KR20080104162A - 연료 카트리지용 밸브 - Google Patents

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KR20080104162A
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Abstract

기기로의 연료공급원(40)용 밸브(36)가 개시된다. 상기 연료공급원은 연료전지나 연료 재충전기기와 같은 모든 장치와 함께 사용될 수 있는 가압 또는 비가압 카트리지로 될 수 있다. 상기 밸브(36)는 연료공급원이 기기로부터 분리될 때 상기 밸브 내에 잔존하는 연료량을 최소화하기 위한 면밀봉(64)을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 밸브는 밀봉면을 포함하는 변형성 부재를 포함하며, 여기서 상기 밸브를 통한 유로가 상기 변형성 부재의 변형에 의해 밀봉 및 개봉된다. 다른 구현예에서, 상기 암놈 밸브요소는 상기 밸브 내에 잔존하는 연료량을 제한하기 위해 단축된 본체를 포함한다. 상기 암놈 밸브요소는 또한 그 내부에 형성된 슬롯을 지닌 캡을 포함하며, 이로써 잔류연료는 상기 밸브요소로부터 연료저장기 내로 배출된다.
Figure P1020087023702
연료전지, 연료카트리지, 연료공급원

Description

연료 카트리지용 밸브 {VALVES FOR FUEL CARTRIDGES}
본 발명은 일반적으로 다양한 연료전지에 연료를 공급하는 카트리지용 밸브와 연료전지용 밸브 및 연료 재충전기기용 밸브에 관한 것이다.
연료전지는 연료 및 산화제와 같은 반응물의 화학적 에너지를 직접 직류(DC) 전기로 변환하는 장치이다. 연료전지는 리튬 이온전지와 같은 휴대용 전력저장장치뿐만 아니라 화석연료의 연소와 같은 통상적인 전력발전보다도 더 효율적이어서 그 응용이 증가하고 있다.
일반적으로, 연료전지 기술은 알칼리 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체산화물 연료전지 및 효소 연료전지 등 다양한 종류의 연료전지를 포함한다. 오늘날 매우 중요한 연료전지로는 일반적으로 여러 종류로 나뉠 수 있는데, 즉 (i) 압축수소(H2)를 연료로서 사용하는 연료전지와, (ii) 메탄올(CH3OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 탄화수소(hydrocarbon: 부탄과 같은), 또는 수소연료로 변환되는 기타 연료를 사용하는 양자교환막(Proton Exchange Membrane: PEM) 연료전지와, (iii) 비수소 연료를 직접 소비할 수 있는 PEM 연료전지 또는 직접 산화형 연료전지(direct oxidation fuel cell)가 있다. 가 장 일반적인 직접 산화형 연료전지는 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell: DMFC)이다. 기타 직접 산화형 연료전지는 직접 에탄올 연료전지(direct ethanol fuel cell)와 직접 테트라메틸 오소카보네이트 연료전지(direct tetramethyl orthocarbonate fuel cell)를 포함한다.
일반적으로 압축수소는 고압 하에 보관되므로 다루기가 어렵다. 또한, 커다란 저장탱크가 일반적으로 요구되어 가전기기에 사용될 만큼 작게 만들 수도 없다. 통상적인 개질연료전지(reformat fuel cell)는 연료전지 내부에서 연료를 산화제와 반응하는 수소로 변환하기 위하여 개질기(reformer)와 기타 기화장치 및 부대장치들을 필요로 한다. 최근에는 개질기나 개질 연료전지가 더 발전되어 가전기기용으로 유망해졌다. DMFC는 연료전지 내부에서 메탄올이 직접 산화제와 반응하므로, 가장 간단하고 가장 소형화될 수 있는 연료전지이고, 또한 가장 유망하게 가전기기용 전력에 적용될 수 있다.
비교적 많은 용도로서의 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)를 포함한다. 상기 MEA는 일반적으로 캐소드, PEM 및 애노드를 포함한다. 작동 중에 상기 물/메탄올 연료액 혼합물은 바로 상기 애노드로 공급되고, 상기 산화제는 상기 캐소드로 공급된다. 직접형 메탄올 연료전지에 있어서 상기 각 전극에서의 화학-전기 반응 및 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 외부회로로 흐를 수 밖에 없고, 결국 외부회로를 통하여 전류가 발생한다. 이 외부회로로서는 이동전화, 계산기, PDA, 랩탑 컴퓨터 및 전동공구 등과 같은 유용한 가전기기가 될 수 있다. DMFC는 미국특허 제5,992,008호 및 제5,945,231호에 기술되어 있다. 일반적으로 PEM은 듀퐁사의 Nafion®과 같은 폴리머로 제조되며, 이는 대략 0.05mm 내지 0.50mm 두께범위의 과플루오르화 술폰산 폴리머(perfluorinated sulfonic acid polymer) 또는 기타 적절한 막으로 제조된다. 애노드는 일반적으로 백금-루테늄과 같은 촉매 박층이 표면에 도포된 테플론화 카본페이퍼 지지체(Teflonized carbon paper support)로 제조된다. 캐소드는 일반적으로 백금입자가 상기 막의 일 측면에 부착된 가스확산 전극으로 된다.
상술하였듯이, 기타 연료전지를 위해 연료는 수소로 개질되고 상기 수소는 연료전지 내에서 산화제와 반응하여 전기를 생산한다. 이러한 개질연료로는 메탄올 및 수소화붕소나트륨을 포함하는 많은 종류의 연료가 있다. 수소화붕소나트륨 개질연료전지의 전지반응은 다음과 같다:
NaBH4 ＋ 2H2O → (열 또는 촉매) → 4(H2) ＋ (NaBO2)
H2 → 2H+ ＋ 2e- (애노드측)
2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O (캐소드측)
적합한 촉매로는 백금과 루테늄 등이 있다. 수소화붕소나트륨을 개질함으로써 얻어지는 수소연료는 O2와 같은 산화제와 연료전지 내부에서 반응하여 전기(또는 전자의 흐름) 및 물 부산물을 생성한다. 또한, 붕산나트륨(NaBO2) 부산물도 이 개질과정으로 생성된다. 수소화붕소나트륨 연료전지는 미국특허 제4,261,956호에 기술되어 있다.
연료카트리지들, 연료전지들 및/또는 재충전기기들과 같은 기기들간에 유체와 기체를 이송하는데에는 밸브가 필요하다. 공지된 기술로서 다양한 밸브 및 유동제어장치는 미국특허 제6,506,513호 및 제5,723,229호, 그리고 미국특허출원공개공보 제 2003/0082427호 및 제2002/0197522호에도 기술되어 있다. 그러나, 무엇보다도 밸브를 통한 연료유동을 개선하고 차단시 밸브내의 잔류 유체 또는 가스를 제한하는 향상된 밀봉유지용 밸브가 요망된다.
