KR20080028990A - 연료 전지용 연료 용기 - Google Patents

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KR20080028990A
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야스아끼 나까무라
히데또 우스이
사또시 코미야마
미쯔우오 히로토미
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가부시끼가이샤 도까이
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Abstract

연료 전지용 연료 용기는 연료 전지로 공급되는 용기 주요 몸체 내 액체 연료를 포함하는 용기 주요 몸체가 장착되고, 연료 전지 또는 압력 조절 장치와 연결하기 위한 연결 포트가 장착되며, 액체 연료를 압출하기 위한 압출 수단이 장착된다. 압출 수단이 수용되는 압출 수단 하우징 챔버와 액체 연료가 포함되는 연료 저장 챔버로 용기 주요 몸체의 내부를 분할하기 위한 용기 주요 몸체 이내에 슬라이드 형성되게 제공되는 분할 부재가 또한 장착된다. 연료 용기는 액체 연료의 흐름을 가능하게 하거나 또는 방지하기 위한 연결 포트 내로 제공된 밸브가 추가적으로 제공된다. 슬라이딩 접촉하는 분할 부재 및 연결체 주요 몸체의 표면 지점에서 발생된 마찰력은 10N 이거나 또는 보다 작다.

Description

연료 전지용 연료 용기{FUEL CONTAINER FOR FUEL CELL}
본 발명은 직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cells (DMFC’s))와 같은 연료 전지에 공급하는 액체 연료를 수용하고, 상기 연료를 연료 전지에 공급하는 연료 전지용 연료 용기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 액체 연료를 압출시키기 위한 압출 수단과 액체 연료를 분할하는 연료 용기 이내 분할 부재(partitioning member)에 관한 것이다.
최근에, 랩탑 컴퓨터(laptop computers) 및 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistants (PDA’s))와 같은 소형 이동식 터미널에서 연료 전지의 사용이 고려된다. 연료 용기(가령, 연료 카트리지)는 연료 전지로 연료를 공급하기 위한 수단으로써 제시된다.
순수 물과 메탄올의 혼합물 및 순수 물과 에탄올의 혼합물과 같은 액체 연료는 연료 용기로 공급하기 위한 연료로써 고려된다.
소형 단말기 크기의 제약, 전압 효율의 향상의 견지로부터, 연료 공급 펌프, 잔존 연료량 인식기(remaining fuel amount detecting mechanisms)와 이와 유사한 기구는 소형 휴대용 기기(miniature portable apparatuses) 내에 제공되지 않는다. 동시에, 저비용이고 소형이며 경량인 연료 공급기는 사용자 측면으로부터 편리함과 사용자 친화성을 향상하기 위하여 의도된다. 추가적으로, 연료 용기는 자연환경 보존 측면으로부터 처분하지 않고 재사용 가능하도록 의도된다.
액체 연료로 충진되는 연료 용기로부터 액체 연료를 공급하기 위하여, 확실하게 작동하는 피스톤으로써 작동하는 분할 부재가 필요하며, 낮은 전압상태 하에서도 확실하게 이동하는 분할 부재가 필요하다.
그러므로, 일반적으로 피소톤 상태의 분할 부재가 확실하게 이동하는 것을 보장하기 위하여 분할 부재(partitioning members)의 주변 표면상에 폴리 테트라 플루오르 에칠렌(Poly Tetra Fluoro Ethylene (PTFE))의 코팅층을 형성함으로써 개선된다.
한편, 미국 특허 제 4,808,453호, 심사되지 않은 일본 특허 공개 번호 제 2002-177364호 및 심사되지 않은 일본 특허 공개 번호 제 2002-291888호는 폴리 파라자일렌 수지(poly paraxylene resin)가 약제 용기 및 분할 부재 상에서 코팅 조립되는 기술을 공개한다.
그러나, 전술된 방식으로 형성된 코팅층은 일반적으로 분할 부재의 주변 표면 상으로 뿌려진다. 그러므로, 코팅층에 불균일성(unevenness)이 일어난다. 상기 불균일성은 분할 부재의 반복된 사용을 수반하여 코팅층 내에서 주름이 발생이 야기되고, 추가적으로 사용으로 코팅층이 벗겨질 가능성이 있다. 상기 코팅층이 전체적으로 벗겨질 경우에, 분할 부재의 슬라이딩 특성은 감소되며, 상기 분할 부재는 작동이 멈춘다. 상기 코팅층(coating layers)이 부분적으로 벗겨지는 경우, 상기 분할 부재는 작동 중에 경사 형성되며, 또는 상기 작동은 정상적이지 않다. 이러한 결점이 발생되는 경우, 분할 부재의 작동 결점에 추가적으로 누출(leaks)등이 발생된다. 누출이 발생되면, 분할 부재의 내구성은 손상을 입으며, 전체적으로 연료 용기의 재사용 가능한 수치(number)는 제한된다. 밸브가 개방되고, 연료 저장 챔버는 낮은 전압 지점에서 압출 수단 수용 챔버(extruding means housing chamber)(압축 가스 챔버)일 경우, 분할 부재가 이동된다. 그러므로, 전술된 누출이 연료 저장 챔버로 누출되는 압출 수단(압축 가스)이 될 가능성이 높으며, 이는 가스를 액체 연료로 혼합되도록 야기한다. 또한 압출 수단 수용 챔버로 액체 연료가 다소 누출되는 가능성이 있다. 그러나 이러한 경우에, 용기의 주요 몸체가 손사되지 않는다면, 상기 액체 용기의 외부(exterior)로 액체 연료가 누출되지 않기 때문에 위험성이 없다.
일반적으로 코팅층이 두꺼울 경우에, 분할 부재 재료의 특성이 완전하게 고려되지 않을 수 있다. 코팅층이 극단적으로 얇을 경우, 반복된 사용 수치가 증가함에 따라, 코팅층은 마찰력의 증가로 인하여 벗겨질 것이라고 알려진다. 전술된 방식으로 형성된 코팅층의 필름 두께는 대략 20μm이고, 그 외의 얇은 층으로 형성시키는 것은 용이하지 않다.
분할 부재의 슬라이딩 특성이 불량한 경우, 상기 분할 부재를 확실하게 작동시키기 위하여 높은 압력을 인가할 필요가 있다. 따라서, 연료 용기로부터 액체 연료를 완전하기 압출시키기 위한 최소 내부 압력(체적이 최대가 될 경우 상기 압출 수단 수용 챔버 이내의 압력)은 높이 설정될 필요가 있다. 최소 내부 압력이 높게 설정될 경우에, 최대 내부 압력(체적이 최소가 될 때 압출 수단 수용 챔버 이내의 압력)은 또한 높게 될 수 있다. 상기 경우에 있어서, 압출 수단 수용 챔버의 체적은 가능한 한 많이 내부 압력과 차이를 감소시키기 위하여 확대될 필요가 있다.
추가적으로, 용기 주요 몸체의 벽이 용기의 세기를 증가시키기 위하여 보다 두껍게 형성될 경우, 높은 압력을 견디기 위하여 연료 저장 챔버의 체적은 감소된다.
본 발명은 전술된 조건의 견지에서 개발되어 왔다. 본 발명의 목적은 슬라이딩 특징, 충분한 내구성을 확실하게 형성하고, 분할 부재의 밀봉 특성에 의해 불량률을 감소시키는 연료 전지용 연료 용기를 제공하고, 또한 반복 사용의 가능한 수치를 증가시키며 용기 내에 저장되는 연료의 체적 비율을 증가시키는 것이다.
본 발명인 연료 전지용 연료 용기는
압력 조절 장치 또는 연료 전지와의 연결을 위한 연결 포트(connecting port)로 장착된 용기 주요 몸체, 연료 전지로 공급되는 용기 내 액체 연료를 포함하는 용기 최소 몸체(container min body), 및 상기 액체 연료를 압출(extruding)하기 위한 압출 수단(extruding means)을 포함하고,
액체 연료가 포함되는 연료 저장 챔버로 용기 주요 몸체의 내부를 분할하기 위해 용기 주요 몸체 이내에서 슬라이드 형성되게 제공되는 분할 부재 및 압출 수단이 수용되는 압출 수단 수용 챔버를 포함하며, 및
액체 연료 흐름을 가능시키거나 또는 방지하기 위한 연결 포트 내 제공된 밸브를 포함하고,
10 N 이하로 슬라이딩 접촉하는 분할 부재와 연결 주요 몸체의 표면 지점에서 발생된 마찰력을 포함한다.
연료 전지용 연료 용기가 용기 주요 몸체 이내에서 제공된, 연결 포트와 소통되는 원통형 내부 용기를 포함하는 형상이 채택될 수 있다.
액체 연료에 대하여 비추출 특성(non-eluting properties)을 가지는 코팅층이 슬라이딩 접촉하는 분할 부재와 하나 이상의 용기 주요 몸체의 표면상에 제공되는 형상이 채택될 수 있다.
코팅층이 제공되는 경우에, 폴리 파라자일렌 수지(poly paraxylene resin)에 의해 바람직하게 구성된다.
코팅층이 제공되는 경우에, 상기 코팅층의 필름 두께는 0.2μm 내지 3μm의 범위 이내로 바람직하게 구성된다.
폴라 파라자일렌 수지에 의해 구성된 코팅층이 제공되는 경우에, 상기 폴리 파라자이렌 수지는 다음의 화학 공식(1)에 의해 표현된 파릴렌 N(parylene N)이다.
Figure 112008008625643-PCT00001
(1)
분할 부재는 자체로 고무 재료를 매끄럽게 형성시킴으로써 구성되는 형상이 채택될 수 있다.
압출 수단이 압축 가스이고, 압출 수단 수용 챔버는 압축 가스가 밀봉된 압축 가스 챔버인 형상이 채택된다.
