KR101889106B1 - 압력 조절기 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

전체적으로 크기가 소형이고 얇은 형상계수(form factor)를 가지며 비교적 저가로 반복 제조가능하며, 포핏(poppet) 밸브, 피봇, 활동 부재, 또는 러버격막 및 금속 격막의 사용을 회피할 수 있는 압력 조절기 어셈블리가 개시된다. 이들 압력 조절기 어셈블리는 예를 들어 연료 전지 장치 등의 소형 또는 마이크로 유체응용에 유용하다. 본 압력 조절기 어셈블리로 조절되는 유체는 액체나 기체일 수 있다.

Description

압력 조절기 어셈블리 {PRESSURE REGULATOR ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 유체 제어 요소에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 연료 전지 장치용 압력 조절기 어셈블리에 관한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
휴대형 전자기기 등의 전자부품들은 성능은 향상되는 반면에 크기는 작아지는 추세이다. 전자부품들이 크기가 더 작게 설계되고 정교하면서도 복잡한 기술과 결합됨에 따라 결합하는 전력원에 대한 요구가 더욱 커졌다.
전력원의 일 예가 연료 전지 장치이다. 휴대용과 기타 소규모 전력발생용으로 사용되는 연료 전지 전력원은 작고 컴팩트한 요소들의 사용을 요구하며(예를 들어, 유체 압력 조절기, 밸브, 체크 밸브 및 인터페이스 포트 등), 이는 높은 전체 장치 에너지 밀도를 유지하도록 설계된다. 또한, 이렇게 작은(또는 "마이크로") 연료 전지 장치 내에서 사용되는 요소들은 덜 복잡한 배터리 전력원과 경쟁하기 위해 낮은 경비로 제조가능해야 한다. 만일 이들 요소들이 부피가 크거나 제조에 있어서 과도한 정밀도를 요구한다면, 연료 전지가 갖는 잇점의 많은 부분이 줄어들 수 있다. 이는 특히 체적 이용율이 중요한 연료 전지의 배터리 대체용도에서 더욱 그렇다.
소형 연료 전지 장치를 만들기 위해서는 공간 감소 요청을 수용하도록 시도하면서도 다양한 혁신적이고 기술적인 요구사항들이 충족될 것이 요구된다.
본 발명자는 전체적으로 소형 크기와 얇은 형상계수(thin factor)를 갖는 압력 조절기 어셈블리를 포함하는 컴팩트한 유체 제어부품의 필요성을 인지하였다. 이러한 압력 조절기 어셈블리는 피봇(pivot), 활동 부재, 고무 격막 또는 금속 격막을 포함하는 압력 조절기의 제조에 요구되는 정밀도 요구 및 대응하는 비용이 낮아 유리하게 제조될 수 있다. 본 발명의 구현예들은 종래 설계에 비해 더 소형 및 박형으로 제조될 수 있다. 현 부품설계는 활동 부재나 피봇 부재를 포함하거나 러버 격막이나 금속 격막의 사용을 포함하는데, 이는 반복가능한 기능성 특성을 가지면서도 소형 또는 마이크로 크기로 구축하기가 어렵고 경비가 많이 드는 것이 밝혀졌다.
본 발명은 압력 조절기 어셈블리를 제공한다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제1 챔버를 포함한다. 제1 챔버는 힘 활성 밸브 요소를 둘러싸도록 구성된다. 제1 챔버는 또한 유체 입력 포트를 구성하도록 구성된다. 또한, 제1 챔버는 유체 출력 포트를 둘러싸도록 구성된다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제2 챔버를 포함한다. 제2 챔버는 제1 챔버를 둘러싸도록 구성된다. 제2 챔버는 기준 압력 포트와 연통한다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제3 챔버를 포함한다. 제3 챔버는 제2 챔버를 둘러싸도록 구성된다. 제3 챔버는 피드백 기준 포트를 둘러싸도록 구성된다. 상기 힘 활성 밸브 요소는 제1 챔버 외부로 연장하지 않는다.
본 발명은 압력 조절기 어셈블리의 제조 방법을 제공한다. 본 제조 방법은 평판형 유체 매니폴드를 형성하거나 제공하는 단계를 포함한다. 상기 매니폴드는 유체 입력 포트를 포함한다. 상기 매니폴드는 또한 유체 출력 포트를 포함한다. 상기 매니폴드는 또한 기준 압력 포트를 포함한다. 상기 매니폴드는 또한 피드백 입력 포트를 포함한다. 본 방법은 또한 제1 챔버를 형성하거나 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 제2 챔버를 형성하거나 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 제3 챔버를 형성하거나 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제1 챔버를 상기 매니폴드 상에 배치하는 단계를 포함한다. 제1 챔버는 이것이 힘 활성 밸브 요소를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 배치된다. 제1 챔버는 이것이 또한 상기 유체 입력 포트를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 배치된다. 제1 챔버는 이것이 또한 상기 유체 출력 포트를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 배치된다. 본 방법은 상기 매니폴드 상에 제2 챔버를 적층하는 단계를 포함한다. 제2 챔버는 이것이 제1 챔버를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 적층된다. 제2 챔버는 이것이 상기 기준 압력 포트와 연통하도록 상기 매니폴드 상에 적층된다. 본 방법은 제3 챔버를 상기 매니폴드 상에 적층하는 단계를 포함한다. 제3 챔버는 이것이 제2 챔버를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 적층된다. 제3 챔버는 이것이 상기 피드백 입력 포트를 둘러싸도록 상기 매니폴드 상에 적층된다. 본 방법은 또한 상기 챔버들의 일부를 상기 평판형 매니폴드의 표면에 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명은 압력 조절기 어셈블리를 제공한다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제1 챔버를 포함한다. 제1 챔버는 힘 활성 밸브 요소를 둘러싸도록 구성된다. 제1 챔버는 또한 유체 입력 포트를 둘러싸도록 구성된다. 나아가 제1 챔버는 유체 출력 포트를 둘러싸도록 구성된다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제2 챔버를 포함한다. 제2 챔버는 제1 챔버를 둘러싸도록 구성된다. 제2 챔버는 기준 압력 포트와 연통한다. 본 압력 조절기 어셈블리는 제3 챔버를 포함한다. 제3 챔버는 제2 챔버를 둘러싸도록 구성된다. 제3 챔버는 피드백 기준 포트를 둘러싸도록 구성된다. 본 압력 조절기 어셈블리는 또한 힘 구속 요소를 포함한다. 상기 힘 구속 요소는 상기 제2 챔버의 변위에 대항하는 힘을 인가한다. 본 압력 조절기 어셈블리는 복합체 요소를 포함한다. 상기 복합체 요소는 제1 챔버를 포함한다. 상기 복합체 요소는 또한 상기 힘 구속 요소를 포함한다. 상기 힘 활성 밸브 요소는 제1 챔버 외부로 연장하지 않는다. 제3 챔버 내의 압력은 임계 압력을 초과하면 제2 챔버상에 가해지는 힘을 유발함으로써 제2 챔버의 변위를 야기한다. 제2 챔버의 변위는 차례로 제1 챔버로 하여금 변위하게 한다. 제1 챔버의 충분한 변위는 상기 힘 활성 밸브 요소를 폐쇄하도록 구성된다. 상기 힘 활성 밸브 요소의 폐쇄는 상기 유체 입력 포트로부터 상기 유체 출력 포트로의 유체 유동을 저해한다. 상기 피드백 입력 포트를 통한 유체 유동으로부터 형성된 충분한 압력은 차례로 상기 힘 활성 밸브 요소로 하여금 개방위치로부터 폐쇄 위치를 향해 이동하도록 한다. 상기 복합체 요소는 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부를 더 포함한다.
본 압력 조절기 어셈블리 및 방법의 이러한 실시예들과 다른 실시예들 및 유리한 점들과 특징들이 하기와 같이 부분적으로는 상세히 설명되며, 부분적으로는 하기 설명과 도면을 참조 또는 실시함으로써 해당 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이다.
본 도면들에 있어서, 반드시 치수를 조정하여 도시한 것은 아니며, 유사 도면부호는 다른 도면들에서 유사한 부품들을 기술할 수 있다. 다른 접미부호를 갖는 유사 도면부호는 유사한 부품들의 다른 예들을 나타낼 수 있다. 본 도면들은 일반적으로 예시적이지만 제한되지 않는 방법으로 본 명세서에 기술된 여러 구현예들을 도시한다.
도 1은 종래기술로서 고압력 영역과 저압력 영역 간의 평면을 교차하는 가동 포핏을 포함하는 압력 조절기 어셈블리의 단면도.
도 2는 다른 종래기술로서 고압력 영역과 저압력 영역 간의 평면을 교차하는 가동 포핏을 포함하는 압력 조절기 어셈블리의 단면도.
