CN102906923A - 防燃料泄漏结构和生物燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明的防燃料泄漏结构的阀控制单元包括第一电极和第二电极。所述第一电极被安装至可移动的第一部件。当向所述第一部件施加按压力以使所述第一部件移动时，就使得所述第一电极与所述第二电极彼此接触，从而导致电导通。所述第一电极和所述第二电极均与控制装置连接，且所述控制装置在所述第一电极与所述第二电极处于电导通状态时打开控制阀。以此方式，因为能够借助按压力来打开和关闭所述控制阀，所以能够容易地供给燃料溶液。

Description

防燃料泄漏结构和生物燃料电池

技术领域

本发明涉及使用氧化还原酶的燃料电池。更具体地，本发明涉及向燃料电池的电池单元供给燃料的技术。

背景技术

在阳极和阴极中至少一者上具有被固定化为催化剂的氧化还原酶的生物燃料电池能够从诸如葡萄糖或乙醇等不能用作普通工业催化剂的燃料中有效地提取电子。因此，生物燃料电池作为具有大容量和高安全水平的下一代燃料电池受到了关注。

图7A示出了生物燃料电池的阳极的反应图解。图7B示出了生物燃料电池的阴极的反应图解。如图7A和7B所示，在使用葡萄糖作为燃料的生物燃料电池中，在阳极处进行葡萄糖的氧化反应，并且在阴极处进行大气中的氧气(O₂)的还原反应。在阳极处，电子依照如下次序进行转移：葡萄糖、葡萄糖脱氢酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)、黄递酶、电子媒介体和电极(碳)。

以此方式，生物燃料电池能够使用诸如葡萄糖等碳水化合物作为燃料。因此，能够使用市售饮料等作为燃料，且已经提出了能够使用饮料的装置(例如，参见专利文献1和2)。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开第2009-48858号公报

专利文献2：日本专利申请特开第2009-140646号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，上述常规技术存在下述问题。在上述常规技术中，当使用饮料作为燃料溶液时安全水平较高。因此，存在许多下列情形：忽视了供给期间的液体泄漏以及由于倾倒而导致的液体泄漏(参见上述专利文献1和2)。于是，生物燃料电池未设置有防燃料泄漏结构，且在多数情况下，生物燃料电池中的燃料溶液暴露于大气。

当燃料溶液暴露于大气时，水会从生物燃料电池蒸发，且外来异物(包括微生物和昆虫)会进入生物燃料电池。水的蒸发导致生物燃料电池中的燃料溶液的浓度增大，于是向电极表面供给燃料(糖类)的速度变慢。外来异物导致了燃料溶液的劣化。在水的蒸发和外来异物污染的任一情况下，发电效率变低。

而且，由于燃料溶液溢出或泄漏，燃料溶液会粘附至衣物、地板或家具等，这导致了衣物、地板或家具等出现污渍和变得黏糊糊的。特别地，从燃料电池泄漏的燃料溶液不仅包含燃料，还包含燃料氧化物(反应产物)、媒介体、支持电解质(supporting electrolyte)和酶等。因此，需要注意防止液体泄漏。

鉴于此，本发明的首要目的是提供一种防燃料泄漏结构，该防燃料泄漏结构能够容易地从饮料容器等向生物燃料电池供给燃料。

问题的解决方案

本发明的防燃料泄漏结构包括：控制阀；以及阀控制单元，所述阀控制单元对所述控制阀的打开和关闭进行电气控制。在所述防燃料泄漏结构中，所述控制阀被安装至燃料供给入口和燃料供给路径中的至少一者，所述燃料供给入口用于将燃料引导至生物燃料电池的电池单元中，所述燃料供给路径与所述燃料供给入口连接。所述阀控制单元根据由于按压力而导致的电导通来打开和关闭所述控制阀。因此，能够容易地打开和关闭所述控制阀。

所述阀控制单元可以包括第一电极和第二电极。在这种情况下，所述第一电极可以安装至第一部件，所述第一部件能够借助按压而移动。当所述按压力施加至所述第一部件时，所述第一部件移动，并且使得所述第一电极与所述第二电极彼此接触，从而导致所述电导通。

所述第二电极可以安装至第二部件。在这种情况下，在所述第一部件和所述第二部件之间可以设置有推动部件，以便向所述第一部件施加推动力以使所述第一部件离开所述第二部件。

在所述阀控制单元中可以形成有作为燃料溶液的通路的燃料供给单元，所述燃料供给单元的一端可以用作容器的安装口，所述容器容纳有所述燃料溶液。在这种情况下，所述第一部件位于所述安装口的下方，且所述第二部件位于所述第一部件的侧方。优选地，所述第一部件的各表面中的面对着所述安装口的表面是倾斜的。优选地，所述倾斜表面在越靠近所述第二部件的部分处距所述安装口越近，并在越远离所述第二部件的部分处距所述安装口越远。

