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KR101109446B1 - 작동 저항을 구비한 연료 공급원 장치 - Google Patents

작동 저항을 구비한 연료 공급원 장치 Download PDF

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KR101109446B1
KR101109446B1 KR1020077018781A KR20077018781A KR101109446B1 KR 101109446 B1 KR101109446 B1 KR 101109446B1 KR 1020077018781 A KR1020077018781 A KR 1020077018781A KR 20077018781 A KR20077018781 A KR 20077018781A KR 101109446 B1 KR101109446 B1 KR 101109446B1
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KR
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fuel
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fuel cell
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폴 아담스
앤드류 제이 큐렐로
플로이드 패어뱅크스
안소니 스그로이
Original Assignee
소시에떼 비아이씨
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Abstract

복수의 밸브요소들을 포함하는 연료 공급원들과, 연료 공급원들의 삽입 및/또는 분리에 증가된 작동 저항을 구비한 연료전지 시스템들이 개시된다. 상기 증가된 작동 저항은 그 중에서도, 증가된 삽입 또는 분리의 힘, 삽입 및/또는 분리를 위한 복수의 관련된 동작들, 래치, 액츄에이터, ON/OFF 스위치, 사용자의 인지력, 시각적 정렬, 청각적 피드백, 사용자 손의 크기이다.
연료전지, 연료공급원, 작동저항, 유로

Description

작동 저항을 구비한 연료 공급원 장치 {FUEL SUPPLY SYSTEMS HAVING OPERATIONAL RESISTANCE}
본 발명은 일반적으로 다양한 연료전지용 연료 공급원 장치에 관한 것으로, 특히 더 높은 작동 저항을 구비한 연료 공급원 장치에 관한 것이다.
연료전지는 연료 및 산화제와 같은 반응물의 화학적 에너지를 직접적으로 직류(DC) 전기로 변환하는 장치이다. 연료전지는 화석연료의 연소와 같은 통상적인 전력발전과, 리튬 이온전지와 같은 휴대용 전력저장장치보다도 더 효율적이어서 그 이용이 증가하고 있다.
일반적으로 연료전지 기술은 알칼리 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물 연료전지 및 효소 연료전지 등 다양한 종류의 연료전지를 포함한다. 오늘날 매우 중요한 연료전지로서는 일반적으로 세 가지 종류로 나눌 수 있는데, (i) 압축수소(H2)를 연료로서 사용하는 연료전지와, (ii) 연료로서 메탄올(CH3OH) 등의 알콜, 수소화붕소나트륨(NaBH4) 등의 금속 수소화물, 탄화수소, 또는 수소연료로 변환된 기타 연료를 사용하는 양자교환 막(Proton Exchange Membrane: PEM, 이하 "PEM") 연료전지와, (iii) 비수소 연료를 직접 소비할 수 있는 PEM 연료전지 또는 직접 산화형 연료전지(direct oxidation fuel cell), 그리고 (iv) 고온에서 탄화수소 연료를 직접 전기로 변환하는 고체 산화물형 연료전지(solid oxide fuel cells: SOFC)가 그것이다.
일반적으로 압축수소는 고압 하에 보관되므로 다루기가 어렵다. 또한, 커다란 저장탱크가 일반적으로 요구되어 가전분야 기기에 사용될 만큼 작게 만들 수도 없다. 통상적인 개질 연료전지(reformat fuel cell)는 연료전지 내부에서 연료를 산화제와 반응하는 수소로 변환하기 위하여 개질기(reformer)와 기타 기화 및 부대 시스템을 필요로 한다. 최근에는 개질기나 개질 연료전지가 더 발전되어 가전분야 기기에 유망해졌다. 가장 일반적인 직접 산화형 연료전지는 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell) 또는 DMFC이다. 기타 직접 산화형 연료전지는 직접형 에탄올 연료전지(direct ethanol fuel cell)와 직접형 테트라메틸 오소카보네이트 연료전지(direct tetramethyl orthocarbonate fuel cell)를 포함한다. DMFC는 연료전지 내부에서 메탄올이 직접 산화제와 반응하므로, 가장 단순하면서도 가장 소형화될 수 있는 연료전지로서 가장 유망하게 가전분야 기기에 적용될 수 있다. 고체 산화물형 연료전지(SOFC)는 전기를 생산하기 위하여 높은 열에서 부탄과 같은 탄화수소 연료를 변환한다. SOFC는 연료전지 반응을 일으키기 위하여 1000℃ 범위의 비교적 고온을 필요로 한다.
연료전지 각각의 종류에 따라 전기를 생산하는 화학반응은 다르다. DMFC에 있어서, 각 전극에서의 화학-전기 반응 및 직접형 메탄올 연료전지에서의 전체 반응은 다음과 같다;
애노드에서의 반쪽 반응:
CH3OH ＋ H2O → CO2 ＋ 6H+ ＋ 6e-
캐소드에서의 반쪽 반응:
1.5O2 ＋ 6H+ ＋ 6e- → 3H2O
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 흐르게 되고, 결국 외부회로를 통하여 전류가 발생한다. 이 외부회로로서는 이동전화 또는 휴대전화, 계산기, PDA, 랩탑 컴퓨터, 전동공구 등과 같은 많은 유용한 가전분야 기기에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
DMFC는 미국특허 제5,992,008호 및 제5,945,231호에서 다루어지고 있다. 일반적으로 PEM은 듀퐁사의 Nafion
Figure 112007059288115-pct00001
과 같은 폴리머로 제조되며, 이는 대략 0.05mm 내지 0.50mm 두께범위의 과플루오르화 술폰산 폴리머(perfluorinated sulfonic acid polymer) 또는 기타 적절한 막으로 된다. 애노드는 일반적으로 백금-루테늄과 같은 촉매 박막층이 표면에 도포된 촉매 박막층을 지닌 테플론화 카본 페이퍼 지지체(Teflonized carbon paper support)로 만들어진다. 캐소드는 일반적으로 백금입자가 상기 막의 일 측면에 부착된 가스 확산 전극으로 된다.
수소화붕소나트륨 등의 금속 수소화물 개질기 연료전지에 대한 다른 연료전지 반응은 다음과 같다:
NaBH4 ＋ 2H2O → (열 또는 촉매) → 4(H2) ＋ NaBO2
애노드에서의 반쪽 반응:
H2 → 2H+ ＋ 2e-
캐소드에서의 반쪽 반응:
2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O
이러한 반응에 적합한 촉매로는 백금과 루테늄 및 기타 금속이 있다. 수소화붕소나트륨을 개질함으로써 얻어지는 수소연료는 O2와 같은 산화제와 연료전지 내부에서 반응하여 전기(또는 전자의 흐름) 및 물 부산물을 만들어낸다. 또한, 붕산나트륨(NaBO2) 부산물은 개질처리 과정에서 얻어진다. 수소화붕소나트륨 연료전지는 미국특허 제4,261,956호에서 다루어지고 있다.
직접형 수소화붕소 연료전지(direct borohydride fuel cell: DBFC)에서 반응은 다음과 같다:
애노드에서의 반쪽반응:
BH4 - ＋ 8OH- → BO2 - ＋ 6H2O ＋ 8e-
캐소드에서의 반쪽반응:
2O2 ＋ 4H2O ＋ 8e- → 8OH-
연료전지 응용을 위하여 매우 중요한 특징 중 하나는 연료 저장이다. 또 다른 중요한 특징은 연료 카트리지로부터 연료전지로의 연료 이송을 조절하는 것이다. 상업적으로 유용하기 위해서는, DMFC 시스템과 같은 연료전지는 소비자들의 일상적인 사용을 만족시키기에 충분한 연료를 저장할 수 있는 용량을 가져야 한다. 예를 들어, 이동전화 또는 휴대전화, 노트북 컴퓨터 및 PDA를 위해서는 연료전지는 현재 배터리만큼 오랫동안, 바람직하기로는 더 길게 이들 기기에 전력을 공급할 필요가 있다. 더구나, 연료전지는 오늘날의 재충전 가능한 배터리에 요구되는 긴 충전시간을 최소화하거나 또는 미연에 방지하기 위하여 쉽게 교체가능하거나 재충전가능한 연료 탱크를 구비하여야 한다.
연료 카트리지, 연료전지 및/또는 연료 재충전 기기 간에 연료를 이송하기 위해서는 밸브가 필요하다. 다양한 밸브 및 유동 제어 기기들이 미국특허 제6,506,513호 및 제5,723,229호와, 미국특허출원공개공보 제2003/0082427호 및 제 2002/0197522호에 개시되어 있다.
연료 카트리지에 저장되어 밸브를 통해 이송되는 연료는 부식성이기 때문에, 의도되지 않은 밸브 작동에 저항하는 연료 공급원 시스템이 필요하다.
본 발명은 의도되지 않은 사용자들의 작동을 포기하도록 하기 위하여 더 높은 작동 저항을 구비한 연료전지용 연료 공급원 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 밸브는 2개 요소를 구비한다. 하나는 연료 공급원에 부착가능하고 다른 하나는 연료전지 또는 전자기기에 부착가능하다. 제1 및 제2 밸브요소들은 서로에 관련되는 적어도 2개의 방향으로 이동가능하여 유로를 형성하거나, 또는 더 높은 힘의 단일 동작으로 이동가능하다. 바람직하게는, 적어도 2개의 방향으로 이동시키는 것은 의도되지않은 작동 가능성을 감소하기 위하여 사용자에게 소정 수준의 인지력을 가질 것과 및/또는 물리적 특징들을 요구한다. 이러한 연료 공급원 장치는 예를 들어 도 1-15 및 도 7-24에 도시된다. 도 26-41의 시스템에서와 같이 리셉터클(receptacle)에 대한 연료 공급원의 2개 동작을 또한 요구하는 다양한 다른 구현예들이 이런 형태이다. 다른 구현예들은 도 93-96과 같이 연결하기 위하여는 복수의 동작을 요구하나 분리하기 위하여는 단일의 동작을 요구한다. 다른 구현예들은 도 97-99에 도시하는 바와 같이 밀봉 플런저가 이동될 때까지(예를 들어 회전될 때까지) 바람직하게는 개방되지 않는 제1밸브요소와, 상기 제1밸브요소 내의 밀봉 플런저를 이동시키거나 회전시킬 수 있는 기기를 구비한 제2밸브요소를 구비한다. 또한, 이들 시스템은 하술하듯이 다양하게 분류될 수 있다; 따라서, 이들 분류는 상호 배타적이 아니다.
다른 형태의 연료 공급원 장치는 제1밸브요소와 상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함한다. 상기 제1밸브요소 또는 노즐은 연료 공급원의 일부이며, 상기 제2밸브요소 또는 배출구는 리셉터클의 일부이다. 상기 리셉터클은 연료전지(FC), 재충전기기 또는 전자기기에 결합될 수 있다. 이러한 연료 공급원 장치는 상기 밸브요소들의 어느 하나를 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 일 구현예에 있어서, 연료 공급원은 리셉터클에 분리가능하게 연결가능하고 이로써 유로가 상기 노즐과 상기 리셉터클의 배출구 간에 선택적으로 형성되며, 상기 액츄에이터는 상기 노즐을 선택적으로 개방함으로써 상기 유로가 형성된다. 상기 액츄에이터는 도 26, 27 및 도 33, 34에 도시하듯이 고정된 쐐기부로 될 수 있거나, 또는 도 33-39에 도시하듯이 상기 노즐을 수납하는 회전결합부재로 될 수 있거나, 또는 도 36, 37 및 42에 도시하는 바와 같이 회동가능한 액츄에이터로 될 수 있다.
의도되지 않은 사용자들에게 작동 저항을 제공하기 위하여 다른 연료 공급원 장치들이 도 25, 28, 29 및 31에 도시하듯이 상기 노즐로의 접근을 제한하기 위하여 쉴드를 사용하거나, 또는 도 42-47에 도시하듯이 상기 노즐로의 접근을 제한하는 덮개를 사용하거나, 또는 도 30에 도시하듯이 카트리지 유치어셈블리를 사용하거나, 또는 도 47, 53-59, 65-79에 도시하듯이 상기 액츄에이터를 폐색하기 위한 다양한 정지구나 래치부재를 사용할 수 있다. 일부 덮개는 도 42b에 도시하듯이 상기 노즐이 접근될 수 있기 이전에 복수의 동작들이 제거되는 것을 요구한다. 일부 래치는 도 47에 도시하듯이 상기 리셉터클 상에 위치될 수 있고, 일부 액츄에이터는 도 48-50에 도시하듯이 상기 연료 공급원에 관련되어 이동가능하다. 도 65-79에 도시하듯이 일부 래치부재들은 회동가능할 수 있고, 일부는 도 76-79에 도시하듯이 상기 래치부재의 위치에 따라 2개 다른 작동 힘들의 적어도 하나를 요구하는 복합 방식으로 될 수 있다. 일부 래치는 도 71-75에 도시되듯이 복수의 요소들을 구비할 수 있다. 일부 다른 래치들은 도 54-59에 도시하듯이 복수의 동작들로 이동가능할 필요가 있다.
다른 형태의 연료 공급원 장치들은 연료 공급원을 리셉터클, 연료전지 또는 전자기기로부터 분리하기 위해서는 복수의 동작들(예를 들어 적어도 2개 방향으로의)을 요구한다. 상기 분리 동작들은 삽입 동작들과 동일할 수 있거나 또는 다를 수 있다. 다른 형태의 연료 공급원은 도 45, 46에 도시하듯이 연결을 위한 높은 삽입력 및/또는 높은 분리력을(예를 들어, 단일 또는 단순 동작에 적어도 대략 2.25kg 또는 3kg) 요구한다. 다른 연료 시스템은 도 93-96에 도시하듯이 단일의 삽입 동작 및 복수의 분리 작용, 또는 복수의 삽입 동작 및 단일의 분리 동작을 요구할 수 있다. 다른 연료 시스템은 삽입 또는 분리 또는 이 둘 다를 위해 두 손 또는 두 손가락을 요구할 수 있다. 다른 연료 공급원 장치는 작동하기 위하여 경계 인지력(threshold cognitive ability)을 요구한다. 또 다른 연료 공급원 장치는 연결을 위해 소정 크기의 손을 요구한다.
다른 연료 공급원 장치는 도 80, 81에 도시하듯이 연결을 위해 시각적 배열 및/또는 청각적 확인이 필요하다. 다른 시스템들은 도 82, 83에 도시하듯이 상기 밸브를 차폐하는 덮개 또는 게이트를 구비하며, 이들 게이트는 상기 밸브가 연결을 위해 노출되는 시간을 제한할 수 있다. 다른 연료 시스템들은 도 85-87에 도시하듯이 상기 연료로의 접근을 제한하는 ON/OFF 기계적 또는 전기적 스위치를 구비한다. 이들 스위치는 도 85-87에 도시하듯이 개방하기 위하여 복수의 방향에서 이동될 수 있으며, 도 88에 도시되듯이 탄지될 수 있다. 일부 스위치는 도 88b에 도시되듯이 성인 사용자의 육질(pulp)에 접촉되어 이에 의해 이동될 수 있다. 상기 스위치들은 상기 연료 공급원이 후퇴된 때 자동적으로 OFF되거나, 또는 상기 연료 공급원이 상기 리셉터클 내로 삽입될 때 자동적으로 ON될 수 있다. 상기 연료 공급원 상의 노즐이나 밸브요소는 도 80, 81 및 91에 도시하듯이 상기 연료 공급원의 중심선에 관련되어 편재될 수 있다.
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이하, 첨부되는 도면은 본원 명세서의 일부를 이루어 이와 연계되어 이해되어야하며, 여기서 도면부호는 다양한 도면에서의 각 부분들을 가리키는데 사용된다;
도 1-4는 예시적인 전자 호스트 기기 내로 삽입되는 도 6-16의 밸브요소가 장착된 연료 공급원.
도 5는 도 6-16의 밸브요소가 장착된 연료 공급원의 다른 구현예.
도 6은 본 발명의 다른 관점에 의한 제1연결밸브요소의 분해사시도.
도 7은 초기 위치에서 플런저와 조립된 상태에서 도 6의 밸브요소의 확대단면도.
도 8은 도 7의 밸브요소 상에 사용되는 다른 그루브의 확대평면도.
도 9는 도 6의 밸브요소의 플런저의 확대사시도.
도 10은 도 6의 제1밸브요소와의 사용에 적합한 제2연결밸브요소의 분해사시도.
도 11은 초기위치에서 플런저와 저립된 상태에서 도 10의 밸브요소의 확대단면도.
도 12는 도 6 및 10의 제1 및 제2 밸브요소의 확대단면도(여기서 상기 요소 들은 연결되지 않았고 접촉되지 않음).
도 13은 도 12의 밸브요소들의 확대단면도(여기서 상기 요소들은 연결되고 상기 플런저들은 초기위치임).
도 14는 도 13의 밸브요소들의 플런저들의 확대사시도(여기서 상기 플런저들은 초기위치임).
도 15는 도 13의 밸브요소들의 확대단면도(여기서 상기 요소들은 연결되었고 상기 플런저들은 연료를 유동할 수 있게 하는 최종위치임).
도 16은 도 11에 도시된 제2밸브요소의 다른 구현예의 확대단면도.
도 17은 본 발명에 따른 밸브 어셈블리를 지닌 연료 카트리지의 사시도.
도 18은 도 17의 밸브 어셈블리의 확대단면도.
도 18a는 넥부의 형상을 도시하는 도 17의 연료 카트리지의 밸브부분의 확대개략도.
도 19는 도 17의 카트리지와의 사용을 위한 리셉터클의 바람직한 일 구현예의 사시도.
도 20은 선 20-20에 따른 도 19의 리셉터클의 단면도.
도 20a는 복수의 지지리브(451)를 도시하는 채널(450)의 정면도.
도 21은 도 17의 연료 카트리지 및 도 19의 리셉터클의 사시도(여기서 연료 카트리지는 초기 및 비장착 위치임).
도 22는 선 22-22에 따른 도 21의 연료 카트리지 및 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지는 부분적으로 삽입되고 중간 장착 위치임. 연료 카트리지 밸브는 폐쇄위치임).
도 23은 도 21의 연료 카트리지 및 리셉터클의 사시도(여기서 연료 카트리지는 작동된 위치임. 연료 카트리지 밸브는 개방된 상태임).
도 24는 선 24-24에 따른 도 23의 연료 카트리지 및 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지 밸브는 완전히 삽입되었고 개방 상태임).
도 25는 연료 카트리지의 다른 바람직한 일 구현예의 사시도.
도 26, 27은 도 25의 연료 카트리지 및 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지 및 밸브 어셈블리는 각각 중간 상태이고 완전히 장착된 상태임).
도 28은 도 25의 카트리지의 상면도.
도 29는 카트리지와 도 26의 카트리지의 밸브를 체결하는 리셉터클 일부분의 상면도.
도 30은 카트리지 유치어셈블리에서 도 26의 카트리지의 저면도.
도 31a는 도 28의 카트리지의 다른 일 구현예의 상면도.
도 31b는 도 31a의 카트리지의 다른 일 구현예의 사시도.
도 32는 도 26의 카트리지와의 사용을 위한 노즐과 수정된 리셉터클의 확대도.
도 33, 34는 도 25의 연료 카트리지 및 결합부재를 지닌 수정된 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지 및 리셉터클은 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 35는 도 33의 리셉터클의 결합부재의 단면도.
도 36, 37은 수정된 연료 카트리지 및 수정된 리셉터클의 단면도(여기서 연 료 카트리지 및 리셉터클은 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 38, 39는 각각 비장착 및 장착 위치의 수정된 쉴드 및 수정된 결합부재의 부분단면도.
도 40은 수정된 노즐 및 수정된 결합부재를 지니는 연료 카트리지의 부분단면도(여기서 연료 카트리지는 비장착 위치임).
도 41은 도 40의 수정된 결합부재의 사시도.
도 42a는 활동가능한 액츄에이터 및 덮개를 지닌 수정된 연료 카트리지의 사시도.
도 42b는 체결채널을 지닌 도 42a의 카트리지 및 덮개의 사시도.
도 43, 44는 도 42의 연료 카트리지 및 덮개와 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지와 리셉터클은 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 45, 46은 다른 덮개 및 리셉터클을 지닌 도 42의 연료 카트리지의 단면도.
도 47은 덮개를 지닌 도 42의 연료 카트리지와 수정된 리셉터클의 단면도(여기서 카트리지는 비장착 위치임).
