專利名稱：燃料盒槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向?qū)⒁后w作為燃料的燃料電池供給燃料的燃料盒槽。
背景技術(shù)：
因為將液體作為燃料的燃料電池，與將氣體作為燃料的燃料電池相比較，能量密度高，比較易于處理，作為便攜用途正在進行開發(fā)。
現(xiàn)在，作為便攜用途的電源，以鋰二次電池為代表的二次電池是主流。在將此二次電池與燃料電池比較時，燃料電池具有不需要充電時間、在原理上只要向燃料電池補給燃料就可以半永久地發(fā)電的優(yōu)點。作為補給燃料的方式，提出的有向附設于燃料電池的輔助燃料箱注入的方式和利用燃料盒槽的方式。燃料盒槽是裝入了燃料的容器，是在隨著燃料電池的發(fā)電，燃料電池的燃料不足時補給該燃料的裝置。用戶通過隨身攜帶燃料盒槽，就可以隨時隨地連續(xù)驅(qū)動燃料電池，取得電力。
作為燃料盒槽，如專利文獻1，提出利用毛細(wicking)結(jié)構(gòu)體的毛細管力向燃料電池供給液體燃料的裝置。
專利文獻1日本專利特開2003-109633號公報發(fā)明內(nèi)容利用毛細管力的液體輸送，由于是利用數(shù)Pa量級的毛細管力，吸取液體的速度、從毛細管端到端的到達速度遲緩，在從燃料電池取得大于等于一定的電流時，有時不能向燃料電池供給燃料電池的發(fā)電反應所必需的充分的燃料。
本發(fā)明的燃料盒槽是向包含使液體燃料氧化的陽極、使氧還原的陰極、具有在上述陽極和上述陰極之間形成的固體高分子電解質(zhì)膜的發(fā)電部、以及將上述液體燃料供給上述陽極的燃料吸取結(jié)構(gòu)體的燃料電池供給燃料，包含貯藏液體燃料的容器、和容納于上述容器中的多孔質(zhì)的吸取件，且上述燃料吸取結(jié)構(gòu)體利用向上述陽極供給液體燃料產(chǎn)生的毛細管負壓供給燃料。
在液體燃料直接型燃料電池中，通過組合多孔質(zhì)材料形成連續(xù)的輸送路徑，可以提供利用在陽極中產(chǎn)生的毛細管負壓進行輸送而不需要液體泵這樣的輔機動力的高效率的電源。


圖1為本發(fā)明的安裝了燃料盒槽的燃料電池的概略剖面圖。
圖2為本發(fā)明的燃料電池的層疊結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖3為本發(fā)明的連接器的剖面圖(A)及安裝時剖面的概略圖(B)。
圖4為本發(fā)明的連接器的剖面圖(A)及安裝時剖面的概略圖(B)。
圖5為本發(fā)明的安裝了燃料盒槽的燃料電池的概略剖面圖。
圖6為本發(fā)明的燃料盒槽的剖面概略圖。
圖7為本發(fā)明的連接器的剖面圖(A)及安裝時剖面的概略圖(B)。
圖8為本發(fā)明的燃料盒槽的剖面概略圖。
圖9為本發(fā)明的連接器的剖面圖(A)及安裝時剖面的概略圖(B)。
(附圖標記說明)1...燃料電池；2...燃料盒槽；3...燃料室；4...燃料吸取結(jié)構(gòu)體；5...燃料盒槽用連接器；6...燃料輸送用中芯；7...空氣孔；8...氣體排氣用針孔；9...燃料室框體10...空氣交換部11...陰極端板A；12...墊片；13...陰極端板B；14...螺釘；15...發(fā)電裝置；16...輸出端子；17、18...狹縫；19...輸送用中芯；20...液體燃料保持部；21...輔助輸送件；22...縫隙閥；23...收集器型空氣交換部；24...收集器散熱片；25...連接器；30...盒槽保持器；31...液體燃料；32...液短路防止板；33...輔助中芯；40...蓋罩；41...中綿；42...固定用突起；43...固定用溝槽；50...燃料輸送用中芯蓋罩；51...彈簧；52...保持器通液孔；53...輸送用中芯通液孔；54...輸送用中芯保持器具體實施方式
以下對本發(fā)明的實施方式予以說明，但本發(fā)明并不限定于以下的在本實施方式中使用的以甲醇為燃料的燃料電池中，在以下所示的電化學反應中以甲醇具有的化學能直接變換為電能的形式發(fā)電。在陽極側(cè)，供給的甲醇水溶液遵照(1)式發(fā)生反應分解為二氧化碳氣體、氫離子及電子。
...(1)生成的氫離子在電解質(zhì)膜中從陽極移動到陰極側(cè)，在陰極電極上與從空氣中擴散來的氧氣和電極上的電子按照(2)式發(fā)生反應而生成水。
