CN101253646A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种可自由拆装且收纳有液体燃料(1)的盒体(3)的燃料电池，在该燃料电池中，其特征在于，一方面上述盒体(3)包括：对燃料出口(2)进行开闭的第一阀芯(6)；以及给予该第一阀芯(6)弹力、且使燃料出口(2)平时关闭的第一弹性体(7)，而另一方上述燃料电池主体(5)包括：对燃料承接口(4)进行开闭的第二阀芯(8)；以及给予该第二阀芯(8)弹力、且使燃料承接口(4)平时关闭的第二弹性体(9)，并且设定上述第一弹性体(7)的弹力以使其比第二弹性体(9)的弹力要大。如果采用于上述结构的燃料电池，则在将燃料从盒体向燃料电池本体充填时，液体燃料不会泄漏，并且能够以简单的结构来可靠地充填液体燃料。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池，该燃料电池包括收纳有液体燃料的盒体和适当地接受来自上述盒体的液体燃料的燃料电池主体，且构成上述盒体和燃料电池主体使其可自由拆装，在上述燃料电池中，在燃料充填时液体燃料不会泄漏，并且能够以简单的结构可靠地充填液体燃料。

背景技术

近年来，个人电脑、手机、便携式音响设备等各种电子设备随着半导体技术的发展而小型化，并且尝试将燃料电池用作这些小型设备用的电源。由于燃料电池具有这样的优点：只要提供燃料和作为氧化剂的空气就能够发电、而且实际上只要补充燃料就可以长时间连续发电，因此如果要实现小型化，则可以说作为便携式电子设备的工作电源是极其有利的系统。尤其是直接甲醇型燃料电池(DMFC；直接甲醇型燃料电池)，将能量密度高的甲醇用作燃料，由于可在电极催化剂上直接从甲醇中取出电流，也不需要重整器，因而能够小型化，因为燃料的处理与将氢气用作燃料的电池相比也比较容易，所以有望成为小型设备用电源。

作为向上述DMFC中的发电部供给燃料的方法已知有：将液体燃料气化后再利用鼓风机等送入燃料电池内的气体供给型DMFC；以及利用泵等直接将液体燃料原原本本地送入燃料电池内的液体供给型DMFC等。

作为现有的由燃料盒和燃料电池所构成的燃料电池装置已知有：例如专利文献1中所示的燃料电池装置。该燃料电池装置包括：通过电解质膜使甲醇水溶液与空气发生化学反应而产生电力的直接型甲醇燃料电池部；可自由拆装地进行安装的、收纳了甲醇水溶液的燃料盒的盒安装部；将安装在该盒安装部上的燃料盒内所收纳的甲醇水溶液提供给上述直接型甲醇燃料电池部的送液泵；以及对上述燃料盒向上述盒安装部的安装、以及将该燃料电池所产生的电力提供给电子设备、并对该燃料电池向该电子设备的安装进行识别的识别装置。

作为液体燃料的甲醇被收纳在燃料盒内，并适当地充填在与燃料电池主体组装成一体的燃料罐内。例如，当手动将燃料注入燃料罐内时，将由聚丙烯树脂(PP)等的树脂材料和玻璃所构成并收纳有甲醇的燃料盒的注入口安装在燃料罐的承接口上，在此状态下推压盒体的筒部，并且在对内部的甲醇进行加压的状态下将其注入燃料罐。

专利文献1：日本专利特开2004-71262号公报

然而，将上述现有的燃料电池中所使用的燃料盒用螺纹安装在燃料电池主体的燃料罐的承接口上，在这种情况下，较多出现的情况是在将螺纹完全旋紧之前的未完成阶段、推压燃料盒侧面而压出燃料，从而存在着容易在安装部产生液体泄漏的缺点。另外，为了完全旋紧，需要使燃料罐一侧的螺纹与燃料盒一侧的螺纹正确地一致后再旋入，因此还存在着安装操作烦琐这样的难点。而且，在双方的螺纹中心不一致的状态下强行旋入的结果是：有时会使螺纹牙损伤而造成以后的安装变得困难。总之，在螺纹安装式的情况下，由于螺纹部的加工操作烦琐且加工费增加，因此需要更加简易且廉价的拆装结构。

