專利名稱：具有彈性內(nèi)襯的燃料盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的燃料盒，特別是，涉及一種可一次性使用及重復(fù)填充的燃料盒。本發(fā)明也涉及與多壁式燃料盒及與具有彈性內(nèi)襯的燃料盒。
背景技術(shù)：
燃料電池是將反應(yīng)物的化學(xué)能量，例如燃料及氧化劑直接轉(zhuǎn)化為直流電流(DC)的裝置。燃料電池比傳統(tǒng)產(chǎn)生電力方式，例如燃燒礦物燃料更有效率，也比可攜式電力儲(chǔ)存裝置，例如鋰離子電池更耐用，因此它的應(yīng)用不斷增加。通常，燃料電池技術(shù)包括了各種不同的燃料電池，比如堿性燃料電池、高分子膜燃 料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池及酵素燃料電池等?，F(xiàn)今較為重要的燃料電池大致可區(qū)分為三種范疇，也就是使用壓縮氫(H2)做為燃料的燃料電池、使用甲醇(CH3OH)轉(zhuǎn)化為氫當(dāng)做燃料的質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane ；PEM)燃料電池、硼氫化鈉(NaBH4)、碳?xì)浠衔?例如丁烷)或其它轉(zhuǎn)化為氫燃料的燃料，以及直接使用甲醇(CH3OH)的質(zhì)子交換膜燃料電池(“直接甲醇燃料電池”或DMFC)。壓縮氫通常必須在高壓之下保存，因此處理困難。此外，它通常需要大型的貯存罐，因此無法制作成消費(fèi)性電子裝置所適用的大小。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化燃料電池需要轉(zhuǎn)化槽及其它蒸發(fā)及輔助系統(tǒng)，以便將燃料轉(zhuǎn)化為氫氣，與燃料電池內(nèi)的氧化物進(jìn)行反應(yīng)。最近的發(fā)展讓轉(zhuǎn)化槽及轉(zhuǎn)化燃料電池較能為消費(fèi)性電子裝置所接受。在直接甲醇燃料電池中，甲醇會(huì)在燃料電池中直接與氧化物進(jìn)行反應(yīng)，是最簡(jiǎn)單也可能是最小型的燃料電池，但是也具有相當(dāng)可觀的電力應(yīng)用可供消費(fèi)性電子裝置使用。直接甲醇燃料電池應(yīng)用在相對(duì)較大的設(shè)備上時(shí)，通常是以風(fēng)扇或壓縮機(jī)供應(yīng)氧化劑(通常是空氣或氧氣)給陰極，一個(gè)供應(yīng)水/甲醇混合物給陽極的泵，及一個(gè)膜電極組(Membrane Elect rode As sembly ;MEA)。膜電極組通常包括了一個(gè)陰極、一個(gè)質(zhì)子交換膜及一個(gè)陽極。在操作時(shí)，會(huì)直接對(duì)陽極供應(yīng)水/甲醇燃料混合液，而對(duì)陰極則供應(yīng)氧化劑。直接甲醇燃料電池每個(gè)電極的化學(xué)電氣反應(yīng)以及整體的反應(yīng)如下所示陽極的反應(yīng)CH30H+H20 — C02+6H++6e_陰極的反應(yīng)02+4H.+4e — 2H20整體燃料電池反應(yīng) CH3OH+1. 502 — C02+2H20因?yàn)闅潆x子(H+)會(huì)透過質(zhì)子交換膜從陽極移到陰極，而且因?yàn)樽杂呻娮?e_)無法穿透質(zhì)子交換膜，所以電子必須透過外部電路流動(dòng)，因此產(chǎn)生了外部電路的電流。外部電路可以是任何實(shí)用的消費(fèi)性電子裝置，像是移動(dòng)電話、計(jì)算器、掌上電腦及筆記本電腦等等。直接甲醇燃料電池在美國專利第5，992，008及5，945，231號(hào)案中有所描述，已完整并入本文中以供參考。一般來說，質(zhì)子交換膜是以聚合物，像是美國杜邦(DuPont)公司的Na Hon 所制造的，它是一種厚度約在0. 05毫米到0. 50毫米之間的全氟化材質(zhì)，或其它適合的薄膜。陽極通常由含有像是鉬釕的催化劑涂層的特氟隆化的碳紙所制成，并置于其上。陰極通常是一個(gè)氣體揮發(fā)的電極，鉬分子會(huì)在此粘合在薄膜的一側(cè)。硼氫化鈉轉(zhuǎn)化燃料電池的電池反 應(yīng)如下所示NaBH4 (液態(tài))+H2O —(熱或催化劑)—(H2) + (NaBO2)(液態(tài))H2 — 2H++2e_ (在陽極)2 (2H++2e ) +O2 — 2H20 (在陰極)適合的催化劑包括鉬及釕，以及其它金屬。從轉(zhuǎn)化硼氫化鈉所制造出來的氫燃料，會(huì)在燃料電池內(nèi)與氧化劑，例如氧氣發(fā)生反應(yīng)，以產(chǎn)生電流(或電子流動(dòng))及副產(chǎn)品-水。副產(chǎn)品-硼酸鹽化鈉(NaBO2)也是通過轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的。