...(2)因此，伴隨發(fā)電的全化學反應，如(3)式所示，甲醇受到氧的氧化而生成二氧化碳氣體和水，化學反應式與甲醇著火燃燒一樣。
...(3)單位電池的開路電壓約為1.2V，但由于燃料浸透電解質(zhì)膜的影響，實質(zhì)上為0.85～1.0V，雖然沒有特別的限定，但在實用負載運行下的電壓選擇為在0.2～0.6V左右的區(qū)域。所以，在作為實際電源使用時，按照負載機器的要求，將單位電池串聯(lián)使用而得到預定的電壓。單個電池的輸出電流密度因電極催化劑、電極結(jié)構(gòu)及其他影響而改變，在實際效果上是通過設計適當選擇單個電池的發(fā)電部的面積而得到預定的電流。另外，在合適時也可以通過并聯(lián)調(diào)整電池容量。
下面對本實施方式的燃料電池予以詳細說明。
圖1示出本發(fā)明的實施方式的燃料電池1和燃料盒槽2的結(jié)合后的概略圖。
在燃料室3內(nèi)容納吸取燃料的燃料吸取結(jié)構(gòu)體4。在燃料室框體9上設置燃料盒槽用連接器5，在其中心配置輸送用中芯19，與燃料吸取結(jié)構(gòu)體4結(jié)合。在燃料盒槽用連接器5上安裝具有燃料輸送用中芯6的填充有液體燃料31的燃料盒槽2。
燃料盒槽用連接器5，為了可以與燃料盒槽2的燃料輸送用中芯6結(jié)合而使與燃料吸取結(jié)構(gòu)體4結(jié)合的輸送用中芯19具有凸型的連接器結(jié)構(gòu)(示于圖3)。在燃料盒槽用連接器5上設置有空氣孔7，隨著從燃料盒槽2經(jīng)燃料輸送用中芯6供給燃料，在盒槽內(nèi)產(chǎn)生負壓時從空氣孔7經(jīng)輸送用中芯19、燃料輸送用中芯6送入空氣而消除負壓。這樣，空氣孔7、輸送用中芯19及燃料輸送用中芯6構(gòu)成用來調(diào)整伴隨燃料的供給產(chǎn)生的燃料盒槽內(nèi)的壓力、使燃料供給穩(wěn)定化的空氣交換部10。在燃料室3中設置大于等于1個的排氣用針孔8，具有使在燃料室3中發(fā)生的氣體排出的功能。
圖2示出本實施方式的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)。燃料電池中的圖1的燃料室3由燃料室框體9形成，利用在其內(nèi)部容納的吸取結(jié)構(gòu)體4的毛細管力保持燃料。在燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的一個表面上，電流收集器、輸出端子16和MEA(膜電極結(jié)合體)一體化的發(fā)電裝置15由燃料室框體9和陰極端板A11夾持，燃料室框體9和發(fā)電裝置15由墊片12密封。另外，在燃料室框體9的另外一個表面上，配置有與上述相同的發(fā)電裝置15和具有框體功能的另一個陰極端板B13，并且發(fā)電裝置15和燃料室框體9由墊片12密封，由螺釘14將其整個以在面內(nèi)推壓壓力均勻的方式固定和安裝。
在燃料室框體9內(nèi)容納用于燃料供給的輸送用中芯19，與燃料盒槽用連接器5(未圖示)相連接，并且還設置有用來將在燃料室中產(chǎn)生的氣體排出的針孔8。
在陰極端板A11、陰極端板B13的面上，與在發(fā)電裝置15的陰極面上制作的用于空氣擴散的狹縫17同步設置狹縫18。另一方面，雖然未圖示，但在發(fā)電裝置15的陽極面上設置有燃料供給用的狹縫，利用毛細管負壓將由燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的毛細管力保持的液體燃料供給陽極。
其中，所謂毛細管負壓，指的是在燃料吸取結(jié)構(gòu)體4、陽極的毛細管中形成的連續(xù)的燃料輸送路徑的陽極附近，與用于發(fā)電等消耗的燃料相對應的體積的減小而產(chǎn)生的負壓，利用這一負壓，在毛細管(此處是多孔質(zhì)材料的微孔)中填充的燃料利用毛細管負壓供給陽極。
另一方面，在燃料吸取結(jié)構(gòu)體4中，利用燃料盒槽2的燃料輸送用中芯6的毛細管力保持的燃料由于與在陽極附近消耗的燃料的體積大小連動的毛細管負壓而經(jīng)輸送用中芯供給燃料吸取結(jié)構(gòu)體4。于是，燃料盒槽內(nèi)的壓力，通過在圖1所示的燃料盒槽用連接器設置空氣孔7并使其保持空氣交換功能，就可以通過輸送用中芯19將液體燃料保持部20的負壓調(diào)整為大氣壓而可以繼續(xù)供給燃料。
