专利名称：燃料电池用燃料容器及其装载方法、燃料电池和电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在直接甲醇型燃料电池(DMFC)等的燃料电池中装载的向燃料电池供给甲醇水溶液等液体燃料的燃料电池用燃料容器。另外，还涉及装载燃料容器的甲醇型燃料电池。另外，还涉及由燃料容器和燃料电池构成的电源装置，以及将燃料容器装载到燃料电池中的方法。
背景技术：
由于近年来的电子技术的进步，电话机、笔记本型个人计算机、视听机器或移动终端机器等小型化，作为便携用电子机器急速普及。作为便携用电子机器用电源，正在考虑使用燃料电池电源。因为燃料电池是将燃料具有的化学能以电化学方式直接变换为电能，所以不需要通常的发动机发电机等的使用内燃机的发电机的那种动力单元，作为小型发电装置的实现可能性很高。另外，燃料电池，因为只要是补给燃料，发电就会继续，所以不需要像使用通常的二次电池那样为了充电要临时停止负载等机器的动作。
关于燃料电池，一般公知的是使用作为对城市煤气进行改性等生成的氢气作为燃料的类型。与它们的工作温度主要在大于等于80℃不同，在即使是在室温下也可以工作的燃料电池中，存在液体燃料在燃料电池的燃料极中直接氧化的类型，代表性的有直接使甲醇氧化的类型的直接甲醇型燃料电池(DMFC)。
作为燃料电池的燃料供给方法，可举出的例子为通过将发电用燃料封入燃料容器，将该燃料容器装载于燃料电池中，经连接口从燃料容器向燃料电池供给发电用燃料(比如，参照专利文献1)。
专利文献1日本专利申请特开2003-45468号公报(摘要)发明内容作为直接甲醇型燃料电池的燃料，正在研究甲醇和纯水的混合溶液。由于燃料电池的特性，混合溶液的甲醇浓度存在合适的范围，在供给的燃料的浓度与合适的范围偏离很大时，不能充分发挥燃料电池的输出特性，并且也有可能对构成燃料电池的部件造成恶劣影响。因此，就存在在燃料容器与燃料电池的连接时需要识别收容于燃料容器中的燃料对燃料电池是否适合的问题。
本发明的目的是识别收容于燃料容器中的燃料对燃料电池是否适合，可以只在适合时将燃料容器内的燃料供给到燃料电池。本发明提供一种用于这一目的的燃料容器和燃料电池以及向燃料电池装载燃料容器的方法。
本发明的燃料电池用燃料容器的特征在于在容器外面设置有用来根据收容的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度对其进行识别的特定的部件。另外，本发明的燃料电池的特征在于设置有判定设置于燃料容器上的识别燃料浓度的部件是否处于可以接受燃料的供给的位置的浓度判定部件。
本发明的特征还在于在燃料容器的外面设置有用来在将燃料容器装载到燃料电池中时进行定位的定位部件，在一方的燃料电池上设置有在上述定位部件处于适合位置时使燃料容器装载的位置决定部件。
根据本发明的燃料电池用燃料容器，因为燃料电池可以识别收容的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度，判定供给该燃料是否适合，取得可能或不可能与燃料容器进行物理连接或者适合或不适合的信号，所以可以向燃料电池可靠地只供给适合浓度的燃料。
图1为示出在燃料电池中装有燃料容器的立体图。
图2为示出燃料电池用燃料容器的一般示例的立体图。
图3为示出燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接的示图。
图4为示出本发明的实施方式1的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图5为示出本发明的实施方式2的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图6为示出本发明的实施方式4的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图7为示出本发明的实施方式5的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图8为示出本发明的实施方式6的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图9为示出本发明的实施方式7的燃料电池用燃料容器和燃料电池的连接部的示图。
