JP2011082035A - Coupler for fuel cell, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池用カップラーおよびこ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と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。 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 can generate power only by supplying fuel and air, and can continuously generate power 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、また燃料収容部内の液体燃料を燃料電池内で気化させて燃料極に供給する内部気化型のパッシブ方式が知られている。このうち、パッシブ方式はDMFCの小型化に対して有利である。パッシブ方式のDMFCでは、例えば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て燃料極に供給する。 In particular, the direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol fuel with high energy density can be miniaturized and the fuel is easy to handle, so it is promising as a power source for portable devices. Has been. As a fuel supply method in the DMFC, an active method such as a gas supply type or a liquid supply type, or an internal vaporization type passive method in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized in the fuel cell and supplied to the fuel electrode is known. ing. Of these, the passive method is advantageous for downsizing the DMFC. In a passive type DMFC, for example, methanol fuel in a fuel container is vaporized through a fuel impregnated layer, a fuel vaporized layer, or the like and supplied to the fuel electrode.
燃料収容部への液体燃料の供給は、例えばサテライトタイプ(外側注入式)の燃料カートリッジを用いて行われる。燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給する場合、一般に燃料電池側に装着されるソケットと、燃料カートリッジ側に装着されるノズルとから構成される燃料電池用カップラーが用いられる。ソケットおよびノズルはそれぞれバルブ機構を有しており、接続時に互いのバルブを当接させることでバルブ機構を開き、燃料カートリッジに収容された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、ソケットからノズルを取り外した場合、互いのバルブが離れてバルブ機構が閉じられ、液体燃料の漏出を抑制することができる(例えば、特許文献1参照)。 The liquid fuel is supplied to the fuel storage unit using, for example, a satellite type (outside injection type) fuel cartridge. When liquid fuel is supplied using a fuel cartridge, a fuel cell coupler generally composed of a socket attached to the fuel cell side and a nozzle attached to the fuel cartridge side is used. Each of the socket and the nozzle has a valve mechanism. The valve mechanism is opened by bringing the valves into contact with each other at the time of connection, and the liquid fuel stored in the fuel cartridge is supplied to the fuel cell, specifically, the fuel storage portion. Can be supplied. Further, when the nozzle is removed from the socket, the valves are separated from each other and the valve mechanism is closed, so that leakage of liquid fuel can be suppressed (for example, see Patent Document 1).
このような燃料電池用カップラーのうち、例えばゲル化燃料とこれを液化する再液化剤とを内部に収容する燃料カートリッジについて、液体燃料の取出し口に、液化した液体燃料以外のものを堰き止め、液体燃料のみを効率的に取り出すためのフィルターを設けたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。また、例えばバルブ機構と圧力調整機構とを備える燃料カートリッジについて、バルブ機構と圧力調整機構との間にフィルターを設けたものが知られている(例えば、特許文献3参照)。 Among such fuel cell couplers, for example, a fuel cartridge containing gelled fuel and a reliquefying agent for liquefying the gelled fuel, dams other than the liquefied liquid fuel at the liquid fuel outlet, What provided the filter for taking out only liquid fuel efficiently is known (for example, refer to patent documents 2). For example, a fuel cartridge including a valve mechanism and a pressure adjustment mechanism is known in which a filter is provided between the valve mechanism and the pressure adjustment mechanism (see, for example, Patent Document 3).
上記したように、燃料電池への液体燃料の供給には、バルブ機構を有するソケットとノズルとからなる燃料電池用カップラーが用いられる。このようなバルブ機構は、通常、バルブ孔とこれを閉塞させるバルブとから主として構成される開閉部を有している。 As described above, a fuel cell coupler including a socket having a valve mechanism and a nozzle is used to supply liquid fuel to the fuel cell. Such a valve mechanism usually has an opening / closing part mainly composed of a valve hole and a valve for closing the valve hole.
しかしながら、このようなバルブ機構については、外部の粉塵等の異物が開閉部の隙間に侵入して挟まり、密閉性が低下するおそれがある。これにより、一旦燃料電池に供給された液体燃料が逆流するようにして漏出し、また燃料カートリッジに収容された液体燃料が漏出するおそれがある。なお、ノズルについては基本的に液体燃料を吐出するものであるが、液体燃料の吐出により燃料カートリッジの内圧が低下し、これにより外部の異物が吸い込まれるようにして開閉部の隙間に挟まるおそれがある。 However, in such a valve mechanism, foreign matter such as external dust may enter and get into the gap between the opening and closing parts, which may reduce the sealing performance. As a result, the liquid fuel once supplied to the fuel cell leaks as it flows backward, and the liquid fuel stored in the fuel cartridge may leak. Although the nozzle basically discharges liquid fuel, the internal pressure of the fuel cartridge decreases due to the discharge of the liquid fuel, which may cause external foreign matter to be sucked into the gap of the opening / closing part. is there.
