TW201607132A - 多功能燃料纜線 - Google Patents

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路易 貞 伊蔻妮絲
安德魯Ｊ 克瑞羅
艾倫 約瑟夫 麥克唐納
施文 史圖俄姆
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Abstract

本發明係關於一種在燃料供應裝置與燃料電池之間的連接器或纜線，其除輸送燃料及電力外亦可在該燃料電池與匣之間傳達控制信號，以指示該燃料匣或該燃料電池或其兩者開始或停止一或多個功能的操作。控制信號可為電、流體/液壓及/或機械信號。該連接器或纜線亦可輸送由該燃料電池產生之電力以向一電子器件供電，及/或輸送至該燃料匣以向該匣上的(多個)組件供電或對一電池再充電。該連接器或纜線可具有可附接至多個燃料電池、燃料匣及電子器件的通用連接器，甚至在由不同製造商製造時亦如此。

Description

多功能燃料纜線
本發明大體上係關於一種連接一燃料匣至一燃料電池的多功能纜線或連接器。更確切而言，本發明係關於一種多功能纜線或連接器，其除輸送燃料、電力及/或信號外亦可變換、修改或變更超出歸因於該纜線中之摩擦的損耗或歸因於該纜線之電阻或阻抗之損耗/衰減的該燃料、電力或信號的至少一性質。
一些電子器件具有嵌入式燃料電池及嵌入式燃料匣；一些電子器件具有嵌入式燃料電池，及需要連接至該燃料電池的外部燃料匣。諸如行動或智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦及其他消費型器件的現代電子器件具有不同電力需求。燃料電池具有變化之電輸出，及對燃料壓力及流動速率的不同需求。燃料匣以可能不與燃料電池相容之不同流動速率及壓力產生諸如氫氣、丁烷及甲醇之燃料電池燃料。合併可係發熱氫氣產生器的燃料供應裝置、功能或廠內其他系統(balance of plant，BOP)組件及燃料電池至電子組件中可引起熱、機械電子及流控挑戰。
將燃料電池嵌入於電子器件內並藉由外部燃料供應裝置向此等燃料電池加燃料並未在科學或專利文獻中充分開發並描述。燃料供應裝置與燃料電池之間的簡單管狀連接器揭示於美國專利第6,447,945號及美 國公開案第2004/0076783號中。美國專利第8,613,297 B2號揭示燃料供應裝置與燃料電池器件之間的閥界面處的連接及斷開連接。然而，專利文獻並不揭示例如在匣並不直接插入至燃料電池器件或中時匣針對遠端位置的安全移除。文獻亦不揭示如何處置對於燃料電池或燃料匣之操作有必要的功能組件。
另外，自燃料電池之電力產生取決於燃料電池之類型發生變化，且電子器件之電力需求亦發生變化。因此，困難的是設計與此等變化相容的機載電力系統。
因此，需要一種可在燃料匣、燃料電池及/或電子器件間傳達燃料、電功率及/或控制信號的智慧型或多功能纜線。
本發明係關於一種具有建置於任一末端連接器或兩個末端連接器中之閥的互連纜線。當互連纜線連接至燃料供應裝置或匣上或燃料電池或電子器件上之配合連接器時，閥較佳經致動。
互連纜線可包括安置於其內的變換元件。變換元件較佳地變更經由燃料傳送纜線自燃料供應裝置輸送至燃料電池或器件的超出與燃料之輸送相關聯的損耗或衰減的該燃料之性質。
本發明亦係關於一種連接燃料供應裝置與燃料電池的連接器或纜線，該連接器或纜線除輸送燃料及/或電力外亦可在該燃料電池與匣之間傳達控制信號，以指示燃料匣或該燃料電池或兩者開始或停止一或多個功能的操作。控制信號可為電、流體/液壓及/或機械信號。
本發明亦關於一種纜線，該纜線亦可輸送由燃料電池產生之 電力以向電子器件供電及/或至燃料匣以向匣上之組件供電或向電池再充電。在一個實施利中，纜線具有可用以將多個燃料電池、燃料匣及電子器件附接在一起的至少一通用連接器。纜線至燃料供應裝置及/或燃料電池之插入亦可開始一個或兩個器件的操作。
本發明之另一實施利係關於一種燃料傳送纜線，其包含：第一連接器，其經調適以連接至燃料供應裝置；第二連接器，其經調適以連接至燃料電池；狹長套管，其將第一連接器流體連接至第二連接器使得燃料供應裝置中之燃料被輸送至燃料電池；及至少一閥，其用以停止燃料的輸送。該燃料傳送纜線進一步包含安置於該燃料傳送纜線內的一變換元件，其中該變換元件變更經由該燃料傳送纜線輸送的超出與燃料之該輸送相關聯的損失或衰減的該燃料之一性質。變換元件可位於包括連接器中之一者的纜線內之任何地方。
變換元件可為乾燥器，且乾燥器變更燃料之含水量。變換元件可為被動壓力調節器，且被動壓力調節器變更燃料的壓力。變換元件可為可自燃料移除至少一污染物的集氣劑或濾紙。燃料電池較佳包含陽極燃料腔室及陰極空氣(非燃料)腔室，但無其他燃料腔室。
本發明之另一實施利係關於一種組合流體及電傳送纜線，其包含：第一連接器，其經調適以連接至燃料供應裝置；及第二連接器，其經調適以連接至燃料電池從而產生用於電子器件之電力。一多管道狹長套管將第一連接器連接至第二連接器，使得該燃料供應裝置中之燃料經由該狹長套管中之第一流體管道自燃料供應裝置輸送至燃料電池，且將燃料電池電連接至電子器件，使得由該燃料電池產生之電力經由狹長套管中之第 二電管道被輸送至電子器件。
較佳地，第一連接器或第二連接器中之至少一者包含流動控制元件，其關閉燃料流動，直至連接器流體連接至燃料供應裝置及燃料電池。流動控制元件包含常閉閥，且在至燃料供應裝置及燃料電池的連接期間，常閉閥開啟。傳送纜線較佳地具有至少一變換元件，該至少一變換元件變更經由傳送纜線輸送之燃料的至少一性質。變換元件可為乾燥器、壓力調節器、減壓器件或濾紙中的至少一者。
