KR20060121897A - 연료전지용 연료 카트리지 및 이의 제조방법 - Google Patents

연료전지용 연료 카트리지 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20060121897A
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이안 르페브르
르네 프리지에르
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Abstract

연료전지용 연료 공급원이 개시된다. 상기 연료 공급원은 가압되거나 또는 가압되지 않는 카트리지로서 직접형 메탄올 연료전지 또는 개질기 연료전지 등을 포함하는 모든 연료전지에 사용될 수 있다. 일 관점에 있어서, 연료전지는 반응챔버를 수용하여 연료를 수소를 변환할 수 있다. 또한, 상기 연료 공급원은 펌프를 수용할 수 있다. 상기 연료 공급원은 상기 연료를 상기 연료전지로 연결하는 밸브와, 가스를 상기 연료전지로부터 배기시키는 배기구를 구비할 수 있다. 또한, 다양한 연료 공급원을 형성하는 방법이 개시된다.
연료전지, 연료카트리지, 연료공급원, 반응챔버, 수소가스, 연료격실, 반응물격실, 부산물, 외부케이싱

Description

연료전지용 연료 카트리지 및 이의 제조방법 {FUEL CARTRIDGE FOR FUEL CELLS AND METHODS FOR MAKING SAME}
본원 발명은 다양한 연료전지에 연료를 공급하는 연료 카트리지와 카트리지 구성요소에 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), 수소화붕소나트륨(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, 전동공구 등과 같은 유용한 가전분야 기기가 될 수 있다. DMFC는 미국특허 제5,992,008호 및 제5,945,231호에서 다루어지고 있다. 일반적으로 PEM은 듀퐁사의 Nafion
Figure 112006023771145-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) ＋ 2H2O → (열 또는 촉매) → 4(H2) ＋ NaBO2(수용액)
H2 → 2H+ ＋ 2e- (애노드)
2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O (캐소드)
기타 금속 중에서 적절한 촉매로서는 백금 및 루테늄이 있다. 수소화붕소나 트륨을 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.
연료전지 응용에 있어 가장 중요한 것 중의 하나는 연료 저장이다. 또한, 연료 공급원은 연료전지나 연료전지가 동력을 공급하는 전자기기 내로 용이하게 삽입되어야 한다. 또한, 연료 공급원은 용이하게 교체가 가능하거나 재충전이 가능하여야 한다.
<발명의 개요>
따라서, 본원 발명은 어떠한 연료전용으로도 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 직접형 메탄올 연료전지용으로 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
또한, 본원 발명은 개질 연료전지용으로 적합한 연료 카트리지에 관한 것이다.
본원발명의 일 실시예는 연료를 수용하는 연료격실(fuel compartment)과, 반응물격실(reactant compartment)과, 반응챔버(reaction chamber)를 내장하는 외부 케이싱을 포함하는 연료 공급원(fuel supply)에 관한 것이다. 상기 연료는 상기 연료격실로부터 상기 반응챔버로 이송되고, 반응하여 수소가스 및 액체 반응물을 포 함하는 반응물들을 생성한다. 그리고, 상기 반응물들은 상기 반응물격실로 이송되어 상기 액체 반응물은 상기 반응물격실에 남아있고, 상기 수소가스는 상기 반응물격실에서 상기 연료전지로 통과하게 된다. 상기 반응물격실은 수소가스는 통과시키는 가스 투과성 및 액체 비투과성 막을 포함한다.
또한, 상기 연료 공급원은 수소가스를 상기 연료전지로 선택적으로 통과시키는 밸브를 구비한다. 또한, 상기 연료 공급원은 상기 연료격실로부터 상기 반응챔버로 연료를 이송하는 펌프를 구비할 수 있다. 상기 연료격실 및 상기 반응물격실의 벽들은 일체로(integrally) 형성되며, 상기 벽들과의 밀봉을 형성하는 하나의 가동 벽(movable wall)에 의하여 분리된다. 이들 각 격실은 상기 연료 또는 상기 반응물들을 수용하는 하나의 라이너를 구비할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 수소가스 반응물은 상기 연료전지로 이송되는 반면, 액체 부산물은 상기 반응물격실로 이송된다.
다른 실시예는 하나의 외부 케이싱 및 적어도 2개의 내부 라이너를 포함하는 연료 공급원에 관한 것이다. 하나의 흡수재가 상기 내부 라이너들 간에 위치되고, 상기 라이너들 중의 하나는 연료를 수용하며 이와 연료전지를 연결하는 하나의 밸브와 유체소통한다. 다른 하나의 라이너는 상기 연료전지에 의하여 생산된 부산물들을 수용할 수 있다. 적어도 하나의 위치에너지 저장요소가 연료를 수용하는 상기 라이너에 작용하도록 하는 것이 바람직하다.
다른 실시예는 하나의 가요성(flexible) 외부 케이싱 및 연료를 수용하는 하나의 가요성 내부 라이너를 포함하는 연료 공급원에 관한 것이다. 상기 연료 공급 원은 전자기기 내부의 하나의 격실에 수용되도록 크기와 치수가 정해지고, 상기 내부 라이너는 상기 전자기기 내부의 연료전지에 이를 연결하는 하나의 밸브와 유체소통된다.
다른 실시예는 전자기기 내부로 삽입되기에 적합한 연료 공급원에 관한 것이다. 상기 연료 공급원은 이 위에 착설되는 하나의 회전가능한 가이드 암(guide arm)을 포함한다. 상기 가이드 암은 상기 연료 공급원이 상기 전자기기 내부로 삽입되기 이전에 원래위치에서 삽입위치로 이동된다. 상기 가이드 암은 스프링 탄지됨이 바람직하다. 삽입위치에서 상기 가이드 암은 상기 전자기기 상의 상응하는 채널과 정렬된다. 상기 가이드 암은 상기 전자기기 내의 연료전지에 상기 연료 공급원을 연결하는 하나의 제어밸브(control valve)와 동축으로 되거나 간격이 떨어져 착설된다. 상기 연료 공급원이 삽입된 후, 상기 가이드 암은 상기 원래위치로 복귀하여 상기 전자기기 내부의 연료 공급원을 고정한다.
다른 실시예는 적어도 하나의 외부 케이싱과, 하나의 내부 라이너와, 하나의 위치에너지 저장요소를 포함하는 연료 공급원에 관한 것으로서, 여기서 상기 라이너는 연료를 수용하며 연료전지로 상기 라이너를 연결하는 하나의 밸브와 유체소통된다. 상기 외부 케이싱은 연료가 상기 라이너의 내외로 이송될 때 상기 라이너 및 상기 위치에너지 저장요소의 이동을 안내하는 내부 리브(rib)를 포함한다.
