专利名称：用于液体进料燃料电池系统的燃料容器和输送装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及液体进料燃料电池领域，包括直接氧化燃料电池，及更具体地涉及包括这种燃料电池的系统的燃料容器和输送装置。
背景技术：
燃料电池是通过电化学反应以产生电能的设备组合。多种物质可适宜用作燃料，这依赖于被选作电池部件的物质。有机物如甲醇或天然气由于具有高比能而被选作为燃料。液体进料燃料电池使用液体物质，如甲醇作为燃料。
根据背景技术，燃料电池系统可以被分为“重整基”系统(即所述燃料在被输入所述燃料电池之前通过某种形式被处理以释放气)或“直接氧化”系统(其中所述燃料被直接输入所述电池而不需要单独的内部处理步骤)。目前大多数可商用的燃料电池是重整基燃料电池系统。然而，因为燃料处理在技术上是复杂的、困难的并需要很大的体积，所以重整基系统目前尚局限于较大功率的应用。
应该理解，用在所述电池中的燃料可以是含碳的液体或气体。使用液体燃料的燃料电池被称作“液体进料”燃料电池。液体进料燃料电池可进一步地分为“液体进料重整基燃料电池”或“液体进料直接氧化燃料电池”。在某些情况下，由于液体燃料容易处理和贮存及在各种环境条件下比较稳定，因而期望贮存和使用液体燃料而不是气体燃料。还应该理解，这种描述主要涉及液体进料燃料电池系统，及所述系统被简单地分为直接氧化或重整基系统。
在低功率工作中，如手持便携式电子设备中，使用直接氧化燃料电池系统是有利的。更具体的说，直接氧化燃料电池系统最适宜用在许多小型移动设备的(如移动电话，手持和膝上型电脑)的应用，及一些较大型的应用中。
简要的说，在直接氧化燃料电池中，碳质液体燃料(典型地为含水溶液如含水甲醇溶液)被输入膜电极组件(MEA)的阳极侧。所述MEA包含质子可导电的但是电子非导电的膜(PCM)。典型地，能使所述燃料在阳极上直接氧化的催化剂，如铂或铂/钌合金被放置在所述PCM面上(或者存在于所述燃料电池的阳极室中)。质子(来自燃料中发现的氢和反应的阳极面上发现的水分子)与所述电子分离。所述质子通过所述PCM迁移，但是电子不能从中透过。所述电子因而获得一种不同的途径与阴极反应中包含的质子和氧分子再结合。因此，所述电子穿过负载，从而提供电能。
一个液体进料燃料电池系统的实施例是直接氧化燃料电池系统，及更具体的说，是一种直接甲醇燃料电池系统(或“DMFC”系统)。在DMFC系统中，以含水溶液存在的甲醇被用作所述液体燃料(所述“燃料混合物”)，及氧气，优选地来自室外空气被用作所述氧化剂。在DMFC中有两种基本的反应发生，以使DMFC系统提供电能给耗能设备所述由甲醇和水组成的燃料混合物在阳极分离为CO2、质子和电子；及质子、电子和氧气在阴极结合为水。
为了这些反应持续地进行，燃料电池，包括液体进料燃料电池必须被供应足够的燃料以确保电能的发生。此外，如果这种液体进料燃料电池被用在便携的、手持的设备中，希望它可以在不同的方向有效地操作。因此，用于便携式电子设备的DMFC应包括燃料输送系统，所述输送系统能以连续的方式或根据需要来输送液体燃料，而不管所述DMFC系统的方向如何。
由于甲醇本身的性质，及其对人和财产有危险，当使用这种物质时必须采取安全防护措施。因而期望贮存和运送甲醇以基本上防止所述燃料从所述容器泄漏的方式进行。此外，所述燃料物质可以与一种或多种添加物混合以增加其可检测性，以防止其从其容器泄漏。这些提高安全性的添加剂通过提供一种气味和/或颜色，从而如果在使用或偶然故障时一定量的甲醇从所述燃料电池中被释放出来，与之接触的人便可发现，以增加检测所述物质的可能性，从而可以更安全地处理所述燃料物质。
为了得到最好的结果，所述提高安全性的添加剂应该与所述燃料分开贮存和保持，同时所述燃料用来为相关设备提供能量。所述设备还应该适应小的形状因素，及在某一消费水平上应该提供这些优点，以使规模制造工艺是可行的。因此，本发明的一个目的是提供用于将液体燃料连续地或分批地输入燃料电池的贮存容器和输送系统，但是即使当所述设备(由所述燃料电池提供电能)在不同的方向操作时也不会出现意外的中断。
发明内容
