为直接氧化燃料电池加燃料的设备的制作方法
专利名称：为直接氧化燃料电池加燃料的设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及直接氧化燃料电池领域，更具体而言，涉及一种为直接氧化燃料电池添加燃料的装置。
背景技术：
燃料电池是利用电化学反应发电的装置。取决于被选择作为电池部件的材料，多种材料适合用作燃料。有机材料比如甲醇或者天然气由于具有高的比能量而成为具有吸引力的燃料材料。
燃料电池系统可被分为“基于重整装置”系统(即那些在燃料进入燃料电池系统之前采用某些方式对燃料进行处理以从燃料中分离出氢的系统)，或者燃料直接送入电池而不需要分离内部或者外部过程的“直接氧化”系统。目前最多的现有燃料电池是基于重整装置的燃料电池系统。但是，由于燃料处理成本高并且需要较大空间，因此基于重整装置的系统当前受限于相对高功率的应用。
直接氧化燃料电池系统也许更适合在一些较小的移动装置(比如无绳电话、手持式计算机和膝上型计算机)中的应用以及一些较大型的应用。一般来说，在直接氧化燃料电池中，水溶液(一般为含水甲醇)中的含碳液体燃料被施加到膜电极组件(MEA)的阳极表面。膜电极组件包括质子导电但是电子不导电膜(PCM)。一般来说，能够使燃料在阳极上直接氧化的催化剂分散在PCM的表面上(或者存在于燃料电池的阳极室中)。质子(来自燃料中的氢和参与阳极反应的水分子)与电子分离。质子迁移通过电子不能通过的PCM。电子然后寻找不同的路径与质子和氧分子参与阴极反应而重新结合，并通过负载提供电能。
一种类型的直接氧化燃料电池即直接甲醇燃料电池(DMFC)对于为便携式电子装置供电非常具有吸引力。但是为了将直接甲醇燃料电池成功整合到各式各样的大量生产的装置中，必须解决如何为电池添加燃料的问题。总的来说，添加燃料应该是快速的，以使由直接甲醇燃料电池供电的装置的停机时间最小化，并且应以一种对具有最少指导的使用者来说安全和可靠的方式添加燃料。
发明内容
简要地说，本发明提供了一种装置，通过所述装置，直接氧化燃料电池，包括嵌入在由燃料电池供电的装置内的燃料电池可以被快速、简单和安全地添加燃料。该装置包括与燃料相联的燃料加注口，和具有一个联接器的燃料添加元件，所述联接器的形状和尺寸被设置成能与燃料加注口相接合。所述联接器包括燃料流动通路，当燃料通路接通时，燃料可通过燃料流动通路从燃料添加元件流到燃料加注口。
在一个优选实施例中，燃料加注口和燃料元件联接器相互几何键合在一起，由此防止使用者以可能导致燃料溢出或泄漏的不正确的方式接合所述加注口和联接器。这种键合还可以起到防止不合适类型的燃料进入燃料加注口而可能损害燃料电池的作用。此外，燃料加注口和联接器优选相互配合，以使燃料流动通路仅在当燃料加注口和联接器正确接合时才能够打开，由此使燃料流动。相反，当联接器与燃料加注口脱开接合时，燃料流动通路关闭，由此防止燃料从元件中泄漏出来。该装置能够令使用者只需最少的事先指令就能简单、无故障地为电池添加燃料而不必关闭由该燃料电池供电的装置。燃料添加元件优选具有一定大小的尺寸使其能便于使用者携带，一般放在口袋中或者钱包中，如同携带其它个人物品一样。
下面，结合附图来描述本发明，其中图1是由内部直接氧化燃料电池供电的无绳电话的透视图，所述燃料电池正在添加燃料；图2A-2D示出了根据本发明第一实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件；图3A-3D示出了根据本发明第二实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件；和图4A-4B示出了根据本发明第三实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件。
具体实施例方式
图1示出了由内部直接氧化燃料电池(未示出)供电的无绳电话2，所述燃料电池正在添加燃料。在无绳电话2的右手侧为燃料加注口4。燃料添加元件6通过联接器8与燃料加注口4相连接。如下文中所详细描述的那样，使用者可以使用元件6在很短的时间内安全又简单地为内部的燃料电池添加燃料。如燃料加注口4的侧视2A和燃料加注口4的剖面2B所示，一个倒置的“T”形凹部10环绕管12。在接近管外端的管12的顶表面上设置有孔14。管12由围绕它的固体材料保持在一个固定的位置。在管12的内端附近是容纳球阀18的室16。燃料出口20连接室16与一般设置在无绳电话2内部并向内部直接氧化燃料电池提供燃料的燃料贮存器(未示出)。一对朝向外的止挡32a、32b分别设置在凹部10的上下侧。一对制动器34a、34b分别设置在凹部的上下表面上。
