KR20070083866A - 연료 카트리지용 밸브 - Google Patents

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소시에떼 비아이씨
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Abstract

연료 공급원들을 연결하는 밸브가 개시된다. 상기 연료 공급원들은 어떠한 연료전지와도 사용될 수 있는 가압되거나 비가압된 카트리지일 수 있다. 상기 밸브는 가스를 상기 카트리지로부터 배기하고 상기 연료전지에 의해 생성된 부산물들을 상기 연료 카트리지로 이송할 수 있도록 하는 밸브와, 상기 연료 공급원들을 상기 연료전지들에 연결하는 밸브들을 포함할 수 있다.
연료전지, 연료 공급원, 내부밀봉, 카트리지, 밸브

Description

연료 카트리지용 밸브 {VALVES FOR FUEL CARTRIDGES}
본 발명은 일반적으로 다양한 연료전지에 연료를 공급하는 카트리지용 밸브와, 연료전지용 밸브 및 연료 재충전 기기용 밸브에 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, (i) 압축수소(H2)를 연료로서 사용하는 연료전지와, (ii) 연료로서 메탄올(CH3OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 탄화수소(부탄 등의), 또는 수소연료로 변환된 기타 연료를 사용하는 양자교환 막(Proton Exchange Membrane: PEM, 이하 "PEM") 연료전지, 그리고 (iii) 비수소 연료를 직접 소비할 수 있는 PEM 연료전지 또는 직접 산화 연료전지가 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 막전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA, 이하 "MEA")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 반쪽 반응:
CH3OH ＋ H2O → CO2 ＋ 6H+ ＋ 6e-
캐소드에서의 반쪽 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 수밖에 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 112007032393731-PCT00001
과 같은 폴리머로서 대략 0.05mm로부터 0.50mm 두께범위의 과플루오르화 황산 폴리머(perfluorinated sulfuric acid polymer) 또는 기타 적절한 막으로 된다. 애노드는 일반적으로 백금-루테늄과 같은 촉매 박막층이 표면에 도포된 테플론화 카본 페이퍼 지지체(Teflonized carbon paper support)로 만들어진다. 캐소드는 일반적으로 백금입자가 막의 일 측면에 결합된 가스 확산 전극으로 된다.
기타 연료전지에 관해 앞서 설명하였듯이, 연료는 연료전지 내에서 수소로 개질되고 이 수소는 산화제와 반응하여 전기를 생성한다. 이러한 개질 연료는 메탄올 및 수소화붕소나트륨을 포함하는 많은 종류의 연료를 포함한다. 수소화붕소나트륨 개질기 연료전지의 연료전지 반응은 다음과 같다;
NaBH4 ＋ 2H2O → (열 또는 촉매) → 4(H2) ＋ NaBO2
H2 → 2H+ ＋ 2e- (애노드)
2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O (캐소드)
기타 금속 중에서 적절한 촉매로서는 백금 및 루테늄이 있다. 수소화붕소나트륨을 개질함으로써 얻어지는 수소연료는 O2와 같은 산화제와 연료전지 내부에서 반응하여 전기(또는 전자의 흐름) 및 부산물인 물을 만들어낸다. 또한, 붕산나트륨(NaBO2) 부산물은 개질처리 과정에서 얻어진다. 수소화붕소나트륨 연료전지는 미국특허 제4,261,956호에서 다루어지고 있다.
밸브는 연료 카트리지, 연료전지 및/또는 연료 재충전 기기 간에 연료를 이송하는데 필요하다. 다양한 밸브 및 유동조절 기기에 대하여 공지된 기술로는 미국특허 제6,506,513호 및 제5,723,229호와 미국특허출원공개공보 제2003/0082427호 및 제2002/0197522호에 기재되어있다. 그러나, 특히 가스 배출이 가능하고 밀봉을 유지하며 밸브를 통한 연료 유동을 향상시킬 수 있는 향상된 밸브가 요청되고 있다.
따라서, 본 발명은 연료 카트리지와, 연료전지에 의해 구동되는 전자기기용으로서 상기 카트리지로부터의 부산물을 배기하기 위한 밸브에 관한 것이다. 상기 밸브는 배기노즐을 포함하며, 이는 상기 연료전지나 상기 전자기기 상에 위치될 수 있다. 상기 배기노즐은 제1채널을 포함하고 상기 연료 카트리지 상에 위치된 밸브요소 내에 밀봉을 개방하도록 되며, 이로써 상기 연료 카트리지 내에 수용된 가스 부산물이 상기 배기노즐을 통하여 이송되어 상기 연료 카트리지로부터 배기된다. 상기 제1채널은 기체 투과성, 액체 불투과성 막 및/또는 연료 증기 흡수재료로 됨이 바람직하다. 상기 제1채널은 상기 배기노즐 내에 위치된 체크 밸브(check valve)와 유체소통할 수 있으며, 상기 체크밸브는 소정 압력에서 개방되어 상기 가스를 배기한다. 상기 가스는 상기 연료전지 또는 상기 전자기기를 통하여 대기 중으로 배기될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 배기노즐은 제2채널을 더 포함한다. 이러한 구현예에 있어서, 상기 연료전지로부터의 부산물은 상기 제2채널을 통하여 상기 연료 카트리지로 이송될 수 있다.
또한, 본 발명은 제1밸브요소와 제2밸브요소를 포함하는 밸브에 관한 것이다. 상기 제1밸브요소는 연료 공급원 또는 연료전지의 어느 하나에 연결가능한 제1내부밀봉을 갖는다. 상기 제2밸브요소는 연료 공급원 또는 연료전지의 다른 하나에 연결가능한 제2내부밀봉을 갖는다. 적어도 제1밸브요소는 하우징 및 탄성 내부본체를 포함하고, 상기 탄성 내부본체는 밀봉면과 협동하여 상기 제1밸브요소에서 상기 제1내부밀봉을 형성한다. 상기 제1밸브요소의 상기 제2밸브요소로의 연결에 상기 내부본체는 압축되어 상기 제1내부밀봉을 개방하여 상기 제1밸브요소를 통한 유로를 확립한다. 상기 제1밸브요소의 상기 제2밸브요소로의 연결 동안에 상호 요소간 밀봉이 적어도 상기 제1내부밀봉의 개방 이전에 형성됨이 바람직하다. 상기 탄성 내부본체는 직선상, 균일한 두께의 측벽, 비균일한 측벽 또는 비균일한 두께의 측벽을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 제1밸브요소와 제2밸브요소를 포함하는 밸브에 관한 것이다. 상기 제2밸브요소는 상기 제1밸브요소에 연결가능하고 이로써 이들 간에 유로가 확립된다. 적어도 하나의 유체 흡수재가 상기 제1밸브요소와 제2밸브요소에 인접하여 배설된다. 상기 유체 흡수재는 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소 간의 계면에 실질적으로 위치됨이 바람직하다. 또한, 상기 흡수재는 연료 공급원의 밸브요소 부근의 상기 연료 공급원 또는 기기의 밸브요소 부근의 상기 기기 또는 둘 다에 부착될 수 있다.
또한, 본 발명은 제1밸브요소와, 상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하는 밸브에 관한 것으로, 이로써 상기 2개 밸브요소들을 통하여 유로가 확립된다. 적어도 하나의 리브가 상기 제1밸브요소 및 상기 제2밸브요소 간에 위치되고 상기 리브는 갭(gap)을 이루며 상기 유로는 상기 갭을 통한 유로를 포함한다.
또한, 본 발명은 제1밸브요소와, 상기 제1밸브요소에 연결가능한 대응하는 제2밸브요소를 포함하는 밸브에 관한 것으로, 이로써 상기 2개 밸브요소들을 통하여 유로가 확립된다. 유로는 상기 제1밸브요소 또는 상기 제2밸브요소 내에 위치되는 플런저(plunger)의 표면상에 정의된 채널을 포함하며, 상기 표면은 대응하는 밸브요소에 대향하여 위치된다.
또한, 본 발명은 제1밸브요소와, 상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하는 밸브에 관한 것으로, 이로써 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소를 통하여 유로가 확립된다. 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소는 서로에 대하여 적어도 2 방향으로 이동가능하여 유로를 확립한다.
본 발명의 밸브는 하나 또는 둘 다의 밸브요소들과 결합된 필터를 구비하여 상기 밸브로부터 비연료 물체를 제거할 수 있다.
이하, 첨부되는 도면은 본원 명세서의 일부를 이루어 이와 연계되어 이해되어야하며, 여기서 도면부호는 다양한 도면에서의 각 부분들을 가리키는데 사용된다;
도 1은 개방위치에서의 본 발명에 의한 연료 카트리지의 분해사시도.
도 1a는 도 1의 카트리지에서 라이너에 연결가능한 밸브의 단면도.
도 2는 폐쇄위치에서의 도 1의 카트리지의 사시도.
도 2a 및 도 2b는 기타 가스 배기밸브의 사시도.
도 2c는 라이너와 복수 영역을 지닌 발포재의 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 의한 다른 연료 카트리지의 개략도.
도 4a는 본 발명의 일 구현예에 의한 배기밸브의 확대, 분해, 단면도.
도 4b는 도 4a의 배기밸브의 다른 구현예의 확대, 분해, 단면도.
도 5는 부산물 인입채널과 가스 배출채널을 구비한 가스 배기밸브의 다른 구현예의 확대, 분해, 단면도.
도 5a는 선 5A-5A에 따른 도 5의 일부분의 단면도.
도 6a는 배기밸브에 연결가능한 배기노즐의 확대, 분해, 단면도로서, 여기서 배기노즐이 스프링과 접촉하지 않게 되어 배기밸브가 폐쇄된다.
도 6b는 수정을 가한 도 6a의 배기노즐과 배기밸브의 확대, 분해, 단면도로서, 여기서 배기노즐이 배기밸브와 연결되고 스프링과 접촉하여 이를 압축함으로써 배기밸브가 개방된다.
도 6c는 선 6C-6C에 따른 도 6a의 일부분의 단면도.
