具有彈性內襯的燃料盒的制作方法

專利名稱：具有彈性內襯的燃料盒的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池的燃料盒，特別是，涉及一種可一次性使用及重復填充的燃料盒。本發明也涉及與多壁式燃料盒及與具有彈性內襯的燃料盒。
背景技術：
燃料電池是將反應物的化學能量，例如燃料及氧化劑直接轉化為直流電流(DC)的裝置。燃料電池比傳統產生電力方式，例如燃燒礦物燃料更有效率，也比可攜式電力儲存裝置，例如鋰離子電池更耐用，因此它的應用不斷增加。
通常，燃料電池技術包括了各種不同的燃料電池，比如堿性燃料電池、高分子膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池及酵素燃料電池等。現今較為重要的燃料電池大致可區分為三種范疇，也就是使用壓縮氫(H2)做為燃料的燃料電池、使用甲醇(CH3OH)轉化為氫當做燃料的質子交換膜(Proton Exchange Membrane；PEM)燃料電池、硼氫化鈉(NaBH4)、碳氫化合物(例如丁烷)或其它轉化為氫燃料的燃料，以及直接使用甲醇(CH3OH)的質子交換膜燃料電池(“直接甲醇燃料電池”或DMFC)。壓縮氫通常必須在高壓之下保存，因此處理困難。此外，它通常需要大型的貯存罐，因此無法制作成消費性電子裝置所適用的大小。傳統轉化燃料電池需要轉化槽及其它蒸發及輔助系統，以便將燃料轉化為氫氣，與燃料電池內的氧化物進行反應。最近的發展讓轉化槽及轉化燃料電池較能為消費性電子裝置所接受。在直接甲醇燃料電池中，甲醇會在燃料電池中直接與氧化物進行反應，是最簡單也可能是最小型的燃料電池，但是也具有相當可觀的電力應用可供消費性電子裝置使用。
直接甲醇燃料電池應用在相對較大的設備上時，通常是以風扇或壓縮機供應氧化劑(通常是空氣或氧氣)給陰極，一個供應水/甲醇混合物給陽極的泵，及一個膜電極組(Membrane Electrode Assembly；MEA)。膜電極組通常包括了一個陰極、一個質子交換膜及一個陽極。在操作時，會直接對陽極供應水/甲醇燃料混合液，而對陰極則供應氧化劑。直接甲醇燃料電池每個電極的化學電氣反應以及整體的反應如下所示陽極的反應
陰極的反應
整體燃料電池反應
因為氫離子(H+)會透過質子交換膜從陽極移到陰極，而且因為自由電子(e-)無法穿透質子交換膜，所以電子必須透過外部電路流動，因此產生了外部電路的電流。外部電路可以是任何實用的消費性電子裝置，像是移動電話、計算器、掌上電腦及筆記本電腦等等。直接甲醇燃料電池在美國專利第5,992,008及5,945,231號案中有所描述，已完整并入本文中以供參考。一般來說，質子交換膜是以聚合物，像是美國杜邦(DuPont)公司的Nafion所制造的，它是一種厚度約在0.05毫米到0.50毫米之間的全氟化材質，或其它適合的薄膜。陽極通常由含有像是鉑釕的催化劑涂層的特氟隆化的碳紙所制成，并置于其上。陰極通常是一個氣體揮發的電極，鉑分子會在此粘合在薄膜的一側。
硼氫化鈉轉化燃料電池的電池反應如下所示
適合的催化劑包括鉑及釕，以及其它金屬。從轉化硼氫化鈉所制造出來的氫燃料，會在燃料電池內與氧化劑，例如氧氣發生反應，以產生電流(或電子流動)及副產品-水。副產品-硼酸鹽化鈉(NaBO2)也是通過轉化過程產生的。硼氫化鈉燃料電池在美國公布的專利申請號2003/0082427中有所描述，在此并入本文中以供參考。
專利文獻中揭示了許多燃料電池使用的非增壓式或增壓式的可攜式燃料槽或燃料儲存裝置，美國專利申請案公告號第2002/0018925A1號案揭示一種含有孔洞的電子裝置，其中儲存了含燃料的可重新填充氣球，這種氣球是由彈性材料所制成的，美國專利申請案公告號第2003/0008193A1號案則揭示一種包含燃料及吸收性材料的彈性內壁燃料槽。
美國專利US 6,460,733B2揭示了一種多壁式燃料槽，其中包括放置在外部容器內的內部燃料容器，內部燃料容器可以具有堅硬、半堅硬或彈性的內壁，兩個容器之間的所有區域，則填充可以中和甲醇燃料的中間體材質或添加劑，以防止破損或提早發生反應。燃料是通過重力，或通過位于外部容器的增壓氣體而流入燃料貯存容器或直接流入陽極上。另外還設置有外部泵，協助將燃料傳送至燃料電池。
美國專利US6,506,513B1中除了披露其它內容外，還揭示了燃料槽包含一種壓力調整機構，以維持槽內的恒壓，以及包含燃料的內箱。而美國專利公告案號第2002/0197522及2003/0082427號案則揭示一種燃料盒，包括燃料囊和用在燃料囊上的增壓機構。US‘427也進一步揭示了可用來接收燃料電池的液體副產品的囊狀物。
美國專利申請公告案號第US 2002/0127451A1號案揭示了一種小巧的質子交換膜燃料電池，其儲存直接與PEM接觸的甲醇燃料，而副產品-二氧化碳則是排出至外殼，以便對外殼增壓。這種外殼還包括一個避免殼內壓力過高的釋壓閥門，以及增加燃料的燃料入口閥門。上述文件并未揭示可分離的燃料槽或燃料盒。
最近，位于美國華盛頓的Neah Power Systems of Bothell揭示一種密封的燃料槽，它能在分離的囊狀物中儲存燃料、水及二氧化碳副產品。
但是，現有技術并未揭示具有彈性內室的燃料盒，這種燃料盒可以在內室的室壁彼此接觸時，將留在內室中的殘存燃料降到最少，也未揭示到具有以下所述優點及功能的燃料盒。