본 발명에 의하면, 밸브는 연료공급원 또는 기기의 어느 하나에 연결가능한 제1밸브요소와, 연료공급원 또는 기기의 다른 하나에 연결가능한 제2밸브요소를 포함하며, 상기 밸브요소들은 서로 결합되도록 구성된다. 요소상호간 밀봉부재는 상기 제1밸브요소면 및 제2밸브요소면 간에 배설된다. 또한, 각 밸브요소는 하우징과 가동내부본체와 유로를 포함한다. 상기 가동내부본체는 밀봉면과 협동하여 각 밸브요소의 상기 유로 내에 밀봉을 형성하며, 이로써 연결 동안에는 상기 가동내부본체가 상기 유로를 밀봉하기 이전에 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소가 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소의 계면에 요소상호간 밀봉을 형성한다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 밸브는 연료공급원 또는 기기의 어느 하나에 연결가능한 제1밸브요소와, 연료공급원 또는 기기의 다른 하나에 연결가능한 제2밸브요소를 포함한다. 상기 제1밸브요소면은 상기 제2밸브요소면에 결합되도록 구성된다. 요소상호간 밀봉부재는 상기 밸브요소면들 간에 배설된다. 각 밸브요소는 정지체와 탄지된 활동체와 유로를 포함한다. 상기 탄지된 활동체는 밀봉면과 협동하여 각 밸브요소 내에서 내부밀봉을 형성한다. 연결 동안 일 밸브요소의 상기 정지체는 다른 밸브요소의 상기 탄지된 활동체를 이동시키며 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 이들간의 계면에서 요소상호간 밀봉을 형성한다. 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 연속적으로 폐쇄되어 후방흡수효과(suck-back effect)가 상기 나중에 폐쇄되는 밸브 내에서 발생된다.
이하, 첨부되는 도면은 본원 명세서의 일부를 이루어 이와 연계되어 이해되 어야하며, 여기서 도면부호는 다양한 관점에서의 각 부분들을 가리키는데 사용된다;
도 1은 본 발명의 일 구현예에서 예시적 연료카트리지의 분해사시도.
도 1a는 도1의 카트리지에 있어서 라이너에 연결가능한 밸브의 단면도.
도 2는 도 1의 카트리지의 사시도.
도 3a-3c는 도 3a의 폐쇄로부터 도 3b의 체결 및 폐쇄, 도 3c의 개방까지의 개방과정을 나타내는 본 발명에 의한 예시적 밸브의 확대단면도.
도 4a-4c는 도 4a의 폐쇄로부터 도 4b의 체결 및 폐쇄, 도 4c의 개방까지의 개방과정을 나타내는 본 발명에 의한 다른 예시적 밸브의 확대단면도.
도 5a는 본 발명에 의한 다른 예시적 밸브요소의 분해사시도.
도 5b는 도 5a의 조립된 밸브요소의 단면도.
이하 첨부된 도면과 함께 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 연료공급원(fuel supply)에 관한 것으로, 이 연료공급원은 메탄올과 물, 메탄올/물 혼합물, 다양한 농도의 메탄올/물 혼합물 또는 순수 메탄올과 같은 연료전지 연료를 저장한다. 메탄올은 예를 들어 DMFC, 효소연료전지, 개질연료전지 등 많은 종류의 연료전지에서 사용가능하다. 연료공급원은 에탄올이나 알콜, 수소화붕소나트륨과 같은 금속 수소화물, 수소로 개질될 수 있는 기타 화학물질, 또는 연료전지의 성능이나 효율을 향상시킬 수 있는 기타 화학물질과 같은 다른 종류의 연료전지 연료를 수용할 수 있다. 또한, 연료는 금속연료전지 또는 알칼리연료전지에 사용될 수 있고 연료 공급원에 저장될 수 있는 수산화칼륨(KOH) 전해질을 포함한다. 금속연료전지용으로서, 연료는 KOH 전해질 반응용액에 담근 유체부유 아연입자의 형태로 되고, 전지 캐비티(cavity) 내의 양극은 아연입자로 형성된 미립자 양극으로 된다. KOH 전해질 용액은 미국특허출원공개공보 제2003/0077493호(2003. 4. 24 공개) "Method of Using Fuel Cell System Configured to Provide Power to One or More Loads"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 메탄올, 과산화수소와 황산의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이는 실리콘 칩 상에 형성된 촉매를 지나도록 흘러 연료전지반응을 일으킨다. 또한, 연료는 전술하였듯이 수소화붕소나트륨(NaBH4)과 같은 금속 수소화물 및 물을 포함하고 이러한 반응에 의해 저압과 저온이 발생한다. 또한, 연료는 탄화수소 연료, 즉 부탄, 등유, 알콜 및 천연가스 등을 더 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이는 미국특허출원공개공보 제2003/0096150호(2003. 5. 22 공개) "Liquid Hereto-Interface Fuel Cell Device"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 연료와 반응하는 액상 산화제를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료공급원 내에 수용되거나 그렇지 않으면 연료전지장치에 의하여 사용되는 연료, 전해질 용액, 산화제 용액 또는 액체 또는 고체의 종류에 한정되지 않는다. 연료는 수소가스를 포함한다. 여기서 사용되는 "연료"라는 용어는 어떠한 연료전지나 연료공급원 내에서도 반응할 수 있는 모든 연료를 포함하며, 이는 상기 적절한 연료, 전해질 용액, 산화제 용액, 기체, 액체, 고체 및/또는 화학물질과 그 혼합물 모두를 포함하며 이에 한정되지는 않는다.
여기서 사용되는 용어인 "연료공급원"은 일회용 카트리지, 재충전/재사용 가 능한 카트리지, 용기, 전자기기 내부에 구비되는 카트리지, 분리가능한 카트리지, 전자기기 외부에 구비되는 카트리지, 연료 탱크, 연료 재충전 탱크, 연료를 저장하는 기타 용기, 상기 연료 탱크와 용기에 연결되는 배관을 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이하, 카트리지가 본 발명의 구현예들과 연계되어 기술되나, 이들 구현예들은 다른 연료공급원들에게도 적용가능하며 본 발명은 어떤 특정한 형태의 연료공급원에 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명의 연료공급원은 연료전지에 사용되지 않는 연료를 저장하는데 사용될 수도 있다. 이러한 응용은 The Industrial Physicist(pp. 20-25, 2001.12/2002.1)에 공표된 "Here Come the Microengines"에 논의된 바 있는 실리콘 칩 상에 구축된 마이크로 가스터빈 엔진(micro gas-turbin engine)용 탄화수소 및 수소연료를 저장하는 것도 포함하며, 이에 한정되지 아니한다. 본 출원의 목적상, "연료전지"라는 용어는 또한 이러한 마이크로 엔진도 포함한다. 기타 용도로서 개인휴대형 발열기기용 화학연료뿐만 아니라, 내부연소엔진용의 기존 연료와, 포켓 및 다용도 라이터용 부탄, 액화 프로판과 같은 탄화수소를 저장하는 것을 포함한다. 본 출원에서 사용되는 "연료전지"라는 용어는 본 발명의 카트리지가 사용될 수 있는 기타 기계류뿐만 아니라 연료전지들을 포함한다.
