(57)【要約】  電池に流体（例えば空気）を供給するための流体マネージャを含む流体消費電池を提供する。流体マネージャは、流体消費電池セルの流体消費電極と流体連通するプレナムを定めるハウジング部材を含む。流体マネージャはまた、プレナムと流体連通してプレナム内に流体を注入する流体注入プライマを含む。流体注入プライマは手動で動作させるエアームーバを含み、これはユーザ作動により移動して、流体を電池セルの流体消費電極に通じるプレナム内に注入する。さらに、バルブと、コントローラに応答してバルブを開閉するためのアクチュエータとを設けることができる。【選択図】図３
2012509557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体消費電池に流体を供給するための流体マネージャであって、
流体消費電池セルの流体消費電極と流体連通するように適合されたプレナムを定めるハウジング部材と、
前記プレナムと流体連通して前記プレナム内に流体を注入するための流体注入プライマと、
を備え、
前記流体注入プライマは流体注入部分とユーザ作動部分を備え、流体注入部分は前記流体作動部分のユーザ作動によって移動し、前記流体消費電池セル内で使用するための流体を前記プレナム内に注入する、
ことを特徴とする流体マネージャ。
【請求項２】
前記流体注入プライマは、手動で動作させるエアームーバを備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体マネージャ。
【請求項３】
前記手動で動作させるエアームーバは、伸縮するベローズを備えることを特徴とする、請求項２に記載の流体マネージャ。
【請求項４】
前記ベローズは、前記プレナムから外部環境に通じる開口部を備え、前記開口部は、ユーザによる前記ユーザ作動部分の作動によって係合するように適合されることを特徴とする、請求項３に記載の流体マネージャ。
【請求項５】
前記手動で動作させるエアームーバは手動で始動するファンを備えることを特徴とする、請求項２に記載の流体マネージャ。
【請求項６】
前記流体注入部分は圧縮可能であることを特徴とする、請求項１に記載の流体マネージャ。
【請求項７】
前記流体消費電極内への流体の通過速度を調節するバルブと、少なくとも開放位置と閉鎖位置の間で前記バルブを動作させるためのアクチュエータとをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体マネージャ。
【請求項８】
前記流体マネージャは、前記アクチュエータを制御して前記バルブを開閉させるコントローラをさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の流体マネージャ。
【請求項９】
前記アクチュエータはＳＭＡを備えることを特徴とする、請求項８に記載の流体マネージャ。
【請求項１０】
前記バルブは少なくとも１つの移動プレートを含み、前記アクチュエータは前記少なくとも１つの移動プレートを開放位置と閉鎖位置の間で移動させて前記流体消費電極に供給される流体を制御することを特徴とする、請求項８に記載の流体マネージャ。
【請求項１１】
前記流体マネージャは、空気消費電池に供給される空気を制御するように適合された空気マネージャであることを特徴とする、請求項１に記載の流体マネージャ。
【請求項１２】
流体消費電池であって、
１つ又はそれ以上の開口部を有する電池ハウジングと、
前記電池ハウジング内に配置され、前記１つ又はそれ以上の開口部と流体連通する流体消費電極を備えた流体消費セルと、
前記流体消費せるに流体を供給するための流体マネージャと、
を備え、
前記流体マネージャは、
前記流体消費電極と流体連通するプレナムを定める流体マネージャハウジング部材と、
前記プレナムと流体連通し、前記プレナム内に流体を注入する流体注入プライマと、
を備え、
前記流体注入プライマは、流体注入部分及びユーザ作動部分を備え、前記流体注入部分は前記流体作動部分のユーザ作動によって移動して流体を前記プレナム内に、そして前記流体消費電極に注入する、
ことを特徴とする電池。
【請求項１３】
前記流体注入プライマは、手動で動作させるエアームーバを備えることを特徴とする、請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】
手動で動作させるエアームーバは、伸縮するベローズを備えることを特徴とする、請求項１３に記載の電池。
【請求項１５】
前記ベローズは、前記プレナムから外部環境に通じる開口部を備え、前記開口部は、ユーザによる前記ユーザ作動部分の作動によって係合するように適合されることを特徴とする、請求項１４に記載の電池。
【請求項１６】
前記手動で動作させるエアームーバは手動で始動するファンを備えることを特徴とする、請求項１３に記載の電池。
【請求項１７】
前記流体注入部分は圧縮可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の電池。
【請求項１８】
