CN1890827B - 具有能与燃料相容材料的燃料电池供应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关一用于燃料电池之燃料供应装置，其中包括一外壳、一含甲醇的衬垫构件及一阀门组件，具有阀门本体构件和安装在阀门本体内的可滑动体构件。可滑动体构件通常会偏向一阀门座表面以密封阀门组件，且可滑动体构件可由阀门座表面移开以打开阀门组件，衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都至少由两种不同材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容。因此，每一组件可挑选能在燃料供应装置中发挥实质上最佳功能的材料来制作。

Description

具有能与燃料相容材料的燃料电池供应装置
技术领域
本发明涉及一燃料电池供应装置，特别是，涉及一种能与燃料电池的各种燃料(包括甲醇在内)相容的燃料供应装置。
背景技术
燃料电池是一种直接将如燃料和氧化剂之类的反应物化学能量，转换成直流电(DC)的装置。与传统使用燃烧化石燃料的发电机以及如锂电池类型的携带式储存电源相比更具效率的燃料电池应用，正不断地增加。
通常，燃料电池技术包括各种不同类型的燃料电池，例如碱性燃料电池、高分子膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池及酵素燃料电池。现今较重要的燃料电池可分为三大类别，即，使用压缩氢气(H2)做为燃料的电池；使用甲醇(CH3OH)、硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化和物(例如丁烷)或其它燃料转换成氢气燃料的质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)燃料电池；以及直接使用甲醇(CH3OH)燃料的质子交换膜燃料电池(称为“直接甲醇燃料电池”或“DMFC”)。压缩氢气一般均维持在高压下保存，因此很难处理。此外，通常需要大型储存槽，且不适用于小型的消费性电子装置上。传统的再填充燃料电池需要转化剂和其它蒸发与辅助系统，将燃料转化成氢气以在燃料电池中与氧化剂相互反应。最近的发展让转化或再填充燃料电池有希望供消费性电子装置使用。直接甲醇燃料电池的甲醇会在燃料电池中与氧化剂直接产生作用，是最简单也可能是最小的燃料电池，并有希望应用在消费性电子装置上。
至于在较大型应用上，直接甲醇燃料电池通常包含一个风扇或压缩机来供应氧化剂(通常是空气或氧气)到阴极上，一个泵供应水/甲醇混合物到阳极和一个薄膜电极组(MEA)上，典型的薄膜电极组包括一阴极、一质子交换膜和一阳极。在操作期间，水/甲醇液体燃料混合物会直接供应到阳极上，而氧化剂则供应到阴极上，在每个电极上会产生电化反应，而直接甲醇燃料电池的整体反应叙述如下：
阳极上的半反应：
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极上的半反应：
O2+4H++4e-→2H2O
燃料电池整体反应：
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
因为氢离子(H+)透过质子交换膜由阳极移动到阴极，以及自由电子(e-)无法穿透质子交换膜的缘故，所以电子须流经外部电路因而产生电流。而外部电路可能是任何可用的消费性电子装置，如手记、计算器、掌上电脑(PDA)、笔记本电脑及其它装置等。直接甲醇燃料电池(DMFC)已经在美国专利5,992,008号和第5,945,231中披露，在此完整并入本文参考使用。通常，质子交换膜是由例如杜邦公司的Nafion
Figure S04835619020060608D000021
薄膜之类的聚合物制作而成，它是一种高氟化材料，厚度范围大约在0.05毫米到0.5毫米，或是其它适合的薄膜。阳极一般由特氟隆碳纸制作而成并由已含有例如铂-钌等金属沉淀的催化剂薄层所支撑。而阴极一般是一种气体扩散电极会将铂金属粒子结合在薄膜的一边。
一个硼氢化钠再填充燃料电池的电池反应如下：
NaBH4(水成)+2H2O→(热或催化剂)→4(H2)+(NaBO2)(水成)
H2→2H++2e-(在阳极)
2(2H++2e-)+O2→2H2O(在阴极)
适当的催化剂包括铂及钌等其它金属。由硼氢化钠转化产生的氢气燃料会在燃料电池中与氧化剂(如氧气)发生反应并产生电流(或一种电子的流动)及水副产品。同时在转化过程中也产生硼酸盐化钠(NaBO2)副产品。硼氢化钠燃料电池在美国公开的专利申请案第2003/0082427号中已有讨论，在此并入本文参考。
