НАБОР ДЛЯ ЗАЛИВКИ ТОПЛИВА И СПОСОБ ЗАЛИВКИ ТОПЛИВА Российский патент 2012 года по МПК H01M8/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к набору для заливки топлива и способу заливки жидкого топлива в топливный картридж для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента. Конкретнее, настоящее изобретение относится к способу, который дает возможность повторно использовать топливный картридж, снижает эксплуатационные расходы и дает возможность реализовать экономию ресурсов.

Уровень техники

В последние годы с совершенствованием функций или мультифункционирования портативных электронных устройств, таких как портативные телефонные установки, персональные компьютеры типа ноутбуков, цифровые видеокамеры и камкодеры, потребление ими мощности имело тенденцию нарастания. Поэтому внимание уделяется топливному элементу, в отношении которого можно ожидать, что его увеличение плотности энергии и плотности выходной мощности позволит использовать его в качестве источника питания для таких портативных электронных устройств.

В топливном элементе топливо, подаваемое к стороне анода, окисляется, когда воздух или кислород подается к стороне катода для восстановления кислорода. При этом химическая энергия, которую имеет топливо, эффективно преобразуется в электрическую энергию, которая выделяется и используется. Поэтому, если топливо продолжает подаваться в топливный элемент, то этот топливный элемент можно продолжать использовать в качестве источника питания, даже если он не заряжен.

Среди таких топливных элементов, как описано выше, топливные элементы твердополимерного типа (PEFC), которые используют протонпроводящую полимерную мембрану в качестве электролита, имеют наивысшую возможность того, чтобы стать источником питания для портативных электронных устройств. Среди таких топливных элементов полимерного типа топливный элемент с прямым окислением метанола (DMFC), которые в качестве топлива используют метанол без модификации, подает метанол топлива как водный раствор метанола высокой концентрации или низкой концентрации к стороне анода. При этом поданный метанол окисляется в двуокись углерода слоем катализатора на стороне анода. Далее, ионы водорода, вырабатываемые при этом, перемещаются к стороне катода через протонпроводящую полимерную электролитную мембрану, вставленную между анодом и катодом, и катод реагирует с кислородом в слое катализатора на стороне катода для получения воды.

Таким образом, в топливном элементе с прямым окислением метанола (DMFC) метанол, который является жидким топливом, подается к стороне анода для выработки электрической мощности. Далее, метанол запасается в топливном картридже, который, например, устанавливается с возможностью удаления в основном корпусе топливного элемента. Как правило, предусматривается средство обнаружения оставшегося количества для обнаружения оставшегося количества метанола. И если этим средством обнаружения оставшегося количества обнаружено, что метанол израсходован, то топливный картридж удаляется из основного корпуса топливного элемента и заменяется новым топливным картриджем (в котором запасен метанол).

Однако, если израсходованный топливный картридж после замены новым топливным картриджем выбрасывается, то это нежелательная ситуация с точки зрения эксплуатационных расходов и тому подобного. Далее, израсходованный топливный картридж отличается только тем, что жидкое топливо, такое как метанол, не запасено в нем, но не теряет функции подачи жидкого топлива в основной корпус топливного элемента.

Поэтому известен метод, который может заливать жидкое топливо в топливный картридж. В частности, этот метод включает в себя заправочное сопло для подключения к топливному картриджу и клапан, который срабатывает, если заправочное сопло соединяется с топливным картриджем (см, например, патентный документ 1).

Далее, в области струйных принтеров известен метод, в котором печатная краска может заполняться в картридж с краской, который устанавливается в основной корпус принтера с возможностью удаления. В частности, этот метод включает в себя патрон для формирования отверстия в картридже с краской и сосуд для заливки краски из этого отверстия, сформированного в патроне (см., например, патентный документ 2).

Аналоги:

Патентный документ 1: выложенная заявка Японии №2007-87777.

Патентный документ 2: выложенная заявка Японии №2001-180004.

Раскрытие изобретения

Однако способ, раскрытый в патентном документе 1, сложен по структуре и не позволяет пользователю портативного электронного устройства т.п., запитываемого топливным элементом, легко заливать жидкое топливо. А способ, раскрытый в патентном документе 2, непригоден для заливки такого жидкого топлива как метанол, потому что это способ для заливки краски струйного принтера. В частности, если способ по патентному документу 2 используется для заливки жидкого топлива для топливного элемента, то даже если потом отверстие герметизируется, жидкое топливо вытекает.

Соответственно, задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в том, чтобы пользователь имел возможность легко заливать жидкое топливо в топливный картридж для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента, а кроме того, чтобы предотвращать утечку жидкого топлива после заливки.

Настоящее изобретение решает описанную выше задачу посредством следующего.

Согласно изобретению, как оно изложено в п.1 формулы изобретения, предложен набор для заливки топлива, включающий в себя заправочное сопло, выполненное с возможностью ввода в отверстие топливного картриджа для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента, заправочный сосуд, выполненный с возможностью заливать запасенное внутри него жидкое топливо в топливный картридж через заправочное сопло, и герметизирующий отверстие элемент для герметизации отверстия, причем герметизирующий отверстие элемент содержит стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу, и присоединительную часть, выполненную с возможностью присоединения к топливному картриджу.

При этом, согласно изобретению, как оно изложено в п.4 формулы изобретения, предложен способ заливки топлива, включающий в себя этап введения заправочного сопла, на котором вводят топливное сопло в отверстие топливного картриджа для заливки жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента, этап заливки топлива, на котором после этапа введения заправочного сопла заливают жидкое топливо, запасенное внутри заправочного сосуда, в топливный картридж через заправочное сопло, введенное в отверстие, и этап герметизации отверстия, на котором после этапа заливки топлива герметизируют отверстие топливного картриджа, в который залито жидкое топливо, с помощью элемента для герметизации отверстия, содержащего стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу.

В изобретении, как оно изложено в описанных выше пп.1 и 4 формулы изобретения, заправочное сопло вводится в отверстие топливного картриджа, и жидкое топливо, запасенное в заправочном сосуде, заливается в топливный картридж через заправочное сопло. Поэтому пользователь портативного электронного устройства, которое работает на топливном элементе, может легко заливать жидкое топливо в топливный картридж.

