JP2007220571A - Coupler for fuel cell, and fuel cell using it - Google Patents

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Kenichi Takahashi
賢一 高橋
Koichi Kawamura
公一 川村
Hiroyuki Hasebe
裕之 長谷部
Kenji Yoshihiro
憲司 吉弘
Akira Yamamori
陽 山盛
Hiroaki Hayashi
浩昭 林
Daisuke Imota
大輔 芋田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coupler for a fuel cell enhanced in reliability and safety or the like by suppressing breakage and damage to a nozzle part on fuel cartridge side and to the fuel cell main body side, when an excessive force is applied on the fuel cartridge, and a fuel cell. <P>SOLUTION: The coupler for the fuel cell is equipped with a nozzle part 9 installed on the fuel cell cartridge 5 and a socket part 6 which is installed on the fuel cell main body side and to which the nozzle part 9 is connected detachably. The socket part 6 is provided with a socket main body 32 having a nozzle insertion part 31 in which the nozzle part 9 is inserted. The socket main body 32 has a ring-shape elastic member 34 which is arranged at least inside the top end opening part of the nozzle insertion part 31. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池用カップラとそれを用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell coupler and a fuel cell using the same.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。   In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell is characterized in that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.

特に、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた直接メタノール型燃料電池(DMFC:direct methanol fuel cell)は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。DMFCにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はDMFCの小型化に対して有利である。   In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol fuel with a high energy density can be downsized and the fuel can be easily handled, so it is promising as a power source for portable devices. Has been. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel tank is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been. Of these, the passive method is advantageous for downsizing the DMFC.

内部気化型等のパッシブ型DMFCにおいては、燃料タンク内の液体燃料を例えば燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させ、この液体燃料の気化成分を燃料極に供給している(例えば特許文献1〜2参照)。燃料タンクに対しては、燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給する。サテライトタイプ(外部注入式)の燃料カートリッジにおいては、それぞれバルブ機構を内蔵するノズル部とソケット部とで構成されたカップラを用いて、液体燃料の遮断並びに注入を行うことが試みられている(例えば特許文献3参照)。   In a passive type DMFC such as an internal vaporization type, the liquid fuel in the fuel tank is vaporized through, for example, a fuel impregnation layer or a fuel vaporization layer, and the vaporized component of this liquid fuel is supplied to the fuel electrode (for example, patents). References 1-2). Liquid fuel is supplied to the fuel tank using a fuel cartridge. In satellite type (external injection type) fuel cartridges, attempts have been made to shut off and inject liquid fuel using a coupler composed of a nozzle part and a socket part each incorporating a valve mechanism (for example, (See Patent Document 3).

ところで、内部気化型等のパッシブ型DMFCは、例えば携帯用電子機器に搭載するために小型化が進められており、その結果としてDMFC側の燃料供給口(ソケット部)や燃料カートリッジ側の燃料吐出口(ノズル部)も小径化される傾向にある。このようなノズル部とソケット部とを接続し、燃料カートリッジからDMFCの燃料タンクに液体燃料を注入する場合、小径化されたノズル部は燃料カートリッジに対して曲げ荷重のような力が加わった際に破損するおそれがある。   By the way, the passive type DMFC such as the internal vaporization type has been reduced in size in order to be mounted on, for example, a portable electronic device. As a result, the fuel supply port (socket part) on the DMFC side or the fuel discharge side on the fuel cartridge side has been promoted. The outlet (nozzle part) also tends to be reduced in diameter. When such a nozzle part and socket part are connected and liquid fuel is injected from the fuel cartridge into the fuel tank of the DMFC, the reduced diameter nozzle part is subjected to a force such as a bending load applied to the fuel cartridge. May be damaged.

燃料カートリッジはノズル部に内蔵されたバルブ機構で液体燃料を遮断しているため、ノズル部が破損すると燃料カートリッジに収容された液体燃料が漏れ出すおそれがある。また、ノズル部が破損した際にバルブ機構自体は破損しないまでも、バルブ機構の構成部品が突出することで、誤ってバルブ機構を作動させて液体燃料が漏れ出すおそれがある。ノズル部が破損する可能性はその径が小径化するほど高まることになる。   Since the fuel cartridge shuts off the liquid fuel by a valve mechanism built in the nozzle portion, there is a possibility that the liquid fuel stored in the fuel cartridge leaks if the nozzle portion is damaged. Further, even if the valve mechanism itself is not damaged when the nozzle portion is damaged, the component parts of the valve mechanism may protrude, which may cause the valve mechanism to operate accidentally and cause liquid fuel to leak. The possibility of breakage of the nozzle portion increases as the diameter decreases.

また、従来から容器同士の連結や容器の付け替えを簡単にするために、着脱可能な種々の連結装置(カップラ)が用いられている(例えば特許文献4参照)。このような連結装置を燃料電池の燃料供給用のカップラとして利用した場合、一旦連結状態にすると開放操作を行わない限り連結状態が保持されるため、連結状態で通常の範囲を超えた過剰な力が加わった場合に、カップラや機器本体が破損してしまうという問題がある。
特許第3413111号公報 特開2004-171844号公報 特開2004-127824号公報 特開2003-172487号公報
Conventionally, various detachable connecting devices (couplers) have been used to simplify the connection between containers and the replacement of containers (see, for example, Patent Document 4). When such a connecting device is used as a fuel supply coupler for a fuel cell, once connected, the connected state is maintained unless an opening operation is performed. When this is added, there is a problem that the coupler and the device body are damaged.
Japanese Patent No. 3413111 JP 2004-171844 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-127824 JP 2003-172487 A

本発明の目的は、燃料カートリッジに曲げ荷重のような過度の力が加わった際に、燃料カートリッジ側のノズル部や燃料電池本体の破損を抑制することによって、信頼性や安全性等を高めた燃料電池用カップラと、そのようなカップラを適用した燃料電池を提供することを目的としている。   The object of the present invention is to improve reliability, safety, etc. by suppressing damage to the nozzle part of the fuel cartridge and the fuel cell body when an excessive force such as a bending load is applied to the fuel cartridge. It is an object of the present invention to provide a fuel cell coupler and a fuel cell to which such a coupler is applied.

本発明の態様に係る燃料電池用カップラは、燃料電池用カートリッジに装着されるノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構とを備えるノズル部と、燃料電池の燃料タンクへの燃料供給部に配置されるソケット本体と、前記ソケット本体内に配置されたバルブ機構とを備え、前記ノズル部が着脱可能に接続されるソケット部とを具備し、前記ソケット本体は前記ノズル部が挿入されるノズル挿入部を有し、かつ前記ノズル挿入部の少なくとも先端側に弾性部材が配置されていることを特徴としている。   A fuel cell coupler according to an aspect of the present invention includes a nozzle unit including a nozzle head mounted on a fuel cell cartridge, a valve mechanism disposed in the nozzle head, and fuel supply to a fuel tank of the fuel cell. A socket body disposed in the socket body, and a valve mechanism disposed in the socket body, the socket section being detachably connected to the socket body, wherein the nozzle body is inserted into the socket body. And an elastic member is disposed at least on the distal end side of the nozzle insertion portion.

本発明の他の態様に係る燃料電池は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられたノズル部とを備える燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジのノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体とを具備し、前記燃料カートリッジのノズル部および前記燃料電池本体のソケット部は本発明の態様に係る燃料電池用カップラを具備することを特徴としている。   A fuel cell according to another aspect of the present invention includes a fuel cartridge including a cartridge main body that stores liquid fuel for the fuel cell, a nozzle portion provided in the cartridge main body, and a nozzle portion of the fuel cartridge that is detachable. A fuel supply body having a fuel supply portion having a socket portion connected to the fuel supply portion, and an electromotive portion that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply portion and performs a power generation operation, the nozzle portion of the fuel cartridge, and the The socket portion of the fuel cell main body includes the fuel cell coupler according to the aspect of the present invention.

本発明のさらに他の態様に係る燃料電池は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられたノズル部とを備える燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジのノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体と、前記燃料電池本体が収納され、前記ソケット部に対応して開口されたノズル挿入口を有する外装ケースとを具備し、前記外装ケースは前記ノズル挿入口に配置された弾性部材を有することを特徴としている。   A fuel cell according to still another aspect of the present invention includes a fuel cartridge including a cartridge main body that stores liquid fuel for the fuel cell, a nozzle portion provided in the cartridge main body, and a nozzle portion of the fuel cartridge. A fuel cell main body comprising a fuel supply portion having a socket portion that can be connected, an electromotive portion that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply portion and that generates electric power, and the fuel cell main body is housed, and the socket And an exterior case having a nozzle insertion opening opened corresponding to the portion, and the exterior case has an elastic member disposed in the nozzle insertion opening.

本発明の態様に係る燃料電池用カップラは、ソケット部のノズル挿入部の少なくとも先端側に弾性部材を配置しているため、ノズル部がソケット部に接続された燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、ノズル部を破損させることなくソケット部から離脱させることができる。このような燃料電池用カップラを適用することによって、信頼性や安全性等を高めた燃料電池を提供することが可能となる。   In the fuel cell coupler according to the aspect of the present invention, the elastic member is disposed at least on the tip side of the nozzle insertion portion of the socket portion. Therefore, when a bending load is applied to the fuel cartridge in which the nozzle portion is connected to the socket portion. In addition, it can be detached from the socket part without damaging the nozzle part. By applying such a fuel cell coupler, it is possible to provide a fuel cell with improved reliability and safety.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although embodiment of this invention is described based on drawing below, those drawings are provided for illustration and this invention is not limited to those drawings.

