KR20070064584A - 연료 전지 카트리지 및 연료 운반 시스템 - Google Patents

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KR20070064584A
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reservoir
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제프리 린 애리아스
후엔 응옥 딘
칼 앨런 카코넨
게하드 베크만
카알 앨런 3세 카코넨
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다이렉트 메탄올 퓨얼 셀 코포레이션
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Abstract

본 명세서에 개시된 주제는 연료를 연료 전지에 공급하기 위한 연료 전지 카트리지에 관한 것이다. 연료 운반 시스템, 연료 전지, 및 관련 기술이 또한 개시되어 있다.

Description

연료 전지 카트리지 및 연료 운반 시스템{FUEL CELL CARTRIDGE AND FUEL DELIVERY SYSTEM}
본 명세서에 개시된 주제는 부분적으로 연료 전지를 위한 연료 운반 시스템에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 주제는 또한 연료 운반 시스템을 향상시킨 연료 전지에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 주제는 또한 연료 운반 시스템 및/또는 연료 전지에 결합될 수 있는 연료 카트리지에 관한 것이다.
연료 전지는 반응 물질(즉, 연료와 산화물)의 화학 에너지를 전기로 직접 전환시키는 전기화학 장치이다. 적용 범위가 늘어남에 따라, 연료 전지는 화석 연료의 연소 등과 같은 종래의 전력 생성보다 더 효율적이며, 리튬-이온 배터리 등의 휴대용 전원 저장 장치보다 더 편리하다. 연료 전지의 재료는 메탄올과 탄화수소가 그들의 높은 비에너지(specific energy)로 인해 점증적으로 채택되고 있지만 각종 상이한 재료들을 이용할 수도 있다.
연료 전지는 전력과 반응 물질을 생성하기 위해 연료와 산화물을 전기 화학적으로 전환시킴으로써 작동된다. 이러한 장치는 일반적으로 2개의 전극 사이에 배치된 전해질을 포함한다. 전기화학 반응 물질은 전기 촉매를 사용함으로써 전극에 유도된다. 고체 폴리머 연료 전지는 고체 폴리머 전해질 혹은 전극 층들 사이에 개 재된 양자 교환 막(proton exchange membrane; PEM)을 포함하는 막 전극 어셈블리를 사용한다.
액체 혹은 가스상의 스트림 양자에 의해 운반되는 동시에 PEM 연료 전지에 사용하기 위한 각종 반응 물질이 공지되어 있다. 산화물 스트림은 예컨대, 순수 산소 가스 혹은 공기일 수 있다. 연료 스트림은 일반적으로 순수 수소 가스, 수소화물, 산, 혹은 액체 유기 연료 혼합물일 수 있다. 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)는 연료로서 사용된 액체 메탄올이 애노드에서 직접 산화되는 직접 액체 급송 연료 전지 타입이다. 애노드에서 발생된 수소 이온은 막을 통과하고 물을 생성하기 위해 애노드 측에서 산소와 전자와 화합된다. 전자는 막을 통과할 수 없기 때문에 전지에 의해 생성된 전력을 소모하는, 전력 부하를 구동하는 외부 회로를 통해 애노드로부터 캐소드로 유동한다.
DMFC에 있어서, 연료는 메탄올 혹은 물과 메탄올의 혼합물이다. 메탄올 혹은 메탄올 혼합물은 DMFC의 애노드 챔버로 액체로서 운반되며, 여기서 메탄올이 전기로의 연료의 전기화학적 전환의 일부로서 산화된다.
직접 메탄올 연료 전지의 반쪽 전지 반응은 다음과 같이 주어진다.
애노드 : CH3OH + 2H2O → CO2 + 6e- + 6H+
캐소드 : 6e- + 6H+ + 3/2O2 → 3H2O
전체 : CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O
휴대용 장치를 위한 전력 공급원에 합체된 연료 전지들의 작동 수명은 높은 에너지 용량의 연료를 사용하기 때문에 통상적인 배터리 시스템보다 더 길어질 수 있다. 각종 연료 전지 기술은 메탄올, 포름산, 보로하이드라이드, 연료 전지 및 수소 폴리머 전해질 막 연료 전지 등의 휴대용 전력 애플리케이션의 상업화를 위해 현재 개발 중에 있다. 그러나 휴대용 전력 애플리케이션에서 연료 전지의 광범위한 채택을 용이하게 하기 위해, 연료 전지 운반 시스템뿐만 아니라 연료 전지 카트리지의 개량이 필요하게 된다.
발명의 개요
하나의 태양에 있어서, 연료 전지에 사용되는 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함한다. 이 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함한다. 몇몇 변형례에 따르면, 연료 저장조는 연료 전지의 연료 급송 루프를 통해 연료를 분출한다.
상기 연료 카트리지는 단일형 벽으로 구성되거나 분리된 챔버에 연료를 담기 위해 복수형 벽으로 구성되어도 좋다. 상기 저장조는 희망하는 용례에 따라 한정하려는 의도는 아니지만 1ml 내지 10리터 범위, 몇몇 변형례에서는 20 내지 500ml의 광범위한 용적의 연료를 유지할 수 있다.
상기 연료는 액체 연료, 가스상의 연료, 분무화된 연료, 고체 연료, 및 이의 조합물일 수 있다. 예컨대, 연료는 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르(DME), 디메톡시메탄(DMM), 트리메톡시메탄(TMM), 트리옥산, 포름산, 포름알데히드, 부탄, 프로판, 메탄, 프로필렌, 에틸렌, 프로판올, 글리콜, 물과 이의 혼합물, 산과 이의 혼합물, 및 염기와 이의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 탄화수소 연료일 수도 있다.
상기 저장조는 예컨대, 직사각형, 각기둥, 박스형, 원통형 및/또는 관형을 포함하는 다양한 형상을 취할 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 상기 저장조는 압출 알루미늄, 플라스틱, 복합체, 및 담긴 연료와의 반응에 대해 실질적으로 비활성인 임의 물질로 이루어진 군에서 선택된 물질로 제조될 수 있다. 상기 저장조는 가요성이 있거나 변형 가능한 부분 및/또는 견고한 부분을 포함할 수 있다. 상기 저장조는, 몇몇 구성에 있어서, 연료를 비우기 위해 압축/팽창 가능한 벨로우즈를 제공하도록 저장조의 적어도 일부는 주름진 물질로 구성될 수 있다.
상기 저장조는 그 전방벽에 마련된 연료 출구를 이용하여 연료를 담도록 연속한 표면을 포함할 수 있다. 추가로 혹은 그 대안으로, 저장조는 견고한 하우징 내에 마련된 가요성 용적을 형성하는 챔버 및/또는 연료 운반 시스템에 접속 분리될 때 저장조를 밀봉하도록 연료 출구에 위치한 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 밸브는 예컨대, 전자-기계식 작동 밸브, 볼 체크 밸브, 니들 밸브(예컨대, 가늘고 긴 요소에 의해 관통될 수납 부재를 구비하는 밸브), 항공기 연료 보급 밸브, 및 기계식 작동 밸브로 이루어진 그룹에서 선택된 일방향 밸브일 수 있다.
연료 카트리지는 미사용시 연료 출구를 덮기 위해 제거 가능한 배리어를 포함할 수 있다. 이러한 제거 가능한 배리어는 탭 부분을 구비할 수 있고, 표준형 레이저 프린터 카트리지를 보호하는 밀봉부와 유사한 연료 출구의 표면을 가로질러 활주하거나 또는 완전히 제거될 수 있다(금속성 음식물 리셉트클 커버 등). 몇몇 변형례에 있어서, 저장조는 그 내부에 담긴 연료의 손상을 방지하기 위한 안전 부 재를 포함한다.
상기 저장조는 카트리지를 커플링 장치에 고정하기 위해 연료 출구에 있는 잠금 부분을 포함할 수 있다. 이러한 잠금 부분은 기계식 잠금 장치, 마찰식 잠금 장치, 및 기계식 구속 장치로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 기계식 잠금 장치는 총검식 부착물, 퀵 릴리스 자물쇠, 스크류 나사, 및 걸쇠식 자물쇠, 및 스프링 장전식 자물쇠로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 상기 마찰식 잠금 장치는 O형 링일 수 있다. 상기 기계식 구속 장치는 커플링 장치 상의 대응하는 암형 혹은 수형 부품과 합치하는 수형 혹은 암형 잠금 장치일 수 있다.
몇몇 변형례에 있어서, 연료 카트리지에는 커플링 장치와의 커플링을 검출하기 위한 커플링 센서가 더 마련될 수 있다. 예컨대, 상기 커플링 장치는 카트리지의 하우징 상에 자리하여 카트리지와 커플링 장치의 합치에 따라 작동하는 마이크로-스위치, 카트리지와 커플링 장치의 합치에 따라 작동하는 마그네틱 스위치, 연료 카트리지의 금속 부분과 접촉 상태로 있는 한 쌍의 전기 접촉부, 광학 센서로부터 차례로 선택된 광 검출 센서로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 연료 카트리지는 그것으로부터 연료를 분출하기 위해 카트리지 내측의 내압 공급 부재, 기계 작용력 유도 부재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 양의 압력 유도 부재를 또한 포함할 수 있다. 상기 내압 공급 부재는 연료에 첨가되는 높은 증기압의 탄화수소를 포함할 수 있다. 만약 사용된 연료가 메탄올이면, 높은 증기압 탄화수소는 부탄, 디메틸 에테르, 및 프로판으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 상기 기계 작용력 유도 부재는 스프링, 나사, 모 터, 공압 및 유압으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 작동 부재를 사용하여 작동 가능한 피스톤, 저장조 하우징의 일부, 및 엘라스토머 폼으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 연료 카트리지내의 연료는 중력, 확산, 혹은 모세관 작용을 통해 카트리지로부터 배출될 수 있다. 이러한 모세관력은 일정한 공극률을 지닌 카트리지 내부의 폼이나 또는 연료 출구 근처의 모세관력의 증가에 의한 연료의 전달을 가능케 하는 공극률 구배를 지닌 폼에 의해 제공될 수 있다. 그 대안으로 혹은 추가적으로, 모세관력은 개구 근처의 모세관력을 증가시키기 위해 일정한 공극률 혹은 공극률 구배를 지닌 심지 요소(예컨대, 펠트, 섬유, 패브릭, 및 폼)에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 모세관력은 연료 카트리지 내부에 마련되어 커플링 장치로의 유입을 방지하기 위해 카트리지의 연료 출구에서 선택적으로 스크린(예컨대, 제거, 여과 혹은 분리) 가능한 하나 이상의 점탄성 유체에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 모세관력은 컨테이너 내부에 배치된 하나 이상의 모세관 및/또는 내압에 의해 제공될 수 있다.
상기 연료는 카트리지 내부에 공급된 가스에 의해 제거 혹은 배출될 수 있고, 가스 통기구 요소는 카트리지와 협동한다. 카트리지는 연료로부터 분리된 추진제를 저장하기 위해 하나 이상의 가스 저장 부재를 포함할 수 있다. 이러한 가스 저장 부재는 블래더(bladder), 백, 팽창 가능한 용기, 파열 가능한 용기, 가스와 연료를 분리시키는 피스톤, 감압 밸브에 결합된 격실을 포함할 수 있다. 상기 카트리지는 또한 혹은 그 대안으로 예정된 레벨에 도달하면 카트리지 내의 압력을 덜기 위해 릴리스 기구를 포함할 수 있다. 상기 릴리스 기구는 예정된 압력 레벨에 도달할 때 개방되는 밸브일 수 있고, 카트리지의 오리피스 내에 장착된 감압 고무 플러그, 카트리지로부터 나오는 연료의 방출을 늦추기 위해 연료 내의 폼 혹은 젤 작용제, 및/또는 감압 통기구 혹은 선택적으로 투과성 막을 포함한다.
상기 연료 카트리지는 이것으로부터 방출되는 연료의 방출 속도를 제어하기 위한 계측 부재를 포함할 수 있다. 상기 계측 부재는 계측 오리피스, 다공성 물질, 연료 출구에 배치된 다공성 부재, 컨테이너의 출구에 배치된 심지 물질, 및 유동 제한 밸브로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 연료 출구는 연료 전지에 접속된 하나 이상의 튜브, 카트리지 외부에 배치되어 그것과 작동 가능하게 결합된 심지 물질, 카트리지를 통해 연료 스트림의 일부 혹은 전부의 순환을 가능하게 해주는 2개 이상의 동심 혹은 동축 튜브, 및 연료의 배출과 가스 및/또는 액체의 유입을 허용하기 위한 2개 이상으로 튜브로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
몇몇 변형예에 있어서, 연료 카트리지는 독킹 스테이션 (docking station)에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 연료 카트리지는 독킹 스테이션 밀봉면에 반하여 카트리지를 고착시키기 위한 고정 부재를 포함할 수 있다. 상기 고착 부재는 원통형 카트리지를 위한 총검 타입의 자물쇠와, 에어로졸 캔 타입의 카트리지를 위한 접착제로 부착 가능한 성형된 플라스틱 단부 캡으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 성형된 플라스틱 단부 캡의 일례는 독킹 스테이션 밀봉면으로부터 선택적으로 맞물리거나 맞물림 해제하도록 파지 및 회전할 수 있는 부재를 포함할 수 있다. 상기 총검식 자물쇠는 안전 요소를 포함하며 맞물림 해제를 위해 높은 토크를 필요로 할 수 있다. 추가적으로, 상기 총검식 자물쇠는 핀과 노치 타입의 구조이며 핀 또는 노치중 하나는 카트리지 외측면 상에 배치되어 연료 독킹 스테이션 밀봉면 상의 대응하는 노치 혹은 핀과 맞물린다.
또 다른 태양에서, 연료 전지에 사용하기 위한 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고, 연료 배출은 모세관 작용 부재, 기계 작용력 부재, 내부 가스 압력 혹은 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 요소에 의해 행해질 수 있다.
모세관 작용 부재는 폼, 에어로젤, 다공성 세라믹, 연료 출구 및/또는 모세관을 향해 세공 크기가 감소하는 다공성 실리콘 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 폼은 50% 내지 99% 공극률의 개방 셀(cell) 구조를 지니고, 친수성 및 연료와의 상용성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 폼은 예컨대, 공극률이 60 내지 80개 세공/인치인 폴리우레탄 폼일 수 있다. 상기 폼은 쐐기형이며, 연료 출구 근처의 세공이 더 작게 되도록 점증하는 공극률을 얻기 위해 카트리지로 강제될 수 있다. 폼의 세공보다 더 작은 세공을 지닌 펠릿이 연료 출구를 통해 세공으로 삽입될 수 있다.
상기 폼 물질은 상이한 공극률의 복수 개의 폼 블록을 포함할 수 있다. 연료 출구에 더 근접한 각각의 폼 블록은 이전의 폼 블록보다 더 작은 세공 크기를 가질 수 있다. 광범위한 폼 블록은 2 내지 100개의 폼 블록 등의 구조가 되도록 배열될 수 있다. 몇몇 변형례에서, 상기 폼 블록은 환상 혹은 동심으로 제공된 다양한 공극률의 폼을 포함하며, 가장 작은 세공 폼은 중앙에 위치하고 연료 출구에 접속된다. 다른 변형례에서, 상기 폼 블록은 세공 크기가 큰 가요성 폼으로 삽입된 원뿔 형상 단편의 폼을 포함하며 이에 따라 출구에 가장 근접한 가요성 폼의 폼 세공을 압축한다. 상기 모세관은 연료 출구를 향한 모세관력의 점증적인 증가를 가능하게 해주기 위해 다양한 기공률의 하나 이상의 폼 블록으로 삽입될 수 있다.
몇몇 변형례에서, 상기 모세관 작용 부재는 카트리지 내부에 배치되어 연료 출구쪽으로 연료의 더 큰 모세관 당김을 부여하기 위해 카트리지의 연료 출구에 더 근접할수록 더 소형이 되는 세공이 마련된 개방 셀 폼 충전제 혹은 심지 물질을 사용하여 그 연료 출구를 향해 모세관력을 점진적으로 증가시킨다.
연료 카트리지는 양의 압력을 공급하여 연료 출구로부터 연료를 배출하기 위해 높은 증기압 탄화수소(예컨대, 부탄)를 또한 포함할 수 있다. 연료 출구를 향해 점증적으로 높은 모세관력을 얻기 위해 높은 증기압 탄화수소와 화합된 상태로 폼 물질이 사용될 수 있다.
또 다른 태양에서, 연료 전지에 사용하기 위한 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함할 수 있다. 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 일단부를 향하는 개구와 개구의 반 대편 단부를 향해 단부편을 구비할 수 있고, 상기 개구에는 카트리지를 커플링 장치에 고착시키기 위한 상호 잠금 부재가 마련되어 있고, 상기 단부편은 연료와 호환 가능한 접착제 물질을 이용하여 하우징에 고착될 수 있거나 그것과 일체로 될 수 있다.
또 다른 태양에서, 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함할 수 있다. 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함할 수 있으면, 상기 저장조에는 그 내부에 연료와 추진제를 담기 위해 별개의 컨테이너가 마련될 수 있다.
이러한 저장조는 압축 가스와 연료를 분리하기 위해 블래더를 합체시키는 알루미늄 컨테이너를 포함할 수 있다. 다른 변형례에서 있어서, 상기 저장조는 압축 가스와 연료를 분리하기 위해 배치된 피스톤을 포함할 수 있다. 움직임 검출 부재는 예컨대, 저장조에 남아 있는 연료의 양을 측정하도록 피스톤의 운동을 예측하기 위해 사용될 수 있다. 움직임 검출 부재는 용량에 의해 자기적으로, 용량적으로, 혹은 음향학적으로 움직임을 검출할 수 있다. 상기 연료는 메탄올이고 압축 가스는 이산화탄소 혹은 불활성 기체일 수 있다.
