CN100401570C - 液体容器及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供能够容易地确认燃料(液体)的剩余量的液体容器及包含该液体容器的燃料电池系统。特征在于，具有：第1容器(122)；第2容器(121)，其设于该第1容器(122)的内部，充填液体和气体；排出部(126)，其设于第1容器(122)，将液体排出第1容器(122)外部；连接配管(127)，其连接该排出部(126)与第2容器(121)；显示部(124)，其将该连接配管(127)的内部设置为可视。

Description

液体容器及燃料电池系统

技术领域

本发明涉及液体容器及燃料电池系统，具体地说，涉及能够容易地确认液体燃料剩余量的液体容器(燃料容器)及具有该燃料容器的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是从氢和氧使电能发生的装置，能够获得高的发电效率。作为燃料电池的主要特征，因为是不象现有的发电方式要经过热能和动能的过程的直接发电，所以即使是小规模也可有望得到高的发电效率，由于氮化合物等的排出少，噪音、振动也小，因此可举出对环境有益等。这样，由于燃料电池能够有效地利用燃料含有的化学能，具有有益于环境的特性，所以被寄予为担当21世纪的能量供给系统，从宇宙用到汽车用、便携电器用，从大规模发电到小规模发电，作为能够使用于各种用途的未来有希望的新发电系统而被关注，向着实用化而进行着技术开发的正规化。

其中，固体高分子形燃料电池与其他种类的燃料电池相比，具有工作温度低、高输出密度的特征，特别是近年来，作为固体高分子形燃料电池的一种形态，直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell：DMFC)引人注目。DMFC对作为燃料的甲醇水溶液不进行改质而直接供给阳极，通过甲醇水溶液与氧之间的电化学反应获得电力，通过该电化学反应，从阳极产生的二氧化碳和从阴极产生的生成水作为反应生成物被排出。甲醇水溶液与氢相比，单位体积当量的能量高，另外适于储存，爆炸等的危险性也低，因此期待应用于汽车、便携电器(移动电话、笔记本电脑、PDA、MP3播放器、数码相机或电子词典(书籍))等的电源中。

若该DMFC发电则会消耗燃料，因此通常使用DMFC的DMFC系统，采用如下结构：通过可拆装地设于DMFC系统的充填有纯甲醇或高浓度甲醇水溶液的燃料容器供给燃料，另外，当燃料容器内的燃料用完时，更换该燃料容器。

【专利文献1】特开2004-127905号公报

在现有的燃料容器中，采用的结构为：燃料容器内的燃料用完时，DMFC系统检测到从燃料容器向DMFC系统供给燃料的停止，并向使用者报告燃料容器的燃料用完。或者采用的结构为：在DMFC系统的控制部等中，计算出安装燃料容器后的总发电量，由总发电量推算出燃料的消耗量，并向使用者报告燃料容器的更换时期等。

然而，在这种DMFC系统中，存在检测燃料用完或剩余量的方法复杂的问题。

发明内容

本发明鉴于上述课题而实现，其目的在于提供能够容易确认燃料(液体)剩余量的液体容器及具有该液体容器的燃料电池系统。

为了达到上述目的，本发明的液体容器，其特征在于，具有：第1容器；第2容器，其设于所述第1容器的内部，充填有液体和气体；排出部，其设于所述第1容器，将所述液体向所述第1容器的外部排出；连接配管，其连接所述排出部与所述第2容器；显示部，其将所述连接配管的内部设为可视。

由此，观察连接配管内部的液相与气相之间的边界，即可容易地确认第2容器中充填的液体量变少的情况。因此，连接配管优选采用透明的材料。另外，如果考虑液体容器使用的容易度及强度，则可以对第1容器采用刚性材料，对第2容器采用具有可挠性及柔软性、延伸性的材料。

第二发明所述的发明，根据第一发明所述的液体容器，其特征在于，所述连接配管，至少具有：液体取出部，其与所述第2容器连接，从所述第2容器取出所述液体；可视部，其与所述显示部相邻而设置，可观察到所述连接配管的内部，，所述液体容器稳定配置时，所述液体取出部配置于所述液体容器下部，并且所述可视部配置于所述液体容器的上部。另外，第三发明所述的发明，根据第一或第二发明所述的液体容器，其特征在于，所述液体容器稳定配置时，所述排出部配置于所述液体容器的下部。

