燃料电池的燃料盒的制作方法

专利名称：燃料电池的燃料盒的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及燃料电池的燃料补给器，更具体地是涉及将燃料补给器中 衬套内的压力降低的燃料补给器。
背景技术：
燃料电池是一种将反应剂，如燃料和氧化物的化学能直接转换成直流(DC) 电的装置。对于越来越多的应用场合来说，燃料电池比常规的发电装置如矿物 燃料的燃烧以及便携式的电能存贮装置如锂离子电池具有更高的效率。一般来讲，燃料电池技术中包括有多种不同类型的燃料电池，如碱性燃料 电池、聚合物电解型燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融型碳酸盐燃料电池、固 体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。现今更重要的燃料电池可大致划分为几种 类型，即(i)采用压缩的氢(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换膜(PEM) 燃料电池，其釆用的是醇类如甲醇(CH30H)、金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)、 碳氢化合物或者是其它能重整成氢燃料的燃料；(iii)能够直接消耗非氢燃料的 PEM燃料电池或者是直接氧化燃料电池；以及(iv)能在很高的温度下直接将 碳氢化合物燃料转换成电力的固体氧化物燃料电池(SOFC)。压缩的氢通常处于高压状态，因此其搡作非常困难。此外，其通常需要很 大的贮备盒，因此对于消费类电子设备而言无法做到足够小。常规的重整型燃 料电池需要重整器以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料重整成氢从而与燃料电 池中的氧化剂反应。最新的进展使重整器或重整型燃料电池很有希望用于消费 类电子设备。最常用的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它的直接氧化燃料电池包括直接乙醇燃料电池和直接原碳酸四甲酯燃料电池。以 甲醇直接与氧化剂在燃料电池中进行反应的DMFC,是最简单有可能最小的燃料电池，有望在消费类电子设备中作为电源应用。SOFC在高热下转换碳氢化合物燃料如丁烷而产生电力。SOFC需要在1000°C范围内的相对高温来使燃料电池反应发生。用于生成电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC 来说，每一个电极处的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的总反应可描述如 下阳极的半反应CH3OH + H20 ~> C02 + 61^ + 6e-阴极的半反应1.502 + 6f + 6e- —3H20总燃料电池的反应CH3OH + 1.502 — C02 + 2H20由于氢离子(H+)穿过PEM从阳极迁移到阴极，并且由于自由电子(e" 不能穿过PEM，因此电子流过外部电路，从而通过外部电路产生电流。该外部 电路可用来给许多有用的消费类电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、 计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。美国专利号5,992,008和5,945,231均对DMFC进行了描述，这两篇专利以 引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由聚合物制成，如DuPont公司的 Nafion⑧或者是其它合适的膜，前者是厚度在约0.05 mm到约0.5 mm之间的全 氟化磺酸聚合物。