KR20010006346A

KR20010006346A - 금속 에어셀을 이용하는 전기 장치를 위한 컨테이너

Info

Publication number: KR20010006346A
Application number: KR1019997009431A
Authority: KR
Inventors: 브루스 에이치. 카멘스; 윌리엄 커플; 레오날드 베네트
Original assignee: 타이멕스 코포레이션; 비센트 비.인그라시아; 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 2001-01-26
Also published as: MX9909410A; EP0978018A1; AU7358498A; BR9810232A; CA2285969A1; WO1998047191A1; JP2002503379A; CN1256797A

Abstract

표준 고전류 아연/에어셀에 의해 전력을 공급받는 전기 손목 시계 작동 장치와 같은 전기 장치를 위한 방수형 케이스가 개시된다. 케이스 벽 내의 미세한 개구가 케이스로의 수증기 유입 및 유출을 감속시켜 셀의 수명을 증가시킨다. 또한, 개구는 셀 자체 내의 공기 유입 포트보다 셀 캐소드로의 산소 유량을 제한한다. 소수성 기체 투과막은 액체 상태의 물을 유입시키지 않고 공기 및 수증기만이 개구에 유입되게 한다.

Description

금속 에어셀을 이용하는 전기 장치를 위한 컨테이너{CONTAINER FOR ELECTRICAL DEVICE UTILIZING A METAL AIR CELL}

금속 에어셀은 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 일반적으로 소모품인 금속 애노드, 촉매 작용을 하며 비소모품인 산소-소모형 캐소드 및 적절한 전해질을 포함한다. 금속 에어셀은 보청기 및 시계 등을 위해 소형 버튼셀(button cell)의 형태로 제조되어 왔다. 전형적인 아연/에어 버튼셀은 일반적으로 다음의 구성 요소들을 포함한다.

1. 적어도 하나의 공기 유입용 개구를 포함하고, 통상적으로 금속 전류 컬렉션 그리드(metal current collection grid) 및 소수성 바인더(hydrophobic binder)와 혼합된 금속 촉매 활성 탕소와 같은 방수형 다공성 촉매 재료가 압착되어 있는 소수성 기체 투과 폴리머막을 포함하는 비소모혈 에어 캐소드 구조물을 포함하는 캐소드 캔(cathod can) -실질적으로는 셀과 독립적인 구성 요소이지만, 하나 이상의 전해질 흡수 분리층이 캐소드 구조물의 촉매층 상에 배치되어, 상기 캐소드 궂물을 상기 애노드로부터 분리시킴-;

2. 전형적으로 크림핑(crimping)에 의해 캐소드 캔에 결합되며, 아말감화된 (amalgamated) 아연 파우더 (예를 들어 3 - 8 w%의 수은 함유) 의 형태 또는 30 -40 % KOH 수용액 등의 전해질 용액으로 포화된 다공성 아연 콤팩트(porous zinc compact)의 형태인 아연 애노드 매스(zinc anode mass)를 포함하는 애노드 캔(anode can); 및

3. 캐소드 캔과 애노드 캔 사이에 배치되어 많은 경우 전해질 실(electrolyte seal)의 기능을 하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론 등의 절연체

공기-소모형 전극으로의 공기의 유입 제어는, Jaggard의 1975년 7월 29일자 미국 특허 제3,897,265호에 예시되어 있는 바와 같이, 버튼셀 컨테이너 내의 소형 홀(hole)에 의해 제공된다. 이러한 셀들은 보청기에 사용되는 10㎃ 등의 비교적 고전류의 드레인에 적절하다. 계속하여, 아연/에어셀은, 공기-소모형 촉매로의 산소 유입을 제어하기 위한 특수막을 제공함으로써, 전기 손목 시계에 필요한 대로 수명이 길고 저전류 드레인을 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 유형의 산소 투과성막 중 하나가, Kordesch의 1978년 8월 8일자 미국 특허 제4,105,830호에 예시되어 있다. 장벽을 통과하여 캐소드로 통하는 통로 또는 미새한 기공을 이용하는 다른 방법이 Przybyla 등의 1978년 10월 3일자 미국 특허 제4,118,544호에 개시되어 있다.

상기 모든 구성들에서, 캐소드로의 산소 유입을 제어하기 위한 수단은, 그 셀이 적용될 것으로 예상되는 전류 드레인의 범위 또는 특정 응용 장치에 따라 설계된다. 상기 구성 자체로는 저 평균 전류 모드 또는 고전류 모드 중 하나로 셀의 동작을 변경시킬 수는 없다.