도 6d는 도 6a의 배기노즐의 다른 구현예.
도 7은 도 6a, 도 6b의 배기밸브의 탄성중합체 고무 스프링의 예시 구현예의 단면도 및 사시도.
도 8a는 본 발명의 다른 관점에 의한 제1,2연결밸브요소의 단면도로서, 여기서 상기 요소들은 접촉하지 않게 된다.
도 8b는 서로 접촉하나 연료는 연료 카트리지에서 연료전지로 유동할 수 없는 도 8a의 상기 2 요소의 단면도.
도 8c는 도 8a의 상기 2 요소의 단면도로서, 여기서 상기 요소들은 접촉하여 연료를 카트리지로부터 연료전지로 유동할 수 있게 한다.
도 9a는 화살표 9A에 따른 도 8a의 제2밸브요소의 외부 하우징 일부분의 측면도.
도 9b는 도 9a의 제2밸브요소의 외부 하우징의 다른 부분의 측면도.
도 9c는 유동채널을 나타내는 도 8a, 도 8b의 제1밸브요소의 플런저의 정면도.
도 10은 본 발명의 다른 관점에 의한 제1연결밸브요소의 분해사시도.
도 11은 초기위치에서 플런저와의 조립상태에 있는 도 10의 요소의 확대단면 도.
도 11a는 도 11의 요소에 사용되는 다른 그루브의 확대평면도.
도 12는 도 10의 요소의 플런저의 확대사시도.
도 13은 도 10의 제1밸브요소와의 사용에 적합한 본 발명의 다른 관점에 의한 제2연결밸브요소의 분해사시도.
도 14는 초기위치에서 플런저와 조립상태에 있는 도 13의 요소의 확대단면도.
도 15a는 도 10, 도 13의 제1,2밸브요소의 확대단면도로서, 여기서 상기 요소들은 분리되어 접촉하지 않게 된다.
도 15b는 도 15a의 밸브요소들의 확대단면도로서, 여기서 상기 요소들은 연결되고 상기 플런저들은 초기위치에 있게 된다.
도 15c는 도 15b의 밸브요소들의 플런저들의 확대사시도로서, 여기서 상기 플런저들은 초기위치에 있게 된다.
도 15d는 도 15b의 확대단면도로서, 여기서 상기 요소들은 연결되고 상기 플런저들은 최종위치에 있어 연료가 유동할 수 있게 한다.
도 16은 도 14에 도시된 제2밸브요소의 다른 구현예의 확대단면도.
도 17a-17d는 예시의 전자 호스트기기로 삽입되는 도 10-14, 도 15a-15d, 도 16의 밸브요소가 장착된 연료 공급원의 도면.
도 17e는 도 10-14, 도 15a-15d, 도 16의 밸브요소가 장착된 연료 공급원의 다른 구현예의 도면.
이하, 도면과 함께 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 연료 공급원에 관한 것으로, 상기 연료 공급원은 메탄올과 물, 메탄올/물 혼합물, 다양한 농도의 메탄올/물 혼합물 및 순수 메탄올을 저장한다. 메탄올은 예를 들어 DMFC, 효소 연료전지, 개질 연료전지 등 많은 종류의 연료전지에서 사용가능하다. 연료 공급원(fuel supply)은 에탄올이나 알콜, 수소화붕소나트륨과 같은 금속 수소화물, 수소로 개질될 수 있는 기타 화학물질, 또는 연료전지의 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 공급원에 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 수소화붕소나트륨(NaBH4)과 같은 금속 수소화물과 물을 포함하고 이러한 반응에 의하여 생성된 낮은 압력과 낮은 온도를 지닌다. 또한, 연료는 탄화수소 연료, 즉 부탄, 등유, 알콜 및 천연가스 등을 더 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이는 미국 특허출원공개공보 제2003/0096150호(2003. 5. 22 공개) "액체 계면 연료전지 기기"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 연료와 반응하는 액상 산화제를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료 공급원에 수용되거나, 아니면 연료전지 시스템에 의하여 사용되는 연료, 전해질 용액, 산화제 용액, 액체 또는 고체의 종류에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 "연료"라는 용어는 어떠한 연료전지나 연료 공급원 내에서도 반응할 수 있으며, 이는 상기 모든 적절한 연료, 전해질 용액, 산화제 용액, 기체, 액체, 고체 및/또는 화학물질과 그 혼합물을 포함하며 이에 한정되지는 않는다.
여기서 사용되는 용어인 "연료 공급원"은 일회용 카트리지, 재충전/재사용 가능한 카트리지, 용기, 전자기기 내부에 구비되는 카트리지, 분리가능한 카트리지, 전자기기 외부에 구비되는 카트리지, 연료 탱크, 연료 재충전 탱크, 연료를 수용하는 기타 용기, 상기 연료 탱크 및 용기에 연결되는 배관을 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이하, 카트리지가 본 발명의 실시예들과 연계되어 기술되나, 이들 실시예들은 기타 연료 공급원에게도 적용가능하며, 본 발명은 어떤 특정 형태의 연료 공급원에 한정되지는 아니한다.
또한, 본 발명의 연료전지는 연료전지에 사용되지 않는 연료를 저장하는데 사용될 수도 있다. 이러한 응용은 The Industrial Physicist에 공표된 "마이크로엔진(microengine)의 등장"(pp. 20-25, 2001. 12 / 2002. 1)에 논의된 바 있는 실리콘 칩 상에 장착된 마이크로 가스 터빈 엔진(micro gas-turbin engine)용 탄화수소 및 수소연료를 저장하는 것도 포함하며, 이에 한정되지는 아니한다. 또한, 본 발명의 목적을 위하여 "연료전지"는 이들 마이크로 엔진을 포함한다. 기타 용도로서 내 부 연소 엔진용 기존 연료와, 포켓 및 다용도 라이터용 부탄, 액화 프로판과 같은 탄화수소의 저장용도를 포함한다.
적합한 연료 공급원은 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/356,793호(2003. 1. 31 출원) "연료전지용 연료 카트리지"에 잘 개시되어 있다. 적합한 연료전지용 카트리지의 구현예는 도 1에 나타낸다. 카트리지(40)는 상술하였듯이 어떤 종류의 연료전지 연료라도 수용할 수 있다. 카트리지(40)는 하우징 상부(42)와 하우징 본체(44)를 포함한다. 본체(44)는 연료 블래더(fuel bladder ) 또는 연료 라이너(fuel liner: 46)를 수납하도록 형상과 크기가 정해진다. 연료 라이너는 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/629,004호(2003. 7. 29 출원) "가요성 라이너를 구비한 연료 카트리지"에 잘 개시되어 있다. 라이너(46)는 차단밸브 또는 연결밸브(36)에 연결된다.
적합한 차단밸브로는 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/629,006호(2003. 7. 29 출원) "연료전지용 연료 카트리지"에 개시된 밸브들을 포함한다. 밸브(36)는 라이너(46)를 연료로 충전하는데 사용되고 또한 이는 연료를 라이너(46)로부터 연료전지로 선택적으로 이송하는데 사용될 수 있다. 일 관점에서, 밸브(36)는 본체(44)의 직립 단부벽(50) 상에 장착된다. 단부벽(50)은 슬롯(48)을 이루며 이는 밸브(38)를 수납하기에 적합하게 된다. 도 1a에 도시하듯이, 밸브(36)는 단부벽(50)을 안착시켜 밸브(36)를 정위치에 지지하는 2개의 외부 플랜지(51a, 51b)를 포함한다. 바람직하기로는, 외부 플랜지(51a)는 도시하듯이 단부벽(50)의 외부면과 평평하게 된다. 밸브(36)가 안착된 후에 슬롯(48)은 이에 삽입 되는 플러그, O링 또는 가스킷(미도시)로 밀봉될 수 있다. 상기 플러그, O링 또는 가스킷은 여러 적절한 밀봉재료 중에서도 탄성중합체, 고무 또는 충전재로 제조될 수 있다. 또한, 슬롯(48)은 초음파 용접으로 밀봉가능하다.
본 구현예에 있어서, 상부(42)는 그 내부면에 부착된 압축성 발포체(52)를 구비한다. 발포체(52)는 단일층 또는 복수층 발포체로 될 수 있다. 발포체(52)는라이너(46)가 충전되기 이전에 라이너(46)에 가깝게 위치될 수 있거나 또는 라이너(46)가 충전된 후 카트리지(40)의 어셈블리에 의해 압축될 수 있다.
상부(42)는 안내구(54)와 이에 대응하는 구멍(56)에 의하여 본체(44)의 상면 상에 위치된다. 상부(42)는 접착성 본딩, 초음파 본딩, 용접, 고주파 본딩, 가열 밀봉 등과 같은 해당 업계에서 알려진 모든 수단에 의하여 본체(44)에 부착될 수 있다. 단부벽(50) 및 기타 측벽들이 이와 유사하게 서로 부착되고 저부(58)에 부착된다. 또는, 상기 측벽들은 예를 들어, 사출성형, 압축성형 또는 가열성형에 의하여 저부(58)에 일체적으로 형성된다. 단부벽(50) 및 기타 측벽들은 복수의 안내구(60)를 구비하여 발포체(52) 및 라이너(46) 각각의 압축 및 팽창을 안내하도록 함이 바람직하다.
또한, 단부벽(50)은 배기밸브(venting valve: 62) 및/또는 기체 투과성, 액체 불투과성 막(64)을 포함할 수 있다. 밸브(62, 64)는 카트리지(40)가 충전된 때 공기가 배기될 수 있도록 하거나, 또는 사용 도중 연료전지 반응에 의하여 생성된 가스 부산물이 배기될 수 있도록 한다. 연결밸브(36) 및 배기밸브(62)는 이하 더 기술한다. 막(64)은 기체 투과성, 액체 불투과성 막으로 되어 연료가 소모됨에 따 라 공기가 인입할 수 있게 하여 카트리지(40) 내부에 진공이 형성되는 것을 최소화할 수 있다. 이들 막은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE), 나일론, 폴리아미드(polyamides), 폴리비닐리덴(polyvinylidene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 기타 폴리머 막으로 제조될 수 있다. 상업적으로 구입가능한 막으로서 W.L Gore Associates, Inc. 및 Millipore, Inc.의 소수성 PTFE 미소공 막이 있다. Goretex®는 적합한 막이다. Goretex®는 미소공 막으로서 액체가 통과하기에는 너무 작지만 기체의 경우에는 충분히 큰 기공을 가진다.
