KR20110105222A - 연료 전지용 커넥터 및 이를 구비하는 연료전지시스템 - Google Patents

Abstract

연료전지용 커넥터 및 이를 구비하는 연료전지시스템에 관해 개시되어있다. 개시된 커넥터(connector)는 연료 카트리지의 커넥터를 수용하는 외부 구조물 및 상기 외부 구조물 내에 장착되는 내부 구조물을 포함하고, 연료 공급로 상에서 상기 외부 구조물과 상기 내부 구조물의 접촉면은 나노 가공된 면을 포함한다. 상기 내부 구조물은 상기 외부 구조물에 걸쳐지는 행거(hanger) 및 상기 행거에 수직한 방향으로 구비된 탄성 구조체를 포함하고, 상기 탄성 구조체는 상기 연료 카트리지가 미체결된 상태에서 실링(sealing)을 제공하고, 상기 연료 카트리지가 체결된 상태에서 연료 공급로를 형성할 수 있다.

Description

연료 전지용 커넥터 및 이를 구비하는 연료전지시스템{Connector for fuel cell and fuel cell system comprising the same}

본 발명의 일 실시예는 연료전지에 관련된 것으로써, 보다 자세하게는 연료전지용 커넥터 및 이를 구비하는 연료전지시스템에 관한 것이다.

메탄올과 같은 액체연료를 직접 사용하는 연료전지시스템(이하, 연료전지시스템)의 구성은 전력 생산에 사용될 연료를 저장하고 필요에 따라 연료를 공급하는 카트리지와 카트리지가 체결되는 본체로 나눌 수 있다. 상기 본체는 상기 카트리지로부터 연료를 공급받아 전기 화학적 반응을 통해 전력을 발생시키는 파워유닛과 연료공급과 전력 생산을 지원하고 제어하기 위한 부속 장치들을 포함한다.

연속적인 전력생산을 위해서 본체와 카트리지는 필요에 따라 상기 카트리지를 쉽게 탈착하거나 부착할 수 있는 체결 구조를 갖출 필요가 있다. 또한, 상기 체결 구조는 본체와 카트리지의 체결 과정과 체결 해제 과정에서 연료누설을 방지할 수 있고(누설 안전성), 체결 안정성을 높일 수 있으며, 불인증된 카트리지의 체결을 방지할 수 있는, 곧 조작 안전성을 확보할 수 있는 구조이어야 한다.

상기 누설 안전성은 상기 본체와 상기 카트리지의 체결 및 체결 해제과정뿐만 아니라 핑거 팁 테스트(Finger tip test)와 같은 인위적 누설 조작시에도 확보될 수 있어야 한다.

상기 조작 안전성이 확보되면 해당 파워유닛에서 규정하고 있는 연료의 농도(100%, 64% 등)나 연료의 저장 방식(비가압 또는 가압식)이 아닌 카트리지가 체결되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 조작 안전성 확보는 부적절한 농도를 갖는 연료의 유입이나 비정상적 속도로 연료가 유입됨에 따른 파워유닛의 성능저하 및 신뢰성 감소를 사전에 막을 수 있다.

상기 체결 안정성이 높으면 카트리지와 본체가 체결된 후, 연료전지시스템의 사용 중에 연료전지시스템의 이동이나 연료전지시스템에 가해지는 충격에 의해 체결이 해제되지 않고 안정적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 연료전지시스템의 본체와 카트리지의 체결에서 누설 안전성, 조작 안전성 및 체결 안정성을 확보할 수 있는 연료전지용 커넥터를 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예는 이러한 커넥터를 포함하는 연료 카트리지 및 연료전지시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템 커넥터(connector)는 연료 카트리지의 커넥터를 수용하는 외부 구조물 및 상기 외부 구조물 내에 장착되는 내부 구조물을 포함하고, 연료 공급로 상에서 상기 외부 구조물과 상기 내부 구조물의 접촉면은 나노 가공된 면을 포함한다.

상기 내부 구조물은 상기 외부 구조물에 걸쳐지는 행거(hanger) 및 상기 행거에 수직한 방향으로 구비된 탄성 구조체를 포함하고,

상기 탄성 구조체는 상기 연료 카트리지가 미체결된 상태에서 실링(sealing)을 제공하고, 상기 연료 카트리지가 체결된 상태에서 연료 공급로를 형성할 수 있다.

상기 외부 구조물은 상기 연료 카트리지로부터 공급되는 연료가 유입되는 연료 유입구를 둘러싸고, 상기 연료 카트리지의 연료 유출부를 수용하는 제1 돌출부 및 상기 연료 카트리지의 커넥터에서 상기 연료 유출부 둘레 부분을 수용하고, 상기 제1 돌출부를 둘러싸는 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 내주면의 주어지 영역은 나노 가공되어 있다.

상기 탄성 구조체는 상기 행거에 수직하게 구비되어 있되, 분리된 로드(rod)와, 상기 분리된 로드의 양쪽을 연결하는 탄성고리 및 상기 분리된 로드의 상기 탄성고리 안쪽 부분을 감싸는 탄성체를 포함하고, 상기 분리된 로드의 바깥쪽 부분의 끝에 핀이 구비될 수 있다.

상기 제1 돌출부의 외부면에 선별키가 존재하고, 상기 제2 돌출부 내면에 리텐션 키가 구비될 수 있다.상기 연료 유입구는 십자형 홀일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 연료 카트리지 커넥터는 리텐션 키를 구비하는 외부 구조물 및 상기 외부 구조물 내에 장착되는 내부 구조물을 포함하고, 상기 커넥터 내의 연료 공급로 상에서 상기 외부 구조물과 상기 내부 구조물의 접촉면은 나노 가공된 면을 포함한다.

이러한 연료 카트리지 커넥터에서 상기 내부 구조물은 상기 외부 구조물에 걸쳐지는 행거 및 상기 행거에 수직한 방향으로 구비된 탄성 구조체를 포함하고,

상기 탄성 구조체는 연료 피공급체와 미체결된 상태일 때, 실링(seanling)을 제공하고, 상기 연료 피공급체와 체결된 상태일 때, 연료 공급로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 외부 구조물은 연료 유출구를 갖고, 상기 연료 피공급체의 커넥터에 수용되는 제1 돌출부 및 상기 제1 돌출부 둘레에 구비되고, 상기 연료 피공급체에 구비된 선별키를 수용하기 위한 그루브를 갖는 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 외주면은 나노 가공된 영역을 가질 수 있다.

상기 탄성 구조체는 상기 행거에 수직하게 구비되어 있되, 분리된 로드와, 상기 분리된 로드의 양쪽을 연결하는 탄성고리 및 상기 분리된 로드의 상기 탄성고리 안쪽 부분을 감싸는 탄성체를 포함할 수 있다.

상기 연료 유출구는 상기 제1 돌출부의 정상에 형성되어 있고, 십자형 홀일수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템은 연료 카트리지와 상기 연료 카트리지가 체결되는 본체(main body)를 포함하고, 상기 본체는 제1 커넥터를 구비하고,

상기 연료 카트리지는 상기 제1 커넥터와 체결되는 제2 커넥터를 구비하며,

상기 제1 커넥터는 상기한 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템 커넥터이고, 상기 제2 커넥터는 상기한 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 카트리지 커넥터이다.

