燃料电池连接器的制作方法

专利名称：燃料电池连接器的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池盒与燃料电池使用装置的连接，并且更具 体地，涉及用于与燃料电池使用装置连接并用于燃料盒的快速连接 和断开的燃坤+电池连4姿器。
背景技术：
在该领域中，已知燃料电池是一种能量转换装置，在燃并牛电池 中，氢离子穿过将氧与氢、曱醇、或类似燃料分离的电解质膜，因 此，氢和氧之间发生的化学反应产生了电。目前，由于期望运4亍温 度可较低并可减小装置的尺寸，因此燃料电池已得到 一些实际的应 用。已经朝向将燃料电池用作用于笔记本电脑和各种移动装置(诸 如移动电话)的耐久且连续运行的电源的方向进行了研发。
通常，用作移动装置的电源的燃料电池是内置在这种装置中 的，并且当这种电源中的燃料库毛尽时，可以补充新的燃冲牛以直4妾转 换成电能。前述的内置式燃料电池通过燃料容器(燃料盒)填充燃 料(参见专利文献1 )。
专利文献1:日本未审定专利申i青出X反物(Kokai) 2006-54055。

发明内容
然而，为了给燃^F电池填充燃料，前述燃冲牛盒应可以与燃一+电 池使用装置连接和断开。近年来，由于高浓度的曱醇已经一皮开发用作上述目的的燃并牛，这需要排除燃料通过燃冲牛盒的燃料供应口和通 过装有燃料的装置的燃料接收口泄漏的可能性。
特别地，在装载燃料的操作过程中，燃料供应口和燃料^妾收口
连才姿在一起，在它们之间形成了死角(dead space )。燃冲+、渗入这个 死角，并且当燃料盒与燃料接收装置断开时，积聚在该死角中的燃 料泄漏到外部并^皮浪费掉。
根据上述信息，本发明的目的在于提供一种燃料电池连接器， 该连接器可以在燃料盒连接和断开期间使泄漏到外部的燃冲+减至最少。
连接，该燃料盒具有填充有待供应至燃料电池的燃料的内腔；朝 向盒的外侧打开的燃料供应口 ；能够打开或关闭前述燃料供应口的 盒侧阀；以及装有前迷盒侧阀的盒侧连接件。该连接器包括
燃料接收口 ，当与燃料盒连接时该燃料接收口向外侧打开并且 与燃料供应口连通；
连接器侧阀，其打开和关闭燃料接收口，并且在盒侧连"^妄件的 第 一插入运动作用下与盒侧阀 一起冲丸4亍打开运动；
连接器主体单元，其可沿前述盒侧连4妄件的插入方向运动，容 纳前述连4妄器侧阀，并且与盒侧连接件可套叠地连4妄；
弹性件，用于阻止连接器主体单元沿插入方向的运动；以及
固定枳4成部件，其环绕连4妄器主体单元，i殳置有用于与盒侧连 接件接合的接合装置，并且连接至燃料电池使用装置；该连接器操 作，以<更当前述盒侧连接件从第一插入位置进一步移动到第二插入 位置时，前述连4妄器主体单元与盒侧连接件整体移动，同时燃剩-4妄
7收口和所述燃料供应口保持极靠近的状态，以使前述接合装置与盒 侧连接件接合，借此将燃料盒连接并固定在连接位置。
本发明的燃料连接器还包括环绕前述连接器侧阀的管^!犬连接 器侧部件，其从燃料接收口凸出，并且凸出到与盒侧连接件连接的 侧面，所述连接器侧连接件的内表面可套叠地安装到其中形成有前 述燃料供应口的壳体的顶端上。
在本发明的燃料连接器中，连接器侧阀的顶端与盒侧阀4妾触， 以Y吏连4姿器侧阀和盒侧阀沿打开方向移动。
在本发明的燃料连接器中，连接器侧阀比盒侧阀提前打开，但 是延后关闭。
在本发明的燃料连接器中，在与燃料接收口相对的侧面上，连 接器主体单元设置有喷嘴，该喷嘴与连接器主体单元整体移动，并 且具有用于排出已由燃料接收口接收的燃料的燃料排出口 。喷嘴的 燃料排出口侧上的顶端可滑动地安装到管状部内，该管状部包括用 于？ 1导燃料进入燃料电池中的前述燃料进入口 。
本发明的有益效果
根据本发明的燃料电池连接器，在其中盒侧连接器沿插入方向 -帔推动并且打开盒侧阀和连接器侧阀的该第一插入步骤之后，当盒
侧连接器进一步插入并转到第二插入步-骤时，移动连接器主体单 元，以使燃料接收口和燃料供应口保持在彼此极靠近的状态并与盒 侧连接器整体移动。同时，盒侧连接件与接合装置接合，因此连接 并固定燃料盒。由于在前述的运动中，燃料接收口和燃料供应口保 持极靠近，这样的结构实际上不会在燃料接收口和燃料供应口之间 留有用于燃料渗入的间隙。而且，由于当前述开口保持极靠近时，
盒侧连接件与接合装置接合并且连接燃料盒，因此，在燃冲牛盒脱离和断开时，实际上不存在可以充入燃冲牛的间隙。逸才羊的结4勾防止了
残余燃料积聚在燃料接收口和燃料供应口之间的情况，因此减少了 燃泮牛向外部的泄漏。
在本发明的燃料电池连接器中，连"f妄器主体单元具有管状连接 器侧连接件，其环绕连接器侧阀的顶端，所述连接器侧阀乂人燃料接 收口凸出，并且其本身凸出以与盒侧连接件连接。当具有燃料供应 口的壳体的顶端套叠地插入连接器侧连4妾件内时，在燃料接收口与 燃料供应口之间形成间隙。该间隙的形成4吏得将壳体顶端更深地插 入到连接器侧连接件成为可能，并且这才羊的结构减小了可用于燃料 5参入的间隙。
由于在本发明的燃料电池连接器中，连接器侧阀先于盒侧阀打
开，并且由于在燃并牛从燃料盒4非出时燃冲+供应口已经处于打开状 态，这有可能防止靠近燃料接收口的油溢出，因此可以平稳地接收 燃料。而且，由于连接器侧阀比盒侧阀延后关闭，并且由于在燃料 盒分开时盒的燃料供应口已经关闭，因此这使得有可能防止燃料从 燃津+盒中泄漏。