종래 기술에 따르면, 셀 벽 내에서 공기가 셀에 유입될 수 있게 하는 데 요구되는 개구를 제한함으로써, 공기 또는 수증기 등의 아연/에어 베터리 내외로의 유입 및 유출이 감속될 수 있다. 상대 습도의 제어는 셀의 수명을 연장하는 데 있어서 특히 중요하다. 아연/에어셀은 저습도 환경 및 고습도 조건에서는 건조되게 된다. 이러한 조건들은 셀의 완전한 정격 용량이 장기간에 걸쳐 실현되는 것을 방해하며, 특히 정격 용량이 6주 이내에 고갈되지 않는 저전류 드레인 정격의 경우에는 이것이 매우 중요한 인자가 된다. 배터리 전해질의 초기 농도는 셀의 내부 상대 습도(RH)를 약 58%로 설정한다. 활성화된 셀을 이 값 이상 또는 이하인 주변의 RH 레벨에 노출시키면, 수증기의 유입 또는 유출이 각각 발생한다. 수증기의 유입 또는 유출은 공기 유입홀의 크기를 감소시킴으로써 제한될 수 있다. 그러나, 수증기의 이동을 제한하는 개구는 산소가 셀로 이동하는 것도 제한하게 된다. 고전류 셀 내의 개구는 최대 비율의 방전을 지속하는 데 필요한 산소 유입을 수용하는 크기를 가져야만 한다.

보청기에서 사용되는 것 등과 같이 고전류 드레인 용량을 가지는 금속 에어셀은, 개조하지 않고는 손목 시계에서 적합하게 사용할 수 없다. 금속 에어셀은 정상적으로는 저평균 전류를 필요로 하다가 간헐적으로 고평균 전류를 필요로 하는 전기 장치에 사용되도록 개조되어 왔다. 이러한 개조의 몇몇 예는 본 출원인에게 양도된 Zatsky의 1981년 4월 14일자 미국 특허 제4,262,062호, 및 Oltman 등의 1995년 9월 19일자 미국 특허 제5,451,473호에 개시되어 있다. '473 특허에서, 금속 에어셀은 셀 바닥에 있는 공기 유입구로부터 내부 공기 저장소로의 공기 흐름을 제어하는 제한막을 포함한다. 공기 저장소는 셀 상의 고전류 드레인의 짧은 기간동안 캐소드 어셈블리에 충분한 산소를 공급한다.

셀로부터 에너지를 공급받는 전기 장치에 셀을 정합시키기 위한 다른 수단이 Lloyd 등의 1993년 3월 2일자 미국 특허 제5,191,274호에 개시되어 있다. 이 특허에서, 셀로의 공기 유입홀 또는 공기 공급홀의 수는, 산소를 셀 내부로 유입시키도록 활성화되는 홀 또는 포트의 수를 결정하는 시일(seal)에 의해 제어된다. 상기의 모든 종래 기술에서는 금속 에어셀 자체의 설계가 전지로의 공기 유량을 결정한다.

전기 장치, 및 상기 전기 장치의 전류 조건에 부합하도록 설계된 금속 에어셀을 컨테이너 내에 배치하는 방법도 종래 기술에 공지되어 있다. 셀이 동작하기 위해서는 공기가 필요하기 때문에, 컨테이너를 밀폐하면 안된다. 종래 기술에서는, 모든 조건 하에서 전기 장치의 전류 조건을 만족시키기 위해, 컨테이너 내에 공기가 충분히 유입되도록 하였다. 수증기를 동반하는 이러한 공기의 유입은, 콘테이너 외부의 주변 상대 습도 변동, 컨테이너의 온도 변동 및 셀에 의한 산소 고갈 등과 같은 다양한 요인에 따라, 컨테이너의 상대 습도가 광범위하게 변동하게 한다. 그러나, 장치 주변의 수분이 과도한 경우 또는 수중에서 동작하도록 설계된 것인 경우에는, 액체 상태의 물도 공기 유입구를 통해 컨테이너로 유입될 수 있다. 액체 상태의 물은 유입시키지 않고 공기를 유입시키는 소수성 기체 투과막을 컨테이너 벽으로 이용하는 방법이 공지되어 있다. 이러한 기기용 하우징의 일례는 Kloss 등의 1981년 9월 29일자 미국 특허 4,292,681호에 개시되어 있다. Kloss의 특허는 덮개 및 시일을 가지는 전기 장치용 컨테이너를 개시하고 있으며, 이러한 컨테이너에서 봉인 자체나 덮개 내의 개구, 또는 하우징 자체가 소수성 기체 투과 다공성막으로 이루어질 수 있다.

