BRPI0412941B1 - Cartucho de combustível e válvula de escape - Google Patents

Abstract

"cartucho de combustível e válvula de escape". é revelado um cartucho (10) conectável a uma célula de combustível. o cartucho compreende um invólucro externo (12) e um revestimento flexível interno (14) contendo combustível para a célula de combustível. o revestimento flexível interno (14) pode ter um inserto (38) disposto dentro do revestimento interior (14) para facilitar o transporte de combustível do cartucho (10) para a célula de combustível. o inserto (38) minimiza o combustível que está retido dentro do cartucho (10). o revestimento flexível interno (14) pode ser utilizado sem o invólucro externo (12) o invólucro externo (12) pode ser substancialmente rígido ou flexível. o cartucho (10) é também adaptável para receber subprodutos da célula de combustível. o cartucho (10) pode também ser pressurizado para empurrar combustível para a célula de combustível. válvulas de escape unidirecionais (20, 74) também são apresentadas para evitar que a pressão interna no cartucho se torne demasiadamente alta ou demasiadamente baixa.

Description

CARTUCHO DE COMBUSTÍVEL E VÁLVULA DE ESCAPE

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção em geral se refere a cartuchos de combustível para células de combustível e, mais particularmente, a presente invenção se refere a cartuchos de combustível descartáveis e capazes de ser novamente enchidos. A presente invenção também se refere a cartuchos de combustível com múltiplas paredes e a cartuchos de combustível com revestimentos flexíveis.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Células de combustível são dispositivos que convertem energia química de reagentes, isto é, combustível e oxidantes, em eletricidade de corrente contínua (CC). Para um número cada vez maior de aplicações, as células de combustível são mais eficientes do que a geração de energia convencional, tal como a combustão de combustível fóssil, e mais eficientes do que a armazenagem de energia portátil, tal como baterias de íon lítio.

Em geral, as tecnologias de células de combustível incluem uma variedade de diferentes células de combustível, tal como células de combustível alcalinas, células de combustível de eletrólito poliméricas, células de combustível de ácido fosfórico, células de combustível de carbonato fundido, células de combustível de óxido sólido e células de combustível de enzimas. Atualmente as mais importantes células de combustível podem ser divididas em três categorias gerais, a saber, células de combustível que utilizam hidrogênio comprimido (¾) como combustível, células de combustível de membrana de permuta de prótons (PEM) que utilizam metanol (CH3OH), boroidreto de sódio (NaBHí), hidrocarbonetos (como 0 butano) ou outros combustíveis convertidos em combustível hidrogênio, e células de combustível PEM que utilizam combustível metanol (CH3OH) diretamente ("células de combustível de metanol direto" ou DMFC). Hidrogênio comprimido é geralmente mantido sob alta pressão e é, conseqüentemente, de difícil manuseio. Além disso, grandes tanques reservatórios são tipicamente necessários e não podem ser fabricados em tamanho suficientemente pequeno para dispositivos eletrônicos de consumidor. Células de combustível de reformato convencionais exigem reformadores e outros sistemas auxiliares e de vaporização para converter combustíveis em hidrogênio para reagir com o oxidante na célula de combustível. Avanços recentes tornam as células de combustível reformadoras ou reformatadoras promissoras para dispositivos eletrônicos de consumidor. A célula DMFC, em que o metanol reage diretamente com o oxidante na célula de combustível, é a célula de combustível mais simples e potencialmente menor e também possui aplicação de energia promissora para dispositivos eletrônicos de consumidor. A DMFC para aplicações relativamente maiores compreende tipicamente uma ventoinha ou compressor para fornecer o oxidante, tipicamente ar ou oxigênio, ao eletrodo de catodo, uma bomba para fornecer uma mistura de água/metanol ao eletrodo de anodo e um conjunto de eletrodos de membrana (MEA). A MEA tipicamente inclui um catodo, . uma PEM e um anodo. Durante a operação, a mistura de combustível líquido de água/metanol é fornecida diretamente ao anodo e o oxidante é fornecido ao catodo. A reação químico-elétrica em cada eletrodo e a reação completa para uma célula de combustível de metanol direto são descritas a seguir: Reação no anodo: Reação no catodo: Reação completa da célula de combustível: Devido à migração dos íons hidrogênio (H+) através da PEM do anodo através do catodo e devido à incapacidade dos elétrons livres (e“) passarem através do PEM, os elétrons devem fluir através de um circuito externo, o que produz uma corrente elétrica através do circuito externo. 0 circuito externo pode não ser nenhum dispositivo eletrônico útil de consumidor, como telefones celulares, calculadoras, assistentes digitais pessoais e computadores portáteis, dentre outros. A DMFC é discutida nas patentes US 5.992.008 e 5.945.231, que são incorporadas a título de referência na íntegra. Genericamente, a PEM é feita de um polímero, como Nafíon® disponível da DuPont, que é um material perfluorado que possui uma espessura na faixa de aproximadamente 0,05mm até aproximadamente Q,50mm, ou outras membranas adequadas. O anodo é tipicamente feito de um suporte de papel carbono com Teflon com uma camada fina de catalisador, como platina-ruténío, depositada sobre o mesmo. O catodo é tipicamente um eletrodo de difusão de gás no qual partículas de platina são ligadas em um lado da membrana. A reação de célula para uma célula de combustível reformadora de boroidreto de sódio é como a seguir: NaBH4 (aquoso) + H20 -> (calor ou catálise) -* (H2) + (NaB02) (aquoso) (no anodo) (no catodo).