다른 실시예는 적어도 하나의 외부 케이싱과, 하나의 내부 라이너와, 하나의 위치에너지 저장 발포재를 포함하는 연료 공급원에 관한 것으로서, 여기서 상기 라이너는 연료를 수용하며 연료전지에 상기 라이너를 연결하는 하나의 밸브와 유체소 통된다. 상기 발포재는 다른 다공도(porosity)를 가지는 복수의 영역을 포함할 수 있다. 높은 다공도 영역은 상기 라이너로부터 가장 멀리 떨어지도록 간격을 두는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발포재는 이에 흡수된 액체를 휘발시키는 배기구멍을 구비할 수 있다.
또한, 본원발명은 연료 공급원들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 하나의 방법은 (i) 하나의 상부층을 제공하는 단계와, (ii) 상기 상부층 상에 적어도 하나의 블리스터(blister)를 형성하는 단계와, (iii) 상기 상부층에 하나의 보강층을 적층하고, 상기 상부층 및 보강층 간에 적어도 하나의 블리스터 연료 저장소(reservoir)를 형성하는 단계와, (iv) 적어도 하나의 블리스터 연료 저장소에 하나의 밸브를 부착하는 단계를 포함한다. 이 방법은 (v) 상기 적어도 하나의 블리스터 연료 저장소 주위에 천공라인을 형성하는 단계와, (vi) 다른 단계들 중 상기 보강층 및 상부층으로부터 가이드 탭을 형성하는 단계를 더 포함한다.
다른 방법은 (i) 상기 연료 공급원으로서의 사용에 적합한 복수의 재료를 제공하는 단계와, (ii) 상기 복수의 재료들로부터 무봉합선 관(seamless tube)을 동시 압출하는 단계와, (iii) 소정의 형상을 가지는 적어도 하나의 단부캡을 상기 무봉합선 관에 부착하여 상기 연료 공급원을 형성하는 단계와, (iv) 하나의 밸브를 상기 연료 공급원에 부착하는 단계를 포함한다.
다른 방법은 (i) 연료를 수용하기에 적합한 하나의 내부 라이너를 제공하는 단계와, (ii) 하나의 밸브를 상기 내부 라이너에 부착하는 단계와, (iii) 2개의 부분을 포함하는 하나의 외부 케이싱을 제공하는 단계와, (iv) 상기 외부 케이싱의 일 부분을 상기 밸브에 인접한 상기 내부 라이너의 목부분에 부착하는 단계와, (v) 상기 외부 케이싱의 다른 일 부분을 상기 내부 라이너의 목부분에 부착하고, 상기 외부 케이싱의 상기 두 부분을 상호 부착하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부되는 도면은 본원 명세서의 일부를 이루며 이와 연계되어 이해되어야하며, 여기서 도면부호는 다양한 관점에서의 각 부분들을 가리키는데 사용된다;
도 1은 본원발명의 일 실시예에 의한 가압된 연료 카트리지의 단면도.
도 2는 본원발명의 다른 실시예에 의한 다른 가압된 연료 카트리지의 단면도.
도 3은 개방위치에 있어서 본원발명의 다른 실시예에 의한 다른 가압된 연료 카트리지의 분해 사시도.
도 3a는 도 3의 카트리지에 있어서 라이너에 연결가능한 밸브의 단면도.
도 4는 폐쇄위치에 있어서 도 3의 카트리지의 사시도.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 라이너에 연결가능한 다른 밸브들의 사시도.
도 4c는 연료 라이너와 복수 영역을 가지는 발포재의 사시도.
도 4d는 보호백 내부의 연료 카트리지의 사시도.
도 5는 본원발명에 의한 다른 연료 카트리지의 개략도.
도 6은 본원발명에 의한 연료 카트리지의 다른 실시예의 단면도.
도 7은 본원발명에 의한 다른 연료 카트리지를 구비한 전자기기의 분해 사시 도.
도 8a 내지 도 8d는 가이드 암 메커니즘을 나타내는 도 3 및 도 4의 카트리지의 부분 정면사시도.
도 9a는 본원발명에 의한 열성형된 연료 공급원들의 사시도.
도 9b는 선 9B-9B에 따른 도 9a의 연료 공급원의 단면도.
도 10은 본원발명에 의한 동시 압출된 라이너들의 예시도.
도 11은 본원발명에 의한 외부 케이싱을 라이너에 부착하는 방법의 예시도.
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 공급원은 에탄올이나 알콜, 수소로 변환될 수 있는 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 원에 저장될 수 있는 수용성 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 전해질 용액은 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 연료 공급원 내에 수용되는 연료, 전해질 용액, 산화제 용액 또는 액체의 종류에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 "연료"라는 용어는 어떠한 연료전지 또는 연료 공급원 내에서도 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 "연료 공급원"은 일회용 카트리지, 재충전/재사용 가능한 카트리지, 전자기기 내부에 구비되는 카트리지, 전자기기 외부에 구비되는 카트리지, 연료탱크, 연료 재충전 탱크, 연료를 저장하는 기타 용기, 그리고 상기 연료 탱크, 용기, 연료전지 또는 상기 연료전지가 동력을 공급하는 상기 전자기기에 연결된 배관을 포함하며 이에 한정되지는 아니한다. 하나의 카트리지가 본원발명의 실시예들과 연계되어 기술되지만, 이들 실시예들 또한 기타 연료 공급원에도 적용될 수 있으며 본원발명은 연료 공급원의 어떠한 특정 종류에도 제한되지 않는다.
도 1은 수소 개질연료, 즉 다른 물질과 반응하거나 또는 촉매의 존재 하에서 반응함으로써 수소를 생성하는 모든 연료를 저장하기 위한 카트리지(10)를 도시한다. 그리고, 수소는 연료전지, 예를 들어 PEM으로 이송되어 전기 및 부산물로 변환된다. 여기서 수소화붕소나트륨과 같은 특정의 개질연료가 본원발명의 이러한 측면을 기술하기 위하여 사용된다. 그러나, 개질되어 수소를 생성할 수 있는 모든 연료가 본 카트리지와 사용될 수 있으며, 따라서 본원발명의 범주 내에 든다는 것으로 이해되어야 한다.