도 1, 도 2를 참조하면, 상부(42)가 본체(44) 상에 조립된 후, 발포체(52)는 저부(58) 및 빈 라이너(46)와 평평하게 또는 이와 접촉하도록 되어야 한다. 연료가 차단밸브(36)를 통하여 카트리지(40) 내부로 펌핑됨에 따라 라이너(46)는 팽창하여 발포체(52)를 압축한다. 발포체(52)가 압축됨에 따라, 이는 라이너(46)를 가압하는 포텐셜 탄성 에너지를 저장하고 사용 도중 연료전지로의 연료 이송을 돕는다. 또한, 연료가 카트리지(40)로 펌핑됨에 따라, 카트리지(40)에 포획된 공기는 막(64)을 통하여 배기된다. 또는, 공기는 배기밸브(62)를 통하여 배기될 수 있다. 일 구현예에서 도 2a, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 밸브(62)는 채널(68, 70)을 포함한다. 채널(70)은 필요하다면 연료전지에 의하여 생성된 액체 및 가스 부산물이 카트리지(40)로 이송될 수 있도록 하는 반면, 채널(68)은 공기 및 기타 가스들이 배기될 수 있도록 한다. 도 2a에 도시되듯이, 채널(68, 70)은 서로 동축, 즉 일 채널은 다른 채널의 내부에 위치한다. 또는, 채널(68, 70)은 서로 나란히 위치될 수 있다(도 2b에 도시되듯이). 또는, 라이너(46)는 연료로 미리 충전되고 이후 상부(42)가 본체(44)에 부착되기 이전에 본체(44) 내로 삽입될 수 있다. 상부(42)는 본체(44)에 부착되어있으면서 발포체(52)를 압축하여 발포체(52) 내에 탄성 포텐셜 에너지를 저장한다.
발포체(52)는 도 1에 도시하듯이 그 두께에 걸쳐 다양한 다공도를 갖거나 또는 도 2c에 도시하듯이 다양한 다공도를 갖는 단일층 또는 복수층(52a, 52b)을 구비할 수 있다. 도 3에 도시하듯이, 발포체(52)는 파형 스프링 또는 판형 스프링(74) 및 탄지판(76)으로 대체될 수 있다. 복수 라이너(46, 136)와 같이 카트리지(40)의 더 상세한 것들은 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/679,756호(2003. 10. 6 출원) "연료전지용 연료 카트리지와 이의 제조방법"에 개시되어 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 배기밸브(62)는 도 4a에 도시하듯이 덕빌 밸브(duckbill valve: 84)와 배기 노즐 또는 배기 니들(86)을 포함한다. 덕빌 밸브(84)는 배기 노즐(86)과 폐단부(90)를 밀봉을 형성하면서 수납하도록 된 개구(88)를 구비한다. 보통, 덕빌 밸브(84)는 연료 카트리지(40)에 부착되고(도 1에서) 배기 노즐(86)은 연료전지(미도시)나 전자기기(미도시) 또는 재충전 기기(미도시)에 연결된다. 배기 노즐(86)의 중공인 푸쉬로드 또는 니들(92)은 폐단부(90)를 통하여 삽입되어 배기 노즐(86) 및 연료 카트리지(40) 간에 연료 소통을 형성한다. 연료전지에 의하여 생성된 가스 부산물에 의해 야기되어 라이너(46)와 하우징(42, 44) 간의(도 1 참조) 카트리지(40) 내에 저장된 내부압력이 증가함에 따라, 밀봉면(98)에 대해 스프링(96)에 의해 탄지된 볼(94)로써 형성된 배기 노즐(86)에서의 밀봉이 개방되어 상기 가스 부산물 또는 기타 가스가 화살표 A로 도시되듯이 연료전지 또는 전자기기를 통하여 카트리지(40) 밖으로, 대기 중으로 배기되도록 한다. 여기서는 총체적으로 볼(94: 또는 기타 형상의 활동체 또는 가동체), 스프링(96) 및 밀봉면(98)은 체크밸브(check valve: 99)로 인용한다. 가스 부산물의 예로는 직접 메탄올 연료전지에 의하여 생성된 이산화탄소(CO2)가 있다. 또한, 액체가 배기되지 않도록 하기 위해서는 배기 노즐(86) 또한 이 내부에 배설된 기체 투과성, 액체 불투과성 막(100)을 구비할 수 있다. 막(100)은 상술한 바 있는 막(64)과 동일한 재질로 제조될 수 있다. 또한, 배기 노즐(86)은 이를 통과하는 연료 증기를 흡수하기 위하여 충전재, 입상 목탄(granular charcoal) 등과 같은 연료 흡수재(102)를 임의로 포함한다.
또는, 도 4b에 도시하듯이, 덕빌 밸브(84)는 제2체크 밸브(99)를 갖는 밸브요소(84')나 특허출원 제10/629,006에서 개시된 다른 밸브요소에 의하여 대체될 수 있다.
배기 노즐(86)을 연료전지나 전자기기에 장착하는 명백한 이점은 배기 노즐(86) 및 그 요소들, 특히 막(100)이 재사용 가능하다는 점이다. 카트리지(40)가 일회용인 경우, 단지 덕빌 밸브(84)나 이를 대체하는 밸브요소(84': 도 4a, 도 4b 각각에 도시)가 교체될 뿐이다. 이로써 연료 카트리지를 제조하는 경비와 복잡함이 감소된다.
배기 밸브(62)의 다른 구현예는 도 5, 도 5a에 도시된다. 배기 밸브(62)는 카트리지(40)에 장착되는 암 밸브요소(84 또는 84': 도 4a, 도 4b 각각에 도시)와 연료전지나 전자기기 또는 재충전 기기에 장착되는 수 밸브요소(102)를 포함한다.
밸브요소(102)는 2개의 채널을 포함한다. 제1채널(104)은 밸브요소(102)의 본체(106) 내에 위치하며 가스와 액체 부산물, 예를 들어 직접 메탄올 연료전지에서의 CO2 및 물을 저장을 위해 카트리지(40)로 이송하기에 적합하도록 된다. 제1채널(104)을 통하여 유동가능한 상기 가스 및 액체 부산물들은 화살표 B로 도시된다. 제2채널(108)은 본체(106) 표면상의 개방 채널로 될 수 있다. 또는, 채널(108)은 본체(106) 내부에 위치되거나 또는 채널(104)과 동심으로 될 수도 있다. 채널(108)은 연료전지나 전자기기를 통하여 카트리지(40)로부터 가스를 대기로 배기하기에 적합하도록 된다. 개방 채널(108)은 상기 암 밸브요소(84 또는 84')의 내부 표면(110)을 지닌 폐쇄 유로를 형성한다. 밀봉면(105, 107)에 의하여 형성되는 밀봉은 수 밸브요소(102)가 암 밸브요소(84 또는 84') 내로 완전히 삽입될 때 확립된다. 바람직하기로는, 화살표 A로 도시되는 배기 가스는 확실하게 가스만 배기되도록 기체 투과성, 액체 불투과성 막(100)을 통과한다. 또한, 체크 밸브(99: 도 4a에 도시)와 같은 기타 체크 밸브(99')가 배기 가스의 유동을 조절하기 위하여 막(100)의 하류측(또는 상류측)에 위치될 수 있는데, 이는 체크 밸브(99')가 어떠한 소정의 압력에서라도 설정될 수 있기 때문이다. 또한, 연료 흡수재(102)가 연료 증기를 흡수하기 위하여 유로 A에 위치될 수 있다. 바람직하기로는, 상기 연료 흡수재는 연료 증기의 배기를 최소화하기 위하여 막(100)에 인접하게 위치된다.
배기 밸브(62)의 다른 구현예는 도 6a, 도 6b에 도시된다. 도 4a와 관련하여 상술된 배기 노즐(86)은 배기 밸브요소(120)를 개방하도록 크기와 치수가 정해진다. 밸브요소(120)는 도 4a, 도 4b와 관련하여 상술된 체크 밸브(99)와 유사한 기능을 한다. 밸브요소(120)는 탄성중합체나 고무 스프링 또는 밀봉(122)를 구비하며, 이는 정지구(123)와 밀봉면(124) 간에 탄지되도록 형상과 치수가 정해져 내부 밀봉을 형성하게 된다. 스프링(122)이 밀봉면(124)에 접촉하면, 가스 부산물은 밀봉면(124)을 지나쳐 흐를 수 없게 된다. 따라서, 스프링(122)은 상기 탄지재로서, 그리고 상기 밀봉재로서 둘 다의 기능을 한다.
도 6a에 도시하듯이, 중공 푸쉬로드 또는 니들(92)이 넥크(126)를 관통하면, 푸쉬로드(92)는 밸브요소(120)에서의 밀봉이 개방되기 이전에 넥크(126)와 밀봉을 형성할 수 있게 된다. 푸쉬로드(92)가 스프링(122) 상에 작용함에 따라, 스프링(122)은 정지구(123)에 대해 압축되고, 이에 의해 스프링(122)은 이동하여 도 6b에 도시하듯이 밀봉면(124)과 접촉되지 않게 된다. 그 결과, 밸브요소(120)에서의 내부밀봉은 개방된다. 도 6b에서 화살표 A로 표시한 유로는 개방되어 가스 부산물이 카트리지(40)로부터 배기 노즐(86)로 배기될 수 있게 된다. 정지구(123)는 하나 이상의 개구(123a)를 포함하여 유체가 정지구(123)를 통하여 흐를 수 있게 한다. 개구(123a)는 정지구(123) 및/또는 스프링(122) 상에 위치될 수 있다. 중공 푸쉬로드(92)는 유로의 일부를 형성하기 위하여 적어도 일 측의 개구(127)를 구비한다. 상술하였듯이, 배기 노즐(86)은 확실하게 가스 부산물만이 배기되도록 기체 투과성, 액체 불투과성 막(100) 및/또는 체크 밸브(99)를 구비할 수 있다.
