JPWO2008105182A1 - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
本発明は、燃料電池に対するソケット部の取付け性やソケット部による液体燃料のシール性を簡易な構造で高めることによって、小型化を阻害することなく、信頼性や安全性を高めた燃料電池を提供することを目的とする。本発明は、燃料カートリッジのノズルの着脱動作に応じて開閉される燃料流路を有するソケット部4と、ソケット部4が収納されるソケット収納部5と、ソケット収納部5と燃料供給路9を介して接続される燃料収容部と、燃料収容部から燃料が供給されて発電動作する起電部とを具備する燃料電池に関する。ソケット部4内の燃料流路と燃料供給路9との間は弾性体31でシールされる。ソケット部4のソケット収納部5内への挿入位置は、ソケット部4による弾性体31の押圧力を制御するように位置決めされる。ソケット収納部5内への挿入位置が規定されたソケット部4は固定部で固定される。The present invention provides a fuel cell that has improved reliability and safety without hindering downsizing by enhancing the mounting property of the socket portion to the fuel cell and the sealing performance of the liquid fuel by the socket portion with a simple structure. The purpose is to do. The present invention includes a socket part 4 having a fuel flow path that is opened and closed in accordance with an attaching / detaching operation of a nozzle of a fuel cartridge, a socket accommodating part 5 in which the socket part 4 is accommodated, a socket accommodating part 5 and a fuel supply path 9. The present invention relates to a fuel cell including a fuel storage unit connected via a fuel cell, and an electromotive unit that is supplied with fuel from the fuel storage unit and performs a power generation operation. An elastic body 31 seals between the fuel flow path in the socket portion 4 and the fuel supply path 9. The insertion position of the socket part 4 into the socket storage part 5 is positioned so as to control the pressing force of the elastic body 31 by the socket part 4. The socket part 4 in which the insertion position into the socket storage part 5 is defined is fixed by a fixing part.
Description
本発明は液体燃料を用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell using liquid fuel.
ノートパソコンや携帯電話等の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、携帯用電子機器の電源や充電器に燃料電池を用いることが試みられている。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可能であ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や充電器として極めて有利なシステムといえる。 In order to make it possible to use portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones without charging for a long time, it has been attempted to use a fuel cell for a power source or a charger of the portable electronic device. 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 or a charger for portable electronic devices.
直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)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、携帯用電子機器の電源や充電器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、また燃料収容部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。 A direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source and a charger for portable electronic devices because it can be miniaturized and can easily handle fuel. 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 container 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.
パッシブ型等のDMFCにおいては、燃料収容部内の液体燃料を直接もしくは流路を介して起電部の燃料極側に送り、液体燃料の気化成分を燃料極に供給することで発電反応を生起する(特許文献1〜2参照)。燃料収容部に対しては、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、バルブ機構を内蔵するノズル部とソケット部とを具備するカップラを用いて、液体燃料の遮断並びに注入を行うことが検討されている(特許文献3参照)。
In a DMFC such as a passive type, the liquid fuel in the fuel storage unit is sent directly or via a flow path to the fuel electrode side of the electromotive unit, and the vaporization component of the liquid fuel is supplied to the fuel electrode to generate a power generation reaction. (See
燃料カートリッジに収容された液体燃料は、燃料カートリッジに装着されたノズル部を燃料電池の燃料収容部に設けられたソケット部に接続し、これらノズル部およびソケット部内のバルブ機構を開放することによって、燃料電池の燃料収容部に供給される。ソケット部は小型化が進められている燃料電池の限られた空間内に設置する必要がある。さらに、ソケット部には漏液や破損による事故の発生を防止することが可能な構造が求められる。そこで、ソケット部には燃料電池に対して省スペースで簡易に取付けることができ、それ自体や取付け部からの漏液を簡易な構造で確実に防止することが求められる。
本発明の目的は、燃料電池に対するソケット部の取付け性やソケット部による液体燃料のシール性を簡易な構造で高めることによって、小型化を阻害することなく、信頼性や安全性を高めた燃料電池を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve reliability and safety without hindering downsizing by enhancing the mounting property of a socket part to a fuel cell and the sealing property of liquid fuel by the socket part with a simple structure. The purpose is to provide.
本発明の態様に係る燃料電池は、燃料カートリッジのノズル部が着脱可能に接続され、前記ノズル部の着脱動作に応じて開閉される燃料流路を有するソケット部と、前記ソケット部が収納されるソケット収納部と、前記ソケット収納部と燃料供給路を介して接続され、前記ソケット部に前記ノズル部が接続された前記燃料カートリッジから供給された液体燃料を収容する燃料収容部と、前記ソケット部内の前記燃料流路と前記燃料供給路との間をシールする弾性体と、前記ソケット部による前記弾性体の押圧力を制御するように、前記ソケット部の前記ソケット収納部内への挿入位置を規定する位置決め部と、前記位置決め部に基づいて前記ソケット収納部内への挿入位置が規定された前記ソケット部を固定する固定部と、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体を備え、前記燃料収容部から燃料が供給されて発電動作する起電部とを具備することを特徴としている。 In a fuel cell according to an aspect of the present invention, a nozzle portion of a fuel cartridge is detachably connected, and a socket portion having a fuel flow path that is opened and closed according to the attachment / detachment operation of the nozzle portion, and the socket portion are accommodated. A socket housing portion, a fuel housing portion connected to the socket housing portion via a fuel supply path, and containing the liquid fuel supplied from the fuel cartridge having the nozzle portion connected to the socket portion; An elastic body that seals between the fuel flow path and the fuel supply path, and an insertion position of the socket part in the socket housing part is defined so as to control a pressing force of the elastic body by the socket part. Positioning part, a fixing part for fixing the socket part in which the insertion position into the socket housing part is defined based on the positioning part, a fuel electrode, and an oxidizer And a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode, and an electromotive unit that is supplied with fuel from the fuel storage unit and performs a power generation operation. It is said.
