專(zhuān)利名稱(chēng)：集成燃料再循環(huán)模塊和使用該模塊的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種燃料進(jìn)給模塊。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)諸如電子、通訊和半導(dǎo)體工程等諸多技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，諸如便攜式電話、筆記本電腦和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的便攜式電子裝置，以及諸如因特網(wǎng)和數(shù)字多媒體廣播(DMB)的有線/無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)在國(guó)際上已經(jīng)變得普及。便攜式電子裝置允許用戶在任何時(shí)間及任何地點(diǎn)享受到諸如電影的多媒體，而不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。因此，需要有電源能夠長(zhǎng)時(shí)間向便攜式電子裝置提供電能。出于這種原因，直接甲醇燃料電池作為其中一種電源已經(jīng)受到關(guān)注。
直接甲醇燃料電池(DMFC)包括聚合物電解質(zhì)膜，例如具有氫離子的良好導(dǎo)電性的全氟聚合物；以及陽(yáng)極和陰極電極，它們附著到電解質(zhì)膜的相反側(cè)。直接甲醇燃料電池通過(guò)供給到陽(yáng)極電極的諸如甲醇之類(lèi)的燃料和供給到陰極電極的諸如空氣(氧氣)的氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電。在DMFC中，諸如甲醇的有機(jī)流體燃料被直接供給到陽(yáng)極電極，從而不需要燃料重整器等。因此，像DMFC這樣的燃料電池系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)，即較之其它燃料電池系統(tǒng)，它易于被構(gòu)造并且尺寸較小。
在DMFC中，陽(yáng)極電極和陰極電極之間的電化學(xué)反應(yīng)如下所示 陽(yáng)極CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-陰極O2+4H++4e-→2H2O同時(shí)，因?yàn)镈MFC將液態(tài)燃料直接供給到陽(yáng)極電極，因此它的燃料消耗和輸出效率較之其它燃料電池系統(tǒng)相對(duì)較低。相應(yīng)地，存在如下已提出的技術(shù)，即傳送和再循環(huán)在DMFC中未反應(yīng)卻被排放的未反應(yīng)燃料。例如，在大多數(shù)DMFC系統(tǒng)中，在從陽(yáng)極電極輸出的流體中，除了燃料的氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的諸如二氧化碳的副產(chǎn)品之外，未反應(yīng)的燃料被存儲(chǔ)在混合箱中，并且所存儲(chǔ)的未反應(yīng)燃料被再次供給到陽(yáng)極電極。
不過(guò)，DMFC系統(tǒng)必須另外包括二氧化碳去除器，其排放諸如二氧化碳的副產(chǎn)品，以便提高系統(tǒng)效率；和用于將未反應(yīng)燃料供給到陽(yáng)極電極的泵。因此，DMFC系統(tǒng)的尺寸變得較大，從而使它難于應(yīng)用到便攜式裝置。
上述討論旨在提供燃料電池系統(tǒng)的背景信息，并不構(gòu)成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種用于燃料電池系統(tǒng)中的集成燃料再循環(huán)模塊，該模塊可包括燃料再循環(huán)器，其包括入口開(kāi)口和出口開(kāi)口，其中所述燃料再循環(huán)器被配置為通過(guò)所述入口開(kāi)口接收包括有未使用燃料和燃料電池反應(yīng)產(chǎn)物的混合物，其中所述燃料再循環(huán)器被配置為從所述混合物收集所述未使用燃料的至少一部分，并且被進(jìn)一步配置從而使得所收集的燃料通過(guò)所述出口開(kāi)口被排放出；和實(shí)主體(solid body)，其與所述燃料再循環(huán)器成一體并包括形成于所述實(shí)主體中的第一通道，該第一通道包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第一開(kāi)口可連接到所述入口開(kāi)口和所述出口開(kāi)口中的一個(gè)，并且所述第二開(kāi)口可連接到燃料電池，并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物或者將所收集的燃料供給到所述燃料電池。
在前述的模塊中，所述第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述入口開(kāi)口，所述第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物。所述第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述出口開(kāi)口，所述第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為將所收集的燃料供給到所述燃料電池。所述模塊可進(jìn)一步包括連接到所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通。所述模塊可進(jìn)一步包括第二通道，其形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述入口開(kāi)口，所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物。所述模塊可進(jìn)一步包括連接到所述出口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述出口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。