전술된 바에 따르는 구조물을 가지는 연료 전지용 연료 용기의 분할 부재와 연결 주요 몸체의 표면 지점에서 발생된 마찰력은 10 N이하이며, 이는 슬라이딩 접촉 상태에 있다. 그러므로, 분할 부재는 부드럽게 슬라이드 형성될 수 있다. 분할 부재의 슬라이딩 특성이 상기 방식으로 개선되는 경우, 상기 분할 부재는 압력이 없이 이동 가능하다. 그러므로 연료 저장 챔버 이내에 저장된 연료의 양이 적게 될 경우, 잔존 연료를 압출할 필요에 필요한 압력의 수치는 낮게 설정될 수 있다. 압출 수단 수용 챔버의 체적이 최대가 될 때 압출 수단 수용 챔버 이내 내부 압력은 낮게 설정되는 것이다. 상기 상태에서 내부 압력을 낮게 설정함으로써, 연료 저장 챔버가 연료와 함께 최대로 충진되는 경우 즉, 연료 저장 챔버의 체적이 최대이고 압출 수단 수용 챔버의 체적이 최소가 될 경우 압출 수단 수용 챔버의 내부 압력은 또한 낮게 설정될 수 있다. 그러므로, 용기 주요 몸체에 대하여 연료 저장 챔버의 체적 비율은 높게 설정될 수 있다. 추가적으로, 압력이 낮을 경우, 두껍게 형성되는 용기 주요 몸체의 벽을 형성하기 위한 필요성이 없다. 그러므로, 연료 저장 챔버의 체적과 용기 주요 몸체의 체적은 감소되지 않는다. 따라서, 액체 연료의 보다 많은 양은 연료 용기로 포함될 수 있다.
액체 연료에 대하여 비 추출 특성(non-eluting properties)을 가지는 폴리 파라자일렌 수지(poly paraxylene resin)에 의해 구성된 코팅층은 하나 이상의 슬라이딩 형성 접촉되는 분할 부재와 연결 주요 몸체의 표면상에 제공될 수 있다. 상기 경우에 있어서, 코팅층은 뿌려짐(spraying)없이 형성될 수 있으며, 이에 의해 코팅층이 벗겨지는 위험이 감소된다. 따라서, 분할 부재는 정상적이지 않은 분할 부재의 운동(movement) 또는 운동 중에 경사짐이 없이 확실하게 작동된다. 그러므로, 분할 부재의 슬라이딩 특성이 개선되고 분할 부재의 밀봉 특성과 충분한 내구성인 확실한 슬라이딩 특성을 고정함으로써 불량률이 감소된다. 추가적으로, 불량률을 감소시킴으로써 반복된 사용의 가능한 수치는 증가한다.
코팅층은 0.2μm 내지 3μm 의 범위 이내의 필름 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 경우에 있어서, 분할 부재 재료의 특성은 코팅층의 두께로 인하여 완전히 이용될 수 있으며, 액체 연료의 누출(leakage)이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 연료 전지용 연료 용기의 투시도를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 II-II 라인을 따라 절단한 단면을 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 연료 전지용 연료 용기와 압력 조절 장치 사이 연결의 설명을 위한 부분적인 확대도를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 압력 조절 장치의 압력 조절 기계 단면을 도시하는 분해 조립도.
도 5는 실시예 1에 대한 사이클의 수치와 슬라이딩 마찰력 사이의 관계를 설명하는 그래프를 도시하는 도면.
도 6은 상대적인 실례 1 에 대한 사이클 수치와 슬라이딩 마찰력 사이의 관계를 설명하는 그래프를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 2 에 대한 슬라이딩 마찰력과 방치 시간 사이의 관계를 설명하는 그래프를 도시하는 도면.
도 8은 상대적인 실례 2 에 대한 슬라이딩 마찰력과 방치 시간 사이의 관계를 설명하는 그래프를 도시하는 도면.
하기에서, 본 발명의 실시예에 따르는 연료 전지용 연료 용기(1)(이하, “연료 용기(1)”로써 간단하기 언급됨)는 첨부된 도면과 관련하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 본 실시예의 연료 용기(1)는 액체 연료를 저장하고, 압력 조절 장치를 통하여 DMFC에 연결되고 휴대용 터미널(portable terminal) 이내에서 장착됨으로써, 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 또는 PDA와 같은 휴대용 터미널 이내에 DMFC로 액체 연료를 공급한다.
도 1은 본 실시예의 연료 용기(1)의 투시도이다. 도 2는 도 1의 II-II 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1의 연료 용기(1)와 이 후에 설명되는 압력 조절 장치 사이의 연결을 설명하기 위한 부분적인 확대도이다. 본 실시예에 있어서, 압력 조절 장치로 연결하기 위한 연결 포트(connecting port)를 가진 연료 용기(1)의 측부는 편리함을 위하여 “상부 측부”(도 1의 상부 측부)로써 언급될 것이다.
도 1 및 도 2에서 설명된 바에 따라, 연료 용기(1)는 용기 내부에 액체 연료(F) 및 액체 연료(F)를 압출하기 위한 압출 수단으로써 압축 가스(G)를 수용한다. 상기 연료 용기(1)는 용기의 상부 단부 지점에서 이 후 설명되는 압력 조절 장치(5)와 연결을 위한 연결 포트(23a)를 가지는 용기 주요 몸체(2)를 포함하고, 용기 내부에서 슬라이드 가능하도록 용기 주요 몸체(2)의 내부에 제공되고 압축 가스(G)를 수용하는 압출 수단 수용 챔버 및 액체 연료(F)를 저장하는 연료 저장 챔버(11)로 용기 주요 몸체(2)의 내부를 분할하기 위한 분할 부재(partitioning member, 3)를 포함하며, 연결 포트(23a) 내에 제공되고 용기 주요 몸체(2) 내에 저장된 액체 연료(F)의 흐름을 가능시키고 또는 방지하기 위한 밸브(4)를 포함한다.
액체 연료(F)가 DMFC로 공급되는 본 실시예가 주목된다. 그러므로, 액체 연료(F)는 순수 물과 메탄올(methanol)의 혼합물 또는 순수 물과 에탄올(ethanol)의 혼합물이다. 그러나, 본 발명은 상기 연료를 저장하는 데 제한되지 않으며, 연료 용기(1) 내부에 저장되는 연료 타입은 연료가 공급되는 연료 전지 타입에 따라 다양화될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 압축 가스(G)는 질소 가스(nitrogen gas), 탄산 가스(carbon dioxide gas), 또는 산소가 분리된 공기(deoxygenated air)가 바람직하다. 상기 가스는 산소를 방지하는 견지로부터 바람직하며, 이는 액체 연료(F)로의 누출(leaking)로부터 DMFC 이내에 액체 연료(F)의 반작용에 대해 악 영향의 결과가 될 수 있으며 추가적으로 액체 연료(F)의 산화를 방지하기에 바람직하다.
도 1 및 도 2에서 설명된 바에 따라, 용기 주요 몸체(2)는 주요 몸체의 하부 단부와 상부 단부 지점에서 개방되는 실질적으로 원통형 외부 용기(21)를 포함하고, 주요 몸체의 최저부를 밀봉하기 위한 기능과 외부 용기(21)의 하부 단부 상에 착탈 가능하게 장착되는 뚜껑(lid, 22)을 포함하며, 주요 몸체의 대략적인 중심 지점에서 연결 포트(connecting port, 23a)를 가지고 이 후에 설명되는(도 3에 대해) 압력 조절 장치(pressure adjusting device, 5)로 연결되며 외부 용기(21)의 상부 단부 상에 장착된 공급 연결 부재(supply connecting member, 23)를 포함하고, 및 이중 용기 구조물을 형성하기 위해 외부 용기(21) 이내에 제공되는 내부 용기(24)를 포함한다.
내부 용기(24) 이내에 형성되고 액체 연료가 내부에 저장되는 연료 저장 챔버(fuel storage chamber, 11), 내부에 액체 연료(F)를 압출시키기 위한 압력을 발생시키는 압축 가스(G)가 포함되고 내부 용기(24)의 외부 표면과 외부 용기(21)의 내부 표면 사이에서 주로 형성된 압축 가스 챔버(compressed gas chamber, 12), 연료 저장 챔버(11)와 압축 가스 챔버(12)로 용기 주요 몸체(2)의 내부를 분할시키기 위한 피스톤으로써 작동하고 용기 내 수직적으로 슬라이드 형성 가능하도록 내부 용기(24)의 내부로 제공된 분할 부재(partitioning member, 3), 및 분할 부재(3)가 하부 방향으로 이동될 때 용기 주요 몸체(2)의 최저부와 분할 부재(3) 사이에서 압축되는 탄성 몸체(elastic body, 25)는 주요 몸체(2) 이내에 제공된다. 연료 저장 챔버(11)의 체적 비율과 압축 가스 챔버는 분할 부재의 위치에 의존하여 다양화됨이 주지된다. 액체 연료가 소모되고 분할 부재(3)가 상승됨에 따라, 압축 가스 챔버(12) 부분이 내부 용기(24) 이내에 위치된다.
내부 용기(24)는 개방 최저부를 가진 실질적으로 원통형이다. 내부 용기(24)는 뚜껑(22)과 접촉하지 않도록 외부 용기(21) 이내에 제공된다. 복수의 수직적으로 연장하는 차단기(cutouts, 241)는 내부 용기(24)의 하부 단부 지점에서 주변 표면 내에서 형성된다. 분할 부재(3)가 하부 방향으로 이동되고 탄성 몸체(25)를 압축하는 경우, 차단기(241)는 외부 용기(21)의 내부를 내부 용기(24)의 내부(이러한 특징은 이 후 보다 상세하게 설명된다)와 소통되도록 한다. 이 후 설명되는 밸브(4)와 소통되는 구멍(242)은 내부 용기(24)의 상부 단부의 대략적인 중심 내에서 형성된다. 연료 저장 챔버(11) 이내에 저장된 액체 연료(F)의 공급은 밸브(4)를 통하여 가능된다. 상부 방향으로 돌출하는 원통형 부분(243)은 구멍(242)의 외부 표면에 대하여 제공되고, 너트(244)는 원통형 부분(243) 이내에 제공된다.
밸브가 삽입되는 삽입 포트(insertion port, 231)는 공급 연결 부재(23) 하부 단부의 대략적인 중심 지점에서 형성된다. 상부 방향으로 돌출하는 연결 실린더(232)는 삽입 포트(231)의 외부 표면에 대해 제공되고, 압력 조절 장치(5)와 연결하기 위한 상기 연결 포트(23a)는 연결 실린더(232)의 상부 단부 지점에서 제공된다. 도 1에서 설명된 바에 따라, 압력 조절 장치(5)와 연결을 잠금 가능하게 하는 외부 방향으로 방향된 돌출부는 연결 실린더(232)의 원위 단부 외부 표면상에 제공된다. 공급 연결 부재(23)와 압력 조절 장치(5) 사이의 연결은 이 후 설명될 것이다.