도 1을 참조하면, Kloss의 미국 특허 제4,292,681호에 개시되어 있는 종래 기술의 전기 장치용 컨테이너가 도시되어 있다. 하우징은 부분(1) 및 부분(2)로 구성되며, 하우징 부분들은 기체 투과 방지 밀봉 링(3)을 이용하여 방수되도록 서로 접속된다. 하우징 덮개 형태인 부분(2)에는, 미공성의 소수성 성분으로 폐쇄되는 기체 통로(4)가 제공된다. 용기 내에 수납되는 공기 산소 소자들 (전기 장치 및 금속 에어셀)에는, 예를 들어 비소결된 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene)으로 이루어질 수 있는 이러한 성분을 통해 공기가 공급된다. 미공성 밀봉체에 의해 폐쇄되는 공기 투과 개구를 여러 개 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 하우징 내에 수납된 아연/에어셀은 시간당 약 5 마이크로리터의 공기를 이용한다. 침수되는 경우, 물이 하우징 내에 포함되어 있는 공기를 계속 소모하게 된다.

상기의 종래 기술에 개시된 아연/에어셀이, 손목 시계에 대해 실질적인 유효 수명을 가지기 위해서는, 셀 내부에 공기 흐름 제한막을 이용하거나 상술한 미국 특허 제4,292,681호, 제5,191,274호 또는 제5,451,473호에 개시된 것과 같은 장치들에 의해 개조되어야 한다. Kloss의 특허에서, 이러한 소수성 기체 투과 재료 (통상적으로 막의 형태임) 의 사용은, 공기 또는 수증기를 포함하는 다른 기체의 유입 속도는 실질적으로 제한하지 않고 액체 상태의 물의 유입만을 제한하기 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속 에어셀에 의해 전력을 공급받는 전기 장치용 컨테이너로서 셀의 수명을 연장시키도록 개선된 컨테이너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 저평균 전류 요구를 가지는 전기 장치에 에너지를 공급하는 고전류 용량 금속 에어셀의 수명을 연장시키도록 개선된 컨테이너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 컨테이너 내부에서 금속 에어셀이 겪게 되는 상대 습도 변동을 제어하도록 개선된 컨테이너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 보청기 유형의 표준 아연/공기 고용량 전지를 이용하여 방수 케이스 내에 수납된 손목 시계 작동 장치에 전력을 공급하도록 개선된 공정을 제공하는 것이다.

＜발명의 요약＞

간단히 말하면, 본 발명은 저평균 전류 요구 및 간헐적인 고전류 요구를 갖는 전기 장치에 에너지를 공급하는 고전류 금속 에어셀로의 공기 및 수증기의 유입 및 유출을 제어하기 위한 컨테이너를 포함한다. 금속 에어셀과 전기 장치는 양자 모두 컨테이너 내에 배치되며, 금속 에어셀은 전기 장치의 저평균 전류 요구를 공급하는 데에 필요한 양보다 많은 산소의 흐름을 유입시킨다. 컨테이너는 금속 에어셀을 수납하는 공기 저장소를 포함하고, 밀봉된 하우징은 공기 저장소와 하우징 외부의 대기 사이를 통하는 제한된 흐름 통로를 가지며, 전기 장치의 저평균 전류 요구를 충분히 만족시키는 유량의 산소를 유입시키는 크기를 가진다. 바람직한 실시예에서, 하우징은, 제한된 흐름 통로와 하우징 외부의 대기 사이에 배치된 소수성 기체 투과막은 포함하며, 제한된 흐름 통로에 산소의 흐름을 유입시키는 동시에 하우징으로의 액체 유입은 차단한다. 바람직한 실시예에서, 제한된 흐름 통로는 약 .08㎜ (.0032 inch)의 직경을 가지는 컨테이너 내의 미세홀이며, GORE-TEX막으로 덮힌 개구로부터 제공된다. 대안적으로, 소수성 기체 투과 성질을 갖는 다른 재료들도 사용될 수 있다.

본 발명은 금속 에어셀(metal air cell)에 의해 전력을 공급받고 저평균 전류 동작용으로 설계된 전기 장치를 위한 컨테이너에 관한 것이다. 이러한 컨테이너의 예로는, 아연 에어셀에 의해 동작 전력을 공급받는 전자 시계 작동 장치를 포함하며, 상기 시계의 시간 유지 동작을 위해서는 지속적인 저전류를 필요로 하지만, 누름 버튼을 누르면 계시기를 조명하도록 동작하는 수단 또는 페이징 장치 내에서 라디오 수신기의 역할을 하는 수단을 포함하는 손목 시계 케이스가 있다. 이러한 수단들은 그들이 동작하는 짧은 시간동안 비교적 높은 전류를 필요로 하기 때문에, 그들을 지원하기 위해서는 고전류 셀이 필요하다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기 장치용 컨테이너의 단면에 대한 개략적 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 전기 장치 및 에너지 셀용 하우징의 단면에 대한 개략적 평면도.

도 3은 본 발명의 수정된 형태를 도시하는 개략적 평면도.

도 4는 본 발명의 다른 수정된 형태를 도시하는 개략적 평면도.