本发明提供了上述优点及其他优点，其中燃料容器和输送装置包括一个含有液体进料燃料电池用燃料的内柔性软壳。所述燃料容器和输送装置装配有加压部件，所述加压部件能向所述含燃料的柔性软壳连续地施加压力，通过这种方式所述燃料被挤压通过所述容器内的导管到达所述直接氧化燃料电池。所述燃料被连续地或根据需要供给所述燃料电池。所述燃料容器可以是一个可更换的盒。本发明的燃料容器和输送系统可以简单而又便宜地向所述液体进料燃料电池输送燃料，同时所述电池可以在任何方向使用。
在本发明的一个技术方案中，所述加压部件包括弹簧加压板或其他设备以压缩所述柔性软壳，从而向所述液体燃料加压，通过这种方式加压可以在所述燃料电池上连续地进行。根据本发明的另一方面，一种可膨胀的材料如膨胀泡沫与板接触以在所述柔性软壳上施加一定压力。
所述压力装置可以被装入外部容器内形成一高压间，所述高压间内含有安全性添加剂。如果所述燃料输送装置被损害或者被丢弃，所述安全性添加剂与所述燃料相混合从而所述燃料是可检测的。
附图的简要说明下面对照附图对本发明做出说明，其中
图1是本发明使用的直接甲醇燃料电池系统的方框图；图2是本发明燃料容器和输送装置的实施方案的示意性剖面图，其中所述加压部件是弹簧；图3是本发明燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意性剖面图，其中所述加压部件是可膨胀材料；图4是与图1所示系统类似的直接甲醇燃料电池系统的方框图，其中还包括一个计量阀以控制所述燃料流入所述DMFC；图5A是本发明燃料容器和输送装置的实施方案的示意性剖面图，其中所述装置具有漏斗形；图5B是图5A所述实施方案的示意性剖面图，其中所述燃料容器和输送装置包括一个波纹管型柔性软壳；图6是本发明燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意图；图7是所述燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意性剖面图，所述装置包括轴向设置的加压部件；图8A是所述燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意性剖面图，所述装置包括一个恒力弹簧和移动子部件；图8B是图8A所示装置的俯视图；图9是根据本发明的加压部件的一个实施方案的俯视图，所述部件包括锁定系统；图10A是本发明一个具有轨道的实施方案的燃料盒的俯视图，其中当所述燃料被消耗时，所述燃料软壳和联接辊可沿所述轨道移动；图10B是所述燃料软壳和辊装置的示意性俯视图，所述装置沿着图10A所示的轨道移动；图10C是本发明燃料容器和输送装置的一个实施方案的侧面图，其中所述加压部件是卷簧；图10D是用在图10B装置中的光滑轨道的示意性侧面图；图11是本发明燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意性剖面图，所述装置结合了一个具有燃料循环特征的一次性燃料盒；及图12是所述燃料容器和输送装置的一个实施方案的示意性剖面图，其中双软壳子部件提供高浓度燃料和低浓度燃料。
具体实施例方式
本发明是燃料贮存容器和输送装置。所述燃料可以是任何液态碳质燃料，包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇和丁醇，或它们的水溶液。为便于叙述，我们这里描述的本发明的实施方案与直接甲醇燃料电池系统(“DMFC”)结合使用，其中所述燃料物质是甲醇或水合甲醇溶液。然而应该理解，所述燃料容器和输送装置可以很容易地用于贮存其他燃料并输送到直接氧化燃料电池，这同样落在本发明的保护范围之内。因此，这里使用的术语“燃料”应包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或它们的结合物，及它们的水合溶液，及其他适宜用在直接氧化燃料电池系统中的液态碳质燃料。
