CN101490868A - 燃料电池连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了燃料电池连接器，用于使燃料盒与燃料电池连接器连接和断开期间从燃料盒中泄漏的燃料最少。可拆卸连接至燃料盒(30)的燃料电池连接器(1)具有盒侧连接件(33)，盒侧连接件具有打开或关闭燃料供应口(34a)的盒侧阀(34)。燃料电池连接器(1)具有打开和关闭燃料接收口(10a)并在第一插入阶段与盒侧阀(34)一起移动的连接器侧阀(12)，以及用于阻止盒侧连接件(33)套叠地插入其中的连接器主体单元(10)沿插入方向运动的弹性件(14)。连接器主体单元(10)的外围设有用于与盒侧连接件(33)接合的接合装置(23、24和25)，以及用于连接至燃料电池使用装置的固定机械部件(20)。在第二插入步骤中，前述连接器主体单元(10)与盒侧连接件(33)整体移动，同时燃料接收口(10a)和燃料供应口(34)保持极靠近的状态，以使前述接合装置(23、24和25)与盒侧连接件(33)接合，借此将燃料盒(30)连接并固定在连接位置。

Description

燃料电池连接器

技术领域

本发明涉及燃料电池盒与燃料电池使用装置的连接，并且更具体地，涉及用于与燃料电池使用装置连接并用于燃料盒的快速连接和断开的燃料电池连接器。

背景技术

在该领域中，已知燃料电池是一种能量转换装置，在燃料电池中，氢离子穿过将氧与氢、甲醇、或类似燃料分离的电解质膜，因此，氢和氧之间发生的化学反应产生了电。目前，由于期望运行温度可较低并可减小装置的尺寸，因此燃料电池已得到一些实际的应用。已经朝向将燃料电池用作用于笔记本电脑和各种移动装置(诸如移动电话)的耐久且连续运行的电源的方向进行了研发。

通常，用作移动装置的电源的燃料电池是内置在这种装置中的，并且当这种电源中的燃料耗尽时，可以补充新的燃料以直接转换成电能。前述的内置式燃料电池通过燃料容器(燃料盒)填充燃料(参见专利文献1)。

专利文献1：日本未审定专利申请出版物(Kokai)2006-54055。

发明内容

然而，为了给燃料电池填充燃料，前述燃料盒应可以与燃料电池使用装置连接和断开。近年来，由于高浓度的甲醇已经被开发用作上述目的的燃料，这需要排除燃料通过燃料盒的燃料供应口和通过装有燃料的装置的燃料接收口泄漏的可能性。

特别地，在装载燃料的操作过程中，燃料供应口和燃料接收口连接在一起，在它们之间形成了死角(dead space)。燃料渗入这个死角，并且当燃料盒与燃料接收装置断开时，积聚在该死角中的燃料泄漏到外部并被浪费掉。

根据上述信息，本发明的目的在于提供一种燃料电池连接器，该连接器可以在燃料盒连接和断开期间使泄漏到外部的燃料减至最少。

本发明的燃料电池连接器用于与燃料盒可拆卸地(releasable)连接，该燃料盒具有：填充有待供应至燃料电池的燃料的内腔；朝向盒的外侧打开的燃料供应口；能够打开或关闭前述燃料供应口的盒侧阀；以及装有前述盒侧阀的盒侧连接件。该连接器包括：

燃料接收口，当与燃料盒连接时该燃料接收口向外侧打开并且与燃料供应口连通；

连接器侧阀，其打开和关闭燃料接收口，并且在盒侧连接件的第一插入运动作用下与盒侧阀一起执行打开运动；

连接器主体单元，其可沿前述盒侧连接件的插入方向运动，容纳前述连接器侧阀，并且与盒侧连接件可套叠地连接；

弹性件，用于阻止连接器主体单元沿插入方向的运动；以及

固定机械部件，其环绕连接器主体单元，设置有用于与盒侧连接件接合的接合装置，并且连接至燃料电池使用装置；该连接器操作，以便当前述盒侧连接件从第一插入位置进一步移动到第二插入位置时，前述连接器主体单元与盒侧连接件整体移动，同时燃料接收口和所述燃料供应口保持极靠近的状态，以使前述接合装置与盒侧连接件接合，借此将燃料盒连接并固定在连接位置。

本发明的燃料连接器还包括环绕前述连接器侧阀的管状连接器侧部件，其从燃料接收口凸出，并且凸出到与盒侧连接件连接的侧面，所述连接器侧连接件的内表面可套叠地安装到其中形成有前述燃料供应口的壳体的顶端上。

在本发明的燃料连接器中，连接器侧阀的顶端与盒侧阀接触，以使连接器侧阀和盒侧阀沿打开方向移动。

在本发明的燃料连接器中，连接器侧阀比盒侧阀提前打开，但是延后关闭。

在本发明的燃料连接器中，在与燃料接收口相对的侧面上，连接器主体单元设置有喷嘴，该喷嘴与连接器主体单元整体移动，并且具有用于排出已由燃料接收口接收的燃料的燃料排出口。喷嘴的燃料排出口侧上的顶端可滑动地安装到管状部内，该管状部包括用于引导燃料进入燃料电池中的前述燃料进入口。

