KR20060035744A

KR20060035744A - 3방향 밸브 조립체

Info

Publication number: KR20060035744A
Application number: KR1020067000687A
Authority: KR
Inventors: 제임스 씨. 린더; 토드 엠. 올쉬미드
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-04-26
Also published as: US20050074660A1; WO2005008114A2; WO2005008114A3; JP2007536698A; CA2531843A1; DE112004001274T5

Abstract

개선된 3방향 밸브는 대응하는 일련의 포트와 직접 연결하도록 정렬된 3개의 개방구와, 밸브 내의 유체의 유동을 조절하는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함한다. 개선된 연료 전지는 연료 전지를 통과하는 유체 유동을 조절하기에 적합한 적어도 하나의 개선된 3방향 밸브에 연결된 복수의 유동 채널을 포함한다. 일반적으로, 유동 채널은 일련의 포트를 포함하고, 3방향 밸브는 예를 들어 튜브 및/또는 호스와 같은 추가의 커넥터를 사용하지 않고 매니폴드를 형성하도록 일련의 포트와 직접 결합 및 결합 해제하도록 구성된다. 3방향 밸브가 일련의 포트와 직접 결합 및 결합 해제할 수 있기 때문에, 연료 전지 파이핑 시스템 내의 포텐셜 누설 지점들이 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 3방향 밸브는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 갖는 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버를 포함한다. 일반적으로, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버를 바이패스 챔버 또는 관통 챔버와 연결하는 통로 또는 포트에서 선택적으로 시일을 형성할 수 있다. 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버로부터 바이패스 챔버 및 관통 챔버로의 유체 유동을 조절할 수 있다.

연료 전지, 3방향 밸브 조립체, 유동 조절 방법. 솔레노이드 시스템

Description

3방향 밸브 조립체 {THREE WAY VALVE ASSEMBLY}

본 출원은 2003년 7월 11일에 출원된, 발명의 명칭이 "3방향 밸브 조립체"인 미국 가출원 제60/486,662호의 우선권을 주장하며, 상기 가출원은 본 명세서에 참조 문헌으로 참조된다.

일반적으로, 본 발명은 소정의 구조를 가진 3방향 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료 전지 매니폴드와 같은 대응 구조와 직접 결합할 수 있는 3방향 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연료 전지를 통과하는 유체의 흐름을 제어 및/또는 조절하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연료 전지는 수소, 메탄올 등과 같은 연료에 저장된 에너지를 연료의 연소 없이 전기로 전환할 수 있는 전자화학 장치이다. 연료 전지는 일반적으로 적절한 용기에 음극, 양극 및 분리기를 포함한다. 연료 전지는 각각의 전극에서 발생하는 화학적 반응을 사용하여 작동한다. 일반적으로, 전자는 하나의 전극에서 발생하고, 화학적 반응의 평형을 위해 외부 회로를 통해 다른 전극으로 흐른다. 이러한 전자의 흐름은 외부 회로의 유용한 작업을 구동시키는 데 사용될 수 있는 두 전극간의 과전압을 생성한다. 상용 실시예에서, 여러 가지 "연료 전지"는 큰 오버 포텐셜(over-potential)을 생성하도록 통상 직렬로 배열되거나 적층 배열 된다.

연료 전지는 일반적으로 양극, 음극 및 전해질을 갖는 배터리와 유사하다. 그러나, 연료 전지는 연료 전지 내의 연료가 전지 작동을 유지하기 위해 셀을 분해하지 않으면서도 대체될 수 있다는 점에서 배터리와 다르다. 또한, 연료 전지는 연료 전지를 전형적인 에너지원에 대한 우수한 대안으로 만드는 다른 전력원을 능가하는 여러 가지 이점을 갖는다. 특히, 연료 전지는 예를 들어, 수소 또는 메탄올과 같은 환경 친화적이고, 효과적이며, 편리한 연료원을 사용한다.

위에서 언급한 바와 같이, 연료 전지 내의 연료는 셀을 분해하지 않으면서 대체될 수 있다. 일반적으로, 연료 전지의 연료는, 예를 들어 수소 가스와 같은 유체이며, 공기(산소)와 같은 산화제가 캐소드에 인가될 때 애노드로 펌핑되거나 순환된다. 또한, 반응 산물은 일반적으로 시스템에서 제거된다. 반응 산물의 제거는 물론, 적절한 반응물을 애노드 및 캐소드에 인가하는 것은 특정 유체 유동 배출을 유도한다.

연료 전지는 수많은 상용 용도 및 산업에 사용될 가능성을 갖는다. 예를 들어, 연료 전지는 단일 가정의 에너지 소비를 충족시키기에 충분한 전력을 제공하도록 개발되었다. 또한, 연료 전지로부터 생성된 에너지로 달리는 원형(prototype) 자동차가 개발되었다. 또한, 연료 전지는 컴퓨터, 전화기, 비디오 프로젝션 장비 등과 같은 휴대용 전력 전자 장비에 사용될 수 있다. 연료 전지 사용 용도가 증가하면서, 전술한 문제점을 처리할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것이 요구된다.

제1 태양에서, 본 발명은 선택적으로 위치 설정 가능한 시일과 밸브 외부로의 개방구를 갖는 중심 챔버와, 중심 챔버를 바이패스 챔버에 연결하는 통로를 갖는 바이패스 챔버를 포함하는 3방향 밸브에 관한 것이며, 바이패스 챔버는 밸브 외부로의 개방구를 갖는다. 이러한 실시예에서, 3방향 밸브는 중심 챔버를 관통 챔버에 연결하는 통로를 갖는 관통 챔버를 더 포함하며, 관통 챔버는 밸브 외부로의 개방구를 갖고, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버로부터 바이패스 챔버 및 관통 챔버로의 유체 유동을 조절한다. 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버로부터의 각각의 개방구는 동일한 방향으로 대체로 정렬된다. 또한, 3방향 밸브는 연료 전지를 통과하는 유체의 유동을 조절하는 방법에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 방법은 3방향 밸브를 제공하는 단계와 밸브를 통과하는 유체 유동을 조절하기 위해 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 조절하는 단계를 포함한다.

제2 태양에서, 본 발명은 3개의 개방구를 갖는 밸브 몸체를 포함하는 연료 전지를 통과하는 액체 유동을 조절하기 위한 적어도 하나의 3방향 밸브, 캐소드, 애노드 및 전해질을 포함하는 연료 전지에 관한 것이다. 이러한 실시예에서, 연료 전지는 강성의 유동 네트워크(rigid flow network)를 추가로 포함하며, 3방향 밸브는 유동 네트워크와 직접 결합한다.

