TW522605B - Improved air manager for metal-air cells - Google Patents

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522605 A7 ______B7________ 五、發明說明（/ ) 相關申請案交互參既 本案已於2000年10月12日向美國申請專利，案號 爲60/239,706，名稱爲“電子裝置之電池匣”，因此本案 主張優先權，此處並結合該項發明之整體作爲參考之用。 趄聯邦政府資肋之硏究或發展相關之聲明 Μ 〇 j \\\ 發明背景 本發明係關於具有諸如金屬-空氣電池單元之電極的空 氣去極化電源，且特別地，係關於一種用於將適量氧氣供 應至空氣去極化電池單元內之改良式方法與設備。 大量的可攜式電子裝置可使用電池加以操作。所需用 於操作此種裝置的電池一般皆被插入該裝置的座中或附著 於該裝置的外表面。今日市場上對於諸如行動電話、數位 相機、快閃照相機、電腦、個人數位助理、卡匣遊戲機以 及光碟遊戲機…等所謂的高電流汲取可攜式消費性電子產 品甚感興趣。在許多情況中，此種裝置可接受鹼性電池。 然而，對於此種裝置而言，鹼性電池並非必然爲充足的電 源，因爲由鹼性電池所獲得的能源將因電流汲取率的增加 而降低。因此爲此種裝置提供另一種可選擇的能量源便有 其優點。此種作法的限制通常係其現有的電池座或表面組 態，其大小通常係用以容納某特定數量的圓柱形鹼性電池 〇 金屬-空氣電池單元的引入對於鹼性電池應用在可攜式 電子裝置而言是一種改良式的另種選擇，其所提供的能源 ___ 3 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） —‘-----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7__ 五、發明說明（上） 更適用於此種裝置所需的高電流汲取狀況。圖1描述在不 同的功率輸出之時AA優質鹼性電池單元與AA鋅-空氣電 池單元的可用能量。由圖1可明顯看出在一般由1〇〇毫瓦 至1000毫瓦的電力範圍內，鋅-空氣電池可用的能量遠大 於鹼性電池所可用的能量。因此，若以鋅-空氣電池取代標 準的鹼性電池便極爲理想。例如，在數位相機中一對AA 鹼性電池的期望使用壽命小於1/2小時。相反地，數位相 機中的鋅-空氣電池可提供數小時的作業時間，並在放電之 時可輕易地由使用者更新。 金屬_空氣電池單元包括一可滲透空氣的陰極以及一金 屬陽極，二者由水成電解質所隔離。例如，在鋅-空氣電池 中，陽極包含鋅，而在放電期間，由周圍空氣而來的氧氣 以及由電解質而來的水份在陰極處被轉換爲氫氧化物，而 鋅則在陽極處由氫氧化物將之氧化，且水與電子則被釋放 以提供電能。金屬-空氣電池具有較高的能量密度，因爲金 屬-空氣電池的陰極利用由周圍空氣所取得的氧氣作爲電化 學反應中的反應物，而非使用較重的物質，例如金屬或金 屬化合物。金屬-空氣電池單元通常以多電池單元包的方式 配置在普通罩蓋之內，以期提供足量的電力輸出。其結果 便是較輕的電池。 主要與次要金屬-空氣電池皆已發展出來。可充電式金 屬-空氣電池的充電方式係在金屬-空氣電池單元的陽極與 陰極之間供應電壓並反轉其電化學反應。氧分子透過可滲 透空氣的陰極而釋放至大氣中。 4 木纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 _ B7___ 五、發明說明（$ ) 伴隨金屬空氣電池的一項困難爲周圍濕度等級，其可 導致金屬空氣電池的故障。金屬空氣電池的平衡蒸汽壓將 造成一般大約爲45%的平衡相對濕度。若周圍濕度大於金 屬空氣電池的平衡相對濕度値，則金屬空氣電池將透過陰 極由空氣吸收水份並因一種稱爲氾流的狀況而故障，此種 氾流狀況將使電池發生漏電現象。若周圍濕度小於金屬空 氣電池的平衡相對濕度値，則金屬-空氣電池將由電解質透 過空氣陰極釋放出水蒸汽，並因脫水（dry out)之故而發 生故障。在大部份使用金屬-空氣電池的環境中，故障皆因 脫水而發生。 由於周圍濕度所產生的問題在空氣去極化電池中更形 嚴重，其係由於水蒸汽通過氧氣擴散電極（陰極）就如同 氧氣一般容易，因爲與空氣相似的水分子和氧氣之間具有 相似的大小以及極性。因此，當放電時，若將空氣施加於 此種電池之上，或在充電時將空氣洩出（在可充電電池的 情況下），則水蒸汽也將自由地通過陰極。 因此，技術上已認知到當空氣通過空氣陰極時的濕度 水準以及電池內濕度水準二者之間的不平衡將產生水份的 淨轉移，可能是轉移進電池單元內或轉移出電池單元外， 並可能導致前文所述的問題。再者，此種問題在大量新的 周圍空氣連續流過陰極之時將更形嚴重。 在連續將新鮮空氣供應至金屬-空氣單元之時所伴隨的 另一項問題爲二氧化碳將轉移進單元之內，其將中和諸如 苛性鉀之類的電解質。 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^ 0 I------I ().請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 _____B7____ 五、發明說明（《） 爲求使此種電池可以長時間使用，目前已發展出空氣 控制器，用於在電池不使用之時將電池與環境隔離，而在 使用電池之時則供應空氣。美國專利第4,913,983號將金 屬空氣電池包在一具有空氣入口以及出口的罩蓋中，電池 罩蓋之內具有一用於開啓或關閉空氣入口及出口的隔板， 並在不使用電池之時限制空氣的流動。該系統並具有一在 使用電池之時供應較大周圍氣流至單元的風扇。此種配置 將使新的周圍空氣以一種足以達到期望之電力輸出的流動 率流過空氣陰極。目前所發展出來的更先進的空氣控制器 也包括一電池單元圍板，以及一空氣移動器，例如風扇， 但卻使用擴散管而非可關閉的隔板將單元與環境相隔離。 特別是，電池單元透過擴散管接收開放空氣，擴散管可在 不使用電池之時將到達單元的新鮮空氣限制在足以降低脫 水或氾流的量，並降低其所吸收的二氧化碳量，以避免進 一步降低電池容量。當該單元正在使用之時，空氣移動氣 將強迫空氣通過擴散管，並經由圍板帶入新鮮空氣。 此種空氣控制器的範例揭示於美國專利第5,356,729， 5,560,999，以及5,919,582號中，各該專利係於此處倂入 ，以作爲參考。在’729號專利中，一般皆提供一罩蓋以便 包覆至少一金屬-空氣電池單元，該單元包含至少一通風口 ，其大小則係用於在由於電池運作而在罩蓋內所產生的氧 氣濃度降低之時，將氧氣優先擴散至罩蓋中。放置一風扇 以便循環並混合出現在罩蓋內的氣體。因此，便可符合電 池單元對於氧氣的需求並在空氣陰極內維持更爲穩定的水 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- 訂---------線| A7 522605 B7 -\____ 五、發明說明（r) 蒸汽以及二氧化碳平衡。 因此，該空氣控制器之目的係在將該單元 ，延長單元的可使用壽命。在’729號專利中所增氣 控制器係設計用於開放空氣中或用於得以用期 足夠的新鮮空氣予金屬空氣電池而不需使用空氣控&器^ 處（例如許一些電子裝置的電池盒）。特別地，@ p _ 器可以僅移動空氣控制器內部罩蓋之內的空氣， 響環繞在空氣控制器四周的空氣之新鮮度，因舄較低的氣 流率之故。因此，當金屬空氣電池用於一種無法提供足夠 的氧氣量以支持電池單元以預期的速率作業的驚池盒之時 ，’729號專利所述的氣流量便不足。最後，該簞元將因此 而缺氧並因而大幅降低作業期間的能量輸出。 一種解決方法係移動較大量的空氣通過空氣控制器， 使之在電池單元之上，並通過電池盒。雖然此種方法可爲 單元提供足夠的氧氣使其得以在期望的速率下操作，但單 元卻將因高氣流率之故而過早脫水或氾流。再者，多數的 電氣裝置在作業期間皆要求不同的電力，根據所實現的功 能而定。若空氣控制器的組態係用以對陰極提供固定的氧 氣流動量，以使該裝置在最高的電力準位下作業，則其空 氣供應將在鋅空氣電池單元產生過量的環境曝露，並因而 產生過早的故障，當，例如，該裝置僅需最大功率的一部 份之時。再者，用於操作風扇之電池所需大量功率不見得 是在筒速情況下。 