또 다른 태양에 있어서, 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함할 수 있으며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련 되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하며, 상기 카트리지는 그것의 팽창을 저지하기 위해 하나 이상의 보강 부재를 포함한다. 상기 보강 부재는 카트리지 독킹 슬롯 상에 마련된 대응하는 하나 이상의 보강 부재와 협동 및/또는 카트리지의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 리브를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 따르면, 연료 전지에 사용하기 위한 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함할 수 있으며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고, 상기 카트리지에는 카트리지 독킹 스테이션에 배치된 하나 이상의 대응하는 자물쇠와의 합치를 요구하는 하나 이상의 기계식 부재가 마련되어 있다.
상기 기계식 부재는 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 노치와 협동하는 카트리지의 외측면 상에 마련된 하나 이상의 홈 및/또는 카트리지의 외측면 상에 마련되어 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 홈과 협동 가능한 하나 이상의 릿지 및/또는 카트리지의 외측면 상에 마련되어 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 릿지와 하나 이상의 홈과 협동 가능한 하나 이상의 홈과 하나 이상의 릿지를 포함할 수 있다. 상기 기계식 부재는 노치, 핀, 릿지, 혹은 그것이 내부에 끼워져 카트리지 독킹 스테이션 내의 대응하는 오리피스와 맞물릴 수 있도록 해주는 다른 돌출물을 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서, 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함할 수 있고, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고, 상기 카트리지는 그로부터 연료를 배출하기 위해 하나 이상의 압력 유도 부재에 의해 벽 내의 개구를 통해 작동될 수 있다.
상기 연료는 벨로우즈 혹은 블래더 내에 포함될 수 있고, 카트리지 하우징에는 벨로우즈 혹은 블래더를 내리눌러 연료를 카트리지의 연료 출구를 통해 배출시키기 위해 블래더 혹은 벨로우즈와 접촉한 상태로 작동 부재에 의해 작동 가능한 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤이 마련되어 있다. 상기 작동 부재는 카트리지 하우징 상에 마련된 하나 이상의 슬롯을 통해 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤과 작동 가능하게 결합된 하나 이상의 외부 스프링을 포함할 수 있다. 판 스프링, 코일 스프링, 와이어 스프링 및/또는 에너지 저장 구조를 사용할 수 있다.
상기 작동 부재는 스프링과 플런저 요소의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 플런저 요소는 벨로우즈 혹은 블래더를 내리눌러 연료 출구를 통해 연료를 배출하기 위해 플레이트 혹은 피스톤과 작동 가능하게 접촉 상태로 있으며 및/또는 상기 작동 부재는 회전 모터와 나사에 의해 구동될 수 있어 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤을 카트리지 내에서 밀치고 벨로우즈를 압박하여 외부의 기계적 압축을 초래하는 나사 형성 작동 로드를 포함할 수 있다.
상기 압력 유도 부재는 카트리지의 연료 충전 블래더와, 카트리지 상에 마련 된 소형의 외측 오리피스와, 압축 공기를 공급하기 위해 연료 전지의 밀봉면에 반하여 압박하기 위한 밀봉부를 포함할 수 있다. 밀봉부는 O형 링일 수 있다.
상기 펌프는 외부 동력 공급 부재에 의해 구동될 수 있다. 상기 펌프는 피스톤 혹은 다이어프램 타입의 펌프일 수 있다. 상기 압력 유도 부재는 카트리지를 압축하기 위해 연료 내의 하나 이상의 탄화수소를 포함할 수 있다. 이러한 탄화수소는 연료 내의 혼합물로서 사용되며, 카트리지 내에서 연료와 탄화수소를 분리하기 위해 제공되는 분리 부재를 더 포함할 수 있다. 추가의 탄화수소는 연료를 담고 있는 블래더 외부에 및/또는 연료를 담고 있는 블래더 내부에 배치된 벌룬에 저장될 수 있고 블래더를 압축하기 위해 사용된다.
또 다른 태양에서, 연료 전지에 사용하기 위한 연료 카트리지는 커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구, 및 유체 압축 요소에 접속 가능한 유체 입구를 지닌 하우징을 포함한다.
몇몇 변형례에 있어서, 상기 카트리지는 연료를 에워싸는 블래더를 더 포함하며, 유체 입구를 통해 블래더와 연료 저장조의 내측면 사이로 압축 유체가 주입된다. 상기 연료 입구는 저장조의 전방벽과 후방벽 중 한 벽의 내부에 플러그에 의해 밀봉될 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 상기 카트리지는 저장조의 후방벽 내의 플러그와, 이 플러그와 연료 출구 사이에 배치된 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤을 사용할 경우, 피스톤의 움직임을 모니터링하기 위한 위치 센서를 더 포함 하거나 그 센서에 결합될 수 있다. 피스톤의 위치를 기초하여 프로세서 내의 연료량을 견적하기 위한 위치 센서에 프로세서가 결합될 수 있다. 추가적으로, 몇몇 변형례에 있어서, 물은 유체 입구와 유체 출구를 경유하여 저장조를 통해 순환된다.
또 다른 태양에 따르면, 연료 카트리지는 연료 저장조를 형성하는 하우징과, 하우징 내의 오리피스와, 연료 공급원으로부터 연료를 받아들이기 위한 오리피스 내의 입구와, 연료를 연료 전지로 운반하기 위해 오리피스 내의 입구로부터 분리된 출구를 포함할 수 있다.
또 다른 태양에 있어서, 한 장치는 연료 저장조를 형성하는 하우징과, 제1 위치에서 연료 저장조 내의 연료를 방출하고 제2 위치에서 연료 저장조 내의 연료를 유지하는 스프링 작동식 밸브를 포함하며, 상기 스프링 작동식 밸브는 제2 위치에서 상기 밸브를 유지하기 위한 편향 부재와, 연료 컨테이너가 연료 전지에 결합될 때 상기 편향 부재를 대항하여 밸브가 제1 위치로 전위되도록 하기 위해 외측 부재를 맞물리는 수용부를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 연료 전지에 사용되는 연료 운반 시스템은 연료 컨테이너와, 커플링 장치와, 급송 처리 서브시스템과, 연료 처리 서브시스템과, 제어 서브시스템을 포함할 수 있다. 상기 급송 서브시스템은 커플링 장치에 결합될 수 있고, 연료를 커플링 장치로부터 연료 처리 서브시스템으로 운반 및 제어된다. 상기 급송 서브시스템은 제어 시스템과 펌프를 통해 접속된 솔레노이드 밸브를 통해 제어 서브시스템에 의해 제어될 수 있다. 이러한 펌프는 연동 펌프, 피스톤을 기초한 펌프, 압전 펌프, 및 로터리 펌프로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 급송 서브시스템은 연료 처리 서브시스템으로 운반될 연료의 농도를 결정하기 위해 연료 농도 센서를 포함할 수 있다. 상기 농도 센서는 내부적으로, 외부적으로, 혹은 외부 및 내부 조합으로 급송 서브시스템에 접속될 수 있다. 커플링 검출 요소는 커플링 장치에 결합된 컨테이너의 존재 여부를 결정하기 위해 컨테이너와 급속 서브시스템 사이의 급송 라인에 접속될 수 있다. 상기 커플링 검출 부재는 마이크로 스위치를 포함하는 전기 스위치, 마그네틱 스위치, 근접 센서, 광학 장치, 전기 접촉부 혹은 압력 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 급송 서브시스템은 그것에 유체 연통 가능하게 결합된 에어 시스템으로부터 물을 회수하기 위해 역지 밸브, 사이펀 혹은 펌프를 포함할 수 있다. 상기 급송 서브시스템은 그것이 애노드로 노출되기 이전에 애노드 연료 스트림 내의 연료를 예비 처리하기 위해 연료 처리 시스템에 결합될 수 있다. 상기 연료 예비처리 서브시스템은 연료 전지로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 수집 웅덩이와 선택적인 투과성 막으로 이루어진 그룹에서 선택된 부재를 포함할 수 있다. 상기 처리 서브시스템은 연료를 예정된 온도로 유지하기 위해 가열 요소를 포함할 수 있다. 상기 가열 요소는 열교환기, 증발기, 증발 냉각 요소, 전기 저항식 히터, 세라믹 히터, 촉매 가열 요소, 연료 전지의 열 전달부, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 연료 처리 시스템은 연료 내의 불순물을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 투과성 막이거나 배리어일 수 있다. 몇몇 변형례에 따르면, 증발 요소는 연료를 증발시키기 위해 제공되고 및/또는 개질 요소는 연료로부터 수 소를 분리하기 위해 제공된다. 상기 제어 시스템은 그것의 작동을 표시하는 그것으로부터 수신한 신호를 모니터하고 그 후 그것의 성능을 조절하기 위해 교정 혹은 개량 신호를 전송하기 위해 커플링 장치, 컨테이너, 급송 서브시스템, 연료 처리 서브시스템에 전기적으로 접속, RF 접속, 혹은 IR 접속될 수 있다. 더욱이, 상기 제어 시스템은 연료 운반 시스템의 성능에 관한 정보를 사용자에게 전달하기 위해 외부의 사용자 인터페이스에 접속될 수 있다.
제어 시스템에 전력을 공급하기 위해 파워 요소가 제공될 수 있으며 연료 전지, 태양 전지, 외부 배터리 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 몇몇 변형례에 있어서, 제어 시스템은 연료 운반 시스템 조작의 피드백을 그것에 제공하기 위한 피드백 요소를 포함할 수 있다. 상기 커플링 장치는 하우징 내에 마련된 피스톤과 스프링으로 구성된 축압기를 포함할 수 있다. 상기 스프링은 배출되는 연료 스트림에서 일정한 정상 압력을 유지하기 위해 비스듬히 조절될 수 있다.
상기 커플링 장치는 축압기와 제어 시스템에 결합되고 커플링 장치로부터 축압기로 일방향으로의 연료 흐름을 허용하도록 구성된 3방향 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 상기 3방향 솔레노이드 밸브는 그것의 제어를 위해 제어 시스템에 작동 가능하게 접속될 수 있다.
또 다른 태양에 있어서, 연료 전지용 연료 운반 시스템은 연료 루프로 연료를 운반하기 위한 연료 컨테이너와, 제1, 제2 및 제3 피스톤을 포함한다. 상기 제1 피스톤은 액체가 그 내부로 주입될 때 하나 이상의 다른 피스톤을 구동하도록 작동될 수 있다. 제2 피스톤은 제1 피스톤이 충전될 때와 그것이 비워질 때 연료 루프 둘레로 연료와 물 용액을 펌핑하도록 작동될 수 있다. 제3 피스톤은 물 회수 시스템으로부터 연료 루프로 물을 펌핑하도록 작동될 수 있다.
상기 연료 운반 시스템은 배기 가스 응축물로부터 회수된 물을 수집 및 저장하도록 구성된 수집 웅덩이를 또한 포함할 수 있다. 다른 변형례에 따르면, 연료 컨테이너가 그 속으로 삽입될 수 있는 카트리지 독킹을 포함할 수 있다. 연료 컨테이너를 입장 및 고착시키기 위해 편향 혹은 재위치 가능한 판 혹은 와이어 타입 스프링 등의 스프링 혹은 다른 편향 부재를 포함할 수 있다. 상기 스프링은 경화 금속, 탄소 섬유, 플라스틱 혹은 세라믹으로 구성될 수 있다. 그 대안으로, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너를 고착시키기 위해 그것의 외측면 상에 마련된 편향 플런징 요소를 포함할 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너를 고착하기 위해 회전 모터와 스크류에 의해 구동 가능한 나사 형성 작동 로드를 포함할 수 있다.
상기 카트리지 독킹 스테이션은 그 내부에 삽입시 연료 컨테이너의 팽창을 방지하기 위해 보강 부재를 포함할 수 있다. 상기 보강 부재는 카트리지 독킹 스테이션의 외측면 위로 평행한 리브를 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 리브는 연료 컨테이너의 내부에서 독킹 스테이션 상의 리브에 수직으로 제공될 수 있다. 몇몇 변형례에서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너의 제거를 위해 부드러운 벽과 테이퍼를 포함할 수 있다.
상기 연료 컨테이너는 그 내부에 외부 기계적 압축을 제공하도록 케이스 내에 소형 외측 구멍과 밀봉부가 구비된 연료 충전 블래더를 포함하는 광범위한 구조 를 취할 수 있다. 이러한 밀봉부는 연료 컨테이너 상에 마련되어 연료 전지의 밀봉면과 접촉 상태로 있는 O형 링이며, 인터록은 압축 펌프의 작동을 위한 신호를 전송하기 위해 제공될 수 있다.
상기 연료 컨테이너는 카트리지 독킹 스테이션과 결합되도록 하나 이상의 커플링 부재를 포함할 수 있다. 상기 커플링 부재는 연료 컨테이너 상에 마련된 하나 이상의 릿지, 홈, 노치, 핀, 함몰부, 패턴과 카트리지 독킹 스테이션 상에 마련된 대응하는 수납부를 포함할 수 있다. 카트리지 독킹 스테이션에는 부가적인 특징적 구성이 마련될 수 있다.
상기 연료 운반 시스템은 연료를 연료 저지 더미로 전달하기 위해 하나 이상의 밸브 혹은 펌프를 구비하는 연료 처리 서브시스템을 또한 포함할 수 있다. 연료의 전기 특성, 농도 레벨 및 성능을 모니터하기 위해 그 내부에 제공된 농도 센서를 추가적으로 또는 대안으로 포함할 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 상기 연료 운반 시스템은 연료를 연료 전지의 애노드 측으로 운반하는 애노드 급송 스트림으로 연료를 혼합하는 급송 서브시스템을 포함할 수 있고 및/또는 연료는 난류를 증대시켜 확산에 의한 혼합을 위해 고속으로 연료 루프로 주입될 수 있다. 연료는 중력, 확산, 모세관 작용 혹은 외압에 의해 연료 루프로 운반될 수 있다.
연료 컨테이너 내의 연료 레벨과 연료의 유동 속도를 검출하기 위한 감지 부재를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 연료 컨테이너에 접속되는 배출 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 배출 부재는 연료 전지 하우징의 일부와 편향 스프링 혹은 타성 폼을 포함하는 동시에 기계 작용력을 가하는 피스톤을 포함할 수 있다.
상기 연료 운반 시스템은 연료를 연료 컨테이너로부터 연료 전지로 전달하고 인접한 환경으로 연료 혹은 연료 증기의 방출을 방지하기 위해 연료 컨테이너에 확실하게 결합되는 커플링 장치를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 연료 컨테이너는 연료가 커플링 장치로 운반되는 동안 연료 전지로 통과하지 못하도록 컨테이너 내에 추진제 가스를 에워싸도록 구성될 수 있다.
또 다른 태양에 있어서, 연료 전지 카트리지 내측에 양의 압력을 유지하는 방법은 연료 카트리지 내에 높은 증기압의 탄화수소를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 상기 방법은 연료가 연료 전지 더미에 도달하기 이전에 연료 컨테이너 내에 액체로부터 가스를 분리하기 위한 분리 부재 및 연료와 높은 증기압의 탄화수소를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 높은 증기압 탄화수소에 의해 연료 컨테이너 내측에 저장된 연료를 담는 블래더를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 상기 방법은 연료를 담고 있는 연료 컨테이너에 내장되는 블래더 외부에 있는 높은 증기압의 탄화수소를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제는 많은 장점을 제공한다. 예컨대, 본 발명은 연료 전지로의 연료 운반 속도를 향상 및 제어할 수 있는 연료 전지에 사용하기 위한 향상된 연료 운반 시스템을 제공한다. 추가적으로, 본 명세서에 개시된 주제는 어떠한 외부 압력 공급원 없이 연료 카트리지 내의 양의 압력을 유지하기 위한 방법을 제공한다. 또한, 본 명세서에 개시된 주제는 연료 전지로 하여금 탄화수소 연료의 내부 증기압에 의한 상승된 온도와 관련한 문제점을 극복하도록 해줄 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제는 또한 위조가 만연하고 있는 종래의 연료 카트리지와 관련된 문제점의 해결책을 제공한다. 또 다른 장점에 따르면, 연료 카트리지의 크기와 비용을 줄이는 동시에 연료 저장조 용적을 증대시킨 연료 카트리지가 제공된다.
도 1은 연료 운반 시스템의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b는 다양한 연료 카트리지의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 연료 급송 혹은 연료 회로/연료 전지 루프로 연료를 주입하는 연료 카트리지의 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 4는 연료 운반 시스템의 제2 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 5는 원통형 연료 컨테이너에 사용된 커플링 장치를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 6은 성형된 플라스틱 단부 캡을 지닌 원통형 연료 컨테이너를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 연료 운반 시스템의 제3 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 연료 운반 시스템의 제4 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 눈금 있는 구멍을 구비하는 폼을 포함하는 연료 컨테이너를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 구조적인 리브를 지닌 보강 카트리지를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 11a는 연료 컨테이너와 연료 컨테이너 독킹 스테이션의 제1 변형례를 개략적으로 도면이다.
도 11b는 연료 컨테이너와 연료 컨테이너 독킹 스테이션의 제2 변형례를 개략적으로 도면이다.
도 12a는 연료 컨테이너의 제1 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12b 내지 도 12e는 연료 컨테이너와 연료 컨테이너 독킹 스테이션의 또 다른 변형례를 도시한 도면이다.
도 13은 밀봉면을 지닌 연료 컨테이너의 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14a 내지 도 14f는 점증적으로 더 높아지는 모세관력이 연료 컨테이너 내의 개구 오리피스를 향하도록 제공되는 변형례를 도시한 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 연료에 추가된 탄화수소가 연료 카트리지 내부의 압력을 증가시키는 변형례를 도시한 도면이다.
