具有环境传感阀的燃料盒的制作方法

专利名称：具有环境传感阀的燃料盒的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及燃料供应，例如给各种燃料电池供应燃料的箱。更具体的，本发明涉及具有控制燃料流量的环境传感阀的箱。
背景技术：
燃料电池是将反应物，例如燃料和氧化剂，的化学能直接转换成直流电的器件。由于应用的增加，燃料电池较传统能量产生装置更有效率，例如腐物燃料燃烧，且较便携能量存储装置效率更高，例如锂离子电池。通常，燃料电池技术包括多种不同的电池，例如碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和酶燃料电池。今天更重要的燃料电池可以分为三大类，即(i)使用压缩氢气(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)使用甲醇(CH3OH)、硼氢化钠(NaBH4)、烃类(例如丁烷)或重整成氢燃料的其它燃料的质子交换膜(PEM)燃料电池；(iii)可以直接消耗非氢燃料的燃料电池或直接氧化燃料电池。最普通的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它直接氧化燃料电池包括直接甲醇燃料电池和直接四甲基原碳酸盐燃料电池。
压缩氢气通常高压保存，因此很难处理。并且，通常需要大存储罐且为了给消费者存储电能而不能做得很小。传统的重整燃料电池需要重整器和其它蒸馏器以及辅助系统以将燃料转化成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。今年的发展使得重整器或重整燃料电池有希望用于消费电子产品。DMFC是最简单且潜在的最小的燃料电池，而且具有电源应用潜力，其中甲醇直接与燃料电池中的氧化剂反应，用于相对大的应用的DMFC通常包括为阴极提供氧化剂(通常是空气或氧气)的风扇或压缩机、为阳极提供水/甲醇混合物的泵以及膜电极组(MEA)。膜电极组通常包括阴极、质子交换膜和阳极。在操作期间，水/甲醇液态燃料混合物直接供应给阳极，而氧化剂供应给阴极。每个电极的电化学反应和直接甲醇燃料电池的全部反应如下描述阳极的半反应CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-阴极的半反应O2+4H++4e-→2H2O电池的全部燃料反应CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O由于氢离子(H+)从阳极穿过质子交换膜迁移到阴极以及自由电子(e-)不能穿过质子交换膜，因此电子必须通过外电路流动，这就产生了外电路电流。外电路可以是任何可用的用户电子设备，例如移动电话、计算器、个人数字助理、便携式计算机以及电动器具等。直接甲醇燃料电池在美国专利5,992,008和5,945,231中都有详述，在此作为参考。通常质子交换膜由聚合物制成，例如由杜邦提供的Nafion，其具有厚度大约0.05毫米到大约0.50毫米的全氟磺酸聚合物。阳极一般由有催化剂薄层，例如沉积在其上的铂-钌，的特氟龙碳纸做基底制成。阴极一般是气体扩散电极，其中铂粒子粘接在膜的一边。
如上所述，由于其它燃料电池的燃料重整成氢气，而氢气与燃料电池中的氧化剂反应以产生电。上述重整燃料包括多种燃料，包括甲醇和硼氢化钠。硼氢化钠重整器燃料电池的电池反应如下NaBH4+2H2O→(加热或催化剂)→4(H2)+(NaBO2)H2→2H++2e-(在阳极)2(2H++2e-)+O2→2H2O(在阴极)合适的催化剂包括例如铂和钌。重整硼氢化钠产生的氢气在燃料电池中与氧化剂(例如氧气)反应以产生电(或电子流)和水副产品。重整过程中还产生硼酸钠(NaBO2)副产品。在专利号为4,261,956的美国专利申请中记载了硼氢化钠燃料电池，在此通过参考并入。
在燃料盒、燃料电池和/或燃料再填充装置之间传输燃料需要阀。现有技术公开了各种阀和流量控制装置例如专利号为6,506,513和5,723,229的美国专利申请。US2003/0082427A1和US2002/0197522A1。流量阀需要因应环境因素的改变来控制燃料的流量。

发明内容
本发明涉及具有通过改变环境因素例如燃料的温度、压力或燃料流的流速开启阀的燃料电池的燃料供应装置。环境阀工作以保护燃料电池避免燃料涌。在一些实施例中，当选定的环境因素达到预定值时，本发明的环境阀可以切断燃料流。在其它实施例中，环境阀可以允许足以操作燃料电池的燃料流过燃料阀使得燃料电池以及其提供电源的电子设备连续工作，。


附图是说明书的一部分，要结合起来理解，附图中相同的标号用于表示各视图中相同的部分图1是使用本发明燃料供应装置的消费电子产品的示意透视图，其中燃料供应装置从装置中移除，并示出其截面图。
图2是图1中燃料供应装置的示意透视图。
图3a是使用在燃料供应装置中的环境敏感阀的第一实施例在开启状态下的部分截面图；图3b是图3a中第一实施例的阀处于关闭状态下的部分截面图；图4a是本发明实施例可用的装置机构的部分截面图；图4b-4d是可替代的机构的部分截面图。
图5是使用在燃料供应装置中的环境敏感阀的第二实施例在开启状态下的部分透视图；图6是图5中第二实施例的阀处于关闭状态下的部分透视图；图7是使用在燃料供应装置中用于环境敏感阀的第三实施例的双金属弹簧的透视图；图8是处于开启状态的环境敏感阀的第三实施例的部分截面图；图9是处于关闭状态的图8中的阀的第三实施例的部分截面图；图10是使用在燃料供应装置中用于环境敏感阀的第四实施例的双金属弹簧的透视图；图11是阀的第四实施例处于打开状态下的部分截面图；图12是图11中的第四实施例处于关闭状态下的部分截面图；图12a-12b是图11所示的阀的可替代实施例的部分截面图；图13是环境敏感阀的第5实施例处于开启状态下的部分截面图；图14是图13中阀的第5实施例的处于关闭状态下的部分截面图。
图15是环境敏感阀的第6实施例处于开启状态下的部分截面图；图16是图15中阀的第6实施例处于关闭状态下的部分截面图。
图17是环境敏感阀的第7实施例处于开启状态下的部分截面图；图18是图17中阀的第7实施例处于关闭状态下的部分截面图；图19-21是用于本发明的各种阀的双金属弹簧的各种可替代实施例的截面图；图22是本发明第8实施例处于未驱动位置的部分截面图；图23是图22中阀处于驱动位置的部分截面图；图24是图22中阀处于另一驱动位置的部分截面图或是本发明第9实施例处于未驱动位置的部分截面图；图25是图24中第9实施例的可替代的配置的部分截面图。
图26是第10实施例中环境敏感阀处于开启状态下的部分截面图；图27是图26中第10实施例的阀处于关闭状态下的部分截面图；图28a是第11实施例的环境敏感阀处于开启状态下的部分截面图；图28b是图28a环境敏感阀的中第11实施例处于开启状态下的部分截面图；图29a是图28中的环境敏感阀的第11实施例处于开启状态下的部分截面图；图29b是图29a中的阀的第11实施例处于关闭状态下的部分截面图；图30是中环境敏感阀的实施例12处于开启状态下的部分截面图；图31是图30中阀的实施例12处于关闭状态下的部分截面图；图32是环境敏感阀的实施例13的密封元件的透视图；图33是实施例13处于开启状态下的部分截面图；图34是图33中阀的实施例13处于关闭状态下的部分截面图；图35是图33中阀的实施例13处于另一关闭状态下的部分截面图；图36是环境敏感阀的实施例14处于开启状态下的部分截面图；图37是图36中阀的实施例14处于关闭状态下的部分截面图；
图37a是图36中所示的阀的可替代实施例的部分截面图；图38是环境敏感阀的实施例15的透视图；图39是图38中阀的实施例15处于开启状态下的部分截面图；图40是图39中阀的实施例15处于关闭状态下的部分截面图；图41是环境敏感阀的实施例16的部分截面图，其中阀处于开启状态；图42是图41中阀的实施例16处于关闭状态的部分截面图；图43是图41中阀的实施例16处于另一关闭状态下的部分截面图；图44是环境敏感阀的实施例17处于开启状态下的截面图；图45是图44中阀的实施例17处于关闭状态下的部分截面图；图45a是用于图44中所示阀的温度敏感元件的可替代实施例的截面图；图46是用于图44中的阀的主体透视图；图47是图46中主体沿箭头47-47的截面图；图48是用于图44中阀的帽的透视图；图49-50是用于图44的阀的插塞的各种不同的透视图；图51是环境敏感阀的第18实施例处于开启状态下的截面图；图52是图51中阀的第18实施例处于关闭状态下的截面图；图53是图51中阀的另一实施例的截面图；图54是根据本发明另一方面具有压力传感元件的阀的实施例19的截面图，其中阀处于开启状态；图55是图54的阀的截面图，其中阀处于关闭状态；图56是根据本发明另一方面具有压力传感元件的阀的实施例20的截面图，其中阀处于第一位置；图57-59是图55中阀的截面图，其中阀分别处于第二、第三和第四位置；
图60是包括压力敏感元件的阀的实施例21处于未驱动状态的透视图；图61图60中的阀沿线61-61的截面图；图62是图60中的阀处于驱动状态的透视图；图63是包含压力敏感元件的阀的实施例22处于未驱动状态的透视图；图64是图63中的阀沿线64-64的截面图；图65是图63中的阀处于驱动状态的透视图；图66A-66D是根据本发明另一方面的阀元件的实施例23的截面图；图67是图66A-66D所示的密封元件的截面图；图68A-68D是根据本发明另一方面的阀元件的实施例24的截面图；图69是图68A-68D所示的密封元件的截面图；而图70是密封元件可替代实施例的截面图；具体实施方式
如附图所示以及下面所详细的讨论，本发明直接涉及燃料供应机构，上述燃料供应机构储存燃料电池的燃料，例如甲醇和水、甲醇/水的混合物、各种不同浓度的甲醇/水的混合物或纯甲醇。甲醇在很多种类的燃料电池中广泛应用，例如，DMFC、酶燃料电池、重整器燃料电池或其它。燃料供应机构可以含有其它种类的燃料电池用燃料，例如乙醇或酒精，金属氢化物，例如硼氢化钠，其它可重整生成氢气的化学物质或其它可以改进燃料电池性能或效率的化学物质。燃料也包括氢氧化钾(KOH)电解液，氢氧化钾电解液，可用于金属燃料电池或碱性燃料电池，并且可以被储存在燃料供应机构中。对于金属燃料电池，燃料是液态锌粒子(borne zinc)浸入KOH电解反应溶液中，并且电池腔内的阳极是锌粒子形成的颗粒状阳极。KOH电解溶液披露于美国公开的专利申请号为US 2003/0077493 A1的专利中。名称是“使用燃料电池系统构成一个或多个负载电源的方法”，
