JP2010102855A - 燃料電池用プラグとそれを用いた燃料電池用カップラー - Google Patents
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Abstract
【課題】適合性を有する燃料電池用ソケットにのみ接続可能であり、安全性、信頼性に優れる燃料電池用プラグを提供することを目的としている。
【解決手段】燃料電池５に液体燃料を供給するためにバルブ機構を有する燃料電池用ソケット２に着脱可能に接続させて用いるバルブ機構を有する燃料電池用プラグ１であって、前記燃料電池用ソケット２に挿入されるノズル１１ｂと、前記ノズルノズル１１ｂの先端側外周に設けられ、前記燃料電池用プラグ１と適合性を有する燃料電池用ソケット２に接続する場合にのみ前記ノズル１１ｂを突出させるノズルガイド１４とを有するもの。
【選択図】図２
【解決手段】燃料電池５に液体燃料を供給するためにバルブ機構を有する燃料電池用ソケット２に着脱可能に接続させて用いるバルブ機構を有する燃料電池用プラグ１であって、前記燃料電池用ソケット２に挿入されるノズル１１ｂと、前記ノズルノズル１１ｂの先端側外周に設けられ、前記燃料電池用プラグ１と適合性を有する燃料電池用ソケット２に接続する場合にのみ前記ノズル１１ｂを突出させるノズルガイド１４とを有するもの。
【選択図】図２
Description
本発明は、燃料電池への液体燃料の供給に用いられる燃料電池用プラグとそれを用いた燃料電池用カップラーに関する。
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。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。
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。
内部気化型のパッシブ型ＤＭＦＣにおいては、燃料収容部内のメタノール燃料を燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させ燃料極に供給している（例えば特許文献１〜２参照）。そして、このような燃料収容部へのメタノール燃料等の液体燃料の供給には、例えばサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジが用いられている。
燃料カートリッジによって液体燃料を供給する場合、一般に燃料電池用ソケットと燃料電池用プラグとによって構成される燃料電池用カップラーが用いられている。燃料電池用ソケットおよび燃料電池用プラグはそれぞれ弁体としてのバルブ本体を内蔵するバルブ機構を有しており、燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを接続することによって両者のバルブ本体を当接させてバルブ機構を開状態とする。これにより、例えば燃料電池に燃料電池用ソケットを装着すると共に、燃料カートリッジに燃料電池用プラグを装着し、燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを挿入することで燃料カートリッジに収容されている液体燃料を燃料電池、具体的には燃料収容部へと供給することができる。また、燃料電池用ソケットから燃料電池用プラグを引き抜くことで、両者のバルブ本体を離してバルブ機構を閉状態とし、液体燃料の供給を遮断することができる。
このような燃料電池用カップラーについては、例えば燃料電池の仕様により必要とされる液体燃料の濃度（純度）が一定でないことから、燃料電池の仕様に合致した特定の濃度の燃料だけを供給でき、他の濃度のものを誤って供給することがないようにするための識別手段が設けられている。具体的には、燃料電池用ソケットの内径側にキー溝またはキーから選ばれる一方を設け、燃料電池用プラグの外径側に他方を設けることで、燃料電池用ソケットと燃料電池用プラグとの識別が行われている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３４１３１１１号公報
特開２００４−１７１８４４号公報
特開２００７−０２２５６９号公報
上記したように燃料電池用カップラーについては、特定の燃料電池用ソケットと特定の燃料電池用プラグとのみを接続させる観点から、例えばキー溝とキーとからなる一対の識別手段が設けられている。
しかしながら、近年の燃料電池の小型化に伴い、燃料電池用ソケットについても小型、小径化されており、このような小型、小径化された燃料電池用ソケットに合わせて小型、小径化された燃料電池用プラグが、従来の比較的大型、大径な燃料電池用ソケットに誤って挿入されるという誤挿入のおそれが高くなっている。
このような誤挿入の場合であっても、燃料電池用プラグと燃料電池用ソケットとのバルブ本体が当接する場合には、両者のバルブ機構が開状態となる。燃料電池用プラグと燃料電池用ソケットとが適合している場合、液体燃料の流路周辺が確実にシール状態とされるために外部への液体燃料の流出は抑制されるが、燃料電池用プラグと燃料電池用ソケットとが適合していない場合、液体燃料の流路周辺が不確実なシール状態となるために液体燃料が外部へと流出するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、適合性を有する燃料電池用ソケットにのみ接続可能であり、安全性、信頼性に優れる燃料電池用プラグを提供することを目的としている。また、本発明は、このような燃料電池用プラグを用いた安全性、信頼性に優れる燃料電池用カップラーを提供することを目的としている。
本発明の燃料電池用プラグは、燃料電池に液体燃料を供給するためにバルブ機構を有する燃料電池用ソケットに着脱可能に接続させて用いられるバルブ機構を有する燃料電池用プラグであって、前記燃料電池用ソケットに挿入されるノズルと、前記ノズルの先端側外周に設けられ、前記燃料電池用プラグと適合性を有する燃料電池用ソケットに接続される場合にのみ前記ノズルを突出させるノズルガイドとを有することを特徴とする。
前記ノズルガイドは、例えば前記ノズルの外周に配置される筒状本体と、前記筒状本体の内部に配置され、前記ノズルの外面に形成された凹部に取り外し可能に嵌め込まれるノズル嵌合部および前記筒状本体の内面に形成された凹部に移動可能に嵌め込まれる本体嵌合部ならびに先端側から後端側にかけて縮径する縮径部を有する嵌合部材と、前記縮径部の先端側に配置される識別部材とを有することが好ましい。
前記識別部材は、前記燃料電池用ソケットに設けられる識別手段の配置と一致するように配置されていることが好ましい。また、前記嵌合部材の外径側には、前記嵌合部材を外径側から内径側に向かって押圧する嵌合部押圧部材が設けられていることが好ましい。
前記ノズルガイドは、例えば前記ノズルの外周に配置される拡径可能な略環状の本体部と、前記本体部の内径側に突出するように形成され、前記ノズルの外面に形成された凹部に取り外し可能に嵌め込まれるノズル嵌合部と、前記本体部の先端側かつ前記ノズル嵌合部の外径側に先端側から後端側にかけて縮径するように形成される縮径部とを有するものであっても構わない。
前記本体部は、周方向の少なくとも１箇所に切欠部を有することが好ましい。また、前記縮径部は、前記燃料電池用ソケットに設けられる識別手段の配置と一致するように配置されていることが好ましい。