尤其是在燃料注入操作时，因为在用力握住收纳有燃料的由软质树脂材料成形而成的盒体的状态下，将盒体向燃料电池主体一侧推压，从而将其安装在燃料承接口上，因此在盒体的注入口与燃料电池主体的承接口完全连接之前的阶段，盒体内的液体燃料的压力上升。因此，在此状态下盒体的注入口打开而燃料电池主体一侧的承接口未打开时，由于液体燃料因内压而从盒体的连接部喷出，且可燃性的液体燃料向周边飞散，所以存在着安全性下降的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池，该燃料电池包括：收纳有液体燃料的盒体和适当地接受来自上述盒体的液体燃料的燃料电池主体，且构成上述盒体和燃料电池主体使其可自由拆装，在该燃料电池中，在燃料充填时液体燃料不会泄漏，并且能够以简单的结构可靠地充填液体燃料。

为了实现上述目的，本发明者提出了燃料盒的注入口和燃料电池主体的承接口的各种拆装结构，对各拆装结构的安装状态的充分程度、发生燃料泄漏的容易程度以及结构的简洁程度的影响利用实验进行了研究。其结果是初次获得了以下的成果：尤其是先将燃料电池一侧的承接口打开、并且直到燃料电池主体一侧的承接口与盒体一侧的注入口完全结合之前，不将盒体一侧的注入口打开，当构成了这样的结构时，由于在燃料电池主体一侧的承接口打开后才将盒体一侧的注入口打开，由于在确保盒体内的被加压后的液体燃料的承接通路的状态下，液体燃料顺畅地进行充填，因此在盒体与燃料电池主体的连接部上没有液体燃料的泄漏，并且获得能够以简单的结构可靠地充填液体燃料的燃料电池。

即，与本发明相关的燃料电池，其包括：具有使所收纳的液体燃料排出的燃料出口的盒体，以及具有接受来自上述盒体的液体燃料的燃料承接口的燃料电池主体，且构成上述盒体的燃料出口与燃料电池主体的燃料承接口使其可自由拆装，在该燃料电池中，其特征在于具有以下结构：一方面所述盒体包括：对燃料出口进行开闭的第一阀芯；以及给与该第一阀芯弹力且使燃料出口平时关闭的第一弹性体，而另一方面上述燃料电池主体包括：对燃料承接口进行开闭的第二阀芯；以及给与该第二阀芯弹力且使燃料承接口平时关闭的第二弹性体，设定上述第一弹性体的弹力以使其比第二弹性体的弹力要大，当利用推压力将上述盒体的燃料出口安装在燃料电池主体的燃料承接口内时，盒体的第一阀芯与第二阀芯抵接以克服第二弹性体的弹力，并将第二阀芯向下压，从而维持燃料承接口打开的状态，然后给与盒体比第二弹性体的弹力要大的推压力，并利用来自第二阀芯的反作用力来克服第一弹性体的弹力，并将第一阀芯向上推，从而将盒体的燃料出口打开。

在上述燃料电池中，当利用推压力将盒体的燃料出口安装在燃料电池主体的燃料承接口内时，由于设定第一弹性体的弹力以使其比第二弹性体的弹力要大，因此盒体的第一阀芯与第二阀芯抵接以克服第二弹性体的弹力，并将第二阀芯向下压，从而将燃料承接口打开。然后，将第二弹性体压缩至最小高度。然后，如果给与盒体赋予比第二弹性体的弹力要大的推压力，则利用来自第二阀芯的反作用力来克服第一弹性体的弹力，并将第一阀芯向上推，从而将燃料出口打开。

因此，如果采用上述燃料电池，则由于在燃料电池主体一侧的燃料承接口打开后将盒体一侧的燃料注入口打开，因此在确保盒体内的被加压后的液体燃料的承接通路的状态下，液体燃料顺畅地进行充填。因此，在盒体与燃料电池主体的连接部上没有液体燃料的泄漏，获得能够以简单的结构可靠地充填液体燃料的燃料电池。