图10为示出本发明的实施方式8的燃料电池、燃料电池用燃料容器及燃料电池与燃料容器的连接情形的示图。
(附图标记说明)1...燃料电池用燃料容器；2...燃料电池；3...连接部；11...连接口；12...阀门；13...压缩盘簧；21...燃料容器座；22...燃料容器压边；23...直流端子；24...直流端子；25...板簧具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明，但并不限定于这些实施方式。
首先，参照图1～图3对燃料电池用燃料容器、燃料容器装载型的燃料电池进行说明。另外，此处，在燃料容器上未设置定位部件及浓度识别部件，在燃料电池上也未设置定位部件及浓度判定部件。
图1示出将燃料电池用燃料容器1装载于笔记本型计算机及其他机器等中的燃料电池2中的状态。燃料容器1插入到燃料电池2的燃料容器座21中，在插入后由安装于燃料电池2上的燃料容器压边22固定而不会脱出。燃料电池2，具有用来与机器电连接进行供电的直流端子23及24。
燃料容器1，如图2所示，是收容向燃料电池供给的液体燃料的密闭容器。燃料容器1，设置有在插入到燃料电池2的燃料容器座21中时与燃料电池2相连接而成为燃料供给口的连接口11，在连接口11的内部设置有阀门12。
下面利用图3的剖面图对燃料容器1与燃料电池2的连接状态进行说明。
如图3(a)所示，连接口11的内部的阀门12，是开放或关闭液体燃料的流通的开闭机器，由压缩盘簧13压在连接口11的出口侧。在此状态下，将从阀门12的中央空洞部连接到侧面的连通孔121堵塞，使收容于燃料容器1的内部的液体燃料不会漏到容器外。另一方面，在燃料电池2的燃料容器座21的内部设置有连接部3，而在连接部3的中心设置具有通孔的突起部302。此通孔成为通过燃料容器座21之中的通路将液体燃料供给燃料电池2的插口。
燃料容器1插入到燃料电池2的燃料容器座21最深处成为图3(b)的状态时，燃料容器1的连接口11插入到燃料电池2的连接部3之中，由突起部302将阀门12压向燃料容器1的内侧方向。在变成这种状态时，连通孔121对连接口11的空洞部开放，于是燃料容器1内的液体燃料可通过连接口11的空洞部、连通孔121、阀门12的中央空洞部、燃料电池2的连接部3的通孔、燃料容器座21的通路供给燃料电池。
在将燃料容器1从燃料电池2的燃料容器座21中拔出时，由于压缩盘簧13的作用，将连接口11压回到原来的位置而成为图3(a)的状态将连通孔121堵塞。
另外，在上述中，为了防止燃料从燃料容器1泄漏或者从燃料容器1和燃料电池2连接时的间隙泄漏，可在需要的部分设置密封垫片(未图示)。
作为燃料容器1，也可以设置从内部对收容的液体燃料加压而使其从连接口11注入到燃料电池2的机构。
在图1～图3示出的结构的场合，在燃料电池2中使用的液体燃料是甲醇和纯水的混合液，作为一例假设在甲醇浓度为30％时可以得到最高的电池输出，也可以装载收容除此浓度以外的其它浓度的液体燃料的燃料容器。
参照图4(a)、(b)对本发明的实施方式1的燃料电池用燃料容器及燃料电池进行说明。对于与在图1～图3中说明过的相同的部件赋予相同的符号，其说明则省略。
在图4(a)中，在安装燃料容器1的连接口11的端面101中在包围连接口11的位置设置定位销14和识别销152。定位销与在本发明中所称的“定位部件”相当，而识别部件与在本发明中所称的浓度识别部件相当。识别销152，在以定位销14为基准按照规定的配置决定的识别销位置151p、152p、153p、154p之中，设置成为第2号的152p。另外，相对定位销14，识别销152的直径、长度都更小，在本实施方式中，都定为2/3大小。另一方面，在与燃料电池2的连接部3的燃料容器1相对的面301上设置定位穴34和识别穴352。定位穴与在本发明中所说的“位置决定部件”相当，识别穴与浓度判定部件相当。识别穴352，在以定位穴34为基准按照与燃料容器1的识别销对照的配置决定的规定的识别穴位置351p、352p、353p、354p之中，设置成为第2号的352p。并且，定位穴34和识别穴352的大小分别可使燃料容器1的定位销14、识别销152进入并且几乎不产生间隙。