本发明的有益效果：

根据本发明的燃料电池连接器，在其中盒侧连接器沿插入方向被推动并且打开盒侧阀和连接器侧阀的该第一插入步骤之后，当盒侧连接器进一步插入并转到第二插入步骤时，移动连接器主体单元，以使燃料接收口和燃料供应口保持在彼此极靠近的状态并与盒侧连接器整体移动。同时，盒侧连接件与接合装置接合，因此连接并固定燃料盒。由于在前述的运动中，燃料接收口和燃料供应口保持极靠近，这样的结构实际上不会在燃料接收口和燃料供应口之间留有用于燃料渗入的间隙。而且，由于当前述开口保持极靠近时，盒侧连接件与接合装置接合并且连接燃料盒，因此，在燃料盒脱离和断开时，实际上不存在可以充入燃料的间隙。这样的结构防止了残余燃料积聚在燃料接收口和燃料供应口之间的情况，因此减少了燃料向外部的泄漏。

在本发明的燃料电池连接器中，连接器主体单元具有管状连接器侧连接件，其环绕连接器侧阀的顶端，所述连接器侧阀从燃料接收口凸出，并且其本身凸出以与盒侧连接件连接。当具有燃料供应口的壳体的顶端套叠地插入连接器侧连接件内时，在燃料接收口与燃料供应口之间形成间隙。该间隙的形成使得将壳体顶端更深地插入到连接器侧连接件成为可能，并且这样的结构减小了可用于燃料渗入的间隙。

由于在本发明的燃料电池连接器中，连接器侧阀先于盒侧阀打开，并且由于在燃料从燃料盒排出时燃料供应口已经处于打开状态，这有可能防止靠近燃料接收口的油溢出，因此可以平稳地接收燃料。而且，由于连接器侧阀比盒侧阀延后关闭，并且由于在燃料盒分开时盒的燃料供应口已经关闭，因此这使得有可能防止燃料从燃料盒中泄漏。

本发明的燃料电池连接器在与燃料接收口相对的连接器主体单元的端部上设置有喷嘴。该喷嘴与连接器主体单元整体移动，并且具有用于排出从燃料接收口接收的燃料的燃料排出口。当喷嘴的燃料排出口侧的顶端滑动插入到形成在用于向燃料电池提供燃料的管状部中的燃料进入口内时，并且当燃料盒与燃料电池连接器分开时，燃料接收口和燃料供应口保持相互极靠近的状态，并且连接器主体单元以及喷嘴沿盒分开的方向与燃料盒一起移动。因此，燃料进入口内的容积仅增加了与喷嘴的位移相对应部分的容积。换句话说，由于在燃料从燃料接收口流入燃料进入口的过程中，当燃料从燃料接收口流入燃料电池端以后，空间容积增大，因此燃料通道获得了负压。由于这样的原因，即使在燃料盒侧的间隙中出现少量的燃料，前述负压也会将这些燃料吸回燃料电池连接器内部。这种状态有可能减少前述间隙中燃料的残留，并且即使当燃料盒从燃料电池连接器上分开时仍有可能防止燃料泄漏。

附图说明

图1是与移动电话处于分离状态的燃料盒的立体图，该移动电话作为包括根据本发明一个实施例制造的燃料电池连接器的燃料电池使用装置而示出。

图2是图1中所示的燃料盒的立体剖视图。

图3是图2所示的燃料盒主要部件的局部放大图。

图4是本实施例的燃料连接器的立体剖视图。

图5是图4中所示的燃料连接器的部件分解图。

图6是图1所示的燃料电池连接器的连接侧面的连接件的放大视图。

图7是示出了在第一插入运动之后燃料电池连接器1和燃料盒进入连接状态的纵向剖视图。

图8是示出了当将燃料盒插入到燃料电池连接器的最大插入深度时的第二插入阶段之后所获得的连接状态的纵向剖视图。

图9是示出了盒侧连接件在非锁定状态下与第二环接合的立体剖视图。

图10是示出了盒侧连接件和从图9所示位置移动到锁定状态的第二环的相对位置的立体剖视图。

图11是示出了处于锁定状态中的燃料电池连接器和燃料盒的剖视图。

图12是用于说明喷嘴的运动的剖视图。

具体实施方式

现在将参照附图更详细地描述根据本发明一个实施例的燃料电池连接器1。图1是与移动电话100处于分离状态的燃料盒30的立体图，该移动电话作为包括根据本发明一个实施例制造的燃料电池连接器的燃料电池使用装置而示出。图2是图1中所示的燃料盒30的立体剖视图。图3是图2所示的燃料盒30的主要部件的局部放大图。图4是本实施例的燃料连接器1的立体剖视图。图5是图4中所示的燃料连接器1的部件的分解图。图6是图1所示的燃料电池连接器的连接侧面上的连接件111的放大视图。在下面的描述中，本实施例的燃料电池连接器1的用于与盒30连接的侧面，将被视为底侧(关于附图中的视图)。

如图1所示，本实施例的燃料电池连接器1安装在移动电话100中，该移动电话作为使用燃料电池的装置而示出，并且该移动电话包括燃料电池(例如，一种直接甲醇燃料电池(DMFC)，该燃料电池在图中未图示)。连接器1用于与燃料盒30连接和从燃料盒30上分离，燃料盒的内部填充有将被供应到燃料电池的燃料。让我们首先考虑将用于与本实施例的连接器接合的燃料盒。