도 3은 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 단면도.
도 4는 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 단면도.
도 5는 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 단면도.
도 6은 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 단면도.
도 7은 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 단면도.
도 8은 본 발명의 적어도 일 구현예에 따라 구성된 소형 또는 마이크로 유체응용으로의 사용을 위한 압력 조절기 어셈블리 부분들의 분해사시도.
정의
여기 사용되는 용어인 "유체(fluid)"는 기상 수소, 부탄이나 프로판 등의 탄화수소, 메탄올 등의 알콜, 포름산 또는 물 등의 기타 액체와 같은 액체 또는 기체를 가리키며, 모든 적합한 유기 용매를 포함할 수 있다. 모든 유체는 이에 용해된 용질을 임의로 가질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 유체는 모든 연료 개질 공정으로부터의 개질체(reformate)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체는 천연가스의 개질로 생성한 수소가스와 같이 화석 연료 개질 공정으로 생성한 수소가스를 포함할 수 있다. 다른 예로는, 유체는 메탄올, 프로판, 부탄 또는 포름산의 개질에 의해 생성한 수소가스를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 개질체는 순수가스는 거의 드물고 오히려 예를 들어 수소와 같은 특정 가스가 매우 풍부하며, CO2 및 CO 등의 기타 가스의 소정량을 함유한다.
여기 사용되는 용어인 "벨빌 와셔(Belleville washer)"는 해당 분야의 당업자들에게 공지된 모든 적합한 벨빌 와셔를 가리키며, 그렇지 않으면 원추상디스크 스프링(coned-disc spring), 원추상 스프링 와셔(conical spring washer), 디스크 스프링(disc spring), 벨빌 스프링(Belleville spring) 또는 컵상 스프링 와셔(cupped spring washer)를 가리킨다. 상기 와셔는 이에 스프링 특성을 부여하는 원추태형상(frusto-conical shape)(예를 들어, 모든 두께의 수직배향 원추의 수평 슬라이스)을 갖는다.
여기 사용되는 용어인 "매니폴드(manifold)"는 유체의 소정 방향 이송을 가능하게 하는 파이프 및 채널의 모든 어셈블리를 가리킨다. 예를 들어, 매니폴드는 미국특허출원 제1 2/053,366호 "FLUIDIC MANIFOLD AND METHOD THEREFOR"에 개시된 모든 매니폴드를 포함할 수 있다.
설명
종래 압력 조절기 어셈블리(10)를 도 1에 도시한다. 이러한 압력 조절기 어셈블리(10)는 고압력 입구영역(12)과 저압력 출구영역(14)을 포함한다. 이들 두 영역(12, 14)은 별개이나 개구(13)를 통해 연통하며, 이 개구(13)는 상기 영역들 간의 경계를 교차하여 밸브를 형성하는 가동 "포핏(poppet)"(16)으로 채워진다. 포핏(16)은 상기 저압력 영역(14)의 가요성 격막벽(15)과 접촉하는 기계적 요소이다. 작동시, 저압력 영역(14)의 압력이 낮으면, 격막벽(15) 외부에 가해진 힘은 비교적 하방으로 포핏(16)을 밀어 상기 밸브를 개방한다. 고압력 유체가 고압력 영역(12)으로부터 저압력 영역(14) 내로 흘러들어오면, 저압력 영역 내의 압력이 증가하여 상기 내부로부터 격막벽(15) 상에 반대 힘을 인가한다. 압력이 계속 구축됨에 따라, 외부힘과 내부힘이 균형을 이루는 지점에 도달하고, 여기서 포핏(16)은 더 이상 밀리지 않으며 상기 밸브는 밀봉되어 고압력 영역(12)으로부터 저압력 영역(14) 내로의 더 이상의 유체 인입을 방지한다.
포핏(16)과 결합되는 스프링 요소의 강성과 격막(15)의 용적을 주의하여 선택함으로써 외부힘과 내부힘이 균형을 이루는 압력이 바람직하게 선택되어 조절될 수 있다. 이러한 압력 조절기 어셈블리(10)에서, 포핏(16)은 밸브 및 밀봉 요소를 이루고(이를 위해 소정의 강성을 요한다) 일체화된 유체 기밀 밀봉 요소를 이룬다.
도 2는 다른 종래의 압력 조절기 어셈블리(20)를 도시한다. 이러한 압력 조절기 어셈블리(20)는 에칭되거나 미세가공된 층들을 사용하여 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 압력 조절기 어셈블리(10)와 유사하게, 압력 조절기 어셈블리(20)는 격막(25)에 연결되고 고압력 영역(22)과 저압력 영역(24) 간의 평면을 가로지르는 포핏(26)을 포함한다. 본 발명자는 고압력 영역과 저압력 영역 간에 연장되는 포핏 또는 포핏유사 구조를 사용하는 압력 조절기 어셈블리(10, 20) 구조는 포핏 형성과 조절기의 밀봉구조 둘 다에 있어서 극도의 정밀도가 필요하여 결국 조절기 어셈블리 설계와 제조 방법을 제한한다는 것을 발견하였다.
도 3~8은 다양한 압력 조절기 어셈블리를 도시하며 이는 도 1~2의 어셈블리와는 달리 작은 전체 크기와 얇은 형상인자를 갖고 대규모 및 비교적 저가로 반복적으로 제조될 수 있으며 포핏 밸브, 피봇, 활동 부재 또는 고무 및 금속 격막의 사용을 피할 수 있다. 예를 들어, 도 3~8의 압력 조절기 어셈블리는 허용 오차가 중요한 부품들은 몰딩되거나 성형된 부품들로 한정되므로 감소된 비용으로 조립될 수 있다. 그 결과, 제조 도중의 어셈블리 정렬 허용 오차는 도 1~2와 같은 다른 조절기 어셈블리에 비해 줄일 수 있다. 이들 압력 조절기 어셈블리는 예를 들어 연료 전지 장치와 같이 작거나 마이크로의 유체 응용에 활용될 수 있다. 이러한 압력 조절기 어셈블리에 의해 조절되는 유체는 여기 정의된 바와 같은 모든 유체로 될 수 있다.
본 압력 조절기 어셈블리는 여러 옵션을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본 어셈블리는 저렴한 제조 공정으로 몰딩 또는 성형되는 부품들을 포함한다. 일부 실시예에서, 폴리머 물질이 상기 어셈블리를 형성하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 금속물질이 상기 어셈블리를 형성하는데 사용된다. 단일의 밀봉 요소가 사용될 수 있고, 상기 압력 조절기 어셈블리 설계는 이 밀봉 요소에 맞게 선택된 용적에 비교적 둔감하게 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 압력 조절기 어셈블리의 요소들은 고압력 영역 및 저압력 영역 간의 어떠한 경계라도 이를 거쳐 삽입되지 아니한다. 따라서, 압력 조절기 어셈블리들은 동심원 정렬 또는 기타 정렬된 요소들을 적층 및 결합하여 고압력 챔버와 저압력 챔버 및 기준 압력 챔버를 형성할 수 있다. 각 챔버는 공동의 분배 플리넘(distribution plenum)을 통해 유체 연통할 수 있다. 유체 기밀 밀봉은 하나의 플리넘 내에 형성될 수 있다.
도 3은 적어도 일 구현예에 따라 구성된 것으로 압력 조절기 어셈블리(100)의 개략단면도를 도시한다. 압력 조절기 어셈블리(100)는 평면 유체 분배 매니폴드(110)의 일 평면상에 구축될 수 있다.
동작시, 작동하는 압력 조절기는 소정의 고압력에서의 입력과 조절된 저압력에서의 출력을 갖는다. 도 3은 압력 조절기 어셈블리(100)의 입력 및 출력을 묘사한 도관 및 포트를 나타낸다. 특히, 유체 매니폴드(110)는 유체 입력 포트(140)에 연결되는 유체 입력 도관(120)과, 유체 출력 포트(150) 및 출력 유체 피드백 포트(160)에 연결되는 유체 출력 도관(130)을 포함한다. 이들 도관 및 포트는 유체 분배 매니폴드(110) 내로 구축될 수 있고, 이는 완전한 압력 조절기 어셈블리(100)의 부분으로서 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다.
압력 조절기 어셈블리(100)는 유체 분배 매니폴드(110)의 일 표면상에 배열된 3개의 중첩 챔버(제1 챔버(180), 제2 챔버(190) 및 제3 챔버(200))와 같은 복수의 중첩된 챔버를 포함할 수 있다. 유체 분배 매니폴드(110)는 여러 압력들의 유체들이 한 플리넘 또는 영역에서 다른 플리넘 또는 영역으로 이송될 수 있도록 복수의 통로를 포함할 수 있다. 압력 조절기 어셈블리(100) 내의 챔버들로부터의 모든 입력 포트 및 출력 포트는 유체 분배 매니폴드(110) 내에서 동일 평면상일 수 있다.