燃料電池の小型化に伴ってバルブ機構も小型化されており、非常に小さな異物であっても開閉部の密閉性に影響を及ぼす可能性が高くなっている。一般に、燃料電池への液体燃料の供給は手動で行われ、顔に近いところで作業されることもあることから、バルブ機構の密閉不良による液体燃料の漏出は極力抑制されることが好ましい。 With the miniaturization of the fuel cell, the valve mechanism is also miniaturized, and even a very small foreign object has a high possibility of affecting the sealing performance of the opening / closing part. In general, the supply of liquid fuel to the fuel cell is performed manually and may be performed close to the face. Therefore, it is preferable that leakage of liquid fuel due to poor sealing of the valve mechanism be suppressed as much as possible.
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであって、液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等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。また、本発明は、このような燃料電池用カップラーを用いた信頼性、安全性等に優れる燃料電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell coupler that is excellent in reliability, safety, and the like, in which leakage of liquid fuel is suppressed. Another object of the present invention is to provide a fuel cell excellent in reliability, safety and the like using such a fuel cell coupler.
本発明の燃料電池用カップラーは、燃料電池に設けられるバルブ機構を有するソケットと、燃料カートリッジに設けられるバルブ機構を有するノズルとからなり、前記ソケットと前記ノズルとを互いの先端側で接続することにより互いのバルブ機構を開いて液体燃料の供給を行うものであって、前記ソケットおよび前記ノズルの少なくとも一方には、前記バルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、前記開閉部への異物の侵入を抑制するフィルターが設けられていることを特徴とする。 A coupler for a fuel cell according to the present invention includes a socket having a valve mechanism provided in a fuel cell and a nozzle having a valve mechanism provided in a fuel cartridge, and connects the socket and the nozzle on the tip side of each other. The valve mechanism is opened to supply liquid fuel, and at least one of the socket and the nozzle is connected to the liquid fuel flow path on the tip side of the opening / closing part of the valve mechanism. A filter that suppresses entry of foreign matter into the opening / closing part is provided.
前記ソケットは、例えば内側が縮径されることにより形成されるバルブシートを有し、前記バルブシートの先端側がノズル挿入口とされる略筒状のソケット本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記ノズル挿入口に突出する先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブと、前記ノズル挿入口に突出する前記先端側バルブステムを囲む略筒状のバルブ包囲体とを有し、前記バルブ包囲体の先端部または内部に前記フィルターが配置されるものである。 The socket includes, for example, a valve seat formed by reducing the diameter of the inside, and a substantially cylindrical socket body in which a tip side of the valve seat serves as a nozzle insertion port, and the valve seat through the valve hole of the valve seat. A substantially rod-shaped valve having a front end side valve stem protruding to the nozzle insertion port and a valve head for closing the valve hole from the rear end side, and a substantially cylindrical valve surrounding the front end side valve stem protruding to the nozzle insertion port An enclosure, and the filter is disposed at the tip or inside of the valve enclosure.
前記フィルターは、例えば前記ノズル本体の先端部を塞ぐように前記ノズル本体に固定されていてもよいし、また例えば前記バルブ包囲体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていてもよい。 The filter may be fixed to the nozzle body so as to close the tip of the nozzle body, for example, and is fixed to the inside of the valve enclosure, for example, and the cross-sectional shape of the tip side valve stem is A stem insertion hole having substantially the same shape may be provided, and the distal end side valve stem may be slidably inserted into the stem insertion hole.
また、前記フィルターは、例えば前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていてもよい。さらに、前記先端側バルブステムが前記フィルターからなるものであっても構わない。 The filter may be fixed to the distal valve stem so as to cover, for example, the distal end portion or the whole of the distal valve stem. Furthermore, the tip valve stem may be the filter.
前記ノズルは、例えば先端側が縮径されて前記ソケットに挿入されるソケット挿入部が形成されると共に、内部にバルブシートが形成された略筒状のノズル本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記バルブシートよりも先端側の前記ノズル本体に挿入される先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブとを有し、前記ノズル本体の先端部または前記バルブシートよりも先端側の内部に前記フィルターが配置されるものである。 The nozzle is formed, for example, through a substantially cylindrical nozzle body in which a distal end side is reduced in diameter to be inserted into the socket and a valve seat is formed therein, and through a valve hole of the valve seat. A front-end side valve stem inserted into the nozzle body on the front end side relative to the valve seat, and a substantially rod-like valve having a valve head for closing the valve hole from the rear end side, The filter is disposed inside the front end side of the valve seat.
前記フィルターは、例えば前記ノズル本体の先端部を塞ぐように前記ノズル本体に固定されていてもよいし、また例えば前記バルブシートよりも先端側となる前記ノズル本体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていてもよい。 The filter may be fixed to the nozzle body so as to close the tip of the nozzle body, for example, and is fixed to the inside of the nozzle body that is on the tip side of the valve seat, for example, A stem insertion hole having substantially the same shape as the cross-sectional shape of the distal end side valve stem may be provided, and the distal end side valve stem may be slidably inserted into the stem insertion hole.
