CN101026244B - 燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池装置，该装置能够切实地防止连接着燃料电池单元和燃料盒的阀机构在连接脱离时的液体泄漏。该燃料电池装置具有阀机构(5)，其由分别设置于燃料电池单元和燃料盒上的阀(11、21)构成，而且通过在其一方的雌侧阀(11)中插入另一方的雄侧阀(21)的一部分，从各自的阀的阀密封部(13、23)向顶端延伸出来的阀轴(19、29)被推入而使阀密封部(13、23)打开阀，从而使两阀相互连接在一起。其中在雌侧阀(11)设置于阀轴(19)周围的筒状空间(30)内，以嵌合于阀轴(19)外周的方式配置有圆筒弹性体(31)，该圆筒弹性体(31)在阀机构(5)的连接状态下，通过抵接并推入所述雄侧阀(21)的顶端，其周壁能够向外方弯曲，而且在连接脱离时，将残留在阀密封部(13)外的液体状燃料吸引到内部。

Description

燃料电池装置

技术领域

本发明涉及一种燃料电池装置，特别涉及一种阀机构在连接脱离时不会泄漏液体燃料的燃料电池装置，其中阀机构将燃料电池单元与向其供给燃料的燃料盒(fuel cartridge)连接。

背景技术

作为以前的燃料电池装置，为人所知的是：该装置具有燃料电池单元，其内部装有由液体燃料输出电能的燃料电池组件；以及燃料盒，其收纳着向该燃料电池单元供给的液体燃料；而且所采用的结构是：通过阀机构由燃料盒向燃料电池单元供给燃料，其中阀机构由分别设置于燃料电池单元和燃料盒上的阀构成，同时通过在其一方的阀中插入另一方的阀的一部分而相互连通连接。

作为这样的燃料电池装置中的燃料盒，为人所知的是设置有如下阀机构的燃料盒(例如参照专利文献1)，该阀机构将插通配置在燃料供给通路上的阀杆推入收纳着压缩流体等喷射材料以及燃料的容器主体的一端，由此使阀打开，从而通过燃料供给通路而使燃料能够流出。

另外，作为适用于上述燃料电池装置的通常的阀机构，为人所知的阀机构如图5所示，其通过一对阀的连接/脱离，以进行流体的供给/阻断。图5所示的阀机构具有雄侧阀41、和插入该雄侧阀41的顶端部的雌侧阀51。在雄侧阀41中，内部安装有构成阀密封部42的阀体43，同时阀轴44从阀体43向顶端部延伸出来。另外，在雄侧阀41上设置有嵌套于雌侧阀51外周的嵌套部45，在其内周配设有密封材料45a。另外，雌侧阀51在顶端部具有雄侧阀41的接纳空间55，同时从构成阀密封部52的阀体53延伸出来的阀轴54的顶端位于接纳空间55内。雄侧阀41的阀体43的构成是：其阀轴44与雌侧阀51的阀轴54抵接，由此推入而使阀密封部42打开阀，同样，雌侧阀51的阀体53的构成是：其阀轴54与雄侧阀41的阀轴44抵接，由此推入而使阀密封部52打开阀。阀密封部42和阀密封部52哪一方首先打开阀，取决于推动阀密封部42、52的阀弹簧46、56的强弱，但本例设定供给侧的雌侧阀51的阀弹簧56较强。

根据以上构成的阀机构，正如图5(a)所示的那样，两阀41、51在不相连接的状态下，各自的阀密封部42、52使阀关闭。其次，当将雄侧阀41插入雌侧阀51的接纳空间55内时，在雄侧阀41的嵌套部45的内周与雌侧阀51的外周由密封材料45a密封之后，首先阀弹簧46较弱的雄侧阀41的阀轴44受到雌侧阀51的阀轴54的推压，阀体43被推入而使阀密封部42打开阀，当将雄侧阀41进一步插入雌侧阀51的接纳空间55内时，则雌侧阀51的阀轴54受到雄侧阀41的阀轴44的推压，阀体53被推入而使阀密封部52打开阀，两阀41、51被打开，从而由雌侧阀51向雄侧阀41供给燃料。图5(b)表示了雄侧阀41完全插入雌侧阀51的接纳空间55内的状态。另外，当使阀41、51离开时，则与以上的动作相反，在供给侧的雌侧阀51关闭之后，雄侧阀41关闭，此后通过密封材料45a进行的两阀41、51之间的密封得以解除。

