CN101820071B - 用于燃料电池动力系统的燃料箱的附接装置和配备附接装置的便携式电子装置 - Google Patents

用于燃料电池动力系统的燃料箱的附接装置和配备附接装置的便携式电子装置 Download PDF

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Abstract

一种用于燃料电池动力系统的燃料箱的附接装置。附接装置将电子元件产生的热量热传导至燃料箱。该附接装置进一步地通过固定部分贴附至电子元件。一方面，附接装置被包括在燃料电池动力电子装置中。另一方面，附接装置是燃料箱的一体组成部分。

Description

用于燃料电池动力系统的燃料箱的附接装置和配备附接装置的便携式电子装置
技术领域
本发明主要涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种用于燃料电池动力系统的燃料箱的附接装置，以及一种配备这种附接装置和燃料箱的便携式电子装置。
背景技术
燃料电池因为有潜力作为一种对环境影响相对较小的发电机，近年来受到了极大的关注。燃料电池的基本原理为人所知已有较长的时间，但是，因为其相对高的生产成本和操控其工作的难度，燃料电池几乎没有获得广泛使用。另外，虽然燃料电池发电通常地产生非常少的化学污染，但是该优点常常被生产和封装燃料电池的燃料所需的能量否定。
不同种类的燃料电池还可能具有不同的工作要求，从而限制某特定种类的燃料电池在特定应用中的效力。例如，某些燃料电池在极其高的温度下工作，而其他的燃料电池需要压缩气体作为燃料源。这些不同的要求会引发安全问题或限制功率容量、使用寿命或其他燃料电池的重要特征，从而，限制燃料电池在某些应用中的效用。
尽管某些种类的燃料电池具有局限性，它们仍不失为一种有前途的技术，尤其对某些动力应用而言。燃料电池的基本结构在本领域是公知的，此处不作讨论。然而，图1显示了一种示意性布局，图示地描述了燃料电池100提供电力给用电器104，这是一种具有代表性的从燃料电池100获得电力的电力系统。为了发电，燃料电池必须保持化学反应，该化学反应需要合适的燃料源，例如：氢气(H2)。在图1中，该源以燃料箱102表示，其与燃料电池100流体连接。根据燃料电池和所使用燃料的类型，不同的工作条件也必须保持在预定的范围内。例如，不同类型的燃料电池的工作温度是不同的。另外，燃料箱的温度必须与所使用的燃料类型相适应，从而确保适当的燃料流进入燃料电池。
发明内容
根据一个主要的方面，本发明所述附接装置用于燃料电池动力系统的燃料箱。该附接装置具有与发热电子元件热接触的第一表面，与燃料箱热接触的第二表面，和位于两者之间的热导体。该热导体将热量从第一表面传导至第二表面，从而使得由电子元件产生的热量被燃料箱吸收。
附图说明
为了更好地理解此处描述的实施例，并更清楚地显示这些实施例如何产生效果，以下将结合随附的图示以示例的方式进行说明，其中：
图1是适于提供电力至用电器的燃料电池和输送燃料至燃料电池的燃料箱的布局的示意图；
图2是诸如在电子装置中使用的印刷电路板(PCB)的立体示意图；
图3是电子装置内的印刷电路板和与该印刷电路板进行热传导的燃料电池燃料箱的侧视示意图；
图4是印刷电路板的部分的侧视示意图，该部分带有用于燃料箱的附接装置，该附接装置具有适于使该附接装置贴附于印刷电路板边缘的固定部分；
图5A是印刷电路板的侧视示意图，该印刷电路板用于带有燃料箱用附接装置的装置，附接装置具有固定部分，该固定部分适于将附接装置贴附至印刷电路板并安置于印刷电路板的孔内；
图5B是如图5A所示的印刷电路板的俯视示意图，显示印刷电路板中限定的若干孔，该孔用于贴附适于与印刷电路板的电子元件热接触的附接装置；
图6A是印刷电路板与附接装置的第一和第二表面的立体示意图，该附接装置与印刷电路板形成一个整体；
图6B是图6A所示的印刷电路板的立体示意图，显示形成一个整体的燃料箱和附接装置系统的顶部部分；以及
图6C是图6A及图6B所示的印刷电路板的立体示意图，显示形成一个整体的燃料箱和附接装置系统和印刷电路板整体地邻接。
具体实施方式
图1显示了用电器104代表着许多不同的电子装置或元件中的任一种。这样的用电器的一个示例是，具有安装在印刷电路板(PCB)上或者嵌入至少一个集成电路(IC)中的至少一个电子元件的电路。用电器104由燃料电池100提供电力，燃料电池100与燃料箱102连接，并使用储存在燃料箱102中的燃料。
图2是印刷电路板204的示意代表图，该印刷电路板204包括多个分散的电子元件。众所周知，许多电子元件产生大量的热量，这些热量必须被排出至周围环境。这对于小而紧凑又缺少有效散热所需空间的装置来说尤其是个问题。