不过，现有已知技术并未讨论能够供应与储存燃料相容材料的燃料供应装置。
发明内容
本发明涉及供燃料电池使用的与燃料兼容的燃料供应装置。
本发明更进一步而言，涉及供燃料电池使用的与甲醇兼容的燃料供应装置。
本发明更进一步而言，涉及燃料供应装置，其中每一组件都以在燃料供应装置中实质上能达到最佳功能的材料来制作。
本件发明涉及一种用于燃料电池的燃料供应装置，其中包括一外壳、一含燃料的衬垫构件，例如甲醇，及一具有阀门本体构件和一安装于阀门本体构件内可滑动体构件的阀门组件，可滑动体构件通常会偏向一阀门座表面以密封阀门组件，且可滑动体构件可由阀门座表面移开以打开阀门组件，衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都至少由两种不同材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容，因此，每一组件可挑选能在燃料供应装置中达到实质上最佳功能的材料来制作。
本件发明也涉及一种用于燃料电池的燃料供应装置，其中包括了一外壳，其内装有一内含燃料的内部衬垫及一第一阀门组件，该阀门组件具有一阀门本体和安装在阀门本体内的可滑动体，该可滑动体通常会偏向一阀门座表面以密封阀门组件，且可滑动体可由阀门座表面移开以打开阀门组件，内部衬垫最好是由一氟化聚合物制作而成。
阀门本体可加压以装入一有开口的内部衬垫，而且阀门本体可用超音波焊接到外壳的开口上。
附图说明
附件的附图为本说明书的一部分且应被一并参阅，各附图中相同的附图标记代表相同的组件：
图1是依据本件发明之燃料供应装置透视图；
图2是在图1中沿着线2-2燃料供应装置的透视横剖面图；
图3是图2中燃料供应装置的平面视图；
图4是燃料供应装置喷嘴部分的放大视图。
具体实施方式
如所附图式例示以及下列详细讨论，本发明涉及有关燃料供应装置，其内储存燃料电池燃料，例如甲醇和水、甲醇/水混合物、各种不同浓度的甲醇/水混合物或是纯甲醇。甲醇可供许多类型燃料电池使用，例如直接甲醇燃料电池(DMFC)、酵素燃料电池、再填充燃料电池等等。燃料可以包括其它类型的燃料电池燃料，例如乙醇或酒精，可转化成氢气的化学物质，或其它可改善燃料电池性能或效率的化学物质。燃料也包括氢氧化钾(KOH)电解液，可用在金属燃料电池或碱性燃料电池上，而且可储存在燃料供应装置。对金属燃料电池而言，燃料是以一种流体锌粒子形式浸入一氢氧化钾电解液反应溶剂中，并且在电池凹洞内的阳极上会布满锌粒子的微粒。氢氧化钾电解溶液已被披露在美国于2003年4月24日公告的专利申请案第2003/0077493号、名称为“使用设定的燃料电池系统以提供一或多个负载电源的方法”一案中，在此完整并入本文参考。燃料亦可包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，它流过在硅芯片上所形成的催化剂以产生一燃料电池反应，燃料亦可包括上述的硼氢化钠(NaBH4)和水，燃料更可包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于，丁烷、煤油、酒精和天然气等，这些都揭示在美国于2003年5月22日公告的专利申请案号第2003/0096150号、名称为“液态接口的燃料电池装置”一案中，在此完整并入本文参考。燃料亦可包括能与燃料产生反应的液态氧化剂，因此，本件发明并不限于任何形式的燃料、电解液溶剂、氧化物溶液或液体被置于燃料供应装置内或被燃料电池系统所使用，此处所使用的“燃料”一词，包含所有可在燃料电池或燃料供应装置中参与反应的燃料，并且包括但不限于所有上述合适的燃料、电解溶液剂、氧化物溶液、液体、固体及/或化学物质及其混合物。
此处所使用的“燃料供应装置”一词，包括但不限于可弃式盒体、可再填充/再使用的盒体、容器、位于电子装置中的盒体、可拆式盒体、位于电子装置外的盒体、燃料箱、燃料再填充箱、可储存燃料并以管子连接到燃料箱与容器的其它容器。虽然以下所叙述的盒体结合本件发明的具体实施例的示范，但必须注意的是这些具体实施例也适用在其它燃料供应装置，而且本件发明不受限于任何特殊形式的燃料供应装置。
本件发明的燃料供应装置也可用来储存非使用在燃料电池的燃料。这些应用包括但不限于：储存碳氢化合物；提供建立在硅芯片上的微型燃器涡轮机使用的氢气燃料，其披露于在2001年12月/2002年1月出版的The Industrial Physicist期刊的第20-25页的“微引擎的出现”文章中。其它的应用包括：储存供内燃机使用的常规燃料以及碳氢化合物，例如小型和实用的打火机使用的丁烷与液态丙烷。
