专利名称：用于燃料电池的燃料盒和使用其的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃料电池的燃料盒和使用所述燃料盒的燃料电池。
背景技术：
固体电解质型燃料电池包括燃料电极和氧化剂电极，固体电解质膜安置在所述燃料电极和氧化剂电极之间。当将燃料供给到燃料电极且氧化剂被供给到氧化剂电极，通过电化学反应产生电。燃料电极和氧化剂电极每个包括基部和安置在基部的表面上的催化层。氢通常用作燃料。但是，近年来，使用便宜且容易处理的甲醇作为材料的燃料电池得到活跃的研究。例如，在甲醇重整燃料电池中，甲醇被重整以产生氢且氢被用作燃料，且存在直接使用甲醇作为燃料的直接型燃料电池。
当甲醇直接用作燃料时，在燃料电极处的反应用下述公式(1)来表示(1)同样，氧化剂电极处的反应通过下述公式(2)表示(2)这样，在直接型燃料电池中，由于氢离子可以从甲醇溶液中获得，不需要例如燃料重整器的装置，且可以获得尺寸的减小和重量的减小。同样，由于液体的甲醇溶液被用作燃料，直接型燃料电池具有极高的能量密度的优点。
当供给液体燃料时，已经研究了使用这样的液体燃料的燃料电池可以被重复使用。因此，储存有液体燃料的燃料容器的布置(例如，参看日本专利公开出版物Nos.2001-93551和2003-92128)。
日本专利公开出版物No.2001-93551公开了一种液体燃料储存容器，所述液体燃料储存容器具有压力调整机构。该液体燃料储存容器具有燃料吸收部件并通过使用毛细现象将燃料供给到燃料电极。
日本专利公开出版物No.2003-92128公开了一种具有储存有燃料的室和存储有来自燃料电池的流出物的室的燃料盒。流出物指的是废液。
就环境保护而言，燃料容器优选地可再利用。但是，传统的燃料容器不是基于一次使用之后能够再循环使用的设计思想。在日本专利公开出版物Nos.2001-93551和2003-92128中公开的燃料容器没有被构造成容器可以被回收，可以用新的燃料填充，并可以在容器中储存的燃料已经被使用之后再次以可再利用的状态提供给用户。
专利文件1日本专利公开出版物No.2001-93551专利文件2日本专利公开出版物No.2003-92128发明内容本发明有鉴于上述情况而被提供，并且目的是提供一种让燃料容器可重复再利用的技术。
本发明提供了一种用于燃料电池的燃料盒，并储存有液体燃料，从而直接供给到燃料电池的燃料电极且可连接到所述燃料电池和/或者从所述燃料电池可拆卸，包括燃料供给部分，用于将液体燃料供给到燃料电池；和燃料引入部分，所述燃料引入部分是用于加进燃料的一部分并可以打开和关闭，用于将液体燃料重新填充到燃料电池的燃料盒中。在使用了用于燃料电池的该燃料盒之后，当用于燃料电池的燃料盒连接到燃料电池且关闭燃料引入部分时，燃料盒可以从燃料电池移除，燃料引入部分可以被打开，由此释放剩余的燃料并重新填充新的燃料。因此，燃料盒可以通过简单的布置而被反复地使用。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒(fuel cartridge)中，开口安置在储存有液体燃料的储存室的壁部分内，燃料引入部分包括开口和用于关闭所述开口的关闭部件，关闭部件可连接到壁部分/从壁部分可拆卸。根据该布置，当使用燃料盒时，可以安全地关闭燃料引入部分。同样，在使用之后，关闭部件可以从壁部分移除。因此，燃料引入部分被打开，由此释放剩余的燃料并重新填充新的燃料。然后，关闭部件可以在重新填充新的燃料之后被再次连接。因此，燃料盒可以更加容易地反复使用。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，关闭部件可以是将被配合到所述开口中的制动器。基于该布置，开口可以通过简单的布置打开和安全地关闭。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，燃料供给部分被安置在燃料引入部分中。燃料供给部分被安置在燃料引入部分中，由此简化用于燃料电池的燃料盒的整体布置。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，燃料供给部分通过自密封部件密封。此处，当通过尖部件穿通(pierced)时，自密封部件是在例如针的尖部件和被穿通部件之间在其被穿通部分处具有密封特性。盖部件由弹性材料制造，例如橡胶，由此盖部件在通过例如针的尖部件穿通时弹性变形，尖部件和被穿通部件适当地密封。作为自密封部件，可以使用例如由硅橡胶等制造的隔膜(septum)和由乙烯-丙烯等制造的再密封件(re-seal)。此外，硫化橡胶可以用于被尖部件穿通的一部分。在该情况下，在橡胶中可以安置切口，例如硅油的润滑剂可以施加到切口的侧壁。这样，燃料供给部分通过自密封部件密封，由此防止存储在用于燃料电池的燃料盒内的液体燃料泄漏到所述盒的外部。因此，用于燃料电池的燃料盒可以进一步地安全使用。