通过将印刷电路板204产生的热量热传导至燃料箱102并为燃料箱102所用，该缺点可被很好的利用。如图3所示，燃料箱102与印刷电路板204邻接，从而允许在其间产生热传导。在某些燃料电池系统中，从燃料源(如金属氢化物)产生氢气的过程是吸热反应。在这样的燃料电池中，反应在热量被供给至燃料箱102中的燃料时完成。因为印刷电路板204通常是发热的，印刷电路板204与燃料箱102的热接触可利用这些热量来提升燃料箱102中燃料的温度。对于吸热反应，利用邻接部件产生的热量减小或完全去除从另一源提供热量的需求，同时还简化了将过度热量从印刷电路板204排出的结构。
为了确保印刷电路板204与燃料箱102之间适当的热传导，尤其就常遇到大量碰撞的便携式装置300来说，如图4所示，附接装置400被用于燃料箱102和印刷电路板204之间。根据本发明的一个方面，附接装置400包括热导体414。热导体414具有第一表面410和第二表面412，第一表面410直接或最终与印刷电路板204的至少一个发热部分热接触，第二表面412直接或最终与燃料箱102热接触。热导体414将热量从第一表面410传导至第二表面412，从而由印刷电路板204产生的热量被燃料箱102吸收。为了将第一表面410贴附至印刷电路板204，附接装置设有固定部分406。第二表面412优选地以任何合适的方式贴附至燃料箱102，或者是燃料箱102的部分。热导体414的第一表面410和第二表面412可分别与印刷电路板204的至少一个发热部分以及燃料箱102直接接触。可替换地，第一表面410和第二表面412可进一步地被可作为导热体414的保护材料的导热材料所覆盖。
根据本发明的另一个方面，固定部分406可进一步包括唇缘408，该唇缘408位于与附接装置400的第一表面410相对的位置，从而印刷电路板204的边缘安置于唇缘408和第一表面410之间。在相对的唇缘408和第一表面410之间是一个空间，印刷电路板204的边缘可插入该空间以将附接装置固定至其中。位于相对的唇缘408和第一表面410之间的空间具有一定尺寸，从而印刷电路板204紧密地安装在第一表面410和相对的唇缘408之间，从而阻止燃料箱102和印刷电路板204之间沿垂直于附接装置400的第一表面412方向上的相对运动。空间的尺寸以及相对的唇缘408的弹性也可如此，当印刷电路板204的边缘安置到该空间时，形成阻止印刷电路板204沿平行于第一表面410的方向运动的压力装配。类似的相对的唇缘408也可从附接装置400位于印刷电路板204的其它边缘处延伸出。例如，对于四边形的印刷电路板204，唇缘408可用来固定印刷电路板204的两个，三个或者甚至所有四个边缘，从而进一步地限制印刷电路板204相对于燃料箱102的横向运动。
附接装置400也可以其他的方式固定至印刷电路板204。根据本发明的另一方面，如图5A所示，附接装置400被固定至印刷电路板204沿其表面的一个或者更多的定位点上。印刷电路板204限定的孔512以虚线表示。孔512提供了一个定位点，附接装置400可通过该定位点连接至印刷电路板204。附接装置400具有固定部分406，该固定部分406从附接装置400的第一表面突出并且位于靠近印刷电路板204的位置。固定部分406被成形为使得中间部分516安装于印刷电路板204的孔512中，同时，相对的唇缘408沿平行于第一表面410的方向延伸并与该表面相对，并且和印刷电路板204的与第一表面410接触的侧面相背的侧面接触。就是说，附接装置400通过和孔512安装在一起的固定部分406有效地“夹住”印刷电路板204，从而保持燃料箱102与印刷电路板204热接触。固定部分406的中间部分516阻止印刷电路板204和燃料箱102之间任何的相对横向运动，同时，唇缘408连同第一表面410一起阻止印刷电路板204和燃料箱102沿垂直方向上任何的相对运动。本领域技术人员应理解，附接装置400也可能被贴附至装置300的任意其它部分，例如贴附至任何电子元件或外壳。
单个附接装置400可具有多个固定部分406，并因此连接至印刷电路板204上的多个定位点。例如，如图5B所示，印刷电路板204的俯视图中显示两个孔512，每个孔512都可安置附接装置400的固定部分406。具有多个定位点不仅有助于阻止燃料箱102和印刷电路板204之间任何的相对旋转运动，还有助于阻止燃料箱102和印刷电路板204之间沿三个笛卡尔坐标方向的任何的相对平移运动。本示例中显示了两个集成电路522，524安装在印刷电路板204上(也可能包括其他元件，但为了简化在此图中未示出)。当附接装置400通过装配在孔512中的固定部分406安装至印刷电路板204时，燃料箱102同时和集成电路522、524保持紧密的热传导，从而对这两个集成电路起到散热片的作用。导热材料526也可被定位于印刷电路板204上，与诸如集成电路522的元件接触，为热源(集成电路)和燃料箱102之间提供更大的热接触表面。通过增加集成电路522和燃料箱102之间的热传导途径，这样的材料可用来增加燃料箱的“散热片”作用的效力。
