JP2007536701A - 燃料カートリッジ及び該燃料カートリッジを有する装置 - Google Patents

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Abstract

燃料カートリッジ(100)は、燃料含有物質(104)と該燃料含有物質(104)と熱的に連絡するヒータ(106)とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば燃料電池と組み合わせて使用することができる燃料カートリッジに関するものである。
燃料カートリッジに格納された燃料で燃料供給される装置は多数ある。本発明は、如何なる特定のタイプの装置と関連して使用される燃料カートリッジにも限定されないが、燃料電池は、燃料カートリッジに格納された燃料を消費する装置の一例であり、本発明は、単に例示のために燃料電池の文脈で議論される。燃料電池は、燃料及び酸化剤を電気及び反応生成物に変換する。燃料として水素を使用し酸化剤として酸素を使用する燃料電池は、例えば、反応生成物として水及び／又は水蒸気を生成する。燃料電池と関連して使用される燃料カートリッジの中には、熱が加えられたことに応じて気体燃料を放出する化合物などの燃料含有物質を格納するものがある
本発明者は、従来の燃料カートリッジ、特に燃料電池と関連して使用される燃料カートリッジに改良の余地があると判断した。より具体的には、本発明者は、従来の燃料カートリッジが気体燃料を放出する方式に改良の余地があると判断した。また、本発明者は、従来の燃料カートリッジの構造に改良の余地があるとも判断した。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジは、熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質と、エネルギーの受容に応じて該燃料含有物質を加熱するヒータと、該ヒータに供給された際に前記燃料含有物質に含まれる全ての燃料を該燃料含有物質に放出させる最小限の量のエネルギーに対応するエネルギー値を記憶する情報記憶装置とを含む。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジは、熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質と、エネルギーの受容に応じて該燃料含有物質を加熱する加熱手段と、該加熱手段に供給された際に前記燃料含有物質に含まれる全ての燃料を該燃料含有物質に放出させる最小限の量のエネルギーに対応するエネルギー値を記憶する記憶手段とを含む。
本発明の一実施形態による装置は、電気化学電池と、燃料カートリッジであって、前記電気化学電池に動作可能な状態で接続され、及び熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質を有する、燃料カートリッジと、ヒータであって、前記燃料含有物質と熱的に連絡した状態にあり、及びエネルギーの受容に応じて前記燃料含有物質を加熱する、ヒータと、情報記憶装置であって、前記ヒータに供給された際に前記燃料含有物質に含まれる全ての燃料を該燃料含有物質に放出させることになる最小限の量のエネルギーに対応するエネルギー値を記憶する、情報記憶装置とを含む。
本発明の一実施形態による方法は、ヒータと熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質とを含む燃料カートリッジをホスト装置に接続するステップと、燃料含有物質に含まれる全ての燃料を放出させるためにヒータに必要な最小限の量のエネルギーに対応するエネルギー値を燃料カートリッジからホスト装置に転送するステップとを含む。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジは、ベース部材と、少なくとも１つのヒータと該少なくとも１つのヒータに動作可能な状態で接続された少なくとも１つのヒータ導体とを有し、及び前記ベース部材により支持された、ヒータアレイと、前記ベース部材により支持されたハウジングであって、該ハウジングが前記ヒータアレイの実質的に大部分を覆い、及び前記少なくとも１つのヒータ導体の比較的小さな部分が該ハウジングから突出するように、前記ベース部材上に位置決めされている、ハウジングとを含む。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジは、１つの表面を画定するベース部材と、該ベース部材により支持されたハウジングであって、該ベース部材の前記表面の少なくとも一部が該ハウジングにより覆われておらず、及び少なくとも１つの電気コネクタが該ベース部材の該表面の前記覆われてない部分により支持されるように、該ベース部材上に位置決めされている、ハウジングとを含む。