根据本发明的用于燃料电池的燃料盒可以具有用于保持液体燃料的第一室；第二室，已经通过燃料电极的流出物被引入到所述第二室；和分隔壁，所述分隔壁用于分隔第一室和第二室；其中第一室具有燃料供给部分和燃料引入部分，其中第二室具有流出物回收端口，从燃料电极回收的流出物被引入到所述流出物回收端口。
此处，流出物包括通过燃料电极排放的多余液体燃料和在氧化剂电极处通过电池反应产生的水。根据本发明用于燃料电池的燃料盒具有流出物回收端口，由此回收包括已经有效地通过燃料电极的未使用液体燃料的流出物。同样，分隔壁被安置在其中流出物被回收的第二室和其中储存液体燃料的第一室之间，由此防止它们混合并将液体燃料在适当的浓度供给到储存在第一室中的电极。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，第二室具有可以被打开和关闭的流出物释放部分并用于释放所述流出物。基于该布置，在用于燃料电池的燃料盒已经被使用之后，燃料盒可以从燃料电池移除，被回收的流出物可以通过流出物释放部分释放。因此，重复使用变得容易。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，流出物释放部分可以设有流出物回收端口。流出物回收端口被安置在流出物释放部分，由此简化用于燃料电池的燃料盒的整体布置。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，流出物回收端口通过自密封部件密封。基于该布置，流出物可以防止泄漏到所述盒的外部。因此，可以改进用于燃料电池的燃料盒的安全。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，一部分燃料引入部分由吸收液体燃料的燃料吸收部分形成，燃料吸收部件被安置在所述燃料盒中。基于该布置，当储存在用于燃料电池的燃料盒中的液体燃料通过燃料吸收部件吸收时，燃料盒可以连接到燃料电池并可以被使用。因此，当保留在所述盒中的燃料量较小时，液体燃料可以从燃料供给部分通过燃料吸收部分供给到燃料电池。因此，燃料电池可以稳定地操作。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，燃料吸收部件可以从燃料引入部分拆卸。例如，基于该布置，当燃料引入部分从用于燃料电池的燃料盒移除且燃料盒重新填充燃料，燃料吸收部件可以很容易替换。因此，所述盒可以用更长的时间。
根据本发明的用于燃料电池的燃料盒可以储存在电气装置中。基于该布置，当用于燃料电池的燃料盒储存在电气装置中时，电气装置可以被使用。因此，电气装置可以稳定地操作。同样，在该情况下，由于用于燃料电池的燃料盒具有燃料引入部分，液体燃料可以在所述装置被使用时防止泄漏。同样，在已经使用之后，燃料盒可以被很容易再利用。此外，根据本发明用于燃料电池的燃料盒可以存储在电气装置中同时其一部分表面被暴露。同样，燃料盒可以存储在电气装置中，同时一部分表面从电气装置突出。同样，用于根据本发明的燃料电池的电池盒可以储存在电气装置中而没有任何部分突出或者暴露。基于该布置，电气装置可以更稳定地操作。
本发明提供了一种燃料电池，包括燃料电池主体，所述燃料电池主体具有燃料电极；和根据前述布置的任一所述的用于燃料电池的燃料盒，所述燃料盒储存有液体燃料以直接供给到燃料电极。由于根据本发明的燃料电池具有带燃料引入部分的燃料盒，所述燃料引入部分可以被打开和关闭，所述盒内的燃料可以被很容易重新填充。
根据本发明的燃料电池可以例如应用到例如移动电话、笔记本个人计算机、PDA(个人数字助理)、各种相机、导航系统、便携式音乐播放器的小型电子装置。
顺便提及的是，根据本发明的用于燃料电池的燃料盒或者燃料电池施加到其中的各元件、各种装置的任何组合以及制造和使用这些元件和装置的方法作为本发明的各方面也是可获得的。
图1是根据本发明的第一实施例的燃料电池的布置的视图；图2是沿着图1的线A-A’所取的剖视图；图3是如图2所示的燃料盒的燃料引入部分的放大视图；图4是从图3的箭头B、B’所指示的方向观察的视图；图5是图1中沿着线C-C’所取的剖视图；图6是显示了如图1所示的燃料盒和燃料电池之间的连接部分的放大视图；图7是其中根据本发明的燃料电池被安装在其中的电气装置的一个示例的示意图；图8a是其中根据本发明的燃料电池被安装在其中的电气装置的另外的示例的示意图；图8b是其中根据本发明的燃料电池被安装在其中的电气装置的另外的示例的示意图；图9是显示了根据本发明的第二实施例的燃料盒的布置的剖视图；图10是显示了如图9中所示的燃料盒的燃料引入部分的放大视图；图11是如图9中所示的燃料引入部分的另一示例的放大视图；图12是如图9中所示的燃料引入部分的再一示例的放大视图；图13是显示了对应如图12中所示的燃料盒的燃料电池主体的布置的视图；图14是沿着图12中的线A-A’所取的剖视图；
图15是根据本发明的第三实施例的燃料盒的布置的剖视图；图16是显示了如图15中所示的燃料盒的流出物释放部分的放大视图；图17是显示了根据本发明的第三实施例的燃料电池的布置的视图；图18是显示了根据本发明的第三实施例的燃料电池的另外的布置视图；图19是显示了根据本发明的第四实施例的燃料电池的布置的剖视图；图20是图19中所示的燃料盒的燃料引入部分的放大视图。