狹長套管較佳包含用以輸送燃料之至少一流體管道、用以輸送由燃料電池產生之電力的至少一公用管道，及用以傳輸電信號之至少一信號管道。流體及電傳送纜線可進一步包含一抗破壞元件。視情況，連接器中之一者包含一半電化學電池，且燃料供應裝置或燃料電池中之一者包含相對應的一半電化學電池，其中當連接兩個一半電化學電池時形成電化學電池。
本發明之另一實施利係關於一種燃料傳送纜線，其包含：第一連接器，其經調適以連接至燃料供應裝置；第二連接器，其經調適以連接至燃料電池；狹長套管，其將第一連接器流體連接至第二連接器，使得燃料供應裝置中之燃料被輸送至燃料電池及抗破壞元件。抗破壞元件包含由致動器保持開啟的常閉閥，其中當致動器被破壞或切割時，第二常閉閥關閉。致動器包含狹長套管內之管道，該管道含有加壓液壓流體。致動器可包含外鞘及含於外鞘內的可移動棒。在第二連接器至燃料電池之連接期間，棒相對於外鞘移動以開啟常閉閥。
本發明之另一實施利係關於一種去濕器件或一乾燥器，其包 含經設定大小並設定尺寸以供氣流通過的狹長通道，其中通道上之至少一表面包含離子交換材料，且其中來自氣流之水選擇性地通過離子交換材料並自氣流移除。狹長通道較佳包含繚繞路徑。狹長通道亦可為界定於主體構件上之螺旋路徑，且主體構件藉由由離子交換材料製成的膜覆蓋。
本發明之另一實施利係關於一種用於操作燃料電池系統之方法，該燃料電池系統具有燃料電池、燃料供應裝置及燃料傳送纜線，方法包含以下步驟：將燃料傳送纜線連接至燃料供應裝置並將燃料傳送纜線連接至燃料電池以開始燃料自燃料供應裝置至燃料電池的流動，且在不致動燃料電池系統上之接通/關斷按鈕情況下自燃料電池產生電力。
在形成說明書之一部分且將結合說明書研讀且各種視圖中類似參考數字用以指示類似零件的隨附圖式中：圖1A及圖1B展示本發明之多功能或智慧型線纜與燃料匣、各種燃料電池及電子器件的立體圖；圖2係本發明之多功能纜線與兩個末端連接器的平面圖；圖3係與本發明之纜線相關聯或連接至本發明之纜線的各種功能組件的示意圖；圖4係本發明之纜線的展示內部管道及可選導線的局部剖視圖；圖5係本發明之纜線的將燃料匣連接至嵌入於至電子器件的蓋配件中之燃料電池的立體圖；圖6A為與本發明之纜線相關聯或連接至本發明之纜線的額外功能特徵的示意圖；圖6B為替代末端連接器的示意圖； 圖7A係本發明之纜線的可選集線器部分的示意圖；圖7B及圖7C為圖2之纜線與可選集線器的平面圖；圖8A係具有抗破壞構件的本發明之纜線的示意圖；圖8B展示在圖8A中展示之纜線的變化；圖9係本發明之纜線的連接器與機械、電、磁性或流體啟動器之示意圖；圖10A至圖10C為連接並開啟彼此之兩個提昇閥之序列的橫截面圖；圖10D為能夠由中空套管開啟之常閉閥的橫截面圖；圖11A至圖11D為功能特徵之各種實施利以確保本發明之纜線與燃料匣及燃料電池之間的恰當連接的示意圖；且圖12A至圖12B分別為例示性匣連接器之立體圖及立體橫截面圖；圖12C為例示性燃料電池連接器的立體圖，且圖12D至圖12F為展示於圖12C中例示性燃料電池連接器的立體橫截面圖。
本發明之多功能纜線10在圖1A及圖1B來說明。纜線10具有匣連接器12，其經設定大小並設定尺寸以連接至燃料匣14之出口；及燃料電池連接器16，其經設定大小並設定尺寸以連接至燃料電池18的入口。可具有單一管道或多個管道之套管11將匣連接器12連接至燃料電池連接器16。如圖1A中所示，燃料電池18提供電力至電子器件20。圖1B展示可連接至複數個燃料電池18之多功能纜線10的通用特徵。儘管展示僅一個燃料匣14，可使用多個不同人燃料供應裝置，只要燃料供應裝置具有可連接至匣連接器12的一般或通用出口。在一較佳實施利中，燃料電池18 含有燃料經供應至一或多個個別燃料電池之陽極側的一陽極燃料腔室，且不含有其他燃料腔室。請注意，燃料電池18含有陰極腔室，該陰極腔室含有空氣或氧氣，空氣或氧氣並非燃料且不由纜線10輸送。類似地，當燃料電池18為電子器件20之一部分時，電子器件20並不含有不同於陽極燃料腔室的燃料腔室。
本發明之纜線10可經組態以在燃料匣14與燃料電池18之間輸送氫氣燃料，且可經組態以在燃料匣14、燃料電池18及/或電子器件20或兩者之間輸送電力或電信號。雖然本發明之纜線10結構上經組態且能夠如下文所描述輸送氫氣燃料、電力及/或信號，但實際上纜線10可用以輸送僅氫氣、僅電力、僅信號或其任何組合。
在一較佳實施利中，本發明之纜線10包含一變換器，其變更、修改或變換氫氣燃料或其他燃料電池燃料的性質。在一個實例中，燃料之增濕可由纜線10經修改，變換或變更。在其他實例中，燃料壓力、流動速率及/或最大流動速率借助於由纜線10進行輸送而經變換，修改或變更。此等改變為以上歸因於與燃料通過纜線10之輸送相關聯的摩擦損耗或其他天然發生之損耗的任何壓力下降或速度減小。
圖2展示多功能纜線10之另一實施利，其中連接器22類似於標準USB連接器的「A」連接，唯如下文所論述，通用連接器22亦傳導流體燃料較佳氫氣或液體燃料電池燃料外。在USB、USB 2.0及USB 3.0纜線以及迷你/微型USB中，「A」連接為相同的，且在本發明之一較佳實施利中，連接器中之一者類似於USB「A」連接器。連接器12或連接器14可包含「A」型USB連接器22。另一連接器可包含「B」型USB連接器28，其 具有距兩個斜角(beveled corner)的正方形形狀。「A」連接器在其終端處具有塑膠件以導引定向以供插入。在連接器22中，此塑膠件24具有形成於其中之一或多個流體管道26以將燃料自燃料匣14攜載至燃料電池18，且構件24保持可用於輔助「A」連接器的定向。如所構建，當不傳送燃料電池燃料時，本發明之多功能纜線10亦可用以連接電器件20與其電子周邊設備，亦即在不存在燃料傳送時，流體管道26將保持空閒。在下文論述之其他實施利中，歸因於防護特徵，流體管道26將不開啟，除非存在匹配流體連接。更明確而言，每一連接器12、16較佳地含有將不開啟之常閉閥，直至連接器恰當地連接至燃料匣14及/或燃料電池18。