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジを作成する方法は、少なくとも１つのヒータと少なくとも１つのヒータに動作可能な状態で接続された少なくとも１つのヒータ導体とを含むヒータアレイをベース部材上に形成するステップと、該ベース部材上にハウジングを、該ハウジングが前記ヒータアレイの実質的に大部分を覆いかつ前記少なくとも１つのヒータ導体の比較的小さな部分が該ハウジングから突出するように位置決めするステップと、熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質を前記ハウジングの少なくとも一部に充填するステップとを含む。
本発明の実施形態の詳細な説明は、添付図面を参照して行われる。
以下は、本発明を実施する現在知られている最良の形態の詳細な説明である。この説明は、限定の意味に解釈されるべきでなく、単に本発明の一般的な原理を例示するために行われる。更に、本発明は、燃料電池によって電力が供給される燃料電池システム及び装置（包括的に「ホスト装置」）の文脈で論じられるが、本明細書で説明する燃料カートリッジは、燃料電池との使用に限定されるものではない。燃料電池に関して、本発明は、現在開発されている燃料電池技術又はまだ開発されていない燃料電池技術を含む広範囲の燃料電池技術に適用可能である。したがって、以下では、プロトン交換膜（PEM）燃料電池に関する様々な例示的な燃料カートリッジを説明するが、固体酸化物燃料電池などの他のタイプの燃料電池にも本発明を等しく適用可能である。また、簡潔化のため、本発明に関係のない、燃料電池の構造、他の燃料消費装置の構造、及び電力供給するホスト装置の内部動作構成要素の詳細な考察が省略されていることに留意されたい。
図１〜図３に例示するように、本発明の一実施形態による燃料カートリッジ100はハウジング102を有し、該ハウジング102は、複数の個々の燃料含有物質分量104を格納する。該燃料含有物質は、熱が加えられたことに応じて気体燃料を放出する物質であることが好ましく、該燃料含有物質を加熱するために複数のヒータ106（図４）が配設される。例示する実施形態は、各燃料含有物質分量104毎にヒータを１つずつ有する。しかし、そのような構成は必須ではなく、ヒータ／燃料含有物質分量の比率は、カートリッジ毎に異ならせること又は単一のカートリッジ内で異ならせることが可能である。例えば、１つの燃料含有物質分量104につき複数のヒータ106を配設することが可能であり、複数の燃料含有物質分量につき単一のヒータを配設することが可能である。燃料は、燃料含有物質からハウジング102内の開放領域108中に放出され、流体接続手段110を介して燃料カートリッジ100から出る。該流体コネクタ110はまた、図１０〜図１４に関して後述するように該コネクタが対応する流体コネクタ112と嵌合していない限りガスがハウジング102から出入りするのを防ぐキャップとして働く。
個々の燃料含有物質分量の使用に関連する様々な利点が存在する。例えば、ヒータ106の動作を制御するだけで燃料含有物質からの燃料の放出を正確に制御することができる。カートリッジ100から燃料を取り出している間、個々のヒータ106を所定の間隔で動作させることが可能である。代替的に、ホスト装置を使用して、例えば電流引き込みや電圧などの動作パラメータに基づいて、燃料電池を駆動するのに必要な燃料の量を計算し、それに従って個々のヒータ106を動作させることが可能である。
例示的な燃料カートリッジ100はまた、電気コネクタ114と情報記憶装置116とを備える。電気コネクタ114は、ホスト装置がヒータ106の動作を制御することを可能にする。情報記憶装置116は、ホスト装置によって使用される可能性がある燃料カートリッジ100に関するデータを含み、図示するようにハウジング102の外側で支持することが可能なものである。代替的に、情報記憶装置116は、ハウジング102内または該情報記憶装置116自体のハウジング内の保護された領域内に配置して、何れかのハウジングの外部に支持されたデータリンクに接続することが可能である。該データは、例えば、燃料含有物質分量104の各々に含まれる気体燃料の種類と量を示すデータを含む。情報記憶装置116に記憶されるデータはまた、好適には、関連する燃料含有物質分量104から全ての気体燃料を完全に放出するために各ヒータ106に供給しなければならないそれぞれのエネルギー量を含む。ヒータエネルギーデータ値は、燃料含有物質分量104が同一である例では同一とすることが可能であり、燃料含有物質分量が異なる例では異なることが可能である。
