KR20090014213A - 연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지 - Google Patents

연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20090014213A
KR20090014213A KR1020087031045A KR20087031045A KR20090014213A KR 20090014213 A KR20090014213 A KR 20090014213A KR 1020087031045 A KR1020087031045 A KR 1020087031045A KR 20087031045 A KR20087031045 A KR 20087031045A KR 20090014213 A KR20090014213 A KR 20090014213A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
socket
fuel cell
nozzle
hook portion
Prior art date
Application number
KR1020087031045A
Other languages
English (en)
Inventor
겐이찌 다까하시
고이찌 가와무라
겐지 요시히로
유 야마모리
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
도요 세이칸 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바, 도요 세이칸 가부시키가이샤 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
Publication of KR20090014213A publication Critical patent/KR20090014213A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L37/00—Couplings of the quick-acting type
    • F16L37/28—Couplings of the quick-acting type with fluid cut-off means
    • F16L37/30—Couplings of the quick-acting type with fluid cut-off means with fluid cut-off means in each of two pipe-end fittings
    • F16L37/32—Couplings of the quick-acting type with fluid cut-off means with fluid cut-off means in each of two pipe-end fittings at least one of two lift valves being opened automatically when the coupling is applied
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87169—Supply and exhaust

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

연료 전지용 커플러는, 연료 전지에 설치되는 소켓 본체 (32)와, 그의 내부에 배치된 밸브 기구를 갖고, 연료 카트리지에 장착되는 노즐부 (8)이 착탈 가능하게 접속되는 소켓부 (4)를 구비한다. 소켓부 (4)는 소켓 본체 (32)의 내측을 향하여 돌출되어 있음와 동시에, 소켓 본체 (32)의 외측을 향하여 후퇴 가능한 훅부 (44)와, 상기 노즐부 (8)을 유지하도록 훅부 (4)에 가압력을 부여함과 동시에, 상기 훅부 (44)의 후퇴를 허용하는 탄성 부재 (45)를 갖는 노즐 유지 기구 (43)을 구비하고 있다.
연료 전지용 커플러, 소켓 본체, 소켓부, 훅부, 노즐부, 탄성 부재, 노즐 유지 기구

Description

연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지{FUEL CELL COUPLER AND FUEL CELL USING SAME}
본 발명은 연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지에 관한 것이다.
노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 각종 휴대용 전자 기기를 장시간 충전없이 사용 가능케 하기 위해, 휴대용 전자 기기의 전원에 연료 전지를 이용하는 것이 시도되고 있다. 연료 전지는 연료와 공기를 공급하는 것만으로 발전시킬 수 있고, 연료를 보급하면 연속하여 장시간 발전시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 이 때문에, 연료 전지를 소형화할 수 있으면, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 매우 유리한 시스템이라 할 수 있다.
에너지 밀도가 높은 메탄올 연료를 이용한 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 소형화가 가능하고, 연료의 취급도 용이하기 때문에, 휴대 기기용 전원으로서 유망시되고 있다. DMFC의 액체 연료 공급 방식으로는, 기체 공급형이나 액체 공급형 등의 능동 방식, 연료 수용부 내의 액체 연료를 전지 내부에서 기화시켜 연료극에 공급하는 내부 기화형 등의 수동 방식이 알려져 있다. 수동 방식은 DMFC의 소형화 면에서 유리하다.
내부 기화형 등의 수동형 DMFC에서는, 연료 수용부 내의 액체 연료를 예를 들면 연료 함침층이나 연료 기화층 등을 통해 기화시키고, 이 액체 연료의 기화 성분을 연료극에 공급한다(특허 문헌 1 내지 2 참조). 연료 수용부에 대해서는 연료 카트리지를 이용하여 액체 연료를 공급한다. 새틀라이트 타입(외부 주입식)의 연료 카트리지에서는, 각각 밸브 기구를 내장하는 노즐부와 소켓부를 구비하는 커플러를 이용하여 액체 연료의 차단 및 주입을 행하는 것이 시도되고 있다(특허 문헌 3 참조).
연료 전지용 커플러에서 노즐부와 소켓부간의 접속 상태는, 예를 들면 금속의 선재나 판재로 이루어지는 스프링을 이용한 유지 기구로 유지하는 것이 검토되고 있다. 이러한 유지 기구를 적용한 경우, 연료 전지에 접속된 연료 카트리지에 굽힘이나 비틀림 등의 힘이 작용했을 때에, 스프링이 소성 영역까지 변형될 우려가 있다. 이는, 유지 기구, 나아가 소켓부의 손상을 의미한다. 또한, 유지 기구의 스프링의 변형시에 노즐부까지 손상될 우려가 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 제3413111호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-171844호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-127824호 공보
<발명의 개시>
본 발명의 목적은 소켓부에 손상을 주지 않고 접속 상태를 해제하는 것을 가능하게 한 연료 전지용 커플러와, 이와 같은 커플러를 적용함으로써 내구성, 신뢰성, 안전성 등을 높인 연료 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 양태에 따른 연료 전지용 커플러는, 연료 전지에 설치되는 소켓 본체와 상기 소켓 본체 내에 배치된 밸브 기구를 구비하고, 연료 카트리지에 장착되는 노즐부가 착탈 가능하게 접속되는 소켓부를 구비하는 연료 전지용 커플러이며, 상기 소켓부는 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출되어 있으면서 상기 소켓 본체의 외측을 향하여 후퇴 가능한 훅부와, 상기 노즐부를 유지하도록 상기 훅부에 가압력을 부여함과 동시에 상기 훅부의 후퇴를 허용하는 탄성체를 갖는 노즐 유지 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양태에 따른 연료 전지는, 연료 카트리지의 노즐부와 착탈 가능하게 접속되는 소켓부이며, 소켓 본체와, 상기 소켓 본체 내에 배치된 밸브 기구와, 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출되어 있으면서, 상기 소켓 본체의 외측을 향하여 후퇴 가능한 훅부, 및 상기 노즐부를 유지하도록 상기 훅부에 가압력을 부여함과 동시에, 상기 훅부의 후퇴를 허용하는 탄성체를 갖는 노즐 유지 기구를 구비하는 소켓부; 상기 소켓부에 접속된 연료 카트리지로부터 공급되는 액체 연료를 수용하는 연료 수용부; 및 상기 연료 수용부로부터 연료가 공급되어 발전 동작하는 발전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 연료 전지의 소켓부와 연료 카트리지의 노즐부와의 구성(미접속 상태)을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 소켓부와 노즐부와의 접속 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 소켓부의 고무 홀더를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 소켓부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 소켓부의 노즐 유지 기구에서의 훅부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1에 나타낸 연료 전지의 일례로서의 내부 기화형 DMFC의 구성을 나타내는 단면도이다.