阳极通常由用聚四氟乙烯化的碳纸制成，其上支撑并沉积有 很薄的一层催化剂，如铂-钌。阴极通常是气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到 该膜的一侧上。在另一种直接氧化燃料电池中，硼氢化物燃料电池(DBFC)的反应如下 阳极的半反应BH4- + 80H- ^ B02- + 6H20 + 8e-阴极的半反应202 + 4H20 + 8e國^ 80在化学金属氢化物燃料电池中，通常重新形成硼氢化钠并反应如下NaBH4 + 2H20 —(热或催化剂)—4(H2) + (NaB02)阳极的半反应H2 — 2Pf + 2e-阴极的半反应2(2f^ + 2e-) + 02 — 2H20适合于该反应的催化剂包括铂和钉以及其它的金属。硼氢化钠转换中产生 的氢燃料在燃料电池中与氧化剂如02进行反应，产生电(或者是电子流)，副 产品水。该转换过程中还会产生副产品硼酸钠(NaB02)。硼氢化钠燃料电池在 美国专利号4,261,956中进行了描述，其以引用的方式全文并入这里。燃料电池的一个重要的特征是燃料的储存。当液体燃料如甲醇储存在燃料 补给器中或燃料补给器的燃料衬套中时，将在燃料补给器或燃料衬套中产生不 期望的压力。发明内容本发明是涉及可连接到燃料电池上的燃料补给器，其包括外壳和储存燃料 电池用的燃料的内燃料容器。在燃料容器和外壳之间的空间可被气体填充。该 气体可为惰性气体、空气、氮、或二氧化碳，且该气体也可以被加压。燃料补给器可进一步包括位于外壳上的止回阀，其用于调节外壳和燃料衬 套间的空间内的压力，或调节储存在同一空间内的气体量。可密封住止回阀以 限制气体在储存期间进出外壳和燃料衬套之间的空间的运动。整个燃料补给器 也可位于气密性的外包装内。也可在内燃料容器上设置止回闽或气体可渗透而 液体不可渗透的膜以调节内容器的内部压力。本发明还进一步涉及控制燃料盒内压力的方法，以及对燃料脱气以控制燃 料盒内部压力的方法。


图1是根据本发明的燃料盒的横截面视图；图2是密封在外包装中的燃料盒的横截面视图；图3是具有填充有少于完全填满时的量的预定量的燃料衬套的燃料盒的横 截面视图；图4A是描述使用惰性气体来除去燃料中溶解的气体的方法的流程图；图 4B是描述重复使用惰性气体和真空来除去燃料中溶解的气体的方法的流程图； 以及图4C是描述使用内嵌过滤装置来除去燃料中溶解的气体的方法的流程图， 以及图5是具有脱气系统的燃料盒的示意图。
具体实施方式
如附图及下面内容所详细描述的那样，本发明涉及燃料补给器，其存贮了 燃料电池的燃料如甲醇和水，甲醇/水的混合物，不同浓度的甲醇/水的混合 物，或纯的甲醇。甲醇可用在许多类型的燃料电池中，如DMFC、酶燃料电池 以及重整型燃料电池等。燃料补给器可含有其它类型的燃料电池的燃料，如乙 醇或醇类，金属氢化物如硼氢化钠，其他的能够重整成氢的化学物质，或者是 其它可提高燃料电池性能或效率的化学物质。燃料还包括氢氧化钾(KOH)电 解液，其能与金属燃料电池或碱性燃料电池一起使用，并能储存在燃料补给器 中。对于金属燃料电池来说，燃料为载有锌颗粒的流体形式，其中的锌颗粒浸 在KOH电解质反应溶液中，并且电池腔中的阳极是由锌颗粒所形成的颗粒阳 极。KOH电解质溶液在名称为"Method of Using Fuel Cell System Configured to Provide Power to One or More Loads"