本发明的燃料电池连接器在与燃料接收口相对的连接器主体 单元的端部上i殳置有喷嘴。该喷嘴与连4妄器主体单元整体移动，并 且具有用于排出从燃料接收口接收的燃料的燃料排出口 。当喷嘴的 燃料排出口侧的顶端滑动插入到形成在用于向燃料电池冲是供燃料 的管状部中的燃料进入口内时，并且当燃详牛盒与燃料电池连4妄器分 开时，燃料接收口和燃料供应口J呆持相互一及靠近的状态，并且连接 器主体单元以及喷嘴沿盒分开的方向与燃料盒一起移动。因此，燃 料进入口内的容积Y又增加了与喷嘴的位移相对应部分的容积。换句 话说，由于在燃料从燃料接收口流入燃料进入口的过程中，当燃料 /人燃料冲妄收口流入燃料电池端以后，空间容积增大，因此纟然冲牛通道 获得了负压。由于这样的原因，即使在燃料盒侧的间隙中出现少量状态有可能减少前述间隙中燃料的残留，并且即4吏当燃料盒,人燃料电池连接器上分开时仍有可能防止燃料泄漏。
附图i兌明


图1是与移动电话处于分离状态的燃料盒的立体图，该移动电话作为包括根据本发明 一 个实施例制造的燃料电池连接器的燃料电池4吏用装置而示出。
图2是图1中所示的燃料盒的立体剖视图。图3是图2所示的燃料盒主要部件的局部》文大图。图4是本实施例的燃料连接器的立体剖视图。图5是图4中所示的燃料连接器的部件分解图。
图6是图1所示的燃料电池连接器的连接侧面的连接件的放大视图。
图7是示出了在第一插入运动之后燃料电池连接器1和燃料盒进入连冲妄状态的纵向剖浮见图。
图8是示出了当将燃料盒插入到燃料电池连接器的最大插入深度时的第二插入阶段之后所获得的连接状态的纵向剖视图。
图9是示出了盒侧连接件在非锁定状态下与第二环接合的立体
剖—见图。
图10是示出了盒侧连接件和从图9所示位置移动到锁定状态的第二环的相对位置的立体剖一见图。图11是示出了处于锁定状态中的燃料电池连接器和燃料盒的
剖牙见图。
图12是用于说明喷嘴的运动的剖视图。
具体实施例方式
现在将参照附图更详细地描述根据本发明 一个实施例的燃辨-电池连接器1。图1是与移动电话100处于分离状态的燃料盒30的立体图，该移动电话作为包括根据本发明一个实施例制造的燃料电池连接器的燃料电池使用装置而示出。图2是图1中所示的燃料盒30的立体剖视图。图3是图2所示的燃料盒30的主要部件的局部放大图。图4是本实施例的燃料连接器1的立体剖视图。图5是图4中所示的燃料连接器1的部件的分解图。图6是图1所示的燃料电池连4姿器的连"l妄侧面上的连"t妄件111的》丈大-见图。在下面的描述中，本实施例的燃料电池连接器1的用于与盒30连接的侧面，将3皮-现为底侧(关于附图中的视图)。
如图1所示，本实施例的燃料电池连接器I安装在移动电话IOO中，该移动电话作为4吏用燃料电池的装置而示出，并且该移动电话包4舌燃津+电池(例如， 一种直4妄甲醇燃冲牛电池(DMFC),该燃料电池在图中未图示)。连接器1用于与燃料盒30连接和从燃津+盒30上分离，燃料盒的内部填充有将被供应到燃料电池的燃冲+。让我们首先考虑将用于与本实施例的连接器接合的燃冲+盒。
如图2所示，燃料盒30具有基本上为圓柱形的容器壳体31。壳体31具有^又层结构，并由内部容器312和夕卜壳313构成，该内部容器的内部形成了燃料储存腔311,该储存月空填充燃并牛F并且由活塞32分隔开，该外壳313的顶部是开口的，并且其中容纳有用于借助活塞32而使燃料F排出的压缩气体G。压缩气体月空314主
ii要形成于内部容器312的外表面与外壳313的内表面之间。燃料储存腔311与压缩气体腔314之间的容积比率取决于活塞32的^立置，因此当燃料F的含量减少并且活塞32向上移动时，压缩气体腔314的一部分位移进入内部容器312中。
根据本实施例，待供应到DMFC中的燃料F包括曱醇和纯净水的混合物。然而，本发明并不仅仅局限于使用这种混合物，并且该燃并+可以包括例如在纯净水与乙醇混合或者适当浓度的类似酒4青与纯净水混合的混合物，或者该燃#+可以<又由酒4青组成；因此，根据燃料电池的类型等有可能进行各种更改。
根据本实施例，推荐使用可以防止燃料F与氧气混合的压缩气体G，氧气可能对发生在燃料电池中的反应产生不利的影响，并可能导致燃料F的氧化。因此，优选地是使用氮、二氧化碳、脱氧的空气、或不含氧气的类似气体。而且，尽管本实施例示出的是使用压缩气体G，但这不应解释为对本发明范围的限制，并且可以使用液化气体蒸汽(例如，DME (二甲醚))4戈替压缩气体。
与外壳313连接的是用于连接至下面描述的燃料电池连接器上端的盒侧连接件33。前述盒侧连接件33主要由刚性地连接于外壳313的连接壳体331和连接于前述连接壳体331的盒侧阀34构成。
连接壳体331设置有具有中央开口的圓柱形法兰331a、从法兰的开口向上延伸且具有连接口 331b的管状连接器主体331c、以及插入部331d,其以一翁入外壳313上部开口的环形延伸部的形式乂人圓牙主形法兰331a的下侧向下延伸，并且其外表面与前述开口的内表
面酉己合。
如图3所示，管状连接器主体331c具有接合凸出部331cl，其在管状连4妄器主体331c的上端^v外围径向向外凸出，并JU皮此均
12匀且周向间隔开。在管状连4妻器主体331c下端i殳置有压力4牛331c3,该压力件从管状连接器主体331c的外围径向向外凸出，并且在该下端还设置有类似花键轴的凸出部331c2，这些凸出部331c2向接合凸出部331cl偏移。所有三个部件(即，接合凸出部331cl，凸出部331c2和压力件331c3)形成了盒侧接合部S2。而且，管状连接器主体331c设置有参考凸出部331c4(见图2)，该参考凸出部形成于管状连接器主体331c上端的一个位置中，乂人前述连4妄器主体的内圆周向下和向内延伸，并且用作用于标记绝只于位置的参考，并且该管状连接器主体331c i殳置有若干选择凸出部(在本实施例中为两个)331c5和331c6，它们形成于管习犬连4妄器主体331c内圓周上端处并且向下延伸，并且它们相对于参考凸出吾卩331c4而i殳置在耳又决于燃并+盒30类型的位置中。在图示的实施例中，参考凸出部331c4比选择凸出部331c5和331c6宽。根据用于燃料电池的燃料盒30的类型，选择凸出部33lc5和33lc6可以有不同的宽度和长度。总之，参考凸出部331c4、选择凸出部331c5和选择凸出部331c6形成了盒4妄合键K2。此外，该装置设置盒侧阀34 (这将在之后作更详细的描述)，该盒侧阀插入连接口 331b中，其上端具有用于燃料F的供应的开口34a，并且可净皮打开或关闭。
