JP2013537477A - 水素分離膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス発生装置内で利用される疎水性膜アセンブリー（２８）を提供する。
【解決手段】反応液が疎水性膜アセンブリー（２８）を通過することにより、水素が分離される。疎水性膜アセンブリー（２８）は、水素出力合成部（３２）内に配設された疎水性格子状部（３６）を有しており、水素出力合成部の水素ガス分離能力を向上するとともに、その有効寿命を延長する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には燃料電池に燃料を供給する装置に係り、特に、反応液から水素ガスを分離するための疎水性膜アセンブリーに関する。

本出願は、２００９年１１月３日付で米国を指定して出願された国際特許出願、ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６３１０８の一部継続出願である。本明細書は、この国際特許出願全体を参考として援用するものである。

燃料電池は、反応物、すなわち燃料とオキシダントの化学エネルギーを、直流（ＤＣ）電流に直接変換するデバイスである。燃料電池の一般的な燃料は、圧縮体、又は、例えばランタン・ニッケル合金ＬａＮｉ₅Ｈ₆やその他の水素吸収金属水素化物のような水素吸収材料に格納された水素ガスである。水素は、水素化ホウ素ナトリウムＮａＢＨ₄のような化学金属水素化物と水又はメタノールとの化学反応により、オンデマンドで生成することができる。

化学金属化合物反応において、水素化ホウ素ナトリウムＮａＢＨ₄のような金属水素化物は、以下の化学式に従って反応して、水素を生成する。

アノードでの半反応は以下の通りである。

カソードでの半反応は以下の通りである。

この反応に適した触媒として、コバルト、プラチナ、ルテニウム、並びにその他の金属を挙げることができる。燃料電池内では、水素化ホウ素ナトリウムを改質させて生成した水素燃料が、Ｏ₂のようなオキシダントと反応することによって、電気（若しくは、電子の流れ）と、副産物として水を生成する。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ₂）の副産物も、改質の過程で生成される。本明細書は、米国特許第４，２６１，９５６号明細書で議論されている水素化ホウ素ナトリウム燃料電池の全体を参考として援用する。化学金属水素化物から生成される水素は、圧縮され、又は、金属水素化物の水素吸収材料内に格納され、その後、燃料電池で消費される。

化学水素化物を燃料に用いた周知の水素ガス生成装置の１つの欠点は、反応によって生じる水素ガスが常に慣性されたものでないという点である。時間とともに、水、水蒸気、反応剤、並びに、反応副産物がガス発生装置から燃料電池に通過して、燃料電池の効率やオペレーション時間を低減してしまう。

このため、結果として生じる水素を反応液から効果的な分離する膜アセンブリーを備えた水素ガス発生装置を得ることが望まれている。

本発明は、燃料電池に燃料を供給するガス発生装置内で使用に供される疎水性膜アセンブリーに関する。本発明は、反応室、ガス発生装置、並びに、本発明に係る疎水性膜アセンブリーを組み込んだ燃料供給にも関する。

本発明の第１の側面は、反応室と、触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物を備えたガス発生装置に関する。反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造をした水素出力コンポジットを含んでおり、燃料混合物の反応によって生成されたガスは、その膜のうちの一方又は両方を通過して、格子構造付近に存在する。疎水性格子構造は、水に対しおよそ１２０度よりも大きい静的接触角を持っていてもよく、可能であれば、１５０度よりも大きいことが好ましい。また、疎水性格子構造は、およそ４０ｍＬ／ｍ²の表面エネルギーを持っていてもよく、その表面エネルギーはおよそ４０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分とおよそ２．０ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有していてもよい。疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ２０ｍＬ／ｍ²未満であってもよく、その表面エネルギーはおよそ２０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分とおよそ１．０ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有していてもよい。さらに、疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ１０ｍＬ／ｍ²未満であってもよく、その表面エネルギーはおよそ１０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分とおよそ０．５ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有していてもよい。疎水性格子構造は、およそ４０度未満の接触角のヒステリシス測定を有していてもよく、可能であればおよそ２０度未満、若しくはさらにオヨソ１０度未満であることが好ましい。

本発明のこの側面において、疎水性格子構造はポリマーであってもよい。ポリマーは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニデリン、ポリエチレン、ポリシロキサリン、フッ化ポリビニデリン、ポリグランチン、凍結乾燥硬膜、シリコン、ラバー、又はこれらの組み合わせであってもよい。好ましくは、ポリマーは、フッ化ポリビニデリンからなる。あるいは、疎水性格子構造は、疎水性コーティングが施されている。疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせであってもよい。好ましくは、疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる。さらに、疎水性格子構造は、界面活性剤でコーティングが施されていてもよい。界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせであってもよい。界面活性剤は、架橋剤を含んでいてもよい。

付言すれば、疎水性格子構造は粗面を有していてもよい。疎水性格子構造は、キャシー・バクスター挙動を示すことがより好ましい。

本発明の第１の側面に係るガス発生装置は、反応室と水素出力コンポジットの間に第２の疎水性格子構造をさらに備えていてもよい。また、ガス発生装置は、触媒及び水素出力コンポジットの間に粗いフィルターをさらに備えていてもよい。粗いフィルターが疎水性であることがより好ましい。

本発明の他の側面は、反応室と、触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物を備えたガス発生装置に関する。反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造をした水素出力コンポジットを含んでおり、燃料混合物の反応によって生成されたガスは、その膜のうちの一方又は両方を通過して、格子構造付近に存在する。好ましくは、両方のガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は疎水性が向上されている。ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に疎水性コーティングを施すことによって、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性を向上するようにしてもよい。疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせであってもよい。好ましくは、疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる。あるいは、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に界面活性剤でコーティングを施すことによって、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性を向上するようにしてもよい。界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせであってもよい。界面活性剤は、架橋剤を含んでいてもよい。

さらに、実質的に液体不透過性の膜は、粗面加工が施された外面を有することによって、その疎水性を向上するようにしてもよい。この外面がキャシー・バクスター挙動を示すことがより好ましい。

実質的に液体不透過性の疎水性を、およそ１０％向上するようにしてもよい。

本発明のさらに他の側面は、反応室と、触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物を備えたガス発生装置に関する。反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造をした水素出力コンポジットを含んでおり、燃料混合物の反応によって生成されたガスは、その膜のうちの一方又は両方を通過して、格子構造に至る。本発明のこの側面において、燃料混合物の表面張力はガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーよりも大きい。燃料混合物の表面張力は７３ｄｙｎｅｓ／ｃｍよりも大きい。あるいは、燃料混合物の表面張力は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーの少なくとも２倍である。

本発明のさらに他の側面は、反応室と、触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物を備えたガス発生装置に関する。反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造をした水素出力コンポジットを含んでおり、燃料混合物の反応によって生成されたガスは、その膜のうちの一方又は両方を通過して、格子構造に至る。本発明のこの側面において、生成されたガスから基本的な汚染物質を実質的に除去するための超酸性フィルターが、格子構造のダウンストリームに配設されている。超酸性フィルターは、過フッ素化スルホン酸ポリマーでよい。また、超酸性フィルターは、生成されたガスから基本的な汚染物質のおよそ９０％より多くを除去するようにしてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る水素発生装置の分解図である。 図２は、図１に示した本発明に係る水素発生装置の部分的な断面図である。 図３は、本発明に係る水素出力コンポジットの部分的な断面図である。

添付の図面並びに以下で議論するように、本発明は、燃料供給、若しくは、燃料電池内で水素を生成するガス発生装置のための疎水性膜アセンブリーに関する。

この膜アセンブリーとともに使用される燃料供給は、燃料混合物と触媒を含む。この燃料混合物は、一般に、液体燃料成分内に固体燃料成分を溶解させて生成された溶液である。

本明細書中で使用される「固体燃料」という用語は、水素ガスを生成するために反応することができるすべての固体燃料を含み、本明細書中並びにＷＯ２０２０−０５１５５７号公報で記述されている、水素化リチウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化アルミニウム・リチウム、化合物、塩類、並びにこれらの誘導体などを含む、すべての適切な水素化合物を含むが、これらに限定されるものではない。本明細書は、ＷＯ２０２０−０５１５５７号公報全体を参考として援用するものである。固体燃料成分は、より好ましくは、水素化ホウ素ナトリウムのような化学金属水素化物である。固体燃料成分は、溶解性を向上した化学物質若しくは安定剤や、水溶性の金属水酸化物他の化学物質のような、他の化学物質を含めることができるが、より好ましくは水酸化ナトリウムである。他の利用可能な安定剤として、とりわけ、水酸化カリウム若しくは水酸化リチウムが含まれる。