도 48은 수정된 연료 카트리지의 평면도, 및 비장착 위치에서 리셉터클의 부분단면도.
도 49는 도 48의 밸브 액츄에이터의 평면도.
도 50은 도 48의 카트리지와의 사용을 위한 밸브 액츄에이터의 평면도.
도 51, 52는 수정된 연료 카트리지의 평면도 및 수정된 리셉터클의 부분 단 면도(여기서 연료 카트리지 및 리셉터클은 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 53은 연료 카트리지의 평면도 및 리셉터클과 함께 사용되는 분리가능한 래치부재의 부분단면도(여기서 분리가능한 래치는 폐색 및 비폐색 위치로 도시).
도 54는 분리가능한 래치 또는 폐색부재를 지닌 수정된 연료 카트리지의 사시도.
도 55는 도 54의 밸브 액츄에이터 및 래치부재의 확대분해도.
도 56a는 도 54의 연료 카트리지 및 수정된 리셉터클의 단면도(여기서 연료 카트리지는 비장착 위치임).
도 56b는 절결부를 지닌 다른 수정된 리셉터클의 정면도.
도 57, 58은 다른 이동가능한 래치부재를 지닌 수정된 연료 카트리지의 평면도 및 수정된 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지 및 리셉터클은 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 59a-59c는 도 57의 연료 카트리지의 일부분 및 래치부재의 단면도.
도 60, 61은 고장력 스프링을 지닌 수정된 연료 카트리지 및 고장력 스프링을 지닌 수정된 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지 및 밸브 어셈블리는 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 62, 63은 회전가능한 캠의 단면도와 수정된 연료 카트리지의 평면도(여기서 연료 카트리지 및 밸브 어셈블리는 각각 폐색 및 비폐색 위치임).
도 64는 도 62의 캠의 평면도.
도 65, 66은 회동가능한 래치부재와 리셉터클의 부분 단면도와, 수정된 연료 카트리지의 평면도(여기서 연료 카트리지 및 밸브 어셈블리는 각각 비장착 및 장착 위치임).
도 67은 수정된 회전가능한 래치부재와 리셉터클의 부분 단면도와, 수정된 연료 카트리지의 평면도(여기서 연료 카트리지는 비장착 위치이고 래치부재는 체결위치임).
도 68은 도 67의 래치부재와 리셉터클의 평면도.
도 69는 연료 카트리지의 평면도와, 도 67의 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지는 부분 장착 위치이고 래치부재는 중간 래치 위치임).
도 70은 연료 카트리지의 평면도와 도 67의 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지는 장착위치이고, 밸브 액츄에이터는 작동되었고, 래치부재는 래치부재를 체결해제 위치로 유지하는 제2래치위치임).
도 71-73은 2동작 회동가능한 래치부재를 지닌 수정된 연료 카트리지의 평면도와 리셉터클의 부분단면도(여기서 래치는 체결 및 체결해제 위치임).
도 74, 75는 다른 2개 동작 회전가능한 래치부재를 지닌 다른 수정된 연료 카트리지의 평면도와 리셉터클의 부분단면도(여기서 래치는 체결 및 체결해제 위치임).
도 76, 77은 다른 2개 회동가능한 래치부재를 지닌 수정된 복수 방식 연료 카트리지의 평면도와 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지는 각각 간섭 및 작동위치임).
도 78, 79는 다른 회동가능한 래치부재를 지닌 수정된 연료 카트리지의 평면 도와 리셉터클의 부분단면도(여기서 연료 카트리지는 각각 간섭 및 비간섭 위치임).
도 80은 본 발명의 다른 카트리지 및 전자기기 또는 연료전지의 대응되는 리셉터클의 부분사시도.
도 81은 본 발명의 다른 카트리지와 전자기기 또는 연료전지의 대응되는 리셉터클의 부분사시도.
도 82a, 82b는 활동 게이트를 지닌 카트리지의 사시정면도.
도 83은 카트리지가 리셉터클로부터 제거된 때 게이트를 개방 위치로부터 해제하고 폐쇄 위치로 복귀시키기 위해 정지구를 구비한 리셉터클의 사시도.
도 84는 시간지연 게이트를 구비한 카트리지 또는 연료전지 또는 기기의 개략상면도.
도 84a, 84b는 다른 시간지연 게이트.
도 85는 on/off 스위치와 밸브 또는 게이트를 지닌 본 발명의 카트리지의 부분사시도.
도 86a-86d는 예시적 스위치 구조.
도 87은 도 85의 카트리지의 가능한 위치 및 연결을 도시하는 개략 전기회로.
도 88a, 88b는 스프링 탄지된 스위치의 부분단면도.
도 89a는 기기로부터 후퇴된 도 85 또는 도 87의 카트리지의 개략측면도.
도 89b는 기기 내로 삽입된 도 85 또는 도 87의 카트리지의 개략측면도.
도 90은 카트리지가 후퇴된 때 스위치를 OFF위치로 복귀시키도록 된 도 89a에 도시한 경사면의 비교측면도.
도 91은 카트리지와 대응하는 자기밸브를 구비한 리셉터클의 부분개략도.
도 92는 도 91의 가지 밸브의 단면도.
도 93a-93c는 본 발명에 따른 다른 리셉터클의 개략도.
도 93d, 93e는 도 93a-93c의 리셉터클의 다른 구현예의 개략도.
도 93f는 도 93a-93e의 리셉터클과 사용가능한 카트리지의 부분측면도.
도 94a, 94b는 본 발명의 카트리지 및 리셉터클의 다른 구현예의 개략도.
도 95는 도 10, 11의 밸브요소의 수정된 하우징의 분해도.
도 96은 도 95의 수정된 밸브 하우징을 지닌 도 15에 도시된 밸브의 단면도.
도 97은 본 발명에 따른 다른 밸브의 단면도.
도 98a, 98b는 도 97에서 선 98a, 98b에 따른 단면도.
도 99a, 99b는 도 97에서 선 99a, 99b에 따른 단면도.
이하, 도면과 함께 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 연료 공급원(fuel supply)에 관한 것으로, 상기 연료 공급원은 메탄올과 물, 메탄올/물 혼합물, 다양한 농도의 메탄올/물 혼합물 또는 순수 메탄올과 같은 연료전지 연료를 저장한다. 메탄올은 예를 들어 DMFC, 효소 연료전지(enzyme fuel cell), 개질 연료전지(reformat fuel cell) 등 많은 종류의 연료전지에서 사용가능하다. 연료 공급원은 에탄올이나 알콜, 수소화붕소나트륨과 같은 금속 수소화물, 수소로 개질될 수 있는 기타 화학물질, 또는 연료전지의 성능 또는 효율을 향상시킬 수 있는 기타 화학물질과 같은 다른 종류의 연료전지 연료를 포함할 수 있다. 또한, 연료는 금속 연료전지 또는 알칼리 연료전지에 사용될 수 있고 연료 공급원에 저장될 수 있는 수용성 수산화칼륨(KOH) 전해질을 포함한다. 금속 연료전지용으로서 연료는 KOH 전해질 반응용액에 담근 유체부유 아연입자의 형태로 되고, 전지 캐비티(cavity) 내부의 양극은 아연입자 형태의 미립자 양극으로 된다. KOH 전해질 용액은 미국특허출원공개공보 제2003/0077493호(2003. 4. 24 공개) "하나 이상의 부하에 전력을 공급하기 위한 연료전지시스템 사용방법"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 메탄올과 과산화수소 및 황산의 혼합물을 포함하며, 이는 실리콘 칩 상에 형성된 촉매를 지나쳐 흘러 연료전지 반응을 일으킨다. 또한, 연료는 미국특허 제6,554,877호, 제6,562,497호 및 제6,758,871호에 기술된 바와 같은 메탄올, 수소화붕소나트륨, 전해질 및 기타 화합물의 혼합물을 포함한다. 또한, 연료는 미국특허 제6,773,470호에 기술된 바와 같이 용제에 부분적으로 용해되고 용제에 부분적으로 현탁된 것들과, 미국특허출원공개공보 제2002/076602호에 기술된 바와 같이 액체 연료 및 고체 연료 모두를 포함하는 것들을 포함한다.
또한, 연료는 앞서 기술하였듯이 수소화붕소나트륨(NaBH4)과 같은 금속 수소화물과 물을 포함하고 이러한 반응에 의하여 생성된 낮은 압력과 낮은 온도를 지닌다. 또한, 연료는 탄화수소 연료, 즉 부탄, 등유, 알콜 및 천연가스 등을 더 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이는 미국특허출원공개공보 제2003/0096150호(2003. 5. 22 공개) "액체 계면 연료전지 기기"에 개시되어 있다. 또한, 연료는 연료와 반응하는 액상 산화제를 포함한다. 따라서, 본 발명은 연료 공급원에 수용되거나, 아니면 연료전지 시스템에 의하여 사용되는 연료, 전해질 용액, 산화제 용액 또는 액체 또는 고체의 종류에 한정되지 않는다. 여기서 사용되는 "연료"라는 용어는 연료전지나 연료 공급원 내에서 반응할 수 있는 연료 모두를 포함하며, 이는 상기 모든 적합한 연료, 전해질 용액, 산화제 용액, 기체, 액체, 고체 및/또는 화학물질과 그 혼합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
여기서 사용되는 용어인 "연료 공급원"은 일회용 카트리지, 재충전/재사용 가능한 카트리지, 용기, 전자기기 내부에 구비되는 카트리지, 분리가능한 카트리지, 전자기기 외부에 구비되는 카트리지, 연료 탱크, 연료 재충전 탱크, 연료를 수용하는 기타 용기, 상기 연료 탱크 및 용기에 연결되는 배관을 포함하며 이에 한정되지는 않는다. 이하, 카트리지가 본 발명의 예시적 구현예들과 연계되어 기술되나, 이들 구현예들은 다른 연료 공급원들에게도 적용가능하며 본 발명은 어떤 특정 형태의 연료 공급원에 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명의 연료 공급원은 연료전지에 사용되지 않는 연료를 저장하는데 사용될 수도 있다. 이러한 응용은 The Industrial Physicist에 공표된 "마이크로엔진(microengine)의 등장"(pp. 20-25, 2001.12/2002.1)에 논의된 바 있는 실리콘 칩 상에 장착된 마이크로 가스 터빈 엔진(micro gas-turbin engine)용 탄화수소 및 수소연료를 저장하는 것도 포함하며, 이에 한정되지 아니한다. 본 출원에서 사용되듯이, "연료전지"는 또한 마이크로 엔진을 포함한다. 기타 용도로서 내부 연소 엔진용 기존 연료와, 포켓 및 다용도 라이터용 부탄, 액화 프로판과 같은 탄화수소를 저장하는 것을 포함한다.
여기서 사용되는 용어인 "리셉터클(receptacle)"은 연료 공급원 또는 상기 연료 공급원으로부터 밸브를 수납하는 어떤 특징 또는 요소를 포함하며 이에 한정되지 않는다. 또한, 이 용어는 전자기기나 연료전지 상에 캐비티(cavity)를 형성하거나 또는 이로부터 돌출하거나 또는 이의 일 면상에 형성되거나, 또는 이들의 조합을 형성하는 기기 또는 요소를 더 포함한다. 예시적인 리셉터클로는 밸브, 정렬 특징들, 유치(retention) 특징들 및 전기적 인터페이스를 포함한다. 상기 모든 것들은 전자기기나 연료전지의 일 면에 돌출 또는 요입되거나 위치될 수 있다.
적합한 연료 공급원은 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/356,793호(2003. 1. 31 출원) "연료전지용 연료 카트리지"에 잘 개시되어 있다.
대체로 본 발명의 연료 공급원 시스템은 협동하는 밸브요소들을 포함한다. 일 밸브요소는 연료를 수용하는 연료 카트리지에 결합될 수 있고 다른 일 밸브요소는 연료전지(FC), 재충전 기기 또는 상기 연료전지에 의해 구동되는 전자기기에 결합될 수 있다. 본 발명은 일반적으로 여러 유형의 연료 공급원 시스템에 적용된다. 연료 공급원 시스템의 일 유형은 제1밸브요소와 상기 제1밸브요소에 연결가능한 제2밸브요소를 포함함으로써 상기 제1밸브요소와 제2밸브요소를 통하여 유로가 형성된다. 여기서 사용되는 "밸브요소"는 체크 밸브(check valve), 덕빌 밸브(duckbill valve), 전기적 밸브(예를 들어, 솔레노이드 밸브(solenoid valve)), 자기적 밸브 및 폐쇄된 슬릿(slit)을 지닌 와셔(washer)(격막(septum)으로도 알려져 있는)와 같 은 밀봉(seal)을 구비한 밸브요소들과, 개방된 튜브나 배출구 또는 관통 니들(piercing needle)과 같이 밀봉이 없는 밸브요소들을 포함하며, 이에 한정되지 아니한다. 적어도 하나의 상기 밸브요소들은 내부 밀봉을 구비하여야 한다. 예를 들면, 하나의 적합한 밸브는 하나의 내부밀봉을 구비한 일 밸브요소와 하나의 개방된 도관을 구비한 다른 밸브요소를 구비함으로써 상기 내부밀봉이 개방될 때 이들을 통하여 유로가 형성되도록 할 수 있다. 적합한 밸브요소들은 미국특허출원 제10/629,006호(2003. 7. 29 출원) "연결밸브를 구비한 연료 카트리지"와 미국특허출원공개공보 제2003/0082427호에 기술되어 있다.
적합한 연료전지 카트리지의 일 구현예가 도 1에 도시된다. 카트리지 또는 연료 공급원(1)은 상술한 바와 같이 어떠한 형태의 연료전지 연료도 수용할 수 있다.
도 1-5를 참조하면, 연료 공급원(1)은 밸브요소들(140, 240)의 어느 하나를 구비하고 전자 호스트 기기(2)는 나머지 하나의 밸브요소를 구비한다. 먼저, 연료 공급원(1)은 기기(2)에 관련되어 위치함으로써 밸브요소들(140, 240)은 상호 정렬된다(도 1). 이때, 연료 공급원(1) 및/또는 전자기기(2)가 병진운동 방향 T를 따라 상호 관련되어 이동함으로써 밸브요소들(140, 240)은 상호 삽입된다. 그리고, 연료 공급원(1) 및 기기(2)는 축 A 주위의 방향 R로 상호에 관련되어 회전이동됨으로써 밸브요소들(140, 240)의 캠 면들(176, 276: 도 7 및 도 10에 도시)이 상호 작용하여 밸브요소들(140, 240) 간에 유체소통이 형성된다. 도 3 및 도 4에서는 방향 R로 회전 후의 연료 공급원(1)이 도시된다. 이 지점에서 연료는 펌핑될 수 있거나, 그 렇지 않으면 연료 공급원(1)으로부터 기기(2) 내부의 연료전지(FC)로 이송될 수 있다. 도 1-3에서는 병진운동 및 회전운동이 도시되지만, 2개 이상의 운동이 결합되어 사용됨으로써 연료 공급원(1)을 전자 호스트 기기(2) 또는 연료전지(FC)에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 2개의 병진운동, 2개의 회전운동이나, 또는 어떠한 순서에 의해서라도 하나의 병진운동 및 하나의 회전운동이 사용될 수 있다. 또한, 연료 공급원(1) 및 전자기기(2)에 대한 다른 체결(locking) 및 해제(unlocking) 메카니즘이 설계/구현될 수 있으며, 이에 따라 여기서 연료 공급원(1)을 방출하기 위해 기술되는 것과는 다른 요소들 및 작동 또는 동작들이 요구될 수 있다.
또한, 임의적으로 연료 공급원(1)은 그 위에 래치(latch: 3)를 구비할 수 있으며, 이에 따라 연료소통이 밸브요소들(140, 240) 간에 형성된 이후에 래치(3)가 전자 호스트 기기(2) 상에 위치한 이에 대응하는 돌출부(4)와 결합됨으로써 연료 공급원(1)을 제자리로 지지할 수 있다. 래치(3)가 연료 공급원(1) 상에 회전하도록 장착되는 것으로 도시되었고 일단에 계지되어 돌출부(4)에 결합되는 반면에, 래치(3)는 어떠한 형상으로도 될 수 있고 연료 공급원(1)에 어떠한 방법에 의해서라도 연결되거나 지지될 수 있다. 예를 들어, 래치(3)는 연료 공급원(1)에 일체화되어 연결되는 아암(arm)으로 될 수 있고, 이로써 모멘트가 상기 아암에 적용될 때 상기 아암은 절곡되어 돌출부(4)와 결합된다.
다른 구현예에 있어서, 도 5에 도시되듯이, 연료 공급원(1)은 밸브요소들(140, 240)의 어느 하나를 구비하고 전자 호스트 기기(2)는 다른 밸브요소를 장착한다. 먼저, 연료 공급원(1)은 기기(2)에 관련되어 위치되고, 이로써 밸브요소 들(140, 240)은 상호 정렬된다. 그러면, 연료 공급원(1) 및/또는 전자기기(2)가 병진운동 방향 D1을 따라 서로에 관련되어 이동하게 되고, 이로써 밸브요소들(140, 240)은 서로 삽입되어 진다. 이후, 연료 공급원(1)과 기기(2)가 카트리지 축 Lc 주위의 방향 R로 서로에 관련되어 회전이동하고, 이에 따라 밸브요소들(140, 240)의 캠 면들(176, 276: 도 7 및 도 10에 도시)이 상호 작용하여 밸브요소들(140, 240) 간에 유체소통을 형성하게 된다. 이 지점에서 연료는 펌핑될 수 있거나, 그렇지 않으면 연료 공급원(1)으로부터 기기(2) 내부의 연료전지(FC)로 이송될 수 있다.
카트리지 축 Lc는 도 5에 도시되듯이 축 A와 동축으로 될 수 있거나, 또는 도 2에 도시되듯이 축 A와 동축이 아닐 수 있고 카트리지 축 Lc는 축 A에 실질적으로 수직으로 된다.
도 6은 제1밸브요소(140)의 일 구현예를 도시하며, 이는 도 10에 도시하는 제2밸브요소(240)와 함께 V로 표기된(도 12 참조) 연결밸브를 형성한다. 제1밸브요소(140)는 도 1에 도시하듯이 카트리지(1) 또는 연료전지(FC), 재충전기기 또는 전자기기에 결합될 수 있다.
제1밸브요소(140)는 단차진 챔버(144)를 이루는 주 하우징(142)을 포함한다. 플런저(146), 스프링(148) 및 종단캡(150)의 부분들은 챔버(144)에 수납된다. 플런저(146)는 주 하우징(142)에 대해 챔버(144) 내부에서 길이방향 L으로 이동할 수 있다. 그러나, 종단캡(150)은 분리가 가능 또는 불가능하게 주 하우징(142)에 고정된다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 종단캡(150)은 주 하우징(142)에 스냅체 결(snap-fitting)이나 초음파 용접될 수 있다. 또는, 이들 요소들은 접착본딩(adhesive bonding), 초음파 본딩(ultrasonic bonding), 용접(welding), 스핀용접(spin welding), 고주파 용접(radio frequency welding), 열 접착(heat sealing) 등으로 결합될 수 있다. 종단캡(150)은 도 7에 도시하듯이 연료가 이를 관통하여 유동하도록 복수의 개구(152)를 이룬다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 주 하우징(142)은 방사상 내부 연장벽(154)을 더 포함하며 이는 챔버(144)를 외부 챔버부(144a)와 내부 챔버부(144b)로 구획한다. 벽(154)은 상기 외부 챔버부(144a) 및 내부 챔버부(144b) 간에 유체소통이 가능해지도록 개구(156)를 포함한다. 외부 O링(136)은 방사상 벽(154)의 외부면 상에 위치된다. 또는, O링(136)은 밸브요소(240) 상에 위치될 수 있다.
제1종단(142a) 부근에 있는 주 하우징(142)의 내부면(158)은 길이방향 연장 단부(160a: 점선 표시)와 원주방향 연장단부(160b: 점선 표시)을 지니는 요입부(groove: 160: 점선 표시)를 포함한다. 바람직하기로는, 도 7에 도시하듯이 단부(160a)와 단부(160b)의 제1부분 간의 각도 θ는 대략 90°이다. 다른 구현예에서는, 도 8에 도시하듯이 단부(160a)와 단부(160b')의 제1부분 간의 각도 θ는 대략 90°보다 크다. 도 8 구조의 이점은 후술한다.