回到图5A，根据本发明的另一方面，附接装置400是燃料箱102结构的一体组成部分。附接装置400的第一表面410具有平坦的轮廓以及与印刷电路板204紧密匹配的形状，从而为集成电路板204和燃料箱102之间提供高效的热传递。为使热量可在集成电路板204和燃料箱102之间传递，第一表面410和第二表面412成热传导关系。储存燃料的燃料箱102的内部空间520可进一步地延伸至安全部分406。这种设计既提供了额外的燃料储存空间，又提供了额外的表面积，通过该额外的表面积热量可被燃料箱102吸收。本领域技术人员应知悉，内部空间520也可局限于燃料箱102的平坦区。
根据本发明的又一方面，附接装置400具有和发热印刷电路板204相应的形状，并且与印刷电路板204上的电子元件或集成电路(522，524)的形状相适配。因为大多数的印刷电路板204趋向于长度和宽度远大于厚度(也就是，它们趋向于具有平坦的轮廓)，那么，如果附接装置400的第一表面410的形状与印刷电路板204的形状相符，可增强热传导。为了这么做，第一表面410被设计成其轮廓与印刷电路板204的表面相匹配这样的方式。
现在参见图6A-6C，图6A-6C描述本发明的又一方面。根据该特定的方面，印刷电路板204、附接装置400和燃料箱102组成了单个集成装置640。附接装置400的第一表面410(为了清楚，与印刷电路板204分开显示)和固定部分406沿着显示为组装过程一部分的方向贴附至印刷电路板204的发热部分。固定部分406是紧扣层，例如应用到第一表面410上的密封件，然而，其他类型的贴附手段也是可行的，例如用于安置于印刷电路板204的孔512内的固定部分406，沿平行于第一表面410的方向延伸的唇缘408或者其它任何有效的贴附手段。在组装时，该第一表面410起到热印刷电路板的接触表面的作用。第一表面410可由一种或多种不同的材料制成。将第一表面410密封至印刷电路板204也有不同的手段。
附接装置400的第二表面412是燃料箱102的部分，以便产生完全密闭的内部空间520(除了没有在图中显示的一个或多个供应/输出端口)。一旦集成装置640组装完成，第一表面410和第二表面412将印刷电路板204元件与燃料箱102的内部空间520上的燃料隔离开。燃料箱102可被设计成任何理想的形状和体积，以提供可将燃料储存在其中的内部空间。
第一表面410可由可变形的导热材料制成，这种材料可通过各种各样不同的技术作为保形涂料应用到印刷电路板204上。顶部部分518，作为燃料箱102的顶部和侧面，可由具有足够刚度的材料在保持燃料箱102理想形状的工作温度下制成。图6C描述了这样的集成装置640一旦被装配到印刷电路板204上时的示例。本领域技术人员应知悉，尽管印刷电路板204的发热部分在图6A-6C中是透过集成的附接装置和燃料箱系统可见的，这个特例仅是起到图解表示的用途，集成装置没有必要由透明的材料制成。
根据本发明的再一方面，涉及便携式电子装置，该装置包括如前面所描述的燃料电池动力系统和附接装置。便携式电子装置中的发热是尤其应关注的问题，使用电子元件产生的热量来提升燃料动力系统的性能可能是有用的。为了这样做，便携式电子装置包括燃料箱，该燃料箱用于储存被燃料电池用来发电的燃料。正如前面所描述的，燃料箱和一个或几个发热电子元件间的热传导通过使用附接装置而得到提升。根据前面描述的本发明任何一方面中提及的附接装置均可被使用。
本发明前述这些方面中的附接装置仅起到示例的目的。本领域技术人员应知悉，在不偏离由随附的权利要求中所限定的附接装置，燃料箱以及燃料电池动力电子装置的精神和范围的情况下，对本发明作出的形式上，材料使用以及设计上的各种改变都在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种用于燃料电池动力系统燃料箱(102)的附接装置(400)，所述附接装置(400)包括：
热导体(414)，所述热导体(414)具有第一表面(410)和第二表面(412)，所述第一表面(410)用于与至少一个发热电子元件(204)热接触，所述第二表面(412)用于与燃料箱(102)热接触，所述热导体将热量从第一表面(410)传导至第二表面(412)，以使燃料箱(102)吸收所述至少一个电子元件(204)产生的热量；以及