上記した本発明の燃料電池用プラグについては、前記ノズルガイドの後端側に、前記ノズルガイドを先端側に押圧するガイド押圧部材が配置されていることが好ましい。
本発明の燃料電池用カップラーは、上記した本発明の燃料電池用プラグと、前記燃料電池用プラグと適合性を有する燃料電池用ソケットとを有することを特徴としている。
本発明の燃料電池用プラグによれば、適合性を有する燃料電池用ソケットに接続する場合にのみノズルを突出させるノズルガイドを設けることで、適合性を有する燃料電池用ソケットに接続した場合にのみ、両者のバルブ本体を当接させてバルブ機構を開状態とすることができ、安全性、信頼性に優れたものとすることができる。
また、このようなノズルガイドを設けることで、例えば燃料電池用ソケットの挿入口がノズルよりも過度に大きく、誤挿入のおそれがある場合であっても、燃料電池用ソケットの挿入口の縁部にノズルガイドが引っかかるようにして、両者のバルブ本体が当接することを抑制し、バルブ機構が開状態となることを抑制することで、外部への液体燃料の流出を抑制し、安全性、信頼性に優れたものとすることができる。
また、本発明の燃料電池用カップラーによれば、上記した安全性、信頼性に優れる燃料電池用プラグと、この燃料電池用プラグに適合する燃料電池用ソケットとを有するものとすることで、燃料電池用プラグと燃料電池用ソケットとを適切に接続し、液体燃料を安全に燃料電池へと供給することができる。
以下、本発明について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の燃料電池用プラグ（以下、単にプラグと呼ぶ）１が装着された燃料カートリッジ４と、プラグ１が接続される燃料電池用ソケット（以下、単にソケットと呼ぶ）２が装着された燃料電池５とを示したものである。
カートリッジ４は、液体燃料を収容する容器であるカートリッジ本体６を有し、その先端部分に液体燃料を吐出するためのプラグ１が装着されている。このようなカートリッジ４は、燃料電池５に液体燃料を注入するときのみ接続されるものであり、いわゆるサテライトタイプ（外部注入式）と呼ばれるものである。
カートリッジ本体６には、燃料電池５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る。なお、カートリッジ本体６に収容され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、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、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５に応じた液体燃料が収容される。
燃料電池５は、例えば起電部となる燃料電池セル７と、この燃料電池セル７に供給する液体燃料を収容する燃料収容部８と、この燃料収容部８に液体燃料を供給するための燃料受容部９とを有し、燃料受容部９に燃料電池用ソケット２が装着されている。なお、燃料電池５は、燃料収容部８を経ずに燃料受容部９から直接的に燃料電池セル７に液体燃料を供給する構造であってもよい。
また、本発明の燃料電池カップラー（以下、単にカップラーと呼ぶ）３は、このようなプラグ１とソケット２とから構成されている。プラグ１、ソケット２はそれぞれバルブ機構を有するものであり、図示するような分離状態においては、それらのバルブ機構が閉状態となることで、液体燃料の流出が抑制されている。そして、ソケット２にプラグ１が挿入され接続状態となった場合、それらのバルブ本体が当接することでバルブ機構が開状態となり、液体燃料の供給が可能となる。
図２は、本発明のプラグ１と、このプラグ１に適合するソケット２とからなるカップラー３の分離状態の状態を示す断面図である。なお、以下では、プラグ１およびソケット２のそれぞれが対向する側を先端側とし、それらの反対側を後端側として説明する。すなわち、プラグ１については図中下側が先端側となり、ソケット２については図中上側が先端側となる。
プラグ１は、オス側カップラーとも呼ばれるものであり、図示しないカートリッジ本体６が嵌め込まれるプラグ本体１１と、このプラグ本体１１の内部に配置され、主としてバルブ機構を構成するバルブ本体１２と、プラグ本体１１を外側から覆うようにしてカートリッジ本体６に固定する押えキャップ１３と、プラグ本体１１の先端側に配置されるノズルガイド１４とを有している。
プラグ本体１１は、例えばカートリッジ本体６が嵌め込まれる筒状のベース部１１ａと、このベース部１１ａの先端側に一体に形成され、ベース部１１ａよりも細径とされた筒状のノズル１１ｂと、ベース部１１ａの先端側であってノズル１１ｂの外径側に一定の距離をおいて形成される支持筒部１１ｃとを有している。
ベース部１１ａの内径は、カートリッジ本体６の先端側を嵌め込むことができるように、カートリッジ本体６の先端側の外径と略同様な大きさとされている。また、ノズル１１ｂは、ソケット２の内部に挿入される部分であり、内部がカートリッジ本体６からの液体燃料の流路となっている。
ノズル１１ｂの先端側には、先端面をへこませるようにしてシール凹部１１ｄが形成されており、このシール凹部１１ｄの底面中央部に液体燃料が吐出される燃料吐出口１１ｅが形成されている。シール凹部１１ｄは、ソケット２と接続した際、ソケット２のシール部材である弾性体ホルダ４８が当接してシール状態を形成し、外部への液体燃料の流出を抑制するために設けられている。また、シール凹部１１ｄは、ソケット２からプラグ１を取り外した際、燃料吐出口１１ｅから吐出された液体燃料の残留物（付着物）の一時的な収容部として機能し、操作者が液体燃料に触れないために設けられている。
ベース部１１ａの内側には、バルブ本体１２を保持するカップ状のバルブホルダ１５が配置されている。バルブホルダ１５はバルブ室を規定するものであり、その先端側外縁部に形成されたフランジ部１５ａがＯリング１６を介して後端側からカートリッジ本体６によって押圧されることでベース部１１ａに固定されている。また、バルブホルダ１５の後端部には、液体燃料の流路となる連通孔１５ｂが形成されている。
バルブ本体１２は、バルブ機構を構成するものであり、バルブヘッド１２ｂと、このバルブヘッド１２ｂよりも径小とされ、バルブヘッド１２ｂの両端に形成された先端側バルブステム１２ａと後端側バルブステム１２ｃとを有している。先端側バルブステム１２ａおよび後端側バルブステム１２ｃの外径側には、例えば図示しない流路となる軸方向に沿った凹部が形成されている。
先端側バルブステム１２ａは、ノズル１１ｂの内部に移動可能に挿入、配置されており、バルブヘッド１２ｂおよび後端側バルブステム１２ｃは、バルブホルダ１５の内部に移動可能に配置されている。このバルブヘッド１２ｂの先端側には先端側バルブステム１２ａの外周を囲むようにＯリング１７が配置され、バルブヘッド１２ｂの後端側にはバルブヘッド１２ｂを先端側に押圧し、バルブ機構を閉状態とするための圧縮スプリング等のバルブ用弾性体１８が配置されている。
分離状態においては、バルブ用弾性体１８によってバルブヘッド１２ｂが押圧されることで、ノズル１１ｂの後端側がＯリング１７とバルブヘッド１２ｂとによって塞がれ、バルブ機構が閉状態となり、ノズル１１ｂからの液体燃料の流出が抑制されている。
