JP3692296B2 - 金属−空気電池用空気分配器 - Google Patents
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Description
(関連出願)
本発明は1997年10月24日に出願された米国特許出願第60/063,155号による利益を要求する。
【0002】
(技術分野)
本発明は一般的には、電池に関する。さらに具体的には、金属−空気電池のための空気調整器に関する。
【0003】
(発明の背景)
金属−空気電池は、パーソナルコンピュータやカムコーダ等の携帯用電子機器への電源装置として好ましい手段と認識されている。なぜなら、そのような電池が他のタイプの電気化学的電池に比較して、相対的に軽量であるのに相対的に高い電力出力を持っているからである。金属−空気電池は、金属あるいは金属化合物のようなより重い材料よりむしろ周囲の酸素をその電気化学反応における反応物として利用する。
【0004】
金属−空気電池は、水質電解液によって金属陽極から分離されている一つまたは多数の酸素電極を使用する。亜鉛−空気電池等の金属−空気電池は、その動作中、周囲空気からの酸素と電解液中の水は酸素電極で水酸化イオンに変換され、亜鉛は陽極で酸化されそして水酸化イオンと反応し、水と電子が解放され、電気エネルギが供給される。
【0005】
金属−空気電池は、しばしば十分な電気出力を供給するために、共通のハウジングの複数電池パックの中に配置されることがある。その結果、相対的に軽量の電池ができる。その電池パックが電気を供給するためには、電池パックの酸素電極に所定量の空気が供給されなければならない。幾つかの従来技術によるシステムでは、周囲から一定流量で新鮮な空気をそれらの酸素電極に順に送り、その際、流量は所望の電力出力に達するのに十分な量にする。そのような配置は、Cheikyの米国特許第4,913,983号に開示されている。Cheikyは、酸素電極に周囲の環境から空気流を供給するために、電池ハウジング内に設けたファンを使用する。Cheikyの電池は、電池が切られているときは閉じられる「空気扉」を備え、電池が導通させられると、その空気扉が開かれファンが動作し、そのハウジングに入り、そこを通りそして出て行く空気流が作られる。
【0006】
Cheikyの電池では非循環型であるが、Pediciniの米国特許第5,691,074号は、ファンが金属−空気電池の酸素電極を順に再循環するシステムを開示している。そのファンは、一つまたは多数の開口を介して空気を出し入れし、再循環する空気を再び新鮮にする。その電池は、ファンが動作しているときは、出力電流を供給するが、ファンが動作せず、一つまたは多数の開口が密閉されたままのときは、最小限の出力しか現わさない。すなわち、Pediciniの金属−空気電池は、一つまたは多数の開口を開いたり閉じたりするための空気扉あるいはそれと同様なものを動作させることなく、長い貯蔵寿命を有する。一つまたは多数の開口は、それらの開口の密封が破られファンがオフの時にその開口を通って流れる空気流量を制限するように寸法決めされる。
【0007】
Pediciniの制限的空気開口、およびCheikyの空気扉は、電池が動作しないとき、金属−空気電池を周囲環境からほぼ絶縁する。電池が動作しないとき金属−空気電池を周囲環境から絶縁することにより、電池の貯蔵寿命が増加し、そして周囲の湿気レベルの金属−空気電池への不利益な影響を減少させている。金属−空気電池を露出させると、酸素電極を通して空気から水分を吸収し、「浸水現象」と呼ばれる条件により、電池がダメになってしまう。あるいは、酸素電極を通して電解液から水蒸気が開放され、乾燥により電池がダメになる。
【0008】
典型的な金属−空気電池は、体積と重量が与えられた電池から可及的最大の電力出力が得られるように、比較的大きな酸素電極表面を持つように設計されている。金属−空気電池ハウジングの中に空気が取りこまれると、その酸素を運ぶ空気は、全ての酸素電極の表面に分配される。しかし、複数電池システムでは、空気分配通路はファンから非常に長く延びており、そして順々に酸素電極表面を通って行くのが普通である。酸素は、分配通路に沿って流れて行く間に空気流から使い尽くされであろう。そして、分配通路の末端では、酸素濃度は、全ての電池から最高限度の電力出力を作るために所望のレベルを下回ることとなる。不均一な空気流分配の結果、(電池が並列に配置されているとき)各電池は異なった電流となり、(電池が直列に配置されているとき)各電池は異なった電圧となるが、これは最適ではない。
【0009】
そのような空気分配通路あるいはCheikyのような流れの通路をを使うときでも、電池ハウジングを通して大量の空気を動かすことにより、酸素消尽の問題を克服することができる。このとき、分配通路の上流部分での空気流から除去された酸素の量は、その分配通路の下流部分の酸素濃度に無視できる影響しか及ぼさない。しかし、新鮮な空気をそのように大量に使用することは、電池に前述の浸水現象あるいは乾燥の問題をもたらす。Pediciniは電池ハウジングの中で空気を再循環させ、再循環させた空気の一部を連続的に補給するこにより、少なくとも部分的には、浸水現象あるいは乾燥の問題を解決している。Pediciniは、それでもなお、ファンから長い距離延び酸素電極表面を次々と通る空気分配通路を使用するときは、ある程度の酸素消尽問題を呈する。
【0010】
金属−空気電池のための空気調整器についての既に開示されている大量の改良を参照しても、金属−空気電池の効率と電力と寿命を効率をさらに向上させるように、金属−空気電池と協同する空気調整器が常に望まれている。例えば、金属−空気電池の中の酸素電極を通って酸素を含んだ空気を均等に分配する領域を進歩させることにより、金属−空気電池の効率、電力、そして寿命が強化されるであろう。
【0011】
(発明の概要)
本発明は、複数の酸素電極に均等に酸素を含んだ空気を分配する、金属−空気電池用の換気システムを提供することを求め、最高限度の電力量を長時間にわたって供給できるようにする。
【0012】
本発明によると、この目的は、一つはまたは複数の単位電池と関連付けられ、空気移動装置の動作に応じて動作し、複数の酸素電極に酸素を含んだ空気をほぼ均等に分配する、分配器を有する金属−空気電池によって達成された。酸素の分配の結果、各単位金属−空気電池は、(単位電池が並列接続の時)ほぼ同一の電流であり、(単位電池が直列接続の時は)ほぼ同一の電圧となる。その結果、電池は最高限度の電力量を、長時間にわたって供給することとなる。
【0013】
好ましくは、該分配器は、密封されていない間、金属−空気電池を周囲環境から適当な時間(例えば空気移動装置が作動していない時)、保護するバリアを提供する一つまたは複数の制限的通路と関連して作用する。すなわち、空気移動装置がオフで、金属−空気電池に空気を供給していない時、その分配器および制限的な一つまたは複数の通路は酸素電極への空気流を制限する。その結果、金属−空気電池は、酸素電極を周囲環境から密閉する扉あるいは同様なものを必要とすることなく、長い貯蔵寿命を持つことができる。
【0014】
本発明の一つの実施形態では、少なくとも一つの第1の酸素電極と第2の酸素電極を有する金属−空気電池アセンブリへ空気を供給する換気システムを備える。該換気システムはハウジングを備え、そのハウジングは金属−空気電池アセンブリを収容するチャンバを区画する。その換気システムはさらに、反応体空気流通路を通ってそのチャンバへ空気を動かす空気移動装置を備える。その換気システムは、さらに、穴を開けられた部材を含み、空気移動装置の動作に応じてそのチャンバを通ってほぼ均等に空気流を分配するように、その部材は反応体空気流通路の中に位置決めされている。その穴を開けられた部材は、空気移動装置が金属−空気電池に空気を供給していず、そして反応体空気流通路が密封されていない間そのチャンバへの空気流を制限することも行っている。あるいは、他のコンポーネントが反応体空気流通路の中に設けられ、これが、空気移動装置が金属−空気電池に空気を供給していず、そして反応体空気流通路が密封されていない間そのチャンバへの空気流を制限する制限体となる。
