专利名称：燃料箱及其盖帽构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于移动电源的燃料电池系统的燃料箱和用于该燃料箱的盖帽构件。
本申请要求享有于2005年3月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0022239的优先权，该专利申请的全部内容作为本申请的参考。
背景技术：
燃料箱储存预定量的燃料，并向指定装置或系统提供储存的燃料。通常，燃料箱由箱体和盖构成，盖用于密封使燃料通过而被注入箱体的燃料口。另外，用于向装置或系统输送燃料的输送管与燃料箱相连。
燃料箱可用于需要液体燃料的各种装置。例如，可能够燃料箱用于利用化学能作为能源的机动车中，或如由燃料的化学能产生电能的燃料电池之类的发电体中。
燃料电池是通过氢和氧的电化学反应产生电能的装置。燃料电池系统利用由燃料箱提供的如甲醇之类的液体燃料产生电能。上面提到的燃料电池系统分为用于移动电源的燃料电池系统、用于运输的燃料电池系统以及用于分配电力(for distributed-generation of electricity)的燃料电池系统。
具体而言，用于移动电源的燃料电池系统是指用于对便携式电讯设备充电的移动电源或燃料电池系统。使用高分子电解质膜的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的燃料电池和直接甲醇燃料电池(DMFC)适于用作移动电源的燃料电池。
若用于移动电源的燃料电池系统中的燃料箱为手提式或车载式，燃料箱可能随系统装备或运输状态而急剧摇摆或者倾斜于其侧面。
如果燃料箱急剧摇摆或者倾斜于其侧面，则不能平稳地将燃料箱中的燃料提供给燃料电池，燃料电池的输出将减小。因此，使用燃料电池系统作为电源的装置不能如愿地工作。
而且，如果燃料箱急剧摇摆或者倾斜于其侧面，在燃料电池的阳极侧将出现燃料亏缺。在这种情况下，在催化剂层与来自阴极侧的氧发生化学反应时，阳极侧的催化剂层可能被腐蚀。这种腐蚀将破坏燃料电池的稳定性并缩短燃料电池的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种即使燃料箱急剧摇摆或倾斜于其侧面也可以连续而平稳地提供燃料的燃料箱。
据此，提供一种燃料箱或用于该燃料箱的盖帽构件，该燃料箱能方便地连接到该燃料箱所安装的系统上或与该系统脱开。
具体而言，燃料箱包括箱体、浮子和空气管道，箱体包括燃料口和用于保持箱体内部压力的针孔(pin hole)，浮子位于储存于箱体内的燃料的表面，空气管道的端部分别连接到所述针孔和浮子的上部。
燃料箱还可包括盖住燃料口并与外部输送管连接的盖帽构件。
燃料箱还可包括用于从箱体向盖帽构件输送燃料的燃料管。
盖帽构件包括具有连接燃料管和输送管的内部输送通道的盖帽体。被被固定的外盖帽包括内部插有输送管的排放口和用于将输送管固定于排放口的连接器。盖帽体具有被连接器弹性地挤压、并且在连接器挤压时开启内部输送通道的弹性开启/关闭部分。
连接器包括通过插入而设置在排放口中的连接器主体，该连接器具有中空管的形状。连接器的一端具有直径比排放口的直径大的连接器凸缘。连接器还包括中空插入件，该中空插入件的一部分被插入输送管中，并且从输送管的端部突出预定距离。
弹性开启/关闭部分包括弹簧、内部设置所述弹簧、并在一侧具有开口部分的开启/关闭外壳、以及与开启/关闭外壳的开口部分相连并通过弹簧而弹性地往复运动的头部。
盖帽体可以通过螺钉连接到燃料口的内周表面。被固定的外盖帽可以通过螺钉连接到燃料口的外周表面。盖帽体包括插入在被固定的外盖帽和燃料口端部之间的凸缘部分。盖帽体包括用于保持燃料箱内部压力的针孔，该孔通过被固定的外盖帽和燃料口之间的螺钉连接间隙而连接到外部。
图1是采用本发明燃料箱的燃料电池系统的示意性框图；图2是本发明一实施方式的燃料箱；图3的横截面图示出了当输送管完全插入图2所示的燃料箱中时图2所示的燃料箱的盖帽构件；图4的横截面图示出了在输送管完全插入图2所示的燃料箱之前的盖帽构件。
具体实施例方式
参考图1，燃料电池系统包括燃料电池100、燃料箱200、燃料泵300和空气泵400。
燃料电池100包括用作各发电部分以发出电能的至少一个单元电池。层叠多个单元电池形成燃料电池的电池堆。燃料电池100包括膜电极组件(MEA)和隔板130、132，膜电极组件包括高分子电解质膜110和附着于膜110两侧的电极120、122，隔板与MEA的两侧结合，用于分别向阳极120和阴极122传送燃料。根据燃料电池100的结构，也可省去隔板130、132。
