JP5552492B2

JP5552492B2 - 流体消費電池及び流体マネージャを有する装置

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Publication number: JP5552492B2
Application number: JP2011542430A
Authority: JP
Inventors: リチャードエイランガン; ジェラルドディーボールドウィン; ザサードマイケルジェイブランドン; マークエイシューバート; ウィリアムジェイムーア
Original assignee: エバレデイバツテリカンパニーインコーポレーテツド
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: CN102265451A; EP2361447A4; WO2010075163A2; JP2012513658A; EP2361447B1; WO2010075163A3; US20110274997A1; EP2361447A2; HK1157940A1; IL212754A0

Description

本発明は、一般に流体消費電池を使用する装置に関し、より詳細には、流体消費電極を有する電気化学電池に空気などの流体が入り込むのを制御することに関する。

様々な携帯用電子装置に電力を供給するために、空気脱分極、空気補助及び燃料セル電池セルなどの、セル外部からの酸素及びその他の気体などの流体を活性材料として使用して電気エネルギーを生成する電気化学電池セルを使用することができる。例えば、空気脱分極又は空気補助セルに空気が入り込み、ここで空気を正極活性材料として使用することができ、或いは正極活性材料を再充電することができる。酸素還元電極が、セルの電解液と酸素の反応を、及び最終的には酸素と負極活性材料の酸化を促進する。酸素還元電極内の、電解液と酸素の反応を促進する材料は、触媒と呼ばれることが多い。しかしながら、酸素還元電極内で使用される材料には、特に比較的放電率が高い期間中に少なくとも部分的に還元され得るものもあるので、真の触媒ではないものもある。

１つの種類の空気脱分極電池セルに亜鉛／空気セルがある。この種のセルは、負活性材料として亜鉛を使用し、（ＫＯＨなどの）水性アルカリ性電解物を有する。亜鉛／空気セル内で使用できる酸化マンガンは、特に空気電極内への酸素の拡散速度が不十分な場合、負極活性材料の酸化に呼応して電気化学還元され得る。その後、これらの酸化マンガンは、より低速な放電又は静止期間中に酸素によって再酸化され得る。

空気補助電池セルは、消費可能な正及び負の電極活性材料と、酸素還元電極とを含むハイブリッドセルである。正極は、長期にわたって高い放電率を持続することができるが、より低い放電期間又は非放電期間中には、酸素が酸素還元電極を通じて正極を部分的に再充電することができるので、全体的なセルの放電能力の大部分に酸素を使用することができる。このことは、一般に全体的なセル能力を高めるために、セルに入れる正極活性材料の量を減少させて負極活性材料の量を増加させることができることを意味する。同一出願人による米国特許第６，３８３，６７４号及び米国特許第５，０７９，１０６号には、空気補助セルの例が開示されている。

流体消費電池セルに入る空気の量を制御するための数多くの方法が提案されてきた。例えば、空気の量を制御するために、米国特許第６，６４１，９４７号、米国特許出願公開第２００３／０１８６０９９号及び米国特許出願公開第２００８／００８５４４３号に開示されるような弁が使用されてきた。しかしながら、従来の弁のなかには、一般に電池との実装が困難であり、弁を動作させるために比較的複雑な電子的及び／又は外部的手段を必要とし、また電池からエネルギーを消費し得るものもある。しかも、通常、従来の弁では電池及び／又は装置のコストが増加する。

さらに、多くの従来の装置には、１又はそれ以上の電池を収容するための電池室が設けられる。しかしながら、１又はそれ以上の電池に対する空気などの流体の管理は、制御が困難となり得る。電池への流体侵入を制御するために、電池室全体を、さらには装置全体を密封する筺体を提供する必要が生じることもある。これには、電池室又は装置の壁を密封し、電池室の蓋を密封し、電気的又は機械的接続部の周囲を密封閉鎖することが必要となる可能性があり、これが装置の複雑さ及びコストをさらに増加させる恐れがある。

通常、上述の方法は複雑でコストが掛かり、電池の動作寿命を短縮させることがある。従って、電池からのエネルギーを必要とせず、装置で使用される流体消費電池の流体消費電極への流体侵入を安価で、確実に、かつ容易に制御できるようにする空気マネージャを提供することが望ましい。

本発明の１つの態様によれば、使用する流体消費電池への流体侵入を制御する装置が提供される。この装置は、流体消費電極と第１の流体侵入ポートとを有する少なくとも１つの流体消費電池を収容するように構成された電池室を含む。装置は、装置の一部に配置された第２の流体侵入ポートも含む。装置はまた、装置の壁と流体消費電池との間に配置された流体流制限器も含み、これにより装置外部からの流体消費電極への流体の流量が流体流制限器の圧縮部分によって制御されるようになる。

実施形態は、以下の特徴のいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含むことができる。
・流体流制限器が発泡材料を含み、発泡層が１又はそれ以上のエラストマー発泡材料を含むことができ、発泡材料が独立気泡発泡体又は開放気泡発泡体を含む。
・流体流制限器が、２５パーセントの偏差で０．０２８１〜４２１８ｇ／ｃｍ²の硬度を有する。
・流量制限器が複数の構成要素を含む。
・流量制限器が複数の層を含み、個々の隣接する層を互いに接着することができ、又はこれらを互いに接着することができない。
・流体流制限器が流体制御層及びバッキング層を含み、ある実施形態では、バッキング層が圧縮可能であるとともに第１の流体透過率を有し、流体制御層が第１の透過率未満の第２の流体透過率を有し、ある実施形態では、流体制御層がシリコンゴムを含む。
・装置がカバーを含み、流体流制限器が、カバーと少なくとも１つの流体消費電池との間で圧縮される。
・第２の流体侵入ポートが、カバーでない装置の壁に形成される。
・流体流制限器が、流体流制限器の第２の流体侵入ポートに隣接する表面から流体流制限器の第１の流体侵入ポートに隣接する表面までの流体透過経路を含む。
・装置の壁が内向きの突起を含み、この突起の表面と少なくとも１つの流体消費電池の表面との間で流体制限器が圧縮されることにより、これらの間で圧縮された流体流制限器が、流体透過経路の流体透過率よりも低い流体透過率を有するようになる。
・流体流制限器が、装置の壁と少なくとも１つの流体消費電池との間にシールを含み、いくつかの実施形態では、流体が第２及び第１の流体侵入ポートを通過して流体消費電極へ移動することができ、基本的に流体がシールを通過しないようにされ、いくつかの実施形態では、シールが環状シール部材を含み、いくつかの実施形態では、流体流制限器が、シールから径方向内向きに配置された、第２の流体侵入ポートに隣接する表面から圧縮された中心部を通って第１の流体侵入ポートに隣接する反対側の表面までの流体透過経路とともに第１の流体侵入ポートと第２の流体侵入ポートとの間で圧縮された部分をさらに含む。
・流体消費電池が、複数の第１の流体侵入ポートを有する。
・装置が、複数の第２の流体侵入ポートを有する。
・少なくとも１つの流体消費電池が、酸素消費電極を備えた空気消費セルを含む。
・少なくとも１つの流体消費電池が、装置内に交換可能に配置される。