一般而言，燃料在供应装置可能会有变质影响，而依据本件发明的其中一项特征是使燃料供应装置和其组件的制造均选择与燃料相容的材料。更具体的说，甲醇燃料会使与它相接触的材料变质，如下所述，依据本件发明的燃料供应装置可与甲醇相容。
依据图1到图3，燃料盒10可以是任何形状，其大小及尺寸设计成：可供应燃料到燃料电池，并装入由燃料电池供电的电子装置的预定的接收槽上。燃料盒10具有外壳12和内部囊袋或衬垫14，其用来储存燃料。优选，外壳12比衬垫14更为坚固并保护内部衬垫，且最好具有弹性。具有一外壳和一内部衬垫的燃料盒已经完全披露在美国于2003年7月29日提出的专利申请案号第10/629,004号、名称为“含有弹性衬垫的燃料盒”(中国于2006年9月6日公开的专利申请案号第200480021749.9号、名称为“含有弹性衬垫的燃料盒”)一案中，在此完整并入本文参考。其它燃料供应装置包括披露在美国于2003年1月31日提出的专利申请第10/356,793号，名称为“燃料电池的燃料盒”(中国于2006年8月9日公开的专利申请第200480003157.4号，名称为“燃料电池的燃料盒”)一案中，在此完整并入本文参考。
在前端16上，燃料盒10有喷嘴18和填注口20。填注口20是在制造过程期间用来传送燃料到衬垫14中，并且在预定的燃料量(例如衬垫14容量的约85％到95％)已经被传送到衬垫后，将其密封。前端16也具有非对称的排列孔径15，其大小和尺寸正好符合容纳安装在接收燃料盒10装置上的突出物(未显示于附图中)。当燃料盒10正确插入时，突出物会被孔径15所容纳，而燃料盒可完全地插入。当燃料盒10插入不正确时，例如上下相反，突出物会与前端16相抵触使得燃料盒无法插入。
参考图1和图3，燃料盒10在其底部至少具有一个导引轨17，其可用来在装置(未显示于附图中)上的对应轨道上滑动以协助燃料盒插入。此外，前端16还具有电子接口19，其可包含必要的电子接点来将燃料盒连接到电子装置，或连接到供电给该装置的燃料电池上。电子接口19也可连接到一电子式读取的燃料表、安全装置或信息储存装置，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。燃料表、安全装置和信息储存装置都已完全揭示在与本案同日提出申请、名称为“含信息储存装置与控制系统的燃料电池供应装置”，在此完整并入本文参考。
在后端22上，燃料盒10有位于外盖26上的通气孔24，当衬垫注入燃料时让空气在盒中流动。通气孔24也可在当燃料从盒中传送时，使空气进入，以避免在盒内形成部分真空。通气孔24同时还可避免液体离开盒体。优选，通气孔24具有一薄膜可让空气或其它气体进入或离开盒内，但不会让液体进入或由盒中离开。这种可让气体穿透而液体不渗透性的薄膜被揭示在申请案‘004号和美国于1970年4月21日公告的3,508,708号、名称为“具气体穿透性气孔阻挡电子电池”的专利案中，以及美国于1985年12月31日公开的4,562,123号、名称为“液体燃料电池”专利案中。这些披露的参考资料均完整并入本文参考。这种薄膜可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、聚酰胺、聚乙烯化合物、聚丙烯、聚乙烯或其它聚合物薄膜所制成。一种商业用的抗水性聚四氟乙烯多孔薄膜，可从W.L GoreAssociates公司获得，其Goretex
Figure DEST_PATH_GA20185948200480035619001D00031
商品是一种适合的薄膜，它是一种微多孔性薄膜，包括非常小的细孔而无法让液体穿透，但却可以让气体通过。
参考图2到图4，特别是图4，喷嘴18装有双组件关闭阀门的第一阀门组件，关闭阀门的第二相符阀门组件(未显示在图标中)则类似于图4中所示的阀门组件，而且装设于以燃料电池为供电的电子装置内或装置上。双组件关闭阀门被完全揭示在美国于2003年7月29日提出的10/629,006号、名称为“含连接阀门的燃料盒”(中国于2006年11月15日公开的200480021750.1号、名称为“含连接阀门的燃料盒”)一案中，在此完整并入本文参考。安装在喷嘴18上的第一阀门组件包括了阀门本体30和可滑动式地安装在阀门本体30之内的活塞32。弹簧34在阀门本体30中压缩，且由弹簧支撑器36来支撑。弹簧34将活塞32压向外，同时将内部O型环38按压向阀门座表面40，使在第一阀门组件内形成密封。优选，弹簧支撑器36包括一多孔式注入器，如以吸收性材料或保持性材料42，来调节燃料流过第一阀门组件上的传送量。注入器、吸收性材料和保持性材料在上述200480021749.9申请案已完全被揭示，该多孔性注入器、吸收性材料和保持性材料可安装于第一(或第二)阀门组件的任何位置上，或是安装于有关阀门组件的上游或下游处，或是在阀门组件之内。