이러한 연료전지시스템에서, 상기 제1 커넥터의 연료 유입구와 상기 제2 커넥터의 연료 유출구는 십자형 홀일 수 있다. 상기 제1 커넥터의 연료 유입구 둘레의 내주면 및 상기 내주면과 접촉되는 상기 제2 커넥터의 외주면은 나노 가공된 부분을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 커넥터 중 하나는 선별키를 갖고 나머지는 상기 선별키를 수용하기 위한 수용공간을 가질 수 있다.

상기 선별키는 2개의 고정키와 1개의 보조키를 포함할 수 있다.

상기 선별키는 상기 외부 구조물의 제1 돌출부의 끝에서 안쪽으로 4.6mm(±0.01)되는 위치에 존재할 수 있다.

상기 고정키들과 상기 보조키는 동일 평면에 존재할 수 있다.

상기 보조키는 복수개일 수 있다.

상기 고정키들과 상기 보조키 중에서 적어도 하나는 나머지와 형태가 다른 것일 수 있다.

이러한 본 발명을 이용하면, 연료 카트리지측의 제2 커넥터와 본체측의 제1 커넥터 사이의 실링이 완전이 이루어진 후, 연료공급이 이루어진다. 그리고 상기 제1 및 제2 커넥터 사이의 실링은 연료공급이 완전히 차단된 후 해제된다. 따라서 상기 본체에 상기 카트리지를 탈착하고 부착하는 과정에서 연료누설을 방지할 수 있다.

또한, 상기 본체측의 제1 커넥터에 구비된 고정키와 보조키 배열 형태, 특히 보조키의 위치는 상기 제1 커넥터에 체결될 수 있는 카트리지를 특정한다. 이와 같이 보조키를 특정 카트리지 선별키로 사용함으로써, 상기 본체의 제1 커넥터에 부적절한 카트리지가 체결되는 것을 방지하여 조작 안전성을 높일 수 있다.

또한, 상기 본체측의 제1 커넥터와 카트리지측의 제2 커넥터 중 어느 하나에리텐션 키가 구비되어 있고, 나머지 하나에는 상기 리텐션 키를 수용할 수 있는 수용 공간이 구비되어 있다. 이러한 리텐션 키로 인해 상기 본체와 카트리지의 체결상태는 견고히 유지될 수 있는 바, 체결 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 파워유닛이 포함된, 연료전지시스템의 본체에 장착되는 본 발명의 일 실시예에 의한 커넥터(connector)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한, 연료 카트리지에 장착되는 커넥터의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 커넥터에 포함된 구성요소에 대한 사시도이다.
도 7은 도 1의 커넥터에 구비된 선별키의 다양한 배치를 나타낸 정면도이다.
도 8 내지 도 11은 도 2의 커넥터에 포함된 구성요소에 대한 사시도이다.
도 12는 도 1 및 도 2에 도시한 커넥터의 체결과정을 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템을 나타낸 구성도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 커넥터의 시간에 따른 증발에 의한 연료 손실량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 커넥터의 시간당 증발에 따른 연료 손실량을 측정한 결과를 나타낸 막대 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 커넥터(connector) 및 이를 포함하는 연료 카트리지 및 연료전지시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 커넥터를 설명한다.

도 1은 파워유닛(power unit)을 포함하는 연료전지시스템의 본체(main body)에 장착되는, 본 발명의 일 실시예에 의한 커넥터(C1)(이하, 제1 커넥터)를 보여준다.

도 1을 참조하면, 제1 커넥터(C1)는 제1 외부 구조물(20)과 제1 내부 구조물(30)를 포함한다. 제1 내부 구조물(30)은 제1 외부 구조물(20) 안쪽에 구비되어 있다. 제1 외부 구조물(20)의 재질은 연료, 예컨대 메탄올에 대한 내부식성을 갖는 물질로써, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)일 수 있다. 제1 내부 구조물(30)은 행거(hanger)(30F)와 이에 수직한 방향으로 형성된 탄성 구조체(30C, 30D)를 포함한다. 행거(30F)는 마주하는 외향 돌기(30A, 30B)를 갖고 있다. 돌기(30A, 30B)를 통해 제1 내부 구조물(30)은 제1 외부 구조물(20)에 체결되어 있다. 이러한 체결을 위해 제1 외부 구조물(20)은 돌기(30A, 30B)에 대응하는 위치에 돌기(30A, 30B)가 삽입될 수 있는 홀(h1, h2)을 구비하고 있다. 홀들(h1, h2)과 행거(30F)는 연료전지시스템의 본체 내부에 위치한다.

상기 본체는 연료 카트리지를 제외한 연료전지시스템의 나머지 부분을 말한다. 상기 본체는 전력을 생산하는 파워유닛(power unit)과 관련성분들, 연료공급계통, 제어부 등을 포함할 수 있다. 상기 본체는 보조 배터리를 더 포함할 수도 있다. 탄성 구조체(30C, 30D)는 제1 탄성 구조물(30C)과 제2 탄성 구조물(30D)를 포함한다. 제1 탄성 구조물(30C)은 탄성 재질로 만들어진 것으로 외부힘에 대해서 탄성을 갖도록 만들어진 기하학적 구조물일 수 있다. 예를 들면, 제1 탄성 구조물(30C)은 로드(rod)와 로드의 일 측면에 반원형 또는 반타원형 제1 고리를 갖고, 상기 제1 고리와 대칭이 되도록 상기 로드의 다른 측면에 반원형 또는 반타원형 제2 고리를 갖고 있다. 상기 로드의 한쪽은 행거(30F)에 연결되어 있다. 상기 로드의 상기 한쪽과 반대쪽, 곧 상기 로드의 다른 한쪽에는 핀(pin)(30E)이 형성되어 있다. 상기 로드는 두 부분으로 분리되어 있다. 상기 로드의 분리된 부분중 하나가 행거(30F)에 연결되고, 다른 하나에 핀(30E)이 형성되어 있다. 결과적으로 상기 로드의 분리된 두 부분들은 상기 제1 및 제2 고리에 의해서 연결된 상태가 유지된다. 상기 로드의 직경은 예를 들면, 2.5mm±0.01mm일 수 있다. 후술되지만, 제1 커넥터(C1)에 연료 카트리지가 체결될 때, 연료는 상기 로드의 표면을 따라 유입될 수 있다. 따라서 상기 로드는 연료 공급로를 형성한다. 제2 탄성 구조물(30D)은 상기 로드의 분리된 두 부분을 감싸고 있다. 제2 탄성 구조물(30D)은 제1 탄성 구조물(30C)의 탄성력을 유지하는데, 혹은 제1 탄성 구조물(30C)의 탄성력에 탄성력을 더하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제2 탄성 구조물(30D)에 의해서 제1 탄성 구조물(30C)이 장시간 변형된 후에도 신속히 원래의 모양을 회복할 수 있다. 제2 탄성 구조물(30D)은 연료에 대한 내부식성을 갖는 것으로써, 예를 들면 서스 스프링(SUS spring)일 수 있다. 제1 내부 구조물(30) 중에서 제2 탄성 구조물(30D)를 제외한 나머지 부분의 재질은 제1 외부 구조물(20)과 동일할 수 있다. 제2 탄성 구조물(30D)과 제2 탄성 구조물(30D)에 둘러싸인 로드의 재질은 모두 서스 스프링일 수도 있다.

