專利名稱：燃料電池的液體灌注裝置、燃料電池及燃料筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以將高濃度甲醇等液體燃料從燃料筒安全地注入作為移動(dòng) 電話、筆記本電腦、掌上游戲機(jī)等便攜設(shè)備的內(nèi)藏電源來使用的小型燃料電池 中的燃料電池的液體灌注裝置、燃料電池及燃料筒，尤其涉及液體灌注裝置的 連接閥中使用的閥體的彈簧結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為移動(dòng)電話等的電源，固體電解質(zhì)型燃料電池受到關(guān)注，面向其實(shí)用化 的開發(fā)正在疾速發(fā)展。其開發(fā)的理念有小型和平面形狀，以及通過少量的燃料 消耗獲得高輸出。為了獲得高輸出必須使用發(fā)電效率高的燃料，作為最有力的燃料，高濃度甲醇液受到注目。例如，日本專利第3413111號(hào)公報(bào)中提出一種 以高濃度甲醇作為燃料的燃料電池。在將高濃度甲醇液作為燃料使用時(shí)，必須使系統(tǒng)不開放來成為封閉型，且 使燃料泵、送氣泵、燃料濃度傳感器等各種輔助機(jī)構(gòu)內(nèi)藏，燃料僅在電池內(nèi)部 消耗。高濃度甲醇由于是低沸點(diǎn)故容易揮發(fā)擴(kuò)散，其蒸汽可能會(huì)被人體吸入， 從安全衛(wèi)生上的觀點(diǎn)考慮，不應(yīng)使其暴露在外部空氣中。然而，在使用中燃料電池內(nèi)的罐會(huì)變空，在將液體燃料從筒補(bǔ)充至燃料電 池罐時(shí)，須將筒的液體排出口或電池本體的注入口部打開，因此在一段時(shí)間內(nèi) 系統(tǒng)被開放，高濃度甲醇可能會(huì)泄漏至外部。如上所述，從安全衛(wèi)生上的觀點(diǎn) 考慮，即使在燃料補(bǔ)充時(shí)也不允許高濃度甲醇泄漏至外部。由于補(bǔ)充燃料的操 作是由使用者進(jìn)行的，因此需要做到無論誰來操作都不會(huì)發(fā)生液體泄漏、可安 全可靠地進(jìn)行燃料補(bǔ)充。然而，灌注用連接器利用壓縮盤簧來使閥開閉驅(qū)動(dòng)，然而對(duì)燃料電池所 使用的連接器的閥機(jī)構(gòu)來說，若金屬彈簧與高濃度甲醇液接觸，則鐵、鉻、鎳 等金屬元素的陽離子會(huì)從金屬彈簧上溶出，該金屬陽離子會(huì)混入產(chǎn)生電池反應(yīng) 的部分，有可能導(dǎo)致電池特性的劣化。金屬陽離子的混入哪怕是微量也會(huì)對(duì)電 池特性造成大的不良影響，因此從液體接觸部不能有金屬陽離子溶出。發(fā)明公開為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過簡單的操作，可不發(fā)生 液體泄漏地將高濃度甲醇等液體安全地注入燃料電池，且不會(huì)因金屬陽離子的 混入使電池特性劣化的燃料電池的液體灌注裝置、燃料電池及燃料筒。本發(fā)明的燃料電池的液體灌注裝置，在燃料電池的注入口部(20)插入燃料筒的噴嘴(6)，將該噴嘴推入從而將該噴嘴的閥(8)及注入口部的閥(26) 都打開，從燃料筒的容器(2)通過該噴嘴及注入口部將液體注入燃料電池內(nèi)， 其特征在于，所述燃料筒噴嘴側(cè)的閥(8)具備與所述燃料筒的容器連通的液體流入口 (6c);開設(shè)于所述噴嘴的前端的液體排出口 (6a);配置在所述液 體流入口的附近的閥體(8f);形成在所述液體流入口的周壁上的閥座(4a); 對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第1壓縮彈簧(10);設(shè)置在被所述第1壓 縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)(11);從所述閥體向所述 噴嘴延伸、配置在與所述液體排出口連通的流路內(nèi)的閥桿(8b);支撐所述 第1壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間(9)的中塞(7)，所述燃料電池注入口部側(cè)的閥(26)具備從所述燃料筒噴嘴(6)接 收液體的液體接收口 (20a) ， 配置在所述液體接收口附近的閥體(26f); 形成在所述注入口部的流路的周壁的閥座(22a);對(duì)所述閥體向所述閥座 施力的第2壓縮彈簧(27);設(shè)置在被所述第2壓縮彈簧施力的所述閥體 與所述閥座間的密封環(huán)(28);從所述閥體向所述注入口部的液體接收口 延伸、配置在與所述液體接收口連通的流路內(nèi)的閥桿(26);支撐所述第2 壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間(29)的下部件(23)。