硼氫化鈉燃料電池在美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?003/0082427中有所描述，在此并入本文中以供參考。專利文獻(xiàn)中揭示了許多燃料電池使用的非增壓式或增壓式的可攜式燃料槽或燃料儲(chǔ)存裝置，美國專利申請(qǐng)案公告號(hào)第2002/0018925A1號(hào)案揭示一種含有孔洞的電子裝置，其中儲(chǔ)存了含燃料的可重新填充氣球，這種氣球是由彈性材料所制成的，美國專利申請(qǐng)案公告號(hào)第2003/0008193A1號(hào)案則揭示一種包含燃料及吸收性材料的彈性內(nèi)壁燃料槽。美國專利US6，460，733B2揭示了一種多壁式燃料槽，其中包括放置在外部容器內(nèi)的內(nèi)部燃料容器，內(nèi)部燃料容器可以具有堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬或彈性的內(nèi)壁，兩個(gè)容器之間的所有區(qū)域，則填充可以中和甲醇燃料的中間體材質(zhì)或添加劑，以防止破損或提早發(fā)生反應(yīng)。燃料是通過重力，或通過位于外部容器的增壓氣體而流入燃料貯存容器或直接流入陽極上。另外還設(shè)置有外部泵，協(xié)助將燃料傳送至燃料電池。美國專利US6，506，513B1中除了披露其它內(nèi)容外，還揭示了燃料槽包含一種壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)，以維持槽內(nèi)的恒壓，以及包含燃料的內(nèi)箱。而美國專利公告案號(hào)第2002/0197522及2003/0082427號(hào)案則揭示一種燃料盒，包括燃料囊和用在燃料囊上的增壓機(jī)構(gòu)。US‘427也進(jìn)一步揭示了可用來接收燃料電池的液體副產(chǎn)品的囊狀物。美國專利申請(qǐng)公告案號(hào)第US 2002/0127451A1號(hào)案揭示了一種小巧的質(zhì)子交換膜燃料電池，其儲(chǔ)存直接與PEM接觸的甲醇燃料，而副產(chǎn)品-二氧化碳則是排出至外殼，以便對(duì)外殼增壓。這種外殼還包括一個(gè)避免殼內(nèi)壓力過高的釋壓閥門，以及增加燃料的燃料入口閥門。上述文件并未揭示可分離的燃料槽或燃料盒。最近,位于美國華盛頓的Neah Power Sys terns of Bothel I揭示一種密封的燃料槽，它能在分離的囊狀物中儲(chǔ)存燃料、水及二氧化碳副產(chǎn)品。但是，現(xiàn)有技術(shù)并未揭示具有彈性內(nèi)室的燃料盒，這種燃料盒可以在內(nèi)室的室壁彼此接觸時(shí)，將留在內(nèi)室中的殘存燃料降到最少，也未揭示到具有以下所述優(yōu)點(diǎn)及功能的燃料盒。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明是針對(duì)適合任何燃料電池所使用的燃料盒。
本發(fā)明還針對(duì)適合轉(zhuǎn)化燃料電池使用的燃料盒。本發(fā)明還針對(duì)適合直接甲醇燃料電池使用的燃料盒。本發(fā)明還針對(duì)多壁式燃料盒提出的。本發(fā)明還針對(duì)具有彈性內(nèi)襯的燃料盒。本發(fā)明更針對(duì)含有至少一個(gè)釋放閥門的燃料盒。本發(fā)明的一個(gè)方面是針對(duì)可與燃料電池或燃料重新填充容器相連的燃料盒，包括一個(gè)外盒和內(nèi)含燃料電池用的燃料的彈性內(nèi)襯。彈性內(nèi)襯當(dāng)中放置插入物，以促成燃料從燃料盒流動(dòng)到燃料電池。插入物可以具有彈性及/或基本上堅(jiān)固的支架，支架可以與內(nèi)襯整合在一起。插入物也可以是泡沫插入物或網(wǎng)狀插入物，插入物也可以由許多細(xì)粒子組成，細(xì)微粒子可以彼此相連，也可以是散置的，內(nèi)襯與燃料電池的關(guān)閉閥門相連，且燃料系由關(guān)閉閥門傳送到燃料電池。燃料盒的外盒可以是堅(jiān)固或是彈性的，它也可以加以密封，或是與周圍的空氣流通液體，外盒可以具有開放式的結(jié)構(gòu)，可以使用蓋子、可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料加以覆蓋。燃料盒也可以含有置于外盒的第一單方向釋放閥門，第一釋放閥門可以間歇性地讓空氣進(jìn)入盒內(nèi)，以防止盒內(nèi)形成部分真空，第一個(gè)釋放閥門可以覆蓋有透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料。優(yōu)選，第一釋放閥門是提升型閥門。燃料盒中會(huì)制造氣體及/或液體副產(chǎn)品，傳送到介于外盒與內(nèi)襯間之內(nèi)部空間，燃料盒也可以具有置于外盒的第二單方向釋放閥門，并與內(nèi)部空間進(jìn)行流體交流。第二釋放閥門可間歇性地讓氣體由燃料盒內(nèi)部排出，與空氣通風(fēng)。第二釋放閥門可以覆蓋有可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料，優(yōu)選，第二釋放閥門是提升型閥門。