傳統的空氣控制器雖可使位於電池盒之內的空氣有效 7 --------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱) 一 522605 A7 ______B7_____ 五、發明說明（乙-） 循環通過電池而達到激勵電池單元的功能，但當電池被安 裝在一相對於周圍空氣無法有效到達的位置之時，卻無法 有效地將新鮮空氣提供至單元。換言之，傳統的空氣控制 器並無法增加一個單元的可操作性，該項特性使單元被放 置在新鮮空氣並不豐富的電池盒之時可能使電池無法有效 運作。此種現象主係因爲傳統的空氣控制器係被設§十用於 可以直接接觸周圍環境的新鮮空氣的環境中。例如’傳統 的行動電話以及攝錄影機所用之電池皆包含有可與周圍空 氣相溝通的表面，而空氣的入口以及出口則位於該表面上 。因此，傳統的空氣控制器將產生大約四至六倍於陰極所 需用於單元的化學當量作業的氣流量，並因而可由“開放 ”環境中取得足量的新鮮空氣而在陰極維持足夠的氧氣濃 度。然而，硏究指出’當電池盒並非開放式之時則需要較 大的流動率，但最好間接由周圍環境接收空氣（例如’透 過電池盒中較小的洩漏）。然而，如前所述，若調整傳統 的空氣控制器以產生較大的流動率，則電池壽命便將大幅 降低。 因此，金屬-空氣電池單元所需之空氣控制器便應可使 新鮮空氣循環通過單元，當安裝在一個僅有有限的氧氣供 應量的電池盒之.時，並對單元僅供應其所需要的氧氣量以 增加電池的生命周期。 靈明槪要 一方面，本發明所提供的電池係用於安裝在電氣裝置 的電池盒內。該電池具有至少一用於將電力供應至裝置的 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）" " —.-----------------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 _B7_ 五、發明說明（7 ) 空氣去極化單元。該電池包括一個罩蓋，其界定一用於包 含該單元的單元座。該罩蓋包括一延伸通過該罩蓋並與該 單元相隔離的旁通氣流導管、一由位於該單元與該單元座 之間的空隙所界定的第二導管，以及一個與該旁通氣流導 管以及該第二導管之間以流體溝通的罩蓋入口。本發明的 一空氣控制器具有一空氣移動器，用於將空氣供應至該入 口。空氣的第一部份沿著旁通氣流導管流動以激勵電池盒 內的氣流，而空氣的一第二部份則沿著該第二導管流動以 便將氧氣運送至該單元。 在一較佳形式中，該空氣移動器由電池盒接收空氣， 並將所接收到的空氣輸出至罩蓋入口。空氣的第一與第二 部份由罩蓋排出並透過一罩蓋出口流入電池盒中。排出氣 體的一第一部份離開電池盒，而排出氣體的一第二部份則 再循環回空氣移動器。空氣移動器可在不同的速度下操作 以確保僅有需要用於操作該裝置的空氣流過該單元。 在另一種較佳形式中，罩蓋係由一對相鄰的圓柱狀單 元座所形成，該單元座具有如“圖8”所示的剖面組態， 以使旁通氣流導管位於座與座之間的中心位置。各單元座 的尺寸係用以容納至少AA、AAA、AAAA、C、與D尺寸 的單元其中之一。 在一種形式中，空氣的第一部份與空氣的第二部份透 過延伸於旁通氣流導管與電池盒之間的一條擴散管而一同 離開。 在另一種形式中，空氣的第一部份離開旁通氣流導管 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 B7 五、發明說明（·？） 而進入電池盒，而空氣的第二部份則離開第二導管並透過 延伸在第二導管以及電池盒之間的一條擴散管而進入電池 座。 在另一種形式中，一入口擴散管延伸在空氣移動器與 第二導管之間，以使空氣的第二部份由空氣移動器透過入 口擴散管而移動至第二導管。 較佳地，空氣移動器係設置於一以可移動方式連接至 罩蓋的腔室中。空氣移動器可以是一個標準風扇。或者， 空氣移動器可包含一延伸在腔室之一入口以及罩蓋入口之 間的撓性接管；一個可轉動的幫浦頭，該幫浦頭具有一個 由該處所隆起的突出物，其係用於壓縮並接著壓下該撓性 接管；以及一可用於轉動幫浦頭而驅使空氣通過撓性接管 而至罩蓋入口的幫浦馬達。 根據本發明的另一形態而言，該電池並不包括旁通氣 流導管，但卻具有一罩蓋入口，位於罩蓋的軸向上游壁上 ’以及一罩蓋出口，位於罩蓋的軸下游壁上，並與罩蓋入 口相對正。一導管界定於該單元與該單元座之間的空隙， 而空氣控制器的空氣移動器則將空氣供應至罩蓋入口上。 空氣的第一部份以軸向流向罩蓋出口以激勵電池盒之內的 氣流，而空氣的第二部份則沿著導管流動以便將氧氣運送 至該單元。 以另一形態而言，本發明並提供使用這些電池的方法 〇 本發明瞭解到由傳統空氣擁制器所可達成的單一功能 10 --------訂---------線^^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 522605 A7 __B7_ 五、發明說明（？） 在新鮮空氣有限之處，並無法提供可靠的電池運作’本發 明並以提供雙功能空氣控制器的方式克服此種缺陷’上述 雙功能空氣控制器可丨)將新鮮空氣驅入電池盒’以及2)在 電池單元陰極之上循環新空氣的一部份以便活化電池。 本發明尙提供一種空氣去極化電池匣’該電池匣較容 易製造且較爲便宜，且爲自密封式電池匣以便降低漏失量 ，並具有一個薄外壁以增加電力以及容量，並允許最大量 的空氣流入並激勵電池盒內的氣流。 可由以下說明中了解本發明之前述及其他形態。以 下說明將參考圖示加以說明’圖示係構成本發明之一部份 ，以下並將以本發明之較佳實施例說明，但該等實施例僅 爲說明之用，而非限制本發明之範圍。該種實施例並不代 表本發明之全部範圍，因此必須參考本說明書申請專利範 圍以說明本發明之範圍。 圖示簡單說明： 以下將參考圖示，其中相似的元件符號對應於相似元 件，其中： 圖1說明在鋅-空氣與優質鹼性電池具有不同電力輸出 之情況下的能量至1伏特關係圖，。 圖2A係根據本發明之較佳實施例所建構的電池立體 圖。 圖2B係圖2A所示之電池的另一立體圖。 圖2C係顯示圖2B所示之電池以及其尺寸的上視圖， 其係根據本發明之一實施例。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） --------------------訂---------線^^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 _B7_ · 五、發明說明（~ ) 圖2D係顯示圖2C所示之單元以及其尺寸的側視圖， 其係根據一實施例。 圖3係一包含金屬-空氣單元以及空氣控制器之電池的 示意圖，該電池係根據安裝在電子裝置之一替代實施例。 圖4係圖3所示之電池的剖面側視圖。 圖5係沿著圖4所示之電池的A-A線所取得之剖面端 視圖。 圖6係圖4所示之電路的區塊圖。 圖7係一包含金屬-空氣單元以及空氣控制器之電池的 剖面側視圖，該電池係根據安裝在電子裝置之一替代實施 例。 圖8係一包含金屬-空氣單元以及空氣控制器之電池的 剖面側視圖，該電池係根據安裝在電子裝置之一替代實施 例； 圖9係一包含金屬-空氣單元以及空氣控制器之電池的 側視圖，該電池係根據安裝在電子裝置之一替代實施例； 圖10係根據較佳實施例所建構之電池單元的剖面側視 圖。 圖11係根據本發明所建構之電池匣的剖面側視圖。 