WO2005101558A1 - 燃料電池用燃料カートリッジ及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

　燃料カートリッジ（１）は、燃料貯蔵容器（２）と、燃料貯蔵容器（２）に貯蔵された燃料を外部に取り出すための燃料供給口（４）とを有する。燃料供給口（４）には燃料供給口保護機構が備えられている。燃料供給口保護機構は、燃料供給口（４）と外界との間に設けられた開口（１１）を開閉する扉（１０）と、扉（１０）が開かないようにロックするロック機構（２０）とを含む。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、使用者の不適切な取り扱いなど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できる。

Description

明 細 書

燃料電池用燃料カートリッジ及び燃料電池

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 現在、携帯電話やノートパソコンなどのモパイル機器の電源として主にリチウムィォ 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ィ匕は 限界に達してきており、更なる高容量ィ匕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。

[0003] 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力 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ィ匕炭素を生成 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 、る。

[0004] しかし、モパイル機器では落下等により機器本体ある!/ヽ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。

[0005] 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。

[0006] 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 (例えば特開 2002-270210号公報参照）

[0007] 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 、な 、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 開 2003-217618号公報参照)。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。

[0008] 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、米国特許出願公開第 2003Z0207158A1 号明細書、米国特許第 6460733B2号明細書参照)。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 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 ヽたりして貯蔵された燃料が漏洩する可能性がある。

[0010] 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ツ 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。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明の第 1の燃料電池用燃料カートリッジは、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有する燃料電池用燃 料カートリッジであって、前記燃料供給口に燃料供給口保護機構が設けられており、 前記燃料供給口保護機構が、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とを特徴とする。

[0012] 本発明の第 2の燃料電池用燃料カートリッジは、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有する燃料電池用燃 料カートリッジであって、前記燃料供給口に燃料供給口保護機構が設けられており、 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とを特徴とする。

[0013] また、本発明の燃料電池は、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。

[0014] また、本発明の別の燃料電池は、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。

発明の効果

[0015] 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 、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 とがでさる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]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 2]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 3]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。

圆 4]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。

圆 5]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 6]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。

圆 7]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 8]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。

圆 9]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 10]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]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]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。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 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、燃料力 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〖こ燃料カート 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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 、な 、状態にぉ 、て、使用者の取り扱 、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。

[0021] 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 Z使用済みの区別を容易に確認することができる。 [0022] 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。

[0023] 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、前記口 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。

[0024] 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。

[0025] 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。

[0026] 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 力 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。

[0027] これら第 1一第 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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 燃料貯蔵容器 1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 活性な物質力もなる。燃料貯蔵容器 1の形状は図 1では略角柱形状であるが、円柱 形状でもよぐ形状に関する制限はない。

[0031] 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に対して物理的なァク 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

[0032] 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、燃料力 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。

[0033] 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 損することがなぐ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榭脂又は金属であることが望ましい。

[0034] 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 には制限はなぐ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、あるいは弾性体力もなる燃料供 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。

[0035] 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ぐ電気的な機構に 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。

[0036] 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。

[0037] 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

[0038] (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ツ 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。

[0039] 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。圧縮コイルパネ 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 、る。燃料供給弁 3を圧縮コ ィルバネ 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

[0040] 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。引っ張りパネ 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。引っ張りパネ 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。

[0041] 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。捩りコイルパネ 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に燃料カートリツ 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 、る。揺動部材 20がねじりコ ィルバネ 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。

[0042] 燃料取り入れ口 91が差込口 90の内側の上壁面力も突出している。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が差込口口 9 0の内側の上壁面力 突出している。

[0043] 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。

[0044] 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 パネ 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。

[0045] 更に燃料カートリッジ 1が揷入されると、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 続された引っ張りパネ 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。

[0046] 更に燃料カートリッジ 1が挿入されると、差込口 90の内壁面力も突出した燃料取り 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、圧縮コイルパネ 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。

[0047] 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)。

[0048] 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が圧縮コィ 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が引っ張りパネ 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、捩りコイルパネ 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。

[0049] 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 、な 、状態にお 、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。

[0050] 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 、ようにすることができる。このた めには、溝 23の幅は狭ぐ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。

[0051] 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 lm m、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力つた。

[0052] 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。ー且、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。

[0053] 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、圧縮コイルパネ 6、引っ張りパネ 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。

[0054] 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。

[0055] (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。

[0056] 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。圧縮コイルパネ 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。

[0057] 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。引っ張りパネ 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。引っ張りパネ 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 互に嚙み合うように設けられている。ローラ 35が軸 34に一体ィ匕されている。第 1溝 36 力 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。

[0058] 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。圧縮コイルパネ 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が圧縮コイルパネ 41の付勢力のみを受けて 、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 、ようにロックされて 、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。

[0059] 燃料取り入れ口 91が差込口 90の内側の上壁面力 突出している。弾性を有する口 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。

[0060] 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。 [0061] 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 が圧縮コイルパネ 41の付勢力に反して図 6Bにお 、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)。

[0062] 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 の底面力も突出したローラ 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と一体ィ匕された扉 10が引っ張りパネ 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、燃料力 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。

[0063] 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は圧縮コイルパネ 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。

[0064] 更に燃料カートリッジ 1が挿入されると、差込口 90の内壁面力も突出した燃料取り 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、圧縮コイルパネ 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。

[0065] 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)。

[0066] 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が圧縮コィ 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 力 S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、引っ張りパネ 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は圧縮コイルパネ 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。

[0067] 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 、な 、状態にお 、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。

[0068] 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、圧縮コイルパネ 6、引っ張りパネ 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。

[0069] 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。

[0070] 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 、。

[0071] 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。

[0072] さらに各機構の形状及び材質も特に制限はなぐ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。

[0073] (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。

[0074] 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。

[0075] 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。圧縮コイルパネ 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 、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。

[0076] 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 la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。圧縮コイルパネ 52は第 2弁 50に付勢力を付与している。第 2弁 5 0が圧縮コイルパネ 52の付勢力のみを受けているとき、 O—リング 51はケース laと密 着している。

[0077] 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。

[0078] 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。

[0079] 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。

[0080] 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の内壁面力も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。

[0081] 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、圧縮コイルパネ 6、 0-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。

[0082] これとほぼ同時に、ロッド 94が第 2弁 50に当接し、圧縮コイルパネ 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 laか ら離間する。

[0083] 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。

[0084] 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 コイルパネ 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 力もロッド 94が引き抜かれ、第 2弁 50が圧縮コイルパネ 52の弾性復元力により復帰 して O—リング 51とケース 1 aとが密着する。

[0085] 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。

[0086] 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 、。

[0087] 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力 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、弁を引ぐ回転する、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。

[0088] 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。

[0089] 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ツ 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、圧縮コイルパネ 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 産業上の利用可能性

[0090] 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

Claims

請求の範囲

[1] 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 料供給口とを有する燃料電池用燃料カートリッジであって、

前記燃料供給口に燃料供給口保護機構が設けられており、

前記燃料供給口保護機構が、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とを特徴とする 燃料電池用燃料カートリッジ。

[2] 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 、請求項 1に記載の燃料電池用燃料力 ートリッジ。

[3] 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請求項 1に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。

[4] 請求項 1に記載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燃料電池。

[5] 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 料供給口とを有する燃料電池用燃料カートリッジであって、

前記燃料供給口に燃料供給口保護機構が設けられており、

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とを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。

[6] 請求項 5に記載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燃料電池。

[7] 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燃料電池。

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燃