仍然在前述模塊中，所述燃料再循環(huán)器可進(jìn)一步包括另一個(gè)入口開(kāi)口，其中所述模塊可進(jìn)一步包括第二通道，其形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口，所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料。所述模塊可進(jìn)一步包括連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述另一個(gè)入口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。所述模塊可進(jìn)一步包括第二通道和第三通道，其中所述第二通道形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，所述第三通道形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口、第二開(kāi)口和第三開(kāi)口，其中所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料，所述第三通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述第一通道的第一開(kāi)口，所述第三通道的第二開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述第二通道的第一開(kāi)口，并且所述第三通道的第三開(kāi)口可與所述出口開(kāi)口流體連通。所述模塊可進(jìn)一步包括連接到所述第一通道的第一開(kāi)口以及所述第三通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第一通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。所述模塊可進(jìn)一步包括連接到所述第二通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第二開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第二通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第二開(kāi)口之間形成流體連通。所述不再循環(huán)的燃料基本上不流入所述燃料再循環(huán)器。
進(jìn)一步，在前述的方法中，所述燃料再循環(huán)器可進(jìn)一步包括另一個(gè)開(kāi)口，其中所述開(kāi)口被配置為從所述燃料電池的陽(yáng)極接收所述混合物，并且所述另一個(gè)開(kāi)口被配置為從所述燃料電池的陰極接收所述混合物。所述模塊可進(jìn)一步包括形成于所述實(shí)主體中的通氣孔以及氣體可滲透且液體不可滲透的材料，其中所述通氣孔連接所述實(shí)主體的外部和所述燃料再循環(huán)器，并且所述氣體可滲透且液體不可滲透的材料位于所述實(shí)主體的外部和所述燃料再循環(huán)器之間。
本發(fā)明的另一方面提供一種燃料電池系統(tǒng)，其可包括前述模塊；和可操作地連接到所述模塊的燃料電池。在上述系統(tǒng)中，所述燃料可包括處于室溫的液體。所述燃料可包括從甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、液化氫氣、石腦油、液化石油氣和汽油組成的組中選出的至少一種。
本發(fā)明的又一方面提供一種在燃料電池系統(tǒng)中再循環(huán)燃料的方法，所述方法可包括提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊以及用于在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通的連接器；通過(guò)所述入口開(kāi)口從所述燃料電池接收所述混合物；以及通過(guò)所述第一通道將所收集的燃料供給到所述燃料電池。
在上述方法中，所述連接器可包括連接到所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口的泵，并且該泵可被配置為在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通。所述燃料再循環(huán)器可進(jìn)一步包括另一個(gè)入口開(kāi)口，其中所述模塊可進(jìn)一步包括第二通道，該第二通道形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口，所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料；并且所述方法可進(jìn)一步包括提供另一個(gè)用于在所述第二通道的第一開(kāi)口和所述另一個(gè)入口之間形成流體連通的連接器；以及通過(guò)所述另一個(gè)入口從所述燃料盒接收所述不再循環(huán)的燃料。