도시한 실시예에서, 제1 챔버(180)의 주변은 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 결합될 수 있고 유체 입력 포트(140)와 유체 출력 포트(150)를 에워쌀 수 있다. 상기 결합은 제1 챔버(180)의 주변부 주위에서 유체 밀봉을 형성할 수 있다. 힘 활성 밸브 요소(force-activated valve element: 260)가 제1 챔버(180) 내에 정위치로 지지될 수 있고, 제1 챔버(180)의 비교적 상부면(210)에 부착되거나 아니면 제1 챔버(180)의 저면에 부착되지만 상부면(210) 내에 매립된 구조로써(제1 챔버 상부에 매립된 밀봉 요소 유치 구조(310)와 같은) 정위치로 지지될 수 있다. 유체 분배 매니폴드(110) 내에 매립된 구조들을 사용하여 상기 밸브 요소를 유치하는 바와 같이 힘 활성 밸브 요소(260)를 정위치로 지지하는 다른 방법 또한 사용될 수 있다. 제1 챔버(180)는 가요성 챔버벽(240)을 포함할 수 있으며, 이로써 충분한 힘이 상부면(210)의 상부에 인가되면, 제1 챔버벽(240)은 휘거나 변위(deflection)되도록 설계되어 힘 활성 밸브 요소(260)로 하여금 압축되어지게 하여 유체 입력 포트(140)를 밀봉하게 한다. 이것은 차례로 유체 입력 포트(140)로부터 유체 출력 포트(150)로의 유체 유동을 방지할 수 있게 한다. 제1 챔버벽(240)이 휘거나 변위됨에 따라, 상부면(210) 또한 변위될 수 있다. 또는, 충분한 힘이 상부면(210)의 상부에 인가되면, 단지 상부면(210)만 변위된다. 본 발명의 구현예들에 있어서, 충분한 힘이 상부면(210)의 상부에 인가되면, 모든 비율의 챔버벽(240)과 상부면(210)의 조합은 변위되어 힘 활성 밸브 요소(260)로 하여금 압축되어지게 하고 유체 입구 포트(140)를 밀봉하게 한다. 힘활성 밸브 요소는 본체와 상기 본체에 형성된 구멍을 구비하고, 상기 본체는 상부면 및 유체 입력 포트 사이에서 구멍이 상기 유체 입력 포트에 대응되도록 배치될 수 있다.
제2 챔버(190)는 제1 챔버(180) 상에 삽입될 수 있고 제1 챔버(180)을 완전히 에워쌀 수 있다. 제2 챔버(190)의 주변부는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 결합되어 유체 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 제2 챔버(190)는 강체 상부면(220)과 가요성 챔버벽(250)을 포함할 수 있다. 제2 챔버(190)는 하나 이상의 힘 구속 요소(예를 들어, 스프링이나 힘 구속 요소)(270)을 포함할 수 있고, 이는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면과 제2 챔버의 상부면(220) 간에 작용하여 이 둘을 서로 떨어지도록 민다. 또한, 제2 챔버(190)는 기준 압력 포트(170)를 더 둘러쌀 수 있다. 기준 압력 포트(170)는 입구 압력도 아니고 출구 압력도 아닌 기준 압력에의 연결을 제공한다. 일부 실시예에서, 기준 압력 포트(170)는 대기압에 개방된다.
충분한 힘이 외부로부터 제2 챔버(190)의 상부면(220)에 인가되면, 상기 가요성 제2 챔버벽들은 휘거나 아니면 변위되도록 설계됨으로써 하나 이상의 스프링 또는 힘 구속 요소들(270)로 하여금 예를 들어 상부면(220)이 제1 챔버의 상부면(210)과 접촉할 때까지 압축하도록 한다. 만일 상기 힘이 충분한 크기라면, 이는 제2 챔버(190)의 상부면(220)을 거쳐 제1 챔버(180)의 상부면으로 전달되며, 이는 제1 챔버(180)로 하여금 변형되도록 하여 힘 활성 밸브 요소(260)를 폐쇄 위치를 향해 밀도록 한다.
제3 챔버(200)는 제2 챔버(190)를 완전히 둘러쌀 수 있고 이의 주변부는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 결합되어 유체 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 제3 챔버(200)는 또한 출력 유체 피드백 포트(160)를 둘러쌀 수 있다. 일부 구현예에서, 제3 챔버벽(230)이나 제3 챔버의 기타 부분은 원하지 않는 힘 전달을 억제하도록 실질적인 강성을 갖도록 구성될 수 있다.
작동시, 고압력의 유체는 유체 입력 도관(120)에 인입하여 입력 유체 포트(140)를 통해 제1 챔버(180) 내로 이송될 수 있다. 상기 유체의 압력하에서 제1 챔버(180)는 팽창하고(예를 들어, 변위하고), 이로써 힘 활성 밸브 요소(260)는 입력 유체 포트(140)로부터 출력 유체 포트(150)로의 유체 유로를 막지 않는다. 이로써 유체는 입력 유체 포트(140)로부터 출력 유체 포트(150)로, 그리고 출력 유체 도관(130) 내로 자유로이 유동할 수 있게 된다. 출력 유체 도관(130) 내의 압력이 구축됨에 따라, 유체는 결국 출력 유체 피드백 포트(160)를 통해 제3 챔버(200) 내로 흘러들어갈 수 있다. 제3 챔버(200) 내의 압력 축적은 제2 챔버(190)의 상부면(220)으로의 힘 인가를 초래한다. 이러한 힘은 제2 챔버(190) 내에서 둘러싸인 하나 이상의 스프링 또는 힘 구속 부재(270)에 대항할 수 있고 결과적으로는 제2 챔버(190)로 하여금 유체 매니폴드(110)를 향해 변위하도록 야기한다. 이러한 변위가 제2 챔버(190)의 상부면(220)이 제1 챔버(180)의 상부면(210)과 접촉하게 할 만큼 충분하게 되면, 힘 활성 밸브 요소(260)는 압축되어 밀봉을 형성하고 본 어셈블리(100)를 통한 유체 유동을 정지시킬 수 있게 된다.
유체가 출력 유체 도관(130)으로부터 제거되면, 제3 챔버(200) 내 압력은 감소될 수 있고, 소정 지점에서는 제2 챔버(190) 내의 스프링 또는 힘 구속 요소(270)의 구속력이 제2 챔버(190)로 하여금 팽창하게 하고 이후 제1 챔버(180)로 하여금 팽창하게 하여 상기와 같은 가압 동작이 반복되게 한다. 주어진 유체의 유속에 대해 제3 챔버(200) 내 압력이 비교적 일정하게 머물고 힘 활성 밸브(260)가 대략 동일한 위치에 머무르며 출력 압력이 비교적 일정하게 유지되면, 평형이 이루어질 수 있다. 가스나 기타 유체의 유동이 변화하면, 조절기 어셈블리(100)는 자동으로 새로운 평형을 이루도록 조정될 수 있다.
밸브(260)는 여러 상태로 동작할 수 있다. 밸브(260)는 폐쇄될 수 있고, 이때 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역과, 밸브(260)의 주변부에 의해 둘러싸인 영역을 포함하지 않는 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역 상에 가해지는 압력은 반드시 동일하지는 않다. 밸브(260)는 개방될 수 있고, 이때 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역과, 밸브(260)의 주변부에 의해 둘러싸인 영역을 포함하지 않는 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역 상에 가해지는 압력은 대략 같다.
개방과 폐쇄 상태 사이에서, 상기 밸브는 사실상 무한하게 다양한 부분 개방상태로 될 수 있고, 이때 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역과, 밸브(260)의 주변부에 의해 둘러싸인 영역을 포함하지 않는 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역 상에 가해지는 압력은 반드시 동일하지는 않다. 이때, "밸브(260)의 주변부에 의해 둘러싸인 영역"이라 함은 밸브(260)가 폐쇄(밀봉) 상태일 때 밸브(260)의 주변부 내에 둘러싸인 영역을 가리킨다.