所述阀控制单元可以包括存储所述燃料溶液的一级存储单元。在这种情况下，所述第一部件插入到所述一级存储单元中，所述第二电极被安置在所述一级存储单元内部的面对所述第一电极的位置处。基于这种布置，所述第一部件能够在所述第一电极和所述第二电极相互接近的方向上移动，并能够在所述第一电极和所述第二电极相互远离的方向上移动。

在所述第一部件中可以设置有燃料引导部，所述燃料引导部是所述燃料溶液的通路。

此外，本发明还提供了一种生物燃料电池，所述生物燃料电池包括上述防燃料泄漏结构和具有电极的电池单元，各所述电极的表面上存在有酶。

本发明的效果

根据本发明，能够容易地将燃料溶液供给至生物燃料电池，而不会使燃料溶液溢出。

附图说明

图1A是示意性地表示了将容器安装至本发明第一实施例的防燃料泄漏结构的情形的剖面图；图1B是示意性地表示了已将燃料溶液从容器供给到一级存储单元中的情形的剖面图。

图2是示意性地表示了已将燃料溶液供给至本发明第一实施例的防燃料泄漏结构的二级存储单元中的情形的剖面图。

图3是用于说明使用本发明第一实施例的防燃料泄漏结构的发电过程的流程图。

图4是示意性地表示了本发明第一实施例的防燃料泄漏结构的变形例的部分剖面图。

图5A是示意性地表示了已将燃料溶液供给到本发明第二实施例的防燃料泄漏结构的一级存储单元中的情形的剖面图；图5B是示意性地表示了已将燃料溶液供给到本发明第二实施例的防燃料泄漏结构的二级存储单元中的情形的剖面图。

图6A是示意性地表示了本发明第二实施例的防燃料泄漏结构的变形例中第一部件已被提升的情形的剖面图；图6B是示意性地表示了第一部件已被推下的情形的剖面图。

图7A表示了生物燃料电池的阳极的反应图解；图7B表示了生物燃料电池的阴极的反应图解。

具体实施方式

本发明的防燃料泄漏结构被固定至或可拆卸地安装至生物燃料电池的电池单元，并向生物燃料电池供给燃料溶液。

下文参照附图来详细说明用于实施本发明的实施例。应当注意，本发明不限于下述各实施例。将按照以下次序进行说明。

1a、第一实施例

(具有要被容器向下按压的第一部件的防燃料泄漏结构的示例)

1b、第一实施例的变形例

2a、第二实施例

(具有要被其它构件向下按压的第一部件的防燃料泄漏结构的示例)

2b、第二实施例的变形例

1a、第一实施例

整体结构

图1A、图1B和图2是示意性地表示了具有第一实施例的防燃料泄漏结构的生物燃料电池的剖面图，该防燃料泄漏结构被安装至该生物燃料电池的电池单元30。本实施例的防燃料泄漏结构包括控制阀7和对控制阀7进行控制的阀控制单元20。

控制阀7

控制阀7不受到特别限制，只要它是用于液体的阀即可。可以使用诸如闸门阀、球阀(glove valve)、弹子阀(ball valve)、蝶形阀或隔膜阀(diaphragm valve)等各种各样的通用阀。

控制阀7可以直接安装至用于向生物燃料电池的电池单元30供给燃料的燃料供给入口，或者可以安装至与该燃料供给入口连接的燃料供给路径(例如导管或存储单元)。这里，设置有能够存储燃料溶液50的一级存储单元8，并且控制阀7被安装至一级存储单元8。

阀控制单元20

阀控制单元20不受到特别限制，只要它根据按压力来打开和关闭控制阀7即可。下文将详细说明这类阀控制单元的示例。

本实施例的阀控制单元20包括充当燃料溶液50的通路的燃料供给单元6、安装至燃料供给单元6的第一部件2a和位于燃料供给单元6的一侧的第二部件2b。

燃料供给单元6不受到特别限制，只要其能够充当燃料溶液50的通路即可，并且例如可具有圆柱形状。燃料供给单元6可以直接安装至生物燃料电池的电池单元30，但在此示例中，燃料供给单元6的一端安装至一级存储单元8。

控制阀7使一级存储单元8和燃料供给单元6彼此分离。当关闭控制阀7时，燃料供给单元6与一级存储单元8断开连接。当打开控制阀7时，燃料供给单元6与一级存储单元8连接。

燃料供给单元6的位于与一级存储单元8相反的侧的端部是敞开的，并作为安装口，诸如饮料瓶等容器1安装至该安装口。该安装口的结构不受到特别限制，但可以使用诸如O形环9等用于防止液体泄漏的密封部件。在此示例中，容器1的开口部的外壁表面与防液体泄漏用O形环9紧密接触，使得容器1被固定至燃料供给单元6，并且防止了燃料溶液50的泄漏。

