專利名稱：電化學(xué)電源的粒子供給裝置及其制造方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及電化學(xué)電源。更具體地說，本發(fā)明涉及一種燃料粒子供給裝置，它將鋅燃料粒子提供給一個可補充燃料的鋅/空(zinc/air)電源。
2.相關(guān)技術(shù)的說明由于高能量密度和低硬件成本的獨特組合，在電動車輛推進裝置用的鋅/空電池方面已經(jīng)重新成為關(guān)注點。假如鋅/空電池能用一種簡單和快速技術(shù)作成可機械地充電，那么該電池就能永遠給電動車輛提供動力，而不用漫漫地充電、換電池、更換元件、或燃燒發(fā)動機的雙動力。選擇機械充電或加油對于車隊電動車輛，比如公共汽車和運輸車，以及其它工業(yè)或密閉工作車輛，都是重要的，這些車輛經(jīng)常是每天必須工作八小時以上，以有效地收回車輛的高成本。交換使用電池方法實質(zhì)上使電池投資翻番，而用燃燒式發(fā)動機則破壞了減少動力源排放的初衷。
機械式充電電池可以分成兩種(1)可重構(gòu)的電池，和(2)可加燃料的電池?？芍貥?gòu)的電池的特征在于物理去除和重新裝備電池元件，比如陽極板或盒，或甚至單個電池單元。可重構(gòu)的電池已經(jīng)由以色列的電動燃料公司開發(fā)，用于德國和意大利的運輸車中，使運輸車超過260英里的范圍。陽極盒由機器人(與未消耗的鋅和鋅—氧化物副產(chǎn)品一道)被移動，并在一個工業(yè)裝置中重新構(gòu)造。簡單化的優(yōu)點必須與工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的成本相平衡。此外，陽極消耗是不完全的，并且電池不能部分充電。
可加燃料的電池采用一種電化學(xué)燃料，該燃料以一種類似于給汽車加油的方式被泵入電池。為此，它們經(jīng)常被稱為燃料電池或再生燃料電池。在加燃料時，所有的電池硬件保持在該車輛上，并且不會被擾動。尋找一種加燃料技術(shù)的目的是消除笨重的電池更換操作和集中的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的要求，以支持車輛操作。不像電池重構(gòu)那樣，從電池反應(yīng)產(chǎn)物回收鋅作為燃料能采用小型電解設(shè)備來完成，該設(shè)備由該車隊擁有和操作，通常在車隊自己的站內(nèi)?？杉尤剂系碾姵氐睦邮荂GE鋅/空淤漿(slurry)電池和由Evans或Alcazar或Cooper提出的概念。
現(xiàn)有技術(shù)企圖開發(fā)一種快速加燃料的鋅/空電源已經(jīng)取得了有限進展。限制鋅/空燃料電池的開發(fā)的最重要因素之一是需要一種方便快速的方法為燃料電池充分地加燃料。
大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)涉及給單個電池加燃料的方法，因而并不涉及給成堆大量的電池快速和充分地加燃料。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的一部分包括下列美國專利Cooper的專利US 5,434,020；Nunnally的專利US5,869,200；Siu等人的專利US 5,849,427；Siu等人的專利US5,441,820；Evans等人的專利US 5,006,424；和Leparulo等人的專利US 3,847,671，它們都可在此結(jié)合起來作為參考。
Cooper公開了一種帶錐型電池腔以便利用重力來供給燃料粒子的電化學(xué)電池。他所公開的內(nèi)容包括充填裝置，用于通過液流裝置向儲存漏斗中充填燃料粒子。但是，Cooper沒有描述一種實用的實現(xiàn)液流加燃料操作的方法或裝置。此外，在專利US 5,434,020以及出版物——汽車工程師學(xué)會出版物第951948號和LawrenceLivermore National Laboratory出版的《科學(xué)與技術(shù)(Science &Technology Review)》1995年10月，第8頁)中所展示的典型的現(xiàn)有漏斗和供給通道的幾何形狀，使快速電解質(zhì)流過供給管，并且與具有一個返回通路的燃料電池漏斗的平面垂直，沒有裝置用于高速電解質(zhì)流動進入，并與燃料儲存漏斗的平面平行。這種方法的一個缺點是它不會完全地填滿儲存漏斗，因為當(dāng)粒子從以上快速流動的供給管中流出并“筑堤(mound)”在該漏斗中時，它們僅僅流入漏斗的一端。Cooper的燃料電池腔之間的分離器的易脆性(fragility)也教導(dǎo)人們，電解質(zhì)流進和平行于燃料電池漏斗的平面。參見美國專利US 5,434,020，第2欄，II.61-65。
Nunnally的專利US 5,869,200公開了一種磁性淤漿燃料電池系統(tǒng)，其磁場用于將微粒球保持到電池電極板上。一個缺點是所公開的系統(tǒng)的復(fù)雜性。與其它現(xiàn)有技術(shù)或本發(fā)明相比，該復(fù)雜性導(dǎo)致系統(tǒng)的成本更高，并且在這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)中存在更高的故障潛在性。另一個缺點是需要用含鐵磁或永磁鐵心的燃料粒子。這大大地增加了燃料的成本?？傊?，Nunnally沒有公開一種保證快速和完全給電池或燃料儲存漏斗加燃料的方法。
Siu等人的專利US 5,849,427公開了一種用液流方法加燃料的電池。一個主要的缺點是每個電池上需要一個關(guān)閉閥，用來停止每個電池加燃料。對于一個電動車輛，這將需要幾百個小閥門。因為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以，需要更高的成本，裝配需要很大的存放面積，并且存在系統(tǒng)產(chǎn)生故障的可能性。
Siu等人的專利US 5,441,820公開了一種采用噴射粒子床的充電電池。一種在本發(fā)明中定義的噴射床就是從一個泵的再循環(huán)引起在一個“吸管”中的電解質(zhì)向上流動。向上流動的目的是輸送粒子并將它們帶到粒子床的頂部，并保持該床處于穩(wěn)定運動中。因此，在充電過程中，金屬粒子被抑制凝聚。該專利沒有描述用液流方法給電池加燃料的裝置。
Evans等人的專利US 5,006,424公開了一種采用重力供給電解質(zhì)和粒子的電池，其關(guān)鍵特征是產(chǎn)生對流力，以基于密度使電解質(zhì)循環(huán)。該專利沒有描述給該電池加燃料的方法或裝置。
Leparulo等人的專利US 3,847,671公開了一種可用液流方法加燃料的電池系統(tǒng)。該裝置這樣構(gòu)成，以致于固體和液體在放電后，加燃料之前，必須從每一電池按常規(guī)排掉。這種結(jié)構(gòu)的缺點包括采用單獨的液壓硬件(閥等)，為每一電池提供一個復(fù)雜和龐大的系統(tǒng)。因此，除了比一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)高得多的成本外，需要一個大的儲存面積。