圖12描述圖11之電池匣的空氣移動器腔室的詳圖； 以及 圖13描述一種電氣連接之實施例，用於替代實施例與 具空氣入口調節器之替代實施例一同操作本發明之電池匣 〇 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ——*--------------- 丨訂---------線# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 B7 五、發明說明（I丨） 元件符號說明： 4〜金屬-空氣單元；20〜電池；22〜電池盒；24〜數 位相機；26〜光源；28〜快門組合；28〜電池匣；32〜短 接管；32〜正端點；33〜底座；34〜負端點；35〜開口端 ;36〜外罩蓋；37〜蓋；38〜電池匣；39〜接觸端點；40 〜金屬-空氣單元；40a，40b〜金屬空氣單元；41〜空氣移 動器腔室；43〜分隔板；46〜單元陰極；46〜陰極環；50 〜風扇；52〜入口擴散管；54〜開口 ； 56〜電子電路；58 〜開口 ； 60〜旁通氣流管；64〜開口 ； 66〜聯腔；67〜圓 柱狀單元盒；69〜出口擴散管；72〜側向導管；74〜頸部 ;80〜電解質；82〜隔離板；84〜襯墊；86〜環狀墊圏； 88〜上杯構件；90〜釘條；92〜上凸緣；94〜內杯構件； 96〜襯墊；98〜外杯構件；99〜環形杯狀空隙；120〜電池 ;122〜電池盒；124〜裝置；136〜外罩蓋；138〜電池匣 ;140〜單元；143〜風扇入口； 150〜風扇；152〜入口擴 散管；156〜電子電路；158〜符號式開口 ； 160〜旁通氣流 管；161〜入口擴散管；164〜開口 ； 166〜聯腔；167〜圓 柱狀單元盒；169〜出口擴散管；170〜導管；172〜側向導 管；180〜電解質；220〜電池；222〜電池盒；224〜裝置 ;236〜外罩蓋；238〜電池匣；240〜單元；243〜風扇入 口； 246〜陰極；250〜風扇；252〜入口擴散管；254〜開 口； 256〜電子電路；258〜符號式開口 ； 260〜旁通氣流管 ;261〜入口擴散管；262〜擴散管；264〜開口 ； 266〜聯 腔；267〜圓柱狀單元盒；269〜出口擴散管；270〜導管； 13 I紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐了 .—I—訂-—------•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7__ 五、發明說明（fZ) 272〜側向導管；280〜電解質；320〜電池；322〜電池盒 ;324〜裝置；336〜外罩蓋；338〜電池匣；340〜單元； 343〜風扇入口； 346〜陰極；350〜風扇；352〜入口擴散 管；354〜開口 ； 356〜電子電路；358〜符號式開口； 360 〜旁通氣流管；361〜入口擴散管；362〜擴散管；364〜開 口； 366〜聯腔；367〜圓柱狀單元盒；369〜出口擴散管； 370〜導管；372〜側向導管；380〜電解質；400〜連接線 ;402〜實線；402〜導線；404〜切換式電源；404〜內部 電源；406〜導線；407〜電壓；408〜致能輸入；410〜電 流放大器；412〜比較器；414〜感測電阻；420〜電流汲取 信號；422〜電流臨界訊號；424〜內部電壓參考源；426〜 比例放大器；428〜空氣放大器；430〜脈衝寬度控制馬達 電路；432〜馬達；434a，434b〜開關電晶體；436a，436b〜 電樞繞線；438〜霍爾效應感測器；438〜霍爾效應能量轉 換器；440〜輸入；456〜電子電路；520〜電池；522〜電 池盒；534〜開關電晶體；536〜電池罩蓋；538〜電池匣； 540〜鋅-空氣單元；541〜空氣移動器腔室；543〜孔隙； 545〜撓性接管；547〜蠕動幫浦；547〜隔板；547〜空氣 循環裝置；549〜幫浦馬達；550〜風扇；551〜幫浦軸； 553〜旋轉幫浦頭；555〜凸出；557〜滾輪；567〜圓柱狀 單元盒 較佳實施例詳細說明： 參考圖2A-2D，其中一電池匣38的尺寸以及形狀係用 以符合鹼性電池所佔據的空間。圖2B-2D所示之尺寸單位 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 、 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 B7 五、發明說明（β ) 爲毫米。雖然圖中所示之電池匣38之尺寸以及形狀係用於 容納兩個1 ΑΑ單元，熟知本技術之人士將瞭解本發明之尺 寸及形狀並不限於圖中所示之電池匣，而可將之延伸以容 納一至八或更多的單元，可容納的單元之尺寸範圍由最小 的圓柱狀圓形單元（ΑΑΑΑ)至最大的圓柱狀單元（〇)。 電池匣38包括一封閉式底座33以及一與底座相對的開口 端35 ’單元可被插入開口端內。一空氣移動器腔室41可 附著在鄰近於底座33的電池匣38上，或者也可被整合連 接至電池匣。電池匣38界定一外罩蓋36，其包含一對相 鄰的圓柱狀單元盒67，其方向係如“圖8”的配置。一蓋 37在開口端35之處鉸鏈附著至電池匣並於其內表面之處 具有一用於與單元相咬合的接觸端點39。較佳實施例中使 用於電池匣的單元係爲鋅-空氣單元，但亦可使用其它形式 的金屬-空氣單元或其他的空氣去極化電池。 “圖8”所示的電池匣38最好包含碳鋼，其可在達到 足夠強度之時被插入薄壁管，以使安裝在其中的電池達成 優良的電力以及單元容量。且其無法使水蒸汽以及二氧化 碳透過進入。電池匣38的製造方式可藉由一個圓管並在縱 軸方向將該管的相對側捲曲以形成相鄰的單元盒67。該管 並不完全捲曲過其直徑方向，以使其中心維持爲開放式以 提供一個旁通氣流管60 (見圖4與5)，然而，其可允許 最大量的空氣流過電池匣38,下文中將更詳盡地說明其原 理。另一種製造方法則以平面金屬片開始並將之插入圖8 所示之形狀的罐中，該罐底部係爲封閉的’就如熟悉延展 15 -------------------I ^ · I------I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 522605 A7 ___B7__ 五、發明說明（川） 金屬兀件技術之人士所可瞭解者一般。或者，電池厘38可 以塑膠製模以提供如“圖8”所示之設計。一短接管32形 成於該電池匣中以提供一與電子裝置之電池盒相咬合的正 端點。其結果爲具有一封閉式底座33、一相鄰圓柱67、以 及一短接管32的電池匣28，且其間並無接縫以使運作期 間的漏失達到最小甚而消失。 電池匣38包括一個空氣移動器腔室41，該腔室最好 位於電池盒67的上游處，以讀節通過電池匣的氣流量，雖 然該腔室也可位於電池盒的下游處。可瞭解的是，此處所 使用的“上游”以及“下游”二詞係參考流過電池匣的輔 助氣流而言，下文中將更詳盡加以說明。 電池匣38係爲一種超越習知技術的先進技術，至少 係因爲在空氣移動器並未運作之時，空氣源與電池匣內部 相隔離，但卻可在空氣移動器在相對於周圍環境而言具有 低多孔性的電池盒內運作之時僅供應足夠的空氣量，藉以 延長鋅-空氣電池單元的使用壽命以及電動勢。 罩蓋36以及空氣移動器腔室41可爲整合式連接，或 者由任何適當的機械固定技術將二者附著。例如，空氣移 動器腔室41可被扣合至一個由電池罩蓋延伸而出的球體。 也可在腔室41以及罩蓋36間之界面加裝襯墊，以避免實 施例在運作期間的空氣漏失。否則，腔室41在製造期間可 與電池罩蓋36以整合方式形成。 也請參考圖3，電池匣38 (包括腔室41)被安裝在傳 統電氣裝置，例如數位相機24的一電池盒22之內。電池 16 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___ B7 _ 五、發明說明（C ) 可被安裝至任何適當的電子获置內，而數位相機24則係用 於說明一種眾所周知其電池壽命並不長的此種裝置。例如 ，當安裝於相機中之時，電池盒22，在封閉之時，將無法 在不具備操作空氣移動的裝置的情況下允許足夠支援金屬 空氣電池每平方公分空氣電極面積0.02-0.045瓦特數（以 及超過此數字的瓦特數）的空氣。就如下文所將更詳盡說 明者，一根據本發明所建構之具有空氣去極化電源的電池 可將空氣導向至空氣電極，並在關閉之時將足量的空氣驅 入電池盒，以支援電源輸出至少每平方公分空氣電極面積 0.045瓦特的電力。 因此，具有至少一個空氣去極化單元的電池20可被置 放於電氣裝置的電池盒以便將電力供應至該裝置上。有利 地，電池20具有一個空氣移動器組合，其可激勵電池盒之 內的空氣流，以使電池操作中的電流率可大於一安裝在不 具有空氣移動器組合的電池盒內的空氣去極化單元的空氣 循環量所可支援的電流量。此種特性在電池盒僅限於由周 圍空氣取得空氣之時特別有用。 就如同一位熟悉本項技術人士所將瞭解者，如此可達 到將數位相機或其他類似裝置中僅可由周圍空氣取得空氣 的電池盒內的金屬-空氣電池的壽命延至最大的好處。有利 地，電池匣38可容納提供相機24所需電壓之任何適當尺 寸的單元。該電池匣具有一正端點32以及一負端點34， 以便將之以標準安裝方式安裝在傳統電池盒22內，該電池 盒22係可接受標準的鹼性電池。 