特表 2016-511374 燃料電池システムのための流体インターフェースモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2016-511374(P2016-511374A)

(43)【公表日】2016年4月14日

(54)【発明の名称】燃料電池システムのための流体インターフェースモジュール

(51)【国際特許分類】

   F16K 7/14 20060101AFI20160318BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20160318BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20160318BHJP

   H01M 8/04228 20160101ALI20160318BHJP

   H01M 8/04303 20160101ALI20160318BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20160318BHJP

   F16K 31/02 20060101ALI20160318BHJP

【ＦＩ】

   F16K7/14 A

   H01M8/04 X

   H01M8/04 Y

   H01M8/04 N

   F16K31/02 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】38

(21)【出願番号】特願2015-562378(P2015-562378)

(86)(22)【出願日】2014年3月14日

(85)【翻訳文提出日】2015年11月4日

(86)【国際出願番号】IB2014000817

(87)【国際公開番号】WO2014140809

(87)【国際公開日】20140918

(31)【優先権主張番号】13/836,789

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】504175659

【氏名又は名称】インテリジェント エナジー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＥＮＥＲＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100086531

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100093241

【弁理士】

【氏名又は名称】宮田 正昭

(74)【代理人】

【識別番号】100101801

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 英治

(74)【代理人】

【識別番号】100095496

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 榮二

(72)【発明者】

【氏名】イアコニス、ジャン−ルイ

(72)【発明者】

【氏名】マクドナルド、アーロン

(72)【発明者】

【氏名】タム、ベンジャミン

【テーマコード（参考）】

3H062

5H127

【Ｆターム（参考）】

3H062AA01

3H062AA12

3H062BB33

3H062CC10

3H062DD11

3H062FF21

3H062HH10

5H127AA06

5H127AA07

5H127AA09

5H127AB05

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA24

5H127BA59

5H127BA60

5H127DA01

5H127DA11

5H127DC02

5H127DC09

5H127DC56

5H127DC90

5H127EE19

(57)【要約】

手動でＯＮにするが、燃料電池（１０８）の電気の生成が既定のレベル、例えば、定常状態またはその付近に到達すると自動的または電気的にＯＦＦになるパージ弁（１０９、１０９'、２００）が開示される。パージ弁は、システム始動時に開放されてもよいし、あるいは、システムシャットダウン時に開放されて、次回の始動時にパージ弁の準備ができており、かつ燃料電池システムがパージされているようにしてもよい。また、これらのパージ弁のうちの１つを含む様々な流体に関わる構成要素を含む一体型流体インターフェースモジュール（１０）も開示される。一体型流体インターフェースモジュール（１０）は、受動的に、またはプロセッサにより能動的に制御されることなく動作できる。また、燃料電池システムがシステム始動の際にパージまたは排気される燃料電池システムの動作方法が開示される。パージは、アノードプレナムが完全にパージされ、燃料と置き換わった時に、自動的に停止する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブであって、
入口と、出口と、ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを前記入口または出口に向けて封止位置まで付勢して、前記バルブを閉じる付勢部材と、
前記付勢部材を開位置まで動かして、前記ダイヤフラムを前記入口または出口から離れるように動かすことができるようにして、前記バルブを開放するスライダと、
前記付勢部材に接続され、電流によって作動されて、前記付勢部材を前記開位置に動かす、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータと
を備える、バルブ。

【請求項2】

バルブであって、
入口と、出口と、ダイヤフラムと、前記入口または出口から離れるように付勢される付勢部材と、
一方の方向に動いて、前記付勢部材及び前記ダイヤフラムを前記入口または出口に向けて封止位置まで動かして、前記バルブを閉鎖するスライダであって、前記スライダが、別の方向に動いて、前記付勢部材を開位置まで動かして、前記ダイヤフラムを前記入口または出口から離れるように動かすことができるようにして、前記バルブを開放する、スライダと、
前記付勢部材に接続され、電流によって作動されて、前記付勢部材を前記開位置に動かす、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータと
を備える、バルブ。

【請求項3】

前記電流が、燃料電池によって始動の間または動作の間に生産される、請求項１または２に記載のバルブ。

【請求項4】

前記ＳＭＡアクチュエータが、前記燃料電池の電流から隔てられて、前記付勢部材が前記封止位置に戻ることができるようにする、請求項３に記載のバルブ。

【請求項5】

前記付勢部材を前記開位置に保つ所定の位置に前記スライダを保持するためのラッチ機構をさらに備える、請求項１または２に記載のバルブ。

【請求項6】

作動させると、前記ＳＭＡアクチュエータが、前記付勢部材を動かして、前記ラッチ機構を解除し、かつ前記スライダを解除する、請求項５に記載のバルブ。

【請求項7】

前記スライダが少なくとも１つのばねにより付勢される、請求項１または２に記載のバルブ。

【請求項8】

前記付勢部材が、片持ち梁である、請求項１または２に記載のバルブ。

【請求項9】

前記ダイヤフラムが、前記ＳＭＡアクチュエータを前記バルブを通過する流体から隔てるように配置される、請求項１または２に記載のバルブ。

【請求項10】

バルブであって、
形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータに連結された、実質的に一定の直径を有する本体部分を備える可動シャトルであって、前記本体部分が、封止部分と、開放部分とを有し、閉鎖配置では、前記封止部分が、封止部材に隣接して配置されて、封止部を形成し、開放配置では、前記開放部分が、前記封止部材に隣接して配置されて、前記バルブを通る流路を形成する、可動シャトルを備え、
前記シャトルが前記閉鎖配置から前記開放配置に動かされると、前記ＳＭＡアクチュエータが燃料電池に電気的に接触し、前記燃料電池からの前記電力が前記ＳＭＡアクチュエータを収縮させて、前記シャトルを前記閉鎖配置に動かし、前記ＳＭＡアクチュエータを前記燃料電池から係脱させる、
バルブ。

【請求項11】

前記本体部分が、前記開放部分に配置される切り欠きをさらに備え、前記流路が、前記切り欠きを通る流れを含む、請求項１０に記載のバルブ。

【請求項12】

前記ＳＭＡワイヤが、２つの固定された柱の間に支持される、請求項１０に記載のバルブ。

【請求項13】

前記ＳＭＡワイヤが、前記シャトルの前記本体部分上の溝内に挿入される、請求項１０に記載のバルブ。

【請求項14】

請求項１、２または１０のいずれか１項に記載のバルブと、前記燃料電池システムをＯＮにするスイッチとを備える燃料電池システムであって、前記スイッチが前記バルブを開く、燃料電池システム。

【請求項15】

前記燃料電池システムがＯＮになった時に、前記スイッチが前記バルブを開く、請求項１４に記載の燃料電池システム。

【請求項16】

前記燃料電池システムがＯＦＦになった時に、前記スイッチが前記バルブを開く、請求項１４に記載の燃料電池システム。

【請求項17】

燃料電池システムであって、請求項１、２または１０のいずれか１項に記載のバルブと、伸長して燃料カートリッジの遮断弁を開放し、収縮して前記遮断弁を閉じるインターフェースポートとを備える、燃料電池システム。

【請求項18】

燃料電池システムであって、請求項１０に記載のバルブと、伸長して燃料カートリッジの遮断弁を開放し、収縮して前記遮断弁を閉じるインターフェースポートとを備え、前記インターフェースポートが、前記インターフェースポートが伸張した時に前記シャトルを前記開放配置に押す、燃料電池システム。

【請求項19】

燃料電池システムであって、請求項１０に記載のバルブと、伸長して燃料カートリッジの遮断弁を開放し、収縮して前記遮断弁を閉じるインターフェースポートとを備え、前記インターフェースポートが、前記インターフェースポートが収縮した時に前記シャトルを前記開放配置に押す、燃料電池システム。

【請求項20】

前記燃料電池からの前記電力が、始動時の前記燃料電池の調整フェーズの間に生産される、請求項１、２または１０のいずれか１項に記載のバルブ。

【請求項21】

前記ＳＭＡアクチュエータが、前記調整フェーズの終了付近で収縮する、請求項２０に記載のバルブ。

【請求項22】

ユーザが前記バルブを前記閉鎖配置から前記開放配置に動かす、請求項１、２または１０のいずれか１項に記載のバルブ。

【請求項23】

少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに燃料カートリッジを接続する、一体型流体インターフェースモジュールであって、前記モジュールが、
収縮可能なインターフェースポートであって、前記インターフェースポートが前記燃料カートリッジの遮断弁を開く伸長位置と、前記遮断弁が閉鎖されている収縮位置との間で移動可能である、収縮可能なインターフェースポートと、
前記少なくとも１つの燃料電池のアノード室をパージするパージ弁と、
スイッチと
を備え、
前記スイッチを作動させて、前記インターフェースポートを前記伸長位置及び前記収縮位置の間で動かし、前記パージ弁を開放配置に動かす、
モジュール。

【請求項24】

前記パージ弁が、前記燃料電池システムの始動時に前記開放配置に動かされる、請求項２３に記載の一体型流体インターフェースモジュール。

【請求項25】

前記パージ弁が、前記燃料電池システムのシャットダウン時に前記開放配置に動かされる、請求項２３に記載の一体型流体インターフェースモジュール。

【請求項26】

少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに燃料カートリッジを接続する、受動一体型流体インターフェースモジュールであって、前記モジュールが、
収縮可能なインターフェースポートであって、前記インターフェースポートが前記燃料カートリッジの遮断弁を開く伸長位置と、前記遮断弁が閉鎖されている収縮位置との間で移動可能である、収縮可能なインターフェースポートと、
前記少なくとも１つの燃料電池のアノード室をパージするパージ弁と、
スイッチと
を備え、
前記パージ弁が、前記スイッチを作動させることによって手動で開放され、
前記燃料電池が、プロセッサにより能動的に制御されることなく、あるいは別の電力源により電力を供給されることなしに、前記少なくとも１つの燃料電池からの電力により前記パージ弁を閉じる、
モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、燃料電池システムのための流体インターフェースモジュールに関し、より具体的には、モバイル燃料電池電源内にあり、水素源に接続するように適合される、一体型流体インターフェースモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池とは、反応物質、すなわち、燃料及び酸化剤の化学的エネルギーを直流（ＤＣ）電力に直接変換する装置である。リチウムイオン電池などの携帯用蓄電池はもちろんのこと、化石燃料の燃焼などの従来型の発電よりも燃料電池の方が高効率となる用途の数が増えている。特に、燃料電池の１つの使用法は、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、個人向けゲーム機、グローバルポジショニング装置、充電式バッテリーなどの携帯用またはモバイルの民生用電子デバイスのためのモバイル電源となることである。

【0003】

既知の燃料電池には、アルカリ形燃料電池、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池及び酵素燃料電池が含まれる。燃料電池は、一般に、水素（Ｈ２）燃料で作動し、純水素以外の水素燃料も消費することができる。純水素以外の燃料電池には、メタノールを使用する直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）などの直接酸化形燃料電池、または炭化水素を高温で使用する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が含まれる。水素燃料は、圧縮した形態で貯蔵することもできるし、あるいは、アルコールもしくは炭化水素などの化合物、または水素燃料及び副生成物に改質または変換し得る他の水素含有物質内に貯蔵することもできる。水素はまた、水またはアルコールと反応して水素及び副生成物を生成する、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）などのケミカルハイドライドに貯蔵することもできる。水素はまた、第１の圧力及び温度でランタン−ペンタニッケル（ＬａＮｉ５）などのメタルハイドライドに吸着または吸収させ、その後、第２の圧力及び温度で燃料電池に放出させることもできる。水素はまた、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）などのメタルハイドライドの加熱分解を通じて放出することもできる。

【0004】

ほとんどの低温型水素燃料電池は、水素イオン（ｐｒｏｔｏｎ）交換膜または高分子電解質膜（ＰＥＭ）を有し、これは、水素の水素イオン（ｈｙｄｒｏｇｅｎ'ｓｐｒｏｔｏｎ）を通過させるが、電子を外部回路へ通す。外部回路は、有利なことに、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピュータ、電動工具、または電子の流れすなわち電流を使用する任意の装置であり得る。燃料電池の反応は、次のように表すことができる。
燃料電池のアノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
燃料電池のカソードでの半反応：
２（２Ｈ^＋＋２ｅ⁻）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ

【0005】

一般に、ＰＥＭは、パーフルオロスルホン酸ポリマーであるＤｕＰｏｎｔ社から入手可能であるＮａｆｉｏｎ（登録商標）など、電解質として作用する水素イオン交換ポリマーまたは他の好適な膜から作られる。アノードは、典型的には、テフロン（テフロンは商標である）加工された（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）炭素紙製の支持体から作られ、その上には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層を堆積させてある。カソードは、典型的には、白金粒子を膜の片側に結合させてあるガス拡散電極である。

【0006】

特許文献及び科学文献においては、水素燃料の生成、流体の制御、周辺機器（ｂａｌａｎｃｅｏｆｐｌａｎｔ）及び発電を含む、完全かつ商業利用可能な燃料電池システムがほとんど開示されていない。これらの文献は、燃料電池システム、特に、モバイル燃料電池システムのための流体インターフェースシステムについて論じていない。したがって、そのような燃料電池システムに関する必要性が依然として存在している。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、燃料電池システムのための一体型流体インターフェースシステムまたはモジュールを対象とし、このシステムまたはモジュールは、水素などの燃料源と組み合わされ、流入する燃料圧力を燃料電池で使用可能な低い圧力に調整し、ユーザが燃料電池システムをＯＮまたはＯＦＦにした時に、燃料電池内の燃料プレナムをパージする。ユーザがしなければならない動作はそれだけである。一実施形態では、一体型流体インターフェースシステムは、モジュール上の流体に関わる構成要素をすべて作動させるために、単一のスイッチまたはＯＮ／ＯＦＦボタンを有する。

【0008】

本発明は、燃料電池システムのための受動一体型インターフェースシステムまたはモジュールをさらに対象とし、このシステムまたはモジュールは、ユーザによるＯＮ／ＯＦＦ作動、水素などの流入する燃料の圧力及び燃料電池が発電した電気以外の電源によって電力を供給されることなしに、コントローラまたはマイクロプロセッサで能動的に制御されることなく前節で論じた機能を行う。そのような電源には、内部電池もしくは外部電池、または燃料電池システムが電力を供給する装置からの電力が含まれるが、限定されるものではない。

【0009】

本発明はまた、燃料電池システムの動作方法に関し、燃料電池システムは、システム始動の際にパージまたは排気される。パージは、アノードプレナムが完全にパージされ、その内容物が燃料と置き換わった時に、自動的に停止する。本発明はまた、手動でＯＮにするのであるが、燃料電池の電気の生成が既定のレベル、例えば、定常状態またはその付近に到達すると自動的にＯＦＦになる独創的なパージ弁に関する。パージ弁は、システム始動時に開放されてもよいし、あるいは、システムシャットダウン時に開放されて、次回の始動時にパージ弁の準備ができており、かつ燃料電池システムがパージされているようにしてもよい。一実施形態では、本発明のパージ弁は、機械的に作動または準備されて開き、電気で作動されて閉じる。

【0010】

本発明は、パージ弁として機能し得るバルブに関し、バルブは、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータに連結された、実質的に一定の直径を有する本体部分を有する、可動のシャトルを備える。本体部分は、封止部分と、開放部分とを有し、閉鎖配置では、封止部分が、封止部材に隣接して配置されて、封止部を形成し、開放配置では、開放部分が、封止部材に隣接して配置されて、バルブを通る流路を形成する。シャトルが閉鎖配置から開放配置に動かされると、ＳＭＡアクチュエータが燃料電池に電気的に接触し、そして、燃料電池からの電力がＳＭＡアクチュエータを収縮させて、シャトルを閉鎖配置に動かし、かつＳＭＡアクチュエータを燃料電池から係脱させる。本体部分は、開放部分に配置される切り欠きを画定し、流路は、切り欠きを通る流れを含む。

【0011】

本発明はさらに、パージ弁として機能し得る別のバルブに関し、入口と、出口と、ダイヤフラムと、ダイヤフラムを入口または出口に向けて封止位置まで付勢して、バルブを閉じる付勢部材と、付勢部材を開位置まで動かして、ダイヤフラムを入口または出口から離れるように動かすことができるようにして、バルブを開放するスライダとを備える。バルブはまた、付勢部材に接続された形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを有し、電流によって作動されて、付勢部材を開位置に動かす。バルブは、付勢部材を開位置に保つスライダを所定の位置に保持するためのラッチ機構をさらに備える。好適には、ダイヤフラムは、バルブを通る流体からＳＭＡアクチュエータを隔てるように配置されて、ＳＭＡワイヤと流体との間における熱伝達を最小化する。

【0012】

本発明はさらに、本明細書で説明するパージ弁、及び燃料電池システムをＯＮまたはＯＦＦにするためのスイッチのうちの１つを備える燃料電池システムに関し、スイッチが、開放配置にバルブを押す。ＯＮ／ＯＦＦ押しボタンのスイッチは、付勢された部材を閉鎖配置から離れるように開放配置に押すように適合される１つのバルブのスライダを押してもよい。スイッチは、別のバルブのシャトルの肩部を開放配置に押すように適合されるプッシャを備える。スイッチは、燃料電池システムがＯＮになった時または燃料電池システムがＯＦＦになった時、シャトルを開放配置に押してもよい。

【0013】

本発明はさらに、本明細書で説明するパージ弁、及び伸長して燃料カートリッジの遮断弁を開放し、収縮して遮断弁を閉じるインターフェースポートのうちの１つを備える燃料電池システムに関し、インターフェースポートが、シャトルを開放配置に押す。インターフェースポートは、インターフェースポートが伸長した時またはインターフェースポートが収縮した時に、１つのパージ弁のシャトルを開放配置に押す。インターフェースポートは、シャトルの肩部を開放配置に押すように適合されるプッシャを備える。インターフェースポートはまた、別のパージ弁のスライダを押して、バルブを開放配置に動かしてもよい。

【0014】

本発明はさらに、少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに燃料カートリッジを接続する、一体型流体インターフェースモジュールに関する。モジュールは、インターフェースポートが燃料カートリッジの遮断弁を開く伸長位置と、遮断弁が閉鎖されている収縮位置との間で移動可能である収縮可能なインターフェースポートと、少なくとも１つの燃料電池のアノード室をパージするパージ弁と、スイッチとを備える。スイッチを作動させて、インターフェースポートを伸長位置及び収縮位置の間で動かし、パージ弁を開放配置に動かす。燃料電池システムの始動時または燃料電池システムのシャットダウン時に、パージ弁を開放配置に動かしてもよい。

【0015】

本発明はまた、少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに燃料カートリッジを接続する、受動一体型流体インターフェースモジュールに関する。モジュールは、インターフェースポートが燃料カートリッジの遮断弁を開く伸長位置と、遮断弁が閉鎖されている収縮位置との間で移動可能である収縮可能なインターフェースポートと、少なくとも１つの燃料電池のアノード室をパージするパージ弁と、スイッチとを備える。パージ弁は、スイッチを作動させることにより手動で開放され、燃料電池は、プロセッサにより能動的に制御されることなく、あるいは別の電力源により電力を供給されることなしに、少なくとも１つの燃料電池からの電力によりパージ弁を閉じる。

【0016】

本明細書の一部を形成し、これと共に読まれるべきものであり、類似の参照番号が、様々な図及び様々な実施形態において類似の部品を指すように用いられる、添付の図面において：

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1A】本発明の一体型流体インターフェースモジュール１０の基準面２２からの斜視図である。

【図1B】本発明の一体型流体インターフェースモジュールの基準面２２の反対側にある基準面２４からの斜視図である。

【図1C】図１Ｂの断面図である。

【図2A】例示的な燃料カートリッジの上方斜視図である。

【図2B】例示的なカートリッジ遮断弁の断面図である。

【図2C】例示的なカートリッジ遮断弁の断面図である。

【図2D】例示的な燃料電池システムの下方斜視図である。

【図3A】図１Ｂの部分分解図である。

【図3B】モジュールインターフェースポート１８の作動を示す図１Ｂの断面図である。

【図3C】モジュールインターフェースポート１８の作動を示す図１Ｂの断面図である。

【図4A】スイッチ１２によるモジュールインターフェースポート１８の一連の作動を示す、基準面２４からの本発明の一体型流体インターフェースモジュール１０の斜視図である。

【図4B】スイッチ１２によるモジュールインターフェースポート１８の一連の作動を示す、基準面２４からの本発明の一体型流体インターフェースモジュール１０の斜視図である。

【図4C】スイッチ１２によるモジュールインターフェースポート１８の一連の作動を示す、基準面２４からの本発明の一体型流体インターフェースモジュール１０の斜視図である。

【図4D】スイッチ１２によるモジュールインターフェースポート１８の一連の作動を示す、基準面２４からの本発明の一体型流体インターフェースモジュール１０の斜視図である。

【図5】圧力調整器６０の個々の部品を示す、図１Ｂの部分分解図である。

【図6A】燃料マニホールドを示す、本発明の一体型流体インターフェースモジュールの基準面２２からの斜視図である。

【図6B】圧力フィードバック流路を示す、本発明の一体型流体インターフェースモジュールの基準面２４からの斜視図である。

【図7】例示的な燃料電池の断面図である。

【図8A】本発明のパージ弁を示す、本発明の一体型流体インターフェースモジュールの基準面２２からの部分分解図である。

【図8B】図８Ａのさらなる部分分解図である。

【図8C】図１Ｃと同様であるが、基準面２２からの図である。

【図8D】図８Ｃのパージシャトルの拡大図である。

【図8E】パージ流マニホールドを示す、本発明の一体型流体インターフェースモジュールの基準面２４からの斜視図である。

【図9】本発明のパージシャトルの３つの斜視図である。

【図10A】本発明のパージ弁の開放及び閉鎖配置を示す、図８Ｃと同様の図である。

【図10B】本発明のパージ弁の開放及び閉鎖配置を示す、図８Ｃと同様の図である。

【図10C】ＰＣ基板を有する本発明の一体型流体インターフェースモジュールを示す分解図である。

【図10D】逆パージ弁を有する本発明の一体型流体インターフェースの断面図である。

【図11】代替的なパージシャトルの斜視図である。

【図12】代替的なモジュールインターフェースポートの斜視図である。

【図13】別の代替的なパージシャトルの斜視図である。

【図14】本発明の燃料電池システムの動作方法を説明する流れ図である。

【図15】本発明の燃料電池システムの動作方法を説明する流れ図である。

【図16】別の一体型流体インターフェースモジュールの断面図である。

【図17A】一体型流体インターフェースモジュールの作動を示す、一体型流体インターフェースモジュールの斜視図である。

【図17B】一体型流体インターフェースモジュールの作動を示す、一体型流体インターフェースモジュールの斜視図である。

【図18A】オフ、オン及び解除配置にある、別のパージ弁の斜視図である。

【図18B】オフ、オン及び解除配置にある、別のパージ弁の斜視図である。

【図18C】オフ、オン及び解除配置にある、別のパージ弁の斜視図である。

【図18D】図１８Ａに示す、パージ弁の長軸に沿った断面図である。

【図18E】図１８ＢＣに示す、パージ弁の長軸に沿った断面図である。

【図18F】図１８Ｃに示す、パージ弁の長軸に沿った断面図である。

【図19A】オフ及びオン配置にある、さらに別のパージ弁の斜視図である。

【図19B】オフ及びオン配置にある、さらに別のパージ弁の斜視図である。

【図19C】図１９Ａに示す、パージ弁の長軸に沿った断面図である。

【図19D】図１９Ｂに示す、パージ弁の長軸に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本明細書の最後に、図面で使用した参照番号を本明細書で使用した部品名に対応させている部品リストを記す。

