JP4001908B2 - 液体燃料電池用燃料カートリッジ及び液体燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は少なくとも燃料貯蔵容器と燃料供給口とを有する燃料電池用燃料カートリッジに関する。また、本発明は、この燃料カートリッジを備えた、又はこれに適応した燃料電池に関する。

現在、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器の電源として主にリチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、リチウムイオン二次電池の更なる高容量化は限界に達してきており、更なる高容量化を実現できるエネルギーデバイスとして小型燃料電池が注目されている。

小型燃料電池としては色々なタイプのシステムが考案されているが、中でも最も実用的と考えられるのが直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）である。これは、燃料としてのメタノールを電極に直接供給し、メタノールと酸素とから水と二酸化炭素を生成する際に電気を得ることが出来る燃料電池である。燃料としてのメタノールを直接供給することから、燃料改質器やその他の補器を大幅に省略できるため、非常に高いエネルギー密度が期待されている。

しかし、モバイル機器では落下等により機器本体あるいは燃料貯蔵容器が破損する場合が考えられる。特に燃料貯蔵容器を落下させた場合、燃料供給口の破損により燃料が外部へ漏れ出す可能性がある。

さらに使用者が、悪戯あるいは故意により燃料供給口から内容物である燃料を取り出し、これを誤飲したり、その蒸気を大量に吸入したりする等の事故が起こる可能性がある。特に燃料が人体に対して有害である場合や可燃性がある場合には、燃料貯蔵容器に前記のような事態を予防するための何らかの工夫が必要である。

従来の燃料電池用燃料カートリッジの構成例を図１２に示す。この燃料カートリッジ１は、燃料を貯蔵する為の燃料貯蔵容器２、燃料を機器に供給する為の燃料供給口４、燃料供給を行うときのみ燃料供給を可能にするように燃料供給口４に設けられた燃料供給弁（逆止弁）３が備えられている（例えば特許文献１参照）。

また、燃料貯蔵容器、燃料を供給する燃料供給口、燃料供給を可能にする燃料供給弁、及び燃料が供給されていないとき燃料貯蔵容器の内圧を外部の圧力よりも低くする背圧レギュレーターを備えた燃料電池用燃料カートリッジが提案されている（特許文献２参照）。背圧レギュレーターは、燃料貯蔵容器内の圧力を燃料カートリッジ外の圧力よりも常に低くすることにより、燃料貯蔵容器内で液体燃料が気化することにより内圧が上昇し燃料が漏洩するのを防止する。

燃料カートリッジ内の燃料を燃料電池に供給する方法としては、燃料電池に設けられた中空針を、燃料カートリッジの燃料供給口に設けられた隔壁に貫通させることにより行う方法が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
特開２００２−２７０２１０号公報 特開２００３−２１７６１８号公報 米国特許出願公開第２００３／０２０７１５８Ａ１号明細書 米国特許第６４６０７３３Ｂ２号明細書

しかし、上記の従来の燃料カートリッジにおいては、機器に接続されていない状態あるいは機器に接続される途中の状態で、燃料供給口に衝撃が加わったり、故意あるいは不注意によって燃料供給口に人手が直接触れたりすると、燃料供給口が破損したり燃料供給口が開いたりして貯蔵された燃料が漏洩する可能性がある。

本発明は、燃料電池に装着されていない状態において、燃料カートリッジを落としたり、燃料供給口に衝撃が加えられたりすることにより、また、使用者が燃料カートリッジを交換若しくは取り付ける際、又は保管中などに、故意あるいは不注意により、燃料が漏洩する可能性を低減した燃料カートリッジ及び燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の第１の液体燃料電池用燃料カートリッジは、液体燃料電池の発電に直接用いられる液体燃料と、前記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、前記燃料貯蔵容器から前記液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口とを有し、前記燃料供給口が前記燃料貯蔵容器内に前記液体燃料を内封するよう構成された、液体燃料電池用燃料カートリッジであって、前記燃料供給口を物理的に保護するため、前記燃料供給口を覆うように設けられた燃料供給口保護機構を備え、前記燃料供給口保護機構が、扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構と、前記液体燃料電池の、前記燃料カートリッジが挿入される差込口に設けられた駆動部が挿入される開口部と、前記開口部を塞ぐフィルムとを含むことを特徴とする。

本発明の液体燃料電池は、液体燃料電池用燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジが挿入される差込口とを備える液体燃料電池であって、前記液体燃料電池用燃料カートリッジが、前記液体燃料電池の発電に直接用いられる液体燃料と、前記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、前記燃料貯蔵容器から前記液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口とを有し、前記燃料供給口が前記燃料貯蔵容器内に前記液体燃料を内封するよう構成されるとともに、前記燃料供給口を物理的に保護するため、前記燃料供給口を覆うように設けられた燃料供給口保護機構を備え、前記燃料供給口保護機構が、扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを含み、前記差込口が、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記ロック機構によるロックを解除するためのロック解除手段と、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記扉の開動作を行う駆動部とを別々に備えることを特徴とする。