發明內容
由此，本發明是針對適合任何燃料電池所使用的燃料盒。
本發明還針對適合轉化燃料電池使用的燃料盒。
本發明還針對適合直接甲醇燃料電池使用的燃料盒。
本發明還針對多壁式燃料盒提出的。
本發明還針對具有彈性內襯的燃料盒。
本發明更針對含有至少一個釋放閥門的燃料盒。
本發明的一個方面是針對可與燃料電池或燃料重新填充容器相連的燃料盒，包括一個外盒和內含燃料電池用的燃料的彈性內襯。彈性內襯當中放置插入物，以促成燃料從燃料盒流動到燃料電池。插入物可以具有彈性及/或基本上堅固的支架，支架可以與內襯整合在一起。插入物也可以是泡沫插入物或網狀插入物，插入物也可以由許多細粒子組成，細微粒子可以彼此相連，也可以是散置的，內襯與燃料電池的關閉閥門相連，且燃料系由關閉閥門傳送到燃料電池。
燃料盒的外盒可以是堅固或是彈性的，它也可以加以密封，或是與周圍的空氣流通液體，外盒可以具有開放式的結構，可以使用蓋子、可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料加以覆蓋。
燃料盒也可以含有置于外盒的第一單方向釋放閥門，第一釋放閥門可以間歇性地讓空氣進入盒內，以防止盒內形成部分真空，第一個釋放閥門可以覆蓋有透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料。優選，第一釋放閥門是提升型閥門。
燃料盒中會制造氣體及/或液體副產品，傳送到介于外盒與內襯間之內部空間，燃料盒也可以具有置于外盒的第二單方向釋放閥門，并與內部空間進行流體交流。第二釋放閥門可間歇性地讓氣體由燃料盒內部排出，與空氣通風。第二釋放閥門可以覆蓋有可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料，優選，第二釋放閥門是提升型閥門。燃料盒可以同時具有第一及第二釋放閥門。此外，外盒可以是開放式的結構，可以使用可透氣而不能滲透液體的薄膜，或是可吸收液體的填充材料加以覆蓋，氣體副產品可以持續透過開放式結構排出。
燃料盒還可以具有一個能源儲存裝置，以壓縮內襯。能源儲存裝置可以是一個加壓彈簧、加壓泡沫、加壓氣體，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態丙烷。內襯也可以設置在一個能收納燃料盒的電子裝置內，通過外部的能源儲存裝置，例如加壓彈簧、加壓泡沫、加壓氣體，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態丙烷等，加以壓縮。外部彈簧裝置在燃料盒插入電子裝置時，會加以壓縮。
燃料盒還可以包括一個可移動的內壁，以滑動方式放置在燃料盒的外盒內，可移動的內壁可以具有一個抵住外盒的橡膠帶，與外盒形成密封，可移動式內壁會與燃料盒內的燃料接觸，外盒可鍍上一層減少摩擦的薄膜，像是聚四氟乙烯(Teflon)，以方便橡膠帶沿著外盒移動。能源儲存裝置可對可移動式內壁輸出壓力，以協助將燃料送出燃料盒。
內襯也可以加上色彩，讓使用者可以一看即知燃料盒內剩余的燃料量。


下述附圖是本說明書的一部分，在這里予以解釋，不同附圖中相同的部分使用相同的附圖標記。
圖1是完整的多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示一個外盒、一個內襯和一個釋放閥門。
圖2是圖1中的多壁式燃料盒部分清空的部分橫切面視圖。
圖3A和3B是圖1和2中所描繪的單方向釋放閥門的兩個具體實施例的部分橫切面視圖，它可以應用在此處所顯示的任何多壁式燃料盒。
圖4是另一種完整多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示內襯含有的內部結構。
圖5是圖4中的多壁式燃料盒部分清空的部分橫切面視圖。
圖6A-6C是適合用于內襯的插入物的放大視圖。
圖7是另一種多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示另一種整合結構。
圖8是另一種多壁式燃料盒的部分橫切面視圖，顯示另一種整合結構。
圖9是另一種含開放式外盒及內襯的多壁式燃料盒的透視視圖。
圖10是另一種含開放式外盒及內襯的多壁式燃料盒的透視視圖。
圖11A和11B是圖10的多壁式燃料盒的部分放大視圖。
圖12A和12B是另一種多壁式燃料盒的外盒和內襯的透視視圖。
圖13是另一種多壁式燃料盒及燃料電池的結構視圖。
圖14是另一種單方向釋放閥門的橫切面視圖。
圖15是本發明另一種型態的橫切面視圖。
圖16是本發明另一種型態的橫切面視圖。
具體實施例方式