具体实施例方式
此处，将参照
本发明的实施例。顺便提及的是，相同的参考数字被应用到相同的元件，并且适当地，省略其说明。
(第一实施例)本发明的第一实施例涉及可以从燃料电池移除并可以在使用之后用液体燃料重新填充的可再利用燃料盒。在该说明中，说明主要给与根据第一实施例的包括设置在燃料盒的壁部分上的燃料再充填端口和用于密封燃料再充填端口的制动器的燃料引入部分的一方面。
图1是显示了第一实施例的燃料电池的视图。如图1所示的燃料电池1381具有燃料电池主体100和燃料盒1361。燃料盒1361可连接到燃料电池主体100/从燃料电池主体100可拆卸，并且是用于保持将直接供给到燃料电池主体100的液体燃料的容器。
图2是图1中沿着线A-A’所取的剖视图。在燃料盒1361中，液体燃料被储存在发电燃料室1367中。燃料盒1361的壁部分1372设有用于将液体燃料供给到燃料电池主体100的燃料出口端口1363。燃料出口端口1363是通过壁部分1372的孔，并通过安置在内部的密封部件1374密封。
密封部件1375是自密封弹性部件。作为密封部件1375，例如可以使用隔膜和再密封件(reseal)。优选地，密封部件1375是耐液体燃料的，并由可以提供气密密封的材料形成。作为类似于此的材料，可以使用例如乙丙橡胶和硅橡胶的弹性体。当密封部件1375由乙丙橡胶制造时，可以使用例如乙烯和丙烯共聚物(EPM)或者乙烯、丙烯和第三组分的共聚物(EPDM)。同样密封部件1375可以由硫化橡胶形成。
燃料注入部分1365连接到设置在燃料盒1361的壁部分1372内的开口。燃料注入部分1365螺纹地安装在壁部分1372上，并相对较紧地固定，但是，如后面所述，当燃料盒被再利用时，燃料注入部分1365可以从壁部分1372移除。当燃料注入部分1365被移除时，壁部分1372中的开口被暴露给所述燃料注入部分1365，因此，液体燃料可以从所述开口重新填充。
此处，可以考虑燃料注入部分1365，这样燃料电池1381的用户不会意外打开燃料注入部分1365，例如可以获得具有特定形状的螺丝头的螺钉。例如，螺钉可以如下构造。
图3是靠近燃料注入部分1365的壁部分1372的放大视图。如图3中所示，壁部分1372具有开口，螺纹部分1373形成在开口的内壁表面内。燃料注入部分1365通过将螺纹部分1376螺纹连接到壁部分1372的螺纹部分1373而固定，并关闭所述开口。在该说明中，燃料注入部分1365的螺纹部分1376是外螺纹，壁部分1372的螺纹部分1373是内螺纹。
由于燃料注入部分1365螺纹连接到燃料盒1361的壁部分1372，燃料注入部分1365可以在使用后移除，液体燃料可以重新填充到所述燃料盒1365。然后，在重新填充液体燃料之后，燃料注入部分1365重新连接到壁部分1372，由此密封所述开口。同样，当液体燃料被重新填充时，燃料注入部分1365可以用作剩余燃料的释放端口，所述剩余的燃料是在燃料盒1361中未使用所留下的。
O形环1369被安置在壁部分1372和燃料注入部分1365之间的燃料盒1361的外表面。O形环1369被安置在螺纹部分1373的基部的附近，由此防止液体燃料在燃料注入部分1365附近泄漏到燃料盒1361的外部。
图4是图3中通过箭头B，B’所指示的方向观察的附图。如图4中所示，Y形槽1377被安置在燃料注入部分1365的表面上。因此，通过使用对应Y形槽1377的形式的Y形螺丝刀，燃料注入部分1365可以连接到壁部分1372。
构成燃料盒1361的壁部分1372、燃料注入部分1365、密封部件1375和O形环136优选地通过耐液体燃料中的燃料成分的材料形成。例如燃料盒1361可以由树脂例如聚烯烃如聚丙烯和聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚砜、硅或者其共聚物以及其混合物形成。
顺便提及的是，燃料注入部分1365和/或者燃料注入部分1365螺纹连接到其的壁部分1372内的开口附近可以由具有高机械强度的材料形成。根据该布置，燃料注入部分1365和/或者燃料注入部分1365的附近的强度增加。因此，螺纹部分1376和螺纹部分1373中的摩擦等可得以防止，燃料盒1361可以形成为盒，所述盒更适于反复使用。同样，螺纹部分的表面可以用例如Daiflon(注册商标)的氟树脂形成的胶带(tape)覆盖。根据该布置，被储存的液体燃料可以更可靠地防止泄漏到所述盒的外部。
再次参照图1，对燃料电池主体100的布置给予说明。燃料电池主体100包括多个单个电池结构101、燃料容器811、分隔板853、燃料流动管1111、燃料回收管1113、储存箱1386、泵1117和连接器1123。燃料盒1361被配置以通过连接器1123可连接到燃料电池主体100/从燃料电池主体100拆卸。同样，在图1中未示出，燃料电池主体100具有被用于回收在单个电池结构101的氧化剂电极处通过电池反应而产生的水的氧化剂电极侧流出物回收管。
