具有弹性内衬的燃料盒的制作方法

专利名称：具有弹性内衬的燃料盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池的燃料盒，特别是，涉及一种可一次性使用及重复填充的燃料盒。本发明也涉及与多壁式燃料盒及与具有弹性内衬的燃料盒。
背景技术：
燃料电池是将反应物的化学能量，例如燃料及氧化剂直接转化为直流电流(DC)的装置。燃料电池比传统产生电力方式，例如燃烧矿物燃料更有效率，也比可携式电力储存装置，例如锂离子电池更耐用，因此它的应用不断增加。
通常，燃料电池技术包括了各种不同的燃料电池，比如碱性燃料电池、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等。现今较为重要的燃料电池大致可区分为三种范畴，也就是使用压缩氢(H2)做为燃料的燃料电池、使用甲醇(CH3OH)转化为氢当做燃料的质子交换膜(Proton Exchange Membrane；PEM)燃料电池、硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物(例如丁烷)或其它转化为氢燃料的燃料，以及直接使用甲醇(CH3OH)的质子交换膜燃料电池(“直接甲醇燃料电池”或DMFC)。压缩氢通常必须在高压之下保存，因此处理困难。此外，它通常需要大型的贮存罐，因此无法制作成消费性电子装置所适用的大小。传统转化燃料电池需要转化槽及其它蒸发及辅助系统，以便将燃料转化为氢气，与燃料电池内的氧化物进行反应。最近的发展让转化槽及转化燃料电池较能为消费性电子装置所接受。在直接甲醇燃料电池中，甲醇会在燃料电池中直接与氧化物进行反应，是最简单也可能是最小型的燃料电池，但是也具有相当可观的电力应用可供消费性电子装置使用。
直接甲醇燃料电池应用在相对较大的设备上时，通常是以风扇或压缩机供应氧化剂(通常是空气或氧气)给阴极，一个供应水/甲醇混合物给阳极的泵，及一个膜电极组(Membrane Electrode Assembly；MEA)。膜电极组通常包括了一个阴极、一个质子交换膜及一个阳极。在操作时，会直接对阳极供应水/甲醇燃料混合液，而对阴极则供应氧化剂。直接甲醇燃料电池每个电极的化学电气反应以及整体的反应如下所示阳极的反应
阴极的反应
整体燃料电池反应
因为氢离子(H+)会透过质子交换膜从阳极移到阴极，而且因为自由电子(e-)无法穿透质子交换膜，所以电子必须透过外部电路流动，因此产生了外部电路的电流。外部电路可以是任何实用的消费性电子装置，像是移动电话、计算器、掌上电脑及笔记本电脑等等。直接甲醇燃料电池在美国专利第5,992,008及5,945,231号案中有所描述，已完整并入本文中以供参考。一般来说，质子交换膜是以聚合物，像是美国杜邦(DuPont)公司的Nafion所制造的，它是一种厚度约在0.05毫米到0.50毫米之间的全氟化材质，或其它适合的薄膜。阳极通常由含有像是铂钌的催化剂涂层的特氟隆化的碳纸所制成，并置于其上。阴极通常是一个气体挥发的电极，铂分子会在此粘合在薄膜的一侧。
硼氢化钠转化燃料电池的电池反应如下所示
适合的催化剂包括铂及钌，以及其它金属。从转化硼氢化钠所制造出来的氢燃料，会在燃料电池内与氧化剂，例如氧气发生反应，以产生电流(或电子流动)及副产品-水。副产品-硼酸盐化钠(NaBO2)也是通过转化过程产生的。硼氢化钠燃料电池在美国公布的专利申请号2003/0082427中有所描述，在此并入本文中以供参考。
专利文献中揭示了许多燃料电池使用的非增压式或增压式的可携式燃料槽或燃料储存装置，美国专利申请案公告号第2002/0018925A1号案揭示一种含有孔洞的电子装置，其中储存了含燃料的可重新填充气球，这种气球是由弹性材料所制成的，美国专利申请案公告号第2003/0008193A1号案则揭示一种包含燃料及吸收性材料的弹性内壁燃料槽。
美国专利US 6,460,733B2揭示了一种多壁式燃料槽，其中包括放置在外部容器内的内部燃料容器，内部燃料容器可以具有坚硬、半坚硬或弹性的内壁，两个容器之间的所有区域，则填充可以中和甲醇燃料的中间体材质或添加剂，以防止破损或提早发生反应。燃料是通过重力，或通过位于外部容器的增压气体而流入燃料贮存容器或直接流入阳极上。另外还设置有外部泵，协助将燃料传送至燃料电池。
美国专利US6,506,513B1中除了披露其它内容外，还揭示了燃料槽包含一种压力调整机构，以维持槽内的恒压，以及包含燃料的内箱。而美国专利公告案号第2002/0197522及2003/0082427号案则揭示一种燃料盒，包括燃料囊和用在燃料囊上的增压机构。US‘427也进一步揭示了可用来接收燃料电池的液体副产品的囊状物。
美国专利申请公告案号第US 2002/0127451A1号案揭示了一种小巧的质子交换膜燃料电池，其储存直接与PEM接触的甲醇燃料，而副产品-二氧化碳则是排出至外壳，以便对外壳增压。这种外壳还包括一个避免壳内压力过高的释压阀门，以及增加燃料的燃料入口阀门。上述文件并未揭示可分离的燃料槽或燃料盒。
最近，位于美国华盛顿的Neah Power Systems of Bothell揭示一种密封的燃料槽，它能在分离的囊状物中储存燃料、水及二氧化碳副产品。
