專利名稱：液體槽和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于存儲(chǔ)燃料電池的液體燃料等的液體槽以及涉及一種具有該 液體槽的燃料電池。
背景技術(shù)：
使用如甲醇之類的液體燃料和如水之類的氫助生劑的燃料電池系統(tǒng)通常在其中 具有存儲(chǔ)液體的槽。通常，在這種液體槽中，要存儲(chǔ)的液體和如空氣之類的氣體共存。而 且，提出了將空氣供應(yīng)到槽中并通過(guò)空氣的壓力推動(dòng)液體燃料的方法(參照例如日本未審 專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005-30699)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在這種常規(guī)液體槽中，當(dāng)槽中氣體通過(guò)加熱而升溫時(shí)，空氣膨脹并且內(nèi)部壓 力上升。所擔(dān)心的是，液體異常爆出或者槽破裂，因而，存在改進(jìn)的空間。為了對(duì)應(yīng)該缺陷，例如，考慮到在液體槽中設(shè)置作為空氣孔的氣體入/出口的方 法。在固定式燃料電池系統(tǒng)中，液體槽的姿勢(shì)不改變，從而在液體槽的頂面中設(shè)置一個(gè)氣體 出/入口即足夠。另一方面，安裝在便攜裝置上的燃料電池系統(tǒng)則要求即使在液體槽以任 何角度傾斜的狀態(tài)下也要通過(guò)使氣體逃逸到外部同時(shí)防止液體從氣體入/出口泄漏來(lái)保 持內(nèi)部壓力恒定。日本專利No. 2，716，883公開(kāi)了一種用于噴墨打印機(jī)的墨水存儲(chǔ)槽，其中空氣孔 設(shè)置在槽的拐角處，并且通過(guò)使空氣孔的內(nèi)面具有拒水性，而可以抑制墨水從定位在液面 下方的空氣孔泄漏。由于用于噴墨的大多數(shù)墨水是水溶液和水分散體，所以即使空氣孔直 接開(kāi)口于大氣，像日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005-30699中那樣，有害材料也幾乎不泄漏到外 部。然而，在燃料電池的情況下，由于在槽中蒸發(fā)的甲醇混合在氣體中，所以存在如果使用 與日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005-30699的構(gòu)形類似的構(gòu)形則甲醇泄漏到大氣的問(wèn)題。所期望的是，提供一種即使在以任何角度傾斜的狀態(tài)下也能夠保持內(nèi)部壓力恒定 的液體槽，和一種使用該液體槽的燃料電池。本發(fā)明實(shí)施方式的第一液體槽包括(A)設(shè)置有一個(gè)氣體入/出口的外部殼體；以及(B)拒液結(jié)構(gòu)，所述拒液結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外部殼體的內(nèi)部，連接所述外部殼體的兩 個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和所述氣體入/出口，并且由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材 料制成。本發(fā)明實(shí)施方式的第二液體槽包括拒液殼體，所述拒液殼體的所有面由具有供氣 體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料制成。術(shù)語(yǔ)“拒液”表示與液體的接觸角e的余弦為負(fù)。相反，術(shù)語(yǔ)“親液”表示與液體 的接觸角0的余弦為正。本發(fā)明實(shí)施方式的第一和第二燃料電池具有燃料電池本體和具有液體槽的燃料
4盒。使用如本發(fā)明實(shí)施方式所述的第一和第二液體槽作為所述液體槽。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第一液體槽，外部殼體的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體 入/出口通過(guò)拒液結(jié)構(gòu)連接。拒液結(jié)構(gòu)由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料制成。結(jié) 果，液體不會(huì)由于毛細(xì)作用力而進(jìn)入拒液結(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部總是充有氣體。即使當(dāng)外 部殼體以任何角度傾斜時(shí)，外部殼體的至少一個(gè)頂點(diǎn)總是與氣體接觸。因此，氣體通過(guò)拒液 結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)入/離開(kāi)與氣體接觸的該頂點(diǎn)、包括該頂點(diǎn)的邊、或包括該頂點(diǎn)的面的一部 分，并且內(nèi)部壓力保持恒定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第二液體槽，拒液殼體的所有面由具有供氣體從中穿過(guò)的 空隙的拒液材料制成。液體不會(huì)由于毛細(xì)作用力而進(jìn)入拒液材料，并且材料的內(nèi)部總是充 有氣體。即使當(dāng)拒液殼體以任何角度傾斜時(shí)，拒液殼體的至少一個(gè)頂點(diǎn)也總是與氣體接觸。 因此，氣體通過(guò)拒液材料的內(nèi)部進(jìn)入/離開(kāi)與氣體接觸的頂點(diǎn)，并且內(nèi)部壓力保持恒定。由于本發(fā)明實(shí)施方式的第一和第二燃料電池具有本發(fā)明實(shí)施方式的第一和第二 液體槽，所以即使在液體槽以任何角度傾斜的狀態(tài)下，內(nèi)部壓力也保持恒定。于是，抑制了 液體的異常噴出和液體槽的破裂，提高了安全性。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第一液體槽，拒液結(jié)構(gòu)由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒 液材料制成，并且外部殼體的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入/出口通過(guò)拒液結(jié)構(gòu)連接。 因此，即使當(dāng)外部殼體以任何角度傾斜時(shí)，內(nèi)部壓力也保持恒定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第二液體槽，拒液殼體的所有面由具有供氣體從中穿過(guò)的 空隙的拒液材料制成。因此，即使當(dāng)拒液殼體以任何角度傾斜時(shí)，內(nèi)部壓力也保持恒定。由于本發(fā)明實(shí)施方式的第一和第二燃料電池具有本發(fā)明實(shí)施方式的第一和第二 液體槽，所以無(wú)論液體槽的姿勢(shì)如何，內(nèi)部壓力都保持恒定。特別地，本發(fā)明適合于要安裝 在便攜電子裝置上的燃料電池，并且提高了裝置的安全性。本發(fā)明的其它和另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述中變得更加清楚。


圖1是示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。圖2是示出了圖1中所示的液體槽的外觀的立體圖。圖3是用于解釋圖1中所示的拒液材料的操作的圖示。圖4是用于解釋圖1中所示的拒液殼體傾斜的狀態(tài)的圖示。圖5是示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。圖6是示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。圖7A至7D是用于解釋圖6中所示的毛細(xì)梯度材料的操作的圖示。圖8是示出了本發(fā)明第四實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。圖9是示出了圖8中所示的液體槽的外觀的立體圖。圖10是示出了圖8中所示的拒水結(jié)構(gòu)的例子的立體圖。圖11是示出了圖8中所示的拒水結(jié)構(gòu)的另一例子的立體圖。圖12是示出了圖8中所示的拒水結(jié)構(gòu)的再一例子的立體圖。圖13是示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式所述的燃料電池的示意性構(gòu)形的截面圖。圖14是示出了從陰極側(cè)板構(gòu)件側(cè)觀察的圖13中所示的燃料電池本體的構(gòu)形的平面圖。
圖15是示出了圖13中所示的燃料電池的主要部分的立體圖。
圖16是示出了圖13中所示的液體槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的例子的立體圖。
圖17是示出了圖16中所示的排斥結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖18是示出了排斥結(jié)構(gòu)和親液結(jié)構(gòu)的布置的例子的立體圖。