为了更好地理解本发明，将对本发明使用的直接甲醇燃料电池系统进行简要地描述。图1介绍了使用本发明所述燃料容器和输送系统的直接甲醇燃料系统2。根据本发明，包括所述DMFC3的系统2具有燃料输送系统以从燃料容器和输送装置4输送燃料。所述DMFC3包括一个内含膜电极部件(MEA)6的室5。MEA6包含质子导电而电子非导电的膜(PCM)7。PCM7具有阳极面8和阴极面10，所述阳极面8和阴极面10中每一个都被涂抹催化剂，所述催化剂包括但不限于铂、或铂/钌合金。由所述室5和所述PCM的阳极面限定的DMFC3的区域在这里被称为阳极室18。由所述室5和所述PCM阴极面限定的DMFC3的区域在这里被称为阴极室20。所述直接甲醇燃料电池系统的附加部件如流场板和扩散层(图1中未示出)可包括在所述阳极室18和阴极室20内，所述附加部件用来管理反应物和副产物。
甲醇或甲醇和水的溶液被输入所述DMFC3的阳极室18，或进入内部燃料贮槽(图中未示出)，再从这里被输送到所述阳极室18。更具体地说，也是本领域技术人员容易理解的，在催化剂存在的条件下当燃料物质被输入所述PCM的阳极面8，及氧气(典型地为室外空气)被输入所述PCM的阴极面10时，发电反应便会产生。
来自本发明所述燃料容器和输送装置4的碳质燃料物质通过可选择的泵24被输送到所述DMFC3的阳极室18。所述燃料混合物通过与流场板和/或扩散层(图中未示出)相连的流道，及最后存在于所述PCM处。所述膜表面上(或以其他方式存在于所述膜表面)的催化剂氧化所述PCM上已被催化的阳极面8上的碳质燃料，从所述燃料混合物的燃料和水分子中分离氢质子和电子。当关闭回路时，所述质子通过不能透过电子的PCM7。所述电子因而寻求一条不同的路径与所述质子重新结合，及通过外部回路的负载21流动，因而为所述负载提供电能。只要所述反应持续进行，电流就通过所述外部回路保持下去。直接氧化燃料电池产生的水(H2O)和二氧化碳(CO2)被气体分离器30分离，及所述未反应的甲醇和水被再循环到所述泵24。所述阴极排放物被送到气体分离器32，及在具体应用中如果期望的话，水再循环到泵24。本领域技术人员应该认识到本发明所述燃料容器和输送装置还可用在具有不同结构的系统中。
图2描述了本发明所述燃料容器和输送装置的一个说明性实施方案。所述燃料容器和输送装置200具有一个基本上是硬盒202的外壳体，如图中说明性实施方案所示。盒202封装一个可收缩的燃料容器204，所述燃料容器可以是柔性软壳，该燃料容器被用来容纳用于DMFC或其它与之相关联的燃料电池的液体燃料。板206(所述板可由金属或一种惰性的硬塑料组成)与所述柔性软壳204相接触或相近设置。所述板206被放置成经受弹簧210的力的作用。所述弹簧210可以是如图2所示的卷簧，或者是同样落在本发明保护范围之内的“弓型簧”。对弹簧形状的选择还取决于所述系统的形状因素和燃料输送的需要。
在说明性实施方案中，所述板206具有周边基本上与盒202内壁的内部断面一样的形状。因为在所述盒内使弹簧的最大力垂直地作用于板206上而使板稳定，这使得最大均压施加于所述柔性软壳204上的可能性增加。所述软壳最初优选是充胀的，基本上不含空气或其它气体。当所述液体燃料通过所述DMFC被消耗时，变瘪的软壳和压缩弹簧延伸以拉长井继续施加压力于所述软壳206，从而为DMFC提供基本上稳定流动的燃料。
一个替代性的实施方案如图3所示。盒302包括一个柔性软壳304，板306与所述软壳相近设置。一种可膨胀材料310代替弹簧被放置在所述容器内邻接板306的位置处，以施加压力于板306上，又对所述软壳304施力，所述可膨胀材料可以是橡胶或膨胀泡沫。在图2或图3的实施方案中，所述加压部件(即弹簧或者可膨胀材料)施加足够的力至所述软壳以压缩它，因而增加了软壳内的压力从而迫使流体从中流出，但是不会使所述软壳破裂。例如，所述具体压力依赖于本发明的应用场合和使用的材料。
导管224(图2)和导管324(图3)供应燃料流至所述DMFC。根据一个说明性实施例，所述盒202的导管220被密封条或塞子224密封。针223可能被用来穿过所述密封件224及所述柔性软壳204以从所述软壳中引出燃料并送至DMFC。所述针223可包括一个刺破部件2231，当要处理所述容器时刺破所述软壳。象上面所讨论的，还允许混合添加剂。这方面的详细内容被描述在共同所有的美国专利申请第09/788768号中，申请日为2001年2月20日，发明名称为“多壁燃料容器和输送系统”，该文献在这里完整地引作参考。
