KR20080043310A - 연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법 및 연료보급용기용홀더 - Google Patents

Abstract

다이렉트 메탄올형 연료전지 등에 있어서, 연료가 조금 남은 연료전지 본체측의 연료수용부 내에 외부로부터 연료를 주입, 보급함에 있어서 소량씩의 연속주입을 가능하게 하며, 또한 연료주입시의 연료수용부 내의 압력을 일정 이하로 유지함으로써 기전부(起電部)의 파손을 방지하기 위하여 연료보급용기(C) 내에 충전된 연료(CL)를 여러 번으로 나누어 연료수용부(T) 내에 주입함에 있어서 연료보급용기(C)의 용적을 감축시켜서 연료(CL)를 연료수용부(T) 내에 양주입하고, 이어서 용적이 복원됨에 따라 연료수용부(T) 내의 분위기 가스를 흡입하는 연료주입조작을 반복함으로써 연료의 주입에 지장을 초래하지 않고 연속적인 연료주입조작을 가능하게 한다.

연료전지, 연료보급용기, 연료수용

Description

연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법 및 연료보급용기용 홀더{FUEL SUPPLY CONTAINER FOR FUEL CELL, FUEL SUPPLY METHOD, AND HOLDER FOR FUEL SUPPLY CONTAINER}

본 발명은 예를 들면 다이렉트 메탄올형 연료전지 등 개질기(改質器)를 사용하지 않고 알코올류 등의 액체연료를 직접 공급하여 전기화학반응을 발생시키는 방식의 연료전지에 있어서 연료의 잔량이 적어진 본체 측의 연료수용부내에 외부로부터 연료를 주입, 보급하기 위한 연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법 및 연료보급용기를 수용하는 연료보급용기용 홀더에 관한 것이다.

근래 수소(프로톤)를 꺼내기 위한 개질기를 사용하지 않고 연료인 메탄올을 직접 애노드극(연료극)에 공급하여 전기화학반응을 발생시킬 수 있는 다이렉트 메탄올형 연료전지(DMFC)가 기기의 소형화에 적합하므로 특히 휴대기기용 연료전지로서 주목받고 있다. 그리고 이와 같은 DMFC에 있어서의 연료의 공급수단도 다양하게 제안되고 있다.

예를 들면, 일본국 특허문헌 특개2004-319388호 공보에는 적어도 일부가 유 연성을 가진 부재로 구성된 연료용기를 구비하고, 펌프에 의하여 연료가 공급되는 휴대기기용 연료전지가 기재되어 있다.

또한, 일본국 특허문헌 특개2005-71713호 공보에는 상자체 내에 설치되는 연료탱크와, 연료탱크의 장착부에 탈부착이 자유롭도록 장착되는 연료 카트리지로부터 연료수용용기를 구성하며, 연료 카트리지를 하드 케이스에 의하여 구성된 외부용기와, 이 외부용기 내에 수용되는 고수축성을 가진 내부용기로 이루어지는 이중구조로서, 내부용기 내에 액체연료를 수용한 액체형 연료전지가 기재되어 있다.

또한, 일본국 특허문헌 특개2005-63726호 공보에는 가요성을 가진 수지로 일체성형되어, 메탄올이 봉입(封入)된 연료보급기를 사람 손으로 찌부러뜨림으로써 연료전지의 연료수납부에 메탄올을 주입하는 것이 기재되어 있다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데 DMFC에 있어서는 그 연료의 공급방식에 의하여 액티브형과, 패시브형으로 크게 나뉜다. 액티브형은 펌프 등을 이용하여 연료전지에 연료를 공급, 순환시키는 방식의 것이며, 예를 들면 특개2004-319388호 공보에 기재된 것(특개2004-319388호 공보의 도 6에 도시되는 연료전지 시스템)이 그 전형적인 예라고 할 수 있으나, 이와 같은 액티브형의 DMFC는 큰 전력을 얻기 쉬운 반면 펌프 등의 기계적인 연료공급수단을 필요로 하므로 기기를 소형화하는 데 있어서의 불리한 점이 있다.

또한, 특개2005-71713호 공보에 개시된 것은 펌프 등을 직접적으로는 사용하고 있지는 않으나 DMFC의 상자체 내에 연료탱크를 설치하고, 또한 이 연료탱크의 접착부에 하드 케이스를 구비한 연료 카트리지가 장착되는 부피가 큰 연료수용용기를 가지고 있으므로 기기의 소형화에는 불리한 구조라고 할 수 있다.

한편, 패시브형은 대류(對流)나 농도구배 등을 이용하여 연료를 공급하는 방식의 것이며, 기계적인 연료공급수단을 사용하지 않으므로 기기의 소형화에 가장 적합하다. 예를 들면 특개2005-63726호 공보에 기재되어 있는 연료전지 시스템(특개2005-63726호 공보의 도 1 참조)이 그 전형적인 예라고 할 수 있으며, 소형화의 요구가 강한 휴대기기, 그 중에서도 특히 소비전력이 작은 것에 적용하기 위해서는 연료공급수단이나 연료수납부의 구조를 가능한 한 간략화함과 동시에 연료의 수납량도 필요 최소한으로 하며, 연료가 부족할 때마다 필요에 따라 외부로부터 연료를 주입, 보급하도록 하는 것이 현실적이고 또한 실용적인 구조라고 생각된다.

그러나 연료전지 본체 측의 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보충함에 있어서, 특개2005-63726호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 가요성의 연료보급기를 사람 손으로 찌부러뜨려서 연료를 주입하는 경우에는 그 주입량이 지나치게 많은 등 연료수용부 내의 압력이 높아져 버림으로써 전극이나 전해질막 등으로 이루어진 기전부(起電部)가 파손되어 버리는 것이 고려된다. 그러므로 외부로부터의 연료주입에 의하여 기전부가 파손되지 않도록 하기 위해서는 연료주입시의 연료수용부 내의 압력을 일정 이하로 유지하고, 기전부에의 부하를 억제하는 것이 유효하다고 생각되나, 특개2005-63726호 공보에서는 그와 같은 검토는 일체 이루어지지 않고 있다.

또한, 특개2004-319388호 공보에는 상자체 내에 수용된 연료용기를 스프링의 탄성력에 의하여 평판을 통하여 압박하도록 한 모양에 대하여 기재되어 있으나, 이것은 연료용기 내의 연료가 감소하여도 안정된 연료공급이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것에 불과하며, 사람의 손으로 연료용기를 찌부러뜨려서 연료를 주입할 때의 기전부에의 부하에 대하여는 아무런 고려가 되어있지 않다.

또한, 외부로부터 연료를 주입함에 있어서, 연료의 주입에 의하여 본체 측의 연료수용부내는 양압(陽壓)이 되며, 그 양압상태를 해소하기 위해서는 연료수용부내의 가스빼기를 하지 않으면 안되며, 특히 연료주입시의 연료수용부내의 압력을 일정 이하로 유지하기 위하여 연료를 소량씩 수회로 나누어 연속적으로 주입하고자 하는 경우에는 연료수용부내의 가스빼기가 이루어지지 않으면 연료의 주입에 지장을 초래하는 것이 고려된다.

그러나 특개2004-319388호 공보에서는 연료의 배출에 따라 유연성을 가진 부재가 줄어들어 연료의 잔량을 용기형상으로부터 용이하게 파악할 수 있다고 하는 것으로부터도 명백하듯이 연료주입 후의 연료수용부내의 가스빼기를 할 수 없는 구조로 되어 있으며, 특개2004-319388호 공보에 기재된 연료공급수단을 그대로 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료공급수단에 적용하는 것은 곤란하다. 또한, 특개2005-71713호 공보에는 연료 카트리지의 내부용기를 고무 형상의 재질에 의하여 구성하며, 이것을 풍선과 같이 부풀린 상태로 액체연료를 수용하여, 연료를 보급하는 상태에 대한 기재가 있으나, 이와 같은 상태의 것도 특개2004-319388호 공보와 동일한 이유로 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료공급수단에 그대로 적용하는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명자들에 의한 검토를 근거로 이루어진 것이며, 다이렉트 메탄올형 연료전지 등에 있어서 연료가 조금 남은 연료전지 본체 측의 연료수용부내에 외부로부터 연료를 주입, 보급함에 있어서, 소량씩의 연속주입을 가능하게 하며, 또한 연료주입시의 연료수용부내의 압력을 일정 이하로 유지함으로써 기전부의 파손을 방지할 수 있는 연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법 및 연료보급용기용 홀더의 제공을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는 연료전지 본체의 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보급하기 위한 연료보급용기로서, 상기 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 용적을 감축시켜서 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입한 후에 용적이 복원됨으로써 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 흡입하도록 한 구성으로 되어 있다.