本明細書中で使用される「液体燃料」という用語は、水素ガスを発生するために反応するすべての液体燃料を含み、本明細書中並びにＷＯ２０２０−０５１５５７号公報で記述されている、水、アルコールと添加物、触媒、並びにこれらの混合物を含む、適切な燃料を含むが、これらに限定されるものではない。液体燃料は、より好ましくは、水若しくはエタノールのように、触媒の存在により固体燃料と反応して、水素を生成する。液体燃料は、添加物や安定剤、若しくは、その他の反応促進剤を含んでいてもよい。例えば、安定剤としての水酸化ナトリウムや、界面活性剤としてのポリグリコール、あるいはその他の多くのものが挙げられる。

触媒は、プラチナやルテニウム、ニッケル、コバルト、並びに、ＷＯ２０２０−０５１５５７号公報で開示されているその他の金属、並びにその誘導体であってもよい。より好ましい触媒は、塩化コバルト又は塩化ルテニウム、若しくはそれらの両方を含む。その他の好ましい触媒は、コバルトとホウ素を含んでいる化合物である。触媒の存在により、燃料混合物は反応して、水素を生成する。国際出願、ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００６９２３９号では、好ましい触媒システムについて議論されている。本明細書は、この国際出願全体を参考として援用するものである。

本明細書中で使用される、「燃料供給」という用語は、使い捨てカートリッジ、詰め替え可能並びに再利用可能なカートリッジ、コンテナ、電子機器に内蔵されたカートリッジ、取り外し可能なカートリッジ、電子機器の外部に置かれたカートリッジ、燃料タンク、燃料補給タンク、燃料を格納するその他のコンテナ、並びに、燃料タンク及びコンテナに接続されたチューブを含むが、これらに限定されるものではない。以下では、本発明の典型的な実施形態と関連付けてカートリッジについて記述するが、勿論他の燃料供給を実施形態に適用することが可能であり、本発明はいかなる特定のタイプの燃料供給に限定されるものではない、という点に留意されたい。

本発明に係る膜アセンブリーとともに使用される燃料供給は、燃料電池内では使用されない燃料を生成するのにも利用することができる。Ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔ出版（２００１年１２月／２００２年１月）の２０−２５ページに掲載されている“Ｈｅｒｅ Ｃｏｍｅ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｓ”では、シリコン・チップ上に作られたマイクロ・ガス・タービン・エンジンのための水素を生成することが議論されている。本発明の応用例は、これを含むことができるが、これに限定されるものではない。本明細書で使用されている「燃料電池」という用語も、マイクロエンジンを含むものとする。

本発明に係る疎水性膜は、周知のいかなる水素発生装置にも利用することができる。米国特許第７，６７４，５４０号、第７，４８１，８５８号、米国特許出願公開第２００６−０１７４９５２号、国際出願ＷＯ２０１０−０５１５５７号、並びに、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００６０２３９には、周知の適切な水素発生装置について開示されているが、これら参照文献に記載の水素発生装置に本発明に係る疎水性膜アセンブリーを利用することができる。本明細書は、これらの参照文献を参考として援用するものである。

図１乃至図３には、本発明に係る代表的な水素発生装置１０を図解している。水素発生装置１０は、図示のように、ロック・ノブ１２を、内側又は水素発生装置１０の反対側の端面に配設された出口弁１４に向かって押すことによって作動する。図示のように、ロック・ノブ１２は、シール・ピストン１６に接続されている。ロック・ノブ１２が押し下げられると、シール・ピストン１６は、シール１８を開放位置に向かって動かす。これによって、キャップ２２の内側のチャンバー２０内に含まれている固体燃料が解放される。そして、固体燃料は、コンテナ２４の内部に存在する液体燃料の中に溶解して、上述したように水勢の燃料混合物を生成する。この水性の燃料混合物がリアクター・ブイ２６内の触媒に触れて反応すると、水素を生成する。ＷＯ２０１０−０５１５５７号公報に詳細に記述されているように、リアクター・ブイ２６が水素発生装置１０の内圧と触媒へのアクセスを制御する参照圧力に応じて開閉動作することによって、水素の生成が制御される。後述するように、生成された水素ガスは、膜アセンブリー２８に浸透し、コンテナ２４及び水素発生装置１０の外に移送される。

図示のように、膜アセンブリー２８は、外側格子３０と、水素出力コンポジット３２を備えている。より好ましい実施形態では、水素出力コンポジット３２は、内側格子３６のいずれかの側に配設された、２層の水素透過膜３４を備えている。水素透過膜は、水素の透過を許容するが、液体を実質的に排除する。適切な水素透過膜は、液体も実質的に不透過であるがガスを透過する、当業界で周知の材料である。このような材料は、アルカン基を持つ疎水性の材料を含むが、これに限定されるものではない。より特定の例として、ポリエチレン組成物、ポリテトラアルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリグラクチン（ＶＩＣＲＹ（登録商標））、凍結乾燥硬膜、又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。市販されている適切な水素透過膜には、ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）や、ＧＥＬＧＡＲＤ（登録商標）、並びに、ＳＵＲＢＥＮＴ（登録商標）ポリフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）が含まれる。付言若しくは換言すれば、水素透過膜は、本明細書に参考として援用される米国特許第７，１４７，９５５号公報に開示されている、ガス透過性で実質的に液体不透過性のすべての材料を含むものである。

水素透過膜３４は、好ましくは、内側格子３６の周りに一緒にシールされ、多層水素出力コンポジット３２を構成する。内側格子３６は、２つの水素透過膜３４が互いに接触する可能性を最小限にし、若しくは、一緒にシールして水素の流れを最小限にする。外側格子３０は、水素出力コンポジット３２とコンテナ２４との接触を最小限にするために用いられ、水素が水素出力コンポジット３２に流れ込む流速を低減するようになっている。外側格子３０と内側格子３６は、フレキシブルであることが好ましい。好ましい実施形態では、図３でよく分かるように、多層の水素出力コンポジット３２が平坦な構造で構成され、水素出力コンポジット３２の外側には水素コンジット３８が取り付けられている。波型の紙や不織布、織布などでできた粗いフィルター３７を、平坦な構造の上の膜のリアクター側に配設して、水素出力コンポジット３２と燃料溶液から沈殿するあらゆる固体との接触を最小限にするようにしている。平坦な構造全体は、巻き上げて、コンテナ２４の中に容易に挿入することができる。水素コンジット３８は、水素出力コンポジット３２の内部と、水素チャンバー４０と、流体連通している。

水素ガスは、水素透過膜３４を通過して水素出力コンポジット３２内に流れ込む際に、飯能駅から分離される。水素出力コンポジット３２内では、内側格子３６を通過し又は内側格子３６に沿って、水素コンジット３８に至り、水素出力コンポジット３２の外に流出する。水素コンジット３８は、水素チャンバー４０に接続されているので、チャンバー４０内に水素が集められる。水素チャンバー４０は、不要なアルカリを除外する超酸を含んでいてもよい。出口弁１４が水素チャンバー４０に接続され、さらに燃料電池（図示しない）も接続される。水素チャンバー４０には第１の安全弁４２が配設されており、チャンバー４０内の圧力が所定の閾値レベルを超えたときに、水素を発散するようになっている。チャンバー２４には第２の安全弁４４が配設されておりの当該チャンバー内の圧力が別の所定の閾値レベルを超えたときに、水素を発散するようになっている。

図２に示すように、ブイ２６がチューブ４６を介して外の大気に繋がっているので、大気を参照圧力として用いることができる。チューブ４６は、リジッドにできていてもよく、ブイ２６を垂直に、又はおよそ４５度の角度、この若しくはおよそ３５度とおよそ５５度の間で支持する。ブイの開閉動作によって、閉じ込められたガスがブイ２６から離れるような角度であることがより好ましい。チューブ４６は、チャンバー２４の外表面上に形設された凹みからなる表面チャネル４８に接続されていることが好ましい。複数の表面チャネル４８を設けることで、ユーザーの指や残骸がチューブ４６を塞ぎ、又は、チューブ４６を部分的に塞いだときであっても、チューブ４６が大気に開放された状態を保つことができる。チャネル４８は、図示のようにチャンバー２４の底部に配設してもよいし、あるいは、チャンバー２４の側面に配設してもよい。