但是，现有技术并未揭示具有弹性内室的燃料盒，这种燃料盒可以在内室的室壁彼此接触时，将留在内室中的残存燃料降到最少，也未揭示到具有以下所述优点及功能的燃料盒。

发明内容
由此，本发明是针对适合任何燃料电池所使用的燃料盒。
本发明还针对适合转化燃料电池使用的燃料盒。
本发明还针对适合直接甲醇燃料电池使用的燃料盒。
本发明还针对多壁式燃料盒提出的。
本发明还针对具有弹性内衬的燃料盒。
本发明更针对含有至少一个释放阀门的燃料盒。
本发明的一个方面是针对可与燃料电池或燃料重新填充容器相连的燃料盒，包括一个外盒和内含燃料电池用的燃料的弹性内衬。弹性内衬当中放置插入物，以促成燃料从燃料盒流动到燃料电池。插入物可以具有弹性及/或基本上坚固的支架，支架可以与内衬整合在一起。插入物也可以是泡沫插入物或网状插入物，插入物也可以由许多细粒子组成，细微粒子可以彼此相连，也可以是散置的，内衬与燃料电池的关闭阀门相连，且燃料系由关闭阀门传送到燃料电池。
燃料盒的外盒可以是坚固或是弹性的，它也可以加以密封，或是与周围的空气流通液体，外盒可以具有开放式的结构，可以使用盖子、可透气而不能渗透液体的薄膜，或是可吸收液体的填充材料加以覆盖。
燃料盒也可以含有置于外盒的第一单方向释放阀门，第一释放阀门可以间歇性地让空气进入盒内，以防止盒内形成部分真空，第一个释放阀门可以覆盖有透气而不能渗透液体的薄膜，或是可吸收液体的填充材料。优选，第一释放阀门是提升型阀门。
燃料盒中会制造气体及/或液体副产品，传送到介于外盒与内衬间之内部空间，燃料盒也可以具有置于外盒的第二单方向释放阀门，并与内部空间进行流体交流。第二释放阀门可间歇性地让气体由燃料盒内部排出，与空气通风。第二释放阀门可以覆盖有可透气而不能渗透液体的薄膜，或是可吸收液体的填充材料，优选，第二释放阀门是提升型阀门。燃料盒可以同时具有第一及第二释放阀门。此外，外盒可以是开放式的结构，可以使用可透气而不能渗透液体的薄膜，或是可吸收液体的填充材料加以覆盖，气体副产品可以持续透过开放式结构排出。
燃料盒还可以具有一个能源储存装置，以压缩内衬。能源储存装置可以是一个加压弹簧、加压泡沫、加压气体，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液态丙烷。内衬也可以设置在一个能收纳燃料盒的电子装置内，通过外部的能源储存装置，例如加压弹簧、加压泡沫、加压气体，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液态丙烷等，加以压缩。外部弹簧装置在燃料盒插入电子装置时，会加以压缩。
燃料盒还可以包括一个可移动的内壁，以滑动方式放置在燃料盒的外盒内，可移动的内壁可以具有一个抵住外盒的橡胶带，与外盒形成密封，可移动式内壁会与燃料盒内的燃料接触，外盒可镀上一层减少摩擦的薄膜，像是聚四氟乙烯(Teflon)，以方便橡胶带沿着外盒移动。能源储存装置可对可移动式内壁输出压力，以协助将燃料送出燃料盒。
内衬也可以加上色彩，让使用者可以一看即知燃料盒内剩余的燃料量。


下述附图是本说明书的一部分，在这里予以解释，不同附图中相同的部分使用相同的附图标记。
图1是完整的多壁式燃料盒的部分横切面视图，显示一个外盒、一个内衬和一个释放阀门。
图2是图1中的多壁式燃料盒部分清空的部分横切面视图。
图3A和3B是图1和2中所描绘的单方向释放阀门的两个具体实施例的部分横切面视图，它可以应用在此处所显示的任何多壁式燃料盒。
图4是另一种完整多壁式燃料盒的部分横切面视图，显示内衬含有的内部结构。
图5是图4中的多壁式燃料盒部分清空的部分横切面视图。
图6A-6C是适合用于内衬的插入物的放大视图。
图7是另一种多壁式燃料盒的部分横切面视图，显示另一种整合结构。
图8是另一种多壁式燃料盒的部分横切面视图，显示另一种整合结构。
图9是另一种含开放式外盒及内衬的多壁式燃料盒的透视视图。
图10是另一种含开放式外盒及内衬的多壁式燃料盒的透视视图。
图11A和11B是图10的多壁式燃料盒的部分放大视图。
图12A和12B是另一种多壁式燃料盒的外盒和内衬的透视视图。
图13是另一种多壁式燃料盒及燃料电池的结构视图。
图14是另一种单方向释放阀门的横切面视图。
图15是本发明另一种型态的横切面视图。
图16是本发明另一种型态的横切面视图。
具体实施例方式
由附图显示及下列所讨论的内容可知，本发明涉及燃料盒，其用来储存燃料电池燃料，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。甲醇可以在许多种类型的燃料电池使用，例如直接甲醇燃料电池、酵素燃料电池、转化燃料电池等等。燃料盒可以包含其它种类型的燃料电池燃料，例如乙醇或酒精、可转化为氢的化学药剂，或其它可以改善燃料电池效能或效率的化学药剂。燃料也可以包括氢氧化钾(KOH)电解液，其对于金属燃料电池或碱性燃料电池是非常有用的，而且可以储存在燃料盒中。对于金属燃料电池，燃料是以浸在氢氧化钾电解质的反应溶液中的带有锌分子液体形式呈现的，电池腔内的正极则是由锌分子形成的微粒状物质正极。氢氧化钾燃料揭示于2003年4月24日公告的美国专利申请案号第2003/0077493号案，专利名称为《使用燃料电池系统以提供一或多个负载提供电源的方法》，已完整并入本文参考。燃料亦包括了甲醇、过氢化氧及硫酸的混合物，它会流过由硅晶所形成的催化剂，产生燃料电池反应。如前所述，燃料亦包括液体硼氢化钠(NaBH4)和水。燃料还包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于丁烷、煤油、酒精及天然气，其揭示于2003年5月22日公告的美国专利申请案号第2003/0096150号案，专利名称为《液体为中间体的燃料电池装置》，已完整并入本文参考。燃料也可包括能与燃料进行反应的液体氧化剂。因此，本发明并不限于任何类型的燃料、电解溶剂、氧化溶剂，或是在燃料盒所包含的液体。此处所使用的“燃料”一词包括所有能在燃料电池进行反应的燃料，但不限于上述所有合适的燃料、电解溶剂、氧化溶剂、液体及/或化学药剂及上列的混合物。