【0015】
本発明の他の実施形態では、金属−空気電源装置が設けられる。その金属−空気電源装置は、第1の酸素電極と連通している第1のプレナムと、第2の酸素電極と連通している第2のプレナムを含む。金属−空気電源装置は、さらに空気移動装置の動作に応じてこれらプレナムの間にほぼ均一な空気流を分配するために、反応体空気流通路の中に位置決めされている穴が開けられた部材を含む。その穴が開けられた部材は、空気移動装置が金属−空気電池に空気を供給していず、そして反応体空気流通路が密封されていない間そのプレナムへの空気流を制限することも行っている。あるいは、他のコンポーネントが反応体空気流通路の中に設けられ、これが、空気移動装置が金属−空気電源装置に空気を供給していず、そして反応体空気流通路が密封されていない間そのプレナムへの空気流を制限する制限体となる。
【0016】
本発明の他の実施形態では、金属−空気電源装置は、その金属−空気電源装置から電力を受ける電子装置にドッキングされている。その電子装置は、少なくとも部分的には、反応体空気流通路を区画し、そして、空気移動装置と、空気移動装置がオフで空気流通路が密封されていない時にプレナムへの空気流を制限するために反応体空気通路に設けられた制限体を含むこともある。
【0017】
空気移動装置は周囲環境からの新鮮な空気の連続的な流れを、所望の電力出力を達成するのに十分な流量で、酸素電極を順に掃引しながら送り得る。あるいは、該空気移動装置は酸素電極を順に空気を再循環させ得る。そして、空気移動装置は、再循環させた空気を再び新鮮にするために、一つまたは多数の通路を通って空気をさらに移動させ得る。
【0018】
穴が開けられた部材の詳細について述べると、各部材は多数の穴を有し、それらは少なくとも部分的には反応体空気通路を定め、そして各穴は、そこを通る流れの方向に垂直な幅と、そこを通る流れの方向の長さを定める。その長さは、幅より数倍大きい。部材は板あるいは長さに分布する穴を有するチューブ等の、長く延びた換気通路であり得る。穴の第1のものは第2のプレナムより第1のプレナムに近く、穴の第2のものは、第1のプレナムより第1のプレナムに近い。これらに代えて、穴が開けられた部材は、チューブの束、物質の集合体であってそれらの間に空気通路を形成するもの、例えばファイバの間に空気通路を形成するファイバの束、好ましい厚さの多孔質片等である。
【0019】
本発明の他の実施形態においては、上記酸素電極は積層金属−空気電池の一部である。金属−空気電池は空間的に離れた突起部を有し、空気移動装置が単位電池の突起部の間に装着されることがある。さらに、各金属−空気電池はケースを含む。各ケースは、一対の一体のケース部分を含み、それぞれがパネルから同方向に延びている側壁を有し、空洞を形成することもある。各単位電池のために、第1のケース部分は、第1のケース部分の側壁が第2のケース部分の空洞の中に延びるように、第2のケース部分に合わせて装着される。
【0020】
本発明の他の目的、特徴、利点は、本発明の例示的実施形態についての以下の説明を、図面と補正されたクレームとを関連付けて検討することにより明らかになるであろう。
【0021】
(例示的実施形態の詳細な説明)
さらに、いくつかの図面にわたって同様な部材には同様な参照番号が付されている図面について詳細に参照する。図1は、金属−空気電池20から電力が与えられる電子装置22から分解されて示されている金属−空気電池20を概略的に図示する。金属−空気電池20はそれにより反応体空気流通路が画定される電池ハウジング24を含む。以下にさらに詳細に記載されるように、空気はファン70(図5)等の空気移動装置によって反応体空気流通路に沿って動き、電池ハウジング24の中の金属−空気電池60a−f(図2)に空気を供給する。電池ハウジング24によって画定される入口開口32を含む入口換気通路30は、反応体空気流通路の空気入口部分として機能する。電池ハウジング24によって画定される出口開口36を含む出口換気通路34は、反応体空気流通路の空気出口部分として機能する。
【0022】
反応体空気流通路は図1の2−2線に沿った金属−空気電池20の概略側面断面図である図2をまた参照し、最もよく視覚化されている。金属−空気電池20の反応体空気流通路は、電子装置22と金属−空気電池の外部の周囲環境の外部から起源している。反応体空気流通路はそれから入口換気通路30に延びる。入口換気通路30はさらに入口換気通路30の入口開口32(ダッシュ線で図示)と連続している入口チューブ56を含む。反応体空気流通路はそれから電池ハウジング24の中に画定されている電池チャンバ54を通って延びる。反応体空気流通路は、電池チャンバ54の中の金属−空気電池60a−fの間を延びる。最後に、反応体空気流通路は出口換気通路34の出口開口36(ダッシュ線で図示)と連続している空気出口チューブ58を含む出口換気通路34を通って延びる。
【0023】
穴が開けられた分配板66の形式の穴が開けられた部材が、電池チャンバ54の中に配置されて、少なくとも部分的に反応体空気流通路を画定している。あるいは、その穴が開けられた部材は、その間に空気通路を画定するファイバの束のようなチューブの束、その間に空気通路を画定する物質の集まり、あるいは、好ましい厚さを有する多孔質物質片等であり得る。
【0024】
分配板66は、電池チャンバ54の中にある金属−空気電池60a−fの間に空気流が、したがって酸素が均等に分配されるように、空気を反応体空気流通路に分配する機能を有する。酸素は金属−空気電池60a−fの電気化学反応における反応体であり、酸素を均等に分配すると、電池20は電子装置22に電力を最適に供給することになる。これについては、以下に詳細に説明する。空気は、図2では隠れて見えない、ファン70(図5)の動作に応じて、反応体空気流通路を通って動かされる。
【0025】
図1をまた参照すると、電子装置22は、従来の携帯型コンピュータ、カムコーダ、あるいは別のタイプの一つまたは多数の金属−空気電池から電力を供給されることができる電子装置22であり得る。電子装置22は、金属−空気電池20を収容するための従来のドッキングステーション40を有する装置ケース38を含む。さらに具体的には、ドッキングステーション40は、金属−空気電池20を収容するための従来のドッキング空洞42を画定する。当業者は、金属−空気電池20は種々の態様のドッキングステーションに結合できることを理解するであろう。たとえば、ドッキングステーションは、装置ケース38の外部表面と同一平面であり、ドッキングステーションがドッキング空洞42を含まないことがあり得る。
【0026】
金属−空気電池20は電子装置22のドッキングステーション40に及びドッキングステーション40から繰り返し着脱されることができる。たとえば、金属−空気電池20は再充電可能型であり得、金属−空気電池は再充電の目的でドッキングステーション40から取り外され、再充電の後にドッキングステーション40に再び結合させられる。あるいは、金属−空気電池20はドッキングステーション40に結合され使い終わった金属−空気電池は定期的に新しい金属−空気電池に交換される使い捨て型、一次電池であり得る。
【0027】
ドッキング空洞42は、内壁と内壁の周縁端部から外側に延びている4つの壁によって画定される。ドッキングステーション40は二つの従来の電気接点44と全てドッキング空洞42の内壁に関連している4つの従来の雄ロッキング装置46を含む。雄ロッキング装置46の中の3つは、図1では隠れて見えない。単離している雄ロッキング装置46は好ましくは、ドッキング空洞42の内壁の各隅に位置決めされていて、雄ロッキング装置は、確実にそして分離可能に金属−空気電池20を電子装置22に結合させる。
【0028】