Далее, в изобретении, как оно изложено в описанных выше пп.1 и 4 формулы изобретения, отверстие топливного картриджа герметизируется элементом, содержащим стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу. Поэтому после того, как жидкое топливо залито, даже если жидкое топливо приводится в соприкосновение с герметизирующим отверстие элементом, утечка жидкого топлива после заливки предотвращается, поскольку герметизирующий отверстие элемент защищен частью, стойкой к топливу.

С описанным выше изобретением пользователь может легко заливать жидкое топливо в топливный картридж для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента, а также может быть предотвращена утечка после заливки. Поэтому возможно повторное использование топливного картриджа пользователем, и не только снижаются эксплуатационные расходы, но можно реализовать экономию ресурсов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе и вид в разрезе, показывающий топливный картридж для запасания жидкого топлива.

Фиг.2 является концептуальной схемой, показывающей систему топливного элемента, которая использует жидкое топливо для выработки электрической мощности.

Фиг.3 представляет собой вид сбоку и так далее, показывающие набор для заливки топлива по первому варианту осуществления.

Фиг.4 является поясняющими видами, иллюстрирующими способ заливки топлива (этап формирования отверстия) для заливки метанола с помощью набора для заливки топлива по первому варианту осуществления.

Фиг.5 является видами, иллюстрирующими способ заливки топлива (этап введения заправочного сопла и этап заливки топлива) для заливки метанола с помощью набора для заливки топлива по первому варианту осуществления.

Фиг.6 является поясняющими видами, иллюстрирующими способ заливки топлива (этап герметизации отверстия) для заливки метанола с помощью набора для заливки топлива по первому варианту осуществления.

Фиг.7 представляет собой вид сбоку и так далее, показывающие набор для заливки топлива по второму варианту осуществления.

Фиг.8 является поясняющим видом, иллюстрирующим способ заливки топлива для заливки метанола с помощью набора для заливки топлива по второму варианту осуществления.

Фиг.9 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд набора для заливки топлива по третьему варианту осуществления.

Фиг.10 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд набора для заливки топлива по четвертому варианту осуществления.

Фиг.11 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд набора для заливки топлива по пятому варианту осуществления.

Фиг.12 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд набора для заливки топлива по шестому варианту осуществления.

Подробное описание осуществления изобретения

Ниже со ссылками на чертежи описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе и вид в разрезе, показывающий топливный картридж для запасания жидкого топлива.

Как показано на виде (а) фиг.1, топливный картридж 110 имеет секцию 111 топливного сосуда и порт 112 подачи топлива.

Секция 111 топливного сосуда представляет собой пространство с высоким герметизирующим свойством для запасания метанола, который является жидким топливом. Кроме того, наружный профиль секции 111 топливного сосуда сформирован как параллелепипед, установленный с возможностью удаления на основном корпусе 120 описанного выше топливного элемента (не показан). Далее, датчик оставшегося количества (не показан) для обнаружения оставшегося количества метанола прикреплен к внутренней стороне секции 111 топливного сосуда. Поэтому, когда датчиком оставшегося количества обнаружено, что метанол в секции 111 топливного сосуда использован до конца, можно удалить топливный картридж 110 из основного корпуса 120 топливного элемента и заменить его новым топливным картриджем 110 (в котором запасен метанол). Следует отметить, что на виде (b) фиг.1 топливный картридж 110 находится в состоянии, в котором метанол в секции 111 топливного сосуда показан использованным до конца.

Порт 112 подачи топлива является выходом для подачи через него метанола, запасенного в секции 111 топливного сосуда, и сформирован на одной боковой поверхности секции 111 топливного сосуда. При этом предусмотрен двухпозиционный клапан 112а (см. вид (b) фиг.1), так что метанол может не вытекать нежелательно через порт 112 подачи топлива. Поэтому при транспортировке, хранении, продаже и так далее топливного картриджа 110 метанол в секции 111 топливного сосуда вообще не вытекает наружу.

Фиг.2 является концептуальной схемой, показывающей систему 100 топливного элемента для выработки электрической мощности из жидкого топлива.

Система 100 топливного элемента, показанная на фиг.2, представляет собой топливный элемент с прямым окислением метанола (DMFC), который использует в качестве топлива метанол. Система 100 топливного элемента включает в себя топливный картридж 110 и основной корпус 120 топливного элемента, так что метанол подается из топливного картриджа 110 в основной корпус 120 топливного элемента.

При этом основной корпус 120 топливного элемента имеет вырабатывающее энергию устройство 121, управляющее устройство 122, подающий топливо насос 123 и вспомогательный элемент 124. Далее, основной корпус 120 топливного элемента имеет порт 125 впуска топлива для приема метанола из топливного картриджа 110.

Вырабатывающее энергию устройство 121 вырабатывает электрическую энергию из химической энергии, которую имеет метанол. В частности, вырабатывающее энергию устройство 121 включает в себя мембранно-электродный узел (МЕА), в котором топливный электрод анодной стороны и кислородный электрод катодной стороны граничат с противоположными сторонами протонпроводящей полимерной электролитной мембраны. Кроме того, топливный электрод имеет слой катализатора окисления, образованный на поверхности проводящей пористой подложки, в то время как кислородный электрод имеет слой катализатора восстановления, образованный на поверхности проводящей пористой подложки. Следует отметить, что проводящая пористая подложка сформирована с помощью, например, угольной бумаги или угольной ткани. Далее, слой катализатора окисления и слой катализатора восстановления сформированы, например, из смеси платины или тому подобного, которая является катализатором, и проводника протонов.

К топливному электроду такого мембранно-электродного узла (МЕА) подается метанол, а к кислородному электроду подается кислород или воздух. Причем метанол, подаваемый к топливному электроду на анодной стороне, окисляется в двуокись углерода слоем катализатора окисления. В этом случае вырабатываются ионы водорода (протоны: Н+), от которых отделены электроны (е-), и вырабатываемые ионы водорода перемещаются к катодной стороне через протонпроводящую полимерную электролитную мембрану, а электроны (е-) выделяются из топливного элемента и подаются в нагрузку. Далее, электроны (е-), проходящие через нагрузку, и ионы водорода (протоны: Н+), проходящие через протонпроводящую полимерную электролитную мембрану, реагируют с кислородом в слое катализатора восстановления кислородного электрода для получения воды.