다른 태양에서, 본 발명은 캐소드, 애노드, 애노드와 캐소드에 접촉하는 전해질과, 중심 챔버, 바이패스 챔버, 관통 챔버, 중심 챔버를 바이패스 챔버에 연결하는 제1 통로, 중심 챔버를 관통 챔버에 연결하는 제2 통로를 갖는 밸브 몸체를 포함하는 적어도 하나의 3방향 밸브를 포함하는 연료 전지에 관한 것이며, 각각의 챔버는 밸브 몸체의 외부로의 개방구를 형성하는 보어와, 제1 통로 또는 제2 통로를 밀봉할 수 있는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함한다. 이러한 실시예에서, 연료 전지는 애노드 또는 캐소드로의 유체 유동 통로를 갖는 고정된 구조를 갖는 유동 네트워크를 더 포함하며, 3방향 밸브의 개방구는 각각 고정된 구조에 직접 결합한다.

다른 태양에서, 본 발명은 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 갖는 밸브 몸체를 포함하는 3방향 밸브에 관한 것이며, 각각의 챔버는 밸브 몸체 외부로의 개방구를 형성하는 보어, 제1 통로에 의해 연결된 제1 챔버와 제2 챔버, 제2 통로에 의해 연결된 제2 챔버와 제3챔버를 포함하며, 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 형성하는 개방구는 동일한 방향으로 대체로 정렬된다. 이러한 실시예에서, 3방향 밸브는 제1 통로 또는 제2 통로를 결합하도록 구성된 밀봉 요소를 갖는 제2 챔버 내에 위치된, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 추가로 포함하며, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 시일이 제1 통로와 접촉하여 제1 통로를 밀봉하는 제1 위치와, 시일이 제2 통로와 접촉하여 제2 통로를 밀봉하는 제2 위치를 갖고, 제어 유닛은 선택적으로 위치 설정 가능한 시일의 위치를 제어하도록 선택적으로 위치 설정 가능한 시일에 연결된다.

다른 태양에서, 본 발명은 연료 전지를 통과하는 유동의 흐름을 조절하는 방법에 관한 것이며, 연료 전지는 강성 유동 네트워크 및 강성 유동 네트워크에 연결된 3방향 밸브를 포함하고, 3방향 밸브는 중심 챔버, 바이패스 챔버를 중심 챔버에 연결하는 제1 통로를 갖는 바이패스 챔버 및 중심 챔버를 관통 챔버에 연결하는 제2 통로를 갖는 관통 챔버를 포함하는 밸브 몸체를 포함하며, 각각의 챔버는 밸브 몸체 외부로의 개방구를 형성하는 보어와 3방향 밸브를 통해 유체 유동을 조절할 수 있는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함한다. 이러한 실시예에서, 상기 방법은 연료 전지의 애노드로 습도 높은(humidified) 연료 공기 혼합물의 유동을 조절하도록 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

도1은 3방향 밸브의 실시예의 사시도이다.

도2는 중심 챔버에 위치된 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 도시하는 도1의 3방향 밸브의 저면도이다.

도3은 도1의 3방향 밸브의 측면도이다.

도4는 도2의 라인 A-A를 따라 취해진, 도2의 3방향 밸브의 단면도이다.

도5는 밸브 및 솔레노이드의 부품을 도시하는, 도1의 3방향 밸브의 전개 사시도이다.

도6은 유체 유동 네트워크에 직접 부착된 3방향 밸브를 도시하는 사시도이다.

도7은 도6의 유체 유동 네트워크의 평면도이다.

도8은 상부면 아래의 유동 통로를 도시하도록 취해진, 도6의 유체 유동 네트워크의 단면도이다.

도9는 연료 전지 스택으로의 유체 유동을 조절하는 3방향 밸브를 도시하는 개략도이다.

개선된 3방향 밸브는 대응하는 일련의 포트에 직접 연결되도록 정렬된 3개의 개방구와, 밸브 내의 유체의 유동을 조절 및/또는 유도하는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함한다. 개선된 연료 전지는 연료 전지를 통과하는 유체 유동을 조절하기에 적절한 적어도 하나의 개선된 3방향 밸브에 연결된 복수의 유동 채널을 포함한다. 일반적으로, 유동 채널은 일련의 포트를 포함하며, 3방향 밸브는 예를 들어 튜브 및/또는 호스와 같은 추가의 커넥터를 사용하지 않으면서 매니폴드를 형성하도록 일련의 포트로부터 직접 결합 및 결합 해제하도록 구성된다. 3방향 밸브가 일련의 포트로부터 직접 결합 및 결합 해제할 수 있기 때문에, 연료 전지 파이핑 시스템의 포텐셜 누설 지점들이 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 3방향 밸브는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 갖는 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버를 포함한다. 일반적으로는, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버를 바이패스 챔버와 또는 관통 챔버와 연결하는 통로에서 또는 포트에서 선택적으로 시일을 형성할 수 있다. 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버로부터 바이패스 챔버 및 관통 챔버로의 유체 유동을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은, 예를 들어 선택적으로 위치 설정 가능한 시일에 작동식으로 결합된 솔레노이드에 의해 작동될 수 있다.

본 명세서의 3방향 밸브는 일반적으로 튜브 및/또는 호스와 같은 어댑터를 필요로 하지 않으며 일련의 포트와 직접 연결할 수 있다. 일부 실시예에서, 3방향 밸브의 3개의 챔버 모두는 공통의 평면을 따르는 개방구와 정렬된다. 다른 실시예에서, 챔버는 다른 평면 내의 개방구와 정렬되지만, 이러한 실시예에서 3방향 밸브는 여전히 중심 챔버로부터 2개의 다른 챔버로의 모든 유동을 허용하는 적절한 일련의 포트와 직접 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 챔버들 중 하나의 챔버로의 유체 유동을 차단함으로써 3방향 밸브를 통과하는 유체의 유동을 조절한다. 특히, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 중심 챔버로부터 바이패스 챔버를 폐쇄하도록, 중심 챔버로부터 관통 챔버를 폐쇄하도록, 또는 양측 또는 둘 중 하나의 유동을 부분적으로 차단하면서 중심 챔버로부터 다른 2개의 챔버로의 유동을 허용하도록 위치 설정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 명세서에 설명된 개선된 밸브는 각각 챔버를 인접하는 챔버와 연결하는 통로 및 밸브의 외부로의 개방구를 갖는 3개의 정렬된 챔버를 포함한다. 챔버의 형상은 밸브를 통과하는 흐름의 특성에 영향을 끼친다. 챔버 내로의 개방구의 배향이 적절한 유동 채널에 연결된 포트를 갖는 밸브의 결합을 위해 제공된다. 일반적으로, 챔버는 동일한 방향으로 대체로 정렬되며, 밸브 외부로부터 각 챔버로의 개방구들은 동일한 방향으로 대체로 유사하게 정렬된다. 이러한 대략의 관계는 밸브의 개선된 부착을 위해 제공되고, 밸브의 개선된 태양을 유지하면서 몇몇 변경이 허용될 수 있다. 특히, 각각의 챔버 안으로의 3개의 개방구의 배향은 밸브의 부착 특징에 영향을 끼친다.

