CN100435399C

CN100435399C - 燃料电池用燃料容器

Info

Publication number: CN100435399C
Application number: CNB2005800028133A
Authority: CN
Inventors: 乘松泰明; 加茂友一; 久保田修; 中村保昭
Original assignee: Tokai Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Tokai Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: US7766032B2; CN1910778A; JP4944444B2; HK1103171A1; WO2005069419A1; JPWO2005069419A1; US20080241631A1

Abstract

一种燃料电池用燃料容器，其特征在于，所述容器配备有：容器主体，该容器主体备有容纳液体燃料的液体燃料室以及容纳排出该液体燃料的机构的排出机构容纳室；阀，该阀设置在前述容器主体上，排出或者切断前述液体燃料；间隔壁构件，该间隔壁构件在该容器主体内部可自由滑动地设置；上述间隔壁构件将上述容器主体的内部分隔成前述液体燃料室和前述排出机构容纳室，前述液体燃料室和排出机构容纳室经由上述间隔壁构件连通，前述容器主体和前述间隔壁构件的滑动面的至少一方含有低摩擦系数的材料。

Description

燃料电池用燃料容器

技术领域

本发明涉及安装到内置直接甲醇型燃料电池(下面称为DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)等燃料电池的设备上、将甲醇水溶液等液体燃料供应给燃料电池或者将液体燃料供应给燃料电池的燃料容器的燃料电池用燃料容器。

背景技术

过去，作为容纳液体的容器，例如，已知有烟雾剂容器、化妆品容器等，这些容器由玻璃、金属、塑料等材料形成。在这些容器的内部，除了前述液体之外，还封入压缩气体(所谓气体推进剂)。并且，当打开容器的喷嘴时，前述液体和压缩气体混合，呈雾状喷出。

与此相对，在希望只喷出液体的情况下，提出了配备有活塞等的双重结构的容器(例如参照专利文献1)。可是，近年来，作为笔记本个人计算机、PDA(Personal Data Assistant：个人数字助理)等小型便携式终端的小型电源，正在研究燃料电池。并且，作为将燃料供应给这种燃料电池的手段，提出了燃料容器(燃料盒)的方案。作为填充到这种燃料容器中的燃料，例如，在燃料电池是DMFC的情况下，研究了甲醇和纯水或者乙醇和纯水混合的液体燃料。

另外，笔记本个人计算机等小型设备，由于其大小的制约，所以，希望不要装载燃料供应泵、调压机构、燃料残留量检测机构等，此外，为了提高使用者的方便性，期待着廉价、小型轻量的燃料容器的开发。

进而，为了利用填充液体燃料的燃料容器喷出供应液体燃料，有必要使活塞状的间隔壁构件可靠地动作。特别是，在便携式终端未配备燃料供应泵及调压机构、且将排出压力设定在最大为0.3MPaG(计示压力)以下的比较低的情况下，即使在低的排出压力下，间隔壁构件也必须可靠地移动。

因此，一般地，为了使活塞状的间隔壁构件可靠地移动，在间隔壁构件的周面上涂布硅油等润滑油，提高间隔壁构件的滑动性。

专利文献1：特公平5-20148号公报(第2页右栏第1行～第3页行左栏第39行，图1、图2)

发明内容

但是，当使用前述硅油等润滑油时，存在润滑油会溶到液体燃料中问题。这样，当作为杂质的润滑油混入到液体燃料中时，存在燃料电池的发电功能降低的问题。

因此，本发明的课题是提供一种燃料电池用燃料容器，所述燃料电池用燃料容器不会使杂质混入液体燃料，能够确保间隔壁构件的可靠的滑动性，能够供应液体燃料。

根据本发明，提供一种燃料电池用燃料容器，其特征在于，所述燃料电池用燃料容器配备有：容器主体，该容器主体备有容纳液体燃料的液体燃料室以及容纳排出该液体燃料的机构的排出机构容纳室；阀，该阀设置在前述容器主体中，排出或者切断前述液体燃料；间隔壁构件，该间隔壁构件可自由滑动地设置在该容器主体的内部；上述间隔壁构件将上述容器主体的内部分隔成前述液体燃料室和前述排出机构容纳室，前述液体燃料室和排出机构容纳室经由上述间隔壁构件连通，前述容器主体和前述间隔壁构件的滑动面的至少一方含有低摩擦系数的材料。

