KR101109428B1 - 가요성 라이너를 구비한 연료 카트리지 - Google Patents

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Abstract

연료전지에 연결가능한 카트리지(10)가 개시된다. 상기 카트리지는 외부 케이싱(12)과 상기 연료전지용 연료를 수용하는 내부 가요성 라이너(14)를 포함한다. 상기 내부 가요성 라이너(14)는 상기 내부 라이너(14)의 내부에 배치된 삽입재(38)를 구비하여 연료가 상기 카트리지(10)로부터 상기 연료전지로 이송되는 것을 용이하게 할 수 있다. 상기 삽입재(38)는 상기 카트리지(10) 내부에 갇힌 연료를 최소화한다. 상기 내부 가요성 라이너(14)는 상기 외부 케이싱(12) 없이 사용될 수 있다. 상기 외부 케이싱(12)은 실질적으로 강체 또는 가요성으로 될 수 있다. 또한, 상기 카트리지(10)는 상기 연료전지로부터 부산물을 수용한다. 또한, 상기 카트리지(10)는 가압되어 연료를 상기 연료전지로 밀어낸다. 또한, 일방향 릴리프 밸브(20, 74)가 상기 카트리지 내의 내부 압력이 너무 높거나 낮지 않도록 방지하는 것이 개시된다.

Description

가요성 라이너를 구비한 연료 카트리지 {FUEL CARTRIDGE WITH FLEXIBLE LINER}
본원 발명은 연료전지용 연료 카트리지에 관한 것으로, 특히 일회용으로 사용되면서도 재충전 가능한 연료 카트리지에 관한 것이다. 또한, 본원 발명은 다중 벽 연료 카트리지 및 가요성 라이너(Flexible Liner)를 구비한 연료 카트리지에 관한 것이다.
연료전지는 연료 및 산화제와 같은 반응물의 화학적 에너지를 직접적으로 직류(DC) 전기로 변환하는 장치이다. 연료전지는 화석연료의 연소와 같은 통상적인 전력발전이나 리튬 이온전지와 같은 휴대용 전력저장장치보다도 더 효율적이어서 그 이용이 증가하고 있다.
일반적으로 연료전지 기술은 알칼리 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물 연료전지 및 효소 연료전지 등 다양한 종류의 연료전지를 포함한다.
오늘날 가장 중요한 연료전지로서는 일반적으로 세 가지 종류로 나눌 수 있는데, 압축수소(H2)를 연료로서 사용하는 연료전지와, 연료로서 메탄올(CH3OH), 수 소화붕소나트륨(NaBH4), 탄화수소(부탄 등의), 또는 수소연료로 변환된 기타 연료를 사용하는 수소이온 교환막(PEM, 이하 "PEM"이라 한다) 연료전지, 그리고 메탄올(CH3OH) 연료를 직접 사용하는 PEM 연료전지(직접형 메탄올 연료전지 또는 DMFC, 이하 "DMFC"라 한다)가 그것이다. 일반적으로 압축수소는 고압 하에 보관되므로 다루기가 어렵다. 또한, 커다란 저장탱크가 일반적으로 요구되어 가전분야 기기에 사용될 만큼 작게 만들 수도 없다. 통상적인 개질 연료전지(Reformat Fuel Cell)는 연료전지 내부에서 연료를 산화제와 반응하는 수소로 변환하기 위하여 개질기(Reformer)와 기타 기화 및 부대 시스템을 필요로 한다. 최근에는 개질기나 개질 연료전지가 더 발전되어 가전분야 기기에 유망해졌다. DMFC는 연료전지 내부에서 메탄올이 직접 산화제와 반응하므로, 가장 단순하면서도 가장 소형화될 수 있는 연료전지로서 가장 유망하게 가전분야 기기에 적용될 수 있다.
비교적 많이 사용되는 통상적인 DMFC는 일반적으로 공기 또는 산소와 같은 산화제를 캐소드 전극에 공급하는 팬 또는 콤프레서와, 물/메탄올 혼합물을 애노드 전극에 공급하는 펌프 및 막(Membrane) 전극 어셈블리(MEA, 이하 "MEA"라 한다)를 포함한다. 상기 MEA는 일반적으로 캐소드, PEM 및 애노드를 포함한다. 동작 중에 상기 물/메탄올 연료액 혼합물이 바로 상기 애노드로 공급되고, 상기 산화제는 상기 캐소드로 공급된다. 상기 각 전극에서의 화학-전기 반응 및 직접형 메탄올 연료전지에서의 전체 반응은 다음과 같다;
애노드에서의 반응:
CH3OH ＋ H2O → CO2 ＋ 6H+ ＋ 6e-
캐소드에서의 반응:
O2 ＋ 4H+ ＋ 4e- → 2H2O
전체 연료전지 반응:
CH3OH ＋ 1.5O2 → CO2 ＋ 2H2O
수소이온(H+)은 PEM을 거쳐 애노드로부터 캐소드로 이동하고 자유전자(e-)는 PEM을 통과하지 못하기 때문에, 상기 전자는 외부회로에 흐를 수 밖에 없고, 결국 외부회로를 통하여 전류가 발생한다. 이 외부회로로서는 이동전화, 계산기, PDA, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 유용한 가전분야 기기가 될 수 있다. DMFC는 미국특허 제5,992,008호 및 제5,945,231호에서 다루어지고 있다. 일반적으로 PEM은 듀퐁사의 Nafion
Figure 112006007325917-pct00001
과 같은 폴리머로서 대략 0.05mm로부터 0.50mm 두께범위의 불소화물질이나 기타 적절한 막으로 만들어진다. 애노드는 일반적으로 백금-루테늄과 같은 촉매 박막층이 표면에 도포된 테플론화 카본 페이퍼 지지체로 만들어진다. 캐소드는 일반적으로 백금입자가 막의 일 측면에 결합된 가스 확산 전극으로 된다.
수소화붕소나트륨 개질기 연료전지의 연료전지 반응은 다음과 같다;
NaBH4(수용액) ＋ H2O → (열 또는 촉매) → (H2) ＋ NaBO2(수용액)
H2 → 2H+ ＋ 2e- (애노드)
2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O (캐소드)
기타 금속 중에서 적절한 촉매로서는 백금 및 루테늄이 있다. 수소화붕소나트륨을 개질함으로써 얻어지는 수소연료는 O2와 같은 산화제와 연료전지 내부에서 반응하여 전기(또는 전자의 흐름) 및 부산물인 물을 만들어낸다. 또한, 붕산나트륨(NaBO2) 부산물은 개질처리 과정에서 얻어진다. 수소화붕소나트륨 연료전지는 미국특허출원공개공보 제2003/0082427호에서 다루어지고 있다.