圖19是示出了排斥結(jié)構(gòu)和親液結(jié)構(gòu)的布置的另一例子的立體圖。
圖20是示出了排斥結(jié)構(gòu)和親液結(jié)構(gòu)的布置的再一例子的立體圖。
圖21是示出了圖17中所示的親液結(jié)構(gòu)的例子的分解立體圖。
圖22是用于解釋圖16中所示的親液結(jié)構(gòu)的操作的立體圖。
圖23是示出了本發(fā)明第六實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。
圖24是示出了本發(fā)明第七實(shí)施方式所述的液體槽的構(gòu)形的截面圖。
圖25是示出了本發(fā)明第八實(shí)施方式所述的燃料電池的構(gòu)形的圖示。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施方式。將以如下順序進(jìn)行描述。1.第一實(shí)施方式(液體槽；拒水殼體)2.第二實(shí)施方式(液體槽；拒水殼體的外面覆蓋有外部殼體)3.第三實(shí)施方式(液體槽；拒水殼體由毛細(xì)梯度材料形成)4.第四實(shí)施方式(液體槽；拒水結(jié)構(gòu)設(shè)置在外部殼體中)5.第五實(shí)施方式(燃料電池的液體槽；拒水結(jié)構(gòu)和親液結(jié)構(gòu)設(shè)置在外部殼體中)6.第六實(shí)施方式(燃料電池的液體槽；親液結(jié)構(gòu)設(shè)置在拒水結(jié)構(gòu)中)7.第七實(shí)施方式(燃料電池的液體槽；親液結(jié)構(gòu)設(shè)置在拒水結(jié)構(gòu)中，并且拒水結(jié) 構(gòu)的外面覆蓋有外部殼體)8.第八實(shí)施方式(來(lái)自液體槽的排氣不釋放到大氣)第一實(shí)施方式圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式所述液體槽的截面構(gòu)形。圖2示出了圖1中所示 液體槽的外觀。液體槽1用作例如燃料電池的燃料槽，并具有拒液殼體10。拒液殼體10具有例如長(zhǎng)方體形狀。拒液殼體10的所有六個(gè)面由具有供氣體從中 穿過(guò)的孔隙的拒液材料11制成。因此，在液體槽1中，即使在拒液殼體10以任何角度傾斜 的狀態(tài)下，內(nèi)部壓力也可保持恒定。拒液材料11具有對(duì)液體的低可濕性，也就是，液體的接觸角e的余弦為負(fù)。因 此，由于液體不通過(guò)毛細(xì)作用力進(jìn)入，所以拒液材料11的內(nèi)部總是充有氣體。也就是，如圖 3中所示，拒液材料11不使液體A1通過(guò)，但是使空氣A2通過(guò)。因此，其面全部由拒液材料 11制成的拒液殼體10可以使空氣自由通過(guò)，而不使內(nèi)部的液體A1泄漏。這種拒液材料11由例如多孔材料、海棉材料、泡沫材料、纖維材料和細(xì)管束中的 至少一種制成。具體地，通過(guò)使用具有全氟烷基的樹(shù)脂對(duì)天然纖維、動(dòng)物毛發(fā)纖維、聚縮醛、 丙烯酸樹(shù)脂、如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯之類的聚酯樹(shù)脂、如尼龍之類的聚酰胺樹(shù)脂、如聚氨 酯、聚丙烯或聚乙烯之類的聚烯烴基樹(shù)脂、乙烯聚合物、聚碳酸酯、聚醚樹(shù)脂、聚亞苯基樹(shù) 脂、聚乳酸樹(shù)脂、泡沫金屬、泡沫氧化物、沸石或素?zé)沾蛇M(jìn)行拒水處理而獲得合適的材料。拒液材料11可以是通過(guò)對(duì)這些材料中的一種或者它們中的兩種或兩種以上的組合制成的 泡沫(泡沫材料)、氈、氈燒結(jié)體或顆粒燒結(jié)體進(jìn)行上述拒水處理而獲得的材料。具體材料 通過(guò)例如通過(guò)使用含氟樹(shù)脂(如由Fluoro Technology Co.，Ltd制造的“Fluoro Surf (注 冊(cè)商標(biāo))”)對(duì)由鎳(Ni)制成的多孔金屬材料(如由Sumitomo Electric Toyama Co.，Ltd 制造的“Celmet”(商標(biāo)名))進(jìn)行拒水處理而獲得。多孔金屬材料通過(guò)由電鍍?cè)谂菽瓨?shù)脂 的表面上形成鎳膜而獲得，并具有三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。液體槽1例如如下制造。首先，例如，準(zhǔn)備由鎳(Ni)制成的上述多孔金屬材料(如由SumitomoElectric Toyama Co.，Ltd 制造的“Celmet” (商標(biāo)))。多孔金屬材料用 FluoroTechnology Co.，Ltd 制造的由硅烷基化合物制成的“專用于Fluoro Surf (注冊(cè)商標(biāo))的底漆”處理。隨后，通 過(guò)用含氟樹(shù)脂(例如由Fluoro TechnologyCo.，Ltd制造的“Fluoro Surf (注冊(cè)商標(biāo)))在 經(jīng)處理的多孔金屬材料上進(jìn)行涂覆處理，形成拒液材料11。隨后，通過(guò)拒液材料11，形成拒 液殼體10的所有面。以這種方式，完成圖1和2中所示的液體槽1。當(dāng)拒液材料11以類似于上述制造方法的方式實(shí)際制造，并且將水滴放置在所獲 得的拒液材料11上時(shí)，則拒液材料11完全排斥水，并且沒(méi)有水穿透內(nèi)部。當(dāng)拒液材料11 落在水中時(shí)，拒液材料11漂浮在水上。鎳的比重為8. 9g/cc，它比水的比重(l.Og/cc)重得 多，從而該材料理應(yīng)沉沒(méi)。由于拒液材料11極好地排斥水，并且空氣存儲(chǔ)在內(nèi)部，所以認(rèn)為 拒液材料11由于其浮力而漂浮。而且，當(dāng)拒液材料11落在80vol%的甲醇水溶液中時(shí)，拒 液材料11以類似于水的情況的方式漂浮。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)拒液殼體10的所有面由 拒液材料11制成時(shí)，不泄漏地盛放液體A1。在液體槽1中，拒液殼體10的所有面由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料11 制成。液體不由于毛細(xì)作用力而進(jìn)入拒液材料11，并且該材料內(nèi)部總是充有氣體。即使當(dāng) 拒液殼體10如圖4中所示以任何角度傾斜時(shí)，拒液殼體10的至少一個(gè)頂點(diǎn)也總是與氣體 接觸。因此，氣體通過(guò)拒液材料11內(nèi)部而進(jìn)入/離開(kāi)與氣體接觸的頂點(diǎn)10A，并且拒液殼體 10的內(nèi)部壓力保持恒定。如上所述，在本實(shí)施方式中，拒液殼體10的所有面由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙 的拒液材料11制成，從而即使在拒液殼體10以任何角度傾斜的狀態(tài)下內(nèi)部壓力也可保持恒定。盡管上面已在前述實(shí)施方式中描述了拒液殼體10具有長(zhǎng)方體形狀的情況，但是 顯然，拒液殼體10的形狀并不受限。第二實(shí)施方式圖5示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式所述液體槽2的截面構(gòu)形。除了設(shè)置覆蓋拒液殼 體10的外面的外部殼體20之外，液體槽2以類似于第一實(shí)施方式中所述的液體槽1的方 式構(gòu)造。因此，相同附圖標(biāo)記表示相對(duì)應(yīng)部件。拒液殼體10和拒液材料11以類似于第一實(shí)施方式的方式構(gòu)造。設(shè)置外部殼體20以提高液體槽2的耐沖擊性。當(dāng)強(qiáng)烈震動(dòng)、沖擊等施加到內(nèi)部的 液體A1時(shí)(也就是，當(dāng)施加大加速度時(shí))，大的力施加到拒液材料11的表面(該力與加速 度成比例)。當(dāng)該力超過(guò)毛細(xì)作用力時(shí)，液體A1進(jìn)入拒液材料11，并進(jìn)一步到達(dá)拒液材料 11的后側(cè)，并且發(fā)生所謂的“泄漏”。而且，在設(shè)置外部殼體20的情況下，不防止液體A1進(jìn)入內(nèi)部，而是可以防止液體A1泄漏到外部。外部殼體20還具有減小液體A1的蒸發(fā)速度的功能。在不設(shè)置外部殼體20的情 況下，內(nèi)部氣體和外部氣體可以容易地彼此更換。在這種情形下，當(dāng)有害物質(zhì)例如甲醇包含 在液體A1中時(shí)，甲醇易于蒸發(fā)并擴(kuò)散到空氣中。通過(guò)設(shè)置外部殼體20，延遲了甲醇的蒸發(fā) 速度。外部殼體20具有氣體入/出口 21。氣體入/出口 21的位置可以根據(jù)液體槽2附 接到其上的裝置側(cè)的構(gòu)形進(jìn)行選擇，并可以恰好位于液體A1下方。氣體入/出口 21的數(shù) 量和尺寸也不受限。