제1 외부 구조물(20)은 제1 내부 구조물(30)이 수용될 수 있는 내부 구조를 갖고 있다. 제1 외부 구조물(20)은 탄성 구조체(30C, 30D)가 수용되는 제1 공간(50)을 갖고 있다. 제1 공간(50)은 홀들(h1, h2)과 연결되어 있다. 제1 외부 구조물(20)의 제1 공간(50)을 갖는 내면에는 오목한 제2 공간(52)이 형성되어 있다. 제2 공간(52)은 제1 탄성 구조물(30C)의 상기 로드의 핀(30E)이 형성된 부분이 수용되는 영역이다. 핀(30E)은 제2 공간(52)이 형성된 부분을 관통한다. 핀(30E)이 관통하는 부분은 연료 공급을 위해 특수한 형태를 갖고 있는데, 이에 대해서는 후술한다. 연료 카트리지가 체결될 때, 핀(30E)에 가해지는 힘에 의해 핀(30E)은 뒤쪽으로 밀린다. 핀(30E)은 상기 로드와 일체로 형성되어 있기 때문에, 핀(30E)이 뒤쪽으로 밀리면 상기 로드 역시 뒤쪽으로 밀린다. 이에 따라 핀(30E) 둘레의 상기 로드와 제1 외부 구조물(20)의 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면이 이격되면서 비접촉 상태가 된다. 따라서 핀(30E) 둘레의 상기 로드와 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면 사이의 오픈된 공간을 통해서 카트리지의 연료가 파워유닛(power unit)으로 공급될 수 있다. 연료 카트리지가 체결되지 않은 상태에서 핀(30E) 둘레의 상기 로드와 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면은 접촉되어 있다. 핀(30E) 둘레의 상기 로드의 표면과 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면은 나노가공되어 있다.

달리 말하면, 제1 커넥터(C1)를 만들기 위한 사출금형(mold)에서 핀(30E) 둘레의 상기 로드와 제2 공간(52)이 형성되는 부분에 해당되는 금형의 표면은 초 고광택(초 경면가공) 공정으로 처리된다.

이와 같이 특정 부분의 표면이 초 고광택(초 경면가공) 공정으로 처리된 사출 금형을 통해서 제품, 예컨대 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 커넥터가 생산된 경우, 상기 사출금형의 상기 특정 부분에 대응하는 상기 제품의 표면은 나노가공되었다고 말한다. 나노가공된 부분의 표면은 표면편차가 최소화될 수 있으므로, 면접촉시 밀폐성이 우수하다.

상기 나노가공은, 예를 들면 10 나노가공 혹은 20 나노가공일 수 있다. 나노 가공된 핀(30E) 둘레의 상기 로드 표면과 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면의 표면 조도 혹은 표면 거칠기(roughness)는 통상의 표면보다 훨씬 작다. 예를 들면, 상기 표면 조도는 20nm~30nm 정도일 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 핀(30E) 둘레의 로드 표면과 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면은 나노가공되었기 때문에, 상기 핀(30E) 둘레의 로드 표면과 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면이 접촉될 때, 상기 로드와 제2 공간(52)이 형성된 부분의 내면 사이에는 연료가 흐를 수 있을 정도의 틈이 존재하지 않는다. 그러므로 연료 카트리지가 체결되지 않은 상태에서 제1 외부 구조물(20)의 제1 공간(50)에 있을 수 있는 연료가 제1 커넥터(C1) 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다.

계속해서, 제1 외부 구조물(20)은 제2 공간(52)을 중심으로 대칭을 이루는 제1 돌출부(20B)와 제2 돌출부(20C)를 구비한다. 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)는 이격되어 있다. 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)는 제2 공간(52)을 중심으로, 달리 표현하면 핀(30E)을 중심으로 동심원을 이룬다. 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)는 원통형일 수 있으나, 다른 형태일 수도 있다. 예를 들면 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)는 사각 원통형이나 타원 원통형일 수도 있고, 단면이 사각형이나 원형이나 타원형과 다른 형태의 원통형일 수도 있다. 제1 돌출부(20B)보다 제2 돌출부(20C)가 더 길게 돌출될 수 있다. 제1 돌출부(20B)의 내경은 7mm이하일 수 있는데, 예를 들면 4.8mm±0.01mm일 수 있다. 제1 돌출부(20B)의 외경은 10mm이하일 수 있는데, 예를 들면 7.4mm±0.01mm일 수 있다. 제1 돌출부(20B)의 돌출된 끝과 핀(30E) 사이의 수직거리(d1)는 4mm이하일 수 있는데, 예를 들면 3.1mm±0.05mm일 수 있다. 도 1에서는 보이지 않지만, 제1 돌출부(20B)의 원주면에 제1 선별키가 형성되어 있다. 도 2의 제2 커넥터(C2)에는 상기 제1 선별키와 짝을 이루는 제2 선별키가 형성되어 있다. 상기 제2 선별키는 상기 제1 선별키를 수용하기 위한 수용공간이지만, 편의 상 제2 선별키로 기술한다. 반대의 경우도 가능하다. 곧, 상기 제2 선별키가 실제 선별키가 될 수 있고, 상기 제1 선별키는 상기 제2 선별키를 수용하기 위한 수용공간일 수 있다.

이에 따라 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)는 정해진 각자의 선별키가 맞는 것끼리만 체결될 수 있는 바, 제1 커넥터(C1)에 불 특성의 연료 카트리지가 체결되는 것을 방지할 수 있다. 제2 돌출부(20C) 내면에는 그루브(groove)(20A)가 형성되어 있다. 이에 따라 제2 돌출부(20C)의 그루브(20A)가 형성된 부분의 외부 표면은 볼록할 수 있다. 그러나 제2 돌출부(20C)의 두께가 그루브(20A)의 깊이를 수용할 만큼 충분히 두껍다면, 그루브(20A)가 형성된 부분의 외부 표면은 볼록하지 않을 수 있다. 연료 카트리지에 구비된 체결 및 유지수단, 곧 리텐션 키(retention key)가 그루브(20A)에 삽입될 수 있다. 제2 돌출부(20C)의 내경은 16mm이하일 수 있는데, 예를 들면 13.0mm±0.02mm일 수 있다. 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)는 파워유닛 외부로 노출된다. 홀들(h1, h2)과 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C) 사이의 제1 외부 구조물(20) 표면에 오-링(54)과 오-링(54)이 위치할 수 있는 홈이 존재한다. 오-링(54)은 파워유닛에 제1 커넥터(C1)를 기계적으로 결합할 때, 파워유닛과 제1 커넥터(C1) 사이의 보다 완전한 실링(sealing)을 위해 사용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 커넥터의 연료 카트리지에 장착되는 제2 커넥터를 보여준다.