空气泵400被连接到燃料电池100的阴极侧并向阴极132提供空气或氧。
燃料泵300连接到输送管150。燃料泵300在输送管150中产生预定压力，从而将储存在燃料箱200中的燃料引向燃料电池100的阳极侧。燃料泵300提供足够量的燃料以使燃料电池100连续而稳定地工作。
燃料箱200储存预定量的燃料。储存在燃料箱200中的燃料通过输送管150排到燃料电池100的阳极侧。如下面详细说明的那样，燃料箱200被设计成即使燃料电池系统摇摆或倾斜于其侧面也能向燃料电池100提供燃料。
参考图2，燃料箱200包括箱体210、燃料管214、空气管道216、浮子218和盖帽构件。盖帽构件包括盖帽体220和被固定的外盖帽230。
具体而言，箱体210储存预定量的燃料202。在一示例性实施方式中，储存在燃料箱200中的燃料202是甲醇。
可将箱体210形成为由塑料或金属或者塑料与金属的化合物制成的容器。箱体210带有使被提供的燃料流过的燃料口212。
燃料管214根据外部压力向盖帽体220输送储存在箱体210中的燃料202。燃料管214可以包括软管、塑料管或金属管。燃料管214具有与盖帽体220相连的盖帽端270和浸在燃料202中的燃料端272。
燃料管214可以是能使燃料管214借助于重力而被浸没的软管。也就是说，当燃料箱200倾斜时，燃料管214的燃料端272由于其自身重量而浸在燃料202中。因此，无论燃料箱200如何倾斜，储存的燃料202都由于外部压力而通过燃料管214被输送给盖帽体。在一示例性实施方式中，燃料管214的燃料端272可以通过设置适当的机构例如摆锤而加重。
空气管道216使得空气可以从燃料箱200的外部流向燃料箱200的内部，从而适当地保持燃料箱200的内部压力。例如空气管道216可以由软橡胶管或弹性塑料管制成。空气管道216的盖帽端274连接到盖帽体220，而燃料端276暴露于燃料202上表面上方的空气中。
空气管道216的燃料端276可以带有浮子218。因此，即使燃料电池系统摇摆或倾斜于其侧面，空气管道216的燃料端276也总是暴露于燃料202的上表面上方的空气中。浮子218可以具有如浮子218的下部219b比浮子218的上部219a重的雪人形状或沙漏状之类的结构。因此，浮子218的下部219b被浸在燃料202中，而上部219a暴露于燃料202上表面上方的空气中。在该实施方式中，空气管道216的燃料端276与在浮子218的上部219a形成的通孔相连，借此保持空气通路。外部空气可以通过空气通路平稳地引导到燃料箱200中。
根据上述结构，即使储存在燃料箱200中的燃料减少，燃料箱200中也保持大气压力。因此，即使燃料箱200摇摆或倾斜于其侧面，也可以稳定地排出燃料。
在可供选择的实施方式中，空气管道216的盖帽端274可以连接到形成于箱体210上侧的另一针孔(未示出)。
盖帽构件由盖帽体220和被固定的外部盖帽230组成。盖帽构件完全密封箱体210的燃料口212，并连接到外部输送管150。下面将更详细地说明盖帽构件。
参考图3和4，盖帽构件包括连接到燃料口212内周的盖帽体220和例如以螺钉连接的方式连接到燃料口212外周的被固定的外盖帽230。
盖帽体220具有中空的圆筒状。盖帽体220具有与燃料管214的盖帽端272连接的入口221，因此，通过燃料管214引导燃料箱210中的燃料，该盖帽体还具有用于通过入口221向输送管150输送引导的燃料的内部输送通路222。此外，盖帽体220包括在其外周上形成的螺钉连接部分223和贯穿下侧与上侧之间的孔224。孔224包括具有小直径的针孔。空气管道216连接到盖帽体220下侧的孔224。燃料管214和空气管道216连接，然后通过固定机构215、217被固定到盖帽体220的下侧。
弹性开启/关闭部分通过盖帽体220的上部开口插入并安装于其中。内部输送通路222形成在盖帽体220的内壁和弹性开启/关闭部分之间。
弹性开启/关闭部分由弹簧241、内部安装有弹簧的开启/关闭外壳242以及插入在开启/关闭外壳242中并被弹簧241弹性支撑的头部243组成。开启/关闭外壳242插入并安装在盖帽体220的内部空间中，而且头部243被弹簧241偏压向内部空间的上部。例如，开启/关闭外壳242和盖帽体220通过注塑成形工艺和/或粘结工艺(bonding process)形成为一体。粘结工艺包括粘结具有第一半个开启/关闭外壳的第一半个盖帽体和具有第二半个开启/关闭外壳的第二半个盖帽体的步骤。在图3和4中，没有示出开启/关闭外壳242和盖帽体220之间的连接。