由附圖顯示及下列所討論的內容可知，本發明涉及燃料盒，其用來儲存燃料電池燃料，例如甲醇和水、甲醇/水混合物、各種不同濃度的甲醇/水混合物，或是純甲醇。甲醇可以在許多種類型的燃料電池使用，例如直接甲醇燃料電池、酵素燃料電池、轉化燃料電池等等。燃料盒可以包含其它種類型的燃料電池燃料，例如乙醇或酒精、可轉化為氫的化學藥劑，或其它可以改善燃料電池效能或效率的化學藥劑。燃料也可以包括氫氧化鉀(KOH)電解液，其對于金屬燃料電池或堿性燃料電池是非常有用的，而且可以儲存在燃料盒中。對于金屬燃料電池，燃料是以浸在氫氧化鉀電解質的反應溶液中的帶有鋅分子液體形式呈現的，電池腔內的正極則是由鋅分子形成的微粒狀物質正極。氫氧化鉀燃料揭示于2003年4月24日公告的美國專利申請案號第2003/0077493號案，專利名稱為《使用燃料電池系統以提供一或多個負載提供電源的方法》，已完整并入本文參考。燃料亦包括了甲醇、過氫化氧及硫酸的混合物，它會流過由硅晶所形成的催化劑，產生燃料電池反應。如前所述，燃料亦包括液體硼氫化鈉(NaBH4)和水。燃料還包括碳氫化合物燃料，其包括但不限于丁烷、煤油、酒精及天然氣，其揭示于2003年5月22日公告的美國專利申請案號第2003/0096150號案，專利名稱為《液體為中間體的燃料電池裝置》，已完整并入本文參考。燃料也可包括能與燃料進行反應的液體氧化劑。因此，本發明并不限于任何類型的燃料、電解溶劑、氧化溶劑，或是在燃料盒所包含的液體。此處所使用的“燃料”一詞包括所有能在燃料電池進行反應的燃料，但不限于上述所有合適的燃料、電解溶劑、氧化溶劑、液體及/或化學藥劑及上列的混合物。
此處所使用的名稱“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/可重復使用的燃料盒、放在電子裝置內的燃料盒、放在電子裝置之外的燃料盒、燃料槽、燃料重新填充槽，以及其它儲存燃料的容器。
如圖1所示，燃料盒10包括了一個外槽、外殼或外盒12，以及內含燃料的內襯或內囊14，并設置在外盒12當中。外盒12和內襯14之間具有空間15，內襯14最好具有彈性并可以伸縮，這樣，在燃料送出內襯后，內襯14的內部容積可以變小。燃料盒10也可以包括一個噴嘴16，其包住一個關閉閥門18，它可以與內襯14進行流體交流。噴嘴16適宜與燃料電池(未顯示)或可重新充填的燃料容器/盒連接。具有可折疊的內襯的好處是內襯可在剩余燃料傳送到噴嘴16時折起，因此燃料可以穩定地傳送至燃料電池。因此，燃料盒10在任何方向都適用。燃料盒10可以是密封的，但用來與燃料電池進行流體交流的關閉閥門18除外。當密封燃料盒內形成部分真空時，圖1和圖2中所示的泵可以將燃料送出燃料盒。關閉閥門18也可以被能夠透過毛細或吸附作用傳送燃料的多孔性的材料所取代。關閉閥門于同日提出申請的本申請人的另外一份專利申請案中有完整的討論，專利名稱為《具有連接閥門的燃料盒》。上述共同所有的專利申請案在此并入本文參考。
依據本發明的一方面，燃料盒10包括了一個單方向釋放閥門20，一般稱之為提升閥門或提升類型的閥門。閥門20可以讓空氣間歇性地進入燃料盒10，以防止燃料從燃料盒抽出時，燃料盒內形成部分真空。如圖3A中所示，閥門20包括閥門座22，在閥門頭24完全被接收或在封閉位置時，閥門座22提供一密封口。閥門頭24與選擇性的閥門桿26相連，上述閥門桿26可以滑動地設置在閥門主體28內。閥門頭24與閥門桿26由彈簧30造成偏壓，朝向封閉或密封的位置。彈簧30可以是壓縮或拉伸的狀態。彈簧30的彈性系數k是可選擇的，比如選擇成當外盒14或空間15中的壓力降到某個預定的數值之下時，閥門20會開啟，也即閥門頭24會如圖3A所示移進燃料盒的主體內，以便讓燃料盒內的空氣透過閥門頭24和閥門座22之間，以及閥門桿26和閥門主體28之間的空隙，消除真空狀態。閥門20并不把燃料盒10的內壓維持恒定，而是可以讓內壓變動或是一直降低到達一個預定的數值為止。圖3B顯示了提升閥門20的另一個具體實施例，其中所使用相同的閥門組件附圖標記與圖3A的具體實施例所使用的相類似。
閥門20也可以選擇性地讓薄膜32覆蓋它的開口，以防止灰塵進入燃料盒中。優選，薄膜32只能讓空氣或其它氣體進入或離開燃料盒，并隔絕液體進入或離開燃料盒。這種可透氣而不能滲透液體的薄膜揭示于本專利申請人于2003年1月31日提出的專利申請案，案號10/356,793，專利名稱為《燃料電池的燃料盒》，及1970年4月21日公開的美國專利US 3,508,708，專利名稱為《含可透氣通風阻斷物的電池》，以及于1985年12月31日公開的美國專利US4,562,123，專利名稱為《液體燃料電池》，這些將完整并入本文參考。此外，薄膜32也可以在沒有閥門20的情況下使用，這種薄膜可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龍、聚醯胺、聚偏二乙烯、聚丙烯、聚乙烯或其它聚合體薄膜所制成。商業用的抗水性四氟乙烯多微孔薄膜可以從W.L GoreAssociates，Inc.公司取得，其Goretex就是一種合適的薄膜，Goretex是一種微毛細孔薄膜，含有小到無法讓液體穿透，但是卻足夠讓氣體穿過的小毛細孔。
薄膜32可以用其它的填充材料取代，例如在‘793專利申請案中所討論的材料。使用中，填充材料包括泡沫。填充材料留住液體并讓氣體通過。適合的填充材料是尿布所使用的吸收性材料。優選，填充材料也可以在吸收液體后膨脹，并會變得較為不容易滲透液體。
閥門20可以應用在此處揭示的多壁式燃料盒中，也可以應用在如同一申請人的專利申請案‘793的單壁式燃料盒，單方向的釋放閥門在該‘793申請書中也有所揭示。
如圖2所示，隨著燃料由內襯14中流出，內襯的內壁也會向彼此折起，可形成接觸區域34，接觸區域34可以防止阻住的燃料36到達噴嘴16，從而傳送至燃料電池。為了保持內襯14在剩余燃料流出時相對開放，可以如圖4-8所示在內襯14中放置插入物。優選，插入物也是具有彈性的，因此它可以讓內襯折起，從而促成燃料的選擇性釋出。
