。
【請求項１３】
前記材料を調査する前記プローブが、信号を前記材料に加え、かつ前記加えられた信号に対する応答を検出するために、前記材料と接触する１つまたは複数の部分を備える請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記信号が、電気信号、磁気信号、電磁信号、音、超音波からなる群から選択される信号を備える請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プローブが前記容器内に含まれる請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記容器がカセットを備える請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プローブが前記水素燃料容器を含む水素回収システムに取り付けられる請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記水素回収システムが水素動力車両に取り付けられる請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
信号を前記材料に加え、対応する応答を検出することによって、水素燃料容器内の材料を調査することを備える方法。
【請求項２０】
前記材料が、水素貯蔵材料を備え、前記信号が、電気信号、磁気信号、電気信号、音、超音波からなる群から選択される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記材料が金属水素化物を備え、前記信号が電気信号を備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料が水素貯蔵材料を備え、前記調査に基づいて前記水素貯蔵材料の水素含有量を決定することをさらに備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記水素貯蔵材料の前記水素含有量を水素動力車両に報告することをさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
支払い情報を入力する支払いシステムと、
水素燃料購入を適正化するユーザ・インターフェースと、
１つまたは複数のカセットを使用者と交換するカセット交換システムであって、枯渇水素燃料カセットを受容する枯渇カセット受容装置と、装填水素燃料カセットをディスペンする装填カセット・ディスペンサを含むカセット交換システムと
を備える水素ディスペンス・ユニット。
【請求項２５】
建物を備える水素小売りステーション内において実施される請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項２６】
前記水素小売りステーションが水素気体を貯蔵するために、水素貯蔵システムを備え、
水素ディスペンス・ユニットが、前記小売りステーションの頭上ルーフを介して前記ルーフから下に水素ディスペンス・ユニットまで経路指定された地上水素伝達パイプによって、前記水素貯蔵システムに結合される請求項２５に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項２７】
中央分離帯、街路の脇の歩道、店内、店の入口からなる群から選択される位置に設置される請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項２８】
装填カセットをディスペンスするために、機械式カセット排出システムを備える請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項２９】
前記カセット受容装置に追加されたカセットを診断的に試験するために、診断試験システムを備える請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項３０】
前記カセット受容装置が、枯渇カセットを受容する複数の構造的に事前に区画された位置を含み、
前記カセット受容装置が、装填カセットをディスペンスする複数の構造的に事前に区画された位置を含む請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項３１】
構造的に事前に区画された位置が、前記位置内に構成されるカセットを感知するために、センサを備える請求項３０に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項３２】
前記カセット受容装置に追加されたカセットの情報記憶システムに記憶される情報を読み取るデバイスを備える請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項３３】
ユニットによってディスペンスされる装填カセットが、水素燃料カセット以外の生成物の市場情報を備える請求項２４に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【請求項３４】
前記市場情報が、レストラン、食品、飲料、車両部分、タイヤ、映画の市場情報を備える請求項３３に記載の水素ディスペンス・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本特許出願は、以下の同時係属出願に対する優先権を主張する一部継続特許出願である：米国特許出願１０／２４１１２５、「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ，Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称のスコット  Ｄ．レッドモンド（Ｓｃｏｔｔ  Ｄ．Ｒｅｄｍｏｎｄ）による２００２年９月１０日出願；米国特許出願１０／０９９２７４、「Ｍｅｈｏｔｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ  Ｃａｓｓｅｔｔｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称のスコット  Ｄ．レッドモンドによる２００２年３月１５日出願；米国特許出願１０／０９９７７１、やはり名称「Ｍｅｈｏｔｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ  Ｃａｓｓｅｔｔｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称のスコット  Ｄ．レッドモンドによる２００２年３月１５日出願；米国特許出願１０／１７８９７４、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ（ＩＣＥ）  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ」という名称のスコット  Ｄ．レッドモンドによる２００２年６月２５日出願；および米国特許出願６０／３９５０１３、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｏｐｅｄ  Ａｌａｎａｔｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」という名称のクレイグ  Ｍ．ジェンセン（Ｄｒａｇ  Ｍ．Ｊｅｎｓｅｎ）およびスコット  Ｄ．レッドモンドによる２００２年７月１０日出願。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施形態は、カセット・ベースの水素の貯蔵、配達、回収に関する。本発明のいくつかの実施形態では、カセットが、水素包含材料を貯蔵するために使用され、そのカセットは、一般輸送業者によって配達されることが可能であり、また、水素回収システムが、燃料電池、水素動力車両、または他の利用デバイスにおいて使用するために、カセットから水素を回収するために使用できる。本発明のいくつかの実施形態では、カセットは、水素の貯蔵、配達、回収に関連する情報に基づいて、水素配達ネットワークの補助で配達される。
【背景技術】
【０００３】
エネルギーおよび内燃機関車両の動力に化石燃料を広く使用することにより、工業国の多くにおいて重大な空気品質の問題が生じた。空気汚染は、多くの健康と環境の問題に関係付けられる。核、太陽、地熱、風力などの様々な代替エネルギー源が、化石燃料に対する依存を低減するために提案されてきた。しかし、これらの代替エネルギー源のそれぞれには、欠点がある。
【０００４】
最も見込みのある化石燃料代替物の１つは水素である。水素は、燃焼により、または燃料電池が媒介する酸化／還元反応により、酸素と組み合わせて、熱または動力を生成することができる。長年にわたる開発の後、水素に基づく燃料電池が、実用的なエネルギー源であり、現在、石油に基づく内燃機関などと比較して、多くの利点を提供する。水素ベース燃料電池は、より効率的で、より少ない摩擦で動作し、より低い温度で動作し、汚染の程度がより低く、二酸化炭素を排出せず（疑わしい温室ガス）、より静かである、などである。燃料として、水素は、豊富である、手頃である、清浄である、再生可能である、有利なエネルギー密度を有することを含めて、いくつかの利点を提供する。この反応の１次産物である水は、非汚染性であり、水素と酸素を再生成するためにリサイクルすることができる。
【０００５】
残念ながら、水素を貯蔵し、配達し、回収する既存の手法は、極度に限定的であり、水素燃料の広範な利用と関連する利点の実現を著しく妨害する。問題のいくつかを示すために、気体水素または液体水素を貯蔵する加圧タンクまたはシリンダに基づく、より普及した手法の１つを予定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この手法は、水素気体を生成し、水素を加圧シリンダ内に液化または加圧し、そのシリンダを使用点に出荷し、シリンダから水素を放出することを含む。水素の燃焼性の特性のために（たとえば、空気の広範な濃度にわたる燃焼性、低いスパーク温度）、そのようなタンクにおける水素の貯蔵、配達、使用は、高度に規制され、制御される。安全性を向上させるために、かつ関与する高圧のために、タンクは、しばしば重く、特殊な耐爆発性構成要素を含み、対応して高価である。それにもかかわらず、これらの対策がある場合でさえ、装填、解放、または配達中に、水素が放出されて、爆発することがある著しい危険性が依然として存在する。そのような危険性により、この手法は、モータ車両の動力とするには一般に好ましくないものとなる。したがって、水素を貯蔵し、配達するこれらの従来の技術に関連するコストと危険性は、妨害的であり、水素を燃料として使用するのを制限する。したがって、水素を燃料として使用する可能性は大きいが、水素を貯蔵し、配達し、回収する従来の手法には、重大で限定的な問題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の新規な特徴と見なされる特性が、添付の請求項において述べられる。本発明は、同じ参照符号が同じ要素を指す添付の図面の図において、限定としてではなく、例示として示される。しかし、本発明自体、ならびにその好ましい使用モードは、添付の図面と関連して読まれるとき、例示的な実施形態の以下の詳細な記述を参照することによって最適に理解されるであろう。
【０００８】
本明細書において、水素燃料を貯蔵し、配達し、回収するシステムと方法が記述される。本発明の理解を補助するために、以下の記述は、本発明の現在好ましい実施形態の具体的な詳細を提供する。しかし、当業者なら、本発明は、たとえば本明細書において開示されるカセットの代わりに他の水素貯蔵容器を代用することによって、または本明細書において開示されるものの代わりに他の水素貯蔵材料を代用することによって、これらの特定の詳細のいくつかを有さずに実施されることを理解するであろう。さらに、カセットは、貯蔵、配達、回収情報の変動レベルを含む異なる配達ネットワークの補助で配達される。議論が、周知の構造とデバイスを指す場合、一部には、広範なそのような構造とデバイスに対する本発明の広範な適用可能性を示すために、ブロック図が使用される。
【０００９】
燃料としての水素の利用は、水素の貯蔵と輸送に大きく依拠する。現在、水素は、通常、圧縮気体または極低温液体としてタンクに貯蔵される。水素を貯蔵するある固体状態材料が、当技術分野において既知である。固体状態貯蔵は、特に水素動力車両の水素の機上貯蔵では、圧縮気体または極低温液体の形態より本質的に安全である。しかし、これらの固体状態水素貯蔵材料の貯蔵と輸送の解決法は限定される。本発明者は、固体状態水素貯蔵材料に関する水素の貯蔵と輸送について解決法を考案した。解決法は、水素貯蔵材料を包含し、貯蔵し、輸送する多くのカセット設計と、本明細書および同時係属特許出願において記述される新規な水素貯蔵材料、さらに水素の輸送と水素ネットワークの実施に関連するビジネス方法を組み込む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．水素貯蔵と回収システム
図１は、本発明の実施形態による、カセット・ベースの水素貯蔵と回収システム１００を示す。システムは、カセット１１０、カセット内にある水素貯蔵材料１１５、水素回収システム１３０を含み、さらにカセットが水素カーゴをアンロードすなわち放出することが可能である回収システムのカセット受取りポート１３５を含む。水素貯蔵システムの実施形態である水素貯蔵材料を含むカセットは、システムがカセットから水素を回収することを可能にするために、水素回収システムのカセット・ポートと結合される。一例では、カセットは、ビデオ・カセット・レコーダ（ＶＣＲ）のテープがＶＣＲに挿入される方式と同様に、回収システムのカセット・リセプタクルに挿入される。水素回収システムは、回収された水素、または回収された水素から生成されるエネルギー、またはその両方を、水素燃料電池または様々な従来の電気システムなど、他の水素またはエネルギー利用システムに提供することが可能である。
【００１１】
本明細書において使用される際に、カセットという用語は、配達中の水素貯蔵材料の改善された取扱いを見込み、かつ水素回収システムに装填され、解放される水素貯蔵材料の容器を指すために使用される。カセット・システムの利点には、安全性、使用の容易さ、費用効果、確実性、輸送性がある。カセット、水素貯蔵材料、水素回収システムは、その意図した使用法と一貫する任意のコード及び／又は規制に従って設計される。カセットは、任意の形状、サイズ、重量、水素貯蔵材料、水素貯蔵材料の量、特定の実施態様に望ましい内部に貯蔵されている水素の量を有することが可能である。一例では、カセットは、コンパクトな矩形の一体形状で、ＶＣＲカセットと同様のサイズを有することが可能であるが、これは必須ではない。たとえば、カセットは、スクワット・シリンダの形状を有し、補聴器電池、ホッケー・パックのサイズと同様またはそれ以上のサイズとすることが可能である。カセットは、耐衝撃性、耐腐食性、防水性、耐気体漏れ性があり、かつ軽量とすることが可能である。カセットは、たとえば配達中、または車両衝突において生じる可能性がある熱、電気、機械の応力に対して抵抗を有する。水素がカセットから回収されていない、少なくとも配達期間中、水素貯蔵材料を含んでいる間、カセットは、比較的加圧されない（著しい内部気体圧力がない）。カセットは、液体水素を使用することを回避することが可能であり、加圧されない、または少なくとも非常に低圧とすることが可能であり、水素気体の発火を回避する安全温度において水素を回収することを可能にする。貯蔵と輸送中、内部に含まれる材料は、ごく少量の水素気体を放出すべきである。水素気体は、性質が燃焼性で、潜在的に爆発性であるので、わずかな内圧または内圧なしで、かつ漏れる危険性がわずかな状態で、カセット・システムを輸送する能力は、大きな安全上の利点である。動作中、カセットは、約１〜４気圧の範囲の内圧を有することが可能であるが、カセットは、意図せずに材料から水素が放出される場合、限界で約１０気圧の内圧に耐え、安全の限界を提供し、その後安全に崩壊して爆発を回避するように定格される。
【００１２】
ある実施形態のカセットは、カセット内の温度、圧力、または他の条件を感知するために、センサ（たとえば、抵抗温度検出器）を含む。カセットは、様々な水素貯蔵化合物がカセット内に含まれるという点で、材料失認(material-agnostic)である。カセットは、使用時のスケーラビリティや適応性を改善するために、モジュール方式（たとえば、標準的な構成要素と寸法で構築される）および他のカセットと交換可能とすることが可能である。システムは、非常に少量から非常に大量まで様々な水素利用程度に対して機能するように、スケーラブルとすることが可能である。カセットは、容易に携帯することが可能であり、いくつかの実施形態では、無害材料として一般輸送業者によって水素を輸送することを可能にする。カセットは、十分に低コストで提供されることが望ましいが、これは必須ではない。所望されるカセットの他の特徴は、破壊せずに、繰り返して充填し、放出させることが可能であり、かなり迅速な水素の取入れと放出を提示し、コンパクトなカセットを提供するために、水素の十分に高い重量パーセントを貯蔵することができ、約２５〜１５０℃の範囲などの比較的低温における水素の回収を可能にし、意図した使用について十分に軽量であることである。いくつかの広範な異なるタイプの水素貯蔵材料について、例示的なカセットの設計が、以下において議論される。
【００１３】
カセット、およびカセットから水素を回収する水素回収システムの様々な実施形態が、以下においてさらに詳細に議論される。ある実施形態では、カセットは、水素包含材料を装填し、解放することが可能である。たとえば、金属水素化物が、容器から除去され、水素回収システム内へ移される。他の実施形態では、容器が、水素包含材料から水素を得、または導出することを可能にする。たとえば、水素は、容器内のナトリウムアラナート水素包含材料を加熱することによって、容器から熱により放出される。当然、当技術分野の通常レベルの技能と本開示の利益を有する者なら理解するように、多くの他の材料やそれらの材料のカセットが考慮されることが理解されるであろう。
【００１４】
図２Ａは、本発明の実施形態による、カセットの非限定的な例を示す。カセットは、水素化ナトリウムなど、約１リットルの固体水素貯蔵材料を保持するＡ２サイズのカセットである。カセットは、取扱い、配達、積重ねに好都合なサイズおよび形状を有する。カセットは、回収システム内における処理のために、あるタイプの水素貯蔵材料をカセットから移動させるためのヒンジ・ドアを有する（底部において）。カセットは、取扱いを容易にするハンドルを含む。
【００１５】
本明細書において使用される際に、水素貯蔵材料という用語は、水素を含み、水素と化学的に結合し、カセット内に貯蔵され、その後、必要時に必要な場所において水素回収システムによって回収される材料を指すために使用される。たとえば吸着または化学結合により、水素と化学的に結合することで、水素の意図しない放出の危険性、燃焼性、爆発に関連する危険性を著しく低減させることが可能である。水素は、圧縮された気体または液体としてではなく、結合された相対的に安定な固体状態として貯蔵され、カセットが破裂した場合、容易にカセットを出る。貯蔵材料の単位量あたり比較的大量の水素を貯蔵する水素貯蔵材料が、大量の水素をコンパクトなカセット内に配達するために、望まれる。
【００１６】
本発明と使用可能な水素貯蔵材料の非限定的な例には、固体金属水素化物、金属水素化物溶液（たとえば、金属ホウ化水素溶液）、金属水素化物スラリ（たとえば、鉱物油を有する金属水素化物）、炭素ナノ構造（たとえば、フラーレン、ナノチューブ、またはナノファイバ）、ガラス微小球、ナトリウムアラナート、ドープ・ナトリウムアラナート、および多くのその他がある。当然、実質的にあらゆる他の既知の水素貯蔵材料が、潜在的に使用される。
【００１７】
水素を貯蔵する金属水素化物の組成が、当技術分野では周知である（たとえば、米国特許第４２１１５３７号、第４７２８５８０号、第４６６７１８５号、第６１６５６４３号）。金属水素化物または金属合金水素化物を使用する水素生成システムも、周知である（米国特許第４３０２２１７号、第４５３７７６１号、第４５７０４４６号、第４５９９８６７号、第５３６０４６１号、第５７９７２６９号、第５９６２１５５号、第５９８７８９５号、第６１４３０５２号、第６１９４０９２号、第６２６７２２９号）。金属水素化物は、非常に高圧の水素に暴露されるとき、水素気体を可逆的に取り入れる。水素の放出は、金属水素化物を高温に加熱することによって容易になる。
【００１８】
ホウ素水素化リチウムまたはホウ素水素化ナトリウムなど、水素を生成するホウ素水素化物が、当技術分野において既知である（たとえば、米国特許第４０００００３号、第４００２７２６号、第４６２８０１０号、第５３７２６１７号参照）。白金などの適切な触媒が存在する状態において、ホウ素水素化物は、水と反応して、水素とホウ酸塩を生成する。本発明のある実施形態では、水素生成率は、触媒をホウ素水素化物溶液に暴露するのを規制することによって制御される。本発明の代替実施形態では、ホウ素水素化リチウム、ホウ素水素化ナトリウム、ホウ素水素化カルシウム、リチウムアルミニウム水素化物、またはリチウム水素化物などの固体化学水素化物が、水に暴露して水素を生成するために使用される（米国特許第４０００００３号、第５３７２６１７号、第５７０２４９１号）。他の例示的な実施形態が、米国特許第６２７４０９３号において開示され、リチウムアルミニウムテトラハイドライドなどの固体化合物と反応して水素を放出することができるアンモニアなどの化合物を備える。
【００１９】
他の例示的な実施形態では、水素は、炭素ナノチューブ及び／又はフラーレンに貯蔵される（たとえば、ディロン（Ｄｉｌｌｏｎ）ら、「Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ」、２００１年ＤＯＥ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｒｅｖｉｅｗのプロシーディング、ｗｗｗ．ｅｒｅｎ．ｄｏｅ．ｇｏｖ／ｈｙｄｒｏｇｅｎ／ｐｄｆｓ／３０５３５ａｍ．ｐｄｆ）。炭素ナノチューブを準備する方法が周知である（たとえば、米国特許第６２５８４０１号、第６２８３８１２号、第６２９７５９２号）。炭素ナノチューブは、カーボレックス（ＣａｒｂｏＬｅｘ）［カンザス州レキシントン在］、ナノラボ（ＮａｎｏＬａｂ）［マサチューセッツ州ウォータータウン在］、マテリアルズ・アンド・エレクトロケミカル・リサーチ（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｓｅｒｃｈ）［アリゾナ州トゥーソン在］、またはカーボン・ナノ・テクノロジーズ・インク（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）［テキサス州ヒューストン在］などの市販ソースから得ることが可能である。
【００２０】
水素は、水素回収システムを使用してカセットから回収される。本明細書において使用される水素回収システムという用語は、カセットから水素を回収するシステムを指すために使用される。いくつかの水素回収システムは、たとえば内部燃料電池において、水素を使用することも可能であり、したがって、水素利用システムや水素回収システムとすることも可能である。いくつかの例では、以下でさらに議論されるように、水素は、大気圧付近またはわずかにそれより上に加熱することによって、これらの水素貯蔵材料から回収される。他の例では、水素は、水である適切な反応剤と反応することによって、これらの材料から回収することができる。たとえば、ナトリウムアラナートは、本発明の一実施形態のカセットにおいて水素を放出するのに十分な温度に加熱される。代替として、金属水素化物が、水素を回収するために、カセットから移されて、水と反応される。一例では、カセットは、水素を回収するために、カセットから出されて、白金および可能であれば追加の水などの触媒に暴露されるホウ素水素化物溶液を含む。
【００２１】
図２Ｂは、本発明の実施形態による、水素貯蔵と回収システム２００の非限定的例を示す。図示されるように、カセット２１０Ａ〜Ｂは、水素回収システム２２０のカセット・ポートに挿入される。具体的なシステムは、２つのカセットが回収システムと同時に結合される２重カセット・システムである。所望に応じて、両方のカセットは、水素を回収するために同時に処理され、または、１つのカセットが枯渇するまで処理され、その後、水素が他のカセットから回収される。一実施形態では、回収システムは、カセットによって生成される水素気体を６または１２ボルトの直流（ＤＣ）動力を生成する内部燃料電池に供給する、完全自蔵水素利用発電装置として設計される。ある実施形態では、回収システムは、１２０ボルトの交流（ＡＣ）動力を電気デバイスに提供することができるＡＣ／ＤＣ変換器を備える、またはそれに取り付けられることも可能である。他の実施形態では、回収システムは、水素気体を、外部燃料電池または車両などの他の水素利用システムに供給することが可能である。示される例示的な実施形態では、回収システムは、深さが約１２インチ、高さが６インチ、幅が２５インチであり、一方、カセットは、深さが約２インチ、幅が６インチ、高さが１０インチである。技師なら、異なる実施形態では、カセットおよび回収システムは、より小さいまたは大きいサイズとすることが可能であることを理解するであろう。
【００２２】
図３Ａ〜Ｂは、本発明の実施形態による、例示的な複数カセット貯蔵デバイスを示す。具体的には、図３Ａは、回転複数カセット・デバイスすなわちクリップ３００を示す。複数のカセット３１０が、それぞれ、デバイスのカセット・リセプタクルに装填され、１つずつ、水素回収システムのカセット・ポートに解放または放出される。デバイスは、次のカセットにアクセスするために、回転させられる。示される具体的なデバイスは、６つのカセットを含むが、カセットは、任意の望ましい数のカセットを含む。カセットは、所望に応じて、オペレータによって手動で、または水素回収ユニットによって体系的に解放される。図３Ｂは、線形積重ね複数カセット・デバイスすなわちクリップ３０１を示す。デバイスは、水素回収システムに順次装填される複数の積重ねカセット３２０を含む。一例として、充填カセット３２２が、デバイスの底部から引き出されることが可能であり、一方、枯渇カセット３２４が、スタックの上部に返却されて、スタックの中に下に押し込まれることが可能であり、このプロセスは、デバイスがすべての枯渇カセットのスタックを含むまで、カセットのそれぞれについて順次繰り返される。
【００２３】
II．水素利用システム
いくつかの実施形態では、水素回収ユニットによって回収される水素は、水素利用システムに提供される。適切な水素利用システムには、燃料電池、水素動力車両（たとえば、燃料電池車両や修正内燃機関（ＩＣＥ）車両）、触媒ヒータ、携帯電気生成装置、緊急電気生成装置、その他の水素利用システムがあるが、これに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、水素利用システムは、水素回収システムとは別であり、一方、他の実施形態では、水素回収システムは、回収水素のいくらかまたはすべてを利用するために、燃料電池などの水素利用システムを含む。
【００２４】
燃料電池は、燃焼せずに動力を生成するために、たとえば空気から水素と酸素を組み合わせる装置である。燃料電池は、ハウジング、制御、膜によって分離されたアノードとカソードを含む膜電極アセンブリを含むことが多い。一実施形態の膜電極アセンブリは、アノードとして作用する第１層、カソードとして作用する第２層、膜として作用するプラスチック・シートの第３層の薄い平坦ラミネートを含む。様々な水素利用燃料電池の設計が、当技術分野において既知であり、ポリマー電極膜（ＰＥＭ）燃料電池、リン酸燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、固体酸化物燃料電池などがあるが、これに限定されるものではない。水素は、燃料電池に入り、膜電極アセンブリに入り、電荷に遭遇し、膜から酸素に出て、反応して水を形成し、それにより使用可能なエネルギーを生成する。複数の燃料電池のスタックが使用されることも可能である。燃料電池は、いくつかのソースから市販により得ることができる。燃料電池は、実質的にあらゆる電子デバイス（たとえば、コンピュータ・システム、携帯電話、補聴器など）、家庭、企業などの動力とすることが可能である。
【００２５】
代替として、回収水素は、水素動力車両に供給するために用意される。水素動力車両には、とりわけ、燃料電池車両や修正ＩＣＥ車両がある。既知の水素動力車両の非限定的な例には、マツダ（Ｍａｚｄａ）ＨＲＸ−２、ＭＸ−５やＢＭＷ７５０ｈＬがある。他の水素動力車両が、ゼネラル・モーターズ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ）、ダイムラー・ベンツ（Ｄａｉｍｌｅｒ−Ｂｅｎｚ）、フォード（Ｆｏｒｄ）、トヨタ（Ｔｏｙｏｔａ）、ホンダ（Ｈｏｎｄａ）を含めて、主要自動車製造業者のほとんどによって開発または試験されている。従来のＩＣＥ車両も、ガソリンの代わりに水素を燃焼させるように、改装される。これは、全テキストが参照によって本明細書に組み込まれている、米国特許出願１０／１７８９７４、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ（ＩＣＥ）  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ」という名称のスコット  Ｄ．レッドモンドによる２００２年６月２５日出願に記載されている。また、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｍｐｃｏ−Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｆｕｅｌ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、クォンタム・テクノロジーズ・インク（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）［カルフォルニア州アービン在］も参照されたい。当然、車両は、車やトラックである必要はなく、航空機、衛星などとすることも可能である。