図2に示すように、電池ハウジング24はトレー26とカバー28を結合することにより形成されている。空気開口32と36(図1)がカバー28を通って画定されている。電池トレー26は、それらは離れ、そのうちの一つは電池トレーの底壁の4つの各隅に近接している4つの従来の雌ロッキング装置50を含む。雌ロッキング装置のうちの2つは、図2では隠れて見えない。雌ロッキング装置50は、ドッキングステーション40(図1)の雄ロッキング装置46(図1)と分離可能に相互結合をする。電池トレー26はさらに、一対の雌ロッキング装置50が雄ロッキング装置46と相互結合をしている間、電子装置22(図1)の電気接点44(図1)と電気的に連通する電気接点48(図1)を含む。
【0029】
電池カバー28の底端部を収容するリップ52が電池トレー26の上側周縁の周りに延びている。電池トレー26と電池カバー28は好ましくは、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)あるいは他の非導電性プラスチックでモールドされたものである。電池ハウジング24の継ぎ目、すなわち、電池カバー28の底端部がリップ52に嵌まっている部分は、好ましくは、溶剤接着材で密封されている。
【0030】
上述のように、入口換気通路30は入口開口32(図1)と入口チューブ56を含み、出口換気通路34は出口開口36(図1)と出口チューブ58を含む。入口チューブ56は、入口チューブの上流端が入口開口32に連続しそこで開口するように、電池カバー28に装着されている。同様に出口チューブ58は、空気出口チューブの下流端が出口開口36に連続しそこで開口するように、電池カバー28に装着されている。換気通路30と34は、好ましくは、電池チャンバ54と電池ハウジング24の外側の環境の間の唯一の連通路を提供する。入口開口32を入る空気は、入口チューブ56の下流端を通ってのみ電池チャンバ54に通る。同様に、電池チャンバ54の中の空気は、空気出口チューブ58の上流端を通ってのみ出口換気通路34に入る。
【0031】
換気通路30と34は、好ましくは、ファン70(図5)が動作している間、十分な量の空気が反応体空気流通路を通るように設計されている。その結果、大きな電力出力、典型的には電極1平方センチメートル当たり少なくとも20mAが、金属−空気電池60a−fから得られる。さらに換気通路30と34は、好ましくは、ファン70が動作していない間、バリア機能をするように構成されている。換気通路30と34のバリア機能に関してさらに詳細に述べると、換気通路30と34が、ファン70が動作していない間、反応体空気流通路を通る空気流を制限することである。この結果、ファン70が動作していない間、最小限度量の酸素が電池チャンバ54に動き入ることになる。さらに、換気通路30と34と反応体空気流通路は、ファン70が動作していない間、あるいは、外に、金属−空気電池20に空気が供給されていない間、密封されないままである。すなわち、ファン70が動作していない間、あるいは、外に、金属−空気電池に空気が供給されていない間、反応体空気流通路は、周囲環境から金属−空気電池60a−fへの通路を画定し続けるのである。たとえば、反応体空気流通路は空気扉あるいは同様なものによって閉鎖されない。すなわち、換気通路30と34は、ファン70が金属−空気電池20に空気を供給していない間も、金属−空気電池60a−fへ流れる空気を制限するため動作しているので、金属−空気電池20は最小の自己放電をし、換気通路30と34を密封するための一つあるいは多数の扉を要することなく、長い貯蔵寿命を有することができる。換気通路30と34のバリア機能は、好ましくは、換気通路の寸法の効果であり、以下にさらに詳細に説明する。
【0032】
各金属−空気電池60a−fは閉鎖壁59(図7)とマスク壁61(図7−8)を有するセルケース86(図7)を含む。ファン70(図5)が動作している間は、金属−空気電池60a−fの電気化学反応の反応体である酸素は、マスク壁61を介して取り込まれる。図2に示されているように、金属−空気電池60a−fは積層され、各マスク壁61は、電池チャンバ54の中の金属−空気電池間の高圧部64a、64bまたは64cのうち一つに面している。金属−空気電池の閉鎖壁59は、高圧部64a−cから絶縁されている。逆に、隣接する金属−空気電池のマスク壁61は空間を空けて配置され高圧部64a−cを画定している。すなわち、金属−空気電池60aと60bのマスク壁61は面し、少なくとも部分的には、高圧部64aを画定している。金属−空気電池60cと60dのマスク壁61は面し、少なくとも部分的には、高圧部64bを画定している。金属−空気電池60eと60fのマスク壁61は面し、少なくとも部分的には、高圧部64cを画定している。
【0033】
高圧部64a−cを画定する金属−空気電池60a−fの間の必要な間隔は、スペーサ62を使用することによって確立できる。図においては、そのうちのいくつかだけが図示されている。少なくとも部分的に高圧部64a−cを提供するためには、どのような従来のスペーサも使える。さらに、高圧部64を互いに離すために、金属−空気電池60a−fの側端は電池ハウジング24の対向する側壁と当接している。
【0034】
分配板66は金属−空気電池60a−fの下流端を横切り及び当接して設けられている。したがって、分配板66は、部分的には、各高圧部64a−cと境界を接し、そして、電池チャンバ54を上流部と下流部に分けている。分配板66が電池チャンバ54を上流部と下流部に分けているので、電池チャンバの上流部から下流部へ移動する空気は、分配板66によって画定された穴あるいは開口72(図3及び4)を通らねばならない。さらに具体的には、反応体空気流通路は枝に分かれ、反応体空気流通路の枝は穴72を通って延びている。あるいは、分配板66は、金属−空気電池60a−fの上流端を横切りそしてそれに当接させて設けてもよい。
【0035】
以下にさらに詳細に記載されるように、回路基板68を含むファン制御回路が、ファン70(図5)等の空気移動装置の動作を容易にし反応体空気流通路を通って金属−空気電池60a−fに空気を供給するするように、使用されることが好ましい。さらに具体的には、ファン70の動作に応じて、周囲の環境からの空気は、入口開口32(図1)を通り、入口チューブ56を通り、ファン70を通り、高圧部64a−cを通り、分配板66の開口72(図3及び4)を通り、出口チューブ58を通り、そして出口開口36を通り、周囲環境に戻る。
【0036】
図3は、図1の3−3線に沿った金属−空気電池20の概略断面図である。分配板66の周縁端は好ましくは、電池ハウジング24の内側表面まで延び、そして、分配板66に設けられた多数の開口72が電池チャンバ54の上流部と下流部を連通する唯一の通路となるように、内側表面に係合する。開口は、ファン70(図5)が動作している間は金属−空気電池60a−f(図2)の各マスク壁61(図7−8)における酸素濃度がほぼ同一になるように反応体空気流通路と通る空気流れを均等に分配するように、寸法決めされ、そして、配置される。
【0037】
高圧部64a−c(図2)は、図3ではほとんど視界から隠れている。しかし高圧部64の位置は、図3では破線で図示されている。分配板66の開口72の上側の列は高圧部64aと一直線になりそれと連通し、中央の列は高圧部64bと一直線になりそれと連通し、下側の列は高圧部64cと一直線になりそれと連通し、均等な空気流れ分布は好ましくは、ほぼ同じサイズの開口72と、同じ数の開口と関係付けられている各高圧部64a−cによって達成される。均一な空気流は、各金属−空気電池60a−fが、同じ電流(単位電池が並列に接続されているときは)で、同じ電圧(単位電池が直列に接続されているときは)で動作することをもたらす。
【0038】
図4は、図3の4−4線に沿った、分配板66の単離断面図である。図4の開口72は分配板66の他の開口の代表である。図4に示されているように、各開口72は、その中を通る流れの方向に計った長さ「L1」と、その中を流れる流れの方向垂直に計った幅「W1」を有する。長さ「L1」は、好ましくは、その開口72が十分に流れを制限し、均一な流れ分布を提供するように幅「W1」より大きい。開口72のサイズについては、以下にさらに詳細に記載される。
【0039】
