TW200818590A - Fuel cell socket and fuel cell using the same - Google Patents

Description

200818590 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於燃料電池用插座以及使用該插座的燃料 電池。 【先前技術】 爲了想要讓筆記型電腦、行動電話之類的攜帶用電子 機器長時間不充電仍然可使用，已經開始嘗試使用燃料電 池作爲攜帶用電子機器的電源、充電器。燃料電池所具有 的特徵是只要供給燃料和空氣就可發電，只要補給燃料的 話’即可連續長時間發電。因此’只要能夠將燃料電池予 以小型化的話，即可稱是：作爲攜帶用電子機器的電源、 充電器極有利的系統。 因爲採用高能量密度的甲醇燃料的直接甲醇型燃料電 池（Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)可製作成小型化， 燃料的處理也很容易，所以可被期待作爲攜帶機器用的電 源等。作爲DMFC上的液體燃料的供給方式，已知有：氣 體供給型、液體供給型等的主動方式、將燃料收容部内的 液體燃料在電池内部氣化之後才供給到燃料極之内部氣化 型等的被動方式。被動方式對於D M F C的小型化比較有利 〇 内部氣化型之類的被動型DMFC中，係將燃料收容部 内的液體燃料經由燃料含浸層、燃料氣化層等來進行氣化 ，再將這個液體燃料的氣化成分供給到燃料極（請參考專 -5- 200818590 (2) 利文獻1〜2 )。對於燃料收容部則是使用燃料補充罐來供 給液體燃料。在衛星型（外部注入式）的燃料補充罐中’ 係嘗試使用具備了分別內設有氣閥機構的噴嘴與插座之耦 合連結器來進行液體燃料的截斷以及注入（請參考專利文 * 獻 3 )。 欲將被收容在燃料補充罐內的液體燃料供給出去時， 係將裝設在燃料補充罐上的噴嘴與裝設在燃料電池的燃料 φ 收容部的插座相連接，藉由打開噴嘴與插座的氣閥機構來 進行的。在將燃料補充罐的噴嘴插入到燃料電池的插座來 進行連接的狀態下，如果插座對於噴嘴的導引不夠充分的 話，燃料補充罐的傾斜很容易變大。燃料補充罐的傾斜變 大的話，將會導致插座側的密封零件發生損傷之類的缺失 〇 [專利文獻1]日本特許第3413111號公報 [專利文獻2]國際公開第2005 / 1 1 2 1 72號手冊 φ [專利文獻3]日本特開200 4-127824公報 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 本發明之目的係在於提供：藉由提高連接燃料補充罐 的噴嘴時的導引功能，而能夠抑制燃料補充罐的傾斜、因 燃料補充罐的傾斜所導致的插座零件的損傷之燃料電池用 插座；以及藉由應用這種插座而提昇了可靠性、安全性之 燃料電池。 -6 - 200818590 (3) 本發明的實施形態的燃料電池用插座，係供燃料補充 罐的噴嘴可裝卸地進行連接，作爲當被收納在前述燃料補 充罐內的液體燃料供給到燃料電池時的燃料供給部之燃料 電池用插座，其特徵爲·· 具備：具有供前述噴嘴揷入的噴嘴揷入口之插座本體 、設在前述插座本體內的氣閥機構、被配置於前述插座本 體内’當打開了前述氣閥機構時，用以將燃料流路予以密 • 封之彈性體支承器、被配置在前述插座本體内，用以導引 與前述插座相連接的前述噴嘴的前端外周部，以資限制在 連接狀態時的前述噴嘴的傾斜之導引構件。 本發明的實施形態的燃料電池，其特徵爲： 具備：具有本發明的實施形態的燃料電池用插座，用 以承接經由與前述插座連接的燃料補充罐的噴嘴所供給的 液體燃料之燃料承接部、用以收容由前述燃料補充罐所供 給的液體燃料之燃料收容部、由前述燃料收容部供給前述 β 液體燃料而進行發電動作之起電部。 【實施方式】 [用以實施發明之形態] 茲佐以圖面來說明用以實施本發明的形態。以下，雖 然是佐以圖面來說明本發明的實施形態，但是，這些圖面 只是作爲圖解之用，本發明並不限定爲這些圖面所示的結 構。 第1圖係顯示本發明的實施形態的燃料電池的槪略結 -7- 200818590 (4) 構以及將燃料電池與燃料補充罐組合後的結構之圖。第i 圖所不的燃料電、池1係具備：起電部2與燃料收容部3。 在燃料收容部3的下面側係設有：燃料承接部5，該燃料 承接部5係具有作爲液體燃料的供給部之插座4。插座4 內部設置有氣閥機構，除了被供給液體燃料時，其他的時 間都7H壬現關閉狀態。