一方、接続状態においては、Ｏリング１７とバルブ本体１２とが後端側へと移動することによりノズル１１ｂの後端側が開放され、バルブ機構が開状態となり、カートリッジ本体６に収容された液体燃料がノズル１１ｂの内部を通して燃料吐出口１１ｅから吐出される。
ノズルガイド１４は、このようなノズル１１ｂの先端側外周を囲むようにして配置されている。ノズルガイド１４は、プラグ１と適合性を有するソケット２に接続する場合にのみノズル１１ｂを突出させるものである。このようなノズルガイド１４を設けることで、適合性を有するソケット２に接続した場合にのみ、両者のバルブ本体１２、４２を当接させてバルブ機構を開状態とすることができ、安全性、信頼性に優れたものとすることができる。
また、このようなノズルガイド１４を設けることで、例えばソケットの挿入口がノズル１１ｂよりも過度に大きく、誤挿入のおそれがある場合であっても、このソケットの挿入口の縁部にノズルガイド１４が引っかかるようにして、両者のバルブ本体が当接することを抑制し、バルブ機構が開状態となることを抑制することで、外部への液体燃料の流出を抑制し、安全性、信頼性に優れたものとすることができる。
なお、適合性とは、プラグ１とソケット２との接続の可否を識別するために用いられる識別手段が一致することを意味し、例えば後述するプラグ１の識別手段である識別部材２４の配置と、ソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂの配置とが一致することを意味する。また、ノズル１１ｂを突出させるとは、ソケット２の内部にノズル１１ｂを挿入し、互いのバルブ本体１２、４２を当接させてバルブ機構を開状態とできる程度に突出させることを意味する。
ノズルガイド１４は、例えばノズル１１ｂから一定の間隔を空けて形成される支持筒部１１ｃによって外径側から移動可能に支持されると共に、後端側から圧縮スプリング等のガイド用弾性体１９によって押圧されるように支持されている。なお、ガイド用弾性体１９は、ノズルガイド１４が後端側に移動した際、再び先端側に移動させるために設けられている。
このようなノズルガイド１４は、例えばノズル１１ｂの先端側外周を囲むように配置される筒状本体２１と、この筒状本体２１の内部に配置される嵌合部材２２と、筒状本体２１の内部であって嵌合部材２２の先端側に配置される識別部材２４とを有している。
筒状本体２１は、ノズル１１ｂの先端側外周を囲むように一定の間隔を空けて配置されることで、ソケット２の内径および外径、具体的には識別手段となる識別凸部４１ｂの内径および外径が接続可能な大きさであるかを判別することができるようになっている。また、筒状本体２１は、ノズル１１ｂの外径に比べて挿入口の内径が過度に大きいソケットに接続しようとした場合に、この挿入口の縁部に引っかかるようにすることで誤挿入を抑制することができる。これにより、両者のバルブ本体が当接することを抑制し、バルブ機構が開状態となることを抑制することで、外部への液体燃料の流出を抑制することができる。
筒状本体２１の内径側には、嵌合部材２２の本体嵌合部２２ｂが嵌め込まれる凹部２１ａと、識別部材２４の凸部２４ｂが配置される軸方向に延びる溝部２１ｂとが形成されている。凹部２１ａは、嵌合部材２２、具体的には本体嵌合部２２ｂが外径側に移動可能な大きさ（深さ）を有している。また、溝部２１ｂは、識別部材２４が嵌合部材２２の縮径部２２ｃを押圧することができる程度に移動可能なものとされている。
なお、凹部２１ａの形状、個数、配置は、嵌合部材２２の形状、個数、配置に合わせて決定され、後述するように例えば嵌合部材２２が周方向に２個配置される場合には、これに合わせて周方向に２個配置され、また例えば嵌合部材２２が略環状のものである場合には、これに合わせて周方向に延びる溝状のものとされる。また、溝部２１ｂの形状、個数、配置についても、識別部材２４、具体的には凸部２４ｂの形状、個数、配置に合わせて決定され、後述するように例えば識別部材２４が２個配置される場合には、これに合わせて周方向に２個配置される。
嵌合部材２２は、ノズル１１ｂに筒状本体２１を固定し、ノズル１１ｂが筒状本体２１から突出しないようにすると共に、ノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定を解除することで、ノズル１１ｂが筒状本体２１から突出できるようにするために設けられている。
嵌合部材２２は、内径側にノズル１１ｂの側面に設けられるガイド用凹部１１ｆに取り外し可能に嵌め込まれるノズル嵌合部２２ａを有すると共に、外径側に筒状本体２１の内径側に形成された凹部２１ａに移動可能に嵌め込まれる本体嵌合部２２ｂを有している。
嵌合部材２２は、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆにノズル嵌合部２２ａを嵌め込むと同時に、筒状本体２１の凹部２１ａに本体嵌合部２２ｂを嵌め込むことで、ノズル１１ｂに筒状本体２１を固定することができる。一方、嵌合部材２２は、外径側に移動し、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆからノズル嵌合部２２ａを取り外すようにすることで、ノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定を解除し、ノズル１１ｂが筒状本体２１から突出できるようにする。
嵌合部材２２の先端側であって、ノズル嵌合部２２ａと本体嵌合部２２ｂとの間には、先端側から後端側に向かって縮径するような縮径部２２ｃが形成されている。これにより先端側から識別部材２４が当接し、押圧することで、嵌合部材２２が外径側へと移動することができるようになっている、
一方、嵌合部材２２の後端側には、例えばノズル嵌合部２２ａの後端側表面と同様な位置に平面部２２ｄが形成されており、この平面部２２ｄに後端側からガイド用弾性体１９が当接し、押圧することで、嵌合部材２２を含めたノズルガイド１４の全体が先端側に押圧されている。
また、本体嵌合部２２ｂの外径側には周方向に延びる溝部２２ｅが形成されており、この溝部２２ｅに嵌合部押圧部材２３が外径側から嵌め込まれるようにして配置されることで、嵌合部材２２が外径側から内径側へと押圧されている。嵌合部押圧部材２３は、例えば外観がＣ字状のものであり、弾性変形することにより拡径および縮径するものである。
図３に、嵌合部材２２と嵌合部押圧部材２３との組み合わせの一例を示す。ここで、図３（ａ）は、図中上側が先端側となるように図示した外観図であり、図３（ｂ）は、図中上側が後端側となるように図示した外観図である。
嵌合部材２２は、例えば周方向に均等な間隔となるように２個配置され、外観がＣ字状の嵌合部押圧部材２３によって外径側から内径側へと押圧されるようになっている。嵌合部材２２は、それぞれ内径側にノズル嵌合部２２ａを有すると共に、外径側に本体嵌合部２２ｂを有しており、図３（ａ）に示すように、これらの先端側に、先端側から後端側に向かって縮径するようにして縮径部２２ｃが形成されている。一方、後端側には、図３（ｂ）に示すように、ノズル嵌合部２２ａの表面と同様な位置に平面部２２ｄが形成されている。そして、本体嵌合部２２ｂの外径側に設けられた周方向に延びる溝部２２ｅに嵌合部押圧部材２３が嵌め込まれるようにして配置されている。