일부 실시예에서, 각각의 챔버 안으로의 개방구는 동일 평면에 존재한다. 다른 실시예에서, 개방구들 중 적어도 하나가 나머지 개방구들 중 하나보다 또는 두 개 모두보다 아래로 연장하도록 각각의 챔버 안으로의 개방구들이 평면이며 평행한 평면들을 따라 존재한다. 더 일반적으로, 개방구가 동일한 방향을 따라 대체로 배향되지만, 개방구들 중 하나에 대한 외향 법선(outward normal)은 다른 두 개의 개방구들 중 하나 이상에 대하여 각을 이룰 수 있다. 편의상, 각도는 중심 개방구를 따르는 평면의 외향 법선을 기준으로 할 수 있다. 두 개의 나머지 개방구의 평면의 외향 법선은 일반적으로 약 75°보다 작고, 다른 실시예에서는 약 50°보다 작고, 또 다른 실시예에서는 약 30°보다 작고, 또 다른 실시예에서는 약 5°에서 약 25°까지이다. 당업자는 이러한 명시된 범위 내에서 부가적인 각도 범위가 의도될 수 있으며 이는 본 기재 내용 내에 있는 것으로 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 개방구는 요철부(undulation)와 같이 평면이 아닐 수 있다. 비평면 실시예를 위해, 외향 법선은 임의의 요철부의 평균 등을 대략 관통하는 평면에 의해 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 챔버의 개방구에 대하여 대체로 정렬된다는 것은, 3방향 밸브가 단일 운동을 갖는 고정된 매니폴드 상에 위치될 수 있으며 사용을 위해 고정될 수 있음을 의미한다.

도1 내지 도3을 참조하면, 일 실시예에서 3방향 밸브(100)는 중심 챔버(102), 바이패스 챔버(104) 및 관통 챔버(106)를 갖는 밸브 몸체(101)를 포함한다. 일반적으로, 각각의 챔버(102, 104, 106)는 예를 들어 연료 전지 또는 연료 전지 유동 네트워크 상의 적절한 일련의 포트와 연결할 수 있는 개방구(108, 110, 112)를 각각 포함한다. 일부 실시예에서, 개방구는 원형일 수 있지만, 다른 실시예에서 개방구는 타원형 형상, 직사각형 형상 등일 수 있다. 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 개방구는 타원형 형상을 갖는다. 당업자는 개방구의 다른 형상이 의도될 수 있으며 이는 본 기재 내용의 범위 내에 있는 것으로 이해할 것이다.

일 실시예에서, 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 개방구(108, 110, 112)는 일련의 포트로의 직접 연결을 용이하게 하도록 공통 평면에 모두 정렬된다. 일부 실시예에서, 각 개방구의 면적은 동일하지만, 다른 실시예에서 개방구의 면적은 다르다. 일반적으로, 챔버 각각의 크기 및 개방구의 면적은 소정의 용도에 따라 그리고 관련 유체 유량과 압력 강하 세부 사항에 따라 좌우된다. 이러한 인자들은 당업자에 의해 평가될 수 있다.

도1 내지 도4를 참조하면, 일부 실시예에서 챔버(102, 104, 106)는 플랜지(127) 및 예를 들어 연료 전지 유동 네트워크와 같은 적절한 일련의 포트에 대하여 챔버를 밀봉하여 유체 누설을 방지하는 기능을 하는 밀봉 부재(128)를 더 포함한다. 플랜지(127)는 개방구(108, 110, 112)에 인접하게 외향으로 돌출하여 립(129)을 남겨 둔다. 밀봉 부재(128)는 립(129) 위에 플랜지(127)를 향하여 끼워진다. 밀봉 부재(128)는 연료 전지 용도로서의 사용으로 적합한, 예를 들어, 특정한 유체 유동에 있어서 비활성인 중합체(polymer), 합성 탄성 중합체(synthetic elastomer), 천연 고무 등 및 이들의 조합을 포함하는 임의의 밀봉 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 부재(118)는 과산화물 경화 (에틸렌 프로필렌 다이엔 모너머)(EPDM)로 이루어질 수 있다.

또한, 일부 실시예에서 밸브 몸체(101)는 3방향 밸브(100)를 예를 들면 나사 등과 같은 기계적 체결구로 적절한 일련의 포트에 고정하기 위한 체결구 구멍(132) 이 일반적으로 구비되어 있는 부착부 섹션(130)을 더 포함한다. 클램프 및 적절한 플랜지 등과 같은 다른 체결구가 체결구와 체결구 구멍(132) 대신 사용될 수 있다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 두 개의 부착부 섹션(130)이 관통 챔버(106)와 중심 챔버(102) 사이에 그리고 중심 챔버(102)와 바이패스 챔버(104) 사이에 제공된다. 일 실시예에서, 부착부 섹션(130)은 두 개의 인접한 밸브 챔버(100) 사이에 형성된 사실상 평면인 섹션을 포함한다. 일반적으로, 부착부 섹션(130)은 3방향 밸브(100)의 챔버와 동일한 재료로 이루어지고, 예를 들면 사출 성형에 의해 챔버와 일체로 형성될 수 있다. 일반적으로, 밸브 몸체(101)는 세 개의 챔버(102, 104, 106) 및 전술된 개방구와 포트를 포함하는 일체형 유닛으로 형성될 수 있다.

3방향 밸브(100)는 관통 챔버(106)와 중심 챔버(102) 사이의 통로(114) 및 중심 챔버(102)와 바이패스 챔버(104) 사이의 통로(116)를 더 포함한다. 통로(114, 116)는 개방구(108)를 통하여 중심 챔버(102)로 유입되는 유체가 포트(104, 106)의 한쪽 및/또는 양쪽으로 유동하는 것을 가능하게 한다. 도4를 참조하면, 일부 실시예에서 밸브 시트(119)는 통로(116) 상에 형성될 수 있지만, 밸브 시트(121)는 통로(114) 상에 형성될 수 있다. 도2를 참조하면, 일부 실시예에서 중심 챔버(102)는 통로(114) 또는 통로(116)의 한쪽을 부분적으로 또는 완전히 차단할 수 있는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)을 더 포함한다. 후술하는 바와 같이, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 중심 챔버(102)로부터 통로(114) 또는 통로(116) 중 한쪽으로의 유체 유동을 조절하고, 궁극적으로 중심 챔버(102) 로부터 바이패스 챔버(104) 및 관통 챔버(106)로의 유체 유동을 조절할 수 있다.