また、前記フィルターは、例えば前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていてもよい。さらに、前記先端側バルブステムが前記フィルターからなるものであっても構わない。 The filter may be fixed to the distal valve stem so as to cover, for example, the distal end portion or the whole of the distal valve stem. Furthermore, the tip valve stem may be the filter.
本発明の燃料電池は、上記した燃料電池用カップラーにおけるフィルターを有するソケットと、前記ソケットを通して供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、前記液体燃料を用いて発電動作を行う起電部とを有することを特徴とする。 A fuel cell according to the present invention includes a socket having a filter in the above-described fuel cell coupler, a fuel storage unit that stores liquid fuel supplied through the socket, and a power generation unit that performs a power generation operation using the liquid fuel. It is characterized by having.
本発明によれば、異物が挟み込まれることによりバルブ機構の開閉部の密閉性が低下することを抑制し、これにより液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れる燃料電池用カップラーとすることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the sealing performance of the opening / closing portion of the valve mechanism due to foreign matter being caught, thereby suppressing leakage of liquid fuel, and a fuel cell coupler having excellent reliability, safety, and the like. It can be.
また、本発明によれば、燃料電池に設けられるソケットとして、上記した燃料電池用カップラーにおけるフィルターを有するソケットを用いることで、信頼性、安全性等に優れる燃料電池とすることができる。 In addition, according to the present invention, by using a socket having a filter in the above-described fuel cell coupler as a socket provided in the fuel cell, a fuel cell excellent in reliability, safety, and the like can be obtained.
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カップラー1(以下、単にカップラーと呼ぶ)と、これを用いた燃料電池2および燃料カートリッジ3(以下、単にカートリッジと呼ぶ)を示したものである。
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
カップラー1は、カートリッジ3から燃料電池2へと液体燃料を供給するために用いられる接続機構であって、燃料電池2に装着されるソケット4とカートリッジ3に装着されるノズル5とから構成されている。
The
ソケット4、ノズル5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のときには、それぞれのバルブ機構が閉じることにより外部への液体燃料の漏出が抑制されている。一方、接続状態となったときには、それぞれのバルブ機構が開くことにより液体燃料を供給することができるようになっている。
Each of the
本発明は、ソケット4およびノズル5の少なくとも一方におけるバルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、該開閉部への異物の侵入を抑制するためのフィルターを設けたことを特徴としている。このようなフィルターを設けることで、異物が挟み込まれることにより開閉部の密閉性が低下することを抑制し、これにより液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れたものとすることができる。
In the present invention, a filter for suppressing entry of foreign matter into the opening / closing portion is provided in the flow path of the liquid fuel on the tip side of the opening / closing portion of the valve mechanism in at least one of the
燃料電池2は、起電部となる燃料電池セル6と、これに液体燃料を供給する燃料供給機構7とから主として構成され、この燃料供給機構7に液体燃料を収容する燃料収容部71が設けられている。カップラー1のソケット4は、例えばこのような燃料収容部71に設けられている。
The
カートリッジ3は、液体燃料を収容する容器であるカートリッジ本体8を有し、この先端にカップラー1のノズル5が設けられている。このようなカートリッジ3は、燃料電池2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)のカートリッジである。
The
カートリッジ本体8には、燃料電池2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8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2に応じた液体燃料が収容される。