제2종단(142b) 부근에 있는 주 하우징(142)의 내부면(158)은 길이방향 연장 요입부(점선 표시)를 포함한다. 제2종단(142b) 부근에 있는 주 하우징(142)은 원주방향 연장 요홈(recess: 164: 점선 표시)을 더 포함한다.
도 6-9를 참조하면, 플런저(146)는 확대된 직경부(146a)와 감소된 직경 부(146b)를 포함한다. 확대된 직경부(146a)는 챔버(168)로 원주상 둘러싸인 길이방향 연장 로드(166)를 포함한다. 로드(166)는 자유종단(166a)을 포함한다. 확대된 직경부(146a)의 외부면은 길이방향 연장 돌출 리브(170)을 포함한다. 확대된 직경부(146a)의 방사상 연장면(172)은 내부 O링(174)을 수납한다.
감소된 직경부(146b)는 면(178)으로부터 돌출하는 캠 면(176)을 포함한다. 캠 면(176)의 자유종단(176a)과 면(178) 간의 거리는 d3로 표시된다. 캠 면(176)은 경사부(176b)를 더 포함한다. 도 6을 참조하면, 종단캡(150)은 벽(182)으로부터 돌출하는 외부링(180)을 포함한다. 종단캡(150)은 벽(182)으로부터 돌출하는 로드(184)를 더 포함하고 링(180)과 중앙부에서 간격을 두고 배치되고 동축으로 정렬된다. 로드(184)는 자유종단(184a)을 포함한다.
도 6-9를 참조하면, 플런저(146)가 주 하우징(142) 내에 배치될 때, 플런저(146)의 리브(170)는 주 하우징(142)의 요입부(162) 내에 수납되어 플런저(146)와 주 하우징(142)의 완전한 정렬이 확실히 되도록 한다. 플런저(146)의 확대된 직경부(146a)는 주 하우징(142)의 내부 챔버부(144b) 내에 수납되고 플런저(146)의 감소된 직경부(146b)는 개구(156)를 통하여 연장된다. 다음으로, 스프링(148)이 로드(166)를 둘러싸는 플런저 내부 챔버(168) 내에 설치된다. 그러면, 종단캡(150)은 주 하우징(142)에 연결되고, 이로써 스프링(148) 또한 종단캡 로드(184)를 둘러싸게 되고 링(180)은 주 하우징(142)의 요홈(164) 내에 수납되게 된다.
밸브요소(140)의 부분들은 초기 또는 밀봉 위치에서 스프링(148)이 플런저(146)를 탄지하고 그 결과 내부 O링(174)을 방사상 벽(154)과 밀봉체결하도록 설 계된다. 또한, 초기 또는 밀봉 위치에서 플런저(146)는 종단캡(150)으로부터 간격을 두어 배치됨으로써 거리 d1은 플런저 로드 자유종단(166a)과 종단캡 로드 자유종단(184a) 간에 연장된다.
도 10을 참조하면, 재2밸브요소(240)는 챔버(244)를 이루는 주 하우징(242)을 포함한다. 플런저(246), 스프링(248) 및 종단캡(250)의 부분들은 챔버(244) 내부에 수납된다. 플런저(246)는 하우징(242)에 대하여 챔버(244) 내부에서 길이방향 L로 이동할 수 있다. 그러나, 종단캡(250)은 하우징(242)에 대해 분리될 수 있게 또는 분리될 수 없도록 고정된다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 종단캡(250)은 주 하우징(242)에 초음파 용접된다. 또는, 이들 요소들은 접착본딩, 초음파 본딩, 스냅체결, 용접, 고주파 용접, 열 접착 등으로 결합될 수 있다. 종단캡(150)은 도 11에 도시하듯이 연료가 이를 관통하여 유동하도록 복수의 개구(252)를 이룬다.
도 10 및 11을 참조하면, 주 하우징(242)은 방사상 내부 연장벽(254)을 더 포함하며 이는 챔버(244)를 외부 챔버부(244a)와 내부 챔버부(244b)로 구획한다. 벽(254)은 외부 챔버부(244a) 및 내부 챔버부(244b) 간에 유체소통이 가능해지도록 개구(256)를 포함한다. 하우징(242)은 내부면(258)과 제1종단(242a)을 포함한다. 제2종단(242b) 부근에 있는 주 하우징(242)의 내부면(258)은 길이방향의 연장 요입부(262: 점선 표시)를 포함한다. 제2종단(242b) 부근에 있는 주 하우징(242)의 내부는 원주방향 연장요홈(264: 점선 표시)을 더 포함한다. 돌출핀(265)은 주 하우징(242)의 외부면(259)로부터 연장된다. 하나 이상의 핀(265)과 이에 대응되는 요입부(260)가 있을 수 있다.
플런저(246)는 플런저(146)과 유사하며 확대된 직경부(246a)와 좁은 직경부(246b)를 포함한다. 확대된 직경부(246a)는 내부 챔버(268)로 원주상 둘러싸인 길이방향 연장 로드(266)를 포함한다. 로드(266)는 자유종단(266a)을 포함한다. 확대된 직경부(246a)의 외부면은 길이방향 연장 돌출 리브(270)를 포함한다. 확대된 직경부(246a)의 방사상 연장면(272)은 내부 O링(274)을 수납한다.
감소된 직경부(246b)는 면(278)으로부터 돌출하는 캠 면(276)을 포함한다. 캠 면(276)의 자유종단(276a)과 면(272) 간의 거리는 d3로 표시된다. 캠 면(276)은 경사부(276b)를 더 포함한다. 도 10을 참조하면, 종단캡(250)은 벽(282)으로부터 돌출하는 외부링(280)을 포함한다. 종단캡(250)은 벽(282)으로부터 돌출하는 로드(284)를 더 포함하고 링(280)과 중앙부에서 간격을 두고 배치되고 동축으로 정렬된다. 로드(284)는 자유종단(284a)을 포함한다.
플런저(246)가 주 하우징(242) 내에 있을 때, 리브(270)는 요입부(262) 내에 수납되어 플런저(246)와 주 하우징(242)의 완전한 정렬이 확실히 되도록 한다. 플런저(246)의 확대된 직경부(246a)는 주 하우징(242)의 내부 챔버부(244b) 내에 수납되고 플런저(246)의 감소된 직경부(246b)는 개구(256)를 통하여 연장된다. 다음으로, 스프링(248)이 로드(266)를 둘러싸는 플런저 내부 챔버(268) 내에 삽입된다. 그러면, 종단캡(250)은 주 하우징(242)에 연결되고, 이로써 스프링(248) 또한 종단캡 로드(284)를 둘러싸게 되고 링(280)은 주 하우징(242)의 요홈(264) 내에 수납되게 된다.
도 11을 참조하면, 밸브요소(240)의 부분들은 초기 위치에서 스프링(248)이 플런저(246)를 탄지하고 그 결과 내부 O링(274)을 방사상 벽(254)과 밀봉체결하도록 설계된다. 또한, 초기 또는 밀봉 위치에서 플런저(246)는 종단캡(250)으로부터 간격을 두어 배치됨으로써 거리 d2는 플런저 로드 자유종단(266a)과 종단캡 로드 자유종단(284a) 간에 존재하게 된다.
도 7, 11 및 14를 참조하며 밸브(V)의 작동을 설명한다. 하기와 같이 밸브요소(140)는 카트리지에 부착되는 반면, 밸브요소(240)는 연료전지 또는 전자기기에 부착된다. 그러나, 이러한 배열은 반대로 될 수도 있다. 하기 표는 밸브(V)의 작동을 정리한 것이다:
단계 하우징(242)에 대한
하우징(142)의 상대 동작		 전자기기 상에서의
밸브요소(240)		 카트리지 상에서의
밸브요소(140)
1 길이방향 폐쇄 폐쇄
2 부분 회전 폐쇄 폐쇄
3 부분 회전 개방 폐쇄
4 부분 회전 개방 개방
상기 표를 더 상세히 설명한다. 밸브요소(140, 240)가 서로 연결을 위해 근접할 때(도 12 참조), 외부 챔버부(144a)는 밸브요소(240)의 제1종단(242a)를 수납하고, 이로써 밸브요소(240)의 일부가 밸브요소(140)에 의해 수납된다. 밸브요소(240)의 종단(242a)은 외부 O링(136)에 접촉하여 내부요소 밀봉을 형성한다. 밸브요소들(140, 240)의 완전한 정렬을 확실하게 하기 위하여 밸브요소(240)의 핀(265)이 밸브요소(140)의 요입부(160a) 내로 수납된다. 핀(265)이 요입부(160a)의 종단에 도달하면, 도 14에 가장 잘 도시되어 있듯이 캠면 자유종단들(176a, 276a)은 접촉하지 않고 나란히 정렬된다. 이것이 단계 1의 길이방향 삽입동작이다. 거리 d1 및 d2는 삽입 동안 변화하지 않으며, 플런저들(146, 246)은 도 13에 도시 되듯이 이들의 초기 또는 밀봉 위치에 있게 된다. 그 결과, 밸브요소(240)의 길이방향 삽입동작의 끝에서 내부 O링들(174, 274)의 밀봉이 밸브요소들(140, 240) 간의 연료 유동을 방지하므로 밸브요소들(240, 140)은 폐쇄된다.
도 7 및 15를 참조하면, 단계 2 동안 주 하우징(242)은 부분적으로 이동됨으로써 핀(265)은 상기 2개의 캠면들(176, 276)이 서로 접촉할 때까지 원주상 요입부(160b)를 따라 움직이게 된다. 또한, O링(136)은 압축되어 밸브요소들(140, 240) 간에 내부요소 밀봉을 형성한다.
단계 3에서, 스프링(248)은 스프링(148)보다 더 약하게 설계되며, 이로써 요소(240)가 회전함에 따라 캠면 경사부들(176b, 276b)이 접촉하여 더 약한 스프링(248)에 의해 탄지되는 플런저(246)만이 종단캡(250)을 향해 움직여 거리 d2를 감소시키도록 하고, 그 반면에 거리 d1은 실질적으로 변화하지 않게 한다. 이러한 회전동작으로 인하여 내부 O링(274)의 밀봉은 개방되지만, 내부 O링(174)의 밀봉은 폐쇄를 유지한다. 이 단계 동안, d2는 0에 근접하게 되고 제2요소(240)의 핀(265)은 요입부(160b)의 종단에 도달하지 않는다.
단계 4에서, 주 하우징(242)은 더 회전됨으로써 플런저(246)가 요입부(160b)의 종단에 도달하고, 이러한 추가 동작은(d2는 0으로 된다) 스프링(148)을 극복함으로써 플런저(146)가 이동하여 거리 d1을 감소시킨다. 이러한 추가 회전동작으로 인하여 내부 O링(174)에서의 밀봉이 개방되어 상기 요소들(140, 240) 간의 연료 유동(F)이 가능해진다(도 15 참조). 상기 요소들(140, 240) 및 거리들(d1, d2, d3)은 상술한 작동순서가 발생되도록 형상과 치수가 설계된다.
주 하우징(242)이 반대방향으로 회전되어 밸브요소(140)로부터 분리되면, 상기 순서는 역전되고, 이로써 플런저(146)는 스프링(148)의 도움으로 그 초기위치로 복귀함으로써, 플런저(246)가 스프링(248)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브(240)를 폐쇄하기 이전에 밸브요소(140)를 폐쇄한다. 도 8을 참조하면, 요입부들(160a, 160b) 간의 각도 θ를 90°보다 크게 하면, 플런저(246)가 단계들 2-4 동안 외부 O링(136)에 가하는 힘을 증가시킬 수 있다.
밸브요소(240)의 다른 구현예에 있어서, 도 11 및 12-15를 참조하면, 내부 O링(274)은 플런저(246)가 이동하여 거리 d2를 감소시킬 때 팽창하여 요소(240)를 계속 밀봉하는 재질로 형성될 수 있다. 이러한 구현예는 하기 표에 나타내는 작동순서로 된다:
단계 하우징(242)에 대한
하우징(142)의 상대 동작		 전자기기 상에서의
밸브요소(240)		 카트리지 상에서의
밸브요소(140)
1 길이방향 폐쇄 폐쇄
2 부분 회전 폐쇄 폐쇄
3 부분 회전 폐쇄 폐쇄
4 부분 회전 개방 개방
이러한 구현예에 있어서, 스프링(248)은 스프링(148)보다 약하게 되고 밸브요소(140)는 상술한 바대로 작동한다. 그러나, 단계 2, 3에서의 밸브요소(240)는 주 하우징(242)이 거리 d2가 0으로 되는 지점으로 회전될 때까지 팽창하여 밀봉을 계속하는 O링 또는 밀봉(274)을 구비한다. 이 지점에서 O링(274)을 팽창시키는 것은 더 이상 요소(240)를 밀봉하지 않으며 주 하우징(242)의 추가 회전은 스프링(148)에 대해 플런저(146)를 이동시켜 거리 d1을 감소시키고 밸브요소들(140, 240)을 통한 유로를 개방한다.
상기 순서가 역전되면, 플런저(146)는 스프링(148)의 도움으로 그 초기위치로 복귀함으로써, 플런저(246)가 스프링(248)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브(240)를 폐쇄하기 이전에 밸브요소(140)를 폐쇄한다.
또 다른 구현예에 있어서, 도 12-16을 참조하면, 밸브요소(340)는 스프링(248)과 내부 O링(274) 없이 형성될 수 있고(도 10 및 16 참조), 이로써 거리 d2는 0으로 된다. 그 결과, 플런저(246)는 이동할 수 없고 밸브요소(340)는 영구히 개방된다. 이 구현예에서 작동순서는 하기 표와 같다:
단계 하우징(242)에 대한
하우징(142)의 상대 동작		 전자기기 상에서의
밸브요소(240)		 카트리지 상에서의
밸브요소(140)
1 길이방향 개방 폐쇄
2 부분 회전 개방 폐쇄
3 부분 회전 개방 개방
이러한 구현예에서, 밸브요소(340)는 단계 1-3 동안 영구히 개방된다. 핀(265)이 요입부(160b) 종단에 도달되면, 전술한 바와 같이 밸브요소(140)는 폐쇄상태에서 개방상태로 이동되어 요소들(140, 340) 간에 연료 유동을 가능하게 한다.
상기 순서가 역전되면, 플런저(146)는 스프링(148)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브요소(140)를 폐쇄한다.
또 다른 구현예에 있어서, 도 10, 6 및 12-15를 참조하면, 이의 밸브요소는 밸브요소(240)와 유사하지만 리브(270) 및 핀(265) 없이 형성될 수 있다는 점에서 다르다. 다시 말해, 밸브요소(140)에 있어서 플런저(146)는 주 하우징(142)에 대해 단지 길이방향으로만 이동할 수 있는 반면에, 밸브요소(240)에 있어서 플런저(246)는 주 하우징(242)에 대해 길이방향 및 회전방향으로 이동할 수 있다. 이러한 배열은 역으로 될 수도 있다. 그 결과, 밸브요소(240)의 회전동작은 밸브(V)를 개방하 는데 필수적이지 않다. 바람직하기로는, 본 구현예에서 사용되는 O링은 도 7에 도시하는 탄성중합체 스프링들과 유사한 충분한 두께로 되며 상기 사용되는 스프링들은 상기 플런저들이 비체결 시에 이들 각각의 폐쇄위치로 복귀할 수 있도록 비틀림(torsion) 지지를 제공한다. 본 구현예에서 작동순서는 하기 표와 같다:
단계 하우징(242)에 대한
하우징(142)의 상대 동작		 전자기기 상에서의
밸브요소(240)		 카트리지 상에서의
밸브요소(140)
1 길이방향 폐쇄 폐쇄
2 길이방향 개방 폐쇄
3 길이방향 개방 개방
이러한 구현예에서, 전술한 바와 같이 스프링(248)은 스프링(148)보다 약하게 된다. 밸브요소(240)는 밸브(V)를 개방하기 위하여 단지 밸브요소(14) 내로 길이방향으로 이동하기만 하면 된다. 밸브요소(240)의 초기 삽입 동안(단계 1), 스프링(248)은 스프링(148) 앞에서 극복되어 밸브요소(240)는 개방되지만, 밸브요소(140)는 단계 2 동안 계속 폐쇄된 상태를 유지한다. 캠면들(176, 276)과, 리브(270) 및 요입부(262)의 제거로 인하여 주 하우징(242)의 길이방향 이동은 플런저(146)에 대한 플런저(246)의 회전을 야기한다; 그러나, 스프링(148)은 주 하우징(242)이 소정의 거리를 이동할 때까지 극복되지 아니한다. 단계 3에 있어서, 주 하우징(242)의 상대 이동으로 인하여 플런저(246)는 플런저(146)가 폐쇄상태에서 개방상태로 이동하여 요소들(140, 240) 간에 연료 유동을 가능하게 할 때까지 플런저(146)를 이동시킨다. 따라서, 상술한 바와 같이 밸브(V)는 2 동작 활성밸브(도 12에 도시)로부터 1 동작 활성밸브로 변환될 수 있다.
상기 순서가 역전되면, 플런저(146)는 스프링(148)의 도움으로 그 초기위치로 복귀함으로써, 플런저(246)가 스프링(248)의 도움으로 그 초기위치로 복귀하여 밸브(240)를 폐쇄하기 이전에 밸브요소(140)를 폐쇄한다. 비록 상기 순서들은 주 하우징(242)의 동작으로 기술되었지만, 단지 필요한 것은 상기 밸브요소들 간의 상대동작뿐이다.
도 17을 참조하면, 전자 호스트 기기(2) 용도의 연료 카트리지(400), 또는 연료전지(FC) 또는 재충전 기기가 도시된다. 연료 카트리지(400)는 저장 하우징(402), 연결부(404) 및 제1밸브요소 또는 밸브 어셈블리(406)를 포함한다. 저장 하우징(402)은 연료를 수용하기 위한 챔버(미도시)를 포함한다. 하우징(402)은 연료 블래더(bladder)나 연료 라이너(liner)(미도시)를 수납하도록 형상과 치수가 설계될 수 있다. 연료 라이너는 본 출원인의 현재 진행 중인 미국특허출원 제10/629,004호(2003. 7. 29 출원) "가요성 라이너를 구비한 연료 카트리지"에 잘 개시되어 있다. 상기 챔버나 라이너는 밸브 어셈블리(406)와 유동적으로 연결된다.
연결부(404)는 저부 확장부(408) 및 상부 확장부(410)와 이들 간에 위치된 넥(neck: 412)을 포함한다. 상부 확장부(410)는 키(key) 또는 돌출부(416)를 포함한다. 넥(412)은 대체로 평행하고 완전 대향된 평판들(418)을 포함한다.
도 17-18a를 참조하면, 상부 확장부(410)의 거리 D1은 가장 긴 거리이며 키부(416)를 포함한다. 상부(410)의 거리 D3는 키(416)를 제외한 그 직경이다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 넥(412)의 거리 D2는 슬롯들(418)의 면들 간에 연장되며 넥(412)에서 가장 작은 거리이다. 넥(412)의 거리 D4는 슬롯들(418)을 제외한 그 직경이며, 거리 D3는 거리 D4와 실질적으로 동일하다. 거리 D4는 거리 D2보다 크다.
연결부(404)는 하우징(402)의 연료 참버에 연결된 중앙 제1보어(bore: 420)를 더 포함한다. 연결부(404)는 제1보어(420)에 연결된 중앙 제2보어(422)를 더 포함한다. 밸브 어셈블리(406)는 종단캡(424), 플런저(426), 스프링(428), O링 밀봉(430) 및 개스킷(432)을 포함한다. 종단캡(424)은 연결부(404)의 저부종단에 분리될 수 있게 또는 분리될 수 없도록 고정된다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 종단캡(424)은 연결부(404)에 스냅체결(snap-fitting)이나 초음파 용접될 수 있다. 또는, 이들 요소는 접착 본딩, 초음파 본딩, 용접, 스핀용접, 고주파 용접, 열 접착 등으로 결합될 수 있다. 종단캡(424)은 복수의 개구들(434)을 이루어 이를 통하여 연료가 유동할 수 있도록 한다. 또한, 종단캡(424)은 연료로 하여금 카트리지(402)로부터 제1보어(420)로 유동할 수 있게 하는 형상, 즉 연료가 상기 평판들에 의해 형성된 공간을 통하여 유동할 수 있게 하는 평판들을 지닌 원형(도 18a에 도시된 바와 유사한)의 형상으로 될 수 있으며 스프링(428)을 제 위치에 지지하기에 충분한 표면적을 갖는다.
