專利名稱：用于燃料電池的燃料盒和使用其的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池的燃料盒和使用所述燃料盒的燃料電池。
背景技術(shù)：
固體電解質(zhì)型燃料電池包括燃料電極和氧化劑電極，固體電解質(zhì)膜安置在所述燃料電極和氧化劑電極之間。當(dāng)將燃料供給到燃料電極且氧化劑被供給到氧化劑電極，通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。燃料電極和氧化劑電極每個(gè)包括基部和安置在基部的表面上的催化層。氫通常用作燃料。但是，近年來，使用便宜且容易處理的甲醇作為材料的燃料電池得到活躍的研究。例如，在甲醇重整燃料電池中，甲醇被重整以產(chǎn)生氫且氫被用作燃料，且存在直接使用甲醇作為燃料的直接型燃料電池。
當(dāng)甲醇直接用作燃料時(shí)，在燃料電極處的反應(yīng)用下述公式(1)來表示(1)同樣，氧化劑電極處的反應(yīng)通過下述公式(2)表示(2)這樣，在直接型燃料電池中，由于氫離子可以從甲醇溶液中獲得，不需要例如燃料重整器的裝置，且可以獲得尺寸的減小和重量的減小。同樣，由于液體的甲醇溶液被用作燃料，直接型燃料電池具有極高的能量密度的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)供給液體燃料時(shí)，已經(jīng)研究了使用這樣的液體燃料的燃料電池可以被重復(fù)使用。因此，儲(chǔ)存有液體燃料的燃料容器的布置(例如，參看日本專利公開出版物Nos.2001-93551和2003-92128)。
日本專利公開出版物No.2001-93551公開了一種液體燃料儲(chǔ)存容器，所述液體燃料儲(chǔ)存容器具有壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)。該液體燃料儲(chǔ)存容器具有燃料吸收部件并通過使用毛細(xì)現(xiàn)象將燃料供給到燃料電極。
日本專利公開出版物No.2003-92128公開了一種具有儲(chǔ)存有燃料的室和存儲(chǔ)有來自燃料電池的流出物的室的燃料盒。流出物指的是廢液。
就環(huán)境保護(hù)而言，燃料容器優(yōu)選地可再利用。但是，傳統(tǒng)的燃料容器不是基于一次使用之后能夠再循環(huán)使用的設(shè)計(jì)思想。在日本專利公開出版物Nos.2001-93551和2003-92128中公開的燃料容器沒有被構(gòu)造成容器可以被回收，可以用新的燃料填充，并可以在容器中儲(chǔ)存的燃料已經(jīng)被使用之后再次以可再利用的狀態(tài)提供給用戶。
專利文件1日本專利公開出版物No.2001-93551專利文件2日本專利公開出版物No.2003-92128發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明有鑒于上述情況而被提供，并且目的是提供一種讓燃料容器可重復(fù)再利用的技術(shù)。
本發(fā)明提供了一種用于燃料電池的燃料盒，并儲(chǔ)存有液體燃料，從而直接供給到燃料電池的燃料電極且可連接到所述燃料電池和/或者從所述燃料電池可拆卸，包括燃料供給部分，用于將液體燃料供給到燃料電池；和燃料引入部分，所述燃料引入部分是用于加進(jìn)燃料的一部分并可以打開和關(guān)閉，用于將液體燃料重新填充到燃料電池的燃料盒中。在使用了用于燃料電池的該燃料盒之后，當(dāng)用于燃料電池的燃料盒連接到燃料電池且關(guān)閉燃料引入部分時(shí)，燃料盒可以從燃料電池移除，燃料引入部分可以被打開，由此釋放剩余的燃料并重新填充新的燃料。因此，燃料盒可以通過簡(jiǎn)單的布置而被反復(fù)地使用。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒(fuel cartridge)中，開口安置在儲(chǔ)存有液體燃料的儲(chǔ)存室的壁部分內(nèi)，燃料引入部分包括開口和用于關(guān)閉所述開口的關(guān)閉部件，關(guān)閉部件可連接到壁部分/從壁部分可拆卸。根據(jù)該布置，當(dāng)使用燃料盒時(shí)，可以安全地關(guān)閉燃料引入部分。同樣，在使用之后，關(guān)閉部件可以從壁部分移除。因此，燃料引入部分被打開，由此釋放剩余的燃料并重新填充新的燃料。然后，關(guān)閉部件可以在重新填充新的燃料之后被再次連接。因此，燃料盒可以更加容易地反復(fù)使用。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，關(guān)閉部件可以是將被配合到所述開口中的制動(dòng)器?；谠摬贾?，開口可以通過簡(jiǎn)單的布置打開和安全地關(guān)閉。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，燃料供給部分被安置在燃料引入部分中。燃料供給部分被安置在燃料引入部分中，由此簡(jiǎn)化用于燃料電池的燃料盒的整體布置。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，燃料供給部分通過自密封部件密封。此處，當(dāng)通過尖部件穿通(pierced)時(shí)，自密封部件是在例如針的尖部件和被穿通部件之間在其被穿通部分處具有密封特性。蓋部件由彈性材料制造，例如橡膠，由此蓋部件在通過例如針的尖部件穿通時(shí)彈性變形，尖部件和被穿通部件適當(dāng)?shù)孛芊?。作為自密封部件，可以使用例如由硅橡膠等制造的隔膜(septum)和由乙烯-丙烯等制造的再密封件(re-seal)。此外，硫化橡膠可以用于被尖部件穿通的一部分。在該情況下，在橡膠中可以安置切口，例如硅油的潤滑劑可以施加到切口的側(cè)壁。這樣，燃料供給部分通過自密封部件密封，由此防止存儲(chǔ)在用于燃料電池的燃料盒內(nèi)的液體燃料泄漏到所述盒的外部。因此，用于燃料電池的燃料盒可以進(jìn)一步地安全使用。