燃料盒可以同時(shí)具有第一及第二釋放閥門。此外，外盒可以是開放式的結(jié)構(gòu)，可以使用可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料加以覆蓋，氣體副產(chǎn)品可以持續(xù)透過開放式結(jié)構(gòu)排出。燃料盒還可以具有一個(gè)能源儲(chǔ)存裝置，以壓縮內(nèi)襯。能源儲(chǔ)存裝置可以是一個(gè)加壓彈簧、加壓泡沫、加壓氣體，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態(tài)丙烷。內(nèi)襯也可以設(shè)置在一個(gè)能收納燃料盒的電子裝置內(nèi)，通過外部的能源儲(chǔ)存裝置，例如加壓彈簧、加壓泡沫、力口壓氣體，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態(tài)丙烷等，加以壓縮。外部彈簧裝置在燃料盒插入電子裝置時(shí)，會(huì)加以壓縮。燃料盒還可以包括一個(gè)可移動(dòng)的內(nèi)壁，以滑動(dòng)方式放置在燃料盒的外盒內(nèi)，可移動(dòng)的內(nèi)壁可以具有一個(gè)抵住外盒的橡膠帶，與外盒形成密封，可移動(dòng)式內(nèi)壁會(huì)與燃料盒內(nèi)的燃料接觸，外盒可鍍上一層減少摩擦的薄膜，像是聚四氟乙烯(Tef Ion*),以方便橡膠帶沿著外盒移動(dòng)。能源儲(chǔ)存裝置可對(duì)可移動(dòng)式內(nèi)壁輸出壓力，以協(xié)助將燃料送出燃料盒。內(nèi)襯也可以加上色彩，讓使用者可以一看即知燃料盒內(nèi)剩余的燃料量。


下述附圖是本說明書的一部分，在這里予以解釋，不同附圖中相同的部分使用相同的附圖標(biāo)記。圖I是完整的多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示一個(gè)外盒、一個(gè)內(nèi)襯和一個(gè)、釋放閥門。圖2是圖I中的多壁式燃料盒部分清空的部分橫切面視圖。圖3A和3B是圖I和2中所描繪的單方向釋放閥門的兩個(gè)具體實(shí)施例的部分橫切面視圖，它可以應(yīng)用在此處所顯示的任何多壁式燃料盒。圖4是另一種完整多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示內(nèi)襯含有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖5是圖4中的多壁式燃料盒部分清空的部分橫切面視圖。圖6A-6C是適合用于內(nèi)襯的插入物的放大視圖。圖7是另一種多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示另一種整合結(jié)構(gòu)。圖8是另一種多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示另一種整合結(jié)構(gòu)。 圖9是另一種含開放式外盒及內(nèi)襯的多壁式燃料盒的透視視圖。圖10是另一種含開放式外盒及內(nèi)襯的多壁式燃料盒的透視視圖。圖IlA和IlB是圖10的多壁式燃料盒的部分放大視圖。圖12A和12B是另一種多壁式燃料盒的外盒和內(nèi)襯的透視視圖。圖13是另一種多壁式燃料盒及燃料電池的結(jié)構(gòu)視圖。圖14是另一種單方向釋放閥門的橫切面視圖。圖15是本發(fā)明另一種型態(tài)的橫切面視圖。圖16是本發(fā)明另一種型態(tài)的橫切面視圖。
具體實(shí)施例方式由附圖顯示及下列所討論的內(nèi)容可知，本發(fā)明涉及燃料盒，其用來儲(chǔ)存燃料電池燃料，例如甲醇和水、甲醇/水混合物、各種不同濃度的甲醇/水混合物，或是純甲醇。甲醇可以在許多種類型的燃料電池使用，例如直接甲醇燃料電池、酵素燃料電池、轉(zhuǎn)化燃料電池等等。燃料盒可以包含其它種類型的燃料電池燃料，例如乙醇或酒精、可轉(zhuǎn)化為氫的化學(xué)藥齊U，或其它可以改善燃料電池效能或效率的化學(xué)藥劑。燃料也可以包括氫氧化鉀(KOH)電解液，其對(duì)于金屬燃料電池或堿性燃料電池是非常有用的，而且可以儲(chǔ)存在燃料盒中。對(duì)于金屬燃料電池，燃料是以浸在氫氧化鉀電解質(zhì)的反應(yīng)溶液中的帶有鋅分子液體形式呈現(xiàn)的，電池腔內(nèi)的正極則是由鋅分子形成的微粒狀物質(zhì)正極。氫氧化鉀燃料揭示于2003年4月24日公告的美國專利申請(qǐng)案號(hào)第2003/0077493號(hào)案，專利名稱為《使用燃料電池系統(tǒng)以提供一或多個(gè)負(fù)載提供電源的方法》，已完整并入本文參考。燃料亦包括了甲醇、過氫化氧及硫酸的混合物，它會(huì)流過由硅晶所形成的催化劑，產(chǎn)生燃料電池反應(yīng)。如前所述，燃料亦包括液體硼氫化鈉(NaBH4)和水。燃料還包括碳?xì)浠衔锶剂?