前記流体消費電極内への流体の通過速度を調節するバルブと、少なくとも開放位置と閉鎖位置の間で前記バルブを動作させるためのアクチュエータと、をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の電池。
【請求項１９】
前記流体マネージャは、前記アクチュエータを制御して前記バルブを開閉させるコントローラをさらに備えることを特徴とする、請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
前記アクチュエータはＳＭＡを備えることを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
【請求項２１】
前記バルブは少なくとも１つの移動プレートを含み、前記アクチュエータは前記少なくとも１つの移動プレートを開放位置と閉鎖位置の間で移動させて前記流体消費電極に供給される流体を制御することを特徴とする、請求項１９に記載の電池。
【請求項２２】
前記流体消費セル電池は空気消費セルを含み、前記流体マネージャは空気マネージャを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、流体調節バッテリに関し、より具体的には酸素含有空気のような流体を電池の流体消費電極に供給することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを生成する活性物質としてセル外部からの酸素又は他の気体などの流体を用いる電気化学電池セル、例えば空気減極セル、空気補助セル及び燃料セルなどの電池セルは、様々な携帯電子デバイスに電力供給するのに用いることができる。例えば、空気は空気減極セル又は空気補助セル内に入り、そこで正電極の活性材料として用いることができ又はそれを再充填することができる。酸素還元電極は酸素とセル電解質の反応を促進し、最終的に、酸素による負電極活性材料の酸化を促進する。酸素と電解質の反応を促進する酸素還元電極内の材料は、触媒と呼ばれることが多い。しかし、酸素還元電極内に用いられる幾つかの材料は、特に比較的高率の放電期間中に、少なくとも部分的に還元され得るので、真の触媒ではない。
【０００３】
空気減極セルの１つの型に亜鉛／空気セルがある。この型のセルは亜鉛を負電極活性材料として用い、水性アルカリ（例えば、ＫＯＨ）電解質を有する。亜鉛／空気セル内に用いることが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であるときに、負電極活性材料の酸化に呼応する電気化学的還元を行うことができる。これらの酸化マンガンは次に低率放電又は停止の期間中に酸素で再酸化することができる。
【０００４】
空気補助セルは、酸素還元電極とともに消費可能な正及び負電極活性材料を含む複合電池である。正電極は相当な時間の間高放電率を持続することができるが、酸素還元電極を通して、酸素は低率放電又は無放電期間中に正電極に部分的に再充填することができるので、酸素はセル全体の放電容量の本質的な部分に用いることができる。これは一般にセル内に入れる正電極活性材料を減らすことができ、そして負電極活性材料の量を増して全セル容量を増加させることができることを意味する。空気補助セルの例は、本発明の譲受人に譲渡された特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００５】
電池内に入る空気の量を制御するための多くの手法が提案されている。例えば、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されたように、空気の量を制御するのにバルブが用いられている。しかし、従来のバルブは、通常は組み込むことが困難であり、通常はバルブを操作するための比較的複雑な電子回路又は外部手段を必要とする。多くのバルブは、バルブを作動させるために電池から供給される電力を必要とする。電池出力が非常に低くなる場合、バルブを作動させる電力が不十分でバルブが開かないことがあり、電池を更に使用することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，３８３，６７４号
【特許文献２】米国特許第５，０７９，１０６号
【特許文献３】米国特許第６，６４１，９４７号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１８６０９９号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／００８５４４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、流体消費電池に空気などの流体を、電池を動作させるのに十分に供給することが望ましい。保管、休止期間又は低出力期間の後に、流体消費電池に十分な流体を速やかに供給し、電池電圧を高めて電池が高電力出力を最小の遅れで出力できるようにすることが望ましい。保管、休止期間又は低出力期間の後、流体マネージャのバルブを開くための電池の初期電気作動のために十分な流体を、流体消費電池に供給することが望ましい。流体消費電池内に流体を注入して電池出力を迅速に増加させる手段を提供することが望ましい。