公开日为2003年4月24日的美国专利申 请公开号2003/0077493中有描述，其全文在这里以引用的方式并入。燃料还 包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，其流过硅片上形成的催化剂从而产生燃 料电池反应。并且，燃料还包括甲醇、硼氢化钠、电解液以及其它化合物的调 和或混合物，例如在美国专利号6,554,877、 6,562,497和6,758,871中所描述的，这些专利文献的全文在这里以引用的方式并入。燃料还包括在美国专利号6,773,470中描述的那些部分溶于溶剂及部分悬浮于溶剂中的燃料以及那些在 美国专利申请公开号2002/076602中描述的液体燃料和固体燃料。这些专利文 献的全文在这里以引用的方式并入。燃料也包括氢。燃料还包括金属氢化物，如上述讨论的硼氢化钠(NaBH4)和水，以及由 它们的反应产生的低压、低温。燃料还包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于, 在名称为"Liquid Hereto-Interface Fuel Cell Device"，公开曰为2003年5月22 曰的美国专利申请公开号2003/0096150中所描述的丁烷、煤油、醇和天然气， 该文献在此以引用的方式全文并入。燃料还包括能与燃料进行反应的液体氧化 剂。因此，本发明并不限于包含在补给器中或其它燃料电池系统中使用的某一 类型的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液或者液体或固体。这里所用的术语"燃 料"包括所有的能用于燃料电池中或燃料补给器中进行反应的燃料，并且其包 括但不限于上面所有合适的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液、气体、液体、固 体和/或化学物质以及它们的混合物。这里所用的术语"燃料补给器"包括但不限于可抛弃式盒、可再填充/重 复使用的盒、容器、可置于电子设备内部的盒、可移除的盒、置于电子设备外 部的盒、燃料简(tanks )、燃料补充筒、其它的能够保存燃料的容器以及与燃 料筒和容器相连的管子。尽管以下对盒的描述是结合本发明的实施例进行的，但需要注意的是这些实施例也可用于其它的燃料补给器，并且本发明并不限于 某一特定类型的燃料补给器。本发明的燃料补给器也可用作存储不在燃料电池使用的燃料。这些应用包 括但不限于，为在硅片上构建的微型气体涡轮发动机存储碳氢化合物和氢燃料, 这在The Industrial Physicist ( 2001年12月/2002年1月)，第20-25页中发表 的"Here Come the Microengines,"的 一文中进行了讨论。在本申请中使用的术语 "燃料电池"也包括微型发动机。其他应用可包括储存用于内部燃烧发动机的 传统燃料和碳氢化合物，如用于口袋型点火器及点火枪的丁烷和液态丙烷。当液体燃料如甲醇储存在燃料容器中时，随着时间的推移可在容器内形成压力。燃料容器中形成的压力可增加燃料从容器中出来时的速率。压力的增加 可受到许多因素的影响，这包括来自气态燃料的部分蒸气压力。参见图1,燃料盒IO包括外壳12，和含有燃料的内燃料容器14。内燃料容器14在外壳12之内，且空间20被定义为在外壳12和内燃料容器14之间的 空间。燃料盒10进一步包括截止阀18，其与内燃料容器14流体连接。燃料盒 IO进一步在外壳12上包括安全阀24，其可以是止回阀、球阀或提升型阀。止 回闽24由可选择的可移除的密封件26覆盖。内燃料容器14装有燃料28，例 如甲醇或上面讨论的任何适合的燃料，并可在燃料之上具有顶部空间27。外壳12优选是坚硬的，但其也可以具有足够的柔韧性，从而在将燃料从燃 料盒中转移出去时与内燃料容器14 一同被压缩。坚硬的外壳可给燃料衬套14 提供额外的结构支持。外壳12优选采用金属如不锈钢，或釆用可注射模塑或挤 出的聚缩醛树脂制成。可选的是，外壳12也可由不含杂质如锌、硫、云母和油 的材料制成，并可用氟处理以最大程度地减小渗透。外壳12还可用开孔材料制 成，这种材料可抵抗内燃料容器14的扩张并可在燃料从内燃料衬套14中取出 后塌陷。内燃料容器14优选为柔韧和可变形的，如燃料衬套，这样燃料衬套14内 的体积将随着燃料转移到燃料电池而变小。