然而，一個(gè)氣體入/出口 21即足夠。與通常殼體不同，不需要在外部 殼體20的拐角處設(shè)置空氣孔。通過(guò)一個(gè)氣體入/出口 21，允許氣體出/進(jìn)。因此，甚至在 存儲(chǔ)含有有害物質(zhì)的液體A1的情況下，會(huì)有助于對(duì)從氣體入/出口 21排出的氣體的管理， 減小了有害物質(zhì)泄漏到大氣的可能性，并提高了安全性。外部殼體20還設(shè)置有用于液體A1 的液體入/出口(未示出)。液體槽2可以例如如下制造。首先，以類似于第一實(shí)施方式的方式，形成拒液材料11，并且拒液殼體10的所有 面由拒液材料11制成。接下來(lái)，通過(guò)上述材料，形成具有氣體入/出口 21的外部殼體20。 拒液殼體10的外面用外部殼體20覆蓋。以這種方式，完成液體槽2。在液體槽2中，拒液殼體10的外面覆蓋有外部殼體20，并且外部殼體20設(shè)置有氣 體入/出口 21。如圖4中所示，即使當(dāng)拒液殼體10以任何角度傾斜時(shí)，拒液殼體10的至少 一個(gè)頂點(diǎn)也總是與氣體接觸。因此，拒液殼體10起到氣體通道的作用，并且氣體進(jìn)入/離 開(kāi)與氣體接觸的頂點(diǎn)10A，穿過(guò)拒液材料11的內(nèi)部，并通過(guò)氣體入/出口 21進(jìn)/出。因此， 拒液殼體10的內(nèi)部壓力保持恒定。當(dāng)由于液體槽2的晃動(dòng)、跌落等而強(qiáng)烈震動(dòng)、沖擊等施加到內(nèi)部的液體A1時(shí)(也 就是，當(dāng)施加大的加速度時(shí))，大的力施加到拒液材料11的表面(該力與加速度成比例)。 當(dāng)該力超過(guò)毛細(xì)作用力時(shí)，液體A1進(jìn)入拒液材料11，并進(jìn)一步到達(dá)拒液材料11的后側(cè)。由 于在本實(shí)施方式中拒液殼體10的外面覆蓋有外部殼體20，所以抑制了液體A1泄漏到液體 槽2外部。在液體A1盛放在拒液材料11中時(shí)，阻擋了氣體A2的通過(guò)，從而失去了保持內(nèi) 部壓力恒定的功能。然而，當(dāng)通過(guò)液體A1的移動(dòng)、蒸發(fā)等再次確保氣體A2的通過(guò)時(shí)，也就 恢復(fù)了保持內(nèi)部壓力恒定的功能。如上所述，在第二實(shí)施方式中，拒液殼體10的外面覆蓋有外部殼體20，并且為外 部殼體20設(shè)置氣體入/出口 21。于是，除了第一實(shí)施方式的效果之外，提高了耐沖擊性，并 且還減小了液體A1的蒸發(fā)速度。盡管上面已在前述實(shí)施方式中描述了拒液殼體10和外部殼體20中的每一個(gè)具有 長(zhǎng)方體形狀的情況，但是顯然，拒液殼體10和外部殼體20的形狀并不受限。第三實(shí)施方式圖6示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式所述液體槽的截面構(gòu)形。在本實(shí)施方式中，通過(guò) 適當(dāng)控制液體排斥材料11中空隙的形狀，使得進(jìn)入拒液材料11內(nèi)部的液體A1自發(fā)排出。 除了這一點(diǎn)之外，本實(shí)施方式的液體槽3以類似于第二實(shí)施方式中所述的液體槽2的方式 構(gòu)造。因此，相同附圖標(biāo)記表示相對(duì)應(yīng)部件。具體地，在本實(shí)施方式的拒液材料11中，如圖7A中所示，空隙的形狀在表面11A和后面11B的相對(duì)方向11C(面垂直方向)上改變。結(jié)果，表面11A中的毛細(xì)作用力小于后 面11B中的毛細(xì)作用力。也就是，拒液材料11的毛細(xì)作用力在面垂直方向上傾斜。在這種情況下，如圖7B中所示，當(dāng)液體A1進(jìn)入拒液材料11時(shí)，液體A1自主排出 到毛細(xì)作用力小的表面11A側(cè)。另一方面，如圖7C中所示，在拒液材料11中空隙的形狀在面垂直方向上一致的情 況下，拒液材料11的毛細(xì)作用力也在面垂直方向上一致。在這種情況下，如圖7D中所示， 當(dāng)液體A1進(jìn)入拒液材料11時(shí)，液體A1從中排出的側(cè)面，即表面11A側(cè)或后面11B側(cè)，是未 知的。也存在液體A1平衡并保持在內(nèi)部的可能性。在圖6中所示的拒液殼體10中，所有的面由拒液材料11形成，它的毛細(xì)作用力在 面垂直方向上改變。拒液材料11中具有較小毛細(xì)作用力的表面11A布置在拒液殼體10的 內(nèi)面上。具有較大毛細(xì)作用力的后面11B布置在拒液殼體10的外面上。采用這種布置方 式，進(jìn)入拒液材料11內(nèi)部的液體A1自主導(dǎo)引到毛細(xì)作用力小的表面11A側(cè)，并返回到拒液 殼體10的內(nèi)部。因此，同樣在氣體通道因沖擊等而被臨時(shí)阻擋的情況下，更加容易地恢復(fù) 保持內(nèi)部壓力恒定的功能。除了形成毛細(xì)作用力在面垂直方向上改變的拒液材料11之外，液體槽3以類似于 第二實(shí)施方式的液體槽2的方式制造，其中通過(guò)在制造拒液材料11的過(guò)程中適當(dāng)控制空隙 的形狀來(lái)形成所述拒液材料11。在如上所述的實(shí)施方式中，拒液殼體10的所有面由拒液材料11制成，在所述拒液 材料11中毛細(xì)作用力在面垂直方向上傾斜，具有較小毛細(xì)作用力的表面11A布置在拒液殼 體10的內(nèi)面上，并且具有較大毛細(xì)作用力的后面11B布置在拒液殼體10的外面上。結(jié)果， 進(jìn)入拒液材料11內(nèi)部的液體A1自主排出。第四實(shí)施方式圖8示出了本發(fā)明第四實(shí)施方式所述液體槽的截面構(gòu)形。圖9示出了圖8中所示 液體槽的外觀。除了設(shè)置X形拒液結(jié)構(gòu)30來(lái)代替外部殼體20中的拒液殼體10之外，液體 槽4以類似于第二實(shí)施方式中所述的液體槽2的方式構(gòu)造。因此，相同的附圖標(biāo)記表示相 對(duì)應(yīng)部件。外部殼體20以類似于第二實(shí)施方式的方式構(gòu)造。拒液結(jié)構(gòu)30具有作為外部殼體20中的氣體通道的功能，由類似于第一實(shí)施方式 的拒液材料11制成，并連接外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入/出口 21。采 用該布置方式，在液體槽3中，即使在外部殼體20以任何角度傾斜的狀態(tài)下，內(nèi)部壓力也保 持恒定。具體地，拒液結(jié)構(gòu)30具有拒液分支部31，它是始于外部殼體20中特定位置24的 例如X形分支部。采用該構(gòu)形，與像第一實(shí)施方式中那樣由拒液材料11形成拒液結(jié)構(gòu)30 的殼體10的所有面的情況相比，拒液結(jié)構(gòu)30的體積小得多。由于拒液材料11的內(nèi)部充有 氣體，所以通過(guò)減小拒液結(jié)構(gòu)30的體積，可以增大液體槽4的實(shí)質(zhì)容量。拒液分支部31具有多個(gè)末端31A。在外部殼體20具有長(zhǎng)方體形狀的情況下，如圖 8中所示，所期望的是，拒液分支部31的多個(gè)末端31A與外部殼體20的八個(gè)頂點(diǎn)接觸，也就 是頂面22的所有頂點(diǎn)22k至22D和底面23的所有頂點(diǎn)23A至23D。特別地，在外部殼體 20具有扁平長(zhǎng)方體形狀的情況下，也就是具有厚度方向上的四個(gè)邊“z”短于寬度方向上四個(gè)邊“X”和高度方向上的四個(gè)邊“y”的長(zhǎng)方體形狀的情況下，如圖9中所示，拒液分支部31 的多個(gè)末端31A優(yōu)選地與外部殼體20的厚度方向上的四個(gè)邊“z”接觸。采用該構(gòu)形，消除 了方位依賴性，并且本發(fā)明按術(shù)語(yǔ)的真正含義來(lái)應(yīng)對(duì)所有角，也就是滾動(dòng)角(前-后軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)角)、俯仰角(橫向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角)和偏轉(zhuǎn)角(豎向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角)中的所有角。厚度方向上 的四個(gè)邊“z”是頂面22的兩個(gè)相對(duì)邊22E和22F，以及底面23的兩個(gè)相對(duì)邊23E和23F。外部殼體20可以具有例如筒形形狀，如圖12中所示，也就是具有作為兩個(gè)相對(duì)端 面的頂面22和底面23和存在于頂面22和底面23之間的側(cè)面25的形狀。頂面22和底面 23中的每一個(gè)不局限于圓形，而是可以是包括如橢圓形之類的曲線的形狀或可以是多邊 形。在側(cè)面25的縱向方向上的尺寸L充分長(zhǎng)于頂面22和底面23的直徑或最大尺寸W。在外部殼體20具有這種筒形形狀的情況下，拒液分支部31的多個(gè)末端31A可以 與頂面22中的至少一個(gè)點(diǎn)和底面23中的至少一個(gè)點(diǎn)接觸，以便可以消除方位依賴性。