KR20070085130A

KR20070085130A - 연료전지용 연료 카트리지 및 연료전지시스템

Info

Publication number: KR20070085130A
Application number: KR1020070008885A
Authority: KR
Inventors: 가츠미 고즈
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-08-27
Also published as: US20070231622A1; CN101026245A; CN101026245B; JP2007227092A; US8206876B2

Abstract

장착방향에 관계없이 내부의 액체연료를 거의 모두 인출할 수 있고, 사람의 손으로 눌러서 주입하는 타입과 펌프에 의해서 빨아내는 타입 양방에 사용할 수 있는 연료전지용 연료 카트리지를 제공한다.

프렉시블 한 재료로 구성되며, 내부에 액체연료(F)를 충전한 내부용기(11)와, 내부용기(11)에 설치된 연료 유출용 밸브(10)와, 밸브(10)만을 외부에 노출시켜서 내부용기(11)를 수납하는 동시에, 사람의 손에 의해 변형 가능하고, 원래의 형상으로 자기복원 가능한 외장케이스(12)를 구비하고 있다.

연료 카트리지, 내부용기, 외장케이스, 변형, 자기복원

Description

연료전지용 연료 카트리지 및 연료전지시스템{FUEL CARTRIDGE FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 일 실시 예의 연료 카트리지를 나타내며, (a)는 종단 정면도, (b)는 외장케이스를 누른 상태의 모식도, (c)는 외장케이스를 누르는 힘을 해제한 때의 모식도이다.

도 2는 동 실시 예의 사용 도중의 연료 카트리지를 나타내며, (a)는 외장케이스를 누른 상태의 모식도, (b)는 외장케이스를 누르는 힘을 해제한 때의 모식도이다.

도 3은 동 실시 예의 최종 사용상태의 연료 카트리지를 나타내며, (a)는 외장케이스를 누른 상태의 모식도, (b)는 외장케이스를 누르는 힘을 해제한 때의 모식도이다.

도 4는 동 실시 예의 연료 카트리지를 적용하는 연료전지시스템의 전체 개략 구성도이다.

본 발명은 연료전지용 연료 카트리지 및 이를 이용한 연료전지시스템에 관한 것이다.

종래, 액체연료로부터 전기 에너지를 출력하는 연료전지를 구비한 연료전지 유닛에 액체연료를 공급하기 위해, 연료전지 유닛에 설치되어 있는 비축탱크(reserve tank)에 대해서 연료 카트리지에 의해 연료를 보급하도록 한 것이 알려져 있다. 이 연료 카트리지는 사람이 손으로 누름에 따라서 변형 가능한 케이스 내에 직접 액체를 수용하고, 케이스의 일단에 연료 유출용 밸브를 설치하여 구성되어 있다. 연료전지 유닛의 비축탱크에 연료를 주입할 때에는, 연료 카트리지의 밸브를 연료의 액 면보다 낮은 위치가 되도록 거꾸로 세운 상태에서, 케이스를 사람의 손으로 눌러서 액체연료를 유출시키며, 주입 후에는 케이스를 누르는 힘을 해제하여 케이스가 원래 상태로 복원된 때에 연료전지 유닛 측에서 외기를 역류시키도록 구성되어 있다.

또, 연료 카트리지를 연료전지 유닛에 설치한 상태에서 사용하는 타입에 대해서는, 연료 카트리지의 설치방향에 관계없이 내부의 연료가 인출될 수 있도록, 연료 카트리지의 강성이 높은 외장케이스의 내부에 내부용기 또는 그에 대응하는 것을 설치하여, 내부용기 또는 그 대응 물 내에 액체를 수용한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특개 2003-308871호 공보

그러나 액체연료를 케이스 내에 직접 수용한 연료 카트리지를 이용하면, 연료의 액 면이 밸브보다 낮은 위치가 되는 용적부분의 연료를 인출할 수가 없다. 그 러므로 직접 액체연료를 수용한 연료 카트리지를 이용한 연료전지 유닛에서는, 연료를 보급하기 위해서 케이스를 사람의 손으로 눌러서 액체연료를 비축탱크에 주입할 때에, 거의 모든 연료를 남김없이 배출하기 위해서는, 연료 카트리지의 장착에 방향성이 발생하게 되므로, 작업성 및 사용상의 편의성이 불량하여, 케이스 내의 연료를 완전하게 사용할 수 없는 경우가 종종 발생한다는 문제가 있다.