【0019】

本発明の一体型流体インターフェースモジュールは、メタノールもしくはブタンの燃料カートリッジ、水素貯蔵装置、または水素発生装置などの燃料カートリッジをＰＥＭ燃料電池、ＤＭＦＣ、ＳＯＦＣ、または他の燃料電池などの燃料電池に接続する流体モジュールである。本発明の一体型流体インターフェースモジュールは、燃料カートリッジに対するドッキングポートまたは接続を提供して、燃料がカートリッジから一体型流体インターフェースモジュールに流れることができるようにする。一体型流体インターフェースモジュールはまた、流入する燃料の圧力を燃料電池に好適なより低い圧力に調整する。本発明の一体型流体インターフェースモジュールはまた、燃料電池をパージして、燃料電池のアノードに望ましくないガスを半自動的に、または手動で除去する。

【0020】

図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、一体型流体インターフェースモジュール１０（以下、モジュール１０とする）が、上側及び下側のそれぞれから示されている。モジュール１０は、「ＯＮ」セグメント１４及び「ＯＦＦ」セグメント１６を有するスイッチ１２を有する。モジュール１０はまた、図２Ａに示す燃料カートリッジ２０に接続するようにサイズ及び寸法決めされたモジュールインターフェースポート１８を有する。モジュール１０の上側２２及び下側２４は、以下に詳述する複数のマイクロ流体チャネルを含む。「上（ｔｏｐ）」及び「下（ｂｏｔｔｏｍ）」の語は、相対的な語であり、本発明の説明を容易にするために使用されていることに留意されたい。表面２２及び２４は、本発明の説明を助けるための基準面である。これらの語は、必ずしも、実際の動作の間、全体としてモジュール１０または燃料電池システムの向きを指すものではない。燃料カートリッジ２０、モジュール１０及びモジュール１０を組み込む燃料電池システムは、任意の向きで作動し得る。

【0021】

図２Ａ〜図２Ｃは、モジュール１０と共に使用される、例示的な燃料カートリッジ２０及び例示的なカートリッジ遮断弁２６を示している。燃料カートリッジ２０は、米国特許出願公開ＵＳ２０１１／０２１２３７４、ＵＳ２０１１／００９９９０４、及びＵＳ２０１１／０１０４０２１ならびにＵＳＤ６７３、４９７に説明され、バルブ２６は、米国特許出願公開ＵＳ２０１１／０１２１２２０、ＵＳ２０１１／０１８９５７４、ＵＳ２０１１／０２１２３７４、及びＵＳ２０１１／００９９９０４に説明されている。これらの引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。モジュールインターフェースポート１８は、外側の保護部２８と、内側のチューブ３０とを備える。チューブ３０は、図２Ｂ〜図２Ｃに示すカートリッジ遮断弁２６を開くようにサイズ及び寸法決めされる。遮断弁２６は、センターポスト３２を有していてもよく、センターポストは、弁箱３６及び／または封止部保持体３８と間隙３４を形成する。モジュールインターフェースポート１８のチューブ３０は、間隙３４に入って、１つ以上の封止部４０を開放する。チューブ３０がカートリッジバルブ２６から引き抜かれると、封止部（複数可）４０は、燃料カートリッジ２０を再び閉じる。モジュール１０と共に使用可能な他の好適な遮断弁２６には、米国特許第７，５３７，０２４号、第７，７６２，２７８号、第７，０５９，５８２号、及び第６，９２４，０５４号、ならびに米国特許出願公開ＵＳ２００８／０１４５７３９が含まれるが、限定されるものではない。

【0022】

モジュールインターフェースポート１８の外側の保護部２８は、カートリッジ２０の対応する溝４２に合うようにサイズ及び寸法決めされる。保護部２８及び適合する溝４２を有する１つの利点は、モジュール１０または燃料電池システム２１に、適切な燃料カートリッジが確実に使用されることである。保護部２８及び溝４２は、楕円、星形、多角形または任意の規則的もしくは不規則な形状などの他の形状を有していてもよい。

【0023】

図２Ｄは、本発明のモジュール１０を組み込み得る例示的な燃料電池システム２１を示している。スイッチ１２もまた、図２Ｄに示されている。燃料カートリッジ２０は、燃料電池システム２１の開口部に挿入されてもよい。燃料電池システム２１は、その表面にＵＳＢ充電ポートまたはＤＣポート（図１０Ｃで後に示す）を有する燃料電池充電器であってもよい。燃料電池システム２１はまた、民生用電子デバイス、懐中電灯、ラジオ、ＭＰ３プレーヤなどの音楽プレーヤ、コンピュータタブレット、またはラップトップであってもよい。燃料電池システムは、挿入後、内部にカートリッジ２０をしっかりと保持するクランプ２３を有していてもよい。クランプ２３はまた、作動または押されて、カートリッジ２０を切り離す。他の実施形態では、燃料電池システムは、カートリッジ２０を燃料電池システムに連結する他の手段、例えば、クリップ、凹部やボスなどの幾何学的機構、摩擦嵌合、または他の連結機構を有していてもよい。本発明は、任意の特定の燃料電池システムの用途または使用法に限定されるものではない。

【0024】

図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、スイッチ１２は、モジュールインターフェースポート１８と相互作用して、燃料カートリッジ２０のバルブ２６を開放する。モジュールインターフェースポート１８は、好適には、その側面上に、互いに反対側にある２つのノブ４４を有する。スイッチ１２は、図３Ａに最も良く示されているように、ノブ４４の周囲に嵌まるように適合されるＵ字型の端部４８を形成する、２つの対応するヨーク４６を有する。Ｕ字型の端部４８は、ノブ４４よりも大きい空間を画定しており、その結果、スイッチ１２のＯＮセグメント１４を押した場合、Ｕ字型の端部４８の下部が、ノブ４４及びモジュールインターフェースポート１８を矢印５０の方向に持ち上げて、モジュールインターフェースポート１８及びチューブ４０をカートリッジバルブ２６に向けて動かして、カートリッジバルブを開放する。燃料電池システム（図示せず）の硬質面に対するばねアーム５２の作用に起因してスイッチ１２がその休止位置に戻ると、Ｕ字型の端部４８のアームの間の余剰空間は、モジュールインターフェースポート１８を収縮させることなく、スイッチ１２がその中立または休止位置に戻ることを可能にする。このことにより、モジュールインターフェースポート１８が係合状態に維持されて、カートリッジバルブ２６を開放状態に保つ。

【0025】

一部の実施形態では、モジュールインターフェースポート１８は、遮断弁を含まず、カートリッジ遮断弁２６が、燃料電池システム２１のための流体遮断弁として使用される。モジュール１０上で遮断弁を省略することの利点には、繰り返し使用されるそのようなバルブの損耗（ｗｅａｒａｎｄｔｅａｒ）が起こらないようにすることと、そのようなバルブの不具合の可能性を最小限にすることとが含まれる。カートリッジ遮断弁２６に依ることの利点には、新しいカートリッジになるたびに新しいバルブが提供されるということが含まれる。他の実施形態では、モジュールインターフェースポート１８は、遮断弁を含んでもよい。そのような遮断弁は、カートリッジが挿入されていない場合に、システム内への空気または他の物質の侵入を阻止するために使用されてもよいし、あるいはシステムによって制御される遮断シーケンスを可能にするように使用されてもよい。

【0026】

図３Ｂに示す中立または休止位置によれば、ヨーク４６は、モジュール１０に対して実質的に平行である。一実施形態では、スイッチ１２は、スイッチ１２を枢動または回転可能にする枢動ボス５４を有する。ＯＮセグメント１４を方向５６に押すと、ヨーク４６は方向５８に回転する。この動きが、上述のように、モジュールインターフェースポート１８を方向５０に、図３Ｃに示す係合位置へと動かす。

【0027】

モジュールインターフェースポート１８は、モジュール１０の別の機械式機構と協働して、スイッチ１２がその中立位置に戻った後、モジュールインターフェースポート１８を図３Ｃに示す係合位置に保つ、機械式戻り止め４５をさらに備える。モジュールインターフェースポート１８は、脚部４７をさらに備え、脚部は、モジュール１０を通り抜けて突出して、モジュールインターフェースポート１８が図３Ｃに示す係合位置にある時はいつでも、燃料電池回路を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）上の電気スイッチを作動させる。

【0028】

この一連のモジュールインターフェースポート１８の動作について、図４Ａ〜図４Ｄにさらに示す。図４Ａに示すモジュール１０は、モジュールインターフェースポート１８が収縮しているＯＦＦ状態にあり、ばねアーム５２が、スイッチ１２をその中立位置に保っている。枢動ボス５４の周りで方向５８にヨーク４６を回転させ、かつ方向５０にモジュールインターフェースポート１８を伸長して、モジュール１０を作動またはＯＮ位置にする、方向５６に、ユーザがスイッチ１２のＯＮセグメント１４を動かす。上述のように、モジュールインターフェースポート１８を伸長することにより、カートリッジ２０の遮断弁２６が開いて、カートリッジからモジュール１０を通って燃料電池システム２１に至る燃料の流れを生じさせる。ユーザがスイッチ１２を放すと、図４Ｃに示すように、ばねアーム５２が、燃料電池システム（図示せず）の硬質面を押して、スイッチ１２及びヨーク４６をそれぞれ反対方向５６'及び方向５８'に動かして戻す。モジュールインターフェースポート１８は、伸長した状態が維持され、ヨーク４６のＵ字型の端部４８の上部は、モジュールインターフェースポート１８のノブ４４の上に載る。燃料電池システムの動作中、モジュール１０は、図４Ｃの配置に維持されるべきである。燃料電池システムをＯＦＦにするには、ユーザは、スイッチ１２のＯＦＦセグメント１６を方向５６に動かす。これにより、図４Ｄに示すように、ノブ４４及びモジュールインターフェースポート１８を方向５０'に動かす方向５８'にヨーク４６が回転されて、モジュールインターフェースポート１８を収縮して、カートリッジ２０の遮断弁２６を閉位置に戻す。ユーザがスイッチ１２を放すと、モジュール１０は、図４Ａの配置に戻る。

【0029】

図４Ｂまたは図４Ｄの配置では、スイッチ１２のＯＮセグメント１４またはＯＦＦセグメント１６が作動されて、燃料電池のアノード側をパージするのと実質的に同時に、パージ弁が作動または準備されてもよいことに留意されたい。モジュール１０'のパージ弁の動作及び構造については後述する。また、図４Ｂに示すようにモジュールインターフェースポート１８が伸長すると、燃料電池回路が作動する、またはＯＮになり、図４Ｄに示すようにモジュールインターフェースポート１８が収縮すると、燃料電池回路が作動停止する、またはＯＦＦになる。

【0030】

別の実施形態では、モジュールインターフェースポート１８は、それぞれ遮断弁を有しており、そのことは、モジュールインターフェースポート１８が燃料カートリッジに向けて進み、かつそこから収縮する必要性を除去する。カートリッジ２０が挿入されると、それぞれの遮断弁２６は、開放状態に維持され、燃料ガスの流れは、モジュールインターフェースポートの遮断弁によって制御される。この遮断弁は、受動機械式弁であってもよいし、あるいはコントローラにより制御され得る電気機械式ガス遮断弁であってもよい。

【0031】

燃料、例えば、水素ガスが、モジュールインターフェースポート１８を介してモジュール１０に流入した後、燃料の圧力は、圧力調整器６０によって調整される。図１Ｃ及び図５に最も良く示されているように、燃料は、内側のチューブ３０を通って流入し、モジュール１０の上側２２に到達し、ここで、燃料は、圧力調整器６０の入口側または高圧側に流れる。好適な圧力調整器は、入口ダイヤフラムまたは高圧ダイヤフラム６２と、シャトル６４と、出口ダイヤフラムまたは低圧ダイヤフラム６６とを備える。シャトル６４は、出口ダイヤフラム６６と接触する大端部６８と、入口ダイヤフラム６２と接触する小端部７０とを有し、シャトルハウジング７２に収容される。ばね７４は、圧力調整器６０の内側に配置され、シャトル６４の大端部６８と入口ダイヤフラム６２との間に配置される。ばね７４のばね力及びダイヤフラム６２及び６６の弾力性、ならびに出口室７６の圧力が、圧力調整器６０の開弁圧力またはクラッキング圧力を規定する。入口室７８は、入口ダイヤフラム６２とモジュール１０の上側２２の一部分との間に配置される。好適には、シャトルハウジング７２は、基準圧力と流体連通している。一例では、シャトルハウジング７２には、大気圧にアクセスするための少なくとも１つの通気孔７３が設けられている。