1,72…燃料電池、2…起電部、3…燃料収容部、4…ソケット部、5…ソケット収容部、6…燃料カートリッジ、7…カートリッジ本体、8…ノズル部、9…燃料供給路、11…ノズル挿入口、12…ソケット本体、18…ゴムホルダ、19…バルブ、19a…バルブヘッド、19b…バルブステム、20…バルブシート、21…Oリング、22…圧縮スプリング、31…シール用弾性体、32,41…突起部、33,42,47b,49b…突起受け部、34,36…凹部、35,43…固定ピン、44,45…固定スリーブ、47…二分割構造のソケット収容部の下側半体、49…二分割構造のソケット収容部の上側半体、52…アノード触媒層、54…アノード(燃料極)、55…カソード触媒層、57…カソード(酸化剤極)、58…電解質膜、72…燃料供給部、73…流路、74…燃料供給ポンプ、81…燃料分配板、82…燃料注入口、83…燃料排出口。
DESCRIPTION OF
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。図1は本発明の実施形態による燃料電池の構成、さらに燃料電池を燃料カートリッジと組合せた構成を示している。図1に示す燃料電池1は、起電部2と燃料収容部3とを具備している。燃料収容部3の下面には、燃料受容部となるソケット部4を収納するソケット収納部5が設置されている。ソケット収納部5にはソケット部4が配置されている。ソケット収納部5は後述するように燃料供給路を介して燃料収容部3と接続されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and further a configuration in which the fuel cell is combined with a fuel cartridge. A
ここでは、起電部2を燃料収容部3上に配置しているが、起電部2と燃料収容部3とは配管等の流路を介して接続されていてもよい。すなわち、燃料収容部3は起電部2とは別体として配置し、起電部2と流路を介して接続することができる。起電部2と燃料収容部3とを繋ぐ流路には、燃料供給ポンプ等を設置してもよい。起電部2と燃料収容部3とを流路を介して接続した構造については後に詳述する。
Here, although the
燃料カートリッジ6は液体燃料を収容するカートリッジ本体(液体燃料容器)7を有している。カートリッジ本体7の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料収容部3に供給する際の燃料吐出部となるノズル部8が設けられている。燃料カートリッジ6は燃料収容部3に液体燃料を注入するときのみ燃料電池1に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)の燃料カートリッジである。
The fuel cartridge 6 has a cartridge main body (liquid fuel container) 7 that stores liquid fuel. At the tip of the cartridge body 7, a nozzle portion 8 is provided as a fuel discharge portion when supplying the liquid fuel accommodated therein to the
燃料カートリッジ6のカートリッジ本体7には、燃料電池1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。カートリッジ本体7に収容する液体燃料は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。カートリッジ本体7には燃料電池1に対応した液体燃料が収容される。
The cartridge main body 7 of the fuel cartridge 6 accommodates liquid fuel corresponding to the
燃料電池1のソケット収納部5に収納されたソケット部4と燃料カートリッジ6のカートリッジ本体7に設けられたノズル部8とは、一対の接続機構(カップラ)を構成するものである。燃料電池1と燃料カートリッジ6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)8は、図示を省略したバルブ機構を内蔵している。通常状態(燃料カートリッジ6が燃料電池1から切り離された状態)において、ノズル部8のバルブ機構は閉状態とされている。燃料カートリッジ6を燃料電池1に接続すると、ノズル部8のバルブ機構が開状態となる。
The
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)4は、図2に示すようにソケット収納部5内に収納されている。ソケット収納部5はノズル部8が挿入される凹部5Aを有する。ソケット収納部5は凹部5Aの底部に開口された燃料供給路9を介して燃料収容部3と接続されている。ソケット部4はノズル部8の着脱動作に応じて開閉される燃料流路を有している。この燃料流路の開閉動作はソケット部4に内蔵されたバルブ機構により実施される。すなわち、ソケット部4はその内部の燃料流路をノズル部8の着脱動作に応じて動作するバルブ機構で開閉させるように構成されている。
A socket part (female side coupler) 4 as a fuel cell side connection mechanism is housed in a
ソケット部4の具体的な構成は以下の通りである。ソケット部4は凹状のノズル挿入口11を有するソケット本体12を具備している。ソケット本体12は円筒状の本体外周上部13と本体外周下部14とを有している。本体外周上部13と本体外周下部14の内側には、バルブ室を形成する本体中部15と本体下部16とが配置されている。これらによって、ソケット本体12が構成されている。本体中部15と本体下部16との間にはOリング17が介在されており、バルブ室の密閉性を高めている。
The specific configuration of the
ソケット本体12の本体中部15上には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ18が設置されている。ゴムホルダ18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18はその先端部をノズル部8の先端側に嵌め合わせることによって、ノズル部8との間にシールを形成するシール部材である。ゴムホルダ18の内側は燃料流路とされている。すなわち、ゴムホルダ18はソケット部4のバルブ機構を開放した際に外部と燃料流路との間をシールするシール部材である。
A
ソケット本体12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とガイドピン19cとを備えている。バルブヘッド19aは本体中部15と本体下部16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19bはゴムホルダ18内に収納されている。ガイドピン19cは外周に流路を有し、燃料供給路9に挿入されている。このようなバルブ19は軸方向(ノズル部8の挿入方向)に進退可能とされている。バルブヘッド19aと本体中部15の下面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。
A valve 19 is disposed in the
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に押し付ける力が常時加えられている。これによって、Oリング21は押圧されている。通常状態(燃料電池1から燃料カートリッジ6が切り離された状態)において、Oリング21はバルブヘッド19aを介してバルブシート20に押し付けられている。これによって、ソケット部4内の燃料流路が閉状態とされている。
A force that presses the
