Válvulas para cartucho de combustible.

Válvula (62) que comprende:

una boquilla de ventilación (86,

102),

caracterizada porque la válvula está adaptada para su uso en una alimentación de combustible (40) y unapila de combustible, estando dicha boquilla de ventilación (86, 102) colocada sobre la pila de combustibleo el dispositivo electrónico,

donde la boquilla de ventilación (86, 102) comprende

un primer canal (92, 108) Y un primer cierre interno (99),

estando la boquilla de ventilación (86) adaptada para abrir un segundo cierre interno (90, 99",122/124) en uncomponente de válvula (84, 84',120) colocado en la alimentación de combustible (40) de modo que, cuando lapresión interna del alimentación de combustible (40) supera un nivel preestablecido, la presión interna abre elprimer cierre interno (99) y un gas que se contiene en la alimentación de combustible (40) se transporta através de la boquilla de ventilación (86) y se ventea desde la alimentación de combustible (40) a la atmosfera yporque, dentro de la boquilla de ventilación (86), se encuentra dispuesta una membrana (100) permeable a losgases e impermeable a los líquidos, para impedir que se ventee el líquido.

Válvulas para cartucho de combustible

CAMPO DE LA INVENCiÓN

1. La presente invención se refiere en general a válvulas para cartuchos que suministran combustible a diferentes pilas de combustible, válvulas para pilas de combustible y válvulas para dispositivos de rellenado de combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

2. Las pilas de combustible son dispositivos que convierten directamente la energía química de reactivos, es decir, combustible y oxidante, en electricidad de corriente continua (Ce) . Para un número cada vez mayor de aplicaciones, las pilas de combustible son más eficientes que la generación clásica de energía, tal como la combustión de combustible fósil, y más eficientes que el almacenamiento de energía portátil, tal como baterías de iones de litio.

3. En general, las tecnologías de pilas de combustible incluyen una variedad de diferentes pilas, tales como pilas de combustible alcalino, pilas de combustible de electrólitos de polímero, pilas de combustible de ácido fosfórico, pilas de combustible de carbonato fundido, pilas de combustible de óxido sólido y pilas de combustible de enzimas. Las pilas de combustible más importantes actualmente pueden dividirse en tres categorías generales, a saber, (i) pilas que utilizan, como combustible, hidrógeno comprimido (H2) , (ii) pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (MIP) que utilizan metanol (CH30H) , borohidruro de sodio (NaBH4) , hidrocarburos (tal como el butano) u otros combustibles reformados en combustible de hidrógeno, y (iii) pilas de combustible de MIP que pueden consumir combustible distinto del etanol directamente o pilas de combustible de oxidación directa. Las pilas de combustible de oxidación directa más comunes son las pilas de combustible de metanol directo o PCMD. Otras pilas de combustible de oxidación directa incluyen pilas de combustible de etanol directo y pilas de combustible de ortocabonato de tetrametilo directo

4. El hidrógeno comprimido se mantiene por lo general a una presión elevada y, en consecuencia, es difícil de manipular. Además, normalmente se requieren depósitos de almacenamiento de gran tamaño, y no pueden hacerse lo suficientemente pequeños para dispositivos electrónicos de consumo. Las pilas clásicas de combustible reformado requieren reformadores y otros sistemas auxiliares y de vaporización para convertir los combustibles en hidrógeno, a fin de reaccionar con el oxidante en la pila de combustible. Los recientes avances hacen que las pilas de combustible reformado o reformato sean prometedoras para los dispositivos electrónicos de consumo. Cuando se hace reaccionar el metanol directamente con el oxidante en la pila de combustible, la PCMD es la pila de combustible más sencilla y potencialmente pequeña, y tiene también una prometedora aplicación de energía para los dispositivos electrónicos de consumo ordinario.