この情報記憶装置116に関連する様々な利点が存在する。例えば、情報記憶装置116を備えた燃料カートリッジは、従来のカートリッジよりも効率的に気体燃料を生成することができる。これは、該燃料カートリッジがホスト装置にヒータエネルギーデータを提供し、これにより、該ホスト装置が各燃料含有物質分量104を完全に消費するのに必要な最小限の量のエネルギーを供給することが可能になるからである。その結果として、ヒータ106に不十分な量のエネルギーが送られて燃料含有物質分量104が十分に利用されない（すなわち気体燃料が残る）ということがなくなる。更に、ヒータ106に必要以下のエネルギーしか供給されないと、ホスト装置の寄生負荷が必要以上に高まることになる。
本発明は、如何なる特定の燃料又は燃料含有物質にも限定されないが、１つの種類の燃料含有物質は、水素を提供するために使用される燃料含有化合物である。例えば、水素化ホウ素ナトリウムは、化学反応式：NaBH4＋2H2O→4H2＋NaBO2で示されるように、熱の存在により容易に水素を生成する溶液又はゲルの安定した化合物である。また、この溶液は、貯蔵中における大量の水素の生成を防ぐために十分な濃度の水酸化ナトリウムを含まなければならない。他の例示的な燃料含有物質には、ボランヒドラジン（borane hydrozene）合成物と金属水素化物がある。例示的な燃料含有物質は、質量で40％のNaBH4、30％のNaOH、及び30％のH2Oから成る水素化ホウ素ナトリウム溶液であり、約80℃〜100℃に加熱されたときに水素を生成する。しかし、使用される燃料含有物質によって、加熱温度は80℃から500℃の範囲となり得る。
図１〜図３に示す例示的な実施態様では、ハウジング102は、平坦面、燃料貯蔵構造120、カバー122を含む基部118を含む。基部118の例示的な平坦面は、燃料貯蔵構造120を支持する他に、ヒータ106（及びそれに関連する回路）を含み、及び電気コネクタ114の一部を画定する。最初に図４を参照すると、ヒータ106は好適には、選択された抵抗器に電流を流すことにより選択的に駆動される抵抗器であり、これにより関連する燃料含有物質分量104に加えられる熱が生成される。他の適切なヒータには、例えばRF加熱装置とマイクロ波加熱装置がある。ヒータ106は、複数の導体126を含むアレイ124に配置される。各導体126は、それぞれのヒータ106と共通導体128とに接続される。導体126,128のための適当な材料には、金、アルミニウム、及び銅がある。例示的なアレイ124における特定の１つのヒータ106は、それに対応する導体126を電圧源に接続し、及び共通導体128をアースに接続することにより動作する。複数の導体126を電圧源に接続し、及び共通導体128をアースに接続することにより、複数のヒータ106を同時に動作させることも可能である。
個々のヒータ106／導体126の対は、絶縁材料130によって互いに電気的に絶縁され（共通導体に対する各ヒータの前述の接続を除く）、基板132上に形成することが可能なものである。適当な技法は、例えば、従来の金属蒸着法である。基板132は好適には、広範囲の温度で機械的性質、化学的性質、及び電気的性質を維持することができるKapton(R)やポリプロピレンなどのポリイミドプラスチックから形成される。形成後に、ヒータ106と導体126,128の実質的に大部分が障壁層134（図５）で覆われる。該障壁層134は、比較的高い熱伝導率を有し、及びヒータ106及び導体126,128を燃料含有物質から電気的及び化学的に絶縁するものである。障壁層134に適した材料には、シリカ、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ガラス、ポリイミドなどの重合体、及びエポキシアミン合成物がある。また、SU−8エポキシをベースとするネガ型レジスト（MicroChem社製）のフォトレジスト及びはんだマスク層を使用することも可能である。
本発明が、如何なる特定のヒータシステムにも限定されないことに留意されたい。インクジェット印刷装置の文脈で開示された他の例示的なヒータ及びヒータアドレス指定システム（heater addressing systems）が、米国特許第5,504,471号、第5,644,342号、及び第6,007,186号に開示されている。
例示する実施形態では、導体126,128のうち障壁層134で覆われていないそれぞれの部分が、電気コネクタ114上の接点を画定する。基部118の対応する部分が、接点を支持する。かかる構成は、別個のコネクタを構成し、該コネクタをカートリッジに取り付け、それを導体126,128に接続する、という必要性をなくすため、製造プロセスを単純化させるものとなる。
