CN1897344A - 燃料筒和具有该燃料筒的直接液体供给燃料电池系统 - Google Patents

燃料筒和具有该燃料筒的直接液体供给燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液体燃料筒和具有该液体燃料筒的直接液体供给燃料电池系统。直接液体供给燃料电池系统包括：具有筒插入槽和沿筒插入槽的长度方向形成的第一开口的外壳；位于外壳上表面下方的燃料电池，燃料电池包括位于电解质膜上的多个阴极和在电解质膜下方与阴极对应的多个阳极；盛有液体燃料、被插入筒插入槽中并向阳极提供液体燃料的液体燃料筒；及将液体燃料筒的液体燃料传送到阳极并位于液体燃料筒和阳极之间的燃料传送单元，其中，当液体燃料筒按第一方向旋转时将液体燃料提供给所述燃料传送单元，当液体燃料筒按与第一方向相反的方向旋转时中断液体燃料的供应，因此可方便地控制提供给燃料电池的液体燃料。

Description

燃料筒和具有该燃料筒的直接液体供给燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料筒和具有该燃料筒的直接液体供给燃料电池系统，尤其涉及控制提供给燃料电池的液体燃料的燃料筒和具有该燃料筒的直接液体供给燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是通过电化学反应将液体燃料的化学能转变为电能的电化学装置。直接液体供给燃料电池通过液体燃料与氧的直接反应由液体燃料例如甲醇提供电能。直接液体供给燃料电池与二次电池的区别在于只要从外部燃料源提供燃料就可以运行直接液体供给燃料电池。
直接液体供给燃料电池可以通过直接安装在装置上或者单独对用于移动通讯装置的可充电电池充电而用于移动通讯装置。
用于向移动通讯设备供电的燃料电池需要具有必要时控制液体燃料供应的装置的液体燃料供应系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过旋转控制提供给燃料电池的液体燃料的液体燃料筒和具有该液体燃料筒的直接液体供给燃料电池系统。
根据本发明的一个方面，提供一种直接液体供给燃料电池系统，包括：具有筒插入槽和在该筒插入槽的长度方向上形成的第一开口的外壳；位于外壳上表面下方的燃料电池，该燃料电池由设于电解质膜上的多个阴极和在电解质膜下方与阴极对应的多个阳极组成；盛有液体燃料的液体燃料筒，该液体燃料筒被插入筒插入槽中并向阳极提供液体燃料；和通过位于液体燃料筒和阳极之间将液体燃料筒的液体燃料供给阳极的燃料传送单元，其中当液体燃料筒按第一方向旋转时液体燃料提供给燃料传送单元，当液体燃料筒按与第一方向相反的方向旋转时液体燃料的供应中断。
外壳的上表面可以包括用于将空气提供给阴极的多个孔。
燃料传送单元还可包括穿过第一开口的多孔片，该多孔片具有可根据液体燃料筒的旋转选择地与液体燃料筒接触的端部。
燃料传送单元还可包括从传送片下部支撑传送片的传送板。
传送板可包括使传送片端部穿过的狭缝，和通过延伸狭缝下表面形成的、支撑穿过狭缝的传送片端部的导引单元。
传送板可以包括在阳极区域外部的区域上的凸起图纹，所述凸起图纹可以有助于使从液体燃料筒提供给阳极的液体燃料均匀分布。
传送片可以包括对应于凸起图纹的沟。
燃料传送单元可包括具有预定高度的隔板，该隔板覆盖对应于传送板的凸起图纹的部分，并且隔板可以位于传送片上。
液体燃料筒可包括储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体可以包括沿筒插入槽长度方向形成的长形槽。
液体燃料筒还可包括围绕圆柱形主体的传送层，传送层具有由于旋转圆柱形主体而接触传送片端部的端部。
液体燃料筒可以包括：储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括沿筒插入槽长度方向形成的长形槽；中空圆柱形容器，圆柱形主体被插入该容器中，该容器具有对应于传送片端部在液体燃料筒的长度方向上形成的第二开口；固定于插入在容器中的圆柱形主体外侧以覆盖该筒插入槽的盖；和盖板，该盖板通过可旋转地安装在容器上而覆盖长形槽的壁，并且被开启，致使借助于圆柱形主体的旋转使该圆柱形主体与所述传送片的端部接触。
弹性元件可安装在筒插入槽的底部以与容器接触，容器的外周边可包括凸起部分，该外壳可包括使凸起部分穿过的导引槽，在将液体燃料筒插入筒插入槽中并对齐使得凸起部分可沿导引槽穿过之后，在由于推动盖而压缩弹性元件的同时通过在第一方向上旋转而释放该盖时，液体燃料筒可以位于液体燃料筒安装在筒插入槽上的第一位置。
液体燃料筒可包括储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括在筒插入槽的长度方向上的长形槽；固定于圆柱形主体外部端面的盖，直接液体供给燃料电池系统还包括盖板，该盖板通过可旋转地安装在外壳上而覆盖长形槽的壁并被开启，致使借助于圆柱形主体的旋转而可与传送片的端部接触。