図1は本発明の第1の実施形態による燃料電池の構成を示す図である。図1に示す燃料電池1は、起電部となる燃料電池セル2と燃料タンク3とから主として構成される燃料電池本体4と、燃料タンク3に液体燃料を供給するサテライトタイプ(外部注入式)の燃料カートリッジ5とを具備している。燃料タンク3の下面側には、液体燃料の供給口となるソケット部6を有する燃料供給部7が設けられている。ソケット部6は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料が供給されるとき以外は閉状態とされている。なお、燃料電池本体4は燃料タンク3を経ずに燃料供給部7から直接燃料電池セル2に液体燃料を供給する構造を有していてもよい。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. A fuel cell 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell main body 4 mainly composed of a fuel cell 2 and a fuel tank 3 as an electromotive unit, and a satellite type (external injection type) for supplying liquid fuel to the fuel tank 3. The fuel cartridge 5 is provided. On the lower surface side of the fuel tank 3, a fuel supply portion 7 having a socket portion 6 serving as a liquid fuel supply port is provided. As will be described in detail later, the socket portion 6 incorporates a valve mechanism, and is closed except when liquid fuel is supplied. The fuel cell body 4 may have a structure for supplying liquid fuel directly from the fuel supply unit 7 to the fuel cell 2 without passing through the fuel tank 3.

一方、燃料カートリッジ5は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体(容器)8を有している。カートリッジ本体8の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池本体4に供給する際の燃料吐出口となるノズル部9が設けられている。ノズル部9は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料を供給するとき以外は閉状態とされている。このような燃料カートリッジ5は、例えば燃料タンク3に液体燃料を注入するときのみ燃料電池本体4に接続されるものである。   On the other hand, the fuel cartridge 5 has a cartridge body (container) 8 that stores liquid fuel for a fuel cell. At the tip of the cartridge body 8, there is provided a nozzle portion 9 that serves as a fuel outlet when supplying liquid fuel accommodated in the cartridge body 8 to the fuel cell body 4. As will be described in detail later, the nozzle portion 9 has a built-in valve mechanism and is closed except when liquid fuel is supplied. Such a fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell body 4 only when, for example, liquid fuel is injected into the fuel tank 3.

燃料カートリッジ5のカートリッジ本体8には、燃料電池本体4に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池(DMFC)であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容されている。なお、カートリッジ本体8に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池本体4に応じた液体燃料が収容される。   The cartridge main body 8 of the fuel cartridge 5 contains liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4, for example, methanol fuel such as methanol aqueous solutions of various concentrations or pure methanol in the case of a direct methanol fuel cell (DMFC). The liquid fuel stored in the cartridge body 8 is not necessarily limited to methanol fuel, and may be ethanol fuel such as ethanol aqueous solution or pure ethanol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 is accommodated.

燃料電池本体4の燃料タンク3に設けられたソケット部6と燃料カートリッジ5のカートリッジ本体8に設けられたノズル部9とは、一対の接続機構(カップラ)を構成するものである。ソケット部6とノズル部9とで構成されたカップラの具体的な構成について、図2および図3を参照して説明する。図2は燃料カートリッジ5のノズル部9と燃料電池本体4のソケット部6とを接続する前の状態、図3はノズル部9とソケット部6とを接続した後の状態を示している。   The socket part 6 provided in the fuel tank 3 of the fuel cell body 4 and the nozzle part 9 provided in the cartridge body 8 of the fuel cartridge 5 constitute a pair of connection mechanisms (couplers). A specific configuration of the coupler including the socket portion 6 and the nozzle portion 9 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a state before the nozzle part 9 of the fuel cartridge 5 is connected to the socket part 6 of the fuel cell main body 4, and FIG. 3 shows a state after the nozzle part 9 and the socket part 6 are connected.

燃料電池本体4と燃料カートリッジ5とを接続(連結)するカップラにおいて、カートリッジ側接続機構としてのノズル部(オス側カップラ/プラグ)9は、先端側にノズル口11が開口されたノズルヘッド12を有している。ノズルヘッド12は、カートリッジ本体8の先端開口部に装着されるベース部13と、ソケット部6に挿入される突出部14とを有している。円筒状の突出部14は、その軸方向がノズル部9の挿入方向と平行となるように、ベース部13から突き出すように形成されている。   In a coupler for connecting (connecting) the fuel cell body 4 and the fuel cartridge 5, a nozzle portion (male side coupler / plug) 9 as a cartridge side connection mechanism has a nozzle head 12 having a nozzle port 11 opened at the tip side. Have. The nozzle head 12 has a base portion 13 that is attached to the opening at the front end of the cartridge body 8 and a protruding portion 14 that is inserted into the socket portion 6. The cylindrical protruding portion 14 is formed so as to protrude from the base portion 13 so that its axial direction is parallel to the insertion direction of the nozzle portion 9.

ノズルヘッド12の突出部14の頂面には凹部15が設けられている。ノズル口11は凹部15内に開口している。すなわち、凹部15は突出部14の頂面をへこませるように設けられており、この凹部15の底面にノズル口11が開口している。凹部15はノズル部9の先端側に残留(付着)した液体燃料の収容部として機能するため、操作者が液体燃料に触れるおそれがなくなる。また、ノズルヘッド12の突出部14の外周には、燃料識別手段として機能するキー溝16、さらに接続保持手段として機能する周溝17が設けられている。後述するように、燃料識別手段はキー溝16とソケット部6側のキー部とで構成され、接続保持手段は周溝17とソケット部6側の弾性ピンとで構成される。   A recess 15 is provided on the top surface of the protrusion 14 of the nozzle head 12. The nozzle port 11 opens into the recess 15. That is, the recess 15 is provided so as to dent the top surface of the protrusion 14, and the nozzle port 11 is opened on the bottom surface of the recess 15. Since the concave portion 15 functions as a housing portion for the liquid fuel remaining (attached) on the tip side of the nozzle portion 9, there is no possibility that the operator touches the liquid fuel. In addition, a key groove 16 that functions as a fuel identification unit and a peripheral groove 17 that functions as a connection holding unit are provided on the outer periphery of the protruding portion 14 of the nozzle head 12. As will be described later, the fuel identification means is constituted by a key groove 16 and a key part on the socket part 6 side, and the connection holding means is constituted by a circumferential groove 17 and an elastic pin on the socket part 6 side.

ノズルヘッド12のベース部13の内側には、カップ状のバルブホルダ18が配置されている。バルブホルダ18はバルブ室を規定するものであり、その先端側外縁部がカートリッジ本体8とベース部13とで挟み込まれて固定されている。バルブホルダ18内にはバルブ19が配置されている。バルブ19はバルブヘッド19aとバルブステム19bとを備えている。バルブヘッド19aはバルブホルダ18で規定されたバルブ室内に配置されている。バルブステム19bは突出部14内に収容されている。   A cup-shaped valve holder 18 is disposed inside the base portion 13 of the nozzle head 12. The valve holder 18 defines a valve chamber, and an outer edge portion on the tip end side is sandwiched and fixed between the cartridge body 8 and the base portion 13. A valve 19 is disposed in the valve holder 18. The valve 19 includes a valve head 19a and a valve stem 19b. The valve head 19 a is disposed in the valve chamber defined by the valve holder 18. The valve stem 19b is accommodated in the protrusion 14.

上述したようなバルブヘッド19aとバルブステム19bとを有するバルブ19は、軸方向(ノズル部9の挿入方向)に進退可能とされている。バルブヘッド19aとベース部13の内側に形成されたバルブシート20との間にはOリング21が配置されている。バルブ19には圧縮スプリング22等の弾性体でバルブヘッド19aをバルブシート20に押し付ける力が加えられており、これらによってOリング21は押圧されている。   The valve 19 having the valve head 19a and the valve stem 19b as described above can be advanced and retracted in the axial direction (insertion direction of the nozzle portion 9). An O-ring 21 is disposed between the valve head 19 a and the valve seat 20 formed inside the base portion 13. A force for pressing the valve head 19a against the valve seat 20 is applied to the valve 19 by an elastic body such as a compression spring 22, and the O-ring 21 is pressed by these forces.

通常状態(燃料カートリッジ5が燃料電池本体4から切り離された状態)においては、バルブヘッド19aを介してOリング21をバルブシート20に押し付けることによって、ノズル部9内の燃料流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ5を燃料電池本体4に接続すると、バルブステム19bが後退してバルブヘッド19aがバルブシート20から離れることによって、ノズル部9内の燃料流路が開状態とされる。バルブホルダ18の底部には連通孔23が設けられており、この液体燃料の流路となる連通孔23を介してカートリッジ本体8内の液体燃料はノズル部9内に流出する。   In a normal state (a state in which the fuel cartridge 5 is separated from the fuel cell main body 4), the fuel flow path in the nozzle portion 9 is closed by pressing the O-ring 21 against the valve seat 20 via the valve head 19a. Yes. On the other hand, when the fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell main body 4 as will be described later, the valve stem 19b is retracted and the valve head 19a is separated from the valve seat 20, whereby the fuel flow path in the nozzle portion 9 is opened. The A communication hole 23 is provided at the bottom of the valve holder 18, and the liquid fuel in the cartridge body 8 flows out into the nozzle portion 9 through the communication hole 23 serving as a flow path for the liquid fuel.