拒液 分支部31的末端31A優(yōu)選地與頂面22的中心和底面23的中心接觸。同樣，在此情況下， 以類似于具有長(zhǎng)方體形狀的外部殼體20的情況的方式，拒液分支部31可以具有八路分支 部或四路分支部的結(jié)構(gòu)。作為拒液分支部31的起點(diǎn)的特定位置24優(yōu)選為外部殼體20的中心位置。原因 是拒液分支部31在所有方向上具有相等距離，并且這有利于解決方位依賴性。氣體入/出口 21的位置根據(jù)液體槽2附接到其上的裝置側(cè)的構(gòu)形進(jìn)行選擇，而且 并不受限。具體地，氣體入/出口 21優(yōu)選地設(shè)置在拒液分支部31的延長(zhǎng)線上，也就是末端 31A處，從而拒液結(jié)構(gòu)30的體積得以最小化并且減小了額外的體積損失。在氣體入/出口 21設(shè)置在除了拒液分支部31的末端31A之外的位置中的情況下，優(yōu)選的是設(shè)置連接拒液分 支部31和氣體入/出口 21的拒液連接部分32。以類似于第二實(shí)施方式的方式，一個(gè)氣體入/出口 21即足夠。與通常殼體不同， 不需要在外部殼體20的拐角處設(shè)置空氣孔。通過(guò)一個(gè)氣體入/出口 21，允許氣體出/進(jìn)。 因此，甚至在存儲(chǔ)含有有害物質(zhì)的液體A1的情況下，會(huì)有助于對(duì)從氣體入/出口 21排出的 氣體的管理，減小了有害物質(zhì)泄漏到大氣的可能性，并提高了安全性。液體槽4可以例如如下制造。首先，以類似于第一實(shí)施方式的方式，形成拒液材料11，并且形成具有拒液分支部 31的拒液結(jié)構(gòu)30，并且當(dāng)需要時(shí)，則形成拒液連接部分32。接下來(lái)，由上述材料形成具有氣 體入/出口 21的外部殼體20，并且將拒液結(jié)構(gòu)30布置在外部殼體20中。以這種方式，完 成液體槽4。在液體槽4中，外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入/出口 21經(jīng)由拒 液結(jié)構(gòu)30連接。由于拒液結(jié)構(gòu)由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料11制成，所以液體 不由于毛細(xì)作用力而進(jìn)入，并且內(nèi)部總是充有氣體。如圖4中所示，即使當(dāng)外部殼體20以任 何角度傾斜時(shí)，外部殼體20的至少一個(gè)頂點(diǎn)也總是與氣體接觸。因此，氣體進(jìn)入/離開(kāi)與 氣體接觸的頂點(diǎn)、包括該頂點(diǎn)的邊、或包括該頂點(diǎn)的面的一部分，穿過(guò)拒液結(jié)構(gòu)30的內(nèi)部， 并通過(guò)氣體入/出口 21進(jìn)/出，并且內(nèi)部壓力保持恒定。由于拒液殼體10的外面覆蓋有 外部殼體20，所以即使在強(qiáng)烈震動(dòng)、沖擊等施加到內(nèi)部的液體A1時(shí)，也抑制了液體A1泄漏 到液體槽4的外部。在如上所述的實(shí)施方式中，拒液結(jié)構(gòu)30由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料11制成，并且外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入/出口 21經(jīng)由拒液結(jié)構(gòu) 30連接。因此，即使在外部殼體20以任何角度傾斜的狀態(tài)下，內(nèi)部壓力也保持恒定。第五實(shí)施方式圖13示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式所述燃料電池的截面構(gòu)形。燃料電池100是將 液體燃料例如甲醇直接供應(yīng)至其上以產(chǎn)生反應(yīng)的直接甲醇燃料電池(DMFC)。燃料電池100 用于如手機(jī)或筆記本電腦之類的電氣裝置。燃料電池100具有例如燃料電池本體110和燃 料盒120。燃料電池本體110具有多個(gè)結(jié)合構(gòu)件130。每個(gè)結(jié)合構(gòu)件130具有陽(yáng)極電極(燃 料電極)132和陰極電極(氧電極)133布置成彼此面對(duì)同時(shí)將電解質(zhì)膜131夾入中間的構(gòu) 形。結(jié)合構(gòu)件130夾在陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件111和陰極側(cè)板構(gòu)件112之間，并由例如襯墊(未示 出)密封。盡管在圖13中電解質(zhì)膜131是多個(gè)結(jié)合構(gòu)件130共用的層，但是也可以為每個(gè) 結(jié)合構(gòu)件130設(shè)置電解質(zhì)膜131。電解質(zhì)膜131由例如具有磺基(-S03H)的質(zhì)子傳導(dǎo)材料制成。質(zhì)子傳導(dǎo)材料的例 子包括聚全氟烴基磺酸基(polyperfluoroalkylsulfonic-acid-based)的質(zhì)子傳導(dǎo)材料 (例如，由DuPont Kabushiki Kaisha制造的“Nafion (注冊(cè)商標(biāo))”)、如聚酰亞胺磺酸之類 的碳?xì)浠衔锘馁|(zhì)子傳導(dǎo)材料和富勒烯(fullerene-based)的質(zhì)子傳導(dǎo)材料。陽(yáng)極電極132和陰極電極133具有例如含有如鉬(Pt)或釕(Ru)之類的催化劑的 催化劑層形成在如碳紙之類的氣體擴(kuò)散基材中的構(gòu)形。通過(guò)將如支承催化劑的碳黑之類的 支承材料分散到聚全氟烴基磺酸基的質(zhì)子傳導(dǎo)材料等中而構(gòu)成催化劑層。含有甲醇的液體 燃料作為氣體經(jīng)由形成在陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件111中的開(kāi)口 111A而供應(yīng)到陽(yáng)極電極132。陰極電 極133經(jīng)由形成在陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件112中的開(kāi)口 112A與外部連通?？諝庖簿褪茄跬ㄟ^(guò)自然 通風(fēng)或空氣供應(yīng)泵(未示出)而供應(yīng)到陰極電極133。圖14是從陰極側(cè)板構(gòu)件112觀察時(shí)圖13中所示的燃料電池本體110的平面構(gòu)形。 例如，總的六個(gè)結(jié)合構(gòu)件130以在平面方向上兩個(gè)結(jié)合構(gòu)件130乘三個(gè)結(jié)合構(gòu)件130的布 置方式布置。例如，六個(gè)結(jié)合構(gòu)件130通過(guò)未示出的電力收集結(jié)構(gòu)而電串聯(lián)連接，如附圖標(biāo) 記P1所示。圖13中所示的燃料盒20設(shè)置在燃料電池本體110的陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件111側(cè)，并具 有將在后面描述的燃料槽5和具有蒸發(fā)單元121。燃料槽5和蒸發(fā)單元121經(jīng)由流動(dòng)通路 122彼此連接。流動(dòng)通路122設(shè)置有泵123。來(lái)自燃料槽5的液體燃料A3通過(guò)泵123在一 個(gè)方向B1上輸送到蒸發(fā)單元121。蒸發(fā)單元121使得從燃料槽5供應(yīng)的液體燃料A3蒸發(fā)，并基于蒸餾理論而消除燃 料中含有的低蒸氣壓力的雜質(zhì)(如離子雜質(zhì)和具有大分子量的增塑劑)。通過(guò)設(shè)置擴(kuò)散體 (未示出)而獲得蒸發(fā)單元121，所述擴(kuò)散體用于促進(jìn)燃料在板形構(gòu)件(未示出)上的擴(kuò)散， 該板形構(gòu)件具有例如大約0. 1mm至1.0mm的厚度，并由含有不銹鋼、鋁等金屬或合金，或者 如環(huán)烯共聚物(C0C)之類的高剛性樹(shù)脂材料制成。對(duì)于擴(kuò)散體，可以使用如氧化鋁、硅石、 氧化鈦等之類的無(wú)機(jī)多孔材料或樹(shù)脂多孔材料。優(yōu)選地，通過(guò)堆疊由不銹鋼制成的板形構(gòu) 件，蒸發(fā)單元121具有內(nèi)部流動(dòng)通路。采用該構(gòu)形，能夠進(jìn)行充分的燃料供應(yīng)，從而有利于 減小厚度。在蒸發(fā)單元121的表面中，形成作為燃料排放口的噴嘴121A。噴嘴121A具有例 如0. 1mm至0. 5mm的直徑。