Catalisadores apropriados incluem platina e rutênio, dentre outros metais. O combustível de hidrogênio produzido de boroidreto de sódio de reformar é reagido na célula de combustível com um oxidante, como 0 02, para criar eletricidade (ou um fluxo de elétrons) e subproduto água. O subproduto de borato de sódio (NaB02) também é produzido pelo processo de reformar. A célula de combustível de boroidreto de sódio é discutida no pedido de patente publicado US número 2003/0082427, que é aqui incorporado a título de referência. A literatura de patentes revela diversos tanques de combustível ou armazenagem de combustível portáteis não pressurizados e pressurizados para células de combustível. Uma publicação de pedido de patente US número 2002/0018925 Al revela um dispositivo eletrônico com uma cavidade, onde um balão capaz de ser re-enchido contendo combustível é armazenado. Esse balão é feito de um material elástico. Uma publicação de pedido de patente US número 2003/0008193 Al revela um tanque de combustível de paredes flexíveis que contém combustível e um material absorvente.. A patente US 6.460.733 B2 revela um tanque de combustível com múltiplas paredes compreendendo um recipiente de combustível interno disposto dentro de um recipiente externo. O recipiente interno pode ter uma parede rígida, semi-rígida ou flexível. A área plena entre os dois recipientes compreende agentes ou aditivos que neutralizam o combustível metanol em caso de ruptura ou antes de venda. 0 combustível é alimentado para um reservatório de combustível ou diretamente para o eletrodo de anodo por gravidade ou por uma fonte de gás pressurizada localizada no interior do recipiente externo. Uma bomba externa também é fornecida para comunicar o combustível com a célula de combustível. A patente US 6.506.513 Bl revela, dentre outras coisas, ura tanque de combustível compreendendo um mecanismo de ajuste de pressão para manter uma pressão constante dentro do tanque e um fole interno contendo combustível. As publicações de patentes US números 2002/0197522 e 2003/0082427 revelam um cartucho de combustível compreendendo um balão de combustível e um mecanismo pressurizado aplicado ao balão de combustível. A publicação '427 adicionalraente revela um balão adaptado para receber subproduto(s) líquido(s) da célula de combustível. A publicação de patente US número US 2002/0127451 Al revela uma célula de combustível compacta PEM que armazena combustível metanol diretamente em contato com a PEM, e o subproduto C02 é sangrado para o alojamento a fim de pressurizar o alojamento. Esse alojamento compreende adicionalmente uma válvula de escape para evitar a hiper-pressurização do alojamento, e uma válvula de admissão de combustível para adicionar combustível. Essa referência não revela um cartucho ou tanque de combustível em separado.

Recentemente, a Neah Power Systems de Bothell, Washington, revelou um tanque de combustível vedado que armazena combustível assim como água e subprodutos de C02 em balões separados.

Entretanto, o estado da técnica não revela ura cartucho de combustível com uraa câmara interna flexível que minimiza o combustível residual retido na câmara interna quando as paredes da câmara entram em contato umas com as outras, ou cartuchos de combustível com as vantagens e características descritas abaixo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Conseqüentemente, a presente invenção é dirigida a um cartucho de combustível adaptado para uso com qualquer célula de combustível. A presente invenção é também dirigida a um cartucho de combustível adaptado para uso com uma célula de combustível de reformatação. A presente invenção é dirigida também a um cartucho de combustível adaptado para uso com uma célula de combustível de metanol direto. A presente invenção é dirigida também a um cartucho de combustível de múltiplas paredes. A presente invenção é dirigida também a um cartucho de combustível que possui um revestimento interno flexível. A presente invenção adicionalmente se refere a um cartucho de combustível com ao menos uma válvula de escape.

Um aspecto da presente invenção é relacionado a um cartucho de combustível conectável a uma célula de combustível ou a um recipiente de combustível capaz de ser re-enchido contendo um invólucro externo e um revestimento flexível interno contendo combustível para a célula de combustível. 0 revestimento flexível interno possui um inserto disposto no mesmo para facilitar o transporte do combustível do cartucho para a célula de combustível. 0 inserto também pode ter nervuras flexíveis e/ou substancialmente rígidas, e as nervuras podem ser integralmente formadas com o revestimento. 0 inserto também pode ser um inserto de espuma ou um inserto de malha. 0 inserto também pode consistir em uma pluralidade de partículas. As partículas podem ser conectadas umas as outras ou podem estar soltas. 0 revestimento interno é conectado a uma válvula de fechamento e o combustível transportado através da válvula de fechamento para a célula de combustível. 0 invólucro externo do cartucho pode ser substancialmente rígido ou flexível. Também pode ser vedado ou estar em comunicação de fluido com o ar ambiente. 0 invólucro externo pode ter uma estrutura aberta, que pode ser coberta com uma tampa, membrana impermeável a líquido, permeável a gás ou um material de enchimento absorvente líquido. 0 cartucho pode possuir também uma primeira válvula de escape unídirecional disposta no invólucro externo. A primeira válvula de escape permite ao ar entrar intermitentemente no cartucho para evitar a formação de vácuo parcial no interior do cartucho. A primeira válvula de escape pode ser coberta com uma membrana impermeável a líquido, permeável a gás ou um material de enchimento absorvente líquido. Preferivelmente, a primeira válvula de escape é uma válvula do tipo de gatilho.

Os subprodutos de gás e/ou líquido produzidos na célula de combustível podem ser transportados para um espaço interior entre o invólucro externo e o revestimento interno no cartucho. O cartucho pode também possuir uma segunda válvula de escape unídirecional disposta no invólucro externo e em comunicação de fluido com o espaço interior. A segunda válvula de escape libera gás intermitentemente do interior do cartucho para sangrar para o ar ambiente. A segunda válvula de escape pode ser coberta com uma membrana líquida impermeável, permeável a gás ou um material de enchimento absorvente líquido. Preferivelmente, a segunda válvula de escape é uma válvula do tipo de gatilho. 0 cartucho pode possuir ambas, uma primeira e uma segunda válvula de escape. Alternativamente, o invólucro externo possui uma estrutura aberta, que é coberta por uma membrana impermeável a liquido, permeável a gás ou um material de enchimento absorvente líquido. 0 subproduto de gás pode ser continuamente sangrado através da estrutura aberta. 0 cartucho pode ainda possuir um dispositivo de armazenagem de energia para comprimir o revestimento interno. 0 dispositivo de armazenagem de energia pode ser uma mola comprimida, espuma comprimida, gás comprimido como butano, n-butano ou propano, ou propano líquido, disposto dentro do dispositivo eletrônico adaptado para receber o cartucho. 0 dispositivo de mola externo é comprimido durante a inserção do cartucho no dispositivo eletrônico. 0 cartucho pode adicionalmente compreender uma parede móvel deslizavelmente disposta no interior do invólucro externo do cartucho. A parede móvel pode possuir um excêntrico que pressiona contra o invólucro externo para formar uma vedação com o invólucro externo. A parede móvel está em contato com o combustível dentro do cartucho. 0 invólucro externo pode ser revestido com uma película de redução de fricção, como politetrafluoretileno (Teflon®), para facilitar o movimento do excêntrico ao longo do invólucro externo. 0 dispositivo de armazenagem de energia pode exercer pressão sobre a parede móvel para auxiliar no transporte do combustível para fora do cartucho. 0 revestimento interno pode também ser colorido para permitir ao usuário a determinação visual da quantidade de combustível restante dentro do cartucho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos em anexo, que formam uma parte do relatório descritivo e devem ser lidos em conjunto com o mesmo e nos quais numerais de referência similares são utilizados para indicar partes similares nas várias vistas: A figura 1 é uma vista parcial em seção transversal de um cartucho de combustível de múltiplas paredes, completo, mostrando um invólucro externo, um revestimento interno e uma válvula de escape; A figura 2 é uma vista parcial em seção transversal do cartucho de combustível de múltiplas paredes parcialmente vazio da figura 1;