这样，在本实施方式中，由于燃料容器1的定位销14及识别销152的尺寸、配置相对连接部3的定位穴34及识别穴352的尺寸、配置一致，燃料容器1可以插入到连接部3而将液体燃料供给燃料电池2。对于未设置定位穴34和识别穴352的连接部3、以及即使是设置了定位穴和识别穴也不在识别穴位置352p处设置识别穴352的连接部3，燃料容器1不能插入到其最深处，所以可以防止燃料容器1连接到其燃料浓度不适合的燃料电池。另外，此时，通过使定位销14和识别销152的长度取值合适，在燃料容器1不能插入到连接部3的状态下连接部3的突起部302不会压下燃料容器1的阀门12，收容于燃料容器1中的燃料不会从连接口11漏出。
在图4(b)中，在燃料容器1上以每隔120°的旋转对称的配置方式设置3个定位销14a、14b、14c。识别销152，相对于定位销14a设置在规定的位置。另一方面，在连接部3上以每隔120°的旋转对称的配置方式设置3组定位穴34a和识别穴352a、定位穴34b和识别穴352b以及定位穴34c和识别穴352c。相对于连接部3，燃料容器1可以不是单一地而是在旋转120°的3个地点插入。因此，与图4(a)的场合相比，在将燃料容器1插入到燃料电池2时，在旋转的同时很容易找到插入位置。另外，图4(a)所示的识别销个数为一个的燃料容器1也可以插入到图4(b)的连接部3中的3个地方。
在本发明的实施方式2中，如图5所示，在燃料容器1a中，设置定位销14并在识别位置151p设置识别销151，而在燃料容器1b中，与图4(a)的场合一样，设置定位销14和识别销152。另一方面，在连接部3a中，设置定位穴34并在识别位置351p设置识别穴351，而在连接部3b中，设置定位穴34并在识别位置351p和识别位置352p设置识别穴351和识别穴352。
在燃料容器1a中收容甲醇浓度30％的燃料，在燃料容器1b中收容甲醇浓度60％的燃料。在连接部3a中设置适合燃料浓度为30％的燃料电池2a(未图示)，而在连接部3b中设置适合燃料浓度为小于等于60％(30％也可以)的燃料电池2b(未图示)。燃料容器1a既可以与连接部3a相连接，也可以与连接部3b相连接，无论是对燃料电池2a，还是对燃料电池2b，都可以供给适合浓度的燃料。燃料容器1b，可以与连接部3b连接，但不能与连接部3a连接，可以向燃料电池2b供给适合浓度的燃料，但可以防止向燃料电池2a供给浓度不适合的燃料。
此处，作为燃料容器1的识别销的位置分别准备有图4(a)的151p、152p、153p、154p四种，分别收容甲醇浓度为30％、60％、80％、100％的燃料。表1示出利用在连接部3上设置的识别穴的位置和数量，可以与四种燃料容器1中的哪一个连接和不能与哪一个连接。在表1中，从No.1至4的连接部3只能与分别收容适合浓度的燃料的一种燃料容器1相连接。No.5至7的连接部3可以与各自浓度为30％和60％、60％和80％、80％和100％的两种燃料容器1相连接。另外，No.8的连接部3可以与浓度为30％至80％的三种燃料容器1相连接，No.9的连接部3可以与浓度为60％至100％的三种燃料容器1相连接，而No.10的连接部3可以与浓度为30％至100％的全部四种燃料容器1相连接。对于燃料电池而言，适合的燃料浓度具有一定程度的幅度，容许幅度也因燃料电池而异。如上所述，通过组合识别销的位置和识别穴的位置以及数目，就可以做到可以根据对燃料电池适合的燃料浓度及其容许范围，有选择地只与收容适合浓度的燃料的燃料容器相连接而不与收容不适合浓度的燃料的燃料容器相连接。
以上的结果，即使是使如图4(b)所示的燃料容器1在旋转对称的多个位置与连接部3相连接，也是一样。