燃料電池〗的構造亦可製作成：不 必經過燃料收容部3，而從燃料承接部5直接將液體燃料 Φ 供給到起電部2的構造。 燃料補充罐6係具有··用來収納燃料電池用的液體燃 料之補充罐本體（容器）7。在補充罐本體7的前端，裝 設者噴嘴8，該噴嘴8係作爲··將補充罐本體7内部所収 納的液體燃料供給到燃料電池〖的燃料收容部3時的燃料 吐出部。噴嘴8內部設有氣閥機構，除了供給液體燃料時 ，其他的時間都是呈現關閉狀態。燃料補充罐6是只有要 將液體燃料注入到燃料收容部3時，才會連接到燃料電池 ® 1 ’也就是所謂的「衛星型（外部注入式）」的燃料補充 罐。 . 在燃料補充罐6的補充罐本體7內係收納著對應於燃 . 料電池1的液體燃料。如果燃料電池1是直接甲醇型燃料 電池（DMFC )的情況下，係採用各種濃度的甲醇水溶液 、純甲醇等的甲醇燃料來當作液體燃料。收納在補充罐本 體7內的液體燃料，並不一定限定爲甲醇燃料，亦可採用 例如··乙醇水溶液、純乙醇等的乙醇燃料；丙醇水溶液、 純丙醇等的丙醇燃料；乙二醇水溶液、純乙二醇等的乙二 -8 - 200818590 (5) 醇燃料；二甲醚；蟻酸；其他的液體燃料。無論是哪一種 ，補充罐本體7內部都是收那著與燃料電池1相對應的液 體燃料。 設在燃料電池1的燃料承接部5的插座4與設在燃料 " 補充罐6的補充罐本體7的噴嘴8，係構成一對連接機構 (耦合連結器）。插座4與噴嘴8所構成的耦合連結器的 具體結構、連接構造，將佐以第2圖以及第3圖來加以説 φ 明。第2圖係顯示燃料補充罐6的噴嘴8與燃料電池1的 插座4連接之前的狀態；第3圖係顯示噴嘴8與插座4連 接後的狀態。 在用來連接（連結）燃料電池1與燃料補充罐6的耦 合連結器上，作爲補充罐側連接機構的噴嘴（公側耦合連 結器）8，在前端側係具有一穿設了噴嘴口 11的噴嘴頭12 。噴嘴頭1 2係具有：裝設在補充罐本體7的前端開口部 的基座部1 3、被插入到插座4的揷入部1 4。圓筒狀的揷 ® 入部14係從基座部13突出，而且其軸方向係與噴嘴8的 揷入方向呈平行。 在噴嘴頭1 2的前端部1 4的頂面係設有一凹部1 5。凹 部1 5係將揷入部1 4的頂面下凹而形成的，在這個凹部1 5 的底面係開設有噴嘴口 1 1。凹部1 5係具有可作爲殘留（ 附著）在噴嘴部8的前端側的液體燃料的收容部之功能， 因此可消除操作者接觸到液體燃料的虞慮。在噴嘴頭1 2 的揷入部1 4的外周側，係設有外周凹溝1 6，係作爲與後 述的插座部4的噴嘴支承機構互相卡合的凹部，而且也設 -9- 200818590 (6) 有一鍵部1 7，該鍵部1 7的功能是作爲燃料識別手段。如 後所述，燃料識別手段係由：鍵部17與插座4側的鍵溝 所構成的。 在噴嘴頭12的基座部13的内側配置了杯狀的氣閥支 ' 承件1 8。氣閥支承件1 8係用來界定出氣閥室的構件’其 前端外縁部係受到補充罐本體7與基座部1 3的挾持而被 固定。在氣閥支承件1 8内係配置著氣閥1 9。氣閥1 9係具 φ 備：氣閥頭19a與氣閥挺桿19b。氣閥頭19a係配置在由 氣閥支承件18所界定出來的氣閥室内。氣閥挺桿19b係 被收容在圓筒狀的揷入部14内。 具有上述的氣閥頭19a與氣閥挺桿19b之氣閥19，係 可在軸方向（噴嘴8的揷入方向）上作進退動作。在氣閥 頭19a與形成於基座部13的内側的氣閥座20之間，係配 置了 0環2 1。氣閥1 9係受到壓縮彈簧22之類的彈性體所 施加的推迫力量，將氣閥頭1 9a朝氣閥座20推迫，因此 _ ，〇環2 1係受到按壓。 在平常狀態（燃料補充罐6從燃料電池1分開後的狀 態）下’係藉由氣閥頭1 9a將〇環2 1往氣閥座20推迫， 以使得噴嘴8内的燃料流路保持關閉狀態。如後所述般地 ’如果將燃料補充罐6與燃料電池〗連接的話，氣閥挺桿 19b將會後退，氣閥頭19a將會從氣閥座20分開，如此一 來’噴嘴8内的燃料流路就變成打開狀態。在氣閥支承件 1 8的底部係設置有一作爲液體燃料的流路之連通孔23， 補充罐本體7内的液體燃料將會經由這個連通孔23流入 -10- 200818590 (7) 到噴嘴8内。 此外’在噴嘴頭1 2的外側，係配置有··具有凸輪機 構的鍵環（環狀構件）24、噴嘴外殼25等。鍵環24係被 壓入到噴嘴頭1 2，在通常的使用時，係卡止在噴嘴頭j 2 ' 。