図６に例示するように、燃料貯蔵構造120は、個別の燃料含有物質分量104を保持する複数の個別の燃料貯蔵領域136を含む。燃料貯蔵領域136は、任意の適当なサイズ、形状、及び個数のものとすることが可能である。例示的な実施形態では、燃料貯蔵領域136は、ヒータ106のアレイに対応するアレイに配列される。燃料カートリッジ100のこの態様を実施するときに考慮される可能性のある様々な事柄が存在する。例えば、（カートリッジ内の燃料含有物質の全体積が決まっている場合に）燃料カートリッジ100が気体燃料を生成することができる精度は、個々の燃料含有物質分量の個数が増えるほど向上することになる。このため、燃料貯蔵領域間の空間を最小限にすることにより燃料貯蔵領域136の密度を最大にすることができる。しかし、特定のヒータ106の動作が、そのヒータに関連する燃料含有物質分量104だけに気体燃料を放出させ、他のヒータに関連する燃料含有物質分量を実質的に加熱しない（すなわち燃料を放出させるのに十分な熱を加えない）ことが望ましい。従って、燃料貯蔵領域136の間隔は、燃料貯蔵構造120を形成するために使用される材料の絶縁特性にも依存することになる。
また、燃料貯蔵領域の体積を選択するときに他の因子も考慮されることがある。ホスト装置によっては、システム起動時に電力を供給するバッテリーであって、関連するホスト装置が燃料電池システムにより生成された電力を完全に消費しない場合に過剰電力を蓄積するバッテリを有するものがある。ここで、燃料貯蔵領域136の体積は、バッテリの容量に対応するように選択され、すなわち、１つの燃料貯蔵領域内の燃料含有物質は、燃料電池システムがバッテリを完全に充電するのに丁度十分な量の水素を生成するものとなる。例示的な実施形態では、燃料貯蔵領域136の個々の体積は等しい。しかし、該体積は、各燃料貯蔵領域毎に異ならせることも可能である。
燃料貯蔵構造120は、例えば、レーザ溶接、振動溶接、及び接着剤のうちの何れか１つによって基部118に固定することが可能である。燃料貯蔵構造120を基部118に固定した後に、燃料貯蔵領域136に個々の燃料含有物質分量104を充填することが可能である。次いで、燃料貯蔵構造120上に気体透過性／液体不透過性膜138（図３及び図８）を配置して、燃料カートリッジ100を動かしてその向きを変更した際に燃料含有物質が開放領域108に漏れるのを防止する。適当な気体透過性／液体不透過性材料には、例えば、GORE-TEX(R)材料やCELGARD(R)中空糸膜材料などの多孔性疎水膜材料がある。
例示的なカバー122は、燃料貯蔵構造120と（上面から見て）同じサイズ及び形状を有するよう構成される。開放領域108の体積は、流体コネクタ110が開放されているときに、単一の燃料貯蔵領域136から放出された気体燃料が、向きに関係なくカートリッジ100から関連する燃料消費装置へ容易に流出するようなものでなければならない。これは、ホスト装置が移動可能で様々な向きで動作することが可能となるため特に有用である。
本発明は、如何なる特定の形状やサイズにも限定されないが、燃料カートリッジ100の１つの例示的な実施態様は、図１５及び図１６に示すようなノートブック型コンピュータと共に使用するように意図されたものであり、以下のように寸法が決められる。例示的な基部118は、長さが約50〜100mm（約2〜4インチ）、幅が約25〜76mm（約1〜3インチ）、高さが約1〜2mmである（図１〜図３の向きで）。基部118のうち、障壁層134より突出してコネクタ114の一部を画定する部分は、障壁層の縁部より約1〜4mm突出している。更に、基部118の側縁部は、カバーの縁部より外側に約1〜4mm突出して、図１０〜図１２を参照して後述するスロット146と係合することができるレールを形成する。
例示的な燃料貯蔵領域136は、正方形であり、図６〜図８に示す配列で位置決めされる。六角形及び三角形は、他の適当な形状の例であり、これは燃料貯蔵領域136が比較的高い密度で位置決めされる構成で特に有用なものとなる。燃料貯蔵領域136のサイズ及び個数は、用途によって異なることになる。ここで、容積が約5〜1000マイクロリットル（μL）の10〜1000個の燃料貯蔵領域136が存在することが可能である。その結果として、燃料含有物質の全体積は、約50μL〜1Lとなる。正方形の燃料貯蔵領域136の各辺は、長さが約1.7〜10mm、奥行が約1.7mm〜10mmである。燃料貯蔵構造120を構成するために使用される材料の適当な熱伝導率は、約0.1〜0.3W／mKである。この範囲の熱伝導率を有する材料の例は、ポリプロピレンとABSである。隣接する燃料貯蔵領域136間の間隔は、燃料貯蔵構造120を形成するために使用される材料の熱伝導率に依存し、例示的な実施態様では約0.1mm及び3mmである。従って、全体的な寸法に関しては、燃料貯蔵構造120は、長さ及び幅が約50〜102mm（約2〜4インチ）、高さが約25〜76mm（約1〜3インチ）である。例示的な実施態様における開放領域108の容積は、約1〜15ccであり、この容積を実現するために、カバー122は、長さ50〜102mm（約2〜4インチ）、25〜76mm（幅約1〜3インチ）、高さ約0.5〜3mmとなる。