内部容器312包括基本为圆柱形的主体，其下端与外壳体313的底部不接触。在内部容器312下端具有形成在其外围表面上的多个纵向槽312a，当活塞32向下移动时，内部容器312的内部能够与外壳体313的内部连通。如图2和3中所示，形成在内部容器312上壁中心部中的管状部312c向上延伸并具有与盒侧阀34连通的通孔312b。管状部312c被外部管状件312d所环绕，外部管状件312d也向上延伸并与管状部312c间隔预定的3巨离。壳体341 (其在以后描述)的下端可套叠地插入到管状部312c与外部管状件312d之间的空间中。
13盒侧阀34主要包括壳体341、可在具有图3所示定向的装置的垂直方向上移动的芯轴(stem) 342、通常沿关闭(向上)方向推动芯轴342的弹簧343、用于关闭和打开用于燃料F的燃料通道的阀体344 ( O形环)，和连接O形环345 (密封件)。盒侧阀34的上端表面具有用于供应燃津+ F的燃冲+供应口 34a。
壳体341具有基本为圓柱形外形并且具有法兰341a,法兰从壳体341的外围径向向外凸出，并且形成在从壳体中部下移的预定位置。O形环密封件341b(其插入到形成在壳体外围中处于法兰34la下的某一位置处的槽中)可密封地装配在前述内部容器312的上端。法兰341a的上表面与圓柱形法兰331a的下表面接触。壳体341也i殳置有O形环密封件341c,其装配在法兰341a上面壳体的上端外围内，O形环密封件341c与前述连接口 331b的壁保持在密封4妄合中。壳体341的另一个连接0形环345设置在壳体上端的外围，并且用于与燃料电池连接器i连接(在以后描述)。形成在壳体341
上端并向下延伸至预定长度的前述开口 34a上部的直径比其下部的
直径小。
芯轴342具有类似杆的形状，并且包括径向向外延伸的直径增大的中间肩部342a、上部342b和下部342c。在壳体341中，芯轴342可沿轴向移动并且沿阔关闭的方向被前述弹簧343推进，弹簧343设置在肩部342a的下端表面和管状部312c的上端表面之间。芯轴342的上部342b支撑前述阀体344 (即O形环，i亥阀体安装在该上部的靠近其底部的外围)，芯轴342的上部342b 4翁入到位于阀体344上方的燃^牛供应口 34a中，并且通常通过压靠壳体341的阶状表面和燃料供应口 34a来关闭燃料供应口并切断燃并+的流动。当对芯轴342施加向下的压力时，弹簧343 4皮压缩，芯轴342下移，阀体344离开前述阶状表面，借此，燃料供应口34a打开，并且容纳在燃料储存腔311中的燃料F流出并通过燃料供应口 34a。
14活塞32设置有弹性密封件32a,该弹性密封件32a被插入到形 成在活塞32外围的槽中，以使活塞起到活动分隔件的作用，它将 内部容器312分隔成位于活塞上方的燃料存4诸腔311和位于活塞下 方的压缩气体腔314,在压缩气体G的压力作用在活塞的下端表面 上的情况下，后者对设置在活塞上方腔中的燃料F施加压力；当芯 轴342移动到打开位置时，燃冲牛一皮推出燃料储存腔311。
以下描述涉及将压缩气体G注入压缩气体腔314的过程和将燃 料F注入燃料储存腔的过程。在将燃料F注入燃料储存腔之前，先 将压缩空气G注入到压缩气体月空中。首先，将压缩气体充入装置的 气体注入口 (图中未示出)装到盒侧阀34上，并且在所施加压力 的作用下，芯轴342移动到打开位置，以使压缩气体可以通过阀34 注入到燃料4渚存腔311中。结果，活塞32向下朝向外壳313的底 部移动。当活塞4氐达其最^氐位置时，纟从向槽312a的上边比弹性密 封件32a的上侧的高度更高，以使压缩气体G能够从燃料储存腔 311流入压缩气体腔314。当压缩腔314中的压力到达预定水平时， 4亭止压缩气体G的注入。
接着，芯轴342第二次移动至打开位置，允许过量的压缩气体 从燃料储存腔311排出。结果，活塞32向上移动，并且燃烧供应 腔回复到密封状态。当过量的压缩气体在位于活塞32下面的压缩 气体腔314中的压缩气体G施加的压力下被排出时，活塞移到内部 容器的上端。在过量气体都从燃料储存腔311排出之后，保留在燃 料储存腔311和压缩气体腔314中的压缩气体G被密封。燃料盒被 构造成使得当上述过程后燃料注入装置(图中未示出)连接至盒侧 阀34时，在注入到燃料储存腔311中达到预定量的燃冲+F的作用 下，活塞32向下移动。
在本发明的实施例中，燃料盒30具有双层结构，^f旦是这种结 构不应看作对与本发明的燃料电池连接器1连接方法的限定，并且各种更改都是可能的。例如，容器可以是单层结构，并且燃坤牛F可
连同LPG (液化石油气)，DME(二曱醚)，CFC(氯氟曱烷)或类 似的蒸发液化气或二氧化碳，氮，或类似的压缩气体一起被注入到 容器的内部中，以便在前述液化或压缩气体产生的压力作用下，燃 料F能够以雾或小滴的形式从容器中排出。可替换地，容器可以是 柔性的，并且装配有可连接至燃料电池连接器1的形式的盒侧连接 件。然而，优选具有可重复利用和可再填充的容器。