在另一個實施利中，纜線10可包含非標準電連接器，例如，非USB纜線/連接器，或其他非USB標準連接器及有或無流體管道的電管道。纜線10可提供獨立於流體連接的電或電子連接。非USB連接器及管道之實例包括習知串行埠纜線及平行埠纜線，其中專用接腳通常用以連接周邊設備器件，諸如列印機、監測器、鍵盤等至計算器件。例示性非標準纜線10展示於以上圖1A至圖1B中且以下圖12A至圖12F外加其他中。進一步請注意，雖然諸圖中之一些展示標準USB連接，但該等連接可假設任何非標準形狀或任何非USB標準形狀，且本發明不限於任何標準連接器或管道。
流體功能元件中之一些示意性地說明於圖3中。多功能纜線10可包括此等流體功能元件中的一或多者。此等元件可較佳包括於連接器12、連接器16內，或管道自身中。替代地，其可包括於可選集線器29中。可選集線器29可直接或整體地連接至如圖7B中所示之纜線10，或可選集 線器29可為單獨組件，其中多個纜線10如圖7A中示意性地所說明移除地附接至該單獨組件。較佳地，功能流體或電元件直接併入於纜線10中而不使用集線器29。此等流體功能元件包括(但不限於)乾燥器30或除濕器件30以移除濕度或水蒸氣、壓力調節器32、濾紙34及其他流體功能元件36。其他流體功能元件36可包括用於淨化氣體減壓閥之排出口，任何其他閥或減壓器件(PRD)。合適之PRD包括揭示於8,196,894、2011/0189574等中的彼等PRD。此等參考案以全文引用之方式併入本文中。其他流體功能元件36可包括集氣劑以吸收經由纜線10輸送的流體中之雜質。
乾燥器30經設計以自氫氣流移除水蒸氣。若存在，則較佳地套管11或連接器12/16之近接於乾燥器的區段例如藉由套管11或連接器12/16之外鞘上的穿孔而排出。視情況，加熱器亦經提供以由乾燥器驅離水蒸氣。使用水解反應諸如化學氫化物燃料(例如，硼氫化鈉、硼氫化鉀、硼烷氨、鋁氧化鈉(或鈉鋁氫化物)等)產生氫氣在與水之發熱反應中產生熱。所產生之熱可經由鰭片或導熱體(未圖示)經由熱傳導傳送至乾燥器30。較佳地，乾燥器30及/或其可選加熱器位於連接器12中以近接於匣14內的發熱反應。在一較佳實施利中，乾燥器30為至少部分由質子交換構件/膜諸如以商標NafionTM或Amberlite150TM或Amberlyst15TM離子交換樹脂購得的全氟聚合物構建的中空套管或弓形通道。水或水蒸氣自然地被吸引至此質子交換構件，且通過套管，且氫氣一方面不可穿過通過質子交換構件，且經由套管進行傳導，如下文所說明。乾燥器30在由質子交換構件製成時並不需要加熱器。
壓力調節器32可採取廣泛範圍之變化的入口燃料壓力，並 將入口壓力減小至適合於燃料電池18之操作的實質上恆定之出口壓力。合適壓力調節器大體包括兩個膜與安置於其之間的可移動梭，且描述於共同擁有之12/053,374、13/371,089、8,002,853、2010/0104481、2011/0189574、13/832,528、13/836,789參考案中。較佳地，壓力調節器為微流調節器(microfluidic regulator)，並由諸如論述於12/053,374中之彼等的特徵化層製成。此等參考案係以全文引用之方式併入本文中。
濾紙34可執行數個功能以移除各種項目。在一個實施利中，濾紙34含有酸性元素以中和來自氫氣流的高pH值水蒸氣。諸如氫氧化鈉或氫氧化鉀之鹼性穩定劑常常用以控制硼氫化鈉與水之間的反應速率，且離開匣14之水蒸氣可具有高pH值，其可與酸性濾紙中和。在另一個實施利中，濾紙32含有質子交換膜/構件(PEM)，諸如NafionTM或Amberlite150TM或Amberlyst15TM離子交換樹脂。此PEM濾紙可吸附在燃料電池18上游的離子或金屬離子。離子濾紙描述於以全文引用之方式併入本文中的美國專利第7,655,331號及第7,655,147號中。
在一較佳實施利中，至少一連接器12或16包含在正常情況下關閉的關斷閥38，除非連接器正常地連接至匣14及/或燃料電池18。在另一實施利中，每一連接器12及16包含關斷閥38。在一個實施利中，閥38包含提昇閥，例如，具有由彈簧偏置至關閉位置之球或剛性主體的球閥或者具有經偏置至關閉位置之彈性主體的閥。自燃料匣或燃料電池之另一提昇閥或套管在連接期間將與閥38嚙合以開啟閥38，同時纜線10的連接器12、16連接至燃料匣14或燃料電池18，如下文結合圖10A至圖10D所論述。其他合適關斷閥包括彈性碟從而與穿過碟中之孔的中心柱相抵地形 成密封，且中空套管插入至關斷閥中以使碟移動原理中心柱以開啟閥。合適關斷閥38揭示於7,537,024、7,762,278、2008/0145739、8,561,695、2011/0189574、2011/0212374、2011/0243836、2011/0099904、13/836,789及13/837,410中。此等參考案以全文引用之方式併入本文中。在其他實施利中，關斷功能可藉由其他流體組件諸如壓力調節器32實現，其在纜線10並未連接至燃料匣14及/或燃料電池18時關閉。