如联接器8的侧视2C以及燃料添加元件6和联接器8的剖视2D所示，元件6包括四个主要部件联接器8、球阀26、燃料贮存器28以及用户可操作的柱塞30。联接器8几何键合到燃料加注口4上。也就是说，联接器8包括倒置的T形实心部分24，具有容纳管12的中心室22，具有一定尺寸以紧密地与燃料加注口4相接合。联接器8还包括一对凹口36a、36b，当联接器8与燃料加注口4完全接合时所述凹口36a、36b分别容纳制动器34a、34b。燃料贮存器28的外表面38可使用根据柱塞相对于贮存器的位置指示贮存器中的燃料剩余量的可视指示器进行标记。燃料贮存器28可以直接保持液体燃料或者可以在贮存器内放置一个囊(未示出)。另一种可选方式是，燃料贮存器28可以保持(或者适合于保持)在传输之前转化为蒸汽的液体燃料、或者高粘度或胶状混合物。
联接器8优选由在硬质塑料上二次注塑成型(overmolded)的顺性密封材料制成。合适的密封材料包括含氟弹性体、EPDM橡胶、NBR、氯丁二烯橡胶和Tygon(聚乙烯)。合适的塑料包括高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terathalate)或其再生材料和迭尔林。贮存器28和柱塞30优选也由硬质塑料制成。管12优选由高质量不锈钢比如316L不锈钢制成。如果需要，管12可以整体或者部分涂覆催化剂或者酶，所述催化剂或者酶用以氧化任何在添加燃料过程中可能会遗留下来的剩余燃料。催化剂或者酶可以相似地应用于室22的内部。
为了进行添加燃料的操作，使用者简单地用手抓住燃料添加元件6然后将联接器8插入燃料加注口4中。联接器8和凹部10的键合形状防止使用者以不正确的方向接合这些零件。经过这样的操作后，管12容纳在室22内。通过施加足够大的力，管12将接触球阀26并施加压力使球阀26打开。这一操作的同时，制动器34a、34b将与凹口36a、36b相接合，由此提供可以听到的或者能触知的反馈，令使用者得知联接器8已经完全与燃料加注口4接合。此外，联接器8外端的顺性密封材料将形成围绕管12的液体密封。
在这一点上，使用者向柱塞30施加力使燃料离开贮存器28，经过球阀26进入室22并最终进入管12中。借助足够大的压力(即当压力超过球阀16的阈压力时)，管12中的燃料将打开球阀16，然后燃料将进入出口20以输送到燃料电池的贮存器中。当应力下降时，球阀16将关闭，由此防止燃料回流进入管12中。使用者现在可以将这些部件相互拉开，由此在柱塞上施加拉力，其反过来对管12中的燃料施加负压，由此脱开制动器32a、32b的接合，从而脱开燃料添加元件6与燃料加注口4的接合。这一操作也导致球阀26返回至其关闭位置由此阻断任何来自贮存器28中的额外燃料。
本发明的另一可选实施例如图3A-3D所示。在这个实施例中，燃料加注口4包括一个不对称的“键孔”形凹部50，在其中心附近设置有管42。凹部50的上部76的形状或者尺寸(或二者)优选不同于凹部的下部78。进一步内表面44、46形成粗螺纹，优选为一圈的一部分，以使联接器8的插入和旋转引起联接器8朝向燃料加注口4移动。联接器8的上部52和下部54的形状和尺寸与凹部50的相应部分相匹配，再一次形成键合装置，如上面所述，其可以防止使用者以不正确的方向接合燃料加注口4和联接器8。燃料加注口4还具有一个结构与上述管12相似的管42。球阀43位于接近管42的位置。
燃料添加元件6包括设计用于容纳管42的室56。联接器8的外端58优选由诸如上述的密封材料构成。球阀60设置在室56和燃料贮存器62之间。通过包括驱动轴64、滑动离合器柱塞66、止挡70、弹簧80、棘轮72和壳74的组件，燃料从贮存器62中流出。可以通过观测缝隙获得贮存器62中剩余的燃料量的可视指示。
为了使用如图3A-3D所示的本发明的实施例进行燃料添加操作，使用者简单地用手抓住燃料添加元件6，将联接器8插入燃料加注口4直到接触而停止，然后沿顺时针方向转动元件8。这一操作导致联接器8的部分52和54分别旋转进入内部空间44、46中，这样有效地内拉并将联接器8锁定在接合位置。同时，外端58的密封材料形成围绕管42的液体密封，并且该管与球阀60接触并使球阀60移动至打开的位置。
在这一点上，使用者可以比如顺时针地向壳74施加扭矩。这一操作推进柱塞66并使燃料通过球阀60进入室56然后进入管42。使用者将感到一定的反压，并且滑动离合器柱塞66将向使用者提供反馈比如“卡嗒”的声音，它起到防止使用者施加过大的扭矩以限制燃料的最大压力。利用足够大的压力(即当压力超过球阀43的阈压力时)，管42中的燃料将打开阀43然后燃料将流入燃料电池贮存器中。当燃料电池贮存器满时，反压将变得足够大以向滑动离合器柱塞66施加停止压力以使其发出卡嗒声。这时试验者可以通过逆时针方向转动元件将燃料添加元件6与燃料加注口4脱开接合。这将释放来自滑动离合器柱塞66和燃料管42的压力。当压力降低时，球阀43关闭，由此防止燃料回流到管42中并防止由于联接器进一步旋转导致产生泄漏。元件逆时针方向旋转还接合棘轮72，其反过来旋转在联接器4的内表面44、46内的联接器8的功能部件52、54，使管42自球阀60处缩回由此停止供给燃料。由于联接器8的表面52、54与联接器4的内表面44、46相互妨碍防止了进一步逆时针旋转。然后，使用者就可以将部件相互拉开。