第一部件2a位于燃料供给单元6的安装口与控制阀7之间。第一部件2a不受到特别限制，只要其是可移动部件即可。例如，第一部件2a是能够在横向(与作为溶液的通路的燃料供给单元6交叉的方向)上移动的部件。

第二部件2b被安置在第一部件2a的与燃料供给单元6相反的侧上。在第一部件2a和第二部件2b之间设置有由弹簧或弹性材料(例如橡胶)形成的推动部件5。第一部件2a是可移动的，而第二部件2b是固定的。推动部件5在朝向燃料供给单元6的方向上向第一部件2a施加推动力。

在下文所述的按压力没有施加到第一部件2a上的情况下，通过上述推动力将第一部件2a推向燃料供给单元6。

在本实施例中，预先确定要安装至防燃料泄漏结构的容器1的尺寸和形状，并将上述安装口和防液体泄漏用O形环9设计为具有与容器1相对应的尺寸和形状。第一部件2a位于与容器1对应的位置处。当本实施例的容器1的开口部插入到上述安装口中时，容器1的开口部的顶端到达第一部件2a，并且容器1向下按压第一部件2a的表面。

第一部件2a的与上述安装口面对着的表面是倾斜的，从而形成倾斜表面。该倾斜表面的垂线不是在容器1的插入方向(按压方向)上延伸，而是偏离上述按压方向。该倾斜表面的高度在越靠近第二部件2b的位置处越大(或距上述安装口越近)，且在越远离第二部件2b的位置处越小(或距上述安装口越远)。

将容器1进一步推入，从而向第一部件2a施加比推动部件5的推动力更大的力，使得第一部件2a被推向第二部件2b。随着第一部件2a的移动，容器1的开口部的顶端以沿着第一部件2a的倾斜表面滑动的方式向下移动。第一部件2a被推动得更加向第二部件2b接近。

在第一部件2a和第二部件2b的彼此面对的表面上分别形成有电极3a和3b(第一电极和第二电极)。第二电极3b位于上述第二部件的第一部件2a侧，以面对着上述第一部件的第一电极3a。

在没有施加按压力时，通过推动力将第一部件2a推向燃料供给单元6，且第一部件2a从第二部件2b分离开，使得第一电极3a与第二电极3b彼此不接触，从而处于非电导通状态。当通过按压力使第一部件2a朝向第二部件2b移动时，使得第一电极3a与第二电极3b彼此接触，从而处于电导通状态。

第一电极3a和第二电极3b以及控制阀7均与控制装置4连接。控制装置4检测第一电极3a与第二电极3b之间的电导通状态。在非电导通状态时，控制装置4关闭控制阀7；而在电导通状态时，控制装置4打开控制阀7。也就是说，根据由容器1产生的上述按压力，电导通状态发生改变，并且控制阀7被打开和关闭。

可以不仅根据上述按压力而且也根据来自液体体积传感器或流量传感器等的信号来打开和关闭控制阀7。例如，在一级存储单元8中设置有用于检测液体体积的传感器10，传感器10与控制装置4连接。

传感器10将表示一级存储单元8中的液体体积的信号传输到控制装置4。根据该信号，控制装置4打开和关闭控制阀7。例如，当一级存储单元8中的液体体积到达预定最大液体体积时，即使第一电极3a和第二电极3b处于电导通状态，控制装置4仍关闭控制阀7。以此方式，防止了燃料溶液50的溢出。

如果一级存储单元8中的液体体积小于预定最小体积，且第一电极3a和第二电极3b处于电导通状态，则控制装置4打开控制阀7。以此方式，在适当的时候用燃料溶液50补充一级存储单元8。

传感器10的安装位置和数量不受到特别限制，并且可以在除一级存储单元8之外的其它存储单元中安装传感器。例如，在电池单元30与一级存储单元8之间还可以设置有二级存储单元13，并且在二级存储单元13中可以设置有传感器18。

类似于一级存储单元8中的传感器10，二级存储单元13中的传感器18与控制装置4连接，并能够根据液体体积来打开和关闭阀门。根据来自二级存储单元13中的传感器18的检测信号而被打开和关闭的阀门可以是上述控制阀7或可以是某种其他阀。例如，在一级存储单元8与二级存储单元13之间可设置有另一控制阀(副控制阀11)，并且副控制阀11能够被打开和关闭。

当从电池单元30排出燃料溶液50的废液时，可通过燃料供给单元6的安装口排出该废液。然而，在此示例中，燃料供给单元6可能受到污染，且当另一容器1安装至燃料供给单元6时，这个容器1也可能受到污染。因此，优选地，准备了专门设计用来排出废液的阀门(废液排出阀)。废液排出阀12的安装位置不受到特别限制，例如可以在二级存储单元13和一级存储单元8中的一者或二者上安装有废液排出阀12。