圖4說明連接件12與16之間多管道套管11內的管道。套管11具有嵌入於保護性外鞘40內的複數個管道。燃料管道42經設定大小並設定尺寸以將燃料電池燃料諸如氫氣或甲醇外加其他燃料自燃料匣14輸送至燃料電池18。較佳地，套管11之長度受到限制，使得例如經由與管道42之壁的摩擦接觸沿著管道42自燃料之壓降小於燃料在連接器12處的壓力，使得燃料可有效地到達燃料電池18。套管11可具有可選第二流體管道44。管道44可用以將副產物或淨化氣體自燃料電池18輸送回至燃料匣14以供儲存及/或棄置。淨化氣體亦可在沿著套管11之任何地方或在連接器或集線器處排出。第二流體管道44亦可在燃料電池18需要更多燃料情況下攜載額外燃料。替代地，第二管道44亦可針對某些燃料電池組態輸送氧化劑或空氣。
套管11亦包含在一些實施利中可被忽略的公用電管道46及48。公用管道46及48將由燃料電池18產生之電力輸送至電子器件諸如行動/智慧型手機20，或輸送回燃料匣14以向可包括於燃料匣中的任何電組件供電。舉例而言，可選加熱器11可經由電管道46及48由燃料電池18供電。在另一實例中，管道46及48將電力攜載回至燃料匣14以向需要熱的氫氣 產生製程諸如水解提供電力。管道46及48中之一者較佳連接至燃料電池18之調節電路或電路的正(+)端子以將燃料電池18之輸出端帶至可接受電壓，且另一管道連接至負(-)端子。在一個實施利中，燃料電池18嵌入於電子器件中，且燃料電池18之電輸出直接導線連接/連接至電子器件內的調節電路，且公用管道46及48不被需要，且(若存在)未被使用。
參考圖4，套管11亦可具有複數個電信號管道49。可存在任何數目個信號管道49。在一個實例中，存在對應於USB 2.0纜線之兩個信號管道49，且在另一實例中，存在對應於USB 3.0纜線的六個信號管道49。信號管道49經設計成攜載控制信號以啟動電器件諸如電路，或機電器件諸如電磁閥。信號管道49亦可將信號自燃料匣14中之感測器攜載至燃料電池18及/或電子器件20。雖然並非為強迫性的，但與諸如USB或Firewire之電介面標準的遵從性係在本發明之範疇內。
在本發明之另一實施利中，信號管道49攜載與燃料電池匣之電荷狀態相關的資訊。充電狀態指示燃料或部分耗費燃料可經由化學反應產生的剩餘氫氣量。舉例而言，在諸如硼氫化鈉之化學氫化物匣中，在氫化物與水反應以產生氫氣之後，剩餘氫化物及水與諸如硼酸鈉之副產物的總體體積並不可觀地減小，使得來自繼續反應之剩餘可回收氫氣在某些情況下可自總體積進行可靠地估計。頒予Rosenweig等人之共同擁有的US 2011/0212374教示，剩餘充電狀態可自電阻或剩餘金屬氫化物、水及副產物的密度來估計。在一個實例中，電壓錶或歐姆錶可經併入以量測改變之電阻，且結果可由信號管道49攜載至控制器或寫入於記憶體儲存器件例如下文論述之EEPROM上。類似地，充電狀態或改變之密度可例如由比重計 (hydrometer，pycnometer)量測，並由信號管道49傳達至控制器或記憶體。頒予Rosenweig之US 2011/0212374以其全文引用之方式併入本文中。另外，頒予McLean等人的共同擁有之US 8,166,833亦揭露一種估計充電狀態之方法，且以全文引用之方式併入本文中。
管道49亦可為類似於下文描述之管道64或72的液壓或機械管道，使得力或壓力波/信號可經由纜線10傳輸。
在另一實施利中，燃料電池18嵌入於電子器件的配件中，如圖5中所說明。如圖所示，燃料電池18嵌入於電子器件20諸如智慧型手機、膝上型電腦或平板電腦20的蓋板50中。在此實例中，蓋板或配件50與燃料電池18一起與電子器件20分離地製造，且燃料電池18之電輸出並不直接連接至電子器件20。在此狀況下，燃料電池18之電輸出可經由諸如電連接器52之輸出端直接連接至電子器件20，或更佳地指向燃料電池連接器16或纜線10的可選集線器29，如圖6A中所說明。如圖所示，公用電力管道46及48自燃料電池18接收電輸出，且連接至埠54，該埠經設定大小並設定尺寸以接收另一公用電功率纜線，諸如習知USB纜線。信號管道49亦可連接至埠54。較佳地，埠54為經調適以接收USB纜線之連接器「A」，諸如USB、USB 2.0、USB 3.0、迷你USB、微型USB或USB接腳連接器。請注意，USB接腳連接器通常包含USB連接器「A」，及可具有任何數目個接腳並可傳輸電功率以及電信號的接腳連接器。較佳地，接腳連接器可為八接腳連接器，諸如來自Apple,Inc.的LightningTM連接器，或亦來自Apple,Inc.的三十接腳連接器。
在展示於圖6B中之另一實施利中，替代具有埠54，連接器 16可具有可為前述段落中論述的USB、USB 2.0、USB 3.0纜線之連接器「B」，迷你或微型USB連接器或接腳連接器之連接器56。連接器56可直接連接至電子器件20上的電力充電埠。
再次參看圖6A，信號管道49連接至連接器12中的電或機電組件。舉例而言，信號管道49連接至亦連接至燃料或流體管道42、44之電磁閥58，以開啟並關閉電磁閥58，該電磁閥可開啟或關閉燃料或流體管道。信號管道49亦可連接至電路60，其可經設計成控制並讀取燃料匣中/上、燃料電池中或纜線10中之感測器，並將自感測器收集之資料傳輸至燃料電池18或電子器件10。電路60可包含諸如EEPROM之記憶體器件及處理器以對記憶體器件進行讀取並寫入。額外感測器可經部署並連接至信號管道49。一個例示性感測器可為位於燃料電池連接器16中之壓力感測器以在到達燃料電池18之前量測燃料諸如氫氣的壓力。另一例示性感測器為諸如氫氣感測器之燃料偵測感測器以監視可能洩漏。燃料匣感測器、具有記憶體器件之智慧型匣論述於7,655,331及7,642,742中。此等參考案以全文引用之方式併入本文中。