【００２６】
潜在的に、あらゆる触媒水素動力ヒータが使用される。触媒ヒータは、ブルーエスト・キャタリティック・ヒータ（Ｂｒｕｅｓｔ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｈｅａｔｅｒ）［コネチカット州ブランフォード在］などの市販ソースから得ることができる。触媒ヒータは、燃焼を必要とせずに水素を酸化して、中波から長波の赤外線エネルギーを放出する。白金触媒が、気体発火点以下で燃焼を強制することが可能であり、最高で１０００°Ｆの表面温度を生成することが可能である。温度は、反応率に比例し、反応率は、水素がヒータに提供される率に依拠する。本発明の他の実施形態では、水素は、当技術分野において既知の潜在的にあらゆる燃焼システムを使用して、熱及び／又は電気を生成するために燃焼される。水素利用システムの他の例には、ハイドロ・キュー（登録商標）水素気体バーベキュー・グリルがある。グリルは、従来のグリルのように動作するが、プロパンの代わりに水素を燃焼させる点が異なる。当然、多くの他の水素利用システムが存在する。したがって、水素利用システムは、広範に解釈されるべきである。
【００２７】
III．水素を回収するために水素貯蔵材料を加熱するシステム
本発明のいくつかの実施形態によれば、水素貯蔵システムは、カセットを備え、かつ水素を放出するように加熱されるカセット内に含まれる水素貯蔵材料を備えている。本発明のそのような実施形態では、水素貯蔵システムが、水素がカセットから出るために、カセットの開口を含む。システムは、開口を経たカセット内及び／又は外へのフローを開始、停止、及び／又は規制するために、１つまたは複数のバルブなど、１つまたは複数の水素フロー規制装置をさらに含む。一態様では、１つまたは複数の水素フロー規制装置により、たとえば外圧が大気圧より大きい所定の閾値（たとえば、２気圧）に到達するとき、一構成において水素がカセットに流れ込み、たとえば水素がカセット内の材料から回収されるとき、他の構成においてカセットから流れ出る。システムは、水素貯蔵材料を加熱して、水素を回収するために、加熱システムをさらに備えてもよい。挿入された加熱要素と電気抵抗ヒータに基づくものを含めて、様々なタイプの加熱システムが、以下においてさらに詳細に議論される。水素貯蔵システムは、カセット内の条件を感知して、それを外部制御システムに報告するために、センサをさらに含む。センサは、温度センサ、圧力センサ、またはカセットの水素の量を感知するセンサを含む。
【００２８】
カセットは、通信システム、情報記憶システムなど、本明細書の他の箇所において議論される特徴の多くを有することが理解されるであろう。カセットは、取扱いを容易にするために一端において旋回ハンドルを有する、剛性、耐衝撃性、耐化学性、電気絶縁、熱絶縁の外部ケースを備える。ポリエチレン、ＰＭＭＡ，ポリカーボネート、ＰＶＰ、ＰＴＦＥ、ビニール、またはアクリルなど、任意のタイプの強く、衝撃、熱、化学耐性プラスチックが使用される。これらのプラスチックは事前に熱形成される。他の使用されるケース材料には、アルミニウム、銅、またはステンレス鋼などの金属、及び／又は、セラミック、金属、セラミック、及び／又はプラスチックの複合物がある。カセットは、一般輸送業者による配達中に安全性を提供し、かつ要件を満たすために、約２〜４気圧、または約１０気圧、またはわずかにそれより大きい範囲の内圧に対処するように設計される。カセット・ハウジングは、従来の手法によって製作される（たとえば、成形、溶接など）。
【００２９】
カセットの外部に通常ある上述された剛性ケースの他に、カセットは、水素貯蔵材料を包含し、かつ熱反射性、熱絶縁、穿刺保護を提供して、材料を環境に暴露されることから保護するような機能を補助するために、異なる材料の１つまたは複数の追加の層をさらに備える。たとえば、ナトリウムアラナートを水に暴露すると、空気と爆発性混合物を形成する、水素の急激な放出につながることがある。追加の層として使用される材料には、柔軟金属化ファブリック、マイラ（Ｍｙｌａｒ）（商標）、プラスチック／フォイル、ケブラ（Ｋｅｖｌａｒ）（商標）、スペクトラファブリック（ＳｐｅｃｔｒａＦａｂｒｉｃ）（商標）対衝撃織りメッシュ・ファブリック、または同様の堅牢であるが軽量な薄いスキンまたはシース・ハウジングがあるが、これに限定されるものではない。マイラ（商標）は、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）から入手可能な商標ポリエステル材料である。ケブラは、デュポンから入手可能な商標アラミド・ファイバである。追加の層に柔軟材料を使用することが好ましいが、その理由は、尖った物体との衝突により、変形することがある材料に穴を開ける可能性がより低いからである。本発明の一実施形態によれば、カセットは、小さい気体（空気）空間と外側剛性カセット外部によって囲まれた、柔軟金属化プラスチックの内部層、ケブラ（商標）の中間層、マイラ（商標）の外部層を備える一連の層化材料を含む。本発明の他の実施形態によれば、カセットは、柔軟熱反射材料の最内層、この内部反射層の外側の耐穿刺性（たとえば、ケブラ（商標））層、耐穿刺性層の外側の絶縁層（たとえば、マイラ（商標））、絶縁層と剛性カセット外部との間にある気体空間（たとえば、空気または気泡）を含む。一例では、カセットは、約１リットルの水素貯蔵材料を集団的に保持する１つまたは複数の内部区画を有するＡ２サイズのカセットとすることが可能であるが、当然、これは必須ではない。
【００３０】
ヒンジ・ハンドルは、水素利用システムにカセットを挿入し、それから外すために使用される。いくつかの実施形態では、カセットは、カセットがリセプタクルに挿入されるとき押されて開く、ばね装填された、または他のタイプのドアを備えることが可能であり、それにより、入口／出口結合がカセット上の水素バルブに結合されることが可能になる。他の実施形態では、金属化ペーパまたはプラスチックのカバーなどのシールが、接着剤でカセットのアパーチャの上に封止される。使用者は、シールを剥がして、その後、カセットを水素回収システムのリセプタクルに挿入する。カセット・ハウジング上のフランジが、カセットをリセプタクルと入口／出口結合と位置合わせするために使用される。様々な実施形態において、任意の水素バルブが、リセプタクルに押し込まれるカセットの側面上に配置され、カセットがリセプタクルにおいて堅固に位置するとき、結合との係合が自動的に行われることが考慮される。本発明の代替実施形態では、水素バルブは、リセプタクルから離れて対面するカセットの側面上に配置されることが可能であり、使用者は、１つまたは複数の結合をバルブに手動で取り付けることが可能である。いくつかの実施形態では、カセットは、単一の開口を含み、それを流れるフローは、水素が移動する双方向１経路バルブによって規制される。カセットが水素利用システムまたは水素充填システムに挿入されるとき、バルブは、システム上の結合と係合することが可能である。
【００３１】
水素を放出するように加熱される様々な水素貯蔵システムがある。本発明と共に使用するのに適切な３つの例示的な水素貯蔵材料には、とりわけ、金属水素化物、炭素ナノ構造（たとえば、ナノチューブ、フィラメントなど）、ガラス微小球などがある。これらの水素貯蔵材料のそれぞれの従来の形態が、当技術分野において既知である。金属水素化物は、金属と反応して、金属によって化学的に結合された水素を含む。簡略化した概念では、金属水素化物は、スポンジが水を吸収するように、水素を金属合金に「吸収」するが、水素は、化学的に結合されており、スクイーズではなく加熱することによって回収される。多くの金属水素化物は、高圧条件下においてそれに結合した水素を含み、この水素は、より低圧において加熱されることによって放出される。炭素ナノチューブは、直径が数ナノメートルの大きさの炭素の管であり、表面や管構造内部に水素を吸着して、貯蔵することが可能である。炭素ナノチューブは、単位重量当たり高い水素貯蔵容量を有する。ガラス微小球は、水素を貯蔵するために使用することができる中空ガラス球である。微小球は、水素に対する壁の浸透性を増大させるために加熱され、高圧水素環境において水素を充填または装填される。その後、微小球は、水素を内部に固定するために冷却される。微小球からの水素の回収は、水素に対する球壁の浸透性を再び増大させるため加熱することによって、内部間隙から水素を回収することができる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態では、水素貯蔵材料は、ナトリウムアラナート（ナトリウムアルミニウム水素化物またはＮａＡＬＨ4）、またはドープ・ナトリウムアラナートを備える。水素は、約１５０℃より高くない温度まで加熱することによって、様々なドープ・ナトリウムアラナート材料から回収される。水素を貯蔵するためのドープ・ナトリウムアラナートが、参照によって本明細書に完全に組み込まれている、関連する同時係属米国仮特許出願 、２００２年７月１０日出願、クレイグ  Ｍ．ジェンセンおよびスコット  Ｄ．レッドモンド、名称「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｏｐｅｄ  Ａｌａｎａｔｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」において開示されている。そこで議論されているように、１つの適切なドーパントは、｛ｎ5−Ｃ5Ｈ5｝2ＴｉＨ2である。水素は、約１００℃より高くない温度まで加熱することによって、この材料から回収される。シクロペンタジエン環構造が修正され、代用される関係するドーパントや、チタニウムが亜鉛または他の遷移元素などの他の触媒によって置き換えられたドーパントを含めて、多くの代替ドーパントも開示されている。例示的な実施形態では、ＮａＨ：アルミニウム：チタニウムの比は約０．７：１．０：０．１であり、または、ＮａＨの分子比率は約０．１から０．８８の範囲にあり、ドーパントの分子比率は約０．０４から０．３の範囲にあり、ナトリウムの約３分子が、材料に追加されたドーパントの各約１モルについて、材料から除去される。本発明の代替実施形態では、水素貯蔵材料は、ボグダノビッチ（Ｂｏｇｄａｎｏｖｉｃ）への米国特許第６１０６８０１号において開示されている固体アルカリ金属アラナートを備える。ボゴダノビッチは、約２モル％のドーパントを使用するナトリウムアラナート、ポタシウムアラナート、およびＮａ2ＬｉＡｌＨ6のドーパントとして、ＴｉＣｌ3、ＴｉＣｌ4、ＨｔｉＣｌ、チタニウムテトラ−ｎ−ブチレートＴｉ（ＯＢｕ）4、Ｃｐ2ＺｒＣｌ2、ＺｒＣｌ4、Ｃｐ2Ｚｒ2、ＶＣｌ3、Ｃｐ2ＶＣｌ2、ＶＣｌ3、Ｃｐ2ＶＣｌ2、ＮｂＣｌ3、ＹＣｌ3、ＬａＣｌ3、ＣｅＣｌ3、ＰｒＣｌ3、ＮｄＣｌ3、ＳｍＣｌ3、ＦｅＣｌ2、ＮｉＣｌ2、およびＬａＮｉ5を開示した。水素を回収するために加熱される他の金属水素化物水素貯蔵材料には、ＭｇＨ2、Ｍｇ2ＮｉＨ4、ＰｄＨ0．6、ＣａＮｉ5Ｈ4、ＬａＮｉ5Ｈ6、およびＦｅＴｉＨがある。水素は、約２５０〜３５０℃まで加熱することによって、ＭｇＨ2から回収される。水素は、約−１０℃から約３５０℃の範囲の温度に加熱することによって、大気圧付近においてこれらの材料から回収される（材料は、左から右に温度が下がる順序で列挙されている）。例として、Ｍｇ2ＮｉＨ4の水素回収温度は、約２５０〜３００℃の範囲にある。材料Ｍｇ2ＮｉＨ4にニッケルを追加することにより、温度はわずかに下がる。ＰｄＨ0．6の回収材料は、さらに低く、圧力に応じて約１００〜３００℃であり、大気圧において約１５０℃である。本発明の他の実施形態では、水素貯蔵材料は、他の希土類水素化物、または既知の多くの他の材料を含む。あらゆる事象において、水素貯蔵材料は、カセットに挿入されて、加圧下において水素で充填されることが可能であり、カセットは、配達とその後の水素回収のために封止される。
【００３３】
水素は、加熱によって水素貯蔵材料から放出される。特定のドープ・ナトリウムアラナートの場合、加熱は、比較的低温とすることが可能であり、せいぜい約１００℃であるが、ある実施形態では、より低温における水素放出が動力要件を満たすのに十分である。異なる温度を、他の材料に適用することが可能であり、不必要な実験をせずに容易に決定できる。いくつかの実施形態では、カセットが水素回収に使用されるシステムは、たとえば燃料電池から、システムに燃料を供給して、発電を開始するために、水素のアクセサリ・ボトルを含む。バックアップ水素貯蔵タンクまたはバッファ・タンクも、カセットの内容物が加熱されている間、水素を燃料電池に提供するために含まれることが可能である。次いで、生成された電力は、内部カセット温度を動作温度まで上昇させるために、抵抗電気ヒータなどの電気加熱システムまたは要素により使用される。他の実施形態では、アクセサリ・ボトルまたはカセットからの水素は、触媒ヒータに直接電力を供給することが可能である。代替として、水素回収システムまたは水素利用システムは、カセットを初期加熱するために、アクセサリ電池または他の電力源を備える。水素の放出が開始された後、水素利用システムによって生成される電力が、カセットをさらに加熱するために使用される。本発明のいくつかの実施形態では、加熱システムまたは要素をカセット自体に組み込んでもよい。代替実施形態では、加熱システムまたは要素は、水素回収システム内に構築される。たとえば、入れ子式加熱要素が、水素回収システムのカセット・リセプタクルに配置される際、または配置された後、カセットに挿入される。ＰＥＭ燃料電池などの燃料電池によって生成される熱を含むが、これに限定されずに、当技術分野において既知の任意の熱源および任意の加熱装置が、水素貯蔵材料の温度を上昇させるために使用される。
【００３４】
図４Ａ〜Ｂは、水素を回収するためにカセット４１０Ａ〜Ｂ内において水素貯蔵材料を加熱する、本発明の２つの実施形態による加熱システムを含む水素貯蔵と回収システム４００Ａ〜Ｂを示し、水素回収システムの一部である加熱要素が、カセット・モジュール内の空間に挿入される。具体的には、図４Ａは、水素回収システム４２０Ａの熱プロング４３０Ａ、４３２Ａの形態の加熱要素がカセット４１０Ａのベースにある対応する穴４３４Ａ、４３６Ａに挿入される実施形態を示す。水素は、バルブ４３８Ａを経て回収される。図４Ｂは、水素回収システム４２０Ｂの熱ベーン４４０Ｂ、４４２Ｂの形態の加熱要素が、カセット４１０Ｂの対応するスロット４４４Ｂ、４４６Ｂに挿入される実施形態を示す。水素はバルブ４４８Ｂを経て回収される。プロングまたはベーンは、カセットの背面において水素貯蔵材料への熱の良好な分布を得るために、カセットの長さの約５０〜１００％など、カセットのほとんどの長さにわたって延びる。どちらの実施形態でも、熱が内部に含まれる、またはそれぞれのプロングまたはベーンと熱的に結合される電気抵抗ヒータなど、当技術分野において既知のあらゆる方法によって生成される。熱は、水素の触媒酸化によって生成されることも可能であり、またはそうでない場合は、熱要素に伝達される。ある実施形態では、ＰＥＭまたは他の燃料電池によって生成された熱は、カセットの内容物を加熱するために使用される。熱が挿入熱要素から受け取られる実施形態では、熱絶縁体が、挿入熱要素と水素貯蔵材料との間に配置されることが多い。同様に、良好な伝導を可能にするために、加熱要素と水素貯蔵材料との間の気体または空気の空間は最小限である、または存在しなくてもよい。加熱要素によって提供される熱は、水素貯蔵材料の温度を上昇させることが可能であり、それにより、材料から水素が放出され、回収され、水素は、開口やバルブを経てカセットを出る。開口を通るフローは、以下でさらに詳細に議論されるように、バルブなどの水素フロー規制装置によって規制される。本発明の代替実施形態では、熱プロング、熱ベーン、または他の加熱要素が、カセット内に形成されてもよく、外部ソースから要素内において抵抗加熱するのに十分な熱や電流を受け取ることが可能である。
【００３５】
図４Ｃは、本発明の実施形態による、カセットの外部の一部が、外部供給熱の流入を可能にするように十分に伝導性である、水素回収システム４２０Ｃにおいてカセット４１０Ｃを加熱する加熱システムを示す。示される特定のカセットは、上面と底面に沿って走る熱伝導陥凹４５４Ｃ、４５６Ｃすなわち溝を有する。陥凹を経て熱をカセットに提供するために水素回収システムから突出し、かつ熱システムと接続されている係合熱リッジまたはリブ４５０Ｃ、４５２Ｃに、この溝が直接結合し、接触する。加熱によって回収された水素は、バルブ４５８Ｃによって規制される開口を通って出ることが可能である。カセット外側カバーの残りとは対照的に、熱伝導性陥凹は、熱リブからカセット内の水素貯蔵材料への伝熱を容易にするために、熱伝導性材料を含む。陥凹の表面を作成するカセット・ハウジングの部分は、絶縁材料または絶縁層を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、カセットは、ベーン、管、またはフィンなど、内部伝熱要素を含むことが可能であり、これらは、熱伝導陥凹と熱的に結合して、カセット内の材料に熱を伝導し、配達するように作用ことが可能である。本発明のいくつかの実施形態では、出荷中、およびカセットが水素回収用の水素回収システムに挿入されていない他のとき、水素貯蔵材料を保護し、かつ潜在的に熱流入を低減するために、可能であれば絶縁層を含む取外し可能保護カバーを、たとえば陥凹の側壁上の溝または他の結合内にスライドさせることによって、熱伝導陥凹に挿入させる。当然、熱伝導性陥凹は必須ではなく、本発明の代替実施形態では、外部供給熱の流入を可能にするために、カセットのハウジングの陥凹なし部分が、伝導性材料を含み、熱絶縁体がないことが可能である。カセットから熱により回収された水素は、しばしばバルブの規制下において、開口を通って出ることが可能である。
【００３６】
図４Ｄは、本発明の実施形態による、バルブ４６４Ｄによって規制される開口を経て水素を回収するために、複数の抵抗ヒータ４６２Ｄ（任意の所望の数）を加熱要素として含む水素回収システム４２０Ｄにおけるカセット４１０Ｄを加熱する加熱システムを示す。抵抗ヒータは、抵抗ヒータの回りに形成される水素貯蔵材料に効率的に熱を配達するために、カセット内部の回りに分散されるなど、カセット・ハウジングに組み込まれる、またはカセット内部に含まれることが可能である。様々な実施形態に適切な抵抗ヒータの例には、ミンコ・プロダクツ・インク（Ｍｉｎｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．）［ミネソタ州ミネアポリス在］から入手可能なサーモフォイル（Ｔｈｅｒｍｏｆｏｉｌ）（商標）組合せ抵抗ヒータとセンサ、ヘイテック・ミクロシステムズ（Ｈｙｔｅｋ  Ｍｉｃｏｒｓｙｓｔｅｍｓ）［ネバダ州カーソン・シティ在］から入手可能なＨＹ−７１１０およびＨＹ−７１１５ヒータ、ビシェイ・インターテクノロジ・インク（Ｖｉｓｈａｙ  Ｉｎｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．）［ペンシルベニア州モールバン在］から入手可能な小型抵抗ヒータがあるが、これに限定されるものではない。カセットは、抵抗ヒータ内において加熱するために電流を受け取るように、回収システムのプラグ４６０Ｄについて電気出力端４６６Ｄまたは他のリセプタクルまたはコンタクトを含む。抵抗ヒータは、外部動力ソースから直流である電流を受け取る。外部電力源は、水素回収システム（たとえば、細流充電電池または内部燃料電池）内にあるか、水素利用システム（たとえば、車両の燃料電池またはバッテリ）内にあることが可能であり、または、他の源（たとえば、電力出力）とすることが可能である。他の実施形態では、熱管、パネル、ベーン、またはロッドが、カセット内に構築されることが可能であり、それにより、電力または熱が外部ソースからそれらに渡される場合、それらがカセットの内容物を加熱することが可能である。
【００３７】
サーモフォイル（商標）組合せ抵抗ヒータとセンサは、エッチングされたフォイル加熱要素をＲＴＤ抵抗温度検出器またはＮＴＣ（負温度係数）サーミスタ・センサと単一パッケージにおいて組み合わせる。サーモフォイル（商標）ヒータは、最高で１５０℃まで加熱することを可能にし、異なる材料選択（たとえば、カプタン・ポリイミド、シリコン・ゴムなど）に関して約１×２インチと約５×５インチとの間の範囲の様々なサイズがあり、柔軟で、電気出力端と電気的に接続されるコンタクトを含む。Ｍｉｎｃｏは、ＣＴ３２５ＤＣ温度制御装置をも提供し、これは、わずかに１．０×１．０×１．５インチで比較的小さく、所望に応じて、カセットまたは水素回収システム内に含まれることが可能である。Ｍｉｎｃｏは、潜在的に適切である可能性があるサーマル・クリア（Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｃｌｅａｒ）（商標）およびワイヤ・ワウンド・ラバー・ヒータなど、いくつかの他のヒータをも提供する。
【００３８】
ハイテックから入手可能なＨＹ−７１１０ヒータやＨＹ−７１１５ヒータも、適切である。ＨＹ−７１１０は、一体式サーミスタと温度制御回路を有する小型比例制御ＤＣヒータである。このヒータは、８〜３５ボルトの電源で動作させることが可能である。２９ボルトの電源が使用される場合、ヒータは、最高で２８ワットの電力を供給することが可能である。ヒータの温度は、プログラムされて、その後、単一外部抵抗で制御される。正確な制御が、約５０〜１００℃の範囲において達成される。より高温での動作も可能であるが、制御は、これらのより高い範囲では同様に正確ではない可能性がある。ＨＹ−７１１５ヒータは、同様の抵抗ヒータであり、約３〜８ボルトの範囲のより低い供動力源において動作する。８ボルトの供給電力が使用される場合、ヒータは、最高で１４ワットの電力を供給することが可能である。
【００３９】
他の例示的なヒータが、ビシェイ・インターテクノロジ・インク［ペンシルベニア州モールバン在］（以前は、ＪＰテクノロジーズ・インク（ＪＰ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．［ノース・カロライナ州レイリー在］）から入手可能である。小型抵抗ヒータと抵抗温度検出器（ＲＴＤ）が、薄い金属フォイルから製作され、薄い耐熱性プラスチック基板にラミネートされる。ヒータとＲＴＤは、別々とすることが可能であり、または、１つの加熱・温度測定ユニットとして組み合わされてもよい。薄い金属フォイル・センサは、迅速な応答温度測定のために設計される。使用されるフォイルは、通常＞０．０００２”（０．００５ｍｍ）の厚さであり、極度に低い熱慣性を有する。標準的な巻き線ＲＴＤと比較して、フォイルＲＴＤは、最大表面暴露を提供し、表面との接触をより密接にする。金属フォイルが、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）（登録商標）、ガラス／エポキシ、またはマイラ（商標）の裏打ち及び／又はカプセル剤を有するニッケル、白金、及び／又はバルコを備える。これらのデバイスは、カセットの内面または外面など、様々な複雑な形状の上に結合することができる。ヒータとセンサは、最高で約３７０℃まで動作することが可能である。ヒータとセンサは、様々な標準的な構成において提供され、または、様々な応用例について特注で設計される。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態による、ドープ・ナトリウムアラナート粉末などの水素貯蔵材料内に埋め込まれ、かつ水素配達マニホルドを有する、内部加熱デバイスと冷却デバイスを交互に設けたスタックを含むカセット５００の断面図を示す。図示される具体的なスタックは、互いに上に積み重ねられる複数の電気抵抗ヒータ５６０Ａ〜Ｃを含み、冷却水または他の冷却剤ならびに間に位置する水素貯蔵材料を伝達するために、冷却パイプ５２０Ａ〜Ｂの層を有する。外部ソースからの電流が、水素貯蔵材料を加熱するために、抵抗ヒータに提供され、冷却水または他の液体、気体、またはエアロゾルの冷却剤が、材料を冷却するために、パイプを通して提供される。パイプは、望ましい冷却を達成するのに十分な直径の銅またはアルミニウムのパイプなど、しばしば金属パイプとすることが可能であるが、これは、必須ではない。当然、パイプは必須ではなく、冷却剤について他のチャネルも使用される。しばしば、材料は、容器内において感知された温度測定に基づいて、加熱及び／又は冷却される。前に議論されたように、温度センサは、電気抵抗ヒータ内に含まれてもよい。温度センサや他のセンサは、カセット・ハウジング内に構築されることも可能である。本発明の様々な実施形態において、冷却剤は、加熱のいくつかをずらすために通常動作において、または望ましくない熱を材料から除去するために極限温度条件において、パイプを経て提供される。カセットは、カセット内の様々な位置に位置する材料へ、および材料から、水素気体を配達し、または向けるように作用する気体マニホルドをも含む。本発明の一実施形態によれば、マニホルドは、気体空間５５０と、水素貯蔵材料へのフロー配達装置を備える。気体空間は、水素気体、水素気体を含み、かつ気体が流れることを可能にするように十分に多孔性の多孔性材料（たとえば、ファブリック、ファイバ、またはパッキング）で充填される間隙とすることが可能である。本発明の一実施形態のフロー配達装置は、気体空間と水素貯蔵材料との間に位置する絶縁層５３０または他の層において、送り穴またはスリットなどの複数の開口５４０を備える。本発明の他の実施形態のフロー配達装置は、水素気体が、気体空間と水素貯蔵材料との間において通過することが可能である多孔性または浸透性の層を備える。一態様では、水素貯蔵材料を加熱デバイスで加熱することによって、カセット内の様々な位置において水素を放出させることが可能であり、放出された気体を、カセットから効率的に収集し、除去するように、ベントを通って気体空間に流れ込む。他の態様では、カセットを水素で充填中に、水素が、気体空間に追加されることが可能であり、ベントの複数の分散開口または送り穴を経て気体空間から水素貯蔵材料に効率的に配達される。
【００４１】
当然、他の加熱や冷却システムも使用される。本発明の１つの代替実施形態では、カセットは、電流を反転することによって材料を交互に加熱または冷却するために、ペルティエ熱電要素を含むが、これらの要素は、より劣る加熱と冷却効率を有する可能性があり、限定された温度範囲で動作する可能性がある。他の代替実施形態では、カセットは、材料を加熱するために、熱パイプを含む。熱パイプは、凝縮し、それにより熱を材料に放出することが可能である蒸発材料を含む。
【００４２】
情報処理・制御システムが、水素の生成を制御または規制するために使用される。たとえば、制御システムは、システムの水素必要性を常時決定するために、水素利用システムを監視することが可能である。カセットは、カセット内の条件を感知して、それを外部情報処理・制御システムに報告するために、センサを含む。センサは、カセット内容物の温度、カセット内の水素気体圧力、カセットに残留している水素の量、または他の条件を感知することが可能である。センサは、水素利用システムの水素必要性を監視し、かつカセット内の条件を調節する制御システムの一部とすることが可能である。たとえば、一実施形態では、制御システムは、カセットにおける温度上昇と水素気体の放出増大を達成するために、カセットに供給される熱の量を増大させることが可能である。カセットからの水素燃料の枯渇は、カセットを交換または再装填するために、オペレータへの信号となったり、代替として、交換カセットを送るために、外部注文や配達システムへの信号となることが可能である。水素回収システムが複数のカセット・デバイスへのアクセスを有する実施形態では、枯渇すると、システムは、枯渇カセットを装填カセットと自動的に切り替える、または交換することが可能である。
【００４３】
本発明のある実施形態では、カセットは、１つまたは複数の水素気体フロー規制装置を備える。バルブが、水素気体フロー規制装置の一例である。バルブは、カセットの中及び／又は外への水素のフローを開始、停止、及び／又は規制することが可能である機械デバイスである。バルブは、フローの経路に対して、開放、閉鎖、または一部閉鎖位置にあることが可能である可動部分をしばしば含む。配達中、および水素がカセットから回収されていない他の時間において、バルブは、通常閉鎖位置にあり、あらゆる材料が入る、または出るのを防止する。一実施形態では、バルブが開いているとき、バルブは、水素気体の通過のみを可能にする。バルブは、たとえば、カセット内において約１気圧の水素気体圧力、またはわずかにそれ以上が生成されることに応答して開くことが可能である。代替として、バルブは、たとえば、カセットの外部から２気圧以上の水素気体圧力が加えられることに応答して開くことが可能である。それらの圧力は、限定ではなく、他の圧力設定点が使用される。すなわち、いくつかの実施形態では、バルブは、水素がカセットを出る、またはカセットに入るのを可能にする２経路バルブである。代替実施形態では、カセットは、カセット内の水素圧力のみに応答して開く第１バルブと、カセットの外部の水素装填システムからの圧力上昇にのみ応答して開く第２バルブの２つの１経路バルブを備える。いくつかの実施形態では、バルブは、液体ではなく、気体のみの通過を可能にする。本発明の範囲内では、任意の既知のバルブ開閉方法が使用されると考慮される。したがって、バルブの開放は、圧力勾配に応答して自動的に行うことができる。代替として、ソレノイド動作バルブなどの電気制御バルブが、情報処理・制御システムからの信号に応答して、開閉することができる。本発明のいくつかの実施形態では、バルブは、切替え可能または構成可能な双方向１経路バルブである。一構成において、バルブは、カセットの内側から外側へのみ水素が流れ、代替構成では、カセットの水素再充填の場合のように、バルブは、カセットの外側から内側へのみ水素が流れることができる。他の構成において、バルブは、閉鎖されることが可能であり、気体がカセットに入る、またはカセットから出ることをができないこともある。この構成は、カセットがシステムに挿入されると、バルブを外部シートまたは水素回収システムと結合させることによって自動的に形成されてもよく、またはオペレータによって手動で構成させてもよい。