도 2를 참조하면, 제2 커넥터(C2)는 제2 외부 구조물(60)과 제2 내부 구조물(40)를 포함한다. 제2 외부 구조물(60)의 재질은 제1 커넥터(C1)의 제1 외부 구조물(20)의 재질과 동일할 수 있다. 제2 내부 구조물(40)은 제2 외부 구조물(60) 안쪽에 구비되어 있다. 제2 내부 구조물(40)은 행거(hanger)(40F)와 이에 수직한 방향으로 형성된 탄성 구조체(40C, 40D)를 포함한다. 행거(40F)는 양측에 돌기(40A, 40B)를 갖고 있다. 돌기(40A, 40B)를 통해 제2 내부 구조물(40)은 제2 외부 구조물(60)에 체결되어 있다. 이러한 체결을 위해 제2 외부 구조물(60)은 돌기(40A, 40B)에 대응하는 위치에 돌기(40A, 40B)가 삽입될 수 있는 홀(h3, h4)을 구비하고 있다. 홀들(h3, h4)과 행거(40F)는 연료 카트리지 내부에 위치한다. 연료 카트리지의 연료는 돌기(40A, 40B) 사이의 행거(40F) 양쪽으로 공급된다. 탄성 구조체(40C, 40D)는 제3 탄성 구조물(40C)과 제4 탄성 구조물(40D)를 포함한다. 제3 탄성 구조물(40C)은 탄성 재질로 만들어진 것으로 외부힘에 대해서 탄성을 갖도록 만들어진 기하학적 구조물일 수 있다. 예를 들면, 제3 탄성 구조물(40C)은 로드(40G)와 로드(40G)의 일 측면에 반원형 또는 반타원형 제3 고리를 갖고, 상기 제3 고리와 대칭이 되도록 로드(40G)의 다른 측면에 반원형 또는 반타원형 제4 고리를 갖고 있다. 제3 탄성 구조물(40C)는 제1 커넥터(C1)의 제1 탄성 구조물(30C)과 동일한 것일 수도 있다. 로드(40G)의 한쪽은 행거(40F)에 연결되어 있다. 로드(40G)의 상기 한쪽과 반대쪽, 곧 로드(40G)의 다른 한쪽의 정점에는 도 10에서 볼 수 있듯이 얕은 그루브(95)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결될 때, 그루브(95)에 제1 커넥터(C1)의 핀(pin)(30E)이 삽입된다. 로드(40G)는 두 부분으로 분리되어 있다. 로드(40G)의 분리된 부분 중 하나는 행거(40F)에 연결된 부분이고, 다른 하나는 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 체결시에 핀(30E)과 접촉되는 부분이다. 외형적으로 볼 때, 로드(40G)의 분리된 두 부분은 상기 제3 및 제4 고리에 의해서 연결된 형태이다. 로드(40G)의 직경은 예를 들면, 2.5mm±0.01mm일 수 있다. 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결될 때, 연료 카트리지의 연료는 로드(40G)의 표면을 따라 제1 커넥터(C1)로 유입될 수 있다. 따라서 제1 커넥터(C1)의 로드와 제2 커넥터(C2)의 로드(40G)는 연료 카트리지와 상기 본체 사이의 연료 공급로를 형성할 수 있다.

제4 탄성 구조물(40D)은 로드(40G)의 분리된 두 부분의 일부를 감싸고 있다. 곧, 제4 탄성 구조물(40D)은 로드(40G)의 상기 제3 및 제4 고리 안쪽 부분을 감싸고 있다. 제1 커넥터(C1)의 제2 탄성 구조물(30D)도 제4 탄성 구조물(40D)과 동일한 모양으로 상기 로드의 상기 제1 및 제2 고리 안쪽에 있는 부분을 감싼다.

제4 탄성 구조물(40D)은 제3 탄성 구조물(40C)의 탄성력을 유지하는데, 혹은 제3 탄성 구조물(40C)에 탄성력을 더하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제4 탄성 구조물(40D)에 의해서 제3 탄성 구조물(40C)이 장시간 변형된 후에도 신속히 원래의 모양을 회복할 수 있다. 제4 탄성 구조물(40D)은 연료에 대한 내부식성을 갖는 것으로써, 예를 들면 서스 스프링(SUS spring)일 수 있다. 제4 탄성 구조물(40C)를 제외한 제2 내부 구조물(40)의 재질은 제2 외부 구조물(60)의 재질과 동일할 수 있다.

제2 외부 구조물(60)은 제2 내부 구조물(40)이 수용될 수 있는 내부 구조를 갖고 있다. 제2 외부 구조물(60)은 탄성 구조체(40C, 40D)가 수용될 수 있는 제3 공간(70)을 갖고 있다. 제3 공간(70)은 홀들(h3, h4)과 공간적으로 연결되어 있다. 제2 외부 구조물(60)의 제3 공간(70)을 갖는 내면에는 오목한 제4 공간(72)이 존재한다. 제4 공간(72)은 로드(40G)의 핀(30E)과 접촉되는 부분, 곧 로드(40G)의 상기 제3 및 제4 고리 위쪽 부분이 수용되는 영역이다. 제4 공간(72)이 존재하는 부분의 내면에서 로드(40G)의 상기 정점에 대응하는 부분에는 연료가 통과하는 홀이 형성되어 있다. 이러한 홀의 형태는 도 8에 도시한 바와 같은 십자형일 수도 있다.

연료 카트리지가 파워유닛에 체결될 때, 제1 커넥터(C1)의 핀(30E)에 의해 로드(40G)는 뒤쪽으로 밀린다. 이에 따라 로드(40G)와 제2 외부 구조물(60)의 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면이 떨어지면서 서로 비접촉 상태가 된다. 따라서 로드(40G)와 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면 사이에 오픈된 통로가 형성되고, 이 통로를 통해서 카트리지의 연료가 제1 커넥터(C1)를 거쳐서 파워유닛으로 공급될 수 있다. 연료 카트리지가 체결되지 않은 상태에서 로드(40G)의 상기 정점 둘레의 표면과 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면은 접촉된다.

로드(40G)의 상기 정점 둘레의 표면과 제2 외부 구조물(60)의 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면은 나노가공되어 있다. 달리 표현하면, 제2 커넥터(C2)를 만들기 위한 금형과정에서 로드(40G)의 상기 정점 둘레의 표면과 제4 공간(72)이 형성되는 부분에 해당되는 부분의 표면은 나노가공(nanao processing)된다. 상기 나노가공은, 예를 들면 10나노가공 혹은 20 나노가공일 수 있다. 이와 같이 특정 부분이 나노가공된 금형을 이용하여 제2 커넥터(C1)를 제조함으로써, 로드(40G)의 상기 정점 둘레의 표면과 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면의 표면 거칠기는 통상의 표면보다 훨씬 작게 된다. 따라서 로드(40G)와 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면이 접촉되어 있을 때, 로드(40G)와 제4 공간(72)이 형성된 부분의 내면 사이에는 연료가 흐를 수 있을 정도의 틈이 존재하지 않는다. 그러므로 파워유닛과 체결되지 않은 상태에서 제2 외부 구조물(60)의 제3 공간(70)에 있을 수 있는 연료가 제2 커넥터(C2) 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다.

