CN104995577A - 计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算设备，其包括：外壳罩，其至少具有第一部分，所述第一部分为可透氧微结构，其中所述第一部分与所述外壳罩一体成型；电子部件，其处于所述外壳罩内；以及燃料电池，其具有与所述外壳罩的所述第一部分流体连通的氧化剂入口。

Description

计算设备

本发明涉及计算设备的领域，所述计算设备可由内部燃料电池供电。

如膝上型计算机的常规计算设备通常包括一个或多个通风开口。计算设备中的开口允许空气被：吸入设备中；用来冷却设备的部件；并且从设备中排出。典型地，网罩可被用来将计算设备的用户与风扇分开，所述风扇被用来将空气导引穿过开口。网罩也可以阻止来自环境的碎屑被吸入设备中。

使用包括通风孔口或网罩遮盖开口的计算设备会遇到许多问题，例如：

孔口可允许小于孔口的外来物体被吸入设备中；

网罩遮盖开口或孔口可允许灰尘被吸入设备中；

网罩遮盖开口或孔口可允许如水的液体快速流入设备中；

网罩遮盖开口或孔口会缺乏美学吸引力；

网罩遮盖开口或孔口可允许风扇噪音几乎无衰减地从设备中发出；并且

网罩可能包含易受损坏的弱机械联接件。

或者，如移动电话的其它计算设备在低功率下操作并且不需要对流冷却，因此可无需提供通风开口。这些设备不会展现由包括网罩遮盖开口或孔口的计算设备所经历的问题。然而，这样的解决方案并不适用于所有类别的计算设备。在一些情况下，有必要使流体从环境进入设备。

燃料电池也可以被并入计算设备中，以便提供移动电源。计算设备内的燃料电池需要氧化剂和燃料。可方便地从周围环境的空气中获得氧化剂，而不是在设备内储存氧化剂。并入有燃料电池的设备可具备开口，以便使空气被从环境吸入燃料电池的氧化剂入口中。由于这个原因，即使在设备的计算部件不需要对流冷却的情况下，这样的计算设备也可具备开口，并且因此，计算设备遭受与使用通风开口和网罩有关的局限性。

一种计算设备，其包括：

外壳罩，其至少具有第一部分，所述第一部分为可透氧微结构，其中所述第一部分与所述外壳罩一体成型；

电子部件，其处于所述外壳罩内；以及

燃料电池，其具有与所述外壳罩的所述第一部分流体连通的氧化剂入口。

所述外壳罩的所述第一部分可以为所述电子部件和/或所述燃料电池提供结构支撑。所述外壳罩的所述第一部分可以为所述电子部件和/或所述燃料电池提供机械保护。所述外壳罩的所述第一部分可为刚性的。

所述外壳罩可具有第二部分，所述第二部分为提供比所述第一部分更低透氧性的微结构。所述第二部分可与所述外壳罩和/或所述第一部分一体成型。所述第二部分可具有大致上不透氧微结构。

所述外壳罩可不具有可见孔口。所述外壳罩可为单一结构。

所述第一部分的所述可透氧微结构可包括气孔或孔口，所述气孔或孔口具有其在所述壳罩的外表面平面中的最长尺寸的平均长度，所述平均长度小于0.1微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、10微米或20微米中的一个。所述气孔或孔口可以有序图案排列。

所述外壳罩典型地由至少一种固体材料形成，并且可包含以下材料中的一种或多种：多孔烧结材料；碳纤维；金属化多孔塑料；穿孔金属材料；金属或合金；多孔石墨；编织金属纤维；金属化多孔玻璃；不锈钢；可能具有保护性涂层的铝；塑料；碳纤维；复合材料；多孔玻璃；陶瓷；或涂有金属的材料。

所述燃料电池的所述氧化剂入口可被提供在所述燃料电池的氧化剂入口面上。所述燃料电池的所述氧化剂入口面可被整合到所述外壳罩的所述第一部分。

所述计算设备可包括风扇。所述风扇可被配置来将空气导引穿过所述外壳罩的所述第一部分而进入所述燃料电池的所述氧化剂入口中。

所述计算设备可包括第一流体流动路径和第二流体流动路径。所述第一流体流动路径可被提供在所述风扇与所述电子部件之间。所述第二流体流动路径可被提供在所述风扇与所述燃料电池的所述氧化剂入口之间。所述风扇可被配置来将空气导引进入所述第一流动路径和所述第二流体流动路径中。