以下描述的是本实施例的燃料电池连接器1。如图4所示，燃 泮牛电池连4妄器1主要由下列部科^且成连4妄器主体单元10,:该部件 包括位于其下端并用于4妄收来自上述燃并牛盒30的燃料F的燃料接 收口 10a、设置在其上端用于将燃料F排放到燃料电池(图中未示 出)的燃料排出口 10b、和形成在连接器主体单元内并从燃冲+接收 口 10a向燃料排出口 10b延伸的通道；防止连4妄器主体单元10在 燃料盒30插入方向运动的弹簧件15 (弹性件)；以及用于连接至移 动电话的固定扭』械部件20,其中，该固定部件环绕连接器主体单元 10并且具有用于将燃料盒30连4姿和装配到移动电S舌100上的连才妾 器侧接合装置Sl。
连4妄器主体单元10包括下端具有前述燃^H妄收口 10a的连 接器主体11、能关闭或打开燃料接收口 10a的连接器侧阀12、和 设置在连接器主体单元10上端处的燃料排出喷嘴13。
连接器主体11具有圓形的燃料接收壁110,其中央设置有燃料 接收口 10a。燃料接收口 10a用于装配到插栓120 (其在以后描述) 的下端120c上。设置在燃料接收壁110下面的是圓柱形连接器侧连 才妄件lll，其向下凸出并且环绕4翁栓120的前述下端120c。燃料接 收壁110的上表面设置有方向向上(内)的圓柱部112和夕卜圆柱部 114，在内圆4主部112的外围与外圆柱部114的内圆周之间形成有环 形槽113。弹簧件14方丈置在前述环形槽113中。支架4妾合凸出部
16(holder engagement projection) 115从夕卜圆4主部114的上端向夕卜凸 出。形成在内圆柱部112上端上的开口是用喷嘴13密封的，喷嘴 具有与内圆柱部112连通的前述燃料排出口 10b。如下面将参照图 12描述的，喷嘴13的上端13a插入到用于供应燃津牛F的燃津+入口 100a中，并且当连4姿器11移动时，燃料入口 100a的内表面在喷嘴 13上滑动。喷嘴13的下端13b (例如，通过螺紋)与内圆柱部112 的内表面连4妄。
连4妄器侧连4妄件111具有连4妄4妄合4建Kl。如图6所示，前述 4妄合4建K1形成在连"t妄器侧连4妄件111的外表面上，该外表面为用 于与盒侧4妻合4A K2的前述参考凸出部331c4 "l妾合的连4妾器侧参考 槽llla以及用于与前述选4奪凸出部331c5和331c6接合的连4妄器侧 选择槽lllb和lllc的形式的。在本结构中，连接器侧参考槽llla 比连接器侧选择槽lllb和lllc宽。在图示的实施例中，燃料电池 连接器1和燃料盒30的连接接合键Kl和K2具有如上所述的特定 结构。然而，可以理解的是，本发明不^f又限于这种结构。例如，通 过制造若干参考槽llla和若干参考凸出部331c4使各种合适的设计 更改都是可能的。参考槽llla、参考凸出部331c4、选择槽lllb和 lllc、选4奪凸出部331c5和331c6可以形成在内圆周表面上、形成 在内圆周表面和外圓周表面上、或以某种组合方式形成。而且，接 合装置的结构并不限于凸出部和槽，并可制成管和开口形式的。
圆柱部112和连4妄件111的内部包含连4妄侧阀12。这种阀包括 下列部件插栓120,在其垂直长度的中部形成有圆形法兰120a、 乂人法兰120a向上突出的上部120b、和乂人法兰120a向下延伸的4,形 下部120c;装配在介于法兰120a的上表面与喷卩觜13下端之间的上 部120b外围上的连接器侧弹簧121;以及连接器侧O形环122。插 栓120的法兰120a在连接器侧弹簧121的作用下沿阀关闭的方向 被推进，连接器侧弹簧压缩法兰120a下表面与燃料接收壁110上 表面之间的连接器侧O形环122。当连接器侧O形环122未连接燃料盒30时，连接器侧弹簧121的压缩力保持O形环122与燃料接 收壁110及法兰120a紧密接触。这防止了充满连4妄器主体11的通 道的燃冲牛F通过下部120c与燃冲牛4妄收口 10a间的间隙漏出。
如图4所示，固定机械部件20具有基本上为管状的构形，并 且能够与燃料电池装置(其未在该图中示出)刚性连接，而在其下 端，固定机械部件20与盒侧连接件33的管状连4妄器主体331c可
拆装地连接。
固定才几械部件20包括能连4妄至移动电话100的支架主体 (holder body) 21、冈'J性连接至前述支架主体21的棘爪架(ratchet holder) 22、以及三个环，该三个环从固定机械部件20下端沿向上 的方向顺序布置，并且这三个环形成连接器侧接合装置Sl,即，第 一环23 (滑动环)、第二环24 (锁定环)和第三环25 (引导环)。 前述连4妻器侧4妄合装置SI和盒30侧面上的前述冲妾合装置S2通过 棘轮才几构S连接并固定，因此，形成了能够与燃料电池连4妻器1连 接或断开的燃料盒30的连接。
支架21 (如图5的上部所示)具有基本圓柱体211、 /人圆柱 体211的上部径向向外凸出四个等间距的法兰件214、形成在每个 法兰件的中间和上表面上用于连4妄支架的螺紋口 215、以及四个等 间距的啮合齿216,该啮合齿从多个法兰件214之间形成的空间中 的圆^主体211的外围径向向外凸出。支架21通过可插入到前述螺 紋口 215中的螺才全装配到移动电话100的内部。而且，支架体211 具有i殳置在三个p齿合齿216上的凹冲曹211a和一个^f立移槽 (displacement groove ) 211b，该位移冲曹形成在内圓周上，不具有凹 槽211a,并且该位移槽从支架主体的上端面延伸到下端面。如后面 将描述的，在装配过程中，啮合齿216可以插入到棘爪架的接合凹 槽222中。棘爪架22(如图5的下部所示)包括圆柱体220。该圆柱体220 的内表面上形成有下列部件四个第一引导槽221，其从圓柱体的 上端表面沿垂直方向大约延伸到其中间高度处；形成在引导槽221 的中部并且沿垂直方向延伸的前述接合凹槽222;多个(在图示的 实施例中是12个)等间距的棘轮齿223,其沿轴向延伸并且形成在 更靠近圓柱体下端面的圓柱体的内圓周上；和多个(在图示的实施 例中是12个)等间距的第二引导槽224,其形成在棘4仑齿223下面 并形成在多个l束4仑齿223之间，并且通过与支架主体21的齿216 啮合将净束爪架22装配到支架21上(如下所述)。而且，如图所示， 棘轮齿223的上侧被制成接合阶部223b和沿顺时针方向向上渐缩 的锥形表面223a。接合阶部223b的上侧具有类似锥形的表面。