在这里，所谓的稳定配置，即指，例如将本发明的液体容器放在桌子上使用时，本发明的液体容器的制作者为了将设定为底面的一面与桌子的上面相接，或者为了将设定为底面的一面比液体容器的其他面更接近于桌子的上面而进行配置，所谓液体容器的上部或下部，即指考虑重力方向向下时，相对液体容器的高度在一半以上的部分，或者相对液体容器的高度在一半以下的部分。由此，充填于第2容器内部的气体，相比于液体后从液体取出部取出，但被取出后，迅速向可视部上升。因此，可在第2容器内填充的液体完全消失前的阶段进行确认。另外，由于排出部配置于液体容器的下部，从可视部到排出部液体将先排出。

第四发明所述的发明，根据第一～第三发明中任一项所述的液体容器，其特征在于，所述气体是惰性气体；第五发明所述的发明，根据第一～第四发明中任一项所述的液体容器，其特征在于，所述液体是醇；第六发明所述的发明，根据第一～第五发明中任一项所述的液体容器，其特征在于，所述液体是供给燃料电池的液体燃料。

在这里，所谓惰性气体指象氦气、氮气、氩气这样化学反应性低的气体，所谓醇指用羟基置换闭式、脂环式碳化氢的氢原子的化合物。具有代表性的醇中，可例举出甲醇、酒精(乙醇)，也包括乙二醇、丙三醇等。另外，作为燃料电池使用的液体燃料，除了甲醇，也可使用乙醇、异丙醇、乙二醇、二甲醚等。另外，第2容器充填的气体，只要是如氮气、氩气这样的惰性气体，则不与一起充填的液体反应，可确保安全性。

第七发明所述的燃料电池系统，其特征在于，具有：燃料电池本体，其含有能够供给所述液体燃料的所述燃料电池；第六发明中所述的所述液体容器，其相对于所述燃料电池本体设为可拆装。由此，使用燃料电池系统时，可以容易地确认液体燃料的剩余量。

另外，第八发明所述的发明，根据第七发明所述的燃料电池系统，其特征在于，具有：燃料电池部，其含有所述燃料电池本体和第六发明中的所述液体容器；控制部，其相对于所述燃料电池部设为可拆装，对于多个电子器件，可通过交换所述控制部，向所述多个电子器件选择性地供给电力。

第九发明所述的发明，根据第七或第八发明所述的燃料电池系统，其特征在于，具有载置台，其可将多个形状不同的所述电子器件选择性载置。另外，第十发明所述的发明，根据第七～第九发明中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，具有插入二次电池的二次电池插入部，对所述二次电池进行充电。

本发明能够容易地确认燃料的剩余量。

附图说明

图1是模式性地表示本发明的燃料电池系统的结构的系统结构图。

图2是模式性地表示将本发明的燃料电池系统分离成燃料电池部和控制的的结构的系统结构图。

图3是表示将本发明的燃料电池系统安装于笔记本电脑上的状态的主视立体图。

图4是表示将本发明的燃料电池系统的滑动式支撑部引出的状态的主视立体图。

图5是表示本发明的一实施方式的液体燃料容器外观的主视立体图。

图6是表示本发明的一实施方式的液体燃料容器结构的主视模式立体图。

图7是表示本发明的另一实施方式的液体燃料容器外观的主视立体图。

图8是模式性地表示本发明的另一实施方式的液体燃料容器的结构的主视立体图。

图中：10：直接甲醇燃料电池；12：阴极入口；14：阳极入口；16：阴极出口；18：阳极出口；20、120、220：甲醇容器；21、121、221：组件；22、122、222：壁面；24、124、224：剩余量显示窗；25、125、225：甲醇取出口；26、126、226：接头；27、127、227：取出配管；28：解锁按钮；30：缓冲容器；40：控制部；41：通讯部；42：连接器；43：插入部；44：电源电缆；45：滑动式支撑部；46：二次电池插入部；47：电源开关；50：热交换器60：轴流扇；70：框体71、72、73、73、75：空气口；80：气泵；81：空气输入口；82：空气输出口；83：第1液体泵；84：液体输入口；85：液体输出口；86：第2液体泵87：液体输入口；88：液体输出口；90：燃料电池部；100：燃料电池系统；123：端边。