本發(fā)明的燃料電池具有供燃料筒的噴嘴插入的注入口部，其特征在于， 所述注入口部具備從所述燃料筒噴嘴接收液體的液體接收口；配置在所 述液體接收口附近的閥體；形成在所述注入口部的流路的周壁的閥座；對(duì) 所述閥體向所述閥座施力的第2壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第2壓縮彈簧施 力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)；從所述閥體向所述注入口部的液體 接收口延伸、配置在與所述液體接收口連通的流路內(nèi)的閥桿；支撐所述第2 壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的下部件。本發(fā)明的燃料筒具有用于插入燃料電池的注入口部的噴嘴，以進(jìn)行液 體燃料的補(bǔ)充，其特征在于，所述噴嘴具備與所述燃料筒的容器連通的 液體流入口；與所述液體流入口連通、開設(shè)于所述噴嘴的前端的液體排出 口；配置在所述液體流入口的附近的閥體；形成在所述液體流入口的周壁 上的閥座；對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第1壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第1 壓縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)；從所述閥體向所述噴嘴 延伸、配置在與所述液體排出口連通的流路內(nèi)的閥桿；支撐所述第l壓縮彈 簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的中塞。第1及第2壓縮彈簧可由以下耐腐蝕性良好的材料構(gòu)成JIS G 4314所 規(guī)定的彈簧用不銹鋼線(例如SUS304-WPB) 、 JIS G 4313所規(guī)定的彈簧用不 銹鋼帶(例如SUS631J1-WPC) 、 JIS G 3130所規(guī)定的彈簧用鈹青銅(例如 C1720W)、磷青銅(例如C5191W)、以及鈦線材等。除了這些耐腐蝕金屬材料 外，也可采用彈簧用硬鋼線、鋼琴線、黃銅、鈹銅合金、鈦銅合金、17'7PH 不銹鋼等耐腐蝕金屬材料。第1及第2壓縮彈簧可由經(jīng)過表面處理的金屬材料制成。表面處理層可采 用金(Au)電鍍層、白金(Pt)電鍍層、銠(Rh)電鍍層等貴金屬電鍍層，或 使用在表面形成薄的氧化薄膜的鈦鍍層，或作為非金屬涂層使用碳(例如類金 剛石炭(DLCC))、鹵素等樹脂涂層。若對(duì)與高濃度甲醇液體接觸的部分采用 鐵、鉻、鎳、銅等賤金屬，則由于溶出在甲醇液體中的陽離子的混入，會(huì)導(dǎo)致 電池特性的劣化，因此必須使賤金屬材料不從液體接觸部分露出。另外，第1及第2壓縮彈簧可由非金屬材料制成?？衫锰?、聚對(duì)苯二 甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等耐甲醇性(耐藥 品性)良好的樹脂等非金屬材料制成壓縮盤簧。
可使第1壓縮彈簧的彈性系數(shù)e 1大于或等于所述第2壓縮彈簧的彈 性系數(shù)e 2，使所述燃料電池注入口部側(cè)的閥比所述燃料筒噴嘴側(cè)的閥先打 開或同時(shí)打開。另一方面，也可使第2壓縮彈簧的彈性系數(shù)e 2大于所述第 1壓縮彈簧的彈性系數(shù)e 1，使所述筒噴嘴側(cè)的閥比所述燃料電池注入口部 側(cè)的閥先打開。無論哪種閥的開閉順序都能起到液體防漏效果，且為了達(dá) 到更安全的防漏效果，最好使閥體施力壓縮彈簧的彈性系數(shù)為前者的關(guān)系 (e 1〉 e2)或相等關(guān)系(e l二 e2)，使電池本體側(cè)閥26先打開或同時(shí) 打開。若在液體燃料從筒噴嘴6被排出時(shí)電池本體側(cè)閥26已經(jīng)打開，則液體燃料可圓滑且迅速地進(jìn)入電池本體內(nèi)的罐中。第1及第2壓縮彈簧可以是圓筒盤簧(圖1 圖5)、梯形盤簧(圖7)、 或板簧(圖8)中任一種形狀。圓筒盤簧的優(yōu)點(diǎn)在于形狀簡單故易于制造， 且可容易地調(diào)整彈性系數(shù)。另一方面，梯形盤簧的優(yōu)點(diǎn)在于壓縮時(shí)圈與圈 之間不重合，能使最小厚度(軸向尺寸)縮小至彈簧線材的直徑大小。在 類似移動(dòng)電話的便攜設(shè)備中，燃料電池的小型化需求極高。若使用梯形盤 簧，則可使閥室內(nèi)的壓縮時(shí)的彈簧的占有容積最小，可獲得更多的閥體的 變位行程，且可將閥室縮減至最小。板簧也具有相同的優(yōu)點(diǎn)。