电池单元30

安装有本发明的防燃料泄漏结构的电池单元30不受到特别限制，下面是对电池单元30的示例结构的说明。

电池单元30可具有如下结构：在该结构中，阳极14和阴极16被安置成隔着质子导体15彼此面对。此时，阳极14可以是具有被固定化到由导电性多孔材料形成的电极的表面上的氧化还原酶的阳极，阴极16可以是具有被固定化到由导电性多孔材料形成的电极的表面上的氧化还原酶及电子媒介体的阴极。这里，电极的表面包括该电极的整个外部表面和多孔结构内部的全体内部表面，而且这也适用于稍后所述的示例。

在具有上述结构的阳极14处，通过被固定化到表面上的酶来分解燃料，从而抽取出电子，并且产生质子(H⁺)。例如，阳极14和阴极16均连接到集电器17。在阴极16处，利用通过质子导体15从阳极14传输来的质子、通过集电器17从阳极14传输来的电子和例如空气中的氧气而生成了水。

对于形成阳极14用的导电性多孔材料，能够使用已知的材料，但其特别优选使用碳基材料，例如多孔碳、碳球团、碳毡、碳纸、碳纤维或者由碳微粒形成的堆叠结构。对于要被固定化到阳极14的表面上的酶，如果燃料是葡萄糖，则可以使用能够分解葡萄糖的葡萄糖脱氢酶(DGH)。

在将诸如葡萄糖等单糖用作燃料的情况下，优选地，辅酶氧化酶和电子媒介体以及诸如GDH等用于促进单糖的氧化并且将单糖分解的氧化酶被固定化到阳极14的表面上。辅酶氧化酶对被氧化酶还原的辅酶(例如NAD⁺或NADP⁺)进行氧化，且对辅酶还原体(例如，NADH或NADPH)进行氧化。此类辅酶氧化酶可以例如是黄递酶。借助辅酶氧化酶的作用，在辅酶返回到氧化体时产生电子，且这些电子从辅酶氧化酶通过电子媒介体传输到电极。

对于电子媒介体，优选使用具有醌骨架的化合物，并且具有萘醌骨架的化合物是更加优选的。具体地，能够使用2-氨基-1，4-萘醌(ANQ)、2-氨基-3-甲基-1，4-萘醌(AMNQ)、2-甲基-1，4-萘醌(VK3)、或者2-氨基-3-羧基-1，4-萘醌(ACNQ)等。对于具有醌骨架的化合物，除了具有萘醌骨架的化合物之外，可以使用蒽醌或其衍生物。此外，必要时，能够将起到电子媒介体作用的一种或多种化合物与具有醌骨架的化合物一起固定化。

在将多糖用作燃料的情况下，优选地是，除了固定化有上述的氧化酶、辅酶氧化酶、辅酶和电子媒介体之外还固定化有降解酶，该降解酶促进多糖的诸如水解降解等降解从而生成诸如葡萄糖等单糖。应当注意，这里使用的“多糖”是广义的，并表示所有种类的通过水解降解而产生两个以上单糖分子的碳水化合物，其包括诸如二糖、三糖和四糖等寡糖(oligosaccharide)。具体示例包括淀粉、直链淀粉、支链淀粉、糖原、纤维素、麦芽糖、蔗糖和乳糖。这些示例中的每一者都是由两个以上的单糖结合在一起而形成的，这些多糖中的任何一者都包含葡萄糖作为充当结合单位的单糖。

直链淀粉和支链淀粉是淀粉中所包含的组分，淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合物。例如，在将葡糖淀粉酶(glucoamylase)用作多糖降解酶，并将葡萄糖脱氢酶用作单糖降解氧化酶的情况下，可以使用能够被葡糖淀粉酶分解成葡萄糖的多糖作为燃料。这类多糖的示例包括淀粉、直链淀粉、支链淀粉、糖原和麦芽糖。这里，葡糖淀粉酶是以水解的方式降解诸如淀粉等α-葡聚糖以产生葡萄糖的降解酶，葡萄糖脱氢酶是将β-D-葡萄糖氧化成D-葡糖酸-δ-内酯的氧化酶。

对于形成阴极16用的导电性多孔材料，也可以使用已知的材料，但特别优选地使用碳基材料，例如多孔碳、碳球团、碳毡、碳纸、碳纤维或由碳微粒形成的堆叠结构。能够固定化到阴极16上的酶的示例包括诸如胆红素氧化酶(bilirubin oxidase)、漆酶(1accase)和抗坏血酸氧化酶(ascorbicacid oxidase)等氧还原酶。能够与这些酶一起被固定化的电子媒介体的示例包括亚铁氰化钾(potassium hexacyanoferrate)、铁氰化钾(potassiumferricyanide)和八氰合钨酸钾(potas sium octacyanotungstate)。