제2 외부 구조물(60)은 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)를 포함한다. 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)는 이격되어 있다. 제2 커넥터(C2)가 연료 카트리지에 장착될 때, 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)는 연료 카트리지 외부로 노출되고, 제2 커넥터(C2)의 나머지 부분은 연료 카트리지 내부에 위치한다. 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)는 제4 공간(72)을 중심으로 혹은 로드(40G)를 중심으로 동심원을 이룬다. 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)는 원통형일 수 있으나, 다른 형태일 수도 있다. 예를 들면 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)는 사각 원통형이나 타원 원통형일 수도 있고, 단면이 사각형이나 원형이나 타원형과 다른 형태의 원통형일 수도 있다. 제2 커넥터(C2)는 제1 커넥터(C1)와 체결되기 때문에, 제2 커넥터(C2)의 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C)의 형태는 제1 커넥터(C1)의 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C)와 동일할 수 있다. 돌출길이는 제3 돌출부(60B)보다 제4 돌출부(60C)가 더 길수 있다. 제3 돌출부(60B)는 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B) 안쪽에 삽입되는 부분이다. 제4 돌출부(60C)는 제1 커넥터(C1)의 제1 및 제2 돌출부(20B, 20C) 사이에 삽입되는 부분이다. 달리 표현하면, 제3 및 제4 돌출부(60B, 60C) 사이로 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)가 삽입된다. 따라서 제3 돌출부(60B)의 길이는 제1 돌출부(20B)의 안쪽 깊이와 동일할 수 있다. 제3 돌출부(60B)의 외주면의 특정 영역(60R)은 외주면을 따라 나노가공처리 되어 있다. 여기서 나노가공은 상기한 바와 같이 금형을 통해 얻어지는 나노가공을 의미한다. 나노가공의 정밀도도 상기한 바와 같을 수 있다. 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)의 내면에서 제3 돌출부(60B)의 원주면의 상기 나노가공된 영역과 접촉되는 부분(20R)도 금형을 통해서 나노가공처리되어 있다. 이에 따라 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결될 때, 제1 돌출부(20B)의 상기 나노 가공된 내면과 제3 돌출부(60B)의 상기 나노 가공된 원주면 사이에는 연료가 흐를 수 있을 정도의 틈(gap)이 존재하지 않는다. 그러므로 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결된 상태에서, 곧 연료 카트리지가 파워유닛에 체결된 상태에서 연료가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

제2 외부 구조물(60)에서 제3 돌출부(60B)는 안쪽에 제4 공간(72)을 갖는 부분이다. 따라서 비체결 상태에서 로드(40G)는 제3 돌출부(60B)에 의해 감싸인 형태가 된다. 제4 돌출부(60C)의 내면에는 제2 선별키(80)가 구비되어 있다. 제1 및 제2 커넥터(C1, C2) 체결시에 제2 선별키(80)와 제1 커넥터(C1)의 제1 선별키(도 4의 55참조)는 실질적으로 가장 먼저 체결되므로, 제2 선별키(80)는 제2 돌출부(60C)의 바깥쪽 끝 부분 내면에 형성될 수 있다. 제2 선별키(80)는 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)에 구비된 제1 선별키(55)에 대응하는 키이다. 따라서 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결될 때, 제2 선별키(80)에 제1 선별키(55)가 삽입된다. 제1 및 제2 선별키(55, 80)의 속성은 서로 바뀔 수 있다. 곧, 제2 선별키(80)가 제1 커넥터(C1)에 구비될 수도 있고, 제1 선별키(55)가 제2 커넥터(C2)에 구비될 수도 있다. 제2 선별키(80)도 제1 선별키(55)만큼 다양한 조합이 있을 수 있다. 제4 돌출부(60C)의 원주면을 따라 볼록한 부분(60A)이 존재한다. 볼록한 부분(60A)은 체결 및 유지수단으로써, 예를 들면, 리텐션 키일 수 있다. 제1 및 제2 커넥션(C1, C2)가 체결될 때, 제4 돌출부(60C)의 볼록한 부분(60A)은 제1 커넥션(C1)의 제2 돌출부(20C)의 내면에 형성된, 리텐션 키의 수용공간인 그루브(20A)에 삽입된다. 도 12에 도시한 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 체결 과정에서도 볼 수 있듯이 제2 커넥터(C2)의 볼록한 부분(60A)은 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)와 제2 커넥터(C2)의 제3 돌출부(60B)의 실링 체결이 완료됨과 동시에 혹은 완료된 직후 제1 커넥터(C1)의 그루브(20A)에 삽입되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 실링 체결은 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20C) 내면의 나노 가동된 부분(20R)과 제2 커넥터(C2)의 제3 돌출부(60B)의 외주면의 나노 가공된 부분(60R)이 접촉되는 체결을 말한다. 제4 돌출부(60C)의 볼록한 부분(60A)은 제2 선별키(80)보다 낮고, 제3 공간(70)보다 높은 위치에 구비될 수 있다. 제2 외부 구조물(60)의 홀(h3, h4)과 볼록한 부분(60A) 사이에 제2 외부 구조물(60)의 원주면을 따라 형성된 원판(90)이 구비되어 있다. 원판(90)은 제2 외부 구조물(60)의 외주면으로부터 소정의 폭을 갖는다. 원판(90)은 연료 카트리지의 내면에 부착된다. 따라서 제2 커넥터(C2)에서 원판(90)보다 낮은 부분은 연료 카트리지 안쪽에 위치하게 된다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시한 수치는 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 구성 요소들의 일부에 대한 직경과 높이 혹은 길이를 나타내는데, 일 예로 나타낸 것이며, 도시된 수치로 한정되는 것은 아니다.

도 3 내지 도 4는 도 1에 도시한 제1 커넥터(C1)의 제1 외부 구조물(20)을 여러 방향에서 보여준다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 외부 구조물(20)의 각 구성 부분의 형태를 명확히 알 수 있다. 도 3에서 참조번호 25는 제1 커넥터(C1)를 파워유닛에 체결하는데 사용되는 체결부위이다. 체결부위(25)를 통해서 제1 커넥터(C1)는 파워유닛과, 예를 들면 나사결합될 수 있다.

도 4의 (A)도는 제1 외부 구조물(20)의 정면도이다. 도 4의 (A)도에서 참조번호 35는 체결시에 연료가 통과하고 핀(30E)이 관통하는 홀을 나타낸다. 홀(35)은 십자형인데, 가운데 부분을 핀(30E)이 통과한다. 홀(35)에서 핀(30E)이 통과하는 가운데 부분을 제외한 나머지 부분을 연료가 통과한다.