所述外壳罩的所述第一部分可以为所述电子部件或所述燃料电池提供结构支撑。所述外壳罩可与所述燃料电池或所述电子部件热接触。所述外壳罩可被配置来从所述燃料电池或所述电子部件传导热量，以便维持所述设备的合适操作温度。所述风扇可位于所述外壳罩的所述第一部分与所述氧化剂入口之间。所述外壳罩的所述第一部分可包括化学过滤器。

所述外壳罩的所述第一部分可被配置来从经过所述外壳罩的外部与所述燃料电池的所述氧化剂入口之间的空气流中过滤以下各项中的至少一种：芳族化合物；烃类；一氧化碳；硫化合物；挥发性有机化合物(VOC)；氮的氧化物；以及颗粒物质。

所述燃料电池可为燃料电池堆。所述外壳罩的所述第一部分可提供所述燃料电池堆的压缩板。

所述外壳罩可具有亲水性芯部，所述亲水性芯部被配置来从所述燃料电池芯吸水。所述外壳罩可具有疏水性涂层来阻止水分进入所述设备。

所述外壳罩可不具有可见孔口。所述计算设备的所述电子部件和/或所述燃料电池可部分地或完全地封闭在(部分地或完全地处于)所述外壳罩内。部分封闭可意指所述电子部件和/或所述燃料电池至少部分地位于由所述外壳罩的两个或更多个表面界定的区域中。

以上关于第一方面或以下关于本文中的任何实例所述的任选特征也可以被提供给另一个计算设备。

根据本发明的第二个方面，提供一种计算设备，其包括：

包含材料的外壳罩，所述外壳罩具有：

第一部分，其具有可透氧微结构，以及

第二部分，其具有大致上不透氧微结构，以及

燃料电池，其具有与所述外壳罩的所述第一部分流体连通的氧化剂入口。

本发明还公开一种计算设备，其包括：外壳罩，其不具有可见孔口并且具有可透氧微结构；以及燃料电池，其具有被整合到所述外壳罩的氧化剂入口。

本发明还公开一种计算设备，其包括：外壳罩，其具有可透氧微结构；以及燃料电池，其具有与所述外壳罩流体连通的氧化剂入口。

现将借助实例并且参照附图来描述本发明的实施方案，在附图中：

图1示出包括外壳罩和燃料电池的设备；

图2示出包括外壳罩和整合到外壳罩的燃料电池的设备；

图3示出包括外壳罩、电子部件、风扇和燃料电池的设备；并且

图4示出包括外壳罩、电子部件、风扇和整合到外壳罩的燃料电池的设备。

本发明涉及包括燃料电池的计算设备。所述设备还包括外壳罩，空气可以穿过所述外壳罩被吸入燃料电池中而不需要网罩或可见孔口。所述计算设备可以是消费者电子设备，例如计算机、数码相机、电子书、个人媒体播放设备、智能手机、导航设备或移动电话。计算机的类型包括例如膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、台式计算机和平板计算机。在一些实例中，所述计算设备可以是提供数据处理能力的任何设备。

在一些实例中，提供微孔壳罩、织物壳罩或微穿孔壳罩。壳罩可以允许空气穿过壳罩扩散以为燃料电池提供氧化剂。燃料电池可因此被设置于计算设备的壳罩中，而不需要为空气进入提供可见孔口。这种壳罩的提供可以改进外观并限制灰尘进入计算设备中。

本文使用的表述“壳罩”意图涵盖用于设备的任何形式的保护性壳体或部分壳体，包括外壳、外皮或外套。“外”壳罩可指代外部表面壳覆盖物。

图1示出计算设备100，其包括外壳罩102a、102b和燃料电池104。外壳罩包括第一部分102a和第二部分102b，两者都整合到外壳罩。

第一部分102a包括透氧微结构。也就是说，第一部分102a包含一种材料，所述材料由于它的微结构而自身固有地可渗透氧气。这种微结构可以允许氧气渗透穿过外壳罩，而不需要在外壳罩的第一部分102a中的可见孔口。透气微结构为可透氧的。在其它实例中，整个外壳罩可包括透氧微结构。

材料的微结构可被定义为：在不利用人工放大手段的情况下，材料中对眼睛不可见的结构。微结构包括微结构特征，例如孔口、裂缝或气孔。外壳罩中的微结构特征可具有其在壳罩的外表面平面中的最长尺寸的平均长度，所述平均长度小于0.1微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、10微米或20微米中的一个。特征的平均长度可以通过以下方式测定：使用显微镜在例如100x或10000x的放大率下检查外壳罩的1mm²的部分。