図2と本発明の第1の例示的実施形態を参照して上述したように、各換気通路30と34は、ファン70(図5)が作動せず換気通路が密封されていない間、そこを通る空気を制限するバリア機能を有する。本発明の別の実施形態では、出口換気通路34は、各換気通路30と34は、ファン70(図5)が十分に大きく、金属−空気電池20に空気を供給していない間、入口換気通路がバリア機能を発揮しない。その場合は、分配板66は電池ハウジング24の下流端を画定するものとして特徴付けられる。この他の実施形態では、分配板66はさらに、流れ分配機能に加えて、バリア機能を果たす。
【0040】
第1の例示的実施形態および他の実施形態の両方において、分配板66の開口72は、ファン70(図5)が動作しているとき、金属−空気電池60a−fから大きな電力出力が得られるように、反応体空気流通路を通って十分な量の空気が流れるように構成されている。他の実施形態では、開口72は、反応体空気流通路を通って流れる空気流を制限する機能を果たすので、ファン70が動作せず、反応体空気流通路が密封されていない間、最小限度量の酸素だけが電池チャンバ54(図2)に移動する。より具体的には、開口72は、ファン70がオフである間、あるいは外に、金属−空気電池20に空気が供給されていない間、密封されないままである。すなわち、反応体空気流通路は、ファン70がオフである間、あるいは外に、金属−空気電池20に空気が供給されていない間、金属−空気電池60a−fへの通路を画定し続けるのである。たとえば、反応体空気流通路は扉あるいは同等のもので閉じられることはない。このように、分配板66の開口72は、ファン70が金属−空気電池20に空気を供給していない間、金属−空気電池60a−fへの空気流を制限する機能を果たすので、この金属−空気電池は、扉あるいは同等なものを要することなく、長い貯蔵寿命を有することができる。開口72のバリア機能は、好ましくは、その開口のサイズを適切にすることによる。より具体的には、各開口72は、ファン70が金属−空気電池20に空気を供給していない間、そこを通る空気流が実質的に無いように選ばれた長さと幅を有する。分配板66の開口72の寸法については、以下にさらに記載する。
【0041】
図5は、図1の5−5線に沿った、金属−空気電池20の概略的端面図である。ファン70はインペラ84を回転させるモータ82を含む。ファン70はファンアセンブリ77の部分であり、さらに長方形のファン枠78と、ファン枠とモータ82の間を橋絡する筋交い部材80を含む。ファンアセンブリ77はさらに、金属−空気電池20の多数の要素が見えるように、図5では部分的に切断されている側板85を含む。側板85はファン枠78の各辺から内側に向けて延び、中心の円形開口を画定している。その円形開口を通って空気が、インペラ84の回転に応じて引き込まれる。ファンアセンブリ77に代えて、他の型の空気移動装置を使うこともできる。
【0042】
各金属−空気電池60a−fは一対の突起部74を含み、それらの間に凹部76(図7−8)が画定されている。ファンアセンブリ77は、金属−空気電池60a−fの凹部76にしっかりと嵌め込まれる。前述したように、金属−空気電池60a−fは積層されて配置されている。そして、凹部76は、ファンアセンブリ77が積層の上流端に取り付けられるように、積層の上流端に画定される。この入れ子構造は図6に図示されている。図6は、突起部74の間に入れ子にされたファンアセンブリ77を有する金属−空気電池60a−fの積層の単離上面図。図6は、突起部74の間に入れ子にされたファンアセンブリ77を有する金属−空気電池60a−fの積層の単離底面図の代表でもある。
【0043】
図7は、一つの金属−空気電池60a−fのセルケース86を分解して示す斜視図である。セルケース86は、閉鎖壁59の周縁から上方向に延びている側壁を含み、トレー空洞を画定しているトレー88を含む。トレー88は二つの突起部74を画定していて、各突起部が突起部空洞90を画定している。これらにについては、以下に詳細に記載する。各セルケース86は、さらに、そこを通る多数の穴96を画定するマスク壁61を含むカバー92を含む。カバー92はマスク壁61の周縁から下に向かって延びる壁を含む。
【0044】
カバー92は、マスク壁61からは反対のカバー92の壁の端を、トレー88によって画定されるトレー空洞の中へ動かすことによって、トレー88に装着される。この動きは、マスク壁61からは反対のカバー92の壁の端がトレー88の閉鎖壁59と当接するまで続けられる。この結果、トレー空洞は閉鎖される。
【0045】
各金属−空気電池60は、(図示せず)酸素電極と、(図示せず)陽極を含み、それらは、トレー空洞の中に閉鎖されている。陽極は閉鎖壁59に近接し、酸素電極はマスク壁61に近接する。そして酸素を穴96を介して取り込む。その開口、あるいは穴96は好ましくは、直径が約0.055インチで、酸素電極の面積の約4%の開放面積を有する。開放面積は、酸素電極の面積の約1〜5%が適している。
【0046】
図8は金属−空気電池60a−fの一つだけを単離概略的斜視図であり、各金属−空気電池は同一である。マスク壁61の穴96(図7)は図示されていないので、概略的である。電極タブの外部端あるいは端子98は突起部空洞90(図7)を通って延びている。その突起部空洞はエポキシ等の詰め物で満たされている。そして端子98の周りで漏洩がないようにしている。端子98の内部端はそれぞれ、セルケース86の中の酸素電極と陽極に電気的に接続されている。いくつかの金属−空気電池60a−fの端子98の端子98の外部端は、当業者に知られている方法で、金属−空気電池20(図1−3と5)の電気接点48(図2−3と5)に電気的に接続されているので、電気接点48は電子装置22(図1)の電気接点44(図1)と電気的に連通することができ、ファン70(図5)の動作に応じて電子装置に電力を供給できる。
【0047】
トレー88とカバー92は好ましくは、アクリロニトリルブタジエンスチィレン(ABS)あるは他の非導電性プラスチックでモールドされている。各トレー88とカバー92は一体である。すなわち、それらは単一の材料片からモールドされ、結合部を除いて分離部分を含まない。トレー88とカバー92が図8に示されるように組み合わされると、トレーとカバーの間の継ぎ目は好ましくは、溶剤接着材で密封される。金属−空気電池60a−fの酸素電極、陽極および他の内部成分は、米国特許第5,506,067号あるいは米国特許第60,063,155号に記載されているようなものである。これら二つの特許の開示はこの明細書に参照として取り込まれ、一体となっている。
【0048】
あるいは、電池ハウジング24の中の各金属−空気電池は一対の酸素電極の間に位置決めされた陽極を有するタイプのものであり得る。そのようなデュアル酸素電極金属−空気電池は、米国特許第5,569,551号および米国特許第5,639,568号に開示されている。両特許は、この明細書に参照として取り込まれ一体となっている。例えば、図2を参照しながら、そのようなデュアル酸素電極単位電池の一つを、金属−空気電池60bと60cの代わりに使用し、金属−空気デュアル酸素電極単位電池の一つの酸素電極は高圧部64aから酸素を受け取り、金属−空気デュアル酸素電極単位電池の他の酸素電極は高圧部64bから酸素を受け取るようにすることも可能である。
【0049】
図2を再び参照して、換気通路30と34のサイズについて詳しく論じる。換気通路30と34は好ましくは、そこを通る流れ通路に概略垂直な幅を持ち、そこを通る流れ通路に概略平行な長さを持っている。その長さと厚さは、ファン70(図5)が金属−空気電池20に空気を供給していないとき、電池ハウジング24への空気の流れを実質的になくすように選ばれる。長さは幅より大きく、より好ましくは、長さは幅の約2倍大きい。換気通路30と34の長さと幅の比を大きくして使うことは好ましい。電池20(図1−3と5)の性質によるが、その比を200対1以上とすることもできる。しかし、長さと幅の好ましい比は、10対1である。
【0050】
