本发明涉及基于燃料电池的系统，并且特别地涉及用于此类系统的充电器和燃料产生器。
背景技术：
燃料电池技术在最近十年间快速发展，并且现今用于大量应用。一个示例是微型燃料电池被用于小型便携充电器系统，以便为诸如移动电话、计算机等的电子设备产生电力。
此类系统的共同燃料是例如甲醇和氢。在后一情况下，氢通常由氢化物生成，该氢化物与水反应以产生氢气，该氢气被传递到燃料电池以用于转变成电力。
此类系统的示例被公开于大量专利和专利申请中，例如使用氢的us-8,632,928（signa）和使用甲醇作为燃料的ep1747588b1（bic）。
氢最通常地是由氢化物和水之间的反应生成，但是存在利用al和碱之间的反应的系统，例如，如es-2,321,793（soler等人）、us-7,074,509（rosenfeld等人）和us-8,071,242（rosenfeld等人）所公开的。
技术实现要素：
本发明人计划提供一种改进的充电器系统，其包括用于燃料电池系统、特别地用于充电器系统的燃料产生装置，其中燃料产生装置能够在使用后被丢弃，该新颖的装置体积较小且较便宜。
因此，根据本发明的系统基于气体产生器单元，该气体产生器单元是用完即丢弃类型的，即，一旦其已经被使用来给例如移动手机充电，则其就被丢弃。在交付时产生器处于被动模式，即氢生成所涉及的各个化学成分被分离，并且产生器仅在被插入且联接到充电器时被启动。
在一个方面，本发明提供了一种能够被插入充电器中的薄且平的氢产生器。
借助权利要求1所述的装置来实现这个目标，该装置是用于基于燃料电池的充电器系统的燃料产生器，其包括：包含铝的隔室；用于提供水和水溶化合物的溶液的机构，该水溶化合物在溶解到水中且与铝接触时能够与铝反应以生成氢气；以及用于将所述溶液传递到包含铝的隔室中的机构。
本发明还提供一种用于电子设备的充电器，其包括：能够通过转化氢来生成电力的燃料电池组件；以及被构造成生成氢气以便为燃料电池组件提供燃料的燃料生成器。充电器的特征在于：燃料产生器被设置为具有<15毫米、优选地<10毫米、更优选地<8毫米的厚度的构件，并且充电器具有用于接收所述燃料产生器的槽，其中充电器和燃料产生器包括相互配合的接口，所述接口被构造成，当燃料产生器被插入到充电器中的槽中时，能够启动氢气的生成。
在另一方面，本发明提供操作充电器的方法。方法包括：提供燃料产生器，其包括铝和化合物的水溶液，该水溶液构成反应流体，其在与铝接触时能够产生氢；提供基于氢驱动的燃料电池的充电器装置，该装置具有用于容纳产生器的机构，所述产生器和充电器具有可配合以便提供在产生器和充电器之间的流体连通的共同接口；通过将产生器插入到充电器中、由此接口打开在系统的选定部分之间的流体连通，而将系统准备好；启动反应溶液的流动，以便使其与铝接触，由此氢开始产生；以及将氢馈送到燃料电池组件中的燃料电池，由此电力产生。
附图说明
根据下文给出的详细描述以及附图，本发明的适用性的进一步的范围将变得显而易见，附图仅通过图示的方式给出并且因此不应被认为是对本发明的限制，并且其中
图1a示意性示出在产生器被插入到充电器中之前根据本发明的充电器装置和燃料产生器装置；
图1b示意性示出在充电器通过被插入到专用槽中而被连接到充电器时根据本发明的充电器装置和燃料产生器装置；
图2a是根据本发明的氢产生器的实施例的示意图；
图2b是根据本发明的氢产生器的另一实施例的示意图；
图3a示出包括被联接在一起之前的两个部分的产生器的优选实施例；
图3b示出图3a的产生器的组装状态；
图4a-d示出根据本发明的产生器中的水隔室的实施例；
图5a示出在本发明中使用的铝箔的实施例；
图5b示出容纳铝的隔室的优选实施例；
图6是包含碱的单独部分和用于提供部分之间的流体连通的机构的横截面；
图7a示意性示出在组装前的充电器系统；
图7b是组装的系统的示意性局部剖切视图；
图8是示出更多细节的组装的系统的示意性局部剖切视图；
图9是示出系统的操作的流程图；
图10是由处于未连接状态的两个可连接部分构成的产生器的立体图；以及
图11示出处于连接状态的图10的产生器。
具体实施方式
定义
为了本发明的目的，下文中的术语和表述被定义如下：
“准备”意思是在不开始生成动力（电力）的情况下设立系统来使用；
