(57)【要約】  本発明は、燃料電池式充電器システムのための燃料生成装置（１２）、ならびに充電器（１０）および燃料生成装置を備えるシステムに関する。生成装置は、アルミニウムを含む区画（２０’）と、水および水に溶解してアルミニウムと接触したときにアルミニウムと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物の溶液を提供する手段（１８’，２０’，２１，ＦＷ）と、前記溶液をアルミニウムを含む区画へと注入する手段（ＦＳ）と、を備える。本発明はまたシステムを作動する方法を提供する。該方法は、燃料生成装置および生成装置を収容する手段を備えた水素駆動燃料電池式充電器装置を提供する段階を含む。生成装置および充電器は、生成装置と充電器との間の流体連結を提供するために協働する共通の界面を有する。システムは、生成装置を充電器に挿入することにより界面がシステムの選択された部分の間の流体連結を開放することによって始動される。反応溶液の流れは、アルミニウムと接触して水素が生成され始めるように開始され、水素が燃料電池アセンブリの燃料電池に供給されることにより電気が生成される。
2018515417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池式充電器システムのための燃料生成装置（１２）であって、
アルミニウムを含む区画（２０）と、
水、および水に溶解して前記アルミニウムと接触したときにアルミニウムと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物の溶液を提供する手段（１８）と、
前記溶液を前記アルミニウムを含む区画へと注入する手段（２２）と、を備え、
前記溶液を提供する手段が、水を含む区画（１８’）と、溶液状態でアルミニウムと反応することができる前記水溶性化合物を含む区画（２１；２１ａ）と、前記化合物を溶解するために前記水を前記水溶性化合物を含む区画へと移動させ、かつ溶解した化合物を前記アルミニウムを含む区画へと注入するためのチャネルシステム（ＦＷ、ＦＳ）と、を備える、燃料生成装置。
【請求項２】
前記溶液を提供する手段が、前記溶液を収容する区画（１８）を備える、請求項１に記載の燃料生成装置。
【請求項３】
前記生成装置が、互いに接続可能な２つの別個の部材（２４，２６）から成り、第１の部材（２４）がアルミニウムを含み、第２の部材（２６）が前記水溶性化合物の溶液を含む、請求項１に記載の燃料生成装置。
【請求項４】
アルミニウムと反応することができる前記水溶性化合物を含む区画が、別個の区画に水およびアルミニウムを含む別個の第２の部材（２４）と接続可能な別個の第１の部材（２６）として設けられている、請求項３に記載の燃料生成装置。
【請求項５】
水を含む第１の区画（１８’）と、
アルミニウムを含む第２の区画（２０’）と、
水に溶解してアルミニウムと接触したときにアルミニウムおよびＮａＯＨと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物を含む第３の区画（２１ａ）と、
を備える、請求項１に記載の燃料生成装置。
【請求項６】
前記第２の区画における化合物を溶解して溶液を提供するために前記第１の区画からの水の流れを開始し、水素生成反応を開始するために前記溶液を前記第３の区画へと注入するように構成された手段をさらに備える、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項７】
前記生成装置が、互いに接続可能な２つの別個の部材（２４，２６）から成り、第１の部材（２４）が水およびアルミニウムを含み、第２の部材（２６）が前記水溶性化合物を含む、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項８】
第１及び第２の区画（１８’，２０’；４０，５０）が別個の第１の部材（２４）に設けられ、第３の区画（２１ａ）が別個の第２の部材（２６）として提供され、前記生成装置（１２）を形成するために前記第１の部材および前記第２の部材が接続可能である、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項９】
前記第１の区画内の水が、水を含む柔軟性袋（４２）内に提供される、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項１０】
水を含む前記柔軟性袋（４２）を押して袋内部に過圧を提供する要素（４４；４５；４６，４７；４８）が前記第１の区画（４０）の内部に設けられる、請求項９に記載の燃料生成装置。
【請求項１１】
前記生成装置の作動時に前記第１の区画（１８’；４０）が前記第３の区画に連結される、中空針（７６）のためのアクセス点を備え、前記水を含む袋（４２；７５）が前記針（７６）によって穿孔されて前記袋（４２；７５）内の過圧が放出され、前記針（７６）を介して前記第３の区画（２１ａ）への水の流れが開始される、請求項１０に記載の燃料生成装置。
【請求項１２】
前記第２の区画内のアルミニウムが、メッシュまたは箔として提供される、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項１３】
前記メッシュが伸縮性金属構造の形態である、請求項１２に記載の燃料生成装置。
【請求項１４】
前記アルミニウムが、複数の層、好ましくは１から５０層、好ましくは最大２０層の箔として提供される、請求項１２に記載の燃料生成装置。
【請求項１５】
アルミニウムの総量が少なくとも１ｇである、請求項１２に記載の燃料生成装置。
【請求項１６】
前記第３の区画内の水溶性化合物の量が、０．１〜３ｇである、請求項７に記載の燃料生成装置。
【請求項１７】
前記第２の区画（５０）が、アルミニウム（４８）が提供される下空間（５１）と、前記燃料生成装置の作動時に前記化合物の溶液を収容する上空間（５２）とに前記第２の区画を細分化する分割部材（５３）をさらに備え、前記アルミニウムを含む空間に前記溶液が入ることを可能にするために前記分割部材が穴を有する、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項１８】
前記分割部材（５３）が、ＰＥＴまたはＰＣなど、好ましくはポリマー材料の箔であり、０．０５〜０．１５ｍｍの厚さを有し、前記箔は、少なくとも実質的にその全周に沿って前記第２の区画の内壁に溶接されており、前記箔は、前記箔を通して前記溶液が下の区画へと入ることを可能にするように構成されている、請求項１７に記載の燃料生成装置。
