KR100555152B1 - 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템 및 그것으로부터 전기력을 얻는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기-금속 연료 셀 배터리(FCB) 시스템에 관한 것으로, 시스템이 방전 모드와 충전 모드에서 작동이 계속되는 동안에 이온성 도전 매체가 유동가능한 음극 구조 및 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 그리고 음극 구조가 동일한 속도로 전달되도록 한 것이다. 본 발명에 따른 첫번째 실시예에서, 상기 이온성 도전 매체는 이온성 도전 벨트로 구현되고, 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 벨트 그리고 유동가능한 음극 구조는 시스템이 작동이 계속되는 동안에 이온성 도전 벨트가 음극 구조 및 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 금속-연료 테이프와 이온성 도전 벨트 그리고 음극 구조가 동일한 속도로 전달되도록 한 것이다. 본 발명에 따른 두번째 실시예에서, 상기 이온성 도전 매체는 상기 금속-연료 테이프와 침적된 솔리드 상태의 젤과 같은 필름층으로 구현되고, 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 필름층 그리고 유동가능한 음극 구조는 시스템이 작동이 계속되는 동안에 이온성 도전 필름층이 음극 구조 및 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 금속-연료 테이프와 이온성 도전 필름층 그리고 음극 구조가 동일한 속도로 전달되도록 한 것이다. 본 발명에 따른 세번째 실시예에서, 상기 이온성 도전 매체는 유동 가능한 음극 구조에 침적된 솔리드 상태의 필름층으로 구현되고, 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 필름층 그리고 유동가능한 음극 구조는 시스템이 작동이 계속되는 동안에 이온성 도전 필름층이 음극 구조 및 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 금속-연료 테 이프와 이온성 도전 필름층 그리고 음극 구조가 동일한 속도로 전달되도록 한 것이다. 이러한 유동성을 갖는 음극 구조의 전달로, 상술한 바와 같이 시스템 내에서 매체와 금속-연료 테이프와 이온적인 결합이 가능하고, 시스템이 작동되는 동안에 각 구조물 사이에서 발생되는 마찰력의 발생을 최소화하여 음극 구조와 금속-연료 테이프의 데미지를 줄일 수 있는 유동성 양극과 음극 구조를 적용한 금속-공기 연료 셀 배터리 장치를 제공하는데 있다.

금속-연료 테이프, 이온성 도전 매체, 음극 구조

Description

금속-공기 연료 셀 배터리 시스템 및 그것으로부터 전기력을 얻는 방법{Metal-air fuel cell battery systems and method for generating electricity therefrom}

본 발명은 시스템의 음극 구조 위로 전달되는 금속-연료 테이프로부터 전기력을 얻을 수 있도록 제작된 금속-공기 연료 셀 배터리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 마찰 특성을 갖는 유동가능한 음극 구조를 적용한 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템에 관한 것이다.

미국 특허 출원번호 제08/944,507호, 명칭 "높은 동력 밀도를 갖는 금속-공기 연료 배터리 장치"에서, 출원인은 새로운 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 장치의 여러가지 유형을 공개하고 있다. 동력 발생이 진행되는 동안에 금속-연료 테이프(metal-fuel tape)는 전해질이 함침된 젤(예를 들면, 전해질이 함침된 필름)과 같은 이온성 도전 매체로서 정상음극 구조로 전환된다. 이미 잘 알려져 있는 전기화확의 법칙에 따라 이렇게 전환된 금속-연료 테이프는 상기 장치로부터 전기동력을 생성할 수 있도록 산화된다.

미국 특허출원 제08/944,507에서 공개된 이러한 종류의 FCB 동력 발생 장치 는 특별한 전기 부하 상태를 선택할 수 있는 출력 전위의 범위에서 전기력의 생성을 포함하는 종래의 전기 화학적인 동력발생 장치에 비해 많은 잇점을 가지고 있다. 또한, 이렇게 산화를 이용하는 금속-연료 테이프는 배터리 충전 회로가 작동되는 동안에 전기력 발생과 별개로 재충전이 가능하게 된다.

1998년 5월 7일에 출원된 특허출원 번호 제09/074,337호, 명칭 "금속-공기 연료 셀 배터리 장치"에서, 출원인은 FCB 시스템에 사용되는 산화성 금속-연료 테이프의 재충진용의 몇가지 새로운 장치와 방법을 공개하고 있다. 여기에서, 이러한 기술적인 개선은 금속-연료 테이프가 전기력 발생 회로를 다시 사용하는 에너지 효율적인 방법으로 빠르게 재충전하게 된다. 이러한 점에서 전기력을 요구하는 많은 분야에서 크게 유망한 것이다.

물론, 종래의 금속-공기 FCB 장치에서의 가장 큰 제약은 금속-연료 테이프가 이 장치에서 안정적인 음극 구조로 전환됨에 따라 마찰(전단)력이 발생하여 여러가지 문제를 야기하고 있는 것이다.

그 중에서 한가지 문제점은 마찰력 때문에 상기 장치를 통해 금속-연료 테이프를 전환시키는데 필요한 전기량이 증가하는 것이다.

다른 문제점은 이러한 마찰력이 산화된 금속 입자가 이동되는 동안에 금속-연료 테이프로부터 이탈되어 음극의 다공 구조에 침입하게 되고, 그 결과 음극과 이온성 도전 매체(눈부심으로 언급되는) 사이에서 일어나는 이온 전달을 방해하며 그리고 음극구조와 금속-연료 테이프의 표면상에 데미지(또는 파괴)와 같은 현상을 증가시키게 된다.

뿐만 아니라 종래의 기술로는 kilowatts/㎤로 측정되는 높은 입체 동력 밀도 특성을 갖는 금속-공기 FCB 시스템을 생산하기가 어렵다. 그결과, 물리장의 작은 볼륨을 갖는 FCB 시스템으로부터 많은 전기력을 발생시키는 것은 불가능하다.

결국, 이러한 문제점은 음극구조와 금속-연료 테이프의 수명보다 종래의 금속-공기 FCB 시스템의 작동효율과 유용성을 감시키게 된다.

그래서, 종래의 시스템이 갖는 단점을 없앨 수 있는 개선된 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템을 필요로 하게 되었다.

따라서, 본 발명의 가장 큰 목적은 종래의 기술로 제작된 시스템이 갖는 단점을 없앨 수 있는 개선된 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속-연료 테이프, 이온성 도전 매체 그리고 음극 구조가 시스템이 작동되는 동안에 각각 움직일 수 있게 해서 음극 구조, 금속-연료 테이프 그리고 이온성 도전 매체와 관련된 운동으로 생기는 마찰력을 감소시킬 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 마찰력의 감소로서: 시스템이 작동되는 동안에 음극구조, 금속-연료 테이프 그리고 이온성 도전 매체를 구동시키는데 필요한 전기력의 양을 줄이고; 금속-연료 테이프로부터 금속이 산화로 생기는 입자와 이 입자가 음극의 다공형 구조 안으로 침투하는 것을 줄이게 되며; 이 시스템에서 적 용하고 있는 음극 구조와 금속-연료 테이프에서 생기는 데미지와 같은 것을 줄일 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템을 제공하여, 전달 구조가 음극 구조, 이온성 도전 매체 그리고 금속-연료 테이프를 시스템이 작동하는 동안에 상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조 사이에 접촉하는 지점에서 같은 속도로 전달하여 상기 이동가능한 음극 구조, 금속-연료 테이프 그리고 이온성 도전 매체 사이의 마찰력 발생을 최소화하게 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프, 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체의 속도 조절이 다양한 방법으로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 음극 구조가 그 표면에 형성된 미세구멍과 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프 사이로 산소의 흐름을 가능케 하는 중공 중심 코어를 갖는 회전 음극 실린더로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 실린더형 음극이 전류 축적을 위해 카본, 촉매제와 접착제에 함침된 니켈 메쉬 구조로 이루어진 음극 엘리먼트에 부착된 플라스틱 중공 실린더를 포함하게 된다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 실린더형 음극이 조절된 각속도로 회전되고 상기 금속-연료 테이프가 회전하는 음극의 표면 위로 전달되어 이 금속-연료 테이프와 음극 구조가 그 사이에서 이온성 도전 물질이 위치하는 지점에서 같은 속도로 움직이는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 또 다른 목적은 이온성 도전 매체가 둘 또는 그 이상의 전달 실린더 사이로 전달되는 이온성 도전 벨트의 형태로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 벨트가 시스템의 음극과 양극 구조 사이에서 이온 전달이 가능한 이온성 도전 물질로 충만된 오픈 셀 플라스틱 물질로 제조된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 속도 조절이 다양한 방법으로 이루어지는 시스템을 제공하는 것으로, 예를 들어서: 금속-연료 테이프(공급기와 카세트 타입의 장치에 내장되는 테이크 업 릴 또는 허브와 같은)를 전달하는데 사용되는 벨트용 실린더형 음극 구조를 구동하거나; 스피드 조절 모터 또는 스프링 구동 모터 셋트를 이용하는 연료 카세트 장치의 테이크 업 허브와 공급기와 실린더형 음극 구조를 작동시켜 주는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이온성 도전 매체를 상기 실린더형 음극 구조의 외피상에 적용하는 솔리드상(예로 젤과 같은) 필름으로 구현되고, 상기 금속-연료 테이프는 접착체로 접착된 얇은 아연 테이프, 아연 파우더의 형태로 구현되어 테이프 자체의 기질 내에 수용되어 폴리에스터 기질 또는 아연 파우더를 운송시켜 주는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템을 제공하는 것으로, 상기 회전가능한 음극 구조는 그 표면에 초미세 구멍과 이온성 도전 매체와 메탈 연료 테이프를 전달시켜 주는 인터페이스로 산소 전달를 위한 중공 중심 코어를 갖는 중공 벨트 구조로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 음극 벨트 구조가 니켈 메쉬 조직이 카본과 촉매 물질로 함침된 오픈 셀 타입의 플라스틱 물질로 이루어진 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템이 작동되는 동안엔 음극 벨트 구조가 두개 또는 그 이상의 전달 실린더 사이에서 조정된 속도로 전달되게 하여, 금속-연료 테이프가 이온성 도전 매체가 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조 사이에서 접촉을 할 때 같은 속도로 상기 음극 벨트 구조의 표면 위로 운송되도록 된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 이온성 도전 매체가 금속-욘료 테이프와 음극 구조와 접촉하는 지점에서 같은 속도로 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조를 전달시켜 주는 이온성 도전 벨트 구조의 형태로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 이온성 도전 매체가 음극 벨트 구조의 외표면에 대전된 얇은 필림 형태로 구현되어 여기로 전달된 양극 금속-연료 테이프와 접촉가능하게 한는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프가 접착제에 혼합된 얇은 아연 테이프, 아연 파우더로 구현되어 폴리에스터나 이와 유사한 물질 또는 이러한 물질이 함유된 아연 파우더로 이루어진 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 사이의 표면 장력이 충분하게 높여(금속-연료 테이프, 이온성 도전 매체 그리고 이동가능한 음극 구조를 침수시킬 수 있도록) 음극 구조(실린더 또는 벨트)와 이온성 도전 매체(벨트 또는 층)의 사이보다 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 사이에서 유체역학적 드레그(유체역학적 인력)가 생성되게 하여, 상기 금속-연료 테이프, 음극 구조(실린더 또는 벨트) 그리고 이온성 도전 매체(벨트 또는 층) 사이에서 최소한 미끄러지기 쉽게 움직일 수 있도록 한 금속-공기 FCB 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 사이와 유동 음극 구조와 이온성 도전성 매체 사이에서 유체역학적 드레그가 생기게 하여, 이 유동가능한 시스템의 세가지 요소가 스프링 구동 모터와 같은 하나 또는 그 이상의 장치에 의해 시스템 안으로 전달(또는 이동)되게 해서 시스템의 비용을 단순화하고 줄일 수 있는 FCB 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프, 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체가 각각 상호 연관성을 가지고 움직일 수 있게 해서 금속-연료 테이프, 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체 사이에서 발생된 마찰력을 줄여, 상기 음극, 금속-연료 테이프 그리고 이온성 도전 매체를 구동시켜 주는데 필요한 전기력과 전달 구조를 줄이고 상기 음극 구조와 금속-연료 테이프의 데미지를 감소시켜 대체품이 없이도 많은 회로를 재사용할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 FCB 시스템보다 개선된 부피형 동력 밀도(VPD) 특성을 갖는 금속-공기 FCB 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프, 이온성 도전 매체 그리고 음극 구조가 충전과 방전이 진행되는 동안에 이온성 도전 매체가 음극 구조와 금속-연료 테이프를 접촉하게 하는 위치에서 같은 속도로 움직이게 하여, 시스템 내에서 음극 구조, 이온성 도전 매체 그리고 금속-연료 테이프 사이에서 발생되는 마찰력을 최소화하고 그래서 상기 테이프 전달 구조, 금속-연료 테이프로부터 음극 구조 내로 침투하는 산화된 금속 입자의 침입 그리고 음극 구조와 금속-연료 테이프의 데미지나 파괴 또는 이와 유사한 것들을 감소시켜 주는 FCB 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-연료 테이프와 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체의 속도 동기(同期)가 여러가지 방법으로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 유동 가능한 음극 구조가 그 표면 상에 형성된 극막 형태의 구멍과 한쪽에서 다른 한쪽으로 연장 형성된 중공의 공기 흐름 통로를 갖는 실린더 형상의 회전가능한 구조로 구현하여, 시스템이 작동되는 동안에 상기 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프 사이에서 산소 전달이 이루어지게 된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 회전 가능한 실린더형 음극이 카본과 촉매재 에 침투된 니켈 메쉬 스폰지 조직으로 된 음극 요소가 부착된 플라스틱 중공 실린더로 이루어진 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동력 발생이 진행되는 동안에 각 실린더형 음극 구조가 제어가능한 각속도로 회전하고 금속-연료 테이프가 금속-연료 테이프, 이온성 도전 매체 그리고 음극 구조가 접촉하는 시점에서 같은 속도로 움직이는 소정의 속도에서 회전하는 음극 실린더의 표면에 연소적으로 공급되도록 한 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 매체가 상기 음극 구조와 금속-연료 테이프로 전달되는 사이에서 각 회전하는 음극 실린더를 넘는 이온성 도전 벨트의 형태로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 벨트는 유동하는 음극과 양극(금속-연료) 구조 사이에서 이온의 이동을 지지하는 이온성 도전 물질에 충만된 오픈 셀 플라스틱 물질로 제조된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 매체가 각 회전하는 음극 실린더의 외표면에 솔리드 상태의 필름 형태로 구현되고, 상기 금속-연료 테이프는 접착제에 함유된 아연 또는 아연 파우더의 얇은 무늬 형태로 구현되어 폴리에스터 물질 또는 아연 파우더로 처리된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 음극 구조가 그 표면에 형성된 초 미세 구멍과 상기 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프 사이에 공간을 확보하여 산소 공급을 가능하게 해 주는 중공 중심 코어를 갖는 회전가능한 음극 실린더로 구현되는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 실린더형 음극이 카본이나 촉매제와 접착제에 함침된 니켈 메쉬 조직(전류 대전용)로 이루어진 음극 요소에 부착된 플라스틱 중공 실린더를 포함하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 실린더형 음극이 제어된 각속도로 회전하고 상기 금속-연료 테이프가 회전하는 상기 음극의 표면 위로 전달되어, 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조가 그 사이에서 이온성 도전 매체와의 접촉이 이루어지는 지점에서 같은 속도로 움직일 수 있도록 한 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전성 매체가 둘 또는 그 이상의 전달 실린더 사이에서 전달되는 이온성 도전 벨트의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 벨트가 시스템 내에서 유동되는 음극과 양극 구조 사이에서 이온성 전달이 가능한 이온성 음극 물질로 충진된 오픈 셀 플라스틱 물질로 제조된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 속도 조절이 다양한 방법으로 이루어지며, 일예로서 인접한 음극 실린더의 결합으로 각 실린더형 음극을 조절하고: (카세트 타입의 장치 내에서 공급기와 테이크 업 릴 또는 허브 사이에서)금속-연료 테이프를 전달시켜 주는데 이용되는 벨트를 갖는 각 실린더형 음극 구조를 조절하고: 각 실린더형 음극 구조와 공급기와 조절가능한 모터 셋트로 사용되는 연료 카세트 장치의 테이크 업 릴을 조절하여 속도 조절을 할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이온성 도전 매체를 실린더형 음극 구조의 외표면 상에 사용하는 솔리드 상태의 필름으로 구현하고, 상기 금속-연료 테이프는 접착제가 혼합된 얇은 아연 테이프, 아연 파우터로 성형하여 테이프 자체의 물질 내에 충진되는 폴리에스터재나 아연 파우더로 이루어지게 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 회전가능한 음극 구조가 그 표면에 극 미세 구멍과 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프 사이에서 산소 전달을 가능케 해 주는 중공 중심 코어를 갖는 음극 벨트 구조로 구현되는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 음극 벨트 구조가 카본과 촉매제가 함침된 니켈 메쉬 조직이나 이와 유사한 물질로 이루어진 오픈 셀 타입의 플라스틱 물질로 이루어진 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 작동이 계속되는 동안에 각 음극 벨트 구조가 제어된 속도로 둘 또는 그 이상의 전달 실린더 사이로 전달되고 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조와의 접촉이 이루어지는 지점에서 같은 속도로 금속-연료 테이프가 음극 벨트 구조의 표면 위로 전달되도록 이루어진 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 시스템의 이온성 도전 매체를 이 매체가 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 같은 속도로 금속-연료 테이프와 각 음극 벨트 구조 사이로 전달되는 이온성 도전 벨트 구조의 형태로 구현하여 이루어진 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 시스템의 이온성 도전 매체를 음극 벨트 구 조의 외표면에 대전된 솔리드 상태의 필름 형태로 구현하여 여기로 전달되는 양극의 금속-연료 테이프와 접촉이 이루어지도록 구성된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프를 접착제에 혼합된 얇은 아연 테이프, 아연 파우더의 형태로 구현하고, 이러한 물질 내에 대전된 폴리에스터재 또는 아연 파우더를 운반하도록 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프, 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체가 상호 작용으로 움직여서 이들 사이에서 발생되는 마찰력(예로, 전단력)을 감소시킬 수 있게 한 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체(벨트 또는 층) 뿐만 아니라 음극 구조(실린더 또는 벨트)와 이온성 도전 매체(벨트 또는 층) 사이에서 유체역학적 드레그를 지속시켜서 기계적이거나(스프링이 감기거나) 전기적인 또는 기체력으로 구동되는 모터의 사용으로 하나 또는 그 이상의 구성 요소를 전달시키거나 회전시켜 줄 때에 상기 각 유동 요소가 같은 속도(상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조와 접촉하는 시점에서)로 움직이도록 이루어진 FCB 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속-연료 방전 서브 시스템을 포함하는 금속-공기 FCB 시스템을 제공하는 것으로, 음극-양극 전압과 전류 레벨, 상기 방전 음극 내에서의 산소의 분압과 같은 방전 변수가 음극의 전기 분해 과정에서 습기의 영향을 받고 금속-연료 테이프의 분해 속도가 자동으로 검사하고 기록하여 실시간으로 방전 변수의 제어에 사용하는 제어 데이터 신호를 생성하기 위한 공정이 진행되어 상 기 금속-연료제가 시간에 맞게 에너지 효율적인 방법으로 방전이 이루어지도록 된 금속-공기 FCB 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-연료 충전 서브 시스템을 포함하는 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템을 제공하는 것으로, 음극-양극 전압과 전류 레벨, 상기 충전 음극 내에서의 산소의 분압과 같은 방전 변수가 음극의 전기 분해 과정에서 습기의 영향을 받고 금속-연료 테이프의 분해 속도가 자동으로 검사하고 기록하여 실시간으로 충전 변수의 제어에 사용하는 제어 데이터 신호를 생성하기 위한 공정이 진행되어 상기 금속-연료제가 시간에 맞게 에너지 효율적인 방법으로 충전이 이루어지도록 된 금속-연료 충전 서브 시스템을 포함하는 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 시스템을 제공하기 위한 것으로, 충전과 방전이 이루어지게 되는 상기 금속-연료 물질이 상술한 시스템의 저장고 내에 삽입가능한 카세트 타입의 장치 내에 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 이러한 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 시스템에 관한 것으로, 충전과 방전이 가능한 금속-연료 물질이 상기 시스템으로부터 발생되는 다른 출력 전압을 이용하는 다단 금속-연료 트랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템 제어기에 의해 제어되는 금속-연료 방전 서브시스템과 금속-연료 충전 시스템을 포함하는 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템의 형태로 이루어진 새로운 장치를 제공하기 위한 것으로, 음극-양극 전압과 전류 의 레벨, 방전 음극 내에서의 산소 분압과 같은 방전 변수가 음극의 전기 분해 과정에서 습기에 영향을 받고, 상기 금속-연료 테이프의 전기 분해 속도가 방전 모드의 작동이 진행되는 동안에 자동으로 검측되어 기록되어 자동으로 읽고 연산되어, 방전 모드가 진행되는 동안에 방전 변수를 제어하느데 사용되는 제어 데이터 시그널을 발생시켜 방전된 금속-연료 물질이 실시간과 에너지 효율 방법으로 방전이 이루어지도록 하는 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템의 형태로 이루어진 새로운 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 새로운 장치를 제공하기 위한 것으로, 음극-양극 전압과 전류의 레벨, 충전 음극 내에서의 산소 분압과 같은 충전 변수가 음극의 전기 분해 과정에서 습기에 영향을 받고, 상기 금속-연료 테이프의 전기 분해 속도가 충전 모드의 작동이 진행되는 동안에 자동으로 검측되어 기록되어 자동으로 읽고 연산되어, 충전 모드가 진행되는 동안에 충전 변수를 제어하느데 사용되는 제어 데이터 시그널을 발생시켜 충전된 금속-연료 물질이 실시간과 에너지 효율 방법으로 충전이 이루어지도록 하는 금속-공기 연료 셀 배터리 시스템의 형태로 이루어진 새로운 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-연료 물질의 각 구역이나 서브 섹션이 광학수단 또는 자기장 수단을 통과시켜 디지털 코드를 분류해서 방전 모드가 진행되는 동안에 방전에 관련된 데이터를 기록할 수 있게 하고, 신속하고 효율적인 충전을 포함하는 여러 가지 형태의 작동을 수행할 수 있는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충전이 진행되는 동안에 기록된 상태 정보를 메모리로부터 읽어 상기 시스템의 충전 헤드에서 유지시켜 주는 전류와 전압 레벨의 셋팅에 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 도 다른 목적은 테이프의 방전이 진행되는 동안에 금속-연료 물질의 각 구역에 구획된 바 코드나 이와 유사한 그래픽 표시기의 광학 검측이 상기 시스템의 탑재된 소형 광학 리더기에 의해 이루어지도록 된 상기 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 테이프 충전이 진행되는 동안에 상기 방전된 금속-연료 물질의 각 구역에서 바 코드 데이터를 광적으로 검출할 수 있도록 시스템 내에 소형 광학 리더기를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-연료 물질의 각 구역(예를 들면, 프레임)의 순간 부하 상태로부터 얻어지는 정보를 상기 시스템의 제어기를 통해 메모리에 기록하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방전 헤드의 어셈블리를 갖는 시스템을 제공하는 것으로, 전기 도전성 음극 구조, 이온성 도전 매체 그리고 음극 접촉 구조로 이루어진 것을 포함하는 어셈블리를 갖는 상기 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충전 헤드 어셈블리를 갖는 시스템을 제공하기 위한 것으로, 전기 전도성 음극 구조, 이온성 도전 매체 그리고 양극 접촉 구조를 각각 갖는 충전 헤드 어셈블리를 포함하는 상기 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 FCB 시스템으로부터 전기력을 발생시켜 주는 개선된 방법과 시스템을 제공하기 위한 것으로, 전기 부하의 최대 전기 요구량이 종래 기술의 단점과 한계를 극복할 수 있는 안전한 방법과 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 FCB 기술을 기초로 하는 전기력 발생 시스템에 관한 것으로, 전기력 발생 시스템 내에 소비되지 않고 남아 있는 금속-연료의 총량과 상관없이 전기 부하(예들 들면, 엔진, 모터, 기계, 공구 등)의 최대 동력 요구량을 안정시켜 주는 시스템, 장치 또는 환경 등에 설치되어 전기 동력판으로 사용되는 전기력 발생 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 FCB 시스템을 출력 버스 구조에 연결하여 네트워크에 근거를 두는 금속-연료 운용(데이터 베이스) 시스템이 구비된 네트워크 제어 서브시스템으로 제어하는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이송수단 또는 이와 유사한 수단을 장착하여 재충전을 하지 않고도 거리상으로 넓은 범위에 걸쳐 전달수단을 구동시켜 주는데 이용되는 다수의 전기모터에 동력을 공급할 수 있는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이렇게 생성된 출력 전기력이 선택된 금속-공기 FCB 서브시스템에 의해 상기 시스템의 출력 버스 구조에 전기력을 공급할 수 있도록 제어되도록 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 FCB 서브시스템의 각 금속-연료의 운용으로 각 FCB 시스템이 시간적으로 순간적인 동력 발생에 유용한 금속-연료와 평균적으로 동일하게 운용되도록 된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 FCB 서브시스템의 네트워크 상에서 금속-연료가 금속-연료 형평 법칙에 따라 운용되고, 평균적으로 시간적 방전에 유용한 금속-연료량이 각 FCB 서브시스템에서 동일하게이루어지는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-공기 FCB 기술에 근거를 둔 전기력 발생 시스템에 관한 것으로, 전기력 발생 시스템 내에 소비되지 않고 남아 있는 금속-연료의 총량과 상관없이 전기 부하(예들 들면, 엔진, 모터, 기계, 공구 등)의 최대 동력 요구량을 안정시켜 주는 시스템, 장치 또는 환경 등에 설치되어 전기 동력판으로 사용되는 전기력 발생 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동력 실린더로 하나 또는 다수의 금속-공기 FCB 서브시스템이 전달수단으로서 상기 호스트 시스템에 평판 또는 경사면을 따라서 전달되는 작동이 가능하고, 상기 동력 실린더의 일부나 전부가 상기 호스트 시스템이 다른 전달수단을 통과하거나 위로 넘는 동작이 가능하도록 된 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-공기 FCB 서브시스템의 네트워크 내에서 금속-연료가 사용되어 어떤 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 얻어지는 예측할 수 없는(또는 비효율적으로 예측된) 금속-연료에 대한 정보가 금속-공기 연료 셀 서브시스템으로 입력되며, 금속-연료 형평 원칙에 따라 운용되는 금속-연료 소비에 있어서 각 서브시스템의 방전 헤드 어셈블리로 소비되지 않은 금속-연료량이 네트 워크 제어 서브시스템에 의해 전달되도록 하는 네트워크를 이용한 금속-연료 운용 데이터베이스를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 호스트 시스템의 최대 동력 요구량이 항상 상기 금속-공기 FCB 서브시스템의 네트워크 내에 남아 있는 금속-연료의 전체량을 고려하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속-공기 FCB 서브시스템의 네트워크 내에 남아 있는 모든 금속-연료가 상기 호스트 시스템의 최대 동력 요구량을 안정시키는데 충분한 량으로 상기 시스템에 의해 전기 동력을 발생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 각 금속-공기 FCB 서브시스템 내에 남아 있는 금속연료가 상기 시스템의 성능을 향상시키기 위해 금속 연료를 유용하게 사용하는 두가지 방법으로 금속-연료 테이프가 그 방전 헤드 어셈블리를 통과해서 전달되도록 공급하는 형태로 구현된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 방전이 이루어진 상기 금속-연료 테이프가 금속-공기 FCB 서브시스테므로부터 다른 출력 전압을 생성하는데 사용되는 다단 금속-연료 트랙을 포함하여 이루어진 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 금속-연료 테이프의 트랙 길이를 따라서 금속 여료의 각 구역이 광학수단이나 전자기 수단에 의해 디지털 코드로 분류되어 각각의 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 방전이 계속되는 동안에 금속-연료 테이프의 각 구역을 따라서 금속 연료의 소비량과 방전에 대한 데이터의 기록이 가능하게 이 루어진 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속-연료 테이프가 각 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 충전이 진행되는 동안에 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 금속 산화가 자동으로 진행되어 그 충전 헤드 어셈블리를 통해 전달되도록 이루어진 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 재충전으로 생기는 산화된 금속-연료 테이프는 금속-공기 FCB 서브시스템의 너트워크로부터 다른 출력 전압을 생성하는데 사용되는 다단 금속-연료 트랙으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 금속-연료 테이프의 트랙 길이를 따라서 금속 여료의 각 구역이 광학수단이나 전자기 수단에 의해 디지털 코드로 분류되어 각각의 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 충전이 계속되는 동안에 금속-연료 테이프의 각 구역을 따라서 금속 연료의 소비량과 충전에 대한 데이터의 기록이 가능하게 이루어진 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템의 제 1실시예를 보여주는 도면으로, 이온성 도전 매체가 시스템의 작동으로 상기 금속-연료 테이프와 음극구조가 접촉하는 지점에서 같은 속도로 자유롭게 움직이면서 점성이 있는 전기분해가 이루어지는 것을 보여주는 도면,