부호의 설명
1: 연료 전지 2: 발전부
3: 연료 수용부 4: 소켓부
5: 연료 공급부 6: 연료 카트리지
7: 카트리지 본체 8: 노즐부
12: 노즐 헤드 13: 베이스부
14: 선단부 16: 둘레홈
17: 키부 18: 밸브 홀더
19, 38: 밸브 19a, 38a: 밸브 헤드
19b, 38b: 밸브 스템 20, 39: 밸브 시트
21, 40: O링 22, 41: 압축 스프링
31: 노즐 삽입부 32: 소켓 본체
33: 본체 외주부 34: 본체 중부
35: 본체 하부 37: 고무 홀더
43: 노즐 유지 기구 44: 훅부
44a: 돌출부 44b: 플랜지
45: 고무상 탄성 부재 46: 키홈
<발명을 실시하기 위한 형태>
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명하지만, 이들 도면은 도해를 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 이들 도면으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지의 개략 구성과, 연료 전지를 연료 카트리지와 조합한 구성을 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 연료 전지 (1)은 발전부 (2)와 연료 수용부 (3)으로 주로 구성되어 있다. 연료 수용부 (3)의 하면측에는 액체 연료의 공급구가 되는 소켓부 (4)를 갖는 연료 공급부 (5)가 설치되어 있다. 소켓부 (4)는 밸브 기구를 내장하고 있고, 액체 연료가 공급될 때 이외에는 폐쇄 상태로 되어 있다. 연료 전지 (1)은 연료 수용부 (3)을 거치지 않고 연료 공급부 (5)로부터 직접 발전부 (2)로 액체 연료를 공급하는 구조를 가질 수 있다.
연료 카트리지 (6)은 연료 전지용 액체 연료를 수용하는 카트리지 본체(용기) (7)을 갖고 있다. 카트리지 본체 (7)의 선단에는 그의 내부에 수용된 액체 연료를 연료 전지 (1)에 공급할 때의 연료 토출구가 되는 노즐부 (8)이 설치되어 있다. 노즐부 (8)은 밸브 기구를 내장하고 있고, 액체 연료를 공급할 때 이외에는 폐쇄 상태로 되어 있다. 연료 카트리지 (6)은 연료 수용부 (3)에 액체 연료를 주입할 때에만 연료 전지 (1)에 접속되는 것으로서, 이른바 새틀라이트 타입(외부 주입식)의 연료 카트리지이다.
연료 카트리지 (6)의 카트리지 본체 (7)에는 연료 전지 (1)에 따른 액체 연료가 수용되어 있다. 연료 전지 (1)이 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC)인 경우, 액체 연료로는 각종 농도의 메탄올 수용액이나 순메탄올 등의 메탄올 연료가 이용된다. 카트리지 본체 (7)에 수용되는 액체 연료는 반드시 메탄올 연료로 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 에탄올 수용액이나 순수한 에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순글리콜 등의 글리콜 연료, 디메틸에테르, 포름산, 그 밖의 액체 연료일 수 있다. 어느 것으로 하든 카트리지 본체 (7)에는 연료 전지 (1)에 대응한 액체 연료가 수용된다.
이 실시 형태의 연료 전지용 커플러는 연료 전지 (1)의 연료 수용부 (3)에 설치된 소켓부 (4)를 구비한다. 연료 전지용 커플러는 추가로 연료 카트리지 (6)의 카트리지 본체 (7)에 설치된 노즐부 (8)을 구비하여, 연료 전지 (1)과 연료 카트리지 (6)과의 접속 기구를 구성한다. 연료 전지용 커플러의 구체적인 구성에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 연료 카트리지 (6)의 노즐부 (8)과 연료 전지 (1)의 소켓부 (4)를 접속하기 전의 상태, 도 3은 노즐부 (8)과 소켓부 (4)를 접속한 후의 상태를 나타내고 있다.
연료 전지 (1)과 연료 카트리지 (6)을 접속시키는 커플러에서, 연료 카트리지 (6)측의 접속 기구인 노즐부(수 커플러/플러그) (8)은 선단측에 노즐구 (11)이 개구된 노즐 헤드 (12)를 갖고 있다. 노즐 헤드 (12)는 카트리지 본체 (7)의 개구부에 장착되는 베이스부 (13)과, 소켓부 (4)에 삽입되는 선단부 (14)를 갖고 있다. 원통형의 선단부 (14)는 그의 축 방향이 노즐부 (8)의 삽입 방향과 평행해지도록 베이스부 (13)으로부터 돌출되도록 형성되어 있다.
노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)의 꼭대기면에는 오목부 (15)가 설치되어 있다. 오목부 (15)는 선단부 (14)의 꼭대기면이 움푹 패이도록 설치되어 있고, 이 오목부 (15)의 저면에 노즐구 (11)이 개구되어 있다. 오목부 (15)는 노즐부 (8)의 선단측에 잔류(부착)한 액체 연료의 수용부로서 기능하기 때문에, 조작자가 액체 연료에 접촉할 우려가 없어진다. 노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)의 외주측에는, 후술하는 소켓부 (4)의 노즐 유지 기구와 결합하는 둘레홈 (16), 추가로 연료 식별 수단으로서 기능하는 키부 (17)이 설치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 연료 식별 수단은 키부 (17)과 소켓부 (4)측의 키홈으로 구성된다.
노즐 헤드 (12)의 베이스부 (13)의 내측에는 컵형의 밸브 홀더 (18)이 배치되어 있다. 밸브 홀더 (18)은 밸브실을 규정하는 것으로서, 그의 선단 외연부가 카트리지 본체 (7)과 베이스부 (13) 사이에 끼워져 고정되어 있다. 밸브 홀더 (18) 내에는 밸브 (19)가 배치되어 있다. 밸브 (19)는 밸브 헤드 (19a)와 밸브 스템 (19b)를 구비하고 있다. 밸브 헤드 (19a)는 밸브 홀더 (18)에서 규정된 밸브실 내에 배치되어 있다. 밸브 스템 (19b)는 선단부 (14) 내에 수용되어 있다.