此处所使用的名称“盒”或“燃料盒”包括但不限于可一次性使用的燃料盒、可重新充填/可重复使用的燃料盒、放在电子装置内的燃料盒、放在电子装置之外的燃料盒、燃料槽、燃料重新填充槽，以及其它储存燃料的容器。
如图1所示，燃料盒10包括了一个外槽、外壳或外盒12，以及内含燃料的内衬或内囊14，并设置在外盒12当中。外盒12和内衬14之间具有空间15，内衬14最好具有弹性并可以伸缩，这样，在燃料送出内衬后，内衬14的内部容积可以变小。燃料盒10也可以包括一个喷嘴16，其包住一个关闭阀门18，它可以与内衬14进行流体交流。喷嘴16适宜与燃料电池(未显示)或可重新充填的燃料容器/盒连接。具有可折叠的内衬的好处是内衬可在剩余燃料传送到喷嘴16时折起，因此燃料可以稳定地传送至燃料电池。因此，燃料盒10在任何方向都适用。燃料盒10可以是密封的，但用来与燃料电池进行流体交流的关闭阀门18除外。当密封燃料盒内形成部分真空时，图1和图2中所示的泵可以将燃料送出燃料盒。关闭阀门18也可以被能够透过毛细或吸附作用传送燃料的多孔性的材料所取代。关闭阀门于同日提出申请的本申请人的另外一份专利申请案中有完整的讨论，专利名称为《具有连接阀门的燃料盒》。上述共同所有的专利申请案在此并入本文参考。
依据本发明的一方面，燃料盒10包括了一个单方向释放阀门20，一般称之为提升阀门或提升类型的阀门。阀门20可以让空气间歇性地进入燃料盒10，以防止燃料从燃料盒抽出时，燃料盒内形成部分真空。如图3A中所示，阀门20包括阀门座22，在阀门头24完全被接收或在封闭位置时，阀门座22提供一密封口。阀门头24与选择性的阀门杆26相连，上述阀门杆26可以滑动地设置在阀门主体28内。阀门头24与阀门杆26由弹簧30造成偏压，朝向封闭或密封的位置。弹簧30可以是压缩或拉伸的状态。弹簧30的弹性系数k是可选择的，比如选择成当外盒14或空间15中的压力降到某个预定的数值之下时，阀门20会开启，也即阀门头24会如图3A所示移进燃料盒的主体内，以便让燃料盒内的空气透过阀门头24和阀门座22之间，以及阀门杆26和阀门主体28之间的空隙，消除真空状态。阀门20并不把燃料盒10的内压维持恒定，而是可以让内压变动或是一直降低到达一个预定的数值为止。图3B显示了提升阀门20的另一个具体实施例，其中所使用相同的阀门组件附图标记与图3A的具体实施例所使用的相类似。
阀门20也可以选择性地让薄膜32覆盖它的开口，以防止灰尘进入燃料盒中。优选，薄膜32只能让空气或其它气体进入或离开燃料盒，并隔绝液体进入或离开燃料盒。这种可透气而不能渗透液体的薄膜揭示于本专利申请人于2003年1月31日提出的专利申请案，案号10/356,793，专利名称为《燃料电池的燃料盒》，及1970年4月21日公开的美国专利US 3,508,708，专利名称为《含可透气通风阻断物的电池》，以及于1985年12月31日公开的美国专利US4,562,123，专利名称为《液体燃料电池》，这些将完整并入本文参考。此外，薄膜32也可以在没有阀门20的情况下使用，这种薄膜可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、聚醯胺、聚偏二乙烯、聚丙烯、聚乙烯或其它聚合体薄膜所制成。商业用的抗水性四氟乙烯多微孔薄膜可以从W.L GoreAssociates，Inc.公司取得，其Goretex就是一种合适的薄膜，Goretex是一种微毛细孔薄膜，含有小到无法让液体穿透，但是却足够让气体穿过的小毛细孔。
薄膜32可以用其它的填充材料取代，例如在‘793专利申请案中所讨论的材料。使用中，填充材料包括泡沫。填充材料留住液体并让气体通过。适合的填充材料是尿布所使用的吸收性材料。优选，填充材料也可以在吸收液体后膨胀，并会变得较为不容易渗透液体。
阀门20可以应用在此处揭示的多壁式燃料盒中，也可以应用在如同一申请人的专利申请案‘793的单壁式燃料盒，单方向的释放阀门在该‘793申请书中也有所揭示。
如图2所示，随着燃料由内衬14中流出，内衬的内壁也会向彼此折起，可形成接触区域34，接触区域34可以防止阻住的燃料36到达喷嘴16，从而传送至燃料电池。为了保持内衬14在剩余燃料流出时相对开放，可以如图4-8所示在内衬14中放置插入物。优选，插入物也是具有弹性的，因此它可以让内衬折起，从而促成燃料的选择性释出。