도 3에서 설명된 바에 따라, 상기 밸브는 이 후 설명되는 도입 부재(introducing member, 64)에 대하여 연결 부재 및 공급 연결 부재(23)에 대하여 고정 부재로써 기능하는 하우징(41)을 포함하고, 압력 조절 장치(5)와 연결된 상태에 따라 이동하는 스템(stem, 42)을 포함하며, 스템(42)을 폐쇄시키는 방향으로 안내하는 스프링(43)을 포함하고, 액체 연료(F)의 흐름을 방지하고 또는 가능하게 하는 밸빙 요소(valving element, 44)(O-ring)를 포함하며, 및 공급 연결 부재(23)와 압력 조절 장치(5)가 연결되는 경우 밀봉으로써 작동하는 연결 밀봉 부재(connection sealing member, 45)를 포함한다. 밸브(4)의 구성 부분은 비금속 재료에 의해 바람직하게 형성된다.
하우징(41)은 실질적으로 원통형 형태이며, 중재 지점에 제공된 외부 방향으로 돌출하는 환형 스템(step, 41a)이 장착되고, 상기 환형 스템(41a)의 하부 표면으로부터 하부 방향으로 연장되는 장착 실린더(mounting cylinder, 41b)가 장착되며, 및 중재 부분 지점에서 제공되고 외부 방향으로 돌출하는 환형 스템(41c)이 장착된다. 상기 하우징(41)은 공급 연결 부재(23)의 삽입 포트(231)를 통하여 삽입되며, 환형 스템(41a)의 하부 표면이 삽입 포트(231)의 상부 변부와 인접하도록 배열된다. 하우징(41)은
장착 실린더(41b)의 하부 단부가 내부 용기(242)의 구멍(242)과 소통되도록 상기 하우징(41)은 너트(244)에 의해 고정된 장착 실린더(41b)의 외부 표면에 의해 용기 주요 몸체(2)로 장착된다. 연결 밀봉 부재(45)는 하우징(41)의 상부 단부 외부 표면에 대하여 끼워 맞춤된다.
스템(42)은 로드(rod)로써 형성되고, 상부 단부 지점에 제공된 외부 방향으로 퍼지는 큰 직경 부분(42a)이 장착되고, 큰 직경 부분(42a)으로부터 하부 방향으 로 연장되는 샤프트 부분(42b)이 장착된다. 압력 조절 장치(5)의 도입 부재(64)의 링크 연결 돌출부(644) 내 끝단(tip)이 인접하는 오목부(42c)는 큰 직경 부분(42a)의 상부 표면 내 대략 중심에서 형성된다. 상기 스템(42)은 축 방향으로 이동 가능하도록 하우징(41)으로 삽입된다. 스프링(43)이 상부 방향으로 상기 스템(42)을 강제하도록 큰 직경 부분(42a)의 하부 표면과 환형 돌출부(41c)의 상부 표면 사이에 제공된다. 스템(42)의 샤프트 부분(42b)의 끝단은 환형 돌출부(41c)의 내부 지점에서 형성된 구멍을 통하여 돌출하며, 샤프트 부분(42b)의 끝단 외부 표면에 대해 장착된 밸빙 요소(valving element, 44)(O-ring)는 환형 돌출부(41c)의 하부 단부에 대한 접촉을 가압하고, 이에 의해 구멍을 밀봉하며 액체 연료(F)의 흐름을 방지한다. 오목부(42c)가 하부 방향으로 가압될 경우, 스프링(43)은 압축되고, 스템(42)은 하부 방향으로 이동하며, 밸빙 요소(44)는 구멍을 개방하기 위하여 환형 돌출부(41c)로부터 분리되고, 이에 의해 구멍을 통해 액체 연료(F)의 흐름을 가능하게 한다. 액체 연료(F)는 샤프트 부분(42b)과 환형 돌출부(41c) 사이에 형성된 간극(gap)을 관통하며, 압력 조절 장치(5)로 공급되도록, 큰 직경 부분(42a)과 하우징(41)을 관통한다.
밸브(4)의 밸빙 요소(44)는 탄성적인 O-링(O-ring)이다. 탄성 밸빙 요소(44)는 밸브가 개방되고 폐쇄되는 방향(스템(42)의 축 방향)을 팽창 또는 변형되지 않도록 밸빙 요소의 위치를 조정하기 위하여 샤프트 부분(42b) 내 형성된 주변 요홈 이내에 제공된다. 그러므로, 액체 연료(F)와 접촉하는 탄성 밸빙 요소(44)의 체적이 팽창(swelling)으로 인해 증가된다 하더라도, 체적의 변화는 밸브가 개방 및 폐 쇄되는 방향으로 수직한 방향이 되도록 조정된다. 따라서, 그러한 체적 변화는 밸브(4)의 개방/폐쇄 작동에 영향을 주지 않으며 또는 액체 연료(F)의 흐름에 영향 주지 않는다.
분할 부재(3)는 분할 부재의 외부 표면 내에 현성된 요홈(31a)을 가진 실질적으로 원통형 원주 주요 몸체(31)를 포함하고, 요홈(31a)에 끼워 맞춤된 고무(rubber)와 같은 탄성 재료로 형성된 탄성 밀봉 부재(32)(O-ring)를 포함한다. 상기 탄성 밀봉 부재(32)의 외부 표면은 내부 용기(24)의 내부 표면과 이들 사이에서 밀폐된 밀봉이 형성되도록 접촉한다. 분할 부재(3)는 내부 용기(24) 이내 수직 방향으로 이동 가능하다. 분할 부재(3)는 상부 표면과 접촉하는 공간이 연료 저장 챔버(11)가 되고, 최저부 표면과 접촉하는 공간이 압축 가스 챔버(12)가 되도록 용기 주요 몸체(2)의 내부를 분할하는 이동 분할부(moving partition)로써 기능한다. 압축 가스(G)로 분할 부재(3)의 최저부 표면상으로 영향된 압력은 분할 부재(3)를 상부 표면 지점에서 액체 연료(F)를 가압시킨다. 분할 부재는 스템(42)이 밸브(4)를 개방시키도록 작동될 때 액체 연료(F)를 압출시키기 위해 작동한다.
여기에, 본 발명의 특장점은 액체 연료(F)에 대하여 비추출 특성을 가진 코팅층이 하나 이상의 용기 주요 몸체(2) 및 분할 부재(3)의 표면에 제공되고, 서로 슬라이딩 접촉(sliding contact)한다. 본 실시예에 있어서, 비 추출 코팅층은 탄성 밀봉 부재(32)의 외부 표면상에 제공된다.
코팅층은 액체 연료(F)에 대해 비 추출 특성을 가지는 재료에 의해 형성된다. 그러므로 코팅층이 액체 연료(F)를 용해하고 오염시킬 가능성은 없다.
폴리 파라자일렌 수지(poly paraxylene resins)는 코팅층 재료의 실례이고, 파릴렌 N(parylene N)은 특히 선호된다. 파릴렌 N 코팅층은 CVD(화학적 증기 증착) 방법에 의해 형성되며, 이는 분자 수준으로 코팅되고, 종래 액체 코팅 또는 파우더 코팅 방법이 불가능하다. 그러므로, 높은 정확성을 가진 필름 두께를 제어하는 것이 가능하며, 일정한 코팅 공정이 어떤 바늘 구멍(pinholes)과 같은 구멍의 발생없이 조력된다(administered). 상기 방식으로, 코팅층은 퍼짐 없이 제공될 수 있으며 벗겨지는 코팅층의 가능성이 감소될 수 있다. 따라서, 분할 부재(3)는 운동 중에 기울어짐 없이 또는 비정상적인 분할 부재의 운동 없이 확실히 작동할 수 있다. 그러므로, 탄성 밀봉 부재(32)의 슬라이딩 특성은 확실한 슬라이딩 특성, 충분한 내구성 및 탄성 밀봉 부재(32)의 밀봉 특성을 고정 형성함으로써 개선되고 불량률이 감소된다. 추가적으로, 불량률 감소에 의해 반복된 사용의 가능한 수치가 증가된다.
코팅층의 필름 두께가 0.2μm보다 작을 경우, 충분한 필름 세기는 획득될 수 없다. 코팅층의 필름 두께가 3μm를 초과하는 경우, 코팅층은 탄성력을 잃어 버리고, 밀봉 부재(32)의 표면상의 오목부와 미세한 돌출부를 조절 가능한 탄성 재료 특성의 장점을 잃어 버리며, 이에 의해 밀봉의 불량을 야기한다. 그러므로, 탄성 밀봉 부재(32)인 분할 부재(3)의 특성을 충분히 이용하기 위하여 코팅층의 필름 두께는 0.2μm 내지 3μm의 범위 이내로 하는 것이 바람직하다. 상기 경우에 있어, 탄성 밀봉 부재(32) 재료의 특성은 코팅층의 두께로 인하여 완전히 이용될 수 있으며, 액체 연료(F)의 누출(leakage)이 방지될 수 있다.
전술된 코팅 재료에 의해, 밀봉 접촉 되어 있는 탄성 밀봉 부재(32)와 애부 용기(24)의 표면인 분할 부재(3)와 연결 주요 몸체(2)의 표면 지점에서 발생된 마찰력은 10N이거나 보다 작다.
여기에서, 마찰력이 10N 이거나 또는 보다 작은 마찰력은 전술된 코팅층을 가지는 탄성 밀봉 부재(32)가 주요 몸체(31)에 끼워 맞춤되는 분할 부재(3)가 내부 용기 이내에 제공되고 상기 내부 용기(24)가 개방되는 용기 상단을 가진 액체 연료(F)로 충진되는 경우, 분할 부재(3)를 5mm 이동시키기 위해 필요한 최대 힘이 10N 이거나 또는 10N보다 작다는 의미이다. 이때, 내부 용기(24)는 PP 몰드 성형된 용기이며, 액체 연료(F)는 중량 대비 70%의 순수 물과 중량 대비 30%의 메탄올(methanol)의 혼합물이고, 탄성 밀봉 부재(32)는 P-11 EPDM 크기 형성되고, 코팅층은 1μm의 필름 두께를 가지는 파릴렌 N의 층이다. 슬라이딩 접촉되는 탄성 밀봉 부재(32)와 내부 용기(24)의 표면 지점에서 발생된 마찰력은 10N 이거나 또는 보다 작다. 그러므로, 분할 부재(3)는 부드럽게 슬라이드 형성된다. 분할 부재(3)의 슬라이딩 특성은 상기 방식으로 개선되는 경우, 분할 부재(3)는 압력이 없이 이동 가능된다. 그러므로 연료 저장 챔버(11) 이내에 저장된 액체 연료의 양이 적을 경우, 잔존 액체 연료(F)를 압출시키기 위해 필요한 압력의 양은 낮게 설정될 수 있다. 이는 체적이 최대가 될 때, 압축 가스 챔버(12) 이내 내부 압력이 낮게 설정될 수 있다. 상기 상태의 내부 압력을 낮게 설정함으로써, 연료 저장 챔버(11)가 액체 연료(F)로 최대로 충진될 때 즉, 연료 저장 챔버(11)의 체적이 최대가 되고 압축 가스 챔버(12)의 체적이 최소가 되는 경우, 상기 압축 가스 챔버(12)의 내부 압력은 또한 낮게 설정될 수 있다. 그러므로, 용기 주요 몸체(2)에 대하여 연료 저장 챔버(11)의 체적 비율은 높게 설정될 수 있다. 추가적으로, 압력이 낮을 경우, 두꺼워 지는 용기 주요 몸체(2)의 벽을 형성할 필요가 없다. 그러므로, 용기 주요 몸체(2) 체적과 연료 저장 챔버(11)의 체적은 감소되지 않는다. 따라서, 액체 연료(F)의 보다 큰 양은 연료 용기(1) 내로 포함될 수 있다.