当然ながら、燃料含有物質の用途及び種類に応じて、燃料貯蔵構造120のサイズは、小型で低消費電力のホスト装置用の50μL未満から大型の高消費電力のホスト装置用の1Lを上回る燃料含有物質を収容するために、変化することが可能であると考えられる。これらの容積もまた必要に応じて増減させることが可能である。
例示的な燃料カートリッジ100とホスト装置との間の機械的、電気的、及びデータ的な接続に話を移すと、ホスト装置は、燃料カートリッジと嵌合して燃料電池やその他の燃料消費装置への燃料の流れを促進させるよう構成されたカートリッジソケット140（図１０ないし図１２）を備えることができる。該カートリッジソケット140は、前述の流体コネクタ112の他に、電気コネクタ142及びデータリンク144を有する。該カートリッジソケット140はまた、燃料カートリッジ100がソケット140内へと滑動する際に基部118の側部を受容するよう構成された一対のスロット146を有する。この機械的な「キーイング」構成は、カートリッジ100をソケット140内にガイドし、間違ったタイプのカートリッジがソケットに挿入されるのを防ぐ。他の機械的キーイング装置を使用することも可能であり、又は用途の必要性に応じて機械的キーイング装置をなくすことも可能である。燃料カートリッジ100を所定位置に保持するために、ラッチ（図示せず）などの適当なロック装置を配設することも可能である。
カートリッジソケット140上の例示的な電気コネクタ142は、燃料カートリッジ100上の電気コネクタ114と係合するよう構成される。このため、図１２を参照すると、電気コネクタ142は、燃料カートリッジ100がカートリッジソケット140内に配置された際に導体126と係合するよう位置決めされる複数の接点150と、導体128と係合するよう位置決めされた接点152とを備えた表面148を有する。データリンク144の構成は、情報記憶装置116の構成、及び例示的な実施態様の場合のように情報記憶装置自体がハウジング102の外部に支持されるか否かによって決まる。ここで、情報記憶装置116は、複数の接点パッドを有するフラッシュメモリ素子であり、データリンク144は、燃料カートリッジ100がソケット140内にあるときに前記接点パッドと係合する対応する複数のフィンガ（図示せず）を有する。シリアルEEPROMメモリチップなどの他のタイプの不揮発性メモリ装置も使用することが可能である。
前述のように、情報記憶装置116は、燃料の種類と、各燃料含有物質分量104に収容されている気体燃料の量と、関連する燃料含有物質分量から全ての気体燃料を完全に放出させるために各ヒータ106に供給しなければならないそれぞれのエネルギー量とを表すデータを記憶するために使用することが可能である。エネルギーデータは、例えば電力及び時間のデータ（すなわちワット及び秒）という形をとることが可能であり、関連する燃料含有物質分量104内の気体燃料を全て放出させるのに過不足のないエネルギーと一致しなければならない。必要なエネルギーの量を決定する様々な因子がある。かかる因子としては、反応速度の温度への依存性、期待周囲温度、個々の燃料含有物質分量104の体積、燃料貯蔵領域136の寸法、燃料濃度、カートリッジ100を形成するために使用された材料の熱伝導率、及びカートリッジ周囲の対流が挙げられる。前述の例示的な実施態様では、エネルギーデータは、約0.17ジュール/μL燃料含有物質に対応する。例えば、燃料含有物質1μL毎に、1ワットが約1.7秒間、又は2ワットが約0.85秒間供給される。寄生エネルギー損失を最小限にするために一層短期間にわたる一層高電力レベルが好ましい。反応の開始後は、前述の例示的な水素化ホウ素ナトリウム溶液1マイクロリットル毎に、10ジュールのエネルギーを生成するのに十分なH2が生成されることになる。