插入物可以是具有支架40、42的基体38。基体38可以如图4所示当内衬填满时，以及在图5中内衬至少有一部分清空时，防止内衬14的内壁折在它本身上。支架40、42可厚可薄，如图6A和6B所示，可以是实心或中空，或是由开放式单元泡沫所制成。支架40基本上是坚固的，而支架42则可以是具有弹性的，以通过让支架42折起，帮助内衬14的收缩或折起。或者，支架40和42都可具有弹性，并且可同时沿着内衬14折起。最好选用中空或泡沫支架是因为它们的容积小、重量轻，而且燃料可以流通其中到达喷嘴16。或者，支架40、42及/或基体38可以通过传统的制造技术，将它们与内衬14整合在一起。
依据本发明的另一方面，插入物可以是如图7所示的泡沫插入物44，它最好能具有与内衬14相似的形状。换言之，插入物的形状可以依内衬的形状而定。如果使用的是泡沫，泡沫插入物44最好是一片开放式单元泡沫薄片。插入物38也可以是如图8中所示的网状插入物46，或是可以由许多交缠的绳或纱，像是缝纫用之棉线所构成。另一种方式，插入物也可以由填充材料制成，以便透过毛细管或吸附作用协助将燃料传送至喷嘴16，此外，插入物也可以由细微粒子组成，像是图6C中所显示的球体45或多角形43。这些细微粒子可以彼此相连，也可以是散置的，关闭阀门18、滤网、屏蔽或类似的物体可以防止散置的细微粒子存在燃料盒中，插入物也可以相互连结，基本上应该是坚固的棒状物，像是锁链状的栅栏，可以在内衬变空时折起。
外盒也可以是如图9和10中所显示的开放式结构。燃料盒50如上所述包括开放式外盒52及内衬14，如前面描述的，喷嘴16包含关闭阀门18(没有显示)。开放式外盒52基本上可以是开放的，比如开放式网孔54，或者可以是基本上密闭的，比如容器56。空气可以透过网孔54的开口，或是透过容器56顶端预先制作的孔58，或是燃料盒任何其它位置自由进出燃料盒50，以防止盒内形成部分真空。开放式外盒52的重量已经减轻，同时维持与燃料盒在结构上的整合性。网孔54和孔58的开口可以做得比较小，以限制接触到内衬。网孔54和孔58可以用可透气、不能渗透液体的薄膜32覆盖，以防止内衬破裂时燃料盒内液体的漏出。如果孔58够小，它们可以由能够吸收液体，并将外漏情况降到最少的填充材料所覆盖。较理想的情况是，填充材料也可以在吸收液体后膨胀，并会变得较不容易渗透液体。另外，如图11(A)和图11(B)所示，孔58可以含有盖子60，以限制对内衬的接触。薄膜32可以是盖子60的一部分。
此外，正如图12(A)和图12(B)所示，燃料盒10、50可以是圆形或方形横切面，或是任何其它形状。燃料盒10、50也可以具有一个含内部支架64的外盒62，类似口袋式丁烷打火机的燃料槽，以及含分割缝68的内衬66。内衬66的形状和尺寸经过调整，可以收纳在外盒62之内。
依据本发明的另一种观念，燃料盒经过调整，可以接收包含或不包含由燃料电池反应所制造出来的悬浮固体的液体及/或气体副产品。基于说明之目的，本发明的这方面主要是使用直接甲醇燃料电池反应来加以说明。但是，本发明可以用来接收来自任何一种燃料电池的上述副产品，包括但不限于此处所描述的副产品，而且本发明不限定于特定的燃料或副产品。
如图13所示，如上所述，燃料盒70包括外盒12及内衬14。外盒12也包括了喷嘴16，其中含有关闭阀门18，上述关闭阀门18可以与上述内衬14进行流体交流。燃料(CH3OH+H2O)可以通过其它方法汲取或流出喷嘴16，从而在膜电极组上(MEA)进行反应。膜电极组会制造出二氧化碳和水(CO2+2H2O)，并会在入口喷嘴72泵回燃料盒70。二氧化碳和过多的水副产品一开始至少可以储存在外盒12和内衬14的空间15中。由于二氧化碳和水的体积很有可能超过燃料盒合理的储存大小，燃料盒70也可以至少包括一个释放阀门74。二氧化碳和水副产品也可能因为二氧化碳气体，而在不需泵的情况下流回燃料盒中。喷嘴16和72可以位于燃料盒的任何地方，它们也可以彼此位于共同的轴线上。
如图14中所示的出口释放阀门74，基本上和上述的释放阀门20相似，唯一不同的是排列方向相反。阀门74还具有阀门座22，能在阀门头24完全纳入其中或在关闭位置时，提供密封口。阀门头24与阀门杆26相连，可以滑动式地设置在阀门主体28内，阀门头24与阀门杆26由弹簧30造成偏压，朝向封闭或密封的位置，弹簧30可以是压缩或拉伸的状态。弹簧30的弹性系数k是可选择的，也就是当外盒12或空间15中的压力因为二氧化碳和水副产品而升到某个预定的层级时，阀门74会开启，例如阀门头24会如图14所示移出燃料盒，以便让燃料盒内的二氧化碳透过阀门头24和阀门座22之间，以及阀门杆24及阀门主体28之间的空隙排出，以降低燃料盒的内部压力。因此，阀门74并不把燃料盒70的内压维持恒定，但是可以让内压变动或提升，直到到达预定的层级为止，然后再排出二氧化碳以释放压力。
阀门74最好能有一个薄膜32覆盖在它的出口及/或它的入口，以防止水分离开燃料盒。如上所述，薄膜32只能让空气或其它气体进入或离开燃料盒，并隔绝液体进入或离开燃料盒。或者，阀门74可以如上所述用填充材料覆盖在它的出口，以吸收水分并让气体离开燃料盒，外盒12上可以装置一个以上的阀门74。
或者，如果开放式结构外盒52使用了薄膜32或填充材料覆盖在其开口，那就可以省去阀门74。外盒52及覆盖的薄膜或填充材料32可以持续让二氧化碳气体副产品排出，同时将水副产品留置在燃料盒内。
燃料盒也可以在燃料盒的外壁同时设置阀门20和74，以便让大气进入，防止部分真空及/或排出二氧化碳，以防止压力生成。或者，阀门20和74的功能也可以运用在单一阀门中，例如可以让空气进入燃料盒，以释放真空生成，并让气体离开燃料盒，以释放压力形成的阀门。