但是，在将构成如图5所示的阀机构适用于燃料电池单元侧与燃料盒的连接的情况下，当燃料供给结束后而使两阀41、51离开时，在两阀41、51的阀密封部42、52关闭的状态下，包括雌侧阀51的接纳空间55和雄侧阀41之间的间隙空间在内，所处的状态是燃料积存于两阀阀密封部42、52之间的燃料供给通路内。在两阀41、51完全离开时，特别是残留于雌侧阀51的接纳空间55内的燃料向外部泄漏。另外，在专利文献1记载的阀中，也会产生同样的问题。

然而，作为燃料电池用燃料，甲醇燃料是优选使用的，并且由于甲醇燃料与人体、特别与眼睛接触时是有害的，因而一般认为即便是少量，也不允许在人能够用手触及的地方有液体的泄漏。例如，一般认为每10kg体重超过0.2cc时便会产生影响，在儿童能够用手触及的各种便携式电子设备的燃料电池单元中，要求不能有极微量的液体泄漏，但问题是上述阀机构不能满足上述的要求。

于是，人们也研究了端密封方式的阀机构，其将雄侧阀的顶端与配设在雌侧阀的接纳空间内的密封机构接触而对两阀间进行密封，但尚未提出其构成能够完全杜绝液体泄漏的方案。

专利文献1：特开2005—5155号公报

发明内容

本发明鉴于上述以前的问题，旨在提供一种燃料电池装置，该装置能够切实地防止连接着燃料电池单元和燃料盒的阀机构在连接脱离时的液体泄漏。

本发明的燃料电池装置具有：燃料电池单元，其内部装有燃料电池组件；燃料盒，其收纳着向电池组件供给的燃料；以及阀机构，其由分别设置于燃料电池单元和燃料盒上的阀构成，而且通过在其一方的阀中插入另一方的阀的一部分而相互连通连接；在所述一方的阀上设置有如下的机构：在阀机构连接的状态下，两阀的阀密封部之间的燃料通路在与所述另一方的阀的顶端之间得以密闭，并且在连接脱离时，将残留在阀密封部外的液体状燃料吸引到内部。

根据该构成，通过在阀机构的一方的阀中插入另一方的阀的一部分而使两阀连通连接，从而可以由燃料盒向燃料电池单元供给燃料，而且在阀机构连接的状态下，两阀的阀密封部之间的燃料通路在与所述另一方的阀的顶端之间得以密闭，在另一方的阀的周围不会产生燃料的积存，所以在阀脱离连接时，一方的阀即使具有插入另一方的阀的一部分的空间，也可以减少残留在该阀密封部外的液体燃料，进而该液体燃料被吸引到内部，所以能够切实地防止连接脱离时的液体泄漏。

另外，本发明的燃料电池装置具有：燃料电池单元，其内部装有燃料电池组件；燃料盒，其收纳着向电池组件供给的燃料；以及阀机构，其由分别设置于燃料电池单元和燃料盒上的阀构成，而且通过在其一方的阀中插入另一方的阀的一部分，从各自的阀的阀密封部向顶端延伸出来的阀轴被推入而使阀密封部打开阀，从而使两阀相互连接在一起；在所述一方的阀设置于阀轴周围的筒状空间内，以嵌合于阀轴外周的方式配置有圆筒弹性体，该圆筒弹性体在阀机构的连接状态下，通过抵接并推入所述另一方的阀的顶端，其周壁能够向外方弯曲。

根据该构成，通过在阀机构的一方的阀中插入另一方的阀的一部分而使两阀连通连接，从而可以由燃料盒向燃料电池单元供给燃料，而且在阀机构连接的状态下，圆筒弹性体的周壁因向外方弯曲的复原力而产生密封面压，一方的阀的阀密封部与另一方的阀的顶端之间的燃料通道得以密闭，在另一方的阀的周围不会产生燃料的积存，而且在阀脱离连接时，圆筒弹性体的弯曲得以复原，圆筒弹性体与阀轴之间的燃料被挤压回去，所以在阀脱离后，可以使残留于各阀的阀密封部外的燃料明显减少，从而能够切实地防止连接脱离时的液体泄漏。

另外，如果以能够移动预定量的方式沿阀轴配设圆筒弹性体，同时设置使圆筒弹性体向其顶端方向施力的弹簧，则在阀脱离时的最终阶段，圆筒弹性体沿阀轴向阀顶端侧移动，藉此从圆筒弹性体和阀密封部之间产生的间隙向筒状空间内产生吸引流，在该吸引流的作用下，残留的液体燃料受到强制的吸引，故而可以更加切实地防止液体泄漏。