연료전지용의 비압축적 및 압축적 휴대가능한 연료탱크나 연료저장기 다수가 특허문헌에 개시되고 있다. 미국특허출원공개공보 제2002/0018925A1호는 캐비티(Cavity)를 지니는 전자기기를 개시하고 있으며, 이에는 연료를 함유하는 재충전 가능한 풍선이 비축된다. 이 풍선은 탄성 물질로 만들어진다. 미국특허출원공개공보 제2003/0008193A1호는 연료 및 흡수성 물질을 함유하는 가요성 벽을 지닌 연료탱크를 개시하고 있다.
미국특허 제6,460,733B2호에서는 외부용기 내에 배치된 내부 연료용기를 포함하는 다중 벽 연료탱크를 개시한다. 상기 내부용기는 강체, 반강체 또는 가요성 벽을 가질 수 있다. 상기 두 용기 간의 밀폐공간은 파손되는 경우나 처분하기 이전에 메탄올 연료를 중화하기 위한 약품 또는 첨가물을 포함한다. 연료는 중력에 의하거나 또는 외부 용기 내부에 위치한 고압 가스원에 의하여 연료 저장기로 공급되거나 또는 직접 애노도 전극으로 공급된다. 또한, 연료를 연료전지와 소통시키기 위하여 외부펌프가 구비된다.
미국특허 제6,506,513B1호에서는 연료를 함유하는 탱크와 내부 벨로우(Bellow) 내부의 일정 압력을 유지하기 위한 압력조정 메커니즘을 지니는 연료탱크를 개시한다. 미국특허공고공보 제2002/0197522호 및 2003/0082427호에서는 연료 블래더(Bladder) 와 상기 연료 블래더에 인가된 가압 메커니즘을 포함하는 연료 카트리지를 개시한다. 특히, 상기 2003/0082427호에서는 연료전지로부터 액체 부산물을 수용하도록 되는 블래더를 개시한다.
미국특허출원공개공보 제2002/0127451A1호에서는 PEM과 메탄올 연료를 직접 접촉하여 저장하는 소형 PEM 연료전지를 개시하는데, 부산물인 CO2는 하우징으로 배출되어 이를 가압하게 된다. 또한, 상기 하우징은 이의 과도한 압축을 방지하기 위한 배기밸브와 연료를 보충하기 위한 흡입밸브를 구비한다. 이 기술은 별도의 연료탱크나 연료카트리지를 개시하지 아니한다.
최근에는 별도의 블래더에 물과 CO2 부산물뿐만 아니라 연료를 저장하는 밀봉된 연료탱크가 개시된 바 있다(Neah Power Systems, Bothell, Washington).
그러나, 이러한 선행기술들은 챔버 벽이 다른 벽과 접촉되는 경우 상기 내부 챔버에 갇힌 잔류 연료를 최소화하는 가요성의 내부 챔버를 지니는 연료 카트리지라든지, 또는 아래 기술하는 장점과 특징을 지니는 연료 카트리지를 개시하지는 않는다.
<발명의 개요>
따라서, 본원 발명은 연료전지용으로 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 개질 연료전지용으로 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 직접형 메탄올 연료전지용으로 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 다중 벽 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 가요성 내부 라이너를 가지는 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 적어도 하나의 릴리프(Relief) 밸브를 가지는 연료 카트리지에 관한 것이다.
본원 발명의 한 관점은 연료전지용 연료를 수용하는 외부 케이싱 및 내부 가요성 라이너를 포함하는 연료전지 또는 연료 재충전 용기에 연결 가능한 연료 카트리지에 관한 것이다. 상기 내부 가요성 라이너는 그 내부에 배치된 삽입재를 가지고 있어 연료가 카트리지로부터 연료전지로 이송되는 것을 용이하게 한다. 상기 삽입재는 가요성 및/또는 실질적 강체 리브를 포함할 수 있고, 상기 리브는 상기 라이너와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 라이너는 발포 삽입재 또는 메쉬 삽입재로 될 수 있다. 또한, 상기 삽입재는 복수의 입자로 구성될 수 있다. 상기 입자들은 상호 연결되거나 상호 자유로울 수 있다. 상기 내부 라이너는 차단밸브와 연결되며, 연료는 상기 차단밸브로부터 상기 연료전지로 이송된다.
상기 카트리지의 상기 외부 케이싱은 실질적으로 강체 또는 가요성으로 될 수 있다. 또한, 이는 밀봉될 수 있거나 주위 공기와 유체 소통될 수 있다. 상기 외 부 케이싱은 개방구조를 가질 수 있으며, 이는 뚜껑, 가스 투과성이면서도 액체 불투과성인 막, 액체 흡수성 충전재로 덮이거나 피복될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는 상기 외부 케이싱 상에 배치되는 제 1 일방향 릴리프 밸브를 구비할 수 있다. 상기 제 1 일방향 릴리프 밸브는 간헐적으로 공기를 상기 카트리지 내부로 유입시켜 상기 카트리지 내부에 부분적인 진공이 형성되는 것을 방지한다. 상기 제 1 일방향 릴리프 밸브는 가스 투과성이면서도 액체 불투과성인 막, 액체 투과성 막, 액체 흡수성 충전재로 피복될 수 있다. 상기 제 1 일방향 릴리프 밸브는 포핏형 밸브로 됨이 바람직하다.
상기 연료전지 내에서 생성된 상기 가스 및/액체 부산물은 상기 카트리지 내부에 있어 상기 외부 케이싱 및 상기 내부 라이너 간의 내부 공간으로 이송될 수 있다. 또한, 상기 카트리지는 상기 외부 케이싱 상에 배치되어 상기 내부 공간과 유체 소통하는 제 2 일방향 릴리프 밸브를 포함할 수 있다. 상기 제 2 일방향 릴리프 밸브는 간헐적으로 가스를 상기 카트리지로부터 주위 대기로 배출한다. 상기 제 2 일방향 릴리프 밸브는 가스 투과성이면서도 액체 불투과성인 막 또는 액체 흡수성 충전재로 피복될 수 있다. 상기 제 2 일방향 릴리프 밸브는 포핏형 밸브로 됨이 바람직하다. 상기 카트리지는 상기 제 1 및 제 2 일방향 릴리프 밸브 모두를 구비할 수 있다. 또는, 상기 외부 케이싱은 개방구조를 가지고 가스 투과성이면서도 액체 불투과성인 막 또는 액체 흡수성 충전재로 피복될 수 있다. 상기 가스 부산물은 상기 개방구조를 통하여 연속적으로 배출될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는 상기 내부 라이너를 가압하기 위한 에너지 저장기구 를 구비할 수 있다. 상기 에너지 저장기구는 압축된 스프링, 압축된 발포재, 부탄, n-부탄, 프로판 등의 압축된 가스, 액체 프로판으로 될 수 있다. 또한, 상기 내부 라이너는 압축된 스프링, 압축된 발포재, 부탄, n-부탄, 프로판 등의 압축된 가스, 액체 프로판과 같은 외부 에너지 저장기구로 될 수 있으며, 이는 상기 카트리지를 수용하게 되는 전자기기 내부에 배치된다. 상기 외부 스프링 기구는 상기 카트리지를 상기 전자기기에 삽입되는 동안 압축된다.