，其包括但不限于丁烷、煤油、酒精及天然氣，其揭示?003年5月22日公告的美國專利申請(qǐng)案號(hào)第2003/0096150號(hào)案，專利名稱為《液體為中間體的燃料電池裝置》，已完整并入本文參考。燃料也可包括能與燃料進(jìn)行反應(yīng)的液體氧化劑。因此，本發(fā)明并不限于任何類型的燃料、電解溶劑、氧化溶齊IJ，或是在燃料盒所包含的液體。此處所使用的“燃料” 一詞包括所有能在燃料電池進(jìn)行反應(yīng)的燃料，但不限于上述所有合適的燃料、電解溶劑、氧化溶劑、液體及/或化學(xué)藥劑及上列的混合物。此處所使用的名稱“盒”或“燃料盒”包括但不限于可一次性使用的燃料盒、可重新充填/可重復(fù)使用的燃料盒、放在電子裝置內(nèi)的燃料盒、放在電子裝置之外的燃料盒、燃料槽、燃料重新填充槽，以及其它儲(chǔ)存燃料的容器。如圖I所示，燃料盒10包括了一個(gè)外槽、外殼或外盒12，以及內(nèi)含燃料的內(nèi)襯或內(nèi)囊14，并設(shè)置在外盒12當(dāng)中。外盒12和內(nèi)襯14之間具有空間15，內(nèi)襯14最好具有彈性并可以伸縮，這樣，在燃料送出內(nèi)襯后，內(nèi)襯14的內(nèi)部容積可以變小。燃料盒10也可以包括一個(gè)噴嘴16，其包住一個(gè)關(guān)閉閥門18，它可以與內(nèi)襯14進(jìn)行流體交流。噴嘴16適宜與燃料電池(未顯示)或可重新充填的燃料容器/盒連接。具有可折疊的內(nèi)襯的好處是內(nèi)襯可在剩余燃料傳送到噴嘴16時(shí)折起，因此燃料可以穩(wěn)定地傳送至燃料電池。因此，燃料盒10在任何方向都適用。燃料盒10可以是密封的，但用來與燃料電池進(jìn)行流體交流的關(guān)閉閥門18除外。當(dāng)密封燃料盒內(nèi)形成部分真空時(shí)，圖I和圖2中所示的泵可以將燃料送出燃料盒。關(guān)閉閥門18也可以被能夠透過毛細(xì)或吸附作用傳送燃料的多孔性的材料所取代。 《具有連接閥門的燃料盒》。上述共同所有的專利申請(qǐng)案在此并入本文參考。依據(jù)本發(fā)明的一方面，燃料盒10包括了一個(gè)單方向釋放閥門20，一般稱之為提升閥門或提升類型的閥門。閥門20可以讓空氣間歇性地進(jìn)入燃料盒10，以防止燃料從燃料盒抽出時(shí)，燃料盒內(nèi)形成部分真空。如圖3A中所示，閥門20包括閥門座22，在閥門頭24完全被接收或在封閉位置時(shí)，閥門座22提供一密封口。閥門頭24與選擇性的閥門桿26相連，上述閥門桿26可以滑動(dòng)地設(shè)置在閥門主體28內(nèi)。閥門頭24與閥門桿26由彈簧30造成偏壓，朝向封閉或密封的位置。彈簧30可以是壓縮或拉伸的狀態(tài)。彈簧30的彈性系數(shù)k是可選擇的，比如選擇成當(dāng)外盒14或空間15中的壓力降到某個(gè)預(yù)定的數(shù)值之下時(shí)，閥門20會(huì)開啟，也即閥門頭24會(huì)如圖3A所示移進(jìn)燃料盒的主體內(nèi)，以便讓燃料盒內(nèi)的空氣透過閥門頭24和閥門座22之間，以及閥門桿26和閥門主體28之間的空隙，消除真空狀態(tài)。閥門20并不把燃料盒10的內(nèi)壓維持恒定，而是可以讓內(nèi)壓變動(dòng)或是一直降低到達(dá)一個(gè)預(yù)定的數(shù)值為止。圖3B顯示了提升閥門20的另一個(gè)具體實(shí)施例，其中所使用相同的閥門組件附圖標(biāo)記與圖3A的具體實(shí)施例所使用的相類似。閥門20也可以選擇性地讓薄膜32覆蓋它的開口，以防止灰塵進(jìn)入燃料盒中。優(yōu)選，薄膜32只能讓空氣或其它氣體進(jìn)入或離開燃料盒，并隔絕液體進(jìn)入或離開燃料盒。這種可透氣而不能滲透液體的薄膜揭示于本專利申請(qǐng)人于2003年I月31日提出的專利申請(qǐng)案，案號(hào)10/356，793，專利名稱為《燃料電池的燃料盒》，及1970年4月21日公開的美國專利US3，508, 708，專利名稱為《含可透氣通風(fēng)阻斷物的電池》，以及于1985年12月31日公開的美國專利US4，562，123，專利名稱為《液體燃料電池》，這些將完整并入本文參考。此外，薄膜32也可以在沒有閥門20的情況下使用，這種薄膜可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龍、聚醢胺、聚偏二乙烯、聚丙烯、聚乙烯或其它聚合體薄膜所制成。商業(yè)用的抗水性四氟乙烯多微孔薄膜可以從W. L GoreAs sociates, Inc.公司取得，其Goretex 就是一種合適的薄膜，Goretex奪是一種微毛細(xì)孔薄膜，含有小到無法讓液體穿透，但是卻足夠讓氣體穿過的小毛細(xì)孔。薄膜32可以用其它的填充材料取代，例如在‘793專利申請(qǐng)案中所討論的材料。使用中，填充材料包括泡沫。填充材料留住液體并讓氣體通過。適合的填充材料是尿布所使用的吸收性材料。優(yōu)選，填充材料也可以在吸收液體后膨脹，并會(huì)變得較為不容易滲透液體。