此外，质子导体15由不具有电子传导性但能够传输质子(H⁺)的材料制成。这类材料的示例包括玻璃纸(cellophane)、明胶(gelatin)和包括含氟碳磺酸基团的离子交换树脂。或者，能够使用电解质作为质子导体。

电池单元30可以是浸入型电池单元，其中阳极14和阴极16都浸入在燃料溶液中；或者电池单元30可以是暴露于大气型电池单元，其中仅阳极14与燃料溶液50接触，且阴极16暴露于大气。

设置在电池单元30中的各电极不限于其表面上固定化有氧化还原酶的电极，而也可以是其电极表面上存在有氧化还原酶的电极。具体地，也能够使用如下这样的电极：该电极的表面上附着有具有氧化还原酶的微生物，并且在阳极14和阴极16处引起前述反应。

燃料溶液50

本发明中使用的燃料溶液50不受到特别限制。燃料溶液50是包含充当燃料的“糖类”的水溶液。除了含有燃料和水之外，可添加有诸如增味剂、着色剂、防腐剂或分散剂等添加剂，且也可以使用不是专门调配的市售饮料。更具体地，可以使用能够被人们消费的软饮料、糖水和酒精饮料等。容纳饮料溶液50的容器1也不受到特别限制，可以采用被广泛使用的瓶(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET瓶)或玻璃瓶)。因此，能够原样地使用市售瓶装饮料。

操作

接下来说明上述防燃料泄漏结构的用法示例。图3是示出了在该用法示例中进行的过程的流程图。

(1)向下按压

在图3中，由S₁表示的“向下按压”是这样的步骤：将容器1安装至上述防燃料泄漏结构并向第一部件2a施加按压力。在第一实施例中，使燃料供给单元6的安装口面向下，并从下方将容器1的开口部插入到该安装口中。以此方式，容器1被安装至上述防燃料泄漏结构。借助施加到第一部件2a上的按压力，发生电极接触S₂，由此在S₃处将控制阀7打开。

(2)燃料供给

在图3中，由S₄表示的“燃料供给”是将容器1中的燃料溶液50供给至一级存储单元8和二级存储单元13的步骤。在安装了容器1之后，将上述防燃料泄漏结构的位置及电池单元30的位置上下翻转，且使得容器1的开口部面向下。于是，容器1中所包含的燃料溶液50流入燃料供给单元6中。

如图1B所示，当在S₃处打开控制阀7时，燃料溶液50从燃料供给单元6供给至一级存储单元8。在S₃处打开控制阀7的时刻可以在上述防燃料泄漏结构的位置及电池单元30的位置上下翻转之前或之后。

在一级存储单元8和二级存储单元13之间设置有副控制阀11的情况下，当一级存储单元8中的液体体积到达预定最大液体体积时，控制装置4打开副控制阀11。当打开副控制阀11时，即使第一电极3a和第二电极3b处于电导通状态，控制装置4仍关闭控制阀7，从而防止从燃料供给单元6向一级存储单元8过度供给燃料溶液50。

图2示出了如下情形：该情形中，燃料溶液50被供给到二级存储单元13，且燃料溶液50与电池单元30的电极(阳极14)接触以开始发电。在发电期间，可以继续向二级存储单元13供给燃料溶液50，但优选对二级存储单元13中的液体体积进行控制。例如，当二级存储单元13中的液体体积到达预定最大液体体积时，关闭副控制阀11，以防止从一级存储单元8向二级存储单元13过度供给燃料溶液50。

控制阀7和副控制阀11可被关闭，使得可以继续发电直至燃料溶液50中的燃料(糖类)被完全消耗掉。而且，控制阀7和副控制阀11可被打开，使得电池单元30重新补充燃料溶液50并继续发电。

(3)废液排出

在图3中，由S₆表示的“废液排出”是将在发电时使用过以后的燃料溶液50(废液)从电池单元30排出的步骤。

在发电的过程中，不仅消耗了燃料溶液50中的糖类，而且还产生了诸如内酯等降解产物和水。因此，如果需要长时间发电，则需要更换燃料溶液50，否则发电效率变低。而且，如果在发电之后有燃料溶液(废液)留在电池单元30中，则可能损坏阳极14和阴极16。因此，在发电期间或在发电之后需要排出废液的步骤。

在发电期间排出废液的情况下，手动或通过控制装置4打开废液排出阀12。打开废液排出阀12的时刻不受到特别限制。可以在从发电开始经过预定时段之后打开废液排出阀12，或者可以在生物燃料电池的输出变低时打开废液排出阀12。