밸브 헤드 (19a)와 밸브 스템 (19b)를 갖는 밸브 (19)는 축 방향(노즐부 (8)의 삽입 방향)으로 앞뒤로 움직일 수 있게 되어 있다. 밸브 헤드 (19a)와 베이스부 (13)의 내측에 형성된 밸브 시트 (20)과의 사이에는 O링 (21)이 배치되어 있다. 밸브 (19)에는 압축 스프링 (22) 등의 탄성체로 밸브 헤드 (19a)를 밸브 시트 (20)에 가압하는 힘이 가해지고 있고, 이들에 의해 O링 (21)은 가압되고 있다.
통상 상태(연료 카트리지 (6)이 연료 전지 (1)로부터 분리된 상태)에서는, 밸브 헤드 (19a)를 통해 O링 (21)을 밸브 시트 (20)에 가압함으로써, 노즐부 (8) 내의 연료 유로를 폐쇄 상태로 하고 있다. 연료 카트리지 (6)을 연료 전지 (1)에 접속하면, 밸브 스템 (19b)가 후퇴하여 밸브 헤드 (19a)가 밸브 시트 (20)으로부터 떨어짐으로써, 노즐부 (8) 내의 연료 유로가 개방 상태가 된다. 밸브 홀더 (18)의 저부에는 액체 연료의 통로가 되는 연통 구멍 (23)이 설치되어 있고, 이 연통 구멍 (23)을 통해 카트리지 본체 (7) 내의 액체 연료는 노즐부 (8) 내에 유입된다.
또한, 노즐 헤드 (12)의 외측에는 캠 기구를 구비한 키 링(링형 부재) (24)나 콘테이너 노즐 (25)가 배치되어 있다. 키 링 (24)는 통상 사용시에는 노즐 헤드 (12)에 압입되어 있다. 연료 카트리지 (6)을 연료 전지 (1)에 접속한 상태에서, 굽힘이나 비틀림 등의 힘이 가해지면 키 링 (24)가 캠 기구로 회전 부상함으로써, 소켓부 (4)와 노즐부 (8)의 접속 상태가 해제된다. 콘테이너 노즐 (25)는 카트리지 본체 (7)에 예를 들면 나사 장착되어 있고, 이에 따라 노즐 헤드 (12)나 밸브 (19) 등을 갖는 노즐부 (8)이 카트리지 본체 (7)의 선단부에 고착되어 있다.
연료 전지 (1)측의 접속 기구로서의 소켓부(암 커플러/소켓) (4)는 오목형의 노즐 삽입부 (31)을 갖는 소켓 본체 (32)를 구비하고 있다. 대략 원통형의 소켓 본체 (32)는 개략 원통 형상을 갖는 본체 외주부(메탈 소켓 등) (33)과, 그의 내부에 배치된 본체 중부 (34) 및 본체 하부 (35)로 주로 구성되어 있다. 본체 외주부 (33)은 링형 볼록부 (33a)와 관통 구멍 (33b)를 갖고 있다. 본체 중부 (34)와 본체 하부 (35) 사이에는 가스켓 (36)이 개재되어 있고, 이들로 규정되는 밸브실의 밀폐성을 높이고 있다. 이들은 일체화되어 연료 전지 (1)의 연료 공급부 (5) 내에 매립되어 있다.
소켓 본체 (32)의 본체 중부 (34) 상에는 탄성체 홀더로서 고무 홀더 (37)이 설치되어 있다. 고무 홀더 (37)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 벨로즈 형상과 재료 특성(고무 탄성)에 기초하여 축 방향으로 탄성이 부여된 홀더 본체 (37a)와, 그의 하측에 설치된 플랜지부 (37b)를 갖고 있다. 고무 홀더 (37)은 플랜지부 (37b)가 본체 외주부 (33)의 링형 볼록부 (33a)와 본체 중부 (34) 사이에 끼워져 고정되어 있다. 플랜지부 (37b)의 외주측은 립 형상으로 되어 있고, 이에 따라 밀봉성을 높이고 있다.
고무 홀더 (37)은 그의 선단측을 노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)에 설치된 오목부 (15)에 끼워맞춤으로써, 노즐 헤드 (12)와의 사이에 밀봉을 형성하는 밀봉 부재이다. 고무 홀더 (37)의 내측은 연료 유로로 되어 있다. 즉, 고무 홀더 (37)은 소켓부 (4)의 밸브 기구를 개방했을 때에 외부와 연료 유로 사이를 밀봉하는 밀봉 부재이다. 노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)에 설치된 오목부 (15)는 고무 홀더 (37)의 선단과 끼워맞춰져 밀봉을 형성하는 기능을 겸비하는 것이다. 고무 홀더 (37)의 선단부는 립 형상으로 되어 있고, 이에 따라 밀봉성을 높이고 있다.
소켓 본체 (32) 내에는 밸브 (38)이 배치되어 있다. 밸브 (38)은 밸브 헤드 (38a)와 밸브 스템 (38b)를 구비하고 있다. 밸브 헤드 (38a)는 본체 중부 (34)와 본체 하부 (35)로 규정된 밸브실 내에 배치되어 있다. 밸브 스템 (38b)는 고무 홀더 (37) 내에 수납되어 있다. 밸브 (38)은 축 방향(노즐부 (8)의 삽입 방향)으로 앞뒤로 움직일 수 있게 되어 있다. 밸브 헤드 (38a)와 본체 중부 (34)의 하면측에 형성된 밸브 시트 (39) 사이에는 O링 (40)이 배치되어 있다.
밸브 (38)에는 압축 스프링 (41) 등의 탄성체로 밸브 헤드 (38a)를 밸브 시트 (39)에 가압하는 힘이 항상 가해지고 있고, 이에 따라 O링 (40)은 가압되고 있다. 통상 상태(연료 전지 (1)로부터 연료 카트리지 (6)이 분리된 상태)에서는, 밸브 헤드 (38a)를 통해 O링 (40)이 밸브 시트 (39)에 가압되고 있다. 이에 따라, 소켓부 (4) 내의 연료 유로가 폐쇄 상태로 되어 있다. 연료 전지 (1)에 연료 카트리지 (6)을 접속하면, 밸브 스템 (38b)가 후퇴하여 밸브 헤드 (38a)가 밸브 시트 (39)로부터 떨어짐으로써, 소켓부 (4) 내의 연료 유로가 개방 상태가 된다.