为了将对燃料电池而言适合的燃料浓度划分为更狭窄的范围进行识别，也可以将设置识别销及识别穴的识别位置的数目加大为5种、6种。
表1○可连接 ×不可连接
与实施方式2一样，作为燃料容器1的识别销的位置分别准备有图4(a)的151p、152p、153p、154p四种，分别收容甲醇浓度为30％在燃料容器1的内部不加压的燃料、甲醇浓度为60％在燃料容器1的内部不加压的燃料、甲醇浓度为30％在燃料容器1的内部加压的燃料、甲醇浓度为60％在燃料容器1的内部加压的燃料。表2示出利用在连接部3上设置的识别穴的位置和数量，可以与四种燃料容器1中的哪一个连接和不能与哪一个连接。在表2中示出从只可与四种燃料容器1之中的一种相连接的场合到可以与全部四种相连接的场合为止的全部组合。这样，通过组合识别销的位置和识别穴的位置以及数目，就可以做到可以根据对燃料电池适合的燃料浓度及燃料压力的容许条件有选择地只与收容适合浓度和压力的燃料的燃料容器相连接而不与收容不适合浓度和压力的燃料的燃料容器相连接。
利用同样的机构，不只是燃料浓度及压力，也包含制造公司名称等其他识别条件，可以通过组合识别销及识别穴的数目及位置选择单一或多个条件。
另外，通过在连接部3上设置定位销和识别销，在燃料容器1上设置定位穴和识别穴，利用同样的机构也可以选择收容对燃料电池适合的燃料的燃料容器。
表2○可连接×不可连接
利用图6(a)、(b)对本发明的实施方式4进行说明。在图6(a)的燃料容器1中，在连接口11的侧面设置定位突起16和识别突起173来代替定位销和识别销。并且在连接部3上，设置定位突起16进入的定位沟36和识别突起173进入的识别沟373来代替定位穴和识别穴。识别突起173的大小为定位突起16的大小的2/3。在图6(b)的燃料容器1中，以旋转对称的配置方式在三个地点设置定位突起16。并且，在连接部3上，以旋转对称的配置方式设置三组定位沟36和识别沟371、372、373的组合。
与迄今为止的实施例一样，利用这一识别结构，可以在图6(a)的场合只连接特定种类的燃料容器，在图6(b)的场合在分别旋转120°的三个地点有选择地连接包含未图示的燃料容器的三种燃料容器。
利用图7对本发明的实施方式5进行说明。在燃料容器1的连接口11的前端部分，设置用来固定到连接部3的螺纹部111。另外，设置在连接口11的侧面的定位突起16和识别突起173不与燃料容器1的端面101相接，在连接口11的侧面的突起和端面101之间，不存在任何突起物。此外，在连接部3上设置有螺纹部303，用来使连接口11旋入时可一直插入到最深处，在与燃料容器1相对的面301的内周部上设置定位沟36和识别沟371、372、373的同时，一直到在这些沟的里面的螺纹部303为止的部分，成为燃料容器1的定位突起16及识别突起173可以在内部旋转的空间。利用这一结构，在将燃料容器1插入到连接部3的步骤中，燃料容器1的定位突起16及识别突起173在经过连接部3的定位沟36和识别沟373的选别并通过后，燃料容器1变成可以自由旋转的状态，通过螺纹部111和螺纹部303的啮合燃料容器1插入到连接部3的里面而固定。利用燃料容器的定位突起及识别突起的位置和连接部的定位沟及识别沟的位置、数目的组合，选择对燃料电池适合的燃料容器的机构，与在此之前的实施方式相同。
在实施方式6中，如图8所示，设置识别接点来代替识别销和识别穴。在燃料容器1c的端面101上在设置定位销14的同时，设置定位接点18，并在规定的位置设置与定位接点18电连接的识别接点191。另一方面，在连接部3c上，在面301上与定位穴34一起设置定位接点38，在规定的位置设置识别接点391。定位接点38和识别接点391，经过连接部3在内部与导通检测电路电连接。当燃料容器1插入到连接部3而使定位接点18和定位接点38及识别接点191和识别接点391分别相接时，导通检测电路检测到导通并将导通信号发送到燃料电池内的电路(未图示)。利用此导通信号，可以在燃料电池内部进行开启燃料通路阀门、发出确认音、将电池输出供给机器等动作。在燃料容器1d上设置识别接点192，在连接部3d上设置识别接点391和识别接点392。定位接点38和识别接点391及识别接点392，经过连接部3在内部与导通检测电路电连接。在燃料容器1c与连接部3c和连接部3d中的任何一个相连接的场合，也产生导通信号。在燃料容器1d与连接部3c连接时，不产生导通信号，而与连接部3d连接时，产生导通信号。这样，利用导通信号可以辨别燃料容器的种类，可以在以电子方式对将燃料容器内的燃料供给燃料电池进行控制的同时，使伴随的电子动作发生。