도 16a는 계측 펌프를 사용하는 연료 운반 시스템을 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 16b는 다이어프램 펌프를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 16c는 블래더를 이용하는 펌프를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 17은 연료 카트리지를 수납하기 위한 커플링 장치를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 18a는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 블래더를 지닌 컨테이너의 제1 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 18b는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 추진액을 지닌 컨테이너의 제1 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 18c는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 피스톤을 지닌 컨테이너의 제1 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 19a는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 블래더를 지닌 컨테이너의 제2 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 19b는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 추진액을 지닌 컨테이너의 제2 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 19c는 컨테이너 내부에서 연료를 압축하도록 작용 가능한 피스톤을 지닌 컨테이너의 제2 변형례를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 20은 연료를 선택적으로 공급하기 위해 밸브를 구비한 컨테이너를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
본 명세서에 개시된 주제는 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다. 비록 아래의 설명은 메탄올 급송 연료 전지에 직접 관련이 있지만, 본 명세서에 개시된 주제는 또한 에탄올, 포름알데히드, 포름산, 보로하이드라이드, 및 다른 탄화수소 연료를 포함하는 다른 연료뿐만 아니라 다른 액체, 고체, 증기 혹은 에어로졸 급송 연료 전지 구조에도 사용될 수 있다는 것으로 당업자들은 이해할 것이다.
도 1을 참조하면, 연료 컨테이너(1)는 연료 급송 서브시스템(3)에 교대로 접속될 수 있는 커플링 장치(2)에 연결될 수 있다. 상기 연료 급속 서브시스템은 연료 처리 서브시스템(4)을 통해 연료 전지 더미(6)로 접속될 수 있다. 연료 유동 경로는 연료 운반 시스템 내에서 상기 루트를 따라 이루어질 수 있다. 이러한 모든 구성 요소들은 연료 운반 시스템의 기능을 모니터 및 제어하는 제어 서브시스템(5)에 접속될 수 있다. 상기 제어 서브시스템은 또한 연료 전지 더미(6), 공기 운반 시스템(7), 배터리 혹은 커패시터(9) 등의 동력 공급 부재, 및 필요에 따라 연료 전지에 의해 전력이 공급될 하나 이상의 장치(10)에 접속될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연료 컨테이너(1)는 연료 전지의 작동에 요구되는 연료를 담도록 구성될 수 있다. 예시된 구조에 따르면, 컨테이너(1)는 1밀리리터 내지 10리터의 연료를 저장할 수 있으며, 몇몇 변형례에서는 20 내지 500밀리리터의 연료를 저장할 수 있다. 연료는 액체, 기체, 고체, 혹은 이들의 조합일 수 있다. 상기 연료는 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르(DME), 디메톡시메탄(DMM), 트리메톡시메탄(TMM), 트리옥산, 포름산, 포름알데히드, 부탄, 프로판, 메탄, 부탄, 프로필렌, 에틸렌, 프로판올, 알콜, 및 글리콜 등의 탄화수소 연료, 혹은 물 및/또는 연료 전지에 전력을 공급하기에 적합할 수 있는 산과 염기와의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 연료는 또한 암모니아 혹은 임의의 다른 탄화수소 운반체일 수 있다. 그 대안으로, 연료는 보로하이드라이드 나트륨 등의 화학 수소화물을 실질적으로 포함할 수 있거나 또는 화학 수소화물과 탄화수소 연료의 화합물일 수 있다.
상기 연료 컨테이너(1)는 단일형 벽 연료 컨테이너일 수 있거나 또는 상이한 연료 격실에서 격리된 하나 이상의 연료를 담을 수 있는 복합형 벽 연료 컨테이너일 수 있다. 예컨대, 연료 컨테이너(1)가 메탄올 연료 전지와 접속된 상태로 사용될 경우, 하나의 격실은 메탄올을 담을 수 있고, 다른 격실은 물을 담을 수 있다.
연료 전지 컨테이너(1)는 직사각형, 각기둥형, 박스형, 관형 혹은 커플링 장치(1)에 접속될 수 있도록 채택된 임의의 다른 형상일 수 있다. 양호하게는, 컨테이너(1)는 연료를 담기 위해 충분한 강도를 지니고, 경량이면서 저가의 물질로 제조된다. 대표적인 물질은 압출 알루미늄, 플라스틱, 복합체 등의 금속과 담긴 연료와의 반응에 대해 실질적으로 비활성인 임의 물질을 포함한다. 당업자들이라면, 컨테이너(1)는 연속한 표면(밀봉된 컨테이너), 밀봉되지 않은 컨테이너 내의 블래더, 혹은 고정 및 움직이는 연속한 표면(튜브 내의 피스톤)을 이용하는 것과 같이 다양한 방법으로 연료를 담을 수 있다는 것으로 이해할 것이다. 컨테이너(1)는 견고할 수 있거나 가요성/변형성이 있을 수 있다. 컨테이너(1)의 일부 혹은 전부는 압축/팽창 가능한 벨로우즈의 일부를 제공하도록 주름져 있기 때문에 컨테이너의 압력은 컨테이넌(1)로부터 연료를 비우기 위해 사용될 수 있거나, 혹은 연료를 방출하기 위해 압축될 수 있는 얇은 벽(블래더 혹은 파우치 등)을 지닌 부분을 구비할 수 있다. 컨테이너(1)의 구조적인 구성 요소들은, 연료를 오염시키지 않거나 컨테이너(1) 내의 어떤 촉매 혹은 성분에 어떠한 영향을 미치지 않는 다양한 물질로 제조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 연료 운반 시스템은 연료 전지에 컨테이너(1)를 결합하여 연료 전달을 허용하기 위한 커플링 장치(2)를 포함할 수 있다. 상기 커플링 장치(2)는 연료 혹은 연료 증기가 연료 전지에 인접한 주변 환경으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 연료 카트리지(8)를 확실하게 결합시킨다. 이러한 밀봉은 컨테이너(1)가 연료 전지에 고정되지 않을 때 밀봉되는 밸브를 내부에 합체하거나 구성 물질의 흐름이 커플링 장치(2) 밖으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 일방향 밸브를 사용함으로써 달성될 수 있다. 사용할 수 있는 밸브는 항공기 연료 보급을 위해 사용하는 것과 같은 "퀵-분리"형 밸브, 기계식 작동 밸브, 전자-기계식 작동 밸브, 볼 베어링, 혹은 스포츠 용품인 볼을 밀봉하기 위해 사용된 밸브 등의 니들 밸브를 포함한다. 또한, 컨테이너(1)에는 운송 혹은 보관시 이것에 마련된 연료 출구를 덮기 위해, 그리고 연료가 외부로 유동하는 것을 허용하도록 커플링 징치(2) 상의 소정의 부재에 의해 제거 혹은 천공될 수 있는 제거 가능한 접착제 혹은 방벽이 설치될 수 있다. 상기 커플링 장치(2)는 또한 O형 링 혹은 탄성 막 등의 커플링 장치로부터 바람직하지 못한 연료가 누출하는 것을 방지하기 위해 시일을 사용할 수 있다. 커플링 장치(2)는 일단 결합되면 카트리지(8)의 부적절하거나 바람직하지 못한 이탈을 방지하도록 구성될 수 있는데, 그 이유는 이러한 이탈의 발생은 연료 전지의 작동을 방해할 수 있고 커플링 장치(2)를 에워싸는 환경으로 연료의 방출을 초래할 수 있기 때문이다. 이러한 결과를 얻기 위해 총검식 부착물, 퀵 릴리스 자물쇠, 스크류 나사, 및 걸쇠식 자물쇠(스프링 장전식 자물쇠 포함)를 포함하는 여러 장치들을 사용할 수 있다.
카트리지(8)는 또한 O형 링 혹은 기계식 억제 수단(랩탑 컴퓨터용 하우징 내에 설치된 것과 같은 카트리지 뒤의 자물쇠) 등의 마찰 장치를 사용하여 고착될 수 있다. 상기 커플링 장치(2)에는 카트리지(8)와 커플링 장치(2) 사이의 결합을 검출하기 위한 부재가 설치되어 있다. 이 부재는 컨테이너(1) 혹은 커플링 장치(2) 중 하나에 자리하여 전기 회로를 완성하는 마이크로 스위치나 혹은 마그네틱 스위치를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 카트리지(8)가 커플링 장치(2)로 전진할 때 작동된다. 추가적으로, 접속 검출 기구는 또한 커플링 장치(2) 내부의 광원 강도를 검출함으로써 작동될 수 있다.
급송 서브시스템(3)은 커플링 장치(2)에 결합될 수 있으며, 주로 연료를 커플링 장치(2)와 카트리지(8)에서 연료 처리 보조 장치(4)로 운반 및 제어하도록 작용한다. 상기 급송 서브시스템(3)에는 연료 처리 서브시스템(4)으로 운반될 연료의 농도를 결정하기 위한 연료 농도 센서가 설치될 수 있다. 변형례에 따르면, 상기 급속 서브시스템(3)은 외부의 연료 농도 센서와 연통 상태로 될 수 있다. 연료 전지에 사용되는 연료에 따라, 상기 센서는 미국 특허 제6,254,748호, 제6,303,244호, 제6,306,285호에 개시된 것과 같은 메탄올 센서일 수 있으며, 이들 특허는 본 명세서에서 참조 문헌으로서 참조하였다. 상기 농도 센서는 또한 공지된 농도 레벨과 측정치를 비교함으로써 농도를 측정하기 위해(예컨대, 전압, 전류 및 온도를 측정함으로써) 연료의 전기적 특성 또는 연료 전지의 성능을 측정할 수 있다. 농도 센서는 또한 광학 센서(확산, 흡수, 굴절 및 강도 측정치를 이용)를 사용하거나 또는 밀도를 측정함으로써 농도 레벨을 결정할 수 있다. 급송 서브시스템(3)은 또한 물과 메탄올 혼합물 등의 연료를 연료 전지의 애노드 쪽으로 운반하는 애노드 급송 스트림으로 연료를 혼합시킬 수 있다. 급송 서브시스템(3)은 도 1에 도시된 바와 같이 순환식일 수 있거나 또는 연료가 애노드를 향해서만 흐르는 비순환식일 수 있다.
급송 서브시스템(3)은 연료 전지 내의 기포를 제거하도록 구성될 수 있다. 이러한 제거는 기체 투과막 혹은 다른 밸브 혹은 이산화탄소 및/또는 다른 기체가 상기 시스템으로부터 선택적으로 정화되는 것을 허용하는 막을 구비하는 기포 수집 웅덩이(sump)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 상기 급송 서브시스템(3)은 연료 컨테이너(1) 내의 연료 레벨을 검출 및/또는 연료 서브시스템(3)을 통해 통과한 연료의 양을 결정하기 위해, 더 구체적으로 말하면, 연료 컨테이너(1)가 비었는지의 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 연료 레벨은 컨테이너(1)를 빠져나가는 가스의 유무를 검출하는 것과, 컨테이너(1) 내부의 가스 증기압을 검출하는 것과, 급송 시스템(3)을 통과하는 연료의 양을 측정(유량계 혹은 다른 장치를 통한 연료 전지 성능의 모니터링, 연료 전지 성능의 모니터링, 컨테이너(1) 중량의 모니터링, 선택적으로 컨테이너(1) 및/또는 그 내용물의 투과 및/또는 반사 특성의 모니터링, 혹은 컨테이너(1) 상의 시각적으로 투명하거나 반투명한 윈도우를 통한 확인)하는 것을 포함하는 다양한 기구에 의해 결정될 수 있다. 이러한 변형례는 폼 혹은 고체의 부유를 통해 연료(예컨대, 채색된 연료), 이 연료보다 밀도가 더 낮은 액체(예컨대, 채색된 액체)를 사용함으로써 보조될 수 있다. 상기 급송 서브시스템은 펌프 진동 혹은 회전의 계수(여기서 펌프는 실질적으로 표준량의 연료를 펌핑), 유량계의 회전수의 계수, 광학 검출(특히 연료가 채색되어 있을 경우)을 통한 연료 스트림 용량의 측정, 혹은 자기적으로 자화된 장치(예컨대, 피스톤)의 위치 검출에 의해 다양한 장치를 사용하여 그 서브시스템을 통과하는 연료 양을 유사하게 검출할 수 있다.
연료는 급속 서브시스템(3)에 의해 연료를 운반하는 애노드 급송 스트림으로 혼합될 수 있다. 물과 메탄올 혼합물 등의 연료는 연료 전지의 애노드 측으로 운반될 수 있다. 급송 보조스트림(3)은 순환식일 수 있거나 또는 연료가 애노드를 향해서만 흐르는 비순환식일 수 있다. 메탄올의 혼합은 최적의 혼합을 허용하기 위해 애노드 급송 스트림으로 연료의 초기 주입 후에 충분하게 발생할 수 있다. 상기 혼합은 난류 유동을 발생시키거나 또는 그렇지 않으면 급송 스트림을 회전, 펄스, 진동 혹은 공기가 통하도록 작용하는 믹싱 장치에 의해 실행될 수 있다. 연료는 또한 연료가 묽은 연료의 흐름에 수직인 각도에서 첨가되도록 T형 합류점을 경유하여 첨가될 수 있다. 다른 변형례에서, 가스는 연료가 물에 충분하게 혼합되는 것을 보장하도록 스트림을 휘젓기 위해 애노드 스트림으로 주입된다. 연료는 난류를 증대시키기 위해 고속에서 급송 스트림으로 주입될 수 있거나 그렇지 않으면 분사되어 단지 확산에 의해 더 효율적으로 혼합시키고, 이에 따라 연료 전지의 파워 성능(power capability)을 상승시킨다.
하나의 변형례에 있어서, 커플링 장치(2) 대신 차라리 급송 서브시스템(3)은 그 커플링 장치(2)에 결합된 컨테이너(1)의 존재 여부를 결정한다. 커플링 장치(2)와 관련하여 전술한 것과 유사하게, 컨테이너(1)의 존재 여부는 전기 스위치(즉, 컨테이너(1) 내에 커플링 장치(2)의 배치가 전기 회로를 완성하는 마이크로 스위치), 컨테이너(1)의 인덕턴스 혹은 커패시티 등의 특성을 감지하기 위한 전기 특성 감지 장치, 반사율, 투과율 등의 광학 장치, 예정된 광학 패턴을 검출할 때에만 연료 전지를 작동시키는 광학 안전 장치, 혹은 압력 변환기나 기계적 압력 작동 스위치 등의 컨테이너(1)로부터 급송 라인 내의 압력을 검출하는 압력 센서를 포함하는 각종 상이한 기술에 의해 결정될 수 있다.
액체 급송 연료 전지와 함께 사용하기 위한 카트리지의 경우, 금송 서브시스템(3)은 컨테이너(1) 내에 저장할 필요가 있는 액체의 양을 최소화하고 나아가 컨테이너(1)의 크기를 최소화하기 위해 급송 서브시스템(3)에 유체 연통 가능하게 결합된 에어 시스템(7)으로부터 물을 회수할 수 있다. 또 다른 변형례에서 있어서, 물은 에어 시스템(7)과 급송 서브시스템(3) 사이의 역지 밸브, 사이펀을 경유하거나 또는 펌프에 의해 순환될 수 있다. 이 펌프는 로터리 펌프, 연동 펌프, 압전 펌프, 혹은 피스톤을 기초한 펌프(피스톤 운동은 솔레노이드의 사용에 의해 발생 가능), 압축된 공급원(피스톤 혹은 로터리 펌프를 구동하기 위해 혹은 제트 펌프에 의해 연료를 펌핑하기 위해 압축된 연료 혹은 추진 가스, 비말 동반된 기포, 혹은 유체공학을 사용함으로써, 별도의 전기, 마그네틱, 혹은 수축기 펌프의 필요성을 없애고 시스템을 간단히 만들 수 있는 그러한 컨테이너(1) 등) 혹은 외부 공급원에 의해 전력이 공급되는 펌프일 수 있다. 상기 애노드 급송 스트림은 로터리 펌프, 연동 펌프, 압전 펌프, 혹은 피스톤을 기초한 펌프(피스톤 운동은 솔레노이드의 사용에 의해 발생 가능) 등의 펌프를 사용하여 연료 전지 내에서 순환될 수 있다. 이 펌프는 또한 컨테이너(1) 등의 압력 공급원 혹은 외부 공급원에 의해 전력이 공급될 수 있다.
연료 처리 서브시스템(4)은 연료가 애노드에 노출되기 이전에 애노드 연료 스트림 내부에서 예비 처리도 단계가 연료에 적용되도록 급송 서브시스템(3)에 결합될 수 있다. 또 다른 변형례에서, 연료 처리 서브시스템(4)은 연료가 애노드에 노출되기 이전에 애노드 연료 스트림 내부에서 연료를 예비 처리하기 위해 급송 서브시스템(3)에 결합될 수도 있다. 상기 연료 처리 서브시스템(4)은 아래의 기능 즉, (ⅰ) 애노드 연료 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 기능; (ⅱ) 애노드 연료 스트림을 가열하는 기능; (ⅲ) 연료 내의 불순물을 제거하는 기능; (ⅳ) 연료에 공기를 분무화시키는 기능(몇몇 변형례에 해당); (ⅴ) 금송 스트림을 기화시키는 기능; 및/또는 (ⅵ) 연료 스트림으로부터 수소 이온을 해리시키는 기능들 중 하나 이상을 수행한다. 이산화탄소는 수집 웅덩이 혹은 선택적 투과성 막을 사용하여 제거될 수 있다. 연료는 열교환기, 증발기, 증발식 냉각, 혹은 이들의 조합 등과 같은 다양한 열전달 장치를 사용하여 예정된 온도로 유지될 수 있다.