The
次に、カップラー1について具体的に説明する。
図2は、ソケット4とノズル5との分離状態の一例を示す断面図である。また、図3は、図2に示すソケット4を拡大して示したものである。なお、以下では、それぞれの接続に利用される端部側を先端側とし、その反対側を後端側として説明する。
Next, the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a separated state of the
ソケット4は、メス側カップラーとも呼ばれるものであり、図3に詳細に示すように、先端側がノズル5の挿入されるノズル挿入口411とされ、後端側がバルブ室412とされた略筒状のソケット本体41を有している。ここで、バルブ室412の先端側の内面の一部がバルブシート413とされ、その軸心部分にバルブ孔413aが設けられている。
The
ソケット本体41は、主としてノズル5が挿入される第1筒部414の後端側に第2筒部415が嵌め込まれることにより外壁が形成されている。そして、第2筒部415の後端側から第3筒部416、第4筒部417が挿入されることによりバルブ室412が形成されている。第3筒部416と第4筒部417との間には、例えばバルブ室412の密閉性を高めるためのOリング418が配置されている。
As for the socket
第3筒部416は、先端側に向かって段々と縮径されており、最も先端側の筒孔部分がバルブ42の先端側バルブステム422をガイドするガイド孔416aとされている。また、第3筒部416の縮径する内部の一段面がバルブシート413とされている。第4筒部417には、軸心部分にバルブ42の後端側バルブステム423をガイドするガイド孔417aが設けられ、その周囲に燃料電池2の燃料収容部71へと繋がる液体燃料の流路となる複数の流路口417bが設けられている。
The diameter of the third
このようなソケット本体41には、バルブヘッド421の両側に先端側バルブステム422、後端側バルブステム423が形成された略棒状のバルブ42が収容されている。バルブヘッド421は、Oリング43を介してバルブ孔413aを閉塞させるようにバルブ室412に配置されている。そして、先端側バルブステム422は、バルブ孔413aやガイド孔416aを通してノズル挿入口411に突出するように延設されている。また、後端側バルブステム423は、ガイド孔417aに挿入されるように延設されている。
In such a
先端側バルブステム422、後端側バルブステム423はそれぞれガイド孔416a、ガイド孔417aに摺動可能に挿入されており、これによりバルブ42が軸方向に移動可能となっている。また、先端側バルブステム422、後端側バルブステム423のそれぞれの側面部には軸方向に沿って液体燃料の流路となる複数の溝部が形成されており、これによりガイド孔416a、ガイド孔417aの内部に液体燃料を通過させることができるようになっている。このような先端側バルブステム422、後端側バルブステム423の断面形状は例えば略十字状とされているが、必ずしもこのような形状に限定されるものではない。
The front end
バルブヘッド421の後端側には圧縮スプリング等の弾性体44が配置され、これによりバルブシート413にOリング43およびバルブヘッド421が押圧されることで、バルブ孔413aが閉塞されるものとなっている。ここで、バルブシート413と、Oリング43およびバルブヘッド421との間がバルブ機構の開閉部45となっている。
An
ノズル挿入口411には、このノズル挿入口411に突出する先端側バルブステム422の周囲を囲むようにして略筒状のバルブ包囲体46が設けられている。バルブ包囲体46は、例えばゴム等からなる蛇腹形状のものであり、材料特性(ゴム弾性)と蛇腹形状とにより軸方向に弾性が付与されている。これにより、ノズル5の接続から分離まで、その先端部に合わせて弾性変形することで、先端側バルブステム422の周囲に液体燃料の流路を形成することができる。
The
バルブ包囲体46の後端部には外側に向かって突出するように環状縁部が形成されており、この部分が軸方向から第2筒部415と第3筒部416とによって挟み込まれることでバルブ包囲体46がノズル挿入口411に固定されている。
An annular edge portion is formed at the rear end portion of the
バルブ包囲体46の外側には、ノズル5の接続時、その先端部を軸心へと誘導するための後端側に向かって縮径する略筒状のガイド部材47が設けられている。さらに、ガイド部材47の先端側には、ノズル5の接続時、その接続状態を保持するための保持部材48が設けられている。
Provided outside the
保持部材48は、第1筒部414の外側に板状弾性体が配置され、その内側に第1筒部414の内側に突出するように嵌合部が設けられている。嵌合部は、ノズル5の周溝514bに嵌め合わせることにより接続状態を保持するために設けられている。また、板状弾性体は、保持部材48を第1筒部414の外側に保持すると共に、嵌合部に押圧力を付与するために設けられている。
The holding
異物の侵入を抑制するためのフィルターFは、例えばバルブ包囲体46の先端部を塞ぐようにバルブ包囲体46に固定されている。すなわち、フィルターFはバルブ包囲体46の先端部の筒孔と略同様な大きさの一様な円板状であって、外周部がバルブ包囲体46の内面に溶着あるいは接着されることにより固定されている。
The filter F for suppressing the intrusion of foreign matter is fixed to the
このような部分に設けられるフィルターFとしては、弾性変形が可能なものであることが好ましい。すなわち、ノズル5の接続時、一般にバルブ包囲体46から先端側バルブステム422が突出するようにしてノズル5の先端側バルブステムと当接する。従って、このような部分に設けられるフィルターFとしては、バルブ包囲体46から先端側バルブステム422が突出できるように弾性変形が可能なものであることが好ましい。
The filter F provided in such a part is preferably one that can be elastically deformed. That is, when the
このようにバルブ機構の開閉部45よりも先端側となる液体燃料の流路にフィルターFを配置することで、異物が挟み込まれることにより開閉部45の密閉性が低下することを抑制することができる。これにより、一旦燃料電池2内に供給された液体燃料が逆流するようにして漏出することを抑制し、信頼性や安全性等に優れるものとすることができる。