스프링(122)은 도 6a, 도 6b에서는 빗금으로 도시된다. 도 7에서는 스프링(122)의 다른 형상예들을 나타낸다. 또한, 스프링(122)은 중공일 수 있고 스프링(122a)과 같은 일정한 두께와 일직선 측벽들을 가질 수 있다. 또는, 스프링(122)은 중공일 수 있고 스프링(122b, 122c)과 같은 불균일한 두께 및 비선형 측벽들을 가질 수 있다. 이는 이러한 스프링들의 압축이나 반발(bucking)을 조절하는 것을 지원한다. 또한, 스프링(122)의 측벽에는 구멍을 뚫어 밸브요소(120)를 통한 유로의 일부를 형성한다. 또한, 스프링(122)은 일 단부에 개구와, 스프링(122d)과 같은 일정한 두께 및 일직선 측벽들 또는 스프링(122e)과 같은 비균일, 비선형 측벽들을 가질 수 있다. 또한, 스프링(122)은 O-링 같은 스프링(122f)으로 형성될 수 있다. 또는, 스프링(122)은 스프링(122g)과 같이 상부 부재로부터 아래로 연장하는 3개의 다리를 갖는 대체로 개방형상인 것으로 될 수 있다. 상기 다리들은 종 방향으로, 또는 상기 종 방향에 대해 비스듬하게(도시하듯이) 연장하여 횡축 방사 방향으로 안정도를 제공한다. 스프링(122g)에는 상기 다리들의 자유 단부들에 접촉하는 저부 부재(122g')가 더해질 수 있다. 스프링(122, 122a-122g)은 연료전지 내에 저장되는 연료에 따라 부나 N 니트릴(Buna N Nitrile), 기타 니트릴 고무, 에틸렌 프로필렌(ethylene propylene), 네오프렌(neoprene), 에틸렌 프로필렌 디엔 메틸렌 3원공중합체(ethylene propylene diene methylene terpolymer : EPDM) 고무를 포함하는 탄성중합체 고무, 또는 Vitron® 불소계 탄성중합체(fluoro-elastomer)로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 의하면, 도 4a, 도 4b, 도 6a, 도 6b의 구현예는 연료를 연료 공급원으로부터 연료전지 또는 재충전 기기로 이송하기 위하여 연료 공급원을 연료전지로 연결하는 조절 밸브 또는 차단 밸브일 수 있다. 이들 구현예에 있어서, 액체연료가 배기 노즐(86)을 통하여 이송될 수 있도록 막(100)은 생략되지만, 체크 밸브(99)는 이 밸브요소에 내부밀봉을 제공하기 위하여 남아있을 수 있다. 배기 노즐 또는 밸브요소(86)는 연료전지에 연결될 수 있고 밸브요소(84, 84', 120)는 연료 공급원에 연결될 수 있거나 또는 그 반대로도 가능하다. 밸브요소(86)에 연결가능한 펌프(미도시)는 밸브요소(84, 84' 또는 120)의 내부밀봉이 푸쉬로드(92)에 의하여 개방된 이후에 체크 밸브(99)의 내부밀봉을 개방하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 의하면, 도 6b를 참조하면, 하나의 밸브요소가 다른 밸브요소, 예를 들어 밸브요소들(86, 120)로부터 후퇴함에 따라 계면에 부분적인 진공이 발생할 수 있다. 이러한 부분적인 진공은 밸브요소들(86, 120)의 내부밀봉에 압력을 가할 수 있다. 이러한 압력을 감소시키기 위하여 도 6b에 나타내듯이 절취 경사면(130)과 같은 하나 이상의 절취부가 제공되어 밸브요소(86, 120)의 스트로크(stroke)를 단축시킨다. 이는 밸브요소들(86, 120) 간의 상호 요소간 밀봉이 해제되기 이전에 밸브요소들(86, 120)이 이동해야할 거리를 단축시킨다. 더 짧은 스트로크는 후퇴하는 동안 밸브요소들(86, 120)에서의 내부밀봉에 가해지는 압력을 감소시킨다. 또한, 상기 스트로크는 푸쉬로드(92)의 외부면을 따라 종축 그루브(131)에 의하여 단축될 수 있다(도 6c 참조). 도 6b, 도 6c, 도 6d를 참조하면, 그루브(131)는 푸쉬로드(92)의 첨단으로부터 넥크(126) 아래까지 연장된다. 푸쉬로드(92)가 후퇴되고 그루브(131)가 넥크(126)를 통과하면, 상기 부분적인 진공은 깨어진다. 또는, 넥크(126)가 채널(132)을 통해 주위 대기와 소통함으로써 후퇴 및 삽입 도중 발생할 부분적인 진공이 최소화된다. 바람직하기로는, 채널(132)은 막(64: 도 1) 또는 막(100: 도 6b)과 유사한 기체 투과성, 액체 불투과성 막을 포함하거나 또는 이에 의하여 피복됨으로써 단지 공기나 기타 가스들만 채널(132)로 인입되거나 이로부터 배기된다. 또는, 연료 공급원이 연료전지로 삽입되거나 또는 이로부터 후퇴될 때 이외에는 채널(132)을 밀봉하도록 뚜껑(134)이 제공될 수 있다. 절취면(130), 채널(132) 및 덮개(134)는 여기 기술되고 특허출원 제10/629,006호에 개시된 모든 밸브요소들에 적합하다.
본 발명의 일 관점에 의한 연결 밸브(336)의 다른 구현예는 도 8a-8c에 나타낸다. 연결 밸브(336)는 제1밸브요소(340)와 제2밸브요소(342)를 포함한다. 제1밸브요소(340) 또는 제2밸브요소(342)는 카트리지(40: 도 1)나 연료전지 또는 연료 재충전 기기에 접속될 수 있다. 이 구조에 있어서, 제1밸브요소(340)는 카트리지(40)에 결합되고 제2밸브요소(342)는 연료전지 또는 재충전 기기에 연결된다.
제1밸브요소(340)는 슬리브(346)와 일체로 형성된 외부 하우징(344)을 포함한다. 외부 하우징(344)은 내부 챔버(349)와 유체 소통하는 후면 개구부(348)를 이 룬다. 슬리브(346)는 요소(340)가 하술하듯이 개방상태일 때 챔버(349)와 유체 소통할 수 있는 전면 개구부(350)를 이룬다. 또한, 요소(340)는 내부 O링(352) 및 외부 O링(354)을 더 포함한다. 내부 O링(352)은 방사상 연장 벽(346a)의 제1측면과 플런저(356) 간에 위치된다. 내부 O링(352)은 밸브요소(340) 내에 내부밀봉을 제공한다. 외부 O링(354)은 내부 챔버(349) 외부의 슬리브 벽(346a)의 다른 일측면 상에 위치된다. 외부 O링(354)은 밸브요소들(340, 342) 간의 요소간 밀봉을 제공한다. 플런저(356)는 밸브요소(340) 내의 슬리브(346)에 대하여 종방향 L로 이동가능하다. 또한, 플런저(356)는 내부 O링(352)에 대하여 스프링(358)에 의해 탄지되어 연료 F가 개구(350)로 나가 갭 "g"을 통하여 내부 챔버(349)로부터 흘러나가는 것을 방지한다. 모출원인 미국특허출원 제10/629,006호(2003. 7. 29 출원) "연결밸브를 구비한 연료 카트리지"에 기술되었듯이, 상기 상호 요소간 밀봉은 적어도 상기 내부밀봉이 개방되어 상기 밸브를 통한 유로를 발생시키기 이전에 형성되어야 한다.
제2밸브요소(342)는 슬리브(362)와 함께 일체로 형성된 외부 하우징(360)을 포함한다. 외부 하우징(360)은 슬리브(362) 내에서 챔버(366)와 유체 소통하는 전면 개구부(364)를 이룬다. 또한, 외부 하우징(360)은 내부 밀봉면(368: 도 8c에 가장 잘 도시됨)을 지닌 방사상 연장 벽(360a)과 복수의 외부 연장 리브(370)를 더 포함한다. 리브(370)는 도 9a에서 가장 잘 도시되어 있듯이 원주상 떨어져 있어 요부 또는 갭(372)을 이루고 이에 따라 이들 간에 유동이 가능해진다. 또한, 리브(370) 및 갭(372)은 밸브요소(340), 예를 들어 플런저(356)의 결합되는 외부면 상에 만들어질 수 있다. 또는, 방사상 연장 벽(360a)은 도 9b에 나타내듯이 적어도 하나의 요부 또는 갭(372)을 지니는 적어도 하나의 리브(370a)를 포함한다. 또는, 도 9c에 나타내듯이 리브(370, 370a) 및 갭(372) 대신에 플런저(356)는 그 외부 단부(요소(342) 부근)에 정의된 유로 채널(357)을 포함하여 연료로 하여금 채널(357)을 통하여 밸브요소(340)로부터 밸브요소(342)로 흐를 수 있도록 할 수 있다. 채널(357)은 밸브요소(342)에 반대편 대응하는 플런저(356) 일면 상에 위치된다. 제2요소(342)의 내부밀봉은 밀봉면(368)에 대하여 스프링(376)에 의해 탄지되는 볼(374)에 의하여 형성된다. 또한, 제2밸브요소(342)는 슬리브(362)의 단부를 덮는 단부캡(378)을 포함하여 챔버(366)를 수납하고 정의한다. 단부캡(378)은 하술하는 바와 같이 연료유동을 가능하게 하는 복수의 개구(380)를 포함한다.