如上所述，本實施方式的燃料供給，是在與燃料吸取結(jié)構(gòu)體4結(jié)合的陽極的毛細管、燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的毛細管、輸送用中芯19的毛細管保持液體燃料，形成連續(xù)的液體燃料輸送路徑，利用在陽極部中由于燃料消耗發(fā)生的毛細管負壓輸送燃料盒槽內(nèi)的燃料。其中，在將陽極的毛細管力記作PA、將燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的毛細管力記作PC、將該空氣孔7的毛細管力記作PF，并且在各毛細管材料的表面是親水性的表面時，PF≤PC＜PA的關(guān)系成立的話，填充在燃料盒槽中的液體燃料34被輸送用中芯19所吸收，由于在陽極中發(fā)生的毛細管負壓使其向著燃料吸取結(jié)構(gòu)體4移動，并且還向著陽極的微孔進行移動而形成燃料輸送路徑。其中，將毛細管力PF、PC、PA大小定義為各自的多孔質(zhì)材料的低部浸漬于液體燃料中，測定出的水面上的吸取高度。在由這些多孔質(zhì)材料的微細孔形成連續(xù)的液體輸送路徑時，利用陽極的毛細管內(nèi)液體燃料由于發(fā)電消耗而發(fā)生的毛細管負壓來繼續(xù)輸送燃料。
此時，設置在燃料盒槽2內(nèi)的燃料輸送用中芯6只要是具有與輸送用中芯19的毛細管力相同或比其小的毛細管力的材料即可，對其沒有特別的限制。通過燃料輸送用中芯6具有如圖1所示的貫通盒槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)，即使是將燃料電池變成為相對圖示的姿勢的電池反向，利用燃料輸送用中芯6的毛細管力也可以將填充的液體燃料實質(zhì)上全部用光。
之后，在供給到本發(fā)明的燃料電池的液體燃料，從氣體排氣用針孔8及空氣孔7或燃料盒槽2取出時，形成不會發(fā)生燃料泄漏的燃料輸送路徑的最低限度的制約條件是選擇毛細管材料或調(diào)整液體燃料的粘度，以使其滿足以下的關(guān)系即可PA-PF＞ρgh其中，PA表示陽極的毛細管力，PF表示空氣交換部的毛細管力，各毛細管材料的表面為親水性的。式中，ρ表示液體燃料的粘度，g表示重力加速度，h表示從燃料盒槽到陽極的液面高低差。另外，在PA為陽極的毛細管力，液體燃料的界面張力為σ，θ為液體燃料和空氣交換部多孔質(zhì)材料的接觸角時，也可以通過選擇材料來使該空氣交換部的微孔半徑rC滿足以下關(guān)系rC＞2σcosθ/(PA-ρgh)而達到。
此外，本發(fā)明的燃料電池電源，在受到來自外部的涉及電池內(nèi)壓變動的沖擊，例如，氣壓變化、沖擊等的作用時，為了一直到預定的壓力PS燃料液體也不會泄漏，可以根據(jù)滿足下式PA-PF＞ρgh+PSrC＞2σcosθ/(PA-ρgh-PS)地選定毛細管材料、調(diào)整燃料粘度或選擇構(gòu)成空氣交換部的輸送用中芯19的毛細管半徑而實現(xiàn)。為了實際防止從電池的燃料泄漏，以疏水性多孔質(zhì)膜對氣體排氣用針孔8進行密封的氣液分離方法和通過結(jié)構(gòu)設計延長從空氣孔7到燃料盒槽的距離的輔助上述功能的方法也是有效的方法。
其次，在具有將燃料盒槽2內(nèi)的燃料輸送到燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的功能和構(gòu)成空氣交換部的功能的輸送用中芯19中使用的材料，只要是作為結(jié)構(gòu)體具有穩(wěn)定的強度，能夠耐受在電池環(huán)境下的腐蝕，不具有對于甲醇水溶液溶出的成分的材料即可，沒有特別的限制；可以使用紙漿等天然纖維材料、由高分子等構(gòu)成的多孔質(zhì)材料、由合成纖維構(gòu)成的多孔質(zhì)材料、由陶瓷或金屬等構(gòu)成的多孔質(zhì)材料等等。其中，為了與多種結(jié)構(gòu)相對應，由具有撓性的聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二酯等的單紗束材料、綿紗等的纖維素等的天然纖維或尼龍、滌綸、聚乙烯、聚丙烯、丙烯系、聚氨酯系、聚苯撐系、聚酯、聚對苯二甲酸乙二酯合成纖維的捻絲構(gòu)成的多孔質(zhì)體或具有連續(xù)孔的泡沫聚合物材料可以稱為是優(yōu)選材料。