도 4의 (A)도를 참조하면, 제1 돌출부(20B)의 외주면에 제1 선별키(55A-55C)가 구비된 것을 볼 수 있다. 제1 선별키(55A-55C)는 제1 고정키(55A), 제1 고정키(55A)에 대해 위치가 고정된 제2 고정키(55B), 제１ 및 제２ 고정키(55A, 55B) 사이에 위치하는 보조키(55C)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)는 동일 평면에 존재할 수 있다. 제1 고정키(55A)와 제2 고정키(55B)는 서로 마주할 수 있다. 제1 및 제2 고정키(55A, 55B) 사이에서 보조키(55C)는 복수개 구비될 수도 있다. 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C) 중에서 적어도 어느 하나는 나머지와 형태가 다를 수도 있다.보조키(55C)의 높이는 3.0mm이하일 수 있는데, 예를 들면 1.5mm±0.01mm일 수 있다. 제1 돌출부(20B)의 원주면으로부터 측정된 보조키(55C)의 두께는 2mm이하일 수 있는데, 예를 들면 0.5mm±0.01mm일 수 있다. 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)의 높이 및 두께는 보조키(55C)와 동일할 수도 있다. 제1 돌출부(20B)의 바깥쪽 끝에서 제1 및 제2 고정키(55A, 55B) 또는 보조키(55C)까지의 거리는 6mm이하일 수 있는데, 예를 들면 4.6mm±0.01mm일 수 있다.

도 4의 (B)도를 참조하면, 제1 돌출부(20B)에서의 제1 선별키(55)의 위치와 제2 돌출부(20C)에서 그루브(20A)의 위치와 형태를 알 수 있다. 그루브(20A)는 제2 돌출부(20C)의 둘레를 따라 소정의 길이를 갖는 것을 알 수 있다. 제2 돌출부(20C)에서 그루브(20A)는 2곳에 형성되어 있고, 서로 마주한다. 제2 돌출부(20C)에 리텐션 키로써 2개 이상의 그루브가 구비될 수도 있다.

도 5 및 도 6은 도 1에 도시한 제1 내부 구조물(30)을 두 방향에서 본 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 탄성 구조물(30C, 30D)과 행거(30F)와 핀(30E)의 형태와 이들 사이의 연결관계를 명확히 알 수 있다.

도 7은 제1 선별키(55A-55C)의 다양한 정렬 예를 보여준다. 도 7에서 참조번호 35A는 홀(35)이 형성된 영역을 나타낸다. 도 7에서는 편의 상 홀(35)은 도시하지 않았다. 도 7에서 제1 선별키(55A-55C) 중에서 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)는 서로 마주하고 그 위치가 고정되어 있다.

도 7에서 Key 1은 홀이 형성된 영역(35A)을 중심으로 보조키(55C)가 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)를 연결하는 선에 대해서 40도 회전된 위치의 제1 돌출부(20B)의 원주면 상에 구비된 경우를 나타낸다. Key 2는 보조키(55C)가 70도 회전된 위치의 제1 돌출부(20B)의 원주면 상에 구비된 경우를 나타낸다. Key 3 내지 Key 6은 각각 도 7에서 볼 수 있듯이 보조키(55C)가 100도, 230도, 270도 및 300도 회전된 위치의 제1 돌출부(20B)의 원주면 상에 구비된 경우를 나타낸다.

제1 커넥터(C1)와 제2 커넥터(C2)가 정확히 체결되기 위해서는 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)의 원주면 상에 형성된 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)가 제2 커넥터(C2)의 제4 돌출부(60C)의 제2 선별키(80), 곧 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)가 삽입될 그루브와 서로 정확히 매칭되어야 한다.

그러므로 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)가 도 7의 Key 1의 경우처럼 정렬된 경우, 연료 카트리지와 파워유닛이 정확히 체결되기 위해서는 제2 커넥터(C2)의 제2 돌출부(60C) 내면에 형성된, 보조키(55C)의 수용을 위한 그루브는 보조키(55C)에 대응되는 위치에 형성되어야 한다.

이와 같이 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)가 고정된 상태에서는 보조키(55C)의 위치에 따라 파워유닛에 체결될 수 있는 카트리지의 종류가 결정될 수 있다. 그러므로 보조키(55C)의 위치에 따라(전체적으로 고려할 때는 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)의 정렬에 따라) 특정 카트리지를 지정해 둔다면, 보조키(55C)는 파워유닛에 체결될 수 있는 카트리지를 인증하는 인증키로 사용될 수도 있다.

예를 들면, 보조키(55C)와 제1 고정키(55A)의 배열이 도 7의 Key 1의 경우와 같을 때, 보조키(55C)는 연료 농도가 98±1.5 mass%인 비가입식 카트리지(이하, 제1 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다. 이때, 상기 제1 카트리지가 도 7의 Key 1의 경우와 같이 배열된 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)와 보조키(55C)를 정확히 수용할 수 있는 제2 선별키를 갖고 있을 때, 상기 제1 카트리지는 파워유닛에 정상적으로 체결될 수 있다.

같은 논리를 적용하면, 도 7의 Key 2의 경우처럼 제1 고정키(55A)와 70도의 각을 이루는 보조키(55C)는, 예를 들면 연료농도가 64.0±1.5 mass%인 비가압식 카트리지(이하, 제2 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다. 그리고 도 7의 Key 3의 경우는, 예를 들면 연료농도 61.8±1.5 mass%인 비가압식 카트리지(이하, 제3 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다. 또한, 도 7의 Key 4의 경우는, 예를 들면 연료농도 98±1.5 mass%인 가압식 카트리지(제4 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다. 또한, 도 7의 Key 5의 경우는, 예를 들면 연료농도가 64.0±1.5 mass%인 가압식 카트리지(이하, 제5 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다. 또한, 도 7의 Key 6의 경우는, 예를 들면 연료농도 61.8±1.5 mass%인 가압식 카트리지(이하, 제6 카트리지)를 인증하는 키가 될 수 있다.

도 7에서 제1 고정키(55A)의 폭은 4.0mm이하, 바람직하게는 2.2mm(±0.01mm)일 수 있다. 그리고 제2 고정키(55B)의 폭은 2.5mm이하, 바람직하게는 1.4mm(±0.01mm)일 수 있다. 또한, 보조키(55C)의 폭은 2mm이하, 바람직하게는 1.4mm(±0.01mm)일 수 있다.

도 8 및 도 9는 도 2에 도시한 제2 커넥터(C2)의 제2 외부 구조물(60)을 여러 방향에서 입체적으로 보여준다.