도2를 참조하면, 일 실시예에서 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 시일 통로(116)에 구성된 제1 표면(140) 및 시일 통로(114)에 구성된 제2 표면(142)을 포함한다. 밸브 시트(119, 121)를 사용하는 실시예에서, 제1 표면(140)은 결합 밸브 시트(119)에 구성될 수 있고 제2 표면(142)은 결합 밸브 시트(121)에 구성될 수 있어서, 통로(114) 및 통로(116)의 밀봉을 용이하게 할 수 있다. 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 단일 요소이거나 복수의 구성 요소로 이루어진 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 표면(140) 및 제2 표면(142)은 동일한 크기이지만, 다른 실시예에서 제1 표면(140) 및 제2 표면(142)은 다른 크기를 갖는다. 일반적으로, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)의 크기 및 형상은 통로(114, 116)의 크기와 형상에 따른다. 복수의 구성 요소를 포함하는 시일(118) 실시예를 위해, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 제1 표면(140)과 제2 표면(142) 사이의 스페이서(144)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 원통 대칭일 뿐만 아니라 원통축에 직각인 중심 평면 주위로 대칭일 수 있지만, 다른 실시예에서 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 작은 대칭성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 제1 표면(140), 제2 표면(142) 또는 양쪽 모두에서 스페이서(144)에 부착되어 밀봉된 통로로의 유체 누설을 방지하는 개별 밀봉 요소를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일이 통로들 중 하나를 차단하도록 위치 결정될 때 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)이 밀봉 요소와 접촉할 수 있 도록 개별 밀봉 요소는 통로(114, 116)의 내부 에지를 따라 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 요소는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118) 주위의 유체 유동을 방지하는 중합체 덮개 또는 코팅일 수 있다. 따라서, 스페이서(144)는 적절한 밀봉 재료로 이루어지지 않고, 표면(140, 142)을 따르는 밀봉 요소는 소정의 시일을 제공할 수 있다.

일반적으로, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)의 제1 표면(140) 및 제2 표면(142)은 전달되는 유체에 대하여 비활성인 유체 전달 용도로서 사용되기에 적합한 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 적합한 재료는 금속, 금속 합금, 중합체 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 중합체는 예를 들면 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리 (테트라플루오르에틸렌)[poly(tetrafluoroethylene)], 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리 (플루오르화 비닐리덴)[poly(vinylidene fluoride)](PVDF) 및 이들의 혼합물과 공중합체를 포함한다. 일 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 부재(118)의 제1 및 제2 표면(140, 142)은 과산화물 경화 EPDM으로 이루어질 수 있지만, 스페이서(144)는 PVDF로 이루어질 수 있다. 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 형성하도록 금속이 사용되는 경우, 전술된 중합체 코팅과 같은 개별 밀봉 요소는 일반적으로 통로를 밀봉하도록 금속 표면(들)에 부착될 수 있다. 밀봉 요소용으로 사용될 수 있는 적합한 중합체 코팅은 탄성 중합체, 천연 고무, 폴리우레탄 등 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 표면(140) 및 제2 표면(142)은 동일한 재료로 이루어지지만, 다른 실시예에서 제1 표면(140) 및 제2 표면(142)은 다른 재료로 이루어질 수 있다.

일부 실시예에서, 밸브(100)는 솔레노이드(122)와 결합될 수 있는 커플링 구조(120)를 더 포함한다. 도4는 도2의 라인 A-A를 따라 취해진 단면도를 도시한다. 도4에 도시된 바와 같이, 통로(114, 116)는 관통 챔버(106)를 중심 챔버(102)에 그리고 중심 챔버(102)를 바이패스 챔버(104)에 각각 연결시킨다. 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 다이어프램 스템(126)에 부착될 수 있고, 연결 로드(126)에 의해 솔레노이드 플런저(188)에도 부착될 수 있다. 도5를 참조하면, 3방향 밸브(100)의 사시도가 도시되어 있고, 솔레노이드 시스템의 개별 구성 요소가 분해도로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 커플링 구조(120)는 외부 캡(124)의 내부 표면 상의 대응 구조와 결부될 수 있는 홈(180)을 포함하며, 이는 외부 캡(124)이 커플링 구조(120)에 고정 가능하게 한다. 외부 캡(120)은 솔레노이드(122)를 커플링 구조(120)에 고정하는 기능을 한다. 전술된 바와 같이, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 다이어프램 스템(126)에 부착될 수 있고, 이는 일부 실시예에서, 중공 튜브가 임의의 연결 로드(182)를 포함하도록 구성될 수 있게 한다. 또한, 연결 로드(182)는 일반적으로 다이어프램 구멍(185)을 거쳐 다이어프램(186)을 관통하고, 연결 로드(182)를 수납하도록 구성된 솔레노이드 플런저(188)의 개방구를 통해 솔레노이드 플런저(188)에 부착된다. 따라서, 연결 로드(182)는 다이어프램 스템(126) 및 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)을 솔레노이드 플런저(188)에 연결하는 기능을 한다. 일부 실시예에서, 솔레노이드 플런저(188)는 압축 스프링(190)에 부착될 수 있고, 압축 스프링(190)은 솔레노이드(122)에 부착될 수 있다.

일부 실시예에서, O-링(184)은 연결 로드(182)를 다이어프램 스템(126)과 부착하게 사용될 수 있다. 당업자는 연결 로드를 다이어프램 스템에 연결하기 위한 다른 구조가 의도될 수 있으며 이는 본 개시 내용의 범위 내에 있는 것으로 이해할 것이다. 도5에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 다이어프램(186)은 다이어프램 스템(182)과 솔레노이드 플런저(186) 사이에 위치하는 원형 디스크이고, 일반적으로 바이패스 포트(104)의 커플링 구조(120)와 솔레노이드(122) 사이의 시일 역할을 한다. 도4는 커플링 구조(120)의 개방구와 솔레노이드(122) 사이에 시일을 형성하도록 위치된 다이어프램(186)을 도시한다. 또한, 다이어프램(186)은 솔레노이드(122)의 위치에 대하여 오목 위치로부터 볼록 위치까지 뿐만 아니라 그 사이의 임의의 위치로 비틀림될 수 있다. 솔레노이드(122)는, 밸브(100)를 사용하는 동안 솔레노이드(122)에 동력을 공급하기 위한 전기를 제공하고 솔레노이드(122)의 기능을 제어하도록 구성된 중앙 처리 장치 유닛에 대한 연결을 제공하는 전기 연결부(122)를 더 포함한다. 중앙 처리 장치는 밸브, (연료 전지와 같은) 통합 시스템의 모든 유체 유동 및/또는 (온도 제어 및 전기적인 인터페이스와 같은) 통합 시스템의 모든 기능만을 제어할 수 있다.