第一环23 (滑动环)上i殳置有形成在环体231外围上的12个 等间距的引导凸出部232,并^L置有与引导凸出部232位于相同高 度并且形成在环体231内圆周上的对应凸出部233。这些凸出部的 上表面和下表面与环体的端面处于同一平面。在正常状态下，形成 在外围上的引导凸出部232插入到净束爪架22的第二引导槽224中， 乂人而其阻止第一环23的转动而允许第一环的垂直运动。而且，当 ,人盒侧连^妾件33的管状连4妄器主体331c凸出的压力件331c3位于 上部位置时，它们与内圓周凸出部233的下表面接触，并且在所施 加压力的作用下，沿轴向向上移动第一环23。管状连4妄器主体331c 的接合凸出部331cl能够插入到形成在内圓周凸出部233之间的纵 向槽中。
如图所示，第二环24 (锁定环)设置有从环体241的外围径 向向外凸出的12个等间距的引导凸出部242、形成在环的上端面并 且具有沿顺时针方向向下渐缩的锥形上表面的多个等间距滑动齿 243、和形成在环内圓周上的等间距锁定凸出部244。在才喿作中，该 第二环可以沿逆时针方向旋转(如图所示)。引导凸出部242和锁 定凸出部244i殳置在环体241下部中的同一圆周位置中，并且具有
19，页存牛表面242a和244a, i亥，页冻+表面242a和244a沿箭头"d"的向
前方向上较高，而沿与箭头"d"相反的方向上较低。以类似的方 式，滑动齿243的上侧面具有锥形表面243a，其沿箭头"d"的向 前方向上4交高，而沿与箭头"d"相反的方向上4交寸氐。
当通过沿轴向引导第二环24将外围引导凸出部242插入到净束 爪架22的第二引导槽224中时，并且当第二环24沿向上方向的移 动量非常大时，引导凸出部242从第二引导槽224中突出，因此可 以转动第二环24。当在上述转动的作用下引导凸出部242下侧面上 的倾斜表面242a在接触棘轮齿223上的对应锥形表面223a的同时 下降，或在接合阶部223b的上倾斜表面接触倾斜配合表面的情况 下引起进一步的转动，这或者产生锁定状态，在锁定状态下引导凸 出部242的顶端与4妄合阶部223b 4妾合，或者产生解开状态，在解 开状态中引导凸出部242插入到第二槽224中以4亭止转动。而且， 当盒侧连4妄件33 ,皮插入并且向下移动时，形成在环的内圆周上的 锁定凸出部244也转动并且被移动至管状连接器主体331c的锁定 接合凸出部331cl的内侧，从而提供了锁定4妻合。
第三环25 (引导环)具有环体251，环体251 i殳置有乂人环体 的外围表面径向向外突出的四个等间^巨的引导凸出部252;和在环 下端面上的具有倾斜表面的棘轮齿253。通常，引导凸出部252插 入到棘爪架22的第一引导槽221中，以便阻止第三环转动但是允 许其垂直移动。第三环25的向下运动引起了引导槽221的下表面 与凸出部252的4妄合，借此限制了进一步运动，并且第二环24脱 离接合。
下面描述上述燃料盒30与根据本实施例的结构制造的燃料电 池连接器1在操作上的连接。图7是在第一插入运动之后处于接合 状态的燃料电池连接器1和燃料盒30的纵向剖视图。图8是示出 在燃料盒30插入到燃^f电池连4妄器中的最大插入深度时的第二插
20入阶段后得到的连接状态的纵向剖视图。图9是示出在非锁定状态
下的盒侧连接件33与第二环的接合的立体剖视图。图IO是示出盒 侧连接件33和从图9所示位置移动到锁定状态的第二环的相对位 置的立体剖^L图，图11是示出处于锁定状态的燃津+电池连4妻器1 和燃并牛盒的剖一见图。
当盒侧连接件33从燃料电池连接器1上分离时，在盒侧连接 件33的未连4妄状态中，连4妄器主体11的外圆柱部114下端面一皮压 靠在第二环24的锁定凸出部244上(见图4)，因此，连接器主体 单元10没有乂人固定扭4成部件20的内部伸出。而且，第一环23和 第二环24的引导凸出部232和242分别位于净束爪架22的第二引导 槽224中，防止了第二环24的转动，同时第三环25的引导凸出部 252与第一引导件221的下端4妄合(见图4)， 乂人而将第三环25限 制在较低位置上。
首先，如图7所示，当将燃冲牛盒30的盒侧连4妄件33连冲妾至燃 料电池连接器1时，连接器侧连接件111的外表面被插入到连接口 331b中，同时，连接器侧参考槽llla、连接器侧选择槽lllb、和 连接器侧选择槽lllc(即，连接器侧接合键K1 )和参考凸出部331c4、 选择凸出部331 c5 、以及位于盒连接件33侧面上的选择凸出部33lc6 (即，盒侧键K2 )相互接合。在盒侧连接件33的连接 形环345 一皮压靠在连4妄器主体单元10的连4妄器侧连4妄件111的内表面上以形 成密封状态后，芯轴342的上端面推动插检120的下部120c的顶 端，因此压缩连接器弹簧121,连接器侧阀12移动至打开位置，并 打开燃料4妄收口 10a。