【0032】

可動シャトルを有する好適な圧力調整器の動作は、同一出願人による特許及び特許出願によく説明されており、これには、米国特許ＵＳ８，００２，８５３、ならびに米国特許出願公開ＵＳ２０１０／０１０４４８１、ＵＳ２０１１／０１８９５７４及びＵＳ２０１１／０２１２３７４、ならびに同一出願人による「ＦｌｕｉｄｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＳｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＦｕｅｌＣｅｌｌＳｙｓｔｅｍｓＩｎｃｌｕｄｉｎｇＰｒｅｓｓｕｒｅＲｅｇｕｌａｔｏｒｓａｎｄＶａｌｖｅｓ」と題する整理番号ＢＩＣ−１６９の本願と同日に出願の特許出願が含まれる。本引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。他のタイプの好適な圧力調整器には、米国特許出願公開ＵＳ２００８／０２３３４４６及びＷＯ２０１１／１２７６０８に説明されたものが含まれるが、限定されるものではない。これらの引用文献に説明された任意の圧力調整器をモジュール１０で使用することができる。これらの引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。

【0033】

図１Ｃを参照すると、燃料は、チューブ３０を通って流入して、モジュール１０の上側２２に到達する。図６Ａに最も良く示されているように、チューブ３０の終端部３０'において、燃料は、入口チャネル８０に向けられ、圧力調整器６０の入口８４へと方向８２に流れる。出口室７６の出口圧力及びばね７４及びダイヤフラム６２及び６６がかける圧力が、調整器６０の開弁圧力よりも低い場合、入口ダイヤフラム６２は、出口ダイヤフラム６６に向けて撓み、流入する燃料が入口８４に入口室７８内へと流入する。ここで入口室は、膨張し、膨張に起因して圧力が低下する。

【0034】

図６Ａに最も良く示されているように、膨張及び圧力低下の後、燃料は、圧力調整器６０を出口８６で出て、出口チャネル８８を通って方向９０に流れ、モジュール１０からモジュール出口９２で出て、後述の図７に示す燃料電池（複数可）、及び燃料電池システム２１に流れる。２つの出口チャネル８８が示されているが、任意の数の出口を利用することができる。

【0035】

出口圧力及び／または燃料電池内の圧力を導いて出口ダイヤフラム６６に戻すための圧力フィードバック構造もまた提供され、その結果、圧力調整器６０が閉じて、すなわち、シャトル６４が入口ダイヤフラム６２を入口８０に向けて押して、出口圧力または燃料電池の圧力が低下するまで、圧力調整器を通る燃料の流れを停止してもよい。図６Ａに示されているように、フィードバックポート９４は、出口チャネル８８上に提供される。図６Ｂに最も良く示されているように、ポート９４は、方向９８を向く第１のフィードバックチャネル９６に接続され、そして、方向１０２に沿う第２のフィードバックチャネル１００に沿って出口室ポート１０４に接続され、ここで、燃料出口圧力を出口ダイヤフラム６６により感知できる。ダイヤフラム６２及び６６の撓み状態に応じてフィードバック流の方向９８及び１０２が確保され得るように、圧力フィードバック構造は、専用の出口を持たない、すなわち、止まり穴であることに留意されたい。

【0036】

加えて、図６Ａ及び図６Ｂに示す流路は、燃料が流路から出ないように、薄層で覆って、閉じた流路を形成することもできる。こうした薄い覆いは、水素、酸素またはメタノールなどの燃料電池の燃料に対して不活性な物質から作られる薄い接着剤フィルムであり得る。このような薄い被覆フィルムは、図１Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ以下において要素１０６として示され、さらに後述のパージチャネルを覆うために使用することもできる。

【0037】

代替的な実施形態では、一般に金属または金属合金から作られるコイルばね７４は、スイッチ１２にあるばねアーム５２と同様のばねアームなどの成形機構で置き換える。この成形機構は、金属または金属合金から作られてもよいし、あるいは、プラスチックまたは好適な機械的特性を備える他の材料であってもよい。加えて、圧力調整器６０に入口８４及び出口８６を提供することに代えて、圧力調整器は、バイパスチャネル、すなわち、出口室７６を入口室７８に繋ぐためにダイヤフラム６２及び６６ならびにシャトル６４を通る内部チャネルによって接続される。このバイパスチャネルは、シャトル６４ならびにダイヤフラム６２及び６６から離間しており、出口室７６を入口室７８に繋ぐ。ダイヤフラム及びシャトルを通る内部チャネルを有する圧力調整器は、同一出願人によるＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１３／０９３６４６に十分に開示され、より具体的には、前記ＰＣＴ公開公報の図８Ａ〜図８Ｄに十分に開示されている。ＷＯ２０１３／０９３６４６は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。

【0038】

一体型流体インターフェースモジュール１０はまた、残留ガスを燃料電池のアノードプレナムから除去する、パージシステムまたはパージ弁（以下、参照番号１０９または１０９'で示す）を備える。例示的な燃料電池１０８は、図７に示され、図７は、同一出願人の国際公開ＷＯ２０１１／０７９３７７に開示された並列平板型ＰＥＭ燃料電池を示している。平板型でスタック型の燃料電池を含む、他の好適な燃料電池について以下に論じる。副生成物、不活性ガス及び水蒸気を含む残留ガスは、燃料電池１０８のアノード側１０７に溜まり得る。定期的に、またはシステム始動時またはシステムシャットダウン時に、燃料カートリッジ２０から水素ガスなどの燃料を用いて、これらの残留ガスをアノード１０７からパージすることが望ましい。燃料電池または燃料電池システムをパージすることは、アノードプレナムを排気することである。一実施形態では、パージ弁が開放されると、燃料がモジュール１０に流入し、圧力調整器６０を通って、そしてモジュール出口９２から出て、燃料電池１０８のアノード１０７に流れる。燃料ガスは、アノードからの残留または不活性ガスをモジュール１０に押し戻し、パージ弁を通して、排出する。

【0039】

後述及び図８Ａ〜図１０Ｂに示す、パージ弁システムの一実施形態では、パージ弁１０９は、好適には、ユーザにより手動で、例えば、スイッチ１２のＯＮセグメント１４を押すことによって作動されて、燃料電池システムを始動する。パージ弁１０９は、スイッチがその中立または休止位置に戻った時に、ＯＮまたは開放された状態に維持される。換言すると、パージ弁の閉鎖は、スイッチ１２に結びついていない。その代わりに、燃料電池が電気を生産するための始動時調整プロセス後、定常レベルに到達した時に、パージ弁１０９は、閉鎖またはＯＦＦ位置に動かされる。調整プロセスは、燃料電池が自身を暖気及び加湿する始動プロセスである。燃料電池からの電気は、抵抗負荷に伝えられ、このことが、抵抗負荷を熱する。既定のレベルまで加熱されると、形状記憶合金などの抵抗負荷は、その形状を変え、または収縮して記憶している形状に戻り、パージ弁を閉じる、またはこれをＯＦＦ位置に動かす。抵抗負荷は、ＳＭＡ及び暖気プロセスを加速するために優先的に配置され得る他の抵抗体を含んでもよい。したがって、本発明のパージ弁システムは、手動で、または機械的に作動され、電気的及び／または熱的に作動停止される。換言すると、パージ弁１０９は、半自動パージ弁である。本発明は、パージ弁を閉じるように抵抗負荷／形状記憶合金負荷を作動させるのに十分な電力を産み出す燃料電池の能力に依っている。本発明は、アノードが水素で満たされているかどうかの検出するために、センサまたは制御システムに頼るものではない。本発明は、水素ガスセンサ及びパージ弁を閉じるための電源の両方として燃料電池を用いる。

【0040】

モジュール１０における本発明のパージシステム１０９は、図１Ｃ、図８Ａ〜図８Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｂに示されているように、Ｏリングまたは封止ディスクなどの封止部材１１２と協働するパージシャトル１１０を少なくとも備える。図９Ａ〜図９Ｃに最も良く示されているように、シャトル１１０は、封止部分１１４と、開放部分１１６と、肩部１１８と、オプションの延長部１２０とを備える。開放部分１１６は、切り欠きまたは開いたノッチ１２２を含み、これは、残留ガスを通して出す切り欠きである。図１０Ｂに示されているような閉鎖配置では、パージシャトル１１０の封止部分１１４は、封止部材１１２の隣に配置される。図１０Ａに示す、ガスを排気する開放配置では、開放部分１１６及びノッチ１２２は、封止部材１１２の隣に配置されて、ノッチ１２２及びパージシャトルを通る流路を形成して、残留ガスを排気する。

【0041】

図１０Ｂを参照すると、圧縮された封止部材１１２によりパージシャトル１１０の封止部分１１４にかかる圧縮力は、方向１１３を向いており、図１０Ｂの閉鎖配置から図１０Ａの開放配置にシャトル１１０を動かす作動力は、方向１１５を向いている。方向１１３及び１１５は、実質的に互いに直交する。封止部分１１４及び開放部分１１６の直径は、実質的に同じであり、これらの直径は、封止部材１１２の内径よりも大きく、したがって、封止部材１１２は、方向１１３に圧縮され、力を及ぼす。摩擦以外の軸方向または長手方向の力は存在せず、あるいはパージシャトル１１０に動いた時に作用するばねからの付勢力は存在せず、それによって、パージシャトル１１０がそのように動かされても、パージシャトル１１０を閉位置及び開位置に止まることを可能にする。

【0042】

図８Ａを参照すると、パージシャトル１１０は、２つの柱１２６に吊るされたワイヤ１２４上に支持されている。柱は、モジュール１０の本体に固定されている。モジュール１０は、ワイヤ１２４を収めるようにサイズ及び寸法決めされる溝１２７を有する。ワイヤ１２４は、パージシャトル１１０の肩部１１８の下に挿入される。図９Ｂに最も良く示されているように、パージシャトル１１０は、チャネル１３０に対して開かれているスリット１２８を有する。スリット１２８は、ワイヤ１２４が擦り抜け、チャネル１３０内に遊動可能に保持されるようにサイズ及び寸法決めされる。一実施形態では、ワイヤ１２４は、既定の温度に加熱されると元の形状に戻る材料から作られる、または材料を含む。ワイヤ１２４のための好適な材料は、形状記憶合金（ＳＭＡ）である。ＳＭＡ材料は、導電性を有し、かつ電気抵抗を有するため、これに、例えば、燃料電池１０８から電流が流れると、電流はさらに、ＳＭＡワイヤを熱する。好適なＳＭＡ材料には、Ｆｌｅｘｉｎｏｌ（商標）として市販されているニッケル−チタンすなわちニチノールが含まれるが、限定されるものではない。他の好適なＳＭＡ材料には、様々な濃度のＡｇ−Ｃｄ、Ａｕ−Ｃｄ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｘ（Ｘ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ）、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｃｕ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｇａ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｇａ、Ｔｉ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｎｂ及びＮｉ−Ｍｎ−Ｇａの合金が含まれる。ワイヤ１２４は、パージ弁１０９の一部を形成する。

【0043】

この実施形態では、ユーザがスイッチ１２のＯＮセグメント１４を作動した時、ユーザはまた、パージ弁を開く。スイッチ１２は、図８Ｂに最も良く示されているように、ヨーク４６に加えて、さらにパージ弁プッシャ１３２を有し、パージ弁プッシャの終端は、２つの指部１３４となっている。指部１３４は、上述の方向５８にパージシャトル１１０の肩部１１８を押し下げる。この動きが、パージシャトル１１０を図１０Ａの開放配置に動かす。パージシャトル１１０の延長部１２０は、燃料電池から外部負荷（例えば、電子デバイス）を切り離し、ワイヤ１２４を燃料電池に接続する。残留ガスがアノード１０７からパージされ、水素燃料で置き換えられると、燃料電池１０８は、さらに電気を生産し、電気は、ワイヤ１２４を伝わり、ワイヤを熱する。燃料電池における生成がパージプロセスが完了したことを示す所望または定常状態レベルに到達すると、ワイヤ１２４は十分に加熱されて、その記憶してある形状に戻る、すなわち、ワイヤは、その長さを収縮して、パージシャトルを引き、図１０Ｂに示されているような、その閉鎖配置に戻す。パージシャトルが閉鎖配置に戻ると、ワイヤ１２４は燃料電池回路から切り離され、外部負荷が燃料電池に再接続される。ワイヤ１２４は、冷えてそのより長い長さに戻ることができるようになる。