被固定的外盖帽230形成为盖形，用于密封箱体210的燃料口212。被固定的外盖帽230包括排放口231，连接器组件被插入该排放口中。
连接器组件是用于将输送管150固定于排放口231内侧的机构。连接器组件包括连接器主体232和中空插入件234。
部分连接器主体232被插入排放口231并与其固定。连接器主体232包括用于防止整个连接器主体被插入排放口231中的连接器凸缘233。为了更可靠地固定连接器主体232，可以在排放口231和连接器主体232之间涂覆粘结剂。连接器主体232可以是软塑料件或弹性件。这种结构可以提高连接器主体232和插入在连接器主体232内部的输送管之间的粘附性，并可将输送管150连接到连接器主体232和从连接器主体232上脱开。
中空插入件234被插入输送管150内部并与其固定。中空插入件234的外表面具有压配于输送管150内部的楔入突起。此外，中空插入件234包括限制元件234插入输送管150中的量的止动颚235。中空插入件234从输送管150的端部151突出。在插入输送管150时，突起部分236按压弹性开启/关闭部分的头部243，因此开启内部输送通路222。另外，中空插入件234包括中空部分237a，而且突起部分236的侧面形成有适合与中空部分237a连通的开口237b。通过中空部分237a和开口237b从箱体210排出的燃料流入输送管150。
再者，被固定的外盖帽230包括设于其内周的螺钉连接部分238。螺钉连接部分238与形成于箱体210的燃料口212的外周表面上的螺钉连接部分连接，在被固定的外盖帽230的内周表面和燃料口212的外周表面之间形成间隙。该间隙被设置成与空气管道216和孔224连通。在这种结构中，将燃料箱的燃料排放到输送管150中时，可保持大气压力。
在一示例性实施方式中，安装有燃料箱的燃料电池系统由高聚合物电解质型燃料电池或直接甲醇燃料电池构成。
根据上述结构，即使当燃料电池系统摇摆或倾斜于其侧面，也可将燃料箱的燃料连续而平稳地提供给燃料电池。这种燃料箱可以用在采用移动电源的燃料电池系统中。
另外，本发明提供一种可以方便地连接和分离燃料箱和输送管的系统。借此可以拆卸燃料箱并可与输送管无关地使用燃料箱。所以，便于携带和运输燃料箱。
而且，当输送管与燃料箱分离时，燃料箱的排放口可自动关闭(如图4所示)，因此可以防止燃料泄漏。在这种情况下，本发明可以提供一种当用于提供来自燃料箱的燃料的燃料输送管与燃料箱分离时防止燃料从燃料箱泄漏的方法，该方法包括提供包括用于储存燃料的燃料箱主体的燃料箱，该燃料箱主体具有被盖帽构件盖住的燃料排放口，盖帽构件包括盖帽体，该盖帽体具有用于将盖帽体的燃料入口连接到外部输送管的内部输送通路，并具有被固定的外盖帽，被固定的外盖帽具有排放口和连接器，该外部输送管被插入排放口中，而连接器将外部输送管固定于排放口处；在盖帽体中安装弹性开启/关闭部分，该弹性开启/关闭部分适合在将连接器与盖帽体分离时关闭内部输送通路。
尽管上面示出并对本发明的示例性实施方式进行了说明，但是本领域技术人员可以理解在不超出本发明原理和构思的前提下可对该实施方式进行变换，这些变换亦落入权利要求所限定的保护范围及其等同范围内。
权利要求
1.一种用于燃料电池的燃料箱，包括用于储存燃料的箱体，其具有燃料排放口和提供从所述箱体内部到所述燃料箱外部的空气通路、以便保持施加于储存在所述箱体中的燃料的内部空气压力的针孔；浮子，其具有下部和上部，所述下部位于所述箱体内储存的燃料中，所述上部暴露于所述箱体内的空气中；和空气管道，其具有盖帽端和燃料端，该盖帽端与所述针孔相连，所述燃料端连接到所述浮子的上部。
2.如权利要求1所述的燃料箱，其中，还包括盖住所述燃料排放口、并将所述箱体与用于通过所述燃料排放口从所述箱体输送燃料的输送管连接的盖帽构件。
3.如权利要求2所述的燃料箱，其中，还包括连接到盖帽构件、用于将所述箱体内储存的燃料输送给所述盖帽构件的燃料管。
4.如权利要求2所述的燃料箱，其中，所述盖帽构件包括盖帽体，其具有用于将所述盖帽体的燃料入口连接到外部输送管的内部输送通路；具有排放口和连接器的被固定的外盖帽，所述外部输送管被插入所述排放口中，所述连接器使所述外部输送管与所述排放口固定；和安装在所述盖帽体中的弹性开启/关闭部分，该弹性开启/关闭部分适用于在所述连接器插入所述盖帽体时开启所述内部输送通路。