Таким образом, вырабатывающее энергию устройство 121 вырабатывает электрическую энергию за счет электрохимической реакции, а в качестве побочного продукта, отличного от электрической энергии, по существу получается только вода. Кроме того, электродвижущая сила, прикладываемая к нагрузке, зависит от количества метанола, подлежащего подаче к топливному электроду вырабатывающего энергию устройства 121. Поэтому электрическая энергия может вырабатываться в достаточной мере путем управления подающим топливо насосом 123 посредством управляющего устройства 122 для регулировки подаваемого количества метанола.

Здесь метанол подается из топливного картриджа 110. В частности, весь топливный картридж 110, включающий в себя секцию 111 топливного сосуда, сформирован так, чтобы устанавливаться с возможностью удаления на основном корпусе 120 топливного элемента. Кроме того, метанол запасается в секции 111 топливного сосуда и, если топливный картридж 110 установлен на основном корпусе 120 топливного элемента, то порт 112 подачи топлива и порт 125 приема топлива совмещаются друг с другом, и двухпозиционный клапан 112а (см. вид (b) фиг.1) на порте 112 подачи топлива открыт.

В этом состоянии подающий топливо насос 123 управляется электрической энергией вспомогательного элемента 124. Следовательно, метанол топливного картриджа 110 подается в вырабатывающее энергию устройство 121 основного корпуса 120 топливного элемента через порт 112 подачи топлива и порт 125 впуска топлива. Следует отметить, что вспомогательный элемент 124 представляет собой, например, аккумуляторную батарею, такую, например, как литиевая батарея с полимерным электролитом, и часть электрической энергии, вырабатываемой вырабатывающим энергию устройством 121, подается во вспомогательный элемент 124 и накапливается в нем.

Далее, если метанол топливного картриджа 110, установленный на основном корпусе 120 топливного элемента, использован до конца, то топливный картридж 110 следует удалить и можно установить новый топливный картридж 110 (в котором запасен метанол). Следовательно, поскольку метанол подается из нового топливного картриджа 110 в основной корпус 110 топливного элемента, генерирование электрической энергии вырабатывающим энергию устройством 121 может продолжаться и после этого.

Однако выбрасывать старый топливный картридж 110 (в котором метанол использован до конца) нежелательно с точки зрения эксплуатационных расходов, экономии ресурсов и так далее. Кроме того, старый топливный картридж 110 отличается только тем, что в нем не запасен метанол, но он не теряет функции подачи метанола в основной корпус 120 топливного элемента. Поэтому, если пользователь системы 100 топливного элемента может лично снова заправить в старый топливный картридж 110, то обеспечивается повторное использование старого топливного картриджа 110, и не только снижаются эксплуатационные расходы, но может быть также реализована экономия ресурсов.

Фиг.3 представляет собой вид сбоку и так далее, показывающие набор 10 для заливки топлива по первому варианту осуществления для заливки метанола в топливный картридж 110, показанный на фиг.1.

Как показано на виде (а) фиг.3, набор 10 для заливки топлива по первому варианту осуществления выполнен из заправочного сосуда 12, который включает в себя заправочное сопло 11, формирующий отверстие штырек 13 (который соответствует формирующему отверстие элементу по настоящему изобретению), и герметизирующий отверстие лист 14 (который соответствует герметизирующему отверстие элементу по настоящему изобретению).

Заправочное сопло 11 предусмотрено для заливки метанола, запасенного внутри заправочного сосуда 12, в топливный картридж 110 (см. фиг.1). Для этого заправочное сопло 11 имеет форму удлиненной цилиндрической трубки и предусмотрено на концевой поверхности заправочного сосуда 12, так что оно связывается с внутренностью заправочного сосуда 12. Следует отметить, что заправочное сопло 11 и заправочный сосуд 12 сформированы зацело друг с другом из кремниевого или фторуглеродного пластикового материала, имеющего свойство противостоять жидкому топливу (этанол, муравьиная кислота и так далее могут использоваться в дополнение к метанолу): полиэтилентерефталат (PET), циклоолефиновый полимер (СОС), полиэфирэфиркетон (PEEK), полипропилен (РР)+алюминиевое покрытие, полиэтилен (РЕ)+ алюминиевое покрытие или тому подобное.

Заправочный сосуд 12 имеет форму мехов с запасенным внутри них метанолом и имеет такую гибкость, что его можно надавливать пальцем с противоположной стороны по направлению к заправочному соплу 11. Далее, заправочный сосуд 12 в общем случае прозрачен или полупрозрачен, так что оставшееся количество запасенного внутри него метанола можно сразу распознать визуально.

Формирующий отверстие штырек 13 предусмотрен для формирования сквозного отверстия в боковой стороне секции 111 топливного сосуда (см. фиг.1), так что топливное сопло 11 может быть введено в топливный картридж 110 (см. фиг.1). Для этого формирующий отверстие штырек 13 сформирован из металлического элемента, имеющего форму иглы, которая заострена на своем свободном конце и имеет диск, сделанный из пластика и прикрепленный к его задней стороне, так что его диск можно надавливать.

Герметизирующий отверстие лист 14 предусмотрен для закрывания сквозного отверстия, сформированного формирующим отверстие штырьком 13. Для этого герметизирующий отверстие лист 14 имеет липкую часть 14а (которая соответствует присоединительной части по настоящему изобретению), как показано на виде (b) фиг.3. В частности, герметизирующий отверстие лист 14 может наклеиваться липкой частью 14а на часть секции 111 топливного сосуда (см. фиг.1), в которой сформировано сквозное отверстие. Следует отметить, что липкая часть 14а предусмотрена на наружной стороне герметизирующего отверстие листа 14 и сделана из материала на основе эпоксида, акрила, стирольного каучука или винилхлорида либо тому подобного материала, который имеет высокую адгезионную способность к секции 111 топливного сосуда.