總體來說，盡管經(jīng)過許多努力，但已知的現(xiàn)有技術(shù)仍沒有解決與輸送金屬粒子到金屬陽極基的可加燃料的電池堆相關(guān)的問題。這些問題包括加燃料的循環(huán)時間慢，在電池漏斗中粒子的筑堤，在電池漏斗中粒子的分布不均勻，金屬燃料粒子的阻塞，硬件過多的復(fù)雜性，不均勻的充填分布，燃料粒子的堆積，和總體低速或其它低效燃料粒子供給操作。因此，很明顯，存在一個對改進的燃料粒子供給機構(gòu)的需求。本發(fā)明的新穎的粒子供給機構(gòu)以及制造和操作它的方法，切實提供了解決這些問題和消除這些缺點的眾多的新穎特征。
發(fā)明概述希望有一種新的和改進的技術(shù)和設(shè)計方案，用于將鋅燃料粒子快速和有效地供給可加燃料的電池堆。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，并對這些眾多長期存在的問題提供新的解決方案。申請人相信本發(fā)明完美地克服了這些在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的許多長期存在甚至忽略的問題和缺點，它們或是單獨存在或是組合存在。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種燃料粒子供給機構(gòu)，它將防止在加燃料過程中燃料粒子的阻塞。另一個目的是防止在電池腔中的粒子筑堤。還有一個目的是在電池腔內(nèi)實質(zhì)上實現(xiàn)粒子的均勻分布。本發(fā)明的另一個目的是在燃料電池放電過程中，通過將在一個燃料電池內(nèi)的單獨的電池腔絕緣，防止燃料電池短路。還有再一個目的是提供一種簡單的加燃料機構(gòu)，以實現(xiàn)低成本和操作容易。本發(fā)明的另有一個目的是提供一種高速、高效的供給機構(gòu)。再一目的是在電池?fù)p壞之前，通過監(jiān)測內(nèi)部壓力和停止加燃料，防止電極、電池腔和供給機構(gòu)的惡化或解體。本發(fā)明的一個目的是提供一種簡單和快速加燃料的系統(tǒng)，它批量制造的費用低，又通用。最后，本主題發(fā)明的一個目的是實現(xiàn)上述單個的或組合的目的。
現(xiàn)有技術(shù)的上述困難和問題通過本發(fā)明而克服。本發(fā)明是一種燃料粒子供給機構(gòu)，它明顯地改善可加燃料鋅/空燃料電池的操作。本發(fā)明的一個關(guān)鍵方面是一種燃料粒子供給系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，粒子通過一種不管是流體、氣體、還是液體進入并平行于電池腔的平面的流動，而分散到該腔中。其結(jié)果是防止了在電池腔中的粒子筑堤，并且產(chǎn)生一種電池腔更完全的充填的結(jié)果。在一個實施例中，該系統(tǒng)包括一個分散頭，耦合到一個淤漿源，該淤漿源包含一種電解質(zhì)與粒子的混合物。該系統(tǒng)構(gòu)造成這樣在第一操作方式中，淤漿通過分散頭的橫向流動提供在與電池腔的平面垂直的方向，而在第二操作方式中，淤漿的流動是在與電池腔的平面平行的方向從分散頭進入電池腔，淤漿的橫向流動不會多于非實質(zhì)性的流動量，即不多于20％。在第二種操作方式中，與普通方法相比，該系統(tǒng)在電池腔內(nèi)達到一種更完全和更均勻的粒子分布，并避免在電池腔內(nèi)的粒子筑堤。
在一個實施例中，由于電解質(zhì)流過電池腔而對電池腔的損害在一個夾層布置中通過采用放置在兩個腔壁之間的金屬泡沫(foam)支承件而防止。這些支承件加固了腔壁，使它們能夠抵抗電解質(zhì)通過和進入電池腔而產(chǎn)生的液壓力。
本新發(fā)明的另一關(guān)鍵特征是它與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了一種簡單高效的系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明的關(guān)鍵新特征是在數(shù)個實施例中提供一種供給管，以快速輸送電解質(zhì)和燃料粒子到一個燃料電池堆。
本發(fā)明的一個關(guān)鍵目的是防止通道阻塞和防止電極和電池由于過高電解質(zhì)壓力而損害。本發(fā)明通過新供給管和一個電解質(zhì)旁通特征實現(xiàn)這一目的。
實質(zhì)上，該機構(gòu)提供一種通過一個供給管將電解質(zhì)和燃料粒子進入一個燃料電池的輸入。該供給管具有幾個實施例，它們改善了電解質(zhì)和燃料粒子進入單個燃料電池腔的流動。每一電池腔可以完全是活性的，或每一電池腔的上部可以是一個“儲存漏斗”，而其下部是燃料粒子在其中消耗的活性部。當(dāng)在活性部中的燃料被消耗時，燃料粒子靠重力從儲存漏斗供給每一電池的活性部。每一電池腔內(nèi)的空間完全被燃料粒子均勻地填充，而不會堆積燃料粒子。當(dāng)該供給機構(gòu)處于關(guān)閉位置時，每一電池腔與任何其它電池腔的流體連通完全隔離。設(shè)置裝置來防止給電池腔加壓，并防止燃料粒子流出電池腔。該操作方法也是新穎的和簡單的。
綜上所述，本燃料粒子供給機構(gòu)的一個實施例的新特征和特點包括一個分散系統(tǒng)，其構(gòu)成是，通過一種不管是流體、氣體、還是液體進入并平行于電池腔的平面的流動，而將粒子分散到電池腔中；有多個實施方式的燃料粒子供給管；一個壓力傳感機構(gòu)；一個供給管的驅(qū)動系統(tǒng)；一個供給管的絕緣特征；和允許電解質(zhì)流入電池的裝置，以改善燃料漏斗的燃料完全充填，一個電解質(zhì)旁通特征，和一個具有多個定位和多個實施例的燃料粒子篩網(wǎng)。
因此，利用本發(fā)明的新特點，采用新燃料粒子供給機構(gòu)，使鋅/空電池所用的加燃料系統(tǒng)得到改善。從附圖和下面的描述中可以更清楚的看出本發(fā)明的這些和其它特點和優(yōu)點。
附圖的簡要描述將下面描述的本發(fā)明的實施例與附圖結(jié)合起來作參考，本發(fā)明的上述和其它目的和特點以及實現(xiàn)它們的方式將變得明顯，并且該發(fā)明本身將很好理解，其中，密切相關(guān)的元件用相同的數(shù)字表示，但其下標(biāo)字母不同。附圖中

圖1是一個系統(tǒng)線路圖，具體表示本發(fā)明的整個燃料粒子供給系統(tǒng)的流程；圖2是本發(fā)明的一個部分的透視圖，表示在一個燃料電池堆內(nèi)流體和燃料粒子輸入到單個電池的一個有代表性的供給管；圖3是在該燃料電池堆內(nèi)流體和燃料粒子輸入到單個電池的供給管的一個部分平面示意圖；圖4是燃料電池、供給管和供給管驅(qū)動馬達的示意側(cè)斷面圖；圖5是供給管驅(qū)動馬達的齒輪機構(gòu)的放大局部端截面圖；圖6是具體表示電解質(zhì)旁通的燃料電池的局部示意側(cè)截面圖；圖7是供給管挖去的第二實施例的局部示意側(cè)截面圖；圖8是除了在供給管殼體內(nèi)的密封外，表示供給管軸向運動的帶槽供給管的局部示意側(cè)截面圖；圖9是表示帶涂層的供給管的供給管的局部示意側(cè)截面圖；圖10是表示帶涂層的供給管的供給管的局部截面端視圖；圖11是表示供給管打開位置的軸向供給管操作的另一種結(jié)構(gòu)的放大局部示意側(cè)視圖；圖12是表示供給管關(guān)閉位置的軸向供給管操作的另一種結(jié)構(gòu)的放大局部示意側(cè)視圖；圖13是旋轉(zhuǎn)供給管操作在打開位置的一個有代表性的加燃料操作的放大端視圖，并表示最佳燃料粒子流動的第二實施例；圖14是表示旋轉(zhuǎn)供給管在關(guān)閉位置操作的完全加燃料操作的示意端視圖；圖15是表示采用多個供給管的另一個實施例的示意端視圖；圖16是表示另一個供給管中心定位實施例的示意端視圖，表示多個電解質(zhì)出口；