【請求項１９】
前記箔が、それを通して前記下の区画へと前記溶液が移動できる開口および／または孔を有するメッシュ、織布、または不織布である、請求項１８に記載の燃料生成装置。
【請求項２０】
前記第２の区画（８０）が、燃料電池システムにおける対になるガス入口と耐漏出封止を提供するように構成されたチャネル（８６）を介して連結された少なくとも１つのガス出口（８２，８４）を備える、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項２１】
前記燃料生成装置が、１５ｍｍ未満、適切には１０ｍｍ未満、好ましくは８ｍｍ未満の厚さを有する、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項２２】
前記水溶性化合物を含む前記別個の第２の部材が、前記別個の第２の部材における区画と前記別個の第１の部材におけるアルミニウムを含む区画との間のバリア（６７）を破壊し、別個の部材間に流体連結を形成するように構成されたプランジャ（６８，６８ａ，６８ｂ）を備える、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項２３】
前記水溶性化合物を含む別個の第２の部材（６０）が、燃料電池システムに設けられた流体移動システムを介して前記生成装置の前記別個の第１の部材（２４）から水を受け入れるための流体連結経路を提供する破壊可能なバリア（６４）をさらに備える、請求項２２に記載の燃料生成装置。
【請求項２４】
アルミニウム区画が、塩、適切にはＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、またはＣａＣｌ２、好ましくはＮａＣｌをさらに含む、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項２５】
互いに連結された、請求項３〜２４のいずれか一項において特定された第１および第２の部材を備える燃料生成装置。
【請求項２６】
水素の変換によって発電可能な燃料電池アセンブリと、前記燃料電池アセンブリ用の燃料を提供するために水素ガスを生成するように構成された請求項１に記載の燃料生成装置（７２）とを備える、電気機器用の充電器（７０）であって、
前記充電器（７０）が、前記燃料生成装置を受け入れるスロット（７４）を備え、
前記充電器（７０）および前記燃料生成装置（７４）が、前記燃料生成装置が前記充電器（７０）のスロット（７４）に挿入されたときに水素ガスの生成を開始することができるように構成された相互協働界面を有することを特徴とする、充電器。
【請求項２７】
前記界面が、前記充電器内の流体移動システム（７８）を介した前記区画の間での水の移動を補助するために、前記燃料生成装置内のバリアを貫通して前記燃料生成装置における２つの区画の間の流体連結を提供するための中空貫通部材（７６）を備え、一方の区画（７５）が水を含み、他方（２１ａ）が水溶性化合物を含み、前記水溶性化合物が提供されて前記化合物の水溶液が形成され、前記水溶液がアルミニウムと反応して水素ガスを生成することができ、前記アルミニウムが前記生成装置内のさらなる区画に提供される、請求項２６に記載の充電器。
【請求項２８】
前記充電器には、水の移動を補助するためのポンプ（７９）が設けられる、請求項２６に記載の充電器。
【請求項２９】
前記中空貫通部材（７６）が、ばね懸架式（７６’）であり、前記充電器に統合され、スライド可能に配置されており、押したときにバネ（７６’）を解放し、それにより前記中空貫通部材（７６）が前記バリア方向に押されて前記バリアを貫通するための、貫通部材に連結された押しボタン（７７）が設けられる、請求項２９に記載の充電器。
【請求項３０】
燃料電池式充電器システムを作動する方法であって、
アルミニウムと、アルミニウムと接触したときに水素を生成することができる反応流体を形成する化合物の水溶液とを含む燃料生成装置を提供する段階と、
生成装置を収容する手段を備える水素駆動燃料電池式充電器装置を提供する段階であって、前記生成装置および充電器が前記生成装置と前記充電器との間の流体連結を提供するために協働する共通の界面を有する、段階と、
前記生成装置を前記充電器に挿入することにより前記界面がシステムの選択された部分の間の流体連結を開放することによってシステムを始動する段階と、
アルミニウムと接触して水素が生成され始めるように反応溶液の流れを開始する段階と、
電気が生成されるように前記燃料電池アセンブリの前記燃料電池に前記水素を供給する段階とを含む、方法。
【請求項３１】
前記始動する段階が、バリアを破壊して反応流体を前記アルミニウムと接触させる段階を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記流れを開始する段階が、前記発生装置の水を含む区画を開放して、前記化合物を収容する区画へと水を流して溶解することにより反応流体を形成し、前記反応流体を前記アルミニウムと接触させることによって提供される、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池式システムに関し、特に該システムの充電器および燃料生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池技術は急速に発展しており、多数の用途に使用されている。例として、携帯電話、コンピュータなどの電子機器用の電気を生成するための小型携帯式充電器システムにはマイクロ燃料電池が使用されている。
【０００３】
このようなシステム用の一般的な燃料は、例えばメタノール及び水素である。水素の場合、水素は、水と反応して水素ガスを生成する水素化物から通常生成され、電気へと変換するために燃料電池へと送られる。
【０００４】
このようなシステムの例は多くの特許および特許出願に記載されており、例えばＵＳ８，６３２，９２８（Ｓｉｇｎａ）では燃料として水素が使用されており、ＥＰ１７４７５８８Ｂ１（ＢＩＣ）ではメタノールが使用されている。
【０００５】
最も一般的には、水素は水素化物と水の間の反応によって生成されるが、Ａｌとアルカリの間の反応を採用するシステムもあり、例えばＥＳ２，３２１，７９３（Ｓｏｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ）、ＵＳ７，０７４，５０９（Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ  ｅｔ  ａｌ）、およびＵＳ８，０７１，２４２（Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ  ｅｔ  ａｌ）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，６３２，９２８号明細書