当業者であれば、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することにより、本発明のこれらの及びその他の特徴、利点、並びに目的をさらに理解するであろう。

本明細書では、特に指定しない限り、全ての開示する方法、特徴、数値及び範囲は、室温（約２０〜２５℃）及び周囲大気圧並びに相対湿度で測定したものである。数値を標準国際単位及び非標準単位の両方で示している場合、標準国際単位は、非標準単位と同等に計算したものである。

電池室カバーを閉鎖位置で示す、流体消費電池を含む装置の斜視図である。電池室カバーが開放位置にあり、第１の実施形態による、カバーに取り付けられた流体流制限器を示す、図１に示す装置の斜視図である。電池、流体流制限器及び電池室カバーを示す、図１に示す装置の分解斜視図である。図１の線ＩＶ−ＩＶを通じて切り取った断面図である。第２の実施形態による、電池室カバーの内側に取り付けられた流体流制限器を使用する装置の斜視部分図である。線ＶＩ−ＶＩを通じて切り取った図５に示す装置の断面図である。電池室カバーの内面上に設けた、電池への流体流を制限するためのシールを示す、第３の実施形態による装置の斜視部分図である。図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩを通じて切り取った断面図である。気体消費電池のための空気管理システムを設計する方法のフロー図である。制限電流を、２１℃及び５０パーセントの相対湿度で蓄電したＰＰ３５５亜鉛−空気セル電池の蓄電時間の関数として示すプロットである。制限電流を、３５℃及び７５パーセントの相対湿度で蓄電したＰＰ３５５亜鉛−空気セル電池の蓄電時間の関数として示すプロットである。制限電流を、３５℃及び２５パーセントの相対湿度で蓄電したＰＰ３５５亜鉛−空気セル電池の蓄電時間の関数として示すプロットである。図１０のプロットを作成した元となる制限電流試験結果をまとめた表である。図１１のプロットを作成した元となる制限電流試験結果をまとめた表である。図１２のプロットを作成した元となる制限電流試験結果をまとめた表である。セル電流を３種類の発泡体流体流制限器の圧縮率の関数としてｍＡで示すグラフである。

本発明の実施形態は、電極の一方のための活性材料としてセル外部からの（酸素又は別の気体などの）流体を利用する電気化学セルを含む電池を含む。電池セルは、酸素還元電極などの流体消費電極を有する。電池セルは、空気脱分極セル、空気補助セル、又は燃料セルとすることができる。この電池は、（空気脱分極及び空気補助セル内の空気電極などの）流体消費電極への流体の通過量を、特に高速又は高電力でのセルの放電に対して十分な流体量をセル外部から提供する一方で、低速又は無放電期間中における流体消費電極への流体の侵入及びセルとの間の水の損益を最小にするように調整するための流体調整器も有する。

特に指定しない限り、本明細書で使用する「流体」という用語は、流体消費電池の流体消費電極が、セルによる電気エネルギーの生成において消費し得る流体を意味する。以下、酸素還元電極を備えた空気脱分極セルによって本発明を例示するが、本発明を、セルハウジング外部からの様々な気体をセル電極の両方の活性材料として使用する燃料セルにおいてより一般的に使用することもできる。

図１〜図８を参照すると、様々な実施形態による、流体消費電池４０と、この電池４０との間の流体の侵入及び放出を管理するための空気マネージャとを使用する電気的又は電子的に動作する装置１０を大まかに示している。１つの実施形態によれば、電子装置１０は、大まかに示すようにリモコン装置であってもよい。しかしながら、装置１０は、以下に限定されるわけではないが、補聴器、音楽プレーヤ、懐中電灯、電源パック及び動作電力を供給するためのその他の装置などの、装置内で流体消費電池を使用するいずれの電子装置であってもよいと理解されたい。空気マネージャは、外部環境と流体消費電池４０との間を通過する空気などの流体の侵入及び放出を制御して、装置１０の動作を強化するとともに電池４０の寿命が延びるようにする。

例示的な実施形態では、流体消費電池４０を、亜鉛の形の金属活性材料を負極活性材料として使用し、（ＫＯＨなどの）水性アルカリ性電解物を有する空気脱分極電池セルとして示す。流体消費電池４０は、電極の一方のための活性材料としてセル外部からの（酸素又は別の気体などの）流体を利用する電気化学セルを含む。電池４０は、酸素還元電極などの流体消費電極を有する。様々な実施形態によれば、流体消費電池４０は、空気脱分極セル、空気補助セル又は燃料セルを含むことができ、また電池は、図示のようにプリズム状であってもよく、或いは（ボタン形、円筒形及び正方形などの）他の形状を有することもでき、様々なサイズで構成できると理解されたい。

流体消費電池４０に含まれるセルハウジングは、それぞれカン４４及びカバー４８などの第１のハウジング構成要素及び第２のハウジング構成要素を含むことができ、或いはカン又はカバーを検討したであろうものとは異なる形状又はサイズを有することができる。例示を目的として、以下、第１のハウジング構成要素をカン４４と呼び、第２のハウジング構成要素をカバー又はカップ４８と呼ぶ。カン４４及びカバー４８は、両方とも導電性材料で作られるが、例えばガスケット４６により互いに電気的に絶縁される。いくつかの実施形態では、カン４４が、流体消費電池４０の外部正接触端子として機能するのに対し、カバー４８は、外部負接触端子として機能する。電池４０は、正極（すなわちカソード）とすることができる、開示する実施形態では空気電極と呼ぶ流体消費電極である第１の電極５０と、負極（すなわちアノード）とすることができる第２の電極５４と、第１の電極５０と第２の電極５４との間に配置された分離器５２とをさらに含む。流体消費電極５０は、酸化マンガンなどの触媒材料と、炭素又は黒鉛などの導電性材料と、ポリマー樹脂などの結合剤とを含むことができる。負極５４は、亜鉛などの金属と、例えばＫＯＨ又はＮａＯＨなどを含む水性アルカリ性電解物とを含むことができる。第１の流体消費電極５０がカン４４に電気的に結合されるのに対し、第２の電極５４はカバー４８に電気的に結合される。

一般に、カン４４は、（空気などの）流体が電池セルハウジングの内部に移動して流体消費電極５０に到達できるように、１又はそれ以上の流体侵入ポート４２を設けた表面４５を含む。図示の実施形態では、カン４４の上面４５内に８つ（８）の流体侵入ポート４２を設けているが、流体が、空気のアクセスを制御して流体消費電極５０に分配する空気マネージャを通じて流体消費電極５０へ移動できるようにするためには、様々なサイズ及び形状の数多くの流体侵入ポート４２をいくつ使用してもよいと理解されたい。