도 5는 본 발명의 다른 수정된 형태를 도시하는 개략적 평면도.

도 6은 본 발명의 다른 수정된 형태를 도시하는 개략적 평면도.

본 발명에 따른 컨테이너의 가장 단순한 형태가 도 2에 개략도로서 도시되어 있다. 기체 비투과성 밀봉 링(7)을 이용하여 방수되도록 서로 결합된 부분(5) 및 부분(6)에 의해 밀봉된 하우징이 제공된다. 하우징 내부에는, 리드(10)에 의해 전기적으로 접속되어 있는 에너지 셀(9)로부터의 전기적 에너지 공급을 필요로 하는 전기 장치(8)가 배치된다. 도면에서는 개략적인 형태로 도시되어 있기 때문에, 전기 장치(8 또는 9)의 기계적인 구조 또는 지원 장치는 도시되어 있지 않으며, 이와 같이 생략할 필요가 있음을 이해할 것이다. 전기 장치(8)는, 시간 유지를 위해 마이크로암페어 범위 (2 내지 250 마이크로암페어) 의 지속적인 저전류 흐름을 필요로 하는 동시에, 주기적으로 또는 간헐적으로 밀리암페어 범위 (2 내지 12 밀리암페어) 의 고전류 흐름을 필요로 하는 전기 기기 또는 전기 시계 작동 장치를 나타낸다. 이러한 장치의 예로는, 시간 유지 기능을 위해 5 마이크로암페어 정도의 정상 전류를 소모하지만, 간헐적으로는 페이저 기능을 수행하기 위해 10 밀리암페어 정도의 비교적 높은 전류를 필요로 하는 전기 페이저 손목 시계가 있다. 페이저는 가끔씩만 동작하기 때문에, 평균 전류 드레인은 낮다.

에너지 셀(9)은 보청기에서 사용되는 것과 같은 표준 고용량 또는 고전류 흐름의 아연/에어셀로서, 예를 들면, 상용 가능하지만 상술한 구성 중 하나에 의해 캐소드 구조물로의 공기 공급을 제한하도록 개조되지는 않은 셀 넘버 13 또는 셀 넘버 675가 있다. 이와 같이, 고전류 아연/에어셀(9)은 참조 번호 19a로 표시된 공기 유입 포트로의 커버를 제거하여 활성화된 후로부터 단지 3 내지 6주 정도의 유효 수명을 가지도록 설계된다.

이러한 유형의 모든 셀들은, 셀 내의 화학적 성분을 변경하여 배터리 열화 및 에너지 조기 고갈을 유발하는 상대 습도 및 그 밖의 대기 조건의 변경에 민감하다. 습도가 낮은 환경에서는, 전해질로부터 수분이 증발하여 셀을 이탈함으로써, 전해질의 부피가 감소되어 결국에는 탈수 작용이 발생할 것이다. 습도가 높은 환경에서는, 셀이 수분을 공급받아서, 전해질이 희석되어 결국에는 셀이 넘치게 될 것이다. 이러한 경우, "저"습도와 "고"습도의 분할선은, 셀이 그 내부 화학적 성질을 유지하려고 하는 상대 습도의 평형점으로, 약 58%의 상대 습도이다. 58% 이상의 상대 습도에서 셀은 수분을 얻고, 58% 미만의 상대 습도에서 셀은 수분을 잃는다. 수분의 이득과 손실은 수증기가 셀의 벽에 있는 공기 유입 포트(9a)로의 수증기 확산에 의해 발생된다.

또한, 공기도 공기 유입 포트(9a)를 통해 셀(9) 내로 흐르며, 산소가 물과의 반응에서 소모되어 수산화 이온을 생성한다. 전형적인 상용 고전류 아연/에어셀 보청기 셀 내의 전형적인 공기 유입 포트의 개수 및 크기의 예가 다음 표에 제시되어 있다.

셀 홀 수 홀 크기 직경 총 흐름 면적

(㎜) (inch) (㎟) (in²)

A 4 .51 (.020) .82 (.0013)

B 2 .46 (.018) .33 (.0005)

C 6 .28 (.011) .37 (.0006)

상기의 공기 유입 포트를 통해 유입되는 산소의 흐름은, 실질적으로 마이크로암페어 정도의 저전류를 전기 장치에 공급하는 데 필요한 양보다 많지만, 수 밀리암페어 정도의 순간 고전류를 공급하는 데 충분하다.