請注意，上文論述之功能元件的任何功能元件、任何組合或子組合或全部可位於匣連接器14、燃料電池連接器16中或可選集線器29中，如圖7A中示意性地說明。較佳地，功能流體或電元件直接併入於纜線10中而不使用集線器29。若使用集線器29，則其可藉由套管11直接連接至連接件12及16，使得纜線10、集線器29以及連接器12及16形成單一不可分離單元，如圖7B及圖7C中所展示。替代地，可選集線器29可為具有如圖7A中最佳地示意性展示之連接件62之分離或獨立單元，以連接至 其他纜線10。替代地，纜線10可具有類似於圖7C之實施利的「Y形」形狀，但無集線器29。
返回參看圖4，纜線10亦可含有抗破壞管道64。抗破壞管道64經設計以在纜線10經切割情況下阻止燃料的洩漏。如圖8A中最佳地展示，抗破壞管道64在壓力下較佳輕微壓力下填充有液壓流體。管道64中的液壓施加至位於匣連接器12中的常閉閥66。只要抗破壞管道64無破損，閥66就保持開啟。管道64內之壓力應足以保持閥66開啟，且較佳地並非顯著超出此位準。若管道64受到破壞、斷開或切割，則管道64內部之壓力被釋放，且常閉閥66將關閉，藉此關斷燃料之流動。如圖所示，閥66在連接器中位於閥38下游，使得即使閥38歸因於連接器12至燃料匣14之連接保持開啟，閥66在管道64受到破壞情況下仍將停止燃料的流動。液壓流體可為惰性氣體或對人體無害之液體或油，使得其釋放將不損害燃料電池、電子設備或環境。
替代地，管道64與攜載氫氣之燃料管道42相同，且與壓力調節器32流體連通。壓力調節器32可經設計或設定為在下游壓力為零或實質上與調節器32關閉之氛圍壓力相同時關閉。因此，若套管11經切割，則壓力調節期32自動地關閉，並關斷燃料之流動。此類壓力調節器較佳為下文論述之被動調節器。
在另一實施利中，抗破壞管道64包含在外鞘70內可移動的彈性棒68，如圖8A中所展示。可撓性棒68將自燃料電池連接器16突出，且當連接器16附近至燃料電池18時，此連接推動棒68遠離。此移動將朝向常閉閥66推動棒68的相對末端推動以開啟此閥並保持此閥開啟。若管道 64接著經斷開或切割，則施加於棒68之力將變為零，且常閉閥66將關閉。棒68/外鞘70之實施利的另一益處為，除非燃料電池連接器16連接至燃料電池18，否則閥66保持關閉且無燃料可流動。在此特定實例中，關斷閥38可自匣連接器12忽略，此係因為閥66將關閉，直至燃料電池連接器16經恰當地連接。在此實例中，燃料電池連接器16與燃料電池18之間的一個連接開啟連接器12及16兩者。
在此實施利的展示於圖8B中之變化中，棒68/外鞘70可安置於抗破壞管道64之每一末端處，且由液壓管線72液壓地連接。液壓管線72將藉由栓塞或柱塞74在每一末端處經密封，且燃料電池連接器16上之棒681可按下且移動柱塞741，且相對柱塞742可按下且移動匣連接器12上之相對棒682以開啟閥66。由燃料電池連接器16至燃料電池18之連接施加的力推動棒681遠離，且經由液壓管線傳輸至管道64之相對末端上的棒682以開啟閥66。較佳地，彈簧76近接於匣連接器12安置於管道64內以在燃料電池連接器16自燃料電池18斷開時使柱塞742返回至未連接位置，使得常閉閥66可關閉。
在又一變化中，形狀記憶合金(SMA)導線在兩個末端電連接至燃料電池18情況下插入至外鞘70中或套管11內，且SMA導線圍繞常閉閥66循環，或以其他方式在其長度一半處連接至常閉閥66。當燃料電池可操作且產生電力時，其加熱SMA導線且使導線收縮。此收縮使得SMA導線開啟關閉之閥66並保持該閥開啟。當燃料電池18關斷時，SMA導線鬆弛，且允許常閉閥66關閉。在外鞘70及/或套管11經破壞或切割時，SMA導線亦經切割，且使閥66保持開啟之力經釋放且閥66關閉。
在另一實施利中，燃料匣14經設計以自諸如固態硼氫化鈉或硼氫化鉀之化學氫化物與諸如水或醇類之液體之間的反應產生氫氣燃料。在此實例中，兩種反應物儲存於匣14中之分離腔室中，且匣連接器12含有外部流體路徑以將液體燃料輸送至固態化學氫化物燃料。因此，除非連接器12恰當地連接至匣14，否則兩種燃料保持隔開且氫氣產生不可能。此實施利揭示於美國專利第7,727,293號中，其揭示具有流體管道及閥之接收器以將液體燃料自匣中之液體腔室輸送至接收器中並輸送回至匣內之反應腔室以與化學氫化物反應。'293專利以全文引用之方式併入本文中。
其他抗破壞特徵可併入於纜線10中。合適抗破壞特徵揭示於共同擁有之7,537,024、2008/0145739及8,561,695中，且此等參考案以全文引用之方式併入本文中。參考自2008/0145739調適之圖9，連接器12或16展示於左側，其中關斷閥38經匹配或配合至燃料匣14或燃料電池18的閥78。請注意，閥78可為開啟閥38之簡單套管，該閥38如自2011/0121220調適之圖10D中所說明在正常情況下關閉。在一個實例中，閥38為提昇閥或球閥，或藉由彈性密封件關閉的閥，且套管78進入閥38以開啟該閥。在另一實例中，閥78為另一提昇閥，且在連接期間，閥38及閥78如自7,537,024調適之圖10A至圖10C所說明彼此開啟。此等閥揭示於7,537,024、7,762,278、8,561,695中。
連接器12、16亦可具有由彈簧82偏置以覆蓋閥38的可選閘80。在連接之前，使用者將移動閘80以暴露閥38並對於連接保持閘80開啟。替代地，阻尼器84經提供以使由彈簧82施加之力衰減以關閉閥80。此情形在閥38再次被覆蓋之前提供短時段用於由阻尼器提供的連接。請注 意，閘80、彈簧82及阻尼器84可提供於燃料匣上或燃料電池上以限制對閥75的存取。