ソケット本体12の本体下部16には連通孔23が設けられている。連通孔23は燃料供給路9を介して燃料収容部3と接続されている。燃料カートリッジ6のノズル部8を燃料電池1のソケット部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。これによって、ソケット部4内の燃料流路は開状態とされる。ノズル部8内の燃料流路もソケット部4に接続した際に開状態とされる。
A
ノズル部8をソケット部4に接続するとノズル部8とソケット部4のバルブ機構が順に開くことで、ノズル部8とソケット部4の燃料流路が連通した状態となる。このようなノズル部8とソケット部4との接続動作とそれに基づくバルブ機構の開閉動作に基づいて、カートリッジ本体7内に収容された液体燃料を、ノズル部8およびソケット部4内の燃料流路、さらに燃料供給路9を介して燃料収容部3に供給することが可能とされている。
When the nozzle portion 8 is connected to the
ソケット部4はソケット収納部5内に挿入されている。ソケット収納部5内にはソケット部4内の燃料流路とソケット収納部5に接続された燃料供給路9との間をシールする弾性体31が配置されている。弾性体31は略円筒状のソケット部4の下面と凹部状のソケット収納部5の底部との間に配置される。弾性体31にはゴム製や樹脂製の弾性部材が用いられる。弾性体31の形状はシール部品として機能するものであれば特に限定されるものではなく、Oリング、ガスケット、パッキン等が挙げられる。弾性体31の具体例としては、ゴム製Oリングやフッ素系樹脂等からなる樹脂製パッキンが挙げられる。
The
弾性体31はソケット収納部5内に挿入されたソケット部4の下面で押圧されて変形することによって、ソケット部4内の燃料流路と燃料供給路9との間をシールする。弾性体31によるシール機能はソケット部4の押圧力に左右される。すなわち、ソケット部4で弾性体31を押圧する力が不十分であると、弾性体31の変形量が不足して十分なシール機能を得ることができない。ソケット部4による弾性体31の押圧力が過剰になりすぎても、弾性体31によるシール機能が低下する。
The
そこで、この実施形態の燃料電池1は、ソケット部4による弾性体31の押圧力を所定の値に制御するように、ソケット収納部5内におけるソケット部4の挿入位置を規定する位置決め部を備えている。この実施形態の位置決め部は、ソケット部4の外周面から突出させた突起部32と、突起部32を受けてソケット部4の挿入位置を規定する突起受け部33とで構成されている。突起受け部33はソケット収納部5の上面で構成されている。
Therefore, the
さらに、ソケット本体12の本体下部16は突出部24を有しており、この突出部24の高さに基づいて弾性体31の配置空間が形成されている。突出部24は燃料供給路9に接続された連通孔25を有しており、液体燃料の流通を確保している。本体下部16の突出部24に代えて、ソケット収納部5内に座金を配置したり、またソケット収納部5の底面に突出部を設けてもよい。これらによっても、弾性体31の配置空間を規定することができる。ソケット収納部5内に配置される座金やソケット収納部5に設けられる突出部にも、本体下部16の突出部24と同様に液体燃料の流通路を形成することが好ましい。
Further, the main body
ソケット部4は、突起部32と突起受け部33とで構成された位置決め部に基づいて、ソケット収納部内5への挿入位置が規定された状態で固定されている。この実施形態の固定部は、ソケット本体12の本体外周上部13の外周面に設けられた凹部34と、この凹部34と係合する固定ピン35とで構成されている。凹部34は本体外周上部13の外周面を、その接線方向にくびれさせた形状を有している。ここでは、ソケット収納部内5にもソケット本体12の凹部34と対向するように凹部36が設けられている。
The
そして、凹部34、36による空間に円筒状ソケット部4の外周面と接線方向で接するように固定ピン35を挿入することによって、ソケット部4がソケット収納部内5に固定される。固定ピン35は凹部34、36間に挿入されることで、ソケット部4の軸方向の位置を規定している。凹部34、36を固定ピン35が挿入される箇所のみに形成すると周方向に対しても位置が規定される。燃料カートリッジ6をソケット部4に回転させて接続する方式の場合、ソケット部4の回転を防止する効果も得られる。固定ピン35は後述するように2本の針状ピンやU字ピンで構成される。針状ピンを適用する場合、テーパーピンを使用することで挿入性を高め、かつ固定状態の安定化を図ることができる。
And the
上述したように、ソケット部4の外周面から突出させた突起部32をソケット収納部5側の突起受け部33で受けて、ソケット部4のソケット収納部5内への挿入位置を規定することによって、ソケット部4による弾性体31の押圧力を所定の値に制御している。従って、弾性体31によるシール機能を安定的に得ることが可能となる。さらに、ソケット部4による弾性体31の押圧力は、ソケット本体12に設けられた突出部24によっても規制されるため、弾性体31によるシール機能をより安定的に得ることができる。
As described above, the
この実施形態の燃料電池1においては、ソケット部4の取付け性(固定性)や取付け部における液体燃料のシール性を、位置決め部や固定部による簡易な構造で確実に高めることができる。これはソケット部4の取付け部を含む燃料電池1の小型化や構造の簡易化に寄与する。従って、小型化が進められている燃料電池1の限られた空間内にソケット部4を設置した上で、漏液による事故の発生を防止することが可能となる。すなちわ、小型で信頼性や安全性に優れる燃料電池1を提供することができる。
In the
次に、本発明の他の実施形態について、図3ないし図9を参照して説明する。図3はソケット部4とソケット収納部5の他の構成を示す図であり、ソケット部4をソケット収納部5に収納した状態を示している。なお、燃料電池の全体構成や燃料電池を燃料カートリッジと組合せた構成は、図1および図2に示した実施形態の燃料電池1と同様とされている。ソケット部4の内部構造等も同様である。以下において、図1および図2と同一部分には同一符号を付して、その説明を一部省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a view showing another configuration of the
図3に示すソケット部4は、円筒状のソケット本体12の外周面から径方向外側に突出させた突起部41を有している。突起部41はソケット本体12の本体外周上部13の下端部側、すなわちソケット本体12の中央付近に設けられている。突起部41の具体的な形状としては、図4に示すようにソケット本体12の外周面の円周方向に対して部分的に径方向外側に突出させた突起形状や、図5に示すようにソケット本体12の外周面の円周方向に沿って径方向外側に突出させたリブ形状が挙げられる。
The
ソケット収納部5は、ソケット部4が挿入される凹部5Aと、突起部41の挿入をガイドしつつ突起部41を受ける突起挿入部5Bが設けられている。突起部41が図4に示したような突起形状を有する場合、突起受け部としての突起挿入部5Bには凹部5Aの内壁面に軸方向に沿って形成された溝部が適用される。突起部41が図5に示したようなリブ形状を有する場合、突起挿入部5Bには凹部5Aより内径が大きい凹部が適用される。この場合、凹部5Aと突起挿入部5Bを構成する凹部とは段付穴を構成する。
The
ソケット部4は、突起部41を突起挿入部5Bに係合させつつ、ソケット収納部5の凹部5A内に挿入される。ソケット部4をソケット収納部5内に挿入した際に、突起部41は突起挿入部5Bの底面で支持される。突起挿入部5Bの底面42は突起部41の受け部となる。突起挿入部5Bの深さ(ソケット部4の挿入方向に対する深さ)は、ソケット部4をソケット収納部5内に挿入した際に、ソケット部4による弾性体31の押圧力を所定の値に制御する深さに設定されている。突起部41と突起挿入部5Bとは、ソケット収納部5内におけるソケット部4の挿入位置を規定する位置決め部を構成している。
The