필요에 따른 연료의 가열은 전기 저항식 히터, 세라믹 히터, (화학적으로 촉매와의 화학 반응에 의해), 혹은 통상적으로 60℃ 이상에서 작동하는 연료 전지의 고온 부분과의 열교환을 이용하는 전형적인 방법을 사용하여 실시될 수 있다. 불순물은 필터(기포, 다공성 세라믹, 섬유 및 다른 그물로 된 물질 등)를 사용하거나 또는 투과성 막 혹은 배리어를 통해 제거될 수 있다. 분무화된 연료를 연료 전지 더미로 운반하는 전술한 연료 전지에 있어서, 연료 처리 시스템은 에어로졸라이져(예컨대, 본 명세서에 그 개시 내용이 합체되어 있는 미국 특허 제6,440,594호)를 포함한다. 연료 처리 서브시스템(4)은 또한 연료를 가열 혹은 플래시 증발을 통해(시스템 내의 압력이 연료의 증기압 미만일 때) 기화시킬 수 있다. 연료 처리 시스템(4)은 또한 개질기(reformer)를 사용함으로써 연료로부터 수소를 해리시키도록 구성될 수 있다.
연료 운반 시스템은 상기 시스템 내부의 다양한 부품의 변수들을 제어 및/또는 모니터링하기 위한 제어 서브시스템(5)을 또한 포함할 수 있다. 제어 서브시스템(5)은 연료 분배 시스템 내부의 모든 주요 부품들에 전기적으로 결합될 수 있기 때문에 부품 작동 변수를 나타내는 신호는 제어 서브시스템(5)에 의해 수신될 수 있고, 제어 서브시스템(5)은 각 부품의 성능을 개량 및/또는 조절하기 위한 작동 신호를 전송할 수 있다. 제어 서브시스템(5)은 또한 연료 운반 시스템 내부의 부품 성능과 관련한 정보를 사용자에게 전송하기 위한 사용자 인터페이스에 결합될 수 있다. 제어 서브시스템(5)은 연료 전지에 의해 또는 그 대안으로 배터리(9), 태양 전지, 축전지, 혹은 이들의 조합 등의 외부 전력원에 의해 전력이 공급될 수 있다. 하나의 변형례에 있어서, 연료 운반 시스템은 연료 레벨을 나타내는 하나 이상의 센서에서 나온 신호를 수신하고 이러한 정보를 인터페이스로 전송함으로써 연료 전지 내의 연료 레벨을 표시하는 신호를 연료 전지의 사용자에게 제공할 수 있다. 상기 제어 서브시스템(5)은 예정된 변수 내에서 작동하는 것을 보장하기 위해 연료 운반 시스템 내의 부품들에 피드백을 공급하도록 배열될 수 있다.
도 2a에는 본 명세서에서 설명한 주제의 연료 운반 시스템에 사용될 수 있는 다양한 형태의 연료 카트리지가 도시되어 있다. 도 2b에는 컨테이너(1)로부터 커플링 장치(2)로 연료를 전달하는 예시적인 방법이 도시되어 있다. 작동 중에, 연료 전지에 전력을 공급하기 위한 연료는 방해받지 않고 운반될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 연료는 연료 전지의 커플링 장치(2)로 운반될 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 컨테이너(1) 내의 연료는 압력 하에 놓이기 때문에 컨테이너(1)가 개방될 때, 내부의 연료는 컨테이너 개구를 향해 유동할 것이다. 컨테이너의 내압은 (ⅰ) 연료 내의 압축 가스(예컨대, CO2 혹은 불활성 기체); (ⅱ) 실온에서 대기압보다 높은 증기압을 지닌 연료의 사용(예컨대, 부탄); (ⅲ) 실온에서 대기압보다 높은 증기압을 지닌 액체(예컨대, 혼화성 혹은 불혼화성)의 공급(예컨대 부탄); (ⅳ) 컨테이너 내의 압력이 현재의 값(예컨대, 20psig) 이하로 떨어질 때 개방되는 동시에, 밸브의 개방으로 인해 가스를 방출하거나 물질이 부서지고 반응하여 가스(예컨대, CO2)의 방출을 야기하는 그러한 감압 밸브; (ⅴ) 연료의 국부적인 혹은 전체적인 가열에 의해 연료 온도 상승(몇몇 변형례에서, 전기 저항식 히터(컨테이너 내장형 혹은 외장형), 열 전기 냉각기/히터, 혹은 유도 히터 코일(금속 컨테이너의 경우)을 사용하여 열이 발생)에 따라 좌우될 수 있다.
카트리지(8) 내의 양의 압력은 폼이 담긴 카트리지에, 그리고 연료를 카트리지의 개구로 혹은 심지어 연료 전지 더미로 이동시킬 수 있는 다른 힘이 존재하는 구성에 있어서 유리할 수 있다. 연료 카트리지 내에 양의 압력을 유지하는 하나의 방법은 연료에 추가의 높은 증기압 탄화수소를 첨가하는 것일 수 있다. 추가의 탄화수소의 증기압은 정상적인 주변 온도에서 기체 상태로 되기에 충분히 높을 수 있다. 추가의 탄화수소 물질은 연료 전지의 구성 요소(예컨대, 촉매)에 해가 되어서는 안 되고, 선택적으로 탄화수소 물질은 연료로서 사용할 수 있다. 직접 메탄올 급송 연료 전지의 경우, 부탄을 사용할 수 있다. 부탄은 대기 중에서 -0.5℃의 비등점을, 그리고 실온에서 약 45 psig 또는 30 psig의 증기압을 갖는다. 가압과 연료 양자에 적합할 수 있는 다른 탄화수소는 디메틸 에테르 혹은 프로판을 포함한다.
하나의 변형례에 있어서, 연료는 컨테이너(1) 내의 내압 대신 혹은 추가하여 사용된 기계적인 힘을 이용하여 컨테이너(1)로부터 배출된다. 이러한 기계적인 힘은 예컨대, 컨테이너(1) 내에 설치되고 그 내부에 연료가 보관될 체적을 줄이도록 구성된 피스톤에 의해 제공될 수 있다. 이 피스톤은 피스톤 작동 장치가 컨테이너(1) 내부 혹은 외부에 있을 수 있는 스프링, 나사, 모터, 공압 혹은 유압을 포함하는 전형적인 기술을 사용하여 이동할 수 있다. 만약 컨테이너(1)가 블래더, 벨로우즈, 파우치 등과 같이 굴절 가능하거나 변형 가능할 경우, 기계적인 힘은 컨테이너를 압축하기 위해 사용될 수 있다. 기계적인 힘의 예는 피스톤, 작동 중에 연료 전지가 저장될 되는 하우징의 일부 등과 같이 편향된 스프링이나 폼 등의 탄성중합체에 의해 압축될 수 있는 외부 부재를 포함할 수 있다. 추가적으로, 컨테이너(1)는 그 내부에 저장된 연료가 손으로 혹은 볼펜이나 종이 클립 등의 일반적으로 이용 가능한 장치에 의해 손상되거나 노출될 수 없도록 구성될 수 있다.
연료는 하나의 변형례에서 중력, 확산, 혹은 모세관 작용(혹은 모세관 작용 보조)을 통해 커플링 장치(2)로 운반된다. 모세관력은 액체를 컨테이너(1)의 개구로 이동시키도록 제공될 수 있고, (ⅰ) 일정한 공극률을 지니거나 개구 근처에서 모세관력을 증가시키기 위해 연료에 비해 공극률 구배를 지니는 컨테이너(1) 내의 폼; (ⅱ) 연료 컨테이너(1) 내의 점성-탄성 유체(커플링 장치(2)로의 주입을 방지하도록 개구에서 선택적으로 스크린 될 수 있음); (ⅲ) 심지 재료(예컨대, 펠트, 섬유, 패브릭스 혹은 폼); 혹은 (ⅳ) 컨테이너(1) 내의 하나 이상의 모세관에 따라 좌우될 수 있다. 컨테이너(1)로부터 연료를 비우는 것은 외압뿐만 아니라 모세관력 및 내부압의 조합에 의해 달성될 수 있다. 조합된 압력은 액체를 모세관 재료 밖으로 방출하기 충분할 수 있으며, 가스를 사용할 경우 이 가스는 컨테이너(1)로부터 먼저 방출되지 않고 액체를 방출할 수 있다. 하나의 변형례에 있어서, 가스 통기는 컨테이너(1) 속으로 합체될 수 있거나 혹은 연료 운반 시스템 내의 임의의 장소에서 혹은 압력 안전 밸브로서 컨테이너(1)로부터 연료를 비운 후 배출을 실행하기 위해 합체될 수 있다.
연료는 펌프나 또는 연료 운반 시스템 내의 다른 압력 공급원의 필요성을 줄이거나 제거할 수 있는 방식으로 커플링 장치(2)로 주입될 수 있다. 액체 메탄올 급송 연료 전지의 경우, 상기 연료는 가장 효율적으로 물과 혼합하여 연료 전지 막 전극 조립체와의 최적으로 상호 작용할 수 있는 용액을 만들 수 있는 방식으로 주입될 수 있다. 연료는 연료 급송 스트림에 난류 혹은 대류성 프로세스를 생성하기 위해 하나 이상의 오리피스 혹은 채널을 통해 주입될 수 있다. 그 대안으로 혹은 조합하여, 커플링 장치(2)를 통해 컨테이너(1)로부터 시스템으로 주입된 연료는 압축될 수 있거나 또는 컨테이너(1)는 추진제 가스를 포함할 할 수 있기 때문에 컨테이너(1)로부터 방출된 연료가 연료 급송 스트림을 순환시키는 펌프를 회전 혹은 전력을 공급한다. 이러한 배치는 순수 확산 시스템보다 표면적 당 증가된 파워를 제공할 수 있으며, 그것은 연료 운반 시스템의 비용, 크기, 및 복잡성을 증가시키는 전기, 마그네틱, 연동 혹은 수축기 펌프의 필요성을 없애주거나 또는 감소시킬 수 있다.
다른 변형례에 따르면, 컨테이너(1)는 이 컨테이너(1) 내부에 추진제(예컨대, 가스)를 내장하도록 구성될 수 있기 때문에 추진제는 연료와 혼합 혹은 확산되지 않으며, 연료가 커플링 장치(2)로 운반되는 동안 연료 전지로 통과하지 않게 된다. 추진제는 (ⅰ) 통상적인 에어로졸 운반 장치에 사용되는 것과 유사하게 컨테이너(1) 내의 백 혹은 블래더; (ⅱ) 압축 재료를 저장하는 팽창 가능한 용기(예컨대, 압축 가스를 지닌 벌룬); (ⅲ) 백 혹은 블래더 외측의 파열 가능한 캡슐; (ⅳ) 가스와 액체를 분리하는 피스톤; (ⅴ) 감압 밸브에 결합된 격실; 혹은 (ⅵ) 연료(추진제가 연료에 대해 불활성이 아닐 경우)를 에워싸는 것을 포함하는 여러 가지의 상이한 메커니즘에 의해 저장될 수 있다.
몇몇 연료 전지에서, 그리고 연료 운반 방식에 따라, 컨테이너(1)를 빠져나가는 연료 속도를 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 대표적인 제한 장치는 계측 오리피스, 컨테이너 내의 다공성 물질, 컨테이너의 개구에 있는 다공성 요소, 개구에 있는 심지 물질, 유동 제한 밸브 등의 포함한다. 상기 유동은 또한 연료 전달 펌프의 작동 변수를 제한함으로써 제어될 수 있다. 이러한 제한 장치는 일정한 작동(즉, 직접 메탄올 연료 전지의 경우, 0.4ml/hr/watt 내지 20ml/hr/watt가 충분하다)을 위해 연료 전지에 의해 요구되는 속도에서 연료를 운반하는 동안 커플링 장치(2)의 외측으로부터 컨테이너(1)로부터 우연히 빠져나가지 못하게 보장한다.
또 다른 변형례에서, 컨테이너(1)는 이러한 압력이 예정된 레벨을 초과하는 경우 컨테이너(1) 내의 압력을 덜기 위해 릴리스 기구를 포함할 수 있다. 이러한 릴리스 기구들 중 하나는 팽창되어 있는 컨테이너의 오리피스 내에 장착된 감압 고무 플러그 등과 같이 개방되는 밸브일 수 있다. 또 다른 메커니즘은 컨테이너 개구 밖으로 연료의 방출을 느리게 하기 위해 및/또는 액체 연료의 경우 연료의 기화를 늦추기 위해 연료 내의 폼 혹은 젤 작용제 등의 재료를 포함하는 것일 수 있다. 선택적으로 투과성 막뿐만 아니라 감압 통기구가 또한 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 연료 운반 시스템의 작동에 있어서, 연료는 (ⅰ) 연료 전지에 접속된 하나 이상의 튜브; (ⅱ) 커플링 장치(연료 전지 내의 연료 회로와 연통할 수 있는)에 내장된 심지 재료; (ⅲ) 컨테이너(이는 2개의 동심 혹은 동축일 수 있는 별도의 튜브)를 통해 연료 스트립의 일부 혹은 전부의 순환을 허용하는 2개의 튜브(물에 포함된 묽은 메탄올 등); 혹은 (ⅳ) 연료의 배출과 가스 및/또는 액체의 유입을 허용하는 2개의 튜브를 통해 컨테이너(1)로부터 방출될 수 있다.
연료 운반 시스템은 또한 연료 카트리지를 독킹-스테이션 밀봉면에 반하여 견고하게 고정시킬 수 있다. 원통형 카트리지의 경우, 예컨대 잠그는 데 4분의 1회전만을 필요로 하는 총검 타입의 자물쇠를 사용할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 에어로졸 실린더(71)의 경우, 성형된 플라스틱 단부 캡(72)이 접착제에 의해 혹은 기계적으로 고착될 수 있으며, 이 캡(72)은 이것의 파지 및 회전을 가능케 해주는 부재를 구비한다. 총검 타입의 자물쇠(69)는 맞물림 해제에 필요한 토크가 어린애는 다룰 수 없는 특징을 부여하기 위해 충분하게 높게 되는 것일 수 있다. 상기 총검 타입의 자물쇠는 다양한 타입일 수 있으며, 핀과 노치 배열이 도시되어 있고, 수형 혹은 암형 부품 중 하나가 카트리지 상에 배치될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 방법에 있어서, 유체 흐름은 솔레노이드 밸브(11)(도 3) 등의 밸브, 혹은 컨트롤 서브시스템(5)으로부터 신호를 수신할 때 전기 작동에 의해 혹은 연동 펌프, 피스톤을 기초한 펌프, 압전 펌프 혹은 로터리 펌프 등의 펌프를 통해 개방되는 다른 작동 메커니즘에 의해 작동될 수 있다. 이러한 밸브와 펌프는 카트리지(8)에서 나온 연료를 연료 전지 더미(6) 혹은 연료 처리 서브시스템(4)으로 전달하는 것에 추가하여 카트리지(8)가 분리될 때 연료가 커플링 장치(2)로부터 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 또한 사용될 수 있다. 연료 전달은 또한 상이한 모세관 및 표면 특징을 갖는 멀티 폼, 펠트 혹은 패브릭을 사용하여 달성될 수 있다.
제어 시스템(5)은 본 명세서에 개시된 주제의 연료 운반 시스템 내에 상이한 부품의 다양한 변수 제어를 가능하게 해줄 수 있다. 상기 제어 시스템(5)은 부품 작동 변수를 표시하는 신호를 수신하기 위해 연료 운반 시스템 내의 주요 부품에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 제어 서브시스템(5)은 그 다음 각 부품의 성능을 개량/조절하기 위한 작동 신호를 전송할 수 있다. 제어 서브시스템(5)은 또한 연료 운반 시스템 내부의 부품 성능과 관련한 정보를 사용자에게 전송하기 위한 사용자 인터페이스에 결합될 수 있다. 제어 서브시스템(5)은 연료 전지 자체에 의해 또는 배터리(9), 태양 전지, 축전지, 혹은 이들의 조합 등의 외부 전력원에 의해 전력이 공급될 수 있다.
도 4에는 연료 운반 시스템의 다양한 부품들이 도시되어 있다. 도 4에서, 컨테이너(1), 커플링 장치(2), 연료 전지 더미(6), 에어 시스템(7), 물 복귀 라인(12), 제어 서브시스템(5)이 도시되어 있다. 컨테이너(1)는 압출 알루미늄 리셉트클 내에 20 내지 50ml의 순 메탄올을 담을 수 있다. 컨테이너(1)는 변형 없이 높은 압력의 내용물(예컨대, 100psig)에 견디도록 충분한 구조적 강도를 지닐 수 있다.
도 5에는 에어로졸 컨테이너(61)에 결합되어 있는 상태의 커플링 장치(2)의 또 다른 변형례가 도시되어 있다. 치수가 "B"인 기계적인 래치(62)는 커플링 장치(2)의 표면(C)에 반하여 컨테이너(1)를 견고하게 유지하기 위해 컨테이너(1)의 일부와 맞물린다. 길이가 "A"인 튜브는 암형 에어로졸 캔 밸브(65)의 가동 밀봉면(64)을 작동시키기 위해 메탄올의 최소량, 예컨대 분당 2cc의 메탄올을 방출하는 것을 허용하기 위해 요구되는 최소 간격(D) 만큼 표면(C)을 내리누름으로써 제공될 수 있다. 개스킷(66)은 밸브체(65)에 반하여 튜브(63)를 밀봉할 수 있기 때문에, 튜브 보어(63)로 메탄올의 유출을 제한하여 튜브(63)가 인출될 때 컨테이너(1)를 다시 밀봉시킨다.