さらに、ノズルヘッド12の外側にはコンテナノズル24が配置されており、このコンテナノズル24をカートリッジ本体8に例えば螺着することによって、ノズルヘッド12やバルブ19等を有するノズル部9がカートリッジ本体8の先端部(開口を有する先端部)に固着されている。なお、図2および図3は複層構造のカートリッジ本体8を示しており、8aはメタノール燃料等の液体燃料と直接的に接する内容器、8bは内容器8aを保護する外容器(ハードケース)である。   Further, a container nozzle 24 is disposed outside the nozzle head 12. By screwing the container nozzle 24 to the cartridge body 8, for example, the nozzle portion 9 having the nozzle head 12, the valve 19, and the like is placed in the cartridge body 8. Is fixed to the front end portion (the front end portion having an opening). 2 and 3 show a cartridge main body 8 having a multilayer structure, 8a is an inner container that is in direct contact with a liquid fuel such as methanol fuel, and 8b is an outer container (hard case) that protects the inner container 8a. It is.

一方、燃料電池側接続機構としてのソケット部(メス側カップラ/ソケット)6は、凹部状のノズル挿入部31を有するソケット本体32を具備している。ソケット本体32は金属製(ただし樹脂製であってもよい)の本体上部32a、本体中部32bおよび本体下部32cと、それらの外側に嵌着されたメタルソケット33とで構成されている。これらは一体化されて燃料電池本体4の燃料供給部7内に埋め込まれている。メタルソケット33は図4に示すように円筒形状を有しており、先端側の一部を切り欠いて内側に折り曲げることで受け部33aが構成されている。この受け部33a上にはリング状の弾性部材34が配置されている。   On the other hand, a socket portion (female side coupler / socket) 6 as a fuel cell side connection mechanism includes a socket body 32 having a recessed nozzle insertion portion 31. The socket body 32 includes a metal upper body 32a, a body middle section 32b, and a body lower section 32c, and a metal socket 33 fitted on the outside thereof. These are integrated and embedded in the fuel supply unit 7 of the fuel cell body 4. As shown in FIG. 4, the metal socket 33 has a cylindrical shape, and a receiving portion 33 a is configured by cutting out a part on the tip side and bending it inward. A ring-shaped elastic member 34 is disposed on the receiving portion 33a.

すなわち、凹部状のノズル挿入部31の先端開口部はメタルソケット33で構成されており、メタルソケット33の先端側に設けられた受け部33a上にリング状の弾性部材34が配置されている。言い換えると、ノズル挿入部31の先端開口部内側にはリング状の弾性部材34が配置されている。弾性部材34は燃料カートリッジ5に過度な曲げ荷重が加わった際に、ノズル部9を破損させることなくソケット部6から離脱させるように弾性変形する。すなわち、弾性部材34は曲げ荷重によりノズル部9が描く円弧を妨げないように弾性変形する。従って、燃料カートリッジ5に過度な曲げ荷重が加わった際のノズル部9の破損、さらにはソケット部6自体の破損や損傷等を抑制することが可能となる。   In other words, the tip opening of the concave nozzle insertion portion 31 is constituted by the metal socket 33, and the ring-shaped elastic member 34 is disposed on the receiving portion 33 a provided on the tip end side of the metal socket 33. In other words, the ring-shaped elastic member 34 is disposed inside the tip opening of the nozzle insertion portion 31. When an excessive bending load is applied to the fuel cartridge 5, the elastic member 34 is elastically deformed so as to be detached from the socket portion 6 without damaging the nozzle portion 9. That is, the elastic member 34 is elastically deformed so as not to obstruct the arc drawn by the nozzle portion 9 due to the bending load. Accordingly, it is possible to suppress breakage of the nozzle portion 9 when an excessive bending load is applied to the fuel cartridge 5, and further breakage or damage of the socket portion 6 itself.

リング状の弾性部材34はノズル部9の離脱性向上効果を得る上で、燃料カートリッジ5に曲げ荷重が加わった際にノズル部9の外周面が押し当てられる位置、すなわちノズル挿入部31の先端開口部内側に配置されている。燃料カートリッジ5に過度な曲げ荷重が加わると、ノズル部9はソケット部6のノズル挿入部31の先端開口部内側と接触し、その部分を接点として傾くことになる。従って、ノズル部9が接触する部分(曲げ荷重でノズル部9の外周面が押し当てられる部分)にリング状の弾性部材34を配置し、これをノズル部9との接触時に弾性変形させることによって、ノズル部9を破損させることなくソケット部6から離脱させることが可能となる。   The ring-shaped elastic member 34 has a position where the outer peripheral surface of the nozzle portion 9 is pressed when a bending load is applied to the fuel cartridge 5 in order to obtain the effect of improving the detachability of the nozzle portion 9, that is, the tip of the nozzle insertion portion 31. It is arranged inside the opening. When an excessive bending load is applied to the fuel cartridge 5, the nozzle portion 9 comes into contact with the inside of the tip opening portion of the nozzle insertion portion 31 of the socket portion 6, and the portion is inclined as a contact. Therefore, the ring-shaped elastic member 34 is disposed at a portion where the nozzle portion 9 comes into contact (a portion where the outer peripheral surface of the nozzle portion 9 is pressed by a bending load), and is elastically deformed when contacting the nozzle portion 9. The nozzle portion 9 can be detached from the socket portion 6 without damaging the nozzle portion 9.

上述したように、弾性部材34は少なくともノズル挿入部31の先端開口部内側に配置されている必要がある。ソケット部6のノズル挿入部31に対するノズルヘッド12の突出部14の挿入深さが浅い場合には、弾性部材34をノズル挿入部31の先端側に配置することで、ノズル部9の離脱性を高めることができる。ノズルヘッド12の突出部14の挿入深さが深くなると、ノズル部9の離脱に対して突出部14の先端側も干渉するおそれがある。そこで、弾性部材34はノズル挿入部31の内壁面を全体的に覆うように配置してもよい。このような場合には円筒状の弾性部材を配置したり、またリング状の弾性部材を複数配置する等、配置位置に応じて各種形状の弾性部材34を適用することができる。   As described above, the elastic member 34 needs to be disposed at least inside the tip opening of the nozzle insertion portion 31. When the insertion depth of the protruding portion 14 of the nozzle head 12 with respect to the nozzle insertion portion 31 of the socket portion 6 is shallow, the detachability of the nozzle portion 9 can be improved by disposing the elastic member 34 on the distal end side of the nozzle insertion portion 31. Can be increased. When the insertion depth of the protruding portion 14 of the nozzle head 12 becomes deep, there is a possibility that the distal end side of the protruding portion 14 interferes with the separation of the nozzle portion 9. Therefore, the elastic member 34 may be disposed so as to entirely cover the inner wall surface of the nozzle insertion portion 31. In such a case, various shapes of elastic members 34 can be applied depending on the arrangement position, such as arranging a cylindrical elastic member or arranging a plurality of ring-shaped elastic members.

リング状の弾性部材34はその外周に設けられた凸部34aを、メタルソケット33の先端側に形成された貫通孔33b内に圧入することで固定されている。また、リング状の弾性部材34をメタルソケット33と共にインサート成形することによって、弾性部材34をメタルソケット33の先端側に固定することも可能である。すなわち、予めメタルソケット33を成形型内に配置し、その上から弾性部材34の構成材料を例えばインジェクション成形することによって、メタルソケット33の所望の位置にインサート成形した弾性部材34を得ることができる。   The ring-shaped elastic member 34 is fixed by press-fitting a convex portion 34 a provided on the outer periphery thereof into a through hole 33 b formed on the tip side of the metal socket 33. It is also possible to fix the elastic member 34 to the distal end side of the metal socket 33 by insert-molding the ring-shaped elastic member 34 together with the metal socket 33. That is, the metal socket 33 is previously placed in a molding die, and the constituent material of the elastic member 34 is formed thereon by, for example, injection molding, whereby the elastic member 34 insert-molded at a desired position of the metal socket 33 can be obtained. .

弾性部材34はエラストマー(弾性高分子)で構成することができる。すなわち、リング状の弾性部材34としてはリング状エラストマーを用いることができる。弾性部材34を構成するエラストマーの具体例としては、熱可塑性エラストマーやゴム(ASTMのゴム分類に基づくもの)等が挙げられる。   The elastic member 34 can be made of an elastomer (elastic polymer). That is, a ring-shaped elastomer can be used as the ring-shaped elastic member 34. Specific examples of the elastomer constituting the elastic member 34 include thermoplastic elastomers and rubbers (based on ASTM rubber classification).

熱可塑性エラストマーとしては、スチレン・ブタジエン・スチレンブロックコポリマー、エポキシ化スチレン系エラストマー、スチレン・イソプレン・スチレンブロックコポリマー、水添スチレンブロックコポリマー、水添SBCコンパウンド、単純ブレンド型オレフィン系エラストマー、架橋型エラストマー、塩ビ系エラストマー、塩素化エチレンコポリマー架橋体アロイ、塩素化ポリエチレン系エラストマー、シンジオタクチック1,2-ポリブタジエン、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマー等が用いられる。   Examples of thermoplastic elastomers include styrene / butadiene / styrene block copolymers, epoxidized styrene elastomers, styrene / isoprene / styrene block copolymers, hydrogenated styrene block copolymers, hydrogenated SBC compounds, simple blend olefin elastomers, cross-linked elastomers, Vinyl chloride elastomers, chlorinated ethylene copolymer crosslinked alloys, chlorinated polyethylene elastomers, syndiotactic 1,2-polybutadiene, urethane elastomers, polyester elastomers, polyamide elastomers, fluorine elastomers, silicone elastomers, etc. are used. .