公开日是2003年4月24日，并通过参考全部并入文本。燃料包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，燃料流经形成在硅晶片上的催化剂从而产生了燃料电池反应。燃料也包括前面讨论过的金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)和水，以及由该反应所产生的低压，低温。燃料进一步包括碳氢化合物燃料，包括但不仅限于披露于美国公开的申请号为US 2003/0096150 A1的专利的丁烷、煤油、酒精和天然气，上述美国专利的名称为“关于界面的液体燃料电池装置”，
公开日为2003年5月22日，并通过参考全部并入文本。燃料也包括与燃料发生反应的液态氧化剂。因此，本发明不限制任何种类的燃料、电解液、氧化剂或供应机构中包含的液体。本文中使用的“燃料”一词包括所有可能在燃料电池或燃料供应机构中发生反应的燃料，并且包括但并不限于所有上述适用的燃料、电解液、氧化剂溶液、气体、液体、固体和/或其化学物质和混合物。
本文中所使用的“燃料供应机构”一词包括但不限于一次性盒子(disposable cartridges)、可再填充/可再用的盒子、容器、电子装置中的盒子、电子装置外可移除的盒子、电子装置外的盒子、燃料箱、燃料再填充箱、其它储存燃料的容器以及与燃料箱、容器、燃料电池或由燃料电池提供电源的电子装置连接的管道。虽然下文结合实施例描述了本申请的盒子，但必须注意的是这些实施例也是适用在其它燃料供应机构上，而本发明不限于任何特殊形式的燃料供应机构上。
各种环境因素可以给燃料电池的性能带来负面影响。例如，高温、高燃料流量或高燃料压力都可以损坏燃料电池。首选的燃料，甲醇，具有65℃的低沸点。这意味着如果甲醇燃料供应装置被储存在温暖的环境中(例如，环境温度大于等于65℃)，例如在热天时的汽车中或在热天时的公文包中，液体甲醇会转变成气态，从而压迫燃料供应装置。如果燃料供应装置与电子装置相连，并转变相态，则会使燃料流速提高从而损坏燃料电池。因此，在预定的环境条件下，例如流量或温度，减小或阻止流量的流量阀是需要的。
如附图和下述细节所示，本发明涉及一种燃料供应装置或用于供应燃料电池FC(如以虚线所示)的燃料盒10或用于供电给负载11的燃料电池系统，如图1所示。负载或电子装置11是外电路和燃料电池所供电的任何有用的消费电子器件的相关功能。在图1中，燃料电池FC包含在电子装置11中。电子装置11可以是，例如，电脑、移动电话、计算器、供电工具、发电工具、掌上电脑、数码相机、电脑游戏系统、移动音乐系统(mp3或CD播放器)、全球定位系统和野营装置等。
在所述实施例中，电子装置11是笔记本电脑。燃料电池中MEA(未示出)产生的自由电子(e-)流过电子装置11。在本实施例中，外壳12支持、包装并保护电子装置11以及其电路以及燃料电池FC的其余元件(例如泵和MEA)，如现有技术所述。外壳12最好安装得使消费者/使用者易于将燃料盒10插入和移出外壳12中的室14。
燃料盒10可以有或没有内衬套或内胆。没有内衬套的燃料盒及相关元件在美国申请号US2004-0151962A1中公开，名为“燃料电池的燃料盒”，
公开日为2004年8月5日，全部通过参考并入这里。具有内衬套或内胆的燃料盒公开于美国申请no.US2005-0023236A1，名为“具有弹性衬套的燃料盒”，公开于2005年2月3日，全部通过参考并入这里。
进一步参考图1和2，燃料盒10包括外壳和外包装箱16以及第一和第二喷嘴18a和18b。燃料室20限定在外包装箱16中用以保留燃料22。第一喷嘴18a包覆连接阀24(以虚线示出)，其与燃料室20液体连通。连接阀24可以用于把燃料室20注满燃料22。合适的连接阀24完全公开于美国专利申请US2005-0022883中，名称为“具有连接阀的燃料盒”，公开于2005年2月3日，全部通过参考并于此。
燃料盒进一步包括排气阀或选择气体透过液体不透过膜26，以允许当燃料盒10充满时排出空气。可选择的，膜26允许燃料电池反应产生的和储存在燃料盒中的气体副产品在燃料电池使用时排出。膜26可以是气体透过液体不透过膜以允许气体在燃料消耗至形成内置燃料盒的最小真空时进入。上述膜可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、聚酰胺、聚偏二乙烯、聚丙烯、聚乙烯或其它聚合物膜材料制成。商业上可获得的疏水PTFE微孔膜可以由W.L Gore.有限公司和Milspore有限公司或其他公司获得。Gore-Tex是合适的膜。Gore-Tex是包含大小不能使液体通过但可以使气体通过的孔的膜。
第二喷嘴18b包括关闭或控制阀28(以虚线所示)。优选的，燃料室20与阀28液体连通。阀28可以用于将燃料22排出燃料室20。阀28优选包括下述详细记载的对环境敏感的元件。或者，可以省去阀24，而阀28还可以在给燃料室20填充燃料时使用。
在开启或未驱动状态下，当选择出的环境因数低于预定的阈值时，环境敏感材料或环境敏感元件处于初始或开启状态，从而允许燃料22正常地通过阀28从室20流入燃料电池FC。阀28可以连同泵一起使用，以选择性地从室20将燃料22传输到燃料电池FC。当选择的环境因数达到或超过预定阈值时，环境敏感元件被驱动，而阀28由开启/未驱动状态变为关闭/驱动状态，以阻止燃料22由室20流入燃料电池FC，或继续允许燃料22正常地流入燃料电池FC从而引起多余燃料转移到其它地方。在关闭/驱动状态下，环境敏感阀28阻止多余的燃料流入燃料电池。可以选择温度、压力、燃料流的流速或其它作为环境因数。
参考图3a，第一实施例的环境敏感阀128如图所示包括喷嘴118b和密封元件136。喷嘴118b分别包括第一孔部分130、第二孔部分132和第三孔部分134。第一130和第三部分134的直径小于第二部分132的直径。第二部分132的直径尺寸使得密封元件136处于开启状态时，可以在第二部分132中随意移动。当燃料如箭头F所示方向流动时，至少有一个帽g设置在喷嘴118b中，以允许燃料由燃料室20流到燃料电池FC中。
密封元件136可以是膜盒、包套、或者盒体，其容纳环境敏感材料或元件138。本发明不限制密封元件136的形状，密封元件可以是球形、椭圆形、多面体或其他形状。密封元件136优选由弹性材料构成，以在压力下膨胀并回复其原始形状，在与喷嘴118b内表面接触的地方形成密封。
当燃料是甲醇或含有甲醇当混合物时，温度敏感材料138的预定阈值温度最好等于或低于甲醇的沸点。在一个实施例中，温度敏感材料138可以是沸点低于预定阈值温度的液体。进一步优化，液体沸点约为低于燃料的沸点3℃，基本上高于普通室温。虽然此处记载了甲醇，但本发明并不限于甲醇。
作为合适的温度敏感材料138，液体沸点低于65℃或低于甲醇的沸点，包括下表所列的混合物








或者，环境敏感材料138还可以是液体，是两种或更多化合物的混合物，混合物的沸点小于预定阈值温度。
低于大约65℃的合适的混合物或者低于甲醇沸点的混合物包括下表所列成分的混合物。




(参见CRC化学物理手册，第81版，2000-2001，6-174页至6-177页)tAZ＝共沸温度X1＝成分1相对于每个成分2选择的摩尔百分比再次参考图3a，当阀128处于开启未驱动状态时，燃料流F是畅通无阻的。在一个实施例中，阀128对压力或燃料流速敏感。当燃料流缓慢或低于阈值水平时，燃料在密封元件136上施加较预定阈值压力低的压力。燃料从阀128流过，密封元件136与密封表面132a不相连。结果，燃料流并没有减小或被阀128阻止。密封表面132a可以是斜面。可以具有一半径或在部分132和134之间形成90度角。
一旦燃料流增加阀128上的压力至大于或等于预定阈值压力，密封元件136可以移动到至少部分与密封表面132a密封接触，从而燃料流减小或受到阻止。上述保护燃料电池FC免于可能会破坏或减弱燃料电池性能的流速或压力波动。一旦压力增加小于阈值压力，阀128会回到打开而不驱动状态。
阀128对温度敏感。当温度敏感元件138暴露于大于或等于预定阈值温度时，例如，当甲醇为燃料时大约65℃，至少一部分液体138沸腾或变为气态。密封元件136中的容积增大会导致密封元件136扩展，并接触喷嘴118b的密封表面132b。优选的，密封元件128和喷嘴118b之间的接触面是平滑表面。来自液体/气体的内部压力使得在密封元件136和密封表面132b之间发生密封接触。因此，阀128处于驱动或关闭状态(如图3b所示)，从燃料室20(如图1所示)至燃料电池FC的燃料流F减小或被阻断。由于阀128在达到燃料22沸点之前移动到关闭状态，阀128阻止可能会损坏燃料电池FC的燃料流波动。
当温度降低到预定阈值温度以下时，材料138恢复液体状态，密封元件136的内部压力减小，允许密封元件136回到最初的性状和容积。
在另一实施例中，定位装置如图4a所示，其反作用于弹簧140和141，被用于定位或相反于密封元件136设置。弹簧140和141分别由部分130和134中的挡块(未示出)支撑，并与密封元件136接触，以保持密封元件处于扩大部分132的圆心。弹簧141和140还可以在驱动后向后移动密封元件136，使其打开。为了使阀128b只对温度敏感，可以增加弹簧141的硬度以阻止密封元件136由于燃料流或压力的移动。上述定位装置可以应用于其它类似实施例中。
在另一实施例中，阀128c(如图4b所示)可以包括减小或消除阀128c压力敏感的替代方式。在阀128c中，喷嘴118b′包括从部分130到部分132的通道131和从部分134到部分132的通道133。在任何流速或压力下，燃料可以流过通道131和133。结果，燃料流由于压力没有被阀128c减小或阻止。阀128c类似阀128对温度敏感。上述改进可以被应用到类似的实施例中。