在连4妄器侧阀12打开之后，芯轴342的上端面4,动下部120c 的顶端，压缩弹簧343，并且盒侧阀34打开，因此打开燃料供应口 34a。由于连接器侧阀在盒侧阀34之前先打开，并且在燃料F填充 燃料盒30的内部并通过燃料供应口 34a排出时，燃料接收口 10a已经打开。这防止了燃并+F在燃^H妄收口 10a附近的泄漏，并且能 够以平稳的方式供应燃料。上述动作的结果是，储存在燃料盒30 中的燃料F通过燃料电池连接器1被供应给燃料电池(图中未示 出)。
在上述的连接操作中，只有具有与连接器1的连接接合键K1 相对应的接合键K2的燃料盒30能够与连接器1连接。因此，如果 使用者无意间试图连接具有与连接器侧键Kl不匹配的盒侧键K2 的盒，这些4建将无法4妄合，因此，不可能连4妄与移动电话100的燃 料电池不对应的燃料盒30。这样防止了错误燃料盒的连接。以上所 述是导致燃料接收口 10a靠近并且连接至燃并+供应口 34a的第一插 入步骤。换句话说，壳体341的上端可套叠地插入到连接侧上的连 接件111内，以便在燃料接收壁110的下端面与壳体341的顶端间 ^f呆留小的间隙。
本发明的一个特殊特征在于第二插入步骤紧接着上述盒侧连 接件33插入燃料电池连接器1的第一步骤，通过该第二插入步骤， 连4妄器主体单元10 (可套叠地)移动到与盒侧连4妄件33的整体连 接中，在该整体连接中，燃料接收口 10a与燃料供应口 34a^f果持在 极靠近的位置(见图7)。同时，盒侧接合部S2和连接器侧接合装 置Sl间的接合提供了燃料盒30与固定机械部件20的刚性连接。 下面描述第二插入步骤的操作。
在燃料^妄收口 lOa与燃料供应口 34a极靠近的状态(其通过第 一插入步骤之后的第二插入步骤而获得)中，管状连接器主体331c 的上端面压在燃料接收壁110的下表面上，并且压缩弹簧件14,借 此，支架接合凸出部115在位移槽211b中(见图4)被引导，并且连 接器10与燃料盒30—起向上移动(朝向燃料电池)，并且达到图8 中所示的最高位置。在这个位置，弹簧件14沿阻止连4妄器主体单 元11 4翁入的方向^皮压缩。在前述的第二插入步骤中，燃料盒30和连接器主体单元10的
运动是通过管状连4妻器主体331c的4矣合凸出部331cl沿着形成在第 一环23和第二环24中的《从向槽的向上运动来实现的。结果如图8 所示，压力件331c3与第一环23的底侧发生接触，并且将其向上 推进。第二环24也纟皮-提升，并且与第三环25的底侧发生接触(见 图7)，第三环被第一引导槽221的下端所阻挡。在该操作中，第二 环24的引导突凸出部242突石皮净束爪架22的第二引导槽224的上端 面的限制而凸出，并由于与第三环25下侧上的棘轮齿253的锥形 表面接合而可以转动(见图9)。转动发生在图5中所示的"d"方 向上。在图9所示的状态中，第三环25的向上运动^皮限制，并且 由于第二环24与第三环25的锥形表面接触，因此转动位于第一环 23上的部件。如图10中所示，第二环24的转动4吏其锁定凸出部 244与管状连接器主体331c的位于其下部的锁定凸出部331cl接 合，因此第二环24被锁定不能进一步凸出。
接下来，当前面提到的插入操作从最大插入状态被释放时，在 压缩弹簧4牛14的力的作用下，盒侧连4妄4牛33 ^皮连4妄器主体11向 后推动，并且与连4妄器主体单元IO整体地向下(沿燃料盒30分离 的方向)移动。这种运动是通过第二环24的锁定凸出部244与盒 侧连接件33的管状连接器主体331c的接合凸出部331cl的接合和 向下运动来实现的，借此，第三环25和第一环23作为单独单元也 向下移动。结果，当第三环25向下运动并4皮第一引导槽221的下 端面阻止时，第二环24从中分离开并且能够进一步向下移动，因 此，两个锥形表面脱离相互接触的状态，并且在上述转动的作用下， 第二环24下侧的引导凸出部242从第二引导槽224内的位置移出 并且在净束4仑齿223的锥形表面上滑动。在第二环24纟皮进一步向下 移动的同时，沿着上述锥形表面的运动使这个环转动。当这种转动 由于第二环24的引导凸出部242与4妄合阶部223b的4妄触而^皮阻止 时，第二环24向下的进一步运动4皮阻止，与第二环24的锁定凸出部244接合的盒侧连接件33被锁定，因此获得了图11中示出的锁 定状态，冲妄合部在该锁定状态中不会分离。
通过第二次向下推动盒侧连接件33实现了上述锁定状态的释 放。借此，连接器主体单元10和燃料盒30整体上移(即沿燃料电 池的方向)。前述运动通过第一环23和第二环24的向上运动而实 现。第二环24的下端离开接合阶部223b并转动。第三环25的棘 轮齿253的锥形表面引起第二环24的转动，随着盒侧连接件33的 随后缩回，第二环24的引导凸出部242的锥形表面从棘轮齿223 的接合阶部223b移动到与到达第二引导槽224的锥形表面接触的 位置。与这些锥形表面的接触使第二环24沿"d"方向进一步转动， 并且引导凸出部242转动到进入第二引导槽224的位置。如图8所 示，在第二环24的上述转动位置，4妄合凸出部331cl离开锁定凸 出部244,对准纵向槽的位置，并且从锁定接合中释放，借此管状 连4妄器主体331c可以在分开方向上移动，通过压缩弹簧件14的力 使管状连接器主体331c能够在这个方向上移动，并且被推出。同 时，连4妄器侧阀12比盒侧阀34更迟关闭。由于在上述的盒分离过 程中燃并牛供应口 34a首先^皮关闭，因此防止了燃剩-乂人燃冲牛盒30泄 漏。