在该布置中，储存在燃料盒1361中的液体燃料124被供给到单个电池结构101。即，泵1117被安置在燃料流动管1111中。燃料流动管1111通过储存箱1386连接到燃料容器811。因此，燃料124通过燃料流动管1111供给到燃料容器811。流入燃料容器811的燃料124沿着安置在燃料容器811中的多个分隔板853流动，并顺序供给到多个单个电池结构101。对于供给到单个电池结构101的燃料124，没有在电池反应中使用的燃料124在储存箱1386中从燃料回收管1113中回收。被回收的剩余的燃料与从氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)回收的水以及从燃料盒1361供给的燃料124混合，然后再次从燃料流动管1111供给到燃料容器811。
作为泵1117，例如，可以使用例如具有较小的功率消耗的小型压电电动机的压电元件。同样，在图1中未示出，根据第一实施例的燃料电池1381可以设有用于控制泵1117的操作的部分。
顺便提及的是，在第一实施例以及下述的实施例中，从燃料回收管1113以及氧化剂电极侧流出物回收管回收的液体被称为流出物。流出物包括在电池电极中没有用于电池反应的液体燃料和在氧化剂电极中产生的水。
图5是沿着线C-C’所取的剖视图。单个电池结构101包括燃料电极102、氧化剂电极108和固体电解质膜114。多个燃料电极102安置在一个固体电解质膜114的一个表面上，多个氧化剂电极108被安置在另外一个表面上。同样，燃料容器811与燃料电极102接触。
固体电解质膜114将燃料电极102和氧化剂电极108分开，并使氢离子在它们之间运动。因此，优选地，固体电解质膜114是对氢离子具有高导电性的膜。同样，优选地，固体电解质膜114是化学适宜的，且机械强度高。作为用于形成固体电解质膜114的材料，优选使用具有极性基团例如强酸性基团如砜基和磷酸根基团，或者弱酸性基团例如羧基基团的有机聚合物。作为类似于此的有机聚合物，作为实例提及的有磺化聚(4-苯氧基苯甲酰基-1，4-亚苯基)、芳香系缩聚物，例如烷基磺酸聚苯并咪唑；包含砜基的全氟化合物(Nafion(Dupont CO.LTD制造注册商标)和Aciplex(Asahi KASEI CO.LTD制造注册商标)，或者包含羧基的全氟化合物(Flemion S fim(Asahi GLASS CO.LTD制造)。
燃料电池102和氧化剂电极108每一个可以通过形成燃料电极侧催化层和包括在各衬底上支撑催化剂和固体电解质微粒的碳微粒的氧化剂电极层催化层来提供。
作为用于燃料电极侧催化层的催化剂，作为实例提及的有铂、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、钴、镍、铼、锂、镧、锶、钇以及其合金。作为用于氧化剂电极108中的氧化剂电极侧催化层的催化剂，可以使用与燃料电极侧催化层中相同的催化剂，并可以使用上述的物质。顺便提及的是，相同的催化剂或者不同的催化剂可以用于燃料电极侧催化层和氧化剂电极侧催化层。
作为燃料电极102和氧化剂电极108的基底，可以使用例如炭纸、碳化合物、碳烧结化合物、烧结金属和粉末金属的多孔基材。
在这样安置的燃料电池主体100中，燃料124被供给到各电池结构101中的燃料电极102。同样，氧化剂在各电池结构101中供给到氧化剂电极108。作为燃料124，可以使用液体燃料例如甲醇、乙醇、二甲醚或者其它醇类，以及液体烃例如环烷烃，福尔马林，甲酸或者如肼，也可以使用它们的水溶液。同样，碱可以被添加到燃料124从而提高氢离子的离子导电性。作为氧化剂，通常可以使用空气，但是也可以供给氧气。
再次参照图1，接着将对如何使用燃料盒1361给出说明。在使用之前的燃料盒1361填充以液体燃料124，燃料出口端口1363被密封，且关闭燃料注入部分1365。
当使用燃料盒1361时，燃料盒1361连接到燃料电池主体100的连接器1123。图6是显示了燃料盒1361和燃料流动管1111之间的连接部分的放大视图。如图6中所示，空心针1379安置在燃料电池主体100的燃料流动管1111的尖部处。当燃料盒1361连接到燃料电池主体100，空心针1379刺穿密封部件1375。由此，燃料盒1361中的液体燃料被供给到燃料流动管1111。由于该燃料流动管1111在单个电池结构101中连接到燃料电极102，如上所述，燃料124被供给到燃料电极102。
顺便提及的是，密封部件1375具有自密封性能。因此，当穿透空心针1379时，密封部件1375与空心针1379的周围紧密接触，并保证密封。因此，可以适当地防止液体燃料泄漏。同样，当移除空心针时，关闭孔且保证气密性。
在使用燃料盒1361之后，燃料盒1361可以从燃料电池主体100移除。被移除的燃料盒1361是可再使用的。当重新使用燃料盒1361时，燃料注入部分1365通过使用Y形螺丝刀从壁部分1372移除。燃料注入部分1365被移除，然后暴露壁部分1372的开口，因此，保留在发电燃料室1367中的液体从所述开口释放。此后，液体燃料重新填充到发电燃料室1367中，然后燃料注入部分1365再次连接到壁部分1372。