連接器12、16亦可具有諸如突起86之對準特徵，其經設定大小並設定尺寸以收納於凹穴88中。纜線10至燃料匣14及/或燃料電池18之連接可僅在突起86與凹穴88對準時發生。在另一實施利中，突起86及凹穴88由一對電感測器或電極替換，其中一個感測器/電極在連接器12、16上且另一者在匣14或燃料電池18上。此等電感測器/電極90為電路之一部分，且當恰當進行纜線10、匣14與燃料電池18之間的連接時，電感測器/電極90彼此接觸以使此電路完成，從而向系統之控制器92表示，進行了恰當連接且操作可開始，如圖11A中所展示。較佳地，此電路利用纜線10中之信號管道49作為電路之部分，且電路由小電池或太陽能電池或由下文描述之電化學電池供電。
在另一實施利中，永久磁體及金屬線圈/導線用以指示，纜線10、匣14與燃料電池18之間的連接是否為恰當的。已知曉，當金屬線圈或導線暴露至磁場時，磁場在線圈或導線巾產生電流。如圖11B中最佳地展示，具備兩個永久磁體94，一個永久磁體在連接器12、16中，且另一永久磁體在匣14或燃料電池18中。當連接器經恰當對準並彼此靠在一起時，磁場96形成於磁體94的對置極之間。若金屬導線暴露至磁場96，則電流產生於電路中，該電流由控制器92或由電壓錶或電流錶可偵測。較佳地，套管11之導線49用以構建電路。替代地，單一永久磁體用以產生磁場96，如圖11C中所展示。此實施利之一優點為，當恰當地進行連接時，磁體及金屬導線自產生信號。
在另一實施利中，電化學電池用於連接器12、16與燃料匣14及/或燃料電池18之間的連接處。電化學電池包含兩個半電池。每一半電池包含浸沒於溶液中的一個固態金屬電極，該溶液含有電極材料之陽離子及以使陽離子之電荷平衡之陰離子。另一半電池包含不同金屬電極。在一個實例中，一個新電極浸沒於硫酸鹽溶液，且一個銅電極浸沒於銅(II)硫酸鹽溶液中。當導線連接兩個電極且鹽橋或多孔板將兩個溶液連接以傳導離子時，形成電路。如圖11D中所展示，半電池981安置於燃料匣14、燃料電池18或兩者上，且半電池982安置於連接器12或16或兩者上。在一個實例中，一個半電池包含浸沒於硫酸鋅溶液中的鋅電極，且另半電池包含浸沒於硫酸銅(II)溶液中的銅電極。當經恰當連接時，電極100將接觸以完成包括兩個半電池中的兩個電極、控制器92及信號管道49的電路。鹽橋102亦經連接以允許離子銅通過鹽橋以完成電化學電池。一旦完成電路，處理器92將能夠偵測由電化學電池產生的電流，以指示連接經恰當進行。此實施利之優點為，取決於其大小，電化學電池可能能夠產生足夠電流以向系統之啟動程序供電，直至燃料電池達到電生產的穩定狀態。替代地，消耗型組件例如硫酸鹽溶液等以及兩個半電池可在匣上彼此分離地定位，且非消耗型組件例如電極100及或鹽橋102可位於纜線10上，使得消耗品在匣14被替換或補充時被替換。控制器92可位於匣連接器12、燃料電池連接器16、集線器29、配件50/燃料電池18、匣14或電子器件20中。
額外功能元件可有必要以控制及/或調節燃料電池之電力產生，且可併入於纜線10、連接器12及/或16及可選集線器29中。一個此元件為淨化系統，其可併入於燃料電池連接器16中以近接於燃料電池18之陽 極，以自燃料電池18之陽極側週期性地移除包括非氫氣的氣體。其他功能元件包括(但不限於)DC-DC轉換器、電力調節元件、電調節器及調節由燃料電池18產生之電力並提供經調節之電力至電子器件20有必要的其他電組件。另外，自燃料電池18返回至匣14之電力或信號可由類似電組件進行調節或處理。此外，諸如LED棒桿的電荷狀態或剩餘電荷狀態的視覺指示器可提供於纜線10、連接器12及/或16或可選集線器29上。控制及/或調節燃料電池之電力產生的功能元件充分描述於共同擁有的以下各者中：2013年3月15日申請之題為「Methods for Operating a Fuel Cell System」的美國專利申請案第13/837,410號及2013年3月15日申請之題為「Fluidic Interface Module for a Fuel Cell System」的美國專利申請案第13/836,789號、13/836,789及13/837,410中。此等參考案以全文引用之方式併入。
較佳的是，在系統啟動時，燃料電池18之陽極經淨化以移除任何陳舊氣體，諸如水蒸氣及空氣。類似於美國13/837,410及13/836,789中之淨化閥系統的描述內容，由於連接器16連接至燃料電池18，因此此運動開啟淨化閥，且在不需要接通/關斷開關的啟動情況下拉伸形狀記憶合金(SMA)導線。在一個實例中，由於氫氣流動至陽極中且替換陳舊氣體，因此燃料電池18開始產生電流，其用以加熱SMA導線。在預定點處，SMA導線返回至其原始形狀並關閉淨化閥。來自燃料電池18之電流接著自SMA導線斷開。較佳地，第二流體管道44用作淨化系統的部分。淨化氣體可被輸送至匣14及進行排出，或其可在燃料電池連接器16、可選集線器29或匣連接器12處排出。淨化氣體亦可沿著套管11被排出。
具有位於燃料電池連接器16、可選集線器29或匣連接器12 中包括流體功能元件及電子控制元件的功能元件之優點為，此情形簡化燃料電池至電子器件20中或至配件50諸如平板電腦罩蓋中的併入。電腦器件內之空間受到限制，且在配件內甚至受到更多限制。使功能元件在此等器件外部使嵌入或合併燃料電池之大小及複雜性最小化。