期望在位于所述容器或DMFC系统内存在一个阀以控制所述燃料的流动，这一点对于本领域技术人员来说是可理解的。还期望把外壳体的形状加工成如图5A和5B所示具有斜边76，以将燃料灌进所述DMFC。
所述阀可以是图4所示的测量阀。图4描述了包括DMFC403的直接甲醇燃料电池系统402，燃料从本发明的燃料容器和输送装置404被输入所述系统。在本发明的实施方案中，所述DMFC系统402包括一个测量阀406。所述测量阀406被控制系统精确地定位，控制系统根据相关联的微处理器或其它控制逻辑发出的指令组进行操作。
所述燃料从燃料容器和输送装置404中被释放出来，通过所述测量阀406，及被释放到泵424、一个内部贮槽或混合室(图中未示出)，进入所述DMFC403的阳极室。用作燃料的甲醇溶液浓度的变化基于通过下述方式确定的信息，即，通过阳极再循环回路410、420收到的未反应的甲醇，或者在所述燃料电池系统内基于其它操作参数得到的信息。通过调整所述甲醇溶液的浓度，在任何DMFC中与甲醇穿过和水夹带相关的问题可以被控制，及所述DMFC系统可以对大范围的功率需求分布提供电能。
本发明另外两个所述燃料容器和输送装置的实施方案分别被描述在图5A和5B中。在图5A中，所述燃料容器和输送装置500a包括燃料盒502a。所述燃料盒502a具有含有燃料的半硬软壳或封套504a。在所示的实施方案中，所述软壳可以由两片粘在一起的软外壳材料组成，得到贮存燃料的封套。当燃料被消耗时所述封套易于破裂。所述软壳被置于板506a和弹簧510a压力之下。除了图5A所示的实施方案外，还优选将所述软壳加工成具有漏斗形状。通过这种方式，在所述燃料容器500a与所述通向燃料电池阳极侧的系统部件的接界处，甲醇被灌进至接近导管524a的狭窄端。
在图5B中，燃料容器和输送装置500b具有内含软壳504b的盒502b，所述软壳具有波纹管结构。所述波纹型软壳为有选择地收缩，以避免在相关设备的操作中消耗燃料时，由于软壳的部分变瘪而阻碍甲醇的流动。对于所描述的其它实施方案，板506b在弹簧510b的作用下压缩所述波纹型软壳504b。
本发明还在燃料容器和输送装置内配备了简单和精确的燃料测量仪。如图6中所示，所述燃料容器和输送装置600具有一个外部容器602，容器602包括一个可以是透明窗口的燃料测量仪604，从而可视地指示所述装置600中燃料的量。所述盒602包括软壳(图6中未示出)，随着燃料的消耗所述软壳变瘪时，该软壳允许着色板向着指向所述装置一端的导管624移动(及通过测量仪604的窗口可见)。
所述测量仪容易被校准。随着弹簧的延伸，燃料被消耗掉，及所述板向所述装置的导管端移动。所述盒602的一部分可以被切去，及透明材料被放置在所得到的开口位置，从而所述板(可以使用着色或印记使其更容易被看到)可作为测量仪。图6的窗口610说明了该实施方案，及在该说明性实施方案中，所述燃料盒被指示为全部的一半和四分之三之间。
根据本发明的另一个方面，加压部件可以是轴向部件的组合，如图7装置700中的部件710a和710b。在该实施方案中，盒702包括软壳704。所述部件710a和710b是弓型弹簧并分别作用于板712a和712b。所述板712a和712b压缩所述软壳704。其它类型的弹簧或其它部件可以被选择作为部件710a和710b的材料(如前面提到的可膨胀材料)，这同样落在本发明的保护范围之内。在某些应用中本发明的实施方案是优选的以符合某种形状因素，其中涉及窄的设备，或者在期望有不同压力的场合。
图8A和8B说明了具有盒802的燃料容器和输送装置800，所述盒包括软壳804。所述软壳804在一端808被卷绕了移动子部件810。所述移动子部件810包括围绕轴822盘绕的恒力弹簧820。所述轴822沿着轨道移动以强制压缩部件826压缩所述软壳804，从而使液体燃料流出所述导管824。随着燃料从所述软壳被释放出来，所述移动装置允许不再含燃料的软壳部分808通过所述压缩部件826的开口位置(或与之相邻)。因此，含有燃料的软壳部分仍然处于一定压力之下。