また、本発明の別の液体燃料電池は、燃料貯蔵容器に貯蔵された液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口と外部との間に設けられた開口を開閉する扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを備えた液体燃料電池用燃料カートリッジが挿入される差込口を備える液体燃料電池であって、前記差込口が、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記ロック機構によるロックを解除するためのロック解除手段と、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記扉の開動作を行う駆動部とを別々に備えることを特徴とする。

本発明により、燃料カートリッジが燃料電池に装着されていない状態において、例えば、落下等により燃料供給口が破損することによって、あるいは使用者の不用意な扱い又は故意の操作によって、燃料カートリッジから燃料が漏洩するのを防止することができる。

本発明の燃料電池は、容器内に電解質膜を挟持する負極及び正極が収納されてなる。前記負極には酸素含有炭化水素等の燃料が供給される。この燃料は、燃料カートリッジの燃料貯蔵容器に収納される。燃料電池に設けられた差込口に燃料カートリッジを装着することにより、燃料供給が可能になる。例えば、燃料電池は携帯機器などに内蔵され、これに着脱可能に燃料カートリッジが連結される。燃料カートリッジ内の燃料がなくなると別の新しい燃料カートリッジに交換される。

本発明の燃料電池用燃料カートリッジでは、燃料供給口に燃料供給口保護機構が設けられている。これにより、燃料カートリッジの落下や、使用者の予期しない操作や操作ミス、さらには故意による操作等によっても、燃料カートリッジ内の燃料が不意に漏れ出したり、外部に取り出されたりするのを防止することが可能となる。

本発明の第１の燃料電池用燃料カートリッジでは、この燃料供給口保護機構は、前記燃料供給口と外界との間に設けられた開口を開閉する扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを含む。これにより、簡単な構成で燃料供給口保護機構を実現できる。また、燃料供給口と外界との間に開口及びこれを閉塞する扉が設けられているので、万一燃料カートリッジを落下させても、燃料供給口に物理的外力が加わらず、構造的に比較的弱いと考えられる燃料供給口を保護することができ、燃料供給口の破壊による燃料の漏洩を防止することができる。更に、使用者が故意又は不注意により燃料供給口に触れて燃料を漏洩させるのを防止できる。

前記ロック機構によるロックを解除し且つ前記扉を開かない限り、前記燃料供給口に対して物理的にアクセスすることができないことが好ましい。これにより、燃料カートリッジが燃料電池に装着されていない状態において、使用者の取り扱いによって燃料供給口から燃料が漏洩するのをより確実に防止することができる。

前記燃料供給口保護機構が、前記ロック機構によるロックが解除されたことを確認できる機構を更に含むことが好ましい。これにより、例えば燃料カートリッジの未使用／使用済みの区別を容易に確認することができる。

本発明の第２の燃料電池用燃料カートリッジでは、前記燃料供給口保護機構が、前記燃料貯蔵容器と前記燃料供給口とを繋ぐ燃料通路上に設けられた複数の弁を含む。これにより、簡単な構成で燃料供給口保護機構を実現できる。また、万一燃料カートリッジを落下させて複数の弁のうちの一部のみが破損しても、残りの弁により燃料の漏洩を防止することができる。更に、使用者が故意又は不注意により燃料供給口から燃料を漏洩させるのを防止できる。

次に、本発明の第１の燃料電池は、上記の本発明の第１の燃料電池用燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジが挿入される差込口とを備え、前記差込口が、前記ロック機構によるロックを解除するロック解除手段と、前記扉の開動作を行う駆動部とを備える。

本発明の第２の燃料電池は、上記の本発明の第２の燃料電池用燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジが挿入される差込口とを備え、前記差込口が、前記複数の弁を同時に開とする駆動部を備える。

本発明の第３の燃料電池は、燃料貯蔵容器に貯蔵された燃料を外部に取り出すための燃料供給口と外界との間に設けられた開口を開閉する扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを備えた燃料カートリッジが挿入される差込口を備える燃料電池であって、前記差込口が、前記ロック機構によるロックを解除するロック解除手段と、前記扉の開動作を行う駆動部とを備えることを特徴とする。

本発明の第４の燃料電池は、燃料貯蔵容器と前記燃料貯蔵容器に貯蔵された燃料を外部に取り出すための燃料供給口とを繋ぐ燃料通路上に設けられた複数の弁を備えた燃料カートリッジが挿入される差込口を備える燃料電池であって、前記差込口が、前記複数の弁を同時に開とする駆動部を備えることを特徴とする。

これら第１〜第４の燃料電池によれば、燃料カートリッジが燃料電池に装着されていない状態において、燃料カートリッジから燃料が漏洩するのを防止することができる。一方、燃料カートリッジを燃料電池の差込口に挿入するだけで、直ちに燃料電池の陰極に燃料を確実に供給可能な状態にすることができる。