本發(fā)明的一方面提供一種燃料進(jìn)給器殼體，其顧及到了安裝到便攜式電子裝置的燃料電池系統(tǒng)的緊湊和輕質(zhì)，同時(shí)保持燃料電池系統(tǒng)的高效率。
本發(fā)明的另一方面提供一種外圍模塊，其將使用前述燃料進(jìn)給器殼體并支持燃料電池的外圍單元模塊化。
本發(fā)明的又一方面提供一種燃料進(jìn)給器殼體，其連接到用于存儲(chǔ)含氫燃料的燃料盒以及通過(guò)燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的燃料電池，所述燃料進(jìn)給器殼體包括主件，其中用于再循環(huán)從燃料電池排放的未反應(yīng)燃料的室以及用于使流體流入和流出所述室的第一和第二連接部分在內(nèi)部被形成為單一體；和氣體一液體分離器，其安裝在所述室的開(kāi)口中并排放來(lái)自所述室的氣體。
本發(fā)明的另一方面提供一種外圍模塊，其包括燃料進(jìn)給器殼體，該燃料進(jìn)給器殼體連接到用于存儲(chǔ)含氫燃料的燃料盒以及通過(guò)燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的燃料電池，并且該燃料進(jìn)給器殼體包括主件，其中用于再循環(huán)從燃料電池排放的未反應(yīng)燃料的室以及用于使流體流入和流出所述室的第一和第二連接部分在內(nèi)部被形成為單一體；和氣體-液體分離器，其安裝在所述室的開(kāi)口中并排放來(lái)自所述室的氣體；該外圍模塊還包括通過(guò)固定單元連接到所述燃料進(jìn)給器殼體的外表面的泵，該泵連接到所述第二連接部分的中部并將存儲(chǔ)于所述室中的燃料供給到燃料電池。


本發(fā)明的這些和其它方面將從下文結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中變得明顯并更加易于理解，所述附圖如下圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體的俯視圖；圖2A是連接到圖1的燃料進(jìn)給器殼體的連接器的俯視圖；圖2B是示出圖1的燃料進(jìn)給器殼體以及燃料盒被安裝到應(yīng)用器件的照片；
圖3是示出使用圖1的燃料進(jìn)給器殼體的外圍模塊的照片；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例采用外圍模塊的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體的俯視圖；和圖6是應(yīng)用了使用圖5的燃料進(jìn)給器殼體的外圍模塊的直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的各個(gè)不同實(shí)施例，其中，貫穿全文，相同的附圖標(biāo)記代表相同的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體的俯視圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明圖示的實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100包括室101，其連接到燃料電池以及存儲(chǔ)用于燃料電池的燃料的燃料盒，室101還存儲(chǔ)并再循環(huán)未用于燃料電池卻從燃料電池中排出的未反應(yīng)燃料；第一連接部分102以及第二連接部分103和105a，流體可以通過(guò)這些連接部分流進(jìn)并流出室101；和主件，其與用于連接燃料盒和燃料電池的第三連接部分104和105b一體形成。進(jìn)一步，燃料進(jìn)給器殼體100包括氣體-液體分離器108，其對(duì)應(yīng)于室101的開(kāi)口107安裝，并從室101內(nèi)部排出氣體。
主件由具有抗燃料腐蝕性能的金屬制成，所述燃料例如甲醇、乙醇、液化氫氣、石腦油、液化石油氣等等，或者由諸如聚碳酸酯、聚醚酮醚(PEEK)等的熱塑性樹(shù)脂制成。在這里討論的或其它的實(shí)施例中，主件具有的形狀適配于安裝區(qū)域，即適配于應(yīng)用器件中的未利用空間。在本實(shí)施例中，主件的高度為大約6.5cm，寬度為大約4.5cm，厚度為大約0.8cm，從而使其實(shí)現(xiàn)緊湊和輕質(zhì)。進(jìn)一步，主件形成有孔，即開(kāi)口107，其用于排出被引入室101的流體中的不需要的氣體，例如二氧化碳。
室101占據(jù)了主件的除連接部分102、103、104、105a和105b以及用于安放主件的固定孔109之外的整個(gè)內(nèi)部區(qū)域。例如，室101具有曲線形狀?？紤]到連接部分102、103、104、105a和105b的位置，將室101以預(yù)定的角度(例如，直角)彎曲，使得室101完全占據(jù)主件內(nèi)部，從而形成室101的形狀?？蛇x地，室101可以被彎曲一次或多次。進(jìn)一步，可以根據(jù)未利用空間的形狀，改變室101的形狀。
進(jìn)一步，室101包括第一連接部分102，未反應(yīng)燃料從燃料電池引入第一連接部分102；第二連接部分103和105a，其將所存儲(chǔ)的燃料向燃料電池傳送；以及第三連接部分104和105b，其從燃料盒接收含氫燃料。在此，含氫燃料包括甲醇、乙醇、液化氫氣、石腦油、脫硫汽油、液化石油氣等等。