外壳罩的第一部分102a可由微穿孔材料提供。用于第一部分102a的合适衬底材料的实例包括：金属，如不锈钢和铝，可能具有保护性涂层；塑料；碳纤维；多孔玻璃和陶瓷。衬底材料可以是涂有金属的材料。这样的材料可以使用例如微铣削技术来制备，所述微铣削技术如激光切割或离子束铣削。外壳罩的第一部分102a中的孔口可以有序图案排列。以有序排列来提供孔口具有的益处是：为外壳罩的机械性质提供更大均匀性，并从而减少脆弱点形成的可能性。

外壳罩102a、102b可被成形为结构构件，内部部件可以被锚固在所述结构构件上。外壳罩102a、102b可作为刚性材料来提供，以便为设备100内的如计算部件的电子部件和燃料电池104提供保护。也就是说，这种外壳罩102a、102b在正常使用中不会变形。外壳罩102a、102b还可由耐冲击材料形成，以便保护设备100的燃料电池104和其它电子部件。外壳罩的第一部分102a和第二部分102b中的两个或任一个可以为外壳罩内的电子部件提供机械保护或结构支撑。

外壳罩102a、102b可：具有充分的结构强度以对电池施加压缩；为可成形的或可加工的，以便允许外套结构得以制成；为热传导性的，以便耗散热量；具有亲水性质，以便去除或阻止水分的进入；并且为耐腐蚀的。

外壳罩102a、102b可包含多孔或微孔烧结材料，从而提供以上所需性质中的一个或多个。或者，外壳罩102a、102b可包含刚性织物材料。

作为另一替代方案，外壳罩102a、102b可作为柔性材料来提供，如作为柔性织物或外皮来提供。

外壳罩的第一部分102a提供物理/机械过滤器，其阻止灰尘、颗粒物和宏观物体进入设备100。这种物理过滤的提供也可以阻止或阻碍如水的液体的渗透到设备100中。外壳罩的物理过滤因此可以减少设备100由于外部物体进入而发生故障的可能性。第一部分102a可涂有疏水性材料，其阻止液体进入设备100但允许水蒸汽从设备100中逸出。疏水性材料的实例包括氟树脂，如和Gore-Tex^TM。

外壳罩的第一部分102a或设置在第一部分102a上并处于外壳罩内的层(或多个层)也可包括化学过滤器，以便阻止可能败坏燃料电池104或损坏其它部件的不合需要化学物质进入设备100。化学过滤器材料的实例为本领域中众所周知的活性炭或铂催化剂。此外，过滤器可包括以下各项中的一种或多种：塑料膜(如多孔PTFE膜)、纸、硅胶、编织材料、分子筛或树脂。化学过滤器可被配置来过滤以下各项中的一种或多种：芳族化合物；烃类；一氧化碳；硫化合物；挥发性有机化合物(VOC)；氮的氧化物；以及来自设备100的外部与燃料电池104的氧化剂入口106之间的传递的空气流中的颗粒物质。

在设备100为便携式膝上型计算机的实例中，外壳罩的可透气第一部分102a可以位于膝上型计算机的显示器盖中或位于膝上型计算机的主体中。

外壳罩的任选第二部分102b不具有可透氧微结构。也就是说，第二部分102b的微结构是大致上不可透氧的。第二部分102b的透氧性可小于第一部分102a的透氧性的0.1％、1％、10％或25％。透氧性可以使用ASTM D3985 05(2010)e1“使用库仑传感器测量穿过塑料薄膜和薄板的氧气透过率的标准试验方法(Standard Test Method forOxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Usinga Coulometric Sensor)”来评估。第二部分102b可以由如铝或钢的金属或高密度塑料来制作，并且可以由与第一部分102a相同的材料形成。如果第一部分102a和第二部分102b由同一种材料提供，那么第一部分102a和第二部分102b可以被考虑为彼此一体成型和/或与外壳罩整体形成。在第一部分102a和第二部分102b由同一种材料形成的情况下，尽管第一部分102a在化学上与第二部分102b相似，但是材料的局部微结构在第一部分102a与第二部分102b之前有所不同，以便在相应部分102a、102b中赋予不同的透氧性。第一部分102a因此可在外观上与102b相似(或无法由肉眼明显区别)。在这样的实例中，外壳罩可包括单块材料。也就是说，外壳罩可具有单一结构。在提供单一外壳罩的情况下，外壳罩的材料可包括具有透氧微结构的第一部分102a和具有为大致上不透氧的微结构的第二部分102b。常规的膝上型计算机外套或移动电话外部外壳材料为第二部分102b材料的实例。

