CN101165949A - 带盒和燃料电池主体中的部件的加压装置的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有设置在盒和燃料电池主体两者内的部件的加压装置的燃料电池系统。该燃料电池系统包括：包括燃料储存部分的盒；从盒供给燃料的燃料电池主体；以及设置在燃料电池主体内并在盒被装进燃料电池主体时向燃料储存部分加压的加压单元。所述盒还包括：在盒被装进燃料电池主体内时向燃料储存部分传送接收到的来自加压单元的压力并在盒与燃料电池主体分离时防止燃料储存部分受压的加压板；以及接收燃料储存部分和加压板的壳体。由于将向燃料电池组加压的加压装置的部件设置在盒和燃料电池主体两者内，可提高盒的燃料储存容积比，并可降低盒的成本、减小燃料泄漏的危险性和燃料电池系统的总体积。

Description

带盒和燃料电池主体中的部件的加压装置的燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，更具体说，涉及带有处于盒和燃料电池主体两者内的部件的加压装置(pressurizing system)的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统包括产生电的主体和向主体供给燃料的盒。因此，燃料电池系统可通过用新的盒来替换使用过的盒来重新燃料供给。

为了有效地将燃料电池系统应用在如移动电话之类的移动系统上，燃料电池系统应小而轻、盒内应具有高燃料储存容积比(storing volume ratio)、应确保稳定地供给燃料、不管是否使用盒都应防止燃料泄漏、以及当用户操作燃料电池系统时也应防止燃料从盒中泄漏。尤其是一次性盒的造价应低廉且燃料电池系统工作可靠。

传统燃料电池系统的燃料供给装置分为加压装置和非加压装置。

传统的加压的燃料电池系统包括设置在盒内并对燃料储存部分(feulstorage pack)加压的加压装置。据此，盒的燃料储存容积比降低，燃料从盒泄漏的危险性增大，且盒的成本增加。

传统的非加压燃料电池系统不包括盒内的加压装置，但包括设置在燃料电池主体内并适用于接收来自盒的燃料并将燃料供给燃料电池主体内的单独的燃料供给机构，例如，燃料泵。传统系统的缺点在于附加的燃料供给机构昂贵，且总体积和费用增加，而且燃料供给机构发生故障的危险增加。

因此，传统燃料电池系统几乎不能满足作为移动系统的电源的上述条件。

发明内容

本发明的目的是提供具有带处于盒和燃料电池主体两者内的部件的加压装置的燃料电池系统，该系统能提高盒的燃料储存容积比、降低盒的成本、减小燃料泄漏的危险性、以及减小燃料电池系统的总体积。

根据本发明的一方面，所提供的燃料电池系统包括：盒，其包括燃料储存部分；燃料电池主体，其由盒供给燃料；以及设置在燃料电池主体内并在盒被装进燃料电池主体内时向燃料储存部分加压的加压单元。

盒还可包括加压板和上面容纳燃料储存部分和加压板的壳体，加压板在盒被装进燃料电池主体内时向燃料储存部分传送接收到的来自加压单元的压力，而当盒从燃料电池主体分离时防止燃料储存部分受压。

燃料储存部分可设置在加压板和壳体之间，加压板的第一侧可与壳体的与加压板的第一侧相应的一侧耦连。

盒可进一步包括当燃料电池主体和盒相互分离时固定加压板的固定单元。

固定单元可设置在壳体上以绊住加压板的一端，其可带有形成在固定单元的面向壳体内侧的表面处的锯齿，致使当盒未被装进燃料电池主体内时固定单元的锯齿向壳体内侧突出。

形成有固定单元的壳体的壁的上部边缘可向外弯曲。在装有盒的燃料电池主体的表面上可形成凹槽，壳体壁的向外弯曲的上端被插入所述凹槽中。

加压单元可以是弹簧。

燃料电池系统还可包括在盒与燃料电池主体分离时使加压板返回到其初始固定状态的返回单元。返回单元可设置在盒或燃料电池主体中。若返回单元被设置在燃料电池主体中，返回单元可设置在加压单元的一端上。加压单元可为磁性板或吸附板。

