CN100423339C - 具有双稳态结构的液体燃料筒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有双稳态结构的液体燃料筒。该双稳态结构包括具有双稳态结构的液体燃料筒，液体燃料筒包括外壳、放置在外壳中并存储液体燃料的存储单元、连接至存储单元的端部并延伸至外壳的外侧的燃料出口、连接至存储单元并指示其中具有充满状态和耗尽状态的双稳状态的双稳态结构以及通过其检测双稳态结构的双稳状态的窗口。根据本发明，借助于液体燃料筒中的双稳态结构的状态可以方便且精确地检测液体燃料筒中的液体燃料的消耗情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体燃料筒，更具体地说，涉及一种具有双稳态结构以指示液体燃料量的液体燃料筒。
背景技术
直接液体供应燃料电池是一种通过如甲醇或乙醇之类的有机燃料和氧化剂即氧之间的电化学反应产生电的设备。通过直接液体供应燃料电池发出的电比能量密度高且电流密度高。而且，由于液体燃料即甲醇被直接供应给电池，所以这种直接供应燃料电池不需要外围装置并且液体燃料的存储和供应都很方便。
如图1所示，直接供应燃料电池具有包括阳极2、阴极3和插入两电极2和3之间的电解质膜1的结构。阳极2包括用于供应和扩散燃料的扩散层22、发生燃料的氧化和还原反应的催化剂层21和电极支撑层23。阴极3也包括用于供应和扩散燃料的扩散层32、发生燃料的氧化和还原反应的催化剂层31和电极支撑层33。产生电极反应的催化剂由在低温下具有优异催化性能、如铂之类的责金属制得。或者，为避免催化剂被电极反应的副产物CO毒化，可以使用含有钌、铑、锇或镍的过渡金属合金催化剂。电极支撑层23和33可以由防水碳纸或防水碳纤维制得，以易于供给燃料并释放反应产物。电解质膜1是具有离子导电性并含有水分的氢离子交换膜，并且电解质膜由厚度为50-200μm的聚合物膜构成。
直接甲醇燃料电池(DMFC)是直接液体供应燃料电池中的一种，直接甲醇燃料电池的电极反应包括如下所述的氧化燃料的阳极反应和还原氢和氧的阴极反应。
[反应1]
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(阳极反应)
[反应2]
3/2O2+6H++6e-→3H2O (阴极反应)
[反应3]
CH3OH+3/2O2→2H2O+CO2(总反应)
在氧化燃料(反应1)的阳极2上产生二氧化碳、氢离子和电子。所产生的氢离子穿过氢离子交换膜1迁移到阴极3。在阴极3上(反应2)通过氢离子、从外电路传输来的电子和氧之间的还原反应产生水。因此，作为甲醇和氧之间的总的电化学反应(反应3)的结果产生水和二氧化碳。这时，当1摩尔甲醇与氧反应时产生2摩尔水。
可将燃料电池中使用的燃料存储在单独的燃料罐或可更换的燃料筒中。为了获知剩余在燃料筒中的燃料量，必须要知道使用中的燃料泵的流速和存储在燃料筒中的燃料量。而泵的流速可根据燃料筒中的压力变化以及剩余在燃料筒中的燃料量而改变。因此，需要一种能可靠地指示剩余在燃料筒中的燃料量的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有指示剩余在燃料筒中的燃料量的装置的液体燃料筒。
根据本发明的一方面，提供一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：外壳；放置在外壳中并存储液体燃料的存储单元；连接到存储单元的端部并延伸到该外壳的外侧的燃料出口；连接到存储单元并显示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的双稳态结构；以及通过其检测双稳状态结构的双稳状态的窗口。
所述双稳态结构可以包括一对相互面对的壁部；指示双稳状态结构的双稳状态的顶部；以及连接壁部和顶部的柔性部分，其中，当液体燃料充满双稳态结构时顶部处于较高位置，而当双稳态结构中的液体燃料耗尽时顶部处于较低位置。
液体燃料筒还可包括在顶部的下部上的标记。
液体燃料筒还可包括设于外壳中存储从燃料电池回收的水的水回收单元；以及延伸到外壳的外侧以使水从燃料电池流进水回收单元的水入口。
根据本发明的另一方面，提供一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：外壳；放置在外壳中并存储液体燃料的存储单元；连接到存储单元的端部并延伸到外壳的外部的燃料出口；连接到存储单元并显示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的双稳态结构；以及检测双稳态结构的双稳状态的传感器单元。
传感器单元可以包括安装在外壳上并与双稳态结构相对应的磁敏传感器和安装在顶部的磁铁。