추가적으로, 액체 연료(F)가 가령, DMFC 이내에 존재하지 않을 경우, 분할 부재(3)의 부드러운 슬라이딩 특성은 액체 연료(F)를 초기 상태로 부드럽게 공급될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 코팅층은 탄성 밀봉 부재(32)의 외부 표면상에 제공된다. 그러나, 본 발명은 상기 형사에 제한되지 않는다. 슬라이딩 접촉 형성되는 분할 부재(3)와 연결 주요 몸체(2)의 표면 지점에서 발생된 마찰력이 10N 이거나 보다 작을 경우 어떠한 형상이 채택될 수 있다. 예를 들어, 분할 부재(3)는 자체 윤활 고무 재료에 의해 형성될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예에 있어서, 비 추출 코팅층(파릴렌 N 코팅층)은 탄성 밀봉 부재(32)의 외부 표면상에 제공된다. 재료의 추출을 방지하는 차원으로부터, 액체 연료(F)와 접촉하는 연료 용기(1)의 모든 구성요소가 코팅층으로 제공되는 것이 바람직하다. 특히, 스템(42)의 끝단 상에 장착되는 상기 밸빙 요소(valving element, 44)와 같은 고무 구성요소 상에 코팅층이 제공되는 것이 바람직하다. 코팅층을 제공함으로써, 액체 연료(F)와 고무 구성요소 사이의 직접적인 접촉이 방지될 수 있다. 그러므로, 종래 EPDM보다 덜 비싼 NBR 및 IR 과 같은 고무 재료가 이 용될 수 있으며 비용은 감소될 수 있다.
슬라이딩 특성을 개선하기 위하여 밸브(4)의 상부 단부에 대해 끼워 맞춤되는 연결 밀봉 부재(45)의 외부 표면상에 코팅층이 제공되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 연료 용기(1)는 이중 용기 구조물이다. 그러나, 본 발명은 이러한 형상에 제한되지 않는다. 상기 설계는 의도된 바에 따라 변경될 수 있으며, 가령 단일 용기 구조물이 채택될 수 있다.
이 후, 압축 가스 챔버(12)로 압축 가스(G)의 충전 및 액체 연료(F)의 주입이 설명될 수 있다. 압축 가스(G)의 충전은 액체 연료(F)의 주입 이전에 수행된다.
우선, 연료 장치(도시되지 않음)의 가스 주입 포트는 연결 포트(23a)로 링크 연결되고, 스템(42)은 프레스 가압 작동(pressing operation)에 의해 개방 위치로 이동된다. 이 후 압축 가스(G)는 밸브(4)를 통하여 연료 저장 챔버(11)로 주입된다. 압축 가스(G)의 주입으로 인해, 분할 부재(3)는 도 2에서 설명된 정지 위치로부터 하부 방향으로 이동된다. 압축 가스(G)의 추가적인 주입은 분할 부재를 압축력이 있게 탄성 몸체(25)를 변형시키며 용기 주요 몸체(2)의 최저부를 향하여 추가적으로 이동된다. 분할 부재(3)가 가장 낮은 위치에 있는 상태에서, 차단기(cutouts, 241)의 상부 단부는 분할 부재(3)의 탄성 밀봉 부재(32) 상부로 위치되며, 압축 가스(G)는 차단기(cutouts, 241)를 통하여 압축 가스 챔버(12)로 연료 저장 챔버(11)로부터 주입된다. 압축 가스 챔버(12)의 내부 압력이 사전 결정된 수준으로 구현되는 경우, 압축 가스(G)의 주입이 중지된다.
이 후, 스템(42)은 재차 프레스 가압 작동으로 개방 위치로 이동되며, 연료 저장 챔버(11) 이내 압축 가스(G)는 방전된다. 분할 부재(3)는 탄성 몸체(25)의 탄성력으로 인해 상승되고, 연료 저장 챔버(11)가 밀봉되는 도 2에서 설명된 상태는 되돌아 간다. 압축 가스(G)의 추가적인 방전을 수반하면서, 압축 가스 챔버(12) 이내 압축 가스(G)의 압력은 분할 부재(3)의 하부 표면을 가압하여 내부 용기(24)의 상부 단부로 하부 표면을 상승시킨다. 연료 저장 챔버(11) 이내 모든 압축 가스(G)가 배출될 때, 압축 가스(G)는 압축 가스 챔버(12) 이내에 밀봉된다. 이때, 하기에서 설명되는 바에 따르는 연료 저장 챔버(11)로 주입되는 모든 액체 연료(F)를 압력이 압출 가능한 동안에, 압축 가스 챔버(12) 이내 압력의 양은 어떠한 수치로 특히 제한되지 않는다. 그러나, 전술된 이유로, 보다 작은 압력이 선호되고, 압축 가스 챔버(12) 이내 압력이 100kPA 이거나 또는 보다 작은 압력인 것이 선호된다.
이 후, 주입 수단(도시되지 않음)은 공급 연결 부재(23)로 연결되고, 액체 연료(F)는 밸브(4)를 통하여 연료 저장 챔버(11)로 주입된다. 분할 부재(3)는 액체 연료(F)의 주입으로 인하여 하부 위치된다. 연료 용기(1)는 사전 결정된 액체 연료(F)의 양이 연료 저장 챔버(11)로 저장되는 경우 완성된다.
이 후, 연료 용기(1)와 압력 조절 장치(5)의 작동 및 연결이 설명될 것이다. 첫째로, 압력 조절 장치(5)가 설명될 것이다. 편리함을 위하여, 연료 용기(1)와 연결되는 압력 조절 장치(5)의 측부는 압력 조절 장치의 하부 측부로써 언급될 것이다.
압력 조절 장치(5)의 한 단부는 연료 용기(1)로 연결되고, 압력 조절 장치의 또 다른 단부는 DMFC(도시되지 않음)로 연결된다. 이에 의해, 압력 조절 장치(5)는 사전 결정된 압력으로, 연료 용기(1)로부터 압력 조절 장치로 공급된 액체 연료(F)의 압력을 조절하며, 이 후 DMFC로 액체 연료(F)를 공급한다. 도 3에서 설명된 바에 따라, 압력 조절 장치(5)는 액체 연료(F)가 DMFC로 공급되는 압력(2차 압력)으로 연료 용기(1)로부터 공급된 액체 연료(F)의 압력(1차 압력(primary pressure))을 조절하기 위한 압력 조절 장치(속도 조절 장치(governor mechanism))가 장착된 압력 조절 장치 부분(pressure adjusting mechanism section, 6)을 포함하고, 및 잠금된 상태로 연료 용기(1)의 공급 연결 부재(23)에 연결하기 위한 고정 장치(fixing mechanism)(래칫 장치(ratcheting mechanism))가 장착되고 압력 조절 장치 부분이 결합되는 연결체(connector, 7)를 포함한다. 도 4는 압력 조절 장치 부분(6)의 분해 조립도를 도시한다.
도 4에서 설명된 바와 같이, 압력 조절 장치 부분(6)은 케이스 커버와 케이스 주요 몸체 사이에 다이어프렘(diaphragm, 62)을 수용하고 서로 접촉하기 위해 배열되는 케이스 커버(61) 및 케이스 주요 몸체(63)를 포함하고, 케이스 주요 몸체(63)로 연결되고 액체 연료가 1차 압력에서 연료 용기(1)로부터 도입되는 도입 부재(introducing member, 64)를 포함하며, 2차 압력으로 1차 압력을 감소시키기 위한 다이어프렘(62)과 복합되는 조절 밸브(65)를 포함하고, 액체 연료(F)의 누출을 방지하기 위한 제 1 체크 밸브(a first check valve, 66)(낮은 압력 체크 밸브)를 포함하며, 탄성 플레이트에 의해 구성된 제 2 체크 밸브(second check valve, 67)(높은 전압 체크 밸브)를 포함하고, 및 압력 조절 장치 부분(6)으로 들어가는 먼지를 방지하기 위한 필터(68)를 포함한다.
케이스 커버(61)와 케이스 주요 몸체(63)는 이들 사이에 다이어프렘(62)으로 수직적으로 배열되고, 가령 나사못에 의해 결합된다. 공간은 케이스 커버(61)와 다이어프렘(62) 사이 및 케이스 주요 몸체(63)와 다이어프렘(62) 사이에서 각각 형성된다. 케이스 커버(61)의 측부를 향하는 공간은 케이스 커버(61)의 내부 표면으로부터 대기(atmosphere)와 소통되는 대기의 챔버(atmospheric chamber, 610) 및 연료 챔버(611)로 하부 방향으로 돌출하는 내부 벽에 의해 구분되고, 상기 공간으로 액체 연료(F)가 2차 압력에서 도입된다. 케이스 주요 몸체(63)의 측부를 향하는 공간은 압력 조절 챔버(630)이고, 상기 챔버 내 액체 연료(F)가 2차 압력으로 감압된 후에 저장된다.
원통형 부분(612)은 케이스 커버(61)의 상부 표면으로부터 돌출되기 위해 제공된다. 외부적으로 돌출되는 원통형 방전 부분(613)은 연료 챔버(611)를 구성하는 케이스 커버(61)의 외부 측부 벽 상에 제공된다. 연료 챔버(611)로부터 DMFC(도시되지 않음)로 2차 압력에서 액체 연료(F)를 인도하기 위한 파이프(614)는 방전 부분(613)의 끝단(tip)으로 제거 가능식으로 부착된다.