上述容器主体优选具有将上述阀连接到燃料电池上用的连接部。另外，上述容器主体优选具有将上述阀连接到燃料电池的液体燃料容器上用的连接部。进而，优选以安装到内置有上述燃料电池的设备上的方式构成。

另外，前述低摩擦系数的材料相对于前述液体燃料而言优选是非溶出性的材料。可以将前述非溶出性的材料涂敷到上述滑动面上。前述非溶出性材料优选是聚四氟乙烯或者金刚石状的碳。

借助容纳在前述排出机构容纳室内的压缩气体，可以给予前述间隔壁构件背压。另外，前述液体燃料室和前述压缩气体室优选邻接地配置。

根据本发明，可以提供一种不使杂质混入液体燃料中、能够确保间隔壁构件的可靠的滑动性、能够供应液体燃料的燃料电池用燃料容器。

附图说明

图1是说明根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的安装状态的图示。

图2(a)是根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的平面图，(b)是其中央的剖视正视图。

图3是图2所示的燃料电池用燃料容器的X-X剖视图。

图4(a)、(b)是放大表示图2所示的阀的图示，(a)表示阀关闭的状态，(b)表示阀打开的状态。

图5是根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的变形例的剖视图。

图6是根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的变形例的中间剖视正视图。

附图标记说明：

1A、1B、1C燃料容器；10容器主体；11容器主体构件；11a内部壁；11b连接口；20、20A间隔壁构件；21密封构件

具体实施方式

本发明的燃料容器可以安装到内置燃料电池的设备上，用作将液体燃料供应给内置于燃料电池内的燃料容器中的燃料容器使用。具有容器主体，该容器主体容纳液体燃料及将该液体燃料推出或者排出的机构，具有连接到前述燃料电池上用的连接部。另外，配备有间隔壁构件，该间隔壁构件在该容器主体的内部可以自由地滑动，同时，将该内部分隔成容纳前述液体燃料的液体燃料室和容纳前述推出机构的推出机构容纳室。另外，配备有阀，该阀设置在前述连接部处，开放或切断前述液体燃料的流通。前述容器主体和前述间隔壁构件的滑动面的至少一方包含有低摩擦系数的材料，或者在滑动面的表面上涂敷低摩擦系数的材料，所述低摩擦系数的材料使由于前述间隔壁构件的滑动在所述间隔壁构件与前述容器主体之间产生的摩擦力降低。

将液体燃料供应给燃料电池的燃料电池用燃料容器1A，包括：容器主体10，所述容器主体10安装在内置燃料电池的设备上，容纳液体燃料及推出该液体燃料的压缩气体(推出机构)，具有连接燃料电池用的连接部11b；间隔壁构件20，所述间隔壁构件20可以在容器主体10的内部自由滑动，同时，将该内部分隔成容纳液体燃料的液体燃料室FR1和容纳压缩气体的压缩气体室GR1(推出机构容纳室)；阀30，该阀30设置在连接口11b处，开放或切断液体燃料的流通，其中，容器主体10与间隔壁构件20滑动接触的面的至少一方是使由于间隔壁构件20的滑动而在间隔壁构件20与容器主体10之间产生的摩擦力降低的低摩擦面。

根据这种燃料电池用燃料容器，由于容器主体与间隔壁构件滑动接触的面的至少一方是低摩擦面，由间隔壁构件的滑动在该间隔壁构件与容器主体之间产生的摩擦力降低。即，可以不使用润滑油而确保间隔壁构件的可靠的滑动性。另外，由于不使用润滑油，所以，使作为使燃料电池的发电功能降低的杂质的润滑油不会混入液体燃料。

下面，参照附图详细说明本发明的一种实施形式。

在所参照的附图中，图1是说明根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的安装状态的图示。图2(a)是根据本实施形式的燃料电池用燃料容器的平面图，图2(b)是其中央剖视正视图。图3是图2所示的燃料电池用燃料容器的X-X剖视图。图4(a)及图4(b)是放大表示图2(b)所示的阀的图示，图4(a)表示将阀关闭的状态，图4(b)表示将阀打开的状态。