카트리지(10)는 챔버(12)를 포함하며, 이는 연료격실(14)과 반응물격실(16)로 구획된다. 이들 격실은 와이퍼(wiper: 20)를 지니는 가동 벽(18)에 의해 분리된다. 와이퍼(20) 또는 탄성중합체 O-링은 챔버(12)의 내부면에 밀봉을 형성함으로써 연료격실(14)이 반응물격실(16)과 연료소통이 일어나지 않도록 한다. 연료격실(14)의 체적이 줄어들면서 반응물격실(16)의 체적이 늘어나기만 한다면, 가동 벽(18)은 하나의 이동가능한 막이나 신장가능한 막 또는 이와 유사한 것들로 대체될 수 있다. 또는, 만일 연료격실(14) 및 반응물격실(16)이 연료 및 반응물을 분리 저장하는 내부 라이너를 포함하는 경우에는 와이퍼(20) 또는 O-링으로 형성되는 상기 밀봉은 생략될 수 있다. 이러한 라이너는 2003년 7월 29일자로 출원되어 현재 진행 중인 본 출원인의 특허출원 제10/629,004호 "가요성 라이너를 구비한 연료 카트리지"에 상세히 개시되어 있다.
연료는 연료격실(14)에 저장되어 필요시 반응챔버(22)로 이송되어 촉매의 존재 하에 반응하거나 가열된다. 적합한 촉매로서는 백금, 루테늄 또는 기타 물질이 포함된다. 펌프는 스위치 온/오프에 의해 연료의 흐름이 시작 또는 정지하도록 조절하여 유량을 계량하거나 제어할 수 있으므로, 심지어 연료격실(14)이 가압된 상태라 하더라도 연료는 펌프(24)에 의해 이송될 수 있다. 또는, 상기 연료는 흡수 매질이나 모세관 매질을 통하여 이송될 수 있다. 흡수 또는 모세관 작용에 의한 연료의 이송은 2003년 1월 31일자로 출원되어 현재 진행 중인 특허출원 제10/356,793호 "연료전지용 연료 카트리지"에 상세히 개시되어 있다. 임의의 체크밸브(26), 즉 일방향 유량밸브(one-direction flow valve)가 반응챔버(22)와 연료격실(14) 사이에 위치할 수 있다. 연료격실(14) 내에 저장되는 적합한 연료는 수소화붕소나트륨 및 물의 혼합물이다. 또는, 연료격실(14)은 수용성 수소화붕소나트륨을 저장하고 별도의 격실(미도시)은 물을 저장하며, 물은 제2펌프(28)에 의해 반응챔버(22)로 펌핑된다. 반응물 수소가스(H2) 및 수용성 붕산나트륨(NaBO2)이 반응챔버(22)에서 반응에 의해 생성된다. 수소연료는 수소화 붕소나트륨 및 물 양쪽모두에 의해 얻어지는 것이 유리하며, 이로써 수소출력의 효율이 증가하게 된다.그리고, 상기 반응물들은 채널(30)로 챔버(12)의 반응물격실(16)을 향해 이송된다.
반응물격실(16)은 막(32)을 포함하며, 따라서 수소가스가 카트리지(10) 내의 내부간극(34)을 향해 이를 관통하게 된다. 결국 수용성 붕산나트륨은 반응물격실(16) 내부에 유지된다. 점선으로 나타내듯이 수소가스는 카트리지(10)를 빠져나와 제어밸브(36)를 거쳐 연료전지로 선택적으로 이송되어 전기를 생산할 수 있다. 제어밸브(36)는 2003년 7월 29일자로 출원되어 현재 진행 중인 본 출원인의 특허출원 제10/629,006호 "연결밸브를 구비한 연료 카트리지"에 상세히 개시되어 있다. 막(32)은 상기 막을 가로지르는 소정의 압력차가 수소가스가 상기 막을 가로질러 이동하는데 필수적이도록 선택된다. 수소가스의 존재로 인하여 반응물격실(16) 내부의 압력은 연료격실(14)의 압력보다도 높기 때문에, 가동 벽(18)은 이 압력차에 의해 밀림으로써 연료로 하여금 연료격실(14)을 빠져나와 반응챔버(22)로 이동하게 한다. 반응물격실(16) 내부압력이 연료격실(14) 보다도 높게 유지되는 것을 확실히 하기 위하여 상기 특허출원 제10/629,004호에 기재된 바와 같은 포핏 밸브(poppet valve)가 막(32)과 연동되어 사용될 수 있다. 또는, 상기 포핏밸브 대신에 충전재나 발포재 또는 이와 유사한 것들로 되는 다공성 부재가 사용될 수 있다. 이러한 다공성 부재는 상기 다공성 부재를 가로질러 압력강하를 유발하여 수소가 반응물격실(16)로부터 내부간극(34) 및 밸브(36)으로 이동하게 한다.
본원발명의 일 관점에 따르면, 연료는 펌프(24) 대신에 모세관 매질 또는 흡수 매질에 의하여 연료격실(14)로부터 반응챔버(22)로 이송된다. 본 실시예에 있어서, 수소연료가 더 이상 필요되지 않을 때 밸브(36)는 닫히게 된다. 내부간극(34)에서의 수소는 유출되는 것을 멈추는데, 이로써 배압(back pressure)이 발생한다. 이러한 배압은 반응물격실(16) 내부로의 흐름을 정지시키고, 또한 이는 상기 회로에서의 흐름을 정지시킨다. 이는 반응과 연료생산을 정지시키게 된다. 연료가 다시 필요하면, 밸브(36)가 열려 가압되었던 수소가스가 상기 카트리지로부터 흘러나와 내부간극(34)에서의 압력을 감압하고, 이로써 수소가스가 반응물격실(16)로부터 내부간극(34)으로 흐르게 된다. 이러한 흐름은 다시 연료를 연료격실(14)로부터 반응챔버(22)로 끌어당겨 상기 반응을 다시 시작하게 된다. 펌프(24)는 상기 펌프를 지나는 유량과 상기 펌프가 켜지는 시간을 알고 이에 의해 연료격실(14)로부터의 연료 흐름을 계량하는데 사용될 수 있다. 또한, 카트리지(10)는 포핏 밸브와 같은 릴리프 밸브(relief valve: 33)를 포함할 수 있으며, 이는 내부간극의 상기 압력이 소정의 수준에 도달할 때 열리게 된다.
막(32)은 가스 투과성 및 액체 비투과성 막으로 된다. 이들 막은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 나일론, 폴리아미드, 폴리비닐리덴, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 기타 중합체 막으로 제조될 수 있다. 소수성 PTFE 미소공 막은 W.L Gore Associates 사 또는 Milspore 사 등으로부터 상업적으로 구입가능하다. Goretex®는 적절한 막이다. Goretex®는 미소공 막으로서 액체가 통과하기에는 너무 작지만 기체의 경우에는 충분히 큰 기공을 가진다.