出口弁１４は、水素の流れを制御できるバルブであれば何でもよいが、本明細書が全体を参考として援用する国際出願公開ＷＯ２００９−０２６４４１及びＷＯ２００９−０２６４３９の各々に記載されたバルブであることがより好ましい。図２でよく分かるように、出口弁１４は、チャンバー２４に対して実質的に不動の中央ポスト４８を備え、チャンバー２４の底部に固定して取り付けられていることが好ましい。シール５０は、Ｏリングや平ワッシャーで構成することができるが、中央ポスト４８囲み、水素チャンバー４０のシールとして供される。シール５０は、リテーナー５２によって、適切な場所に保たれ又はロックされている。他の適切な出口弁は、米国特許第７，５３７，０２４号、第７，０５９，５８２号、第７，６１７，８４２号、並びに、米国特許出願公開ＵＳ２００６−０１７４９５２号、ＵＳ２０１０−００９９０９号に開示されているバルブを含むが、これらに限定されるものではない。本明細書は、これらの参照文献全体を参考として援用するものである。

意図しないユーザーによって出口弁１４が操作し難くするために、若しくは、水素発生装置１０を互換性のない機械と接続する可能性を低減するために、出力弁１４の周囲にマッチング・プレパイロット・ブラインド・ボア５４が配設されている。バルブ１４を開ける際、対応する若しくはつがいとなるバルブは、中央ポスト４８の周りとシール５０を開くためのリテーナー５２の内側に適合する円筒部材と、プレパイロット・ボア５４内に適合する環状／同心の部材を持たなければならない。意図しないユーザーや互換性のない機械による操作を困難にする他のメカニズムは、米国特許出願公開ＵＳ２００５−００７４６４３号、ＵＳ２００８−０１４５７３９号、ＵＳ２００８−０２３３４５７号、及び、ＵＳ２０１０−００９９００９号に開示されている。本明細書は、これらの文献全体を参考として援用するものである。

一般的に、格子３０、３６は、任意の格子状の材料でよく、堅くても柔軟でもよい。格子状の材料は、疎水性固体格子、織布、遷移、ニット・ナイロン、芯、メッシュ素材、スクリーン、波形形状、又は、ラミネートする土台となり、膜３４がお互いに折り込まないようにすることができるその他のガス透過性構造物でもよい。燃料袋内に配置され又は挿入されるものを含む、適切な格子状の材料は、共同所有される米国特許第７，１７２，８２５公報に開示されている。本明細書は、この文献全体を参考として援用するものである。水素出力コンポジット３２は、生成された水素ガスを燃料混合物からフィルタリングして、生成されたガスを水素出口３８並びに出口弁１４まで搬送する。ＷＯ２０１０−０５１５５７号公報に開示されている携帯で水素分離機を取り付けることで、膜アセンブリー２８は、溶液の真ん中に挿入され、圧縮の結果として差圧が生じた両側の圧力を等しくなる。

本発明の発明者らは、ある期間が経過した後に、水を含んだ液体燃料並びに液体の副産物が水素出力コンポジットに入ってきたことを観察した。その水は、水素化カリウム、ＫＯＨ、又は水素化ナトリウム、ＮａＯＨといった添加物、並びに、ホウ酸カリウム、ＫＢＯ₂、ホウ酸ナトリウム、ＮａＢＯ₂といった反応副産物を含んでいるように見えた。これらの汚染物質は、水素ガスとともに出口弁１４を通過する際に、高分子電解質又は燃料電池の膜／電極接合体（ＭＥＡ）に有害な影響を与える。相当な努力の後に、全くの予想外で、いかなる特定の理論にも縛られることなく、格子３６が、液体燃料の水素出力コンポジット３２内への侵入の原因であるかもしれないことが分かった。本発明者らは、水素透過性で実質的に液体不透過性の膜３４と比較した場合、内側格子３６は本来的には疎水性であったと信じている。内側格子３６は、水素透過性で実質的に液体不透過性の膜３４と接触したときに、浸透抗力の過程で、汚染物質を含んだ水又は液体燃料がガス透過性で実質的に液体不透過性の膜３４の細孔を通り抜ける原因となり又は拍車をかけたかもしれない。とりわけ水素が生成されるときに、チャンバー２４の内部圧力は液体燃料が膜３４を通り抜けるのに拍車をかけているとも考えられる。汚染物質を含んだ液体燃料が、水素出力コンポジット３２内に蓄積することもあり得る。

本発明は、疎水性の水素出力コンポジット３２に関するものであり、より好ましくは疎水性膜アセンブリー２８に関する。

固体の疎水性（若しくは湿潤性）は、水と、表面と周囲の空気との間の相互作用に依存する。Ｊ．Ｃ．Ｂｅｒｇ著の“Ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ”（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｎｅｗｙｏｒｋ，１９９３）や、Ａ．Ｗ．Ａｄａｍｓｏｎ著の“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ”（Ｗｉｌｅｙ）を参照されたい。水と空気の間の相互作用の力は表面張力γ_LVである。同様に、固体とその周囲の空気の間の力として表面エネルギーγ_SVが定義され、固体と水との間の力として界面張力γ_LSが定義される。平衡状態にある表面への液滴に関して、Ｙｏｕｎｇの式は、γ_SV−γ_LS＝γ_LVｃｏｓθを規定している。但し、θは、表面に対する水滴の接触角である。Ｙｏｕｎｇの式は、液体の表面張力が表面エネルギーよりも低いときには、接触角はゼロで水が表面を濡らすことも表している。付言すれば、水は、表面を部分的に濡らすこともある（接触角が０度よりも大きいとき）。接触角が０度と９０度の間であれば、表面は親水性と考えられる。また、接触角が９０度よりもり大きければ、表面は疎水性と考えられる。特定の例として、蓮の葉のような超疎水性の材料は、１５０度を超える水との静的な接触角を持つものとして注目されてきた。特に、基板の静的接触角は、接触角ゴニオメーターを使って測定することができ、静滴方法（静的及び動的）、Ｗｉｈｅｌｍｙ法（動的及び単繊維）、粉末接触角法を含む、当業者に周知の方法を用いて測定することができる。

固体の表面エネルギー、そのバルクと比較した固体の表面で利用可能な余剰エネルギーは、固体の親水性又は疎水性の状態を決定する要因である。問題は、低いエネルギー状態にあることを目指し、化学結合はエネルギーを低減する。このように、高い表面エネルギーを持つ表面は、水の中の水素分子と結合し始めるので、親水性になる傾向がある。疎水性の材料は、低い表面エネルギーを持ち、水との水素結合を形成することができず、また、水は、自分自身の結合のために、疎水性物質をはじく。Ｙｏｕｎｇの式はこの点を説明するものである。

固体の表面エネルギーは、固体の特にその表面における化学組成や結晶構造、表面の幾何学的特徴や表面の粗さ（すなわち、研磨の欠陥並びに状態）、並びに、表面に物理的に吸着し又は化学的に結合した分子など、固体を簡単にマスクしその表面エネルギーを大幅に変化させるいくつかの要因に依存する（Ｊ．Ｐ．Ｒｅｎａｕｄ、Ｐ．Ｄｉｎｉｃｈｅｒｔ、１９５６年共著“Ｅｔａｔｓ ｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｔ ｅｔａｌｅｍｅｎｔ ｄｅｓ ｈｕｉｌｅｓ ｄ’ｈｏｒｌｏｇｅｒｉｅ”（Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ＳＳＣ ＩＩＩ １６８１ページ））。