閥門20可以應(yīng)用在此處揭示的多壁式燃料盒中，也可以應(yīng)用在如同一申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)案‘793的單壁式燃料盒，單方向的釋放閥門在該‘793申請(qǐng)書中也有所揭示。如圖2所示，隨著燃料由內(nèi)襯14中流出，內(nèi)襯的內(nèi)壁也會(huì)向彼此折起，可形成接觸區(qū)域34，接觸區(qū)域34可以防止阻住的燃料36到達(dá)噴嘴16，從而傳送至燃料電池。為了保持內(nèi)襯14在剩余燃料流出時(shí)相對(duì)開放，可以如圖4-8所示在內(nèi)襯14中放置插入物。優(yōu)選，插入物也是具有彈性的，因此它可以讓內(nèi)襯折起，從而促成燃料的選擇性釋出。插入物可以是具有支架40、42的基體38?；w38可以如圖4所示當(dāng)內(nèi)襯填滿時(shí)，以及在圖5中內(nèi)襯至少有一部分清空時(shí)，防止內(nèi)襯14的內(nèi)壁折在它本身上。支架40、42可厚可薄，如圖6A和6B所示,可以是實(shí)心或中空,或是由開放式單元泡沫所制成。支架40基本上是堅(jiān)固的，而支架42則可以是具有彈性的，以通過讓支架42折起，幫助內(nèi)襯14的收縮或折起。或者，支架40和42都可具有彈性，并且可同時(shí)沿著內(nèi)襯14折起。最 好選用中空或泡沫支架是因?yàn)樗鼈兊娜莘e小、重量輕，而且燃料可以流通其中到達(dá)噴嘴16。或者，支架40,42及/或基體38可以通過傳統(tǒng)的制造技術(shù)，將它們與內(nèi)襯14整合在一起。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，插入物可以是如圖7所示的泡沫插入物44，它最好能具有與內(nèi)襯14相似的形狀。換言之，插入物的形狀可以依內(nèi)襯的形狀而定。如果使用的是泡沫，泡沫插入物44最好是一片開放式單元泡沫薄片。插入物38也可以是如圖8中所示的網(wǎng)狀插入物46，或是可以由許多交纏的繩或紗，像是縫紉用之棉線所構(gòu)成。另一種方式，插入物也可以由填充材料制成，以便透過毛細(xì)管或吸附作用協(xié)助將燃料傳送至噴嘴16，此外，插入物也可以由細(xì)微粒子組成，像是圖6C中所顯示的球體45或多角形43。這些細(xì)微粒子可以彼此相連，也可以是散置的，關(guān)閉閥門18、濾網(wǎng)、屏蔽或類似的物體可以防止散置的細(xì)微粒子存在燃料盒中，插入物也可以相互連結(jié)，基本上應(yīng)該是堅(jiān)固的棒狀物，像是鎖鏈狀的柵欄,可以在內(nèi)襯變空時(shí)折起。外盒也可以是如圖9和10中所顯示的開放式結(jié)構(gòu)。燃料盒50如上所述包括開放式外盒52及內(nèi)襯14，如前面描述的，噴嘴16包含關(guān)閉閥門18 (沒有顯示)。開放式外盒52基本上可以是開放的，比如開放式網(wǎng)孔54，或者可以是基本上密閉的，比如容器56?？諝饪梢酝高^網(wǎng)孔54的開口，或是透過容器56頂端預(yù)先制作的孔58，或是燃料盒任何其它位置自由進(jìn)出燃料盒50，以防止盒內(nèi)形成部分真空。開放式外盒52的重量已經(jīng)減輕，同時(shí)維持與燃料盒在結(jié)構(gòu)上的整合性。網(wǎng)孔54和孔58的開口可以做得比較小，以限制接觸到內(nèi)襯。網(wǎng)孔54和孔58可以用可透氣、不能滲透液體的薄膜32覆蓋，以防止內(nèi)襯破裂時(shí)燃料盒內(nèi)液體的漏出。如果孔58夠小，它們可以由能夠吸收液體，并將外漏情況降到最少的填充材料所覆蓋。較理想的情況是，填充材料也可以在吸收液體后膨脹，并會(huì)變得較不容易滲透液體。另外，如圖Il(A)和圖11⑶所示，孔58可以含有蓋子60，以限制對(duì)內(nèi)襯的接觸。薄膜32可以是蓋子60的一部分。此外，正如圖12(A)和圖12(B)所示，燃料盒10、50可以是圓形或方形橫切面，或是任何其它形狀。燃料盒10、50也可以具有一個(gè)含內(nèi)部支架64的外盒62，類似口袋式丁烷打火機(jī)的燃料槽，以及含分割縫68的內(nèi)襯66。內(nèi)襯66的形狀和尺寸經(jīng)過調(diào)整，可以收納在外盒62之內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的另一種觀念，燃料盒經(jīng)過調(diào)整，可以接收包含或不包含由燃料電池反應(yīng)所制造出來的懸浮固體的液體及/或氣體副產(chǎn)品?；谡f明之目的，本發(fā)明的這方面主要是使用直接甲醇燃料電池反應(yīng)來加以說明。但是，本發(fā)明可以用來接收來自任何一種燃料電池的上述副產(chǎn)品，包括但不限于此處所描述的副產(chǎn)品，而且本發(fā)明不限定于特定的燃料或副產(chǎn)品。如圖13所示，如上所述，燃料盒70包括外盒12及內(nèi)襯14。