燃料含有物質分量104が様々な体積を有する実例では、情報記憶装置116は、各分量毎のアドレス指定データ並びに各体積に対応するエネルギーデータを含むことになる。ホスト装置が周囲温度を監視する実例では、情報記憶装置は、周囲温度の変化に応じてヒータ106へのエネルギーの量を増減させるものとなるエネルギー調整データを含むことが可能である。他の燃料に関連する情報には、カートリッジの保存寿命と耐用年数がある。燃料の消費中にホスト装置から提供される動作データは、燃料カートリッジ100の耐用年数中に情報記憶装置116に記憶させることが可能である。かかる動作データとしては、例えば、マーケティング情報（すなわちホスト装置がどのように使用されたか）や保守情報（すなわち故障状態）が挙げられる。
流体コネクタ110,112に話を移すと、本発明は、燃料カートリッジをホスト装置に接続する如何なる特定の構成にも限定されないが、好ましい構成は、漏れを防ぐ自己シール式コネクタ構成である。燃料カートリッジ100上の流体コネクタ110及びカートリッジソケット140上の流体コネクタ112のシールは、カートリッジがホスト装置に受容されてそれらコネクタが互いに接続されたとき及びカートリッジがホスト装置から外されてそれらコネクタが互いに切り離されたときに維持されることになる。シールされた接続が行われると、燃料は、ハウジング102内の開放領域108から関連する燃料電池やその他の燃料消費装置へと流れることになる。好適には、この接続は、燃料カートリッジ100がカートリッジソケット140（へ挿入され又は接続されること）により受容されて該燃料カートリッジがホスト装置に接続された際に自動的に行われる。
本発明と共に使用することができる自己シール型コネクタ構成の一例を図１３及び図１４に示す。例示的な流体コネクタ110は、内方に突出する縁部156を有する中空円筒状ボス154と、ハウジング102内の開放領域108内へと開口する内腔158とを有する。端部160は、圧着キャップ166により固定されたスリット164を有する従動隔壁162を有する。該従動隔壁162と前記内方に突出する縁部156との間にばね168（又はその他の付勢装置）とシールボール170が配置される。ばね168の長さは、該ばねがシールボール170を隔壁162に対して付勢してシールを形成するような長さである。圧着キャップ166の端部172は、隔壁のスリット164と位置合わせされた開口を有する。
図１３及び図１４に示す例示的な実施態様では、流体コネクタ112は、閉端176、横穴178、及び該横穴からニードルを軸方向に貫通するボアを有するニードル174を有する。摺動カラー180は、ニードル174を取り囲み、ばね182（又はその他の付勢装置）によって環状止め部184に対して付勢され、及び従動シール部分186と実質的に剛性の保持部分188とを有する。従動シール部分188は、露出した上面190とニードル174と接触した内面192とを有する。図１３に示す切り離された位置では、穴178は、シール部分の内面192によって取り囲まれシールされる。コネクタ112はまた、図１４に示す接続された位置へと移動する際にコネクタ110をガイドして中心に導くテーパー付きの導入部分194を備えていることが好ましい。
燃料カートリッジ100とホスト装置の間の接続を確立するためにコネクタ110を流体コネクタ112内に挿入する際に（図１４）、ニードル174の閉端176が隔壁スリット164を貫通する。それ故、隔壁162は、大きな挿入力を必要とすることなくニードル174を挿入することを可能にする十分な従動性を有する一方で、ニードルが抜かれた際に密封を提供する十分な堅さを有する必要がある。ニードル174が、隔壁162を通過して円筒状ボス154内に入る際に、摺動カラー180とシールボール170が、穴178が露出するまで逆方向に付勢される。これにより、燃料カートリッジ100とホスト装置との連絡が確立される。図１３及び図１４に示す例示的なコネクタ構成に関する更なる詳細は、米国特許第6,015,209号に見ることができる。
本発明は、如何なる特定のホスト装置と共に使用するようにも限定されず、図１５及び図１６に示す燃料電池により給電されるノートブック型コンピュータ200は、電力を消費する要素を有するホスト装置、並びに前述の燃料カートリッジによって燃料を供給することができる電力を生成する装置の一例である。他の例示的なホスト装置として、携帯情報端末、デジタルカメラ、携帯電話、及びゲームが挙げられるが、これらには限定されない。本発明の燃料カートリッジはまた、電力を提供するために別個の電力消費装置に接続することができるスタンドアロン型の発電装置に関連して使用することが可能である。