固体の表面エネルギーを測定するのに、調和平均法としても知られるＯｗｅｎｓ Ｗｅｎｄｔ理論を利用することできる。Ｏｗｅｎｓ，Ｄ．Ｋ、Ｗｅｎｄｔ，Ｒ．Ｇ．共著“Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｓ”（Ｊ．Ａｐｐｌ．ＰｏｌｙｍＳｃｉ．１９６９，５１，１７４１−１７４７）を参照されたい。この理論は、表面の表面エネルギーは極性及び分散成分の合計であることを仮定している。極性成分は、双極子と双極子、双極子と誘発双極子の水素結合と、固体と液体間の部位を特定したその他の相互作用の説明になる。分散成分は、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓに由来する表面相互作用や、固体と液体間の部位を特定しないその他の相互作用の説明になる。モデルは、Ｇｏｏｄの式（σ_SL＝σ_S＋σ_L−２（σ_L ^Dσ_S ^D）^1/2−２（σ_L ^Pσ_S ^P）^1/2）と、Ｙｏｕｎｇの式（σ_S＝σ_SL＋σ_Lｃｏｓθ）という、固体と液体間の表面の相互作用を記述した２つの基本方程式に基づく。ここで、σ_L ^Dは湿潤液の表面張力の分散成分であり、σ_L ^Pは湿潤液の表面張力の極性成分であり、σ_S ^Dは固体の表面エネルギーの分散成分であり、σ_S ^Pは固体の表面エネルギーの極性成分である。Ｇｏｏｄの式とＹｏｕｎｇの式を組み合わせると、次の式を導出することができる：σ_L（ｃｏｓθ＋１）／２（σ_L ^D）^1/2＝（σ_S ^P）^1/2（（σ_L ^P）^1/2／（σ_L ^D）^1/2）＋（σ_S ^D）^1/2。この方程式は、ｙ＝ｍｘ＋ｂのような線形的式である。但し、ｙ＝σ_L（ｃｏｓθ＋１）／２（σ_L ^D）^1/2とし、ｍ＝（σ_S ^P）^1/2としｘ＝（σ_L ^P）^1/2／（σ_L ^D）とし、ｂ＝（σ_S ^D）^1/2とする。

湿潤液の極性及び分散成分は文献公知である。少なくとも２つの湿潤液の各々について、一連の反復接触角が測定される。ここで言う湿潤液には、ジヨードメタン、ベンジル・アルコール、エチレン・グリコール、ホルムアミド、並びに水が含まれるが、これらに限定されるものではない。ｙはｘの関数としてプロットされ、表面エネルギーの極性成分σ_S ^Pは傾きｍの平方根と等しい。また、表面エネルギーの分散成分σ_S ^Dはｙ切片ｂの平方根と等しい。

付言すれば、固体の表面エネルギーは、接触角のヒステリシスを用いて測定することができる。この測定を行なうために、ピペットで固体に液体を注入し、液体の接触角を形成する。ピペットでさらに液体を注入すると、滴が体積を増して接触角が大きくなるが、滴が突如外側に膨らむまでは、３相の境界は静止したままである。滴が外側に膨らむ直前に持っていた接触角は、前進接触角と呼ばれる。後退接触角は、滴から液体をくみ取ることによって測定される。滴は体積が減少し、接触角は減少するが、滴が突如内側に後退するまでは、３相の境界は静止したままである。滴が内側に後退する直前に持っていた接触角は、後退接触角と呼ばれる。前進接触角と後退接触角との差分は接触角ヒステリシスと呼ばれ、表面の異質性、粗さ、移動性、濡れ性を特徴づけるのに用いることができる。疎水性の表面に関しては、接触角ヒステリシスが比較的小さいことがより好ましい。超疎水性の表面の接触角ヒステリシスは、５度未満である。

本発明に係る疎水性膜アセンブリー２８は、好ましくは、疎水性内側格子３６と、必要に応じて疎水性外側格子３０を備える。付言すれば、膜３４の疎水性を増大し、膜３４の表面に対する溶液の表面張力を増大させてもよい。

本発明の実施形態では、格子状の材料は疎水性の材料でできている。本発明に適した疎水性の材料は、静的水接触角、表面エネルギー、接触角ヒステリシスのうちの少なくとも１つ又はそれ以上によって決めることができる。静的水接触角に基づいて決定する場合、静的水接触角は９０度より大きいことであり、１２０度より大きいことがさらに好ましく、最も好ましいのは１５０度より大きいことである。表面エネルギーに基づいて決定する場合、格子材料３０、３６の表面エネルギーは４０ｍＪ／ｍ²より小さいことであり、２０ｍＪ／ｍ²より小さいことがさらに好ましく、最も好ましいのは１０ｍＪ／ｍ²より小さいことである。表面エネルギーは、その分散エネルギー成分と極性エネルギー成分に基づいてさらに評価することができる。とりわけ、表面エネルギーの極性エネルギー成分はおよそ５％より小さいこと、およそ２．５％よりも小さいこと、およそ１％よりも小さいこと、好ましくは０．４％より小さいこと、最も好ましくはおよそ０．１％より小さいことである。例えば、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ²よりも小さければ、分散エネルギー成分は４０ｍＪ／ｍ²よりも小さく、極性エネルギー成分は２０ｍＪ／ｍ²よりも小さいことが好ましい。同様に、格子３６、３０の表面エネルギーが２０ｍＪ／ｍ²よりも小さければ、分散エネルギー成分は２０ｍＪ／ｍ²よりも小さく、極性エネルギー成分は１ｍＪ／ｍ²よりも小さいことが好ましい。Ｄ．Ｗ．Ｖａｎ Ｋｒｅｖｅｌｅｎ著“Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ”（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ １９９０）は、さまざまなポリマー、それらの表面エネルギー、並びに表面エネルギーの分散成分と極性成分について開示している。本明細書は、この文献全体を参考として援用するものである。また、格子３６、３０の表面エネルギーが１０ｍＪ／ｍ²よりも小さければ、分散エネルギー成分は１０ｍＪ／ｍ²より小さく、極性エネルギー成分は０．５ｍＪ／ｍ²よりも小さいことが好ましい。接触角ヒステリシスを尺度とする場合、およそ４０度よりも小さいこと、さらに好ましくはおよそ２０度よりも小さいこと、最も好ましくはおよそ１０度よりも小さいことである。疎水性膜アセンブリー２８が水溶液の中に沈められていると仮定すると、材料が疎水性であるかどうかを、表面エネルギーと接触角ヒステリシスの測定に基づいて決定することが好ましい。

格子３６、３０は、膜３４と同様に疎水性であることが好ましい。上述したように、Ｃｅｌｌｇａｒｄ（商標）は、膜３４として使用するのに適した材料の一例であるが、およそ１２０との接触角と、およそ２２．０４（±０．１６）ｍＪ／ｍ²の表面エネルギーで、その分散エネルギー成分はおよそ２２．００（±０．１５）ｍＪ／ｍ²、極性エネルギー成分はおよそ０．０４（±０．０１）ｍＪ／ｍ²、接触角ヒステリシスの測定値はおよそ３０度である。格子３６、３０が膜３４よりも疎水性があること、すなわち、格子３６、３０はより高い静的接触角の測定値を持つこと、膜３４の表面エネルギーよりも小さな表面エネルギーであること、並びに、膜３４の接触角ヒステリシスの測定値よりも小さな接触角ヒステリシスの測定値であることがさらに好ましい。

格子の製作に適切な疎水性の材料は、セラミックス、プラスチック、ポリマー、ガラス、繊維、不織布、織布、織物、ファブリック、カーボン並びにカーボン・ファイバー、イオン交換樹脂、金属、合金、ワイヤー、メッシュといった、疎水性の基板を含む。疎水性の材料は、反応液に適合し、水素出力コンポジット３２の水素ガスを通過させる性能を阻害しないことが好ましい。適切な疎水性の材料は、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド、ポリビニデリン、ポリエチレン、ポリシロキサリン、シリコン、ラバー、ポリグランチン（ＶＩＣＲＹ（登録商標））、凍結乾燥硬膜、又はこれらの組み合わせからなる疎水性の重合体の材料を含むが、これらに限定されるものではない。好ましくは、疎水性の材料は、デュポン社が市販するＴＥＦＬＯＮ（登録商標）としてより知られているＰＴＦＥである。さらに好ましくは、ＧＯＲＥＴＥＸ（登録商標）、ＧＥＬＧＡＲＤ（登録商標）、並びに、ＳＵＲＢＥＮＴ（登録商標）といった膜３４に適切な材料は、内側格子３６と膜３４が同じ材料でできていれば一緒に密封して水素の流れを妨げることはないと仮定すれば、同様に格子として使用することもできる。付言すれば、Ｙｕａｎ外著の“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｌｆ−ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｔａｂｌｅ ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｌｅｎｅａｒ ｌｏｗ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”（Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｏｌ．Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．９（２００８））に記載されている超疎水性の直鎖状低密度ポリエチレンを含む超疎水性の重合体の材料を、同様に格子の材料に使用することができるが、これに限定されるものではない。