【特許文献２】欧州特許第１７４７５８８号明細書
【特許文献３】スペイン国発明特許第２，３２１，７９３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，０７４，５０９号明細書
【特許文献５】米国特許第８，０７１，２４２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池システム用の燃料生成装置を備える改良された充電器システム、特に使用後に燃料生成装置を処分することができ、新規の装置が嵩張らず、より安価である、充電器システムを提供する。
【０００８】
従って、本発明によるシステムは、使い捨て式、すなわち例えば携帯電話の充電に一度使用されると処分されるガス生成装置ユニットに基づくものである。提供された生成装置は受動モード状態であり、すなわち水素生成に関与する個々の部材は分離されており、生成装置は充電器に挿入および連結されたときに始動される。
【０００９】
１つの態様において、本発明は、充電器に挿入することができる薄型で平らな水素生成装置を提供する。
この目的は、アルミニウムを含む区画と、水、および水に溶解してアルミニウムと接触したときにアルミニウムと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物の溶液を提供する手段と、前記溶液をアルミニウムを含む区画へと注入する手段と、を備える燃料電池式充電器システムのための燃料生成装置である、請求項１に記載された装置によって達成される。
【００１０】
本発明はまた、水素の変換によって発電可能な燃料電池アセンブリと、燃料電池アセンブリ用の燃料を提供するために水素ガスを生成するように構成された燃料生成装置とを備える電気機器用の充電器を提供する。充電器は、燃料生成装置が１５ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは８ｍｍ未満の厚さを有する部材として提供され、充電器が前記燃料生成装置を収容するためのスロットを備え、充電器および燃料生成装置が、燃料生成装置が充電器内のスロットに挿入されたときに水素ガスの生成を開始することができるように構成された相互に協働する界面を有することを特徴とする。
【００１１】
さらなる態様において、本発明は充電器を作動する方法を提供する。該方法は、アルミニウムと、アルミニウムと接触したときに水素を生成することができる反応流体を形成する化合物の水溶液とを含む燃料生成装置を提供する段階と、生成装置を収容する手段を備える水素駆動燃料電池式充電器装置を提供する段階であって、前記生成装置および前記充電器が生成装置と充電器との間の流体連結を提供するために協働する共通の界面を有する、段階と、生成装置を充電器に挿入することにより界面がシステムの選択された部分の間の流体連結を開放することによってシステムを始動する段階と、アルミニウムと接触して水素が生成され始めるように反応溶液の流れを開始する段階と、電気が生成されるように燃料電池アセンブリの燃料電池に水素を供給する段階と、を含む。
【００１２】
本発明の利用可能性のさらなる範囲は、例示のみの目的で与えられ、本発明を限定するものと解釈されるべきでない以降の詳細な説明および添付の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】燃料生成装置を充電器に挿入する前の本発明による充電器および燃料生成装置を概略的に示す。
【図１ｂ】専用のスロットに挿入することによって充電器が充電器に接続された本発明による充電器および燃料生成装置を概略的に示す。
【図２ａ】本発明による水素生成装置の実施形態を概略的に示す。
【図２ｂ】本発明による水素生成装置の別の実施形態を概略的に示す。
【図３ａ】連結前の２つの部分を含む生成装置の好ましい実施形態を示す。
【図３ｂ】図３ａの生成装置の組み立てられた状態を示す。
【図４ａ】本発明による生成装置における水区画の実施形態を示す。
【図４ｂ】本発明による生成装置における水区画の実施形態を示す。
【図４ｃ】本発明による生成装置における水区画の実施形態を示す。
【図４ｄ】本発明による生成装置における水区画の実施形態を示す。
【図５ａ】本発明において使用するためのアルミ箔の実施形態を示す。
【図５ｂ】アルミニウムを収容する区画の好ましい実施形態を示す。
【図６】アルカリを含む個別部品および部品間の流体連結を提供する機構の断面図である。
【図７ａ】組立前の充電器システムを概略的に示す。
【図７ｂ】組立後のシステムの概略部分的切欠図を示す。
【図８】より詳細に示す組立後のシステムの概略的部分切欠図である。
【図９】システムの作動を示すフローチャートである。
【図１０】非接続状態にある２つの接続可能な部品からなる生成装置の斜視図である。
【図１１】接続状態にある図１０の生成装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［定義］
本発明のために、以下の用語および表現を定義する。
「始動」とは、パワー（電気）の生成を開始せずに、使用のためにシステムを準備する段階を意味する。
「燃料電池アセンブリ」とは、発電に適した少なくとも１つの燃料電池を意味する。
「充電器」とは、携帯電話、コンピュータ、電気かみそり、電動歯ブラシ、ゲーム機などの電気機器を充電するために適切な出力を伝達するように適合された装置を意味する。
「活性化」とは、水素生成を開始するプロセスであって、それにより電力を生成するプロセスを意味する。
【００１５】
図１ａは、燃料生成装置１２を収容するように適合された挿入スロット１４を有する充電器１０、および分離された状態の燃料生成装置１２を概略的に示し、図１ｂは、充電器１０の挿入スロット１４に挿入された燃料生成装置１２を示す。
本システムの新規の特徴は、１つの態様において、燃料生成装置の実際の構成であり、別の態様では、充電器１０および燃料生成装置１２の連携動作である。
【００１６】
図２ａでは、本発明による生成装置の一般的原理が概略的に図示される。
生成装置１２は、少なくとも２つの区画、好ましい実施形態では３つの区画が提供される筐体１６を備える。