도 8을 참조하면, 제4 돌출부(60C) 안쪽에 제3 돌출부(60B)가 구비되어 있다. 제4 돌출부(60C)가 제3 돌출부(60B)보다 높다. 제3 돌출부(60B)는 제4 돌출부(60C)와 달리 입구가 오픈되어 있지 않다. 제3 돌출부(60B)의 입구는 닫힌 상태이다. 다만, 제3 돌출부(60B)의 정상, 곧 맨 위에는 십자형의 홀(45)이 형성되어 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이 십자형 홀(45) 바로 아래에 로드(40G)의 정점이 위치한다. 십자형 홀(45)의 가로 및 세로 성분, 곧 실질적으로 연료가 통과하는 부분의 폭은 1mm보다 작을 수 있다. 또한, 홀(45)의 중앙부분, 곧 제1 커넥터(C1)의 핀(30E)이 삽입되는 부분의 직경도 1mm보다 작을 수 있다. 그러므로 직경 1mm, 길이 200mm의 테스트 로드(test rod)를 사용하여 연료누설 여부를 시험하는 핑거 팁 테스트에서도 제2 커넥터(C2)는 개방되지 않으며, 따라서 연료누설이 방지될 수 있다.

계속해서, 제4 돌출부(60C) 입구의 안쪽에 제1 내지 제3 그루브(80A-80C)가 형성되어 있다. 제1 내지 제3 그루브(80A-80C)는 도 2의 설명에서 언급한 제2 선별키(80)에 해당한다. 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 체결시에 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)의 원주면 상에 형성된 제1 및 제2 고정키(55A, 55B)는 제1 및 제2 그루브(80A, 80B)에 삽입되고, 보조키(55C)는 제3 그루브(80C)에 삽입된다. 제2 외부 구조물(60)의 원판(90) 위쪽 부분의 원주면 상에 이격된 체결키(95A, 95B)가 형성되어 있다. 체결키(95A, 95B)는 제2 외부 구조물(60)의 외주면을 따라 소정의 길이로 형성되어 있다. 체결키(95A, 95B)는 원판(90)과 접촉되어 있다. 원판(90)으로부터 측정하였을 때, 제1 체결키(95A)는 제2 체결키(95B)보다 크다. 제2 외부 구조물(60)의 원주면 상에서 제2 체결키(95B) 위쪽에 리텐션 키(60A)가 위치한다. 제2 체결키(95B)와 리텐션 키(60A)은 원주면에 평행한 수직선 상에 구비되어 있지만, 서로 어긋나게 구비될 수도 있다. 체결키(95A, 95B)는 제2 커넥터(C2)를 연료 카트리지에 장착하는데 사용된다. 제2 커넥터(C2)가 연료 카트리지에 장착될 때, 제2 커넥터(C2)가 장착되는 연료 카트리지의 입구의 경계는 제1 체결키(95A)와 제2 체결키(95B) 사이에 위치한다. 그리고 연료 카트리지의 입구의 내면은 원판(90)의 표면과 접착된다. 이를 위해 원판(90)의 표면에는 접착재가 부착되어 있을 수 있다.

도 9를 참조하면, 도 2의 제2 내부 구조물(40)이 위치하는 제3 공간(70)과 제4 공간(72)을 볼 수 있다.

도 10 및 도 11은 제2 내부 구조물(40)을 여러 방향에서 입체적으로 보여준다.

도 10 및 도 11을 통해서 제2 내부 구조물(40)의 전체적인 형태를 명확히 알 수 있고, 행거(40F)와 돌기(40A, 40B)와 제1 및 제2 탄성 구조물(40C, 40D)의 구체적인 형태와 이들 사이의 연결관계를 보다 명확히 알 수 있다.

도 10을 참조하면, 로드(40G)의 정점에 얕은 그루브(85)가 형성되어 있다. 로드(40G)의 정점은 십자형 홀(45)의 중심에 대응된다.

도 12는 좌측에서 우측으로 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 체결과정을 연속적으로 보여준다.

도 12를 참조하면, 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)의 내면의 나노 가공된 부분과 제2 커넥터(C2)의 제3 돌출부(60B)의 원주면의 나노 가공된 부분이 접촉되어 실링이 이루진 후(좌측에서 셋째도면), 리텐션 키에 의한 체결과 유지가 이루어지면서 제1 커넥터(C1)의 핀(32E)이 제2 커넥터(C2)의 로드(40G)의 정점에 형성된 그루브(95)에 삽입된다. 제1 커넥터(C1)의 핀(32E)이 제2 커넥터(C2)의 로드(40G)의 정점에 형성된 그루브(95)에 삽입된 후, 제1 커넥터(C1)의 핀(32E)이 뒤로 밀리기 시작하면서 이어서 제2 커넥터(C2)의 로드(40G)도 뒤로 밀린다. 이 결과, 맨 우측도면에 점선으로 표시한 바와 같이, 제2 커넥터(C2)에서 제1 커넥터(C1)로 연료가 공급된다. 연료는 제2 커넥터(C2)의 제3 돌출부(60B)의 정상에 형성된 십자형 홀(45)의 가로 및 세로 성분과 제1 커넥터(C1)의 제1 돌출부(20B)의 안쪽의 바닥에 형성된 십자형 홀(도 4, (A)도의 35)의 가로 및 세로성분을 통해 흐른다.

맨 우측도면과 같이 제1 및 제2 커넥터(C1, C2)가 체결된 후, 연료 카트리지에서 연료 카트리지가 장착되는 바디(예, 연료전지시스템의 본체)로 공급되는 연료량이 분당 30cc일 때, 연료공급압력은, 예를 들면 20kPa이하일 수 있다.

제1 및 제2 커넥터(C1, C2)의 실링 상태와 분당 공급되는 연료량에 따라 연료공급압력은 20kPa보다 크거나 낮을 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지시스템을 보여준다.

도 13을 참조하면, 연료전지시스템(S)은 파워유닛, 제어 회로부, 연료공급장치, DC-DC컨버터, 보조 배터리 등을 포함하는 본체(100)를 포함하고, 연료가 저장된 연료 카트리지(200)를 포함한다. 본체(100)는 연료 카트리지(200)로부터 연료를 공급받은 연료 피공급체이다. 상기 연료는 소정 농도를 가지며, 상기 파워유닛의 애노드(anode)에 수소를 공급하기 위한 것으로, 예를 들면 메탄올일 수 있다. 카트리지(200)는 연료가 저장된 연료팩을 가압하기 위한 가압수단이 구비된 가압식이거나 상기 가압수단이 없는 비가압식일 수 있다. 본체(100)는 제1 체결부(110)를 구비하고, 카트리지(200)는 제2 체결부(210)를 구비한다. 본체(100)와 카트리지(200)는 제1 및 제2 체결부(110, 210)를 통해서 체결된다. 제1 체결부(110)는 본체로부터 돌출되지 않게 구비될 수 있다. 예컨대, 본체(100)에 제1 체결부(110)를 위한 홈이 형성되어 있고, 제1 체결부(110)는 상기 홈 안에 장착될 수도 있다. 이때, 제1 체결부(110)의 외부로 노출되는 부분의 길이는 상기 홈의 깊이보다 작거나 깊이와 같을 수 있다. 제1 체결부(110)의 일 예는 상술한 제1 커넥터(C1)일 수 있다. 그리고 제2 체결부(210)의 일 예는 상술한 제2 커넥터(C2)일 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 커넥터에 대한 연료 증발 손실을 측정한 결과를 보여준다. 도 14에서 각 그래프는 6개의 샘플 연료 커넥터에 대한 측정 결과를 나타낸다. 상기 6개의 샘플 연료 커넥터는 모두 동일하고, 본 발명의 실시예에 의한 연료 커넥터와 동일한 구성을 갖는다.