ゴムとしては、M:ポリメチレンタイプの飽和主鎖を持つゴム、例えばエチレン−プロピレン−ジエン三元系共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、完全水素化アクリルニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、完全水素化スチレン−ブタジエンゴム、完全水素化スチレン−イソプレンゴム、またエピクロロヒドリンゴムのような主鎖に酸素を持つゴム、ビニルメチルシリコーンゴムのような主鎖に珪素と酸素を持つゴム、さらに天然ゴムやジエン系ゴムのように主鎖に不飽和炭素結合を持つゴム、例えばブタジエンゴム、クロロプレンゴム、水素化アクリルニトリル−ブタジエンゴム、イソブテン−イソプレンゴム、天然ゴム、水素化スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化スチレン−イソプレンゴム、スチレン−イソプレンゴム、またポリエーテルウレタンのような主鎖に炭素、酸素および窒素を持つゴム、主鎖に酸素もしくはリンを持たないで窒素を持つゴム、ポリスルフィドゴムのような主鎖に硫黄を持つゴム、フォスファゼンゴムのような主鎖にリンおよび窒素を持つゴム等が用いられる。   As rubber, M: rubber having a polymethylene type saturated main chain, for example, ethylene-propylene-diene terpolymer, ethylene-propylene copolymer, fully hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, complete Hydrogenated styrene-butadiene rubber, fully hydrogenated styrene-isoprene rubber, rubber with oxygen in the main chain such as epichlorohydrin rubber, rubber with silicon and oxygen in the main chain such as vinylmethylsilicone rubber, and more natural Rubbers with unsaturated carbon bonds in the main chain such as rubber and diene rubber, such as butadiene rubber, chloroprene rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, isobutene-isoprene rubber, natural rubber, hydrogenated styrene-butadiene rubber, styrene -Butadiene rubber, hydrogenated styrene-isoprene rubber, styrene -Rubber with carbon, oxygen and nitrogen in the main chain such as isoprene rubber, polyether urethane, rubber with nitrogen without oxygen or phosphorus in the main chain, rubber with sulfur in the main chain such as polysulfide rubber A rubber having phosphorus and nitrogen in the main chain such as phosphazene rubber is used.

上述した弾性部材34の構成材料に用いられるエラストマーにおいて、その硬度が高すぎるとノズル部9の離脱性を十分に高めることができないおそれがある。このため、弾性部材34は硬度(Type A)が95°以下のエラストマーで構成することが好ましい。一方、エラストマーの硬度が低すぎると、ノズル部9の不適切な方向(角度)からの挿入まで許容するおそれがある。すなわち、ノズル挿入部31の先端側に配置される弾性部材34には、ノズル部9のガイド機能が求められる。このようなことから、弾性部材34は硬度(Type A)が20°以上のエラストマーで構成することが好ましい。   In the elastomer used for the constituent material of the elastic member 34 described above, if the hardness is too high, the detachability of the nozzle portion 9 may not be sufficiently improved. For this reason, the elastic member 34 is preferably composed of an elastomer having a hardness (Type A) of 95 ° or less. On the other hand, if the hardness of the elastomer is too low, the nozzle portion 9 may be allowed to be inserted from an inappropriate direction (angle). That is, the elastic member 34 disposed on the distal end side of the nozzle insertion portion 31 is required to have a guide function for the nozzle portion 9. For this reason, the elastic member 34 is preferably made of an elastomer having a hardness (Type A) of 20 ° or more.

このように、弾性部材34は硬度(Type A)が20〜95°の範囲のエラストマーで構成することが好ましい。なお、硬度(Type A)はJIS K6253「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法(デュロメータ タイプA)」に準拠する方法で測定した値である。さらに、弾性部材34を構成するエラストマーには、耐メタノール性等の燃料耐性に優れる材料を適用することが好ましい。   Thus, the elastic member 34 is preferably made of an elastomer having a hardness (Type A) in the range of 20 to 95 °. The hardness (Type A) is a value measured by a method based on JIS K6253 “Hardness test method for vulcanized rubber and thermoplastic rubber (durometer type A)”. Furthermore, it is preferable to apply a material excellent in fuel resistance such as methanol resistance to the elastomer constituting the elastic member 34.

弾性部材34の下方には、燃料識別手段のキー部を構成するリング部材としてキーリング35が配置されている。キーリング35はソケット本体32の本体上部32aとメタルソケット33の受け部33aとで挟み込まれて固定されており、さらにその径方向内側に向けてキー部35aとして機能する凸部が突出形成されている。キー部35aは前述したキー溝16と係合する形状を有しており、ノズル部9の挿入を案内する機能を備えている。さらに、キー部35aとキー溝16とは一対の形状をなすため、例えば液体燃料に応じて形状を規定することによって、液体燃料の誤注入等を防止することができる。   Below the elastic member 34, a key ring 35 is arranged as a ring member constituting a key portion of the fuel identifying means. The key ring 35 is sandwiched and fixed between the main body upper portion 32a of the socket main body 32 and the receiving portion 33a of the metal socket 33, and further, a convex portion that functions as the key portion 35a is formed to protrude radially inward. . The key portion 35 a has a shape that engages with the key groove 16 described above, and has a function of guiding the insertion of the nozzle portion 9. Furthermore, since the key portion 35a and the key groove 16 have a pair of shapes, for example, by defining the shape according to the liquid fuel, it is possible to prevent liquid fuel from being erroneously injected.

すなわち、キー部35aの形状を液体燃料の種別(種類や濃度等)に応じた形状とし、さらにキー溝16をキー部35aに対応した形状とすることで、燃料電池本体4に対応した液体燃料を収容する燃料カートリッジ5のみを接続可能にすることができる。これによって、燃料電池本体4に対応した液体燃料のみが供給されるようになるため、液体燃料の誤注入による動作不良や特性低下等を防止することが可能となる。   That is, the shape of the key portion 35a is made to correspond to the type (type, concentration, etc.) of the liquid fuel, and the key groove 16 is made to have a shape corresponding to the key portion 35a, so that the liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 can be obtained. It is possible to connect only the fuel cartridge 5 that accommodates. As a result, only the liquid fuel corresponding to the fuel cell main body 4 is supplied, so that it is possible to prevent malfunctions and characteristic deterioration due to erroneous injection of the liquid fuel.

上述したキーリング35は、さらに燃料カートリッジ5に過度なねじり力が加わった際に回転するように構成されている。従って、キー部35aとキー溝16とが係合した状態で、燃料カートリッジ5に過度なねじり力が加わったとしても、キー部35aとキー溝16との係合部の破損やそれに基づくノズル部9やソケット部6の損傷を抑制することができる。キーリング35の回転を許容する具体的な構造としては、例えば以下に示すキーリング35の受け台構造およびキーリング35と受け台との係合構造が挙げられる。   The key ring 35 described above is further configured to rotate when an excessive torsional force is applied to the fuel cartridge 5. Therefore, even if an excessive torsional force is applied to the fuel cartridge 5 in a state where the key portion 35a and the key groove 16 are engaged, the engagement portion between the key portion 35a and the key groove 16 is damaged or the nozzle portion based on the damage. 9 and the socket part 6 can be prevented from being damaged. Specific examples of the structure that allows the rotation of the key ring 35 include a cradle structure of the key ring 35 and an engagement structure of the key ring 35 and the cradle shown below.

ソケット本体32の本体上部32aの上面には、図5に示すようにキーリング35の受け台36が設けられており、その中央部には浅い凹部36aが形成されている。一方、キーリング35の下面側には図6および図7に示すように、受け台36の凹部36aと係合する凸部35bが設けられている。キーリング35は凸部35bを凹部36aと係合させつつ受け台36上に配置される。キーリング35は本体上部32aとメタルソケット33とで挟持されているため、ノズル部9を正常に抜き差しする場合にはキー部35aの機能が維持される。キーリング35の回転方向の抑止は浅い凹部36aとそれに対応する凸部35bとの係合力に基づくため、燃料カートリッジ5に過度なねじり力が加わるとキー溝16に追従してキーリング35が回転して損傷が抑制される。   As shown in FIG. 5, a receiving base 36 for the key ring 35 is provided on the upper surface of the main body upper portion 32 a of the socket main body 32, and a shallow concave portion 36 a is formed at the center thereof. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, a convex portion 35 b that engages with the concave portion 36 a of the cradle 36 is provided on the lower surface side of the key ring 35. The key ring 35 is disposed on the cradle 36 with the convex portion 35b engaged with the concave portion 36a. Since the key ring 35 is sandwiched between the main body upper portion 32a and the metal socket 33, the function of the key portion 35a is maintained when the nozzle portion 9 is normally inserted and removed. Since the suppression of the rotation direction of the key ring 35 is based on the engaging force between the shallow recess 36a and the corresponding protrusion 35b, the key ring 35 rotates following the key groove 16 when an excessive twisting force is applied to the fuel cartridge 5. Damage is suppressed.

なお、ここではキー部35aを有するキーリング35をソケット部6に配置した構造について説明したが、ソケット部6側にキー溝を配置すると共に、ノズル部9側にキー部を配置してもよい。この場合、キー溝を有するキーリング35をソケット部6に配置することによって、過度なねじり力でキーリング35を回転させる構成、並びにそれに基づく効果を得ることが可能である。このように、ソケット部6にはキー部またはキー溝を有するキーリング(リング部材)35を配置することができる。   Here, the structure in which the key ring 35 having the key portion 35a is disposed in the socket portion 6 has been described. However, the key groove may be disposed on the socket portion 6 side and the key portion may be disposed on the nozzle portion 9 side. In this case, by arranging the key ring 35 having a key groove in the socket portion 6, it is possible to obtain a configuration in which the key ring 35 is rotated with an excessive torsional force and an effect based thereon. As described above, the key ring (ring member) 35 having the key part or the key groove can be arranged in the socket part 6.