在储存在燃料盒1361中的液体燃料被使用之后，根据第一实施例的燃料盒1361可以重新填充液体燃料。同样，在液体燃料124被重新填充之前，燃料盒1361中剩余的燃料可以被移除。例如，首先在燃料124被储存在燃料盒中且燃料注入部分1365被关闭且然后燃料注入部分1365不能从壁部分1372卸下时的情况中，例如，燃料盒1361不能重新填充燃料124并不能释放燃料124除非密封部件1375用为了燃料注入的空心针穿通。这些操作相对困难。另一方面，根据第一实施例的布置，适于重复使用且具有简单布置的燃料盒1361可以稳定地制造。
同样，当液体燃料124被重新填充时被移除的燃料注入部分1365相对紧地螺纹安装到壁部分1372。燃料注入部分1365相对紧地固定到壁部分1372并通常是关闭的，并通过使用Y形螺丝刀被连接和拆卸。这样，由于燃料电池1381被配置这样用户不能错误地移除燃料注入部分1365，当使用燃料电池1381时保证了安全。
此外，燃料盒1361可以设有用于调节发电燃料室1367中的压力的压力调节机构。基于该布置，发电燃料室1367中的液体燃料124可以被更为有效地供给到燃料电池主体中。同样，当使用燃料盒1361时提高了安全。
同样，气液分离膜可以安置在如图1所示的燃料回收管1113中。根据该布置，在燃料电极102处产生的例如二氧化碳的气体可以可选地释放到燃料回收管1113的外部，液体可以在储存箱1386中回收。在图1的布置中，燃料回收管1113连接到储存箱1386。但是，通过单个电池结构101的多余燃料可以从燃料回收管1113回收到燃料盒1361。
图7是前述燃料电池被安装到其上的电子装置的一个示例的示意图，并显示了便携式个人计算机。
便携式个人计算机210具有其中燃料电池主体100设置在其底部以及燃料盒1361连接到其背部的结构。燃料盒1361储存在便携式个人计算机210中且暴露一部分燃料盒1361的表面。由于该结构，燃料盒1361可以在保持便携式个人计算机210紧凑时被连接。同样，由于燃料盒1361具有可拆卸燃料注入部分1365(图7中未示出)，燃料盒1361可以在使用之后很容易从便携式个人计算机210移除，并可以在前述的方法中重新使用。
此外，燃料电池主体100和燃料盒1361的安装方法不限于如图7中所示的方面，另外的方面也可以获得。例如，燃料盒1361可以储存在便携式个人计算机210中。图8a、8b是其中储存燃料盒1361的便携式个人计算机210的剖视图。在如图8a中所示的布置中，燃料盒1361完全储存在便携式个人计算机210的底部中。在如图8b中所示的布置中，燃料盒1361储存在便携式个人计算机210的铰链部分中。
基于这些布置，在燃料电池主体100和燃料盒1361的操作期间可以保证更大的可靠性。此时，燃料盒1361可以减小尺寸，由此减小便携式个人计算机210的尺寸和重量。
传统上，由于将被储存在便携式个人计算机210中的燃料容器不是为了再利用而设计，因此在一次使用之后丢弃燃料容器。另一方面，根据第一实施例，由于将被储存在便携式个人计算机210中的紧凑燃料盒136具有可拆卸燃料注入部分1365，燃料盒136可以在使用之后再使用。
(第二实施例)图9是从图2相同的方向观察的本发明的第二实施例燃料盒的剖视图。在根据第二实施例的燃料盒中，燃料注入部分1365具有燃料出口端口1363。特别地，在图9中的燃料盒1380中，燃料注入部分1365被安置在壁部分1372中，并通过燃料注入部分1365形成燃料出口端口1363。
同样，燃料盒1380具有压力调节部分1382。作为压力调节部分1382，特别地，不允许液体燃料通过的可选渗透薄膜可以作为示例来使用。作为可选渗透薄膜，难以允许液体燃料的硫化燃料通过的材料可以被使用，特别地可以提及聚四氟乙烯(PTFE)。这样的压力调节部分1382被安置，由此防止发电燃料室1367处于负压并由此可靠地将发电燃料室1367内的液体燃料供给到燃料电池主体100。
图10是显示燃料注入部分1365的布置的视图。燃料注入部分1365的原理布置与根据图3中的第一实施例的燃料盒1361的燃料注入部分1365相似，但是，它们不同在于用于连通燃料盒1380的内部和外部的燃料出口端口1363出现在如图10中所示的燃料注入部分1365中，但是其没有出现在图3中所示的燃料注入部分1365中。储存在燃料盒1380中的液体燃料通过燃料出口端口1363被供给到燃料电池主体100。顺便提及的是，如图11中所示，在图10中的燃料注入部分1365中，燃料出口端口1363也可以通过密封部件1375密封，这与如图2中所示的布置相似。
图12是燃料注入部分1365的另外的布置的视图。如图12所示的燃料注入部分1365的原理布置与如图10所示的燃料注入部分1365相似，但是，它们不同在于突出到燃料盒1380外部的突出部分1383被提供并且密封部件1375被安置在突出部分1383中。