Далее, герметизирующий отверстие лист 14 имеет закупоривающую метанол часть 14b (которая соответствует стойкой к топливу части по настоящему изобретению). Эта закупоривающая метанол часть 14b сделана из пластмассы (полиэтилен (РР), полиэтилентерефталат (PET) или тому подобное), на которой нанесена металлическая тонкая пленка, например, из алюминия, так что жидкое топливо, такое как метанол, не может проникать через нее, и может быть получено достаточное свойство противостоять жидкому топливу и так далее.

Кроме того, герметизирующий отверстие лист 14 имеет герметизирующую часть 14с. Эта герметизирующая часть 14с имеет круглую форму несколько больше, чем диаметр сквозного отверстия, образованного формирующим отверстие штырьком 13. При этом герметизирующая часть 14с сформирована из кремниевого или фторуглеродного эластичного элемента, имеющего свойство не пропускать метанол и свойство противостоять метанолу и тому подобному, и приклеена к материалу, который составляет закупоривающую метанол часть 14b, кремниевым или фторуглеродным связующим.

Таким образом, герметизирующий отверстие лист 14 снабжен на своей части, с которой соприкасается метанол или тому подобное, свойством стойкости за счет закупоривающей метанол части 14b и посредством герметизирующей части 14с изолирует липкую часть 14а, которая имеет низкую стойкость к метанолу и тому подобному. Поэтому, если сквозное отверстие, образованное формирующим отверстие штырьком 13, закрыто герметизирующим отверстие листом 14, то проникновение и тому подобное метанола можно с уверенностью предотвратить. Следует отметить, что хотя герметизирующий отверстие лист 14 имеет закупоривающую метанол часть 14b, сделанную из пластмассы, ламинированной металлической тонкой пленкой в качестве основы, и включает в себя липкую часть 14а и герметизирующую часть 14с, предусмотренную на закупоривающей метанол части 14b, материал основы может быть сформирован с помощью металла, смолы, резины или тому подобного.

Фиг.4-6 являются поясняющими видами, иллюстрирующими способ заливки топлива для заливки метанола посредством набора 10 для заливки топлива по первому варианту осуществления, показанному на фиг.3.

Следует отметить, что фиг.4 иллюстрирует этап формирования отверстия в способе заливки топлива, фиг.5 иллюстрирует этап введения заправочного сопла и этап заливки топлива, а фиг.6 иллюстрирует этап герметизации отверстия.

Чтобы заправить метанол посредством набора 10 для заливки топлива по первому варианту осуществления, показанному на фиг.3, сначала формируется отверстие 113 в секции 111 топливного сосуда топливного картриджа 110 за счет выполнения этапа формирования отверстия, показанного на фиг.4. В частности, как показано на виде (а) фиг.4, иглообразная концевая часть формирующего отверстие штырька 13 направляется на область формирования отверстия в секции 111 топливного сосуда, и осуществляется надавливание на дисковую часть задней стороны для надавливания формирующего отверстие штырька 13, как указано стрелкой. Следовательно, иглообразная концевая часть формирующего отверстие штырька 13 протыкает секцию 111 топливного сосуда для образования отверстия 113, как показано на виде (b) фиг.4.

Отверстие 113, образованное пробиванием иглообразной части отверстия 113 вниз к его донной части за счет такого этапа формирования отверстия, как описано выше, представляет собой сквозное отверстие с размером, достаточным для того, чтобы дать возможность ввести в него заправочное сопло 11 (см. вид (а) фиг.3). Следует отметить, что после формирования отверстия 113 формирующий отверстие штырек 13 вынимается из секции 111 топливного сосуда.

Затем на этапе введения заправочного сопла, показанном на виде (а) фиг.5, заправочное сопло 11 вводится в отверстие 113. Следовательно, свободный конец заправочного сопла 11 входит внутрь секции 111 топливного сосуда и объединенный с заправочным соплом 11 заправочный сосуд 12 помещается на боковой стороне секции 111 топливного сосуда. Далее на этапе заливки топлива, показанном на виде (b) фиг.5, если на заправочный сосуд 12 надавить пальцем, как указано стрелкой, с противоположной стороны от заправочного сопла 11, то заправочный сосуд 12 в виде мехов, имеющих гибкость, сжимается. В результате объем заправочного сосуда 12 уменьшается и запасенный внутри заправочного сосуда 12 метанол выдавливается на соответствующую величину из заправочного сопла 11, так что метанол заливается в топливный картридж 110.

Таким образом, пользователь может сразу заливать метанол в топливный картридж 110, всего лишь нажимая на топливный сосуд 12. Далее, поскольку оставшееся количество метанола в топливном сосуде 12, который является прозрачным (полупрозрачным), можно визуально наблюдать прямо снаружи, может быть использован весь метанол в топливном сосуде 12. Следует отметить, что после заливки метанола заправочный сосуд 12 (заправочное сопло 11) вынимается из секции 111 топливного сосуда (отверстия 113).

Наконец, отверстие 113, образованное в секции 111 топливного сосуда, герметизируется на этапе герметизации отверстия, показанном на фиг.6. В частности, герметизирующий отверстие лист 14 приклеивается к секции 111 топливного сосуда, как указано стрелкой, чтобы закрыть отверстие 113, как показано на виде (а) фиг.6. Следовательно, отверстие 113 топливного картриджа 110, в который залит метанол, герметизируется герметизирующим отверстие листом 14, как показано на виде (b) фиг.8. Поэтому залитый в топливный картридж 110 метанол не вытекает наружу.

В частности, герметизирующий отверстие лист 14 имеет закупоривающую метанол часть 14b на своей части, противоположной отверстию 113, и эта часть герметизирующего отверстие листа 14 имеет свойство противостоять метанолу. Далее, герметизирующая часть (см. вид (b) фиг.3), которая окружает отверстие 113, предохраняет метанол от соприкосновения с липкой частью 14а (см. вид (b) фиг.3), наклеенной на секцию 111 топливного сосуда. Соответственно, поскольку герметизирующий отверстие лист 14 не разрушается метанолом и не отслаивается от секции 111 топливного сосуда, утечку метанола можно с уверенностью предотвратить.

Фиг.7 представляет собой вид сбоку и так далее, показывающие набор 20 для заливки топлива по второму варианту осуществления.