本発明の燃料電池用燃料カートリッジの基本的構成を図１に示す。本発明の燃料カートリッジ１は、携帯機器などに内蔵された燃料電池に設けられた燃料カートリッジ差込口（以下、「差込口」という）９０に対して着脱（抜き差し）される。差込口９０内には燃料電池側燃料取り入れ口（以下、「燃料取り入れ口」という）９１が設けられている。

燃料カートリッジ１は、燃料が収納される燃料貯蔵容器２、燃料取り入れ口９１に接続されて燃料を燃料電池に供給するための燃料供給口４、及び必要なときのみ作動して燃料を供給する為の燃料供給弁（逆止弁）３を有する。

燃料貯蔵容器２はメタノールなどのアルコール系燃料あるいはジメチルエーテルなどのエーテル系燃料を長時間保持できるように構成され、一般的に燃料に対して不活性な物質からなる。燃料貯蔵容器２の形状は図１では略角柱形状であるが、円柱形状でもよく、形状に関する制限はない。

本発明の一実施形態に係る燃料カートリッジは、燃料供給口４を保護し、燃料電池に燃料を供給するときなどの必要なとき以外には燃料供給口４に対して物理的なアクセスを不能にする為の燃料供給口保護機構５を備える。燃料供給口保護機構５は、燃料カートリッジ１を差込口９０に対して着脱する動作と連動して開閉される扉１０と、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されていないときに扉１０が開かないように扉１０をロックするロック機構（詳細は後述する）とを備える。すなわち、扉１０を開くためには、ロック機構によるロックを解除し、且つ扉１０が開くように外力を付与する必要がある。

ロック機構によるロックの解除、及び扉１０の開動作は、燃料カートリッジ１を差込口９０に挿入する動作と機械的に連動して行われることが好ましい。これにより、燃料カートリッジ１が差込口９０内に挿入されると、自動的にロック機構が解除され、次いで扉１０が開かれて形成された開口１１内に燃料供給口４が現れる。燃料カートリッジ１が差込口９０に終端まで押し込まれると、燃料供給口４と燃料取り入れ口９１とが連結され、燃料供給弁３が開き、燃料貯蔵容器２内の燃料が燃料電池へ供給可能となる。

燃料供給口保護機構５の材質は、特に制限はないが、落下等の衝撃によっても破損することがなく、且つ使用者が容易に分解又は破壊することが出来ないような強い機械的強度を備えた樹脂又は金属であることが望ましい。

燃料カートリッジ１側の燃料供給口４および燃料取り入れ口９１の形状や接続方式には制限はなく、たとえば機械的要素とシール部材等で構成されるカップリング機構や、より簡便な弁機構を有するカップリング機構や、あるいは弾性体からなる燃料供給口４に中空針状の燃料取り入れ口９１が突き刺さることによって燃料が供給される構造であっても良い。

燃料カートリッジ１を差込口９０に挿入する方法に特に制限はなく、電気的な機構により自動的に挿入する方法、使用者が物理的な力を加えて挿入する方法などを採用できる。

差込口９０には燃料カートリッジ１を所定の方向に導く機構（例えばレール）が設けられていても良い。これにより、燃料カートリッジ１の挿入をスムーズに行うことができる。また、誤った方向に挿入することを防ぐ事が可能となる。

以下に本発明のより具体的な実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図２Ａは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジ１の平面図、図２Ｂは本実施の形態１に係る燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入される一過程を示した断面図、図２Ｃは本実施の形態１に係る燃料カートリッジ１に設けられたロック機構の解除動作を説明するための断面図である。また、図５Ａは本実施の形態１に係る燃料カートリッジ１に対応する差込口９０の内部に設けられた部材を示した透視図、図５Ｂは本実施の形態１に係る燃料カートリッジ１の外観形状を示した斜視図である。

燃料供給口４に設けられた燃料供給弁３は図２Ｂの紙面の上下方向に移動することができる。圧縮コイルバネ６は燃料供給弁３を図２Ｂの紙面の上方向に付勢する。燃料供給口４と燃料貯蔵容器２とは燃料通路７で繋がれている。燃料供給弁３を圧縮コイルバネ６の付勢力に反して下方向に移動させると、燃料カートリッジ１の燃料貯蔵容器２内の燃料を燃料通路７及び燃料供給口４を通じて外部に取り出すことができる。

燃料カートリッジ１の上面に開口１１が設けられている。スライド式の扉１０は、直線状のレール１９により案内されて、一方向に直線移動して開口１１を開閉する。開口１１が開かれたとき、開口１１内に燃料供給口４が露出する。引っ張りバネ１２は、扉１０の閉状態が維持されるように、扉１０に付勢力を印加する。引っ張りバネ１２の一端は燃料カートリッジ１の内壁面に固定され、他端はコネクタ１４を介してワイヤ１３の一端に接続されている。ワイヤ１３は滑車１５によって案内されて、その他端はノブ１６に接続されている。コネクタ１４は扉１０と接続されている。燃料カートリッジ１の上面に孔１７が設けられている。この孔１７内にノブ１６が露出している。案内路１８は、ノブ１６を図２Ｂの紙面の上下方向に案内する。