본 발명에 따르면, 수증기의 유입 및 유출과, 전기 장치의 지속적인 저평균 전류 요구를 위한 공기(산소)의 유입은 제한된 흐름 통로(11)에 의해 제어된다. 통로(11)는 하우징 내부의 공기 저장소(12)와 하우징 외부의 주변 대기 사이를 통한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 제한된 흐름 통로는 금속판(13)에 드릴 또는 레이저에 의해 형성된 미세한 홀을 포함한다. 판(13)은 하우징 부분(6)의 벽의 개구(14) 내에서 밀봉되거나 지지된다. 2 밀리암페어의 저평균 전류 드레인을 지원하기 위한 제한된 흐름 통로(11)의 적절한 크기는 .08㎜ (.0032 inches)의 직경 또는 .005㎟ (.000008 in²)의 흐름 면적을 가지는 미세한 단일 홀이다. 제한된 흐름 통로(11)에 대한 홀 직경의 유효 범위는, 0.05㎜ 내지 0.1㎜ 사이의 범위에서 기대되는 저평균 전류 드레인에 따라 변한다. 이 직경은 계산될 수도 있고 실험적으로 결정될 수 있다. 이러한 크기의 홀을 통한 공기 저장소(12)로의 공기 흐름은 전기 장치(8)의 저평균 전류 조건을 충분히 만족시킨다. 그러나, 홀이 실질적으로 공기 저장소(12)로의/로부터의 수증기 확산을 가속 및 감속시키며, 금속 에어셀의 유효 수명을 실질적으로 연장시킨다는 사실을 알았다. 홀이 차단되는 경우 또는 전자 장치(8)의 일부 상에서 고전류 드레인을 요구하는 경우, 저장소(12)는 단시간동안 셀(9)의 요구를 공급한다.

도 3에 다른 실시예가 도시되어 있으며, 여기에서 도 2에서와 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 그러나, 이 경우에서, 제한된 흐름 통로(11)를 갖는 판(13)이 개구(14)의 내부를 향해 배치되어 있으며, 개구(14)의 외부는 막(15) 형태의 소수성 기체 투과 소자로 폐쇄되어 있다. 막(15)은 비소결된 폴리테트라플루오르에틸렌의 포일인 것이 바람직하다. 적절한 막(15)으로는 GORE-TEX＠ 사의 제품이 있으며, 이것은 공기 및 수증기의 침투는 허용하지만 액체 상태의 물은 통과시키지 않는다. 막(15)은 개구를 덮으며, 컨테이너 벽 상에서 지지되고 그 둘레가 밀봉된다. 홀(11)과 막(15) 사이에 있는 하우징(6)의 벽 내의 챔버(6a)는 막의 기공을 통과하는 공기 및 수증기를 포집한다. 막(15)은 공기 저장소(12)로의 공기 흐름을 적절히 제한하도록 설계된 것이 아니며, 이러한 기능은 제한된 흐름 통로(11)에 의해 성취된다. 개구의 크기는 막(15)을 통한 공기의 흐름이 전기 장치의 저 평균 전류 유구를 충분히 만족시키도록 선택된다. 그러나, 막(15)은 액체 상태의 물의 유입은 허용하지 않으면서 충분한 공기가 챔버(6a)로 유입되게 하여, 전기 장치(8)의 지속적인 동작이 험한 날씨에서 계속될 수 있게 한다. 하우징이 물 속으로 완전히 침수되는 경우에, 셀(9)에는 저전류 드레인 조건 하에서 실질적인 시간동안 저장소(12)로부터 공기가 공급된다. 마찬가지로, 일시적인 고전류 소모의 경우, 셀(9)에는 셀을 둘러싸고 있는 공기 저장소(12)로부터 단기간동안 공기가 공급된다. 수증기는 기체이므로, 막을 통과할 것이다. 확산에 의한 수증기의 유입 또는 유출 속도는 막과 제한적인 흐름 통로(11)의 결합 작용에 의해 상당이 감속된다.

도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 덮개(5) 및 밀봉 링(7)을 구비하는 개조된 하우징부(16)가 도시되어 있다. 하우징 내부에는, 배터리 격실(18)을 구성하는 배터리 격실벽(17)이 제공되며, 이것은 셀(9)을 둘러싸는 공기 저장소 역할을 한다. 착탈식 배터리 캡(19)이 배터리 격실(18)로의 접근을 제공한다. 캡(19)에는 밀봉 개스켓(sealing gasket) 또는 O-링(20)이 제공되며, 베이어닛 로크(bayonet lock), 나사 또는 그 밖의 적절한 방법에 의해 하우징(16)에 부착될 수 있다. 캡(19)은 개구(21)를 구성한다. 배터리 격실을 향하는 내부면 상에서, 개구(21)는 전술한 제한된 흐름 통로(11)와 유사한 제한된 흐름 통로(23)를 가지는 플레이트 또는 워셔(22)로 밀봉된다. 막(24) 형태의 소수성 기체 투과 재료 -도 3에 참조 번호 15로 표시된 것과 동일할 수 있음- 가 개구(21)의 외부 대기측을 덮는다. 챔버(19a)는 막(24)을 통과하는 공기 및 수증기를 포집한다.