密封層140設(shè)置在燃料電池本體110和蒸發(fā)單元121之間。密封層140設(shè)置在燃 料電池本體110周圍，并由如硅橡膠、乙烯丙烯二烯橡膠、特氟隆(注冊(cè)商標(biāo))等之類的樹(shù) 脂材料制成。采用該構(gòu)形，預(yù)定空間s設(shè)置在燃料電池本體110和蒸發(fā)單元121之間。通 過(guò)該空間S，從蒸發(fā)單元121噴出的燃料進(jìn)一步擴(kuò)散，從而燃料均勻地供應(yīng)到燃料電池本體 110。優(yōu)選地，燃料盒120可從燃料電池本體110分離，例如如圖15中所示。燃料中含 有的雜質(zhì)濃縮在蒸發(fā)單元121中，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用而使得燃料供應(yīng)功能劣化。通過(guò)使 燃料盒120可分離，在更換燃料盒120之時(shí)，更換蒸發(fā)單元121，以定期消除濃縮在蒸發(fā)單元 121中的雜質(zhì)的蒸發(fā)殘留物。具體地，在燃料電池本體110下方，布置頂面和四個(gè)側(cè)面之一開(kāi)放的容納構(gòu)件 150。燃料電池本體110覆蓋容納構(gòu)件150的頂面。陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件111和陰極側(cè)板構(gòu)件112 之一設(shè)置有對(duì)應(yīng)于容納構(gòu)件150的開(kāi)放側(cè)面的突起113。突起113通過(guò)鉸鏈151可轉(zhuǎn)動(dòng)地 聯(lián)接到容納構(gòu)件150，從而燃料電池本體110打開(kāi)/關(guān)閉容納構(gòu)件150。燃料盒120在箭頭 B2方向上從容納構(gòu)件150和陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件112之間的間隙G容納到容納構(gòu)件150的內(nèi)部， 或者在與箭頭B2方向相反的箭頭B3方向上取出。如控制電路之類的未示出的容納單元設(shè) 置在容納構(gòu)件150的內(nèi)底部處。圖16示出了圖13中所示的燃料槽5的外部殼體20的構(gòu)形。在外部殼體20中， 氣體入/出口 21和液體入/出口 27在容納方向B2上的前端面26中形成到容納構(gòu)件150。 在外部殼體20內(nèi)部，設(shè)置拒液結(jié)構(gòu)30和親液結(jié)構(gòu)40。外部殼體20以類似于第二和第三實(shí)施方式的方式構(gòu)造。液體入/出口 27的位置、 個(gè)數(shù)等不受限制，而是根據(jù)液體槽2附接到其上的裝置側(cè)上的構(gòu)形進(jìn)行選擇。液體入/出 口 27不總是必須設(shè)置在和氣體入/出口 21相同的面上。拒液結(jié)構(gòu)30以類似于第四實(shí)施方式的方式構(gòu)造。親液結(jié)構(gòu)40起到外部殼體20中液體燃料A3的通道的作用，并連接外部殼體20 的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和液體入/出口 27。親液結(jié)構(gòu)40具有例如和拒液結(jié)構(gòu)30相同 的形狀，并布置成在外部殼體20中重疊在拒液結(jié)構(gòu)30上。圖17示出了親液結(jié)構(gòu)40的截面結(jié)構(gòu)。親液結(jié)構(gòu)40具有例如從外部殼體20中特 定位置24分支成X形狀的分支管41，和設(shè)置在分支管41內(nèi)部的親液內(nèi)部構(gòu)件43。在液體 入/出口 27設(shè)置在除了分支管41的末端41A之外的位置中的情況下，分支41和液體入/ 出口 27經(jīng)由連接管42連接。親液內(nèi)部構(gòu)件43也設(shè)置在連接管42中。分支管41具有多個(gè)末端41A。多個(gè)末端41A與外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊 或面接觸。多個(gè)末端41A中的每一個(gè)設(shè)置有液體入口 41B。采用該構(gòu)形，在液體槽4中，即 使在外部殼體20以任何角度傾斜的狀態(tài)下，也可取出外部殼體20中的所有液體燃料A3。具體地，在外部殼體20具有長(zhǎng)方體形狀的情況下，如圖18中所示，所期望的是，分 支管41的多個(gè)末端41A與外部殼體20的八個(gè)頂點(diǎn)也就是頂面22的所有頂點(diǎn)22k至22D 和底面23的所有頂點(diǎn)23A至23D接觸。特別地，在外部殼體20具有扁平長(zhǎng)方體形狀的情 況下，也就是具有厚度方向上的四個(gè)邊“z”短于寬度方向上的四個(gè)邊“X”和高度方向上的 四個(gè)邊“y”的長(zhǎng)方體形狀的情況下，如圖16所示，分支管41的多個(gè)末端41A優(yōu)選地與外部 殼體20的厚度方向上的四個(gè)邊“z”接觸。采用該構(gòu)形，消除了方位依賴性，并且本發(fā)明以術(shù)語(yǔ)的真正含義來(lái)處置所有角，也就是滾動(dòng)角(前-后軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角)、俯仰角(橫向軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)角)和偏轉(zhuǎn)角(豎向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角)中的所有角。在外部殼體20具有筒形形狀的情況下，如圖19中所示，分支管41的多個(gè)末端41A 可以與頂面22中的至少一個(gè)點(diǎn)和底面23中的至少一個(gè)點(diǎn)接觸，以便可以消除方位依賴性。 分支管41的末端41A優(yōu)選地與頂面22的中心和底面23的中心接觸。同樣，在此情況下， 以與具有長(zhǎng)方體形狀的外部殼體20的情況類似的方式，分支管41可以具有八路分支或四 路分支的結(jié)構(gòu)。在分支管41的多個(gè)末端41A與外部殼體20的八個(gè)頂點(diǎn)接觸的情況下，如圖18中 所示，親液結(jié)構(gòu)40可以分成兩個(gè)親液結(jié)構(gòu)，并且兩個(gè)親液結(jié)構(gòu)可以布置在拒液結(jié)構(gòu)30的兩 側(cè)上。作為其中一個(gè)親液結(jié)構(gòu)的親液結(jié)構(gòu)40A的末端41A與頂面22的頂點(diǎn)22k和22D以 及底面23的頂點(diǎn)23A和23D接觸。另一親液結(jié)構(gòu)40B的末端41A與頂面22的頂點(diǎn)22B和 22C以及底面23的頂點(diǎn)23B和23C接觸。兩個(gè)親液結(jié)構(gòu)40A和40B經(jīng)由連接管42A和42B 彼此連通，并連接到液體入/出口 27。類似地，同樣在分支管41的多個(gè)末端41A與外部殼體20的厚度方向上的四個(gè)邊 “z”接觸的情況下，如圖18中所示，親液結(jié)構(gòu)40可以分成兩個(gè)親液結(jié)構(gòu)，并且兩個(gè)親液結(jié) 構(gòu)可以布置在拒液結(jié)構(gòu)30的兩側(cè)上。同樣在此情況下，作為其中一個(gè)親液結(jié)構(gòu)的親液結(jié)構(gòu) 40A的末端41A與頂面22的頂點(diǎn)22A和22D以及底面23的頂點(diǎn)23A和23D接觸。另一親 液結(jié)構(gòu)40B的末端41A與頂面22的頂點(diǎn)22B和22C以及底面23的頂點(diǎn)23B和23C接觸。 兩個(gè)親液結(jié)構(gòu)40A和40B經(jīng)由連接管42A和42B彼此連通，并連接到液體入/出口 27。在圖18和20中，拒液結(jié)構(gòu)30可以分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)，并且兩個(gè)結(jié)構(gòu)可以布置在親液 結(jié)構(gòu)40的兩側(cè)上。然而，更加優(yōu)選的是，將親液結(jié)構(gòu)40分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)，并將這兩個(gè)結(jié)構(gòu)布 置在拒液結(jié)構(gòu)30的兩側(cè)上。在液體槽4中，重要的是完全使用液體燃料A3。由于殘余液體 燃料A3往往積聚在外部殼體20的頂點(diǎn)處，所以通過(guò)將親液結(jié)構(gòu)40布置在外部殼體20的 八個(gè)頂點(diǎn)處，可更加容易地取出液體燃料A3。在分支管41由單個(gè)管構(gòu)造并且特定位置24是外部殼體20的中心位置的情況下， 分支管41的半徑“r”滿足公式1。SQR (x2+y2+z2) < 4 y cos 0 /r P gHI = 2 y cos 0 /r P gH2 = SQR(x2+y2+z2)/2...公式 1(在等式中，SQR(a)表示a的平方根，并且x、y、z表示外部殼體20的邊的長(zhǎng)度 (m)，Hl表示在筒形管的情況下因毛細(xì)作用力而引起的液面上升的高度(m)，Y表示液體的 表面張力(N/m)，0表示接觸角，r表示管的半徑(m)，P表示液體的密度(kg/m3)，g表示 重力加速度(9. 8m/s2)，而H2表示液體槽4中所需的液面上升的高度(m)。)