在装有盒的燃料电池主体的那个表面上设有用于在盒被装进燃料电池主体内时释放由固定单元固定的加压板的释放单元。

返回单元可设置在弹簧的一端。返回单元可为磁性板或吸附板。

可将释放单元形成为在盒被装进燃料电池主体内时将固定单元向外压的凹槽。

加压板的两端可以是用于在盒与燃料电池主体分离时固定加压板的固定单元，且在壳体内形成有插入加压板的两端的孔。

据此，由于将用于向盒的燃料电池组(fuel cell pack)加压的加压装置的部件设置在盒和燃料电池主体两者内，可以提高盒的燃料储存容积比，并可降低盒的成本、减小燃料泄漏的危险性和燃料电池系统的总体积。

附图说明

通过结合附图对本发明的一些示例性实施方式进行详细描述本发明的上述和其他特征及优点将更加清晰。附图中：

图1到3为示出了本发明的构思的横截面图；

图4为本发明一实施方式的燃料电池系统的盒的分解透视图；

图5和6的透视图示出了图4所示的燃料电池系统的盒的组装过程；

图7为图4所示的燃料电池系统的盒的壳体的几部分的放大透视图；

图8的透视图示出了图4所示的燃料电池系统的盒是新盒时通过固定单元的锯齿固定加压板的情况；

图9的透视图示出了当装进图4所示的燃料电池系统的燃料电池主体内的盒与燃料电池主体分离时通过固定单元固定加压板的情况；

图10为图4所示的燃料电池系统的燃料电池主体的透视图；

图11的透视图示出了将盒耦连到图4所示的燃料电池系统的燃料电池主体的过程；

图12为在图11所示的过程后被耦连的燃料电池系统的透视图。

具体实施方式

现在将参考示出了本发明的一些示例性实施方式的附图对本发明进行更全面的说明。为了清楚起见，附图中夸大了层或区域的厚度。

下面参考图1到3对本发明的燃料电池系统的构思进行说明。

图1为盒100的横截面图，该盒包括燃料储存部分10和盒100被装进主体200中之前的主体200。图2为盒100被装进主体200内的横截面图。图3为装入主体200内的盒100从主体200分离的横截面图。

参考图1，盒100包括当盒100被插入到主体200内时与主体200接触的燃料部分压板(fuel pack compressing plate)12。燃料部分压板12防止燃料储存部分10因任意的外力而加压。参考图2，燃料部分压板12将接收到的来自主体200内的弹簧14的用于在盒100被装进主体200内时对燃料储存部分10加压的压力传送到燃料储存部分10。返回单元16被设置在弹簧14的上端。参考图2和3，当盒100与主体200分离时，返回单元16使燃料部分压板12返回到在盒100被装进主体200内之前的初始位置。据此，即使装入主体200内的盒100与主体200分离，也可防止燃料部分压板12因任意外力而加压。返回单元16可为磁性板或吸附板。当返回单元16是磁性板时，燃料部分压板12可为钢板。

因为在包括盒100的燃料储存部分10的壳体18中形成有可插入燃料部分压板12的两端12a和12b的孔h1，燃料部分压板12可完成上述功能。孔h1可形成在壳体18的相对的壁上。燃料部分压板12的两端12a和12b与燃料部分压板12中除两端12a和12b外、且直接与燃料储存部分10接触的其余部分12c处于不同的水平面。

参考图2，将盒100插入并装进主体200内时，形成在主体200的内部相向的壁上的突起20被插入形成在盒100的壳体18上的孔h1内。结果，突起20将插入孔h1内的燃料部分压板12的两端12a和12b推向壳体18的内侧。因此，突起20起释放固定地插入孔h1内的燃料部分压板12的释放单元的作用。因此，在燃料部分压板12的两端12a和12b从孔h1中离开的同时，由于接收到来自主体200的弹簧14的压力，燃料部分压板12对燃料储存部分10加压。

参考图3，当盒100与主体200分离时，返回单元16临时固定燃料部分压板12，最终使燃料部分压板12的两端12a和12b插入孔h1中，用来中断由返回单元16施加的耦连力的另外的力沿箭头A的方向施加到燃料部分压板12上，盒100与主体200分离，而燃料部分压板12位于其初始位置、即插入孔h1中。

当盒100与主体200耦连时，盒100被主体200的止挡部分22固定。可如采用本发明构思的一些实施方式中所描述的那样将止挡部分22改型成多种形状。在这些实施方式中不仅可将止挡部分22而且可将其他元件改型成多种形状。盒100具有凹陷部分24，盒100被完全插入主体200内时，止挡部分22插入该凹陷部分中。