또, 이 연료 카트리지를 연료전지 유닛에 설치하여, 연료전지 유닛 측의 펌프를 이용하여 연료를 빨아내는 경우에는, 연료의 액 면이 밸브보다 낮은 위치가 되는 용적부분의 연료는 인출할 수 없다는 문제가 있다.

또, 강성이 있는 외장케이스 내부에 내부용기를 설치하여 액체연료를 수용한 연료 카트리지에서는, 사람의 손에 의해 연료전지 유닛의 비축탱크에 액체연료를 주입할 수 없다는 문제가 있으며, 이 연료 카트리지를 연료전지 유닛에 부착한 타입과 연료전지 유닛의 비축탱크에 대해서 사람의 손으로 주입하는 타입의 양방에서 공용할 수가 없어서, 연료 카트리지의 사용상의 편리성이 불량하다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여, 장착방향에 관계없이 내부의 액체연료를 거의 모두 인출할 수 있고, 사람의 손으로 눌러서 주입하는 타입과 펌프로 빨아내는 타입 양방에 모두 사용할 수 있는 연료전지용 연료 카트리지와 이 연료 카트리지를 이용한 연료전지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 연료전지용 연료전지 카트리지는, 플렉시블(flexible) 한 재료로 구성되며, 내부에 액체연료가 충전된 내부용기와, 내부용기에 설치된 연료 유출용 밸브와, 밸브만을 외부로 노출시켜서 내부용기를 수납하는 동시에, 손에 의해 변형 가능하며, 원래의 형상으로 자기복원(自己復元) 가능한 외장케이스를 구비하는 것이다.

이 구성에 의하면, 손에 의해서 변형 가능하고, 또한, 원래 형상으로 자기복원 가능한 외장케이스 내에 액체연료를 수용한 플레시블 한 내부용기를 수납하고 있으므로, 외장케이스를 눌러서 변형시켜서, 외장케이스에 의해 직접, 또는 외장케이스를 변형시켜서 외장케이스 내에 발생시킨 공기압을 통해서 내부용기를 누름으로써, 밸브에서 액체연료를 배출시킬 수 있는 동시에, 액체연료의 감소에 맞춰서 내부용기의 내부 용적도 동시에 감소하여, 내부용기 내에 잔류하는 공기의 발생이 없으므로, 연료 카트리지의 방향이나 밸브의 위치에 관계없이 내부용기 내의 액체연료를 거의 모두 인출할 수 있고, 또한, 사람의 손으로 외장케이스를 눌러서 액체연료를 주입하는 타입과 펌프에 의해 밸브로부터 액체연료를 빨아내는 타입 양방에 그대로 사용할 수 있다.

또, 원래의 형상으로 복원할 때에 외기를 흡입하는 패시브 밸브(passive valve)를 외장케이스에 설치하면, 외장케이스를 눌러서 액체연료를 배출시킨 후, 외장케이스가 원래의 상태로 복원할 때에 액체연료가 배출된 용적에 대응하는 양만큼의 외기를 자동을 흡인하도록 한 후에 외장케이스가 폐쇄되므로, 액체연료를 배출시킬 때에 외장케이스를 단순히 반복적으로 누르기만 하면 되므로 사용상의 편리성이 양호하다.

또, 원래의 형상으로 복원할 때에 외기를 흡입하는 개구(開口)를 외장케이스 에 설치하면, 외장케이스를 눌러서 액체연료를 배출시킬 때에 그 개구를 손가락 등으로 눌러서 폐쇄시켜서, 지장 없이 액체연료를 배출시킬 수 있고, 상기와 같이 패시브 밸브를 설치하지 않으므로 염가로 구성할 수도 있다.

또, 본 발명의 연료전지시스템은, 상기 연료전지용 연료 카트리지와, 이 연료 카트리지에서 공급되는 액체연료로부터 전기 에너지를 출력하는 연료전지로 이루어지는 것이며, 상기 연료전지용 연료 카트리지를 이용함에 따른 효과를 발휘할 수 있다.

(실시 예)

이하, 본 발명의 연료전지용 연료 카트리지와 이 연료 카트리지를 이용한 연료전지시스템의 일 실시 예에 대해서 도 1에서 도 4를 참조하여 설명한다.