如图1所示，根据本实施形式的燃料电池用燃料容器1A(下面简称为燃料容器)是这样一种燃料容器：将液体燃料容纳在液体燃料室FR1(参照图2(b))内，通过安装到笔记本个人计算机、便携式电话、音乐·数据的记录再生装置、电子笔记本、电子词典、手表等便携式终端P(设备)上，将液体燃料供应给内置于便携式终端P内的DMFC中。

另外，根据本实施形式的燃料容器1A是截面呈大致椭圆形的柱体。这里。为了便于说明，如图1所示，对于燃料容器1A设定宽度方向、厚度方向、高度方向。

如图2(b)所示，燃料容器1A包括容器主体10、间隔壁构件20和阀30。

(容器主体)

容器主体10是外形呈大致椭圆形(参照图1、图2(a))的柱体，由容器主体构件11和底盖构件12构成。容器主体10具有内部填充有液体燃料、压缩气体的空腔。另外，容器主体构件11内部具有内部壁11a。

内部壁11a将前述空腔室不完全隔断地不完全地分隔成液体燃料室FR1和压缩气体室GR1(推出机构容纳室)，所述液体燃烧室FR1中填充(容纳)液体燃料，所述压缩气体室GR1作为经由间隔壁构件20推出液体燃料的推出机构，被封入(容纳)压缩气体。液体燃料室FR1和压缩气体室GR1沿着燃料容器1A的宽度方向并列地配置，同时，液体燃料室FR1和压缩气体室GR1经由底侧(一个端部侧)的连通通路C连通。换句话说，液体燃料室FR1和压缩气体室GR1从宽度方向的中心向相互相反的方向偏离(错开)地配置。

这样，由于液体燃料室FR1和压缩气体室GR1以大体分离的状态配置，所以，对于下落等的冲击，液体燃料很难泄漏。另外，由于液体燃料室FR1和压缩气体室GR1沿着宽度方向并列地配置，所以，燃料容器1A在高度方向(参照图1)上比较短，可以应对笔记本个人计算机、PDA等便携式终端P所要求的高空间效率。

另外，如图3所示，液体燃料室FR1截面为圆形，后面描述的间隔壁构件20的截面也是圆形的。从而，利用间隔壁构件20容易地将填充到液体燃料室FR1内的液体燃料稳定地排出。

另外，更详细地说，借助间隔壁构件20的位置来改变液体燃料室FR1与压缩气体室GR1的比例，当液体燃料消耗、间隔壁构件20上升时，压缩气体室GR1的一部分配置在液体燃料室FR1的下方。

在本实施形式中，由于燃料容器1A安装到内置DMFC的便携式终端P上，所以，填充到液体燃料室FR1内的液体燃料是规定浓度的甲醇与纯水、或者乙醇与纯水的混合液。但是，液体燃料的种类并不局限于此，可以根据燃料电池的种类适当地变更。

作为封入压缩气体室GR1中的气体，优选的采用氮、二氧化碳、脱氧空气等不含有氧气的气体。这样，若使用不含氧气的气体，则可以防止对燃料电池中的反应造成恶劣影响的氧气混入液体燃料、以及液体燃料的氧化。

另外，对于压缩气体的压力，只要即使在填充到液体燃料室FR1内的液体燃料变少时也能够被推出或者排出即可，没有特定的限制。进而，例如，在便携式终端P不配备燃料供应用泵、调压机构等的情况下，优选地，将气体的最大压力设定在小于等于0.3MPaG。这样，在设定在小于等于0.3MPaG的情况下，在液体燃料的填充量处于最大的状态(液体燃料室FR1的容积最大、压缩气体室GR1的容积最小的情况下)，将压缩气体的压力设定为0.3MPaG。