如果副产品只有液体，也可以省去阀门74。例如，硼氢化钠和水燃料系统会制造出水成硼酸盐化钠和水为副产品。此外，空间15可以用来储存燃料，同时内衬14可以用来储存液体副产品。
如图1所示，可以使用一个在燃料盒外部的泵，以便将燃料送出燃料盒。或者，也可对燃料盒10加压以将燃料传送至燃料电池。如图15所示，空间15可以具有能源储存装置，比如在此标示为76的加压弹簧或加压泡沫，以推动内衬14或推动位于加压泡沫/弹簧及内衬14之间的中间体可移动式内壁78。也可以设置释放阀门20及/或薄膜32，以防止燃料盒内形成部分真空。空间15也可以用加压气体加以填充，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液态丙烷，以压缩内衬14。使用压缩气体的好处之一是不需要释放阀门或可透气薄膜来防止燃料盒内形成部分真空。或者，当燃料被泵出时，密封的燃料盒内可能会形成部分真空，可将中间体移动式内壁78推向喷嘴16。
此外，如图16所示，弹簧76可以对电子装置的内壁82产生反向偏压。在这个具体实施例中，弹簧76位于电子装置或在燃料电池之内。当新的燃料盒放置在装置中时，它会压缩弹簧76，这时弹簧76会对位于电子装置内的燃料盒产生外力。不与燃料接触的理想弹簧材质包括但不限于Inconel镍铬铁合金、不锈钢或高氟碳氟化合物的弹性体。
中间体可移动式内壁78最好可以包括橡胶带80，其大小和尺寸适于沿着外盒12的内表面滑动。可移动式内壁78最好可接触并推动内衬14。依据本发明的另一方面，可移动式内壁78也与外盒12的表面内部形成了选择性的密封口，因此内衬14可以省略，而燃料可以与可移动式内壁78及外盒12直接接触。橡胶带80最好是由塑料聚合物制成，像是乙丙三元聚合橡胶(EPDM)或Vitron氟化弹性体，并对外盒12压缩，以提供密封口。外盒12的内表面也可以涂上减少磨擦的薄膜，像是聚四氟乙烯或铁氟龙，或是润滑剂涂料，以便在可移动式内壁78与外盒12间滑动。
此处所讨论的任何具体实施例所使用的泵，可以是任何一种能够以特定速率传送液体的泵。合适的泵包括微机电泵(microelectromechanical，MEMS)，例如在‘793号专利申请案中所讨论及要求保护的泵。微机电泵可以是场感应泵，或是膜位移泵。场感应泵具有适用于燃料/液体的交流电或直流电电场或磁场，以便泵取燃料/液体。合适的场感应泵包括但不限于电流体动力泵(Electrohydrodynamic)、磁流体动力泵(Magneto hydrodynamic)及电渗流泵(Electro-osmotic)。电流体动力泵和电渗流泵可以合并使用。膜位移泵包括了一个薄膜及一个加诸在膜上的外力，让薄膜可以移动或振动，以便泵取燃料。适合的膜位移泵包括但不限于静电(Electrostatic)泵、压电式(Piezoelectric)泵及热气动(Thermopneumatic)泵，微机电泵控制了燃料流动的速度，以及流量的倒转和停止。
此外，内衬14也可以加入色彩，以便让使用者能够由视觉上察看燃料盒内的燃料层级。最优选，内衬14相当薄，而且是由耐用及具有弹性的材料所制成，并能随着燃料流出而有效地折起或降低它的容积。内衬的理想材质包括天然橡胶、聚乙烯(包括低密度至高密度聚乙烯)、乙烯丙烯(EP)、乙丙三元聚合橡胶(EPDM)和其它较薄的聚合物薄膜。聚乙烯最好可以经过氟化，并且不含金属离子，以确保低渗透性。聚乙烯可以层压有气体阻绝层，比如铝箔或经氟化处理的塑料制成薄板，以降低甲醇的渗透。
另一种合适的内衬材料是压缩过的片状石墨，因为石墨对如甲醇等腐蚀性燃料电池燃料具有抗性，而且因为经过压缩，片状石墨也具有对气体的不可渗透性。典型方式是将未经改变的石墨形态，设置在层叠的平面间的空隙插入原子或分子。然后插入的石墨可以通过突然曝露在高热之下扩张或片状剥落，以扩展介于平面间的层叠空间。然后对扩张过或片状剥落的石墨进行压缩，以形成非常薄的箔状物或薄片。这种压缩过的片状剥落石墨箔状物或薄片是具有弹性的，而且具有高伸张力。压缩过的片状剥落石墨揭示在美国专利US3,404,061中，并在此完整并入本文参考。压缩过的石墨箔状物在商业上可取得的有GRAFOIL商品，系由设于美国俄亥俄州Lakewood的Graftech公司所提供，其厚度范围在3密耳到600密耳。
内衬14可以由多个或多层材料制成。最内的一层可与燃料电池燃料兼容，例如具有对燃料的抗性，并具有低渗透性。中间层可以对燃料电池燃料造成阻绝或是不可渗透。最外面的一层可以是另一层阻绝层，并具有对燃料的抗性。在一个实施例中，最内的一层可以是经过氟化处理的聚乙烯(LDPE或HDPE)，中间层可以是尼龙或硅晶，而外层可以是铝箔。
多层材料可以共同挤压及折叠，以制成内衬。内衬的边缘可由无线电频率、超音波或热源所产生的热加以密封。内衬也可以通过铝箔收缩包装。由于最内层可以抵抗燃料的腐蚀效果，而中间及外层提供了阻绝，让燃料保持在内衬中，而外层则可以防止紫外线损坏内衬这样可以延长燃料盒的存放时间。
内衬14也可以在不具有外盒12的情况下使用。依据本发明的另一方面，外盒12可以是具有弹性，并会随着燃料送出燃料盒而沿着内衬14压缩。强力弹性的外盒可以对内衬14提供额外的结构性支撑，同时消除了对于阀门20或薄膜32的需要，即可达到防止部分真空生成的目的。