最优选地，燃料衬套14的厚度较薄， 且用耐用的和柔软的材料制成，这样在燃料被取走后可有效地塌陷或减小其体 积。用于燃料衬套14的材料的例子包括天然橡胶、聚乙烯(包括低密度到高密 度PE)、乙烯聚丙烯(EP)、 EPDM和其他聚合物薄膜。聚乙烯可与蒸气阻挡 层如钼箔或经氟处理过的塑料层压在一起，从而减少甲醇的渗透。优选地，燃 料衬套14是用低密度聚乙烯制得，并经吹塑形成薄壁的囊。这样的燃料衬套和外壳以及用于它们的适合的材料在共有且共同审查的美国专利申请号 10/629,004提交于2003年7月29日的名称为"Fuel Cartridge with Flexible Liner" 中；在名称为"Fuel Cell Supply Having Fuel Compatible Materials",提交于2003 年12月1曰的美国专利申请号10/725,244中；以及在名称为"Fuel Supplies for Fuel Cells",提交于2004年8月6曰的美国专利申请号10/913,715中进行了详细的讨论。该'004、 '244和'715申请在此以引用的方式而全文并入。具有可塌 陷和可变形的燃料衬套14的优点是由于燃料衬套14随着燃料向燃料电池的转 移而塌陷，燃料盒10可在任何方位上使用。截止阀18经装配而连接到燃料电池(未示出)或连接到补充燃料容器/盒 或补充转接器。截止阀在名称为"FuelCartridgew他Connecting Valve",提交于 2003年7月29日的共有的且共同审查的美国专利申请序列号10/629,006 (即 "'006申请")中作了详细讨论。该'006申请中的公开在此以引用的方式而全 文并入。截止阀18也可由一种能够通过毛细或芯吸作用转移燃料的多孔的或纤 维材料替代，或者由一种可用别针或针打开的或刺穿的弹性材料如隔膜代替。 适合的毛细或芯吸材料在名称为"Fuel Cartridges for Fuel Cells",提交于2003年 l月31曰的共有的且共同审查的美国专利申请序列号10/356,793中作了详细讨 论。该申请在此经引用而全文并入。止回阀24在'004专利申请中进行了详细讨 论。在本发明的一种实施方式中，当外壳基本上为坚硬的情况下，燃料盒10 的空间20填充了有效量的气体以减少大气气体、水蒸气和其他气体在燃料盒的 期望寿命期间通过空间20的渗透或运动而进入燃料衬套14。空间20内的有效 量的气体包括最多达100%的，但可以低于100%的，最少可低到50%的惰性气 体。适合的气体包括但不限于，惰性气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)、氮、和 二氧化碳。优选的气体是氦、氩、氪、氮、和二氧化碳。更优选的惰性气体是也可以是柔软的。在衬套14的顶部空间27中和在空间20内的压力的建立遵循理想气体定 律。波义耳定律指出，在常温下，气体体积与压力变化相反。查尔斯定律指出， 在常压下，气体体积直接随绝对温度变化，以及在恒定体积下，气体压力直接 随绝对温度变化。道尔顿定律指出，混合气体的总压力等于各种气体的分压之 和。并不局限于任何理论，将用道尔顿定律描述本发明。如图l所示，在顶部空间27中的总压力(Ptotal-27)等于燃料如甲醇的分压(Pmethan。L27 )和其中存在的任何空气或其他气体的分压()之和 Ptotal-27 二 Pmethanol-27 + Pair-27空间20的总压力(Ptotal-2Q)等于惰性气体的分压(Pinert gas-2o )和其中存在 的任何空气的分压(P^2())之和Ptotal-20 = Pinert gas-20+ Pair-20在任何时刻，顶部空间27的总压力均被空间20的总压力抵消，且空间27 和空间20的压力优选是基本上接近从而减小施加在燃料衬套14上的净压力， 即Ptotal-27Ptotal-20根据本发明，选择的惰性气体在燃料衬套14内甲醇的不同阶段的使用，包 括开始产生压力累积的阶段，向空间20产生分压。