上壁、底壁及び側壁を有するハウジング１２と、ハウジング１２内に形成された電池室１６に通じる開口部１４とを有する装置１０を示している。電池室１６は、１又はそれ以上の流体消費電池４０を収容するようにされたサイズ及び形状で構成された開口部１４を含む。本明細書では電池４０を１つ示しているが、装置１０は、１又はそれ以上の流体消費電池４０を使用できると理解されたい。当業者には明らかであろうが、一般に、装置１０は、流体消費電池４０の各々と装置１０内の電気回路との間に電気接点を形成できるようにする電気接続部（図示せず）を含む。この電気接続部は、カン４４の側面及びカバー４８の底部などの、一般的には流体流制限器３０の外部にある電池端子、及びこれにより提供されるシール領域と接触するように電池室内に配置された導電性接点を含むことができる。

ハウジング１２には、電池室１６を覆う上面を定める蓋又はカバー１８が含まれる。ユーザは、カバー１８を開いて電池室１６にアクセスできるようにすることができ、またこれを閉じて電池室１６及び流体消費電池４０を覆うことができる。カバー１８が確実に閉じられるようにするために、カバー１８は、装置ハウジング１２内のスロット２４と係合してカバー１８を閉鎖位置に保持するロッキングタブ２２を含むことができる。この結果、電池４０を取り出し及び／又は挿入する必要がある場合、ユーザがタブ２２を操作してスロット２４との接続を外し、カバー１８を開放位置に枢動させることができる。

ここで図１〜図４を参照すると、第１の実施形態による流体流制限器３０の形の空気マネージャを使用する装置１０を示している。流体流制限器３０は、カバー１８の内面に接触させて配置することができる。流体流制限器３０は、外部環境と、電池４０の流体侵入ポート４２との間の流体の流量を制御することができる、流体透過性で圧縮性の材料から作成された単一の層を有する単一の構成要素とすることができる。また、流体流制限器３０は、カバー１８が閉鎖位置にあるときには流体消費電池４０の上面に対して流体シールを提供して、流体が流体侵入ポート２０と電池４０の上面４５との間を無制限に流れないようにすることができる。１つの実施形態によれば、流体流制限器３０により提供されるシールが、空気などの流体をカバー内の流体侵入ポート２０から流体流制限器３０の厚みを通じて電池４０の流体侵入ポート４２へ透過できるようにする一方で、流体流制限器３０の外部からの無制限な流体流を防ぐことができる。別の実施形態によれば、流体流制限器３０が、流体侵入ポート２０から流体侵入ポート４２までの第１の透過率の第１の透過経路と、流体流制限器３０の外部からの第２の透過率の第２の透過経路とを提供して、必要に応じて空気が側面から軸方向へ侵入できるようにすることができる。さらに別の実施形態（図示せず）では、流体侵入ポート２０を、電池室１６の別の表面内などの、カバー１８と流体流制限器３０との間の境界面の外に配置することができ、及び／又はカバー１８と開口部１４との間の隙間が流体侵入ポートとして機能することができる。この実施形態では、流体流制限器３０が、流体流制限器３０の外部から流体侵入ポート４２までの透過経路を提供する。流体流制限器３０を様々な方法で構成して、異なる装置に対して異なる空気透過率を有するようにすることができる。

流体流制限器３０は、接着層３２によって（カバー１８などの）電池室１６の表面に接着することができる。接着剤３２は、例えばアクリル系接着剤を含むことができる。流体流制限器３０を電池室１６の内面に接着することにより、装置１０に異なる電池を組み込んで交換するときに、流体流制限器３０を異なる電池とともに容易に使用することができる。１つの実施形態では、接着層３２を、カバー１８内の流体侵入ポート２０を遮断しないように流体流制限器３０上に配置することができる。他の実施形態によれば、接着層３２が流体侵入ポート２０を覆うことができ、この接着層３２を、ここを通過する流体を調整するための（空気などの）所望の流体透過率を有する流体透過制御層として機能するように選択することができる。他の実施形態では、流体流制限材料を電池室１６の別の内面に接着することができ、又は接着剤を使用せずに装置内に配置することができる。流体侵入ポート２０を電池室１６の蓋１４又は別の部分に配置して、及び／又はカバー１８と開口部１４との間の隙間が流体侵入ポートとして機能するようにすることもできる。

図２及び図３で分かるように、流体流制限器３０は、電池４０の上面４５の形状及びサイズと同様に構成された形状及びサイズを有することができ、カバー１８の閉鎖時には、特に流体侵入ポート２０と流体侵入ポート４２との間の領域内の、カバー１８と流体消費電池４０との間の空間量を消費する。流体流制限器３０は、外部雰囲気から流体消費電池４０への流体流を、制御された流体透過率に制限する。流体流制限器３０は、圧縮された流体流制限器材料の流体透過率に基づいて流体のアクセスを制御する。電池室１６のカバー１８の閉鎖時には、流体流制限器３０が、カバー１８の内面と流体消費電池４０の上面４５との間で圧縮されて、電池４０の表面４５に対して流体シールを提供することにより、カン４４内の流体侵入ポート４２への流体のアクセスが流体流制限器３０によって制限されるようになる。

１つの実施形態によれば、流体流制限器３０が、流体消費電池４０と、カバー１８を含む電池室１６との寸法変化を可能にする圧縮性発泡層を含む。流体流制限器３０は、圧縮性、空気制限性であるとともに、流体が装置１０の流体消費電池４０に到達するために通過するスロットリング機構として機能する１又はそれ以上の層を有する発泡材料を含むことができる。流体流制限器３０はまた、電池４０の表面４５に対して予測可能かつ再生可能なシールも提供し、発泡材料の弾力性による圧縮によって流体シールを保持する。流体流制限器３０の流体消費電池４０に接する表面は空気拡散を制限することができるが、流体流制限器３０のバルクは空気拡散をそれほど制限することはできない。バルク材料の反対面は、接着によってカバー１８などの装置の室壁に確実に固定することができ、或いは流体流制限器３０を固定する他の好適な手段を使用することができる。流体流制限器３０に使用する材料の種類は異なることができ、密封要件も、装置の種類及びその用途に応じて異なることができる。

流体流制限器３０は、以下の望ましい特性のいずれかを有することができる。発泡材料が、開放又は独立気泡発泡体構造を有することができ、任意に１又はそれ以上の表面が、バルク発泡体上のスキン又は二次半透水層を有することができる。いくつかの実施形態では、発泡材料が、再密閉可能な電池室１６を実現するために、迅速回復（低圧縮永久ひずみ／高度回復）性のエラストマー発泡材料を含むことができる。エラストマーは、例えば、弾性硬化、架橋又は加硫エラストマーとすることができる。好適なエラストマー発泡材料の例としては、ポリウレタンエラストマー、ポリエチレン、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリブタジエン、クロロイソブチレンイソプレン、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロロヒドリン、エチレンプロピレン、エチレンプロピレンジエンモノマー、エチレンビニルアセテート、水素化ニトリルブタジエン、ポリイソプレン、イソプレンブチレン（ブチル）、（ＡｓｈｔａｂｕｌａＲｕｂｂｅｒ社から提供されているＢＵＮＡ−Ｎ（商標）などの）ブタジエンアクリロニトリル、（ＡｓｈｔａｂｕｌａＲｕｂｂｅｒ社から提供されているＢＵＮＡ−Ｓ（商標）などの）スチレンブタジエン、（ＤｕＰｏｎｔ社から提供されているＶＩＴＯＮ（登録商標）及びＫＡＬＲＥＺ（登録商標）などの）フルオロエラストマー、シリコン、及びこれらの誘導体のうちの１又はそれ以上が挙げられる。