圖l是表示本發(fā)明的燃料電池的液體灌注裝置的內(nèi)部透視剖視圖。圖2是表示將燃料筒噴嘴插入燃料電池的注入口部的第1階段的液體灌注裝置的內(nèi)部透視剖視圖。圖3是表示將燃料筒噴嘴推入燃料電池的注入口部時(shí)的第2階段的液體灌注裝置的內(nèi)部透視剖視圖。圖4是表示將燃料筒噴嘴進(jìn)一步推入燃料電池的注入口部時(shí)的第3階段的液體灌注裝置的內(nèi)部透視剖視圖。圖5是表示將燃料筒噴嘴進(jìn)一步推入燃料電池的注入口部時(shí)的第4階段的液體灌注裝置的內(nèi)部透視剖視圖。圖6A是筒側(cè)閥用壓縮彈簧的剖視圖。
圖6B是電池本體側(cè)閥用壓縮彈簧的剖視圖。圖7是表示其它實(shí)施方式的閥用壓縮彈簧(梯形盤簧)的圖。 圖8A是表示別的其它實(shí)施方式的閥用壓縮彈簧(板簧)的俯視圖。 圖8B是圖8A的壓縮彈簧(板簧)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。 本發(fā)明的燃料電池的液體灌注裝置如圖1所示，由筒1與燃料電池本體 側(cè)的注入口 20組合構(gòu)成，如圖2至圖5所示，將作為筒側(cè)連接器的筒噴嘴6 插入作為本體側(cè)連接器的注入口部的液體接收口 20a，將作為液體燃料的高濃度甲醇液體供給至燃料電池本體內(nèi)的罐(未圖示)中。筒1具備容器2，該容器2規(guī)定了收容有作為液體燃料的高濃度甲 醇的儲(chǔ)液空間3;筒基座4，該筒基座4安裝成包圍形成在容器2的一端側(cè) 的開口部2a;設(shè)置在容器開口部2a的筒噴嘴6。容器2的形狀可為圓筒狀、 紡錘狀、扁平筒狀或方筒狀等各種形狀。筒基座4與筒噴嘴6是形成為一 體的成形件，筒噴嘴6從筒基座4向外方延伸。該基座4與噴嘴6的一體 成形品與容器開口部2a和中塞7間被截面為〕字狀的橡膠襯墊5密封。筒噴嘴6包括噴嘴本體6b、閥8、中塞7、壓縮彈簧IO及密封環(huán)11。 噴嘴本體6b的外周刻有作為卡口式連接器要素的槽6g。噴嘴本體6b的內(nèi) 部流路中插入有閥8的針(閥桿)8b。中塞7包圍閥8的閥體8f，以規(guī)定 閥室空間9。壓縮彈簧IO對(duì)閥體8f向閥底座4a施力。密封環(huán)11保持在閥 體8f的保持槽8h中，在壓縮彈簧10的施力下被推壓在閥底座4a上。將 密封環(huán)11強(qiáng)制從閥底座4a拉開后，液體流入口6c打開，液體向液體排4 出口 6a流動(dòng)。中塞7的形狀呈帽狀或杯狀，凸緣7b隔著橡膠襯墊5可裝卸地保持在 筒基座4上。中塞7由薄壁的樹脂(例如PEEK)構(gòu)成，具有一定程度的可 撓性。在組裝時(shí)，將閥8裝入中塞7內(nèi)，將中塞7的凸緣7b嵌入與筒基座 4粘合的橡膠襯墊5中，將筒基座4與容器開口 2a粘合、鉚接、或螺合。
閥8包括閥體8f、針(閥桿)8b及導(dǎo)銷8a。閥體8f的前端部(圖中 下側(cè))形成有保持槽8h，密封環(huán)11保持在該保持槽8h中。針8b從閥體 8f的前端側(cè)(圖中下側(cè))以針狀或棒狀延伸。針8b具有閥桿的功能，可升 降地插入噴嘴6的流路內(nèi)。針8b的長度大致與噴嘴6的流路的全長相等。 但是，其長度最好構(gòu)成為在筒1沒有與電池本體連接的未使用狀態(tài)下，使 針的前端8c從噴嘴的液體排出口 6a稍稍縮回一點(diǎn)。在避免針前端8c受損 的同時(shí)，可防止垃圾等異物從液體排出口 6a侵入噴嘴流路內(nèi)，另外，還可 防止閥的誤幵。導(dǎo)銷8a從閥體8f的后端部(圖中上側(cè))向容器2延伸，通過中塞7 的上部中央的孔7c向儲(chǔ)液空間3內(nèi)突出。中塞的上板7a上開設(shè)有多個(gè)連 通孔7c，液體燃料可通過連通孔7c從儲(chǔ)液空間3流入閥室空間9內(nèi)。閥體8f的后端部成為阻擋部8d，用于規(guī)定閥體8f可沿軸向(Z方向) 移動(dòng)的上升行程量。即作用于閥體8f的力超過壓縮彈簧10的施加力時(shí)，(密封環(huán)11被從閥底座4a拉開，液體流入口6c被開放，閥室空間9與噴 嘴的液體排出口6a連通)閥體8f不會(huì)無限制上升，在阻擋部8d與中塞的 上板7a抵接時(shí)閥體8f就會(huì)停止上升。