进而，为了极力地降低压缩气体的压力变化，压缩气体室GR1的容积优选尽可能地大。

另外，在容器主体构件11上，形成从外部与液体燃料室FR1连通、连接到燃料电池上用的连接口11b。

进而，容器主体构件11部分地具有由透明材料构成的窗部11c(参照图1)，即使在燃料容器1A原封不动地安装在便携式终端P上的情况下，也能够观察间隔壁构件20的位置，掌握液体燃料的残留量。进而，在窗部11c处附加事先通过试验等求出的刻度11d，能够更正确地观察液体燃料的残留量。

(间隔壁构件)

间隔壁构件20被可沿着容器主体10内的高度方向(参照图1)自由滑动地容纳，同时，将容器主体10的内部的空腔分隔成液体燃料室FR1和压缩气体室GR1。

间隔壁构件20由密封构件21和芯构件22构成。密封构件21覆盖芯构件22，与芯构件22形成一个整体。藉此，间隔壁构件20一面保持规定的姿势，一面能够在容器主体11的液体燃料室FR1内部滑动。

密封构件21在其上部周面和下部周面一面与容器主体10的内表面气密性地接触，一面自由滑动。

密封构件21由利用橡胶等具有弹性的材料形成的密封构件主体和呈薄膜状形成在其外表面侧的低摩擦涂敷层(图中未示出)构成。即，间隔壁构件20在其外表面(容器主体与间隔壁构件滑动接触的面(容器主体侧的滑动接触面及间隔壁构件侧的滑动接触面)的至少一方)上具有低摩擦面。

由于借助该低摩擦涂敷层降低了间隔壁构件20与容器主体10之间产生的摩擦力，所以，间隔壁构件20几乎不受由于摩擦引起的移动阻力，可以在容器主体的10内部滑动。即，即使封入压缩气体室GR1内的气体的压力低，间隔壁构件20也能够在容器主体10的内部动作(滑动)，排出液体燃料。

另外，由于低摩擦涂敷层由相对于液体燃料为非溶出性的材料形成，所以，低摩擦涂敷剂不会溶出，杂质不会混入液体燃料。

作为这种低摩擦涂敷层，例如，可以列举出利用PTFE(聚四氟乙烯)形成的PTFE涂敷层，或者DLC(金刚石状的碳)涂敷层等。

其中，在形成PTFE层的情况下，由于密封构件21与容器主体10之间产生的摩擦系数及摩擦力特别低，所以，间隔壁构件20的移动阻力降低。

另外，对于DLC涂敷层，例如，通过以甲烷气体作为原料利用高频等离子体CVD在前述密封构件主体的表面上成膜而形成，该成膜工艺称为DLC涂敷。DLC涂敷能够高精度地控制厚度，同时，能够进行均匀处理，所以，在保持密封构件21的气密性的同时，使摩擦系数降低。

(阀)

阀30安装在前述连接口11b上，是开放或切断液体燃料阀的流通的设备。如图4(a)、图4(b)所示，阀30由以下部分构成：圆筒状的间隔件31、压缩螺旋弹簧32、环状衬垫33、具有中空部34a及连通孔34b的有底的大致圆筒状的阀杆34、固定构件35。

另外，构成阀30的各个构件，如后面将要描述的，在阀30保持打开的状态时，由于和液体燃料直接接触，所以，优选地，用PTFE等非金属材料形成，或者用PTFE等涂敷。

压缩螺旋弹簧32由配置在连接口11b的底周壁部的间隔件31引导，配置在连接口11b的底部。衬垫33配置在间隔件31之上。阀杆34插入贯通衬垫33，同时，配置在压缩螺旋弹簧32之上。并且，固定构件35借助刻在周面上的螺纹部(图中未示出)与刻在容器主体构件11上的螺纹部(图中未示出)螺纹配合，同时，抵抗压缩螺旋弹性32将阀杆34压到连接口11b的底侧上。

这里，在燃料容器1A未安装到便携式终端P上的情况下，如图4(a)所示，阀杆34的连通孔34b被衬垫33隔断，阀30变成关闭状态。

另一方面，在燃料容器1A安装到便携式终端P上的情况下，如图4(b)所示，由于阀杆34被下推，衬垫33变形，连通孔34b打开(打开状态)。并且，由于封入到压缩气体室GR1内的气体的压力的原因，填充到液体燃料室FR1内的液体燃料经由连通孔34b及中空部34a喷出到燃料容器1A的外部，可以供应给内置于便携式终端P内的燃料电池(图中未示出)。