압력 조절 나사못(615)은 압력 조절 나사못(615)의 위치가 조절 가능되도록 압력 조절 스프링(616)의 상부 단부와 관통식으로(threadedly) 결합된다. 압력 조절 스프링(616)은 압력 조절 스프링(616)의 하부 단부가 이 후 설명되는 서포터(supporter, 621)와 인접하도록 스프링의 축 방향에 대해 실질적으로 평행한 원통형 부분(612)에서 제공된다. 수직적으로 전개되는 대기 소통 구멍(615a)은 압력 조절 나사못(615)의 대략 중심을 통하여 형성된다. 대기의 챔버(610)는 대기 소통 구멍(615a)을 통하여 대기와 소통된다. 압력 조절 스프링(616)은 압력 조절 나사못(615)의 수직 위치에 대한 조절과 대응하여 확대되고 수축된다. 사전 결정된 2차 압력은 서포터(621)를 통하여 다이어프렘에 대해 작용하는 힘을 조절하는 압력 조절 스프링(616)에 의해 조절 가능된다.
다이어프렘(62)은 탄성이며, 형태가 실질적으로 편평하고, 큰 직경 부분과 작은 직경 부분을 포함한다. 서포터 삽입 구멍(62a)을 통하여 서포터(621)가 삽입되고, 서포터 삽입 구멍은 큰 직경 부분의 대략 중심 지점에서 형성된다. 원통형 부재 삽입 구멍(62b)을 통하여 이 후 설명되는 원통형 부재가 삽입되고, 원통형 삽입 구멍은 작은 직경 부분의 대략 중심 지점에서 형성된다. 상부 방향으로 돌출하는 환형 돌출부(62c)는 서포터 삽입 구멍(62a)의 주변에서 형성된다. 서포터(supporter, 621)는 다이어프렘(62)의 상부 측부(대기의 챔버(610)를 향하여)로 고정되고, 이 후 설명되는 샤프트(shaft, 622)는 다이어프렘(62)의 하부 측부(압력 조절 챔버(630)를 향하여)로 고정된다. 서포터(621)와 샤프트(622)는 다이어프렘의 탄성 배치와 대응하여 다이어프렘(62)과 일체 형성적으로 수직 방향으로(축 방향) 이동 가능되게 배열되어 형성된다.
서포터(621)는 다이어프렘(62)에 고정되는 서포터의 하부 표면을 가진 편평한 디스크이며, 서포터의 상부 표면은 전술된 압력 조절 스프링(616)과 인접한다. 압력 조절 스프링(616)으로 삽입 가능한 샤프트(621a)는 서포터(621)의 상부 표면의 중심 지점에서 형성된다. 서포터 삽입 구멍(61a)을 통하여 삽입되고 샤프트(622)로 고정되는 하부 방향으로 돌출하는 볼트(bolt, 621b)는 서포터(621)의 하 부 표면상에 제공된다. 수직적으로 전개되는 구멍(621c)은 서포터(621)의 대략 중심 지점에서 형성된다. 구멍(621)의 상부 단부는 대기 챔버(610)와 소통된다.
샤프트(622)는 상부 표면이 다이어프렘(62)의 하부 표면에 고정되는 실질적으로 원반 모양의 큰 직경 보스 부분(boss portion, 622a)을 포함하고, 큰 직경 보스 부분(622a)의 하부 단부 중심 지점에서 형성된 실질적으로 원통형 원주의 작은 직경 보스 부분(622b)을 포함하며, 및 작은 직경 보스 부분(622b)의 하부 단부 중심으로부터 하부 방향으로 연장되는 보스 샤프트 부분(622c)을 포함한다. 주변 요홈(622d)으로 조절 밸브(65)가 끼워 맞춤되고, 상기 주변 요홈은 보스 샤프트 부분(622c)의 하부 단부 내에 형성되며, 제 1 체크 밸브(66)는 보스 샤프트 부분(622c)의 상부 단부 주변에 대해 끼워 맞춤된다. 볼트(621b)를 고정하기 위한 고정 홀(622e)은 샤프트(622)의 상부 표면 내에 제공되고, 작은 직경 보스 부분(622b)의 사전 결정된 위치로 내려간다.
다이어프렘(62)은 액체 연료(F)의 2차 압력을 수용하며, 상기 압력은 하부로부터 압력 조절 챔버(630) 및 상부로부터 대기 챔버(610) 이내 가스의 대기 압력으로 저장된다. 상기 다이어프렘은 2차 압력과 대기 압력 사이의 압력 차이에 대응하는 수직 방향으로 탄성 배치가 가능하다. 대기의 차이에 의해 발생된 강제된 힘(urging force)과 압력 조절 스프링(616)에 의해 효과된 강제된 힘이 동등한 지점에서 다이어프렘(62)은 유지된다.
케이스 주요 몸체(63)는 실질적으로 개방된 상단을 가지는 박스이다. 개구부(63a)를 통하여 작은 직경 보스 부분(622b)은 삽입되고, 상기 개구부는 케이스 주요 몸체(63)의 내부 표면에서 형성된다. 하부 방향으로 돌출하는 직경이 큰 원통형 부분(63b)은 개구부(63a)의 주변에 대해 형성된다. 개방 하부 단부를 가지는 하부 방향으로 돌출하는 원통형 부분(63c)은 직경이 큰 원통형 부분(63b)의 하부 표면상에 형성된다. 요홈은 원통형 부분(63c)의 상부 단부 주변에 대해 형성된다. 도입 부재(introducing member, 64)의 도입 O-링(introducing O-ring, 631)은 요홈에 끼워 맞춤된다.
환형 분할 벽(63d)은 직경이 큰 원통형 부분(63b)과 원통형 부분(63c) 사이 경계 지점에서 구멍의 내부 표면상에 형성된다. 보스 샤프트 부분(622c)은 분할 벽(63d)에 의해 형성된 구멍을 통하여 슬라이드 형성되고 삽입되도록 형성된다. 보스 샤프트 부분(622c)이 다이어프렘(62)의 탄력적인 배치에 대응하는 수직 방향(축 방향)으로 이동하면서, 제 1 체크 밸브(66)와 조절 밸브(65)는 분할 벽(63c)의 하부 표면과 분할 벽(63c)의 상부 표면으로부터 인접하거나 또는 분리된다. 이에 의해, 액체 연료(F)의 흐름이 가능되거나 또는 방지된다(상기 장치는 이 후 보다 상세하게 설명된다).
추가적으로, 다이어프렘(62)의 원통형 부재 삽입 구멍(62b)과 소통하는 원통형 부재 하우징 챔버(632)는 케이스 주요 몸체(63)의 내부 표면에 제공된다. 원통형 부재(633)는 원통형 부재 하우징 챔버(632) 이내에 수용된다. 원통형 부재(633)는 양 단부 지점에서 개방되고, 원통형 부재의 하부 단부가 원통형 부재 하우징 챔버(632)의 내부 표면과 접촉하지 않고, 원통형 부재의 상부 단부가 연료 챔버(611) 내에 위치되도록 원통형 부재가 제공된다. 원통형 부재(633)는 액체 연료(F)를 도 입하도록 기능되며, 액체 연료는 2차 압력으로 연료 챔버(611) 내로 조절된다.
도입 부재(64)의 상부 표면은 케이스 주요 몸체(63)의 직경이 큰 원통형 부분(63b)의 하부 표면으로 연결된다. 도입 부재(64)는 도입 O-링(introducing O-ring, 631)과 결합되는 요홈을 가진 원통형 주요 몸체(641)를 포함하고, 원통형 주요 몸체의 상부 단부로부터 사전 결정된 거리 지점에서 원통형 주요 몸체(641)의 내부 표면상에 제공되는 분할 벽(642)을 포함하며, 스템(42)의 오목부(42c)와 인접하기 위하여 분할 벽(642)의 하부 표면의 대략 중심 지점에서 형성되는 하부 방향으로 돌출하는 링크 연결 돌출부(643)를 포함하고, 및 링크 연결되는 돌출부(643)의 양 측부 상에 분할 벽(642)을 관통하는 구멍(644)을 포함한다.
압력 조절 장치(5)가 연료 용기(1)로 연결될 때, 스템(42)이 개방 작동을 수행하도록 야기하기 위하여, 링크 연결 돌출부(643)는 오목부(42c)와 인접하고 이를 하부 방향으로 가압한다. 링크 연결 돌출부(643)는 분할 벽(642)에 고정되고, 다이어프렘(62)과 복합되는 보스 샤프트 부분(622c)으로부터 분리된 구조물이다. 이에 의해, 링크 연결 돌출부(643)의 하부 방향 가압 작동은 다이어프렘(62)에 대해 힘의 영향을 주지 않는다. 즉, 링크 연결 돌출부(643)가 최대한으로 하부 방향으로 스템(42)을 가압할 때(최대한으로 낮아진 상태), 스프링(43)은 압축 상태로 고정된다. 그러므로, 링크 연결 돌출부(643)는 스프링(43)에 의해 상부 방향으로 강제된다. 다이어프렘(62)과 복합되는 링크 연결 돌출부(643)와 보스 샤프트 부분(622c)은 강제된 힘이 다이어프렘(62)을 배치하지 않도록 독립된 구조물로써 형성되며, 이에 의해 압력 조절 기능이 방해된다.
구멍(644)을 밀봉하기 위한 고무 플레이트(rubber plate), 샌드위치 플레이트 또는 이와 유사한 플레이트에 의해 구성된 제 2 체크 밸브(second check valve, 67)는 분할 벽(642)의 상부 표면상에 제공된다.
압력 조절 챔버(630) 이내 2차 압력이 높을 동안에 연료 용기(1)를 형성하는 액체 연료의 공급이 중지될 경우(연료 용기(1)가 압력 조절 장치95)와의 연결이 끊어질 때), 2차 압력으로 구멍(644)을 밀봉함으로써 액체 연료(F)의 후방 흐름을 방지하는 체크 밸브로써 제 2 체크 밸브(67)가 기능한다. 제 2 체크 밸브(67)는 외부로 액체 연료(F)의 누출을 방지한다. 2차 압력이 현재 낮을 경우, 제 2 체크 밸브(67)의 탄성력으로 인하여 충분한 힘이 구멍(644)을 밀봉하기 위하여 제 2 체크 밸브(67) 상에 영향 되지 않을 수 있다. 구멍(644)이 밀봉되지 않을 경우, 액체 연료(F)가 외부로 누출될 가능성이 있다. 따라서, 2차 압력이 낮을 경우, 제 1 체크 밸브(66)는 분할 벽(63d)의 상부 표면에 인접하고, 이에 의해 액체 연료(F)의 후방 흐름이 방지된다.