본 실시 예의 연료전지용 연료 카트리지(이하, 연료 카트리지라고 한다)(1)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 각종 전자기기(3)에 전력을 공급하는 연료전지 유닛(2)에 연료를 보급하는 것이다. 도시한 예의 연료전지 유닛(2)은 메탄올(methanol) 등의 연료를 공급하는 애노드(anode)와 산소를 공급하는 캐소드(cathode) 사이에 고분자 고체 전해질을 개재하여, 양 전극 사이에서 전기 에너지를 인출하도록 구성된 연료전지 모듈(4)과, 내부 연료탱크(5)에서 이 연료전지 모듈(4)에 연료를 공급하는 연료공급부(6)와, 연료전지 모듈(4)로부터 인출하는 전기 에너지를 제어하는 출력제어부(7)와, 연료전지 유닛(2)과 전자기기(3)를 접속하는 커넥터(8)를 구비하고 있다.

내부 연료탱크(5)의 주입구에는 암 측 밸브(female valve, 9)가 설치되고, 이 밸브(9)에 연료 카트리지(1)에 설치된 수 측 밸브(male valve, 10)를 삽입 접속하여 서로 연통시킨 상태에서, 연료 카트리지(1)에서 내부 연료탱크(5) 내로 메탄올 연료를 주입하여 연료 보급을 하도록 구성되어 있다.

연료 카트리지(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 플렉시블 한 재료로 구성되며, 내부에 메탄올 연료(F)가 충전되는 동시에 그 일단에 형성된 배출구(11a)에 밸브(10)가 설치된 내부용기(11)와, 내부용기(11)를 수납하는 동시에, 손에 의해 변형 가능하며, 원래의 형상으로 자기복원 가능한 외장케이스(12)를 구비하고 있다. 내부용기(11)의 구성재료로는 나일론을 이용할 수 있으나, 유연성과 연료 차단성 측면에서 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌이 바람직하다. 또, 외장케이스(12)의 구성재료로는 유연성과 복원성 및 내 연료성의 측면에서 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌이 바람직하다.

밸브(10)는, 밸브 본체(10a)의 축 심 부분에 형성된 밸브 통로(10b)에 밸브 몸체(10c)를 배치하여 폐쇄되어 있으며, 밸브 몸체(10c)에 폐쇄방향으로 복원력을 인가하고 있는 스프링(10d)의 힘에 대항하여, 밸브 몸체(10c)에서 밸브 통로(10b)의 개방 단 근방을 향해서 연장되어 있는 밸브 축(10e)을 밀어 넣음으로써 개방되도록 구성되어 있고, 이 밸브 본체(10a)의 베이스 부분이 내부용기(11)의 배출구(11a)의 외주부분에 고착되어 있다.

외장케이스(12)는 내부용기(11)를 알맞게 수용하는 형상과 크기로 형성되며, 그 일단 중앙부에 밸브 본체(10a)의 베이스가 삽입되어 유지되는 동시에 선단부를 외부로 돌출시키는 지지 통(13)이 설치되어 있다. 또, 어린이 등이 잘못해서 밸 브(10) 부분을 입에 넣은 경우의 안전성이 확보되도록, 지지 통(13)의 외주에는 나사(14)가 형성되고, 여기에 캡을 나사결합 하여 밸브(10)가 외부에 직접 노출하지 않도록 구성되어 있다.

또, 외장케이스(12)의 타 측 단에는, 평상시에는 폐쇄된 상태이며, 외장케이스(12) 내로 외기를 흡입하는 방향으로만 개방되는 패시브 밸브(passive valve, 16)가 설치되어, 외장케이스(12)를 눌러서 변형시킨 때에는 폐쇄되어 외장케이스(12) 내의 공기압력을 상승시키고, 그 후, 외장케이스(12)를 누르는 힘을 해제하여 원래 형상으로 복원할 때에는 외기가 외장케이스(12) 내로 원활하게 흡입되도록 구성되어 있다.

또한, 경우에 따라서는, 패시브 밸브(16) 대신 단순한 개구(opening, 미 도시)를 설치하여, 외장케이스(12)를 눌러서 변형시킨 때에는 이 개구를 손가락으로 폐쇄하고, 원래의 형상으로 복원할 때에는 개방함으로써 외기를 흡입하도록 해도 좋다.