１つの実施形態によれば、発泡タイプの流体流制限器３０が、カバー１８などの電池室１６の表面、又は電池４０の（単複の）流体侵入ポート４２が位置する表面に接着するために、片面に発泡層及び接着層３２を含むことができる。様々な発泡材料が市販されている。１つの例として、両面にスキンを、片面に接着層３２を有する開放気泡ポリウレタン発泡体の三辺シートである、（ロジャース・コーポレーション社により部品番号４７０１−６０−２００３１−０４として製造された）ＭｃＭａｓｔｅｒＣａｒｒ社のカタログ番号８６３７５Ｋ１６１などのポリウレタン発泡体がある。開放気泡発泡体の別の例として、両面にスキンを有し、接着層を有していないポリウレタン開放気泡発泡シートである、ＭｃＭａｓｔｅｒＣａｒｒ社のカタログ番号８６３７５Ｋ１３２がある。発泡材料の別の例として、片面にスキンを有し、接着層を有していない独立気泡ポリウレタン発泡体のシートである、ＭｃＭａｓｔｅｒＣａｒｒ社のカタログ番号８７２２Ｋ６２２などのポリエチレン発泡体がある。発泡材料のさらに別の例として、スキン又は接着層を有していない独立気泡エチレンビニルアセテート発泡体のシートである、ＭｃＭａｓｔｅｒＣａｒｒ社のカタログ番号８６０９５Ｋ４１などのエチレンビニルアセテート発泡体がある。他の材料で作った発泡体を使用することもできる。発泡材料が、セルの（単複の）流体侵入ポートを有する表面又はカバーなどの電池室の表面に流体流制限器を接着するための接着層を含む場合、流体流制限器がセル又は装置電池室に貼り付けられるまで、除去可能な保護層が接着剤を覆うことができる。

流体流制限器材料は、低クリープを有するとともに、電解液による酸化及び劣化、並びに湿度などの環境条件に耐性を示すことが好ましい。材料は、シートの形で提供することができ、接着剤を裏当てすることができ、及び／又は装置に貼り付けやすいように材料を接着剤とともに購入することができる。材料は、少なくとも−４０℃〜＋９０℃の温度範囲を使用する装置内で物理的に安定することが好ましい。材料は、２５パーセントの偏差で（すなわち、元の厚みの２５パーセントまで圧縮された場合）０．０２８１〜７０３１ｇ／ｃｍ²（０．４〜１００ｐｓｉ）の範囲の硬度を有することができ、この硬度は、２５パーセントの偏差で４２１８ｇ／ｃｍ²（６０ｐｓｉ）以下であることが好ましく、２５パーセントの偏差で１７５８ｇ／ｃｍ²（２５ｐｓｉ）以下であることがより好ましく、２５％の偏差で１０５５ｇ／ｃｍ²（１５ｐｓｉ）以下であることが最も好ましい。材料は、好適な引張強度、剪断強度、延伸限界及び密度をさらに含むべきである。材料は、油、研磨、引き裂き、衝撃、天候、化学物質、電気及び炎に対して耐性を有するとともに、性能に悪影響を与えない容認可能な水分感度を有することができる所望の粗度の表面仕上げを有することができる。

発泡材料は、以下で流体流制限器３０に関してさらに詳述するように、多層を含むことができると理解されたい。例えば、発泡材料は、片面又は両面に追加のスキン層を有することができ、一方のスキン層をカン４４に接触させることができる。この追加のスキン層は、横方向の（空気などの）流体の漏出（すなわち、発泡層３０とカン４４の間の境界面を通る無制限な流対流）を最小にするために、シリコンゴムなどの流体制限材料を含むことができる。発泡材料及び追加のスキン層の流体透過率は同じにすることができ、或いは透過率を異なるものにして、スキン層が、例えば空気の流量を制御するより制限的な材料となるようにすることもできる。

発泡材料を熱、化学物質、又は熱と化学物質の組み合わせで変化させることによって１又はそれ以上のスキン層を形成し、所望の流体透過率を有する制御層を実現することができる。発泡材料の表面をこのように融解又は溶解して材料の気孔率を減少させることにより、所望の透過率を実現することができる。

発泡材料をカン４４に対して圧縮するのに必要な力、及び発泡体の圧縮率を求めて、装置１０にとって最適な電池４０の電気性能を実現することができる。流体流制限器３０により制限された流体消費電池セルを電気的に試験して、セルに対して流体制御を行う流体流制限器３０を備えたセルの最大持続放電率容量を測定することができる。この測定は、発泡材料をカン４４の上面４５に対して圧縮し、流体侵入ポート４２を覆い、流体流制限器３０内の流体消費電極５０とカン４４の上部内面との間の空間に収容できる流体量を消費するのに十分な時間にわたってセルを（１．０ボルトなどの）定電圧に保持し、その後このセルに対する放電時間の最後にセル電流を測定することによって行うことができる。この試験は、特定の装置１０の電流要件に基づく最適な圧縮を決定するために、異なる量だけ圧縮された流体流制限器３０を使用して行うことができる。

図５及び図６を参照すると、流体消費電池４０への流体の侵入及び放出を制御するための流体流制限器６０を含む空気マネージャを有する別の実施形態による装置１０を示している。この実施形態では、流体流制限器６０が、流体制御層６２及びバッキング層６４を含む。バッキング層６４は、電池室カバー１８が閉鎖位置にあるときに電池を押し下げる力を提供して、電池４０及び電池室カバー１８の寸法変化を可能にする。バッキング層６４は、流体制御層６２と比較して流体が比較的制限なく通過できるようにもする。流体制御層６２は、電池４０の表面４５上にシールを提供し、流体制御層材料の流体透過率に基づいて流体アクセスを制御する。流体流制限器６０は、基本的にバッキング層６４しか圧縮されないので、流体流制限器６０の圧縮量に左右されない透過率の流体制御層６２を提供するという利点を有する。また、流体流制限器６０をカバー１８などの電池室１６の内面に接着するために、バッキング層６４上に接着層６６を設けることができる。バッキング層６４の流体透過率は、流体流制限器６０を通過する流体の流量（透過率）がバッキング層６４によって制限されないぐらい十分に大きいことが好ましい。

図５及び図６に示す実施形態では、十分に圧縮された場合に流体流制限器６０とカン４４の上面４５との間に流体の漏出を防ぐためのシールを提供し、流体が外部環境から流体侵入ポート２０を通じて流体制御層６２へ比較的制限なく通過できるようにする弾力性発泡材料でバッキング層６４を作成することができる。バッキング層６４の例としては、上述したような発泡体を挙げることができる。発泡体は、圧縮永久ひずみが非常に低い（すなわち、圧縮がその元々の圧縮されていない厚み近くまで良好に回復する）開放気泡発泡体とすることができ、バッキング層６４の流体透過率は、流体制御層６２の流体透過率よりも大きいことが好ましい。