필터(68)는 1차 압력으로 연료 용기(1)로부터 공급된 액체 연료(F)로부터 먼지와 같은 오염 물질을 제거하기 위하여 분할 벽(642)의 하부 표면상에 제공된다. 필터(68)는 필터의 대략 중심 지점에서 구멍(68a)을 가지는 디스크이다. 필터(68)의 외부 직경은 분할 벽(642)의 외부 직경 즉, 실린더 주요 몸체(641)의 내부 직경보다 다소 크다. 구멍(68a)의 내부 직경은 상부 단부의 외부 직경 즉, 링크 연결 돌출부(643)의 베이스 부분보다 다소 작다. 상기 치수 형상을 가지기 위한 필터(68)를 형성함으로써, 필터(68)는 하부로부터 도입 부재(64)로 삽입되고 장착될 때 강하됨으로부터 방지된다.
필터(68) 재질은 예를 들어 85%의 공진률(void ratio)을 가지고 30μm의 평균 전지 직경(mean cell diameter)을 가지며 1mm의 두께를 가진 저밀도 폴리 에칠렌(Low Density Poly Ethylene)(LDPE) 포움(foam)이다. 상기 포움(foam)의 재질은 폴리에칠렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리옥시메칠렌(polyoxymethylene), 폴리에칠렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에칠렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중 어느 하나로 구성된다.
필터(68)를 제공함으로써, 1차 압력에서 액체 연료(F) 이내에 존재하는 미세한 미립자는 압력 조절 장치 부분(6)의 내부에 유입됨으로부터 방지될 수 있다. 이에 의해, 압력 조절 장치 부분(6) 내 작동 부분의 불량이 방지될 수 있다.
본 실시예의 압력 조절 장치 부분(6)의 내부 구성요소는 오랜 시간동안 액체 연료(F)에 노출된다. 그러므로, 액체 연료(F)와 접촉되는 압력 조절 장치 부분(6)의 모든 구성요소는 전술된 코팅층이 제공되도록 함이 바람직하다. 특히, 고무 구성 요소에 코팅층이 제공되는 것이 바람직하다. 코팅층을 제공함으로써, 액체 연료(F)와 고무 구성요소 사이의 직접 접촉이 방지될 수 있다. 그러므로, 종래 EPDM보다 덜 비싼 NBR 및 IR 과 같은 고무 재료가 사용될 수 있으며 비용이 감소될 수 있다.
압력 조절 장치 부분(6)은 상기에서 형성된다. 이 후 연결체(7)가 설명된다.
연결체(7)는 실질적으로 원통형이다. 상기 연결체(7)의 한 단부는 압력 조절 장치 부분(6)에 고정되고, 또 다른 단부는 연료 용기(1)의 공급 연결 부재(23)에 착탈 가능하게 장착된다. 래칭 장치(ratcheting mechanism)에 의해 연결체(7)와 연료 용기(1) 사이의 연결부를 잠금하기 위하여 링크 연결 돌출부(643)가 최대로 낮은 상태로 스템(42)을 고정하는 경우, 연결체(7)는 공급 연결 부재(23)의 외부 표면에 제공되는 돌출부가 연결되도록 형성된다. 연료 용기(1)는 압력 조절 장치 부분(6)으로부터 용이하게 분리하기 위하여 낮은 상태를 착탈하는 장치를 포함한다.
본 실시예의 연결체(7)는 연결체와 연료 용기(1) 사이의 연결을 잠금하기 위하여 래칭 장치(ratcheting mechanism)를 사용한다. 그러나, 본 발명은 상기 형상에 제한되지 않는다. 상기 연료 용기(1)가 낮은 상태를 고정 가능하고 압력 조절 장치 부분(6)으로부터 용이하게 결합을 떼어내는 구조물인 경우라 한다면 어떠한 형상이 채택될 수 있다.
연결체(7)는 일본 특허 출원 제 2004-266463호에 공개된 연결체와 동일한 연결체이다. 그러므로, 연결체의 보다 상세한 설명이 생략될 것이다.
압력 조절 장치(5)는 전술된 바와 같이 형성된다. 이 후, 연료 용기(1)와 압력 조절 장치(5) 사이의 연결과 작동이 설명될 것이다.
우선, 압력 조절 장치(5)는 연료 용기(1)와 연결되고 잠금된다. 압력 조절 장치 부분(6)의 하부 단부 지점에서 도입 부재(64)는 연료 용기(1)의 상부 단부 지점에서 연결 포트(23a)로 삽입된다. 이 때, 연결 밀봉 부재(45)의 외부 표면은 도입 부재(64)의 내부 표면에 대한 접촉을 가압시키며, 이에 의해 밸브(4)와 도입 부재(64) 사이의 밀봉된 상태를 고정한다. 추가적으로, 링크 연결 돌출부(643)는 스 템(42)의 오목부(42c)와 인접하고, 하부 방향인 돌출부의 가장 낮은 위치로 스템(42)을 가압시킨다. 이에 의해, 액체 연료(F)는 전술된 바와 같이 1차 압력에서 압력 조절 장치 부분으로 연료 용기(1)로부터 공급된다. 이에 의해, 액체 연료(F)는 연료 용기(1)로부터 압력 조절 장치 부분(6)으로 전술된 1차 압력에서 공급된다. 이러한 상태에서, 연료 용기(1)는 연결체(7)에 의해 압력 조절 장치 부분(6)으로 고정된다.
연료 용기(1)가 압력 조절 장치 부분으로 연결되지 않은 경우, 하부로부터(1차 압력이 적용되는 측부로부터) 압력 조절 장치 부분(6)으로 어떠한 압력이 적용되지 않는다. 그러므로, 조절 밸브(65)는 도 3에서 설며되는 바와 같이 개방된 상태에서 분할 벽(63)으로부터 분리된다.
1차 압력에서 연료 용기(1)로부터 공급된 액체 연료(F)는 필터(68)를 관통하고, 구멍으로부터 먼지와 같은 오염 물질이 제거되는 상태에서 구멍(644)을 관통된다. 액체 연료(F)는 1차 압력으로 상부 방향으로 제 2 체크 밸브(67)를 가압하고 분할 벽(63d)의 내부 구멍과 보스 샤프트 부분(622c) 사이 공간을 통하여 상승되며, 압력 조절 챔버(630)로 저장된다.
여기에서, 2차 압력으로 액체 연료(F)의 최조 압력을 조절하는 압력 조절 장치가 보다 상세하게 설명될 것이다.
우선, 기술된 바와 같이, 사전 결정된 압력을 설정하기 위하여 압력 조절 나사못(615)의 수직 위치가 조절된다. 예를 들어, 압력 조절 나사못(615)의 위치가 설정 압력을 증가시키기 위하여 하부 방향으로 조절되는 경우, 압력 조절 스프 링(616)은 압축되고, 하부 방향으로 강제되는 힘은 다이어프렘(62)로 적용된다. 다이어프렘(62)은 하부 방향으로 배치되며, 또한 샤프트(622)는 다이어프렘(62)의 배치를 수반하면서 하부 방향으로 이동한다. 그러므로, 샤프트(622)의 보스 샤프트 부분(622c)의 하부 단부에서 장착되는 조절 밸브(65)는 개방 위치에서 분할 벽(63)으로부터 분리된다. 이에 의해, 액체 연료(F)는 1차 압력 측부로부터 압력 조절 챔버(630)로 흐르며, 상부 방향으로 안내된 압력(2차 압력)은 다이어 프렘(62)으로 적용된다.
2차 압력이 증가하고 다이어프렘(62)의 하부 표면으로 적용된 상부 방향으로 안내된 힘은 다이어프렘(62)을 상승시키면서 상부 방향으로 배치되며, 서포터(621)를 통하여 압력 조절 스프링(616)을 압축시킨다. 압력 조절 스프링(616)에 의해 발생된 하부 방향으로 안내된 강제 힘(urging force) 및 다이어프렘(62)의 하부 표면에 영향된 상부 방향으로 안내된 힘이 동등한 지점의 위치에서 다이어프렘(62)은 유지된다. 의도된 2차 압력은 상기 방식으로 설정된다.
추가적으로, 액체 연료(F)가 압력 조절 챔버(630)로부터 배출되거나 또는 1차 압력이 다양할 경우, 이에 의해 2차 압력의 감소되고, 다이어프렘(62)의 하부 표면에 적용된 상부 방향으로 안내된 강제 힘이 감소된다. 그러므로, 다이어프렘(62)은 압력 조절 스프링(616)의 하부 방향으로 안내된 강제 힘에 의해 하부 방향으로 배치된다. 또한 샤프트(622)는 다이어프렘(62)의 배치를 수반하면서 하부 방향으로 이동된다. 그러므로, 샤프트(622)의 보스 샤프트 부분(622c)의 하부 단부 상에 장착되는 조절 밸브(65)는 개방 작동으로 분할 벽(63)으로부터 분리된다. 이 에, 액체 연료(F)는 1차 압력 측부로부터 압력 조절 챔버(630)로 흐르며, 2차 압력은 설정 수치에서 유지된다.
대비하여, 압력 조절 챔버(630)으로부터 액체 연료(F)의 축출이 정지되거나 또는 1차 압력이 가변화되는 경우, 이에 의해 2차 압력이 증가되면, 다이어프렘(62)의 하부 표면으로 적용된 상부 방향으로 안내된 강제 힘이 증가되고, 다이어프렘(62)은 상부 방향으로 배치된다. 또한 샤프트(622)는 다이어프렘의 배치를 수반하면서 상부 방향으로 이동한다. 그러므로, 샤프트(622)의 보스 샤프트 부분(622c) 상에 장착되는 조절 밸브(65)는 폐쇄 작동으로 분할 벽(63)과 인접한다. 이에 의해, 액체 연료(F)는 1차 압력 측부로부터 압력 조절 챔버(630)로 흐름이 방지되고, 2차 압력은 설정 수치에서 유지된다.