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------1· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 B7 五、發明說明（ife ) 傳統數位相機24包括一光源26，用於在周圍光線不 足時攝取適當照片之用，並包括一快門組合28，用於瞬間 開啓以保留所攝取到的影像。數位相機尙包括可抹除記憶 體（未顯示在圖中），其係用於記錄所攝取到的影像，以 便在攝取影像之後將影像下載至一更持久的儲存裝置，例 如一部個人電腦。因此，數位相機在運作作期間將需要不 同的電量，並在運作期間可能向電池單元要求多至一安培 或更多的電量。數位相機以及許多的電子裝置並非氣密式 ，然而新鮮的周圍空氣漏失流入電池座尙不多，而使採用 傳統空氣控制器的電池的安裝變得並不實際。反之，電池 匣38則可增加電池盒22相對於周圍環境的低多孔性，其 方法係使用由空氣移動器旁流而出的空氣以便將空氣流打 入電池盒而不需耗盡電池單元，並因而使相機24具有更長 的使用壽命，此可由下文中了解得知。 現請參考圖4與5，圖中說明電池匣38的內部元件。 如上所述，罩蓋36包括一對單元盒67，其組態如“圖8 ”所示，並包括空氣移動器腔室41，二者由側向延伸過該 電池匣的一分隔板43所隔離。當曝露於氧氣之時，一對以 預先決定電壓產生電流的金屬-空氣單元40分別被置放於 各個電池盒67之中。一環狀導管或聯腔66的係界定於單 元陰極46的外壁與電池罩蓋36的內表面之間的空隙。單 元透過一條彈簧或任何可替代的適當的機械卡扣將之保持 在罩蓋3 6內，就如同一位熟悉本項技術人士所瞭解者° 熟知本技術人士也將瞭解，有許多不同的觸媒系統可 18 大紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7_ 五、發明說明（卩） 用作爲空氣陰極，而本發明在控制水蒸汽轉移入或轉移出 電池單元的優點可應用至任何的空氣陰極化學。適用於本 發明的空氣陰極的一項範例已於美國專利第4,354,958 ; 4,518,705 ; 4,615,954 ; 4,927,514 ;以及 4,444,852 號中說 明；此處係將各該專利倂入本發明以爲參考之用。 也請參考圖10，各個金屬-空氣單元40尙包括一個陽 極/電解質腔室，其包括一陽極以及一電解質80，其可包 含，例如，苛性鉀的38%溶液。該陽極一般包括一個以鋅 製成的糊狀物，而其放置方式則可採用美國專利第 4,957,826號所述之方法，此處係將該專利倂入本發明以爲 參考之用。 各單元40包括陰極環46，其與陽極/電解質混合物80 透過任何適當的隔離板82而隔離，其可允許電解質在陽 極與陰極彼此電氣隔離的情況下仍可在陽極與陰極之間轉 移。單元40的負端點包括一延伸在釘條90與上杯構件88 之間的襯墊84，上杯構件被捲曲以便密封單元40。釘條 90包括上凸緣92，其以放射向外的方式延伸在襯墊與上杯 之間以以便將釘條維持在其適當位置以及方向。一環狀墊 圏86佔據襯墊84之內部與外部之間的空間，並確保在襯 墊84與釘條90，以及襯墊84與陰極46之間得以確實密 封。此種緊密設計與傳統的金屬-空氣電池相較而言可使單 元之內得以容納有較大體積的主動材料。 單元40的正端點包括一內杯構件94，其係用以提供 一相對於陰極46而言的內表面密封。一襯墊96被置放於 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___；____B7_ 五、發明說明（U) 陰極46的外表面，並夾在該陰極與外杯構件98之間，其 係用於爲端點帽提供一密封。上杯構件與下杯構件94與 98之組合分別界定一個環繞在端點帽之外部周邊的環形杯 狀空隙99。空隙99，以混合物80加以塡充，也允許較大 體積的主動物質得以佔據單元，藉以增加電池壽命。 再一次參考圖4，空氣移動器腔室41包含一具有例如 變速風扇50之空氣移動器的空氣移動器組合，空氣移動器 在操作期間將空氣由電池盒22透過入口 43而驅出，並將 空氣透過延伸經過盤43而與開口 54相交接的入口擴散管 52而排至電池的主動部份。開口 54與旁通氣流管60軸向 對正以便使空氣移動器腔室41與電池匣38之間的流體溝 通。風扇50的操作係由電子電路456所控制，電子電路 456根據通過金屬-空氣單元40所需的氧氣量而控制風扇 50的速度，以便僅提供操作電子裝置以及風扇所需的電力 ，如圖6所示，其將於下文中更加詳細說明。由於許多此 種電氣裝置並非完全爲氣密式，因此在風扇50之入口所產 生之吸入作用便足以由周圍環境取得新鮮空氣，將之驅入 相機24中，最後並將之驅入電池盒22而爲風扇50所接收 。圖中可見空氣在許多不同地點進入電池盒22，其係以符 號辨識爲開口 58。因此，循環遍及電池匣38的空氣維持 在足夠高的氧氣濃度下，以支援金屬-空氣單元40的放電 。應瞭解的是，開口 58 —般都小得使傳統空氣控制器無法 運作，如上所述。 就如現在所將描述的是，由風扇50所排出的空氣（吸 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 _____^B7_____ 五、發明說明（卩） 入空氣）被分爲兩條熱流’ 一爲主動热流’另一則爲輔助 氣流。第一氣流（主動氣流）係用於單兀40之運作的氣流 ，而第二氣流（輔助氣流）則爲額外的氣流，其在開□ 43 與58之處包括一吸管以便由周圍空氣取得足量的空氣以及 氧氣。 特別地，由擴散管52在開口 54所流出的空氣以三方 向中的一方向流動。主要的空氣爲輔助氣流，並在箭頭B 的軸向下游方向流過放置於中心的旁通氣流管60。較小量 的空氣，即主動氣流，則以箭頭A的方向由開口 54向任 一方向徑向向外流出以便對單元提供新鮮氧氣，下文中將 更詳盡加以說明。在電池匣38內支援氣流的各式導管的直 徑及長度係根據較佳實施例而建構，以便由風扇流出的空 氣中大約70%的量都可進入旁通氣流管60，而大約30%的 量則流入單元40內。當然，吾人應可容易瞭解到上述百分 比可能有所變動。若有介於50-90%的氣流進入氣流管60 ，而10-50%的氣流進入該單元則最佳。然而，任何一位熟 悉本項技術者都將瞭解到，可能有介於10-90%任一百分比 的氣流進入氣流管60,而其餘的10-90%則進入單元之內 。吾人已發現到，輔助氣流的強度足以將適量的空氣驅入 電池盒22之內，藉以透過主動氣流將適當的新鮮空氣（以 及氧氣）量供應至單元40。 特別地，當電子裝置需要一安培的電流之時，各單元 40對於流過單元的氣流量的需求則介於每秒50至100立 方公分之間，可瞭解的是此流動率在裝置24的運作期間將 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐〉 、 --------tr---------&# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 __B7 ____- 五、發明說明（r<〇 因加諸於單元的不同電流需求而有所不同。流過旁通氣流 管60的輔助空氣流進入一出口擴散管62，其最好被裝入 電池匣38的末端。出口擴散管62由罩蓋36的下游端往上 游方向軸向延伸，其中一部份則位於氣流管60的中心。流 進出口管62的空氣流經位於外部罩蓋36的開口 64，並流 入電池盒22，而在該處，氣流的一部份則透過符號式開口 58而被導回相機以及周圍環境中。除了離去氣流之其餘空 氣則由風扇50以環繞電池匣38的任一方向再次循環。所 被返回的空氣則與周圍環境中的新鮮空氣在電池座22近側 入口 43中相混合，以便對單元40維持足量的氧氣供應。 現將僅參考單元其中之一說明由擴散管52流進單元匣 38的空氣（主動氣流），應瞭解的是，流經其他單元中的 氣流實質上相似。特別地，在氣流管60的外表面以及單元 40之間的空間以及罩蓋36的內表面界定了一環狀聯腔66 。軸向延伸導管在其相反的外部端連接至上游側向延伸導 管70以及下游側向延伸導管72。沿著箭號A流動的空氣 可順著聯腔66以軸向下游方向流動’或者側向往外流過導 管70，之後並順著聯腔以下游方向軸向通過聯腔’以使單 元40的四周皆爲新鮮空氣所環繞’其界疋爲具有足夠闻的 氧氣濃度以支援單元的放電。當主動氣流通過聯腔66之時 ，空氣中的氧氣與陰極46相反應以活化電池單元。之後， 主動氣流被導入一頸部74,其係形成於氣流管60的內表 面以及出口擴散管62的外表面之間。