例示的なノートブック型コンピュータ200は、多くの構造上及び動作上の構成要素に関して、Hewlett-Packard Omnibook 6000ノートブックＰＣなどの従来の携帯型コンピュータと実質的に類似したものである。より具体的には、例示的な携帯型コンピュータ200は、メインハウジング202や、ヒンジ206によりメインハウジングに回動可能に接続された表示装置ハウジング204などの構造的な構成要素を有する。メインハウジング202は、図示のCD-ROMドライブモジュール208、3.5インチディスクドライブモジュール、又はZIPドライブモジュールなどのオプションモジュール用のモジュールベイを有する。例示的なメインハウジング202はまた、ユーザがコンピュータ200と対話することを可能にするユーザインタフェイス210を備える。該ユーザインタフェイス210は、キーボード212、タッチパッド214、第１の一対の右／左クリックボタン216、及び第２の一対の右／左クリックボタン218を含む。これらの各要素は、従来の態様で動作して、コンピュータ200と該コンピュータ上で実行されるアプリケーションプログラムの動作を制御する。また、表示装置ハウジング204は、表示装置220を支持する他に、閉位置にあるときにユーザインタフェイス210を覆う蓋の役割をする。このため、表示装置ハウジング204の自由端をメインハウジング202にロックして表示装置ハウジングを閉位置に維持するために、従来のラッチ構成（図示せず）を配設することが可能である。
図１５及び図１６に示す例示的なコンピュータ200の動作上の構成要素は、CPU（又はプロセッサ）222、キャッシュ及びRAMメモリ224、電源アダプタ及びファン構成226、ハードディスクドライブ228、及びモデム230を含む。例示的な携帯型コンピュータ200はまた、例えば、音声及びビデオカード、ヘッドホン及びマイクポート、シリアルポート、パラレルポート、USBポート、キーボード及びマウスポート、ドッキング用240ピンPCIコネクタ、Microsoft(R) Windowsなどのオペレーティングシステム、ワードプロセッサ、スプレッドシート、セキュリティプログラム、及びゲームなどの様々なアプリケーションプログラムといった、他の従来の構成要素を含む。
例示的なノートブック型コンピュータ200はまた、燃料電池システム232、又は該コンピュータ内の様々な電気負荷に接続された他の燃料消費／電力生成装置を含む。例示的な燃料電池システム232は、複数のセルから成る燃料電池スタックである。本発明は、如何なる特定のタイプの燃料電池システムにも限定されないが、例示的な燃料電池は、PEMにより分離された燃料極と空気極とを有するPEM燃料電池である。水素などの気体燃料が燃料極に供給され、酸素が空気極に供給される。図示の実施形態では、酸素は、周囲空気をハウジング202の通気孔からスタック内に引き込むことによって燃料電池スタックに供給することができる。このプロセスを容易にするためにファンを配設することが可能である。副生成物（例示的な実施形態では水蒸気と窒素）は、マニホルドによって燃料電池システム232から取り出されてハウジング202から放出される。ノートブック型コンピュータ200その他のホスト装置はまた、燃料電池システム232に燃料を最初に送る前にヒータ106及び電力消費装置（例えばCPU222）に電力を提供するためにバッテリ234を備えていなければならない。そのような電力は、例えば、燃料電池システム232による電力の生成に先立ちシステムプロセッサに電力を供給するために使用されることになる。
例示的なコンピュータ200の動作中に、例示的な燃料カートリッジ100内のヒータ106は、燃料電池システム232に燃料を提供するために、コネクタ114,142によりコンピュータ内の電圧源とアースに接続されることによって選択的に駆動されることになる。燃料電池システム232に燃料を供給するために十分な量の加圧燃料を作成するために、カートリッジ100がコンピュータ200に最初に接続された際、又は該最初の接続の後にコンピュータが最初に使用される際に、ヒータのうちの１つ又は２つ以上が駆動されることになる。代替的に、燃料カートリッジ製造プロセス中に開放領域108に少量の加圧燃料（水素ガスなど）を充填することが可能である。この燃料は、コネクタ110,112が結合されたときに圧力で燃料電池システム232に流れ、ヒータ106の駆動前に燃料電池システムに燃料を供給するために使用することが可能となる。ヒータ106の動作は、例示的なPEM燃料電池システムを制御する他の構成要素及びサブシステム（「バランス・オブ・プラント(balance of plant)」構成要素及びシステムと呼ばれる場合がある）と共に、情報記憶装置116に記憶されたデータに基づいてシステムプロセッサ222（又は別個のコントローラ）により制御することが可能である。燃料カートリッジ100内の燃料の生成を制御する１つの例示的な方法は帰還ループである。かかる制御は、燃料が生成されているか否かに加えて燃料の生成速度を含むものとなる。