根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒可以具有用于保持液體燃料的第一室；第二室，已經(jīng)通過燃料電極的流出物被引入到所述第二室；和分隔壁，所述分隔壁用于分隔第一室和第二室；其中第一室具有燃料供給部分和燃料引入部分，其中第二室具有流出物回收端口，從燃料電極回收的流出物被引入到所述流出物回收端口。
此處，流出物包括通過燃料電極排放的多余液體燃料和在氧化劑電極處通過電池反應(yīng)產(chǎn)生的水。根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的燃料盒具有流出物回收端口，由此回收包括已經(jīng)有效地通過燃料電極的未使用液體燃料的流出物。同樣，分隔壁被安置在其中流出物被回收的第二室和其中儲(chǔ)存液體燃料的第一室之間，由此防止它們混合并將液體燃料在適當(dāng)?shù)臐舛裙┙o到儲(chǔ)存在第一室中的電極。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，第二室具有可以被打開和關(guān)閉的流出物釋放部分并用于釋放所述流出物?；谠摬贾?，在用于燃料電池的燃料盒已經(jīng)被使用之后，燃料盒可以從燃料電池移除，被回收的流出物可以通過流出物釋放部分釋放。因此，重復(fù)使用變得容易。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，流出物釋放部分可以設(shè)有流出物回收端口。流出物回收端口被安置在流出物釋放部分，由此簡(jiǎn)化用于燃料電池的燃料盒的整體布置。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，流出物回收端口通過自密封部件密封。基于該布置，流出物可以防止泄漏到所述盒的外部。因此，可以改進(jìn)用于燃料電池的燃料盒的安全。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，一部分燃料引入部分由吸收液體燃料的燃料吸收部分形成，燃料吸收部件被安置在所述燃料盒中?；谠摬贾茫?dāng)儲(chǔ)存在用于燃料電池的燃料盒中的液體燃料通過燃料吸收部件吸收時(shí)，燃料盒可以連接到燃料電池并可以被使用。因此，當(dāng)保留在所述盒中的燃料量較小時(shí)，液體燃料可以從燃料供給部分通過燃料吸收部分供給到燃料電池。因此，燃料電池可以穩(wěn)定地操作。
在根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒中，燃料吸收部件可以從燃料引入部分拆卸。例如，基于該布置，當(dāng)燃料引入部分從用于燃料電池的燃料盒移除且燃料盒重新填充燃料，燃料吸收部件可以很容易替換。因此，所述盒可以用更長的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒可以儲(chǔ)存在電氣裝置中?；谠摬贾茫?dāng)用于燃料電池的燃料盒儲(chǔ)存在電氣裝置中時(shí)，電氣裝置可以被使用。因此，電氣裝置可以穩(wěn)定地操作。同樣，在該情況下，由于用于燃料電池的燃料盒具有燃料引入部分，液體燃料可以在所述裝置被使用時(shí)防止泄漏。同樣，在已經(jīng)使用之后，燃料盒可以被很容易再利用。此外，根據(jù)本發(fā)明用于燃料電池的燃料盒可以存儲(chǔ)在電氣裝置中同時(shí)其一部分表面被暴露。同樣，燃料盒可以存儲(chǔ)在電氣裝置中，同時(shí)一部分表面從電氣裝置突出。同樣，用于根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的電池盒可以儲(chǔ)存在電氣裝置中而沒有任何部分突出或者暴露。基于該布置，電氣裝置可以更穩(wěn)定地操作。
本發(fā)明提供了一種燃料電池，包括燃料電池主體，所述燃料電池主體具有燃料電極；和根據(jù)前述布置的任一所述的用于燃料電池的燃料盒，所述燃料盒儲(chǔ)存有液體燃料以直接供給到燃料電極。由于根據(jù)本發(fā)明的燃料電池具有帶燃料引入部分的燃料盒，所述燃料引入部分可以被打開和關(guān)閉，所述盒內(nèi)的燃料可以被很容易重新填充。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池可以例如應(yīng)用到例如移動(dòng)電話、筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、各種相機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、便攜式音樂播放器的小型電子裝置。
順便提及的是，根據(jù)本發(fā)明的用于燃料電池的燃料盒或者燃料電池施加到其中的各元件、各種裝置的任何組合以及制造和使用這些元件和裝置的方法作為本發(fā)明的各方面也是可獲得的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池的布置的視圖；圖2是沿著圖1的線A-A’所取的剖視圖；圖3是如圖2所示的燃料盒的燃料引入部分的放大視圖；圖4是從圖3的箭頭B、B’所指示的方向觀察的視圖；圖5是圖1中沿著線C-C’所取的剖視圖；圖6是顯示了如圖1所示的燃料盒和燃料電池之間的連接部分的放大視圖；圖7是其中根據(jù)本發(fā)明的燃料電池被安裝在其中的電氣裝置的一個(gè)示例的示意圖；圖8a是其中根據(jù)本發(fā)明的燃料電池被安裝在其中的電氣裝置的另外的示例的示意圖；圖8b是其中根據(jù)本發(fā)明的燃料電池被安裝在其中的電氣裝置的另外的示例的示意圖；圖9是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料盒的布置的剖視圖；圖10是顯示了如圖9中所示的燃料盒的燃料引入部分的放大視圖；圖11是如圖9中所示的燃料引入部分的另一示例的放大視圖；圖12是如圖9中所示的燃料引入部分的再一示例的放大視圖；圖13是顯示了對(duì)應(yīng)如圖12中所示的燃料盒的燃料電池主體的布置的視圖；圖14是沿著圖12中的線A-A’所取的剖視圖；