キーリング35のさらに下方には、ノズル部9とソケット部6との接続保持手段として機能する弾性ピン37が配置されている。弾性ピン37としては、例えば略U字状のピン、一つの角部を開放端とした略三角形状や略四角形状のピンのような略くの字形状のピンを対向配置したもの等、内側に向けて弾性復元力が付与されたピンを用いることができる。ノズル部9をソケット部6に接続する際に、弾性ピン37をノズルヘッド12の突出部14の外周に設けられた周溝17と係合させ、さらに弾性ピン37で突出部14を弾性的に挟持することによって、ノズル部9とソケット部6との接続状態が保持される。弾性ピン37は図5に示す受け台36で仕切られた本体上部32aの上面38に配置される。   Further below the key ring 35, an elastic pin 37 functioning as a connection holding means for the nozzle portion 9 and the socket portion 6 is disposed. As the elastic pin 37, for example, a substantially U-shaped pin, a substantially triangular-shaped pin such as a substantially triangular pin or a substantially square pin with one corner portion as an open end, etc. A pin to which an elastic restoring force is applied can be used. When connecting the nozzle portion 9 to the socket portion 6, the elastic pin 37 is engaged with the circumferential groove 17 provided on the outer periphery of the protruding portion 14 of the nozzle head 12, and the protruding portion 14 is elastically moved by the elastic pin 37. By clamping, the connection state of the nozzle part 9 and the socket part 6 is maintained. The elastic pin 37 is disposed on the upper surface 38 of the main body upper portion 32a partitioned by the cradle 36 shown in FIG.

ソケット本体32の本体中部32b上には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ39が設置されている。ゴムホルダ39はジャバラ形状と材料特性(ゴム弾性)に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ39はノズルヘッド12の突出部14との間にシールを形成するシール部材であり、その内側は液体燃料流路とされている。ゴムホルダ39は軸方向に収縮するジャバラを形成した円筒形状を有しており、その先端をノズルヘッド12の突出部14に設けられた凹部15と嵌め合わせることによって、ゴムホルダ39と突出部14との間にシールが形成される。ノズルヘッド12の突出部14に設けられた凹部15は、ゴムホルダ34先端の受け部としての機能を併せ持つものである。   On the main body middle part 32b of the socket main body 32, a rubber holder 39 is installed as an elastic body holder. The rubber holder 39 is given elasticity in the axial direction based on the bellows shape and material characteristics (rubber elasticity). The rubber holder 39 is a seal member that forms a seal with the protruding portion 14 of the nozzle head 12, and the inside thereof is a liquid fuel flow path. The rubber holder 39 has a cylindrical shape in which a bellows contracting in the axial direction is formed, and by fitting the tip of the rubber holder 39 with the concave portion 15 provided in the protruding portion 14 of the nozzle head 12, the rubber holder 39 and the protruding portion 14 are fitted. A seal is formed between them. The recess 15 provided in the protruding portion 14 of the nozzle head 12 also has a function as a receiving portion at the tip of the rubber holder 34.

ソケット本体31内にはバルブ40が配置されている。バルブ40はバルブヘッド40aとバルブステム40bとを備えている。バルブヘッド40aは本体中部32bと本体下部32cとで規定されたバルブ室内に配置されている。バルブステム40bはゴムホルダ39内に収納されている。このようなバルブ40は軸方向(ノズル部9の挿入方向)に進退可能とされている。バルブヘッド40aと本体中部32bの下面側に形成されたバルブシート41との間にはOリング42が配置されている。   A valve 40 is disposed in the socket body 31. The valve 40 includes a valve head 40a and a valve stem 40b. The valve head 40a is disposed in a valve chamber defined by the main body middle portion 32b and the main body lower portion 32c. The valve stem 40 b is accommodated in the rubber holder 39. Such a valve 40 can be moved back and forth in the axial direction (insertion direction of the nozzle portion 9). An O-ring 42 is disposed between the valve head 40a and the valve seat 41 formed on the lower surface side of the main body middle portion 32b.

バルブ40には圧縮スプリング43等の弾性体でバルブヘッド40aをバルブシート41に押し付ける力が常時加えられており、これによってOリング42は押圧されている。通常状態(燃料電池本体4から燃料カートリッジ5が切り離された状態)においては、バルブヘッド40aを介してOリング42がバルブシート41に押し付けられており、これによりソケット部6内の流路が閉状態とされている。燃料電池本体4に燃料カートリッジ5を接続すると、バルブステム40bが後退してバルブヘッド40aがバルブシート41から離れることで、ソケット部6内の流路が開状態とされる。   A force pressing the valve head 40a against the valve seat 41 by an elastic body such as a compression spring 43 is constantly applied to the valve 40, and the O-ring 42 is pressed by this force. In a normal state (a state in which the fuel cartridge 5 is separated from the fuel cell body 4), the O-ring 42 is pressed against the valve seat 41 via the valve head 40a, thereby closing the flow path in the socket portion 6. It is in a state. When the fuel cartridge 5 is connected to the fuel cell main body 4, the valve stem 40 b is retracted and the valve head 40 a is separated from the valve seat 41, whereby the flow path in the socket portion 6 is opened.

ソケット本体32の本体下部32cには、燃料供給部7内を介して燃料タンク3に接続された連通孔44が設けられている。このように、ソケット部6はソケット本体32内の液体燃料流路が本体下部32cに設けられた連通孔44を介して燃料タンク3に接続されている。そして、バルブ19、40を開状態としてノズル部9およびソケット部6内の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ5に収容された液体燃料をノズル部9およびソケット部6を介して燃料タンク3内に注入することが可能とされている。   A communication hole 44 connected to the fuel tank 3 via the inside of the fuel supply unit 7 is provided in the main body lower portion 32 c of the socket main body 32. As described above, the socket section 6 is connected to the fuel tank 3 through the communication hole 44 in which the liquid fuel flow path in the socket main body 32 is provided in the main body lower portion 32c. Then, by opening the valves 19 and 40 and opening the flow passages in the nozzle portion 9 and the socket portion 6 respectively, the liquid fuel accommodated in the fuel cartridge 5 is supplied to the fuel tank 3 via the nozzle portion 9 and the socket portion 6. It can be injected into the inside.

燃料カートリッジ5に収容された液体燃料を燃料電池本体4の燃料タンク3に供給するにあたっては、燃料カートリッジ5のノズル部9をソケット部6に挿入して接続する。ノズル部9のノズルヘッド12に設けられた突出部14は、キー溝16とキー部35aとの形状が対応した場合にのみソケット部6のノズル挿入部31に挿入される。このようにしてノズル部9の突出部14をソケット部6のノズル挿入部31に挿入すると、まず突出部14先端の凹部15にゴムホルダ39の先端が嵌め合わされることによって、バルブ19、40が開状態となる前に液体燃料の流路周辺のシールが確立される。   In supplying the liquid fuel stored in the fuel cartridge 5 to the fuel tank 3 of the fuel cell main body 4, the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 is inserted into the socket portion 6 and connected. The protruding portion 14 provided on the nozzle head 12 of the nozzle portion 9 is inserted into the nozzle insertion portion 31 of the socket portion 6 only when the shapes of the key groove 16 and the key portion 35a correspond to each other. When the protruding portion 14 of the nozzle portion 9 is inserted into the nozzle insertion portion 31 of the socket portion 6 in this manner, first, the tip of the rubber holder 39 is fitted into the concave portion 15 at the leading end of the protruding portion 14, thereby opening the valves 19 and 40. Before entering the state, a seal around the liquid fuel flow path is established.

ノズルヘッド12の突出部14とゴムホルダ39とが接触した状態からノズル部9をソケット部6に差し込むと、ノズル部9のバルブステム19bとソケット部6のバルブステム40bの先端同士が突き当たる。この状態からさらにノズル部9をソケット部6に差し込むと、ソケット部6のバルブ40が後退して流路を完全に開放した後、ノズル部9のバルブ19が後退して液体燃料流路が確立する。この液体燃料流路の確立と同時に、ソケット部6の弾性ピン37がノズルヘッド12の突出部14の外周面に設けられた周溝17と係合することによって、ノズル部9とソケット部6との接続状態が保持される。   When the nozzle part 9 is inserted into the socket part 6 from the state in which the protruding part 14 of the nozzle head 12 and the rubber holder 39 are in contact, the tips of the valve stem 19b of the nozzle part 9 and the valve stem 40b of the socket part 6 abut each other. When the nozzle portion 9 is further inserted into the socket portion 6 from this state, the valve 40 of the socket portion 6 moves backward to completely open the flow path, and then the valve 19 of the nozzle portion 9 moves backward to establish the liquid fuel flow path. To do. Simultaneously with the establishment of the liquid fuel flow path, the elastic pin 37 of the socket portion 6 engages with the circumferential groove 17 provided on the outer peripheral surface of the protruding portion 14 of the nozzle head 12, so that the nozzle portion 9 and the socket portion 6 The connection state of is maintained.