如图2所示，燃料盒30具有基本上为圆柱形的容器壳体31。壳体31具有双层结构，并由内部容器312和外壳313构成，该内部容器的内部形成了燃料储存腔311，该储存腔填充燃料F并且由活塞32分隔开，该外壳313的顶部是开口的，并且其中容纳有用于借助活塞32而使燃料F排出的压缩气体G。压缩气体腔314主要形成于内部容器312的外表面与外壳313的内表面之间。燃料储存腔311与压缩气体腔314之间的容积比率取决于活塞32的位置，因此当燃料F的含量减少并且活塞32向上移动时，压缩气体腔314的一部分位移进入内部容器312中。

根据本实施例，待供应到DMFC中的燃料F包括甲醇和纯净水的混合物。然而，本发明并不仅仅局限于使用这种混合物，并且该燃料可以包括例如在纯净水与乙醇混合或者适当浓度的类似酒精与纯净水混合的混合物，或者该燃料可以仅由酒精组成；因此，根据燃料电池的类型等有可能进行各种更改。

根据本实施例，推荐使用可以防止燃料F与氧气混合的压缩气体G，氧气可能对发生在燃料电池中的反应产生不利的影响，并可能导致燃料F的氧化。因此，优选地是使用氮、二氧化碳、脱氧的空气、或不含氧气的类似气体。而且，尽管本实施例示出的是使用压缩气体G，但这不应解释为对本发明范围的限制，并且可以使用液化气体蒸汽(例如，DME(二甲醚))代替压缩气体。

与外壳313连接的是用于连接至下面描述的燃料电池连接器上端的盒侧连接件33。前述盒侧连接件33主要由刚性地连接于外壳313的连接壳体331和连接于前述连接壳体331的盒侧阀34构成。

连接壳体331设置有具有中央开口的圆柱形法兰331a、从法兰的开口向上延伸且具有连接口331b的管状连接器主体331c、以及插入部331d，其以插入外壳313上部开口的环形延伸部的形式从圆柱形法兰331a的下侧向下延伸，并且其外表面与前述开口的内表面配合。

如图3所示，管状连接器主体331c具有接合凸出部331c1，其在管状连接器主体331c的上端从外围径向向外凸出，并且彼此均匀且周向间隔开。在管状连接器主体331c下端设置有压力件331c3，该压力件从管状连接器主体331c的外围径向向外凸出，并且在该下端还设置有类似花键轴的凸出部331c2，这些凸出部331c2向接合凸出部331c1偏移。所有三个部件(即，接合凸出部331c1，凸出部331c2和压力件331c3)形成了盒侧接合部S2。而且，管状连接器主体331c设置有参考凸出部331c4(见图2)，该参考凸出部形成于管状连接器主体331c上端的一个位置中，从前述连接器主体的内圆周向下和向内延伸，并且用作用于标记绝对位置的参考，并且该管状连接器主体331c设置有若干选择凸出部(在本实施例中为两个)331c5和331c6，它们形成于管状连接器主体331c内圆周上端处并且向下延伸，并且它们相对于参考凸出部331c4而设置在取决于燃料盒30类型的位置中。在图示的实施例中，参考凸出部331c4比选择凸出部331c5和331c6宽。根据用于燃料电池的燃料盒30的类型，选择凸出部331c5和331c6可以有不同的宽度和长度。总之，参考凸出部331c4、选择凸出部331c5和选择凸出部331c6形成了盒接合键K2。此外，该装置设置盒侧阀34(这将在之后作更详细的描述)，该盒侧阀插入连接口331b中，其上端具有用于燃料F的供应的开口34a，并且可被打开或关闭。

内部容器312包括基本为圆柱形的主体，其下端与外壳体313的底部不接触。在内部容器312下端具有形成在其外围表面上的多个纵向槽312a，当活塞32向下移动时，内部容器312的内部能够与外壳体313的内部连通。如图2和3中所示，形成在内部容器312上壁中心部中的管状部312c向上延伸并具有与盒侧阀34连通的通孔312b。管状部312c被外部管状件312d所环绕，外部管状件312d也向上延伸并与管状部312c间隔预定的距离。壳体341(其在以后描述)的下端可套叠地插入到管状部312c与外部管状件312d之间的空间中。

盒侧阀34主要包括：壳体341、可在具有图3所示定向的装置的垂直方向上移动的芯轴(stem)342、通常沿关闭(向上)方向推动芯轴342的弹簧343、用于关闭和打开用于燃料F的燃料通道的阀体344(O形环)，和连接O形环345(密封件)。盒侧阀34的上端表面具有用于供应燃料F的燃料供应口34a。

壳体341具有基本为圆柱形外形并且具有法兰341a，法兰从壳体341的外围径向向外凸出，并且形成在从壳体中部下移的预定位置。O形环密封件341b(其插入到形成在壳体外围中处于法兰341a下的某一位置处的槽中)可密封地装配在前述内部容器312的上端。法兰341a的上表面与圆柱形法兰331a的下表面接触。壳体341也设置有O形环密封件341c，其装配在法兰341a上面壳体的上端外围内，O形环密封件341c与前述连接口331b的壁保持在密封接合中。壳体341的另一个连接O形环345设置在壳体上端的外围，并且用于与燃料电池连接器1连接(在以后描述)。形成在壳体341上端并向下延伸至预定长度的前述开口34a上部的直径比其下部的直径小。