壓縮彈簧10是由金屬材料構(gòu)成的圓筒形狀的盤簧，該金屬材料電鍍或涂敷有對(duì)高濃度甲醇具有耐腐蝕性的金屬或合金，其彈性系數(shù)e 1被調(diào)整為 規(guī)定大小。壓縮彈簧10的一端固接于中塞的上板7a的內(nèi)面，另一端固接 于閥體8f的小凸緣。密封環(huán)11是截面呈圓形的0形環(huán)，由電鍍或涂敷有對(duì)高濃度甲醇具有 耐腐蝕性的金屬或合金的金屬材料構(gòu)成。密封環(huán)11嵌入閥體8f的保持槽 8h。接下來，對(duì)燃料電池本體側(cè)的注入口部20進(jìn)行說明。 注入口部20具備上部件21、中間部件22、下部件23、橡膠架25、 閥26、壓縮彈簧27、密封環(huán)28、以及作為卡口式連接器要素的多個(gè)突起 30。上部件21、中間部件22、下部件23為大致相同的直徑，接合在同一 軸上。上部件21與中間部件22的一端側(cè)螺合，下部件23與中間部件22的另一端側(cè)螺合。由上部件21、中間部件22、下部件23成一體地形成的 組件被擰入未圖示的燃料電池本體，其大部分埋入燃料電池本體內(nèi)。未圖 示的燃料電池本體的內(nèi)部設(shè)有燃料罐，由下部件23與中間部件22規(guī)定的 閥室空間29通過孔23a與燃料罐連通。注入口部的液體接收口 20a開設(shè)于上部件21的上端部。上部件21的 內(nèi)周面上安裝有2個(gè)相對(duì)向的突起30，且分別向液體接收口 20a突出。這 2個(gè)突起30作為卡口式連接器要素發(fā)揮作用，其形成在可與筒側(cè)的噴嘴外 周的2條槽6g分別嵌合的位置并形成為可與筒側(cè)的噴嘴外周的2條槽6g 分別嵌合的形狀。環(huán)24作為堵塞噴嘴6與注入口部20間形成的間隙的密 封部件發(fā)揮功能。橡膠架25呈環(huán)狀，其基端部嵌入中間部件22的凹處，其前端部25a 向液體接收口 20a延伸。橡膠架前端部25a的直徑與筒噴嘴6的直徑大致 相等。橡膠架25由硬度在希望值范圍內(nèi)的合成橡膠制成。噴嘴6與橡膠架 前端部25a抵接后，前端部25a發(fā)生彈性形變(壓縮)使噴嘴6可變位。閥26包括閥體26f、導(dǎo)銷26a、針(閥桿)26b、阻擋部26d、壓縮 彈簧27、密封環(huán)28及閥底座22a。壓縮彈簧27是由金屬材料構(gòu)成的圓筒 形狀的盤簧，該金屬材料電鍍或涂敷有對(duì)高濃度甲醇具有耐腐蝕性的金屬 或合金，其彈性系數(shù)e 2被調(diào)整為規(guī)定大小。在被壓縮彈簧27施力的閥體 26f的密封環(huán)28被推壓在閥底座22a的狀態(tài)下，閥室空間29與液體接收口 20a的連通被截?cái)唷Ｈ魜碜試娮靷?cè)的推入力超過壓縮彈簧27的施加力，則 密封環(huán)28被從閥底座22a拉開，使得閥室空間29與液體接收口 20a連通。 在此，筒側(cè)閥8與電池本體側(cè)閥26的哪一方先打開，即閥的開閉順序 是根據(jù)向各閥體8f、 26f施力的壓縮彈簧10、 27的彈性系數(shù)的大小來決定 的。在筒側(cè)彈簧10的彈性系數(shù)e 1大于電池本體側(cè)彈簧27的彈性系數(shù)e 2(el〉e2)時(shí)，電池本體側(cè)的閥26先打開，筒側(cè)的閥8后打開。另一方 面，在電池本體側(cè)彈簧27的彈性系數(shù)e 2大于筒側(cè)彈簧10的彈性系數(shù)E 1(el<e2)時(shí)，筒側(cè)的閥8先打開，電池本體側(cè)的閥26后打開。另外， 在彈簧10的彈性系數(shù)e 1與電池本體側(cè)彈簧27的彈性系數(shù)e 2相等(e 1
=e 2)時(shí)，兩個(gè)閥8、 26同時(shí)打開。閥8、 26的開閉順序在任一情況下都可起到防漏的效果。然而為了達(dá) 到更安全的防漏效果，最好使壓縮彈簧10、 27的彈性系數(shù)el、 e2為前 者的關(guān)系(e 1〉 e 2)或相等關(guān)系(e 1= e 2)，使電池本體側(cè)閥26先打 開或兩個(gè)閥8、 26同時(shí)打開。若在液體燃料從筒噴嘴6被排出時(shí)電池本體 側(cè)閥26已打開，則液體燃料可圓滑且迅速地進(jìn)入電池本體內(nèi)的罐中。