도 4는 전기 시계에서 종종 볼 수 있는 구조로서, 전기 장치는 에너지 셀로부터 분리된 격실 내에 배치되며, 에너지 셀은 참조 번호 19로 표시된 것과 같은 착탈식 캡을 이용하여 별개의 개구를 통해 착탈 가능하다. 전기적 리드(25)는 벽(17) 내의 시일(26)을 통해 셀(9)을 전기 장치(8)에 접속시킨다. 에너지 셀을 정상적으로 교체할 수 있음은 물론, 캡(19)이 제거될 수 있고, 흐름 통로(23) 및 막(24)이 용이하게 검사될 수 있기 때문에, 도 4의 구성은 실제 사용에서 더 실용적일 수 있다.

도 5를 참조하면, 참조 번호 27로 표시된 하우징의 하부가 폴리 탄산 에스테르와 같은 플라스틱 재료로 이루어진다는 점을 제외하고는 도 3과 동일한 변형예가 도시되어 있다. 하우징부(27)의 외부 표면 상의 개구(28)는 하우징(27) 내부 표면 내의 제한된 흐름 통로(29)와 접속된다. 적절한 개구(28) 직경은 1.75㎜ (.069inch)이다. 전술한 바와 같이, 제조시 벽 내에 몰딩되는 제한된 흐름 통로의 적절한 직경은 .08㎜ (.0032inch) 이다. 도면은 비례대로 제도된 것이 아니라 명확한 프리젠테이션을 위해 과장된 것이다. 소수성 기체 투과 재료로 이루어진 막(15)은 개구(28)를 덮으며, 하우징(27)의 외벽에 의해 지지되고 밀봉된다. 전술한 바와 같이 중간 챔버(30)는 막(15)의 기공을 통과하는 기체를 포집한다.

플라스틱 케이스 또는 하우징(31)을 구비하는 전기 손목 시계에 관한 다른 변경예가 도 6에 도시되어 있다. 본 실시예는 본 발명이 시계에 적용된 예를 도시하고 있지만, 도 2 내지 도 5에서 더 일반적으로 도시된 것과 같이 금속 에어셀에 의해 전력을 공급받는 그 밖의 전기 장치 어느 것에라도 적용될 수 있다. 하우징(31)은 배터리 격실(33)을 구성하는 내부 배터리 격실 벽(32)을 포함한다. 격실(33)은 직렬 접속된 한 쌍의 금속 에어셀(34, b)를 포함한다. 배터리 액세스 캡(36)에는 밀봉 개스킷 또는 O 링(20)이 제공되며, 베이어닛 로크 또는 나사에 의해 하우징(31)에 접착된다. 하우징(31) 벽의 외부 표면의 개구(37)는 배터리 격실(33) 내부의 내벽 상에서 제한된 흐름 통로(38)로 좁아진다. 개구(37) 및 제한된 흐름 통로(38)의 치수는 도 5와 관련하여 상술한 것과 같을 수 있다. 개구(37)는 도 5와 관련하여 상술한 것과 마찬가지로 구성되고 접착된 막(15)에 의해 폐쇄된다. 막은 기체가 챔버(39)에 유입시키며 (액체는 유입될 수 없게 함), 챔버(39)는 그 기체를 배터리 격실(33)에 공급한다. 직렬 접속된 아연/에어셀(34, 35)는 배터리 격실벽(32)을 통과하는 리드(41)를 통해 시계 작동 장치(40)에 전력을 공급한다. 시계 작동 장치(40)는 종래의 구성으로 이루어지며, 동작 푸쉬버튼 및 상기 푸쉬버튼이 눌려질 때 시계 다이얼을 조명하기 위한 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 적절한 동작이 1993년 11월 23일자로 Thorgerson 등에 허여되어 본 출원인에게 양도된 미국 특허 5,265,071호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참보로서 포함된다. 푸쉬버튼의 동작은 짧은 시간동안 약 6밀리암페어 정도의 고전류를 필요로 한다. 배터리 격실(33)은 부피가 미리 결정될 수 있는 공기 저장소를 제공하여, 특정 시간동안 작동 장치(40) 내의 조명 장치에 필요한 고전류를 간헐적으로 제공한다. 제한된 흐름 통로(38)는 시계 작동 장치(8)에 필요한 저평균 전류를 공급하는 데 충분한 크기를 가진다. 이러한 계산은 본 기술 분야의 숙련된 기술자에게는 통상적인 범위 내에 속한다. 투명 렌즈(42)가 하우징(31)에 밀봉되어, 시계 작동 장치 상에 지시되는 시간을 보게 한다.