將燃料補充罐6連接到燃料電池1後的狀態下，如果再 施加彎曲、扭轉等的力量的話，鍵環24將會利用凸輪機 構而旋轉浮上，因而解除了連接狀態，噴嘴8將會從插座 φ 4脫離。噴嘴外殼25係被螺合固定在補充罐本體7身上， 藉此可將具有噴嘴頭12、氣閥19等的噴嘴8固定在補充 罐本體7的前端部。 作爲燃料電池側連接機構的插座（母側耦合連結器） 4係具備··具有凹狀的噴嘴揷入口 31的插座本體32。插 座本體3 2係具有··圓筒狀的本體外周上部3 3與本體外周 下部34。本體外周上部33係以不鏽鋼材等的金屬材料所 構成的，係被固定在樹脂製的本體外周下部34的上方外 • 側。 在本體外周上部3 3與本體外周下部3 4的内側，係配 置者··本體中部35與本體下部36，藉由這些而構成插座 本體32。在本體中部35與本體下部36之間，係介裝著Ο 環3 7，藉以提高氣閥室的密閉性。插座本體3 2係呈一體 化地埋設在燃料電池1的燃料承接部5内。 插座本體32的本體外周上部33，當燃料補充罐6的 噴嘴8被插入到插座4進行連接時，具有導引噴嘴頭12 的外周面之功能。惟，噴嘴頭1 2的前端外周部並不受到 -11 - 200818590 (8) 本體外周上部3 3所導引，兩者之間係產生隙間。因此， 在插座本體32内係配置著：用來導引噴嘴8 (噴嘴頭12 )的前端外周部之導引構件3 8。 如第4圖、第5圖以及第6圖所示，環狀的導引構件 38係被配置於：配置在本體外周上部33的内側的本體外 周下部3 4的上端部的上側。環狀的導引構件3 8係具有一 缺口 3 8 a，可作爲後述的噴嘴支承機構的通過部。被配置 在本體外周下部34上的導引構件38係被噴嘴支承機構所 按壓，藉以防止從插座本體32脫落。第5圖係顯示出第4 圖的A - A剖面、第2圖的插座4係顯示出第4圖的B-B 剖面。 環狀的導引構件3 8係具有：對應於噴嘴頭1 2的揷入 部1 4的前端外周形狀的内部形狀。導引構件3 8係用來導 引被連接到插座4的噴嘴8(具體而言，是揷入部14)的 前端外周部，以資限制噴嘴8的連接狀態時的傾斜。在噴 嘴8已經連接到插座4的狀態下，配置於噴嘴頭12的揷 入部1 4的前端外側的導引構件3 8，係具有噴嘴8的導引 功能以及由此衍生的定心功能。如此一來，即可限制噴嘴 8於連接狀態時的傾斜。 藉由導引構件38來獲得噴嘴8的導引功能以及定心 功能之外，最好又將導引構件3 8與噴嘴頭1 2的揷入部1 4 之間的餘隙（間隙）設定在0.4mm以下爲佳。導引構件 3 8與揷入部1 4之間的餘隙過大的話，導引功能不充分， 會降低連接到插座4上的噴嘴8的定心效果。因此，將會 •12- 200818590 (9) 有無法充分地限制噴嘴8的連接狀態時的傾斜之虞慮。第 6圖中雖然是顯示出環狀的導引構件3 8，但是，導引構件 38的形狀並不限定於此，只要能夠導引噴嘴8 (具體而言 ，是揷入部1 4 )的前端外周部的各種形狀的導引構件3 8 ^ 都可以適用。 導引構件3 8，係與例如：插座本體3 2的本體外周下 部34、本體中部35、本體下部36同樣地，以樹脂材料來 Φ 構成的。構成導引構件3 8的樹脂材料，考慮到耐久性、 剛性等’係以採用超級工程用塑膠、汎用工程用塑膠爲宜 。此外，導引構件3 8係以具有滑動性的樹脂材料來構成 更好。 導引構件3 8的構成材料，係可例舉出：聚縮醛（ POM)、聚碳酸酯（PC)、聚對苯二甲酸乙酯（PET)、 聚丁烯對苯二酸酯（PBT )、間規聚苯乙烯（SPS )等的 汎用工程用塑膠、聚醚醚酮（PEEK )、聚苯硫（PPS )、 Φ 液晶聚合物（L C P )、聚醚醯亞胺（p EI )等的超級工程用 塑膠。 導引構件3 8除了具有對於被連接到插座4的噴嘴8 的導引功能之外，最好是又具備：當連接狀態的噴嘴8、 燃料補充罐6被施加了過度的彎曲、扭轉等的力量時，可 以解除噴嘴8與插座4的連接狀態之功能爲佳。除了具有 連接狀態的解除功能之外，導引構件3 8是以滑動性較高 的樹脂材料來構成的話更好。這種樹脂材料，係可例舉出 :聚縮醛（POM)、超高密度聚乙烯（UHMWPE )、高密 -13- 200818590 (10) 度聚乙烯（HDPE )、低密度聚乙烯（LDPE )、聚丙烯（ PP)、氟系樹脂、聚醯胺樹脂等。 導引構件3 8係以兼具有耐久性和滑動性的聚縮醛（ POM)來構成爲佳。除了可提高噴嘴8的連接解除功能之 ' 外，噴嘴8(具體而言，是噴嘴頭12)本身也是以具有優 ' 異滑動性的樹脂材料來構成爲佳。