【００４４】
図６は、本発明のいくつかの実施形態による、カセットにおいて使用するのに適切な例示的な切替え可能または構成可能双方向１経路水素気体バルブを示す。バルブが切り替えられ、一方向に構成されると、水素気体が、カセット・モジュールから水素利用システムに流れる。バルブが他の方向に構成されると、カセットが、外部供給から加圧水素気体で充填される。どちらの切替えモードでも、気体は、一方向のみに流れる。バルブは、気体が移動することを可能にするが、水または他の液体汚染物質が移動することを防止するように設計される。様々な水不浸透性気体バルブが、当技術分野において既知である。たとえば、そのようなバルブは、水ではなく気体が通過することを可能にする選択的浸透性膜を備えることが可能であり、たとえばゴアテックス（ＧＯＲＥ−ＴＥＸ）（登録商標）（Ｗ．Ｌ．ゴア・アンド・アソシエーツ・インク（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．））［デラウエア州ニューアーク在］、または他の膜である。バルブの方向は、バルブが装填または水素回収中に取り付けられる異なる結合、着座、または接続によって決定される。カセットが、水素回収システムに挿入されるとき、結合は、水素気体がカセットを出ることを可能にするカラーを回すことが可能である。カセットが水素装填システムに取り付けられるとき、結合は、バルブを他の方向に切り替えることが可能であり、それにより、水素気体が、カセットに入り、アラナート組成物を再充填することが可能になる。様々な実施形態が、結合の取付けに応じて、雄雌接続または雌雄接続、または上または下にスライドすることができるロッキング・カラーなど、様々な機構を使用することが可能である。代替として、ロッキング・カラーは、表面取付けによって固定される。
【００４５】
使用に適切な例示的なバルブが、原子力産業において気体フローを制御するために既知である。ゲート・タイプ設計は、０ｐｓｉｇから最大定格のすべての圧力において緊密に封止するばね装填封止ディスクを使用する。開かれるとき、バルブは、両フロー方向における緊密封止を有する双方向フローを可能にする。自己清浄封止表面を有する直通フロー経路のために、内部通過が、あらゆる汚染の構築に本質的に抵抗する。特徴が、環境への漏れがないこと、あらゆるパッキング、ベローズ、またはダイアフラムの欠如、ＡＮＳＩクラス１５０から２５００のバルブ定格、ほとんどの応用分野における１００，０００動作を超える高いサイクル寿命、直通フロー、および汚染物質の構築に対する抵抗性を含む。バルブ本体の材料は、ステンレス鋼、炭素鋼、ＡＬ６Ｖ、または他のＡＳＭＥ材料を備える。シートは、炭素とすることが可能である。ある実施形態では、位置表示スイッチが、遠隔状況表示のために利用可能である。バルブは、ソケット溶接、バット溶接、または管延長線接続を備える。バルブの開閉は、クラスＨまたはそれ以上の材料で構築されたソレノイド・オペレータによって制御される。ソレノイドとスイッチ・アセンブリが、圧力境界を妨害せずに、移動または保全のためにアクセスすることが可能である。
【００４６】
使用することが可能である他の例示的なバルブは、人工蘇生において使用されるように設計されたラテックス・フリーのカーヒル（Ｃａｒｈｉｌ）・バルブ・システムである（コーパック（ＣＯＲＰＡＫ））［イリノイ州ホイーリング在］。シリコン・ダックビル・バルブにより、空気の１経路通過が可能になる。９９％ＢＦＥ双方向フィルタが、カセット内容物の相互汚染を防止する。
【００４７】
他の例示的な実施形態では、迅速接続流体カプラ（Ｑｕｉｃｋ−Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ）が、空気または気体のフローを含むシステムにおける接続を提供する（日東工器（Ｎｉｔｔｏ  Ｋｏｈｋｉ）［イリノイ州ハノーバー・パーク在］。組込み自動開閉バルブが、高流動性で容易なフロー制御と優れた封止を提供する。利用可能なバルブには、水圧ＨＩ−ＣＵＰＬＡ、プラスチックＨＩ−ＣＵＰＬＡ  ＡＣＥ、半導体セミコン・キュプラ、ウルトラ・スモール・ミクロ・カプラ、フル・ブロー・キュプラがある。実施形態において使用されるバルブは、本明細書において開示される例に限定されるものではなく、ナトリウムアラナートが漏れずに水素気体の通過を可能にする当技術分野において既知のあらゆるバルブを含む。バルブは、大気酸素及び／又は外部水がカセット内容物を汚染するのを防止することも好ましい。
【００４８】
図７は、本発明の実施形態による、水素貯蔵と回収システム７００を示す。システムは、水素回収システム７５０に挿入されたカセット７１０を含む。カセットは、複数の電気抵抗ヒータからなる加熱システム７２０を含む。ヒータは、回収システムの電源７６０と電気的に結合される。電源は、出口、生成装置、または他の外部ソースから動力を受け取る電源を含む。代替として、電源は、電池を備える。または、電源は、内部燃料電池、および燃料電池に結合された細流充電電池を備える。電源は、バルブ７３０を経てカセットから水素を回収するために、電気をヒータに提供する。一例では、バルブからの水素は、金属管またはパイプなどの線を通ってバッファ・タンク７７０に進む。水素は、制御下において、または必要に応じて、バッファ・タンクから水素利用システムに供給される。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態の態様は、カセットが再充填可能であり、加圧下において水素を供給する水素充填システムにおいて再充填されることである。一実施形態では、カセットは、車両、燃料電池、動力ユニット、触媒ヒータ、及び／又は水素燃焼システムなど、水素回収システムまたは水素利用システムに取り付けられている間に充填される。水素充填システムは、水素充填プロセス中に生成される過剰な熱を除去して、再充填中にカセットを冷却するために、冷却システムと温度制御モジュールを含む。当技術分野において既知のあらゆる形態の伝熱デバイスが使用される。非限定的な例には、流体または水充填管、水ジャケット、冷却フィン、その他の放射デバイス、熱ポンプ、ファンなどがある。代替として、水素が枯渇した後、カセットは、水素回収システムまたは水素利用システムから取り外されて、充填カセットと交換されることが可能であり、一方、枯渇カセットは、返却されて、別の水素充填システムにおいて再充填される。そのような実施形態では、水素の充填は、比較的低率と低温で行われることが可能であり、これにより温度制御モジュールの必要性が排除されるが、当然、所望に応じて使用される。カセットの充填後、余分な未吸収水素が、中庸な真空で、または窒素またはアルゴンなどの不活性気体でフラッシュすることによって、カセットから除去される。他の実施形態では、使い捨て可能カセットが、戦場での使用など、単一使用応用例について設計される。そのような実施形態では、生物分解可能プラスチックまたは等価な材料など、時間と共に劣化する材料を使用することが好ましい可能性がある。
【００５０】
ＩＶ．水素を回収するために水素貯蔵材料に浸透するシステム
本発明の実施形態によれば、水素貯蔵材料から解放された水素は、水素浸透性材料を通して水素を浸透させることによって、水素浸透性カセットまたは容器から除去される。本発明の実施形態による水素貯蔵システムが、内部に含まれる固体水素貯蔵材料を有する水素浸透性容器を備える。水素浸透性容器、または少なくともそのある部分は、装填条件または回収条件下において、それぞれ水素を容器に追加する、または容器から除去することを可能にするために、たとえば周囲よりかなり高い温度において、水素に対して十分な浸透性を有する水素浸透性材料を含む。水素浸透性容器は、加熱されると、水素に対して十分に浸透性であるガラス材料を含むガラス・カセットとすることが可能である。ガラスは、水素に対するガラスの浸透性を増大させる添加剤またはドーパントを含む。これらの容器のいずれかにおける固体水素貯蔵材料は、金属水素化物、炭素ナノ構造、または中空ガラス微小球を備える。当然、金属とポリマーを含めて（たとえば、水素分離室において従来使用されていたものなど）、ガラス以外の水素浸透性材料も使用される。本発明の概念は、ガラス水素浸透性材料について概ね示されるが、当技術分野の通常レベルの技能および本発明の開示の利益を有する者なら、ガラスは、他の水素浸透性材料で置き換えることが可能であることを理解するであろう。
【００５１】
図８Ａは、本発明の実施形態による、水素浸透性ガラス・カセット・ハウジング８１０を含むカセット８００を示す。カセット８００は、ガラス・カセット・ハウジング内に含まれる水素貯蔵材料（図示せず）、水素を解放し、水素をガラス・ハウジングに浸透させるために水素貯蔵材料を加熱する電気抵抗ヒータ８３０Ａ〜Ｃ、加熱を制御する制御装置８５０、電力と情報を受け取るために、制御装置とヒータを外部電気システムに接続する信号コネクタ８６０、浸透した水素を収集するために、ガラス・カセット・ハウジングを包含する水素不浸透性金属カセット・ハウジング８２０、さらにカセット８００から水素を回収するための不浸透性ハウジングのバルブ８４０を含む。
【００５２】
ガラス・カセット・ハウジング８１０、または少なくともその一部は、ガラス内の水素貯蔵材料が加熱されるとき、カセット内の解放水素気体の有効な量がガラスを通過または浸透することを可能にするように、水素に対して十分浸透性である。本明細書において使用される際に、ガラスという用語は、主にガラス質で非晶質の構造を有する広範なケイ酸塩材料を指すために使用される。有用であると考慮される一般的なタイプのガラスには、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、融解石英ガラス、ガラス・セラミックなどがある。非常に純粋である融解石英ガラスを除いて、これらのタイプのそれぞれは、当技術分野において既知の多くの組成変動を有する。
【００５３】
ソーダ石灰ガラスは、とりわけ、より一般的に使用されるガラスの形態であり、比較的費用効果が高い。ソーダ石灰ガラスは、約６０〜７５％の二酸化ケイ素、１２〜１８％の炭酸ナトリウム、５〜１２％の石灰をしばしば含む。高温や突然の温度変化に対する耐性は、いくつかの他の形態のガラスほど良くなく、腐食性化学物質に対する抵抗は、単に中程度である。鉛ガラスは、少なくとも約２０％の酸化鉛をしばしば有し、比較的軟性で、向上された電気絶縁特性を有する。高温や突然の温度変化に対する抵抗性は良くない。ホウケイ酸ガラスは、少なくとも約５％の三酸化ニホウ素を含むケイ酸塩ガラスである。ホウケイ酸ガラスは、しばしば、石灰ガラスまたは鉛ガラスよりいくらかコストが高いが、温度変化や化学腐食に対するより良好な抵抗性を提供する。例として、耐熱皿と実験器具が、ホウケイ酸ガラスでしばしば作成される。アルミノケイ酸ガラスは、酸化アルミニウムを含み、温度と腐食に対する抵抗性について、ホウケイ酸ガラスと同様に振る舞う。ホウケイ酸ガラスとアルミノケイ酸ガラスの両方とも、製作がより困難であり、かつ石灰ガラスまたは鉛ガラスよりコストが高い可能性がある。９６パーセントのケイ酸ガラスが、ホウケイ酸ガラスであり、約１２００℃まで再加熱して、結果的な細孔を統合することによって、ほとんどの非ケイ酸成分を除去するように処理されている。処理により、ガラスは、熱ショックに対してより抵抗性になる。融解石英ガラスは、非晶質状態のほぼ純粋な二酸化ケイ素である。この形態は、比較的高価であり、製作が困難であるが、温度と腐食に対する良好な抵抗性を提供する。他の適切な形態のガラスは、ガラス・セラミックである。ガラス・セラミックは、初めはガラスであり、結晶性セラミックに変換される。したがって、完全にアモルファスではなく、ガラスは、結晶性構成要素を有することが可能である。しばしば、ガラス・セラミックは、ガラスより数倍強くかつ硬く、セラミック材料においてしばしば見られる細孔が比較的なく、良好な耐腐食性を有し、良好な耐熱性と熱ショックに対する耐性を有し、望ましい熱膨張係数に適合させることが可能である。ガラス・セラミックは、溶接、ブローイング、プレス、延伸、遠心鋳造など、従来のガラス形成技術を使用して形成される。これらのガラスのいずれも、特定の実施態様の性能とコストの見込みに応じて適切である。
【００５４】
本明細書で使用される際に、浸透性などの用語は、ガラス・カセットの壁を通って拡散する、またはそれを貫通する水素を指すために使用される。膜と呼ばれることがある薄い壁を横切る浸透は周知の現象である。ガラス壁を通る水素の浸透は、ガラスに対する水素の溶解度または区分化（たとえば、当初の化学吸着）、およびガラスを通る水素の拡散率に依拠する可能性がある。本質的に、ガラスは、ガラスを作成するケイ酸塩と他の分子との間に細孔または間隙を含む。比較的小さい分子である水素は、周囲温度においてさえ、間隙を通って拡散することが可能である。周囲温度において水素が通常のガラスを通る拡散率は、非常に低いが、水素の必要な回収率、ガラス・ハウジングの厚さ、浸透を可能にするガラス・ハウジングの表面積に応じて、十分である可能性がある。たとえば、低電力電気デバイス（たとえば、携帯電話）では、周囲温度付近においてガラス壁によって浸透される水素の量は十分である。
【００５５】
しばしば、より高い拡散率と浸透率を達成するために、本発明者は、ガラス・カセット・ハウジングを、水素に対する望ましい浸透性を提供するのに十分な温度まで加熱することを予定している。周知のように、ガラス・ハウジングを通る水素の拡散率は、温度の上昇と共に増大する。加熱により、分子の運動が活発になり、それにより間隙が水素分子にとってより大きくなるので、間隙のサイズが増大し、また、水素の拡散定数も増大する。拡散量は、拡散面積が増大し（すなわち、ガラス・カセット・ハウジングのサイズが増大する）、かつハウジング壁の厚さが減少する（すなわち、より短い拡散距離）につれ、増大する。周のように、浸透性は、また、ガラス・ハウジングにわたる差分水素圧力の増大と共に増大する。ガラス・ハウジングの厚さ、水素の拡散面積、ガラス・ハウジングの温度、カセット内の水素の圧力、ガラス材料の浸透性は、燃料電池または他の水素利用システムにおいて使用される水素の望ましい浸透率を達成するように設計される。１”×２”×３／４”の適切なサイズを有する（または約５０〜２００％の範囲にある容積の変動を与えるようにサイズ決めされる）１つの例示的なガラス・カセットは、従来のガラスと、約１／１６”〜１／４”、または約１／８”の範囲の壁の厚さで形成されたハウジングを有し、内部に含まれる金属水素化物水素貯蔵材料を含むカセットは、水素を熱により回収し、かつ水素がガラス膜を通って拡散し始めることを可能にするために、約１００℃〜３００℃の範囲の温度まで加熱される。たとえば、カセットから回収された水素は、燃料電池に供給するために使用されてもよく、浸透率は、たとえばラップトップ・コンピュータに必要な動作電力を供給するのに十分である。比較的低い回収温度を使用することがしばしば望ましく、本発明者は、約２５０℃を超えない、または約２００℃を超えない温度において十分な量の水素を回収することを可能にするガラス材料、壁の厚さ、表面積を予定している。
【００５６】
議論されたように、薄壁の使用は、ガラス・カセット・ハウジングについて望ましい可能性があるが、その理由は、薄壁は、拡散距離の低減、したがって水素に対する浸透性の増大を提供するからである。薄壁の使用を可能にし、同時に十分な機械的強度を維持するために、本発明者は、強化構造をガラス・カセットに組み込むことを予定している。例示的な強化構造には、強化リブ、複合ファイバ（たとえば、ガラス・ファイバまたはグラファイト・ファイバ）、強化ケージ（たとえば、金属ケージまたはワイヤ・メッシュ）などがあるが、これに限定されるものではない。１つの例示的なガラス・カセットは、ガラス・ハウジングの残りより厚いガラスで作成された強化リブを含む。例として、カセットのリブなし部分は、約１／１６”〜１／８”の範囲の厚さを有し、リブは、約１／８”を超える、または約１／４”（４分の１インチ）を超える厚さを有することが可能である。ガラス・リブは、ガラス・カセット・ハウジングと溶接される、または接着剤で、またはガラス溶接によって後に加えられることが可能である。当然、リブは、プラスチック、金属、またはセラミックなど、ガラス以外の材料とすることが可能である。材料は、加熱と冷却中に機械的応力を回避するために、ほぼ同じ熱膨張係数を有することが望ましい。他の例示的なカセットには、ガラス・カセット・ハウジングを支持する強化ケージがある。たとえば、ケージは、ケージを鋳型に配置して、溶融ガラスをケージの回りに流し、溶融ガラスをそこで凝固させることによって、溶接作業中にガラス・カセット・ハウジング内において溶接されることが可能であり、それにより、ケージは、機械的支持構造をガラス・カセットに提供するために、ガラス・カセット・ハウジング内において一体となる。少なくとも概念的には、ケージは、コンクリートを強化するために使用される鉄筋と同様であろう。他の例として、ケージは、外部支持構造を提供するために、外部からガラス・カセット・ハウジングに加えられることが可能である。他の例として、強化グラファイト、金属、または他のファイバが、機械強度の向上を与えるために、溶融ガラスに追加されて、そこで凝固される。当然、当技術分野において既知の多くの他の強化構造を潜在的に使用できる。
【００５７】
ガラス・カセット８１０は、溶接、ブローイング、プレス、延伸、遠心鋳造、機械加工を含むが、これに限定されない従来のガラス作成技法やセラミックの作成技法によって製作される。ガラス・カセットを形成する１つの手法は、溶接である。溶接プロセス中、溶融ガラス材料が、ガラス・カセット・ハウジングと内部室を形成する鋳型に流し込まれる。溶融ガラス材料は、砂または他の形態のケイ酸塩などのガラス先駆物質材料を、先駆物質材料を完全に融解させるのに十分な温度まで加熱することによって形成される。水素の浸透性特性を修正するために、ドーパントが所望される場合、ドーパントは、溶融ガラスを鋳型に流し込む前に、溶融ガラスに導入される。ガラス材料の冷却率に応じて、ガラスが過度に迅速に冷却されない場合、ドーパンは、ガラス材料内の濃度差を効果的に創出し、かつカセットのある部分を他より水素に対してより浸透性とする鋳型内において、重力により部分的に沈降することが可能である。当然、これは必須ではなく、混合、または十分迅速な凝固が、溶融ガラスの均質性を維持するために使用される。以前に議論されたように、鋳型は、ガラス・カセット・ハウジング上に強化リブを設けた形態を含む。鋳型の溶融材料は、ほぼ結晶化せずに、主にアモルファス固体として凝固するように十分迅速に冷却される。溶融ガラスが十分に冷却されて、凝固した後、溶融ガラスは、鋳型から取り外される。溶融カセットは、水素貯蔵材料が含まれる鋳型によって区画される内部間隙、および材料がカセット内に導入できる、やはり鋳型によって区画される開口の回りにカセット・ハウジングを含む。当然、当技術分野の通常レベルや本発明の利益を有する者なら、そのような構造のガラス・カセットを形成するために、他の手法が使用されることを理解するであろう。一例として、構造は、ガラスのブロックから機械加工される。他の例として、成型後、成型済みカセットは、浸透率を増大させるために、１つまたは複数の壁の厚さを低減するように、機械加工される。当技術分野において一般的に使用される研磨および他の精密機械加工の手法が使用される。
【００５８】
様々な添加剤またはドーパントが、水素に対するガラスの浸透性を修正、通常は増大させるために、ガラスに追加される。これは必須ではないが、所与のより低い温度において水素の十分な浸透性を達成するために、有益である可能性がある。本発明者によって考慮される特定のドーパントには、ホウ素、酸化ホウ素、アルミニウム、ナトリウム、マグネシウム、アルカリ酸化物、その他の構成要素がある。理論によって限定されることを望まないので、水素と金属水素化物を形成することができるあらゆる金属が、使用されることが潜在的に可能であるが、その理由は、ガラスへの水素の溶解度または区分化を増大させ、それにより、浸透率を増大させることが可能であるからである。
【００５９】
当然、間隙のサイズを増大させ、ガラスにおける水素の溶解度を増大させ、またはガラスを通る水素の浸透性を増大させるために、当技術分野において既知の他の添加剤が使用されることが潜在的に可能である。シェルビ（Ｓｈｅｌｂｙ）らへの米国特許第６２３１６４２号は、ガラス膜壁にわたる水素の浸透性を増大すると報告されている、水素を貯蔵するための中空ガラス微小球のドーパントを開示している。開示されたドーパントには、遷移金属や希土類金属からなる群から選択される少なくとも１つの金属で形成された金属酸化物ドーパントがある。記述された１つのガラスは、約０．１〜１０ｗｔ％の遷移金属酸化物ドーパントを含む。例示的な金属酸化物ドーパントには、とりわけＦｅ3Ｏ4およびＣｕＯがある。記述された２つのガラスは、０．５ｗｔ％および２ｗｔ％のＦｅ3Ｏ4がドープされたホウケイ酸ガラスである。記述された他のガラスは、重量パーセントで約３０〜９６のＳｉＯ2、約１〜２５のＢ2Ｏ3、約０．５〜２０のＡｌ2Ｏ3、約０〜２０のＮａ2Ｏ、約０〜２０のＫ2Ｏ、約０〜１５のＣａＯ、付随的な不純物を含むホウケイ酸ガラスである。これらのドープ・ガラスのいずれも、本明細書において記述されるカセットにおいて、水素浸透性材料として使用されることが潜在的に可能である。所望に応じて、微小球は、水素の浸透性をさらに増大させるために、開示されているように赤外線放射で照射することができるが、これは必須ではない。
【００６０】
また、不必要な実験をせずに、水素に対する浸透性を効果的に増大させる添加剤とドーパントを決定するために、周知の浸透性実験を使用して、様々な他の添加剤とドーパントを選抜することが可能である。すなわち、添加剤またはドーパントを含むガラスが形成されることが可能であり、ガラスにわたる水素の浸透率は、固定ガラス温度（たとえば、２００℃）およびガラスにわたる固定圧力差（たとえば、ガラスの一側面において２気圧、その他の側面において１気圧）において測定される。コンピュータ・シミュレーションまたは構造活動関係も、水素の浸透性に対する影響について、潜在的な添加剤を選抜するために使用される。他の選択肢として、ガラスに対する水素の化学吸着を増大させる添加剤またはドーパントを決定するために、周知の化学吸着が、不必要な実験をせずに、広範な添加剤またはドーパントを選抜するために使用される。低コストで獲得され、かつガラスに加えられることが可能である添加剤が、より効果で導入が困難である添加剤より好まれる傾向がある。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、カセットのサブセット、たとえば一側面または一側面の一部が、カセットのこのサブセットを通る水素のより優れた浸透率を達成するために、カセットの他の部分より水素に対して浸透性とすることが可能である。例として、カセットの一側面が、水素浸透性材料（たとえば、ガラス）を含むことが可能であり、カセットの残りが、水素に対して実質的にまたは少なくとも比較的不浸透性である金属、セラミック、またはプラスチック材料を含む。水素浸透性側面は、接着剤またはガラス溶接で、カセット・ハウジングの残りに取り付けられることが可能である。代替として、全側面が水素に対して浸透性であるのではなく、側面が、水素に対して浸透性である部分を含む。一例として、小さい水素浸透性ガラス窓が、カセットの開口に挿入され、接着剤で添付される。
【００６２】
他の選択肢として、カセットの一側面または一側面のサブセットが、水素の浸透率を増大させるより多くのドーパントまたは他の添加剤を有することが可能である。ドーパントまたは添加剤は、側面またはサブセットに選択的に追加される。カセットを形成する成型作業の場合、ドーパントは、液体ガラス材料に追加され、ガラス材料が冷却により凝固する前に、重力により十分な程度まで沈降することが可能である。このようにして、カセットの底部は、カセットの上部部分より、マグネシウムまたはマグネシウム水素化物粉末など、比較的多くの添加剤またはドーパントを含む。このようにして、カセットのベースは、ドーパントの濃度がより高いことにより、水素に対して相対的により浸透性であること可能である。代替として、異なる添加剤内容を使用するのではなく、水素がカセットから拡散または浸透するために必要な距離を低減させるために、側面または側面のサブセットの厚さを低減させることが可能である。例として、側面の一部が、所定の厚さが達成されるまで、研磨または研削される。また、一部または側面が、たとえば化学エッチング、イオン衝撃などによって、水素に対する浸透性を増大させるために、部分的にまたは制御されて損傷される、または損なわれる。
【００６３】
ガラス・カセットは、水素を解放し、かつガラス・カセット・ハウジングを加熱するために、水素貯蔵材料を加熱するヒータ８３０Ａ〜Ｃを含む。図示される具体的なヒータは、３つの平行垂直電気抵抗ヒータである。これらのヒータは、開口を経てカセットに追加されて、適切に接続される。ヒータを追加し接続した後、水素貯蔵材料が、ヒータの回りに分布し、かつヒータ間に分散するように、カセットに追加される。当然、多くの他の加熱システムでもよい。他の例として、図８Ｂは、本発明の実施形態による、水素貯蔵材料を加熱するために使用される水素フロー開口を有する２つの平行水平電気抵抗プレートを備える加熱システムを示す。ヒータは、穴またはスリットなど、水素フロー開口を含む。これは、充填や回収中に水素フローを妨害することを回避するように作用することが可能である。代替として、他の選択肢として、本明細書の他の箇所において議論される電気抵抗ヒータのいずれかが使用される。示されるカセットでは、水素貯蔵材料内のヒータは、浸透性を増大させるように、ガラス・カセット・ハウジング壁を加熱するためにも使用される。当然、本発明の代替実施形態では、より直接的にガラス材料を加熱するために、ガラス・カセット・ハウジングに沿って、またはその内部にヒータが組み込まれてもよい。
【００６４】
ガラス・カセット・ハウジングは、カセット内の加熱量、または温度、圧力などの条件を制御するために、制御装置８５０または他の等価な電気デバイスを含む。適切な制御装置が、当技術分野において既知であり、以前に記述された市販されている電気抵抗ヒータと関連して議論された制御装置を含めて、市販されている。制御装置は、水素貯蔵材料内の１つまたは複数の位置における温度など、カセット内の温度を監視することが可能であり、測定温度に基づいて、電気抵抗ヒータによって提供される熱を調節することが可能である。ガラス・カセット内の圧力は、貯蔵材料から解放される水素と、ガラス・カセットから浸透する水素との相対量にも依拠し、制御装置によって監視され制御される。制御装置は、水素回収システムなど、外部システムから電力や制御信号などの信号を受け取ることも可能である。たとえば、制御装置は、加熱を開始する、どの程度迅速に加熱しているか（たとえば、水素利用の必要性に基づいて）、加熱を停止するなどを示す信号を受け取る。制御装置は、電力や制御情報を表す電気信号を受け取るために、ガラス・カセットの壁を経て電気的に接続される。本カセットは、電力と制御信号を受け取るために、制御装置を外部水素回収システムまたは他のシステムに接続する信号コネクタ８６０を含む。代替として、電気接続ワイヤが、ガラス・カセットの壁を経て溶接されることが可能であり、または、ガラス・カセットにおいて穴開けされ、ワイヤがその穴を経て挿入されて、制御装置に接続されるために、接着剤で固定される。信号コネクタと制御装置が、溶接中に予期される温度を許容することができる場合、溶接作業中に、ガラス・カセット・ハウジング内に溶接される。他の選択肢として、信号コネクタと制御装置は、成型された後、ガラス・カセット・ハウジング内に挿入され、接着剤で接着させられる。受信制御信号と感知条件に基づいて、制御装置は、ガラス・カセット内の加熱及び／又は冷却の量を制御するために、電気抵抗ヒータを対応して制御することが可能である。本発明の代替実施形態では、たとえば水素回収システム内に配置される外部制御装置が、ガラス・カセット内の加熱と条件を制御するために使用される。外部制御装置は、カセット・ハウジングの外部において測定された温度に基づいて、加熱を制御することが可能である。
【００６５】
ガラス・カセットは、カセット内の温度と圧力などの条件を感知し、カセットに関連する情報を記憶し、処理し、情報を他の電気デバイスに伝達または遠隔通信するために、超小型電子デバイスを含むことも可能である。超小型電子デバイスは、以前に記述された通信デバイス（たとえば、遠隔計測デバイス）、あるいは情報記憶及び／又は処理デバイスとすることが可能である。超小型電子デバイスは外付けとしたり、カセットの内部内に含めることもできる。１つの選択肢として、ガラス材料が軟化点より下に冷却される前に、ピック・アンド・プレイス装置を、超小型電子デバイスをカセット・ハウジングの上に配置することが可能である。セラミック構造を有するマイクロチップなど、いくつかの市販超小型電子デバイスが、ガラスの軟化点付近の高温を許容することができる。他の選択肢として、カセットは、たとえば超小型デバイスが挿入され、接着剤でとりつけられる成型中、ハウジング内に形成される陥凹を有することが可能である。これらの実施形態の超小型デバイスは、ガラス・ハウジングを通して、温度と圧力などのカセット内の条件を感知し、変換することが可能である。デバイスは、ガラス・カセット・ハウジングの温度を感知するために、センサを含む。所望に応じて、内部に含まれる水素貯蔵材料の温度は、この測定から推測される。他の選択肢として、超小型電子デバイスは、カセット内に含まれることが可能であり、カセット内の温度と圧力を直接感知することが可能である。超小型電子デバイスは、水素貯蔵材料が追加される前に、接着剤でカセット・ハウジングの内側に取り付けられる。超小型デバイスは、単一デバイスとして制御装置と組み合わされることも可能である。