“燃料电池组件”意思是适于生成电动力的至少一个燃料电池；
“充电器”意思是适于递送适当输出以便给电子设备充电的装置，该电子设备诸如移动电话、计算机、刮胡刀、电动牙刷、游戏装置；
“激活”意思是开始生成氢且从而生成电动力的过程。
图1a示意性示出处于分离状态的充电器10和燃料产生器12，该充电器10具有适于接收燃料产生器的插入槽14，并且图1b示出被插入到充电器10中的插入槽14中的燃料产生器12。
本系统的新颖性一方面是燃料产生器的实际构成，且另一方面是充电器10和燃料产生器12的配合组合。
在图2a中，示意性示出根据本发明的产生器的大体原理。
产生器12包括外壳16，其中设有至少两个隔室，在优选实施例中是三个隔室。
图2a示出两隔室实施例并且图2b示出三隔室实施例。
因此，在图2a中第一隔室18包含水和naoh的溶液，但是可以使用多种其他的碱性化合物，例如koh、lioh、ca(oh)2，并且第二隔室20包含金属铝。适当地，铝的量适于待生成的动力的量，并且通常是1g，但是能够根据应用而明显变化。溶液中碱性化合物的量优选的是0.1–3g。
设有机构22（下文将公开其实施例和细节），在附图中由箭头示意性示出，以用于提供从第一隔室18到第二隔室20的受控溶液流动，以便启动生成氢气的化学反应：
2al+6oh-(aq)→3h2+2al(oh)3
应该注意，箭头虽然被示为提供跨过两个隔断之间的接口的流体连通，但是不应该被看作是具体例证并且因此不限制本发明。事实上，在本发明原理中存在提供更复杂的流体连通结构的多种可能。
产生器作为单独物品被提供给使用者，并且包含所涉及的化学品的隔室彼此隔离，使得在不使用时不能够发生生成氢的化学反应。当产生器通过下文将详细描述的机构插入到充电器装置中时，用于提供在隔室18、20之间的流动的机构22被准备，即被设立以便使用。
在图2b中，第一隔室18'包含水，第二隔室20'包含铝，并且第三隔室21包含固体naoh（或者其他的碱性化合物，例如koh、lioh、ca(oh)2）。溶液中碱性化合物的量优选的是0.1–3g。在该实施例中，当产生器通过插入到充电器中而被准备时，生成水和碱性化合物的溶液。从而，设置机构，以用于能够实现从第一隔室18'到第三隔室21的水的自发和/或辅助流动（箭头fw），由此，例如naoh被溶解并且溶液被传递（箭头fs）并进入包含铝的第二隔室20'中，由此开始氢生成反应。
同样，箭头不应该被看作是具体例证，而仅仅是符号性质。实际的机构在各个实施例之间能够变化。
在图3a中，示出了产生器装置12的当前优选实施例。
在此，产生器12被设置为两个可连接部分，分别是单独的第一部分24和单独的第二部分26。单独的第一部分24适当地包括第一和第二隔室18'、20'，其分别包含水和铝，并且单独的第二部分26包括第三隔室21a，其包含碱性化合物（例如naoh）。
在该实施例中，第二部分26充分地小于第一部分24，并且第一部分被成形为使得其一部分被切除（或者是空的），在所示实施例中，其一角落24'“丢失”。第二部分26被成形为装配在这个空的角落中。为了第二部分可连接，设置用于在第二部分位于第一部分的匹配的切除角落中时将第二部分固持就位的机构。这个机构能够通过在第一部分上提供突出部29且与单独的第二部分26上的具有与突出部29匹配的横截面的凹槽28（或者反之亦可）组合来提供。因此，第二部分26能够通过将凹槽28邻近突出部29放置且将其推到突出部29上来附接到第一部分。当然，能够等同地将突出部设置在第二部分上并且将凹槽设置在第一部分上。也可以使用连接这两个部分的任何其他机构，只要这些部分以实现所需功能的方式被联接在一起即可。
在第一单独部分24的“角落”处提供第二单独部分26仅是实用性的构造性措施。第二部分也可以被设计成被居中地安装在第二部分的“切掉”部分中，如图3c所示。但是，由于连接产生器的充电器的内部结构，已经发现所示实施例是最实用的。
在将第二部分26连接到第一部分24的动作中，也将建立在第三隔室21和第二隔室20'之间的流体连通，在图3b中由箭头fc示出。注意到，在此阶段水还没有进入第三隔室21a。水将通过单独的机构被供应。