Как показано на виде (а) фиг.7, набор 20 для заливки топлива по второму варианту осуществления состоит из заправочного сосуда 22, включающего в себя заправочное сопло 21, формирующего отверстие штырька 23 (который соответствует формирующему отверстие элементу по настоящему изобретению), герметизирующего отверстие листа 24 (который соответствует герметизирующему отверстие элементу по настоящему изобретению) и проксимального уплотнения 25.

Заправочное сопло 21 имеет удлиненную цилиндрическую форму, сформированную зацело на концевой поверхности заправочного сосуда 22, так что оно связано с внутренностью заправочного сосуда 22. Кроме того, проксимальное уплотнение 25 в виде диска прикреплено к базовой части заправочного сопла 21. Следует отметить, что заправочное сопло, заправочный сосуд 22 и проксимальное уплотнение 25 сделаны из материала на основе кремниевой или фторуглеродной пластмассы со свойством противостоять метанолу и тому подобному.

Заправочный сосуд 22 имеет цилиндрическую форму с запасенным внутри него метанолом и имеет гибкость, которая позволяет нажимать пальцами на выпуклость топливного сосуда 22, как указано стрелками, с противоположных сторон к середине цилиндра. Далее, заправочный сосуд 22 имеет заправочный сосуд 22а, так что оставшееся количество запасенного внутри него метанола можно сразу визуально наблюдать снаружи.

Формирующий отверстие штырек 23 предусмотрен для формирования сквозного отверстия на боковой стороне секции 111 топливного сосуда, чтобы заправочное сопло 21 можно было ввести в топливный картридж 110. Кроме того, формирующий отверстие штырек 23 имеет сверлильную часть 23а, сделанную из металла, чтобы облегчить формирование сквозного отверстия. Поэтому, если формирующий отверстие штырек 23 вдавливается в секцию 111 топливного сосуда с вращением, то сквозное отверстие формируется надежно и быстро.

Герметизирующий отверстие лист 24 аналогичен герметизирующему отверстие листу 14 из набора 10 для заливки топлива по первому варианту осуществления, показанному на фиг.3. В частности, как показано на виде (а) фиг.7, герметизирующий отверстие лист 24 имеет клейкую часть 24а (которая соответствует присоединительной части по настоящему изобретению), закупоривающую метанол часть 24b (которая соответствует стойкой к топливу части по настоящему изобретению) и герметизирующую часть 24с.

Однако закупоривающая метанол часть 24b и герметизирующая часть 24с размещены со смещением от середины герметизирующего отверстие листа 24, а липкая часть 24а удлинена в горизонтальном направлении. Это предназначено для получения возможности приклеивать герметизирующий отверстие лист 24, чтобы он проходит поверх двух боковых сторон секции 111 топливного сосуда. Поэтому клеящая область увеличивается, и герметизация герметизирующим отверстие листом 24 становится прочнее.

Далее, отверстие 113 (см. фиг.6) может быть уже сформировано, либо отверстие 113 может формироваться с начала, как в случае, когда метанол заливается снова в тот же самый картридж 110, и отверстие 113 может закрываться герметизирующим отверстие листом 24. В этом случае, хотя время и трудозатраты на формирование отверстия 113 заново могут быть исключены, становится необходимым удалять герметизирующий отверстие лист 24, которым закрыто отверстие 113. В таком случае, как только что описанный, если изогнутая часть (см. вид (b) на фиг.7) герметизирующего отверстие листа 24 используется для его стягивания, то герметизирующий отверстие лист 24 можно легко отслоить.

Фиг.8 является поясняющим видом, иллюстрирующим способ заливки топлива для заливки метанола с помощью набора 20 для заливки топлива (заправочного сосуда 22) по второму варианту осуществления, показанному на фиг.7.

Чтобы заправить метанол, заправочное сопло 21 вводится в отверстие 113, сформированное в секции 111 топливного сосуда, как показано на фиг.8. Далее, меха топливного сосуда 22 сжимаются с их противоположных сторон, как показано стрелками. Следовательно, запасенный внутри топливного сосуда 22 метанол заливается в секцию 11 топливного сосуда через заправочное сопло 21.

Здесь, если заправочное сопло 21 вводится во внутреннюю часть через отверстие 113, то проксимальный уплотнитель 25 тесно соприкасается с секцией 111 топливного сосуда. В частности, если при заливке заправочный сосуд 22 прижимается к секции 111 топливного сосуда, то отверстие 113 полностью закрывается проксимальным уплотнителем 25 за исключением его части в заправочном сопле 21. Поэтому случай, когда метанол вытекает из отверстия 113, можно с уверенностью предотвратить.

Далее, в топливном картридже 110а, показанном на виде (а) фиг.8, в секции 111 топливного сосуда предусмотрена отдушина 114. В частности, не только отверстие 113, но и второе отверстие (отдушина 114) сформировано в секции 111 топливного сосуда формирующим отверстие штырьком 23 (см. вид (а) на фиг.7). Следовательно, поскольку воздух в секции 111 топливного сосуда выпускается из отдушины вместе с заливкой метанола, даже если отверстие 113 закрывается проксимальным уплотнителем 25, заливка осуществляется плавно. Следует отметить, что после того, как метанол залит, не только отверстие 113, но также и отдушина 114 герметизируются герметизирующим отверстие листом 24 (см. фиг.7).

Далее, доступен топливный картридж 110b, в котором внутри секции 111 топливного сосуда введен пористый элемент 115 (например, пенопласт на основе кремния или фторуглерода), как показано на виде (b) фиг.8. В таком топливном картридже 110b, как только что описанный, отверстие 113 формируется в стороне от части возле пористого элемента 115, в которую нельзя сразу заправить метанол. Следовательно, можно не только эффективно заливать метанол, но также можно предотвратить повреждение пористого элемента 115 формирующим отверстие штырьком 23 (см. вид (а) на фиг.7).

Фиг.9 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд 32 набора 30 для заливки топлива по третьему варианту осуществления.