플런저(426)는 기부(436)와 이로부터 돌출하는 첨단부(438)를 포함한다. 기부(436)는 제1보어(420) 내부로 미끄러지며 수납되어 연료 유동을 위한 갭 g를 이루도록 하고 그 내부에 스프링(428)을 수납하도록 형상과 치수가 설계된다. 첨단부(438)는 제2보어(422) 내부로 미끄러지며 수납되도록 형상과 치수가 설계된다. O링(430)은 제1보어(420) 내 기부(436)의 상류에 배설된다. 또한, 개스킷(432)은 연결부(404)의 상부 종단 내에 배설되며 하술하듯이 카트리지(400)와 리셉터클(442) 간의 압축 밀봉을 공급받는다. 플런저(426)로의 접근을 제한하기 위하여 하술하듯 이 직립 쉴드가 카트리지(400)에 추가될 수 있다.
도 19 및 20을 참조하면, 연료 카트리지(400)은 리셉터클(442)에 연결되도록 되고, 이는 전자기기(2), 연료전지(FC), 기타 연료 공급원 또는 재충전 기기에 결합된다. 리셉터클(442)은 대체로 전면벽에 키 통로 개구(444)를 포함하여 연결부(404), 측벽들의 임의의 슬롯들(446, 448)과 후벽의 배출구(450)를 수납한다. 리셉터클(442)은 연료전지(FC)나 전자기기(2)에 일체화될 수 있다.
키 통로 개구(444)는 확장부(452) 및 감소부(454)를 포함한다. 거리 D5는 확장부(452)의 직경이고 상부(410)의 직경 D3보다 약간 크지만 직경 D1보다는 더 작다. 이로써 연료 카트리지(400)를 키 통로 개구(444)의 확장부(452) 내로 삽입하는 것이 카트리지(400)의 방향에 민감해진다. 왜냐면, 키 부(416)는 감소부(454)와 일렬로 정렬되어야 하기 때문이다.
감소부(454)의 거리 D6는 넥(412)의 더 큰 거리 D4보다 작으나, 거리 D2보다는 크다(도 18a 참조). 이로써 또한 연료 카트리지(400)를 키 통로 개구(444)의 감소 직경부(454) 내로 삽입하는 것도 카트리지(400)의 방향에 민감해진다.
도 19 및 20을 참조하면, 리셉터클(442) 내부의 중간면(456)은 요입면부(458), 캠면부 또는 액츄에이터(460) 및 밀봉면부(462)를 포함한다. 요입면부(458)는 연료 카트리지(400) 상의 일부 연결부(404)가 밸브(404)의 밀봉을 개방함이 없이 리셉터클(442) 내부에 삽입될 수 있도록 한다. 캠면부(460)는 요입면부(458)과 밀봉면부(462) 간에 경사진다. 밀봉면부(462)는 연료 배출구(450)와 정렬된다. 바람직하기로는, 배출구(450)는 도 20a에서 도시하듯이 복수의 지지리 브(451)를 수용한다. 지지리브(451)는 간격이 떨어져 배치되어 이를 통하여 연료가 유동할 수 있도록 하고 플런저에 접촉하도록 설계되어 연료가 배출구(450)에 인입하는 것을 방지한다. 지지리브(451)는 배출구(450) 내부에 십자를 형성하는 리브들을 포함한다면 어떠한 형상이라도 가능하다.
상기 삽입과정 동안, 카트리지(400)가 초기 비장착 위치(도 21에 도시)에 있을 때, 밸브 어셈블리(406)는 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다. 삽입하기 위하여 상부 확장부(410)는 확대부(452)와 정렬됨으로써 키(416)가 채널(454)과 정렬되어 진다. 그러면, 카트리지(400)는 방향 I1으로 병진방향으로 이동되고, 카트리지(400)의 상부 확대부(410)는 키 통로 개구(444)의 확대부(452) 내부에 끼워진다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 일단 삽입되면, 플런저(426)는 면(456)에 대한 상부 확대부(410)의 방해로 인하여 요입면부(458)에 접촉하지 않으며, 이로써 밸브 어셈블리(406)를 폐쇄상태로 유지한다. 감소된 채널(454)을 따라 이동하기 위하여 카트리지(400)는 방향 I2로 이동되기 이전에 방향 R1 또는 채널(454)의 거리 D6에 넥(412)의 더 작은 거리 D2를 정렬하기 위한 반대방향으로 대략 90°회전된다.
일 구현예에 있어서, 리셉터클(442)은 키 통로 개구(444) 상부에 슬롯(446)을 형성하고 하부에는 대응하는 슬롯을 형성하지 않음으로써, 카트리지(400)는 단지 시계방향 R1으로 회전만 할 수 있게 된다. 또한, 키(416)는 채널(454)과 더 이상 정렬되지 않기 때문에, 카트리지(400)의 회전은 카트리지(400)를 리셉터클(442)에 결합 체결한다.
그러면, 도 22-24에 가장 잘 도시된 바와 같이, 연료 카트리지(400)는 병진 방향 I2로 이동된다. 카트리지(400)가 방향 I2로 이동함에 따라, 플런저(426)의 첨단부(438)는 캠면부(460)를 따라 이동하고 밀봉위치로부터 떨어지게 이동한다. 이에, 캠면부(460)의 동작으로 인하여 카트리지(400)의 밸브 어셈블리(406)가 개방된다. 개스킷(432)이 밀봉면(462)에 접촉함에 따라, 카트리지(400)와 리셉터클(442) 간에 밀봉이 형성된다. 연료 카트리지(400)가 키 통로 개구(444)의 종단과 밀봉면(462)에 도달하면, 개스킷(432)이 배출구(450)를 에워싸고 압축되어 카트리지(400)를 리셉터클(442)로 밀봉한다.
상기 요소들은 개스킷(432)과 밀봉면(440) 간에 밀봉이 발생할 때까지 밸브 어셈블리(406)가 개방되지 않도록 형상과 치수가 설계된다. 이는 비교적 두껍고 탄력있는 O링(430)을 구비함으로써 달성될 수 있다. 이로써, 연료는 밸브 어셈블리(406)와 배출구(450)를 통하여 카트리지(400)로부터 챔버로의 유로를 따라 유동할 수 있다. 배출구(450)는 연료전지(FC: 도 1 참조), 재충전기기 또는 전자기기와의 유체소통되며 이에 따라 연료가 이 배출구로 유동할 수 있다. 또한, 배출구(450)는 밸브(406)와 협동하여 이를 통한 유로를 형성하는 밸브(406)와 유사한 체크밸브 어셈블리를 구비할 수 있다. 연료를 연료전지로 안내하기 위하여 가요성의 연료튜브가 배출구(450)에 부착될 수 있다.
따라서, 본 구현예에 있어서 카트리지(400)를 리셉터클(442)에 연결하기 위해서는 4개에 이르는 독립적인 동작들, 즉 키(416)를 채널(454)에 정렬하는 제1회전 동작, 커넥터(404)를 채널(454)의 확대부(452)로 삽입하는 제2병진 동작, 넥(412)의 얇은 단부를 정렬하고 커넥터(404)를 제 위치로 체결하는 제3회전 동작, 채널(454)을 따라 넥(412)을 활동시켜 밸브(406)를 개방하는 제4병진 동작이 필수적일 수 있다.
카트리지(400)를 리셉터클(442)로부터 분리하기 위해서는 장착을 위한 동작순서가 역전되며, 이로써 상기 카트리지는 방향 I2에 반대방향으로 이동되고 방향 R1의 반대방향으로 회전에 의하여 리셉터클(442)로부터 체결이 해제되며 그리고 방향 I1의 반대방향으로 분리된다. 방향 I2의 반대방향으로 카트리지(400)를 이동시킴으로써 스프링(428)은 카트리지(400)가 키 통로 개구(444)의 확대부(452)에 도달하기 이전에 자동으로 밸브 어셈블리(406)를 폐쇄시킬 수 있게 된다.
다른 구현예에 있어서, 카트리지(400)의 넥(412)은 일정한 더 작은 직경 D2로 형성될 수 있다. 그 결과, 방향 I2로의 카트리지(400)의 병진운동은 방향에 민감하지 않으며 방향 I1에 따른 이동 후에 카트리지(400)의 제3회전 없이 발생할 수 있다. 본 수정된 구현예에 있어서, 카트리지(400)의 연결에는 2개의 동작들, 즉 병진방향 I1으로의 삽입과 병진방향 또는 길이방향 I2로의 이동이 요구된다. 카트리지(400)의 작동은 키(416)를 분리함으로써 더 간략화될 수 있고, 이로써 방향 I1으로의 삽입에 카트리지(400)의 특정 방향이 필요로 되지 않게 된다.
도 25-27을 참조하면, 본 발명의 연료 카트리지의 다른 구현예가 도시된다. 카트리지(500)는 저장 하우징(502), 밸브 어셈블리(504)와 수직 쉴드(506, 507)를 포함한다. 저장 하우징(502)은 연료를 수용하기 위한 챔버(508)를 포함한다. 하우징(502)은 전술하였듯이 연료 블래더 또는 연료 라이너(미도시)를 수납하도록 형상과 치수가 설계될 수 있다. 또한, 하우징(502)은 카트리지(500)의 그립(gripping) 을 향상시키도록 설계될 수 있는 임의의 외면부(509)를 포함한다. 이러한 그립 향상은 널링(knurling), 톱니문양(serration), 고무랩(rubber wrap) 등의 형태를 띨 수 있다.
밸브 어셈블리(504)는 챔버(508)로부터의 연료 방출을 조절한다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 밸브 어셈블리(504)는 상폐형 밸브(normally closed valve)로 되며, 이로써 밸브(504)는 카트리지(500)에 밀봉을 제공한다. 상폐형 밸브는 도 6-24에 도시된 스프링 탄지 밸브들, 미국특허출원 제10/629,006호 및 제10/978,949호에 개시된 밸브들, 포핏 밸브(poppet valve) 또는 체크 밸브와, 라이터 기술분야에서 알려지고 미국특허 제6,746,234호, 제5,957,680호 및 제5,854,530호에 개시된 밸브들을 포함하며 이에 한정되지 아니한다. 밸브 어셈블리(504)는 하우징(502)으로부터 돌출하는 노즐(510)을 포함한다. 노즐(510)은 견부(512)를 포함하며 스템(513)을 통하여 밸브 어셈블리(504)의 나머지 부분과 연결된다. 다른 통상적인 폐쇄된 밸브 구조들도 또한 본 발명에 적합하다.
쉴드들(506, 507)은 원주상 연장되어 간격이 떨어져 노즐(510)을 부분적으로 에워싸는 벽들로 되며 노즐(510) 상부에 거리를 두어 연장되어 상기 노즐을 보호한다. 카트리지(500)는 전자기기(2), 연료전지(FC), 기타 연료 공급원 또는 재충전기기의 일부인 리셉터클(514)에 연결되도록 된다. 리셉터클(514)은 개구(516), 액츄에이터 또는 쐐기(wedge)부(518), O링 밀봉(520), 임의의 제2밸브요소 및 배출구(522)를 포함한다. 제2밸브요소는 카트리지(500)로부터의 연료가 상기 전자기기로 유동할 수 있기 이전에 개방되는 밀봉을 제공할 수 있고 배출구(522) 내부에 위 치될 수 있다.
도 26-29를 참조하면, 쐐기부(518)는 노즐(510) 하부에 수납스탬(513)을 위한 U형 슬롯(524)을 포함한다. 쐐기부(518)은 경사진 캠면(526)을 더 포함한다. O링 밀봉(520)은 배출구(522)와 정렬된다. 카트리지(500)이 초기 및 비장착 위치에 있을 때(도 26에 도시), 밸브 어셈블리(504)는 폐쇄상태이다. 연료 카트리지(500)를 리셉터클(514)에 작동적으로 체결하고 연료 유동을 개시하기 위하여 쉴드들(506, 507)은 쐐기부(518)가 이들 간에 연장될 수 있도록 하기 위하여 정렬된다. 따라서, 카트리지(500)의 삽입은 카트리지(500)의 방향에 민감하다. 이러한 방향은 카트리지의 병진방향 I1으로의 이동 전후에 확정될 수 있다.
카트리지(500)는 방향 I1으로 이동되고, 이로써 노즐(510)은 개구(516) 내부로 삽입된다. 이러한 삽입 이후에, 도 26에 도시한 바와 같이 밸브 어셈블리(504)는 폐쇄상태로 유지된다. 그러면, 카트리지(500)는 병진방향 I2로 이동되고, 이로써 견부(512)는 이동되어 쐐기부(518)와 접촉하며, 견부(512)는 쐐기부(518)의 캠면부(526)을 따라 이동한다. 이로 인하여 노즐(510)은 개방되며, 이는 노즐(510)이 O링(520)에 접촉되어 노즐(510)을 배출구(522)로 밀봉되기 이전에 됨이 바람직하다. 바람직하기로는, 상기 요소들은 밸브 어셈블리(504)가 노즐(510) 및 O링(520) 간에 발생할 때까지 개방되지 않도록 그 형상과 치수가 설계된다. 이로써 연료는 밸브 어셈블리(504)와 배출구(522)를 통하여 챔버(508)로부터 연료전지(FC), 재충전기기, 기타 연료 공급원 또는 전자기기(2)로 유동할 수 있게 된다.
카트리지(500)를 리셉터클(514)로부터 분리하기 위해서는 동작들의 순서가 역전된다. 방향 I2에 반대방향으로 카트리지(500)를 이동시킴으로써 노즐(510)이 캠면(526) 아래로 이동될 때 밸브 어셈블리(504)가 자동으로 폐쇄된다.
도 26, 27 및 30에 도시하는 바와 같이, 카트리지(500)는 임의의 카트리지 유치 어셈블리(528)와 함께 사용될 수 있다. 카트리지 유치 어셈블리(528)는 복수의 스프링 클립들(532, 533)을 지지하기 위한 기부(530)를 포함한다. 후방 스프링 클립(533)은 측방 스프링 클립(532)보다 더 높은 용수철 힘을 가질 수 있어, 이로써 측방 스프링 클립들(532) 간에 카트리지(500)를 삽입하기에 필수적인 힘보다 더 높은 힘이 후방 스프링 클립(533)에 대해 카트리지(500)를 삽입하는데 필수적으로 된다. 스프링 클립들(532, 533)은 이들 간에 카트리지(500)를 삽입하기 위해서는 의도적이지 않은 사용자 및/또는 동작에 의해서는 일반적으로 얻어질 수 없는 소정의 삽입력이 요구되도록 그 형상과 치수가 설계됨이 바람직하다. 더구나, 일단 카트리지(500)가 스프링 클립들(532, 533) 내에 있으면, 스프링 클립들(532, 533)은 카트리지(500) 상에 탄지력을 발산하고, 이로써 이로부터 카트리지를 분리하기 위해서는 의도적이지 않은 사용자 및/또는 동작에 의해서는 일반적으로 얻어질 수 없는 소정의 분리력이 요구된다.
다른 일 구현예에 있어서, 카트리지(500)는 스프링 클립들(532, 533)과의 정렬를 위한 요홈들(예를 들어, 도 25에 도시하는 그립(509)과 동일한 위치)을 포함할 수 있다. 이들 요홈은 카트리지(500)의 적합한 방향을 보장하기 위하여 스프링 클립들(532, 533)과 협동하는 방향지표로서 사용될 수 있다. 이들 방향지표는 여기 기술하는 기타 카트리지 유치 어셈블리와 함께 사용될 수 있다. 임의로, 기부(530) 는 움직일 수 없도록 또는 활동가능하도록 리셉터클(514)에 연결될 수 있거나, 또는 기부(530)는 리셉터클(514)로부터 분리될 수 있다. 추가적인 지표 기능이 하우징(502), 기부(530) 및/또는 리셉터클(514)에 부가되어 안내 및 정렬을 제공하고 하우징(502)과 노즐(510)이 리셉터클(514)에 적합하게 삽입되었음을 보장할 수 있다.
도 31a를 참조하면, 쉴드들(506, 507)은 노즐(510)을 보호하도록 크기와 치수가 정해진 단일 쉴드(536)로 교체될 수 있다. 도시되듯이, 쉴드(536)는 개구를 이루며 이로써 쐐기(518)가 노즐(510)에 접촉하여 이를 들어올릴 수 있게 된다. 또한, 도 31b에 도시하듯이 쉴드(506)는 노즐(510)을 원주상으로 덮고 상기 노즐에 근접할 수 있게 하는 저부 개구(505)를 형성한다. 개구(505)는 하나 또는 그 이상의 스프링 탄지된 게이트(gate), 예를 들어 스프링 지지 게이트 또는 활동형 조인트(live joint)를 지닌 게이트에 의하여 덮을 수 있거나, 또는 쐐기(518)와 같은 액츄에이터가 상기 노즐에 접근할 수 있도록 이를 통과하는 슬릿(들) 컷(slit(s) cut)을 지니는 폴리머 또는 엘라스토머 시트나 필름에 의하여 덮을 수 있다.
도 32를 참조하면, 노즐(510)의 다른 구현예가 도시된다. 노즐(510)은 경사진 견부(540) 및 슬롯(542)을 포함한다. 견부(540)는 도시된 바와 같은 경사면을 구비한다. 방향 I2에 따른 동작 동안, 경사진 견부(540)는 쐐기(518) 상으로 이동하여 노즐(510)을 들어올려 밸브(504)를 개방한다. 또는, 쐐기(518)는 경사면을 구비할 수 있고 경사진 견부(540)는 쐐기(518)의 상기 경사면 상으로 이동할 수 있다. 또한, 병진동작 I2 대신에 노즐(510)은 회전될 수 있어, 이로써 밸브(504)가 개방되기 이전에 노즐(510)이 O링(520)과 밀봉접촉하게 될 때까지 경사진 견부(540)가 상향 이동된다. 예를 들어, 카트리지(500)는 도 30에 도시된 바와 같이 스프링 클립들(532, 533)에 의해 병진동작들에 대하여 지지될 수 있고, 이후 카트리지(500)는 회전되어 노즐(510)은 쐐기(518)에 의하여 들어 올려진다.
도 33 및 34를 참조하면, 리셉터클(514)은 또한 확대 개구(516) 내부에 위치된 회동 결합부재(pivotable coupling member: 560)를 포함할 수 있다. 회동 결합부재(560)는 부재(560)를 회동적으로 리셉터클(514)에 부착하기 위한 핀들(562: 도 35 참조)을 포함한다. 또는, 핀(562)은 리셉터클(514) 상에 위치될 수 있다. 결합부재(560)는 이를 통하는 보어(564)와 임의의 O링 밀봉(566)을 더 포함한다. 또한, 보어(564)는 연료를 카트리지(500)로부터 연료전지로 이송하기 위하여 가요성 튜브(563)에 연결될 수 있다.