但当顶部空间27的总压力 增加时，其被空间20的总压力所抵消Pmethanol-27 +Pair-27 Pinert gas-20+ Pair-20优选地，当燃料衬套14基本上是充满时，惰性气体受压而增大其在空间 20内的密度。在这种情况下，衬套14由燃料支持并能经受来自惰性气体的压 力。当燃料衬套14的部分为或基本上为空时，高密度的惰性气体膨胀而填满由 取出的燃料所占的空间而继续向燃料衬套14施加压力，尽管此时的压力小于燃 料衬套是充满时所施加的压力，但可以减低空间27中气体膨胀的趋势。这也减 小了施加到燃料衬套14上的净压力。在燃料衬套14基本上是充满时施加到惰性气体上的压力水平可由以下因 素来确定气体定律，和在燃料衬套基本是充满时空间20的体积，以及在燃料 衬套基本上为空时空间20的体积。优选地，当燃料衬套基本上为空时，惰性气 体施加到燃料衬套14上的压力至少比大气压高出4 psi,更优选地高出6 psi， 最优选地高出8psi。在空间20中的惰性气体的存在可形成一个用以减少大气气体、水蒸气和其 他气体的渗透而进入燃料衬套14的壁的有效的隔离屏障。在空间20中的气体 的存在中断了从大气到空间20到顶部空间27的大气气体浓度的梯度，从而减少了大气气体的渗透速率。本发明还可在燃料盒的温度由高变低时进行压力调节。温度将同时使顶部空间27内的气体分压和空间20内的气体分压增加。因此在顶部空间27内增加 的总压力被在空间20内增加的总压力所抵消。密封件26可覆盖于止回阀24之上，从而在存储和运输期间进一步阻止空 气、氮和任何其他种类的大气气体进入空间20和燃料衬套14的运动。密封件 26可在使用前由使用者移走，或者在将燃料盒IO从其包装中取出时自动移走。 用于密封件26的适合材料包括但不限于，在'004申请中描述的莎纶膜，铝箔或 压缩的片状脱落的石墨箔。或者，密封件26可采用(1 )在Stenersen等人的名禾尔为"Filter Assemblies and Systems for Intake Air for Fuel Cells"的美国专利号6，797，027中讨论的用于燃料电池中空气进入的过 滤器组装和过滤器系统的密封系统，该专利在此经引用而全文并入；(2) 在Anderson, Jr.等人的名称为"Ink Source Regulator for an Inkjet Printer"的美国专利号6，796，644中讨论的用于墨水入口的密封件，该专利在此 经引用而全文并入；或(3) 在Kelly等人的名称为"Fluid Shut Off Valve Cartridge wkh Quick Connection"的美国专利号6,802,491中讨论的密封件，该专利在此经引用而全 文并入。参考图2，用可选择的外包装30包住并密封燃料盒10。密封壁32确保包 装30基本上是气密性的。空间34被定义为在密封件32和燃料盒10之间的空 间，其可用惰性气体填充或保持真空。外包装30可用可剥离的适用于食品包装 的膜覆盖，这类膜在Mauclair等人的名称为"Pouch or Packaging for Foodstuffs Made of a Peelable Film and Process for the Production Thereof 的美国专禾'j号 6，688，078中进行了讨论，该专利在此经引用而全文并入。可剥离的膜包括第一 方位的聚酰胺层，其结合有第二共挤出的可剥离的聚乙烯层。该可剥离的膜是 由德国的SudpackGmbH,Ochsenhausen生产。第一方位的聚酰胺层的厚度约为 15微米，而第二共挤出的可剥离的聚乙烯层的厚度约为60微米。为形成包装剥离的膜的两个部分进行密封。其他的适合外包装的 材料包括适用于密封件26的材料。或者，这种膜可直接覆盖在盒IO上，或者 该膜可以抽真空被环绕包装在盒IO周围以除去在盒与膜之间的气穴。