도 6에 도시된 공기 저장소(33)는, 공기 통로가 차단되는 경우 선택된 전류 드레인에서 선택된 시간동안 작동 장치를 동작시키는 데 충분한 크기를 갖도록 설계된다. 예를 들어, 두 개의 셀이 직렬 접속되고, 저장소 내의 공기가 평균 21%의 산소로 구성되는 경우, 저장소 내의 1㎤ 부피 (셀 자체에 의해 점유됨) 는 약 1/2 밀리암페어-시를 제공할 것이다. 따라서, 컨테이너가 침수되고 작동 장치가 2ma의 지속적인 전류 공급을 필요로 하는 경우, 2개의 셀은 약 15분동안 작동 장치를 동작시킬 것이다.

밀봉 컨테이너 내에 배치된 675 개의 보청기 셀과 4개월에 걸쳐서 500 밀리암페어를 소모하도록 조절된 전기 장치를 이용하여, 제한된 조건 하에서 테스트를 실시하였다. 컨테이너에는 직경 .08㎜ (.0032inch)의 개구가 하나 제공되었다. 컨테이너 외부의 상대 습도는 4개월에 걸친 3 가지의 테스트에 대해 일정하게 유지되었으며, 각 테스트에서 하나는 10% 상대 습도, 다른 하나는 90% 상대 습도 및 마지막 하나는 셀 전해질에 의해 유지되는 58% 상대 습도로 각각 유지되었다. 모든 경우에서, 셀은 4개월의 기간동안 적절하게 동작했다.

컨테이너 및 셀을 노출시키지 않은 제어 테스트의 경우, 동일한 상대 습도 조건이 유지되었다. 10% 상대 습도 및 90% 상대 습도의 경우에는 1주일 후에 셀의 동작이 중단된 반면, 58% 상대 습도의 경우 셀은 테스트 기간 내내 적절하게 동작했다.

따라서, 상술된 하우징은 표준 고전류 아연/에어셀을 사용할 수 있고 그 유효 수명을 연장시키도록 개선된 전기 장치용 하우징임을 알 수 있다. 하우징 자체가 수증기의 유입 및 유출 속도를 제어하여, 셀 수명을 단축시킬 수 있는 상대 습도 조건의 변화를 감속시킨다. 또한, 하우징은 아연/에어셀을 수납하는 공기 저장소로의 산소 공급 속도를 제어하여 전기 장치의 요구량과 일치하게 한다. 변형된 형태에서도 하우징은 상기의 이점들을 제공하지만, 물의 유입을 방지하도록 배치된 막을 이용하여 액체에 대한 저항을 제공한다. 막은 하우징 내부의 셀의 이용을 제어하는 제한된 흐름 통로를 통한 공기의 흐름은 보장하는 한편, 제한된 흐름 통로와 함께 작용하여 수증기의 유입 및 유출을 감소시킨다.

셀이 배치되어 있는 공기 저장소로의/로부터의 수증기 확산을 감속시킴으로써, 셀 수명은 실질적으로 증가한다.

본 발명의 바람직한 실시예들 및 그들에 대한 몇몇 변형예에 대해 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에서 이러한 모든 변경이 본 발명의 진정한 취지 및 범위 내에 포함됨을 알아야 한다.

Claims

저평균 전류 요구를 갖는 전기 장치에 접속되어 고전류 용량의 금속 에어셀(metal air cell)로의/로부터의 수증기 유입 및 유출을 감속시키기 위한 컨테이너 -상기 금속 에어셀 및 상기 전기 장치는 양자 모두 상기 컨테이너 내에 배치되며, 상기 금속 에어셀은 산소의 흐름을 유입시키기 위한 기체 유입 포트를 가짐- 에 있어서,

상기 금속 에어셀을 수납하기 위한 공기 저장소를 구성하는 밀봉된 하우징 -상기 밀봉된 하우징은, 상기 공기 저장소와 상기 하우징 외부의 대기 사이를 통하는 제한된 흐름 통로를 구성하는 벽을 가지고, 상기 제한된 흐름 통로는 상기 전기 장치의 상기 저평균 전류 요구를 충분히 만족시키도록 선정된 유량의 공기를 유입시키는 크기를 가짐-