상세히 후술하는 바와 같이, 솔레노이드 시스템은 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)이 통로(114) 또는 통로(116) 중 하나를 완전하게 밀봉하도록 위치될 수 있게 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)을 작동시킬 수 있다. 일 구성에서, 솔레노이드(122)는 통로(114)의 내부 에지 및/또는 밸브 시트(121)에 접촉하도록 선택적으로 위치 설정가능한 시일(118)을 연장시켜 통로(114)를 밀봉할 수 있 다. 다른 구성에서, 솔레노이드(122)는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)이 통로(116)의 내부 에지 및/또는 밸브 시트(119)에 접촉하도록 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)을 후퇴시켜 통로(116)를 밀봉할 수 있다. 다르게는, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 통로(114)와 통로(116)의 사이에 위치되어 통로(114) 또는 통로(116) 중 하나를 부분적으로 차단하여, 전체 유체의 일부가 통로(114) 및 통로(116) 양쪽 모두를 통하여 유동할 수 있게 한다. 작동 중에, 도4에 도시된 바와 같이 일 구성에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 통로(114)가 완전히 차단되거나 밀봉되도록 위치된다. 통로(114)가 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)에 의해 완전히 밀봉된 경우, 예를 들면 개방구(108)를 통하여 중심 챔버(102)로 유입되는 유체는 통로(116)를 통하여 바이패스 챔버(104)로 유도되어, 개방구(110)를 통하여 3방향 밸브(100)를 빠져나간다. 반대로, 통로(116)가 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)에 의해 완전히 밀봉된 경우, 중심 챔버(102)로 유입되는 유체는 통로(114)를 통하여 관통 챔버(106)로 유도되어 개방구(112)를 떠난다. 3방향 밸브(100)의 작동 중에 선택적으로 위치 설정 가능한 부재(118)를 작동시키도록, 솔레노이드(122)는 솔레노이드 플런저(188)를 전진 및 후퇴시켜, 다이어프램(186)이 볼록과 오목 위치 사이에서 또는 그 사이의 위치에서 이동하도록 할 수 있다. 전술된 바와 같이, 연결 로드(182)는 다이어프램(186)을 통해 다이어프램 스템(126)을 솔레노이드 플런저(188)에 기계적으로 부착시킨다. 따라서, 솔레노이드 플런저(188)가 다이어프램(186)을 전진시키고 비틀림시킴에 따라, 연결 로드 및 다이어프램 스템도 전진되어, 최종적으로 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)을 소정의 유동을 선택하기 위한 적절한 위치로 작동시킨다.

챔버들, 커플링 구조, 솔레노이드 하우징, 다이어프램 스템, 솔레노이드 플런저 및 외부 캡은 연료 전지 용도에서의 사용에 적합한 임의의 중합체 물질로 구성될 수 있다. 적합한 중합체에는 예를 들어 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 폴리 (염화 비닐), 폴리카보네이트, 폴리 (테트라플루오로에틸렌), 폴리우레탄, 폴리프로필렌, PVDF 및 이들의 혼합물과 공중합체가 포함된다. 중합체는 밸브를 통해 흐르는 유체에 화학적으로 내성을 가지고 정상 작동 온도 및 압력에서 저하되지 않도록 선택되어야 한다. 다이어프램(186)은 다이어프램이 볼록 위치에서 오목 위치로 변환되도록 허용하기에 충분한 탄성을 갖는 임의의 중합체 또는 탄성 중합체 조성으로 구성될 수 있다. 적합한 탄성 중합체에는 예를 들어 천연 고무, 합성 고무 등 및 이들의 조합체를 포함한다. 일 실시예에서는, 다이어프램이 폴리에스테르 패브릭 백킹(polyester fabric backing)과 함께 과산화물 경화 EPDM을 포함한다. 일부 실시예에서, 연결 로드는 강 등의 금속으로 구성될 수 있는 반면, 다른 실시예에서 연결 로드는 중합체 물질일 수 있다. 일부 실시예에서, O-링은 과산화물 경화 EPDM으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 압축 스프링은 아연 코팅된 피아노선(music wire)으로 구성될 수 있으나, 다른 금속 압축 스프링이 사용될 수도 있다. 여러 솔레노이드 및 솔레노이드 코일은 상업적으로 이용 가능하다. 예를 들어, 적합한 상업적으로 입수 가능한 솔레노이드 코일 중 하나는 (오하이오주, 반달리아 소재) 사이아 버지스(Saia Burgess)가 판매하는 것이다. 솔레노이드가 편리하지만, 스테퍼 모터와 같은 다른 모터 형태가 시일(118)을 작동시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 3방향 밸브의 부품부들이 생산되고 조립되어 완전한 구조를 이룬다. 위에서 지적한 바와 같이, 밸브 몸체는 예를 들어 사출 성형에 의해 단일 구조로 일체로 형성될 수 있다. 솔레노이드 시스템의 적합한 부품은 조립되어 커플링 구조에 의해 밸브 몸체 안으로 삽입될 수 있다. 일 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일이 중심 챔버의 개방구를 통해 삽입되어 솔레노이드 시스템에 부착될 수 있다. 외부 캡은 커플링 구조에 연결되어 솔레노이드 시스템을 밸브 몸체에 고정할 수 있다.

일 실시예에서, 본 개시 내용의 3방향 밸브는 연료 전지 용도에서의 사용에 적합하다. 전술한 바와 같이, 연료 전지는 일반적으로 애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드를 전기적으로 분리하는 분리기 및 예를 들어 적절한 용기 내에 있는 KOH와 같은 전해질을 포함한다. 수소 연료 전지에서, 수소 가스가 애노드에 공급되고, 공기(산소)가 캐소드에 공급된다. 이들 실시예에서, 수소 가스는 전자를 방출하고 양성자(H⁺ 이온)를 생성하는 애노드에서 이온화된다. 전자들은 외부 회로 애노드를 통해 전자들이 분자 형태의 산소(molecular oxygen)의 감소에 관여하여 물을 형성하는 캐소드로 전도된다. 따라서, 수소 연료 전지는 캐소드에 산소(공기)를 애노드에 수소를 공급할 수 있는 시스템을 일반적으로 필요로 한다. 연료 전지 시스템의 예가 제목이 "연료 전지 시스템용 유동 제어 서브시스템"인 페쉬케(Peschke) 등의 미국 특허 제6,451,467호와, 제목이 "연료 전지 동력 발생 시스템"인 하라(Hara) 등의 미국 특허 제5,648,182호에 개시되어 있으며, 이들 특허들은 참조로 본 명세서에 포함된다.