另外，如果设置滑动自如地嵌合在筒状空间的内周面、同时顶端与圆筒弹性体的顶端卡合的可动筒体，并且使弹簧的顶端与该可动筒体卡合，则可以确保圆筒弹性体与筒状空间内周之间的密封性，并可以切实地产生上述吸引流，故而可以更加切实地防止液体泄漏。

根据本发明的燃料电池装置，在连接燃料电池单元和燃料盒的阀机构的一方的阀中插入另一方的阀的一部分而进行连接，在此状态下，两阀的阀密封部之间的燃料通路在与另一方的阀的顶端之间得以密闭，在另一方的阀的周围不会产生燃料的积存，所以在阀脱离连接时，一方的阀即使具有插入另一方的阀的一部分的空间，也可以减少残留在该阀密封部外的液体燃料，进而该液体燃料被吸引到内部，所以能够切实地防止连接脱离时的液体泄漏。

附图说明

图1表示本发明的燃料电池装置的一实施方案的阀机构，(a)为脱离状态的剖面图，(b)为连接状态的剖面图。

图2为该阀机构在连接/脱离时的动作说明图。

图3为该阀机构在脱离时的作用说明图。

图4为该实施方案的燃料电池装置的整体概略构成图。

图5为表示以前例的阀机构的构成及其连接/脱离时的动作的剖面图。

符号说明：

1燃料电池装置       3燃料电池单元

4燃料盒             5阀机构

6燃料电池组件       11雌侧阀

13、23阀密封部      19、29阀轴

21雄侧阀            30筒状空间

31圆筒弹性体        33可动筒体

35施力弹簧          37燃料通路

具体实施方式

下面参照图1～图4就本发明的燃料电池装置的一实施方案进行说明。

本实施方案的燃料电池装置1如图4所示，包括向各种电子设备2供给电力的燃料电池单元3、以及连接燃料电池单元3和燃料盒4的阀机构5。图示例的燃料电池单元3包括：燃料电池组件6，其构成为，使高分子固体电解质介于供给甲醇等燃料的阳极和供给氧的阴极之间，并从两极之间取出电能；燃料供给部8，其由内部燃料罐7向该燃料电池组件6供给燃料；输出控制部9，其用于控制从燃料电池组件6取出的电能；以及连接器10，其用于连接燃料电池单元3和电子设备2。

阀机构5包括设置在燃料电池单元3的燃料接纳口上的雌侧阀11和设置在燃料盒4上的雄侧阀21，其构成是：在雌侧阀11中插入雄侧阀21的一部分而相互连通连接，由此从燃料盒4向燃料电池单元3的内部燃料罐7内注入甲醇燃料而进行燃料补给。

下面参照图1(a)、(b)就阀机构5的构成进行详细的说明。雌侧阀11从内部装有阀密封部13的阀主体12向顶端延设连接圆筒部14，并在其顶端部内周设置有卡合突起15。阀密封部13的构成有：设置在阀主体12上的阀口部16、配置在阀口部16的里侧且开闭该阀口部16的阀体17、以及使阀体17向阀口部16施力而常时闭阀的阀弹簧18。另外，在阀体17上，突设有贯通阀口部16而在连接圆筒部14内的轴芯部突出出来的阀轴19，在阀轴19的外周和连接圆筒部14的内周之间形成有筒状空间30。

雄侧阀21从内部装有阀密封部23的阀主体22向顶端突设有插入雌侧阀11的连接圆筒部14内的连接突部24，在其外周面设置有使卡合突起15得以通过的轴向的通过槽25a、和从其里端向周方向延伸的卡合槽25b。阀密封部23的构成有：设置在阀主体22上的阀口部26、配置在阀口部26的里侧且开闭该阀口部26的阀体27、以及使阀体27向阀口部26施力而常时闭阀的阀弹簧28。另外，在阀体27上，突设有贯通阀口部26而延伸至连接突部24的顶端位置的阀轴29。