下面转到图4A-4B，图中示出了本发明的第三实施例。在这个实施例中，燃料加注口4包括接近室84设置的球阀82。类似先前描述的密封材料86被设置在燃料加注口4的外端上。燃料添加元件6包括管88，在所述管88的外端带有孔90、在其内端具有孔96。止挡/弹簧组件92围绕管88的中部设置而密封件94设置在组件92和球阀98之间。
如图4B所示，当燃料加注口4与燃料添加元件6接合时，管88横向移动，由此压缩止挡/弹簧组件92，打开球阀98而使孔96接收通过进口100来自贮存器(未示出)的燃料。在足够大的压力下，燃料移动球阀82且从右向左流动。相反地，当燃料加注口4和元件6脱开接合时，管88受到推动退回其初始位置，由此关闭了在每个部件中的燃料流动通路。
本领域技术人员将会意识到本发明的燃料添加装置可以适用于任何种类的便携式电子装置或者其它可以由直接氧化燃料电池供电的电子装置。
权利要求
1.一种为直接氧化燃料电池添加燃料的设备，包括燃料添加元件；和联接器，所述联接器包括燃料流动通路，以使所述元件与联接到直接氧化燃料电池系统上的燃料加注口相接合，所述联接器和所述燃料加注口相互配合，以使所述燃料流动通路仅在当燃料加注口和联接器正确接合时才能够打开，并且在所述联接器与所述燃料加注口脱开接合之前或者作为其结果而关闭所述燃料流动通路。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述联接器上用以正确接合所述燃料加注口上的互补几何键的几何键。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括在所述几何键上移动的粗螺纹，其中所述联接器的插入和旋转形成与所述燃料加注口的正确结合。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述几何键包括下列中的至少一个(i)防止发生溢出的装置；(ii)防止添加不适当的燃料的装置；(iii)防止发生故障或者不恰当使用的装置；(iv)适当打开和关闭所述燃料流动通路的装置；以及(v)充分密封和开启所述燃料流动通路的装置。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个用于打开和关闭所述燃料流动通路的球阀。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述联接器或者所述燃料加注口上用以确保所述联接器与所述燃料加注口正确结合的一个或者多个止挡、制动器和凹口。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述燃料加注口上的管；以及设置在所述联接器上的倒置T形的固体构件，所述倒置T形固体构件具有用以容纳所述管的中心室。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括至少一个用以响应所述管与所述倒置T形固体构件的接合状况而打开和关闭所述燃料流动通路的球阀。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述燃料元件中的燃料贮存器，所述燃料贮存器适于容纳选自包括液体燃料、在传输之前转化为蒸汽的液体燃料以及高粘度或者凝胶状混合物的组中的燃料；以及在所述燃料贮存器内产生压力以释放燃料进入所述燃料流动通路的柱塞。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述柱塞为滑动离合器柱塞。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述滑动离合器柱塞适于在完成添加燃料后向使用者提供反馈。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述使用者反馈为可以听到的反馈。
13.根据权利要求9所述的设备，进一步包括所述燃料贮存器内燃料量的可视指示器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述可视指示器是一个观察窗。
15.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述联接器上用以在所述联接器与所述燃料加注口之间形成大体上完整的密封的顺性密封材料。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述密封材料选自包括含氟弹性体、EPDM橡胶、NBR、氯丁二烯橡胶和Tygon的组。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述联接器由硬质塑料制成。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述硬质塑料选自包括高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯或其再生材料和迭尔林的组。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述燃料加注口设置在由所述直接氧化燃料电池系统供电的应用装置中。