揺動部材２０が、支軸２１を中心として約３０°の範囲内で揺動可能に、燃料カートリッジ１に保持されている。捩りコイルバネ２２は揺動部材２０を図２Ｃにおいて時計回り方向に付勢する。溝２３が、燃料カートリッジ１の側面に、差込口９０に燃料カートリッジ１が挿入される方向と平行に設けられている。溝２３の上端部分であって、溝２３内に嵌め込まれるようにして揺動部材２０が取り付けられている。揺動部材２０がねじりコイルバネ２２の付勢力のみを受けているとき、揺動部材２０の一端のロック爪２０ａが扉１０の移動経路内に突出し、他端の動作端２０ｂは溝２３の底面より突出している。この状態にあるとき、扉１０は揺動部材２０のロック爪２０ａにより移動することができないようにロックされている。すなわち、揺動部材２０は扉１０のロック機構として機能する。

燃料取り入れ口９１が差込口９０の内側の上壁面から突出している。ロック解除用の畝状凸部９２ａが差込口９０の内側の側面に設けられている。ロッド９３ａが差込口９０の内側の上壁面から突出している。

次に、以上のように構成された本実施の形態１の燃料カートリッジ１の扉１０の開動作を説明する。

図２Ｂに示すように、燃料カートリッジ１を差込口９０に挿入する。挿入の過程で、差込口９０の内壁面に形成された畝状凸部９２ａが燃料カートリッジ１に設けられた揺動部材２０の動作端２０ｂに当接しこれを押圧する。これにより揺動部材２０が捩りコイルバネ２２の付勢力に反して図２Ｃにおいて反時計回り方向に回転する。この結果、ロック爪２０ａが扉１０の移動経路外に後退し、扉１０のロックが解除される。

更に燃料カートリッジ１が挿入されると、図３Ｂに示すように、差込口９０の内壁面から突出したロッド９３ａが燃料カートリッジ１の上面に設けられた孔１７内に挿入され、ノブ１６を押し下げる。ノブ１６が下降するにしたがって、ノブ１６にワイヤ１３を介して接続された引っ張りバネ１２が伸長し、且つコネクタ１４に接続された扉１０が移動する。すなわち、ロッド９３ａ、ノブ１６、ワイヤ１３、及び滑車１５は、燃料カートリッジ１の挿入方向の変位をこれと直交する方向の扉１０の直線移動に変換する。扉１０の移動にともない、図３Ａに示すように、開口１１が開かれる。

更に燃料カートリッジ１が挿入されると、差込口９０の内壁面から突出した燃料取り入れ口９１が燃料カートリッジ１の開口１１内に挿入され、更に、開口１１内に露出された燃料供給口４内に挿入される。燃料供給口４は、燃料供給弁３、圧縮コイルバネ６、Ｏ−リングなどで構成される。燃料取り入れ口９１が燃料供給口４内の燃料供給弁３を押し込み、燃料供給弁３が摺動する側壁面に接続された燃料通路７と燃料供給口４とが連通する。

燃料カートリッジ１が差込口９０内に完全に挿入されると、燃料カートリッジ１の燃料貯蔵容器２内の燃料は、燃料通路７、燃料供給口４、燃料取り入れ口９１を介して燃料電池に供給可能な状態となる（図４Ａ、図４Ｂ）。

燃料カートリッジ１を差込口９０から引き抜く場合には、上記の動作が逆に行われる。すなわち、開口１１から燃料取り入れ口９１が引き抜かれ、燃料供給弁３が圧縮コイルバネ６の弾性復元力により復帰して燃料供給口４を閉じる。そして、ロッド９３ａが孔１７から引き抜かれるに従って、扉１０が引っ張りバネ１２の弾性復元力により移動して開口１１が徐々に閉めらる。最後に、揺動部材２０が畝状凸部９２ａから受ける押圧力が取り除かれて、捩りコイルバネ２２の弾性復元力により揺動部材２０が回転して扉１０のロックがセットされる。

このように、本実施の形態１の燃料カートリッジ１は、燃料供給口４を覆う扉１０と、必要時以外は扉１０が移動して開口１１が開かれるのを防止するロック機構としての揺動部材２０とを備える。このような燃料供給口保護機構により、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されていない状態において燃料供給口４が破損したり燃料供給口４が開いたりして貯蔵された燃料が漏洩するのが防止される。

揺動部材２０が配置された溝２３の幅及び深さを適切に設定することにより、使用者が指等で揺動部材２０を操作してロックを解除できないようにすることができる。このためには、溝２３の幅は狭く、且つその深さは深い方が望ましい。一実施例では、幅１．５ｍｍ、深さ３ｍｍとした。この寸法では指を溝２３に入れることはできず、極めて細い棒を使用しない限りロックを解除することはできず、従って扉１０を手で開くことはできなかった。なお、上述した図では構成の理解を容易にするために揺動部材２０及び溝２３を誇張して描いている。