传感器单元可以包括安装在外壳上并与双稳态结构相对应的孔洞效应(hole effect)传感器；安装在顶部的第一磁铁；以及安装在外壳上并与双稳态结构相对应的第二磁铁，其中，所述孔洞效应传感器检测第一磁铁和第二磁铁的结合。
根据本发明的又一方面，提供一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：外壳；放置在外壳中并存储液体燃料的存储单元；连接到存储单元端部并延伸到外壳的外侧的燃料出口；成排地连接到存储单元并指示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的多个双稳态结构；以及通过其检测双稳态结构的双稳状态的窗口。
根据本发明的再一方面，提供了一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：外壳；放置在外壳中并存储液体燃料的存储单元；连接到存储单元端部并延伸到外壳的外侧的燃料出口；成排地连接到存储单元并指示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的多个双稳态结构；以及检测每一双稳态结构的双稳状态的传感器单元。
附图说明
下面通过参照附图对本发明的示例性实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得显而易见。附图中：
图1是直接液体供应燃料电池基本结构的横截面图；
图2是本发明一实施方式的液体燃料筒的横截面图；
图3是本发明另一实施方式的液体燃料筒的横截面图；
图4A至图4C是用于解释图3所示的液体燃料筒工作情况的横截面图，图3所示的液体燃料筒具有本发明另一实施方式的双稳态结构。
图5是本发明的又一实施方式的液体燃料筒的横截面图；
图6是本发明的再一实施方式的液体燃料筒的横截面图；
具体实施方式
现在将参照示出了本发明的示例性实施方式的附图更加全面地描述本发明。
图2是本发明一实施方式的液体燃料筒100的横截面图。
参照图2，液体燃料筒100包括存储液体燃料的外壳110。具有六面体形状的外壳110包括存储液体燃料的存储单元120和存储从燃料电池(未示出)回收的水的水回收单元。存储单元120可以是体积可根据内部盛有的液体燃料的体积而改变的柔性袋。存储单元120可以由聚丙烯或聚酯制成。水回收单元可以是外壳110中的空间。
燃料出口122和水入口132延伸到外壳110的外侧并分别连接到存储单元120和水回收单元。借助于使用液体燃料而产生的水从燃料电池(未示出)通过水入口132进入水回收单元。
存储单元120包括双稳态结构140。双稳态结构140包括一对相互面对的壁部142、具有双稳状态的顶部144和将壁部142连接到顶部144的柔性部分146。当双稳态结构140充满液体燃料时，顶部144位于较高位置，当液体燃料在双稳态结构140中耗尽时，借助于燃料出口122的排出压力顶部变化至较低位置。据此，双稳态结构140位于两个位置，即，较高位置和较低位置。
柔性部分146必须具有足够坚固的硬度以承受顶部144的重量。而且，在液体燃料充满存储单元120时，柔性部分146变形为顶部144移动至较高位置；在存储单元120中的液体燃料耗尽后，柔性部分146变形成使得双稳态结构140随着双稳态结构140中燃料的消耗而皱缩。
可在顶部144的下部设置如颜色标记之类的标记152。透明窗口112可设置在与双稳态结构140相对应的外壳110的位置上。当双稳态结构140的顶部144随液体燃料的消耗而处于较低位置时，通过透明窗口112使用者可以看到液体燃料的消耗情况。
在图2中，垂直设置一对壁部142，但是本发明不限于此。也就是说，还可以包括在该对壁部142的侧部的另一对相互面对的壁部(未示出)。这些壁部可以相互连接并密封，这些壁部可和柔性部分146连接并密封。
图3是本发明的另一实施方式的液体燃料筒200的横截面图。与图2中示出的部件基本相同的部件用相同的附图标记表示，并省略了对它们的详细说明。
本实施方式的液体燃料筒200包括检测双稳态结构140的状态的传感器单元。
传感器单元包括安装在顶部144的下部的金属252和检测金属252的传感器254。传感器254可以安装在与双稳态结构140相对应的外壳110的下部上或者安装在液体燃料电池中安装有液体燃料筒200之处。
传感器254可以是接近开关(proximity swith)。
另外，金属252可以是磁铁，而传感器254可以是磁敏传感器。
现在参照图4A至4C详细描述本发明另一实施方式的具有双稳态结构的液体燃料筒200的工作情况。
参照图4A，液体燃料充满液体燃料筒200。燃料出口122通过燃料输送单元(未示出)连接燃料电池(未示出)。来自燃料电池的废水通过水入口132进入水回收单元。当液体燃料电池工作时，在存储单元120中的液体燃料量减少，而在水回收单元中的水量增加。