또한, 상기 카트리지는 상기 카트리지의 상기 외부 케이싱 내부에 미끄럽게 배치되는 이동 벽을 포함할 수 있다. 상기 이동 벽은 상기 외부 케이싱을 가압하여 상기 외부 케이싱과 밀봉을 형성하는 와이퍼를 포함할 수 있다. 상기 이동 벽은 상기 카트리지 내부에서 상기 연료와 접촉하게 된다. 상기 외부 케이싱은 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon®) 등의 마찰 감소 필름으로 피복되어 상기 와이퍼가 상기 외부 케이싱에 따라 이동하는 것을 용이하게 한다. 상기 에너지 저장기구는 상기 이동 벽 상에 압력을 가하여 연료가 상기 카트리지 외부로 이송되도록 돕는다.
또한, 상기 내부 라이너는 착색되어 사용자로 하여금 상기 카트리지 내부의 잔류하는 연료의 량을 시각적으로 판단할 수 있도록 할 수 있다.
이하, 첨부되는 도면은 본원 명세서의 일부를 이루며 이와 연계되어 이해되어야하며, 여기서 도면부호는 다양한 관점에서의 각 부분들을 가리키는데 사용된다;
도 1은 외부 케이싱, 내부 라이너 및 릴리프 밸브를 나타내는 전체 다중 벽 카트리지의 부분 횡단면도.
도 2는 부분적으로 비어있는 도 1의 다중 벽 연료 카트리지의 부분 횡단면도.
도 3a 및 도 3b는 도 1 및 도 2에서 설명한 다중 벽 카트리지에 사용가능한 일방향 릴리프 밸브의 두 실시예에 대한 부분 횡단면도.
도 4는 내부구조를 지닌 내부 라이너를 나타내는 다른 전체 다중 벽 연료 카트리지의 부분 횡단면도.
도 5는 부분적으로 비어있는 도 4의 다중 벽 연료 카트리지의 부분 횡단면도.
도 6a 내지 도 6c는 내부 라이너에 사용하기에 적합한 삽입재의 확대 단면도.
도 7은 다른 일체구조를 나타내는 다른 다중 벽 연료 카트리지의 부분 횡단면도.
도 8은 다른 일체구조를 나타내는 다른 다중 벽 연료 카트리지의 부분 횡단면도.
도 9는 개방된 외부 케이싱 및 내부 라이너를 가지는 다른 다중 벽 연료 카트리지의 사시도.
도 10은 개방된 외부 케이싱 및 내부 라이너를 가지는 다른 다중 벽 연료 카트리지의 사시도.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 다중 벽 연료 카트리지에 있어서 일 부분의 확대도.
도 12a 및 도 12b는 다른 다중 벽 카트리지의 외부 케이싱 및 내부 라이너의 사시도.
도 13은 다른 다중 벽 카트리지 및 연료전지의 개략도.
도 14는 다른 일방향 릴리프 밸브의 단면도.
도 15는 본원 발명의 다른 관점에 의한 부분 횡단면도.
도 16은 본원 발명의 다른 관점에 의한 부분 횡단면도.
이하, 도면을 참조하며 설명하는 바와 같이 본원 발명은 메탄올과 물, 메탄올/물 혼합물, 다양한 농도의 메탄올/물 혼합물 또는 순수 메탄올 등의 연료전지 연료를 저장하는 연료 카트리지에 관한 것이다. 메탄올은 예를 들어 DMFC, 효소 연료전지, 개질 연료전지 등 많은 종류의 연료전지에서 사용가능하다. 연료 카트리지는 에탄올이나 알콜, 수소로 변환될 수 있는 기타 화학물질, 또는 연료전지의 동작이나 효율을 증대시킬 수 있는 기타 화학물질과 같은 다른 종류의 연료전지 연료를 포함할 수 있다. 또한, 연료는 금속 연료전지 또는 알칼리 연료전지에 사용될 수 있고 연료 카트리지에 저장될 수 있는 수산화칼륨(KOH) 전해질을 포함할 수 있다. 금속 연료전지용으로서 연료는 KOH 전해질 반응용액에 담근 유체부유 아연입자의 형태로 되고, 전지 캐비티(Cavity) 내부의 양극은 아연입자 형태의 미립자 양극으로 된다. KOH 연료는 미국특허공개공보 제2003/0077493호(2003. 4. 24 공개) "하나 이상의 부하에 전력을 공급하기 위한 연료전지시스템 사용방법"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 메탄올과 과산화수소 및 황산의 혼합물을 포함하며, 이는 실리콘 칩 상에 형성된 촉매를 지나쳐 흘러 연료전지 반응을 일으킨다. 또한, 연료는 앞서 기술하였듯이 수용성 수소화붕소나트륨(NaBH4)와 물을 포함한다. 또한, 연료는 탄화수소 연료, 즉 부탄, 등유, 알콜 및 천연가스 등을 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이는 미국특허출원공개공보 제2003/0096150호(2003. 5. 22 공개) "액체 계면 연료전지 디바이스"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 연료와 반응하는 액상 산화제를 포함한다. 따라서, 본원 발명은 카트리지 내에 수용되는 연료, 전해질 용액, 산화제 용액 또는 액체의 종류에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 "연료"라는 용어는 연료전지 내에서 반응할 수 있으며, 이는 상기 모든 적절한 연료, 전해질 용액, 산화제 용액, 액체 및/또는 화학물질과 그 혼합물을 포함하며 이에 한정되지는 않는다.
여기서 사용되는 용어인 "카트리지" 또는 "연료 카트리지"는 일회용 카트리지, 재충전/재활용 카트리지, 전자기기 내부에 구비된 카트리지, 전자기기 외부에 있는 카트리지, 연료탱크, 연료 재충전탱크와 연료를 수용하는 기타 용기를 포함하며 이에 한정되지는 않는다.
