연료 전지 작동 휴대용 디바이스들의 연료 보충 document_id A220623107616

휴대용 전화기(셀룰러폰, 모바일폰 및 다른 휴대용 전화기들을 포함함), 음악 재생기, 휴대용 컴퓨터, 개인 정보 단말기(personal digital assistants: PDA), 디지털 카메라, 비디오 캠코더, 라디오 수신기, 라디오 송수신기들, 네비게이션 디바이스들, 이들의 조합물 등과 같은 휴대용 전자 디바이스들은, 사업상 또는 개인 업무를 위해 불가결한 도구들이 되어 가고 있다. 이와 같은 디바이스들을 본 명세서에서는 "휴대용 디바이스들" 또는 "휴대용 전자 디바이스들"로 부른다. 휴대용 디바이스들은 개인이 간편하게 소지하기에 충분할 정도로 소형이고 경량이다. 매우 컴팩트하고 경량이면서도 여전히 제반 기능을 갖춘 휴대용 디바이스들에 대한 요청이 늘어나고 있다. 대부분의 휴대용 전자 디바이스들은 전지로부터의 전기에 의해 가동된다. 1차 전지들은 일단 그 에너지가 소모되면 교체되어야 한다. 1차 전지들은 편리하기는 하나, 에너지를 많이 필요로 하는 디바이스들에 대해서는 부담스러울 정도로 비싸다. 1차 전지들의 제조 및 폐기 모두에 있어서 환경에 위해할 수 있는 폐기물이 발생된다. 2차 전지들은 여러 번 사용될 수 있고 매 사용 후마다 재충전될(recharged) 수 있다. 그러나, 재충전은 불편한 일이 될 수 있다. 전지들이 안전하게 재충전될 수 있는 속도는 제한적이다. 대부분의 재충전 기술들은 2차 전지를 재충전하는데 수 분에서 수 시간을 필요로 한다. 더 나은 2차 전지 기술들이 개발되고 있기는 하나, 2차 전지는 무거운 경향이 있고 시간이 지남에 따라 성능이 저하될 수 있다. 자주 급속하게 또는 부분적으로 충전하면 재충전용 전지의 성능 저하의 가속화를 초래할 수 있다. 연료 전지들은 수소 또는 메탄올과 같은 연료로부터 전기로 에너지를 변환시킨다. 연료 전지들이 휴대용 전자 디바이스들에 대한 매력적인 동력원이 되는 이유는, 부분적으로는 이들이 대부분의 전지 기술들에 비해 더 높은 에너지 밀도를 제공할 잠재력을 가지고 있기 때문이다. 이에 따라, 연료-전지-작동 디바이스는 잠재적으로, 비교 대상인 전지-작동 디바이스보다 더 긴 작동 시간 및/또는 더 높은 출력의 동력을 제공할 수 있다. 휴대용 디바이스의 작동을 위한 연료-전지의 다른 장점은, 연료재보급(refueling)이 축전지를 재충전하는 것보다 훨씬 더 신속하게 달성된다는 점이다. 연료 전지의 성능은 광범위한 작동 조건들 하에서 상대적으로 일정하게 유지된다. 휴대용 응용 분야들에 대해 개발되고 있는 몇 가지 연료 전지 기술들은 교체 가능한 연료 카트리지들에 연료를 공급한다. 이 연료 카트리지들은 사용자에 의해 보충될(refillable) 수는 없다. 이와 같은 카트리지-기반 기술들에 대한 예는 다음을 포함한다: * MTI Microfuel Cells Inc. 회사(Albany N.Y.)의 Mobion ™. * Medis Technologies Ltd. 회사(New York, New York)에 의해 개발되고 있는 전원 장치들(power supplies). * 미국 특허 제 6,665,549 호에 개시된, 연료 카트리지 디스펜서를 포함할 수 있는 모바일 디바이스용 동력원 보충 시스템. * 미국 특허 제 6,326,097 호에 개시된, 1회용 연료 앰풀들(ampoules) 또는 보충할 수 있는 연료 탱크들을 포함하는 마이크로 연료 전지 동력 충전기들. * 미국 출원 제 2004/0146769 호에 개시된, 휴대용 전자 디바이스들을 위한 연료 전지 카트리지. * 미국 출원 제 2004/0151962 호에 개시된, 직접식 메탄올 연료 전지들(direct methanol fuel cells)을 위한 연료 카트리지. * 미국 출원 제 2005/0023236 호에 개시된, 연료 전지에 연결될 수 있는 유연성 라이너를 가진 연료 카트리지. * 미국 출원 제 2005/0074643 호에 개시된, 연료 전지들을 위한 연료 카트리지들. * 미국 출원 제 2005/0022883 호에 개시된, 연료 카트리지를 연료 전지 또는 보충 디바이스에 연결하기 위한 연결 밸브를 가진 연료 카트리지. 