附图说明
通过参考附图详细说明本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它特点和优点将变得更加清晰。附图中：
图1是具有本发明的燃料筒的直接液体供给燃料电池系统的透视图；
图2是具有本发明的燃料筒的直接液体供给燃料电池系统的横截面图；
图3是本发明的传送板和传送片的透视图；
图4是本发明一实施方式的液体燃料筒的透视图；
图5是图4所示的液体燃料筒的分解透视图；
图6是本发明的导引槽形状的示意图；
图7和8是本发明一实施方式的从液体燃料筒供应液体燃料的过程的横截面图；
图9A到9F是各种类型的燃料筒主体的横截面图；
图10是本发明传送板的底表面底视图；
图11是本发明传送片的平面图；
图12是本发明隔板的平面图；
图13是本发明另一实施方式的液体燃料筒的透视图；
图14是本发明导引槽形状的示意图；
图15和16是本发明另一实施方式的从液体燃料筒供应液体燃料的过程的横截面图。
具体实施方式
现在将参考示出了本发明的示例性实施方式的附图更全面地说明本发明。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。
图1是具有本发明燃料筒的直接液体供给燃料电池系统的透视图。直接液体供给燃料电池系统100包括外壳110和可拆卸的液体燃料筒120，液体燃料筒120安装在直接液体供给燃料电池系统100的侧面。筒插入槽114是形成于外壳110中容纳液体燃料筒120的长形槽。
图2是具有本发明的燃料筒的直接液体供给燃料电池系统的横截面图。
参考图2，外壳110包括燃料电池140和处于液体燃料筒120与燃料电池140之间的燃料传送单元。开口116沿筒插入槽114的长度方向上形成于外壳110中，而且燃料传送单元穿过开口116接触液体燃料筒120。
燃料电池140包括电解质膜142、形成在电解质膜142上的多个阴极144和形成在电解质膜142下面与阴极144相对应的区域的多个阳极146。也就是说，燃料电池140包括多个单元燃料电池(unit fuel cell)。可将单元燃料电池串联连接，由于单元燃料电池的串联电路结构是公知的现有技术，所以省略对其的说明。
在外壳110的上表面形成有多个孔112，通过孔112向阴极144提供氧(空气)。
燃料传送单元包括传送片160，因为传送片160的一端通到液体燃料筒120的液体燃料，传送片160可通过毛管力向燃料电池140的阳极146传送液体燃料。传送片160可以结合到图3所示的传送板162的上部。传送片160的上表面与单元燃料电池的阳极146接触。传送板162包括狭缝165和导引单元166，传送片160的端部161穿过该狭缝，通过延伸狭缝165的下表面，该导引单元支撑穿过狭缝165的传送片160的端部161。隔板164还可以位于阳极146和传送片160之间，下面将说明隔板164的结构。
印刷电路板184可被安装于燃料传送单元下方并与燃料电池140的端子(未示出)电连接，并且电路连接到与移动电子装置(未示出)连接的外部端子，用于向移动电子装置充电。
图4是本发明一实施方式的液体燃料筒的透视图，图5是图4所示的液体燃料筒的分解透视图。液体燃料筒120包括外部容器121、储存液体燃料并且被插入外部容器121中的圆柱形主体122、具有固定于圆柱形主体122并且相对于外部容器121旋转圆柱形主体122的手柄123(在图1中)的盖124、将圆柱形主体122固定到外部容器121上的E环125和夹持器弹簧126、可旋转地联结于外部容器121的开口127使其在某方向上弹性偏移从而覆盖开口127的盖板128、以及向盖板128提供弹力的盖板弹簧129。在外部容器121的周边形成有凸起部分130。在圆柱形主体122上形成有与开口127对应的长形槽122e。长形槽122e提供使传送片160的端部161可以进入的空间，并且圆柱形主体122在这个空间中接触传送片160的端部161。
将液体燃料筒120插入外壳110时，引导凸起部分130的导引槽131形成于外壳110的筒插入槽114中。图6是导引槽131形状的示意图。附图标记132表示联结到外壳110的筒插入槽114底部的压缩弹簧。当液体燃料筒120从筒插入槽114释放出来时，压缩弹簧132提供弹力向外推动液体燃料筒120。
现在将参考图6说明在外壳110中安装液体燃料筒120的外部容器121的步骤。为了在外壳110中安装液体燃料筒120，在凸起部分130与导引槽131对齐的同时将液体燃料筒120插进筒插入槽114中。这时，液体燃料筒120通过压缩弹簧132的弹力而到达第一位置P1。进一步向下推液体燃料筒120时，凸起部分130到达第二位置P2，并且顺时针旋转盖124的手柄123时，凸起部分130到达第三位置P3。然后，当释放液体燃料筒120时，液体燃料筒120被压缩弹簧132的弹力向上推到第四位置并固定。从外壳110释放液体燃料筒120的过程与安装过程相反，因此省略对其的详细说明。
