專利名稱：液體容器及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液體容器及燃料電池系統(tǒng)，具體地說，涉及能夠容易地確認液體燃料剩余量的液體容器(燃料容器)及具有該燃料容器的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術：
燃料電池是從氫和氧使電能發(fā)生的裝置，能夠獲得高的發(fā)電效率。作為燃料電池的主要特征，因為是不象現有的發(fā)電方式要經過熱能和動能的過程的直接發(fā)電，所以即使是小規(guī)模也可有望得到高的發(fā)電效率，由于氮化合物等的排出少，噪音、振動也小，因此可舉出對環(huán)境有益等。這樣，由于燃料電池能夠有效地利用燃料含有的化學能，具有有益于環(huán)境的特性，所以被寄予為擔當21世紀的能量供給系統(tǒng)，從宇宙用到汽車用、便攜電器用，從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī)模發(fā)電，作為能夠使用于各種用途的未來有希望的新發(fā)電系統(tǒng)而被關注，向著實用化而進行著技術開發(fā)的正規(guī)化。
其中，固體高分子形燃料電池與其他種類的燃料電池相比，具有工作溫度低、高輸出密度的特征，特別是近年來，作為固體高分子形燃料電池的一種形態(tài)，直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel CellDMFC)引人注目。DMFC對作為燃料的甲醇水溶液不進行改質而直接供給陽極，通過甲醇水溶液與氧之間的電化學反應獲得電力，通過該電化學反應，從陽極產生的二氧化碳和從陰極產生的生成水作為反應生成物被排出。甲醇水溶液與氫相比，單位體積當量的能量高，另外適于儲存，爆炸等的危險性也低，因此期待應用于汽車、便攜電器(移動電話、筆記本電腦、PDA、MP3播放器、數碼相機或電子詞典(書籍))等的電源中。
若該DMFC發(fā)電則會消耗燃料，因此通常使用DMFC的DMFC系統(tǒng)，采用如下結構通過可拆裝地設于DMFC系統(tǒng)的充填有純甲醇或高濃度甲醇水溶液的燃料容器供給燃料，另外，當燃料容器內的燃料用完時，更換該燃料容器。
專利文獻1特開2004-127905號公報在現有的燃料容器中，采用的結構為燃料容器內的燃料用完時，DMFC系統(tǒng)檢測到從燃料容器向DMFC系統(tǒng)供給燃料的停止，并向使用者報告燃料容器的燃料用完?；蛘卟捎玫慕Y構為在DMFC系統(tǒng)的控制部等中，計算出安裝燃料容器后的總發(fā)電量，由總發(fā)電量推算出燃料的消耗量，并向使用者報告燃料容器的更換時期等。
然而，在這種DMFC系統(tǒng)中，存在檢測燃料用完或剩余量的方法復雜的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于上述課題而實現，其目的在于提供能夠容易確認燃料(液體)剩余量的液體容器及具有該液體容器的燃料電池系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明的液體容器，其特征在于，具有第1容器；第2容器，其設于所述第1容器的內部，充填有液體和氣體；排出部，其設于所述第1容器，將所述液體向所述第1容器的外部排出；連接配管，其連接所述排出部與所述第2容器；顯示部，其將所述連接配管的內部設為可視。
由此，觀察連接配管內部的液相與氣相之間的邊界，即可容易地確認第2容器中充填的液體量變少的情況。因此，連接配管優(yōu)選采用透明的材料。另外，如果考慮液體容器使用的容易度及強度，則可以對第1容器采用剛性材料，對第2容器采用具有可撓性及柔軟性、延伸性的材料。
第二發(fā)明所述的發(fā)明，根據第一發(fā)明所述的液體容器，其特征在于，所述連接配管，至少具有液體取出部，其與所述第2容器連接，從所述第2容器取出所述液體；可視部，其與所述顯示部相鄰而設置，可觀察到所述連接配管的內部，，所述液體容器穩(wěn)定配置時，所述液體取出部配置于所述液體容器下部，并且所述可視部配置于所述液體容器的上部。另外，第三發(fā)明所述的發(fā)明，根據權利要求1或2所述的液體容器，其特征在于，所述液體容器穩(wěn)定配置時，所述排出部配置于所述液體容器的下部。
在這里，所謂的穩(wěn)定配置，即指，例如將本發(fā)明的液體容器放在桌子上使用時，本發(fā)明的液體容器的制作者為了將設定為底面的一面與桌子的上面相接，或者為了將設定為底面的一面比液體容器的其他面更接近于桌子的上面而進行配置，所謂液體容器的上部或下部，即指考慮重力方向向下時，相對液體容器的高度在一半以上的部分，或者相對液體容器的高度在一半以下的部分。由此，充填于第2容器內部的氣體，相比于液體后從液體取出部取出，但被取出后，迅速向可視部上升。因此，可在第2容器內填充的液體完全消失前的階段進行確認。另外，由于排出部配置于液體容器的下部，從可視部到排出部液體將先排出。