カバー１８の内面は、この実施形態では流体消費電池４０の流体侵入ポート４２を含む上面４５のほぼ周囲に延びるＵ字形の突出部として大まかに示す内向きの突出部８０を含むように構成することができる。突出部８０は、流体流制限器６０内に高度に圧縮されたリングを提供し、密閉を強化して流体の横方向の透過を阻止又は減少させるように十分に下向きに延びる。突出部８０は、様々なサイズ及び形状で提供することができ、また本明細書で説明する他の実施形態では、これを使用して発泡体の圧縮により密閉機能を強化することができる。

流体制御層６２は、ポート４２の総表面積と、（厚みなどの）透過経路長と、材料の流体透過率とに依存する流体の透過を実現することができる。流体制御層６２は、液体を遮断して、制御された量の空気が層６２を通過できるようにする１又はそれ以上のスキン層の形をとることができる。流体制御層６２の多孔度は、バッキング層６４よりも低くすることができる。

上述したように、バッキング層６４の表面に熱又は化学物質を加えることによってスキン層を形成することができ、或いは流体制御層６２をシリコン又はシリコンゴムなどの異なる材料で作成することができる。一般に、シリコンゴムは酸素透過性であり、これにより流体消費電池セル４０内への酸素の流量を制御することができる。シリコンゴムは、液体を遮断するものの酸素などの気体に対する透過率が高いので、制御された量の気体の通過を可能にすることができる。１つの例によれば、シリコンゴム流体制御層６２が、最低量の酸素が電池セル４０に侵入できるようにするために、約０．８２ミリメートル（０．０３２インチ）の最大厚を有する。この最大厚は、表面積が変化するにつれて比例的に変化することができる。表面積、酸素透過率及び透過経路長の要件を前提として、電池セル及び装置の電流引き込み要件に応じて、電池セルごとに最適な酸素制御層６２を提供することができる。

本明細書では、いくつかの実施形態による単一層の流体流制限器３０及び二重層の流体流制限器６０を図示し説明しているが、発泡材料は、３又は４層などのその他の多層も使用できると理解されたい。また、発泡体の単一層を熱又は化学物質で変化させることにより、バッキング層６４及びスキン層６２を有するように材料６０を形成して、所望の空気又は流体透過を有する制御層６２を形成することができると理解されたい。１つの実施形態によれば、発泡体の表面を融解又は溶解させて気孔を減少させることにより、これを実現することができる。

図７及び図８を参照すると、第３の実施形態による、カバー１８の内面と流体消費電池４０の上面４５との間に密封閉鎖を採用する装置１０を示している。この実施形態では、カバー１８の内面に接して（円形である必要はないがＯリング型シールのような）環状シールなどのシール部材７０が配置される。シール部材７０は、流体侵入ポート４２をカバー１８内の開口部２０に露出させるために、流体消費電池４０に対して流体侵入ポート４２の外側の領域に一次シールを提供する。カバー１８が閉鎖位置にある場合、シール部材７０が電池の上面４５に押し付けられて適所に保持され、電池４０の上面４５に対して十分な密閉力を与える。この実施形態では、電池カン４４内の流体侵入ポート４２と、流体侵入ポート２０を含む電池室カバー１８との間にプレナム７２を実現する隙間が存在する。プレナム７２は、流体がカバー１８内の流体侵入ポート２０を出入りするとともに電池４０内の流体ポート４２を出入りして電池４０への正しい流体アクセスを確実にするように装置１０の残り部分から密封され、これにより基本的にシール部材７０が、電池室１６及び装置１０内の他の場所から流体が流体侵入ポート４２へ流れ込むのを防いで、プレナム７２への流体の流れが流体侵入ポート２０の個数及びサイズに基づいて制御されるようにする。シール部材７０は、装置１０を通常の完全動作で動作させるのに十分な流体漏出を許容しない低透過率の熱硬化性エラストマーを含むことができる。しかしながら、シール部材７０の材料を、例えば、電池の所望の開路電圧を保持するのに十分な、又は装置１０を低い機能性で又は「スリープ」モードで動作させるのに十分な、より大きな流体透過を可能にするように選択することもできる。使用できる熱硬化性エラストマー材料の例として、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコン、アクリロニトリルブタジエンイソプレン、ネオプレン及びフルオロエラストマー（ヘキサフルオロプロピレン及びフッ化ビニリデンのコポリマー、並びにテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンのターポリマーなど）が挙げられる。

この実施形態では、開放容積のプレナム７２を図示し説明しているが、別の実施形態によれば、流体流制限器３０又は６０の一方をカバー１８と電池４０の間に挿入し、シール部材７０と組み合わせて使用できることを理解されたい。その際、例えば、流体流制限器３０又は６０をシール部材７０の径方向内向きに提供することができ、流体流制限器６０が、バッキング層６４及び制御層６２を含むことができる。電池４０への流体の最大流量は、電池カン４４内の流体侵入ポート４２又はカバー１８内の流体侵入ポート２０の個数及びサイズにより制限することができる。

発泡タイプの流体流制限器を含む実施形態では、一般に、電池室に電池が取り付けられて電池室が閉じている場合、発泡体が約１０％よりも多く圧縮されることが望ましい。発泡体は、少なくとも約２５％圧縮されることが好ましく、少なくとも約４０％圧縮されることがより好ましい。発泡体が十分に圧縮されないと、流体流制限器の流体透過率が高くなりすぎる可能性があり、或いは流体流制限器と電池と間のシールが弱くなる可能性があり、この結果、電池の耐用年数が低下する。一方で、発泡体が過度に圧縮されると、電池への流体流が、装置を正しく動作させるのに不十分となる可能性があり、或いは（硬度、圧縮回復及び流体透過などの）発泡特性がより急速に悪化する可能性があり、従って、発泡体の圧縮率は約７５％以下であることが好ましく、約６０％以下であることがより好ましい。

装置１０は、装置メーカーが、例えば流体消費電池４０のための異なる放電要件を有する異なるモデルを提案できるようにするために、様々な装置に固有の流体制御層を提供できるようにするという１つの解決法を有利に提供する。本明細書では、流体マネージャの様々な実施形態を開示し説明したが、上述した様々な流体マネージャは、単独で又は互いに組み合わせて使用することができ、さらに、装置１０内に配置された或いは流体消費電池４０内に配置された又はこれに接続された能動的及び受動的流体マネージャなどの他の種類の流体マネージャと組み合わせて使用できると理解されたい。

空気管理には、非空気管理から開始して、単純な空気制限のようなスロットリングへ、その後より複雑な開閉弁へと続く異なる度合いが存在する。一般に、電子装置が気体消費電池によって動くというニーズを満たすには、最も単純かつ最も安価な度合いの空気管理を使用することが望ましい。

図９は、適当な種類の空気マネージャを決定する方法９００を示すフロー図である。方法９００は、非空気管理、（上述した図１〜図８に示すような流体流制限器を含む空気マネージャを使用する不変スロットリングなどの）受動的空気管理、及び気体消費電池のための（弁の開閉又は可変スロットリングなどの）能動的空気管理を含むいくつかの空気管理の選択肢の１つを選択するステップを含む。空気管理は、空気及びその他の気体の外部環境と気体消費電池セルとの間を通じた侵入及び放出を制御する。特に指定しない限り、「スロットリング」という用語及びその派生語は、空気マネージャによる空気又は他の気体流の可変的制限ではなく不変的制限を意味する。

