CN1758462A - 燃料电池装置和甲醇型燃料电池及燃料盒 - Google Patents

燃料电池装置和甲醇型燃料电池及燃料盒 Download PDF

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Abstract

提供一种燃料电池装置和甲醇型燃料电池及燃料盒，只在收容于燃料盒中的燃料对燃料电池合适时才在燃料电池中装载燃料盒和从燃料盒向燃料电池供给燃料。具有燃料盒和甲醇型燃料电池，燃料盒在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，在上述燃料喷出喷嘴的周围具有大小取决于容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部；甲醇型燃料电池在装载上述燃料盒的部分上具有在甲醇浓度合适时与上述燃料盒的上述突出部嵌合的凹部。

Description

燃料电池装置和甲醇型燃料电池及燃料盒
技术领域
本发明涉及由收容甲醇水溶液等的甲醇混合溶液燃料的燃料盒和装载该盒的甲醇型燃料电池组成的燃料电池装置，并且涉及燃料盒及燃料电池。
背景技术
由于近年来的电子技术的进步，电话机、笔记本型个人计算机、视听机器或移动终端机器等小型化，作为便携用电子机器急速普及。作为便携用电子机器用电源，正在考虑使用燃料电池电源。因为燃料电池是将燃料具有的化学能以电化学方式直接变换为电能，所以不需要通常的发动机发电机等的使用内燃机的发电机的那种动力单元，作为小型发电装置的实现可能性很高。另外，燃料电池，因为只要是补给燃料，发电就会继续，所以不需要像使用通常的二次电池那样为了充电要临时停止负载等机器的动作。
关于燃料电池，一般公知的是使用作为对城市煤气进行改性等生成的氢气作为燃料的类型。这些与工作温度主要在大于等于80℃的相对，在即使是在室温下也可以工作的燃料电池中，存在液体燃料在燃料电池的燃料极中直接氧化的类型，代表性的有直接使甲醇氧化的类型的直接甲醇型燃料电池(DMFC)。
作为燃料电池的燃料供给方法，可举出的例子有通过将发电用燃料封入燃料盒，将该燃料盒装载于燃料电池中，经连接口从燃料盒向燃料电池供给发电用燃料(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利申请特开2003-45468号公报(摘要)
发明内容
作为直接甲醇型燃料电池的燃料，正在研究甲醇和纯水的混合溶液。由于燃料电池的特性，混合溶液的甲醇浓度存在合适的范围，在供给的燃料的浓度与合适的范围偏离很大时，不能充分发挥燃料电池的输出特性，并且也有可能对构成燃料电池的部件造成恶劣影响。因此，就存在在燃料盒与燃料电池的连接时需要识别收容于燃料盒中的燃料对燃料电池是否合适的问题。
本发明的目的在于提供一种识别收容于燃料盒中的燃料对燃料电池是否合适，在合适时将燃料盒内的燃料供给燃料电池的甲醇型燃料电池装置以及燃料盒和燃料电池。
本发明的甲醇型燃料电池装置的特征在于：具有燃料盒和甲醇型燃料电池，在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，上述燃料盒在该喷嘴的周围具有大小取决于容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部，上述甲醇型燃料电池在装载上述燃料盒的部分上具有在甲醇浓度合适时与上述突出部嵌合的凹部。另外，其特征在于：在上述燃料盒和上述燃料电池这两者上设置有电子接点，在两者的电子接点接触时，从燃料盒向燃料电池供给燃料。
根据本发明，可以在收容于燃料盒中的甲醇混合溶液燃料的甲醇浓度对燃料电池合适时，将该燃料供给燃料电池，而在收容于燃料盒中的燃料对燃料电池不合适时，不将燃料供给燃料电池。
附图说明
图1为示出在燃料电池中装有燃料盒的状态的燃料电池装置的立体图。