代替の実施形態として、格子状の材料は、さらに疎水性に代わり、疎水性コーティング又は超疎水性コーティングが施されて疎水性となった親水性基材で製作することもできる。格子状材料をコーティングするのに使用する溶液は、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）並びにカーボン・ペースト）、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ＰＴＦＥ、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン（ＦＥＰ）、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）（ＦＭＡ）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの混合物を含むが、これらに限定されるものではない。好ましくは、格子状の材料３６、３０をコーティングするには、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ素化エチレン・プロピレン（ＦＥＰ）、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）（ＦＭＡ）、ポリホスファゼン、又はこれらの混合物などの高い撥水性の材料を使用するが、これらに限定されるものではない。国際出願公開ＷＯ９８／４２４５２、ＷＯ０１／１１４９７に開示されているような超疎水コーティング法、超疎水コーティングの応用方法も利用することができる。本明細書は、これらの公開公報を参考として援用する。

上述した疎水性コーティングを適用するのに使用することができる処理も、当業界では周知であり、化学的並びに物理的コーティングの処理を含む。例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンやジメチル・アセトアミドといった組成物、又は乳剤が、溶剤と一緒に使用される。刷毛塗り、スプレー塗布、浸漬、スクリーン印刷を含むあらゆる方法によって、コーティング処理を行なうことができる。ゾルゲル法を用いてコーティングを行なってもよい。ゾルゲル法では、高分子網目に含まれている疎水性のナノ粒子で表面がコーティングされる。コーティングは、ゾルゲル方を用いて生成された有機又は無機成分を含む複合材料（ナノコンポジット）である。単純な浸漬又はスプレー塗布を用い、それ後に硬化処理を行なうことで、コーティングを行なうことができる。

付言すれば、プラズマ処理によって格子状材料３６、３０の表面上に疎水性コーティングを施すようにしてもよい。この手段によれば、所望の厚さで疎水性層を形成することができる。例えば、表面にＣＦ₄プラズマ処理を行なうと、基材の表面を撥水性にすることができる。

上記の疎水性コーティングに加えて、格子状材料３６、３０の表面に、石鹸、洗剤、湿潤剤を含む界面活性剤でコーティングを施してもよいが、これらに限定されるものではない。界面活性剤は両親媒性であり、界面活性剤の粒子は、疎水性の尾部と親水性の頭部を含んでいる。いかなる理論に束縛されることもなく、格子状材料３６、３０の表面上を界面活性剤でコーティングすると、追加の障壁が形成されると考えられる。特に、界面活性剤の粒子は、疎水性の尾部が格子状材料の表面に接触するとともに親水性の頭部が液体に接触するように自ら向きを変えるので、格子状材料３６、３０の表面を液体燃料から分離することになる。コーティングとして用いられる界面活性剤は、イオンの（アニオン性、カチオン性、若しくは両性イオン）又は非イオン性の界面活性剤を含むが、これらに限定されるものではない。界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム（ローヌ・プーラン社の界面活性剤Ｒｈｏｄａｃａｌ ＬＤＳ−１０）、フッ素系界面活性剤（スリーエム社が市販する界面活性剤Ｆｌｕｏｒａｄ ＦＣ−１７０Ｃ）、ラウリル硫酸ナトリウム（Ｓｉｐｏｎ ＵＢとして市販されている）、スルホコハクのブレンド（Ａｅｒｏｓｏｌ ＯＴＮＶとして市販されている）、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム（サイテック・インダストリーズ社からＡｅｒｏｓｏｌ ＴＯとして市販されている）、スルホコハク酸ナトリウム、又は、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム（Ｒｈｏｄａｐｏｎ ＢＯＳとして市販されている）、サーフィノールＣＴ−１１１のようなエトキシル化アセチレン・アルコール、イコノールＯＰ−１０並びにトリロンＣＦ−８７のような高ＥＯ（エチレン・オキシド）オクチル・フェノール、Ｉｇｅｐａｌ ＣＯ−７３０（ＮＰ−１５）のような高ＥＯノニル・フェノール、タージトール１５−Ｓ−１２（第２級）やタージトールＴＭＮ１０（９０％）（直鎖）、ネオドール１−９（直鎖）、ネオドール２５−１２（直鎖）、マザウェット３６（デシル ランダムＥＯ／ＰＯ）のような高ＥＯ直鎖及び第２級アルコール、Ｃｈｅｍｅｅｎ Ｔ１０（獣脂、１０ＥＯ）やＣｈｅｍｅｅｎ Ｔ−１５、Ｃｈｅｍｅｅｎ Ｃ−１５（Ｃｏｃｏ．１５ＥＯ）、Ｔｙｙｍｅｅｎ ６６４０Ａ、トーマＥ−１８−１５（１８Ｃ，１ＥＯ）、トーマＥ−１８ １０、トーマＥ−Ｓ−１５（Ｓｏｙａ）のような任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、ＰＯＥ ２０モノンオレイン酸ソルビタン（ＢＡＳＦ Ｔ−Ｍａｚ ８０）のようなエトキシル化ソルビタン・エステル、タージトールＸＪやタージトールＸＤ、タージトールＸＨ、タージトールＸＨのようなブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、プルロニックＬ６１ＬＦやプルロニックＬ１０１、プルロニックＬ１２１、プルロニックＬＦ１３１、Ｎｏｒｆｏｘ ＬＦ−３０並びにＬＦ−２１のようなその他の水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。さらに、界面活性剤のコーティング溶液は、架橋剤を含み、界面活性剤コーティングの寿命と堅牢性を増している。

さらに、表面の微細な構造が表面の自然な傾向（ウェンゼルの方程式）を増幅することが知られている。例えば、粗くした表面が蒸気（空気や他のガスなど）を閉じ込めることができるのであれば、表面の疎水性はウェンゼル状態（キャシー−バクスター方程式）で達成したものを超えてさらに向上する。このように、疎水性の表面は、微細構造にするか又は粗面化することで、さらに疎水性になる。臨界粗さ係数ｒｃ＝−１／ｃｏｓθは、粗くした表面がウェンゼル又はキャシー−バクスター挙動を示すかどうかの見通しとなる。好ましくは、粗くした格子状材料３６、３０は、キャシー−バクスター挙動を示す。Ｎａｉｋ、Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ，Ｒ、Ｍａｊｕｍｄａｒ，Ａ、Ｓｈａｒｍａ，Ａ共著の“Ｓｕｐｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｃｒｅａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｄｈｅｓｉｏｎ，ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｂｙ ｍｅｓｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ”（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂａｎｇａｌｏｒｅ， Ｉｎｄｉａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｐｐ．１２９−１４８，２００９）に開示されているように、二元的又は階層的なマルチスケールの表面構造と格子状材料３６、３０を提供することはさらに有効であろう。本明細書は、この文献を参考として援用するものである。上述した、格子状材料３６、３０を疎水性にする方法に加えて、ナノ鋳造や、成形可能なポリマーを用いたレプリカ成形、又は、マイクロマシニングを用いた表面上のパターンやテクスチャーの作成を含む撥水表面の直接複製、リソグラフィー（写真、ソフト・リソグラフィー（ナノ・インプリント・リソグラフィー、毛管力リソグラフィー、毛管内でのマイクロモールディング、マイクロトランスファー・モールディング）、電子ビーム・リソグラフィー）、プラズマ・エッチングといった、トップ・ダウンな方法と、同様に、化学浴析出、化学蒸着、電気化学析出、静電アセンブリーを介した交互析出、コロイド・アセンブリー、ゾルゲル法、微小球リソグラフィー、水滴の凝結に誘導されたパターンの形成、又はマイクロあぶれションといったボトム・アップな方法を含む、当業界で周知の方法を用いて、格子状材料３６、３０の表面を微細構造にできることも考えられるが、このような方法に限定されるものではない。疎水性材料をコーティングする前に微細構造化することが好ましいが、コーティングの厚み次第では、微細構造化した後にコーティングするようにしてもよい。

これまで格子状材料３６、３０について開示してきたが、粗いフィルター３７など水素発生装置１０の他の部分にも同様の原理並びに処理が適用できるということを十分理解されたい。