도 8b에 나타내듯이, 밸브요소들(340, 342)이 연결을 위해 상호 접근할 때, 외부 하우징(360)은 외부 하우징(344) 내에 수용되고 리브(370)는 개구부(350)를 통해 돌출하는 플런저(356)의 단부에 접촉한다. 또한, 방사상 벽(360a)의 외부면은 연료가 밸브요소들(340, 342) 간에 흐를 수 있기 이전에 외부 O링(354)과 상호 요소간 밀봉을 형성한다. 이러한 구현예는 밸브요소들(340, 342)이 짧은 스트로크를 가짐이 바람직하며, 즉 연료 유동이 가능한 위치에 있기 위해 서로에 대해 멀리 이동할 필요가 없다. 제2요소(342)가 제1요소(340)를 향해 더 이동함에 따라, 플런저(356)는 스프링(358)을 압축하고, 이는 챔버(349), 갭 "g", 개구부(350) 및 리브들(370) 간의 개구부들(350: 도 9a 참조)을 통하여, 또는 채널(357: 도 9b 참조)을 통하여 개구부(348)로부터의 연료 유동 F의 유로를 개방하게 된다. 그러나, 볼(374)은 제2요소(342)와 연료전지 또는 재충전 기기로의 유동을 방지한다.
연료전지 또는 연료 재충전 기기 내의 펌프가 도 8c에 나타낸 바와 같이 켜지면, 펌프에 의해 발생된 압력은 볼(374)을 밀봉면(368)으로부터 떼어내어 개구부(364), 챔버(366) 및 개구부들(380)을 통하여 연료전지 또는 재충전 기기를 향한 연료 유동 F를 가능하게 한다. 펌프가 꺼지면, 스프링(376)은 볼(374)을 탄지하여 밀봉면(368)과 접촉하게 하고 연료전지 또는 재충전 기기로의 연료 유동을 폐쇄한다. 제2요소(342)가 제1요소(340)로부터 제거되면, 스프링(358)은 플런저(356)를 탄지하여 O링(352)과 접촉하게 하고 연료가 요소들(340, 342) 간에 유동할 수 있기 이전에 개구부(350: 도 8a 참조)로의 연료 유동을 방지한다.
외부 하우징들(344, 360) 및 결합된 슬리브들(346, 362)는 밸브(336)를 형성하는 부품 수를 줄이기 위하여 성형된 플라스틱으로 형성함이 바람직하다. 하우징들(344, 360) 및 슬리브들(346, 362)은 사출성형, 압축성형, 블로우 성형, 압출 또는 가열 성형에 의하여 형성함이 바람직하다.
각 밸브요소는 이들의 자유 단부들에서 흡수재 또는 보유재(209)를 더 포함할 수 있다. 흡수재(209)는 도 8a에 나타내듯이 밸브요소들(340, 342)의 노출된 선단 밀봉면에 위치될 수 있다. 흡수재(209)는 연료 카트리지(40)가 연료전지나 재충전 기기로부터 분리될 때, 밸브(336) 내 또는 밸브요소들(340, 342)의 계면에 잔존하는 연료를 흡수하여 보유할 수 있다. 본 구현예에 있어서는 밸브요소들(340, 342) 모두는 흡수재를 포함한다. 다른 구현예에 있어서는 단지 하나의 밸브요소만이 흡수재(209)를 갖는다. 적합한 흡수재(209)로는 유아 기저귀에 사용되는 것과 같은 친수성 섬유, 및 하이라이터(highlighter)/마커(marker), 위생냅킨이나 이들의 조합 등에 사용되는 팽윤 가능한 겔 등이 있고 이에 한정되지 아니한다. 또한, 흡수재(209)는 연료와 혼합되는 첨가제(들)를 함유할 수 있다. 선택된 흡수재(209)는 밸브요소들(340, 342)이 연결될 때 압축될 수 있고, 밸브요소들(340, 342)이 분리될 때 압축되지 않을 수 있다. 또한, 흡수재(209)는 밸브요소들(340, 342)이 연결될 때에도 압축되지 않을 수 있다.
또한, 미국특허출원 제10/629,006호에 선적 및 저장을 위해 개시된 바와 같이, 밸브요소들(340, 342)의 어느 하나를 구비한 연료 카트리지는 상기 밸브요소의 개구부를 캡(cap)이나 필름 또는 이 둘 다로 피복할 수 있으며, 이는 상기 카트리지가 연료전지나 재충전 기기에 연결되기 이전에 제거된다. 상기 캡은 2개 부분으로 되고 이들은 연결되어 있으나 쉽게 분리된다. 즉, 예를 들어, 이들 2개 부분은 천공부들에 의하여 연결가능하다. 일단 상기 캡이 카트리지로부터 분리되면, 상기 캡의 일 부분은 상기 카트리지 상에 잔존하여 상기 카트리지가 개방되어 있음을 가리킨다. 또한, 상기 필름은 2개의 쉽게 분리가능한 부분들로 제조될 수 있다.
도 10은 제1밸브요소(540)의 다른 구현예를 도시하며, 이는 도 13에 도시하듯이 제2밸브요소(640)를 지닌 V로 표시된(도 15a 참조) 연결밸브를 형성한다. 제1밸브요소(540)는 도 17a에 도시하듯이 카트리지(40), 연료전지, 재충전기기 또는 전자기기에 결합될 수 있다.
제1밸브요소(540)는 단차진 챔버(544)를 이루는 주 하우징(542)을 포함한다. 플런저(546), 스프링(548) 및 종단캡(550)의 부분들은 챔버(544) 내로 수용된다. 플런저(546)는 주 하우징(542)에 대하여 챔버(544) 내에서 종축방향 L로 이동할 수 있다. 그러나, 종단캡(550)은 주 하우징(542)에 분리가능하게 또는 분리할 수 없게 고정된다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 종단캡(550)은 주 하우징(542)에 스냅체결(snap-fitting) 또는 초음파 용접될 수 있다. 또는 이들 요소는 접착제 결합, 초음파 결합, 용접, 스핀 용접, 고주파 용접, 가열 밀봉 등으로 결합될 수 있다. 종단캡(550)은 도 11에 나타내듯이 복수의 개구부(552)를 이루어 이를 통하여 연료가 흐를 수 있게 한다.
도 10, 도 11을 참조하면, 주 하우징(542)은 방사상 내향 연장 벽(554)을 더 구비하며, 이는 챔버(544)를 외부 챔버부(544a)와 내부 챔버부(544b)로 구획한다. 벽(554)은 외부 챔버부(544a)와 내부 챔버부(544b) 간의 유체 소통을 가능하게 하는 개구부(556)를 포함한다. 외부 O링(536)은 방사상 벽(554)의 외부 측면 상에 위치된다.
제1종단(542a) 부근 주 하우징(542)의 내부면(558)은 종축 연장부(560a: 점선 표시)와 원주상 연장부(560b: 점선 표시)를 지닌 그루브(560: 점선 표시)를 포함한다. 도 11에 나타내듯이 연장부(560a)와 연장부(560b)의 제1부분 간의 각도 θ는 대략 90°이다. 다른 구현예에 있어서는, 도 11a에 나타내듯이 연장부(560a)와 연장부(560b')의 제1부분 간의 각도 θ는 90°보다 크다. 도 11a 구조의 이점은 하술한다.
제2종단(542b) 부근 주 하우징(542)의 내부면(558)은 종축 연장 그루브(562: 점선 표시)를 포함한다. 제2종단(542b) 부근 주 하우징(542)은 원주상 연장 요 부(564: 점선 표시)를 더 포함한다.
도 10-12를 참조하면, 플런저(546)는 확대 직경부(546a)와 축소 직경부(546b)를 포함한다. 확대 직경부(546a)는 원주상으로 챔버(568)에 의해 둘러싸인 종축 연장 로드(566)를 포함한다. 로드(566)는 자유종단(566a)을 포함한다. 확대 직경부(546a)의 외부면은 종축 연장 돌출 리브(570)를 포함한다. 확대 직경부(546a)의 방사상 연장면(572)은 내부 O링(574)을 수납한다.
축소 직경부(546b)는 면(578)으로부터 돌출하는 캠(cam) 면(576)을 포함한다. 캠면(576)의 자유종단(576a)과 면(578) 간의 거리는 d3로 표시한다. 캠면(576)은 경사면(576b)을 더 포함한다. 도 10을 참조하면, 종단 캡(550)은 벽(582)으로부터 돌출하는 외부 링(580)을 포함한다. 종단 캡(550)은 벽(582)으로부터 돌출하여 링(580)으로부터 중심으로 간격을 두고 링(580)과 동축상 배열되는 로드(584)를 더 포함한다. 로드(584)는 자유종단(584a)을 포함한다.
도 10-12를 참조하면, 플런저(546)가 주 하우징(542)에 배치될 때, 플런저(546)의 리브(570)는 플런저(546)와 주 하우징(542)의 정확한 배열을 확실히 하기 위하여 주 하우징(542)의 그루브(562) 내에 수용된다. 플런저(546)의 확대 직경부(546a)는 주 하우징(542)의 내부 챔버부(544b) 내에 수용되고 플런저(546)의 축소 직경부(546b)는 개구부(556)를 통하여 연장한다. 그 다음, 스프링(548)이 로드(566)를 에워싸는 플런저 내부 챔버(568) 내에 장착된다. 그리고, 종단 캡(550)이 주 하우징(542)과 연결됨으로써 스프링(548) 또한 종단 캡 로드(584)를 에워싸고 링(580)은 주 하우징(542)의 요부(564) 내로 수용된다.
밸브요소(540)의 부분들은 초기위치 또는 밀봉위치에서 스프링(548)이 플런저(546)를 탄지하고 그 결과 내부 O링(574)이 방사상 벽(554)과 밀봉 체결되도록 구성된다. 또한, 상기 초기위치 또는 밀봉위치에서 플런저(546)는 종단 캡(550)과 간격이 떨어져 플런저 로드 자유종단(566a)과 종단 캡 로드 자유종단(584a) 간에 거리 d1이 연장한다.