전술된 압력 조절 동안에, 제 1 체크 밸브(66)는 샤프트(622)의 수직 배치를 수반하는 조절 밸브(65)의 개폐 작동과 역으로 개폐 작동을 수행한다. 즉, 조절 밸브(65)는 샤프트(622)의 하부 방향 운동을 수반하는 개방 작동(분할 벽(63d)의 하부 표면으로부터 분리됨)을 수행하며, 반면 제 1 체크 밸브는 폐쇄 작동(분할 벽(63d)의 상부 표면에 이르게 됨)을 수행한다. 거꾸로 말하면, 조절 밸브(65)는 샤프트(622)의 상부 방향 운동을 수반하는 폐쇄 작동(분할 벽(63d)의 하부 표면에 이르게 됨)을 수행하며, 반면 제 1 체크 밸브는 개방 작동(분할 벽(63d)의 상부 표면으로부터 분리됨)을 수행한다. 또 다른 말로, 1차 압력에 대한 압력 조절 특성은 조절 밸브(65)와 제 1 체크 밸브(66) 사이에 역으로 된다.
추가적으로, 압력 손실이 조절 밸브(65)의 돌출된 영역 상에 1차 압력 작동 에 의해 다이어프렘(62)(샤프트(622))에 대해 발생된다. 그러므로, 1차 압력으로 변형물에 대응하는 압력 손실의 변형물에 의해 발생된 2차 압력 조절으로 에러의 마진(margin of error)은 2차 압력을 균일하게 하기 위하여, 제 1차 체크 밸브(66)와 조절 밸브(65)의 압력 조절 특성의 조합으로 인하여 보상된다.
추가적으로, 다이어프렘(62)의 배치에 대하여 제 1 체크 밸브(66)와 조절 밸브(65)의 역방향 개폐 작동은 다이어프렘의 장착 위치에 있어 에러로 인해 압력 조절 변형물을 착탈시킨다. 이에 의해, 제조 중의 정확성은 보다 덜 강제적이고, 제조가 촉진된다.
액체 연료(F)는 압력 조절 장치에 의해 2차 압력으로 정확하게 조정되고, 이후 원통형 부재(633)를 통하여 연료 챔버(611)로 도입된다. 액체 연료(F)는 방전 부분(613)을 추가적으로 관통하며 파이프(614)를 통하여 DMFC로 공급된다.
본 실시예는 전술된 형상을 가지는 압력 조절 장치(95)를 이용한다. 그러나, 본 발명은 상기 형상에 제한되지 않는다. 사전 결정된 2차 압력 지점에서 DMFC로 액체 연료(F)의 공급이 가능한 동안에, 어떠한 한 타입의 압력 조절 장치가 사용될 수 있다.
폴리 파라자일렌 수지(poly paraxylene resin)가 조제약 용기 및 이의 분할 부재 상에 코팅되는 기술이 공개되는 미국 특허 제 4,808,453호, 일본 미심사 특허 공개 번호 제 2002-177364호 및 일본 미심사 특허 공개 번호 제 2002-291888호는 이의 구성요소로부터의 추출(elution)을 공개하며, 조제약 용기의 구성요소의 흡착 작용을 공개하고, 이들의 목적으로써 슬라이딩 특성에 있어 개선 사항이 공개된다.
그러나, 전술된 문서에 의해 공개된 조제약 용기에 있어 슬라이딩 특성에 관하여, 슬라이딩 부재는 수동으로 또는 기계에 의해 짧은 시간의 기간에 걸쳐 슬라이드 형성되도록 야기된다. 비교하여, 본 발명의 연료 용기에 있어서, 분할 부재는 여러 시간에서 여러 날에 걸쳐 압축 가스, 액화 가스, 스프링 및 이와 유사한 것에 의해 슬라이드 형성되도록 야기된다. 추가적으로, 본 발명의 연료 용기에 있어서, 분할 부재는 동작에 있어 일정하지 않으며, 다소 주기적으로 이동하고 정지한다. 따라서, 슬라이딩 특성이 일정하게 안정되는 것이 필요하다. 상기 목적을 위하여, 슬라이딩 마찰력은 낮은 수치에서 안정될 필요가 있다.
추가적으로, 본 발명의 연료 용기는 반복적으로 재활용되고 재사용되는 조제약 용기와 또한 서로 다르다.
본 발명의 슬라이딩 특성을 개선하기 위한 목적은 불량률을 감소시키는 것이며, 반면 연료의 체적 비율과 가능한 반복 사용의 수를 증가시킨다. 그러므로, 전술된 문서에 기초된 본 발명은 용이하게 고려될 수 있다.
이 후, 본 발명의 연료 전지용 연료 용기는 구체적인 실례로 설명될 것이다.
(실시예 1)
상기 실시에에서 설명된 바에 따라 내부 용기(24), 분할 부재(3)(주요 몸체(31) 및 O-링(O-ring, 32)) 및 밸브(4)를 사용하여 내구성 테스트가 수행된다. 1μm의 필름 두께를 가진 파릴렌 N의 코팅층을 사용하여, O-링은 EPDM으로부터 몰드 성형되고, 내부 용기(24) 및 주요 몸체(31)는 PP로부터 몰드 성형된다.
1) 우선, 분할 부재(3)는 내부 용기(24)의 최상단 부분 지점에서 위치된다. 밸브(4)는 구멍(242)으로 장착되고, 2ml의 순수 메탄올이 내부 용기로 주입된다. 이로부터, 분할 부재93)는 밸브(4)를 통하여 순수 메탄올을 방출하기 위해 하부로부터 가압된다. 상기 작동은 내부 용기(24) 이내로부터 가스를 방출하기 위하여 두 번 반복된다.
2) 이 후, 70%의 순수 물 중량과 30%의 메탄올의 혼합물의 6 ml가 밸브(4)를 통하여 내부 용기(24)로 주입된다.
3) 주입 이 후, 밸브(4)가 제거된다. 이 후, 분할 벽(3)은 하부로부터 가압되고 반면 내부 용기(24)의 상부 부분은 개방 상태로 있으며, 분할 부재(3)는 5 mm 상부 방향으로 이동된다. 이 때, 분할 부재(3)로 적용된 압력은 장력/압축력이 인가된 높은 정확성을 가진 측정 장치(TCLZ-100NA, by Tokyo Measurement Instrument Laboratories)에 의해 측정된다. 측정된 최대 압력은 측정된 수치로써 설계된다. 측정된 수치는 슬라이딩 접촉되는 분할 부재(3)와 내부 연결체(24)의 표면에서 발생된 마찰력으로써 설계된다.
4) 측정 이후, 내부 용기(24)에 잔존하는 30% 중량 메탄올의 모든 용액이 방출된다.
상기 1 단계에서 4 단계는 단일 사이클로써 설계된다. 상기 단계의 80 사이클이 수행된다. 그 결과는 도 5에서 설명된다.
(비교적인 실례 1)
실시예(1)에 의해 구현된 바와 비교한 결과를 구현하기 위하여, 비교적인 실례 1은 20μm의 필름 두께를 가진 PTFE 코팅층이 EPDM으로부터 몰드 성형된 O-링에 제공되는 것을 제외하고 동일한 구조물을 가진다. 동일한 내구성 테스트는 비교적인 실례 1에서 수행된다. 그 결과는 도 6에서 설명된다.
도 5는 파릴렌 N 코팅층이 O-링의 외부 표면 상에 제공되는 경우 슬라이딩 마찰력과 사이클의 수치 사이의 관계를 설명하는 그래프이다. 상기 그래프에 따라, 슬라이딩 마찰력은 10 사이클까지 5N 이거나 또는 보다 작다. 10 사이클을 넘어, 슬라이딩 마찰력은 대략 5 N에서 안정적이다.
도 6은 PTFE 코팅층이 상기 O-링의 외부 표면상에 제공될 경우 슬라이딩 마찰력과 사이클의 수치 사이의 관계를 도시한다. 상기 그래프에 따라, 슬라이딩 마찰력은 20 사이클 까지 대략 12 N에서 안정적이다. 20 사이클을 넘어, 슬라이딩 마찰력은 각각의 사이클로 증가된다.
도 5 및 도 6 으로부터 자명함에 따라, PTFE 코팅층이 O-링의 외부 표면에 제공되는 경우에, 각각의 사이클로 증가된 슬라이딩 마찰력은 20 사이클을 넘는다. 이는 하나 이상의 PTFE 코팅층 부분이 벗겨지는 것을 제시한다. 대비하여, 파릴렌 N 코팅층이 O-링의 외부 표면에 제공되는 경우, 사이클의 수치가 증가될 때 남는 슬라이딩 마찰력의 수치는 적어도 10 N보다 안정적이다. 이는 파릴렌 N 코팅층이 벗겨지지 않음을 제시한다. 따라서, O-링의 외부 표면상에 파릴렌 N 코팅층을 제공함으로써, 사이클의 수가 증가할 때 슬라이딩 접촉하는 O-링과 내부 용기의 표면 지점에서 발생된 슬라이딩 마찰력은 10N이하로 안정되고, 분할 부재는 부드럽게 슬라이드 가능된다.
(실시예 2)
실시예의 용기와 같은 동일한 연료 용기는 시간에 걸친 악화 테스트를 수행하기 위해 사용된다. 상기 테스트 방법은 상기 내구성 테스트의 단계 1과 단계 2를 포함한다. 이에 따라, 연료 용기는 단계 3이 수행되는 시간의 사전 결정된 양 동안 65˚C로 견디도록 남는다.
5) 마찰력의 수치가 측정된 이후, 밸브(4)가 교체되고, 30중량% 메탄올 용액은 밸브(4)를 통해 내부 용기(24)로 주입되며, 이에 의해 내구성 테스트의 단계 2 이후 상태로 연료 용기가 되돌아온다. 이에 따라, 연료 용기는 단계 3이 수행되는 지점에서 사전 결정된 시간 동안 재차 65˚C 환경에서 견디도록 남는다.
단계 5는 연료 용기가 65˚C 환경에서 방치시 사전 결정된 시간이 경과된 이후에 슬라이딩 마찰력에 있어 변화를 측정하였다. 상기 테스트 내 “방치 시간”은 연료 용기가 65˚C의 환경에서 방치되는 시간의 증가하는 양에 관계하며, 측정하기 위해 필요한 시간을 포함하지 않는다. 상기 결과는 도 7에서 설명된다.