소켓 본체 (32)의 본체 하부 (35)에는 연료 공급부 (5) 내를 통해 연료 수용부 (3)에 접속된 연통 구멍 (42)가 설치되어 있다. 소켓부 (4)는 소켓 본체 (32) 내의 연료 유로가 본체 하부 (35)에 설치된 연통 구멍 (42)를 통해 연료 수용부 (3)에 접속되어 있다. 그리고, 밸브 (19, 38)을 개방 상태로 하여 노즐부 (8) 및 소켓부 (4) 내의 연료 유로를 각각 개방함으로써, 연료 카트리지 (6)에 수용된 액체 연료를 노즐부 (8) 및 소켓부 (4)를 통해 연료 수용부 (3) 내에 주입하는 것이 가능해지고 있다.
소켓 본체 (32)의 본체 외주부 (33)에는 도 2, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 소켓부 (4) 내에 삽입된 노즐부 (8)을 유지하는 노즐 유지 기구 (43)이 설치되어 있다. 노즐 유지 기구 (43)은 소켓부 (4)와 노즐부 (8)과의 접속 상태를 유지하는 것이다. 노즐 유지 기구 (43)은 본체 외주부 (33)의 내측을 향하여 직경 방향으로 돌출된 훅부 (44)와, 노즐부 (8)을 유지하도록 훅부 (44)에 가압력을 부여하는 탄성체 (45)를 갖고 있다.
노즐 유지 기구 (43)의 훅부 (44)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 본체 외주부 (33)의 내측을 향하여 돌출되는 돌출부 (44a)와, 이 돌출부 (44a)의 형태를 유지하도록 설치된 플랜지부 (44b)를 갖고 있다. 돌출부 (44a)는 선단측을 향하여 경사된 테이퍼 형상을 갖고 있다. 훅부 (44)의 돌출부 (44a)는 본체 외주부 (33)의 외측으로부터 관통 구멍 (33b)에 삽입되어 있고, 이 상태에서 본체 외주부 (33)의 내측을 향하여 직경 방향으로 돌출되어 있다. 훅부 (44)의 플랜지부 (44b)는 본체 외주부 (33)의 외측에 배치되고, 본체 외주부 (33)의 내측을 향하여 돌출된 돌출부 (44a)의 형태를 유지하고 있다.
훅부 (44)의 외측에는 탄성체 (45)가 배치되어 있고, 이에 따라 가압력이 부여되고 있다. 탄성체 (45)로는 본체 외주부 (33)의 직경 방향에 대하여 탄성력을 부여하는 용수철재나 고무상 탄성 부재를 들 수 있다. 이들 중에서, 설치 스페이스의 감소나 고정의 용이함 등의 면에서, 고무상 탄성 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 이 실시 형태에서는 슬리브 형상을 갖는 고무상 탄성 부재(고무 슬리브) (45)를 이용하고 있다. 슬리브 형상을 갖는 고무상 탄성 부재 (45)는 훅부 (44)의 플랜지부 (44b)를 덮도록 본체 외주부 (33)의 외벽면의 둘레 방향을 따라 장착되어 있다. 본체 외주부 (33)의 외측에는 립 (33c)가 설치되어 있고, 이에 따라 슬리브 형상을 갖는 고무상 탄성 부재 (45)의 배치 위치가 규정되어 있다.
고무상 탄성 부재 (45)의 구성 재료에는 엘라스토머(탄성 고분자)가 이용되고, 구체적으로는 열가소성 엘라스토머나 고무(ASTM의 고무 분류에 기초한 것) 등을 들 수 있다. 열가소성 엘라스토머로는, 스티렌·부타디엔·스티렌블럭 공중합체, 에폭시화 스티렌계 엘라스토머, 스티렌·이소프렌·스티렌 블럭 공중합체, 수소 첨가 스티렌 블럭 공중합체, 수소 첨가 SBC 컴파운드, 단순 블렌드형 올레핀계 엘라스토머, 가교형 엘라스토머, 염화비닐계 엘라스토머, 염소화 에틸렌 공중합체 가교체 얼로이, 염소화 폴리에틸렌계 엘라스토머, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔, 우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머, 실리콘계 엘라스토머 등이 이용된다.
고무로는, 폴리메틸렌 타입의 포화 주쇄를 갖는 고무, 에피클로로히드린 고무와 같은 주쇄에 산소를 갖는 고무, 비닐메틸실리콘 고무와 같은 주쇄에 규소와 산소를 갖는 고무, 천연 고무나 디엔계 고무와 같이 주쇄에 불포화 탄소 결합을 갖는 고무, 폴리에테르우레탄과 같은 주쇄에 탄소, 산소 및 질소를 갖는 고무, 주쇄에 산소 또는 인을 갖지 않고 질소를 갖는 고무, 폴리술피드 고무와 같은 주쇄에 황을 갖는 고무, 포스파젠 고무와 같은 주쇄에 인 및 질소를 갖는 고무 등이 이용된다.
포화 주쇄를 갖는 고무로는, 에틸렌-프로필렌-디엔 3원계 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 완전 수소화 아크릴니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 완전 수소화 스티렌-부타디엔 고무, 완전 수소화 스티렌-이소프렌 고무 등을 들 수 있다. 주쇄에 불포화 탄소 결합을 갖는 고무로는, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 수소화 아크릴니트릴-부타디엔 고무, 이소부텐-이소프렌 고무, 천연 고무, 수소화 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 수소화 스티렌-이소프렌 고무, 스티렌-이소프렌 고무 등을 들 수 있다.