카트리지(500)를 삽입하기 위하여 결합부재(560)이 도 33에 도시하는 바와 같이 상향으로 경사져 노즐(510)을 수납한다. 이 위치에서 노즐(510)은 병진방향 I1으로 이동할 수 있어 노즐(510) 상에 동작하는 쐐기(518) 없이 O링 밀봉(566)에 접촉한다. 그러면, 카트리지(500)는 화살표 R1으로 도시된 바와 같이 하향으로 회전되고, 이로써 쐐기(518)는 노즐(510)에 체결되며 밸브 어셈블리(504)를 개방한다. 밸브 어셈블리(504)는 도 34에서 개방위치로 도시된다. 카트리지(500)가 이러한 장착된 작동 위치로 있을 때, 노즐(510)은 O링 밀봉(566)과 밀봉체결되고 결합부재(560)는 O링 밀봉(520)과 밀봉체결된다. 또한, 이 위치에서 연료는 노즐(510)을 거쳐 유동할 수 있고 보어(564)를 통하여 배출구(522)로 유동할 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 결합부재(560)는 결합부재(560)를 도 33의 상향경사진 위치로 탄지하기 위한 스프링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 핀들(562)의 하나 또는 2개 모두의 주위에 위치된 비틀림 스프링(torsion spring)이 사용될 수 있다. 그 결과, 카트리지(500)가 이로부터 분리된 후에 이렇게 수정된 결합부재는 상기 상향경사진 위치로 자동적으로 복귀하여 다음의 카트리지 삽입을 준비하게 된다. 한편, 작동 난이도를 증가시키기 위하여 결합부재(560)는 도 33의 상향경사진 위치로부터 떨어지도록 탄지될 수 있고, 이로써 사용자는 카트리지(500)가 삽입될 수 있기 이전에 상기 결합부재를 상기 올바른 상향 위치에 정렬시켜야 한다. 사용자는 카트리지를 삽입하는 동안 상기 올바른 상향 위치로 상기 결합부재를 유지시키는 것이 요구된다. 이에는 사용자가 동시에 두 손을 사용하도록 요구된다. 또는, 리셉터클(514) 및 결합부재(560)는 상기 올바른 상향 위치로 상기 결합부재를 지지하는 대응되는 정지구들을 구비할 수 있고, 이로써 상기 카트리지의 삽입이 한 손으로 달성될 수 있다. 상기 스프링 수정 및 상기 정지구 수정은 이후 기술하는 회전가능한 결합부재들을 지닌 기타 유사한 구현예들과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예가 도 36 및 37에 도시된다. 본 구현예에 있어서, 카트리지(500)는 상폐형 밸브(504) 또는 상개형 밸브(normally open valve: 572)의 어느 하나로 된다. 상개형 밸브는 통상 개방 위치로 탄지되어 연료를 상기 카트리지 외부로 내보내는 밸브이다. 상개형 밸브는 상기 밸브에 작용하거나 이를 눌러 폐쇄위치로 만들기 위하여 액츄에이터, 바람직하기로는 스프링 탄지된 액츄에이터를 필요로 한다. 본 구현예에 있어서, 상개형 밸브(572)는 노즐(510)을 구비하며 스프링 탄지된 회전 액츄에이터(574)에 의해 작동되어 노즐(510)을 상기 카트리지를 향하여 가압하여 밸브(572)의 폐쇄를 유지한다. 카트리지(500)는 도 33 및 34에서 기술한 구현예와 유사하게 방향 I1을 따라 리셉터클(514) 내로 삽입되고 방향 R1을 따라 회전되나, 다만 상개형 밸브(572)를 구비하며 쐐기(518)가 생략된 점이 다르다. 대신에, 액츄에이터(574)는 결합부재(560) 상의 벽에 접촉하며 방향 I1과 반대방향으로 가압됨으로써 밸브(572)를 개방하여 연료를 상기 밸브를 통하여 유동할 수 있도록 한다. 액츄에이터(574)는 O링(520)과의 노즐 밀봉 이전에 연료를 방출하는데 충분하게 가압되지 않음이 바람직하다. 또는, 액츄에이터(574)는 상기 카트리지의 대향면 상에 위치될 수 있고, 이로써 상기 밸브는 카트리지가 회전되고 노즐(510)이 밀봉되기까지 개방되지 않는다. 또한, 상기 회전은 도 33과 유사하게 직각 회전보다 작을 수 있으며, 가요성 튜브 연결이 도 33 및 34에 도시하는 바와 같이 밀봉(520) 대신에 사용되거나 또는 가요성 튜브(563)가 도관(522)에 연결된다. 상개형 밸브 및 스프링 탄지된 회전 액츄에이터는 전술한 바 있듯이 라이터 기술분야에서 알려지고 미국특허 제6,746,234호, 제5,957,680호 및 제5,854,530호에 개시된 밸브들을 포함하며 이에 한정되지 아니한다. 기타 상개형 밸브들은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 것이다.
도 38 및 39는 카트리지(500)를 결합부재(560)에 연결하기 위한 다른 방법을 도시한다. 쉴드들(506, 507) 또는 쉴드(536) 또는 노즐(510)을 완전히 덮는 하나의 쉴드는 이 상부에 형성된 외부 나사산(578)을 구비할 수 있다. 결합부재(560)는 나사산(578)에 대응되어 그 상부에 형성된 내부 나사산(582)을 지닌 외부 벽(580)을 구비한다. 방향 I1을 따르는 삽입 동안, 카트리지(500) 또한 방향 R2로 회전되거나 감겨 들어가 나사산(578)을 나사산(582)에 체결한다. 쉴드들(506, 507) 또는 쉴드(536)는 채널(584) 내부에 수납된다. 카트리지(500)가 결합부재(560)에 고정되면, 도 37에 도시된 구현예와 유사하게 둘 다 방향 R1으로 회전하여 채널(564)을 배출구(522)에 정렬시킨다. 쉴드들(506, 507, 536) 또는 하나의 원주상 쉴드는 바요넷 마운트(bayonet mount)를 구비한 결합부재에 부착될 수 있다. 리셉터클(514) 상의 쐐기(518) 또는 밸브 액츄에이터(574)가 노즐(510)을 개방하기 위하여 제공될 수 있다.
또한, 도 40 및 41에 도시하듯이, 결합부재(560)는 삽입 동안 쉴드들(506, 507) 또는 쉴드(536)에 대항해 탄지하는 스프링들(586)을 구비할 수 있다. 상기 쉴드는 외부면 상에 배설된 핀(588)을 구비하며 결합부재(560)는 외부면 상에 L형 채널(590)을 구비한다. 삽입 동안, 핀(588)은 채널(590)의 제1레그(leg)(592)를 따라 방향 I1로 이동하고 이후 채널(590)의 제2레그(594)를 따라 회전되어 체결된다. 스프링(586)은 방향 I1으로 삽입에 대항하여 탄지함으로써 삽입의 난이도를 증가시키고 핀(588)이 제2레그(594) 내로 삽입된 이후 핀(588)을 더 확실하게 체결한다.
상폐형 밸브(504) 및 상개형 밸브(572)는 상술 및 하술하는 구현예들에 있어서 서로 교환가능하게 사용될 수 있다. 탄지 또는 비탄지된 회전 액츄에이터(574)는 상폐형 밸브(504) 및 상개형 밸브(572) 모두와 함께 사용될 수 있다. 또한, 마찬가지로 쐐기(518)가 상폐형 밸브 및 상개형 밸브 모두를 동작시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로 쐐기(518)는 캠면을 구비하며 상기 캠면은 노즐을 당기어 개방하 거나 노즐을 가압하여 폐쇄하도록 방향이 정해질 수 있다. 예를 들어, 도 24에서 캠면(460)은 상폐형 밸브를 가압하도록 되고, 도 33 및 34에서 쐐기(518)는 상폐형 밸브를 당기어 개방하는 캠면을 구비한다. 또한, 캠면은 상개형 밸브를 개방하거나 폐쇄하도록 될 수 있다. 또한, 상술하였듯이 상폐형 밸브는 보통 밀봉하고 작동되어 개방됨으로써 유체유동을 가능케하고 체크밸브나 포핏밸브를 포함하며 이에 한정되지 아니한다.
도 42-47은 덮개들의 사용을 위한 카트리지의 다양한 구현예들을 도시한다. 상기 덮개들은 카트리지들에 분리가능하게 또는 고정적으로 부착될 수 있다. 상기 덮개들은 의도하지 않은 사용자 및/또는 의도하지 않은 동작들에 의한 노즐로의 접근을 제한한다.
도 42a를 참조하면, 카트리지(500)는 간격이 떨어진 쉴드들(506, 507)을 구비하며, 이는 본 구현예에서 노즐(510)로부터 더 간격이 떨어져 배치되고 회동적으로 액츄에이터(574)를 지지한다. 노즐(510)에 연결된 밸브는 상폐형 밸브나 상개형 밸브의 어느 하나로 될 수 있으며, 액츄에이터(574)는 작동되어 노즐(510)을 들어올려 상폐형 또는 상개형 밸브를 개방하거나 또는 노즐(510)을 아래로 눌러 상개형 밸브를 폐쇄할 수 있다. 액츄에이터(574)는 일반적으로 푸쉬버튼(575) 하에서 스프링(577)에 의해 탄지된다(도 43 참조). 액츄에이터(574)의 다른 일단 상에는 노즐(510) 상에 작동하는 종단(596)이 있다. 카트리지(500)는 이의 상부면으로부터 연장하는 정지 아암(598)을 포함하며 덮개(600)를 지지하도록 된다. 다른 많은 방법들도 상기 덮개를 카트리지(500)에 부착하는데 사용가능하다. 도 42a를 참조하 면, 보호덮개(600)는 카트리지(500)에 분리가능하게 부착된다. 도 43에 도시하듯이, 덮개(600)가 카트리지(500)에 결합되기 이전에, 덮개(600)를 카트리지(500)로부터 분리하는데에는 소정의 힘이 요구된다. 덮개(600)가 카트리지(500) 상에 있을 때, 이는 상기 액츄에이터와 밸브를 작동으로부터 격리한다.덮개(600)는 임의의 그립부재(602)를 포함할 수 있다.
도 42b를 참조하면, 덮개(600)는 적어도 하나의 돌출부(601)를 구비하며, 이는 상기 카트리지 몸체 상에 형성된 적어도 하나의 채널(603)을 이동하도록 된다. 바람직하기로는, 채널(603)은 도시되듯이 비틀린 통로, 예를 들면 L형 채널을 구비한다. 이 덮개(600)가 카트리지(500) 상부에 위치되면, 돌출부(601)는 L형 채널(603) 내부에 위치됨으로써 덮개(600)는 카트리지(500)에 완전하게 지지된다. 바람직하게는, 덮개(600)는 카트리지(500)로부터 분리될 수 있기 이전에 적어도 2개 방향, 즉 L형 채널(603)을 따라 이동된다. 또는, 덮개(600)는 내부 덮개부재를 포함할 수 있고, 이는 돌출부들(601)과 외부 덮개부재를 구비한다. 상기 내부 덮개부재 및 외부 덮개부재는 서로에 대해 이동가능 및/또는 회전가능하고 사용자는 상기 외부 덮개부재에 적당한 힘을 가하여 이 힘을 내부 덮개부재로 전달할 것이 요구되고 이로써 돌출부들(601)을 채널(603)로부터 분리한다. 이는 또한 머무르는 덮개의 난이도를 상승시킨다. 기타 적합한 덮개들로는 아동보호용 의약용기에 사용되는 뚜껑들과, 화학물질 또는 용제 용기용 뚜껑들을 포함한다.
리셉터클(604)은 카트리지(500)를 수납하도록 되고 카트리지(500)를 수납하기 위한 개구(608)을 이루는 외부면(606)을 포함한다. 외부면(606)은 외부 연장 플 런저(610)와 결합부재(612)를 더 포함한다. 결합부재(612)는 배출구(616)와 유체소통하는 보어(614)를 포함한다. 보어(614) 또는 배출구(616)는 밸브(406)와 유사한 밸브 어셈블리를(미국특허출원 제10/629,006호 및 제10/978,949호에 개시된 밸브들과 같은) 포함하여 내부밀봉을 발생한다. 플런저(610)는 스프링 탄지될 수 있거나 스프링으로 될 수 있다. 또한, 플런저(610) 또는 기타 액츄에이터는 배출구(616)에 연결되거나 일체화될 수 있고, 여기 기술하듯이 배출구(616)는 밸브요소를 포함할 수 있다.
도 42a, 42b 및 43을 참조하면, 카트리지(500)는 이에 덮개(600)가 결합되어 사용자들에게 공급된다. 카트리지(500)를 사용하기 위하여 사용자는 덮개(600) 상에 소정의 압축력 F를 가하여 덮개(600)를 정지구들(598)로부터 분리하거나 또는 덮개(600)를 복수의 동작으로 이동시켜 이를 카트리지로부터 분리해야 한다.
연료 카트리지(500)를 리셉터클(604)로 장착하고 연료 유동을 개시하거나 또는 유로를 형성하기 위하여 카트리지(500)는 병진방향으로 이동되며, 이로써 카트리지(500)는 개구(608) 내에 배열되고, 노즐(510)은 보어(614) 내에 배열되어 결합부재(604)와 밀봉체결된 상태로 된다. 카트리지(500)의 지속된 이동으로 인하여 플런저(610)는 액츄에이터(574)의 푸쉬버튼(575)을 체결하게 되고 스프링(577)을 압축한다. 이로써 도 44에 도시된 바와 같이 액츄에이터(574)는 회전하고 노즐(510)을 개방위치로 이동시키게 된다. 이는 연료가 밸브 어셈블리(504, 572)를 통하여 카트리지(500)로부터 흘러나오고 배출구(616)를 통하여 연료전지(FC), 재충전기기, 기타 연료 공급원 및/또는 전자기기로 흘러갈 수 있도록 한다. 카트리지(500)는 역 방향으로 잡아당김으로써 체결이 해제될 수 있다. 리셉터클(604)은 도 30에 도시하듯이 카트리지(500)를 지지하기 위하여 카트리지 유치 어셈블리(528)를 더 포함할 수 있다.
도 45 및 46에 도시하듯이, 커버(600)는 이의 상부에 형성된 개구들(618, 620)을 구비한다. 본 구현예에 있어서, 덮개(600)는 다양한 알려진 수단에 의하여 카트리지(500)에 고정적으로 부착된다. 덮개(600)는 연질 및 가요성으로 될 수 있거나 또는 구조적 지지를 제공하기 위해 비교적 경질로 될 수 있다. 개구들(618, 620)은 삽입 동안에 결합부재(612) 및 플런저(610) 각각을 수납하도록 그 크기와 치수가 설계된다. 또한, 리셉터클(604)은 후방 스프링 클립(533) 대신에 고장력 코일 스프링(high force coil spring: 622)을 포함할 수도 있다. 리셉터클(604)은 측방 스프링 클립들(532)을 더 포함할 수 있다.
여기서 사용되는 고장력 스프링들, 경질 스프링들, 또는 높은 용수철계수를 지닌 스프링들은 카트리지를 작동시키거나 누르거나 또는 삽입하기 위하여 간단하거나 단일의 동작에서 적어도 대략 3kg 정도의 힘을 요구하며, 더 바람직하기로는 적어도 대략 4kg, 가장 바람직하기로는 적어도 대략 5kg 정도의 힘을 요구한다. 이러한 힘은 대략 2.25kg 또는 2.5kg 정도로 낮을 수 있다. 이러한 높은 힘은 스프링들 또는 정지구들에 의하여 제공될 수 있다.
도 47을 참조하면, 리셉터클(604)은 부가적인 유치 메카니즘을 더 포함할 수 있다. 이러한 유치 메카니즘은 상기 카트리지를 향하여 탄지 아암들(624)을 위한 스프링들(626)을 지닌 적어도 하나의 정지 아암(624)을 포함한다. 바람직하기로는, 스프링들(626)에 의해 제공된 스프링 힘은 스프링(622)에 의해 제공되는 스프링 힘에 비하여 매우 작다. 스프링들(626)에 의하여 탄지되는 바와 같이 정지 아암들(624)은 카트리지(500)가 정확한 방향으로 정렬 및 지지되는 것을 돕는다. 또한, 카트리지(500)는 정지 아암들(624)의 첨단부들에 대한 요홈들(628)을 포함할 수 있어 카트리지(500)를 리셉터클(604) 내부로 체결한다. 임의로, 아암(624)은 도시하듯이 회동적으로 지지될 수 있고 후방으로 연장될 수 있다. 그 기단부에서 아암(624)은 손가락 작동부(625)를 구비할 수 있고, 이로써 사용자는 아암(624)을 방향 R로 회전시켜 아암(624)을 카트리지(500)로부터의 체결을 해제함으로써 상기 카트리지를 리셉터클(604)로부터 분리한다.
또한, 도 48을 참조하면, 카트리지(500)는 삽입 동안 부가적인 이동을 추가하는 활동 액츄에이터를 구비할 수 있다. 본 구현예에서 밸브 액츄에이터(574)는 쉴드들(506, 507)에 회동적으로 활동가능하게 결합된다. 액츄에이터(574)는 일단과 다른 일단 개구(630)에 푸쉬버튼(575)을 구비한다. 도 49를 참조하면, 개구(630)는 확대부(632)와 감소부(634)를 포함한다. 본 구현에에서의 노즐(510)은 상폐형 밸브에 연결된다. 먼저, 노즐(510)은 개구(630)의 확대부(632)를 통하여 연장된다. 확대부(632)의 직경은 노즐(510)의 직경에 비하여 크고, 이로써 푸쉬버튼(575)의 회동은 노즐(510)을 이동시키거나 개방하지 않게 된다. 따라서, 이 위치에서 액츄에이터(574)는 노즐(510)과 작동적으로 결합되지 않는다. 카트리지(500)는 정지구(638)를 밸브 액츄에이터(574)의 일부에 연결하는 스프링(636)을 더 포함한다. 스프링(636)은 밸브 액츄에이터(574)를 확대부(632)와의 정렬을 향하여 탄지한다. 스프링(636)은 밸브 액츄에이터(574)를 카트리지(500)의 다른 부분, 예를 들어 쉴드들(506, 507)에 연결할 수 있다.
도 49에 도시하는 바와 같이, 카트리지(500)를 정확하게 삽입하기 위하여 사용자는 푸쉬버튼(575)을 사용하여 방향 P1을 따라 밸브 액츄에이터(574)를 가압하며, 이로써 노즐(510)은 개구(630)의 감소부(634) 내로 이동한다. 이 위치에서 액츄에이터(574)는 노즐(510)과 작동적으로 결합된다. 그러면, 전술한 대로 사용자는 카트리지(500)를 리셉터클(604) 내부로 장착한다. L형 푸쉬버튼(575)은 리셉터클(604)의 플런저(610)와 협동하여 액츄에이터(574)를 체결된 위치로 유지한다. 사용자가 카트리지(500)를 분리하면, 밸브 액츄에이터(574)는 스프링(636)으로 인하여 그 초기 비체결 위치로 복귀한다.
또는, 도 50에 도시하는 바와 같이 확대부(632) 및 감소부(634)의 위치들은 역전될 수 있고, 밸브 액츄에이터(574)는 카트리지(500)를 리셉터클(604)에 삽입하기 이전에 방향 P2로 먼저 이동된다. 또한, 리셉터클(604)은 상기 카트리지가 삽입되는 동안 액츄에이터(574)를 상기 체결된 위치로 유지시킬 수 있는 정지구나 기타 메카니즘을 구비할 수 있다.
도 51을 참조하면, 리셉터클(604)은 활동가능한 플런저를 구비할 수 있다. 카트리지(500)가 전술한 대로 방향 I1을 따라 삽입된 후에는 플런저(610)는 방향 I2로 활동되어 푸쉬버튼(575)을 누름으로써 밸브를 개방한다. 또는, 플런저(610)를 작동위치로 이동시키기 위해서는 병진 운동 및 회전 운동을 포함하는 복수의 동작들이 요구될 수 있다. 이들 동작들은 상기 카트리지 또는 리셉터클 상의 기능들, 마킹em들(markings) 및/또는 방향들에 의하여 안내될 수 있다.
도 53-59 및 65-79는 의도되지 않은 사용자들 및/또는 의도되지 않은 동작들에 작동 저항을 제공하기 위한 정지구, 래치(latch) 또는 체결부재를 포함하는 카트리지의 다양한 구현예들을 도시한다. 도 53을 참조하면, 카트리지(500) 및 리셉터클(604)은 전술한 바와 같이 분리가능한 래치부재(640)를 지지는 것으로 도시된다. 클립(640)은 사용자가 상기 클립을 폐색위치(blocking position)로 복귀시킴으로써 재사용될 수 있다. 또는, 본 구현예에서의 래치(640)는 일회용 품목으로 의도되어 분리된 단편이나 클립으로 될 수 있다. 또한, 클립(640)은 이를 분리하는데 복수의 동작들이 필수적이도록 설계될 수 있다. 본 구현예에 있어서, 래치부재(640)는 위치 P1으로 도시하듯이 작동을 방지하는 액츄에이터(574)의 푸쉬버튼(575) 주위에 맞는 C형으로 된다. 밸브(504, 572)를 작동시키기 위하여 래치부재(640)는 위치 P2로 도시하듯이 액츄에이터(574)와의 체결로부터 분리된다.