このように、ノズル部9とソケット部6とを接続すると共に、それらに内蔵されたバルブ機構をそれぞれ開状態として液体燃料流路を開くことによって、燃料カートリッジ5に収容された液体燃料を燃料電池本体4の燃料タンク3に供給する。ところで、燃料カートリッジ5や燃料電池1の安全性や信頼性を高めるためには、燃料タンク3に接続した燃料カートリッジ5に過剰な曲げ荷重やねじり力が加わった際に、ノズル部9をソケット部6から離脱しやすくしたり、また各係合部や接続部への負担を軽減することが重要である。   As described above, the nozzle portion 9 and the socket portion 6 are connected to each other, and the liquid fuel flow path is opened by opening the valve mechanisms built in the nozzle portion 9 to open the liquid fuel accommodated in the fuel cartridge 5. The fuel is supplied to the fuel tank 3 of the main body 4. By the way, in order to improve the safety and reliability of the fuel cartridge 5 and the fuel cell 1, when an excessive bending load or twisting force is applied to the fuel cartridge 5 connected to the fuel tank 3, the nozzle portion 9 is connected to the socket portion. It is important to make it easy to disengage from 6, and to reduce the burden on each engaging part and connecting part.

燃料カートリッジ5に過剰な曲げ荷重が加わった場合、特にノズル部9が破損しやすい。すなわち、燃料カートリッジ5のノズル部9は、燃料電池本体4の小型化等に伴って小径化される傾向にある。小径化されたノズル部9は、燃料カートリッジ5に対して曲げ荷重(燃料カートリッジ5の挿入方向に対して角度をもった方向からの力)が加わった際に破損するおそれがある。具体的には、ノズルヘッド12のベース部13から突出形成された突出部14が折れる可能性が高い。ノズル部9が破損する危険性は小径化するほど高まり、さらにノズル部9をスーパーエンジニアプラスチックや汎用エンジニアプラスチック等の曲げ荷重に対する靭性に劣る材料で構成した際に破損しやすくなる。   When an excessive bending load is applied to the fuel cartridge 5, the nozzle portion 9 is particularly easily damaged. That is, the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 tends to be reduced in size with the miniaturization of the fuel cell main body 4. The nozzle portion 9 having a reduced diameter may be damaged when a bending load (force from a direction having an angle with respect to the insertion direction of the fuel cartridge 5) is applied to the fuel cartridge 5. Specifically, there is a high possibility that the protrusion 14 formed to protrude from the base portion 13 of the nozzle head 12 is broken. The risk of breakage of the nozzle portion 9 increases as the diameter is reduced. Further, the nozzle portion 9 is easily broken when it is made of a material having poor toughness against bending load such as super engineer plastic or general purpose engineer plastic.

例えば、ノズル部9のノズルヘッド12やバルブ19等はメタノール燃料等と直接接することから、その構成材料は耐メタノール性を有していることが好ましい。このような材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアセタール(POM)等の汎用エンジニアプラスチック、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)等のスーパーエンジニアプラスチックが挙げられる。これらは靭性に劣ることから、曲げ荷重が加わった際に破損するおそれがある。   For example, since the nozzle head 12 and the valve 19 of the nozzle portion 9 are in direct contact with methanol fuel or the like, the constituent material preferably has methanol resistance. Examples of such materials include general-purpose engineer plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), and polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and liquid crystal polymer (LCP). Super engineer plastics such as Since these are inferior in toughness, they may be damaged when a bending load is applied.

このような曲げ荷重に対して、この実施形態では前述したようにソケット部6のノズル挿入部31の先端開口部内側に弾性部材34を配置している。燃料カートリッジ5はノズル挿入部31の先端開口部の角部にノズル部9の外周面を押し当てながら傾く。このようなノズル部9の外周面が押し当てられる部分に弾性部材34を配置し、これをノズル部9との接触時に曲げ荷重によりノズル部9が描く円弧を妨げないように弾性変形させることによって、ノズル部9を破損させることなくソケット部6から離脱させることができる。   With respect to such a bending load, in this embodiment, as described above, the elastic member 34 is disposed inside the tip opening of the nozzle insertion portion 31 of the socket portion 6. The fuel cartridge 5 tilts while pressing the outer peripheral surface of the nozzle portion 9 against the corner of the tip opening of the nozzle insertion portion 31. By arranging the elastic member 34 at a portion where the outer peripheral surface of the nozzle portion 9 is pressed, and elastically deforming the elastic member 34 so as not to interfere with the arc drawn by the nozzle portion 9 due to a bending load when contacting the nozzle portion 9 The nozzle part 9 can be detached from the socket part 6 without damaging it.

また、燃料カートリッジ5に過剰なねじり力が加わった場合については、キーリング35を比較的弱い力で保持しているため、キー部35aを有するキーリング35を回転させることで、燃料カートリッジ5の回転にキーリング35が追従する。これによって、キー部35aとキー溝16との係合部の破損や損傷、またそれに基づくバルブ機構の機能低下(例えばシール力の低下)等を抑制することができる。   Further, when an excessive twisting force is applied to the fuel cartridge 5, the key ring 35 is held with a relatively weak force. Therefore, by rotating the key ring 35 having the key portion 35 a, the fuel cartridge 5 is rotated. The key ring 35 follows. Thereby, it is possible to suppress breakage or damage of the engaging portion between the key portion 35a and the key groove 16 and the deterioration of the function of the valve mechanism (for example, reduction of the sealing force) based thereon.

上述したように、燃料カートリッジ5に過度な曲げ荷重が加わった際にノズル部9をソケット部6から容易に離脱させることで、燃料カートリッジ5のノズル部9やソケット部6自体の破損、それらによる不具合(液漏れ等)の発生を抑制することが可能となる。また、燃料カートリッジ5に過度なねじり力が加わった場合においても、ノズル部9とソケット部6との接続構造等の損傷を抑制することができる。これらによって、燃料電池用カップラおよびそれを用いた燃料電池1の信頼性や安全性を高めることが可能となる。   As described above, when the excessive bending load is applied to the fuel cartridge 5, the nozzle portion 9 is easily detached from the socket portion 6, so that the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 or the socket portion 6 itself is damaged. It is possible to suppress the occurrence of defects (such as liquid leakage). Even when an excessive twisting force is applied to the fuel cartridge 5, damage to the connection structure between the nozzle portion 9 and the socket portion 6 can be suppressed. By these, it becomes possible to improve the reliability and safety of the fuel cell coupler and the fuel cell 1 using the same.

次に、本発明の第2の実施形態による燃料電池について、図8を参照して説明する。図8は第2の実施形態による燃料電池45の要部構成、すなわち燃料電池本体4の燃料タンク3への燃料供給部7に設けられたソケット部6を主として示す断面図である。なお、ソケット部6の具体的な構成、燃料電池45の全体構成、ノズル部9を備える燃料カートリッジ5の構成等は第1の実施形態と同様であり、図1や図2に示した通りである。また、ソケット部6とノズル部9とにより構成される接続機構(カップラ)についても、基本的な構造や機構は第1の実施形態と同様である。   Next, a fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view mainly showing the configuration of the main part of the fuel cell 45 according to the second embodiment, that is, the socket part 6 provided in the fuel supply part 7 to the fuel tank 3 of the fuel cell body 4. The specific configuration of the socket portion 6, the overall configuration of the fuel cell 45, the configuration of the fuel cartridge 5 including the nozzle portion 9 and the like are the same as those in the first embodiment, and are as shown in FIGS. is there. The basic structure and mechanism of the connection mechanism (coupler) constituted by the socket part 6 and the nozzle part 9 are the same as those in the first embodiment.

この実施形態はソケット部6の先端が燃料電池本体4を収納する外装ケース46の内側に存在する燃料電池45を示している。外装ケース46は燃料電池本体4自体の外装筐体、また燃料電池本体4が搭載された電子機器等の機器筐体のいずれであってもよい。外装ケース46はソケット部6に対応して開口されたノズル挿入口47を有しており、ソケット部6はその内側に配置されている。従って、このようなソケット部6に図2に示したような燃料カートリッジ5のノズル部9を接続した場合おいて、曲げ加重が加えられた燃料カートリッジ5は外装ケース46のノズル挿入口47の角部にノズル部9の外周面を押し当てながら傾くことになる。   This embodiment shows a fuel cell 45 in which the tip of the socket portion 6 exists inside an outer case 46 that houses the fuel cell main body 4. The outer case 46 may be either an outer casing of the fuel cell main body 4 itself or an apparatus casing such as an electronic device in which the fuel cell main body 4 is mounted. The outer case 46 has a nozzle insertion opening 47 opened corresponding to the socket portion 6, and the socket portion 6 is disposed inside thereof. Therefore, when the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 as shown in FIG. 2 is connected to such a socket portion 6, the fuel cartridge 5 to which bending load is applied is the corner of the nozzle insertion port 47 of the outer case 46. It will incline while pressing the outer peripheral surface of the nozzle part 9 against the part.

そこで、この実施形態では外装ケース46のノズル挿入口47に弾性部材48を配置している。弾性部材48の具体的な構成、形状、材料等は第1の実施形態における弾性部材34と同様であり、前述した通りである。このように、曲げ加重が加えられた際に燃料カートリッジ5のノズル部9の外周面が押し当てられる部分、すなわち外装ケース46のノズル挿入口47に弾性部材48を配置し、これをノズル部9との接触時に弾性変形させることによって、ノズル部9を破損させることなくソケット部6から離脱させることができる。従って、燃料電池1の信頼性や安全性を高めることが可能となる。   Therefore, in this embodiment, the elastic member 48 is disposed in the nozzle insertion port 47 of the outer case 46. The specific configuration, shape, material, and the like of the elastic member 48 are the same as those of the elastic member 34 in the first embodiment, and are as described above. As described above, the elastic member 48 is arranged in the portion where the outer peripheral surface of the nozzle portion 9 of the fuel cartridge 5 is pressed when the bending load is applied, that is, the nozzle insertion port 47 of the outer case 46, and this is arranged in the nozzle portion 9. The nozzle portion 9 can be detached from the socket portion 6 without being damaged by being elastically deformed upon contact with the nozzle portion 9. Therefore, the reliability and safety of the fuel cell 1 can be improved.