設計が簡単で製造コストが低く電池容量を消費しない流体マネージャを用いて、流体消費電池内への流体の流量を一時的に増加させることが望ましい。電気的に作動するファン、ポンプなどを使用しない流体マネージャを用いて、流体消費電池内への流体の流量を一時的に増加させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様により、流体消費電池に流体を供給するための流体マネージャが提供される。流体マネージャは、流体消費電池セルの流体消費電極と流体連通するように適合させたプレナム（plenum）を定めるハウジング部材を含む。流体マネージャはまた、プレナムと流体連通してプレナム内に流体を注入するための空気注入プライマ（primer）を含む。流体注入プライマは流体注入部分とユーザ作動部分を含み、それにより、流体注入部分が流体作動部分のユーザ作動によって移動して流体消費電池セル内で使用される空気をプレナム内に注入する。
【０００９】
本発明の別の態様により、流体消費電池が提供される。流体消費電池は、１つ又はそれ以上の開口部を有する電池ハウジングと、電池ハウジング内に配置されて１つ又はそれ以上の開口部と流体連通する流体消費電極と、空気消費セルに流体を供給するための流体マネージャとを含む。流体マネージャは、流体消費電池の流体消費電極と流体連通するプレナムを定める流体マネージャハウジングと、プレナムと流体連通してプレナム内に流体を注入する流体注入プライマとを含む。流体注入プライマは流体注入部分とユーザ作動部分を含み、それにより、流体注入部分が流体作動部分のユーザ作動によって移動して流体をプレナム内に注入し、流体消費電極に注入する。
【００１０】
本発明の実施形態は、以下の特徴の１つ又はそれ以上を含むことができる。
・流体注入プライマは手動のエアームーバ（air mover）を含む。
・エアームーバは伸縮するベローズを含む。
・エアームーバはプレナムから外部環境に通じる開口部を有するベローズを含み、ここで開口部はユーザによるユーザ作動部分の作動によって係合するように適合される。
・エアームーバは手で始動するファンを含む。
・流体注入プライマの流体注入部分は圧縮可能である。
・流体マネージャは、流体消費電極内への流体の通過速度を調節するためのバルブ、及び、少なくとも開放位置と閉鎖位置の間でバルブを操作するためのアクチュエータを含む。
・流体マネージャは、バルブを開閉するアクチュエータを制御するコントローラを含む。
・流体マネージャは、バルブを開閉する形状記憶合金製アクチュエータを含む。
・バルブは少なくとも１つの移動プレートを含み、アクチュエータは少なくとも１つの移動プレートを開放位置と閉鎖位置の間で移動させて流体消費電極に供給される流体を制御する。
・流体マネージャは、空気消費電池に供給される空気を制御するように適合された空気マネージャである。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、利点、及び目的は、当業者であれば、以下の明細事項、特許請求の範囲、及び添付の図面を参照することによりさらに深く理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態による、流体消費電池と、流体注入プライマを有する流体マネージャとを含む装置の斜視図である。
【図２】図１の流体マネージャを含む装置の前面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って描かれた断面図である。
【図４】第２の実施形態による、流体注入プライマ及びバルブを有する流体マネージャを含む装置の斜視図である。
【図５】図４に示す装置の上面図である。
【図６】図４に示す装置の分解組立図である。
【図７】図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って描かれた装置の断面図である。
【図８】図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って描かれたスライディングプレートバルブの断面図であり、開放位置におけるバルブを示す。
【図９】図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って描かれたスライディングプレートバルブの断面図であり、閉鎖位置におけるバルブを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、セル外部からの流体（酸素又は別の気体など）を電極のうちの１つの活性材料として用いる電気化学セルを含む。セルは流体消費電極、例えば酸素還元電極などを含む。セルは空気減極セル、空気補助セル、又は燃料セルとすることができる。電池はまた、流体消費電極（例えば、空気減極セル及び空気補助セル内の空気電極）への流体の通過を制御して、高率又は高電力における電池の放電のために十分な量の流体をセル外部から供給し、一方低率又は無放電の期間中は、流体消費電極内への流体の流入並びにセル内の水の増加又は損失を最少にする、流体マネージャ（例えば、空気マネージャ）を有する。流体マネージャは、流体消費電極が使用する流体を電池内に注入するためのユーザ作動型流体注入プライマを含む。