이와 같은 구성으로 한 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기에 의하면, 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입함에 있어서, 연료수용부내의 연료주입시의 압력을 일정 이하로 유지하기 위하여 연료를 소량씩 수회로 나누어 연속적으로 주입하는 경우라도 연료의 주입에 지장을 초래하지 않고 연속적인 연료주입조작이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는 가요성을 가진 재료에 의하여 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료주입조작시의 용적의 감축과, 복원이 용이해진다.

또한, 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는, 상기 연료수용부의 용적을 V_T, 연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL, 상기 연료보급용기의 용적을 V_C, 연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL, 연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs, 허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf, 대기압을 P로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립되는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입함에 있어서, 연료수용부내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하여 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부에의 부하를 억제하는 것이 가능해지며, 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는, 상기 연료수용부에 수용하는 연료의 목표량을 Vf, 상기 목표량 Vf가 되기까지 필요한 연료주입조작의 회수를 X, i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TLi, i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료보급용기의 연료의 양을 V_CLi로 하였을 때에 하기식(2)의 관계가 성립되는 구성으로 할 수 있다.

[단, i는 1부터 X까지의 정수]

이와 같은 구성으로 함으로써 상기 식(2)가 성립하도록 연료주입조작의 횟수를 규정하여 연료수용부내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하면서 연료수용부내의 연료가 수용가능한 최대량에 달할 때까지에 필요한 연료주입조작의 횟수가 적어지도록 연료보급용기를 설계하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는 상기 연료보급용기의 용적을 감축시키는 조작부를 구비한, 강성체로 이루어진 홀더에 수납된 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료보급용기의 휴대를 용이하게 하고, 특히 가요성을 가진 재료에 의하여 형성한 경우에 연료누출 등을 효율적으로 회피하여 휴대시의 안전성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기는 상기 연료보급용기의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 상기 홀더의 조작부에 제한기구를 설치한 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료보급용기 자체에는 용기의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 하기 위한 제한기구를 설치할 필요가 없으며, 연료보급용기 그 자체는 간편한 구성으로 하면서도 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입할 때의 주입량이 일정 이상이 되지 않도록 하여 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부의 파손을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급방법은, 연료전지 본체의 연료수용부에, 연료보급용기에 봉입된 연료를 외부로부터 주입, 보급하는 연료전지에의 연료보급방법으로, 상기 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 상기 연료보급용기의 용적을 감축시킴으로써 상기 연료보급용기의 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입하고, 이어서 상기 연료보급용기의 용적을 복원시키면서 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 상기 연료보급용기내에 흡입하는 연료주입조작을 적어도 1회 이상 실시함에 있어서, 상기 연료수용부의 용적을 V_T, 연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL, 상기 연료보급용기의 용적을 V_C, 연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL, 연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs, 허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf, 대기압을 P로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립되는 방법으로 되어있다.

이와 같은 방법으로 한 본 발명에 관한 연료보급방법에 의하면 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입함에 있어서, 연료수용부내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하여 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는

연료전지 본체의 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 용적을 감축시켜서 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입한 후에, 용적이 복원됨으로써 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 흡입하는 연료주입조작을 함으로써 상기 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료보급용기를 수용하기 위한 강성체로 이루어진 홀더로서, 상기 연료보급용기의 용적을 감축시키는 조작부를 구비하고 있는 구성으로 되어있다.

이와 같은 구성으로 한 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더에 의하면 연료보급용기에 충전된 연료를 소량씩 수회로 나누어 연료전지 본체의 연료수용부내에 연속적으로 주입하는 연료주입조작을 가능하게 하면서 그와 같은 연료보급용기의 휴대를 용이하게 하며, 또한 연료누출 등도 효율적으로 회피하여 연료보급용기 휴대시의 안전성을 높일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더에 있어서, 상기 조작부는, 회동(回動)가능하도록 장착된 레버를 구비하고, 회동조작에 의하여 상기 레버를 밀어내렸을 때에 상기 레버가 연료보급용기를 압압(押壓)하여 상기 연료보급용기의 용적을 감축시키게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는 적어도 상기 레버를 투명성 높은 재료로 성형한 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 수용된 연료보급용기의 상태, 예를 들면 연료보급용기내에 잔존하는 연료의 양을 눈으로 볼 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는 상기 레버의 측면을 부분적으로 둘러싸고, 또한 상기 레버의 조작면과 같게 또는 돌출되도록 융기하여 형성된 융기부를 형성함으로써 상기 레버의 조작범위를 제한한 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가방 등에 넣어 휴대하는 경우나, 잘못하여 떨어뜨린 경우 등에 레버가 뜻하지 않게 밑으로 밀려 내려가지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는, 상기 연료보급용기가, 상기 연료수용부의 용적을 V_T, 연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL, 상기 연료보급용기의 용적을 V_C, 연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL, 연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs, 허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf, 대기압을 P로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립하도록 설계되어 있는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입함에 있어서, 연료수용부내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하여 연료전지의 기전부에의 부하를 억제하는 것이 가능해지며, 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는, 상기 연료보급용기가, 상기 연료수용부에 수용하는 연료의 목표량을 Vf, 상기 목표량 Vf가 되기까지에 필요한 연료주입조작의 회수를 X, i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TLi, i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료보급용기의 연료의 양을 V_CLi로 하였을 때에 하기식(2)의 관계가 성립하도록 설계되어 있는 구성으로 할 수 있다.

[단, i는 1부터 X까지의 정수]

이와 같은 구성으로 함으로써 상기식(2)가 성립하도록 연료주입조작의 횟수를 규정하여 연료수용부내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하면서 연료수용부내의 연료가 수용가능한 최대량에 달하기까지에 필요한 연료주입조작의 횟수가 적어지도록 연료보급용기를 설계하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는 상기 연료보급용기의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 상기 홀더의 조작부에 제한기구를 설치한 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료보급용기 자체에는 용기의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 하기 위한 제한기구를 설치할 필요가 없으며, 연료보급용기 그 자체는 간편한 구성으로 하면서도 연료전지 본체의 연료수용부내에 연료를 주입할 때의 주입량이 일정 이상이 되지 않도록 하여 연료전지의 연료수용부에 인접하여 배치된 기전부의 파손을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는, 상기 연료보급용기의 입구부를 덮듯이 세워진 보호벽을 설치하고, 상기 보호벽에 캡을 나사 장착시키도록 한 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 연료보급용기의 입구부가 변형하는 등 캡을 돌려닫는 데 지장이 생기거나 캡이 떨어져 나가버리는 것을 방지할 수 있으며, 이와 같은 상태는 가요성을 가진 연질재료에 의하여 연료보급용기를 형성하여 캡을 돌려닫는 데 대한 입구부의 강도확보가 곤란해지는 경우에 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더는, 몸통부의 수평방향 단면(斷面)을 타원형 모양으로 한 상기 연료보급용기가, 상기 몸통부의 긴 지름 방향을 따르는 면에 상기 조작부가 마주보도록 하여 수용되는 구성으로 할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 일반적으로는 연료보급용기의 몸통부의 긴 지름 방향을 따르는 면 쪽이 성형시에 짧은 지름 방향을 따르는 면에 비하여 연신되어 얇아지므로, 이 면을 조작부가 압압하여 연료보급용기를 탄성변형시키도록 하면 연료용기의 용적을 감축시키기 쉬워지며, 그 감축량의 조정 등도 용이하게 할 수 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면 연료전지 본체의 연료수용부내에 외부로부터 연료를 주입함에 있어서 충전된 연료를 소량씩 수회로 나누어 연속적으로 주입하는 연료주입조작이 가능해진다. 또한, 그와 같은 연료주입조작이 가능해진 연료보급용기의 휴대를 용이하게 하며, 연료보급용기로부터의 연료누출 등을 효과적으로 회피하여 휴대시의 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기에 의하여 연료전지 본체의 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료주입조작의 1 사이클을 개념적으로 도시하는 설명도이다.