압력 조절기 어셈블리(100)로 얻는 주어진 입력 압력에 대한 출력 압력은 상기 출력 압력 및 입력 압력 간의 차이와 관련된다. 조절된 출력 압력은 입력 압력이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 주어진 입력 압력과 이에 대응하는 출력 압력 간의 차이는 대략 0이거나, 또는 입력 압력이 출력 압력보다 더 크거나, 또는 출력 압력이 입력 압력보다 더 클 수 있다(만일 예를 들어 입력 압력이 감소하거나 다른 압력원으로 인해 출력 압력이 증가하게 되면). 제1 챔버(180)의 상부면(210)의 여러 부분 상의 입력 압력과 제1 챔버(180)에서의 압력의 힘과, 제2 챔버(190)의 상부면(220) 상의 출력 피드백 압력의 힘의 상호작용과 합동하여, 스프링 또는 힘 구속 요소 힘과 기준 압력으로부터의 힘은 상기 밸브가 폐쇄 상태로 될지, 부분개방 상태로 될지, 아니면 완전 개방 상태로 될지를 결정한다. 제2 챔버(190)의 상부면(220) 영역과, 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역과, 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 영역을 포함하지 않는 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역을 조정함으로써, 본 발명의 구현예들은 특정한 유속을 위한 출력 압력 및 입력 압력 간의 바람직한 차이를 특정한 입력 압력에서 만들어 내도록 만들 수 있다. 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이들 두 챔버 상부의 상대적 크기 선택과 용수철 상수 크기의 상세는 개시되는 기하학적 상호작용을 이용하여 결정될 수 있음을 용이하게 알 것이다. 예를 들면, 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역은 제2 챔버(190)의 상부면(220) 영역과 비교하여 작게 제조될 수 있다. 일 예로서, 밸브(260)의 밀봉 주변부 영역을 포함하지 않는 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역은 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부면(210) 영역과 비교하여 작게 제조될 수 있다. 본 발명의 구현예들에서 힘들의 상호작용에 관해서는 도 8의 하기 기재에서 상세히 설명한다.
압력 조절기 어셈블리(100)는 회전부나 활동 표면들과 특정한 격막 타입 밀봉을 필요로 하지 않는다. 대신, 하나 이상의 챔버가 충분하게 외부에서 인가된 힘 하에 붕괴되도록 구성된 가요성 벽을 포함할 수 있다. 압력 조절기 어셈블리(100)에 있어서, 포핏이 포함되지 않고, 압력 조절기 어셈블리(100)의 어떤 부분도 어떤 두 챔버들 간이라도 이들의 경계면을 통해서 삽입될 것을 필요로 하지 않는다. 밸브 요소(260)는 제1 챔버 외부로 연장하지 않는다. 압력 조절기 어셈블리(100) 내에서 사용되는 밸브 요소(260)는 대부분 평면이어서, 상기 밸브를 구동하도록 인가된 힘으로 밸브 시트에 대향하여 압력 조절기 어셈블리(100)의 상부 또는 저부에 수직인 힘 성분을 갖는다. 이러한 상대적 위치는 밸브 배치의 설계를 간단하게 할 수 있다. 왜냐면, 예를 들어 유체 입구 포트(140)를 통하는 돌출부가 전혀 필요하지 않기 때문이다.
작은 크기로 포핏과 이에 대응하는 밸브 시트를 제조하는 것은 비용이 많이 들고 어렵다. 본 발명에 있어서, 포핏과 대응하는 밸브 시트의 사용을 회피함으로써 더 소형의 압력 조절기 밸브를 제조함에 있어서 밸브 구성의 여러 층들의 상대적 위치들 간에 정확도 요구가 더 낮게 될 수 있다. 또한, 포핏과 대응하는 밸브 시트를 회피함으로써, 압력 조절기의 구현예들이 매우 박형으로 제조될 수 있다.
도 1에 도시한 압력 조절기 어셈블리(100)의 이점은 이 어셈블리의 다양한 요소들에 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 설령 있다 해도 최소한의 물질 친화성을 요한다. 예를 들면, 챔버(180, 190, 200)는 챔버 상부의 바람직한 강성에 챔버벽의 바람직한 가요성을 제공함으로써 챔버가 이동가능하게 할 수 있도록 형성될 수 있는 모든 물질로 제조될 수 있다. 이리하여, 챔버는 다양한 두께로 형성될 수 있는 폴리에스테르(polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate), 나일론(nylon), 폴리올레핀(polyolefin) 또는 공업용 플라스틱이나 금속 등의 다양한 물질들로 될 수 있다. 일부 구현예에서는 각 챔버에 대해 챔버 상부와 챔버벽은 모두 동일한 물질로 제조되지는 않으나, 반면 다른 구현예에서는 챔버 상부와 챔버벽은 동일한 물질을 포함한다. 일부 구현예에서, 한 챔버의 상부나 벽은 다른 챔버의 상부나 벽과 다른 물질로 제조될 수 있으나, 반면 다른 구현예에서는 한 챔버의 상부나 벽은 다른 챔버의 상부나 벽과 동일한 물질을 포함한다.
만일 단일의 물질이 바람직한 강도와 가요성의 조합을 갖도록 형성될 수 없는 경우, 하나 이상의 챔버가 하나 이상의 물질을 포함하는 복합체 구조로 형성될 수 있다. 도 4는 두 다른 물질을 포함하는 복합체 챔버의 분해조립도를 도시한다. 도 4에 도시한 복합체 챔버는 제2 챔버(190)를 형성하여 제1 챔버(180)를 완전히 둘러쌀 수 있다. 본 실시예에서, 챔버구조는 제1 물질(250)을 사용하는 가요성 측벽과, 유체 기부(fluidic base)에 결합될 때 전반적인 기체 또는 유체 밀봉구조를 포함하도록 설계된다. 챔버 측벽의 상부면에 부착되는 것은 강성 강화 부재(330)로서, 이의 기능은 챔버의 상부면에 강성을 제공하고 챔버의 바람직한 기능을 가능하게 한다. 유사한 복합체 구조가 압력 조절기 어셈블리 내의 다른 챔버들에 사용될 수 있다. 가요성 챔버를 강화시키는데 적합한 물질은 플라스틱, 금속, 세라믹, 또는 나무보드나 섬유보드와 같은 유기 물질을 포함할 수 있다.
여러 실시예에 있어서, 압력 조절기 어셈블리(100)가 바람직하게 기능하도록 챔버 각각은 부분적으로는 챔버벽 구조의 주변부들을 유체 기부(110)에 본딩함으로써 형성된다. 본딩은 접착제, 용착, 초음파 용접, 레이저 용접, 확산 접합, 또는 챔버벽 물질을 유체 기체 물질에 결합가능한 기타 모든 본딩 방법을 포함하는 모든 적합한 수단으로 될 수 있다. 결과적으로 본딩은 내부 유체 압력으로 인한 힘을 견디는데 충분한 강도와, 압력 조절기 어셈블리(100)의 존속 기간 동작에 걸쳐 내구력을 갖는데 충분한 인성을 가져야 하고, 압력 조절기 어셈블리(100)로부터의 유체 누설을 방지하거나 억제하도록 밀봉을 형성해야 한다.
본 압력 조절기 어셈블리(100)에 사용되는 힘 활성 밸브 요소(260)는 다양한 형태로 될 수 있다. 전술하였듯이, 용수철 상수와 기준 압력에 덧붙여 압력 조절기 어셈블리(100)의 예상 성능을 산출하는데 있어서(예를 들면, 주어진 입력 압력과 유속에서 입력 압력 및 출력 압력의 차이는 얼마가 될 것인가), 압력 조절기 어셈블리(100)에서 입력 압력에 대한 출력 압력의 비율을 결정하는 것은 제1 챔버 상부(210)와 제2 챔버 상부(220)의 용적비율일 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서는 밸브(260)의 밀봉 주변부로 둘러싸인 제1 챔버 상부(210)에 대한 제2 챔버 상부(220)의 비율이나, 또는 밸브(260)의 밀봉 주변부에 의해 둘러싸인 영역을 포함하지 않는 제1 챔버 상부(210)에 대한 제2 챔버 상부(220)의 비율은 어떠한 비율에서도 이중 어느 하나가 또는 이 둘 다 밸브의 형태에 따라, 그리고 본 장치의 다른 요소들의 형태에 따라 압력 조절기 어셈블리(100)의 예상 성능을 산출하는데 사용될 수 있다.
입력 포트(140)에 대한 밀봉 또는 이 부근의 밀봉을 형성하는 모든 방법은 압력가스켓이나 O링 또는 기타 힘 활성 밸브 요소들을 이용하여 사용될 수 있다. 상기 밸브 요소(260)에 사용되는 물질은 여러 실시예에 있어서 입력 유체에 의해 유발된 환경에 견딜 수 있어야 한다(예를 들면, 밸브 물질은 입력 유체의 압력, 온도 및 기타 화학적 특성을 수용할 수 있어야 하고 적절한 밀봉을 유지하여야 한다).