훅부 (44)에는 본체 외주부 (33)의 외측에 배치된 고무상 탄성 부재 (45)의 탄성력에 의해 내측을 향하여 가압력이 부여되어 있음과 동시에, 외측으로 후퇴 가능하게 되어 있다. 즉, 훅부 (44)는 본체 외주부 (33) 내에서 직경 방향으로 가동한다. 고무상 탄성 부재 (45)는 그의 탄성력에 기초하여 훅부 (44)에 가압력을 부여하고, 또한 훅부 (44)의 직경 방향에의 후퇴를 허용하는 것이다. 훅부 (44)의 후퇴 범위는 노즐부 (8)의 이탈성을 높이기 위해, 그의 선단이 본체 외주부 (33)의 내벽면까지 후퇴하도록 설정하는 것이 바람직하다. 고무상 탄성 부재 (45)는 고무 경도나 두께에 기초하여 훅부 (44)에 부여하는 탄성력을 조정할 수 있다. 이에 따라, 본체 외주부 (33)의 내벽면까지 용이하게 후퇴시킬 수 있다.
노즐 유지 기구 (43)은, 노즐부 (8)을 소켓부 (4)에 접속했을 때에 훅부 (44)를 노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)의 외주에 설치된 둘레홈 (16)과 결합시킴으로써, 노즐부 (8)과 소켓부 (4)의 접속 상태를 유지하는 것이다. 통상 상태에서는 훅부 (44)에 부여된 가압력(탄성력)에 의해 노즐부 (8)을 탄성적으로 고정시키고 있다. 연료 전지 (1)에 접속된 연료 카트리지 (6)에 과도한 굽힘이나 비틀림 등의 힘이 가해진 경우, 훅부 (44)는 고무상 탄성 부재 (45)의 탄성력에 기초하여 본체 외주부 (33)의 내벽면까지 후퇴한다. 이 때문에, 노즐 유지 기구 (43), 소켓부 (4), 노즐부 (8) 등을 손상시키지 않고 노즐부 (8)과 소켓부 (4)의 접속 상태가 해제된다.
소켓 본체 (32)의 본체 외주부 (33)에는 추가로 연료 식별 수단으로서 기능하는 키홈 (46)이 설치되어 있다. 키홈 (46)은 노즐부 (8)의 키부 (17)과 결합하는 형상을 갖는다. 키부 (17)과 키홈 (46)은 한 쌍의 형상을 이루기 때문에, 액체 연료에 따라 형상을 규정함으로써, 액체 연료의 오주입을 방지할 수 있다. 키부 (17)의 형상을 액체 연료의 종별(종류나 농도 등)에 따른 형상으로 하고, 키홈 (46)을 키부 (17)에 대응한 형상으로 함으로써, 연료 전지 (1)에 대응한 액체 연료를 수용하는 연료 카트리지 (6)만을 접속 가능하게 할 수 있다. 따라서, 연료 전지 (1)에 대응한 액체 연료만이 공급되게 되기 때문에, 액체 연료의 오주입에 따른 동작 불량이나 특성 저하 등을 방지하는 것이 가능해진다.
연료 카트리지 (6)에 수용된 액체 연료를 연료 전지 (1)의 연료 수용부 (3)에 공급할 때에는, 연료 카트리지 (6)의 노즐부 (8)을 소켓부 (4)에 삽입하여 접속한다. 노즐부 (8)의 노즐 헤드 (12)에 설치된 선단부 (14)는 키부 (17)과 키홈 (46)의 형상이 대응한 경우에만 소켓부 (4)에 삽입된다. 이와 같이 하여 노즐부 (8)의 선단부 (14)를 소켓부 (4)의 노즐 삽입부 (31)에 삽입하면, 우선 선단부 (14)에 설치된 오목부 (15)에 고무 홀더 (37)의 선단이 끼워맞춰짐으로써, 밸브 (19, 40)이 개방 상태가 되기 전에 액체 연료의 유로 주변의 밀봉이 확립된다.
노즐 헤드 (12)의 선단부 (14)와 고무 홀더 (37)이 접촉한 상태에서 노즐부 (8)을 소켓부 (4)에 삽입하면, 노즐부 (8)의 밸브 스템 (19b)와 소켓부 (4)의 밸브 스템 (38b)의 선단끼리가 맞닿는다. 이 상태에서 추가로 노즐부 (8)을 소켓부 (4)에 삽입하면, 소켓부 (4)의 밸브 (38)이 후퇴하여 유로를 완전히 개방한 후, 노즐부 (8)의 밸브 (19)가 후퇴하여 연료 유로가 확립된다. 이 연료 유로의 확립과 동시에, 소켓부 (4)의 노즐 유지 기구 (43)의 훅부 (44)가 노즐 헤드 (12)의 둘레홈 (16)과 결합함으로써, 노즐부 (8)과 소켓부 (4)의 접속 상태가 유지된다.
노즐부 (8)과 소켓부 (4)를 접속함과 동시에, 이들에 내장된 밸브 기구를 각각 개방 상태로 하여 연료 유로를 개방함으로써, 연료 카트리지 (6)에 수용된 액체 연료를 연료 전지 (1)의 연료 수용부 (3)에 공급한다. 상술한 바와 같이, 노즐부 (8)과 소켓부 (4)와의 접속 상태는 훅부 (44)가 둘레홈 (16)과 결합하여 노즐부 (8)을 탄성적으로 고정시킴으로써 유지된다. 연료 카트리지 (6)에 과도한 굽힘이나 비틀림 등의 힘이 가해진 경우에도, 훅부 (44)가 본체 외주부 (33)의 내벽면까지 후퇴하기 때문에, 훅부 (44) 자체나 소켓부 (4), 나아가 노즐부 (8)의 손상을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 연료 카트리지 (6)에 굽힘이나 비틀림 등이 가해졌을 때에, 훅부 (44)에 의한 노즐부 (8)의 접속 상태가 노즐 유지 기구 (43)에 과잉의 힘이나 부하를 주지 않고 해제되기 때문에, 연료 카트리지 (6)의 이탈에 따른 소켓부 (4)나 노즐부 (8)의 손상을 억제할 수 있다. 즉, 굽힘이나 비틀림 등이 가해진 연료 카트리지 (6)을, 각 부에 손상을 주지 않고 연료 전지 (1)로부터 이탈시킬 수 있다. 이에 따라, 연료 전지 (1)의 소켓부 (4) 자체의 파손, 또한 연료 카트리지 (6)의 노즐부 (8)의 파손, 나아가 이들에 의한 문제점(액체 누설 등)의 발생 등을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 연료 전지 (1)의 내구성, 신뢰성, 안전성 등을 높일 수 있다.