與此相對(duì)地，在壓縮彈簧10、 27的彈性系數(shù)el、 e2為后者的關(guān)系 (e 1< e 2=時(shí)，若電池本體側(cè)閥26的打開時(shí)機(jī)過遲，則有可能發(fā)生液體 泄漏。由于筒容器2的內(nèi)壓為正壓(例如+ 0.2 0. 5kgf/cm2)，因此在閥 26打開前液體燃料就有可能溢出至外部。因此，在采用后者的關(guān)系(el < e 2)時(shí)，必須注意不可使電池本體側(cè)彈簧27的彈性系數(shù)e 2過多地大于 筒側(cè)彈簧10的彈性系數(shù)e 1。針26b具有閥桿的功能，從閥體26f的前端部(圖中上側(cè))向液體接 收口20a延伸，以形成插入注入口部的流路內(nèi)的狀態(tài)。針26b的主要部的 周圍被橡皮架25包圍。針的前端部26c形成凹狀，可與筒噴嘴側(cè)閥的凸?fàn)?的針前端部8c嵌合。在針8b、 26b彼此對(duì)接時(shí)，若對(duì)接面積過小則可能會(huì) 以偏移狀態(tài)推入而無法確保流路。為了防止針8b、 26b的偏移，使筒噴嘴 側(cè)的針前端部8c形成凸?fàn)?，且使注入口部?cè)的針前端部26c形成凹狀，使得兩者可靠地卡合。導(dǎo)銷26a通過下部件23的孔23c向燃料罐(未圖示)突出。閥體26f 的后端部(圖中的下側(cè))構(gòu)成阻擋部26d，用于規(guī)定闊體26f可沿軸向移動(dòng) 的上升行程量。即作用于閥體26f的力超過壓縮彈簧27的施加力時(shí)，密封 環(huán)28被從閥底座22a拉開，閥室空間29與液體接收口 20a連通而開放， 閥體26f不會(huì)無限制上升，在阻擋部26d與下部件23的底部抵接時(shí)閥體26f就會(huì)停止上升。另外，針8b、 26b及導(dǎo)銷8a、 26a的外周上沿長軸形成有槽狀凹處(未 圖示)，在其與噴嘴6的內(nèi)周壁等之間分別形成有可供液體燃料流通的流 路。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備用連接器，要求整體小型化故很難確保流路。因此，除 連通孔7d、 23a外，在這些閥要素8a、 8b、 26a、 26b上分別形成流路形成 用的槽或凹陷，以彌補(bǔ)流路的不足。容器2、筒基座4、筒噴嘴6、中塞7、閥體8f、 26f、中間部件22、 下部件23的材質(zhì)為PEEK。上部件21及環(huán)24的材質(zhì)為不銹鋼(SUS304)。 襯墊5、密封環(huán)ll、 28、橡膠架25的材質(zhì)為分別經(jīng)過硬度調(diào)整的合成橡膠 (EPDM 30° 50° )。對(duì)筒側(cè)閥的閥體8f施力的壓縮彈簧10如圖6A所示，母材10b的全表 面被覆蓋層10c覆蓋。另外，對(duì)電池本體側(cè)閥的閥體26f施力的壓縮彈簧 27也一樣如圖6B所示，母材27b的全表面被覆蓋層27c覆蓋。母材10b、 27b由同種金屬材料構(gòu)成，且覆蓋層10c、 27c由同種方法、同種材料制成。本實(shí)施方式中，采用直徑4ram的JIS G 4314所規(guī)定的彈簧用不銹鋼線 SUS304-WPB線材作為母材10b、 27b，將其加工成形為壓縮盤簧的形狀后， 通過電鍍形成由純金(純度99.99%)構(gòu)成的厚度為3um的覆蓋層10c、 27c。在本實(shí)施方式中，彈簧的母材10b、 27b采用了奧氏體不銹鋼 (SUS304-WPB)，然而也可采用JIS G 4314所規(guī)定的彈簧用不銹鋼線(例如 SUS316-WPA) 、 JIS G 4313所規(guī)定的彈簧用不銹鋼帶(例如SUS631J1-WPC)、 JISG3130所規(guī)定的彈簧用鈹青銅(例如C1720W)、磷青銅(例如C5191W)、 以及鈦線材等耐腐蝕性良好的材料。除了這些耐腐蝕金屬材料外，也可采用彈 簧用硬鋼線、鋼琴線、黃銅、鈹銅合金、鈦銅合金、17 7PH不銹鋼等金屬材 料。另外，作為彈簧的母材10b、 27b也可采用具有彈性的非金屬材料。例 如，碳、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC) 等耐甲醇性(耐藥品性)良好的樹脂等非金屬材料制成壓縮盤簧。對(duì)于覆蓋層10c、 27c，可使用作為表面處理層形成的金(Au)電鍍層、 白金(Pt)電鍍層、銠(Rh)電鍍層等貴金屬電鍍層，或使用形成硬的氧化薄 膜的鈦鍍層，或作為非金屬涂層使用碳(例如類金剛石炭(DLCC))、鹵素等 樹脂涂層。若對(duì)與高濃度甲醇液體接觸的部分采用鐵、鉻、鎳、銅等賤金屬， 陽離子的混入，會(huì)導(dǎo)致電池特性的劣化，因此必須 使賤金屬材料不從液體接觸部分露出。