도 6에는 연료를 보관하기 위해 사용될 수 있는 컨테이너(61)가 도시되어 있다. 컨테이너(61)는 일단부를 향하는 개구(67)와, 이 개구(67)의 반대측 단부를 향하는 플라스틱 단부편(68)을 지닌 하우징(66)을 포함할 수 있다. 개구(67)는 컨테이너(61)를 커플링 장치(2)에 고정시키기 위해 총검 타입의 자물쇠(69)를 포함할 수 있다. 단부 단편(68)은 연료와 물과 혼합할 수 있거나 또는 그것과 합체될 수 있는 접착제 재료에 의해 하우징(66)에 고정될 수 있다.
도 7에는 액체 메탄올 급송 연료 전지에 사용하기 위한 연료 운반 시스템의 또 다른 변형례가 도시되어 있다. 압축 가스(82)와 메탄올(83)을 분리시키기 위해 블래더(81)와 협동하는 임팩트 압출 알루미늄의 컨테이너(1)가 제공될 수 있다. 압축 가스(82)는 폐기 처리와 관한 문제점을 최소로 줄이기 위해 이산화탄소 등의 가스와 환경적으로 친화 가능한 가스일 수 있다. 도 5에 도시되고 전술한 바와 같은 커플링 장치(2)는 컨테이너(1)와 결합되도록 사용될 수 있다. 커플링 장치(2)는 하우징(87) 내에서 피스톤(85)과 스프링(86)을 포함하는 축전지(84)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 스프링(86)의 편향은 방출되는 메탄올 스트림에 상대적으로 일정한 정상 압력을 유지하기 위해 선택될 수 있다. 3방향 솔레노이드 밸브(81a)는 축전지(84)와 제어 서브시스템(5)에 결합될 수 있고, 메탄올(83)이 커플링 장치(2)로부터 축전지(84) 안팎으로의 유동을 허용하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 3방행 솔레노이드 밸브는 제어 서브시스템(5)에 의해 제어될 수 있다. 유동 억제기(88)는 연료 전지 더미(9)를 위해 연료 급송 루프로 방출된 메탄올(83)의 속도를 제어할 수 있다. 메탄올 센서(83a)는 메탄올 농도에 따라 전압 신호를 제어 시스템(5)으로 공급하기 위해 연료 급송 루프와 연통 상태로 제공될 수 있다. 상기 제어 시스템(5)은 메탄올 센서 신호를 농도 레벨과 연관시키고 메탄올 농도가 예정된 값 아래로 떨어질 때마다 솔레노이드(81a)에 작동 신호를 보낸다. 이러한 변형례는 메탄올 급송률과 압력에 걸쳐 향상된 제어와 고장 안전(fail safe) 누출 차단 시스템을 제공하는데, 그 이유는 어느 한 위치에서의 솔레노이드 고장은 연료 전지 밖으로의 누설과 추진제 가스의 과도한 압력이 연료-루프 내측에서 발생하는 것을 방지하고, 각각의 피스톤 작동은 컨테이너에 잔류하는 연료 레벨의 더 정확한 평가를 제공하기 위해 계수될 수 있기 때문이다.
도 8에는 도 7에 도시된 변형례와 관련하여 사용된 종류의 컨테이너(1), 커플링 장치(2), 제어 시스템(5), 및 메탄올 센서(91)를 포함하는 연료 운반 시스템의 또 다른 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 변형례에 따르면, 스프링 장전식이거나 또는 편의식일 수 있는 일련의 3개 이상의 접속된 피스톤(P1, P2, P3)이 제공된다. 제1 피스톤(P1)은 액체가 압축된 컨테이너(1)로부터 그 내부로 주입될 때 다른 2개의 피스톤(P2, P3)을 구동할 수 있다. 제2 피스톤(P2)은 연료 급송 루프 둘레로 메탄올+H2O 용액을 펌핑할 수 있고, 제1 피스톤(P1)이 충전될 때와 비워질 때 모두 피스톤(P2)을 펌핑하는 이중 작동을 행한다. 제3 피스톤(P3)은 에어 시스템(94) 내의 물 회수로부터 수집 웅덩이(93)에 축적된 축적 H2O를 연료 루프로 펌핑할 수 있다. 수집 웅덩이(93)는 공기 공급 시스템(94)의 배기 가스 응축물로부터 회수되는 물을 수집 및 저장하도록 구성될 수 있다. 압력 릴리프 밸브(95)는 'H2O 보충" 라인에서의 압력이 미리 정한 값을 초과할 경우 수집 웅덩이(93)로 물을 되돌려 보낼 수 있다(예컨대, 연료 루프로부터의 물 손실이 시도된 물 보충보다 작을 때). 추가적으로, 피스톤과 일체형(예컨대, 플래퍼 밸브)일 수 있고, 역류를 제어하고 액체가 의도한대로 순환될 수 있게 해주는 복수 개의 역지 밸브(V1, V2l, V3, V3, V4, V5, V6)가 제공될 수 있다. 도 8의 변형례는 카트리지가 없을 경우 연료 전지 밖으로의 메탄올 역류를 방지하거나 또는 솔레노이드 밸브가 오작동하고 한 위치에 남아 있는 경우 과도한 압력이 연료 전지에서 발생하는 것을 방지하는 고장 안전 시스템을 제공한다. 또한, 연료 레벨은 복수 회의 피스톤 행정을 컨테이너 내에 잔류하는 메탄올과 관련시킴으로써 결정될 수 있다. 더욱이, 이러한 시스템은 루프형 순환 펌프를 구동하기 위해 추진제 가스 압력을 사용할 수 있기 때문에 별도의 전기 구동식 펌프를 생략할 수 있다. 또한, 상기 변형례는 에어 시스템 디자인에 따라 물 보충 펌프의 필요성을 없애기 위해 제3 피스톤(P3)을 비울 수 있다.
컨테이너(1)는 메탄올을 분출하기 위해 폼(16) 모세관 작동과 가스 압력의 조합을 이용할 수 있다. 컨테이너(1)에 사용될 수 있는 폼은 컨테이너(1)가 수직하게 배향될 경우 연료를 개구로 상승시키기 위해 충분한 모세관력을 가져야 한다. 그러나 모세관력은 "홀드백(holdback)" 을 생성하는 것으로 알려져 있는데, 다시 말해서 잔류하는 연료는 갇히고 제거할 수 없게 된다. 본 명세서 개시된 주제에 있어서, 이러한 '홀드백'은 개구로 향해 점진적으로 높아지는 모세관력의 사용에 의해 극복 혹은 최소화될 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 폼은 폭발 저항성이 있고 컨테이너(1) 내에서 연료의 연소와 관련한 부차적인 손상을 줄이도록 작용할 수 있다. 이것은 여러 가지의 상이한 방법에 의해 달성될 수 있으며, 이들 방법 중 몇몇은 도 9 및 도 15a 내지 도 15f에 도시되어 있다.
예컨대, 카트리지에서 개구를 향해 점진적으로 높아지는 모세관력은 공극 크기가 줄어드는 폼 사용에 의해 폼과 모세관의 사용에 의해 달성될 수 있다. 폼은 50% 내지 99% 공극률의 개방 셀 구조를 지니고, 친수성 및 연료와의 상용성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 메탄올을 위한 도시된 물질은 폴리에테르 혹은 폴리에스테르 우레탄 폼 등의 폴리우레탄 폼을 포함한다. 폴리우레탄 폼은 펠트 구조, 망상 구조, 혹은 펠트 망상 구조 폼일 수 있다. 만약 폼이 펠트로 만들어질 경우, 약 3:1의 압축률을 지닐 수 있고, 그 폼은 폼 원래 두께의 소정의 분율(예컨대, 원래 두께의 3분의 1)로 폼을 압착하기 위해 충분한 양의 열과 압력을 인가함으로써 제조될 수 있다. 펠트 폼은 모세관 작용을 증가시키는 소형 공극(60 내지 80 개 세공/인치 범위)을 제공한다. 유사한 특징을 지닌 다른 물질은 모세관 작용을 나타내는 마이크로 물질 및 나노 물질뿐만 아니라 에어로젤, 다공성 세라믹, 다공성 실리콘을 포함하여 더 높은 모세관력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 물질은 리토그래피, 나노 임프린팅, LIGA 등의 x-레이 기술을 사용하거나 생체 적합 물질을 사용하여 제조될 수 있다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 폼(21)은 압축 가능한 것으로 사용되고, 쐐기 모양으로 형성될 수 있다. 쐐기 형상은 불변의 치수의 케이스(22)로 삽입될 때 점진적으로 더 큰 세공 압박을 초래하기 때문에, 개구(23)에 가장 근접한 세공이 가장 작아지게 된다(즉, 가장 큰 모세관력을 갖게 된다). 도 14a의 도시된 변형례는 그 내부에 폼(21)의 삽입 이후에 연료 카트리지 케이스(22)를 개략적으로 도시한 도면뿐만 아니라, 케이스(22)로 폼(21)을 삽입하기 이전의 폼(21)과 카트리지 케이스(22)의 확대도를 포함하며, 개구(23)를 향해서는 소형 크기의 세공(24)이 그리고 개구(23) 반대편의 케이스(22)의 단부를 향해서는 대형 크기의 세공이 위치하는 것으로 도시되어 있다.
도 14b에는 적어도 2개의 폼 블록(21a, 21b, 21c, 21d)을 합체시킴으로써 카트리지 케이스(22) 내의 개구(23)를 향하여 점진적으로 증가하는 세공 압박을 획득할 수 있는 또 다른 변형례가 도시되어 있다. 개구(23)에 더 근접한 각각의 블록(예컨대, 부분)은 이전의 폼 블록보다 더 작은 세공 크기를 지닌다. 따라서, 도 14b에서, 폼 블록(21a)은 폼 블록(21b)보다 더 작은 세공 크기를 지닌다. 이와 유사한 폼 블록(21)은 폼 블록(21c) 및 그 밖의 블록보다 더 작은 세공 크기를 갖는다. 통상 2개 내지 수백 개의 임의의 개수의 폼 블록(21a, 21b, 21c, 21d)이 사용될 수 있다. 몇몇 변형례에 있어서, 3개 내지 4개의 폼 블록(21a, 21b, 21c, 21d)은 점진적인 세공 압박을 얻기 위해 사용된다.
도 14c에서, 개구(23)를 향하는 점진적인 세공 압박은 가장 작은 세공 폼이 중심에 있고 개구(23)에 연결되는, 환상 혹은 동심의 방법으로 상이한 공극률의 폼(21a, 21b, 21c, 21d)을 배열함으로써 달성될 수 있다.
도 14d에는 세공 크기가 큰 가요성 폼(21b)으로 삽입되어 쐐기에 가장 근접한 가요성 폼(21b) 내에 폼 세공을 압박하고 이에 따라 카트리지 케이스(22) 내의 그 크기를 줄이는 원뿔형의 폼 단편을 포함하는 또 다른 변형례가 도시되어 있다(예컨대, 도 14e 참조).
도 14f에는 폼(21)으로 삽입되는 소형 보어의 모세관(25)의 사용에 의해 카트리지 케이스(22) 내의 개구(23)를 향한 모세관력의 점진적인 증가를 획득하는 또 다른 방법이 도시되어 있다. 모세관(25)의 보어는 카트리지(22)가 수직을 배향지만 더 작을 경우 모세관력에 의해 연료를 개구(23)로 상승시키기 위해 충분히 작은 직경일 수 있다. 모세관(25)은 친수성이면서 연료와의 상용성이 있는 임의의 물질일 수 있다. 유리 모세관은 예컨대, 쉽게 이용 가능하고, 값이 싸며, 불활성인 점에서 유리할 수 있다. 일례로 유리 모세관의 보어는 0.1mm이다.
개구(23)에 도달하자마자 연료는 피스톤, 압전 다이어프램 등의 펌프에 의해 또는 모세관 경로의 연속성에 의해 연료 전지 더미(9)로 전달될 수 있다. 급송 서브시스템(3)은 제어 시스템(5)에 의해 전기적으로 작동하고 메탄올이 농도가 극히 낮아질 때마다 연료 전지 급송 스트림(3)으로의 메탄올 유입을 허용하도록 구성되어 있는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 급속 서브시스템(3)에 결합된 제어 시스템(5)은 연료 전지 더미(혹은 선택된 전지(들))의 전압, 전류, 온도 조건들을 감지하고, 이것을 적분 알고리즘 혹은 "검사(look up)" 표를 사용하여 상기 조건을 충족하는데 필요한 메탄올 농도와 관련시키며, 이에 후속하여 메탄올 농도가 너무 낮을 때마다 솔레노이드에 작동 신호를 전송한다.
도 9에 도시된 변형례에 있어서, 개방된 전지 폼 충전물 혹은 다른 심지 물질(21)은 카트리지(22) 내에서 사용될 수 있고, 카트리지(22) 내의 높은 증기압의 탄화수소와 함께 개구(23)를 향한 더 큰 연료의 모세관 당기는 힘을 부여하여 개구(23)로부터 연료를 연료 운반 시스템에 마련된 연료 전지로 강제하게 될 양의 압력을 제공하기 위해 카트리지 케이스(22)의 개구(23)에 더 근접한 더 작은 세공을 포함할 수 있다. 도 9의 변형례에 있어서, 실질적으로 균일한 세공 밀도(24)를 지닌 쐐기형 폼(21) 단편을 케이스(22)로 강제시켜 개구(23)(도시 생략) 근처에 더 작은 세공을 효과적으로 생성할 수 있도록 함으로써 등급이 있는 공극률을 얻을 수 있다.
또 다른 변형례에 있어서, 폼(21)의 세공보다 더 작은 세공(27)을 지닌 펠릿(26)은 폼(21) 내에 그리고 개구(23)를 통해 삽입될 수 있다. 추가적인 탄화수소는 2.7psig의 증기압을 지닌 메탄올 연료에 비해 실온에서 약 45psig의 증기압을 지닌 부탄일 수 있다. 추가적으로, 상기 부탄은 메탄올 연료 전지의 작동에 유해하다. 충분한 부탄은 가장 작은 세공 폼/심지 물질의 모세관 유지력을 극복하기 위해 추가될 수 있다. 가압에 적합한 동시에 연료 공급원으로서 적합한 다른 탄화수소의 예로는 디메틸 에테르 혹은 프로판을 포함한다.
도 10에 도시된 바와 같은 하나의 변형례에 있어서, 카트리지(112)는 어떠한 팽창 혹은 다른 외압에 견디기 위해 보강될 수 있는 카트리지 독킹 슬롯(111)을 경유하여 연료 전지에 결합될 수 있다. 개구(110)를 통한 카트리지(112)의 제거는 부드럽고 매끄러운 벽(113)과 극히 소량의 테이프를 제공함으로써 보조될 수 있다. 도 10의 변형례에 있어서, 카트리지 독킹 슬롯(111)의 보강은 그 외측면(114) 상에 마련된 하나 이상의 리브(114)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 변형례에 있어서, 리브(116)는 또한 독킹 슬롯(111) 내에서의 팽창에 대한 저항을 향상시키기 위해 독킹 슬롯 리브(114)에 수직인 카트리지 내부(117)에 마련될 수 있다. 보강된 카트리지 독킹 스테이션은 각기둥이 없는 하우징을 지닌 카트리지를 수용하기 위해 다른 형상을 취할 수 있다.
도 11a에 도시된 변형례에 있어서, 카트리지(121)는 카트리지 독킹 스테이션(122) 내에 부차적으로 대응하는 자물쇠를 구비한 하나 이상의 기계적 부재를 포함할 수 있다. 도 11a에 도시된 변형례에 있어서, 카트리지(121)에는 카트리지 독킹 스테이션(122)의 내부면(124) 내에 설치된 하나 이상의 대응하는 릿지(R1)와 맞물리면서 끼워지도록 그것의 외측면(123) 상에 마련된 하나 이상의 홈(G1)이 형성될 수 있다. 이와 유사하게, 카트리지 독킹 스테이션(122)에는 카트리지(121)의 외측면(123) 상에 마련된 릿지(R2)와 맞물리면서 끼워질 수 있는 그것의 내측면(124) 상의 홈(G2)이 형성될 수 있다. 상기 변형례 양자의 조합은 또한 위조 카트리지의 사용을 회피하는 것이 가능할 수 있다. 도 11b의 변형례에 있어서, 카트리지(121) 상에 마련된 기계 부재는 그 내부에 끼워져 카트리지 독킹 스테이션(122) 내에서 대응하는 오리피스(125, 125a)와 맞물리도록 노치(N), 핀(P), 릿지(R), 구멍(H) 혹은 다른 돌출부를 포함할 수 있다.
벨로우즈 혹은 블래더는 슬롯 혹은 구멍 등의 케이스 내의 개구를 통해 외부 스프링 혹은 액티베이터에 의해 밀리는 블래더에 반하여 연료 및 플레이트 혹은 피스톤을 포함하도록 카트리지 내에서 사용될 수 있다. 외부 스프링 혹은 액티베이터는 도 13a 내지 13f에 도시된 바와 같이 카트리지가 삽입될 독킹 스테이션 내부에서 부분적으로 남게 될 수 있다.
도 12a는 적어도 그 전방 표면(133) 상에서 하나 이상의 슬롯(132)을 포함할 수 있는 카트리지(131)의 변형례가 개략적으로 도시되어 있다. 이 슬롯은 카트리지 독킹 스테이션(도시 생략)의 내부에 마련된 외부 스프링/액티베이터(도시 생략)를 수용하고 그 내부에 마련되어 연료를 담는 동시에 카트리지 케이스 내에 포함된 벨로우즈 혹은 블래더를 아래로 차례로 압박하는 플레이트/피스톤을 내리누르도록 구성될 수 있다.