图13是适于与如图12中所示的燃料注入部分1365一起使用的、从图6相同的方向观察的燃料电池主体100的布置的视图。如图13中所示，燃料电池主体100具有壁部分内的凹陷部分1384，空心针1379被形成在凹陷部分1384中。空心针1379的尖部的高度低于凹陷部分1384的开口端部的高度。当突出部分1383被配合到凹陷部分1384中时，空心针1379刺穿密封部件1375，燃料盒1380中的液体燃料被供给到燃料流动管1111。
当使用如图12、13所示的布置时，空心针1379的尖部的高度可以低于燃料电池主体100内的凹陷部分1384的开口端部的高度。因此，当燃料电池的用户将燃料盒130连接到燃料电池主体100时，可以改进安全。
图14是沿着如图12所示的燃料注入部分1365的线A-A’所取的剖视图。如图12所示的燃料注入部分1365也在表面上设有Y形槽1377。因此，在使用之后，燃料注入部分1365可以从壁部分1372通过使用对应Y形槽1377的形状的凸起部分并设有对应突出部分1383的形状的凹陷部分的工具从壁部分1372移除，然后重新填充液体燃料。燃料注入部分1365被配置以通过使用类似于此的工具可拆卸，由此当所述盒被使用时，防止燃料注入部分1365被错误地移除。因此，可以进一步提高燃料盒1380的安全。
在根据第二实施例的燃料盒1380中，燃料出口端口1363被形成在燃料注入部分1365中。然后在燃料盒1380被反复使用时，且当密封部件1375需要被改变时，可以只改变燃料注入部分1365。因此，燃料盒1380的主体可以被简化，且可以稳定地获得适于反复使用的燃料盒1380。
(第三实施例)图15是根据本发明的第三实施例的燃料盒的布置的剖视图。如图15所示的燃料盒1385通过分隔壁1362分为两个室。一个室是发电燃料室1367，另外一个室是发电流出物室1368。
分隔壁1362的材料可以与那些作为第一实施例的燃料盒1361的构成材料的那些相同。同样，分隔壁1362可以是柔性材料。根据该布置，当使用燃料盒1385时，发电燃料室1367中的液体燃料减少，分隔壁1362的形状响应发电流出物室1368中的流出物的增加而被改变。因此，液体燃料可以被有效地供给到燃料电池主体100，流出物可以可靠地在发电流出物室1368中回收。作为挠性材料，特别地例如可以使用聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯和聚偏1，1-二氯乙烯。
液体燃料124被储存在发电燃料室1367中。燃料注入部分1365被连接到将发电燃料室1367从外部分隔的壁部分，燃料出口端口1363被安置在燃料注入部分1365中。因此，液体燃料124通过燃料出口端口1363被供给到燃料电池主体100。
同样，燃料出口部分1366连接到将发电流出物室1368从外部分开的壁部分，流出物回收端口1364被安置在该燃料出口部分1366中。在燃料电池主体100中产生的发电流出物通过流出物回收端口1364在发电流出物室1368中回收。由于燃料盒1385除了发电燃料室1367之外具有发电流出物室1368，通过燃料电池主体100内的电池反应产生的一部分流出物可以在所述盒中有效地回收。
燃料出口部分1366被螺纹地连接到燃料盒1385中将发电流出物室1368从外部隔开的壁部分。在使用燃料盒1385之后，燃料盒1385从燃料电池主体100回收，且燃料出口端口1366可以被打开，在燃料盒1385中回收的发电流出物可以根据需要被排放。同样，在释放发电流出物之后，燃料出口端口1366可以再次关闭并且可以再利用所述燃料盒1385。
图16显示了流出物释放部分1366的布置剖视图。如图16中所示的流出物释放部分1366具有将通过螺纹连接固定到燃料盒1385的螺纹，这与燃料注入部分1365相似。同样，流出物回收端口1364被安置在燃料盒1385的中心以穿透所述燃料盒1385。同样，流出物回收端口1364配合在燃料盒1385中，同时O形环1369被安置在螺丝头的基部处。基于该布置，流出物可以被防止泄漏到燃料盒1385的外部。
顺便提及的是，尽管在图16中未示出，可以安置用于密封流出物回收端口1364的密封部件1375。同样，燃料出口部分1366可以具有突出部分，这与如图12所示的燃料注入部分1365相似。
图17是显示了图15中的燃料盒1385连接到燃料电池主体100的状态的视图。在第三实施例中，燃料电池主体100的原理布置与图中的相似，但是，它们不同在于用于回收通过燃料电极102的液体的流出物回收管1114出现在如图17中所示的燃料电池主体100中，但是其没有出现在如图1中所示的燃料电池主体100中。流出物回收管1114的一端连接到储存箱1386。同样，当燃料盒1385被连接时，流出物回收管1114的另外一端连接到流出物回收端口1364。
同样，尽管在图17中未示出，燃料电池主体100具有用于回收在单个电池结构101的氧化剂电极处通过电池反应产生的水的氧化剂电极侧流出物回收管。氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)也可以设有泵1117。