공지된 적합한 수소발생 기기로는 본 출원인의 현재 진행중인 미국특허출원 제10/356,793호(2003. 1. 31 출원) "Fuel Cartridge for Fuel Cells"에 개시된 연료공급원들을 포함한다. 적절한 연료전지 카트리지의 일 구현예가 도 1에 도시된다. 카트리지(40)는 전술한 모든 종류의 연료전지 연료를 수용할 수 있다. 카트리 지(40)는 하우징 상부(42) 및 하우징 본체(44)를 포함한다. 본체(44)는 도 1에 도시하듯이 임의의 연료 블래더(bladder)나 연료 라이너(liner)(46)를 수납하도록 형상과 용적이 가짐이 바람직하다. 연료 라이너는 본 출원인의 현재 진행중인 미국특허출원 제10/629,004호(2003. 7. 29 출원) "Fuel Cartridge with Flexible Liner"에 상세히 개시되어 있다. 여기서 카트리지(40)는 직각기둥형상을 갖도록 도시된다. 또는, 카트리지(40)는 모든 형상이나 형태(예를 들어, 원통형 또는 구형)로 되고, 외부 케이싱은 플라스틱이나 금속으로 구성될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 연결밸브(36)의 일부가 본체(44)의 직립단부벽(45) 상에 장착되고, 연결밸브(36)의 대응하는 일부가 연료전지 또는 재충전기기에 부착된다. 단부(45)는 슬롯(48)을 이루며 이는 밸브(36)를 수납하도록 된다. 밸브(36)는 연료로 연료 카트리지(40)를 채우는데 사용될 수 있으며, 또한 밸브(36)는 카트리지(40)에서 연료전지로 선택적으로 연료를 이송하는데 사용될 수도 있다. 도 1a에 도시하듯이, 밸브(36)는 단부벽(45)에 걸쳐 밸브(36)를 제자리에 고정시키는 두개의 외부 플랜지(51a, 51b)를 포함한다. 바람직하게는, 외부 플랜지(51a)는 도시하듯이 단부벽(45)의 외면과 일면을 이룬다. 슬롯(48)은 슬롯(48) 내로 삽입된 플러그, O링, 개스킷 등과 같은 밀봉부재(미도시)로 밀봉됨이 바람직하다. 상기 밀봉부재는 기타 적합한 밀봉물질들 중에서 탄성중합물질, 고무물질 또는 충전재 물질로 제조될 수 있다. 또한, 밸브(36) 또는 이의 일부는 초음파용접, 접착제 등과 같이 해당 분야에서 공지된 모든 방법에 의해 슬롯(48) 내로 밀봉될 수 있다.
밸브(36)는 체크밸브(check valve)와 같은 자동 차단밸브로 됨이 바람직하 며, 이로써 카트리지(40)가 충전저장기 또는 연료전지와 같은 기기에 적절하게 연결되지 않았을 때 연료가 밸브(36)를 통해 유동할 수 없게 된다.
밸브(36)는 연료공급원의 정밀한 응용을 포함하여 많은 인자(예를 들어, 주택용 대 산업용)와 카트리지(40) 내에 저장된 연료종류에 따라 많은 다양한 내부구조를 포함할 수 있다. 적합한 차단밸브로는 본 출원인의 현재 진행중인 미국특허출원 제10/978,949호(2004. 11. 1 출원) "Valves for Fuel Cartridges" 및 제10/629,006호(2003. 7. 29 출원) "Fuel Cartridge with Connecting Valve"에 개시된 차단밸브들을 포함한다. 다른 적합한 밸브로는 본 출원인의 국제특허출원 제PCT/US2005/04826호(2005. 2. 16 출원), "Fuel Supply Systems Having Operational Resistance" 에 기술되어 있다.
적합한 밸브(36)의 다른 일 구현예는 도 3a-3c에 도시하는 면밀봉밸브(face seal valve)이며, 여기서 밸브(36)는 제1밸브요소(50)와 이에 대응하는 제2밸브요소(52)를 포함한다. 제2밸브요소(52)는 제1밸브요소(50)와 유체적으로 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제1밸브요소(50)는 제2밸브요소(52)의 일부가 제1밸브요소(50) 내로 삽입되도록 구성될 수 있다. 다른 구현예들에서 제1,2밸브요소(50, 52)는 해당 분야에서 공지된 모든 방법을 사용하여 상호 정렬되며, 예를 들면 밸브요소들(50, 52)을 연료공급원(40) 및/또는 연료전지나 기기 상의 슬리브나 요소들과 같은 부가의 홀더에 부착 또는 삽입을 통하여 상호 정렬된다. 일 구현예에서, 제1밸브요소(50)는 카트리지(40) 상에 배치되고 제2밸브요소(52)는 기기 상에 배치된다; 다른 일 구현예에서는 상기 구성이 반대로 되어 제1밸브요소(50)는 상기 기 기 상에 배치되고 제2밸브요소(52)는 카트리지(40) 상에 배치된다.
도 3a를 참조하면, 제1밸브요소(50)는 후단부(51) 및 전단부(53)를 구비한 제1하우징(54)을 포함한다. 제1하우징(54)은 대체로 원통형이고, 유체나 가스에 사실상 불활성인 물질로 제조되어 연료의 실질적인 침식, 침출 및/또는 오염없이 상기 유체나 가스로의 장시간 노출을 견딜 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1하우징(54)은 스테인레스강으로 제조될 수 있다. 다른 적합한 물질로는 본 출원인의 미국특허출원공개공보 제2005/0116190호(2005. 6. 2 공개) "Fuel Cell Supply Having Fuel Compatible Materials"에 기술되어 있다.
제1하우징(54)은 이의 내벽(55)이 견부(57)를 형성하도록 적어도 두개의 내부직경을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 제1밸브요소(50)의 전단부(53)는 제2밸브요소(52)의 제2하우징(68)의 전단부(71)를 수납하기 위한 크기를 갖는다. 제1하우징(54)의 후단부(51)는 유체나 가스가 밸브(36) 내로 통과하거나 및/또는 밸브(36)를 빠져나갈 수 있도록 비교적 작은 개구(49)를 포함한다.