在一具体实施例中，为了开启第一阀门组件，第二匹配阀门的组件的一部分，例如阀门本体，接触并准动活塞32抗拒弹簧34的偏向压力。然后内部O型环38会从阀门座表面40上移开，使得燃料可由衬垫14通过注入器42和弹簧支撑器36的内部通道并绕着活塞32传输到燃料电池中。或者，提供另一个活塞从第二阀门组件接触并向后推动活塞32抗拒弹簧34的偏向压力。
第一阀门组件还包含位在轴环45内侧的O型环44，如图4所示。轴环45会固定安装在阀门本体30上，并在阀门本体30中固定O型环44。另外，如间隔47所示，轴环45可使O型环44在插入阀门本体30时扩展，当第二阀门组件的阀门本体经由O型环44被插入时，外部O型环44会在第一阀门组件和第二阀门组件之间形成一个内部组件密封。优选，在燃料传送出衬垫14前建立内部组件密封。最有利的情况是，当外部O型环44附在燃料盒上时，安装新燃料盒可使用全新的O型环。优选，在第二阀门组件密封开启前，燃料不会被传送到燃料电池，且外部O型环44以第二阀门组件密封。
燃料盒10也可使用其它的阀门，包括但不限于揭示在美国公告专利申请号2003/0082427一案中的阀门，在此完整并入本文参考。这份参考文件披露一种自密封备用隔板/球及弹簧阀门组系统。连接到燃料供应装置的是一种提升型回吸式阀门，其具有来自弹簧的球体偏压以抗衡一隔板或密封表面。隔板是用来接收一中空式针头，而这个针头会推动该球体抗拒弹簧来开启阀门。当针头被拔出时，球体会被施压以抗拒隔板或是重新建立密封，而隔板会关闭以提供备用密封。该球体类似于活塞32，而隔板便类似于O型环38和密封表面40，本件发明并不限于任何特定的阀门。
在图4中，用交叉斜线所显示的部件代表相互重叠，例如，外部O型环44和阀门本体30之间，以及衬垫14的开口和阀门本体30之间。当组件被相互组合以形成燃料盒时，重叠表示一个或二个组件同时被挤压。即阀门本体会被压入内部衬垫的开口中。
如上所述，燃料盒10的组件材料可以选择与燃料(例如甲醇)兼容的材料，例如不锈钢和一热塑性弹性体。在一较佳的具体实施例中，上述的组件可由下列适当的材料制作而成：
  燃料盒组件  适当的材料
  外壳12  低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯 (HDPE)、聚缩醛树脂或聚缩醛(POM)、聚丙 烯树脂(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚萘二甲酸二乙酯(PEN)、尼龙、 金属及其混合物
  内部衬垫14  氟化低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、薄层 (聚丙烯树脂、聚乙烯、聚醋酸乙烯(EVA)、 玻璃纤维、微化玻璃、聚四氟乙烯(PTFE))
  阀门本体30  聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、不锈钢等
  活塞32  不锈钢1807、1802或300系列，其它金属
  弹簧34  不锈钢303或316、其它金属、乙丙橡胶 (EPM)、三元乙丙合成橡胶(EPDM)、氟橡胶、 布纳N腈、其它腈橡胶、乳胶乙苯橡胶 (E-SBR)、聚缩醛或其它工程塑料
  弹簧支撑器36  聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、不锈钢等
  内部O型环38  三元乙丙合成橡胶
  外部O型环44  三元乙丙合成橡胶
  轴环45  聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二
甲酸乙二醇酯、不锈钢等
依据本件发明，与燃料接触的材料，例如聚缩醛、氟化聚乙烯、三元乙丙合成橡胶(EPDM)和不锈钢等皆能与燃料相容。换言之，燃料，即甲醇，并不会显着地降低或破坏材料，每项材料都是挑选来实现预定的功能，例如氟化聚乙烯需能容纳燃料；不锈钢和三元乙丙合成橡胶(EPDM)用于阀门上；而聚缩醛和氟化聚乙烯则可兼容于以下所讨论的超音波焊接。优选，选择最佳材料来表现出在燃料盒中预定功能。
聚缩醛在商业上可由杜邦公司的Delrin
Figure DEST_PATH_GA20185948200480035619001D00061
商品取得。Delrin
Figure DEST_PATH_GA20185948200480035619001D00062