また、図４は、嵌合部材２２の変形例を示したものである。ここで、図４（ａ）は、図中上側が先端側となるように図示した外観図であり、図４（ｂ）は、図中上側が後端側となるように図示した外観図である。なお、図４には、嵌合部押圧部材２３も併せて示している。
図４に示す嵌合部材２２は、本体嵌合部２２ｂ、縮径部２２ｃ、平面部２２ｄ、溝部２２ｅを略環状に形成したものである。この嵌合部材２２については、拡径しやすいように周方向の一部に切欠部２２ｆを形成し、外観がＣ字状となるように形成されている。なお、ノズル嵌合部２２ａについては、例えば周方向に均等な間隔となるように２個形成している。
いずれの形状のものについても、嵌合部押圧部材２３によって嵌合部材２２を外径側から押圧するようにすることで、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆに嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａを嵌め込み、また嵌合部材２２の外径側への移動に合わせて拡径することで、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆから嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａを取り外すことができ、さらに拡径後に縮径することで、再びノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆに嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａを嵌め込むことができる。なお、嵌合部材２２のみで適切に拡径および縮径ができる場合には、必ずしも嵌合部押圧部材２３が設けられている必要はない。
識別部材２４は、ソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂの配置に対応して配置されることで識別手段となると共に、このソケット２の識別凸部４１ｂの押圧を利用して嵌合部材２２の縮径部２２ｃを押圧することで、嵌合部材２２によるノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定を解除し、筒状本体２１からノズル１１ｂが突出できるようにするために設けられている。
識別部材２４は、嵌合部材２２、特に縮径部２２ｃの先端側に配置されている。なお、嵌合部材２２の縮径部２２ｃ、識別部材２４は、ソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂの配置に対応して配置されている。このような配置とすることで、識別手段として機能させることができると共に、嵌合部材２２によるノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定を有効に解除させることができる。
識別部材２４は、例えば板状部２４ａと、この板状部２４ａの外径側の略中央部に形成される凸部２４ｂとを有している。板状部２４ａは、ノズル１１ｂと筒状本体２１との間に移動できるように配置されており、ソケット２の識別凸部４１ｂによる押圧を嵌合部材２２の縮径部２２ｃに伝えるために利用される。また、凸部２４ｂは、筒状本体２１の溝部２１ｂに移動可能に嵌め込まれるようにして配置されることで、識別部材２４の周方向への移動を抑制し、軸方向に適切に移動させるために設けられている。
図５に、識別部材２４の一例を示す。ここで、図５（ａ）は、外径側から見た状態を示す外観図であり、図５（ｂ）は、先端側から見た状態を示す平面図であり、図５（ｃ）は、外径側から見た状態を示す平面図である。
板状部２４ａは、例えば略長方形状とされており、筒状本体２１の内面形状に合わせて外径側に凸状となるように湾曲されている。また、凸部２４ｂは、例えば略半球状とされており、板状部２４ａの外径側の略中央部分に一体に形成されている。なお、このような略長方形状の識別部材２４は、通常、長手方向がプラグ１の軸方向と一致するように配置される。
このようなプラグ１は、Ｏリング１６、１７、バルブ用弾性体１８、ガイド用弾性体１９を除き、一般には非金属材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）等から構成される他、耐メタノール性を有する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や、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から構成される。
一方、ソケット２は、メス側カップラーとも呼ばれるものであり、ソケット本体４１と、その内部に軸方向に沿って配置されるバルブ本体４２とを有している。
ソケット本体４１は、例えば先端側に配置される略円筒状の先端側筒部４３と、この先端側筒部４３の後端側から嵌め込まれるようにして固定される中間筒部４４と、この中間筒部４４の後端側から嵌め込まれるようにして固定される後端側筒部４５とを有している。
ソケット本体４１の先端側は、プラグ１のノズル１１ｂが挿入されるノズル挿入口４１ａとなっている。また、ソケット本体４１の先端側には、ソケット２の識別手段として、例えば周方向の２箇所に先端側に突出する識別凸部４１ｂが形成されている。この識別凸部４１ｂは、上記したようにプラグ１の識別部材２４と当接するように周方向の配置が調整されており、プラグ１の識別部材２４を押圧することで、結果的にノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定を解除し、ノズル１１ｂが筒状本体２１から突出することができるようにするものである。なお、この識別凸部４１ｂは、ソケット本体４１、具体的には先端側筒部４３の一部を先端側に延ばすようにして一体に形成されている。また、この識別凸部４１ｂは、例えばソケット２が取り付けられる燃料受容部９の端面から突出するように形成されている。
中間筒部４４は、後端側筒部４５と併せてバルブ室を形成するものであり、先端側にバルブ本体４２が挿入されるガイド孔４４ａが形成されている。また、後端側筒部４５は、軸心部分にバルブ本体４２の後端側への移動を規定するバルブ当接部４５ａが形成されており、その外周に液体燃料の流路となる複数の流通孔４５ｂが均等な間隔となるように形成されている。
バルブ本体４２は、バルブ機構を構成するものであり、バルブヘッド４２ｂと、このバルブヘッド４２ｂよりも径小とされ、バルブヘッド４２ｂの両端に形成された先端側バルブステム４２ａと後端側バルブステム４２ｃとを有している。
先端側バルブステム４２ａは、ガイド孔４４ａに移動可能に挿入され、先端側筒部４３の内部へと延ばされている。この先端側バルブステム４２ａの側面部には例えば図示しない軸方向に沿って液体燃料の流路となる溝部が形成されており、これにより液体燃料をガイド孔４４ａに効率的に通過させることが可能となっている。また、バルブヘッド４２ｂおよび後端側バルブステム４２ｃは中間筒部４４の内部に移動可能に配置されている。
後端側筒部４５の内部には、バルブヘッド４２ｂの先端側にＯリング４６が配置されると共に、後端側にバルブ本体４２を先端側に押圧する圧縮スプリング等のバルブ用弾性体４７が配置されている。バルブ用弾性体４７は、例えばバルブヘッド４２ｂの後端側において、後端側バルブステム４２ｃおよびバルブ当接部４５ａの外周を囲むように配置されている。