插入物可以是具有支架40、42的基體38。基體38可以如圖4所示當內襯填滿時，以及在圖5中內襯至少有一部分清空時，防止內襯14的內壁折在它本身上。支架40、42可厚可薄，如圖6A和6B所示，可以是實心或中空，或是由開放式單元泡沫所制成。支架40基本上是堅固的，而支架42則可以是具有彈性的，以通過讓支架42折起，幫助內襯14的收縮或折起。或者，支架40和42都可具有彈性，并且可同時沿著內襯14折起。最好選用中空或泡沫支架是因為它們的容積小、重量輕，而且燃料可以流通其中到達噴嘴16。或者，支架40、42及/或基體38可以通過傳統的制造技術，將它們與內襯14整合在一起。
依據本發明的另一方面，插入物可以是如圖7所示的泡沫插入物44，它最好能具有與內襯14相似的形狀。換言之，插入物的形狀可以依內襯的形狀而定。如果使用的是泡沫，泡沫插入物44最好是一片開放式單元泡沫薄片。插入物38也可以是如圖8中所示的網狀插入物46，或是可以由許多交纏的繩或紗，像是縫紉用之棉線所構成。另一種方式，插入物也可以由填充材料制成，以便透過毛細管或吸附作用協助將燃料傳送至噴嘴16，此外，插入物也可以由細微粒子組成，像是圖6C中所顯示的球體45或多角形43。這些細微粒子可以彼此相連，也可以是散置的，關閉閥門18、濾網、屏蔽或類似的物體可以防止散置的細微粒子存在燃料盒中，插入物也可以相互連結，基本上應該是堅固的棒狀物，像是鎖鏈狀的柵欄，可以在內襯變空時折起。
外盒也可以是如圖9和10中所顯示的開放式結構。燃料盒50如上所述包括開放式外盒52及內襯14，如前面描述的，噴嘴16包含關閉閥門18(沒有顯示)。開放式外盒52基本上可以是開放的，比如開放式網孔54，或者可以是基本上密閉的，比如容器56。空氣可以透過網孔54的開口，或是透過容器56頂端預先制作的孔58，或是燃料盒任何其它位置自由進出燃料盒50，以防止盒內形成部分真空。開放式外盒52的重量已經減輕，同時維持與燃料盒在結構上的整合性。網孔54和孔58的開口可以做得比較小，以限制接觸到內襯。網孔54和孔58可以用可透氣、不能滲透液體的薄膜32覆蓋，以防止內襯破裂時燃料盒內液體的漏出。如果孔58夠小，它們可以由能夠吸收液體，并將外漏情況降到最少的填充材料所覆蓋。較理想的情況是，填充材料也可以在吸收液體后膨脹，并會變得較不容易滲透液體。另外，如圖11(A)和圖11(B)所示，孔58可以含有蓋子60，以限制對內襯的接觸。薄膜32可以是蓋子60的一部分。
此外，正如圖12(A)和圖12(B)所示，燃料盒10、50可以是圓形或方形橫切面，或是任何其它形狀。燃料盒10、50也可以具有一個含內部支架64的外盒62，類似口袋式丁烷打火機的燃料槽，以及含分割縫68的內襯66。內襯66的形狀和尺寸經過調整，可以收納在外盒62之內。
依據本發明的另一種觀念，燃料盒經過調整，可以接收包含或不包含由燃料電池反應所制造出來的懸浮固體的液體及/或氣體副產品。基于說明之目的，本發明的這方面主要是使用直接甲醇燃料電池反應來加以說明。但是，本發明可以用來接收來自任何一種燃料電池的上述副產品，包括但不限于此處所描述的副產品，而且本發明不限定于特定的燃料或副產品。
如圖13所示，如上所述，燃料盒70包括外盒12及內襯14。外盒12也包括了噴嘴16，其中含有關閉閥門18，上述關閉閥門18可以與上述內襯14進行流體交流。燃料(CH3OH+H2O)可以通過其它方法汲取或流出噴嘴16，從而在膜電極組上(MEA)進行反應。膜電極組會制造出二氧化碳和水(CO2+2H2O)，并會在入口噴嘴72泵回燃料盒70。二氧化碳和過多的水副產品一開始至少可以儲存在外盒12和內襯14的空間15中。由于二氧化碳和水的體積很有可能超過燃料盒合理的儲存大小，燃料盒70也可以至少包括一個釋放閥門74。二氧化碳和水副產品也可能因為二氧化碳氣體，而在不需泵的情況下流回燃料盒中。噴嘴16和72可以位于燃料盒的任何地方，它們也可以彼此位于共同的軸線上。
如圖14中所示的出口釋放閥門74，基本上和上述的釋放閥門20相似，唯一不同的是排列方向相反。閥門74還具有閥門座22，能在閥門頭24完全納入其中或在關閉位置時，提供密封口。閥門頭24與閥門桿26相連，可以滑動式地設置在閥門主體28內，閥門頭24與閥門桿26由彈簧30造成偏壓，朝向封閉或密封的位置，彈簧30可以是壓縮或拉伸的狀態。彈簧30的彈性系數k是可選擇的，也就是當外盒12或空間15中的壓力因為二氧化碳和水副產品而升到某個預定的層級時，閥門74會開啟，例如閥門頭24會如圖14所示移出燃料盒，以便讓燃料盒內的二氧化碳透過閥門頭24和閥門座22之間，以及閥門桿24及閥門主體28之間的空隙排出，以降低燃料盒的內部壓力。因此，閥門74并不把燃料盒70的內壓維持恒定，但是可以讓內壓變動或提升，直到到達預定的層級為止，然后再排出二氧化碳以釋放壓力。
閥門74最好能有一個薄膜32覆蓋在它的出口及/或它的入口，以防止水分離開燃料盒。如上所述，薄膜32只能讓空氣或其它氣體進入或離開燃料盒，并隔絕液體進入或離開燃料盒。或者，閥門74可以如上所述用填充材料覆蓋在它的出口，以吸收水分并讓氣體離開燃料盒，外盒12上可以裝置一個以上的閥門74。