도 1b는 본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 2실시예를 보여주는 도면으로, 상기 시스템이 작동하는 중에 금속-연료 테으프와 음극 구조에 이온성 도전 매체가 접촉하는 지점에서 상기 이온성 도전 매체가 같은 속도로 움직이는 금속-연료 테이프에 합쳐지는 것을 보여주는 도면,

도 1c는 본 발명에 따르는 상기 시스템의 제 3실시예를 보여주는 도면으로, 시스템이 작동되는 동안에 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조에 접촉하는 지점에서 상기 이온성 도전 매체가 같은 속도로 전달되면서 합쳐지는 것을 보여주는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 FCB 시스템의 구체적인 예를 보여주는 도면으로, 이온성 도전 코팅(예를 들어, 젤과 같거나 솔리드 상태의 필름)을 가지면서 회전가능한 음극 실린더로 금속-연료 테이프가 전달되고 상기 금속-연료 테이프의 내면에 상기 시스템의 양극이 접촉된 구조를 보여주는 도면,

도 2a는 도 2에서의 이온성 도전 필름층이 그 표면에 도포된 본 발명에 따르는 실린더 형상의 음극 구조에 대한 분해 사시도,

도 2b는 도 2a에서 2B-2B선으로 절개한 실린더형 음극 구조를 나타내는 단면도,

도 2c는 도 2에서 사용되는 금속-연료 테이프를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 두번째 실시예를 보여주는 도면으로, 금속-연료 테이프가 이 속도와 같은 각속도로 회전하는 두번째 실시예의 실린더형 음극 구조를 통과하며, 상기 양극 접촉 구조가 금속-연료 테이프의 내표면에 합쳐 지고 상기 금속-연료 테이프는 이온성 도전 코팅이 된 것을 보여주는 도면,

도 3a는 도 3에서 도시한 본 발명에 따른 실린더형 음극 구조를 보여주는 도면으로, 상기 음극 구조가 주변을 둘러 싸고 있는 것을 보여주는 사시도,

도 3b는 도 3의 본 발명에 따른 실린더형 음극 구조를 보여주는 것으로, 도 3a에서 3B-3B선으로 절개한 실린더형 음극 구조를 보여주는 단면도,

도 3c1은 도 3c의 본 발명에 따른 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시 형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은 층 표면에 적용된 이온성 도전 필름층을 나타내는 단면도,

도 3c2는 도 3의 본 발명에 따른 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 보여주는 것으로, 이온성 도전 매체와 금속-연료 입자로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 세번째 실시예를 보여주는 것으로, 금속-연료 테이프가 이온성 도전 코팅을 가지면서 금속-연료 테이프와 같은 각속도로 구동되는 실린더형 음극 구조로 전달되며, 상기 양극 접촉 구조가 금속-연료 테이프의 표면에 대전된 것을 보여주는 도면,

도 4a는 도 4에 도시한 본 발명에 따른 실린더형 음극 구조를 보여주는 것으로, 상기 음극 구조에는 이온성 도전 코팅이 되어 있는 것을 나타내는 단면도,

도 4b는 도 3의 본 발명에 따르는 실린더형 음극 구조를 보여주기 위해 도 4에서 4B-4B선을 따라 절개한 단면도,

도 4c는 도 4의 본 발명에 따르는 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프를 보 여주기 위한 단면도,

도 5은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 네번째 실시예를 보여주는 도면으로, 금속-연료 테이프가 이 속도와 같은 각속도로 회전하는 두번째 실시예의 실린더형 음극 구조를 통과하며, 상기 양극 접촉 구조가 금속-연료 테이프의 외표면에 합쳐지고 상기 금속-연료 테이프는 이온성 도전 코팅이 된 것을 보여주는 도면,

도 5a는 도 5에서 도시한 본 발명에 따른 실린더형 음극 구조를 보여주는 도면으로, 상기 음극 구조가 주변을 둘러 싸고 있는 것을 보여주는 사시도,

도 5b는 도 5의 본 발명에 따른 실린더형 음극 구조를 보여주는 것으로, 도 5a에서 5B-5B선으로 절개한 실린더형 음극 구조를 보여주는 단면도,

도 5c1은 도 5c의 본 발명에 따른 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시 형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은 층 표면에 적용된 이온성 도전 필름층을 나타내는 단면도,

도 5c2는 도 5c의 본 발명에 따르는 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 보여주는 것으로, 금속-연료 입자로 구현된 물질이 이온성 도전 매체에 함침된 것을 보여주는 단면도,

도 6은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 다섯번째 실시예를 보여주는 도면으로, 금속-연료 테이프와 실린더형 음극 구조 사이로 이온성 도전 벨트가 이송됨에 따라 금속-연료 테이프와 같은 각속도로 상기 실린더형 음극 구조가 전달되는 것을 보여주고 있으며, 상기 양극 접촉 구조는 상기 금속-연료 테이프의 외표면에 대전된 것을 보여주는 도면,

도 6a는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 이온성 도전 벨트를 나타내는 단면도,

도 6b는 본 발명에 따르는 도 6의 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시 형태를 도시한 것으로, 금속 연료 테이프를 금속 연료의 얇은 층 형태로 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 6c는 본 발명에 따르는 도 6의 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 두번째 실시형태를 보여주는 것으로 기재상에 금속성 파우더와 접착제를 침전시켜 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 6d는 본 발명에 따르는 도 6의 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 보여주는 것으로, 기재 물질에 금속성 파우더를 함침시켜 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 7은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 여섯번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 필름층이 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프에 접촉하는 지점에서 상기 음극 벨트 그조와 같은 속도로 음극 벨트 구조 상의 솔리드 상태로 있는 이온성 도전 매체 필름층 위로 금속-연료 테이프가 전달되고, 상기 양극 접촉 구조가 실린더 지지구 사이에 있는 금속-연료 테이프의 외주면에 대전되며, 상기 음극 접촉 구조는 양극 지지구조의 반대쪽에 위치하여 음극 벨트 구조의 내주면에 대전된 상태를 보여주는 도면,

도 7a는 본 발명에 따르는 도 7에서의 시스템에 적용된 음극 벨트 구조를 보여주는 단면도,

도 7b는 본 발명에 따르는 도 7에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은층 형태로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 7c는 도 7에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 7d는 도 7에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 구현된 것을 보여주는 단면도,

도 8은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 일곱번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 필름층이 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프에 접촉하는 지점에서 상기 음극 벨트 그조와 같은 속도로 음극 벨트 구조 상의 솔리드 상태로 있는 이온성 도전 매체 필름층 위로 금속-연료 테이프가 전달되고, 상기 음극 접촉 구조는 실린더형 음극 롤러 위로 전달되는 음극 벨트 구조의 외면에 대전되며 상기 양극 접촉 구조는 실린더형 음극 롤러의 부근에 배치되어 음극 벨트 구조의 내면에 집척되는 것을 보여주는 도면,

도 8a는 본 발명에 따르는 도 8에서의 시스템에 적용된 음극 벨트 구조를 보여주는 단면도,

도 8b는 본 발명에 따르는 도 8에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은층 형태로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 8c는 도 8에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 8d는 도 8에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 구현된 것을 보여주는 단면도,

도 9는 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 여덜번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 필름층이 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조에 접촉하는 지점에서 솔리드 상태의 이온성 도전 필름층을 갖는 금속-연료 테이프가 그 속도로 음극 벨트 구조에 전달되고, 상기 양극 접촉 구조가 음극 벨트 전달 실린더 사이에서 금속-연료 테이프의 외표면에 대전되며 상기 음극 접촉구조가 음극 벨트 전달 실린더 사이에서 상기 양극 접촉 구조와 반대로 위치하여 음극 벨트 구조의 내표면에 대전되는 것을 보여주는 도면,

도 9a는 본 발명에 따르는 도 9에서의 시스템에 적용된 음극 벨트 구조를 보여주는 단면도,

도 9b는 본 발명에 따르는 도 7에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 이온성 도전 필름층을 이송시켜 주는 금속 연료의 얇은층 형태로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 9c는 도 9에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태 를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 이온성 도전층으로 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 9d는 도 9에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 이온성 도전층으로 구현된 것을 보여주는 단면도,

도 10은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 아홉번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 벨트가 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조에 접촉하는 지점에서 상기 이온성 도전 벨트가 같은 속도로 음극 벨트 구조를 넘어 전달되고, 상기 음극 접촉 구조는 음극 벨트 전달 실린더를 통과하여 음극 벨트 구조의 외표면에 대전되며 상기 양극 접촉 구조는 양극 벨트 전달 실린더 근처에 위치하여 음극 벨트 구조의 내표면에 대전된 것을 보여주는 도면,

도 10a는 본 발명에 따르는 도 10의 시스템에 사용되는 음극 벨트의 첫번째 실시 형태를 보여주는 단면도,

도 10b는 본 발명에 따르는 도 10에서의 시스템에 적용된 음극 벨트 구조의 두번째 실시 형태를 보여주는 단면도,

도 10c는 본 발명에 따르는 도 10에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은층 형태로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 10d는 도 10에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 구현한 것을 보여 주는 단면도,

도 10e는 도 10에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 구현된 것을 보여주는 단면도,

도 11a는 본 발명에 따르는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템의 첫번째 실시예를 도시한 도면으로, 다수의 음극 실린더가 컴팩트 지지구(예를 들면, 하우징) 내부에 회전할 수 있게 설치되고, 카세트 타입의 카트리지에 충진된 금속 여료 테이프는 이온성 도전 매체가 각 음극 실린더와 금속-연료 테이프에 접촉하는 지점에서 금속-연료 테이프와 음극 실린더 사이에 위치한 이온성 도전 매체와 함께 회전가능하게 설치된 음극 실린더의 표면 위로 전달되는 것을 보여주는 사시도,

도 11b는 도 11에서 도시한 FCB 시스템의 측면도로, 컴팩트 지지구를 통과하는 금속-연료 테이프의 전달 통로와 테이프의 통로 가이드와 그 내부에 설치되는 구성 요소와 접촉하는 음극 및 양극이 도시되어 있으며, 상기 이온성 도전 매체는 점성이 있는 젤과 같이 회전하는 음극 실린더 또는 움직이는 금속-연료 테이프로 이루어지거나 솔리드 형태의 필름 형태로서 금속-연료 테이프 또는 음극 실린더로 이루어져서 시스템이 작동하는 동안에 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 실린더에 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프와 움직이는 음극 실린더와 같은 속도로 전달되는 것을 보여주는 측면도,

도 12a는 도 11의 본 발명에 따르는 시스템에 적용된 금속-연료 테이프의 첫번째 실시 형태로서, 금속 연료의 얇은층의 실시 형태로 구현된 예를 보여주는 단 면도,

도 12b는 도 11의 본 발명에 따르는 시스템에 적용된 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태로서, 기재에 금속성 파우더와 접착제로 침적된 구현예를 보여주는 단면도,

도 12c는 도 11의 본 발명에 따르는 시스템에 적용된 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태로서, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 구현한 예를 보여주는 단면도,

도 12d는 도 11의 본 발명에 따르는 시스템에서 음극 실린더를 도시한 것으로, 이온성 도전된 솔리드 상태의 필름층이 그 표면 위에 도전된 것을 보여주는 단면도,

도 13은 본 발명에 따르는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템의 첫번째 실시예를 도시한 도면으로, 다수의 음극 실린더가 컴팩트 지지구(예를 들면, 하우징) 내부에 회전할 수 있게 설치되고, 카세트 타입의 카트리지에 충진된 금속 여료 테이프는 이온성 도전벨트 구조가 각 음극 실린더와 금속-연료 테이프에 접촉하는 지점에서 금속-연료 테이프와 음극 실린더 사이에 위치한 이온성 도전 벨트 구조와 함께 회전가능하게 설치된 음극 실린더의 표면 위로 전달되는 것을 보여주는 사시도,

도 13a는 도 13에서 도시한 FCB 시스템의 측면도로, 컴팩트 지지구를 이온성 도전 벨트 구조와 관련해서 통과하는 금속-연료 테이프의 전달 통로와 테이프의 통로 가이드와 그 내부에 설치되는 구성 요소와 접촉하는 음극 및 양극이 도시되어 있으며, 상기 이온성 도전 매체는 점성이 있는 젤과 같이 회전하는 음극 실린더 또는 움직이는 금속-연료 테이프로 이루어지거나 솔리드 형태의 필름 형태로서 금속-연료 테이프 또는 음극 실린더로 이루어져서 시스템이 작동하는 동안에 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 실린더에 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프와 움직이는 음극 실린더와 같은 속도로 전달되는 것을 보여주는 측면도,

도 14는 본 발명에 따르는 도 13에서의 시스템에 적용된 이온성 도전 벨트를 보여주는 단면도,

도 15a는 본 발명에 따르는 도 13에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은층 형태로 구현된 것을 도시한 단면도,

도 15b는 도 13에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 구현한 것을 보여주는 단면도,

도 15c는 도 13에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 구현된 것을 보여주는 단면도,

도 16은 본 발명에 따르는 FCB의 열번째 실시예를 도시한 것으로, 이온성 도전성 매체가 금속-연료 테이프 및 음극 벨트 구조와 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프가 같은 속도로 다수의 음극 벨트 구조로 전달되고, 각 음극 접촉 구조는 음극 벨트 구조의 외표면에 형성되며 각 양극 접촉 구조는 상기 음극 접촉 구조 와 반대되는 위치에 형성된 것을 보여주는 도면,

도 16a는 도 16에 도시된 본 발명에 따르는 FCB 시스템을 나타내는 측면도,

도 16b는 도 16에서 한쌍의 음극과 양극 접촉 구조를 보여주는 도면으로, 이온성 도전 매체가 양극 벨트 구조 및 금속-연료 테이프 사이에서의 접촉 상태를 보여주는 도면,

도 16c는 도 16에서 한쌍의 음극과 양극 접촉 구조를 보여주는 도면으로, 상기 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프 사이에 위치하여 회전가능하게 설치된 것을 보여주는 도면,

도 17a는 본 발명에 따르는 도 16에서의 시스템에 적용되는 금속-연료 테이프의 첫번째 실시형태를 보여주는 것으로, 금속 연료의 얇은층 형태로 이루어져서 이온성 도전 젤 또는 솔리드 상태의 얇은 필름층이 일면에 코팅된 것을 보여주는 단면도,

도 17b는 도 16에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 두번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재에 금속성 파우더나 접착제를 침전시켜 이루어져서 이온성 도전 젤 또는 솔리드 상태의 얇은 필름층이 일면에 코팅된 것을 보여주는 단면도,

도 17c는 도 16에서의 본 발명에 따르는 금속-연료 테이프의 세번째 실시 형태를 도시한 것으로, 기재 내에 금속성 파우더를 함침시켜 이루어져서 이온성 도전 젤 또는 솔리드 상태의 얇은 필름층이 일면에 코팅된 것을 보여주는 단면도,

도 18은 도 16의 본 발명에 따르는 시스템에 사용되는 음극 벨트 구조의 첫 번째 실시 형태를 도시한 것으로, 시스템이 작동되는 동안에 점성을 갖는 이온성 도전 젤로 사용하거나 제조중에 솔리드 상태의 이온성 도전 필름으로 사용하는 것을 보여주는 단면도,

도 19는 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 열한번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 벨트가 금속-연료 테이프 및 음극 벨트 구조와 접촉하는 지점에서 양면 금속-연료 테이프가 같은 속도로 다수의 음극 벨트 구조 위로 전달되는 일반 솔리드 상태의 이온성 도전 벨트 구조 위로 전달되고, 각 음극 접촉 구조가 음극 벨트 구조의 외표면에 형성되며 이에 대응하는 양극 접촉 구조가 음극 접촉 구조의 반대쪽에 형성되는 것을 보여주는 도면,

도 19a는 도 19의 본 발명에 따르는 FCB 시스템을 도시한 측면도,

도 19b는 도 19에서 한쌍의 음극과 양극 접촉 구조를 보여주는 도면으로, 상기 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프 사이에 위치하여 회전가능하게 설치된 것을 보여주는 도면,

도 20은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 열두번째 실시예를 도시한 도면으로, 이온성 도전 필름 코팅이 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조와의 접촉 지점에서 금속-연료 테이프가 같은 속도로 다수의 음극 벨트 구조(각각 이온성 도전 필름층이 코팅된) 위로 전달되고, 각 음극 접촉 구조가 음극 벨트 구조의 외표면에 형성되며 이에 대응하는 각 양극 접촉 구조가 음극 벨트 구조의 반대쪽에 형성된 것을 보여주는 도면,

도 20a는 도 20의 본 발명에 따르는 FCB 시스템을 도시한 측면도,

도 20b는 도 20의 본 발명에 따르는 FCB 시스템에 적용된 한쌍의 음극과 양극 구조를 보여주는 것으로, 접촉된 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프가 그 사이에 위치하는 이온성 도전 매체를 함께 보여주는 도면,

도 21은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 열세번째 실시예를 보여주는 도면으로, 이온성 도전 필름층이 금속-연료 테이프 및 음극 벨트 구조와 접촉하는 지점에서 양면 금속-연료 테이프가 같은 속도로 다수의 음극 벨트 구조(각각 이온성 도전 필름층이 코팅된) 위로 전달되고, 한쌍의 양극 접촉 요소가 삽입된 한쌍의 음극 벨트 구조의 외표면에 한쌍의 음극 코팅 구조가 형성된 것을 보여주는 도면,

도 21a는 도 24의 본 발명에 따르는 시스템에 적용된 한세트의 음극과 양극 접촉 구조를 보여주는 것으로, 접촉된 음극 벨트 구조가 이온성 도전 벨트와 양면 금속-연료 테이프 사이에 삽입된 상태를 보여주는 도면,

도 22는 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 열 네번째 실시예를 도시한 도면으로, 금속-연료 테이프의 다단 흐름이 동시에 다수의 음극 벨트 구조 위로 전달되고, 시스템이 작동되는 동안에 금속-연료 테이프의 장력을 줄일 수 있도록 동시에 테이크 업 릴을 지지하는 것을 보여주는 도면,

도 23a는 전달수단으로서 본 발명의 전기력 발생 장치를 도시한 것으로, 전기력을 발생시켜 전달수단의 휠에 연결된 전기로 구동되는 모터에 공급하게 되며, 보조동력과 복합동력원으로 상기 FCB 시스템 서브시스템 내의 금속-연료를 재충전하는 상태를 보여주는 도면,

도 23b는 본 발명에 따는 전기력 발생 장치를 도시한 것으로, FCB 서브시스 템 내의 금속-연료를 재충전시켜 주는 보조 동력과 복합동력원을 갖는 정적 전기력판을 보여주는 도면,

도 24a는 본 발명에 따르는 전기력 발생 시스템의 첫번째 실시예를 보여주는 것으로, 금속-공기 FCB 서브시스템의 네트워크가 DC 동력 버스 구조에 연결되어 네트워크를 기조로 하는 금속-연료 운용 서브시스템의 작동으로 네트워크 제어 서브시스템에 의해 제어되는 것을 보여주는 도면,

도 24b는 본 발명에 따르는 전기력 발생 시스템의 두 번째 실시예를 보여주는 것으로, 도 24a의 출력측 DC 동력 버스 구조를 DC/AC 컨버터를 이용하는 방법으로 출력측 AC 동력 버스 구조에 연결하여 전기부로 AC동력을 공급하는 것을 보여주는 도면,

도 24c는 도 24a와 도 24b에서 도시된 본 발명에 따르는 네트워크를 기조로 하는 금속-연료/금속-산화 운용 서브시스템으로 유지되는 데이터베이스 구조를 보여주는 도면,

도 25는 본 발명에 따르는 보조 금속-공기 FCB 서브시스템을 도시한 도면으로, 시간의 경과로 커지는 전기 부하로 요구되는 출력측 동력 요구량을 증가시켜 주는 기능을 하는 방전모드에서 어떻게 작동이 이루어지는지를 보여주는 그래프.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 나타낸다.

본 발명은 이온성 도전 매체가 음극 구조 및 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점에서 같은 속도로 금속-공기 FCB 시스템 내에서 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체의 전달이 이루어지도록 한 것이다. 이와 같은 전달은 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체 사이에서 발생되는 마찰력(예로, 전단력)의 발생을 줄여 주게 된다. 반대로, 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체 사이에서 발생되는 마찰력의 감소는 하기하는 것들을 감소시켜 주는 결과를 가져오게 되는데; 시스템이 작동하는 동안에 금속-연료 테이프와 음극 구조 그리고 이온성 도전 매체를 전달시켜 주는데 필요로 하는 전기량; 금속-연료 테이프로부터 산화되는 금속 입자의 분리와 이러한 금속입자가 음극의 기공 구조 내부로 함침되는 것; 그리고, 상기 FCB 시스템에서 사용되는 음극 구조와 금속-연료 테이프의 파괴나 이와 유사한 현상 등을 감소시켜 주게 된다. 이러한 작동원리는 세가지의 다른 FCB 시스템 구조로 첨부도면 도 1a 내지 도 1c에서 나타나 있다.

본 발명의 첫번째 실시예를 나타내는 금속-공기 FCB 시스템은 첨부도면 도 1a에서 도면부호 1로 도시되어 있다. 여기서, 상기 이온성 도전 매체(ICM; 2)은 상기 시스템에 사용되는 금속-연료 테이프(3)와 음극 구조(4)와 관련해서 자유롭게 움직일 수 있는 유체 또는 이와 유사한 물질로 구현되어 있으며, 테이프의 충전과 방전이 진행되는 동안에 상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프 및 음극 구조과 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프와 음극 구조가 같은 속도로 전달되도록 이루어져 있다. 첨부도면에서 도시한 바와 같이, 양극 접촉 요소(6)가 금속-연료 테이프(예로, 양극;3)과 접촉으로 전기력을 발생시킴에 따라 음극 접촉 요소(5)가 음극 구조(4)에 접촉하면서 전기력을 발생시키게 된다.

본 발명의 두번째 실시예에 따르는 금속-공기 FCB 시스템은 도면부호 1로 도시되어 첨부도면 도 1b에서 보여주고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이온성 도전 매체(2)는 젤과 같은 형태 또는 솔리드 상태의 필림층의 형태로서 금속-연료 테이프(3)의 표면에 침적되어, 상기 시스템이 작동되는 동안에 이 이온성 도전 매체(2)가 금속 연료 테이프(3) 및 음극 구조(4)에 접촉하 지점에서 상기 금속-연료 테이프(3)와 이온성 도전 매체(2) 그리고 음극 구조(4)는 같은 속도로 전달되게 된다.