在另一实施例中，阀128d(如图4c所示)可以包括减小或消除阀128d的敏感压力的另一方式。在阀128d中，喷嘴118b′包括斜面的密封表面132b和在部分134中的弹簧141。部分130还可以包括通道131以保证燃料流穿过128d直到达到预定温度，密封元件136与延长部分132的壁一起密封阀。当燃料流缓慢或低于阈值水平时，燃料F在密封元件136上施加低于预定阈值的压力，燃料穿过部分132和/或通道131，弹簧141的强度足以阻止密封元件136移动到与密封表面132a密封接触。结果，燃料流没有减小或被阀128d阻止。阀128d对温度敏感类似阀128。上述改进可以被应用于其它类似实施例中。
在另一实施例中，阀128e(如图4d所示)可以包括改变阀128e的压力敏感性的可替代方式。在阀128e中，喷嘴118b′包括斜面密封表面132a和部分132中的流动盘133。盘133可以包括多个穿透盘的圆形的空孔133a。当燃料流速慢或低于阈值水平时，燃料F在密封元件136上施加低于预定阈值压力的压力，而燃料从部分132流进孔133a或围绕盘133流动。在这种情况下，燃料不足以将密封元件136移动至与密封表面132a接触的平坦部分密封。结果，燃料流没有减小或被阀128e阻断。盘133为燃料流提供了一个相对大且钝的表面并增加了阀的压力敏感度。压力敏感度可以根据孔133a的数量和尺寸降低。
一旦燃料流增加并施加一大于或等于预定阈值压力时，由盘133辅助的密封元件136的移动至少与密封表面132a部分密封接触。结果，阀128e较阀128压力敏感度高。一旦压力增加小于阈值压力，阀128e可以转动到打开未驱动状态。上述改进可以被应用于其他类似到实施例中。盘133可以具有围绕圆周到垂直侧壁以使盘相对密封元件136的旋转最小化。
参考图5，显示了环境敏感阀228的第二实施例。喷嘴218b类似于喷嘴118b，而阀228类似于阀128。阀228还包括密封元件或含有液态温度敏感元件238的薄聚合物密封元件236，其沸点低于燃料电池的燃料的沸点。
密封元件236优选由在压力下可膨胀并可恢复成原型的聚合物材料形成。此外，当在压力下于喷嘴内表面218b接触时，聚合物材料形成密封。一种合适的商业上可获得的聚合物材料是低密度聚乙烯(LDPE)，其可以通过本领域技术人员公知的传统技术，在管子中持续挤压，并在末端236a压缩或密封。持续挤压可以减小制造成本。或者，密封元件236可以通过本领域技术人员公知的吹膜技术制成。液体或燃料的吹膜容器包括同一申请人的专利申请“燃料电池的燃料供应装置”，其申请日为2004年8月6日，系列号为No.10/913,715，在此通过参考全部并入。其他用于本发明的商业可获得的聚合物材料是Teflon、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和硅。密封元件236可以由弹性材料覆盖以至于看不到阀228的外面。
参考图5和6，阀228的操作与阀128类似。在开启或未驱动状态下(如图5所示)，燃料F流是畅通无阻的。阀228对压力敏感是由燃料F在密封元件236上的流速引起对。结果，密封元件236可以与密封表面232a密封接触。类似的，阀228可以改进以使得阀228表现出或未表现出降低的压力敏感度，如上所述。
阀228还对温度敏感。当温度敏感元件238暴露于大于或等于预定阈值温度时，至少一些温度敏感元件238变为气态而增加密封元件236的体积。结果，密封元件236膨胀并与第二部分232中的密封表面232b接触。来自液体238的内部压力使得在密封元件236和密封表面232b之间产生密封接触。因此，阀228处于驱动或关闭状态(如图6所示)，而从燃料室20至燃料电池FC的燃料F流减少或阻断。
被驱动后，当温度降低至预定阈值温度以下时，温度敏感元件238回复至液态，而密封元件236中当内部压力减小，从而允许密封元件236恢复到原始状态和体积。由此，阀228可以回复到打开或未驱动状态(如图5所示)。阀228还可以包括如上所述的回复弹簧和/或流动旁路通道，以减小压力敏感度。
参考图7-9，显示了环境敏感阀328的第三实施例。喷嘴318b类似喷嘴118b。阀328包括密封元件或含有温度敏感材料的弹性壳336，其中包含温度敏感材料338。密封元件336优选由与密封元件136类似的弹性材料形成。
在此实施例中，温度敏感材料338优选由通过大于等于预定阈值温度并可改变形状的双金属弹簧形成。弹簧338优选具有叠放的自由末端338a，338b，使得弹簧通常由至少一个图形成封闭回路。一种用于形成双金属弹簧的具体的有选材料是奥氏体(austentic)材料的记忆导线，将在以下描述。在可替代的实施例中，温度敏感材料338可以是可膨胀的材料，体积随温度较大改变。或者，可膨胀的材料是蜡，例如聚合物混合物、蜡混合物或蜡/聚合物混合物。当上述材料在预定阈值温度熔融时，其在体积上能够膨胀。
参考图7-9，在开启未驱动状态下(如图8所示)，燃料流F是畅通无阻的。阀328对由于燃料流F引起的压力敏感。当燃料流低于预定水平时，燃料在阀328上施加压力，但密封元件336并未移动到密封表面332a上并与其密封接触。一旦燃料流超出预定阈值，阀328被驱动，而密封元件336被移动并被迫进入与密封表面332a密封接触以减小或阻止燃料流。阀328还可以包括恢复弹簧和/或旁路流动通道以减小压力敏感度，如上所述。
阀328还对温度敏感。当温度敏感材料或双金属弹簧338暴露于大于或等于预定阈值温度，双金属弹簧338在壳336中膨胀。结果，壳336延伸并接触喷嘴318b的第二部分332中的密封表面332b。来自弹簧338的压力使得壳336盒密封表面332b之间发生密封接触。因此，阀328处于驱动或关闭状态(如图9所示)，而从燃料室20至燃料电池FC的燃料流F减小或阻断。
驱动后，当温度经历温度敏感材料或弹簧338降低至低于预定阈值温度时，弹簧338恢复原始状态，而壳336恢复原始状态和体积。由此，阀328可以回到开启或未驱动状态(如图8所示)。
参考图10-12，显示了第四个实施例环境敏感阀428。喷嘴418b类似于喷嘴118b。阀428包括密封元件或含有温度敏感材料438的弹性外壳436。密封元件436优选由类似壳136的弹性材料形成，且具有非线性侧壁以允许热膨胀。
温度敏感材料438优选随大于等于预定阈值温度改变形状的双金属弹簧。在下述实施例中，弹簧438是螺旋状弹簧。弹簧438优选与弹簧338相同材料形成的弹簧，如前所述。
参考图10-12，在开启或未驱动状态下，(如图11所示)，燃料流F畅通无阻。阀428对由燃料流F的流速引起的压力敏感，类似阀328，如前所述。
阀428还对温度敏感。当温度敏感材料438暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，阀428被驱动且双金属弹簧438在盒436中沿燃料流F的方向膨胀。结果，壳436在第二部分432中膨胀并接触密封表面432a。来自弹簧438的压力允许在壳436和密封表面432a之间产生密封接触。因此，阀428处于驱动或关闭状态(如图12所示)且由燃料室20至燃料电池FC的燃料流F减小或阻断。
驱动后，当温度经历温度敏感材料或弹簧438降低至低于预定阈值温度时，弹簧438恢复原始状态，而密封元件436恢复原始状态和体积。由此，阀428可以回到开启或未驱动状态(如图11所示)。阀428还可以包括恢复弹簧和/或旁路流动通道以减小压力敏感度，如上所述。
阀428a可替代的实施例如图12a所示。阀428a类似于阀428，除了密封元件436′是弹性材料盘，如果温度敏感元件或双金属弹簧438′被驱动，弹性材料盘可以与密封表面432b密封接触。弹簧438′没有放置在外壳内。但阀428b的另一替代实施例如图12b所示。阀428b类似于阀428，除了密封元件436′是弹性材料盘，如果温度敏感元件或双金属弹簧438′被驱动，弹性材料盘可以与密封表面432b密封接触。元件438′是被弹性外壳439包覆的可膨胀性材料。可膨胀性材料表现出随温度变化显著的体积改变。优选的，可膨胀性材料可以是蜡例如聚合物混合物、蜡混合物或蜡/聚合物混合物。膨胀性材料还可以是气体。当蜡在预定阈值温度熔融其间或以后，上述材料会在体积上膨胀。阀428b对压力变化敏感类似于阀428。或者，阀428b可以包括恢复弹簧和/或旁路流动通道，如上所述。
图13和14表示了第5实施例的环境敏感阀528a，528b。喷嘴518b类似喷嘴118b，但是喷嘴518b包括两个具有底座部分533a，533b和底座表面535a和535b的扩大部分532a和532b。阀主体可以分被整体制造，如图所示，或可以分别制造再组装。
每个阀528a，528b分别包括密封元件或弹性O形环536a，536b，分别由可移动的插塞537a，537b支撑。合适的商业上可获得的用于密封元件536a，536b的材料是乙烯-丙烯-二烯烃-亚甲基-三元共聚物(EPDM)橡胶、乙烯-丙烯弹性橡胶、Teflon和Vitron氟代弹性橡胶。优选使用EPDM。
每个阀528a，528b分别进一步包括以多圈双金属弹簧的形式形成的温度敏感元件538a，538b。每个弹簧538a，538b随温度改变形状。弹簧538a，538b分别由类似弹簧338的材料形成。
在阀528a中，弹簧538a设置在底座表面533a和插塞537a之间，并与插塞537a相互关联操作。优选的，弹簧538a与底座表面533a和插塞537a耦合，使得阀538a可以在任何方向上操作。在阀528b中，弹簧538b设置在底座表面533b和插塞537b之间，并与插塞537b相互关联操作。优选的，弹簧538b与底座表面533b和插塞537b耦合，使得阀538b可以在任何方向上操作。
参考图13-14，在开启或未驱动状态下(如图13所示)，弹簧538a，538b的尺寸和大小使得O形环536a和536b不能密封，燃料流F畅通无阻。阀528b对阀528b上的燃料流F的流速引起的压力敏感。当燃料流速低于预定阈值时，燃料F可以移动插塞537b，使得O形环536b充分压迫密封表面535b，以产生密封。结果，燃料可以从O形环536b流过。
一旦燃料流F超出预定阈值水平，阀528b由反抗插塞表面537c的压力波驱动，从而插塞537b移动并将O形环536b压迫至与密封表面535b密封接触。结果，阀528b处于关闭或驱动状态。一旦压力减小至低于阈值压力，阀528b自动恢复至开启或未驱动状态(如图13所示)。