扉１０の開閉に用いられるロッド９３ａの太さ及び長さと、これに対応する孔１７の開口寸法を適切に設定することにより、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されない限り、開口１１が開かれないようにすることができる。一実施例では、ロッド９３ａを直径１ｍｍ、長さ３ｍｍの円柱状とし、孔１７をロッド９３ａの直径とほぼ同じ円形開口とした。この寸法では、たとえロックを解除できたとしても、指を用いて扉１０を開くことができず、きわめて細い棒を使用しない限り扉１０を開くことができなかった。

孔１７の開口を塞ぐようにフィルムなどを配置しても良い。一旦、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されると、そのフィルムが破損するので、燃料カートリッジが使用済みであることが目視にて容易に確認できる。孔１７を塞ぐフィルムの材質に特に限定はない。

図５Ａに示すように、差込口９０には、挿入された燃料カートリッジ１を固定しておくための扉１００を備えていても良い。燃料カートリッジ１を挿入後、扉１００を閉じることにより、圧縮コイルバネ６、引っ張りバネ１２の付勢力に対抗して燃料カートリッジ１が差込口９０の中に維持される。扉１００を開けば、燃料カートリッジ１を取り出すことが可能となる。

ロッド９３ａは、燃料カートリッジ１が未挿入状態では差込口９０の内部に収納されていて、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されると、これに連動して突出するように構成されていても良い。

（実施の形態２）
図６Ａは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジ１の平面図、図６Ｂは本実施の形態２に係る燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入される一過程を示した正面断面図、図６Ｃはその側面断面図である。また、図９Ａは本実施の形態２に係る燃料カートリッジ１に対応する差込口９０の内部に設けられた部材を示した透視図、図９Ｂは本実施の形態２に係る燃料カートリッジ１の外観形状を示した斜視図である。

燃料供給口４に設けられた燃料供給弁３は図６Ｂの紙面の上下方向に移動することができる。圧縮コイルバネ６は燃料供給弁３を図６Ｂの紙面の上方向に付勢する。燃料供給口４と燃料貯蔵容器２とは燃料通路７で繋がれている。これらの構成は実施の形態１と同じであるので、これらについての詳細な説明を省略する。

燃料カートリッジ１の上面に開口１１が設けられている。扉１０は、円弧状のレール３９により案内されて、軸３０回りに約４５°回転移動してして開口１１を開閉する。開口１１が開かれたとき、開口１１内に燃料供給口４が露出する。引っ張りバネ３２は、扉１０の閉状態が維持されるように、扉１０に付勢力を印加する。引っ張りバネ３２の一端は燃料カートリッジ１の内壁面に固定され、他端は扉１０に接続されている。軸３０と直交する軸３４を回転軸とする第１傘歯車３１と、軸３０を回転軸とする第２傘歯車３３とが、相互に噛み合うように設けられている。ローラ３５が軸３４に一体化されている。第１溝３６が、燃料カートリッジ１の側面に、差込口９０に燃料カートリッジ１が挿入される方向と平行に設けられている。第１溝３６の底面に側面開口３７が設けられており、側面開口３７内にローラ３５が露出している。

スライド部材４０が、差込口９０に燃料カートリッジ１が挿入される方向と平行に移動可能に、燃料カートリッジ１に保持されている。スライド部材４０は、直線状のレール４３により案内される。圧縮コイルバネ４１はスライド部材４０を燃料カートリッジ１の上面側（図６Ｂの紙面の上側）に付勢する。第２溝４２が、燃料カートリッジ１の側面に、差込口９０に燃料カートリッジ１が挿入される方向と平行に設けられている。第２溝４２の底面は開口しており、その開口内にスライド部材４０の動作端４０ｂが露出している。スライド部材４０が圧縮コイルバネ４１の付勢力のみを受けているとき、スライド部材４０の一端のロック爪４０ａが扉１０の移動経路内に突出している。この状態にあるとき、扉１０はスライド部材４０のロック爪４０ａにより旋回することができないようにロックされている。すなわち、スライド部材４０は扉１０のロック機構として機能する。

燃料取り入れ口９１が差込口９０の内側の上壁面から突出している。弾性を有するロック解除用の突起９２ｂが差込口９０の内側の側面に突出するように設けられている。畝状凸部９３ｂが差込口９０の内側の側面に設けられている。

次に、以上のように構成された本実施の形態２の燃料カートリッジ１の扉１０の開動作を説明する。

図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、燃料カートリッジ１を差込口９０に挿入する。挿入の過程で、差込口９０の内壁面に形成された突起９２ｂが燃料カートリッジ１に設けられたスライド部材４０の動作端４０ｂに当接しこれを押圧する。これによりスライド部材４０が圧縮コイルバネ４１の付勢力に反して図６Ｂにおいて下方向に移動する。この結果、ロック爪４０ａが扉１０の移動経路外に後退し、扉４０のロックが解除される（図７Ａ及び図７Ｂ）。