具体实施方式

以下，对本发明的燃料电池系统100的结构，通过图解进行详细说明。

图1是表示本燃料电池系统100的结构的俯视模式图。燃料电池系统100，具有：DMFC10，其通过向阳极供给甲醇水溶液或纯甲醇来发电；甲醇容器20，其加入了16mol/L以上的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇；缓冲容器30，其将从甲醇容器20流出的甲醇稀释到0.1～2.0mol/L的浓度，并将供给DMFC10的甲醇水溶液(燃料)进行储存；控制部40，其对电力转换装置、辅机类进行控制；热交换器50；轴流扇60；框体70。

从甲醇容器20向缓冲容器30，定期地或者监视缓冲容器30内的甲醇水溶液浓度，当检测出低于既定的临界值，例如1.0mol/L时，补给高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇。甲醇容器20在内部内置有由具有柔软性且耐甲醇(醇)性的材料构成的组件(pack)21。作为具有柔软性且耐甲醇性的组件21的材料，适用具有双层构造的材料，其在内侧配有聚乙烯或聚四氟乙烯纤维(注册商标)，在外侧作为加强材料配有尼龙等合成纤维。甲醇容器20的壁面22(上面22a，侧面22b，背面22c)构成框体70的一部分，当甲醇容器20中的甲醇被消耗，内部的组件21的容积变小时，设于背面22c的空气口74，可使甲醇容器20内部组件21以外的部分与燃料电池系统100的外部之间不产生差压，并且也可起到防止甲醇容器20与燃料电池系统100进行拆装时的滑动的作用。在组件21的底面，设有甲醇取出口25，该甲醇取出口25与接头26通过取出配管27连接。取出配管27由比组件21壁厚的透明配管组成，作为其材料，取出配管27适合由硅制作，接头26适合由聚丙烯制作。

在缓冲容器30上部的框体70上设有空气口73，缓冲容器30作为将从甲醇容器20流出的甲醇稀释到既定浓度(本实施方式中为1.2±0.3mol/L左右)的稀释用容器使用，并且也可作为通过热交换器50被充分冷却而流入的空气、生成水、甲醇水溶液、二氧化碳等的气液分离机构而使用。即，通过缓冲容器30，气相的空气或二氧化碳从空气口73排出。在空气口73上，设有未图示的过滤器，甲酸、甲醛等副生成物，在空气、二氧化碳从空气口73排出时，被过滤器吸收。

从气泵80向DMFC10的阴极供给空气(氧化剂)，从缓冲容器30通过第1液体泵83向阳极供给甲醇水溶液。81是气泵80的空气输入口，设于本燃料电池系统100的中央部。从气泵80的空气输入口81输入的空气，从空气输出口82送入DMFC10的阴极入口12。另一方面，第1液体泵83构成为：从液体输入口84输入通过缓冲容器30稀释到1.2mol/L浓度的甲醇水溶液，从液体输出口85输出到DMFC10的阳极入口14。另外，86是第2液体泵，从甲醇容器20向缓冲容器30，定期的或者缓冲容器30内的甲醇浓度低于既定的临界值浓度时，供给高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇。

从DMFC10的阴极排出的空气和生成水通过阴极出口16排出，从DMFC10的阳极排出的甲醇水溶液和二氧化碳通过阳极出口18排出。从阴极出口16及阳极出口18排出的排出物，导入热交换器50，汇合后进入缓冲容器30。向空气输入口81及热交换器50，供给低于DMFC10的工作温度(60±3℃)5～15℃左右的空气。因此，从DMFC10排出的70℃左右的空气、生成水、甲醇水溶液、二氧化碳等，由于经热交换器50充分凝结，故不需从外部补给水分，能够防止甲醇向外部放出而引起的消耗量增加。