일 실시예에서, 도6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 3방향 밸브(100)는 유체 유동 네트워크(220)에 직접 부착될 수 있다. 일반적으로, 유체 유동 네트워크는 연료 전지(222)의 일부분에 더 부착될 수 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 부가적인 호스 및/또는 튜브가 필요하지 않도록 3방향 밸브는 유체 유동 네트워크(220)에 직접 연결된다. 일부 실시예에서, 연료 전지 시스템은 각각의 유체 유동 네트워크에 연결된 2개의 3방향 밸브를 포함할 수 있다. 3방향 밸브들 중 하나는 공기 또는 브롬 등의 다른 적합한 가스형 산화제의 유동을 조절하고/조절하거나 유도하는데 사용될 수 있고, 다른 3방향 밸브는 습도 높은 수소의 혼합물과 같은 습도 높은 연료의 유동을 조절하고/조절하거나 유도하는데 사용될 수 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 3방향 밸브(100)는 일체의 유체 유동 네트워크에 직접 연결되지만, 다른 실시예에서는 3방향 밸브(100)가 복수의 정렬된 유동 세그먼트들을 포함하는 유체 유동 네트워크에 직접 연결될 수 있다.

도7과 도8을 참조하면, 유체 유동 네트워크(220)의 평면도와 단면도가 각각 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 유체 유동 네트워크(220)는 3방향 밸브(100)의 관통 챔버(106), 중심 챔버(102) 및 바이패스 챔버(104)와 각각 결합되는 제1 포트(230), 제2 포트(232) 및 제3 포트(234)를 포함할 수 있다. 제1 포트(230), 제2 포트(232) 및 제3 포트(234)는 도6에서 3방향 밸브(100)와 결합되게 도시되어 있다. 도7과 도8에 도시된 바와 같이, 애노드 연료 공급 입구(236)는 입구(236)로부터 3방향 밸브(100)의 중심 챔버(102)로의 유동로를 공급할 수 있는 포트(232) 쪽 으로 통하는 애노드 연료 라인(238)에 연결될 수 있다. 3방향 밸브(100)의 관통 챔버(106)에 연결될 수 있는 포트(230)가 연료 전지의 애노드(들)에 더 연결되어 관통 포트(106)로부터 연료 전지 스택의 애노드들로의 연료 유동로를 공급할 수 있는 공급 라인(240)에 연결될 수 있다. 부가적으로, 3방향 밸브(100)의 바이패스 챔버(104)에 연결될 수 있는 포트(234)는 3방향 밸브(100)의 챔버(104)로부터 애노드 바이패스 시스템으로의 유동로를 제공하는 바이패스 라인(241)에 연결될 수 있다. 또한, 유동 네트워크(220)는 연료 전지 스택의 캐소드(들)에 더 연결되어 입구(244)로부터 캐소드들로의 유동로를 공급할 수 있는 캐소드 공급 라인(246)에 연결된 캐소드 공급 입구(244)를 포함한다. 또한, 연료 전지 스택의 캐소드들은 캐소드 배출 라인(245)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서는, 유동 네트워크(220)가 냉각제 라인(250)에 연결될 수 있는 냉각제 입구(248)를 더 포함할 수 있다. 냉각제 입구(248)를 통해 도입된 냉각제가 냉각제 라인(250)을 통해 연료 전지 스택 안으로 유동할 수 있도록, 냉각제 입구 라인(250)은 연료 전지 스택에 더 연결될 수 있다. 도6 내지 도8에 도시된 바와 같이, 유동 네트워크(220)와 3방향 밸브(100)는 3방향 밸브(100)의 챔버들(102, 104, 106)이 부가적인 호스 및/또는 튜브를 사용하지 않으면서도 유동 네트워크(220)의 포트(230, 232, 234)와 직접 결합될 수 있도록 설계된다.

사용하는 동안, 예를 들어 습도가 높은 수소 가스 등의 애노드 연료는 애노드 연료 공급 입구(236) 안으로 유도되어 라인(238)을 통해 3방향 밸브의 중심 챔버(102)로 흘러 들어갈 수 있다. 일단 중심 챔버(102) 내에 가스가 존재하면, 선 택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)이 관통 챔버(106)나 바이패스 챔버(104) 중 하나에 유체의 유동을 유도할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 유동의 일부는 관통 챔버(106)로 유입되며 유동의 일부는 바이패스 챔버(104)로 유입되어 연료 또는 다른 유체의 유동을 조절할 수 있다. 관통 챔버(106) 안으로 유도된 연료 또는 다른 유체는 포트(230)를 통해 공급 라인(240) 안으로 흘러서 예를 들어 연료 전지 스택의 애노드들로 유도될 수 있다. 또한, 바이패스 챔버(102) 안으로 유도된 연료는 포트(234)를 통해 연료가 바이패스 시스템으로 유도될 수 있는 바이패스 라인(241)으로 흘러 들어갈 수 있다. 또한, 예를 들어 공기(산소) 등의 산화제가 입구(244)를 통해 유동 네트워크(220) 안으로 도입되어 공급 라인(246)을 통해 연료 전지 스택의 애노드들로 유동될 수 있다. 일 실시예에서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)은 연료 전지의 시동 및/또는 비상 정지(emergency shutdown) 동안 관통 챔버(106)로의 연료의 유동을 차단하도록 위치 설정될 수 있어서, 연료 전지 스택의 애노드로의 연료의 유동을 줄이거나 없앨 수 있다. 또한, 연료 전지의 정상 상태 작동 동안에는, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일(118)이 바이패스 챔버(104)로의 유동을 차단하도록 위치 설정될 수 있다.