空気入口チューブ56と空気出口チューブ58についても、換気通路30と34についての上述の好ましい長さ対幅の比を与えることが好ましい。すなわち、空気入口チューブ56と空気出口チューブ58は、ファン70が金属−空気電池20に空気を供給していないとき、ハウジング24への空気の流れをほぼなくすような長さと幅を有する。空気入口チューブ56と空気出口チューブ58は、約0.3から2.5インチの長さを有し、約0.88から1.0インチの長さが好ましく、そして約0.03から0.3インチの厚さを有し、0.09から0.19インチの幅が好ましい。各チューブの、そこを通る流れ通路に垂直に測定された全開放面積は、これゆえ約0.0007から0.5平方インチである。
【0051】
換気通路30と40の好ましい全開放面積は電池20の所望の容量による。任意の数の換気通路で、すべての換気通路の集合した開放面積がこの好ましい全開放面積に等しくなるようにすることができる。その際、バリア機能を与えるため各換気通路は同一の長さ対幅の比を持たせる。もしファン70によって作られる差圧が大きくなると、換気通路30と34の長さが大きくし、および/または、直径を小さくすることは、当業者には分かるであろう。ファン70によって作られる差圧と、換気通路30と34の寸法のバランスは、ファンが金属−空気電池20に空気を供給していないときハウジング24への空気の流れが十分に少なくなるかどうかで見極める。ここでは、円形の換気通路の使用が開示されているが、必要とする比を有するどのような従来の形状のものも使用できる。さらに、換気通路は長さにおいて直線であっても曲線であってもよいことを付記する。
【0052】
再び図3−4を参照しながら、開口72のサイズについてさらに詳しく論じる。各開口72について、長さ「L1」は好ましくは幅「W1」より大きくさらに好ましくは、その長さは幅の約2倍大きい。より具体的には、開口72の長さ対幅の比が大きいものを使用することが、特にファン70(図5)が金属−空気電池20に空気を供給していない間、出口換気通路34がそこを通る空気流を制限していないように出口換気通路34(図2)が大きい時好ましい。上述したように、出口換気通路34がバリア機能を果たさない時、分配板66は、バリア機能を有し、電池ハウジング24の下流端を画定するものとして特徴付けられる。
【0053】
金属−空気電池20(図1−3、5)の性質によるが、開口72の長さ対幅の比は10以上から1である。しかし、好ましい長さ対幅の比は約2から1である。各開口72は0.02から0.2インチの長さを持ち、0.04から0.08インチが好ましい。幅は0.01から0.1インチで、0.03から0.06インチが好ましい。各開口72の全開放面積は、したがって、そこを通る流れ通路に垂直に計って約0.00008から0.008平方インチである。
【0054】
開口72の好ましい全開放面積は電池の所望の容量による。任意の数の開口72を使用して、全ての開口72の集合開放面積がこの好ましい全開放面積に等しくなるようにすることもできる。この際、各開口は好ましくは、同じあるいは類似の長さ対幅とし、所望の流れ分配および場合によってはバリア機能を与える。もしファン70によって作られる差圧が大きいと、開口72の長さが大きくなり、および/または、幅が減少することを、当業者は分かるであろう。ファン70によって作られる差圧と開口72の寸法のバランスは、所望の流れ分配とバリア機能が達成できるかどうかで見極められる。ここでは、円形の開口72が開示されているが、従来の形状であって要求される比を持つものを採用することもできる。さらに、開口72は長さにおいて直線であっても曲線であってもよい。
【0055】
再び図2と5を参照しながら、ファン70の動作について詳しく論じる。前に指摘したように、金属−空気電池60a−fはファン70の動作に応じて動作し、そしてファン70の動作は回路基板68を含む制御回路によって制御されている。ファン70は金属−空気電池60a−fから電力を得ていて、回路基板68は単位電池60の電圧に応じてファン70を動作させる電子回路を含んでいる。その制御回路は、好ましくは、単位電池60の電圧を監視する電圧センサ(図示せず)を含む。その電圧センサは回路基板68と協働して、金属−空気電池60a−fの電圧が所定のレベルに達するとファン70を動作させる。金属−空気電池60a−fの電圧が所定の電圧より小さいか同じになると、ファン制御回路は、ファン70をオンさせる。同様に、金属−空気電池60a−fの電圧が第2の所定の電圧より大きいか同じになると、ファン制御回路は、ファン70をオフさせる。
【0056】
図1−3と5に示されている金属−空気電池20は6個の金属−空気電池を有する6ボルトの金属−空気電池として設計されたものであり得る。上記電池は、約6ワットの消費率において約70ワット/時のエネルギ負荷率を有し、約3ワットの消費率において約80ワット/時のエネルギ負荷率を有する。ファン70をオンするための所定の電圧は単位電池当たり約1.05ボルトであり、ファン70をオフするための第2の所定の電圧は単位電池当たり1.10ボルトである。電圧監視器は、単位電池当たりの電圧が1.05ボルトになるとファン70をオンする。同様に、電圧監視器は、単位電池当たりの電圧が1.10ボルトになるとファン70をオフする。
【0057】
電圧監視器は、単位電池60の酸素電極と陽極の端子98(図8)の間の電圧を判定する。各単位電池の酸素電極の中の亜鉛の電圧は比較的安定であるので、酸素電極が単位電池の中の残留酸素を検出するために使われる。ハウジングの中の酸素が消尽されると、各酸素電極の電圧が減少する。同様に、ハウジングの中の酸素の流れが増加すると、各酸素電極の電圧が増加する。
【0058】
電圧監視器は、電池ハウジング24(図1−3と5)の中あるいは近傍の任意の便利な場所に位置決めできる。好ましい電圧監視器は、プログラマブル電圧検出器あるいは検出装置であり、たとえば、Maxim INTEGRATED Products からMAX8211、MAX8212のマークで売られているものである。ファン70の所望の動作によるが、電圧監視器は単純な「オン/オフ」スイッチのためのアナログ回路であることも、さらに複雑なアルゴリズムのためにマイクロプロセッサ(図示せず)を組み込んだものでもあり得る。
【0059】
図9は、本発明の第2の例示的実施形態に係る金属−空気電池220の側面断面図である。この金属−空気電池220は図1−3と5の金属−空気電池20と同様に構成され機能するが、以下の説明で明らかにされる変更だけが異なる。金属−空気電池220は図2−5の分配板66を含まない。そして、図2のチューブ56と58は、それぞれ、有孔入口分配チューブ102aと有孔出口分配チューブ102bとして穴が開けられた部材に置き換えられている。それに代えて、入口チューブ56だけをチューブ102aに代え、あるいは、空気出口チューブ58だけをチューブ102bに代えることできる。
【0060】
分配チューブ102aと102bはチューブ56と58と同一であるが、各分配チューブ102aと102bは、さらに、以下に詳細に記載するように、電池チャンバ54の中に含まれる金属−空気電池60a−fの間に均等に空気が、したがって酸素が、流れるように、反応体空気流通路に沿って流れる空気を分配する機能を有する。さらに具体的には、分配チューブ102aと102bはチューブ56と58と同じであるが、各分配チューブ102aと102bは、その長さに等間隔の孔あるいは開口104を画定し、その一端を閉鎖するプラグ106を含んでいる。分配チューブ102aと102bは、入口チューブ56と58より長く、開口104が金属−空気電池60a−fに関して均等に配置されている。
【0061】
図9に図示されているように、開口104はほぼ同一のサイズで、分配チューブ102aと102bの長さにほぼ一様な間隔になっている。しかしながら、電池チャンバ54の中で一様な流れ分配をさせるため、分配チューブ102aと102bのプラグがある端部に向かってより沢山のそしてより大きい開口104を設けることが望ましい。当業者は、分配チューブ102aと102bの長さの開口104の必要とされるサイズおよび配置、そして分配チューブの形状は、ファン70によって作られる差圧および本発明のコンポーネントの配置に大きく依存することが分かるであろう。さらに、分配チューブ102aと102bの端部は溶剤接着材で密封され、あるいは圧壊され、あるいは他の手段で密封されている。