本発明を以上の好ましい実施形態に関して説明したが、当業者には、前述の好ましい実施形態に対する多数の変更及び／又は追加が容易に明らかであろう。本発明の範囲がかかる全ての修正及び／又は追加に至るものであることが意図されている。
本発明の一実施形態による燃料カートリッジの等角図である。 図１に示す燃料カートリッジの側面図である。 図１に示す燃料カートリッジの部分断面側面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 図１に示す燃料カートリッジの様々な態様を示す平面図である。 本発明の一実施形態による燃料カートリッジとカートリッジソケットとを切り離した状態で示す側面図である。 図１０に示す燃料カートリッジとカートリッジソケットとを接続した状態で示す側面図である。 図１０に示すカートリッジソケットの一部の底面図である。 本発明の一実施形態によるコネクタ構成を切り離した状態で示す部分断面側面図である。 図１３に示すコネクタ構成を接続した状態で示す部分断面側面図である。 本発明の一実施形態によるノートブック型コンピュータの斜視図である。 本発明の一実施形態によるノートブック型コンピュータ及び燃料カートリッジの概略的なブロック図である。

Claims (10)

  1. 燃料カートリッジであって、
    熱が加えられたことに応じて燃料を放出する燃料含有物質(104)と、
    該燃料含有物質(104)と熱的に連絡し、エネルギーの受容に応じて該燃料含有物質(104)を加熱する、ヒータ(106)と、
    該ヒータ(106)に供給された際に前記燃料含有物質(104)に含まれる全ての燃料を該燃料含有物質(104)に放出させる最小限の量のエネルギーに対応するエネルギー値を記憶する情報記憶装置(116)とを含む燃料カートリッジ。
  2. 前記燃料含有物質(104)が、水素化ホウ素ナトリウム溶液を含む、請求項１に記載の燃料カートリッジ。
  3. 前記ヒータ(106)が抵抗器を含む、請求項１又は請求項２に記載の燃料カートリッジ。
  4. 前記情報記憶装置(116)が不揮発性記憶装置を含む、請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の燃料カートリッジ。
  5. 前記エネルギー値が電力値及び時間値を含む、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の燃料カートリッジ。
  6. 前記燃料含有物質(104)が、複数の個々の燃料含有物質分量(104)を含み、
    前記ヒータ(106)が、前記複数の燃料含有物質分量(104)とそれぞれ熱的に連絡した複数の別個に駆動可能なヒータ(106)を含み、
    前記情報記憶装置(116)が、前記燃料含有物質分量(104)の各々に対応するエネルギー値を記憶する、
    請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の燃料カートリッジ。
  7. 前記複数の個々の燃料含有物質分量(104)が、それぞれ、複数の個々の燃料貯蔵領域(136)内に格納されている、請求項６に記載の燃料カートリッジ。
  8. 前記情報記憶装置(116)を支持する外部と、前記燃料含有物質(104)を格納する内部とを画定するハウジング(102)を更に含む、請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載の燃料カートリッジ。
  9. 前記ヒータ(106)を支持するベース部材(118)と、
    前記ヒータ(106)に動作可能な状態で接続され、前記ベース部材(118)により支持された、少なくとも１つのヒータ導体(126)と、
    内部領域を画定し、前記燃料含有物質(104)を格納するよう構成され、前記ベース部材(118)により支持され、前記ハウジング(102)が前記ヒータ(106)と前記ヒータ導体(126)の実質的に大部分とを覆い及び前記ヒータ導体(126)の比較的小さな部分が前記ハウジング(102)から突出するように前記ベース部材(118)上に位置決めされた、ハウジング(102)と
    を含む、請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載の燃料カートリッジ。
  10. 電気化学電池(232)と、
    請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載の燃料カートリッジ(100)と
    を含む装置。
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