参考图3，在本发明的另一种实施方式中的燃料盒40包括外壳42,含有燃 料并置于外壳42内的燃料衬套44。外壳42优选是坚硬的。燃料衬套44优选 是柔软的或可塌陷的。空间46被定义为在外壳42和燃料衬套44之间的空间。 燃料盒40进一步包括截止阀50,其与燃料衬套44呈流体互通。燃料衬套44 中含有燃料52，如甲醇。燃料衬套44中燃料52的量比衬套的充满容量要少， 该减少的预定量例如约10%。空间54代表了在大概充满时的容量和容量之间的 体积差。这可通过(1 )用燃料填充燃料衬套至大概充满的容量，然后从燃料衬套中 取出预定体积，例如约10%或其他预定量的燃料，或(2)将空的燃料衬套压缩 至一个预定量，例如少于充满容量的约90%，并用燃料填充该剩余体积而完成。 不管采用任何方法，燃料衬套中填充量均少于其充满时的容量。这样，当压力 开始在燃料衬套中累积时，将有膨胀的空间而不会对燃料衬套产生挤压。尽管 这里使用10%作为示例，但可从燃料盒中取出或在燃料盒中保留任意百分比的 燃料。取出的燃料的量可部分根据燃料的热膨胀而定。在填充内衬套14而减小进入内衬套14的气体如空气时，可采用其他的一 些技术。其中的一种方法是先用燃料28填充内衬套14,然后用包括但不限于 氩和氮的惰性或非活性气体过量填充内衬套14。这些气体旨在将内衬套14中 的未填充的空间基本上填满，从而减慢空气渗入内衬套14。此外，在一些情况中最好在内衬套14中形成略微增加的反压或低真空度。 该反压可以多种不同方式产生。在内衬套14完全填充后，真空抽出少量的燃料 以使内衬套14发生变形。另一种产生轻微反压的方法是在从燃料简填充内衬套 14之前加热燃料。然后完全填充内衬套14并将其密封。当内衬套14中的燃料 冷却时，燃料发生收缩，从而导致内衬套14略微缩小。分压。参考图4A,描述了一种除去燃料中溶解的气体的方法。在步骤60中，惰性气体与燃料接触，优选是通过渗透作用使它们接触。在步骤62中，用脱气的燃料填充燃料衬套。适合的惰性气体包括但不限于氩和氦。可使用一般与高效液相色谱(HPLC) —同使用的惰性气体鼓泡系统来进行该燃料的脱气过程。 在图4B中描述了另一种除去燃料中溶解的气体的方法。在步骤64中，惰 性气体渗透进入燃料。在步骤66中，除去该惰性气体，优选是通过对燃料的抽 真空而除去的。可选地，步骤64和66可以根据情况重复进行多次，例如2-10 次。在步骤68中，用脱气的燃料填充燃料衬套。脱气的燃料可在转移到燃料盒 之前被抽真空。在图4C中描述了另一种除去燃料中溶解的气体的方法。在步骤72中，用 内嵌过滤装置过滤燃料。在步骤74中，用经过滤的燃料填充燃料衬套。目前的 分离技术可从溶液中以简单而经济的方式提取出几乎所有溶解的气体。适合的 内嵌过滤装置可由Hendersonville, North Carolina的Insight Process Solution获得。为了在内衬套14装配完成后对燃料进行脱气，燃料可通过气体-液体分离 器周期性地通过该系统。如图5所示，盒10包括具有两个阀的内衬套，第一阀 18与图1中所示的阀18类似，第二阀为进入阀76。盒10连接到第一泵78， 其从内衬套14中抽取燃料。第一泵78可向燃料电池输送燃料或从其中抽取燃 料> 或者其可将抽取的燃料泵入气体分离器80中进行纯化。气体分离器可以是任何现有技术中已知的气体-液体分离器。气体分离器的 一个例子是气体可渗透而液体不可渗透的膜。燃料通过含有这种膜的孔，分离 的气体被排除到如大气中，而燃料或者被泵入燃料电池中，或者返回内衬套14 中，或者可直接被用作燃料电池的燃料。优选地，该膜仅允许空气或其他气体 离开该盒，并阻止液体离开该盒。这种气体可透过而液体不可透过的膜在'793 申请被揭露且在先前通过引用而并入到名称为"Electric Cell with Gas Permeable VentStopper",于1970年4月21曰授权的美国专利号3,508,708中;以及被并 入到名称为"LiquidFuel Cell",于1985年12月31曰授权的美国专利号4,562,123中。