밸브지주(58)는 제1하우징(54)의 후단부(51)에 고정부착된다. 밸브지주(58)는 그의 전단부에서 종단캡(59)을 지닌 얇은 원통체로 됨이 바람직하다. 밸브지주(58)는 제1하우징(54)과 유사하거나 동일한 물질로 제조됨으로써 밸브지주(58)는 용접, 억지끼워맞춤(press fit) 또는 고정용제로의 부착 등과 같이 해당 분야에서 공지된 모든 방법을 사용하여 이에 용이하게 부착될 수 있다.
밸브 슬리브(56)는 제1하우징(54) 내부 및 밸브지주(58) 부근에 활동적으로 배설된다. 밸브 슬리브(56) 또한 연료에 사실상 불활성인 물질로 제조됨이 바람직 하다. 밸브 슬리브(56)는 제1하우징(54) 내에 결합되도록 크기와 용적이 정해지고, 이로써 밸브 슬리브(56)는 내벽(55)을 따라 활동한다. 바람직하게는, 밸브 슬리브(56)는 제1하우징(54) 내에 미끄럼결합(slip fit)된다. 본 구현예에서는 슬리브 밀봉부재(62)는 밸브 슬리브(56) 및 제1하우징(54)의 내벽(55) 간에 배치되고, 이로써 밸브 슬리브(56)와 제1하우징(54) 간에는 유동이 발생할 수 없게 된다. 비록 슬리브 밀봉부재(62)가 개스킷이나 고점도성 유체와 같이 해당 분야에서 공지된 모든 밀봉요소로 될 수 있다 하더라도, 슬리브 밀봉부재(62)는 O링으로 됨이 바람직하다. 밸브 슬리브(56)는 후단부(51)를 향해 이동할 경우 캡(61)이 외부견부(57)를 통과하지 못하도록 할당된 캡(61)을 포함한다. 즉, 외부견부(57)는 제1하우징(54) 내에서 밸브 슬리브(56)용 정지구로서 작용하게 된다. 밸브 슬리브(56)의 내벽(63)은 내벽(63)과 밸브지주(58) 간에서 유로 F1을 이루도록 하는 크기를 갖는다. 또한, 밸브 슬리브(56)는 내부로 연장하는 내부견부(65)를 구비하며, 이로써 밸브 슬리브(56)는 후단부(51)로부터 멀어지도록 이동할 때 밸브지주(58)의 종단캡(59)을 지나서 이동할 수 없게 된다. 밸브 슬리브(56)는 견부(57) 및 종단캡(59) 간에서 활동가능하다.
제1밸브요소(50)는 여러 밀봉요소들을 포함하고 밸브요소(50)가 개방될 경우 상기 밀봉요소들을 통해 유동을 유로 F1으로 제한한다. O링, 캐스킷, 오버몰딩된 탄성중합체 부분 또는 점도성 물질과 같은 모든 개수의 밀봉요소가 사용될 수 있다. 바람직하게는 제1밸브요소(50)는 3개의 이러한 밀봉요소를 포함하며, 바람직하게는 상기 밀봉요소는 O링으로 된다. 지주밀봉부재(66)는 밸브지주(58) 및 밸브 슬리브(56) 간에, 바람직하게는 견부(65)에서 또는 그 부근에서 배치된다. 즉, 지주밀봉부재(66)는 제1밸브요소(50)가 폐쇄될 때 유로 F1 내에 위치되어 유로 F1을 폐쇄한다. 면밀봉부재(64)는 제1밸브요소(50)의 전단부(53)의 제1면(90) 상에 배치된다. 또한, 면밀봉(64)은 제2밸브요소(52) 내에 배치될 수 있다. 면밀봉부재(64)는 제2밸브요소(52)가 제1밸브요소(50)와 체결될 때 요소간 밀봉을 제공하도록 크기와 용적이 정해진다. 즉, 제1면(90)이 제2밸브요소(52)의 전단부(71) 상의 제2면(91)과 접촉하게 될 때, 면밀봉부재(64)는 제1면(90) 및 제2면(91) 모두와 접촉되어 제1,2밸브요소(50, 52)의 계면을 밀봉한다.
스프링(60)은 밸브지주(58) 주위에 배치되고 밸브 슬리브(56)의 일부와 접촉하여 밸브 슬리브를 폐쇄위치로 탄지한다. 도 3a에 도시된 구현예에서, 스프링(60)은 밸브 슬리브(56)의 일부 내에 배치된다. 다른 구현예에서, 스프링(60)은 밸브 슬리브(56)의 일 단부로만 연장될 수 있고, 이로써 스프링(60)은 밸브 슬리브(56)와 접촉하지만 밸브 슬리브(56) 내에는 배치되지 아니한다. 스프링(60)은 스테인레스강 헬리컬(helical) 스프링과 같이 밸브 슬리브(56)를 전단부(53)를 향해 탄지할 수 있는 해당 분야의 모든 공지된 스프링으로 될 수 있다. 스프링(60)은 밸브 슬리브(56)의 내부견부(69)와 체결됨이 바람직하다. 스프링(60)의 용수철상수는 제2밸브요소(52)의 삽입에 의해 소정의 임계값보다 더 큰 힘이 인가될 때만 밸브 슬리브(56)가 후단부(51)를 향해 활동할 수 있도록 선택된다.
제2밸브요소(52)는 일반적으로 체크밸브로 되며 전단부(71)와 후단부(73)를 구비한 제2하우징(68)을 포함한다. 체크밸브는 미국특허출원 제10/978,949호 및 제10/629,006호에 상세히 기술되어 있으며, 본 출원에서 사용되듯이 체크밸브는 이 밸브본체와 밀봉위치로 탄지된 활동체를 구비한다. 전술한 제1하우징(54) 같이, 제2하우징(68)은 일반적으로 원통형이며 스테인레스강과 같이 사실상 연료에 불활성인 물질로 제조된다. 제2하우징(68)은 이의 내벽(77)이 하우징견부(75)를 형성하도록 적어도 두개의 내부직경을 포함함이 바람직하다. 제2하우징(68)의 전단부(71)는 제1하우징(54)의 전단부(53) 내에 수납되도록 하는 크기와 용적을 가지며, 이로써 제1밸브요소(50)는 제2밸브요소(52)와 체결될 수 있다.
밸브 플런저(70)는 제2하우징(68) 내에 활동가능하게 배설된다. 밸브 플런저(70)는 불활성 물질로 제조됨이 바람직하며, 플런저 헤드(79)와, 플런저 스프링격실(78)을 이루는 원통형 후방부(80)를 포함한다. 후방부(80)는 제2하우징(68)의 길이를 연장하지 않으며, 이로써 플런저 갭(82)은 후방부(80)와 후단부(73) 간에 형성되어 밸브 플런저가 제2하우징(68) 내에서 이동할 수 있도록 한다. 또한, 갭(82)은 밸브 플런저(70)의 최대변위를 조절한다. 플런저 스프링격실(78) 내에 수용된 플런저 스프링(72)은 제2하우징(68)의 후단부(73)로 연장한다. 슬리브 스프링(60)과 유사하게, 플런저 스프링(72)은 밸브 플런저(70)를 전단부(71)를 향해 탄지하여 제2밸브요소(52)를 폐쇄한다.