特別是若將導引構件3 8 與噴嘴頭12的兩者都以聚縮醛（POM)來構成的話，除 φ 了可提昇其耐久性、剛性等之外，亦可提高噴嘴8的連接 解除功能。如此一來，就可抑、制噴嘴8、插座4的損傷。 在導引構件3 8的外側配置著金屬製的本體外周上部 33。導引構件38係沿著本體外周上部33的内壁面配置。 藉由將樹脂製的導引構件38利用金屬製的本體外周上部 33來予以補強，除了可提升插座本體32的強度、耐久性 之外，亦可提高噴嘴8的導引功能。導引構件3 8本身以 金屬材料來構成的話，當對於燃料補充罐6施加了過度的 # 彎曲、扭轉等的力量時，噴嘴8會有受到損傷之虞慮。因 此，導引構件3 8係以樹脂材料來構成爲宜。 第2圖〜第6圖係顯示出在本體外周下部34的上側 配置了環狀的導引構件3 8的狀態，但是導引構件3 8的結 構並不限定爲這種。例如第7圖所示般地，導引構件3 8 亦可以是與本體外周下部34形成一體的。第7圖所示的 導引構件38，係與本體外周下部34設成一體’並且係沿 著本體外周上部33的内壁面配置。導引構件38的具體形 狀、功能、構成材料等，都是與本體外周下部34分開而 -14- 200818590 (11) 單獨做成的環狀構件相同。 是以，導引構件3 8係可與插座本體3 2的一部分形成 一體。一體地形成有導引構件38的插座本體32，並不一 定限定在本體外周下部34，亦可一體地形成在本體外周上 部33、本體中部35。亦可將導引構件38包含在內地與插 座本體32的整體製作成一體化。導引構件38係可以與插 座本體32的至少一部分形成一體化。藉由將導引構件38 與插座本體32的至少一部分形成一體化，可以削減零件 數目、組裝步驟數目。 在上述的插座本體32的本體中部35上’設置有橡膠 支承體39來作爲彈性體支承器。橡膠支承體39係具備·· 因爲形成風箱伸縮管的形狀與材料本身的特性（橡膠彈性 )而可對於軸方向賦予彈性的圓筒形狀的支承器本體3 9a 、以及設在其下方的凸緣部39,。橡膠支承體39係因爲凸 緣部39b被夾在設於本體外周下部34的環狀凸部34a與 本體中部3 5之間而被固定著。 橡膠支承體39係將其前端側嵌合在設於噴嘴頭12的 揷入部14的凹部15，而將該橡膠支承體39與噴嘴頭12 之間形成密封的密封構件。橡膠支承體39的内側係當作 燃料流路。橡膠支承體3 9係當插座4的氣閥機構開放時 ，用以將外部與液體燃料流路之間予以密封的密封構件° 設在噴嘴頭12的揷入部14的凹部15，係兼具有與橡膠支 承體39的前端互相嵌合而形成密封的功能° 在插座本體32内係配置了氣閥40。氣閥40係具備： -15- 200818590 (12) 氣閥頭40 a與氣閥挺桿40b。氣閥頭40a係配置在 中部3 5與本體下部3 6所界定出來的氣閥室内。氣 4〇b係被收納在橡膠支承體39内。這種氣閥40係 方向（噴嘴8的揷入方向）上進行進退。在氣閥頭 形成於本體中部3 5的下面側的氣閥座4 1之間係配 環42。 氣閥40身上係隨時承受著由壓縮彈簧43等的 將氣閥頭40a按壓到氣閥座41的推力，藉此力量 著〇環42。在通常狀態（從燃料電池1將燃料補充 離開的狀態）下，係夾介著氣閥頭40a將〇環42 氣閥座41上，如此一來，插座4内的燃料流路就 閉狀態。將燃料補充罐6連接到燃料電池1的話， 桿4 0b將會後退，氣閥頭40a從氣閥座41分離， 插座4内的燃料流路變成打開狀態。 在插座本體3 2的本體下部3 6，係設置了一經 承接部5而與燃料收容部3相連接的連通孔44。插 將插座本體32内的液體燃料流路經由設在本體下g 連通孔44而連接到燃料收容部3。然後，使得氣f 40變成打開狀態而使噴嘴8以及插座4内的燃料流 打開，就可將收容在燃料補充罐6內的液體燃料經 8以及插座4注入到燃料收容部3内。 此外，在插座本體3 2的本體外周上部3 3，係 噴嘴支承機構（連接狀態的支承機構）45，用來支 座4連接後的噴嘴8。噴嘴支承機構45係具備：朝 由本體 閥挺桿 可在軸 40a與 置了 .0 彈性體 來按壓 罐6分 按壓到 形成關 氣閥挺 而使得 由燃料 座4係 $ 36的 S 19 ' 路分別 由噴嘴 設有一 承與插 著本體 -16- 200818590 (13) 外周上部3 3的内側往直徑方向突出的鉤部4 5 a、以及爲了 支承住噴嘴8而對於鉤部45a施加按壓力量的彈性體45b 。鉤部4 5 a係具有：從本體外周上部3 3的外側朝向内側 突出的突出部、以及用來保持該姿勢的凸緣部。