도9는 연료 전지 스택(300)으로의 유체 유동을 조절하는 3방향 밸브(100)의 개략도이다. 도9에 도시된 바와 같이 예를 들어 수소 연료 또는 공기(산소) 등의 유체가 입력 라인(302)에 의해 3방향 밸브(100)에 공급될 수 있다. 정상 작동 동안, 3방향 밸브(100)는 유동의 흐름을 라인(302)으로부터 연료 전지 스택(300)에 연결된 라인(304)으로 유도할 수 있다. 연료 전지의 시동 및/또는 비상 정지 동안, 3방향 밸브(100)는 라인(302)으로부터 예를 들어 저장 유닛(308)에 연결될 수 있는 라인(306)으로 유체의 유동을 유도할 수 있다. 또한, 저장 유닛(308)은 적합한 경우 배출 시스템에 연결될 수 있는 라인(310)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 공기(산소)의 유동이 밸브(100)에 의해 조절되는 실시예에서는, 라인(310)이 저장 유닛(308)에 저장된 산소를 주위 대기로 통기시키는 배출 시스템에 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택으로의 연료 유동을 조절하는 제1 3방향 밸브와, 연료 전지 스택으로의 산화제 유동을 조절하는 제2 3방향 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 3방향 밸브가 연료 전지 스택을 빠져나가는 유동 미부 가스(flow tail gas)를 조절하는데 사용될 수 있다.

전술한 실시예들은 예시적인 의도이며 제한하려는 것은 아니다. 부가적인 실시예들은 특허청구범위 내에 있다. 비록 본 발명이 특정한 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항에 있어서의 변경이 가능하다는 것으로 이해할 것이다.

Claims

캐소드와,

애노드와,

애노드 및 캐소드와 접촉하는 전해질과,

중심 챔버, 바이패스 챔버, 관통 챔버, 중심 챔버를 바이패스 챔버에 연결하는 제1 통로, 중심 챔버를 관통 챔버로 연결하는 제2 통로를 갖는 밸브 몸체를 포함하는 적어도 하나의 3방향 밸브와,

애노드로의 또는 캐소드로의 유체 유동로를 갖는 매니폴드 구조를 포함하는 유동 네트워크를 포함하며,

각 챔버는 밸브 몸체의 외부로의 개방구를 형성하는 보어와 제1 통로 또는 제2 통로를 밀봉할 수 있는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함하며, 중심 챔버의 개방구가 바이패스 챔버의 개방구와 인접하며 관통 챔버의 개방구에 인접하도록 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버의 각 개방구가 모두 동일 평면이고 모든 개방구가 동일 방향으로 배향되며, 3방향 밸브의 개방구는 매니폴드 구조와 각각 직접적으로 결합하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 3방향 밸브의 개방구의 보어는 원형의 단면 형상을 갖는 연료 전지.
제1항에 있어서, 3방향 밸브의 개방구의 보어는 타원형의 단면 형상을 갖는 연료 전지.
제1항에 있어서, 밸브 몸체는 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 폴리 (염화 비닐), 폴리카보네이트, 폴리 (테트라플루오로에틸렌), 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리 (플루오르화 비닐리덴) 및 이들의 혼합물 및 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 중합체로 구성되는 연료 전지.
삭제.
제5항에 있어서, 바이패스 챔버 및 관통 챔버로부터의 각각의 개방구는 대체로 동일 평면 배향으로 정렬되는 연료 전지.
제1항에 있어서, 중심 챔버는 제1 통로에 형성된 제1 밸브 시트와 제2 통로에 형성된 제2 밸브 시트를 더 포함하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은 제1 밸브 시트를 결합하도록 된 제1 밀봉면과 제2 밸브 시트를 결합하도록 된 제2 밀봉면을 더 포함하며, 제1 밀봉면은 중심 챔버와 바이패스 챔버 사이의 제1 통로를 밀봉할 수 있고 제2 밀봉면은 중심 챔버와 관통 챔버 사이의 제2 통로를 밀봉할 수 있는 연료 전 지.
제7항에 있어서, 제1 밀봉면과 제2 밀봉면은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 (테트라플루오로에틸렌), 폴리우레탄, 폴리 (플루오르화 비닐리덴) 및 이들의 혼합물과 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 중합체로 구성되는 연료 전지.
제8항에 있어서, 제1 밀봉면과 제2 밀봉면은 과산화물 경화 에틸렌 프로필렌 다이엔 모너머(EPDM)로 형성된 중합체로 구성되는 연료 전지.
제1항에 있어서, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일은, 제1 밀봉면을 제1 밸브 시트와 접촉시켜 중심 챔버로부터 관통 챔버로의 유동로를 형성하는 위치와, 제2 밀봉면을 제2 밸브 시트와 접촉시켜 중심 챔버로부터 바이패스 챔버로의 유동로를 형성하는 위치 사이에서 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 이동시킬 수 있는 솔레노이드 시스템에 연결되는 연료 전지.
제11항에 있어서, 솔레노이드 시스템은 케이스와, 솔레노이드와, 압축 스프링과, 솔레노이드 플런저와, 다이어프램 구멍, 연결 로드 및 연결 로드를 내장하도록 된 중공 코어를 갖는 다이어프램 스템을 갖는 다이어프램을 포함하며, 압축 스프링은 케이스를 솔레노이드 플런저에 연결하여 솔레노이드 플런저를 제1 위치로 편향시키며, 연결 로드는 다이어프램 스템의 중공 코어를 통해 연장되며 다이어프 램 구멍을 관통하여 다이어프램 스템을 솔레노이드 플런저에 연결하며, 연결 로드는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일에도 연결되며, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일이 제2 위치로 이동될 수 있도록 솔레노이드 플런저와 부착된 다이어프램 스템과 연결 로드를 작동시킬 수 있는 자기장을 발생시키는 솔레노이드에 전류가 인가될 수 있는 연료 전지.
제11항에 있어서, 바이패스 챔버는 바이패스 챔버의 보어에 대체로 직각으로 형성된 제2 개방구를 더 포함하며, 제2 개방구는 밸브 몸체 내의 다이어프램 스템과 다이어프램에 의해 분할될 때 밸브 몸체의 외부 상의 솔레노이드 플런저로 솔레노이드 시스템의 다이어프램을 수용하도록 크기 결정되는 연료 전지.
제13항에 있어서, 다이어프램은 바이패스 챔버의 제2 개방구에 끼워 맞춤되어 제2 개방구를 밀봉하도록 크기 결정되는 연료 전지.
제12항에 있어서, 다이어프램은 과산화물 경화 에틸렌 프로필렌 다이엔 모너머(EPDM)로서 형성된 중합체로 구성된 원형 디스크를 포함하는 연료 전지.
제12항에 있어서, 솔레노이드의 케이스는 플랜지를 포함하며, 밸브는 케이스 위로 연장되어 케이스 플랜지를 결합하도록 된 개방구를 갖는 캡을 더 포함하며, 캡은 솔레노이드 케이스를 밸브 몸체에 고정하도록 밸브 몸체를 결합시키는 연료 전지.
제1항에 있어서, 3방향 밸브는 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버의 개방구들의 외주연 둘레로 연장되는 플랜지부를 더 포함하며, 하나 이상의 밀봉 부재는 개방구들의 외주연 둘레에 연장하여 플랜지부와 접촉하여 개방구가 고정된 유동 네트워크와 결합될 때 개방구 주연 둘레에서의 유동 누설을 방지하는 연료 전지.
제17항에 있어서, 하나 이상의 밀봉 부재는 중합체, 합성 탄성 중합체, 천연 고무 또는 이들의 화합물로 구성되는 연료 전지.
제1항에 있어서, 밸브 몸체는 3방향 밸브를 강성 유동 네트워크에 고정하기 위한 하나 이상의 부착 섹션을 더 포함하는 연료 전지.
제19항에 있어서, 하나 이상의 부착 섹션은 3방향 밸브의 인접하는 챔버들 사이에 형성된 대체로 평면인 섹션을 구멍과 함께 포함하며, 구멍들을 통해 연장되어 밸브 몸체를 강성 유동 네트워크에 고정하는 볼트를 더 포함하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 애노드, 캐소드 및 전해질을 둘러싸는 용기를 더 포함하며, 유동 네트워크는 용기의 일부분을 형성하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 유동 네트워크와 연통하여 유동 네트워크에 산화제를 공급하는 산화제 저장 용기를 더 포함하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 유동 네트워크와 연통하여 유동 네트워크에 연료를 공급하는 연료 저장 용기를 더 포함하는 연료 전지.
제1항에 있어서, 유동 네트워크는 유체 입구 포트와 중심 포트를 갖는 유체 입구 라인을 포함하며, 중심 포트는 중심 챔버에 결합되며, 입구 라인은 유체용의 유체 입구 포트로부터 중심 챔버로의 유체 유동로를 제공하는 연료 전지.
제24항에 있어서, 유동 네트워크는 관통 챔버와 결합되는 관통 포트와, 연료 전지 스택에 유동 통로를 제공하는 연료 전지 공급 라인 안으로의 관통 포트 개방구를 포함하는 연료 전지.
밸브 몸체의 외부로의 개방구를 형성하는 보어를 각각 포함하는 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 가지며, 제1 챔버와 제2 챔버는 제1 통로에 의해 연결되고 제2 챔버와 제3 챔버는 제2 통로에 의해 연결되며, 중심 챔버의 개방구가 바이패스 챔버의 개방구와 관통 챔버의 개방구에 인접하도록 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버는 모두 대체로 동일한 방향으로 연장되는 밸브 몸체와,