図２ａは、２区画の実施形態を示し、図２ｂは３区画の実施形態を示す。
【００１７】
図２ａでは、第１の区画１８は、水およびＮａＯＨの溶液を含むが、例えばＫＯＨ、ＬｉＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２などのいくつかの他のアルカリ化合物が使用可能であり、第２の区画２０は、金属アルミニウムを含む。適切には、アルミニウムの量は、生成する電力の量に適合され、典型的には１ｇであるが、用途に応じて変更され得る。溶液中のアルカリ化合物の量は、好ましくは０．１〜３ｇである。
【００１８】
水素ガスを生成する化学反応が開始されるように第１の区画１８から第２の区画２０へと溶液の制御された流れを提供するために、図面に矢印で概略的に示された手段２２（実施形態および詳細は以下に示される）が提供される。
２Ａｌ＋６ＯＨ−（ａｑ）→３Ｈ２＋２Ａｌ（ＯＨ）３
【００１９】
２つの区画間の界面を横切って流体連結を提供するように示されているが、矢印は具体的な描写と取るべきではなく、発明を限定するものではないことに留意すべきである。実際には、より複雑な流体連結構造を提供する発明の概念内で様々な可能性が存在する。
【００２０】
生成装置は別個の部材としてユーザに提供され、使用しないときには水素を生成する化学反応が起こることがないように、関連する化学反応を含む区画は互いに隔離されている。以下において詳細に説明される機構によって生成装置が充電器に挿入されると、区画１８、２０の間に流れを提供する手段２２が始動、すなわち使用のために準備される。
【００２１】
図２ｂでは、第１の区画１８’は水を含み、第２の区画２０’はアルミニウムを含み、第３の区画２１は固体ＮａＯＨ（またはその他のアルカリ化合物、例えばＫＯＨ、ＬｉＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２）を含む。溶液中のアルカリ化合物の量は、好ましくは０．１〜３ｇである。この実施形態では、生成装置が充電器への挿入によって始動されると、水およびアルカリ化合物の溶液が生成される。つまり、第１の区画１８’から第３の区画２１への水の自発的および／または補助流れ（矢印ＦＷ）を可能にする手段が提供され、それにより、例えばＮａＯＨが溶解され、溶液がアルミニウムを含む第２の区画２０’へと流れ、水素生成反応が開始される。
【００２２】
ここでも、矢印は具体的な例として取るべきではなく、単なる記号である。実際の機構は実施形態によって異なり得る。
図３ａでは、生成装置１２の好ましい実施形態が示される。
【００２３】
ここでは、別個の第１の部材２４および別個の第２の部材２６の２つの接続可能な部材を備える生成装置１２が提供される。別個の第１の部材２４は、それぞれ水およびアルミニウムを含む第１および第２の区画１８’、２０’を適切に備え、別個の第２の部材２６は、アルカリ化合物（例えばＮａＯＨ）を含む第３の区画２１ａを備える。
【００２４】
この実施形態では、第２の部材２６は第１の部材２４より実質的に小さく、第１の部材は、その一部が切除された（または空間である）形状を有し、示される実施形態では、その角部２４’が存在しない。第２の部材２６は、空の角部に適合する形状を有する。第２の部材が接続可能であるように、第１の部材の切除された角部に配置されたときに第２の部材を保持するための手段が提供される。当該手段は、レッジ２９と対になる断面を有する別個の第２の部材２６上の溝２８（またはその逆）と組み合わせて第１の部材上にレッジ２９を設けることによって提供され得る。第２の部材２６は、レッジ２９に隣接する溝２８をレッジ２９に押し付けて配置することによって、第１の部材に取り付けられ得る。当然ながら、第２の部材にレッジを設け、第１の部材に溝を設けることも同様に可能である。所望の機能が実現できるように２つの部材が連結される限り、他の任意の手段を使用して２つの部材を接続することができる。
【００２５】
別個の第１の部材２４の「角」に別個の第２の部材２６を設けることは、単に実用的な構造上の手段である。第２の部材は、図３ｃに示すように、第２の部材の「切欠き」部において中央に設置するように設計され得る。しかしながら、生成装置が接続される充電器の内部構造に起因して、図示した実施形態が最も実用的である。
【００２６】
第２の部材２６を第１の部材２４に接続する動作において、第３の区画２１と第２の区画２０’との間に、図３ｂにおける矢印ＦＣで図示される流体連結が確立される。この段階では、第３の区画２１ａには水は入っていないことに留意すべきである。水は別の手段によって供給され得る。
【００２７】
区画２１ａから区画２０’への流体連結を提供するために、第２の区画におけるバリアを破ることができるプランジャ手段（この図には図示されておらず、以降で説明する）が設けられる。
好ましくは、水を含む第１の区画１８’は、所望の通り操作可能にするための機能を有するように設計される。
【００２８】
図４ａには、水区画の好ましい実施形態の断面図が示される。
好ましくは、水区画４０は、生成装置１２の一体化部品であり、その壁４０’は生成装置の筐体の一部である。
【００２９】
区画４０の内部には、そこに水が提供される、プラスチック箔などの柔軟性材料の袋４２が提供される。袋は、基本的に、区画４０の内部形状に適合するように成形される。生成装置の動作に重要な特徴は、水素生成のためにシステムが始動した後すぐに区画から水の流れが提供されることである。このことを実現するために１つの好ましい方法は、水を含む柔軟性袋の内部にわずかな過圧を提供するものである。これは、固有の過圧を有するように袋を充填することによって成し遂げられ得るが、製造者の観点から経済的ではない場合がある。代わりに、好ましくは、わずかに大きな寸法を有するため圧縮され得る弾力性部材４４が区画４０の内部に提供される。こうして、袋４２および弾力性部材４４の両方を区画４０へと挿入することによって、袋４２に圧力が加えられ、所望の過圧が得られる。
【００３０】
圧力を与える弾力性部材を備える別の利点は、水が凍結したときに９％膨張することにある。生成装置は冬季の屋外活動などにおける凍結状態においても維持しなければならないため、区画４０はそのような膨張を収容しなければならない。弾力性部材を設けることにより、この機能が提供される。
【００３１】
図４ａでは、弾力性部材４４は、容易に変形するが同時に圧力を提供するために適当な力を提供する適切な形状の材料片として示されている。
【００３２】