在上述燃料电池中，最好这样形成：一方面上述燃料出口形成在第一阀芯和收纳第一弹性体的燃料注入筒上，而另一方面上述燃料承接口形成在第二阀芯和收纳第二弹性体的燃料承接筒上，导向筒与上述燃料承接筒形成为一体，并且当上述燃料注入筒插入时导向筒将燃料注入筒引导至规定的轴向位置。

因为对插入上述燃料注入筒的导向筒与燃料注入筒以同心状来进行设置，因此能够将燃料注入筒正确地引导至规定的轴向位置上。而且，在将燃料注入筒插入在导向筒内的阶段，由于在燃料注入筒和燃料承接筒的内部形成密闭空间，所以在该状态下即使打开第一阀芯或第二阀芯，由内压加压后的盛放物也不会流向外部，并且能够可靠地实施燃料注入操作。

在上述燃料电池中，最好上述第一弹性体和第二弹性体分别由螺旋弹簧构成。如果采用由该螺旋弹簧构成的第一弹性体和第二弹性体，则通过选择螺旋弹簧的材料种类、线径、圈数、弹簧系数等，任意地设定弹性体的弹力和伸缩量就很容易了。

而且，在上述燃料电池中，最好在上述燃料注入筒与第一阀芯之间夹设第一密封材。通过夹设上述第一密封材，燃料注入筒与第一阀芯之间能够保持液体密封，并且能够更可靠地维持燃料注入口的关闭状态。

在上述燃料电池中，最好在上述燃料承接筒与第二阀芯之间夹设第二密封材。通过夹设上述第二密封材，燃料承接筒与第二阀芯之间能够保持液体密封，并且能够更可靠地维持燃料承接口的关闭状态。

在上述燃料电池中，当燃料注入筒嵌插入上述导向筒内时，最好在导向筒的内部配置使导向筒与燃料注入筒保持液体密封的第三密封材。

通过在导向筒的内部配置上述第三密封材，从而在燃料注入筒完全插入导向筒内时，能够对两者之间的间隙进行密封，并且能够完全地防止燃料从间隙泄漏。

为了以规定的弹力使第一阀芯或第二阀芯动作、从而使燃料出口或燃料承接口进行开闭，作为构成上述弹性体的材料，最好采用Hv硬度在55以上的弹簧钢、Si-Mn钢、Cr钢、Cr-Mn钢、Si-Mn-Cr钢、Cr-V钢等弹簧用特殊钢、JIS(日本工业规格)的SUP材料等金属材料。上述弹性体为了提高其耐久性，最好在将上述金属材料加工成规定形状后，实施淬火回火的热处理来形成该弹性体。另外，为了提高相对甲醇等液体燃料的耐腐蚀性，最好实施在金属材料表面形成镀金等镀层及树脂涂层的表面处理。

另外，作为上述弹性体也可以使用具有适度弹力的橡胶材料。在使用橡胶材料时，对弹性体和阀芯、甚至是兼具密封材功能的结构体也可以利用一体成型来进行制作，工业价值变大。

作为构成上述盒容器的热塑性树脂没有特别的限定，采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、醋酸乙烯酯树脂、乙烯缩醛树脂、苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、聚酰胺树脂、缩醛树脂、聚碳酸酯、聚四氟乙烯树脂、聚氯乙稀树脂、ABS树脂、纤维素类塑料等一种材料或二种以上组合而成的复合材料较为合适。尤其是从能够经受反复的推压力的机械强度、燃料管理上所需的透明性、相对于燃料的耐腐蚀性的观点来看，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)较佳。另外，作为容易结晶、且分子间的结合强度大的结晶性树脂，聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯树脂等较佳。