由于DMFC10发电时的反应为放热反应，所以通过向DMFC10供给空气和甲醇水溶液，DMFC10的温度上升。因此，在DMFC10上安装有未图示的热敏电阻或限制器，当DMFC10的温度接近于工作温度(60±3℃)-5℃左右(本实施例为55℃)时，轴流扇60开始运转。由于在框体70上与轴流扇60相对的位置设有空气口71，在旋入DMFC10的位置设有空气口72，若轴流扇60开始运转，则使DMFC10的周围空气流通，DMFC10被冷却。由此，可将DMFC10的温度设定为60±3℃。

控制部40，如图2所示，构成为与燃料电池部90可分离(可以分离)。41是电连接燃料电池部90与控制部40的通讯部。通讯部41为了防止水蒸气等的出入，而处于燃料电池部90中密闭的空间内。另外，通讯部41可通过连接器42与控制部40传送通讯及电力，连接器42形成为可插入控制部40侧的插入部43。控制部40，可根据本发明的燃料电池系统100供给电力的对象而进行更换，在本实施形式中，如图3所示，为了给笔记本型PC500供给电力，将笔记本型PC500的底面搭载于控制部40上，通过将电源电缆44插入笔记本型PC500的电源电缆插入部，可向笔记本型PC500供电。

另外，如图4所示，当笔记本型PC500比控制部40大时(特别是L的尺寸大时)或笔记本型PC500的电源电缆插入部不在笔记本型PC500的侧面而设在背面时，将笔记本型PC500搭载于控制部40上时，因为笔记本型PC500的底部会出现间隙，成为不稳定的设置，所以将滑动式的支撑部45拉到面前，使其支撑笔记本型PC500。47是燃料电池系统100的电源开关，燃料电池系统100向笔记本型PC500等电力供给对象供给电力时，首先按下该电源开关47，使燃料电池系统100启动。另外，28是取下甲醇容器20时，解除甲醇容器20与燃料电池系统100之间的锁定状态的解锁按钮。

这样，根据燃料电池部90与控制部40可分离，或控制部40配合电力供给对象可交换的结构，可将进行发电的燃料电池部90通用化，使其能够对应于各种应用。特别是，本发明的燃料电池系统100不仅通过电源电缆44，向笔记本型PC500等的电力供给对象供给电力，还可通过向控制部40上设置的二次电池插入部46插入二次电池，来作为二次电池的充电器使用。

实施例1

下面，对于本发明的实施例1涉及的甲醇容器120的构成，通过图5及图6进行详细说明。图5是表示甲醇容器120外观的立体图，图6是模式性地表示甲醇容器120内部构造的立体图。

如图5所示，在甲醇容器120的上面122a与侧面122b相交的端边123a上，设有剩余量显示窗124，其作用是，当甲醇容器120内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇的剩余量变少时，对于使用者，在视觉上可显示出剩余量变少的机构。剩余量显示窗124的配置，也可以不在端边123a上，可以在侧面122b和背面122c相交的端边123b，或背面122c和上面122a相交的端边123c上，但图3中也有所示，如果考虑将燃料电池系统100安装于笔记本型PC500上而被使用者使用，则最优选设于端边123a上。

如图6所示，在甲醇容器120的内部，内置有与甲醇容器120的内部尺寸大致相当尺寸的组件121，高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇充填该组件121。在组件121的底面，设有甲醇取出口125，该甲醇取出口125与接头126之间通过取出配管127相连接。接头126作为将甲醇容器120连接到燃料电池系统100的连接口，固定甲醇容器120与燃料电池系统100之间连接，并且为了防止从该接头126泄漏高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇，而具有液体泄漏防止机构。另外，取出配管127是由硅制作的透明配管，从组件121底部的甲醇取出口125沿着端边123b向上(127a)，为了能够从剩余量显示窗124观察到取出配管127内的液相与气相之间的边界，而沿着端边123a配设(127b)，连接于设在甲醇容器120下部的接头126上(127c，127d)。

在组件121内，存在高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇，并且导入了相对组件121的满容量1～3体积百分比的氮气或氩气等惰性气体128。该惰性气体128在组件121内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇用完时，从甲醇取出口125流入取出配管127，由于比重比高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇小，所以在取出配管127a的部分比高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇先上升。因此，在剩余量显示窗124，在取出配管127a的部分还剩余有高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇时出现气泡，表示甲醇容器120内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇逐渐消失。另外，随着高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇剩余量的减少，剩余量显示窗124出现的惰性气体的气泡大小(范围)变大。取出配管127c的部分，由于高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇向下流，故高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇将比惰性气体128的气泡先从接头126供给燃料电池系统100。