第四發(fā)明所述的發(fā)明，根據第一～第三發(fā)明中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述氣體是惰性氣體；第五發(fā)明所述的發(fā)明，根據第一～第四發(fā)明中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述液體是醇；第六發(fā)明所述的發(fā)明，根據第一～第五發(fā)明中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述液體是供給燃料電池的液體燃料。
在這里，所謂惰性氣體指象氦氣、氮氣、氬氣這樣化學反應性低的氣體，所謂醇指用羥基置換閉式、脂環(huán)式碳化氫的氫原子的化合物。具有代表性的醇中，可例舉出甲醇、酒精(乙醇)，也包括乙二醇、丙三醇等。另外，作為燃料電池使用的液體燃料，除了甲醇，也可使用乙醇、異丙醇、乙二醇、二甲醚等。另外，第2容器充填的氣體，只要是如氮氣、氬氣這樣的惰性氣體，則不與一起充填的液體反應，可確保安全性。
第七發(fā)明所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有燃料電池本體，其含有能夠供給所述液體燃料的所述燃料電池；第六發(fā)明中所述的所述液體容器，其相對于所述燃料電池本體設為可拆裝。由此，使用燃料電池系統(tǒng)時，可以容易地確認液體燃料的剩余量。
另外，第八發(fā)明所述的發(fā)明，根據第七發(fā)明所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有燃料電池部，其含有所述燃料電池本體和第六發(fā)明中的所述液體容器；控制部，其相對于所述燃料電池部設為可拆裝，對于多個電子器件，可通過交換所述控制部，向所述多個電子器件選擇性地供給電力。
第九發(fā)明所述的發(fā)明，根據第七或第八發(fā)明所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有載置臺，其可將多個形狀不同的所述電子器件選擇性載置。另外，第十發(fā)明所述的發(fā)明，根據第七～第九發(fā)明中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有插入二次電池的二次電池插入部，對所述二次電池進行充電。
本發(fā)明能夠容易地確認燃料的剩余量。


圖1是模式性地表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的結構的系統(tǒng)結構圖。
圖2是模式性地表示將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)分離成燃料電池部和控制的的結構的系統(tǒng)結構圖。
圖3是表示將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)安裝于筆記本電腦上的狀態(tài)的主視立體圖。
圖4是表示將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的滑動式支撐部引出的狀態(tài)的主視立體圖。
圖5是表示本發(fā)明的一實施方式的液體燃料容器外觀的主視立體圖。
圖6是表示本發(fā)明的一實施方式的液體燃料容器結構的主視模式立體圖。
圖7是表示本發(fā)明的另一實施方式的液體燃料容器外觀的主視立體圖。
圖8是模式性地表示本發(fā)明的另一實施方式的液體燃料容器的結構的主視立體圖。
圖中10直接甲醇燃料電池；12陰極入口14陽極入口；16陰極出口18陽極出口；20、120、220甲醇容器；21、121、221組件；22、122、222壁面；24、124、224剩余量顯示窗；25、125、225甲醇取出口；26、126、226接頭；27、127、227取出配管；28解鎖按鈕；30緩沖容器；40控制部；41通訊部；42連接器；43插入部；44電源電纜；45滑動式支撐部；46二次電池插入部；47電源開關；50熱交換器；60軸流扇；70框體；71、72、73、73、75空氣口；80氣泵；81空氣輸入口；82空氣輸出口；83第1液體泵；84液體輸入口；85液體輸出口；86第2液體泵；87液體輸入口；88液體輸出口；90燃料電池部；100燃料電池系統(tǒng)；123端邊。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)100的結構，通過圖解進行詳細說明。