도 2는 연료보급용기를 홀더에 수용한 상태의 일례를 도시하는 설명도이다.

도 3은 홀더를 표면부재와 이면부재로 분할한 상태를 나타내는 설명도이다.

도 4는 도 3의 B-B 요부단면도이다.

도 5는 이면부재의 안쪽에서 본 레버의 장착상태를 도시하는 설명도이다.

도 6은 연료주입조작시의 레버의 동작을 도시하는 설명도이다.

도 7은 연료보급용기를 홀더에 수용한 상태의 다른 예를 도시하는 설명도이다.

도 8은 연료보급용기를 홀더에 수용한 상태의 다른 예를 도시하는 설명도이다.

도 9는 캡을 구성하는 외측 캡의 일례를 도시하는 설명도이다.

도 10은 캡을 구성하는 내측 캡의 일례를 도시하는 설명도이다.

도 11은 내측 캡에 대하여 외측 캡이 공전(空轉)할 때의 동작을 도시하는 설명도이다.

도 12는 캡을 돌려 닫을 때의 동작을 도시하는 설명도이다.

도 13은 연료보급용기를 연료수용부에 접합하기 위한 밸브기구의 일례를 개념적으로 도시하는 설명도이다.

도 14는 연료수용부의 연료주입구에 연료보급용기의 연료 주출구(注出口)를 감합시킨 상태를 개념적으로 도시하는 설명도이다.

도 15는 홀더의 다른 예에 있어서, 표면부재와 이면부재로 분할된 상태를 나타내는 설명도이다.

도 16은 홀더의 제2 실시형태의 개략을 도시하는 설명도이다.

도 17은 홀더의 제2 실시형태에 있어서의 레버의 개략을 도시하는 설명도이다.

도 18은 홀더의 제2 실시형태에 있어서의 표면부재의 개략을 도시하는 설명도이다.

도 19는 홀더의 제2 실시형태에 있어서의 이면부재의 개략을 도시하는 설명도이다.

도 20은 홀더의 제2 실시형태의 변형예를 도시하는 설명도이다.

부호의 설명

1 커플러 1a 연료 주출구(注出口)

2 연료 주입구 10 홀더

10b 융기부 13 보호벽

30 레버(조작부) C 연료보급용기

T 연료수용부

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

또한, 본 발명은 아래에 설명하는 실시형태에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위에서 다양한 변경실시가 가능한 것은 말할 나위도 없다.

[연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법]

먼저, 본 발명에 관한 연료전지용 보급용기와 연료보급방법에 대하여 설명한다.

여기서 도 1은 본 발명에 관한 연료전지용 연료보급용기에 의하여 연료전지 본체의 연료수용부(T)에 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료주입조작의 1 사이클을 개념적으로 도시하는 설명도이다.

도 1에 도시하는 예에 있어서, 연료보급용기(C)는 연료전지 본체의 연료수용부(T)에 외부로부터 연료를 주입, 보급함에 있어서, 연료수용부(T)내와의 기밀상태를 유지하면서 연료수용부(T)에 대하여 탈부착이 자유롭도록 접합되어 있다. 그리고 연료보급용기(C)는 그 용적을 감축시킴으로써 메탄올 등의 연료(내용액, CL)를 연료수용부(T)내에 소정량 주입하고(도 1(b) 참조), 그 후에 연료보급용기(C)의 용적이 복원됨으로써 연료수용부(T)내의 분위기 가스를 흡입하도록 되어 있다(도 1(c) 참조).

이와 같은 연료주입조작을 함에 있어서, 연료수용부(T)에의 연료의 주입량이 지나치게 많으면 연료수용부(T)내의 압력이 높아져 버린다. 이로 인하여 연료수용부(T)에 인접하여 배치된 도시하지 않은 전극이나 전해질막 등으로 이루어진 기전부가 파손되어 버리게 될지도 모른다. 그러므로 본 실시형태에서는 연료수용부(T)의 용적이나 기전부가 견뎌낼 수 있는 연료수용부(T)내의 압력, 즉 허용되는 연료수용부(T)내의 압력 등에 따라 연료보급용기(C)를 설계하고 있다.

구체적으로는 연료보급용기(C)는 다음과 같이 하여 설계할 수 있다.

먼저, 연료수용부(T)의 용적을 V_T, 연료주입조작 직전의 연료수용부(T)내의 연료(TL)의 양을 V_TL로 하면, 연료의 잔존량이 V_TL로 되었을 때에 연료수용부(T)내에 있어서 분위기 가스가 차지하는 체적(연료수용부(T)내의 헤드 스페이스량)은 (V_T-V_TL)로 된다(도 1(a) 참조). 또한, 1회의 연료주입조작에 의하여 연료수용부(T)내에 주입되는 연료의 양(보급량)을 L1으로 하면, 연료주입조작시의 연료수용부(T)내의 헤드 스페이스량은 (V_T-V_TL-L1)으로 된다(도 1(b) 참조).

따라서, 연료주입조작을 하기 전의 연료수용부(T)내의 압력이 대기압(P)과 같고, 분위기가스를 이상기체(理想氣體)에 유사하게 할 수 있다면 연료주입조작시의 연료수용부(T)내의 압력(Pt)은 보일의 법칙에 따라 하기식(3)으로 표시된다.

한편, 연료보급용기(C)의 용적을 V_C, 연료주입조작 직전의 연료보급용기(C) 내의 연료(CL)의 양을 V_CL로 하면, 연료주입조작을 하기 전의 연료보급용기(C)내에 있어서 분위기 가스가 차지하는 체적(연료보급용기(C)내의 헤드 스페이스량)은 (V_C-V_CL)로 된다(도 1(a) 참조). 또한, 1회의 연료주입조작에 의하여 연료보급용기(C)로부터 주출되는 연료의 양(주출량)을 L0, 연료주입조작시에 있어서의 연료보급용기(C)의 용적감축량을 Vs로 하면, 연료주입조작시의 연료수용부(T)내의 헤드 스페이스량은 (V_C-V_CL)-(Vs-L0)으로 된다(도 1(b) 참조).

따라서, 연료주입조작을 하기 전의 연료보급용기(C)내의 압력이 대기압(P)과 같고, 분위기가스를 이상기체에 유사하게 할 수 있다면 연료주입조작시의 연료보급용기(C)내의 압력(Pc)은 상기와 같이 보일의 법칙에 따라 하기식(4)으로 표시된다.

그리고 연료주입조작시에 연료수용부(T)내의 압력(Pt)과 연료보급용기(C)내의 압력(Pc)과는 압평형(Pt=Pc)의 관계에 있으므로 하기식(5)의 관계가 성립된다.

다음으로, 이 식(5)을 변형하면 하기식(6)이 얻어진다.

여기서 보급량(L1)과 주출량(L0)은 같으므로, 상기 식(6)에 L0=L1을 대입함과 동시에 양변을 L1으로 나누면 하기식(7)이 얻어진다.

또한, 이 식(7)을 L 1에 대하여 풀면 하기식(8)이 얻어진다.

이상으로부터 상기 식(3)에 상기 식(8)을 대입하여 정리하면 연료주입조작시의 연료수용부(T)내의 압력(Pt)은 하기식(9)으로 표시된다.

따라서, 연료주입조작시의 연료수용부(T)내의 압력(Pt)이 허용되는 연료수용부(T)내의 압력(Ptf)을 초과하지 않도록 하기 위해서는 즉 Pt≤Ptf로 하기 위해서는 하기식(1)이 성립되는 범위에서 연료보급용기(C)를 설계하면 된다.