【００１４】
本明細書で用いる用語「流体」は、別に指示がなければ、流体消費セルの流体消費電極が、セルが電気エネルギーを生成する際に、消費することができる流体を指す。本発明は、以下で酸素還元電極を有する空気減極セルによって例証するが、本発明はより一般的に、燃料セルのような、他の型の流体消費電極を有する流体消費セル内で用いることができる。燃料セルには、セル電極の一方又は両方の活性材料として、セルハウジング外部からの様々な気体を用いることができる。
本明細書で用いる用語「ユーザ作動」は、別に指示がなければ、流体消費電池を用いる個人の手動操作による、電気的作動によらない、機械的な作動を意味する。
【００１５】
ここで図１−図３を参照すると、第１の実施形態により、デバイス１０は一般的に流体消費電池３０及び流体マネージャ１２を有するように示される。流体マネージャ１２は一実施形態において空気マネージャとして具体化される。流体マネージャ１２は、空気のような流体を流体消費電池３０内に注入するための流体注入プライマ１６を含む。装置１０は、流体消費電池３０を使用する音楽プレイヤ、携帯電話、補聴器、フラッシュライト、ラップトップコンピュータ又は他の電子装置を含む電気的に動作する多くの装置の何れをも含むことができる。装置１０は、流体消費電池３０を収容するように構成された電池室３２を概ね定めるハウジング２０を含む。多くの電池室、流体消費電池及び装置の何れをも流体注入プライマ１６との接続に用いることができることを認識されたい。
【００１６】
流体消費電池３０は、セル外部からの流体（例えば、酸素又は他の気体など）を電極のうちの１つの活性材料として用いる少なくとも１つの電気化学セルを含む。電池セル３０は酸素還元電極のような流体消費電極を有する。流体消費電池セル３０は、空気減極セル、空気補助セル又は燃料セルを含むことができ、セル及び電池は、種々の実施形態により他の形状（例えば、ボタン形、円筒形、及び矩形など）及び寸法を有することができることを認識されたい。例示的な実施形態において、流体消費電池セル３０は空気減極セルであり、これは亜鉛を負電極活性材料として用い、水性アルカリ（例えば、ＫＯＨ）電解質を有する。
【００１７】
空気減極セル３０は図３に最も良く示され、セルハウジングを含み、これは第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み、これらはそれぞれ缶３４及び蓋３６を含むことができ、他の点では缶又は蓋として見なされるものとは異なる形状又は寸法を有することができる。実施例のために、第１のハウジング構成要素は以後缶３４と呼び、一方第２のハウジング構成要素は以後蓋３６と呼ぶ。缶３４及び蓋３６は共に導電性材料で作られるが、ガスケット３８によって互いに電気的に絶縁される。缶３４は一般に流体消費セル３０の外部正接触端子として機能し、一方蓋３６は外部負接触端子として機能する。図３には示さないが、装置を流体消費セル３０の端子に電気的に接続する電気的接触が存在する。
【００１８】
電池セル３０は第１の電極４０をさらに含み、これは流体消費電極とすることができ、図３の実施形態においては空気電極と呼ぶ。電池セル３０はまた、負電極（即ち、アノード）とすることができる第２の電極４４と、第１の電極と第２の電極の間に配置される隔離板４２とを含む。第１の電極４０は缶３４に電気的に結合され、一方第２の電極４４は蓋３６に電気的に結合される。
【００１９】
缶３４は一般に図３に示す表面を上面として含み、その中に複数の流体流入ポート４８が設けられ、それにより、空気を含めた流体がセルハウジングの内部に移動して流体消費電極４０に達することができる。種々の寸法及び形状の多数の流体流入ポート４８のうちの何れかを用いて、流体が流体消費電極４０に移動できるようにすることができる。
【００２０】
流体マネージャ１２は、装置ハウジング２０の電池室３２の上を覆い、電池セル３０の上面の両端に対してシール４６で密閉されるハウジング１４を含む。流体マネージャハウジング１４は装置ハウジング２０に、締具、ブラケット、接着剤又は他の固定手段によって固定することができる。
【００２１】
流体マネージャハウジング１４は、流体消費電極４０、特に流体消費電極４０に通じる流体流入ポート４８と流体連通するように配置されたプレナム２８を概ね定める壁を有する。プレナム２８は、流体消費電極４０が使用する流体を保持するのに十分な寸法にすることができる。流体マネージャハウジング１４はまた、流体注入プライマ１６と流体連通する流体流入開口部２４を有する。流体注入プライマ１６は流体マネージャハウジング１４に開口部２４において取り付けられ、それにより流体が開口部２４を通してプレナム２８内に注入される。
【００２２】