圖17是燃料電池的示意端視圖，表示最佳燃料粒子流的實施例；圖18是一個供給管腔結(jié)構(gòu)的實施例的放大的示意端視圖，其中切掉了一部分；圖19是第二個供給管腔結(jié)構(gòu)的實施例的放大的示意端視圖，其中切掉了一部分；圖20和21是兩種視圖，表示根據(jù)本主題發(fā)明的分散系統(tǒng)的一個實施例；圖22和25表示根據(jù)本主題發(fā)明的一個實施例的電解質(zhì)流；圖23表示根據(jù)本主題發(fā)明的第二個實施例的電解質(zhì)流；圖24表示根據(jù)本主題發(fā)明的腔壁支承的一個實施例；圖26是一個流程圖，表示根據(jù)本主題發(fā)明的操作方法的一個實施例。
優(yōu)選實施例的描述為了給電池堆加燃料的目的，已經(jīng)開發(fā)了一種燃料粒子供給機構(gòu)。下面的描述將解釋該機構(gòu)的原理和方法。本發(fā)明的目的是提供一種改進的和新穎的裝置，以解決在用粒子燃料給電池堆加燃料領(lǐng)域長期存在的問題。在一個鋅/空電池中，典型的電池堆由單個電池組成。每個電池具有一個間隔或腔，它采用在此描述的裝置或任何其它可行的裝置填充燃料(通常是鋅)粒子。在工作幾小時后，該燃料電池粒子水平下降，并且必須加燃料。
直徑大約為0.020-0.040英寸的鋅燃料粒子儲存在一個容器中，與燃料電池堆分開。無論使用速度是低或高，都希望該機構(gòu)將電池充到最大燃料粒子水平。每一電池腔中的燃料水平能在完全空到完全滿的任何位置。每一電池在加燃料后必須與其它電池完全密封。否則，在電池放電過程中，該系統(tǒng)發(fā)生短路，引起該電池關(guān)閉。此外，希望在加燃料過程中將供給電池的空氣關(guān)掉，因為電池由于電解質(zhì)和燃料通過供給管，在加燃料過程中，一起被短路。
本主題發(fā)明的粒子分配系統(tǒng)412的第一實施例表示在圖20中。提供一個容器204，該容器204包含一個電池堆416。該電池堆416包括數(shù)個由腔壁202a，202b，202c隔開的電池腔444。在該堆中的每一電池被定位在一個平面200內(nèi)。一個粒子分配器418提供在該容器端部205，206的中部。在一個實施例中，該分配器具有一個輸入端414，一個橫向流動輸出端450，和一個平行流動輸出端454。在本實施例中，分配器定位在一個平面201內(nèi)，它實質(zhì)上與電池堆的平面200垂直。在本實施例中，該系統(tǒng)能用兩種方式操作。在第一操作方式中，粒子的橫向流動在一個實質(zhì)上與該分配器的橫向平面201平行的方向通過該分配器。在第二操作方式中，該粒子在一個實質(zhì)上與電池腔的平面200平行的方向從平行輸出端454發(fā)出，不會多于非實質(zhì)量(insubstantial amount)，即不多于從橫向流動輸出端450發(fā)出的粒子的20％。
圖21是圖20的系統(tǒng)412的頂視圖，其中，與圖20相比，相同的元件用相同的數(shù)字標(biāo)號表示。如圖21所示，一個出口434被提供，以允許一個流動介質(zhì)，不管是流體、氣體、還是液體，從該容器204。在一個實施例中，該分配器418放置在包含電池堆的容器204的一端205排出，并且出口434位于該容器204的另一端206。
在一個實施例中，流動介質(zhì)是一種電解質(zhì)。在本實施例中，管系422和閥門442設(shè)置在分配器輸出端450。該閥門如此構(gòu)，以致于在啟動后實質(zhì)上阻止電解質(zhì)和粒子從輸入端414通過該分配器418流到輸出端450的橫向流動，因此，不多于流進分配器的粒子的20％通過橫向輸出端450被發(fā)出。
在一個實施例中，如圖22所示，該分配器418位于一個腔內(nèi)，并在與數(shù)個接觸點506接觸配合時是可旋轉(zhuǎn)的。在本實施例中，該分配器能處在打開和關(guān)閉位置。在打開位置，如圖22所示，分配器被旋轉(zhuǎn)，這樣，粒子從分配器418的平行流動輸出端454發(fā)出，并通過一個在電池的平面200上的流路494進入電池腔444，而不會多于非實質(zhì)量，即，不多于20％的粒子通過該分配器的橫向輸出端450發(fā)出。
在關(guān)閉位置，如圖25所示，分配器418被旋轉(zhuǎn)，這樣，粒子被阻止通過平行流動開口454。在該操作方式中，粒子的橫向流動可以繼續(xù)通過該分配器。
在一個實施例中，如圖22和25所示，出口434是一種電解質(zhì)出口，它由一個導(dǎo)入容器204的內(nèi)部通道498形成，并且一個篩網(wǎng)496放置在容器204的頂部，以防止粒子從電解質(zhì)出口434排出。在本實施例中，在容器204內(nèi)部從分配器418的平行流動輸出端454到電解質(zhì)出口434通過一個電解質(zhì)流動，粒子被分配到電池腔內(nèi)。圖22表示一個例子，其中，通過電解質(zhì)流動的作用，在一個腔內(nèi)的粒子水平從水平502a增加到水平502b。
圖23表示第二實施例，它除了一個擋板516被提供替代篩網(wǎng)496以阻止粒子經(jīng)電解質(zhì)出口434通過之外，與上述實施例是一樣的。
除了電解質(zhì)外，還可以是流動介質(zhì)。在一個實施例中，流動介質(zhì)是一種液體，這樣，粒子通過一種液體的流動而沉積。在第二實施例中，流動介質(zhì)是一種氣體，這樣，粒子通過一種氣體流動被沉積到該電池腔內(nèi)。在第三實施例中，流動介質(zhì)是一種流體，它包含或是一種氣體或是一種液體。無論流動介質(zhì)是什么，粒子都通過一個在實質(zhì)上與電池腔的平面平行的方向延伸到電池腔內(nèi)的流路，被沉積到電池腔中。粒子被沉積的流動可以是液流或是氣流。
腔壁202a，202b，202c通常包括靈敏的陰極膜片，最好被支承，這樣它們能阻擋從分配器的平行輸出端454到出口434的流動介質(zhì)流494的壓力。在一個實施例中，如圖24所示，在一種夾層布置中，腔壁通過在一個金屬泡沫(foam)的一側(cè)放置一個陰極膜片和在其另一側(cè)放置一個薄導(dǎo)電電池分隔板而形成。該金屬泡沫提供對腔壁的支承。這樣，在圖24中，陰極膜片207和導(dǎo)電分隔板208放置在一側(cè)，并由金屬泡沫204支承，陰極膜片205和導(dǎo)電分隔板206放置在一側(cè)，并由金屬泡沫203支承。該腔壁相互隔開，以形成一個包含燃料粒子的電池腔209。在一個實施例中，該金屬泡沫是鎳泡沫。參看圖22，通過一個進入電池腔和實質(zhì)上與電池腔的平面平行的流動，將燃料粒子分配到電池腔內(nèi)，在電池腔內(nèi)，一個燃料粒子更均勻的分布和完全的填充用現(xiàn)有技術(shù)來實現(xiàn)。這樣避免了表示普通系統(tǒng)特征的筑堤和阻塞。