20.为直接氧化燃料电池添加燃料的方法，包括以下步骤提供具有联接器的燃料添加元件，用以与和直接氧化燃料电池相联的燃料加注口相接合；所述联接器与所述燃料加注口一起协同作用，使所述燃料流动通路在所述联接器与所述燃料加注口正确接合时打开；以及在所述燃料加注口与所述联接器脱开接合之前或者作为其结果关闭所述燃料流动通路。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤为所述燃料加注口和所述联接器提供互补的几何键，用以在所述联接器与所述燃料加注口之间限定正确的接合，由此打开所述燃料通路。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括以下步骤通过设置在所述几何键上的配合的粗螺纹接合所述燃料加注口和所述联接器，其中所述接合包括插入并旋转所述联接器以与所述燃料加注口建立适当的接合。
23.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止发生溢出。
24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止添加所不希望的燃料或者其它物质。
25.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止发生故障或者不恰当的使用。
26.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止不正确的打开和关闭所述燃料流动通路。
27.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤打开和关闭至少一个球阀以控制燃料流动。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括如下步骤响应于设置在所述燃料加注口上的管与设置在所述联接器上的T形固体构件的接合状况打开和关闭所述至少一个球阀。
29.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤在所述联接器或者所述燃料加注口上设置包含一个或者多个止挡、制动器和凹口的系统，用以确保所述联接器与所述燃料加注口的正确接合。
30.根据权利要求20所述的方法，进一步包括提供适合容纳从包含液体燃料、在传输前被转化为蒸汽的液体燃料和高粘度或者凝胶状混合物的组中选择的燃料的燃料贮存器；以及通过柱塞在所述燃料贮存器内产生压力，以释放燃料进入所述燃料流动通路。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括如下步骤当完成添加燃料时，通过滑动离合器柱赛产生声音反馈。
32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括如下步骤提供与所述燃料贮存器相联的棘轮组件。
33.根据权利要求30所述的方法，进一步包括如下步骤产生所述燃料贮存器中燃料量的可视指示。
34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括如下步骤提供所述可视指示的观察窗。
35.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤使用顺性密封材料密封所述联接器和所述燃料加注口。
36.一种用于为直接氧化燃料电池添加燃料的设备，包括提供燃料添加元件的装置，所述燃料添加元件具有用以和直接氧化燃料电池相联的燃料加注口相接合的联接器；使所述联接器与所述燃料加注口配合在一起，当所述联接器正确接合到所述燃料加注口上时，允许所述燃料流动通路打开的装置；以及在所述联接器和所述燃料加注口脱开接合之前或者作为其结果而关闭所述燃料流动通路的装置。
全文摘要
一种为直接氧化燃料电池添加燃料的装置。燃料添加元件包括几何键合到与燃料电池相联的燃料加注口上的联接器。通过适当地接合所述联接器和所述燃料加注口，燃料流动通路被连通，由此允许燃料从元件流入燃料电池中。将联接器与燃料加注口脱开接合以关闭燃料流动通路。从而得以快速、无故障和安全地实现添加燃料。
文档编号H01M8/10GK1802764SQ200480015857
公开日2006年7月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月15日