첨부도면 도 1c에 도시된 본 발명에 따르는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템은 도면부호 1로 도시되어 있다. 젤과 같은 형태나 솔리드 상태의 필름층의 형태로 이루어진 본 발명의 구현예에서는 시스템이 작동으로 상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조에 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프(3)와 이온성 도전 매체(2) 그리고 음극 구조(4)가 같은 속도로 전달되게 된다.

본 발명의 따르는 FCB 시스템의 실시예에 따르는 이온성 도전 매체는 여러가지 방법으로 구현되게 된다. 물론, 이러한 여러가지 방법은 상기 각 시스템에 따른 실시예에서 속도 제어(또는 속도 형평)에 의해 이루어지게 된다. 상기 음극 구조를 어떻게 구현하느냐에 따라서, 여기에서 공개된 본 발명에 따른 실시예에서는 FCB 시스템의 설명을 단순화하기 위해 두개의 그룹으로 분류하여 한 그룹씩 설명한다.

예를 들면, 첫번째 그룹인 첨부도면 도 2 내지 도 6d에서 도시된 실시예에서, 상기 음극 구조는 그 표면에 형성된 작은 구멍과 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 사이로 공기(또는 산소)를 전달시켜 줄 수 있도록 중공 중심 코어를 갖는 실린더형 기하학적 형상인 회전가능한 구조로 구현되게 된다. 두번째 그룹인 첨부도면 도 7 내지 도 10d에서, 상기 음극 구조는 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체로 산소 공급이 가능하도록 표면에 초미세 구멍이 형성된 벨트 구조로 구현되게 된다. 이렇게 두개의 그룹으로 분류된 상기 FCB 시스템에 대해서는 하기에서 자세하게 설명한다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 1실시예

첨부도면 도 2 내지 도 2c에 도시된 본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 1실시에에서, 상기 음극 구조(4)는 상기 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프(13) 사이에 형성된 인터페이스로 산소를 전달할 수 있도록 그 표면에 미세한 구멍(12)이 형성된 중공 중심(11A)를 갖는 플라스틱 실린더형 구조(11)로 구현되어 있다. 첨부도면에서 보는 바와 같이, 음극 구조(14)는 플라스틱 중공 실린더(11)의 외표면에 설치되어 있다. 상기 음극 요소(14)는 카본과 촉매재(16)가 함침된 니켈 메쉬 조직(15)으로 이루어져 있다. 바람직하기로는 상기 금속-연료 테이프(13)가 출원인의 동시에 출원한 미국 출원번호 제09/074,337호에서 다루고 있는 한쌍의 공급기와 테이크 업 릴 사이로 전달되게 하는 것이 좋다. 물론, 상기 금속-연료 테이프는 상기 미국 특허출원 제09/074,337호에서 다루는 기술을 이용하여 제조하게 된다.

금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 적용된 음극 실린더(11)에 있어서, 본출원이 출원한 상기 제09/074,337호에 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템을 포함하는 각 서브시스템은 첨부도면 도 2에서 도시된 시스템에 병합되어 있다. 그래서, 본 출원의 동시 특허출원 제09/074,337호와 동 제08/944,507호에서 다루는 바와 같이, 첨부도면 도 2에서 도시된 음극 실린더(11)의 내부에는 산소 분사실(공기 펌프나 산소를 공급해주는 공급원에 연결된), 하나 이상의 pO₂ 센서와 온도 센서, 방전 헤드 냉각 장치와 이와 유사한 장치가 구비되어서 시스템 제어기(22)가 상기 음극 요소(14) 내에서 pO₂레벨을 제어할 뿐만 아니라 방전작동이 진행되는 동안에 방전 헤드의 온도를 측정하게 된다.

동시에, 상기 음극 실린더(11)에는 금속-연료 테이프 재충전 서브시스템을 채용하고 있으며, 이에 연속 출원된 상기 특허출원 제09/074,337호에서 공개된 금속-연료 테이프 재충전 서브시스템을 포함하는 시스템이 첨부도면 도 2에 도시된 장치 내에 포함되어 있다. 그래서, 동시출원된 상기 특허출원 제09/074,337호에서 다루는 것처럼, 첨부도면 도 2에서 도시된 음극 실린더(11)의 내부에는 산소 증발실(진공펌프나 이와 유사한 장치), 하나 또는 그 이상의 pO₂ 센서와 온도 센서와, 재충전 헤드 냉각장치와 이와 유사한 장치를 구비하여, 시스템 제어기(22)가 상기 음극 요소(14) 내의 pO₂ 레벨을 제어할 뿐만 아니라 재충전이 진행되는 동안에 충전 헤드의 온도를 유지하게 된다.

첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 음극 실린더(11)는 음극 구동 유니트(17)에 의해 제어되는 각속도로 회전축을 중심으로 회전하게 된다. 첨부도면에서 보는 바와 같이, 상기 음극 구동 유니트(17)는 실린더형 구조(11)의 단부에 형성된 치에 치합가능한 기어(19)를 갖는 구동축(18)이 갖추어져 있다. 상기 금속-연료 테이프(13)는 충전과 방전이 진행되는 동안에 연료-테이프 전달기에 의해 실린더형 음극 요소(14)의 표면 위로 전달되게 된다. 상기 음극 구동 유니트(17)와 연료-테이프 전달기(21)는 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조에 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프(13)와 음극 구조(14) 그리고 이온성 도전 매체가 동시에 전달되도록 시스템 제어기(22)의 제어를 받게 된다. 이러한 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체 그리고 실린더형 음극 구조의 상호 운동을 제어하는 것으로, 상기 시스템 제어기(22)는 마찰력(또는 전단력)의 발생을 최소한으로 줄이게 되고 또ㅎ한 이로 인해 야기되는 여러가지 문제점을 해결할 수 있게 된다.

일반적으로 가장 바람직한 적용으로는 첨부도면 도 2에 도시된 상기 시스템의 실린더형 음극 구조에 대하여 다수의 음극과 양극 접촉 요소를 회전할 수 있도록 설치하는 것이다. 이러한 구조는 발생되는 전압의 출력이 상기 시스템에 있어서 각각 회전하는 음극으로부터 최대의 전류를 모을 수 있게 된다. 물론, 이를 좀더 명확하게 설명하면, 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이 음극 실린더에 대해서 한쌍의 음극과 양극 접촉 요소를 설치하게 된다.

바람직하기로는, 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 전기적으로 도전성을 갖는 음극 접촉 요소(23)를 한쌍의 브라켓이나 이와 유사한 구조를 이용해서 상기 실린더 형상의 음극 구조(11)의 각 단부에 지지되어 회전할 수 있게 설치하여, 상기 음극 접촉 요소(23)가 외부 단부(24) 상에 노출된 니켈 메쉬 조직(15)에 전기적으로 접촉가능하도록 배치하고, 실린더 음극 구조가 그 회전축을 중심으로 회전함에 따라 음극 접촉 요소도 그 회전축을 중심으로 회전이 가능하도록 한 것이다. 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 전기적으로 도전성을 갖는 양극 접촉 요소(25)는 한쌍의 브라켓(26)의 지지를 받아 회전가능하도록 설치하여 금속-연료 테이프(13)의 하부면과 전기적으로 접촉할 수 있도록 실린더형 음극 구조에 근접하게 배치하고, 상기 양극 접촉 요소가 그 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 해서 금속-연료 테이프가 이온성 도전 매체 사이로 회전하는 음극 구조의 상부로 전달이 이루어지게 한다. 첨부도면에서 보는 바와 같이, 상기 회전가능한 음극과 양극 접촉 요소(23,25)는 출력측 동력 제어기(29)에 종결되는 전기적 컨덕터(27,28)에 전기적으로 연결되어 있다. 반대로, 상기 전기 부하는 상기 FCB 시스템으로부터 전기 동력을 공급받을 수 있도록 출력측 동력 제어기(29)에 연결되어 있다.

첨부도면 도 2에서 보는 바와 같이, 산소가 풍부한 공기는 팬이나 터빈 또는 이와 유사한 장치에 의해 생성된 작동으로 실린더형 음극 구조(11)를 통해 형성된 중공 중심 코어(11A)를 통해 유동이 가능하게 된다. 테이프의 방전이 진행되는 동안에 산소가 풍부한 공기는 음극 구조에 형성된 구멍(12)을 통해 유동되어 이온성 도전 매체(예를 들어, 전기분해:30)와 금속-연료 테이프 사이에 형성된 인터페 이스에 도달하게 된다.

본 발명의 실시예를 보여주는 첨부도면 도 2에서, 상기 이온성 도전 매체(30)는 음극 실린더(11)의 외표면에 씌워지는 얇은 필름 형태로 사용되는 이온성 도전 유체나 점성이 있는 젤 형태로 실시하게 된다. 상기 이온성 도전 유체/젤(30)은 음극 요소나 금속-연료 테이프의 표면에 연속적인 방법이나 주기적인 방법으로 사용하여 시스템이 작동하는 동안에 이온성 도전 매체가 충분하게 공급되게 하고, 그래서 상기 이온성 도전 매체와 금속-연료 테이프 사이의 인터페이스에 집중되는 수산화물 이온의 최적의 레벨을 유지하도록 하는 것이다. 잘 알려져 있다시피 상기 이온성 도전 필름층의 두께는 응용 범위가 넓지만, 일반적으로 이온성 도전 매체의 전기 전도성, 방전이 진행되는 동안에 FCB 시스템에서 생성되는 전류의 흐름, 음극 요소의 표면적과 이와 유사한 여러가지 요소에 따라서 결정된다.

이온성 도전 유체/젤(30)은 다음의 식에 의해 제조하게 된다. 1몰의 수산화 칼륨(KOH)와 1몰의 칼슘 클로라이드는 물 100g에 용해된다. 상기 KOH의 는 하이드로사이드 이온원을 제공하여 칼슐 클로라이드가 흡습재로서 작용하게 하는 기능이 있다. 그 다음으로, 반몰의 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)는 이온 전달체로서의 혼합물을 증가시켜 주게 된다. 그래서, 이 혼합물은 약 10분 동안에 섞이게 된다. 0.1몰의 셀룰로우스 메소카보시릭 산, 젤란트(gellant)을 혼합물에 첨가하게 된다. 이 화학식의 결과는 상기 FCB 시스템의 음극 요소(14)나 금속-연료 테이프(13)의 표면에 사용하는데 적합한 이온성 도전 젤을 얻을 수 있게 된다.

이온성 도전 매체(30)는 실린더형 음극 요소(14)의 외표면이나 금속 연료 테이프의 내표면에 사용할 수 있도록 솔리드 상태의 이온성 도전 필름으로 구현하여 사용하게 된다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 솔리드 상태의 이온성 도전 필름은 후술하는 다음의 방정식을 이용하여 음극 요소나 금속-연료 테이프에 성형하게 된다.

첫번째 식에서, 1몰의 KOH, 하이드로사이드 원과 0.1몰의 칼슘 클로라이드, 흡습재를 물 60미리리터와 테트라하이드로겐 퓨란(THF) 40미리리터 혼합된 용매제에 녹이게 된다. 그리고 나서, 1몰의 PEO를 이온 전달체로서 상기 혼합물에 첨가하게 된다. 그 결과, 상기 음극 요소(14)의 외표면이나 금속-연료 테이프(13)의 아랫면 상에 두꺼운 필름층이 얻게(코팅되게) 된다. 상술한 방정식의 사용으로, 이온성 도전 필름은 두께가 약 0.2∼0.5㎜의 범위를 얻을 수 있게 된다. 이렇게 얻어진 필름 코팅에 혼합한 용매(또는 물과 THF)에 의해 증발이 가능하게 되고, 이온 도전성을 갖는 솔리드 상태의 필름은 음극 요소(14)의 외표면이나 금속-연료 테이프의 하면에 제조가 가능하게 된다.

두번째 공식에 따르면, 1몰의 KOH와 0.1몰의 칼슘 클로라이드는 물 60미리리터와 테트라하드로겐 퓨란(THF) 40미리리터를 혼합한 용매에 녹게 된다. KOH는 이온원으로 작용하게 되고, 칼슘 클로라이드는 흡습재로 작용하게 된다. 그래서, 1몰의 폴리비닐 클로라이드(PVC)는 젤과 같은 물질을 만드는데 충분한 양을 용해시키는데 추가하게 된다. 이러한 용해로 음극 요소(14)의 외표면에 두꺼운 필름을 제조(코팅)하거나 금속-연료 테이프의 하부면 상에 두께운 필름을 제조하게 된다. 이러한 상기 방정식의 사용으로, 이온성 도전 필름의 두께를 0.2∼0.5㎜의 범위로 얻게 된다. 코팅제에 용매(또는 물과 THF)를 혼합하여 증기를 발생시킴에 따라, 이온 도전성의 솔리드 상태의 필름이 음극 요소(14)의 외표면과 금속-연료 테이프의 하면에 성형되게 된다.

상기 이온성 도전 매체(30)를 상술한 바와 같이 사용하는 경우, (1) 상기 이온성 도전층(30)과 금속-연료 테이프(13), (2) 상기 이온성 도전 매체(30)와 유동가능한 음극 실린더(11) 사이에서 습윤성을 줄 수 있는 수단을 필요로 하게 된다. 이렇게 습윤성을 주는 한가지 방법은 시스템이 작동하는 동안에 금속-연료 테이프(13)(혹은 이온성 도전 매체)의 표면에 코팅제로 물(H₂O)이나 전기분해가 가능한 용매 또는 이것들을 지속적으로 혹은 간헐적으로 공급하여 상기 금속-연료 테이프(13)와 이온성 도전 매체(30), 혹은 상기 유동되는 음극 실린더(11)와 이온성 도전 매체(30) 사이에 이온 전달체를 충분하게 공급하는 것이다. 상기 금속-연료 테이프(혹은 이온성 도전 매개체)에 제공하는 물의 코팅 두께는 금속 연료 테이프의 전달 속도, 그 물의 흡수성에 달려 있다. 첨부도면 도 2의 본 발명에 따르는 실시예에서, 상기 금속-연료 테이프(13)나 이온성 도전 매체(30)의 젖음성은 방출기(54)의 유용과 메카니즘(55)의 확산을 수행하게 된다. 물론, 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")과 이온성 도전 매체(30)의 젖음성을 이용하는 다른 방법이 최선의 결과를 얻을 수 있게 이용된다.

첨부도면 도 1에서 도시된 실시예에서 단일 음극/단일 양극 타입을 적용한 것을 보여주고 있으나, 이러한 시스템에 대한 실시예에서는 출원인의 특허출원 제09/074,337호와 동 제08/944,507호에서 거론된 형태인 다단 트랙의 금속-연료 테이프을 이용하는 플라스틱 지지 실린더(11)로 형성된 다수의 전기 흡수성 음극 요소를 포함하는 것을 쉽게 할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명에 따른 시스템의 최대 장점은 특별한 전기 부하에서 요구되는 가변 출력 전압에서 전기력을 전달하는 것이 가능하다는 것이다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 2 실시예

첨부도면 도 2 내지 도 2C에서 도시한 본 발명에 따른 FCB 시스템의 두번째 실시예에서, 첨부도면 도 2의 FCB 시스템은 첨부도면 도 3과 비교해 볼 때 유사하지만, 첨부도면 도 3에서 적용한 금속-연료 테이프는 솔리드 상태인 이온성 도전 코팅(31)의 하면에 적용한 것으로 첨부도면 도 2에서의 음극 구조의 외표면에 적용하지 않은 점에서 차이가 있다.

본 발명에 따르는 실시예에서, 첨부도면 도 3에서 도시한 FCB 시스템에 적용한 금속-연료 테이프는 다양한 방법으로 구현되고 있다. 첨부도면 도 3C1에서 보는 바와 같이, 금속-연료 테이프(13')의 첫번째 실시형태는 이온성 도전 젤이나 젤과 같은(혹은 솔리드 상태의) 층(31)을 금속-연료(32)의 얇은 층 표면에 적용하여 성형한 것이다. 첨부도면 도 3C2에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13")의 두번째 실시 형태에서는 기재 물질(35)의 내부에 이온성 도전 매체(33)와 금속-연료 입자(34)를 구현한 형태로 형성하여 이루어진 것이다. 이러한 금속-연료의 성형에 따른 제조기술은 미국 특허출원 제09/074,377호에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 3 실시예

첨부도면 도 4 내지 도 4C에서 도시된 FCB 시스템의 실시예는 첨부도면 도 1에서 도시한 FCB 시스템과 유사하며, 회전가능한 양극 접촉 요소(25)가 금속-연료 테이프(13)의 외표면에 전기적인 접촉이 가능하도록 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 동시에, 첨부도면 도 4에 따르는 FCB 시스템에 적용된 금속-연료 테이프를 통한 전류 흐름에 대한 통로는 첨부도면 도 2의 FCB 시스템에서 적용하는 금속-연료 테이프를 통과하는 전류의 흐름 통로와 차이가 있는 것이다. 이러한 점에서, 첨부도면 도 4의 FCB 시스템은 첨부도면 도 2의 FCB 시스템과 유사한 것이다.

본 발명에 따르는 FCB 시스템의 제 4 실시예

첨부도면 도 5 내지 도 5C2에서 도시한 FCB 시스템의 네번째 실시예는 첨부도면 도 3에서 도시한 FCB 시스템과 유사하나, 상기 회전가능한 양극 접촉 요소(25)가 상기 금속-연료 테이프(13',13")의 외표면에서 전기적 접촉이 이루어지도록 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 동시에, 첨부도면 도 5에서의 FCB 시스템에서 적용하는 금속-연료 테이프(13',13")를 통과하는 전류 흐름에 대한 통 로는 첨부도면 도 3에서의 FCB 시스템에서 적용하는 금속-연료 테이프를 통과하여 이루어지는 전류 흐름에 대한 통로와 차이가 있다. 이러한 점에서, 첨부도면 도 5에서의 FCB 시스템과 그 실시예는 첨부도면 도 3의 FCB 시스템과 그 실시예와 유사한 것이다.

본 발명에 따르는 FCB 시스템의 제 5 실시예

본 발명에 따르는 FCB 시스템의 6번째 실시예를 첨부도면 도 6에서 보여주고 있다. 여기서, 상기 이온성 도전 매체는 첨부도면 도 2 내지 도 5에서 도시된 일반적인 형태인 음극 실린더와 벨트 전달 실린더 사이에서 작동하는 이온성 도전 벨트 구조의 형태로 구현되고 있다.

첨부도면 도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 이온성 도전 벨트(35)는 상술한 바와 같이 음극 실린더(11) 사이에서 회전가능하도록 지지되어 있으며, 벨트 전달 실린더(36)는 플라스틱이나 다른 전기적으로 비도전성 물질로 제조되어 있다. 도면으로 도시된 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)의 공급은 출원인이 출원한 미국 출원번호 제09/074,337호에 개재된 바와 같이 한쌍의 공급기와 테이크 업 릴 사이에서 이온성 도전 벨트(35) 위로 전달되게 된다.

금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 적용되는 상기 음극 실린더(11)의 경우에 있어서, 미국 특허출원 제09/074,337호에 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템에 포함되어 있는 각 서브시스템은 첨부도면 도 6에서 도시된 시스템에 포함되어 있다. 그래서, 출원인의 출원한 미국 특허출원 제09/074,337호와 제08/944,507호의 기재에 있어서, 첨부도면 도 6에서 도시한 음극 실린더(11)의 내부에는 산소 분사실(공기 펌프나 산소원에 연결되어 있는)과, 하나 이상의 pO₂ 센서, 하나 이상의 온도 센서, 방전 헤드 냉각장치와 같은 것들이 장착되어 있으며, 시스템 컨트롤러(22)는 상기 음극 요소(14)의 내부에 있는 pO₂ 레벨을 제어할 뿐만 아니라 방전이 진행되는 동안에 방전 헤드의 온도를 유지시켜 주게 된다.

동시에, 금속-연료 테이프의 충전 서브시스템에 적용된 음극 실린더(11)의 경우에 있어서, 미국 특허 제09/074,337호에 공개된 금속-연료 테이프 충전 서브시스템에 포함된 각 서브시스템은 첨부도면 도 6에서 도시된 시스템에 병합되어 있다. 그래서, 미국 특허 제09/074,337호에 기재되어 있는 것처럼 첨부도면 도 6에 도시된 상기 음극 실린더(11)의 내부에는 산소 증발실(진공 펌프나 이와 유사한 장치에 연결된)과, 하나 이상의 pO₂ 센서와, 하나 이상의 온도 센서와, 충전 헤드 냉각장치 등이 장착되어 있으며, 시스템 제어기(22)는 상기 음극 요소(14)의 내부에서 pO₂ 레벨을제어하고 뿐만 아니라 충전이 진행되는 동안에 충전 헤드의 온도를 유지시켜 주게 된다.

첨부도면 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 음극 실린더(11)는 상기 벨트 전달 실린더(36)가 구동 유니트(39)에 의해 제어되는 각속도로 회전됨에 따라 음극 구동 유니트(38)에 의해 제어되는 각속도로 회전하게 된다. 상기 금속-연료 테이프(13)는 충전과 방전 작용이 진행되는 동안에 테이프 전달 메카니즘(21)의 작동으로 이온성 도전 벨트(35)와 음극 실린더(11)의 표면 위로 전달되게 된다.

상기 구동 유니트(38,39)와 테이프 전달기(21)는 시스템 제어기(22)에 의해 제어를 받게 되며, 그 결과 상기 금속-연료 테이프(13)와 이온성 도전 벨트(35) 그리고 음극 실린더(11)는 시스템이 진행되는 동안에 상기 이온성 도전 벨트(35)가 금속-연료 테이프(13) 및 음극 실린더(11)와 접촉하는 지점에서 각각 같은 속도를 유지하게 된다. 이러한 상기 금속-연료 테이프(13)와 이온성 도전 벨트 구조(35) 그리고 실린더 음극 구조(11) 사이에서 일어나는 움직임의 제어로, 상기 시스템 제어기(22)는 마찰력의 발생을 효과적으로 줄여 주고 상기 음극 요소(14)와 금속-연료 테이프(13)의 파손이나 손상 등을 감소시켜 주게 된다.

일반적으로 첨부도면 도 6에서 도시한 FCB 시스템의 속도 제어는 다양한 여러가지 방법으로 구현할 수 있게 된다. 예를 들어서, 그 한가지 방법은 금속-연료 테이프(예를 들면, 카세트 타입의 장치에 공급기와 테이크 업 릴이나 허브 사이로)를 전달하는데 사용되는 벨트와 같은 구조를 이용하는 음극 실린더(11)와 전달 실린더(36)를 구동하는 것이다. 또 다른 방법은 상기 음극 실린더(11)와 전달 실린더(36)를 구동시키는데 한쌍의 DC 구동 모터를 이용하는 것으로, 두번째 DC 모터를 이용하여 연료 카세트 장치의 상기 공급기와 테이크업 허브를 구동시키고 첫번째 DC 모터로 속도를 제어해 나가게 되는 것이다. 속도 제어를 얻기 위한 또 다른 방법은 이 분야에서는 이미 명백하게 잘 알려져 있다.

첨부도면 도 6에서 시스템의 음극 실린더에 대한 다수의 회전가능한 음극과 양극 접촉 요소의 가장 적절한 설치를 보여주고 있다. 이러한 배치는 상기 시스템에서 발생된 출력 전압에서 각각 회전하는 음극으로부터 최대의 전류를 얻게 된다. 물론, 첨부도면 도 6에서 음극 실린더에 대하여 한쌍의 음극과 양극 접촉 요소를 보여주고 있다.

첨부도면 도 6에서 도시한 바와 같이, 전기적으로 도전성을 갖는 음극 접촉 요소(23)는 한상의 브라켓에 의해 음극 실린더(11)의 각 단부에 지지되어 회전하게 되며, 이에 따라 상기 음극 접촉 요소(23)는 상기 음극 실린더가 그 회전축을 중심으로 회전할 때에 음극 실린더(11)의 단부에 노출된 니켈 메쉬 조직(20)과 전기적으로 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 전기적으로 접촉가능한 양극 접촉 요소(25)는 상기 음극 실린더의 근방에 브라켓(26)에 의해 회전가능하도록 지지되어 있으며, 음극 실린더가 그 회전축을 중심으로 회전하게 되면 금속-연료 테이프(13)의 외표면과 전기적으로 접촉을 하게 된다. 이러한 상기 음극과 양극 접촉 요소(23,25)는 출력 동력 제어기(29)에서 끝나게 되는 전기 컨덕터(예를 드면, 와이어링; 28)과 전기적으로 연결되어 있다. 전기 부하는 상기 출력측 동력 제어기(29)의 출력측 터미널에 연결되어 상기 FCB 시스템 내에서 발생된 전기력의 공급을 받게 된다.

첨부도면 도 6에서 도시한 바와 같이, 산소가 충분한 공기는 수동적 확산 또는 팬이나 터빈 또는 이와 유사한 장치로부터 생성되는 활성력 작용에 의해 상기 실린더형 음극 구조(11)를 통해 형성된 중공 중심 코어(11A)를 통해 유동하게 된다. 테이프 방전 작용이 계속되는 동안에, 상기 산소가 충분한 공기는 상기 음극 구조(11)에 형성된 구멍(12)을 통해 유동되어 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 벨트 구조(35) 사이의 인터페이스에 도달하게 된다.

첨부도면 도 6과 도 6A에서 도시한 바람직한 실시예에서, 상기 이온성 도전 벨트(35)는 이온 전도성을 갖는 가요성 벨트로 구현된다. 이러한 벨트는 다공성 구조를 갖는 오픈 셀 폴리머로 제조하게 되며, 상기 FCB 시스템의 음극과 양극 구조 사이에 이온성 전달을 지지할 수 있도록 이온성 도전 물질(예를 들면, KOH)가 함침되어 있다. 이러한 벨트는 이온성 도전 벨트를 만드는 방법에는 여러가지가 있다. 이에 대한 설명을 위해 두가지에 대해 후술하기로 한다.