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料盒的布置的剖視圖；圖16是顯示了如圖15中所示的燃料盒的流出物釋放部分的放大視圖；圖17是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池的布置的視圖；圖18是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池的另外的布置視圖；圖19是顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的燃料電池的布置的剖視圖；圖20是圖19中所示的燃料盒的燃料引入部分的放大視圖。
具體實(shí)施例方式
此處，將參照

本發(fā)明的實(shí)施例。順便提及的是，相同的參考數(shù)字被應(yīng)用到相同的元件，并且適當(dāng)?shù)?，省略其說明。
(第一實(shí)施例)本發(fā)明的第一實(shí)施例涉及可以從燃料電池移除并可以在使用之后用液體燃料重新填充的可再利用燃料盒。在該說明中，說明主要給與根據(jù)第一實(shí)施例的包括設(shè)置在燃料盒的壁部分上的燃料再充填端口和用于密封燃料再充填端口的制動(dòng)器的燃料引入部分的一方面。
圖1是顯示了第一實(shí)施例的燃料電池的視圖。如圖1所示的燃料電池1381具有燃料電池主體100和燃料盒1361。燃料盒1361可連接到燃料電池主體100/從燃料電池主體100可拆卸，并且是用于保持將直接供給到燃料電池主體100的液體燃料的容器。
圖2是圖1中沿著線A-A’所取的剖視圖。在燃料盒1361中，液體燃料被儲(chǔ)存在發(fā)電燃料室1367中。燃料盒1361的壁部分1372設(shè)有用于將液體燃料供給到燃料電池主體100的燃料出口端口1363。燃料出口端口1363是通過壁部分1372的孔，并通過安置在內(nèi)部的密封部件1374密封。
密封部件1375是自密封彈性部件。作為密封部件1375，例如可以使用隔膜和再密封件(reseal)。優(yōu)選地，密封部件1375是耐液體燃料的，并由可以提供氣密密封的材料形成。作為類似于此的材料，可以使用例如乙丙橡膠和硅橡膠的彈性體。當(dāng)密封部件1375由乙丙橡膠制造時(shí)，可以使用例如乙烯和丙烯共聚物(EPM)或者乙烯、丙烯和第三組分的共聚物(EPDM)。同樣密封部件1375可以由硫化橡膠形成。
燃料注入部分1365連接到設(shè)置在燃料盒1361的壁部分1372內(nèi)的開口。燃料注入部分1365螺紋地安裝在壁部分1372上，并相對(duì)較緊地固定，但是，如后面所述，當(dāng)燃料盒被再利用時(shí)，燃料注入部分1365可以從壁部分1372移除。當(dāng)燃料注入部分1365被移除時(shí)，壁部分1372中的開口被暴露給所述燃料注入部分1365，因此，液體燃料可以從所述開口重新填充。
此處，可以考慮燃料注入部分1365，這樣燃料電池1381的用戶不會(huì)意外打開燃料注入部分1365，例如可以獲得具有特定形狀的螺絲頭的螺釘。例如，螺釘可以如下構(gòu)造。
圖3是靠近燃料注入部分1365的壁部分1372的放大視圖。如圖3中所示，壁部分1372具有開口，螺紋部分1373形成在開口的內(nèi)壁表面內(nèi)。燃料注入部分1365通過將螺紋部分1376螺紋連接到壁部分1372的螺紋部分1373而固定，并關(guān)閉所述開口。在該說明中，燃料注入部分1365的螺紋部分1376是外螺紋，壁部分1372的螺紋部分1373是內(nèi)螺紋。
由于燃料注入部分1365螺紋連接到燃料盒1361的壁部分1372，燃料注入部分1365可以在使用后移除，液體燃料可以重新填充到所述燃料盒1365。然后，在重新填充液體燃料之后，燃料注入部分1365重新連接到壁部分1372，由此密封所述開口。同樣，當(dāng)液體燃料被重新填充時(shí)，燃料注入部分1365可以用作剩余燃料的釋放端口，所述剩余的燃料是在燃料盒1361中未使用所留下的。
O形環(huán)1369被安置在壁部分1372和燃料注入部分1365之間的燃料盒1361的外表面。O形環(huán)1369被安置在螺紋部分1373的基部的附近，由此防止液體燃料在燃料注入部分1365附近泄漏到燃料盒1361的外部。
圖4是圖3中通過箭頭B，B’所指示的方向觀察的附圖。如圖4中所示，Y形槽1377被安置在燃料注入部分1365的表面上。因此，通過使用對(duì)應(yīng)Y形槽1377的形式的Y形螺絲刀，燃料注入部分1365可以連接到壁部分1372。
構(gòu)成燃料盒1361的壁部分1372、燃料注入部分1365、密封部件1375和O形環(huán)136優(yōu)選地通過耐液體燃料中的燃料成分的材料形成。例如燃料盒1361可以由樹脂例如聚烯烴如聚丙烯和聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚砜、硅或者其共聚物以及其混合物形成。
順便提及的是，燃料注入部分1365和/或者燃料注入部分1365螺紋連接到其的壁部分1372內(nèi)的開口附近可以由具有高機(jī)械強(qiáng)度的材料形成。根據(jù)該布置，燃料注入部分1365和/或者燃料注入部分1365的附近的強(qiáng)度增加。因此，螺紋部分1376和螺紋部分1373中的摩擦等可得以防止，燃料盒1361可以形成為盒，所述盒更適于反復(fù)使用。同樣，螺紋部分的表面可以用例如Daiflon(注冊(cè)商標(biāo))的氟樹脂形成的膠帶(tape)覆蓋。根據(jù)該布置，被儲(chǔ)存的液體燃料可以更可靠地防止泄漏到所述盒的外部。
再次參照?qǐng)D1，對(duì)燃料電池主體100的布置給予說明。燃料電池主體100包括多個(gè)單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101、燃料容器811、分隔板853、燃料流動(dòng)管1111、燃料回收管1113、儲(chǔ)存箱1386、泵1117和連接器1123。燃料盒1361被配置以通過連接器1123可連接到燃料電池主體100/從燃料電池主體100拆卸。同樣，在圖1中未示出，燃料電池主體100具有被用于回收在單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101的氧化劑電極處通過電池反應(yīng)而產(chǎn)生的水的氧化劑電極側(cè)流出物回收管。