이상의 구성에서, 연료 카트리지(1)로부터 연료전지 유닛(2)의 연료탱크(5)에 메탄올 연료(F)를 보급할 때에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 연료전지 유닛(2)의 밸브 9에 연료 카트리지(1)의 밸브 10을 삽입하여 접속한다. 이에 따라 양 밸브(9, 10)가 개방되어 연료 카트리지(1)와 연료탱크(5)가 연통 되며, 그 상태에서 연료 카트리지(1)의 외장케이스(12)를 손으로 압축하도록 누른다.

연료 카트리지(1)는, 손에 의해서 변형 가능하고, 또한 원래 형상으로 자기복원 가능한 외장케이스(12) 내에 메탄올 연료(F)를 수용한 프렉시블 한 내부용 기(11)가 수납되어 있으므로, 도 1 (b)에 도시한 바와 같이, 외장케이스(12)를 눌러서 변형시켜서, 외장케이스(12)에 의해 직접 내부용기(11)를 누름에 따라서, 밸브(10)에서 메탄올 연료(F)를 배출시킬 수 있다. 메탄올 연료(F)를 일정 양 배출시킨 후에 외장케이스(12)를 누르는 힘을 해제하면, 도 1 (c)에 도시한 바와 같이, 외장케이스(12)가 원래의 형상으로 자기복원하는 동시에, 그때에 패시브 밸브(passive valve, 16)가 열려서 외기가 외장케이스(12) 내로 원활하게 유입하여, 무리 없이 완전하게 원래의 형상으로 복원한다. 또, 그 상태에서 내부용기(11)의 메탄올 연료(F)의 감소에 맞춰서 내부용기(11)의 내부 용적도 동시에 감소하므로, 내부용기(11) 내에 잔류하는 공기의 발생이 없으며, 외장케이스(12)와 내부 용적이 감소한 내부용기(11) 사이에 발생한 공간에 외기가 충만하게 되어 패시브 밸브(16)가 폐쇄된다.

연료 카트리지(1)에서 메탄올 연료(F)를 더 배출시키는 경우에는, 다시 외장케이스(12)를 눌러서 변형시키는 동작을 반복하면, 외장케이스(12) 내의 공기가 가압 되어서, 그 공기압에 의해 내부용기(11)가 압력을 받아서 밸브(10)로부터 메탄올 연료(F)를 배출시킬 수 있다. 내부 연료탱크(5)에 대한 메탄올 연료(F)의 보급이 완료되면, 밸브 10을 밸브 9에서 분리시킴으로써 양 밸브(9, 10)가 폐쇄되며, 그 상태에서 연료전지 유닛(2)에서 연료 카트리지(1)를 분리할 수 있다.

그 후에 다시 연료전지 유닛(2)의 내부 연료탱크(5)에 메탄올 연료(F)를 보급할 때에는, 상기와 마찬가지로 연료전지 유닛(2)의 밸브(9)에 연료 카트리지(1)의 밸브(10)를 삽입하여 접속하고, 외장케이스(12)를 눌러서 변형시킴으로써 밸 브(10)에서 메탄올 연료(F)를 배출시킬 수 있고, 그 후에, 외장케이스(12)를 누르는 힘을 해제함으로써, 도 2 (b)와 같이, 외장케이스(12)가 원래의 상태로 자기복원을 하는 동시에, 그때에 패시브 밸브(16)가 열려서 외기가 외장케이스(12) 내로 원활하게 유입하여, 무리 없이 원래의 형상으로 복원한다.

이와 같이, 연료 카트리지(1)의 외장케이스(12)를 반복해서 누름으로써 내부용기(11) 내의 메탄올 연료(F)를 순차 배출시킬 수 있고, 또한, 이때에 상기와 같이 메탄올 연료(F)의 감소에 맞춰서 내부용기(11)의 내부 용적도 동시에 감소하여, 내부용기(11) 내에 공기가 잔류하지 않게 되므로, 연료 카트리지(1)의 방향이나 밸브(10)의 위치에 관계없이 내부용기(11) 내의 메탄올 연료(F)를 배출시킬 수 있는 동시에, 도 3 (a), (b)에 도시한 것과 같이, 내부용기(11) 내의 메탄올 연료(F)를 거의 완전하게 무리 없이 배출시킬 수 있다.