In this way, by disposing the filter F in the liquid fuel flow path on the tip side of the opening / closing
一方、このようなソケット4に接続するノズル5は、オス側カップラーまたはプラグとも呼ばれるものであり、図2に示すように先端側にソケット4に挿入されるソケット挿入部511が設けられると共に、後端側にバルブ室512が設けられたノズル本体51を有している。ここで、バルブ室512の先端側の内面の一部がバルブシート513とされ、その軸心部分にバルブ孔513aが設けられている。
On the other hand, the
ノズル本体51は、先端側に向かって段々と縮径し、その先端部付近がソケット挿入部511とされる略筒状の本体筒部514を有している。本体筒部514の先端部には、その筒孔が拡径されることにより、接続時にソケット4のバルブ包囲体46が嵌め込まれることとなる嵌込口514aが形成されている。この嵌込口514aは、バルブ包囲体46が嵌め込まれる他、バルブ包囲体46が取り外されたときに液体燃料を一時的に収容し、操作者が液体燃料に触れないようにする機能も有している。また、本体筒部514のソケット挿入部511となる部分には、接続状態を保持するためにソケット4の保持部材48が嵌め合わされる周方向に延びる周溝514bが設けられている。
The nozzle
本体筒部514の後端側にはバルブホルダ515が挿入されることによりバルブ室512が形成されている。バルブホルダ515の側面部には外側に突出する環状縁部が形成されており、これが本体筒部514の内面とカートリッジ本体8の先端面とでOリング52を介して押圧されることでバルブホルダ515が固定されている。また、バルブホルダ515の後端部にはカートリッジ本体8からの液体燃料の流路となる流路口515aが設けられている。
A
本体筒部514の外側には、これを覆うようにしてカートリッジ本体8に固定するノズルカバー516が設けられている。ノズル本体51は、これら本体筒部514、バルブホルダ515、およびノズルカバー516から構成されている。
A
このようなノズル本体51には、バルブヘッド531の両側に先端側バルブステム532、後端側バルブステム533が形成された略棒状のバルブ53が収容されている。バルブヘッド531は、Oリング54を介してバルブ孔513aを閉塞させるようにバルブ室512に配置されている。先端側バルブステム532は、バルブ孔513aを通してこれよりも先端側のノズル本体51(本体筒部514)に挿入されている。また、後端側バルブステム533は、バルブホルダ515の内部に挿入されている。
Such a
先端側バルブステム532、後端側バルブステム533はそれぞれ本体筒部514、バルブホルダ515に摺動可能に挿入されており、これによりバルブ53が軸方向に移動可能となっている。また、先端側バルブステム532、後端側バルブステム533のそれぞれの側面部には軸方向に沿って液体燃料の流路となる複数の溝部が形成されており、これにより本体筒部514、バルブホルダ515の内部に液体燃料を通過させることができるものとなっている。このような先端側バルブステム532、後端側バルブステム533の断面形状は、例えば略十字状とされているが、必ずしもこのような形状に限定されるものではない。
The front end
バルブヘッド531の後端側には圧縮スプリング等の弾性体55が配置され、これによりバルブシート513にOリング54およびバルブヘッド531が押圧されることで、バルブ孔513aが閉塞されるものとなっている。ここで、バルブシート513と、Oリング54およびバルブヘッド531との間がバルブ機構の開閉部56となっている。
An
図4は、上記したソケット4とノズル5との接続状態の様子を示したものである。ソケット4にノズル5を接続すると、ノズル5の周溝514bにソケット4の保持部材48が嵌め合わされて接続状態が保持される。また、ソケット4のバルブ42(先端側バルブステム422)とノズル5のバルブ53(先端側バルブステム532)とが当接して互いに後端側に移動することで、互いのバルブ機構の開閉部45、開閉部56が開かれる。
FIG. 4 shows the connection state between the
これにより、ノズル5から液体燃料が吐出され、この液体燃料はノズル5の嵌込口514aに嵌め込まれたソケット4のバルブ包囲体46の内部を通してバルブ室412へと導入される。この際、バルブ包囲体46の先端部を塞ぐようにフィルターFが設けられていることで、ソケット4の開閉部45への異物の侵入を抑制することができ、ノズル5を取り外した際の密閉性の低下を抑制し、液体燃料の漏出を抑制することができる。
As a result, liquid fuel is discharged from the
なお、上記したように、接続時にはソケット4のバルブ包囲体46からバルブ42(先端側バルブステム422)が突出してノズル5のバルブ53(先端側バルブステム532)と当接することから、このような部分に設けられるフィルターFとしては、バルブ包囲体46からバルブ42が突出できるような弾性変形が可能なものであることが好ましい。
As described above, since the valve 42 (front end side valve stem 422) protrudes from the
次に、カップラー1の変形例について説明する。
図5は、ソケット4の変形例を示したものであり、バルブ包囲体46の内部にフィルターFを固定したものである。このようなバルブ包囲体46の内部に固定するフィルターFとしては、例えば図6に示すような先端側バルブステム422が挿入される略十字状のステム挿入孔Faを有する略円筒状のものが挙げられる。ここで、図6に示すステム挿入孔Faについては、先端側バルブステム422の断面形状に合わせて略十字状としている。
Next, a modified example of the
FIG. 5 shows a modification of the
このようなフィルターFは、例えば図5に示すように外周部をバルブ包囲体46の内部に形成される蛇腹形状による環状凹部に溶着あるいは接着することにより、または係合させることにより固定される。この際、ステム挿入孔Faには先端側バルブステム422が摺動可能に密接するようにして挿入される。これにより、バルブ42の移動やバルブ包囲体46の伸縮を妨げずに、先端側バルブステム422とバルブ包囲体46との隙間を埋めて開閉部45への異物の侵入を抑制することができる。