这些专利文献中的揭露在此以引用的方式而全文并入。这种膜可由聚四氟 乙烯(PTFE)、尼龙、聚酰胺、聚乙二烯、聚丙烯、聚乙烯或其他聚合膜制成。可商业获得的憎水性PTFE微孔膜可由W.L Gore Associates, Inc.购得。 Gore-Tex⑧是 一种适合的膜。Gore-Tex⑧是 一种含有小到液体不能通过但足够大 让气体可通过的孔的微孔膜。现有技术中还有更复杂的气体-液体分离器。出于示例的目的，这里描述的 另一种气体分离器80与已知的二氧化碳分离器类似。相关领域的技术人员将认 识到其他的分离器也可用于本发明。气体分离器80包括一吸入阀82，不纯的燃料通过该阀进入中空室81。进 入中空室81后，液流遇到涡流产生器84,其导致燃料在中空室81内产生旋转。 当液流旋转时，其中的液体被迫进入中空室81的内壁。液流中的任何气体均被 提升到中空室81的顶部并通过出口 86排除到大气中。或者，通过出口 86离开 气体分离器80的蒸气可转移到燃料电池的混合室，或转移到燃料电池的阳极回 路，或转移到一个催化燃烧器中。为了不浪费蒸气，燃料蒸气可经浓缩而重新 引入内衬套14中。液流中的液体在中空室81的底部收集并通过液体出口 88。 然后，由第二泵卯将脱气的液体燃料通过进入阀76泵回内衬套中。用于使燃料从盒10运送到燃料电池和/或气体分离器80的泵，可以是任何 能够以期望的速率传输流体的泵。适合的泵包括但不限于，微电子机械泵 (MEMS),例如那些在先前经引用而并入的'793专利申请中讨论并要求保护的 泵。该MEMS泵可以是场感应泵或膜置换泵。场感应泵具有施加到燃料/液体 上的AC或DC电场或磁场来泵送燃料/液体。适合的场感应泵包括但不限于电 液动泵、磁液动泵和电渗流泵。电液动泵和电渗流泵可一起使用。 一种膜置换 泵包括膜和一股施加于膜上导致膜发生移动或振动而泵送燃料的力。适合的膜 置换泵包括但不限于静电泵、压电泵和热力气动泵。该MEMS泵控制着燃料流 的速度并可以逆转和停止流动。在另一实施方式中，在衬套14上可具有与图1中所示的安全阀24类似的 安全阀92,从而在内衬套14的内部压力达到预定值时释放压力。安全阀92可用于排除在内衬套14累积的蒸气。优选地，安全阀92包括允许气体物质传输 但不允许液体物质传输的膜。适合的膜在上面已讨论过，包括可通过商业渠道获得的材料如Gore-Tex 。从内衬套14中排出的蒸气被排放到内衬套14夕卜， 例如排放到内衬套14和外壳12之间的空间20或排放到大气中。安全阀92可 选择在衬套14的内压高于空间20的压力 一个预定压力，如高于约2 psi时打开。 或者，安全阀92可由一种气体可透过而液体不可透过的膜代替，这样无论在气 体与膜接触时，以及无论是其压力高于空间20的压力时，气体或蒸气都可由衬 套14中出来。该种液体不可透过而气体可透过的膜可设置在衬套14上的一处 或多处，并最多可占据衬套的50%或更多。适合的膜在先前已经引用而并入的 共审查的'793申请中进行了揭露。尽管这里揭露的本发明的示例性的实施方式显然达到了本发明的目的，但并且，任何实施方式中的特征和/或元素均可单独使用或与其他实施方式结合使 用。因此，应当理解的是，后附的权利要求旨在覆盖所有这些在本发明精神和 范围内的改性和实施方式。
权利要求
1.一种可连接到燃料电池上的燃料补给器，包括外壳；内燃料容器；以及控制内燃料容器的内部压力的装置。
2. —种可连接到燃料电池上的燃料补给器，包括 夕卜壳5和含有用于燃料电池的燃料的内燃料容器，其中在外壳和内燃料容器之间的 空间填充了气体以控制内燃料容器的压力，其中气体选自由氦、氖、氩、氪、 氮、氡、氮、和二氧化碳组成的组。
3. 权利要求2的燃料补给器，其中气体是受压的。
4. 权利要求2的燃料补给器，其中气体中断了从大气到内燃料容器的空气 梯度。