彈性體 ^ 45b係可採用例如：具有套筒形狀的橡膠狀彈性構件（橡 膠套筒等）。 鉤部45 a身上，係受到被配置在本體外周上部3 3的 φ 外側的彈性體45b的彈性力而被施加著朝向直徑方向内側 的按壓力量，並且鉤部4 5 a係可朝向直徑方向外側後退。 噴嘴支承機構45係將鉤部45a卡合到設在噴嘴頭12的揷 入部14的外周的外周凹溝16，而保持噴嘴8與插座4的 連接狀態。在通常狀態下，係利用鉤部45a將噴嘴8予以 彈性地夾持著。當與燃料電池1相連接著的燃料補充罐6 被施加了過度的彎曲、扭轉等的力量時，鉤部4 5 a將會後 退而解除噴嘴8與插座4之間的連接狀態。 • 在插座本體32的本體外周上部33，係設有一鍵溝46 ’具有作爲燃料識別手段的功能。鍵溝4 6係具有與噴嘴8 的鍵部17卡合的形狀。鍵部17與鍵溝46係具有匹配成 一對的形狀。該形狀係因應於液體燃料的種別來制定的， 藉此，可防止液體燃料的誤注入。將鍵部1 7的形狀製作 成對應於液體燃料的種別（種類、濃度等）的形狀，將鍵 溝46製作成與鍵部17相對應的形狀，因此，只有收納著 與燃料電池1相對應的液體燃料的燃料補充罐6才可進行 連接動作。如此一來，可防止因液體燃料的誤注入所導致 -17- 200818590 (14) 的作動不良、特性降低等等的情事。 在將被收容在燃料補充罐6內的液體燃料供給到燃料 電池1的燃料收容部3時，係如第3圖所示般地，將燃料 補充罐6的噴嘴8連接到插座4。設在噴嘴8的噴嘴頭12 的揷入部1 4 ’係只有當鍵部1 7與鍵溝46之兩者形狀對應 的時候’才可插入到插座4。以這種方式來將噴嘴8的揷 入部14插入到插座4的噴嘴揷入口 31的話，首先，橡膠 支承體3 9的前端會嵌合到設在揷入部1 4的凹部1 5，如此 一來，在氣閥19、40變成打開狀態之前，已經確立了液 體燃料的流路周邊已經密封了。 從這種噴嘴頭1 2的揷入部1 4與橡膠支承體3 9已經 接觸的狀態下將噴嘴8插進入插座4的話，噴嘴8的氣閥 挺桿1 9b與插座4的氣閥挺桿4 Ob的兩者的前端彼此將會 互相牴觸。從這種狀態下更進一步地將噴嘴8插入到插座 4的話，插座4的氣閥40將會後退而將流路完全開放之後 ’噴嘴8的氣閥1 9將會後退而確立了燃料流路，收容在 燃料補充罐6內的液體燃料即可供給到燃料電池1的燃料 收容部3。此時，插座4的噴嘴支承機構45係與噴嘴頭 1 2·的外周凹溝1 6卡合，如此一來，即可保持該噴嘴8與 插座4之連接狀態。 在上述的噴嘴8與插座4連接後的狀態下，噴嘴8( 噴嘴頭1 2 )的外周面係受到插座本體3 2的本體外周上部 33所導引，，並且噴嘴8的前端外周部係受到導引構件38 所導引。因此，噴嘴8於連接狀態下的傾斜將會受到限制 -18- 200818590 (15) 。從而，就可抑制因噴嘴8的傾斜所導致的橡膠支承體3 9 的密封性降低、損傷等等的情事。 再者，在噴嘴8與插座4已經連接的狀態下’若對於 燃料補充罐6施加了過度的彎曲、扭轉等的力量時，基於 導引構件3 8的滑動性等的原因，噴嘴8會從插座4脫離 。據此，即可抑制：插座4的損傷、噴嘴8的破損、因這 些原因所導致的問題（漏液等）的發生。因此，可以提高 拳 燃料電池1的耐久性、可靠性、安全性。 其次’說明上述的實施形態的燃料電池1中的起電部 2的具體構造。燃料電池1並未特別地限定，係可應用例 如：必要時可連接衛星型的燃料補充罐6之被動型、主動 型的DMFC等。此處，針對於採用内部氣化型的DMFC的 燃料電池1的實施形態，佐以第8圖來進行説明。第8圖 所示的内部氣化型（被動型）的DMFC1，除了具有起電 部2和燃料收容部3之外，又具有介於這兩者之間的氣液 ® 分離層5 1。 起電部2係具備：由具有陽極觸媒層52與陽極氣體 擴散層5 3的陽極（燃料極）、具有陰極觸媒層5 4與陰極 氣體擴散層5 5的陰極（氧化劑極/空氣極）、被陽極觸 媒層52與陰極觸媒層54所夾持的質子（氫離子）傳導性 的電解質膜 56所構成的膜電極接合體（Membrane Electrode Assembly :ΜΕΑ) 〇 被含在陽極觸媒層52以及陰極觸媒層54內的觸媒， 係可舉出例如：Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等的白金族元素 -19- 200818590 (16) 的單體、含有白金族元素的合金等。