As figuras 3A e 3B são vistas parciais em seção transversal de duas das modalidades da válvula de escape unidirecional ilustrada nas figuras 1 e 2, que são utilizáveis com qualquer um dos cartuchos de paredes múltiplas mostrados na presente invenção; A figura 4 é uma vista parcial em seção transversal de outro cartucho completo de combustível de paredes múltiplas mostrando um revestimento interno com estruturas internas; A figura 5 é uma vista parcial em seção transversal do cartucho de combustível de paredes múltiplas parcialmente vazio da figura 4;

As figuras 6A-6C são vistas em seção ampliada de inserções apropriadas para uso no revestimento interno; A figura 7 é uma vista parcial em seção transversal de outro cartucho de combustível de paredes múltiplas mostrando outra estrutura integral; A figura 8 é uma vista parcial em seção transversal de outro cartucho de combustível de paredes múltiplas mostrando outra estrutura integral; A figura 9 é uma vista em perspectiva de outro cartucho de combustível de paredes múltiplas com um invólucro externo aberto e um revestimento interno; A figura 10 é um vista em perspectiva de outro cartucho de combustível de paredes múltiplas com um invólucro externo aberto e um revestimento interno;

As figuras 11A e 11B são vistas ampliadas de uma seção do cartucho de combustível de paredes múltiplas da figura 10;

As figuras 12A e 12B são vistas em perspectiva de um invólucro externo e do revestimento interno de outro cartucho de paredes múltiplas; A figura 13 é uma vista esquemática de outro cartucho de paredes múltiplas e da célula de combustível; A figura 14 é uma vista em seção transversal de outra válvula de escape unidirecional; A figura 15 é uma vista parcial em seção transversal de outro aspecto da presente invenção; e A figura 16 é uma vista parcial em seção transversal de outro aspecto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Como ilustrado nos desenhos em anexo e discutido em detalhes abaixo, a presente invenção se refere a um cartucho de combustível, que armazena combustíveis de células de combustível, tais como metanol e água, mistura de metanol/água, misturas de metanol/água de concentrações variadas ou metanol puro. Metanol é utilizável em muitos tipos de células de combustível, por exemplo, DMFC, célula de combustível de enzima, célula de combustível de reformatação, dentre outras. 0 cartucho de combustível pode conter outros tipos de combustíveis de células de combustível, como etanol ou álcoois, produtos químicos que podem ser reformatados em hidrogênio, ou outros produtos químicos que podem melhorar o desempenho ou eficiência das células de combustível. Os combustíveis também incluem eletrólito de hidróxido de potássio (KOH), que é utilizável com células de combustível de metal ou células de combustível alcalinas, e pode ser armazenado em cartuchos de combustível. Para células de combustível de metal, combustível é encontrado em forma de partículas de zinco carregadas por fluido imersas em uma solução de reação eletrolítica de KOH, e os anodos dentro das cavidades de células são anodos em partículas formados das partículas de zinco. Combustível KOH é revelado no pedido de patente publicado US número 2003/0077493, intitulado "Method of Using fuel cell system configured to provide power to one or more loads," publicado em 24 de abril de 2003, que é incorporado na presente patente a título de referência na íntegra. Combustível também inclui uma mistura de metanol, peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico, que flui passando por um catalisador formado em chips de silício para criar uma reação na célula de combustível. Os combustíveis também incluem boroidreto de sódio aquoso (NaBH4) e a água discutida acima. Os combustíveis adicionalmente incluem combustíveis de hidrocarboneto, que incluem, mas não são limitados a, butano, querosene, álcool e gás natural, revelados no pedido de patente publicada US número 2003/0096150, intitulado "Liquid Hereto-interface fuel cell device," publicado em 22 de maio de 2003, que é incorporado aqui a título de referência na íntegra. Os combustíveis também incluem oxidantes líquidos que reagem com combustíveis. A presente invenção, portanto, não é limitada a nenhum tipo de combustível, solução eletrolítica, solução oxidante ou líquido contido no cartucho. O termo "combustível" como utilizado aqui inclui todos os combustíveis que podem ser reagidos nas células de combustível e inclui, mas não é limitado a, todos os combustíveis adequados acima, soluções eletrolíticas, soluções oxidantes, líquidos e/ou produtos químicos e misturas dos mesmos.

Como utilizado aqui, o termo "cartucho" ou o termo "cartucho de combustível" inclui, mas não é limitado a, cartuchos descartáveis, cartuchos reenchíveis/reutilizáveis, cartuchos localizados dentro do dispositivo eletrônico, cartuchos que estão fora do dispositivo eletrônico, tanques de combustível, tanques de reenchimento de combustível e outros recipientes que armazenam combustível.

Como mostrado na figura 1, o cartucho 10 compreende um tanque externo, revestimento externo ou invólucro externo 12 e um revestimento interno ou balão interno 14 contendo combustível e disposto no interior do invólucro externo 12. O espaçamento 15 é definido entre o invólucro externo 12 e o revestimento interno 14. 0 revestimento interno 14 é preferivelmente flexível e pode ser elástico, de forma que o volume dentro do revestimento 14 diminua quando o combustível estiver sendo transportado do revestimento. O cartucho 10 também compreende um bocal 16 que aloja uma válvula de interrupção 18, que está em comunicação de fluido com o revestimento 14. O bocal 16 é adaptável para ser conectado a uma célula de combustível (não mostrada) ou a um cartucho/recipiente de reenchimento de combustível. Uma vantagem de possuir revestimento dobrável é que o revestimento cede à medida que o combustível restante é transportado em direção ao bocal 16, de forma que o combustível esteja prontamente disponível para ser transportado para a célula de combustível, conseqüentemente, o cartucho 10 é utilizável em qualquer direção. O cartucho 10 pode ser vedado, exceto pela válvula de interrupção 18, que está em comunicação de fluido com a célula de combustível. Enquanto vácuo parcial pode se desenvolver entre o cartucho vedado, a bomba como ilustrada nas figuras 1 e 2 pode transportar o combustível para fora do cartucho. A válvula de interrupção 18 também pode ser substituída por um material poroso capaz de transportar combustível através da ação de torção ou capilar. Válvulas de interrupção são totalmente discutidas no pedido de patente copendente comumente pertencente, intitulado "Fuel Cartridge with Connecting valve," depositado no mesmo dia do presente pedido. Esse pedido de patente comumente pertencente é incorporado aqui a título de referência.