Such a filter F is fixed, for example, as shown in FIG. 5 by welding or adhering the outer peripheral portion to an annular recess having a bellows shape formed inside the
また、フィルターFは、バルブ包囲体46に固定する代わりに、バルブ42(先端側バルブステム422)に固定してもよい。このようなフィルターFとしては、例えば図7に示すような先端側バルブステム422の先端部のみを覆うものや、図8に示すような先端側バルブステム422の全体を覆うものが挙げられる。
Further, the filter F may be fixed to the valve 42 (front end side valve stem 422) instead of being fixed to the
これらのフィルターFとしては、基本的に図6に示したようなステム挿入孔Faを有する略円筒状のフィルターFと同様のものを用いることができる。そして、このようなフィルターFは、先端側バルブステム422の先端部あるいは全体に被せるようにして溶着あるいは接着することにより固定することができる。このようなものについても、バルブ包囲体46の内部の液体燃料の流路を実質的にフィルターFで塞ぐことができ、開閉部45への異物の侵入を抑制することができる。
As these filters F, the thing similar to the substantially cylindrical filter F which has the stem insertion hole Fa as shown in FIG. 6 fundamentally can be used. Such a filter F can be fixed by welding or bonding so as to cover the front end portion or the whole of the front end
また、先端側バルブステム422に追加的にフィルターFを固定する代わりに、例えば図9に示すようにバルブ42の先端側バルブステム422自体をフィルターFとしてもよい。先端側バルブステム422自体をフィルターFとする場合、バルブヘッド421にフィルターFからなる先端側バルブステム422溶着あるいは接着することにより固定してもよいし、バルブヘッド421に孔部を設けて、ここにフィルターFからなる先端側バルブステム422を嵌め込むようにして固定してもよい。
Further, instead of additionally fixing the filter F to the tip
以上説明したフィルターFとしては、例えばLDPE(低密度ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)等のオレフィン系樹脂の焼結体や多孔体、PET(ポリエチレンテレフタレート)等のポリエステル系樹脂の多孔体、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素系樹脂の多孔体や膜、ポリウレタン等のウレタン系樹脂の多孔体や発泡体等を用いることができる。これらは、フィルターFの形状や固定される位置等に応じて要求される弾力性や強度等に合わせて、適宜選択して用いることができる。フィルターFの固定される位置等によっても異なるものの、これらの中でも液体燃料に対する耐性等の観点から、上記した樹脂材料からなる高分子粒子を成形、焼成してなる焼結体が好適に用いられる。 Examples of the filter F described above include sintered bodies and porous bodies of olefin resins such as LDPE (low density polyethylene), HDPE (high density polyethylene), and PP (polypropylene), and polyester resins such as PET (polyethylene terephthalate). A porous body of a fluororesin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), a membrane, a porous body of a urethane resin such as polyurethane, a foam, or the like can be used. These can be appropriately selected and used in accordance with the elasticity and strength required according to the shape of the filter F, the position to be fixed, and the like. Among them, a sintered body obtained by molding and firing the polymer particles made of the above resin material is preferably used from the viewpoint of resistance to liquid fuel and the like, although it varies depending on the position where the filter F is fixed.
また、フィルターFとしては、その目開きが細かいほど異物を遮断することができるが、細かすぎると液体燃料を供給する際の圧力抵抗となることから、その目開きは10μm以上100μm以下であるものが好ましい。 As the filter F, the finer the opening, the more foreign substances can be blocked. However, if the opening is too fine, it will cause pressure resistance when supplying liquid fuel, so the opening is 10 μm or more and 100 μm or less. Is preferred.