因此，在上述保持燃料供应口 34a和燃料接收口 10a相互极靠 近的状态下，连接器主体单元10与盒连接件33整体移动，这便可 能或者将连接侧接合装置Sl与盒侧接合装置S2接合并且连接和固 定燃料盒30,或者将接合装置从上述接合中释放并且分开燃料盒 30。因此，通过维持燃剩-*接收口 10a和燃冲牛供应口 34a相互才及靠近 状态，有可能基本消除燃^H妄收口 10a和燃并+供应口 34a之间的间 隙(燃料F能够渗入该间隙中)。而且，当这些部件维持在上述招^ 靠近的状态时，由于盒侧接合装置S2可以与连接侧接合装置Sl连 接，并且燃料盒30可被连接和固定，因此，在燃料盒30的脱离和 断开过程中实际上不存在燃料F可以渗入的间隙。换句话说，这种
24构造〗吏燃并牛难于渗入燃利-*接收口 10a和燃坤十供应口 34a间的间隙， 这有可能减少燃津牛F泄漏到外部。
当燃料盒中所有燃料F都耗尽并且即将从燃料电池连接器1上 卸下燃料盒30时，并且为了将装置从图8所示的最大插入状态转 换到图7所示的第一插入步骤的位置，连接器主体单元10向下移 动，同时燃料接收口 10a和燃料供应口 34a保持紧密接近。上述移 动伴随着具有燃料排出口的喷嘴13 (图12)的顶端沿着具有将燃 料导向燃料电池(未图示)的燃料进入口 100a的管状部的内壁滑 动，并且通过安装在口 100a内部槽内的O形环。因此，燃料进入 口 100a内部的容积^又增加了与喷嘴13的位移H相对应部分的容 积。换句话说，在燃料从燃料接收口 10a流入燃料电池侧以后在燃 料乂人燃料、接收口 10a流入燃4+进入口 100a的过程中，由于空间容 积增大，因此燃料通道中的压力达到负值。由于这样的原因，即使 燃#+盒侧30的间隙中存在少量的燃^牛F,负压也会将这些燃并十吸入 到燃并+电池连冲妄器1的内部。这种状态有可能减少上述间隙中的残 余燃料，并且即便当燃料盒30与燃料电池连接器1分开时也可能 防止燃#+泄漏。
因此，已经示出了连4妾器主体单元10和盒侧连4妻器33 (即， 燃料电池连接器1和燃料盒30)能够固定在一起，并有可能自由接 合,。断开。
在上述实施例中，通过净束4仑才几构S将燃冲+盒30与燃料电池连 接器1连接并固定在一起。然而，本发明不限于仅使用这样的机构， 可以使用任何其他才几构以允许将燃料盒30维持在上述插入状态并 易于从燃料电池连接器上分离。弹簧件可以是压缩弹簧，或片簧(未 图示)，弹簧仅施加用于将燃料盒30推向燃料电池连接器1的弹性 力。
权利要求
1. 一种用于与燃料盒可拆卸地连接的燃料电池连接器，所述燃料盒包括填充有待供应至燃料电池的燃料的内腔、向盒外侧打开的燃料供应口、能够打开或关闭前述燃料供应口的盒侧阀、和设置有前述盒侧阀的盒侧连接件，其特征在于，所述连接器还包括燃料接收口，当连接所述燃料盒时，所述燃料接收口向外侧打开并且与所述燃料供应口连通；连接器侧阀，所述连接器侧阀打开和关闭所述燃料接收口，并且在所述盒侧连接件的第一插入运动的作用下与所述盒侧阀一起执行打开运动；连接器主体单元，所述连接器主体单元沿前述盒侧连接件的插入方向可移动，容纳前述连接器侧阀，并且与所述盒侧连接件可套叠地连接；弹性件，所述弹性件用于阻止所述连接器主体单元沿插入方向的运动；以及固定机械部件，所述固定机械部件环绕所述连接器主体单元，设置有用于与所述盒侧连接件接合的接合装置，并且与燃料电池使用装置连接；所述连接器动作，从而当前述盒侧连接件从第一插入位置进一步移动到第二插入位置时，前述连接器主体单元与所述盒侧连接件整体移动，同时燃料接收口和燃料供应口保持极靠近的状态，以使前述接合装置与所述盒侧连接件接合，借此将所述燃料盒连接和固定在连接位置。
2. 根据权利要求1所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器侧 阀的管状连4妻器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料接收口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连接的一侧，所述连接 器侧连4妾件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃冲牛供应口 的壳体的顶端上。
3. 根据权利要求2所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒 侧阀能够沿打开方向移动。
4. 根据权利要求3所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。
5. 根据权利要求4所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃 料接收口相对的一侧上，所述连^妄器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将所述 燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的燃料排 出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用 于将燃料引导到燃料电池中的前述燃料进入口 。
6. 根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述盒 侧阀能够沿打开方向移动。
7. 根据权利要求6所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。