阀528a，528b还对温度敏感。当温度敏感元件538a，538b暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，阀528a，528b被驱动，且双金属弹簧538a，538b向与其相关联的底座部分533a，533b相反延伸。结果，弹簧538a，538b将与其相关联的插塞537a，b移动到与O形环536a，536b接触，并明显地分别压迫密封表面535a，535b。结果，阀528a，528b处于驱动或关闭状态(如图14所示)，且从燃料室20至燃料电池FC的燃料流减小或阻断。
在驱动后，当温度敏感元件或弹簧538a，538b经受的温度降低至预定阈值温度以下时，弹簧538a，538b恢复至原始状态，而插塞537a，537b恢复至原始位置。由此，阀528a，528b恢复至开启或未驱动状态(如图13所示)。优选，恢复弹簧可以用于恢复阀528a，528b至未驱动状态。
参考图15-16，显示了第6实施例的环境敏感阀628。喷嘴618b包括具有扩大直径部分632和向下扩展锥形直径部分634的孔。扩大直径部分632包括具有至少一个开口632b的底座表面632a，上述开口允许液体在燃料室20和部分632之间连通。可以设置另外的开口632b或开口632b的几何形状可以改变以提供必须的燃料流速。锥形直径部分634包括密封表面634a。
阀628包括密封元件或弹性插塞636，其与温度敏感元件638相互关联操作。插塞636优选由类似密封元件136的弹性材料形成。插塞636通常具有圆柱形状。插塞636优选在下游底端包括锥形外表面636a。
温度敏感元件638优选由随温度改变形状的双金属弹簧形成。弹簧638包括基底638a和与插塞636的表面相接触的向外膨胀曲线悬臂638b。弹簧638的基底638a接触密封表面632a，从而开口632b畅通无阻。在开启或未驱动状态(如图15所示)，燃料流F是不受限制的，这是因为插塞636的外表面636a与密封表面634a隔开。
阀628对温度敏感。当温度敏感元件或弹簧638暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，阀628被驱动，并且双金属弹簧膨胀，臂638b从基底638a移开。结果，弹簧638将插塞636移动到与外表面636a接触，并充分压迫密封表面634a以形成密封。随后，阀628处于驱动或关闭状态(如图16所示)，从燃料室至燃料电池FC的燃料流F减小或阻断。
当温度降低时，阀628自动恢复至原始状态，弹簧638的材料应该选择表现出必要的记忆特性。或者，弹簧638的基底638a可以被省略，而臂638b被固定到密封表面632a上。并且，基底638a和臂638b可以整体制造或分别制造再组装到一起。
参考图17-18，显示了第7个实施例的温度敏感阀728。喷嘴718b类似于喷嘴618b。在阀728中，密封元件或插塞736进一步包括靠近上游末端的保持孔736c。温度敏感元件或弹簧738的臂738b从孔736c延伸并在此处耦合。阀728的操作类似阀628的操作，除了当温度减小至小于预定阈值温度时，弹簧738的臂738b恢复至原始状态牵引插塞736恢复至原始位置或开启状态(如图17所示)。密封元件736和626可以具有其他形状，例如球形、圆锥形或半球形，而多孔滤芯可以被放置在燃料流F中以控制燃料流速。
图19-21显示了分别用于温度敏感阀628、728、828和928的温度敏感元件738′、738″和738的可替代实施例。温度敏感元件738′具有有两个弯曲B1和B2的臂738′(如图17所示)。另一方面，元件738(参见图17)具有平滑弯曲半径。温度敏感元件738″具有臂738b″，基本上是平的。温度敏感元件738具有两个相对的、平滑的曲臂738b。上述设置在驱动时与仅具有一个臂的温度敏感元件相比较增加了动力。弹簧738的臂的几何形状还可以是，具有两个弯曲的弹簧738′或具有扁平外轮廓的弹簧738″。温度敏感元件738、738′、738″和738的几何形状依赖于驱动期间所需的力。
参考图22-24，显示了本发明的第8实施例。阀828包括适于与每个表面834a或表面834b配合以关闭阀838的密封元件836。密封元件836通过弹簧838a和838b固定。密封表面834a和弹簧838a靠近燃料电池，而密封表面834b和弹簧838b靠近盒10，如图所示。
在一种情况下，阀838是温度敏感阀，而弹簧838b是双金属弹簧或其他较弹簧838a具有显著高热膨胀率的弹簧。当达到预定温度时，弹簧838b膨胀且克服弹簧838a以密封阀，如图23所示。或者，阀828是压力敏感阀，弹簧838a和838b的弹簧系数选择为在燃料流流速的预定压力下，燃料压缩弹簧838a并膨胀弹簧838b以密封阀828，如图23所示。当阀828是压力敏感阀时，弹簧838a和838b的弹簧系数是基本上相同的。在另一种情况下，弹簧838b的弹簧系数可以选择为使得密封元件836与密封表面834b配合以阻止燃料电池中的燃料回流。在这种情况下，弹簧838b的弹簧系数优选为比较小，这样少量的回流就会使阀828关闭，如图24所示。
参考图24和25，显示了本发明的第9实施例。阀928类似于阀828，它可以是压力敏感阀和/或温度敏感阀，除了在未驱动的状态下，如图24所示，阀928是关闭的，而需要泵来开启阀928以允许燃料流过，如图25所示。阀928的优点是当泵关闭时，燃料电池也关闭，阀928也关闭以阻止回流。或者，在未驱动位置，如图25所示。密封元件936离开中心设置于密封表面934a和934b之间，优选靠近表面934b，即靠近燃料电池盒10。密封元件936和密封表面934b之间的距离以及弹簧938b的弹簧系数的选择应使其靠近阀928(参见图24)以阻止回流。距离需要相对较小，弹簧系数需要较小以充分响应低速回流。
参考图26-27，显示了第10实施例的环境敏感阀1028。喷嘴1018b包括第一通道1030、第二通道1032和第三通道1034。第一通道1030和第三通道1034与第二通道1032垂直。通道1030、1032和1034全部与燃料室20液体连通(如图1所示)。
阀1028包括由类似与外壳136的弹性材料形成的密封元件或插塞1036。插塞1036包括外表面1036a、流通孔1036b和保持孔1036c。插塞1036设置在第二通道1032中，由喷嘴1018b中多个接触刷(wiper)1037支撑。接触刷或密封1037辅助第二通道1032中的插塞1036沿箭头D1和D2所示方向移动。阀1028进一步包括盘绕弹簧1038。弹簧1038由档块1039在一个末端支撑，并由保持孔1036c收纳。
参考图26-27，在开启状态(如图26所示)，通过流动孔1036b与第一通道1030对准。阀1028对燃料流速引起的压力敏感，如燃料F2施加在阀1028上的压力所示。当燃料流速低于预定阈值时，弹簧1038没有被充分挤压时，燃料可以流过孔1036b，如图26所示。一旦燃料流速超出预定阈值压力，第二通道1032中燃料F2的压力推动插塞表面1036a。这样，引起插塞在D1方向上移动并挤压弹簧1038。结果，流动孔1036b不与第一通道1030连接以阻止流通。一旦压力减小，阀1028自动重置，因为弹簧1038可以使插塞1036恢复到开启状态。
当弹簧1038对温度敏感时，阀1028也对温度敏感。当温度超出阈值时，双金属弹簧1038接触档块1039。结果，弹簧1038压迫插塞1036并使其在D1方向移动，使得流通孔1036b与第一通道1030不连接，从而阻止流动(如图27所示)。或者，弹簧1038还可以延伸到不连接的流通孔1036b。弹簧1038可以由双金属材料制成。
参考图28a-28b以及29a-29b，显示了第11实施例，环境敏感阀1128。喷嘴1118b具有第一部分1130和扩大的第二部分1132。第二部分1132包括密封表面1132a。第二部分1132进一步包括具有贯穿孔1133b的底座部分1133。
阀1128包括由弹性材料制成的密封元件或插塞1136。阀1128进一步包括温度敏感元件1138，其优选为双金属垫圈/弹簧。弹簧1138驱动时的形状类似开放、扁平状态的盘子。或者，弹簧1138处于打开或未驱动状态时，可以是平点，而驱动时可以是碗状的。弹簧1138随大于或等于预定阈值温度的温度而改变形状，如前有关弹簧338的描述。弹簧1138由底座部分1133支撑。插塞1136可以是球形，且不于弹簧1138连接，如图28a和28b所示，或插塞1136具有钝的前沿并固定到弹簧1138上，如图29a和29b所示。阀1138可以包括多孔滤芯1139以控制流速。在本发明实施例中，滤芯1139在弹簧1138上游。在可替代实施例中，滤芯1139可以被定位于弹簧1138的下游。
参考图28a和29a，在打开状态下，燃料流F是畅通无阻的。由于插塞1136的钝的前沿，阀1128对燃料流流速引起的压力敏感。当燃料流速在预定阈值以下时，垫圈1138并没有被完全压缩使得插塞1136与表面1132a分离。结果，燃料可以流过阀1128。
一旦燃料流速超过预定阈值，燃料流F挤压插塞1136钝的前沿，被压缩的弹簧1138完全或部分地阻挡孔1133b以减小或阻挡燃料流，如图29b所示。当滤芯1129被如图29b所示安置，穿过孔1133b的燃料通道仅被部分阻挡。
阀1128还可对温度敏感。当垫圈1138暴露于大于或等于预定阈值温度时，双金属弹簧1138膨胀并将插塞移动至与表面1132a接触，同时挤压插塞1136抵住表面1132a。结果，阀1128关闭(如图28b所示)且燃料流减小或被阻断。
当温度减小至低于预定阈值温度时，弹簧1138恢复到原始状态，插塞1136恢复到原始位置。如果阀1128自动恢复至原始状态，如上所述，弹簧1138的材料应该是记忆性材料。可以更改阀1128，包括插塞1136的恢复弹簧下游，类似阀128d(在图4c中)在温度驱动下辅助恢复阀1128至原始状态。
参考图30-31，显示了第12实施例的环境敏感阀1228。喷嘴1218b具有第一部分1230、第二部分1232和第三部分1234。第二部分1232包括孔1232a。第三部分1234包括密封表面1234a。第三部分1234进一步包括具有贯穿孔1235a的底座部分1235以及用于支撑阀1228保留元件的支撑部1235b。支撑部1235b可以通过各种方式与喷嘴1018b连接，包括但不限于，压力安装(press-fitting)、焊接、超声焊接和粘结等。
阀1228包括由类似外壳1 36的弹性元件形成的密封元件或插塞1236，如前所述。阀1228进一步包括温度敏感元件1238，多孔滤芯1239和恢复弹簧1240。