氣體-液體分離器108用于排放除了被引入室101的未反應(yīng)燃料或水之外的諸如二氧化碳的不需要的氣體。氣體-液體分離器108具有對(duì)應(yīng)于第一連接部分102的開(kāi)口，從而不會(huì)阻塞第一連接部分102，并且該開(kāi)口被安裝在室101的內(nèi)壁中。同時(shí)，氣體-液體分離器108由吸收液體燃料的多孔材料制成，這樣，即使燃料進(jìn)給器殼體100向任意方向傾斜，也可以通暢地傳送未反應(yīng)燃料。具體而言，氣體-液體分離器108由疏水性多孔材料制成，該材料能夠裝填以燃料，但不與燃料進(jìn)行物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)。例如，制成氣體-液體分離器108的多孔材料被涂布以疏水材料并且具有尺寸大約為10μm的孔?？蛇x地，氣體-液體分離器108可設(shè)置在室101的整個(gè)內(nèi)壁上。
第一連接部分102用作將未反應(yīng)燃料和水從燃料電池引入室101的通道，并且通過(guò)最小管路排布連接到燃料電池的陽(yáng)極出口。第二連接部分105a和103用作將存儲(chǔ)于室101中的未反應(yīng)燃料供給到燃料電池的通道。在第二連接部分105a和103之間形成兩個(gè)連接孔106a和106b，它們連接到第一泵(下文中，稱(chēng)為“引入泵”)。第三連接部分104和105b用作將存儲(chǔ)于燃料盒中的燃料供給到燃料電池的通道。在第三連接部分104和105b之間形成兩個(gè)連接孔106c和106d，它們連接到第二泵(下文中，稱(chēng)為“燃料泵”)。換句話說(shuō)，所述連接部分分別在其中部被斷開(kāi)，并被分成兩個(gè)連接部分。另外，兩個(gè)連接部分在它們彼此面對(duì)的位置中分別形成有連接孔。每個(gè)連接孔均穿透主件并與外部連通。在第二和第三連接部分中的每一個(gè)中設(shè)置的兩個(gè)連接孔，允許泵的入口和出口插入其中，而不需要另外的導(dǎo)管。同時(shí)，第二連接部分和第三連接部分位于彎曲區(qū)域中，即位于具有曲線形狀的室101的內(nèi)角區(qū)域中，從而顧及到了殼體的緊湊性。
根據(jù)圖示的實(shí)施例，第二和第三連接部分被組合為單一通道而連接到室101。在這種情況下，從燃料盒供給的燃料與未反應(yīng)燃料混合，該未反應(yīng)燃料并非在室101中，而是正經(jīng)過(guò)第二連接部分105a和103，然后被混合的燃料被供給到燃料電池。諸如螺釘之類(lèi)的固定單元經(jīng)過(guò)固定孔109，使得燃料進(jìn)給器殼體100被緊固到諸如便攜式電子裝置的應(yīng)用器件上。可選地，固定孔109可被合適裝置所替代，只要該裝置能夠?qū)⑷剂线M(jìn)給器殼體100緊固到應(yīng)用器件上。
圖2A是連接到圖1的燃料進(jìn)給器殼體的連接器的俯視圖。參照?qǐng)D2A，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體或燃料再循環(huán)模塊除了前述的燃料進(jìn)給器殼體配置之外，進(jìn)一步包括連接到第二連接部分103的第一連接器110以及連接到第三連接部分104的第二連接器112。第一連接器110用于與連接燃料進(jìn)給器殼體100和燃料電池的導(dǎo)管容易地連接。因此，第一連接器110的端部111所具有的結(jié)構(gòu)易于插入和固定所述導(dǎo)管。第二連接器112用于連接燃料進(jìn)給器殼體100和燃料盒。為了易于連接燃料進(jìn)給器殼體100和燃料盒，第二連接器112的端部113從主件的表面突出，以插入燃料盒中并被燃料盒所容納。例如，可通過(guò)噴嘴實(shí)現(xiàn)第一連接器110，該噴嘴允許存儲(chǔ)于燃料盒中的燃料僅在噴嘴連接到燃料盒的出口后被排放。
圖2B是示出圖1的燃料進(jìn)給器殼體以及燃料盒被安裝到應(yīng)用器件的照片。在圖示實(shí)施例中，將描述作為應(yīng)用器件實(shí)例的尺寸約為15cm×10cm的便攜式媒體播放器(PMP)。在圖2B中，所描述的PMP未被示出安裝有控制器和顯示單元的頂板。安裝到應(yīng)用器件的燃料進(jìn)給器殼體100通過(guò)使用應(yīng)用器件主體的未利用空間被安裝。如圖2B所示，燃料進(jìn)給器殼體100連接到燃料盒130，并且設(shè)置在所述主體內(nèi)部并放置在所述主體的中部的未利用空間中。在本實(shí)施例中，忽略了設(shè)置在主體上的燃料進(jìn)給器殼體100和燃料電池堆140之間的連線。例如，使用根據(jù)本發(fā)明的所描述或其它實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100以及20cc的甲醇盒，PMP可以采用5W的額定輸出驅(qū)動(dòng)達(dá)四小時(shí)，并采用8W的額定輸出驅(qū)動(dòng)達(dá)八小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。因此，實(shí)現(xiàn)了PMP的緊湊和輕質(zhì)。
在圖2B中，除圖2A中所示的第一、第二和第三連接部分102、103、104、105a和105b之外，所形成的燃料進(jìn)給器殼體的連接部分被其它部分處的預(yù)定的修整材料所阻塞。因此，當(dāng)燃料進(jìn)給器殼體100的連接部分由諸如鉆孔機(jī)的工具形成時(shí)，可能阻塞不必要形成的通道。