작동을 위해 미리-채워진 연료 카트리지를 필요로 하는 디바이스는, 동력을 위해 1차 전지를 사용하는 디바이스가 갖는 것과 동일한 많은 단점들을 가진다. 디바이스의 가동을 유지하기 위해, 다수의 카트리지들을 구매하여 소지하여야 한다. 특히 높은 동력을 필요로 하는 디바이스에 사용할 때, 카트리지 비용이 주요 고려 사항이 되고 있다. 카트리지는 연료를 안전하게 수용해야 하고, 디바이스에 연료를 공급하는 것이 요망될 때까지 연료를 카트리지 내부에 보관하기 위한 신뢰가능한 메커니즘을 제공해야 하고, 누출 없이 디바이스에 연료를 공급하도록 연결되어야 하기 때문에, 카트리지의 비용이 그 안에 수용되는 연료의 비용보다 상당히 더 많을 수 있다. 또한, 현재의 카트리지가 완전히 소모된 후에 카트리지를 교체해야만 한다. 완전히 소모되지 않은 카트리지는, 폐기를 위해 경제적, 환경적, 안전상 문제를 안고 있는 폐기물을 수용하고 있기 때문이다. 1차 전지에 대한 경험에 비춰, 카트리지의 교체 시기가 길거나 카트리지의 비용이 매우 낮을 때만 사용자들은 미리-채워진 카트리지들에 만족할 것으로 보인다. 이 목표들 중 어느 하나도 달성이 어렵다. 이와 같은 카트리지들은 가연성 연료들을 안전하게 수용해야 하기 때문에, 저렴한 카트리지를 설계하는 것은 어렵다. 오래 지속되는 카트리지를 설계하려면 더 큰 부피나 더 비용이 드는 연료 저장 기술들을 필요로 한다. 몇몇 연료-전지-작동 디바이스들은 내장형(on-board) 연료 저장부들(fuel resevoirs)을 가지고 있다. 내장형 연료 저장부에 연료를 보충할 수 있다. 연료-전지-작동 디바이스에 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 연료에 대한 비한정적인 예는, 수소, 메탄올, 포름산, 부탄, 및 붕소수소화물 화합물들이다. 연료는, 예를 들어 다음과 같은, 카트리지에 연료를 보급하는 분야의 응용을 통해 또는 고정식 연료보급 스테이션(fueling station)의 사용을 통해 내장형 연료 저장부에 넣을 수 있다: * 미국 출원 제 2005/008908 호에 설명된, 랩탑 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 디바이스에 수소 연료를 넣기 위해 사용될 수 있는 휴대용 수소 저장 디바이스. * 미국 출원 제 2005/0155668 호에 설명된, 연료 전지들을 위한 보충 시스템. * 미국 출원 제 2004/0175599 호에 개시된, 카트리지를 사용하는 연료 전지 보충 방법. * 미국 출원 제 2004/0072049 호에 개시된, 액체-연료 전지 시스템을 위한 연료 용기 및 전달(delivery) 디바이스. * 미국 출원 제 2004/0205032 호에 설명된, 수소-작동 운송 수단을 위한 연료보급 스테이션들의 네트워크. * 미국 특허 제 6,755,225 호에 개시된, 고압 탱크로부터 수소 가스를 취급하기(dispensing) 위한, 운송가능한 수소 보충소. * 미국 출원 제 2003/0021743 호에 개시된, 연료 전지 연료보급 스테이션 및 시스템. 휴대용 디바이스들에 비해 연료보급 스테이션의 비용이 높기 때문에, 보충가능한 연료 저장부를 가지는 휴대용 디바이스를 제공하는 것이 상기의 문제점들에 대한 완전한 해결책을 제공하는 것은 아니다. 사용자가 외출 중에 휴대용 디바이스의 연료가 떨어질 수 있기 때문에 가정용 연료보급 스테이션을 가지는 것조차 이상적이지는 못하다. 연료에 의해 작동되는 휴대용 디바이스는 배터리-작동 디바이스에 비해 많은 장점들(그 일부는 위에서 약술됨)을 갖는 반면에, 이와 같은 디바이스에 연료를 보충하기 위한 비용-효과적이고 편리한 방법이 요구되고 있다.