De acordo com um aspecto da presente invenção, o cartucho 10 compreende uma válvula de escape unidirecional 20, comumente conhecida por válvula de gatilho ou válvula do tipo de gatilho. A válvula 20 permite a entrada de ar no cartucho 10 de forma intermitente para prevenir o acúmulo de um vácuo parcial dentro do cartucho, à medida que combustível é retirado do cartucho. Como mostrado na figura 3A, a válvula 20 compreende a sede de válvula 22 adaptada para fornecer uma vedação quando uma cabeça de válvula 24 é totalmente recebida na mesma ou em uma posição fechada. A cabeça de válvula 24 está conectada à haste da válvula opcional 26, que é deslizavelmente disposta no interior do corpo de válvula 28. A cabeça de válvula 24 e a haste de válvula 26 são propendidas para uma posição fechada ou vedada pela mola 30. A mola 30 pode ser de compressão ou tensão. A constante de mola, k, da mola 30 é selecionada de forma que quando a pressão dentro do invólucro externo 14 ou do espaçamento 15 cai abaixo de um nível predeterminado a válvula 20 abre, isto é, a cabeça de válvula 24 se move para dentro do corpo do cartucho, como referenciado na figura 3Δ, para deixar que o ar ambiente dentro do cartucho através do espaçamento entre a cabeça 24 e a sede 22 e entre a haste de válvula 26 e o corpo de válvula 28 rompa o vácuo. A válvula 20 não mantém a pressão interna do cartucho 10 a uma pressão constante, mas permite que a pressão interna flutue ou caia até satisfazer um nível predeterminado. A figura 3B mostra outra modalidade de válvula de gatilho 20, em que os mesmos números de referência designam elementos de válvula que são similares aos da modalidade da figura 3A. A válvula 20 pode conter opcionalmente a membrana 32 cobrindo a sua abertura para prevenir a entrada de sujeira no cartucho. Preferivelmente, a membrana 32 permite apenas que ar ou outros gases entrem ou saiam do cartucho e evita que o líquido entre ou saia do cartucho. Essa membrana impermeável a líquido e permeável a gás é revelada no pedido de patente copendente comumente pertencente número de série 10/356.793, intitulado "Fuel Cartridge for Fuel Cells", depositado em 31 de Janeiro de 2003, na patente US 3.508.708, intitulada "Electric Cell with Gas Permeable Vent Stopper", expedida em 21 de Abril de 1970, e na patente US 4.562.123, intitulada "Liquid Fuel Cell", expedida em 31 de Dezembro de 1985. As revelações dessas referências são incorporadas aqui por referência na íntegra. Alternativamente, a membrana 32 pode ser usada sem a válvula 20. Tais membranas podem ser feitas de politetrafluoretileno (PTFE), náilon, poliamidas, polivinilideno, polipropileno, polietileno ou outra membrana polimérica. Uma membrana hidrofóbica PTFE microporosa comercialmente disponível pode ser obtida da W.L Gore Associates, Inc. Goretex® é uma membrana adequada. Goretex® é uma membrana microporosa contendo poros que são pequenos demais para a passagem de líquido, mas grandes o suficiente para deixar que o gás passe através deles. A membrana 32 pode ser substituída por materiais de enchimento, como aqueles revelados no pedido de patente '793. Como utilizado aqui, materiais de enchimento incluem espuma. Materiais de enchimento retêm líquidos e permitem que gases passem através deles. Um material de enchimento adequado é o material absorvente utilizado em fraldas. Preferivelmente, esses materiais de enchimento também incham quando absorvem líquido e se tornam menos impermeáveis ao líquido. A válvula 20 é utilizável com os cartuchos de paredes múltiplas revelados aqui e com cartuchos de paredes individuais, como os revelados no pedido de patente copendente comumente pertencente '793. A válvula de escape unidirecional é também revelada no pedido '793.

Como mostrado na figura 2, à medida que combustível é retirado do revestimento interno 14, as paredes do revestimento podem dobrar uma em direção à outra e podem formar as áreas de contato 34. As áreas de contato 34 podem evitar que o combustível retido 36 atinja o bocal 16 para ser transportado para a célula de combustível. Para manter o revestimento interno 14 relativamente aberto enquanto o combustível restante está sendo retirado, um inserto pode ser colocado no revestimento 14 como mostrado nas figuras 4-8. Preferivelmente, o inserto é também flexível de forma que permite que o revestimento se dobre desse modo facilitando a liberação seletiva de combustível. 0 inserto pode ser uma matriz 38 tendo nervuras 40,42. A matriz 38 evita que as paredes do revestimento 14 dobrem sobre si mesmas, como mostrado na figura 4 quando o revestimento está cheio e na figura 5 quando o revestimento está ao menos parcialmente vazio. As nervuras 40,42 podem ser espessas ou finas, como mostrado nas figuras 6A e 6B, e podem ser sólidas ou ocas ou constituídas de espuma de células abertas. As nervuras 40 podem ser substancialraente rígidas e as nervuras 42 podem ser flexíveis para facilitar o encolhimento ou dobramento do revestimento 14, permitindo que as nervuras 42 se dobrem. Alternativamente, tanto as nervuras 40 como 42 são flexíveis e ambas podem dobrar juntamente com o revestimento 14. Nervuras de espuma ou ocas são preferidas devido ao seu volume mínimo e peso leve e ao combustível poder fluir através das mesmas até o bocal 16. Alternativamente, as nervuras 40, 42 e/ou matriz 38 podem ser feitas integrais com o revestimento 14 por processos de fabricação convencionais.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, o inserto pode ser um inserto de espuma 44, como mostrado na figura 7, que preferivelmente tem um formato substancialmente similar ao formato do revestimento interno 14. Em outras palavras, o formato do inserto pode depender do formato do revestimento. Se espuma for utilizada, preferivelmente o inserto de espuma 44 é uma folha fina de espuma de células abertas. O inserto 38 pode ser também um inserto de malha 46, como mostrado na figura 8, ou pode compreender uma pluralidade de fios ou mechas de torção, como pavios de velas. Alternativamente, o inserto pode ser feito de materiais de enchimento para ajudar no transporte de combustível para o bocal 16 através de ação de torção ou capilar. Adicionalmente, o inserto pode compreender partículas, como esferas 45 ou cavacos 43 como mostrado na figura 6C. Essas partículas podem ser conectadas umas as outras ou podem ser soltas. A válvula de interrupção 18, um filtro, uma tela ou similar podem evitar que as partículas soltas saiam do cartucho. O inserto pode ser também de hastes substancialmente rígidas, de íntertravamento, como uma cerca de elos de correntes que pode dobrar sobre si própria quando o revestimento esvazia. 0 invólucro externo também pode ter uma estrutura aberta como mostrado nas figuras 9 e 10. O cartucho de combustível 50 compreende um invólucro externo aberto 52 e um revestimento interno 14, como descrito acima, e bocal 16 contendo uma válvula de interrupção 18 (não mostrada). O invólucro externo aberto 52 pode ser substancialmente aberto, como uma malha aberta 54 ou pode ser substancialmente fechado, como o recipiente 56. 0 ar pode entrar livremente no cartucho 50 para evitar a formação de um vácuo parcial dentro do cartucho através das aberturas na malha 54 ou através de furos 58 definidos no topo do recipiente 56 ou em qualquer outro local no cartucho. O invólucro externo aberto 52 possui peso reduzido enquanto mantém a integridade estrutural do cartucho. As aberturas na malha 54 e os furos 58 podem ser feitos relativamente pequenos para limitar o acesso ao revestimento interno. A malha 54 e os furos 58 podem ser cobertos com uma membrana impermeável a líquido e permeável a ar 32 para evitar vazamento do cartucho em caso de violação do revestimento interno. Se os furos 58 forem suficientemente pequenos, eles podem ser cobertos por materiais de enchimento que podem absorver líquido e minimizar o vazamento. Preferivelmente, esses materiais de enchimento também incham quando absorvem líquido e se tornam menos permeáveis ao líquido. Também, como mostrado nas figuras 11 (A) e 11 (B) o furo 58 pode ter uma tampa 60 para limitar o acesso ao revestimento interno. A membrana 32 pode fazer parte da tampa 60.