従って、流体注入プライマ１６は、プレナム２８と流体連通して空気などの流体をプレナム２８内に注入する。流体注入プライマ１６は、流体を保持し流体をプレナム２８内に分注する流体注入部分１９を含む。流体注入プライマ１６はまた、ユーザ作動部分１７を含み、その中央に開口部１８を有し、ユーザの指又は手により係合して空気注入プライマ１６内の流体をプレナム２８内に分注するように適合される。空気注入プライマ１６は、ここでは、一実施形態によりベローズとして示し説明する。ベローズ１６は、伸縮するアコーデオン状の構造を有する。具体的には、ベローズ１６は、ユーザがユーザ作動部分１７を開口部１８の上で作動させてベローズ１６を圧縮するときに収縮して、プライマ１６内に保持された流体をプレナム２８内に送り込む。ユーザがベローズ１６を解放するとき、ベローズは復元力を有するので伸びて通常の形状に戻り、その際外部環境から流体がプライマ１６に流入する。
【００２３】
逆止バルブ２６をプライマ１６内に含めることができる。例えば、図３に示すように、逆止バルブ２６は、ベローズ１６が供給する十分な差圧により内側に旋回又は屈曲するフラップとして示されており、流体マネージャハウジング１４の内部に配置される。逆止バルブ２６は強制又は加圧流体がプライマ１６からプレナム２８内に移動することを可能にする。ベローズ１６からの加圧又は強制流体が閾値圧力限界を越えないとき、逆止バルブ２６は開口部２４を閉鎖して流体がプレナム２８内に流入又はそこから流出することを防止する。このように、逆止バルブ２６によって、プレナム２８からプライマ１６への流体の逆流が防止される。
【００２４】
新鮮な流体をプレナム２８内に注入できるようにするため、及び流体消費電池により使用可能にするために、流体マネージャ１２は逃しバルブ２２を更に含み、これは、流体マネージャハウジング１４内に、電池セル３０のプレナム２８とは反対側の端部の近くに取り付けられるように示されている。従って、流体は流体注入プライマ１６に流入し、開口部２４及びプレナム２８を通して電池セルに達することができ、そこで流体は流体流入ポート４８に入って流体消費電極４０に達することができる。流体はさらにポート４８を通じて電池セル３０から出て、電池室３２の密閉体積内から逃しバルブ２２を通じて外部環境に出ることができる。逃しバルブ２２は一方向バルブ即ち逆止バルブを含むことができ、これが、流体が電池室３２の密閉体積内から外部環境へのみ通過することを可能にし、逆方向には移動できないようにする。シール４６は、流体マネージャハウジング１４と、電池３０の両端における電池セル３０との間に密封閉鎖をもたらすように機能し、その結果プレナム２８及び逃しバルブ２２が密閉体積内に存在することを認識されたい。
【００２５】
動作の際には、流体マネージャ１２はユーザがユーザ作動部分１７を、指又は手で開口部１８を覆って押し、ベローズ１６を圧縮して流体を開口部２４及びバルブ２６を通じてプレナム２８内に押し込むことによって作動し、その結果、流体は流体流路５０に沿って移動することができる。流体は空気流路５０に沿って流れて流体流入ポート４８に達し、電池セル３０の流体消費電極内に達することができる。電池セル３０によって消費された流体は、次に電池室３２の密閉空間から逃しバルブを通って外部環境に戻る。空気中の酸素のような流体は、電池セル３０内で電気エネルギーを生成するための活性材料として機能できることを認識されたい。本実施形態において、空気注入プライマ１６のユーザ作動により、限定された量の流体が電池セル３０内に流入し、その結果限定された量の電気エネルギーを電池セル３０によって生成することができる。プライマはさらに、追加の流体を電池セル３０に供給して追加の電気エネルギーを生成するように作動させることができることを認識されたい。さらに、プライマ１６及びプレナム２８は様々な寸法にすることができ、それには、電池により大量の流体を供給し、プライマ１６の所与の作動に対してより大量の電気エネルギーを電池セル３０によって生成できるようにするためのより大きな寸法が含まれる。
【００２６】
図４−図９を参照すると、第２の実施形態により、装置１０’は流体消費電池３０及び流体マネージャ１２を用いるように示され、この流体マネージャ１２は、流体注入プライマ１６を含む第１の流体マネージャ構成要素と、例えば作動可能なスライディングプレートバルブを含む第２の流体マネージャ構成要素とを含むことができる。この実施形態において、装置１０’は多くの電子装置の何れかを含むことができ、図示したように、流体消費電池セル３０を収容する電池室を概ね定める電池室ハウジング６０及び蓋６４から構成される電池室３２を有する。流体消費電池セル３０は第１の実施形態で開示した電池を含む。蓋６４は開口部６６をふくむことができ、それを通して液体が、内部に電池セル３０が配置された電池室３２に流入することができる。
【００２７】