如果采用与本发明相关的燃料电池，由于在燃料电池主体一侧的燃料承接口打开后才使盒体一侧的燃料出口打开，所以在确保盒体内的加压后的液体燃料的承接通路的状态下，能够顺畅地充填液体燃料。因此，在盒体与燃料电池主体的连接部上没有液体燃料的泄漏，得到能够以简单的结构可靠地充填液体燃料的燃料电池。

附图说明

图1表示与本发明相关的燃料电池的一个实施例，是表示充填了液体燃料后的盒体的燃料出口与燃料电池主体的燃料承接口未连接的阶段的各自结构的剖面图。

图2是图1所示的燃料电池的一个实施例，是表示燃料电池主体一侧的第二阀芯下降且燃料承接口打开的状态的剖面图。

图3是图1所示的燃料电池的一个实施例，是表示盒体的燃料出口和燃料电池主体的燃料承接口都打开的状态的剖面图。

具体实施方式

以下，参照下面的实施例和附图对与本发明相关的燃料电池的实施形态进行具体说明。

图1～图3表示与本发明相关的燃料电池的一个实施例，表示设置有分别对盒体的燃料出口部和燃料电池主体的燃料承接部进行开闭的阀芯的燃料电池的结构。具体而言，图1是在本实施例的燃料电池中，表示充填了液体燃料后的盒体的燃料出口与燃料电池主体的燃料承接口未连接的阶段的各自结构的剖面图，图2是表示燃料电池主体一侧的第二阀芯下降且燃料承接口打开的状态的剖面图，图3是表示盒体的燃料出口和燃料电池主体的燃料承接口都打开的状态的剖面图。

即，与本实施例相关的燃料电池，其特征在于，包括盒体3和燃料电池本体5，其中该盒体3具有用于排出所收纳的液体燃料1燃料出口2，而该燃料电池主体5具有用于接受来自该盒体3的液体燃料1的燃料承接口4；构成上述盒体3的燃料出口2与燃料电池主体5的燃料承接口4以使其可自由拆装，在这样结构的燃料电池中，一方面上述盒体3包括：对燃料出口2进行开闭的第一阀芯6；以及给予该第一阀芯6弹力、且使燃料出口2平时关闭的第一弹性体7，而另一方面上述燃料电池主体5包括：对燃料承接口4进行开闭的第二阀芯8；以及给予该第二阀芯8弹力、且使燃料承接口4平时关闭的第二弹性体9，设定上述第一弹性体7的弹力以使其比第二弹性体9的弹力要大，在利用推压力将上述盒体3的燃料出口2安装在燃料电池主体5的燃料承接口4内时，盒体3的第一阀芯6与第二阀芯8抵接，且克服第二弹性体9的弹力将第二阀芯8下压，以维持打开燃料承接口4的状态，然后给予盒体3比第二弹性体9的弹力要大的推压力，并利用来自第二阀芯8的反作用力来克服第一弹性体7的弹力而将第一阀芯6上推，从而使盒体3的燃料出口2打开。

在上述燃料电池中，一方面上述燃料出口2形成在第一阀芯6和收纳第一弹性体7的燃料注入筒10上，而另一方上述燃料承接口4形成在第二阀芯8和收纳第二弹性体9的燃料承接筒11上，导向筒12与上述燃料承接筒11形成为一体，并且当插入上述燃料注入筒10时将燃料注入筒10引导至规定的轴向位置。

在上述燃料电池中，上述第一弹性体和第二弹性体分别由螺旋弹簧构成。而且一方面在上述燃料注入筒10与第一阀芯6之间夹设有第一密封材13，另一方面在上述燃料承接筒11与第二阀芯8之间夹设有第二密封材14，而且在导向筒12的内部配置有第三密封材15，并且当燃料注入筒10插入上述导向筒12内时，使导向筒12与燃料注入筒10保持液体密封。

另外，盒体3一侧的第一阀芯6包括：在燃料注入筒10内以存在游隙的状态在轴向上往复移动的头部6a；以及形成在上述燃料注入筒10的前端部上的燃料出口2内以存在游隙的状态在轴向上往复移动的突出部6b，在上述头部6a上形成有用于嵌入并固定作为第一弹性体的螺旋弹簧的一端(在图1中为下端)的凹部6c。