外盒最好是由聚缩醛树脂制成，它可以以注射制模或挤出制成。外盒最好可以不含锌、硫磺、滑石粉及石油等污染物，而且应经过氟化处理，以便将渗透降到最低。
燃料盒10也可具有多重内衬14。在一个实例中，燃料盒10可以具有第一个内衬14用于容纳纯甲醇，而第二个内衬14用于容纳水，以应用在直接甲醇燃料电池或甲醇转化燃料电池上。在另一个实例中，燃料盒10具有第一个内衬14用于容纳纯甲醇，而第二个内衬14用于容纳双氧水，以及一个选择性的第三内衬14用于容纳硫酸。在另一个实例中，燃料盒10可以具有第一个内衬14用于容纳硼氢化钠，以及第二个内衬用于容纳水。内衬也可以用来储存液体副产品，像是水或水成硼酸盐化钠。
此外，内衬14是可以重新填充的，并可以透过阀门18加以填充。或者，内衬14可以具有可分离的填充阀门，类似于关闭阀门18。内衬14也可以由可伸展的或塑料类的材质制成，以便在内部压力到达预定的层级时，内衬可加以扩展。此外，内衬14中可以放置释放阀门20或74，以便在内部压力到达预定的层级时释放压力。
虽然这里描述的发明具体实施例已经很明显地实现了本发明的目的，但是本领域普通技术人员可以进行很多修改及设计发明出其它具体实施例。此外，来自任何具体实施例的特征及/或组件，都可以单独或合并地与其它具体实施例一起使用。因此，应当理解，权利要求能够涵盖所有含有本发明精神及范围的修改内容及具体实施例。
权利要求
1.一种可与燃料电池连接的燃料盒，包括一个外盒和一个内含供燃料电池使用燃料的弹性内衬，其中弹性内衬包括放置在内衬里的插入物，以促使燃料由燃料盒传送至燃料电池。
2.如权利要求1所述的燃料盒，其中插入物与内衬的内壁结合一体。
3.如权利要求2所述的燃料盒，其中一体的插入物包括多个支架。
4.如权利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括多个支架。
5.如权利要求4所述的燃料盒，其中一些支架基本上是坚硬的。
6.如权利要求4所述的燃料盒，其中一些支架是具有弹性的。
7.如权利要求4所述的燃料盒，其中支架是具有弹性的。
8.如权利要求1所述的燃料盒，其中插入物为泡沫插入物。
9.如权利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括网孔。
10.如权利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括多个细微粒子。
11.如权利要求10所述的燃料盒，其中细微粒子包括多角形。
12.如权利要求10所述的燃料盒，其中细微粒子包括球体。
13.如权利要求10所述的燃料盒，其中细微粒子彼此相连。
14.如权利要求10所述的燃料盒，其中内衬与关闭阀门相连，而燃料由关闭阀门传送至燃料电池。
15.如权利要求1所述的燃料盒，其中内衬与关闭阀门相连，而燃料透过关闭阀门传送至燃料电池。
16.如权利要求15所述的燃料盒，其中关闭阀门设置在与外盒相连的喷嘴内。
17.如权利要求1所述的燃料盒，其中外盒基本上是坚硬的。
18.如权利要求1所述的燃料盒，其中外盒具有内部结构性支撑。
19.如权利要求1所述的燃料盒，其中外盒是具有弹性的。
20.如权利要求1所述的燃料盒，其中外盒是密封的。
21.如权利要求1所述的燃料盒，其中外盒具有开放式结构。
22.如权利要求21所述的燃料盒，其中开放式结构覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
23.如权利要求21所述的燃料盒，其中开放式结构覆盖有可吸收液体的填充材料。
24.如权利要求21所述的燃料盒，其中外盒是网孔。
25.如权利要求21所述的燃料盒，其中外盒上至少形成一个孔。
26.如权利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
27.如权利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆盖有可吸收液体的填充材料。
28.如权利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆盖有盖子。
29.如权利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒还包括设置在外盒上的第一单方向释放阀门，该第一释放阀门可间歇性地让空气进入燃料盒，以防止燃料盒内形成部分真空。
30.如权利要求29所述的燃料盒，其中第一释放阀门覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
31.如权利要求29所述的燃料盒，其中第一释放阀门覆盖有可留置液体的填充材料。
32.如权利要求29所述的燃料盒，其中第一释放阀门是提升类型的阀门。
33.如权利要求1所述的燃料盒，其中燃料会在燃料电池中转换为电流，而燃料电池中所制造的至少一种气体或液体副产品会传送至燃料盒外盒及内衬之间的内部空间。
34.如权利要求33所述的燃料盒，其中燃料盒还包括设置在外盒上的第二单方向释放阀门，该第二释放阀门可间歇性地让燃料盒内的气体排出。