外盒12也包括了噴嘴16，其中含有關(guān)閉閥門18，上述關(guān)閉閥門18可以與上述內(nèi)襯14進(jìn)行流體交流。燃料(CH30H+H20)可以通過其它方法汲取或流出噴嘴16，從而在膜電極組上(MEA)進(jìn)行反應(yīng)。膜電極組會(huì)制造出二氧化碳和水(C02+2H20)，并會(huì)在入口噴嘴72泵回燃料盒70。二氧化碳和過多的水副產(chǎn)品一開始至少可以儲(chǔ)存在外盒12和內(nèi)襯14的空間15中。由于二氧化碳和水的體積很有可能超過燃料盒合理的儲(chǔ)存大小，燃料盒70也可以至少包括一個(gè)釋放閥門74。二氧化碳和水副產(chǎn)品也可能因?yàn)槎趸細(xì)怏w，而在不需泵的情況下流回燃料盒中。噴嘴16和72可以位于燃料盒的任何地方，它們也可以彼此位于共同的軸線上。如圖14中所示的出口釋放閥門74，基本上和上述的釋放閥門20相似，唯一不同的 是排列方向相反。閥門74還具有閥門座22，能在閥門頭24完全納入其中或在關(guān)閉位置時(shí)，提供密封口。閥門頭24與閥門桿26相連，可以滑動(dòng)式地設(shè)置在閥門主體28內(nèi)，閥門頭24與閥門桿26由彈簧30造成偏壓，朝向封閉或密封的位置，彈簧30可以是壓縮或拉伸的狀態(tài)。彈簧30的彈性系數(shù)k是可選擇的，也就是當(dāng)外盒12或空間15中的壓力因?yàn)槎趸己退碑a(chǎn)品而升到某個(gè)預(yù)定的層級(jí)時(shí)，閥門74會(huì)開啟，例如閥門頭24會(huì)如圖14所示移出燃料盒，以便讓燃料盒內(nèi)的二氧化碳透過閥門頭24和閥門座22之間，以及閥門桿24及閥門主體28之間的空隙排出，以降低燃料盒的內(nèi)部壓力。因此，閥門74并不把燃料盒70的內(nèi)壓維持恒定，但是可以讓內(nèi)壓變動(dòng)或提升，直到到達(dá)預(yù)定的層級(jí)為止，然后再排出二氧化碳以釋放壓力。閥門74最好能有一個(gè)薄膜32覆蓋在它的出口及/或它的入口，以防止水分離開燃料盒。如上所述，薄膜32只能讓空氣或其它氣體進(jìn)入或離開燃料盒，并隔絕液體進(jìn)入或離開燃料盒?；蛘?，閥門74可以如上所述用填充材料覆蓋在它的出口，以吸收水分并讓氣體離開燃料盒，外盒12上可以裝置一個(gè)以上的閥門74。或者，如果開放式結(jié)構(gòu)外盒52使用了薄膜32或填充材料覆蓋在其開口，那就可以省去閥門74。外盒52及覆蓋的薄膜或填充材料32可以持續(xù)讓二氧化碳?xì)怏w副產(chǎn)品排出，同時(shí)將水副產(chǎn)品留置在燃料盒內(nèi)。燃料盒也可以在燃料盒的外壁同時(shí)設(shè)置閥門20和74，以便讓大氣進(jìn)入，防止部分真空及/或排出二氧化碳，以防止壓力生成。或者，閥門20和74的功能也可以運(yùn)用在單一閥門中，例如可以讓空氣進(jìn)入燃料盒，以釋放真空生成，并讓氣體離開燃料盒，以釋放壓力形成的閥門。如果副產(chǎn)品只有液體，也可以省去閥門74。例如，硼氫化鈉和水燃料系統(tǒng)會(huì)制造出水成硼酸鹽化鈉和水為副產(chǎn)品。此外，空間15可以用來儲(chǔ)存燃料，同時(shí)內(nèi)襯14可以用來儲(chǔ)存液體副廣品。如圖I所示，可以使用一個(gè)在燃料盒外部的泵，以便將燃料送出燃料盒?；蛘撸部蓪?duì)燃料盒10加壓以將燃料傳送至燃料電池。如圖15所示，空間15可以具有能源儲(chǔ)存裝置，比如在此標(biāo)示為76的加壓彈簧或加壓泡沫，以推動(dòng)內(nèi)襯14或推動(dòng)位于加壓泡沫/彈簧及內(nèi)襯14之間的中間體可移動(dòng)式內(nèi)壁78。也可以設(shè)置釋放閥門20及/或薄膜32，以防止燃料盒內(nèi)形成部分真空?？臻g15也可以用加壓氣體加以填充，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態(tài)丙烷，以壓縮內(nèi)襯14。使用壓縮氣體的好處之一是不需要釋放閥門或可透氣薄膜來防止燃料盒內(nèi)形成部分真空?；蛘撸?dāng)燃料被泵出時(shí)，密封的燃料盒內(nèi)可能會(huì)形成部分真空，可將中間體移動(dòng)式內(nèi)壁78推向噴嘴16。此外，如圖16所示，彈簧76可以對(duì)電子裝置的內(nèi)壁82產(chǎn)生反向偏壓。在這個(gè)具體實(shí)施例中，彈簧76位于電子裝置或在燃料電池之內(nèi)。當(dāng)新的燃料盒放置在裝置中時(shí)，它會(huì)壓縮彈簧76，這時(shí)彈簧76會(huì)對(duì)位于電子裝置內(nèi)的燃料盒產(chǎn)生外力。不與燃料接觸的理想彈簧材質(zhì)包括但不限于I ncom I 馨鎳鉻鐵合金、不銹鋼或高氟碳氟化合物的彈性體。中間體可移動(dòng)式內(nèi)壁78最好可以包括橡膠帶80，其大小和尺寸適于沿著外盒12的內(nèi)表面滑動(dòng)?？梢苿?dòng)式內(nèi)壁78最好可接觸并推動(dòng)內(nèi)襯14。