本发明实施方案的第二方面包括压缩弹簧如弹簧820(图8B)。所述轴和软壳通过机械方式一体化或耦合，从而所述弹簧促使所述轴旋转，使所述软壳的体积最小化。当燃料通过导管824被释放时，所述轴持续旋转，及向所述软壳804施加压力，当一个相关联的阀被打开时所述压力促使燃料释放。
一种锁定系统可以被包括在移动子部件中，如图9所示。根据本发明的这一方面，所述轴822在恒压弹簧820的作用下沿着轨道902移动，所述轨道具有包括啮合齿904的锯齿轨道。所述轴822装配在所述啮合齿904内，及其能向着所述轨道902移动，但是不能反方向向后移动。所述锁定系统阻止所述移动装置后滑，因而防止压力损失及燃料流向所述燃料电池。
另一方面，配备锁定系统的盒可被用来阻止不期望的燃料流动。在图10A和10B介绍的替代系统中，具有硬壁1001的盒1000包含燃料软壳1008，所述软壳1008可被紧固在辊1010上或以其它方式与之机械地成为一体。所述辊被固定到轴1012上，所述轴上还固定了两个移动限制部件1014a和1014b。(图10B)附着到所述轴上的是卷簧1003，该卷簧还附着到一个移动限制部件(1014a)上。当燃料被输入所述系统时卷簧1003(图10C)的扭转作用推着所述装置前进，压缩所述软壳并减小其体积。通过校正所述卷簧的弹簧常数可调整由于卷簧的扭转作用产生的压力，从而施加足够的压力以保证燃料被输送到所述燃料电池系统，但是所述压力不能超过阀阻滞压力。与所述移动限制部件中的一个表面相连的是螺旋弹簧1015，所述螺旋弹簧被固定在所述硬壁的内部。总的来说，辊、轴、螺旋弹簧和移动限制部件被称作辊装置1016。所述辊装置被定位在所述盒中，所述轴或者通过所述盒延伸，或者放置在可到达所述外壁的槽中。
如图10A所示，与所述盒的内部通过一体化或机械方式结合的是两组轨道，两组轨道分别由光滑轨道1004a、1004b和齿形轨道1002a和1002b组成。当所述盒位于所述DMFC系统外部时，所述螺旋弹簧伸展而挤压所述辊装置进入所述齿形轨道。当力被施加到所述轴的长轴线时，所述辊装置被移动到所述光滑轨道上，在这里其通过卷簧的作用会向前移动，因而当弹簧伸展及缩小所述燃料软壳的体积时便会施加压力至所述燃料软壳，当所述相关联的阀被打开时还会引起流动。当所述力被释放时，所述辊会被压回到所述齿形轨道中，在这里所述辊会被锁定就位(图10D)。
通过一插入过程可施加所述力，其中，通过把所述盒压入一特别设计的开口中而向所述轴施加压力，所述开口与向所述轴加压的装置一体化，因而推动所述输送限制部件到光滑轨道。当所述盒从所述装置移走时，便不再向所述轴施加压力，因而允许螺旋弹簧推动所述辊装置进入所述齿形轨道中，并阻止其向前移动。本领域技术人员应该理解，所述弹簧的功能可整体组合到单一的部件上，或者需要的话使用附加的弹簧，这依赖于需要移动的燃料的体积和形状因素。
本发明的另一个方面如图11所示。图11描述了燃料电池系统1100的一部分，所述系统具有通过燃料容器和输送装置1102供应燃料的燃料电池1101。所述燃料容器和输送装置具有围成内盒1104的外部硬壳体1103。所述内盒1104围成内含所述水合燃料溶液的可伸缩袋或柔性软壳1105。当所述燃料的体积随着燃料的消耗而减少时，所述可伸缩袋1105能容纳体积的变化。在本发明的实施方案中，所述内盒1104是可更换的。所述可更换盒1104具有燃料出口导管1106(这里也被称作燃料出口)，燃料通过该导管直接到达可选择的泵，再到达所述燃料电池1101。此外，所述可更换的燃料盒1104具有燃料回流口1110，以使未使用的燃料再循环流回所述燃料容器1102。这种结构能使用相当低浓度的甲醇。一旦所述甲醇浓度降到可使用的水平以下，及可使用的燃料被消耗，所述盒可以被移走及进行处理。
根据本发明的另一方面，图11介绍的实施方案可包括弹簧1112(或其它加压部件如膨胀泡沫)以使所述燃料处于一定压力下，通过这种方式燃料的初始进料可以被输送到所述燃料电池而不需要泵1108。此外，所述初始进料可以启动所述泵，从而不需要贮存启动泵操作所需要的电能。一旦所述系统充满燃料，启动所述泵需要的电能可以由所述燃料电池产生。