因此必須對(duì)應(yīng)用于閥的彈簧進(jìn)行表面處 理。另外，除了彈簧以外，其它與甲醇接觸的部件均由樹脂、橡膠構(gòu)成，因此 可避免金屬性的陽離子的混入。接下來，參照?qǐng)D2 圖5對(duì)將液體燃料從筒注入電池本體側(cè)時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行 說明。將筒噴嘴6插入注入口部的液體接收口 20a，使注入口部側(cè)的突起30與 筒噴嘴側(cè)的槽6g嵌合，使得噴嘴6沿軸向直線移動(dòng)后，開始向周向移動(dòng)。在 該位置上，如圖2所示，噴嘴6的前端與橡膠架前端部25a抵接(將噴嘴插入 2.7mm時(shí)與橡膠架前端部25a接觸)。接下來，將噴嘴6沿軸向和周向稍稍推入一點(diǎn)后，如圖3所示，橡膠架前 端部25a發(fā)生彈性形變(壓縮)，筒側(cè)閥的針前端8c與注入口部側(cè)閥的針前 端26c抵接(使橡膠架壓縮O. 5國時(shí)閥的針前端8c、 26c彼此接觸)。將噴嘴6沿軸向和周向進(jìn)一步推入后，橡膠架25被進(jìn)一步壓縮，且闊體 26f整體克服壓縮彈簧27的施加力被推下，將密封環(huán)28從閥底座22a拉開。 將噴嘴6推入至阻擋部26d與注入口部下部件23的底板抵接的死點(diǎn)后，如圖4 所示，電池本體側(cè)的閥26完全打開(使橡膠架壓縮l.Omm時(shí)電池本體側(cè)的閥 26完全打開)。將噴嘴6沿軸向和周向進(jìn)一步推入后，閥體8f整體克服壓縮彈簧10的 施加力被推上，將密封環(huán)11從閥底座4a拉開。將噴嘴6推入至阻擋部8d與 中塞的上板7a抵接的死點(diǎn)后，如圖5所示，筒側(cè)的閥8完全打開(使橡膠架 壓縮1.5mm時(shí)筒側(cè)的閥8完全打開)。像這樣通過將筒噴嘴6推入使電池本體側(cè)的橡膠架25發(fā)生彈性形變，兩 個(gè)閥8、 26都打開，可不發(fā)生液體泄漏地將液體燃料從筒側(cè)注入電池本體側(cè)。 另外，閥8與閥26的哪一方先打開，即閥的開閉順序是根據(jù)向各閥體8f、 26f施力的壓縮彈簧10、 27的彈性系數(shù)的大小來決定的。在本實(shí)施方式的 情況下，即筒側(cè)的壓縮彈簧10的彈性系數(shù)e 1大于電池本體側(cè)的壓縮彈簧 27的彈性系數(shù)e 2 ( e 1〉 e 2)時(shí)，電池本體側(cè)的閥26先打開，筒側(cè)的閥 8后打開。與此相對(duì)地，若電池本體側(cè)的壓縮彈簧27的彈性系數(shù)e 2大于 筒側(cè)的彈簧10的彈性系數(shù)e 1 ( e 1< e 2)，則筒側(cè)的閥8先打開，電池 本體側(cè)的閥26后打開。本實(shí)施方式中，為了使賤金屬材料不露出在液體接觸部分，可對(duì)閥開 閉驅(qū)動(dòng)用得彈簧進(jìn)行表面處理(貴金屬電鍍)，或利用非金屬覆蓋層(樹 脂涂層)覆蓋表面，因此可防止因陽離子的混入而導(dǎo)致的電池性能的劣化。接下來，參照?qǐng)D7、圖8A、圖8B對(duì)其它的閥用壓縮彈簧的例子進(jìn)行說明。上述實(shí)施方式中，閥用壓縮彈簧采用了圓通形狀的盤簧，然而本發(fā)明 中使用的壓縮彈簧并不限定于此，也可采用圓筒盤繞形狀以外的其它各種 形狀的彈簧。例如，可將圖7所示的梯形盤簧27A應(yīng)用于電池本體側(cè)的閥 26。梯形盤簧27A的一端側(cè)具有小徑部27e、另一端側(cè)具有大徑部27f ，每 隔一個(gè)螺旋間距，盤簧27A直徑就增減線材直徑以上的尺寸，從而形成錐 形螺旋狀。這種梯形盤簧27A在壓縮時(shí)圈與圈之間不重合，使最小厚度(軸 向尺寸)縮小至接近彈簧線材的直徑大小。在類似移動(dòng)電話的便攜設(shè)備中， 燃料電池的小型化需求極高。若使用梯形盤簧27A，則可使閥室內(nèi)的壓縮時(shí) 的彈簧的占有容積最小，可獲得更多的閥體的變位行程，且可將閥室縮減 至最小。另外，也可將圖8A及圖8B所示的板簧27B應(yīng)用于電池本體側(cè)的閥26。 板簧27B是通過在環(huán)狀的基材27g的局部刻入3字狀的切槽而形成6個(gè)豎 起部27h來構(gòu)成的。6個(gè)豎起部27h如圖8A所示，以中心軸對(duì)稱并以等間 距配置，從上方按壓后會(huì)發(fā)生彈性變位而沉入基材27g內(nèi)，與基材27g大 致形成為一面，板簧27B整體的厚度與基材27g的厚度大致相等。撤銷施 力后，豎起部27h發(fā)生彈性變位回復(fù)原本的形狀。采用此類板簧27B也能 得到與上述梯形盤簧27A相同的效果。以上對(duì)將梯形盤簧或板簧應(yīng)用于電池本體側(cè)的閥26的例子進(jìn)行了說 明，當(dāng)然也可在筒側(cè)的閥8使用梯形盤簧或板簧。另外，也可如圖6B所示， 利用耐腐蝕性良好的覆蓋層27c覆蓋該梯形盤簧27A或板簧27B。