芯轴342具有类似杆的形状，并且包括：径向向外延伸的直径增大的中间肩部342a、上部342b和下部342c。在壳体341中，芯轴342可沿轴向移动并且沿阀关闭的方向被前述弹簧343推进，弹簧343设置在肩部342a的下端表面和管状部312c的上端表面之间。芯轴342的上部342b支撑前述阀体344(即O形环，该阀体安装在该上部的靠近其底部的外围)，芯轴342的上部342b插入到位于阀体344上方的燃料供应口34a中，并且通常通过压靠壳体341的阶状表面和燃料供应口34a来关闭燃料供应口并切断燃料的流动。当对芯轴342施加向下的压力时，弹簧343被压缩，芯轴342下移，阀体344离开前述阶状表面，借此，燃料供应口34a打开，并且容纳在燃料储存腔311中的燃料F流出并通过燃料供应口34a。

活塞32设置有弹性密封件32a，该弹性密封件32a被插入到形成在活塞32外围的槽中，以使活塞起到活动分隔件的作用，它将内部容器312分隔成位于活塞上方的燃料存储腔311和位于活塞下方的压缩气体腔314，在压缩气体G的压力作用在活塞的下端表面上的情况下，后者对设置在活塞上方腔中的燃料F施加压力；当芯轴342移动到打开位置时，燃料被推出燃料储存腔311。

以下描述涉及将压缩气体G注入压缩气体腔314的过程和将燃料F注入燃料储存腔的过程。在将燃料F注入燃料储存腔之前，先将压缩空气G注入到压缩气体腔中。首先，将压缩气体充入装置的气体注入口(图中未示出)装到盒侧阀34上，并且在所施加压力的作用下，芯轴342移动到打开位置，以使压缩气体可以通过阀34注入到燃料储存腔311中。结果，活塞32向下朝向外壳313的底部移动。当活塞抵达其最低位置时，纵向槽312a的上边比弹性密封件32a的上侧的高度更高，以使压缩气体G能够从燃料储存腔311流入压缩气体腔314。当压缩腔314中的压力到达预定水平时，停止压缩气体G的注入。

接着，芯轴342第二次移动至打开位置，允许过量的压缩气体从燃料储存腔311排出。结果，活塞32向上移动，并且燃烧供应腔回复到密封状态。当过量的压缩气体在位于活塞32下面的压缩气体腔314中的压缩气体G施加的压力下被排出时，活塞移到内部容器的上端。在过量气体都从燃料储存腔311排出之后，保留在燃料储存腔311和压缩气体腔314中的压缩气体G被密封。燃料盒被构造成使得当上述过程后燃料注入装置(图中未示出)连接至盒侧阀34时，在注入到燃料储存腔311中达到预定量的燃料F的作用下，活塞32向下移动。

在本发明的实施例中，燃料盒30具有双层结构，但是这种结构不应看作对与本发明的燃料电池连接器1连接方法的限定，并且各种更改都是可能的。例如，容器可以是单层结构，并且燃料F可连同LPG(液化石油气)，DME(二甲醚)，CFC(氯氟甲烷)或类似的蒸发液化气或二氧化碳，氮，或类似的压缩气体一起被注入到容器的内部中，以便在前述液化或压缩气体产生的压力作用下，燃料F能够以雾或小滴的形式从容器中排出。可替换地，容器可以是柔性的，并且装配有可连接至燃料电池连接器1的形式的盒侧连接件。然而，优选具有可重复利用和可再填充的容器。

以下描述的是本实施例的燃料电池连接器1。如图4所示，燃料电池连接器1主要由下列部件组成：连接器主体单元10，该部件包括位于其下端并用于接收来自上述燃料盒30的燃料F的燃料接收口10a、设置在其上端用于将燃料F排放到燃料电池(图中未示出)的燃料排出口10b、和形成在连接器主体单元内并从燃料接收口10a向燃料排出口10b延伸的通道；防止连接器主体单元10在燃料盒30插入方向运动的弹簧件15(弹性件)；以及用于连接至移动电话的固定机械部件20，其中，该固定部件环绕连接器主体单元10并且具有用于将燃料盒30连接和装配到移动电话100上的连接器侧接合装置S1。

连接器主体单元10包括：下端具有前述燃料接收口10a的连接器主体11、能关闭或打开燃料接收口10a的连接器侧阀12、和设置在连接器主体单元10上端处的燃料排出喷嘴13。