承擔此空氣交換部功能的輸送用中芯19的平均微孔半徑，設計制作成為在50～500μm范圍之中。在微孔半徑小于等于50μm時，與陽極微孔半徑的差小，隨著燃料消耗液體燃料的輸送阻力也變大，是不利的；而在大于等于500μm時，要在微孔內(nèi)連續(xù)保持液體燃料很困難，在不可能進行燃料輸送的同時，從燃料室3會發(fā)生液漏。當然，在此場合下，微孔半徑也不是單值的，而是可以在使用的材料和液體燃料的接觸角的關(guān)系中選擇。在燃料盒槽內(nèi)使用的燃料輸送用中芯6，最好是與在上述燃料室內(nèi)使用的燃料輸送用中芯19實質(zhì)上相同的東西，但對此并無特別的限制，也可以使用另外的材料。此時，所使用的燃料輸送用中芯6具有的微孔半徑可在50～500μm范圍內(nèi)選擇，并且通過使其與輸送用中芯19具有的微孔半徑同樣或更大，盒槽內(nèi)的液體燃料就可以穩(wěn)定地向陽極輸送。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池電源的燃料供給系統(tǒng)的特征在于，其結(jié)構(gòu)為通過組合多個多孔質(zhì)材料形成路徑，利用隨著發(fā)電在陽極中的燃料消耗而發(fā)生的毛細管負壓吸取燃料，并隨著燃料消耗進行穩(wěn)定的燃料輸送。
在將不同的多孔質(zhì)材料結(jié)合時，在相互的接觸面的整合性差、在接觸面的周圍產(chǎn)生空間時，由于存在充滿該空間的氣體，在輸送燃料時，不充分形成連續(xù)的輸送路徑，不能充分利用毛細管負壓，液體燃料的輸送阻力會變大。于是，在其接觸面上夾有撓性優(yōu)異、形狀整合性優(yōu)異的具有連續(xù)微孔的多孔質(zhì)材料，例如，纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氨酯、碳纖維或金屬纖維等的纖維狀多孔質(zhì)材料、高分子制的海綿狀的多孔質(zhì)材料是有效的方法。其結(jié)果，接觸面的液體輸送路徑可充分形成，液體的移動阻力也可以緩和。
此時，通過使輔助輸送件21具有的連續(xù)微孔的平均微孔半徑rC滿足以下的關(guān)系ρghC≤2σcosθC/rC≤2σcosθf/rf+ρghf就可以不發(fā)生漏液而向陽極穩(wěn)定輸送液體燃料。其中，rf是在上述輸送用中芯上形成的輸送用毛細管半徑，hf是上述燃料容器的燃料填充高度，hC是以水柱高度表示的氣泡壓力壁壘，σ是液體燃料的粘度，θC、θf分別表示液體燃料對上述輔助輸送件的接觸角和液體燃料對輸送用中芯的接觸角。氣泡壓力壁壘hC，是表示從外部對安裝有本發(fā)明的燃料盒槽的燃料電池施加的沖擊的壓力的量，上述的關(guān)系式，可以不會由于外部沖擊等的壓力發(fā)生液漏并且可以利用比填充在盒槽內(nèi)的液體燃料輸送用中芯6的毛細管力和燃料盒槽2內(nèi)的燃料的落差高的毛細管力使液體燃料移動到輸送用中芯19而形成燃料輸送路徑。
燃料室框體9的材料，只要是實質(zhì)上具有絕緣性，具有支持電池結(jié)構(gòu)的強度和在運行環(huán)境下的耐蝕性的材料就可以，沒有特別的限制，可以采用高密度氯乙烯、高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚醚醚酮類、聚醚砜類、聚碳酸酯或經(jīng)過玻璃纖維強化的這些材料。另外，可以采用碳質(zhì)板及鋼、鎳、其它輕質(zhì)的鈦、鋁、鎂等的金屬及合金材料，或以銅-鋁等為代表的金屬間化合物及各種不銹鋼，并使用使其表面不導電的方法及涂覆樹脂而絕緣化的方法。
圖3(A)示出以燃料電池1的燃料盒槽用連接器5作為凸型連接器、以燃料盒槽2的前端作為凹型連接器結(jié)構(gòu)的場合的概貌。
燃料盒槽用連接器5，設置在燃料電池1的燃料室框體9的一部分之上，收容在一部分開口的殼體中的輸送用中芯19用作凸型連接器，形成從燃料盒槽2到燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的液體燃料輸送路徑。在此燃料盒槽用連接器5的一部分上至少設置一個或更多個具有空氣交換功能的空氣孔7。另一方面，在燃料盒槽側(cè)設置的凹型連接器由燃料輸送用中芯6和縫隙閥22構(gòu)成，在凹型連接器的前端填充有用來使與燃料電池1側(cè)的凸型連接器的輸送用中芯19的接觸穩(wěn)定的輔助輸送件21。