圖26表示根據(jù)本主題發(fā)明的操作方法的一個實施例。在步驟301中，一種流動的方向?qū)嵸|(zhì)上與電池的平面平行，它被提供到電池腔內(nèi)。在一種實施例中，該流動如圖22和23所示，即，從分配器的平行輸出端454到出口434。在另一個實施例中，該流動是一種粒子和一種流動介質(zhì)的混合物的流動，該介質(zhì)是氣體、液體、或是流體。在又一個實施例中，該流動是液流。在再一個實施例中，該流動是氣流。在步驟302中，粒子通過流動的作用被分配到電池腔內(nèi)。如步驟303所指示的那樣，繼續(xù)步驟302直到許多工作電池基本上填充粒子為止。
參看圖1，圖1表示一個系統(tǒng)線路圖，具體表示本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的整個燃料粒子供給系統(tǒng)10的流路。供給系統(tǒng)10包括一個鋅/空燃料電池用的燃料粒子供給機構(gòu)12。該燃料粒子供給機構(gòu)12進一步包括一個通過新的供給管18將電解質(zhì)和燃料粒子供給燃料電池16的輸入端14。為電解質(zhì)和燃料粒子的輸入端14而設(shè)置裝置。還為位于燃料粒子供給機構(gòu)12下面的燃料電池堆16加燃料而設(shè)置裝置。整個系統(tǒng)10可以與電池堆16和供給機構(gòu)12放在同一殼體內(nèi)，電池堆16和供給機構(gòu)12可以分開，以使該系統(tǒng)平衡。
此外，更具體地說，該供給系統(tǒng)10包括一個電解質(zhì)和燃料粒子的流化床20，或燃料粒子儲存的其它裝置，一個連接支管系22，數(shù)個閥門36，37，38，40和42，一個泵26，和一個電解槽28。該流化床20通過數(shù)個閥門36，37，38，40和42連接到該連接支管系22。該泵26在開始加燃料時，提供驅(qū)動力，以流化該流化床20，并將來自流化床20的電解質(zhì)和燃料粒子30移動到燃料粒子供給機構(gòu)12，并通過一個電解質(zhì)出口34將電解質(zhì)32返回到電解槽28，以便在需要時，開始另一次加燃料。數(shù)個閥門36，37，38，40和42在必要時，打開或關(guān)閉該供給系統(tǒng)10，同時電解質(zhì)槽28提供電解質(zhì)32到供給系統(tǒng)10，流化床20提供具有電解質(zhì)和燃料粒子30的燃料，以給燃料粒子供給機構(gòu)12加燃料。
數(shù)個閥門包括第一閥門36，第二閥門38，第三閥門37，第四閥門40，和第五閥門42。第一閥門36位于流化床20和泵26之間。第二閥門38位于泵26和供給管18之間。第三閥門37位于流化床20和供給管14之間，而第四閥門40位于燃料電池之后和電解槽之前。第五閥門42位于燃料電池之后和流化床20之前。加燃料的操作將在下面描述。
現(xiàn)在參看圖2，圖2表示本發(fā)明的一個實施例的局部透視圖，示出了在燃料電池16內(nèi)電解質(zhì)和燃料粒子的輸入端14到單獨電池腔44的有代表性的供給管18。給燃料電池16加燃料的裝置是供給管18，在一個實施例中，供給管18可移動地定位在一個燃料電池16的燃料電池頂部46，也可在燃料電池側(cè)部48。圖2還表示一個供給管輸出端50，未用的或多余的電解質(zhì)和燃料粒子30可以在加燃料操作之后，從輸出端50排出。供給管18最好是一個圓筒，但是它應(yīng)該理解為它能用許多其它形狀和形式構(gòu)造。鋅/空電池的典型電池腔44是與供給管18接觸以及與在每一燃料電池堆16中的一個燃料電池底部52接觸。
更具體地說，如圖2所示，電池腔44與在供給管18中的一個供給管切口54物理接觸，并大致垂直對準(zhǔn)。該切口54的特性與已知的現(xiàn)有技術(shù)相比是新的。切口54的目的，在下面將詳細敘述，是保證每一電池腔44馬上連通，以保證更快的加燃料，并且與每一個電池腔44絕緣，以防止當(dāng)電池堆沒加燃料時，電池腔44之間的短路。在燃料電池16中，當(dāng)在關(guān)閉位置時，切口54的長度和弧度應(yīng)準(zhǔn)確地覆蓋所述數(shù)目的各個燃料電池腔44，因而與每一個燃料電池腔44都絕緣，以防止在燃料電池放電過程中各個電池44之間短路，而且可以馬上和快速給單個電池腔44加燃料。
接著參看圖3，圖3是優(yōu)選實施例的局部平面示意圖，表示在燃料電池16內(nèi)，從電解質(zhì)和燃料粒子輸入端14到單個電池腔44的供給管18的一個實施例。從不同的角度表示供給管的切口54，示出了切口54怎樣越過所有電池腔44的頂部。
現(xiàn)在參看圖4，圖4是一個示意側(cè)截面圖，表示燃料電池16、供給管18和供給管驅(qū)動馬達56的一個實施例。在本實施例中，操作供給管18的裝置是馬達56，但是，可以采用任何其它裝置，比如一個杠桿或螺旋推動機構(gòu)。電源和與馬達56的適當(dāng)連接在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此，沒有表示或描述。馬達56安裝在供給機構(gòu)12的輸入端的一個馬達支承器和配件58上。該馬達也能定位在輸出端或其它地方。該馬達支承器和配件58進一步整體固定到燃料電池16上。該馬達56最好也定位在供給管18的下面。
馬達56的成本低，因為旋轉(zhuǎn)供給管18到打開或關(guān)閉位置，以使電解質(zhì)和燃料粒子30能夠流進電池腔44，只需要旋轉(zhuǎn)一段短距離的弧線，動力需求最小。該供給管18能圍繞其中心旋轉(zhuǎn)，以使切口54(未示出)位于每一電池腔44的前面。每一電池44具有一個燃料粒子和電解質(zhì)的入口以及電解質(zhì)的出口(在此未示出，但表示在下面的圖中)。所述入口和出口產(chǎn)生一個液體流動，它在每一電池腔44內(nèi)移動燃料粒子，以填充到必需水平的方式，將它們布置成均勻的形式，而不會堆積燃料粒子，并且不會阻塞燃料粒子。
現(xiàn)在參看圖5，圖5是一個放大的局部端截面圖，表示供給管驅(qū)動馬達56的齒輪機構(gòu)的一個實施例。位于馬達支承器和配件58內(nèi)，馬達齒輪62包括兩個馬達齒輪定位器70和72，它們限制馬達齒輪62和供給管齒輪64的運動，以致于供給管外壁68的轉(zhuǎn)動可以充分地打開和關(guān)閉每一燃料電池腔44上的供給管18，從而可以馬上和快速地加燃料。