图12描述了另一个实施方案即燃料电池系统1200，所述系统具有从燃料容器和输送装置1202供应燃料的燃料电池1201(或多个燃料电池)。在该实施方案中，所述燃料容器和输送装置包括一次性的容器1204，所述容器1204围成双燃料软壳(或袋)1205a和1205b。这样能够输送不同燃料浓度的燃料至所述燃料电池1201。更具体的说，高甲醇浓度燃料可以从容器1205a经可选择的泵1208a通过燃料出口1206a提供。低甲醇浓度燃料可以由容器1205b经可选择的泵1206b通过燃料出口1206b提供。通过在高浓度和低浓度燃料之间进行切换控制所述燃料浓度。二氧化碳气体可以在所述阳极排出。可以采用反馈机构来控制所述阀的操作，这依赖于所选择的参数，如电池温度、甲醇浓度等。
如果需要的话，在另一个实施方案中，所述可伸缩袋1205a和1205b可通过弹簧轻微加压，如弹簧1212，或者气体，或者保形的可膨胀材料如泡沫。与图11的实施方案一样，所述压力可被用来提供燃料的初始进料，及用来启动所述电池。
应该理解，根据每一实施方案描述的概念可以互换和变化，这同样落在本发明的保护范围之内。此外，在某种情况下装配所述加压部件可能是有利的，从而在消耗燃料时所述压力增加或减少，这依赖于具体的应用。通过选择不同种类的材料可以实现这一目的。所述参数也可以根据所选择弹簧的不同类型而变化。此外，虽然上述说明性实施方案已经使用压缩弹簧使力远离所述弹簧的中心，也可使用将力引向所述弹簧中心的拉伸弹簧，本发明适合于结合这样的选择。
还可能贮存提高安全性的添加剂，所述添加剂为所述燃料或其它流体着色、着味，象在所述盒202和软壳204之间组成的高压间212(图2)所需要的。通过这种方式贮存这些物质的细节被公开在美国专利申请第09/788768中，申请日为2001年2月20日，发明名称为“多壁燃料容器和输送系统”，在这里完整地引作参考。象这里所描述的，所述容器还可包括与所述软壳相连的刺破部件，所述刺破部件可刺破所述软壳，从而在刺破所述柔性软壳的过程中所述燃料与所述添加剂混合。
如上所述，应该理解，本发明还可适用除了甲醇或甲醇/水混合物之外的燃料。
前面的描述直接涉及本发明的具体实施方案。然而，显然可以对所描述的实施方案做其它的变形和修改，同时保存本发明所述的一些优点或全部优点。因此，所附权利要求书的目的是覆盖所有这些落在本发明的实质精神和范围之内的变形和修改。
权利要求
1.一种液体进料燃料电池系统，包括(A)包括膜电极组件的直接氧化燃料电池；(B)燃料源；和(C)与所述燃料源结合的燃料容器，其包括(1)一个在充满燃料时基本上完全膨胀的内部柔性软壳，所述燃料来自所述燃料源，所述软壳具有与所述膜电极组件结合的导管以提供燃料给所述膜电极组件；及(2)压力装置，包括至少一个设置成与所述柔性软壳接触的板，和至少一个加压部件，该加压部件以这种方式作用于所述板，即，所述板压缩所述软壳，从而使所述软壳中内含的燃料处于一定压力下，由此使燃料通过所述导管被压向所述膜电极组件。
2.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述加压部件是安置在所述容器内并与所述板接触的压缩弹簧，所述压缩弹簧易于向所述压力装置的板上施加力，因而压力会加在所述软壳上。
3.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述加压部件是安置在邻接于所述板的所述容器内的可膨胀材料，所述可膨胀材料压缩所述靠着软壳的板，从而向所述软壳施加压力。
4.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述容器具有一端向着所述导管逐渐缩小的通道的漏斗形状，从而燃料流被导向所述导管。
5.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述软壳是波纹管结构，从而当燃料被消耗及所述软壳内液体的体积减少时所述软壳不会完全变瘪。
6.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料容器包括燃料测量计。