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，可移動(dòng)式內(nèi)壁78也與外盒12的表面內(nèi)部形成了選擇性的密封口，因此內(nèi)襯14可以省略，而燃料可以與可移動(dòng)式內(nèi)壁78及外盒12直接接觸。橡膠帶80最好是由塑料聚合物制成，像是乙丙三元聚合橡膠(EPDM)或Vi UonE氟化彈性體，并對(duì)外盒12壓縮，以提供密封口。外盒12的內(nèi)表面也可以涂上減少磨擦的薄膜，像是聚四氟乙烯或鐵氟龍，或是潤滑劑涂料，以便 在可移動(dòng)式內(nèi)壁78與外盒12間滑動(dòng)。此處所討論的任何具體實(shí)施例所使用的泵，可以是任何一種能夠以特定速率傳送液體的泵。合適的泵包括微機(jī)電泵(microelectromechanical, MEMS),例如在‘793號(hào)專利申請(qǐng)案中所討論及要求保護(hù)的泵。微機(jī)電泵可以是場(chǎng)感應(yīng)泵，或是膜位移泵。場(chǎng)感應(yīng)泵具有適用于燃料/液體的交流電或直流電電場(chǎng)或磁場(chǎng)，以便泵取燃料/液體。合適的場(chǎng)感應(yīng)泵包括但不限于電流體動(dòng)力泵(Electrohydrodynamic)、磁流體動(dòng)力泵(Magnetohydrodynamic)及電滲流泵(Electro-osmotic)。電流體動(dòng)力泵和電滲流泵可以合并使用。膜位移泵包括了一個(gè)薄膜及一個(gè)加諸在膜上的外力，讓薄膜可以移動(dòng)或振動(dòng)，以便泵取燃料。適合的膜位移泵包括但不限于靜電(Electrostatic)泵、壓電式(Piezoelectric)泵及熱氣動(dòng)(Thermopneumatic)泵,微機(jī)電泵控制了燃料流動(dòng)的速度，以及流量的倒轉(zhuǎn)和停止。此外，內(nèi)襯14也可以加入色彩，以便讓使用者能夠由視覺上察看燃料盒內(nèi)的燃料層級(jí)。最優(yōu)選，內(nèi)襯14相當(dāng)薄，而且是由耐用及具有彈性的材料所制成，并能隨著燃料流出而有效地折起或降低它的容積。內(nèi)襯的理想材質(zhì)包括天然橡膠、聚乙烯(包括低密度至高密度聚乙烯)、乙烯丙烯(EP)、乙丙三元聚合橡膠(EPDM)和其它較薄的聚合物薄膜。聚乙烯最好可以經(jīng)過氟化，并且不含金屬離子，以確保低滲透性。聚乙烯可以層壓有氣體阻絕層，比如鋁箔或經(jīng)氟化處理的塑料制成薄板，以降低甲醇的滲透。另一種合適的內(nèi)襯材料是壓縮過的片狀石墨，因?yàn)槭珜?duì)如甲醇等腐蝕性燃料電池燃料具有抗性，而且因?yàn)榻?jīng)過壓縮，片狀石墨也具有對(duì)氣體的不可滲透性。典型方式是將未經(jīng)改變的石墨形態(tài)，設(shè)置在層疊的平面間的空隙插入原子或分子。然后插入的石墨可以通過突然曝露在高熱之下擴(kuò)張或片狀剝落，以擴(kuò)展介于平面間的層疊空間。然后對(duì)擴(kuò)張過或片狀剝落的石墨進(jìn)行壓縮，以形成非常薄的箔狀物或薄片。這種壓縮過的片狀剝落石墨箔狀物或薄片是具有彈性的，而且具有高伸張力。壓縮過的片狀剝落石墨揭示在美國專利US3，404, 061中，并在此完整并入本文參考。壓縮過的石墨箔狀物在商業(yè)上可取得的有CRAF0IL+ 商品，系由設(shè)于美國俄亥俄州Lakewood的Graftech公司所提供,其厚度范圍在3密耳到600密耳。內(nèi)襯14可以由多個(gè)或多層材料制成。最內(nèi)的一層可與燃料電池燃料兼容，例如具有對(duì)燃料的抗性，并具有低滲透性。中間層可以對(duì)燃料電池燃料造成阻絕或是不可滲透。最外面的一層可以是另一層阻絕層，并具有對(duì)燃料的抗性。在一個(gè)實(shí)施例中，最內(nèi)的一層可以是經(jīng)過氟化處理的聚乙烯(LDPE或HDPE)，中間層可以是尼龍或硅晶，而外層可以是鋁箔。多層材料可以共同擠壓及折疊，以制成內(nèi)襯。內(nèi)襯的邊緣可由無線電頻率、超音波或熱源所產(chǎn)生的熱加以密封。內(nèi)襯也可以通過鋁箔收縮包裝。由于最內(nèi)層可以抵抗燃料的腐蝕效果，而中間及外層提供了阻絕，讓燃料保持在內(nèi)襯中，而外層則可以防止紫外線損壞內(nèi)襯這樣可以延長(zhǎng)燃料盒的存放時(shí)間。內(nèi)襯14也可以在不具有外盒12的情況下使用。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，外盒12可以是具有彈性，并會(huì)隨著燃料送出燃料盒而沿著內(nèi)襯14壓縮。強(qiáng)力彈性的外盒可以對(duì)內(nèi)襯14提供額外的結(jié)構(gòu)性支撐，同時(shí)消除了對(duì)于閥門20或薄膜32的需要，即可達(dá)到防止部 分真空生成的目的。外盒最好是由聚縮醛樹脂制成，它可以以注射制?；驍D出制成。外盒最好可以不含鋅、硫磺、滑石粉及石油等污染物，而且應(yīng)經(jīng)過氟化處理，以便將滲透降到最低。