첫번째 공식에 따르면, 1몰의 KOH와 0.1몰의 칼슘 클로라이드를 60미리리터의 물과 40미리리터의 테트라하이드로겐 퓨란(THF)로 이루어진 용매에 혼합하여 녹이게 된다. 상기 KOH의는 하이드로사이드 이온을 발생시켜 주는 발생원으로 사용되며, 칼슘 클로라이드는 흡습재로 사용된다. 그 다음으로, 1몰의 PEO를 상기 혼합물에 첨가하게 된다. 그리고 나서, 이 솔루션을 폴리비닐 알콜(PVA) 타입의 플라스틱 물질로 만들어진 기재에 두꺼운 필름으로 코팅하게 된다. 이렇게 혼합된 용매는 코팅층으로부터 증발이 일어나게 되고, 상기 PVA 기재 상에는 이온성 도전이 있는 솔리드 상태의 박막(또는 두꺼운 필름)이 형성되게 된다. 상기 PVA 기재로부터 상기 솔리드 상태의 막을 벗기게 되면 솔리드 상태의 이온성 도전 박막 또는 필름이 형성된다. 이러한 방법으로 제조된 이온성 도전 필름은 약 0.2∼0.5미리미터의 범위의 두께로 제조하는 것이 가능하다. 그리고, 솔리드 상태의 박막은 둘 또는 그 이상 회전하는 실린더로 전달하능하도록 벨트와 같은 구조로 성형하는데 필요한 형태대로 절단된다. 이렇게 절단된 박막의 단부는 접착제나 초음파 웰딩 또는 페스너 등으로 마무리되어,본 발명에 따르는 FCB 시스템 에 사용되는 솔리드 상태의 이온성 도전 벨트 구조(35)로 제조되게 된다.

두번째 공식에 따르면, 1몰의 KOH와 0.1몰의 칼슘 클로라이드가 물 60밀리리터와 테트라하이드로겐 퓨란(THF) 40밀리리터가 혼합된 용매에 녹아 있다. 상기 KOH는 하이드로사이드 이온원으로 작용하게 되고, 칼슘 클로라이드는 흡습재로 작용하게 된다. 그리고, 이 혼합물에 1몰의 폴리비닐 클로라이드(PVC)가 첨가되어 있다. 이렇게 이루어진 상기 솔루션은 폴리비닐 알콜(PVA) 타입의 플라스틱 물질로 제조된 기재 상에 두꺼운 필름 형태로 제조(코팅)된다. 이것은 PVC와 잘 반응하게 되어 상기 필름재보다 표면 장력이 큰 물질로 작용하게 된다. 이러한 코팅층으로부터 상기 용매가 증발함에 따라, 솔리드 상태의 이온성 도전 박막(또는 얇은 필름)이 PVA 물질 상에 형성된다. 상기 PVA 물질로부터 솔리드 상태의 박막을 제거하게 되면 솔리드 상태의 이온성 도전 막박을 얻게 된다. 이러한 이온성 도전 필름은 0.2∼0.5밀리미터의 범위를 갖는 두께로 제조하는 것이 가능하다. 그리고, 상기 솔리드 상태의 필름이나 박막은 둘 또는 그 이상의 회전 실린더에 대하여 전달가능하도록 벨트와 같은 구조를 형성하는데 필요한 형태로 절단하게 된다. 이렇게 절단된 박막의 단부는 접착제나 초음파 웰딩 그리고 이와 유사한 고정수단 등에 의해 본 발명에 따르는 FCB 시스템에 사용되는 솔리드 상태의 이온성 도전 벨트 구조로 이루어지게 된다.

상술한 이온성 도전 벨트(35)의 사용으로 상기 이온성 도전 벨트(35)와 금속 연료 테이프(13,13',13"), 상기 이온성 도전 벨트(35)와 회전가능한 음극 실린더(11) 사이에서 젖음성을 얻을 수 있는 수단을 필요로 하게 된다. 이러한 젖음성을 얻기 위한 한가지 방법은 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 벨트 그리고 또한 움직임이 가능한 음극 실린더와 이온성 도전 벨트 사이에서 이온을 전달하는 레벨을 충분하게 얻을 수 있도록 시스템이 작동되는 동안에 상기 금속-연료 테이프(또는 이온성 도전성 벨트)의 표면에 물과 전기분해가 이루어지는 솔루션을 지속적으로 또는 간헐적으로 공급하는 것이다. 잘 알고 있다시피, 상기 금속-연료 테이프(또는 이온성 도전 벨트)에 사용되는 물로 코팅하는 두께는 금속 연료 테이프의 전달속도, 그 물의 젖음성 등에 달려 있다. 첨부도면 도 6에서 도시한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 벨트의 젖음성은 방출기(54)의 유용과 메카니즘(55)의 확산을 수행하게 된다. 물론, 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")과 이온성 도전 매체(30)의 젖음성을 이용하는 다른 방법으로 최선의 결과를 얻을 수 있게 이용된다.

본 발명에 따르는 실시예를 도시한 첨부도면 도 6은 단음극/단양극 타입을 적용한 것을 보여주는 것으로, 이 시스템의 실시예는 다단 트랙 타입으로 된 금속-연료 테이프를 사용하는 음극 지지 실린더에 대해 상기 특허출원 제08/944,507호에 기재된 다수의 격리되어 전기분해되는 음극 구조를 포함하는 것으로 쉽게 변경이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 첨부도면 도 6에 도시한 FCB 시스템에서 사용하는 금속-연료 테이프는 다양한 여러가지 방법으로 구현된다. 첨부도면 도 6B에서 보여주는 바와 같이, 금속-연료 테이프의 첫번째 형태는 금속-연료 물질(예를 어, 아연)의 얇은 층의 형태로 형성되어 있다. 또한 금속-연료 테이프(13') 의 두번째 형태로는 폴리에스터재(32) 상에 금속성 파우더(예를 들면, 아연 파우더)와 접착제(예를 들면, PVC)를 침전시켜 형성한 것이다. 첨부도면 도 6D에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13")의 세번째 형태로는 PVC와 같은 기재 내에 금속성 파우더(33)(예를 들면, 아연 파우더)를 함침시켜 형성한 것이다. 이러한 금속-연료의 제조 기술은 상기 특허출원 제09/074,337호에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 6 실시예

첨부도면 도 7은 본 발명에 따르는 FCB 시스템의 6번째 실시예를 보여주고 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 유동성을 갖는 음극 구조는 금속-연료 테이프(13,13',13")의 공급기로부터 전달되어 한쌍의 실린더형 롤러(41,42) 사이로 공급되는 음극 벨트 구조(40)로 구현된다.

첨부도면 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 음극 벨트 구조(40)는 구동 유니트(38,39)에 의해 구동되는 실린더형 롤러(41,42) 사이에서 회전지지되며, 금속-연료 테이프(13,13',13")가 이 음극 벨트 구조(40)와 상기 출원 제09/074,337호에 기재된 한쌍의 공급기와 테이크업 릴사이로 전달된다. 상기 구동 유니트(38,39)와 금속-연료 테이프 전달기(21)는 시스템 제어기(22)에 의해 제어되며, 시스템이 계속 작동하는 동안에는 상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프와 음극 구조에 접촉하는 지점에서 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")와 음극 벨트 구조(40)의 속도를 같은 속도로 유지시켜 주게 된다. 상기 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조 및 실린더형 롤러(41,42) 사이에서 일어나는 이러한 움직임의 제어때문에, 상기 시스템 제어기(22)는 이들 사이에서 일어나는 마찰력의 발생을 최소화시켜 주게 되고, 또한 상기 금속-연료 테이프(13)의 마모나 마멸을 줄여 주게 된다.

상기 음극 벨트(40)는 그 표면에 극히 미세한 구멍이 형성되어 있으며, 양극의 금속 연료 테이프(13)에 산소를 공급하게 된다. 가요성을 갖는 음극 구조를 제조하는 바람직한 방법은 블랙 카본 파우더(60%중량)에 슬러리 상태로 만들기 위해 테프론 이멀션(Dupont사의 T-30)과 같은 접착제(20%중량), 용매로서 물 100밀리리터에 마그네슘 디옥사이드(MnO₂)와 같은 촉매제(20%중량), 계면 활성제(예를 들면, Union Carbide사의 Triton X-10) 2.0%/물을 균일하여 섞게 된다. 상기 슬러지는 니켈 스폰지(또는 메스 조직의 물질) 상에 캐스트되거나 코팅처리된다. 이렇게 슬러리로 코팅된 니켈 메쉬 조직은 공기에 노출된 상태에서 약 10시간 건조하게 된다. 건조된 입자는 200(pound/㎠)로 압축되어 원하는 다공성(30∼70%)과 약 0.5∼0.6밀리미터의 유연성을 갖는 음극재를 제조하게 된다. 물론, 이러한 두께와 다공성은 음극재의 적용에 따라 다양하게 제조하는 것이 가능하다. 그리고 나서, 상기 음극 물질은 섭씨 280℃에서 약 2시간동안 소결 처리를 하여 용매(또는 물)를 제거하고 상기 FCB 시스템에서 요구하는 음극 벨트 구조로 형성하기 쉬운 형태로 절단할 수 있도록 음극 물질의 유연성 시트를 제공하게 된다. 상기 벨트 구조의 단부는 땜질, 패스너 또는 이와 같은 것들로 밀폐된 벨트 구조에 대해 이음자리가 없는 음극 표면을 만들게 된다. 상기 니켈 메쉬 물질은 음극 접촉 구조가 방전 및 충전이 진행되는 동안에 전기적인 접촉이 가능하도록 상기 음극 벨 트 구조(40)의 단부에 노출되어 있다.

상술한 이온성 도전 매체(53)를 사용하는 경우에는 상기 이온성 도전 매체(53)와 상기 금속 연료 테이프(13,13',13"), 상기 이온성 도전 매체(53)와 유동성 음극 벨트(40) 사이의 젖음성을 얻을 수 있는 수단을 필요로 하게 된다. 이러한 젖음성을 얻는 한가지 방법은 상기 금속-연료 테이프(또는 이온성 도전 매체;53)의 표면에 코팅제로서 물을 계속적으로 공급하거나 간헐적으로 공급하여 시스템의 작동이 계속되는 동안에 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체(53), 그리고 상기 유동성 음극 벨트(40)와 이온성 도전 매체(53) 사이로 충분한 이온이 전달되도록 한 것이다. 잘 알고 있다시피, 상기 금속-연료 테이프(13)(또는 이온성 도전 매체;53)의 두께는 금속-연료 테이프(13)와 그 물을 흡수하는 속도 등에 따라 달라지게 된다. 첨부도면 도 7에서 도시된 바람직한 실시예에서, 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체(53)의 젖음성은 방출기(54)의 유용과 메카니즘(55)의 확산을 수행하게 된다. 물론, 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")과 이온성 도전 매체(30)의 젖음성을 이용하는 다른 방법이 최선의 결과를 얻을 수 있게 이용된다.

일반적으로, 속도 제어는 첨부도면 도 7에서 여러가지 방법으로 구현하게 된다. 예를 들어, 한가지 방법은 카세트 타입의 장치 내부에 구비된 공급기와 테이크업 릴 또는 허브 사이로 상기 금속-연료 테이프(13)를 전달시켜 주는데 사용되는 벨트 구조와 함께 전달 실린더(41,42)를 구동시켜 주게 된다. 또 다른 방법은 첫번째 한쌍의 DC 제어 모터로 전달 실린더(41,42)를 구동시키고 한쌍의 DC 제 어 모터를 사용하는 금속-연료 카세트 장치의 공급기와 테이크업 허브를 구동시켜 주게 되며, 동시에 이 한쌍의 DC 모터를 제어하게 되는 것이다. 이러한 속도 제어를 얻기 위한 방법은 이 분야에서 이미 잘 알려져 있다.

첨부도면 도 7에서의 음극 벨트 구조에 대하여 회전가능한 한쌍의 음극과 양극 접촉 요소를 다수개를 구비하여 다양하게 응용하는 것은 당연하다. 이러한 구조는 시스템에서 생성된 출력측 전압에서 각 음극 벨트 구조로부터 최대 전류을 모으는 것이 가능하게 된다. 물론, 한쌍의 음극과 양극 요소는 첨부도면 도 7에서의 음극 벨트 구조를 따라서 설치된 것을 보여주고 있다.

첨부도면 도 7에서, 상기 전기적으로 도전되는 음극 접촉 요소(48)는 한쌍의 브라켓(49)에 의해 회전가능하도록 지지되며, 전달 실린더(41,42) 사이로 전달됨에 따라 상기 음극 벨트 구조(40)의 단부에 노출된 메쉬 조직(45)과 전기적으로 접촉하도록 배치되어 있다. 물론, 전기적으로 도전성을 갖는 양극 접촉 요소(50)는, 첨부도면 도 7에서 도시된 바와 같이, 브라켓(49)에 의해 상기 금속-연료 테이프(13,13',13") 위에서 상기 음극 접촉 요소(48)와 반대로 회전가능하도록 지지되어, 상기 금속-연료 테이프의 외표면과 전기적으로 접촉되게 된다. 상기 음극과 양극 접촉 요소(48,50)는 출력 동력 제어기(29)에서 끝나게 되는 전기 컨덕터(예를 드면, 와이어링; 28)과 전기적으로 연결되어 있다. 전기 부하는 상기 출력측 동력 제어기(29)의 출력측 터미널에 연결되어 상기 FCB 시스템 내에서 발생된 전기력의 공급을 받게 된다.

금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 적용되는 상기 음극 벨트(40)의 경 우에 있어서, 미국 특허출원 제09/074,337호에 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템에 포함되어 있는 각 서브시스템은 첨부도면 도 7에서 도시된 시스템에 포함되어 있다. 그래서, 출원인의 출원한 미국 특허출원 제09/074,337호와 제08/944,507호의 기재에 있어서, 첨부도면 도 7에서 도시한 음극 벨트 구조(40)의 내부에는 산소 분사실(공기 펌프나 산소원에 연결되어 있는)과, 하나 이상의 pO₂ 센서, 하나 이상의 온도 센서, 방전 헤드 냉각장치와 같은 것들이 장착되어 있으며, 시스템 컨트롤러(22)는 상기 음극 요소(14)의 내부에 있는 pO₂ 레벨을 제어할 뿐만 아니라 방전이 진행되는 동안에 방전 헤드의 온도를 유지시켜 주게 된다.

동시에, 금속-연료 테이프의 충전 서브시스템에 적용된 음극 베벨트 구조(40)의 경우에 있어서, 미국 특허 제09/074,337호에 공개된 금속-연료 테이프 충전 서브시스템에 포함된 각 서브시스템은 첨부도면 도 7에서 도시된 시스템에 병합되어 있다. 그래서, 미국 특허 제09/074,337호와 동 제08/944,507호에 기재되어 있는 것처럼 첨부도면 도 7에 도시된 상기 음극 벨트 구조(40)의 내부에는 산소 증발실(진공 펌프나 이와 유사한 장치에 연결된)과, 하나 이상의 pO₂ 센서와, 하나 이상의 온도 센서와, 충전 헤드 냉각장치 등이 장착되어 있으며, 시스템 제어기(22)는 상기 음극 요소(14)의 내부 pO₂ 레벨을제어하고 뿐만 아니라 충전이 진행되는 동안에 충전 헤드의 온도를 유지시켜 주게 된다.

첨부도면 도 7에서 도시한 바와 같이, 테이프의 방전이 진행되는 동안에, 산소가 풍부한 공기는 상기 음극 벨트 구조(40)에 형성된 미세한 구멍(21)을 통해 유 동하여 상기 금속-연료 테이프(13',13")과 이온성 도전 매체(예를 들어, 전기분해 가능한 젤) 사이의 인터페이스에 도달하게 된다. 테이프의 충전이 계속되는 동안에는 , 상기 금속-연료 테이프와 이온성 도전 매체(예를 들어, 전기분해 가능한 젤) 사이의 인터페이스로부터 유리된 산소가 상기 음극 벨트 구조(40)에 형성된 미세한 구멍(21)으로 흘러 들어가게 된다.

첨부도면 도 7과 도 7a에서 도시한 본 발명의 바람직한 구현예에서, 음극 벨트 구조(40)의 외면(또는 상기 금속-연료 테이프가 전달되는 면)는 상기 이온성 벨트 구조(40)와 상기 FCB 시스템으로부터 전달된 금속-연료 테이프(13,13',13") 사이에서 이온성 전달을 촉진하는 솔리드 상태의 이온성 도전 필름(53)으로 코팅되어 있다. 반대로, 상기 음극 벨트 구조(40)와 마주보는 금속-욘료 테이프의 하면에는 상기 음극 벨트 구조(40)와 전달된 금속-연료 테이프(13,13',13")을 따라서 있는 금속-연료 사이에서 이온 전달을 촉진하는 솔리드 상태의 이온성 도전 필름(53)이 코팅되어 있다. 이러한 점에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FCB 시스템에 설치되는 음극 벨트 구조를 단순화시켜 사용하는 것이 가능하게 된다.

상기 음극 벨트 벨트(40)와 금속-연료 테이프(13) 사이에서 이온 전달을 촉진하기 위한 다른 방법은 금속-연료 테이프가 음극 벨트 구조(40)의 위로 전달되도록 그 하부의 표면(13A)에 이온성 도전 젤(또는 액체)(53)로 이루어진 필름을 도막하는 것이다. 이것은 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")의 아랫쪽에 위치한 방출기(54)를 사용하여 이루게 되며, 상기 시스템 제어기(22)에 의해 제어를 받는 방출기(55)에 의해 제공하게 된다. 작동이 진행되는 동안에는, 이온성 도전 젤(53)의 얇은 층이 상기 음극 벨트(40)에 접촉하는 금속-연료 테이프의 표면 위로 방출기(54)로부터 뿌려지게 된다. 잘 알려져 있다 시피, 상기 이온성 도전 필름층에서 요구하는 두께는 적용하는 경우에 따라 달라지게 되나, 예로 드는 이온성 도전 매체의 전기 도전성, 방전이 진행되는 동안에 상기 FCB 시스템으로부터 생기는 것을 예측할 수 있는 전기적 흐름, 상기 음극 요소의 표면 등과 같은 많은 요인에 의해 달라지게 된다.

첨부도면 도 7에서 도시한 실시예에는 단음극/단양극 타입으로 적용한 것을 보여주고 있으나 실시예의 형태에 따라 상술한 미국 특허출원 제08/944,507호에 기재된 다단 트랙으로 이루어진 금속-연료 테이프를 이용하는 유연성을 갖는 음극 벨트 구조를 따라서 형성된 전기적으로 분리된 다수의 음극 요소(트랙)으로 변형하는 것도 고려할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 첨부도면 도 7에 도시한 FCB 시스템에서 사용하는 금속-연료 테이프는 다양한 여러가지 방법으로 구현된다. 첨부도면 도 7B에서 보여주는 바와 같이, 금속-연료 테이프의 첫번째 형태는 금속-연료 물질(예를 어, 아연)의 얇은 층의 형태로 형성되어 있다. 또한, 첨부도면 도 7C에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13')의 두번째 형태로는 폴리에스터재(32) 상에 금속성 파우더(예를 들면, 아연 파우더)와 접착제(예를 들면, 폴리에틸렌)를 침전시켜 형성한 것이다. 첨부도면 도 7D에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13")의 세번째 형태로는 PVC와 같은 기재 내에 금속성 파우더(33)(예를 들면, 아연 파우더)를 함침시켜 형성한 것이다. 이러한 금속-연료의 제조 기술은 상기 특허출원 제08/944,507호 및 동 제09/074,337호에 기재되어 있다.

시스템이 작동되는 동안에는, 상기 음극 벨트 구조(40)가 상기 전달 실린더(41,42) 사이로 제어된 속도로 전달된다. 이에 따라, 상기 금속-연료 테이프(13,13',13")는 금속-연료 테이프와 음극 벨트 구조(40)에 이온성 도전 매체가 접촉할 때와 같은 속도로 상기 음극 벨트 구조(40) 상에 전달되고, 음극 벨트 구조와 금속-연료 테이프의 데미지의 발생이나 미끄럼을 막으면서 전기력을 발생시켜 주는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 7 실시예

도 8에서, 도 7에서 보인 FCB 시스템과 유사한 FCB 시스템의 제 7 구현예를 나타내고 있다. 이러한 두 시스템의 주된 차이는 도 8에서, 음극-접촉요소(48)가 전도성 벨트구조의 바깥 표면에 접촉하도록 이송 실린더(41)에 가까이 위치하고 있다는 점이다. 이에 반하여 음극-접촉요소(50)는 양극-접촉요소(48) 가까이 위치하고 음극 벨트구조(40) 위에서 이송되는 금속-연료 테이프(13)(13')(13")의 공급 아래면과 접촉되고 있다. 결국, 도 8의 FCB 시스템에서 사용되는 금속-연료 테이프(13)(13')(13")를 따르는 전류도는 도 7의 FCB 시스템에서 사용된 금속-연료 테이프(13)(13')(13")을 따르는 전류도와는 차이가 있다. 기타 모든 점에서, 도 8의 FCB 시스템은 도 7의 FCB 시스템과 유사하다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 8 실시예

도 9에서, FCB 시스템의 제 8 구현예가 도 7에서 보인 FCB 시스템과 유사하게 보이고 있다. 두 시스템의 주된 차이는 도 9에서, 이온 전도성 매질이 금속-연료 테이프(13)의 공급면 아래에 형성된 이온 전도성 레이어로서 나타난다는 점이다. 도 9B에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(58)의 첫 번째 형태는 금속-연료 물질(예, 아연)(59)의 얇은 레이어로써 형성된다. 도 9C에서 보인 금속-연료 테이프(58')의 두 번째 형태는 금속성 분말(예, 아연 분말)과 이온 전도성 레이어(60')가 입혀진 폴리에스테르 기질(62) 상에 바인더로 형성된다. 도 9D에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(58")의 세 번째 형태는 이온 전도성 레이어(60)가 입혀진 PVC와 같은 기질 물질(64)안에 금속성 분말(예, 아연 분말)을 주입함으로써 형성된다. 그러한 금속-연료의 형태를 만들기 위한 기술은 계류중인 출원 번호 08/944,507과 08/074,337에서 설명되고 있다. 기타 모든 점에서 도 9의 FCB 시스템은 도 7의 FCB 시스템과 유사하다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 9 실시예

도 10은 본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 9 구현예를 보이고 있다. 다음 구현예에서, 음극 구조(cathode structure)는 도 7부터 도 9D까지 보인 것과 유사한 방법으로 각각 구동유닛(37)(38)에 의해 구동되는 원통형 롤러(41)(42) 사이에서 이송되는 벨트 구조(40)로서 나타난다. 이온 전도성 매질은 도 6에서 보인 것과 유사한 방법으로 각각 구동유닛(62),(38)에 의해 구동되는 이송 실린더(66)와 이송 실린더(42) 사이에서 이송되는 이온 전도성 벨트(35)로서 나타난다. 금속-연료 테이프(13)(13')(13")의 공급은 출원자의 계류중인 출원 출원번호 08/944,507 그리고동 09/074,337에서 알려진 것과 같은 한 쌍의 서플라이와 테이크-업 릴 사이의 이온 전도성 벨트구조(35) 위에서 이송된다. 시스템이 작동되는 동안 테이프 구동유닛(21)을 포함하여 구동유닛(38)(39)(62)들은 금속-연료 테이프(13), 이온 전도성 벨트구조(35), 음극 벨트구조(40)의 속도를 이온 전도성 벨트구조(35)가 금속-연료 테이프와 음극 벨트구조(40)와 접촉되는 지점의 위치에서 실제적으로 같은 속도로 유지되도록 시스템 컨트롤러에 의해 조절된다. 금속-연료 테이프, 이온 전도성 벨트구조(35), 음극 벨트구조(40)사이의 상대운동을 조절함으로써 시스템 컨트롤러(22)는 그사이의 마찰력 발생을 최소화하고 그것들과 관련된 문제들을 최소화한다.

일반적으로, 도 10의 FCB 시스템에서 속도 조절은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 한가지 방법으로 금속-연료 테이프(13)를 이송하는데 또한 이용되는 벨트구조를 이용하여 이송 실린더(41)(42)(66)를 구동할 수 있다(예, 카세트형 장치 내 서플라이와 테이크-업 릴 또는 허브 사이). 또 한가지 방법으로는 제 1 DC 조절모터와 동시에 작동되는 다른 DC 조절모터를 이용하여 금속-연료 카세트 장치의 서플라이와 테이크-업 허브를 구동하는 동안, 제 1 DC 조절모터에 의해 이송 실린더(41)(42)(66)를 구동할 수 있다. FCB 시스템의 이동구성요소들 사이에서 속도조절을 하는 기타 다른 방법들이 기술상 특수한 것들에 대해 분명해질 것이다.

일반적으로, 도 10의 시스템에서 음극 벨트구조 주위의 "회전 가능한" 복수의 음극과 양극 접촉요소를 설치하는 것이 대부분의 응용장치에서 바람직 할 것이다. 그러한 배치는 생성되는 출력전압에 있어, 시스템 내에서 움직이는 각 음극 벨트구조로부터의 최대 축적(current collection)을 가능하게 할 것이다. 명확한 설명을 위해서, 도 10에서는 한 쌍의 음과 양의 접촉요소만을 나타내고 있다.