在燃料注入筒10的内部配设有弹簧座16，在该弹簧座16上形成有与第一阀芯6对向且用于嵌入并固定第一弹性体7的另一端(在图1中为上端)的凹部16a，在该弹簧座16的外周部上形成有用于流通液体燃料1的多个流通口17。在弹簧座16与第一阀芯6之间夹设有作为第一弹性体7的螺旋弹簧，由于该第一弹性体7的弹力向着燃料出口2方向对第一阀芯6施力，因此在第一密封材13的密封作用的共同作用下燃料出口2平时处于关闭的状态。

另一方面，燃料电池主体5一侧的第二阀芯8包括：在燃料注入筒11内以存在游隙的状态在轴向上往复移动的头部8a；以及在形成于上述燃料注入筒11的前端部上的燃料承接口4内以存在游隙的状态在轴向上往复移动的突出部8b，在上述头部8a上形成有用于嵌入并固定作为第二弹性体的螺旋弹簧的一端(在图1中为上端)的凹部8c。

在燃料注入筒11的内部配设有弹簧座17，在该弹簧座17上形成有与第二阀芯8对向且用于嵌入并固定第二弹性体9的另一端(在图1中为下端)的凹部17a，在该弹簧座17的外周部上形成有用于流通液体燃料1的多个流通口18。在弹簧座17与第二阀芯8之间夹设有作为第二弹性体9的螺旋弹簧。由于第二弹性体9由比构成第一弹性体7的弹簧材料的线径要小的弹簧材料来形成，因而设定第二弹性体9的弹力以使其比第一弹性体7的弹力要小。于是，因为该第二弹性体9的弹力向着燃料承接口4方向对第二阀芯8施力，因此在第二密封材14的密封作用的共同作用下燃料承接口4平时处于关闭的状态。

在上述结构的与本实施例相关的燃料电池中，在利用推压力将盒体3的燃料出口2安装在燃料电池主体5的燃料承接口4内时，如图2所示，由于设定作为第一弹性体7的螺旋弹簧的弹力以使其比作为第二弹性体9的螺旋弹簧的弹力要小，因此盒体3的第一阀芯6的突出部6b与第二阀芯8的突出部8b抵接，并且克服第二弹性体9的弹力以将第二阀芯8下压，通过这样，先将燃料承接口4打开。然后，将第二弹性体9压缩至最小高度。

然后，如果给予盒体3比第二弹性体9的弹力要大的推压力，则如图3所示，利用来自第二阀芯8的反作用力来克服第一弹性体7的弹力以将第一阀芯6上推，从而使盒体3一侧的燃料出口2打开。

因此，如果采用上述燃料电池，则由于在燃料电池主体5一侧的燃料承接口4打开后才使盒体3一侧的燃料出口2打开，因此如图3中箭头所示，在确保盒体3内的加压后的液体燃料1的承接通路的状态下，液体燃料从盒体3顺畅地流向燃料电池主体5一侧的燃料罐等中，从而进行充填。因此，在盒体3与燃料电池主体5的连接部上没有液体燃料1的泄漏，并且得到能够以简单的结构来可靠地充填液体燃料1的燃料电池。

在上述燃料电池中，一方面上述燃料出口2形成在第一阀芯6和收纳第一弹性体7的燃料注入筒10上，而另一方面上述燃料承接口4形成在第二阀芯8和收纳第二弹性体9的燃料承接筒11上，因为导向筒12以同心状地设置在上述燃料承接筒11上，并且当上述燃料注入筒11插入时，导向筒12将燃料注入筒11引导至规定的轴向位置，因此能够相对于燃料注入筒10而正确地将燃料承接筒11引导至规定的轴向位置。

而且，因为在将燃料注入筒11插入导向筒12内的阶段，在燃料注入筒10和燃料承接筒11的内部形成密闭空间，所以在该状态下即使打开第一阀芯6和第二阀芯8，由内压加压后的盛放物(液体燃料)也不会流向外部，并且能够可靠地实施燃料注入操作。