或者，如果開放式結構外盒52使用了薄膜32或填充材料覆蓋在其開口，那就可以省去閥門74。外盒52及覆蓋的薄膜或填充材料32可以持續讓二氧化碳氣體副產品排出，同時將水副產品留置在燃料盒內。
燃料盒也可以在燃料盒的外壁同時設置閥門20和74，以便讓大氣進入，防止部分真空及/或排出二氧化碳，以防止壓力生成。或者，閥門20和74的功能也可以運用在單一閥門中，例如可以讓空氣進入燃料盒，以釋放真空生成，并讓氣體離開燃料盒，以釋放壓力形成的閥門。
如果副產品只有液體，也可以省去閥門74。例如，硼氫化鈉和水燃料系統會制造出水成硼酸鹽化鈉和水為副產品。此外，空間15可以用來儲存燃料，同時內襯14可以用來儲存液體副產品。
如圖1所示，可以使用一個在燃料盒外部的泵，以便將燃料送出燃料盒。或者，也可對燃料盒10加壓以將燃料傳送至燃料電池。如圖15所示，空間15可以具有能源儲存裝置，比如在此標示為76的加壓彈簧或加壓泡沫，以推動內襯14或推動位于加壓泡沫/彈簧及內襯14之間的中間體可移動式內壁78。也可以設置釋放閥門20及/或薄膜32，以防止燃料盒內形成部分真空。空間15也可以用加壓氣體加以填充，例如丁烷、正丁烷或丙烷，或是液態丙烷，以壓縮內襯14。使用壓縮氣體的好處之一是不需要釋放閥門或可透氣薄膜來防止燃料盒內形成部分真空。或者，當燃料被泵出時，密封的燃料盒內可能會形成部分真空，可將中間體移動式內壁78推向噴嘴16。
此外，如圖16所示，彈簧76可以對電子裝置的內壁82產生反向偏壓。在這個具體實施例中，彈簧76位于電子裝置或在燃料電池之內。當新的燃料盒放置在裝置中時，它會壓縮彈簧76，這時彈簧76會對位于電子裝置內的燃料盒產生外力。不與燃料接觸的理想彈簧材質包括但不限于Inconel鎳鉻鐵合金、不銹鋼或高氟碳氟化合物的彈性體。
中間體可移動式內壁78最好可以包括橡膠帶80，其大小和尺寸適于沿著外盒12的內表面滑動。可移動式內壁78最好可接觸并推動內襯14。依據本發明的另一方面，可移動式內壁78也與外盒12的表面內部形成了選擇性的密封口，因此內襯14可以省略，而燃料可以與可移動式內壁78及外盒12直接接觸。橡膠帶80最好是由塑料聚合物制成，像是乙丙三元聚合橡膠(EPDM)或Vitron氟化彈性體，并對外盒12壓縮，以提供密封口。外盒12的內表面也可以涂上減少磨擦的薄膜，像是聚四氟乙烯或鐵氟龍，或是潤滑劑涂料，以便在可移動式內壁78與外盒12間滑動。
此處所討論的任何具體實施例所使用的泵，可以是任何一種能夠以特定速率傳送液體的泵。合適的泵包括微機電泵(microelectromechanical，MEMS)，例如在‘793號專利申請案中所討論及要求保護的泵。微機電泵可以是場感應泵，或是膜位移泵。場感應泵具有適用于燃料/液體的交流電或直流電電場或磁場，以便泵取燃料/液體。合適的場感應泵包括但不限于電流體動力泵(Electrohydrodynamic)、磁流體動力泵(Magneto hydrodynamic)及電滲流泵(Electro-osmotic)。電流體動力泵和電滲流泵可以合并使用。膜位移泵包括了一個薄膜及一個加諸在膜上的外力，讓薄膜可以移動或振動，以便泵取燃料。適合的膜位移泵包括但不限于靜電(Electrostatic)泵、壓電式(Piezoelectric)泵及熱氣動(Thermopneumatic)泵，微機電泵控制了燃料流動的速度，以及流量的倒轉和停止。
此外，內襯14也可以加入色彩，以便讓使用者能夠由視覺上察看燃料盒內的燃料層級。最優選，內襯14相當薄，而且是由耐用及具有彈性的材料所制成，并能隨著燃料流出而有效地折起或降低它的容積。內襯的理想材質包括天然橡膠、聚乙烯(包括低密度至高密度聚乙烯)、乙烯丙烯(EP)、乙丙三元聚合橡膠(EPDM)和其它較薄的聚合物薄膜。聚乙烯最好可以經過氟化，并且不含金屬離子，以確保低滲透性。聚乙烯可以層壓有氣體阻絕層，比如鋁箔或經氟化處理的塑料制成薄板，以降低甲醇的滲透。
另一種合適的內襯材料是壓縮過的片狀石墨，因為石墨對如甲醇等腐蝕性燃料電池燃料具有抗性，而且因為經過壓縮，片狀石墨也具有對氣體的不可滲透性。典型方式是將未經改變的石墨形態，設置在層疊的平面間的空隙插入原子或分子。然后插入的石墨可以通過突然曝露在高熱之下擴張或片狀剝落，以擴展介于平面間的層疊空間。然后對擴張過或片狀剝落的石墨進行壓縮，以形成非常薄的箔狀物或薄片。這種壓縮過的片狀剝落石墨箔狀物或薄片是具有彈性的，而且具有高伸張力。壓縮過的片狀剝落石墨揭示在美國專利US3,404,061中，并在此完整并入本文參考。壓縮過的石墨箔狀物在商業上可取得的有GRAFOIL商品，系由設于美國俄亥俄州Lakewood的Graftech公司所提供，其厚度范圍在3密耳到600密耳。
內襯14可以由多個或多層材料制成。最內的一層可與燃料電池燃料兼容，例如具有對燃料的抗性，并具有低滲透性。中間層可以對燃料電池燃料造成阻絕或是不可滲透。最外面的一層可以是另一層阻絕層，并具有對燃料的抗性。在一個實施例中，最內的一層可以是經過氟化處理的聚乙烯(LDPE或HDPE)，中間層可以是尼龍或硅晶，而外層可以是鋁箔。
多層材料可以共同擠壓及折疊，以制成內襯。內襯的邊緣可由無線電頻率、超音波或熱源所產生的熱加以密封。內襯也可以通過鋁箔收縮包裝。由于最內層可以抵抗燃料的腐蝕效果，而中間及外層提供了阻絕，讓燃料保持在內襯中，而外層則可以防止紫外線損壞內襯這樣可以延長燃料盒的存放時間。