圖12A至圖12F說明氫氣纜線10之另一實施利，其在此變化中傳輸多數氫氣。在圖12A至圖12B中展示之匣連接器12具有連接104以連接至燃料匣14。連接104經設定大小並設定尺寸以收納於燃料匣14上的表面通道中，且中空套管108經設定大小並設定尺寸以開啟燃料匣上的關斷閥。連接104及中空套管108以及關斷閥揭示於8,561,695、2011/0189574、2011/0212374、2011/0099904、2011/0104021、13/836,789及13/837,410中，其以全文引用之方式併入本文中。來自匣14之氫氣將流過中空套管108至匣連接器12中。自此處，氫氣將流經內部通道110至乾燥器30中，乾燥器30包含繚繞或弓形路徑112，該路徑較佳地為螺旋路徑。弓形路徑提供更多空間或距離用於氫氣以以使水或水蒸氣乾燥。路徑112開始於其與通道110之交叉點處，且圍繞連接器12向上螺旋，直至其在出口通道114處交叉。氫氣離開連接器12且進入管道11或更具體而言燃料管道42。乾燥器30進一步包含圍繞弓形路徑112纏繞的質子交換膜或離子交換膜(PEM)116。水或水蒸氣具有通過PEM 116之傾向，該PEM較佳包含聚合物。已觀測到，在PEM燃料電池中，水蒸氣通過PEM，此情形可由滲透效應引起。此效應用於本發明中以使氫氣去水。較佳地，PEM 116包含螢幕或其他支撐構件以保住維持其結構完整性。如圖12A中最佳地展示，匣連接器12具有排出口118以允許水蒸氣由乾燥器30移除以排出至氛圍。
替代地，繚繞路徑112可包含在美國專利第7,481,858號之圖11中展示且在其中描述的具有檔板之路徑或包括複數個擋板之路徑。'858專利以全文引用之方式併入本文中。
圖12C至圖12D說明例示性燃料電池連接器16，其以流體方式連接及/或電連接至套管11。燃料電池連接器16在其終端處包含關斷閥38。閥38通常包含上文所論述的中心柱38a及密封構件38b。密封構件38b提供柱38a之外表面上的密封件。通常來自燃料電池器件之中空套管圍繞柱38a插入至閥38中從而推動密封件38b遠離柱38a以開啟閥38。較佳地，燃料電池連接器16進一步包含壓力調節器32，如上文所論述。如圖所示，壓力調節器包含兩個彈性膜32a，及安置於其之間的可移動主體32b。較佳地，主體32b包含由彈簧分離之兩個件，如圖所示。使用彈簧之偏置力、兩個膜之相對表面面積及參考壓力外加其他，壓力調節器32以來自管道42/11之較高壓力調節氫氣，且使氣體以較低實質上恆定壓力通過關斷閥38離開而至燃料電池。展示於圖12D中之壓力調節器實質上類似於揭示於共同擁有之13/836,789及13/837,410中的壓力調節器。其他合適壓力調節器描述於12/053,374、13/371,089、8,002853、2010/0104481、2011/0189574及13/832,528中。所有此等參考案以全文引用之方式併入本文中。
請注意，壓力調節器32及/或乾燥器30可位於連接器12或16處，且可位於管道11內。另外，壓力調節器較佳地並不需要由處理器或電腦控制，且壓力調節器自動地調節壓力。此類壓力調節器在此項技術中被稱作被動壓力調節器。
參考圖1A，經調節之氫氣離開燃料電池連接器且由燃料電 池18接收。來自燃料電池之電輸出(例如)由DC/DC轉換器處理以達成向電子器件20供電必要之所要電壓及電流。在一個實施利中，經處理電輸出經由電觸點120被輸送回至燃料電池連接器16，其如圖12C中所展示安置於閥38的外表面上。然而，電觸點120可位於燃料電池連接器16上之任何地方。具有如圖12E中所展示之例示性L形狀的電觸點120在燃料電池連接器16內部延伸。在連接器16內，電觸點120進一步電接觸可選觸點122及可選電觸點124。來自燃料電池18之經處理電輸出最終輸送至類似於上述連接器54、56的電連接器，該電連接器可直接連接至電子器件20上的電力充電埠。此電連接器之非限制性實例可為USB迷你或微型連接器、LightingTM連接器等。
本發明之纜線亦可充當一方式以使與歸因於衝擊在操作期間受到損壞的燃料供應裝置或來源相關之機械問題解耦。此等情形揭示於美國公開案第2008/0199759號中。
雖然顯而易見的是本文中所揭示之本發明的說明性實施利滿足上文陳述的目標，但應瞭解，大量修改及其他實施利可由熟習此項技術者設計。因此，應理解，附加申請專利範圍意欲涵蓋將在本發明之精神及範疇內的所有此等修改及實施利。

Claims (34)

  1. 一種燃料傳送纜線，其包含：一第一連接器，其經調適以連接至一燃料供應裝置，一第二連接器，其經調適以連接至一燃料電池，一狹長套管，其將該第一連接器流體連接至該第二連接器，使得該燃料供應裝置中之一燃料被輸送至該燃料電池，及至少一閥，其用以控制該燃料的輸送其中該燃料傳送纜線進一步包含安置於該燃料傳送纜線內的一變換元件，其中該變換元件實質上變更經由該燃料傳送纜線輸送的超出該與燃料之該輸送相關聯的損耗或衰減的該燃料的一性質。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該變換元件包含一乾燥器，且該乾燥器變更該燃料的含水量。
  3. 如申請專利範圍第2項之燃料傳送纜線，其中該乾燥器包含一質子交換膜或一離子交換樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該乾燥器位於該連接器中的其中之一內。
  5. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該變換元件包含一壓力調節器，且該壓力調節器變更該燃料的壓力。
  6. 如申請專利範圍第5項之燃料傳送纜線，其中該壓力調節器為一被動壓力調節器，且位於該連接器中的其中之一內。