在本发明的实施方式7中，除了燃料容器的连接口部分的识别结构之外，还设置有通过触感判别燃料容器的种类的机构。在图9(a)中，在与安装燃料容器1的连接口11的端面101的相反侧的端面102上设置有可以利用手指接触进行识别的三个小突起103。结果，可以通过触感识别此燃料容器，例如，是在四种燃料容器之中的第3号的燃料容器。另外，在图9(b)中，设置有三角形的突起104，在此场合也可以通过触感识别此燃料容器是某种特定种类的燃料容器。也可以通过触摸在连接口11的附近设置的识别销和识别突起来识别燃料容器的种类，但由于识别销和识别突起的位置的不同使选别很困难，像本实施方式这样另外设置机构容易进行判定。端面102是将燃料容器1插入到图1的燃料电池2的燃料容器座21时容易触到的地方，对于即使是由于周围的亮度及状况不能看到燃料容器的场合判定其种类是有作用的。
即使是与以上实施方式的燃料容器的形状不同的燃料容器，也可以适用本发明。图10(a)示出的燃料电池2的燃料容器座21具有以平面形状容纳图10(b)所示的燃料容器1的矩形空间。燃料容器1，如图10(c)所示，可通过使连接口11靠近燃料容器座21的连接部3之后按下底部而装载，由板簧25固定。此时，如图10(b)所示，通过在与燃料容器1的连接部3相对的面101的规定的位置设置识别销152，而在连接部的规定位置设置识别穴(未图示)，可以判定燃料容器1是否收容了对于燃料电池2适合的燃料并容许燃料容器1的连接或排斥。利用识别销和识别穴的组合的选别机构，与以上示出的实施方式一样。
另外，识别销和识别穴的位置并不限定于这一示例，也可以利用图10(c)的燃料容器座21的底面211。另外，例如，也可以在燃料容器1的侧面设置识别突起，在容纳燃料容器1的空间的侧面上设置识别沟。
利用本发明，可以实现只有收容适合的甲醇浓度的燃料的燃料容器可装载到燃料电池中的燃料电池装置。这种燃料电池在产业上利用的可能性极高。
权利要求
1.一种燃料电池用燃料容器，是装载于甲醇型燃料电池中的燃料容器，其特征在于在容器外面设置有用来识别收容的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度的浓度识别部件。
2.一种燃料电池，其特征在于装载了如权利要求1所述的燃料容器，具有识别上述浓度识别部件并判定是否可以接受燃料的浓度判定部件。
3.一种燃料电池，是装载收容有甲醇混合溶液燃料的燃料容器的甲醇型燃料电池，装载有在容器外面设置有用来识别容器内的燃料的甲醇浓度的浓度识别部件的燃料容器，其特征在于设置有通过识别设置于上述燃料容器上的上述识别部件并判定可否接受燃料的浓度判定部件。
4.一种燃料电池电源装置，由权利要求1所述的燃料容器及权利要求2所述的燃料电池构成。
5.一种燃料电池电源装置，其特征在于由燃料容器和燃料电池构成，该燃料容器在容器外面设置有用来识别所收容的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度的浓度识别部件，该燃料电池具有对设置于上述燃料容器上的上述浓度识别部件进行识别并判定是否可以接受收容于上述燃料容器中的燃料的浓度判定部件。
6.如权利要求5所述的燃料电池电源装置，其特征在于上述燃料容器上具有的上述浓度识别部件是销，上述燃料电池上设置的上述浓度判定部件是穴，根据上述销是否插入上述穴来判定在上述燃料容器中收容的燃料是否适合。
7.如权利要求5所述的燃料电池电源装置，其特征在于上述燃料容器上具有的上述浓度识别部件是突起，上述燃料电池上设置的上述浓度判定部件是沟，根据上述突起是否嵌合到上述沟来判定在上述燃料容器中收容的燃料是否适合。