또한, 소켓부 (4)의 소켓 본체 (32)를 원주 방향으로 복수(예를 들면 2개)로 분할함으로써, 연료 카트리지 (6)에 굽힘이나 비틀림 등이 가해졌을 때에, 분할된 소켓 본체 (32)에서 과잉의 힘이나 부하를 흡수할 수 있다. 예를 들면, 노즐부 (8)의 움직임에 대응하여 소켓 본체 (32)의 개구부가 넓어짐으로써, 연료 카트리지 (6)의 이탈에 따른 소켓부 (4)나 노즐부 (8)의 손상이 억제된다. 즉, 굽힘이나 비틀림 등이 가해진 연료 카트리지 (6)을, 각 부에 손상을 주지 않고 연료 전지 (1)로부터 이탈시킬 수 있다. 이에 따라, 소켓부 (4)나 노즐부 (8)의 파손, 나아가 이들에 의한 문제점(액체 누설 등)의 발생 등을 억제하는 것이 가능해진다.
다음으로, 상술한 실시 형태의 연료 전지 (1)에서의 발전부 등의 구체적인 구조에 대하여 설명한다. 연료 전지 (1)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 연료 전지 (1)에는 새틀라이트 타입의 연료 카트리지 (6)이 필요시에 접속되는 수동형이나 능동형의 DMFC를 적용할 수 있다. 여기서는 연료 전지 (1)에 내부 기화형의 DMFC를 적용한 실시 형태에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에 나타내는 내부 기화형(수동형)의 DMFC (1)은 발전부와 연료 수용부 (3)에 더하여, 이들 사이에 개재된 기액 분리막 (51)을 구비하고 있다. 발전부 (2)는 애노드 촉매층 (52) 및 애노드 가스 확산층 (53)을 갖는 애노드(연료극)와, 캐소드 촉매층 (54) 및 캐소드 가스 확산층 (55)를 갖는 캐소드(산화제극/공기극)와, 애노드 촉매층 (52)와 캐소드 촉매층 (54) 사이에 위치한 양성자(수소 이온) 전도성의 전해질막 (56)으로 구성되는 막전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)를 구비하고 있다.
애노드 촉매층 (52)나 캐소드 촉매층 (54)에 함유되는 촉매로는, 예를 들면 Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd 등의 백금족 원소의 단체, 백금족 원소를 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 애노드 촉매층 (52)에는 메탄올이나 일산화탄소에 대하여 강한 내성을 갖는 Pt-Ru나 Pt-Mo 등을 이용하는 것이 바람직하다. 캐소드 촉매층 (54)에는 Pt나 Pt-Ni 등을 이용하는 것이 바람직하다. 촉매는 탄소 재료와 같은 도전성 담지체를 사용한 담지 촉매, 또는 무담지 촉매 중 어느 것이어도 좋다.
전해질막 (56)을 구성하는 양성자 전도성 재료로는, 예를 들면 술폰산기를 갖는 퍼플루오로술폰산 중합체와 같은 불소계 수지, 술폰산기를 갖는 탄화수소계 수지, 텅스텐산이나 인 텅스텐산 등의 무기물 등을 들 수 있다. 술폰산기를 갖는 불소계 수지의 구체예로는 나피온(상품명, 듀퐁사 제조)나 플레미온(상품명, 아사히 글래스사 제조) 등을 들 수 있다. 단, 이들로 한정되는 것은 아니다.
애노드 촉매층 (52)에 적층되는 애노드 가스 확산층 (53)은 애노드 촉매층 (52)에 연료를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 애노드 촉매층 (52)의 집전체를 겸하고 있다. 캐소드 촉매층 (54)에 적층되는 캐소드 가스 확산층 (55)는 캐소드 촉매층 (54)에 산화제를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 캐소드 촉매층 (54)의 집전체를 겸하고 있다. 애노드 가스 확산층 (53)에는 애노드 도전층 (57)이 적층되어 있다. 캐소드 가스 확산층 (55)에는 캐소드 도전층 (58)이 적층되어 있다.
애노드 도전층 (57)이나 캐소드 도전층 (58)은, 예를 들면 Au와 같은 도전성 금속 재료로 이루어지는 메쉬, 다공질막, 박막 등으로 구성되어 있다. 또한, 전해질막 (56)과 애노드 도전층 (57)과의 사이, 및 전해질막 (56)과 캐소드 도전층 (58)과의 사이에는 각각 고무제 O링 (59, 60)이 개재되어 있다. 이들에 의해, 발전부 (2)로부터의 연료 누설이나 산화제 누설이 방지되고 있다.
연료 수용부 (3)의 내부에는 액체 연료 F로서 메탄올 연료가 충전되어 있다. 연료 수용부 (3)은 발전부 (2)측이 개구되어 있고, 이 연료 수용부 (3)의 개구부와 발전부 (2) 사이에 기액 분리막 (51)이 설치되어 있다. 기액 분리막 (51)은 액체 연료 F의 기화 성분만을 투과시키고, 액체 성분은 투과시키지 않는 막이다. 기액 분리막 (51)의 구성 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소 수지가 예시된다. 액체 연료 F의 기화 성분이란, 액체 연료 F로서 메탄올 수용액을 사용한 경우에는 메탄올의 기화 성분과 물의 기화 성분으로 이루어지는 기체 혼합물, 순 메탄올을 사용한 경우에는 메탄올의 기화 성분을 의미한다.
캐소드 도전층 (58) 상에는 보습층 (61)이 적층되어 있고, 추가로 그 위에는 표면층 (62)가 적층되어 있다. 표면층 (62)는 산화제인 공기의 도입량을 조정하는 기능을 갖고, 그 조정은 표면층 (62)에 형성된 공기 도입구 (63)의 개수나 크기 등을 변경함으로써 행한다. 보습층 (61)은 캐소드 촉매층 (54)에서 생성된 물의 일부가 함침되어 물의 증발 비산을 억제하는 역할을 함과 동시에, 캐소드 가스 확산층 (55)에 산화제를 균일하게 도입함으로써, 캐소드 촉매층 (54)에의 산화제의 균일 확산을 촉진하는 기능도 갖고 있다. 보습층 (61)은, 예를 들면 다공질 구조의 부재로 구성된다. 보습층 (61)의 구체적인 구성 재료로는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌의 다공질체 등을 들 수 있다.