  7. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該變換元件包含一集氣劑或一濾紙，且該集氣劑或該濾紙自該燃料移除至少一污染物。
  8. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該集氣劑或濾紙位於該連接器中的其中之一內。
  9. 如申請專利範圍第1項之燃料傳送纜線，其中該燃料電池包含一陽極燃料腔室且無其他燃料腔室。
  10. 一種流體及電傳送纜線，其包含：一第一連接器，其經調適以連接至一燃料供應裝置，一第二連接器，其經調適以連接至一燃料電池，從而產生用於一電子器件之電力，及一多管道狹長套管，其將該第一連接器連接至該第二連接器，使得該燃料供應裝置中之一燃料經由該狹長套管中之一第一流體管道自該燃料供應裝置輸送至該燃料電池，且該多管道狹長套管將該燃料電池電連接至該電子器件，使得由該燃料電池產生之該電力經由該狹長套管中之一第二電管道被輸送至該電子器件。
  11. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其中該第一連接器或該第二連接器中的至少一者包含一流動控制元件，其使燃料流動關閉，直至該連接器流體連接至該燃料供應裝置及該燃料電池。
  12. 如申請專利範圍第11項之流體及電傳送纜線，其中該流動控制元件包含一常閉閥，且其中在至該燃料供應裝置及該燃料電池的連接期間，該常閉閥開啟。
  13. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其進一步包含至少一變換元件，其實質上變更經由該傳送纜線輸送之該燃料的至少一性質。
  14. 如申請專利範圍第13項之流體及電傳送纜線，其中該變換元件包含一 乾燥器、一壓力調節器、一減壓器件或一濾紙中的至少一者。
  15. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其中該狹長套管包含用以輸送該燃料之至少一流體管道、用以輸送由該燃料電池產生之該電力的至少一公用管道及用以傳輸電信號之至少一信號管道。
  16. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其中該狹長套管將該燃料電池電連接至燃料供應裝置。
  17. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其中該第二連接器將該燃料電池電連接至該電子器件。
  18. 如申請專利範圍第17項之流體及電傳送纜線，其中該第二連接器包含經調適以收納另一纜線的一埠，該纜線將該燃料電池電連接至該電子器件。
  19. 如申請專利範圍第18項之流體及電傳送纜線，其中該埠經調適以收納一USB纜線。
  20. 如申請專利範圍第17項之流體及電傳送纜線，其中該第二連接器包含至少一電子控制元件。
  21. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其進一步包含一集線器，其中該集線器以流體方式連接及電連接至該第一連接器及該第二連接器。
  22. 如申請專利範圍第21項之流體及電傳送纜線，其中該集線器包含至少一流體控制元件。
  23. 如申請專利範圍第21項之流體及電傳送纜線，其中該集線器包含至少一電子控制元件。
  24. 如申請專利範圍第10項之流體及電傳送纜線，其進一步包含一抗破壞元件。
  25. 一種燃料傳送纜線，其包含：一第一連接器，其經調適以連接至一燃料供應裝置，一第二連接器，其經調適以連接至一燃料電池，一狹長套管，其將該第一連接器流體連接至該第二連接器，使得該燃料供應裝置中的一燃料被輸送至該燃料電池，及一抗破壞元件。
  26. 如申請專利範圍第25項之燃料傳送纜線，其中該抗破壞元件包含藉由一致動器保持開啟的一常閉閥，其中當該致動器經斷開或切割時，該常閉閥關閉。
  27. 如申請專利範圍第26項之燃料傳送纜線，其中該致動器包含該狹長套管內的一管道，其含有一加壓液壓流體。
  28. 如申請專利範圍第26項之燃料傳送纜線，其中該致動器包含一外鞘及含於該外鞘內的一可移動棒。
  29. 如申請專利範圍第26項之燃料傳送纜線，其中該致動器包含一形狀記憶合金，其連接至該常閉閥且電連接至該燃料電池。
  30. 如申請專利範圍第26項之燃料傳送纜線，其中在該第二連接器至該燃料電池之該連接期間，該棒相對於該外鞘移動以開啟該常閉閥。
  31. 一種包含一狹長通道之除濕器件，該通道針對一氣流經設定大小並設定尺寸以使其通過，其中該通道上之至少一表面包含一離子交換材料，且其中來自該氣流之一水選擇性地通過該離子交換材料，且自該 氣流被移除。
  32. 如申請專利範圍第31項之除濕器件，其中該狹長通道包含一繚繞路徑。
  33. 如申請專利範圍第31項之除濕器件，其中該狹長通道為在一主體構件上界定的一螺旋路徑，且該主體構件藉由由該離子交換材料製成的一膜覆蓋。
  34. 一種用於操作一燃料電池系統之方法，該燃料電池系統具有一燃料電池、一燃料供應裝置及一燃料傳送纜線，該方法包含以下步驟：將該燃料傳送纜線連接至該燃料供應裝置，及將該燃料傳送纜線連接至該燃料電池以開始自該燃料供應裝置至該燃料電池的一燃料流動，且在不致動該燃料電池系統上之一接通/關斷按鈕情況下自該燃料電池產生電力。
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