在雌侧阀11的筒状空间30内，圆筒弹性体31被配置为嵌合在阀轴19的外周。圆筒弹性体31的长度被设定为比阀口部16和卡合突起15之间的距离短一些，而且其构成是能够沿阀轴19移动预定量。凸缘部32一体设置在圆筒弹性体31的顶端外周，其外表面与雄侧阀21的顶端抵接，同时与卡合突起15卡合而防止圆筒弹性体31的拔出。另外，在筒状空间30的内周面设置有以滑动自如的方式与之嵌合的可动筒体33，一体设置在其顶端内周的卡合凸缘34抵接配置在圆筒弹性体31的凸缘部32的内表面，而且在阀口部16和卡合凸缘34之间，经由可动筒体33安装有使圆筒弹性体31向顶端移动并施力的施力弹簧35。在可动筒体33的外周，配置有相对于筒状空间30的内周面可滑动自如地进行密封的密封环36。

接着在雌侧阀11的连接圆筒部14内，插入雄侧阀21的连接突部24，并使卡合突起15通过通过槽25a而与卡合槽25b卡合，由此将阀机构5连接起来，在此状态下，如图1(b)所示，雄侧阀21的连接突部24的顶端与圆筒弹性体31的顶端面抵接，抵抗施力弹簧35而使其向连接圆筒部14的里边移动，并使圆筒弹性体31的内端面与阀口部16抵接，然后进一步推入，由此圆筒弹性体31的周壁向外方弯曲，在其弹性复原力的作用下，圆筒弹性体31的两端面与阀口部16和连接突部24的顶端以密封状态进行压接。其结果，以密封的方式形成了雌侧阀11的阀口部16与雄侧阀21的阀口部26之间的燃料通路37。另外，在该阀机构5的连接过程中，通过阀轴29推阀轴19，使阀体17向里侧移动而打开阀密封部13，此后通过阀轴19推阀轴29，使阀体27向里侧移动而打开阀密封部23。这样，从雄侧阀21的阀密封部23通过燃料通路37向雌侧阀11的阀密封部13供给燃料，其中燃料通路37由连接突部24的内周和阀轴29的间隙、圆筒弹性体31的内周和阀轴19的间隙构成。

下面参照图2就以上的阀机构5的连接/脱离工序进行详细的说明。在连接前，如图2(a)所示，两阀11、21与图1(a)同样分开，各自的阀密封部13、23关闭。接着，当雄侧阀21开始插入雌侧阀11中、从而使卡合突起15在通过槽25a内通过时，则首先如图2(b)所示，连接突部24的顶端处于与圆筒弹性体31的顶端面抵接的状态。当进一步插入雄侧阀21时，则如图2(c)所示，圆筒弹性体31抵抗施力弹簧35而向里侧移动，其里端与阀口部16抵接。当再进一步插入雄侧阀21时，则如图2(d)所示，将其推入以便使圆筒弹性体31的周壁向外方弯曲，密封的燃料通道37便在阀密封部13、23之间形成。此后，当再进一步插入雄侧阀21时，则如图2(e)所示，阀体17抵抗阀弹簧18而推向里侧，阀密封部13使阀打开。其次，当插入雄侧阀21达到最后时，则如图2(f)所示，阀体27抵抗阀弹簧28而推向里侧，阀密封部23使阀打开，燃料处于能够从雄侧阀21向雌侧阀11供给的状态。在该状态下使雄侧阀21旋转，将卡合突起15嵌入并卡合在卡合槽25b中，由此保持连接状态，从而可以继续进行燃料的供给。

在燃料供给结束后，与上述连接工序相反，经过图2(f)～图2(a)的工序，可以解除两阀11、21的连接。此时，如图3(a)(对应于图2(d))所示，从雌侧阀11中拔出雄侧阀21，两阀11、21的阀密封部13、23刚刚一同关闭后，阀轴19、29的顶端之间还彼此抵接，圆筒弹性体31的周壁还向外方弯曲，还以密封的方式形成有燃料通道37，在此状态下，该燃料通道37的内容积的大部分被阀轴19、29所占有，燃料仅残留于圆筒弹性体31向外方弯曲的周壁和阀轴19、29的外周之间的些微的空间内。

其次，如图3(b)(对应于图2(c))所示，阀轴19、29的顶端之间离开，圆筒弹性体31的两端还在与阀密封部13和连接突部24顶端抵接的状态下，其周壁复原为直线的圆筒状，在燃料通道37还处于关闭的状态下，残留在该燃料通道37内的燃料的一部分向阀轴19、29的顶端之间产生的空间流出。然而，该燃料的量是极其微少的，所以即使就那样开放燃料通道37，燃料的漏夜也极少产生。