圖3是示出使用圖1的燃料進(jìn)給器殼體的外圍模塊的照片。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的外圍模塊包括引入泵114和連到該模塊一表面的燃料泵115。引入泵114和燃料泵115被固定單元116緊密連接到主件。引入泵114是將燃料引入燃料電池的小型泵，燃料泵115也是小型泵，其將存儲(chǔ)于燃料盒中的燃料供給到所述室或燃料電池。在本實(shí)施例中，引入泵114和燃料泵115中的每一個(gè)，尺寸均為大約3.5cm×3.5cm，并且最大輸出能力均為大約5cc/min。
固定單元116用于將引入泵114和燃料泵115緊密連接到主件。固定單元116被螺釘?shù)冗B接到主件?？赏ㄟ^(guò)散熱器實(shí)現(xiàn)固定單元116，該散熱器由具有高熱傳導(dǎo)性的金屬制成并具有多個(gè)孔，并且引入泵114和燃料泵115中所產(chǎn)生的熱通過(guò)這些孔被散發(fā)出。
圖4是根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的采用外圍模塊的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D4，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外圍模塊120包括室101，其內(nèi)部設(shè)置有氣體-液體分離器108以排放二氧化碳，從而顧及到了系統(tǒng)的緊湊和輕質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)了直接甲醇燃料電池140；連接部分102、103、104和105，它們與燃料電池140或燃料盒130連接；燃料進(jìn)給器殼體100，其具有的連接器一體地形成于單一主件中，從而與燃料電池140或燃料盒130容易地連接；以及泵114和115，它們連到燃料進(jìn)給器殼體100的外表面，并分別直接連接到第二和第三連接部分的中部。
根據(jù)本發(fā)明的圖示的和其它實(shí)施例，可通過(guò)將除了燃料盒之外的所有外圍單元模塊化來(lái)實(shí)現(xiàn)外圍模塊120，所述外圍單元支持燃料電池140的運(yùn)行，以便顧及到安裝到便攜式電子裝置的小型燃料電池系統(tǒng)的緊湊和輕質(zhì)。例如，在所述殼體中對(duì)存在的混合箱、二氧化碳去除器和連接導(dǎo)管進(jìn)行模塊化，并且通過(guò)在所述殼體的連接部分中形成的連接孔，插入所述泵的入口和出口，而不使用附加導(dǎo)管。
下文中，將示意性地描述使用根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的外圍模塊的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行。首先，當(dāng)連接到燃料盒130和燃料電池140的外圍模塊120開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，存儲(chǔ)在室101中的未反應(yīng)燃料由引入泵114通過(guò)第二連接部分105和103供給到燃料電池140。此時(shí)，存儲(chǔ)在燃料盒130中的高濃度燃料由燃料泵115和引入泵114通過(guò)第三連接部分104和105以及第二連接部分105和103供給到燃料電池140。
從室101供給的燃料和從燃料盒130供給的燃料被混合并具有合適的濃度，同時(shí)經(jīng)過(guò)第二連接部分103。進(jìn)一步，在從燃料電池140排放出的流體中的未反應(yīng)燃料、水、二氧化碳等等，通過(guò)第一連接部分102被引入室101。另一方面，在所引入流體中諸如二氧化碳之類(lèi)的對(duì)燃料再循環(huán)而言不必要的氣體，通過(guò)氣體-液體分離器108被排放到外部。
如上文所述，由于根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的外圍模塊120被安裝到應(yīng)用器件的未利用空間，從而有助于應(yīng)用器件的緊湊和輕質(zhì)，可以傳送和再循環(huán)從燃料電池140的陽(yáng)極電極排放出的未反應(yīng)燃料，將燃料從燃料盒130供給到燃料電池140，并提高了燃料電池系統(tǒng)的效率。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體的俯視圖。參照?qǐng)D5，根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100a包括室101a，其連接到燃料電池以及存儲(chǔ)用于燃料電池的燃料的燃料盒，室101a還存儲(chǔ)并再循環(huán)未用于燃料電池卻從燃料電池排出的未反應(yīng)燃料；第一連接部分102a和102b，流體通過(guò)它們被引入室101a中；第二連接部分103和105a，流體通過(guò)它們從室101a中排出；和主件，其與和燃料盒相連接的第三連接部分104和105b一體形成。進(jìn)一步，燃料進(jìn)給器殼體100a包括氣體-液體分離器108a，其對(duì)應(yīng)室101a的開(kāi)口107安裝，并且排放來(lái)自室101a內(nèi)部的氣體。