参照图4B，当存储单元120中的液体燃料消耗过半时，双稳态结构140的壁部142朝传感器254移动。这时，顶部144位于较高位置。水回收单元充满了通过水入口132进入的水(未示出)。
参照图4C，当进一步使用存储单元120中的液体燃料时，柔性部分146皱缩，顶部144向下移至较低位置。因此，金属252位于传感器254附近，传感器254检测液体燃料的耗尽情况并输出液体燃料的耗尽信号。
图5是本发明又一实施方式的液体燃料筒300的横截面图。与图2中示出的部件基本相同的部件用相同的附图标记表示，并省略了对它们的详细说明。
参照图5，在双稳态结构140的顶部144的下部安装有第一磁铁352，在与第一磁铁352相对应的外壳110的底部安装有第二磁铁356，在第二磁铁356的下面安装有磁敏传感器354。磁敏传感器354可以是检测磁通量强度高于预定水平的孔洞效应传感器。也就是说，将磁敏传感器354设计为检测当第一磁铁352和第二磁铁356结合时的磁通量。
当第一磁铁352到达图4B所示的位置时，第二磁铁356对第一磁铁352施加磁力，以接触第二磁铁356。然后，磁敏传感器354检测增加的磁通量，据此，检测出液体燃料的耗尽情况。
图6是本发明的再一实施方式的液体燃料筒400的横截面图。
参照图6，液体燃料筒400包括存储液体燃料的外壳410。具有六面体形状的外壳410包括存储液体燃料的存储单元420和存储从燃料电池(未示出)回收的水的水回收单元。存储单元420可以是柔性袋，该柔性袋随内部盛有的液体燃料的体积变化而变化。存储单元420可以由聚丙烯或聚酯制成。水回收单元可以是外壳410中的空间。燃料出口422和水入口432延伸到外壳410的外侧，并分别连接至存储单元420和水回收单元。
多个双稳态结构440形成于存储单元420中。每一双稳态结构440包括一对相互面对的壁部442、具有双稳状态的顶部444和将壁部442连接到顶部444的柔性部分446。当存储单元420充满液体燃料时，顶部444处于较高位置，当双稳态结构440中的液体燃料耗尽时，顶部444改变至较低位置。因此，双稳态结构440可处于两个位置，即，较高位置和较低位置。
金属452安装在每一顶部444的下部，检测金属452的传感器454安装在外壳410的下部并与每一双稳态结构440相对应。当消耗存储单元420中的液体燃料时，每一双稳态结构440的顶部444依次地移动至双稳态结构440的较低位置。于是，使用者可以从位于双稳态结构440的较低位置处的顶部444的数字中确认燃料的消耗量。也就是说，双稳态结构440的皱缩量显示了消耗的燃料量。
在图6中，双稳态结构440的皱缩顺序可以通过控制柔性部分446的硬度进行控制。例如，存储单元420可以分成一至七个区域。在这种情况下，如果第一区域至第六区域的柔性部分446的硬度依次增加，那么在第七区域中的液体燃料将首先消耗，然后依次从第一区域至第六区域消耗液体燃料。
据此，可获知第一至第七区域中皱缩的双稳态结构440的数量，根据皱缩的双稳态结构440的数量可以获知剩余在液体燃料筒400中的液体燃料量。
如上所述，根据本发明，借助于在液体燃料筒中的双稳态结构的状态可以方便且精确地检测液体燃料筒中的液体燃料的消耗情况。
尽管上面已参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，但本领域技术人员应理解在不超出本发明的构思和保护范围的前提下所作出的各种形式和细节的改变都将落入所附权利要求限定的保护范围内。
Claims (22)
1. 一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：
外壳；
放置在所述外壳中并存储液体燃料的存储单元；
连接至所述存储单元的端部并延伸到所述外壳的外侧的燃料出口；
连接至所述存储单元并显示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的双稳态结构；及
通过其检测双稳态结构的双稳状态的窗口，
其中，所述双稳态结构包括：
一对相互面对的壁部；
指示所述双稳态结构的双稳状态的顶部；及
连接所述壁部和所述顶部的柔性部分，
其中，当液体燃料充满所述双稳态结构时，所述顶部处于较高位置，当所述双稳态结构中的液体燃料耗尽时，所述顶部处于较低位置。
2. 如权利要求1所述的液体燃料筒，其中，所述双稳态结构还包括在所述一对壁部的侧部的一对相互面对的壁部，所有壁部相互连接，这些壁部和所述顶部通过所述柔性部分连接。
3. 如权利要求1所述的液体燃料筒，其中，所述柔性部分的硬度大于所述存储单元的硬度。
4. 如权利要求1所述的液体燃料筒，其中，所述顶部包括设在其下部的标记。
5. 如权利要求1所述的液体燃料筒，其中，还包括：
处于所述外壳中存储从燃料电池回收的水的水回收单元；及
延伸至所述外壳的外侧使水从所述燃料电池进入所述水回收单元的水入口。