제1밸브요소(50)와 체결되지 않은 경우, 플런저 헤드(79)는 도 3a에 도시하는 바와 같이 제2면(91)과 일면을 이룸이 바람직하다. 또는, 플런저 헤드(79)는 제 2면(91)에 못미치도록 그치거나, 또는 밸브(36)를 개방하기 위한 최소량의 힘을 가능하게 하거나 아니면 밸브(36)를 개방하기 위해 밸브 플런저(70)가 이동하는 최소거리를 제공하는 기타 다른 구성을 가질 수 있다.
제2유로 F2는 제2하우징의 외벽(81)과 내벽(77) 간에 형성된다. 폐쇄위치에서 제2밸브요소(52)를 밀봉하기 위한 플런저 밀봉부재(74)는 견부(76)에 있거나 그 부근에 있는 유로 F2 내부에 배치된다. 밀봉요소(62, 64, 66)와 유사하게, 밀봉부재(74)는 O링으로 됨이 바람직하나, 또한 개스킷이나 오버몰딩 탄성중합체 등으로도 될 수도 있다. 또한, 밸브 플런저(70)는 플런저 견부(76)를 포함하며, 이는 하우징 견부(75)와 협동하여 밀봉부재(74)를 체결함으로써 유로 F2를 밀봉하도록 크기와 치수가 정해진다. 밸브요소들(50, 52)에 있어서, 밸브 슬리브(56) 및 플런저(70)는 상기 밸브요소의 밀봉을 개방하도록 탄지되고 이동가능한 두 요소로 된다.
도 3a-3c를 참조하면, 밸브(36)의 개방과정은 다음과 같다. 도 3a에 도시된 바에 따르면, 예를 들어 카트리지(40)가 기기와 체결되지 않았을 때, 밸브(36)는 분리되어 있다(즉, 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52)이 서로 분리되어 있다). 이 구조에서는 밀봉부재들(62, 66, 74)는 유로 F1 및 F2를 폐쇄한다. 밸브 슬리브(56) 및 밸브 플런저(70)는 상기 폐쇄위치로 되도록 탄지된다.
도 3b에서, 예를 들어 카트리지(40)가 기기에 처음 연결되었으나 완전히 도입되지 않았을 때, 제2밸브요소(52)의 전단부(71)는 제1밸브요소(50)의 전단부(53) 내로 삽입된다. 이 지점에서, 면밀봉(64)은 제2밸브요소(52)의 전단부(71)와 체결되며 더 상세하게는 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52)을 밀봉하는 제2하우징(68)의 전단부와 체결된다. 다른 모든 밀봉부재들(62, 66, 72)은 유체 또는 가스의 있을 수 있는 유로들의 폐쇄를 지속한다. 유사하게, 밸브 플런저(70)는 계속 폐쇄위치로 탄지된다.
도 3c에서, 카트리지(40)가 기기로 완전히 도입되었을 때, 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52)은 완전히 체결된다. 정지한 제2하우징(68)은 탄지된 밸브 슬리브(56)에 대해 가압하고, 이로써 밸브 슬리브(56)는 갭(67)을 통해 후방으로 이동됨으로써 스프링(60)을 가압하고 제1유로 F1을 개방한다. 유사하게, 정지한 밸브지주(58)는 탄지된 밸브 플런저(70)를 가압하고 이로써 밸브 플런저(70)는 갭(82)을 통해 말단으로 병진운동함으로써 플런저 스프링(72)을 압축하여 제2유로 F2를 개방한다. 지주밀봉부재(66) 및 플런저밀봉부재(74)는 해제되어 유체 또는 가스가 각각 제1 및 제2 유로 F1, F2를 통해 유동할 수 있도록 한다. 슬리브밀봉부재(62) 및 면밀봉부재(64)는 계속 체결되어 유로 F1, F2로의 유동을 격리한다.
밸브(36)의 폐쇄과정은 본질적으로는 전술한 개방과정의 역으로 된다. 카트리지(40)가 기기로부터 최초 분리되면, 스프링(60) 및 플런저 스프링(72)은 이들의 저장된 에너지를 방출하고, 이에 따라 탄지된 밸브 슬리브(56)와 탄지된 밸브 플런저(70)를 이들의 원래 밀봉위치로 복귀시킨다. 지주밀봉부재(66) 및 플런저밀봉부 재(74)는 다시한번 체결되어 제1 및 제2 유로 F1, F2 각각을 차단한다. 본 구현예에서 슬리브밀봉부재(62)는 항상 밀봉된 위치로 있고 면밀봉부재(64)는 계속 체결되어 있어 요소상호간 밀봉을 제공한다. 그러면, 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52)은 완전히 분리된다. 제1 및 제2 유로 F1, F2가 제1 및 제2 밸브요소(50, 52)의 계면 바로 부근에서 밀봉됨에 따라, 밀봉들(66, 72) 간의 유량은 최소화된다.
전술하였듯이, 제1밸브요소(50)는 제2밸브요소(52)와 동시에 개방된다. 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 인식하겠듯이, 일부 상황에서는, 예를 들어 기기가 카트리지(40)의 저장물로 액세스하기 이전에 유체나 가스를 받아들일 준비가 되어 있는지를 확인하기 위해 상기 기기로의 유로를 개방하면 유리할 수 있다. 이러한 연속적인 개방은 단순히 밸브지주(58) 및/또는 제2하우징(68)과 플런저 헤드(79)의 길이를 조절함으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 만일 제1밸브요소(50)가 기기상에 있는 경우, 밸브지주(58)가 단축되거나 또는 제2하우징(68)이 연장됨으로써 플런저 헤드(79)가 그 내부에서 후퇴된다. 이러한 경우, 제2하우징(68)은 밸브지주(58)보다 앞서 밸브 슬리브(56)를 이동시켜 밸브 플런저(70)와 체결한다. 또는, 만일 제2밸브요소(52)가 기기상에 있는 경우, 제2하우징(68)은 제2밸브요소(52) 내에서 후퇴되거나 밸브지주(58) 또는 밸브 플런저(79)가 연장됨으로써 밸브지주(58)가 제2하우징(68)보다 앞서 밸브 플런저(79)를 병진시켜 밸브 슬리브(56)와 체결한다. 또는, 스프링들(60, 72) 중의 하나가 다른 하나보다 더 낮은 탄지력을 제공함으로써 밸브지주(56) 아니면 밸브 플런저(79) 각각을 개방하는데 더 작은 힘이 필요하게 된다. 또한, 이들 구조 또는 이들의 조합은 일 밸브요소에서 유로를 폐쇄하기 위한 행정이 다른 밸브요소보다 더 길어짐을 초래하며, 이로써 일 밸브요소는 다른 밸브요소보다 더 긴 폐쇄과정을 갖게 된다.