與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100相比較，在根據(jù)圖示實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100a中，放置在曲線形狀的室101a的彎曲區(qū)域(即，內(nèi)角區(qū)域)中的第二連接部分和第三連接部分，被獨(dú)立連接到室101a，而并不組合為單一通道。因此，圖示實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體100a在結(jié)構(gòu)上不同于第一實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體，在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，燃料從燃料盒引入室101a，并且第一連接部分102a和102b分別連接到燃料電池的陽(yáng)極電極和陰極電極。
采用這種配置，從燃料盒通過(guò)第三連接部分104和105b供給到燃料進(jìn)給器殼體101a的室101a的燃料，被與在室101a中的從燃料電池排放出的未反應(yīng)燃料和水混合，然后所混合的燃料通過(guò)第二連接部分105a和103被供給到燃料電池。
圖6是應(yīng)用了使用圖5的燃料進(jìn)給器殼體的外圍模塊的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D6，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外圍模塊120a包括室101a，其內(nèi)部設(shè)置有排放二氧化碳的氣體-液體分離器108a，從而顧及到系統(tǒng)的緊湊和輕質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)直接甲醇燃料電池140；連接部分102、103、104、105a和105b，它們與燃料電池140或燃料盒130相連接；燃料進(jìn)給器殼體100a，其具有的連接器(未示出)一體形成于單一主件中，從而易于與燃料電池140或燃料盒130連接。進(jìn)一步，外圍模塊120a包括泵114和115，它們連到燃料進(jìn)給器殼體100a的外表面，并分別直接連接到第二和第三連接部分的中部。進(jìn)一步，根據(jù)圖示和其它實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)包括氧化劑進(jìn)給器122，其將諸如空氣的氧化劑(例如，氧氣)供給到燃料電池140的陰極電極。可通過(guò)空氣泵或吹風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)氧化劑進(jìn)給器122。
根據(jù)本發(fā)明的圖示實(shí)施例，可通過(guò)將除燃料盒之外的所有外圍單元模塊化來(lái)實(shí)現(xiàn)外圍模塊120a，所述外圍單元支持燃料電池140的運(yùn)行，從而顧及到了安裝到便攜式電子裝置的小型燃料電池系統(tǒng)的緊湊和輕質(zhì)。同時(shí)，根據(jù)圖示實(shí)施例的外圍模塊120a不同于第一實(shí)施例的外圍模塊，在本實(shí)施例中，存儲(chǔ)在燃料盒130中的燃料被引入室101a中，然后供給到燃料電池140。
下文中，將示意性地描述使用根據(jù)本發(fā)明圖示實(shí)施例的外圍模塊的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行。首先，存儲(chǔ)在燃料盒130中的燃料通過(guò)第三連接部分104和105b由燃料泵115供給到燃料進(jìn)給器殼體100a的室101a。所供給的燃料具有的濃度高于存儲(chǔ)在室101a中的未反應(yīng)燃料的濃度。進(jìn)一步，從燃料電池140的陽(yáng)極和陰極電極排放出的諸如未反應(yīng)燃料、水等等的流體，通過(guò)兩個(gè)第一連接部分102a和102b引入室101a中。另一方面，在所引入流體中的諸如二氧化碳的不必要的氣體，經(jīng)設(shè)置在室101a內(nèi)壁中的氣體-液體分離器108a過(guò)濾，然后通過(guò)主件的排放孔被排放到外部。然后，存儲(chǔ)于室101a中的燃料，即從燃料電池140引入的未反應(yīng)燃料和水以及從燃料盒130引入的高濃度燃料的混合燃料，由引入泵114通過(guò)第二連接部分105a和103供給到燃料電池140的陽(yáng)極電極。采用這些過(guò)程，燃料電池140利用電化學(xué)氧化含于燃料中的氫，從而產(chǎn)生電。
在前述的燃料進(jìn)給器殼體及使用其的外圍模塊中，可根據(jù)存儲(chǔ)于所述室中的未反應(yīng)燃料的量以及從燃料盒供給的燃料的濃度，來(lái)改變從燃料電池的陰極電極排放到所述室中的引入水的結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，從燃料電池的陰極電極排放的再循環(huán)水能夠考慮到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率來(lái)可選地進(jìn)行選擇。
本發(fā)明的實(shí)施例提供緊湊且輕質(zhì)的燃料進(jìn)給器殼體及使用其的外圍模塊，它們能夠用于針對(duì)PMP、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式電話等等的燃料進(jìn)給器中。如上文所述，燃料進(jìn)給器殼體及其使用其的外圍模塊不僅具有用于有效驅(qū)動(dòng)燃料電池的結(jié)構(gòu)，其中諸如混合箱和二氧化碳去除器的外圍單元形成為單一體，而且燃料進(jìn)給器殼體及其使用其的外圍模塊還具有易于連接到燃料電池或燃料盒的結(jié)構(gòu)。因此，燃料進(jìn)給器殼體及使用其的外圍模塊能夠易于安裝到便攜式電子裝置的未利用空間，并有助于使燃料電池系統(tǒng)和安裝有該燃料電池系統(tǒng)的便攜式電子裝置緊湊且輕質(zhì)。進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料進(jìn)給器殼體及使用其的外圍模塊能夠支持燃料電池系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而不論便攜式電子裝置如何運(yùn)動(dòng)以及如何朝向，從而提高了燃料電池系統(tǒng)和便攜式電子裝置的穩(wěn)定性。