次に、上述した各実施形態の燃料電池1、45における燃料電池本体4の具体的な構造について説明する。燃料電池本体4は特に限定されるものではなく、例えばサテライトタイプの燃料カートリッジ5が必要時に接続されるパッシブ型やアクティブ型のDMFCを適用することができる。ここでは、燃料電池本体4に内部気化型のDMFCを適用した実施形態について、図9を参照して説明する。図9に示す内部気化型(パッシブ型)のDMFC4は、起電部を構成する燃料電池セル2と燃料タンク3に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜51を具備している。   Next, a specific structure of the fuel cell main body 4 in the fuel cells 1 and 45 of the above-described embodiments will be described. The fuel cell body 4 is not particularly limited, and for example, a passive or active DMFC to which a satellite type fuel cartridge 5 is connected when necessary can be applied. Here, an embodiment in which an internal vaporization type DMFC is applied to the fuel cell main body 4 will be described with reference to FIG. The internal vaporization type (passive type) DMFC 4 shown in FIG. 9 includes a gas permselective membrane 51 interposed between the fuel cell 2 and the fuel tank 3 constituting the electromotive unit. .

燃料電池セル2は、アノード触媒層52およびアノードガス拡散層53からなるアノード(燃料極)と、カソード触媒層54およびカソードガス拡散層55からなるカソード(酸化剤極/空気極)と、アノード触媒層52とカソード触媒層54とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜56とから構成される膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を有している。アノード触媒層52およびカソード触媒層54に含有される触媒としては、例えば、Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。   The fuel cell 2 includes an anode (fuel electrode) composed of an anode catalyst layer 52 and an anode gas diffusion layer 53, a cathode (oxidant electrode / air electrode) composed of a cathode catalyst layer 54 and a cathode gas diffusion layer 55, and an anode catalyst. A membrane electrode assembly (MEA) composed of a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 56 sandwiched between the layer 52 and the cathode catalyst layer 54 is provided. Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 52 and the cathode catalyst layer 54 include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, an alloy containing the platinum group element, and the like.

具体的には、アノード触媒層52にメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Mo等を、カソード触媒層54に白金やPt−Ni等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜56を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂(ナフィオン(商品名、デュポン社製)やフレミオン(商品名、旭硝子社製)等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物等が挙げられる。ただし、これらに限られるものではない。   Specifically, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo or the like having strong resistance to methanol or carbon monoxide for the anode catalyst layer 52 and platinum, Pt—Ni or the like for the cathode catalyst layer 54. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst may be used. Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 56 include fluorine-based resins such as perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). Etc.), hydrocarbon resins having a sulfonic acid group, and inorganic substances such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, it is not restricted to these.

アノード触媒層52に積層されるアノードガス拡散層53は、アノード触媒層52に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層52の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層54に積層されるカソードガス拡散層55は、カソード触媒層54に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層54の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層53にはアノード導電層57が積層され、カソードガス拡散層55にはカソード導電層58が積層されている。   The anode gas diffusion layer 53 laminated on the anode catalyst layer 52 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 52 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 52. On the other hand, the cathode gas diffusion layer 55 laminated on the cathode catalyst layer 54 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 54 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 54. An anode conductive layer 57 is stacked on the anode gas diffusion layer 53, and a cathode conductive layer 58 is stacked on the cathode gas diffusion layer 55.

アノード導電層57およびカソード導電層58は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜、あるいは薄膜等で構成されている。なお、電解質膜56とアノード導電層57との間、および電解質膜56とカソード導電層58との間には、ゴム製のOリング59、60が介在されており、これらによって燃料電池セル(膜電極接合体)2からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。   The anode conductive layer 57 and the cathode conductive layer 58 are configured by a mesh, a porous film, a thin film, or the like made of a conductive metal material such as gold. Rubber O-rings 59 and 60 are interposed between the electrolyte membrane 56 and the anode conductive layer 57, and between the electrolyte membrane 56 and the cathode conductive layer 58, and thereby, fuel cell (membrane). Electrode assembly) 2 prevents fuel leakage and oxidant leakage.

燃料タンク3の内部には、液体燃料Fとしてメタノール燃料が充填されている。また、燃料タンク3は燃料電池セル2側が開口されており、この燃料タンク3の開口部と燃料電池セル2との間に気体選択透過膜51が設置されている。気体選択透過膜51は、液体燃料Fの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜である。このような気体選択透過膜51の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Fの気化成分とは、液体燃料Fとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。   The fuel tank 3 is filled with methanol fuel as the liquid fuel F. The fuel tank 3 is opened on the fuel cell 2 side, and a gas selective permeable membrane 51 is installed between the opening of the fuel tank 3 and the fuel cell 2. The gas selective permeable membrane 51 is a gas-liquid separation membrane that transmits only the vaporized component of the liquid fuel F and does not transmit the liquid component. Examples of the constituent material of the gas selective permeable membrane 51 include a fluororesin such as polytetrafluoroethylene. Here, the vaporization component of the liquid fuel F is a mixture of a vaporization component of methanol and a vaporization component of water when a methanol aqueous solution is used as the liquid fuel F, and a vaporization component of methanol when pure methanol is used. Means.

カソード導電層58上には保湿層61が積層されており、さらにその上には表面層62が積層されている。表面層62は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は表面層62に形成された空気導入口63の個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層61はカソード触媒層54で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制する役割を果たすと共に、カソードガス拡散層55に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層54への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層61は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。   A moisturizing layer 61 is laminated on the cathode conductive layer 58, and a surface layer 62 is further laminated thereon. The surface layer 62 has a function of adjusting the amount of air that is an oxidant, and the adjustment is performed by changing the number and size of the air inlets 63 formed in the surface layer 62. The moisturizing layer 61 is impregnated with a part of the water produced in the cathode catalyst layer 54 and serves to suppress the transpiration of water, and by uniformly introducing an oxidant into the cathode gas diffusion layer 55, the cathode catalyst. It also has the function of promoting uniform diffusion of the oxidant into the layer 54. The moisturizing layer 61 is composed of, for example, a porous member, and specific constituent materials include polyethylene and polypropylene porous bodies.

そして、燃料タンク3上に気体選択透過膜51、燃料電池セル2、保湿層61、表面層62を順に積層し、さらにその上から例えばステンレス製のカバー64を被せて全体を保持することによって、この実施形態のパッシブ型DMFC(燃料電池本体)4が構成されている。カバー64には表面層62に形成された空気導入口63と対応する部分に開口が設けられている。また、燃料タンク3にはカバー64の爪64aを受けるテラス65が設けられており、このテラス65に爪64aをかしめることで燃料電池本体4全体をカバー64で一体的に保持している。なお、図9では図示を省略したが、図1に示したように燃料タンク3の下面側にはソケット部6を有する燃料供給部7が設けられている。   Then, the gas selective permeable membrane 51, the fuel battery cell 2, the moisture retention layer 61, and the surface layer 62 are sequentially laminated on the fuel tank 3, and further, for example, a stainless steel cover 64 is covered thereon to hold the whole, A passive DMFC (fuel cell main body) 4 of this embodiment is configured. The cover 64 is provided with an opening at a portion corresponding to the air inlet 63 formed in the surface layer 62. Further, the fuel tank 3 is provided with a terrace 65 for receiving the claw 64 a of the cover 64. The claw 64 a is caulked on the terrace 65 so that the entire fuel cell body 4 is integrally held by the cover 64. Although not shown in FIG. 9, a fuel supply section 7 having a socket section 6 is provided on the lower surface side of the fuel tank 3 as shown in FIG.

上述したような構成を有するパッシブ型DMFC(燃料電池本体)4においては、燃料タンク3内の液体燃料F(例えばメタノール水溶液)が気化し、この気化成分が気体選択透過膜51を透過して燃料電池セル2に供給される。燃料電池セル2内において、液体燃料Fの気化成分はアノードガス拡散層53で拡散されてアノード触媒層52に供給される。アノード触媒層52に供給された気化成分は、下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e- …(1)
In the passive DMFC (fuel cell main body) 4 having the above-described configuration, the liquid fuel F (for example, methanol aqueous solution) in the fuel tank 3 is vaporized, and the vaporized component permeates the gas selective permeable membrane 51 to produce fuel. The battery cell 2 is supplied. In the fuel cell 2, the vaporized component of the liquid fuel F is diffused in the anode gas diffusion layer 53 and supplied to the anode catalyst layer 52. The vaporized component supplied to the anode catalyst layer 52 causes an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e (1)

なお、液体燃料Fとして純メタノールを使用した場合には、燃料タンク3から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層54で生成した水や電解質膜56中の水をメタノールと反応させて(1)の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した(1)式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。   When pure methanol is used as the liquid fuel F, since water vapor is not supplied from the fuel tank 3, the water produced in the cathode catalyst layer 54 or the water in the electrolyte membrane 56 is reacted with methanol to satisfy (1). Either the internal reforming reaction occurs or the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water, regardless of the internal reforming reaction of the above formula (1).