一方、ノズル5についても基本的にソケット4と略同様にしてフィルターFを配置することができる。例えば、図10に示すようにノズル本体51の先端部、具体的には筒孔を塞ぐように嵌込口514aに固定してもよい。このように、ノズル5についても開閉部56よりも先端側となる液体燃料の流路にフィルターFを配置することで、異物が挟み込まれることにより開閉部56の密閉性が低下することを抑制することができる。これにより、ソケット4から取り外した場合においても液体燃料が漏出することを抑制し、信頼性や安全性等に優れるものとすることができる。
On the other hand, the filter F can be disposed in the
このような部分に設けられるフィルターFについても、弾性変形が可能なものであることが好ましい。すなわち、ソケット4との接続時、一般にソケット4のバルブ42(先端側バルブステム422)が若干挿入されるようにしてバルブ53(先端側バルブステム532)と当接する。従って、このような部分に設けられるフィルターFについても、ソケット4のバルブ42が挿入できるように弾性変形が可能なものであることが好ましい。
The filter F provided in such a portion is also preferably capable of elastic deformation. That is, at the time of connection with the
また、ノズル5のフィルターFについても、例えば図11に示すようにノズル本体51(本体筒部514)の内部、厳密にはバルブシート513よりも先端側のノズル本体51の内部に固定することができる。このようなノズル本体51の内部に固定するフィルターFとしては、基本的に図6に示すようなフィルターFと同様なものであって、先端側バルブステム532が挿入される略十字状のステム挿入孔Faを有するものを用いることができる。
Further, the filter F of the
このようなフィルターFは、例えば図11に示すように外周部をノズル本体51(本体筒部514)の筒孔を拡径して形成したフィルター固定部514cに係合させることにより固定することができる。この際、ステム挿入孔Faには先端側バルブステム532が摺動可能に密接するようにして挿入される。これにより、バルブ53の移動を妨げずに、先端側バルブステム532とノズル本体51との隙間を埋めて開閉部56への異物の侵入を抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 11, such a filter F can be fixed by engaging an outer peripheral portion with a
さらに、ノズル5のフィルターFについても、ノズル本体51に固定する代わりに、バルブ53(先端側バルブステム532)に固定することができる。すなわち、基本的に図7、8に示されるようなバルブ42にフィルターFを設ける場合と同様にして、バルブ53にもフィルターFを設けることができる。また、基本的に図9に示されるような先端側バルブステム422自体をフィルターFとする場合と同様にして、先端側バルブステム532自体をフィルターFとしてもよい。
Further, the filter F of the
また、ノズル5のフィルターFの材質についても、基本的にソケット4のフィルターFと同様なものとすることができ、フィルターFの形状や固定される位置等に応じて要求される弾力性や強度等に合わせて、適宜選択して用いることができる。また、その目開きについても、基本的にソケット4のフィルターFと同様なものとすることができる。
Further, the material of the filter F of the
以上、ソケット4、ノズル5にフィルターFを設ける方法について説明したが、フィルターFはソケット4およびノズル5の一方だけでなく、双方に設けても構わない。また、フィルターFの形状等についても必ずしも限定されるものではなく、バルブ包囲体46やノズル本体51の筒孔全体を閉塞させることにより、あるいはこれらの内面とバルブ42やバルブ53の外面との隙間を埋めることにより、それらの開閉部45、56への異物の侵入を抑制することができるものであれば適宜変更することができる。
The method for providing the filter F in the
次に、本発明の燃料電池2について説明する。
図12は、本発明の燃料電池2の一例を示す断面図である。燃料電池セル6は、アノード触媒層61およびアノードガス拡散層62からなるアノード(燃料極)と、カソード触媒層63およびカソードガス拡散層64からなるカソード(酸化剤極/空気極)と、アノード触媒層61とカソード触媒層63とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜65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61およびカソード触媒層63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。
Next, the
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the
具体的には、アノード触媒層61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63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65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
アノード触媒層61に積層されるアノードガス拡散層62は、アノード触媒層61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61の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層63に積層されるカソードガス拡散層64は、カソード触媒層63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63の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層62にはアノード導電層66が積層され、カソードガス拡散層64にはカソード導電層67が積層されている。
The anode
アノード導電層66およびカソード導電層67は、例えば金、ニッケル等の導電性金属材料からなる多孔質層(例えばメッシュ)または箔体、薄膜あるいはステンレス鋼(SUS)などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等で構成されている。なお、電解質膜65とアノード導電層66との間、および電解質膜65とカソード導電層67との間には、ゴム製のOリング68、69が介在されており、これらによって燃料電池セル6からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
The anode
燃料供給機構7は主として燃料収容部71から構成されており、この燃料収容部71の内部に液体燃料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71は燃料電池セル6側が開口されており、この燃料収容部71の開口部と燃料電池セル6との間に気体選択透過膜72が設置されている。気体選択透過膜72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72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 supply mechanism 7 is mainly composed of a
カソード導電層67上には保湿層81が積層されており、さらにその上には表面層82が積層されている。表面層82は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は空気導入口82aの個数やサイズ等を変更することで行うことができる。保湿層81はカソード触媒層63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64に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層63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81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
そして、燃料収容部71上に気体選択透過膜72、燃料電池セル6、保湿層81、表面層82が順に積層されたものは、その上から例えばステンレス製のカバー83が被せられて全体が保持されている。カバー83には表面層82に形成された空気導入口82aと対応する部分に開口83aが設けられている。また、燃料収容部71にはカバー83の爪83bを受けるテラス71aが設けられており、このテラス71aに爪83bをかしめることで全体がカバー83で一体的に保持されている。
The gas selective
上記した構成を有する燃料電池2においては、燃料収容部71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72を透過して燃料電池セル6に供給される。燃料電池セル6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62で拡散されてアノード触媒層61に供給される。アノード触媒層61に供給された気化成分は、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)
In the
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、燃料収容部71から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層63で生成した水や電解質膜65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。
In addition, when pure methanol is used as the liquid fuel F, water vapor is not supplied from the
内部改質反応で生成されたプロトン(H+)は電解質膜65を伝導し、カソード触媒層63に到達する。表面層82の空気導入口82aから取り入れられた空気(酸化剤)は、保湿層81、カソード導電層67、カソードガス拡散層64を拡散して、カソード触媒層63に供給される。カソード触媒層63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
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)
発電反応が進行するにしたがって、燃料収容部71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)が消費される。燃料収容部71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カートリッジ3から液体燃料を供給する。
As the power generation reaction proceeds, the liquid fuel F (for example, aqueous methanol solution or pure methanol) in the
以上、本発明の燃料電池用カップラーおよび燃料電池について説明したが、本発明の燃料電池用カップラーおよび燃料電池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。 Although the fuel cell coupler and the fuel cell of the present invention have been described above, the fuel cell coupler and the fuel cell of the present invention are not limited to the above-described embodiment itself, and are within the scope not departing from the gist of the present invention. The component can be modified and embodied. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
さらに、燃料電池としては、例えば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フィルターを有するソケットを具備し、該ソケットを介して液体燃料が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。 Further, as the fuel cell, for example, a passive DMFC which is being reduced in size is preferable, but at least a socket having a filter in the coupler for a fuel cell of the present invention is provided, and liquid fuel is supplied through the socket. As long as it can be used, the system, mechanism, and the like are not limited at all.