第２の実施形態において、流体マネージャ１２は、第１の実施形態で開示した位置とは対照的に、電池セル３０の一端部において電池室ハウジング６０に取り付けられた流体注入プライマ１６を有する。図４〜図９に示す第２の実施形態の実施例においては、スライディングプレートバルブ７０が流体消費電池セル３０の直接上に設けられ、電池セル３０に供給される流体を制御する主要な手段として取り付けられる。空気などの流体は、流体調節システム７０が開放位置にあるときに外部環境から流体消費電池セル３０に移動させることができることを認識されたい。さらに、流体は外部環境から流体注入プライマ１６を通じて流体消費電池に移動させることができる。流体調節システム７０は、スライディングプレートバルブを作動させるための電力を必要とする。電池セル３０の電圧が十分に低いとき、例えば電池セルを初めに使用するとき、電池セル３０はスライディングプレートバルブを作動させるのに十分な電力を供給できない。この状態において、ユーザは流体注入プライマ１６を電池セル３０への空気導入の補助的手段として作動させ、十分な量の流体を、流体流入開口部６８を通じて電池室ハウジング６０内及び電池セル３０内に注入し、スライディングプレートバルブを開放バルブ位置に作動させるのに十分な電力を生成できるようにする。流体注入プライマ１６はまた、次に電池セル３０へ流体を導入する補助手段として機能して、使用可能な流体を増やして電池セル３０が一時的により大きな電力出力を供給できるようにする。
【００２８】
第２の流体マネージャ構成要素７０は、図６〜図９において、一実施形態により、複数の開口部９２を有する固定した第１のプレート９０と、第１のプレート９０内に形成された開口部９２と寸法、形状、数及び位置を一致させることができる複数の開口部７８を含む可動の第２のプレート７６とを含むバルブとして示される。開口部９２及び７８の寸法、形状、数及び位置は、電池セル３０の流体消費電極４０に供給される流体の望ましい量及び分布をもたらすように最適化することができる。
【００２９】
第２の流体マネージャ構成要素７０は、内部に可動の第２のプレート７６が配置される開口部７４を有する環状ボディ部分を有するシャーシ７２を更に含むことができる。開口部７４は、プレート７６の長辺の縁に接触し、同時にプレート７６の短辺に余剰空間を設けるような形状及び寸法にすることができ、その結果、プレート７６をその最長寸法に平行な軸に沿って直線的に滑らせることができる。第２のプレート７６の開口部７８は、第１のプレート９０の開口部９２と一致するように及び外れるように移動させてバルブを開閉することができる。シャーシ７２は、可動の第２のプレート７６を固定した第１のプレート９０に隣接するように誘導し保持することができる。さらに、低摩擦材料、例えば油又は膜又はテフロン（登録商標）被覆などで構成される潤滑層９４（図８及び図９を参照されたい）をプレート７６とプレート９０の間に配置して、第２のプレート７６がプレート９０の表面に沿ってより滑り易くすることができる。従って、潤滑層９４は、バルブがアクチュエータによって、より小さな力で開閉できるようにする。さらに、プレート７６とプレート９０の表面を良好な密閉をもたらすのに十分に平坦にすることが困難であり得るので、潤滑層９４にシリコン油のような油を含ませてバルブの密閉特性を向上させることができる。１つのプレートを磁性材料で作るか又は他の機構によりプレート７６をプレート９０に対して堅固に保持することができることを認識されたい。
【００３０】
図６に見られるように、流体調節システム７０はバルブを作動するアクチュエータを含むように示される。一実施形態により、アクチュエータは、シャーシ７２の表面に取り付けられた特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような制御回路と、移動プレート７６をバルブの開放位置と閉鎖位置の間で作動させるための１つ又はそれ以上の形状記憶合金（ＳＭＡ）要素と含むことができる。１つ又はそれ以上の形状記憶合金要素は、シャーシ７２の両端に固定され、回路配線８４に電気的に結合された第１のＳＭＡワイヤ８０ａ及び第２のＳＭＡワイヤ８０ｂを含むことができる。電流をＳＭＡワイヤ８０ａ及び８０ｂの中を通過させる制御信号を供給することによって、制御回路８２はＳＭＡワイヤを加熱することができ、これによりＳＭＡワイヤが膨張又は収縮して特定の長さになる。これが次に、ＳＭＡワイヤに移動プレート７６を一方向又は逆方向に引っ張らせ、プレート７６を開放位置又は閉鎖位置に滑らせて、プレート７６がバルブの開放位置にあるとき電池セル３０の内部に流体が移動することを選択的に可能にする。
【００３１】
ＳＭＡワイヤ８０ａ及び８０ｂは、任意の通常の形状記憶合金で作ることができる。形状記憶合金は、ある温度で変形させることができるが、加熱又は冷却したときに以前の形状に戻る合金である。この特性は、マルテンサイト相とオーステナイト相の間の固相転移によるものである。形状記憶合金は２方向の形状記憶を有すること、即ち加熱及び冷却の両方による転移が可逆的であることが好ましい。形状記憶合金の例には、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−銅、銅−亜鉛−アルミニウム、銅−アルミニウム−ニッケルの合金が挙げられるが、ニッケル−アルミニウム及びニッケル−チタン−銅が好ましい。ニッケル−チタン−銅（例えば、約５−１０重量パーセントの銅）の使用は、その耐疲労性のために多数回動作させることができるアクチュエータのために有利である。ニッケル−チタン及び他の形状記憶合金の製造者には、Specialty Metals社の形状記憶合金部門（米国、ニューヨーク州、ニューハートフォード所在）、Memry社（米国、コネチカット州、ベスル所在）、及びDynalloy社（米国、カリフォルニア州、メーサ所在）が挙げられる。