【００６６】
任意の所望のヒータと電子デバイスを追加した後、水素貯蔵材料が、水素浸透性容器またはカセット内に形成される。形成は、水素貯蔵材料を内部の開口を経て水素浸透性容器に追加し、次いで開口を閉じることを含む。例として、制御装置とヒータをカセットに追加した後、水素貯蔵材料（たとえば、金属水素化物の粉末、金属水素化物ナノ粒子、金属水素化物コーティング粒子基板、水素装填炭素ナノ構造、または水素充填ガラス微小球）が、開口を経てカセットに追加される。すべての所望の構成要素がカセットに追加された後、たとえばガラス、セラミック、または金属のキャップを開口の上に配置して開口を閉鎖し、ガラスを溶融し、キャップをカセットに融合させるために、開口の縁の回りに自動ろう付けトーチを走らせることによって、またはプラスチック、金属、セラミック、またはガラスのキャップを接着剤でカセットに添付させることによって、カセット内において封止される。
【００６７】
他の選択肢として、形成は、水素貯蔵材料（たとえば、水素と金属水素化物を形成することができる金属）を内部の開口を経て水素浸透性容器に追加して、開口を閉じ、水素貯蔵材料を水素で充填して、水素貯蔵材料を形成するために、容器を通して水素を浸透させることを含む。たとえば、リチウム、マグネシウム、または金属水素化物を形成することが既知である様々な他の金属などの金属を含むガラス・カセットが、ガラス・カセット・ハウジングに浸透して、内部に含まれる金属と金属水素化物を形成するように水素を誘起するのに十分な圧力と温度において水素気体に暴露される。内部に含まれる金属水素貯蔵材料を含むガラス・カセットは、水素充填室に配置されて、十分な圧力と温度において水素に暴露される。一般に、より高圧およびより高温は、ガラスにわたる水素の浸透性を増大させ、したがって、充填率を増大させる。カセットが封止される場合、外圧は、外側においてより高圧の状態で、ガラス・カセット・ハウジングにわたって圧力差を創出することが可能であり、カセットが機械的に損傷することを回避するために、十分に低く維持されるべきである。温度は、ガラスの融点より低く、かつガラスの軟化点よりしばしば低く維持されるべきである。しばしば、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料の融点より低い温度を維持することが望ましい。たとえば、マグネシウムまたはマグネシウム水素化物の粉末の場合、材料を焼結するのを回避するために、これらの材料の融点より低い温度を維持することが望ましい可能性がある。材料の焼結は、水素を回収する容易さを低減する可能性がある。当然、迅速または緩慢な充填率が望ましいかに応じて、広範な温度と圧力が適切である。
【００６８】
任意の率において、室内の水素のいくらかは、ガラス・カセットの壁を浸透し、カセット内に含まれる金属と反応して、金属水素化物を形成する。少なくとも概念的には、金属水素化物は、スポンジが水を吸収するように、水素を金属内に「吸収」するが、水素は化学的に結合されており、後に、スクイーズによってではなく加熱によって回収される。カセットを水素で充填した後、カセットは、周囲温度と圧力まで緩慢に下げられ、次いで、室から取り外される。したがって、水素が以前に回収された枯渇水素貯蔵材料とすることも可能である内部に含まれる水素貯蔵材料を有する水素浸透性容器が、容器の壁またはそのある部分にわたって水素が浸透することによって、水素で装填される。
【００６９】
必須ではないが、図示されるカセット８００は、浸透性ガラス・カセット・ハウジングを包含する不浸透性ハウジング８２０を含む。所望に応じて、水素貯蔵材料は、ガラス・ハウジングを不浸透性ハウジングで包含する前または後に、カセットにおいて形成される。不浸透性ハウジングは、水素に対して比較的不浸透性であり、カセットから回収される水素が必要とされ、バルブ８４０または規制されていない気体フロー開口を経て不浸透性ハウジングから引き出されるまで、水素を収集し、保持するために使用される。図示される不浸透性ハウジングは、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム、または合金を含む他の従来の金属などの金属で形成される。しばしば、金属ハウジングが所望されるが、その理由は、金属の薄い壁でさえ、水素に対して十分に不浸透性であることが可能であり、金属は、充填や回収中に使用される温度と圧力に対して適切であり、金属は、追加の機械的強度と保護をガラス・カセットに提供し、金属は、ほぼガラス・カセットの回りに高い費用効果で形成されるからである。金属ハウジングは、溶接、封止ガスケット、接着剤、または当技術分野で既知の他の技法を使用して、ガラス・カセットの回りに形成される。不浸透性金属ハウジングは、ガラス・カセットから回収される水素が収集できる容積または室を提供するように、ガラス・カセット・ハウジングの容積よりわずかに大きいことが可能である。示されるように、金属ハウジングは、信号コネクタ及び／又は制御装置を収容する開口、あるいはそれと関連付けられるワイヤを有することが可能である。示される実施形態では、金属ハウジングは、信号コネクタが挿入されて、制御装置と係合する開口を有する。他の実施形態では、制御装置の係合部分は、ガラス・カセット・ハウジングから突出することが可能であり、それにより、ガラス・カセット・ハウジングに対して外部の信号コネクタと係合することができる。同じ手法が、通信用の他の信号接続を確立するためなどに使用される。金属カセットは、以前に議論されたように、水素を内部に追加し、かつ内部から除去することを可能にするために、１つまたは複数のバルブを有することが可能である。バルブは、カセット内外への水素のフローに対してバルブが提供する追加の制御のために所望される可能性がある。当然、バルブは、本発明を実施するためには必須ではなく、簡略化された金属ハウジングが、水素気体が通過することが可能である規制されない開口を含む。
【００７０】
当然、金属の使用は、不浸透性カセット・ハウジングには必須ではない。潜在的に適切である他の金属には、低水素浸透性セラミック、低浸透性熱安定プラスチック、およびいくらか浸透性材料の十分に厚いハウジングがある。当然、当技術分野の通常のレベルの技能や本開示の利益を有する者なら理解するように、不浸透性カセット・ハウジングは必須ではない。例として、裸ガラス・カセット（不浸透性金属ハウジングを有さない）が、水素回収システムのたとえば金属で作成された不浸透性水素収集室内に追加されて、封止される。カセットから回収された水素は、この室に収集されて、必要時まで保持される。水素は、材料から水素を解放するためにカセット内の水素貯蔵材料を加熱して、水素を回収するために、加熱された水素浸透性材料にわたって解放水素を浸透させることによって、水素貯蔵材料を含むカセット８００などのカセットから回収される。例として、ガラス・カセット・ハウジング内の金属水素化物が、水素化物から水素を解放し、水素にガラス・ハウジングの壁を浸透させるために、加熱される。同じ手法が、水素貯蔵材料がガラス微小球または炭素ナノ構造を備えるとき、使用される。本発明の一実施形態では、金属水素化物は、水素を解放するのに十分である周囲温度（約２５℃）より高い温度まで加熱される。様々なドープ・ナトリウムアラナート材料では、この温度は、約１５０℃より高くない。他の材料について、当技術分野において既知の適切な回復温度が使用される。本発明の他の実施形態では、金属水素化物は、ガラス・カセット・ハウジングの浸透性を増大させるのに十分な温度まで加熱される。多くの金属水素化物の場合、この温度は、回収温度より高いことが可能である。厚さ、材料などのファクタに応じて、この温度は、約３００℃より高くない、または約２００℃より高くないことが可能である。最高でガラス・カセット・ハウジングのほぼ軟化点または融点であるより高温も、使用されるが、電子デバイスにおいてそのような高温を使用することにより、いくつかの周知の問題が生じるので、しばしば、そのような高温は所望されない。
【００７１】
本カセットの場合、水素貯蔵材料およびガラス・カセット・ハウジング８１０は、電気抵抗ヒータで加熱される。代替として、カセットは、隣接高温表面からの熱伝導によって加熱される。他の選択肢として、加熱プロング、ベーン、または他の挿入可能な加熱要素が、カセットに挿入されることが可能であり、そこで、熱伝導によって材料に熱を提供する。他の実施形態では、カセット・ハウジングが金属ケージを含む場合（たとえば、強化構造としての使用について議論されたワイヤ・ケージ）、金属ケージは、カセットの壁およびカセット内の材料を加熱するように作用することが可能である。一態様では、金属ケージが電気抵抗ヒータを加熱することを可能にするように、電流が金属ケージを流れることが可能であり、または他の態様では、熱が外部熱ソースからワイヤ・ケージに加えられ、金属ケージを経てカセットに熱伝導されて、配達される。これらの実施形態では、機械的構造をカセット・ハウジングに提供することに加えて、金属ケージは、カセットの加熱を補助することが可能である。追加の選択肢として、材料は、レーザ・テラヘルツ放射または他の適切な集束エネルギー・ビームで照射することによって加熱されることも可能である。ガラス・ハウジングは、内部に含まれる材料が照射できるように、十分透過性であることが可能である。当然、他の加熱手法も使用される（たとえば、加圧カプセル・ヒータ）。
【００７２】
本発明の概念は、ガラス水素浸透性材料を含む例示的なカセットにより主に示されてきたが、本発明は、そのように限定されるものではない。本発明の代替実施形態では、水素浸透性ガラス材料は、当技術分野において既知の他の水素浸透性材料によって置き換えられることが可能である。硫化水素、二酸化炭素、石炭気化気体、燃料気体、メタンなどの他の気体から水素を分離する水素分離膜について当技術分野で従来使用されている材料が、潜在的に使用可能である。水素分離膜は、水素に対する浸透性を有することに加えて、様々な他の気体より水素を好む選択的浸透性をも有する。空気の主要成分（たとえば、窒素および酸素）より水素を選択的に浸透させる材料が望ましい。水素浸透性金属膜が、エドルンド（Ｅｄｌｕｎｄ）への米国特許第６１５２９９５号において開示されている。少なくとも１から２０原子パーセントのニッケル及び／又は１から２０原子パーセントのコバルト及び／又は１から２０原子パーセントのパラジウムで合金化されたバナジウムを含む水素精製膜が、ブクスバウム（Ｂｕｘｂａｕｍ）への米国特許第６３９５４０５号において開示されている。開示された１つの例示的な水素精製膜は、コーティングを有する金属基板を備え、コーティングは、不連続表面付着物として存在するパラジウムおよび表面種(surface spacies)を備え、その表面種は、アルカリ金属陽イオン、アルカリ土類元素、アルカリ土類陽イオンからなる群から選択される。ガラス支持体上のＺｎＳフィルム膜も、水素分離膜として使用されており、水素の化学吸着を好む可能性があるｎタイプ半導体の性質を導入する。他の水素浸透性膜が、文献に多く見られる。そのような膜の非限定的な例には、パラジウム膜、タンタル膜、パラジウム・コーティング多孔性ステンレス鋼支持体、パラジウム・コーティング・セラミック支持体、ペロブスカイト材料、水素浸透性シリカライト−１分子ふるい材料、その他の水素浸透性材料がある。これらの水素浸透性膜のいずれも、本発明によれば、カセット内において水素浸透性材料として使用されることが潜在的に可能である。たとえば、これらの水素浸透性膜のいずれかが、多孔性ガラス、セラミック、多孔性ステンレス鋼、または浸透性ポリマー材料など、浸透性または多孔性のカセットの上に形成される。
【００７３】
水素を回収するために水素貯蔵材料と反応するシステム
本発明の一実施形態のカセットは、水素を回収するために反応される固体水素貯蔵材料を含むためのコンパクトな容器である。水素貯蔵材料は、水素に対して形成された化学結合を有することが可能であり、化学結合は、材料から水素を放出して、回収するために、化学反応により分解される。カセットは、材料がカセットに入る、及び／又はカセットから出ることを可能にするために、開口を含む。いくつかの実施形態では、水素貯蔵材料は、材料から水素を解放して、回収するように反応を実施し、制御する反応システムを含む水素回収システム内に、開口を通って出ることが可能である。他の実施形態では、水素回収システムからの反応物質が、開口を通ってカセットに入り、カセットからの回収水素と反応することが可能である。様々な実施形態によるカセットおよび開口が、以下においてさらに詳細に議論される。カセットにより、水素貯蔵材料が容易に対処され、配達され、出荷され、かつ、そうでない場合は、燃料電池または他の水素利用システムに供給する燃料として、カセットから水素を抽出し回収することが可能である水素回収システムに配備される。
【００７４】
多くの異なる材料が、水素を回収するために反応されることが可能であり、本発明の実施形態に適切である。水素を固体または固体に結合されて貯蔵する水素貯蔵材料が、漏れる可能性が低減されることと、結果的な安全上の懸念とのために、圧縮気体または液体として水素を貯蔵する水素貯蔵材料より好まれる可能性がある。同様に、比較的大量の水素を貯蔵することができるコンパクトなカセットを提供するために、水素を密に貯蔵する材料が好まれる可能性がある。そのような水素貯蔵材料は、水素を貯蔵および配達するコストと安全性に付随する従来の技術の問題の多くを回避する固体形態において、高密度の大量水素を貯蔵するために、好都合な方式を提供する。
【００７５】
金属水素化物は、水素を回収するために、水などの適切な反応物質と反応される材料の１つの非限定的な例である。金属水素化物の非限定的な例には、アルカリ金属水素化物（たとえば、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）など）、アルカリ土類金属水素化物（たとえば、水素化マグネシウム（ＭｇＨ2）、水素化カルシウム（ＣａＨ2）など）、ランタンまたは気土類金属水素化物、さらにその他の、例えばナトリウムアルミニウム水素化物、ナトリウムマグネシウム水素化物、ナトリウムホウ素水素化物（ＮａＢＨ4）、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（ＬｉＢＨ4）、フラーレン水素化物、他の水素化物、そのような水素化物のあらゆる組合せがある。１つの例示的な例として、水素は、ＣａＨ2＋２Ｈ2Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）2＋２Ｈ2の反応に従って水素と水酸化カルシウムを生成するように、水との反応によって水素化カルシウムから回収される。いくつかの実施態様では、水素化物の水素貯蔵及び／又は解放特性は、様々な添加剤、活性剤、またはドーパントを追加することによって、変更される。改善されることが多い。そのような添加剤、活性剤、ドーパントは、当技術分野において既知である。水素化物は、固体ブロック、より大きい固体ブロックからスライスまたは切断されたいくつかのより小さい固体ブロック、チップ、フレーク、粉末、またはスラリの形態において使用される。スラリは、粉末などの微細固体水素貯蔵材料を、粉末がポンピングされて管を流れることを可能にする鉱物油などの無反応キャリア液体において備える。スラリは、反応の産物として水素を回収することを可能にするために、水と接触される。そのような材料の量は、本発明の限定ではなく、カセットは、意図した実施態様について十分な水素を提供するために、これらの水素貯蔵材料の実質的にあらゆる量を含む。
【００７６】
本発明の実施形態による方法が、水素を生成するように反応される水素貯蔵材料を含むカセットを水素回収システムのカセット・ポートに挿入することを含む。次いで、水素貯蔵材料は、カセットから出されて、材料から水素を回収するために反応を実施することが可能である水素回収システム内の処理システムに追加される。水素回収システムについてさらに詳細に議論する前に、まず、本発明の様々な実施形態に適切である例示的なカセットをレビューする。
【００７７】
カセットと水素回収システムは、多くの異なる水素化物やその派生物が、カセットと水素回収システムと共に使用されるという点で、水素化物失認性(hydride agnostic)とすることが可能である。以前に記述されたように、カセットは、開口、または水素貯蔵材料がカセットから出て、反応物質がカセットに入ることを可能にするように開放される機構を有してもよい。例示的な開口には、開放されるカセット・ドア、開口を明らかにするためにスライド開放される内部トレイ、内部水素貯蔵材料を暴露させるために開放または破壊される能力を提供する機構、材料をカセットから放出するために破られることが可能である穴開き継ぎ目、柔軟カセット・ハウジングをスクイーズ、圧縮、または崩壊させることによって材料が通ってスクイーズされる開口、押しロッド、プランジャ、または他の押しデバイスで材料が通って押される開口、液体水素貯蔵材料を排出する出口ドレイン、あるいは多くのその他がある。
【００７８】
図９は、本発明の実施形態による、水素貯蔵材料９３０を放出することを可能にする開放底部を有する外部シェル・カセット・ハウジング９１０と内部スライド・トレイ９２０を含むカセット９００を示す。示される具体的な材料は、固体矩形ブロックの形態であり、全底部が開かれているが、これは必須ではない。他の実施形態では、微細に分割された固体が、パッケージ、バッグ、サック、または他の容器内に含まれることが可能である。他の実施形態では、たとえば、材料は、疎な微細分割固体の形態にあることが可能であり、開口は、トレイの底部にある小円開口とすることが可能である。カセットは、トレイが外部シェル内においてスライドする構成において材料を含む。この構成では、カセットは、水素回収システムのカセット・リセプタクル内に挿入される。水素回収システムは、材料または容器がトレイから水素回収システム内の受取りプロセス内に降下することを可能にするために、トレイをスライドさせて開放することが可能である。選択肢として、水素回収システムは、容器、パッケージ、サック、またはバッグをトレイに返却することが可能である。次いで、水素回収システムは、トレイをカセット・シェルまたはハウジング内に再びスライドさせて、カセットを排出することが可能である。カセットは、通信デバイス（たとえば、遠隔計測デバイス）９４０、バー・コードまたは磁気ストリップ９５０、カセット・ハウジングの外部に添付された情報記憶及び／又は処理電子デバイス９６０をも含むが、これは、他の実施形態では必須ではない。通信デバイスや情報記憶及び／又は処理電子デバイスは、１つまたは複数の超小型電子デバイスとして提供される。すなわち、所望に応じて、単一デバイスに組み合わされる。
【００７９】
図１０Ａは、本発明の実施形態による、水素貯蔵材料１０２０をカセットから押し出すために、圧縮、スクイーズ、またはそうでない場合は図１０Ｂに示されるように折りたたむことが可能である柔軟ハウジング１０１０を含むカセット１０００を示す。具体的には、図１０Ａは、水素回収システムにおいて使用される前のカセットを示す。カセットは、内部に含まれる固体水素貯蔵材料を含む。１つの特定の実施形態では、材料は、水素化ナトリウムとすることが可能である。カセットは、カセットの一端部において開口に接着されて、それを封止するシーラント１０３０を含む。シーラントの非限定的な例には、接着剤で接着されるプラスチック、金属化プラスチック、または金属化ペーパがある。代替として、カセットは、蓋すなわちキャップで封止される。オペレータが、シーラントを除去して、カセットを水素回収システム内に導入することが可能である。開口を創出するためにシーラントが除去されたカセットの端部は、水素回収システムに接して良好に落ち着くために、剛性とすることが可能である。カセット・ハウジングの他の部分は、柔軟かつ折りたたみ式とすることが可能である。カセット・ハウジングに使用される材料の例には、金属化ファブリック、プラスチック／フォイル、柔軟プラスチック、マイラ（商標）、ポリイミド、または同様の材料がある。柔軟ハウジングは、手動で、水素回収システムの制御下にあるデバイスによって体系的に折りたたむことが可能である。たとえば、オペレータが、図１０Ｂに示されるように、柔軟カセット・ハウジングがアコーディオン状に折りたたまれて、剛性内部材料を水素回収システム内に入れるように、カセットの他端を押すことが可能である。代替として、水素回収システムは、ハウジングを折りたたんで、材料を回収システム内に入れるために、従来の押しロッドまたは回転線形親ねじ駆動プッシャを使用する、または、水素貯蔵材料を引き出すために抽出アームを使用することが可能である。いずれの場合でも、水素貯蔵材料は、処理のために、カセットから水素回収システム内に移動させられる。
【００８０】
図１１は、本発明の実施形態による、固体水素貯蔵材料１１１０がカセットから水素回収システム内に押し出されるカセット１１００を示す。カセットは、両端にシーラントを含む。適切なシーラントには、フォイル端部カバー、キャップ、テープなどがある。シーラントは、両端において開口を形成するように除去され、カセットが水素回収システムに適切に挿入されて構成される。次に、水素回収システムによって操作されるプランジャ、押しロッド、または他の押しデバイス１０２０が、固体水素貯蔵材料をカセットから回収システム内のその後の水素回収プロセスに押し込むために使用される。
【００８１】
図１２は、本発明の実施形態による、内部に含まれる水素貯蔵材料１２２０を解放するために、カセットを裂いて開くことを可能にする事前形成継ぎ目１２１０を含むカセット１２００を示す。継ぎ目は、送り穴、比較的弱い材料、破って開かれることが可能であるカセット・ハウジングの別々の部分を接続する接着剤、またはその他を備える。継ぎ目は、所望に応じて、オペレータによって手動で、または水素回収システムによって体系的に破壊される。水素回収システムは、継ぎ目においてカセットを解放する機構を有することが可能である。
【００８２】
図１３は、流体が排出される、またはそうでない場合はカセットから出ることを可能にするために、出口ドレイン１３１０または他の開口を含む流体水素貯蔵材料１３２０を含むカセット１３００を示す。流体材料は、気体、液体、スラリ、または流動化することが可能である微細分割粉末とすることが可能である。本発明の一実施形態では、流体材料は、触媒水など、水または触媒水である。カセットと水素回収システムは、無反応液体の水素化ナトリウムなど、水素蓄積スラリ材料の使用にも適応することが可能である。スラリは、水素が水分と接触することを保護して、水素化物が、管、パイプ、または導管を通って輸送されるようにすることが可能である。出口ドレインは、カセットが水素回収システムの外部にある間、閉じて構成されることが可能であり、カセットが水素回収システムに適切に挿入されると、流体水素貯蔵材料がカセットを出ることを可能にするように、システムは出口ドレインを開くことが可能である。適切なドレインには、封止される開口、蓋、キャップ、またはストッパを有する開口、フロー規制デバイスを有する開口、バルブを有する開口などがある。
【００８３】
本発明の実施形態によれば、水素貯蔵材料または固体水素貯蔵材料（たとえば、水素化ナトリウム）の反応物質としての機能を向上させるように水を変えてもよい。本発明の一実施形態によれば、通常の蒸留水または水道水は、たとえば水素精製プロセスの水と水素貯蔵材料（たとえば金属水素化物）との反応の活性化エネルギーを低減して、水をイオン化または極性調節することによって（たとえば、微量の塩化カルシウム、硫化カルシウムなどを追加することによって）、水を精製する、水をオゾン処理する、水素を回収する動態を改善することが既知である触媒を追加することを含む方法によって変更される。ルテニウムが、追加される一例の触媒金属であるが、その他も当技術分野において既知である。水調合物は紫外線放射に暴露される。一例では、触媒は、ルテニウム、または反応の他の既知の触媒とすることが可能である。オゾン処理は、水分子の水素原子間の結合角度を改善することが可能であり、水素の回収に対して水分子をより伝導性にすることが可能である。そのような修正は、低エネルギー入力、高水素出力、水素の安全な回収を提供することが可能であることが有利である。本明細書において使用される際に、そのような方法またはその等価物に従って変更された水は、大量触媒処理水（ＭＣＷ）と呼ばれる。ＭＣＷは、オゾンと水素の回収を改善する当技術分野において既知の様々な触媒と組み合わされた水を含む。
【００８４】
図１４は、本発明の実施形態による、複数の別々の内部区画または領域を含むカセット１４００を含む。図示される具体的なカセットは、第１区画１４１０と第２区画１４２０を含むが、他の例では、カセットは、任意の所望の数の区画を含む。本発明の一実施形態によれば、第１区画は、水素化ナトリウムなど、固体水素貯蔵材料を貯蔵することが可能であり、第２区画は、任意の所望の添加剤（たとえば、触媒、オゾンなど）を有する水など、第１区画の材料と反応することが可能である材料を貯蔵することが可能である。このカセットにより、水素回収システムにおいて後に使用されるために、様々な材料、潜在的には互いに反応する材料を同じカセット内に貯蔵する。
【００８５】
ここで、水素回収システムと、水素貯蔵材料から水素を回収するプロセスに戻る。図１５は、本発明の実施形態による、材料と水または改善水調合物との反応によりカセットにで提供される粉末水素貯蔵材料から水素を回収する水素回収システム１５００のプロセス図を示す。水素回収システムは、たとえば通信システムや改良処理システムを含めて、本発明の他の実施形態を実施するためには必要でない様々な随意選択の特徴をも組み込む。
【００８６】
粉末水素化ナトリウムなど、粉末、またはそうでない場合は微細分割固体水素貯蔵材料を含むカセットが、カセット・ポート１５０２に挿入される、またはそうでない場合はそれと結合される。いくつかの実施形態では、システムは、任意の所望の数のカセットの線形または放射状のパックなど、複数のカセット・モジュールからカセットを受け取ることが可能である。スライスされた、またはさいころ状の材料とすることもできる微細分割材料の使用は、回収システム内の材料を微細分割する必要性を回避するために望ましい。代替として、回収システムは、カセットから受け取られた固体材料を削る、スライスする、さいころ状にする、押しつぶす、またはそうでない場合は分割するために、電気機械システムを有することが可能であり、それにより、水素回収は、増強され制御される。水素回収システムは、過剰圧力または爆発を引き起こすことがある水との瞬間的または偶発的な接触をなくすように、カセットから固体水素貯蔵材料を貯蔵する。システムは、カセットから粉末を回収し、粉末を貯蔵区画１５０４に伝達する。粉末は、シュート、ダクト、チャネル、またはパイプ１５０６によって伝達されるが、これは必須ではない。水は、水のライン１５０８を通って外部ソースからシステムに随意選択で追加される。金属パイプまたは柔軟プラスチックまたはゴムの管が、水のラインに適切である。追加の選択肢として、水は、改善処理システム１５１０において性能を向上させるように処理される。改善処理システムは、水素貯蔵材料と反応する水の性能を変更する、通常向上させるために、オゾン処理システム１５１２、イオン化システム１５１４、触媒システム１５１６の１つまたは複数を含む。より簡単なシステムが望ましい場合、水または外部で生成された改良水が、システムによって使用されるために、水貯蔵区画１５１８に手動で追加される。他の選択肢として、水のラインを経て得られる水は、水貯蔵室を充填するために使用されることが、両方がシステムに存在する場合、可能である。
【００８７】
水素貯蔵材料と水との反応が、水素を回収するために使用される。回収システムは、水素気体が反応により脱着または生成されるように、制御方式で水素貯蔵材料を水と接触させるように移動させるシステムを提供することが可能である。粉末水素貯蔵材料と水が、回収システムのプロセス制御システムによって制御されて組み合わされる。固体または粉末の処理において従来使用される技術を使用するシェーカ・モータ１５２０と、水のライン及び／又は水貯蔵区画からのフローを制御するフロー制御バルブ１５２２とが、水素貯蔵材料と水の望ましい混合比率を達成するために、組み合わされて使用される。シェーカは、貯蔵区画の粉末の変位を測定するディスプレースメント・センサ１５２４からの測定に基づいて制御される。水素化ナトリウム粉末が使用される実施形態では、回収システムは、約２：１の水対粉末の比率に対応することが可能である。粉末と水は、自立タンク１５２６内で組み合わされ、フロー制御バルブ１５２８に従って混合タンク１５３０に移される。
【００８８】
混合タンクは、温度センサ１５３２、圧力センサ、圧力を許容差に維持する圧力感知・逃がしバルブ１５３４を有し、さらに温度制御システム（図示せず）を有する。水素の回収は、水素貯蔵材料と水との反応により、主に混合タンクまたは反応室において行われる。随意選択の熱システムが、反応による水素の回収を改善するために、室を加熱するために使用される。回収システムは、加圧水素気体を包含するサブモジュールを含む。回収された水素気体は、タンクの液体と残りの固体から分離することが可能であり、水素のライン１５３８を介してバッファ・タンク１５３６に移される。混合タンクの底部に通常ある水は、適切な廃棄のために破棄ライン１５４０を介して水素回収システムから放出される。バッファ・タンクは、水素センサ１５４２、圧力センサ１５４４、潜在的に逃がしバルブ（図示せず）を含む。回収システムは、水素気体を含むすべてのセクションにおいて水素逃がしバルブと圧力制御を有する。バッファ・タンクは、たとえば水素が必要なピーク期間に対して収容し、またはカセット間で使用する水素を貯蔵できるように、水素を貯蔵する任意の所望の容量を有する。水素は、バッファ・タンクを出る回収水素のフローを測定するために、流量計１５４８を含む計量水素生成物ライン１５４６を経てバッファ・タンクから移される。これにより、システムは、水素在庫の正確なアカウントを維持する。