일부 실시예에서, 본 압력 조절기 어셈블리(100)에 사용되는 스프링이나 기타 힘 구속 요소들은 제2 챔버(190)의 상부면(220)에 구속력을 제공할 수 있다. 하나 이상의 스프링이나 힘 구속 요소들(270)에 대한 용수철 상수를 조정함으로써, 제2 챔버 상부(220)로 하여금 제1 챔버 상부(210)로 이동하게 하는데 필요한 출력 압력이 조정될 수 있다. 부합하는 구속력을 제공하는 다른 방법 또한 제2 챔버(190)가 변위할 때 이의 일관된 동작을 지지하도록 상기 구속력이 제2 챔버 상부(220)에 걸쳐 대략 균일하게 분포하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 소형 코일스프링, 압축성 폼(foam), 탄성 삽입재 등을 포함하는 복수의 불연속 스프링 또는 힘 구속 부재(170)가 사용될 수 있다. 특히 압력 조절기가 방사대칭을 갖는 구현예에 대해서는 단일의 스프링 와셔가 또한 사용될 수 있다. 상기 스프링 와셔는 바람직한 스프링 특성을 제공하도록 내포된 특성을 갖는 전반적인 강성 물질로 제조될 수 있다. 벨빌(Belleville) 와셔가 더 사용될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 한 챔버의 적어도 일부의 벽이 제2 챔버(190)의 상부면(200)에 힘 구속 효과를 제공하는 물질로 제조될 수 있다. 일 예로서, 제2 챔버의 적어도 일부 벽이 힘 구속 효과를 제공하는 물질로 제조된다.
일부 예에서, 스프링이나 기타 힘 구속 요소(270)가 생략될 수 있다. 이러한 구현예에서는 제1 챔버(180)의 상부면(210)의 여러 부분 상의 입력 압력과 제1 챔버(180) 내의 압력의 힘과, 제2 챔버(190)의 상부면(220) 상의 출력 피드백 압력의 힘의 상호작용과 합동하여 기준 압력으로부터의 힘은 본 장치의 성능을 결정한다.
도 1의 압력 조절기 어셈블리(100)는 원형, 부정형, 정사각형, 다각형 등을 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다. 챔버의 전반적인 원형상은 방사대칭이어서 조립 도중 배향 실행계획을 필요로 하지 않는 부품 생산을 가능하게 하므로 편리하다. 그러나, 일부 실시예에서는 핵심적인 구조나 비원형상을 부여하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 챔버의 형상을 부가적인 기능성을 이루도록 수정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 챔버의 형상은 챔버벽이 챔버 내에서 부품들의 동작을 배치하거나 제한하게 기능하도록 수정될 수 있다.
도 5는 압력 조절기 어셈블리에 사용되는 제1 챔버(180)의 개략단면도를 도시한다. 본 실시예에서, 도 3의 실시예와 같이, 제1 챔버 상부(210)는 평탄하지 않으나 O링 힘 활성 밸브 요소(260)를 유치하도록 구성된 소정 형상의 영역(310)을 포함하도록 수정된다. 도 5에 도시된 실시예는 O링 힘 활성 밸브 요소(260)의 유치를 위한 것이지만, 챔버벽이나 챔버 상부로의 기타 수정이 가능하며 다른 밀봉형성방법이 사용된다면 바람직할 수 있다. 상기 밸브 요소의 유치 구조는 유동이 가능하게 될 때 밀봉을 매니폴드 표면으로부터 떨어지게 지지하도록 설계될 수 있고, 또한 챔버벽이 과도하게 변위될 때 O링 힘 활성 밸브 요소(260)의 과도한 압축을 방지하는 "하드 스톱(hard stop)"을 제공하도록 설계될 수 있다.
부품들을 유치하도록 챔버 케이스를 수정하는 것에 부가하여, 챔버구조가 부가 기능을 제공하도록 기능성을 향상시킬 수도 있다. 압력 조절기 어셈블리 설계는 제1 챔버와 부가의 스프링 또는 힘 구속 요소를 완전히 수용하는 제2 챔버와 함께 3개의 동심원 챔버를 포함할 수 있다. 상기 스프링 또는 힘 구속 요소가 제2 챔버 내에 장착되는 불연속요소로서 형성될 수 있지만, 이는 또한 전술한 바와 같이 제1 챔버 또는 제2 챔버의 벽 일부로서도 형성될 수 있다.
도 6은 전체 압력 조절기가 방사대칭이라고 가정하고 이러한 구조를 갖는 실시예위 개략단면도를 개시한다. 방사대칭은 필요로 되지는 않으나 실증용도로서는 편리하다. 본 실시예에서, 부품들은 제1 챔버 및 제2 챔버 내에만 수용될 수 있다. 집적챔버 부품(320)은 벨빌 와셔 구조(270)를 포함하도록 하는 방법으로 단일의 물질 단편으로 제조될 수 있으며, 이는 상부로부터, 밀봉 요소 유치 구조(310)로부터, 그리고 제1 챔버(240)로부터 압력을 받을 때 스프링으로서 기능할 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 챔버는 영역(340)에서 유체 매니폴드 기부에 본딩될 수 있고, 이는 밀봉 요소 주위에 환상부를 형성하여 입구 포트 및 출구 포트를 수용할 수 있다. 임의의 본딩 영역(340)으로 인해, 제1 챔버벽(240)의 동작은 스프링 요소(270)의 동작으로부터 독립적일 수 있다. 일부 구현예에서는 임의의 본딩 영역(340)이 존재한다. 다른 구현예에서는 임의의 본딩 영역(340)은 존재하지 않는다.
본 압력 조절기 어셈블리는 액체 및 기체를 포함한 유체의 압력을 조절할 수 있게 된다. 밀봉 요소 물질 선택에 의해 누설 유동을 갖지 않는 가스 밀폐를 제공할 수 있다- 예를 들어, 본 압력 조절기는 출력 압력을 낮거나 없는 수준의 상태로 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절되는 유체는 여기 정의된 모든 유체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 압력 조절기는 의료용으로 사용될 수 있다. 휴대형 발전용에서 본 압력 조절기는 압력을 조절하고 연료 전구체(화학적 수소화물이나, 물, 알콜 등을 포함하는 수소발생용 반응물들 등)의 유동을 조절하는데 사용될 수 있다.
본 압력 조절기 어셈블리는 중첩된 챔버들로 구성되므로, 밀봉 요소와 입구 압력 및 출구 압력의 상태와 관계없이 외부 힘을 인가함으로써 밸브 구조를 활성화할 수 있다. 만일 충분히 큰 힘이 예를 들어 외부의 소스로부터 제3 챔버로 인가되면, 제3 챔버는 변위될 수 있고 종국에는 제2 챔버 상부를 가압하게 되고, 차례로 제1 챔버 상부를 가압하게 된다. 이러한 힘 인가 효과는 밀봉 요소를 옮겨 입구로부터 출구로의 유로를 폐쇄시킬 수 있다. 따라서, 본 압력 조절기 어셈블리는 집적된 차단 밸브를 제공할 수 있게 된다.
도 7은 도 6에 도시한 구현예와 유사한 것으로 적어도 하나의 구현예와 일치하도록 구성된 방사대칭 압력 조절기 어셈블리(100)의 개략단면도를 도시한다. 도 7은 본 압력 조절기 어셈블리(100)의 입력 및 출력을 묘사하는 도관 및 포트를 나타낸다. 상세하게는, 유체 매니폴드(110)는 유체 입력 포트(140)를 수용할 수 있고, 유체 출력 도관(130)은 유체 출력 포트(150)와 출력 유체 피드백 포트(160)에 연결된다. 이들 도관 및 포트는 유체 분배 매니폴드(110) 내로 구축될 수 있으며, 이는 완성된 압력 조절기 어셈블리(100)의 부분으로서 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있다.
압력 조절기 어셈블리(100)는 유체 분배 매니폴드(110)의 표면상에 배치된 제1 챔버(180)와 제2 챔버(190) 및 제3 챔버(200)를 포함할 수 있다. 제1 챔버(180)의 주변부는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 본딩될 수 있고 유체 입구 포트(140)와 유체 출구 포트(150)을 둘러쌀 수 있다. 상기 본딩은 제1 챔버(180)의 주변부 주위에 유체 밀봉을 형성할 수 있다.
제2 챔버(190)는 제1 챔버(180) 상에 중첩되며 제1 챔버(180)를 완전히 둘러쌀 수 있다. 제2 챔버(190)의 주변부는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 본딩되어 유체 밀폐를 형성할 수 있다. 제2 챔버(190)는 강성 상부표면(220)과 가요성 챔버벽(250)을 포함할 수 있다. 집적된 챔버 부품(320)은 벨빌(Belleville) 와셔 구조(270)를 포함하도록 하는 방법으로 단일의 물질 단편으로부터 형성될 수 있고, 이는 상부로부터 그리고 밀봉 요소 유치 구조(310)로부터 그리고 제1 챔버벽(240)으로부터 가압될 때 스프링으로서 기능할 수 있다. 제2 챔버(190)는 기준 압력 포트(170)를 더 둘러쌀 수 있다. 기준 압력 포트(170)는 입구 압력도 아니고 출구 압력도 아닌 기준 압력으로의 연결부를 제공한다. 일부 실시예에서, 기준 압력 포트(170)는 대기압으로 개방된다.