【0062】
金属−空気電池220の反応体空気流通路は電子装置22と電池の外部の周囲環境に源を有する。反応体空気流通路は次に、入口換気通路230に延び、入口換気通路230は入口空気分配チューブ102aと入口開口32(図1)を含む。反応体空気流通路は入口開口32を通って入口空気分配チューブ102aに入り、入口空気分配チューブ102aの開口104を通って空気分配チューブ102aを出る。反応体空気流通路はさらに、電池ハウジング24の中に画定されている電池チャンバ54に延びる。最後に、反応体空気流通路は出口空気分配チューブ102bと出口開口36(図1)を含む出口換気通路34に延びる。反応体空気流通路は、空気分配チューブ102bの開口104を通って空気分配チューブ102bに入り、出口開口36を通って空気分配チューブ102bを出る。
【0063】
本発明の第2の例示的実施形態では、ファン70(図5)が動作している間、各開口104を通る体積流量は、ほぼ等しい。このようにして、分配チューブ102aと102bは、空気流、したがって酸素流が、電池チャンバ54の中の金属−空気電池60a−fの間に均等に分配されるように、反応体空気流通路に沿って空気流を分配するよう機能する。酸素は、金属−空気電池60a−fの中の電気化学反応の反応体である。そして、酸素の均等に分配すると、金属−空気電池220は電子装置22に最大限度の電力を供給できる。空気は、図9では隠れて見えてないファン70(図5)の動作に応じて反応体空気流通路を通って移動させられる。
【0064】
分配チューブ102aと102bは同一であり、図10は分配チューブの一つを図示している。分配チューブ102は、電池ハウジング24に取り付けられた開口32あるいは36(図1)と連続して一体となる取り付け端108を含む。開口104は分配チューブ102の側壁を通って延在する。図10の11−11線に沿った分配チューブ102の断面図である図11は、代表的な開口104を図示している。各開口104は少なくとも部分的には、金属−空気電池220を通る反応体空気流通路を画定している。
【0065】
図9を参照すると、換気通路230と234は、前述したように、反応体空気流通路に沿って流れる空気が、金属−空気電池60a−fの間に均等に分配されることを保証する機能を果たす。さらに、換気通路230と234は、好ましくは、ファン70(図5)が作動している間、反応体空気流通路を通って十分な量の空気が流れることを許し、金属−空気電池60a−fから大きな出力が得られるように、機能する。さらに、換気通路230と234は、好ましくは、ファン70が作動していない間、反応体空気流通路がバリア機能を果たすように作られる。バリア機能についてさらに詳しく述べる。換気通路230と234は、ファン70が動作していない間、反応体空気流通路を通る空気流が制限されるように機能する。この結果、ファン70が作動していない間、最小限度の酸素が電池チャンバ54に移動する。さらに、換気通路230と234は、ファン70がオフであったり、もしくは金属−空気電池20に空気が供給されていない間、密封されないままである。すなわち、ファン70がオフであったり、もしくは金属−空気電池20に空気が供給されていない間、反応体空気流通路は金属−空気電池60a−fへの通路を画定し続けるのである。たとえば、反応体空気流通路は扉あるいは同様なものによって閉鎖されない。換気通路230と234は、ファン70が金属−空気電池220に空気を供給していない間、金属−空気電池60a−fへの空気の流れを制限するという機能を果たす。この結果、扉あるいは扉と同等の換気通路を密封するためのものを要することなく、金属−空気電池220は長い貯蔵寿命を有することとなる。
【0066】
換気通路230と234のバリア機能は、好ましくは、換気通路のサイジングの結果である。各換気通路230と234は、好ましくは、一つまたは多数の、バリア機能を果たしバリアセクションと呼ばれる部分を有する。たとえば、入口開口32(図1)がバリアセクションであることがある。出口換気通路34(図1)がバリアセクションであることがある。入口開口32に一番近い開口104と入口開口32の間の入口分配チューブ102aの部分がバリアセクションであることがある。出口開口34に一番近い開口104と出口開口34の間の出口分配チューブ102bの部分がバリアセクションであることがある。あるいは、各開口104がバリアセクションであることがある。あるいは、換気通路230と234の各部分が協働して、バリア機能を果たすことがある。
【0067】
換気通路230と234の各バリアセクションはそこを通る流れに略垂直な幅と、そこを通る流れに略平行な幅より大きく、より好ましくは、幅の約2倍大きい長さを有する。換気通路230と234のバリアセクションの長さと幅の比を大きくすることが好ましい。金属−空気電池220の性質にもよるが、その比は200対1以上であることがある。しかし、換気通路230と234のバリアセクションの長さと幅の好ましい比は約10対1である。
【0068】
開口104を換気通路230と234のバリアセクションとすることが好ましい。すなわち、図11を参照して、各開口104について、長さ「L2」は好ましくは幅「W2」より大きい。さらに好ましくは、長さは幅の約2倍大きい。さらに具体的にいうと、ファン70(図5)が金属−空気電池220に空気を供給していない間、反応体空気流通路を通る空気の流れを制限するバリア機能は開口104だけが果たすように、入口開口32(図1)の内径、出口開口36(図1)の内径、分配チューブ102aと102bの内径を大きくするときは、開口104の長さと幅の間の比率を大きくすることが好ましい。
【0069】
電源220の性質にもよるが、開口104の長さ対幅の比は10対1以上であり得る。しかし、好ましい長さ対幅の比は約2対1である。各開口104は約0.02から0.2インチの長さであり、好ましくは0.04から0.08インチの長さである。幅は0.01から0.1インチの幅であり、好ましくは0.09から0.19の幅である。各開口104の全開放面積は、したがって、そこを通る流れの通路に垂直に計って0.00008から0.008平方インチである。
【0070】
開口104の好ましい全開放面積は電池の所望の容量による。任意の数の開口104を使って、すべての開口104の集合した開放面積がその好ましい全開放面積に等しくなるようにすることもできる。その際、各開口には、好ましくは、所望の流れ分配および/またはバリア機能を果たさせるように、同一または類似の長さ対幅の比を持たせる。ファン70によって作られる差圧が大きくなると、開口104の長さが増加し、および/または、幅が減少することは、当業者には分かる。ファン70によって作られる差圧と開口104の寸法のバランスは、所望の流れ分配および/またはバリア機能が達成されるかどうかで見極めることができる。開口104の全開放面積を増加させると、ファン70の動作に応じて金属−空気電池220の中を大量の空気が流れることが許されるが、開口104(もしくは、他のバリアセクション)の数、大きさ、長さ対幅の比は、所望のバリア機能が果たされる限度内に維持されることが好ましい。ここでは、円形の開口104の使用について開示したが、要求される比を備えればいかなる従来の形状も採用することができる。さらに、開口104は長さ方向に直線でも曲線でもあり得る。
【0071】
図12は、本発明の第3の例示的実施形態に係る金属−空気電池320を電子装置322から分解して示す概念図である。電子装置322は図1の電子装置22と同一である。ただしすでに指摘した変更点および以下の説明で明らかになる変更点は除く。図12に図示されているように、ドッキングステーション340を画定するドッキング空洞342を画定している壁面は、上流換気通路110の上流開口112を画定している。同様に、ドッキング空洞342を画定している他の壁面は下流換気通路114の下流開口116を画定している。
【0072】