圖1是表示本燃料電池系統(tǒng)100的結構的俯視模式圖。燃料電池系統(tǒng)100，具有DMFC10，其通過向陽極供給甲醇水溶液或純甲醇來發(fā)電；甲醇容器20，其加入了16mol/L以上的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇；緩沖容器30，其將從甲醇容器20流出的甲醇稀釋到0.1～2.0mol/L的濃度，并將供給DMFC10的甲醇水溶液(燃料)進行儲存；控制部40，其對電力轉換裝置、輔機類進行控制；熱交換器50；軸流扇60；框體70。
從甲醇容器20向緩沖容器30，定期地或者監(jiān)視緩沖容器30內的甲醇水溶液濃度，當檢測出低于既定的臨界值，例如1.0mol/L時，補給高濃度的甲醇水溶液或純甲醇。甲醇容器20在內部內置有由具有柔軟性且耐甲醇(醇)性的材料構成的組件(pack)21。作為具有柔軟性且耐甲醇性的組件21的材料，適用具有雙層構造的材料，其在內側配有聚乙烯或聚四氟乙烯纖維(注冊商標)，在外側作為加強材料配有尼龍等合成纖維。甲醇容器20的壁面22(上面22a，側面22b，背面22c)構成框體70的一部分，當甲醇容器20中的甲醇被消耗，內部的組件21的容積變小時，設于背面22c的空氣口74，可使甲醇容器20內部組件21以外的部分與燃料電池系統(tǒng)100的外部之間不產生差壓，并且也可起到防止甲醇容器20與燃料電池系統(tǒng)100進行拆裝時的滑動的作用。在組件21的底面，設有甲醇取出口25，該甲醇取出口25與接頭26通過取出配管27連接。取出配管27由比組件21壁厚的透明配管組成，作為其材料，取出配管27適合由硅制作，接頭26適合由聚丙烯制作。
在緩沖容器30上部的框體70上設有空氣口73，緩沖容器30作為將從甲醇容器20流出的甲醇稀釋到既定濃度(本實施方式中為1.2±0.3mol/L左右)的稀釋用容器使用，并且也可作為通過熱交換器50被充分冷卻而流入的空氣、生成水、甲醇水溶液、二氧化碳等的氣液分離機構而使用。即，通過緩沖容器30，氣相的空氣或二氧化碳從空氣口73排出。在空氣口73上，設有未圖示的過濾器，甲酸、甲醛等副生成物，在空氣、二氧化碳從空氣口73排出時，被過濾器吸收。
從氣泵80向DMFC10的陰極供給空氣(氧化劑)，從緩沖容器30通過第1液體泵83向陽極供給甲醇水溶液。81是氣泵80的空氣輸入口，設于本燃料電池系統(tǒng)100的中央部。從氣泵80的空氣輸入口81輸入的空氣，從空氣輸出口82送入DMFC10的陰極入口12。另一方面，第1液體泵83構成為從液體輸入口84輸入通過緩沖容器30稀釋到1.2mol/L濃度的甲醇水溶液，從液體輸出口85輸出到DMFC10的陽極入口14。另外，86是第2液體泵，從甲醇容器20向緩沖容器30，定期的或者緩沖容器30內的甲醇濃度低于既定的臨界值濃度時，供給高濃度的甲醇水溶液或純甲醇。
從DMFC10的陰極排出的空氣和生成水通過陰極出口16排出，從DMFC10的陽極排出的甲醇水溶液和二氧化碳通過陽極出口18排出。從陰極出口16及陽極出口18排出的排出物，導入熱交換器50，匯合后進入緩沖容器30。向空氣輸入口81及熱交換器50，供給低于DMFC10的工作溫度(60±3℃)5～15℃左右的空氣。因此，從DMFC10排出的70℃左右的空氣、生成水、甲醇水溶液、二氧化碳等，由于經熱交換器50充分凝結，故不需從外部補給水分，能夠防止甲醇向外部放出而引起的消耗量增加。
由于DMFC10發(fā)電時的反應為放熱反應，所以通過向DMFC10供給空氣和甲醇水溶液，DMFC10的溫度上升。因此，在DMFC10上安裝有未圖示的熱敏電阻或限制器，當DMFC10的溫度接近于工作溫度(60±3℃)-5℃左右(本實施例為55℃)時，軸流扇60開始運轉。由于在框體70上與軸流扇60相對的位置設有空氣口71，在旋入DMFC10的位置設有空氣口72，若軸流扇60開始運轉，則使DMFC10的周圍空氣流通，DMFC10被冷卻。由此，可將DMFC10的溫度設定為60±3℃。
控制部40，如圖2所示，構成為與燃料電池部90可分離(可以分離)。41是電連接燃料電池部90與控制部40的通訊部。通訊部41為了防止水蒸氣等的出入，而處于燃料電池部90中密閉的空間內。另外，通訊部41可通過連接器42與控制部40傳送通訊及電力，連接器42形成為可插入控制部40側的插入部43?？刂撇?0，可根據本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)100供給電力的對象而進行更換，在本實施形式中，如圖3所示，為了給筆記本型PC500供給電力，將筆記本型PC500的底面搭載于控制部40上，通過將電源電纜44插入筆記本型PC500的電源電纜插入部，可向筆記本型PC500供電。