雖然已經(jīng)示出和描述本發(fā)明的各個(gè)不同的實(shí)施例，不過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的原理和精神的前提下，可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行各種改造，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)物所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)中的集成燃料再循環(huán)模塊，包括燃料再循環(huán)器，其包括入口開(kāi)口和出口開(kāi)口，其中所述燃料再循環(huán)器被配置為通過(guò)所述入口開(kāi)口接收包括有未使用燃料和燃料電池反應(yīng)產(chǎn)物的混合物，其中所述燃料再循環(huán)器被配置為從所述混合物中收集所述未使用燃料的至少一部分，并且被進(jìn)一步配置從而使得所收集的燃料通過(guò)所述出口開(kāi)口被排放出；和實(shí)主體，其與所述燃料再循環(huán)器集成在一起并包括形成于所述實(shí)主體中的第一通道，該第一通道包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第一開(kāi)口可連接到所述入口開(kāi)口和所述出口開(kāi)口中的一個(gè)，其中所述第二開(kāi)口可連接到燃料電池，并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物或者將所收集的燃料供給到所述燃料電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述入口開(kāi)口，所述第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述出口開(kāi)口，所述第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為將所收集的燃料供給到所述燃料電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，進(jìn)一步包括連接到所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，進(jìn)一步包括形成于所述實(shí)主體中的第二通道，該第二通道包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述入口開(kāi)口，并且所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到所述燃料電池并被配置為從所述燃料電池接收所述混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊，進(jìn)一步包括連接到所述出口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述出口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，其中所述燃料再循環(huán)器進(jìn)一步包括另一個(gè)入口開(kāi)口，其中該模塊進(jìn)一步包括形成于所述實(shí)主體中的第二通道，該第二通道包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中該第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口，并且該第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊，進(jìn)一步包括連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述另一個(gè)入口開(kāi)口和所述第二通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，進(jìn)一步包括第二通道和第三通道，其中所述第二通道形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，并且所述第三通道形成于所述實(shí)主體中并包括第一開(kāi)口、第二開(kāi)口和第三開(kāi)口，其中所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料，其中所述第三通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述第一通道的第一開(kāi)口，所述第三通道的第二開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述第二通道的第一開(kāi)口，并且所述第三通道的第三開(kāi)口與所述出口開(kāi)口流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