图2为示出燃料盒的一般结构的立体图。
图3为示出燃料电池和燃料盒的连接的示图。
图4为示出本发明的实施方式1的燃料盒的立体图。
图5为示出本发明的实施方式1的燃料盒的上面和侧面的示图。
图6为示意地示出实施方式1的燃料电池一侧的盒座的立体图。
图7为示出本发明的实施方式1的盒座的平面及侧面的示图。
图8为示出在图7(a)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
图9为示出在图7(b)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
图10为示出在图7(c)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
图11为示出本发明的实施方式2的燃料盒的侧面图。
图12为示出本发明的实施方式2的盒座的侧面图。
图13为示出在图12(a)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
图14为示出在图12(b)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
图15为示出在图12(c)所示的盒座中装载了燃料盒的状态的侧面图。
(附图标记说明)
1...燃料盒；2...燃料电池；5...突出部；21...盒座；22...盒压边；30...通孔；31...凹部；32...凹部；33...凹部；50...电子接点；51...电子接点
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明，但并不限定于这些实施方式。
首先，参照图1～图3对燃料盒、燃料盒装载型的燃料电池进行说明。另外，在图1～3中，在燃料盒上未设置突出部，在燃料电池上未设置用于嵌合上述突出部的凹部。
图1示出将燃料盒1装载于笔记本型个人计算机及其他机器等中的燃料电池2中的状态。燃料盒1插入到燃料电池2的盒座21，在插入后由安装于燃料电池2的盒压边22固定而不会脱出。燃料电池2，具有用来与机器电连接进行供电的直流端子23及24。
燃料盒1，如图2所示，是收容供给到燃料电池的液体燃料的密闭容器。燃料盒1，设置有在插入到燃料电池2的盒座21中时与燃料电池2相连接而成为燃料供给口的连接口11，在连接口11的内部设置有阀门12。
下面利用图3的剖面图对燃料盒1与燃料电池2的连接状态进行说明。
如图3(a)所示，连接口11的内部的阀门12，是开放或关闭液体燃料的流通的开闭机器，由压缩盘簧13压在连接口11的出口侧。在此状态下，将从阀门12的中央空洞部连接到侧面的连通孔121堵塞，使收容于燃料盒1的内部的液体燃料不会漏到容器外。另一方面，在燃料电池2的盒座21的内部设置有连接部3，而在连接部3的中心设置具有通孔的突起部302。此通孔成为通过盒座21之中的通路将液体燃料供给燃料电池2的插口。
燃料盒1插入到燃料电池2的盒座21最深处成为图3(b)的状态时，燃料盒1的连接口11插入到燃料电池2的连接部3中，由突起部302将阀门12压向燃料盒1的内侧方向。在变成这种状态时，连通孔121对连接口11的空洞部开放，于是燃料盒1内的液体燃料可通过连接口11的空洞部、连通孔121、阀门12的中央空洞部、燃料电池2的连接部3的通孔、盒座21的通路供给燃料电池。
在将燃料盒1从燃料电池2的盒座21中拔出时，由于压缩盘簧13的作用，将连接口11压回到原来的位置而成为图3(a)的状态将连通孔121堵塞。
在上述中，为了防止燃料从燃料盒1泄露、或者从燃料盒1和燃料电池2连接时的间隙泄漏，可在需要的部分设置密封垫片(未图示)。
作为燃料盒1，也可以设置从内部对收容的液体燃料加压而使其从连接口11注入到燃料电池2的机构。