여기서 연료주입조작 직전의 연료수용부(T)내의 연료(TL)의 양(V_TL), 및

연료주입조작 직전의 연료보급용기(C)내의 연료(CL)의 양(V_CL)은 상정되는 사용상황에 따라 다양한 값을 취할 수 있다. 예를 들면 연료수용부(T)내의 연료가 소비되어 연료수용부(T)로의 연료보급이 필요해지는 연료(TL)의 잔존량을 V_TL로 하고, 연료보급용기(C)에 충전하는 연료(CL)의 초기량을 V_CL로 할 수 있다.

또한, 연료수용부(T)내의 연료가 목표로 하는 수용량에서 거의 소비되지 않고 있는 상황에서 초기량을 유지한 연료보급용기(C)로부터 연료를 보급하려고 한 경우에는 연료수용부(T)내의 압력(Pt)이 가장 높아지므로 이와 같은 상황을 상정하여 상기 식(1)을 적용할 수도 있다.

본 실시형태에 있어서는 상기 식(1)을 충족시키도록 연료보급용기(C)를 설계함으로써 연료전지 본체의 연료수용부(T)내에 연료를 주입함에 있어서 연료수용부(T)내의 압력을 허용되는 연료수용부(T)내의 압력(Ptf)을 초과하지 않도록 일정 이하의 압력으로 유지하여 연료전지의 기전부에의 부하를 억제하는 것이 가능해지며, 기전부의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 연료보급용기(C)는 그 용적을 감축시켜서 연료(CL)를 연료수용부(T)내에 주입하고, 그 후 용적이 복원됨으로써 연료수용부(T)내의 분위기 가스를 흡입하도록 되어 있다. 본 실시형태에 의하면 연료보급용기(C)에 충전된 연료(CL)를 여러 번으로 나누어 연료수용부(T)내에 주입함에 있어서 연료의 주입에 지장을 초래하지 않고 연속적인 연료주입조작이 가능해진다.

그런데 상기 식(1)을 충족시키도록 연료보급용기(C)를 설계하면서 연료주입시의 연료수용부(T)내의 압력을 일정 이하로 유지하기 위하여 수회로 나누어 연료를 연속적으로 주입할 경우에는 그 조작횟수는 가능한 한 적어지는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 상기 식(1)을 충족시킴과 동시에 연료수용부(T)에 수용하는 연료의 목표량(Vf)이 될 때까지의 연료주입조작횟수가 적어지도록 연료보급용기(C)를 설계할 수도 있다.

즉, 1회의 연료주입조작에 의하여 연료수용부(T)내에 주입되는 연료의 보급량(L1)은 전술한 바와 같이 식(8)로 표시되므로 i회째의 연료주입조작 직전에 있어 서의 연료수용부(T)내의 연료의 양을 V_TLi, i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 연료보급용기(C)의 내용액량을 V_CLi로 하면 i회째의 연료주입조작에 의하여 연료수용부(T)내에 주입되는 보급량(Li)은 하기식(10)으로 표시할 수 있다.

따라서, X회의 연료주입조작으로 연료수용부(T)에의 연료보급이 완료되는 것이라면 연료수용부(T)에 수용하는 연료의 목표량(Vf)으로부터 연료주입조작을 개시한 때에 연료수용부(T)내에 잔존하는 연료량, 즉 연료주입조작 직전의 연료수용부(T)내의 연료의 양(V_TL)을 뺀 것이 X회의 연료주입조작으로 연료수용부(T)내에 주입된 연료의 총합에 동일해지며, 하기식(2)이 성립된다.

[단, i는 1부터 X까지의 정수]

이와 같이 상기 식(1)이 성립되는 범위에서 상기 식(2)이 성립되는 X의 최소치에 의하여 연료주입조작의 횟수를 규정함으로써 연료수용부(T)내의 압력을 허용되는 일정 이하의 압력으로 유지하면서 연료수용부(T)내의 연료가 연료수용부(T)에 수용할 연료의 목표량(Vf)에 달할 때까지에 필요한 연료주입조작의 횟수가 적어지도록 연료보급용기(C)를 설계하는 것이 가능해진다.

여기서 V_TLi 및 V_CLi의 초기치, 즉 i=1일 때의 V_TLi(=V_TL) 및 V_CLi(=V_CL)는 전술한 바와 같이 상정되는 사용상황에 따라 다양한 값을 얻을 수 있는바 연료수용 부(T)내의 연료의 잔존량이 거의 0이고, 연료보급용기(C)내의 연료의 양이 연료수용부(T)에 수용할 연료의 목표량(Vf)을 약간 초과할 정도일 때에 연료주입조작을 개시하려고 할 경우에 연료주입조작의 횟수가 가장 많아지므로 이와 같은 조건 하에서 상기 식(2)을 적용하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 연료수용부(T)내의 연료가 가득 찬 상태에 있을 때에 연료를 더 주입하면 상기 식(1)의 성립 여부에 관계없이 연료수용부(T)내의 압력이 과대해져 버린다. 그러므로 연료수용부(T)에 수용할 연료의 목표량(Vf)은 연료수용부(T)의 용적(V_T)보다도 적게 잡는 것이 바람직하며, 구체적으로는 연료수용부(T)의 용적(V_T)의 80% 정도로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 있어서, 연료보급용기(C)의 구체적인 형상이나 치수 등은 상기 식(1),(2)를 충족시키는 것인 한 특별히 한정되지 않는다. 통상은 입구부(C1), 몸통부(C2) 및 바닥부(C3)를 구비한 병 형상의 형태로 할 수 있다. 그리고 연료보급용기(C)의 입구부(C1)에는 예를 들면 연료 주출구(1a)가 선단측에 돌출되어 설치된 커플러(1)를 장착하고(도 2 참조), 이 연료 주출구(1a)를 연료수용부(T)의 연료 주출구에 삽입, 감합함으로써 연료수용부(T)내와의 기밀상태를 유지하면서 연료수용부(T)에 연료보급용기(C)를 탈부착이 자유롭도록 접합하고, 그 상태로 전술한 바와 같은 연료주입조작을 할 수 있도록 할 수 있다.

이때 연료수용부(T)내와의 기밀상태를 유지하기 위해서는 예를 들면 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같은 밸브기구를 사용할 수 있다.

여기서 도 13은 연료보급용기(C)와 연료수용부(T)와의 사이의 기밀상태를 유지하면서 양자를 접합하기 위한 밸브기구의 일례를 개념적으로 도시하는 설명도이며, 연료보급용기(C)측의 연료 주출구(1a)에 설치된 밸브기구의 개략단면과 연료수용부(T)측의 연료주입구(2)에 설치된 밸브기구의 개략단면을 도시하고 있다. 또한, 도 14는 연료수용부(T)측의 연료주입구(2)에 연료보급용기(C)측의 연료 주출구(1a)를 삽입, 감합시킨 상태를 나타내고 있다.

도시하는 예에 있어서, 연료보급용기(C)측의 연료 주출구(1a)가 연료수용부(T)측의 연료주입구(2)에 삽입되면 연료보급용기(C)측의 밸브체(1b)와, 연료수용부(T)측의 밸브체(2a)가 접촉하여 서로 밀게 된다. 통상적으로는 연료수용부(T)측의 밸브체(2a)에 힘을 가하는 스프링(2c)의 힘이 연료보급용기(C)측의 밸브체(1b)에 힘을 가하는 스프링(1d)의 힘보다도 약하게 설정되어 있으며, 먼저 연료수용부(T)측의 밸브체(2a)가 밸브 시트(2b)로부터 멀어져서 연료수용부(T)측의 밸브기구를 개방한다. 이때 연료보급용기(C)측의 연료 주출구(1a)와 연료수용부(T)측의 연료 주입구(2)가 긴밀하게 감합하도록 양자 사이에 도시하지 않는 적당한 밀봉부재를 개재(介在)시킴으로써 연료수용부(T)내의 기밀상태를 유지할 수 있다.