또한, 이상의 실시 예의 설명에서는, 연료전지 유닛(2)에 연료를 보급할 때에, 연료전지 유닛(2)에 대해서 연료 카트리지(1)를 접속하여, 그 연료 카트리지(1)의 외장케이스(12)를 사람의 손으로 눌러서 메탄올 연료(F)를 내부 연료탱크(5)에 주입하는 타입의 예를 설명하였으나, 연료전지 유닛(2) 내에 연료 카트리지(1)를 수납하도록 구성하고, 이 수납상태에서 밸브(10)가 개방되며, 연료전지 유닛(2) 내의 펌프에 의해 밸브(10)를 통해서 내부용기(11) 내의 메탄올 연료(F)를 빨아내는 타입에서도 이 연료 카트리지(1)를 그대로 사용할 수 있다.

또, 상기 실시 예에서는 외장케이스(12)에 패시브 밸브(16)를 설치하고 있으므로, 상기에서 설명한 바와 같이, 외장케이스(12)가 원래의 현상으로 복원할 때에 메탄올 연료(F)의 배출용적에 해당하는 양만큼의 외기가 자동으로 흡인된 후에 외장케이스(12)가 폐쇄되므로, 외장케이스(12)를 단지 반복해서 누르는 동작만으로 메탄올 연료(F)를 순차 배출시킬 수 있어서, 사용상의 편리성이 양호하나, 외장케이스(12)에 단순하게 외기를 흡입하는 개구(미 도시)를 설치한 구성으로 해도 좋으며, 그 경우에는 외장케이스(12)를 눌러서 메탄올 연료(F)를 배출시킬 때에 그 개구(미 도시)를 손가락 등으로 막음으로써, 지장 없이 메탄올 연료(F)를 배출시킬 수 있으며, 또한, 이 경우에는 패시브 밸브(16)를 설치하지 않는 만큼 염가로 구성할 수 있다.

본 발명의 연료전지용 연료 카트리지는, 외장케이스를 눌러서 변형시킴에 따라서 내부용기 내의 액체연료를 밸브에서 배출시킬 수 있는 동시에, 내부용기 내에 공기의 잔류가 발생하지 않으므로, 연료 카트리지의 방향이나 밸브의 위치에 관계없이 내부용기 내의 액체연료를 거의 모두 인출할 수 있고, 또한, 사람의 손으로 외장케이스를 눌러서 액체연료를 주입하는 타입과 펌프에 의해 밸브로부터 액체연료를 빨아내는 타입 양방에 그대로 사용할 수 있으므로, 휴대전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대전자기기의 연료전지시스템에 유용하다.

본 발명의 연료전지용 연료 카트리지에 의하면, 외장케이스를 눌러서 변형시킴으로써 내부용기 내의 액체연료를 밸브로부터 배출시킬 수 있는 동시에, 내부용기 내에 잔류하는 공기의 발생이 없으므로, 연료 카트리지의 방향이나 밸브의 위치에 관계없이 내부용기 내의 액체연료를 거의 모두 인출할 수 있고, 또한, 사람의 손으로 외장케이스를 눌러서 액체연료를 주입하는 타입과 펌프에 의해 밸브로부터 액체연료를 빨아내는 타입 양방에 그대로 사용할 수 있다.

Claims

플렉시블(flexible) 한 재료로 구성되며, 내부에 액체연료를 충전한 내부용기와,

내부용기에 설치된 연료 유출용 밸브와,

밸브만을 외부로 노출시켜서 내부용기를 수납하는 동시에, 손에 의해 변형 가능하며, 원래의 형상으로 자기복원(自己復元) 가능한 외장케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
청구항 1에 있어서,

원래의 형상으로 복원할 때에 외기를 흡입하는 패시브 밸브(passive valve)를 외장케이스에 설치한 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
청구항 1에 있어서,

원래의 형상으로 복원할 때에 외기를 흡입하는 개구(開口)를 외장케이스에 설치한 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료 카트리지.
청구항 1에 기재된 연료전지용 연료 카트리지와,

이 연료 카트리지에서 공급되는 액체연료로부터 전기 에너지를 출력하는 연료전지로 이루어지는 연료전지시스템.