当在发电期间打开了废液排出阀12时，优选地，手动或通过控制装置4打开控制阀7和副控制阀11以进一步供给燃料溶液50。例如，控制装置4被设计成当一级存储单元8或二级存储单元13中的液体体积因排出废液而变得小于预定最小液体体积时打开控制阀7和副控制阀11。

在发电结束之后排出废液的情况下，优选在关闭控制阀7和副控制阀11中的至少一者的前提下打开废液排出阀12，以防止废液流入燃料供给单元6和容器1中。

当由于停止向电池单元30供给燃料溶液50和/或由于从电池单元30排出燃料溶液50而导致生物燃料电池内部不存在能够有效地发电的燃料溶液50时，发电结束。在发电结束之后，将容器1从上述防燃料泄漏结构卸下。于是，施加到第一部件2a上的按压力消失，并且电极接触S₂被解除为非电导通状态。当第一电极3a与第二电极3b处于非电导通状态时，无论来自传感器10和传感器18的信号如何，控制装置4均在S₅处关闭控制阀7。因此，在发电结束之后，电池单元30与外部大气分隔开。

在将上述防燃料泄漏结构的位置及电池单元30的位置上下翻转以使容器1的开口部面向上之后，卸下容器1。这样，燃料溶液50不会溢出。而且，在使容器1的开口部面向上之前先关闭控制阀7和副控制阀11中的至少一者，使得废液不会进入容器1。

在本实施例的防燃料泄漏结构中，通过由容器1的安装和卸下而产生的按压力来打开和关闭控制阀7。因此，容易将燃料溶液50供给到电池单元30，且不会发生液体泄漏。当未安装和不使用容器1时，控制阀7是关闭的。因此，电池单元30的内部不会变干，并且能够防止燃料溶液50等的粘度增大，且能够防止由于上述粘度的这种增大而导致的向电极的表面或内部供给燃料的速度降低。也防止了由于外部异物(例如，微生物、昆虫和灰尘)而导致的污染，因而电池单元30的发电效率不会变低。

1b、第一实施例的变形例

尽管上面说明了通过容器1直接向下按压第一部件2a的情形，但本发明不限于上述情形。

图4示出了第一实施例的变形例，在燃料供给单元6的通路中设置有移动部件25，移动部件25能够在向上的方向(朝向安装口的方向)上和向下的方向(离开安装口的方向)上移动。

移动部件25位于第一部件2a和燃料供给单元6的安装口之间。当将容器1的开口部插入到上述安装口中时，该开口部的顶端被按压得抵住移动部件25。当被容器1向下按压时，移动部件25向下移动，并被推动得抵住第一部件2a。于是，第一部件2a被向下按压。

因此，在本变形例中，通过移动部件25来进行第一部件2a的向下按压S₁。随着通过该向下按压来移动第一部件2a，发生电极接触S₂，并且接着在S₃处打开控制阀7。

移动部件25的形状不受到特别限制，并且例如可以是环形形状，从而形成与容器1的开口部面对的通路。因此，即使当容器1的开口部的顶端被按压得抵住移动部件25时，仍能够通过移动部件25的通路将燃料溶液50从容器1供给至燃料供给单元6。

在移动部件25的要与容器1的开口部的顶端接触的部分处设置有防液体泄漏用O形环27，从而围绕移动部件25的通路。基于这种布置，能够防止燃料溶液50从容器1与移动部件25之间的空间泄漏。

在图1A、图1B和图2所示的第一实施例中，需要使燃料供给单元6的安装口在与容器1适配的前提下尽可能地小，从而防止液体从燃料供给单元6与容器1之间的空间泄漏。

在本变形例中，可以将燃料供给单元6的安装口设置成很大，使得大尺寸的容器1能够安装至该安装口。在这种情况下，当安装小尺寸的容器1时，就会在燃料供给单元6和容器1之间形成空间。然而，容器1的开口部的顶端与移动部件25(或者说与防液体泄漏用O形环27)处于紧密接触状态，以防止燃料溶液50的泄漏。因此，能够使用各种尺寸和各种形状的容器1。

尽管上面已经说明了通过容器1向下按压第一部件2a的情形，但本发明不限于此。在下文中，将说明通过除了容器1之外的其它构件向下按压第一部件2a的实施例。

2a、第二实施例

图5A和图5B是示意性地表示了本发明第二实施例的防燃料泄漏结构的剖面图。在图5A和图5B中，与第一实施例中相同的组件用与第一实施例中使用的附图标记相同的附图标记表示。

第一部件2a是棒状的形式。第一部件2a的一端(下端)插入到一级存储单元8中，而另一端(上端)露出于一级存储单元8的外部。在本实施例中，在第一部件2a的内部设置有燃料溶液50的通路(燃料引导部31)。

尽管不受到特别限制，但燃料引导部31例如是从第一部件2a的上端贯穿到第一部件2a的下端的贯通孔。也就是说，燃料引导部31是用于将一级存储单元8的内部空间连接至外部空间的通路，并且通过燃料引导部31将燃料溶液50引导到一级存储单元8中。