分離状態においては、バルブ用弾性体４７によってバルブ本体４２（バルブヘッド４２ｂ）が先端側に押圧されることで、ガイド孔４４ａがＯリング４６とバルブヘッド４２ｂとによって塞がれ、バルブ機構が閉状態となっており、ソケット２からの液体燃料の流出（逆流）が抑制されている。なお、このような観点から、Ｏリング４６やバルブヘッド４２ｂの外径は、ガイド孔４４ａの内径よりも径大なものとされている。
一方、接続状態においては、バルブ本体４２が後端側へと移動することによりガイド孔４４ａが開放され、バルブ機構が開状態となる。これにより、プラグ１から吐出される液体燃料がガイド孔４４ａを通して後端側へと通過できるようになる。
先端側筒部４３の内部には、先端側バルブステム４２ａの外周を覆うようにゴムホルダ等からなる蛇腹形状の弾性体ホルダ４８が配置されている。弾性体ホルダ４８は、その先端側をノズル１１ｂのシール凹部１１ｄに嵌め合わせることによって、ノズル１１ｂとの間をシール状態とするものであり、内部が液体燃料の流路となるものである。弾性体ホルダ４８は、蛇腹形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に伸縮可能なものであり、ノズル１１ｂの挿入に合わせて収縮することで、ノズル１１ｂの挿入中もシール状態を維持することができる。
弾性体ホルダ４８の先端側の外周にはホルダ支持部材４９が配置されており、このホルダ支持部材４９によって弾性体ホルダ４８の先端側が支持されている。また、先端側筒部４３の内径側に形成された段部によってホルダ支持部材４９の先端側への移動が制限されると共に、このホルダ支持部材４９の後端側に弾性体ホルダ４８が軸方向に若干収縮した状態で配置されることにより、弾性体ホルダ４８の後端側が中間筒部４４のガイド孔４４ａの周辺に当接し、シール状態となっている。ホルダ支持部材４９の後端側には、このホルダ支持部材４９が後端側に移動した後に再び元の位置に戻すための圧縮スプリング等の支持部材用弾性体５１が配置されている。
このようなソケット２の構成材料としては、Ｏリング４６、バルブ用弾性体４７、弾性体ホルダ４８、支持部材用弾性体５１を除き、一般には非金属材料、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）等から構成される他、耐メタノール性を有する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や、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から構成される。
次に、プラグ１とソケット２との接続について説明する。
まず、図２に示す状態からソケット２にプラグ１を接続しようとすると、図６に示すように、ソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂが、プラグ１のノズルガイド１４、厳密には筒状本体２１の内径側に挿入され、識別部材２４に当接する。
まず、図２に示す状態からソケット２にプラグ１を接続しようとすると、図６に示すように、ソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂが、プラグ１のノズルガイド１４、厳密には筒状本体２１の内径側に挿入され、識別部材２４に当接する。
さらにプラグ１をソケット２に向かって押圧すると、ソケット２の識別凸部４１ｂに押し返されるようにして識別部材２４が後端側に移動する。この際、識別部材２４が縮径部２２ｃを先端側から押圧することによって、嵌合部材２２が外径側へと移動する。また、嵌合部材２２の外径側への移動に伴い、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆから嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａが取り外され、結果的にノズル１１ｂへの筒状本体２１の固定が解除され、ノズル１１ｂを筒状本体２１から突出させることができるようになる。
このようにして押圧が可能となったプラグ１をさらにソケット２に向かって押圧すると、図７に示すように、ノズル１１ｂを筒状本体２１から突出させてソケット２の内部に挿入することができ、両者のバルブ本体１２、４２を当接させることができる。この際、ノズル１１ｂのシール凹部１１ｄにソケット２の弾性体ホルダ４８が嵌め込まれ、ノズル１１ｂと弾性体ホルダ４８との間がシール状態となり、液体燃料の流出が抑制される。
さらにソケット２に向かってプラグ１を押圧すると、図８に示すように、当接するバルブ本体１２、４２のうちソケット２のバルブ本体４２が後端側に移動し、ソケット２のバルブ機構が開状態となる。なお、ソケット２のバルブ機構が先に開状態となるのは、安全性を確保するために液体燃料が供給される側のバルブ機構を先に開状態とすることが有効なためである。ここでは、ソケット２のバルブ機構を先に開状態とするために、ソケット２におけるバルブ本体４２を押圧するバルブ用弾性体４７の反発力よりも、プラグ１におけるバルブ本体１２を押圧するバルブ用弾性体１８の反発力を大きくすることで、ソケット２のバルブ機構を先に開状態としている。
さらにソケット２に向かってプラグ１を押圧すると、図９に示すように、バルブ当接部４５ａに当接したバルブ本体４２によって押し返されるようにしてバルブ本体１２が後端側へと移動し、プラグ１のバルブ機構が開状態となる。これにより、プラグ１のノズル１１ｂから液体燃料が吐出されると共に、この液体燃料がソケット２の弾性体ホルダ４８を通して最終的に燃料受容部９へと供給される。
一方、ソケット２からプラグ１を取り外す場合、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、図８に示すように、まずプラグ１のバルブ本体１２が先端側に移動し、プラグ１のバルブ機構が閉状態となる。さらに、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、図７に示すように、ソケット２のバルブ本体４２が先端側に移動し、ソケット２のバルブ機構が閉状態となる。
さらに、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、ノズルガイド１４に対してノズル１１ｂが後端側に移動し、図６に示すように、嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａの位置にノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆが位置し、嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａがノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆに嵌め込まれる。これにより、再びノズル１１ｂに筒状本体２１を固定し、ノズル１１ｂが筒状本体２１から突出しないようにすることができる。