发明者J·J·贝切拉, M·S·德菲利皮斯, T·P·范杜塞尔 申请人:吉列公司
技术领域：
本发明主要涉及直接氧化燃料电池领域，更具体而言，涉及一种为直接氧化燃料电池添加燃料的装置。
背景技术：
燃料电池是利用电化学反应发电的装置。取决于被选择作为电池部件的材料，多种材料适合用作燃料。有机材料比如甲醇或者天然气由于具有高的比能量而成为具有吸引力的燃料材料。
燃料电池系统可被分为“基于重整装置”系统(即那些在燃料进入燃料电池系统之前采用某些方式对燃料进行处理以从燃料中分离出氢的系统)，或者燃料直接送入电池而不需要分离内部或者外部过程的“直接氧化”系统。目前最多的现有燃料电池是基于重整装置的燃料电池系统。但是，由于燃料处理成本高并且需要较大空间，因此基于重整装置的系统当前受限于相对高功率的应用。
直接氧化燃料电池系统也许更适合在一些较小的移动装置(比如无绳电话、手持式计算机和膝上型计算机)中的应用以及一些较大型的应用。一般来说，在直接氧化燃料电池中，水溶液(一般为含水甲醇)中的含碳液体燃料被施加到膜电极组件(MEA)的阳极表面。膜电极组件包括质子导电但是电子不导电膜(PCM)。一般来说，能够使燃料在阳极上直接氧化的催化剂分散在PCM的表面上(或者存在于燃料电池的阳极室中)。质子(来自燃料中的氢和参与阳极反应的水分子)与电子分离。质子迁移通过电子不能通过的PCM。电子然后寻找不同的路径与质子和氧分子参与阴极反应而重新结合，并通过负载提供电能。
一种类型的直接氧化燃料电池即直接甲醇燃料电池(DMFC)对于为便携式电子装置供电非常具有吸引力。但是为了将直接甲醇燃料电池成功整合到各式各样的大量生产的装置中，必须解决如何为电池添加燃料的问题。总的来说，添加燃料应该是快速的，以使由直接甲醇燃料电池供电的装置的停机时间最小化，并且应以一种对具有最少指导的使用者来说安全和可靠的方式添加燃料。
发明内容
简要地说，本发明提供了一种装置，通过所述装置，直接氧化燃料电池，包括嵌入在由燃料电池供电的装置内的燃料电池可以被快速、简单和安全地添加燃料。该装置包括与燃料相联的燃料加注口，和具有一个联接器的燃料添加元件，所述联接器的形状和尺寸被设置成能与燃料加注口相接合。所述联接器包括燃料流动通路，当燃料通路接通时，燃料可通过燃料流动通路从燃料添加元件流到燃料加注口。
在一个优选实施例中，燃料加注口和燃料元件联接器相互几何键合在一起，由此防止使用者以可能导致燃料溢出或泄漏的不正确的方式接合所述加注口和联接器。这种键合还可以起到防止不合适类型的燃料进入燃料加注口而可能损害燃料电池的作用。此外，燃料加注口和联接器优选相互配合，以使燃料流动通路仅在当燃料加注口和联接器正确接合时才能够打开，由此使燃料流动。相反，当联接器与燃料加注口脱开接合时，燃料流动通路关闭，由此防止燃料从元件中泄漏出来。该装置能够令使用者只需最少的事先指令就能简单、无故障地为电池添加燃料而不必关闭由该燃料电池供电的装置。燃料添加元件优选具有一定大小的尺寸使其能便于使用者携带，一般放在口袋中或者钱包中，如同携带其它个人物品一样。
下面，结合附图来描述本发明，其中图1是由内部直接氧化燃料电池供电的无绳电话的透视图，所述燃料电池正在添加燃料；图2A-2D示出了根据本发明第一实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件；图3A-3D示出了根据本发明第二实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件；和图4A-4B示出了根据本发明第三实施例构造的燃料加注口和燃料添加元件。
具体实施例方式
图1示出了由内部直接氧化燃料电池(未示出)供电的无绳电话2，所述燃料电池正在添加燃料。在无绳电话2的右手侧为燃料加注口4。燃料添加元件6通过联接器8与燃料加注口4相连接。如下文中所详细描述的那样，使用者可以使用元件6在很短的时间内安全又简单地为内部的燃料电池添加燃料。如燃料加注口4的侧视2A和燃料加注口4的剖面2B所示，一个倒置的“T”形凹部10环绕管12。在接近管外端的管12的顶表面上设置有孔14。管12由围绕它的固体材料保持在一个固定的位置。在管12的内端附近是容纳球阀18的室16。燃料出口20连接室16与一般设置在无绳电话2内部并向内部直接氧化燃料电池提供燃料的燃料贮存器(未示出)。一对朝向外的止挡32a、32b分别设置在凹部10的上下侧。一对制动器34a、34b分别设置在凹部的上下表面上。
如联接器8的侧视2C以及燃料添加元件6和联接器8的剖视2D所示，元件6包括四个主要部件联接器8、球阀26、燃料贮存器28以及用户可操作的柱塞30。联接器8几何键合到燃料加注口4上。也就是说，联接器8包括倒置的T形实心部分24，具有容纳管12的中心室22，具有一定尺寸以紧密地与燃料加注口4相接合。联接器8还包括一对凹口36a、36b，当联接器8与燃料加注口4完全接合时所述凹口36a、36b分别容纳制动器34a、34b。燃料贮存器28的外表面38可使用根据柱塞相对于贮存器的位置指示贮存器中的燃料剩余量的可视指示器进行标记。燃料贮存器28可以直接保持液体燃料或者可以在贮存器内放置一个囊(未示出)。另一种可选方式是，燃料贮存器28可以保持(或者适合于保持)在传输之前转化为蒸汽的液体燃料、或者高粘度或胶状混合物。