제3 챔버(200)는 제2 챔버(190)를 완전히 둘러싸고 그 주변부는 유체 분배 매니폴드(110)의 상부면에 본딩됨으로써 유체 밀폐를 형성할 수 있다. 제3 챔버(200)는 또한 출력 유체 피드백 포트(160)를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 챔버벽(230)은 원하지 않는 힘 전달을 억제하기 위해 실질적인 강성을 갖도록 구성될 수 있다.
도 7에 있어서, 변수 D(710)는 제2 챔버(190)의 상부(220) 직경을 나타낸다. 변수 Doring(720)은 밸브(260)의 밀봉된 주변부의 직경을 나타낸다. 변수 Pin(730)은 입력 압력을 나타내고, 변수 Pout(740)은 출력 압력을 나타낸다. 변수 Pref(750)는 기준 압력을 나타낸다.
도 7에 도시한 바와 같은 구현예에서, 제2 챔버(190)의 상부(220)에 인가된 힘과, 구속요소 및, 밸브(260)의 밀봉 주변부로 둘러싸인 제1 챔버(180)의 상부(210) 영역 상에 가해지는 힘 둘 다에 의해 인가된 힘 간의 차이에 의해 결정된다고 가정하면, 여러 부품과 입구 압력 및 출구 압력 간의 관계를 계산하는 방법의 일 예는 다음과 같다.
여기서, Pinmin = 최소 입구 압력, Pinmax = 최대 입구 압력, Poutmin = 최소 허용 출구 압력, Poutmax = 최대 출구 허용 압력이고, 다음 식은 힘 관계를 설명한다:
Figure 112012083594107-pct00001
따라서, 출력 압력이 Poutmin이면, Pinmin만큼 낮은 입력 압력에서 밸브가 계속 개방될 수 있을 만큼 상기 피드백 압력에 의해 제2 챔버의 상부에 인가된 힘이 충분히 낮기 위해서는, D는 다음을 만족하는 크기여야 한다:
Figure 112012083594107-pct00002
유사하게, 출력 압력이 Poutmax이면, Pinmax만큼 높은 입력 압력에서 밸브가 계속 폐쇄될 수 있을 만큼 상기 피드백 압력에 의해 제2 챔버의 상부에 인가된 힘이 충분히 높기 위해서는, D는 다음을 만족하는 크기여야 한다:
Figure 112012083594107-pct00003
본 압력 조절기 어셈블리는 다양한 크기로 제조될 수 있다. 예를 들어, 적절한 크기는 도 7에 도시한 바와 같은 D를 포함하며, 이는 대략 0.01 mm, 0.1 mm, 1 mm, 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 20 mm, 50 mm, 100 mm, 또는 200 mm와 같다.
실시예 1
압력 조절기의 일 구현예가 폴리머 마이크로 유체 기부에 접착본딩되는 폴리머 부품들로 제조될 수 있다. 소형 O링이 밀봉 요소로서 사용될 수 있고 약 300 psi 이하의 압력에서 기체 밀폐를 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 챔버는 약 2.5 mm의 직경을 가질 수 있고, 제2 챔버는 약 14 mm의 직경을 가질 수 있으며, 제3 챔버는 약 18 mm의 직경을 가질 수 있어서, 전체 압력 조절기 어셈블리의 형상은 직경이 약 18 mm인 대략 원형상이다. 제3 챔버는 높이가 ＜2 mm일 수 있고, 이 챔버 내에는 다른 두 챔버가 수용된다. 세 챔버 모두 폴리에스테르, 폴리에스테르 글리콜, 폴리카보네이트 또는 아크릴로 제조될 수 있고 부품들은 용착을 사용하여 상기 유체 기부에 본딩된다.
이러한 압력 조절기를 제조하는데 사용되는 부품들의 분해사시도가 도 8에 도시된다. 본 실시예는 조절기 입력 포트(140) 및 출력 포트(150)를 갖는 유체 기부(110)를 도시한다. 또한, 대기압 기준 포트(170)를 도시한다. 본 조절기가 작동 중일 때, O링 밀봉 요소(260)는 입력 포트(140) 주위를 밀봉할 수 있다. 밀봉 요소(260)와 입력 포트(140) 및 출력 포트(150)를 둘러싸는 것은 도 6에 도시하듯이 복합체 요소(320)로 될 수 있고, 이는 제1 챔버(180)와, 제1 챔버 상부에 매립된 밀봉 요소 유치 구조(310)와, 벨빌(Belleville) 와셔 스프링 어셈블리(270)를 포함한다(도 8에서는 상세하게 도시하지는 않음). 도 4에 도시하듯이 제2 챔버의 상부에 강성을 부여하기 위해 도 8에 도시하듯이 구성요소의 상부에 강화 부재(330)을 부가할 수 있다. 다음으로는, 중첩된 부품(820)이 강화 부재(330) 상에 배치될 수 있고 또한 기준 압력 포트(170)를 둘러쌀 수 있고 제2 챔버(190)를 형성한다. 중첩된 부품(830)이 제2 챔버(190) 상에 배치되고 또한 압력 피드백 포트(160)를 둘러싸고 제3 챔버(200)를 형성한다.
도 3~8에 도시하는 압력 조절기 어셈블리들은 중첩된 부품들을 평탄형 매니폴드 상에서 조립될 수 있다. 이리하여, 상기 압력 조절기들은 픽앤플레이스(pick and place) 로봇공학을 사용하는 제조나, 또는 형성된 부품들의 대형 시트 어셈블리(이후 조립된 압력 조절기들을 본딩 시트들로부터 분리한다)를 통한 제조에 적합할 수 있다. 관통 삽입하거나 그렇지 않으면 챔버들 간의 경계를 가로지르는 부품들이 전혀 필요로 되지 않는다(예를 들어, 힘 활성 밸브 요소는 제1 챔버 외부로 연장되지 않는다). 부가하여, 각 챔버는 유체 기부와 직접 유체 연통만을 한다. 도 3~8의 압력 조절기 어셈블리들에 대한 관용도 관련은 조립 공정 도중의 배치보다는 압력 조절기의 부품들에 한정된다. 그 결과, 낮은 제조 경비가 달성될 수 있다.
부가적 구현예
본 발명은 다음과 같은 구현예들을 제공한다:
구현예 1은 힘 활성 밸브 요소와, 유체 입력 포트 및 유체 출력 포트를 둘러싸도록 구성된 제1 챔버와; 상기 제1 챔버를 둘러싸도록 구성되고 기준 압력 포트와 연통하는 제2 챔버와; 상기 제2 챔버 및 피드백 입력 포트를 둘러싸도록 구성된 제3 챔버를 포함하고, 상기 힘 활성 밸브 요소는 상기 제1 챔버 외부로 연장되지 않는 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 2는 상기 제3 챔버 내의 압력은 임계 압력을 초과하면 상기 제2 챔버상에 가해지는 힘을 유발하여, 상기 제2 챔버의 변위를 야기하고 이는 차례로 제1 챔버로 하여금 변위하도록 하는 구현예 1의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 3은 상기 제1 챔버의 변위와 폐쇄 상태를 향하거나 또는 폐쇄 상태로부터 멀어지는 상기 힘 활성 밸브 요소의 이동은 정비례하는 구현예 1 또는 2의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 4는 상기 제1 챔버의 충분한 변위가 상기 유체 입력 포트로부터 상기 유체 출력 포트로의 유체 유동을 저해하기 위해 상기 힘 활성 밸브 요소를 폐쇄하도록 구성되는 구현예 1~3 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 5는 상기 제1 챔버의 충분한 변위는 문턱 변위를 초과하는 변위를 포함하는 구현예4의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 6은 상기 유체 입력 포트 및 유체 출력 포트는 동일 평면상에 있는 구현예 1~5 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 7은 상기 유체 입력 포트, 유체 출력 포트, 기준 압력 포트 및 피드백 입력 포트는 동일 평면상에 있는 구현예 1~6 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 8은 상기 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버 중 어느 하나의 챔버에 상주하는 기계적 요소가 어떠한 다른 챔버로도 넘어가지(cross into) 않는 구현예 1~7 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 9는 상기 피드백 입력 포트를 통한 유체 유동으로부터 형성된 충분한 압력은 차례로 상기 힘 활성 밸브 요소로 하여금 개방위치로부터 폐쇄 위치를 향해 이동하도록 하는 구현예 1~8 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 10은 복수 포트 유체 매니폴드에 본딩되는 구현예 1~9 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 11은 임의의 두 챔버 간의 유체 유동은 상기 유체 매니폴드 내의 통로를 통해 행해지는 구현예 10의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 12는 상기 제1 챔버와 제2 챔버 및 제3 챔버는, 상기 제1 챔버의 상부에 수직하고 상기 제1 챔버의 상부를 향하는 힘 벡터를 포함하는 인가된 외부 힘이 상기 힘 활성 밸브 요소로 하여금 폐쇄 위치를 향해 이동하게 하도록 구성되는 구현예 1~11 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 13은 힘 구속 요소를 더 포함하고, 상기 힘 구속 요소는 상기 제2 챔버의 변위에 대항하는 힘을 인가하는 구현예 1~12 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 14는 상기 힘 구속 요소는 금속 코일 스프링, 벨빌 와셔, 압축성 폼, 탄성 폼 또는 탄성중합체 삽입재를 포함하는 구현예 13의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 15는 상기 제2 챔버는 적어도 하나의 힘 구속 요소를 둘러싸도록 구성되는 구현예 13 또는 14의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 16은 상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부가 상기 힘 구속 요소를 포함하는 구현예 13~15 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 17은 복합체 요소를 더 포함하고, 상기 복합체 요소는 상기 제1 챔버와 상기 힘 구속 요소를 포함하는 구현예 13~16 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 18은 상기 힘 구속 요소를 포함하는 복합체 요소의 측면은 벨빌 와셔를 포함하는 구현예 17의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 19는 상기 복합체 요소는 상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부를 더 포함하는 구현예 17 또는 18의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 20은 상기 제1 챔버, 제2 챔버, 제3 챔버 및 힘 활성 밸브 요소 중의 적어도 하나는 폴리에스테르(polyester), 폴리에스테르 글리콜(polyester glycol), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리올레핀(polyolefin), 나일론(nylon), 아크릴(acrylic), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride) 또는 금속을 포함하는 구현예 1~19 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 21은 적어도 구현예 1~20 중의 어느 하나에 의한 제1 압력 조절기 어셈블리 및 제2 압력 조절기 어셈블리를 포함하고, 상기 제1 압력 조절기 어셈블리 및 제2 압력 조절기 어셈블리가 출력 압력에 대한 입력 압력의 영향을 감소시키도록 직렬로 배열된 시스템을 제공한다.