5.如权利要求4所述的燃料箱，其中，所述连接器包括插入并安装在所述排放口中的连接器主体；所述连接器具有中空管的形状；所述连接器的一端具有直径比所述排放口的直径大的连接器凸缘；和插入所述输送管中的中空插入件。
6.如权利要求4所述的燃料箱，其中，所述弹性开启/关闭部分包括开启/关闭外壳，该开启/关闭外壳具有弹簧和设置在所述外壳一侧的开口部分；和通过所述弹簧朝所述连接器偏压的头部，当所述连接器被插入所述盖帽体中时，一旦所述连接器与所述头部接触，所述内部输送通路开启。
7.如权利要求4所述的燃料箱，其中，所述盖帽体与所述燃料口的内周表面螺钉连接。
8.如权利要求4所述的燃料箱，其中，所述被固定的外盖帽与所述燃料口的外周表面螺钉连接。
9.如权利要求4所述的燃料箱，其中，所述针孔形成在所述盖帽体上，该针孔可通过所述固定的外部盖帽和所述箱体的所述燃料口之间的间隙通向所述燃料箱的外部。
10.一种用于燃料箱的盖帽构件，包括盖帽体，其具有用于将所述盖帽体的燃料入口连接到外部输送管的内部输送通路；具有排放口和连接器的被固定的外盖帽，所述外部输送管被插入所述排放口中，所述连接器将所述外部输送管固定于所述排放口上；和安装在所述盖帽体中的弹性开启/关闭部分，该弹性开启/关闭部分适用于在所述连接器插入所述盖帽体时开启所述内部输送通路。
11.如权利要求10所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述连接器包括插入并设置在所述排放口中的连接器主体；所述连接器具有中空管的形状；所述连接器的一端包括直径大于所述排放口的直径的连接器凸缘；和插入所述输送管中的中空插入件。
12.如权利要求10所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述弹性开启/关闭部分包括开启/关闭外壳，该开启/关闭外壳具有弹簧和设置在一侧的开口部分；知通过所述弹簧朝所述连接器偏压的头部，当所述连接器被插入所述盖帽体中时，一旦所述连接器与所述头部接触，所述内部输送通路开启。
13.如权利要求10所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述盖帽体与所述燃料口的内周表面螺钉连接。
14.如权利要求13所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述被固定的外盖帽与所述燃料口的外周表面螺钉连接。
15.如权利要求14所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述盖帽体具有插入在所述被固定的外盖帽和所述燃料口的端部之间的凸缘部分。
16.如权利要求10所述的用于燃料箱的盖帽构件，其中，所述盖帽体包括用于保持燃料箱内部压力的第二针孔；所述第二针孔可通过所述被固定的外盖帽和所述燃料口之间的间隙通向所述燃料箱的外部。
17.当用于提供来自燃料箱的燃料的燃料输送管从该燃料箱分离时防止燃料从该燃料箱泄漏的方法，该方法包括提供包括用于储存燃料的燃料箱主体的燃料箱，该燃料箱主体具有被盖帽构件盖住的燃料排放口，所述盖帽构件包括盖帽体，该盖帽体具有用于将该盖帽体的燃料入口连接到外部输送管的内部输送通路，并具有被固定的外盖帽，该被固定的外盖帽具有排放口和连接器，所述外部输送管被插入所述排放口中，并且所述连接器将所述外部输送管固定于所述排放口上；和在所述盖帽体中安装弹性开启/关闭部分，该弹性开启/关闭部分适合在所述连接器与盖帽体分离时关闭所述内部输送通路。
全文摘要
本发明公开了一种燃料箱和用于燃料箱的盖帽构件。燃料箱连接于燃料电池，燃料箱包括具有燃料口的箱体和用于保持内部压力的针孔、位于储存在箱体中的燃料表面上的浮子、以及连接到针孔和浮子上部的空气管道。盖帽构件包括盖帽体、被固定的外盖帽和弹性开启/关闭部分。盖帽体具有用于将引导燃料的入口和外部输送管连接的内部输送通路。被固定的外盖帽包括使内部插有被固定的外盖帽的排放口固定的连接器，盖帽体通过连接器可弹性地被挤压在弹性开启/关闭部分中，挤压时内部输送通路开启。采用本发明的燃料箱即使燃料箱急剧摇摆或倾斜于其侧面也可以连续而平稳地提供燃料。
文档编号H01M8/06GK1835265SQ20061006761
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月17日 优先权日2005年3月17日
发明者赵殷淑, 徐晙源, 李钟基, 朱利亚, 张元赫, 李东润, 崔相铉, 安镇弘 申请人:三星Sdi株式会社