内部改質反応で生成されたプロトン(H+)は電解質膜56を伝導し、カソード触媒層54に到達する。表面層62の空気導入口63から取り入れられた空気(酸化剤)は、保湿層61、カソード導電層58、カソードガス拡散層55を拡散して、カソード触媒層54に供給される。カソード触媒層54に供給された空気は、次の(2)式に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
(3/2)O2+6H++6e- → 3H2O …(2)
Protons (H + ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the electrolyte membrane 56 and reach the cathode catalyst layer 54. Air (oxidant) taken from the air inlet 63 of the surface layer 62 diffuses through the moisture retaining layer 61, the cathode conductive layer 58, and the cathode gas diffusion layer 55 and is supplied to the cathode catalyst layer 54. The air supplied to the cathode catalyst layer 54 causes the reaction shown in the following formula (2). This reaction causes a power generation reaction that accompanies the generation of water.
(3/2) O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O (2)

上述した反応に基づく発電反応が進行するにしたがって、燃料タンク3内の液体燃料F(例えばメタノール水溶液や純メタノール)は消費される。燃料タンク3内の液体燃料Fが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク3内に燃料カートリッジ5から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ5からの液体燃料の供給は、前述したように燃料カートリッジ5側のノズル部9を燃料電池本体4側のソケット部6に挿入して接続することにより実施される。   As the power generation reaction based on the above-described reaction proceeds, the liquid fuel F (for example, methanol aqueous solution or pure methanol) in the fuel tank 3 is consumed. Since the power generation reaction stops when the liquid fuel F in the fuel tank 3 becomes empty, the liquid fuel is supplied from the fuel cartridge 5 into the fuel tank 3 at that time or before that time. As described above, the liquid fuel is supplied from the fuel cartridge 5 by inserting and connecting the nozzle portion 9 on the fuel cartridge 5 side to the socket portion 6 on the fuel cell body 4 side.

なお、本発明は液体燃料を燃料カートリッジにより供給する燃料電池であれば、その方式や機構等に何等限定されるものではないが、特に小型化が進められているパッシブ型DMFCに好適である。   Note that the present invention is not limited to any method or mechanism as long as it is a fuel cell that supplies liquid fuel by a fuel cartridge, but is particularly suitable for a passive DMFC that is being miniaturized.

本発明の第1の実施形態による燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell by the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す燃料電池における燃料カートリッジ側のノズル部と燃料電池本体側のソケット部とによるカップラ構造(未接続状態)を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a coupler structure (unconnected state) by a fuel cartridge side nozzle portion and a fuel cell main body side socket portion in the fuel cell shown in FIG. 1. 図2に示すカップラの接続状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection state of the coupler shown in FIG. 図2に示すソケット本体のメタルソケットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the metal socket of the socket main body shown in FIG. 図2に示すソケット本体の本体上部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the main body upper part of the socket main body shown in FIG. 図5に示す本体上部にキーリングを配置した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which has arrange | positioned the key ring in the main body upper part shown in FIG. 図6に示す本体上部とキーリングの断面図である。It is sectional drawing of the main body upper part and key ring which are shown in FIG. 本発明の第2の実施形態による燃料電池の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the fuel cell by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施形態の燃料電池における燃料電池本体の一例としての内部気化型DMFCの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of internal vaporization type DMFC as an example of the fuel cell main body in the fuel cell of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,45…燃料電池、2…燃料電池セル、3…燃料タンク、4…燃料電池本体、5…燃料カートリッジ、6…ソケット部(メス側カップラ/ソケット)、8…カートリッジ本体、9…ノズル部(オス側カップラ/プラグ)、12…ノズルヘッド、14…突出部、16…キー溝、17…周溝、18…バルブホルダ、19,40…バルブ、19a,40a…バルブヘッド、19b,40b…バルブステム、20,41…バルブシート、21,42…Oリング、22,43…圧縮スプリング、31…ノズル挿入部、32…ソケット本体、33…メタルソケット、34,48…弾性部材、35…キーリング、35a…キー部、35b…凸部、36…受け台、36a…凹部、37…弾性ピン、39…ゴムホルダ、46…外装ケース、47…ノズル挿入口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,45 ... Fuel cell, 2 ... Fuel cell, 3 ... Fuel tank, 4 ... Fuel cell main body, 5 ... Fuel cartridge, 6 ... Socket part (female side coupler / socket), 8 ... Cartridge main body, 9 ... Nozzle part (Male coupler / plug), 12 ... Nozzle head, 14 ... Projection, 16 ... Key groove, 17 ... Circumferential groove, 18 ... Valve holder, 19, 40 ... Valve, 19a, 40a ... Valve head, 19b, 40b ... Valve stem, 20, 41 ... Valve seat, 21, 42 ... O-ring, 22, 43 ... Compression spring, 31 ... Nozzle insertion part, 32 ... Socket body, 33 ... Metal socket, 34, 48 ... Elastic member, 35 ... Key ring 35a ... key part, 35b ... convex part, 36 ... cradle, 36a ... concave part, 37 ... elastic pin, 39 ... rubber holder, 46 ... exterior case, 47 ... nozzle insertion port

Claims (11)

燃料電池用カートリッジに装着されるノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構とを備えるノズル部と、
燃料電池の燃料供給部に配置されるソケット本体と、前記ソケット本体内に配置されたバルブ機構とを備え、前記ノズル部が着脱可能に接続されるソケット部とを具備し、
前記ソケット本体は前記ノズル部が挿入されるノズル挿入部を有し、かつ前記ノズル挿入部の少なくとも先端側に弾性部材が配置されていることを特徴とする燃料電池用カップラ。
A nozzle unit including a nozzle head mounted on the fuel cell cartridge, and a valve mechanism disposed in the nozzle head;
A socket body disposed in a fuel supply portion of the fuel cell; and a valve mechanism disposed in the socket body, the socket portion being detachably connected to the nozzle portion,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the socket body has a nozzle insertion portion into which the nozzle portion is inserted, and an elastic member is disposed at least at a distal end side of the nozzle insertion portion.
請求項1記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記弾性部材は、前記ノズル部が前記ソケット部に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記ノズル部の外周面が押し当てられる位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein
The fuel is characterized in that the elastic member is disposed at a position where the outer peripheral surface of the nozzle part is pressed when a bending load is applied to the fuel cartridge connected to the socket part. Battery coupler.
請求項1または請求項2記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記弾性部材は、前記ノズル部が前記ソケット部に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記曲げ荷重により前記ノズル部が描く円弧を妨げないように弾性変形することを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to claim 1 or 2,
The elastic member is elastically deformed so that an arc drawn by the nozzle portion is not obstructed by the bending load when a bending load is applied to the fuel cartridge connected to the socket portion. Fuel cell coupler.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記弾性部材はリング状エラストマーを具備することを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the elastic member comprises a ring-shaped elastomer.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記弾性部材は前記ノズル挿入部に挿入される前記ノズル部のガイド機能を有することを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the elastic member has a guide function of the nozzle portion inserted into the nozzle insertion portion.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記弾性部材は硬度(Type A)が20〜95°の範囲のエラストマーからなることを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the elastic member is made of an elastomer having a hardness (Type A) in a range of 20 to 95 °.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記ソケット部および前記ノズル部の一方に設けられ、前記液体燃料の種別に基づく形状を有するキー部と、前記ソケット部および前記ノズル部の他方に設けられ、前記キー部に対応する形状を有するキー溝とで構成された燃料識別手段を具備することを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 6,
A key part provided on one of the socket part and the nozzle part and having a shape based on the type of the liquid fuel, and a key provided on the other of the socket part and the nozzle part and having a shape corresponding to the key part A fuel cell coupler comprising: a fuel identification means including a groove.
請求項7記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記キー部または前記キー溝を有するリング部材が前記ソケット部に配置され、前記リング部材は前記ノズル部が前記ソケット部に接続された前記燃料カートリッジにねじり力が加えられた際に回転するように構成されていることを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to claim 7, wherein
A ring member having the key part or the key groove is disposed in the socket part, and the ring member is rotated when a twisting force is applied to the fuel cartridge connected to the socket part. A fuel cell coupler characterized by being configured.
請求項1ないし請求項8のいずれか1項記載の燃料電池用カップラにおいて、
前記ソケット部は、前記ノズル部が前記ソケット部に接続された際に、前記ノズル部を弾性的に挟持する接続保持手段を具備することを特徴とする燃料電池用カップラ。
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 8,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the socket portion includes connection holding means for elastically holding the nozzle portion when the nozzle portion is connected to the socket portion.
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられたノズル部とを備える燃料カートリッジと、
前記燃料カートリッジのノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体とを具備し、
前記燃料カートリッジのノズル部および前記燃料電池本体のソケット部は、請求項1ないし請求項9のいずれか1項記載の燃料電池用カップラを具備することを特徴とする燃料電池。
A fuel cartridge comprising a cartridge body containing liquid fuel for a fuel cell, and a nozzle portion provided in the cartridge body;
A fuel cell main body comprising: a fuel supply part having a socket part detachably connected to the nozzle part of the fuel cartridge; and an electromotive part that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply part and performs a power generation operation. ,
The fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 9, wherein the nozzle portion of the fuel cartridge and the socket portion of the fuel cell main body comprise the fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 9.
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられたノズル部とを備える燃料カートリッジと、
前記燃料カートリッジのノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体が収納され、前記ソケット部に対応して開口されたノズル挿入口を有する外装ケースとを具備し、
前記外装ケースは前記ノズル挿入口に配置された弾性部材を有することを特徴とする燃料電池。
A fuel cartridge comprising a cartridge body containing liquid fuel for a fuel cell, and a nozzle portion provided in the cartridge body;
A fuel cell body comprising: a fuel supply part having a socket part detachably connected to the nozzle part of the fuel cartridge; and an electromotive part that is supplied with the liquid fuel from the fuel supply part and performs a power generation operation;
The fuel cell main body is housed, and includes an outer case having a nozzle insertion opening opened corresponding to the socket portion,
The fuel cell according to claim 1, wherein the outer case includes an elastic member disposed at the nozzle insertion port.
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