도 2는 수소화붕소나트륨 등과 같이 개질되어 수소가스를 생산할 수 있는 모든 액체연료에 적합한 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 카트리지(10) 역시 챔버(12)를 포함하며, 이는 연료격실(14) 및 반응물격실(16)으로 구획된다. 상기 격실들은 가동 벽(18)으로 분리된다. 연료는 반응챔버(22)로 이송된다. 본 실시예에 있어서, 반응물 붕산나트륨(NaBO2)은 채널(30)을 통하여 반응물격실(16)로 되돌아 이송되지만, 반응물 수소가스는 채널(38)을 통하여 밸브(36)로 이송되어 더 나아가 연료전지로 이송된다. 반응물격실(16)은 부가의 반응물(39) 또는 촉매를 수용할 수 있으며, 이는 붕산나트륨 또는 잔류하거나 반응하지 않은 수소화붕소나트륨과 반응하여 가스를 생산함으로써 반응물격실(16)을 가압하고 가동 벽(18)을 밀어 연료를 연료격실(14)밖으로 밀어낸다. 채널(30) 및 반응물격실(16)은 체크밸브로 분리됨으로써 가압된 가스가 반응물격실(16) 외부로 흘러나가는 것을 방지함이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 있어서 펌프(24)는 계량기기 또는 측정기기로서 사용될 수 있거나 밸브에 의하여 대체될 수 있다. 반응물(40)은 금속 또는 붕산나트륨과 반응하는 기타 물질로 될 수 있거나, 또는 챔버(22) 내에서 사용되는 촉매로 되어 상기 잔류하는 수소화붕소나트륨과 반응할 수도 있다. 연료가 더이상 필요하지 않으면, 밸브(36)는 차단되며, 저압이 채널(38) 내에서 만들어져 챔버(22) 내의 촉매로 연료의 흐름을 정지시키고, 반응이 정지한다. 연료가 다시 필요해지면, 밸브(36)가 열려 채널 내의 압력을 강하시키고 다시 흐름을 개시시킨다. 또는, 연료의 상기 흐름은 펌프(24) 또는 계량기기에 의하여 켜지거나 꺼질 수도 있다.
가압된 카트리지의 다른 실시예를 도 3에 나타낸다. 카트리지(40)는 전술하였듯이 어떠한 종류의 연료전지 연료로 수용할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 있어서는 연료개질공정이 만일 발생한다면, 이는 상기 카트리지 외부에서 일어나게 된다. 카트리지(40)는 하우징 상부(42) 및 하우징 몸체(44)를 포함한다. 몸체(44)는 연료 라이너(46)를 수용하기에 적합하도록 구성된다. 연료 라이너는 전술한 바 있듯이 현재 진행 중인 본 출원인의 특허출원 제10/629,004호에 상세히 개시되어 있다. 라이너(46)는 차단밸브(shut-off valve: 36)에 연결된다. 밸브(36)는 라이너(46)에 연료를 채우는데 사용될 수 있으며, 또한 연료를 상기 라이너로부터 연료전지로 선택적으로 이송하는데 사용될 수도 있다. 일 관점에 의하면, 밸브(36)는 몸체(44)의 직립 단부벽(upstanding endwall: 50)에 착설된다. 단부벽(50)은 슬롯(48)을 형성하며, 이는 밸브(38)를 수용하는데 적합하게 된다. 도 3a에 나타내듯이, 밸브(36)는 단부벽(50)에 착설되어 밸브(36)를 제자리에 고정시키는 두개의 외부 플랜지(51)를 안착시킨다. 도시하듯이 상기 외부 플랜지는 단부벽(50)의 외부표면에 동일평면상으로 부착된다. 슬롯(48)은 상기 슬롯(48)에 삽입되는 플러그, O-링 또는 개스킷으로 밀봉되거나, 또는 상기 밸브의 일부인 밀봉으로써 밀봉될 수 있다. 상기 플러그, O-링 또는 개스킷은 탄성중합체 또는 고무 부재, 충진부재, 또는 기타 적합한 밀봉부재들 중에서 제조될 수 있다.
상부(42)는 압축성 발포재(52)를 포함하며, 이는 그 내부표면에 부착된다. 발포재(52)는 그 두께에 걸쳐서 다양한 다공도(porosity)를 지닐 수 있으며, 단일층 또는 복수층을 지닐 수 있다. 발포재(52)는 도 4에 나타내듯이 상부(42)가 몸체(44)에 부착될 때 라이너(46)가 채워지기 이전에 핀(54) 및 안내구멍(56)으로써 상기 라이너(46)의 부근에 배치될 수 있다. 상부(42)는 해당분야에서 알려진 모든 수단, 즉 접착 본딩, 초음파 본딩, 용접, 고주파 본딩, 열접착 밀봉(hot adhesive sealing) 등에 의하여 몸체(44)에 부착될 수 있다. 단부벽(50) 및 기타 측벽들도 이와 유사하게 상호 부착되고 저부(58)에 부착된다. 또는, 단부벽(50) 및 기타 측벽들은 압축성형 또는 사출성형에 의하여 일체로 저부(58)에 형성된다. 단부벽(50) 및 기타 측벽들은 발포재(52) 및 라이너(46)의 압축 및 확장을 안내하는 복수의 가이드(60)를 구비함이 바람직하다.
또한, 단부벽(50)은 배기밸브(venting valve: 62), 및/또는 가스 투과성 및 액체 비투과성 막(64)을 구비함으로써, 카트리지(40)가 채워질 때 공기가 배기되도록 하거나 또는 연료전지 반응에 의하여 생성되는 가스 부산물이 사용도중에 배기되도록 할 수 있다. 배기밸브(62)는 추후 기술하며, 막(64)은 전술하였듯이 막(32)과 동일한 재질로 제조될 수 있다. 또한, 몸체(44)는 라이너(46) 부근에 형성된 돌기부(ridge: 61)을 구비함으로써 상기 돌기부(61)가 라이너(46) 내에 유로채널을 형성하게 할 수 있다.
도 4에 도시하듯이, 상부(42)가 몸체(44) 상에 조립된 후에 발포재(52)는 속이 빈 라이너(46) 및 저부(58)와 동일평면상으로 부착되어야 한다. 연료는 제어밸브 또는 차단밸브(36)에 의하여 상기 카트리지 내부로 펌핑되므로, 라이너(46)는 팽창하여 발포재(52)를 압축한다. 발포재(52)가 압축됨에 따라, 이는 라이너(46)를 가압하는 용수철 위치에너지를 저장하고 사용도중 연료를 연료전지로 이송하는 것을 돕게 된다. 또한, 발포재(52)가 팽창함에 따라서는 이는 카트리지 내부에 부분진공을 만들어 연료의 회수를 돕는다. 또는, 라이너(46)는 몸체(44)에 삽입되기 이전에 채워진다. 상부(42)가 몸체(44)에 부착되므로, 발포재(52)는 압축되어 그 용수철 위치에너지를 저장하게 된다.