图7和8是本发明一实施方式的从液体燃料筒供应液体燃料过程的横截面图。液体燃料筒120的圆柱形主体122包括含有液体燃料的多孔部件122a和围绕多孔部件122a并通过与传送片160接触向传送片160传送液体燃料的传送层122b。多孔部件122a包括多个用于储存液体燃料的细孔状海绵，传送层122b可以由具有比多孔部件122a大的孔的多孔材料构成，因而很容易从多孔材料122a接收液体燃料并将其转送到传送片160。
参考图7，盖板128堵塞传送层122b的端部122c。因此，没有液体燃料供给传送片160。按箭头A的方向旋转手柄123时，由于在固定外部容器121的同时旋转圆柱形主体122，盖板128如图8所示地移动。因此，传送层122b的端部122c与传送片160的端部161接触，然后向单元燃料电池提供液体燃料。另一方面，若按箭头B的方向旋转圆柱形主体122，由于传送层122b的端部122c与传送片160分开，中断向单元燃料电池供给燃料，并且由于盖板弹簧129的复原力(restoration force)而使盖板128覆盖传送层122b的端部122c。
图9A到9F是各种类型的燃料筒120的圆柱形主体122的横截面图。
参考图9A，圆柱形主体122由多孔部件122a构成，因此接触传送片160的部分是多孔部件122a。
参考图9B，圆柱形主体122由薄的传送层122b构成，并且液体燃料充满圆柱形主体122。因此，接触传送片160的部分是传送层122b。传送层122b可以由用于形成传送片160的材料如聚合物纸之类构成。尽管没有示出，但圆柱形主体122的端面被传送层122b阻塞，从而可在传送层122b中容纳液体燃料。
参考图9C，多孔部件122a填充在传送层122b中。多孔部件122a具有的孔可比传送层122b的孔少。
参考图9D，传送层122b位于多孔部件122a外周边的一部分上，尤其可位于与传送片160接触的部分上。
参考图9E，内壁122d形成在传送层122b中以维持传送层122b的形状。在内壁122d上有孔(未示出)。尽管没有示出，但圆柱形主体122的端面被传送层122b阻塞，从而在传送层122b中可容纳液体燃料。
参考图9F，多孔部件122a被填充于内壁122d中。
图10是本发明传送板162的底表面的底视图，图11是本发明传送片160的平面图，图12是本发明隔板164的平面图。凸起图纹163形成在传送板162上。在传送板162的一端形成有可使传送片160的端部161穿过的狭缝165和支撑穿过狭缝165的端部161的导引单元166。在传送片160上形成有与凸起图纹163对应的沟167，使传送片160与传送板162对齐。
隔板164除了与传送片160的沟167对应的部分和边缘部分之外都是空的。隔板164还可以与传送板162对齐来组装。包括传送板162的图纹结构对通过传送片160的端部161进入并经过除沟167之外的所有区域的液体燃料进行分配。因此，液体燃料可均匀地分布于单元燃料电池的阳极146上。
图13是本发明另一实施方式的液体燃料筒220的透视图。图13中与所述实施方式相同的附图标记表示相同的元件，因此不再赘述。
本实施方式的液体燃料筒220包括储存液体燃料的圆柱形主体222、具有手柄123(在图1中)的盖224，该手柄被固定到圆柱形主体122上并可使圆柱形主体222相对于外壳110的筒插入槽114旋转。在圆柱形主体222的外周边上形成有凸起部分230，在外壳110的筒插入槽114上形成有导引槽231，将液体燃料筒220插入外壳110时，导引槽231可引导凸起部分230。图14是导引槽231形状的示意图。附图标记232表示联结到外壳110的筒插入槽114底部的压缩弹簧。当液体燃料筒220从筒插入槽114中释放时，压缩弹簧232提供向外推动液体燃料筒220的弹力。
下面将参考图14说明将液体燃料筒220安装于外壳110中的过程。使凸起部分230与导引槽231对齐的同时，将液体燃料筒220插进筒插入槽114中。这时，由于压缩弹簧232的弹力液体燃料筒220的凸起部分230到达第一位置P1。进一步推动液体燃料筒220时，凸起部分230到达第二位置P2。按箭头A的方向旋转盖224的手柄123时，凸起部分230到达第三位置P3。然后，当释放液体燃料筒220时，液体燃料筒220被推到第四位置P4并固定。在第四位置P4，液体燃料筒220被安装于外壳110中。这时，安装在多孔部件222a外周边上的传送层222b的端部222c被盖板228覆盖(参考图15)。然后，在推动手柄123的同时使其按箭头A的方向旋转然后释放之后，凸起部分230位于第五位置P5，这时，由于圆柱形主体222的旋转而使盖板228向外旋转。传送层222b的端部222c接触传送片160的端部161(参考图16)。因此，液体燃料通过传送片160提供给单元燃料电池的阳极146。使从液体燃料筒220提供给阳极146的液体燃料中断的过程和液体燃料筒220从外壳110分开的过程与上述过程相反，因此省略对其的详细说明。