在該布置中，儲(chǔ)存在燃料盒1361中的液體燃料124被供給到單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101。即，泵1117被安置在燃料流動(dòng)管1111中。燃料流動(dòng)管1111通過儲(chǔ)存箱1386連接到燃料容器811。因此，燃料124通過燃料流動(dòng)管1111供給到燃料容器811。流入燃料容器811的燃料124沿著安置在燃料容器811中的多個(gè)分隔板853流動(dòng)，并順序供給到多個(gè)單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101。對(duì)于供給到單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101的燃料124，沒有在電池反應(yīng)中使用的燃料124在儲(chǔ)存箱1386中從燃料回收管1113中回收。被回收的剩余的燃料與從氧化劑電極側(cè)流出物回收管(未示出)回收的水以及從燃料盒1361供給的燃料124混合，然后再次從燃料流動(dòng)管1111供給到燃料容器811。
作為泵1117，例如，可以使用例如具有較小的功率消耗的小型壓電電動(dòng)機(jī)的壓電元件。同樣，在圖1中未示出，根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池1381可以設(shè)有用于控制泵1117的操作的部分。
順便提及的是，在第一實(shí)施例以及下述的實(shí)施例中，從燃料回收管1113以及氧化劑電極側(cè)流出物回收管回收的液體被稱為流出物。流出物包括在電池電極中沒有用于電池反應(yīng)的液體燃料和在氧化劑電極中產(chǎn)生的水。
圖5是沿著線C-C’所取的剖視圖。單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101包括燃料電極102、氧化劑電極108和固體電解質(zhì)膜114。多個(gè)燃料電極102安置在一個(gè)固體電解質(zhì)膜114的一個(gè)表面上，多個(gè)氧化劑電極108被安置在另外一個(gè)表面上。同樣，燃料容器811與燃料電極102接觸。
固體電解質(zhì)膜114將燃料電極102和氧化劑電極108分開，并使氫離子在它們之間運(yùn)動(dòng)。因此，優(yōu)選地，固體電解質(zhì)膜114是對(duì)氫離子具有高導(dǎo)電性的膜。同樣，優(yōu)選地，固體電解質(zhì)膜114是化學(xué)適宜的，且機(jī)械強(qiáng)度高。作為用于形成固體電解質(zhì)膜114的材料，優(yōu)選使用具有極性基團(tuán)例如強(qiáng)酸性基團(tuán)如砜基和磷酸根基團(tuán)，或者弱酸性基團(tuán)例如羧基基團(tuán)的有機(jī)聚合物。作為類似于此的有機(jī)聚合物，作為實(shí)例提及的有磺化聚(4-苯氧基苯甲?；?1，4-亞苯基)、芳香系縮聚物，例如烷基磺酸聚苯并咪唑；包含砜基的全氟化合物(Nafion(Dupont CO.LTD制造注冊(cè)商標(biāo))和Aciplex(Asahi KASEI CO.LTD制造注冊(cè)商標(biāo))，或者包含羧基的全氟化合物(Flemion S fim(Asahi GLASS CO.LTD制造)。
燃料電池102和氧化劑電極108每一個(gè)可以通過形成燃料電極側(cè)催化層和包括在各襯底上支撐催化劑和固體電解質(zhì)微粒的碳微粒的氧化劑電極層催化層來提供。
作為用于燃料電極側(cè)催化層的催化劑，作為實(shí)例提及的有鉑、金、銀、釕、銠、鈀、鋨、銥、鈷、鎳、錸、鋰、鑭、鍶、釔以及其合金。作為用于氧化劑電極108中的氧化劑電極側(cè)催化層的催化劑，可以使用與燃料電極側(cè)催化層中相同的催化劑，并可以使用上述的物質(zhì)。順便提及的是，相同的催化劑或者不同的催化劑可以用于燃料電極側(cè)催化層和氧化劑電極側(cè)催化層。
作為燃料電極102和氧化劑電極108的基底，可以使用例如炭紙、碳化合物、碳燒結(jié)化合物、燒結(jié)金屬和粉末金屬的多孔基材。
在這樣安置的燃料電池主體100中，燃料124被供給到各電池結(jié)構(gòu)101中的燃料電極102。同樣，氧化劑在各電池結(jié)構(gòu)101中供給到氧化劑電極108。作為燃料124，可以使用液體燃料例如甲醇、乙醇、二甲醚或者其它醇類，以及液體烴例如環(huán)烷烴，福爾馬林，甲酸或者如肼，也可以使用它們的水溶液。同樣，堿可以被添加到燃料124從而提高氫離子的離子導(dǎo)電性。作為氧化劑，通?？梢允褂每諝猓且部梢怨┙o氧氣。
再次參照?qǐng)D1，接著將對(duì)如何使用燃料盒1361給出說明。在使用之前的燃料盒1361填充以液體燃料124，燃料出口端口1363被密封，且關(guān)閉燃料注入部分1365。
當(dāng)使用燃料盒1361時(shí)，燃料盒1361連接到燃料電池主體100的連接器1123。圖6是顯示了燃料盒1361和燃料流動(dòng)管1111之間的連接部分的放大視圖。如圖6中所示，空心針1379安置在燃料電池主體100的燃料流動(dòng)管1111的尖部處。當(dāng)燃料盒1361連接到燃料電池主體100，空心針1379刺穿密封部件1375。由此，燃料盒1361中的液體燃料被供給到燃料流動(dòng)管1111。由于該燃料流動(dòng)管1111在單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101中連接到燃料電極102，如上所述，燃料124被供給到燃料電極102。
順便提及的是，密封部件1375具有自密封性能。因此，當(dāng)穿透空心針1379時(shí)，密封部件1375與空心針1379的周圍緊密接觸，并保證密封。因此，可以適當(dāng)?shù)胤乐挂后w燃料泄漏。同樣，當(dāng)移除空心針時(shí)，關(guān)閉孔且保證氣密性。