接著參看圖6，圖6是一個局部示意側(cè)截面圖，表示燃料電池16的一個實施例，具體示出了一個燃料電池電解質(zhì)旁通通道73。該旁通通道73位于供給機構(gòu)12的輸入端14附近，并通過一個內(nèi)旁通網(wǎng)孔78與供給管18的下部74的狹縫76，和供給管18的一個切口段76流通地連通。以這種方式，旁通通道73在供給管18中，對電解質(zhì)和燃料粒子的輸入端14是打開的。旁通通道73通過一個這樣網(wǎng)眼大小的旁通網(wǎng)78來過濾，以致于使多余的電解質(zhì)(和未用的燃料粒子)(在此表示為電解質(zhì)旁通輸出箭頭82)通過并離開燃料電池16，因而將電解質(zhì)返回到電解質(zhì)槽28中，以重新使用。
當(dāng)最接近電解質(zhì)輸入端14的電池需要填充時，在粒子加料操作的端部附近的供給管18中過壓和流速降低的情況下，需要該電解質(zhì)旁通通道73。利用旁通通道73來釋放過壓，由此在該旁通通道的上游保持一個高電解質(zhì)和粒子流速。換言之，旁通通道73保證了電池腔44在加燃料過程中被填充。保持低的內(nèi)部壓力，可防止電解質(zhì)的流體流動免于停止，因而在電池腔44內(nèi)留下未填充的面積。該新的旁通特性克服了最接近供給管入口的一個或兩個電池腔未充滿的問題，并使燃料粒子能夠均勻充填，而沒有燃料粒子堆積或燃料粒子阻塞。
現(xiàn)在參看圖7，圖7是局部示意側(cè)視圖，表示一個新的供給管切口54的第二實施例。該第二實施例包括數(shù)個凹槽切口84，在下面的圖8，11和12中將更清楚地解釋。
現(xiàn)在參看圖8，圖8是局部示意側(cè)截面圖，表示帶凹槽的供給管，除了供給管18中的數(shù)個密封件88外，還示出了供給管18的軸向運動86。在供給管操作的另一個實施例中，該供給管18可以像在前一實施例中那樣旋轉(zhuǎn)，或軸向運動穿過燃料電池16的頂部，以給單個燃料電池腔44加燃料。該供給管18包括在供給管18的下部74中的數(shù)個帶凹槽的切口84，其中，切口84被定位與所述單個燃料電池腔44之間的距離相匹配，因而也可防止在燃料電池放電過程中所述電池腔44之間短路。這一新特性的其它視圖將表示在圖11和12中。
數(shù)個密封件88，如圖8所示，被定位在供給管18的遠端，在供給管18和燃料電池本體的上部90之間，因而改善了供給機構(gòu)12的密封能力，以防止電解質(zhì)和燃料粒子30的泄漏。這些密封件88可以像其他流體密封場合所用的那樣，由普通的O型環(huán)構(gòu)成，或由其它普通密封元件構(gòu)成。
接著參看圖9，圖9是一個局部示意側(cè)截面圖，表示供給管18的一個實施例，示出了一個帶涂層的供給管。一個在供給管18的外層68上的新的和柔韌的涂層92保證供給管18和單個電池腔44之間的實質(zhì)上完美的配合，因而保證電池腔44之間的絕緣，進而保證在單個電池腔44之間不會短路。該涂層92可以是幾種類型的柔韌涂層之一，比如橡膠EPDM，Buna橡膠，Nytrile，或類似柔韌性的其它產(chǎn)品。
現(xiàn)在參看圖10，圖10是局部截面端視圖，表示供給管的一個實施例，示出了在其外壁68上圍繞供給管18的供給管涂層92。
現(xiàn)在參看圖11，圖11是軸向供給管操作的另一實施例的放大的局部示意側(cè)視圖，示出了供給管18的打開位置和數(shù)個帶凹槽的切口84。在圖11中，數(shù)個帶凹槽切口84在單個電池腔44上排成一列，以便能夠快速加燃料并且與毗鄰的電池腔44局部絕緣。
接著參看圖12，圖12是軸向供給管操作的另一實施例的放大的局部示意側(cè)視圖，示出了供給管18的關(guān)閉位置和數(shù)個帶凹槽的切口84。在圖12中，數(shù)個帶凹槽切口84阻塞單個電池腔44，以阻止繼續(xù)加燃料，并保持與毗鄰電池腔44的完全絕緣，因而防止在放電過程中電池短路。
現(xiàn)在參看圖13，在一個單電池中有代表性的加燃料操作的示意端視圖用旋轉(zhuǎn)的供給管操作來表示，示出了最佳燃料粒子流動的一個實施例，就像燃料粒子流動線94所表示的那樣。在最佳燃料粒子流動的這一實施例中，燃料電池16包括一個在燃料電池16的頂部46的篩網(wǎng)96。該篩網(wǎng)96由數(shù)個洞構(gòu)成，洞的直徑足夠大，以便在完成加燃料時，允許電解質(zhì)32通過；而且直徑足夠大，可防止進入單個電池腔44的燃料粒子流94通過篩網(wǎng)96。此外，電解質(zhì)32返回到電解質(zhì)槽28。該篩網(wǎng)96最好定位在電池腔的頂部附近。因此，電解質(zhì)32將通過一個位于電池腔的頂部附近的窄通道98。在圖13中，供給管18表示在打開位置100，具有電解質(zhì)和燃料粒子14，用一個方向箭頭表示。
此外，在圖13中，可看到一個從底部52充填燃料電池16的燃料粒子水平102a到一個燃料粒子水平102b，直到供給管18的頂部的篩網(wǎng)96。當(dāng)需要一個低液壓阻抗出口面積來平衡燃料電池放電過程中通過鋅粒子床的電解質(zhì)流動時，穿過頂部的篩網(wǎng)96的定位是適當(dāng)?shù)摹：Y網(wǎng)96中的開口需要被平衡，以致于在電池加燃料的過程中，移動燃料粒子94的流動，到完全填充燃料電池16之前，不太多的電解質(zhì)通過該篩網(wǎng)。
還有，如圖13所示供給管18清楚地表示在一個供給管腔104內(nèi)。供給管腔104作成這樣的形狀，在3個接觸點106與供給管18直接接觸(更清楚地表示在圖18和19中)，不是圍繞供給管18的周圍連續(xù)接觸。因此，供給管18可以旋轉(zhuǎn)到打開位置100，而不要求高旋轉(zhuǎn)力來填充在燃料電池16中的電池腔44。
現(xiàn)在參看圖14，圖14是一個實施例的示意端視圖，表示一個具有旋轉(zhuǎn)供給管操作的完全加燃料操作。鑒于前面的圖13示出了供給管18的打開位置100，圖14表示一個關(guān)閉位置，因為燃料電池16現(xiàn)在是一個完全填充的電池110，并用于放電。
接著參看圖15，圖15是一個示意端視圖，表示另一個實施例，示出了多個供給管19和21。給燃料電池16加燃料的替換裝置最好包括兩個供給管19和21，定位在燃料電池16的一個中心頂部112的相對端。兩個或兩個以上的管19和21的用途是增加填充燃料電池16的速度。一個電解質(zhì)輸出端114定位在燃料電池16的頂部112的中心。
現(xiàn)在參看圖16，圖16是一個示意端視圖，表示另一個中心定位實施例，示出了供給管18。給燃料電池16加燃料的替換裝置包括一個在燃料電池16的中心頂部112的供給管18。由于供給管18的這一位置，兩個電解質(zhì)輸出端114和115如圖所示是可能的。
接著參看圖17，圖17是表示燃料電池16的示意端視圖，示出了最佳燃料粒子的另一個實施例，如燃料粒子流動線94所示的那樣。具體地說，一個小的篩網(wǎng)116，定位在燃料電池16的遠端部48，用來覆蓋電解質(zhì)輸出端114。該小篩網(wǎng)116的目的是移動燃料粒子更快速朝向出口，這樣電池的頂部更快速地被粒子填充。
現(xiàn)在參看圖18，圖18是一個放大的示意局部端視圖，切掉了一部分，表示供給管腔104的第二實施例。本實施例的供給管18具有5個接觸點107，而不是圍繞所述供給管18的周圍連續(xù)接觸，因而保證該供給管18轉(zhuǎn)動到打開100和關(guān)閉位置108，而不要求高旋轉(zhuǎn)力。很明顯，更多的接觸點在此是可能的和期望的，但是，接觸點越少，在旋轉(zhuǎn)供給管上的摩擦越小，這樣，在操作過程中，只要求較少的能量來轉(zhuǎn)動所述供給管從打開位置到關(guān)閉位置，和從關(guān)閉位置到打開位置。該優(yōu)選實施例包括3個接觸點。