如上所述，本直接液体供给燃料电池系统包括通过旋转控制燃料供给的燃料筒。根据本发明，装有这种燃料筒的直接液体供给燃料电池系统具有以下优点：可以方便地控制提供给燃料电池的液体燃料；将这种燃料筒连结到移动通讯设备上时，可延长如移动电话之类的移动通讯设备的工作时间。由于可在通讯设备工作期间更换燃料筒，通讯装置的工作可不受电源供给的限制。
尽管已参考本发明的示例性实施方式具体示出和说明了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不超出本发明构思和范围的前提下，可在形式和细节上对本发明进行各种变换，本发明的构思和保护范围由所附权利要求限定。

Claims (25)

1.一种直接液体供给燃料电池系统，包括：
具有筒插入槽和沿该筒插入槽的长度方向形成的第一开口的外壳；
位于所述外壳上表面下方的燃料电池，该燃料电池包括位于电解质膜上的多个阴极和在所述电解质膜下方与所述阴极对应的多个阳极；
盛有液体燃料的液体燃料筒，该液体燃料筒被插入所述筒插入槽中，并向所述阳极提供液体燃料；及
将液体燃料筒的液体燃料传送到所述阳极并位于所述液体燃料筒和阳极之间的燃料传送单元，其中，当所述液体燃料筒按第一方向旋转时将液体燃料提供给所述燃料传送单元，当所述液体燃料筒按与第一方向相反的方向旋转时中断液体燃料的供应。
2.如权利要求1所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述外壳的上表面包括用于向所述阴极提供空气的多个孔。
3.如权利要求1所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述燃料传送单元包括穿过所述第一开口的多孔片，该多孔片具有根据所述液体燃料筒的旋转而选择地接触所述液体燃料筒的端部。
4.如权利要求3所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述燃料传送单元还包括从所述传送片下部支撑所述传送片的传送板。
5.如权利要求4所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述传送板包括使所述传送片端部穿过的狭缝和通过延伸所述狭缝的下表面支撑穿过所述狭缝的所述传送片端部的导引单元。
6.如权利要求4所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述传送板包括处于所述阳极区域的外部区域上的凸起图纹，所述凸起图纹有助于使从所述液体燃料筒提供给所述阳极的液体燃料均匀分布。
7.如权利要求6所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述传送片包括对应于所述凸起图纹的沟。
8.如权利要求7所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述燃料传送单元包括具有预定高度的隔板，该隔板覆盖对应于所述传送板的凸起图纹的部分，所述隔板位于所述传送片上。
9.如权利要求1所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述液体燃料筒包括储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括沿所述筒插入槽长度方向形成的长形槽。
10.如权利要求9所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述液体燃料筒还包括围绕所述圆柱形主体的传送层，该传送层具有通过所述圆柱形主体的旋转而接触所述传送片端部的端部。
11.如权利要求9所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，在所述圆柱形主体中形成空间，并在该空间填充液体燃料或多孔部件。
12.如权利要求9所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，上面形成有多个孔的支撑壁被安装在所述圆柱形主体中，液体燃料或多孔部件被填充在所述支撑壁内侧。
13.如权利要求3所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述液体燃料筒包括：