连接器主体11具有圆形的燃料接收壁110，其中央设置有燃料接收口10a。燃料接收口10a用于装配到插栓120(其在以后描述)的下端120c上。设置在燃料接收壁110下面的是圆柱形连接器侧连接件111，其向下凸出并且环绕插栓120的前述下端120c。燃料接收壁110的上表面设置有方向向上(内)的圆柱部112和外圆柱部114，在内圆柱部112的外围与外圆柱部114的内圆周之间形成有环形槽113。弹簧件14放置在前述环形槽113中。支架接合凸出部(holder engagement projection)115从外圆柱部114的上端向外凸出。形成在内圆柱部112上端上的开口是用喷嘴13密封的，喷嘴具有与内圆柱部112连通的前述燃料排出口10b。如下面将参照图12描述的，喷嘴13的上端13a插入到用于供应燃料F的燃料入口100a中，并且当连接器11移动时，燃料入口100a的内表面在喷嘴13上滑动。喷嘴13的下端13b(例如，通过螺纹)与内圆柱部112的内表面连接。

连接器侧连接件111具有连接接合键K1。如图6所示，前述接合键K1形成在连接器侧连接件111的外表面上，该外表面为用于与盒侧接合键K2的前述参考凸出部331c4接合的连接器侧参考槽111a以及用于与前述选择凸出部331c5和331c6接合的连接器侧选择槽111b和111c的形式的。在本结构中，连接器侧参考槽111a比连接器侧选择槽111b和111c宽。在图示的实施例中，燃料电池连接器1和燃料盒30的连接接合键K1和K2具有如上所述的特定结构。然而，可以理解的是，本发明不仅限于这种结构。例如，通过制造若干参考槽111a和若干参考凸出部331c4使各种合适的设计更改都是可能的。参考槽111a、参考凸出部331c4、选择槽111b和111c、选择凸出部331c5和331c6可以形成在内圆周表面上、形成在内圆周表面和外圆周表面上、或以某种组合方式形成。而且，接合装置的结构并不限于凸出部和槽，并可制成管和开口形式的。

圆柱部112和连接件111的内部包含连接侧阀12。这种阀包括下列部件：插栓120，在其垂直长度的中部形成有圆形法兰120a、从法兰120a向上突出的上部120b、和从法兰120a向下延伸的锥形下部120c；装配在介于法兰120a的上表面与喷嘴13下端之间的上部120b外围上的连接器侧弹簧121；以及连接器侧O形环122。插栓120的法兰120a在连接器侧弹簧121的作用下沿阀关闭的方向被推进，连接器侧弹簧压缩法兰120a下表面与燃料接收壁110上表面之间的连接器侧O形环122。当连接器侧O形环122未连接燃料盒30时，连接器侧弹簧121的压缩力保持O形环122与燃料接收壁110及法兰120a紧密接触。这防止了充满连接器主体11的通道的燃料F通过下部120c与燃料接收口10a间的间隙漏出。

如图4所示，固定机械部件20具有基本上为管状的构形，并且能够与燃料电池装置(其未在该图中示出)刚性连接，而在其下端，固定机械部件20与盒侧连接件33的管状连接器主体331c可拆装地连接。

固定机械部件20包括：能连接至移动电话100的支架主体(holder body)21、刚性连接至前述支架主体21的棘爪架(ratchetholder)22、以及三个环，该三个环从固定机械部件20下端沿向上的方向顺序布置，并且这三个环形成连接器侧接合装置S1，即，第一环23(滑动环)、第二环24(锁定环)和第三环25(引导环)。前述连接器侧接合装置S1和盒30侧面上的前述接合装置S2通过棘轮机构S连接并固定，因此，形成了能够与燃料电池连接器1连接或断开的燃料盒30的连接。

支架21(如图5的上部所示)具有：基本圆柱体211、从圆柱体211的上部径向向外凸出四个等间距的法兰件214、形成在每个法兰件的中间和上表面上用于连接支架的螺纹口215、以及四个等间距的啮合齿216，该啮合齿从多个法兰件214之间形成的空间中的圆柱体211的外围径向向外凸出。支架21通过可插入到前述螺纹口215中的螺栓装配到移动电话100的内部。而且，支架体211具有设置在三个啮合齿216上的凹槽211a和一个位移槽(displacement groove)211b，该位移槽形成在内圆周上，不具有凹槽211a，并且该位移槽从支架主体的上端面延伸到下端面。如后面将描述的，在装配过程中，啮合齿216可以插入到棘爪架的接合凹槽222中。

棘爪架22(如图5的下部所示)包括圆柱体220。该圆柱体220的内表面上形成有下列部件：四个第一引导槽221，其从圆柱体的上端表面沿垂直方向大约延伸到其中间高度处；形成在引导槽221的中部并且沿垂直方向延伸的前述接合凹槽222；多个(在图示的实施例中是12个)等间距的棘轮齿223，其沿轴向延伸并且形成在更靠近圆柱体下端面的圆柱体的内圆周上；和多个(在图示的实施例中是12个)等间距的第二引导槽224，其形成在棘轮齿223下面并形成在多个棘轮齿223之间，并且通过与支架主体21的齿216啮合将棘爪架22装配到支架21上(如下所述)。而且，如图所示，棘轮齿223的上侧被制成接合阶部223b和沿顺时针方向向上渐缩的锥形表面223a。接合阶部223b的上侧具有类似锥形的表面。