제1밸브요소(50) 및 제2밸브요소(52)의 폐쇄가 연속적일 때, 즉 한 밸브요소가 다른 밸브요소보다 더 늦거나 더 천천히 폐쇄되는 경우의 상황에서, 더 늦게 폐쇄되는 밸브요소는 그 유로 내의 잔류 유체 또는 가스를 상기 두 밸브요소들(50, 52)의 계면으로부터 끌어내는 경향이 있을 수 있다. 일반적으로 "후방흡수(suck-back)"라고 하는 이러한 경향은 폐쇄된 장치의 유체운송챔버 내 일부의 피스톤과 같은 동작이 상기 챔버 내의 빈 공간의 체적을 발생시키거나 증가시키고, 이로써 상기 챔버 내의 유체 압력을 저하시키게 된다. 유체연결된 채널들에서의 유체는 상기 저압챔버 내로 끌어당겨진다(즉, 흡수된다). 예를 들어, 만일 제1밸브요소(50)가 제2밸브요소(52)보다 더 긴 행정을 갖는다면, 밸브 슬리브(56)는 밸브 플런저(70)가 제2유로 F2를 밀봉하도록 이미 위치된 후에야 전단부(53)를 향해 이동한다. 밸브 슬리브(56)의 동작은 제1밸브요소(50)의 밸브 슬리브(56) 및 후단부(51) 간에서 제1유로 F1의 후단부(95)의 체적을 증가시킨다. 일단 플런저밀봉(74)이 체결되면 플런저 밀봉(74)과 개구(49) 간의 유로가 효과적으로 폐쇄된 시스템으로 되도록 개구(49)가 체크밸브, 덕빌(duckbill)밸브 또는 플랩(flap)과 같은 일방향 밸브를 포함하는 경우에는 밸브 슬리브(56)의 이동과 후단부(95)에서의 증가된 체적이 후단부(95)에서의 저압영역을 발생시킨다. 플런저밀봉(74)의 전방에 있는 모든 유 체는 슬리브밀봉(66)이 체결되어 제1유로 F1을 폐쇄할 때까지 후단부(95)를 향해 끌어당겨진다. 상기 두 유로 F1, F2의 폐쇄 사이의 지연은 실질적으로 모든 플런저밀봉(74) 전방의 유체가 제1유로 F1이 완전하게 폐쇄된 때 제1유로 F1 내로 끌리어 슬리브밀봉(62) 뒤에 있게 되도록 선택될 수 있다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 인식하겠지만, 제2밸브요소(52)의 행정이 제1밸브요소(50)보다 더 긴 경우에는 유사하지만 역방향인 과정이 발생하게 된다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백하겠듯이, 더 긴 행정만이 제1 및 제2 유로 F1, F2의 폐쇄 타이밍을 조절할 수 있는 유일한 방법은 아니며, 상기 폐쇄의 타이밍을 조절하는 모든 방법이 본 발명에서의 사용에 적합하다. 예를 들어, 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52)의 직경들은 다를 수 있고, 이로써 더 큰 직경의 밸브요소는 다른 밸브요소보다 더 늦게 폐쇄된다. 또한, 만일 일 밸브요소의 개구가 다른 밸브요소보다 더 큰 유량을 변위시키면, 상기 더 큰 유량을 변위시키는 밸브요소는 더 늦게 폐쇄되고 후방흡수를 발생시키게 된다. 상기 직경들이 동일하거나 더 긴 행정 직경이 더 클 경우에는 더 긴 행정만이 적용된다.
도 4a-4c를 참조하면, 다른 밸브(136)가 도시된다. 밸브(136)는 도 3a-3c에 도시하고 상술한 밸브(36)와 많은 점에서 유사하며, 연료카트리지나 기기에 부착된 제1밸브요소(150)를 포함하고, 이는 연료카트리지나 기기에 부착된 대응된 제2밸브요소(152)에 연결되도록 구성된다. 밸브 슬리브(156)는 러버, 우레탄, 실리콘 등과 같은 탄성중합물질로 제조될 수 있다. 만일 탄성중합물질로 제조된 경우, 밸브 슬 리브(156) 자체가 스프링으로서 작용하고 유로 F1에 대한 밀봉으로서 작용한다. 제2밸브요소(152)와의 결합에 따른 압축과 같은 외부 힘으로 인해 변형되면, 제1유로 F1은 개방되고 에너지는 밸브 슬리브(156) 물질 내에 저장된다. 상기 외부 힘이 제거되면, 밸브 슬리브(15)는 그 저장된 에너지를 방출하고 원래 형상으로 복귀하여 유로 F1을 재밀봉하며, 이로써 밀봉을 다시 수립하기 위해 도 3a-3c에 도시된 스프링(60)이나 플런저 스프링(72)과 같은 부가의 스프링이 요구되지 않는다.
도 4a는 제2밸브요소(152)와 완전히 분리된 제1밸브요소(150)를 도시하며, 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152) 모두는 밀봉된다. 제1밸브요소(150)는 그 내부에 배설된 변형성 밸브 슬리브(156)를 구비한 제1하우징(154)을 포함한다. 제1유로 F1은 제1하우징(154) 및 밸브 슬리브(156) 간에 형성된다. 제1하우징(154)은 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152)의 계면 부근에 형성된 견부(157)를 포함한다. 제1밸브요소(150)가 제2밸브요소(152)로부터 분리되면, 밸브 슬리브(156)는 견부(157)와 체결되어 제1유로 F1을 밀봉하는 견부(165)를 구비하도록 구성된다.
유사하게, 제2밸브요소(152)는 제1하우징(154)의 단부를 수납하도록 구성된 제2하우징(168)을 포함한다. 변형성 밸브 플런저(170)는 제2하우징(168) 내부에 배설되며 일단에 견부(169)를 구비하도록 구성된다. 밸브지주(158)는 밸브 플런저(170) 내부에 배치된다. 제2유로 F2는 밸브 플런저(170) 및 밸브지주(158) 사이에 형성된다. 밸브지주(158)의 일단은 밸브지주캡(159)으로서 종결한다. 밸브지주 캡(159)는 강체로 되고 견부(169)와 체결되도록 된 견부(176)를 포함하며, 이로써 견부(176)와 견부(169)는 밀봉면으로서 작용하여 유로 F2를 밀봉한다.