DE 9494型是适合于本件发明所使用的等级。内部衬垫14会与燃料直接接触且最好被氟化以增加对甲醇的抵抗性，或是增加对于甲醇的不可穿透性。氟化和层叠是较佳的方式以使一聚合物具有对甲醇燃料更佳的抗性。氟化描述的是一种处理过程，其中在聚合物中至少有一氢原子会被移除并被氟原子取代。与此相对照，全氟化是：所有氢原子会被氟原子取代的过程。内部衬垫14可由氟化聚合物制作而成，或更佳的是由一聚合物制作，然后再被氟化。或者，内部衬垫可由至少两层的薄层制作而成。薄层材料可选自前述表列中的聚丙烯树脂、聚乙烯、聚醋酸乙烯、玻璃纤维，微玻璃和聚四氟乙烯。
为了密封燃料盒，内部衬垫14的弹簧锁或锁扣46会插入到喷嘴18中，直到锁住上壁架48为止。内部衬垫14可选择地以具有至少一倒钩50，其啮合在外壳12的一倾斜内壁上，以固定内部衬垫定位。如图4区域A所示，隔板14的开口经由阀门本体30朝向外壳12对外效置，并由此改善外壳内的衬垫固定。超音波焊接(未显示在图示中)会熔化在密封区域B所指定的塑料材料来密封阀门本体30到外壳12上。
超音波能量用于连接塑料组件已被运用在许多任务业上。在超音波焊接中，一固定状态的电源供应装置将电能改变到20kHz或40kHz的超音波能量。一转换器会将这电子能量改变成超音波机械震动能量。一喇叭将超音波机械能量直接传送到要组合的部分。一种将应用力、表面摩擦和内部分子摩擦结合的方式，可在欲络合部分间的接合表面将温度升高到材料的熔点为止。在震动停止后力量仍然维持，在接口上会产生分子结合或焊接。有关超音波焊接更完整的讨论揭示在转让给BIC公司的美国第6,115,902号、名称为“剃刀的制造方法”一案中，在此完整并入本文参考。为了获得有效的密封，结合的材料应相类似或相容。优选，结合的材料具化学上相似或是具有相近的熔点，使彼此可在大约相同的时间点融化。
本件发明并不限于以上所揭示的与甲醇兼容的原料，而且也不限于可抵抗甲醇的材料。根据储存在燃料盒中的材料，可以选择适当的抗性材料。
例如，适当的与甲醇兼容的原料可用来制作O型环，包括各种类的橡胶，包括氟素橡胶(FKM)、氟硅橡胶(FVMQ)、发泡橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、丁腈橡胶与聚氯乙烯的混合物(NBR-PVC)、氟素橡胶和氟硅橡胶的混合物、丙烯酸橡胶(ACM)和硅橡胶(Q)。而最佳的橡胶是氟素橡胶，特别是一种二位形式的氟素橡胶，像是偏二氟乙烯与六氟丙烯共聚物(VDF-HEP)、四氟乙烯-丙烯橡胶或全氟化甲乙醚橡胶，或是一种氟素橡胶的三元型式，例如偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯(VDF-HFP-TFE)橡胶。其它适合的材料更可包括具有一熔点在140℃或更高的结晶状树脂。除了这些之外，还包括有氟素树脂，例如四氟乙烯/六氟丙烯-偏二氟乙烯(THV)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯/聚四氟乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺树脂，例如PA6T、PA6、PA11和PA12，而聚酯纤维则可以是聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，这些都是高可塑性和流体不渗透性材料。其它适合的橡胶包括苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯橡胶(IR)、天然橡胶(NR)、低亚硝酸盐丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙合成橡胶(EPDM)、丁基橡胶(IIR)、硅橡胶(Q)和磷腈橡胶(PNF)、氯化(丙烷)橡胶(ECO)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、胺基甲酸酯橡胶(U)、氟硅酮橡胶(FVMQ)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、氯化聚乙烯橡胶(CPE)、氯化丁基橡胶(CI-IIR)、溴化丁基橡胶(Br-IIR)、丙烯酸橡胶(ACM)以及丁腈橡胶和乙烯丙烯橡胶(EPR)的混合物(NE)。这些橡胶材质的更进一步详细讨论披露在Katayama等人的美国6,543,785号专利案中。另一种适合的抗性橡胶是氟合成橡胶，但并不包括额外的氧化金属及/或氢氧化合金属作为桥接点，其披露在Ohsuga的美国第5,407,759号专利案中。或者，以碘及/或溴化物来做为桥接点。另外，氟化碳氢化合物的弹性体可对抗甲醇。