도 10에서 도시한 바와 같이, 음극 벨트구조가 이송 실린더(41) 주위에서 이송됨에 따라 음극 벨트구조(40)의 바깥 가장자리부상의 노출된 니켈 망조직과 전기 접촉상태에서 배치되도록 전기 전도성 "음극-접촉"요소(48)는 한 쌍의 브라켓(69)에 의해 회전 가능하도록 지지되고 있다. 또한, 전기 전도성 "양극-접촉"요소(50)는 도 10에 도시된 바와 같이, 양극-접촉요소가 금속-연료 테이프(13)(13')(13") 바깥표면과 전기 접촉되도록 금속-연료 테이프 위로 음극 접촉요소(48) 반대편에 설치된 한 쌍의 브라켓(70)에 의해 회전 가능하도록 지지되고 있다. 음극(48)과 양극 접촉요소(50)는 출력 컨트롤러(29)에서 끝나는 전기 전도체(예, 전선)에 연결되어 있다. 전기로드는 FCB 시스템 내에서 발생된 전력의 공급을 받기 위하여 출력 컨트롤러(29)의 출력 터미널에 연결될 수 있다.

상기의 이온 전도성 벨트(35)를 이용할 때, (1) 이온 전도성 벨트와 금속-연료 테이프(13)(13')(13") 사이에서, 그리고 (2) 이온 전도성 벨트(35)와 이동 음극 벨트(40) 사이에서 "젖음성"을 이루기 위한 방법을 제공할 필요가 있다. 젖음성을 이루는 한가지 방법은 금속-연료 테이프와 이온 전도성 벨트 사이 그리고 또한 이동 음극 벨트와 이온 전도성 매질 사이에 충분한 수준의 이온 이송이 가능하도록 시스템 작동동안 연속적으로 또는 주기적으로 물(H2O) 그리고/또는 전해질 용액의 코팅을 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 벨트)의 표면에 입히는 것이다.

분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 벨트(35))에 입혀진 물 코팅의 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 테이프의 물(수분) 흡수도 등에 따라 달라질 것이다. 도 10에서 도시한 구현예에서, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 벨트(35)의 젖음성은 시스템 컨트롤러(22)에 의해 조절되는 어플리케이터(54)와 메커니즘(55)을 이용하여 이루어진다. 그러나 금속-연료 테이프(13)(13')(13")와 이온 전도성 벨트(35)의 젖음성을 위한 기타 다른 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

음극 벨트(40)가 금속-연료 테이프 방전 서브시스템(Metal-Fuel Tape Discharging Subsystem) 내부에서 사용되는 경우, 계류중인 출원 번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템내의 각 서브시스템은 도 10에서 도시된 시스템 안으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알 수 있는 바와 같이, 그곳을 따라 전류가 발생되는 도 10에 도시된 음극 벨트 구조(40)의 일부는 산소분사 챔버(에어펌프 또는 산소 공급원과 연결된)에 의해 둘러싸여지며, 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 방전헤드 냉각장치, 유사장치를 가지고 설치될 수 있고, 그렇게 함으로써 방전 작동동안 그곳을 따르는 방전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라 시스템 컨트롤러(22)가 이동 음극 벨트구조(40)의 이러한 섹션 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

마찬가지로, 음극 벨트구조(40)가 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 사용된 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 10에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 그곳을 따라 전류가 발생되는 도 10에 도시된 음극 벨트 구조(40)의 일부는 산소-배출(evacuation) 챔버(진공펌프나 유사장치에 연결된)에 의해 둘러싸여지며, 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 충전헤드 냉각장치, 그리고 유사장치를 가지고 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(120)는 충전 작동동안 충전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 시스템 컨트롤러(22)가 이동 음극 벨트구조(40)의 이러한 섹션 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

도 10에서 도시된 바와 같이, 테이프 방전 작동동안, 산소함유량이 높은 공기는 음극 벨트구조(40)에 형성된 미세 구멍(21)을 통하여 흐르게 되고, 금속-연료 테이프와 이온 전도성 벨트(35) 사이의 경계면에 도달된다. 테이프 충전 작동동안, 금속-연료 테이프와 이온 전도성 벨트(35) 사이의 경계면으로부터 유리된 산소는 각 음극 벨트구조(40)에 형성된 미세 구명(21)을 통하여 둘러싼 주위로 흐르게 된다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 도 10의 FCB 시스템에서 이용되는 금속-연료 테이프는 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 도 10C에서 도시된 바와 같이, 첫 번째 형태의 금속-연료 테이프(13)는 금속-연료 물질(예, 아연)의 얇은 레이어로 구성된다. 도 10D에서 도시된 두 번째 형태의 금속-연료 테이프(13')은 금속성(예, 아연) 분말과 바인더(예, PVC)(31)를 플리에스테르 기질(32) 상에 적재함으로써 구성된다. 도 10E에서 도시된 바와 같이, 세 번째 형태의 금속-연료 테이프(13")는 폴리염화비닐(PVC)과 같은 기질(34) 내에 금속성 분말(예, 아연 분말)(33)을 주입함으로써 구성된다. 금속-연료의 그러한 형태를 제작하기 위한 기술은 계류중인 출원 시리얼번호 08/944,507과 09/074,337에서 설명되고 있다.

방전 작동동안, 이온 전도성 벨트구조(35)가 이송 실린더(41)(42) 사이에서 조절된 속도로 이송되는 동안 음극 벨트구조(40)는 이송 실린더(41)(42) 사이에서 조절된 속도로 이송된다. 그러는 동안, 금속-연료 테이프(13)(13')(13")의 연속적인 공급은 이온 전도성 벨트구조(35)가 금속-연료 테이프, 음극 벨트구조(40)와 접촉하는 지점의 위치에서와 실제적으로 같은 속도로 음극 벨트구조(40)의 표면위로 미끄러짐 없이 이송된다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 또 다른 구현예

본 발명에 따른 구현예를 설명하였고, 그에 대한 몇 가지 수정들은 본 발명의 상업적 실제에서 유리하도록 쉽게 떠오른다.

금속-연료 테이프의 속도, 그것의 복잡한 메커니즘을 이용하는 시스템내의 이동 음극 구조와 이온 전도성 매질을 개별적으로 구동하고 능동적으로 조절할 필요를 없애기 위해, 본 발명은 또한 금속-연료 테이프와 이온 전도성 매질(예, 벨트나 입혀지는 젤/고체상태의 필름) 사이, 이온 전도성 매질(예, 벨트나 입혀지는 젤/고체상태의 필름)과 음극 구조(예, 실린더나 벨트) 사이 "유체정역학적 드래그(hydrostatic drag)"(즉 유체정역학적 흡인) 조건을 만들어 내고자 한다. 기계적(예, 스프링이 감긴)으로, 전기적으로, 또는 기체작용(pneumatically)으로 구동되는 모터를 이용하는 이러한 세 가지 이동 시스템 구성요소(예, 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 또는 이동 음극 구조)중 하나만을 이송할 때 이러한 조건은 FCB 시스템에서 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 이동 음극 구조의 보다 효과적인 이송을 가능하게 할 것이다. 이것은 시스템의 제작비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄인다. 또한, 그것은 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 음극 구조가 큰 마찰(예, 전단)력의 발생 없이 시스템 내에서 이동될 수 있도록 하고, 그렇게 함으로써 시간 내 임의의 순간에서 전기적 로딩 조건에 의해 맞춰진 출력요구에 의해 조절되는 토크 조절(또는 전류 조절) 기술을 이용하여 이러한 이동 구성요소들을 이송한다.

유체정역학적 드래그는 시스템 작동동안 이온 전도성 매질과 금속-연료 테이프 사이, 이온 전도성 매질과 이동 음극 구조 사이에 충분한 수준의 표면 장력을 유지함으로써 이러한 시스템 구성요소들 사이에서 만들어질 수 있다.

상기의 이온 전도성 매질을 이용할 때, 연속적 또는 주기적으로 물(H2O) 그리고/또는 전해질 용액의 코팅을 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 매질)의 표면에 입힘으로써 충분한 표면 장력이 FCB 시스템의 세가지 주된 이동 구성요소들 사이에 만들어짐으로 해서, 시스템 작동동안 (1) 이온 전도성 매질과 금속-연료 테이프, (2) 이온 전도성 매질과 이동 음극 구조 사이에 "젖음성"이 일어나게 된다. 분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 매질)에 입혀진 물 코팅 그리고/또는 전해질 용액의 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 그것의 물 흡수도 등에 따라 달라질 것이다. 여기서 보인 각 구현예에서, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 매질의 젖음성은 어플리케이터(54)와 디스펜싱 메커니즘(55)을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 매질을 젖음성을 갖게 하기 위한 기타 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

예를 들어, 도 4의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 실린더(11)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록(즉 회전하도록)하기 위해, 음극 실린더(11) 상에서 금속-연료 테이프(13)와 이온 전도성 코팅(30)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 음극 실린더 구동유닛(17)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있을 것이다.

도 5의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 실린더(11)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하기 위해, 금속-연료 테이프(8)와 음극 실린더(11) 상에서 이온 전도성 코팅(30)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정 역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 음극 실린더 구동유닛(17)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.

도 6의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 실린더(11), 벨트이송 실린더(36), 이온 전도성 벨트(35)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(13) 같은 속도로 피동적으로 회전하도록 하기 위해, 금속-연료 테이프(13)(13')(13"), 이온 전도성 벨트(35), 음극 실린더(11)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 실린더 구동유닛(38)(39)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 다른 방법으로, 이온 전도성 벨트(35)를 능동적으로 구동하고 음극 실린더(11)와 금속-연료 테이프(13)는 그것과 접촉하는 이온 전도성 벨트(35)와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하는 것이 임의의 순간에서 가능하다.

도 7의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 벨트(40), 벨트이송 실린더(41), 이온 전도성 벨트(42)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(13)와 같은 속도로 피동적으로 회전하도록 하기 위해, 음극 벨트(40) 상에서 금속-연료 테이프(13)(13')(13"), 이온 전도성 매질(53)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그 들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 실린더 구동유닛(38)(39)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 다른 방법으로(선택적으로), 음극 벨트(40)를 능동적으로 구동하고 금속-연료 테이프(13)는 그것과 접촉하는 이온 전도성 매질(53)과 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하는 것이 임의의 순간에서 가능하다. 어느 한쪽의 경우에서, 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.

도 8의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 벨트(40), 벨트이송 실린더(41), 이온 전도성 벨트(42)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(13)와 같은 속도로 피동적으로 회전하도록 하기 위해, 음극 벨트(40) 상에서 금속-연료 테이프(13)(13')(13"), 이온 전도성 매질(53)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 실린더 구동유닛(38)(39)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 다른 방법으로(선택적으로), 음극 벨트(40)를 능동적으로 구동하고 금속-연료 테이프(13)는 음극 벨트, 금속-연료 테이프와 접촉하는 이온 전도성 매질(53)과 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하는 것이 임의의 순간에서 가능하다. 어느 한쪽의 경우에서, 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시 스템의 복잡도를 줄일 수 있다.

도 9의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 벨트(40), 벨트이송 실린더(41), 이온 전도성 벨트(42)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(13)와 같은 속도로 피동적으로 회전하도록 하기 위해, 금속-연료(13)(13')(13") 상에서 음극 벨트(40), 이온 전도성 매질(53)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 실린더 구동유닛(38)(39)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 다른 방법으로(선택적으로), 음극 벨트(40)를 능동적으로 구동하고 이온 전도성 매질(53)(그리고 금속-연료 테이프(13))은 이온 전도성 매질(53)과 접촉하는 음극 벨트(40)와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하는 것이 임의의 순간에서 가능하다. 어느 한쪽의 경우에서, 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.

도 10의 구현예에서 도시한 바와 같이, 금속-연료 테이프(13)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(21)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 음극 벨트(40), 이온 전도성 벨트(35), 벨트이송 실린더(41)(42)(66)가 이온 전도성 벨트(35)와 접촉하는 금속-연료 테이프(13)와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하기 위해, 음극 벨트(40) 상에서 금속-연료 테이프(13)(13')(13"), 이온 전도성 벨트(35)의 주기적 또는 연속적인 젖음성은 그들 사이에 충분한 표면 장력과 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들 수 있다. 본 발명의 이러한 또 다른 구현에서, 실린더 구동유닛(38)(39)(67)의 이용과 시스템 컨트롤러(22)에 의한 속도균등화는 본 발명의 원리를 이루는 동안 제거될 수 있다. 다른 방법으로(선택적으로), 음극 벨트(40)(또는 이온 전도성 벨트(35))를 능동적으로 구동하고 금속-연료 테이프(13)는 그것과 접촉하는 이온 전도성 벨트(35)와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 하는 것이 임의의 순간에서 가능하다. 어느 한쪽의 경우에서, 그러한 수정으로 그것의 제작과 유지의 비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.

개선된 체적 파워 밀도를 가지는 금속-공기 FCB 시스템 제작을 위한 시스템 구성요소의 배치

도 11에서 도 22까지에서, 이온 전도성 매질이 음극 구조, 금속-연료 테이프와 접촉하는 지점의 위치에서 음극 구조와 실질적으로 같은 속도로 금속-연료 테이프와 이온 전도성 매질을 이송하기 위해 함께 가까이 배치된 복수의 이동 음극 구조를 이용한 FCB 시스템의 체적 파워 밀도(volumetric power density)(VPD) 특성을 개선시키기 위한 새로운 방법을 보이고 있다. 이러한 작동의 조건에 의해 이루어지는 목적은 FCB 시스템의 체적 파워 밀도 특성을 개선시키고, 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 음극 구조사이의 마찰(예, 전단)력 발생을 최소화함으로써 이송에 필요한 전력의 양과 FCB 시스템에서 이용되는 음극 구조와 금속-연료 테이프의 손상 가능성을 줄이는 것이다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 1 실시예

도 11에서 도 12C까지에서 도시한 바와 같이, FCB 시스템(101)의 제 1 구현예는 소형의 고정기(즉 하우징)(104) 내에 회전 가능하도록 지지된 복수의 원통형 음극 실린더(103)를 포함하는 금속-연료 테이프 방전(discharge) 장치(102)로 구성된다. 본 발명에 따른 임의의 특정한 구현을 위한 음극 실린더의 실제적인 수는 주위의 응용장치에 따라 달라질 것이다. 또한, 하우징(104)내의 음극 실린더의 실제적이고 물리적인 배치는 응용장치마다 달라짐을 이해한다면, 어레이(배열) 형태(예, 3x3, 4x5, 또는 NxM)로 음극 실린더를 배치하는 것이 유리할 것이다. 테이프 방전 엔진을 구성하는 고정 하우징 내에 복수의 원통형 음극 실린더를 배치할 때 지침원리는 금속-공기 FCB 시스템의 체적 파워 밀도 특성을 최대화해야 한다는 것이다.

도 11에서 도시한 본 발명의 구현예에서, 엔진(102)내의 각 원통형 음극 실린더(103)는 속이 빈 공동의 센터(106)를 가지고 그 표면에 형성된 미세 구멍을 가지는 플라스틱 원통형 구조로 나타나고 있다. 이러한 미세 구멍의 기능은 각 음극 실린더 위로 이송되는 이온 전도성 매질(107)과 금속-연료 테이프(108)의 사이를 이루는 경계면으로 산소를 이송하는 것이다. 산소 공급원, 각 음극 실린더(103)는 플라스틱, 세라믹, 복합재료나 기타 목적에 맞는 적당한 물질로 만들어진다. 각 음극 실린더의 외경은 속도 조절, 전력발생용량 등과 같은 요인에 따라 크기를 같게 하거나 다르게 할 수 있다.

도 11에서 도시한 바와 같이, 소형 하우징(104)은 그 안에 여러 쌍의 구멍(hole)을 가지고 서로 간격을 가지고 떨어진 한 쌍의 판넬(104A)(104B)로 구성되며, 그 안에 어레이를 이루는 각 음극 실린더는 베어링이나 그와 같은 구조에 의해 회전가능 하도록 지지될 수 있다. 위와 바닥 판넬은 판넬(104A)(104B) 사이에 간격을 유지하는데 이용될 수 있다. 기타 판넬들이 하우징의 측면 개방부를 둘러싸는데 이용될 수 있다. 산소 공급원, 각 음극 실린더(103)는 여러 가지 많은 방법, 예를 들어 전기나 기체작용으로 구동되는 모터, 기어, 구동벨트나 테이프이송 기술상 알려진 유사장치들로 구현될 수 있는 적절한 구동 메커니즘에 의해 회전된다. 도 11의 구현예에서 도시된 바와 같이, 각 음극 실린더(103)는 그것의 한쪽 끝에 형성되고 음극 어레이 내에서 이웃하는 음극 실린더의 기어와 맞물려 있는 기어(9)로 구성된다. 음극 실린더의 한쪽 기어와 맞물려 있는 기어(111)에 연결된 기어 모터(110)는 특정 음극 실린더로 토크를 전하는데 이용될 수 있고, 어레이내의 다른 모든 음극 실린더로 토크가 차례로 전해질 수 있다. 이러한 배치를 가지고, 하우징(104)으로 지지된 음극 실린더의 어레이는 미리 결정된 시스템의 하우징 내 테이프 경로를 따라 카트리지(112)로부터 금속-연료 테이프(108)의 서플라이(112)를 이송을 돕는다. 도시된 바와 같이, 테이프 안내 롤러(114A)(114B)는 하우징에 걸쳐 미리 결정된 테이프 경로를 따라 금속-연료를 안내하기 위해 엔진 하우징(104) 내에 설치될 수 있다. 또한, 테이프 안내 디플렉터(115)는, 오픈형 릴과 카트리지장치로부터 공급되는 금속-연료 테이프의 자동(예, 자가) 처리를 보조할 뿐만 아니라 하우징에 걸쳐 금속-연료 테이프의 자동안내를 위해 하우징 내에 설치될 수 있다. 도 12D에서 도시된 바와 같이, 음극요소(116)는 각 음극 실린더(103)의 바깥 표면위로 설치된다. 보다 좋게는, 각 음극요소(116)는 탄소 촉매물질(carbon and catalytic material) 내에 삽입된 니켈 망조직(nickel mesh fabric)으로 만들어진다. 보다 좋게는, 금속-연료 테이프(108)는 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337에서 알려진 바와 같이, 카세트(cassette)나 같은 카트리지 내에 포함된 한 쌍의 서플라이와 테이크-업 릴(117A)(117B) 사이에서 이송된다. 또한, 도 11의 FCB 시스템에서 이용되는 금속-연료 테이프는 출원번호 09/074,337에서 알려진 임의의 기술을 이용하여 제작될 수 있다.

음극 실린더 기초의 엔진(102)이 금속-연료 테이프 방전 서브시스템(Metal-Fuel Tape Discharging Subsystem)에서 사용되는 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 11에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 음극 실린더 기초의 엔진에서 각 원통형 음극 구조(103)의 안쪽 부는 산소-분사 챔버(에어펌프나 산소 공급원과 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도 센서, 방전헤드 냉각장치, 그리고 그와 유사한 장치들이 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(120)는 방전 작동동안 방전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 음극요소(116)내의 pO2 수준을 조절할 수 있다.

마찬가지로, 음극 실린더 기초의 엔진(102)이 금속-연료 테이프 방전 서브시스템(Metal-Fuel Tape Discharging Subsystem)에서 사용되는 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 서브시스템 내에 포함된 각 서브시 스템은 도 11에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337에서 알려진 바와 같이, 각 음극 실린더(103)의 안쪽 부는 산소-배출 챔버(진공펌프나 그와 유사한 장치에 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도 센서, 충전헤드 냉각장치, 그리고 그와 유사한 장치들이 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(120)는 충전 작동동안 충전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 각 음극요소(116)내의 pO2 수준을 조절할 수 있다.

도 11에서 도시한 바와 같이, 각 음극 실린더(103)는 기어와 음극 실린더를 구동하는 구동유닛(예, 모터)에 의해 조절된 각속도로 그것의 회전축을 중심으로 하여 회전한다. 금속-연료 테이프(108)는 방전, 충전 작동동안 작동되는 연료 테이프 이송장치(121)에 의해 각 원통형 음극요소(116)의 바깥 표면 위로 이송된다. 음극 실린더 구동유닛과 연료 테이프 이송장치(121)는 시스템 컨트롤러(120)에 의해 조절되어, 금속-연료 테이프(108), 음극 구조(103)의 어레이, 이온 전도성 매질은 이동 전도성 매질이 금속-연료 테이프, 음극 구조와 접촉하는 지점의 위치와 실질적으로 같은 속도로 이송된다. 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질과 엔진 하우징내의 음극 실린더사이의 상대운동을 조절함으로써, 시스템 컨트롤러(120)는 그들 사이의 마찰(예, 전단)력의 발생을 효과적으로 줄이게 된다. 이러한 작동조건으로 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 음극 구조를 이송하는데 필요한 전력량을 줄이게 된다. 또한 그것은, 금속 산화물 입자의 금속-연료 테이프로부터의 탈락(shedding)과 음극의 다공성 구조로 삽입되는 것을 줄인다. 반대로, 이것은 음극요소(116)와 금속-연료 테이프(108)의 손상이나 파괴의 가능성을 줄인다.

산소 공급원, 음극 구조, 이온 전도성 매질, 금속-연료 테이프사이의 속도조절은 도 11의 FCB 시스템에서 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 한가지 방법은 도 11에서 도시한 바와 같이, 일련의 구속된 기어들을 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 것이다. 또 하나의 방법은 금속-연료 테이프(108)를 이송하는데 역시 이용되는 벨트구조를 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 방법이다(예, 카세트형 장치내의 서플라이와 테이크 업 릴(또는 허브) 사이). 또한 또 하나의 방법은 제 1 조절모터와 동시에 작동하는 제 2 조절모터를 이용하여 연료 카세트장치의 서플라이와 테이크 업 허브를 구동하면서, 제 1 DC 조절모터를 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 것이다. 속도조절을 하기 위한 기타 방법들은 본 발명에서 공개된 내용을 읽음으로써 이익을 가지는 기술상의 특수한 것들에 대해서 분명해질 것이다.

일반적으로, 도 11과 11A에서 도시된 각 음극 실린더 주위에 복수의 회전 가능한 음극, 양극의 접촉요소(123)를 대부분의 응용장치에서 설치하는 것이 바람직할 것이다. 그러한 배치는 음극과 양극 물질들에 의해 정해지는 출력전압에서, FCB 시스템내의 각 회전 음극 실린더로부터의 집전(current collection)을 최대로 할 수 있을 것이다. 특히, 도 11과 11A에서 도시된 바와 같이, 전기 전도성인 "음극-접촉"요소(123A)는 한 쌍의 브라켓이나 그와 유사한 구조에 의해 각 원통형 음극 구조(103)의 끝에 회전 가능하도록 지지된다. 적절히 설치되었을 때, 각 음극 접촉요소(123A)는 그것의 바깥 가장자리부 상에 노출된 니켈 망구조(nickel mesh fabric)와 전기접촉상태로 배치되고, 실린더 음극 구조가 실린더 음극 구조의 회전 축을 중심으로 회전될 때 음극 접촉요소는 음극 접촉요소의 회전축을 중심으로 회전되도록 되어있다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 전기 전도성인 "양극-접촉"요소(123B)는 한 쌍의 브라켓이나 유사구조에 의해 회전 가능하도록 지지되어 금속-연료 테이프(108)의 아래쪽 표면과 전기접촉상태로 배치되고, 금속-연료 테이프가 사이에 위치하는 이온 전도성 매질과 함께 회전하는 음극 실린더위로 이송될 때 양극-접촉요소의 회전축을 중심으로 회전되도록 되어있다. 도 11에서 도시된 바와 같이, 음극 실린더와 양극 접촉요소(123A)(123B)는 출력 컨트롤러(output power controller)(125)에서 끝나는 전기 전도체(예, 전선)(124)와 전기적으로 연결되어있다. In turn, 전기로드(electrical load)(26)는 FCB 시스템으로부터 전력의 공급을 받기 위한 출력 컨트롤러(125)에 연결되어있다.

도 11과 11A에서 도시된 바와 같이, 방전 작동동안, 산소함유량이 높은 공기는 각 음극 실린더의 길이방향에 걸쳐 형성된 중공 중심보어(hollow central bore)(106)를 따라 흘러, 이온 전도성 매질(예, 전해질(electrolyte))(107)과 금속-연료 테이프(108)사이의 경계면에 도달되도록 음극 구조 내에 형성된 극(초)미세 구멍들을 통하여 흐르게 된다. 충전 작동동안, 환원되는 금속-연료 테이프로부터 유리된 산소는 각 음극 실린더(103)의 길이방향에 걸쳐 형성된 공동의 중심보어(106)를 따라 흘러, 둘러싸 주위에 도달되도록 음극 구조 내에 형성된 극(초)미세 구멍들을 통하여 흐르게 된다.

도 11의 구현예에서 도시한 바와 같이, 이온 전도성 매질(107)은 FCB 시스템 에서 각 음극 실린더(103)의 바깥표면 위에 얇은 필름형태로 입혀진 이온 전도성 유체 또는 점성의 젤(gel)로서 만들어진다. 이온 전도성 매질이 시스템 작동동안 충분히 채워지(공급되)는 것을 확실히 하기 위해, 연속적 또는 주기적인 방법으로 이온 전도성 유체/젤(107)은 음극요소의 표면 또는 금속-연료 테이프의 표면에 입혀질 수 있고, 그렇게 함으로써 이온 전도성 매질과 금속-연료 테이프사이의 경계면에 수산화이온 농도의 최적수준을 유지할 수 있다. 분명히, 필요한 이온 전도성 필름 레이어의 두께는 응용에 따라 달라질 것이지만, 많은 요인들, 예를 들어, 이온 전도성 매질의 전기 전도성, 방전 작동동안 FCB 시스템에 의해 만들어질 전류(량), 음극요소의 표면적 등을 포함하는 요인들에 따라 달라질 것이다.