之後，空氣便流入出 口擴散管62，並在該處與輔助氣流相混合並依以上所述方 22 ---------— I — ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 522605 B7 五、發明説明（^ ) 法再循環。因爲主動氣流與輔助氣流在出口擴散管62之內 相結合，之後並在座22之內與新鮮的周圍空氣結合，因此 主動氣流通常具有足以活化單元40的氧氣濃度。 吾人已知各式流動管的某些特定尺寸將使主動氣流以 及輔助氣流的流動率較佳。特別地，旁通氣流管60最好具 有一矩形橫切面，且爲5毫米x2毫米寬，30毫米長。擴 散管62大致爲圚柱形，其直徑爲2毫米，且爲6毫米長。 入口擴散管52爲矩形，其面積爲1·88毫米χ1·32毫米寬， 其長度爲11.4毫米，而聯腔66則爲1/2毫米厚。熟知本 技術人士應可容易瞭解到，上述尺寸僅爲使本發明得以運 作的數種可能性其中之一，且建構本發明之時，其尺寸並 不限於該等較佳尺寸。 在電池匣38之內的風扇以及導管組合因此便可提供一 具有雙功能運作的空氣控制器。特別地，主動空氣在單元 40之上被移動，而輔助空氣也被移動通過電池匣38以確 保可對單元40提供足量的氧氣。換言之，其中一功能爲使 空氣在單元40上的移動，而另一功能則爲激勵電池匣38 之內的空氣流動。由於在電池匣38內所引起的空氣移動已 足以自環繞在裝置24四周的開放空氣轉移足夠的氧氣至導 管52中，因此單元便可在其期望速率下移動。由於流過氣 流管60的空氣與傳統的空氣控制器相較之下具有較短、較 無限制的路徑，因此由於抽送空氣所產生的漏失便可降低 ，而風扇大小則保持在合理範圍之內，即使與傳統不具有 雙功能的空氣控制器相較而言，其所需用於循環的空氣量 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 522605 ___B7_____ 五、發明說明（P ) 較大。 本發明的輔助空氣允許空氣以一種遠高於單元運作所 需之流動率的速率被輸入至電池。本發明可達成此種目的 而不至於將陰極過度曝露於空氣中’其將使單元過早退化 ，如上文之所述。特別地，風扇以介於，例如，10至25 或更多倍於陰極所需之流動率將空氣由電池盒22帶入。例 如，若鋅-空氣單元所需的化學量空氣爲每分鐘18.1毫升 的空氣以提供1安培的電流’則本發明所揭示之空氣控制 器便可爲雙單元包裝的電池提供362至905毫升/分鐘的空 氣。高氣流率將在電池盒22與周圍環境之間產生明顯的壓 力梯度以便由周圍環境取得空氣’即使在電池盒22被建構 爲與周圍環境相比時具有低多孔性之時亦然。輔助氣流防 止高流動率將單元過度曝露於環境中而降低單元的效能。 對於以1安培運作的兩單元包裝而言，傳統空氣控制器將 流動率設計爲4至6倍於運作期間所需的氣流，例如H5-217毫升/分鐘。若傳統的空氣控制器可達成本發明的循環 空氣流動率，則陰極將變爲過度曝露，並因而大幅降低電 池壽命。 如上所述，傳統金屬-空氣電池單元在下列情況下易於 發生脫水、氾流、或者過早碳化的情形··當流過單元的空 氣1)速率大於裝置之所需，或2)當裝置並未在使用中。 爲了避免過早脫水與/或碳化，因此便需限制流動至單元40 的空氣。此可藉由實現一個如圖6所示之可變速度風扇以 及電路456的組合而達成，現將加以說明。 24 未紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 &格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線^^* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7___ 五、發明說明（/) 特別地，用於控制可變速度風扇50的電子電路456 由兩個金屬空氣單元4〇a與40b取得其電力，單元4〇a與 40b可由連接線400將之相串聯以便金屬空氣單元40a的 負端點連接至金屬空氣單元40b的正端點32。金屬空氣單 元40a的正端點32透過導線402提供電力至一在本技術中 已廣爲人知切換式電源404，以便當在致能輸入408被致 能之時，爲導線406產生調節電力（regulated power)以 及其他所需的電壓407。此種電源在本技術中已廣爲人知 並在作業之時提供極爲有效的電力調節，並可透過致能輸 入408而關閉。電力導線402也被提供至電流放大器410 以及比較器412，其必須在所有時間內保持主動，此可由 下述說明中得知。 由406與407而來，可由致能輸入408所關閉的切換 式電源404之調節電壓以虛線表示，而在由切換式電源 404所接收前的原電池電力（raw battery power)在所有時 間皆維持啓動並以實線402表示。 如上所述，電路456的運作在於根據電器裝置24加 諸於單元40a以及40b的需求（電氣需求）而使空氣移動 器50得以運作。此項需求由一感測電阻414所偵測，感測 電阻4*14與單元40b的負端點以及由電池匣38所曝露的負 端點34相串聯。因此任何流過串聯單元40a與40b電流將 通過感測電阻414以提供感測電阻414兩側的電壓降，其 偵測可透過位於感測電阻器414最接近金屬空氣單元40b 之負端點側的電路接地416以及一位於感測電阻器414最 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7______ 五、發明說明（W) 接近於電池匣38的外露負端點34之一側的電流放大器 410之輸入而得。電流放大器產生由比較器412之正輸入 所接收的電流汲取信號420。該比較器的負輸入接收由內 部電壓參考源424所提供的電流臨界訊號422以產生驅動 切換式電源之致能輸入的臨界電流訊號。 熟悉本技術之人士將由本說明瞭解到’電流放大器 420與比較器412以及電壓源424的運作係用於當由單元 40a與40b所汲取之電流低於一預定之臨界値時禁能內部 電源404，並用於僅在電流汲取量高於此量之時致能電源 。該臨界値可被設定爲，例如，稍大於支援相機24在“備 用”模式下之運作所需的最小量，以使風扇僅有在需要過 度電流之時方行運作。由於風扇連接至單元的位置係在於 電阻器414的上游方向，因此所偵測到的電流量便僅爲操 作相機24所需的電流量。電流需求訊號420亦由一比例放 大器426所接收，該放大器可適當縮放訊號並將訊號限制 於根據本技藝中習知技術而定的預定最大需求訊號之下。 比例放大器426決定一對應於電氣需求之所需的風扇速度 〇 比例放大器426的輸出提供一期望的RPM設定點， 其係由作爲差分放大器的空氣放大器428之一輸入所接收 ，而RPM設定點的訊號則由其正輸入所接收。放大器424 的輸出由一脈衝寬度控制馬達電路430的輸入所接收，該 脈衝寬度控制馬達電路接收一 RPM訊號並將之用於控制輸 出至馬達432的電力，使之正比於由空氣放大器428而來 26 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 522605 ____B7__ 五、發明說明（<) 的訊號。馬達控制器430包括一種在本技術中習知的整流 電路，用於透過開關電晶體434a與434b提供切換電力訊 號，以便分別將馬達432的電樞繞線436a與436b四等分 (quadrature).，其振幅正比於脈衝寬度調變控制所提洪的 電壓。電晶體434a與434b之控制同步於馬達432的轉子 (由霍爾效應感測器438將之同步化，未顯示在圖中）， 並在一偵測馬達控制器430之輸入440的位置被接收。因 此，一般而言，輸入至馬達控制器430之輸入脈衝寬度調 變控制的電壓愈高，則馬達432的轉速愈高，並因而使其 所連接的變速風扇50的轉速愈高。由霍爾效應能量轉換器 438而來的訊號也被提供至一數位至類比轉換器442，其係 用於將之轉換爲一由誤差放大器428之反向輸入所接收的 類比訊號，以完成一調節馬達432之速度的反饋回路，以 求得以符合比例放大器426所提供的RPM設定點。 淨效應爲馬達速度與由單元40a與40b所汲取的電流 量之間有函數相關，並因而使空氣循環量根據由電流所汲 取的電力而定。當電池40a與40b所取得的需求電流420 低於特定臨界値時，輸入至馬達控制器420、放大器428 以及比例放大器426的電力被關閉，因此可在低電力汲取 之時保留電力並延長電池的有效儲藏壽命。