圖3(B)示出在燃料電池1上安裝燃料盒槽2時的剖面結(jié)構(gòu)的概略。
為了安裝燃料盒槽2，在插入到燃料盒槽用連接器5時，形成凸型的連接器的輸送用中芯19，貫通縫隙閥22與盒槽內(nèi)的凹型連接器前端的輔助輸送件21相接觸。其結(jié)果，燃料通過由毛細管(微孔)形成的燃料輸送用中芯6、輸送用中芯19、燃料室3內(nèi)的燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的連續(xù)的液體燃料輸送路徑，供給在陽極進行發(fā)電反應時利用毛細管負壓消耗的燃料。對燃料盒槽2和燃料電池1的連接采用一般使用的方法即可，沒有特別的限制，但以螺釘方式將燃料盒槽2固定到燃料盒槽用連接器5的方法、以鉤扣固定的方法或以棘爪式結(jié)構(gòu)固定的方法是有效的。當縫隙閥22是逆止閥時，防止燃料反流，在以過濾器這樣的裝置替換時結(jié)構(gòu)簡單。
作為適合這種輸送系統(tǒng)的燃料盒槽，具有多孔質(zhì)中芯，并且通過設置輔助輸送件而形成穩(wěn)定的燃料輸送路徑，可以進行液體移動阻力小的燃料供給。另外，通過設置空氣交換部或斷流閥機構(gòu)可以提供不會產(chǎn)生液漏的安全的燃料盒槽。
在燃料盒槽內(nèi)填充作為預定濃度的燃料的甲醇水溶液。燃料濃度因使用的電解質(zhì)膜的性質(zhì)而異。就是說，在甲醇滲透性(cross-over)大的全氟化碳膜中為比較低的濃度，在磺酸化烴類膜中可以使用高濃度的甲醇水溶液。一般，在供給直接液體燃料的方法中，在全氟化碳類電解質(zhì)膜中，使用3～10wt％的甲醇水溶液，在烴類電解質(zhì)膜中可以使用10～40％的甲醇水溶液。然而，在采用使用吸取件的毛細管力的燃料供給系統(tǒng)時，由于液體燃料與陽極的實際接觸率降低，甲醇、水的實際滲透量可以減小。因此，與供給直接液體燃料的場合相比較，即使是提高燃料濃度運行，也可以運行而不會招致基于滲透的陰極中的發(fā)熱、陰極的液泛及電池性能的下降。例如，就全氟化碳類電解質(zhì)膜而言，最大25wt％，就烴類電解質(zhì)膜而言，將濃度提高到最大40wt％也可以穩(wěn)定地運行。當然，在使用滲透更小的電解質(zhì)膜時，可以直接使用更高濃度燃料運行。其結(jié)果，其特征在于可以提高燃料的利用率，可以利用更高濃度燃料運行，使用的燃料的能量密度可以提高，燃料每填充一個的電源能量密度，即發(fā)電持續(xù)時間可以大幅度延長。
在本實施方式的燃料輸送中，由構(gòu)成毛細管的材料、微孔半徑等特性決定燃料輸送速度及漏液防止效果。然而，在使用甲醇濃度不同的燃料時，由于甲醇濃度不同，表面張力、固液接觸角、液體粘度等改變，毛細管輸送材料的輸送速度和漏液防止效果等也改變。因此，為了對濃度不同的燃料確?；Q性，在燃料液體中添加無電化學活性的物質(zhì)使固液接觸角、粘度等改變而進行調(diào)整的方法是有效的方法。例如，為了使燃料的粘度改變，可以添加從作為高級醇類的乙二醇、庚醇、辛醇等；作為糖類的核糖、脫氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、山梨糖醇等；作為纖維素醚類的甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等，還有瓊脂、凝膠等之中選擇的一種或多種。添加量根據(jù)設定的液粘度選擇，大概0.1mol％～1mol％左右為優(yōu)選。添加了上述物質(zhì)的甲醇水溶液，可以調(diào)整到所要求的粘度的同時，由于提高了液體燃料的滲透壓，作為附帶效果，可以減小水、甲醇的滲透，提高燃料利用率。
另外，在液體燃料添加使用分散有色固體微粒的所謂的顏料，可以使燃料的識別、燃料余量的視認、燃料用途的確認等容易進行，在確保電源系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)的安全性方面是有效的方法。也可以在液體燃料中添加染料等進行著色，但在此場合，由于溶解于液體燃料中令人擔心電極會吸收而中毒，或者由于從電池結(jié)構(gòu)部件有成分溶出而加速燃料電池或結(jié)構(gòu)材料的劣化，所以通過使用分散有色固體微粒的所謂的顏料可以在不損害燃料電池電源的可靠性的情況下提高安全性。