【0044】

図１０Ｃに示すように、中でも、電気回路を含むＰＣ基板１３５がインターフェースモジュール１０の側面２２に隣接して配置される。ＰＣ基板１３５は、好適には、燃料電池１０８が発電した電気を外部負荷または電子デバイスに伝えるために、ＵＳＢポートなどの電気的な出力ポート１３７を有する。外部負荷には、ＤＣ−ＤＣ変換器、電力変換（ｐｏｗｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）要素、電気的な調整器及び調整した電力を電子デバイスに供給するための他の電気的な構成要素が含まれるが、限定されるものではない。

【0045】

図８Ｃ〜図８Ｅを参照すると、パージされる残留ガスは、方向１３６に流れ、パージポート１３８を通ってモジュール１０に入る。モジュール１０の内側では、残留ガスは、パージチャネル１４０を通って方向１４２に沿って流れ、図８Ｄに示すように、パージシャトル１１０にある開放部分１１６のノッチ１２２を介してモジュール１０を方向１４２に沿って出る。残留ガスには、燃料電池システムが停止している時、高分子交換膜（ＰＥＭ）を通して、そして、燃料カートリッジがなんらシステムに接続されていない時、燃料導管を通ってアノードプレナム内に移動する不活性ガス、水蒸気及び凝縮水が含まれる。

【0046】

したがって、本発明のパージ弁システム１０９は、燃料電池システムがスイッチ１２を押すことによってユーザによってＯＮにされた時、手動で作動され、燃料電池が十分にパージされた時、自動的に作動停止される。燃料電池自体が、アノード室（複数可）が十分にパージされた時を判定する。十分にパージされた時は、水素ガスが残留ガスに置き換わった時の電気の生産と一致する。自動的に起こる作動停止プロセス自体は、好適には、燃料電池が完全に調整された後、電気を消費しない。この過渡的な調整期間の間に燃料電池の生産する電力は、装置に電力を供給する役には立たないが、ワイヤ１２４を加熱するために使用される。調整期間の間に生産される電力はまた、燃料電池システム２１の他の構成要素を加熱するために使用することもできる。パージ弁システム１０９を作動停止するためには、なんら有用な電気を使用する必要はない。

【0047】

ワイヤ１２４の長さ及び幅は、定常状態出力及び／または燃料電池の調整の間の出力、ＳＭＡ材料の熱伝導率及び熱容量、ＳＭＡ材料がその記憶した形状に戻る温度、ＳＭＡ材料による収縮量、及びパージシャトルを閉鎖配置から開放配置に動かすために必要な力により、容易に特定することができる。これらの因子は、容易に調査または測定できる。

【0048】

このパージ弁システムの利点は、燃料電池のパージが不十分な場合、パージプロセスが完了し、水素ガスなどの燃料が燃料電池内で反応して、電気を生産するまで、バルブが開放状態に維持されるということである。

【0049】

従来型のパージ弁に対する半自動パージ弁１０９の利点は、容易に分かる。手動で操作されるパージ弁は、パージが短すぎて、燃料電池内に残留ガスを残すこともあり、あるいはパージが長すぎて、燃料ガスを浪費することもある。時間を経過させる、または時間を決める方式のパージ弁は、手動でパージされるバルブと同じ不利益を被り、タイミング機構のための余分な構成要素を必要とする。電子的に作動されるパージ弁は、定常状態で動作する燃料電池から電力と、電磁弁及びセンサなどの余分な部品とを必要とする。電子的に作動されるバルブはまた、定常状態電力がないことから、始動時に操作することができない、あるいは電池などの独立の電源なしでは機能することができない。電子的に作動されるバルブはまた、機能するために、マイクロプロセッサまたはコントローラを必要とする。従来型のパージ弁の欠陥は、上述及び図８Ａ〜図１０Ｂに示すパージ弁１０９、ならびに後述の逆パージ弁１０９'によって改善される。

【0050】

別の実施形態では、ＳＭＡワイヤ１２４と、パージシャトル１１０と、封止部材１１２とを有するこのパージ弁は、多くの用途で、ＳＭＡワイヤにトリガをかけるシステム温度が特定の既定のレベルに到達するとあらゆるシステムを遮断する安全遮断弁として配置され得る。パージシャトル１１０は、ＳＭＡワイヤが収縮した時に回路を開く電気スイッチのように作用し得る。パージシャトルを手動で押すことによる手動リセットは、回路を閉じて、システムを再始動するのに必要である。

【0051】

この安全遮断機能を適用して、燃料電池システムが遊休状態にある時に燃料電池システムをシャットダウンすることができる。燃料電池に負荷がかかっていない場合、例えば、燃料電池式充電器に電子デバイスがなにも接続されていない場合、電流をパージ弁１０９に流して、収縮して燃料電池をオフにするようにＳＭＡワイヤ１２４を加熱する。一例では、ＳＭＡワイヤをモジュールインターフェースポート１８に接続することもできる。燃料電池システムがオーバーヒートすると、ＳＭＡワイヤが方向５０'に収縮して、チューブ３０を遮断弁２６から引き抜いて、システムをオフにする。この動作は、スイッチ１２のＯＦＦセグメント１６を押さずにシステムをシャットダウンするのに等しい。別の例では、パージ弁１０９または１０９'のＳＭＡワイヤ１２４と、ＵＳＢポート１３７との間に単純な回路が接続される。ゲートに接続されるサーミスタなどの温度センサがこの回路に配置される。閾値温度に到達すると、ゲートが開いて、ＵＳＢポートを燃料電池回路から分離し、この回路をＳＭＡワイヤ１２４に接続して、ワイヤを収縮させて、システムを停止する。別の例では、システム遮断温度またはその付近で収縮するようにＳＭＡワイヤ１２４の材料が選択されて、システム温度が遮断温度に到達した時に自動的にシステムをシャットダウンする。別の例では、好適にはＰＣＢ基板１３５上に配置されるプロセッサまたはマイクロプロセッサが、既定の作動停止期間の後、電流をＳＭＡワイヤ１２４に流す。

【0052】

別の実施形態では、パージシャトルは、図１１に最も良く示されているように、２つの開放部分１１６及び１１６'を有していてもよく、両口パージシャトル１４４と表す。両口パージシャトル１４４をマニホールドにおける流体制御部として使用してもよい。例えば、１つのＳＭＡワイヤ１２４を肩部１１８の下方の溝１３０に配置することができ、第２のＳＭＡワイヤ１２４を肩部１１８の上方に配置することができる。燃料電池もしくは別の電気システムまたはコントローラは、一方の特定のワイヤ１２４を選択的に作動させて、パージ両口シャトル１４４を第１の開放部１１６に動かすことができ、また他方のワイヤ１２４を作動させて、両口パージシャトル１４４を他方の開放部１１６'に動かすことができる。異なる長さの第３のＳＭＡワイヤ１２４を肩部１１８の上方または下方に配置して、両口パージシャトル１４４を封止部分１１４に動かしてもよい。両口パージシャトル１４４の位置を変えることによって、マニホールド内における特定の流れチャネルを選択できる。

【0053】

別の実施形態では、パージ弁１０９'は、逆の仕方で動作する。逆パージ弁１０９'は、燃料電池システムがＯＦＦにされた時、準備または開放される。この構成では、燃料電池システムがＯＦＦの場合、逆パージ弁１０９'は開放され、燃料電池システムは、燃料電池システムが再びＯＮになった時にパージされる準備が整う。上述の実施形態と同様に、燃料電池は、その生産する電気で逆パージ弁１０９'を閉じる。スイッチ１２にわずかな調整を加えて、このシーケンスを達成する。図８Ｂを参照すると、スイッチ１２のＯＮセグメント１４と関連するパージ弁プッシャ１３２は、再配置され、スイッチ１２のＯＦＦセグメント１６に取り付けされ、その結果、ＯＦＦセグメント１６の作動により、逆パージ弁がＯＮ配置に動かされる。あるいは、スイッチ１２及びパージ弁プッシャ１３２は、図８Ｂに示されるのと実質的に同じに維持されてもよく、パージシャトル１１０が、図１３に示すように修正されて、開放部分１１６を一方の端部に配置し、封止部分１１４をその端部から離れて配置した、逆パージシャトル１１０'となる。加えて、パージシャトルの肩部１１８は、パージ弁プッシャ１３２の反対側となるように再配置される。図１０Ｄに示すように、ＯＦＦセグメント１６が方向５６に押され、パージ弁プッシャ１３２を方向５８'に動かすと、パージ弁プッシャ１３２は、パージシャトル１１０'を方向５０'に動かして、開放部分１１６を封止部１１２と位置を合わせて、逆パージ弁１０９'を開放及び準備させて、次にシステムがＯＮになった時に排気する。

【0054】

逆パージ弁１０９'の１つの利点は、燃料電池システムの動作中にユーザがスイッチ１２のＯＮセグメント１４を繰り返し押しても、あるいはＯＮセグメント１４を長時間押し下げても、バルブがパージしないことであり、それは、逆パージ弁１０９'がＯＮセグメント１４から切り離されているためである。燃料電池がフルに稼働している間にシステムをパージすることは、燃料を浪費し、燃料電池の動作を混乱させ、ＳＭＡワイヤ１２に損傷を与え、他の悪影響をもたらす。

【0055】

逆パージ弁１０９'の別の利点は、燃料電池システムの稼働中、過度のパージを防ぐため、パージ動作を行うことができないことである。ユーザは、まず、ＯＦＦセグメント１６を作動させてシステムをＯＦＦにし、これにより、全システムがＯＦＦになり、パージ弁が開き、次いで、ユーザは、ＯＮセグメント１４を作動させて、燃料電池システムをＯＮに戻し、かつシステムをパージする。

【0056】

逆パージ弁１０９'の別の利点は、燃料電池システムのシャットダウン時、かつ逆パージ弁１０９'が開放配置にある時、アノード及び燃料電池システムの残りの部分は、減圧して、周囲環境と平衡になることである。このことは、燃料電池が冷える際、燃料電池システム内における水の凝縮量を低減し、それによって、次回の起動の際、パージ継続時間を減らす。

【0057】

さらに別の実施形態では、パージ弁プッシャ１３２が図１２に示すようなモジュールインターフェースポート１４６に接続され、モジュールインターフェースポートは、上述のように、スイッチ１２によって、方向５０に、カートリッジ２０に接続する伸長位置まで動かされる、または方向５０'に、カートリッジ２０から切り離される収縮位置まで動かされる。モジュールインターフェースポート１４６を方向５０に動かすと、この動きは図３Ｂ〜図３Ｃに示すモジュールインターフェースポート１８と同じであるが、パージ弁プッシャ１３２は、方向５０にパージシャトル１１０を押す。この実施形態では、プッシャ１３２は、図９Ｂに示す肩部１１８の表面１４８上に配置される。これにより、ノッチ１２２及び開放部分１１６を封止部材１１２の反対側に配置し、それによって、パージ弁１０９を開放配置に切り替える。

【0058】

パージシャトルを修正すると、前節のパージシステムを逆の方法で動作させることができる、すなわち、システムをオフにすると、パージ弁が開く。図１３に示すように、パージシャトル１１０'は、パージシャトル１１０と同様であるが、ただし、シャトルの封止部分１１４の位置と開放部分１１６の位置とが入れ替わっていることが異なる。システムがシャットダウンまたはＯＦＦに切り替わって、モジュールインターフェースポート１４６が収縮すると、モジュールインターフェースポート１４６に取り付けられ、肩部１１８の表面１５０に接触するパージ弁プッシャ１３２は、方向５０'に動いて、開放部分１１６及びノッチ１２２を封止部材１１２の反対側に配置して、パージ弁を開放する。