그리고 연료보급용기(C)측의 연료 주출구(1a)를 더 밀어넣으면 연료보급용기(C)측의 밸브체(1b)가 밸브 시트(1c)로부터 멀어져서 연료보급용기(C)측의 밸브기구도 개방된다. 이것에 의하여 연료수용부(T)와 연료보급용기(C)가 기밀상태를 유지한 채 연통하여 전술한 바와 같은 연료주입조작을 함으로써 연료보급용기(C)내의 연료(CL)를 연료수용부(T)에 주입할 수 있다.

또한, 특별히 도시하지 않으나, 연료보급용기(C)와 연료수용부(T)와의 사이에 적당한 계합(係合)수단을 설치해 두면 연료보급용기(C)와 연료수용부(T)를 접합시킨 상태를 용이하게 유지하여 연속적인 연료주입조작을 할 수 있다.

이상과 같은 연료보급용기(C)는, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 직쇄 형상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 폴리프로필렌(PP), 환상 올레핀(COC) 등의 올레핀계 수지 및 이들의 공중합체나, 이들의 블렌드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리젖산(PLA) 등의 폴리에스테르계 수지 및 이들의 공중합체나, 이들의 블렌드 수지 등의 합성수지재료를 사용하여 다이렉트 블로우 성형이나 2축 연신 블로우 성형 등의 적절한 수단에 의하여 소정 형상으로 성형함으로써 얻을 수 있으나, 연료보급용기(C)내의 연료(CL)의 잔량을 눈으로 볼 수 있도록 투명성이 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 합성수지재료 중에서도 연료주입조작시의 용적의 감축과 복원이 용이한 가요성을 가진 재료에 의하여 연료보급용기(C)를 성형하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같은 합성수지재료를 사용하여 성형되는 연료보급용기(C)는 단층구성으로 하는 것에 한하지 않고 다층구성으로 할 수도 있다.

연료보급용기(C)를 다층구성으로 할 경우에는 적어도 가장 안쪽 층은 상기한 합성수지재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 중간층으로서 연료에 대한 베리어 기능을 가진 수지(예를 들면 환상 올레핀이나 폴리아미드계 수지 등), 접착성 수지 등으로 형성되는 기능성 수지층 외에 리그라인드층 등을 형성하여도 된다.

[연료보급용기용 홀더]

다음으로, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서, 연료보급용기(C)는 그 휴대성을 고려하여 도 2에 도시하는 바와 같은 강성체로 이루어진 홀더(10)에 수납된다. 이로 인하여 연료보급용기(C)를 가방 등에 넣어 휴대할 때에 연료보급용기(C)가 가방 속에서 찌부러지는 등으로 연료가 밖으로 새어나와 버리는 것과 같은 단점을 효율적으로 회피하여 연료보급용기(C)의 휴대시의 안전성을 높일 수 있다. 이와 같은 상태는 가요성을 가진 재료에 의하여 연료보급용기(C)를 성형한 경우에 특히 알맞다.

이하 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더의 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 대하여 설명한다.

[제1 실시형태]

본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더의 제1 실시형태에 대하여, 도 2(a)는 연료보급용기(C)를 홀더(10)에 수용한 상태를 나타내는 일부를 떼어낸 정면도이며, 도 2(b)는 연료보급용기(C)를 홀더(10)에 수용한 상태를 나타내는 측면도이다. 또한, 도 3은 홀더(10)를 표면부재(11)와 이면부재(12)로 분할한 상태를 나타내고 있으며, 도 4는 도 3의 B-B 요부단면도이다.

이들 도면에 도시하는 예에 있어서, 홀더(10)는 세로방향으로 분할되는 표면 부재(11)와 이면부재(12)로 이루어져 있다. 그리고 이면부재(11)측에 설치된 계합 클릭(11a)을 이면부재(12)측에 설치한 계합구멍(12a)에 계합시킴으로써 일체화된 표면부재(11)와 이면부재(12)와의 사이에 연료보급용기(C)가 수용되도록 되어 있다.

홀더(10)를 이루는 표면부재(11)와 이면부재(12)는 각각의 거의 중앙에 개구부(20)를 구비하고 있으며, 이 개구부(20)에는 하단(下端)측을 축으로 하여 이들 부재(11, 12)의 내측을 향하여 회동가능하도록 된 레버(30)가 장착되어 있다. 이와 같이 하여 장착된 레버(30)는 그 회동조작에 의하여 레버(30)를 밀어내렸을 때에 레버(30)의 작용부(30a)가 연료보급용기(C)에 접촉하여 레버(30)를 밀어내린 만큼 연료보급용기(C)의 용적을 감축시켜서 전술한 바와 같은 연료주입조작을 하기 위한 조작부로서 기능한다(도 6 참조).

여기서 도 6은 도 2(a)의 A-A 단면에 해당한다. 또한, 도 6(a)는 레버(30)가 정상위치에 있는 상태를 나타내고 있으며, 도 6(b)는 레버(30)를 밀어내린 상태를 도시하고 있다. 도 6(b)에 도시하는 바와 같이 레버(30)를 밀어내림으로써 레버(30)의 작용부(30a)에 압압되어 연료보급용기(C)가 탄성변형한다. 이와 함께 연료보급용기(C)는 레버(30)를 밀어내린 방향뿐만 아니라 도 2(a)에 1점쇄선으로 도시한 바와 같이 레버(30)의 밀어내린 방향에 직교하는 방향으로도 탄성변형한다. 그러므로 홀더(10)의 안쪽 치수는 이와 같은 연료보급용기(C)의 탄성변형을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로는 연료보급용기(C)의 용적 감축량의 최적화를 도모하여 이 최적의 감축량에 상당하는 연료주출조작을 할 때의 연료보급용기(C)의 변형량(통상적으로 연료보급용기(C)는 레버(30)를 밀어내린 방향과 직교하는 방향으로 변형한다)을 구해 두고, 이때의 변형량을 흡수할 수 있는 정도의 여유를 갖도록 홀더(10)의 안쪽 치수를 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 이와 같은 홀더(10)에 연료보급용기(C)를 수납함에 있어서는, 연료보급용기(C)의 몸통부(C2)의 수평단면을 타원형 모양으로 함과 동시에 몸통부의 긴 지름 방향을 따르는 면에 레버(30)가 마주보도록 하여 연료보급용기(C)가 홀더(10)에 수용되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면 전술한 바와 같은 수단에 의하여 연료보급용기(C)를 성형함에 있어서, 일반적으로는 연료보급용기(C)의 몸통부(C2)의 긴 지름 방향을 따르는 면 쪽이 성형시에 짧은 지름 방향을 따르는 면에 비하여 연신되어 얇아지므로 이 면을 레버(30)의 작용부(30a)가 압압하여 연료보급용기(C)를 탄성변형시키도록 하면 연료용기(C)의 용적을 감축시키기 쉬워지며, 그 감축량의 조정 등도 용이하게 할 수 있다.

또한, 도 5에 이면부재(12)의 안쪽에서 본 레버(30)의 장착 상태를 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 있어서, 레버(30)는 하단(下端)측으로 연장되는 암(31)을 가지고 있다. 그리고 도면 중 쇠선으로 둘러싸인 부분을 확대하여 도시하는 바와 같이 암(31)의 선단측에 형성된 돌출부(32)를 이면부재(12)에 설치된 돌출조각(12b)의 천공(12c)에 삽통함으로써 이면부재(12)에 대하여 레버(30)가 회동가능해지도록 장착되어 있다.

또한, 도시하는 예에 있어서, 레버(30)는 회동축이 하단 측에 위치하도록 장착되어 있으나, 회동축은 상단(上端) 측에 위치하도록 하여도 되며, 레버(30)가 연료주입조작을 하기 위한 조작부로서 기능하는 한 그 구체적인 장착수단은 한정되지 않는다.