温度敏感元件1238包括弹性外壳1238a，其含有体积随温度体积显著变化的膨胀性材料1238b。优选的，膨胀性材料是蜡，例如聚合物蜡、蜡混合物或蜡/聚合物混合物。膨胀性材料还可以是气体。上述材料在预定阈值温度熔融时可以在体积上膨胀。或者，具有低于阈值温度的沸点的上述液体可以作为温度敏感元件。优选的，当温度等于或高于经受的阈值温度时，使用的蜡可以膨胀最初体积的10％至15％。或者，弹性壳体1238a可以被省略，而蜡1238可以直接与密封元件1236接触。
参考图30-31，在打开或未驱动状态下(如图30所示)，恢复弹簧1240偏压插塞1236，使其离开密封表面1234a，以致燃料流F可以流过。当温度敏感元件或弹簧1238暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，温度敏感元件1238b膨胀，由此膨胀外壳1238b。上述膨胀充分克服恢复弹簧1240的弹簧力，使得插塞1236移动至与密封表面1234a接触并充分挤压密封表面以形成密封。结果，阀1228处于关闭状态(如图31所示)，从燃料室20(参见图1)至燃料电池FC的燃料流F减小或阻断。
当温度降低至预定阈值温度以下时，温度敏感元件1238b和外壳1238a恢复至原始状态，恢复弹簧1240的力使插塞1236恢复至原始位置。结果，阀1228恢复至打开状态(如图30所示)，以允许燃料流过。图15-18、22a-22b、23a-23b以及24-25均可以包括类似于恢复弹簧1240的恢复弹簧。
参考图32-35，显示了第13实施例的环境敏感阀1328。喷嘴1318b包括第一、第二和第三部分1330、1332和1334。阀1328包括温度敏感密封元件或插塞，可以随温度改变体积。插塞1338设置并固定在喷嘴1318b的第二部分1332中。优选的，插塞1338是随温度增加膨胀的材料。虽然插塞1338显示为圆柱形的，但本发明并不局限于此。或者，插塞1338可以由外壳中类似弹簧的具有膨胀性的材料形成，如前所述。优选的，插塞由具有高热膨胀性的材料形成，例如，铝，而喷嘴由低热膨胀性材料形成，使得插塞的热膨胀快于喷嘴，以密封阀。
阀1328的操作类似阀128。参考图33-35，在打开状态下(如图33所示)，燃料流F畅通无阻。阀1328对阀1328上的燃料流F引起的压力敏感，类似于前述阀128。阀1328还对温度敏感。当温度敏感元件或插塞1338暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，插塞1338体积增加。结果，插塞1338接触并填充喷嘴1318b的第二部分1332。膨胀的压力允许在插塞1338和喷嘴1318之间产生密封接触并减小或阻断燃料流，如图34所示。当温度敏感元件或插塞1338经受的温度降低至预定阈值温度以下时，插塞恢复至初始的体积和状态，阀1328可以恢复至打开状态(如图33所示)。
图35显示了图32-34中的阀1328，其中插塞1338的材料还包括在等于或小于预定阈值温度下软化的特性。结果，当达到预定阈值温度时，不仅插塞1338膨胀到密封阀，插塞1338的部分1338a也软化，变形进入到喷嘴的第一部分1330，以进一步密封阀1328。阀1328还可以包括恢复弹簧和/或旁路流通通道以减小压力敏感度，如前所述。
参考图36-37，显示了第14实施例的环境敏感阀1428。喷嘴1418b包括第一、第二和第三部分1430、1432和1434。阀1428包括密封元件或盘形第一插塞1436和温度敏感元件或盘形第二插塞1438。第一插塞1436优选由例如弹性材料的密封材料形成。第二插塞1438优选由类似插塞1338的温度敏感材料形成，如前所述，且其体积随温度变化。阀1428设置在喷嘴1418b的扩大的第二部分1432中。第一或第二插塞1436和1438随意耦合在一起，例如，通过粘结。
或者，如图37a所示，阀1428a可以变形，从而第一插塞1436包括具有扩大末端的凸起1436a，该凸起收纳在第二插塞1438的孔1438a中。凸起1436a和第二插塞1438的配合，从机械上锁闭第一和第二插塞1436和1438。在下述实施例中，第一和第二插塞1436和1438可以使用同一模具。在其他可替代实施例中，第一插塞1436可以包括孔，而第二插塞1438可以包括凸起。
再次参考图36，阀1428的操作类似于阀1328。在打开或未驱动状态下(如图36所示)，燃料流F畅通无阻。阀1428对燃料流F的流速在阀1428上产生的压力敏感，类似于前述阀128。阀1428还对温度敏感。当温度敏感元件或第二插塞1438暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，第二插塞1438体积增加。结果，第二插塞1438推动第一插塞1436与密封表面1432a接触。来自膨胀的压力允许第一插塞1436和喷嘴1418b之间产生密封接触。结果，阀1428处于关闭状态(如图37所示)，燃料流减小或阻断。
当温度下降至预定阈值温度以下时，第二插塞1438恢复初始状态和体积。上述情况使第一插塞1436得以从密封接触中释放。由此，阀1428恢复打开状态(如图36所示)。
参考图38-40，显示了第15实施例的环境敏感阀1528。喷嘴1518b包括第一、第二和第三部分1530、1532和1534。阀1528包括部分附着温度敏感元件或插塞1538的密封元件或外壳1536。外壳1536优选由例如弹性材料的密封材料形成。外壳1536是收纳或部分覆盖援助插塞1538的中空的圆柱形。
插塞1538由体积随温度改变的材料形成。插塞1538优选由类似于插塞1338的温度敏感材料形成，如前所述。阀1528设置在喷嘴1518b的扩大第二部分1532内。外壳1536和插塞1538可以由公知的双模工艺形成。上述模工艺还可以连接上述元件，特别是，当这些元件由金属制成时。连接还可以由搭扣配合或压配形成。
阀1528的操作类似阀1328。在初始或未驱动状态下(如图39所示)，燃料流F畅通无阻。阀1528对燃料流F流速在阀1528上引起的压力敏感，类似阀128。阀1528还对温度敏感。当温度大于或等于预定阈值温度时，插塞1538的体积增加。结果，插塞1538膨胀外壳1536与密封表面1532a接触。膨胀的压力允许在外壳1536和喷嘴1518b之间密封接触。结果，阀1528处于关闭状态(如图40所示)，减小或阻断燃料。
当温度敏感元件或插塞1538经受的温度降低至预定阈值温度以下时，插塞1538和外壳1536恢复初始状态和体积。从密封接触释放。由此，阀1528可以恢复打开或未驱动状态(如图39所示)。
参考图41-43，显示了第16个实施例的温度敏感阀1628。喷嘴1618b分别包括第一、第二和第三部分1630、1632和1634。阀1628包括密封/温度敏感元件或第一插塞1636和温度敏感元件或第二插塞1638。第一和第二插塞1636和1638都是温度敏感元件。第一插塞1636可以在等于或大于预定阈值温度下软化预定部分。第一插塞1636优选例如聚合物材料的软化密封材料。一种商业上可获得的用于形成第一插塞1636的合适的材料是石蜡。
第二插塞1638可以随大于或等于预定阈值温度的温度改变体积。第二插塞1638优选由与插塞1338类似的温度敏感材料形成，如前面描述的。或者，第二插塞1638可以由例如蜡偏压元件(例如，图11中元件438′)的温度敏感元件或温度敏感偏压泡沫塑料形成。
阀1628设置在喷嘴1618b的第二部分1632中。第一和第二插塞1436和1438随意连接，例如，粘结剂或包括机械操作元素的搭扣配合、压配或共模(如图37a)。
在打开状态(如图41所示)，燃料流F畅通无阻。阀1628对燃料流F的流速在阀1628上产生的压力敏感，类似于前述的阀128。阀1628还对温度敏感。当第一和第二插塞1636和1638暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，第一插塞1636部分软化，而第二插塞1638体积增加。结果，第二插塞1638将第一插塞1636推进与密封表面1632a接触(如图42所示)。第二插塞1638膨胀的压力允许第一插塞1636部分软化，且变形以进入喷嘴部分1618b。结果，阀1628关闭(如图43所示)，燃料流减小或阻断。
驱动后，当第一和第二插塞1436和1438经受的温度降低至预定阈值温度以下时，插塞1436和1438恢复至初始状态和/或体积。将第一插塞1636从密封接触中释放。
图32-43的实施例可以包括类似恢复弹簧140和141的恢复弹簧。上述恢复弹簧可以消除上述阀的压力敏感度或可以控制上述阀度压力敏感度。
参考图44和45，显示了第17个实施例的环境敏感阀1700。阀1700包括主体1702、帽1704、温度敏感元件1706、插塞1708、恢复弹簧1710和密封元件或O形环1712。
参考图46和47，主体1702包括阶梯通道1714、1716和1718。第一通道1714大于第二通道1716。第一通道1714进一步包括直接相对的凹槽1714a(如图46所示)。第二通道1716包括密封元件1716a。第三通道1718是贯穿主体1702以供液体流通的入口通道。
参考图48，帽1704包括基底1720和由基底1720向外延伸的侧壁1722。基底1720进一步包括贯穿其中的入口通道1724(如图44所示)。侧壁1722具有多个直接相对的侧壁部分1722a，1722b。第一侧壁部分1722a形成弹簧支撑表面1724。第二侧壁部分1722b形成挡块表面1726。第一侧壁部分1722a较第二侧壁部分1722b短。参考图44，当帽1704安装到主体1702时，第二侧壁部分1722b容纳在凹槽1714a中，而缝隙“g”形成在弹簧支撑表面1724和插塞1708之间。
参考图44，温度敏感元件1706是长方形条状记忆金属。条1706可以变形为具有非均一厚度。可以使用具有非均一厚度的椭圆条1706a(如图45a所示)，其还可以含有温度敏感材料。本发明并不限于上述确定的条状。
再次参考图44，一个形成条1706的优选材料是例如镍钛诺或铜锌铝的记忆合金。条1706优选支撑在第一侧壁部分1722a的弹簧支撑表面1724上。条1706可以具有一个或多个开口1728以允许液体从中流过。当弹簧材料在室温时，条1706处于“脆弱”状态并表现出脆弱损失(约6％的镍钛材料)。在脆弱状态下，条1706还是马氏体而弯曲模数接近材料最小值。