도 13을 참조하면, 제2밸브요소(640)는 챔버(644)를 이루는 주 하우징(642)을 포함한다. 플런저(646), 스프링(648) 및 종단 캡(650)의 부분들은 챔버(644) 내에 수용된다. 플런저(646)는 하우징(642)에 대하여 챔버(644) 내에서 종축 방향 L로 이동할 수 있다. 그러나, 종단 캡(650)은 하우징(642)에 분리가능하게 또는 분리할 수 없게 고정된다. 일 구현예에 있어서, 종단 캡(650)은 주 하우징(642)에 초음파 용접된다. 또는, 이들 요소는 접착제 결합, 초음파 결합, 스냅체결, 용접, 스핀 용접, 고주파 용접, 가열 밀봉 등으로 결합될 수 있다. 종단 캡(650)은 도 14에 나타내듯이 복수의 개구부(652)를 두어 연료가 이를 통과할 수 있게 한다.
도 13, 도 14를 참조하면, 주 하우징(642)은 방사상 내향 연장 벽(654)을 더 구비하며, 이는 챔버(644)를 외부 챔버부(644a)와 내부 챔버부(644b)로 구획한다. 벽(654)은 외부 챔버부(644a)와 내부 챔버부(644b) 간의 유체 소통을 가능하게 하는 개구부(656)를 포함한다. 하우징(642)은 내부면(658)과 제1종단(642a)을 더 포함한다. 제2종단(642b) 부근 주 하우징(642)의 내부면(658)은 종축 연장 그루브(662: 점선 표시)를 포함한다. 제2종단(642b) 부근 주 하우징(642)의 내부는 원주 연장 요부(664: 점선 표시)를 더 포함한다. 돌출 핀(665)은 주 하우징(642)의 외부면(659)로부터 연장한다. 하나 이상의 핀(665) 및 대응하는 그루브(560)가 존재할 수 있다.
플런저(646)는 플런저(546)와 유사하며 확대 직경부(646a)와 협소한 직경부(646b)를 포함한다. 확대 직경부(646a)는 원주상으로 챔버(668)에 의해 둘러싸인 종축 연장 로드(666)를 포함한다. 로드(666)는 자유종단(666a)을 포함한다. 확대 직경부(646a)의 외부면은 종축 연장 돌출 리브(670)를 포함한다. 확대 직경부(646a)의 방사상 연장면(672)은 내부 O링(674)을 수납한다.
축소 직경부(646b)는 면(678)으로부터 돌출하는 캠면(676)을 포함한다. 캠면(676)의 자유종단(676a)과 면(678) 간의 거리는 d3로 표시한다. 캠면(676)은 경사면(676b)을 더 포함한다. 도 13을 참조하면, 종단 캡(650)은 벽(682)으로부터 돌출하는 외부 링(680)을 포함한다. 종단 캡(650)은 벽(682)으로부터 돌출하여 링(680)으로부터 중심으로 간격을 두고 링(680)과 동축상 배열되는 로드(684)를 더 포함한다. 로드(684)는 자유종단(684a)을 포함한다.
플런저(646)가 주 하우징(642) 내에 있을 때, 리브(670)는 플런저(646)와 주 하우징(642)의 정확한 배열을 확실히 하기 위하여 그루브(662) 내에 수용된다. 플런저(646)의 확대 직경부(646a)는 주 하우징(642)의 내부 챔버부(644b) 내에 수용되고 플런저(646)의 축소 직경부(646b)는 개구부(656)를 통하여 연장한다. 그 다음, 스프링(648)이 로드(666)를 에워싸는 플런저 내부 챔버(668) 내에 삽입된다. 그리고, 종단 캡(650)이 주 하우징(642)과 연결됨으로써 스프링(648) 또한 종단 캡 로드(684)를 에워싸고 링(680)은 주 하우징(642)의 요부(664) 내로 수용된다.
도 14를 참조하면, 밸브요소(640)의 부분들은 초기위치에서 스프링(648)이 플런저(646)를 탄지하고 그 결과 O링(674)이 방사상 벽(654)과 밀봉 체결되도록 구성된다. 또한, 상기 초기위치 또는 밀봉위치에서 플런저(646)는 종단 캡(650)과 간격이 떨어져 플런저 로드 자유종단(666a)과 종단 캡 로드 자유종단(684a) 간에 거리 d2가 존재한다.
도 11, 도 14, 도 15a를 참조하여 밸브 V의 작동을 설명한다. 아래 나타내는 바와 같이, 밸브요소(540)가 카트리지에 부착되는 반면, 밸브요소(640)는 연료전지 또는 기기에 부착된다. 그러나, 상기 배열은 또한 반대로 될 수 있다. 밸브 V의 작동은 아래 표와 같이 정리된다:
단계 하우징(642)에 대한 하우징(542)의 상대적 이동 기기상의 밸브요소(640) 카트리지 상의 밸브요소(540)
1 종축 이동 폐쇄 폐쇄
2 부분 회전 폐쇄 폐쇄
3 부분 회전 개방 폐쇄
4 부분 회전 개방 개방
상기 표를 상세히 설명한다. 밸브요소들(540, 640)이 연결을 위해 서로 근접할 때(도 15a 참조), 외부 챔버부(544a)는 요소(640)의 제1종단(642a)을 수용하며, 이로써 요소(640)의 일부분이 요소(540)에 의해 수용된다. 요소(640)의 종단(642a)은 외부 O링(536)에 접촉하여 상호 요소간 밀봉을 형성한다. 요소들(540, 640)의 정확한 배열을 확실히 하기 위하여 밸브요소(640)의 핀(665)이 밸브요소(540)의 그루브부(560a) 내로 수용된다. 핀(665)이 그루브부(560a)의 종단에 도달하면, 도 15c에 가장 잘 나타나있듯이 캠면 자유종단(576a, 676a)은 접촉하지 않고 나란히 배열된다. 이것이 제1단계의 종축 삽입 이동이다. 도 15b에 나타내듯이 거리 d1, d2는 삽입 동안 변하지 않고 플런저들(546, 646)은 이들의 초기위치 또는 밀봉위치에 있게 된다. 그 결과, 밸브요소(640)의 상기 종축 삽입이동의 종료시에는 내부 O링들(574, 674)에서의 밀봉들이 요소들(540, 640) 간의 연료 유동을 방지하기 때문에 밸브요소(640) 및 밸브요소(540)는 폐쇄된다.
도 10, 도 13, 도 15d를 참조하면, 제2단계에서, 주 하우징(642)은 부분적으로 회전함으로써 핀(665)은 상기 2개의 캠면들(576, 676)이 서로 접촉할 때까지 원주상 그루브부(560b)를 따라 이동한다. 또한, O링(536)은 압축되어 밸브요소들(540, 640) 간의 상호 요소간 밀봉을 이룬다.
제3단계에서, 일 구현예에서의 스프링(648)은 스프링(548)보다 약하게 설계되며, 이로써 요소(640)가 회전함에 따라 캠면 완곡부들(576b, 676b)이 더 약한 스프링(648)에 의해 탄지되는 플런저(646)에 접촉하여 이것만 종단 캡(650)을 향해 이동할 수 있도록 하여 d1은 실질적으로 변하지 않는 반면에 거리 d2는 감소시킨다. 이러한 회전이동으로 인하여 내부 O링(674)에서의 밀봉은 개방되나, 내부 O링(574)에서의 밀봉은 폐쇄상태를 유지한다. 이 단계 도중에, d2는 0에 근접하고 제2요소(640)의 핀(665)은 그루브부(560b)의 종단에 도달하지 않는다.
제4단계에서, 주 하우징(642)은 더 회전하고, 이로써 플런저(646)는 그루브부(560b)의 종단에 도달한다. 이러한 추후 이동은 스프링(548)을 압도하고, 이로써 플런저(546)가 움직이고 거리 d1을 감소시킨다. 이러한 추후 회전이동으로 인하여 내부 O링(574)에서의 밀봉이 개방되고, 이로 인해 요소들(540, 640: 도 15d 참조) 간에 연료 유동 F가 가능해진다. 요소들(540, 640)과 거리들(d1, d2, d3)은 상술한 작동순서가 발생하도록 구성되고 치수가 정해진다.
주 하우징(642)이 반대방향으로 회전한 후 밸브요소(540)에서 분리되면, 상기 순서는 역전되어 플런저(646)가 스프링(648)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브(640)를 폐쇄하기 이전에 플런저(546)는 스프링(548)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(540)를 폐쇄한다. 도 11a를 참조하면, 그루브부들(560a, 560b) 간의 각도 θ를 90°보다 크게 증가시킴으로써 플런저(646)는 제2-4단계 동안 외부 O링(536)에 증가된 힘을 발휘할 수 있게 된다.
도 14 및 도 15a-15d를 참조하면, 밸브요소(640)의 다른 구현예에 있어서, 내부 O링(674)은 플런저(646)가 이동하여 거리 d2를 감소시키면 팽창하여 계속 요소(640)를 밀봉하는 재질로 형성될 수 있다. 또한, O링의 예시를 도 7에 나타낸다. 이를 대체하는 다른 구현예로서, 작동순서가 아래 표와 같이 나타내어진다:
단계 하우징(642)에 대한 하우징(542)의 상대적 이동 기기상의 밸브요소(640) 카트리지 상의 밸브요소(540)
1 종축 이동 폐쇄 폐쇄
2 부분 회전 폐쇄 폐쇄
3 부분 회전 폐쇄 폐쇄
4 부분 회전 개방 개방
이러한 구현예에 있어서, 스프링(648)은 스프링(548)보다 더 약하고 밸브요소(540)은 전술한 바와 같이 작동한다. 그러나, 밸브요소(640)는 제2,3단계에서 주 하우징(642)이 거리 d2가 0으로 되는 지점까지 회전할 때까지 팽창하여 밀봉을 지속하는 O링(674)을 구비한다. 이 지점에서 팽창하는 O링(674)은 더 이상 요소(640)를 밀봉하지 않으며 주 하우징(642)의 추후 회전은 스프링(548)에 대해 플런저(546)를 이동시켜 거리 d1을 감소시키고 밸브요소들(540, 640)을 통한 유로를 개 방하게 된다.