35.如权利要求34所述的燃料盒，其中第二释放阀门覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
36.如权利要求34所述的燃料盒，其中第二释放阀门覆盖有可吸收液体的填充材料。
37.如权利要求34所述的燃料盒，其中第二释放阀门是提升类型的阀门。
38.如权利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒还包括一个能源储存装置，以压缩内衬。
39.如权利要求38所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的弹簧。
40.如权利要求38所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的泡沫。
41.如权利要求38所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的气体。
42.如权利要求41所述的燃料盒，其中压缩气体是丁烷、正丁烷或丙烷。
43.如权利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒还可与燃料重新填充容器相连。
44.如权利要求1所述的燃料盒，其中内衬由外部能源储存装置压缩。
45.如权利要求1所述的燃料盒，其中可移动式内壁以可滑动方式设置在外盒内。
46.如权利要求45所述的燃料盒，其中可移动式内壁包括一个密封。
47.如权利要求46所述的燃料盒，其中密封包括一个压住外盒的橡胶带，以形成与外盒间的密封。
48.如权利要求45所述的燃料盒，其中外盒涂上降低摩擦的涂料。
49.如权利要求48所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
50.如权利要求1所述的燃料盒，其中内衬是有色彩的。
51.一种可与燃料电池相连的燃料盒，包括一个外盒、一个弹性内衬和一个在外盒及弹性内衬之间形成的内部空间，其中燃料电池用的燃料容纳在内部空间，而其中燃料会传送至燃料电池，以便在燃料电池转化为电流，而所制造的副产品会储存在弹性内衬中。
52.一种可与燃料电池相连的燃料盒，包括一个外盒、一个包含燃料电池用的燃料的弹性内衬，和一个在外盒及弹性内衬之间形成的内部空间，其中燃料会传送至燃料电池，以便在燃料电池转化为电流，并至少将一种燃料电池中所制造的气体和液体副产品传送至内部空间，其中外盒可与单方向的释放阀门进行流体交流，燃料盒中到达预定的压力时，气体会由释放阀门排出。
53.如权利要求52所述的燃料盒，其中释放阀门是提升类型的阀门。
54.如权利要求52所述的燃料盒，其中释放阀门覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
55.如权利要求51所述的燃料盒，其中外盒具有开放式结构。
56.如权利要求55所述的燃料盒，其中开放式结构覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
57.如权利要求55所述的燃料盒，其中开放式结构覆盖有可吸收液体的填充材料。
58.如权利要求55所述的燃料盒，其中外盒是网孔。
59.如权利要求55所述的燃料盒，其中外盒上至少形成一个孔。
60.如权利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆盖有可透气、不可渗透液体的薄膜。
61.如权利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆盖有可吸收液体的填充材料。
62.如权利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆盖有盖子。
63.一种释放阀门，包括一个与阀门座配合使用的偏压阀门头，并可用在燃料盒上，其中燃料盒可与燃料电池相连，当燃料从燃料盒中泵出，以及燃料盒中的内部压力到达预定的层级时，阀门头会从阀门座移出，间歇性地让空气进入燃料盒，以提高燃料盒的内压。
64.如权利要求63所述的释放阀门，其中阀门的开口覆盖了一个薄膜。
65.如权利要求64所述的释放阀门，其中薄膜是一种可透气的薄膜。
66.如权利要求65所述的释放阀门，其中薄膜是一种不可渗透液体的薄膜。
67.如权利要求64所述的释放阀门，其中开口是阀门的入口开口。
68.如权利要求64所述的释放阀门，其中开口是阀门的出口开口。
69.如权利要求63所述的释放阀门，其中阀门的开口覆盖了一个液体吸收填充材料。
70.如权利要求63所述的释放阀门，其中燃料盒包括一个外盒，而释放阀门设置在外盒上。
71.如权利要求63所述的释放阀门，其中燃料盒包括一个外盒和一个弹性内衬，而释放阀门设置在外盒上。
72.一种释放阀门，包括一个与阀门座配合使用的偏压阀门头，可用在燃料盒上，其中燃料盒可与燃料电池相连，当燃料盒中的内部压力到达预定值时，阀门头会从阀门座移出，以间歇性地让燃料盒内的空气排出，从而降低燃料盒的内压。
73.如权利要求72所述的释放阀门，其中阀门的开口覆盖了一个薄膜。
74.如权利要求73所述的释放阀门，其中薄膜是一种可透气的薄膜。
75.如权利要求74所述的释放阀门，其中薄膜是一种不可渗透液体的薄膜。