內襯14也可以在不具有外盒12的情況下使用。依據本發明的另一方面，外盒12可以是具有彈性，并會隨著燃料送出燃料盒而沿著內襯14壓縮。強力彈性的外盒可以對內襯14提供額外的結構性支撐，同時消除了對于閥門20或薄膜32的需要，即可達到防止部分真空生成的目的。
外盒最好是由聚縮醛樹脂制成，它可以以注射制模或擠出制成。外盒最好可以不含鋅、硫磺、滑石粉及石油等污染物，而且應經過氟化處理，以便將滲透降到最低。
燃料盒10也可具有多重內襯14。在一個實例中，燃料盒10可以具有第一個內襯14用于容納純甲醇，而第二個內襯14用于容納水，以應用在直接甲醇燃料電池或甲醇轉化燃料電池上。在另一個實例中，燃料盒10具有第一個內襯14用于容納純甲醇，而第二個內襯14用于容納雙氧水，以及一個選擇性的第三內襯14用于容納硫酸。在另一個實例中，燃料盒10可以具有第一個內襯14用于容納硼氫化鈉，以及第二個內襯用于容納水。內襯也可以用來儲存液體副產品，像是水或水成硼酸鹽化鈉。
此外，內襯14是可以重新填充的，并可以透過閥門18加以填充。或者，內襯14可以具有可分離的填充閥門，類似于關閉閥門18。內襯14也可以由可伸展的或塑料類的材質制成，以便在內部壓力到達預定的層級時，內襯可加以擴展。此外，內襯14中可以放置釋放閥門20或74，以便在內部壓力到達預定的層級時釋放壓力。
雖然這里描述的發明具體實施例已經很明顯地實現了本發明的目的，但是本領域普通技術人員可以進行很多修改及設計發明出其它具體實施例。此外，來自任何具體實施例的特征及/或組件，都可以單獨或合并地與其它具體實施例一起使用。因此，應當理解，權利要求能夠涵蓋所有含有本發明精神及范圍的修改內容及具體實施例。
權利要求
1.一種可與燃料電池連接的燃料盒，包括一個外盒和一個內含供燃料電池使用燃料的彈性內襯，其中彈性內襯包括放置在內襯里的插入物，以促使燃料由燃料盒傳送至燃料電池。
2.如權利要求1所述的燃料盒，其中插入物與內襯的內壁結合一體。
3.如權利要求2所述的燃料盒，其中一體的插入物包括多個支架。
4.如權利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括多個支架。
5.如權利要求4所述的燃料盒，其中一些支架基本上是堅硬的。
6.如權利要求4所述的燃料盒，其中一些支架是具有彈性的。
7.如權利要求4所述的燃料盒，其中支架是具有彈性的。
8.如權利要求1所述的燃料盒，其中插入物為泡沫插入物。
9.如權利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括網孔。
10.如權利要求1所述的燃料盒，其中插入物包括多個細微粒子。
11.如權利要求10所述的燃料盒，其中細微粒子包括多角形。
12.如權利要求10所述的燃料盒，其中細微粒子包括球體。
13.如權利要求10所述的燃料盒，其中細微粒子彼此相連。
14.如權利要求10所述的燃料盒，其中內襯與關閉閥門相連，而燃料由關閉閥門傳送至燃料電池。
15.如權利要求1所述的燃料盒，其中內襯與關閉閥門相連，而燃料透過關閉閥門傳送至燃料電池。
16.如權利要求15所述的燃料盒，其中關閉閥門設置在與外盒相連的噴嘴內。
17.如權利要求1所述的燃料盒，其中外盒基本上是堅硬的。
18.如權利要求1所述的燃料盒，其中外盒具有內部結構性支撐。
19.如權利要求1所述的燃料盒，其中外盒是具有彈性的。
20.如權利要求1所述的燃料盒，其中外盒是密封的。
21.如權利要求1所述的燃料盒，其中外盒具有開放式結構。
22.如權利要求21所述的燃料盒，其中開放式結構覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
23.如權利要求21所述的燃料盒，其中開放式結構覆蓋有可吸收液體的填充材料。
24.如權利要求21所述的燃料盒，其中外盒是網孔。
25.如權利要求21所述的燃料盒，其中外盒上至少形成一個孔。
26.如權利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
27.如權利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有可吸收液體的填充材料。
28.如權利要求25所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有蓋子。
29.如權利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒還包括設置在外盒上的第一單方向釋放閥門，該第一釋放閥門可間歇性地讓空氣進入燃料盒，以防止燃料盒內形成部分真空。
30.如權利要求29所述的燃料盒，其中第一釋放閥門覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
31.如權利要求29所述的燃料盒，其中第一釋放閥門覆蓋有可留置液體的填充材料。
32.如權利要求29所述的燃料盒，其中第一釋放閥門是提升類型的閥門。
33.如權利要求1所述的燃料盒，其中燃料會在燃料電池中轉換為電流，而燃料電池中所制造的至少一種氣體或液體副產品會傳送至燃料盒外盒及內襯之間的內部空間。