突起９２ｂがスライド部材４０の動作端４０ｂに当接した状態で更に燃料カートリッジ１が挿入されると、図７Ｂに示すように、差込口９０の内壁面に設けられた畝状凸部９３ｂが燃料カートリッジ１の側面の第１溝３６内を移動し、畝状凸部９３ｂの頂面が第１溝３６の底面から突出したローラ３５と接触し、ローラ３５を回転させる。ローラ３５が回転すると、その回転は第１傘歯車３１、第２傘歯車３３を介して軸３０を回転させる。従って、軸３０と一体化された扉１０が引っ張りバネ３２を伸長させながら旋回する。すなわち、畝状凸部９３ｂ、ローラ３５、軸３４、第１傘歯車３１、第２傘歯車３３、及び軸３０は、燃料カートリッジ１の挿入方向の変位をこれと直交する面内での扉１０の回転移動に変換する。扉１０の旋回にともない、図８Ａに示すように、開口１１が開かれる。

扉１０が旋回し始めた後、スライド部材４０がその移動可能範囲の下死点に達し、突起９２ｂが弾性変形し、ついには突起９２ｂがスライド部材４０の動作端４０ｂを乗り越え、両者の係合状態が解除される。スライド部材４０は圧縮コイルバネ４１の弾性復元力により図７Ｂの上方向に直ちに押し上げられ、扉１０の下面に衝突する。この後は、扉１０は、その下面にスライド部材４０が押圧された状態のまま旋回を続ける。

更に燃料カートリッジ１が挿入されると、差込口９０の内壁面から突出した燃料取り入れ口９１が燃料カートリッジ１の開口１１内に挿入され、更に、開口１１内に露出された燃料供給口４内に挿入される。燃料供給口４は、燃料供給弁３、圧縮コイルバネ６、Ｏ−リングなどで構成される。燃料取り入れ口９１が燃料供給口４内の燃料供給弁３を押し込み、燃料供給弁３が摺動する側壁面に接続された燃料通路７と燃料供給口４とが連通する。

燃料カートリッジ１が差込口９０内に完全に挿入されると、燃料カートリッジ１の燃料貯蔵容器２内の燃料は、燃料通路７、燃料供給口４、燃料取り入れ口９１を介して燃料電池に供給可能な状態となる（図８Ａ、図８Ｂ）。

燃料カートリッジ１を差込口９０から引き抜く場合には、上記の動作が逆に行われる。すなわち、開口１１から燃料取り入れ口９１が引き抜かれ、燃料供給弁３が圧縮コイルバネ６の弾性復元力により復帰して燃料供給口４を閉じる。そして、畝状凸部９３ｂがローラ３５を上記と逆方向に回転させて、扉１０が旋回して開口１１を徐々に閉める。この過程で、突起９２ｂがスライド部材４０と当接しこれを乗り越える。最後に、ローラ３５と畝状凸部９３ｂとが分離され、引っ張りバネ３２の弾性復元力により開口１１が完全に閉じられると、スライド部材４０は圧縮コイルバネ４１の弾性復元力により押し上げられて扉１０のロックがセットされる。

このように、本実施の形態２の燃料カートリッジ１は、燃料供給口４を覆う扉１０と、必要時以外は扉１０が移動して開口１１が開かれるのを防止するロック機構としてのスライド部材４０とを備える。このような燃料供給口保護機構により、燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入されていない状態において燃料供給口４が破損したり燃料供給口４が開いたりして貯蔵された燃料が漏洩するのが防止される。

図９Ａに示すように、差込口９０には、挿入された燃料カートリッジ１を固定しておくための扉１００を備えていても良い。燃料カートリッジ１を挿入後、扉１００を閉じることにより、圧縮コイルバネ６、引っ張りバネ３２の付勢力に対抗して燃料カートリッジ１が差込口９０の中に維持される。扉１００を開けば、燃料カートリッジ１を取り出すことが可能となる。

以上に示した実施の形態１，２は本発明の代表的な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されない。

例えば扉１０の動きをロックする機構は、上記の実施形態以外の、例えば扉１０に設けた孔にロックピンを挿入する機構等でも良い。さらには機械的な機構に限定されず、電気信号によりロック動作及びロック解除動作が行われる機構であっても良い。

また、燃料供給口４の構造として、上記の実施の形態１，２では燃料取り入れ口９１が燃料供給弁３を押し込んで燃料の取り出しが可能になる弁機構を備えるが、これ以外の、例えば燃料電池側の燃料取り入れ口９１を中空針状とし、燃料供給口４を弾性体として、中空針を弾性体に突き刺すことにより穴が開いて燃料を取り出すことができ、カートリッジを取り出したときには弾性体の穴が塞がって再び密閉状態が保たれる構造であっても良い。