代替の実施形態では、膜３４の疎水性が向上される。上述したように、疎水性コーティングや、膜３４の表面のマイクロ表面処理／粗面化、又は、界面活性剤を用いた膜３４のコーティングなど、膜３４をコーティングすることによって、膜３４の疎水性の向上を実現することができる。さらに、超疎水性の表面は、酸やアルカリなどの水溶性電解質の付着にも耐性があり、したがって、上記の開示に従って膜３４の表面を超疎水性の化合物でコーティングし又は微細構造化するのが好ましいことが、上記で指摘されている。上記の処理を施した後に、膜３４の疎水性を少なくとも１０％だけ増やすことが好ましい。とりわけ、膜３４の表面エネルギーは少なくともおよそ１０％低下し、変更の後に、膜３４の表面エネルギー成分がおよそ２０ｍＪ／ｍ²よりも小さく、その分散エネルギー成分がおよそ２０ｍＪ／ｍ²より小さく且つ極性エネルギー成分がおよそ１ｍＪ／ｍ²よりも小さくなり、また、接触角ヒステリシスの測定がおよそ１０度より小さいことがより好ましい。膜に疎水性コーティング又は界面活性剤でコーティングを施してもよい。また、格子状材料３６、３０とともに、又は格子状材料３６、３０の代わりに、上述したような表面微細化を膜に行なうようにしてもよい。

本発明に係る疎水性の膜アセンブリー２８が３又はそれ以上の層からなることを、当業者であれば理解できるであろう。図３は、２つの３４と格子状材料３６からなる水素出力コンポジット３２を示している。しかしながら、疎水性膜アセンブリー２８は、水素出力コンポジットのさまざまな膜の層を分離する１又はそれ以上の格子状材料を持つ１又はそれ以上の水素出力コンポジット３２を備えていてもよい。ガス生成カートリッジの耐用年数のために、膜アセンブリーは、膜アセンブリーの疎水性を保つように多層であることが好ましい。膜アセンブリーが多層であれば、外側の層が失われても、内側の層の１つの疎水性によって汚染物質が燃料電池に搬送されないようにし続けられる。

付言すれば、水素出力コンポジット内に入ってきた水又は水蒸気が出力弁１４から排出されるように、水素出力コンポジット内の格子状材料を、あるバイアスで（格子の個々のグリッドが箱の代わりにダイヤモンドに似るような角度で）、カットしてもよい。疎水性膜アセンブリー２８の形状は、他の燃料供給装置での同様の使用に適合するものであってもよい。例えば、膜が圧縮力下になく、膨張力によって膜３４が破壊される危険がある場合において、剛性を提供するような配置で、膜３４を２又はそれ以上の格子状材料３６、３０の間に挟むようにしてもよい。

さらに、上記で示したように、液体の表面張力が固体の表面エネルギーよりも低いときには、液体は表面を湿らせる。それゆえ、膜アセンブリー２８の疎水性を向上させるためには、反応液の表眼張力を増やすことが望ましい。表面張力は液体の表面の１つの特性であり、液体の表面部分が液体の別の部分のような別の表面に接触することを引き起こす。表面張力は、粘着（同じ分子に対する分子の引力）によって引き起こされる。液体の表面上の分子は、側面全体を同じ分子で囲まれていないので、表面上の隣接する粒子により引き付けられる。このように、反応液の表面張力が増大すると、溶液は、表面張力を崩して水素出力コンポジット３２を横切るようなことはなくなる。

これは２つの方法で実現される。第１に、アルコールをベースにした組成物のような反応液に加えられた、凍結防止剤として用いられる界面活性剤、又は、消泡剤として用いられるグリコールは、溶液の表眼張力を下げると仮定して、使用を控えめにするか、又は、置き換えるべきである。代わりに、溶液の表面張力を上げるために、塩化ナトリウムのような無機塩類を使用してもよい。しかしながら、無機塩類は、水素化ホウ素ナトリウムと水の間の進行中の反応とは干渉しない、ということを留意すべきである。

反応液の表面張力は７３ｄｙｎｅｓ／ｃｍよりも大きくすべきであり、好ましくは１００ｄｙｎｅ／ｃｍよりも大きい。代わりに、反応液／燃料混合物の表面張力を、膜３４の表面エネルギーの少なくとも２倍にすべきであり、より好ましくは、反応液／燃料混合物の表面張力を膜３４の表面エネルギーの少なくとも２．５倍にすべきである。

上述したように、汚染物質が燃料電池のポリマー電解質膜を汚染しかねない。とりわけ、基本的な（アルカリの）汚染物質が浸透して、パリマー電解質膜として用いられる高酸性度の過フッ化スルホン酸ポリマー（デュポン社から市販されるＮＡＦＩＯＮ（登録商標））を中和することによって、ポリマー電解質膜の有効性を低下させることが知られている。燃料システム１０を終了し燃料電池を汚染する汚染物質、特に、ホウ酸ナトリウム又はホウ酸カリウム、水酸化ナトリウムのようなアルカリ汚染物質に対する予防措置として、水素出力コンポジット３２のダウンストリームに超酸性フィルターを設置することが望ましい。好ましくは、このフィルターを、水素コンジット３８、水素チャンバー４０、出口弁１４内、燃料供給１０から燃料電池（図示しない）へ向かう管類又はコンジット内、又は、燃料供給１０と燃料電池の間に配設された別のハウジング内に配設してもよい。このフィルターが交換可能であることを意図するならば、別のハウジング内に組み込むか、又は、燃料供給又は燃料電池の取り外し可能な構成要素内に設置することが好ましい。

超酸性フィルターは、酸性物質でできており、一実施形態は、ポリマー電解質膜すなわちＮＡＦＩＯＮ（登録商標）と実質的に同じ材料である。本発明に係る超酸性フィルターはＭＥＡのアップストリームに設置されるので、基本的な汚染物質は、フィルターに集められ、水素ガスがＭＥＡに到達する前に、水素ガスから取り除かれるであろう。フィルターの材料は、ローム・アンド・ハース者から市販されるアンバーリスト（登録商標）のような、強酸性のスルホン化された陽イオン交換イオン交換樹脂でもよい。米国特許第７，３２９，３４８号、７，６５５，１４７号には、同様の酸性フィルターについて開示されている。本明細書は、これらの特許公報全体を参考として援用するものである。

本実施形態では、ポリマーは、燃料供給１０から燃料電池への水素ガスの流れを妨げないと仮定すると、連続したシート（織布又は不織布）、ウェブ、スクリーン、マトリックス、泡、又はゲルとして存在していてもよく、あるいは、ナノ粒子、マイクロビーズ、又は粉のような離散ピースとして存在していてもよい。離散ピースでできたフィルターは、フィルター構成で提供される増大した表面積が与えられることが好ましい。フィルターの離散ピースは、水素ガスと潜在的な汚染物質に耐性のある適当のバインダーを用いて、一緒にバインドされていてもよい。あるいは、バインダーの代わりに、フィルターの材料は、オープン・メッシュ内に、米国特許第７，１７２，８２５号公報で開示されているマトリックスのような耐燃料性グリッドを含んでいてもよい。本明細書は、この米国特許公報全体を参考として援用するものである。さらに、上述したように、酸性フィルターの材料は、別のハウジング内に含んでいてもよく、水素ガスと潜在的な汚染物質に耐性のある材料でできていることが好ましい。別のハウジングは、フィルターの材料がハウジングから逃れないようにするとともに、流速を落としてイオン交換が行なわれる拡散機として機能するよう、入口ポートと出口ポートにスクリーンを含んでいてもよい。さらに、酸性フィルターの材料の密度と透磁率が、水素ガスが超酸性フィルターを通過する流量特性を決定する。

水素ガスに含まれる基本的な汚染物質は水素出力コンポジット３２のダウンストリームで酸性フィルター材料に吸収され又は付着するので、酸性フィルターから出る水素ガスは、酸性フィルターに入った水素ガスよりも基本的な汚染物質が少ない。酸性フィルターは、すべての基本的な汚染物質を水素ガスから実質的に除去すべきである。およそ９０％の基本的な汚染物質が除去されるであろうが、およそ９５％の基本的な汚染物質が除去されることが好ましく、およそ９９％の基本的な汚染物質が除去されることが最も好ましい。