在图1～3示出的结构的场合，在燃料电池2中使用的液体燃料是甲醇和纯水的混合液，作为一例，在甲醇浓度为30％时对燃料电池是合适的，可以得到最高的电池输出，但也可以装载收容除此浓度以外的其它浓度的液体燃料的燃料盒。
[实施例1]
参照图4～图8对本发明的实施方式1的燃料盒及燃料电池的盒座进行说明。对于与在图1～图3中说明过的相同的部件赋予相同的符号，其说明则省略。
图4与图5示出燃料盒的示例。图4为示出燃料盒的外观结构的立体图。在燃料盒1的下部设置燃料喷出喷嘴10，另外，大小取决于盒内收容的燃料的甲醇浓度的突出部5设置于喷嘴的安装部分上。在图5(a)～(c)中示出甲醇浓度不同的燃料盒的几个例子。在图5(a)～(c)中示出安装燃料喷出喷嘴的部分的平面图及侧面图。图5(a)示出甲醇浓度高的场合，图5(c)示出甲醇浓度低的场合，而图5(b)示出甲醇浓度在图5(a)和图5(c)的中间的场合。在比较图5(a)～(c)时，可知在甲醇浓度最高的图5(a)的场合，突出部5的宽度最大，而长度最短。在甲醇浓度最低的图5(c)的场合，突出部的宽度最小，长度最大。在甲醇浓度位于两者的中间的图5(b)的场合，突出部5的宽度及长度都介于两者中间。
图6为示意地示出燃料电池的盒座21的部分的立体图。图7(a)～(c)示出盒座的示例。在这些图中分别示出平面图和侧面图。图7(a)示出的是可以装载从甲醇浓度低浓度起一直到高浓度止的任何浓度的燃料的装置，其中以台阶形状形成有可以嵌合图5(a)～(c)所示的燃料盒的突出部5中的任何一个的凹部31、32、33。图7(b)示出的是可以装载从甲醇浓度低浓度起到中浓度止的任何浓度的燃料的装置，其中以台阶形状形成有只可嵌合图5(b)和图5(c)所示的燃料盒的突出部5中的任何一个的凹部31和凹部32。另外，图7(c)示出的是只可装载甲醇浓度低的燃料盒的装置，其中设置有只可嵌合图5(c)所示的燃料盒的突出部5的凹部31。另外，在盒座21的凹部的中央，设置有通孔30供燃料盒的燃料喷出喷嘴10插入。燃料盒中收容的燃料通过此通孔30供给燃料电池。
下面参照图8(a)～(c)对在如图7(a)所示凹部以台阶形状形成的盒座上装载图5(a)～(c)所示的燃料盒的场合进行说明。为了使甲醇浓度从低浓度一直到高浓度的燃料盒可以与图7(a)所示的盒座21相对应，凹部形成为台阶形状。图5(c)的结构的燃料盒，如图8(a)所示，可嵌合于位于盒座的中央的凹部31，所以，可以装载。图5(b)的结构的燃料盒也如图8(b)所示可嵌合于盒座的凹部32，所以，可以装载。图5(a)的结构的燃料盒也如图8(c)所示可嵌合于凹部33，所以，可以装载。
下面利用图9(a)～(c)对在图7(b)所示的结构的盒座上装载图5(a)～(c)所示的燃料盒的场合进行说明。图7(b)所示的盒座21的结构可与甲醇浓度为低浓度和中浓度的燃料相对应。图5(c)的结构的低浓度用燃料盒，如图9(a)所示，可嵌合于位于盒座的中央的凹部31，可以装载。图5(b)所示的结构的燃料盒也如图9(b)所示可嵌合于盒座的凹部32，可以装载。图5(a)的结构的燃料盒，如图9(c)所示，不可嵌合于凹部，不能装载。
下面利用图10(a)～(c)对在图7(c)所示的结构的盒座上装载图5(a)～(c)所示的燃料盒的场合进行说明。图7(c)所示的盒座21的结构只可装载甲醇浓度为低浓度时的燃料盒。图5(c)的所示的结构的低浓度用燃料盒，如图10(a)所示，可嵌合于盒座的凹部31，可以装载。图5(b)及图5(a)所示的结构的燃料盒，如图10(b)及(c)所示，不可嵌合于凹部，不能装载。
一般，甲醇型燃料电池的甲醇浓度有容许范围，在供给高浓度的燃料时可得到高输出的燃料电池，多半也可以以中浓度及低浓度的燃料供给。另一方面，在供给中浓度或低浓度的燃料时可得到高输出的燃料电池中，供给浓度比其浓度低的燃料时得不到所期望的输出，因场合不同有时也会使机器受到损伤。由此，如图5所示，在收容的燃料的甲醇浓度低时，突出部的宽度小，而随着浓度变高，突出部的宽度增大，是极为有效的方法。另外，在以上的说明中，作为一个示例，所谓高浓度，指的是甲醇浓度大于等于80％的场合，所谓中浓度，指的是甲醇浓度为40～60％，而所谓低浓度，指的是甲醇浓度小于等于30％的场合。当然，并不限定于此。