76.如权利要求72所述的释放阀门，其中阀门的开口覆盖了一个液体吸收填充材料。
77.如权利要求72所述的释放阀门，其中燃料盒包括一个外盒，而释放阀门设置在外盒上。
78.如权利要求77所述的释放阀门，其中燃料盒还包括一个设置在外盒内的弹性内衬。
79.如权利要求72所述的释放阀门，其中至少一种燃料电池的气体及液体副产品会传送到燃料盒。
80.一种可与燃料电池相连的燃料盒，包括一个外盒及一个滑动地设置在外盒内的可移动式内壁，其中可移动式内壁与外盒形成密封，其中，能源储存装置会推动可移动式内壁，将燃料由燃料盒传送至燃料电池。
81.如权利要求80所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的弹簧。
82.如权利要求80所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩的泡沫。
83.如权利要求80所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩气体。
84.如权利要求83所述的燃料盒，其中压缩气体是丁烷、正丁烷或丙烷。
85.如权利要求80所述的燃料盒，其中密封包括一个橡胶带，该橡胶带压住外盒形成密封。
86.如权利要求80所述的燃料盒，其中燃料储存在弹性内衬中，而其中弹性内衬由能源储存装置推动。
87.如权利要求80所述的燃料盒，其中燃料盒还包括设置在外盒上的单方向释放阀门，该释放阀门可间歇性地让空气进入燃料盒，以防止燃料盒内形成部分真空。
88.如权利要求87所述的燃料盒，其中释放阀门覆盖有可吸收液体的填充材料。
89.如权利要求87所述的燃料盒，其中释放阀门覆盖由可透气、不可渗透液体的薄膜。
90.如权利要求87所述的燃料盒，其中释放阀门是提升类型的阀门。
91.如权利要求80所述的燃料盒，其中外盒涂有降低摩擦的涂料。
92.如权利要求91所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
93.一种可与燃料电池相连的燃料盒，包括一个外盒及一个滑动地设置在外盒内的可移动式内壁，其中可移动式内壁与外盒形成密封，且设置在燃料盒外部的能源储存装置会推动可移动式内壁，将燃料由燃料盒传送至燃料电池。
94.如权利要求93所述的燃料盒，其中密封包括一个设置在可移动式内壁上的橡胶带，该橡胶带压住外盒，以形成与外壳之间的密封。
95.如权利要求93所述的燃料盒，其中能源储存装置位于燃料电池中。
96.如权利要求93所述的燃料盒，其中能源储存装置位于由燃料电池所提供电力加以驱动的电子装置中。
97.如权利要求93所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的弹簧。
98.如权利要求93所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩的泡沫。
99.如权利要求93所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩气体。
100.如权利要求93所述的燃料盒，其中压缩气体是丁烷、正丁烷或丙烷。
101.如权利要求93所述的燃料盒，其中外盒涂上降低摩擦的涂料。
102.如权利要求101所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
103.一种可与燃料电池相连的燃料盒，包括一个外盒和一个内含燃料的弹性内衬，其中能源储存装置位在燃料盒的外部，对弹性内衬加压，以将燃料由燃料盒传送至燃料电池。
104.如权利要求103所述的燃料盒，其中能源储存装置位于燃料电池中。
105.如权利要求103所述的燃料盒，其中能源储存装置位于由燃料电池所提供电力加以驱动的电子装置中。
106.如权利要求103所述的燃料盒，其中能源储存装置是一个压缩的弹簧。
107.如权利要求103所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩的泡沫。
108.如权利要求103所述的燃料盒，其中能源储存装置是压缩气体。
109.如权利要求103所述的燃料盒，其中压缩气体是丁烷、正丁烷或丙烷。
110.如权利要求103所述的燃料盒，其中可移动式内壁是位于弹性内衬和能源储存装置之间。
全文摘要
本发明公开一种可与燃料电池相连的燃料盒(10)。上述燃料盒包括一个外盒(12)及一个内含供燃料电池使用的燃料的弹性内衬(14)。弹性内衬当中可以设置插入物(38)，以促使燃料从燃料盒传送到燃料电池，插入物可以将留在燃料盒(10)中的燃料降到最少。弹性内衬(14)也可以在没有外盒(12)的情况下使用。外盒(12)可以基本上是坚硬的或是具有弹性的。燃料盒(10)也适于接收燃料电池的副产品。燃料盒(10)还可以加压，以便将燃料推至燃料电池。本发明还公开了设置单方向释放阀门(20、74)用以防止燃料盒的内部压力变得太高或太低。
文档编号B65D6/28GK1830099SQ200480021749
公开日2006年9月6日 申请日期2004年7月26日 优先权日2003年7月29日
发明者保罗·亚当斯, 安德鲁·J·库瑞罗, 佛洛伊德·菲尔班克斯 申请人:法商Bic公司