基本的な汚染物質の除去をモニターする、当業者に周知の１つの方法は、水素ガスのｐＨレベルをモニターすることであるが、これに限定されるものではない。ｐＨは溶液の酸性／基本的な性質の尺度であるが、例えば布や紙のような湿らせた材料をカスに晒して、晒した湿らせた材料のｐＨを試験することによって、ガスに適用することができる。水素ガスのｐＨは、さらに基本的な汚染物質の除去を表すインジケーターとしても機能する。酸性フィルターから出る水素ガスのｐＨは７、すなわち、すべての基本的な汚染物質が除去されたことを示す中性となるべきである。

本発明の別の側面によれば、酸性フィルターの有効性を確かめるとともに、酸性フィルターの交換時期を判断するために、センサーを配設してもよい。センサーを、上記で議論した’３４８号及び’１４７号特許に開示されているように配置してもよい。ｐＨセンサーは、燃料供給１０内の酸性フィルターのダウンストリームとＭＥＡのアップストリームのいずれか（水素チャンバー４０又は弁１４）、酸性フィルターを含む別のハウジング内、又は燃料電池内の、燃料供給１０からのコンジット、チューブ又は通路に配設することが好ましい。ｐＨセンサーは、単純に湿ったリトマス紙からなり、水素ガスの流量内で、燃料電池内の透明な窓から眺めることができる場所、別のハウジング、又は、燃料電池のコンジットに設置され、塩基の存在に応じて色を変える。リトマス紙の色の変化は、酸性フィルターを交換する必要を示す。又は、酸性フィルターが燃料供給１０に不可欠の場合には、燃料供給１０を交換する必要を示す。さらに、ｐＨセンサーは電動式で、コントローラーに接続され、コントローラーから読み出し可能なものであってもよい。コントローラーは、周期的にｐＨセンサーを読み取ると、メッセージ又は視覚的若しくは音響的な信号のような他の信号を表示して、例えば燃料供給１０の次の補充時に、ユーザーに酸性フィルターの交換を促す。

本明細書は、共同所有し、同時に提出された、「スターター機構と触媒シールドを有するガス発生装置」という発明の名称の、代理人整理番号ＢＩＣ−１２９を持つ米国特許出願全体を、参考として援用するものである。

当業者であれば、水素ガスを水溶液から分離する必要があることを仮定すれば、本発明に係る疎水性膜アセンブリーを、上記で開示した化学的水素化物システムの他に、他のガス発生燃料供給に適用できることを理解できよう。当業者であれば、本明細書と、本明細書で開示されている本発明の実施例を考慮すれば、本発明の他の実施形態は明らかであろう。本明細品と実施例は、特許請求の範囲とその均等物で示されている本発明の真の範囲及び真髄の典型的なものに過ぎないと理解されたい。

１０…水素発生装置
１２…ロック・ノブ
１４…出口弁
１６…シール・ピストン
１８…シール
２０…チャンバー
２２…キャップ
２４…コンテナ
２６…リアクター・ブイ
２８…膜アセンブリー
３０…外側格子
３２…水素出力コンポジット
３４…水素透過膜
３６…内側格子
３７…フィルター
３８…水素コンジット
４０…水素チャンバー
４２…第１の安全弁
４４…第２の安全弁
４６…チューブ
４８…表面チャネル
５０…シール
５２…リテーナー
５４…プレパイロット・ボア

当業者であれば、水素ガスを水溶液から分離する必要があることを仮定すれば、本発明に係る疎水性膜アセンブリーを、上記で開示した化学的水素化物システムの他に、他のガス発生燃料供給に適用できることを理解できよう。当業者であれば、本明細書と、本明細書で開示されている本発明の実施例を考慮すれば、本発明の他の実施形態は明らかであろう。本明細品と実施例は、特許請求の範囲とその均等物で示されている本発明の真の範囲及び真髄の典型的なものに過ぎないと理解されたい。なお、本発明は以下の技術的特徴を有するものである。
［技術的特徴１］
反応室と、
触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
を具備し、
反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造付近に存在するガス流を含む、
ことを特徴とするガス発生装置。
［技術的特徴２］
疎水性格子構造は、水に対しおよそ１２０度よりも大きい静的接触角を持つ、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３］
疎水性格子構造は、水に対しおよそ１５０度よりも大きい静的接触角を持つ、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴４］
疎水性格子構造は、およそ４０ｍＬ／ｍ ² の表面エネルギーを持つ、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴５］
疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ４０ｍＬ／ｍ ² 未満の分散エネルギー成分と、およそ２．０ｍＬ／ｍ ² 未満の極性エネルギー成分を有する、
ことを特徴とする技術的特徴４に記載のガス発生装置。
［技術的特徴６］
疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ２０ｍＬ／ｍ ² 未満である、
ことを特徴とする技術的特徴４に記載のガス発生装置。
［技術的特徴７］
疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ２０ｍＬ／ｍ ² 未満の分散エネルギー成分と、およそ１．０ｍＬ／ｍ ² 未満の極性エネルギー成分を有する、
ことを特徴とする技術的特徴６に記載のガス発生装置。
［技術的特徴８］
疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ１０ｍＬ／ｍ ² 未満である、
ことを特徴とする技術的特徴６に記載のガス発生装置。
［技術的特徴９］
疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ１０ｍＬ／ｍ ² 未満の分散エネルギー成分と、およそ０．５ｍＬ／ｍ ² 未満の極性エネルギー成分を有する、
ことを特徴とする技術的特徴８に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１０］
疎水性格子構造は、およそ４０度未満の接触角のヒステリシス測定を有する、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１１］
疎水性格子構造の接触角のヒステリシス測定はおよそ２０度未満である、
ことを特徴とする技術的特徴１０に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１２］
疎水性格子構造の接触角のヒステリシス測定はおよそ１０度未満である、
ことを特徴とする技術的特徴１１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１３］
疎水性格子構造はポリマーである、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１４］
ポリマーは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニデリン、ポリエチレン、ポリシロキサリン、フッ化ポリビニデリン、ポリグランチン、凍結乾燥硬膜、シリコン、ラバー、又はこれらの組み合わせからなる、
ことを特徴とする技術的特徴１３に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１５］
ポリマーは、フッ化パリビニデリンからなる、
ことを特徴とする技術的特徴１３に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１６］
疎水性格子構造は、疎水性コーティングが施されている、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１７］
疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせからなる、
ことを特徴とする技術的特徴１６に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１８］
疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる、
ことを特徴とする技術的特徴１６に記載のガス発生装置。
［技術的特徴１９］
疎水性格子構造は、界面活性剤でコーティングが施されている、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２０］
界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせからなる、
ことを特徴とする技術的特徴１９に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２１］
界面活性剤は、架橋剤を含む、
ことを特徴とする技術的特徴２０に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２２］
疎水性格子構造は粗面を有する、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２３］
疎水性格子構造は、キャシー・バクスター挙動を示す、
ことを特徴とする技術的特徴２２に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２４］
反応室と水素出力コンポジットの間に第２の疎水性格子構造をさらに備える、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２５］
触媒及び水素出力コンポジットの間に粗いフィルターをさらに備える、
ことを特徴とする技術的特徴１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２６］
粗いフィルターは疎水性である、
ことを特徴とする技術的特徴２５に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２７］
反応室と、
触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
を具備し、
反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造付近に存在するガス流を含み、少なくとも一方のガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は疎水性が向上されている、
ことを特徴とするガス発生装置。
［技術的特徴２８］
両方のガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は疎水性が向上されている、
ことを特徴とする技術的特徴２７に記載のガス発生装置。
［技術的特徴２９］
ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に疎水性コーティングを施すことによって向上されている、
ことを特徴とする技術的特徴２７に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３０］
疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせからなる、
ことを特徴とする技術的特徴２９に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３１］
疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる、
ことを特徴とする技術的特徴２９に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３２］
ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に界面活性剤でコーティングを施すことによって向上されている、
ことを特徴とする技術的特徴２７に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３３］
界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせからなる、
ことを特徴とする技術的特徴３２に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３４］
界面活性剤は、架橋剤を含む、
ことを特徴とする技術的特徴３３に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３５］
実質的に液体不透過性の膜は外面を有し、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の外面に粗面加工を施すことによって向上されている、
ことを特徴とする技術的特徴２７に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３６］
実質的に液体不透過性の膜は、キャシー・バクスター挙動を示す、
ことを特徴とする技術的特徴３５に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３７］
実質的に液体不透過性の疎水性は、およそ１０％向上されている、
ことを特徴とする技術的特徴３５に記載のガス発生装置。
［技術的特徴３８］
反応室と、
触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
を具備し、
反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造に至るガス流を含み、
燃料混合物は表面張力を有するとともに、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は表面エネルギーを有し、燃料混合物の表面張力はガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーよりも大きい、
ことを特徴とするガス発生装置。
［技術的特徴３９］
燃料混合物の表面張力は７３ｄｙｎｅｓ／ｃｍよりも大きい、
ことを特徴とする技術的特徴３８に記載のガス発生装置。
［技術的特徴４０］
燃料混合物の表面張力は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーの少なくとも２倍である、
ことを特徴とする技術的特徴３８に記載のガス発生装置。
［技術的特徴４１］
反応室と、
触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
格子構造のダウンストリームに配設され、生成されたガスから基本的な汚染物質を実質的に除去する超酸性フィルターと、
を具備し、
反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造に至るガス流を含む、
ことを特徴とするガス発生装置。
［技術的特徴４２］
酸性フィルターは、過フッ素化スルホン酸ポリマーである、
ことを特徴とする技術的特徴４１に記載のガス発生装置。
［技術的特徴４３］
酸性フィルターは、生成されたガスから基本的な汚染物質のおよそ９０％より多くを除去する、
ことを特徴とする技術的特徴４１に記載のガス発生装置。