第一环23(滑动环)上设置有形成在环体231外围上的12个等间距的引导凸出部232，并设置有与引导凸出部232位于相同高度并且形成在环体231内圆周上的对应凸出部233。这些凸出部的上表面和下表面与环体的端面处于同一平面。在正常状态下，形成在外围上的引导凸出部232插入到棘爪架22的第二引导槽224中，从而其阻止第一环23的转动而允许第一环的垂直运动。而且，当从盒侧连接件33的管状连接器主体331c凸出的压力件331c3位于上部位置时，它们与内圆周凸出部233的下表面接触，并且在所施加压力的作用下，沿轴向向上移动第一环23。管状连接器主体331c的接合凸出部331c1能够插入到形成在内圆周凸出部233之间的纵向槽中。

如图所示，第二环24(锁定环)设置有：从环体241的外围径向向外凸出的12个等间距的引导凸出部242、形成在环的上端面并且具有沿顺时针方向向下渐缩的锥形上表面的多个等间距滑动齿243、和形成在环内圆周上的等间距锁定凸出部244。在操作中，该第二环可以沿逆时针方向旋转(如图所示)。引导凸出部242和锁定凸出部244设置在环体241下部中的同一圆周位置中，并且具有倾斜表面242a和244a，该倾斜表面242a和244a沿箭头“d”的向前方向上较高，而沿与箭头“d”相反的方向上较低。以类似的方式，滑动齿243的上侧面具有锥形表面243a，其沿箭头“d”的向前方向上较高，而沿与箭头“d”相反的方向上较低。

当通过沿轴向引导第二环24将外围引导凸出部242插入到棘爪架22的第二引导槽224中时，并且当第二环24沿向上方向的移动量非常大时，引导凸出部242从第二引导槽224中突出，因此可以转动第二环24。当在上述转动的作用下引导凸出部242下侧面上的倾斜表面242a在接触棘轮齿223上的对应锥形表面223a的同时下降，或在接合阶部223b的上倾斜表面接触倾斜配合表面的情况下引起进一步的转动，这或者产生锁定状态，在锁定状态下引导凸出部242的顶端与接合阶部223b接合，或者产生解开状态，在解开状态中引导凸出部242插入到第二槽224中以停止转动。而且，当盒侧连接件33被插入并且向下移动时，形成在环的内圆周上的锁定凸出部244也转动并且被移动至管状连接器主体331c的锁定接合凸出部331c1的内侧，从而提供了锁定接合。

第三环25(引导环)具有：环体251，环体251设置有从环体的外围表面径向向外突出的四个等间距的引导凸出部252；和在环下端面上的具有倾斜表面的棘轮齿253。通常，引导凸出部252插入到棘爪架22的第一引导槽221中，以便阻止第三环转动但是允许其垂直移动。第三环25的向下运动引起了引导槽221的下表面与凸出部252的接合，借此限制了进一步运动，并且第二环24脱离接合。

下面描述上述燃料盒30与根据本实施例的结构制造的燃料电池连接器1在操作上的连接。图7是在第一插入运动之后处于接合状态的燃料电池连接器1和燃料盒30的纵向剖视图。图8是示出在燃料盒30插入到燃料电池连接器中的最大插入深度时的第二插入阶段后得到的连接状态的纵向剖视图。图9是示出在非锁定状态下的盒侧连接件33与第二环的接合的立体剖视图。图10是示出盒侧连接件33和从图9所示位置移动到锁定状态的第二环的相对位置的立体剖视图，图11是示出处于锁定状态的燃料电池连接器1和燃料盒的剖视图。

当盒侧连接件33从燃料电池连接器1上分离时，在盒侧连接件33的未连接状态中，连接器主体11的外圆柱部114下端面被压靠在第二环24的锁定凸出部244上(见图4)，因此，连接器主体单元10没有从固定机械部件20的内部伸出。而且，第一环23和第二环24的引导凸出部232和242分别位于棘爪架22的第二引导槽224中，防止了第二环24的转动，同时第三环25的引导凸出部252与第一引导件221的下端接合(见图4)，从而将第三环25限制在较低位置上。

首先，如图7所示，当将燃料盒30的盒侧连接件33连接至燃料电池连接器1时，连接器侧连接件111的外表面被插入到连接口331b中，同时，连接器侧参考槽111a、连接器侧选择槽111b、和连接器侧选择槽111c(即，连接器侧接合键K1)和参考凸出部331c4、选择凸出部331c5、以及位于盒连接件33侧面上的选择凸出部331c6(即，盒侧键K2)相互接合。在盒侧连接件33的连接O形环345被压靠在连接器主体单元10的连接器侧连接件111的内表面上以形成密封状态后，芯轴342的上端面推动插栓120的下部120c的顶端，因此压缩连接器弹簧121，连接器侧阀12移动至打开位置，并打开燃料接收口10a。

在连接器侧阀12打开之后，芯轴342的上端面推动下部120c的顶端，压缩弹簧343，并且盒侧阀34打开，因此打开燃料供应口34a。由于连接器侧阀在盒侧阀34之前先打开，并且在燃料F填充燃料盒30的内部并通过燃料供应口34a排出时，燃料接收口10a已经打开。这防止了燃料F在燃料接收口10a附近的泄漏，并且能够以平稳的方式供应燃料。上述动作的结果是，储存在燃料盒30中的燃料F通过燃料电池连接器1被供应给燃料电池(图中未示出)。