参考图44、49和50，插塞1708包括具有第一表面1730a和第二表面1730b的平台1730。第一表面1730a包括具有挡块表面1734的圆周延伸侧壁1732和弹簧接触元件1736。弹簧接触元件1736逐渐变细，弹性接触表面1736a。平台1730的第二表面1730b包括具有第一杆部分1738a和第二杆部分1738b的阶梯杆1738。第一和第二杆部分1738a，1738b的尺寸适于形成O形环底座1740。
参考图44、47和48，当插塞1708安装在主体1702上时，插塞1708的第一杆部分1738a可以收纳在第一和第二通道1714和1716中。插塞1708的第二杆部分1738b收纳在出口通道1718中。
参考图44，恢复弹簧1710优选设置在主体1702的第一通道1714中的插塞1708的第一杆部分1738a周围。恢复弹簧1710接触插塞平台1730的第二表面。优选，恢复弹簧1710压缩并施加力，其中在条1706处于“脆弱”状态下产生6％应力。参考图44和50，O形环1712优选设置在插塞的O形环底座表面1740上。
阀1728的操作参考图44，45，在下面进行说明。在打开状态下(如图44所示)，燃料流F畅通无阻。弹簧1710的弹簧系数可以选择使阀1700对压力敏感。
阀1728还对温度敏感。当温度低于预定阈值温度时，阀1728处于打开状态(如图44所示)。在上述状态下，条1706很软以致恢复弹簧1710施加足够的力在插塞1708上，使得弹簧接触表面1736a(参见图50)接触并使条1706弯曲。O形环1712未被挤压(如图所示)。结果，燃料F可以从入口通道1724流过，经过条1706中的孔1728，帽g，第一通道1714，插塞1708的周围，通过O形环1712，在流出室1718的出口流至燃料电池FC。
当温度敏感元件或条1706暴露于大于或等于预定阈值温度的温度时，条1706状态改变，开始恢复至其原始平直的状态(如图45所示)。当状态改变，条1706处于奥氏体状态且弯曲模量大约比马氏体状态下强度大2.5倍。当接近水平时，条1076通过较恢复弹簧力大的插塞1708在恢复弹簧1710上施加压力。结果，插塞1708在主体1702中移动，插塞1708充分压迫O形环1712以在O-形环1712和密封表面1716a之间形成密封。由此，燃料流减小或阻断。处于奥氏体状态的条1706上的应变，对镍钛来说约为2％至3％，这样提供了由条1706施加在插塞1708上的恒力以保持阀1700在温度升高时的密封。
当记忆金属条1706冷却至低于预定阈值温度的温度时，条1706变回原始“脆弱”或马氏体状态，而恢复弹簧可以移动插塞1708，未压缩O形环打开阀1700允许燃料流过。由此，阀1700恢复至打开状态(如图44所示)并在温度降低至预定温度以下后重置。
参考图51-52，显示了第18个实施例的环境敏感阀1800。阀1800包括阀主体1802、帽1804、插塞1808、恢复弹簧1810以及密封元件或O形环1812。阀1800类似于阀1700，除了温度敏感元件。
温度敏感元件1806包括内主体1806a和横隔膜1806b。内主体1806a和阀主体1802设计为在他们之间至少形成一条流动通道。内主体1806a设置成使得室1807b具有向上扩展的开口。室1807b充满温度敏感蜡1807c。内主体1806a的向上扩展的开口被耦合其上的扩张的横隔膜1806b关闭。横隔膜1806b优选由弹性材料或可以在压力下膨胀并恢复至初始形状的金属形成。
阀1800的操作类似于阀1700。阀1800打开状态如图51所示，其中横隔膜1806b向下弯曲，而恢复弹簧1810将O形环固定在未压缩状态使得燃料流F可以流过阀1800。由于弹簧1810的设计，阀1800压力不敏感。
阀1800还对温度敏感。当温度升高至大于或等于预定阈值温度时，蜡1807c被加热至熔点，熔融并膨胀约10％至15％。对于其它的配方，膨胀率会改变。蜡1807c的膨胀引起横隔膜1806b膨胀并向上压迫插塞1808以压迫恢复弹簧1810和O形环1812。结果，在O-形环1812和密封表面1816a之间产生密封，而燃料流通过阀1800减小或阻断。蜡1807c膨胀以及阀1800的关闭状态如图52所示。
当蜡1807c冷却至预定阈值温度以下时，蜡1807c体积减小并固化，恢复弹簧1810克服横隔膜1806b、移动插塞1808和未挤压的O形环1812以打开阀1800允许燃料流过。上述过程是重复的。蜡1807c可以由任何上述温度敏感材料替代，例如双金属弹簧或沸点低于燃料沸点的液体。
如图53所示，横隔膜1806b可以省略，当在插塞和盛放蜡当容器之间存在密封时，蜡1807c可以膨胀并直接推动插塞1808。插塞1808被O形环1812偏压。或者，如果插塞1808由密封材料制成，O形环1812可以被省略。并且，阀1800还可以具有由弹簧1822偏压随意超越行程的插塞1820。偏压超越行程的插塞吸收一些蜡的膨胀使得O-形环1812没有被过分压缩。
图54显示第19实施例的阀2440。阀2440包括阀部分2440a和长方形阀部分2440b。阀部分2440a下述公开的两元件阀的一个组件充分公开于美国专利申请公开号No.US2005/0022883中，在此并入参考。阀部分2440a包括限定开口2446的外壳2444，其构造成用于收纳插塞2448、弹簧2450、挡块2452和O形环2456。挡块2452作为弹簧2450的支撑面并在其外围限定多个开口2454。在密封部分，弹簧2450偏压插塞2448和O形环2456从而与外壳2444的密封表面2548形成密封连接。弹簧2450可以由金属、弹性材料或橡胶制成。弹簧2450可以由包括N腈丁钠橡胶(Buna N Nitrile)、其它腈橡胶、乙烯基丙烯、氯丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶或Vitron氟橡胶的弹性橡胶形成，材料的选择依赖于所需的机械性能以及燃料供应装置中储存的燃料。
长方形阀部分2440b包括限定了阶梯状内部室2462的外壳2460。填充物2464、弹簧2466以及球2468容纳在内部室2462中。
填充物2464可以由可吸收的吸收剂或恢复材料制成，并在燃料盒10不与燃料电池FC连接时，将残留在阀2440中的燃料保留。合适的吸收剂材料包括，但并不限于，亲水纤维，例如那些用于婴儿尿片和可膨胀凝胶，还例如那些用于卫生巾的材料或他们的组合。此外，吸收剂材料可以包括添加剂与燃料混合。当阀部分2440a，2440b未连接时，填充物2464可以被压缩或未压缩。上述材料可以用于前述任何填充物。
为打开止回阀部分2440a，第二止回阀元件连接并使插塞2448向挡块2452移动，并压缩弹簧2450。O形环2456移动成不与密封表面2458连接，从而打开流动路径。
阀部分2440b对压力敏感。当燃料流F产生小于或等于预定阈值压力的压力时，燃料流F使球移动而不与表面2469接触，但不接触表面2470，以允许燃料流F离开长方形阀部分2440b到止回阀部分2440a，如图54所示。如果O-形环和表面2458之间到密封打开，燃料可以绕插塞2448流动并流出止回阀2440a。
当燃料流F产生大于或等于预定阈值压力的压力时，高速燃料流进一步压缩弹簧2466，移动球2468与表面2470接触以减小或阻断燃料流F，如图55所示。当燃料流F减小至预定阈值压力以下时，弹簧2466使球2468恢复至初始位置，由此自动重置阀部分2440b。弹簧2466依赖于自动重置特征。球2468还可以具有钝的前缘类似于部件1136。图56显示了第二十实施例的阀3000，其可以与燃料盒10(在图1中)匹配或者设置在燃料盒10中、或者向燃料电池FC或者填充装置供应燃料。在上述结构中，阀3000与喷嘴18b(在图1中)匹配或者设置在其中。阀3000包括具有入口3004和出口3006的初始通道3002。入口3004与燃料室20连接，出口3006与燃料电池FC连接。阀3000进一步包括恢复通道3008、3010和3012。恢复通道3008、3010和3012与燃料电池盒10中分立的恢复存储室连接。
阀3000还包括可移动插塞3014、恢复弹簧3016、挡块3019以及初始通道3002中的填充物3020。插塞3014由与燃料F匹配的弹性或聚合物材料形成。恢复弹簧3016在插塞3014的下游。挡块3019作为弹簧3016的支撑面并限定一个供燃料流动的开口。挡块3019的下游可以是填充物3020，可以是前述的填充物材料。
阀3000对压力敏感。当燃料流F产生小于或等于预定阈值压力的压力时，恢复弹簧被压缩，插塞3014通常保持固定。结果，插塞3014处于回流通道3008、3010和3012的第一上游位置(如图55所示)。燃料F可以自由流过插塞3002内限定的通道。插塞3014的大小适于在初始通道3002中，使得燃料不围绕插塞3014流动。例如，插塞3014可以在其与通道3002的壁之间具有弹性垫圈，类似于注射器。
当燃料流F产生大于或等于第一预定阈值压力的压力时，高速燃料流压缩弹簧3016，移动插塞3014进入回流通道3008的第二下游位置(如图57所示)，而不是回流通道3010和3012的上游位置。在上述位置，燃料流F的一部分F1进入回流通道3008并流入燃料盒10中的储存器。这样有利于稳定燃料流朝出口3006流动，使得多余的燃料从回流通道3008流出。
当燃料流F产生大于或等于高于第二预定阈值压力的压力时，高速燃料流压缩弹簧3016，使插塞3014移动进入回流通道3010下游的第三位置(如图58所示)，而不是回流通道3012的上游。在上述位置，燃料流F的一部分F1和F2进入回流通道3008和3010，流入燃料盒10中的存储室。这样有利于稳定燃料流在高压下朝出口3006流动，多余的燃料从回流通道3008和3010流出。
当燃料流F产生大于或等于第三预定阈值压力的压力时，高速燃料流压缩弹簧3016，使插塞3014移动进入回流通道3012下游的第四位置(如图59所示)。在上述位置，燃料流F的一部分F1、F2和F3进入回流通道3008、3010和3012并流入燃料盒10中的存储室。这样有利于稳定燃料在高压下朝出口3006方向流动。每个回流通道都可以使用。
当燃料流F的压力降低至预定阈值压力以下时，弹簧3016使插塞3014恢复至初始状态，由此自动重置阀3000。根据是否进行自动重置的特征，弹簧3016可以随意选择。