을 포함하는 컨테이너.
제1항에 있어서, 제한된 흐름 통로는 상기 벽 내에 적어도 하나의 홀(hole)을 포함하는 컨테이너.
제1항에 있어서, 제한된 흐름 통로는 0.05 내지 0.1㎜ 사이의 직경을 가지는 상기 벽 내의 홀인 컨테이너.
제1항에 있어서, 상기 하우징은, 상기 제한된 흐름 통로와 상기 하우징 외부의 대기 사이에 챔버를 구성하고, 상기 챔버 내로의 액체 유입을 차단하도록 개조되며, 상기 전기 장치의 저평균 전류 요구를 충분히 만족시키도록 선정된 유량의 산소를 상기 챔버로 유입시키는 소수성 기체 투과 부재(hydrophobic gas permeable member)를 더 포함하는 컨테이너.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 금속 에어셀로의 액세스를 위한 착탈 가능 캡을 더 포함하고, 상기 벽은 상기 캡 내에 배치되는 컨테이너.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 상기 금속 에어셀 및 상기 전기 장치 각각을 위한 제1 및 제2 격실을 구성하고, 상기 제1 격실로의 액세스를 위한 착탈 가능 캡을 포함하며, 상기 공기 저장소는 상기 제1 격실 내에 배치되는 컨테이너.
저평균 전류 요구 및 간헐적인 고전류 요구를 가지는 유형의 전기 장치에 접속되어 고전류 용량의 금속 에어셀의 수명을 연장시키기 위한 컨테이너 -금속 에어셀 및 전기 장치는 양자 모두 상기 컨테이너 내에 배치되고, 상기 금속 에어셀은 상기 고전류 요구를 충분히 만족시키는 산소의 흐름을 유입시키는 크기의 공기 유입 포트를 가짐- 에 있어서,

금속 에어셀을 수납하기 위한 공기 저장소를 구성하는 밀봉된 하우징 -상기 밀봉된 하우징은 상기 공기 저장소와 상기 밀봉된 하우징 외부의 대기 사이를 통하는 제한된 흐름 통로를 포함하는 벽을 구성하고, 상기 제한된 흐름 통로는 상기 전기 장치의 저평균 전류 요구를 충분히 만족시키도록 선정된 유량의 공기만을 상기 공기 저장소에 유입시키는 크기를 가짐-

을 포함하고,

상기 공기 저장소의 부피는, 제한된 흐름 통로가 차단되는 경우 선정된 시간동안 선정된 평균 전류 드레인을 만족시키도록 선정되는 컨테이너.
제7항에 있어서, 제한된 흐름 통로는 상기 벽 내에 적어도 하나의 홀을 포함하는 컨테이너.
제7항에 있어서, 제한된 흐름 통로는 0.05 내지 0.1㎜ 사이의 직경을 가지는 상기 벽 내의 홀인 컨테이너.
제7항에 있어서, 상기 하우징은, 제한된 흐름 통로와 하우징 외부의 대기 사이에 챔버를 구성하고, 상기 챔버 내로의 액체 유입을 차단하며, 상기 전기 장치의 저평균 전류 조건을 충분히 만족시키도록 선정된 유량의 산소를 상기 챔버에 유입시키는 소수성 기체 투과 부재를 더 포함하는 컨테이너.
제7항에 있어서, 상기 하우징은 상기 금속 에어셀로의 액세스를 위한 착탈 가능 캡을 더 포함하고, 상기 벽은 상기 캡 내에 배치되는 컨테이너.
제6항에 있어서, 상기 하우징은 상기 금속 에어셀 및 상기 전기 장치 각각을 위한 제1 및 제2 격실을 구성하고, 상기 제1 격실으로의 액세스를 위한 착탈 가능 캡을 포함하며, 상기 공기 저장소는 상기 제1 격실 내에 배치되는 컨테이너.
적어도 하나의 아연/에어 고전류 셀로부터, 시간 유지를 위해 2 내지 250 마이크로암페어 범위의 전류 드레인을 요구하고 2 내지 12 밀리암페어 범위의 전류의 간헐적인 공급을 요구하여, 결과적으로 평균 전류 드레인이 낮은 전자 시계 작동 장치에 사용되는 시계 케이스 -시계 작동 장치 및 아연/에어 셀은 양자 모두 상기 시계 케이스 내에 배치됨- 에 있어서,

아연/에어셀을 수납하기 위한 공기 저장소를 구성하는 밀봉된 하우징 -상기 하우징은 개구를 구성하는 벽을 가짐-; 및

상기 개구를 덮는 소수성 기체 투과막 -상기 벽은 상기 개구로부터 상기 공기 저장소로 향하는 제한된 흐름 통로를 구성함-

을 포함하고,

상기 저평균 전류 드레인에서 상기 셀의 지속적인 동작을 충분히 지원하도록 선정된 유량의 산소를 상기 공기 저장소에 유입시키며, 상기 막은 상기 저평균 전류 드레인 조건에서 상기 셀의 동작을 훙분히 지원하는 선정된 유량의 공기를 상기 제한된 흐름 통로에 유입시키는 시계 케이스.
제13항에 있어서, 제한된 흐름 통로는 약 0.08㎜의 직경을 가지는 벽 내의 홀인 컨테이너.
제13항에 있어서, 개구는 약 1.75㎜의 직경을 가지며, 막은 GORE-TEX제품인 컨테이너.
제13항에 있어서, 제한된 흐름 통로 및 막은 약 2 밀리암페어의 저평균 전류를 지원하도록 선택되는 컨테이너.