도 14의 각 그래프를 참조하면, 각 그래프의 기울기는 크게 차이가 없음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 각 샘플에 대해서 시간에 따른 연료 증발률은 일정함을 알 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 커넥터의 증발에 따른 시간당 연료 손실량을 나타낸다. 도 15에서 각 막대 그래프는 도 14의 결과를 얻는데 사용한 6개의 샘플 연료 커넥터에 대한 것이다.

도 15의 각 막대 그래프를 참조하면, 각 샘플 연료 커넥터의 시간당 증발에 따른 연료 손실량은 0.08g보다 적은 것을 알 수 있다.

도 14 및 도 15의 결과를 종합하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연료 커넥터는 시간에 따른 연료 증발 손실이 일정하고, 시간당 증발에 따른 연료 손실량은 0.08g보다 적어 국제 규격에 부합됨을 알 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

20, 60:제1 및 제2 외부 구조물 20A, 95:그루브
20R:내주면의 나노 가공된 영역 20B, 20C, 60B, 60C:제1 내지 제4 돌출부
30, 40:제1 및 제2 내부 구조물
30C, 30D, 40C, 40D:제1 내지 제4 탄성 구조물
30E:핀 35, 45:홀
40F:행거(hanger) 40A, 40B:돌기
40G:로드(rod) 50, 52, 70, 72:제1 내지 제4 공간
54:오링 55, 80:제2 및 제2 선별키
55A, 55B:제1 및 제2 고정키 55C:보조키
60A:볼록한 부분(리텐션 키) 60R:외주면의 나노 가공된 영역
80A-80C:제1 내지 제3 그루브 90:원판
95A, 95B:제1 및 제2 체결키 100:본체(main body)
110, 210:제1 및 제2 체결부 200:연료 카트리지
C1, C2:제1 및 제2 커넥터 h1, h2 h3, h4:홀
S:연료전지시스템

Claims (17)

1. 연료 카트리지의 커넥터를 수용하는 외부 구조물; 및
   상기 외부 구조물 내에 장착되는 내부 구조물을 포함하고,
   연료 공급로 상에서 상기 외부 구조물과 상기 내부 구조물의 접촉면은 나노 가공된 면을 포함하는 연료전지시스템 커넥터(connector).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부 구조물은,
   상기 외부 구조물에 걸쳐지는 행거(hanger); 및
   상기 행거에 수직한 방향으로 구비된 탄성 구조체를 포함하고,
   상기 탄성 구조체는,
   상기 연료 카트리지가 미체결된 상태에서 실링(sealing)을 제공하고,
   상기 연료 카트리지가 체결된 상태에서 연료 공급로를 형성하는 연료전지시스템 커넥터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 구조물은,
   상기 연료 카트리지로부터 공급되는 연료가 유입되는 연료 유입구를 둘러싸고, 상기 연료 카트리지의 연료 유출부를 수용하는 제1 돌출부; 및
   상기 연료 카트리지의 커넥터에서 상기 연료 유출부 둘레 부분을 수용하고, 상기 제1 돌출부를 둘러싸는 제2 돌출부를 포함하고,
   상기 제1 돌출부의 내주면은 나노 가공된 부분을 갖는 연료전지시스템 커넥터.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 탄성 구조체는,
   상기 행거에 수직하게 구비되어 있되, 분리된 로드(rod);
   상기 분리된 로드의 양쪽을 연결하는 탄성고리; 및
   상기 분리된 로드의 상기 탄성고리 안쪽 부분을 감싸는 탄성체를 포함하고,
   상기 분리된 로드의 바깥쪽 부분의 끝에 핀이 구비된 연료전지시스템 커넥터.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 돌출부의 외부면에 선별키가 존재하고, 상기 제2 돌출부 내면에 리텐션 키(retention key)가 구비된 연료전지시스템 커넥터.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 연료 유입구는 십자형 홀인 연료전지시스템 커넥터.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 돌출부의 외부면에 선별키가 존재하고, 상기 제2 돌출부 내면에 리텐션 키를 수용하기 위한 수용공간이 구비된 연료전지시스템 커넥터.
8. 리텐션 키를 구비하는 외부 구조물; 및
   상기 외부 구조물 내에 장착되는 내부 구조물을 포함하고,
   상기 커넥터 내의 연료 공급로 상에서 상기 외부 구조물과 상기 내부 구조물의 접촉면은 나노 가공된 면을 포함하는 연료 카트리지 커넥터.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 내부 구조물은,
   상기 외부 구조물에 걸쳐지는 행거; 및
   상기 행거에 수직한 방향으로 구비된 탄성 구조체를 포함하고,
   상기 탄성 구조체는,
   연료 피공급체와 미체결된 상태일 때, 실링을 제공하고,
   상기 연료 피공급체와 체결된 상태일 때, 연료 공급로를 형성하는 연료 카트리지 커넥터.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 구조물은,
    연료 유출구를 갖고, 상기 연료 피공급체의 커넥터에 수용되는 제1 돌출부;및
    상기 제1 돌출부 둘레에 구비되고, 상기 연료 피공급체에 구비된 선별키를 수용하기 위한 그루브와 리텐션 키를 갖는 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부의 외주면은 나노 가공된 부분을 갖는 연료 카트리지 커넥터.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄성 구조체는,
    상기 행거에 수직하게 구비되어 있되, 분리된 로드;
    상기 분리된 로드의 양쪽을 연결하는 탄성고리; 및
    상기 분리된 로드의 상기 탄성고리 안쪽 부분을 감싸는 탄성체를 포함하는 연료 카트리지 커넥터.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 연료 유출구는 상기 제1 돌출부의 정상에 형성되어 있고, 십자형 홀인 연료 카트리지 커넥터.
13. 연료 카트리지와 상기 연료 카트리지가 체결되는 본체(main body)를 포함하는 연료전지시스템에 있어서,
    상기 본체는 제1 커넥터를 구비하고,
    상기 연료 카트리지는 상기 제1 커넥터와 체결되는 제2 커넥터를 구비하며,
    상기 제1 커넥터는 청구항 1의 커넥터이고,
    상기 제2 커넥터는 청구항 8의 커넥터인 연료전지시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 커넥터의 연료 유입구와 상기 제2 커넥터의 연료 유출구는 십자형홀인 연료전지시스템.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 커넥터의 연료 유입구 둘레의 내주면 및 상기 내주면과 접촉되는 상기 제2 커넥터의 외주면은 나노 가공된 부분을 갖는 연료전지시스템.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 커넥터 중 하나는 선별키를 갖고 나머지는 상기 선별키를수용하기 위한 수용공간을 갖는 연료전지시스템.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 선별키는,
    2개의 고정키와 1개의 보조키를 포함하는 연료전지시스템.

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