しかしながら、加圧機能のための他の構造を提供することもまた想定され、発明の概念の範囲内である。１つの案は、ばね性金属舌片４５（図４ｂ）または圧力板４７上で作用するうず巻ばね４６（図４ｃ）などの異なる種のばね要素を使用した機械装置である。図４ｄにみられるように、水袋４２を圧迫するように、区画の上壁４８を内側にわずかにふくらむようにすることもまた想定される。
【００３３】
水区画４０からの流れを開始するために、好ましくは、袋に穴をあけるために針によってアクセス可能にするために、水を含む袋４２が露出されるように、１つの壁４０’に開口の形態のアクセス点が提供され、前記針は、適切には充電器ユニットの一部であり、運転を開始するときに活性化される。このことは、システムの説明とあわせて以下でさらに説明される。
【００３４】
アルミニウムを収容する区画もまた、好ましい実施形態において、図５に示すように、特定の方法で設計される。
すなわち、アルミニウムは、アルミ箔４８の形態で提供される。有効面積を増大するために、図５ａに示すように、アルミ箔は伸張形態で提供される。この形状は、例えば、箔４８にスリット５９を切り込み、矢印の方向に伸張することによって容易に作製することができる。好ましくは、複数の箔４８が積層され、箔の数自体は、臨界的ではないが適切には最大５０、好ましくは最大２０の箔が使用される。効率を決定するのはアルミニウムの有効面積である。
【００３５】
図５ｂは、アルミニウムを含む第２の区画５０の実施形態の断面図を示す。区画は、アルミニウム箔４８が積層される下部区画５１と、入口（この図には図示せず）を介して水およびアルカリを含むアルカリ反応溶液が注入される上部区画５２と、の２つの部分に細分化される。これらの上部および下部区画５２、５１は、適切にはポリマー材料の、好ましくは膜５３の形態である分割部材によって分離され、好ましくは、該分割部材は、その全周に少なくとも実質的に沿って区画５の内壁に溶接される。反応溶液を区画５０全体に効率的に分配させてすべてのアルミニウムを十分溶液に曝露するために、ポリマー膜５３は、溶液が下部区画５１へと滴り落ちる複数の小さな穴を有するように穿孔処理される。膜５３のポリマー材料は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＰＣ（ポリカーボネート）または穿孔および溶接され得、任意のその他の適当なポリマーなどの材料から選択することができ、０．０５〜０．１５ｍｍの厚さを有する。代替的に、箔は、溶液が通って下部区画へと移動することができる開口および／または孔を有するメッシュ、織布または不織布であり得る。
【００３６】
好ましくは、システムの効率に悪影響を及ぼすアルミニウム上の酸化物の形成を抑制するために、アルミニウムを含む区画はさらにＮａＣｌを含む。ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２またはＣａＣｌ２などのその他の塩化物もまた可能である。
【００３７】
図６には、例えば図３ａおよび３ｂに示される生成装置の実施形態に適した、すなわち別個の第２の部材２６に対応する、ＮａＯＨなどのアルカリ化合物を含む第３の区画６１を含み、以下において「活性化ユニット６０」と称される、別個の第２の部材６０の実施形態が示される。
【００３８】
この活性化ユニット６０は、適切には射出成形プラスチック材からなる筐体６２を備える。活性化ユニット６０は、図中に概略的に示されており、図３と関連してその実施形態が説明された、アタッチメント手段６３を備える。
【００３９】
ＮａＯＨ区画６１には、ＮａＯＨを溶解して反応溶液を提供するために水を注入するための区画６１への流体連結を提供するように、組み立てられた生成装置がそこに連結される充電器１０の一部である針またはカニューレ６４’によって容易に穿孔される材料からなる隔壁型の入口６４が設けられる（針６４’および生成装置１０はゴースト線で示される）。隔壁の材料は、好ましくはシリコーンなどのポリマー材料であるが、容易に穿孔され得、針が貫通されたときにシーリング機能を提供する任意の材料が使用可能である。アルカリ化合物（例えばＮａＯＨ）を含む区画への流体連結および水の導入を提供する機構は、以降において詳細に説明される。
【００４０】
活性化ユニット６０は、ユニットの底部（紙面）から上部へと延びる細長いチャネル構造体６６を有する。チャネル構造体は、別個の第１の部材（図３ａの要素２４に相当）における雌コネクタ要素６５’（ゴースト線で概略的に表示）を形成する溝部に適合する雄コネクタ要素６５を形成する突出部材を形成するためにさらに延在する。こうして、活性化ユニットは、アッタッチメント手段６３と協働して、ユニット６０を作動位置に効率的に固定される。
【００４１】
雄コネクタ６５の先端では、アルミニウムを含む前記第１の部材２４の内部とチャネル構造体６５との間の流体連結を形成するために容易に破ることができる材料で作製されたバリア６７で開口部が覆われる。チャネル構造体６６は、第１の（下部）幅広部６６ａおよび第２の（上部）幅狭部６６ｂの２つの部分に細分化される。２つの部分の間の移行部に、当接面６６ｃが形成される。チャネル構造体６６，６６ａ，６６ｂは、チャネル構造体６６，６６ａ，６６ｂの内部にぴったり収まるがチャネル内でプランジャがスライド可能なように十分な許容範囲を有する形状を有するプランジャ手段６８を収容する。したがって、好ましくは、チャネル構造体の下部分６６ａに収まる幅広下部分６８ａ、およびチャネル構造体の上部分６６ｂに適切にはぴったりと収まるが必ずしもその必要はない上部分６８ｂを有する。上部分は、バリア６７の破砕を可能にするように適合された尖端６８ｄを有する。プランジャの下部分６８ａは中空であり、好ましい実施形態における上部の幅狭部６８ｂは、開放体積が提供されるように上部のチャネル部６６ｂを完全には充填しない。この開放体積は、尖端に開放端が存在するように、先端を通して延在する。プランジャの中空部は、前記開放体積と流体連結する。
【００４２】
プランジャの下部分６８ａの長さは、チャネル構造体６６内部でプランジャが初期位置（実線で図示）から上方向に向かって（図面において見られるように）、最終位置（破線で図示）において当接面６６ｃに当接するまで移動可能であるようにチャネル下部６６ａの長さより短い。このような移動後の位置において、先端がバリア６７を穿孔し破砕する。プランジャ６８の移動は、生成装置が充電器に挿入されると、図６におけるゴースト線で示され、プランジャを上方向に（図面において見られるように）押す、充填器１０に設けられた突出要素６８’によって自動的に生じる。突出要素６８’は充電器ユニット１０と適切に一体化されており、ゴースト線で概略的に示されている。