或者，在不提供第二部分的情况下，因为外壳罩全部由第一部分102a组成，所以第一部分被考虑为与外壳罩一体成型。

燃料电池104具有与外壳罩的第一部分102a流体连通的氧化剂入口106。以这种方式，来自空气108的氧气可以通过外壳罩102a提供给燃料电池104的氧化剂入口106。可提供燃料电池104的堆叠。本文提到的“燃料电池”可等效地适用于“燃料电池堆”或反之亦然。

由各个所示出实例提供的类似特征以一致的参考数字来提供。

图2示出设备200，其包括外壳罩202和燃料电池204。燃料电池204的氧化剂入口面206与外壳罩202一体成型。也就是说，燃料电池的氧化剂入口面206(也可以被称为通风面)与可透氧外壳罩202接触。外壳罩202，尤其是外壳罩202中整合到氧化剂入口面206的部分，可以为燃料电池204提供机械保护和/或结构支撑。在另一个实例中，外壳罩202可提供燃料电池堆的一个或多个端板或压缩板。

整合的燃料电池204提供物理结构(或基座)，设备200的其它电子部件(未示出)可以被安装在所述物理结构(或基座)上。以这种方式，设备200的构造可得以简化。

燃料电池204可以是毛细管作用、空气冷却燃料电池。燃料电池204与外壳罩202的整合允许使用类似于人皮肤冷却原理的原理来冷却燃料电池204。燃料电池204被配置来通过毛细管作用冷却，所述毛细管作用从燃料电池204的活性膜抽出水，以便使其在没有强制对流的情况下、在表面处蒸发。由燃料电池的蒸发冷却产生的湍流空气208被示出在外壳罩202的外部。也就是说，外壳罩202可以是亲水性的，以便从燃料电池204中抽出水并使其蒸发到周围空气中。

在另一个实例中，外壳罩可具有亲水性芯部，所述亲水性芯部被配置来从燃料电池芯吸水。这个实例的外壳罩也可具有疏水性涂层来阻止水进入设备中。

设备200针对如下目标：

通过整合燃料电池204和外壳罩202来为设备200提供结构完整性，从而为附连的其它部件提供坚固基座；

通过将燃料电池204的整个面提供为氧化剂入口面206来提高燃料电池204的效率。

通过将燃料电池204设置于设备200的面朝外部分内以便允许燃料电池204的蒸发冷却，从而减少设备200遇到的热量管理问题。

设备200的外壳罩202被设计来通过传导从燃料电池(或燃料电池堆)移除热能，从而从燃料电池204耗散热量。也就是说，外壳罩与燃料电池热接触并且被配置来从燃料电池204传导热量，从而维持设备200的合适操作温度。

图3示出设备300，其包括外壳罩302a、302b、302c，燃料电池304，电子部件310和风扇312。

这个实例中的外壳罩302a、302b、302c包括第三部分，所述第三部分具有与第一部分类似的性质。第一部分在下文也被称为入口部分302a。类似地，第三部分在下文被称为出口部分302c。

风扇312被定位成相邻于外壳罩的入口部分302a、处于入口部分302a与燃料电池304的氧化剂入口306之间。或者，风扇312或第二风扇可被定位成相邻于外壳罩的出口部分302c。风扇312为强制对流设备的任选实例，其被配置来将空气308a抽吸或导引穿过外壳罩的入口部分302a而进入设备300中。第一体积的空气308b沿着第一流体流动路径而行，并通过流过电子部件310的散热片特征结构314(如散热器片)来为电子部件310提供对流冷却。外壳罩的入口部分302a被配置来为电子部件310提供作为冷却剂的空气。第二体积的空气308c沿着第二流体流动路径而行，并被提供到燃料电池304的氧化剂入口306。第二体积的空气308c为燃料电池提供氧化剂，并且也可被用来提供燃料电池的对流冷却。已流过散热片特征结构314的第一体积的空气308b，或已从燃料电池304的出口排出的第二体积的空气308c都通过外壳罩的出口部分302c从设备300排放。

燃料电池304可以为电子部件310和风扇312提供电力。板载电池(未示出)也可提供在设备300内，以为电子部件310和风扇312提供电力。燃料电池304可在低功率模式中操作以对板载电池再充电，或在高功率模式中操作。高功率模式可以被用来更快地对电池再充电，或提供电力来操作设备300。