34.如權利要求33所述的燃料盒，其中燃料盒還包括設置在外盒上的第二單方向釋放閥門，該第二釋放閥門可間歇性地讓燃料盒內的氣體排出。
35.如權利要求34所述的燃料盒，其中第二釋放閥門覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
36.如權利要求34所述的燃料盒，其中第二釋放閥門覆蓋有可吸收液體的填充材料。
37.如權利要求34所述的燃料盒，其中第二釋放閥門是提升類型的閥門。
38.如權利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒還包括一個能源儲存裝置，以壓縮內襯。
39.如權利要求38所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的彈簧。
40.如權利要求38所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的泡沫。
41.如權利要求38所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的氣體。
42.如權利要求41所述的燃料盒，其中壓縮氣體是丁烷、正丁烷或丙烷。
43.如權利要求1所述的燃料盒，其中燃料盒還可與燃料重新填充容器相連。
44.如權利要求1所述的燃料盒，其中內襯由外部能源儲存裝置壓縮。
45.如權利要求1所述的燃料盒，其中可移動式內壁以可滑動方式設置在外盒內。
46.如權利要求45所述的燃料盒，其中可移動式內壁包括一個密封。
47.如權利要求46所述的燃料盒，其中密封包括一個壓住外盒的橡膠帶，以形成與外盒間的密封。
48.如權利要求45所述的燃料盒，其中外盒涂上降低摩擦的涂料。
49.如權利要求48所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
50.如權利要求1所述的燃料盒，其中內襯是有色彩的。
51.一種可與燃料電池相連的燃料盒，包括一個外盒、一個彈性內襯和一個在外盒及彈性內襯之間形成的內部空間，其中燃料電池用的燃料容納在內部空間，而其中燃料會傳送至燃料電池，以便在燃料電池轉化為電流，而所制造的副產品會儲存在彈性內襯中。
52.一種可與燃料電池相連的燃料盒，包括一個外盒、一個包含燃料電池用的燃料的彈性內襯，和一個在外盒及彈性內襯之間形成的內部空間，其中燃料會傳送至燃料電池，以便在燃料電池轉化為電流，并至少將一種燃料電池中所制造的氣體和液體副產品傳送至內部空間，其中外盒可與單方向的釋放閥門進行流體交流，燃料盒中到達預定的壓力時，氣體會由釋放閥門排出。
53.如權利要求52所述的燃料盒，其中釋放閥門是提升類型的閥門。
54.如權利要求52所述的燃料盒，其中釋放閥門覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
55.如權利要求51所述的燃料盒，其中外盒具有開放式結構。
56.如權利要求55所述的燃料盒，其中開放式結構覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
57.如權利要求55所述的燃料盒，其中開放式結構覆蓋有可吸收液體的填充材料。
58.如權利要求55所述的燃料盒，其中外盒是網孔。
59.如權利要求55所述的燃料盒，其中外盒上至少形成一個孔。
60.如權利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有可透氣、不可滲透液體的薄膜。
61.如權利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有可吸收液體的填充材料。
62.如權利要求59所述的燃料盒，其中孔上覆蓋有蓋子。
63.一種釋放閥門，包括一個與閥門座配合使用的偏壓閥門頭，并可用在燃料盒上，其中燃料盒可與燃料電池相連，當燃料從燃料盒中泵出，以及燃料盒中的內部壓力到達預定的層級時，閥門頭會從閥門座移出，間歇性地讓空氣進入燃料盒，以提高燃料盒的內壓。
64.如權利要求63所述的釋放閥門，其中閥門的開口覆蓋了一個薄膜。
65.如權利要求64所述的釋放閥門，其中薄膜是一種可透氣的薄膜。
66.如權利要求65所述的釋放閥門，其中薄膜是一種不可滲透液體的薄膜。
67.如權利要求64所述的釋放閥門，其中開口是閥門的入口開口。
68.如權利要求64所述的釋放閥門，其中開口是閥門的出口開口。
69.如權利要求63所述的釋放閥門，其中閥門的開口覆蓋了一個液體吸收填充材料。
70.如權利要求63所述的釋放閥門，其中燃料盒包括一個外盒，而釋放閥門設置在外盒上。
71.如權利要求63所述的釋放閥門，其中燃料盒包括一個外盒和一個彈性內襯，而釋放閥門設置在外盒上。
72.一種釋放閥門，包括一個與閥門座配合使用的偏壓閥門頭，可用在燃料盒上，其中燃料盒可與燃料電池相連，當燃料盒中的內部壓力到達預定值時，閥門頭會從閥門座移出，以間歇性地讓燃料盒內的空氣排出，從而降低燃料盒的內壓。
73.如權利要求72所述的釋放閥門，其中閥門的開口覆蓋了一個薄膜。
74.如權利要求73所述的釋放閥門，其中薄膜是一種可透氣的薄膜。
75.如權利要求74所述的釋放閥門，其中薄膜是一種不可滲透液體的薄膜。
76.如權利要求72所述的釋放閥門，其中閥門的開口覆蓋了一個液體吸收填充材料。
