(57)【要約】【課題】燃料電池用プラグとの接続時、その吐出口の周囲に燃料導入路を適切に接触させることができ、外部への液体燃料の漏れが抑制され、安全性に優れる燃料電池用ソケットを提供すること。【解決手段】燃料電池用の液体燃料を吐出する燃料電池用プラグ２が着脱可能に接続される燃料電池用ソケット１であって、軸方向の略中間部に縮径部１１２ａを有する筒状のソケット本体１１と、前記縮径部１１２ａを通して前記接続側に突出する軸部１２ａを有するバルブ１２と、前記縮径部１１２ａから突出する前記軸部１２ａの側面部を囲むようにして設けられ、側面部に係止部１４を有する弾性筒状の燃料導入路１３と、前記燃料導入路１３の外側に設けられ、前記係止部１４を前記接続側に押圧する補助弾性体１５とを有するもの。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の液体燃料を吐出する燃料電池用プラグが着脱可能に接続される燃料電池用ソケットであって、
軸方向の略中間部に縮径部を有する筒状のソケット本体と、
前記縮径部を通して前記接続側に突出する軸部を有するバルブと、
前記縮径部から突出する前記軸部の側面部を囲むようにして設けられ、側面部に係止部を有する弾性筒状の燃料導入路と、
前記燃料導入路の外側に設けられ、前記係止部を前記接続側に押圧する補助弾性体と
を有することを特徴とする燃料電池用ソケット。
【請求項２】
前記係止部は、前記燃料導入路を保持する保持孔を有する環状部材であって、前記燃料導入路の側面部に装着されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用ソケット。
【請求項３】
前記係止部は、前記燃料導入路の前記接続側の端部に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用ソケット。
【請求項４】
前記燃料導入路は両端部にシール部を有し、前記シール部の断面が軸方向に凸状となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項５】
前記燃料導入路は、前記縮径部から突出する前記軸部の側面部の全体を囲むようにして設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項６】
前記燃料導入路は、軸方向に伸縮可能なものであることを特徴とする請求項５項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項７】
前記燃料導入路は、蛇腹状であることを特徴とする請求項６項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項８】
前記縮径部は、前記接続側に延びる内筒部を有し、前記燃料導入路は、前記内筒部の前記接続側の一部を摺動可能に覆うものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項９】
前記燃料導入路は、前記縮径部側への摺動により、前記縮径部側の端部が前記縮径部に接触することを特徴とする請求項８項記載の燃料電池用ソケット。
【請求項１０】
燃料電池用の液体燃料を吐出する燃料電池用プラグと、前記燃料電池用プラグが着脱可能に接続される燃料電池用ソケットとからなる燃料電池用カップラーであって、
前記燃料電池用ソケットが請求項１乃至９のいずれか１項記載の燃料電池用ソケットであることを特徴とする燃料電池用カップラー。
【請求項１１】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持される電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極に供給する液体燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料収容部に設けられる燃料電池用ソケットとを有する燃料電池であって、
前記燃料電池用ソケットが請求項１乃至９のいずれか１項記載の燃料電池用ソケットであることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池への液体燃料の供給に用いられる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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種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、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。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できる。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として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）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、携帯機器用の電源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燃料電池内で気化させて燃料極に供給する内部気化型のパッシブ方式が知られている。このうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。
【０００４】
パッシブ方式のＤＭＦＣにおいては、燃料収容部内のメタノール燃料を燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させて燃料極に供給している。そして、このような燃料収容部へのメタノール燃料等の液体燃料の供給には、例えばサテライトタイプ（外側注入式）の燃料カートリッジが用いられている。
【０００５】