7.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料测量计包括位于所述容器的透明窗口，和安置在所述板上的可见色，和位于所述容器外壁的定标刻度，通过这种方式，当燃料从所述软壳被消耗时所述板移向所述导管，这样通过所述窗口显露出的所述板可以提供燃料体积的可视指示。
8.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述加压装置包括多个由弓形弹簧组成的加压部件，所述弓形弹簧沿着多个与所述软壳邻接的轴向设置的板放置，使得所述弓形弹簧向着所述软壳压缩所述板。
9.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述加压部件是围绕一个轴盘绕的压缩弹簧。
10.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述轨道包括棘齿，所述棘齿允许所述轴沿着所述轨道向前方压力产生方向移动，但是当所述燃料容器和输送系统从所述燃料电池系统被移走时阻止其向前移动。
11.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料容器与所述燃料源结合，所述燃料容器包括(A)一个在充满燃料时基本上完全膨胀的内部柔性软壳，所述燃料来自所述燃料源，所述软壳具有与所述膜电极组件结合的导管以提供燃料给所述膜电极组件；及(B)移动装置，包括至少一个与所述柔性软壳相连的移动部件，和至少一个加压部件，所述加压部件以这种方式作用于所述移动部件，即，所述移动部件压缩所述软壳，从而使所述软壳中内含的燃料处于一定压力下，由此使燃料通过所述导管被压向所述膜电极组件。
12.如权利要求11所述的液体进料燃料电池系统，其中所述加压部件是围绕一个轴盘绕的压缩弹簧。
13.如权利要求12所述的液体进料燃料电池系统，其中所述轴沿着轨道设置，并且当所述轴沿着所述轨道移动时，所述压缩弹簧迫使所述移动部件压缩所述软壳。
14.如权利要求13所述的液体进料燃料电池系统，其中所述轨道包括棘齿，所述棘齿允许所述轴沿着所述轨道向前方压力产生方向移动，但是当所述燃料容器和输送系统从所述燃料电池系统被移走时阻止其向前移动。
15.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料容器还包括所述容器包围所述内部柔性软壳并在所述外部容器的内壁和所述内部容器之间形成一高压间，所述高压间充满一种或多种添加剂的混合物，其中当所述装置被刺破时，所述燃料与所述添加剂混合。
16.如权利要求15所述的液体进料燃料电池系统，还包括与所述软壳相连的刺破部件，所述刺破部件刺破所述软壳，从而当所述柔性软壳被刺破时，所述燃料与所述添加剂混合。
17.如权利要求11所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料容器包括两组相对的轨道，第一轨道是一组光滑的导轨，第二轨道是一组输送限制部件，所述移动装置包括具有两相对单元的轴，所述单元的尺寸与所述输送限制部件的齿相配合；移动部件安置在所述轴上并在其每一侧上具有所述单元，从而当燃料被消耗时，所述移动部件沿着所述柔性软壳滚动以压缩所述软壳，尽管所述移动部件是辊时会沿着所述软壳移动，但是在所述单元被放置在所述输送限制部件的凹槽中时移动部件可被锁定就位。
18.如权利要求17所述的液体进料燃料电池系统，其中所述移动部件还包括围绕所述轴盘绕的扭簧，从而所述弹簧的压力促使所述移动部件移动并压缩所述软壳，以使所述软壳中内含的燃料处于一定压力下，因而在所述燃料电池消耗燃料时，将燃料通过所述导管压向膜电极组件。
19.如权利要求1所述的液体进料燃料电池系统，还包括包围所述燃料容器的外部硬壳体，所述燃料容器包括所述柔性软壳，及所述燃料容器是装在所述外部硬壳体之内的可更换的盒，当所述柔性软壳中的可用燃料被消耗掉时，所述燃料容器可以从所述硬壳体中移走并丢弃。
20.如权利要求19所述的液体进料燃料电池系统，还包括安置在所述硬壳体内的加压部件，从而使所述软壳中含有的燃料处于一定压力下，由此将燃料通过所述导管压向所述膜电极组件。