【００４３】
針６４’を通してＮａＯＨチャンバに水が導入されてＮａＯＨが溶解されるとそこからの溶液の流れを提供するために、ＮａＯＨ区画とチャネル構造体６６との間の壁に出口６９が提供される。プランジャ６８の後退した位置（実線）では、プランジャはこの出口を塞ぐ。しかしながら、プランジャ６８は、穴６９’を備え、プランジャ６８の移動した位置（破線）において該穴６９’は出口６９と並ぶようになり、中空プランジャ６８を介して、ＮａＯＨ区画からアルミニウムを含む第１の部材２４における区画への流体連結が形成される。
【００４４】
ここで、図７〜８を参照して、システム全体を説明する。
１つの実施形態において、システムは、水素を変換することによって電気を生成することができる燃料電池アセンブリと、燃料電池アセンブリ用の燃料を提供するために水素ガスを生成するように構成された燃料生成装置７２とを備える、電気機器用の充電器７０を備える。好ましくは、燃料生成装置は、適切には厚さ１５ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは８ｍｍ未満を有する別個の一般的に平らな部材として提供される。さらには、燃料電池アセンブリを備える充電器ユニットは、前記燃料生成装置７２を収容するスロット７４を有し、充電器および燃料生成装置は、水素ガス燃料生成装置が充電器内のスロットへと挿入されたときに、水素ガスを生成するために始動、すなわちセットアップするように構成された相互に協働する界面を有する。
【００４５】
図７ａに示されるように、本発明による充電器および燃料生成装置のシステムは、燃料電池駆動式充電器ユニット７０と、充電器ユニット内のスロット７４に挿入可能な水素ガス生成装置７２とを備える。本明細書に記載したように、生成装置７２は異なる設計を有してよく、好ましい実施形態があるが、発明の概念は示された実施形態に依存するものではない。図７ａおよび７ｂに示されるように、生成装置７２は、下部よりわずかに幅広い上部を有するように成形される。これは、以下に記載するように、水袋を穿孔する機構の設計を単純化する基本的には実用的な事項である。この特定の設計は必要不可欠ではないが好ましいものである。先に記載した生成装置の全ての実施形態はこのように設計することができる。
【００４６】
本発明によるシステムの基本的な機能および動作は使い捨て型のガス生成装置に基づくものであり、すなわち例えば携帯電話を充電するために使用した後は捨てられる。生成装置は受動モードにあり、すなわち水素生成に関わる化学作用の個々の構成要素は分離され、生成装置ユニットが充電器に挿入されて動作可能に連結されたときにのみ水素生成が開始される。
【００４７】
生成装置が充電器に挿入されたときに、システムのセットアップまたは始動が行われる。そうして、必要な流体連結（先に記載）が開放され、すなわち充電器の一部である針によってＮａＯＨ区画への隔壁が穿孔され、ＮａＯＨ区画とプランジャとの間の連結が開放され、充電器に統合されておりかつそれぞれの部分が接続されるとプランジャを押すように構成された突出要素によってプランジャが移動し、プランジャによってアルミニウム区画へのバリアが破壊される。
【００４８】
システムを活性化して電気を生成するために、水がＮａＯＨ（またはその他のアルカリ化合物）と接触し、溶解して反応溶液を生成するようになる水の流れが開始されなければならない。
【００４９】
充電器／生成装置の相互協働界面は、水袋７５を穿孔する手段を備える。好ましい実施形態では、部分的に破断図である図７ｂに概略的に示されているように、この穿孔手段は、システムにおける充電器装置のハウジングの側面に沿って、好ましくはハウジング内部に設けられた中空針７６を含む。針７６は、針を上方向（図中において見られるように）に押して袋７５を穿孔する組込み型のバネ７６’を放つつまみ７７を単に押すことによって手動で操作することができる。
【００５０】
このことを実現するための単純な方法は、針７６につまみ７７を取り付け、水区画の方向に（矢印で示すように）つまみを押すだけである。代替的に、例えばソレノイド型装置などの電気機器を使用することができる。後者の場合、例えば電池から別個に電力を供給する必要があり得る。
【００５１】
先に言及したように、水区画はわずかに加圧されており、針７６が水袋７５を穿孔するとすぐに針７６への流れが自動的に開始され、適切には柔軟性チューブ（図示せず）を介して充電器内のチャネル７８へとさらに流れる。図６に関して説明したように、チャネル７８から、針６４’（適切にはポンプ７９と連結された）を介して水が隔壁を通過してアルカリ化合物、例えばＮａＯＨを溶解し、溶液はプランジャへと流れ、最終的にはプランジャおよびその出口を通ってアルミニウム区画へと流れる。
【００５２】
水袋における過圧は、非常に短い期間の流れを維持するのに十分なものに過ぎないため、動作を継続するために流れを補助しなければならない。このため、充電器ユニットにおいてチャネル７８内に位置するポンプ７９が設けられる。ポンプ７９は、燃料電池アセンブリの電力出力に連結され、燃料電池が発電を開始するとすぐに適切に作動する。
【００５３】
アルミニウム区画において発生する水素を供給するために、ハウジングの壁に位置するチャネルへとガスを送る、好ましくは少なくとも１つ、好ましくは２つの出口がチャンバの対向する側に設けられる。これらのチャネルはガスを充電器へと供給し、好ましい実施形態における出口およびチャネルの構造が図８に概略的に示される。
【００５４】
ここで、アルミニウム区画８０は、太線で概略的に示され、区画８０の対向する端部に位置する２つの出口８２，８４を備える。この分配は、区画から効果的にガスを除去することを可能にする点で有利である。これらの出口は、区画の壁内を通るチャネル構造体に連結されており、その出口は充電器ユニットにおける入口と気密封止を提供し、燃料電池へとガスが供給される燃料電池アセンブリ８８の内部で最終的に終止する。
【００５５】
生成装置が２つの部材を備える実施形態によるシステムの始動および動作のプロセスを図９に示す。
初めに、生成装置の部材を連結することにより、ＮａＯＨを含む区画とアルミニウムを含む区画との間の流体連結が開放される（１００）。
【００５６】
次いで、組み立てられた生成装置が充電器のスロットに挿入される（２００）。これにより、ＮａＯＨを含む区画への入口を開放することによってシステムが始動される。
【００５７】