此处，当燃料成分是甲醇时，这从上述的公式(1)、(2)明显可见，在氧化剂电极108处产生的水的摩尔数大于在燃料电极102处使用的甲醇的摩尔数。因此，当流出物在储存箱1386中连续地回收时，储存箱1386中的液体量连续地增加。在图17中的燃料电池中，由于储存箱1386中的液体可以回收到燃料盒1368的发电流出物室1368中，燃料电池可以稳定地操作较长的时间。
同样，由于流出物释放部分1366被形成在将发电流出物室1368从外部分隔的壁部分，流出物释放部分1366可以被移除且流出物可以在已经使用了燃料盒1385之后被排放。因此，可以稳定地获得具有简单的布置适于反复使用的燃料盒1385。
图18是显示了图15中的燃料盒1385被连接到其的燃料电池的另外的布置的视图。在图18中，燃料电池主体100的原理布置与图17中的布置相似，但是，它们不同在于，流出物回收管1114被分支用于回收通过燃料电极102以及在氧化剂电极108从燃料回收管1113至燃料盒1385产生的流出物。
流量调节阀1331被安置在燃料回收管1113和流出物回收管1114之间的分叉处。泵1117被安置在燃料回收管1113中。流出物回收管1114连接到下游侧上的燃料盒1385的流出物回收端口1364。在图18中未示出，流出物回收管1114也连接到氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)，在氧化剂电极108处产生的流出物也引入流出物回收管1114。同样，在氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)中，泵1117可以被安置。
在图18中的燃料电池中，一部分从燃料回收管1113回收的液体可以从流出物回收管1114回收到燃料盒1385的发电流出物室1368。因此，储存箱1386中的液体的燃料成分浓度可以被防止降低。同样，由于发电流出物室1368中回收的流出物可以通过移除流出物释放部分1366被排放，如上所述，发电流出物室1368可以很容易再循环。
如图17、18中所示的燃料电池可以具有用于检测储存箱1386中的燃料成分的浓度的浓度传感器。此外，根据通过浓度传感器检测的浓度，燃料电池可以具有用于控制将从流出物回收管1114排放到发电流出物室1368的控制部分。同样，如图18中的燃料电池中，液体量传感器可以被安置用于燃料回收管1113和氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)。此时，液体量传感器可以安置在流量调节阀1331的上游，即靠近单个电池结构101。然后，燃料电池可以具有控制部分，所述控制部分通过流量传感器用于检测被回收的燃料量和在氧化剂电极处的水，并基于被检测的量用于控制将被排放到流出物回收管1114的流出物量。
顺便提及的是，燃料出口端口1363被安置在图15中的燃料注入部分1365中，但是，二者可以被安置在不同的点，这与第一实施例相似。同样，流出物释放部分1366和流出物回收端口1364可以安置在不同的位置。
(第四实施例)在根据本发明的燃料电池中，燃料注入部分1365或者流出物释放部分1366可以设有用于吸收液体燃料124的燃料吸收部件。例如，在如图19中所示的本发明的第四实施例的燃料盒中，作为用于吸收液体燃料的燃料吸收部件的芯吸(wicking)材料1370被安置用于燃料注入部分1365。其他的布置与根据如图2所示的第一实施例的燃料盒1361的布置相似。
当燃料注入部分1365连接到壁部分1372，芯吸部件1370被定位在发电燃料室1367中，发电燃料室1367中的液体燃料通过芯吸部件1370吸收，然后通过燃料出口端口1363，并由此从燃料流动管1111(参看图1)供给到燃料电池主体100的单个电池结构101。
图20是显示了用于图19的燃料盒中的燃料注入部分1365的布置的视图。在图20中，芯吸部件1370连接到燃料注入部分1365并与燃料注入部分1365一起可移除。芯吸部件1370被插入设置在燃料注入部分1365中的支架1371中。当所述盒被再利用时，芯吸部件1370的条件可以被检查。因此，芯吸部件1370可以从支架1371移除，并可以例如用新的一个来替换。
芯吸部件1370可以由吸收液体燃料并耐液体的材料制造，且可以由多孔材料如泡沫材料制造。作为芯吸部件1370的材料，特别地，可以使用例如聚酰胺，如聚氨酯，三聚氰胺和尼龙，聚酯，如聚乙烯，聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，纤维素，或者树脂如聚丙烯腈。
根据第四实施例的燃料盒具有芯吸部件1370。因此，当燃料盒中的燃料量减小时，通过芯吸部件1370所吸收的液体燃料124可以可靠地供给到燃料电池主体100。因此，燃料电池可以进一步地稳定操作。同样，即使燃料盒内的液体燃料124的液体表面的水平变化，燃料电池可以稳定地操作。同样，芯吸部件1370吸收液体燃料124，所述盒中的剩余的燃料可以在盒被重新使用时很容易地移除。