另外，上述實(shí)施方式中，對(duì)用于將甲醇等液體燃料從筒注入燃料電池 的罐中的灌注系統(tǒng)進(jìn)行了說明，然而本發(fā)明并不限定于此，在用于從筒向 燃料電池的固體電解質(zhì)膜補(bǔ)充水的水灌注系統(tǒng)中也可使用本發(fā)明。利用水 灌注系統(tǒng)注入適量的水，使得即使在發(fā)電動(dòng)作停止后將燃料電池長時(shí)間放 置時(shí)，也可對(duì)燃料電池內(nèi)的固體電解質(zhì)膜進(jìn)行加濕，從而使燃料電池可容 易地再起動(dòng)。另外，在發(fā)電動(dòng)作運(yùn)轉(zhuǎn)后，因發(fā)電反應(yīng)而形成生成水，利用 高濃度燃料繼續(xù)進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作，因此在筒內(nèi)準(zhǔn)備少于液體燃料量的水量就 足夠了。另外，上述實(shí)施方式中，對(duì)僅供給液體燃料的灌注系統(tǒng)進(jìn)行了說明， 然而本發(fā)明并不限定于此，在可兼用于液體燃料及水這兩者的注入的灌注 系統(tǒng)中也可使用本發(fā)明。也就是說，也可將筒容器的內(nèi)部分隔為2室，在l 室中收容液體燃料，另1室中收容水，從分別設(shè)置于筒本體的噴嘴分別向 燃料電池本體供給液體燃料和水。然而，這種情況下燃料電池本體側(cè)的注 入口部也必須分別設(shè)置為液體燃料用注入口部和水用注入口部。另外，上述實(shí)施方式中，作為液體燃料對(duì)甲醇燃料進(jìn)行了說明，然而 并不限定于此，也可采用例如乙醇溶液或純乙醇等乙醇燃料、丙醇溶液 或純丙醇等丙醇燃料、乙醇酸溶液或純乙醇酸等乙醇酸燃料、二甲醚、甲 酸以及其它的液體燃料，即使用與燃料電池相應(yīng)的液體燃料。此時(shí)，可通 過適當(dāng)選擇與各液體燃料所對(duì)應(yīng)的材料來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的課題。本發(fā)明可用于將高濃度甲醇等液體燃料安全地注入作為移動(dòng)電話、隨身 聽、筆記本電腦、掌上游戲機(jī)等便攜設(shè)備的內(nèi)藏電源來使用的小型的燃料電池 中。若使用本發(fā)明，不會(huì)因金屬陽離子的混入而使電池特性劣化，且可通過 簡單的操作不發(fā)生液體泄漏地將高濃度甲醇等液體安全地注入燃料電池。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池的液體灌注裝置，在燃料電池的注入口部插入燃料筒的噴嘴，將該噴嘴推入從而將該噴嘴的閥及注入口部的閥都打開，從燃料筒的容器通過該噴嘴及注入口部將液體注入燃料電池內(nèi)，其特征在于，所述燃料筒噴嘴側(cè)的閥具備與所述燃料筒的容器連通的液體流入口；開設(shè)于所述噴嘴的前端的液體排出口；配置在所述液體流入口的附近的閥體；形成在所述液體流入口的周壁上的閥座；對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第1壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第1壓縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)；從所述閥體向所述噴嘴延伸、配置在與所述液體排出口連通的流路內(nèi)的閥桿；以及支撐所述第1壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的中塞，所述燃料電池注入口部側(cè)的閥具備從所述燃料筒噴嘴接收液體的液體接收口；配置在所述液體接收口附近的閥體；形成在所述注入口部的流路的周壁的閥座；對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第2壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第2壓縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)；從所述閥體向所述注入口部的液體接收口延伸、配置在與所述液體接收口連通的流路內(nèi)的閥桿；以及支撐所述第2壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的下部件。