例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体(MEA)の下部に燃料収容部71を有する構造で説明したが、燃料収容部から膜電極接合体への燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。
For example, in the above description, the structure of the fuel cell has been described with the structure having the
セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。 In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage part. The semi-passive type fuel cell is different from the conventional active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. Moreover, a pump is used to supply fuel, which is different from a pure passive system such as a conventional internal vaporization type. For this reason, it is called a semi-passive method as described above.
なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。 In this semi-passive type fuel cell, a fuel cutoff valve may be arranged in place of the pump as long as fuel is supplied from the fuel storage portion to the membrane electrode assembly. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.
1…燃料電池用カップラー、2…燃料電池、3…燃料カートリッジ、4…ソケット、5…ノズル、6…燃料電池セル(起電部)、41…ソケット本体、42…バルブ、45…開閉部、45…バルブ包囲体、53…バルブ、56…開閉部、71…燃料収容部、411…ノズル挿入口、413…バルブシート、413a…バルブ孔、421…バルブヘッド、422…先端側バルブステム、511…ソケット挿入部、513…バルブシート、513a…バルブ孔、531…バルブヘッド、532…先端側バルブステム、F…フィルター、Fa…ステム挿入孔
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ソケットおよび前記ノズルの少なくとも一方には、前記バルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、前記開閉部への異物の侵入を抑制するフィルターが設けられていることを特徴とする燃料電池用カップラー。 A socket having a valve mechanism provided in a fuel cell and a nozzle having a valve mechanism provided in a fuel cartridge, and connecting the socket and the nozzle on the tip side of each other opens the valve mechanism to form a liquid. A fuel cell coupler for supplying fuel,
At least one of the socket and the nozzle is provided with a filter that suppresses intrusion of foreign matter into the opening / closing portion in a liquid fuel flow path that is on the tip side of the opening / closing portion of the valve mechanism. A fuel cell coupler.
前記バルブ包囲体の先端部または内部に前記フィルターが配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用カップラー。 The socket has a valve seat formed by reducing the inner diameter, and the nozzle seat passes through a valve hole of the valve seat, and a substantially cylindrical socket body in which a tip end side of the valve seat serves as a nozzle insertion port. A substantially rod-shaped valve having a front-end side valve stem protruding from the insertion port and a valve head for closing the valve hole from the rear end side, and a substantially cylindrical valve enclosure surrounding the front-end side valve stem protruding from the nozzle insertion port Having a body,
The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the filter is disposed at a front end portion or inside the valve enclosure.
前記ノズル本体の先端部または前記バルブシートよりも先端側の内部に前記フィルターが配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用カップラー。 The nozzle includes a substantially cylindrical nozzle main body having a socket insertion portion that is reduced in diameter at the tip end and inserted into the socket, and in which a valve seat is formed, and a valve hole of the valve seat. A front-end side valve stem inserted into the nozzle body on the front end side of the seat, and a substantially rod-shaped valve having a valve head for closing the valve hole from the rear end side,
2. The fuel cell coupler according to claim 1, wherein the filter is disposed inside a tip portion of the nozzle body or a tip side of the valve seat.
前記ソケットを通して供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、
前記液体燃料を用いて発電動作を行う起電部と
を有することを特徴とする燃料電池。 A socket having a filter in the fuel cell coupler according to any one of claims 1 to 6;
A fuel storage section for storing liquid fuel supplied through the socket;
A fuel cell comprising: an electromotive unit that performs a power generation operation using the liquid fuel.
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