ソケット部4は突起部41が突起挿入部5Bの底面42で構成される突起受け部で支持されることによって、ソケット収納部5内の挿入位置が規定される。これによって、ソケット部4による弾性体31の押圧力が所定の値に制御されるため、弾性体31によるシール機能を安定的に得ることができる。この実施形態においても、ソケット本体12の下部やソケット収納部5の下面に突出部を設けたり、ソケット収納部5内に座金等を配置することは有効である。これらによって、弾性体31の配置空間を確保することができると共に、弾性体31によるシール機能をより安定的に得ることが可能となる。
The
位置決め部を構成する突起部41は、さらにソケット部4の固定部としても機能する。例えば、図6や図7に示すように、突起部41を押さえる固定部材として固定ピン43を挿入することによって、ソケット部4がソケット収納部5内に固定される。図6は固定ピン43として2本の針状ピン43Aを使用した状態を示している。図7は固定ピン43としてU字ピン43Bを使用した状態を示している。固定ピン43はソケット収納部内5に設けられた挿入孔に挿入される。固定ピン43はソケット本体12の外周面の接線方向に挿入される。この状態で、突起部41が固定ピン43で押さえられることによって、ソケット部4を固定することができる。
The protruding
図4に示したような突起形状を有する突起部41を用いた場合には、突起挿入部5Bを構成する溝部の形状をL字形やJ字形等とすることによって、位置決め部を構成する突起部41と突起挿入部5Bとで固定部を兼ねることができる。例えば、突起部41を突起挿入部5Bとしての溝部の深さ方向(ソケット収納部5の軸方向)に挿入し、突起部41が溝部の底面に突き当たったところで、L字形等の溝部に沿ってソケット収納部5の周方向に例えば90°回転させる。突起部41はL字形等の溝部で固定される。このように、突起部41と突起挿入部5Bのみでソケット部4を固定することも可能である。
When the
さらに、固定部材は図8や図9に示すように、ソケット部4の外周面を覆うようなスリーブ形状を有するものであってもよい。図8は凹部形状の突起挿入部5Bに突起部41の上方から固定スリーブ44を押し込んだ状態を示している。図8に示す固定スリーブ44は弾性部材で構成されており、これを凹部形状の突起挿入部5Bに圧入して突起部32を押さえる。ソケット部4はソケット収納部5内に固定される。図9に示す固定スリーブ45は、凹部形状の突起挿入部5Bとネジ止めされる。固定スリーブ44、45の固着には各種の構造を適用することが可能である。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the fixing member may have a sleeve shape that covers the outer peripheral surface of the
この実施形態の燃料電池においても、ソケット部4の取付け性(固定性)や取付け部における液体燃料のシール性を、位置決め部や固定部による簡易な構造で確実に高めることができる。これはソケット部4の取付け部を含む燃料電池の小型化や構造の簡易化に寄与する。従って、小型化が進められている燃料電池の限られた空間内にソケット部4を設置した上で、漏液等による事故の発生を防止することが可能となる。すなちわ、小型で信頼性や安全性等に優れる燃料電池を提供することができる。
Also in the fuel cell of this embodiment, the attachment property (fixability) of the
次に、本発明のさらに他の実施形態について、図10ないし図13を参照して説明する。図10はソケット部4の他の構成を示す図であり、図11および図12はソケット部4をソケット収納部5に収納する状態を示す図である。なお、燃料電池の全体構成や燃料電池を燃料カートリッジと組合せた構成は、図1および図2に示した実施形態の燃料電池1と同様とされている。ソケット部4の内部構造等も同様である。以下において、図1および図2と同一部分には同一符号を付して、その説明を一部省略する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a view showing another configuration of the
図10に示すソケット部4は、円筒状のソケット本体12の外周面から径方向外側に突出させた突起部41を有している。突起部41はソケット本体12の本体外周上部13の下端部側、すなわちソケット本体12の中央付近に設けられている。突起部41はソケット本体12の外周面の円周方向に沿って径方向外側に突出させたフランジ形状を有している。フランジ状の突起部41は円形の外周形状を有する。さらに、ソケット本体12の上端部にはソケットカバー46が配置されている。ソケットカバー46はソケット部4の回転を防止する四角形のフランジ46aを有している。
The
ソケット収納部5は図11に示すように、ソケット部4の挿入方向に分割された二分割構造を有する。ソケット収納部5の下側半体(第1の半体)47は燃料収容部3と一体的に設けられている。ソケット収納部5の下側半体47はソケット部4を軸方向に二分割したときの下半分の形状に対応する凹部47aを有している。さらに、下側半体47は燃料供給路9が設けられた流路部48を有している。ソケット収納部5の上側半体(第2の半体)49は、ソケット部4の上半分の形状に対応する凹部49aと、流路部48と接合される接合部50とを有している。
As shown in FIG. 11, the
上述したソケット収納部5において、ソケット部4を収容する部分は二分割されているものの、燃料供給路9が設けられる流路部48は下側半体47に一体的に設けられている。Oリング等のシール部品形状を有する弾性体31が配置されるソケット部4の下端面には、液体燃料に対するシールの安定性の観点から、金型成形時に生じる分割痕(パーティングライン)を設けないことが好ましい。この実施形態ではその点に配慮し、ソケット収納部5を非対称の下側半体47と上側半体49とで構成している。
In the
ソケット収納部5の下側半体47および上側半体49には、それぞれフランジ状の突起部41に対応するスロット47b、49bが設けられている。スロット47b、49bは下側半体47と上側半体49とを合体させた際に、突起部41の全周と係合するような形状を有している。さらに、下側半体47および上側半体49の先端側には、それぞれソケットカバー46に設けられた四角形のフランジ46aに対応するフランジ受け部47c、49cが設けられている。フランジ受け部47c、49cは下側半体47と上側半体49とを合体させた際に、四角形のフランジ46aを挟み込むような形状を有している。
The
この実施形態のソケット部4とソケット収納部5は、図11および図12に示すようにして組立てられる。まず、ソケット部4の下端面にOリング等のシール部品形状を有する弾性体31をセットした後、燃料供給路9にソケット部4のガイドピン19cを挿入しつつ、ソケット部4をソケット収納部5の下側半体47の凹部47a内に配置する。次に、ソケット収納部5の上側半体49をソケット部4の上から被せる。この後、ソケット収納部5の下側半体47と上側半体49との各端面間(流路部48と接合部50との間を含む)を接合することによって、ソケット部4をソケット収納部5内に収納する。下側半体47と上側半体49との接合には、例えば超音波溶着やレーザ溶着が用いられる。
The
この際、ソケット部4の突起部41がソケット収納部5のスロット47b、49bで保持されるため、ソケット部4はソケット収納部5内の所定の位置に配置される。これによって、ソケット部4による弾性体31の押圧力は所定の値に制御されるため、弾性体31によるシール機能を安定的に得ることができる。ソケット部4の突起部41と二分割構造のソケット収納部5のスロット47b、49bは、ソケット部4の位置決め部と固定部とを兼ねるものである。さらに、ソケット部4が有する四角形のフランジ46aはソケット収納部5のフランジ受け部47c、49cで挟み込まれるため、ソケット収納部5内に配置されたソケット部4の回転が防止される。ノズル部8をソケット部4に回転させて接続する方式の場合、ソケット部4の回転を防止することで接続性が向上する。
At this time, since the protruding