その後、生成装置内の水袋を穿孔するための針を作動することによって、水の流れが開始され（３００）、それによりＮａＯＨを含む区画へと水が供給され、ＮａＯＨを溶解して、プランジャを通してアルミニウムを含む区画へと供給される溶液が提供され、それにより水素ガスの生成が始まる。水素が燃料電池へと送られると、電力が生成され始める（４００）。燃料電池が始動され運転されると、ポンプは能動的に水をシステムに送り始める（５００）。したがって、水ひいては水素の連続的な供給が提供される（６００）。
【００５８】
ガスがそれ以上生成されなくなると、充電器は動作を停止し、充電器が接続された装置は完全に充電され、動作が終了する（７００）。
図１０および１１は、好ましい実施形態における生成装置の分離状態および組立状態の概略図である。
【００５９】
最も一般的な態様において、本発明は燃料電池式充電器システムを作動する方法を提供する。該方法は、アルミニウムと、燃料生成のためにアルミニウムと接触させたときに水素を生成することができる反応流体を構成する化合物とを使用する燃料生成装置を提供する段階を含む。水素駆動燃料電池式充電器装置は、生成装置を収容する手段を備える。生成装置および充電器は、生成装置と充電器との間の流体連結を提供するために協働する共通の界面を有する。システムは、生成装置を充電器に挿入し、それによりシステムの選択された部分間の流体連結を界面が開放することによって始動される。アルミニウムと接触することにより水素が生成され始めるような反応溶液の流れが開始される。水素は燃料電池アセンブリにおける燃料電池へと供給され、それにより電気が生成される。
【００６０】
好ましくは、始動は、反応流体をアルミニウムと接触させるためにバリアを破壊する段階を含む。
また、流れの開始は、生成装置における水含有区画を開放することによって適切に提供され、前記化合物を収容する区画へと水を流し、前記化合物を溶解して反応流体を形成し、反応流体をアルミニウムと接触させる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  充電器
１２  燃料生成装置
１４  挿入スロット
１８  溶液を提供する手段
１８’  水を含む区画
２０、２０’  アルミニウムを含む区画
２１  水溶性化合物を含む区画
２２  注入する手段
２４  部材
２６  部材
４０  第１の区画
４２  柔軟性袋
４４、４５、４６、４７、４８  過圧を提供する要素
４８  アルミニウム
５０  第２の区画
５１  下空間
５２  上空間
５３  分割部材
６０  第２の部材
６４  バリア
６７  バリア
６８  プランジャ
７０  充電器
７２  燃料生成装置
７４  スロット
７６  中空貫通部材
７７  押しボタン
７８  流体移動システム
７９  ポンプ
８０  第２の区画
８２、８４  ガス出口
８６  チャネル
【図１ａ】
2018515417.tif 000003
【図１ｂ】
2018515417.tif 000004
【図２ａ】
2018515417.tif 000005
【図２ｂ】
2018515417.tif 000006
【図３ａ】
2018515417.tif 000007
【図３ｂ】
2018515417.tif 000008
【図３ｃ】
2018515417.tif 000009
【図４ａ】
2018515417.tif 000010
【図４ｂ】
2018515417.tif 000011
【図４ｃ】
2018515417.tif 000012
【図４ｄ】
2018515417.tif 000013
【図５ａ】
2018515417.tif 000014
【図５ｂ】
2018515417.tif 000015
【図６】
2018515417.tif 000016
【図７ａ】
2018515417.tif 000017
【図７ｂ】
2018515417.tif 000018
【図８】
2018515417.tif 000019
【図９】
2018515417.tif 000020
【図１０】
2018515417.tif 000021
【図１１】
2018515417.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月10日(2018.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池式充電器システムのための燃料生成装置（１２）であって、
アルミニウムを含む区画（２０）と、
水、および水に溶解して前記アルミニウムと接触したときにアルミニウムと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物の溶液を提供する手段（１８）と、
前記溶液を前記アルミニウムを含む区画へと注入する手段（２２）と、を備え、
前記溶液を提供する手段が、水を含む区画（１８’）と、溶液状態でアルミニウムと反応することができる前記水溶性化合物を含む区画（２１；２１ａ）と、前記化合物を溶解するために前記水を前記水溶性化合物を含む区画へと移動させ、かつ溶解した化合物を前記アルミニウムを含む区画へと注入するためのチャネルシステム（ＦＷ、ＦＳ）と、を備える、燃料生成装置。
【請求項２】
前記生成装置が、互いに接続可能な２つの別個の部材（２４，２６）から成り、第１の部材（２４）がアルミニウムを含み、第２の部材（２６）が前記水溶性化合物の溶液を含む、請求項１に記載の燃料生成装置。
【請求項３】
アルミニウムと反応することができる前記水溶性化合物を含む区画が、別個の区画に水およびアルミニウムを含む別個の第２の部材（２４）と接続可能な別個の第１の部材（２６）として設けられている、請求項２に記載の燃料生成装置。
【請求項４】
水を含む第１の区画（１８’）と、
アルミニウムを含む第２の区画（２０’）と、
水に溶解してアルミニウムと接触したときにアルミニウムおよびＮａＯＨと反応して水素ガスを生成することができる水溶性化合物を含む第３の区画（２１ａ）と、
を備える、請求項１に記載の燃料生成装置。
【請求項５】
前記第２の区画における化合物を溶解して溶液を提供するために前記第１の区画からの水の流れを開始し、水素生成反応を開始するために前記溶液を前記第３の区画へと注入するように構成された手段をさらに備える、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項６】