Claims (43)

1. 反応室と、
   触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
   を具備し、
   反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造付近に存在するガス流を含む、
   ことを特徴とするガス発生装置。
2. 疎水性格子構造は、水に対しおよそ１２０度よりも大きい静的接触角を持つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
3. 疎水性格子構造は、水に対しおよそ１５０度よりも大きい静的接触角を持つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
4. 疎水性格子構造は、およそ４０ｍＬ／ｍ²の表面エネルギーを持つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
5. 疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ４０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分と、およそ２．０ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス発生装置。
6. 疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ２０ｍＬ／ｍ²未満である、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス発生装置。
7. 疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ２０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分と、およそ１．０ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のガス発生装置。
8. 疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ１０ｍＬ／ｍ²未満である、
   ことを特徴とする請求項６に記載のガス発生装置。
9. 疎水性格子構造の表面エネルギーは、およそ１０ｍＬ／ｍ²未満の分散エネルギー成分と、およそ０．５ｍＬ／ｍ²未満の極性エネルギー成分を有する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のガス発生装置。
10. 疎水性格子構造は、およそ４０度未満の接触角のヒステリシス測定を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
11. 疎水性格子構造の接触角のヒステリシス測定はおよそ２０度未満である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のガス発生装置。
12. 疎水性格子構造の接触角のヒステリシス測定はおよそ１０度未満である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のガス発生装置。
13. 疎水性格子構造はポリマーである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
14. ポリマーは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニデリン、ポリエチレン、ポリシロキサリン、フッ化ポリビニデリン、ポリグランチン、凍結乾燥硬膜、シリコン、ラバー、又はこれらの組み合わせからなる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のガス発生装置。
15. ポリマーは、フッ化パリビニデリンからなる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のガス発生装置。
16. 疎水性格子構造は、疎水性コーティングが施されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
17. 疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせからなる、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のガス発生装置。
18. 疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のガス発生装置。
19. 疎水性格子構造は、界面活性剤でコーティングが施されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
20. 界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせからなる、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のガス発生装置。
21. 界面活性剤は、架橋剤を含む、
    ことを特徴とする請求項２０に記載のガス発生装置。
22. 疎水性格子構造は粗面を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
23. 疎水性格子構造は、キャシー・バクスター挙動を示す、
    ことを特徴とする請求項２２に記載のガス発生装置。
24. 反応室と水素出力コンポジットの間に第２の疎水性格子構造をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
25. 触媒及び水素出力コンポジットの間に粗いフィルターをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガス発生装置。
26. 粗いフィルターは疎水性である、
    ことを特徴とする請求項２５に記載のガス発生装置。
27. 反応室と、
    触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
    を具備し、
    反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造付近に存在するガス流を含み、少なくとも一方のガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は疎水性が向上されている、
    ことを特徴とするガス発生装置。
28. 両方のガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は疎水性が向上されている、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のガス発生装置。
29. ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に疎水性コーティングを施すことによって向上されている、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のガス発生装置。
30. 疎水性コーティングは、ポリエチレン、パラフィン、油、ゼリー、ペースト、グリース、ワックス、ポリジメチルシロキサン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、シリカ、カーボン・ブラック、アルミナ、チタニア、水和シラン、シリコン、又はこれらの組み合わせからなる、
    ことを特徴とする請求項２９に記載のガス発生装置。
31. 疎水性コーティングは、ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ化ポリビニデリン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル・ビニール−エーテル共重合体、フッ素化エチレン・プロピレン、ポリ（パーフルオロオクチレチレン・アクリレート）、又はポリホスファゼンからなる、
    ことを特徴とする請求項２９に記載のガス発生装置。
32. ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜に界面活性剤でコーティングを施すことによって向上されている、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のガス発生装置。
33. 界面活性剤は、パーフルオロオクタノエート、パーフルオロオクタンスルオネート、パーフルオロオクタンスルホン酸、アンモニウム・ラウリル硫酸塩、ラウレス硫酸ナトリウム、アルキル・ベンゼン・スルホン酸、硫酸化又はスルホン化脂肪質、硫酸化アルキル・アリロクシポリアルコクシ・アルコールの塩、アルキルベンゼン・スルホネート、ドデシルベンゼン・スルホン酸ナトリウム、フッ素系界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホコハン酸塩、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ナトリウム、２−エチルヘキシル硫酸ナトリウム、エトキシル化アセチレン・アルコール、高エチレン・オキシド・オクチル・フェノール、高エチレン・オキシド・ノニル・フェノール、高エチレン・オキシド直鎖及び第２級アルコール、任意のエチレン・オキシド長のエトキシル化アミン、エトキシル化ソルビタン・エステル、ブチル・アルコール上のランダムＥＯ／ＰＯポリマー、水溶性ブロックＥＯ／ＰＯ共重合体、ラウリル・エーテル硫酸ナトリウム、又はこれらの組み合わせからなる、
    ことを特徴とする請求項３２に記載のガス発生装置。
34. 界面活性剤は、架橋剤を含む、
    ことを特徴とする請求項３３に記載のガス発生装置。
35. 実質的に液体不透過性の膜は外面を有し、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の疎水性は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の外面に粗面加工を施すことによって向上されている、
36. 実質的に液体不透過性の膜は、キャシー・バクスター挙動を示す、
    ことを特徴とする請求項３５に記載のガス発生装置。
37. 実質的に液体不透過性の疎水性は、およそ１０％向上されている、
    ことを特徴とする請求項３５に記載のガス発生装置。
38. 反応室と、
    触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
    を具備し、
    反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造に至るガス流を含み、
    燃料混合物は表面張力を有するとともに、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜は表面エネルギーを有し、燃料混合物の表面張力はガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーよりも大きい、
    ことを特徴とするガス発生装置。
39. 燃料混合物の表面張力は７３ｄｙｎｅｓ／ｃｍよりも大きい、
    ことを特徴とする請求項３８に記載のガス発生装置。
40. 燃料混合物の表面張力は、ガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の表面エネルギーの少なくとも２倍である、
    ことを特徴とする請求項３８に記載のガス発生装置。
41. 反応室と、
    触媒の存在により反応してガスを生成する、反応室内の燃料混合物と、
    格子構造のダウンストリームに配設され、生成されたガスから基本的な汚染物質を実質的に除去する超酸性フィルターと、
    を具備し、
    反応室は、２つのガス透過性で実質的に液体不透過性の膜の間に配設された疎水性格子構造からなる水素出力コンポジットと、生成された後にその２つの膜の片方又は両方を通過して格子構造に至るガス流を含む、
    ことを特徴とするガス発生装置。
42. 酸性フィルターは、過フッ素化スルホン酸ポリマーである、
    ことを特徴とする請求項４１に記載のガス発生装置。
43. 酸性フィルターは、生成されたガスから基本的な汚染物質のおよそ９０％より多くを除去する、
    ことを特徴とする請求項４１に記載のガス発生装置。
    

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