方法９００は、ブロック９０２から開始し、ここで装置の装置パラメータが提供又は取得される。装置は、以下に限定されるわけではないが、補聴器、音楽プレーヤ、懐中電灯、電源パック及び動作電力を供給するためのその他の装置を含む、装置内に気体消費電池を採用する（単複の）電子装置を含むことができる。装置の例には、図１に示す装置１０がある。パラメータは、動作電力要件、動作温度、電力使用パターン、動作時間、未使用時間、及び動作寿命などの、装置に関する情報を含む。動作電力要件は、例えば、平均電力使用、最大電力使用、（定電力、定電流、定抵抗又は定電圧などの）電力消費の種類などを含むことができる。使用パターンは、連続的、変動的及び断続的、並びに各々の相対持続期間などの、装置の通常の又は予想される使用パターンである。１つの例では、このパターンが連続的電力である。別の例では、このパターンが、第１の電力使用期間後に異なる電力使用期間が続く断続的使用である。動作寿命は、最初に電池が作動した時点から電池を交換又は再充電せずに装置が使用されていると予想される全体的な予想される又は望ましい時間長である。保存寿命とも呼ばれる未使用時間は、電池を取り付け又は充電した後の装置が作動していない期間であり、装置を最初に使用する前の時間、及び最初に使用した後ではあるが電池を取り除く前、又は基本的に電池の容量を使用し尽くす前の時間を含む。

ブロック９０４において、気体消費電池を選択する。例示的な実施形態では、電池が、亜鉛の形の金属活性材料を負極活性材料として使用するとともに（ＫＯＨなどの）水性アルカリ性電解物を有する空気脱分極電池セルである。気体消費電池は、電極の一方のための活性材料としてセル外部からの（酸素などの）気体を利用する電気化学セルを含む。電池は、酸素還元電極などの気体消費電極を有する。様々な実施形態によれば、気体消費電池は、空気脱分極セル、空気補助セル又は燃料セルを含むことができ、また電池は、図示のようにプリズム状であってもよく、或いは（ボタン形、円筒形及び正方形などの）他の形状を有することもでき、様々なサイズで構成できると理解されたい。この実施形態では、電池自体は空気管理システムを含まない。しかしながら、代替の実施形態は、空気管理システムを備えた空気消費電池を含むことができると理解されたい。

ブロック９０６において、非空気管理の電池によって装置パラメータを満たすことができるかどうかに関して判定を行う。この判定を行うために、非空気管理の電池の動作特性を参照する。非空気管理とは、電池の能力である最大放電率（電流、電力、その他）を可能にするのに十分な量の空気が電池に供給されていることを意味する。１つの例では、特性が適切であるかどうかを確かめるために、非空気管理の電池の電流対時間を示すグラフを参照する。

ブロック９０８において、装置要件を満たすために非能動的（すなわち受動的)空気管理で十分かどうかに関して判定を行う。この判定を行うために、非能動的空気管理を使用する電池の動作特性を参照する。スロットリングとも呼ばれる非能動的空気管理は、基本的に一定量の限られた空気を電池に供給して、電池が動作できるはずの完全放電率未満に放電率を制限することを意味する。１つの例では、特性が適切であるかどうかを確かめるために、スロットリング空気管理を使用する電池の電流対時間を示すグラフを参照する。

ブロック９１０において、装置要件を満たすために能動的空気管理で十分であるかどうかに関して判定を行う。この判定を行うために、能動的空気管理を使用する電池の動作特性を参照する。能動的空気管理を使用することにより、最大放電率未満しか必要でないときに放電を行って空気の供給を緩和した場合、流体を能動的に提供又は供給するために必要な最大放電率を可能にするのに十分な量の空気を電池に供給できるようになる。電池を実質的に放電しない場合に電池への空気アクセスを十分に制限するために、好適なシールが必要となる。特性が適切であるかどうかを確かめるために、能動的空気管理を使用する電池の電流対時間を示すグラフを参照することができる。

ブロック９１２において、適切な電池及び（単複の）適切な空気管理機構を選択する。装置に空気管理を組み入れるべきである場合、（単複の）選択した空気管理機構及び装置の電池室のためのシールを含めて装置を製造することができる。

電池が最初に作動した後に（電池の空気侵入ポートから密封タブを取り除くこと、又は密封容器から電池を取り除くことなどにより）気体消費電池を外部環境にさらすという望ましくない影響を低減させることにより、空気管理が有利となり得る。例えば、アルカリ亜鉛−空気電池が電池外部の空気にさらされると、たとえ電池が装置に電力を供給していなくても、酸素が還元されて亜鉛が酸化されると電池の放電能力の一部が消費される。電池外部からの空気中において二酸化炭素が電池のアルカリ性電解物と反応すること、及び外部雰囲気との水蒸気交換の両方により、電池の速度能力（電池が提供できる最大電流）が時間とともに低下する恐れがあり、一般に二酸化炭素に起因する影響の方が、水の取得及び損失に起因する影響よりも大きい。速度能力の低下は、放電能力の損失よりも非常に大きな悪影響を電池性能に及ぼすことが判明している。

例えば、空気管理を追加していない電池及びスロットリングの度合いが異なる電池に関して、サンプル電池の制限電流を様々な時点で、好ましくは（温度及び湿度などの）予想される電池使用条件下で試験することにより、時間に伴う電池の速度能力を求めることができる。初期速度能力が、装置を電池で動かすための最大電流要件を満たすのに不十分な場合、この電池タイプは適切ではなく、別の電池タイプを選択することができ、或いは電池の速度能力を増加させるように電池を修正することができる。初期速度能力が満足できるものである場合には、完全に開放されている場合及びスロットリングされている場合に必要な速度能力を保持できる最大時間を、電池を使用する所望の時間、及び選択された所望の使用時間を提供するのに必要なスロットリングの度合い（存在すれば）と比較することができる。不変スロットリングが十分でない場合、速度能力データを使用して、装置の要件を満たすのに弁の調整で十分かどうか、及び十分であれば、弁が閉じているときにはどの程度の密閉が適当であり、弁が開放位置にある（完全に又は部分的に開いている）ときにはどの程度の空気流の制限が適当であるかを判定することができる。

制限電流は様々な方法で試験することができ、使用する特定の試験は、例えば特定の電子装置又は装置のカテゴリに基づいて、或いは選択されたスロットリング条件に基づいて選択することができる。１つの種類の制限電流試験では、（電流が実質的に定常状態に到達できるようにするために）３０秒などの特定の時間後に１．１ボルトなどの定電圧で電流を測定する。電池をスロットリングした状態又はしていない状態で制限電流を試験することができる。（温度及び湿度などの）様々な環境条件下で試験を行うこともできる。特に指定しない限り、この例示的な実施形態で使用する制限電流試験は、２１℃及び５０パーセントの相対湿度における非スロットリング電池の、１．１ボルトの定電圧での３０秒後のミリアンペア（ｍＡ）電流である。