以下根据前述构思对本发明的一些燃料电池系统实施方式进行描述。

图4为本发明一实施方式的燃料电池系统的盒300的分解透视图。

参考图4，盒300包括加压板40、燃料储存部分50、以及壳体60(或盒上板)。加压板40具有孔44，在燃料储存部分50耦连到加压板40时设置在燃料储存部分50上的连接件52通过该孔。当盒300与燃料电池主体400(参看图10)耦连时，来自盒300的燃料通过连接件52被供给燃料电池主体400。销42从加压板40的形成有孔44的那端的两侧向外突出。

图5和6的透视图示出了组装图4所示的燃料电池系统的盒300的过程。

参考图5和6，燃料储存部分50和加压板40被设置在壳体60的内侧。此时，加压板40的销42被插入壳体60上形成在与销42对应的位置上的孔64内(参看图7)。在这种情况下，加压板40可围绕销42转动。

再参考图4，铰链62形成在壳体60的边缘。参考图5和7，铰链62向外弯曲。铰链62沿壳体60的整个边缘延伸。

参考图5和7，接收加压板40和燃料储存部分50的壳体60的内侧带有其宽度和深度大到足以接收加压板40和燃料储存部分50的凹形部分66。凹槽70形成在壳体60的形成有铰链62的那端的壁68上。凹槽70被形成为与壳体60的底部垂直。固定单元72被设置在凹槽70内。在加压板40和燃料储存部分50如图6所示那样完全耦连到壳体60上时，在盒300耦连到燃料电池主体400(参看图10)之前或耦连到燃料电池主体400上的盒300与燃料电池主体400分离之前，固定单元72可防止由不能接受的外力引起加压板40任意移动，即，防止燃料储存部分50被加压。为了这个目的，每个固定单元72带有锯齿72a。锯齿72a形成在固定单元72的朝向壳体60的内侧的表面处。锯齿72a被成形成为使得固定单元72未向后弯曲时加压板40不能向壳体60的底部移动。当盒300未被装进燃料电池主体400内时，固定单元72的锯齿72a向壳体60的内侧突起。因此，当盒300未被装进燃料电池主体400内时，加压板40被锯齿72a绊住，于是可防止其向壳体60的底部移动。

图8和9示出了这种情况。

图8的透视图示出了当盒300是新盒、加压板40被固定单元72的锯齿72a固定的情况。图9的透视图示出了耦连到燃料电池主体400的盒300与燃料电池主体400分离时加压板40被固定单元72固定的情况。参考图8和9，当固定单元72向箭头指示的方向弯曲时，通过外力可使加压板40向下移动，于是对燃料储存部分50加压。

图10为图4所示的燃料电池系统的燃料电池主体400的透视图。在图10中，附图标记90和92表示阴极侧的气孔。

参考图10，燃料电池主体400包括膜电极组件(MEA)但是不包括传统的燃料泵。代替传统的燃料泵，燃料电池主体400包括形成于装有盒300的燃料电池主体400的表面上、并向盒300的加压板40施加压力的弹簧80。弹簧80是示例性的加压单元。据此，可使用除弹簧80外的其他加压单元。插有盒300的连接件52的孔82形成在装有盒300的燃料电池主体400的表面上。形成固定钩84以便在盒300被安装在燃料电池主体400上时固定盒300。燃料电池主体400包括凹槽86。凹槽86形成在与盒300的壳体60的铰链62相应的部分并沿铰链62的整个长度延伸。凹槽86可与盒300的铰链62一致。

图11的透视图示出了将盒300装进燃料电池主体400内的过程。图12的透视图示出了盒300被装进燃料电池主体400内时的状态。

参考图11，将盒300的铰链62插入燃料电池主体400的凹槽86内时，盒300的固定单元72通过凹槽86的底部表面沿图8中的箭头指示的方向弯曲，致使盒300的加压板40可移动且由于燃料电池主体400的弹簧80所施加的压力使加压板40向燃料储存部分50加压。考虑到凹槽86的功能，凹槽86起用于释放被固定单元72固定的加压板40的释放单元的作用。