图4示出设备400，其与图3示出的类似。然而，在这个实例中，设备400的燃料电池404以类似于在图2的实例中所描述的方式整合到外壳罩的入口部分402a。此外，在这个实例中，风扇412被提供在外壳罩的出口部分402c处，而不是提供在入口部分402a处。作为另一替代方案，可在位于外壳罩的入口部分402a与出口部分402c之间的流体路径中的任合位置处提供强制对流设备，以便增大穿过外壳罩402a、402c的气流。

在另一个实例中，外壳罩可为燃料电池堆提供结构支撑，并提供燃料电池堆的一个或多个端板或压缩板。

应了解，关于上文实例中的一个实例所描述的特征也可以与其它实例的特征组合提供。

Claims (21)

1.一种计算装置，其包括：

外壳罩，其至少具有第一部分，所述第一部分为可透氧微结构，其中所述第一部分与所述外壳罩一体成型；

电子部件，其处于所述外壳罩中；以及

燃料电池，其具有与所述外壳罩的所述第一部分流体连通的氧化剂入口。

2.如权利要求1所述的计算设备，其中所述外壳罩的所述第一部分为所述电子部件或所述燃料电池提供结构支撑。

3.如权利要求1或权利要求2所述的计算设备，其中所述外壳罩的所述第一部分为所述电子部件或所述燃料电池提供机械保护。

4.如权利要求2或权利要求3所述的计算设备，其中所述外壳罩的所述第一部分为刚性的。

5.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩具有第二部分，所述第二部分为提供比所述第一部分更低透氧性的微结构，其中所述第二部分与所述外壳罩一体成型。

6.如权利要求5所述的计算设备，其中所述第二部分具有大致上不透氧微结构。

7.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩不具有可见孔口。

8.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩为单一结构。

9.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述第一部分的所述可透氧微结构包括气孔或孔口，所述气孔或孔口具有其在所述壳罩的外表面平面中的最长尺寸的平均长度，所述平均长度小于0.1微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、10微米或20微米中的一个。

10.如权利要求6所述的计算设备，其中所述气孔或孔口以有序图案排列。

11.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩包含以下材料中的一种或多种：多孔烧结材料；碳纤维；金属化多孔塑料；穿孔金属材料；金属或合金；多孔石墨；编织金属纤维；金属化多孔玻璃；不锈钢；可能具有保护性涂层的铝；塑料；碳纤维；复合材料；多孔玻璃；陶瓷；或涂有金属的材料。

12.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述燃料电池的所述氧化剂入口被提供在所述燃料电池的氧化剂入口面上，并且其中所述燃料电池的所述氧化剂入口面被整合到所述外壳罩的所述第一部分。

13.如任何前述权利要求所述的计算设备，其还包括风扇，所述风扇被配置来将空气导引穿过所述外壳罩的所述第一部分而进入所述燃料电池的所述氧化剂入口中。

14.如权利要求13所述的计算设备，其还包括第一流体流动路径和第二流体流动路径，其中所述第一流体流动路径被提供在所述风扇与所述电子部件之间，所述第二流体流动路径被提供在所述风扇与所述燃料电池的所述氧化剂入口之间，并且其中所述风扇被配置来将空气导引进入所述第一流动路径和所述第二流体流动路径。

15.如权利要求14所述的计算设备，其中所述外壳罩与所述燃料电池或所述电子部件热接触，并且被配置来从所述燃料电池或所述电子部件传导热量，以便维持所述设备的合适操作温度。

16.如权利要求13至15所述的计算设备，进一步来说，其中所述风扇位于所述外壳罩的所述第一部分与所述氧化剂入口之间。

17.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩的所述第一部分包括化学过滤器。

18.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩的所述第一部分被配置来从经过所述外壳罩的外部与所述燃料电池的所述氧化剂入口之间的空气流中过滤以下各项中的至少一种：芳族化合物；烃类；一氧化碳；硫化合物；挥发性有机化合物(VOC)；氮的氧化物；以及颗粒物质。

19.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述燃料电池为燃料电池堆，并且所述外壳罩的所述第一部分提供所述燃料电池堆的压缩板。

20.如任何前述权利要求所述的计算设备，其中所述外壳罩具有亲水性芯部，所述亲水性芯部被配置来从所述燃料电池芯吸水；以及疏水性涂层，用以阻止水进入所述设备中。

21.一种计算设备，其包括：

包含材料的外壳罩，所述外壳罩具有：

第一部分，其具有可透氧微结构，以及

第二部分，其具有大致上不透氧微结构；以及

燃料电池，其具有与所述外壳罩的所述第一部分流体连通的氧化剂入口。