Adicionalmente, como mostrado nas figuras 12(A) e 12(B), o cartucho de combustível 10, 50 pode ter uma seção transversal redonda ou quadrada ou qualquer outro formato. O cartucho de combustível 10, 50 pode também ter um invólucro externo 62 com suporte interno 64, similar ao tanque de combustível com um isqueiro de bolso de butano, e um revestimento interno 66 com fenda 68. O revestimento interno 66 é moldado e dimensionado para ser recebido dentro do invólucro externo 62.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, o cartucho de combustível é adaptado para receber subprodutos líquidos e/ou gasosos com ou sem sólidos suspensos produzidos pela reação da célula de combustível. Para propósitos ilustrativos, esse aspecto da presente invenção é primariamente descrito utilizando a reação de célula de combustível de metanol direto. A presente invenção, entretanto, pode ser utilizada para receber tais subprodutos de quaisquer células de combustível, incluindo mas não limitados àquelas descritos aqui, e a presente invenção não se limita a nenhum combustível ou subproduto em particular.

Como mostrado na figura 13, o cartucho 70 compreende um invólucro externo 12 e um revestimento interno 14, como descrito acima. 0 invólucro 12 também compreende um bocal 16 que aloja a válvula de interrupção 18, que está em comunicação de fluido com o revestimento 14, também como descrito acima. O combustível (CH3OH + H2O) é bombeado ou fluído por outros meios para fora do bocal 16 para reagir no conjunto de eletrodo de membrana (MEA). Dióxido de carbono e água (C02 + 2H20) são produzidos pelo MEA e são bombeados de volta para 0 cartucho 70 no bocal de admissão 72. 0 CO2 e os subprodutos de H20 em excesso podem ser armazenados ao menos inicialmente no espaçamento 15 entre 0 invólucro externo 12 e 0 revestimento interno 14. Tendo em vista que o volume de C02 e H20 é provavelmente maior que a quantidade que um cartucho de tamanho razoável pode armazenar, 0 cartucho 70 também compreende ao menos uma válvula de escape de saída 74. Os subprodutos C02 e o H20 também podem fluir de volta para 0 cartucho sem bombeamento devido ao gás C02. Os bocais 16 e 72 podem ser localizados em qualquer lugar do cartucho e eles também podem ser localizados co-axialmente entre si. A válvula de escape de saída 74, como mostrada na figura 14, é substancialmente similar à válvula de escape 20 discutida acima, com a exceção de que é alinhada na orientação inversa. A válvula 74 também possui uma sede de válvula 22 adaptada para fornecer uma vedação quando a cabeça da válvula 24 está completamente recebida na mesma ou em posição fechada. A cabeça da válvula 24 é conectada à haste de válvula opcional 26, que é deslizavelmente posicionada dentro do corpo da válvula 28. A cabeça da válvula 24 e a haste da válvula 26 são propendidas para uma posição fechada ou de vedação pela mola 30. A mola 30 pode estar em compressão ou tensão. A constante de mola, k, da mola 30 é selecionada de forma que quando a pressão dentro do invólucro externo 12 ou no espaçamento 15, causada pelos subprodutos C02 e H20 se eleva a um nível predeterminado, a válvula 74 se abre, isto é, a cabeça da válvula 24 se move para longe do cartucho, como referido na figura 14, para deixar o C02 dentro do cartucho sangrar através do espaçamento entre a cabeça 24 e a sede 22 e entre a haste 24 e o corpo 28 para reduzir a pressão interna do cartucho. Consequentemente, a válvula 74 não mantém a pressão interna do cartucho 70 em uma pressão constante, mas permite que a pressão interna flutue ou se eleve até que um nível predeterminado seja encontrado e então ocorre o sangramento de C02 para aliviar a pressão. A válvula 74 possui preferivelmente a membrana 32 cobrindo a sua saída e/ou sua entrada para prevenir a saída de água do cartucho. Como discutido acima, a membrana 32 permite apenas a entrada ou saída de ar e outros gases do cartucho, e impede a entrada ou saída de líquido no cartucho. Alternativamente, a válvula 74 pode possuir materiais de enchimento, como discutido acima, cobrindo sua saída para absorver água e permitir a saída de gases do cartucho. Mais do que uma válvula 74 pode ser instalada no invólucro externo 12.