5. La PCMD para aplicaciones relativamente grandes comprende normalmente un ventilador o compresor para suministrar un oxidante, normalmente aire u oxígeno, al electrodo del cátodo, una bomba para suministrar una mezcla de agua y metanol al electrodo del cátodo y un conjunto de membrana y electrodo (CME) . El CME normalmente incluye un cátodo, una MIP y un ánodo. Durante el funcionamiento, la mezcla líquida de combustible de agua y metanol se suministra directamente al ánodo, y el oxidante se suministra al cátodo. La reacción electroquímica en cada electrodo y reacción completa para la pila de combustible se describen del modo siguiente:

Semi-reacción en el ánodo:

CH30H + H20 ~CO2 + 6H' + 6e

Semi-reacción en el cátodo:

Reacción completa de la pila de combustible

CH30H + 1, 5 O2 ~CO2 + 2 H20

6. Debido a la migración de los iones de hidrógeno (H+) a través de la MIP, del ánodo al cátodo, y debido a la incapacidad de los electrones libres (e) para pasar a través de la MIP, los electrones deben fluir a través de un circuito externo, lo que produce una corriente eléctrica a través del circuito externo. El circuito externo puede ser cualquier dispositivo electrónico de utilidad para el consumo ordinario, por ejemplo teléfonos móviles, calculadoras, asistentes personales digitales, ordenadores portátiles y herramientas eléctricas, entre otros. La PCMD se describe en las patentes de los EE.UU. números 5.992.008 y 5.945.231. En general, la MIP está realizada de un poli mero,

por ejemplo Nafion®, de DuPont, que es un polímero de ácido sulfúrico perfluorado que tiene un espesor en el rango de unos 0, 05 mm a unos 0, 50 mm, u otras membranas adecuadas. El ánodo está realizado normalmente de un soporte de papel carbón teflonizado, con una fina capa de catalizador, tal como platino-rutenio, depositada sobre el mismo. El cátodo es normalmente un electrodo de difusión de gases al cual se fijan las partículas de platino en un lado de la membrana.

7. Tal como se indica anteriormente, para otras pilas de combustible el combustible se reforma en hidrógeno y el hidrógeno reacciona con los oxidantes en la pila de combustible para producir electricidad. Dicho combustible reformado incluye muchos tipos de combustible, incluido el metanol y el borohidruro de sodio. La reacción en la pila para una pila de combustible reformadora de borohidruro de sodio es la siguiente:

NaBH4 + 2H20 ~ (calor o catalizador) ~4 (H2) + (NaB02)

H2 ~2H' + 2e- (en el cátodo)

2 (2H' + 2e-) + O2 ~2H20 (en el cátodo)

Los catalizadores adecuados incluyen platino y rutenio, entre otros metales. El combustible de hidrógeno producido de la reformación del borohidruro de sodio reacciona en la pila de combustible con un oxidante, por ejemplo O2, para crear electricidad (o un flujo de electrones) yagua como subproducto. En el proceso de reformado se produce borato sódico (NaB02) como subproducto. La pila de combustible de borohidruro de sodio se describe en la patente de los Estados Unidos número 4.261.956.

8. Las válvulas son necesarias para transportar el combustible entre cartuchos de combustible, pilas de combustible y/o dispositivos de rellenado de combustible. La técnica conocida describe diferentes válvulas y dispositivos de control de flujo tales como los que se describen en las patentes de los EE.UU. números 6.506.513 y 5.723.229 Y en las solicitudes concedidas de los EE.UU. números 2003/0082427 y 2002/0197522. Existe no obstante la necesidad de válvulas mejoradas que permitan el venteo de los gases, manteniendo los cierres, y mejorando el flujo de combustible a través de la válvula, entre otras cosas