作為可以添加進行著色的市售顏料可以舉出的有C.I.PigmentYellow 24，101，108，109，110，117，120，123，138，139，135；C.I.Pigment Orange 2，5，17，24，31，36，38，40，43；C.I.PigmentRed 1，2，3，4，5，7，9，10，12，14，15，17，18，22，23，31，48，49，50，53，57，58，60，63，64，81，83，87，112，122，123，144，146，149，166，168，170，171，175，176，177，178，179，185，187，188，198，190，192，194，208，209，216，243，245；C.I.Pigment Violet 1，3，19，23，31，32，33，36，38，49，50；C.I.Pigment Blue 1，2，15，16，22，25，63；C.I.Pigment Green 8，10，12，47；C.I.Pigment Brown 1，5，25，26，28；C.I.Pigment Black1，7等等。對著色的色調(diào)沒有特別的限制，但使用藍色系統(tǒng)的顏料，即C.I.Pigment Blue系統(tǒng)的顏料，可以說會給人以避免誤認為是飲料的感覺，表示警告，可以說是在確保安全性方面是有效的手段。
以上，說明的是實施本發(fā)明的形態(tài)，下面對本發(fā)明的最有特征性的幾個實施例進行更詳細的說明。
(實施例1)圖4(A)示出以空氣交換部是連接器結(jié)構(gòu)為特征的本實施例的燃料電池1和燃料盒槽2相結(jié)合的燃料盒槽用連接器5的凸型連接器和燃料盒槽2的凹型連接器結(jié)構(gòu)。
燃料盒槽用連接器5設置在燃料電池1的燃料室框體9的一部分上，輸送用中芯19作為凸型連接器與燃料吸取結(jié)構(gòu)體4相連接而承擔燃料輸送功能。此輸送用中芯19，是由聚丙烯纖維束材料構(gòu)成的，在纖維間形成的毛細管的平均半徑為大約200μm。在該盒槽用連接器5的一部分上設置具有空氣交換功能的收集器型空氣交換部23，具有燃料輸送量控制和燃料泄漏防止的功能。此收集器結(jié)構(gòu)，如圖4A-A’剖面圖所示，由在軸上具有切槽的多片的收集器散熱片24構(gòu)成輸送用中芯19，此切槽部為空氣孔。另一方面，設置在燃料盒槽2側(cè)的凹型連接器，由燃料輸送用中芯6和縫隙閥22構(gòu)成，在凹型連接器的前端，作為用來使與燃料電池1側(cè)的凸型連接器的輸送用中芯19的結(jié)合穩(wěn)定的輔助輸送件21，填充有用于將凸型燃料盒槽用連接器5插入的切槽裝入到具有平均微孔半徑200μm的連續(xù)微孔的多孔質(zhì)聚氨酯型具中的構(gòu)件。這樣，在凸型燃料盒槽用連接器5和設置在燃料盒槽內(nèi)的燃料輸送用中芯6之間的燃料輸送路徑就可靠地形成，在接觸面上不會形成多余的空間，并且可以減小燃料輸送時的流體阻力。
圖4(B)示出在燃料電池1上安裝燃料盒槽2時的剖面結(jié)構(gòu)的概貌。
為了安裝燃料盒槽2，在插入到凸型燃料盒槽用連接器5時，凸型的突起部分，貫通縫隙閥22經(jīng)輔助輸送件21，與燃料輸送用中芯6結(jié)合，而燃料利用毛細管力形成燃料輸送用中芯6、輔助輸送件21、輸送用中芯19到燃料室3內(nèi)的燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的連續(xù)的液體燃料輸送路徑，利用隨著發(fā)電發(fā)生的毛細管負壓向陽極供給燃料。
這樣制成的示于圖1的結(jié)構(gòu)的燃料電池1安裝有填充了30wt％甲醇水溶液的燃料盒槽，在室溫下實施發(fā)電試驗時的輸出為2.4V，0.8W?？梢源_認，此燃料電池1，在手持時無論是什么姿勢，輸出也不會改變，在手持時即使受到揮動液體燃料也不會泄漏而繼續(xù)發(fā)電。