6. 一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：
外壳；
放置在所述外壳中并存储液体燃料的存储单元；
连接至所述存储单元的端部并延伸到所述外壳的外侧的燃料出口；
连接至所述存储单元并指示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的双稳态结构；及
检测所述双稳态结构的双稳状态的传感器单元，
其中，所述双稳态结构包括：
一对相互面对的壁部；
指示所述双稳态结构的双稳状态的顶部；及
连接所述壁部和所述顶部的柔性部分，
其中，当液体燃料充满所述双稳态结构时，所述顶部处于较高位置，当所述双稳态结构中的液体燃料耗尽时，所述顶部处于较低位置。
7. 如权利要求6所述的液体燃料筒，其中，所述双稳态结构还包括在上述一对壁部的侧部的一对相互面对的壁部，所述壁部相互连接，并且所述壁部和所述顶部通过所述柔性部分进行连接。
8. 如权利要求6所述的液体燃料筒，其中，所述柔性部分的硬度大于所述存储单元的硬度。
9. 如权利要求6所述的液体燃料筒，其中，所述传感器单元包括：
安装在所述外壳上并与所述双稳态结构相对应的磁敏传感器；及
安装在所述顶部的磁铁。
10. 如权利要求6所述的液体燃料筒，其中，所述传感器单元包括：
安装在所述外壳上并与所述双稳态结构相对应的孔洞效应传感器；
安装在所述顶部的第一磁铁；及
安装在所述外壳上并与所述双稳态结构相对应的第二磁铁，其中，所述孔洞效应传感器检测第一磁铁和第二磁铁的结合。
11. 如权利要求6所述的液体燃料筒，其中，还包括：
处于所述外壳中存储从燃料电池回收的水的水回收单元；及
延伸至所述外壳的外侧使水从所述燃料电池进入水回收单元的水入口。
12. 一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：
外壳；
放置在所述外壳中并存储液体燃料的存储单元；
连接至所述存储单元的端部并延伸到所述外壳的外侧的燃料出口；
成排连接至所述存储单元并指示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的多个双稳态结构；及
通过其检测所述双稳态结构的双稳状态的窗口，
其中，所述双稳态结构包括：
一对相互面对的壁部；
指示所述双稳态结构的双稳状态的顶部；及
连接所述壁部和所述顶部的柔性部分，
其中，当液体燃料充满所述双稳态结构时，所述顶部处于较高位置，当所述双稳态结构中的液体燃料耗尽时，所述顶部处于较低位置。
13. 如权利要求12所述的液体燃料筒，其中，所述双稳态结构还包括在上述一对壁部的侧部的一对相互面对的壁部，所述壁部相互连接，所述壁部和所述顶部通过所述柔性部分进行连接。
14. 如权利要求12所述的液体燃料筒，其中，所述柔性部分的硬度大于所述存储单元的硬度。
15. 如权利要求12所述的液体燃料筒，其中，所述顶部还包括在其下部的标记。
16. 如权利要求12所述的液体燃料筒，其中，还包括：
处于所述外壳中存储从燃料电池回收的水的水回收单元；及
延伸至所述外壳的外侧使得水从所述燃料电池进入水回收单元的水入口。
17. 一种具有双稳态结构的液体燃料筒，其包括：
外壳；
在所述外壳中存储液体燃料的存储单元；
连接至所述存储单元的端部并延伸至所述外壳的外侧的燃料出口；
成排连接至所述存储单元并指示其中具有的充满状态和耗尽状态的双稳状态的多个双稳态结构；及
检测每一双稳态结构的双稳状态的传感器单元，
其中，所述双稳态结构包括：
一对相互面对的壁部；
指示所述双稳态结构的状态的顶部；及
连接所述壁部和所述顶部的柔性部分，
其中，当液体燃料完全充满所述双稳态结构时，所述顶部处于较高位置，当所述双稳态结构中的液体燃料耗尽时，所述顶部处于较低位置。
18. 如权利要求17所述的液体燃料筒，其中，所述双稳态结构还包括在上述一对壁部的侧部的一对相互面对的壁部，所述的壁部相互连接，并且所述壁部和所述顶部通过柔性部分连接。
19. 如权利要求17所述的液体燃料筒，其中，所述柔性部分的硬度大于所述存储单元的硬度。
20. 如权利要求17所述的液体燃料筒，其中，所述传感器单元包括：
安装在所述外壳上并与每一所述双稳态结构相对应的磁敏传感器；及
安装在所述顶部的磁铁。
21. 如权利要求18所述的液体燃料筒，其中，所述传感器单元包括：
安装在所述外壳上并与所述双稳态结构相对应的孔洞效应传感器；
安装在所述顶部的第一磁铁；及
安装在所述外壳的上部并与所述双稳态结构相对应的第二磁铁，其中，所述孔洞效应传感器检测所述第一磁铁和所述第二磁铁的结合。
22. 如权利要求17所述的液体燃料筒，其中，还包括：
在所述外壳中存储从燃料电池回收的水的水回收单元；及
延伸至所述外壳的外侧使水从所述燃料电池进入所述水回收单元的水入口。
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