도 11의 FCB 시스템에서 이용되는 전기 전도성 유체/젤(107)은 다음의 공식을 이용하여 만들어질 수 있다. 수산화칼륨(KOH) 1 mol과 염화칼슘 1 mol이 물 100 g에 용해된다. KOH의 역할은 수산화이온의 공급원이고, 염화칼슘의 역할은 흡습제(hygroscopic agent)로서의 역할을 하게된다. 이후, 폴리에틸렌 산화물(PEO) 0.5 mol이 이온 담체로서 혼합물에 첨가된다. 혼합물은 약 10분 동안 섞이게 된다. 이후, 셀룰로오스 메톡시카르복실 산, gellant, 0.1 mol이 섞인 혼합물에 첨가된다. 이러한 과정으로, FCB 시스템내 각 원통형 음극요소(116)의 표면이나 FCB 시스템 내에서 이송되는 금속-연료 테이프(108)의 표면에 입혀지기 적합한 이온 전도성 젤이 생성된다.

또 한 방법으로, 이온 전도성 매질(107)은 원통형 음극요소(116)의 바깥표면 또는 금속-연료 테이프의 안쪽표면에 부착되는 고체상태의 이온 전도성 필름으로 만들어질 수 있다. 본 발명의 이러한 또 한가지 구현에서, 고체상태의 이온 전도성 필름은 이후 아래에서 보인 다음의 공식 중 하나를 이용하여 음극요소나 금속-연료 테이프 상에서 형성될 수 있다.

첫 번째 공식에 따르면, 수산화물 공급원인 KOH 1 mol과 흡습제인 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(tetrahydrogen furan)(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. 이후, PEO 1 mol이 이온 담체로서 혼합물에 첨가된다. 그러면, 결과로 나타나는 용제(예, 혼합물)는 경우에 따라서 각 원통형 음극요소(116)의 바깥표면상에 두꺼운 필름으로서, 또는 금속-연료 테이프(108)의 아래표면상의 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다(즉 입혀진다). 위의 공식을 이용하여, 이온 전도성 필름은 약 0.2 에서 0.5 mm까지의 두께 범위를 가지고 얻어질 수 있다. 만들어진 필름 코팅 내에 혼합 용제(즉 물과 THF)가 휘발성이므로, 이온 전도성 젤과 같은(즉 고체상태) 필름은 경우에 따라서 각 음극요소(116)의 바깥표면상에서, 또는 금속-연료 테이프(8)의 아래표면상에서 형성된다.

두 번째 공식에 따르면, KOH 1 mol과 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. KOH는 이온 공급원의 역할을 하고, 반하여 염화칼슘은 흡습제의 역할을 한다. 이후, 폴리염화비닐(PVC) 1 mol이 젤과 같은 물질을 만들어내는데 충분한 양으로 용제에 첨가된다. 용제는 경우에 따라서 각 음극요소(116)의 바깥표면상에 두꺼운 필름으로서, 또는 금속-연료 테이프의 아래표면상의 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다(입혀진다). 위의 공식을 이용하여, 이온 전도성 필름은 약 0.2 에서 0.5 mm까지의 두께 범위를 가지고 얻어질 수 있다. 만들어진 코팅 내에 혼합 용제(즉 물과 THF)가 휘발성이므로, 이온 전도성 젤과 같은(즉 고체상태) 필름은 경우에 따라서 각 원통형 음극요소(116)의 바깥표면상에서, 또는 금속-연료 테이프(8)의 아래표면상에서 형성된다.

상기의 이온 전도성 매질(107)을 이용할 때, (1) 이온 전도성 매질(107)과 금속-연료 테이프(108) 사이에서, (2) 이온 전도성 매질(107)과 각 이동 음극 실린더(103) 사이에서, "젖음성"을 이루기 위한 방법을 제공할 필요가 있다. 젖음성을 이루기 위한 한가지 방법은 금속-연료 테이프와 이온 전도성 매질 사이, 이동 음극 실린더와 이온 전도성 매질 사이에서 충분한 수준의 이온 이송이 가능하도록, 시스템 작동동안 연속적 또는 주기적으로 금속-연료 테이프(108)(그리고/또는 이온 전도성 매질(107))의 표면에 물(H2O) 그리고/또는 전해질 용액(electrolyte make-up solution)의 코팅을 입히는 것이다. 분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 매질)에 입혀지는 물 그리고/또는 전해질 용액의 코팅 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 음극 실린더의 표면온도 등에 따라서 달라질 것이다. 도 11의 구현예에서 도시된 바와 같이, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 매질의 젖음성은 어플리케이터(170)와 디스펜싱 메커니즘(171)을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 금속-연료 테이프, 음극 실린더, 이온 전도성 매질을 젖음성을 갖게 하기 위한 기타 다른 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

도 11과 11A에 도시된 상기의 구현예가 단식 음극/단식 양극 형태 응용장치(sing-cathode/single-anode type appolications)에서의 이용을 보인 것이 지만, 그러한 시스템 구현예는 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 멀티-트랙 금속-연료 테이프를 가지는 이용을 위한 음극 지지 실린더 주위에 구성된 복수의 전기절연 음극요소를 포함하여 쉽게 수정될 수 있다. 그러한 시스템 수정의 중요한 장점으로 그것은 개개의 전기로드에서 필요로 하는 다양한 출력전압 수준에서 전력을 전달하는 것이 가능하다는 점이다.

도 12A에서 도시된 바와 같이, 첫 번째 형태의 금속-연료 테이프(108)는 금속-연료 물질(예, 아연)의 얇은 레이어도 구성된다. 도 12B에서 도시된 두 번째 형태의 금속-연료 테이프(108')은 금속성 분말(예, 아연 분말)과 바인더(예, 폴리에틸렌)(127)를 플리에스테르 기질(128) 상에 적재함으로써 구성된다. 도 12C에서 도시된 바와 같이, 세 번째 형태의 금속-연료 테이프(108")은 폴리염화비닐(PVC)과 같은 기질(130) 내에 금속성 분말(예, 아연 분말)(129)을 주입함으로써 구성된다. 금속-연료의 그러한 형태를 제작하기 위한 기술은 계류중인 출원 시리얼번호 08/944,507과 09/074,337에서 설명되고 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 2 실시예

도 13에서, FCB 시스템(131)의 제 2 구현예가 도시되고 있다. 이러한 구현예는 도 13의 시스템에서, 이온 전도성 매질이 시스템 하우징 내에서 미리 결정된 테이프 경로를 따라, FCB 시스템에서 음극 실린더와 함께 동시에 구동되는 벨트이송 실린더(135) 주위에서 이송되는 고체형태의 이온 전도성 벨트(107')로서 구현된다는 점을 제외하고는 도 11에 도시된 FCB 시스템과 유사하다. 기타 모든 점에서, 도 18의 FCB 시스템은 도 17의 FCB 시스템과 유사하다.

도 13과 13A에서 도시된 바와 같이, 각 음극 실린더(103)는 기어와 음극 실린더를 구동하는 구동유닛(예, 모터)(110)에 의해 조절되는 각속도로 그것의 회전축을 중심으로 회전된다. 금속-연료 테이프(108)는 방전과 재충전 작동동안 작동되는 연료 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 각 원통형 음극요소(116)의 표면위로 이송된다. 음극 실린더 구동유닛(110)과 연료 테이프 이송 메커니즘(21)은 시스템 컨트롤러(20)에 의해 조절되어 금속-연료 테이프(108), 음극 구조(103)의 어레이, 고체상태의(역시 유연한) 이온 전도성 벨트구조(107')는 이온 전도성 매질(107')이 금속-연료 테이프(108), 음극 구조(116)와 접촉하는 지점의 위치와 실질적으로 같은 속도로 이송된다. 금속-연료 테이프, 이온 전도성 벨트와 엔진 하우징내의 음극 실린더사이의 상대운동을 조절함으로써, 시스템 컨트롤러(120)는 그들 사이의 마찰(예, 전단)력의 발생을 효과적으로 최소화한다. 이것은 원통형 음극요소(16)와 금속-연료 테이프(108)의 전기적 손상 가능성을 줄이게된다.

일반적으로, 음극 구조, 이온 전도성 벨트와 금속-연료 테이프사이의 속도조절은 도 13, 도 13A의 FCB의 시스템에서 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 11에서 도시된 바와 같이, 일련의 구속 기어를 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 것이다. 또 하나의 방법은 금속-연료 테이프(108)를 이송시키는데 역시 이용되는 벨트구조를 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 것이다(예, 카세트형 장치내의 서플라이와 테이크 업 릴(또는 허브) 사이). 또한 또 하나의 방법은 제 1 DC 조절모터와 동시에 작동하는 제 2 DC 조절모터를 이용하여 연료 카세트장치의 서플라이와 테이크 업 허브를 구동하면서, 제 1 DC 조절모터를 이용하여 음극 실린더의 어레이를 구동하는 것이다. 속도조절을 하기 위한 기타 방법들은 본 발명에서 공개된 내용을 읽음으로써 이익을 가지는 기술상의 특수한 것들에 대해서 분명해질 것이다.

일반적으로, 도 13과 13A에서 도시되고, 상기 설명된 각 음극 실린더 주위에 복수의 회전 가능한 음극, 양극의 접촉요소(123)를 대부분의 응용장치에서 설치하는 것이 바람직할 것이다. 도 13에서 도시된 바와 같이, 음극 실린더와 양극 접촉요소(123A)(123B)는 출력 컨트롤러(output power controller)(125)에서 끝나는 전기 전도체(예, 전선, 배선)(124)와 전기적으로 연결되어있다. 반대로, 전기로드(electrical load)는 FCB 시스템으로부터 전력의 공급을 받기 위한 출력 컨트롤러(125)에 연결되어있다.

도 13과 13A에서 도시된 바와 같이, 방전 작동동안, 산소함유량이 높은 공기는 각 음극 실린더의 길이방향에 걸쳐 형성된 중공 중심보어(hollow central bore)(106)를 따라 흘러, 이온 전도성 벨트(예, 전해질(electrolyte))(107')과 금속-연료 테이프(108)사이의 경계면에 도달되도록 음극 구조 내에 형성된 극(초)미세 구멍들을 통하여 흐르게 된다. 충전 작동 동안, 환원되는 금속-연료 테이프로부터 유리된 산소는 각 음극 실린더(103)의 길이방향에 걸쳐 형성된 공동의 중심보어(106)를 따라 흘러, 둘러싼 주위에 도달되도록 음극 구조(116) 내에 형성된 극(초)미세 구멍들을 통하여 흐르게 된다.

도 13과 13A의 구현예에서 도시된 바와 같이, 이온 전도성 벨트(107')는 포 러스 구조를 가지는 오픈-셀(open-cell) 폴리머물질로 만들어지고, FCB 시스템의 음극과 양극구조 사이에 이온이송(ionic transport)을 유지할 수 있는 이온 전도성 물질(예, KOH)이 주입된 유연한 벨트로 구현될 수 있다. 도 14에서 도시된, 이온 전도성 벨트(107')는 이온 전도특성을 가지는 고체상태의 막으로 구현될 수 있다. 일반적으로, 이온 전도성 벨트를 만드는 많은 방법들이 있을 것이다. 도시예의 목적을 위해, 두 가지 공식이 아래에 설명되고 있다.

첫 번째 공식에 따르면, KOH 1 mol과 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. KOH의 역할은 수산화이온의 공급원이고, 반하여 염화칼슘의 역할은 흡습제(hygroscopic agent)로서의 역할을 하게된다. 이후, PEO 1 mol이 혼합물에 첨가된다. 그러면, 용제는 폴리비닐 알코올(PVA) 형태의 플라스틱 물질로 만들어진 기질 상에 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다(입혀진다). 필름물질보다 큰 표면장력을 가지는 다른 기질이 허용 결과를 가지고 역시 잘 작동할 것이라 생각되지만, 이 물질도 PEO와 잘 작용하는 것으로 알려져 있다. 입혀진 코팅으로부터 혼합 용제가 휘발되면서, 이온 전도성 고체상태의 막(즉 두꺼운 필름)이 PVA 기질 상에서 형성된다. PVA 기질로부터 고체상태의 막을 벗겨냄으로써, 고체상태의 이온 전도성 막 또는 필름이 만들어진다. 위의 공식을 이용하면, 약 0.2에서 약 0.5 mm까지의 두께범위를 가지는 이온 전도성 필름을 만드는 것이 가능하다. 그러면, 고체상태의 막은 두 개 또는 그 이상의 회전 실린더 주위에서 이송 가능한 벨트 구조를 이루는데 필요한 형태로 잘라질 수 있다. 본 발명에 따른 FCB 시스템 이용을 위한 고체상태의 이온 전도성 벨트구조(107')를 구성하기 위해, 형태를 가진 막의 끝 부분은 접착제, 초음파 용접, 적당한 패서너(fastener) 또는 그와 유사한 것 등에 의해 결합될 수 있다.

두 번째 공식에 따르면, KOH 1 mol과 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. KOH의 역할은 수산화이온의 공급원이고, 반하여 염화칼슘의 역할은 흡습제로서의 역할을 하게된다. 이후, 폴리염화비닐(PVC) 1 mol이 혼합물에 첨가된다. 그러면, 결과 용제는 폴리비닐 알코올(PVA) 형태의 플라스틱 물질로 만들어진 기질 상에 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다(입혀진다). 필름물질보다 큰 표면장력을 가지는 다른 기질이 허용 결과를 가지고 역시 잘 작동할 것이라 생각되지만, 이 물질도 PEO와 잘 작용하는 것으로 알려져 있다. 입혀진 코팅으로부터 혼합 용제가 휘발되면서, 이온 전도성 고체상태의 막(즉 두꺼운 필름)이 PVA 기질 상에서 형성된다. PVA 기질로부터 고체상태의 막을 벗겨냄으로써, 고체상태의 이온 전도성 막이 만들어진다. 위의 공식을 이용하면, 약 0.2에서 약 0.5 mm까지의 두께범위를 가지는 이온 전도성 필름을 만드는 것이 가능하다. 그러면, 고체상태의 필름이나 막은 두 개 또는 그 이상의 회전 실린더 주위에서 이송 가능한 벨트 구조를 이루는데 필요한 형태로 잘라질 수 있다. 본 발명에 따른 FCB 시스템 이용을 위한 고체상태의 이온 전도성 벨트구조(107')를 구성하기 위해, 형태를 가진 막의 끝 부분은 접착제, 초음파 용접, 적당한 패서너(fastner) 또는 그와 유사한 것 등에 의해 결합될 수 있다.

도 13의 FCB 시스템 이용을 위한 금속-연료 테이프는 다른 방법으로 다양하게 구현될 수 있다. 도 15A에서 도시된 바와 같이, 첫 번째 형태의 금속-연료 테이 프(108)는 금속-연료 물질(예, 아연)의 얇은 층으로 구성된다. 두 번째 형태의 금속-연료 테이프(108")은 금속성 분말(예, 아연 분말)과 바인더(예, PVC)(127)를 플리에스테르 기질(128) 상에 적재함으로써 구성된다. 도 15C에서 도시된 바와 같이, 세 번째 형태의 금속-연료 테이프(108")은 PVC와 같은 기질(130) 내에 금속성 분말(예, 아연 분말)(129)을 주입함으로써 구성된다. 금속-연료의 그러한 형태를 제작하기 위한 기술은 계류중인 출원번호 09/074,337에서 설명되고 있다.

상기의 이온 전도성 벨트(107")를 이용할 때, (1) 이온 전도성 벨트(107')와 금속-연료 테이프(108) 사이에서, (2) 이온 전도성 벨트(107')와 이동 음극 실린더(103) 사이에서, "젖음성"을 이루기 위한 방법을 제공할 필요가 있다. 젖음성을 이루기 위한 한가지 방법은 금속-연료 테이프와 이온 전도성 벨트 사이, 또한 이동 음극 실린더와 이온 전도성 벨트 사이에서 충분한 수준의 이온 이송이 가능하도록, 시스템 작동동안 연속적 또는 주기적으로 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 벨트)의 표면에 물(H2O)의 코팅을 입히는 것이다. 분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 벨트)에 입혀지는 물 코팅 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 그것의 물 흡수도, 음극 실린더의 표면온도 등에 따라서 달라질 것이다. 도 13의 구현예에서 도시된 바와 같이, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 벨트의 젖음성은 어플리케이터(170)와 디스펜싱 메커니즘(171)을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 금속-연료 테이프(108), 음극 실린더(103), 이온 전도성 벨트(107')를 젖음성을 갖게 하기 위한 기타 다른 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

도 13에 도시된 구현예가 단식 음극/단식 양극 형태의 응용장치들을 위해 설계되었지만, 이러한 시스템 구현예는 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 멀티-트랙형 금속-연료 테이프를 가지는 이용을 위한 음극 지지 실린더 주위에 구성된 복수의 전기절연 음극요소를 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 3 실시예

도 16과 16A에서, 본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 3 구현예는 컴팩트 고정구(즉 하우징)(142) 내에 설치된 복수의 음극 벨트구조(141)와 복수의 이온 전도성 벨트(107')를 포함하는 금속-연료 테이프 방전 장치(즉 엔진)(140)로 구성된다. 도 16과 16A에서 도시된 바와 같이, 각 음극 벨트구조(141)는 시스템 하우징 내에 설치되고 벨트구동 메커니즘에 의해 필요한 각속도로 구동되는 한 쌍의 벨트이송 실린더(143)(144) 사이에 회전 가능하도록 지지되고 있다. 분명히, 구현예에서, 이온 전도성 벨트(107')를 이송하는데 이용되는 하나의 벨트이송 실린더(144)는 상응하는 음극 벨트구조(141)를 이송하는데 이용되는 이송 실린더와 같은 실린더일 것이다. 또한, 금속-연료 테이프(108)의 서플라이(112)는 출원자의 계류중인 출원 시리얼번호 09/074,337에서 알려진 바와 같이 한 쌍의 서플라이와 테이크 업 릴(117A)(117B)과 함께 작동되는 테이프이송 구동 메커니즘(121)을 이용하여 각 이온 전도성 벨트구조(107') 위로 이송된다

본 발명에 따른 임의의 특정한 구현에서 이용되는 음극 벨트(141)와 이온 전 도성 벨트(107')의 실제적인 수는 응용에 따라 달라질 것이다. 어떤 경우에서는, 도 16에서 도시된 바와 같이, 하나의 이온 전도성 벨트가 FCB 시스템에서 사용되는 각 음극 벨트구조에 이용된다. 본 발명에 따른 또 다른 구현에서는, 도 13에 나타낸 FCB 시스템에서 도시된 것과 비슷한 방법으로, FCB 시스템에서 각 음극 벨트구조위로 이송되는 공동의 이온 전도성 벨트구조의 사용이 가능하다. 또한, 하우징(142)내 음극 벨트의 실제적이고 물리적인 배치가 응용장치마다 달라짐을 이해한다면, 쌓아올려진 선형 어레이 형태(예, 1x3, 1x5, 또는 1xM)로 음극 벨트구조를 배치하는 것이 유리할 것이다. 방전형(discharging-type) 엔진을 구성하는 고정 하우징 내에 복수의 음극 벨트를 배치할 때 지침원리는 설계시 금속-공기 FCB 시스템의 체적 파워 밀도 특성을 최대화해야 한다는 것이다.

공개의 명료성을 위해 도 16과 도 16A에 나타내지는 않았지만, 소형 하우징(142)은 그 안에 여러 쌍의 구멍(hole)을 가지고 서로 간격을 가지고 떨어진 한 쌍의 판넬(104A)(104B)로 구성되며, 그 안에 각 벨트이송 실린더(141)는 베어링 그리고/또는 유사구조를 이용하는 벨트이송 실린더(143)(144)에 의해 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 위 판넬과 바닥 판넬(142E)(142D)은 판넬(142A)(142B) 사이에 간격을 유지하는데 이용될 수 있다. 기타 판넬들이 하우징의 개방부를 둘러싸는데 이용될 수 있다. FCB 시스템 요소들을 치밀하게 포함할 수 있는 최적의 하우징을 구현하는 많은 방법들이 있다.

일반적으로, 각 음극벨트(141)는 많은 다른 방법들, 즉 테이프이송 기술상에 알려진 전기나 기체작용에 의해 구동되는 모터, 기어, 구동벨트, 또는 그 유사장치 를 이용하는 방법들로 구현될 수 있는 적절한 구동 메커니즘에 의해 그것의 이송 실린더 사이에서 이송된다. 마찬가지로, 각 이온 전도성 벨트(107')는 많은 다른 방법들, 즉 전기나 기체작용에 의해 구동되는 모터, 기어, 구동벨트, 또는 테이프이송 기술상에 알려진 그 유사장치를 이용하는 방법들로 구현될 수 있는 적절한 구동 메커니즘에 의해 그것의 이송 실린더 사이에서 이송된다. 도 16에서 도시된 구현예에서, 각 벨트이송 실린더(143)(144)는 시스템 하우징 내에 이웃하는 벨트이송 실린더의 기어와 맞물리고 실린더의 한 쪽 끝에 형성된 기어(146)를 가질 수 있다. 벨트이송 실린더의 한쪽 기어에 연결된 기어를 가진 모터(147)는 특정 벨트이송 실린더(144)에 토크를 주는데 이용되고, 하우징(142)내의 기타 모든 벨트이송 실린더에 차례로 토크가 전해지게 된다. 이러한 배치를 가지고, 도 16A에 도시된 시스템에서 하우징 내 미리 결정된 테이프 경로를 따라 카트리지(113)로부터 금속-연료 테이프(112)의 서플라이를 이송시키기 위해, 하우징 내에 설치된 음극 벨트구조(141)와 이온 전도성 벨트구조(107)는 테이프 구동 메커니즘(121)과 함께 작동한다. 벨트 구동 메커니즘과 테이프 구동 메커니즘은 시스템 컨트롤러(120)에 의해 조절되어 금속-연료 테이프(118)와 상응하는 음극 벨트구조, 이온 전도성 벨트구조(141)(107')의 속도는 시스템 작동동안 이온 전도성 벨트구조(107)가 금속-연료 테이프(108), 상응하는 음극 벨트구조(141)와 접촉하는 지점의 위치와 실제적으로 같은 속도로 유지된다. 시스템내 금속-연료 테이프, 음극 벨트구조, 이온 전도성 구조사이의 상대운동을 조절함으로써, 시스템 컨트롤러(120)는 그들 사이의 마찰력 발생을 효과적으로 최소화하여 음극 벨트구조와 금속-연료 테이프의 손상을 줄인다. 하우징에서 금속-연료 테이프를 미리 결정된 테이프 경로로 안내하기 위해, 도 16A에서 도시한 바와 같이, 테이프 안내 롤러(148)가 엔진 하우징(142) 내에 설치될 수 있다. 또한, 오픈형 릴과 카트리지장치로부터 공급되는 금속-연료 테이프의 자동(예, 자가식) 트레딩(treading)을 보조할 뿐만 아니라, 오픈형 릴과 카트리지 장치하우징에서 금속-연료 테이프를 자동 안내하기 위해, 테이프 안내 디플렉터(deflectors)가 하우징 내에 설치될 수 있다.

도 16의 음극벨트 기초 엔진이 금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 사용된 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 16에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 전력이 발생되는 각 음극 벨트의 섹션들은 산소-분사 챔버(공기펌프나 산소 공급원에 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 방전헤드 냉각장치, 그리고 유사장치를 가지고 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러는 방전 작동동안 방전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 음극 벨트구조가 이송 실린더 사이에서 이송될 때 음극 벨트구조 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

마찬가지로, 도 16의 음극벨트 기초 엔진이 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 사용된 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 16에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알 려진 바와 같이, 전력이 공급되는(충전 작동동안) 각 음극 벨트의 섹션들은 산소-배출 챔버(진공펌프나 유사장치에 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 충전헤드 냉각장치, 그리고 유사장치를 가지고 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(120)는 충전 작동동안 충전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 음극 벨트구조가 이송 실린더 사이에서 이송될 때 각 음극 벨트구조 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

일반적으로, 음극 벨트(141), 이온 전도성 벨트(107'), 금속-연료 테이프(108)사이의 속도조절은 도 16의 FCB 시스템에서 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 한가지 방법은 도 11에서 도시한 바와 유사한 방법으로, 일련의 구속된 기어들을 이용하여 음극과 이온 전도성 벨트를 구동하는 것이다. 또 하나의 방법은 금속-연료 테이프를 이송하는데 역시 이용되는 벨트구조를 이용하여 음극 벨트와 이온 전도성 벨트의 어레이를 구동하는 방법이다(예, 카세트형 장치내의 서플라이와 테이크 업 릴(또는 허브) 사이). 또한 또 하나의 방법은 제 1 DC 조절모터와 동시에 작동하는 제 2 조절모터를 이용하여 연료 카세트장치의 서플라이와 테이크 업 허브를 구동하면서, 제 1 DC 조절모터를 이용하여 음극 벨트와 이온 전도성 벨트의 어레이를 구동하는 것이다. 속도조절을 하기 위한 기타 방법들은 본 발명에서 공개된 내용을 읽음으로써 이익을 가지는 기술상의 특수한 것들에 대해서 분명해질 것이다.

일반적으로, 도 16과 16A에서 나타낸 각 음극 벨트구조의 길이방향을 따라, 복수의 회전 가능한 음극, 양극의 접촉요소(123A)(123B)를 각각 설치하는 것이 대 부분의 응용장치에서 바람직할 것이다. 그러한 배치는 음극과 양극 물질들에 의해 정해지는(specified) 출력전압에서, FCB 시스템 내에서 이송되는 각 음극 벨트로부터의 집전(current collection)을 최대로 할 수 있을 것이다. 특히, 도 16C에서 도시된 바와 같이, 전기 전도성인 "음극-접촉"요소(123B)는 한 쌍의 브라켓이나 유사구조(150)에 의해 각 음극 벨트구조(141)의 끝에 회전 가능하도록 지지된다. 적절히 설치되었을 때, 각 음극 접촉요소(123B) 상의 플랜지 부(151)는 음극 벨트(141)의 바깥 테두리(edge)부 상에 노출된 니켈 망구조(152)와 전기접촉상태로 배치되고, 음극 벨트구조(141)가 음극 접촉요소(123B)를 지나 이송될 때 음극 접촉요소는 음극 접촉요소의 회전축을 중심으로 회전하도록 되어있다.