RESUMEN DE LA INVENCiÓN

9. Así pues, la presente invención tiene como objetivo una válvula adaptada para su uso con un cartucho de combustible (alimentación de combustible) y un dispositivo electrónico alimentado por una pila de combustible para ventear subproductos desde el cartucho. La válvula comprende una boquilla de ventilación, que puede colocarse en la pila de combustible o el dispositivo electrónico, La boquilla de ventilación comprende un primer canal y un primer cierre interno y está adaptada para abrir un segundo cierre interno en un componente de válvula colocado en el cartucho de combustible, de modo que cuando la presión interna del cartucho de combustible supera un nivel preestablecido, la presión interna abre el primer cierre interno y el subproducto gaseoso que se contiene en el cartucho de combustible se transporta a través de la boquilla de ventilación y se ventea a la atmósfera desde el cartucho de combustible. Dentro de la boquilla de ventilación se dispone una membrana permeable a los gases e impermeable a los líquidos para impedir que se ventee el líquido. El primer canal está preferentemente en comunicación de fluidos con una membrana permeable a los gases e impermeable a los líquidos y/o un material absorbente del vapor del combustible. El primer canal puede estar en comunicación de fluidos con una válvula de retención colocada en la boquilla de ventilación, abriéndose la válvula de retención a una presión preestablecida para ventear los gases. Los gases pueden ventearse a la atmósfera a través de la pila de combustible o el dispositivo electrónico.

10. En otra realización de la presente invención, la boquilla de ventilación comprende además un segundo canal. En dicha realización, los subproductos de la pila de combustible pueden... [Seguir leyendo]

1. Válvula (62) que comprende:

una boquilla de ventilación (86, 102) , caracterizada porque la válvula está adaptada para su uso en una alimentación de combustible (40) y una pila de combustible, estando dicha boquilla de ventilación (86, 102) colocada sobre la pila de combustible

o el dispositivo electrónico,

donde la boquilla de ventilación (86, 102) comprende un primer canal (92, 108) Y un primer cierre interno (99) , estando la boquilla de ventilación (86) adaptada para abrir un segundo cierre interno (90, 99", 122/124) en un componente de válvula (84, 84', 120) colocado en la alimentación de combustible (40) de modo que, cuando la presión interna del alimentación de combustible (40) supera un nivel preestablecido, la presión interna abre el primer cierre interno (99) y un gas que se contiene en la alimentación de combustible (40) se transporta a través de la boquilla de ventilación (86) y se ventea desde la alimentación de combustible (40) a la atmosfera y porque, dentro de la boquilla de ventilación (86) , se encuentra dispuesta una membrana (100) permeable a los gases e impermeable a los líquidos, para impedir que se ventee el líquido.

2. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de válvula (84) colocado en la alimentación de combustible es una válvula de pico de pato (84) .

3. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de válvula (84') colocado en la alimentación de combustible incluye una válvula de retención (99") .

4. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de válvula (120) , colocado sobre la alimentación de combustible (40) comprende un miembro elastomérico (122) que empuja una superficie de cierre (124) para formar el segundo cierre interno y, a la compresión de dicho miembro elastomérico (122) por la citada boquilla de ventilación, dicho miembro elastomérico (122) se separa de la superficie de cierre (124) para abrir el segundo cierre interno.

5. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de válvula (84, 84', 120) colocado en el alimentación de combustible (40) se conecta a un revestimiento (46) .

6. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer canal (92, 108) está en comunicación de fluidos con la membrana (100) permeable a los gases e impermeable a los líquidos colocada en la boquilla de ventilación (86) .

7. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer cierre interno comprende una válvula de retención (99) , abriéndose la válvula de retención (99) a una presión preestablecida para ventilar el gas.

8. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer canal (92, 108) está en comunicación con un material absorbente de combustible (150) .

9. Válvula según la reivindicación 8, caracterizada porque el material absorbente de combustible (150) comprende carbón de hulla.

10. Válvula según la reivindicación 8, caracterizada porque el material absorbente de combustible (150) comprende una carga.

11. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el gas se ventea a la atmósfera a través de la pila de combustible o el dispositivo electrónico.

12. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque la boquilla de ventilación (102) comprende también un segundo canal (104) .

13. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque los subproductos procedentes de la pila de combustible se trasportan a través del segundo canal (104) a la alimentación de combustible (40) .

14. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque la boquilla de ventilación (86, 102) , comprende al menos una ranura exterior (131) para reducir un vacío parcial durante la retirada de la boquilla de ventilación (82, 102) del componente de válvula (84, 84', 120) .

15. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el componente de válvula (84, 84', 120) comprende un canal de venteo (132) para disminuir el vacío parcial durante la retirada de la boquilla de ventilación (86, 102) del componente de válvula (84, 84', 120) .