상기 순서가 역전될 때, 플런저(646)가 스프링(648)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(640)를 폐쇄하기 이전에 플런저(546)는 스프링(548)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(540)를 폐쇄한다.
도 16, 도 15a-15d를 참조하면, 또 다른 구현예에 있어서 밸브요소(1640)는 스프링(648)과 내부 O링(674: 도 13 참조) 없이 형성될 수 있으며, 이로써 거리 d2는 0이다. 그 결과, 플런저(646)는 이동할 수 없으며 밸브요소(1640)는 영구적으로 개방된다. 이러한 다른 구현예에서, 작동순서는 아래 표와 같다:
단계 하우징(642)에 대한 하우징(542)의 상대적 이동 기기상의 밸브요소(1640) 카트리지 상의 밸브요소(540)
1 종축 이동 개방 폐쇄
2 부분 회전 개방 폐쇄
3 부분 회전 개방 개방
이러한 구현예에 있어서 밸브요소(1640)는 제1-4단계에서 영구히 개방된다. 핀(665)이 상술한 바와 같이 그루브(560a)의 종단에 도달하면, 밸브요소(540)은 폐쇄상태에서 개방상태로 이동하여 요소들(540, 1640) 간에 연료 유동을 가능하게 한다.
상기 순서가 역전될 때, 플런저(546)는 스프링(548)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(540)를 폐쇄한다.
도 13, 도 10, 도 15a-15d를 다시 참조하면, 또 다른 구현예에 있어서 밸브요소(640)와 유사하나 다만 이 다른 밸브요소는 리브(670)와 핀(665) 없이 형성될 수 있다는 점이 다르다. 즉, 밸브요소(540)에서 플런저(546)는 주 하우징(542)에 대하여 단지 종축으로만 이동할 수 있는 반면에, 밸브요소(640)에서 플런저(646)는 주 하우징(642)에 대해 종축 및 회전하며 이동할 수 있다. 이러한 배열은 또한 역으로 될 수 있다. 그 결과, 밸브요소(640)의 회전운동은 밸브 V를 개방하기 위해 필수적이지 않다. 본 구현에에서 사용되는 O링은 도 7에 도시된 탄성중합체 스프링들과 유사한 충분한 두께를 지니는 것이 바람직하며, 더욱이 사용된 스프링들은 비틀림지지(torsional support)를 제공하여 상기 플런저들로 하여금 체결되지 않으면 이들 각각의 폐쇄위치로 복귀할 수 있도록 한다. 이러한 다른 구현예에서는 작동순서는 아래 표와 같다:
단계 하우징(642)에 대한 하우징(542)의 상대적 이동 기기상의 밸브요소(640) 카트리지 상의 밸브요소(540)
1 종축 이동 폐쇄 폐쇄
2 종축 이동 개방 폐쇄
3 종축 이동 개방 개방
이러한 구현예에 있어서, 스프링(648)은 전술한 바와 같이 스프링(548)보다 더 약하다. 밸브요소(640)는 단지 밸브요소(540)로 종축 이동만 하여 밸브 V를 개방하기만 하면 된다. 밸브요소(640)의 초기 삽입 도중(제1단계), 스프링(648)은 스프링(548) 앞에서 극복되고, 이로써 밸브요소(640)가 개방되나, 밸브요소(540)는 제2단계를 거쳐 폐쇄상태를 유지한다. 캠면들(576, 676)로 인하여, 그리고 리브(670)와 그루브(662)의 제거로 인하여, 주 하우징(642)의 종축 운동은 플런저(546)에 대해 플런저(646)의 회전을 야기한다. 그러나, 스프링(548)은 주 하우징(642)이 소정거리를 이동할 때까지는 극복되지 아니한다. 제3단계에서, 주 하우징(642)의 상대적 이동으로 인하여 플런저(646)는 플런저(546)가 폐쇄상태에서 개방상태로 이동하여 요소들(540, 640) 간에 연료 유동을 가능하게 할 때까지 플런저(546)를 이동시켜 스프링(548)을 극복시키도록 한다. 이리하여, 밸브 V는 상술한 바와 같이 2 운동 작동 밸브(2-motion actuated valve: 도 15a 참조)에서 1 운동 작동 밸브(1-motion actuated valve)로 전환될 수 있다.
상기 순서가 역전될 때, 플런저(646)가 스프링(648)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브(640)를 폐쇄하기 이전에 플런저(546)는 스프링(548)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(540)를 폐쇄한다. 비록 상기 순서들이 주 하우징(642)의 이동으로 기술되었으나, 필수적인 모든 것은 단지 상대적 이동이며, 따라서 대신에 주 하우징(542)에서 발생할 수 있다.
도 17a-17d를 참조하면, 연료 공급원(1)은 밸브요소(540, 640)의 어느 하나를 구비하고 전자 호스트기기(2)는 밸브요소에 정합하여 장착된다. 먼저, 연료 공급원(1)이 기기(2)에 관련되어 위치되고, 이로써 밸브요소들(540, 640)은 상호 정렬된다(도 17a 도시). 그리고, 연료 공급원(1) 및/또는 전자기기(2)는 병진운동 방향(translational direction) T를 따라 서로에 대하여 이동하며, 이로써 밸브요소들(540, 640)은 서로 삽입된다. 이후, 연료 공급원(1) 및 기기(2)는 축 A 둘레의 R 방향으로 서로에 대해 회전방향으로 이동하며, 이로써 밸브요소들(540, 640)에서의 캠면들(576, 676: 도 11, 도 13에 도시)이 서로에게 작용하여 밸브요소들(540, 640) 간에 유체소통이 확립된다. 도 17c, 도 17d에서는 R 방향으로 회전한 후의 연료 공급원(1)이 도시된다. 이때, 연료는 연료 공급원(1)으로부터 기기(2) 내의 연료전지로 펌핑되거나 또는 이와 다르게 이송될 수 있다. 병진이동과 회전이동이 도 17a-17c에 도시되었지만, 2개 또는 그 이상의 이동들의 어떠한 결합이라도 연료 공급원(1)을 전자 호스트기기(2)나 연료전지에 부착하는데 사용될 수 있다. 예를 들 어, 어떠한 순서에서라도 2개의 병진이동, 2개의 회전이동 또는 하나의 병진이동 및 하나의 회전이동이 사용될 수 있다. 또한, 연료 공급원(1) 및 전자기기(2) 용의 다른 결합 및 비결합 메카니즘이 설계/제공될 수 있으며, 이때 연료 공급원(1)을 분리하기 위해 여기 기술된 것 외의 다른 요소들과 작동들 또는 운동들이 요구된다.
또한, 임의로 연료 공급원(1)은 그 상부에 래치(latch)를 구비할 수 있으며, 이로써 밸브요소들(540, 640) 간에 유체소통이 확립된 후에 래치(3)는 전자 호스트기기(2) 상에 위치한 대응하는 돌출부(4)와 결합함으로써 연료 공급원(1)을 정위치로 지지할 수 있다. 래치(3)가 연료 공급원(1) 상에 회전 장착하는 것으로 도시되고 일단에서 고리로 걸려 돌출부(4)와 결합하나, 래치(3)는 어떠한 구조 및 방식에서도 연료 공급원(1)과 연결되거나 지지될 수 있다. 예를 들어, 래치(3)는 연료 공급원(1)에 일체적으로 연결되는 아암(arm)일 수 있으며, 이로써 상기 아암에 모멘트가 가해질 때 상기 아암은 만곡되어 돌출부(4)와 결합된다.
다른 구현예에 있어서, 도 17e에 도시하듯이, 연료 공급원(1)은 밸브요소(540, 640)의 어느 하나를 구비하며 전자 호스트기기(2)는 결합하는 밸브요소를 구비한다. 먼저, 연료 공급원(1)은 기기(2)에 관련하여 위치되어 이로써 밸브요소들(540, 640)은 서로 정렬한다. 그리고, 연료 공급원(1) 및/또는 전자기기(2)는 병진운동방향 D1을 따라 서로에 대하여 이동하며, 이로써 밸브요소들(540, 640)은 서로 삽입된다. 이후, 연료 공급원(1) 및 기기(2)는 카트리지 축 LC 둘레의 R 방향으 로 서로에 대해 회전 이동하며, 이로써 밸브요소들(540, 640)에서의 캠면들(576, 676: 도 11, 도 13에 도시)이 서로에게 작용하여 밸브요소들(540, 640) 간에 유체소통이 확립된다. 이때, 연료는 연료 공급원(1)으로부터 기기(2) 내의 연료전지로 펌핑되거나 또는 이와 다르게 이송될 수 있다.
도 17b에 도시하듯이, 카트리지 축 LC는 축 A와 동축이 아니며, 축 A에 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 또는, 도 17e에 도시하듯이 카트리지 축 LC는 축 A와 동축으로 된다.
여기서 개시된 발명의 실시 구현예들은 상술한 본 발명의 목적을 달성하는 것이며, 다수의 변형 및 기타 구현예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 안출될 수 있음이 인정된다. 예를 들어, 다른 종류의 스프링이 여기 개시된 밸브와 결합하여 사용될 수 있다. 또한, 밸브는 사용자 또는 사용자가 작동하는 자석에 의하여 수동으로 작동되거나 개방될 수 있다. 또한, 밸브로부터 미립자(들)나 섬유들을 제거하기 위하여 상술한 밸브의 상류측에 필터를 위치시켜 포함할 수 있다. 적합한 필터로는 밸브로부터 미립자나 기타 고형물을 제거하는데 충분한 기공 크기를 가지며 연료 공급원에 수용된 연료에 의해 젖을 수 있는 친수성 미소막을 포함하며, 이에 한정되지 아니한다. 이러한 필터는 여기 기술된 모든 구현예와 참고로 기재한 특허출원에 기술된 모든 구현예와 같이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6a, 도 6b에 도시한 구현예에서는 이러한 막은 구멍(123a)에 위치될 수 있고; 도 8a-8c에 도시한 구현예에서는 이러한 막은 구멍(348)이나 개구(364)에, 또는 바람직하기로는 2개 밸브요소들의 계면이나 그 근처에 있는 유로 F의 모든 곳에 위치될 수 있고; 도 10-16에 도시하는 구현예에서는 이러한 막은 구멍들(552, 652)의 어느 하나 또는 둘 다에서, 또는 바람직하기로는 2개 밸브요소들의 계면(644a, 544a)이나 그 근처에 있는 유로 F의 모든 곳에 위치될 수 있다.