联接器8优选由在硬质塑料上二次注塑成型(overmolded)的顺性密封材料制成。合适的密封材料包括含氟弹性体、EPDM橡胶、NBR、氯丁二烯橡胶和Tygon(聚乙烯)。合适的塑料包括高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terathalate)或其再生材料和迭尔林。贮存器28和柱塞30优选也由硬质塑料制成。管12优选由高质量不锈钢比如316L不锈钢制成。如果需要，管12可以整体或者部分涂覆催化剂或者酶，所述催化剂或者酶用以氧化任何在添加燃料过程中可能会遗留下来的剩余燃料。催化剂或者酶可以相似地应用于室22的内部。
为了进行添加燃料的操作，使用者简单地用手抓住燃料添加元件6然后将联接器8插入燃料加注口4中。联接器8和凹部10的键合形状防止使用者以不正确的方向接合这些零件。经过这样的操作后，管12容纳在室22内。通过施加足够大的力，管12将接触球阀26并施加压力使球阀26打开。这一操作的同时，制动器34a、34b将与凹口36a、36b相接合，由此提供可以听到的或者能触知的反馈，令使用者得知联接器8已经完全与燃料加注口4接合。此外，联接器8外端的顺性密封材料将形成围绕管12的液体密封。
在这一点上，使用者向柱塞30施加力使燃料离开贮存器28，经过球阀26进入室22并最终进入管12中。借助足够大的压力(即当压力超过球阀16的阈压力时)，管12中的燃料将打开球阀16，然后燃料将进入出口20以输送到燃料电池的贮存器中。当应力下降时，球阀16将关闭，由此防止燃料回流进入管12中。使用者现在可以将这些部件相互拉开，由此在柱塞上施加拉力，其反过来对管12中的燃料施加负压，由此脱开制动器32a、32b的接合，从而脱开燃料添加元件6与燃料加注口4的接合。这一操作也导致球阀26返回至其关闭位置由此阻断任何来自贮存器28中的额外燃料。
本发明的另一可选实施例如图3A-3D所示。在这个实施例中，燃料加注口4包括一个不对称的“键孔”形凹部50，在其中心附近设置有管42。凹部50的上部76的形状或者尺寸(或二者)优选不同于凹部的下部78。进一步内表面44、46形成粗螺纹，优选为一圈的一部分，以使联接器8的插入和旋转引起联接器8朝向燃料加注口4移动。联接器8的上部52和下部54的形状和尺寸与凹部50的相应部分相匹配，再一次形成键合装置，如上面所述，其可以防止使用者以不正确的方向接合燃料加注口4和联接器8。燃料加注口4还具有一个结构与上述管12相似的管42。球阀43位于接近管42的位置。
燃料添加元件6包括设计用于容纳管42的室56。联接器8的外端58优选由诸如上述的密封材料构成。球阀60设置在室56和燃料贮存器62之间。通过包括驱动轴64、滑动离合器柱塞66、止挡70、弹簧80、棘轮72和壳74的组件，燃料从贮存器62中流出。可以通过观测缝隙获得贮存器62中剩余的燃料量的可视指示。
为了使用如图3A-3D所示的本发明的实施例进行燃料添加操作，使用者简单地用手抓住燃料添加元件6，将联接器8插入燃料加注口4直到接触而停止，然后沿顺时针方向转动元件8。这一操作导致联接器8的部分52和54分别旋转进入内部空间44、46中，这样有效地内拉并将联接器8锁定在接合位置。同时，外端58的密封材料形成围绕管42的液体密封，并且该管与球阀60接触并使球阀60移动至打开的位置。
在这一点上，使用者可以比如顺时针地向壳74施加扭矩。这一操作推进柱塞66并使燃料通过球阀60进入室56然后进入管42。使用者将感到一定的反压，并且滑动离合器柱塞66将向使用者提供反馈比如“卡嗒”的声音，它起到防止使用者施加过大的扭矩以限制燃料的最大压力。利用足够大的压力(即当压力超过球阀43的阈压力时)，管42中的燃料将打开阀43然后燃料将流入燃料电池贮存器中。当燃料电池贮存器满时，反压将变得足够大以向滑动离合器柱塞66施加停止压力以使其发出卡嗒声。这时试验者可以通过逆时针方向转动元件将燃料添加元件6与燃料加注口4脱开接合。这将释放来自滑动离合器柱塞66和燃料管42的压力。当压力降低时，球阀43关闭，由此防止燃料回流到管42中并防止由于联接器进一步旋转导致产生泄漏。元件逆时针方向旋转还接合棘轮72，其反过来旋转在联接器4的内表面44、46内的联接器8的功能部件52、54，使管42自球阀60处缩回由此停止供给燃料。由于联接器8的表面52、54与联接器4的内表面44、46相互妨碍防止了进一步逆时针旋转。然后，使用者就可以将部件相互拉开。