ソケット部4に設ける突起部41は、図13に示すように、ソケット本体12の外周面に対して径方向外側に部分的に突出させた形状を有していてもよい。この場合、二分割構造のソケット収納部5には突起部41に対応した幅と深さを有するスロットが設けられる。図13に示した突起部41とそれに対応するスロットを適用した場合、突起部41とそれを受けるスロットとがソケット部4の位置決め部および固定部として機能することに加えて、ソケット部4の回転防止部としても機能する。図10ないし図13に示すように、二分割構造のソケット収納部5を適用した場合、ソケット部4を固定するピンやスリーブを省くことができるため、部品点数の削減を図ることが可能となる。
As shown in FIG. 13, the protruding
この実施形態の燃料電池においても、ソケット部4の取付け性(固定性)や取付け部における液体燃料のシール性を、位置決め部や固定部による簡易な構造で確実に高めることができる。これはソケット部4の取付け部を含む燃料電池の小型化や構造の簡易化に寄与する。従って、小型化が進められている燃料電池の限られた空間内にソケット部4を設置した上で、漏液等による事故の発生を防止することが可能となる。すなちわ、小型で信頼性や安全性等に優れる燃料電池を提供することができる。
Also in the fuel cell of this embodiment, the attachment property (fixability) of the
次に、上述した燃料電池1における起電部2の具体的な構造等について説明する。燃料電池1の構成は特に限定されるものではなく、サテライトタイプの燃料カートリッジ6が必要時に接続される燃料電池であればよい。燃料電池1としては、例えばパッシブ型のDMFC、アクティブ型のDMFC、起電部2と燃料収容部3とが流路を介して接続されたセミパッシブ型と称されるDMFCが挙げられる。
Next, a specific structure of the
まず、第1の実施形態としてパッシブ型の燃料電池1について、図14を参照して述べる。図14に示す燃料電池(DMFC)1は起電部2と燃料収容部3に加えて、これらの間に介在された気液分離膜51を具備している。起電部2は、アノード触媒層52とアノードガス拡散層53とを有するアノード(燃料極)54と、カソード触媒層55とカソードガス拡散層56とを有するカソード(酸化剤極/空気極)57と、アノード触媒層52とカソード触媒層55とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜58とから構成される膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を備えている。
First, a
アノード触媒層52やカソード触媒層55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。アノード触媒層52には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等を用いることが好ましい。カソード触媒層55にはPtやPt−Ni等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料等の導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 52 and the
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の集電機能を有するものである。カソード触媒層55に積層されるカソードガス拡散層56は、カソード触媒層55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55の集電機能を有するものである。アノードガス拡散層53やカソードガス拡散層56は、例えばカーボンペーパーのような導電性を有する多孔質基材で構成される。
The anode
電解質膜58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く、各種のプロトン伝導性材料を使用することができる。
Examples of the proton conductive material constituting the
アノードガス拡散層53はアノード導電層59と積層されている。カソードガス拡散層56はカソード導電層60と積層されている。アノード導電層59やカソード導電層60は、例えばAuのような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜等で構成される。電解質膜58とアノード導電層59との間、および電解質膜58とカソード導電層60との間には、それぞれゴム製のOリング61が介在されている。これらによって、起電部2からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
The anode
燃料収容部3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。燃料収容部3は起電部2側が開口されており、この燃料収容部3の開口と起電部2との間に気液分離膜51が配置されている。気液分離膜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ものである。気液分離膜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。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
カソード導電層60上には保湿層62が積層されており、さらにその上には表面層63が積層されている。表面層63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63に設けられた空気導入口64の個数やサイズで調整される。保湿層62はカソード触媒層55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機能と、カソードガス拡散層56に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層55への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。保湿層62は例えば多孔質部材で構成される。具体的にはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が用いられる。
A moisturizing layer 62 is laminated on the
そして、燃料収容部3の開口上に気液分離膜51、起電部2、保湿層62、表面層63を順に積層し、その上からステンレス製のカバー65を被せて全体を保持することによって、燃料電池1が構成されている。カバー65には表面層63の空気導入口64と対応する部分に開口が設けられている。燃料収容部3にはカバー65の爪部65aを受けるテラス66が設けられている。カバー65はテラス66に爪65aをかしめることで燃料電池全体を一体的に保持している。図14では図示を省略したが、図1に示したように燃料収容部3の下面側にはソケット部4が収納されたソケット収納部5が設けられている。
Then, the gas-
上述した燃料電池(DMFC)1においては、燃料収容部3内の液体燃料F(例えばメタノール水溶液)が気化し、この気化成分が気液分離膜51を透過して起電部2に供給される。起電部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、下記の式(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 fuel cell (DMFC) 1 described above, the liquid fuel F (for example, aqueous methanol solution) in the
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