21.一种液体进料燃料电池系统，包括(A)包括膜电极组件的直接氧化燃料电池；(B)液体燃料源；和(C)与所述液体燃料源结合的燃料容器，包括一个为收缩袋的内部柔性软壳，所述软壳在充满所述液体燃料时基本上完全膨胀，其具有燃料出口导管，以提供液体燃料至所述直接氧化燃料电池；和燃料入口，以供未被燃料电池消耗的燃料通过该入口再循环到所述燃料容器。
22.如权利要求21所述的液体进料燃料电池系统，还包括含有加压部件的压力装置，所述加压部件作用于所述收缩袋，从而使所述收缩袋中内含的燃料处于一定压力之下，将燃料通过所述燃料出口导管压向所述燃料电池。
23.如权利要求22所述的液体进料燃料电池系统，还包括连接所述燃料出口导管和所述燃料电池的泵，以在所述燃料容器和所述燃料电池之间输送燃料。
24.如权利要求23所述的液体进料燃料电池系统，其中所述燃料容器包括外部硬壳体，所述硬壳体含有多个包含不同浓度的液体燃料的收缩袋。
25.如权利要求24所述的液体进料燃料电池系统，其中所述外硬壳体含有第一收缩袋和第二收缩袋，所述第一收缩袋含有高甲醇浓度燃料物质，所述第二收缩袋含有低甲醇浓度燃料物质。
26.如权利要求25所述的液体进料燃料电池系统，还包括置于所述外部硬壳体之内的加压部件，所述加压部件向所述收缩袋施加压力，以使所述燃料处于一定压力之下，由此将燃料通过所述导管压向所述燃料电池。
27.如权利要求26所述的液体进料燃料电池系统，还包括与燃料出口导管相连的第一阀，该出口导管与所述高甲醇燃料物质相连，通过所述第一阀的操作可控制所述高浓度燃料物质向所述燃料电池的输送，及包括与所述燃料出口导管相连的第二阀，该出口导管与所述低浓度燃料物质相连，通过所述第二阀的操作可控制所述低浓度燃料物质向所述燃料电池的输送。
28.如权利要求27所述的液体进料燃料电池系统，还包括压力装置，包括至少一个作用于所述收缩袋的加压部件，所述加压部件压缩所述收缩袋，从而使所述收缩袋中内含的燃料处于一定压力之下，由此将燃料通过所述相关联的导管压向所述直接氧化燃料电池。
29.一种用于相关联的液体进料直接氧化燃料电池的燃料容器和输送装置，所述燃料容器和输送装置，包括(A)与相关燃料源相连的外部容器；(B)安置在所述外部容器之内的内部柔性软壳，所述软壳基本上完全膨胀，充满来自所述燃料电池源的液体燃料，其具有与液体进料燃料电池相连的导管以提供燃料至所述燃料电池的膜电极组件；及(C)压力装置，包括设置成与所述柔性软壳接触的至少一个板及至少一个加压部件，该加压部件以这种方式作用于所述板，即，通过所述板对所述软壳进行压缩，以使所述软壳中含有的燃料处于一定压力之下，由此使燃料通过所述导管被压向所述燃料电池。
30.如权利要求29所述的燃料容器和输送装置，还包括含有所述燃料容器的硬壳体，所述燃料容器是可以从所述外部硬壳体上移走的一次性盒，当所述供给燃料被用完时，所述燃料容器可以被丢掉。
全文摘要
提供一种具有独特燃料容器和输送装置的液体进料燃料电池系统。所述容器和输送装置允许液体燃料处于一定压力下从而使其以连续的方式被输送到所述电池，所述液体燃料在一个优选的实施方案中为纯甲醇或含水甲醇/水混合物的形式。所述液体物质被贮存在一个容纳于外部容器的柔性软壳中。所述含有燃料的内部柔性软壳装配有加压装置，所述加压装置向所述含有燃料的柔性软壳连续施加压力，从而在所述软壳上保持一定压力，通过这种方式使得所述燃料通过所述容器的导管被压到直接氧化燃料电池。本发明的燃料容器和输送系统可简单和便宜地输送燃料至所述液体进料燃料电池，同时所述系统可被用在任何方向上。在本发明的一个实施方案中，所述加压部件包括一个加载弹簧的板，该板压缩所述柔性软壳以给所述液体燃料加压。根据本发明的另一方面，一种可膨胀材料如膨胀泡沫被施加在所述板上以向所述柔性软壳加压。一旋转轴和压缩弹簧也被使用，以驱动移动部件沿着所述软壳对其进行压缩。在一个实施中所述燃料容器可以是一种一次性的盒。
文档编号H01M2/02GK1650457SQ02827908
公开日2005年8月3日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年1月8日
发明者J·J·贝切拉, M·S·德菲利皮斯 申请人:吉列公司