도 1에 나타내듯이, 카트리지(10)는 외부 탱크, 외부 쉘 또는 외부 케이싱(12)과, 연료를 수용하며 외부 케이싱(12) 내부에 배치되는 내부 라이너 또는 내부 블래더(14)를 포함한다. 공간(15)은 외부 케이싱(12) 및 내부 라이너(14)간에 형성된다. 내부 라이너(14)는 가요성인 것이 바람직하며, 연료가 상기 라이너로부터 이송되었을때 라이너(14) 내부 체적이 감소되도록 탄성적일 수 있다. 또한, 카트리지(10)는 차단밸브(18)를 수용하는 노즐(16)을 포함하며, 이는 라이너(14)와 유체 소통된다. 노즐(16)은 연료전지(미도시) 또는 재충전 연료 용기/카트리지와 연결되어진다. 접을 수 있는 라이너를 포함할 경우에는 그 이점으로서 잔류 연료가 노즐(16)을 향하여 이송됨에 따라 상기 라이너가 접혀짐으로써 연료가 연료전지로 쉽게 이송될 수 있게 된다. 따라서, 카트리지(10)은 무지향적으로 사용가능하다. 카트리지(10)는 연료전지와 유체 소통하는 차단밸브(18)를 제외하고는 밀봉될 수 있다. 부분적인 진공이 상기 밀봉된 카트리지 내부에서 발생될 수 있지만, 도 1 및 도 2에 도시하는 펌프에 의하여 연료를 상기 카트리지 외부로 이송할 수 있다. 또한, 차단밸브(18)는 모세관 작용 또는 흡수 작용에 의하여 연료를 이송할 수 있는 다공성 물질로 대체될 수도 있다. 차단밸브는 본출원인이 본원과 동일자로 출원하여 진행 중인 특허출원 "연결 밸브를 구비한 연료 카트리지"에 충분히 기재되어 있다.
본원 발명의 일 관점에 의하면, 카트리지(10)는 일반적으로 포핏(Poppet) 밸브 또는 포핏형 밸브로 알려져있는 일방향 릴리프 밸브(Relief Valve: 20)를 포함한다. 밸브(20)는 공기로 하여금 카트리지(10) 내부로 간헐적으로 들어오게 하여 연료가 상기 카트리지로부터 회수되었을 때 카트리지 내부에 부분적인 진공이 발생하는 것을 방지한다. 도 3a에 나타내듯이, 밸브(20)은 밸브 시트(Valve Seat: 22)를 포함하며, 이는 밸브 헤드(Valve Head: 24)가 완전히 수용되어 폐쇄 위치에 있을 때 밀봉을 제공하게 된다. 밸브 헤드(24)는 임의의 밸브 스템(Valve Stem: 26)에 연결되며, 이는 밸브 몸체(28) 내부로 미끄러지며 위치된다. 밸브 헤드(24) 및 밸브 스템(26)은 스프링(30)에 의하여 폐쇄 위치, 즉 밀봉 위치로 탄지된다. 스프링(30)은 압축되거나 신장될 수 있다. 스프링(30)의 용수철 상수(k)는 적절하게 선택되어, 이로써 외부 케이싱(14)의 내부 또는 공간(15) 내부의 압력이 소정값의 레벨 이하로 떨어질 때 밸브(20)가 열리도록 한다. 즉, 도 3a에 나타내듯이 밸브 헤드(24)가 상기 카트리지 몸체 내로 들어와 상기 카트리지 내부의 주위 공기로 하여금 헤드(24) 및 시트(22) 사이의 공간과 밸브 스템(26) 및 밸브 몸체(28) 사이의 공간을 통하여 진공을 깨뜨리도록 한다. 밸브(20)는 카트리지(10)의 내부 압력을 일정한 압력으로 유지하지는 않지만, 내부 압력이 소정의 레벨이 충족될 때까지 변동하거나 떨어지도록 한다. 도 3b는 포핏밸브(20)의 다른 실시예를 나타내며, 여기서 동일한 도면번호는 도 3a의 실시예에서와 유사한 밸브 요소를 가리킨다.
밸브(20)는 임의로 그 개구부를 덮는 막(32)을 구비하여 먼지가 카트리지 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 막(32)은 단지 공기 또는 기타 가스만이 카트리지 내부로 유입되거나 유출될 수 있도록 하고, 액체의 경우는 유입되거나 유출될 수 없게 함이 바람직하다. 이러한 가스는 투과할 수 있고 액체는 투과할 수 없는 막은 본출원인이 본원과 동일자로 출원하여 진행 중인 미국특허출원 제10/356,793호(2003. 1. 31 출원) "연료전지용 연료 카트리지", 미국특허 제3,508,708호(1970. 4. 21 등록) "가스가 투과할 수 있는 통기구 스토퍼를 구비하는 전기전지", 미국특허 제4,562,123호(1985. 12. 31 등록) "액체 연료전지"에 개시되어 있다. 또는, 막(32)은 밸브(20) 없이 사용될 수도 있다. 이들 막은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 나일론, 폴리아미드, 폴리비닐리덴, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 기타 중합체 막으로 제조될 수 있다. 소수성 PTFE 미소공 막은 상업적으로 구입가능하다(W.L Gore Associates, Inc.). Goretex®는 적절한 막이다. Goretex®는 미소공 막으로서 액체가 통과하기에는 너무 작지만 기체의 경우에는 충분히 큰 기공을 가진다.
막(32)은 상기 미국특허출원 제10/356,793호에 개시된 바와 같이 충전재로써 대체될 수 있다. 여기 사용되는 충전재는 발포재(Foam)를 포함한다. 충전재는 액체를 잡아두며 가스는 투과하게 한다. 적절한 충전재로서는 기저귀에 사용되는 흡수재이다. 또한, 이들 충전재는 액체를 흡수할 경우 팽창하여 액체가 덜 침투할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
밸브(20)는 여기 개시되는 다중 벽 카트리지 및 상기 미국특허출원 제10/356,793호에 개시된 바와 같은 단일 벽 카트리지에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 미국특허출원 제10/356,793호에서는 일방향 릴리프 밸브를 개시한다.
도 2에 나타내듯이, 연료가 내부 라이너(14)로부터 회수될 때, 상기 라이너의 벽은 서로를 향해 접혀 접촉부(34)를 형성할 수 있다. 접촉부(34)로 인하여 갇힌 연료(36)가 노즐(16)에 도달하지 못하여 연료전지로 이송되지 못하게 될 수 있다. 잔류 연료가 회수되는 동안 내부 라이너(14)가 비교적 열려있는 상태를 유지하기 위하여 도 4 내지 도 8에 나타내듯이 삽입재가 내부 라이너(14)에 배치될 수 있다. 상기 삽입재는 상기 라이너가 접힘으로써 선택적인 연료의 방출을 촉진하도록 가요성인 것이 바람직하다.