图60-62显示了本发明第21实施例。阀部分3100包括具有多个褶皱3104的压力敏感部分3102。阀部分3100将燃料盒10连接到燃料电池FC。压力敏感部分3102在预定阈值压力下适于膨胀褶皱3104，去除折叠，如图62所示。在膨胀后的部分3102，燃料流减速以扩大燃料面积，由此阻止多余燃料到达燃料电池。扩大体积以控制多余燃料的可获得的的总量，可以根据预先的燃料使用量确定，或根据燃料盒10的体积确定。速率系统可以辅助选择合适的体积部分3100。例如，扩大部分3102的体积可以是燃料盒体积的10-90％。
图63-65显示了本发明的第22实施例。阀部分3200类似于阀部分3100，除了压力敏感部分3202由弹性材料，例如橡胶制成。在膨胀至产生大于或等于预定压力后，由于压力降低至预定压力以下时的弹性，扩大部分3202可以接触以推动燃料退回燃料盒10或燃料电池。
图66A-66D和67显示了第23实施例的各操作阶段下的环境敏感阀元件4440。阀元件4440是完全公开于美国专利US2005/0022883中的两元件阀的组件，在此并入参考。阀元件4440包括阀外壳或主体4444、插塞4448和密封元件4436。如图66A所示，弹簧4450压缩固定在阀主体4444内，并由弹簧定位器4452支撑。弹簧4450向外偏压插塞4448，由此相对阀底座表面4458压缩密封元件4436的第一密封表面4443以形成阀元件4440中的密封。密封元件4436还包括第二环形密封表面4445(如图67所示)，在其与插塞4448的交界处形成密封。
在图66A-66D和67显示的实施例中，密封元件4436包括在环形密封表面4445中的定位凸起4460，其匹配插塞4448中相应的槽4447，其中定位凸起和槽相当于环形密封表面。这样，阀和密封元件以及插塞安全锁合。在另一实施例中，定位凸起可以包括一个或多个小块或凸起，在其它实施例中，定位凸起可以设置在插塞和密封元件的环形密封表面的槽上。
定位凸起4460和槽4447之间的适配使得密封元件4436轻松保护插塞4448。如图66B所示，当插塞4448被相应的第二阀元件(未示出)的插塞4465抑制时，密封元件4436越过在其后面的插塞4448，使得燃料流入并穿过阀元件4440的孔4441提供给燃料电池。但是，如果在操作期间燃料盒内温度随相应的内压增加，多余的压力将作用在密封元件4436的后表面4457上以减弱密封元件4436对插塞4448的密封，并向前移动密封元件直至第一密封表面4443与阀底座4458形成密封，如图66C所示。在本发明的一个实施例中，定位凸起4460和槽4447之间的锁合使得温度在25℃至55℃之间时，压力的增加大于等于约2磅每平方英寸(psi)。如图66D所示，当第二阀元件的插塞4465从插塞4448的啮合中撤销时，弹簧4450将使插塞4448恢复至关闭位置。随着插塞4448向前移动，将通过使定位凸起4460再进入槽4447而重置底座元件4436。
因此，密封元件限制燃料流，然后使燃料流在特定温度和相关压力下停止，否则会引起燃料流速过高。根据本发明的密封元件设计简单、燃料匹配、成本低，一旦燃料低温度/压力降低还可以重置。并且，密封元件被压缩在一个小空间中，可以在燃料电池的任何方位工作。在另一实施例中，密封元件4436通过密封元件的环形密封表面和没有使用定位凸起和槽将元件固定在插塞上的插塞的外表面之间的界面装配与插塞4448连接。在交界处的匹配可以克服一定的温度和压力，因此允许阀和密封元件移动至关闭位置。在进一步的实施例中，唇形密封设置在密封元件的环形密封表面。当阀和密封元件移动至开启位置时，唇形密封与插塞的外表面啮合固定，当阀和密封元件移动至关闭位置时，唇形密封沿插塞滑动。
图68A-68D和69显示了第24实施例的环境敏感阀4540在各阶段的操作。阀元件4540是完全公开于美国专利US2005/0022883的两元件阀的一个组件，在此并入参考。阀元件4540包括阀外壳或主体4544、插塞4548以及密封元件4536。如图68A所示，处于关闭位置时，弹簧4550固定压缩在阀主体4544中，支撑在弹簧定位器4552和4582之间。弹簧4550偏压插塞4548，由此相对阀底座表面4558压缩密封元件4536的第一密封表面4543以在阀元件4540中形成密封。密封元件4536还包括第二环形密封表面4545(参见图69)，在插塞4548和用于密封阀室侧壁4555的第三密封表面4553的界面形成密封。
在图68A-68D和69的实施例中，密封元件4536沿着第二密封表面4545至插塞4548密封接触。如图68b所示，当插塞4548被第二阀元件(未示出)的相应插塞4565压下时，密封元件4536向后跨越(ride)插塞4548，以允许燃料流经阀元件4540的孔4541提供给燃料电池。但是，如果在操作期间，超出温度以及压力在燃料盒中产生的内压，多余的压力将作用在密封元件4536的后表面4557上，使元件在铰部分4551弯曲，从而第三密封表面4553与阀室侧壁4555、阀底座表面4558或相邻的角表面接触，以限制或完全阻断燃料流。在一个本发明实施例中，铰部分4551设计为在25℃至55℃以及内压大于或等于2psi的条件下弯曲。如图68D所示，当第二阀元件的插塞4565从与插塞4548的啮合中撤出时，弹簧4550将使插塞4548恢复至关闭位置。在移动至关闭位置的过程中，第三密封表面4553可以沿阀室侧壁4555滑动，以类似于唇形密封的方式，直至第一密封表面4543再次位于阀底座表面4558这样的位置上第三密封表面4553将旋转回初始位置，由此重置密封元件4536。铰部分455 1可以是修整过的或容易变形的，以辅助弯曲动作，而铰部分455 1可以设置在密封元件4536的其它位置上。
在另一实施例中，类似于图66C所示的密封元件，密封元件4536可以从插塞4548上分离，从而多余的压力使第三密封表面4553沿阀室侧壁4555滑动直到第一密封表面4543重新位于阀底座表面4558这样的位置第三密封表面4553旋转回初始位置。此后，类似于图66D实施例的操作，当第二阀元件的插塞4565从与插塞4548的啮合中撤销，弹簧4550使插塞4548恢复至关闭状态。随着插塞4548向前移动，将通过下述方式重新设置插塞上密封元件4536的位置上述保持机构中的一个机构的相互作用，例如定位凸起和槽、过盈配合和/或唇形密封。
在图70显示的另外一个实施例中，密封元件4636可以是永久固定或通过插塞部分4648形成整体元件。上述整体元件可以通过，例如双模工艺或在密封元件和插塞部分之间焊接形成。或者，密封元件4636和插塞部分4648可以通过例如注射成型作为单一元件形成。单一密封元件4636可以与第一阀元件4440和4540的阀结构使用，如前所述。但在上述实施例中，如果燃料盒内部产生多余的的温度和压力，多余的压力可以作用在密封元件4636的后表面，并移动单一元件直至第一密封表面4643重新恢复阀底座表面以限制然后关闭燃料流。
因此，当根据图70的实施例的单一元件使用于在第二阀元件中具有相应弹簧负载插塞(类似于插塞4465、4565，如图66b和68b所示)的双元件阀时，密封元件4636上压力的增加使得插塞4648施加在第二阀元件的相应插塞上的力增加。由此，第二阀元件插塞将会被推回第二阀元件直至密封元件4636的第一密封表面4643朝相对底座表面的密封移动以限制并阻断燃料流。在上述实施例中，密封元件4636不需“铰接”或如图69中实施例的软化，但其形状需要与图67和69中实施例类似，以利用燃料盒侧壁上压力的增加以移动元件至密封位置。
在又一个实施例中。密封元件4636可以由更坚硬的材料制成，从而后表面4567上增加的压力进一步增加插塞4648朝相应的例如燃料电池的第二阀元件插塞上的力。在该实施例中，打开燃料电池阀的力(例如500g)较打开燃料盒阀的力(例如450g)稍小，超出的力作用于燃料盒阀的挡块(如50g)。因此，当燃料盒中的压力增加并作用于密封元件4636后表面区域4657时(例如至150g)，与燃料阀的合力(450g)大于关闭燃料阀的力(100g)，导致燃料阀进一步打开(在上述示例中，燃料电池插塞移动相当于密封元件接近于燃料阀的距离)。但是，如果密封元件4536弯曲至接近阀，第一阀元件的插塞的移动距离可以更小，参见下一实施例的探讨。
在进一步的实施例中，密封元件4636可以设计由合适的材料制成，并具有合适的厚度来自燃料盒的压力均作用于后表面4657，在其上，放射状的部分在铰链4651上偏转。上述偏转将使密封元件4636的表面4653与阀室侧壁、阀底座表面或临近的角表面接近或接触，从而在预定压力和/或预定温度下限制并最终关闭阀。在图70的显示的进一步实施例中，包括弹簧保持部分的自由耦合元件4680，可以与保持阀元件结构一起，被用于实施密封元件4636。
如上所述，环境敏感材料或元件可以具有对升高温度、压力或速度的渐进反映，例如，环境敏感弹簧，或急剧的或快速的反应，例如液体到气体的相变或双金属弹簧。两种反应都在本发明范围之内。
其它合适的温度敏感材料可以用于本发明。可以使用例如，温度敏感聚合物，或其它材料。温度敏感或热响应聚合物是随温度变化膨胀或收缩的聚合物。温度敏感聚合物是那些具有上临界会溶温度(UCST)或下临界会溶温度(LCST)的聚合物。这些聚合物已经被应用于生物学。这些聚合物公开于美国专利No.6,699,611B2，在此并入参考。温度敏感材料的例子包括，但不限于，由聚丙稀酸和聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)构成的交错网络(IPN)、聚丙烯酸和聚(丙烯酰胺-共聚-丙稀酸丁脂)构成的交错网络(IPN)以及聚乙烯乙醇和聚丙稀酸构成的交错网络(IPN)或其它材料。同样，合适的温度敏感材料包括，但并不限于，锌、铅、镁、铝、锡、黄铜、银、不锈钢、铜、镍、碳钢、铁、金等，或他们的合金。
由此，上述双金属弹簧可以由任何温度敏感弹簧替代，包括聚合物或金属弹簧。优选的，选择金属或聚合物使得其热膨胀性在大于或等于预定阈值温度时可以充分关闭阀。
并且，上述的本发明的阀可以被改进，一旦由温度、压力或其他环境因素驱动，阀关闭通向燃料电池的燃料流并且不会在高温或高压减弱时再开启。