[实施例2]
参照图11～图14对本发明的实施方式2的燃料盒及燃料电池的盒座进行说明。对于与在图1～图10中说明过的相同的部件赋予相同的符号，其说明则省略。
图11(a)～(c)示出燃料盒1的侧面图，在本实施方式中，相对于实施方式1，还设置了电子接点50。图11(a)是低浓度用的燃料盒，突出部5的长度短。图11(b)是中浓度用的燃料盒，突出部5的长度比图11(a)的场合稍长一些。图11(c)是高浓度用的燃料盒，突出部5的长度比图11(b)的场合还长。突出部的宽度，在图11(a)～(c)的任何一个中都相同。另外，从燃料盒的端面到燃料喷出喷嘴的前端的长度，即突出部和燃料喷出喷嘴相加的长度，在图11(a)～(c)的任何一个的场合也都相同。
装载图11所示的燃料盒的燃料电池的盒座21的结构示于图12(a)～(c)。在盒座21中，在与燃料盒一侧的电子接点50对置的位置设置有电子接点51。另外，在嵌合燃料盒的突出部5的部分设置凹部41、42、43。在图12(a)的盒座中设置具有与图11(a)所示的燃料盒的突出部的长度相同的深度及与突出部5的宽度相同的宽度的凹部41。在图12(b)的盒座中设置具有与图11(b)所示的燃料盒的突出部的长度相同的深度及相同的宽度的凹部42。在图12(c)的盒座中设置具有与图11(c)所示的燃料盒的突出部的长度相同的深度及相同的宽度的凹部43。
下面利用图13(a)～(c)对在如图12(a)所示的结构的盒座上装载图11(a)～(c)所示的结构的燃料盒的场合进行说明。图12(a)所示的盒座21的凹部41的深度和宽度，与图11(a)所示的燃料盒的突出部5的长度和宽度相同。所以，如图13(a)所示，图11(a)所示的结构的燃料盒的突出部5可嵌合凹部41。另外，此时，由于电子接点50与电子接点51接触变成导通状态，收容在燃料盒中的燃料就流向燃料电池一侧。图11(b)所示的结构的燃料盒，因为突出部的长度比凹部41的深度大，只有一部分突出部可以嵌合凹部41，两个电子接点之间不会接触。因此，燃料盒内的燃料不会向燃料电池一侧供给。图11(c)所示的结构的燃料盒的场合也一样，如图13(c)所示，两个电子接点之间不会接触，燃料不会供给燃料电池一侧。就是说，在图12(a)所示的结构的盒座中，只能装载图11(a)所示的低浓度燃料用的燃料盒。
下面利用图14(a)～(c)对在如图12(b)所示的结构的盒座上装载图11(a)～(c)所示的结构的燃料盒的场合进行说明。图12(b)所示的盒座21的凹部42的深度，与图11(b)所示的燃料盒的突出部5的长度相同，而比图11(a)所示的燃料盒的突出部5的长度大。所以，如图14(a)、(b)所示，图11(a)所示的结构的燃料盒和图11(b)所示的结构的燃料盒的突出部5可嵌合凹部42，电子接点50与电子接点51接触变成导通状态，燃料盒内的燃料就流入燃料电池。图11(c)所示的结构的燃料盒，如图14(c)所示，因为突出部5不能嵌合到凹部42，燃料盒内的燃料不会供给燃料电池。就是说，在图12(b)所示的结构的盒座中，只能装载图11(a)、(b)所示的低浓度和中浓度燃料用的燃料盒。
下面利用图15(a)～(c)对在如图12(c)所示的结构的盒座上装载图11(a)～(c)所示的结构的燃料盒的场合进行说明。图12(c)所示的结构的盒座21的凹部43的深度，与图11(c)所示的燃料盒的突出部5的长度相同，而比图11(a)及(b)所示的燃料盒的突出部5的长度大。所以，如图15(a)、图15(b)及图15(c)所示，图11(a)～(c)中的任何一个燃料盒都可以装载，两个电子接点也可以接触。