【００８９】
図示される具体的な水素回収システムは内部燃料電池１５５０を含むが、これは、他の実施形態では必須ではない。バッファ・タンクから水素の任意の所望の量が、シェーカ・モータ、センサと制御、細流電池１５５２、マイクロプロセッサ１５５４、通信システム１５５６、水素回収システムの他の電子機器（たとえば、ポンプ、データ出力デバイスなど）の電力に変換されるために、燃料電池を通過する。電力は、電力ライン１５５８を経て提供される。回収システムは、燃料電池からの正および負の電力出力接続をも有する。示されるように、水素燃料電池は、細流充電を細流充電電池に提供することが可能であり、それにより、回収システムは、自己給電される。当然、水素回収システムは、太陽電池などの他の電源で自己給電される。代替として、水素回収システムは、出口などの外部ソースから電力を受け取ることが可能である。水素回収システムは、気体状態の水素を、水素利用システムによって水素が受け取られるように、水素出口ポートに移動させるシステムを設けている。燃料システムによって使用されない水素は、正味水素生成物ライン１５６０を経てシステムから移される。この水素は、任意の適切な水素利用システムに提供される。１つの特定の比限定的な例では、水素回収システムは、約１０〜２５０ｐｓｉｇの範囲の圧力において、任意の所望の量（たとえば、０．１〜１０．０Ｎｍ3／ｈ）の乾燥高純度水素を提供する。
【００９０】
水素回収システムは、データ処理のために内部マイクロプロセッサ１５５４を含む。１つの適切なマイクロプロセッサは、ストロングアーム（ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ）マイクロプロセッサなど、ＡＲＭマイクロプロセッサである。ＡＲＭマイクロプロセッサは、マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）（登録商標）ウィンドウズ（Ｗｉｎｄｏｗｓ）（登録商標）ＣＥオペレーティング・システムを実装することが可能であり、データを記憶して、水素回収、または通信システム１５５６を経た水素ネットワークとの通信などの他の動作に関連する命令を実行する。命令は、ビジュアル・ベーシック、Ｃ＋＋、または他の言語で書かれることが可能である。マイクロプロセッサは、データ獲得カード１５６２を介して状況報告ライン１５５８、１５６０を経て水素回収システムの様々なセンサ、制御、計量器からデータを受信して処理する。マイクロプロセッサは、水素回収ユニットの動作に関連する１つまたは複数のボタンまたはダイアル（たとえば、オン／オフ、イジェクト、試験サイクル、メニュー、＞、＜、スリープなど）からなるキーボードなど、データ入力デバイス１５６４からデータを受信して処理し、データを処理して、単色液晶表示装置またはプリンタなどのデータ出力デバイス１５６６に提供することも可能である。
【００９１】
通信システム１５５６は、水素ネットワークへ接続するために、１つまたは複数の従来のおよび既知の電気デバイスを含む。示される具体的な通信システムは、ＲＳ−４８５、ＲＪ−１１、ＰＣＭＣＩＡカード、モデム、ＩＲ読取り装置を含むが、これらのすべては、他の実施形態では必須ではなく、これらまたは他のデバイスの任意の従来の組合せが使用される。ＲＳ−４８５は、いくつかの一般に使用されるタイプのコネクタを支援するマルチポイント通信用の電子工業会（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｏｏｃｉａｉｏｎ）（ＥＩＡ）規格である。ＲＪ−１１は、電話器とローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を接続するためにしばしば使用される４または６ワイヤ・コネクタである。当然、イーサネット（登録商標）など、コンピュータをローカル・エリア・ネットワークに接続するために一般に使用される８ワイヤ・コネクタであるＲＪ−４５など、他の登録ジャックも使用される。ＲＪ−１１とモデムは、インターネットなど、データをネットワークに送信するために使用される。ＰＣＭＣＩＡ（パーソナル・コンピュータ・メモリ・カード国際協会）（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）カードは、小さいクレジット・カード・サイズのカード・デバイスであり、ＰＣカードとしばしば呼ばれ、メモリ、ＲＯＭ、またはＲＡＭを追加する、あるいはモデムまたはファックス・カードの代わりに使用される。たとえばＣＤＰＤワイヤレスなどのメムテル無線デバイスを経て、データを出力としてネットワークに送信するために使用される。モデムは、水素回収システムがデータを電話線上で伝送することを可能にするデバイスまたはソフトウェアである。水素回収システムは、データをデジタル方式で記憶し、電話線上でアナログ波として伝送するために、モデムを使用してデータをアナログに変換することが可能であり、またその逆も同じである。ＩＲ読取り装置は、水素回収システムがデータを赤外線信号として、手持ち式パーソナル・コンピュータ・システム（たとえば、個人情報端末）などの近接外部デバイスと交換することを可能にする。水素回収システムは、本明細書の他の箇所において記述されるように、水素の貯蔵、在庫、回収、または利用に関連する情報を水素ネットワークまたは他の対象受信者に伝達するために、通信システムを使用する。
【００９２】
したがって、本発明の一実施形態の水素回収システムは、固体水素貯蔵材料から水素を回収することが可能であり、液体または加圧水素貯蔵に関連する従来の技術の問題を回避することが可能であり、水素を回収するために苛性電解液または他の刺激性の化学物質を使用すること無く、あるとしても環境に対する負の影響が小さく、コンパクトとすることが可能であり、オペレータの介入の必要性を低減するために、いくつかの自動制御を有することが可能であり、いくつかの実施形態では、外部電力を必要とすることを回避するために自己給電されることが可能であり（システムを遠隔位置または他の環境に望ましいものとする）、些少なＥＭＦを生成することが可能であり（緊急および他の環境において望ましい可能性がある）、使用が容易で、携帯可能であり、車両取付け可能であることが可能である。水素燃料の使用を管理し、かつ上述された特定のシステムを設計する選択肢を提供する普及している実装、適用可能なコード、規格、ガイドライン、規制に関する追加の詳細を、米国エネルギー省から国立再生可能エネルギー研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）（ＮＲＥＬ）により入手可能である「Ｔｈｅ  Ｓｏｕｒｃｅｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」に見ることが可能である。この原典は、水素システムの設計、構築、および動作に関する情報を含む。他の規格およびコードが、国際標準化機構（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｏｒｇａｎｉｚａｉｏｎ）（ＩＳＯ）から入手可能である。
【００９３】
当然、この水素回収システムは必須ではない。これは、他の回収システムに含まれない可能性があるいくつかの随意選択の特徴を含む。さらに、これらの他の回収システムは、加熱システム、冷却システム、リサイクル・システム、増強因子、その他の望ましいシステムなど、追加の構成要素を含む。一実施形態では、廃棄物は、廃棄物を処理または単に貯蔵する水素回収システムのリサイクル・モジュールに移される。一例として、リサイクル・モジュールは、廃棄水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を水素化ナトリウム（ＮａＨ）に処理する。代替として、リサイクル・モジュールは、廃棄水酸化ナトリウムまたは他の副産物を貯蔵して、その適切な処分を可能にする。他の実施形態では、廃棄物は、外部廃棄容器または処理設備に直接送られることが可能である。他の実施形態として、廃棄物は、貯蔵および適切な処分センターへの送達のために空のカセットに向けられることが可能である。カセットは、廃棄物用に指定された内部領域を有することが可能であり、または、水素貯蔵材料が除去されたのと同じ領域に貯蔵される。一実施形態では、水素回収システムが、カセットを受けるための様々な構成を提供する。いくつかの実施形態では、水素回収システムのカセット受取り部分は、交換および容易な再構成のためにモジュール化することができる。本発明の一実施形態では、システムが様々なタイプのカセットと動作することを可能にするために、水素回収システムは、これらの様々なカセットに関連付けられる材料を受け取り、処理するように、切り替えられ、かつ再構成されるモジュール構成要素を有する。
【００９４】
一実施形態による方法が、カセットを得て、カセットを水素回収システムに挿入することを含む。これは、線形複数カセット・システムの底部からカセットを得ることを含む。回収システムは、カセットから水素貯蔵材料のいくらかまたはすべてを得ることが可能である。材料のすべてが水素回収システムに装填される実施形態では、空のカセットは、水素回収システムから排出されることが可能であり、たとえば、複数カセット・システムの上部に返却される。カセットから得られる水素貯蔵材料は、水素を回収するために、水素回収システム内において処理される。いくつかの実施形態では、水素回収システムは、固体水素貯蔵材料をより小さい部分に形成するために、クラッシャ、グラインダ、微粉装置、シュレッダ、カッタ、または他のデバイスなど、従来の固体分割デバイスを有する。代替として、粉末または他の微細分割された固体、液体、またはスラリがカセットから提供される場合、より簡単な水素回復システムが設計される。固体を分割して、水素回収システムに挿入することは、所望に応じて、オペレータによって手動で実施することも可能である。水素回収システムは、材料と反応物質を制御して追加する材料追加システムや、材料を反応物質と制御して反応させる反応室をも含む。反応は水素を生成する。回収水素は、バッファ・タンクまたは他の水素貯蔵容器に貯蔵される、あるいは水素回収システム内に含むまたは外付け燃料電池などの水素利用システムに提供される。副産物または廃棄物は、反応室から適切なリポジトリまたは処理に移される。
【００９５】
ＩＶ．情報をカセット内の水素燃料材料に記憶すること
本発明の実施形態は、水素燃料容器、容器内の水素燃料材料、材料内に貯蔵されている情報を含むシステムに関する。材料は、金属水素化物など、磁気特性を有する磁気材料を備える。事実上あらゆる対象情報が、材料の異なる部分を異なる強度の磁場に暴露することによって、磁気材料において磁気パターンとして記憶される。したがって、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料内の磁気パターンが、水素燃料容器の情報記憶システムとして作用する。本発明の他の実施形態は、情報を水素燃料容器内に水素燃料材料に記憶する方法に関する。本発明の他の実施形態は、水素燃料容器内の材料から記憶情報を読み取る方法に関する。
【００９６】
図２６は、本発明の実施形態による、内部に記憶されている情報２６３０を有する水素燃料材料２６２０を含む水素燃料容器２６１０を示す。容器は、本明細書の他の箇所において議論されるカセットを備えるが、これは必須ではない。材料は、磁気材料を備える。例示的な磁気材料には、水素、金属水素化物、ドープ金属水素化物、金属水素化物ナノ材料があるが、これに限定されるものではない。磁気材料は、情報をプログラムする、または材料に書き込むために、制御して修正または調整される磁気特性を有する。情報は、磁場を材料に加えることによって、磁気材料に記憶される。磁気材料を含む磁気ストリップに情報を記憶することが、当技術分野において既知である。磁気ストリップ書込み装置と磁気ストリップ読取り装置が、それぞれ磁気ストリップを情報に書き込み、磁気ストリップから情報を読み取るために、既知である。
【００９７】
カセット内の異なる位置における材料の一部を磁場の異なる強度にさらす磁場を加えることによって、磁気パターンが材料に形成される。磁場を加えることは、材料の磁気特性が情報を表すパターンに従って修正されるように、位置に依拠する。磁気パターンは、外部から加えられる磁場に従って、異なる磁場特性または修正のパターンを有する材料の面積または領域を備える。磁気パターンは、実質的にあらゆる対象情報を表すことが可能である。記憶され、読み取られることが可能である情報の例には、水素燃料容器識別情報、固有水素燃料カセット識別情報、水素量情報、量制御情報、製造バッチ情報があるが、これに限定されるものではない。
【００９８】
外部磁場を加えることによって情報を材料内に記憶する１つの方式が、情報を材料に書き込んで、記憶するために、材料を含むカセットを磁気ストリップ書込み装置と同様の機器に通すことを含む。異なる磁場が、材料の磁気特性の異なる修正を誘起し、それにより、対象情報のパターンまたはシーケンスを材料に記憶する。情報は、カセット内の材料のトラックまたは長さに沿って書き込まれる、または記憶される。カセット内の材料は、著しくシフトまたは移動せず、したがって、内部に形成される磁気情報のパターンを変更しないように、固定されることが好ましい。容器またはカセットの外部ハウジングは、磁気パターンの位置を識別する表示を有することが可能であり、それにより、容易に特定されて、内部に記憶されている情報が読み取られ、使用される。情報は、使用者、水素回収システム、水素動力車両、水素利用システム、カセット交換システム、または磁気読取り装置へのアクセスを有する実質的にあらゆる他のシステムによって読み取られることが可能である。
【００９９】
ＶＩＩ．水素燃料容器内の材料を調査すること
本発明の実施形態は、水素燃料容器、容器内の材料、材料を調査するプローブを含むシステムに関する。容器は、水素燃料カセットを備えることが可能であり、材料は、金属水素化物などの水素貯蔵材料を備える。プローブは、信号を材料に加え、加えられた信号に対する応答を検出するために材料と接触する導電性先端、コイル、変換器、またはマイクロフォンの１つまたは複数など、１つまたは複数の部分を有する。信号は、電気信号、磁気信号、電磁信号、音、超音波、または他の検出可能な物理量とする。プローブは、容器内に含まれることが可能であり、または、プローブは、水素回収システム、水素動力車両、または他の水素利用システムなど、他のシステムに取り付けられてもよい。本発明の他の実施形態は、信号を材料に加え、対応する応答を検出することによって、カセットなど水素燃料容器内の金属水素化物などの材料を調査することを含む方法に関する。材料の水素含有量は、調査に基づいて決定される。決定された水素含有量は、水素回収システム、水素動力車両、水素利用システム、または他の所望のシステムに報告される。
【０１００】
プローブは、材料の調査デバイスとして作用する。プローブは、信号を材料に加えて、対応する応答を検出することによって、材料を調査する。適切な信号には、電気信号（たとえば、電圧、電流）、磁気信号（たとえば、磁場の強度）、電磁信号（たとえば、ｘ線または他の電磁放射）、音、および超音波があるが、これに限定されるものではない。材料の水素含有量に依拠する応答など、材料において応答を誘起する他の検出可能な物理量も、使用される。プローブは、信号を材料に加えて、加えられた信号に対する応答を検出するために、材料と接触する、または少なくとも材料に近接する１つまたは複数の部分を有する。プローブは、電気エネルギーを音などの検出可能な物理量に変換する第１変換器部分、および応答音を電流に変換する第２変換器部分を含む。プローブは、材料と接触して、調査信号を提供するために、導電性金属先端、導電性コイル、変換器、音生成装置（たとえば、スピーカ）、音検出器（たとえば、マイクロフォン）、または他のデバイスを含む。加えられた信号は、材料の特定の状態に依拠する方式で、材料と相互作用する。材料の状態は、組成、水素含有量、微細構造、温度、圧力などとしてファクタを含む。本発明のいくつかの実施形態では、材料の電気特性または磁気特性が、材料の状態（たとえば、その組成、微細構造特徴、温度など）を評価するために使用される。プローブは、容器内に含まれることが可能であり、または、プローブは、水素回収システム、水素動力車両、または他の水素利用システムなど、他のシステムに取り付けられることが可能である。
【０１０１】
１つの非限定的な実施形態では、例示的な水素燃料容器が、容器内の材料内に付着される１つまたは複数の導電性コイル部分からなるプローブを含む。電流などの電気信号が、コイルに加えられる。導電性材料に近接して交流を運ぶコイルのインピーダンスは、材料に渦電流が形成されることによって修正される。したがって、材料は、インピーダンスに対する影響を有する。すなわち、材料が水素で充填されるとき、第１インピーダンスが測定され、材料の水素が枯渇するとき、第２インピーダンスが測定される。さらに、材料の特性の変化が、インピーダンスに対する影響を有する。導電性または浸透性の変化など、材料内のあらゆる変化が、渦電流の強度とコースを修正し、その結果、コイルのインピーダンスを修正する。したがって、インピーダンスの測定を介して材料の水素含有量を特徴付けるために、材料が、材料に配置された１つまたは複数のコイルを通過する電流で調査される。複数コイルの場合、インピーダンス測定は、対象材料の様々な部分を表すために、平均され、そうでない場合は組み合わされる。
【０１０２】
当然、異なるプローブが、本発明の他の実施形態において使用される。たとえば、本発明の実施形態では、プローブは、材料の水素含有量に依拠する方式で、材料の一部と接触して（たとえば、材料に挿入される）、電流などの正確な既知の電気信号を接触材料に供給する第１尖頭金属先端、および電気信号の正確な既知の部分を備える信号に対する応答を受ける第１金属先端に近接する第２尖頭金属先端を備える。プローブは、応答に関連する情報を水素回収システムなどの望ましい受信器に送信する。本発明の他の実施形態では、プローブは、超音波で材料を調査する第１音または超音波生成装置部分、および音または超音波に対する材料の応答を検出する第２マイクロフォン部分を備える。本発明の他の実施形態では、プローブはセンサを備える。センサは、材料に関連する１つまたは複数の物理刺激に応答して、意図した受信器に対応する信号を送信する。固体状態フィルム水素センサなど、任意の水素センサが、潜在的に適切である。センサは、水素含有量、化学活性、電気化学特性、または水素含有量に依拠する水素貯蔵材料の他の特性を検出する。
【０１０３】
本発明の実施形態の態様では、信号は、材料内の水素含有量を決定するために材料の調査に使用される。材料の多くの特性は、電気特性、導電性、抵抗性、磁気特性、密度、浸透性、多孔度、超音波伝播などを含めて、水素含有量に依拠する可能性がある。したがって、プローブは、信号を材料に加えて、材料の水素含有量、材料の温度など、材料の特性に依拠する可能性がある信号と材料とのある相互作用を決定（たとえば、測定）する。信号に基づいて行われることが可能である測定の例には、電気測定、導電性、抵抗性、インピーダンス、磁気測定、信号伝播、信号遅延などがあるが、これに限定されるものではない。そのような測定または応答に基づいて、材料の水素含有量が決定される。較正曲線、補正、または他の関係が、この目的のために使用される。例として、較正曲線が、不必要な実験を必要とせずに、金属水素化物が化学量論的水素含有量の約１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、１０％、０％を有するとき、信号に対する金属水素化物の応答を測定することによって創出される。この所定の応答対水素含有量の関係により、調査によって既知の応答を関係にマッピングすることによって、材料の未知の水素含有量を決定する。
【０１０４】
決定された水素含有量は、いくつかの目的に使用される。本発明の実施形態では、決定された水素含有量は、水素回収システム、水素動力車両、または水素利用システムなど、該当する他のシステムに報告される。水素動力車両の場合、水素含有量は、水素の在庫を表示するために使用される。
【０１０５】
ＶＩＩＩ．カセットの配達
本発明者は、水素燃料カセットの安全で効率的な通知されている配達のためのシステムを発見した。配達中、水素燃料カセットは、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料を含む。水素貯蔵材料を含むカセットを配達し、枯渇カセットを返却するシステムおよび方法が、米国特許出願１０／０９９２７４および１０／０９９７７１、２００２年３月１５日出願、スコット  Ｄ．レッドモンド、両方とも名称「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ  Ｃａｓｓｅｔｔｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」に記載されている。本発明者の開発前には、大容積の水素を貯蔵し、輸送し、エネルギー消費者に配達する適切な解決法は存在しなかった。水素燃料を配達し、貯蔵するコストとロジスティクスは、現実的な代替エネルギー源としての燃料電池の開発と普及を常に著しく阻害してきた。
【０１０６】
カセットは、携帯式であり、輸送に関連するすべての該当する規制に準拠する安全な輸送非加圧非液体形態において水素を貯蔵し輸送することができる。カセットが、配達装置と共に配置される。カセットは、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料を含む。本発明の実施形態では、カセット内の材料が、危険材料として識別される可能性がある。本明細書において使用される際に、危険材料は、特に断りがない限り、政府組織である米国ＤＯＴによって、健康、安全、特性に対して予想外の危険性を引き起こすと指定される材料を指す。特に断りがない限り、本明細書で使用される際に、危険材料は、４９ＣＦＲ１７２．１０１の危険材料表において特定された、またはそうでない場合は連邦規制のタイトル４９の危険材料として特定された１つである。水素貯蔵材料の水素と比較して、水素記憶材料において水素が欠如していることにより、妥当な規制下において、カセットが非危険材料（たとえば、金属水素化物水素燃料材料を形成するために水素と組み合わせることができる金属の場合、非可燃性材料として）配達される。配達業者は、カセットを異なる位置に配達する。水素貯蔵材料の場合、配達業者は、カセットを水素回収位置（たとえば、水素回収システムの位置）、または小売店に配達する。代替として、水素貯蔵材料の場合、配達業者は、カセットを水素充填位置（たとえば、水素充填システムの位置）、または小売店に配達する。たとえば、充填システムは、充填ステーション、食料品店、家庭などに配置される。充填システムは、水素貯蔵材料を形成するために、水素をカセット内の貯蔵材料に追加する。あらゆる必要な充填後、カセットは、水素回収システムと結合されることが可能であり、水素は、カセットから回収される。カセットから回収された水素は、水素利用システムに提供される。
【０１０７】
本発明の実施形態では、危険材料を含む水素燃料カセットが、一般輸送業者を介して望ましい国内または国外の宛先にカセットを配達できるようにするために、１つまたは複数の適用可能な規制に準拠する。カセットおよびカセットの宛先は、運輸省（ＤＯＴ）、連邦航空局（ＦＡＡ）、及び／又は国家輸送安全委員会（ＮＴＳＢ）などの政府組織の安全仕様に準拠し、それを満たすように承認および認可される。例示的な規制には、４９ＣＦＲ１００−１８５（ウエブサイトｗｗｗ．ｔｅｘｔ−ｔｒｉｅｖｅ．ｃｏｍ／ｄｏｔｒｓｐａ／において利用可能）のＤＯＴ危険材料規制がある。これらの規制は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている。これらの規制は、爆発性、可燃性、または無害であるかについて、異なる危険材料についての異なる基準を含む。本発明の実施形態によれば、カセットの配達は、４９ＣＦＲ１００−１８５またはそのサブセット（たとえば、４９ＣＦＲ１００−１７９または４９ＣＦＲ１７１−１８０、または４９ＣＦＲ１７２．１０１の危険材料表）の包含機能と成分化規制を満たすことが可能である。各危険材料について、危険材料表は、出荷名、危険クラスまたは部門、識別番号、実装グループ、ラベル・コード、任意の特別な準備、包装準備（例外、非大型、および大型）、量限定（客室航空機／鉄道、輸送機）、ベセル積込み（位置および順番）、その他の該当する情報を列挙する。危険材料の航空輸送には他の規制が存在する。例示的な規制には、国際航空輸送協会（ＩＡＴＡ）危険物品規制（ＤＧＲ）がある。これらの規制は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている。カセットは、危険材料を含み、これらの規制に準拠する。さらに、カセットは、一般輸送業者（たとえば、ＵＳＰＳ、ＵＰＳ、フェデックス（ＦｅｄＥｘ）など）のポリシーまたは規則に準拠する。そのような材料が米国郵政公社（ＵＳＰＳ）によって配達されるのに許容可能である準備と包装の条件は、ポスタ７６危険材料、通知１０７危険材料、国内郵便マニュアル（ＤＭＭ）、危険限定腐敗物の発行５２許容に記述されている。危険材料を外国住所に輸送するのに適用可能な条件は、国際郵便マニュアルに記載されている。これらの５つの文献は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている。本発明の実施形態では、水素燃料カセットが、生命、健康、または財産に対して対外的またはそれ自体の力で危険または有害ではない物品を表すことが可能であり、米国郵政公社の規則や規制に準拠する包装と準備を有することが可能であり、それにより、水素燃料カセットは、１８Ｕ．Ｓ．Ｃ．１７１６（ｂ）の下で規定されるように米国郵政公社の郵便により移送される。
【０１０８】
カセットが、連邦規制コードのタイトル４９に成文化されている、または４０ＣＦＲ１００−１８５に成文化されている、または４９ＣＦＲ１７２．１０１の危険材料表に成文化されている、量限定を満たす水素貯蔵材料または水素貯蔵材料の量を含む。本発明の実施形態では、水素燃料カセットが、配達の規制緩和を提供する危険材料の量を含む。本発明の実施形態では、水素燃料カセット内の材料が限定量として配達される。限定量は、連邦規制コードのタイトル４９のラベル付けと包装の要件を免除される危険材料の最大量である。本発明の実施形態では、水素燃料カセット内の材料が、ＯＲＭクラスＤ（ＯＭＲ−Ｄ）材料など、他の規制材料（ＯＲＭ）として配達される。ＯＭＲ−Ｄ材料は、形態、量、包装によって、輸送中に限定された危険を提示するあるタイプの限定量の危険材料である。カセットと包装内の材料の量と、カセットによって提供される包含の機能は、配達されるＯＲＭ材料またはＯＲＭ−Ｄ材料の成文化要件に準拠する。ＯＲＭ−Ｄ材料として配達されるために、水素燃料カセットが、適切な危険クラスについての規制量より多くない量の水素貯蔵材料を含む。例として、安全な１次リセプタクルとして作用する水素燃料カセットが、１ポンドより多くない燃焼性固体を含むことが可能であり、２５ポンド未満の送料を有する強い外側パッケージに包装されるとき、陸上輸送を介して国内郵便ではいたくされることが可能であり、外側パッケージは、材料の適切な出荷名の付近またはその下に、「消費者商品」、「陸上郵便のみ」、「ＯＲＭ−Ｄ」と住所側に明瞭かつ耐久的にマークされる。いくつかの水素燃料カセットが、航空機によって配達されることが可能であり、「ＯＭＲ−Ｄ  ＡＩＲ」を備えるラベルを有する。リチウムホウ素水素化物、リチウムアルミニウム水素化物、危険材料表において識別されるその他など、多くの金属水素化物の場合、クラスは、４．３、すなわち湿潤されたとき危険である可燃性固体である可能性があり、カセットは、材料の耐水性容器を提供する。本発明の実施形態では、水素燃料カセット内の材料が、消費者商品として配達される。内部に材料を含む水素燃料カセットは、消費者商品として分類される。消費者商品は、限定量およびＯＲＭ−Ｄ材料の共通タイプである。消費者商品は小売り販売店または機関を通して小売り販売されることを意図し、またはそれに適し、かつ、介護または家庭での使用のために個人によって消費されるように設計された量および形態で包装され配達される危険材料である。
【０１０９】
実施形態において、カセットは、輸送中、使用中、およびその両方において、モータ車両に装備されて搬送される運輸材料（ＭＯＴ）と見なされる。これにより、たとえば、カセットが配達され、水素動力車両（たとえば、車両補助機器）に供給されるために使用される。この容器のサイズは、規制によって、消費者商品材料の８ガロンを超えることはなく、集合体全体の重量は、４４０ポンドを超えることはない。
【０１１０】
カセットは、たとえば含有量を指定し、かつ命令に対処するラベルを含む。当技術分野において既知であるように、ラベルの上に提供される情報は、材料によって引き起こされる危険性に依拠する（たとえば、ＯＲＭ−Ｄ材料が、緩和されたラベル要件を有する）。カセットは、容易に利用可能な出荷ペーパ（たとえば、危険材料表に列挙された適切な出荷名または材料の他の識別、危険クラス、識別番号（ＵＮまたはＮＡ）、パッキング・グループ識別、材料の全量、証明記述（たとえば、「私は、この委託の内容物が、適切な出荷命によって全完かつ正確に上に記述され、適用可能な国際および国内の政府規制に従って、適切な輸送条件のすべての観点について分類、パック、マーク、ラベル付け／掲示されていることをここに宣言します。」）を含む）、マーキング／ラベル付け（たとえば、材料の各危険クラスを含む）、プラカード、および適切な包装で配達される。
【０１１１】