도 12b 및 도 12c에 도시된 변형례는 각기둥형 카트리지를 위한 외부 기계식 카트리지 압축을 얻을 수 있는 방법이 도시되어 있다. 상기 카트리지(131)는 그 내측면의 금속 플레이트(134)를 포함할 수 있으며, 이 플레이트는 카트리지 독킹 스테이션(135) 속으로 카트리지(131)의 삽입시 카트리지 케이스(131) 내측에 마련된 벨로우즈/블래더(137)를 압축하기 위해 하나 이상의 스프링(136)의 작용에 의해 아래로 밀리게 된다. 상기 스프링은 카트리지(131)를 입장시킨 다음 금속 플레이트(134) 상에서 압착하도록 편향될 수 있는 판 혹은 와이어 타입의 스프링일 수 있다. 플레이트(들)(134)는 경화된 금속으로 구성될 수 있지만, 탄소 섬유 혹을 플라스틱 혹은 세라믹 등의 다른 물질을 또한 사용할 수 있다. 하나 이상의 슬롯(132)은 스프링(들)(136)이 플레이트(들)(134)를 내리누를 수 있게 해주도록 카트리지(131)의 일측면 혹은 복수의 측면 상에 제공될 수 있다.
도 12d에 있어서, 스프링(136)은 외부 플런저(138)를 내리누를 수 있다. 상기 스프링(136)은 판 혹은 코일 타입일 수 있으며, 플런저(138)는 카트리지 케이스(131)의 임의의 표면 상에 제공될 수 있다. 플런저(138)는 차례로 플레이트(들)(134)를 내리누를 수 있기 때문에 벨로우즈(137) 상에 외부의 기계식 압축을 제공할 수 있다.
도 12e에 도시된 변형례에 있어서, 나사 형성 작동 로드(139)는 회전 모터(M)와 볼 스크류(S)에 의해 구동되어 카트리지(131) 내에서 플레이트 혹은 피스톤(134)을 밀치게 된다. 플레이트 혹은 피스톤(134)은 카트리지(131)의 임의의 표면 상에 자리할 수 있다. 작동 로드의 이러한 작동은 플레이트를 내리누를 수 있으며, 이에 따라 벨로우즈(137)를 내리눌러 외부의 기계식 압축을 초래할 수 있다.
도 13을 참조하면, 연료 충전 블래더(142)는 중심 오리피스(149)를 구비하는 케이스(141) 내에 설치될 수 있다. 소형 외측 오리피스(143)와 밀봉부(144)는 케이스(141) 상에 마련될 수 있다. 연료 전지로의 카트리지(141)의 삽입과, 그것에 후속하여 블래더(142)와 케이스 벽(141) 사이에서 카트리지(141)로의 압축 공기의 강제는 연료의 압축을 초래한다. 밀봉부(144)는 연료 전지에 고정된 밀봉면(145)에 반하여 압박되는, 카트리지(141)에 고정된 O형 링일 수 있다. 인터록(147)은 압축 공기를 공급하기 위해 펌프(148)에 신호를 전달할 수 있다. 이 펌프(148)는 소형화된 펌프일 수 있고 연료 전지 배터리(도시 생략)로부터 전기적으로 구동되며, 임의의 타입일 수 있다. 다른 펌프는 피스톤 혹은 다이어프램을 기초로 한 것일 수 있다. 압축 공기는 또한 연료 전지 내의 공기 순환 펌프 혹은 팬 등의 다른 메커니즘에 의해 공급될 수 있다.
또 다른 변형례에 있어서, 추가의 탄화수소는 도 15a 내지 도 15c에 도시된 것과 같은 카트리지를 압축하기 위해 사용될 수 있다. 도 16a에서, 추가의 탄화수소는 메탄올 연료 내에서 혼합물로서 사용될 수 있다. 액체 성분으로부터 가스상의 성분을 분리하기 위한 요소/메커니즘은 카트리지 내에 혹은 연료 전지 더미에 도달하기 이전에 제공될 수 있다. 도 16a에 도시된 변형례에 있어서, 크기가 다른 세공의 두 가지 폼은 추가의 탄화수소와 관련하여 사용될 수 있다.
도 16b에서, 추가의 탄화수소는 연료(메탄올)를 담고 있는 블래더(161) 외부에 저장될 수 있고, 블래더(161)를 압축하기 위해 사용될 수 있다. 도 16c에 있어서, 추가의 탄화수소는 벌룬(161) 혹은 연료 내에 제공된 접힌 블래더를 압축하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 변형례에 있어서, 추가의 탄화수소는 벌룬 혹은 블래더(161)에 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 변형례에서, 85cc의 액체 메탄올과 100psig의 초기 압력 및 연료 운반 시스템의 단부에서의 최소 0.2psig의 압력을 지닌 100cc의 카트리지의 경우, 약 117cc 체적의 가스상의 부탄(20℃)이 카트리지에 첨가될 수 있다. 디메틸 에테르 혹은 프로판 등과 같이 정상의 주변 온도에서 가스상이 되는 다른 높은 증기 압력의 탄화수소가 또한 사용될 수 있다.
몇몇 변형례에서, 압축된 연료는 도 16a에 도시된 바와 같은 계측 펌프를 작동시키는 것과 같은 부수적인 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상기 펌프(154)는 연료 압력과 복귀 스프링(156)에 의해 구동될 수 있다. 피스톤(155)의 각 행정은 잔여 연료의 예측을 제공할 수 있다. 펌프(154)는 연료 카트리지(150)에 결합된 라인 상에 그리고 제어 라인(152)에 전기적으로 결합될 수 있는 솔레노이드 밸브(151) 뒤에 접속될 수 있다.
조사 적량(dosage) 펌프(154)는 압축된 카트리지(150)로부터 연료 압력을 조절하기 위해 스프링 작용이 제공될 수 있다. 카트리지(150) 내의 연료 공급 압력은 연료가 인출될 때 변할 수 있고, 연료 전지 더미는 낮은 압력을 필요로 할 수 있다. 유동 억제 장치(153)와, 조사 적량 펌프 캐비티가 채워질 때 폐쇄되는 솔레노이드 밸브(151)를 사용함으로써, 연료 급송 압력은 스프링의 작용력, 신장된 블래더, 혹은 블래더 가스 압력에 의해 제어된 범위 내에서 유지될 수 있다. 예컨대, 50W의 연료 전지에서, 0.78cc 체적의 피스톤은 매분마다 대략 한 번의 행정을 제공한다. 스프링은 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 이후에 연료 급송 압력을 유지할 수 있다. 직경이 1cm이고 길이가 1cm인 피스톤 캐비티의 경우, 상기 행정에 걸쳐 약 0.122 내지 0.025 파운드의 스프링이 약 1.0 내지 0.2psig의 압력을 유지할 수 있다. 펌프는 구조를 더 간단하게 만드는 도 16b에 도시된 다이어프램 타입일 수 있다. 도 16b에 도시된 다이어프램 펌프는 예컨대, 연료를 감금하는 동시에 스프링 압력을 제공하기 위해 가요성의 네오프렌 다이어프램(157)을 사용한다. 네오프렌 다이어그램(157)은 미리 장전된 힘을 제공하기 위해 맨드릴(158) 위로 초기에 신장될 수 있다. 상기 다이어프램은 도 16c에 도시된 바와 같이 유연성이 있다. 이 경우, 연료로 복귀하는 압력은 벨로우즈, 블래더, 혹은 다이어프램(160)의 반대편 상의 압축 가스(159)에 의해 제공된다. 전술한 모든 변형례에 있어서, 피스톤 내의 최대 복귀 압력은 카트리지로부터 연료의 최소 배출 압력을 초과하지 않는다. 솔레노이드가 개방될 때, 압력 서지를 방지하기 위해, 유동 제한 장치는 피스톤/다이어프램과 연료 전지 더미 사이에서 라인 내에 제공될 수 있다.
도 17에는 하우징(33), 컨테이너(1)로부터 연료를 받아들이기 위한 입구(31), 슬라이딩 밀봉부(34)(예컨대, O형 링 등), 플런징 기구(37), 이 플런징 기구(37)를 편향시키는 일련의 스프링(38), 압축 유체/추진제 유체 출구(32)를 구비하는 이중 튜브 커플링 장치(30)가 도시되어 있다. 추가적으로, 플런징 기구(37) 내에는 제1 연료 출구(35)와 압축 입구(32)가 마련되어 있다. 이러한 배치는 스풀 밸브와 유사하다. 커플링의 특징은 카트리지 측이 폐쇄 위치에서 스프링 장전될 수 있다는 것이다(즉, 유체 흐름 개구는 밀봉되어 서로로부터 분리되며, 독킹 상에서 부차적인 부재의 삽입에 의해서만 개방된다). 플런징 기구(37)가 연료 출구(35)와 유체 입구(32)의 반대(스프링(38)의 편향에 반대) 방향으로 배치되기 때문에 연료 출구(35)는 입구(31)와 연통 상태로 되고 유체 입구(36)는 유체 출구(32)와 연통 상태로 된다. 이러한 변형례는 압축 공급원(예컨대, 연료를 이동시키는 추진제)을 구비하지 않는 컨테이너(1)에 사용될 수 있다. 상기 스프링(38)은 플런징 기구(37)를 편향시키기 때문에 연료 출구(35)는 입구(31)와 연통 상태로 되지 않으며 유체 입구(36)는 유체 출구(32)와 연통 상태로 되지 않는다. 추가적으로, 이러한 변형례는 또한 블래더 및/또는 폼을 사용하는 연료 컨테이너와 연결된 상태로 사용될 수 있다.
플런징 기구(37)의 움직임은 수동으로 혹은 자동 구동 기구(예컨대, 솔레노이드 액츄에이터)에 의해 영향을 받을 수 있다. 그 변형례에 있어서, 플런징 기구(37)는 독킹 기구 혹은 커플링 장치 내에서 고정될 수 있고 또 컨테이너(1)의 삽입은 플런징 기구(37)가 스프링(38)의 변형 방향의 반대로 움직이게 해준다. 이러한 후자의 변형례에 있어서, 밸브 혹은 다른 기구는 유체가 유체 출구(35) 혹은 유체 입구(36)로 흐르는 것을 선택적으로 방지하기 위해 합체될 수 있다.
도 18a를 참조하면, 연료 컨테이너(163)는 일반적으로 오목한 단부와 반대편 단부의 오리피스(169)를 가는 원통형의 형상일 수 있다. 컨테이너 내에서 연료(167)는 블래더(165) 혹은 다른 압축성, 가요성, 접힐 수 있는 및/또는 탄성 물질(예컨대, 네오프렌)에 의해 에워싸일 수 있다. 블래더와 컨테이너(163)의 외벽 사이에는 휘발성 탄화수소(예컨대, 액체 부탄) 등의 추진제(171)가 배치될 수 있다. 블래더(165)는 사용된 추진제와 연료(167) 양자와 호환 가능해야 한다. 이러한 변형례에 따르면, 추진제(171)는 블래더(165)와 연료(167)에 이해 후속한 오리피스(169)를 매개로 컨테이너(163) 내에 먼저 배치될 수 있다. 그 후, 오리피스(169)는 밀봉될 수 있다.
도 18b에는 일반적으로 원통형의 형상일 수 있고 연료(179)를 에워싸는 추진제(175)를 포함하는 연료 컨테이너(173)가 도시되어 있다. 오리피스(181)에 반대편에 있는 연료 컨테이너(173)는 입구 포트(177)를 포함할 수 있다. 포트(177)는 예컨대, 고무 플러그 혹은 다른 연료 컨테이너(173)의 벽 내부의 개구를 밀봉하기 위한 다른 기구일 수 있다. 이러한 변형례를 참조하면, 연료(179)는 계속해서 밀봉되는 개구(181)를 경유하여 연료 컨테이너(173)로 배치될 수 있다. 상기 추진제(175)는 나중에 입구 포트(177)를 경유하여 연료 컨테이너(173)로 계속해서 주입될 수 있다. 선택적으로, 블래더는 연료를 추진제로부터 분리시킬 수 있다.
도 18c를 참조하면, 연료(197)를 내장하는 컨테이너(183)의 일부를 압축하도록 작동할 수 있는 피스톤(185)을 포함할 수 있는 연료 컨테이너(183)가 도시되어 있다. 오리피스(199)는 연료(197)가 연료 전지로 운반될 수 있게 해주는 출구를 제공한다. 피스톤(185)의 연료(197) 반대편에는 추진제(189)가 있을 수 있다. 연료(197)에 대한 추진제(189)의 밀봉은 O형 링 등의 밀봉부(187)에 의해 행해질 수 있다. 피스톤(185)은 또한 피스톤의 움직임을 검출하는 위치 센서(193)를 포함하거나 또는 그것에 결합될 수 있다. 하나의 변형례에서, 피스톤(185)은 위치를 검출하기 위해 위치 센서(193)에 의해 검출되는 자석(191)을 포함한다. 피스톤 위치(185)의 자성 검출에 추가하여, 용량, 인덕턴스, 혹은 음향 측정치를 사용하는 다른 변형례들도 실시될 수 있다.
위치 센서(193)에 결합된 프로세서(195)는 피스톤(185)의 위치를 기초하여 연료 컨테이너(183) 내에 잔류하는 소정 량의 연료(197)를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이 프로세서(195)는 연료 컨테이너(183)의 일부를 형성하거나 연료 전지 내에 사용될 때 연료 컨테이너(183)에 결합될 수 있는 외부형이라도 좋다.
도 19a 내지 도 19에는 출구로부터 분리된 입구를 포함하거나 그것에 결합되어 있는 컨테이너의 변형례가 도시되어 있다. 도 19a에서, 연료(205)를 에워싸는 블래더(198)를 구비하는 컨테이너(196)의 변형례가 제공된다. 추가적으로, 컨테이너는 압축 유체를 컨테이너(196)로 향하도록 하는 압축 유체 도관(201)과, 컨테이너(196)에서 나온 연료를 연료 전지 및/또는 연료 전지의 독킹 스테이션으로 향하도록 하는 연료 출구 도관(203)에 결합될 수 있다. 압축 유체는 블래더(198)의 내용물을 압축(및/또는 블래더(198) 밖으로 연료를 강제)하기 위해 블래더(198)와 컨테이너(196)의 하우징 사이에 주입된다. 상기 압축 유체 도관(201)과 도관(203)에서 나온 연료는 그 내부에 유체 흐름을 선택적으로 제한하기 위해 밸브 혹은 다른 메커니즘을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 압축 유체 도관(201) 내의 유체 흐름은 연료(205)의 일부 혹은 전부가 컨테이너(205)로부터 배기된 이후에 역전될 수 있다. 이것은 압축 유체가 후속하는 컨테이너용으로 재사용하도록 허용하기 때문에 환경 개선과 관련한 문제점을 해소한다.
추가적으로, 컨테이너는 압축 유체를 블래더(198)로 향하도록 하는 압축 유체 도관(201)과, 컨테이너(196)와 블래더 벽 사이의 연료를 연료 전지의 독킹 스테이션으로 향하도록 하는 연료 출구 도관(203)에 결합될 수 있다. 압축 유체는 접힌 블래더(198)를 팽창시키도록 주입되어 컨테이너(196)와 블래더 벽 사이의 연료를 압착시켜 커플링을 통해 연료를 밖으로 강제시킨다.
도 19b를 참조하면, 컨테이너(207)는 그 내부에 연료(219)가 자리하게 되는 큰 세공 폼(209)과 작은 세공 폼(217)(혹은 경사진 폼) 양자를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 압축 가스 입구(213)는 연료 출구(215)를 경유하여 연료 전지 혹은 연료 전지 독킹 스테이션으로 연료(219)의 운반을 용이하게 하기 위해 가스(211)를 컨테이너 속으로 주입한다.
도 19c에는 물(223)은 물 입구(227)를 경유하여 컨테이너로 주입되고 연료/물 혼합물(225)은 연료 출구(243)를 경유하여 컨테이너(221)를 빠져나가도록 구성된 컨테이너(221)가 도시되어 있다. 물(223)은 이전의 연료 전지 작동으로부터 수집되는 물일 수 있다. 이러한 변형례에 있어서, 컨테이너(221)는 블래더 또는 연료와 생성수(product water)를 분리하기 위한 다른 장치를 사용하지 않는 유체 순환 서버-시스템에 일체로 형성된 부분일 수 있다.
컨테이너(221)가 먼저 사용될 때, 컨테이너는 약 100%의 메탄올을 담고 있기 때문에 물 펌핑 비율은 상대적으로 낮을 수 있다. 연료가 고갈되고 메탄올 농도가 묽어짐에 따라 추가의 물(223)이 물 입구(227)를 경유하여 컨테이너(221) 속으로 순환된다. 연료/물 혼합물(225) 내의 메탄올/연료 농도가 연료 전지에 의해 요구구된 최소 농도에 도달할 때, 컨테이너(221)를 통한 물의 순환은 대략적으로 계속된다.
연료 출구(243)는 연료 전지 더미(231)로 연료/물 혼합물(225)의 전달을 용이하게 해주는 펌프(233)에 결합될 수 있다. 연료 전지 더미(231)는 연료 전지 더미(231)로 공기의 주입을 용이하게 하기 위해 공기 공급 시스템(229)에 그리고 농도 레벨을 검출하기 위한 메탄올 농도 센서(237)에 결합될 수 있다. 메탄올 농도 센서(237)에 의한 농도 결정된 농도 레벨에 따라, 과도한 물이 수집 웅덩이에 의해 제거될 수 있고, 연료/물 혼합물(225)은 밸브(239)를 경유하여 연료 전지 더미(231)로 펌프(233)를 경유하여 다시 돌아 갈 수 있고, 연료/물 혼합물(225)은 물 입구(227)에 결합된 펌프(241)를 경유하여 컨테이너(221)로 되돌아 갈 수 있다. 이러한 변형례는 높은 체적 저장 효율(즉, 컨테이너(221)가 연료로 충전)을 제공하고, 압축을 필요로 하지 않으며, 컨테이너(221)의 배향과 기하학적 형상에 무관하게 작동할 수 있고, 연료 전지 더미(231)에 의해 발생된 적어도 약가의 폐수로부터의 저장조를 제공한다는 장점이 있다.