(비교적인 실례 2)
실시예 2에 의해 구현된 바에 대하여 비교한 결과를 구현하기 위하여, 20μm의 필름 두께를 가지는 PTFE 코팅층이 EPDM으로부터 몰드 성형된 O-링 상에 제공되는 것을 제외하고 비교적인 실례 2는 동일한 구조물을 가진다. 시간에 걸친 왜곡의 동일한 테스트가 비교적인 실례 2 상에 제공된다. 상기 결과는 도 8에서 설명된다.
도 7은 파릴렌 N 코팅층이 상기 O-링의 외부 표면상에 제공되는 경우 방치 시간의 양과 슬라이딩 마찰력 사이의 관계를 설명하는 그래프이다. 상기 그래프에 따라, 슬라이딩 마찰력은 시간에 대해 대략 2.5N 내지 3.0N의 범위 이내에서 안정 적이다.
도 8은 PTFE N 코팅층이 상기 O-링의 외부 표면 상에 제공될 때 방치 시간과 슬라이딩 마찰력 사이의 관계를 설명하는 그래프이다. 그래프에 따라, 슬라이딩 마찰력은 대략 15N 이지만, 다소 50 시간의 방치 시간까지 증가한다. 그러나, 슬라이딩 마찰력은 10N이하가 되지 않으며, 방치 시간이 165시간 초과될 때 점차 증가하기 시작한다.
도 7 및 도 8로부터 자명되는 바에 따라, PTFE 코팅층이 O-링의 외부 표면 상에 제공되는 경우에, 슬라이딩 마찰력의 수치는 방치 시간에 관계없이10N보다 일정하게 크며, 안정적이지 않다. 이는 PTFE 코팅층 자체의 팽창(swelling)으로 인한 것일 수 있으며, 30 중량% 메탄올 용액은 PTFE코팅층을 관통하며, 또는 PTFE코팅층을 벗겨지고, 이는 O-링(고무 부재)과 접촉하는 30중량 %메탄올 용액으로 결과되고 이에 의해 O-링 자체의 팽창을 야기한다.
대비하여, 파릴렌 N 코팅층이 O-링의 외부 표면상에 제공되는 경우, 슬라이딩 마찰력의 수치는 방치 시간에 대해 대략 2.5N 내지 3.0N 지점에서 안정적이다. 따라서, 30중량 % 메탄올 용액과 접촉하는 경우에 조차 외부 표면상에 파릴렌 N 코팅층을 가지는 O-링은 팽창에 의해 추출되지 않거나 또는 악화되지 않는다. 일정하게 안정적인 슬라이딩 특성은 상기 O-링이 오랜 시간에 대해 용액과 접촉하는 경우 고정될 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1의 용기와 동일한 연료 용기는 밀봉 불량 테스트를 수행하기 dln해 이용된다. 테스트 방법은 상기 내구성 테스트의 단계 1 및 단계 2를 포함한다. 이후, 30중량 % 메탄올 용액은 6ml/60-120min 의 비율로 상기 밸브를 통하여 외부로 흐르도록 야기된다. 이에 따라, 연료 용기의 수치에 있어 가스는 O-링의 밀봉 불량으로 인해 유입되며, 상기 연료 용기의 수치는 카운트(count)된다.
(비교적인 실례3)
실시예 3에 의해 구현된 바에 대해 비교되는 결과를 구현하기 위하여, 비교적인 실례 3은 20μm의 필름 두께를 가지는 PTFE 코팅층이 EPDM으로부터 몰드 성형된 O-링에 대해 제공되는 것을 제외하여 동일한 구조물을 가진다. 동일한 밀봉 불량률 테스트는 비교적인 실례 3에 대해 수행된다.
실시예 3 및 비교적인 실례 3의 테스트 결과는 테이블 1에서 설명된다.
TABLE 1
O-ring 샘플수 불량품수 불량률
Parylene N 150 0 0%
PTFE 150 15 10%
파릴렌 N 코팅층이 제공된 O-링과 PTFE 코팅층이 제공된 O-링 사이의 불량 발생 확률의 차이가 있는지 검정하기 위하여, m x n 분할 테이블에 의해 χ2 검정이 수행된다. 테이블 2는 2 x 2 분할 테이블에 맞는 테이블 1의 테스트 결과를 설명한다.
TABLE 2
O-ring 양호품 수 B1 불량품 수 B2 계
Parylene N A1 150 a 0 b 150 g
PTFE A2 135 c 15 d 150 h
Total 285 e 15 f 300 n
일반적으로, χ2는 2 x 2 분할 테이블로 다음 공식에 의해 계산된다.
Figure 112008008625643-PCT00002
테이블 2에서 설명된 수치가 χ2의 수치를 유도하기 위하여 상기 공식에 대입하게 되면, χ2=15.789이다. 상기 수치는 자유도(degree of freedom) 1과 유효 수준(level of significance) 0.01을 가진 일반적으로 사용된 χ2 분할 테이블 이내 χ2의 지점 보다 크며 즉, χ2(1, 0.01)=6.635이다. 그러므로, 1%의 위험을 가지고, PTFE 코팅층이 제공된 O-링과 파릴렌 N 코팅층이 제공된 O-링 사이의 불량 발생 확률 사이의 차이가 있음을 말할 수 있다.
따라서, 파릴렌 N 코팅층이 제공된 O-링에 대해 PTFE 코팅층이 제공된 O-링보다도 불량품의 발생 확률이 작다.

Claims (20)

  1. 연료 전지용 연료 용기에 있어서, 상기 연료 용기는
    압력 조절 장치 또는 연료 전지와 연결하기 위한 연결 포트가 장착된 용기 주요 몸체를 포함하고, 상기 용기 주요 몸체는 용기 주요 몸체 내에 연료 전지로 공급되는 액체 연료를 포함하고, 액체 연료를 압출하기 위한 압출 수단을 포함하며,
    압출 수단이 수용되는 압출 수단 하우징 챔버(extruding means housing chamber) 및 액체 연료가 포함되는 연료 저장 챔버로 용기 주요 몸체의 내부를 분할하기 위한 용기 주요 몸체 이내에 슬라이드 형성되게 제공되는 분할 부재를 포함하고, 및
    액체 연료의 흐름을 가능하게 하거나 또는 방지하기 위한 연결 포트 내에 제공된 밸브를 포함하고,
    10N 이하로 슬라이드 접촉하는 분할 부재와 연결체 주요 몸체의 표면 지점에서 발생된 마찰력을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  2. 제 1 항에 있어서, 액체 연료에 대하여 비 추출 특성을 가지는 코팅층은 슬라이드 접촉 형성되는 분할 부재 및 하나 이상의 연결체 주요 몸체의 표면 중 한 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  3. 제 2 항에 있어서, 코팅층은 폴리파라자일렌 수지(polyparaxylene resin)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  4. 제 3 항에 있어서, 코팅층의 필름 두께는 0.2㎛ 내지 3㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  5. 제 3 항에 있어서, 파라자일렌 수지는 다음의 화학 공식(1)
    Figure 112008008625643-PCT00003
    (1)
    에 의해 나타낸 파릴렌 N(parylene N)인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  6. 제 1 항에 있어서, 분할 부재는 자체 윤활 고무 재료(self lubricating rubber material)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  7. 제 1 항에 있어서, 압출 수단은 압축 가스를 포함하고, 및 압출 수단 하우징 챔버는 압축 가스가 밀봉되는 압축 가스 챔버인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  8. 제 7 항에 있어서, 액체 연료에 대해 비 추출 특성을 가지는 코팅층은 슬라 이딩 접촉하는 분할 부재와 하나 이상의 연결체 주요 몸체의 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  9. 제 8 항에 있어서, 코팅층은 폴리파라자일렌 수지에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 폴리파라자일렌 수지는 다음과 같은 화학식(1)
    Figure 112008008625643-PCT00004
    (1)
    에 의해 나타난 파릴렌 N인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 용기 주요 몸체는
    원통형 외부 용기, 및
    연결 포트와 소통되고, 분할 부재가 슬라이드 가능하게 접촉되게 소통되며, 이중 용기 구조물 내 외부 용기 이내에 제공된 원통형 내부 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  12. 제 11 항에 있어서, 액체 연료에 대하여 비 추출 특성을 가지는 코팅층은 슬라이딩 접촉하는 분할 부재 및 하나 이상의 연결체 주요 몸체의 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  13. 제 12 항에 있어서, 코팅층은 폴리파라자일렌 수지(polyparaxylene resin)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  14. 제 13 항에 있어서, 코팅층의 필름 두께는 0.2 ㎛ 내지 3㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  15. 제 13 항에 있어서, 폴리파라자일렌 수지(polyparaxylene resin)는 다음의 화학 공식(1)
    Figure 112008008625643-PCT00005
    (1)
    에 의해 나타난 파릴렌 N인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  16. 제 11 항에 있어서, 분할 부재는 자체 윤활 고무(self lubricating rubber)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  17. 제 11 항에 있어서,
    압출 수단은 압축 가스이고, 및
    압출 수단 하우징 챔버는 압축 가스가 밀봉되는 압축 가스 챔버인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  18. 제 17 항에 있어서, 액체 연료에 대하여 비 추출 특성을 가지는 코팅층은 슬라이딩 접촉하는 분할 부재 및 하나 이상의 연결체 주요 몸체의 표면 중의 한 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  19. 제 18 항에 있어서, 코팅층은 폴리파라자일렌 수지에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
  20. 제 19 항에 있어서, 폴리파라자일렌 수지는 다음 화학 공식(1)
    Figure 112008008625643-PCT00006
    (1)
    에 의해 나타난 파릴렌 N 인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 연료 용기.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4880318B2 (ja) * 2006-02-10 2012-02-22 株式会社東海 燃料カートリッジ
IT201600082419A1 (it) * 2016-08-04 2018-02-04 De Longhi Appliances Srl Gruppo di infusione per macchina da caffè
KR101900419B1 (ko) * 2018-02-22 2018-09-20 (주)연우 이중 용기

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474180B2 (en) * 2002-11-01 2009-01-06 Georgia Tech Research Corp. Single substrate electromagnetic actuator
JP4670223B2 (ja) * 2003-03-19 2011-04-13 カシオ計算機株式会社 燃料容器
JP4438983B2 (ja) * 2003-07-03 2010-03-24 株式会社東海 燃料電池用燃料容器
JP4496731B2 (ja) * 2003-07-07 2010-07-07 ソニー株式会社 燃料タンク及びこれを用いた燃料電池システム
KR20070064584A (ko) * 2004-07-08 2007-06-21 다이렉트 메탄올 퓨얼 셀 코포레이션 연료 전지 카트리지 및 연료 운반 시스템

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