상기 삽입재는 리브(Rib: 40, 42)를 지니는 매트릭스(38)로 될 수 있다. 상기 라이너가 충만할 때인 도 4와, 상기 라이너의 일부가 비어있을 때인 도 5에 나타내듯이 매트릭스(38)는 라이너(14)의 벽들이 저절로 접히는 것을 방지하게 된다. 도 6a 및도 6b에 나타내듯이, 리브(40, 42)는 두껍거나 얇을 수 있으며, 고형 또는 중공으로 될 수 있고 또는 개포형 발포재(Open Cell Foam)로 제조될 수 있다. 리브(40)는 실질적으로 강체로 될 수 있으며, 리브(42)는 자신이 접힘으로써 라이너(14)의 수축이나 접힘을 용이하게 하도록 가요성 있게 될 수 있다. 또는, 리브(40, 42) 모두가 가요성이 있어 라이너(14)를 따라 접힐 수도 있다. 중공 또는 발포재 리브는 최소 체적과 경량을 가지므로 바람직하며, 연료가 이들을 통과하여 노즐(16)로 흘러갈 수 있다. 또는, 리브(40, 42) 및/또는 매트릭스(38)는 통상적인 제조공정에 의하여 라이너(14)와 일체로 제조될 수 있다.
본원 발명의 다른 관점에 의하면, 도 7에 나타내듯이 상기 삽입재는 발포 삽입재(44)로 될 수 있으며, 내부 라이너(14)의 형상과 실질적으로 유사한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 삽입재의 형상은 상기 라이너의 형상에 따라 달라질 수 있다. 만일 발포재가 사용된다면, 발포 삽입재(44)는 개포형 발포재의 박판으로 됨이 바람직하다. 또한, 삽입재(38)는 도 8에 나타내듯이 메쉬 삽입재(46)로 될 수 있으며, 또는 양초의 심지와 같은 복수의 흡수성 꼰 실(Twine)이나 방적사(Yarn)를 포함할 수 있다. 또는, 상기 삽입재는 연료를 모세관 현상이나 흡수 작용에 의하여 노즐(16)까지 이송하는 필터재료로 제조될 수도 있다. 또한, 상기 삽입재는 도 6c에 나타내는 바와 같은 구형(45)이나 잭형(Jack: 43)의 입자들을 포함할 수 있다. 이들 입자는 서로 연결되거나 또는 서로 자유로울 수 있다. 차단밸브(18), 필터, 스크린 등은 상기 유리된 입자들이 상기 카트리지 내부에 존재하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 삽입재는 상기 라이너가 비워질 때 접히게 되는 쇠사슬 방벽(Chain-link Fence)과 같이 서로 포개어진 대략 강성 막대로 될 수 있다.
또한, 외부 케이싱은 도 9 및 도 10에 나타내는 개방구조를 가질 수 있다. 연료 카트리지(50)는 개방된 외부 케이싱(52)과, 앞서 기술한 바 있는 내부 라이너(14), 그리고 차단밸브(18: 미도시)를 지니는 노즐(16)을 포함한다. 개방된 외부 케이싱(52)은 개방된 메쉬(54)와 같이 실질적으로 개방될 수 있고, 또는 용기(56)와 같이 실질적으로 폐쇄될 수도 있다. 공기는 메쉬(54)의 개구, 또는 용기(56) 상부나 카트리지(50)의 다른 위치에 형성된 통공(58)을 통하여 상기 카트리지에 자유로이 유입됨으로써 상기 카트리지 내부에 부분적인 진공이 형성되는 것이 방지된다. 개방된 외부 케이싱(52)는 상기 카트리지와 일체 구조를 유지하면서도 작아진 무게를 가진다. 메쉬(54) 및 통공(58)의 개구는 상기 내부 라이너로의 접근을 제한하기 위하여 비교적 작게 제작될 수 있다. 메쉬(54) 및 통공(58)은 상기 내부 라이너가 파손되는 경우 상기 카트리지로부터의 누수를 방지하기 위하여 공기는 투과하면서도 액체는 투과할 수 없는 막(32)으로 피복될 수 있다. 만일 통공(58)이 충분하게 작다면, 이들 통공은 액체를 흡수하여 누수를 최소화할 수 있는 충전재로 피복될 수 있다. 또한, 이들 충전재는 액체를 흡수할 때 팽창하여 액체가 더 투과 못하게 함이 바람직하다. 또한, 도 11a 및 도 11b에 나타내듯이 통공(58)은 상기 내부 라이너와의 접근을 제한하기 위하여 뚜껑(60)을 지닐 수 있다. 막(32)은 뚜껑(60)의 일부로 될 수 있다.
또한, 도 12a 및 도 12b에 나타내는 바와 같이 연료 카트리지(10, 50)는 둥글거나 사각형인 단면 또는 기타 형상을 가질 수 있다. 또한, 연료 카트리지(10, 50)는 가스 라이터(Pocket Buthane Lighter)의 연료탱크와 같이 내부 지지대(64)를 지니는 외부 케이싱(62)과, 슬릿(68)을 지니는 내부 라이너(66)를 포함할 수 있다. 내부 라이너(66)는 외부 케이싱(62)의 내부로 수납되도록 형상과 용적을 가진다.
본원 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 연료 카트리지는 연료전지 반응에 의하여 생성된 부유물질을 포함하거나 또는 포함하지 않는 액체 및/또는 기체상의 부산물을 수용하도록 된다. 오직 기술의 편의 상 본원 발명의 이러한 관점은 주로 직접형 메탄올 연료전지 반응을 예로 들어 설명한다. 그리고, 본원 발명은 모든 종류의 연료전지로부터의 부산물을 수용하는데 사용될 수 있으며, 상기 연료전지는 여기 기술된 모든 연료전지를 포함하고 이에 한정되지 아니한다. 또한, 본원 발명은 어느 특정 연료나 부산물에 한정되지 아니한다.