77.如權利要求72所述的釋放閥門，其中燃料盒包括一個外盒，而釋放閥門設置在外盒上。
78.如權利要求77所述的釋放閥門，其中燃料盒還包括一個設置在外盒內的彈性內襯。
79.如權利要求72所述的釋放閥門，其中至少一種燃料電池的氣體及液體副產品會傳送到燃料盒。
80.一種可與燃料電池相連的燃料盒，包括一個外盒及一個滑動地設置在外盒內的可移動式內壁，其中可移動式內壁與外盒形成密封，其中，能源儲存裝置會推動可移動式內壁，將燃料由燃料盒傳送至燃料電池。
81.如權利要求80所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的彈簧。
82.如權利要求80所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮的泡沫。
83.如權利要求80所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮氣體。
84.如權利要求83所述的燃料盒，其中壓縮氣體是丁烷、正丁烷或丙烷。
85.如權利要求80所述的燃料盒，其中密封包括一個橡膠帶，該橡膠帶壓住外盒形成密封。
86.如權利要求80所述的燃料盒，其中燃料儲存在彈性內襯中，而其中彈性內襯由能源儲存裝置推動。
87.如權利要求80所述的燃料盒，其中燃料盒還包括設置在外盒上的單方向釋放閥門，該釋放閥門可間歇性地讓空氣進入燃料盒，以防止燃料盒內形成部分真空。
88.如權利要求87所述的燃料盒，其中釋放閥門覆蓋有可吸收液體的填充材料。
89.如權利要求87所述的燃料盒，其中釋放閥門覆蓋由可透氣、不可滲透液體的薄膜。
90.如權利要求87所述的燃料盒，其中釋放閥門是提升類型的閥門。
91.如權利要求80所述的燃料盒，其中外盒涂有降低摩擦的涂料。
92.如權利要求91所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
93.一種可與燃料電池相連的燃料盒，包括一個外盒及一個滑動地設置在外盒內的可移動式內壁，其中可移動式內壁與外盒形成密封，且設置在燃料盒外部的能源儲存裝置會推動可移動式內壁，將燃料由燃料盒傳送至燃料電池。
94.如權利要求93所述的燃料盒，其中密封包括一個設置在可移動式內壁上的橡膠帶，該橡膠帶壓住外盒，以形成與外殼之間的密封。
95.如權利要求93所述的燃料盒，其中能源儲存裝置位于燃料電池中。
96.如權利要求93所述的燃料盒，其中能源儲存裝置位于由燃料電池所提供電力加以驅動的電子裝置中。
97.如權利要求93所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的彈簧。
98.如權利要求93所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮的泡沫。
99.如權利要求93所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮氣體。
100.如權利要求93所述的燃料盒，其中壓縮氣體是丁烷、正丁烷或丙烷。
101.如權利要求93所述的燃料盒，其中外盒涂上降低摩擦的涂料。
102.如權利要求101所述的燃料盒，其中降低摩擦的涂料是聚四氟乙烯。
103.一種可與燃料電池相連的燃料盒，包括一個外盒和一個內含燃料的彈性內襯，其中能源儲存裝置位在燃料盒的外部，對彈性內襯加壓，以將燃料由燃料盒傳送至燃料電池。
104.如權利要求103所述的燃料盒，其中能源儲存裝置位于燃料電池中。
105.如權利要求103所述的燃料盒，其中能源儲存裝置位于由燃料電池所提供電力加以驅動的電子裝置中。
106.如權利要求103所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是一個壓縮的彈簧。
107.如權利要求103所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮的泡沫。
108.如權利要求103所述的燃料盒，其中能源儲存裝置是壓縮氣體。
109.如權利要求103所述的燃料盒，其中壓縮氣體是丁烷、正丁烷或丙烷。
110.如權利要求103所述的燃料盒，其中可移動式內壁是位于彈性內襯和能源儲存裝置之間。
全文摘要
本發明公開一種可與燃料電池相連的燃料盒(10)。上述燃料盒包括一個外盒(12)及一個內含供燃料電池使用的燃料的彈性內襯(14)。彈性內襯當中可以設置插入物(38)，以促使燃料從燃料盒傳送到燃料電池，插入物可以將留在燃料盒(10)中的燃料降到最少。彈性內襯(14)也可以在沒有外盒(12)的情況下使用。外盒(12)可以基本上是堅硬的或是具有彈性的。燃料盒(10)也適于接收燃料電池的副產品。燃料盒(10)還可以加壓，以便將燃料推至燃料電池。本發明還公開了設置單方向釋放閥門(20、74)用以防止燃料盒的內部壓力變得太高或太低。
文檔編號B65D6/28GK1830099SQ200480021749
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月26日 優先權日2003年7月29日
發明者保羅·亞當斯, 安德魯·J·庫瑞羅, 佛洛伊德·菲爾班克斯 申請人:法商Bic公司