또한 도 16C에서 도시된 바와 같이, 전기 전도성인 "양극-접촉"요소(123A)가 한 쌍의 브라켓 또는 유사구조(153)에 의해 회전 가능하도록 지지되어 금속-연료 테이프(108)의 아래표면에 전기접촉상태로 배치되고, 금속-연료 테이프가 사이에 배치되는 이온 전도성 매질과 함께 이동 음극 벨트구조(141)위로 이송될 때 양극 접촉요소는 양극 접촉요소의 회전축을 중심으로 회전하도록 되어있다. 도 16에서 도시된 바와 같이, 음극과 양극 접촉요소(123A)(123B)는 출력 컨트롤러(125)에서 끝나는 전기 전도체(예, 전선)와 전기적으로 연결되어있다. 반대로, 전기로드(126)는 FCB 시스템으로부터 전력의 공급을 받기 위해 출력 컨트롤러(125)에 연결되어있다.

도 16의 FCB 시스템에서 사용되어진 음극 벨트구조(141)는 그것의 표면에 극(초)미세 구멍들을 가지고 있어 산소를 그 위로 지나는 양극의 금속-연료 테이프(108)로 이송한다. 유연한 음극 구조를 만드는 보다나은 방법은 슬러리(slurry)를 만들기 위해 블랙 카아본(black carbon) 분말(60%/중량)을 물(용제)과 계면활성제(surfactant)(예, Union Carbide 사의 Triton X-10) 100 ml 안에 테프론 유제(emulsion)(Dupont 사의 T-30)(20%/중량)와 같은 바인더물질과 이산화망간 (MnO2)(20%/중량)과 같은 촉매물질을 함께 섞는 것이다. 그러면 슬러리는 니켈 스펀지(또는 망조직 물질)위로 형태를 이루어지거나 입혀지게 된다. 슬러리 코팅된 니켈 망조직은 약 10시간동안 공기 건조된다. 이후, 건조된 것은 200[pounds/㎠]의 압력에서 원하는 다공성(예, 30-70%)을 가지는 유연한 음극 물질형태로 약 0.5-0.6 mm 두께로 압축된다. 그러나, 음극 물질의 두께와 다공성은 응용에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 음극 물질은 이후 약 280℃에서 약 2시간동안 소결(sinter)되면서, 용제(즉 물)가 제거되고 설계시 FCB 시스템의 음극 벨트구조를 만들 수 있도록 원하는 치수로 잘라질 수 있는 유연한 시트(sheet)형태의 음극 물질로 된다. 벨트구조의 끝은 폐(closed) 벨트구조에 가깝도록 실제 이음 없는 음극 표면을 만들기 위해 납땜(soldering), 패서너, 또는 유사방법으로 결합될 수 있다. 도 16C에 도시된 바와 같이, 니켈 망조직(151)은 위에서 설명된 것과 같이, 방전과 충전 작동동안 음극 접촉요소(123A)로 하여금 음극 벨트구조(141)와 전기 접촉될 수 있도록 음극 벨트구조(141)의 끝에서 노출될 수 있다.

도 16과 16A에서 도시된 구현예에서, 각 이온 전도성 벨트(107')는 포러스 구조를 가지는 오픈-셀(open-cell) 폴리머 물질로 만들어지고, FCB 시스템의 음극과 양극구조 사이에서 이온이송(ionic transport)을 유지할 수 있는 이온 전도성 물질(예, KOH)이 주입된 유연한 벨트로 구현될 수 있다. 이온 전도성 벨트(107')는 이온전도 특성을 가지는 고체상태의 막으로 구현될 수 있다. 일반적으로, 이온 전도성 벨트를 만드는 많은 방법들이 있을 것이다. 도시예의 목적을 위해, 두 가지 공식이 아래에 설명되고 있다.

첫 번째 공식에 따르면, KOH 1 mol과 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. KOH의 역할은 수산화이온의 공급원이고, 반하여 염화칼슘의 역할은 흡습제(hygroscopic agent)로서의 역할을 하게된다. 이후, PEO 1 mol이 혼합물에 첨가된다. 그러면, 용제는 폴리비닐 알코올(PVA) 형태의 플라스틱 물질로 만들어진 기질 상에 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다(입혀진다). 필름물질보다 큰 표면장력을 가지는 다른 기질이 허용 결과를 가지고 역시 잘 작동할 것이라 생각되지만, 이 물질도 PEO와 잘 작용하는 것으로 알려져 있다. 입혀진 코팅으로부터 혼합 용제가 휘발되면서, 이온 전도성 고체상태의 막(즉 두꺼운 필름)이 PVA 기질 상에서 형성된다. PVA 기질로부터 고체상태의 막을 벗겨냄으로써, 고체상태의 이온 전도성 막 또는 필름이 만들어진다. 위의 공식을 이용하면, 약 0.2에서 약 0.5 mm까지의 두께범위를 가지는 이온 전도성 필름을 만드는 것이 가능하다. 그러면, 고체상태의 막은 두 개 또는 그 이상의 회전 실린더 주위에서 이송 가능한 벨트 구조를 이루는데 필요한 형태로 잘라질 수 있다. 도 16에서 도시된 FCB 시스템 이용을 위한 고체상태의 이온 전도성 벨트구조(107')를 구성하기 위해, 형태를 가진 막의 끝 부분은 접착제, 초음파 용접, 적당한 패서너 또는 그와 유사한 것에 의해 결합될 수 있다.

두 번째 공식에 따르면, KOH 1 mol과 염화칼슘 0.1 mol이 물 60 ml와 테트라하이드로겐 푸란(THF) 40 ml의 혼합 용제에 용해된다. KOH의 역할은 수산화이온의 공급원이고, 반하여 염화칼슘의 역할은 흡습제로서의 역할을 하게된다. 이후, 폴리염화비닐(PVC) 1 mol이 혼합물에 첨가된다. 그러면, 결과 용제는 폴리비닐 알코올(PVA) 형태의 플라스틱 물질로 만들어진 기질 상에 두꺼운 필름으로서 형태가 이루어진다. 필름물질보다 큰 표면장력을 가지는 다른 기질이 허용 결과를 가지고 역시 잘 작동할 것이라 생각되지만, 이 물질도 PEO와 잘 작용하는 것으로 알려져 있다. 입혀진 코팅으로부터 혼합 용제가 휘발되면서, 이온 전도성 고체상태의 막(즉 두꺼운 필름)이 PVA 기질 상에서 형성된다. PVA 기질로부터 고체상태의 막을 벗겨냄으로써, 고체상태의 이온 전도성 막이 만들어진다. 위의 공식을 이용하면, 약 0.2에서 약 0.5 mm까지의 두께범위를 가지는 이온 전도성 필름을 만드는 것이 가능하다. 그러면, 고체상태의 필름이나 막은 두 개 또는 그 이상의 회전 실린더 주위에서 이송 가능한 벨트 구조를 이루는데 필요한 형태로 잘라질 수 있다. 본 발명에 따른 FCB 시스템 이용을 위한 고체상태의 이온 전도성 벨트구조(107')를 구성하기 위해, 형태를 가진 막의 끝 부분은 접착제, 초음파 용접, 적당한 패서너 또는 그와 유사한 것 등에 의해 결합될 수 있다.

상기의 이온 전도성 벨트(107')를 이용할 때, (1) 이온 전도성 벨트(107')와 금속-연료 테이프(108) 사이에서, (2) 이온 전도성 벨트(107')와 이동 음극 실린더(141) 사이에서, "젖음성"을 이루기 위한 방법을 제공할 필요가 있다. 젖음성을 이루기 위한 한가지 방법은 금속-연료 테이프와 이온 전도성 벨트 사이, 또한 이동 음극 벨트와 이온 전도성 벨트 사이에서 충분한 수준의 이온 이송이 가능하도록, 시스템 작동동안 연속적 또는 주기적으로 금속-연료 테이프(108)(그리고/또는 이온 전도성 벨트(107'))의 표면에 물(H2O)의 코팅 그리고/또는 전해질 용액(electrolyte make-up solution)을 입히는 것이다. 분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 벨트)에 입혀지는 물 그리고/또는 전해질 코팅 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 그것의 물 흡수도, 음극 벨트의 표면온도 등에 따라서 달라질 것이다. 도 16의 구현예에서 도시된 바와 같이, 금속-연료 테이프(108), 이온 전도성 벨트(107'), 음극 벨트(141)의 젖음성은 어플리케이터(170)와 디스펜싱 메커니즘(171)을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 금속-연료 테이프, 음극 벨트, 이온 전도성 벨트(107')를 젖음성을 갖게 하기 위한 기타 다른 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

일반적으로, 도 16의 FCB 시스템에서 이동 구성요소의 속도조절은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 한가지 방법은 금속-연료 테이프를 이송하는데 역시 이용되는 일반 벨트구조와 함께 벨트이송 실린더(143)(144)(145)를 구동시키는 것이다(예, 카세트형 장치(113)내의 서플라이와 테이크 업 릴 또는 허브(117A)(117B) 사이). 또 하나의 방법은 제 1, 제 2 DC 속도조절모터와 동시에 작동하는 제 2 조절모터를 이용하여 금속-연료 카세트장치(113)의 서플라이와 테이크 업 허브(117A)(117B)를 구동하면서, 제 1 DC 조절모터를 이용하여 이송 실린더(143)(144)(145)를 구동하는 것이다. 속도조절을 하기 위한 기타 방법들은 기술상의 특수한 것들에 대해서 분명해질 것이다.

음극벨트 기초 엔진(140)이 금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 사용된 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 방전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 16에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 전류가 그것을 따라 발생되는 음극 벨트구조(141)의 섹션들은 산소-분사 챔버(공기펌프나 산소 공급원에 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 방전헤드 냉각장치, 그리고 유사장치에 의해 둘러싸여질 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(122)는 방전 작동동안 방전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 이동하는 음극 벨트구조(141)의 이러한 섹션 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

마찬가지로, 음극벨트 기초 엔진(140)이 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 사용된 경우, 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 금속-연료 테이프 충전 서브시스템 내에 포함된 각 서브시스템은 도 16에서 도시된 시스템으로 통합될 수 있다. 따라서, 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337과 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 그것을 따라 전류가 발생되는 음극 벨트구조(141)의 섹션들은 산소-배출 챔버(진공펌프나 유사장치에 연결된), 하나 또는 그 이상의 pO2 센서, 하나 또는 그 이상의 온도센서, 충전헤드 냉각장치, 그리고 유사장치를 가지고 설치될 수 있고, 따라서 시스템 컨트롤러(120)는 충전 작동동안 충전헤드의 온도를 유지할 뿐만 아니라, 이동하는 음극 벨트구조(141)의 이러한 섹션 내에서 pO2 수준을 조절할 수 있다.

도 16에서 도시된 바와 같이, 테이프 방전 작동동안, 산소함유량이 높은 공기는 음극 벨트구조(141) 내에 형성된 극(초)미세 구멍을 따라 흐르고, 금속-연료 테이프(108)와 상응하는 이온 전도성 벨트구조(107)사이의 경계면에 도달된다.

테이프 충전 작동동안, 금속-연료 테이프(108)와 이온 전도성 벨트구조(107)사이의 경계면으로부터 유리된 산소는 음극 벨트구조(141) 내에 형성된 미세 구멍을 통하여 둘러싼 주위로 흐른다.

도 16의 FCB 시스템은 다양한 방법으로 쉽게 수정될 수 있다. 예를 들어, 이온 전도성 벨트구조(107')는 시스템으로부터 제거될 수 있고, 그것 대신에 시스템 작동동안 음극 벨트구조(141) 또는 금속-연료 테이프(108)에 입혀지는 이온 전도성 젤(107)의 얇은 필름이 사용될 수 있다. 이것은 금속-연료 테이프(108) 밑에 배치된 전해질 어플리케이터를 이용하여 이루어지고, 시스템 컨트롤러(120)에 의해 제어되는 디스펜저에 의해 공급(fed)될 수 있다. 작동동안, 이온 전도성 젤(107)의 얇은 레이어는 음극 벨트(141)에 접촉하는 금속-연료 테이프의 표면으로 어플리케이터로부터 투여된다. 분명히, 이온 전도성 필름 레이어(107)의 요구되는 두께는 응용에 따라 달라질 것이지만, 전형적으로 여러 요인들, 예를 들어, 이온 전도 매질의 전기 전도성, 방전 작동동안 FCB 시스템에 의해 생산되어야 할 전류량, 음극요소의 표면적과 그와 유사한 것들을 포함하는 요인들에 따라 달라질 것이다.

또 다른 한가지로, 이온 전도성 벨트구조(107')은 도 16에서 도시된 시스템으로부터 제거될 수 있고 그것 대신, 제작시 음극 벨트구조(141) 또는 금속-연료 테이프(108)에 입혀지는 고체상태의 이온 전도성 필름 레이어(107")를 사용될 수 있다. 그러한 수정 시스템에서, 이온 전도성 필름 레이어(107")의 요구되는 두께는 응용에 따라 역시 달라질 것이지만, 전형적으로 여러 요인들, 예를 들어, 이온 전도 매질의 전기 전도성, 방전 작동동안 FCB 시스템에 의해 생산되어야 할 전류량, 음극요소의 표면적과 그와 유사한 것들을 포함하는 요인들에 따라 달라질 것이다.

본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 도 16의 FCB 시스템에서 이용되는 금속-연료 테이프는 여러 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 도 17A에서 도시한 바와 같이, 첫 번째 형태의 금속-연료 테이프(152)는 이온 전도성 고체상태의 필름물질(107")의 얇은 레이어가 적재되는 금속-연료 물질(예, 아연)(108)의 얇은 레이어로서 구성된다. 도 17B에서 도시된 두 번째 형태의 금속-연료 테이프(152')는 금속-연료 테이프(108')를 구성하는 폴리에스테르 기질 상의 금속성 분말(예, 아연 분말)과 바인더(예, 폴리에틸렌)를 적재하고, 이후 그 위에 이온 전도성 고체상태의 필름물질(107")의 얇은 레이어를 적재함으로써 구성된다. 도 17C에서 도시한 바와 같이, 세 번째 형태의 금속-연료 테이프(152)는 금속성 분말(예, 아연 분말)을 금속-연료 테이프(108")을 구성하는 폴리염화비닐(PVC)과 같은 기질 내로 주입하고, 이후 그 위에 이온 전도성 고체상태 필름물질(107")의 얇은 레이어를 적재함으로써 구성된다. 금속-연료 테이프의 그러한 형태를 제작하기 위한 기술이 계류중인 출원 번호 08/944,507과 09/074,337에서 설명되고 있다.

도 18에서, 도 16 FCB 시스템 이용을 위한 음극 벨트구조의 또 다른 구현예가 도시되고 있다. 이러한 음극 벨트구조는 음극 벨트구조 제작시, FCB 시스템에서 보인 각 음극 벨트구조 상에 고체상태의 이온 전도성 필름의 얇은 층을 입히거나, 시스템 작동중, 각 벨트구조 상에 이온 전도성 젤의 얇은 층을 입힘으로써 만들어질 수 있다. 다양한 기술들이 이온 전도성 필름층을 음극 벨트구조에 입히는데 이용될 수 있다.

도 16에서 도시된 구현예가 단식 음극/단식 양극 형태 응용장치 제작을 위해 설계될 때, 이러한 시스템 구현은 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 멀티-트랙 금속-연료 테이프에 의한 이용을 위해 유연 음극 벨트구조를 따라 형성된 복수의 전기 절연인 음극 요소들(트랙들)을 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다는 것을 알아야 한다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 4 실시예

도 19와 19A에서, FCB 시스템의 제 4 구현예가 도시되고 있다. 이러한 FCB 시스템(155)은 도 16에서 도시된 FCB 시스템(40)과 유사하고, FCB 시스템의 체적 파워 밀도 특성을 보다 개선시키기 위하여 양측 금속-연료 테이프(155)를 이용하도록 수정된다. 이러한 두 시스템사이의 주된 차이는 도 19와 19A에서 FCB 시스템(155)에서의 테이프 경로 형태가, 시스템(155)을 거쳐 이송되는 금속-연료 테이프가 양쪽으로부터 방전되고, 그래서 금속-연료 테이프의 보다 효과적인 이용을 이루도록 설계된다는 점이다. 분명히, 금속-연료 테이프(108)(108')는 더블 사이드로 FCB 시스템(155) 이용을 위해 개조된다. 금속-연료 테이프(108')(108")는 그 기질의 더블 사이드가 금속-연료 물질을 운반하도록 쉽게 개조된다. 기타 모든 점에서, 도 19와 19A의 FCB 시스템은 도 16의 FCB 시스템과 유사하다.

도 19와 19A에서 도시된 바와 같이, 더블 사이드의 금속-연료 테이프(108)(108")는 제 1 음극 벨트(141)와 이온 전도성 벨트(107') 세트 위로 이송될 때 그것의 아래(즉 안)표면(156)을 따라서 방전되고 경로 안내롤러(114A)를 지난 후 제 2 음극 벨트와 이온 전도성 벨트 세트 위로 이송될 때 그것의 위(즉 바깥)표면(157)을 따라서 방전된다. 도시된 바와 같이, 롤러(148A)를 지난 후 그것이 제 3 음극 벨트와 이온 전도성 벨트 세트 위로 이송될 때 더블 사이드의 금속-연료 테이프(108)는 다시 그것의 아래(즉 안)표면을 따라 방전되고, 경로 안내롤러(148B)를 지난 후 그것이 제 4 음극 벨트와 이온 전도성 벨트 세트 위로 이송될 때 다시 그것의 위(즉 바깥)표면을 따라 방전된다. 도 19와 19A에서 도시된 바와 같이, 복수의 음극(123A)과 양극 접촉요소(123B)는 FCB 시스템내의 각 음극 벨트와 이온 전도성 벨트 세트를 따라 회전 가능하도록 지지된다. 도 19B에서, 한 쌍의 음극(123A)과 양극 접촉요소(123B)가 보다 자세히 도시되고 있다. 도시된 바와 같이, 금속-연료 테이프(108)(108"), 이온 전도성 벨트(107') 일부, 음극 벨트(141) 일부(같은 속도로 움직이는)는 음극(123A)과 양극 접촉요소(123B) 사이에 배치되고, 그 사이에서 전력이 방전 작동동안 전기 화학적으로 발생된다.

도 19와 19A에서는 도시된 구현예가 단식-음극/단식-양극 형태 응용장치를 위해 설계되고있지만, 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 이러한 시스템 구현은 멀티-트랙 금속-연료 테이프 이용을 위해 유연 음극 벨트구조를 따라 형성되는 복수의 전기 절연 음극요소(트랙)를 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 5 실시예

도 20에서, FCB 시스템의 제 5 구현예가 도시되고 있다. 이러한 FCB 시스템의 구현은 도 19와 19A에서 도시되고 더블 사이드의 금속-연료 테이프가 이용된 FCB 시스템과 유사하다. 이러한 두 시스템사이의 주된 차이는 도 19와 19A에서, 이온 전도성 매질이 각 음극 벨트구조의 바깥표면 위에 입혀진 이온 전도성 필름 레이어(107)로서 구현된다. 기타 다른 모든 점에서, 도 20의 FCB 시스템은 도 19와 19A의 FCB 시스템과 유사하다.

도 20B에서, 도 20의 FCB 시스템에서 이용된 한 쌍의 음극(123A)과 양극 접촉요소(123B)가 보다 자세히 도시되고 있다. 이 그림에서 보인 바와 같이, 금속-연료 테이프(108)(108"), 이온 전도성 벨트(107') 일부, 음극 벨트(141) 일부(같은 속도로 움직이는)는 음극(142)과 양극 접촉롤러(143) 사이에 배치되고, 이 사이에서 전력이 방전 작동동안 전기 화학적으로 발생된다.

도 20에서는 도시된 구현예가 단식-음극/단식-양극 형태 응용장치를 위해 설계되고있지만, 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 이러한 시스템 구현은 멀티-트랙 금속-연료 테이프 이용을 위해 유연 음극 벨트구조를 따라 형성되는 복수의 전기 절연 음극요소(트랙)를 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 6 실시예

도 21에서, FCB 시스템의 제 6 구현예가 도시되고 있다. 이러한 FCB 시스템의 구현은 도 20과 20A에서 도시되고 더블 사이드의 금속-연료 테이프(108)(108")가 이용된 FCB 시스템과 유사하다. 이러한 두 시스템사이의 주된 차이는 도 20과 20A에서, 이웃하는 여러 쌍의 음극벨트 (141A)와 (141B), (141B)와 (141C), (141C)와 (141D)가 밀접되어 함께 지지되고 있다. 도 20A에서 도시된 바와 같이, 더블 사이드의 금속-연료 테이프는 FCB 시스템의 체적 파워 밀도를 개선하기 위해 그것의 위쪽과 아래쪽 모두로부터 방전될 수 있다. 이러한 수정은 도 21A에서 도시된 형태의 음극과 양극 접촉 메커니즘의 이용을 요구한다. 그 안에서 보여지는 바와 같이, 메커니즘을 통해 이송되는 금속-연료 테이프가 시스템 하우징으로부터 회전 가능하도록 지지된 공동의 양극 접촉요소(162)에 의해 연결되는 동안, 한 쌍의 이웃하는 음극 벨트(141A)(141B)는 한 쌍의 음극 접촉요소(123A1)(123A2)에 의해 연결되고, 각각, 시스템 하우징으로부터 회전 가능하도록 지지되고 있다. 이러한 배치는 더블 사이드의 금속-연료 테이프(108)(108')의 두 사이드가 동시에 방전될 수 있도록 한다. 기타 다른 모든 점에서, 도 21의 FCB 시스템은 도 20과 20A의 FCB 시스템과 유사하다.

또 한가지, 도 21의 FCB 시스템은 다양한 방법으로 수정될 수 있다. 한 가지 방법은 음극 벨트구조에서 이온 전도성 층을 제거하고, 대신에 이온 전도성 고체상태(또는 젤) 필름(107")을 방전 엔진을 거쳐 이송되는 금속-연료 테이프(108)(108")의 각 side 상에 형성하는 것이다.

도 21에서는 도시된 구현예가 단식-음극/단식-양극 형태 응용장치를 위해 설 계되고있지만, 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 이러한 시스템 구현은 멀티-트랙 금속-연료 테이프 이용을 위해 유연 음극 벨트구조를 따라 형성되는 복수의 전기 절연 음극요소(트랙)를 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 제 7 실시예

도 22에서, FCB 시스템의 제 7 구현예가 도시되고 있다. FCB 시스템의 이러한 구현은 도 20과 20A에서 도시된 FCB 시스템과 유사하다. 이러한 두 시스템사이의 주된 차이는 도 22에서, 출원자의 계류중인 출원번호 08/944,507에서 알려진 바와 같이, 복수의 흐름을 가지는 금속-연료 테이프(108A)(108B)(108C) ((108'A)(108'B)(108'C),(108"A)(108"B)(108"C))가 서플라이 릴(117A)로부터 공급되고, 복수의 음극 벨트구조(141)(그리고 이온 전도성 벨트 107')의 주위에서 이송되며, 테이프 카트리지(113)와 관련된 테이크-업 릴(118B) 또는 유사장치에 의해 감겨진다. 이러한 배치는 금속-연료 테이프가 FCB 시스템내의 테이프 카트리지 장치 또는 유사장치의 서플라이와 테이크-업 릴 사이에서 이송될 때, 금속-연료 테이프의 벤딩(굽힘, bending) 반경을 크게 줄일 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 FCB 시스템의 또 하나의 구현예

본 발명에 따른 구현예를 위에서 자세히 설명했으므로, 본 발명의 실제에서 유리한 몇 가지 수정을 쉽게 생각할 수 있다.

복잡한 메커니즘을 이용하는 FCB 시스템에서 금속-연료 테이프, 이동 음극 구조, 이온 전도성 매질을 독립적으로 구동하고 능동적으로 속도 조절하는 필요를 제거하기 위하여, 본 발명은 금속-연료 테이프와 이온 전도성 매질(예, 벨트 또는 입혀지는 젤/고체상태의 필름) 사이에서, 이온 전도성 매질(예, 벨트 또는 입혀지는 젤/고체상태의 필름)과 음극 구조(예, 실린더나 벨트) 사이에서 "유체정역학적 드래그"의 상태를 만들어 내려고 한다. 유체정역학적 드래그에 의하여, 기계적(예, 스프링이 감긴), 전기적, 또는 기체작용에 의한 힘으로 구동되는 모터나 유사장치를 이용하여 이동하는 시스템 구성요소(예, 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 또는 이동 음극 구조)의 하나만을 이송함으로써 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 이동 음극 구조는 실제적으로 같은 속도(그들 사이의 접촉지점에서)로 함께 움직여진다. 이러한 이송방법과 속도균등화는 제작과 유지비용은 물론 FCB 시스템의 복잡도를 크게 줄인다. 또한, 그것은 금속-연료 테이프, 이온 전도성 매질, 음극 구조가 큰 마찰(예, 전단)력의 발생 없이 시스템 내에서 이동될 수 있도록 하고, 그렇게 함으로써 시간 내 임의의 순간에서 전기적 로딩 조건에 의해 맞춰진 출력에 의해 조절되는 토크 조절(또는 전류 조절) 기술을 이용하여 이러한 이동 구성요소들을 이송한다.

유체정역학적 드래그는 시스템 작동동안 이온 전도성 매질과 금속-연료 테이프 사이, 이온 전도성 매질과 이동 음극 구조 사이에 충분한 수준의 표면 장력을 유지함으로써 이러한 시스템 구성요소들 사이에서 만들어질 수 있다.