下面转到图4A-4B，图中示出了本发明的第三实施例。在这个实施例中，燃料加注口4包括接近室84设置的球阀82。类似先前描述的密封材料86被设置在燃料加注口4的外端上。燃料添加元件6包括管88，在所述管88的外端带有孔90、在其内端具有孔96。止挡/弹簧组件92围绕管88的中部设置而密封件94设置在组件92和球阀98之间。
如图4B所示，当燃料加注口4与燃料添加元件6接合时，管88横向移动，由此压缩止挡/弹簧组件92，打开球阀98而使孔96接收通过进口100来自贮存器(未示出)的燃料。在足够大的压力下，燃料移动球阀82且从右向左流动。相反地，当燃料加注口4和元件6脱开接合时，管88受到推动退回其初始位置，由此关闭了在每个部件中的燃料流动通路。
本领域技术人员将会意识到本发明的燃料添加装置可以适用于任何种类的便携式电子装置或者其它可以由直接氧化燃料电池供电的电子装置。
权利要求
1.一种为直接氧化燃料电池添加燃料的设备，包括燃料添加元件；和联接器，所述联接器包括燃料流动通路，以使所述元件与联接到直接氧化燃料电池系统上的燃料加注口相接合，所述联接器和所述燃料加注口相互配合，以使所述燃料流动通路仅在当燃料加注口和联接器正确接合时才能够打开，并且在所述联接器与所述燃料加注口脱开接合之前或者作为其结果而关闭所述燃料流动通路。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述联接器上用以正确接合所述燃料加注口上的互补几何键的几何键。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括在所述几何键上移动的粗螺纹，其中所述联接器的插入和旋转形成与所述燃料加注口的正确结合。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述几何键包括下列中的至少一个(i)防止发生溢出的装置；(ii)防止添加不适当的燃料的装置；(iii)防止发生故障或者不恰当使用的装置；(iv)适当打开和关闭所述燃料流动通路的装置；以及(v)充分密封和开启所述燃料流动通路的装置。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个用于打开和关闭所述燃料流动通路的球阀。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述联接器或者所述燃料加注口上用以确保所述联接器与所述燃料加注口正确结合的一个或者多个止挡、制动器和凹口。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述燃料加注口上的管；以及设置在所述联接器上的倒置T形的固体构件，所述倒置T形固体构件具有用以容纳所述管的中心室。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括至少一个用以响应所述管与所述倒置T形固体构件的接合状况而打开和关闭所述燃料流动通路的球阀。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述燃料元件中的燃料贮存器，所述燃料贮存器适于容纳选自包括液体燃料、在传输之前转化为蒸汽的液体燃料以及高粘度或者凝胶状混合物的组中的燃料；以及在所述燃料贮存器内产生压力以释放燃料进入所述燃料流动通路的柱塞。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述柱塞为滑动离合器柱塞。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述滑动离合器柱塞适于在完成添加燃料后向使用者提供反馈。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述使用者反馈为可以听到的反馈。
13.根据权利要求9所述的设备，进一步包括所述燃料贮存器内燃料量的可视指示器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述可视指示器是一个观察窗。
15.根据权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述联接器上用以在所述联接器与所述燃料加注口之间形成大体上完整的密封的顺性密封材料。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述密封材料选自包括含氟弹性体、EPDM橡胶、NBR、氯丁二烯橡胶和Tygon的组。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述联接器由硬质塑料制成。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述硬质塑料选自包括高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯或其再生材料和迭尔林的组。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述燃料加注口设置在由所述直接氧化燃料电池系统供电的应用装置中。