カセットは、意図しない過剰圧力の場合に、カセットが高圧において爆発しないように、１０気圧より大きくない最大内圧を有する。カセットは、輸送中や使用中に穴が開いて、空気または他の材料をカセット内に導入することを回避するために、耐穿刺性とする。カセットは、配達中に熱の流入を十分に低減するために、絶縁される。絶縁は、たとえば、カセットが所定の時間期間太陽からの熱に暴露される場合、または所定の時間期間、所定の外部から加えられる熱に暴露される場合、カセットが一般輸送業者の標準試験プロトコルの統轄下にあるとき、水素気体の許容不可能な圧力を生成することを回避するのに十分とする。カセットは、１つまたは複数の一般輸送業者による配達を可能にするのに十分であるサイズ、形状、重量、その他の特徴を有する。たとえば、カセットは、カセットを容易に搬送できる穏当なサイズと重量、ならびに配達車両における積重ねと効率的な包装を容易にする標準的な形状を有する。一態様では、カセット・ハウジングは、カセット内において材料の性能志向包装とすることが可能であり、それにより、危険と分類されるカセット内の材料は、追加の外部包装を有さずに、または配達中にカセットを包含する追加の外側性能志向包装を有して、配達される（たとえば、カセットは、通常のフェデックス封筒で郵送される）。カセット・ハウジングは、水素燃料カセットが、限定量、他の規制材料、消費者商品、または運輸材料として配達できる十分な性能志向包装を備える。そのような場合のカセット・ハウジングは、危険物の輸送に関する国連勧告の基準に準拠する。一態様では、カセット・ハウジングは、カセットがこれらの準備に準拠することを識別する証明書を含む。カセットは、温度と圧力など、状況を感知または監視することもでき、これらの条件を、遠隔計測デバイスなどのカセット通信システムで配達業者に報告することができる。
【０１１２】
本発明の実施形態では、水素燃料カセットが、一般輸送業者による配達中に、１つまたは複数のパッケージに含まれる。本発明のいくつかの実施形態では、カセットは、２次パッケージを追加され、２次パッケージは、外側パッケージを追加される。２次パッケージは、カセットの配達中に、追加の保護および安全性を提供する。外側パッケージは、クッションや可能であれば水素吸収材料を含む。外側パッケージは、ＤＯＴやその他による規制に矛盾しない住所とマーキング情報を含む。本発明の他の実施形態では、カセットは、２次パッケージを追加されずに、外側パッケージが追加される。上記で議論されたように、本発明の実施形態では、カセット・ハウジングは、危険材料が、限定量、ＯＲＭ、消費者商品、または配達を統制する緩和された規制を有する他の材料として、一般輸送業者によって配達できる危険材料の性能志向包装を備える。代替として、２次パッケージまたは外側パッケージは、そのような性能志向包装を備える。
【０１１３】
本発明のある実施形態では、水素貯蔵材料を含むカセットが、一般輸送業者によって提供される標準的な出荷方法と商用サービスを使用して配達される。本明細書において使用される際に、一般輸送業者という用語は、商品または貨物の公的輸送に利用可能である企業または機関を指すために使用される。水素燃料カセットが、航空輸送や陸上輸送によって輸送される。航空輸送は、ファースト・クラス郵便、優先郵便、速達郵便の配達用に一般的である。陸上輸送は、標準的な郵便またはパッケージ・サービスの配達に一般的である。一般輸送業者の非限定的な例には、とりわけ、航空輸送業者（たとえば、デルタ、フライング、タイガーズ）、フル・トラックロード輸送業者（たとえば、ハント、シュナイダ）、トラックロード未満輸送業者（たとえば、コンソリデーテッド・フレイトウエイズ、鉄道、イエロー）、海上輸送業者（たとえば、アメリカン・プレジデント・ラインズ、シーランド）、小荷物／急行輸送業者（たとえば、米国郵政公社、ユナイテッド・パーセル・サービス（ＵＰＳ）、フェデラル・エクスプレス（フェデックス）、ＤＨＬワールドワイド・エキスプレス、エアボーン）、小売り輸送業者（たとえば、ノーフォーク・サザーン）などがある。いくつかの例では、カセットは、たとえば材料の量、カセットの最大圧力などに制限を課すことによって、該当する規制下において非危険性と分類されるように設計されることが可能であり、それにより、カセットは、たとえば米国郵政公社によって通常の郵便と共に、非危険材料として一般輸送業者によって配達される。
【０１１４】
図１６は、本発明の実施形態による、一般輸送業者によりカセットを配達する方法を示す。ブロック１６０１において開始された後、水素貯蔵材料を含むカセットが、たとえば在庫から、ブロック１６１０において提供される。カセットは、ブロック１６２０において、一般輸送業者により配達される。これは、カセットを、一般輸送業者による配達のために一般輸送業者のパッケージまたは他の容器に追加することを含む。たとえば、水素貯蔵材料を含むカセットは、フェデックスの封筒、配達用に表記された箱、他の容器に挿入されて、封止される。一般輸送業者は、一実施形態では非危険材料として、その他の実施形態では標準的な通常の手荷物や郵便として、かつその状態で、包装または容器のカセットを従来の方式で配達する。カセットは、ブロック１６３０において水素回収ユニットの包装または容器に受け取られる。パッケージには、それが一般輸送業者によって配達または配達されたことを示すマークを載せる。本明細書において使用される際に、マークという用語は、カセットを含む包装が配付された任意のテキスト、グラフィック、または他の表示を示すために使用される。たとえば、米国郵政公社は、包装とその内容物が郵便により配達されたことを示す消印または切手を包装に添付する。消印は、郵便局での切手の押捺、および包装が郵送された日付を含むが、これは必須ではない。使用者は、ブロック１６４０において、包装を開いて、カセットを包装から取り出し、カセットを水素回収システムに挿入して、水素をカセットから回収する。方法は、ブロック１６５０において終了する。
【０１１５】
本発明の実施形態では、本発明の実施形態によれば、カセットが、外側容器、包装、または封筒に包含されずに、一般輸送業者によって配達される。カセットは、内部に含まれる材料、ラベル位置、郵便料金位置を有する。材料は、水素貯蔵材料または水素貯蔵材料を備える。カセット内の材料が外部包装または容器を必要とせずに、一般輸送業者によって配達できるために、適用可能な政府や一般輸送業者の規制の成分化包含要件を満たす内部に含まれる材料の性能志向包装をカセットに表すことが可能である。カセットは、ＯＲＭ−Ｄ材料、または緩和輸送規制について適格である十分に些少な危険を提示すると認識された他の材料として、分類される。
【０１１６】
カセット・ハウジングは、剛性または柔軟性とする。本発明の実施形態では、柔軟カセット・ハウジングが望ましいことがある。たとえば、尖頭物体による衝撃が、適合した材料に穿刺する可能性をより低くする。また、柔軟材料は、一般に、剛性材料より柔らかい材料を含むことが可能であり、製造コストを減らすのに役立つ。柔軟ハウジングは、高い費用効果で製造でき、かつ配達中に内部の水素貯蔵材料に対する保護を提供する柔軟で保護用の水素燃料カセット封筒を備える。柔軟カセット・ハウジングは、ガラス微小球、金属水素化物、ナトリウムアラナート、金属水素化物ナノ粒子などの水素貯蔵材料が、ＵＳＰＳ、フェデックス、ＵＰＳ、または他の一般輸送業者を介して配達できるために、該当する輸送規制に準拠する。柔軟カセットまたは保護封筒は、１つまたは複数の柔軟層を備える。１つまたは複数の層は、穿刺保護と熱保護を、１つまたは複数の層内に含まれる材料に提供する。層は、水への暴露と熱への暴露を含めて、環境への暴露から材料を保護する。層が、熱反射性及び／又は熱絶縁性を提供する。１つまたは複数の層は、フォイル、金属フォイル、プラスチック・フォイル、マイラ（商標）、ケブラ（商標）、金属化ファブリック、スペクトラファブリック（商標）対衝撃織りメッシュ・ファブリック、または同様の堅牢な他の軽量で薄いスキンまたはシースのハウジングなどの材料を備える。
【０１１７】
本発明の実施形態では、柔軟カセットは、柔軟金属、プラスチック、または金属化プラスチック材料の内部層、中間気体空間、さらに柔軟金属、プラスチック、または金属化プラスチック材料の外部層を含む。外部層は、穿刺保護を提供する。中間気体空間は、気体を含み、クッションと熱絶縁を提供する。気体空間は、気泡、パッキング、空気充填プラスチック・バブルなどの間隔保持材料、間隔保持材料内の気体を含む。気体は、窒素またはアルゴンなどの不活性気体とすることが可能であり、あるいは、気体は、空気、酸素などとする。内部層は、カセット内に含まれることが可能である水素貯蔵材料水素に対し、材料共存性を提供する。金属水素化物と他の感熱水素貯蔵材料の場合、外部層、内部層、または両方は、カセット内の材料を周囲の環境から熱保護または遮断するために、熱反射性とする。本発明の１つの特定の実施形態では、柔軟カセットは、最内熱反射柔軟層、熱反射層の外側の絶縁層（たとえば、マイラ（商標））、絶縁層の外側の耐穿刺（たとえば、ケブラ（商標））層、耐穿刺層の外側の窒素充填プラスチック気泡間隔保持材料、さらに間隔保持材料の外側の第２耐穿刺（たとえば、ケブラ（商標））層を含む。一例では、カセットは、約１リットルの水素貯蔵材料を集団的に保持する１つまたは複数の内部区画を有するＡ２サイズのカセットとするが、当然、これは必須ではない。
【０１１８】
当然、カセットは、本明細書の他の箇所において記述される他の特徴や構成要素を有する。たとえば、カセットは、加熱システム、内部電気抵抗ヒータ、加熱要素を挿入できる開口、センサ、温度センサ、圧力センサ、外部システムへの電気コンタクト、電気出力端、水素がカセットを出るカセットの開口、水素フロー規制装置、バルブ、電子デバイス、超小型電子デバイス、情報を記憶するメモリを有する超小型電子デバイス、通信能力を有する超小型電子デバイス、遠隔計測デバイス、または他の所望の構成要素を含む。
【０１１９】
そのようなカセットは、一般輸送業者を介して配達される。ラベル情報が、カセットに追加される。一態様では、カセットは、ラベルが添付されるラベル添付位置を含む。使用者が、適切な情報でラベルを埋めることが可能である。ラベルは、顧客、住所、配達情報が入力される場を有する、包装郵送において従来使用されるようなペーパを表すことが可能である。ラベルは、ラベルをラベル添付位置に添付するために使用される接着剤または接着剤ストリップを背面上に含む。糊または他の固定具も、ラベルを添付するために使用される。他の態様では、カセットは、ラベル情報がカセット・ハウジングの上に明瞭かつ耐久的に書き込まれることが可能であるラベル入力位置を含む。ラベル入力位置は、インク、鉛筆などを受け取り、かつ堅牢に支持する材料を、カセット・ハウジングの外表面上に備える。適切な材料には、クレジット・カードの背面の署名ブロックに一般的に使用されるものがある。
【０１２０】
カセットは、郵便料金または郵便料金添付位置を含む。郵便料金は、配達に関連する郵便サービスの料金を表す。郵便料金の非限定的な例には、接着切手、印刷証印、計量ストリップ、郵便料金の他の表示がある。郵便料金は、カセットの外面上の郵便料金位置に添付される。たとえば、接着切手が、郵便料金添付位置においてカセットの外面に添付される。代替として、カセットは、郵便料金のテキスト、印刷、ペイント、マーキング、装飾、または他の証印を外面上に含む。たとえば、カセットは、フェデックス封筒、ＵＳＰＳ速達郵便封筒の上のペイントと同様のペイント、または他の従来の一般輸送業者包装に表示されるものと同様の装飾を有する。これらの証印は、一般輸送業者が、カセットを認識することができ、カセットの配達を可能にするのに十分な郵便料金を表す。本発明の実施形態では、カセットは、配達について一律料金を有する。これにより、水素充填状態または水素枯渇状態において固定料金でカセットを配達する。
【０１２１】
ラベルをカセットに追加し、任意の必要な郵便料金を提供した後、カセットは、一般輸送業者に委託される。一般輸送業者は、従来の配達インフラストラクチャを使用して、従来の方式で配達する。カセットは、意図した宛先位置において一般輸送業者から受け取られることが可能である。意図した宛先は、小売り位置、水素利用位置（たとえば、家庭または企業）、あるいは他の位置を備える。カセットは、それが一般輸送業者によって配達または配達されたことを示すマークを載せることが可能である。マークは、カセットが配達されたことを示すことが可能である。使用者が、カセットを水素回収システムと結合して、カセットからの水素の回収を開始する。カセットから水素が枯渇した後、カセットは、所望に応じて、一般輸送業者を介して返却される。
【０１２２】
したがって、ある実施形態では、コンパクトなカセットが、安全で非加圧非液体水素貯蔵材料を含むことが可能であり、非危険材料として、世界中のあらゆる場所で郵便サービスを介して輸送される。これらの技術により、荷物配達会社または他の一般輸送業者が、たとえばドアからドアで燃料を末端使用者の位置に配達し、分配することが、好都合で安全かつ費用効果が高いものとなる。これは、一般輸送業者によって非危険材料として輸送されない可能性がある、しばしば液体または加圧気体である水素燃料を貯蔵する従来の技術の方式と比較して、著しい利点である。そのような配達は、水素の危険でコストの高い配達に関連する従来の技術の問題の多くを克服するのに役立ち、水素を燃料に使用するのを促進するのに役立つ。したがって、本発明の実施形態により、安価で現在利用可能な従来の包装配達インフラストラクチャを使用して、水素貯蔵材料を含むカセットの広範な配達が可能になる。水素燃料は、加圧水素タンク配達に関連するコストより著しく低いコストで、本発明のカセットにおいて配達される。当然、一般輸送業者による配達は必須ではなく、本発明の代替実施形態では、装填カセットを提供するあらゆる他の方法を使用できる。たとえば、様々な実施形態では、水素貯蔵材料を含むカセットが、既存のサービス・ステーション、ガソリン・スタンド、特化水素再融合ステーション、配達センタ、及び／又は市販の卸しまたは小売りアウトレットにより配達される。
【０１２３】
ＩＸ．水素ネットワーク
本発明のいくつかの実施形態によれば、水素管理ネットワークが、水素の貯蔵、配達、回収に関連するタスクを管理するために使用される。ネットワークは、水素ネットワーク管理ソフトウェア・システムおよびネットワークに結合された複数のネットワーク構成要素を備える。カセット、配達業者（たとえば、一般輸送業者）、水素回収システム、水素利用システム、水素利用システムが使用されるシステムと環境、またはそのサブセットが、ネットワークと接続されることが可能であり、これらの構成要素のそれぞれは、水素の貯蔵、配達、回収に関連する様々なビジネス方法を実施するために、情報を提供及び／又は受け取ることが可能である。ソフトウェアは、水素の貯蔵、配達、回収の様々な態様を管理するために、地理的に遠隔の分散したカセット、水素回収システム、水素利用システム、およびその環境から情報を受信し、収集する。一例として、ソフトウェアは、たとえば一般輸送業者による配達を管理することによって、カセットを含む水素の水素消費者への流れを管理する。当技術分野の通常レベルの技能と本開示の利益を有する者なら、ネットワークが、コンピュータ・システム、サーバ、ネットワーク・ソフトウェアなどを含めて、従来のデータ・ネットワーク・インフラストラクチャとデバイスを使用することを理解するであろう。これらの従来のデータ・ネットワーク・インフラストラクチャ・デバイス、およびソフトウェアは、本発明の概念をあいまいにするのを回避するために、詳細には議論されない。
【０１２４】
図１７は、本発明の実施形態による、水素ネットワーク１７５０内の動作に包含されるカセット１７１０、一般輸送業者１７２０などの配達業者、水素回収システム１７３０、水素利用システム１７４０を示す。カセットおよび水素回収システムは、前に記述された特徴を有することが可能であり、ネットワークに参加することを可能にする以下でより詳細に記述される他の特徴をさらに含む。カセットは、固有の識別、現在位置、配達情報、現在状況または条件（たとえば、水素在庫、温度、圧力など）、その他の情報に関連する情報を保持し伝達する。回収システムは、回収情報、利用情報、ネットワーク・アクセス情報、水素在庫充足情報などと共に、この情報のいくらかまたはすべてを保持することも可能である。ネットワークは、カセット、回収システム、利用システム、配達業者の１つまたは複数と情報を交換する。一例として、回収システムは、カセットから情報を受け取り、情報をネットワークに伝達する。回収システムは、使用される際に本明細書において水素在庫充足情報の一実施形態と見なされるカセットの要求をネットワークに伝達する。ネットワークは、遠隔水素システムから得られる水素在庫充足情報およびネットワークによって維持される送達情報に基づいて、配達業者または一般輸送業者がカセットを配達するようにする。
【０１２５】
本発明のいくつかの実施形態では、水素回収システムは、ネットワークに自律的に接続されることが可能であり、これは、命令またはソフトウェアによって、独立して、かつオペレータによる外部制御を必要とせずに、ネットワークに接続して、たとえばカセットを注文するために情報を提供することができることを意味する。このようにして、回収システムは、水素在庫充足情報に基づいて、水素供給を統轄する。このようにして、システムは、オペレータまたは使用者に対する要求を低減するために、自主的または自発的とする。当然、使用者またはオペレータは、接続優先順位を入力する、接続時間、スケジュールを入力する、またはそうでない場合は自律的に作用するようにシステムを構成するなど、ある役割を担うことが可能である。
【０１２６】
図１８は、本発明の実施形態による、該当する情報をネットワーク管理システムに伝送するために、通信デバイスを装備した静止および可動水素回収システムを含む水素ネットワーク１８００を示す。家庭１８１０、建物１８２０、充填ステーション１８３０の静止水素回収システム、、および車両の可動水素回収システム１８４０は、それぞれ、様々な既知および従来のデータ通信技法を使用して、水素燃料カセット情報をワールド・ワイド・ウエブ・サーバ・コンピュータ・システム１８５０に伝達するために、有線または無線の通信デバイスを含む。実施形態では、通信システムは、メモリと遠隔計測デバイスを含む。遠隔計測デバイスは、無線などによってデータを伝送する従来の電気デバイスである。これらのネットワーク構成要素からの情報は、サーバによって収集されて、水素ネットワーク全体を管理する企業の中央管理設備またはソフトウェア１８６０に伝達され、それによって使用される。たとえば、この収集情報は、他の燃料配達関係情報（たとえば、生産、在庫など）と共に、燃料配達ネットワークにわたってカセットの分配を効率的に発送し、制御し、かつ在庫を管理するために使用される。例として、ＵＰＳなどの一般輸送業者１８７０による配達が、ネットワークにより管理される。
【０１２７】
図１９は、水素ネットワーク管理ソフトウェア・システム１９１０、カセット１９２０、水素回収システム１９３０、可動手持ち式デバイス１９４０を含むネットワーク１９００を示す。カセットおよび水素回収システムは、情報記憶システムおよび通信システムが情報を記憶し、可能であれば処理し、ネットワークに伝達することを可能にするために、情報記憶システムと通信システムの両方を含む。本発明の一実施形態では、カセット情報記憶システムは、チップ１９２２と磁気ストリップ１９２４を含み、カセット通信システムは、遠隔計測デバイス１９２６を含み、回収システム情報記憶システムは、マイクロプロセッサ１９３２を含み、回収システム通信システムは、遠隔計測信号をカセットから受け取るアンテナ１９３４、ネットワーク・アクセス・デバイス１９３６（たとえば、水素ネットワークにアクセスするためのモデム、電話ジャック、および電話線）、ならびに可動手持ち式デバイスと通信するための赤外線読取り装置１９３８を含む。
【０１２８】
カセット情報記憶システムは、情報を記憶及び／又は処理するために、超小型電子デバイスなど、任意の従来のデバイスを含む。超小型電子デバイスは、チップまたは集積回路である。水素の貯蔵、配達、または回収に関連する実質的にあらゆるタイプの情報が、超小型電子デバイスによって記憶及び／又は処理される。情報の非限定的な例には、カセット情報、カセットのタイプ、バージョン番号、生産バッチ、生産番号、水素貯蔵情報、水素貯蔵材料、水素含有量、初期水素含有量、現行水素含有量、日付、源識別データ、配達情報、配達住所、配達業者識別、配達日付、水素回収情報、水素回収システム識別、さらに水素の貯蔵、配達、または回収に関連する他の情報がある。一実施形態では、集積回路などの超小型デバイスが、情報を記憶及び／又は処理するために使用される。情報を記憶するのに適切な電子デバイスには、電子メモリ・デバイス、固体状態メモリ・デバイス、ＰＲＯＭ（プログラム可能読取り専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能読取り専用メモリ）、フラッシュ・メモリなどがある。情報を記憶し処理するのに適切な超小型電子デバイスには、マイクロプロセッサ集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などである。これらの電子デバイスは、３ＣＯＭ、ＡＶＬテクノロジーズ・コーポレーション（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）、ヒタチ（Ｈｉｔａｃｈｉ）、ＩＢＭコーポレーション（Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＮＥＣ、サムソン・コーポレーション（Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｃｏｐｏｒｔａｉｏｎ）、および多くのその他を含めて、多くのソースから市販されている。情報記憶電気デバイスは、所望に応じて、カセット・ハウジングに添付される、ハウジング内に埋め込まれる、またはカセット内に含まれることが可能である。一実施形態では、カセットが、スマート・クレジット・カードの上に見られるものと同様の１つまたは複数の集積回路を含む。他の実施形態では、カセットは、フリーモント（Ｆｒｅｍｏｎｔ）［カルフォルニア州在］のレクサ・メディア（Ｌｅｘａｒ  Ｍｅｄｉａ）からのスマート・カード、または等価なカードを含む。これらの集積回路は、たとえば使用者に関連するデータを記憶するメモリ機能、たとえば暗号化パラメータを生成する処理機能の両方を有する。本発明の一実施形態では、情報記憶電気デバイスは、回収システムがデータを読み取り、可能であれば超小型電子デバイスに記憶するように、カセットが適切に挿入されるとき、水素回収システム上の対応するコンタクトと電気的に結合するコンタクトを公表した可能性がある。いくつかの実施形態では、カセットは、情報を機械可読フォーマットにおいて記憶するために、バー・コードなどの他のタイプの情報記憶デバイス、または磁気ストリップを含むことも可能である。これらのデバイスは、適切な読取り装置によってアクセスされるように、しばしば、カセット・ハウジングの外側に添付される。当然、そのようなデバイスは随意選択であり、情報は、代替として、電気記憶デバイスに記憶される。新しく製作されたカセット上の超小型電子デバイスは、プログラムされて、読み取られ、管理データベースに移送された関係情報に関係付けられることが可能である。カセットは、必要に応じて、在庫としてログされて、配達のためにキューに入れられることが可能である。
【０１２９】
カセット通信システムは、情報を伝達または送信するために、任意の従来の通信デバイスを含む。通信デバイスは、情報を受け取るために、以前に記述された情報記憶システムまたは電気デバイスと統合される、または電気的に結合される。カセット関連情報、超小型電子デバイスに記憶されている情報、センサから得られる情報、その他の情報を含めて、実質的にあらゆる情報が、潜在的に、通信デバイスに伝達され、送信される。遠隔計測デバイス、無線周波数送信器、無線トランシーバ回路、その他などの従来の通信デバイスが適切である。例として、超小型電子デバイスに記憶されている情報が、無線周波数送信器に伝達され、超小型電子デバイスへの直接電気接続を有さない近接水素回収システムまたは他のシステムに送信される。代替として、カセットは、超小型電子デバイスやあらゆる他の内部電気構成要素（たとえば、電気加熱要素）を他のシステムの電気コネクタに添付する１つまたは複数のワイヤ、電気リード、あるいは他の電気コンタクトを含む。カセットは、近接水素回収システム、水素利用システム（たとえば、燃料電池）、水素利用システムが使用されるシステムまたは環境（たとえば、車両、または充填ステーション環境）、水素ネットワーク管理システム、または任意の組合せに該当情報を伝達するために、通信システム・デバイスを使用する。さらに、本発明の一実施形態では、カセットは、情報を水素回収ユニットに提供し、水素回収ユニットは、情報を水素ネットワーク管理システムに提供し、それにより、カセットに関連する情報が、水素ネットワーク管理システムに遠隔的に送信されて、他のシステム情報と組み合わされることが可能になる。
【０１３０】
水素回収システム情報記憶システムは、カセットについて議論されたものを含むが、それに限定されずに、様々な従来の電気記憶デバイスを含む。しばしば、情報記憶システムは、データを記憶し、処理するために、マイクロプロセッサを含む。情報記憶システムは、カセットまたは水素ネットワークから受信された情報を記憶するために使用される。本発明の一実施形態では、カセットを受け取るとすぐに、オペレータが、カセットのバー・コードまたは磁気ストリップを走査して、記憶されている情報を水素回収ユニットの情報記憶システムに入力する。この情報は、カセットや記憶されている水素の量を識別する情報を含む。次に、カセットは、水素回収システムに挿入される。
【０１３１】
水素回収システム通信システムは、カセットの通信システムからの送信を受け取るために、適切な受信器を含む。たとえば、通信システムは、カセットの遠隔計測でバスから無線で送信された情報を受け取るために、遠隔計測デバイスを含む。他の例として、通信システムは、カセットから無線周波数送信を受け取るために、アンテナを含む。ある点において、水素回収システムは、カセットの通信システムから情報を受け取ることを開始し、情報を情報記憶システムに記憶する。水素回収システムは、代替として、カセット情報記憶システムに直接アクセスして、情報を読み取ることが可能である。通信システムは、水素ネットワークにアクセスするために、ネットワーク・アクセスを含むことも可能である。ネットワーク・アクセス・デバイスの一例には、メム・テル・デバイス、電話線または他のデータ・リンク、およびインターネットまたは他のネットワークにアクセスして、ネットワーク情報源またはサーバと情報を交換するのに適切なソフトウェアがある。通信システムは、水素回収システムと相互作用するためにオペレータによって使用される、携帯情報端末、ＩＰＡＱ、パーム、同様の手持ち式コンピュータなどの遠隔または可動の手持ち式コンピューティグ・デバイスから赤外線信号を読み取るために、赤外線読取り装置を含むことも可能である。これにより、使用者が、自分自身の「気体読取り装置」であり、かつ、計画、管理、請求、ネットワーク・ソフトウェアとの相互作用について、それらのデバイスのソフトウェアとインターフェースする。
【０１３２】
カセットおよび水素回収ユニットから情報を受け取ることに加えて、水素ネットワークは、各燃料カセットの新しいセットの製作または創出に関係する情報を受け取ることも可能である。未加工材料と未加工材料をコア燃料商品に製作することに関する情報が、ソフトウェアに伝達される。さらに、管理ソフトウェアが、カセットに挿入され、かつ在庫において配達の準備が整っているコア材料に関する情報を受け取ることが可能である。このようにして、管理ソフトウェアは、燃料カセットのセットに関する情報を在庫において、消費者によって使用される準備を整えて保持する。さらに、管理ソフトウェアは、ウエブとインターネット・データ源または他の消費者または供給業者情報源との間において、情報を受信及び／又は伝達することも可能である。
【０１３３】
在庫のカセットは、様々なチャネルを経て消費者によって消費される。消費者は、電話（たとえば、１〜８００の電話番号）、インターネット（たとえば、インターネット・アクセス可能ウエブサイト）、または他の従来の直接注文技法によって、カセットを明示的に注文する。いくつかの実施形態では、注文されたカセットは、小荷物一般輸送業者によって配達される。水素ネットワーク管理ソフトウェア・システムが、一般輸送業者などにより、カセットの配達の１つまたは複数の態様を管理する。さらに、消費者は、従来の充填ステーションを介してカセットを注文する、または得ることが可能である。
【０１３４】
本発明のある実施形態では、ソフトウェアが、交換カセットを注文して、水素システム（たとえば、カセット、水素回収システム、水素利用システム、またはいくつかの組合せ）が、可能であれば一般輸送業者によりカセットの配達を管理することを可能にする情報を管理ソフトウェアに自動的に伝達する。このようにして、水素使用者が、使用者に関連付けられた水素システムとネットワークの管理システムとの間の自動情報交換に基づいて、カセットが必要とされる前に、水素貯蔵材料を含むカセットを受け取ることが可能であり、それにより、水素システムは、動作に十分な水素在庫を自動的に維持する。
【０１３５】