【0059】

パージ弁プッシャ１３２がモジュールインターフェースポート１４６に取り付けられている実施形態では、プッシャ１３２が肩部１１８の表面１４８または１５０に配置され、その結果、モジュールインターフェースポート１４６は、手動でのみ一方向５０または５０'にパージシャトル１１０、１１０'を動かすことができることに留意されたい。ＳＭＡワイヤ１２４は、反対側の表面に配置されて、パージ弁を自動的に閉じる。

【0060】

モジュールインターフェースポート１４６及びパージシャトル１１０'を逆の方法で用いるパージシステムは、新しいカートリッジ２０が燃料電池システム内に挿入されるたびに、逆パージ弁１０９'が開放配置に移動する、または留まり、燃料電池システムはパージされる準備が整うということを含む、いくつかの利点を提供する。古いまたは空のカートリッジ２０を取り外し、スイッチ１２をＯＦＦにすると、モジュールインターフェースポート１４６が収縮し、パージシャトル１１０'を有するパージ弁１０９'が開放配置になり、燃料電池システムは新しいカートリッジが挿入され、スイッチ１２がＯＮにされた時にパージされる準備が整う。

【0061】

しかしながら、古いまたは空のカートリッジ２０を取り外し、スイッチ１２がＯＮ位置のままであると、モジュールインターフェースポート１４６は、伸長したままになり、パージ弁１０９'が閉鎖配置に止まる。有利なことに、新しいカートリッジが挿入されると、モジュールインターフェースポート１４６とのカートリッジの摩擦及び接触に起因して、挿入動作がモジュールインターフェースポート１４６を収縮位置に押し、パージ弁１０９'が開放配置になり、燃料電池システムが次回の始動時にパージされる準備が整う。

【0062】

したがって、逆の方法で動作するモジュールインターフェースポート１４６及びパージシャトル１１０'を用いるパージシステムは、新しいカートリッジを始めて使用する時に、燃料電池システムが、次回の始動時、ならびに燃料電池システムをＯＦＦにし、次いで再びＯＮした後、パージされる準備が確実に整うようにする。

【0063】

別のパージ弁２００を図１８Ａ〜図１８Ｆに示す。上述のパージ弁１０９及び１０９'と同様に、パージ弁２００はまた、ＳＭＡワイヤ１２４を備える。この実施形態では、ＳＭＡワイヤ１２４は、ＯＦＦ位置及びＯＮ位置に予め応力をかけた片持ち梁によって伸展されており、ＯＦＦ及びＯＮ位置の両方に実質的に同じ長い長さを有する。パージ弁２００は、ラッチ機構によってＯＮ位置に維持され、また、ラッチ機構またはＳＭＡワイヤによる収縮によってＯＮ位置に保持されなければ、バルブがＯＦＦ位置に戻るようにばねで負荷をかけられている。バルブ２００をＯＮ位置からＯＦＦ位置に動かすために、アノード１０７がパージされ、水素燃料ガスがアノードを十分に満たして、燃料電池１０８がＳＭＡワイヤ１２４を加熱し収縮させるのに十分な電流を生成した時、燃料電池１０８によって、ＳＭＡワイヤ１２４を一時的に加熱する。ＳＭＡワイヤ１２４が収縮すると、これが片持ち梁を引っ張ってラッチ機構を解除し、予め応力をかけた片持ち梁は、ＯＦＦ位置に戻り、加熱停止時にＳＭＡワイヤ１２４を伸展する。したがって、パージ弁２００は、手動で、好適には、ユーザがＯＮボタンを押すと開放され、バルブ１０９及び１０９'とは異なり、ばねで負荷をかけたラッチ機構によってＯＮ位置に保持され、予め応力をかけた片持ち梁によってＯＦＦ位置に保持される得る別の半自動バルブであり、燃料電池が生成する電流によって自動的に閉鎖される。有利なことに、パージ弁２００はまた、ＳＭＡワイヤに一時的な電流を印加することによって、燃料電池システムの動作の間、所望の期間だけ、ユーザがＯＮボタンを押した後、必要に応じて断続的に開放され得る。パージ弁１０９／１０９'及び２００の間で類似する要素は、同じ参照番号を共有している場合がある。

【0064】

図１８Ａ〜図１８Ｃは、それぞれ、ＯＦＦ位置からＯＮ位置まで、そして解除位置のパージ弁２００のシーケンスを示している。図１８Ｄ〜図１８Ｆは、同じシーケンスを示しているが、バルブ２００の長軸に沿った断面図を用いている。

【0065】

ＯＦＦまたは閉位置にあるパージ弁２００を示す図１８Ａ及び図１８Ｄを参照すると、バルブ２００は、入口１３８を有し、パージされるガスが、方向１３６にパージ弁２００へ流入し、また、流出方向１４２に出口２０２から流出する。パージされるガスの流れの方向１３６及び１４２、及びパージ入口１３８を、図１８Ｄ及び図１８Ｅに示す。パージ弁２００はまた、ＳＭＡワイヤ１２４を有し、これは、端部２０４で弁箱に固定される。ＳＭＡワイヤ１２４は、片持ち梁２０８の自由端部２０６の周囲に巻きつく。自由端部２０６は、ＳＭＡワイヤ１２４を所定の位置に保持する肩部２１０を有する。片持ち梁は、予め応力をかけて、自由端部２０６が入口１３８の隆起部またはリップ上に下方に付勢されて、バルブを閉じるようにする。パージ弁２００はまた、可動の付勢されたスライダ２１２を有し、これは、本体２１４と、鉤状端部２１８を有する叉状脚部２１６とを有する。叉状脚部２１６は、ばねを形成し、以下に詳述するように、脚部２１６が互いに向けて押された時にエネルギーを蓄積する。

【0066】

スライダ２１２は、１つ以上のばねにより図１８Ａ及び図１８Ｄに示すＯＦＦ位置に向けて付勢される。弁箱上のレッジ２２２と、スライダ２１２の本体２１４との間に巻きばね２２０を配置して、開位置に向けてスライダ２１２を押すこともできる。加えて、ばねアーム２２４もまた、図示のように、本体２１４上に配置することができ、ばねアームは、図１８Ｂ及び図１８Ｅに最も良く示されているように、屈曲して、スライダ２１２をＯＮ位置に動かした時に位置エネルギーを蓄積し得る。加えて、弁箱もまた、ばねアーム２２６を有していてもよく、ばねアームは、屈曲して、スライダ２１２をＯＮ位置に動かした時にエネルギーを蓄積することができる。

【0067】

パージ弁２００は、入口１３８及び出口２０２の間に流体的に配置される可撓性のダイヤフラム２２８をさらに備える。ＯＦＦ位置では、自由端部２０６の延長部２３０が、ダイヤフラム２２８を入口１３８上の隆起部に向けて押して、入口１３８を閉じ、パージされるガスがバルブ２００を通って流れるのを阻止する。ダイヤフラム２２８は、好適には、入口１３８を封止できるエラストマー材料から作られ、その弛緩または非伸展状態では、図１８Ｄに最も良く示されているように、入口１３８及び出口２０２を接続する、入口１３８上の隆起部の上方の空間２４０または流路を形成するようにサイズ及び寸法決めされる。延長部２３０は、好適には、入口１３８よりも大きい直径を有し、予め応力をかけた片持ち梁２０８からの下方に延びる力に起因して、延長部２３０は、ダイヤフラム２２８を入口１３８の隆起部に対して押して、入口を封止する。

【0068】

バルブ２００及びスライダ２１２をＯＦＦ位置に維持するため、弁箱は、その上に画定されるノッチ２３２を有し、ノッチは、図８Ａ及び図８Ｄに最も良く示されるように、スライダ２１２の叉状脚部２１６の鉤状端部２１８を受けるようにサイズ及び寸法決めされる。叉状脚部２１６のばね様特性に起因して、鉤状端部２１８は、ノッチ２３２に保持され、スライダ２１２及びバルブ２００は、ＯＦＦ位置に保持される。

【0069】

バルブ２００を開放して、燃料電池１０８アノード側をパージするには、図１８Ｂ及び図１８Ｅに示されているように、ユーザは、スライダ２１２に機械的に取り付けられたＯＮボタンを方向２３４に押し、コイルばね２２０を圧縮し、ばねアーム２２４、２２６を屈曲する。図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄ及び図１８Ｆには重なり合っているように示されているが、ばねアーム２２４及び２２６は、互いに重なり合わない。しかし、図示の重なり量に実質的に等しい総量だけ屈曲または変位する。ただ１セットのばねアーム２２４または２２６が屈曲され得ることに留意されたい。ＯＮボタンの作動、またはスライダ２１２を方向２３４に押すこともまた、叉状脚部２１６の遠位端部上の第１の傾斜部２３６に起因して、鉤状端部２１８をノッチ２３２から離れるように端部２０４に向けて押す。この動作はまた、スライダ２１２を片持ち梁２０８と係合する。自由端部２０６及びその肩部２１０は、図１８Ｂ及び図１８Ｄに最も良く示されているように、肩部２１０が第２の傾斜部２３８を捕捉するまで、第２の傾斜部２３８に乗り上げ、スライダ２１２は、ＯＮ位置に保持またはラッチされる。したがって、肩部２１０及びラッチ機構のための第２の傾斜部２３８は、スライダ２１２またはバルブ２００をＯＮ位置に保持する。ＯＦＦ位置（図１８Ａ）からＯＮ位置（図１８Ｂ）への動作は、ＳＭＡワイヤ１２４の長さを著しく変えることはない。

【0070】

また、ＯＮ位置では、自由端部２０６が第２の傾斜部２３８により上方に持ち上げられ、自由端部２０６の延長部２３０を入口１３８の隆起部から離れるように動かす。ダイヤフラム２２８の可撓性またはばね様特性は、延長部２３０が入口１３８の隆起部から離れるように動くと、パージされるガスがダイヤフラム２２８の下方に配置された空間２４０に流入し、方向１４２に出口２０２を通ってバルブ２００から流出するように設計される。ダイヤフラム２２８は、図１８Ｄ〜図１８Ｆに示されるように、その周縁２４２を封止されて、パージされるガスが、確実に１つの入口１３８及び１つの出口１４２を有するようにすることに留意されたい。

【0071】

上述のように、ＯＮ位置では、ワイヤ１２４は、燃料電池に接続され、水素ガスがアノード側を満たすと燃料電池により加熱され、パージの完了を示し、ワイヤ１２４は、その記憶しているより短い長さに収縮する。図１８Ｃ及び図１８Ｆに最も良く示されているように、短くなったＳＭＡワイヤ１２４は、自由端部２０６を上方に引き、肩部２１０を第２の傾斜部２３８から係脱させ、それによって、スライダ２１２を解放する。ばね２２０及び／またはばねアーム２２４及び／または２２６は、端部２０４から離れるようにスライダ２１２を押して、図１８Ａ及び図１８Ｄに示すＯＦＦ位置に戻す。この上向きの動作はまた、燃料電池からＳＭＡワイヤ１２４を係脱させ、ＳＭＡワイヤ１２４は、上述のように、冷却及び／または弛緩し、予め応力をかけた片持ち梁２０８は、そのＯＦＦ位置に戻り、ＳＭＡワイヤ１２４を伸展させる。片持ち梁２０８の延長部２３０は、入口１３８上の隆起部に向けてダイヤフラム２２８を再び押して、バルブ２００を閉じる。

【0072】

バルブ２００の１つの利点は、ＳＭＡワイヤ１２４が、ダイヤフラム２２８によってパージされるガスの流れから隔てられていることである。この隔離は、パージされるガスの流れから上述の金属合金から作られるＳＭＡワイヤ１２４を遮蔽する。パージ弁１０９及び１０９'では、パージされるガスは、パージシャトル１１０のノッチ１２２を通って流れ、ＳＭＡワイヤ１２４がこのガスに曝され、熱が、ワイヤ１２４からパージされるガスに伝達され得る。この熱伝達は、サイズ及び合金の組成構成に応じて、ＳＭＡワイヤ１２４の変化率に影響し得る。このことは、ＳＭＡワイヤを早期に冷却してしまうことがある。パージ弁２００では、ＳＭＡワイヤ１２４は、ダイヤフラム２２８によってパージされるガスから隔てられ、それによって、この問題を最小化または取り除く。