Как показано на фиг.9, набор 30 для заливки топлива по третьему варианту осуществления использует поршень 33 для заливки метанола. В частности, заправочный сосуд 32 является прозрачным или полупрозрачным сосудом инжекторного типа и не только имеет заправочное сопло 31 на своем свободном конце, но также имеет внутри себя поршень 33. Кроме того, метанол запасается в заправочном сосуде 32 между заправочным соплом 31 и поршнем 33. Поэтому, если нажать на рукоятку 34, выступающую наружу из заправочного сосуда 32, как показано стрелкой, то на метанол в заправочном сосуде 32 действует давление за счет перемещения поршня 33 и метанол может заливаться в топливный картридж 110.

Далее, заправочное сопло 31 выполнено из коаксиального двойного цилиндра. Внутренность внутренней стороны цилиндра, который формирует заправочное сопло 31, образует подающую топливо часть 31а для подачи метанола в заправочный сосуд 32, и часть между внутренней стороной цилиндра и наружной стороной цилиндра служит в качестве выпускающей газ части 31b для выпуска газа в топливном картридже 110. Следует отметить, что выпускающая газ часть 31b соединена с пространством в заправочном сосуде 32, которое сформировано за счет прозрачной или полупрозрачной трубки 35 на поверхности, противоположной той стороне, посредством которой поршень 33 создает давление, чтобы воздействовать на метанол.

Далее, заправочное сопло 31 имеет герметизирующий резиновый элемент 36 (который соответствует герметизирующему элементу по настоящему изобретению) на его наружной боковой стороне. Этот герметизирующий резиновый элемент 36 сделан из резинового материала на основе кремния или фторуглерода со свойством противостоять жидкому топливу, такому как метанол. Кроме того, когда заправочное сопло 31 вводится в отверстие 113а, герметизирующий резиновый элемент 36 закрывается, чтобы герметизировать отверстие 113а. Следует отметить, что, хотя заправочное сопло 31 имеет подающую топливо часть 31а и выпускающую газ часть 31b, поскольку оно имеет форму двойного цилиндра, имеется преимущество в том, что можно использовать только одно отверстие 113а, если оно имеет размер, согласующийся с наружным диаметром заправочного сопла 31, и аналогично можно использовать только один герметизирующий резиновый элемент 36.

В наборе 30 для заливки топлива по третьему варианту осуществления с такой конфигурацией, как описано выше, положительное давление, вырабатываемое при перемещении поршня 33 к заправочному соплу 31 заливает метанол в заправочном сосуде 32 в топливный картридж 110 через подающую топливо часть 31а заправочного сопла 31. Одновременно пространство в топливном сосуде 32, образованное стороной, противоположной стороне, в которой поршень 33 заставляет метанол испытывать положительное давление для работы, расширяется для получения отрицательного давления. Поэтому по мере заливки метанола внутренний газ топливного картриджа 110 высасывается в выпускающую газ часть 31b. Следовательно, можно не только произвольно регулировать заправочное количество метанола посредством величины перемещения поршня 33, но и перемещение поршня 33 (заливка метанола) сглаживается.

Далее, поскольку отверстие 113а закрывается герметизирующим резиновым элементом 36, не только предотвращается утечка метанола при заливке, но и весь внутренний газ топливного картриджа 110 выпускается через выпускающую газ часть 31b. Далее, внутренний газ накапливается во внутреннее пространство заправочного сосуда 32 через отдушину 35. Поэтому, даже если внутренний газ содержит испаренный метанол, этот метанол можно безопасно восстановить без утечки наружу.

Далее, поскольку оставшееся количество метанола в прозрачном (полупрозрачном) заправочном сосуде 32 можно сразу наблюдать визуально снаружи, метанол в заправочном сосуде 32 можно заливать в топливный картридж 110 так, чтобы он был использован до конца. Помимо этого, если метанол, который остается в виде жидкости, втекает из выпускающей газ части 31b заправочного сопла 31 за счет избыточной заливки метанола или тому подобного, то это втекание можно наблюдать через прозрачную (полупрозрачную) отдушину 35. Поэтому метанол можно заливать в подходящем объеме (можно предотвратить избыточную заливку и так далее). Следует отметить, что если поршень 33 в состоянии, в котором его надавливают в заправочном сосуде 32, поднимается, то, поскольку новый метанол может всасываться в заправочный сосуд 32, заливку в топливный картридж 110 заправочным сосудом 32 можно осуществлять любое число раз.

Фиг.10 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд 42 набора 40 для заливки топлива по четвертому варианту осуществления.

Как показано на фиг.10, в наборе 40 для заливки топлива по четвертому варианту осуществления метанол заливается поршнем 43 аналогично набору 30 для заливки топливом по третьему варианту осуществления, показанному на фиг.3. В частности, если рукоятка 44 надавливается, как указано стрелкой, то метанол в заправочном сосуде 42 заливается в топливный картридж 110 через подающую топливо часть 41а заправочного сопла 41 при перемещении поршня 43. Следует отметить, что отверстие 113а, в которое вставляется заправочное сопло 41, закрывается и герметизируется герметизирующим резиновым элементом 47, и утечка метанола при заливке предотвращается.

Далее, по мере заливки метанола внутренний газ топливного картриджа 110 входит в выпускающую газ часть 41b заправочного сопла 41. Кроме того, в наборе 40 для заливки топлива по четвертому варианту осуществления не предусматривается такая отдушина 35, как в наборе 30 для заливки топлива по третьему варианту осуществления, показанному на фиг.9, а выпускающая газ часть 41b имеет порт 45 выпуска над герметизирующим резиновым элементом 47, показанным на фиг.10. Поэтому внутренний газ, входящий в выпускающую газ часть 41b, выпускается наружу из топливного картриджа 110 через порт 45 выпуска.

В наборе 40 для заливки топлива по четвертому варианту осуществления с такой конфигурацией, как описано выше, заправочный сосуд 42 сформирован в уменьшенном размере и может быть более простым по конструкции. Следует отметить, что заправочный сосуд 42 имеет отдушину 46 для того, чтобы при заливке метанола вводить воздух в пространство на стороне, противоположной той поверхности, в которой поршень 43 заставляет метанол испытывать положительное давление для работы, чтобы перемещение поршня 43 можно было сгладить.

Фиг.11 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд 52 набора 50 для заливки топлива по пятому варианту осуществления.