公式1中的第二等式表示分支管41為筒形管的情況下因毛細(xì)作用力而引起的液 面上升的高度HI。公式1中的第三等式表示液體槽4中所需的液面上升的高度H2。具體 地，為了用針(未示出)等將液體燃料A3從特定位置24取出到外部殼體20外部，液體燃 料A3的水平必須通過(guò)毛細(xì)作用力從液體入口 41B上升到至少特定位置24。因此，在外部 殼體20具有長(zhǎng)方體形狀的情況下，液體槽4中所需的液面上升高度H2是從外部殼體20的 每個(gè)頂點(diǎn)到特定位置24的距離，所述特定位置24也就是外部殼體20的中心位置。結(jié)果，在滿足H2 < H1，也就是公式1的第一等式的情況下，必須選擇外部殼體20的尺寸、分支管 41的材料、分支管41的內(nèi)徑等。顯然，在特定位置不是外部殼體20的中心位置的情況下， 用于獲得高度H2的公式1的第三等式變得不同。在通過(guò)單個(gè)管構(gòu)造分支管41的情況下，通過(guò)在公式1的第一等式中代入近似尺 寸和屬性值而獲得分支管41的材料和內(nèi)徑。例如，當(dāng)外部殼體20的尺寸x、y和z分別為 18mm、34mm和5. 5mm，作為屬性值，21N/m取代y，30°取代e，并且0. 79g/cm3取代P時(shí)， 應(yīng)當(dāng)理解的是分支管41的半徑“r”必須設(shè)定為242 ym或以下。也就是，應(yīng)當(dāng)理解的是分 支管41由具有高可濕性和具有大約30度的接觸角的材料制成，并且內(nèi)徑必須小于484i!m。然而，484iim的內(nèi)徑是非常小的值。當(dāng)強(qiáng)制取出液體燃料A3時(shí)，流動(dòng)通路阻力高， 并需要相當(dāng)大的抽吸壓力。為了解決該問(wèn)題，例如考慮到通過(guò)每個(gè)細(xì)管具有484iim的內(nèi)徑 的一束細(xì)管，或者具有484 P m平均孔徑的多孔構(gòu)件、海綿材料、泡沫材料或纖維材料(下文 中稱為“泡沫材料等”)來(lái)構(gòu)造分支管41。嚴(yán)格地，管的內(nèi)徑不用泡沫材料等的平均孔徑代 替，但是認(rèn)為在近似數(shù)字的討論中不存在問(wèn)題。在管和泡沫材料等之間存在另一大的不同 點(diǎn)。具體地，在管中，液體僅在兩端面處進(jìn)入和離開(kāi)。另一方面，液體在泡沫材料等的任何 面處進(jìn)入/離開(kāi)，從而流動(dòng)方向不確定。由于泡沫材料等用作管的代替品，所以重要的是覆 蓋泡沫材料等的側(cè)面，從而像管那樣液體燃料A3僅在兩端面處進(jìn)入/離開(kāi)，也就是用泡沫 材料等充填分支管41。通過(guò)用分支管41覆蓋泡沫材料等，也獲得了抑制液體燃料A3的蒸 發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。親液內(nèi)部構(gòu)件43對(duì)應(yīng)于作為管的替代品的泡沫材料等，通過(guò)由多孔材料、海綿材 料、泡沫材料、纖維材料和細(xì)管束中的至少一種制成的親液材料形成，并具有用于使液體通 過(guò)的多個(gè)空隙。親液內(nèi)部構(gòu)件43中的空隙具有平均孔徑，由于該平均孔徑液體燃料A3通 過(guò)毛細(xì)作用力而從入口 41B被取出到特定位置24。具體地，在分支管41由單個(gè)管構(gòu)造的情 況下，親液內(nèi)部構(gòu)件43的平均孔徑滿足類似于與半徑“r”相關(guān)的公式1的要求。因此，在 液體槽4中，分支管41的直徑增大，抑制了流動(dòng)通路阻力的增大，增大了液體燃料A3的吸 取速度或吸取量，并且降低了液體燃料A3的抽吸壓力。親液內(nèi)部構(gòu)件43可以由多孔材料、 海綿材料、泡沫材料、纖維材料和細(xì)管束中的至少一種，或者這些材料中的兩種或兩種以上 的組合制成。親液內(nèi)部構(gòu)件43由具有對(duì)液體燃料A3的高可濕性的材料制成，也就是液體燃料 A3的接觸角e的余弦為正。從公式1的第一等式，為了使管的半徑“! ”為正值，接觸角e 的余弦必須為正(當(dāng)e > 90時(shí)，cos e < o)，從而親液內(nèi)部構(gòu)件43的平均孔徑也必須滿 足類似于管的半徑“r”的要求。從公式1的第一等式，應(yīng)當(dāng)理解的是，為了增大外部殼體20 的尺寸，親液內(nèi)部構(gòu)件43的孔徑越小越好，并且可濕性越高越好。例如，親液內(nèi)部構(gòu)件43的合適材料是天然纖維、動(dòng)物毛發(fā)纖維、聚縮醛、丙烯酸樹(shù) 脂、如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯之類的聚酯樹(shù)脂、如尼龍之類的聚酰胺樹(shù)脂、如聚氨酯、聚丙 烯或聚乙烯之類的聚烯烴基樹(shù)脂、乙烯聚合物、聚碳酸酯、聚醚樹(shù)脂、聚亞苯基樹(shù)脂、聚乳酸 樹(shù)脂、泡沫金屬、泡沫氧化物、沸石或素?zé)沾?。通過(guò)在這些材料上進(jìn)行臭氧處理等，可以提 高對(duì)甲醇的可濕性。親液內(nèi)部構(gòu)件43可以由泡沫(泡沫構(gòu)件)、氈、氈燒結(jié)體或顆粒燒結(jié)體 制成，而這些泡沫(泡沫構(gòu)件)、氈、氈燒結(jié)體或顆粒燒結(jié)體由這些材料中的一種或者它們 中的兩種或兩種以上的組合制成。具體材料為例如由鎳(Ni)制成的多孔金屬材料(如由Sumitomo ElectricToyama Co.，Ltd 制造的 Celmet (商標(biāo)名))。圖21示出了親液結(jié)構(gòu)40的具體結(jié)構(gòu)的例子。分支管41和連接管42具有例如通 過(guò)將一對(duì)由不銹鋼(如SUS304)制成的X形半構(gòu)件44A和44B重疊、并以粘合劑(未示出) 將它們粘合而獲得的構(gòu)形。凹槽45A和45B分別形成在半構(gòu)件44A和44B中。通過(guò)將凹槽 45A和45B組合，形成分支管41和連接管42。親液內(nèi)部構(gòu)件43容納在凹槽45A和45B中。燃料電池100例如如下制造。在如下制造方法中，將描述通過(guò)使用圖21中所示的 半構(gòu)件44A和44B形成親液結(jié)構(gòu)40的情況。首先，以類似于第一實(shí)施方式的方式，形成拒液材料11。通過(guò)拒液材料11，形成具 有拒液分支部31和拒液連接部分32的拒液結(jié)構(gòu)30。接下來(lái)，沿著凹槽45A和45B的形狀切割由多孔金屬材料制成的薄板，從而形成親 液內(nèi)部構(gòu)件43。準(zhǔn)備由上述材料制成的半構(gòu)件44A和44B。如圖21中所示，親液內(nèi)部構(gòu)件 43分別充填在半構(gòu)件44A和44B中的凹槽45A和45B中。半構(gòu)件44A和44B通過(guò)改性聚丙 烯順丁烯二酸酯等的粘合劑(未示出)熱粘合。通過(guò)該過(guò)程，形成圖17中所示的親液結(jié)構(gòu) 40。隨后，通過(guò)上述材料，形成具有氣體入/出口 21和液體入/出口 27的外部殼體 20。在外部殼體20中，布置拒液結(jié)構(gòu)30和親液結(jié)構(gòu)40。結(jié)果，完成圖16和17中所示的液 體槽5。此后，將蒸發(fā)單元121布置在液體槽5的一個(gè)面中，并且液體槽5和蒸發(fā)單元121 經(jīng)由流動(dòng)通路122彼此連接。流動(dòng)通道122設(shè)置有泵123。結(jié)果，形成圖15中所示的燃料 盒 120。由上述材料制成的電解質(zhì)膜131夾在由上述材料制成的陽(yáng)極電極132和陰極電極 133之間，并且對(duì)所形成的組合體進(jìn)行熱壓縮粘結(jié)。陽(yáng)極電極132和陰極電極133粘結(jié)到電 解質(zhì)膜131，從而形成結(jié)合構(gòu)件130。此后，結(jié)合構(gòu)件130電串聯(lián)連接，并布置在陽(yáng)極側(cè)板構(gòu) 件111和陰極側(cè)板112之間。通過(guò)以上操作，形成圖13中所示的燃料電池本體110。最后， 燃料盒120布置在燃料電池本體110的陽(yáng)極側(cè)板構(gòu)件111的外側(cè)上。結(jié)果，完成圖13中所 示的燃料電池100。在燃料電池100中，液體燃料A3從液體槽5供應(yīng)到每個(gè)結(jié)合構(gòu)件130的陽(yáng)極電極 132，并且通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過(guò)電解質(zhì)膜131，移動(dòng)到陰極電極133，并與電 子和氧發(fā)生反應(yīng)，從而生成水。通過(guò)該操作，液體燃料A3，也就是甲醇的化學(xué)能的一部分，轉(zhuǎn) 換成電能并作為電流取出，并且外部載荷受到驅(qū)動(dòng)。在液體槽5中，外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入/出口 21經(jīng)由拒 液結(jié)構(gòu)30連接。由于拒液結(jié)構(gòu)30由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的拒液材料11制成，所以 液體燃料A3不因毛細(xì)作用力而進(jìn)入，并且內(nèi)部總是充有氣體。如圖4中所示，即使當(dāng)外部 殼體20以任何角度傾斜時(shí)，外部殼體20的至少一個(gè)頂點(diǎn)也總是與頂面22或底面23中的 氣體接觸。因此，氣體進(jìn)入/離開(kāi)與氣體接觸的頂點(diǎn)、包括該頂點(diǎn)的邊、或包括該頂點(diǎn)的面 的一部分，穿過(guò)拒液結(jié)構(gòu)30的內(nèi)部，并通過(guò)氣體入/出口 21進(jìn)/出，并且內(nèi)部壓力保持恒 定。由于拒液殼體10的外面覆蓋有外部殼體20，所以即使在強(qiáng)烈震動(dòng)、沖擊等施加到內(nèi)部 的液體A1的情況下，也抑制了液體A1泄漏到液體槽4外部。由于液體燃料A3到親液結(jié)構(gòu)40的入口 41B僅限制在分支管41的末端處，所以在