燃料電池加燃料的工作過程燃料電池加燃料操作的一個實施例能簡明地概括成5個步驟。第一步靠流動電解質(zhì)通過供給管18來清潔供給管18，第二步是旋轉(zhuǎn)供給管18。第三步是將電解質(zhì)32中的燃料粒子供給到燃料電池16中。第四步是靠流動電解質(zhì)通過供給管來清潔供給管。第五步是轉(zhuǎn)動供給管18到關(guān)閉位置108，將各個電池腔44相互絕緣，以防止短路。
下面是詳細步驟的一覽表，提供加燃料操作的一個實施例的放大信息1.供給管18的一端連接到帶來燃料粒子的支管系22，和在供給管輸出端50處，供給管18連接到將燃料粒子返回到其原始位置的支管系22。
2.閥門38打開，閥門36和37關(guān)閉，電解質(zhì)32泵送到供給管18，以清理掉供給管18的旋轉(zhuǎn)通道的任何粒子。
3.然后，出口閥門42關(guān)閉。
4.使供給管18旋轉(zhuǎn)，將切口54定位在電池腔44的前面。
5.打開閥門36和37，閥門38就關(guān)閉，然后，燃料粒子被供給進入供給管18。由于供給管18的出口閥門42被關(guān)閉，所以燃料粒子與電解質(zhì)32移動進入腔44。一般地，所填充的第一腔是離出口側(cè)最近的一個。當(dāng)腔44的第一個充滿時，電解質(zhì)流動明顯地折回到從出口數(shù)起的第二腔，燃料粒子移動進入第二個腔44，這一過程一直重復(fù)到所有的腔44被填充。
燃料粒子隨電解質(zhì)流動而移動。假如一個電池腔44內(nèi)只有一個電解質(zhì)32的出口洞，那么該流動將朝那個方向。燃料粒子在那個方向被推動和攜帶，由于它們比電解質(zhì)32更重，最終去了燃料電池16的底部52。電解質(zhì)32繼續(xù)其運動朝向電解質(zhì)32輸出端114，與它一起移動燃料粒子。假如在腔44內(nèi)有多于一個電解質(zhì)32的輸出端114，那么燃料粒子將移動到不同的輸出端114。每當(dāng)一個腔44充滿，燃料粒子就聚集在與該腔直接鄰近的供給管18的部分。在所有的電池腔填充后，由于供給管18內(nèi)有許多燃料粒子，因此輸入壓力明顯地上升，給出一個指示切斷燃料粒子流動。知道何時切斷燃料粒子流動94的另一種方法是用光學(xué)或其它方式探測在供給管18內(nèi)的金屬量。
6.燃料粒子流動94切斷之后，供給管18的輸出端50(閥門42)被打開，沒有燃料粒子的電解質(zhì)32通過供給管18被泵送。該電解質(zhì)32攜帶留在供給管18內(nèi)的燃料粒子返回到它們的原始處。電解質(zhì)32清潔供給管18，并移動燃料粒子讓開，從而使管18能夠旋轉(zhuǎn)。
7.然后，管18旋轉(zhuǎn)，從腔44輸入和密封一個靠著另一個地移動切口54。管18能用許多在電池44之間提供良好密封的材料作出來。如有必要，它可以用一種柔韌材料涂敷。
8.然后，燃料電池16準(zhǔn)備工作，支管系22可以斷開。
從而，盡管前面根據(jù)專利法的規(guī)定已經(jīng)描述了本發(fā)明的原理和操作，但是應(yīng)該理解為在前面的描述中說明了本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能，本說明書所公開的只是示例性的，在本發(fā)明的原理和下面的權(quán)利要求所確定的較寬的范圍內(nèi)，可以有各種細節(jié)上的變化，特別是有關(guān)形狀、大小、零件的化學(xué)組成和布置的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于可加燃料的電化學(xué)裝置的燃料粒子供給機構(gòu)，包括(a)一個流體和電化學(xué)活性粒子的混合物源；(b)一個或一個以上供給管，每個具有至少一個壁孔；(c)一個或一個以上電化學(xué)電池；(d)一個用于傳送電化學(xué)活性粒子的系統(tǒng)，它將電化學(xué)活性粒子從所述一個或一個以上供給管的至少一個壁孔傳送到所述的一個或一個以上電化學(xué)電池，或者傳送到一個或一個以上的腔，所述粒子可以從所述的腔供給到所述的電化學(xué)電池中；其中，在加料過程中，不多于非實質(zhì)量的電化學(xué)活性粒子不通過所述的系統(tǒng)從所述的供給管排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述流體和粒子的輸入由一個粒子供給系統(tǒng)提供，所述粒子供給系統(tǒng)包括(a)一粒子儲存系統(tǒng)，包括一個流化床或其它儲存流體和電化學(xué)活性粒子的系統(tǒng)；(b)一連接支管系；(c)數(shù)個閥門；(d)一個或一個以上的泵；和(e)一個流體槽，其中，所述粒子儲存系統(tǒng)通過數(shù)個閥門連接到所述的連接支管系；一個所述的泵在開始加燃料時，提供驅(qū)動力，以移動電解質(zhì)和粒子從所述粒子儲存裝置到所述粒子供給機構(gòu)，并將所述流體返回到所述的流體槽，必要時，開始另一次加燃料；當(dāng)必要時，所述數(shù)個閥門使所述供給系統(tǒng)打開或關(guān)閉；所述流體槽提供所述的流體到所述供給系統(tǒng)；所述粒子儲存裝置提供所述的燃料，以給所述燃料粒子供給機構(gòu)加燃料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述數(shù)個閥門進一步包括(a)第一閥門；(b)第二閥門；(c)第三閥門；(d)第四閥門；和(e)第五閥門其中，所述第一閥門位于所述粒子儲存裝置和一個所述泵之間；所述第二閥門位于所述一個或一個以上供給管和所述泵之間；所述第三閥門位于所述粒子儲存裝置和所述一個或一個以上供給管之間；所述第四閥門位于所述電化學(xué)電池和所述流體槽之間；所述第五閥門位于所述電化學(xué)電池和所述粒子儲存裝置之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述粒子儲存裝置是一個噴射床。