このようなプラグ１とソケット２とによれば、ソケット２の識別手段、具体的には識別凸部４１ｂの大きさ、配置が、プラグ１の識別手段、具体的には識別部材２４の大きさ、配置に一致し、またソケット２の内径および外径がプラグ１のノズル１１ｂとノズルガイド１４との隙間に一致する場合にのみ、ノズル１１ｂをノズルガイド１４から突出させることができ、ソケット２にプラグ１を接続することができる。
一方、ソケット２の識別手段とプラグ１の識別手段とが一致しない場合、あるいはソケット２の内径および外径がプラグ１のノズル１１ｂとノズルガイド１４との隙間に一致しない場合、ノズル１１ｂをノズルガイド１４から突出させることができず、ソケット２にプラグ１を接続することができない。また、ノズル１１ｂに対して大きすぎるソケットに接続しようとした場合、例えばノズル１１ｂの外径側に設けられたノズルガイド１４、具体的には筒状本体２１がソケットの挿入口の縁部に引っかかり、ソケットの内部にノズル１１ｂを挿入することができず、バルブ機構が閉状態のままとなり、液体燃料の流出が抑制される。
次に、本発明の他のプラグ１について説明する。
図１０は、本発明の他のプラグ１と、このプラグ１に適合するソケット２とからなるカップラー３の分離状態の様子を示す断面図である。また、図１１はプラグ１のノズルガイド３１を示すものであり、図１１（ａ）が先端側から見た状態を示す外観図、図１１（ｂ）が先端側から見た状態を示す平面図、図１１（ｃ）が図１１（ｂ）に示すノズルガイド３１を右側から見た状態を示す右側面図、図１１（ｄ）が図１１（ｂ）に示すノズルガイド３１を下側から見た状態を示す下面図、図１１（ｅ）が図１１（ｂ）に示すノズルガイド３１のＡ−Ａ矢視断面図である。
プラグ１は、ノズルガイド３１の構造およびその支持構造が図２に示すノズルガイド１４の構造およびその支持構造と異なっている。具体的には、ノズルガイド３１は、図２に示すノズルガイド１４の筒状本体２１、嵌合部材２２、嵌合部押圧部材２３、および識別部材２４が略一体化された構造となっている。なお、プラグ１のこれ以外の部分、およびソケット２については、図２に示すプラグ１およびソケット２と同様なものであるため、以下では相違部分についてのみ説明する。
ノズルガイド３１は、例えば図１１に示すように外観が略環状の本体部３１ａと、この本体部３１ａの内径側に突出するように形成されるノズル嵌合部３１ｂと、このノズル嵌合部３１ｂの外径側であって本体部３１ａの先端側に先端側から後端側にかけて縮径するように形成される縮径部３１ｃとを有している。
本体部３１ａは、例えば周方向の一部に切欠部３１ｄが形成されており、外観がＣ字状とされている。このような切欠部３１ｄを有するＣ字状のものとすることで、弾性変形による拡径が容易なものとなっている。このような本体部３１ａは、例えばガイド用弾性体１９が当接し、先端側へと押圧するために用いられる平面部３１ｅと、この平面部３１ｅの外径側から先端側へと延ばされるようにして形成され、支持筒部１１ｃの内面に接触してノズルガイド３１の傾きを抑制するために用いられる外壁部３１ｆとを有している。
ノズル嵌合部３１ｂは、本体部３１ａの内径側に突出するように、例えば周方向に均等な間隔となるように２個形成されている。そして、各ノズル嵌合部３１ｂの外径側であって、本体部３１ａ、厳密には平面部３１ｅの先端側に、先端側から後端側に向かって縮径するようにして縮径部３１ｃが形成されている。なお、ノズル嵌合部３１ｂ、縮径部３１ｃについては、図３、４に示すような嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａ、縮径部２２ｃと同様の機能を有するものであるため、ここでは説明を省略する。
また、縮径部３１ｃの先端側には、外径側に延びるようにして水平部が形成されている。このような水平部を設けることにより、例えばソケットの挿入口がノズル１１ｂよりも過度に大きく、誤挿入のおそれがある場合であっても、ソケットの挿入口の縁部にこの水平部が引っかかるようにして、両者のバルブ本体が当接することを抑制し、バルブ機構が開状態となることを抑制することで、外部への液体燃料の流出を抑制し、安全性、信頼性に優れたものとすることができる。
一方、本体部３１ａの外径側には、例えばノズル嵌合部３１ｂの周方向の配置と一致するようにして支持筒部嵌合部３１ｇが形成されている。支持筒部嵌合部３１ｇは、支持筒部１１ｃに形成される軸方向に延びるガイド用溝部１１ｇに移動可能に嵌め込まれることによって、ノズルガイド３１の軸方向の移動範囲を規定すると共に、周方向の回転を抑制するために設けられている。
このようなノズルガイド３１を有するプラグ１については、ノズル嵌合部３１ｂ、縮径部３１ｃがそれぞれ図３、４に示す嵌合部材２２のノズル嵌合部２２ａ、縮径部２２ｃに相当し、平面部３１ｅが図３、４に示す嵌合部材２２の平面部２２ｄに相当し、支持筒部嵌合部３１ｇが図３、４に示す嵌合部材２２の本体嵌合部２２ｂに相当する（なお、この場合、支持筒部１１ｃのガイド用溝部１１ｇが図２示す筒状本体２１の凹部２１ａに相当する）。
このようなノズルガイド３１を有するプラグ１とソケット２とは以下のようにして接続することができる。
まず、図１０に示す状態からソケット２にプラグ１を接続しようとすると、図１２に示すようにソケット２の識別手段である識別凸部４１ｂが、プラグ１のノズルガイド３１の内径側に形成された縮径部３１ｃに当接する。この際、ノズル１１ｂのシール凹部１１ｄにソケット２の弾性体ホルダ４８が嵌め込まれることで、ノズル１１ｂと弾性体ホルダ４８との間がシール状態となり、液体燃料の流出が抑制される。
さらにソケット２に向かってプラグ１を押圧すると、図１３に示すように、ソケット２の識別凸部４１ｂに押し返されるようにして縮径部３１ｃが先端側から押圧され、本体部３１ａが拡径する。これにより、ノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆに嵌め込まれていたノズル嵌合部３１ｂが取り外され、結果的にノズル１１ｂへのノズルガイド３１の固定が解除され、ノズル１１ｂをノズルガイド３１から突出させることができるようになる。また、これにより、さらにノズル１１ｂを挿入すると、当接するバルブ本体１２、４２のうちソケット２のバルブ本体４２が後端側に移動し、ソケット２のバルブ機構が開状態となる。
さらにソケット２に向かってプラグ１を押圧すると、図１４に示すように、バルブ当接部４５ａに当接したバルブ本体４２に押し返されるようにしてバルブ本体１２が後端側へと移動し、プラグ１のバルブ機構が開状態となる。これにより、プラグ１のノズル１１ｂから液体燃料が吐出されると共に、この液体燃料がソケット２の弾性体ホルダ４８を通して最終的に燃料受容部９へと供給される。
一方、ソケット２からプラグ１を取り外す場合、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、図１３に示すように、まずプラグ１のバルブ本体１２が先端側に移動し、プラグ１のバルブ機構が閉状態となる。さらに、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、ソケット２のバルブ本体４２が先端側に移動することで、ソケット２のバルブ機構が閉状態となる。