Alternativamente, a válvula 74 pode ser omitida se um invólucro externo de estrutura aberta 52 com membrana 32 ou materiais de enchimento cobrindo as aberturas for utilizado com o cartucho de combustível. 0 invólucro externo 52 e a membrana de cobertura ou materiais de enchimento 32 permitem continuamente que o subproduto gás C02 escape enquanto retém subproduto de água dentro do cartucho. O cartucho pode também possuir ambas as válvulas 20 e 74 dispostas na parede externa do cartucho para permitir a entrada de ar ambiente para evitar vácuo parcial e/ou para sangrar C02 a fim de evitar o acúmulo da pressão. Alternativamente, as funções das válvulas 20 e 74 são incorporadas em uma única válvula, isto é, uma válvula que permite o ar ambiente entrar no cartucho para aliviar o acúmulo de vácuo e permite que gases saiam do cartucho para aliviar o acúmulo da pressão. A válvula 74 pode ser omitida se os subprodutos contiverem apenas líquidos. Por exemplo, o sistema combustível de água e boroidreto de sódio produz borato de sódio aquoso e água como subprodutos. Adicionalmente, o espaçamento 15 pode ser utilizado para armazenar combustível enquanto o revestimento interno 14 pode ser utilizado para armazenar os subprodutos líquidos.

Como mostrado na figura 1, uma bomba externa ao cartucho é utilizada para transportar o combustível para fora do cartucho. Alternativamente, o cartucho 10 pode ser pressurizado para levar o combustível para a célula de combustível. Como mostrado na figura 15, o espaçamento 15 pode possuir um dispositivo de armazenamento de energia, como mola comprimida ou espuma comprimida, designada como 76, empurrando o revestimento interno 14 ou empurrando a parede intermediária móvel 78 localizada entre a espuma/mola comprimida e o revestimento interno 14. A válvula de escape 20 e/ou a membrana 32 podem ser fornecidas para prevenir a formação de um vácuo parcial dentro do cartucho. O espaçamento 15 pode também ser cheio de gás comprimido, como butano, n-butano ou propano, ou propano líquido para comprimir o revestimento interno 14. Uma vantagem do uso do gás comprimido é que não é necessária válvula de escape ou membrana permeável a gás para evitar a formação de um vácuo parcial dentro do cartucho. Alternativamente, o vácuo parcial pode se formar dentro de um cartucho vedado à medida que combustível é bombeado e pode puxar a parede intermediária 78 em direção ao bocal 16.

Adicionalmente, como mostrado na figura 16, a mola 76 pode ser propendida contra a parede 82 do dispositivo eletrônico. Nessa modalidade, a mola 76 localiza-se no dispositivo eletrônico ou na célula de combustível. Quando um novo cartucho de combustível é carregado no dispositivo, comprime a mola 76 e a mola 76 exerce uma força sobre o cartucho enquanto o cartucho está dentro do dispositivo eletrônico. Materiais de mola preferidos que não estão em contato com o combustível incluem, mas não são limitados a, Inconel® liga de niquel-cromo-ferro, elastômeros de fluorcarbono com elevado teor de flúor ou aço inoxidável. A parede intermediária móvel 78 preferivelmente compreende o excêntrico 80 e é medida e dimensionada para deslizar ao longo da superfície interna do invólucro externo 12. A parede móvel 78 preferivelmente contata e empurra o revestimento interno 14. De acordo com outro aspecto da presente invenção, a parede móvel 78 também forma uma vedação opcional com a superfície interna do invólucro externo 12, de forma que o revestimento interno 14 possa ser omitido e o combustível esteja em contato direto com a parede móvel 78 e o invólucro externo 12. O excêntrico 80 é preferivelmente feito de um polímero elástico, como o terpolimero de etileno propileno dieno metileno (EPDM) ou Vitron® flúor-elastômero, e é comprimido contra o invólucro externo 12 para fornecer uma vedação com o mesmo. A superfície interna do invólucro externo 12 também pode ser revestida com uma película de redução de fricção, como o politetrafluoretileno ou Teflon®, ou um revestimento lubrificante para facilitar o deslizamento entre a parede móvel 78 e o invólucro externo 12.

As bombas utilizadas com qualquer uma das modalidades discutidas aqui podem ser quaisquer bombas capazes de transportar fluidos na taxa desejada. Bombas adequadas incluem bombas microeletromecânicas (MEMS), como as discutidas e reivindicadas no pedido de patente '793. A bomba MEMS pode ser tanto uma bomba de campo induzido quanto uma bomba de deslocamento de membrana. Uma bomba de campo induzido tem um campo elétrico ou campo magnético CA ou CC aplicado ao combustível/líquido para bombear o combustível/líquido. Bombas de campo induzido adequadas incluem, mas não são limitadas a, bombas eletroidrodinâmicas, bombas magnetoidrodinâmicas e bombas eletro-osmóticas. A bomba eletroidrodinâmica e a bomba eletro-osmótica podem ser utilizadas em conjunto. Uma bomba de deslocamento de membrana compreende uma membrana e uma força é aplicada à membrana fazendo com que a membrana mova ou vibre para bombear o combustível. Bombas de deslocamento de membrana adequadas incluem, mas não se limitam a, bomba eletrostática, bomba piezoelétrica e bomba termopneumática. A bomba MEMS controla a velocidade do fluxo de combustível e inverte esse mesmo fluxo, assim como pára o fluxo.

Adícíonalmente, o revestimento interno 14 pode ser colorido para permitir que o usuário meça visualmente o nível de combustível dentro do cartucho. Mais preferivelmente, o revestimento interno 14 é fino e feito de um material durável e flexível de forma que ceda eficientemente ou reduza seu volume, à medida que o combustível é retirado. Materiais preferidos para o revestimento incluem borracha natural, polietileno (incluindo PE de baixa densidade a alta densidade), etileno propileno (EP), EPDM e outras películas poliméricas finas. Preferivelmente o polietileno é fluorado e é substancialmente livre de íons de metal para garantir baixa permeação. 0 polietileno pode ser laminado com uma camada de barreira de vapor, como folha de alumínio ou plástico tratado com flúor, para reduzir a permeação de metanol.