陽極觸媒層52係以 採用：對於甲醇、一氧化碳具有較強的耐抗性的Pt_Ru、 Pt-Mo等爲宜。陰極觸媒層54係以採用：Pt、Pt_Ni等爲 宜。觸媒亦可採用：使用碳材料之類的導電性載體之載體 ‘ 觸媒、或者無載體觸媒。 ' 作爲構成電解質膜56的質子傳導性材料’係可舉出 例如··具有磺酸基的全氟磺酸重合體之類的氟系樹脂、具 φ 有磺酸基的碳化氫系樹脂、鎢酸、磷鎢酸等的無機物等。 至於具有磺酸基的氟系樹脂的具體例，係可舉出：Nafion (商品名，杜邦公司製造）、氟系樹脂（商品名爲： Furemion，旭硝子公司製造）等。惟，並不限定於此。 疊積在陽極觸媒層52的陽極氣體擴散層53係可發揮 :可將燃料均勻地供給到陽極觸媒層52的作用，同時又 具備有陽極觸媒層52的集電功能。疊積在陰極觸媒層54 的陰極氣體擴散層5 5係可發揮將氧化劑均勻地供給到陰 ® 極觸媒層54的作用，同時又具備有陰極觸媒層54的集電 功能。在陽極氣體擴散層53上係疊積著陽極導電層57作 爲集電體。在陰極氣體擴散層55上係疊積著陰極導電層 5 8作爲集電體。 陽極導電層57、陰極導電層58係由例如：Au之類的 導電性金屬材料製作的網狀膜、多孔質膜、薄膜等所構成 的。此外，在電解質膜56與陽極導電層57之間、以及在 電解質膜5 6與陰極導電層5 8之間，分別介裝著橡膠製的 〇環59、60。藉此，可防止從起電部2漏出燃料、或漏出 -20- 200818590 (17) 氧化劑。 在燃料收容部3的内部，係充塡了甲醇燃料來當作液 體燃料F。燃料收容部3在起電部2側係呈開口狀，在這 個燃料收容部3的開口部與起電部2之間係設置了氣液分 離層51。氣體分離層51是一種膜，只能讓液體燃料ρ的 • 氣化成分穿透過，而不讓液體成分穿透過。氣液分離層5 i 的構成材料，係可舉出··聚四氟乙烯之類的氟系樹脂。液 φ 體燃料F的氣化成分，在使用了甲醇水溶液來作爲液體燃 料F的情況下，係指··由甲醇的氣化成分與水的氣化成分 所組成的混合氣；在使用了純甲醇的情況下，係指：甲醇 的氣化成分。 在陰極導電層58上係疊積著保濕層61，並且在其上 面又疊積著表面層62。表面層62係具有調整氧化劑也就 是空氣的取入量的功能。空氣的取入量係根據形成在表面 層62的空氣導入口 63的個數、大小來調整的。保濕層6 1 # 係含著陰極觸媒層54所生成的水的一部分而具有抑制水 的蒸散之作·用，並且可將氧化劑均勻地導入到陰極氣體擴 散層55 ’具有促進氧化劑均勻地擴散到陰極觸媒層54的 功能。保濕層61係由：聚乙烯、聚丙烯的多孔質體之類 的多孔質構造構件所構成的。 在燃料收容部3上係依序地疊積著：氣液分離層5 1、 起電部2、保濕層61、表面層62，再從上方覆蓋了不鏽鋼 製的外罩64來將整體予以保持在一起，即可構成被動型 DMFC1。在外罩64上之與形成在表面層62的空氣導入口 -21 - 200818590 (18) 63相對應的部分係設置有開口。在燃料收容部3上係設置 了用來承受外罩64的爪片6 4a的階部65，藉由將爪片 64a鉚合固定在階部65，即可將DMFC1整體利用外罩64 保持成一體。在第8圖中雖然省略了圖示，但是係如第1 — 圖所示般地，係在燃料收容部3的下面側，設置了具有插 ' 座4的燃料承接部5。 在具有上述構造的被動型DMFC (燃料電池）1中， φ 燃料收容部3内的液體燃料F (例如：甲醇水溶液）將會 氣化，這個氣化成分將會穿透過氣液分離層5 1而供給到 起電部2。在起電部2内，液體燃料F的氣化成分將會被 陽極氣體擴散層53所擴散而被供給到陽極觸媒層52。被 供給到陽極觸媒層5 2的氣化成分，將會產生如（1 )式所 示的甲醇的内部改質反應。 CH30H + H20 一 C02 + 6H + + 6e·…⑴式 • 此外，如果是使用了純甲醇作爲液體燃料F的情況下 ，則並未從燃料收容部3供給水蒸氣，所以係利用陰極觸 媒層54所生成的水、電解質膜56中的水來與甲醇進行反 應，而產生（1 )式的内部改質反應。或者，並不依賴（1 )式的内部改質反應，而是利用不需要水的其他的反應機 制來使其產生内部改質反應。 内部改質反應所生成的質子（Η + )係傳導過電解質 膜56而到達陰極觸媒層54。由表面層62的空氣導入口 -22- 200818590 (19) 63所取入的空氣（氧化劑）係擴散經過保濕層61、陰極 導電層58、陰極氣體擴散層55而被供給到陰極觸媒層54 。