구현예 22는 구현예 1~21 중의 어느 하나에 의한 압력 조절기를 포함하는 연료 전지용 연료공급장치를 제공한다.
구현예 23은 평판형 유체 매니폴드를 형성하거나 제공하는 단계와; 상이한 크기들을 갖는 복수의 챔버들을 형성하는 단계와; 상기 평판형 매니폴드의 표면상에 중첩하는 식으로 복수의 챔버들을 적층하는 단계와; 상기 챔버들의 일부분을 상기 평판형 유체 매니폴드의 표면에 본딩하여 구현예 1~22 중의 어느 하나에 의한 압력 조절기 어셈블리를 준비하는 단계를 포함하는 압력 조절기 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.
구현예 24는 유체 입력 포트, 유체 출력 포트, 기준 압력 포트 및 피드백 입력 포트를 갖는 평판형 유체 매니폴드를 형성하거나 제공하는 단계와; 제1 챔버와 제2 챔버 및 제3 챔버를 형성하는 단계와; 상기 제1 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 배치하되 상기 제1 챔버가 힘 활성 밸브 요소와 상기 유체 입력 포트 및 상기 유체 출력 포트를 둘러싸도록 하는 단계와; 상기 제2 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 적층하되 상기 제2 챔버가 상기 제1 챔버를 둘러싸고 상기 기준 압력 포트와 연통하도록 하는 단계와; 상기 제3 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 적층하되 상기 제3 챔버가 상기 제2 챔버와 피드백 입력 포트를 둘러싸도록 하는 단계와; 상기 챔버들의 일부를 상기 평판형 유체 매니폴드의 표면에 본딩하는 단계를 포함하는 압력 조절기 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.
구현예 25는 상기 제1 챔버의 물질 특성은 상기 제2 챔버 또는 제3 챔버의 물질 특성과 상이한 구현예 23 또는 24의 압력 조절기 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.
구현예 26은 상기 복수의 챔버들을 형성하는 단계는 적어도 부분적으로 열성형 공정을 포함하는 구현예 23 내지 25 중 어느 하나의 압력 조절기 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.
구현예 27은 힘 활성 밸브 요소와, 유체 입력 포트 및 유체 출력 포트를 둘러싸도록 구성된 제1 챔버와; 상기 제1 챔버를 둘러싸도록 구성되고 기준 압력 포트와 연통하는 제2 챔버와; 상기 제2 챔버 및 피드백 입력 포트를 둘러싸도록 구성된 제3 챔버와; 상기 제2 챔버의 변위에 대항하는 힘을 인가하는 힘 구속 요소와; 상기 제1 챔버 및 힘 구속 요소를 포함하는 복합체 요소를 포함하고, 상기 제3 챔버 내의 압력은 임계 압력을 초과하면 상기 제2 챔버상에 가해지는 힘을 유발함으로써 상기 제2 챔버의 변위를 야기하고 차례로 제1 챔버로 하여금 변위하게 하며, 상기 제1 챔버의 충분한 변위는 상기 유체 입력 포트로부터 상기 유체 출력 포트로의 유체 유동을 저해하기 위해 상기 힘 활성 밸브 요소를 폐쇄하도록 구성되며, 상기 피드백 입력 포트를 통한 유체 유동으로부터 형성된 충분한 압력은 차례로 상기 힘 활성 밸브 요소로 하여금 개방위치로부터 폐쇄 위치를 향해 이동하도록 하며, 상기 복합체 요소는 상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부를 더 포함하는 압력 조절기 어셈블리를 제공한다.
구현예 28은 구현예 1~17 중의 어느 하나 또는 구현예 1~17의 어느 조합에 의한 압력 조절기 어셈블리 또는 방법이 상술한 모든 요소나 선택이 사용가능하거나 또는 선택가능하도록 임의로 구성된 압력 조절기 어셈블리 또는 방법을 제공한다.
기타
전술한 발명의 상세한 설명은 그 일부로서 첨부하는 도면을 참조로 한다. 본 도면들은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 구현예들을 도시한다. 이들 구현예는 도시되거나 기술된 요소들에 부가하여 압력 릴리프 장치나 열적 릴리프 장치의 어느 하나 또는 둘 다와 같은 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 또한 도시되거나 기술된 요소들만을 제공하는 예들을 고려한다. 또한, 본 발명은 도시되거나 기술된 요소들(또는 이들의 하나 이상의 관점)의 모든 조합이나 치환을 여기 기술한 특정 실시예(또는 이들의 하나 이상의 관점)에 대하여 또는 다른 예(또는 이들의 하나 이상의 관점)에 대하여 사용하는 예들을 고려한다.
본 명세서에서 인용된 모든 공보, 특허 및 특허문서는 그 전부 참조로 된다. 본 명세서와 이들 문서 간에 불일치하는 사용이 있는 경우에는 해소할 수 없는 불일치에 대해서 이들 참조문헌에서의 사용은 본 명세서에의 보충적인 것으로 고려되어야 한다.
본 명세서에서, 용어 "하나(a 또는 an)"은 특허문서들에 일반적인 것처럼 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 사용이나 기타 경우와 관계없이 하나 이상을 포함하는데 사용된다. 본 명세서에서, 용어 "또는(or)"은 비배타적인 것을 가리키거나, 또는 "A 또는 B"가 달리 기술되지 않는 한 "B가 아닌 A", "A가 아닌 B" 및 "A 및 B"를 포함하는 것과 같이 된다. 본 명세서에서, 용어 "상부(top)", "저부(bottom)", "내부로(inward)", "외부로(outward)" 등등은 이해 및 참조를 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니다.
특허청구범위에 있어서, 용어 "포함하는(including, comprising)"은 오픈엔드(open-ended)이다. 즉, 특허청구항의 이러한 용어 이후에 열거된 요소에 부가한 요소들을 포함하는 장치, 물건 또는 공정은 여전히 상기 특허청구항의 범위 내에 드는 것으로 간주된다. 또한, 본 특허청구범위에서, 용어 "제1 (first)", "제2 (second)" 및 "제3 (third)" 등은 단지 라벨로서만 사용되는 것이고 해당 대상물에 부가된 수치조건은 아니다.
전술한 것들은 한정하기 위한 것이 아니라 설명을 위한 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예들(또는 이의 하나 이상의 관점)은 상호 조합하여 사용될 수 있다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자가 전술한 것들을 검토하여 다른 구현예들을 사용할 수 있다. 요약서는 기술개시 특징을 독자로 하여금 빠르게 이해할 수 있도록 제공된 것이다. 이는 본 특허청구범위의 범위나 의미를 해석 또는 한정하는데 사용되어서는 안 된다.