固定部分(406)，所述固定部分(406)用于将第一表面(410)贴附至所述至少一个电子元件(204)，所述固定部分包含一个唇缘，所述唇缘位于与第一表面相对的位置，以使所述至少一个电子元件的边缘安置于唇缘和第一表面之间并且被保持在其中。
2.根据权利要求1所述的附接装置，其中，所述固定部分安置在由所述至少一个电子元件限定的孔内。
3.根据权利要求1或2所述的附接装置，其中，固定部分是燃料箱的一体组成部分。
4.根据权利要求1或2所述的附接装置，其中，第一表面与所述至少一个电子元件形状相适配。
5.根据权利要求1或2所述的附接装置，其中，燃料箱与附接装置形成一个整体，且燃料箱限定用于储存燃料的内部空间。
6.一种燃料电池动力电子装置(300)，包括：
燃料箱(102)，所述燃料箱(102)用于储存燃料，所述燃料用于输送至燃料电池；以及
附接装置(400)，所述附接装置用于贴附至燃料箱(102)，以使所述燃料箱(102)与至少一个发热电子元件(204)热传导，所述附接装置(400)包括：
热导体(414)，所述热导体(414)具有第一表面(410)和第二表面(412)，所述第一表面(410)用于与至少一个发热电子元件(204)热接触，所述第二表面(412)用于与燃料箱(102)热接触，所述热导体(414)将热量从第一表面(410)传导至第二表面(412)，以使燃料箱(102)吸收所述至少一个电子元件(204)产生的热量；以及
固定部分(406)，所述固定部分(406)用于将第一表面(410)贴附至所述至少一个电子元件(204)，所述固定部分包含一个唇缘，所述唇缘位于与第一表面相对的位置，以使所述至少一个电子元件的边缘安置于唇缘和第一表面之间并且被保持在其中。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，附接装置包括固定部分，所述固定部分用于将附接装置牢固地贴附至所述至少一个电子元件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，固定部分安置在由所述至少一个电子元件限定的孔内。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，固定部分是燃料箱的一体组成部分。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述热导体的第一表面与所述至少一个电子元件形状相适配。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，燃料箱限定用于储存燃料的内部空间。
12.一种燃料箱和燃料电池动力电子系统(604)，包括：
至少一个发热电子元件(204)；
燃料箱(102)，所述燃料箱(102)用于储存燃料，所述燃料用于输送至燃料电池；和
附接装置(400)，所述附接装置用于贴附至燃料箱(102)，以使燃料箱(102)与所述至少一个发热电子元件(204)热传导，所述附接装置(400)包括：
热导体(414)，所述热导体(414)具有第一表面(410)和第二表面(412)，所述第一表面(410)用于与至少一个发热电子元件(204)热接触，所述第二表面(412)用于与燃料箱(102)热接触，所述热导体(414)将热量从第一表面(410)传导至第二表面(412)，以使燃料箱(102)吸收所述至少一个电子元件(204)产生的热量；以及
固定部分(406)，所述固定部分(406)用于将第一表面(410)贴附至所述至少一个电子元件(204)，所述固定部分包含一个唇缘，所述唇缘位于与第一表面相对的位置，以使所述至少一个电子元件的边缘安置于唇缘和第一表面之间并且被保持在其中。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，附接装置包括固定部分，所述固定部分用于将附接装置牢固地贴附至所述至少一个电子元件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，固定部分安置在由所述至少一个电子元件限定的孔内。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，固定部分是燃料箱的一体组成部分。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述热导体的第一表面与所述至少一个电子元件形状相适配。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，燃料箱限定用于储存燃料的内部空间。
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