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3から水蒸気が供給されない。このため、例えばカソード触媒層55で生成した水や電解質膜58中の水をメタノールと反応させて、式(1)の内部改質反応を生じさせる。あるいは、式(1)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, 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58を伝導し、カソード触媒層55に到達する。表面層63の空気導入口64から取り入れられた空気(酸化剤)は、保湿層62、カソード導電層60、カソードガス拡散層56を拡散して、カソード触媒層55に供給される。カソード触媒層55に供給された空気は、下記の式(2)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)
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。燃料収容部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収容部3内に燃料カートリッジ6から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ6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6側のノズル部8を燃料電池1側のソケット部4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
次に、第2の実施形態としてセミパッシブ型の燃料電池について、図15ないし図17を参照して述べる。図15に示す燃料電池(DMFC)71は、第1の実施形態の燃料電池1と同様に起電部2を備えている。起電部2は前述したように、アノード54とカソード57と電解質膜58とから構成される膜電極接合体(MEA)を備えている。起電部2は燃料供給部72上に配置されている。電解質膜58と燃料供給部72およびカバープレート65との間には、それぞれゴム製のOリング61が介在されている。
Next, a semi-passive type fuel cell as a second embodiment will be described with reference to FIGS. A fuel cell (DMFC) 71 shown in FIG. 15 includes an
図示を省略したが、カバープレート65は酸化剤である空気を取入れるための開口を有している。起電部2とカバープレート65との間には、必要に応じて第1の実施形態と同様な保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード57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と共に、カソード57への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさが調整された複数の空気導入口を有する。
Although not shown, the
起電部2のアノード54側には燃料供給部72が配置されている。燃料供給部72は配管のような液体燃料の流路73を介して燃料収容部3と接続されている。燃料供給部72には燃料収容部3から流路73を介して液体燃料が導入される。流路73には燃料供給ポンプ74が介在されている。これらは燃料供給機構を構成している。流路73は燃料供給部72や燃料収容部3と独立した配管に限られるものではない。燃料供給部72と燃料収容部3とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料供給部72は流路73を介して燃料収容部3と接続されていればよい。図15では図示を省略したが、燃料収容部3はソケット部4が収納されたソケット収納部5を有している。
A
燃料供給部72はアノード54の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給するものである。ここでは燃料供給部72として図16や図17に示すような燃料分配板81を用いている。燃料供給部72は燃料拡散室とその内部に配置された燃料拡散材とで構成してもよい。燃料拡散室には上部が開口された箱状の容器が用いられる。燃料拡散室内に配置される燃料拡散材としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等からなる樹脂製多孔質板が用いられる。起電部2は燃料拡散材を収納した燃料拡散室の開口側にアノード54が位置するように配置される。
The
燃料分配板81は図16に示すように、液体燃料が流路73を介して流入する少なくとも1個の燃料注入口82と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口83とを有している。燃料分配板81の内部には図15に示すように、燃料注入口82から導かれた液体燃料の通路となる空隙部84が設けられている。複数の燃料排出口83は燃料通路として機能する空隙部84にそれぞれ直接接続されている。
As shown in FIG. 16, the
燃料注入口82から燃料分配板81に導入された液体燃料は空隙部84に入り、この燃料通路として機能する空隙部84を介して複数の燃料排出口83にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口83には、例えば液体燃料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体(図示せず)を配置してもよい。これによって、起電部2のアノード54には液体燃料の気化成分が供給される。気液分離体は燃料分配板81とアノード54との間に気液分離膜として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口83からアノード54の複数個所に向けて排出される。
The liquid fuel introduced into the
燃料排出口83は起電部2全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板81のアノード54と接する面に複数設けられている。燃料排出口83の個数は2個以上であればよいが、起電部2の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm2の燃料排出口83が存在するように形成することが好ましい。燃料排出口83の個数が0.1個/cm2未満であると、起電部2に対する燃料供給量を十分に均一化することができず、10個/cm2を超えて形成してもそれ以上の効果が得られない。A plurality of
燃料供給部72は図17に示すように、燃料注入口82と複数の燃料排出口83とを細管85のような燃料通路で接続した燃料分配板81で構成してもよい。燃料分配板81の内部に設けられた細管85は途中で複数に分岐しており、これら分岐した細管85の各終端部に燃料排出口83がそれぞれ設けられている。細管85は内径が0.05〜5mmの貫通孔であることが好ましい。燃料通路は燃料分配板81内に形成した細管85に代えて燃料流通溝で構成してもよい。この場合、燃料流通溝を有する流路板を複数の燃料排出口を有する拡散板で覆うことによって、燃料分配板81が構成される。
As shown in FIG. 17, the
流路73にはポンプ74が介在されている。ポンプ74は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部3から燃料供給部72に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部72から起電部2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3に戻されることはない。この実施形態の燃料電池71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。さらに、液体燃料の供給にポンプ74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。図15に示す燃料電池71はセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
A
ポンプ74の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