金属−空気電池320は前述した金属−空気電池のいずれかと同一である。ただしすでに指摘した変更点および以下の説明で明らかになる変更点は除く。各金属−空気電池320について、入口換気通路330の入口開口332は、電池カバー328の側壁によって画定されている。同様に、出口換気通路334の出口開口336は、電池カバー328の反対側の側壁によって画定されている。金属−空気電池320がドッキング空洞342に搭載されている間、上流開口112は入口開口332と連続し連通し、そして、下流開口116は出口開口336と連続し連通している。この結果、そして以下にさらに詳細に記載されるように、上流換気通路110は金属−空気電池320を通って画定されている反応体空気流通路の上流側延長となっており、下流換気通路114は金属−空気電池320を通って画定されている反応体空気流通路の下流側延長となっている。それぞれの開口112、332、116、336の間のインターフェースにおける好ましくない漏洩を最小にするために、ガスケットあるいは他の従来の手段が使われる。それぞれの開口112、332、116及び336の間のインターフェースにおける好ましくない漏洩を最小にするように、金属−空気電池320をドッキングステーション340にクランプするために、ある種のクランプ装置を使用することもできる。
【0073】
図13は、図12の13−13線に沿った、電子装置322の概略断面図である。上流換気通路110は取り込み空洞120と連通する上流チューブ118を含み、取り込み空洞120は、電子装置322の外側の環境に篩あるいは格子122を介して連通している。下流換気通路114は、下流開口116と電子装置322の外側の環境に篩あるいは格子128を介して連通している放出空洞126の間を連通する下流チューブ124を含む。ファン129等の空気移動装置は取り込み空洞120の中にある。ファン129は、インペラ134を駆動するモータ132を支持する筋交い130を含む。チューブ118と124は、バリア機能を果たすために、チューブ56と58(図2)と同様の形状およびサイズにされている。
【0074】
図14は、図12の14−14線に沿った金属−空気電池320の概略側面断面図である。金属−空気電池320は前述した金属−空気電池のいずれかと同一であるが、すでに指摘した変更点および以下の説明で明らかになる変更点は除く。金属−空気電池320は、好ましくは、空気移動装置を含まない。金属−空気電池320の換気通路330と334がチューブ136と138を含む実施形態においては、それらのチューブ136と138は、チューブ56と58(図2)あるいはチューブ102aと102b(図9−11)と同一であることができる。ただし、チューブ136と138の上の部分は曲げられ電池カバー328のそれぞれの側壁に取り付けられている点が異なるので、それらは、それぞれ開口332あるいは336(図12)に連続となりそれらと連通する。図14に図示するように、チューブ136と138が、好ましくは、チューブ56と58(図2)と類似のものとなるように、金属−空気電池320は分配板66を含む。あるいは、金属−空気電池320は分配板66を含まないこともできる。この場合、チューブ136と138を、好ましくは、チューブ102aと102b(図9)と類似のものにする。あるいは、バリア機能を与えるために、電子装置322のチューブ118と124がチューブ56と58(図2)と同じような形状とサイズにされているとき、チューブ136と138ではなく、分配板66が金属−空気電池320に含まれることもある。
【0075】
金属−空気電池320がドッキング空洞342の中に装着されている間、反応体空気流通路は電子装置22の外部の周囲環境に源を発する。反応体空気流通路はそれから、電子装置322の取り込み空洞120と上流換気通路110に延びる。反応体空気流通路は、それから金属−空気電池320の入口換気通路330を通り、電池チャンバ54を通り、出口換気通路334を通る。それから電子装置322の下流換気通路114と放出空洞126を通る。
【0076】
ファン129の動作は、ファン70(図5)について記載されているように制御されることができる。ファンの動作により、反応体空気流通路に空気が流れ、金属−空気電池60a−fに空気が供給される。ファン129は、さらに、他の経路で冷却空気流あるいは他の空気流を、電子装置322のコンポーネントに供給することもある。手短かにいうと、ファン129が空気を電池に供給していない間、金属−空気電池320についてバリア機能を発揮させる無数の事態がある。例えば、ファンがオフになって電池に空気を供給されなかったり、ファンが電池と接続されていなかったり(例えば、図12を参照)、あるいはファンによって作られた空気流は電池に送られないことがある。
【0077】
他の実施形態によるとき、電池ハウジング324あるいは同様なものは、ドッキングステーション340取り付けられたままである。扉あるいは同様なものが電池ハウジングに設けられ、金属−空気電池60a−fだけが電池ハウジングに着脱される。
【0078】
図15は、本発明の第4の例示的実施形態に係る金属−空気電池420の概略的な側面断面図であり、図16は、図15の16−16線に沿った、金属−空気電池420の概略断面図である。金属−空気電池420は金属−空気電池20(図1−3及び5)と同一である。ただしすでに指摘した変更点および以下の説明で明らかになる変更点は除く。
【0079】
金属−空気電池420は、図15で破線で図示されている再循環反応体空気流通路を画定している。空気は、ファン470等の空気移動装置の動作に応じて、再循環反応体空気流通路に沿って流れる。ファン470はモータとインペラを含み、それらは、四角形のハウジングの中にある。分配板66は、空気が、したがって酸素が、電池チャンバ454の中の金属−空気電池60a−fの間に均等に分配されるように、反応体空気流通路に沿って空気を分配する機能を果たす。
【0080】
電池チャンバ454は、金属−空気電池60a−fの主として上流端に近い上流チャンバ140と、金属−空気電池の主として下流端に近い下流チャンバ142と特徴付けられるものに分けられて上流チャンバ140と下流チャンバ142は、金属−空気電池60a−fと、高圧部64a−cと、ファン470と、分配板66によって分けられている。図15−16に図示されているように、上流チャンバ140と下流チャンバ142の部分は、金属−空気電池60a−fの閉鎖壁59(図7)によって上にそして部分的に隣接し、そしてそれらのチャンバは、ファン470と分配板66によって分けられている。ファン470は入口146を含み、入口146の一部は金属−空気電池60a−fの閉鎖壁59によって覆われている。しかし、入口146の覆われていない部分は下流チャンバ142と連通している。ファン470はさらに上流チャンバ140と連通する出口148を含む。入口チューブ456は出口チューブ458とファン470に隠れて図15では見えない。
【0081】
入口換気通路430の入口チューブ456の上流端は、入口換気通路430の入口開口と連続し連通している。入口換気通路430の入口開口は図示されていない(しかし、例えば、図1の入口開口32を参照されたい)。しかし、それは、金属−空気電池420がドッキングステーション40(図1)に装着されている間、周囲環境に直接に連通するように位置決めされている。入口チューブ458の下流端は下流チャンバ142と連通している。
【0082】
出口換気通路434の出口チューブ458の下流端は、出口換気通路434の出口開口と連続し連通している。出口換気通路434の出口開口は図示されていない(しかし、例えば、図1の出口開口36を参照されたい)。しかし、それは、金属−空気電池420がドッキングステーション40(図1)に装着されている間、周囲環境に直接に連通するように位置決めされている。出口チューブ456の上流端はファン470の出口148と連通している。
【0083】