레버(30)를 밀어내리는 힘을 느슨하게 하면 연료보급용기(C)는 그 탄성력과 헤드 스페이스의 내압에 의하여 용적을 복원하고, 이것에 의하여 레버(30)는 되돌려서 정상위치로 복원한다. 이때 레버(30)의 작용부(30a)측의 끝 에지와, 개구부(20)와의 사이에 틈이 생겨 버리면 이물이 들어가 버리는 문제점이나 레버(30)를 다시 밀어내려서 연료주입조작을 반복할 때에 그 틈에 레버(30)를 조작하는 사용자의 손가락이 끼여 버리거나 하는 등의 문제점이 고려된다.

그러므로 레버(30)에는 개구부(20)의 에지부에 내측으로부터 접촉하는 스토퍼(33)가 설치되어 있으며, 이것에 의하여 이면부재(12)의 바깥쪽을 향하는 레버(30)의 회동범위를 규제하여 레버(30)의 작용부(30a)측의 끝 에지와, 개구부(20)와의 사이에 틈이 생기지 않도록 함과 동시에 예를 들면 고온환경 하에서 연료보급용기(C)가 팽창했다 하더라도 레버(30)가 바깥쪽으로 돌출되어 버리지 않도록 되어 있다.

또한, 특히 도시하지 않으나, 표면부재(11)에 대하여도 동일하게 하여 레버(30)를 장착할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 표면부재(11)와 이면부재(12)에는 도시하는 바와 같이 각각 그 위쪽 및 아래쪽에 레버(30)의 상단면과 하단면에 측면을 부분적으 로 둘러싸고, 또한 레버(30)의 조작면과 같도록 기준면(10a)으로부터 융기하여 형성된 융기부(10b)를 형성할 수 있다. 이리하여 레버(30)의 조작범위를 레버(30)의 중앙부분의 조작하기 쉬운 부위로 제한하여 가방 등에 넣어 휴대할 경우나 잘못하여 떨어뜨린 경우 등에 레버(30)가 뜻하지 않게 밑으로 밀려 내려가지 않도록 하고 있다.

따라서, 도시하는 측에 있어서는, 사용자는 레버(30)의 중앙부분의 조작면을, 예를 들면 엄지 손가락과 검지 손가락으로 집듯이 밀어내림으로써 연료주입조작을 할 수 있도록 되어 있다.

또한, 레버(30)의 조작범위를 레버(30)의 중앙부위의 조작하기 쉬운 부위로 제한할 수 있으면 융기부(10b)는 레버(30)의 조작면으로부터 돌출하도록 융기하여 형성되어 있어도 된다.

또한, 홀더(10)에는 레버(30)를 밀어내려서 연료주입조작을 할 때에 연료보급용기(C)의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 하는 제한기구를 설치해 둘 수 있다. 이와 같은 제한기구의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 레버(30) 밀어내리기가 가능한 양, 즉 레버(30)의 조작면과 기준면(10a)과의 차(t)를 적절히 조정함으로써 레버(30)를 밀어내리는 양이 일정 이상이 되지 않도록 하여 연료보급용기(C)의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 제한할 수 있다.

이와 같은 제한기구를 설치함으로써 연료주입조작시에 있어서의 연료보급용기(C)의 용적감축량(Vs)을 일정하게 하여 즉 연료전지 본체의 연료수용부(T)내로의 연료의 주입량을 일정하게 하여 기전부의 파손을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 사용자가 직접 손가락으로 연료보급용기(C)를 찌부러뜨려서 연료주입조작을 하도록 한 경우에 있어서도, 연료주입시에 있어서의 연료보급용기(C)의 용적감축량(Vs)은 연료보급용기(C)의 형상이나 변형의 정도 등을 조정함으로써 일정하게 할 수 있으나, 홀더(10)에 상기와 같은 제한기구를 설치해 둠으로써 더 확실하게 연료주입시의 연료보급용기(C)의 용적감축량(Vs)이 일정해지도록 할 수 있다.

또한, 레버(30)의 가로폭은 임의로 설정할 수 있으나, 도 8에 도시하는 바와 같이 레버(30)의 가로폭(W)을 가늘게(예를 들면, 13㎜ 이하) 함으로써 레버(30)를 밀어내릴 때에 사용자의 손가락이 레버(30)의 조작면을 벗어나서 레버(30)를 완전히 눌렀을 때에 기준면(10a)에 닿아, 그 이상 레버(30)를 밀어내릴 수 없도록 되어 있는 것이 바람직하다. 이로써 더 한층 확실하게 연료주입시의 연료보급용기(C)의 용적감축량(Vs)을 일정하게 할 수 있다.

또한, 조작부로서의 레버(30)는 도 7에 도시하는 바와 같이 홀더(10)의 한쪽 면에만 설치하도록 해도 된다. 이와 같은 상태는 연료주입조작시에 홀더(10)의 자세를 안정시킬 수 있는 동시에 홀더(10)의 다른 쪽 면에는 사용상의 주의 등의 주의서를 인쇄, 또는 부착하기 위한 스페이스로 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 실시형태에서는 연료보급용기(C)의 입구부(C1)에 나사산을 형성하고, 입구부(C1)에 캡(40)이 나사 장착되도록 할 수 있다. 입구부(C1)에 나사 장착할 캡(40)은 예를 들면 아이가 잘못하여 캡을 벗겨 버리는 등의 일이 없도록 어린이 보호 기능을 구비한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 어린이 보호 기능을 구비 한 캡(40)으로서는 도 9에 도시하는 바와 같은 외측 캡과, 도 10에 도시하는 바와 같은 내측 캡으로 이루어진 이중구조를 가지고 있는 것을 그 일례로 들 수 있다.

도 9는 외측 캡(41)의 설명도이며, 도 9(a)는 외측 캡(41)의 정면도, 도 9(b)는 도 9(a)의 C-C 단면도, 도 9(c)는 외측 캡(41)의 저면도이다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이 외측 캡(41)의 천장면의 내측에는 복수의 수하편(垂下片, 41a)이 둘레방향을 따라 설치되어 있다.

또한, 도 10은 내측 캡(42)의 설명도이며, 도 10(a)는 내측 캡(42)의 정면도, 도 10(b)는 도 10(a)의 D-D 단면도, 도 10(c)는 내측 캡(41)의 평면도이다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이 내측 캡(42)의 내주면(內周面)에는 나사 홈이 형성되어 있으며, 이 나사 홈에 의하여 연료보급용기(C)의 입구부(C1)에 캡(40)이 나사 고정된다. 또한, 내측 캡(42)의 윗면측에는 입상면(立上面, 42b)과 경사면(42c)에 끼인 홈부(42a)가 형성되어 있다. 그리고 외측 캡(41)내에 내측 캡(42)을 삽입한 때에 외측 캡(41)의 수하편(41a)이 내측 캡(42)의 홈부(42a)로 들어가도록 되어 있다.

이와 같은 외측 캡(41)과 내측 캡(42)은 내측 캡(42)이 외측 캡(41)내에서 상대적으로 상하이동 가능하게 되어 있는 동시에 외측 캡(41)의 나사풀림 방지(41b)와, 내측 캡(42)의 계지부(係止部, 42d)에 의하여 내측 캡(42)이 외측 캡(41)으로부터 용이하게 벗겨지지 않도록 되어 있다. 그리고 도 11에 도시하는 바와 같이 연료보급용기(C)의 입구부(C1)로부터 캡(40)을 벗기려고 단순히 도면 중 화살방향으로 캡을 돌린 것만으로는 외측 캡(41)의 수하편(41a)이 내측 캡(42)측의 경사면(42c)에 올라앉아(도 11(b) 참조), 내측 캡(42)에 대하여 외측 캡(41)이 공회전하도록 되어 있다(도 11(c) 참조).

반대로 캡(40)을 연료보급용기(C)의 입구부(C1)에 나사 고정할 때에는 도 12에 도시하는 바와 같이 도면 중 화살표 방향으로 외측 캡(41)을 돌리면 외측 캡(41)의 수하편(41a)이 내측 캡(42)측의 입상면(42b)에 접촉하고(도 12(b) 참조), 외측 캡(41)과 함께 내측 캡(41)도 회전하여 캡(40)을 용이하게 죌 수 있도록 되어 있다.