此外，可使用抵抗酒精(甲基和乙基)的固态聚胺酯。聚氨酯是一种异氰酸酯和一种多元醇的固化共聚物。在包含二丁基锡二月桂酸盐的催化剂固化之前，依据固化速率以一定的量混合这些成分。聚氨基甲酸酯密封胶以重量计还包含3％到30％的硼酸锌以阻抗降解。燃料阻抗聚氨基甲酸酯进一步揭示在Phillipson的美国第6,523,834号专利案中，在此并入本文参考。
一种适合用于外壳12的阻抗材料是相当坚固的聚氧化二甲苯(PPO)或是一改良的聚氧化二甲苯，可由通用电子公司的NORYL商品获得。优选，改良的聚氧化二甲苯可包含高达30％的微玻璃注入器。
不过，另一种与甲醇相容的材料种类包括：离子交换聚合物，其可用来作为燃料电池中的聚合物电解薄膜或是质子交换薄膜(PEM)。最常用的质子交换薄膜是聚酰氨纤维聚合物(perfluorosulfonic acid copolymer)，可自上述杜邦公司的Nafion商品中获得。但是，这种聚酰氨纤维聚合物材料价格非常昂贵，而且可被甲醇穿透。如Nakano等人在美国5,409,785号专利案中所揭示，通过交叉链接一聚乙烯(乙烯醇)形成一个三维结构，且该三维结构来支撑一聚乙烯(苯乙烯磺酸)(PSSA-PVA)共聚物。这三维结构具有甲醇防护能力。该‘785号专利详细揭示了制造PSSA-PVA共聚物的方法，在此完整并入本文参考。
根据本件发明的另一个特征，一种抵抗腐蚀的复合涂层可以通过电镀附着在燃料盒10的任何组件表面上，例如外壳12、内部衬垫14、阀门本体30及活塞32。如Steward等人在美国第4,950,562号专利申请案中所揭示，复合涂层是一种铬氟碳复合物，其中包含一铜及/或镍的底层涂层、一层多孔性铬及一注满该铬层气孔的氟碳聚合物，该涂层也可应用在化学蒸气沉淀或电浆蒸气沉淀。
本发明的具体实施例很明显地实现了本发明的目标，但本领域的技术人员可做出多种修改及其它的具体实施例。此外，任何具体实施例的特征和/或组件可单独使用或与其它具体实施例相结合。因此，应当了解，所附权利要求的的保护范围可涵盖所有符合本发明的精神与本发明范围的修改及具体实施例。

Claims (62)

1.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口和外壳的一个开口。
2.如权利要求1所述的燃料电池供应装置，其中阀门本体会被压入内部衬垫的开口中。
3.如权利要求1所述的燃料电池供应装置，其中阀门本体是以超音波焊接到外壳的开口上。
4.如权利要求1所述的燃料供应装置，其中外壳和内部衬垫是由不同材料制作而成。
5.如权利要求1所述的燃料电池供应装置，其中阀门座表面位在阀门本体上。
6.如权利要求1所述的燃料电池供应装置，其中的可滑动体是一个球体。
7.如权利要求1所述的燃料电池供应装置，其中还包括一外部密封部件，在第一阀门组件和相对应的第二阀门组件之间提供密封，该第二阀门组件设置在使用燃料的装置之上或之中，其中第一阀门组件和第二阀门组件是双组件关闭阀门的组件。
8.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口，且该阀门本体连结到外壳的一个开口；
其中阀门座表面位于阀门本体上；
其中的可滑动体是一活塞。
9.如权利要求8所述的燃料电池供应装置，其中O型环被安装在活塞上。
10.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口，且该阀门本体连结到外壳的一个开口；
一外部密封部件，在第一阀门组件和相对应的第二阀门组件之间提供密封，其设置在使用燃料的装置之上或之中，其中第一阀门组件和第二阀门组件是两组件截止阀的组件；
其中外部密封部件是一O型环。
11.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口，且该阀门本体连结到外壳的一个开口；
其中内部衬垫通过一锁扣固定在外壳上。
12.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口，且该阀门本体连结到外壳的一个开口；
其中内部衬垫包括至少一倒钩，将内部衬垫固定在外壳上。
13.一种燃料电池供应装置，包括：
一外壳，其内装有内含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，且该可滑动体可由阀门座表面移开以开启第一阀门组件；
其中阀门本体连结到内部衬垫的一个开口，且该阀门本体连结到外壳的一个开口；
其中第一阀门组件包括一注入器或保保持性材料来调节燃料流动率。
14.如权利要求13所述的燃料电池供应装置，其中保持性材料设置在一弹簧支撑器上，以支撑弹簧偏压向活塞。