进一步，至少对于压力或速度敏感阀，上述阀可以被安装在相反方向以阻止从燃料电池回流，类似于图22-25的实施例。当本发明公开的实力实施例可以实现本发明所要解决的技术问题是很明显的时，想出很多改进和其它实施方式对本领域技术人员来说也是很容易的。因此，任何实施例中的特征和/或部件可以单独使用或结合使用。因此，很明显，附加的权利要求意图覆盖上述在本发明精神和范围内的改进和实施方式。
权利要求
1.一种适用于燃料供应装置和燃料电池的阀，所述阀包括外壳；所述外壳中的环境敏感元件，其中当所选择的环境因素改变时，阀是可以在驱动状态和未驱动状态之间移动的，其中在驱动状态，外壳和环境敏感元件共同作用以通过阀相应环境因素变化改变燃料流。
2.如权利要求1所述阀，其中驱动状态时，减小的燃料流通过阀。
3.如权利要求2所述阀，其中驱动状态下穿过阀的燃料通道小于未驱动时的燃料通道。
4.如权利要求1所述阀，其中在驱动状态下，阀是密封的。
5.如权利要求4所述阀，其中在驱动状态下，环境敏感元件与密封表面共同作用以密封阀。
6.如权利要求5所述阀，其中密封表面设置在外壳上。
7.如权利要求5所述阀，其中密封表面与外壳连接。
8.如权利要求5所述阀，其中密封表面与外壳是一整体。
9.如权利要求1所述阀，其中所选择的环境因素是燃料的温度。
10.如权利要求9所述阀，其中当燃料温度低于预定温度时，阀处于未驱动状态，当燃料温度高于预定温度时，阀处于驱动状态。
11.如权利要求10所述阀，其中预定温度低于燃料的沸点。
12.如权利要求11所述阀，其中预定温度比燃料沸点约低3℃。
13.如权利要求11所述阀，其中预定温度比燃料沸点约低5至10℃。
14.如权利要求11所述阀，其中燃料是甲醇。
15.如权利要求10所述阀，其中环境敏感元件含有具有沸点较燃料低的液体。
16.如权利要求15所述阀，在预定温度至少部分液体经历相变，环境敏感元件体积增加。
17.如权利要求15所述阀，其中液体包含在密封元件中，密封元件与阀外壳上的密封表面共同作用以密封阀。
18.如权利要求15所述阀，其中液体是另一种燃料。
19.如权利要求15所述阀，其中液体包括至少两种其它液体混合物。
20.如权利要求9所述阀，其中环境敏感元件包括温度敏感弹簧，其中温度敏感弹簧在燃料温度增加时膨胀，并在燃料温度到达预定温度时密封阀。
21.如权利要求20所述阀，其中温度敏感弹簧偏压密封元件而密封元件与阀外壳的密封表面共同作用以密封驱动状态下的阀。
22.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧由双金属制成。
23.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧由金属或聚合物材料制成。
24.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧包含在密封元件中。
25.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧邻近密封元件。
26.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧包括包含在容器中的温度敏感蜡。
27.如权利要求21所述弹簧，其中温度敏感弹簧包括沸点低于容器中燃料的沸点的液体。
28.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧包括容器中的气体。
29.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧包括至少一个臂。
30.如权利要求29所述阀，其中所述臂与密封元件耦合。
31.如权利要求21所述阀，其中温度敏感弹簧包括横隔膜。
32.如权利要求9所述阀，其中环境敏感元件包括温度敏感元件，其中温度敏感元件在燃料温度升高时膨胀，并当燃料温度达到预定温度时密封阀。
33.如权利要求32所述阀，其中温度敏感元件与密封元件操作性相连。
34.如权利要求33所述阀元件，其中温度敏感元件与密封元件相连。
35.如权利要求33所述阀，其中温度敏感元件在密封元件中。
36.入权利要求33所述元件，其中温度敏感元件与中间元件操作性相连，中间元件与密封元件操作性相连。
37.如权利要求33所述阀元件，其中温度敏感元件包括双金属元件。
38.如权利要求37所述阀，其中双金属元件是横隔膜。
39.如权利要求33所述阀，其中温度敏感元件包括温度敏感蜡。
40.如权利要求39所述阀，其中阀进一步包括吸收至少一些温度敏感蜡的膨胀的衬垫。
41.如权利要求32所述阀，进一步包括第二温度敏感元件。
42.如权利要求1所述阀，其中所选择的环境因素是环境敏感元件上的燃料产生的压力。
43.如权利要求42所述阀，其中当产生的压力低于预定压力时阀处于未驱动状态，当产生的压力高于预定压力时，阀处于驱动状态。
44.如权利要求43所述阀，其中在驱动状态下，环境敏感元件与外壳上的密封表面共同作用以密封阀。
45.如权利要求44所述阀，其中环境敏感元件包括密封元件。
46.如权利要求45所述阀，其中密封元件含有液体。
47.如权利要求45所述阀，其中弹簧包含在密封元件中。
48.如权利要求45所述阀，其中密封元件与弹簧共同作用。
49.如权利要求45所述阀，其中密封元件由弹簧偏压。
50.如权利要求49所述阀，其中产生的压力相对偏压弹簧推动密封元件以密封处于驱动状态的阀。
51.如权利要求42所述阀，其中密封元件限定在其中通道，在未驱动状态下，通道与燃料流动路径对准，在驱动状态下，产生的压力作用于密封元件，使通道与流动路径不成一行，以密封阀。
52.如权利要求42所述阀，其中外壳包括至少一个第一回流通道，环境敏感阀在其中限定通道，在未驱动状态下，第一回流通道与燃料隔绝，燃料流经环境敏感元件中的通道。
53.如权利要求52的阀，其中在第一驱动状态下，产生的压力作用在环境敏感阀上，并将第一回流通道暴露于燃料。
54.如权利要求53所述阀，其中外壳进一步包括第二回流通道并处于第二驱动状态，产生的压力作用于环境敏感阀，并将第一和第二回流通道暴露于燃料。
55.如权利要求54所述阀，其中外壳进一步包括第三回流通道并处于第三驱动状态，产生的压力作用于环境敏感阀，并将第一、第二和第三回流通道暴露于燃料。
56.如权利要求55所述阀，在第一、第二或第三驱动状态中，燃料流经环境敏感元件中的通道。
57.如权利要求1所述阀，其中选择的环境因素是流经阀的燃料的流速。
58.如权利要求1所述阀，其中选择的环境因素是燃料作用在环境敏感元件上的燃料温度或压力。
59.如权利要求1所述阀，其中外壳限定至少一个旁路流通路径。
60.如权利要求1所述阀，其中相对于外壳的环境敏感阀的位置由至少一个位置弹簧支撑。
61.如权利要求1所述阀，其中环境敏感元件由恢复弹簧支撑，使得阀可以从驱动状态移动到未驱动状态。
62.如权利要求1所述阀，其中环境敏感元件进一步移动至关闭状态以阻止燃料离开燃料电池。
63.如权利要求62所述阀，在关闭状态下，环境敏感元件与密封表面共同作用以密封阀。
64.如权利要求62所述阀，阀处于初始位置时，环境敏感元件处于关闭状态，以及燃料电池中的泵经启动时，将环境敏感阀移动至未驱动状态。
65.一种适用于燃料供应装置和燃料电池的连接，所述连接包括适于在预定压力下膨胀的压力敏感部分，使得所述部分的膨胀体积大于膨胀前的体积。
66.如权利要求65所述连接，其中所述压力敏感部分包括多个褶皱，当所述部分膨胀时打开。
67.如权利要求65所述连接，其中所述压力敏感部分包括弹性部分在所述部分膨胀时伸展。
68.一种燃料电池的燃料供应装置，包括限定燃料室的外壳；将燃料室与燃料电池液体连通的环境敏感阀，其中所述阀在环境因素低于预定阈值时处于未驱动状态，当环境因素大于或等于预定阈值时阀处于驱动状态，以及所述阀可以在驱动状态和未驱动状态之间移动。
69.如权利要求68所述燃料供应装置，其中流经未驱动状态的阀的燃料流量高于流经驱动状态阀的燃料流量。
70.如权利要求68所述的燃料供应，在驱动状态下燃料流量实质上为零。
71.如权利要求68所述燃料供应装置，在驱动状态下，至少一些燃料从燃料电池分流出来。
72.如权利要求68所述燃料供应装置，在驱动状态下，至少一些燃料储存在阀中。
73.如权利要求45所述阀，进一步包括插塞，其中插塞和密封元件是可松开的连接，使得在预定压力下密封元件从插塞释放，以阻止燃料流向燃料电池。
74.如权利要求73所述阀，其中密封元件包括可松开的保持在插塞上的槽中的定位凸起。
75.如权利要求74所述燃料供应装置，其中定位凸起和槽是环形的。
76.如权利要求73的燃料供应装置，其中密封元件的内表面和插塞的外表面之间形成的干涉配合在预定压力下被克服从而允许密封元件相对插塞移动。
77.如权利要求45所述燃料供应装置，其中外壳进一步包括阀室壁，密封元件进一步包括铰部分和第二密封表面，其中在预定压力下铰部分移动密封元件的第二密封表面使其与阀室壁接触以阻止燃料流向燃料电池。
78.如权利要求77所述燃料供应装置，其中密封元件包括通过铰部分与包括第二密封表面的翼部分连接的环形部分，其中铰部分以大于90度角连接到环形部分。
79.如权利要求78所述燃料供应装置，其中铰部分较密封元件的环形部分和翼部分中的一个薄。
80.如权利要求77所述的燃料供应装置，其中密封元件的铰部分与插塞纵轴所形成的角大于90度。
81.如权利要求77所述的燃料供应装置，其中密封元件的铰部分弯曲离开插塞外表面。
82.如权利要求45所述燃料供应装置，进一步包括整体连接到密封元件以形成单一元件的插塞，其中在预定压力，元件朝外壳上的密封表面移动以限制燃料流量或密封阀。
83.如权利要求82所述燃料供应装置，其中密封元件和插塞元件进一步包括铰部分和第二密封表面，其中在预定压力下，铰部分使第二密封表面移动至与外壳的阀室壁接触以限制流向燃料电池的燃料流量。
全文摘要
本发明涉及具有环境传感阀的燃料供应装置。环境传感阀对环境因素例如温度、压力或流速敏感。该阀可以设置成当环境驱动情况不再存在时自动复位。
文档编号F16K31/12GK101073044SQ200580041654
公开日2007年11月14日 申请日期2005年10月3日 优先权日2004年10月5日
发明者保罗·亚当斯, 安德鲁·J·库瑞罗, 佛洛伊德·菲尔班克斯, 安东尼·史格洛依二世 申请人:法商Bic公司