15外部殼體20中的液體燃料A3的流動(dòng)上形成了預(yù)定方向，從而液體燃料A3僅從入口 41B進(jìn) 入分支管41，被輸送到特定位置24，并在液體入/出口 27處經(jīng)由連接管42而被抽吸到外 部殼體20的外部。如圖22中所示，在外部殼體20的任何傾斜角度下，頂點(diǎn)22A至22D和 23A至23D中的至少一個(gè)與液體燃料A3接觸。因此，即使當(dāng)外部殼體20中的液體燃料A3 減少時(shí)，存在于外部殼體20中厚度方向上的四個(gè)邊“z”的任意一邊處的液體燃料A3從與 該邊接觸的分支管41前部處的入口 41B進(jìn)入分支管41。因此，即使當(dāng)外部殼體20以任何 角度傾斜時(shí)，也可取出所有液體燃料A3。而且，親液結(jié)構(gòu)40具有由親液材料形成的親液內(nèi)部構(gòu)件43，親液材料由多孔材 料、海綿材料、泡沫材料、纖維材料和細(xì)管束中的至少一種制成。于是，抑制了分支管41中 流動(dòng)通路阻力的增大，增大了液體燃料A3的吸取速度或吸取量，并且降低了液體燃料A3的 抽吸壓力。在如上所述實(shí)施方式的液體槽5中，拒液結(jié)構(gòu)30由具有供氣體從中穿過(guò)的空隙的 拒液材料制成。通過(guò)拒液結(jié)構(gòu)30來(lái)連接外部殼體20的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和氣體入 /出口 21。因此，即使在外部殼體20以任何角度傾斜的狀態(tài)下，內(nèi)部壓力也保持恒定。于 是，通過(guò)將液體槽5用于燃料電池100的燃料盒120，抑制了液體燃料A3的異常噴出和液體 槽5的破裂，從而提高了安全性。由于親液結(jié)構(gòu)40設(shè)置在外部殼體20中并且液體燃料A3的入口 41B設(shè)置在分支 管41的末端處，所以液體燃料A3的流動(dòng)方向變得恒定。即使液體燃料A3的量變小，也能可 靠地取出液體燃料A3。因此，即使當(dāng)外部殼體20以任何角度傾斜時(shí)，也可取出外部殼體20 中的所有液體燃料A3。特別地，液體槽5適合于要安裝在便攜電子裝置上的燃料電池100， 增大了液體燃料A3的使用效率，并且提高了裝置的用戶友好性。特別地，由于由親液材料形成的親液內(nèi)部構(gòu)件43設(shè)置在親液結(jié)構(gòu)40中，所述親液 材料由多孔材料、海綿材料、泡沫材料、纖維材料和細(xì)管束中的至少一種制成，所以抑制了 流動(dòng)通路阻力的增大，液體燃料A3的吸取速度或吸取量增大，并且液體燃料A3的抽吸壓力 下降。第六實(shí)施方式圖23示出了本發(fā)明第六實(shí)施方式所述燃料槽6的截面構(gòu)形。通過(guò)使第一實(shí)施方 式所述燃料槽1的拒液殼體10設(shè)置有液體入/出口 12，并將類似于第五實(shí)施方式的親液結(jié) 構(gòu)40設(shè)置在拒液殼體10中，而獲得燃料槽6。燃料槽6的操作和效果類似于第一和第五實(shí) 施方式。燃料槽6可以以類似于第一和第五實(shí)施方式的方式制造。第七實(shí)施方式圖24示出了本發(fā)明第七實(shí)施方式所述燃料槽7的截面構(gòu)形。通過(guò)使第二實(shí)施方 式所述燃料槽2的外部殼體20設(shè)置有液體入/出口 27，使拒液殼體10設(shè)置有液體入/出 口 12，并將類似于第五實(shí)施方式的親液結(jié)構(gòu)40設(shè)置在拒液殼體10中，而獲得燃料槽7。燃 料槽7的操作和效果類似于第二和第五實(shí)施方式。燃料槽7可以以類似于第二和第五實(shí)施 方式的方式制造。第八實(shí)施方式圖25示出了本發(fā)明第八實(shí)施方式所述燃料電池100的構(gòu)形。通過(guò)從外部空氣取 入空氣并將排氣導(dǎo)引到燃料電池本體110，該燃料電池100在例如第五實(shí)施方式所述燃料槽5中實(shí)現(xiàn)了提高的安全性。因此，相同附圖標(biāo)記表示相對(duì)應(yīng)部件。燃料電池本體110以類似于第五實(shí)施方式的方式構(gòu)造。燃料盒120具有例如連接到氣體入/出口 21的管線161，和從管線161分支的第 一分支部162和第二分支部163。第一分支部162連接管線161和外部空氣的吸取口 164，并具有例如逆流防止閥 162A，其作為將氣體的流動(dòng)限制于進(jìn)入到液體槽4中的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)。第二分支部163 連接管線161、蒸發(fā)單元121和燃料電池本體110，并具有逆流防止閥163A，其作為將氣體的 流動(dòng)限制于通向液體槽4的外部的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)。第二分支部163與液體槽4的液體 入/出口 27連通。采用該構(gòu)形，在燃料電池100中，包含在來(lái)自液體槽4的排氣中的液體 燃料A3不釋放到大氣，抑制了用戶暴露到甲醇等，并提高了安全性。第一分支部162可以根據(jù)需要設(shè)置有灰塵過(guò)濾器162B或者氧吸收劑過(guò)濾器162C。 灰塵過(guò)濾器162B用于去除空氣中的灰塵，并設(shè)置在例如吸取口 164和逆流防止閥162A之 間。設(shè)置氧吸收劑過(guò)濾器162C以抑制燃料電池本體110的發(fā)電性能因空氣中的氧而變差， 以及抑制燃料的氧化劣化等。氧吸收劑過(guò)濾器162C設(shè)置在例如逆流防止閥162A和氣體入 /出口 21之間。盡管泵123在圖25中布置在逆流防止閥163A的前段中，但是泵123可布置在逆 流防止閥163A與蒸發(fā)單元121和燃料電池本體110之間的位置123A處。在燃料電池100中，當(dāng)外部殼體20的內(nèi)部壓力減小時(shí)，氣體從吸取口 164抽吸到 第一分支部162。氣體通過(guò)逆流防止閥162A而被限制在進(jìn)入到液體槽4中的一個(gè)方向上， 并經(jīng)由管線161和氣體入/出口 21而輸入到液體槽4中。另一方面，當(dāng)外部殼體20的內(nèi) 部壓力上升時(shí)，氣體從氣體入/出口 21通過(guò)拒液結(jié)構(gòu)30的內(nèi)部排出到管線161和第二分 支部163。排氣通過(guò)逆流防止閥163A而被限制于通向液體槽4的外部的一個(gè)方向上，并與 來(lái)自液體入/出口 27的蒸發(fā)的燃料一起供應(yīng)到蒸發(fā)單元121和燃料電池本體110。排氣中 含有的液體燃料A3由燃料電池本體110消耗。因此，液體燃料A3不釋放到大氣，并且抑制 了用戶暴露于甲醇等。在如上所述實(shí)施方式中，連接到氣體入/出口 21的管線161分支成第一和第二分 支部162和163。第一分支部162設(shè)置有逆流防止閥162A，該閥將氣體的流動(dòng)限制在通向 液體槽4內(nèi)部的一個(gè)方向上。第二分支部163設(shè)置有逆流防止閥163A，該閥將氣體的流動(dòng) 限制在通向液體槽4的外部的一個(gè)方向上。采用該構(gòu)形，防止了包含在來(lái)自液體槽4排氣 中的液體燃料A3釋放到大氣，抑制了用戶暴露到甲醇等，提高了安全性。第八實(shí)施方式也可應(yīng)用于如第二和第七實(shí)施方式中所述的燃料槽2和7，它們各 自具有拒液殼體10的外面覆蓋有外部殼體20的構(gòu)形。盡管已在上面通過(guò)實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于前述實(shí)施方 式，而是可以以各種方式進(jìn)行修改。例如，在前述實(shí)施方式中，已描述了作為拒液分支部31 或分支管41的起點(diǎn)的特定位置24是外部殼體20的中心位置的情況。然而，特定位置24并 不局限于上述情況，而是可以根據(jù)外部殼體20的姿勢(shì)進(jìn)行適當(dāng)選擇。