Как показано на фиг.11, в наборе 50 для заливки топлива по пятому варианту осуществления заправочное сопло 51 сформировано из двух цилиндрических трубок. Кроме того, внутренность одной (более длинной) из этих двух цилиндрических трубок, которые образуют заправочное сопло 51, служит в качестве подающей топливо части 51а для подачи метанола в заправочный сосуд 52, а внутренность другой (более короткой) цилиндрической трубки служит в качестве выпускающей газ части 51b для выпуска внутреннего газа топливного картриджа 110. Следует отметить, что в топливном картридже 110 сформированы два отверстия 113а и 113b, чтобы соответствовать подающей топливо части 51а и выпускающей газ части 51b заправочного сопла, например, посредством формирующего отверстие штырька 13 (см. фиг.3).

Далее, подающая топливо часть 51а заправочного сопла 51 имеет герметизирующий резиновый элемент 56а из резинового материала на основе кремния или фторуглерода со свойством противостоять жидкому топливу, такому как метанол, а выпускающая газ часть 51b имеет аналогичный герметизирующий резиновый элемент 56b. Поэтому, если заправочное сопло 51 введено, то отверстия 113а и 113b закрываются и герметизируются герметизирующими резиновыми элементами 56а и 56b.

Далее, заправочный сосуд 52 является прозрачным или полупрозрачным и имеет запасающую топливо часть 52а, накапливающую газ часть 52b и протяженную часть 52с. Кроме того, запасающая топливо часть 52а соединена с подающей топливо частью 51а заправочного сопла 51 и имеет запасенный внутри нее метанол. Далее, накапливающая газ часть 52b соединена с выпускающей газ частью 51b заправочного сопла 51 и накапливает внутренний газ топливного картриджа 110.

В наборе 50 для заливки топлива по пятому варианту осуществления с такой конфигурацией, как описано выше, метанол также заливается поршнем 53 аналогично набору 30 для заливки топлива по третьему варианту осуществления, показанному на фиг.9. В частности, если рукоятка 54 надавливается, как показано стрелкой, то давление действует на метанол за счет перемещения поршня 53, и метанол, запасенный в запасающей топливо части 52а заправочного сосуда 52 заливается в топливный картридж 110 через подающую топливо часть 51а заправочного сопла 51.

Здесь, в накапливающей газ части 52b заправочного сосуда 52 размещен поглотитель 55 метанола. В качестве этого поглотителя 55 метанола соответственно применяются, например, активированный уголь, силикагель, такие цеолиты, как молекулярные сита, и так далее. Кроме того, поглотитель 55 метанола поглощает метанол (жидкий метанол или испаренный метанол), входящий в накапливающую газ часть 52b через выпускающую газ часть 51b заправочного сопла 51. Следует отметить, что вместо поглотителя 55 метанола можно использовать катализатор для окисления спиртов, таких как метанол (такие катализаторы из благородных металлов, как платина (Pt) и палладий (Pd)).

Далее, накапливающая газ часть 52b заправочного сосуда 52 соединена с протяженной частью 52с, которая образована на стороне, противоположной той, на которой поршень 53 заставляет метанол испытывать положительное давление для работы на стороне ниже по потоку по отношению к поглотителю 55 метанола. Поэтому, если поршень 55 перемещается к заправочному соплу 51, чтобы заставить метанол в запасающей топливо части 52а вырабатывать положительное давление для заливки метанола в топливный картридж 110, то протяженная часть 52с расширяется за счет перемещения поршня 53 для выработки отрицательного давления. Следовательно, поскольку накапливающая газ часть 52b также помещена в состояние отрицательного давления, внутренний газ топливного картриджа 110 поглощается в выпускающей газ части 51b заправочного сопла 51.

Помимо этого, поскольку отверстия 113а и 113b закрыты герметизирующими резиновыми элементами 56а и 56b, соответственно, можно не только предотвратить утечку метанола при заливке, но и весь внутренний газ топливного картриджа 110 эффективно выпускается через выпускающую газ часть 51b. Кроме того, внутренний газ накапливается в накапливающую газ часть 52b заправочного сосуда 52 через поглотитель 55 метанола.

В результате, набор 50 для заливки топлива по пятому варианту осуществления может не только сглаживать заливку метанола, но и может восстанавливать, даже если внутренний газ содержит испаренный метанол, этот метанол путем поглощения метанола в поглотитель 55 метанола. Поэтому еще более улучшается безопасность. Следует отметить, что когда метанол, который остается в виде жидкости, всасывается из выпускающей газ части 51b заправочного сопла 51, метанол также восстанавливается полностью поглотителем 55 метанола.

Фиг.12 представляет собой вид в разрезе, показывающий заправочный сосуд 62 набора 60 для заливки топлива по шестому варианту осуществления.

Как показано на фиг.12, в наборе 60 для заливки топлива по шестому варианту осуществления заправочное сопло 61 также выполнено из двух цилиндрических трубок подающей топливо части 61а и выпускающей газ части 61b аналогично набору 50 для заливки топлива по пятому варианту осуществления, показанному на фиг.11. Далее, отверстия 113а и 113b закрыты и герметизированы герметизирующими резиновыми элементами 66а и 66b. Далее, прозрачный или полупрозрачный топливный сосуд 62 имеет часть 62а с запасом топлива, накапливающую газ часть 62b и протяженную часть 62с. Кроме того, метанол заливается поршнем 63.

Однако часть 62а с запасом топлива в топливном сосуде 62 имеет форму кулька с гибкостью, и метанол запасается в этом кульке. Далее, поршень 63 вводится в накапливающую газ часть 62b. Кроме того, накапливающая газ часть имеет отдушину 65а на своей стороне, противоположной стороне заправочного сопла 61, и сообщается с внешним пространством. Далее, протяженная часть 62с имеет отдушину 65b на своей стороне, противоположной стороне заправочного сопла 61, и сообщается с внешним пространством.