다음의 특허청구항들은 각 자신이 별개의 구현예로서 여기서 발명의 상세한 설명에 포함된다. 본 발명의 범위는 이들 특허청구항에 부여되는 전 범위의 등가물들과 함께 다음 특허청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (27)

  1. 압력 조절기 어셈블리에 있어서,
    힘활성(force-activated) 밸브 요소를 둘러싸도록 구성되고, 상부면, 가요성 챔버벽, 유체 입력 포트 및 유체 출력 포트를 구비하는 제1 챔버;
    상기 제1 챔버의 상부면 및 가요성 챔버벽을 둘러싸도록 구성되고, 기준 압력 포트와 연통하는 제2 챔버;
    상기 제2 챔버를 둘러싸고, 상기 유체 출력 포트와 연통되는 피드백 입력 포트와 연통하는 제3 챔버
    를 포함하고,
    상기 힘활성 밸브 요소는 본체와 상기 본체에 형성된 구멍을 구비하고, 상기 본체는 상기 상부면 및 상기 유체 입력 포트 사이에서 상기 구멍이 상기 유체 입력 포트에 대응되도록 배치되며,
    상기 힘활성 밸브 요소는 상기 제1 챔버 외부로 연장되지 않는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 챔버 내의 압력은, 임계 압력을 초과하는 경우, 상기 제2 챔버상에 가해지는 힘을 유발하여, 상기 제2 챔버의 변위(deflection)를 야기하고, 차례로 제1 챔버로 하여금 변위하도록 하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 변위와, 폐쇄 상태를 향하거나 또는 폐쇄 상태로부터 멀어지는 상기 힘활성 밸브 요소의 이동은 정비례하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 상부면의 변위는, 상기 힘활성 밸브 요소를 상기 상부면과 상기 유체 입력 포트 사이에서 압축함으로써 상기 유체 입력 포트로부터 상기 유체 출력 포트로의 유체 유동을 저해하기 위해 상기 힘활성 밸브 요소를 폐쇄하도록 구성되는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 충분한 변위는 임계 변위를 초과하는 변위를 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체 입력 포트 및 상기 유체 출력 포트는 동일 평면상에 있는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체 입력 포트, 상기 유체 출력 포트, 상기 기준 압력 포트 및 상기 피드백 입력 포트는 동일 평면상에 있는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버 및 상기 제3 챔버 중 어느 한 챔버에 상주하는 기계적 요소는 어떠한 다른 챔버로도 넘어가지(cross into) 않는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 입력 포트를 통한 유체 유동으로부터 형성된 충분한 압력은, 차례로 상기 힘활성 밸브 요소로 하여금 개방 위치로부터 폐쇄 위치를 향해 이동하도록 하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    복수 포트 유체 매니폴드에 본딩되는, 압력 조절기 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    임의의 두 챔버들 간의 유체 유동은 상기 유체 매니폴드 내의 경로를 통해 행해지는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 상부에 수직하고 상기 제1 챔버의 상부를 향하는 힘 벡터를 포함하는 인가된 외부 힘이 상기 힘활성 밸브 요소로 하여금 폐쇄 위치를 향해 이동하게 하도록, 상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버 및 상기 제3 챔버가 구성되는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    힘구속(force-restraining) 요소를 더 포함하고, 상기 힘구속 요소는 상기 제2 챔버의 변위에 대항하여 힘을 가하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 힘구속 요소는, 금속 코일 스프링(metal coiled spring), 벨빌 와셔(Belleville washer), 압축성 폼(compressive foam), 탄성 폼(elastic foam) 또는 탄성중합체 삽입재(elastomeric insert)를 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 챔버는 적어도 하나의 힘구속 요소를 둘러싸도록 구성되는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부가 상기 힘구속 요소를 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  17. 제13항에 있어서,
    복합체 요소를 더 포함하고, 상기 복합체 요소는 상기 제1 챔버와 상기 힘구속 요소를 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 힘구속 요소를 포함하는 복합체 요소의 측면은 벨빌 와셔를 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복합체 요소는 상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부를 더 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버, 상기 제3 챔버 또는 상기 힘활성 밸브 요소 중 적어도 하나는, 폴리에스테르(polyester), 폴리에스테르 글리콜(polyester glycol), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리올레핀(polyolefin), 나일론(nylon), 아크릴(acrylic), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride) 또는 금속을 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
  21. 시스템에 있어서,
    적어도 제1항에 따른 제1 압력 조절기 어셈블리 및 제2 압력 조절기 어셈블리를 포함하고, 상기 제1 압력 조절기 어셈블리 및 상기 제2 압력 조절기 어셈블리는 출력 압력에 대한 입력 압력의 영향을 감소시키도록 직렬로 배열된 것인, 시스템.
  22. 제1항의 압력 조절기를 포함하는, 연료 전지용 연료 공급 시스템.
  23. 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,
    평판형 유체 매니폴드를 형성하거나 제공하는 단계;
    상이한 크기들을 갖는 복수의 챔버들을 형성하는 단계;
    상기 평판형 유체 매니폴드의 표면상에 포개지는(nested) 방식으로 상기 복수의 챔버들을 적층하는 단계; 및
    제1항에 따른 압력 조절기 어셈블리를 제공하기 위하여, 상기 챔버들의 일부분을 상기 평판형 유체 매니폴드의 표면에 본딩하는 단계
    를 포함하는, 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법.
  24. 제1항에 따른 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,
    유체 입력 포트, 유체 출력 포트, 기준 압력 포트 및 피드백 입력 포트를 갖는 평판형 유체 매니폴드를 형성하거나 제공하는 단계;
    제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 형성하거나 제공하는 단계;
    상기 제1 챔버가 힘활성 밸브 요소, 상기 유체 입력 포트 및 상기 유체 출력 포트를 둘러싸도록, 상기 제1 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 배치하는 단계;
    상기 제2 챔버가 상기 제1 챔버를 둘러싸고 상기 기준 압력 포트와 연통하도록, 상기 제2 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 적층하는 단계;
    상기 제3 챔버가 상기 제2 챔버 및 상기 피드백 입력 포트를 둘러싸도록, 상기 제3 챔버를 상기 평판형 유체 매니폴드 상에 적층하는 단계; 및
    상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버 및 상기 제3 챔버의 일부를 상기 평판형 유체 매니폴드의 표면에 본딩하는 단계
    를 포함하는, 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 물질 특성은 제2 챔버 또는 제3 챔버의 물질 특성과 상이한 것인, 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 챔버들을 형성하는 단계는 열성형 공정을 적어도 부분적으로 포함하는 것인, 압력 조절기 어셈블리를 제조하는 방법.
  27. 압력 조절기 어셈블리에 있어서,
    힘활성(force-activated) 밸브 요소를 둘러싸도록 구성되고, 상부면, 가요성 챔버벽, 유체 입력 포트 및 유체 출력 포트를 구비하는 제1 챔버;
    상기 제1 챔버의 상부면 및 가요성 챔버벽을 둘러싸도록 구성되고, 기준 압력 포트와 연통하는 제2 챔버;
    상기 제2 챔버를 둘러싸고, 상기 유체 출력 포트와 연통되는 피드백 입력 포트와 연통하는 제3 챔버;
    상기 제2 챔버의 변위에 대항하여 힘을 가하는 힘구속 요소; 및
    상기 제1 챔버 및 상기 힘구속 요소를 포함하는 복합체 요소
    를 포함하고,
    상기 힘활성 밸브 요소는 상기 제1 챔버 외부로 연장하지 않고,
    상기 제3 챔버 내의 압력은, 임계 압력을 초과하는 경우, 상기 제2 챔버상에 가해지는 힘을 유발하여, 상기 제2 챔버의 변위를 야기하고, 차례로 제1 챔버로 하여금 변위하게 하고,
    상기 제1 챔버의 변위는, 상기 힘활성 밸브 요소를 상기 상부면과 상기 유체 입력 포트 사이에서 압축함으로써 상기 유체 입력 포트로부터 상기 유체 출력 포트로의 유체 유동을 저해하기 위해 상기 힘활성 밸브 요소를 폐쇄하도록 구성되고,
    상기 피드백 입력 포트를 통한 유체 유동으로부터 형성된 충분한 압력은, 차례로 상기 힘활성 밸브 요소로 하여금 개방 위치로부터 폐쇄 위치를 향해 이동하도록 하며,
    상기 복합체 요소는 상기 제2 챔버의 벽들의 적어도 일부를 더 포함하고,
    상기 힘활성 밸브 요소는 본체와 상기 본체에 형성된 구멍을 구비하고, 상기 본체는 상기 상부면 및 상기 유체 입력 포트 사이에서 상기 구멍이 상기 유체 입력 포트에 대응되도록 배치되는 것인, 압력 조절기 어셈블리.
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