储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括沿所述筒插入槽的长度方向形成的长形槽；
中空圆柱形容器，所述圆柱形主体被插入该容器中，该容器具有沿所述液体燃料筒的长度方向与所述传送片端部对应地形成的第二开口；
固定于插入所述容器中的所述圆柱形主体外部以覆盖所述筒插入槽的盖；及
盖板，该盖板通过可旋转地安装在所述容器上覆盖所述长形槽的壁并被开启，致使借助于所述圆柱形主体的旋转使该圆柱形主体与所述传送片的端部接触。
14.如权利要求13所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，在所述筒插入槽的底部安装有弹性元件以与所述容器接触，
所述容器的外周边包括凸起部分，
所述外壳包括所述凸起部分穿过的导引槽，及
将所述液体燃料筒插入所述筒插入槽中并对齐使得所述凸起部分可以沿所述导引槽穿过之后，在由于推动所述盖而压缩所述弹性元件的同时通过沿第一方向旋转而释放所述盖时，所述液体燃料筒位于该液体燃料筒被安装在所述筒插入槽上的第一位置。
15.如权利要求3所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述液体燃料筒包括储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括沿所述筒插入槽长度方向形成的长形槽；固定于所述圆柱形主体外端面的盖，所述直接液体供给燃料电池系统还包括盖板，该盖板通过可旋转地安装在所述外壳上覆盖所述长形槽的壁并被开启，致使借助于所述圆柱形主体的旋转使该圆柱形主体与所述传送片的端部接触。
16.如权利要求15所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，所述弹性元件被安装在所述筒插入槽的底部以与所述圆柱形主体接触，
所述圆柱形主体的外周边包括凸起部分，
所述外壳包括所述凸起部分穿过的导引槽，
将所述液体燃料筒插入所述筒插入槽中并对齐使得所述凸起部分可以沿所述导引槽穿过之后，在由于推动所述盖而压缩所述弹性元件的同时通过沿第一方向旋转而释放该盖时，所述液体燃料筒处于该液体燃料筒被安装在所述筒插入槽上的第一位置，及
在由于推动所述盖而压缩所述弹性元件的同时通过沿第一方向进一步旋转而释放所述盖时，所述凸起部分沿所述导引槽移动，所述液体燃料筒处于所述液体燃料筒向所述燃料传送单元提供液体燃料的第二位置。
17.如权利要求1所述的直接液体供给燃料电池系统，其中，还包括外部端子，燃料电池产生的电能通过该外部端子提供到外部；及
包括将燃料电池连接到外部端子的电路的印刷电路板。
18.一种可与直接液体供给燃料电池系统分开、内部储存有液体燃料并向该直接液体供给燃料电池系统的阳极提供液体燃料的液体燃料筒，其中，当该液体燃料筒按第一方向旋转时，将液体燃料提供给所述直接液体供给燃料电池系统，当该液体燃料筒按与第一方向相反的方向旋转时，中断从该液体燃料筒向所述直接液体供给燃料电池系统供给燃料。
19.如权利要求18所述的液体燃料筒，其中，所述液体燃料筒包括储存液体燃料的圆柱形主体，该圆柱形主体包括沿该圆柱形主体长度方向形成的长形槽。
20.如权利要求19所述的液体燃料筒，其中，还包括围绕所述圆柱形主体的传送层。
21.如权利要求19所述的液体燃料筒，其中，在所述圆柱形主体中形成空间，该空间填充有液体燃料或多孔部件。
22.如权利要求19所述的液体燃料筒，其中，在所述圆柱形主体中安装形成有多个孔的支撑壁，液体燃料或多孔部件被填充在所述支撑壁内侧。
23.如权利要求19所述的液体燃料筒，其中，还包括：
中空圆柱形容器，所述圆柱形主体被插入该容器中，该容器具有形成在所述圆柱形主体长度方向上的开口；
固定于插入所述容器中的所述圆柱形主体外侧以覆盖所述筒插入槽的盖；及
盖板，该盖板通过可旋转地安装在所述容器上而覆盖长形槽的壁，并以旋转圆柱形主体的方式被开启和关闭。
24.如权利要求23所述的液体燃料筒，其中，所述容器的外周边包括凸起部分，所述液体燃料筒位于在沿所述直接液体供给燃料电池系统中形成的导引槽移动的同时安装所述液体燃料筒的第一位置。
25.如权利要求19所述的液体燃料筒，其中，所述圆柱形主体的外周边包括凸起部分，
当所述液体燃料筒沿所述直接液体供给燃料电池系统中形成的所述导引槽移动时，所述液体燃料筒位于该液体燃料筒被安装在所述直接液体供给燃料电池系统上的第一位置，及
所述圆柱形主体按第一方向旋转而凸起部分沿所述导引槽进一步移动时，所述液体燃料筒位于该液体燃料筒向所述直接液体供给燃料电池系统提供液体燃料的第二位置。
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