另外，如圖4所示，當筆記本型PC500比控制部40大時(特別是L的尺寸大時)或筆記本型PC500的電源電纜插入部不在筆記本型PC500的側面而設在背面時，將筆記本型PC500搭載于控制部40上時，因為筆記本型PC500的底部會出現間隙，成為不穩(wěn)定的設置，所以將滑動式的支撐部45拉到面前，使其支撐筆記本型PC500。47是燃料電池系統(tǒng)100的電源開關，燃料電池系統(tǒng)100向筆記本型PC500等電力供給對象供給電力時，首先按下該電源開關47，使燃料電池系統(tǒng)100啟動。另外，28是取下甲醇容器20時，解除甲醇容器20與燃料電池系統(tǒng)100之間的鎖定狀態(tài)的解鎖按鈕。
這樣，根據燃料電池部90與控制部40可分離，或控制部40配合電力供給對象可交換的結構，可將進行發(fā)電的燃料電池部90通用化，使其能夠對應于各種應用。特別是，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)100不僅通過電源電纜44，向筆記本型PC500等的電力供給對象供給電力，還可通過向控制部40上設置的二次電池插入部46插入二次電池，來作為二次電池的充電器使用。
實施例1下面，對于本發(fā)明的實施例1涉及的甲醇容器120的構成，通過圖5及圖6進行詳細說明。圖5是表示甲醇容器120外觀的立體圖，圖6是模式性地表示甲醇容器120內部構造的立體圖。
如圖5所示，在甲醇容器120的上面122a與側面122b相交的端邊123a上，設有剩余量顯示窗124，其作用是，當甲醇容器120內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇的剩余量變少時，對于使用者，在視覺上可顯示出剩余量變少的機構。剩余量顯示窗124的配置，也可以不在端邊123a上，可以在側面122b和背面122c相交的端邊123b，或背面122c和上面122a相交的端邊123c上，但圖3中也有所示，如果考慮將燃料電池系統(tǒng)100安裝于筆記本型PC500上而被使用者使用，則最優(yōu)選設于端邊123a上。
如圖6所示，在甲醇容器120的內部，內置有與甲醇容器120的內部尺寸大致相當尺寸的組件121，高濃度的甲醇水溶液或純甲醇充填該組件121。在組件121的底面，設有甲醇取出口125，該甲醇取出口125與接頭126之間通過取出配管127相連接。接頭126作為將甲醇容器120連接到燃料電池系統(tǒng)100的連接口，固定甲醇容器120與燃料電池系統(tǒng)100之間連接，并且為了防止從該接頭126泄漏高濃度的甲醇水溶液或純甲醇，而具有液體泄漏防止機構。另外，取出配管127是由硅制作的透明配管，從組件121底部的甲醇取出口125沿著端邊123b向上(127a)，為了能夠從剩余量顯示窗124觀察到取出配管127內的液相與氣相之間的邊界，而沿著端邊123a配設(127b)，連接于設在甲醇容器120下部的接頭126上(127c，127d)。
在組件121內，存在高濃度的甲醇水溶液或純甲醇，并且導入了相對組件121的滿容量1～3體積百分比的氮氣或氬氣等惰性氣體128。該惰性氣體128在組件121內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇用完時，從甲醇取出口125流入取出配管127，由于比重比高濃度的甲醇水溶液或純甲醇小，所以在取出配管127a的部分比高濃度的甲醇水溶液或純甲醇先上升。因此，在剩余量顯示窗124，在取出配管127a的部分還剩余有高濃度的甲醇水溶液或純甲醇時出現氣泡，表示甲醇容器120內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇逐漸消失。另外，隨著高濃度的甲醇水溶液或純甲醇剩余量的減少，剩余量顯示窗124出現的惰性氣體的氣泡大小(范圍)變大。取出配管127c的部分，由于高濃度的甲醇水溶液或純甲醇向下流，故高濃度的甲醇水溶液或純甲醇將比惰性氣體128的氣泡先從接頭126供給燃料電池系統(tǒng)100。
實施例2下面，對于本發(fā)明的實施例2的甲醇容器220的結構，通過圖7和8進行詳細說明。圖7是表示甲醇容器220外觀的立體圖，圖8是模式性地表示甲醇容器220內部結構的立體圖。
如圖7所示，從甲醇容器220的上面222a與側面222b相交的端邊223a到上面222a，設有剩余量顯示窗224，其作用是，當甲醇容器220內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇的剩余量變少時，對于使用者，在視覺上可顯示出剩余量變少的機構。
如圖8所示，在甲醇容器220的內部，內置有與甲醇容器220的內部尺寸大致相當尺寸的組件221，高濃度的甲醇水溶液或純甲醇充填該組件221。在組件221的底面，設有甲醇取出口225，該甲醇取出口225與接頭226之間通過取出配管227相連接。接頭226與實施例1相同，作為將甲醇容器220連接到燃料電池系統(tǒng)100的連接口，固定甲醇容器220與燃料電池系統(tǒng)100之間連接，并且為了防止從該接頭226泄漏高濃度的甲醇水溶液或純甲醇，具有液體泄漏防止機構。