또한, 도 11, 도 12에서는 주목하는 하나의 수하편(41a)만을 도시하고, 이것을 사선으로 도시하고 있다.

한편, 연료보급용기(C)의 입구부(C1)로부터 캡(40)을 벗기기 위해서는 내측 캡(42)에 대하여 외측 캡(41)이 공회전하지 않도록 외측 캡(41)에 아래쪽을 향한 힘을 가하여 외측 캡(41)의 수하편(41a)의 선단(先端)을 내측 캡(42)의 경사면(42c)으로 누르면서 돌리도록 하면 된다. 이로써 외측 캡(41)과 함께 내측 캡(41)도 회전하고, 캡(40)을 연료보급용기(C)의 입구부(C1)으로부터 벗길 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 연료보급용기(C)의 입구부(C1)에 직접 캡(40)을 나사 고정시키는 모양에 한하지 않는다. 도 7에 도시하는 바와 같이 연료보급용기(C)의 입구부(C1)를 덮듯이 홀더(30)로부터 세워진 보호벽(13)을 설치하고, 이 보호벽(13)에 형성된 나사산에 캡(40)을 나사 고정하도록 해도 된다.

특히 연료보급용기(C)를 가요성을 가진 연질재료에 의하여 형성한 경우에는 캡(40)을 돌려 닫는 것에 대한 입구부(C1)의 강도의 확보가 곤란해진다. 그러므로 이와 같은 모양은 연료보급용기(C)의 입구부(C1)가 변형하는 등 캡(40)을 돌려 닫는 데 지장이 생기거나, 캡(40)이 탈락하여 버리거나 하는 것을 방지하는 데에도 바람직하다.

또한, 이와 같은 보호벽(13)을 설치함에 있어서, 연료보급용기(C)의 입구부(C1)와 커플러(1)와의 접합부를 보호벽(13)으로 덮어 감춤으로써 커플러(1)의 탈착을 곤란케 하며, 연료보급용기(C)의 입구부(C1)로부터 커플러(1)가 뜻하지 않게 탈착되어 버리는 것을 방지할 수도 있다.

본 실시형태에 있어서, 홀더(10)를 구성하는 표면부재(11), 이면부재(12), 레버(30), 캡(40)은 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 수지(ABS), 폴리스틸렌(PS), 아크릴로니트릴-스틸렌 수지(AS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아세탈(POM), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 변성 폴리페닐렌에테르(PPE) 등의 합성수지재료를 단독으로, 또는 2종류 이상 블렌드하여 사용하고, 또는 이들의 것에 필요에 따라 유리섬유나 활석 등의 충전재를 배합한 복합재료로서 사용하며, 사출성형 등에 의하여 소정 형상으로 성형할 수 있으나, 적어도 레버(30)를 투명성 높은 재료로 성형하여 수용된 연료보급용기(C)의 상태, 예를 들면 연료보급용기(C)내에 잔존하는 연료의 양 등을 눈으로 볼 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 내(耐)낙하충격성 등이 높은 재료에는 투명성이 높은 것이 적으므로, 레버(30)를 투명성 높은 재료로 형성하는 것은 홀더(10)의 내(耐)낙하충격성을 확보하면서 연료보급용기(C)내의 연료의 잔량을 눈으로 볼 수 있도록 하는 데에 특히 적합하다.

[변형예]

이상 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더의 제1 실시형태에 대하여 설명하였으나, 이와 같은 실시형태에 있어서는 이하에 설명하는 바와 같이 다양한 변형실시가 가능하다.

예를 들면 전술한 실시형태에서는 세로방향으로 분할되는 표면부재(11)와 이면부재(12)로 이루어지는 홀더(10)에 연료보급용기(C)가 수용되도록 되어 있으나, 홀더(10)의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 특별히 도시하지 않으나, 가로방향으로 분할가능하게 하여 연료보급용기(C)를 수용하도록 한 것이어도 된다.

또한, 전술한 실시형태에서는 표면부재(11)측에 설치된 계합 클릭(11a)을 이면부재(12)측에 형성된 계합구멍(12a)에 계합시킴으로써 일체화된 표면부재(11)와 이면부재(12)와의 사이에 연료보급용기(C)가 수용되도록 되어 있으나, 연료보급용기(C)에 연료로서 메탄올 등이 충전되는 경우에는 안전성 확보의 관점에서 홀더(10)로부터 연료보급용기(C)가 용이하게 탈착할 수 없도록 하는 것이 요구된다.

그러기 위해서는 예를 들면 도면 15에 도시하는 바와 같이 표면부재(11)측에 설치된 서로 이웃하는 계합 클릭(11a)의 사이에 삽입되는 돌출조각(12d)을 이면부재(12)측에 설치하고, 표면부재(11)를 변형시켜서 계합 클릭(11a)과 계합구멍(12a)과의 계합을 해제하려고 하는 힘에 저항하여 표면부재(11)와 이면부재(12)가 용이 하게 분리되지 않도록 할 수 있다.

여기서 도 15(a)는 홀더(10)를 표면부재(11)와 이면부재(12)로 분할한 상태를 나타내고 있으며, 도 15(b)는 도 15(a)의 E-E 요부단면도, 도 15(c)는 도 15(a)의 F-F 요부단면도이다.

또한, 특별히 도시하지 않으나, 표면부재(11)와 이면부재(12)와의 각각에 계합 클릭(11a)과 계합구멍(12a)을 교대로 배치하고, 이들을 서로 계합하도록 하거나, 표면부재(11)와 이면부재(12)를 접착, 또는 용착에 의하여 접합하는 등에 의해서도 표면부재(11)와 이면부재(12)가 용이하게 분리되지 않도록 할 수 있다.

[제2 실시형태]

다음으로, 본 발명에 관한 연료보급용기용 홀더의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.

여기서 도 16은 본 실시형태에 있어서의 연료보급용기용 홀더의 개략을 도시하는 설명도이며, 도 17은 본 실시형태에 있어서의 레버(30)의 정면도이다. 또한, 도 16에 있어서, 도 16(a)는 캡(40)이 나사 고정된 홀더(10)의 정면도, 도 16(b)는 동측면도, 도 16(c)는 도 16(a)의 G-G 단면에 상당하는 캡(40)을 떼어낸 상태(단, 커플러의 도시를 생략)의 단면도이다. 이들 도면에 도시하는 예에 있어서, 전술한 제1 실시형태와 공통된 부위나, 부재 등은 동일부호로 나타내고, 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 아래에서는 제1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.

도 18은 본 실시형태에 있어서의 연료보급용기용 홀더를 이루는 표면부 재(11)의 개략을 도시하는 설명도이며, 도 18(a)는 표면부재(11)의 정면도, 도 18(b)는 동측면도, 도 18(c)는 동배면도이며, 어느 도면도 레버(30)를 장착한 상태를 도시하고 있다. 도 19는 본 실시형태에 있어서의 연료보급용기용 홀더를 이루는 이면부재(12)의 개략을 도시하는 설명도이며, 도 19(a)는 이면부재(12)의 정면도, 도 19(b)는 동측면도, 도 19(c)는 동배면도이다.

본 실시형태에 있어서도 홀더(10)는 세로방향으로 분할되는 표면부재(11)와 이면부재(12)로 이루어지도록 할 수 있으며, 일체화된 표면부재(11)와 이면부재(12)와의 사이에 연료보급용기(C)를 수용할 수 있다. 표면부재(11)와 이면부재(12)는 전술한 바와 같이 표면부재(11)측에 설치된 계합 클릭(11a)를, 이면부재(12)측에 설치된 계합구멍(12a)에 계합시킴으로써 일체화하도록 해도 되나, 이면부재(12)측에는 표면부재(11)측에 설치된 계합 클릭(11a)에 대응하는 계합 홈을 설치하여 양자를 일체화하도록 해도 된다.

도시하는 예에 있어서, 레버(30)는 표면부재(11)측에 대해서만 장착되어 있으며, 이에 따라 연료보급용기(C)의 종단면 형상이 입구부의 중심축에 대하여 비대칭으로 되어 있다(도 16(c) 참조).