在使用燃料盒1361之后，燃料盒1361可以從燃料電池主體100移除。被移除的燃料盒1361是可再使用的。當(dāng)重新使用燃料盒1361時(shí)，燃料注入部分1365通過使用Y形螺絲刀從壁部分1372移除。燃料注入部分1365被移除，然后暴露壁部分1372的開口，因此，保留在發(fā)電燃料室1367中的液體從所述開口釋放。此后，液體燃料重新填充到發(fā)電燃料室1367中，然后燃料注入部分1365再次連接到壁部分1372。
在儲(chǔ)存在燃料盒1361中的液體燃料被使用之后，根據(jù)第一實(shí)施例的燃料盒1361可以重新填充液體燃料。同樣，在液體燃料124被重新填充之前，燃料盒1361中剩余的燃料可以被移除。例如，首先在燃料124被儲(chǔ)存在燃料盒中且燃料注入部分1365被關(guān)閉且然后燃料注入部分1365不能從壁部分1372卸下時(shí)的情況中，例如，燃料盒1361不能重新填充燃料124并不能釋放燃料124除非密封部件1375用為了燃料注入的空心針穿通。這些操作相對(duì)困難。另一方面，根據(jù)第一實(shí)施例的布置，適于重復(fù)使用且具有簡(jiǎn)單布置的燃料盒1361可以穩(wěn)定地制造。
同樣，當(dāng)液體燃料124被重新填充時(shí)被移除的燃料注入部分1365相對(duì)緊地螺紋安裝到壁部分1372。燃料注入部分1365相對(duì)緊地固定到壁部分1372并通常是關(guān)閉的，并通過使用Y形螺絲刀被連接和拆卸。這樣，由于燃料電池1381被配置這樣用戶不能錯(cuò)誤地移除燃料注入部分1365，當(dāng)使用燃料電池1381時(shí)保證了安全。
此外，燃料盒1361可以設(shè)有用于調(diào)節(jié)發(fā)電燃料室1367中的壓力的壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)?；谠摬贾茫l(fā)電燃料室1367中的液體燃料124可以被更為有效地供給到燃料電池主體中。同樣，當(dāng)使用燃料盒1361時(shí)提高了安全。
同樣，氣液分離膜可以安置在如圖1所示的燃料回收管1113中。根據(jù)該布置，在燃料電極102處產(chǎn)生的例如二氧化碳的氣體可以可選地釋放到燃料回收管1113的外部，液體可以在儲(chǔ)存箱1386中回收。在圖1的布置中，燃料回收管1113連接到儲(chǔ)存箱1386。但是，通過單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101的多余燃料可以從燃料回收管1113回收到燃料盒1361。
圖7是前述燃料電池被安裝到其上的電子裝置的一個(gè)示例的示意圖，并顯示了便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)。
便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210具有其中燃料電池主體100設(shè)置在其底部以及燃料盒1361連接到其背部的結(jié)構(gòu)。燃料盒1361儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210中且暴露一部分燃料盒1361的表面。由于該結(jié)構(gòu)，燃料盒1361可以在保持便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210緊湊時(shí)被連接。同樣，由于燃料盒1361具有可拆卸燃料注入部分1365(圖7中未示出)，燃料盒1361可以在使用之后很容易從便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210移除，并可以在前述的方法中重新使用。
此外，燃料電池主體100和燃料盒1361的安裝方法不限于如圖7中所示的方面，另外的方面也可以獲得。例如，燃料盒1361可以儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210中。圖8a、8b是其中儲(chǔ)存燃料盒1361的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210的剖視圖。在如圖8a中所示的布置中，燃料盒1361完全儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210的底部中。在如圖8b中所示的布置中，燃料盒1361儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210的鉸鏈部分中。
基于這些布置，在燃料電池主體100和燃料盒1361的操作期間可以保證更大的可靠性。此時(shí)，燃料盒1361可以減小尺寸，由此減小便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210的尺寸和重量。
傳統(tǒng)上，由于將被儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210中的燃料容器不是為了再利用而設(shè)計(jì)，因此在一次使用之后丟棄燃料容器。另一方面，根據(jù)第一實(shí)施例，由于將被儲(chǔ)存在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)210中的緊湊燃料盒136具有可拆卸燃料注入部分1365，燃料盒136可以在使用之后再使用。
(第二實(shí)施例)圖9是從圖2相同的方向觀察的本發(fā)明的第二實(shí)施例燃料盒的剖視圖。在根據(jù)第二實(shí)施例的燃料盒中，燃料注入部分1365具有燃料出口端口1363。特別地，在圖9中的燃料盒1380中，燃料注入部分1365被安置在壁部分1372中，并通過燃料注入部分1365形成燃料出口端口1363。