도 4b는 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152) 연결의 제1단계를 도시하며, 여기서 제1하우징(154)은 제2하우징(168) 내로 삽입된다. 이 단계에서, 밸브 슬리브(156)이나 밸브 플런저(170) 모두 변형되지 않았으며, 따라서 제1유로 및 제2유로는 아직 밀봉되어 있다. 그러나, 제1하우징(154)은 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152) 간의 계면에서 밸브 플런저(170)에 인접함으로써 요소상호간 밀봉을 형성한다.
도 4c는 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152) 연결의 제2단계를 도시하며, 여기서 제1하우징(154)은 제2하우징(168) 내로 완전히 삽입된다. 밸브지주캡(159)은 밸브 슬리브(156)에 대해 가압되어 이를 변형시키고, 이로써 견부(157)를 견부(165)로부터 분리하여 제1유로 F1을 개방한다. 유사하게, 제1하우징(154)은 밸브 플런저(170)에 대해 가압되어 이를 변형시키고, 이로써 견부(176)를 견부(169)로부터 분리하여 제2유로 F2를 개방한다.
제1유로 F1 및 제2유로 F2를 재밀봉하여 밸브(136)를 폐쇄하기 위해서는, 밸브(136)를 개방하기 위한 과정과 유사한 두단계 과정으로 제1하우징(154)이 제2하우징(168)로부터 분리된다. 제1하우징(154)이 제2하우징(168)으로부터 처음 분리됨에 따라, 해당 분야에 공지된 모든 배출메커니즘을 이용하여 수동 또는 자동으로 밸브지주캡(159)은 밸브 슬리브(156) 상으로의 힘의 인가를 정지함으로써 밸브 슬 리브(156)가 그 원래 형상으로 복귀할 수 있도록 한다. 이리하여, 견부(157) 및 견부(165)는 다시 체결되어 제1유로 F1을 밀봉한다. 유사하게, 제1하우징(154)은 밸브 플런저(170)에 대한 가압을 정지함으로써 밸브 플런저(170)가 그 원래 형상으로 복귀할 수 있도록 한다. 이리하여, 견부(176) 및 견부(169)는 다시 체결되어 제2유로 F2를 밀봉한다. 그러나, 상기 계면밀봉은 이 지점에서 그대로 유지된다.
밸브(136)를 폐쇄하기 위한 다음 단계에서, 제1하우징(154)은 제2하우징(168)으로부터 완전히 분리되고, 이로써 제1하우징(154)은 변형성 밸브 플런저(170)에 더 이상 인접하지 않게 된다. 이리하여, 상기 요소상호간 밀봉은 파괴되고, 제1밸브요소(150) 및 제2밸브요소(152)는 완전히 분리된다. 마지막으로 상기 요소상호간 밀봉을 개봉함으로써, 밸브(136)가 단일 단계로 폐쇄될 경우보다 더 작은 유체가 제1유로 F1 및 제2유로 F2로 부터 빠져나올 수 있게 된다.
도 5a 및 5b는 밸브요소(251)의 다른 구현예를 도시한다.밸브요소(251)는 밸브(36) 및 밸브(136)와 같이 분리가능한 밸브의 암놈(female) 부분을 형성한다. 밸브요소(251)는 카트리지(40) 상에 배치되어 기기상의 제2밸브요소와 결합됨이 바람직하다; 그러나, 밸브요소(251)는 기기상에서도 또한 사용될 수도 있다.
밸브요소(251)는 하우징(254)을 포함하며, 이는 스테인레스강, 플라스틱 또는 수지와 같이 해당분야에서 공지된 모든 물질로 제조될 수 있다. 하우징(254)은 활동가능하게 밸브 플런저(270)를 수용하도록 구성된다. 유로 F는 하우징(254) 및 밸브 플런저(270) 사이에 형성된다.
하우징(254)은 밸브 플런저(270)의 형상에 의해 형성된 제2밀봉면(276)과 대응하는 제1밀봉면(269)을 구비하도록 구성된다. 밸브요소(251)가 밸브의 숫놈(male) 부분(미도시)에서 분리되면, 스프링(272)은 밸브 플런저(270)를 탄지하고, 이로써 제1밀봉면(269)과 제2밀봉면(276) 간에 O링(266)을 압축함으로써 밀봉이 형성된다. 스프링(272)은 일부는 하우징(254) 내부에, 일부는 하우징(254)에 부착된 캡(283) 내부에 있게 된다.
상기 밸브의 숫놈부분은 하우징(254) 내로 삽입되도록 구성되며, 이는 상기 숫놈부분과 밸브요소(251)의 계면을 밀봉하는 계면 O링(264)을 구비한다. O링 리테이너(285) 또한 계면 O링(264)을 제위치로 고정하기 위해 제공된다. 밸브요소(251)가 밸브의 숫놈부분에 연결되면, 밸브의 숫놈부분의 하우징은 밸브 플런저(270)에 대해 가압하고 이를 캡(283)을 향해 이동시킨다. 이리하여, 제1밀봉면(269)은 제2밀봉면(276)으로부터 분리되어 하우징(254)을 통해 유로 F를 개방한다. 밸브의 숫놈부분이 하우징(254)로부터 분리되면, 스프링(272)은 밸브 플런저(270)를 캡(283)으로부터 멀어지도록 밀어 제1밀봉면(269) 및 제2밀봉면(276)은 재체결된다.
상기 숫놈부분이 하우징(254)으로부터 분리되면, 유로 F 내에 잔류유체가 남아있게 된다. 유로 F 내의 잔류유체량을 최소화하기 위해, 하우징(254)은 실용가능한 범위에서 가능한한 짧게 제조되며, 카트리지(40)와 같이 일반적인 연료전지카트리지용으로서 대략 4mm와 8mm 사이로 됨이 바람직하다. 하우징(254)을 단축함으로써 유로 F의 전체길이가 감소되며, 이는 결과적으로 유로 F의 체적을 감소시킨다. 또한, 유로길이의 감소는 연료공급원에서의 잔류연료량을 감소시킨다. 도 5a에 가 장 잘 나타내듯이, 캡(283)은 복수의 개구(284)를 포함한다. 개구(284)는 플런저 O링(266)과 캡(283) 간의 잔류연료가 연료카트리지(40) 내의 연료저장기 내로 다시 배출될 수 있게 하거나 또는 연료공급원으로부터 배출되어 사용할 수 없는 연료량을 최소화할 수 있도록 한다. 따라서, 밸브요소(251)가 밸브의 숫놈부분과 재연결될 때, 유로 F 내에는 연결 도중 빠져나가거나 또는 밸브요소(251)와 상기 숫놈부분의 안정된 연결을 막는 잔류유체가 없게 된다.