The type of the
ポンプ74の送液能力は、燃料電池71の主たる対象物が小型電子機器であることから、10μL/分〜1mL/分の範囲であることが好ましい。送液能力が1mL/分を超えると一度に送液される液体燃料の量が多くなりすぎて、全運転期間に占めるポンプ74の停止時間が長くなる。このため、起電部2への燃料の供給量の変動が大きくなり、その結果として出力の変動が大きくなる。これを防止するためのリザーバをポンプ74と燃料供給部72との間に設けてもよいが、そのような構成を適用しても燃料供給量の変動を十分に抑制することはできず、さらに装置サイズの大型化等を招いてしまう。
The liquid feeding capacity of the
ポンプ74の送液能力が10μL/分未満であると、装置立ち上げ時のように燃料の消費量が増える際に供給能力不足を招くおそれがある。これによって、燃料電池71の起動特性が低下する。このような点から10μL/分〜1mL/分の範囲の送液能力を有するポンプ74を使用することが好ましい。ポンプ74の送液能力は10〜200μL/分の範囲であることがより好ましい。このような送液量を安定して実現する上でも、ポンプ74には電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを適用することが好ましい。
If the liquid feeding capacity of the
この実施形態の燃料電池71においては、ポンプ74を用いて燃料収容部3から燃料供給部72に液体燃料が間欠的に送液される。ポンプ74で送液された液体燃料は燃料供給部72内を速やかに面方向に展開し、燃料排出口83から起電部2のアノード(燃料極)54の全面に対して均一に供給される。すなわち、アノード(燃料極)54の平面内に対して均一に燃料が供給され、これにより発電反応が生起される。燃料供給(送液)用のポンプ74の運転動作は、燃料電池71の出力、温度情報、電力供給先である電子機器の運転情報等に基づいて制御することが好ましい。
In the
燃料電池71の安定性や信頼性を高めるために、ポンプ74と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。燃料遮断バルブには、電磁石、モータ、圧電セラミックス等をアクチュエータとして、開閉動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動バルブが適用される。燃料遮断バルブは状態保持機能を有するラッチタイプのバルブであることが好ましい。燃料収容部3や流路73には、燃料収容部3内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを設置してもよい。燃料収容部3から燃料供給機構を用いて燃料を供給する場合、ポンプ74に代えて燃料遮断バルブのみを配置した構成とすることも可能である。この際の燃料遮断バルブは流路73による液体燃料の供給を制御するものである。
In order to improve the stability and reliability of the
燃料供給部72から放出された燃料は、起電部2のアノード(燃料極)54に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合には、アノード触媒層で前述した式(1)に示すメタノールの内部改質反応が生じる。この反応で生成した電子(e-)は外部に導かれ、いわゆる電気として電子機器を動作させた後、カソード(酸化剤極)57に導かれる。式(1)の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は電解質膜58を経てカソード57に導かれる。カソード57には酸化剤として空気が供給される。カソード57に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層で空気中の酸素と前述した式(2)にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。The fuel released from the
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。燃料収容部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収容部3内に燃料カートリッジ6から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ6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6側のノズル部8を燃料電池1側のソケット部4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
なお、本発明は燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給する各種の燃料電池に適用することができる。燃料電池の具体的な構成や燃料の供給形態も特に限定されるものではなく、MEAに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組合せたり、また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する等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention can be applied to various fuel cells that supply liquid fuel using a fuel cartridge. The specific configuration and fuel supply form of the fuel cell are not particularly limited, and all of the fuel supplied to the MEA is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is supplied in a liquid state. The present invention can be applied to various forms such as liquid fuel vapor. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of constituent elements shown in the above embodiments, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiments. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明の態様に係る燃料電池によれば、燃料収容部に対するソケット部の取付け性や液体燃料のシール性を簡易な構造で確実に高めることができる。従って、本発明の態様に係る燃料電池は小型で信頼性や安全性に優れるため、各種装置や機器の電源として有効に利用することが可能である。 According to the fuel cell according to the aspect of the present invention, the attachment property of the socket portion to the fuel storage portion and the sealing property of the liquid fuel can be reliably improved with a simple structure. Therefore, since the fuel cell according to the aspect of the present invention is small and excellent in reliability and safety, it can be effectively used as a power source for various apparatuses and devices.