利用本发明，可以实现只有收容合适的甲醇浓度的燃料的燃料盒才可装载到燃料电池中的燃料电池装置。因此在产业上利用的可能性极高。

Claims (11)

1.一种燃料电池装置，具有收容甲醇混合溶液燃料的燃料盒和装载该燃料盒的甲醇型燃料电池，其特征在于：
在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，
具有燃料盒和甲醇型燃料电池，该燃料盒在上述燃料喷出喷嘴的周围具有大小取决于容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部，该甲醇型燃料电池在装载上述燃料盒的部分上具有在甲醇浓度合适时与上述燃料盒的上述突出部嵌合的凹部。
2.一种燃料盒，是如权利要求1所述的燃料电池装置中使用的燃料盒，其特征在于：在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，在该喷嘴的周围具有大小取决于上述容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部。
3.一种甲醇型燃料电池，是如权利要求1所述的燃料电池装置中使用的甲醇型燃料电池，其特征在于：在装载燃料盒的部分上具有在甲醇浓度合适时与设置在燃料盒上的突出部嵌合的凹部。
4.如权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：构成为上述燃料盒的上述突出部的宽度和长度因甲醇浓度不同而不同，在低浓度时宽度小长度大，在高浓度时宽度大长度短。
5.如权利要求4所述的装载燃料盒的燃料电池装置，其特征在于：具有构成为在合适的甲醇浓度是低浓度时，凹部的宽度小深度大，在高浓度时凹部的宽度大深度浅的燃料电池。
6.如权利要求5所述的燃料电池装置，其特征在于：上述燃料电池的上述凹部是深度在中央部分深，而随着接近外周部变浅的台阶形状，使其可以与上述突出部的宽度与长度不同的多个燃料盒相对应。
7.一种燃料电池装置，其特征在于：
包括燃料盒和甲醇型燃料电池，
上述燃料盒在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，在该喷嘴的周围具有大小取决于容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部，在上述容器的设置上述燃料喷出喷嘴的面上具有电子接点，
上述甲醇型燃料电池在装载上述燃料盒的部分上设置有在甲醇浓度合适时与上述突出部嵌合的凹部、和与上述燃料盒的电子接点相接触的电子接点，
上述燃料盒的上述突出部嵌合于上述凹部，且在电子接点之间相接触成为导通状态时，从上述燃料盒向上述燃料电池供给燃料。
8.一种燃料盒，是如权利要求7所述的燃料电池装置中使用的燃料盒，其特征在于：在收容甲醇混合溶液燃料的容器的一部分上具有燃料喷出喷嘴，在该喷嘴的周围具有大小取决于上述容器内收容的燃料的甲醇浓度的突出部，在上述容器的设置上述燃料喷出喷嘴的面上具有电子接点。
9.一种甲醇型燃料电池，是如权利要求7所述的燃料电池装置中使用的甲醇型燃料电池，其特征在于：具有在甲醇浓度合适时与设置在燃料盒上的上述突出部嵌合的凹部、和与燃料盒的上述电子接点相接触而成为导通状态的电子接点。
10.如权利要求8所述的燃料盒，其特征在于：从上述容器的端面到上述燃料喷出喷嘴的前端的长度为与甲醇浓度无关的固定长度，且随着甲醇浓度的增加上述突出部的长度增大。
11.一种甲醇型燃料电池，是装载如权利要求10所述的燃料盒的甲醇型燃料电池，其特征在于：将上述凹部的深度设定为可嵌合在可装载的燃料盒中的具有最大的突出部长度的燃料盒的深度，使其可以与甲醇浓度不同的多个燃料盒对应。
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