例如，在外部殼體20 較為經(jīng)常地布置成面向下(使得頂面22向下定位)的情況下，中心位置下方的位置可以設(shè) 定為特定位置24。例如，前述實(shí)施方式中每個(gè)部件的材料和厚度、燃料電池的發(fā)電情況等并不受限，而且可以是其它材料、其它厚度和其它發(fā)電情況。例如，當(dāng)燃料槽1至5中任意一個(gè)用作燃 料槽時(shí)，液體燃料不局限于甲醇，而是可以是如乙醇或二甲醚之類的另一種液體燃料。而且，本發(fā)明的液體槽不僅可應(yīng)用于燃料電池，而且也可應(yīng)用于使用如加熱用油、 輕油和汽油之類的用于燃燒的燃料的裝置(如照明火把、加熱器和發(fā)動(dòng)機(jī))的燃料槽、噴墨 打印機(jī)中的墨盒、噴槍、香水瓶等。本發(fā)明的燃料電池適合用于便攜電子裝置，如手機(jī)、電子攝像機(jī)、電子日記、筆記 本電腦、可攜式攝像機(jī)、便攜游戲機(jī)、便攜放像機(jī)、立體聲耳機(jī)和PDA(個(gè)人數(shù)字助理)。本申請(qǐng)包含與2009年3月31日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng) JP2009-085736中公開(kāi)的主題相關(guān)的主題，該申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容在此通過(guò)引用而并入。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)，可以根據(jù) 設(shè)計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各種修改、組合、子組合和改變。
18
權(quán)利要求
一種液體槽，包括外部殼體，所述外部殼體設(shè)置有一個(gè)氣體入/出口；以及拒液結(jié)構(gòu)，所述拒液結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外部殼體的內(nèi)部，連接所述外部殼體的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和所述氣體入/出口，并且由具有通氣空隙的拒液材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的液體槽，其中，所述拒液結(jié)構(gòu)具有從所述外部殼體中的特定位 置分支的拒液分支部，并且，所述拒液分支部的多個(gè)末端與所述外部殼體的兩個(gè)或更多頂 點(diǎn)、邊或面接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的液體槽，其中，所述外部殼體具有一個(gè)液體入/出口并在其中具 有親液結(jié)構(gòu)，并且所述親液結(jié)構(gòu)包括分支管，所述分支管從所述外部殼體中的特定位置分支并具有多個(gè)末端，所述多個(gè)末 端與所述外部殼體的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊和面接觸并各自設(shè)置有液體入口 ；以及親液內(nèi)部構(gòu)件，所述親液內(nèi)部構(gòu)件設(shè)置在所述分支管中并由具有通液空隙的親液材料 制成。
4.如權(quán)利要求3所述的液體槽，其中，所述親液結(jié)構(gòu)具有和所述拒液結(jié)構(gòu)的形狀相同 的形狀，并且在所述外部殼體中重疊在所述拒液結(jié)構(gòu)上。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的液體槽，其中，所述外部殼體具有長(zhǎng)方體形狀， 在所述長(zhǎng)方體形狀中，厚度方向上的四個(gè)邊短于寬度方向上的四個(gè)邊和高度方向上的四個(gè) 邊，并且所述拒液分支部的多個(gè)末端與所述外部殼體的厚度方向上的四個(gè)邊接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的液體槽，其中，所述分支管的多個(gè)末端與所述外部殼體的厚度 方向上的四個(gè)邊接觸。
7.如權(quán)利要求2所述的液體槽，其中，所述外部殼體具有長(zhǎng)方體形狀，并且所述拒液分支部的多個(gè)末端與所述外部殼體的八個(gè)頂點(diǎn)接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的液體槽，其中，所述分支管的多個(gè)末端與所述外部殼體的八個(gè) 頂點(diǎn)接觸。
9.如權(quán)利要求2所述的液體槽，其中，所述外部殼體具有筒形，所述筒形具有兩個(gè)相對(duì) 的端面和存在于所述兩個(gè)端面之間的側(cè)面，并且所述拒液分支部的多個(gè)末端與所述外部殼體的兩個(gè)端面接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的液體槽，其中，所述分支管的多個(gè)末端與所述外部殼體的兩個(gè) 端面接觸。
11.一種液體槽，所述液體槽包括拒液殼體，所述拒液殼體的所有面由具有通氣空隙的 拒液材料制成。
12.如權(quán)利要求11所述的液體槽，還包括外部殼體，所述外部殼體覆蓋所述拒液殼體 的外面并具有氣體入/出口。
13.如權(quán)利要求12所述的液體槽，其中，所述拒液材料具有相對(duì)的表面和后面，所述空 隙的形狀在所述表面和所述后面的相對(duì)方向上改變，使得所述表面中的毛細(xì)作用力小于所 述后面中的毛細(xì)作用力，所述拒液材料的所述表面布置在所述拒液殼體的內(nèi)面上，而所述拒液材料的所述后面則布置在所述拒液殼體的外面上。
14.一種燃料電池，包括 燃料電池本體，以及燃料盒，所述燃料盒具有液體槽， 其中，所述液體槽包括外部殼體，所述外部殼體設(shè)置有一個(gè)氣體入/出口 ；以及拒液結(jié)構(gòu)，所述拒液結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外部殼體的內(nèi)部，連接所述外部殼體的兩個(gè)或更 多頂點(diǎn)、邊或面和所述氣體入/出口，并且由具有通氣空隙的拒液材料制成。
15.如權(quán)利要求14所述的燃料電池，其中，所述燃料盒具有蒸發(fā)單元并能夠與所述燃 料電池本體分離，所述蒸發(fā)單元使供應(yīng)自所述液體槽的液體燃料蒸發(fā)。
16.如權(quán)利要求14所述的燃料電池，還包括 管線，所述管線連接到所述氣體入/出口；第一分支部，所述第一分支部從所述管線分支并設(shè)置有將氣體的流動(dòng)限制于通向所述 液體槽的內(nèi)部的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)；以及第二分支部，所述第二分支部從所述管線分支，設(shè)置有將氣體的流動(dòng)限制在通向所述 液體槽的外部的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)，并且與液體入/出口連通。
17.一種燃料電池，包括 燃料電池本體，以及燃料盒，所述燃料盒具有液體槽，其中，所述液體槽的所有面由具有通氣空隙的拒液材料制成。
18.如權(quán)利要求17所述的燃料電池，其中，所述燃料盒具有蒸發(fā)單元并能夠與所述燃 料電池本體分離，所述蒸發(fā)單元使供應(yīng)自所述液體槽的液體燃料蒸發(fā)。
19.如權(quán)利要求17所述的燃料電池，還包括 管線，所述管線連接到氣體入/出口 ；第一分支部，所述第一分支部從所述管線分支并設(shè)置有將氣體的流動(dòng)限制于通向所述 液體槽的內(nèi)部的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)；以及第二分支部，所述第二分支部從所述管線分支，設(shè)置有將氣體的流動(dòng)限制在通向所述 液體槽的外部的一個(gè)方向上的機(jī)構(gòu)，并且與液體入/出口連通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液體槽和一種使用該液體槽的燃料電池，即使在以任何角度傾斜的狀態(tài)下該液體槽也能夠保持內(nèi)部壓力恒定。一種液體槽，包括外部殼體，所述外部殼體設(shè)置有一個(gè)氣體入/出口；以及拒液結(jié)構(gòu)，所述拒液結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述外部殼體的內(nèi)部，連接所述外部殼體的兩個(gè)或更多頂點(diǎn)、邊或面和所述氣體入/出口，并且由具有通氣空隙的拒液材料制成。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101853948SQ201010140198
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
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