入口チューブ456と出口チューブ458のサイズと機能は、第1の例示的実施形態の入口チューブ56と出口チューブ58(図2)と同様であるが、さらに好ましくは、入口チューブ456は1.5から3.5インチの長さを有し、好ましくは3.0インチの長さを有し、そして出口チューブ458は1.0から2.5の長さを有し、好ましくは、2.0インチの長さを有する点を除く。
【0084】
ファン470は、好ましくは、第1の例示的実施形態に関連して上述したのと同じように、金属−空気電池420の金属−空気電池60a−fの電圧に応じて動作する。ファン470が動作している間、ファンによって動かされる空気の部分は、入口換気通路430を通って下流チャンバ142に引き込まれる空気を含み、ファンによって動かされる空気の他の部分は、出口換気通路434を通って電池チャンバ454の外に排出される空気を含む。ファン470を動作させると、さらに、下流チャンバ142から上流チャンバ140に空気が再循環させられ、そして、分配板66が再循環する空気の経路にあり、空気の再循環流を分配する機能を果たす。この結果、空気の流れが、したがって酸素の流れが、電池チャンバ454の中に収容されている金属−空気電池60a−fの間に均等に分配される。入口チューブ56を通って電池チャンバ54に入って来る空気は、再循環する空気を新鮮にする。
【0085】
換気通路430と434は、換気通路110と114(図13)に類似し金属−空気電池420を収容しそれから電力が与えらることができる電子装置によって画定されている換気通路を通って、周囲環境と連通するように配置されることは、当業者がこの開示を理解すれば理解できるはずである。
【0086】
以上説明した事項は本発明の単なる例示的実施形態に過ぎず、以下の特許請求の範囲により規定される発明の技術的範囲を外れることなく、無数の変更が可能であることを理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1の例示的実施形態に係る金属−空気電池によって電力が与えられる電子装置から分解して示されている金属−空気電池の概略図である。
【図2】 図2は、図1の金属−空気電池の図1の2−2線に沿った概略断面図である。
【図3】 図3は、図1の金属−空気電池の図1の3−3線に沿った概略断面図である。
【図4】 図4は、図1の金属−空気電池の分配器板だけの図3の4−4線に沿った断面図である。
【図5】 図5は、図1の金属−空気電池の図1の5−5線に沿った概略的前部切断正面図である。
【図6】 図6は、図1の金属−空気電池の単位電池の層ファン枠の上面図である。
【図7】 図7は、図1の電池の金属−空気電池のケースの単離分解斜視図である。
【図8】 図8は、図1の電池の金属−空気電池の概略的斜視図である。
【図9】 図9は、本発明の第2の例示的実施形態に係る金属−空気電池の断面側面図である。
【図10】 図10は、図9の金属−空気電池分配器チューブの単離図である。
【図11】 図11は、図10の分配器チューブの11−11線に沿った断面図である。
【図12】 図12は、本発明の第3の例示的実施形態に係る金属−空気電池によって電力が供給される電子装置から、分解されている金属−空気電池の概念図である。
【図13】 図13は、図12の電子装置の13−13線概略断面図である。
【図14】 図14は、図12の金属−空気電池の14−14線概略側面断面図である。
【図15】 図15は、本発明の第4の例示的実施形態の金属−空気電池の概略側面断面図である。
【図16】 図16は、図15の金属−空気電池の16−16線概略断面図である。
Claims (17)
- 酸素電極をそれぞれ有する複数の金属−空気電池の換気システムにおいて、
金属−空気電池電池を収容するチャンバを画定するハウジングと、
反応体空気流通路を通って上記チャンバに空気を動かす空気移動装置とを備え、
上記反応体空気流通路内の上記ハウジングに位置し、各酸素電極に空気を導く位置にあり、上記空気移動装置の動作に応じて上記チャンバへほぼ均等に空気の流れを分配する1以上の開口を有する穴開き部材であって、上記空気移動装置がオフで上記反応体空気流通路が密封されていない間、上記チャンバへの空気の流れが実質的に無いようにする少なくとも1つの制限体を備える穴開き部材
を特徴とする換気システム。 - 各開口がそこを通る流れの方向に垂直な幅とそこを通る流れの方向の長さを規定し、その長さがその幅より大きい請求項1に記載の換気システム。
- 空気高圧部は、上記各酸素電極に隣接し、上記穴開き部材は、このような全ての高圧部の一端に沿って並んだ板であり、この板は、上記各空気高圧部に対して開いた開口を有する請求項2記載の換気システム。
- 上記穴開き部材は、長く伸びた換気通路であり、該換気通路に沿って開口が分布している請求項2に記載の換気システム。
- 上記穴開き部材が板で、上記制限体がチューブである請求項4に記載の換気システム。
- 請求項1記載の換気システムを利用した金属−空気電源装置。
- 金属−空気電源と請求項6に記載の換気システムを組み合わせてなる電子装置において、
一部が上記電子装置内にある上記反応体空気流通路と、一部が上記電子装置内にあり、一部が上記電源内にあり、上記空気移動装置がオフにされて上記反応体空気流通路が密封されてない間、上記チャンバへの空気の流れが実質的に無いようにする制限体とを備えることを特徴とする電子装置。 - 上記金属−空気電源は、上記電子装置から取り外すことができる請求項7に記載の電子装置。
- 上記空気移動装置は、上記電子装置に内蔵されている請求項8に記載の電子装置。
- 空気移動装置を備え、金属−空気電池によって電源を供給され、上記金属−空気電池は、酸素電極を有し、酸素電極に導く反応体空気流通路を有する取り外しのできるハウジングに収容され、上記空気移動装置は、上記金属−空気電源が上記電子装置に接続されたとき、上記反応体空気流通路に沿って空気の流れを生成し、
上記反応体空気流通路は、上記空気移動装置の動作に応じて、上記反応体空気流通路を通った空気を流し、上記空気移動手段が動作しておらず上記換気開口が密封されていないとき、空気の通過が実質的に無いようにする換気開口を有し、
上記換気開口は、上記金属−空気電源が上記電子機器に接続されているとき、上記空気移動装置から供給される空気の流れを受け取る位置にあることを特徴とすることを特徴とする電子機器。 - 酸素電極をそれぞれ有する複数の金属−空気電池の換気システムにおいて、
金属−空気電池電池を収容するチャンバを画定するハウジングと、
反応体空気流通路を通って上記チャンバに空気を動かす空気移動装置と、
ハウジングに位置し、上記反応体空気流通路を少なくとも部分的に画定し、上記酸素電極のそれぞれに関連し、上記空気移動装置の動作に応じて上記チャンバを通じて前記各酸素電極にほぼ均等な空気流を分布させ、上記空気移動装置がオフで上記反応体空気流通路が密封されていない間、上記チャンバへの空気の流れが実質的に無いようにする穴開き部材と、
を有する換気システム。 - 上記穴開き部材は複数の開口を画定し、その穴開き部材が反応体空気流通路を少なくとも部分的に画定する、請求項11に記載の換気システム。
- 各開口がそこを通る流れの方向に垂直な幅とそこを通る流れの方向の長さを規定し、その長さがその幅より大きい請求項12に記載の換気システム。
- 上記穴開き部材が板である請求項12に記載の換気システム。
- 上記穴開き部材が、長く延びた換気通路であり、該換気通路の長さに沿って開口が分布している請求項12に記載の換気システム。
- 上記穴開き部材が、複数の開口を画定し、反応体空気流通路を少なくとも部分的に画定し、そして上記空気移動装置の動作に応じて上記チャンバへほぼ均等に空気流を分配するために動作し、
上記開口によって上記酸素電極から分けられた上記反応体空気流通路にあって、上記空気移動装置がオフで上記反応体空気流通路が密封されていない間、上記チャンバへの空気流が実質的に無いようにするサイズを有する、少なくとも一つの制限体を備える請求項11に記載の換気システム。 - 上記穴開き部材が板で、上記制限体がチューブである請求項16に記載の換気システム。
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