接着如图3(c)(对应于图2(b))所示，当将雄侧阀21拔出至其连接突部24的顶端部与卡合突起15相向的位置时，则伴随着连接突部24的顶端的移动，在施力弹簧35的弹力作用下，圆筒弹性体31与可动筒体33一起向筒状空间30的顶端移动至与卡合突起15抵接的位置。这样，用圆筒弹性体31和可动筒体33相对于外部密闭分隔的筒状空间30内的空间容积得以增大，通过阀口部16与圆筒弹性体31的里端之间产生的开口，使吸引力作用于阀轴19和圆筒弹性体31内周之间，从而残留在燃料通道37内的些微的燃料也完全吸引收纳于筒状空间30内。这样，在雄侧阀21完全从雌侧阀11中拔出的状态下，可以完全消除对液体状燃料向外部漏夜的担心。

根据本实施方案，像以上那样向阀机构5的雌侧阀11的连接圆筒部14中插入雄侧阀21的连接突部24，由此使两阀11、21连通连接，便可以从燃料盒4向燃料电池单元3供给燃料。另外，在其连接的状态下，圆筒弹性体31的周壁因向外方弯曲的复原力而产生密封面压，雌侧阀11的阀密封部13与雄侧阀21的顶端之间的燃料通道31得以密闭，在雄侧阀21的周围不会产生燃料的积存，而且在两阀11、21脱离连接时，圆筒弹性体31的弯曲得以复原，圆筒弹性体31与阀轴19之间的燃料的大部分被挤压回去，所以在阀脱离后，可以使残留于雌侧阀11内的阀密封部13外部的燃料明显减少，从而能够防止连接脱离时的液体泄漏。

再者，由于以能够移动预定量的方式沿阀轴19配设圆筒弹性体31，同时使滑动自如地嵌合在筒状空间30的内周面的可动筒体33的顶端与圆筒弹性体31的顶端卡合，并且使施力弹簧35的顶端与该可动筒体33的顶端卡合，从而在施力弹簧35的作用下，使圆筒弹性体31向其顶端方向施力，所以，在两阀11、21脱离时的最终阶段，圆筒弹性体31沿阀轴19向阀11的顶端侧移动，藉此从圆筒弹性体31和阀密封部13之间产生的间隙向筒状空间30内产生吸引流，在该吸引流的作用下，残留的液体燃料受到强制的吸引，故而可以更加切实地防止液体泄漏。

根据本发明的燃料电池装置，其阀机构为了连接燃料电池单元和燃料盒，在一方的阀中插入另一方的阀的一部分而进行连接，在阀脱离这种连接时，可以减少残留在一方的阀的阀密封部外的液体燃料，进而该液体燃料被吸引到内部，所以能够切实地防止连接脱离时的液体泄漏，从而可以应用于手机和笔记本电脑等便携电子设备的燃料电池装置中。

Claims (5)

1.一种燃料电池装置，其特征在于，该燃料电池装置具有：燃料电池单元，其内部装有燃料电池组件；燃料盒，其收纳着向电池组件供给的燃料；以及阀机构，其由分别设置于燃料电池单元和燃料盒上的阀构成，而且通过在其一方的阀中插入另一方的阀的一部分而相互连通连接；在所述一方的阀上设置有如下的机构：在阀机构连接的状态下，两阀的阀密封部之间的燃料通路在与所述另一方的阀的顶端之间得以密闭，并且在连接脱离时，将残留在阀密封部外的液体状燃料吸引到内部；在所述一方的阀设置于阀轴周围的筒状空间内，以嵌合于阀轴外周的方式配置有圆筒弹性体，该圆筒弹性体在阀机构的连接状态下，通过推入并抵接所述另一方的阀的顶端，其周壁能够向外方弯曲。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述阀通过在所述一方的阀中插入所述另一方的阀的一部分，从各自的阀的阀密封部向顶端延伸出来的阀轴被推入而使阀密封部打开阀，从而使两阀相互连接在一起。

3.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：以能够移动预定量的方式沿阀轴配设圆筒弹性体，同时设置使圆筒弹性体向其顶端方向施力的弹簧。

4.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：设置滑动自如地嵌合在筒状空间的内周面、同时顶端与圆筒弹性体的顶端卡合的可动筒体，并且使弹簧的顶端与该可动筒体卡合。

5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，以嵌合于阀轴外周的方式配置的圆筒弹性体在处于自由状态的第1位置与阀抵接；在阀连接完成时，该抵接部位于从第1位置推入的第2位置。

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