被供給到陰極觸媒層54的空氣係可使其產生（2 )式所 示的反應。藉由此一反應，可產生發電反應而生成水。 (3/2)02 + 6H + + 6e- 一 3H20 ."(2)式 φ 隨著根據上述反應的發電反應的進行，燃料收容部3 内的液體燃料F (例如：甲醇水溶液、純甲醇）將會被消 耗掉。燃料收容部3内的液體燃料F變空的話，發電反應 就會停止，因此，在該時間點或者在此之前的時間點，將 液體燃料從燃料補充罐6供給到燃料收容部3内。來自於 燃料補充罐6的液體燃料的供給方式，係如前所述般地， 藉由將燃料補充罐6的噴嘴8插入到燃料電池1的插座4 以進行連接而實施的。 # 此外，本發明係只要是可藉由燃料補充罐來供給液體 燃料的燃料電池的話，對其方式、機構等並未施加任何的 限定’但是，特別是小型化的發展迅速的被動型DMFC更 爲適合。對於燃料電池的具體構造也無特別的限定，在實 施段階中，只要在不脫離本發明的技術思想的範圍內亦可 將構成要素加以變形來予以具體化。此外，將上述的實施 形態所示的複數種構成要素適當地組合、或者從實施形態 所示的全部的構成要素刪減幾個構成要素等等的各種變形 做法亦屬可能。本發明的實施形態在本發明的技術的思想 -23- 200818590 (20) 的範圍内，亦可進行擴張或改變，這種擴張、改變後的實 施形態也被包含在本發明的技術範圍內。 [產業上的可利用性] ' 本發明的實施形態的燃料電池用插座，因爲是具備了 - :燃料補充罐的噴嘴被連接時，用來導引噴嘴的前端外周 部的導引構件，所以可抑制噴嘴的傾斜。應用了這種燃料 φ 電池用插座的燃料電池係具有優異的可靠性、安全性，可 作爲各種裝置、機器的電源有效地加以利用。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的實施形態的燃料電池的結構以 及該燃料電池與燃料補充罐組合後的結構。 第2圖係顯示第i圖所示的燃料電池的插座與燃料補 充罐的噴嘴的結構（未連接狀態）之剖面圖。 Φ 第3圖係顯示第2圖所示的插座與噴嘴的連接狀態之 剖面圖。 第4圖係第2圖所示的插座之上表面圖。 第5圖係第2圖所示的插座之剖面圖。 第6圖係顯示適用在第2圖所示的插座的導引構件的 構成例之立體圖。 第7匱|係顯示第2圖所示的插座的變形例之剖面圖。 第8圖係顯示本發明的實施形態的燃料電池之一例的 内部氣化型DMF C的結構之剖面圖。 -24- 200818590 (21) 【主要元件符號說明】 1 :燃料電池 2 :燃料電池胞格 3 :燃料收容部 ^ 4 :插座 5 :燃料承接部 φ 6 :燃料補充罐 7 =補充罐本體 8 :噴嘴 12 :噴嘴頭 1 3 :基座部 1 4 :揷入部 1 6 :外周凹溝 1 7 :鍵部 # 1 8 :氣閥支承件 19，40 :，氣閥 19a，40a :氣閥頭 19b，40b :氣閥挺桿 20，41 :氣閥座 21 > 42 ： Ο 環 22，43 :壓縮彈簧 3 1 :噴嘴揷入口 32 :插座本體 •25 200818590 (22) 33 :本體外周上部 34 :本體外周下部 3 5 :本體中部 3 6 :本體下部 ‘ 38 :導引構件 _ 3 9 :橡膠支承體 45 :噴嘴支承機構 m 46:鍵溝

-26-

Claims (1)

1. 200818590 (1) 十、申請專利範圍 1 · 一種燃料電池用插座，係供燃料補充罐的噴嘴可裝 卸地進行連接，作爲當被收納在前述燃料補充罐內的液體 燃料供給到燃料電池時的燃料供給部之燃料電池用插座， 其特徵爲： 具備： 具有供前述噴嘴揷入的噴嘴揷入口之插座本體、 % 設在前述插座本體內的氣閥機構、 被配置於前述插座本體内，當打開了前述氣閥機構時 ，用以將燃料流路予以密封之彈性體支承器、 被配置在前述插座本體内，用以導引與前述插座相連 接的前述噴嘴的前端外周部’以資限制在連接狀態時的前 述噴嘴的傾斜之導引構件。 2.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座’其 中，前述導引構件係具有··在前述連接狀態時的噴嘴的導 ^ 引功能以及藉此所衍生的定心功能。 3 .如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座’其 中，前述導引構件的形狀是環狀° 4.如申請專利範圍第3項所述之燃料電池用插座’其 中，前述導引構件係具有與前述噴嘴的則端外周部的形狀 相對應的内部形狀。 