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述的用于傳送所述粒子的系統(tǒng)包括一個或一個以上的供給管，所述的供給管與一個或一個以上的所述電化學(xué)電池或腔的一部分相鄰或相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述供給管具有一個或一個以上這樣尺寸的切口，以便當(dāng)所述的供給管在打開位置時，能夠加燃料，當(dāng)通過所述的供給管的旋轉(zhuǎn)或軸向運動移向關(guān)閉位置時，蓋住從所述的供給管進入所述單個電池或腔的開口，因而提供了各個所述的電池或腔與所有其它部分的電絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括一個用于操作所述供給管的系統(tǒng)包括一個馬達，用來驅(qū)動所述的供給管旋轉(zhuǎn)，使流體和粒子能夠流進所述的燃料電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括一個用于操作所述供給管的系統(tǒng)，它包括一個杠桿或推力機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述馬達進一步包括一個供給管齒輪和一個馬達齒輪，其中，所述馬達齒輪安裝在所述的馬達軸上，所述的供給管齒輪與所述的馬達齒輪嚙合，所述的供給管齒輪連接到所述的供給管，以驅(qū)動所述的供給管轉(zhuǎn)動，用流體和粒子給所述電化學(xué)電池或腔加燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述的供給管具有兩個停止裝置，它們限制每一個所述供給管的運動，其中每一個所述供給管的轉(zhuǎn)動或軸向直線運動足以打開和關(guān)閉在所述電化學(xué)電池之上的每一個所述的供給管，從而可以馬上和快速把粒子從每一個供給管傳送到所述的電池或腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述的用于傳送粒子的系統(tǒng)進一步包括一個流體旁路；所述旁路位于所述供給機構(gòu)的所述輸入端附近，還通過所述供給管的一個壁穿過所述供給管的一部分；所述旁路對所述供給管中的流體或流體和粒子的所述輸入端是打開的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述旁路由一個旁路網(wǎng)來過濾，所述的網(wǎng)允許流體但不是粒子通過所述的旁路。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述供給管旋轉(zhuǎn)地或軸向地運動，以給所述的各個電池或腔加燃料。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述的供給管的一部分上具有數(shù)個切口；所述切口被定位，以便與所述各個電池或腔之間的距離相匹配，從而，當(dāng)所述的供給管被定位，以致于所述的第一切口與第一所述電池或腔對準(zhǔn)時，粒子和流體可以從所述的供給管進入所述電池或腔。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，當(dāng)所述供給管軸向地或轉(zhuǎn)動地運動時，所述供給管切口打開或關(guān)閉所述各個電池或腔之間的流體連通，因而，當(dāng)關(guān)閉時，使各個所述的電池或腔絕緣，進而防止當(dāng)在關(guān)閉位置時所述電池之間短路。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述供給管包括數(shù)個在所述供給管的端部附近的密封件，因而改善了所述供給機構(gòu)的密封能力，防止所述流體和粒子的泄漏。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述供給管用一個柔韌涂料涂敷在其外表面上，因而保證所述供給管和所述各個電池或腔的壁之間的密封改善，從而保證所述電池或腔之間絕緣，進而保證在放電過程中所述各個電池或腔之間不會短路。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，一個或一個以上所述的電池或腔包含一個在每一個所述電池或腔附近或頂部的篩網(wǎng)，所述篩網(wǎng)包括數(shù)個孔，其直徑足夠大，以便在加燃料過程中使流體能夠通過，并從所述的電池或腔排出，同時，所述的直徑足夠小，以防止粒子通過所述的篩網(wǎng)進入所述的電池或腔。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，在所述篩網(wǎng)的小孔直徑是在大約0.001英寸到大約0.080英寸之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述篩網(wǎng)將跨過每一電池或腔的頂部的一窄區(qū)與所述的電池或腔的其余部分分開，這樣，所述的粒子被防止進入所述窄區(qū)，它連接到所述電池或腔的流體出口，所述窄區(qū)的橫截面面積足夠大，以便在電池放電過程中使通過所述的窄區(qū)的液壓阻力最小，同時，所述窄區(qū)的橫截面面積足夠小，以便在加燃料過程中提供足夠的液壓阻力，防止流體流動的實質(zhì)性液壓短路，因而使每一個電池或腔的上端能夠快速填充粒子。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述橫截面面積是在大約0.006平方英寸到大約1.0平方英寸之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述電池或腔的壁是這樣的形狀每一個壁以3-10個接觸點與所述供給管直接接觸，而不是圍繞所述供給管的周圍連續(xù)接觸，因而保證所述供給管轉(zhuǎn)動到打開和關(guān)閉位置，而不要求大的轉(zhuǎn)動力。
23.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述的用于傳送粒子的系統(tǒng)包括兩個供給管，在每一個所述電池或腔的頂部的相對端或角落附近，所述的供給管與一個或一個以上所述電池或腔鄰近或相交。
24.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述的用于傳送粒子的系統(tǒng)包括供給管，在所述電池或腔的每一個頂部的中央或上角落的附近，所述的供給管與一個或一個以上所述電池或腔鄰近或相交。
25.一種可加燃料的電化學(xué)裝置的燃料粒子供給機構(gòu)，包括(a)一個流體和電化學(xué)活性粒子的輸入端；(b)一個或一個以上供給管；(c)一個或一個以上電化學(xué)電池；(d)輸入裝置，用于輸入所述流體和粒子到所述供給管；(e)用于操作所述供給管的裝置；和(f)傳送裝置，將電化學(xué)活性粒子從所述的供給管傳送到一個或一個以上電化學(xué)電池內(nèi)或一個或一個以上的腔內(nèi)，所述的粒子可以從所述的腔供給到所述的電化學(xué)電池內(nèi)；(g)保證裝置，用于保證在加燃料過程中進入一個或一個以上供給管的流體的至少20％進入所述電池或腔。