또한, 레버(30)의 상단면에는 예를 들면 사용자가 엄지 손가락을 조작하는 것을 상정한 경우에 엄지 손가락이 꼭 낄 정도의 오목(凹) 형상으로 된 조작부(30b)가 형성되어 있다. 한편, 표면부재(11)에는 레버(30)의 조작부(30b) 주위를 둘러싸듯이 하여 표면부재(11)의 표면으로부터 바늘 모양으로 함몰하는 요(凹)부(10c)가 형성되어 있다.

이와 같이 함으로써 조작부(30)를 압압하기 쉽게 함과 동시에 조작부(30b)를 누르는 손가락 중 조작부(30b)로부터 벗어난 부분이 요부(10c)에 접촉함으로써 레버(30)가 그 이상 밀어내려지는 것을 막아 제한기구로서 기능하도록 되어 있다.

또한, 요부(10c)보다도 상대적으로 높아져 있는 주위의 부분이 전술한 제1 실시형태에 있어서의 융기부에 해당한다. 또한, 특별히 도시하지 않으나, 조작부(30b)의 주위에 플랜지를 설치하여 레버(30)를 밀어내린 때에 요부(10c)와 간섭하도록 하여 이것을 제한기구로 하도록 해도 된다.

또한, 도시하는 예에서는 레버(30)의 작용부(30a)가 조작부(30b)보다도 레버(30)의 회동축 가까이, 즉 암(31)에 형성된 철(凸)부(32) 가까이에 스토퍼(33)의 좌우측에 걸쳐서 위치하고 있다. 그리고 이 작용부(30a)가 연료보급용기(C)의 중앙 부근을 넓은 면적으로 압압하도록 되어 있어서 가벼운 조작력으로 레버(30)를 밀어내릴 수 있도록 되어 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는 전술한 제1 실시형태에 비하여 소형화를 도모하는 데에 적합하도록 표면부재(11)와 이면부재(12), 레버(30)의 형상을 변경했으나, 이들 이외의 구성은 전술한 제1 실시형태와 크게 바뀌는 부분은 없으므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 실시형태에 있어서도 다양한 변형실시가 가능하며, 예를 들면 도 20에 도시하는 바와 같이 표면부재(11)에는 레버(30)의 조작부(30b)만이 표면에 노출되도록 입구부(20)를 형성하고, 레버(30)가 표면에 노출되는 부분을 적게 함으로써 보다 오조작(誤操作)하기 어려운 형태가 되도록 할 수 있다.

또한, 도 20은 도 16에 대응시켜서 제2 실시형태의 변형예를 도시하는 설명도이며, 도 20(a)는 도 16(a)와 동일한 정면도, 도 20(b)는 동측면도, 도 20(c)는 도 20(a)의 H-H 단면에 상당하는 단면도이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 다이렉트 메탄올형 연료전지 등 개질기를 사용하지 않고 알코올류 등의 액체연료를 직접 공급하여 전기화학반응을 발생시키는 방식의 연료전지에 있어서, 연료의 잔량이 적어진 본체측의 연료수용부내에 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료전지용 연료보급용기, 연료보급방법 및 연료보급용기를 수용하기 위한 연료보급용기용 홀더를 제공한다.

Claims (16)

1. 연료전지 본체의 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보급하기 위한 연료보급용기에 있어서,

   상기 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 용적을 감축시켜서 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입한 후에,

   용적이 복원됨으로써 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 흡입하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급용기.
2. 제1항에 있어서, 가요성을 가진 재료에 의하여 형성되어 있는 연료전지용 연료보급용기.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연료수용부의 용적을 V_T,

   연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL,

   상기 연료보급용기의 용적을 V_C,

   연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL,

   연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs,

   허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf,

   대기압을 P

   로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급용기.

   
4. 제3항에 있어서,

   상기 연료수용부에 수용하는 연료의 목표량을 Vf,

   상기 목표량 Vf가 되기까지 필요한 연료주입조작의 회수를 X,

   i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TLi,

   i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료보급용기의 연료의 양을 V_CLi

   로 하였을 때에 하기식(2)의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급용기.

   

   [단, i는 1부터 X까지의 정수]
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연료보급용기의 용적을 감축시키는 조작부를 구비한 강성체로 이루어진 홀더에 수납된 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급용기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연료보급용기의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 상기 홀더의 조작부에 제한기구를 설치한 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료보급용기.
7. 연료전지 본체의 연료수용부에 연료보급용기에 봉입된 연료를 외부로부터 주입, 보급하는 연료전지에의 연료보급방법에 있어서,

   상기 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 상기 연료보급용기의 용적을 감축시킴으로써 상기 연료보급용기의 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입하고, 이어서 상기 연료보급용기의 용적을 복원시키면서 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 상기 연료보급용기내에 흡입하는 연료주입조작을 적어도 1회 이상 실시함에 있어서,

   상기 연료수용부의 용적을 V_T,

   연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL,

   상기 연료보급용기의 용적을 V_C,

   연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL,

   연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs,

   허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf,

   대기압을 P

   로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 연료보급방법.

   
8. 연료전지 본체의 연료수용부내와의 기밀상태를 유지하면서 용적을 감축시켜서 연료를 상기 연료수용부내에 소정량 주입한 후에, 용적이 복원됨으로써 상기 연료수용부내의 분위기 가스를 흡입하는 연료주입조작을 함으로써 상기 연료수용부에 외부로부터 연료를 주입, 보급하는 연료보급용기를 수용하기 위한 강성체로 이루어진 홀더에 있어서,

   상기 연료보급용기의 용적을 감축시키는 조작부를 구비하고 있는 것을 특징 으로 하는 연료보급용기용 홀더.
9. 제8항에 있어서, 상기 조작부가 회동(回動)가능하도록 장착된 레버를 구비하고, 회동조작에 의하여 상기 레버를 밀어내렸을 때에 상기 레버가 연료보급용기를 압압(押壓)하여 상기 연료보급용기의 용적을 감축시키는 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.
10. 제9항에 있어서, 적어도 상기 레버를 투명성 높은 재료로 성형한 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.
11. 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레버의 측면을 부분적으로 둘러싸고, 또한 상기 레버의 조작면과 같게 또는 돌출되도록 융기하여 형성된 융기부를 형성함으로써 상기 레버의 조작범위를 제한한 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 연료보급용기가,

    상기 연료수용부의 용적을 V_T,

    연료주입조작 직전의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TL,

    상기 연료보급용기의 용적을 V_C,

    연료주입조작 직전의 상기 연료보급용기내의 연료의 양을 V_CL,

    연료주입시에 있어서의 상기 연료보급용기의 용적감축량을 Vs,

    허용되는 상기 연료수용부내의 압력을 Ptf,

    대기압을 P

    로 하였을 때에 하기식(1)의 관계가 성립하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.

    
13. 제12항에 있어서,

    상기 연료보급용기가,

    상기 연료수용부에 수용하는 연료의 목표량을 Vf,

    상기 목표량 Vf가 되기까지 필요한 연료주입조작의 회수를 X,

    i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료수용부내의 연료의 양을 V_TLi,

    i회째의 연료주입조작 직전에 있어서의 상기 연료보급용기의 연료의 양을 V_CLi

    로 하였을 때에 하기식(2)의 관계가 성립되도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지에 사용하는 연료보급용기용 홀더.

    

    [단, i는 1부터 X까지의 정수]
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 연료보급용기의 용적의 감축량이 일정량을 초과하지 않도록 상기 조작부에 제한기구를 설치한 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.
15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료보급용기의 입구부를 덮듯이 세워진 보호벽을 설치하고, 상기 보호벽에 캡을 나사 장착시키도록 한 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더.
16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 몸통부의 수평방향 단면(斷面)을 타원형 모양으로 한 상기 연료보급용기가, 상기 몸통부의 긴 지름 방향에 따르는 면에 상기 조작부가 마주보도록 하여 수용되는 것을 특징으로 하는 연료보급용기용 홀더

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