20.为直接氧化燃料电池添加燃料的方法，包括以下步骤提供具有联接器的燃料添加元件，用以与和直接氧化燃料电池相联的燃料加注口相接合；所述联接器与所述燃料加注口一起协同作用，使所述燃料流动通路在所述联接器与所述燃料加注口正确接合时打开；以及在所述燃料加注口与所述联接器脱开接合之前或者作为其结果关闭所述燃料流动通路。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤为所述燃料加注口和所述联接器提供互补的几何键，用以在所述联接器与所述燃料加注口之间限定正确的接合，由此打开所述燃料通路。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括以下步骤通过设置在所述几何键上的配合的粗螺纹接合所述燃料加注口和所述联接器，其中所述接合包括插入并旋转所述联接器以与所述燃料加注口建立适当的接合。
23.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止发生溢出。
24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止添加所不希望的燃料或者其它物质。
25.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止发生故障或者不恰当的使用。
26.根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤通过正确地接合所述几何键防止不正确的打开和关闭所述燃料流动通路。
27.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤打开和关闭至少一个球阀以控制燃料流动。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括如下步骤响应于设置在所述燃料加注口上的管与设置在所述联接器上的T形固体构件的接合状况打开和关闭所述至少一个球阀。
29.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤在所述联接器或者所述燃料加注口上设置包含一个或者多个止挡、制动器和凹口的系统，用以确保所述联接器与所述燃料加注口的正确接合。
30.根据权利要求20所述的方法，进一步包括提供适合容纳从包含液体燃料、在传输前被转化为蒸汽的液体燃料和高粘度或者凝胶状混合物的组中选择的燃料的燃料贮存器；以及通过柱塞在所述燃料贮存器内产生压力，以释放燃料进入所述燃料流动通路。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括如下步骤当完成添加燃料时，通过滑动离合器柱赛产生声音反馈。
32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括如下步骤提供与所述燃料贮存器相联的棘轮组件。
33.根据权利要求30所述的方法，进一步包括如下步骤产生所述燃料贮存器中燃料量的可视指示。
34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括如下步骤提供所述可视指示的观察窗。
35.根据权利要求20所述的方法，进一步包括如下步骤使用顺性密封材料密封所述联接器和所述燃料加注口。
36.一种用于为直接氧化燃料电池添加燃料的设备，包括提供燃料添加元件的装置，所述燃料添加元件具有用以和直接氧化燃料电池相联的燃料加注口相接合的联接器；使所述联接器与所述燃料加注口配合在一起，当所述联接器正确接合到所述燃料加注口上时，允许所述燃料流动通路打开的装置；以及在所述联接器和所述燃料加注口脱开接合之前或者作为其结果而关闭所述燃料流动通路的装置。
全文摘要
一种为直接氧化燃料电池添加燃料的装置。燃料添加元件包括几何键合到与燃料电池相联的燃料加注口上的联接器。通过适当地接合所述联接器和所述燃料加注口，燃料流动通路被连通，由此允许燃料从元件流入燃料电池中。将联接器与燃料加注口脱开接合以关闭燃料流动通路。从而得以快速、无故障和安全地实现添加燃料。
文档编号H01M8/10GK1802764SQ200480015857
公开日2006年7月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月15日
发明者J·J·贝切拉, M·S·德菲利皮斯, T·P·范杜塞尔 申请人:吉列公司
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