另外，在上述燃料电池中，因为上述第一弹性体7和第二弹性体9分别由螺旋弹簧构成，因此通过适当地选择螺旋弹簧的材料种类、线径、圈数、弹簧系数等，任意地设定各弹性体7、9的弹力和伸缩量就很容易了。

此外，在上述燃料电池中，由于在上述燃料注入筒10与第一阀芯6之间夹设有第一密封材13，因而燃料注入筒10与第一阀芯6之间能够保持液体密封，能够更可靠地维持燃料出口2的关闭状态，并且能够更可靠地防止液体燃料1的泄漏。

另外，在上述燃料电池中，由于在上述燃料承接筒11与第二阀芯8之间夹设有第二密封材14，因而燃料承接筒11与第二阀芯8之间能够保持液体密封，并且能够更可靠地维持燃料承接口4的关闭状态。

在上述燃料电池中，因为在导向筒12的内底部配置有第三密封材15，并且当燃料注入筒10插入上述导向筒12内时，使导向筒12与燃料注入筒10保持液体密封，因此在燃料注入筒10完全插入导向筒12内时，能够使两者之间的间隙保持液体密封，并且能够更彻底地防止燃料从间隙泄漏。

工业上的实用性

如果采用与本发明相关的燃料电池，则由于在燃料电池主体一侧的燃料承接口打开后才使盒体一侧的燃料出口打开，因此在确保盒体内的加压后的液体燃料的承接通路的状态下，液体燃料能够顺畅地进行充填。因此，在盒体与燃料电池主体的连接部上没有液体燃料的泄漏和飞散，并且得到能够以简单的结构来可靠地充填液体燃料的燃料电池。

Claims (7)

1.一种燃料电池，该燃料电池包括：具有使所收纳的液体燃料排出的燃料出口的盒体，以及具有接受来自所述盒体的液体燃料的燃料承接口的燃料电池主体，并且构成所述盒体的燃料出口与燃料电池主体的燃料承接口以使其可自由拆装，其特征在于，

一方面所述盒体包括：对燃料出口进行开闭的第一阀芯；以及给予该第一阀芯弹力、并且使燃料出口平时关闭的第一弹性体，

而另一方面所述燃料电池主体包括：对燃料承接口进行开闭的第二阀芯；以及给予该第二阀芯弹力、并且使燃料承接口平时关闭的第二弹性体，

设定所述第一弹性体的弹力以使其比第二弹性体的弹力要大，在利用推压力将所述盒体的燃料出口安装在燃料电池主体的燃料承接口内时，盒体的第一阀芯与第二阀芯抵接，并且克服第二弹性体的弹力将第二阀芯下压，从而维持燃料承接口打开的状态，然后给予盒体比第二弹性体的弹力要大的推压力，并利用来自第二阀芯的反作用力克服第一弹性体的弹力以将第一阀芯上推，从而使盒体的燃料出口打开。

2.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，

一方面所述燃料出口形成在第一阀芯和收纳第一弹性体的燃料注入筒上，而另一方面所述燃料承接口形成在第二阀芯和收纳第二弹性体的燃料承接筒上，导向筒与所述燃料承接筒形成为一体，并且当所述燃料注入筒插入时，将燃料注入筒引导至规定的轴向位置。

3.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，

所述第一弹性体和第二弹性体之中至少一方是由螺旋弹簧构成的。

4.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，

在所述盒体的燃料注入筒与第一阀芯之间夹设有第一密封材。

5.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，

在所述盒体的燃料承接筒与第二阀芯之间夹设有第二密封材。

6.如权利要求2中所述的燃料电池，其特征在于，

在导向筒的内部配置有第三密封材，当燃料注入筒插入所述导向筒内时，使导向筒与燃料注入筒保持液密封。

7.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于，

具有将所述第一弹性体与第一阀芯以及第二弹性体与第二阀芯中的至少一方的组合一体化的结构。

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