개구(284)는 또한 연료공급원 내의 유체가 밸브요소(251) 내로 인출될 수 있도록 하므로, 개구(284)의 크기 및 개수는 최대로 됨이 바람직하다. 개구(284)는 연료공급원이 거의 비었을때와 같이 연료공급원으로부터 연료의 완전한 제거를 지원하며, 이로써 그 내부에 연료는 거의 남아있지 않게 된다. 개구(284)가 클수록 개구(284)로부터 플런저 O링(266)으로의 거리는 최소화될 수 있다. 이리하여, 연료를 밸브요소(251) 내로 인출하는데 요구되는 압력은 더 작게된다.
연료공급원의 잔류연료를 최소화하도록 된 다른 적합한 밸브는 본 출원인의 국제특허출원 제PCT/US2006/027317호에 개시되어 있다. 복수 라이너 및 흡수재와 같이 카트리지(40)의 더 상세한 것은 본 출원인의 현재 진행중인 미국특허출원 제10/679,756호(2003. 10. 6 출원) "Fuel Cartridges for Fuel Cells and Methods for Making Same"에 개시되어 있다. 예를 들어, 흡수재는 후단부(95) 내 또는 제1 및 제2 밸브요소들(50, 52) 간의 계면에 포함될 수 있다.
여기 개시된 본 발명의 예증하는 구현예들은 상술한 목적들을 달성함이 명백하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 수정 및 기타 구현예가 고안될 수 있음이 인정된다. 예를 들어, 카트리지(40)는 라이너를 구비하지 않으며, 여기서 밸브(36)는 직접 카트리지(40)의 내부격실과 소통할 수 있다. 또한, 여기 개시된 밸브들과 연계하여 다양한 종류의 스프링이 사용될 수 있다. 또한, 상기 밸브들은 사용자에 의하여 또는 사용자 작동의 자석에 의하여 수동으로 활성화되거나 개방될 수 있다. 또한, 입자(들)이나 섬유들을 밸브들 외부로 배출하기 위해 상술한 밸브들의 상류측에 배치되는 필터가 포함될 수 있다. 적합한 필터로는 입자나 기타 고상물체를 밸브 외부로 배출하는데 충분한 기공크기를 갖는 소수성 마이크로막(hydrophilic micro-membrane)을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 이는 연료공급원에 수용된 연료에 습윤가능하다. 이러한 필터는 여기 기술되고 본 출원에 기술된 모든 구현예들과 사용될 수 있다. 또한, 상술한 구현예들에 있어서 하나 이상의 밸브요소는 내부밀봉을 구비하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일 밸브요소는 유동도관(flow conduit)이나 캐뉼러(cannula)로 될 수 있다.
따라서, 본 첨부된 특허청구범위는 이러한 모든 수정들 및 구현예들을 망라하고, 이는 본 발명의 정신과 범위 내에 있음이 인정된다.

Claims (23)

  1. 연료공급원 또는 기기의 어느 하나에 연결가능한 제1밸브요소와;
    연료공급원 또는 기기의 다른 하나에 연결가능한 제2밸브요소와;
    제1밸브요소면 및 제2밸브요소면 간에 배설된 요소상호간 밀봉부재를 포함하고, 일 밸브요소는 다른 밸브요소에 결합되도록 구성되며, 각 밸브요소는 하우징과 가동내부본체와 유로를 포함하며, 상기 밸브요소들이 연결되지 않았을 경우 상기 가동내부본체는 밀봉면과 협동하여 각 밸브요소의 상기 유로 내에 밀봉을 형성하며, 연결 동안에는 상기 요소상호간 밀봉부재가 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소 간에 요소상호간 밀봉을 형성하고 상기 밸브요소들 내의 밀봉들은 개방되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기기는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기기는 연료공급원 충전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    일 밸브요소는 다른 밸브요소 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉면 부근에 배치된 밀봉부재를 더 포함하고, 상기 가동내부본체가 상기 하우징 내에서 탄지되고 활동가능하며 상기 가동내부본체가 상기 밀봉부재 및 상기 밀봉면과 협동하여 상기 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가동내부본체는 변형가능한 것을 특징으로 하는 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가동내부본체는 탄성중합체인 것을 특징으로 하는 밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가동내부본체는 상기 유로를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 밸브요소들 중의 하나는
    상기 밸브요소 하우징에 고정적으로 부착되는 밸브지주와;
    상기 밸브지주 주위에 활동가능하게 배설되는 밸브 슬리브를 포함하고, 상기 유로는 상기 밸브 슬리브 및 상기 밸브지주 간에 형성되며, 상기 유로에 근접하게 적어도 하나의 지주밀봉면이 배치되며, 상기 밸브지주와 상기 밸브 슬리브는 상기 지주밀봉면과 혐동하여 상기 유로를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브는 상기 밸브요소 하우징에 밀봉되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 슬리브밀봉부재가 상기 밸브 슬리브 및 상기 밸브요소 하우징 간에 배설되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 다른 밸브요소는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 일단에 부착된 캡을 더 포함하고, 상기 캡은 그 내부에 형성된 적어도 하나의 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 밸브요소 하우징의 길이는 4mm 내지 8mm의 범위인 것을 특징으로 하는 밸브.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 밸브요소들 중의 하나는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 동시에 개방되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 연속적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 연속적으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 나중에 폐쇄된 밸브요소의 폐쇄는 상기 먼저 폐쇄된 밸브요소 및 상기 나중에 폐쇄된 밸브요소 내부의 유체를 상기 나중에 폐쇄된 밸브요소의 후단부를 향해 인출하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 나중에 폐쇄된 밸브요소는 상기 유로에 유체소통되는 일방향 밸브를 포함한 후단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  21. 연료공급원 또는 기기의 어느 하나에 연결가능한 제1밸브요소와;
    연료공급원 또는 기기의 다른 하나에 연결가능한 제2밸브요소와;
    제1밸브요소면 및 제2밸브요소면 간에 배설된 요소상호간 밀봉부재를 포함하고, 상기 제1밸브요소면은 상기 제2밸브요소면에 결합되도록 구성되며, 각 밸브요소는 하우징과 정지체와 상기 하우징 내에 배치된 탄지된 활동체와 상기 하우징 내에 형성된 유로를 포함하고, 상기 탄지된 활동체는 밀봉면과 협동하여 각 밸브요소 내에서 내부밀봉을 형성하며, 연결 동안 일 밸브요소의 상기 정지체는 다른 밸브요소의 상기 탄지된 활동체를 이동시키며, 연결 동안 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 상기 제1밸브요소면과 제2밸브요소면의 계면에서 요소상호간 밀봉을 형성하며, 상기 제1밸브요소 및 제2밸브요소는 연속적으로 폐쇄되어 후방흡수효과(suck-back effect)가 상기 나중에 폐쇄되는 밸브 내에서 발생되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 나중에 폐쇄되는 밸브는 다른 밸브보다 더 큰 변위량(displaced volume)을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 나중에 폐쇄되는 밸브는 다른 밸브보다 더 긴 행정을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
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