【0073】

パージ弁２００の別の利点は、これが断続的に開放されて、動作中、燃料電池をパージし得ることである。上述のように、ＯＦＦ位置（図１８Ａ及び図１８Ｄ）では、ＳＭＡワイヤは、予め応力をかけた片持ち梁２０８により伸展される。燃料電池システムが、ＳＭＡワイヤ１２４にこれがＯＦＦ位置にある間に電流を流すと、ＳＭＡワイヤは、図１８Ｃ及び図１８Ｆに示される解除位置にある場合と同様に、片持ち梁２０８の自由端部２０６を収縮して上方に引っ張る。これにより、自由端部２０６の延長部２３０及びダイヤフラム２２８を入口１３８上の隆起部から持ち上げて、パージ弁を開放する。パージ弁を閉じるために、電流が停止し、ＳＭＡワイヤ１２４が冷却され、ＯＦＦ位置に戻ると予め応力をかけた片持ち梁により伸展される。

【0074】

したがって、システム始動時のユーザが作動したモードでは、パージ弁２００のための一連の動作は、以下のようになる、すなわち、（ｉ）ユーザが始動ボタンを押すことにより、ＯＦＦ位置からＯＮ位置へ、（ｉｉ）パージプロセスが完了した時の燃料電池からの電流が、ＳＭＡワイヤを加熱してこれを短くすることにより、ＯＮ位置からＲＥＬＥＡＳＥ位置へ、（ｉｉｉ）スライダ２１２がそのＯＦＦ位置に戻ることによって、及び／またはスライダの位置を読み取る燃料電池システムの制御システムによって制御され、ＳＭＡワイヤを通る電流が停止することにより、ＲＥＬＥＡＳＥ位置からＯＦＦ位置へ、となる。

【0075】

燃料電池システムの正常動作の間、断続的なパージは、以下の順序である、すなわち、（ｉ）パージするために電流が一時的にＳＭＡワイヤを通って流れることにより、ＯＦＦ位置（図１８Ａ）からＲＥＬＥＡＳＥ位置（図１８Ｃ、スライダ２１２が動かないことを除く）へ、（ｉｉ）燃料電池システムの制御システムによって、ＳＭＡワイヤを通る電流が停止することにより、前記ＲＥＬＥＡＳＥ位置からＯＦＦ位置へ、である。

【0076】

別のパージ弁２００'を図１９Ａ〜図１９Ｄに示す。バルブ２００'は、バルブ２００と同様であるが、ただし、片持ち梁２０８に予め応力をかけて、入口１３８（または出口２０２）から上向き、または離れるように付勢してあること、そして、スライダ２１２が一方の方向に移動して、自由端部２０６を下向き、または入口１３８に向けて押して、バルブ２００'を閉じることが異なる。スライダ２１２を反対の方向に動かすと、片持ち梁２０８の自由端部２０６を入口１３８から上向き、または離れるように動かして、バルブ２００'を開放することができる。スライダ２１２は、ばね２２０によってＯＦＦまたは閉位置にばね付勢されたままであり、ラッチ機構は、ＳＭＡワイヤ１２４が加熱され、縮んで、ラッチ機構を解除するまでは、スライダ２１２をＯＮまたは開位置に保持している。

【0077】

ＯＦＦ位置にあるパージ弁２００'を示す、図１９Ａ及び図１９Ｃを参照すると、スライダ２１２の端部２１３が、上方に動こうとする片持ち梁２０８の付勢傾向に逆らって、片持ち梁２０８の終端部２０９を入口１３８に向けて下向きに保持している。自由端部２０６の延長部２３０は、ダイヤフラム２２８を押して、入口１３８の隆起部を封止して、バルブ２００'を閉じる。図１９Ｂ及び図１９Ｄは、ＯＮ位置にあるパージ弁２００'を示している。例えば、ＯＮ／ＯＦＦ押しボタンが押されると、スライダ２１２が図示の方向に移動し、片持ち梁２０８の終端部２０９は、図示のように終端部２０９がスライダ２１２の端部２１３を捕捉するまで、片持ち梁の付勢傾向に起因して上向きに動く。これにより、ラッチ機構が形成され、スライダ２１２を片持ち梁２０８に対して保持する。この構成では、延長部２３０はまた、入口１３８から離れて上向きに動いて、バルブ２００'をＯＮ位置に開放する。ＳＭＡワイヤ１２４はまた、バルブのハウジングに固定され、片持ち梁２０８の終端部２０９の周囲に巻き付けられる。燃料電池で加熱されると、ＳＭＡワイヤ１２４は縮んで、終端部２０９をスライダ２１２の端部２１３から離れるように引っ張って、ラッチを解除する。ばね２２０あるいはばねアーム２２４または２２６（図１９Ａ〜図１９Ｄに示さず）によって付勢されたスライダ２１２は、ＯＦＦ位置に移動して戻る。

【0078】

片持ち梁２０８及びその延長部部材２３０はまた、上述のように入口１３８を閉鎖するのではなく、出口２０２を閉鎖することによって、バルブ２００及び２００'を閉じることができることにさらに留意されたい。

【0079】

パージ弁２００は、パージ弁１０９及び１０９'が行うことができるあらゆる機能を行うことができることに留意されたい。例えば、バルブ２００は、燃料電池システム２１がＯＮにされた時、またはＯＦＦにされた時、ＯＮ位置にあることができる。第２のバルブ２００はまた、一体型流体インターフェースモジュールに含まれて、例えば、システム２１が遊休の場合にシステムから電流が流れない場合、自動的に燃料電池システム２１をオフにすることが可能である。第２のバルブ２００は、ポート１８の内側のチューブ３０の終端部３０'と流体接続される。第２のバルブ２００の入口は、終端部３０'に接続され、第２のバルブ２００の出口は、図１Ｃに最も良く示されているような圧力調整器６０と流体接続する新しい終端部３０'になる。図１８Ｆはまた、終端部３０'が記載されている。第２のバルブ２００はまた、流体回路内のあらゆる場所に配置することができる。例えば、入口は、圧力調整器６０の下流側に接続され得、出口は、燃料電池に接続する出口９２であり得る。

【0080】

第２のバルブ２００は、第１のパージ弁２００をＯＮ位置にするのと同じ動きまたは同じ押しボタンによってＯＮ位置にすることができ、そのため、ユーザは、１つの動作をするだけでよい。パージステップ後、燃料電池は、第１のパージ弁２００を加熱して、これを閉じるが、第２のバルブ２００は開いたままでいる。基板１３５上の回路またはチップが提供されて、燃料電池システム２１が遊休状態かどうかを確かめる、あるいは、燃料電池システム２１から電流を引いている（ｄｒａｗｉｎｇｏｒｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ）装置が場合、この回路は、第２のバルブのＳＭＡワイヤ１２４に電流を流して、ＯＦＦ位置に動かして、燃料を遮断し、燃料電池システム２１をシャットダウンすることができる。これは、ユーザの入力なしで自動的に行われる。

【0081】

したがって、本発明の別の実施態様は、少なくとも１つの燃料電池と、自動遮断弁（２００）とを備える燃料電池システムの動作方法を含む。本方法は、以下のステップを含む。
（ａ）自動遮断弁（２００）を開放するステップ；
（ｂ）電流を生産するために燃料電池システムに燃料を流すステップ；
（ｃ）燃料電池が生産し、民生用デバイスに送られた電流を監視するステップ、及び
（ｄ）前記電流が既定の閾値まで低減された場合、少なくとも１つの燃料電池を自動遮断弁の導電性素子に接続して前記遮断弁を閉じるステップ。
導電性素子は、形状記憶合金（ＳＭＡ）であってもよく、ステップ（ｄ）では、燃料電池は、収縮して遮断弁を閉位置に動かす導電性素子を加熱する。

【0082】

スライダ（複数可）２１２だけを一方向に動かすことになるため、パージ弁（複数可）２００を使用する際にユーザが作動させるＯＮボタンは、より簡素である。加えて、カートリッジ２０をシステム２１内に挿入する動作が、さらにスライダ（複数可）２１２をＯＮ位置に動かす場合、ＯＮボタンの初期作動を省略できる。第２のバルブ２００を使用する場合、燃料電池システム２１は、使用しない場合、自動的に自信をオフにすることができ、ユーザは、次に使用する場合、ＯＮボタンを作動させるだけでよい。

【0083】

本発明は、上述のパージ弁１０９及び１０９'または他のパージ弁を用いる、燃料電池システムの動作方法をさらに含む。まず、方法１５２を図１４に示す。本発明の一体型の実施態様を実証すると、ユーザは、ステップ１５４で一度システムを作動させる、例えば、スイッチ１２を作動させる。この作動の結果、システムは、（ｉ）燃料遮断弁２６を開くモジュールインターフェースポート１８を作動させること、（ｉｉ）燃料調整器６０を用いて流入する燃料の圧力を調整すること、（ｉｉｉ）パージ弁システム１０９を作動させ、燃料電池をパージ弁システムに電気的に接続して、燃料電池のアノードプレナムを排気すること、及び（ｉｖ）パージ弁システムが作動停止された後、燃料電池を外部負荷に接続することを含む、少なくとも４つの機能またはステップを実行する。システムがシャットダウンするまでユーザがしなければいけないことはなにもない。その後、パージが完了した場合、システムは、燃料電池からのそれ自身の電力を使用し、パージ弁を自動的に閉じる、例えば、ＳＭＡ材料を用い、マイクロプロセッサ、センサまたはユーザにより能動的に制御することはない。次いで、システムは、正常に動作して、負荷部を動かすための電気を生産する。ユーザがシステムをシャットダウンしたい時は、ユーザは、スイッチ１２を作動停止させる。このことにより、モジュールインターフェースポート１８を収縮させることにより遮断弁２６が閉じ、燃料電池回路が作動停止する。

【0084】

図１５は、燃料電池の別の動作方法を示している。逆の方法１５８は、方法１５２と同様であるが、ただし、作動ステップ１６０では、システムは、燃料電池システムをパージする、または燃料電池のアノードプレナムを排気し、作動停止ステップ１６２では、パージされたシステムが準備される、すなわち、システムがシャットダウンされた場合、上述のように、逆パージ弁が開放されることが異なる。

【0085】

本発明の受動的な実施態様を実証すると、一体型流体インターフェースモジュール１０、方法１５２及び逆の方法１５８は、操作するためにコントローラまたはマイクロプロセッサを必要とせず、また、ＯＮ／ＯＦＦスイッチの作動以外、ユーザとのやりとりも必要ではない。システムを始動するために電池などの外部電源を必要としない。代替的に、方法１５２及び１５８は、電気式のバルブ、例えば、電磁弁を制御するプロセッサによって、能動的な制御で動作させてもよい。

【0086】

ＳＭＡワイヤ１２４を有する第２のバルブ２００を用いて、遊休状態の場合、または燃料電池から電流がなんら引かれていない場合、自動的に燃料電池システムをオフにする、燃料電池システムの別の動作方法もまた上述されている。

【0087】

別の一体型流体インターフェースモジュールが図１６〜図１７Ｂに示されている。モジュール１０と同様に、モジュール１７０は、可動のモジュールインターフェースポート１８と、カートリッジ２０上のバルブ２６を解放するためのチューブ３０とを有する。モジュール１７０はまた、圧力調整器６０と、チューブ３０を、圧力調整器６０、及び燃料電池１０８へ向かうモジュールから出る出口９２に流体接続する、流れマニホールド１７２とを有する。

【0088】

モジュール１７０は、手動のパージ弁１７４を有し、これは、ボール弁と、ボールアクチュエータ１７６とを備える。ボール弁は、ばね１８０によって封止要素１８２内に付勢された封止ボール１７８を備える。アクチュエータボール１７６は、封止ボール１７８に直に隣接して収まり、アクチュエータボール１７６は、ばね１８０の力に逆らって封止ボール１７８に向けて押され、パージ弁１７４を開放する。燃料電池からの残留ガスは、パージポート１３８でモジュール１７０に流入し、及び流出孔１８４でモジュール１７０から出て、排気される。