さらに各機構の形状及び材質も特に制限はなく、燃料電池を装着した機器の信号のやりとりによって各機構を制御することも可能である。

（実施の形態３）
実施の形態１，２では、扉１０と、この扉１０の開動作をロックするロック機構とにより、燃料供給口４に対する物理的アクセスを制限する燃料供給口保護機構を説明した。本実施の形態３では、燃料供給口４に複数の弁を設けることにより燃料の不意の漏洩を防止する燃料供給口保護機構を説明する。

図１０Ａは本発明の実施の形態３に係る燃料カートリッジ１の平面図、図１０Ｂは本実施の形態３に係る燃料カートリッジ１が差込口９０に挿入される一過程を示した正面断面図である。

燃料供給口４に設けられた燃料供給弁３は図１０Ｂの紙面の上下方向に移動することができる。圧縮コイルバネ６は燃料供給弁３を図１０Ｂの紙面の上方向に付勢する。燃料供給口４と燃料貯蔵容器２とは燃料通路７で繋がれている。これらの構成は実施の形態１と同じであるので、これらについての詳細な説明を省略する。

第２弁５０は軸５０ａにより支持されている。軸５０ａと燃料カートリッジ１のケース１ａとの間には、燃料通路７と繋がった隙間５３が設けられている。第２弁５０にはＯ−リング５１が設けられている。圧縮コイルバネ５２は第２弁５０に付勢力を付与している。第２弁５０が圧縮コイルバネ５２の付勢力のみを受けているとき、Ｏ−リング５１はケース１ａと密着している。

燃料カートリッジ１の上面の燃料供給口４が対向する位置に第１開口６１が設けられている。燃料カートリッジ１の上面の第２弁５０が対向する位置に第２開口６２が設けられている。

燃料取り入れ口９１が差込口９０の内側の上壁面から突出している。ロッド９４が差込口９０の内側の上壁面から突出している。燃料取り入れ口９１の外径は第１開口６１の内径とほぼ一致し、ロッド９４の外径は第２開口６２の内径とほぼ一致する。

次に、以上のように構成された本実施の形態３の燃料カートリッジ１の燃料の取り出し動作を説明する。

図１０Ｂに示すように、燃料カートリッジ１を差込口９０に挿入する。挿入の過程で、差込口９０の内壁面から突出した燃料取り入れ口９１は第１開口６１に挿入され、ロッド９４は第２開口６２に挿入される。

更に燃料カートリッジ１が挿入されると、燃料取り入れ口９１が燃料カートリッジ１の燃料供給口４に挿入される。燃料供給口４は、燃料供給弁３、圧縮コイルバネ６、Ｏ−リングなどで構成される。燃料取り入れ口９１が燃料供給口４内の燃料供給弁３を押し込み、燃料供給弁３が摺動する側壁面に接続された燃料通路７と燃料供給口４とが連通する。

これとほぼ同時に、ロッド９４が第２弁５０に当接し、圧縮コイルバネ５２を弾性圧縮させて第２弁５０を押し込む。この結果、Ｏ−リング５１が燃料カートリッジ１のケース１ａから離間する。

燃料カートリッジ１が差込口９０内に完全に挿入されると、図１１に示すように、燃料カートリッジ１の燃料貯蔵容器２内の燃料は、隙間５３、燃料通路７、燃料供給口４、燃料取り入れ口９１を介して燃料電池に供給可能な状態となる。

燃料カートリッジ１を差込口９０から引き抜く場合には、上記の動作が逆に行われる。すなわち、第１開口６１から燃料取り入れ口９１が引き抜かれ、燃料供給弁３が圧縮コイルバネ６の弾性復元力により復帰して燃料供給口４を閉じる。また、第２開口６２からロッド９４が引き抜かれ、第２弁５０が圧縮コイルバネ５２の弾性復元力により復帰してＯ−リング５１とケース１ａとが密着する。

このように、本実施の形態３の燃料カートリッジ１は、燃料貯蔵容器２と燃料供給口４とを繋ぐ燃料通路７上に燃料供給弁３及び第２弁５０が直列に配置されている。このような燃料供給口保護機構により、これら２つの弁３，５０を同時に開状態にしない限り燃料貯蔵容器２内の燃料を外部に取り出すことができない。従って、不注意などにより貯蔵された燃料が漏洩するのを防止することができる。

第２開口６２の内径は小さい方が、使用者が指等で第２弁５０を誤って操作する可能性を低減できる。一実施例では、第２開口６２の内径を１．５ｍｍとした。この寸法では細い棒等を使用しないと第２弁５０を押し込んで開にすることはできない。更に、仮に第２弁５０が押し下げられても、同時に燃料供給口４内の燃料供給弁３を押し込まないと、燃料カートリッジ１内の燃料は漏洩しないので、通常の取り扱いにおいて燃料が漏洩する可能性は極めて低い。

