[发明专利]燃料盒阀门

说明书

相关申请的交叉引用 

该申请为在2004年11月1日申请的名为“燃料盒阀门”美国申请案号10/978,949的同时待审专利申请的部分接续申请案。后者为在2003年7月29日申请的名为“具有连接阀门的燃料盒”美国申请案号10/629,006的同时待审专利申请的部分接续申请案。这里将这些申请通过引用整体合并入本申请。 

技术领域

本发明一般涉及用于向各种燃料电池提供燃料的盒的阀门，用于燃料电池的阀门及用于燃料再填充装置的阀门。 

背景技术

燃料电池是将燃料与氧化剂等反应物的化学能，直接转换成直流(DC)电的装置。在日渐增加的应用中，燃料电池的效率优于传统的发电装置例如矿物燃料的燃烧、且优于便携式的蓄能装置例如锂电池。 

通常，燃料电池技术包含各种不同的燃料电池，例如碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池与酶燃料电池。目前较重要的燃料电池可分为三个主要的类型，那就是(i)使用压缩氢气(H₂)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换膜(proton exchange membrane；PEM)燃料电池，其是使用醇类例如甲醇(CH₃OH)、硼氢化钠(NaBH₄)、碳氢化合物(例如丁烷)或其 它可重整成氢燃料的燃料；(iii)可直接消耗非氢燃料的质子交换膜燃料电池、或直接氧化燃料电池。最常见的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells)或DMFC。其它的直接氧化燃料电池包含直接乙醇燃料电池与直接原碳酸四甲酯(tetramethyl orthocarbonate)燃料电池。 

压缩氢气通常保持在高压的状态，因此而难以操作。且通常需要多个大型储存槽，而无法缩小到符合消费性电子装置的需求。传统重整式的燃料电池需要重整装置(reformer)与其它蒸发与辅助系统，将燃料转换为氢气，使其在燃料电池中与氧化剂反应。近来的进展使重整装置或重整式的燃料电池有希望用于消费性电子装置。在直接甲醇燃料电池(DMFC)中，甲醇在燃料电池里与氧化剂直接反应，是最简单和有可能是最小的燃料电池，也有希望作为消费性电子装置的电源。 

用于相对较大型应用的直接甲醇燃料电池(DMFC)典型组成有：为阴极提供空气或氧气为代表的氧化剂的风扇或压缩机，为阳极提供水/甲醇混合物的泵以及一个膜电极构件(membrane electrode assembly；MEA)。膜电极构件(MEA)通常由一个阴极，一个质子交换膜(PEM)和一个阳极组成。在运行时，水/甲醇的流体燃料混合物被提供给阳极，氧化剂被提供给阴极。各个电极发生的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的整体反应如下： 

阳极的半反应： 

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极的半反应：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O 

燃料电池的整体反应： 

CH₃OH+1.5O₂→CO₂+2H₂O 

由于通过质子交换膜的氢离子(H⁺)是由阳极迁移至阴极，且因为自由电子(e^-)无法穿透质子交换膜，电子必须经一外部电路流动从而在该外部电路形成电流。该外部电路可为任何可用的消费性电子装置，例如移动或蜂窝电话、计算器、个人数字助理(PDA)、膝上型(laptop)计算机、与电动工具(power tool)等。在美国专利号5,992,008和5,945,231中讨论了直接甲醇燃料电池(DMFC)，这里通过引用整体结合入本申请。一般来说，质子交换膜通常是由聚合物例如杜邦(DuPont)公司的 所制得，其为一种厚度在大约0.05mm到大约0.5mm之间的全氟化磺酸聚合物材料；或是其它适合的薄膜。阳极通常由一张用聚四氟乙烯处理的碳纸支架制成，其上沉积着一层很薄的催化剂，如铂-钌。阴极通常是一种气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到该膜的一侧上。