，進(jìn)一步包括連接到所述第一通道的第一開(kāi)口以及所述第三通道的第一開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第一通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第一開(kāi)口之間形成流體連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，進(jìn)一步包括連接到所述第二通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第二開(kāi)口的泵，其中該泵被配置為在所述第二通道的第一開(kāi)口和所述第三通道的第二開(kāi)口之間形成流體連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，其中所述不再循環(huán)的燃料基本上不流入所述燃料再循環(huán)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述燃料再循環(huán)器進(jìn)一步包括另一個(gè)開(kāi)口，其中所述開(kāi)口被配置為從所述燃料電池的陽(yáng)極接收所述混合物，并且所述另一個(gè)開(kāi)口被配置為從所述燃料電池的陰極接收所述混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，進(jìn)一步包括形成于所述實(shí)主體中的通氣孔以及氣體可滲透且液體不可滲透的材料，其中所述通氣孔連接所述實(shí)主體的外部和所述燃料再循環(huán)器，并且所述氣體可滲透且液體不可滲透的材料位于所述實(shí)主體的外部和所述燃料再循環(huán)器之間。
15.一種燃料電池系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊；和可操作地連接到所述模塊的燃料電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述燃料包括處于室溫的液體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述燃料包括從甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、液化氫氣、石腦油、液化石油氣和汽油組成的組中選出的至少一種。
18.一種在燃料電池系統(tǒng)中再循環(huán)燃料的方法，該方法包括提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊以及用于在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通的連接器；通過(guò)所述入口開(kāi)口從所述燃料電池接收所述混合物；以及通過(guò)所述第一通道將所收集的燃料供給到所述燃料電池。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述連接器包括連接到所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口的泵，并且該泵被配置為在所述第一開(kāi)口和所述出口開(kāi)口之間形成流體連通。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述燃料再循環(huán)器進(jìn)一步包括另一個(gè)入口開(kāi)口，其中所述模塊進(jìn)一步包括形成于所述實(shí)主體中的第二通道，該第二通道包括第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，其中所述第二通道的第一開(kāi)口可通過(guò)一管道連接到所述另一個(gè)入口開(kāi)口，并且所述第二通道的第二開(kāi)口可連接到燃料盒并被配置為接收不再循環(huán)的燃料；并且所述方法進(jìn)一步包括提供另一個(gè)用于在所述第二通道的第一開(kāi)口和所述另一個(gè)入口之間形成流體連通的連接器；以及通過(guò)所述另一個(gè)入口從所述燃料盒接收所述不再循環(huán)的燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種燃料進(jìn)給器殼體，其具有混合箱和二氧化碳去除器，二者支持燃料電池的運(yùn)行并形成為單一體。具有所述燃料進(jìn)給器殼體的外圍模塊和一泵被模塊化，從而顧及到了燃料電池的緊湊和輕質(zhì)，并提高了燃料電池的效率。所述燃料進(jìn)給器殼體連接到用于存儲(chǔ)含氫燃料的燃料盒，并連接到通過(guò)燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的燃料電池。所述燃料進(jìn)給器包括主件，其中用于再循環(huán)從燃料電池排放出的未反應(yīng)燃料的室以及用于使流體流入和流出所述室的第一和第二連接部分在內(nèi)部被形成為單一體；和氣體－液體分離器，該分離器安裝在所述室的開(kāi)口中并排放來(lái)自所述室的氣體。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101075684SQ20071010792
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者洪明子, 吉田泰樹(shù), 趙殷淑, 權(quán)鎬真 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社