図２０は、本発明の実施形態による、水素ネットワークに提供された水素在庫充足情報に基づいて、水素貯蔵材料を含む水素燃料カセットを受け取る方法を示す。ブロック２００１において開始された後、複数の遠隔水素システムが、ブロック２０１０において、水素ネットワーク管理システムにアクセスするために、従来のネットワーク・アクセス・デバイスを使用する。遠隔水素システムは、カセット、水素回収システム、水素利用システム、水素カセット分配センタ、ある組合せ、または他の水素システムとする。水素システムは、１つまたは複数の利用可能なカセットの水素在庫を監視する。センサ、水素流量計、エネルギー計量器、その他の従来のデバイスが、水素在庫を監視するために使用される。水素システムは、それぞれ、ブロック２０２０において、水素在庫充足情報をネットワークに提供する。水素在庫充足情報は、遠隔水素システムに利用可能な水素の量、およびこの量が予測される必要性を満たすのに十分または不十分であるかを示すあらゆる情報を含む。水素在庫充足情報の非限定的な例には、カセットの要求を構成する情報（たとえば、明示的な要求、または既存のカセットがすでに枯渇していることを示す情報）、カセットの減少を示す情報（たとえば、明示的な減少、または既存のカセットがほぼ完全に装填されていることを示す情報、または新しいカセットが受信されたことを示す情報）、水素利用の増大を構成する情報、水素利用の減少を構成する情報、または当技術分野の通常レベルの技能と本開示の利益を有する者には明らかになるであろう多くのその他がある。したがって、いくつかの例では、水素システムは、通信デバイスを介して、カセット注文情報を水素管理ネットワーク・ソフトウェア・システムに自動的に伝達する。これにより、水素ネットワークは、水素回収または利用装填に対する要求または応答に基づいて、カセットの配達を監督する。
【０１３６】
水素ネットワーク管理システムは、ブロック２０３０において遠隔水素システムのそれぞれから水素在庫充足情報を受け取ることが可能であり、受信情報に基づいて、適切な行為を取ることが可能である。水素ネットワーク管理システムは、水素の貯蔵、配達、回収に関連するいくつかのビジネス方法を実施する。本発明の一実施形態では、管理システムは、ブロック２０４０において、遠隔水素システムへのカセットの配達を開始する。たとえば、ソフトウェアは、カセットを注文する、一般輸送業者と接触する、一般輸送業者がカセットを引き取り、カセットを遠隔水素システムに配達するように構成し、カセットが特定の日に遠隔水素システムに配達されることを遠隔水素システムに通知する、さらにカセットの配達を監視するために、在庫システムとインターフェースする。したがって、一実施形態では、一般輸送業者が、水素ネットワーク管理システムからの開始に基づいて、水素燃料カセットを遠隔水素システムに配達する。水素システムは、ブロック２０５０において、以前に提供された水素在庫充足情報に基づいて、カセットを受け取ることが可能である。
【０１３７】
したがって、少なくともいくつかの実施形態では、カセットなどのネットワーク構成要素、水素回収ユニット、または水素利用システムが、ネットワークと自動的に通信する。さらに、単独でまたは組み合わされて機能するネットワーク構成要素は、ネットワークから新しいカセットを自動的に注文することが可能であり、それにより、使用者は、水素の供給が枯渇したとき、新しいカセットを明示的に注文する必要がない。当然、ネットワーク構成要素がネットワークと自動的に通信して、カセットを注文する能力は、随意選択である。代替実施形態では、所望に応じて、使用者が、これらの特徴が可能または不能になるように、ネットワーク構成要素を構成する可能性がある。
【０１３８】
当然、ネットワークは、当技術分野の通常レベルの技能および本開示の利益を有する者には明らかになるであろういくつかの他のビジネス方法および利点を提供する。本発明の様々な実施形態において、ネットワークは、高度化された計画とシステム統合、消費者へのカセットの出荷、消費者との情報の無線通信、カセット製造と未加工材料在庫の企業リソース計画、企業カセット出荷と在庫管理、さらにネットワーク参加者間のエネルギー交換または取引きを補助する、または実施する。
【０１３９】
水素ネットワークにより、使用者が、適切なネットワーク・アクセス・デバイスでネットワークにアクセスし、情報を受け取る、またはカセットの注文または配達に影響を与えるなど、ネットワークによって支持される様々な機能を使用する。図２１〜２２は、本発明の実施形態による、従来のＨＴＭＬフォーマット・ウエブ・ページを示し、これは、ブラウザ装備ネットワーク・アクセス・デバイスで水素ネットワークにアクセスする使用者に提示される。図示される具体的なウエブ・ページは、デスクトップまたはラップトップのパーソナル・コンピュータについて予期される通常のウエブ・ページであるが、同様のインターフェースが、携帯情報端末、パーム、ｉＰＡＱ、携帯電話などの他の適切なネットワーク・アクセスに利用可能である。さらに、ＨＴＭＬウエブ・ページ以外の周知のインターフェースも、使用される。
【０１４０】
まず、水素ネットワーク・ゲートウエイにアクセスすると、使用者は、図２１に示されるウエブ・ページを提示される。使用者は、産業、再販業者、消費者、またはＨティームのアクセス・グループの１つに入ることを選択する。これらのグループのそれぞれは、異なる機能を有する。この具体的な場合では、使用者は、消費者グループに入ることを選択しており、登録中に創出されるユーザ名とパスワードを入力する。
【０１４１】
ネットワークにログ・インした後、使用者は、図２２に示されるウエブ・ページ２２００を提示される。この時点において、ネットワークは、特定の実施態様において水素ネットワーク内に記憶されることが望ましい水素の貯蔵、配達、回収に関連する実質的にあらゆる情報を提示する。図示されるこの具体的なウエブ・ページでは、使用者は、挨拶を提示され、水素回収システムまたは「ユニット」の様々な使用者について次にスケジュールされた再装填、保全、清浄のスケジュールを通知される。使用者は、毎日の使用を検査する、毎月の使用を検査する、エネルギー分配を早める、エネルギー分配を遅らせる、印刷可能チャートを生成する、オーバーフロー・エネルギーを販売に提供する、実験室ユニット、家庭ユニット、ＢＭＷ７４５１ユニットについて詳細な報告を生成する、教育リソースにアクセスする、今日の情報にアクセスするのいくつかの選択肢、いくつかの他の選択肢も提示される。使用者は、特定の水素システムについて、カセット再装填状況、次のカセット再装填の日時、現行水素容量、その他の情報を得ることも可能である。
【０１４２】
他の実施形態では、使用者が、ネットワーク・アクセス・デバイスで水素ネットワークにアクセスし、水素の貯蔵、配達、または回収の様々な態様を管理する。本発明の一実施形態では、使用者が、地理的位置決めシステム（ＧＰＳ）で可能にされた可動ネットワーク・アクセス・デバイスからネットワークにアクセスし、地理的位置データをネットワークに提供し、カセット供給業者の位置を要求し、受け取ることが可能である。たとえば、使用者は、カセットを注文する、特定の配達業者を選択する、分配の速度または率を選択する、配達業者と使用者が注文を追跡できる、使用者が料金を支払うことを可能にする、使用者がカセットを事前に注文することができ、また他の機能が可能である。多くの他の機能が考慮される。
【０１４３】
水素ネットワークからの配達情報を一般輸送業者による配達と組み合わせることについて、共動が存在することが理解されるであろう。ネットワークは、回収システムなどのネットワークの構成要素からカセット配達情報を自動的に収集して、ネットワークの一部とすることも可能である一般輸送業者により、カセットの自動対象配達を特定の末端使用者位置に提供する。これは、時間拘束がわずかである、またはない状態で、使用者から要求があり次第カセットを分配する効率的な手法を表す。
【０１４４】
Ｘ．水素動力車両における例示的な使用
水素で車両に動力を加えることができるようにするために、車両上のカセットから水素燃料を回収できる、水素回収システムとカセットが水素動力車両に含まれる。図２３は、本発明の実施形態による、カセットから回収された水素によって動力を加える水素動力車両２３００を示す。車両は、複数カセット・デバイス２３２０、水素回収システム２３３０、随意選択燃料データ出力デバイス２３４０、随意選択通信デバイス２３５０を含む。複数カセット・デバイスと水素回収システムは、燃料電池またはエンジンやバッテリなどの他の関連する従来の車両構成要素と共に、トランクまたはフード・セクション２３１０内に置かれる。複数カセット・デバイスは、以前に記述された線形または回転複数カセット・デバイスとする。複数カセット・デバイスは、カセットを回収システムに順次、自動的に装填または挿入する。カセットと回収システムは、本明細書の他の箇所において記述されるもののいずれかとする。回収システムは、カセットから水素を回収して、燃料電池または内燃機関に提供する。カセットから回収される水素の各キログラムは、約１００キロメートルについて約０．２〜０．４ｋＷｈ／ｋｍで動作する車両に動力を加えるのに十分であると推定される。水素回収システムは、要求に基づいて水素を生成するという点で、装填応答性とする。回収システムは、たとえば通信システムにより、車両から要求情報を受け取ることが可能である。例として、水素の最小在庫または圧力が、回収システム内のバッファ・タンクに維持される。このようにして、水素回収システムは、車両エンジンにおいて燃料電池を介してまたは直接電力するために変換される水素の定常供給を供給するように、複数のカセット・デバイスから連続的に供給される複数のカセットから水素を回収する。本発明の１つの特定の実施形態では、たとえば約１４リットルまたは従来のガソリン・タンクの約３分の１のサイズの３つの小さいアタッシュ・ケース・サイズのカセットが、約３００マイル以上の通常の燃料電池車両に動力を供給すると考慮される。
【０１４５】
ある実施形態では、水素利用車両は、随意選択で任意のタイプの水素燃料電池を備える。ポリマー電極膜（ＰＥＭ）燃料電池、リン酸燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、固体酸化物燃料電池を含むが、これに限定されずに、様々な水素利用燃料電池が、当技術分野において既知である。既知の水素動力車両の非限定的な例には、マツダＨＲＸ−２、ＭＸ−５とＢＭＷ７５０ｈＬがある。他の水素動力車両が、ゼネラル・モーターズ、ダイムラー・ベンツ、フォード、トヨタ、ホンダを含めて、主要な自動車製造業者のほとんどによって開発され、試験されている。（たとえば、米国特許出願１０／１７８９７４、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ（ＩＣＥ）  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ」。また、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｍｐｃｏ−Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｆｕｅｌ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｑａｎｔｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．［カルフォルニア州アービン在］も参照されたい。）これは、モータ車両を動作させるエネルギー効率を向上させるように作用する。内燃機関では、ウエルツーホイール効率が、燃料の生産、精製、調合、消費のプロセスにおいてどの程度エネルギーが失われるかの一般的な尺度である。これまでの我々の試験は、カセットから分配される水素を消費する内燃機関が、ガソリンより十分に高いウエルツーホイール効率(well-to-wheel efficiency)を車両に提供することが可能であり、一方、温室気体放出を低減し、他の利点を提供する。本発明は、修正ＩＣＥ車両において水素を使用することにより、ガソリンと比較して約３倍の効率の向上を提供すると推定する。したがって、一例では、カセットと、水素回収システムと、燃料電池がまたはエンジンが、車両を駆動するために使用される。
【０１４６】
したがって、本発明の一実施形態による方法が、可能であれば一般輸送業者から水素貯蔵材料を含むカセットを受け取り、車両内にあり、燃料電池車両または修正された内燃機関車両の車両に添付された可動水素回収システムのカセット・ポートにカセットを挿入し、カセットから水素を回収し、車両を駆動するために回収された水素を使用することとを含む。カセットは、いくつかの異なる方式で受け取られる。カセットは、明示的な注文、スケジュールされた注文に基づいて、または水素在庫情報に基づいて車両水素システムのある態様によって自動的に実施される注文に基づいて、一般輸送業者により家庭または車両に関連する他の静止位置に配達される。代替として、カセットは、充填ステーションまたは他の静止カセット分配センタにおいて購入される。充填ステーションにより、複数のカセット・デバイスの複数のカセットに充填または再装填することも可能になる。他の手法が考慮される。
【０１４７】
本発明の実施形態は、水素動力車両が、どの低度の水素在庫が車両を駆動するために利用可能であるかに関する情報を含むことが可能であり、水素在庫量が所定の閾値より下がるとき、使用者に警告する。車両は、いくつかの方式で、水素在庫情報を得ることが可能である。一実施形態では、車両は、１つまたは複数のカセット水素回収システムへの無線または有線の接続により、情報を受け取ることが可能である。一例として、カセットまたは水素回収システムは、水素貯蔵材料において利用可能な水素の量を調査または感知するために、プローブまたはセンサを含む。この情報は、次いで、車両に通知される。他の例として、カセットまたは水素回収システムが、初期水素在庫を車両に伝達することが可能であり、次いで、車両は、回収された水素量または使用された水素量を初期水素在庫から減算することによって、利用可能な水素在庫のアカウントを維持する。
【０１４８】
燃料データ出力デバイスは、どの程度の水素燃料在庫が利用可能であるかに関連する情報を車両の運転者に提示する。燃料データ出力デバイスは、有線または無線の通信リンクにより、水素回収システムから情報を受け取ることが可能である。燃料データ出力デバイスは、１つまたは複数のダイアル、表示装置、計量器、ゲージ、または他のデータ出力デバイスを備える。デバイスは、運転手が見やすいように、車両のダッシュボードの上に配置されることが多いが、これは必須ではない。デバイスは、空から満タンまでのスケールで、水素在庫を提示する。単一デバイスが、複数のカセットについて、平均された、またはそうでない場合は組み合わされた水素在庫を提供することが可能であり、あるいは代替として、別々のデバイスが、複数のカセットのそれぞれについて提供される。使用者は、カセットを購入または注文することによって、水素在庫を管理するために、出力デバイスからの情報を使用する。水素動力車両は、より多くの水素在庫を得ることを使用者に思い出させるシステムを有する。たとえば、水素在庫が所定の閾値量より下がると、車両は、使用者がより多くの水素を得ることを思い出すように、１つまたは複数の可聴刺激（たとえば、ビープ、または言葉表明）、可視刺激（たとえば、光またはフラッシュ光）、あるいは他の感知刺激で、運転手に警告する。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、車両は通信デバイスを含む。通信デバイスは、本明細書の他の箇所において記述されたものでよい。通信デバイスは、水素ネットワークと通信するために、または他の遠隔通信システムと通信するために使用される。一例では、通信デバイスは、水素回収システムの一部とする、または回収システムと有線または無線で接続される。一態様では、通信デバイスは、車両に関連する水素在庫情報に基づいて、かつ車両がどの程度の動力を消費したかに応じて、１つまたは複数の交換カセットを注文するために、ネットワークと通信する。通信デバイスは、所望に応じて、ネットワークと自動的に通信する。代替として、使用者が、カセットを注文するために、通信デバイスを使用する。いくつかの実施形態では、通信デバイスは、遠隔位置からネットワークにアクセスして、カセットが得られることが可能である位置を識別する情報を得るために、無線可動ネットワーク・アクセス・デバイスとする。車両は、車両の地理的位置情報を水素ネットワークに提供するために、地理的位置決めシステムを含むことが可能であり、または、この情報は、手動で提供される。
【０１５０】
車両は、付近の水素小売り店の位置に関する情報を得ることが可能である。情報を、水素ネットワークから得ることが可能であり（本明細書の他の箇所において記述されるように）、地理的位置決めシステムから得ることが可能であり、インターネットから得ることが可能であり、車両に搭載されたローカル・データベースから得ることが可能であり、または、その他の方式で得ることが可能である。車両は、この水素小売り店位置情報を使用者に提示する。したがって、車両は、水素小売り店を特定することについて使用者を補助するシステムを有する。
【０１５１】
本発明の実施形態では、水素動力車両が、車両を駆動するのに利用可能な水素在庫量と、存在位置から付近の水素小売り店の位置まで車両を駆動する推定量とを比較して、利用可能な水素在庫量が、水素小売り店に到達するのに必要な推定量より多いが、それに十分近いとき、使用者に警告する。車両は、現在位置に関する情報を得ることが可能である。たとえば、この情報は、地理的位置決めシステムを使用することによって得られることが可能である。代替として、情報は、手動で入力される。車両は、現在位置から最も近い付近の、または指定された水素小売り店の位置まで車両を駆動するために必要な水素量を推定する。本発明の一実施形態では、小売り店まで車両を駆動する水素量を推定するために、最短運転距離が計算されて、車両が単位量の水素燃料当たり動力を加えるマイルで表された水素走行距離率によって除算される。推定された必要水素量が、車両を駆動するために利用可能な水素量と比較され、比較に基づいて使用者に警告する。たとえば、利用可能な水素が必要な水素に十分近い場合、使用者に警告する。一例として、推定された必要水素は、利用可能な水素量から減算され、使用者は、これが所定量より低い場合、警告される。所定量は、車両の満タン水素在庫の約１／４とすることが可能であり、比較がこの値より小さい値を示す場合、使用者は、警告される。特定の実施態様に好都合である他の所定値も使用される。運転者に水素燃料を購入するように知的に通知するこの能力により、使用者は、在庫が枯渇する前に、小売り店まで運転して、追加の水素を得る。これは、水素小売り店が現在のガソリン・スタンドと比較して、相対的により分散している可能性があるとき、水素動力車両への初期移行中に特に有用である。この処理は、車両によって自動的にまたは自律的に、あるいは要求に基づいて、実施される。車両は、そのような処理を自動的に、自律的に、使用者からの要求に基づいて、または他の基準に基づいて（たとえば、水素在庫が所定または使用者の供給閾値より下がるとき）、そのような処理を実施する。
【０１５２】
水素小売りステーションおよび水素ディスペンス・ユニット
本発明の実施形態は、１つまたは複数のカセットを使用者と交換するために、少なくとも１つのカセット交換システムを含む水素ディスペンス・ユニットに関する。水素ディスペンス・ユニットは、水素小売りステーション内において、中央分離帯において、街路の脇の歩道において、店の内部において、店の入口において、または他の位置において、実現される。カセット交換システムは、枯渇水素燃料カセットを受け取る枯渇カセット受容装置、および充填水素燃料カセットをディスペンスする充填カセット・ディスペンサを含む。カセット受容装置は、カセットを受容し、ディスペンスするために、構造的に区画された位置を含む。センサが、ユニット内または構造区画位置内に適切に構成されたカセットを感知するために使用される。ユニットは、カセット及び／又はカセット内の材料を診断的に試験するために、診断試験システムを含む。ユニットは、超小型電子デバイスまたは磁気パターンなど、カセットの情報記憶システムに記憶されている情報を読み取るデバイスを有することも可能である。ユニットまたは小売りステーション、またはその両方は、水素ネットワークと通信して、本明細書において記述される様々なビジネス方法を実現するために、通信システムを備える。本発明の他の実施形態は、水素ディスペンス・ユニットを含む水素小売りステーションに関する。本発明の他の実施形態は、装填水素燃料カセットをユニットから購入するなど、水素ディスペンス・ユニットとの水素燃料取引きを実施する方法に関する。他の実施形態は、水素ネットワークと相互作用する水素ディスペンス・ユニット及び／又は水素小売り店を含むビジネス方法に関する。他の実施形態は、水素小売り店及び／又は水素ディスペンス・ユニットと相互作用する水素ネットワークを含むビジネス方法に関する。
【０１５３】
図２７は、本発明の実施形態による、水素を使用者に提供するために使用される水素小売りステーション２７００を示す。小売りステーションは、ガソリン・スタンドと同様とすることが可能であり、または、小売りステーションは、水素を駐車場において供給する大規模小売り店またはスーパーマーケットなど、ハイパーマーケタの一部とする。小売りステーションは、建物２７１０、第１水素ディスペンス・ステーション２７２０、第２水素ディスペンス・ステーション２７３０を含む。小売りステーションは、電気グリッドからの電力に依拠する必要がないように、エネルギー自給自足および自己給電とする。小売りステーションはこの電力を提供するために燃料電池を備える。小売りステーションは、本明細書の他の箇所において記述されるように、情報を水素ネットワークに伝達し、かつ情報を水素ネットワークから受け取るために、建物の上の衛星ディッシュなど、通信システムを有する。衛星ディッシュは、クレジット・カード情報または他の情報を伝達するために使用されることも可能である。
【０１５４】
建物は、水素精製システム２７１２、水素貯蔵システム２７１４、カセット充填システム２７１６、店２７１８を含む。水素生成システムは、水素気体を生成するために、任意の従来のシステムを含む。適切な例には、電解槽、有機液体改質装置、ガソリン改質装置、メタノール改質装置、有機気体改質装置、天然気体改質装置、当技術分野において既知の他の水素生成システムがあるが、これに限定されるものではない。生成システムは、水素包含源材料と化学的に反応することによって気体水素を生成し、気体水素を水素貯蔵システムに提供するために、たとえばパイプ、フロー規制デバイスなどを介して、水素貯蔵システムと結合される。所望に応じて、乾燥剤、水素分離膜、圧力揺動吸収装置、または他のデバイスなど、水素精製デバイスが、生成した水素を貯蔵前に精製するために使用される。水素貯蔵システムは、水素を貯蔵する従来のベセルを備える。適切な例には、液体水素貯蔵タンクと気体水素貯蔵タンクがあるが、これに限定されるものではない。水素生成システムの水素生成容量と水素貯蔵システムの水素貯蔵容量は、小売りステーションにおいてディスペンスされる水素量を収容するのに十分である。
【０１５５】
カセット充填システムは、内部に水素貯蔵材料を含むカセットを充填する水素を受け取るために、水素貯蔵システムに結合される。カセット充填システムは、複数の充填カセットを含むラック、複数のカセットを水素貯蔵システムの水素と接続するパイプ、パイプをカセットに取り付ける、または結合させる取付け具または結合具を含む。一般に、パイプ及び／又は取付け具は、カセットの緩慢で制御された充填を可能にし、かつ水素貯蔵システムの通常の高圧にカセットをさらすのを回避するのに十分なフロー及び圧力規制デバイスを備える。カセットの圧力は、約２気圧未満、または約１０気圧未満に維持される。所望に応じて、カセット充填システムは、水素で充填される間、カセットを冷却する冷蔵または冷却パイプなど、冷却システムを備える。代替として、カセットは、過熱を回避するために、十分緩慢に充填される。
【０１５６】
店は、水素、燃料電池、水素動力車両、水素小売りステーションなどに関する情報の配布を補助する。店は、パケット、チラシ、情報を使用者に配布する他の形態を含む。店は、水素が購入される他の水素小売りステーションに関する情報を提供することも可能である。たとえば、小売りステーションは、潜在的に対象となる他の水素小売りステーションへの地図または方向を使用者に提供する。
【０１５７】
示されていないが、本発明のいくつかの実施形態では、小売りステーションは、車両をサービスする車両サービス・ステーションを備える。車両サービス・ステーションは、車両を修理する、及び／又はガソリン動力車両を水素動力車両に変換する。本発明の実施形態では、車両サービス・ステーションは、米国特許出願１０／１７８９７４、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ（ＩＣＥ）  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ｔｏ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ」に記載されている変換を実施する。米国特許出願１０／１７８９７４は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている。
【０１５８】
具体的な小売りステーションは、２つの水素ディスペンス・ステーション２７２０、２７３０を含む。本発明の代替実施形態では、小売りステーションは、より少ないまたはより多い水素ディスペンス・ステーションを含む。たとえば、ステーションは、単一水素ディスペンス・ステーションを含むことが可能であり、または、ステーションは、建物の反対側に位置するさらに２つの水素ディスペンス・ステーションを含む。水素ディスペンス・ステーションは、貯蔵から水素気体を受け取るために、水素貯蔵システムと結合される。カセットを充填するために、水素気体がディスペンスされ、すなわち使用される。小売りステーションは、水素を伝達するために、地上水素伝達パイプを備える。パイプは、水素生成システム及び／又は水素貯蔵システムを含む建物から頭上ルーフを介してルーフから下に水素ディスペンス・ステーションまで経路指定される。これにより、地下パイプを有することを回避する。地下パイプは、構築がより高価であり、漏れが起きた場合、その漏れにアクセスして修理することがより困難である。さらに、頭上パイプは、水素がパイプを出る場合、より安全である。頭上パイプを出る水素は、水素が低分子量であるために、迅速に上昇して、散逸する。このようにして、水素は、小売りステーションやステーション付近の人から上に移動する。
【０１５９】
第１水素ディスペンス・ステーションは、第１水素ディスペンス・ユニット２７２２、第２水素ディスペンス・ユニット２７２４、アイランド２７２６を含む。アイランドは、水素ディスペンス・ユニットを支持し、水素動力車両を小売りステーションにより分離または誘導するために使用される隆起領域を備える。同様に、第２水素ディスペンス・ステーションは、第３水素ディスペンス・ユニット２７３２、第４水素ディスペンス・ユニット２７３４、第２アイランド２７３６を含む。アイランド２７２６と建物は、第１水素動力車両のアクセス経路２７２８を区画する。水素動力車両２７２９は、アクセス経路を通って運転され、第１水素ディスペンス・ユニット２７２２からディスペンスされる水素を受け取る。
【０１６０】
図２８は、本発明の実施形態による、水素を水素動力車両２８１０にディスペンスする水素ディスペンス・ユニット２８２０を示す。この具体的な車両は、枯渇カセット２８１２と一部枯渇カセット２８１４を含む。水素ディスペンス・ユニットは、支払いシステム２８２１、ユーザ・インターフェース２８２２、カセット交換システム２８２３、水素気体ディスペンス・システム２８２６を含む。カセット交換システムは、枯渇カセット受容装置２８２４と充填カセット・ディスペンス装置２８２５を含む。カセット交換システムは、水素燃料カセットの自動販売機として作用することが可能であり、返却枯渇カセットを受容する。水素動力車両の使用者が、車両を駆動する水素を得るために、水素ディスペンス・ユニットを使用する。使用者は、水素購入情報を入力するために、支払いシステムを使用する。支払いシステムにより、クレジット・カード、チェッキング・カード、銀行カード、または支払いシステムによって読み取られる他の支払いデバイスから情報を入力する。たとえば、支払いシステムは、使用者が支払いシステムにクレジット・カードを通すとき、クレジット・カードから情報を読み取ることが可能である磁気ストリップ読取り装置を有する。
【０１６１】
支払い情報を入力した後、使用者は、カセット・ディスペンサから充填カセットを得ることが可能であり、１つまたは複数の枯渇カセットを枯渇カセット受容装置に随意選択で返却する。使用者は、水素購入取引きを適正化または確定するために、ユーザ・インターフェースを使用する。ユーザ・インターフェースは、表示デバイス（たとえば、液晶ディスプレイまたはモニタ）およびスピーカなどの１つまたは複数のデータ提示デバイスと、キーボード、ボタン、タッチ・スクリーンまたはマイクロフォンなどの１つまたは複数のデータ入力デバイスを備える。水素ディスペンス・ユニットは、使用者が、表示デバイスを介して使用者に提示または表示されたテキストと他の情報、ならびにデータ入力デバイスを介して使用者から得られた情報に基づいて、水素購入または取引きを適正化または確定することを可能にする水素取引き命令を備える。
【０１６２】
本発明の実施形態による概念をさらに示すために、以下の例示的な取引きを予定している。クレジット・カードを通した後、水素ディスペンス・システムは、使用者が、カセットまたは水素気体を購入することを望むかを判定する。ユーザ・インターフェースまたは表示デバイスは、質問「カセットまたは水素気体の購入を望みますか？」を提示する。使用者は、ユーザ・インターフェースを使用して、答えを入力する。たとえば、使用者は、カセットを購入することを望むことを示すことが可能である。ユーザ・インターフェースは、「カセット」とラベル付けされた第１ボタンおよび「気体」とラベル付けされた第２ボタンを備える。使用者は、カセットを購入することを望むことを示すために、「カセット」とラベル付けされたボタンを押し、または、水素気体を購入することを望むことを示すために、「気体」とラベル付けされたボタンを押すことが可能である。
【０１６３】