第一部件2a和燃料引导部31的形状不受到特别限制。然而，如果将第一部件2a形成为漏斗形状使得燃料引导部31的上端部具有较大的直径，则更易于引导燃料溶液50。

在本实施例中，第一部件2a也没有被固定，并且例如能够上下移动。第二部件2b被设置在一级存储单元8的内部，第二电极3b位于第一电极3a正下方。因此，当第一部件2a向上移动时，第一电极3a和第二电极3b彼此远离地移动；而当第一部件2a向下移动时，第一电极3a和第二电极3b彼此相向地移动。

也就是说，第一部件2a在第一电极3a和第二电极3b彼此远离或彼此相向地移动的方向上移动，且第一部件2a的移动导致电极接触S₂(图5B)或解除电极接触S₂(图5A)。也就是说，第一电极3a与第二电极3b之间的电导通状态随着第一部件2a的移动而变化。

在本实施例中，控制装置4也根据第一电极3a与第二电极3b之间的电导通状态的变化来打开和关闭控制阀7。例如，控制阀7是使一级存储单元8与二级存储单元13彼此分离的闸门阀。当在S₃处打开控制阀7时，一级存储单元8连接到二级存储单元13。

第二部件2b被布置成面对着燃料引导部31，并且在电极接触S₂的时刻，燃料引导部31的端部被第二部件2b堵塞。基于该布置，第一部件2a也起到了将一级存储单元8与外部空间分隔开或将一级存储单元8连接至外部空间的闸门阀的作用。

第一部件2a移动到一级存储单元8中或者从一级存储单元8中移出。因此，为了防止液体泄漏，优选在一级存储单元8的插入有第一部件2a的插入部处设置有防液体泄漏用O形环34等。

在本实施例中，电池单元30及其它结构不受到特别限制，并且可以与图1A、图1B或图2所示的电池单元30及其它结构相同或不同。

第二部件2b可位于一级存储单元8的外部。例如，第二部件2b可位于第一部件2a的上方。在这种示例中，当将第一部件2a推入到一级存储单元8中时，第一部件2a从第二部件2b分离，并且解除电极接触S₂。当将第一部件2a从一级存储单元8向上拽拉时，第一部件2a移动得接近第二部件2b，并且发生电极接触S₂。简而言之，第二实施例根据向下按压第一部件2a的操作(推)与向上拽拉第一部件2a的操作(拉)之间的按压力变化来打开和关闭控制阀7。

操作

接下来将说明第二实施例的防燃料泄漏结构的用法示例。

(1)向下按压

在本实施例中，使用者推动第一部件2a以产生按压力。在这种情况下，借助向下按压S₁也发生电极接触S₂，且在S₃处打开控制阀7。在当电极接触S₂的时刻燃料引导部31被第二部件2b堵塞的情况下，在电极接触S₂之前，将燃料溶液50注入到燃料引导部31中并且将燃料溶液50供给到一级存储单元8中。

(2)燃料供给

当根据电极接触S₂而在S₃处打开控制阀7时，一级存储单元8中的燃料溶液50被供给到二级存储单元13中，以开始发电。如果燃料引导部31此时被第二部件2b堵塞，则不会将燃料溶液50过度地供给至二级存储单元13，并且能够防止外部异物从外部进入。

传感器18将表示二级存储单元13中的液体体积的信号发送至控制装置4。当二级存储单元13中的液体体积到达预定最大液体体积时，即使第一电极3a与第二电极3b处于电导通状态，控制装置4仍关闭控制阀7。

(3)废液排出

如同第一实施例中一样，在本实施例中，也能够在发电期间和/或发电之后进行废液排出S₆。

通过设置在一级存储单元8和二级存储单元13中的一者或两者上的废液排出阀12进行废液排出S₆。在下文中，将说明在二级存储单元13上设置有废液排出阀12的情形。

在发电期间进行废液排出S₆的情况下，在关闭控制阀7的同时打开废液排出阀12，并随后排出废液。即使在电极接触S₂的状态下，当二级存储单元13中的液体体积等于或大于预定最小液体体积时，控制装置4也使控制阀7保持关闭。然而，当液体体积小于上述最小液体体积且各电极处于电极接触S₂的状态时，控制装置4打开控制阀7。