在上述的连接操作中，只有具有与连接器1的连接接合键K1相对应的接合键K2的燃料盒30能够与连接器1连接。因此，如果使用者无意间试图连接具有与连接器侧键K1不匹配的盒侧键K2的盒，这些键将无法接合，因此，不可能连接与移动电话100的燃料电池不对应的燃料盒30。这样防止了错误燃料盒的连接。以上所述是导致燃料接收口10a靠近并且连接至燃料供应口34a的第一插入步骤。换句话说，壳体341的上端可套叠地插入到连接侧上的连接件111内，以便在燃料接收壁110的下端面与壳体341的顶端间保留小的间隙。

本发明的一个特殊特征在于：第二插入步骤紧接着上述盒侧连接件33插入燃料电池连接器1的第一步骤，通过该第二插入步骤，连接器主体单元10(可套叠地)移动到与盒侧连接件33的整体连接中，在该整体连接中，燃料接收口10a与燃料供应口34a保持在极靠近的位置(见图7)。同时，盒侧接合部S2和连接器侧接合装置S1间的接合提供了燃料盒30与固定机械部件20的刚性连接。下面描述第二插入步骤的操作。

在燃料接收口10a与燃料供应口34a极靠近的状态(其通过第一插入步骤之后的第二插入步骤而获得)中，管状连接器主体331c的上端面压在燃料接收壁110的下表面上，并且压缩弹簧件14，借此，支架接合凸出部115在位移槽211b中(见图4)被引导，并且连接器10与燃料盒30一起向上移动(朝向燃料电池)，并且达到图8中所示的最高位置。在这个位置，弹簧件14沿阻止连接器主体单元11插入的方向被压缩。

在前述的第二插入步骤中，燃料盒30和连接器主体单元10的运动是通过管状连接器主体331c的接合凸出部331c1沿着形成在第一环23和第二环24中的纵向槽的向上运动来实现的。结果如图8所示，压力件331c3与第一环23的底侧发生接触，并且将其向上推进。第二环24也被提升，并且与第三环25的底侧发生接触(见图7)，第三环被第一引导槽221的下端所阻挡。在该操作中，第二环24的引导突凸出部242突破棘爪架22的第二引导槽224的上端面的限制而凸出，并由于与第三环25下侧上的棘轮齿253的锥形表面接合而可以转动(见图9)。转动发生在图5中所示的“d”方向上。在图9所示的状态中，第三环25的向上运动被限制，并且由于第二环24与第三环25的锥形表面接触，因此转动位于第一环23上的部件。如图10中所示，第二环24的转动使其锁定凸出部244与管状连接器主体331c的位于其下部的锁定凸出部331c1接合，因此第二环24被锁定不能进一步凸出。

接下来，当前面提到的插入操作从最大插入状态被释放时，在压缩弹簧件14的力的作用下，盒侧连接件33被连接器主体11向后推动，并且与连接器主体单元10整体地向下(沿燃料盒30分离的方向)移动。这种运动是通过第二环24的锁定凸出部244与盒侧连接件33的管状连接器主体331c的接合凸出部331c1的接合和向下运动来实现的，借此，第三环25和第一环23作为单独单元也向下移动。结果，当第三环25向下运动并被第一引导槽221的下端面阻止时，第二环24从中分离开并且能够进一步向下移动，因此，两个锥形表面脱离相互接触的状态，并且在上述转动的作用下，第二环24下侧的引导凸出部242从第二引导槽224内的位置移出并且在棘轮齿223的锥形表面上滑动。在第二环24被进一步向下移动的同时，沿着上述锥形表面的运动使这个环转动。当这种转动由于第二环24的引导凸出部242与接合阶部223b的接触而被阻止时，第二环24向下的进一步运动被阻止，与第二环24的锁定凸出部244接合的盒侧连接件33被锁定，因此获得了图11中示出的锁定状态，接合部在该锁定状态中不会分离。

通过第二次向下推动盒侧连接件33实现了上述锁定状态的释放。借此，连接器主体单元10和燃料盒30整体上移(即沿燃料电池的方向)。前述运动通过第一环23和第二环24的向上运动而实现。第二环24的下端离开接合阶部223b并转动。第三环25的棘轮齿253的锥形表面引起第二环24的转动，随着盒侧连接件33的随后缩回，第二环24的引导凸出部242的锥形表面从棘轮齿223的接合阶部223b移动到与到达第二引导槽224的锥形表面接触的位置。与这些锥形表面的接触使第二环24沿“d”方向进一步转动，并且引导凸出部242转动到进入第二引导槽224的位置。如图8所示，在第二环24的上述转动位置，接合凸出部331c1离开锁定凸出部244，对准纵向槽的位置，并且从锁定接合中释放，借此管状连接器主体331c可以在分开方向上移动，通过压缩弹簧件14的力使管状连接器主体331c能够在这个方向上移动，并且被推出。同时，连接器侧阀12比盒侧阀34更迟关闭。由于在上述的盒分离过程中燃料供应口34a首先被关闭，因此防止了燃料从燃料盒30泄漏。