在由單元40a 與40b所汲取的電流低於電流放大器410以及感測電阻器 414所建立的臨界値之時，.空氣移動器50便關閉。 霍爾效應能量轉換器438藉由測量與馬達432之永久 磁石轉子相關聯的磁場的方式提供其位置訊號。比較器 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------tr---------$· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___B7_ 五、發明說明（>〇 412與誤差放大器428可爲在本技藝中所習知的差分輸入 運算放大器。數位至類比轉換器442在切換式電源被禁能 之時也被關閉。馬達控制器430由切換式電源404在線 405上丨女收g周卽過的電力以供其遍輯電路之用，並在線407 上接收另一較高電壓以直接供應至馬達432。 特別地，電路456感測裝置24運作所需之電流量， 並決定循環所需氧氣所需之風扇速度。電路456也決定操 作風扇50所需之功率量，並將該功率値加入裝置24的電 能需求以決定操作裝置24以及空氣控制器所需的風扇速度 。因此，僅有所需的氧氣量被供應至單元40，並藉以使單 元的壽命達到最大。 現請參考圖7,其中顯示根據替代實施例所作的一電 池匣138，其中對應於圖4所示之實施例的相似元件便加 上100以便淸楚分辨二者之不同。此項替代實施例係用於 說明各式達成與本發明雙功能、分離式氣流相關聯的流動 路徑配置皆可達成。應瞭解的是，此種變化所達成具有前 述雙功能’或分離式氣流的空氣控制器皆在本發明的申請 專利範圍所界定之範圍內。 根據該實施例，吸入空氣被分爲主動流（沿著箭號A 流動）以及輔助流（沿著箭號B流動）以提供前述的雙功 能。輔助氣流以軸向下游方向流過旁通氣流管16〇，其爲 電池匣138的一部份，並由開口 164流出電池匣，並流入 電池盒122。之後，輔助氣流的一部份便流出電池盒122 中的符號式開口 158,而輔助氣流的另一部份則在電池盒 28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公.¾ ) ------------0^------- 丨訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 __B7__ 一 五、發明說明（>T) 內流回環繞於電池匣138,並與經由符號式開口 158流入 的周圍空氣混合，並透過入口 143返回風扇150。 主動氣流以軸向下游方向在主動入口擴散管161之內 流動，其係位於旁通氣流管160附近並與之平行。之後， 主動空氣被分開並以軸向向下游方向流入兩個單元140的 側向導管172，可知主動空氣流經一孔隙（未顯示在圖中 )並進入鄰近的單元。之後，空氣便以軸向上游方向通過 聯腔166，環繞單元140。曝露於聯腔166之徑向向內部份 的空氣以軸向上游方向流動，之後並以徑向向外方向流過 導管170。之後，主動空氣便在位於聯腔166的徑向向外 部份與導管170之間的界面處會合，並以軸式下游方向流 過出口擴散管169。之後，主動空氣便由管169透過開D 164流出電池匣138並流入電池盒122，並於該處與輔助氣 流相混合，之後，並被導向環繞電池匣，並再次進入風扇 入口 143。如上所述，一部份的主動空氣透過電池盒122 與裝置124的空氣漏失而脫離。 現請參考圖8,其中顯示根據一替代實施例所作的一 電池匣238,其中對應於前述各實施例的相似元件便加上 100以便淸楚分辨其不同處。特別地，本電池達成一種分 離式，雙功能的氣流，而不需使用旁通氣流管。取而代之 的是，透過孔隙254離開導管252的氣流可以箭號Β的軸 向下游方向流動，或者以Α箭頭的徑向向外方向流動。以 箭頭B的方向流動的部份空氣將流過電池匣238而不需接 觸陰極246，並透過輸出擴散管262而離開，藉以提供一 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂---------線赢 522605 A7 __B7 ___ 五、發明說明（>|) 股輔助供應空氣，用以將新鮮空氣引入電池盒222。其他 空氣離開導管252並沿著箭頭B的方向流動，並與陰極接 觸，藉以爲單元240提供一主動流動。主動氣流的第二部 份沿著箭號A流動並進入聯腔266，並在該處與陰極接觸 以提供能量給該單元。 由於電池匣238之內的氣流較不至受限於氣流管的有 無，因此風扇的運作便可更有效率。因此，能量便可在運 作期間被保持住，且若欲達到一特定的流動率之時也可安 裝較小的風扇，應瞭解的是，必須限制風扇在電池中所可 使用的空間，以使單元中的主動成分的數量爲最大。尙應 瞭解到，一選擇的導流板（未顯示在圖中）可被置於單元 近鄰的開口 254，而其位置則可用於使離開導管252的一 部份空氣以徑向向外方向沿著A箭頭的方向流動以便將氣 流激勵流過聯腔266。 現請參考圖9，其中顯示根據替代實施例所作的電池 匣338,其中對應於前述各實施例的相似元件便加上1〇〇 以便淸楚分辨其不同處。電池匣338也可達成如前所述雙 功能、分離空氣的目的。特別地，風扇以高流動率由電池 盒322吸入空氣，並將大部份的該氣流用爲輔助氣流’通 過位於空氣移動器腔室之外部罩蓋的孔隙363。該空氣中 的一部份於電池盒內再循環，以由風扇再循環作用之，而 另一部份氣流則由電池盒透過開口 365流入周圍環境。輔 助氣流的其餘部份透過導管352而進入電池匣338，並主 要以軸向下游方向沿著箭頭B流動，並透過出口擴散管 30 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線^^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ___一 五、發明說明（4 ) 362離開。主動氣流的一部份沿著箭頭B的方向流動，而 主動氣流的其他部份則在以下游方向流動之前以徑向向外 方向流入聯腔366並流回進入出口擴散管362。如上所述 ，可安裝一增加徑向方向流動的導流板。當主動空氣以下 游方向流動之時，其將接觸陰極346，並因而啓動該單元 〇 雖然上述的空氣循環裝置50爲風扇，但卻可使用其他 裝置。例如，現請參考圖11與12，其中根據本發明的替 代實施例而提供一電池匣538。特別地，空氣移動器腔室 541由“圖8”所示的電池盒罩蓋536中被一塊穿孔隔板 547將之分離，隔板547允許空氣在一空氣循環裝置547 與一單元540之間流動，如圖中所示之箭號C。應瞭解的 是，空氣可如下述任一實施例所述之方式流動。 位於電池罩蓋536外部、形爲一孔隙543的一空氣入 口由撓性接管545連接至空氣移動器腔室541內部。撓性 接管545的尺寸係用以提供運作鋅-空氣單元540的適當空 氣量，而其空氣量則係根據該單元的容量而定，並爲熟悉 本技藝人士所熟知。空氣的引入係由一蠕動幫浦47所調節 ，該幫浦本身包含一附著於一幫浦軸551的幫浦馬達549 以及一位於幫浦馬達相關之幫浦軸之遠側位置的旋轉幫浦 頭553。在運作時，馬達549驅動幫浦軸551以及幫浦頭 553以壓縮撓性接管545，而將正確的空氣量轉移至單元腔 室。此可避免單元40在長期以及間歇性使用時連續曝露於 周圍空氣。馬達549可包括一齒輪，並可在期望時與幫浦 31 先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 522605 A7 __B7_____ 五、發明說明（？。） 軸551的較大齒輪相咬合，以降低幫浦頭的旋轉速度。 幫浦頭553具有複數個凸出555 (圖示中有4個凸出 )，以便當幫浦547正在運作之時，該凸出便可壓縮並釋 放撓性接管545，以形成分離的空氣包。應瞭解的是，可 由幫浦頭553延伸出任何適當的凸出量（例如，3-8)。當 幫浦547並未在運作之時，幫浦頭553便壓縮撓性接管 545，以便並無空氣被引入空氣移動器腔室541或者所引入 的空氣量並不足以使電解質脫水。根據圖13所示的另一實 施例，幫浦軸551轉動幫浦頭553，其於等腰三角形的頂 點處包括數個凸出，並包括滾輪557，用於壓縮撓性接管 545之內的空氣，以便將空氣包運送至單元540。 在這方面，應瞭解的是，蠕動幫浦547可提供一單位 氣流，如同傳統空氣控制器所提供者，藉以使所有由裝置 547所循環的空氣可通過單元540並透過一出口擴散管（ 未顯示在圖中）而離開電池罩蓋536，此當可由熟悉本技 術人士所知曉。