도 13에 나타내듯이, 카트리지(70)는 외부 케이싱(12)과 앞서 기술한 내부 라이너(14)를 포함한다. 또한, 외부 케이싱(12)은 노즐(16)을 포함하며, 이 노즐은 앞서 기술하였듯이 라이너(14)와 유체 소통되는 차단밸브(18)을 지닌다. 연료 (CH3OH ＋ H2O)는 기타 수단에 의하여 노즐(16) 밖으로 펌프되거나 흘러 막 전극 어셈블리(MEA)에서 반응하게 된다. 이산화탄소 및 물 (CO2 ＋ H2O)은 상기 MEA에서 생성된 후, 펌프되어 카트리지(70)의 흡입노즐(72)로 되돌아오게 된다. 상기 CO2 및 과잉 H2O 부산물은 적어도 초기에는 외부 케이싱(12) 및 내부 라이너(14) 간의 공간(15)에 저장될 수 있다. 또한, 상기 CO2 및 H2O의 체적은 필시 적정 크기의 카트리지가 저장할 수 있는 체적보다 클 것이므로, 카트리지(70)는 적어도 하나의 배출 릴리프 밸브(74)를 포함한다. 또한, 상기 CO2 및 H2O 부산물은 CO2 가스로 인하여 펌핑없이도 상기 카트리지로 되돌아 흘러갈 수 있다. 노즐(16, 72)은 상기 카트리지의 어디라도 위치될 수 있으며 상호 공통 축으로도 위치될 수 있다.
도 14에 나타내듯이 배출 릴리프 밸브(74)는 앞서 기술한 릴리프 밸브(20)와 실질적으로 유사하지만, 역방향으로 정렬된다는 점에서 다르다. 또한, 밸브(74)는 밸브 헤드(24)가 완전히 수용되거나 폐쇄위치에 있을 때 밀봉을 제공하게 되는 밸브 시트(22)를 포함한다. 밸브 헤드(24)는 임의의 밸브 스템(26)에 연결되며, 이는 밸브 몸체(28) 내부로 미끄러지며 위치된다. 밸브 헤드(24) 및 밸브 스템(26)은 스프링(30)에 의하여 폐쇄 위치, 즉 밀봉 위치로 탄지된다. 스프링(30)은 압축되거나 신장될 수 있다. 스프링(30)의 용수철 상수(k)는 적절하게 선택되어, 이로써 상기 CO2 및 H2O 부산물에 의한 외부 케이싱(12)의 내부 또는 공간(15) 내부의 압력이 소정값의 레벨로 상승할 때, 밸브(74)가 열리도록 한다. 즉, 도 14에 나타내듯이 밸브 헤드(24)가 상기 카트리지로부터 빠져나가 상기 카트리지 내부의 CO2를 헤드(24) 및 시트(22) 사이의 공간 및 밸브 스템(26) 및 밸브 몸체(28) 사이의 공간을 통하여 배출되어 상기 카트리지의 내부 압력을 내리도록 한다. 따라서, 밸브(74)는 일정한 압력으로 카트리지(70)의 내부 압력을 유지하지는 않지만, 내부 압력이 소정의 레벨이 충족될 때까지 변동하거나 상승하도록 하고, CO2를 배출하여 상기 압력을 감압한다.
밸브(74)는 그 배출구 및/또는 입구에 막(32)를 포함하여 카트리지에서 물이 유출되는 것을 방지한다. 앞서 기술하였듯이, 막(32)은 단지 공기 또는 기타 가스만이 카트리지 내부로 유입되거나 유출될 수 있도록 하고, 액체의 경우는 유입되거나 유출될 수 없게 한다. 또는, 앞서 기술하였듯이 밸브(74)는 상기 배출구를 피복하는 충전재를 포함하여 물은 흡수하고 가스는 카트리지에서 배출되도록 할 수 있다. 하나 이상의 밸브(74)가 외부 케이싱(12) 상에 설치될 수 있다.
또는, 만일 개방된 구조의 외부 케이싱(52)이 그 개구를 피복하는 막(32) 또는 충전재를 가지고 연료 카트리지에서 사용된다면, 밸브(74)를 생략할 수 있다. 외부 케이싱(52) 및 피복하는 막 또는 충전재(32)는 카트리지 내에서 물 부산물은 함유하는 반면 CO2 가스 부산물은 연속적으로 배출하게 된다.
또한, 상기 카트리지는 그 외벽 상에 밸브(20, 74) 모두를 배치함으로써, 주위 공기로 하여금 유입되게 하여 부분적인 진공을 방지하거나 및/또는 CO2를 배출하여 압력 증가를 방지할 수 있다. 또는, 밸브(20, 74)의 기능을 단일 밸브에 결합시킴으로써 주위 공기는 상기 카트리지 내로 유입시켜 압력 증가를 완화하고, 가스는 상기 카트리지로부터 배출하여 압력증가를 완화할 수 있다.
만일 상기 부산물들이 단지 액체만으로 된다면, 밸브(74)를 생략할 수 있다. 예를 들어, 수소화붕소나트륨 및 물 연료 시스템은 수용성 붕산나트륨 및 물을 부산물로서 생성시킨다. 이때, 내부 라이너(14)는 상기 액체 부산물을 저장하는데 사용됨과 동시에, 공간(15)은 연료를 저장하는데 사용될 수 있게 된다.
도 1에 나타내듯이, 카트리지 외부의 펌프는 상기 카트리지 외부로 연료를 이송하는데 사용된다. 또는, 카트리지(10)가 가압되어 연료를 연료전지로 이송할 수도 있다. 도 15에 나타내듯이, 공간(15)은 압축된 스프링이나 발포재 등의 에너지 저장기구(76)를 포함함으로써 내부 라이너(14), 또는 상기 압축된 발포재/스프링과 내부 라이너(14) 사이에 위치한 중간 이동벽(78)을 밀어낼 수 있다. 릴리프 밸브(20) 및/또는 막(32)이 구비되어 상기 카트리지 내부에 부분적인 진공이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스프링(15)은 부탄, n-부탄, 프로판 등의 압축가스나, 액체 프로판으로 채워져 내부 라이너(14)를 가압할 수 있다. 압축가스를 사용할 때의 이점으로서는 상기 카트리지 내부의 부분적인 진공 형성을 방지하기 위하여 릴리프 밸브 또는 가스 투과막이 필요로 되지 않는다는 점이다. 또는, 연료가 펌핑되면서 밀봉된 카트리지 내부에 형성될 수 있는 상기 부분적인 진공이 중간 벽(78)을 노즐(16) 쪽으로 당길 수 있다.
또한, 도 16에 나타내듯이 스프링(76)은 전자기기의 벽(82)에 의해 탄지될 수 있다. 본 실시예에서는 스프링(76)은 전자기기 내부 또는 연료전지 내부에 구비된다. 새 연료 카트리지가 상기 전자기기 내에 장착될 때, 상기 카트리지는 스프링(76)을 압축시키고, 상기 카트리지가 상기 전자기기 내에 있는 동안 스프링(76)은 상기 카트리지에 힘을 가하게 된다. 바람직하기로는, 연료와 접촉하지 않는 상기 스프링의 재료는 인코넬(Inconel®), 니켈-크롬-철 합금, 스텐레스 스틸 또는 높은 불소 불화탄소 성분 탄성체들을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.