2、 如權(quán)利要求1所述的液體灌注裝置，其特征在于， 所述第1及第2壓縮彈簧由耐腐蝕性良好的金屬材料構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求l所述的液體灌注裝置，其特征在于， 所述第1及第2壓縮彈簧由經(jīng)過表面處理的金屬材料構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求3所述的液體灌注裝置，其特征在于， 所述表面處理是貴金屬電鍍或樹脂涂敷。
5、 如權(quán)利要求l所述的液體灌注裝置，其特征在于， 所述第1及第2壓縮彈簧由非金屬材料構(gòu)成。
6、 如權(quán)利要求l所述的液體灌注裝置，其特征在于，所述第1壓縮彈簧的彈性系數(shù)(e 1)大于或等于所述第2壓縮彈簧的 彈性系數(shù)(e2)，所述燃料電池注入口部側(cè)的閥比所述燃料筒噴嘴側(cè)的閥 先打開或同時(shí)打開。
7、 如權(quán)利要求l所述的液體灌注裝置，其特征在于，所述第2壓縮彈簧的彈性系數(shù)(e 2)大于所述第1壓縮彈簧的彈性系 數(shù)(e 1)，所述燃料筒噴嘴側(cè)的閥比所述燃料電池注入口部側(cè)的閥先打開。
8、 如權(quán)利要求l所述的液體灌注裝置，其特征在于，所述第l及第2壓縮彈簧是圓筒盤簧、梯形盤簧、板簧中的任一種。
9、 一種燃料電池，為了進(jìn)行液體燃料的補(bǔ)充而具有供燃料筒的噴嘴插 入的注入口部，其特征在于，所述注入口部具備從所述燃料筒噴嘴接收液體的液體接收口； 配置在所述液體接收口附近的閥體； 形成在所述注入口部的流路的周壁的閥座； 對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第2壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第2壓縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)； 從所述闊體向所述注入口部的液體接收口延伸、配置在與所述液體接 收口連通的流路內(nèi)的閥桿；以及支撐所述第2壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的下部件。
10、 一種燃料筒，具有用于插入燃料電池的注入口部的噴嘴，以進(jìn)行 液體燃料的補(bǔ)充，其特征在于，所述噴嘴具備與所述燃料筒的容器連通的液體流入口； 與所述液體流入口連通、開設(shè)于所述噴嘴前端的液體排出口； 配置在所述液體流入口附近的閥體； 形成在所述液體流入口的周壁上的閥座； 對(duì)所述閥體向所述閥座施力的第1壓縮彈簧；設(shè)置在被所述第1壓縮彈簧施力的所述閥體與所述閥座間的密封環(huán)； 從所述閥體向所述噴嘴延伸、配置在與所述液體排出口連通的流路內(nèi)的 閥桿；支撐所述第1壓縮彈簧、且規(guī)定包圍所述閥體的閥室空間的中塞。
全文摘要
燃料筒噴嘴側(cè)的閥具備閥體(8)；閥座(4a)；對(duì)閥體向閥座施力的第1壓縮彈簧(10)；設(shè)置在被第1壓縮彈簧施力的閥體與閥座間的密封環(huán)(11)；配置在與噴嘴的液體排出口連通的流路內(nèi)的閥桿(8b)；支撐第1壓縮彈簧的中塞(7)，燃料電池注入口部側(cè)的閥具備閥體(26)；閥座(22a)；對(duì)閥體向閥座施力的第2壓縮彈簧(27)；設(shè)置在被第2壓縮彈簧施力的閥體與閥座間的密封環(huán)(28)；配置在與液體接收口連通的流路內(nèi)的閥桿(26b)；支撐第2壓縮彈簧的下部件(23)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101151757SQ20068001010
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者安井秀朗, 川村公一, 長谷部裕之, 高橋賢一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