サンプル電池を、１又はそれ以上の放電計画下で放電能力を求めるように試験することもできる。この試験は、必要に応じて様々な時点、異なる環境条件において及び／又は異なる程度のスロットリングを使用して行うことができる。結果を所望の最小放電能力と比較して、選択した電池が、最初に及び／又はスロットリングを伴わない又は伴う期間後に所望の能力を有することを確認することができる。

必要に応じて、能力データを補充した速度能力データを使用することにより、上述した図９に示す方法を使用して、空気管理が必要であるかどうか、必要であるとしたら、空気管理システムにおいて不変スロットリング又は弁の調整が十分であるかどうかを判定することができる。不変スロットリングが十分である場合、このデータを使用して、必要とされる望ましい度合いのスロットリングを決定することができ、ここから空気透過特性を定めて適当な材料を選択することができる。全体的な動作寿命をさらに延ばすことが望ましい場合には、能動的空気管理を検討することができる。例えば、２又はそれ以上の装置動作モードに関する最大電流要件を各々速度能力データと比較することができ、このデータ及び装置が動作モードの各々に入る予想される時間の割合から全体の動作寿命を求めることができる。動作モードごとに電池に望ましい程度の空気制限をもたらすように弁の位置を設定することができる。

流対流制限器を含む及び含まないＰＰ３５５プリズム状亜鉛−空気電池セルを試験した。ＰＰ３５５電池は、ほぼ矩形断面を有する単一セルのプリズム状アルカリ亜鉛−空気電池であり、長さ約３２．２ｍｍ、幅約１３．７ｍｍ、及び高さ約５．０ｍｍである。カソードカンの上部の流体侵入ポートの総面積は８．４６ｍｍ²であった。両面にスキン層を、及び片面に接着層を有する約ｍｍ（０．０３１インチ）厚のポリウレタン発泡体のシート（ＭｃＭａｓｔｅｒＣａｒｒ社のカタログ番号８６３７５Ｋ１６１、製品番号４５４７、製品説明４７０１−６０−２００３１−０４、ロジャース・コーポレーション社製）を、カソードカンの上部全体に対して十分に大きく寸断した。発泡体に関する追加情報は、以下の表１に含める。接着層を使用して、発泡体の個々の断片を剛性非多孔質板に装着した。試験のために、発泡体を使用しないセル、未使用の発泡体を使用するセル、及び再利用の発泡体を使用するセルを準備した。試験される発泡体を使用するセルに関しては、装着された発泡体の断片を、個々の試験セルのカン上部に接するように配置して、セルに対して９０７．２ｋｇ（２ポンド）の重量（元の発泡体の厚さの５９パーセントに等しい量だけ２つの平板の間で発泡体を圧縮するのに十分な重量）で圧縮し、発泡体が流体流制限器として機能して、空気が流体侵入ポートを通じてセルに侵入できる速度を制御するようにした。

セルの各々を１．０ボルトの定電圧で４８時間にわたって保持した後、１．０ボルトでセル電流を測定した。未使用発泡体と再利用発泡体との間にはあまり差がなく、これらの両方が約１ミリアンペア（０．０１６７ｃｍ³／分の空気透過率と同等）の電流速度を有していたのに対し、カソードカンの上部に対して圧縮された一枚の発泡体を有していない同じ種類のセルでは約１００ミリアンペア（１．６７ｃｍ³／分の空気透過率と同等）であった。この試験により、セルへの酸素侵入率を低下させる上で発泡体が約１００倍効果的であったこと、及び発泡体の流体透過率を有意に変化させることなく発泡体を再利用できることが分かった。

異なる量を圧縮した３つの異なる種類の発泡材料を含むＰＰ３５５セルを実施例１として試験した。発泡体の説明は表１に示す。

結果を、１００パーセントの偏差まで外挿した曲線を含む、セル電流を発泡体の偏差率の関数としてｍＡで示すグラフである図１６にまとめる。この結果は、（表１で説明するような発泡体Ａ１１０、発泡体Ｂ１２０及び発泡体Ｃ１３０などの）異なる種類の発泡材料は異なる流体透過率を有することができ、圧縮が増加する（すなわち、偏差が減少する）とともに測定電流（及び空気及び酸素透過率）が減少することを示している。図１６から、５９パーセントの偏差において、発泡体Ｂ１２０は、３．２ｍＡ（１分間当たり空気の０．０５ｃｍ³）の電流を提供するのに十分な酸素の透過を可能にすると予想され、発泡体Ｃ１３０は、２．４ｍＡ（１分間当たり空気の０．０４ｃｍ³）の電流を提供するのに十分な酸素の透過を可能にすると予想される。独立気泡発泡体（Ｂ１２０及びＣ１３０）は、開放気泡発泡体Ａ１１０よりも酸素透過率が低かった。
表１

異なる空気露出（不変スロットリング）条件及び異なる環境（温度及び湿度）条件下で蓄電した場合の時間に伴う速度能力の変化を求めるためにＰＰ３５５電池を試験した。この実施例のＰＰ３５５電池は、２．３２グラムの亜鉛及び約３３重量パーセントのＫＯＨを含む水酸化カリウム電解液を含む負極を有していた。異なるスロットリング条件によって、異なる量の空気が電池に侵入し、これにより電池能力を消費して電池放電率能力を異なる速度で低下させることができるようにした。空気制限を行わない場合、未使用のＰＰ３５５セルは、１．１ボルトの定電圧で３０秒後に試験したときに約１００ｍＡ（指標）を生成することができる。ボタン亜鉛−空気セル電池に使用する密封タブと同様の密封タブで覆った場合、初期電池速度能力は、約１μＡ（５桁）まで低下又は制限される。他の様々な半透過性材料を使用して、電池への空気アクセスを様々な中間程度まで制限した。２１℃及び５０パーセントの相対湿度において様々なスロットリング条件下でセルを蓄電させた。定期的に、個々のスロットリング条件からのいくつかのセルを蓄電から取り除き、スロットリングテープを取り除いて、非スロットリングセルを制限電流試験に関して試験して速度能力の傾斜を求め、これをスロットリング蓄電条件ごとの蓄電時間の関数としてプロットした。スロットリングを受けている間のスロットリングの速度能力に対する効果を「Ｔ曲線」という用語で説明し、Ｔの後の数字により、スロットリング電池がｍＡで示すことができる最大持続可能速度の１桁近似値を示す。従って、Ｔ１００曲線は、スロットリングセルが１００ｍＡの電流を持続できることを示し、Ｔ０．００１曲線は、スロットリングセルが１μＡの電流を供給できることを意味する。