도 54-56에 도시하듯이, 카트리지(500)은 다른 래치나 폐색부재(640)와 함께 사용될 수 있다. 본 구현예에 있어서, 래치(640)는 상기 카트리지 내부에 위치되고, 액츄에이터(574)는 노치(notch: 642)를 형성하여 래치(640)를 비간섭 또는 비폐색 위치로 지지한다. 래치부재(640) 및 수정된 밸브 액츄에이터는 미국특허 제5,487,657호에 잘 개시되어 있다. 래치부재(640)에는 카트리지(500) 내부에 래치(640)를 안전하게 지지하는 연장부들(644, 646)이 제공된다. 또한, 래치부재(640)에는 정지구(648)가 제공된다. 래치(640)에는 손가락 작동부(650)가 제공될 수 있으며, 이는 향상된 그립을 위한 융기면을 수용할 수 있다. 본 구현예에서 래 치(640)는 폴리머나 금속 등의 가요성 물질로 제조되는 경우 스프링으로 된다. 스프링/래치(640)는 손가락 작동부(650)를 정지구(648)를 향하여 이동시킴으로써 압축될 수 있다. 래치(640)는 손가락 작동부(650) 상의 힘이 제거되면 비압축된 상태로 자동 복귀한다.
평상시 위치에서 손가락 작동부(650)는 푸쉬버튼(575) 바로 아래에 위치되어 밸브(504, 572)를 개방하는 액츄에이터의 동작을 구속한다. 작동을 가능하게 하기 위하여 손가락 작동부(650)는 방향 R을 따라서 정지구(648)를 향해 이동된다. 손가락 작동부(650)를 이 위치로 유지하면, 손가락 작동부(650)은 방향 I로 이동될 수 있고, 이로써 손가락 작동부(650)는 노치(642)에서 지지된다. 이 지점에서 상기 카트리지는 리셉터클(604) 내로 삽입될 수 있고 플런저(610)는 액츄에이터(574)를 가압하여 연료를 방출한다.
도 56을 참조하면, 카트리지(500)의 본 구현예는 상술한 바와 같이 덮개(600)를 구비할 수 있으며 리셉터클(604)과 함께 사용될 수 있다. 카트리지(500)를 삽입하기 위하여 삽입 이전에 손가락 작동부(650)는 작동위치로, 즉 방향 R 및 방향 I를 따라 수동으로 이동될 수 있다. 또는, 리셉터클(604)은 손가락 작동부(650)를 작동위치에 이르는 방향 R로 자동으로 이동시키도록 크기와 형상이 설계된 경사면(652)을 구비할 수 있다. 경사면(652)은 손가락 작동부(650)를 작동위치로 지지하여 방향 I에 따른 이동은 본 구현예에서는 필수적이지 않다. 후퇴시, 스프링 작용으로 인하여 손가락 작동부(650)은 그 폐색위치로 복귀한다.
또한, 일단 푸쉬버튼(575)이 눌려지면, 즉 카트리지(500)가 삽입되면, 손가 락 작동부는 I의 반대방향으로 이동되고, 푸쉬버튼(575) 및 액츄에이터(574)가 폐쇄위치로 복귀하는 경우, 즉 카트리지(500)가 후퇴한 경우, 손가락 작동부(650)는 R에 반대방향을 따라 이동하여 폐색위치로 복귀한다.
도 56b를 참조하면, 리셉터클(604)는 절결부(relief: 611)를 구비할 수 있고, 이로써 카트리지(500)는 손가락 작동부(650)가 비간섭 위치로 이동되어 절결부(611)와 정렬할 때 삽입만 될 수 있게 된다. 카트리지(500)는 상술한 바와 같이 손가락 작동부(650)를 지지하는 노치를 구비할 수 있거나, 또는 사용자가 삽입 동안에 수동으로 손가락 작동부(650)를 지지하여 이를 절결부(611)와 정렬시킬 수 있다.
도 57 및 58은 래치(640)의 다른 구현예를 도시한다. 도 57은 리셉터클(604) 내부로의 삽입 이전의 덮개(600)를 지닌 카트리지(500)를 도시한다. 본 구현예에서, 래치(640)는 도 59a-59c에 도시하는 바와 같이 비교적 경질이고 스프링(654)에 의하여 탄지된다. 도 59a의 폐색위치에서 래치(640)는 푸쉬버튼(575)과 카트리지(500)의 외벽 간에 위치된다. 상기 래치와 푸쉬버튼 간의 간섭으로 인하여 밸브(504, 572)의 작동이 방지된다. 왜냐면, 노즐(510)은 크게 이동될 수 없기 때문이다. 푸쉬버튼(575)을 작동시키기 위하여 래치(640)는 비간섭 위치에 이르는 내부방향 I2에서의 적어도 내부로 이동된다. 또한, 래치(640)를 비간섭 위치로 유치하기 위하여 래치(640)는 도 59b에 도시하듯이 방향 T2를 따라 상부로 이동될 수 있다. 래치(640)가 비간섭 위치에 있을 때, 도 59c에 도시하듯이 푸쉬버튼(575)을 누를 수 있고, 이로써 노즐(510)은 이동될 수 있어 밸브(504, 572)를 작동시킨다.
장착 이전에, 사용자는 래치(640)를 방향 I2 및 T2로 이동시켜 래치(640)를 비간섭 위치에 둘 수 있다. 또는, 사용자는 래치(640)를 조정함이 없이 직접 카트리지(500)를 리셉터클(604)에 삽입할 수 있다. 도 57 및 58에 도시하듯이, 리셉터클(604)는 탄지된 스프링(656)을 구비하며, 이는 절곡되어 카트리지(500)가 지나갈 수 있게 하지만 래치(640)에 힘을 발산하여 이를 비간섭 위치로 이동시키도록 한다.
상기 밸브의 작동 이후, 또는 카트리지가 리셉터클로부터 분리된 때, 푸쉬버튼(575)은 그 원래 위치로 복귀하고 스프링(654)은 래치(640)를 다시 비간섭 위치로 탄지시킨다. 이러한 래치는 미국특허 제5,584,682호에 잘 기술되어 있다.
또한, 도 60 및 61을 참조하면, 리셉터클(604)는 스프링(660)을 구비할 수 있으며, 이는 카트리지(500)의 삽입 동안 눌려진다. 바람직하기로는, 스프링(660)은 고장력 스프링(622)와 유사하며 높은 용수철계수를 가져 상기 카트리지 삽입의 난이도를 증가시킨다. 또는, 푸쉬버튼(575)을 탄지하는 스프링(577)은 의도되지 않은 삽입에 저항하기 위해 더 강하게 될 수 있다. 고장력 스프링은 미국특허 제5,854,530호에 개시되어 있다. 또한, 도 47의 탄지된 지지아암(624)은 본 구현예와 함께 사용될 수도 있다. 또한, 노즐(510)은 리셉터클(604)과 관련하여 카트리지 상의 힘/이동 및 위치 관용에 기인하는 밀봉을 확실하게 하도록 연장될 수 있으며, 플런저(610)는 액츄에이터(574)가 눌리는 것을 확실히 하기 위하여 스프링 탄지될 수 있다.
도 62-64는 카트리지(500)의 다른 구현예를 도시한다. 여기서, 노즐(510)은 스프링(662)에 의해 상향으로 탄지된다. 또한, 스프링(662)은 동일한 방향으로 회동 밸브 액츄에이터(574)를 압축한다. 폐색위치에서 캠(664)은 액츄에이터(574)의 반대편 종단에 위치되어 밸브 액츄에이터(574)가 스프링(662)이 압력을 가하는 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 캠(664)은 더 긴 측면과 더 짧은 측면을 지니는 타원형상을 지닌다. 캠(664)은 그 더 짧은 측면이 푸쉬버튼(575) 아래에 있을 때까지 회전에 의해 비간섭 위치로 이동되어 밸브 액추에이터가 이동될 수 있고, 이로써 스프링(662)이 노즐(510)을 개방할 수 있게 된다. 도 64에 가장 잘 도시되듯이, 캠(664)은 스핀들(spindle)을 통하여 손가락 작동부(666)에 연결될 수 있다. 사용자는 손가락 작동부(666)를 비틈으로써 캠(664)을 회전시킬 수 있고, 이는 연료전지의 하우징 또는 전자기기로부터 외부로 연장되거나 돌출될 수 있어 사용자가 이용할 수 있다. 리셉터클(604)은 캠(664)이 비간섭 위치로 회전될 때까지 카트리지(500)의 완전한 삽입을 방지하는 플런저(610)를 유치할 수 있다. 바람직하기로는, 상폐형 밸브(504)는 본 구현예와 함께 사용된다.
도 65 및 66을 참조하면, 래치(640)는 회전축(668)에서 카트리지(500)에 회동적으로 연결될 수 있다. 본 구현예에서, 회동 래치(pivotal latch: 640)는 대체로 연장되고 일단에서 폐색부(670)를 구비한다. 다른 일단에서, 래치(640)는 손가락 작동부(672)를 구비한다. 래치(640)는 예를 들어 스프링(674)에 의하여, 및/또는 회전축(668)으로 장착된 비틀림 스프링(torsional spring)에 의하여 도 65에 도 시되는 바와 같이 폐색부 내로 탄지된다. 래치(640)는 도 66에 도시하듯이 사용자가 손가락 작동부(672)를 방향 I2로 압축하는 경우 비폐색 위치로 이동될 수 있다. 본 구현예의 이점은 손가락 작동부(672)는 푸쉬버튼(575)으로부터 간격을 두고 배치되므로, 밸브를 작동시키기 위하여 동시에 두 요소 모두를 작동시키는데에는 두 손이 요구된다는 점이다. 따라서, 이는 카트리지(500)에서 밸브 작동의 난이도를 증가시킨다.
카트리지(500)를 리셉터클(604) 내로 삽입하기 위하여 사용자는 삽입 이전 또는 삽입 동안에 손가락 작동부(672)를 누를 수 있다. 또는, 리셉터클(604)은 도 66에 도시되듯이 삽입 동안 손가락 작동부(672)를 누르는 측벽(676)을 구비할 수 있다. 벽(676)은 카트리지(650)가 리셉터클(604) 내에 유치되는 동안 래치(640)를 비폐색 위치로 유치한다. 또한, 제2래치(640)는 액츄에이터(574)의 다른 종단을 선택적으로 폐색할 수 있으며 제1래치(640)와 대향하여 제공될 수 있어 이로써 사용자는 손가락 작동부(672)를 가압하는데 2개 손가락을 사용하게 된다.
도 67-70은 리셉터클(604) 내부에 있는 동안 회동 래치(640)를 비간섭 위치에 유치하는 다른 방법을 도시한다. 여기서, 래치(640)는 비간섭 위치에 머무르기 위하여 리셉터클(604)와 협동하도록 된 노브(knob: 678)를 지닌 폐색종단(670)을 구비한다. 플런저(610)에 부가하여 리셉터클(604)은 노치(682)를 형성하는 로드(680)를 구비한다. 노치(682)는 래치(640)의 노브(678)를 수납하고 유치하도록 된다. 사용자가 액츄에이터부(672)를 누르면, 종단(670)은 액츄에이터(574)와 함께 비간섭 위치로 이동한다. 플런저(610)는 푸쉬버튼(575)/밸브 액츄에이터(574)를 누름에 따라, 노치(682) 및 노브(678)는 서로 정렬한다. 그러면, 사용자는 손가락 작동부(672)를 해제하고 노브(678)는 노치(682)에서 유치되며, 회동 래치(640)는 리셉터클(604)에 의해 비간섭 위치에서 유지된다. 카트리지(500)를 분리하기 위하여 사용자는 카트리지(500)를 상기 리셉터클로부터 분리하기 이전 및 그동안에 손가락 작동부(672)를 누른다. 또한, 도 69에 도시하듯이, 손가락 작동부(672)는 래치(640)의 반대 종단이 노치(682)를 뛰어넘도록 완전히 눌려져야 하고, 이로써 카트리지(500)는 완전히 삽입된다.
또한, 도 65 및 66의 회동 래치부재는 도 71-73에 도시하듯이 다른 방법으로 비간섭 위치 또는 비폐색 위치로 유치될 수 있다. 본 구현예에서, 래치(640)는 이에 활동가능하게 배설된 탄지된 유치부재(684)를 구비한다. 유치부재(684)는 스프링(686)에 의하여 탄지되고, 이로써 유치부재(684)는 래치(640)에 관련되어 활동한다. 카트리지(500)의 몸체는 정지구(690)를 구비하며, 이는 간섭 또는 폐색 위치에서 래치(640)의 이동에 대향하여 위치되어 래치(640)가 간섭 위치로부터 비간섭 위치로 이동되는 것을 차단한다. 간섭 위치에서 래치(640)는 액츄에이터(574)의 눌림을 방지한다. 래치(640)를 비간섭 위치로 이동시키기 위하여, 먼저 사용자는 도 72에 도시하는 바와 같이 유치부재(684)가 더 이상 정지구(690)와 정렬하지 않을 때까지 스프링(686)의 탄지력에 대항하여 유치부재(684)를 이동시킨다. 이후, 회동 래치(640)는 상술되고 도 73에 도시된 바와 같이 상기 비간섭 위치로 이동될 수 있게 된다. 이 위치에서 유치부재(684)는 스프링(686)에 의해 정지구(690)에 대항하 여 압축되고 래치(640)는 상기 비간섭 위치에서 유치된다. 임의로, 유치부재(684) 및 정지구(690)는 래치(640)를 상기 비간섭 위치로 유지하기 위하여 대응되는 정지구(691)를 구비할 수 있다. 카트리지(500)를 분리하기 위하여 사용자는 다시 스프링(686)에 대항하여 유치부재(684)를 압축함으로써 정지구(690)와 유치부재(684) 간의 접촉을 해제한다. 그러면, 래치(640)는 스프링들(674) 및/또는 회전축(668) 주위의 비틀림 스프링의 힘에 기인하여 상기 폐색 위치로 복귀한다. 또는, 리셉터클(604)은 도 73에 도시하듯이 해제정지구(669)를 구비할 수 있고, 이로써 카트리지(500)가 삽입될 때 해제정지구(669)는 래치(640)의 일단을 가압하여 상기 래치를 회전시킴으로써 유치부재(684)를 정지구(690)로부터 해제한다. 카트리지(500)가 리셉터클(604) 내부에 있는 한, 래치(640)는 카트리지(500)가 후퇴할 때까지 상기 간섭 위치로 복귀하지 않는다. 도 71-73에 도시된 래치는 본 출원인의 미국특허출원 제10/389,975호에 개시되어 있다.
다른 회동 래치(640)는 도 74 및 75에 도시된다. 여기서, 래치(640)의 저부종단(692)은 캠면으로 작용하도록 경사진다. 또한, 카트리지(500)는 손가락 작동부(694)를 구비하며, 이는 저부 캠면(692)과 협동하는 캠면으로 작용하는 경사진 상부종단(696)을 포함한다. 손가락 작동부(694)는 스프링(698)에 의해 카트리지(500)의 몸체에 대항하여 탄지된다.
카트리지(500)가 리셉터클(604) 내부로 삽입되기 이전에, 사용자는 래치(640)를 향해 스프링(698)에 대항하여 손가락 작동부(694)를 이동시키고, 이로써 경사면들(692, 698)의 상호작용으로 인하여 도 75에 도시하듯이 래치(640)는 비간 섭 위치로 회동된다. 그러면, 상술하였듯이 카트리지(500)는 삽입되고 작동된다. 카트리지(500)의 삽입 후에 손가락 작동부(694)는 스프링들(698)의 힘에 의해 그 초기 위치로 보통 복귀한다. 카트리지(500)를 분리하고 래치부재(640)를 해제하면, 상기 래치부재는 도 74에 도시된 바와 같이 그 초기 체결위치로 다시 탄지된다. 도 74 및 75에 도시되는 래치는 본 출원인의 미국특허출원 제10/647,505호에 개시되어 있다.
도 76 및 77을 참조하면, 도 65 및 66의 회동 래치(640)은 복수의 방식으로 작동될 수 있다. 회동 래치(640)는 도 65 및 66에 관하여 상술한 방식으로 작동될 수 있다. 다른 방식에 있어서, 래치(640)는 고장력 종단(670) 및 회전축 지점(668) 간에 배설된 스프링 탄지된 신축길이 또는 부분(700)을 구비할 수 있다. 길이(700)는 외측부(704) 내부에 배설된 내측부(702)를 포함한다. 외측부(704)는 스프링(706)에 의해 내측부(702) 상에 지지된다. 스프링(706)은 압축에 저항하기 위하여 강성이거나 높은 용수철계수를 지님이 바람직하다. 높은 소정 수준을 초과하는 푸쉬버튼(575)에 작용하는 힘은 밸브를 작동하기 위하여 길이(700)를 압축하는데 필수적이다. 복수 방식 래치는 미국특허 제6,488,492B2호 및 제6,726,469B2호에 개시되어 있다. 또 다른 방식에 있어서, 탄지 스프링(674) 또한 압축에 저항하기 위하여 강성이거나 높은 용수철계수를 지닐 수 있다.
다른 복수 방식 래치(640)가 도 78 및 79에 도시된다. 스프링 탄지된 신축길이(700) 대신에 회동 래치(640)가 래치(640) 상의 연장된 슬롯(710) 내에 배설된 카트리지의 몸체 상에서 핀(708)에 의해 제공되는 방향 I1을 따르는 제한된 병진이 동이 허용된다. 본 구현예에서 높은 용수철계수 스프링(706)이 레치(640)와 카트리지(500)의 몸체 상의 정지구 간에 배설된다. 본 구현예에서 복수 방식 래치의 작동은 도 76 및 77의 복수 방식 래치(640)의 작동과 유사하다. 즉, 액츄에이터(574)는 래치(640)를 회전시킴으로써 또는 소정 수준보다 더 높은 힘을 발산함으로써 비간섭 위치로 작동될 수 있다. 또한, 도 76 및 77의 구현예로부터의 특징은 본 구현예에 결합될 수 있다. 예를 들어, 강성 스프링(674) 및/또는 신축 아암(700)은 도 78 및 79의 구현예로 결합될 수 있다.
또한, 도 78에 도시하는 바와 같이, 래치(640)는 정지구(714) 상에서 핀(720)과 협동하도록 된 노치(718)를 지니는 아암(716)을 더 포함할 수 있어 도시하듯이 회동 래치(640)를 비간섭 위치로 유치하게 된다. 카트리지(500) 내에서 밸브들을 작동시키는 난이도를 증가시키기 위하여 밸브 액츄에이터(574)를 탄지하는 스프링(577)이 압축에 저항하도록 더 강하게 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 연료 공급 시스템의 작동 저항은 의도된 사용자들의 인지력에 의존한다. 도 80에서, 카트리지(725)는 편재된 밸브요소(726)를 구비하며, 이는 리셉터클(730) 내에 배설된 밸브요소(728)와 함께 유로를 형성하도록 된다. 리셉터클(730)은 전자기기(731) 내에 배설되며, 이는 연료전지(FC)에 의해 전력이 공급되거나, 또는 다르게 연료전지(FC)에 연결된다. 카트리지(725)는 실질적으로 원형상이나 다른 형상들을 지닐 수 있다. 상술한 바와 같이 밸브요소들(726, 728)의 적어도 어느 하나는 내부 밀봉을 구비하고, 바람직하기로는 상기 두 밸브요소 모두 내부 밀봉을 구비한다. 상기 두 밸브요소들 간의 상호요소간 밀 봉은 유로가 형성되기 이전에 형성될 수 있다. 재부 밀봉들과 상호요소간 밀봉들을 구비한 밸브요소들은 미국특허출원 제10/629,006호에 잘 개시되어 있다.
바람직하기로는, 카트리지(725) 및 리셉터클(730)이 정확히 정렬되지 않으면, 밸브요소들(726, 728) 간의 유로는 형성될 수 없다. 밸브요소(728)는 도시되듯이 통상적으로 보이지 않기 때문에, 정렬을 지원하기 위해 결합마커들(732, 734)이 제공된다. 마커들(732, 734)의 정렬은 리셉터클에서 밸브요소(728)의 위치와 결합되어 의도되지 않은 사용자들이 충분히 갖고 있지않은 인지능력을 요구한다. 또한, 리셉터클(730)은 카트리지(725)가 삽입될 때 상기 카트리지 상에 채널(738) 내부로 스냅체결되도록 된 적어도 하나의 정지구(736)를 포함할 수 있다. 정지구(736) 및 채널(738)은 체결시 스냅체결음이나 클릭과 같은 피드백을 제공한다. 정지구(736) 및 채널(738)은 이들이 체결될 때 밸브요소들(726, 728)이 서로 떨어져 배치되거나(정렬된다하더라도) 그렇지 않으면 비체결되도록 위치된다. 이 지점에서 의도되지 않은 사용자들은 완전한 삽입이 완료되었고 상기 카트리지를 더 밀 수 없다고 생각할 수 있다. 의도된 사용자들은 예를 들어 브로슈어나 상품 삽입물 등에 의해 상기 밸브요소들이 체결될 때까지 상기 카트리지를 더 밀라고 교육받을 수 있다. 또한, 상기 의도된 사용자들에게 상기 카트리지가 완전하게 그리고 정확하게 삽입되었음을 알리기 위해 밸브요소들(726, 728)이 체결될 때 다른 스냅체결음이나 클릭이 제공된다.