【００３２】
電池セル３０の正端子及び負端子に対する接続のための接触端子をシャーシ７２の上に設けて、ＳＭＡワイヤ８０ａ及び８０ｂを作動させる電流を供給することができることを認識されたい。さらに、制御回路８２は他の回路と通信することができることを認識されたい。最終的に、制御回路８２は装置に付随するコントローラに組み込むことができ、開放位置と閉鎖位置の間でのバルブの作動を制御するための論理回路を含むことができる。ＳＭＡワイヤ８０ａ及び８０ｂは、多くの形状及び位置のいずれかに構成して、開放位置と閉鎖位置の間で移動プレート７６を作動させることができる。ＳＭＡアクチュエータを本明細書ではスライディングバルブを制御するために示し説明したが、他のアクチュエータ及び他の型のバルブを調節システム７０として用いて、流体消費電池セル３０への流体流入を選択的に制御することができることを認識されたい。電池セル３０と第２の流体マネージャ構成要素７０の間に隔離部材４９が配置され、これが電池セル３０と構成要素７０の間の流体が通過する空間をもたらすように機能する。
【００３３】
装置の通常動作中、第２の流体マネージャ構成要素７０は開放位置と閉鎖位置の間のスライディングプレートバルブ７６を作動させて流体消費電池セル３０に供給される流体の量を調節するように動作することができる。装置を動作させるのにより大きな電力が必要なときには、滑りスライディングバルブプレート７６をＳＭＡワイヤによって作動させ、バルブを開いて流体消費電池セル３０内に流体を流入させることができ、これにより大きな電力が生成される。十分な電力が供給されるときに装置が停止される場合には、スライディングバルブ７６を閉じて電池容量の減少を防ぐことができる。さらに流体マネージャ１２は、ユーザがベローズ１６を圧縮することによって、流体注入プライマ１６を作動させて流体をプライマ２８内に送り出し、これにより、別の流体流路５０’を経由して流体を電池セル３０に供給することを可能にするように備えられる。流体マネージャ１２は、電池セル３０がスライディングバルブを開放位置に作動させるのに十分な電気エネルギーを生成しない状態で特に重要である。この状態において、ユーザはプライマ１６を作動させて流体を電池セル３０内に送り出し、電池セル３０を活性化させて十分な電力を生成させ、それにより、以後スライディングバルブ７６を作動させて、電池セル３０により追加の電力を生成することができる。
【００３４】
従って、一実施形態によれば、流体マネージャ１２は、流体消費電池３０内に流体を注入するための独立型流体注入システムを有利に提供する。別の実施形態によれば、流体マネージャ１２は、主要流体調節システムを制御するのに十分な電池電力が得られないとき、電池セル３０内に流体を注入するための補助燃料注入システムを有利に提供する。本明細書において、第２の実施形態によって示し説明した補助流体マネージャ構成要素７０は、任意の既知の流体調節システム、例えば、引用により本明細書に組み入れられる特許文献５に開示された流体調節システムなどを含むことができる。
【００３５】
本発明の流体マネージャ１２は、流体消費電池に入る流体を調節するための、費用効率が高く且つ使い易い調節システムを提供することを認識されたい。流体注入プライマ１６は電池の空気充填時間を有利に減らし、初めに大きな電力を有利に供給することができ、このことは、大きな急増電流又は初期の高電力動作モードを伴う装置には特に有利であり、電池の速度能力を高める。さらに、流体注入プライマ１６は、電池停止の各期間の後、例えば、装置がオフ状態後にオンに戻ったときに使用することができる。流体マネージャ１２は、電池の使用中、例えば空気充填後に、強制的に空気又は他の流体をシステム内に通すファン、ポンプなどの使用要求を有利に回避して、より小さな空気マネージャ体積、簡単な設計、低費用、及び、流体注入プライマ１６を動作させるための電池容量の非消費をもたらす。
【００３６】
代替的な実施形態を構想する。前述の実施形態においては、流体注入プライマ１６は電池室３２に流体を押し込むための手動操作のベローズを備える。他の実施形態においては他の型の手動で作動させるエアームーバ、例えば手動で始動するファンなどを流体注入プライマ１６内に用いることができる。さらに他の実施形態においては、流体注入プライマを装置内に取り付けられた電池ハウジング内に組み込んで、一実施形態においては装置内に取り付ける前に、別の実施形態においては装置内に取り付けた後に、流体注入プライマをユーザにより手動で動作させることができるようにすることができる。前述の実施形態においては、流体消費電池は単一の流体消費セルを含むが、単一の電池内に１つより多くの流体消費セルを組み込むことができ、１つより多くの流体消費電池を単一の装置内で使用することができる。１電池当たり１つより多くの流体消費セルを有するか、又は１装置当たり１つより多くの流体消費電池を有する実施形態において、各セル又は各電池は別々の流体マネージャを有することができ、又は単一の流体マネージャが１つより多くのセル又は電池のための流体を調節することができる。