【0089】

モジュール１７０上のスイッチ１８６は、スイッチ１２と同様であり、さらに、モジュールインターフェースポート１８を伸長及び収縮するために使用される。スイッチ１８６は、モジュール１７０の本体に枢動可能に取り付けられる。ユーザがスイッチ１８６のＯＮセグメント１４を押すと、この動作は、方向１９０にアクチュエータプレート１８８を動かし、ばねアーム５２を圧縮する。この動作は、モジュールインターフェースポート１８上のサイドノブ４４を傾斜部またはカム面１９２に乗り上げさせ、それによって、図１７Ａに示すように、モジュールインターフェースポート１８を方向５０に伸長する、または動かす。この構成では、モジュールインターフェースポート１８は、カートリッジ２０に向けて進んで、遮断弁２６を開放する。解除されると、スイッチ１８６は、ばねアーム５２がその蓄積したエネルギーを解放するのに起因して、その休止位置に戻り、アクチュエータプレート１８８は、図１７Ａの構成に止まって、モジュールインターフェースポート１８をカートリッジ２０と係合させた状態に保つ。

【0090】

ユーザがスイッチ１８６のＯＦＦセグメント１６を押すと、この動作は、方向１９０'にアクチュエータプレート１８８を動かす。この動作は、モジュールインターフェースポート１８上のサイドノブ４４を傾斜部またはカム面１９２に乗り降ろさせ、それによって、図１７Ｂに示すように、モジュールインターフェースポート１８を方向５０'に収縮させる、または動かす。この構成では、モジュールインターフェースポート１８は、カートリッジ２０から引き出され、カートリッジ遮断弁２６を閉鎖可能にする。

【0091】

モジュール１０と同様に、モジュール１７０のスイッチ１８６はまた、手動パージ弁１７４を作動させる。図１６を参照すると、スイッチ１８６は、パージアクチュエータ１９４に接続される。ユーザがスイッチ１８６のＯＮセグメントを押すと、パージアクチュエータ１９４もまた方向１９０に移動して、パージアクチュエータ１９４の縁部１９６がアクチュエータボール１７６の上でパージ弁１７４を開放するように動く。パージアクチュエータ１９４の縁部１９６と残りの部分との間の間隔に起因して、スイッチ１８６が休止位置に戻ると、縁部１９６は、アクチュエータボール１７６から離れるように動き、パージ弁１７４が閉じる。パージ弁１７４が開く継続時間は、スイッチ１８６がＯＮ位置に保持される継続時間に依存する。アクチュエータプレート１８８とは異なり、パージアクチュエータ１９４は、スイッチ１８６にしっかりと接続されて、これらの２つの構成要素が一緒に動くようにする。

【0092】

上述のように、スイッチ１８６は、燃料電池回路を作動させるだけではなく、遮断弁２６を開放するためのモジュールインターフェースポート１８と、パージ弁１７４との両方を作動させる。

【0093】

燃料電池システム１０では、水素を消費する任意の既知の燃料電池を使用できる。好適には、平板型または並列型の燃料電池が使用される。好適な燃料電池は、中でも、米国特許第５，９８９，７４１号、第６，１２７，０５８号、第７，６３２，５８７号、第７，３７８，１７６号、及び第７，４７４，０７５号、米国特許出願公開第２００２／０１８２４７５号、第２００４／０２２４１９０号、第２００６／０１２７７３４号、第２００７／０１８４３３０号、第２００７／０１９６７０１号、第２００８／０２３３４５４号、第２００９／００８１４９３号、ＵＳ２００９１２３８０３、ＵＳ２００９１６９９４５、第２００９／０３１１５６１号、第２００９／０１６２７２２号、第２００９／０１３０５２７号、ＵＳ２０１１／０００３２９９、ＵＳ２０１１／０１６５４９５、及びＵＳ２０１３０５９２２５、ならびに国際公開ＷＯ２００７０２０２４２、ＷＯ２００９／１０５８９６、ＷＯ２０１１／０７９３７８、及びＷＯ２０１１／０７９３７７に開示されている。これらの引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。

【0094】

任意の既知の水素貯蔵または生成カートリッジまたはシステムを使用することができる。そのようなシステムは、中でも、米国特許第７，６７４，５４０号、第８，００２，８５３号、第７，４８１，８５８号、第７，７２７，２９３号、及び第７，８９６，９３４号、ならびに米国特許出願公開第２０１０／０１０４４８１号、第２０１１／０１８９５７４号、第２０１１／０２４３８３６号、及び第２００９／０１２３３４２号に開示されている。これらの引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。米国特許第７，１７２，８２５号及び第７，０５９，５８２号に開示されている、ブタンまたはメタノールなどの液体燃料電池燃料を含む燃料カートリッジを本発明の様々な実施形態において使用することができる。

【0095】

好適な圧力調整器は、米国特許第８，００２，８５３号、国際公開ＷＯ２０１１／１２７６０８号ならびに米国特許出願公開第２００８／０２３３４４６号、第２０１０／０１０４４８１及び第２０１１／０２１２３７４号に開示されている。これらの引用文献は、参照することによりその全体を本明細書に援用される。

【0096】

燃料電池システム２１は、内圧が特定のレベルを超えた場合に水素燃料または他の燃料を放出するための逃し弁または放出弁も有していてもよい。

【0097】

先の詳細な説明は、実施形態の例の様々な詳細を示す添付の図面を参照している。本説明では、少なくとも部分的にこれらの図面を参照しながら本発明の主題の様々な例を扱っており、図示の実施形態を、当業者がその実施形態を実施するのに十分に詳細に、説明している。本明細書で論じた説明のための例以外に、多くの他の実施形態を利用してもよく、本発明の主題の範囲から逸脱することなく、具体的に本明細書で論じた代替策に加えて、多くの構造的及び動作上の変更がなされてもよい。

【0098】

先の説明を通して、本発明のより完全な理解を提供するために、具体的な詳細を説明した。しかしながら、本発明は、これらの細部なしで実施されてもよい。他の場合では、不必要に本発明を不明瞭にするのを避けるために、よく知られた要素については、図示または詳細に説明をしていない。図面は、例として、本発明が実施され得る具体的な実施形態を示している。本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態を組み合わされてもよいし、他の要素を利用してもよいし、あるいは構造的または論理的な変更を行ってもよい。したがって、本明細書及び図面は、制限的ではなく、説明的な意味で解釈されるべきである。

【0099】

本文書で引用したすべての刊行物、特許及び特許文献は、個々に参照することにより援用されるように、参照することによりその全体を本明細書に援用される。本文書と、このように参照により援用されたそれらの文書との間で使用が矛盾する場合、援用された引用文献における使用は、本文書における使用に対する補足的なものとみなされるべきである。妥協できない矛盾については、本文書における使用が優先する。

【0100】

以下の部品リストは、図面で使用した参照番号を本明細書で使用した部品名に対応させている。

参照番号部品名
１０一体型流体インターフェースモジュール
１２スイッチ
１４ＯＮセグメント
１６ＯＦＦセグメント
１８モジュールインターフェースポート
２０燃料カートリッジ
２１燃料電池システム
２２上側
２３燃料電池システム２１上のクランプ
２４下側
２６カートリッジ遮断弁
２８カートリッジポート１８の外側の保護部
３０カートリッジポート１８の内側のチューブ
３２バルブ２６のセンターポスト
３４チューブ３０を受けるためのバルブ２６上の間隙
３６バルブ２６の弁箱
３８バルブ２６の封止部保持体
４０バルブ２６の封止部（複数可）
４２保護部２８に一致するカートリッジ２０上の溝
４４モジュールインターフェースポート１８上のノブ
４５ポート１８上の戻り止め
４６スイッチ１２上のヨーク（複数可）
４７戻り止め４５の脚部
４８ヨーク４６のＵ字型の端部
５０、５０'ポート１８の動作方向
５２スイッチ１２上のばねアーム
５４スイッチ１２上の枢動ボス
５６、５６'スイッチ１２の動作方向
５８、５８'ヨーク１２の動作方向
６０圧力調整器
６２入口ダイヤフラム
６４シャトル
６６出口ダイヤフラム
６８シャトル６４の大端部
７０シャトル６４の小端部
７２シャトルハウジング
７３シャトルハウジング通気孔
７４圧力調整器６０内のばね
７６出口室
７８入口室
８０入口チャネル
８２流入燃料の流れの方向
８４圧力調整器６０の入口
８６圧力調整器６０の出口
８８出口チャネル
９０流出燃料の流れの方向
９２モジュール出口
９４フィードバックポート
９６第１のフィードバックチャネル
９８フィードバック流の方向
１００第２のフィードバックチャネル
１０２フィードバック流の方向
１０４出口室ポート
１０６薄い被覆フィルム
１０７アノード（複数可）
１０８燃料電池（複数可）
１０９半自動パージ弁
１０９'半自動逆パージ弁
１１０パージシャトル
１１０'逆パージシャトル
１１２パージ弁のための封止部材
１１３パージ弁のための封止方向
１１４パージシャトル１１０の封止部分
１１５パージシャトルのための動作方向
１１６パージシャトル１１０の開放部分
１１８パージシャトル１１０の肩部
１２０パージシャトル１１０上の延長部
１２２パージシャトル１１０上のノッチ
１２４形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤ
１２６ワイヤ１２４を支持する柱
１２７ワイヤ１２４を収めるモジュール１０上の溝
１２８肩部１１８の下のスリット
１３０ワイヤ１２４のためのパージシャトル１１０上の溝
１３２パージ弁プッシャ
１３４プッシャ１３２上の指部
１３５ＰＣ基板
１３６パージガスの方向
１３７出力／ＵＳＢポート
１３８モジュール１０上のパージポート
１４０パージチャネル（複数可）
１４２パージされるガスの方向
１４４両口パージシャトル
１４６プッシャ１３２を有するモジュールインターフェースポート
１４８、１５０肩部１１８の反対向きの両面
１５２〜１５６燃料電池システムの動作方法
１７０一体型流体インターフェースモジュール
１７２モジュール１７０内のマニホールド
１７４手動パージ弁
１７６作動ボール
１７８封止ボール
１８０ばね
１８２封止部材
１８４パージ排出孔
１８６スイッチ
１８８作動プレート
１９０、１９０'作動プレート１８８の動作方向
１９２傾斜部またはカム面
１９４パージアクチュエータ
１９６パージアクチュエータ１９４の縁部
２００パージ弁及び自動遮断弁
２００'パージ弁
２０２出口
２０４端部
２０６自由端部
２０８片持ち梁
２０９終端部
２１０肩部
２１２可動の付勢されたスライダ
２１３スライダの端部
２１４本体
２１６叉状脚部
２１８鉤状端部
２２０巻きばね
２２２レッジ
２２４ばねアーム
２２６ばねアーム
２２８可撓性ダイヤフラム
２３０延長部
２３２ノッチ
２３４方向
２３６第１の傾斜部
２３８第２の傾斜部
２４０空間
２４２周縁

【0101】

本発明のさらに別の実施態様によれば、流路中の減径部（複数可）または流路中の屈曲部などの流量制限器を、流体回路内に挿入することができる。一例では、流量制限器は、パージポート１３８に近接して配置されて、パージされるガスの流量を、これがパージ弁１０９、１０９'または２００に到達する前に、抑制または制御し得る。他の例では、流量制限器を、燃料電池の上流またはモジュール１０の出口９２の上流に配置することもでき、流量制限器を、圧力調整器６０の上流または下流とすることもできる。

【0102】

加えて、燃料電池（複数可）への２つの出口９２を示したが、本発明は、燃料電池のいかなる数にも限定されるものではなく、これは、１つの燃料電池または３つ以上の燃料電池であり得る。

【0103】

本明細書及び例は、単なる例示としてみなされることが意図されると同時に、本発明の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲及びその均等物で示される。本発明の他の実施形態は、本明細書で開示された本発明の明細書及び実施例を検討すれば、当業者には明らかになる。加えて、１つの実施形態の構成要素または特徴は、他の実施形態で利用することができる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図18E】

【図18F】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【国際調査報告】