さらに、ソケット２からプラグ１を引き抜いていくと、ノズルガイド３１に対してノズル１１ｂが後端側に移動し、図１２に示すように、ノズル嵌合部３１ｂの位置にノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆが位置したときに、ノズル嵌合部３１ｂがノズル１１ｂのガイド用凹部１１ｆに嵌め込まれる。これにより、再びノズル１１ｂにノズルガイド３１を固定し、ノズル１１ｂがノズルガイド３１から突出しないようにすることができる。
このようなノズルガイド３１を有するプラグ１についても、ソケット２の識別手段と、プラグ１の識別手段とが一致し、またソケット２の内径および外径がプラグ１のノズル１１ｂとノズルガイド３１の縮径部３１ｃとの隙間に一致する場合にのみ、ノズル１１ｂをノズルガイド３１から突出させることができ、ソケット２にプラグ１を接続することができる。
一方、ソケット２の識別手段とプラグ１の識別手段とが一致しない場合、あるいはソケット２の内径および外径がプラグ１のノズル１１ｂとノズルガイド３１の縮径部３１ｃとの隙間に一致しない場合、ノズル１１ｂをノズルガイド３１から突出させることができず、ソケット２にプラグ１を接続することができない。また、ノズル１１ｂに対して大きすぎるソケットに接続しようとした場合、例えばノズル１１ｂの外径側に設けられたノズルガイド３１、例えば縮径部３１ｃの先端側に形成された水平部等がソケットの挿入口の縁部に引っかかり、ソケットの内部にノズル１１ｂを挿入することができず、バルブ機構を閉状態のままとし、液体燃料の流出を抑制することができる。
次に、本発明のカップラー３が適用される燃料電池５について、内部気化型のＤＭＦＣを例に挙げて説明する。図１５は、本発明の燃料電池５の一例を示す断面図である。燃料電池５は、起電部を構成する燃料電池セル７と、燃料収容部８と、図示を省略したソケット２を有する燃料受容部９とから主として構成されている。なお、図示が省略されたソケット２を有する燃料受容部９は、例えば図１に示されるように燃料収容部８の下面側に設けられている。
燃料電池セル７は、アノード触媒層７１およびアノードガス拡散層７２からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層７３およびカソードガス拡散層７４からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層７１とカソード触媒層７３とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜７５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７１およびカソード触媒層７３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。具体的には、アノード触媒層７１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７３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７５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。
アノード触媒層７１に積層されるアノードガス拡散層７２は、アノード触媒層７１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７１の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層７３に積層されるカソードガス拡散層７４は、カソード触媒層７３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７３の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層７２にはアノード導電層７６が積層され、カソードガス拡散層７４にはカソード導電層７７が積層されている。
アノード導電層７６およびカソード導電層７７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７５とアノード導電層７６との間、および電解質膜７５とカソード導電層７７との間には、ゴム製のＯリング７８、７９が介在されており、これらによって燃料電池セル７からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
燃料収容部８の内部には、液体燃料Ｆとして例えばメタノール燃料が充填されている。また、燃料収容部８は燃料電池セル７側が開口されており、この燃料収容部８の開口部と燃料電池セル７との間に気体選択透過膜５２が設置されている。気体選択透過膜５２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５２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。
カソード導電層７７上には保湿層５３が積層されており、さらにその上には表面層５４が積層されている。表面層５４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５４に形成された空気導入口５４ａの個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層５３はカソード触媒層７３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７４に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層７３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５３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。
燃料収容部８上に積層された気体選択透過膜５２、燃料電池セル７、保湿層５３、および表面層５４は、例えばステンレス製のカバー５５が被されることによって保持されている。カバー５５には表面層５４に形成された空気導入口５４ａと対応する部分に開口５５ａが設けられている。また、燃料収容部８にはカバー５５の爪５５ｂを受けるテラス８ａが設けられており、このテラス８ａに爪５５ｂをかしめることで全体がカバー５５によって一体的に保持されている。
上述したような構成を有する燃料電池５においては、燃料収容部８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５２を透過して燃料電池セル７に供給される。燃料電池セル７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７２で拡散されてアノード触媒層７１に供給される。アノード触媒層７１に供給された気化成分は、例えば下記の（１）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）