同樣，燃料盒1380具有壓力調(diào)節(jié)部分1382。作為壓力調(diào)節(jié)部分1382，特別地，不允許液體燃料通過的可選滲透薄膜可以作為示例來使用。作為可選滲透薄膜，難以允許液體燃料的硫化燃料通過的材料可以被使用，特別地可以提及聚四氟乙烯(PTFE)。這樣的壓力調(diào)節(jié)部分1382被安置，由此防止發(fā)電燃料室1367處于負(fù)壓并由此可靠地將發(fā)電燃料室1367內(nèi)的液體燃料供給到燃料電池主體100。
圖10是顯示燃料注入部分1365的布置的視圖。燃料注入部分1365的原理布置與根據(jù)圖3中的第一實(shí)施例的燃料盒1361的燃料注入部分1365相似，但是，它們不同在于用于連通燃料盒1380的內(nèi)部和外部的燃料出口端口1363出現(xiàn)在如圖10中所示的燃料注入部分1365中，但是其沒有出現(xiàn)在圖3中所示的燃料注入部分1365中。儲(chǔ)存在燃料盒1380中的液體燃料通過燃料出口端口1363被供給到燃料電池主體100。順便提及的是，如圖11中所示，在圖10中的燃料注入部分1365中，燃料出口端口1363也可以通過密封部件1375密封，這與如圖2中所示的布置相似。
圖12是燃料注入部分1365的另外的布置的視圖。如圖12所示的燃料注入部分1365的原理布置與如圖10所示的燃料注入部分1365相似，但是，它們不同在于突出到燃料盒1380外部的突出部分1383被提供并且密封部件1375被安置在突出部分1383中。
圖13是適于與如圖12中所示的燃料注入部分1365一起使用的、從圖6相同的方向觀察的燃料電池主體100的布置的視圖。如圖13中所示，燃料電池主體100具有壁部分內(nèi)的凹陷部分1384，空心針1379被形成在凹陷部分1384中?？招尼?379的尖部的高度低于凹陷部分1384的開口端部的高度。當(dāng)突出部分1383被配合到凹陷部分1384中時(shí)，空心針1379刺穿密封部件1375，燃料盒1380中的液體燃料被供給到燃料流動(dòng)管1111。
當(dāng)使用如圖12、13所示的布置時(shí)，空心針1379的尖部的高度可以低于燃料電池主體100內(nèi)的凹陷部分1384的開口端部的高度。因此，當(dāng)燃料電池的用戶將燃料盒130連接到燃料電池主體100時(shí)，可以改進(jìn)安全。
圖14是沿著如圖12所示的燃料注入部分1365的線A-A’所取的剖視圖。如圖12所示的燃料注入部分1365也在表面上設(shè)有Y形槽1377。因此，在使用之后，燃料注入部分1365可以從壁部分1372通過使用對(duì)應(yīng)Y形槽1377的形狀的凸起部分并設(shè)有對(duì)應(yīng)突出部分1383的形狀的凹陷部分的工具從壁部分1372移除，然后重新填充液體燃料。燃料注入部分1365被配置以通過使用類似于此的工具可拆卸，由此當(dāng)所述盒被使用時(shí)，防止燃料注入部分1365被錯(cuò)誤地移除。因此，可以進(jìn)一步提高燃料盒1380的安全。
在根據(jù)第二實(shí)施例的燃料盒1380中，燃料出口端口1363被形成在燃料注入部分1365中。然后在燃料盒1380被反復(fù)使用時(shí)，且當(dāng)密封部件1375需要被改變時(shí)，可以只改變?nèi)剂献⑷氩糠?365。因此，燃料盒1380的主體可以被簡(jiǎn)化，且可以穩(wěn)定地獲得適于反復(fù)使用的燃料盒1380。
(第三實(shí)施例)圖15是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料盒的布置的剖視圖。如圖15所示的燃料盒1385通過分隔壁1362分為兩個(gè)室。一個(gè)室是發(fā)電燃料室1367，另外一個(gè)室是發(fā)電流出物室1368。
分隔壁1362的材料可以與那些作為第一實(shí)施例的燃料盒1361的構(gòu)成材料的那些相同。同樣，分隔壁1362可以是柔性材料。根據(jù)該布置，當(dāng)使用燃料盒1385時(shí)，發(fā)電燃料室1367中的液體燃料減少，分隔壁1362的形狀響應(yīng)發(fā)電流出物室1368中的流出物的增加而被改變。因此，液體燃料可以被有效地供給到燃料電池主體100，流出物可以可靠地在發(fā)電流出物室1368中回收。作為撓性材料，特別地例如可以使用聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯和聚偏1，1-二氯乙烯。
液體燃料124被儲(chǔ)存在發(fā)電燃料室1367中。燃料注入部分1365被連接到將發(fā)電燃料室1367從外部分隔的壁部分，燃料出口端口1363被安置在燃料注入部分1365中。因此，液體燃料124通過燃料出口端口1363被供給到燃料電池主體100。
同樣，燃料出口部分1366連接到將發(fā)電流出物室1368從外部分開的壁部分，流出物回收端口1364被安置在該燃料出口部分1366中。在燃料電池主體100中產(chǎn)生的發(fā)電流出物通過流出物回收端口1364在發(fā)電流出物室1368中回收。由于燃料盒1385除了發(fā)電燃料室1367之外具有發(fā)電流出物室1368，通過燃料電池主體100內(nèi)的電池反應(yīng)產(chǎn)生的一部分流出物可以在所述盒中有效地回收。
燃料出口部分1366被螺紋地連接到燃料盒1385中將發(fā)電流出物室1368從外部隔開的壁部分。在使用燃料盒1385之后，燃料盒1385從燃料電池主體100回收，且燃料出口端口1366可以被打開，在燃料盒1385中回收的發(fā)電流出物可以根據(jù)需要被排放。同樣，在釋放發(fā)電流出物之后，燃料出口端口1366可以再次關(guān)閉并且可以再利用所述燃料盒1385。
圖16顯示了流出物釋放部分1366的布置剖視圖。如圖16中所示的流出物釋放部分1366具有將通過螺紋連接固定到燃料盒1385的螺紋，這與燃料注入部分1365相似。同樣，流出物回收端口1364被安置在燃料盒1385的中心以穿透所述燃料盒1385。同樣，流出物回收端口1364配合在燃料盒1385中，同時(shí)O形環(huán)1369被安置在螺絲頭的基部處?；谠摬贾?，流出物可以被防止泄漏到燃料盒1385的外部。