그리고, 연료 수용부 (3) 상에 기액 분리막 (51), 발전부 (2), 보습층 (61), 표면층 (62)를 순서대로 적층하고, 그 위로부터 스테인리스제 커버 (64)를 씌워 전체를 유지함으로써, 수동형 DMFC (1)이 구성된다. 커버 (64)에는 표면층 (62)에 형성된 공기 도입구 (63)과 대응하는 부분에 개구가 설치되어 있다. 연료 수용부 (3)에는 커버 (64)의 말단돌기 (64a)를 받는 테라스 (65)가 설치되어 있고, 테라스 (65)에 말단돌기 (64a)를 코킹함으로써 연료 전지 (1) 전체를 커버 (64)로 일체적으로 유지하고 있다. 도 7에서는 도시를 생략했지만, 도 1에 나타낸 바와 같이 연료 수용부 (3)의 하면측에는 소켓부 (4)를 갖는 연료 공급부 (5)가 설치되어 있다.
상술한 구성을 갖는 수동형 DMFC(연료 전지) (1)에서는, 연료 수용부 (3) 내의 액체 연료 F(예를 들면 메탄올 수용액)가 기화되고, 이 기화 성분이 기액 분리막 (51)을 투과하여 발전부 (2)에 공급된다. 발전부 (2) 내에서, 액체 연료 F의 기화 성분은 애노드 가스 확산층 (53)에서 확산되어 애노드 촉매층 (52)로 공급된다. 애노드 촉매층 (52)에 공급된 기화 성분은 하기 반응식 1에 나타내는 메탄올의 내부 개질 반응을 일으킨다.
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
또한, 액체 연료 F로서 순메탄올을 사용한 경우에는 연료 수용부 (3)으로부터 수증기가 공급되지 않기 때문에, 캐소드 촉매층 (54)에서 생성된 물이나 전해질막 (56) 중의 물을 메탄올과 반응시켜 반응식 1의 내부 개질 반응을 일으키거나, 또는 상기 반응식 1의 내부 개질 반응에 상관없이 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 내부 개질 반응을 일으킨다.
내부 개질 반응에서 생성된 양성자(H+)는 전해질막 (56)을 전도하여 캐소드 촉매층 (54)에 도달한다. 표면층 (62)의 공기 도입구 (63)으로부터 도입된 공기(산화제)는 보습층 (61), 캐소드 도전층 (58), 캐소드 가스 확산층 (55)를 확산하여 캐소드 촉매층 (54)로 공급된다. 캐소드 촉매층 (54)에 공급된 공기는 다음 반응식 2에 나타내는 반응을 일으킨다. 이 반응에 의해, 물의 생성을 수반하는 발전 반응이 생긴다.
(3/2)O2+6H++6e-→ 3H2O
상술한 반응에 기초한 발전 반응이 진행함에 따라, 연료 수용부 (3) 내의 액체 연료 F(예를 들면 메탄올 수용액이나 순메탄올)는 소비된다. 연료 수용부 (3) 내의 액체 연료 F가 비게 되면 발전 반응이 정지하기 때문에, 그 시점 또는 그 이전 시점에 연료 수용부 (3) 내로 연료 카트리지 (6)으로부터 액체 연료를 공급한 다. 연료 카트리지 (6)으로부터의 액체 연료의 공급은 상술한 바와 같이 연료 카트리지 (6)측의 노즐부 (8)을 연료 전지 (1)측의 소켓부 (4)에 삽입하여 접속함으로써 실시된다.
또한, 본 발명은 액체 연료를 연료 카트리지에 의해 공급하는 연료 전지이면, 그의 방식이나 기구 등에 아무런 한정도 되지 않지만, 특히 소형화가 진행되고 있는 수동형 DMFC에 적합하다. 연료 전지의 구체적인 구성도 특별히 한정되는 것은 아니고, 실시 단계에서는 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 나타난 복수의 구성 요소를 적절히 조합하거나, 또한 실시 형태에 나타난 전체 구성 요소로부터 몇개의 구성 요소를 삭제하는 등 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 실시 형태는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 확장 또는 변경할 수 있고, 이 확장, 변경한 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
본 발명의 양태에 따른 연료 전지용 커플러에서는, 소켓부에 설치되는 노즐 유지 기구의 훅부가 소켓 본체의 외측을 향하여 후퇴 가능하도록 하고 있다. 이 때문에, 소켓부에 노즐부를 접속한 연료 카트리지에 굽힘이나 비틀림 등의 힘이 작용했을 때에, 소켓부나 노즐부를 손상시키지 않고 이들의 접속 상태를 해제할 수 있다. 이러한 연료 전지용 커플러를 적용한 연료 전지는 내구성, 신뢰성, 안전성 등이 우수하기 때문에, 각종 장치나 기기의 전원으로서 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 연료 전지에 설치되는 소켓 본체와 상기 소켓 본체 내에 배치된 밸브 기구를 구비하고, 연료 카트리지에 장착되는 노즐부가 착탈 가능하게 접속되는 소켓부를 구비하는 연료 전지용 커플러이며,
    상기 소켓부는 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출되어 있으면서, 상기 소켓 본체의 외측을 향하여 후퇴 가능한 훅부와, 상기 노즐부를 유지하도록 상기 훅부에 가압력을 부여함과 동시에, 상기 훅부의 후퇴를 허용하는 탄성체를 갖는 노즐 유지 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소켓 본체는 대략 원통 형상을 갖고, 상기 훅부는 상기 소켓 본체의 직경 방향으로 후퇴 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 훅부는 그의 선단이 상기 소켓 본체의 내벽면까지 후퇴 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 훅부는 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부의 형태를 유지하도록 설치되고 상기 소켓 본체의 외측에 배치된 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄성체는 상기 소켓 본체의 외측에 배치된 고무상 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  6. 제2항에 있어서, 상기 탄성체는 상기 소켓 본체의 외벽면의 주위 방향을 따라 배치되고, 슬리브 형상을 갖는 고무상 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소켓 본체는 상기 고무상 탄성 부재의 배치 위치를 규정하는 립을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  8. 제1항에 있어서, 상기 훅부는 상기 노즐부에 설치된 오목부와 결합하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소켓부는 상기 밸브 기구를 개방했을 때에 외부와 연료 유로 사이를 밀봉하는 탄성체 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  10. 제1항에 있어서, 상기 밸브 기구는 밸브 헤드와 밸브 스템을 갖는 밸브와, 상기 밸브 헤드를 상기 소켓 본체 내에 설치된 밸브 시트에 가압하여 상기 소켓부 내의 연료 유로를 폐쇄 상태로 유지하는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  11. 제1항에 있어서, 추가로 상기 액체 연료의 종별을 식별하는 연료 식별 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 커플러.