如果预先将燃料溶液50供给至一级存储单元8，则当打开控制阀7时重新向二级存储单元13供给燃料溶液50。因此，无中断地持续进行发电。

在发电结束之后排出废液的情况下，在控制阀7被关闭并且燃料引导部31被堵塞之后，将废液排出。因此，废液不会进入燃料供给单元31。

2b、第二实施例的变形例

尽管上面已经说明了将燃料溶液50直接注入到第一部件2a的燃料引导部31中的情形，但本发明不限于此。图6A和图6B图示了本发明第二实施例的变形例。

在本变形例中，将用于燃料溶液50的引导部件39安装至一级存储单元8。引导部件39的形状不受特别限制。例如，引导部件39具有料斗形状(漏斗形状)，其上端的直径较大而下端的直径较小。该引导部件的下端插入到一级存储单元8中，该引导部件的上端向外部空间敞开。从容器1将燃料溶液50倒入该上端中。

第一部件2a插入并穿过引导部件39。当将燃料溶液50倒入引导部件39中时，燃料溶液50被供给至在第一部件2a周围的区域。燃料溶液50通过第一部件2a与引导部件39之间的空间或通过在第一部件2a中形成的燃料引导部31被供给至一级存储单元8。

具体地，燃料引导部31是从第一部件2a的侧面延伸到第一部件2a的下端的弯曲贯通孔，并且存储于在第一部件2a周围的区域中的燃料溶液50通过燃料引导部31被供给到一级存储单元8。

在本变形例中，第一部件2a也能够上下移动。向下按压和向上拽拉第一部件2a，以使其在引导部件39的内部上下移动，使得第一电极3a与第二电极3b之间的电导通状态发生变化。

附图标记列表

1容器

2a，2b第一部件、第二部件

3a，3b第一电极、第二电极

4控制装置

5推动部件

6燃料供给单元

7控制阀

8一级存储单元

9，27，34防液体泄漏用O形环

11副控制阀

12废液排出阀

13二级存储单元

14阳极

15质子导体

16阴极

17集电器

10，18传感器

20阀控制单元

25移动部件

30电池单元

31燃料引导部

39引导部件

50燃料溶液

Claims (7)

1.一种用于生物燃料电池的防燃料泄漏结构，所述防燃料泄漏结构包括：

控制阀；以及

阀控制单元，所述阀控制单元被设置用来对所述控制阀的打开和关闭进行电气控制，

其中，所述控制阀被安装至燃料供给入口和燃料供给路径中的至少一者，所述燃料供给入口用于将燃料引导至所述生物燃料电池的电池单元中，所述燃料供给路径与所述燃料供给入口连接，并且

所述阀控制单元根据由于按压力而导致的电导通来打开和关闭所述控制阀。

2.根据权利要求1所述的用于生物燃料电池的防燃料泄漏结构，其中，

所述阀控制单元包括第一电极和第二电极，

所述第一电极被安装至第一部件，所述第一部件能够借助按压而移动，并且

当所述按压力施加至所述第一部件时，所述第一部件移动，并使得所述第一电极与所述第二电极彼此接触，由此导致所述电导通。

3.根据权利要求2所述的防燃料泄漏结构，其中，

所述第二电极被安装至第二部件，并且

在所述第一部件与所述第二部件之间设置有推动部件，用于施加推动力以使所述第一部件从所述第二部件分离。

4.根据权利要求3所述的防燃料泄漏结构，其中，

所述阀控制单元包括作为燃料溶液的通路的燃料供给单元，

所述燃料供给单元的一端用作容纳有所述燃料溶液的容器的安装口，

所述第一部件位于所述安装口的下方，且所述第二部件位于所述第一部件的侧方，

所述第一部件的各表面中的面对着所述安装口的表面是倾斜的，并且

所述倾斜表面在越靠近所述第二部件的部分处距所述安装口越近，并在越远离所述第二部件的部分处距所述安装口越远。

5.根据权利要求2或3所述的防燃料泄漏结构，其中，

所述阀控制单元包括用于存储燃料溶液的一级存储单元，

所述第一部件插入到所述一级存储单元中，

所述第二电极被安置在所述一级存储单元内部的与所述第一电极面对的位置处，并且

所述第一部件能够在所述第一电极和所述第二电极相互接近的方向上移动，并能够在所述第一电极和所述第二电极相互远离的方向上移动。

6.根据权利要求5所述的防燃料泄漏结构，其中，在所述第一部件中形成有作为所述燃料溶液的通路的燃料引导部。

7.一种生物燃料电池，所述生物燃料电池包括：

电池单元，所述电池单元包括电极，所述电极的表面上存在有酶；以及

防燃料泄漏结构，所述防燃料泄漏结构被设置用来向所述电池单元供给燃料溶液，

其中，所述防燃料泄漏结构包括：

控制阀；以及

阀控制单元，所述阀控制单元被设置用来对所述控制阀的打开和关闭进行电气控制，

所述控制阀被安装至燃料供给入口和燃料供给路径中的至少一者，所述燃料供给入口用于将燃料引导至所述电池单元中，所述燃料供给路径与所述燃料供给入口连接，并且

所述阀控制单元根据由于按压力而导致的电导通来打开和关闭所述控制阀。

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