为了提供从隔室21a至隔室20'的流体连通，设置柱塞机构（附图中未示出，将在下文描述），其能够破坏在第二隔室中的屏障。
优选地，包含水的第一隔室18'被设计成具有某些特征来使得其可根据需要操作。
在图4a中，示出了水隔室的优选实施例的横截面。
水隔室40优选地是产生器12的一体部分并且因此其壁40'是产生器的外壳的一部分。
在隔室40的内部，设置柔性材料的袋42，该柔性材料诸如是塑料箔，在该袋中提供水。袋被成形为基本上符合隔室40的内部形状。产生器的操作的重要特征在于，在系统准备好生成氢之后，应该立即提供来自隔室的水流。实现这点的一个优选方式是在包含水的柔性袋内部提供轻微的过压力。这将通过填充袋以便具有固有过压力来完成，但是从制造观点考虑，这是不太经济的。替代地，优选地在隔室40内部提供弹力构件44，由于其是略微过尺寸的，其将稍稍被压缩。因此，通过将袋42和弹力构件44二者插入到隔室40中，压力将被施加到袋42上，并且因此获得所需的过压力。
提供压力的弹力构件的另一优点在于，当冷冻时水膨胀9%。因为产生器必须能够甚至在冷冻状态下（诸如在冬天室外活动时）保持，所以隔室40必须能够适应这样的膨胀。提供弹力构件提供了这个功能。
在图4a中，弹力构件44被示为适当的泡沫材料件，其容易变形，但同时提供适度的力来提供所述压力。
然而，也可以想到，且在本发明原理内，提供用于加压功能的其他结构。一个可能性是使用不同种类的弹簧元件的机械装置，诸如弹性金属舌片45（图4b），或者作用在压力板47上的螺旋弹簧46（图4c），在此仅提到一对替代方案。也可以想到，使隔室的顶壁48稍稍向内凸，见图4d，以便提供对水袋42的挤压。
为了启动来自水隔室40的流动的目的，优选地在一个壁40'中设置开口形式的进入点，使得含水袋42被暴露，从而使得能够实现针（下文被描述）的进入以便刺穿袋，所述针适当地是充电器单元的一部分，并且当要开始操作时被激活。这将在下文结合系统描述进一步详细地描述。
此外，对于隔室外壳，铝是以特定方式被设计的优选实施例，如图5所示。
即，铝以铝箔48的形式被设置。为了增加活性表面，适当地，箔以扩张形式被设置，如图5a所示。该形状能够容易地例如通过在箔48中切出狭缝59且沿箭头方向拉伸箔来实现。优选地，多个箔48被堆叠，并且适当地高达50个、优选地高达20个箔被使用，但是箔的数量本身不是关键的。确定效率的是铝的活性表面。
图5b示出包含铝的第二隔室50的实施例的横截面。隔室被划分成两个隔断，即下部隔室51和上部隔室52，铝箔48被堆叠在该下部隔室51中，包含水和碱的碱性反应溶液通过入口（该图中未示出）被引入到该上部隔室52中。这些上部和下部隔室52、51通过分隔构件被分开，该分隔构件优选地是适当地为聚合体材料的膜53的形式，该膜53优选地至少基本上沿隔室50的内壁的整个周边被焊接到隔室50的内壁。为了跨整个隔室50有效地分配反应溶液以便以适当的程度将所有的铝暴露于溶液，聚合体膜53是多孔的，使得其具有多个小孔，溶液能够通过所述小孔滴下到下部隔室51中。用于膜53的聚合体材料能够选自诸如pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）或pc（聚碳酸脂）的材料、或者能够是多孔的且能够被焊接且具有0.05–0.15毫米的厚度的任何其他合适的聚合体。箔能够替代性地还是具有开口和/或孔隙的网状物、织布或无纺布，溶液能够通过这些开口和/或孔隙转移到下部隔室中。
优选地，含铝隔室还包含nacl以便抑制在铝上形成氧化物，其将对系统效率产生有害影响。其他的氯化物也是可能的，诸如kcl、licl、mgcl2或者cacl2。
在图6中，示出了单独的第二部分60的实施例，其在下文中被称为“激活单元60”，其包括第三隔室61，该第三隔室61包含诸如naoh的碱性化合物，其适用于例如图3a和图3b所示的产生器的实施例，即对应于单独的第二部分26。
该激活单元60包括外壳62，其适当地由注射成型塑料材料制成。其具有附接机构63，该附接装置63在附图中被示意性示出，并且其实施例结合图3被描述。