5. 权利要求2的燃料补给器，进一步包括位于外壳上用于调节外壳和内燃 料容器之间的空间内的气体量的止回阀。
6. 权利要求5的燃料补给器，进一步包括覆盖在止回阀上的可移除的密封件。
7. 权利要求2的燃料补给器，其中燃料补给器用外包装密封。
8. 权利要求7的燃料补给器，其中在外包装和燃料补给器之间的空间填充 了气体，其中该气体选自由氦、氖、氩、氪、氙、氡、氮、和二氧化碳组成的 组。
9. 权利要求7的燃料补给器,其中在外包装和燃料盒之间的空间是真空的。
10. 权利要求2的燃料补给器，其中外壳是坚硬的。
11. 权利要求2的燃料补给器，其中内燃料容器是可变形的。
12. —种用于填充燃料补给器的方法，包括以下步骤 (i)向燃料补给器提供燃料，以及(ii)对燃料进行脱气以除去溶解的气体。
13. 权利要求12的方法，进一步包括步骤(iii)用脱气的燃料填充燃料补 给器。
14. 权利要求12的方法，进一步包括步骤(iii)将脱气的燃料回流到燃料 补给器。
15. 权利要求12的方法，其中步骤(ii)包括使燃料与惰性气体接触的步
16. 权利要求15的方法，进一步包括步骤(iv)在步骤(ii)之后从燃料除 去惰性气体。
17. 权利要求12的方法，其中步骤(ii)包括使惰性气体渗透进入燃料中 的步骤。
18. 权利要求16的方法，其中步骤(iv)包括从燃料中真空排气的步骤。
19. 权利要求16的方法，其中步骤(ii)包括使燃料通过涡流产生器的步骤。
20. 权利要求12的方法，其中步骤(ii)包括过滤燃料的步骤。
21. —种可连接到燃料电池上的燃料盒，包括夕卜壳；置于外壳内的内燃料容器，其中内燃料容器含有用于燃料电池的燃料； 用于将燃料传输给燃料电池的燃料出口；以及 置于内燃料容器中的排气件，其用于将蒸气从内燃料容器内部排放到内燃 料容器外。
22. 权利要求21的燃料盒，其中排气件包括止回阀。
23. 权利要求22的燃料盒，其中膜覆盖在止回闽的开口上。
24. 权利要求23的燃料盒，其中该膜为气体可透过而液体不可透过的膜。
25. 权利要求22的燃料盒，其中该排气件包括气体可透过而液体不可透过 的膜。
26. 权利要求21的燃料盒，其中蒸气被排放到大气中。
27. 权利要求21的燃料盒，其中内燃料容器是可变形的。
28. —种可连接到燃料电池上的燃料盒，包括外壳；置于外壳内的内燃料容器，其中内燃料容器含有用于燃料电池的液体燃料; 用于将燃料传输给燃料电池的燃料出口；以及 位于燃料出口和燃料电池泵之间的分离器，其中该分离器将蒸气从液体燃 料中分离。
29. 权利要求28的燃料盒，其中该分离器包括一膜，其位于连接燃料阀和 燃料电池泵的连接器内。
30. 权利要求28的燃料盒，其中分离器包括 主容器，所述容器包括顶部，底部，和内穴， 流体连接至主容器的吸入管， 设置在内穴中的涡流产生器， 流体连接至主容器靠近顶部的蒸气排出管，以及 流体连接至主容器底部或靠近底部的流体燃料，以及排出器。
31. 权利要求28的燃料盒，其中蒸气被排放到大气中。
32. 权利要求28的燃料盒，其中蒸气被转移到燃料电池的混合室中。
33. 权利要求28的燃料盒，其中蒸气被转移到燃料电池的阳极回路中。
34. 权利要求28的燃料盒，其中蒸气被转移到催化燃烧器中。
35. 权利要求28的燃料盒，其中蒸气被转移到冷凝器中，该冷凝器使蒸气 重新液化成为液体燃料。
36. 权利要求28的燃料盒，其中分离器包括涡流产生器。
全文摘要
本发明公开了一种可连接到燃料电池上的具有可变形的内燃料容器(14)的燃料盒(10)。内燃料容器中的压力得到了控制。
文档编号H01M8/04GK101326664SQ200680045857
公开日2008年12月17日 申请日期2006年10月4日 优先权日2005年10月5日
发明者保罗·亚当斯, 安德鲁·J·库瑞罗, 詹斯·米勒 申请人:法商Bic公司