또한, 연료가 상기 카트리지 내부로 펌핑되므로, 상기 카트리지 내부에 포획된 공기는 막(64)을 통하여 배기된다. 또는, 공기는 배기밸브(62)를 통하여 배기될 수도 있다. 일 실시예에 의하면, 도 4a 및 도 4b에 나타내듯이 밸브(62)는 채널(68, 70)을 포함한다. 채널(68)은 공기 및 기타 가스가 배기되도록 하는 반면, 채널(70)은 연료전지에 의하여 생성된 액체 및 가스 부산물들이 상기 카트리지로 이송되도록 한다. 도 4a 및 도 4b에 나타내듯이, 채널(68, 70)은 상호 동축, 즉 상호 나란히 배치되거나 또는 하나가 다른 하나의 내부에 배치될 수 있다. 기타 적합한 배기는 전술한 바 있듯이 현재 진행 중인 본 출원인의 특허출원 제10/629,004호에 상세히 개시되어 있다.
도 4c에 도시하듯이, 발포재(52)는 그 두께에 걸쳐 다양한 다공도를 지닐 수 있다. 바람직하기로는, 라이너(46)에 인접한 발포재(52) 일부는 더 낮은 다공도 또는 더 작은 셀(cell)을 지님으로써, 연료전지로부터 생성되는 액체 부산물, 예를 들어 직접형 메탄올 연료전지에서 나오는 물 등을 더 많이 담지할 수 있게 한다. 라이너(46)에서 떨어진 곳에 위치하는 발포재(52) 상부는 휘발을 촉진하기 위하여 더 높은 다공도 또는 더 큰 셀을 지니는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 발포재(52)는 적어도 2개의 구역을 가진다. 하부 구역(68)은 더 낮은 다공도를 가지고, 상부 구역(70)은 더 높은 다공도를 가진다. 이러한 다공도 분포는 상기 물 부산물을 공기에 노출시켜 그 휘발을 돕는다. 또한, 발포재(52)는 액체를 휘발시키기 위한 복수의 배기구멍(72)을 포함할 수도 있다. 또는, 발포재(52)는 막(32)와 유사한 액체 비투과성 및 가스 투과성 막으로 밀봉될 수 있다. 또한, 발포재(52)는 액체 부산물이 흡수될 때 팽창하고 이 팽창으로 인해 라이너(46)에 가해지는 압력이 부가된다. 또한, 도 6에 도시하듯이, 발포재(52)는 파형 스프링 또는 리프(leaf) 스프링과 탄지된 플레이트(76)에 의하여 대체될 수 있다.
카트리지(40)는 도 4d에 나타내듯이 보호백(protective bag: 41)에 저장되어 밀봉됨으로써 보존기간을 연장할 수 있다. 백(41)은 알루미늄 호일, 또는 식품저장용이나 프린터 토너 및 카트리지 포장용으로 사용되는 것과 유사한 기타 재료로 제조될 수 있다. 또한, 백(41)은 카트리지(40)에 수축포장될 수 있다. 백(41)은 여기 기술되는 카트리지를 포함한 모든 연료전지 카트리지용으로 적합하다. 백(41)은 단일층 또는 복수층을 포함할 수 있다.
본원발명의 다른 관점에 의하면, 도 5에 나타내듯이 카트리지(40)는 상부(42)가 몸체(44)의 일부를 형성하는 반면 그 단부벽(50)은 상기 카트리지의 상기 상부를 형성하도록 배향되고 구성될 수 있다. 차단밸브(36) 및 배기밸브(62)는 카트리지(40)가 조립되기 이전에 모두 단부벽(50)에 부착된다. 또한, 단부벽(50)은 그 표면에 식별부재(66)를 배열하여 제조자, 연료종류, 호환되는 연료전지 등과 같은 상기 카트리지에 관한 정보를 나타낼 수 있다.
본원발명의 다른 관점에 의하면, 카트리지(40)는 2개 이상의 라이너를 포함할 수 있다. 도 6에 나타내듯이, 카트리지(40)는 라이너(46, 136)를 포함한다. 라이너(46)는 전술한 바와 같은 연료를 수용할 수 있다. 라이너(136)는 액체 부산물이나 제2연료 또는 전해질 용액을 수용할 수 있다. 도시하듯이, 상기 2개의 라이너는 2개의 압축요소, 즉 파형 스프링(74) 및 플레이트(76) 사이에 위치된다. 전술하듯이, 압축성 발포재가 상기 파형 스프링 대신에 사용될 수 있다. 흡수재 또는 함유재(138)가 상기 두 라이너 간 및/또는 상기 압축성 요소들간에 배치되어 존재할 수 있는 모든 액체를 흡수하거나 함유하게 할 수 있다.
본원발명의 다른 관점에 의하면, 카트리지(140)는 전자기기의 챔버(142) 내로 직접 끼워지는데 적합하게 된다. 이러한 챔버는 도 7에 나타내듯이 랩탑 컴퓨터상의 DVD나 CD 드라이브와 유사한 치수로 될 수 있다. 카트리지(140)는 연료를 수용하는 가요성 내부 라이너(46)와 내부 라이너(46)를 에워싸는 외부 라이너(144)를 구비함이 바람직하다. 또한, 외부 라이너(144)는 가요성이 있을 수 있으며, 상기 내부 라이너를 보호하기 위하여 알루미늄 호일이나 다층 복합재 시트와 같은 내구성있는 재료로 제조된다. 또한, 이들 호일 및 복합재 시트는 테트라팩(tetrapack)으로 알려져 있으며 개개의 쥬스팩과, 잉크젯 및 레이저젯 프린터 카트리지를 포장하는데 사용된다. 카트리지(140)는 가요성과 탄력성(bendable)이 있고 이를 지지하는 챔버에 정합가능한(conformable) 것이 유리하다. 또한, 상기 두 라이너 간의 용적은 도 6에 나타내듯이 흡수재 또는 함유재(138)로 채워질 수 있다. 흠수재 또는 함유재로 제조된 제3라이너(미도시)가 라이너(46, 144) 간에 삽입될 수 있다.
제어밸브(36)는 전자기기 내에 상응하는 밸브요소(146)를 접속시킴으로써 상기 전자기기에 카트리지(140)를 연결한다. 그러면, 연료는 상기 전자기기 내부의 연료전지로 펌핑될 수 있다. 또는, 챔버(142)는 일단 카트리지(140)가 상기 기기 내로 삽입되면 상기 카트리지를 밀어내는 스프링 또는 스프링 탄지된 가동 벽(미도시)을 구비할 수 있다. 또한, 외부 라이너(144)는 실질적으로 강성(rigid) 재료로 제조될 수 있고 카트리지(140)는 챔버(142) 내로 삽입되기 적합한 크기와 치수로 된다.