前記生成装置が、互いに接続可能な２つの別個の部材（２４，２６）から成り、第１の部材（２４）が水およびアルミニウムを含み、第２の部材（２６）が前記水溶性化合物を含む、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項７】
第１及び第２の区画（１８’，２０’；４０，５０）が別個の第１の部材（２４）に設けられ、第３の区画（２１ａ）が別個の第２の部材（２６）として提供され、前記生成装置（１２）を形成するために前記第１の部材および前記第２の部材が接続可能である、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項８】
前記第１の区画内の水が、水を含む柔軟性袋（４２）内に提供される、請求項５に記載の燃料生成装置。
【請求項９】
水を含む前記柔軟性袋（４２）を押して袋内部に過圧を提供する要素（４４；４５；４６，４７；４８）が前記第１の区画（４０）の内部に設けられる、請求項８に記載の燃料生成装置。
【請求項１０】
前記生成装置の作動時に前記第１の区画（１８’；４０）が前記第３の区画に連結される、中空針（７６）のためのアクセス点を備え、前記水を含む袋（４２；７５）が前記針（７６）によって穿孔されて前記袋（４２；７５）内の過圧が放出され、前記針（７６）を介して前記第３の区画（２１ａ）への水の流れが開始される、請求項９に記載の燃料生成装置。
【請求項１１】
前記第２の区画内のアルミニウムが、メッシュまたは箔として提供される、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項１２】
前記メッシュが伸縮性金属構造の形態である、請求項１１に記載の燃料生成装置。
【請求項１３】
前記アルミニウムが、複数の層、好ましくは１から５０層、好ましくは最大２０層の箔として提供される、請求項１２に記載の燃料生成装置。
【請求項１４】
アルミニウムの総量が少なくとも１ｇである、請求項１２に記載の燃料生成装置。
【請求項１５】
前記第３の区画内の水溶性化合物の量が、０．１〜３ｇである、請求項７に記載の燃料生成装置。
【請求項１６】
前記第２の区画（５０）が、アルミニウム（４８）が提供される下空間（５１）と、前記燃料生成装置の作動時に前記化合物の溶液を収容する上空間（５２）とに前記第２の区画を細分化する分割部材（５３）をさらに備え、前記アルミニウムを含む空間に前記溶液が入ることを可能にするために前記分割部材（５３）が穴を有する、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項１７】
前記分割部材（５３）が、ＰＥＴまたはＰＣなど、好ましくはポリマー材料の箔であり、０．０５〜０．１５ｍｍの厚さを有し、前記箔は、少なくとも実質的にその全周に沿って前記第２の区画の内壁に溶接されており、前記箔は、前記箔を通して前記溶液が下の区画へと入ることを可能にするように構成されている、請求項１６に記載の燃料生成装置。
【請求項１８】
前記第２の区画（８０）が、燃料電池システムにおける対になるガス入口と耐漏出封止を提供するように構成されたチャネル（８６）を介して連結された少なくとも１つのガス出口（８２，８４）を備える、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項１９】
前記燃料生成装置が、１５ｍｍ未満、適切には１０ｍｍ未満、好ましくは８ｍｍ未満の厚さを有する、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項２０】
前記水溶性化合物を含む別個の第２の部材が、前記別個の第２の部材における区画と前記別個の第１の部材におけるアルミニウムを含む区画との間のバリア（６７）を破壊し、別個の部材間に流体連結を形成するように構成されたプランジャ（６８，６８ａ，６８ｂ）を備える、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項２１】
前記水溶性化合物を含む前記別個の第２の部材（６０）が、燃料電池システムに設けられた流体移動システムを介して前記生成装置の前記別個の第１の部材（２４）から水を受け入れるための流体連結経路を提供する破壊可能なバリア（６４）をさらに備える、請求項２０に記載の燃料生成装置。
【請求項２２】
アルミニウム区画が、塩、適切にはＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、またはＣａＣｌ２、好ましくはＮａＣｌをさらに含む、請求項４に記載の燃料生成装置。
【請求項２３】
水素の変換によって発電可能な燃料電池アセンブリと、前記燃料電池アセンブリ用の燃料を提供するために水素ガスを生成するように構成された請求項１に記載の燃料生成装置（７２）とを備える、電気機器用の充電器（７０）であって、
前記充電器（７０）が、前記燃料生成装置を受け入れるスロット（７４）を備え、
前記充電器（７０）および前記燃料生成装置（７４）が、前記燃料生成装置が前記充電器（７０）のスロット（７４）に挿入されたときに水素ガスの生成を開始することができるように構成された相互協働界面を有することを特徴とする、充電器。
【請求項２４】
燃料電池式充電器システムを作動する方法であって、
アルミニウムと、アルミニウムと接触したときに水素を生成することができる反応流体を形成する化合物の水溶液とを含む燃料生成装置を提供する段階と、
生成装置を収容する手段を備える水素駆動燃料電池式充電器装置を提供する段階であって、前記生成装置および充電器が前記生成装置と前記充電器との間の流体連結を提供するために協働する共通の界面を有する、段階と、
前記生成装置を前記充電器に挿入することにより前記界面がシステムの選択された部分の間の流体連結を開放することによってシステムを始動する段階と、
アルミニウムと接触して水素が生成され始めるように反応溶液の流れを開始する段階と、
電気が生成されるように前記燃料電池アセンブリの前記燃料電池に前記水素を供給する段階とを含む、方法。
【請求項２５】
前記流れを開始する段階が、前記発生装置の水を含む区画を開放して、前記化合物を収容する区画へと水を流して溶解することにより反応流体を形成し、前記反応流体を前記アルミニウムと接触させることによって提供される、請求項２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2018515417.tif 000023
2018515417.tif 000024
2018515417.tif 000025
2018515417.tif 000026
2018515417.tif 000027