在上述中，本发明参照了实施例进行了说明。这些实施例作为示例，普通技术人员将理解，不同的修改结合上述实施例的各元件和各过程是可获得的，并且这些修改将落入本发明的范围之内。
例如，在各上述的实施例中，燃料入口部分1365是密封安置在壁部分1372中的开口(燃料入口端口)的密封部件。但是，燃料入口部分1365的布置没有限制。例如，可以使用这样的结构其中覆盖安置在壁部分1372中的燃料入口端口的平板可以被移动以打开和关闭燃料入口端口。同样，燃料入口部分1365可以是用于覆盖安置在壁部分1372中的燃料入口端口的盖。
同样，在各上述的实施例中，Y形槽1377可以被形成在燃料注入部分1365中。但是，槽的形状不限于Y形槽1377，可以获得另外的形状。
同样，由Teflon(注册商标)等形成的填料可以被用于密封燃料注入部分1365和壁部分1372，而不是O形环1369。
此外，对于燃料电池主体100的上述布置没有限制，且可以获得各种方面。例如，布置可以简化，例如不具有储存箱1386的布置。
权利要求
1.一种用于燃料电池的燃料盒，所述燃料盒储存有液体燃料，从而直接供给到燃料电池的燃料电极且可连接到所述燃料电池和/或者从所述燃料电池可拆卸，其特征在于，所述燃料盒包括燃料供给部分，用于将所述液体燃料供给到所述燃料电池；和燃料引入部分，所述燃料引入部分可以打开和关闭，并被用于将所述液体燃料重新填充到用于所述燃料电池的所述燃料盒中。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，开口安置在储存有所述液体燃料的储存室的壁部分内，所述燃料引入部分包括所述开口和用于关闭所述开口的关闭部件，和所述关闭部件可连接到所述壁部分/从所述壁部分可拆卸。
3.根据权利要求1或者2所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述燃料供给部分被安置在所述燃料引入部分中。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述燃料供给部分通过自密封部件密封。
5.根据权利要求1-4任一所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，燃料盒包括用于保持所述液体燃料的第一室；第二室，已经通过所述燃料电极的流出物被引入到所述第二室；和分隔壁，所述分隔壁用于分隔所述第一室和所述第二室；所述第一室具有所述燃料供给部分和所述燃料引入部分，和所述第二室具有流出物回收端口，从所述燃料电极回收的所述流出物被引入到所述流出物回收端口。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述第二室具有可以被打开和关闭并用于释放所述流出物的流出物释放部分。
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述流出物释放部分设有所述流出物回收端口。
8.根据权利要求5-7任一所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述流出物回收端口通过自密封部件密封。
9.根据权利要求3-8任一所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，一部分所述燃料引入部分由吸收所述液体燃料的燃料吸收部分形成，其中所述燃料吸收部件被安置在所述燃料盒中。
10.根据权利要求9所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述燃料吸收部件可连接到所述燃料引入部分/从所述燃料引入部分可拆卸。
11.根据权利要求1-10任一所述的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于，所述燃料盒可以储存在电子装置中。
12.一种燃料电池，其特征在于，燃料电池包括燃料电池主体，所述燃料电池主体具有燃料电极；和根据前述权利要求1-11任一所述的用于燃料电池的燃料盒，所述燃料盒储存有液体燃料以直接供给到所述燃料电极。
全文摘要
公开了一种燃料盒(1361)，所述燃料盒(1361)的壁部分(1372)设有用于将液体燃料(124)供给到燃料电池主体(100)的燃料释放端口(1363)并具有用于将燃料供给到所述盒中的开口部分。可拆卸燃料注入部分(1365)配合到所述开口部分。在使用之后，燃料注入部分(1365)从燃料盒(1361)的壁部分(1372)移除，液体燃料(124)通过开口部分重新填充到所述盒，用于再利用所述盒。
文档编号H01M8/06GK1910782SQ20058000304
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月20日 优先权日2004年1月22日
发明者渡边义德, 久保佳实, 吉武务, 真子隆志, 梶谷浩司, 木村英和, 长尾谕, 秋山永治, 河野安孝 申请人:日本电气株式会社