燃料盒10也可具有多重內(nèi)襯14。在一個(gè)實(shí)例中，燃料盒10可以具有第一個(gè)內(nèi)襯14用于容納純甲醇，而第二個(gè)內(nèi)襯14用于容納水，以應(yīng)用在直接甲醇燃料電池或甲醇轉(zhuǎn)化燃料電池上。在另一個(gè)實(shí)例中，燃料盒10具有第一個(gè)內(nèi)襯14用于容納純甲醇，而第二個(gè)內(nèi)襯14用于容納雙氧水，以及一個(gè)選擇性的第三內(nèi)襯14用于容納硫酸。在另一個(gè)實(shí)例中，燃料盒10可以具有第一個(gè)內(nèi)襯14用于容納硼氫化鈉，以及第二個(gè)內(nèi)襯用于容納水。內(nèi)襯也可以用來儲(chǔ)存液體副產(chǎn)品，像是水或水成硼酸鹽化鈉。
此外，內(nèi)襯14是可以重新填充的，并可以透過閥門18加以填充?；蛘?，內(nèi)襯14可以具有可分離的填充閥門，類似于關(guān)閉閥門18。內(nèi)襯14也可以由可伸展的或塑料類的材質(zhì)制成，以便在內(nèi)部壓力到達(dá)預(yù)定的層級(jí)時(shí)，內(nèi)襯可加以擴(kuò)展。此外，內(nèi)襯14中可以放置釋放閥門20或74，以便在內(nèi)部壓力到達(dá)預(yù)定的層級(jí)時(shí)釋放壓力。雖然這里描述的發(fā)明具體實(shí)施例已經(jīng)很明顯地實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以進(jìn)行很多修改及設(shè)計(jì)發(fā)明出其它具體實(shí)施例。此外，來自任何具體實(shí)施例的特征及/或組件，都可以單獨(dú)或合并地與其它具體實(shí)施例一起使用。因此，應(yīng)當(dāng)理解， 權(quán)利要求能夠涵蓋所有含有本發(fā)明精神及范圍的修改內(nèi)容及具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種可與燃料電池連接的燃料盒，其包括 外盒和內(nèi)含供燃料電池使用的燃料的彈性內(nèi)襯，其中彈性內(nèi)襯包括放置在內(nèi)襯里的插入物，以保持內(nèi)襯在燃料流出時(shí)相對(duì)開放，其中插入物的表面區(qū)域具有與內(nèi)襯的表面區(qū)域基本相似的形狀，并且其中插入物是彈性的。
2.如權(quán)利要求I所述的燃料盒，其中插入物與內(nèi)襯結(jié)合成一體。
3.如權(quán)利要求I所述的燃料盒，其中插入物包括網(wǎng)孔。
4.如權(quán)利要求I所述的燃料盒，其中插入物包括多個(gè)彼此相連的細(xì)微粒子。
5.如權(quán)利要求I所述的燃料盒，其中插入物包括互相連結(jié)、基本上堅(jiān)固的棒狀物，其能夠在內(nèi)襯變空時(shí)折起。
6.如權(quán)利要求I所述的燃料盒，其中內(nèi)襯與關(guān)閉閥門相連，而燃料通過關(guān)閉閥門傳送至燃料電池。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料盒，其中關(guān)閉閥門設(shè)置在與外盒相連的噴嘴內(nèi)。
8.—種可與燃料電池連接的燃料盒，其包括外盒和內(nèi)含供燃料電池使用的燃料的彈性內(nèi)襯，其中彈性內(nèi)襯包括與內(nèi)襯一體形成的插入物，以保持內(nèi)襯在燃料流出時(shí)相對(duì)開放。
9.如權(quán)利要求8所述的燃料盒，其中插入物的表面區(qū)域具有與內(nèi)襯的表面區(qū)域基本相似的形狀。
10.如權(quán)利要求8所述的燃料盒，其中插入物包括基體。
11.如權(quán)利要求8所述的燃料盒，其中插入物包括支架。
12.如權(quán)利要求I或8所述的燃料盒，其中燃料內(nèi)襯由氟化的聚乙烯制成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可與燃料電池相連的燃料盒(10)。上述燃料盒包括一個(gè)外盒(12)及一個(gè)內(nèi)含供燃料電池使用的燃料的彈性內(nèi)襯(14)。彈性內(nèi)襯當(dāng)中可以設(shè)置插入物(38)，以促使燃料從燃料盒傳送到燃料電池，插入物可以將留在燃料盒(10)中的燃料降到最少。彈性內(nèi)襯(14)也可以在沒有外盒(12)的情況下使用。外盒(12)可以基本上是堅(jiān)硬的或是具有彈性的。燃料盒(10)也適于接收燃料電池的副產(chǎn)品。燃料盒(10)還可以加壓，以便將燃料推至燃料電池。本發(fā)明還公開了設(shè)置單方向釋放閥門(20、74)用以防止燃料盒的內(nèi)部壓力變得太高或太低。
文檔編號(hào)B67D99/00GK102723512SQ201210213458
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者佛洛伊德·菲爾班克斯, 保羅·亞當(dāng)斯, 安德魯·J·庫瑞羅 申請(qǐng)人:法商Bic公司