도 81에 도시된 다른 구현예에 있어서, 밸브요소들(726, 728)은 상기 카트리지 및 리셉터클의 중심선을 따라 위치된다. 이 경우, 카트리지(725)는 편재된 센 서(740)를 구비하고 리셉터클(730)은 이에 대응하는 편재된 센서(742)를 구비한다. 센서들(740, 742)이 정렬되지 않으면, 유로는 상기 밸브요소들 간에 형성될 수 없다. 일 실시예에 있어서, 센서들(740, 742)은 제어기가 문의할 때 정렬시 신호를 답할 수 있는 전기적 또는 자기적 센서들로 될 수 있다. 만일 올바른 신호가 수신되면, 상기 제어기는 연료통로를 개방하기 위한 솔레노이드 밸브로 될 수 있는 밸브요소(728)를 개방할 수 있거나 또는 상기 제어기가 밸브요소(728)의 하류측에 다른 유동제한기를 개방할 수 있다. 또는, 센서들(740, 742)은 돌출부와 이를 수납하도록 된 캐비티로 될 수 있다. 상기 돌출부와 캐비티가 정렬되어 상기 돌출부가 상기 캐비티 내로 수납될 때까지 밸브요소(726, 728)는 간격이 떨어져 있고 체결되지 아니한다. 상기 돌출부는 상기 카트리지 또는 리셉터클 상에 있을 수 있다. 따라서, 본 구현예에 있어서 카트리지(725) 및 리셉터클(730)이 정확히 정렬되지 않으면, 상기 밸브요소들은 전기적으로 또는 공간적으로 비체결될 수 있다.
본 구현예의 다른 특징은 카트리지(725) 상의 밸브요소(726)가 밸브채널(744)의 저부에 또는 이의 근처에 위치되어 밸브요소(726)로의 접근을 제한하며, 이에 따라 카트리지가 리셉터클에 연결되지 않으면 카트리지의 연료로의 접근이 제한된다. 이 경우, 밸브요소(728)는 리셉터클(730)의 내부면으로부터 직립하며 밸브채널(744) 내부에 수납되도록 되어 밸브요소(726)를 체결한다. 의도되지 않은 사용자들에게 접근을 더 제한하기 위하여 미국특허출원 제10/629,006호에 개시되었듯이 밸브채널(744)의 직경은 작게 만들어질 수 있다. 예를 들어, 밸브채널(744)의 직경은 대략 10mm 이하, 더 바람직하기로는 대략 5mm이하로 된다. 또한, 밸브요소(726) 는 밸브채널(744)의 개구로부터 바람직하기로는 적어도 대략 2mm, 더 바람직하기로는 적어도 5mm 지점에 위치된다.
본 발명의 다른 일 면에 의하면, 카트리지(725)는 밸브요소(726), 센서/돌출부(740) 및 이의 상부에 배설된 이동가능한 게이트를 포함하여, 카트리지(725)가 연결되지 않았을 때, 상기 밸브요소 또는 상기 센서/돌출부로의 접근을 제한한다. 도 82a 및 82b에 도시되듯이, 카트리지(725)는 활동 게이트(746)를 구비하고, 이는 밸브요소(726)나 센서/돌출부(740), 또는 둘 다를 덮을 수 있도록 설계된다. 게이트(746)는 스프링(748)에 의하여 스프링 탄지될 수 있어 게이트(746)를 상기 덮인 위치로 탄지하고 게이트(746)는 카트리지(725)가 리셉터클(730) 내부로 삽입되기 이전에 개방 위치로 이동가능하여 밸브요소(726)나 센서/돌출부(740)를 노출한다. 게이트(746)는 사용자에 의하거나 또는 기타 힘, 예를 들어 자기적 또는 전기적 힘에 의하여 개방될 수 있다.
활동 게이트(746)가 이동가능한 트랙(track)은 노치들(752)을 체결하고 게이트(746)를 개방위치로 유지하도록 하는 정지구들(750)을 구비할 수 있다. 도 83에 도시하듯이, 리셉터클(730)은 결합 밸브요소(728)와 결합 센서/캐비티(742)를 구비한다. 밸브요소들(726, 728) 및 센서들 또는 돌출부/캐비티(740, 720)는 도 80 및 81에 관련하여 상술하였다. 또한, 리셉터클(730)은 해제경사면(754)을 구비할 수 있다. 카트리지가 삽입된 후에, 해제경사면(754)은 공간(756)으로 인입하여 정지구들(750) 및 노치들(752) 간의 유지되는 힘을 극복한다. 그러면, 스프링(748)은 게이트(746)를 탄지하여 체결된 밸브요소들(726/728)이나 체결된 센서들 또는 돌출부 /캐비티(740/720)에 접촉하도록 한다. 이들 요소들은 체결되었기 때문에, 게이트(746)는 정지하고 폐쇄될 수 없다. 그러나, 카트리지가 리셉터클로부터 분리되면, 이들 요소는 체결이 해제되어 게이트(746)는 도 82a에 도시되는 그 폐쇄 위치로 자동적으로 복귀된다. 또한, 게이트(746)는 리셉터클(730)의 전체 개구를 덮도록 크기와 치수가 설계될 수 있고, 게이트(746)는 2개 이상의 게이트들을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 잇어서, 게이트(746)는 카트리지(725)에 회동적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 게이트(746)는 카트리지의 전면에 이르는 한 모퉁이에서 회동될 수 있으며 비틀림 스프링이 상기 게이트를 폐쇄 위치로 탄지할 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 스프링 탄지 게이트(746)는 이것이 폐쇄되기 이전에 소정 시간 동안 개방될 수 있고, 이로써 의도된 사용자는 카트리지(725)를 리셉터클(730) 내로 삽입할 고정된 시간을 갖게 된다. 이러한 시간은 의도되지 않은 사용자가 삽입하기에 충분한 시간을 대체로 갖지 못하도록 설정된다. 도 84에 도시되는 바와 같이, 스프링 탄지 게이트(747)는 댐퍼(damper: 758)에 연결된다. 게이트(746)가 도시된 개방 위치로 이동함에 따라, 스프링(748)은 폐쇄 위치를 향하여 게이트(746) 상에 힘을 발산한다. 댐퍼(758)는 느려지나 대체로 게이트(746)의 이동을 정지시키지 못한다. 기계적 댐퍼는 해당 분야에 잘 알려져 있다. 일 예시적 댐퍼로는 문의 폐쇄를 늦추기 위하여 스프링 탄지된 도어에 부착되는 댐퍼가 있다. 일반적으로 이들 담퍼는 유체의 밀봉된 용기, 예를 들어 기체(공기) 또는 액체(오일) 및 플레이트를 구비한다. 상기 플레이트는 상기 유체의 점도에 대항하는 스프 링에 의해 밀려 움직인다. 상술하였듯이, 게이트(746)는 카트리지나 연료전지(FC) 또는 전자기기 상에 제공될 수 있다. 또는, 상기 댐퍼는 압축될 수 있는 금속 스프링에 의해 대체될 수 있고 상기 스프링이 그 비압축된 길이로 다시 수축되기 이전에 짧은 존속시간 동안, 예를 들어 수 초 동안 상기 압축상태로 유지될 수 있다. 이러한 스프링은 일반적으로 아동용 팝업 장난감(pop-up toy)에 사용된다.
또한, 도 84a 및 84b에 도시되듯이, 상기 댐퍼는 스프링(748)과 같은 스프링 상에 위치된 흡반(suction cup: 747)에 의하여 대체될 수 있다. 게이트(748)가 개방되면, 흡반(747)은 흡인에 의하여 면(749)에 부착되고 이 내부의 스프링(748)을 압축한다. 면(749)은 거의 정확하게 편평하지 않기 때문에, 스프링(748)이 상기 흡인력을 극복하고 게이트(746)를 다시 폐쇄 위치로 복귀시키기 이전에, 상기 흡반과 면(749) 간의 흡인은 비교적 짧은 시간 동안, 예를 들어 수 초 동안 스프링(748)의 탄지력에 저항할 뿐이다.
다른 구현예에 있어서, 연료 공급원 시스템은 ON/OFF 스위치(760)를 구비한다. 스위치(760)는 전원, 예를 들어 배터리 또는 연료전지에 작동적으로 연결되고, 상기 전원은 솔레노이드 액츄에이터(762)에 연결된다. 상기 전원, 스위치 및/또는 솔레노이드 액츄에이터 각각은 도 85 및 87에 도시한 바와 같이 카트리지나 연료 공급원(725)이나, 연료전지(FC) 또는 전자기기 상에 위치될 수 있다. 스위치(760)가 폐쇄되거나 또는 ON 위치일 때, 솔레노이드 액츄에이터는 게이트(746)을 개방하도록 작동되고 이를 개방된 위치에 유지함으로써 게이트(746)에 의해 이미 덮인 밸브요소(762) 또는 센서(740)를 노출시킨다. 또는, 솔레노이드 액츄에이터(762) 및 밸브요소(726)이 함께 일체화될 수 있거나, 또는 솔레노이드 밸브에 의해 대체될 수 있어, 이로써 스위치(760)가 ON 위치에 있을 때 상기 전원은 밸브요소(726)를 개방하고, 상기 스위치가 OFF 위치에 있을 때 밸브요소(726)은 폐쇄된다. 또한, 도 87에 도시되는 시스템은 임의의 스위치(761)를 구비할 수 있고, 이는 게이트(746)의 개방 및 폐쇄를 각각 제어한다. 이 구조에 있어서, 스위치(760)가 폐쇄되는 경우, 게이트(746)는 즉각적으로 개방되지 아니한다. 따라서, 사용자는 카트리지(725)를 전자기기 내부로 삽입하거나 카트리지(725)를 연료전지에 연결할 수 있다. 이때, 전자기기나 연료전지는 제어기를 통하여 스위치(761)를 폐쇄하여 게이트(746)를 개방한다. 또는, 리셉터클은 삽입 동안 스위치(761)를 폐쇄하는 기기, 예를 들어 자석을 구비함으로써 게이트(746)는 삽입이 완료되기 이전에 개방되고, 이로써 밸브(726) 및/또는 센서(740)는 노출되어 상기 삽입을 완료한다.
본 구현예의 이점은 전원이 연료전지 또는 상기 연료전지가 구동하는 전자기기 상에 위치하고 카트리지(725)가 이로부터 분리될 때, 밸브요소(726) 및/또는 게이트(746)는 개방될 수 없고 상기 카트리지에 수용된 연료는 격리된다는 점이다. 임의의 게이트(761)를 포함하는 이점은 사용자가 게이트(746)를 개방함이 없이 스위치(760)를 작동시킬 수 있고 이에 따라 카트리지가 전자기기 또는 연료전지의 외부에 있는 동안 밸브(726, 740)로의 접근을 제한한다는 점이다.
손가락 작동부(764)는 사용자에 의하여 이동될 수 있어 스위치(760)를 OFF 위치로부터 ON 위치로 이동시키는 예시적 경로가 도 86a-86d에 도시된다. 더 구불구불한 경로는 의도되지 않은 사용자들에게 더 작동 저항을 제공한다. 다른 경로들 도 선택될 수 있다. 직접적이고 직선상 경로는 도 86a에 도시된다. 손가락 작동부(764)의 적어도 2개 이동의 경로는 도 86b에 도시된다. 곡선 경로는 도 86d에 도시된다. 복수의 OFF 위치를 지닌 경로는 도 86c에 도시된다. 이러한 경로는 상기 손가락 작동부가 다른 위치들에서 개시될 수 있도록 할 수 있고 ON 위치로의 실제 경로는 매번 다를 수 있다. 이러한 복수 경로 접근의 이점은 의도되지 않은 사용자는 의도된 사용자를 관찰하거나 시행착오를 거쳐 ON 위치에 이르는 특정 경로를 숙달할 수 없다는 점이다. 따라서, 도 86c의 연료 공급원 시스템의 작동은 높은 인지력을 요구한다.
스위치(760)는 도 88a에 개략적으로 도시하듯이 OFF 위치에 탄지될 수 있다. 이렇게 탄지된 스위치(760)가 상기 카트리지 상에 위치될 때, 리셉터클(730)은 도 89a에 도시된 바와 같이 그 상부에 배설된 복귀경사면(766)을 구비할 수 있다. 복귀경사면(766)은 도시된 바와 같이 경사져 카트리지(725)가 화살표로 표시된 방향으로 후퇴하면, 손가락 작동부(764)는 상기 경사면 하방으로 이동하여 ON 위치로부터 떨어진다. 그러면, 탄성력은 상기 스위치를 OFF 위치로 복귀시킬 수 있다. 복귀경사면(766)의 예시적 직립 외형이 도 90에서 손가락 작동부(764)의 직립 외형과 비교하여 도시된다. 손가락 작동부(764)가 복귀경사면(766) 상에 이동할 때, 상기 경사면은 손가락 작동부(764)를 체결하기에 높이가 충분하여야 하며, 손가락 작동부(764)가 OFF 위치로 복귀한 후에는, 상기 경사면은 스위치를 포함하여 카트리지의 후퇴를 위한 여유를 허락할 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 경사면(766)은 도시하듯이 톱니 외형을 지닐 수 있거나 또는 구형파 외형을 지닐 수 있다.
도 88b를 참조하면, 손가락 작동부(764)는 카트리지, 연료전지 또는 전자기기의 측벽보다 더 낮게 크기와 치수가 설계될 수 있다. 후퇴된 손가락 작동부(764)의 이점은 아동보다 더 살이 많은 손가락을 지니는 어른 사용자가 스위치(760)를 이동시키기 위해 그의 손가락의 육질(pulp)을 눌러 손가락 작동부(764)에 접촉시킬 수 있다는 점이다. 더 어린 아동들은 상기 후퇴된 스위치에 접근할 수 없다. 유사하게, 손가락 작동부(672: 도 65, 66 및 69-73) 및 손가락 작동부(694: 도 74, 75 및 76-79) 또한 연료 공급원의 작동에 작동 난이도를 증가시키기 위하여 상기 후퇴된 구조로 제조될 수 있다.
도 88의 탄지 스위치(760) 및 경사면(766)은 도 89b에 도시한 바와 같이 카트리지(725)가 정확하게 삽입되고 있는 동안 스위치(760)를 자동으로 켜도록 구조를 변경할 수 있다. 본 구현예에서, 스위치(760)는 바람직하게는 ON 위치 및 OFF 위치 모두로 탄지되고, 즉 상기 탄지 스프링은 직각채널에 관련하여 대각선 방향으로 탄지되고, 이로써 상기 스위치가 채널의 벤드(bend) 또는 엘보우(elbow) 위로 이동된 후 손가락 작동부(764)는 경사면(766)과의 상호작용에 의존하여 ON 위치 또는 OFF 위치로 탄지된다. 카트리지(725)가 삽입됨에 따라, 램프(766)는 스위치(760)를 OFF 위치에서 ON 위치로 밀게 된다.
또한, 도 85 및 86에 도시된 바와 같이 스위치(760)는 기계적 스위치, 예를 들어 도 87에 도시된 전기회로에 전기적 또는 자기적으로 연결되지 않는 스위치로 될 수 있다. ON 위치에서, 스위치(760)의 손가락 작동부(764)는 전자기기 또는 연료전지에서의 절결부 또는 채널과 정렬하고, 이로써 손가락 작동부(764)는 상기 전 자기기 또는 연료전지의 벽들과 간섭하지 않는다. OFF 위치에서, 손가락 작동부(764)는 상기 절결부 또는 채널과 정렬하지 않고 이에 따라 상기 전자기기 또는 연료전지의 벽들과 간섭한다. 따라서, OFF 위치에서 카트리지는 삽입될 수 없다. 상기 손가락 작동부의 전자기기 상의 절결부로의 정렬은 도 56b를 참조하며 상술하였다.
또한, 자성재료를 함유하는 밸브요소들은 연료 공급원 시스템의 작동 저항을 증가시키는데 사용될 수 있다. 도 91에 도시된 구현예는 도 80의 구현예와 밸브요소들(726, 728)이 편재된다는 점에서 유사하다. 한가지 차이점은 이들 밸브요소는 유로를 개방하기 위하여 서로 물리적으로 접촉할 필요가 없다는 점이고, 바람직하게는 물리적 접촉은 이들 간에 유로를 개방하지 않는다. 도 92에 도시하듯이, 적어도 하나의 밸브요소는 체크밸브(즉, 스프링 탄지된 플런저(768, 770)를 O링 및 밀봉면과의 밀봉관계로 탄지하는)이다. 이 경우, 플런저(768, 770)는 자성재료로 제조된다. 밸브요소들(726, 728)에서의 자력은 서로 반발하도록 선택된다. 본 구현예에서 상기 두 밸브요소들이 서로 대향하여 정확히 정렬된 때, 상기 자력은 스프링 힘에 대항하여 서로 반발하여 상기 밸브요소들을 통하여 유로를 형성한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 카트리지 또는 상기 카트리지 상의 래치가 복수 동작들로 이동된 후에 상기 카트리지는 연료전지 또는 전자기기 상의 리셉터클 내부로 삽입될 수 있다. 한편으로는, 상기 카트리지를 분리하기 위하여 사용자는 일 방향으로 상기 카트리지 또는 래치를 이동시키기만 하면 된다. 본 구현예의 일 실시예는 도 93a-93f에 도시되며, 이는 도 17-24에 도시된 구현예들과 유 사하다. 리셉터클(772)은 키입력부(774)를 구비하고, 이는 카트리지(778)의 결합되는 키커넥터(776)를 수납하도록 된다. 도 93a에 도시하는 바와 같이, 키커넥터(776)는 정렬되어 키입력부(774) 내부로 삽입된다. 키커넥터(776)는 밸브(780)와 기타 전기적 및 기계적 연결부들을 구비할 수 있다. 삽입 후에, 카트리지(778)는 도 93b에 도시된 방향으로 회전하여 카트리지(778)를 리셉터클(772)에 대해 체결한다. 상기 체결 위치에서, 키커넥터(776)는 키커넥터(776)와 스프링 탄지된 래치(782) 간의 간섭에 의해 이 위치로 유지된다. 따라서, 카트리지를 삽입하기 위해서는 적어도 2개 동작, 즉 체결하기 위한 정렬/삽입 및 회전이 필수적이다. 상기 카트리지를 리셉터클로부터 분리하기 위하여 도 93c에 도시하듯이 래치(782)를 누른다. 키커넥터(776) 및 카트리지는 이제 분리될 수 있게 된다. 바람직하기로는, 리셉터클(772)은 키커넥터(776)가 삽입될 때 압축되는 스프링을 구비함으로써 래치(782)가 눌려질 때 상기 압축된 스프링은 상기 카트리지를 밀어낸다. 또는, 도 93d 및 93e에 도시하는 바와 같이, 스프링 탄지된 래치(782)는 회동하여 간섭 위치에서 벗어날 수 있다. 카트리지를 분리하기 위해서는 단지 하나의 동작만 필수적이다.
이 개념의 다른 실시예는 도 94a 및 94b에 도시한다. 카트리지(784)는 도시되듯이 그 정단부에 키(786)를 구비하고 그 후단부에 노치(788)를 구비한다. 리셉터클(790)은 스프링 탄지된 정면 플레이트(792)를 구비하고, 이는 전방 입력부(794)를 구비한다. 리셉터클(790)은 후방 입력부(796)를 더 구비하고, 이는 바람직하게는 전방 입력부(794)와 다른 각도로 배향된다. 카트리지 키(786)는 플레이 트(792) 상에 전방 입력부(794)에 의해 수납되도록 크기와 치수가 정해지고, 전방 입력부(794)는 후방 입력부(796)에 의해 수납되도록 크기와 치수가 정해진다. 삽입하기 위하여 카트리지(784)는 키들(786, 794)이 서로 정렬되도록 위치되어야 한다. 이때, 상기 카트리지는 도시되는 바와 같이 키들(786, 794)이 정렬되도록 회전된다. 카트리지(784)가 완전히 삽입된 후, 래치(798)는 노치(788) 내부로 삽입되어 상기 카트리지를 유치할 수 있게 된다. 바람직하게는, 래치(798)는 상기 유치 위치 내부 및 외부로 회전가능하다. 상기 카트리지는 래치(798)를 노치(788)로부터 떨어지게 이동시킴으로써 분리될 수 있다. 삽입 동안 압축되고 회전된 스프링(800)은 그 저장된 에너지를 방출하여 카트리지(784)를 리셉터클(790) 외부로 밀어낸다(그리고 회전시킨다). 도 93에 도시된 실시예와 유사하게 상기 삽입은 복수의 단계(정렬, 삽입, 카트리지의 회전 및 래치의 회전)와 단일의 방출 동작(래치의 반대 회전)을 요구한다.