可对设置在燃料电池主体400内的且作为加压单元的弹簧80进行改型并将其设置在盒300内。

例如，可将薄片弹簧设置在与燃料电池主体400接触的盒300的表面上，即，设置在加压板40上。在这种情况下，薄片弹簧的一侧被固定在加压板40上，而滑动开关位于薄片弹簧的另一侧。当滑动开关以预定的距离被推向薄片弹簧的固定侧、然后被固定时，薄片弹簧被弯曲成起动形状，并能完成与设置在燃料电池主体400内的弹簧80相同的功能。

尽管已具体示出和参照本发明的一些示例性实施方式对本发明进行了描述，这些实施方式只是示例性的，而且本领域技术人员不应将其解释为是对本发明范围的限制。例如，可以不将盒直接装进燃料电池主体内，而可将盒插入到盒固定器内，然后将盒固定器装进燃料电池主体内。可将返回单元设置在盒上。因此，本发明的构思和范围不由这些实施方式限制，而由所附权利要求限定。

如上所述，由于本发明的燃料电池系统的盒不包括用于向盒内的燃料储存部分施压的加压单元，可防止燃料始终受压，且可防止由于使用不当而引起的燃料泄漏。

由于燃料电池系统的盒包括固定加压板的固定单元，加压板只可在盒被装进燃料电池主体内时向燃料储存部分移动，并能在其他情况下被固定单元固定。因此，可以保护燃料储存部分在盒在装进燃料电池主体内之前不被不可接受的外力加压。

当装进燃料电池主体内的盒与燃料电池主体分离时，固定单元在盒与燃料电池主体分离时保持加压板的位置或在盒被装进燃料电池主体内之前将加压板返回到初始状态。因此，即使装进燃料电池主体内的盒与燃料电池主体分离，燃料储存部分可受到保护。

由于在燃料电池主体上装有加压机构，其不需要在每个一次性的盒上装进加压机构，因此可降低盒的生产成本并可改善盒的兼容性。

由于不必使用燃料泵，可减小这种燃料电池系统出现故障的危险性，由此可提高燃料电池系统的可靠性。

由于加压机构没有设置在盒内，可提高盒内的燃料储存部分的燃料储存容积比。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，包括：

盒，其包括燃料储存部分；

燃料电池主体，其由所述盒供给燃料；及

设置在所述燃料电池主体内并在所述盒被装进所述燃料电池主体内时向所述燃料储存部分加压的加压单元。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述盒还包括：

加压板，其在所述盒被装进所述燃料电池主体内时向所述燃料储存部分传送接收到的来自所述加压单元的压力，且在所述盒与所述燃料电池主体分离时防止所述燃料储存部分受压；及

壳体，其上容纳有所述燃料储存部分和所述加压板。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述燃料储存部分被设置在所述加压板和所述壳体之间，所述加压板的一侧与所述壳体的与所述加压板的第一侧相对应的第一侧耦连。

4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述盒还包括在所述燃料电池主体和所述盒相互分离时固定所述加压板的固定单元。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述固定单元被设置在所述壳体上，以绊住所述加压板的一端，该固定单元带有形成在所述固定单元的面向所述壳体的内侧的表面处的锯齿，使得在所述盒未被装进所述燃料电池主体内时所述固定单元的锯齿向所述壳体的内侧突出。

6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，形成有所述固定单元的所述壳体的壁的上部边缘向外弯曲。

7.如权利要求6所述的燃料电池系统，其中，在装有所述盒的所述燃料电池主体的表面上形成有凹槽，所述壳体壁的向外弯曲的上端被插入所述凹槽中。

8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述加压单元是弹簧。

9.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，用于在所述盒被装进所述燃料电池主体内时释放被所述固定单元固定的所述加压板的释放单元被设置在装有所述盒的所述燃料电池主体的表面上。

10.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，还包括用于在所述盒与所述燃料电池主体分离时使所述加压板返回到初始的固定状态的返回单元。

11.如权利要求10所述的燃料电池系统，其中，所述返回单元被设置在所述固定单元的一端。

12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其中，所述返回单元是磁性板或吸附板。

13.如权利要求9所述的燃料电池系统，其中，所述释放单元是以在所述盒被装进所述燃料电池主体内时将所述固定单元向外压的方式形成的凹槽。

14.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述加压板的两端是用于在所述盒与所述燃料电池主体分离时固定所述加压板的固定单元，且在所述壳体内形成有使所述加压板的两端插入的孔。

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