26.一種給可加燃料的電化學(xué)裝置加燃料的方法，至少包括下列步驟(a)提供一種流體和電化學(xué)活性粒子的輸入；(b)在所述裝置內(nèi)操作一個供給管，以允許粒子從所述供給管傳送到所述裝置的其它部分；(c)通過所述的供給管將所述流體和粒子泵送到所述裝置中；(d)泵送所述流體流過所述供給管，以清潔其中的粒子；和(f)操作所述供給管，以將它與所述的裝置的其余部分絕緣，并在所述的裝置中使每一電化學(xué)電池與所有其它的部分電絕緣。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的給電化學(xué)電源加燃料的方法，其中，所述操作供給管的步驟包括將所述供給管轉(zhuǎn)動或軸向移動到打開位置，以便填充電解質(zhì)和燃料粒子；以及將所述供給管轉(zhuǎn)動或軸向移動到關(guān)閉位置，以便在電源放電過程中提供電池之間的電絕緣，以致于所述的電源不會短路。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，用一個設(shè)置在所述裝置上游的壓力傳感器來確定何時進行步驟(c)-(d)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，通過探測所述供給管中的粒子，用光學(xué)的、電學(xué)的、或機械的裝置來確定何時進行步驟(c)-(d)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，利用通過如 11所述的流體旁通通道的流速或壓降來確定何時進行步驟(c)-(d)。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的機構(gòu)，其中，所述保證進入所述一個或一個以上供給管的流體的至少20％在加燃料過程中進入所述電池或腔的裝置，被增加到保證進入所述一個或一個以上供給管的流體的至少50％在加燃料過程中進入所述電池或腔的裝置。
32.一種用于一個或一個以上電化學(xué)電池的燃料粒子分配系統(tǒng)，每個電化學(xué)電池在一個容器中沿一個平面縱向布置并且實質(zhì)上位于該平面內(nèi)，每一個所述的電池具有一個電池腔，所述的系統(tǒng)包括一個燃料粒子源；和一個分配器，耦合到所述的源，用于沿一個流路分配所述粒子，所述的流路進入所述的電池腔并實質(zhì)上與所述電池腔的平面平行。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述的分配器分配粒子和流體的混合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述的流體是一種氣體。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述的流體是一種液體。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述的液體是一種電解質(zhì)。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述的分配器通過氣流來分配所述的粒子。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述的分配器通過液流來分配所述的粒子。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，進一步包括一個通過所述容器位于所述流路中的流體出口。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，進一步包括一個阻擋粒子經(jīng)所述出口通過的擋板。
41.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其構(gòu)造為，有選擇地使流動可以通過所述的分配器，所述流動的方向?qū)嵸|(zhì)上與所述電池腔的平面垂直。
42.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述電池腔由數(shù)個相隔的電池壁所構(gòu)成。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，所述電池壁包括支承的陰極膜片。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，所述電池膜片由金屬泡沫支承。
45.一種將燃料粒子分配到一個或一個以上電化學(xué)電池內(nèi)的方法，每個電化學(xué)電池在一個容器中沿一個平面縱向布置并且實質(zhì)上位于該平面內(nèi)，所述的方法包括下列步驟在實質(zhì)上與所述腔的平面平行的方向，提供一種進入所述電池腔的流動；利用所述的流動，將所述的粒子分配到所述的電池腔內(nèi)；和繼續(xù)所述的粒子分配，直到所述的電池腔基本上被填充為止。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進一步包括在一個實質(zhì)上與所述電池腔的平面垂直的方向有選擇地提供一種流動。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述的流動是氣流。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述的流動是液流。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述的流動通過流動介質(zhì)而產(chǎn)生。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述的流動介質(zhì)是氣體。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述的流動介質(zhì)是液體。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述的流動介質(zhì)是流體。
53.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機構(gòu)，其中，所述的流體是一種電解質(zhì)。
54.根據(jù)權(quán)利要求25所述的機構(gòu)，其中，所述的流體是一種電解質(zhì)。
55.根據(jù)權(quán)利要求26所述的機構(gòu)，其中，所述的流體是一種電解質(zhì)。
全文摘要
一種新的燃料粒子供給機構(gòu),它明顯地改善可加燃料的電化學(xué)電源的操作。該機構(gòu)的一種實施方式是通過一個供給管將一種電解質(zhì)和電化學(xué)活性粒子傳送給一個或一個以上電化學(xué)電池。該供給管具有幾種實施方式,它們改善電解質(zhì)和粒子的流動,并且使進入各個電池腔的粒子均勻和完全沉降。當(dāng)打開時,每一個電池腔被完全填充,均勻并且不阻塞,當(dāng)關(guān)閉時,電池腔之間的流體連通完全切斷,以防止在放電或備用過程中該電源短路。設(shè)置裝置,用來防止供給管被燃料粒子阻塞,以促使電池腔完全填充燃料,并防止燃料粒子過早地從電池腔流出。還描述了一種操作方法。
文檔編號H01M2/36GK1361927SQ00810374
公開日2002年7月31日 申請日期2000年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月15日
發(fā)明者伯納多·A·古鐵雷斯, 杰弗里·A·科爾伯恩, 斯圖爾特·I·斯梅德利, 肯特·I·斯梅德利 申請人:金屬能源公司