중간 이동벽(78)은 와이퍼(Wiper: 80)를 포함하는 것이 바람직하며, 이는 외부 케이싱(12)의 내부 표면을 따라 미끄러지도록 크기가 정해진다. 이동벽(78)은 내부 라이너(14)와 접촉하며 이를 미는 것이 바람직하다. 또한, 본원 발명의 다른 관점에 의하면, 이동벽(78)은 외부 케이싱(12)과 임의의 밀봉을 형성함으로써, 내부 라이너(14)가 생략될 수 있고 연료는 이동벽(78) 및 외부 케이싱(12)과 직접 접촉하게 된다. 와이퍼(80)는 탄성 중합체, 에틸렌 프로필렌 디엔 메틸렌 3원공중합체(EPDM), Vitron® 불소-탄성중합체로 제조됨이 바람직하고, 외부 케이싱(12)으로 압축되어 밀봉을 제공하게 된다. 또한, 외부 케이싱(12)의 내부 표면은 폴리테트라플루오로에틸렌이나 Teflon®과 같은 마찰 감소 필름이나 윤활제 코팅 등으로 코팅되어 이동벽(78)과 외부 케이싱(12) 간의 미끄러짐을 용이하게 할 수 있다.
여기에 기술되는 모든 실시예에 있어서 사용될 수 있는 펌프는 바람직한 비율로 유체를 운반할 수 있는 펌프면 모두 가능하다. 적절한 펌프로는 상기 미국특허출원 제10/356,793에서 기술하였고 특허청구된 바와 같은 마이크로 전자기계 펌프(MEMS)가 있다. 상기 MEMS 펌프는 장 유도(Field-induced) 펌프 또는 막 변위(Membrane-displacement) 펌프 중의 어느 하나로 될 수 있다. 장 유도 펌프는 AC 또는 DC 전계나 자계를 연료/액체에 가하여 이를 펌핑한다. 적합한 장 유도 펌프로는 전기유체역학(Electrohydrodynamic) 펌프, 자기유체역학(Magnetohydrodynamic) 펌프, 전기침투(Electro-osmotic) 펌프 등이 있으며, 이에 한정되지는 아니한다. 상기 전기유체역학 펌프와 전기침투 펌프는 함께 사용될 수 있다. 막 변위 펌프는 하나의 막을 포함하며 상기 막에 힘을 가하여 상기 막을 움직이거나 진동시킴으로써 연료를 펌핑한다. 적절한 막 변위 펌프로는 정전기(Electrostatic) 펌프, 압전(Piezoelectric) 펌프, 열 공압식(Thermopneumatic) 펌프가 있으며, 이에 한정되지는 아니한다. 상기 MEMS 펌프는 연료의 유속을 제어하고 연료의 흐름을 역전시키거나 정지시킨다.
또한, 내부 라이너(14)는 착색되어 사용자가 상기 카트리지 내의 연료 레벨을 시각적으로 측정할 수도 있다. 내부 라이너(14)는 얇으면서도 내구성이 있으며 가요성 있는 재료로 제조됨으로써 연료가 회수됨에 따라 효과적으로 접히거나 그 체적을 줄이도록 하는 것이 가장 바람직하다. 상기 내부 라이너의 바람직한 재료로서는 천연고무, 폴리에틸렌(저밀도 내지 고밀도 PE를 포함하는), 에틸렌 프로필렌(EP), EPDM 및 기타 얇은 중합체 필름을 포함한다. 상기 폴리에틸렌은 불화처리하여 금속이온이 실질적으로 존재하지 않게 함으로써 낮은 침투성을 확보하는 것이 바람직하다. 상기 폴리에틸렌은 알루미늄 박(Foil)이나 불화처리된 플라스틱과 같은 수증기 차단층(Vapor Barrier Layer)을 도포하여 메탄올 침투를 방지할 수 있다.
다른 적절한 라이너 재료는 메탄올과 같은 부식성 연료전지 연료에 대한 흑연의 내성과, 압축되고(compressed) 박락된(exfoliated) 흑연의 가스에 대한 불침투성때문에 압축 박락된 흑연으로 된다. 일반적으로 흑연은 변하지 않은 형태로 주입되어 계층면 간의 면간격에 원자 또는 분자를 삽입한다. 이때, 주입된 흑연은 고열로의 갑작스런 노출에 의하여 팽창되거나 박락되어 상기 계층면 간의 면간격을 팽창시킨다. 그리고, 상기 팽창되거나 박락된 흑연은 압축되어 매우 얇은 박이나 시트를 형성하게 된다. 이렇게 팽창 박락된 흑연 호일 또는 시트는 가요성이 있고 높은 인장력을 가진다. 압축 박락된 흑연은 미국특허 제3,404,061호에 개시되어 있다. 압축된 흑연 박은 두께가 3 내지 600mm인 상표 GRAFOIL®(Graftech, Inc., Lakewood, Ohio)로 상업적으로 구입 가능하다.
내부 라이너(14)는 다중겹 또는 다중층 재료로부터 제조될 수 있다. 최내층은 예를 들어 연료에 내성이 있고 낮은 침투성을 가지므로, 연료전지 연료에 적합하다. 중간층은 연료전지 연료에 대해 차단층으로 되거나 불침투성을 가진다. 최외층은 또다른 차단층일 수 있고 연료에 대해 내성을 가질 수 있다. 일 예를 들면, 상기 최내층은 불화처리된 폴리에틸렌(LDPE 또는 HDPE)으로, 중간층은 나일론 또는 실리칸(Silicane)으로, 그리고 최외층은 알루미늄 박으로 될 수 있다.
상기 다중층 재료는 함께 압출되고 주름을 형성하여 라이너를 제조한다. 상기 라이너의 가장자리는 고주파, 초음파 또는 열원에 의해 발생되는 열에 의해 밀봉된다. 또한, 상기 라이너는 알루미늄 박으로 수축 포장(Shrink-wrapped)될 수 있다. 이로써 상기 카트리지의 보존기간이 연장된다. 왜냐면, 상기 최내층은 연료의 부식 효과를 견디어낼 수 있고, 상기 중간층 및 최외층은 차단층으로서 연료를 라이너 내부에 유지하며, 상기 최외층은 자외선이 상기 라이너를 저하시키는 것을 방지하기 때문이다.