8.如权利要求5所述的燃料电池电源装置，其特征在于上述燃料容器上具有的上述浓度识别部件是电气接点，根据在装载了上述燃料容器时是否与上述燃料电池上设置的作为上述浓度判定部件的电路相连接来判定在上述燃料容器中收容的燃料是否适合。
9.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于作为上述浓度识别部件具有用来利用触感识别甲醇浓度的部件。
10.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于在容器的外面具有装载到燃料电池时的定位部件。
11.一种燃料电池，其特征在于装载有权利要求10所述的燃料容器，且具有位置决定部件和浓度判定部件，该位置决定部件识别上述定位部件来对燃料容器进行定位，该浓度判定部件识别上述燃料容器上设置的浓度识别部件来判定是否接受燃料的浓度判定部件。
12.如权利要求10所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于上述定位部件是销。
13.如权利要求11所述的燃料电池，其特征在于上述位置决定部件是穴。
14.一种燃料电池电源装置，由权利要求10所述的燃料容器和权利要求11所述的燃料电池构成。
15.如权利要求14所述的燃料电池电源装置，其特征在于上述燃料容器中的上述定位部件和上述浓度识别部件、上述燃料电池中的上述位置决定部件和上述浓度判定部件，任何一组都是按照规定的位置关系设置的，在上述浓度判定部件位于与在上述燃料电池上设置的上述浓度识别部件相对应的位置时，判定为可以接受收容于上述燃料容器中的燃料。
16.一种向燃料电池装载燃料容器的方法，是将收容了甲醇混合溶液燃料的燃料容器装载到甲醇型燃料电池上的方法，其特征在于在燃料容器的外部设置有浓度识别部件和定位部件，该浓度识别部件用来识别收容于上述燃料容器中的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度，该定位部件在装载到燃料电池时进行定位，在一方的燃料电池上设置位置决定部件和浓度判定部件，该位置决定部件用于装载到由上述定位部件规定的位置，该浓度判定部件在甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度在规定的范围时判定可以供给燃料，且在将上述燃料容器装载到上述燃料电池上时上述浓度判定部件通过识别上述浓度识别部件而从上述燃料容器向上述燃料电池供给燃料。
17.如权利要求16所述的向燃料电池装载燃料容器的方法，其特征在于在上述燃料容器上作为上述定位部件设置销，在上述燃料电池上作为上述位置决定部件设置穴，在上述销插入上述穴时确定上述燃料容器和上述燃料电池的位置。
18.如权利要求17所述的向燃料电池装载燃料容器的方法，其特征在于作为上述燃料容器的上述浓度识别部件设置突起物，作为一方的上述燃料容器的上述浓度判定部件设置可以接受上述突起物的凹部，在上述突起物插入到上述凹部时判断上述燃料容器装载到了上述燃料电池并从上述燃料容器向上述燃料电池供给燃料。
全文摘要
提供一种燃料电池用燃料容器及其装载方法、燃料电池和电源装置。该燃料电池及燃料容器识别收容于燃料容器中的燃料对燃料电池是否适合，并只在适合时才可与燃料容器进行物理连接。该燃料电池用燃料容器具有用来根据收容的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度对其进行识别的特定的部件。燃料电池具有判定识别燃料容器中具有的燃料浓度的部件是否是所要求的浓度的部件的浓度判定部件。另外，在燃料容器上设置定位销，在燃料电池上设置有当定位穴位于规定的位置时销可以插入的穴。
文档编号H01M2/00GK1758461SQ20051009266
公开日2006年4月12日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年10月8日
发明者高桥研, 中原贡, 田中 明, 久保田修, 安藤慎辅 申请人:株式会社日立制作所