实施例2

下面，对于本发明的实施例2的甲醇容器220的结构，通过图7和8进行详细说明。图7是表示甲醇容器220外观的立体图，图8是模式性地表示甲醇容器220内部结构的立体图。

如图7所示，从甲醇容器220的上面222a与侧面222b相交的端边223a到上面222a，设有剩余量显示窗224，其作用是，当甲醇容器220内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇的剩余量变少时，对于使用者，在视觉上可显示出剩余量变少的机构。

如图8所示，在甲醇容器220的内部，内置有与甲醇容器220的内部尺寸大致相当尺寸的组件221，高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇充填该组件221。在组件221的底面，设有甲醇取出口225，该甲醇取出口225与接头226之间通过取出配管227相连接。接头226与实施例1相同，作为将甲醇容器220连接到燃料电池系统100的连接口，固定甲醇容器220与燃料电池系统100之间连接，并且为了防止从该接头226泄漏高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇，具有液体泄漏防止机构。

另外，与实施例1相同，在组件221内，存在高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇，并且导入了相对组件221的满容量1～3体积百分比的氮气或氩气等惰性气体228。该惰性气体228在组件221内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇用完时，从甲醇取出口225流入取出配管227。取出配管227是由硅制作的透明配管，从组件221底部的甲醇取出口225沿着端边223b向上(227a)之后，连接于设在甲醇容器220下部的接头226(227c，227d)，在这一点上与实施例1相同。因此，由于惰性气体228的比重比高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇小，所以取出配管227a的部分比高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇先上升，取出配管227c的部分，由于高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇向下流，故高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇将比惰性气体的气泡先从接头226供给燃料电池系统100。

在本实施例中，特别是不同于实施例1的方面，取出配管227b的部分涡旋状配设于组件221的上面，能够在比实施例1更早的阶段，从剩余量显示窗224观察到取出配管227内的液相与气相的边界。另外，随着高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇的剩余量的减少，气相从涡旋的内侧朝着外侧，逐渐变宽，表示甲醇220内的高浓度的甲醇水溶液或纯甲醇逐渐消失。

通过应用本发明，燃料不仅仅限于使用甲醇的DMFC，只要是使用液体燃料的燃料电池系统，即可应用于其燃料补给用的燃料容器。

Claims (9)

1.一种液体容器，其特征在于，

具有：

第1容器；

第2容器，其设于所述第1容器的内部，充填有液体和气体；

排出部，其设于所述第1容器上，将所述液体向所述第1容器的外部排出；

连接配管，其连接所述排出部与所述第2容器；

显示部，其将所述连接配管的内部设为可视，

所述液体容器稳定配置时，

所述排出部配置于所述液体容器的下部。

2.根据权利要求1所述的液体容器，其特征在于，

所述连接配管，至少具有：

液体取出部，其与所述第2容器连接，从所述第2容器取出所述液体；

可视部，其与所述显示部相邻而设置，可观察到所述连接配管的内部，

所述液体容器稳定配置时，

所述液体取出部配置于所述液体容器的下部，并且所述可视部配置于所述液体容器的上部。

3.根据权利要求1或2所述的液体容器，其特征在于，

所述气体是惰性气体。

4.根据权利要求1或2所述的液体容器，其特征在于，

所述液体是醇类。

5.根据权利要求1或2所述的液体容器，其特征在于，

所述液体是供给燃料电池的液体燃料。

6.一种燃料电池系统，其特征在于，

具有：

燃料电池本体，其包含能够供给液体燃料的燃料电池；

权利要求5中记载的所述液体容器，其相对于所述燃料电池本体设为可拆装。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，

具有：

燃料电池部，其包含所述燃料电池本体和权利要求5中记载的所述液体容器；

控制部，其相对于所述燃料电池部设为可拆装，

对于多个电子器件，通过交换所述控制部，而向所述多个电子器件选择性地供给电力。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，具有可将多个形状不同的所述电子器件选择性载置的载置台。

9.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统，其特征在于，具有插入二次电池的二次电池插入部，对所述二次电池进行充电。

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