从而，根据这种燃料容器1A，由于间隔壁构件20借助低摩擦面与容器主体10滑动接触，所以，即使封入压缩气体室GR1内的压缩气体的压力低，也能够进行滑动将液体燃料推出。

另外，由于燃料容器1A不使用硅油等润滑油，所以，完全不必担心作为杂质的润滑油混入液体燃料，从而，完全不会降低燃料电池的发电功能。

进而，燃料容器1A安装到便携式终端P上，将液体燃料供应给内置于便携式终端P中的燃料电池，但是，也可以作为提高压缩气体的压力、能够将液体燃料再次注入的燃料容器使用。

上面，对于本发明的优选的一种实施形式进行了说明，但是，本发明并不局限于前述一种实施形式，在不超出本发明的主旨的范围内，例如，可以进行以下的变更。

在前述实施形式中，燃料容器1A具有截面为圆形的液体燃料室FR1(参照图3)，但是，此外，例如如图5所示，也可以是具有截面为长圆形(大致椭圆形)的液体燃料室FR2的燃料容器1B。根据这种燃料容器1B，与燃料容器1A相比，可以将厚度方向进一步变薄，可以容易地安装到薄型的笔记本个人计算机等便携式终端P(参照图1)上。

另外，在这种液体燃料室FR2的情况下，压缩气体室GR1对应地为薄型的压缩气体室GR2，间隔壁构件20也对应地改变。另外，在这种液体燃料室FR2的情况下，由于间隔壁构件不沿圆周方向旋转，所以，借助压缩气体可以更稳定地推出液体燃料。

根据前述实施形式的燃料容器1A将液体燃料室FR1和压气体室GR1沿着宽度方向并列地配置，但是，液体燃料室和压缩气体室的配置并不局限于此，例如，如图6所示，液体燃料室FR3和压缩气体室GR3也可以是沿着高度方向串列(呈直线地)配置的细长的燃料容器1C。

在前述实施形式中，在密封构件21的表面形成低摩擦涂敷层，但是，在本发明中，并不局限于此，低摩擦涂敷层也可以形成在容器主体构件11上，或者，也可以形成在密封构件21和容器主体构件11两者上。

在前述实施形式中，通过在密封构件21的表面形成低摩擦涂敷层，间隔壁构件20具有低摩擦面，但是，除此之外，例如如图6所示，也可以通过配备由PTFE形成的间隔壁构件20A，使间隔壁构件20A具有低摩擦面。

在前述实施形式中，推出液体燃料的推出机构是压缩气体，但是，推出机构并不局限于此，例如除此之外，也可以使压缩螺旋弹簧等。

Claims

1.一种燃料电池用燃料容器，其特征在于，所述容器配备有：

容器主体，该容器主体备有容纳液体燃料的液体燃料室及容纳排出该液体燃料的机构的排出机构容纳室，

阀，该阀设置在前述容器主体上，排出或者切断前述液体燃料，

间隔壁构件，该间隔壁构件可自由滑动地设置在该容器主体内部，

上述间隔壁构件将上述容器主体的内部分隔成前述液体燃料室和前述排出机构容纳室，前述液体燃料室和排出机构容纳室经由上述间隔壁构件连通，

前述容器主体和前述间隔壁构件的滑动面的至少一方含有PTFE。

2.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，上述容器主体具有将上述阀连接到燃料电池上用的连接部。

3.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，上述容器主体具有将上述阀连接到燃料电池的液体燃料容器上用的连接部。

4.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，以安装到内置上述燃料电池的设备上的方式构成。

5.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，前述阀被弹簧向喷嘴出口方向加载。

6.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，前述PTFE涂敷到上述滑动面上。

7.如权利要求1所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，利用容纳在前述排出机构容纳室内的压缩气体给予前述间隔壁构件背压。

8.如权利要求7所述的燃料电池用燃料容器，其特征在于，前述液体燃料室和前述排出机构容纳室邻接配置。