使用者がカセットを購入することを選択する場合、水素ディスペンス・ユニットは、使用者が枯渇カセットを返却することを望むかを判定する。ユーザ・インターフェースまたは表示デバイスは、質問「枯渇カセットの返却をのぞみますか？」を提示する。ユーザ・インターフェースは、「ハイ」とラベル付けされた第１ボタン、および「イイエ」とラベル付けされた第２ボタンを備える。使用者は、好みを示すために、これらのボタンの一方を押す。代替として、使用者は、使用者が枯渇カセットの返却を望むかを示す答えをやはり構築するカセット受容装置にカセットを挿入する。使用者が、「ハイ」ボタンを押すと、ユーザ・インターフェースは、使用者が、枯渇カセットを車両から取り外して、枯渇カセットをカセット受容装置に挿入するのを補助する命令を提供する。
【０１６４】
カセット受容装置は、カセットが挿入されるスロットまたは他の開口を備える。たとえば、カセット受容装置は、枯渇カセット・ビンまたは他の容器へのスロットを備える。代替として、カセット受容装置は、ビデオ・カセットをビデオ・カセット・レコーダに装填する装填システムと同様の機械式受容装置を備える。カセット受容装置は、カセットが挿入されたときをセンサで判定する。水素ディスペンス・ユニット内に入った後、カセットは、様々な方式で処理される。本発明の実施形態では、枯渇カセットは、ユニット内において充填される。本発明の他の実施形態では、カセットは、診断により試験される。たとえば、カセットの１つまたは複数の回路または電子デバイスが、水素ディスペンス・ユニットの診断試験システムで試験される。他の例として、カセット内の水素燃料材料が、水素含有量、微小構造などについて、水素ディスペンス・ユニットのプローブで試験される。本発明の他の実施形態では、カセットがカセット受容装置に追加されるとき、水素ディスペンス・ユニットは、カセットの情報記憶システムから（たとえば、超小型電子デバイスのメモリ、バー・コード、水素燃料材料の磁気パターンなど）カセットの表示または他の情報を読み取ることが可能である。
【０１６５】
枯渇カセットがカセット受容装置に挿入された後、センサで検出され、ユーザ・インターフェースは、質問「他の枯渇カセットの返却を望みますか？」を提示する。使用者は、たとえば、「ハイ」ボタンまたは「イイエ」ボタンを押すことによって、あるいは追加のカセットを受容装置に挿入することによって、応答する。「ハイ」ボタンが押される場合、表示は、枯渇カセットを取り外して、受容装置に挿入するように、使用者に再び命令する。
【０１６６】
「枯渇カセットを返却しますか？」または質問「他の枯渇カセットを返却しますか？」に応答して、「イイエ」ボタンが押される場合、カセット・ディスペンサは、装填カセットをディスペンスする。カセット・ディスペンサは、ビデオ・カセットをビデオ・カセット・リコーダから排出するために使用されるビデオ・カセットの装填および解放システムについて使用されるのと同様の機械式ディスペンサまたは排出システムを備える。代替として、カセット・ディスペンサは、煙草、飲料、食品、その他の商品を自動販売する自動販売機において使用されるのと同様のディスペンサを備える。ユーザ・インターフェースは、カセット・ディスペンサから充填カセットを取り出して、カセットを車両に取り付けるように、命令を提供する。ユーザは、充填カセットを取り出して、そのカセットを枯渇カセットが取り外された場所に取り付けることが可能である。代替として、使用者は、カセットを取り出して、その後の使用のために車両の他の箇所にカセットを貯蔵する。充填カセットがディスペンサから取り出された後、表示は、使用者が他の装填カセットを購入することを望むかを判定する。これは、使用者が、たとえば「イイエ」ボタンを押すことによって、他の充填カセットの購入を望まないことを示すまで、あるいは所定の時間が経過するまで、続行される。そのようなことが行われると、クレジット・カードまたは他の支払いアカウントは、特定の取引きに従って、請求される。
【０１６７】
本発明の他の実施形態では、カセット交換システムが、支払いシステムにより使用者入力支払い情報によって開かれることが可能である１つまたは複数のドアを有する容器を備える。本発明の一実施形態では、ドアは、枯渇カセットを受容する複数の位置を含むカセット受容装置にアクセスし、装填カセットをディスペンする複数の位置を含むカセット・ディスペンサにアクセスするために開く。複数の位置は、スタック、スロット内の位置、または他の構造的に区画された位置を表すことが可能である。
【０１６８】
カセット・ディスペンサは、通信によりまたは論理的にカセット・ディスペンサと結合される構造的に事前に区画されたカセット・ディスペンサ位置において複数のカセットを含む。結合は、有線接続または無線接続を備える。たとえば、カセット・ディスペンサは、カセットがカセット・ディスペンサ内において適切に構成されるとき、カセット上の超小型電子デバイスと通信により結合される。この種の結合により、超小型電子デバイスのメモリに記憶されている情報を読み取る。代替として、通信結合は、カセットがディスペンス・ユニット内において構成される、または構成されないことを光、電、磁気などで感知するセンサを備える。結合は、カセット・ディスペンサが、カセットがディスペンサ内において構成されるときや、カセットが取り外されたときを判定することを可能にする。使用者は、カセット・ディスペンサから任意の所望の数のカセットを取り外すことが可能である。カセット・ディスペンサは、結合によって取り外されたカセットの数を知ることが可能である。使用者は、カセット・ディスペンサから取り外されたカセットの数に基づいて請求される。
【０１６９】
使用者は、任意の所望の数の枯渇カセットをカセット受容装置に追加することも可能である。使用者は、スタック内の複数の構造的に事前に区画されたカセット受容装置位置の１つにカセットを挿入する。カセット受容装置は、カセットを感知するセンサを使用することによって、または、カセットの超小型電子デバイスに記憶されている情報を読み取ることによって、カセットが追加されたか否かを判定する。使用者は、カセット受容装置に追加されたカセットの数に基づいて請求される。たとえば、クレジット量が、カセット・ディスペンサに追加された各カセットについて、１つまたは複数の充填カセットの購入から移される。
【０１７０】
水素ディスペンス・ユニットが、水素小売りステーション以外の場所に配置される。本発明の実施形態では、水素ディスペンス・ユニットが、異なる方向に進むトラフィックのレーン間で、舗装または植物が植えられていることが多い細長い土地である中央分離帯に配置される。中央分離帯における位置は、水素動力車両が、停止信号において停止している間、クレジット・カードを通して水素燃料取引きを実施するように、停止信号の近傍とする。本発明の他の実施形態では、水素ディスペンス・ユニットは、街路の脇の歩道に配置される。たとえば、ユニットは、駐車スペースまたは駐車メータの近傍に配置される。このようにして、使用者が、駐車している間、駐車メータにおいて駐車料金を支払う間、または歩道を通行する間、クレジット・カードを通して、水素燃料取引きを実施する。本発明の他の実施形態では、水素ディスペンス・ユニットが、ガソリンまたは水素気体の分配が安全ではない位置において、駐車ガレージに配置される。本発明の他の実施形態では、水素ディスペンス・ユニットは、店内または店の入口（たとえば、食料品店または量販店）に配置される。代替として、水素ディスペンス・ユニットは、通常の飲料、スナック、新聞の自動販売機が配置される他の場所に配置される。一般に、水素気体ディスペンス・システムは、そのような実施形態では所望されない。
【０１７１】
したがって、本発明による方法が、水素動力車両を水素ディスペンス・ユニットまで入れる、枯渇カセットを車両から取り外す、枯渇カセットをカセット交換システムに追加する、充填カセットをカセット交換システムから取り外す、充填カセットを車両に追加する、車両を水素ディスペンス・ユニットから離れるように入れることを含む。本発明の一実施形態では、枯渇カセットの取外しは、トランクなどの車両に任意の場所に貯蔵されている多少枯渇したカセットを取り外すことを備え、充填カセットを追加することは、車両の任意の場所に貯蔵されるように充填カセットを追加することを含む。本発明の他の実施形態では、カセットの取外しは、カセットを車両またはその水素回収システムから解放することを含み、カセットを追加することは、たとえば枯渇カセットが取り外された場所において、カセットを車両または回収システムと結合することを含む。カセット交換システムは、枯渇カセット受取り装置と充填カセット・ディスペンサを含む。カセット交換システムは、カセットがシステムに追加されたとき、またはカセットがシステムから取り外されたときを判定するために、センサまたはプローブを含む。使用者が、システムに追加された、およびシステムから取り外されたカセットの総数に基づいて請求される。使用者に請求する方法が、充填カセットが水素交換システム内の第１位置から移されるとき第１量を請求して、枯渇カセットが水素交換システム内の第２位置に追加されるとき、第２量だけ第１量を低減することを含む。第１位置と第２位置は、構造的に事前に区画された位置とする。請求は、交換システムに追加されたカセット、または交換システムから取り外されたカセットを検出するセンサから受信された信号に基づくことが可能である。
【０１７２】
小売りステーションまたはそのある部分は、水素ネットワークにアクセスして、カセットから読み取られた情報を使用することによって、水素ネットワークと情報を交換する。小売りステーションは、水素ディスペンス・システムに通信により結合され、たとえば建物に配置される中央情報システム、およびあらゆる他の望ましい小売りステーション構成要素を有する。ディスペンス・ステーションは、カセット識別情報など、カセットから読み取られた情報を中央情報システムに提供する。中央情報システムは、水素ネットワークにアクセスする。これは、所望に応じて、有線通信または無線通信とする。小売りステーションは、このために、建物の上にディッシュを備える。
【０１７３】
カセットから読み取られる情報を使用する多くの方法が、考慮される。１つの例示的な方法では、小売りステーションは、特定のカセットが水素ネットワークによって購入されたことを示す情報を水素ネットワークに再び伝達する。このようにして、カセット在庫が、特定の小売りステーションについて維持されることが可能であり、水素在庫充足情報が、小売りステーションについてアクセスされる。本発明の実施形態では、水素貯蔵材料を内部に含むカセットが、小売りステーションから水素配達ネットワークへの１つまたは複数のカセットの購入の伝達に基づいて、水素小売りステーションに配達される。他の例示的な方法では、カセット識別情報が、カセットの状況情報または位置情報で水素ネットワークを更新するために、水素ネットワークに伝達される。他の例示的な方法では、小売りステーションは、たとえば古さ、再充填回数、バッチ情報、リコール情報、カセットに関連するあらゆる問題、返却住所情報など、カセットに関する情報を得ることが可能である。カセットから得られるこの種類の情報は、特定のカセットを選択的に処理するために使用される。たとえば、特定のカセットは、水素ネットワークからそのように得られる表示に基づいて、循環から選択的に取り出される。例として、カセットは、カセットが水素ネットワーク・アカウントによって提供される所定の回数より少なく再充填された場合、循環から取り出される。他の方法では、カセットの処理に関する命令が、水素ネットワークから得ることができる。たとえば、カセットは、ネットワークから得られる情報に従って、他のカセットから隔離される。カセットは、特定の住所または再充填ステーションに配達されるために隔離される。
【０１７４】
本発明の実施形態において、ユーザ・インターフェースは、使用者が、水素購入報償プログラムに登録されているか、またはそのようなプログラムに登録することを望むかについて判定する。プログラムでは、水素ディスペンス・ユニットは、以前の購入など、ある水素燃料割引き基準に基づいて、水素燃料のコストを割り引くことが可能である。使用者がプログラムに登録している場合、小売りステーションは、使用者の最新水素燃料割引き基準を得るために、水素ネットワークに接触する。小売りステーションは、使用者に関する情報を水素ワークに報告する。たとえば、使用者識別情報、使用者プロファイル情報、使用者住所情報、小売り店住所情報、使用者が特定の水素燃料カセットを購入したことを示す情報、または他の情報が伝達される。購入または返却されたカセットのカセット識別情報が、使用者識別情報と組み合わされることが可能であり、この情報は、データベースに記憶されるために水素ネットワークに伝達される。使用者とカセットの取引きを識別するこの能力は、様々な有用な方法を実施するのに有用である。１つの例示的な方法では、返却カセットが損傷している場合、使用者が請求される。他の例示的な方法では、使用者プロファイルが、使用者について提示され、たとえば、プロファイル情報に基づいて、割引き水素燃料を使用者に提供するために使用される。
【０１７５】
本発明の実施形態では、異なるカセットが、異なるタイプの車に使用される。これは、たとえば、スポーツ実用車や小型車、または積載トラックや小型車など、異なるサイズの車両に水素を提供するために有用である。本発明の一実施形態では、コンパクト車両が、約５〜２０の枯渇カセットを等しい数の装填カセットと交換することによって、水素を充填される。カセットは、それぞれ、約１リットルの水素貯蔵材料を含む。本発明の他の実施形態では、水素貯蔵材料で充填された約３つの枯渇したアタッシュ・サイズの枯渇カセットを、等しい数の充填カセットと交換することによって、ＳＵＶが水素で充填される。単一水素交換システムが、様々なカセットをサポートする。代替として、異なる水素交換システムが、異なるカセットに使用される。
【０１７６】
水素燃料カセットは、市販情報を使用者に提示する新規な機会を提供する。カセットが、市場情報を含む。例として、カセットは、映画、レストラン、会社、食料品、飲料、自動車製品、車両部品、タイヤの広告、または他の広告を含む。市場情報は、対象市場情報を含む。対象市場情報は、車両のタイプに基づくことが可能である。第１タイプのカセット（たとえば、大きなカセット）が第１タイプの車両（たとえば、スポーツ実用車（ＳＵＶ））に使用され、第２タイプのカセット（たとえば、小さいカセット）が第２タイプの車両（たとえば、小型車）に使用される実施形態では、第１タイプと第２タイプのカセットに関する情報は、異なることが可能である。第１タイプと第２タイプのカセットに関する市場情報は、車両の所有者の人口統計的情報またはプロファイルに基づく。例として、ＳＵＶ所有者に販売されるカセットが、ＳＵＶタイヤの広告を有することが可能であり、一方、小型車に販売されるカセットが、小型車のタイヤの広告を有する。対象市場情報は、特定の水素小売り店に基づくことも可能である。たとえば、市場情報は、水素小売り店の近傍にある、そうでない場合は水素小売り店に関連するアトラクション、レストラン、劇場、会社、自動車店などの広告を備える。水素ディスペンス・ユニットは、使用者識別情報（たとえば、支払い情報から）に基づいてアクセスされる使用者プロファイルに基づいて、特定の使用者について対象市場情報を含むカセットを選択することも可能である。このようにして、カセットにより、市場情報や、いくつかの実施形態では対象市場情報を、カセットの使用者に伝達できることが有利である。カセットは、車両に追加されるときや車両から取り外されるとき、使用者によって取り扱われる。したがって、使用者は、市場情報を２回見ることが可能である。さらに、使用者は、カセットが所有されているとき、随時市場情報にアクセスする。市場情報のそのような提示は、ガソリン・ステーションにおいて購入される従来の水素燃料では可能ではない。
【０１７７】
本発明のいくつかの実施形態では、小売りステーションと水素ディスペンス・ユニットにより、水素を購入することが可能になるが、これは必須ではない。この水素気体は、気体として車両内に貯蔵されて、車両を駆動するために使用されることが可能であり、または、水素燃料カセット内に材料を充填するために使用される。使用者が水素気体を購入することを選択する場合、ユーザ・インターフェースは、水素気体ディスペンス・システムのパイプを車両に取り付けることについて使用者を補助する命令を提示または表示する。車両または内部の水素回収システムは、水素気体ディスペンス・システムのパイプまたはホースを受けるために、結合具を有する。同様に、車両または水素回収システムは、装填される１つまたは複数のカセットに水素気体を提供するために、パイプ、フロー規制デバイス（たとえば、バルブ）、圧力規制デバイスなどを備える。このようにして、カセットが、水素気体ディスペンス・システムから受け取られる水素で、車両内においてその場で充填される。本発明の実施形態では、カセットは、カセットを完全に充填するのに十分である所定の固定時間の間、水素の圧力に暴露される。たとえば、カセットは、約１〜１０分、または望ましくは１〜５分の範囲の時間、水素に暴露される。これは、以前に充填されたカセットを購入するのと比較して、より時間がかかる可能性がある。
【０１７８】
他の選択肢として、本発明の他の実施形態では、１つまたは複数のセンサまたはプローブが、カセットに追加される水素の量を決定するために使用される。センサは、カセットの内部にある、またはカセットの外部にあることが可能である。センサまたはプローブは、カセット内の材料の水素含有量を決定するために、カセット内の材料を調査する。しばしば、センサは、カセット内にあり、車両またはそのあるサブセットと通信により結合される。このようにして、車両は、たとえば、ダッシュボートの上において水素在庫情報を車両の使用者に提示する。車両は、カセット内の水素量などの水素在庫情報を、小売りステーション、水素ディスペンス・ステーション、または水素ディスペンス・ユニットに提示することも可能である。本発明の実施形態では、水素気体をディスペンスするために使用されるパイプまたはホースは、導電性ワイヤなど、信号経路または信号媒体を含むことが可能であり、カセットを水素で装填することを可能にするためにホースが車両に添付されるとき、量情報を記憶する車両のメモリ・チップと電気的に接続される。代替として、水素在庫情報は、車両から水素ディスペンス・ステーションに無線で伝達される。このようにして、小売りステーションは、カセット内の水素量と、カセットを装填するためにカセットに追加される水素量を知ることが可能である。
【０１７９】
ＸＩＩ．携帯電子デバイスの例示的な使用
図２４は、水素貯蔵材料２４３０を含むカセット２４２０から水素２４４０を受け取り、水素を電気デバイスに供給される電力２４５０に変換する燃料電池２４１０を含む携帯電気デバイス２４００を示す。電気デバイスは、とりわけ携帯コンピュータ・システム（たとえば、ラップトップ・コンピュータまたは携帯情報端末）と携帯通信デバイス（たとえば、携帯電話またはページャ）を含めて、当技術分野において既知のいくつかの携帯式電気デバイスとする。カセットが、プラグなしの状態において電力を提供するために、携帯デバイスにおいて特に有用である。本発明の１つの特定の実施形態では、電気デバイスは、プラグなし状態においてラップ・コンピュータを備え、カセットと貯蔵材料は、浸透性ガラス・カセットと金属水素化物を備える。そのようなカセットは、従来のラップトップ電池で可能であるよりはるかに長時間にわたってラップトップに給電するのに十分な水素を提供する。ラップトップの場合、カセットは、ほぼ支払いカードのデッキやマッチ箱の範囲にあるサイズ、またはより小さいラップトップが望ましい場合はいくらかより小さいサイズを有する。代替として、携帯電話の場合、カセットは、ほぼニッケルおよびたとえば５クォータのスタックの範囲にあるサイズを有する。当然、カセットは、特定の実施態様に適切な実質的にあらゆるサイズを有する。
【０１８０】
図２５は、本発明の実施形態による、可動でコンパクトな使用者装着可能水素貯蔵、回収、利用システム２５００を含む使用者を示す。システムは小型化され、たとえば装着者のベルト２５１０に取り付け可能である。システムは、小型カセット、小型水素回収システム、小型燃料電池、その他の望ましい構成要素（たとえば、電池）を含む。いくつかの実施形態では、システムは、携帯電話、ポケットｐｃなどに電力するために、ＤＣアダプタを含む。システムは、いくつかの実施形態では始動用の電池を含み、または代替として、水素回収を開始する、及び／又は電池の充電を補助するために体の運動を使用する、靴のかかとセクションに装着される圧電エネルギー圧力変換器、またはベルトに装着される運動エネルギー・デバイスなど、初期電力用の他の手段を含む。好都合な小型で携帯式のシステムにより、ラジオ、携帯電話、または他の所望の電子デバイスを動作する電力を生成することが可能になる。
【０１８１】
当然、カセットと水素回収システムが使用されることが有利である多くの追加の実施形態が存在することが理解されるであろう。たとえば、水素回収システムが、家庭またはオフィスにあり、家庭またはオフィスに給電するために、水素を燃料電池に提供するように燃料電池に接続される。これにより、家庭またはオフィスから局所的または地域的な電力グリッドを除去する。
【０１８２】
本発明の実施形態は、上述されたように、様々な動作を含む。動作は、ハードウェア構成要素によって実施されることが可能であり、あるいは、機械実行可能命令において実現されることが可能であり、汎用または専用のプロセッサまたは命令でプログラムされる論理回路に動作を実施させるために使用される。本発明の実施形態は、本発明によるプロセスを実施するようにコンピュータ（または他の電子デバイス）をプログラムするために使用される記憶命令を有する機械可読媒体を含むコンピュータ・プログラム製品として提供される。機械可読媒体は、フロッピ、ディスケット、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気光ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁石または光学カード、フラッシュ・メモリ、または他のタイプの媒体、あるいは電子命令を記憶するのに適切な機械可読媒体を含むが、これに限定されるものではない。さらに、実施形態は、コンピュータ・プログラム製品としてダウンロードされるてもよく、プログラムは、通信リンク（たとえば、モデムまたはネットワーク接続）を介して、搬送波または他のプログラム媒体において実現されたデータ信号によって、遠隔コンピュータから要求コンピュータに転送される。代替として、動作は、ハードウェアとソフトウェアの組合せによって実施される。したがって、水素を貯蔵し、配達し、回収するシステムと方法が、記述された。特定の実施形態を参照して記述されているが、本発明のより広範な精神と範囲から逸脱せずに、様々な修正と変更が、記述された技法に対して実施されることを思い出されたい。したがって、仕様書および図面は、限定的ではなく例示と見なされるべきであり、本発明は、以下の請求項の観点においてのみ評価されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】本発明の実施形態による、水素貯蔵と回収システムに基づくカセットを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、例示的なカセットを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、例示的な水素貯蔵と回収システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、例示的な複数カセット貯蔵デバイスを示す図である。
【図４Ａ】カセット内の水と貯蔵材料を加熱して、水素を回収するために、水素回収システムの熱プロングが、カセットの対応する間隙に挿入される、本発明の実施形態による、加熱システムを含む水素貯蔵と回収システムを示す図である。
【図４Ｂ】カセット内の水素貯蔵材料を加熱して、水素を回収するために、水素回収システムの熱ベーン加熱要素が、カセット内の空間に挿入される、本発明の実施形態による、加熱システムを含む水素貯蔵と回収システムを示す図である。
【図４Ｃ】カセット内の水素貯蔵材料を加熱して、水素を回収するために、カセットの外部の一部が、外部供給熱のカセット内の流入を可能にするように十分導電性である、本発明の実施形態による、加熱システムを含む水素貯蔵と回収システムを示す図である。
【図４Ｄ】カセット内の水素貯蔵材料を加熱して、バルブによって規制される開口を経て水素を回収するために、カセットが複数の抵抗ヒータを加熱要素として含む、本発明の実施形態による、加熱システムを含む水素貯蔵および回復システムを示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、水素貯蔵材料内に埋め込まれ、かつ水素配達マニホルドを有する交互内部加熱デバイスおよび冷却デバイスのスタックを含むカセットの断面図である。
【図６】本発明の実施形態による、カセットにおいて使用されるのに適切な例示的な切替え可能または構成可能双方向１経路水素気体バルブを示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、水素貯蔵と回収システムを示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による、水素浸透性ガラス・カセットを示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、水素フロー開口を有する２つの平行水平電気抵抗プレート・ヒータを備える加熱システムを示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、水素貯蔵材料の放出を可能にするために開放ボタンを有する内部スライド・トレイを含むカセットを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による、カセットから水素貯蔵材料を押し出すために、圧縮またはスクイーズされる柔軟ハウジングを含むカセットを示す図（Ａ）と、本発明の実施形態による、カセットから水素貯蔵材料を押し出すために、折りたたむことが可能である柔軟ハウジングを含むカセットを示す図（Ｂ）である。
【図１１】本発明の実施形態による、固体水素貯蔵材料が、カセットから水素回収システム内に押し込まれることを可能にするカセットを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による、内部に含まれる水素貯蔵材料を放出するために、カセットが分裂開放できる事前に区画された継ぎ目を含むカセットを示す図である。
【図１３】本発明の実施形態による、流体が排出されるのを可能にする、またはそうでない場合は流体がカセットを出るのを可能にする出口ドレインまたは他の開口を含む流体水素貯蔵材料を含むカセットを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態による、複数の分離内部区画または領域を含むカセットを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態による、材料と水の反応、または改善された水調合物により、カセットにおいて提供された粉末水素貯蔵材料から水素を回収する水素回収システムのプロセス図である。
【図１６】本発明の実施形態による、一般輸送業者によりカセットを配達する方法を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態による、水素ネットワーク内の動作に含まれるカセット、一般輸送業者などの配達業者、水素回収システム、および水素利用システムを示す図である。
【図１８】本発明の実施形態による、関連情報をネットワーク管理システムに伝送するために、通信デバイスを装備した静止および可動水素回収システムを含む水素ネットワークを示す図である。
【図１９】本発明の実施形態による、水素ネットワーク管理ソフトウェア・システム、カセット、水素回収システム、および可動手持ち式デバイスを含むネットワークを示す図である。
【図２０】本発明の実施形態による、水素ネットワークに提供される水素在庫充足量情報に基づいて、水素貯蔵材料を含む水素燃料カセットを受け取る方法を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態による、水素ネットワークに接続することを試行する使用者に提示される従来のＨＴＭＬフォーマット・ウエブ・ページを示す図である。
【図２２】本発明の実施形態による、水素ネットワークに接続された使用者に提示される従来のＨＴＭＬフォーマット・ウエブ・ページを示す図である。
【図２３】本発明の実施形態による、カセットから受けられた水素によって動力を加える水素動力車両を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態による、電力を電気デバイスに提供するために、たとえば金属水素化物を含む水素浸透性ガラス・カセットから、水素貯蔵材料を含むカセットから水素を受け取る燃料電池を含む、ラップトップなどの携帯電気デバイスを示す図である。
【図２５】本発明の実施形態による、可動コンパクトな使用者装着可能水素貯蔵、回収、および利用システムを示す図である。
【図２６】本発明の実施形態による、内部に記憶されている情報を有する水素燃料材料を含む水素燃料容器を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態による、水素を使用者に提供するために使用される水素小売りステーションを示す図である。
【図２８】本発明の実施形態による、水素を水素動力車両にディスペンスする水素ディスペンス・ユニットを示す図である。
【図１】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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