順便提及的是，盡管在圖16中未示出，可以安置用于密封流出物回收端口1364的密封部件1375。同樣，燃料出口部分1366可以具有突出部分，這與如圖12所示的燃料注入部分1365相似。
圖17是顯示了圖15中的燃料盒1385連接到燃料電池主體100的狀態(tài)的視圖。在第三實(shí)施例中，燃料電池主體100的原理布置與圖中的相似，但是，它們不同在于用于回收通過燃料電極102的液體的流出物回收管1114出現(xiàn)在如圖17中所示的燃料電池主體100中，但是其沒有出現(xiàn)在如圖1中所示的燃料電池主體100中。流出物回收管1114的一端連接到儲(chǔ)存箱1386。同樣，當(dāng)燃料盒1385被連接時(shí)，流出物回收管1114的另外一端連接到流出物回收端口1364。
同樣，盡管在圖17中未示出，燃料電池主體100具有用于回收在單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101的氧化劑電極處通過電池反應(yīng)產(chǎn)生的水的氧化劑電極側(cè)流出物回收管。氧化劑電極側(cè)流出物回收管(未示出)也可以設(shè)有泵1117。
此處，當(dāng)燃料成分是甲醇時(shí)，這從上述的公式(1)、(2)明顯可見，在氧化劑電極108處產(chǎn)生的水的摩爾數(shù)大于在燃料電極102處使用的甲醇的摩爾數(shù)。因此，當(dāng)流出物在儲(chǔ)存箱1386中連續(xù)地回收時(shí)，儲(chǔ)存箱1386中的液體量連續(xù)地增加。在圖17中的燃料電池中，由于儲(chǔ)存箱1386中的液體可以回收到燃料盒1368的發(fā)電流出物室1368中，燃料電池可以穩(wěn)定地操作較長的時(shí)間。
同樣，由于流出物釋放部分1366被形成在將發(fā)電流出物室1368從外部分隔的壁部分，流出物釋放部分1366可以被移除且流出物可以在已經(jīng)使用了燃料盒1385之后被排放。因此，可以穩(wěn)定地獲得具有簡(jiǎn)單的布置適于反復(fù)使用的燃料盒1385。
圖18是顯示了圖15中的燃料盒1385被連接到其的燃料電池的另外的布置的視圖。在圖18中，燃料電池主體100的原理布置與圖17中的布置相似，但是，它們不同在于，流出物回收管1114被分支用于回收通過燃料電極102以及在氧化劑電極108從燃料回收管1113至燃料盒1385產(chǎn)生的流出物。
流量調(diào)節(jié)閥1331被安置在燃料回收管1113和流出物回收管1114之間的分叉處。泵1117被安置在燃料回收管1113中。流出物回收管1114連接到下游側(cè)上的燃料盒1385的流出物回收端口1364。在圖18中未示出，流出物回收管1114也連接到氧化劑電極側(cè)流出物回收管(未示出)，在氧化劑電極108處產(chǎn)生的流出物也引入流出物回收管1114。同樣，在氧化劑電極側(cè)流出物回收管(未示出)中，泵1117可以被安置。
在圖18中的燃料電池中，一部分從燃料回收管1113回收的液體可以從流出物回收管1114回收到燃料盒1385的發(fā)電流出物室1368。因此，儲(chǔ)存箱1386中的液體的燃料成分濃度可以被防止降低。同樣，由于發(fā)電流出物室1368中回收的流出物可以通過移除流出物釋放部分1366被排放，如上所述，發(fā)電流出物室1368可以很容易再循環(huán)。
如圖17、18中所示的燃料電池可以具有用于檢測(cè)儲(chǔ)存箱1386中的燃料成分的濃度的濃度傳感器。此外，根據(jù)通過濃度傳感器檢測(cè)的濃度，燃料電池可以具有用于控制將從流出物回收管1114排放到發(fā)電流出物室1368的控制部分。同樣，如圖18中的燃料電池中，液體量傳感器可以被安置用于燃料回收管1113和氧化劑電極側(cè)流出物回收管(未示出)。此時(shí)，液體量傳感器可以安置在流量調(diào)節(jié)閥1331的上游，即靠近單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101。然后，燃料電池可以具有控制部分，所述控制部分通過流量傳感器用于檢測(cè)被回收的燃料量和在氧化劑電極處的水，并基于被檢測(cè)的量用于控制將被排放到流出物回收管1114的流出物量。
順便提及的是，燃料出口端口1363被安置在圖15中的燃料注入部分1365中，但是，二者可以被安置在不同的點(diǎn)，這與第一實(shí)施例相似。同樣，流出物釋放部分1366和流出物回收端口1364可以安置在不同的位置。
(第四實(shí)施例)在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池中，燃料注入部分1365或者流出物釋放部分1366可以設(shè)有用于吸收液體燃料124的燃料吸收部件。例如，在如圖19中所示的本發(fā)明的第四實(shí)施例的燃料盒中，作為用于吸收液體燃料的燃料吸收部件的芯吸(wicking)材料1370被安置用于燃料注入部分1365。其他的布置與根據(jù)如圖2所示的第一實(shí)施例的燃料盒1361的布置相似。
當(dāng)燃料注入部分1365連接到壁部分1372，芯吸部件1370被定位在發(fā)電燃料室1367中，發(fā)電燃料室1367中的液體燃料通過芯吸部件1370吸收，然后通過燃料出口端口1363，并由此從燃料流動(dòng)管1111(參看圖1)供給到燃料電池主體100的單個(gè)電池結(jié)構(gòu)101。
圖20是顯示了用于圖19的燃料盒中的燃料注入部分1365的布置的視圖。在圖20中，芯吸部件1370連接到燃料注入部分1365并與燃料注入部分1365一起可移除。芯吸部件1370被插入設(shè)置在燃料注入部分1365中的支架1371中。當(dāng)所述盒被再利用時(shí)，芯吸部件1370的條件可以被檢查。因此，芯吸部件1370可以從支架1371移除，并可以例如用新的一個(gè)來替換。
芯吸部件1370可以由吸收液體燃料并耐液體的材料制造，且可以由多孔材料如泡沫材料制造。作為芯吸部件1370的材料，特別地，可以使用例如聚酰胺，如聚氨酯，三聚氰胺和尼龍，聚酯，如聚乙烯，聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，纖維素，或者樹脂如聚丙烯腈。