これらの試験データから、図１０に示すように、スロットリングを受けている間のスロットリングの速度能力に対する効果を記述するように「Ｔ曲線」をプロットした。個々の曲線は、凡例内で文字「Ｔ」の後の数字により識別され、数字は、最大持続可能速度の１桁近似値をスロットリング電池が供給できるｍＡで示している。ｘ軸上に時間及びｙ軸上に制限電流を取り、２１℃の温度の場合のＴ１００（線１００６）、Ｔ１０（線１００５）、Ｔ１（線１００４）、Ｔ０．１（線１００３）、Ｔ０．０１（線１００２）、及びＴ０．００１（線１００１）のためのＴ曲線を生成した。曲線の各々は、非スロットリング速度能力（ｍＡの制限電流）の悪化をスロットリング条件における蓄電時間の関数として示している。図１３は、同じ試験データを表にまとめた概要である。

３５℃、７５パーセントの相対湿度及び３５℃、２５パーセントの相対湿度で蓄電したＰＰ３５５電池を、２１℃及び５０パーセントの相対湿度で蓄電したＰＰ３５５電池に関して、上述した同じスロットリング条件下で制限電流を試験した。生成されたＴ曲線をそれぞれ図１１及び図１２に示しており、対応する表にまとめた概要をそれぞれ図１４及び図１５に示している。

このようなＴ曲線を使用して、実施例４に示すように、電池及び装置が予想通りに動作することを保証し、或いは電池及び装置がうまく適合しないと判断するように空気管理システムを設計することができる。

図１０のプロット１０００とともに方法９００を使用して、装置のための電池及び空気管理システムを選択した。装置は、２１℃及び５０パーセントの相対湿度で定電力放電が最大５０ｍＷ及び動作寿命が１年という要件を有するＢｌｕｅｔｏｏｔｈヘッドフォンであった。これらの要件は、ブロック９０２において取得される。気体消費電池は、ブロック９０４において選択した。図１０から、ＰＰ３５５電池は、１．１Ｖ（約１１０ｍＷ）で約１００ｍＡの電流を生成することができるので、この電池は、電池が新品である場合、装置が必要とする電力を供給するための要件を満たしていた。

ブロック９０６において、装置特性を満たすのに非空気管理が十分であるかどうかを判定するためにプロット１０００を参照する。線１００６（Ｔ１００）が、空気管理が行われなければ４週以内に電流出力が５０ｍＷを下回るであろうことを示している。従って、非空気管理は１年の動作寿命に対する選択肢ではない。

ブロック９０８において、装置特性を満たすのに受動空気管理（不変スロットリング）が十分であるかどうかを判定するためにプロット１０００を参照した。線１００５（Ｔ１０）が、スロットリングを受けているときに１．１Ｖで最大１０ｍＡしか提供できないセルを表しており、このセルは、装置の５０ｍＷという電力要件に対して不十分である。線１００６と線１００５との間を補間することにより、１．１Ｖ（又は約５５ｍＷ）で５０ｍＡを供給できるセルを表すＴ５０の線を推定したが、この線は、装置の最小電力要件は満たすであろうが、予想動作寿命は、望ましい１年をはるかに下回る約１６週に過ぎないと考えられる。従って、スロットリング空気管理は、装置要件を満たすには不十分であると判定した。

ブロック９１０において、装置特性を満たすのに能動的空気管理（弁の調整）が十分であるかどうかを判定するためにプロット１０００を参照した。閉鎖時に線１００２（Ｔ０．０１）と同様の動作特性を生じる弁を含む能動的空気管理システムを仮定すれば、この種の弁は、装置要件を満たすのに十分な、１年後に約７０ｍＡ（７０ｍＷ以上）の速度能力を可能にするであろうと判定した。線１００１（Ｔ０．００１）から、改良したシールが改善された動作特性を生じ、装置要件を満たすのに十分であろうとも判定した。この結果、ブロック９１２において、能動的空気管理システム及びＰＰ３５５電池を選択した。

１０装置
１２ハウジング
１４開口部
１６電池室
１８カバー
２０流体侵入ポート
２２タブ
２４スロット
３０流体流制限器
３２接着層
４０電池
４２流体侵入ポート
４４カン
４５上面
４８カバー

Claims

流体消費電極と第１の流体侵入ポートとを有する少なくとも１つの流体消費電池を収容するように構成された電池室を備え、前記第１の流体侵入ポートは前記流体消費電池に形成され、
装置壁に形成された第２の流体侵入ポートと、
前記第１の流体侵入ポートと第２の流体侵入ポートとの間に流体連通状態で配置された流体流制限器とを備え、
前記流体流制限器が複数の層を含み、
装置外部からの流体の前記流体消費電池への流量速度が、前記流体流制限器の圧縮された部分を介しての流体の浸透速度になるように該流体流制限器が、前記装置壁と前記流体消費電池との間で圧縮されている、ことを特徴とする装置。
前記流体流制限器が発泡材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記流体流制限器が複数の構成要素を含む、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかの請求項に記載の装置。
前記流体流制限器が、流体制御層及びバッキング層を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記バッキング層が、圧縮可能であるとともに第１の流体透過率を有し、前記流体制御層が、前記第１の流体透過率未満の第２の流体透過率を有する、
ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記装置がカバーを含み、前記流体流制限器が、前記カバーと前記少なくとも１つの流体消費電池との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１から請求項５に記載の装置。
前記第２の流体侵入ポートが、カバーではない装置の壁に形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記カバーに前記第２の侵入ポートが形成され、前記流体流制限器が、前記第２の流体侵入ポートに隣接する前記流体流制限器の表面から前記第１の流体侵入ポートに隣接する前記流体流制限器の反対側の表面までの流体透過経路を含む、
ことを特徴とする請求項６記載の装置。
流体消費電極と第１の流体侵入ポートとを有する少なくとも１つの流体消費電池を収容するように構成された電池室を備え、前記第１の流体侵入ポートは前記流体消費電池に形成され、
装置壁に形成された第２の流体侵入ポートと、
前記第１の流体侵入ポートと第２の流体侵入ポートとの間に流体連通状態で配置された流体流制限器とを備え、
装置外部からの流体の前記流体消費電池への流量速度が、前記流体流制限器の圧縮された部分を介しての流体の浸透速度になるように該流体流制限器が、前記装置壁と前記流体消費電池との間で圧縮され、
前記装置の壁が内向きの突起を含み、前記流体流制限器が、前記突起の表面と前記少なくとも１つの流体消費電池の表面との間で圧縮されることにより、これらの間で圧縮された前記流体流制限器が、前記流体透過経路の流体透過率よりも低い流体透過率を有するようになる、
ことを特徴とする装置。
前記流体流制限器が、前記装置の壁と前記少なくとも１つの流体消費電池との間にシールを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
流体が、前記第２及び第１の流体侵入ポートを通じて前記流体消費電極へ移動することができ、流体が前記シールを通過することが防がれる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
前記シールが環状シール部材を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
前記流体流制限器が、前記シールから径方向内向きに配置された中心部分をさらに含み、該中心部分が、前記第２の流体侵入ポートに隣接する表面から前記中心部分を通じて前記第１の流体侵入ポートに隣接する反対側の表面までの流体透過経路とともに前記第１の流体侵入ポートと第２の流体侵入ポートとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
前記少なくとも１つの流体消費電池が、酸素消費電極を備えた空気消費セルを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置。
前記少なくとも１つの流体消費電池が、前記装置内に交換可能に配置される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の装置。