由於幫浦547可在期望時提供較低的空氣 供應，因此本實施例可適用於與安裝在需要低電流等級的 電子裝置的金屬-空氣單元相結合的空氣控制器。此種低空 氣供應可確保單元540不至於過早脫水，藉以大量限制供 應至單元的空氣量並延長其壽命。或者，使用力幫'浦 547的空氣控制器於一速度操作該幫浦，而足以使其用於 如前述，具有分離式氣流設計的電池匣，其中一部^分的空 氣包括流入電池盒的氣流，而另一部份則流至該單兀° 如圖13所示，操作電子裝置的單元540最好也操作 32 ^__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522605 A7 ______B7___ 五、發明說明（》丨） 幫浦馬達549。特別地，當開關549被關閉之時’電流將 流入電子裝置以及馬達中，以確保僅有在裝置正在運作之 時方有空氣吸入。或者，一由使用者所啓動的分離式電池 可啓動電池匣（或風扇50)中的空氣幫浦，雖然此種作法 較不適當，因爲其在電子裝置未運作之時可能偶而會繼續 進行空氣之吸入。再者，蠕動空氣幫浦547也可在需要之 時取代風扇550，並可由圖6所示的控制電路456加以控 制。 本發明已以被視爲最實用且較佳的實施例加以說明。 雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟悉本項技術人士皆知，在不背離本發明之 精神及範圍前提下，當可作所有之修改與替代配置，本發 明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者爲準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------^ AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 1. 一種配置成安裝在一電氣裝置的電池盒內之電池， 其中該電池包括至少一供應電力予該裝置的空氣去極化單 元，該電池包含： 一罩蓋，界定一包含該單元的單元座，該罩蓋包括： i 一旁通氣流導管，延伸經過該罩蓋並與該單元隔離 ， ii 一第二導管，由位於該單元與該單元座之間的一空 隙所界定；以及 iii 一罩蓋入口，與該旁通氣流導管以及第二導管之間 有流體連通；以及 一空氣控制器，其具有一將空氣供應至該入口的空氣 移動器，其中空氣的一第一部份沿著該旁通氣流導管流動 以激勵該電池盒之內的氣流，且其中空氣的一第二部份則 沿著該第二導管流動以便將氧氣運送至該單元中。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 移動器由該電池盒接收空氣，並將所接收到的空氣輸出至 該罩蓋入口。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 的第一與第二部份由該罩蓋排出並透過一罩蓋出口流入該 電池盒內。 4. 如申請專利範圍第3項所述之電池，其中，該排出 空氣的一第一部份離開該電池盒，而其中該排出空氣的一 第二部份則再循環至該空氣移動器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 522605 A8 B8 g 六、申請專利範圍 移動器可於變動速度下運作。 6·如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該罩蓋 進一步包含一對相鄰的圓柱狀單元座，其具有如“圖8” 所示的剖面組態，且其中該旁通氣流導管位於該座與座之 間的中心。 7.如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該單元 座的尺寸大小可用於接收至少AA、AAA、AAAA、C以及 D尺寸單元的其中之一。 8·如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該單元 爲一鋅-空氣單兀。 9_如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 的第一部份以及該空氣的第二部份透過一延伸在該旁通氣 流導管以及該電池盒之間的輸出擴散管而離開該單元座。 10·如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 的第一部份離開該旁通氣流導管進入該電池盒，且其中該 空氣的第二部份離開該第二導管而透過一延伸在該第二導 管與該電池盒之間的擴散管進入該電池盒。 11. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，進入該 旁通氣流導管的一入口係由該罩蓋入口以軸向下游方向而 位移。 12. 如申請專利範圍第1項所述之電池，進一步包含一 延伸在該空氣移動器與該第二導管之間的入口擴散管，其 中該空氣的第二部份由該空氣移動器透過該入口擴散管而 流至該第二導管。 中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） --------------------------.........——訂：|……--------線-· (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 522605 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 13. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 移動器位於一以可移動式連接至該罩蓋的腔室中。 14. 如申請專利範圍第13項所述之電池，其中，該空 氣移動器包含： 一撓性接管，延伸在該腔室之一入口與該罩蓋入口之 間； 一可旋轉幫浦頭，具有由該處延伸的凸出，其組態係 用以壓縮並壓下該撓性接管；以及 一幫浦馬達，可用以該旋轉該幫浦頭以便將空氣驅過 該接管而進入該罩蓋入口。 15. 如申請專利範圍第1項所述之電池，其中，該空氣 移動器包含一風扇。 16. —種配置成安裝在一電氣裝置的電池盒內之電池， 其包括至少一供應電力予該裝置的空氣去極化單元，該電 池包含： 一電池罩蓋，界定一包含該單元的單元座； 一罩蓋入口； 一與該罩蓋入口之間有流體連通的罩蓋入口； 一導管，由位於該單元與該單元座之間的空隙所界定 :以及 一空氣控制器，具有一空氣移動器，其組態係用以將 空氣供應至該罩蓋入口，且其中該空氣的一第一部份以軸 向方向往該罩蓋入口的方向流動以激勵該電池盒內的氣流 ，且其中該空氣的一第二部份沿著該導管流動以便將氧氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 522605 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 運送至該單元中。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 17. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中，該空 氣的第一與第二部份透過一罩蓋出口由該罩蓋抽出而至該 電池盒中。 18. 如申請專利範圍第17項所述之電池，其中，該排 出氣體的一第一部份在該電池盒中再循環至該抽取裝置， 且其中該排出氣體的一第二部份離開該電池盒。 19. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中，該導 管自該罩蓋入口以徑向方向偏移，且其中該空氣的第二部 份以徑向向外方向流向該導管之一入口。 20. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中，空氣 的一第三部份由該空氣移動器未進入該罩蓋入口而流向該 電池盒，以激勵該電池盒之內的氣流。 21. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中的空氣 控制器位於一以可移動方式連接至罩蓋的腔室之內。 22. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中，該空 氣移動器可在變動速度下操作。 23. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中，該空 氣移動器包含一風扇。 24. 如申請專利範圍第16項所述之電池，其中該空氣 移動器包含： 一撓性接管，延伸在該腔室之一入口以及該罩蓋入口 之間； 一可旋轉幫浦頭，其具有由該處延伸的凸出，其組態 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 522605 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 係用於壓縮並接著壓下撓性接管；以及 一幫浦馬達，可用以旋轉該幫浦頭以便將空氣驅動通 過該接管而進入該罩蓋入口。 25. —種配置成安裝在一電氣裝置的電池盒內之電池， 其包括至少一供應電力予該裝置的空氣去極化單元，該電 池包含： 一電池罩蓋，界定一包含該單元的單元座； 一罩蓋入口；以及 一空氣控制器，具有一空氣移動器，其組態係用於由 該電池盒中供應抽取空氣，並將所抽取空氣的一第一部份 透過該罩蓋入口而供應至該單元中，並將空氣的一第二部 份透過一空氣控制器出口而運送至該電池盒中，其中該空 氣的第二部份並未進入該罩蓋入口。 26. 如申請專利範圍第25項所述之電池，其中，該電 池罩蓋進一步包括一通至該電池盒的電池罩蓋出口，且其 中該第一部份空氣之一部份將直接由該入口流向該罩蓋出 口，且其中該第一部份空氣的其餘部份則由該入口流向該 單元。 27. 如申請專利範圍第25項所述之電池，其中，該空 氣的第二部份激勵該電池盒之內的氣流。 28. —種空氣去極化單元電池，包含： 一電池罩蓋，界定包含一空氣去極化單元的單元座， 該罩蓋具有一入口端； 一導管，與該入口端之間有流體連通，用以便將空氣 ..........................筹i……——1T----------------線 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 522605 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 運送至該單元中； (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 一空氣控制器，可將空氣供應至罩蓋入口中，該空氣 控制器包括： i 一空氣控制器腔室，可連接至該電池，該腔室界定 一入口端以及一出口端，其與該罩蓋入口之間有流體連通 :以及 ii 一蠕動空氣幫浦，位於該罩蓋之內，該空氣幫浦包 括： (a) —彈性導管，延伸在該腔室的罩蓋入口與該罩蓋入 口之間； (b) —可旋轉幫浦頭，其具有複數個凸出，由該處延伸 ，其尺寸係用以壓縮並接著壓下該撓性接管；以及 (c) 一幫浦馬達，可旋轉該幫浦頭以便將空氣由該腔室 入口驅動通過該接管而至該罩蓋入口。 29. 如申請專利範圍第28項所述之電池，其中，該幫 浦頭進一步包含三個凸出，其具有界定一等腰三角形之尖 丄山 贿。 30. 如申請專利範圍第28項所述之電池，其中，該凸 出包含滾輪，其於該幫浦頭滾動之時沿著該接管滾動。 31. 如申請專利範圍第28項所述之電池，其中，四個 凸出由該幫浦頭延伸並嚙合該接管。 32. 如申請專利範圍第28項所述之電池，其中，空氣 包形成於嚙合該接管的相鄰凸出之間，且其中該空氣包被 運送至該罩蓋入口。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 522605 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 33. —種操作一空氣去極化單元電池的方法，該空氣去 極化單元電池具有一空氣入口、一空氣出口、一包含一金 屬空氣單元並界定一環繞該單元之導管的座，以及一可將 空氣運送至該入口的空氣移動器，其中該電池係位於一電 池盒中，該步驟包含： (A) 將空氣由該電池盒透過該空氣移動器運送至該空氣 入口； (B) 將空氣的一第一部份由該入口運送至該出口，不佔 據該單元，以激勵氣流流過該電池盒； (C) 將空氣的一第二部份由該入口運送至該導管以佔據 該單元；以及 (D) 將該空氣的第一與第二部份以排出氣體的形式導向 通過該出口。 34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，該步驟進一 步包含： (E) 將該排出氣體的一第一部份再循環通過該電池 盒而至該幫浦；以及 (F) 將該排出氣體的一第二部份導出該電池盒。 35. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中，該電 池進一步包含一由該入口延伸至該出口的旁通空氣導管， 其中步驟（B)進一步包含將該空氣的第一部份導向通過 該旁通空氣導管。 36. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中，該電 池回應一電子裝置的電氣要求以便由該處供應電流，且其 _7___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） ..........................Φ--------------訂·!……--------線-· (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 522605 A8 B8 C8 D8 ^ ' 〜-----—^ 六、申請專利範圍 中步驟（A)尙包含： 感測該電氣要求並在適合於運送所要求之氧氣量至單 元以符合該電氣要求的速度下操作該空氣移動器。 37.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中，該氧 氣需求量應足以符合該空氣移動器之電氣要求。 38· —種在一電氣裝置中之電池匣，該電氣裝置具有（ 1)將電流由一電池源引出之負載，以及（2)界定用於接 納標準鹼性尺寸電池並具有電氣連接至該負載之端點的電 池盒之壁，該電池匣形狀係可適用以裝入該電池盒中，並 可維持其與該負載之間的電氣連通，該電池匣包括： ⑴一電池罩蓋，用於包覆一對空氣去極化單元； (ii)一空氣移動器腔室，可用於在電流由該負載引出之 時將空氣供應至該單元；以及 (ii〇正端點與負端點，其可用於啣接該電池盒的端點 〇 39·如申請專利範圍第38項所述之電池匣，其中，該 單元係以一種並排的方式配置。 40·如申請專利範圍第39項所述之電池匣，其中，該 單元係位於一具有如“圖8”之剖面圖的單元盒中。 41. 如申請專利範圍第38項所述之電池匣，其尺寸與 形狀係爲一對相鄰的標準AA、AAA、AAAA、C、與D尺 寸的鹼性電池之尺寸與形狀。 42. 如申請專利範圍第38項所述之電池匣，其中，該 電池匣包括一用於將空氣供應至該單元的第一導管，以及 ______ 8______ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) # 、一\一口 線 522605 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一延伸過該腔室並與該單元相隔離的第二導管，且其中該 空氣移動器腔室進一步包含一可用於將空氣供應至該第一 與該第二導管的空氣移動器。 43.—種用於電池之配置，包含： 一電氣裝置，界定一可開放式的電池盒； 該電池盒在關閉之時在不使用一空氣移動裝置的情況 下不允許足量的空氣供應以支援空氣電極面積每平方公分 超過0.045瓦特由一金屬-空氣電池產生； 一空氣去極化電源，其在該電池盒中包括一或多個空 氣去極化單元，各包括一空氣電極；以及 一空氣移動器，位於該電池盒中； 該空氣移動器的位置係用於將空氣導入該空氣電 驅入該電池盒中，在關閉之時，提供足量的空氣以 該電源輸出空氣電極面積每平方公分至少〇.〇45瓦特。由 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ----------------------------------------訂----------------線.· (請先閲讀背面之注意事項再寫本頁)