15.一种燃料电池的燃料供应装置，包括：
一外壳，其内装有包含燃料的内部衬垫；
第一阀门组件，包括一阀门本体和一安装在阀门本体内的可滑动体，其中可滑动体可偏压向一阀门座表面以密封第一阀门组件，其中可滑动体可从阀门座表面上移开以开启第一阀门组件；
其中内部衬垫是由氟化低密度聚乙烯制成或是由低密度聚乙烯和氟化物制成。
16.如权利要求15所述的燃料供应装置，其中的燃料是甲醇。
17.如权利要求15所述的燃料供应装置，其中外壳和内部衬垫是由不同材料制成。
18.如权利要求15所述的燃料供应装置，其中外壳是从下列材料中选择：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚缩醛、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸二乙酯、尼龙、金属及其混合物。
19.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，使甲醇不会破坏构件。
20.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中至少一个构件包含氟素聚合物。
21.如权利要求20所述的燃料供应装置，其中的氟素聚合物是氟化聚乙烯。
22.如权利要求20所述的燃料供应装置，其中至少一个构件是衬垫构件。
23.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中至少一个构件包括了一具有至少两层的薄层。
24.如权利要求23所述的燃料供应装置，其中上述至少两层是从聚丙烯树脂、聚乙烯、聚醋酸乙烯、玻璃纤维、微玻璃和聚四氟乙烯中选择。
25.如权利要求23所述的燃料供应装置，其中衬垫构件由上述薄层制作而成。
26.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中上述至少一个构件的材料是选自：聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和不锈钢。
27.如权利要求26所述的燃料供应装置，其中阀门本体构件由上述材料制作而成。
28.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中上述至少一个构件的材料是选自：不锈钢和一热塑性弹性体。
29.如权利要求28所述的燃料供应装置，其中可滑动本体体构件由上述材料制作而成。
30.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中阀门组件还包括一密封部件，其制作材料是选自：氟素橡胶、氟硅橡胶、发泡橡胶、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶与聚氯乙烯的混合物、氟素橡胶和氟硅橡胶的混合物、改性环氧树脂和硅橡胶聚合物。
31.如权利要求30所述的燃料供应装置，其中氟素橡胶是选自：偏二氟乙烯与六氟丙烯共聚物橡胶、四氟乙烯—丙烯橡胶、全氟化甲乙醚橡胶。
32.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中阀门组件还包括一密封部件，其制作材料是选自：四氟乙烯/六氟丙烯-偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯/聚四氟乙烯醚共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚酰胺树脂、聚丁烯对苯二甲酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。
33.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中阀门组件还包括一密封部件，其制作材料是选自：苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、天然橡胶、低亚硝酸盐丁腈橡胶、三元乙丙合成橡胶、丁基橡胶、硅橡胶和磷腈橡胶、氯化(丙烷)橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、胺基甲酸酯橡胶、氟硅酮橡胶、氢化丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶、丙烯酸橡胶、丁腈橡胶和乙烯丙烯橡胶的混合物及氟合成橡胶聚合物。
34.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中阀门座表面是由一隔膜所提供。