가압된 카트리지를 사용할 때, 연료의 유동과 압력은 연료 전지 더미의 도달 이전에 조절될 수 있다. 가압된 연료 카트리지는 연료 전지/독킹 스테이션 내의 별도의 밸브 대신에 "온 디멘드 밸브(on demand valve)"로서 사용될 수 있는 밸브를 이용할 수 있다. 도 20에는 압축 연료(255)를 포함할 수 있는 컨테이너(245)가 도시되어 있다. 상기 컨테이너(245)는 일체형 밸브(예컨대, 편향된 스프링(259)과 컨테이너 밸브 밀봉부(261)를 구비하는 에어로졸 실린더)일 수 있는 밸브와, 컨테이너(245)와 커플링 장치(249) 사이의 밀봉을 보장하기 위한 밀봉부(예컨대, O형 링)를 포함한다. 커플링 장치는 또한 컨테이너(245)의 외측 부분과 협동할 수 있는 하나 이상의 밀봉부(247)를 포함할 수 있다. 상기 커플링 장치(249)는 솔레노이드(251)(혹은 다른 작동 기구)에 의해 구동된 플런저(253)를 포함할 수 있다. 솔레노이드(251)가 작동할 때, 플런저(253)는 스프링(259)의 편향에 반대하여 이동할 수 있기 때문에 압축 연료가 컨테이너(245)로부터 빠져나게 되고 커플링 장치(249) 내에서 연료 출구(263)로 향하게 되는 개구를 생성한다. 연료 출구(263)는 체결 기구(265)(예컨대, 클램프)에 의해 연료 출구에 접속될 수 있는 압력 조절기(267)에 결합될 수 있다. 연료 전지 더미(271)로의 연료 흐름을 제한하기 위해 유동 제한 장치(269)가 압력 조절기(267)에 결합될 수 있다. 압력 조절기는 압력을 조절하는 예컨대, 고무(혹은 다른 탄성 물질)로 이루어진 관형 부분을 포함할 수 있다. 제어 장치는 밸브(257)를 개방하도록 솔레노이드(251)와 연통 상태로 될 수 있기 때문에 연료(255)는 연료 출구(263)에 설치될 수 있다. 제어 장치는 예컨대, 연료 전지의 연료 농도를 측정하는 농도 센서에 결합될 수 있다. 유체 압력(예컨대, 공기 펌프)에 의해 작동된 다이어프램 혹은 피스톤 등의 다른 작동 기구를 사용할 수 있다. 추가적으로, 이러한 변형례와 관련하여 역류를 방지하기 위한 역지 밸브 혹은 다른 제한 장치, 연료가 주변 환경으로 방출하는 것을 방지하기 위한 추가의 밀봉 장치 등의 다른 부품들을 사용할 수 있다.
이상, 첨부 도면과 관련하여 설명한 변형례는 본 명세서에 개시된 주제인 연료 운반 시스템의 완벽한 실시를 위한 모든 부품들을 예시하지 않을뿐더러 변형 가능한 부품의 레이아웃 전부를 예시한 것은 아니다. 크기, 재료, 형상, 구성, 기능, 작동 방법, 조립 및 용도에 대한 변형은 당업자들에게 자명할 것이며, 본 명세서에 개시된 주제의 영역과 정신에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (165)

  1. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 저장조는 연료 전지의 연료 급송 루프를 통해 연료를 분출하는 것인 연료 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료 카트리지는 단일형 벽으로 구성되어 있는 것인 연료 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연료 카트리지는 분리된 챔버에 연료를 담기 위해 복수형 벽으로 구성되어 있는 것인 연료 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 연료 1 ml 내지 10리터 범위의 연료 저장 용적을 갖는 것인 연료 카트리지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 저장조는 20 내지 500 ml 범위의 연료 저장 용적을 갖는 것인 연료 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연료는 액체 연료, 가스상의 연료, 고체 연료, 분무화된 연료, 및 이의 조합물을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연료는 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르(DME), 디메톡시메탄(DMM), 트리메톡시메탄(TMM), 트리옥산, 포름산, 포름알데히드, 부탄, 프로판, 메탄, 프로필렌, 에틸렌, 프로판올, 글리콜, 물과 이의 혼합물, 산과 이의 혼합물, 및 염기와 이의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 탄화수소 연료인 연료 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 직사각형, 각기둥, 박스형 혹은 관형인 연료 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 압출 알루미늄, 플라스틱, 복합체, 및 담긴 연료와의 반응에 대해 실질적으로 비활성인 임의 물질을 포함하는 군에서 선택된 물질로 제작되는 것인 연료 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 가요성이 있거나 변형 가능한 것인 연료 카 트리지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 견고한 것인 연료 카트리지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 저장조는, 연료를 비우기 위해 압축/팽창 가능한 벨로우즈 (bellows)가 제공되도록 저장조의 적어도 일부는 주름진 물질로 구성되는 것인 연료 카트리지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 그 전방벽에 마련된 연료 출구를 이용하여 연료를 담도록 연속한 표면을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 견고한 하우징 내에 마련된 가요성 용적을 형성하는 챔버를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 연료 운반 시스템에 접속 분리될 때 저장조를 밀봉하도록 연료 출구에 위치한 밸브를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  17. 제15항에 있어서, 상기 밸브는 전자-기계식 작동 밸브, 볼 체크 밸브, 니들 밸브, 항공기 연료 보급 밸브, 및 기계식 작동 밸브를 포함하는 군에서 선택된 일방향 밸브인 연료 카트리지.
  18. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 연료 출구를 덮기 위한 제거 가능한 배리어를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  19. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 카트리지를 커플링 장치에 고정하기 위해 연료 출구에 있는 잠금 부분을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 잠금 부분은 기계식 잠금 장치, 마찰식 잠금 장치, 및 기계식 구속 장치를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기계식 잠금 장치는 총검식 부착물, 퀵 릴리스 자물쇠, 스크류 나사, 걸쇠식 자물쇠, 및 스프링 장전식 자물쇠를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  22. 제20항에 있어서, 상기 마찰식 잠금 장치는 O형 링인 것인 연료 카트리지.
  23. 제20항에 있어서, 상기 기계식 구속 장치는 커플링 장치 상의 대응하는 암형 혹은 수형 부품과 합치하는 수형 혹은 암형 잠금 장치인 것인 연료 카트리지.
  24. 제1항에 있어서, 상기 카트리지에는 커플링 장치와의 결합을 검출하기 위한 커플링 센서가 더 마련되어 있는 것인 연료 카트리지.
  25. 제24항에 있어서, 상기 커플링 센서는 카트리지의 하우징 상에 자리하여 카트리지와 커플링 장치의 합치에 따라 작동하는 마이크로-스위치, 카트리지와 커플링 장치의 합치에 따라 작동하는 마그네틱 스위치, 연료 카트리지의 금속 부분과 접촉 상태로 있는 한 쌍의 전기 접촉부, 및 광학 센서로부터 차례로 선택된 광 검출 센서를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  26. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 그것으로부터 연료를 분출하기 위해 카트리지 내측의 내압 공급 부재, 기계 작용력 유도 부재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 양의 압력 유도 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  27. 제26항에 있어서, 상기 내압 공급 부재는 연료에 첨가되는 높은 증기압의 탄화수소를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  28. 제27항에 있어서, 상기 연료는 메탄올이고 높은 증기압 탄화수소는 부탄, 디메틸 에테르, 및 프로판을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  29. 제26항에 있어서, 상기 기계 작용력 유도 부재는 스프링, 나사, 모터, 공압 및 유압을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 작동 부재를 사용하여 작동 가능한 피스톤, 저장조 하우징의 일부, 및 엘라스토머 폼을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  30. 제1항에 있어서, 상기 저장조는 그 내부에 담긴 연료의 손상을 방지하기 위한 안전 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  31. 제1항에 있어서, 상기 연료는 중력, 확산, 혹은 모세관 작용을 통해 카트리지로부터 배출 가능한 것인 연료 카트리지.
  32. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 일정한 공극률을 지닌 카트리지 내부의 폼에 의해 제공되는 것인 연료 카트리지.
  33. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 공극률 구배를 지닌 폼에 의해 제공되는 것인 연료 카트리지.
  34. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 개구 근처의 모세관력을 증가시키기 위한 공극률 구배 혹은 일정한 공극률을 지닌 심지(wicking) 요소에 의해 제공되는 것인 연료 카트리지.
  35. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 커플링 장치로의 유입을 방지하기 위해 카트리지의 연료 출구에서 선택적으로 스크린 가능한, 연료 카트리지 내부에 마련된 하나 이상의 점탄성 유체에 의해 제공되는 것인 연료 카트리지.
  36. 제34항에 있어서, 상기 심지 요소는 펠트, 섬유, 패브릭, 및 폼을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  37. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 컨테이너 내부에 배치된 하나 이상의 모세관에 의해 제공되는 것인 연료 카트리지.
  38. 제31항에 있어서, 상기 모세관력은 내압에 의해 보조되는 것인 연료 카트리지.
  39. 제1항에 있어서, 상기 연료는 카트리지 내부에 공급된 가스에 의해 배출될 수 있고, 가스 통기 부재가 카트리지에 합체되어 있는 것인 연료 카트리지.
  40. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 연료로부터 분리된 추진제를 저장하기 위해 하나 이상의 가스 저장 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  41. 제40항에 있어서, 상기 가스 저장 부재는 블래더, 백, 팽창 가능한 용기, 파 열 가능한 캡슐, 가스와 연료를 분리시키는 피스톤, 및 압력 반응성(pressure responsive) 밸브에 결합된 격실을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  42. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 이것으로부터 방출되는 연료의 방출 속도를 제어하기 위한 계측 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  43. 제42항에 있어서, 상기 계측 부재는 계측 오리피스, 다공성 물질, 연료 출구에 배치된 다공성 부재, 컨테이너의 출구에 배치된 심지 물질, 및 유동 제한 밸브를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  44. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 예정된 수준에 도달하면 카트리지 내의 압력을 덜기 위한 릴리스 기구를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  45. 제44항에 있어서, 상기 릴리스 기구는 예정된 압력 수준에 도달할 때 개방되는 밸브이며, 카트리지의 오리피스 내에 장착된 감압(pressure-sensitive) 고무 플러그를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  46. 제44항에 있어서, 상기 릴리스 기구는 카트리지로부터 나오는 연료의 방출을 늦추기 위해, 연료 내에 배치된 폼 혹은 젤 작용제(gelling agent)에 의해 보조되는 것인 연료 카트리지.
  47. 제44항에 있어서, 상기 릴리스 기구는 감압 통기구 혹은 선택적 투과성 막인 연료 카트리지.
  48. 제1항에 있어서, 상기 연료 출구는 연료 전지에 접속된 하나 이상의 튜브, 카트리지 외부에 배치되어 그것과 작동 가능하게 결합된 심지 물질, 카트리지를 통해 연료 스트림의 일부 혹은 전부의 순환을 가능하게 해주는 2개 이상의 동심 혹은 동축 튜브, 및 연료의 배출과 가스 및/또는 액체의 유입을 허용하기 위한 2개 이상으로 튜브를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  49. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는 독킹 스테이션 밀봉면에 반하여 카트리지를 고착시키기 위한 고착 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  50. 제49항에 있어서, 상기 고착 부재는 원통형 카트리지를 위한 총검 타입의 자물쇠와, 에어로졸 캔 타입의 카트리지를 위한 접착 부착가능한 성형된 플라스틱 단부 캡을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 카트리지.
  51. 제50항에 있어서, 상기 성형된 플라스틱 단부 캡은 독킹 스테이션 밀봉면으로부터 선택적으로 맞물리거나 맞물림 해제하도록 파지(grasp) 및 회전할 수 있는 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  52. 제50항에 있어서, 상기 총검식 자물쇠는 안전 요소를 포함하며 맞물림 해제를 위해 높은 토크를 필요로 하는 것인 연료 카트리지.
  53. 제50항에 있어서, 상기 총검식 자물쇠는 핀과 노치 타입의 배열이며 핀 또는 노치중 하나는 카트리지 외측면 상에 배치되어 연료 독킹 스테이션 밀봉면 상의 대응하는 노치 혹은 핀과 맞물리는 것인 연료 카트리지.
  54. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    연료 배출은 모세관 작용 부재, 기계 작용력 부재, 내부 가스 압력 혹은 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 요소에 의해 행해지는 것인 연료 카트리지.
  55. 제54항에 있어서, 상기 모세관 작용 부재는 폼, 에어로젤, 다공성 세라믹, 연료 출구를 향해 세공 크기가 감소하는 다공성 실리콘 중 하나 이상을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  56. 제55항에 있어서, 상기 모세관 작용 부재는 모세관을 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  57. 제55항에 있어서, 상기 폼은 50% 내지 99% 공극률의 개방 셀(cell) 구조를 지니고, 친수성 및 연료와의 상용성이 있는 물질로 구성되는 것인 연료 카트리지.
  58. 제55항에 있어서, 상기 폼은 공극률이 60 내지 80개 세공/인치(inch)인 폴리우레탄 폼인 것인 연료 카트리지.
  59. 제54항에 있어서, 상기 모세관 작용 부재는 카트리지 내부에 배치되어 연료 출구쪽으로 연료의 더 큰 모세관 당김을 부여하기 위해 카트리지의 연료 출구에 더 근접할수록 더 소형이 되는 세공이 마련된 개방 셀 폼 충전제 혹은 심지 물질을 사용하여 그 연료 출구를 향해 모세관력을 점진적으로 증가시키는 것인 연료 카트리지.
  60. 제54항에 있어서, 양의 압력을 공급하여 연료 출구로부터 연료를 배출하기 위해 높은 증기압 탄화수소를 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  61. 제54항에 있어서, 상기 폼은 쐐기형이며, 연료 출구 근처의 세공이 더 작게 되어 점증하는 공극률이 달성되도록 카트리지를 강제하는 것인 연료 카트리지.
  62. 제61항에 있어서, 폼의 세공보다 더 작은 세공을 지닌 펠릿이 연료 출구를 통해 세공으로 삽입되는 것인 연료 카트리지.
  63. 제60항에 있어서, 높은 증기압 탄화수소는 부탄인 연료 카트리지.
  64. 제59항에 있어서, 연료 출구를 향해 점증적으로 높은 모세관력을 얻기 위해 높은 증기압 탄화수소와 조합된 상태로 폼 물질이 사용되는 것인 연료 카트리지.
  65. 제59항에 있어서, 상기 폼 물질은 상이한 공극률의 복수 개의 폼 블록을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  66. 제65항에 있어서, 연료 출구에 더 근접한 각각의 폼 블록은 이전의 폼 블록보다 더 작은 세공 크기를 갖는 것인 연료 카트리지.
  67. 제65항에 있어서, 상기 폼 블록은 2 내지 100개의 폼 블록을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  68. 제65항에 있어서, 상기 폼 블록은 3 내지 4개의 폼 블록을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  69. 제65항에 있어서, 상기 폼 블록은 환상 혹은 동심으로 제공된 다양한 공극률의 폼을 포함하며, 가장 작은 세공 폼은 중앙에 위치하고 연료 출구에 접속되는 것인 연료 카트리지.
  70. 제65항에 있어서, 상기 폼 블록은 세공 크기가 큰 가요성 폼으로 삽입된 원뿔 형상 단편의 폼을 포함하며 이에 따라 출구에 가장 근접한 가요성 폼의 폼 세공을 압축하는 것인 연료 카트리지.
  71. 제65항에 있어서, 상기 모세관은 연료 출구를 향한 모세관력의 점증적인 증가를 가능하게 해주기 위해 상이한 공극률의 하나 이상의 폼 블록으로 삽입되는 것인 연료 카트리지.
  72. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 급송 루프에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    상기 하우징은 일단부를 향하는 개구와 개구의 반대편 단부를 향하는 단부편을 포함하고, 상기 개구에는 카트리지를 커플링 장치에 고정시키기 위한 상호 잠금 부재가 마련되어 있고, 상기 단부편은 연료와의 상용성이 있는 접착제 물질을 이용하여 하우징에 고정될 수 있거나 그것과 일체로 되는 것인 연료 카트리지.
  73. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 급송 루프에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    상기 저장조에는 그 내부에 연료와 추진제를 담기 위해 별개의 컨테이너가 마련되어 있는 것인 연료 카트리지.
  74. 제73항에 있어서, 상기 저장조는 압축 가스와 연료를 분리하기 위해 블래더가 합체하여 있는 알루미늄 컨테이너를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  75. 제73항에 있어서, 상기 저장조는 압축 가스와 연료를 분리하기 위해 배치된 피스톤을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  76. 제73항에 있어서, 상기 피스톤의 운동을 예측하기 위해 움직임 검출 부재를 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  77. 제73항에 있어서, 상기 연료는 메탄올이고 압축 가스는 이산화탄소인 연료 카트리지.
  78. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 급송 루프에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    상기 카트리지는 그것의 팽창 (bulging)을 저지하기 위해 하나 이상의 보강 부재를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  79. 제78항에 있어서, 상기 보강 부재는 카트리지 록킹 슬롯 상에 마련된 대응하는 하나 이상의 보강 부재와 협동하는 것인 연료 카트리지.
  80. 제78항에 있어서, 상기 보강 부재는 카트리지의 내측면 상에 마련된 하나 이 상의 리브(rib)를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  81. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 급송 루프에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    상기 카트리지에는 카트리지 독킹 스테이션에 배치된 하나 이상의 대응하는 자물쇠와의 합치를 필요로 하는 하나 이상의 기계식 부재가 마련되어 있는 것인 연료 카트리지.