因此，在上述保持燃料供应口34a和燃料接收口10a相互极靠近的状态下，连接器主体单元10与盒连接件33整体移动，这便可能或者将连接侧接合装置S1与盒侧接合装置S2接合并且连接和固定燃料盒30，或者将接合装置从上述接合中释放并且分开燃料盒30。因此，通过维持燃料接收口10a和燃料供应口34a相互极靠近状态，有可能基本消除燃料接收口10a和燃料供应口34a之间的间隙(燃料F能够渗入该间隙中)。而且，当这些部件维持在上述极靠近的状态时，由于盒侧接合装置S2可以与连接侧接合装置S1连接，并且燃料盒30可被连接和固定，因此，在燃料盒30的脱离和断开过程中实际上不存在燃料F可以渗入的间隙。换句话说，这种构造使燃料难于渗入燃料接收口10a和燃料供应口34a间的间隙，这有可能减少燃料F泄漏到外部。

当燃料盒中所有燃料F都耗尽并且即将从燃料电池连接器1上卸下燃料盒30时，并且为了将装置从图8所示的最大插入状态转换到图7所示的第一插入步骤的位置，连接器主体单元10向下移动，同时燃料接收口10a和燃料供应口34a保持紧密接近。上述移动伴随着具有燃料排出口的喷嘴13(图12)的顶端沿着具有将燃料导向燃料电池(未图示)的燃料进入口100a的管状部的内壁滑动，并且通过安装在口100a内部槽内的O形环。因此，燃料进入口100a内部的容积仅增加了与喷嘴13的位移H相对应部分的容积。换句话说，在燃料从燃料接收口10a流入燃料电池侧以后在燃料从燃料接收口10a流入燃料进入口100a的过程中，由于空间容积增大，因此燃料通道中的压力达到负值。由于这样的原因，即使燃料盒侧30的间隙中存在少量的燃料F，负压也会将这些燃料吸入到燃料电池连接器1的内部。这种状态有可能减少上述间隙中的残余燃料，并且即便当燃料盒30与燃料电池连接器1分开时也可能防止燃料泄漏。

因此，已经示出了连接器主体单元10和盒侧连接器33(即，燃料电池连接器1和燃料盒30)能够固定在一起，并有可能自由接合和断开。

在上述实施例中，通过棘轮机构S将燃料盒30与燃料电池连接器1连接并固定在一起。然而，本发明不限于仅使用这样的机构，可以使用任何其他机构以允许将燃料盒30维持在上述插入状态并易于从燃料电池连接器上分离。弹簧件可以是压缩弹簧，或片簧(未图示)，弹簧仅施加用于将燃料盒30推向燃料电池连接器1的弹性力。

Claims (16)

1.一种用于与燃料盒可拆卸地连接的燃料电池连接器，所述燃料盒包括：填充有待供应至燃料电池的燃料的内腔、向盒外侧打开的燃料供应口、能够打开或关闭前述燃料供应口的盒侧阀、和设置有前述盒侧阀的盒侧连接件，其特征在于，所述连接器还包括：

燃料接收口，当连接所述燃料盒时，所述燃料接收口向外侧打开并且与所述燃料供应口连通；

连接器侧阀，所述连接器侧阀打开和关闭所述燃料接收口，并且在所述盒侧连接件的第一插入运动的作用下与所述盒侧阀一起执行打开运动；

连接器主体单元，所述连接器主体单元沿前述盒侧连接件的插入方向可移动，容纳前述连接器侧阀，并且与所述盒侧连接件可套叠地连接；

弹性件，所述弹性件用于阻止所述连接器主体单元沿插入方向的运动；以及

固定机械部件，所述固定机械部件环绕所述连接器主体单元，设置有用于与所述盒侧连接件接合的接合装置，并且与燃料电池使用装置连接；所述连接器动作，从而当前述盒侧连接件从第一插入位置进一步移动到第二插入位置时，前述连接器主体单元与所述盒侧连接件整体移动，同时燃料接收口和燃料供应口保持极靠近的状态，以使前述接合装置与所述盒侧连接件接合，借此将所述燃料盒连接和固定在连接位置。

2.根据权利要求1所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器侧阀的管状连接器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料接收口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连接的一侧，所述连接器侧连接件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃料供应口的壳体的顶端上。

3.根据权利要求2所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒侧阀能够沿打开方向移动。

4.根据权利要求3所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。

5.根据权利要求4所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将燃料引导到燃料电池中的前述燃料进入口。

6.根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒侧阀能够沿打开方向移动。

7.根据权利要求6所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。

8.根据权利要求7所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体地移动，并具有用于将所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将燃料引导到燃料电池中的前述燃料进入口。

9.根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。

10.根据权利要求9所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的所述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的所述燃料进入口。

11.根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体地移动，并且具有用于将由所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的所述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的所述燃料进入口。

12.根据权利要求11所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器侧阀的管状连接器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料接收口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连接的一侧，所述连接器侧连接件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃料供应口的壳体的顶端上。

13.根据权利要求12所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒侧阀能够沿打开方向移动。

14.根据权利要求1所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器侧阀的管状连接器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料接口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连接的一侧，前述连接器侧连接件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃料供应口的壳体的顶端上，所述连接器侧阀能够在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。

15.根据权利要求14所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将由所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的所述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的前述燃料进入口。

16.根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒侧阀能够沿打开方向移动，在与所述燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口，所述喷嘴的所述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的前述燃料进入口。

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