另外，與實施例1相同，在組件221內，存在高濃度的甲醇水溶液或純甲醇，并且導入了相對組件221的滿容量1～3體積百分比的氮氣或氬氣等惰性氣體228。該惰性氣體228在組件221內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇用完時，從甲醇取出口225流入取出配管227。取出配管227是由硅制作的透明配管，從組件221底部的甲醇取出口225沿著端邊223b向上(227a)之后，連接于設在甲醇容器220下部的接頭226(227c，227d)，在這一點上與實施例1相同。因此，由于惰性氣體228的比重比高濃度的甲醇水溶液或純甲醇小，所以取出配管227a的部分比高濃度的甲醇水溶液或純甲醇先上升，取出配管227c的部分，由于高濃度的甲醇水溶液或純甲醇向下流，故高濃度的甲醇水溶液或純甲醇將比惰性氣體的氣泡先從接頭226供給燃料電池系統(tǒng)100。
在本實施例中，特別是不同于實施例1的方面，取出配管227b的部分渦旋狀配設于組件221的上面，能夠在比實施例1更早的階段，從剩余量顯示窗224觀察到取出配管227內的液相與氣相的邊界。另外，隨著高濃度的甲醇水溶液或純甲醇的剩余量的減少，氣相從渦旋的內側朝著外側，逐漸變寬，表示甲醇220內的高濃度的甲醇水溶液或純甲醇逐漸消失。
通過應用本發(fā)明，燃料不僅僅限于使用甲醇的DMFC，只要是使用液體燃料的燃料電池系統(tǒng)，即可應用于其燃料補給用的燃料容器。
權利要求
1.一種液體容器，其特征在于，具有第1容器；第2容器，其設于所述第1容器的內部，充填有液體和氣體；排出部，其設于所述第1容器上，將所述液體向所述第1容器的外部排出；連接配管，其連接所述排出部與所述第2容器；顯示部，其將所述連接配管的內部設為可視。
2.根據權利要求1所述的液體容器，其特征在于，所述連接配管，至少具有液體取出部，其與所述第2容器連接，從所述第2容器取出所述液體；可視部，其與所述顯示部相鄰而設置，可觀察到所述連接配管的內部為，所述液體容器穩(wěn)定配置時，所述液體取出部配置于所述液體容器的下部，并且所述可視部配置于所述液體容器的上部。
3.根據權利要求1或2所述的液體容器，其特征在于，所述液體容器穩(wěn)定配置時，所述排出部配置于所述液體容器的下部。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述氣體是惰性氣體。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述液體是醇類。
6.根據權利要求1～5中任一項所述的液體容器，其特征在于，所述液體是供給燃料電池的液體燃料。
7.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有燃料電池本體，其包含能夠供給所述液體燃料的所述燃料電池；權利要求6中記載的所述液體容器，其相對于所述燃料電池本體設為可拆裝。
8.根據權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有燃料電池部，其包含所述燃料電池本體和權利要求6中記載的所述液體容器；控制部，其相對于所述燃料電池部設為可拆裝，對于多個電子器件，可通過交換所述控制部，而向所述多個電子器件選擇性地供給電力。
9.根據權利要求7或8所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有可將多個形狀不同的所述電子器件選擇性載置的載置臺。
10.根據權利要求7～9中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有插入二次電池的二次電池插入部，對所述二次電池進行充電。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供能夠容易地確認燃料(液體)的剩余量的液體容器及包含該液體容器的燃料電池系統(tǒng)。特征在于，具有第1容器(122)；第2容器(121)，其設于該第1容器(122)的內部，充填液體和氣體；排出部(126)，其設于第1容器(122)，將液體排出第1容器(122)外部；連接配管(127)，其連接該排出部(126)與第2容器(121)；顯示部(124)，其將該連接配管(127)的內部設置為可視。
文檔編號H01M8/00GK1845369SQ20061007432
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者藤田悟朗, 黑河宏史, 安尾耕司 申請人:三洋電機株式會社