naoh隔室61具有由易于被针或插管64'刺透的材料制成的隔膜型入口64，所述针或插管64'是组装的产生器要被联接到的充电器10的一部分（针64'和产生器10以虚线示出），以便提供至隔室61中的流体连通，以用于引入水来溶解naoh以提供反应溶液。隔膜的材料优选地是聚合体材料，诸如硅树脂，但是可以使用能够容易地被刺透且当针已经延伸通过其时提供密封功能的任何材料。用于提供流体连通且将水引入包含碱性化合物（例如naoh）的隔室的机构将在之后详细描述。
激活单元60具有从单元的底部（如附图所示）延伸至顶部的细长通道结构66。通道结构进一步延伸以形成突出构件从而形成公连接器元件65，该元件65适于装配到在第一单独部分（对应于图3a中的元件24）中的形成母连接器元件65'的对应且匹配的凹槽（以虚线示意性示出）中。从而与附接机构63配合的激活单元60将激活单元60有效地锁定在操作位置中。
在公连接器65的尖端处，其开口被屏障67覆盖，该屏障67由以下这样的材料制成：其可被容易地破坏，以打开在包含铝的所述第一部分24的内部和通道结构66之间的流体连通。通道结构66被划分成两个部分，即第一（下部）较宽部分66a和第二（上部）较窄部分66b。在这两个部分之间的过渡处，形成有抵接表面66c。通道结构66、66a、66b容纳柱塞构件68，该柱塞构件68被成形为贴合地装配在通道结构66、66a、66b内部，但具有足够的公差，使得柱塞可在通道中滑动。因此其优选地具有装配在通道结构的下部部分66a中的较宽的下部部分68a和适当地但不必须地贴合地装配在通道结构的上部部分66b中的上部部分68b。上部部分具有适于能够破坏屏障67的尖锐尖端68d。柱塞的下部部分68a是中空的，并且上部窄部分68b在优选实施例中不完全地填充上部通道部分66b，以便提供开放容积。开放容积延伸通过尖端，使得在尖端处存在开放端部。柱塞的中空部分与所述开放容积流体连通。
柱塞下部部分68a的长度小于下部通道部分66a的长度，使得柱塞可在通道结构66内部从初始位置（以实线示出）向上（如附图中所示）移位，以抵接处于端部位置的抵接表面66c（以虚线示出）。在这样的已移位位置中，尖端刺透并破坏屏障67。当产生器被插入到充电器中时，通过设置在充电器10上的突出元件68'而自动发生柱塞68的移位，该突出元件68'在图6中以虚线示出，向上推动柱塞（如附图所示）。突出元件68'与也以虚线示意性示出的充电器单元10适当地一体成型。
为了在水已经通过针64'被引入naoh腔室中且溶解naoh时提供来自naoh腔室的溶液流动，在naoh隔室和通道结构66之间的壁中设置出口69。在柱塞68的缩回位置（实线）中，柱塞阻挡该出口。但是，柱塞68具有孔69'，其将在柱塞68的已移位位置（虚线）中对齐于出口69，从而建立从naoh隔室经由中空柱塞68且到包含铝的第一部分24中的隔室中的流体连通。
现在将参考图7-8大体描述整个系统。
在一个实施例中，系统包括充电器70和燃料产生器72，该充电器70用于电子设备，包括能够通过转化氢来生成电力的燃料电池组件，该燃料产生器72被构造成生成氢气以便为燃料电池组件提供燃料。燃料产生器优选地被设为单独的大体平坦的构件，其适当地具有<15毫米、优选地<10毫米、更优选地<8毫米的厚度。此外，包括燃料电池组件的充电器单元具有槽74以用于接收所述燃料产生器72，并且充电器和燃料产生器包括相互配合的接口，所述接口被构造成，当燃料产生器被插入到充电器中的槽中时，进行准备即设立以便生成氢气。
因此，如图7a所示，根据本发明的充电器和燃料产生器系统包括燃料电池操作的充电器单元70和可插入到充电器单元中的槽74中的氢气产生器72。产生器72能够具有不同设计，如本文之前公开的，并且总体发明构思不取决于所示实施例中的任何特定实施例，但是一些实施例是优选的。如图7a和图7b所示，产生器72被成形为具有比其下部部分稍宽的上部部分。这实质上是实用的方式，其简化了用于刺透水袋的机构的设计，如下文所述。这种特定设计不是强制的，而是目前优选的。上述产生器的所有实施例能够以此方式被设计。
根据本发明的系统的基本功能和操作基于气体产生器单元，该气体产生器单元是用完即丢弃类型的，即，一旦其已经被使用来给例如移动手机充电，则其就被丢弃。在交付时，产生器处于被动模式，即氢生成所涉及的各个化学成分被分离，并且氢生成仅在产生器单元被插入且随后操作地联接到充电器时被启动。