또한, 도 6-15에 도시하는 밸브요소는 연결을 위해 복수의 동작을 요구하지만 후퇴를 위해서는 단일의 동작을 필요로 하도록 수정될 수 있다. 도 12, 13 및 15에 가장 잘 도시되어 있듯이, 밸브요소(240)를 밸브요소(140)에 연결하기 위하여 상기 2개의 밸브요소들이 직선을 따라 함께 접촉되고, 이로써 돌출 핀(265)이 요입부(160a)에 수납된다. 이때, 상기 2개 밸브요소들은 서로에 대해 회전함으로써 돌출 핀(265)은 요입부(160b)에 수납된다. 이들 2개 밸브요소들을 격리하는데에는 역방향으로의 이동들이 요구된다.
도 95에 도시되는 바와 같이, 밸브요소(240')의 수정된 주 하우징(242')은 3 개의 동심 슬리브들(: 외부 슬리브(242a), 중앙 슬리브(242b) 및 내부 슬리브(242c))을 포함한다. 3개 슬리브 모두 도 96에 도시하는 바와 같이 서로의 내부에 동심적으로 합치되도록 크기와 치수가 정해진다. 본 구현예에 있어서, 돌출 핀(265)은 볼 베어링이나 BB 펠렛(pellet)과 같은 자유 구체(265')로 되도록 수정된다. 중앙 슬리브(242b)는 견부(802)를 형성하고 이는 구체(265')를 수납하도록 된다. 중앙 슬리브(242b)는 쉬운 그립을 위하여 종단캡(250)에 고정적으로 부착될 수 있다. 중앙 슬리브(242b)가 외부 슬리브(242a)에 완전히 삽입되면, 구체(265')는 외부 슬리브(242a) 상의 홀(804)로부터 부분 돌출되어 홀(804)에 의하여 유치된다. 수정된 밸브요소(240')의 삽입은 도 12, 13 및 15에 기술된 것과 유사하다(즉, 길이방향을 따른 내부방향과 이후의 회전). 상기 2개 밸브요소들을 분리하기 위하여 사용자는 종단캡(250)을 잡아당기며, 이는 중앙 슬리브(242b)를 외부로 당기게 된다. 중앙 슬리브(242b)의 단부가 구체(265')를 지나자마자, 상기 구체는 더 이상 지지되지 않고 외부 슬리브(242a)와 내부 슬리브(242c) 간에 형성된 공극(void)에 떨어지게 된다. 구체(265')는 더 이상 요입부(160)와 접촉하지 않고, 밸브요소들(140, 240')은 서로로부터 충분히 분리될 수 있다. 바람직하게는, 종단캡(250)을 계속 잡아당기면 상기 2개 밸브요소들이 완전히 분리되어야 한다. 또는, 견부(802)는 홀(804)을 향해 구체(265')를 안내하도록 크기와 치수가 정해진 채널(802)에 의하여 대체될 수 있다.
또 다른 구현예에 있어서, 본 발명의 밸브는 대응하는 밸브요소들(806, 808)을 포함한다. 이들 밸브요소들은 각 밸브요소가 평상시 밀봉면에 대해 가압되는 탄 지된 밀봉 플런저를 구비하고 상기 플런저가 상기 밀봉면으로부터 떨어지게 이동되면 상기 밸브요소가 개방된다는 점에서 미국특허출원 제10/629,006호 및 제10/978,949호에 기술된 협동하는 밸브요소들 및 상술한 대응하는 밸브요소(140, 240)와 유사하다.
본 구현예에 있어서, 밸브요소들(806, 808)의 적어도 하나는 상기 밀봉면으로부터 떨어질 수 없는 플런저를 구비한다(예를 들어, 상기 플런저는 이를 소정량 회전시킴에 의해 최초 체결이 해제될 때까지 체결되어 있는다). 바람직하게는, 이 밸브요소는 연료 공급원에 연결되고, 이로써 상기 연료 공급원이 전자기기 또는 연료전지에 부착되지 않은 경우 상기 연료 공급원의 연료에 접근하기가 더 어렵게 된다.
도 97을 참조하면, 밸브요소(808)는 외부 하우징(810)과 이 내부에 활동가능하게 배설된 플런저(812)를 포함한다. 플런저(812)는 도시하는 바와 같이 밀봉면에 대해 스프링에 의하여 탄지된다. 상기 스프링은 길이방향 주위의 회전방향뿐만 아니라 길이방향으로 플런저(812)를 평상시 위치로 탄지한다. 상기 평상시 위치에 있어서, 도 98a에 가장 잘 도시되어 있듯이, 하우징(810) 상의 정지구들(814)이 플런저(812)와 간섭하기 때문에, 플런저(812)는 체결되거나 또는 상기 밀봉면으로부터 떨어지게 이동되는 것이 방지된다. 도 98b에 가장 잘 도시되어 있듯이, 밸브요소(808)을 개방하기 위하여 플런저(812)는 노치들(816)이 정지구들(814)과 정렬될 때까지 회전되어야 한다. 플런저(812)를 탄지하는 스프링은 노치들(816)이 정지구들(814)과 정렬하고 플런저(812)가 상기 밀봉면으로부터 떨어져 후방 이동할 때까 지 밀봉 위치에 상기 플런저를 유지한다. 밸브요소(808)를 개방하는데 요구되는 회전량은 대응하는 정지구들(814)과 노치들(816)의 수 및 위치에 따라 달라진다. 바람직하게는, 밸브요소(808)는 연료 공급원에 부착된다. 또는, 정지구들(814)은 플런저(812) 상에 배설될 수 있고 노치들(816)은 하우징(810) 상에 배설될 수 있다.
플런저(812)는 그 선단에 키(818)를 구비하며, 이는 도 97에 도시하듯이 대향하는 밸브요소(806)의 플런저(822) 상의 대응하는 키(826)에 결합되도록 형상과 치수가 정해진다. 바람직하게는, 플런저(822)는 플런저(812)가 개방하기 위해 회전하는 동안 고정구(anchoring)를 제공할 수 있다. 이를 위해, 플런저(822)는 그 위에 채널(825)을 형성하고 밸브요소(806)의 하우징(820)은 채널(825) 내부에 끼워지는 융기부(824)를 구비하고, 이로써 플런저(822)는 도 99a 및 도 99b에 가장 잘 도시되어 있듯이 상기 2개 플런저들이 체결될 때 하우징(820) 및 플런저(812)에 관련하여 회전하지 않게 된다. 융기부(824)는 도시하듯이 채널(825)의 길이를 연장할 필요는 없으나 매우 더 작을 수는 있다.
상기 2개 플런저들이 체결되면, 상기 2개 밸브요소들의 하우징은 서로에 관련하여 이동가능하여 노치(816)를 정지구(814)에 정렬한다. 플런저(822)는 길이방향으로 하우징(820)에 관련되어 이동가능하여 밸브요소(806)를 개방한다. 바람직하게는, 밸브요소(806)는 연료전지가 동력을 제공하는 연료전지나 전자기기에 부착된다. 밸브요소들(806, 808)이 분리되거나 또는 더욱 상세하게는 플런저들(812, 822)이 서로로부터의 체결을 해제하면, 스프링 탄지 플런저(812)는 플런저(812)를 다시 체결위치로 회전시킨다. 또한, 밸브요소(802)가 비회전 키(826)를 구비하는 한, 밸 브요소(806)는 밀봉을 구비할 수 없으며 따라서 항상 개방되어 있음이 주목된다.
상술한 구현예들과 유사하게 밸브요소들(806, 808)은 서로에 관련되어 최소한 2개 방향으로 이동가능하여 서로 연결된다. 더 상세하게는, 이들 2개 밸브요소들은 연결되어 이들 간에 유로를 형성하기 이전에, 서로를 향해 길이방향으로 이동되고 서로에 관련하여 적어도 회전방향으로 이동되어 체결이 해제된다. 또한, 상기 길이방향 이동은 상기 회전동작 이후에 발생할 수 있어 상기 밸브요소의 체결을 해제한 이후에 이를 개방하게 된다.
또한, 정지구(814)는 소정 수준을 초과하는 힘이 이에 가해지면 꺾이도록 수정될 수 있다. 따라서, 플런저(812) 또한 체결이 해제됨이 없이 밸브요소(808)를 개방하도록 이동될 수 있다. 정지구(814)는 폴리머와 같이 꺾일 수 있는 물질로 제조될 수 있거나, 또는 정지구(814)는 상술한 바와 유사한 고장력 스프링으로 될 수 있다. 본 구현예에 있어서, 밸브요소는 플런저(812)를 회전함으로써 또는 정지구(814)를 극복하기 위한 높은 힘을 인가함으로써 개방될 수 있다.
여기서 개시된 발명의 구현예들은 본 발명의 목적을 달성하는 것이며, 다수의 변형 및 기타 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 안출될 수 있음이 인정된다. 특히, 모든 구현예의 특징 및/또는 요소들은 단독으로 또는 여기 기술하는 기타 구현예와 결합하여 사용될 수 있다.
또한, 특허문헌 또는 상품들에 개시된 라이터를 위한 아동보호용 기능들은 본 발명에 결합될 수 있다. 이러한 아동보호용 라이터 특허들은 본 발명의 출원인에 양도된 것들을 포함하며 이에 한정되지 않는다:
4,758,152
4,773,849
4,830,603
4,889,482
5,002,482
5,092,764
5,096,414
5,120,215
5,125,829
5,215,458
5,262,697
5,417,563		 5,427,522
5,431,558
5,435,719
5,427,522
5,445,518
5,456,598
5,483,978
5,487,657
5,520,197
5,584,682
5,628,627
5,636,979		 5,642,993
5,655,902
5,735,294
5,769,098
5,823,765
5,833,448
5,854,530
5,927,962
5,934,895
5,957,680
5,980,239
6,045,354		 6,046,528
6,065,958
6,077,069
6,077,070
6,095,799
6,206,689
6,382,960
6,386,860
6,488,492
6,491,515
6,527,546
6,726,469
또한, 다른 이들에게 양도된 아동보호용 라이터 특허들은 본 발명과의 사용에 적합하다. 이들 적합한 특허의 제한 없는 예는 다음을 포함한다:
5,531,591
5,458,482
5,437,549
5,409,372
5,401,163		 5,368,473
5,240,408
5,186,618
5,145,358
4,859,172		 4,784,602
4,784,601
4,904,180
5,971,748
5,868,561		 5,634,787
5,607,295
5,788,474
5,288,226
이들 모든 참조에서의 아동보호용 기능들은 여기서 전부 참조로 결합된다.
또한, 위험한 세정용기 또는 의약병들의 뚜껑으로부터의 아동보호용 기능들은 본 발명과 함께 사용될 수 있으며, 이들 아동보호용 뚜껑들은 여기서 전부 참조로 결합된다.

Claims (284)

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  242. 연료전지 밸브와 유체소통하는 연료전지와, 연료 공급원 밸브를 구비하고 연료를 수용하는 연료 공급원을 포함하는 연료전지장치에 있어서,
    상기 연료 공급원 밸브가 상기 연료전지 밸브에 연결되면 상기 두 밸브 간에 유로가 형성되고, 이로써 상기 연료는 상기 연료공급원으로부터 이송가능하여 전기에너지로 변환되고, 상기 연료전지장치는 상기 연료 공급원의 상기 연료전지로의 연결 또는 상기 연료전지로부터의 분리에 작동 저항을 증가시키는 저항장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  243. 제242항에 있어서,
    상기 연료전지에 연결되는 리셉터클을 더 포함하며 상기 리셉터클은 상기 연료 공급원을 수납하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  244. 제242항에 있어서,
    상기 유로가 형성되기 이전에 상기 연료 공급원 밸브와 연료전지 밸브 간에 상호요소간 밀봉이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  245. 제242항에 있어서,
    적어도 상기 연료 공급원 밸브는 내부밀봉을 포함하고, 상기 연료전지 밸브는 임의의 내부밀봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  246. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 연료 공급원 밸브 및 연료전지 밸브가 연결되어 유로가 형성되기 이전에 이들 두 밸브 간에 적어도 2개 방향으로의 상대 이동을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  247. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 연료 공급원 밸브 및 연료전지 밸브가 연결되어 유로가 형성되기 이전에 상기 연료 공급원 및 연료전지 간에 적어도 2개 방향으로의 상대 이동을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  248. 제246항 또는 제247항에 있어서,
    상기 방향들 중의 적어도 하나는 상기 두 밸브들 중 적어도 하나의 종축 또는 상기 연료 공급원의 종축을 따르는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  249. 제246항 또는 제247항에 있어서,
    상기 방향들 중의 적어도 하나는 상기 두 밸브들 중 적어도 하나의 종축 또는 상기 연료 공급원의 종축 주위의 회전인 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  250. 제246항 또는 제247항에 있어서,
    상기 방향들 중의 적어도 하나는 상기 두 밸브들 중 적어도 하나의 종축 또는 상기 연료 공급원의 종축에 수직인 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  251. 제246항 또는 제247항에 있어서,
    상호요소간 밀봉은 제1상대이동 후 상기 두 밸브들 간에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  252. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 두 밸브들 중의 적어도 하나를 개방하여 상기 유로를 형성하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  253. 제252항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 밸브로의 접근을 제한하는 적어도 하나의 쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  254. 제253항에 있어서,
    상기 쉴드는 개구를 구비하고 상기 액츄에이터는 상기 개구를 통과하여 상기 밸브를 개방하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  255. 제242항 또는 제243항에 있어서,
    상기 연료전지 또는 리셉터클은 제1개구를 포함하고 상기 연료 공급원은 상기 개구 내에 수납되고 회전되어 상기 연료전지 또는 리셉터클로 유치되는 키(key) 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  256. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 연료 공급원 밸브를 에워싸는 분리가능 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  257. 제256항에 있어서,
    상기 덮개는 적어도 2개의 방향으로 이동가능하여 상기 연료 공급원 밸브로부터 분리가능한 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  258. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 그를 통하는 보어를 지닌 회동가능 결합부재를 포함하고, 상기 회동가능 결합부재는 제1위치와 제2위치 간에 이동가능하며, 상기 제1위치에서 상기 보어는 상기 연료전지 밸브에 연결되지 않고 상기 제2위치에서 상기 보어는 상기 연료전지 밸브에 연결되며, 상기 연료 공급원은 이것이 상기 회동가능 결합부재에 연결될 때 상기 보어에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  259. 제258항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 (i)회전함으로써, (ii)적어도 2개 방향으로 이동함으로써, 또는 (iii)바요넷(bayonet) 장착을 통하여 상기 회동가능 결합부재에 연결가능한 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  260. 제252항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 연료 공급원에 회동적으로 연결되고 상기 액츄에이터의 제1종단이 이동되면 제2종단이 상기 연료 공급원 밸브를 개방하도록 되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  261. 제252항에 있어서,
    상기 저항장치는 래치를 더 포함하고, 상기 래치는 상기 액츄에이터와 작동적으로 결합되고 간섭위치와 비간섭위치 간에 이동가능하며, 상기 간섭위치에서 상기 래치는 상기 두 밸브들 간에 유로형성 난이도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  262. 제261항에 있어서,
    상기 래치는 상기 간섭위치와 비간섭위치 간의 적어도 2개 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  263. 제261항 또는 제262항에 있어서,
    상기 래치의 이동방향은 (i)상기 연료 공급원의 길이방향에 평행한 것, (ii)상기 연료 공급원에 수직인 것, (iii)상기 연료 공급원의 길이방향에 평행한 선에 수직인 것, (iv)상기 연료 공급원의 일 축 주위의 회전방향인 것, (v)상기 연료 공급원의 일 축 주위의 회동운동인 것 및 이들의 결합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  264. 제261항에 있어서,
    상기 래치는 상기 간섭위치로 탄성되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  265. 제261항에 있어서,
    상기 래치는 (i)활동형 조인트, (ii)상기 래치를 탄지하는 스프링 및 (iii)캠 중의 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  266. 제261항에 있어서,
    상기 저항장치는 제2래치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  267. 제261항 또는 제266항에 있어서,
    상기 래치를 상기 비간섭위치로 이동시키기 위해서는 양손작동이 요구되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  268. 제242항 또는 제252항 또는 제261항에 있어서,
    상기 연료 공급원 밸브는 평상시 개방밸브, 평상시 폐쇄밸브, 자력에 의해 개방가능한 밸브 또는 전기력에 의해 개방가능한 밸브로 될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  269. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 스프링에 의해 연결되고 상기 연료전지 상에 배치된 제1키 및 제2키와 상기 연료 공급원 상에 배치된 제3키를 포함하고, 상기 연료 공급원 밸브는 상기 제3키가 상기 제2키 내부에 끼워지고 상기 제2키는 상기 제1키 내부에 끼워질 때 상기 연료전지 밸브에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  270. 제1항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 연료 공급원을 상기 연료전지에 연결하거나 또는 이로부터 분리하기 위하여 적어도 3kg의 힘을 필요로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  271. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 두 밸브들을 상기 연료 공급원의 중심부를 상기 연료전지 상의 리셉터클의 중심부에 연결하는 선으로부터 이격하여 배치함을 포함하고, 상기 리셉터클은 상기 연료 공급원을 수납하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  272. 제271항에 있어서,
    상기 저항장치는 연결과정 동안 사용자로의 피드백을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  273. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 각 밸브와 결합된 센서들을 포함하고 상기 센서들은 상기 연료 공급원의 중심부와 상기 연료전지 상의 리셉터클의 중심부를 연결하는 선으로부터 이격되어 배치되며, 상기 리셉터클은 상기 연료 공급원을 수납하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  274. 제242항 또는 제273항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 밸브들 중 적어도 하나의 적어도 일부를 복개하거나 또는 상기 밸브들 중의 적어도 하나에 결합된 센서를 복개하는 게이트를 포함하고, 상기 게이트는 비복개 위치로 이동가능한 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  275. 제274항에 있어서,
    상기 게이트는 덮인 위치로 탄지된 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  276. 제275항에 있어서,
    상기 게이트는 댐퍼 또는 흡인부재에 연결되고, 이로써 상기 댐퍼 또는 흡인부재는 상기 게이트를 소정시간 동안 상기 복개 위치로부터 떨어지게 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  277. 제242항 또는 제274항에 있어서,
    상기 두 밸브들 중의 하나 또는 상기 게이트는 솔레노이드 밸브에 의해 동작하고, 상기 두 밸브들 중의 하나는 전기적 또는 자기적인 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  278. 제277항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 ON/OFF 스위치로 제어되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  279. 제278항에 있어서,
    상기 스위치는 ON 위치에서 OFF 위치로의 적어도 2개 방향으로 이동가능하고, 상기 방향은 선형 동작 또는 곡선형 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지
  280. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 ON/OFF 스위치를 포함하고, 상기 스위치는 외부면 아래로 요입되어 이로써 상기 스위치는 사용자의 손가락에 의하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  281. 제242항에 있어서,
    상기 저항장치는 상기 두 밸브들 중의 하나의 내부 플런저를 밀봉위치로 유지하는 잠금장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  282. 제281항에 있어서,
    상기 잠금장치는 상기 밀봉위치로 탄지되는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  283. 제281항에 있어서,
    상기 잠금장치는 상기 플런저 상의 노치와 정지구 및 상기 밸브의 하우징을 포함하고, 상기 밀봉위치에서 상기 노치와 정지구는 정렬되지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
  284. 제283항에 있어서,
    상기 플런저는 다른 밸브 상의 정합 키에 대응되는 키를 포함하고, 이로써 상기 키들이 체결되면 상기 플런저는 이동가능하여 상기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료전지장치.
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