本實施例是在同一面內(nèi)將多個MEA進行電串聯(lián)的發(fā)電裝置15，采用的是具有多孔質(zhì)的燃料吸取結(jié)構(gòu)體4的電池結(jié)構(gòu)。燃料吸取結(jié)構(gòu)體4和燃料輸送用中芯6，經(jīng)輔助輸送件21，輸送用中芯19結(jié)合，在燃料盒槽用連接器上形成具有收集器結(jié)構(gòu)的空氣交換部，并且還形成凸型連接器，具有與燃料盒槽結(jié)合的功能。這樣，從燃料盒槽到陽極連續(xù)形成利用毛細管的液體輸送路徑。燃料輸送路徑，以在燃料盒槽和燃料室框體內(nèi)使用的輸送用中芯部分平均為約200μm，在燃料吸取結(jié)構(gòu)體4中平均為約50μm，以及在陽極中平均為約20μm這樣的序列從燃料盒槽到電極將微孔直徑設計成為以階梯方式減小，可以使燃料盒槽用連接器5的燃料迅速輸送到燃料吸取結(jié)構(gòu)體4，以燃料填充燃料室內(nèi)，形成穩(wěn)定的燃料輸送路徑。
(實施例2)
圖5示出本實施例的燃料電池的燃料室3的縱剖面結(jié)構(gòu)。此燃料電池1，雖然未圖示，但與實施例1一樣，是由燃料室框體9、墊片12、發(fā)電裝置15、陰極端板A11、陰極端板B13構(gòu)成的。在燃料室3的內(nèi)部容納有液體燃料吸取結(jié)構(gòu)體4，在燃料吸取結(jié)構(gòu)體中與實施例1同樣地使用具有平均直徑50μm的微孔的SUS316L泡沫體。此燃料電池1的結(jié)構(gòu)為在燃料室3的兩面配置的合計12個MEA串聯(lián)結(jié)合，與實施例1的很大的不同是采用了在配置在燃料電池1的中央部分的燃料盒槽保持器30中容納燃料盒槽2的結(jié)構(gòu)。另外，為了使夾持燃料室3的串聯(lián)的發(fā)電裝置15間具有防止液短路的功能，將燃料吸取結(jié)構(gòu)體4一分為二，在其間插入液短路防止板32。燃料盒槽用連接器5，具有收集器結(jié)構(gòu)的空氣交換部10，具有凸型連接器結(jié)構(gòu)。燃料盒槽2，使用具有與實施例1使用的相同的結(jié)構(gòu)的凹型連接器盒槽。
這樣制成的電源的尺寸為120mm×100mm×15mm，安裝有填充了30wt％甲醇水溶液的燃料盒槽，在室溫下實施發(fā)電試驗時的輸出為4.0V，1.28W。此電源，實際上不存在由于在燃料室內(nèi)存在的離子性物質(zhì)引起的MEA間的液短路導致的電源電壓的降低，即使是在從各MEA取出電壓端子的結(jié)構(gòu)時，各MEA的電壓大概處于0.33±0.02的范圍?？梢源_認，本實施例的電池，在手持時無論是什么姿勢，輸出也不會改變，在手持時即使受到揮動液體燃料也不會泄漏而繼續(xù)發(fā)電。
(實施例3)在本實施例中，其特征在于如圖6所示，將燃料盒槽2制成凸型，在此連接器部設置收集器式空氣交換部，將燃料電池1側(cè)制成凹型。
燃料盒槽2，由聚丙烯制的連接器25和液體燃料保持部20的至少2室構(gòu)成，連接器25由具有收集器結(jié)構(gòu)的收集器型的空氣交換部23和將其貫通的平均微孔半徑為200μm的聚丙烯制的燃料輸送用中芯6構(gòu)成。在液體燃料保持部20上連接有另一個與燃料輸送用中芯6相連接的輔助中芯33。此輔助中芯33配置成為到達液體燃料保持部20的另一方的端部，并且用空隙率約90體積％的親水性聚酯纖維制中綿41包圍，于其中保持液體燃料。也可以只使用燃料輸送用中芯6代替使用輔助中芯33進行燃料供給，但通過使燃料輸送用中芯6和輔助中芯33相連接，形成燃料供給路徑，具有可以使容器內(nèi)填充的液體燃料充分用光的效果。未使用的燃料盒槽2，由氣密的蓋罩40密封。為了具有蓋罩的氣密性，在連接器25上以環(huán)形形狀設置固定用突起42，在蓋罩40的內(nèi)表面上設置環(huán)狀的固定用溝槽43。在將燃料盒槽2安裝到燃料電池1時，取下此蓋罩40，將燃料盒槽2插入燃料盒槽用連接器5。
在燃料室框體9中一體化的燃料盒槽用連接器5為凹型的場合，如圖7(A)、(B)所示。燃料盒槽用連接器5，具有與蓋罩40相同的固定用溝槽43。使用過的燃料盒槽，通過以上述蓋罩40密封后回收或丟棄，可以防止殘留液體燃料的泄漏而安全地進行處理。
另外，在燃料電池1側(cè)的成為凹型的燃料盒槽用連接器5的燃料輸送用中芯6插入的部分中，為了提高輸送用中芯19和燃料輸送用中芯6的接觸性，配置有輔助輸送件21。在輔助輸送件21中使用具有平均微孔半徑175μm的連續(xù)微孔的多孔質(zhì)纖維素纖維墊。
(實施例4)在本實施例中，其特征在于如圖8所示，將燃料盒槽2制成凸型，在此連接器部設置輸送量大的低阻力型的收集器式空氣交換部，將燃料電池1側(cè)制成凹型，并且設置具有斷流閥功能的燃料輸送用中芯蓋罩50。