35.如权利要求34所述的燃料供应装置，其中可滑动体构件是一球体。
36.如权利要求19所述的燃料供应装置，还包括一外壳。
37.如权利要求36所述的燃料供应装置，其中外壳的制造材料是选自：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚缩醛、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯、尼龙、金属及其混合物。
38.如权利要求19所述的燃料供应装置，其中可滑动体构件被一弹簧偏压，且该弹簧可与甲醇相容。
39.如权利要求38所述的燃料供应装置，其中弹簧由弹簧支架构件支撑且该弹簧可与甲醇相容。
40.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括:
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中阀门组件还包括一由三元乙丙胶共聚物所制造的密封部件。
41.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中至少有一个构件包括含硼酸锌的聚氨基甲酸酯。
42.如权利要求41所述的燃料供应装置，其中聚氨基甲酸酯包括了3％到30％的硼酸锌。
43.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中至少有一构件包括一离子传导聚合物。
44.如权利要求43所述的燃料供应装置，其中的离子传导聚合物是聚磺酸苯乙烯-聚乙烯醇共聚物的组合。
45.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中至少有一构件是使用铬氟碳合成物的涂层。
46.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中阀门座表面位于阀门本体上。
47.如权利要求46所述的燃料供应装置，其中可滑动体构件是一活塞。
48.如权利要求47所述的燃料供应装置，其中O型环安装在活塞上。
49.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中可滑动体构件被一弹簧偏压，且该弹簧可与甲醇相容；
其中弹簧支架包括一多孔性注入器、吸收性材料或保持性材料。
50.一种供燃料电池使用的燃料供应装置，包括：
一内含甲醇的衬垫构件；
一阀门组件，包括一阀门本体构件和一安装在阀门本体构件内可滑动体构件，其中可滑动体构件可偏向阀门座表面以密封阀门组件，而该可滑动体可从阀门座表面上移开以开启阀门组件；
其中衬垫构件、阀门本体构件及可滑动体构件都是由至少两种不同的材料制作而成，而其中至少有一个构件会与甲醇兼容；
其中阀门组件可还包括一多孔性注入器，吸收性材料或保持性材料。
51.如权利要求50所的燃料供应装置，其中多孔性注入器、吸收性材料或保持性材料位于阀门组件的上游处。
52.如权利要求50所述的燃料供应装置，其中多孔性注入器、吸收性材料或保持性材料位于阀门组件的下游处。
53.如权利要求50所述的燃料供应装置，其中多孔性注入器、吸收性材料或保持性材料位于阀门组件和一相对应阀门组件之间。
54.一种密封燃料供应装置的方法，其中燃料供应装置包括一阀门，一外壳包括一第一开口，一内部衬垫包括一第二开口，该方法包括：
(i)在内部衬垫的第二开口插入燃料供应装置的阀门；
(ii)在内部衬垫连结上阀门；
(iii)在外壳插入内部衬垫和阀门；
(iv)在外壳连结上阀门。
55.如权利要求54所述的方法，其中连结上阀门的步骤(ii)包括超音波焊接的步骤。
56.如权利要求55所述的方法，其中连结上阀门的步骤(iv)包括超音波焊接的步骤。
57.如权利要求54所述的方法，其中该外壳包括一架状突出物，该内部衬垫包括锁扣，其中步骤(iii)还包括推动内部衬垫直到该锁扣紧扣上该一架状突出物的步骤。
58.如权利要求54所述的方法，其中该内部衬垫包括至少一倒钩，该外壳包括一倾斜内壁，其中步骤(iii)还包括推动内部衬垫直到该至少一倒钩紧扣上该一倾斜内壁的步骤。
59.如权利要求54所述的方法，还包括：(v)使内部衬垫具有燃料抗性。
60.如权利要求59所述的方法，其中的步骤(v)还包括：
(vi)以聚合物制成内部衬垫；
(vii)使内部衬垫氟化。
61.如权利要求59所述的方法，其中的聚合物是低密度聚乙烯。
62.如权利要求59所述的方法，其中的燃料是甲醇。
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