5 .如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座’其 中，前述導引構件係呈一體地形成在前述插座本體的至少 一部份上。 -27- 200818590 (2) 6·如申請專利範圍第3項所述之燃料電池用插座，其 中，前述插座本體係具有：圓筒狀的本體外周上部、被固 定於前述本體外周上部的圓筒狀的本體外周下部，前述導 引構件係在前述本體外周下部上，沿著前述本體外周上部 ' 的内壁面配置。 • 7 ·如申請專利範圍第6項所述之燃料電池用插座，其 中’則述本體外周上部係由金屬材料作成的，前述本體外 φ 周下部以及前述導引構件係由樹脂材料作成的。 8 ·如申請專利範圍第3項所述之燃料電池用插座，其 中，前述插座本體係具有：圓筒狀的本體外周上部、被固 定於前述本體外周上部的圓筒狀的本體外周下部，將前述 導引構件設成與前述本體外周下部呈一體，並且是沿著前 述本體外周上部的内壁面配置。 9 .如申請專利範圍第8項所述之燃料電池用插座，其 中’前述本體外周上部係由金屬材料作成的，前述本體外 • 周下邰以及前述導引構件係由樹脂材料作成的。 I 〇 ·如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座， 其中’前述導引構件係由：聚縮醛、聚碳酸酯、聚對苯二 甲酸乙酯、聚丁烯對苯二酸酯、間規聚苯乙烯、聚醚醚酮 、聚苯硫、液晶聚合物、聚醚醯亞胺、超高密度聚乙烯、 高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟系樹脂以及聚 醯胺樹脂所選出的至少1種的樹脂材料作成的。 II ·如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座， 其中’前述導引構件係由：聚縮醛、超高密度聚乙烯、高 -28- 200818590 (3) 密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟系樹脂以及聚醯 胺樹脂所選出的至少1種的樹脂材料作成的。 12·如申請專利範圍第1項所述之燃料電池用插座， 其中’前述導引構件與前述噴嘴之間的餘隙是〇. 4mm以下 〇 ' 1 3 · —種燃料電池，其特徵爲： 具備： φ 具有如申請專利範圍第1項所述的燃料電池用插座， 用以承接經由與前述插座連接的燃料補充罐的噴嘴所供給 的液體燃料之燃料承接部、 用以收容由前述燃料補充罐所供給的液體燃料之燃料 收容部、 由前述燃料收容部供給前述液體燃料而進行發電動作 之起電部。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項所述的燃料電池，其中， • 前述起電部係具備：燃料極、氧化劑極、具有被挾持於前 述燃料極與前述氧化劑極之間的電解質膜之膜電極接合體 〇 15·如申請專利範圍第13項所述的燃料電池，其中， 又具備··介於前述燃料收容部與前述起電部之間，用以將 前述液體燃料的氣化成分供給到前述燃料極之氣液分離膜 〇 1 6 .如申請專利範圍第1 3項所述的燃料電池，其中， 目丨J述插座係依據：則述導引構件所具有的前述噴嘴的導引 -29·

   200818590 (4) 功能以及藉此所衍生的定心功能’來限制連接狀態 述噴嘴的傾斜。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述的燃料電池， 前述導引構件係配置在前述插座内’位於與前述_ 接的前述噴嘴的前端部的外個1丨立g ° 1 8 .如申請專利範圍第1 3項所述的燃料電池， 前述插座的前述導引構件的形狀是環狀° 1 9 .如申請專利範圍第1 3項所述的燃料電池， 前述插座的前述導引構件係由：聚縮醛、聚碳酸酿 苯二甲酸乙酯、聚丁烯對苯二酸酯、間規聚苯乙周 醚酮、聚苯硫、液晶聚合物、聚醚醯亞胺、超高替 烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟系 及聚醯胺樹脂所選出的至少1種的樹脂材料作成的 20 .如申請專利範圍第1 3項所述的燃料電池， 前述插座的前述導引構件與前述噴嘴之間的餘隙是 以下。 時的前 其中， 座相連 其中， 其中， 、聚對 、聚醚 度聚乙 樹脂以 〇 其中， 0.4mm -30-