Outro material adequado de revestimento é grafite esfoliado, comprimido, devido à resistência do grafite em relação a combustíveis corrosivos de células de combustível, como o metanol, e devido à impermeabilidade do grafite esfoliado, comprimido, a gases. Tipicamente, o grafite em sua forma inalterada é intercalado para inserir átomos ou moléculas nos espaços interplanares entre os planos em camadas. 0 grafite intercalado é, então, expandido ou esfoliado através da súbita exposição a calor elevado para expandir o espaçamento interplanar entre os planos em camadas. 0 grafite expandido ou esfoliado é, então, comprimido para formar folhas ou folha muito finas. Tais folhas ou folhas comprimidas esfoliadas são flexíveis e possuem alta resistência à tração. 0 grafite esfoliado comprimido é revelado na patente US 3.404.061 e a revelação da patente '061 é incorporada aqui a titulo de referência na íntegra. Folhas de grafite comprimido estão comercialmente disponíveis com a marca registrada GRAFOIL®, com espessura na faixa de 0,0762mm a 15,24mm, da Graftech, Inc, localizada em Lakewood, Ohio. O revestimento interno 14 pode ser feito de materiais de múltiplas dobras ou de múltiplas camadas. A camada mais interna é compatível com os combustíveis de células de combustível, isto é, resistência ao combustível, e tem baixa permeabilidade. A camada do meio é uma barreira para os combustíveis de células de combustível ou é impermeável. A camada mais externa pode ser outra camada de barreira, e pode ser resistente ao combustível. Em um exemplo, a camada mais interna pode ser polietileno tratado com flúor (LDPE ou HDPE), a camada do meio pode ser náilon ou silicone e a camada externa pode ser uma folha de alumínio. O material de múltiplas camadas pode ser co-extrudado e dobrado para formar o revestimento. As bordas do revestimento podem ser vedadas pelo calor gerado por fontes de radiofrequência, ultra-sônicas ou calor. O revestimento pode também ser envolto por encolhimento em folha de alumínio. Isso prolonga a vida da armazenagem do cartucho, uma vez que a camada mais interna pode resistir ao efeito corrosivo do combustível e as camadas do meio e externa promovem barreiras para manter o combustível dentro do revestimento e a camada externa evita a degradação do revestimento pela luz ultravioleta. 0 revestimento interno 14 pode ser utilizado sem o invólucro externo 12. De acordo ainda com outro aspecto da presente invenção, o invólucro externo 12 também pode ser flexível para ser comprimido juntamente com o revestimento interno 14, à medida que combustível é transportado do cartucho. Um invólucro externo forte e flexível pode prover suporte estrutural adicional ao revestimento interno 14, enquanto evita a necessidade da válvula 20 ou membrana 32 para evitar o acúmulo de vácuo parcial. O invólucro externo é preferivelmente feito de resina de poliacetal, que pode ser moldada por injeção ou extrudada. O invólucro externo é preferivelmente livre de contaminantes como zinco, enxofre, talco e óleos, e deve ser tratado com flúor para minimizar a permeação. 0 cartucho 10 também pode possuir múltiplos revestimentos internos 14. Em um exemplo, o cartucho 10 pode possuir um primeiro revestimento interno 14 para metanol puro e um segundo revestimento interno 14 para água para uso com uma célula de combustível de metanol direto ou uma célula de combustível de metanol de reformatação. Em outro exemplo, o cartucho 10 pode possuir um primeiro revestimento interno 14 para metanol e um segundo revestimento interno para peróxido de hidrogênio e um terceiro revestimento interno opcional 14 para ácido sulfúrico. Em outro exemplo, o cartucho 10 pode possuir um primeiro revestimento interno 14 para boroidreto de sódio e um segundo revestimento interno para água. Um revestimento interno pode também ser utilizado para armazenar subprodutos líquidos, como água ou borato de sódio aquoso.

Adicionalmente, o revestimento interno 14 é reenchível e pode ser re-enchido através da válvula 18. Alternativamente, o revestimento interno 14 pode possuir uma válvula de reenchimento separada similar à válvula de interrupção 18. O revestimento 14 também pode ser feito de material elástico ou esticável de forma que o revestimento possa se expandir quando a pressão interna atingir nível predeterminado. Adicionalmente, o revestimento 14 pode possuir uma válvula de escape 20 ou 74 disposta sobre o mesmo para liberar a pressão quando a pressão interna atingir um nível predeterminado.

Embora seja aparente que as modalidades ilustrativas da invenção reveladas aqui atendam os objetivos da presente invenção, é apreciado que numerosas modificações e outras modalidades podem ser elaboradas por aqueles versados na técnica. Adicionalmente, característica(s) e/ou elemento(s) de qualquer modalidade podem ser utilizados individualmente ou em combinação com outras modalidades. Portanto, será entendido que as reivindicações apensas têm como intenção cobrir todas as modificações e modalidades, que poderíam estar compreendidas no espirito e âmbito da presente invenção.

Claims (67)

1. Cartucho de combustível, conectável a uma célula de combustível, caracterizado por compreender: um invólucro externo e um revestimento interno flexível, contendo combustível para a célula de combustível, onde o revestimento interno flexível contém um inserto disposto dentro do revestimento interno para facilitar o transporte do combustível do cartucho para a célula de combustível.

2. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o inserto é integral com as paredes do revestimento.

3. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o inserto integral compreende uma pluralidade de nervuras.

4. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que algumas das nervuras são substancialmente rígidas.

5. Cartucho de combustível, de acordo cora a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que algumas das nervuras são flexíveis.

6. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o inserto é um inserto de espuma, uma malha, uma pluralidade de partículas, cavacos ou esferas.

7. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as partículas são conectadas umas às outras.

8. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o revestimento interno é conectado a uma válvula de interrupção e o combustível é transportado através da válvula de interrupção para a célula de combustível.

9. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo é substancialmente rígido ou possui um suporte estrutural interno.

10. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo é flexível.

11. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo está vedado.

12. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo possui uma estrutura aberta ou compreende uma malha.

13. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a estrutura aberta é coberta com uma membrana permeável a gás, impermeável a líquido ou é coberta com um material absorvente líquido.

14. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo compreende um furo coberto com uma tampa.

15. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cartucho compreende ainda uma primeira válvula de escape unidirecional disposta no invólucro externo, primeira válvula de escape que permite ao ar entrar no cartucho de maneira intermitente para prevenir a formação de um vácuo parcial dentro do cartucho.

16. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustível é convertido em corrente elétrica na célula de combustível e ao menos um dos subprodutos gasosos e líquidos produzidos na célula de combustível é transportado para um espaço interno entre o invólucro externo e o revestimento interno no cartucho.

17. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o cartucho compreende ainda uma segunda válvula de escape unidirecional localizada no invólucro externo, segunda válvula de escape que permite a sangria intermitente de gás para dentro do cartucho.

18. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 15 ou 17, caracterizado pelo fato de que a segunda válvula de escape é coberta por uma membrana permeável a gás, impermeável a líquido ou um material de retenção de líquido.

19. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 15 ou 17, caracterizado pelo fato de que a segunda válvula de escape é uma válvula do tipo de gatilho.

20. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento interno é pressurizado por um dispositivo de armazenamento de energia.

21. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é uma mola comprimida, uma espuma comprimida ou um gás comprimido.

22. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o gás comprimido é butano, n-butano ou propano.

23. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é conectável a um recipiente de reenchimento de combustível.

24. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é externo ao cartucho de combustível.

25. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parede móvel é disposta deslizavelmente dentro do invólucro externo.

26. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a parede móvel comprime uma vedação.

27. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a vedação comprime o excêntrico que se pressiona contra o invólucro externo para formar uma vedação com o invólucro externo.

28. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo é revestido com uma película de redução da fricção.

29. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a película de redução de fricção é politetrafluoretileno.

30. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento interno é colorido.

31. Cartucho de combustível, conectável a uma célula de combustível, caracterizado por compreender: um invólucro externo, um revestimento interno flexível e um espaço interior definido entre o invólucro externo e o revestimento interno flexível, onde o combustível para a célula de combustível está contido no interior do espaço e onde o combustível é transportado para a célula de combustível para conversão em corrente elétrica na célula de combustível e o subproduto produzido é armazenado no revestimento flexível.

32. Cartucho de combustível, conectável a uma célula de combustível, caracterizado por compreender: um invólucro externo, um revestimento interno flexível contendo combustível para a célula de combustível, e um espaço interior definido entre o invólucro externo e o revestimento interno flexível, onde o combustível é transportado para a célula de combustível para conversão em corrente elétrica na célula de combustível e ao menos um dos subprodutos gasosos e líquidos produzidos na célula de combustível é transportado para o espaço interior, onde o invólucro externo está em comunicação de fluido com a válvula de escape unidirecional, de forma que em uma pressão predeterminada dentro do cartucho o gás é sangrado através da válvula de escape.

33. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a válvula de escape é uma válvula do tipo de gatilho.

34. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a válvula de escape é coberta por uma membrana impermeável a líquido e permeável a gás,

35. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo possui uma estrutura aberta ou uma malha,

36. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a estrutura aberta é coberta por uma membrana impermeável a líquido e permeável a gás ou um material absorvente líquido.

37. Válvula de escape, caracterizada por compreender uma cabeça de válvula propendida cooperando com uma sede de válvula e adaptada para uso com um cartucho de combustível, onde o cartucho de combustível é conectável a uma célula de combustível e onde quando o combustível é retirado do cartucho de combustível e a pressão interna do cartucho atinge um nível predeterminado, a cabeça da válvula se move para longe da sede da válvula para permitir a entrada do ar de forma intermitente no cartucho de combustível para elevar a pressão interna do cartucho.

38. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 37, caracterizada pelo fato de que uma abertura da válvula é coberta por uma membrana ou material absorvente líquido.

39. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 38, caracterizada pelo fato de que a membrana é uma membrana permeável a gás e/ou uma membrana impermeável a líquido.

40. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 38, caracterizada pelo fato de que a abertura é uma abertura de entrada ou de saída da válvula.

41. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 37, caracterizada pelo fato de que o cartucho de combustível compreende um invólucro externo e a válvula de escape é disposta no invólucro externo.

42. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 37, caracterizada pelo fato de que o cartucho de combustível compreende um invólucro externo e um revestimento interno flexível, e a válvula de escape é disposta no invólucro externo.

43. Válvula de escape, caracterizada por compreender uma cabeça de válvula propendida cooperando com a sede da válvula e adaptada para uso com um cartucho de combustível, onde o cartucho de combustível é conectável a uma célula de combustível e onde quando a pressão interna do cartucho atinge um nível predeterminado, a cabeça da válvula se move para longe da sede do cartucho para sangrar gás intermitentemente do cartucho de combustível a fim de reduzir a pressão interna do cartucho.

44. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 43, caracterizada pelo fato de que é uma abertura da válvula e/ou uma membrana impermeável a líquido.

45. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 44, caracterizada pelo fato de que a membrana é uma membrana permeável a gás e/ou uma membrana impermeável a líquido.

46. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 43, caracterizada pelo fato de que o cartucho de combustível compreende um invólucro externo e a válvula de escape é disposta no invólucro externo.

47. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 46, caracterizada pelo fato de que o cartucho de combustível compreende ainda um revestimento interno flexível disposto no invólucro externo.

48. Válvula de escape, de acordo com a reivindicação 43, caracterizada pelo fato de que ao menos um dos subprodutos gasosos ou líquidos da célula de combustível é transportado para o cartucho de combustível.

49. Cartucho de combustível, conectável a uma célula de combustível, caracterizado por compreender: um invólucro externo e uma parede móvel disposta deslizavelmente dentro do invólucro externo, onde a parede móvel forma uma vedação com o revestimento externo, onde um dispositivo de armazenamento de energia empurra a parede móvel para transportar combustível do cartucho para a célula de combustível.

50. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é uma mola comprimida, uma espuma comprimida ou um gás comprimido,

51. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que o gás comprimido é butano, n-butano ou propano.

52. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que a vedação compreende o excêntrico, o excêntrico pressiona concra o invólucro externo para formar a vedação.

53. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o combustível é armazenado em um revestimento interno flexível e onde o revestimento interno flexível é empurrado pelo dispositivo de armazenamento de energia.

54. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o cartucho de combustível compreende ainda uma válvula de escape unidirecíonal disposta no invólucro exterior.

55. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que a válvula de escape é coberta por um material absorvente líquido ou permeável a gás, membrana impermeável a líquido.

56. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que a válvula de escape é uma válvula do tipo de gatilho.

57. Cartucho de combustível, de acordo ccm a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo é revestido com uma película de redução de fricção.

58. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de que a película de redução de fricção é politetrafluoretileno.

59. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é posicionado fora do cartucho.

60. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é posicionado em uma célula de combustível.

61. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é posicionado em um dispositivo eletrônico acionado pela célula de combustível.

62. Cartucho de combustível, conectável a uma célula de combustível, caracterizado por compreender: um invólucro externo e um revestimento interno flexível contendo combustível, onde um dispositivo de armazenamento de energia posicionado fora do cartucho pressuriza o revestimento interno flexível para transportar combustível do cartucho para a célula de combustível.

63. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é posicionado na célula de combustível.

64. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é posicionado em um dispositivo eletrônico acionado pela célula de combustível.

65. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia é uma mola comprimida, uma espuma comprimida ou gás comprimido.

66. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que o gás comprimido é butano, n-butano ou propano.

67. Cartucho de combustível, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que uma parede móvel é disposta entre o revestimento interno flexível e o dispositivo de armazenamento de energia.