8. 根据权利要求7所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃 料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体地移动，并具有用于将所述 燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的燃料排 出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包4舌用 于将燃津牛引导到燃料电池中的前述燃沖牛进入口 。
9. 根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀在所述盒侧阀之前打开并且延后关闭。
10. 根据权利要求9所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃 料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将所述 燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的所述燃 料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的所述燃料进入口 。
11. 根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述燃 料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器主体单元整体地移动，并且具有用于将由 所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的所 述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状 部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的所述燃料进 入o 。
12. 才艮据权利要求11所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器 侧阀的管状连接器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料 ^t妄收口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连4妾的一侧，所述连 *接器侧连4妄件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃冲牛供应 口的壳体的顶端上。
13. 根据权利要求12所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接 器侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以使所述连接器侧阀和所述 盒侧阀能够沿打开方向移动。
14. 根据权利要求1所述的燃料连接器，还包括环绕前述连接器侧 阀的管状连接器侧部件，所述管状连接器侧部件从所述燃料接4口凸出，并凸出到与所述盒侧连接件连^妄的一侧，前述连4矣器 侧连接件的内表面可套叠地装配在形成有前述燃料供应口的 壳体的顶端上，所述连接器侧阀能够在所述盒侧阀之前打开并 且延后关闭。
15. 根据权利要求14所述的燃料连接器，其特征在于，在与所述 燃料接收口相对的一侧上，所述连接器主体单元设置有喷嘴， 所述喷嘴与所述连接器主体单元整体移动，并且具有用于将由 所述燃料接收口接收的燃料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的所 述燃料排出口侧上的顶端可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引导到所述燃料电池中的前述燃料进 入cr 。
16. 根据权利要求1所述的燃料连接器，其特征在于，所述连接器 侧阀的顶端与所述盒侧阀接触，以4吏所述连4妄器侧阀和所述盒 侧阀能够沿打开方向移动，在与所述燃料接收口相对的 一侧 上，所述连接器主体单元设置有喷嘴，所述喷嘴与所述连接器 主体单元整体移动，并且具有用于将所述燃辨、接收口冲妄收的燃 料排出的燃料排出口 ，所述喷嘴的所述燃料排出口侧上的顶端 可滑动地装配于管状部中，所述管状部包括用于将所述燃料引 导到所述燃津牛电池中的前述燃料进入口 。
全文摘要
本发明提供了燃料电池连接器，用于使燃料盒与燃料电池连接器连接和断开期间从燃料盒中泄漏的燃料最少。可拆卸连接至燃料盒(30)的燃料电池连接器(1)具有盒侧连接件(33)，盒侧连接件具有打开或关闭燃料供应口(34a)的盒侧阀(34)。燃料电池连接器(1)具有打开和关闭燃料接收口(10a)并在第一插入阶段与盒侧阀(34)一起移动的连接器侧阀(12)，以及用于阻止盒侧连接件(33)套叠地插入其中的连接器主体单元(10)沿插入方向运动的弹性件(14)。连接器主体单元(10)的外围设有用于与盒侧连接件(33)接合的接合装置(23、24和25)，以及用于连接至燃料电池使用装置的固定机械部件(20)。在第二插入步骤中，前述连接器主体单元(10)与盒侧连接件(33)整体移动，同时燃料接收口(10a)和燃料供应口(34)保持极靠近的状态，以使前述接合装置(23、24和25)与盒侧连接件(33)接合，借此将燃料盒(30)连接并固定在连接位置。
文档编号H01M2/00GK101490868SQ200780025973
公开日2009年7月22日 申请日期2007年5月2日 优先权日2006年5月12日
发明者中村保昭, 官野稔 申请人:东海国际控股公司