【００３７】
本発明は、本明細書においてその特定の好ましい実施形態によって説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱せずに多くの修正及び変更を施すことができるであろう。従って、本発明者の意図は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、本明細書で示した実施形態を説明する詳細及び手段のために限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１０’：装置
１２：流体マネージャ
１４：流体マネージャハウジング
１６：流体注入プライマ（ベローズ）
１７：ユーザ作動部分
１８：開口部
２０：装置ハウジング
２２：逃しバルブ
２４：流体流入開口部
２６：逆止バルブ
２８：プレナム
３０：流体消費電池（流体消費セル、空気減極セル、電池セル）
３２：電池室
３４：缶
３６：蓋
３８：ガスケット
４０：第１の電極（流体消費電極）
４２：隔離板
４４：第２の電極
４６：シール
４８：流体流入ポート
５０、５０’：流体流路
６０：電池室ハウジング
６４：蓋
６６、７４、７８、９２：開口部
６８：流体流入開口部
７０：第２の流体マネージャ構成要素（スライディングプレートバルブ、流体調節システム）
７２：シャーシ
７６：可動の第２のプレート（スライディングバルブプレート、スライディングプレートバルブ）
８０ａ：第１のＳＭＡワイヤ
８０ｂ：第２のＳＭＡワイヤ
８２：制御回路
８４：回路線
９０：固定した第１のプレート
９４：潤滑層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月12日(2011.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体消費電池に流体を供給するための流体マネージャであって、
流体消費電池セルの流体消費電極と流体連通するように適合されたプレナムを定めるハウジング部材と、
前記プレナムと流体連通して前記プレナム内に流体を注入するための流体注入プライマと、
を備え、
前記流体注入プライマは流体注入部分とユーザ作動部分を備え、流体注入部分は前記流体作動部分のユーザ作動によって移動し、前記流体消費電池セル内で使用するための流体を前記プレナム内に注入する、
ことを特徴とする流体マネージャ。
【請求項２】
前記流体注入プライマは、手動で動作させるエアームーバを備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体マネージャ。
【請求項３】
前記手動で動作させるエアームーバは、伸縮するベローズを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の流体マネージャ。
【請求項４】
前記ベローズは、前記プレナムから外部環境に通じる開口部を備え、前記開口部は、ユーザによる前記ユーザ作動部分の作動によって係合するように適合されることを特徴とする、請求項３に記載の流体マネージャ。
【請求項５】
前記手動で動作させるエアームーバは手動で始動するファンを備えることを特徴とする、請求項２に記載の流体マネージャ。
【請求項６】
前記流体注入部分は圧縮可能であることを特徴とする、請求項１から請求書５のいずれか一項に記載の流体マネージャ。
【請求項７】
前記流体消費電極内への流体の通過速度を調節するバルブと、少なくとも開放位置と閉鎖位置の間で前記バルブを動作させるためのアクチュエータとをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求書６のいずれか一項に記載の流体マネージャ。
【請求項８】
前記流体マネージャは、前記アクチュエータを制御して前記バルブを開閉させるコントローラをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求書５のいずれか一項に記載の流体マネージャ。
【請求項９】
前記アクチュエータはＳＭＡを備えることを特徴とする、請求項７又は８に記載の流体マネージャ。
【請求項１０】
前記バルブは少なくとも１つの移動プレートを含み、前記アクチュエータは前記少なくとも１つの移動プレートを開放位置と閉鎖位置の間で移動させて前記流体消費電極に供給される流体を制御することを特徴とする、請求項７から請求書９のいずれか一項に記載の流体マネージャ。
【請求項１１】
前記流体マネージャは、空気消費電池に供給される空気を制御するように適合された空気マネージャであることを特徴とする、請求項１から請求書１０のいずれか一項に記載の流体マネージャ。
【請求項１２】
１つ又はそれ以上の開口部を有する電池ハウジングと、
前記電池ハウジング内に配置され、前記１つ又はそれ以上の開口部と流体連通する流体消費電極を備えた流体消費セルと、
請求項１から請求書１１のいずれか一項に記載の流体マネージャ、
を備えた流体消費電池。
【国際調査報告】
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