상기의 이온 전도성 매질을 이용할 때, 연속적 또는 주기적으로 물(H2O) 그 리고/또는 전해질 용액의 코팅을 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 매질)의 표면에 입힘으로써 충분한 표면 장력이 FCB 시스템의 세 가지 주된 이동 구성요소들 사이에 만들어짐으로 해서, 시스템 작동동안 (1) 이온 전도성 매질과 금속-연료 테이프, (2) 이온 전도성 매질과 이동 음극 구조 사이에 "젖음성"이 일어나게 된다. 분명히, 금속-연료 테이프(그리고/또는 이온 전도성 매질)에 입혀진 물 코팅 그리고/또는 전해질 용액의 두께는 금속-연료 테이프의 이송속도, 그것의 물 흡수도 등에 따라 달라질 것이다. 여기서 보인 각 구현예에서, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 매질의 젖음성은 어플리케이터(54)를 이용하고 디스펜싱 메커니즘(55)을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 금속-연료 테이프 그리고/또는 이온 전도성 매질을 젖음성을 갖게 하기 위한 기타 방법들도 우수한 결과를 나타내며 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

예를 들어, 도 11에서 도시된 구현예에서, 금속-연료 테이프(108)와 각 음극 실린더(103) 상의 이온 전도성 코팅(107)의 주기적이고 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프(108)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 시스템내의 각 음극 실린더를 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록(즉 회전하도록) 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 음극 실린더 구동유닛(110)의 이용과 시스템 컨트롤러(120)에 의한 속도 균등화는 계속해서 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 이러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게된다.

도 13에서 도시된 구현예에서, 이온 전도성 벨트(107'), 금속-연료 테이프(108), 각 음극 실린더(103)의 주기적이거나 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프(108)만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 시스템내의 각 음극 실린더(103)를 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 음극 실린더 구동유닛(110)의 이용과 시스템 컨트롤러(120)에 의한 속도 균등화는 계속해서 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 이러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.

도 16에서 도시된 구현예에서, 금속-연료 테이프(108), 이온 전도성 벨트(107'), 음극 벨트(141)의 주기적이거나 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 각 음극 벨트(141), 벨트 이송 실린더(143)(144), 이온 전도성 벨트(107'), 벨트 실린더(145)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(108)와 같은 속도로 피동적으로 움직이도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 실린더 구동유닛(147)의 이용과 시스템 컨트롤러(122)의 속도 균등화는 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 또 한가지는, 하나의 이온 전도성 벨트(107') 그리고/또는 상응하는 음극 벨트(141)를 능동적으로 구동하고 나머지 음극 벨트(141), 이온 전도성 벨트(107'), 금속-연료 테이프(108)는 능동적 구동의 음극 벨트와 같은 속도로 최소한의 미끄러짐만을 가지고 피동적으로 움직이도록 하는 것이 어느 순간에서 가능해질 수 있다. 둘 중 어느 경우에서든, 그러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.

도 19에서 도시된 구현예에서, 금속-연료 테이프(108), 이온 전도성 벨트(107'), 음극 벨트(141)의 주기적이거나 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적 구동의 각 음극 벨트(141), 벨트 이송 실린더(143)(144), 이온 전도성 벨트(107'), 벨트 실린더(145)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(108)와 같은 속도로 피동적으로 회전되도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 실린더 구동유닛(147)의 이용과 시스템 컨트롤러(122)의 속도 균등화는 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 또 한가지는, 하나의 이온 전도성 벨트(107') 그리고/또는 상응하는 음극 벨트(141)를 능동적으로 구동하고 나머지 음극 벨트(141), 이온 전도성 벨트(107'), 금속-연료 테이프(108)는 능동적 구동의 음극 벨트와 같은 속도로 최소한의 미끄러짐만을 가지고 피동적으로 움직이도록 하는 것이 어느 순간에서 가능해질 수 있다. 둘 중 어느 경우에서든, 그러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.

도 20에서 도시된 구현예에서, 금속-연료 테이프(108), 이온 전도성 필름 코 팅(107)의 주기적이거나 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적 구동의 각 음극 벨트(141), 벨트 이송 실린더(143)(144)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(108)와 같은 속도로 피동적으로 회전되도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 실린더 구동유닛(147)의 이용과 시스템 컨트롤러(122)의 속도 균등화는 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 또 한가지는, 하나의 음극 벨트(141)를 능동적으로 구동하고 나머지 음극 벨트(141)와 금속-연료 테이프(108)는 능동적 구동의 음극 벨트(141)와 같은 속도로 최소한의 미끄러짐만을 가지고 피동적으로 움직이도록 하는 것이 어느 순간에서 가능해질 수 있다. 둘 중 어느 경우에서든, 그러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.

도 21에서 도시된 구현예에서, 금속-연료 테이프(108), 이온 전도성 필름코팅(107)의 주기적이거나 계속적인 젖음성은 그들 사이에서 충분한 표면장력을 만들고, 그렇게 함으로써 충분한 유체정역학적 드래그를 만들어내어, 금속-연료 테이프만이 그것의 테이프 이송 메커니즘(121)에 의해 능동적으로 구동되는 동안 각 음극 벨트(141), 벨트 이송 실린더(143)(144)가 그것과 접촉하는 금속-연료 테이프(108)와 같은 속도로 피동적으로 회전되도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 또 한가지 구현예에서, 실린더 구동유닛(147)의 이용과 시스템 컨트롤러(122)의 속도 균등화는 본 발명의 원리를 따르는 동안 제거될 수 있다. 또 한가지는, 하나의 음극 벨트(141)를 능동적으로 구동하고 나머지 음극 벨트(141), 금속-연료 테이프(108) 는 능동적 구동의 음극 벨트와 같은 속도로 최소한의 미끄러짐만을 가지고 피동적으로 움직이도록 하는 것이 어느 순간에서 가능해질 수 있다. 둘 중 어느 경우에서든, 그러한 수정으로 시스템의 제작과 유지비용은 물론 시스템의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.

부가적으로, 상기에서 일반적인 형태의 복수의 음극 실린더(또는 음극 벨트)는 "개선된 체적 파워 밀도를 위한 복수의 이동 음극구조를 이용하는 금속-공기 연료 셀 밧데리 시스템"의 제목으로 같은 날짜에 신청되고 관련문헌(reference)에 의해 완전히 여기에 통합되는 출원자의 계류중인 출원번호 09/110,761에서 공개된 어레이 같은 지지구조 내에서 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 그러한 각각의 원통형 음극구조의 음극지지 튜브는 미리 정해진 테이프 경로를 따라서 그것의 표면위로 이송되는 금속-연료 테이프의 공급에 의해 구동될 수 있다. 금속-연료 테이프의 이송은 출원자의 계류중인 출원번호 09/074,337에서 공개된 것과 유사한 테이프 이송 메커니즘을 이용하여 수행될 수 있다. 여기에서 설명된 다양한 구현예에서 설명된바와 같이, 이온 전도성 매질은 각 원통형 음극구조의 바깥표면이나 금속-연료 테이프의 표면에 부착된 고체상태의 필름 또는 층으로서 구현될 수 있다. 또 한가지로, 이온 전도성 매질이 금속-연료 테이프와 음극 실린더의 표면 사이에 설치되는 동안, 이온 전도성 매질은 원통형 음극 어레이를 통하여 이송되는 이온 전도성 벨트구조로서 구현될 수 있다. 이러한 시스템 설계를 이용하여, 상대적으로 작은 체적공간을 차지하는 물리적인 구조로부터 매우 높은 전력을 발생시키는 것이 가능하고, 그것에 의해 종래 기술의 FCB 시스템 이상의 많은 이점을 제공한다.

본 발명에 따른 금속-공기 FCB 시스템의 응용

일반적으로, 전력발생 시스템(또는 플랜트)을 제공하기 위해, 위에서 설명된 임의의 금속-공기 FCB 시스템은 다른 서브시스템과 함께 통합될 수 있고, 여기에서 시스템 내 금속-연료의 실시간 관리는 신뢰도와 작동효율의 희생 없이 AC 그리고/또는 DC형 전기로드의 피크 전력 요구치를 만족시키는데 이용된다.

실제 예를 위해서, 본 발명(700)에 따른 전력발생 시스템이 전력에 의한 수송 시스템 또는 전기 자동차, 기차, 트럭, 모터사이클, 또는 기술상 잘 알려진 하나 또는 그 이상의 AC 그리고/또는 DC 전력 로드(예, 모터)를 이용하는 기타 임의의 형태의 차량형태로 실현 가능한 차량(701) 내에 삽입된 것으로서 도 23A에 도시되고 있다. 도 23B에서, 전력발생 시스템(700)은 정적(stationary) 파워 플랜트로서 구현되어 도시되고 있다. 전력발생 시스템(700)의 각 장치는 거기에 (702), (703), (704)를 연결하여 예비 및 혼성형 전력원을 가지는 것으로 도시되고 있다. 일반적으로, 전력발생 시스템(700)은 도 23B에 도시된 바와 같이 하나 또는 그 이상의 DC형 전기로드(702)에 공급되기 위한 DC 전력을 생산하도록 형성될 수 있다. 이러한 시스템의 각 구현예는 아래에서 자세히 설명될 것이다.

도 24A에 도시된 바와 같이, 전력발생 시스템(700)의 제 1 구현예는 다음으로 구성되어 있다.

DC 전력을 DC 출력 버스구조(706)에 연결된 복수의 전기로드(707A-707D)에 공급하기 위한 DC 출력 버스구조(706);

DC 출력 버스구조로 DC 전력을 공급할 수 있도록 하기 위해 출력 컨트롤 서브시스템에 의해 DC 출력 버스구조(706)에 작동 가능하도록 연결된 금속-공기 FCB (하부)시스템(708A-708H) 네트워크;

버스구조를 따라 출력전압을 조절하기 위해 DC 출력 버스구조(706)에 작동 가능하도록 연결된 출력전압 컨트롤 서브시스템(709);

DC 출력 버스를 따라 실시간 로딩 상태를 감지하고 DC 출력 버스구조를 따라 로딩 상태를 지시하는 입력신호를 발생시키기 위해 DC 출력 버스구조(706)에 작동 가능하도록 연결된 로딩 감지 회로(loading sensing circuitry)(710);

네트워크 내에서 각 FCB 서브시스템의 작동을 조절하기 위한(예, 방전/충전 작동모드시 방전/충전 매개변수를 각각 조절하고, 실시간을 기초로 개개의 FCB 서브시스템으로부터 금속-연료와 메탈-산화물 지시데이터를 수집함으로써) 네트워크 컨트롤 서브시스템(예, RAM/ROM/EPROM을 가진 마이크로컴퓨터)(711);

전력발생 작동동안 FCB 서브시스템으로부터 네트워크 조절 서브시스템(711)으로의 금속-연료 지시데이터의 전달과 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)으로부터 FCB 서브시스템으로의 조절신호의 전달이 가능하도록 하기 위해, 입력/출력 서브시스템에 의해 각 FCB 서브시스템(708A-708H)이 작동 가능하도록 연결된 FCB 서브시스템 컨트롤 버스구조(712);

시스템에서 버스구조(706)와 버스구조(712) 사이에 연결된 각 FCB 시스템내의 각 금속-연료 트랙의 구역을 따라 남아있는 금속-연료(그리고 메탈-산화물)의 양을 나타내는 정보를 저장하기 위해 네트워크를 기초로 하고 네트워크 컨트롤 서 브시스템(711)에 작동 가능하도록 연결된 금속-연료 관리(management) 서브시스템(예, 관련 데이터베이스 관리 시스템)(713);

충전 작동동안 예비 및 혼성 전력공급원(702)(703)(704)(704')으로부터 생산된 DC 전력을 각 FCB 하부 시스템(707A-707H)으로 공급하기 위한 DC 입력 버스구조(714); DC 입력 버스구조(714)를 따르는 입력전압을 조절하기 위한 입력전압 조절 서브시스템(715).

일반적으로, 여기서 보인 임의의 FCB 서브시스템은 위에서 설명한 전력공급 네트워크 내에 삽입되어있다. 각 FCB 서브시스템의 삽입은 그것의 입력/출력 서브시스템을 FCB 서브시스템 컨트롤 버스구조(712)에 연결하고, 그것의 출력 컨트롤 서브시스템을 DC 전력 버스구조(706)에 연결함으로써 간단히 이루어진다. 또한, 각 FCB 서브시스템은 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)의 전체적인 조절 하에 금속-연료 트랙을 충전하기 위한 금속-연료 충전 서브시스템을 포함한다.

도 24B에서, 본 발명에 따른 전력발생 시스템의 또 다른 구현예가 도시되고 있다. 본 발명에 따른 이러한 또 다른 구현예에서, DC-AC 전력 전환 서브시스템(716)은 DC 출력 버스구조(706)와 복수의 AC형 전기로드(707A-707D)가 작동 가능하도록 연결된 AC 출력 버스구조(717) 사이에 설치된다. 본 발명에 따른 그러한 또 다른 구현예에서, DC 전력 버스구조(706)로 공급된 DC 전력은 AC 전력 버스구조(717)에 공급되는 AC 전력으로 전환된다. 출력전압 컨트롤 유닛(709)은 AC 전력 버스구조(717)를 따르는 출력전압을 조절하기 위해 설치된다. AC 버스구조(717)로 전해지는 AC 전력은 그곳에 연결된 AC 전기로드(예, AC 모터)로 공급된다.

보다나은 구현예에서, 금속-연료 관리 서브시스템(713)은 전력발생 시스템에서 각 FCB 서브시스템내의 각 금속-연료 트랙의 영역을 따라 사용 가능한 금속-연료(그리고 남아있는 메탈-산화물)의 양을 나타내는 정보를 포함한 복수의 데이터 테이블을 유지하기 위한 수단을 구성하는 관련 데이터베이스 관리 시스템으로 구성된다. 도 24C에서, 그러한 데이터 테이블이 도시되고 있다. 전력이 각각의 FCB 서브시스템으로부터 발생됨에 따라, 충전모드의 작동동안에 메탈-산화물의 존재(presence) 데이터가 생성되는 반면에, 금속-연료 지시데이터는 방전모드동안에 각 서브시스템 내에서 자동적으로 생성된다. 도 24A와 24B에서 도시된 바와 같이, 국부적으로 생성된 금속-연료 지시데이터와 메탈-산화물 지시데이터가 컨트롤 버스구조(712)와 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)에 의해 네트워크 기초의 금속-연료/메탈-산화물 관리 서브시스템(713)으로 전달된다.

많은 응용장치들에서 각 FCB 서브시스템이 실체적으로 시간 내에 각 순간에서 같은 양의 사용 가능한 금속-연료를 가지도록 각 FCB 서브시스템(707A-707D)에서 금속-연료의 소비를 관리하는 것은 바람직할 것이다. 이러한 금속-연료 균등화(equalization)의 원리는 다음의 기능을 수행하는 네트워크 컨트롤 서브시스템에 의해 이루어진다: (1) DC 출력 버스구조를 따라 로드 감지 서브시스템(710)에 의해 실제의 로딩 상태를 감지할 수 있도록 함; (2) 개개의 FCB 서브시스템(708A-708B)으로 하여금 그러한 감지된 로딩 상태에 응답하여 전력을 생산하고 DC 출력 버스구조(706)로 전력을 공급할 수 있도록 함; (3) 네트워크 기초의 금속-연료 관 리(데이터베이스) 서브시스템(713)을 이용하여 FCB 서브시스템 내에서 금속-연료의 유용성(availability)과 메탈-산화물의 존재를 관리함. (4) 각 FCB 서브시스템 내에서 금속-연료의 유용성이 시간에 대한 평균값(on a time-average basis)에서 실체적으로 같게되도록, 선택된 FCB 서브시스템 내에서 금속-연료 트랙을 선택으로 방전(그리고 작동상으로, 그곳을 따르는 메탈-산화물을 선택적으로 충전)할 수 있도록 함. 이 방법은 컴퓨터 계산에 있어 잘 알려진 기술들을 프로그래밍 하는 수월한 방법으로 이루어질 수 있다.

네트워크 컨트롤 서브시스템(711)으로 하여금 각 FCB 서브시스템에 걸쳐서 "금속-연료 균등화"를 수행하게 함으로써 얻어지는 이점은 도 25에 관련된 실례에 의해 가장 잘 이해될 수 있다.

일반적으로, 전력발생 시스템에 의해 생산되는 전력의 양은 시스템에 연결된 전기로드에 의해 요구되는 전력의 양에 따라 달라진다. 본 발명에 따라서, 시스템으로부터의 전기출력 증가는 프로그램 되어진 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)의 조절하에서 추가적인 금속-공기 FCB 서브시스템으로 하여금 전력을 생산하고 출력 버스구조(706)(또는 AC 로드의 경우에서 717)로 전력을 공급하도록 함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, DC 출력 버스구조(706)와 FCB 서브시스템 컨트롤 버스구조(712) 사이에 연결된 8개의 FCB 서브시스템을 가지는 전력 시스템의 경우를 생각해보자. 그러한 예에 있어서, 각 FCB 서브시스템(707A-707D)을 작동 가능한 엔진내의 "파워 실린더"로 비유해서 보는 것이 도움이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 전력발생 시스템(또는 플랜트)의 경우, 여기에서는 도 23A에서 도시된 바와 같이, 전력에 의해 작동하는 자동차나 유사차량의 구조 내에 함께 설치되고 구현되는 8개의 FCB 서브시스템(즉 파워 실린더)을 고려해본다. 그러한 경우에 있어서, 시간 내 임의의 순간에서 전력을 생산할 수 있도록 된 FCB 서브시스템의 수(즉 파워 실린더)는 전력생산 플랜트, 넓게는 자동차(701)에서 사용되는 전기로드에 따라 달라질 것이다. 따라서, 자동차가 편평한 수평도로 표면을 따라 달리거나 내리막길로 달릴 때 하나 또는 몇 개의 FCB 서브시스템(즉 파워 실린더)만이 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)에 의해 사용될 수 있는 반면에, 오르막길을 달리거나 다른 자동차를 추월하게 될 때는 그러한 작동상태에 의해 요구되는 힘을 내기 위해 그 이상 또는 모든 FCB 서브시스템(즉 피워 실린더)이 서브시스템(711)에 의해 사용될 수 있다. 전력생산 시스템, 넓게는 차량에 부과되는 로딩 상태에 상관없이, 시간에 대한 평균값에 대하여, 각 FCB 서브시스템(708A-708H)에서 방전을 위해 사용 가능한 금속-연료의 양이 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)에 의해 실체적으로 같게 유지되도록 하는 상기의 금속-연료 균등화의 원리에 따라, 각 금속-공기 FCB 서브시스템(708A-708H) 내에서 금속-연료의 평균 소비율은 시간에 대한 평균값에 대하여 실체적으로 같을 것이다.

구현예에서, 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)은 다양한 입력 매개변수를 받고 다양한 매개변수를 출력하도록 설계된 조절과정(즉 알고리즘)을 수행하여 발명의 조절과정이 자동적으로 수행되어지도록 한다. 조절과정에서 입력 매개변수는 예를 들어, 다음과 같은 데이터를 포함한다. (ⅰ) 서브시스템(710)을 감지하는 로드와 기타 센서들에 의해 감지되는, 넓게는 전력에 의해 작동되는 차량에서 감지되는 로드 상태 (예, 전기자동차의 RPM, 차량의 속도 등); (ⅱ) 각 금속-공기 FCB 서브시스템 내 금속-연료의 각 구역을 따라 사용 가능한 금속-연료의 양; (ⅲ) 각 금속-공기 FCB 서브시스템 내 금속-연료의 각 구역을 따라 존재하는 메탈-산화물의 양; (ⅳ) 각 금속-공기 FCB 서브시스템과 관련된 방전 매개변수; (ⅴ) 각 금속-공기 FCB 서브시스템과 관련된 충전 매개변수(그 안에서 충전모드가 이루어질 때). 조절과정에서 출력 매개변수는 조절을 위한 조절 데이터, 예를 들어, 다음을 포함한다. (ⅰ) 방전 작동동안 시간 내 임의의 순간에서 사용되어져야 하는 일련의 금속-공기 FCB 서브시스템; (ⅱ) 시간 내 임의의 순간에서 사용된 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 방전되어야 하는 금속-연료 구역; (ⅲ) 시간 내 임의의 순간에서 각각의 사용된 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 방전 매개변수의 조절방법; (ⅳ) 충전 작동동안 시간 내 임의의 순간에서 사용되어져야 하는 일련의 금속-공기 FCB 서브시스템; (ⅴ) 시간 내 임의의 순간에서 사용된 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 충전되어져야 하는 금속-연료 구역; (ⅵ) 시간 내 임의의 순간에서 각각의 사용된 금속-공기 FCB 서브시스템 내에서 방전 매개변수의 조절방법. 네트워크 컨트롤 서브시스템(711)은 상기의 기능들을 수행하도록 프로그램 된 마이크로컴퓨터를 이용하여 수월하게 구현될 수 있다. 네트워크 컨트롤 서브시스템은 간단한 방법으로 호스트 시스템(예, 차량(701))내에 삽입될 수 있다.

분명히, 도 23A에서 도 24C까지 도시된 구현예에서, 각 금속-공기 FCB 서브시스템(708A-708H)은 작동의 방전모드와 충전모드를 가지고 있다. 결국, 본 발명에 따른 전력발생 시스템(예, 플랜트)은 상응하는 금속-공기 FCB 서브시스템이 그것의 방전(전력을 발생시키는) 작동모드에서 사용되지 않을 때 금속-연료(테이프)의 선택된 구역을 충전할 수 있다. 본 발명의 이러한 측면에 의해, 도 23A와 23B에 도시된 예비 발전기(예, 교류발전기, 정적 공급원으로부터의 전력공급 등)(702)(703) 그리고/또는 혼성형 발전기(예, 광전지 셀, 열전기 장치 등)(704)(704')는 도 23A에 도시된 시스템의 DC 입력 버스구조(714)로 공급되기 위한 전력을 생산하는데 이용하는 것이 가능하다. 분명히, 삽입된 FCB 서브시스템 내의 충전 작동동안, DC 입력 버스구조(714)는 DC 전력을 호스트 차량(예, 자동차)(701)이 경우에 따라서 운전중이거나 정지해 있는 동안 방전 작동을 위해 이용되는 금속-공기 FCB 서브시스템(708A-708H) 내에 구현된 금속-연료 충전 서브시스템으로 공급하기 위해 예비 및 혼성형 전력 발생원(702)(703)(704)(704')으로부터 DC 전력을 받도록 되어있다. 차량이 정지중인동안 금속-연료를 충전할 때, 정적 전력원(예, 전기 콘센트)으로부터의 전력은 사용되는 FCB 서브시스템내의 금속-연료를 충전하기 위한 DC 입력 버스구조(714)로의 입력으로서 공급받을 수 있다.

본 발명에 따른 상기의 FCB 시스템은 다양한 형태의 전력공구, 소비 전기기구, 휴대용 발전기, 차량용 시스템, 그리고 유사장치 등을 제한하지 않고 포함하는 전기회로, 시스템과 장치에 동력을 공급하는데 이용된다.

상기의 본 발명에 따른 다양한 측면을 자세히 설명하였으며, 구현예에 대한 여러 가지 수정들은 본 발명의 공개에 따른 이익을 가지게되는 기술에 있어 일반적 인 기술을 가진 사람들에게 쉽게 행하여질 수 있을 것이다. 그러한 모든 수정과 변형들은 본 발명에 덧붙인 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위와 의도 내에서 생각된다.

Claims (276)

1. 유동 가능한 음극 구조와;

   상기 유동 가능한 음극 구조에 대하여 이송 가능한 금속-연료 테이프;

   상기 음극과 금속-연료 테이프 사이에 위치하여 시스템이 작동하는 동안에 음극구조와 금속-연료 테이프를 접촉시켜 그 사이에서 이온 도전성을 유지시켜 주는 이온성 도전 매체와;

   시스템이 작동하는 동안에 상기 이온성 도전 매체가 금속-연료 테이프 및 상기 유동성 음극 구조와 접촉하는 지점에서 상기 유동 가능한 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프를 같은 속도로 전달시켜 상기 유동 가능한 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프의 손상을 줄여주는 전달 메카니즘을 포함하는 금속-공기 연료 셀 배터리 장치.
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27. 유동성 음극 구조와, 이온성 도전 매체의 공급과, 시스템이 작동되는 동안에 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프 사이로 이온 전달을 지지하는 이온성 도전 구조원을 갖는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템으로부터 전기력을 얻는 방법에 있어서,

    (a) 상기 이온성 도전 매체가 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프와 접촉가능한 위치에 설치되도록 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프의 공급이 이루어지도록 구성하는 단계와; 그리고,

    (b) 상기 시스템이 작동하는 동안에 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프의 상호 작용으로 움직이게 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템으로부터 전기력을 얻는 방법.
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36. 전기력을 발생시켜 주기 위한 금속-연료 셀 배터리(FCB) 시스템에 있어서,

    유동성 음극 구조와;

    시스템이 동작하는 동안에 상기 유동성 음극 구조에 대하여 이송 가능한 금속-연료 테이프;

    상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프 사이에 위치하여 상기 시스템이 작동하는 동안에 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프와 접촉되게 하고 그 사이에서 이온성 도전을 촉진하는 이온성 도전 매체; 및

    상기 시스템이 작동하는 동안에 상호 관계에 의해 상기 유동성 음극 구조와 상기 금속-연료 테이프를 전달시켜 주기 위한 전달 매카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템.
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38. 제 36 항에 잇어서, 상기 유동성 음극 구조는 실린더 형상으로 이루어지고 공기 흐름이 가능하도록 중공 중심을 갖는 것을 특징으로 하는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템.
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40. 제 38 항에있어서, 상기 이온성 도전 매체는 상기 유동성 음극 구조가 함침 된 필름인 것을 특징으로 하는 금속-공기 연료 셀 배터리(FCB) 시스템.
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