시일이 제1 통로와 접촉하여 제1 통로를 밀봉하는 제1 위치와 시일이 제2 통 로와 접촉하여 제2 통로를 밀봉하는 제2 위치를 가지며, 제1 통로 또는 제2 통로를 결합하도록 된 밀봉 요소를 갖는 제2 챔버 내에 위치되는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일과,

선택적으로 위치 설정 가능한 시일의 위치를 제어하도록 선택적으로 위치 설정 가능한 시일에 연결된 제어 유닛을 포함하는 3방향 밸브.
제26항에 있어서, 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버로부터의 각각의 개방구는 동일 방향으로 대체로 정렬되는 연료 전지.
제27항에 있어서, 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버로부터의 각각의 개방구는 대체로 동일 평면 배향으로 정렬되는 연료 전지.
제26항에 있어서, 제어 유닛은 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 선택적으로 위치 설정하는 솔레노이드 시스템을 포함하는 연료 전지.
제29항에 있어서, 솔레노이드 시스템은 케이스와, 솔레노이드와, 압축 스프링과, 솔레노이드 플런저와, 다이어프램 구멍, 연결 로드 및 연결 로드를 내장하도록 된 중공 코어를 갖는 다이어프램 스템을 갖는 다이어프램을 포함하며, 압축 스프링은 케이스를 솔레노이드 플런저와 연결시켜 솔레노이드 플런저를 제1 위치로 편향시키며, 연결 로드는 다이어프램 스템의 중공 코어를 통하여 연장하여 다이어 프램 구멍을 관통하여 다이어프램 스템을 솔레노이드 플런저에 연결하며, 연결 로드는 선택적으로 위치 설정 가능한 시일에도 연결되며, 선택적으로 위치 설정 가능한 시일이 제2 위치로 이동할 수 있도록 솔레노이드 플런저와 부착된 다이어프램 스템과 연결 로드를 작동시킬 수 있는 자기장을 발생시키는 솔레노이드에 전류가 인가될 수 있는 연료 전지.
애노드 또는 캐소드로의 유동과,

유동 네트워크, 제1 중심 챔버와 제1 바이패스 챔버를 제1 중심 챔버로 연결하는 제1 통로를 갖는 제1 바이패스 챔버와 제1 중심 챔버를 제1 관통 챔버로 연결하는 제2 통로를 갖는 제1 관통 챔버를 갖는 제1 밸브 몸체를 구비하며 각 챔버는 제1 밸브 몸체의 외부로의 개방구를 형성하는 보어를 가지며 유동 네트워크에 연결된 제1 3방향 밸브와, 3방향 밸브를 통해 유체 유동을 조절할 수 있는 제1 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 포함하며, 중심 챔버의 개방구가 바이패스 챔버의 개방구와 관통 챔버의 개방구에 인접하도록 중심 챔버, 바이패스 챔버 및 관통 챔버는 모두 대체로 동일한 방향으로 연장되는 연료 전지로의 유체의 유동을 조절하는 방법이며,

연료 전지의 애노드 또는 캐소드로의 유체의 유동을 조절하도록 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 조절하는 단계를 포함하는 유동 조절 방법.
삭제.
제31항에 있어서, 연료 전지는 제2 중심 챔버와, 제2 바이패스 챔버를 제2 중심 챔버로 연결하는 제1 통로를 갖는 제2 바이패스 챔버와, 제2 중심 챔버를 제2 관통 챔버로 연결하는 제2 통로를 갖는 제2 관통 챔버를 갖는 제2 밸브 몸체를 구비하며, 각 제2 챔버는 밸브 몸체의 외부로의 개방구를 형성하는 보어를 가지며, 유동 네트워크에 연결된 제2 3방향 밸브와, 제2 3방향 밸브를 통하는 유체 유동을 조절할 수 있는 제2 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 더 포함하는 유동 조절 방법.
제33항에 있어서, 애노드로의 연료의 유동을 조절하도록 제1 3방향 밸브의 제1 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 조절하는 단계와, 캐소드로의 산화제의 유동을 조절하도록 제2 3방향 밸브의 제2 선택적으로 위치 설정 가능한 시일을 조절하는 단계를 더 포함하는 유동 조절 방법.
제31항에 있어서, 유동 네트워크는 애노드, 캐소드 및 전해질을 둘러싸는 용기의 일부를 형성하는 유동 조절 방법.