Claims (17)
前記ソケット部が収納されるソケット収納部と、
前記ソケット収納部と燃料供給路を介して接続され、前記ソケット部に前記ノズル部が接続された前記燃料カートリッジから供給された液体燃料を収容する燃料収容部と、
前記ソケット部内の前記燃料流路と前記燃料供給路との間をシールする弾性体と、
前記ソケット部による前記弾性体の押圧力を制御するように、前記ソケット部の前記ソケット収納部内への挿入位置を規定する位置決め部と、
前記位置決め部に基づいて前記ソケット収納部内への挿入位置が規定された前記ソケット部を固定する固定部と、
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体を備え、前記燃料収容部から燃料が供給されて発電動作する起電部と
を具備することを特徴とする燃料電池。A socket part having a fuel flow path that is detachably connected to the nozzle part of the fuel cartridge and is opened and closed in accordance with the attaching / detaching operation of the nozzle part;
A socket housing portion in which the socket portion is housed;
A fuel storage portion that is connected to the socket storage portion via a fuel supply path, and that stores the liquid fuel supplied from the fuel cartridge in which the nozzle portion is connected to the socket portion;
An elastic body that seals between the fuel flow path and the fuel supply path in the socket portion;
A positioning part for defining an insertion position of the socket part into the socket housing part so as to control a pressing force of the elastic body by the socket part;
A fixing part for fixing the socket part in which the insertion position into the socket housing part is defined based on the positioning part;
An electromotive unit comprising a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode, wherein the fuel is supplied from the fuel storage unit and generates electricity. And a fuel cell.
前記ソケット部は、前記ノズル部が挿入されるノズル挿入口を有するソケット本体と、前記ソケット本体に内蔵されたバルブ機構と、前記ソケット本体内に配置され、前記バルブ機構を開放した際に前記燃料流路をシールする弾性体ホルダとを備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The socket part is disposed in a socket body having a nozzle insertion opening into which the nozzle part is inserted, a valve mechanism built in the socket body, and the fuel when the valve mechanism is opened. A fuel cell comprising: an elastic holder that seals the flow path.
前記ソケット収納部は前記ソケット部が挿入される凹部を有し、前記燃料供給路は前記凹部の底部に開口されていることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the socket housing portion has a recess into which the socket portion is inserted, and the fuel supply path is opened at a bottom portion of the recess.
前記弾性体は前記ソケット部の下面と前記ソケット収納部の前記凹部の前記底部との間に配置されることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 3, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the elastic body is disposed between a lower surface of the socket portion and the bottom portion of the concave portion of the socket housing portion.
前記位置決め部は、前記ソケット部の外周面から突出させた突起部と、前記ソケット収納部に設けられ、前記突起部を受けて前記ソケット部の挿入位置を規定する突起受け部とを備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The positioning part includes a protrusion protruding from the outer peripheral surface of the socket part, and a protrusion receiving part that is provided in the socket housing part and receives the protrusion and defines the insertion position of the socket part. A fuel cell.
前記固定部は前記突起部を押さえる固定部材を備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 5, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the fixing portion includes a fixing member that presses the protrusion.
前記固定部材は前記ソケット部の外周面に沿って挿入される固定ピンを有することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 6, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the fixing member has a fixing pin inserted along an outer peripheral surface of the socket portion.
前記固定部材は前記ソケット部の外周面を覆うように係合される固定スリーブを有することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 6, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the fixing member has a fixing sleeve engaged so as to cover an outer peripheral surface of the socket portion.
前記固定部は、前記ソケット部の外周面に設けられた凹部と、前記凹部と係合する固定ピンとを備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The said fixing | fixed part is provided with the recessed part provided in the outer peripheral surface of the said socket part, and the fixing pin engaged with the said recessed part, The fuel cell characterized by the above-mentioned.
前記ソケット収納部は前記ソケット部の挿入方向に分割された第1および第2の半体を有し、前記第1および第2の半体はこれらを合体したときに前記突起受け部および前記固定部として機能するスロットを有することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 5, wherein
The socket housing portion has first and second halves divided in the insertion direction of the socket portion, and the first and second halves are combined with the protrusion receiving portion and the fixed portion when they are combined. A fuel cell comprising a slot functioning as a portion.
前記ソケット部の突起部および前記ソケット収納部の前記突起受け部は、前記ソケット収納部内に配置された前記ソケット部の回転を防止する機能を有することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 5, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the protrusion of the socket part and the protrusion receiving part of the socket storage part have a function of preventing rotation of the socket part disposed in the socket storage part.
前記燃料収容部は開口を有し、前記起電部は気液分離膜を介して前記燃料収容部の前記開口上に配置されることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel storage section according to claim 1, wherein the fuel storage section has an opening, and the electromotive section is disposed on the opening of the fuel storage section via a gas-liquid separation membrane.
さらに、前記燃料収容部から前記起電部の前記燃料極に前記燃料を供給する燃料供給機構を具備することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell further comprises a fuel supply mechanism for supplying the fuel from the fuel storage portion to the fuel electrode of the electromotive portion.
前記燃料供給機構は、前記燃料収容部と流路を介して接続され、前記燃料極の面方向に前記燃料を分散させつつ供給する燃料供給部を備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 13, wherein
The fuel supply mechanism includes a fuel supply unit that is connected to the fuel storage unit via a flow path and that supplies the fuel while dispersing the fuel in the surface direction of the fuel electrode.
前記燃料供給機構は、前記燃料収容部と流路を介して接続され、前記燃料を前記燃料極の複数個所に対して供給する燃料分配板を備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 13, wherein
The fuel supply mechanism includes a fuel distribution plate that is connected to the fuel accommodating portion through a flow path and supplies the fuel to a plurality of locations of the fuel electrode.
前記燃料分配板は、前記燃料収容部から前記流路を介して前記液体燃料が流入する燃料注入口と、前記燃料注入口と燃料通路を介して接続された複数の燃料排出口とを有することを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 15, wherein
The fuel distribution plate has a fuel inlet through which the liquid fuel flows from the fuel accommodating portion through the flow path, and a plurality of fuel outlets connected to the fuel inlet through a fuel passage. A fuel cell.
前記燃料供給機構は前記流路に設けられた燃料供給ポンプを備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 14, wherein
The fuel cell, wherein the fuel supply mechanism includes a fuel supply pump provided in the flow path.
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