또한, 상술한 구현예들에 있어서 밸브요소들의 어느 하나는 내부밀봉을 갖지 않을 수 있다. 즉, 하나의 밸브요소는 유도관(flow conduit)이나 캐뉼러(canula)로 될 수 있다. 하나의 밸브요소가 내부밀봉을 필요로 하지 않는 구현예들은 연료 흡수재(209)를 사용하는 밸브, 미립자 필터를 구비한 밸브 또는 도 16에 도시된 연료요소 등을 포함하며 이에 한정되지 아니한다.
따라서, 본 특허청구범위는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형 및 실시예들을 포함한다고 간주되어야 한다.

Claims (55)

  1. 연료 공급원 및 연료전지용 밸브에 있어서,
    상기 연료전지 또는 전자기기 상에 위치되고 제1채널을 포함하는 배기노즐을 포함하고, 상기 배기노즐은 상기 연료 공급원 상에 위치된 밸브요소에서의 밀봉을 개방하도록 되고 이로써 상기 연료 공급원에 수용된 가스는 상기 배기노즐을 통하여 이송되어 상기 연료 공급원으로부터 배기되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급원 상에 위치된 밸브요소는 덕빌 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급원 상에 위치된 밸브요소는 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급원 상에 위치된 밸브요소는 밀봉면에 대해 탄지하여 내부밀봉을 형성하는 탄성중합체 부재를 포함하고, 상기 배기노즐에 의한 상기 탄성중합체 부재의 압축에 상기 탄성중합체 부재는 상기 밀봉면으로부터 이동하여 상기 내부밀 봉을 개방하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급원 상에 위치된 밸브요소는 라이너에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1채널은 상기 배기노즐에 위치된 기체 투과성, 액체 불투과성 막과 유체소통하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1채널은 상기 배기노즐에 위치된 체크 밸브와 더 유체소통하며, 상기 체크 밸브는 소정 압력에 개방되어 상기 가스를 배기하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1채널은 연료 흡수재와 소통하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료 흡수재는 목탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연료 흡수재는 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 상기 연료전지 또는 상기 전자기기를 통하여 대기로 배기되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배기노즐은 제2채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연료전지로부터의 부산물들은 상기 제2채널을 통하여 상기 연료 공급원으로 이송되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  14. 연료 공급원 및 연료전지용 밸브에 있어서,
    연료 공급원 또는 연료전지의 어느 하나에 연결가능한 제1내부밀봉을 갖는 제1밸브요소와;
    상기 연료 공급원 또는 상기 연료전지의 다른 하나에 연결가능한 제2내부밀봉을 갖는 제2밸브요소를 포함하고, 적어도 상기 제1밸브요소는 하우징과 탄성 내 부본체를 포함하며, 상기 탄성 내부본체는 밀봉면과 협동하여 상기 제1밸브요소에서 상기 제1내부밀봉을 형성하며, 상기 제1밸브요소의 상기 제2밸브요소로의 연결에 상기 탄성 내부본체는 압축되어 상기 제1내부밀봉을 개방하고 상기 제1밸브요소를 통하여 유로를 확립하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1밸브요소의 상기 제2밸브요소로의 연결 동안, 상호 요소간 밀봉이 적어도 상기 제1내부밀봉의 개방 이전에 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 내부본체는 직선상, 균일한 두께의 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 내부본체는 비선형 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 내부본체는 불균일한 두께의 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  19. 제1밸브요소와;
    상기 제1밸브요소에 연결가능하여 이로써 유로가 이들 간에 확립되는 제2밸브요소를 포함하고, 적어도 하나의 유체 흡수재가 상기 제1밸브요소 또는 상기 제2밸브요소에 인접하게 배설되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소 간의 계면에 실질적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 상기 제1밸브요소 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 상기 제2밸브요소 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 친수성 섬유나 팽윤 가능한 겔 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 목탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 유체 흡수재는 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소가 서로 연결되거나 분리될 때 배출된 유체를 흡수하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  26. 제1밸브요소와;
    상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하고, 이로써 상기 2개 밸브요소들을 통하여 유로가 확립되며, 적어도 하나의 리브가 상기 제1밸브요소 및 상기 제2밸브요소 간에 위치되며 상기 리브는 갭을 이루도록 떨어져 있고, 상기 유로는 상기 갭을 통한 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 리브는 상기 제1밸브요소의 표면상에 위치되고, 상기 표면은 상기 제2밸브요소에 대향하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 리브는 상기 제2밸브요소의 표면상에 위치되고, 상기 표면은 상기 제1 밸브요소에 대향하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 밸브는 연료전지를 구비한 연료 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  30. 연료 공급원 및 연료전지용 밸브에 있어서,
    제1밸브요소와;
    상기 제1밸브요소에 연결가능한 대응하는 제2밸브요소를 포함하고, 이로써 상기 2개 밸브요소들을 통하여 유로가 확립되며, 상기 유로는 상기 제1밸브요소 또는 상기 제2밸브요소에 위치된 플런저의 표면상에 정의된 채널을 포함하며 상기 표면은 상기 대응하는 밸브요소에 대향하여 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  31. 제1밸브요소와;
    상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하고, 이로써 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소를 통하여 유로가 확립되며, 상기 제1밸브요소 및 상기 제2밸브요소는 서로에 대해 적어도 2 방향으로 이동가능하여 상기 유로를 확립하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1밸브요소는 상기 제2밸브요소에 대해 적어도 2 방향으로 이동가능하여 상기 유로를 확립하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 제2밸브요소는 상기 제1밸브요소에 대해 적어도 2 방향으로 이동가능하여 상기 유로를 확립하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  34. 연료 공급원 및 연료전지용 밸브에 있어서,
    제1요소와;
    내부밀봉을 갖는 제2요소를 포함하고, 상기 내부밀봉이 외부 하우징과 내부본체 간에 제공되고 상기 내부본체는 상기 외부 하우징에 대해 병진운동하고 회전하며 이동가능하여 상기 내부밀봉을 개방하고 상기 제2요소로부터 상기 제1요소로의 연료이송을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제2요소의 상기 내부본체는 상기 제1요소의 제1경사면에 작용하여 상기 내부본체의 회전을 야기하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제2요소의 상기 내부본체는 상기 제1경사면 상에 작용하는 제2경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 제1요소는 내부밀봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  38. 제1밸브요소와;
    상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하고, 이로써 이들 간에 유로가 확립되며, 상기 밸브는 상기 유로 상류위치에 위치된 필터를 더 포함하여 비연료 물체들이 상기 유로에 인입하지 못하게 하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 밸브요소들의 적어도 어느 하나가 내부밀봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 제1밸브요소는 연료 공급원 또는 연료전지의 어느 하나에 연결가능하고, 상기 제2밸브요소는 연료 공급원 또는 연료전지의 다른 하나에 연결가능하고, 각 밸브요소는 하우징과 탄지된 활동가능한 내부본체를 포함하며, 상기 활동가능한 내부본체는 밀봉부재와 협동하여 각 밸브요소에서 내부밀봉을 형성하며, 연결 도중 상기 제1밸브요소와 상기 제2밸브요소는 적어도 상기 내부밀봉이 상기 밸브를 통한 상기 유로를 개방하기 이전에 상호 요소간 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  41. 제38항에 있어서,
    상기 필터는 연료에 의해 젖을 수 있는 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  42. 연료 저장기와;
    내부밀봉을 갖는 밸브요소를 포함하고, 상기 밸브요소는 상기 내부밀봉이 개방될 때 상기 연료 저장기와 유체소통하며, 상기 밸브요소는 덮개부재에 의하여 초기에 피복되고 상기 덮개부재는 사용 전 분리되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 덮개부재는 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  44. 제42항에 있어서,
    상기 덮개부재는 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 덮개부재는 적어도 2개의 분리가능한 부분들을 포함하고, 상기 덮개부 재가 분리된 이후에 일 부분이 상기 연료 공급원 상에 잔존하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  46. 연료 저장기와;
    연료를 흡수가능한 흡수재와;
    내부밀봉을 갖는 밸브요소를 포함하고, 상기 밸브요소는 상기 내부밀봉이 개방될 때 상기 연료 저장기와 유체소통하며, 상기 흡수재는 상기 밸브요소에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 흡수재는 친수성 섬유 또는 팽윤가능한 겔, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 흡수재는 목탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  49. 제46항에 있어서,
    상기 흡수재는 상기 연료 공급원이 상기 연료를 소비하는 기기와 연결되거나 분리될 때 배출될 수 있는 연료를 흡수하도록 되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  50. 연료전지와;
    연료를 흡수가능한 흡수재와;
    기기밸브요소를 포함하고, 상기 흡수재는 상기 기기밸브요소에 인접하여 배설되며 상기 기기는 연료 공급원 밸브요소를 갖는 연료 공급원에 연결가능하여 이로써 상기 기기밸브요소와 상기 연료 공급원 밸브요소 간에 유로가 확립되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 흡수재는 친수성 섬유 또는 팽윤가능한 겔, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 흡수재는 목탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  53. 제50항에 있어서,
    상기 흡수재는 상기 연료 공급원이 상기 연료를 소비하는 기기와 연결되거나 분리될 때 배출될 수 있는 연료를 흡수하도록 되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  54. 제50항에 있어서,
    상기 기기 밸브요소는 내부밀봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  55. 제50항에 있어서,
    상기 연료 공급원 밸브요소는 내부밀봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
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