본원발명의 다른 관점에 의하면, 카트리지(40)는 도 8a에 실선으로 나타내듯이 보통 원래 위치에서 단부벽(50)의 높이나 폭을 넘어 연장되는 적어도 하나의 가동 가이드 암(movable guide arm: 148)을 더 구비한다. 이러한 연장으로 인하여 카트리지(40)가 전자기기에 잘못 삽입되는 것이 방지된다. 가동 가이드 암(148)은 스프링 탄지됨으로써 도 8a의 실선으로 나타내는 원래 위치에서 보통 탄지되도록 함이 바람직하다. 상기 카트리지를 올바르게 삽입하기 위하여 사용자는 도 8b의 파선으로 나타내듯이 가이드 암(148)을 소정의 삽입/제거 위치까지 시계방향이나 반시계방향으로 돌려 이러한 연장을 제거한다. 상기 카트리지가 완전히 올바르게 삽입된 후에는 상기 스프링 탄지 가이드 암(148)은 원래의 위치로 복귀하여 상기 카트리지가 전자기기로부터 부적절하게 떨어져나가는 것을 방지한다. 이러한 구성에 있어서 가이드 암(148)은 밸브(36) 주위에 착설된다. 상기 카트리지를 제거하기 위하여 상기 전자기기는 상기 가이드 암을 다시 상기 삽입/제거 위치로 돌려 상기 카트리지를 떼어낸다.
도 8b에 있어서, 스프링 탄지될 수 있는 가이드 암(148)은 독립적으로 단부벽(50) 상에 밸브(36)로부터 떨어져 착설된다. 그 원래 위치에서는 실선으로 나타내듯이 상기 가이드 암(148)은 단부벽(50) 높이보다도 더 연장되어 삽입될 수가 없다. 상기 카트리지를 삽입하기 위하여 사용자는 가이드 암(148)을 나타내는 바와 같은 시계방향으로 돌리고, 이를 도 8b의 파선으로 나타내는 수평위치와 같은 소정의 삽입/제거 위치로 정렬시킨다. 이 위치에서 가이드 암(148)은 상기 전자기기의 채널(미도시)과 정렬되어 상기 카트리지는 올바르게 삽입될 수가 있다. 삽입 후에는 가이드 암(148)은 원래 위치로 복귀하고 상기 카트리지를 제자리에 고정시킨다. 상기 카트리지를 제거하기 위하여 상기 전자기기는 상기 가이드 암을 다시 상기 삽입/제거 위치로 돌려 상기 카트리지를 떼어낸다.
가이드 암(148)의 다른 실시예를 도 8c 및 도 8d에 나타낸다. 가이드 암(148)은 밸브(62) 및 밸브(36) 간에 위치하는 피벗(pivot: 147) 주위를 회전가능하다. 가이드 암(148)은 연료 비투과성 막으로 될 수 있는 커버(cover: 149)를 더 포함한다. 도 8c에 나타내듯이, 커버(149)는 카트리지(40)가 최초 사용되기 이전에 밸브(36)를 밀봉한다. 커버(149)는 밀봉 O-링 탄성중합체 또는 접착제로 밸브(36)에 밀봉될 수 있다. 도 8c의 원래 위치에서 가이드 암(148)은 단부벽(50)을 넘어 연장되어 카트리지(40)가 전자기기에 잘못 삽입되는 것을 방지한다. 상기 카트리지를 정확하게 삽입하기 위하여 도 8d에 나타내듯이 사용자는 가이드 암(148)을 상기 삽입/제거 위치까지 반시계 방향으로 돌린다. 이 위치에서는 스프링 암(148)은 단부벽(50)을 넘어 연장되지 않으며 밸브(36)가 노출된다. 카트리지(40)는 상기 전자기기에 삽입될 수 있으며, 밸브(36)는 상기 전자기기 내의 상응하는 밸브와 접속되어 연료를 카트리지(40)로부터 상기 전자기기에 전력을 공급하는 연료전지로 이송하게 된다.
가이드 암(148)을 도 8d에 나타내는 삽입/제거 위치에 두기 위하여 임의의 정지구(151)가 제공될 수 있다. 정지구(151)는 스프링 탄지될 수 있으며, 이에 따라서 가이드 암(148)이 도 8c에서 나타내는 원래 위치에 있을 때에는 상기 저지구(151)는 가이드 암(148) 아래에서 탄지되고, 가이드 암(148)이 도 8d에서 나타내는 위치에 있을 때에는 외부로 신장되어진다. 또한, 사용자가 상기 가이드 암(148)을 상기 카트리지의 측면 또는 배면으로부터 상기 삽입위치에 대하여 이동시킬 수 있도록 상기 가이드 암(148)은 상기 카트리지의 배면을 향하여 후측으로 연장될 수 있다. 가이드 암(148)은 여기 기술하는 내용을 포함하여 많은 구성과 형상을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 회전가능한 것 이외에도, 가동 가이드 암(148)은 단부벽(50)에 대하여 미끄러짐(slidable)이 가능하다. 가이드 암(148)은 단부벽(50)에 부착될 수도 있으나 탄력적이다. 상기 탄력적인 가이드 암은 가요성일 수 있으며, 이에 따라 상기 가이드 암은 삽입/제거 위치로 이동된 후에 원래 위치로 복귀할 수 있게 된다. 가동 가이드 암(148)의 기타 구성 또한 가능하며 본원발명의 범주 내에있다.
본원발명의 다른 관점은 도 9a 및 도 9b에 나타낸다. 라이너(150)는 연속 열성형 공정(continuous thermoform process)에 의하여 형성된 블리스터(blister) 형 연료 공급원으로 된다. 이 공정에 있어서, 상부층이 가열된 플래튼(platen)쌍 사이에 공급된다. 상기 플래튼은 돌출부를 포함하여 상기 상부층에 블리스터를 형성한다. 그리고, 상기 성형된 상부층은 보강층(152)으로 적층된다. 가열된 롤러가 사용될 수도 있다. 상기 보강층은 상기 연료 공급원에게 경도와 구조적 지지를 제공하기 위하여 복수층을 포함할 수 있다. 팩으로부터 각각의 연료 공급원(150)을 용이하게 분리하기 위하여 천공라인(156)이 부가된다. 제어밸브(36)가 각 블리스터(150)에 부가되고 상기 제어밸브를 통하여 연료가 채워진다. 연료 공급원(150)의 분명한 이점은 비교적 강성인 측면 탭(158)을 가진다는 점이다. 이들 측면 탭은 올바른 삽입을 보장하기 위하여 연료전지 상에 상응하는 가이드 슬롯(guide slot: 미도시)에 삽입되는 가이드 암의 용도에 충분하게 강성으로 된다.