燃料盒槽2，由聚丙烯制的連接器部25和液體燃料保持部20至少兩個室構(gòu)成，連接器部25由具有輸送量大的低阻力型的收集器結(jié)構(gòu)的收集器型空氣交換部23和將其貫通的平均微孔半徑為200μm的聚丙烯制的燃料輸送用中芯6構(gòu)成。此燃料輸送用中芯6，如圖9(A)所示，是和具有輸送用中芯通液孔53的燃料輸送用中芯蓋罩50一體化的結(jié)構(gòu)。此一體化的燃料輸送用中芯，在設置在液體燃料保持部內(nèi)的具有保持器通液孔52的輸送用中芯保持器內(nèi)，由彈簧51支持和容納。在不使用燃料盒槽，安裝了蓋罩40時，通過彈簧51的推壓燃料輸送用中芯6處于突出狀態(tài)，輸送用中芯通液孔53和保持器通液孔52不連通而成為液密封狀態(tài)。在去掉燃料輸送用中芯蓋罩50，安裝到燃料電池1中時，如圖9(B)所示，燃料輸送用中芯6受到燃料電池1的凹型連接器5的推壓后退到液體燃料保持部20內(nèi)，成為輸送用中芯通液孔53和保持器通液孔52連通的狀態(tài)而形成燃料輸送路徑。
這樣，就成為在不使用盒槽時即使是去掉蓋罩，容納在內(nèi)部的液體燃料的泄漏受到收集器式空氣交換部和輸送用中芯蓋罩的斷流閥機構(gòu)的雙重密封的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種燃料盒槽，向燃料電池供給燃料，該燃料電池包含使液體燃料氧化的陽極、使氧還原的陰極、具有在上述陽極和上述陰極之間形成的固體高分子電解質(zhì)膜的發(fā)電部、以及將上述液體燃料供給上述陽極的燃料吸取結(jié)構(gòu)體，其特征在于該燃料盒槽包含貯藏液體燃料的容器、和容納于上述容器中的多孔質(zhì)的燃料輸送用中芯，且上述燃料吸取結(jié)構(gòu)體利用在上述陽極中消耗液體燃料而產(chǎn)生的毛細管負壓供給燃料。
2.一種燃料盒槽，其特征在于包含貯藏燃料且形成上述燃料通過的通過孔的容器、容納于上述容器中的多孔質(zhì)的燃料輸送用中芯、以及由多孔質(zhì)的撓性材料構(gòu)成的輔助輸送件，且上述輔助輸送件與上述燃料輸送用中芯相連接并配置在上述通過孔中。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料盒槽，其特征在于上述輔助輸送件是撓性多孔質(zhì)材料，其微孔半徑rC滿足以下的關(guān)系ρghC≤2σcosθC/rC≤2σcosθf/rf+ρghf其中，rf是在上述輸送用中芯上形成的輸送用毛細管半徑，hf是上述燃料容器的燃料填充高度，hC是以水柱高度表示的氣泡壓力壁壘，σ是液體燃料的粘度，θC、θf分別表示液體燃料對上述輔助輸送件的接觸角和液體燃料對輸送用中芯的接觸角。
4.一種燃料盒槽，其特征在于在上述燃料盒槽中使用的輸送件用中芯及輔助輸送件的一部分被容納于輸送用中芯保持器，且上述輸送用中芯保持器以在燃料電池安裝時為開、在脫離時為閉的狀態(tài)被容納于該燃料容器。
5.一種燃料盒槽，其特征在于在上述燃料盒槽中使用的輸送件用中芯及輔助輸送件的一部分被容納于輸送用中芯保持器，且上述輸送用中芯保持器利用彈簧機構(gòu)以在燃料電池安裝時為開、在脫離時為閉的狀態(tài)被容納于該燃料容器。
全文摘要
提供一種燃料盒槽，其目的在于解決以下問題，即利用毛細管力的液體輸送，由于是利用數(shù)Pa量級的毛細管力，吸取液體的速度、從毛細管端到端的到達速度遲緩，在從燃料電池取得大于等于一定的電流時，有時不能向燃料電池供給燃料電池的發(fā)電反應所必需的充分的燃料的問題。本發(fā)明的燃料盒槽向包含使液體燃料氧化的陽極、使氧還原的陰極、具有在上述陽極和上述陰極之間形成的固體高分子電解質(zhì)膜的發(fā)電部、以及將上述液體燃料供給上述陽極的燃料吸取結(jié)構(gòu)體的燃料電池供給燃料，包含貯藏液體燃料的容器、和容納于上述容器中的多孔質(zhì)的吸取件，且上述燃料吸取結(jié)構(gòu)體利用向上述陽極供給液體燃料而產(chǎn)生的毛細管負壓供給燃料的燃料盒槽。
文檔編號H01M8/06GK1941474SQ200610006369
公開日2007年4月4日 申請日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者加茂友一, 相馬憲一 申請人:株式會社日立制作所