내부 라이너(14)는 외부 케이싱(12) 없이도 사용될 수 있다. 본원 발명의 또 다른 관점에 의하면, 외부 케이싱(12)은 가요성일 수 있어 연료가 카트리지로부터 이송되면서 내부 라이너(14)를 따라 압축될 수 있다. 강한 가용성의 외부 케이싱은 내부 라이너(14)에 부가적으로 구조적인 지지기능을 제공하며, 부분적인 진공증가를 방지하기 위한 밸브(20)나 막(32)이 필요없게 된다.
바람직하기로는 상기 외부 케이싱은 폴리아세탈 수지로 되어 사출성형되거나 압출될 수 있다. 상기 외부 케이싱은 아연, 황, 활석 및 기름과 같은 오염물질이 없는 것이 바람직하고 침투를 최소화하기 위하여 불화처리되어야 한다.
또한, 카트리지(10)는 다중의 내부 라이너(14)를 포함할 수 있다. 일 예를 들어, 카트리지(10)는 직접형 메탄올 연료전지 또는 메탄올 개질 연료전지에 사용하기 위하여 순수 메탄올용 제1 내부 라이너(14)와 물용 제2 내부 라이너(14)를 구비할 수 있다. 다른 예로서, 카트리지(10)는 메탄올용 제1 내부 라이너(14)와 과산화수소용 제2 내부 라이너 및 황산용 임의의 제3 내부 라이너를 구비할 수 있다. 또 다른 예로서, 카트리지(10)는 수소화붕소나트륨용 제1 내부 라이너(14)와 물용 제2 내부 라이너를 구비할 수 있다. 또한, 내부 라이너는 물이나 수용성 붕소나트륨과 같은 액상의 불순물을 저장하는데 사용될 수도 있다.
또한, 내부 라이너(14)는 재충전 가능하고 밸브(18)를 통하여 재충전될 수 있다. 또는, 내부 라이너(14)는 차단밸브(18)와 유사한 별도의 재충전 밸브를 지닐 수 있다. 또한, 내부 라이너(14)는 그 내부 압력이 소정 레벨에 도달할 때 팽창할 수 있도록 신축성있거나 탄력성있는 재료로 제조될 수 있다. 또한, 내부 라이너(14)는 그 위에 릴리프 밸브(20, 74)를 배치하여 그 내부 압력이 소정 레벨에 도달할 때 압력을 내릴 수 있다.
여기서 개시된 발명의 실시예들은 본원발명의 목적을 달성하는 것이며, 다수의 변형 및 기타 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 안출될 수 있음이 인정된다. 또한, 모든 실시예의 특징 및/또는 요소들은 단독으로 또는 기타 실시예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 특허청구범위는 본원발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형 및 실시예들을 포함한다고 간주되어야 한다.

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  178. 폐쇄상태로 탄지되는 밀봉면을 구비하고 연료 카트리지용으로 된 릴리프 밸브에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 연료전지에 연결가능하고,
    연료가 상기 연료 카트리지로부터 회수되어 상기 연료 카트리지의 내부 압력이 소정 수준에 도달하면, 상기 릴리프 밸브는 공기가 상기 연료 카트리지로 유입되어 상기 카트리지의 내부 압력을 상승시키도록 개방되고,
    상기 연료 카트리지는 외부 케이싱과, 연료전지용 연료를 수용하고 상기 외부 케이싱 내부에 배치된 내부 가요성 라이너를 포함하고,
    상기 릴리프 밸브는 상기 외부 케이싱 상에 배치되며,
    상기 내부 가요성 라이너는 연료가 상기 연료전지로 이송됨에 따라 붕괴됨으로써 상기 연료 카트리지는 모든 방향에서 사용가능한 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  179. 폐쇄상태로 탄지되는 밀봉면을 구비하고 연료 카트리지용으로 된 릴리프 밸브에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 연료전지에 연결가능하고,
    상기 카트리지의 내부 압력이 소정 수준에 도달하면, 상기 릴리프 밸브는 가스를 상기 연료 카트리지로부터 배출시켜 상기 연료 카트리지의 내부 압력을 강하하도록 개방되고,
    상기 연료 카트리지는 외부 케이싱과, 연료전지용 연료를 수용하고 상기 외부 케이싱 내부에 배치된 내부 가요성 라이너를 포함하고,
    상기 릴리프 밸브는 상기 외부 케이싱 상에 배치되며,
    상기 내부 가요성 라이너는 연료가 상기 연료전지로 이송됨에 따라 붕괴됨으로써 상기 연료 카트리지는 모든 방향에서 사용가능한 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  180. 제178항 또는 제179항에 있어서,
    상기 밸브의 개구는 막 또는 액체 흡수성 물질로 피복되는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  181. 제180항에 있어서,
    상기 막은 가스 투과성 막인 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  182. 제180항에 있어서,
    상기 개구는 상기 밸브의 입구 또는 출구로 되는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
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  185. 제178항 또는 제179항에 있어서,
    상기 연료전지의 가스 및 액체 부산물 중의 적어도 하나는 상기 연료 카트리지로 이송되는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  186. 제180항에 있어서,
    상기 액체 흡수성 물질은 상기 밀봉면으로부터 이격되고 이로써 상기 액체 흡수성 물질은 상기 릴리프 밸브의 개방 및 폐쇄와 무관한 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  187. 제178항 또는 제179항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브는 탄지된 밸브 헤드와, 밸브 시트를 포함하고, 상기 릴리프 밸브의 밀봉면은 상기 밸브 헤드 및 밸브 시트 간에 있는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  188. 폐쇄상태로 탄지되는 밀봉면을 구비하고 연료 카트리지용으로 된 릴리프 밸브에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 연료전지에 연결가능하고,
    상기 릴리프 밸브는 상기 연료 카트리지의 내부 압력이 소정 수준에 도달하면 개방되고,
    상기 릴리프 밸브의 개구는 액체 흡수성 물질로 피복되고 상기 액체 흡수성 물질은 상기 밀봉면으로부터 이격됨으로써 상기 액체 흡수성 물질은 상기 릴리프 밸브의 개방 및 폐쇄와 무관한 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
  189. 제188항에 있어서,
    상기 연료 카트리지는 외부 케이싱과, 연료전지용 연료를 수용하고 상기 외부 케이싱 내부에 배치된 내부 가요성 라이너를 포함하고, 상기 릴리프 밸브는 상기 외부 케이싱 상에 배치되며, 상기 내부 가요성 라이너는 연료가 상기 연료전지로 이송됨에 따라 붕괴됨으로써 상기 연료 카트리지는 모든 방향에서 사용가능한 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브.
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