본원발명에 따라 연료 공급원을 제조하는 다른 방법은 도 10에 나타내듯이 복수층 필름을 무봉합선 관(seamless tube: 160)으로 동시 압출하는 것이다. 상기 최내층은 예를 들어 상기 연료에 내성이 있고 낮은 투과성을 가지므로, 연료전지 연료에 적합하다. 상기 중간층은 연료전지 연료에 대해 차단층으로 되거나 비투과성을 가진다. 최외층은 또다른 차단층이 될 수 있고, 연료 또는 유효수명 동안 노출될 수 있는 화학약품에 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 호일로 될 수 있다. 각 층은 높은 부착성을 보장하기 위하여 동일한 제조공정으로 압출되고 적층됨이 바람직하다.
압출된 관(160)은 가요성이 있고 어떠한 형상으로도 될 수 있다. 상기 라이너의 최종 형상은 일부분이 관(160)에 부착되는 단부캡(162)의 형상에 따라 결정된다. 또한, 관(160)은 도시하듯이 다변형 형상을 가질 수 있고 또한 주름이 형성될 수 있다. 관(160)은 고주파, 초음파 기타 열원에 의하여 발생되는 열로써 단부캡(162)에 밀봉될 수 있다. 또는, 관(160)은 도 10에 나타내듯이 한 종단면에서 단부캡(162) 및 밸브(36)에 부착될 수 있고, 치약튜브와 유사한 형상으로 다른 종단면에서 자체 밀봉될 수 있다. 또한, 상기 라이너는 알루미늄 호일로 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 분해하는 것을 방지하기 때문이다. 복수층은 전술한 바 있듯이 현재 진행 중인 특허출원 제10/629,004호에 상세히 개시되어 있다.
본원발명의 다른 관점에 의하면, 외부 케이싱은 도 11에 나타내듯이 고주파, 초음파 기타 열원에 의하여 용접되는 2개의 케이싱 반부분(half: 164)을 포함한다. 내부 라이너(46)는 이미 이에 부착된 제어밸브(36)를 구비함이 바람직하다. 각 케이싱 반부분(164)은 도시하듯이 라이너(46)의 목부분(neck region: 166)에 용접되고, 상호 용접되어 본원발명에 따른 연료 공급원을 형성한다.
여기서 개시된 발명의 실시예들은 본원발명의 목적을 달성하는 것이며, 다수의 변형 및 기타 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 안출될 수 있음이 인정된다. 따라서, 특허청구범위는 본원발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형 및 실시예들을 포함한다고 간주되어야 한다.

Claims (73)

  1. 연료전지용 연료를 수용하는 연료 공급원에 있어서,
    상기 연료를 수용하는 연료격실과, 반응물격실과, 반응챔버를 내장하는 외부 케이싱을 포함하고;
    상기 연료는 상기 반응챔버로 이송되고 반응하여 수소가스 및 액체 반응물을 포함하는 반응물을 형성하고, 이후 상기 반응물은 상기 반응물격실로 이송되며;
    상기 수소가스는 상기 반응물격실로부터 상기 연료전지로 통과하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응물격실은 가스 투과성 및 액체 비투과성의 막을 포함하고, 수소가스가 상기 막으로부터 상기 연료전지로 통과하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  3. 제1항에 있어서,
    연료 카트리지가 밸브를 더 포함하고, 상기 밸브는 수소가스를 상기 연료전지로 선택적으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  4. 제1항에 있어서,
    연료 카트리지는 연료를 상기 연료격실로부터 상기 반응챔버로 이송하는 펌 프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부 케이싱은 수소가스에 대해 실질적으로 비투과성인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  6. 제5항에 있어서,
    수소가스는 상기 외부 케이싱 내부에 저장되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료격실 및 상기 반응물격실의 벽들은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료격실 및 상기 반응물격실은 가동 벽에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가동 벽은 상기 반응물격실 및 연료격실의 상기 벽들과 밀봉을 형성하 는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밀봉은 상기 반응물격실 및 연료격실의 상기 벽들을 향하여 가압되는 와이퍼 또는 O-링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연료는 수소화붕소나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액체 반응물은 붕산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반응챔버는 백금 또는 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연료는 메탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 반응챔버는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 연료격실은 라이너를 포함하고, 상기 연료는 상기 라이너에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반응물격실은 라이너를 포함하고, 상기 반응물은 상기 라이너에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  18. 연료전지용 연료를 수용하는 연료 공급원에 있어서,
    상기 연료를 수용하는 연료격실과, 반응물격실과, 반응챔버를 내장하는 외부 케이싱을 포함하고;
    상기 연료는 상기 반응챔버로 이송되고 반응하여 수소가스 및 액체 반응물을 포함하는 반응물을 형성하고, 이후 상기 수소가스는 상기 반응챔버로부터 상기 연료전지로 이송되고 상기 액체 반응물은 상기 반응물격실로 이송되며;
    상기 액체 반응물은 부가의 반응물과 더 반응하여 가스를 생성하고 이로써 상기 반응물 격실 내부의 압력을 증가시켜 연료를 상기 연료격실 외부로 밀어내는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 부가의 반응물은 금속인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 부가의 반응물은 촉매인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  21. 제18항에 있어서,
    연료 카트리지가 밸브를 더 포함하고, 상기 밸브는 수소가스를 상기 연료전지로 선택적으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  22. 제18항에 있어서,
    연료 카트리지는 연료를 상기 연료격실로부터 상기 반응챔버로 이송하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 연료격실 및 상기 반응물격실의 벽들은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 연료격실 및 상기 반응물격실은 가동 벽에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 가동 벽은 상기 반응물격실 및 연료격실의 상기 벽들과 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 밀봉은 상기 반응물격실 및 연료격실의 상기 벽들을 향하여 가압되는 와이퍼 또는 O-링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 연료는 수소화붕소나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 액체 반응물은 붕산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 반응챔버는 백금 또는 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공 급원.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 연료는 메탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 반응챔버는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  32. 제18항에 있어서,
    상기 연료격실은 라이너를 포함하고, 상기 연료는 상기 라이너에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 반응물격실은 라이너를 포함하고, 상기 반응물은 상기 라이너에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 반응물격실은 제2라이너를 포함하고 상기 라이너들은 가동 벽에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  35. 외부 케이싱과 적어도 2개의 내부 라이너들을 포함하는 연료 공급원에 있어서,