根據(jù)第四實(shí)施例的燃料盒具有芯吸部件1370。因此，當(dāng)燃料盒中的燃料量減小時(shí)，通過芯吸部件1370所吸收的液體燃料124可以可靠地供給到燃料電池主體100。因此，燃料電池可以進(jìn)一步地穩(wěn)定操作。同樣，即使燃料盒內(nèi)的液體燃料124的液體表面的水平變化，燃料電池可以穩(wěn)定地操作。同樣，芯吸部件1370吸收液體燃料124，所述盒中的剩余的燃料可以在盒被重新使用時(shí)很容易地移除。
在上述中，本發(fā)明參照了實(shí)施例進(jìn)行了說明。這些實(shí)施例作為示例，普通技術(shù)人員將理解，不同的修改結(jié)合上述實(shí)施例的各元件和各過程是可獲得的，并且這些修改將落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
例如，在各上述的實(shí)施例中，燃料入口部分1365是密封安置在壁部分1372中的開口(燃料入口端口)的密封部件。但是，燃料入口部分1365的布置沒有限制。例如，可以使用這樣的結(jié)構(gòu)其中覆蓋安置在壁部分1372中的燃料入口端口的平板可以被移動(dòng)以打開和關(guān)閉燃料入口端口。同樣，燃料入口部分1365可以是用于覆蓋安置在壁部分1372中的燃料入口端口的蓋。
同樣，在各上述的實(shí)施例中，Y形槽1377可以被形成在燃料注入部分1365中。但是，槽的形狀不限于Y形槽1377，可以獲得另外的形狀。
同樣，由Teflon(注冊(cè)商標(biāo))等形成的填料可以被用于密封燃料注入部分1365和壁部分1372，而不是O形環(huán)1369。
此外，對(duì)于燃料電池主體100的上述布置沒有限制，且可以獲得各種方面。例如，布置可以簡(jiǎn)化，例如不具有儲(chǔ)存箱1386的布置。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的燃料盒，所述燃料盒儲(chǔ)存有液體燃料，從而直接供給到燃料電池的燃料電極且可連接到所述燃料電池和/或者從所述燃料電池可拆卸，其特征在于，所述燃料盒包括燃料供給部分，用于將所述液體燃料供給到所述燃料電池；和燃料引入部分，所述燃料引入部分可以打開和關(guān)閉，并被用于將所述液體燃料重新填充到用于所述燃料電池的所述燃料盒中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，開口安置在儲(chǔ)存有所述液體燃料的儲(chǔ)存室的壁部分內(nèi)，所述燃料引入部分包括所述開口和用于關(guān)閉所述開口的關(guān)閉部件，和所述關(guān)閉部件可連接到所述壁部分/從所述壁部分可拆卸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述燃料供給部分被安置在所述燃料引入部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述燃料供給部分通過自密封部件密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，燃料盒包括用于保持所述液體燃料的第一室；第二室，已經(jīng)通過所述燃料電極的流出物被引入到所述第二室；和分隔壁，所述分隔壁用于分隔所述第一室和所述第二室；所述第一室具有所述燃料供給部分和所述燃料引入部分，和所述第二室具有流出物回收端口，從所述燃料電極回收的所述流出物被引入到所述流出物回收端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述第二室具有可以被打開和關(guān)閉并用于釋放所述流出物的流出物釋放部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述流出物釋放部分設(shè)有所述流出物回收端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述流出物回收端口通過自密封部件密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8任一所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，一部分所述燃料引入部分由吸收所述液體燃料的燃料吸收部分形成，其中所述燃料吸收部件被安置在所述燃料盒中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述燃料吸收部件可連接到所述燃料引入部分/從所述燃料引入部分可拆卸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一所述的用于燃料電池的燃料盒，其特征在于，所述燃料盒可以儲(chǔ)存在電子裝置中。
12.一種燃料電池，其特征在于，燃料電池包括燃料電池主體，所述燃料電池主體具有燃料電極；和根據(jù)前述權(quán)利要求1-11任一所述的用于燃料電池的燃料盒，所述燃料盒儲(chǔ)存有液體燃料以直接供給到所述燃料電極。
全文摘要
公開了一種燃料盒(1361)，所述燃料盒(1361)的壁部分(1372)設(shè)有用于將液體燃料(124)供給到燃料電池主體(100)的燃料釋放端口(1363)并具有用于將燃料供給到所述盒中的開口部分?？刹鹦度剂献⑷氩糠?1365)配合到所述開口部分。在使用之后，燃料注入部分(1365)從燃料盒(1361)的壁部分(1372)移除，液體燃料(124)通過開口部分重新填充到所述盒，用于再利用所述盒。
文檔編號(hào)H01M8/06GK1910782SQ20058000304
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月22日
發(fā)明者渡邊義德, 久保佳實(shí), 吉武務(wù), 真子隆志, 梶谷浩司, 木村英和, 長尾諭, 秋山永治, 河野安孝 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社