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋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、燃料収容部８から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層７３で生成した水や電解質膜７５中の水をメタノールと反応させて上記（１）式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記（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。
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は電解質膜７５を伝導し、カソード触媒層７３に到達する。表面層５４の空気導入口５４ａから取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層５３、カソード導電層７７、カソードガス拡散層７４を拡散して、カソード触媒層７３に供給される。カソード触媒層７３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）
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …（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、燃料収容部８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。燃料収容部８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収容部８内にカートリッジ４から液体燃料を供給する。カートリッジ４からの液体燃料の供給は、前述したようにカートリッジ４側のプラグ１を燃料電池５側のソケット２に挿入することにより実施される。
以上、本発明の燃料電池用プラグ、燃料電池用カップラーについて説明したが、本発明の燃料電池用プラグ、燃料電池用カップラーは上記実施形態そのものに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、例えば燃料電池としては小型化が進められているパッシブ型ＤＭＦＣが好適であるが、少なくとも本発明の燃料電池用カップラーにおける燃料電池用ソケットを具備することができ、液体燃料が該燃料電池用ソケットを介して供給されるものであれば、その方式や機構等については何等限定されるものではない。
１…燃料電池用プラグ、２…燃料電池用ソケット、３…燃料電池用カップラー、４…カートリッジ、５…燃料電池、６…カートリッジ本体、７…燃料電池セル、８…燃料収容部、９…燃料受容部、１１…プラグ本体、１１ａ…ベース部、１１ｂ…ノズル、１１ｃ…支持筒部、１１ｄ…シール凹部、１１ｅ…燃料吐出口、１１ｆ…ガイド用凹部、１１ｇ…ガイド用溝部、１２…バルブ本体、１３…押えキャップ、１４…ノズルガイド、１５…バルブホルダ、１７…Ｏリング、１８…バルブ用弾性体、１９…ガイド用弾性体、２１…筒状本体、２１ａ…凹部、２１ｂ…溝部、２２…嵌合部材、２２ａ…ノズル嵌合部、２２ｂ…本体嵌合部、２２ｃ…縮径部、２２ｄ…平面部、２２ｅ…溝部、２２ｆ…切欠部、２３…嵌合部押圧部材、２４…識別部材、２４ａ…板状部、２４ｂ…凸部、３１…ノズルガイド、３１ａ…本体部、３１ｂ…ノズル嵌合部、３１ｃ…縮径部、３１ｄ…切欠部、３１ｅ…平面部、３１ｆ…外壁部、３１ｇ…支持筒部嵌合部、４１…ソケット本体、４１ａ…ノズル挿入口、４１ｂ…識別凸部、４２…バルブ本体、４３…先端側筒部、４４…中間筒部、４５…後端側筒部、４６…Ｏリング、４７…バルブ用弾性体、４８…弾性体ホルダ、４９…ホルダ支持部材、５１…支持部材用弾性体
Claims (9)
- 燃料電池に液体燃料を供給するためにバルブ機構を有する燃料電池用ソケットに着脱可能に接続させて用いられるバルブ機構を有する燃料電池用プラグであって、
前記燃料電池用ソケットに挿入されるノズルと、
前記ノズルの先端側外周に設けられ、前記燃料電池用プラグと適合性を有する燃料電池用ソケットに接続される場合にのみ前記ノズルを突出させるノズルガイドと
を有することを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項１記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記ノズルガイドは、前記ノズルの外周に配置される筒状本体と、前記筒状本体の内部に配置され、前記ノズルの外面に形成された凹部に取り外し可能に嵌め込まれるノズル嵌合部および前記筒状本体の内面に形成された凹部に移動可能に嵌め込まれる本体嵌合部ならびに先端側から後端側にかけて縮径する縮径部を有する嵌合部材と、前記縮径部の先端側に配置される識別部材とを有することを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項２記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記識別部材は、前記燃料電池用ソケットに設けられる識別手段の配置と一致するように配置されていることを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項２記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記嵌合部材の外径側には、前記嵌合部材を外径側から内径側に向かって押圧する嵌合部押圧部材が設けられていることを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項１記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記ノズルガイドは、前記ノズルの外周に配置される拡径可能な略環状の本体部と、前記本体部の内径側に突出するように形成され、前記ノズルの外面に形成された凹部に取り外し可能に嵌め込まれるノズル嵌合部と、前記本体部の先端側かつ前記ノズル嵌合部の外径側に先端側から後端側にかけて縮径するように形成される縮径部とを有することを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項５記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記本体部は、周方向の少なくとも１箇所に切欠部を有することを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項５記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記縮径部は、前記燃料電池用ソケットに設けられる識別手段の配置と一致するように配置されていることを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料電池用プラグにおいて、
前記ノズルガイドの後端側には、前記ノズルガイドを先端側に押圧するガイド押圧部材が配置されていることを特徴とする燃料電池用プラグ。 - 請求項１乃至８のいずれか１項記載の燃料電池用プラグと、
前記燃料電池用プラグと適合性を有する燃料電池用ソケットと
を有することを特徴とする燃料電池用カップラー。
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