    흡수재가 상기 내부 라이너들 간에 위치되며, 상기 라이너들 중의 하나는 연료를 수용하고 상기 라이너를 연료전지에 연결하는 밸브와 유체소통되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 연료를 수용하는 상기 라이너에 작용하는 적어도 하나의 위치에너지 저장요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 스프링 위치에너지 저장요소는 발포재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 스프링 위치에너지 저장요소는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  39. 가용성의 외부 케이싱과, 연료를 수용하는 가요성의 내부 라이너를 포함하는 연료전지용 연료 공급원에 있어서,
    상기 연료 공급원은 전자기기 내의 격실에 수용되도록 크기와 치수가 정해지며, 상기 내부 라이너는 상기 전자기기 내부의 연료전지에 상기 내부 라이너를 연결하는 밸브와 유체소통되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 상기 두 라이너 간에 배치되는 흡수재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 흡수재로 제조되는 제3라이너를 더 포함하고 이는 상기 내부 라이너 및 상기 외부 라이너 간에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  42. 제39항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 내부 라이너들과 외부 라이너들 간에 위치되는 흡수재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  43. 전자기기 내로의 삽입에 적합한 연료전지용 연료 공급원으로서 이에 착설되는 가동 가이드 암을 포함하는 연료 공급원에 있어서,
    상기 가이드 암은 상기 연료 공급원이 상기 전자기기에 삽입되기 이전에 제1위치에서 제2위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 제1위치는 원래 위치인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 제2위치는 삽입/제거 위치인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 삽입/제거 위치에서 상기 가이드 암은 상기 전자기기 상의 상응하는 채널과 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 가이드 암은 스프링 탄지되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  48. 제43항에 있어서,
    상기 가이드 암은 상기 전자기기 내의 연료전지에 상기 연료 공급원을 연결하는 제어밸브와 동축으로 착설되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 가이드 암은 상기 제어밸브로부터 간격을 두어 착설되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  50. 제43항에 있어서,
    상기 연료 공급원이 삽입된 이후에 상기 가이드 암은 상기 원래 위치로 복귀하여 상기 전자기기 내부의 상기 연료 공급원을 고정하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  51. 제43항에 있어서,
    상기 가이드 암은 이의 최초 사용 이전에 상기 전자기기 내부의 연료전지에 상기 연료 공급원을 연결하는 차단밸브를 밀봉하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  52. 제43항에 있어서,
    상기 가이드 암은 상기 차단밸브를 보호하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  53. 제43항에 있어서,
    상기 가이드 암은 상기 연료 공급읜의 정면 일부로부터 상기 연료 공급원의 배면 일부로 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  54. 제43항에 있어서,
    상기 가동 가이드 암은 회전가능한 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  55. 제43항에 있어서,
    상기 가동 가이드 암은 탄력성이 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  56. 제53항에 있어서,
    상기 탄력성있는 가이드 암은 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  57. 제43항에 있어서,
    상기 가동 가이드 암은 미끄러짐이 가능한 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  58. 연료전지용 연료 공급원의 형성방법에 있어서,
    하나의 상부층을 제공하는 단계와;
    상기 상부층에 적어도 하나의 블리스터를 형성하는 단계와;
    상기 상부층에 하나의 보강층을 적층하고, 상기 상부층 및 보강층 간에 적어도 하나의 연료 저장소를 형성하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 블리스터 저장소에 하나의 밸브를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 연료 공급원의 형성방법은 상기 적어도 하나의 블리스터 저장소 주위에 천공라인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  60. 제58항에 있어서,
    상기 연료 공급원의 형성방법은 상기 적어도 하나의 블리스터 저장소 주위에 상기 보강층 및 상부층으로부터 적어도 하나의 가이드 탭을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 연료 공급원의 형성방법은 상기 가이드 탭을 전자기기 상의 상응하는 채널과 정렬시키고 상기 연료 공급원을 상기 전자기기 내로 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  62. 연료전지용 연료 공급원의 형성방법에 있어서,
    상기 연료 공급원으로서의 사용에 적합한 복수의 재료를 제공하는 단계와;
    상기 복수의 재료들로부터 무봉합선 관을 동시 압출하는 단계와;
    소정의 형상을 가지는 적어도 하나의 단부캡을 상기 무봉합선 관에 부착하여 상기 연료 공급원을 형성하는 단계와;
    하나의 밸브를 상기 연료 공급원에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 연료 공급원의 형성방법은 상기 관의 일 단부를 자체 밀봉하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  64. 연료전지용 연료 공급원의 형성방법에 있어서,
    연료를 수용하기에 적합한 하나의 내부 라이너를 제공하는 단계와;
    하나의 밸브를 상기 내부 라이너에 부착하는 단계와;
    적어도 2개의 부분을 포함하는 하나의 외부 케이싱을 제공하는 단계와;
    상기 외부 케이싱의 일 부분을 상기 밸브에 인접한 상기 내부 라이너의 목부분에 부착하는 단계와;
    상기 외부 케이싱의 다른 일 부분을 상기 내부 라이너의 상기 목부분에 부착하는 단계와;
    상기 외부 케이싱의 상기 두 부분을 상호 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원의 형성방법.
  65. 외부 케이싱과, 적어도 하나의 내부 라이너와, 위치에너지 저장요소를 포함 하는 연료 공급원에 있어서,
    상기 라이너는 연료를 수용하고 연료전지에 상기 라이너를 연결하는 밸브와 유체소통되며, 상기 외부 케이싱은 연료가 상기 라이너 내외로 이송될 때 상기 라이너 및 상기 위치에너지 저장요소의 이동을 안내하는 내부 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 위치에너지 저장요소는 발포재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  67. 제65항에 있어서,
    상기 위치에너지 저장요소는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  68. 외부 케이싱과, 적어도 하나의 내부 라이너와, 위치에너지 저장 발포재를 포함하는 연료 공급원에 있어서,
    상기 라이너는 연료를 수용하며 연료전지로 상기 라이너를 연결하는 밸브와 유체소통되며, 상기 발포재는 다른 다공도를 가지는 복수의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  69. 제68항에 있어서,
    높은 다공도의 상기 영역은 상기 라이너로부터 가장 멀리 떨어진 영역인 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  70. 제68항에 있어서,
    상기 발포재는 복수의 배기구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 공급원.
  71. 밀봉된 백에 내장된 연료 공급원을 포함하는 연료 시스템에 있어서,
    상기 연료 공급원은 외부 케이싱을 포함하며, 상기 연료는 상기 외부 케이싱 내부에 수용되고 상기 연료는 상기 연료 공급원 상에 배치된 차단밸브와 유체소통되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 연료는 라이너 내부에 수용되고 상기 라이너는 상기 외부 케이싱 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  73. 제71항에 있어서,
    상기 백은 상기 연료 공급원에 수축포장되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
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