本実施の形態３では燃料貯蔵容器２と燃料供給口４とを繋ぐ燃料通路７上に２つの弁を直列に配置したが、３つ以上の弁を直列に配置しても良い。また、弁を押し込む動作により弁が開となる例を示したが、弁を引く、回転する、横方向へ移動するなどの動作によって弁が開となる構成であっても良い。

さらに、電気信号等により弁を駆動させることも可能である。

実施の形態１，２で説明したのと同様に、差込口９０には、挿入された燃料カートリッジ１を固定しておくための扉を備えていても良い。燃料カートリッジ１を挿入後、扉を閉じることにより、圧縮コイルバネ６，５２の付勢力に対抗して燃料カートリッジ１が差込口９０の中に維持される。扉を開けば、燃料カートリッジ１を取り出すことが可能となる。

本発明の利用分野は特に制限はないが、例えば携帯機器などに搭載される燃料電池に利用できる。特に、直接メタノール型燃料電池に好ましく利用することができる。

図１は、本発明の燃料電池用燃料カートリッジの基本構成の一例を示した断面図である。 図２Ａは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジの平面図、図２Ｂは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に挿入される一過程を示した正面断面図、図２Ｃは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジに設けられたロック機構の解除動作を説明するための断面図である。 図３Ａは燃料カートリッジ差込口に挿入されて扉が開かれつつある本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジの平面図、図３Ｂは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に挿入されることにより扉が開かれる様子を示した正面断面図である。 図４Ａは燃料カートリッジ差込口の終端にまで挿入されて扉が完全に開かれた本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジの平面図、図４Ｂは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口の終端にまで挿入されることにより扉が完全に開かれた様子を示した正面断面図である。 図５Ａは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジに対応する燃料カートリッジ差込口の内部に設けられた部材を示した透視図、図５Ｂは本発明の実施の形態１に係る燃料カートリッジの外観形状を示した斜視図である。 図６Ａは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジの平面図、図６Ｂは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に挿入される一過程を示した正面断面図、図６Ｃはその側面断面図である。 図７Ａは燃料カートリッジ差込口に挿入されてロックが解除された本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジの平面図、図７Ｂは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に挿入されることによりロックが解除された様子を示した側面断面図である。 図８Ａは燃料カートリッジ差込口の終端にまで挿入されて扉が完全に開かれた本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジの平面図、図８Ｂは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口の終端にまで挿入されることにより扉が完全に開かれた様子を示した側面断面図である。 図９Ａは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジに対応する燃料カートリッジ差込口の内部に設けられた部材を示した透視図、図９Ｂは本発明の実施の形態２に係る燃料カートリッジの外観形状を示した斜視図である。 図１０Ａは本発明の実施の形態３に係る燃料カートリッジの平面図、図１０Ｂは本発明の実施の形態３に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に挿入される一過程を示した正面断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態３に係る燃料カートリッジが燃料カートリッジ差込口に終端まで挿入された状態を示した正面断面図である。 図１２は、従来の燃料電池用燃料カートリッジの一例の断面図である。

Claims (3)

1. 液体燃料電池の発電に直接用いられる液体燃料と、前記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、前記燃料貯蔵容器から前記液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口とを有し、前記燃料供給口が前記燃料貯蔵容器内に前記液体燃料を内封するよう構成された、液体燃料電池用燃料カートリッジであって、
   前記燃料供給口を物理的に保護するため、前記燃料供給口を覆うように設けられた燃料供給口保護機構を備え、
   前記燃料供給口保護機構が、扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構と、前記液体燃料電池の、前記燃料カートリッジが挿入される差込口に設けられた駆動部が挿入される開口部と、前記開口部を塞ぐフィルムとを含む液体燃料電池用燃料カートリッジ。
2. 液体燃料電池用燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジが挿入される差込口とを備える液体燃料電池であって、
   前記液体燃料電池用燃料カートリッジが、前記液体燃料電池の発電に直接用いられる液体燃料と、前記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵容器と、前記燃料貯蔵容器から前記液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口とを有し、前記燃料供給口が前記燃料貯蔵容器内に前記液体燃料を内封するよう構成されるとともに、前記燃料供給口を物理的に保護するため、前記燃料供給口を覆うように設けられた燃料供給口保護機構を備え、
   前記燃料供給口保護機構が、扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを含み、
   前記差込口が、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記ロック機構によるロックを解除するためのロック解除手段と、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記扉の開動作を行う駆動部とを別々に備える液体燃料電池。
3. 燃料貯蔵容器に貯蔵された液体燃料を外部に取り出すための燃料供給口と外部との間に設けられた開口を開閉する扉と、前記扉が開かないようにロックするロック機構とを備えた液体燃料電池用燃料カートリッジが挿入される差込口を備える液体燃料電池であって、
   前記差込口が、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記ロック機構によるロックを解除するためのロック解除手段と、前記燃料カートリッジが前記差込口に挿入された場合に前記扉の開動作を行う駆動部とを別々に備えることを特徴とする液体燃料電池。

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