  82. 제81항에 있어서, 상기 기계식 부재는 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 노치와 협동하는 카트리지의 외측면 상에 마련된 하나 이상의 홈을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  83. 제82항에 있어서, 상기 기계식 부재는 카트리지의 외측면 상에 마련되어 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 홈과 협동 가능한 하나 이상의 릿지 (ridge)를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  84. 제81항에 있어서, 상기 기계식 부재는 카트리지의 외측면 상에 마련되어 카트리지 독킹 슬롯의 내측면 상에 마련된 하나 이상의 릿지와 하나 이상의 홈과 협동 가능한 하나 이상의 홈과 하나 이상의 릿지를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  85. 제81항에 있어서, 상기 기계식 부재는 노치, 핀, 릿지, 혹은 그것이 내부에 끼워져 카트리지 독킹 스테이션 내의 대응하는 오리피스와 맞물릴 수 있도록 해주는 다른 돌출물을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  86. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지의 연료 급송 루프로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 급송 루프에 접속 가능한 연료 출구를 지닌 하우징을 포함하고,
    상기 카트리지는 그로부터 연료를 배출하기 위해 하나 이상의 압력 유도 부재에 의해 벽 내의 개구를 통해 작동되는 것인 연료 카트리지.
  87. 제86항에 있어서, 상기 연료는 벨로우즈 혹은 블래더 내에 포함되고, 카트리지 하우징에는, 벨로우즈 혹은 블래더를 내리눌러 연료를 카트리지의 연료 출구를 통해 배출시키기 위한, 블래더 혹은 벨로우즈와 접촉한 상태로 있고 작동 부재에 의해 작동 가능한 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤이 마련되어 있는 것인 연료 카트리지.
  88. 제86항에 있어서, 상기 작동 부재는 카트리지 하우징 상에 마련된 하나 이상의 슬롯을 통해 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤과 작동 가능하게 결합된 하나 이상의 외부 스프링을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  89. 제88항에 있어서, 상기 스프링은 판 스프링 혹은 와이어 스프링인 연료 카트리지.
  90. 제86항에 있어서, 상기 작동 부재는 스프링과 플런저(plunger) 요소의 조합을 포함하며, 상기 플런저 요소는 벨로우즈 혹은 블래더를 내리눌러 연료 출구를 통해 연료를 배출하기 위해 플레이트 혹은 피스톤과 작동 가능하게 접촉 상태로 있는 것인 연료 카트리지.
  91. 제90항에 있어서, 상기 스프링은 판 스프링 혹은 코일 스프링인 연료 카트리지.
  92. 제86항에 있어서, 상기 작동 부재는 회전 모터와 스크류에 의해 구동될 수 있어 하나 이상의 플레이트 혹은 피스톤을 카트리지 내에서 밀치고 벨로우즈를 내 리눌러 외부적 기계적 가압을 초래하는 나사 작동 로드를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  93. 제86항에 있어서, 상기 압력 유도 부재는 카트리지의 연료 충전 블래더와, 카트리지 상에 마련된 소형의 외측 오리피스와, 압축 공기를 공급하기 위해 연료 전지의 밀봉면에 반하여 압박하기 위한 밀봉부를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  94. 제93항에 있어서, 상기 밀봉부는 O형 링 밀봉부인 연료 카트리지.
  95. 제93항에 있어서, 상기 펌프는 외부 동력 공급 부재에 의해 구동되는 것인 연료 카트리지.
  96. 제93항에 있어서, 상기 펌프는 피스톤 혹은 다이어프램 타입의 펌프인 연료 카트리지.
  97. 제86항에 있어서, 상기 압력 유도 부재는 카트리지를 가압하기 위해 연료 내에 배치된 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  98. 제97항에 있어서, 상기 탄화수소는 연료 내의 혼합물로서 사용되며, 카트리지 내에서 연료와 탄화수소를 분리하기 위해 제공되는 분리 부재를 더 포함하는 것 인 연료 카트리지.
  99. 제97항에 있어서, 상기 추가의 탄화수소는 연료를 담고 있는 블래더 외부에 저장되는 것인 연료 카트리지.
  100. 제97항에 있어서, 상기 추가의 탄화수소는 연료를 담고 있는 블래더 내부에 배치된 벌룬(balloon)에 저장되고 블래더를 가압하기 위해 사용되는 것인 연료 카트리지.
  101. 연료 전지의 연료 운반 시스템에 사용하기 위한 연료 카트리지로서:
    커플링 장치를 통해 연료 전지로 연료를 분출하기 위해 연료 컨테이너 내에 배치 가능한 연료 저장조
    를 포함하며, 상기 저장조는 전방벽 및 후방벽, 외측면 및 내측면, 상기 전방벽에 마련되어 커플링 장치를 통해 연료 전지에 접속 가능한 연료 출구, 및 유체 가압 요소에 접속 가능한 유체 입구를 지닌 하우징을 포함하는 것인 연료 카트리지.
  102. 제101항에 있어서, 연료를 에워싸는 블래더를 더 포함하며, 유체 입구를 통해 블래더와 연료 저장조의 내측면 사이로 가압 유체가 주입되는 것인 연료 카트리지.
  103. 제101항에 있어서, 상기 유체 입구는 저장조의 전방벽과 후방벽 중 한 벽의 내부에 플러그를 포함하는 것인 연료 카트리지.
  104. 제101항에 있어서, 저장조의 후방벽 내의 플러그와, 이 플러그와 연료 출구 사이에 배치된 피스톤을 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  105. 제104항에 있어서, 피스톤의 움직임을 모니터링하기 위한 위치 센서를 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  106. 제105항에 있어서, 피스톤의 위치를 기초하여 프로세서 내의 연료량을 견적하기 위한 위치 센서에 결합된 프로세서를 더 포함하는 것인 연료 카트리지.
  107. 제101항에 있어서, 물이 유체 입구와 연료 출구를 경유하여 저장조를 통해 순환하는 것인 연료 카트리지.
  108. 연료 저장조를 형성하는 하우징; 및
    제1 위치에서 연료 저장조 내의 연료를 방출하고 제2 위치에서 연료 저장조 내의 연료를 유지하는 스프링 작동식 밸브
    를 포함하며, 상기 스프링 작동식 밸브는 제2 위치에서 상기 밸브를 유지하 기 위한 편향 부재와, 연료 컨테이너가 연료 전지에 결합될 때 상기 편향 부재를 대항하여 밸브가 제1 위치로 전위되도록 하기 위해 외측 부재를 맞물리는 수용부를 포함하는 것인 장치.
  109. 연료 컨테이너;
    커플링 장치;
    급송 서브시스템;
    연료 처리 서브시스템; 및
    제어 서브시스템
    을 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  110. 제109항에 있어서, 상기 급송 서브시스템은 커플링 장치에 결합되고 연료 유동을 커플링 장치로부터 연료 처리 서브시스템으로 운반 및 제어하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  111. 제110항에 있어서, 상기 급송 서브시스템은 제어 시스템과 펌프를 통해 접속된 솔레노이드 밸브를 통해 제어 서브시스템에 의해 제어되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  112. 제111항에 있어서, 상기 펌프는 연동 펌프, 피스톤을 기초한 펌프, 압전 펌 프, 및 로터리 펌프를 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  113. 제109항에 있어서, 상기 급송 서브시스템은 연료 처리 서브시스템으로 운반될 연료의 농도를 결정하기 위해 연료 농도 센서를 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  114. 제109항에 있어서, 상기 농도 센서는 내부적으로, 외부적으로, 혹은 외부 및 내부 조합적으로 급송 서브시스템에 접속되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  115. 제109항에 있어서, 커플링 검출 부재가 커플링 장치에 결합된 컨테이너의 존재 여부를 결정하기 위해 컨테이너와 급송 서브시스템 사이의 급송 라인에 접속되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  116. 제115항에 있어서, 상기 커플링 검출 부재는 마이크로 스위치를 포함하는 전기 스위치, 마그네틱 스위치, 근접 센서, 광학 장치, 전기 접촉부 혹은 압력 센서를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  117. 제109항에 있어서, 상기 급송 서브시스템은 그것에 유체적으로 결합된 에어 시스템으로부터 물을 회수하기 위해 역지 밸브, 사이펀(siphon) 혹은 펌프를 포함 하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  118. 제109항에 있어서, 상기 급송 서브시스템은 그것이 애노드로 노출되기 이전에 애노드 연료 스트림 내의 연료를 예비 처리하기 위해 연료 처리 시스템에 결합되어 있는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  119. 제109항에 있어서, 상기 연료 예비처리 서브시스템은 연료 전지로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 수집 웅덩이와 선택적인 투과성 막에서 선택된 부재를 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  120. 제109항에 있어서, 상기 처리 서브시스템은 연료를 예정된 온도로 유지하기 위해 가열 요소를 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  121. 제120항에 있어서, 상기 가열 요소는 열교환기, 증발기, 증발 냉각 요소, 전기 저항식 히터, 세라믹 히터, 촉매 가열 요소, 연료 전지의 열 전달부, 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  122. 제109항에 있어서, 상기 시스템은 연료 내의 불순물을 제거하기 위한 필터를 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  123. 제122항에 있어서, 상기 필터는 투과성 막이거나 배리어인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  124. 제109항에 있어서, 증발 요소는 연료를 증발시키기 위해 제공되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  125. 제109항에 있어서, 개질 요소는 연료로부터 수소를 분리하기 위해 제공되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  126. 제109항에 있어서, 상기 제어 시스템은 그것의 작동을 표시하는 그것으로부터 수신한 신호를 모니터하고 그 후 그것의 성능을 조절하기 위해 교정 혹은 개량 신호를 전송하기 위해 커플링 장치, 컨테이너, 급송 서브시스템, 연료 처리 서브시스템에 전기적으로 접속, RF 접속, 혹은 IR 접속되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  127. 제109항에 있어서, 상기 제어 시스템은 연료 운반 시스템의 성능에 관한 정보를 사용자에게 전달하기 위해 외부의 사용자 인터페이스에 접속되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  128. 제109항에 있어서, 제어 시스템에 전력을 공급하기 위해 파워 요소가 제공되 며 연료 전지, 태양 전지, 외부 배터리 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  129. 제127항에 있어서, 상기 제어 시스템은 연료 운반 시스템 조작의 피드백을 그것에 제공하기 위한 피드백 요소를 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  130. 제109항에 있어서, 상기 커플링 장치는 하우징 내에 마련된 피스톤과 스프링으로 구성된 축압기를 더 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  131. 제130항에 있어서, 상기 스프링은 배출되는 연료 스트림에서 일정한 정상 압력을 유지하기 위해 비스듬히 조절되는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  132. 제130항에 있어서, 상기 커플링 장치는 축압기와 제어 시스템에 결합되고 커플링 장치로부터 축압기로 일방향으로의 연료 흐름을 허용하도록 구성된 3방향 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  133. 제132항에 있어서, 상기 3방향 솔레노이드 밸브는 그것의 제어를 위해 제어 시스템에 작동 가능하게 접속되어 있는 것인 연료 전지용 연료 운반 시스템.
  134. 연료 루프로 연료를 운반하기 위한 연료 컨테이너; 및
    제1, 제2 및 제3 피스톤
    을 포함하며, 상기 제1 피스톤은 액체가 그 내부로 주입될 때 하나 이상의 다른 피스톤을 구동하며, 제2 피스톤은 제1 피스톤이 충전될 때와 그것이 비워질 때 연료 루프 둘레로 연료와 물 용액을 펌핑하고, 제3 피스톤은 물 회수 시스템으로부터 연료 루프로 물을 펌핑하는 것인 연료 운반 시스템.
  135. 제134항에 있어서, 배기 가스 응축물로부터 회수된 물을 수집 및 저장하도록 구성된 수집 웅덩이를 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  136. 제134항에 있어서, 연료 컨테이너가 삽입될 카트리지 독킹을 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  137. 제134항에 있어서, 연료 컨테이너를 입장 및 고착시키기 위해 편향 혹은 재위치 가능한 판 혹은 와이어 타입의 스프링을 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  138. 제137항에 있어서, 상기 스프링은 경화 금속, 탄소 섬유, 플라스틱 혹은 세라믹으로 구성되는 것인 연료 운반 시스템.
  139. 제136항에 있어서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너를 고착시 키기 위해 그것의 외측면 상에 마련된 편향 플런징 요소를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  140. 제136항에 있어서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너를 고착하기 위해 회전 모터와 스크류에 의해 구동 가능한 나사 형성 작동 로드를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  141. 제134항에 있어서, 상기 연료 컨테이너는 그 내부에 외부 기계적 압축을 제공하도록 케이스 내에 소형 외측 구멍과 밀봉부가 구비된 연료 충전 블래더를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  142. 제141항에 있어서, 상기 밀봉부는 컨테이너 상에 마련되어 연료 전지의 밀봉면과 접촉 상태로 있는 O형 링이며, 인터록은 압축 펌프의 작동을 위한 신호를 전송하기 위해 제공되는 것인 연료 운반 시스템.
  143. 제134항에 있어서, 연료를 연료 전지 더미로 전달하기 위해 하나 이상의 밸브 혹은 펌프를 구비하는 연료 처리 서브시스템을 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  144. 제134항에 있어서, 전기 특성 농도 레벨 및 연료의 성능을 모니터하기 위해 그 내부에 제공된 농도 센서를 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  145. 제136항에 있어서, 상기 연료 컨테이너는 카트리지 독킹 스테이션과 결합되도록 하나 이상의 커플링 부재를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  146. 제145항에 있어서, 상기 커플링 부재는 연료 컨테이너 상에 마련된 하나 이상의 릿지, 홈, 노치, 핀, 함몰부, 패턴과 카트리지 독킹 스테이션 상에 마련된 대응하는 수납부를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  147. 제134항에 있어서, 연료를 연료 전지의 애노드 측으로 운반하는 애노드 급송 스트림으로 연료를 혼합하는 급송 서브시스템을 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  148. 제134항에 있어서, 연료는 난류를 증대시켜 확산에 의한 혼합을 위해 고속으로 연료 루프로 주입되는 것인 연료 운반 시스템.
  149. 제134항에 있어서, 연료 컨테이너 내의 연료 레벨과 연료의 유동 속도를 검출하기 위한 감지 부재를 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  150. 제134항에 있어서, 연료 컨테이너에 접속된 배출 부재를 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  151. 제150항에 있어서, 상기 배출 부재는 연료 전지 하우징의 일부와 편향 스프링 혹은 타성 폼을 포함하는 동시에 기계 작용력을 가하는 피스톤을 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  152. 제134항에 있어서, 연료는 중력, 확산, 모세관 작용 혹은 외압에 의해 연료 루프로 운반되는 것인 연료 운반 시스템.
  153. 제134항에 있어서, 상기 연료 컨테이너는 연료가 커플링 장치로 운반되는 동안 연료 전지로 통과하지 못하도록 컨테이너 내에 추진제 가스를 에워싸도록 구성되어 있는 것인 연료 운반 시스템.
  154. 제134항에 있어서, 연료를 연료 컨테이너로부터 연료 전지로 전달하고 인접한 환경으로 연료 혹은 연료 증기의 방출을 방지하기 위해 연료 컨테이너에 확실하게 결합되는 커플링 장치를 더 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  155. 제136항에 있어서, 상기 연료 컨테이너에는 홈, 노치, 릿지 혹은 그것이 내부에 끼워져 카트리지 독킹 스테이션 내의 오리피스와 맞물릴 수 있도록 해주는 다른 돌출물이 마련되어 있는 것인 연료 운반 시스템.
  156. 제134항에 있어서, 상기 연료 컨테이너는 카트리지 독킹 스테이션으로의 삽입시 팽창을 방지/최소화하기 위해 증대된 두께의 벽을 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  157. 제156항에 있어서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 그 내부에 삽입시 연료 컨테이너의 팽창을 방지하기 위해 보강 부재를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  158. 제157항에 있어서, 상기 카트리지 독킹 스테이션은 연료 컨테이너의 제거를 위해 부드러운 벽과 테이퍼를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  159. 제157항에 있어서, 상기 보강 부재는 카트리지 독킹 스테이션의 외측면 위로 평행한 리브를 포함하는 것인 연료 운반 시스템.
  160. 제156항에 있어서, 상기 리브는 연료 컨테이너의 내부에서 독킹 스테이션 상의 리브에 수직으로 제공되는 것인 연료 운반 시스템.
  161. 연료 전지 카트리지 내측에 양의 압력을 유지하는 방법으로서,
    연료 카트리지 내에 높은 증기압의 탄화수소를 첨가하는 단계를 포함하는 것인 양의 압력 유지 방법.
  162. 제161항에 있어서, 연료가 연료 전지 더미에 도달하기 이전에 연료 컨테이너 내에 액체로부터 가스를 분리하기 위한 분리 부재 및 연료와 높은 증기압의 탄화수소를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인 양의 압력 유지 방법.
  163. 제161항에 있어서, 높은 증기압 탄화수소는 연료 컨테이너 내측의 블래더 외측에 첨가되고, 블래더는 연료를 저장하는 것인 양의 압력 유지 방법.
  164. 제161항에 있어서, 연료를 담고 있는 연료 컨테이너에 내장되는 블래더 외부에 있는 높은 증기압의 탄화수소를 저장하는 단계를 더 포함하는 것인 양의 압력 유지 방법.
  165. 연료 카트리지로서:
    연료 전지에 결합하도록 구성된 하우징;
    하우징 내의 오리피스;
    연료 공급원으로부터 연료를 받아들이기 위한 오리피스 내의 입구; 및
    연료를 연료 전지로 운반하기 위해 오리피스 내의 입구로부터 분리된 출구
    를 포함하는 것인 연료 카트리지.
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