  12. 연료 카트리지의 노즐부와 착탈 가능하게 접속되는 소켓부이며, 소켓 본체와, 상기 소켓 본체 내에 배치된 밸브 기구와, 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출되어 있으면서, 상기 소켓 본체의 외측을 향하여 후퇴 가능한 훅부, 및 상기 노즐부를 유지하도록 상기 훅부에 가압력을 부여함과 동시에, 상기 훅부의 후퇴를 허용하는 탄성체를 갖는 노즐 유지 기구를 구비하는 소켓부;
    상기 소켓부에 접속된 상기 연료 카트리지로부터 공급되는 액체 연료를 수용하는 연료 수용부; 및
    상기 연료 수용부로부터 연료가 공급되어 발전 동작하는 발전부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 발전부는 연료극과, 산화제극과, 상기 연료극과 상기 산화제극 사이에 위치한 전해질막을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  14. 제12항에 있어서, 추가로 상기 연료 수용부와 상기 발전부 사이에 개재되고 상기 액체 연료의 기화 성분을 상기 연료극에 공급하는 기액 분리막을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  15. 제12항에 있어서, 상기 훅부는 그의 선단이 상기 소켓 본체의 내벽면까지 후퇴 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  16. 제12항에 있어서, 상기 훅부는 상기 소켓 본체의 내측을 향하여 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부의 형태를 유지하도록 설치되고 상기 소켓 본체의 외측에 배치된 플랜지부를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  17. 제12항에 있어서, 상기 탄성체는 상기 소켓 본체의 외측에 배치된 고무상 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  18. 제12항에 있어서, 상기 훅부가 상기 노즐부에 설치된 오목부와 결합하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
KR1020087031045A 2006-05-22 2007-05-21 연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지 KR20090014213A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2006-141403 2006-05-22
JP2006141403A JP2007311292A (ja) 2006-05-22 2006-05-22 燃料電池用カップラとそれを用いた燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090014213A true KR20090014213A (ko) 2009-02-06

Family

ID=38723089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087031045A KR20090014213A (ko) 2006-05-22 2007-05-21 연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100068586A1 (ko)
EP (1) EP2023429A1 (ko)
JP (1) JP2007311292A (ko)
KR (1) KR20090014213A (ko)
CN (1) CN101449414A (ko)
TW (1) TW200803025A (ko)
WO (1) WO2007135775A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5188041B2 (ja) * 2006-07-20 2013-04-24 株式会社東海 燃料電池用カートリッジのコネクタ
KR20090008066A (ko) 2007-07-16 2009-01-21 삼성에스디아이 주식회사 파워유닛, 카트리지 및 이들을 포함하는 연료전지시스템
EP2666864B1 (en) * 2007-12-05 2017-07-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Genes that increase plant oil and method for using the same
JP5736649B2 (ja) 2010-03-03 2015-06-17 東洋製罐株式会社 カップラー
CN103066310B (zh) * 2012-12-20 2015-04-22 华南理工大学 用于被动式直接甲醇燃料电池的热/流管理系统
FR3045430B1 (fr) * 2015-12-18 2018-01-05 Illinois Tool Works Inc Cartouche de combustible pour un outil de fixation a gaz et outil de fixation a gaz comportant une telle cartouche
JP7264744B2 (ja) * 2019-06-25 2023-04-25 藤森工業株式会社 注出部材挿入構造、注出部材装置および包装容器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5852391U (ja) * 1981-10-02 1983-04-09 ブリヂストン　フローテック株式会社 カプラ−
JP3413111B2 (ja) 1998-09-30 2003-06-03 株式会社東芝 燃料電池
US6447941B1 (en) * 1998-09-30 2002-09-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
JP4394340B2 (ja) 2002-10-04 2010-01-06 日立マクセル株式会社 液体燃料電池
JP2004171844A (ja) 2002-11-18 2004-06-17 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池
EP1758188A4 (en) * 2004-05-14 2009-11-11 Toshiba Kk FUEL CELL
JP2006054055A (ja) * 2004-07-16 2006-02-23 Tokai Corp 燃料電池用燃料カートリッジの接続構造
JP2006093001A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Toshiba Corp カプラ
JP4764045B2 (ja) * 2005-03-29 2011-08-31 株式会社東芝 カプラー

Also Published As

Publication number Publication date
US20100068586A1 (en) 2010-03-18
EP2023429A1 (en) 2009-02-11
CN101449414A (zh) 2009-06-03
WO2007135775A1 (ja) 2007-11-29
JP2007311292A (ja) 2007-11-29
TW200803025A (en) 2008-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090014213A (ko) 연료 전지용 커플러와 이를 이용한 연료 전지
US20100167157A1 (en) Fuel cell coupler and fuel cell using the same
US20100239948A1 (en) Fuel cell socket and fuel cell using same
US20090023043A1 (en) Fuel Cartridge For Fuel Cell, Fuel Cell, And Coupler
US20100266934A1 (en) Coupler for fuel cell and fuel cell
JP4996099B2 (ja) 燃料電池用燃料カートリッジ、燃料電池およびカップラ
JP2007128700A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池
KR101044868B1 (ko) 연료 전지용 연료 카트리지와 연료 카트리지용 노즐 어태치먼트
JP2007311032A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池
JP2007242572A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジの接続機構とそれを用いた燃料電池
JP2007122961A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池
JP2007220571A (ja) 燃料電池用カップラとそれを用いた燃料電池
JP2007273219A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジの接続機構とそれを用いた燃料電池
US20100266933A1 (en) Coupler for fuel cell and fuel cell
WO2010070855A1 (ja) 燃料電池用ソケットと、それを用いた燃料電池用カップラーおよび燃料電池
JP2007273092A (ja) 燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池
WO2010047036A1 (ja) 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
WO2009147818A1 (ja) 燃料電池用ソケット、燃料電池用カップラー、および燃料電池
JP2011082035A (ja) 燃料電池用カップラーおよび燃料電池
JP2010102854A (ja) 燃料電池用プラグおよび燃料電池用カップラー

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application