В наборе 60 для заливки топлива по шестому варианту осуществления с такой конфигурацией, как описано выше, если рукоятка 64 надавливается, как указано стрелкой, то поршень 63 перемещается к отдушине 65а, и накапливающая газ часть 62b заправочного сосуда 62 помещается в отрицательное давление. Поэтому внутренний газ топливного картриджа 110 всасывается из выпускающей газ части 61b заправочного сопла 61 и накапливается в накапливающую газ часть 62b. Следовательно, даже если внутренний газ содержит испаренный метанол, этот метанол можно безопасно восстановить. Следует отметить, что, поскольку воздух накапливающей газ части 62b выходит из отдушины 65а, перемещение поршня 63 осуществляется сглажено.

Далее, поскольку отверстия 113а и 113b закрыты герметизирующими резиновыми элементами 66а и 66b соответственно, когда внутренний газ выпускается из выпускающей газ части 61b заправочного сопла 61, внутренность топливного картриджа 110 помещается в состояние отрицательного давления. Тогда, поскольку протяженная часть 62с топливного сосуда 62 поддерживается в состоянии атмосферного давления через отдушину 65b, часть 62а с запасом топлива в виде кулька с гибкостью сокращается, как указано стрелкой, и метанол высасывается через подающую топливо часть 61а заправочного сопла 61. В результате, метанол заливается в топливный картридж 110.

Таким образом, в наборе 60 для заливки топлива по шестому варианту осуществления внутренняя часть топливного картриджа 110 помещается в состояние отрицательного давления, чтобы высасывать метанол из части 62а с запасом топлива в топливном сосуде 62. Поэтому, даже если рукоятка 64 надавливается, как указано стрелкой, для перемещения поршня 63 к стороне отдушины 65а, если внутри топливного картриджа 110 не помещается в состояние отрицательного давления за счет давления испаренного метанола или тому подобного (если внутренность топливного картриджа 110 имеет положительное давление), то метанол не заливается. Соответственно, безопасность при заливке улучшается еще больше.

Хотя описаны варианты осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, но допускает такие модификации и так далее, как описано ниже. В частности:

(1) Хотя в описанных выше вариантах осуществления в качестве топлива для выработки электрической энергии в системе 100 топливного элемента используется метанол, топливо для выработки электрической энергии не ограничивается только метанолом, если оно представляет собой жидкое топливо, которое содержит в своем составе водород. В частности, возможно также использовать жидкое топливо типа спирта, такое как этанол или бутанол, диметилэфир или изобутан, которые предполагают форму газа при условиях комнатной температуры и нормального давления, и такую полученную ожижением углеводородов жидкость, как природный газ.

(2) Хотя в описанных выше вариантах осуществления (например, в первом варианте осуществления) заправочное сопло 11 из набора 10 для заливки топлива сформировано зацело с заправочным сосудом 12, заправочное сопло может прикрепляться к заправочному сосуду при заливке в качестве отдельного элемента. Далее, поршень 13 может быть выполнен так, что его можно вытягивать из заправочного сосуда 12, и метанол подается в заправочный сосуд 12 со стороны, противоположной заправочному соплу 11.

(3) Хотя в описанных выше вариантах осуществления (например, в первом варианте осуществления) набор 10 для заливки топлива имеет формирующий отверстие штырек 13, поскольку отверстие 113 может предусматриваться в топливном картридже 110 заранее, либо к отверстию 113 может быть прикреплен удаляемый герметизирующий отверстие элемент, формирующий отверстие элемент может и не принадлежать к набору для заливки топлива. Далее, герметизирующий отверстие элемент может быть затычкой или тому подобным, которые не закрывают отверстие приклеиванием листа, подобного герметизирующему отверстие листу 14, но вставляются в отверстие или тому подобное для герметизации отверстия.

Изобретение относится к набору для заливки топлива и способу заливки жидкого топлива в топливный картридж для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента. Согласно изобретению набор (10) для заливки топлива включает в себя заправочное сопло (11), выполненное с возможностью ввода в отверстие топливного картриджа, заправочный сосуд (12), выполненный с возможностью заливать запасенное внутри него жидкое топливо в топливный картридж через заправочное сопло (11), и герметизирующий отверстие элемент (14) для герметизации отверстия, причем герметизирующий отверстие элемент (14) содержит: стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу, и присоединительную часть, выполненную с возможностью присоединения к топливному картриджу. Техническим результатом является снижение эксплуатационных расходов, экономия ресурсов, возможность повторного использования топливного картриджа пользователем. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Набор для заливки топлива, содержащий:
заправочное сопло, выполненное с возможностью ввода в отверстие топливного картриджа для запасания жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента;
заправочный сосуд, выполненный с возможностью заливать запасенное внутри него жидкое топливо в топливный картридж через заправочное сопло; и герметизирующий отверстие элемент для герметизации отверстия;
причем герметизирующий отверстие элемент содержит:
стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу, и
присоединительную часть, выполненную с возможностью присоединения к топливному картриджу.

2. Набор для заливки топлива по п.1, в котором заправочное сопло включает в себя:
часть подачи топлива, выполненную с возможностью подачи жидкого топлива в заправочный сосуд;
часть для выпуска газа, выполненную с возможностью выпуска газа в топливном картридже; и
герметизирующий элемент, предусмотренный на наружной стороне заправочного сопла для герметизации пространства между заправочным соплом и отверстием, когда заправочное сопло введено в отверстие.

3. Набор для заливки топлива по п.1 дополнительно содержит элемент для формирования отверстия на топливном картридже, в которое вводится заправочное сопло.

4. Способ заливки топлива, включающий следующие этапы:
этап введения заправочного сопла, на котором вводят топливное сопло в отверстие топливного картриджа для заливки жидкого топлива, подлежащего подаче в основной корпус топливного элемента;
этап заливки топлива, на котором после этапа введения заправочного сопла заливают жидкое топливо, запасенное внутри заправочного сосуда, в топливный картридж через заправочное сопло, введенное в отверстие; и этап герметизации отверстия, на котором после этапа заливки топлива герметизируют отверстие топливного картриджа, в который залито жидкое топливо, с помощью элемента для герметизации отверстия, содержащего стойкую к жидкому топливу часть, обладающую свойством противостоять жидкому топливу.

5. Способ заливки топлива по п.4, дополнительно содержащий:
перед этапом введения заправочного сопла этап формирования отверстия на топливном картридже, причем отверстие формируют с возможностью ввода в него заправочного сопла.