当产生器被插入到充电器中时，发生系统的设立或准备。从而打开了必要的流体连通（如上所述），即至naoh隔室的隔膜被作为充电器的一部分的针刺透，在naoh隔室和柱塞之间的连通被打开，并且至铝隔室的屏障被柱塞破坏掉，柱塞进而通过突出元件而移位，所述突出元件被一体成型在充电器中，且被构造成当相应部分连接时推动柱塞。
为了激活系统以产生电力，水流必须被启动，使得水流动接触naoh（或者其他的碱性化合物），该naoh从而溶解以产生反应溶液。
充电器/产生器的相互配合的接口包括用于刺透水袋75的机构。在优选实施例中，该刺透机构包括中空针76，该中空针76沿系统中的充电器装置的外壳的一侧设置，优选地在外壳内部，其在为局部剖切视图的图7b中被示意性示出。针76能够通过简单地按压把手77而被手动操纵，按压把手77释放预加载弹簧76'，该弹簧76'向上（如附图中所示）推动针，由此袋75被刺透。
实现此的简单方式是使得把手77附接到针76，且只沿朝向水隔室的方向（如箭头所示）推动把手。替代性地，电气装置可以被使用，例如电磁阀型装置。后者会需要例如来自电池的单独的电源供应。
如之前已经提到的，水隔室被稍稍加压，并且只要针76已经刺透水袋75，则水自动地开始流到针76中，且进一步经由柔性管件（未示出）适当地流入充电器中的通道78中。水从通道78经由针64'（适当地连接到泵79）穿过隔膜，如结合图6描述的，并且溶解碱性化合物，例如naoh，溶液流动到柱塞中，且最终通过柱塞及其相关联的出口进入到铝隔室中，如上所述。
水袋中的过压力仅足够将流动保持非常短的时间，并且因此，为了持续操作必须使用辅助流动。为此，在充电器单元中设置泵79，其位于通道78中。泵79被联接到燃料电池组件的动力输出，并且只要燃料电池开始产生动力，就适当地起动。
为了馈送在铝隔室中形成的氢的目的，优选地设置至少一个出口，优选地设置在腔室的相反侧上的两个出口，以用于使气体流动到位于外壳的壁中的通道中。这些通道将气体馈送到充电器，并且在优选实施例中的出口和通道的结构在图8中被示意性示出。
在此，铝隔室80具有两个出口82、84，用粗线示意性示出，并且位于隔室80的相反端部中。这种分布由于使得能够从隔室有效移除气体而是有利的。这些出口被联接到在隔室的壁中延伸的通道结构86，该通道结构86的出口提供与充电器单元中的匹配入口的气门密封，最终结束于燃料电池组件88内部，在此气体被馈送到燃料电池。
在图9中示出了根据实施例的系统的准备和操作的过程概览，其中产生器被设置为两个单独部分。
首先在100，产生器部分被连接，由此打开在包含naoh的隔室和包含铝的隔室之间的流体连通。
然后在200，组装的产生器被插入到充电器中的槽中。这通过打开至包含naoh的隔室的入口来使系统准备好。
接着，通过操作用于刺透产生器中的水袋的针来启动水流300，这将水馈送到包含naoh的隔室中，溶解naoh以提供溶液，该溶液通过柱塞被馈送到包含铝的隔室中，由此氢气开始形成。当氢已被传递到燃料电池时，动力开始生成400。当燃料电池工作并且运转时，泵起动500以便主动地将水传送通过系统。从而提供了水且因此氢的连续供应600。
当气体不再产生时，充电器停止操作，并且充电器所连接的装置被完全充电并且操作停止700。
图10和图11是分别处于分开状态和组装状态的当前优选实施例中的产生器装置的立体图。
在最普遍方面，本发明提供了操作基于燃料电池的充电器系统的方法。该方法包括：提供燃料产生器，其使用铝和化合物，该化合物构成反应流体，其当与铝接触以便生成燃料时能够生成氢。提供基于氢驱动的燃料电池的充电器装置，该装置具有用于容纳产生器的机构。产生器和充电器具有可配合以便提供在产生器和充电器之间的流体连通的共同接口。通过将产生器插入到充电器中、由此接口打开在系统的选定部分之间的流体连通，而将系统准备好。启动反应溶液的流动以便使其接触铝，由此氢开始产生。氢被馈送到燃料电池组件中的燃料电池，由此电力产生。
优选地，所述准备包括破坏屏障以使得反应流体与铝接触。
此外，通过打开产生器中的含水隔室，并且使得水流动到容纳所述待溶解的化合物的隔室，由此形成反应流体，并使得反应流体流动至与铝接触，来适当地提供流动的启动。