燃料カートリッジによって液体燃料を供給する場合、一般に燃料電池用ソケットと燃料電池用プラグとによって構成される燃料電池用カップラーが用いられている。燃料電池用ソケットおよび燃料電池用プラグはそれぞれ弁体としてのバルブを内蔵するバルブ機構を有しており、燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを接続することにより両者のバルブを当接させてバルブ機構を開状態とする。
【０００６】
これにより、例えば燃料電池側に燃料電池用ソケットを装着すると共に、燃料カートリッジ側に燃料電池用プラグを装着し、燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを挿入することで、燃料カートリッジに収容されている液体燃料を燃料電池、具体的には燃料収容部へと供給することができる。また、燃料電池用ソケットから燃料電池用プラグを引き抜くことで、両者のバルブを離してバルブ機構を閉状態とし、液体燃料の供給を遮断することができる。
【０００７】
このような燃料電池用ソケットとしては、例えば筒状のソケット本体内にバルブを配置すると共に、このバルブの接続側の周囲を覆うようにゴムホルダ等と呼ばれる弾性筒状の燃料導入路を設けるものが知られている。燃料導入路は、燃料電池用プラグが接続された際、その液体燃料を吐出する吐出口の周囲に接触し、吐出される液体燃料を燃料電池用ソケットの内部へと導く流路となるものである。このような燃料導入路としては、例えば蛇腹状のものであって、軸方向に伸縮が可能なものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−４７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように燃料電池用ソケットの燃料導入路としては、例えば蛇腹状のものであって、それ自体で伸縮が可能なものが用いられている。しかしながら、このような燃料導入路については、長期間の使用により特性が低下し、反発力が弱くなったり、また一度収縮した後に完全に元の状態に戻らなくなったりするおそれがある。このような特性の低下した燃料導入路については、燃料電池用プラグの接続時、その吐出口の周囲に適切に接触することができず、液体燃料が外側へ漏れ出すおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、燃料電池用プラグとの接続時、その吐出口の周囲に燃料導入路を適切に接触させることにより、外部への液体燃料の漏れが抑制され、安全性に優れる燃料電池用ソケットを提供することを目的としている。また、本発明は、このような安全性に優れる燃料電池用ソケットを具備する燃料電池用カップラーおよび燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池用ソケットは、燃料電池用の液体燃料を吐出する燃料電池用プラグが着脱可能に接続される燃料電池用ソケットであって、軸方向の略中間部に縮径部を有する筒状のソケット本体と、縮径部を通して接続側に突出する軸部を有するバルブと、前記縮径部から突出する前記軸部の側面部を囲むようにして設けられ、側面部に係止部を有する弾性筒状の燃料導入路と、この燃料導入路の外側に設けられ、係止部を接続側に押圧する補助弾性体とを有することを特徴とする。
【００１１】
係止部は、例えば燃料導入路を保持する保持孔を有する環状部材であって、燃料導入路の側面部に装着されるものである。このような係止部は、燃料導入路の接続側の端部に設けられていることが好ましい。また、燃料導入路は両端部にシール部を有するものであり、シール部の断面が軸方向に凸状となっていることが好ましい。
【００１２】
燃料導入路は、例えば縮径部から突出する軸部の側面部の全体を囲むようにして設けられている。このような燃料導入路は、軸方向に伸縮可能なものであることが好ましく、例えば蛇腹状であることが好ましい。
【００１３】
また、燃料導入路は、例えば縮径部が接続側に延びる内筒部を有する場合、この内筒部の接続側の一部を摺動可能に覆うものであってもよい。このような燃料導入路は、縮径部側への摺動により、縮径部側の端部が縮径部に接触するものであることが好ましい。
【００１４】
本発明の燃料電池用カップラーは、燃料電池用の液体燃料を吐出する燃料電池用プラグと、この燃料電池用プラグが着脱可能に接続される燃料電池用ソケットとからなる燃料電池用カップラーであって、前記燃料電池用ソケットが上記した本発明の燃料電池用ソケットであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の燃料電池は、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持される電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極に供給する液体燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料収容部に設けられる燃料電池用ソケットとを有する燃料電池であって、前記燃料電池用ソケットが上記した本発明の燃料電池用ソケットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料導入路に係止部を設けると共に、この係止部を接続側に押圧する補助弾性体を設けることで、燃料電池用プラグの接続時、燃料電池用プラグに燃料導入路を適切に接触させることができ、外部への液体燃料の漏れが抑制され、安全性に優れる燃料電池用ソケットを提供することができる。また、燃料導入路の外側に補助弾性体を設けることで、補助弾性体から溶出する金属イオン等の液体燃料への混入が抑制され、燃料電池の発電特性の低下も抑制することのできる燃料電池用ソケットを提供することができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、燃料電池用カップラーあるいは燃料電池における燃料電池用ソケットとして、上記した本発明の燃料電池用ソケットを用いることで、安全性に優れ、また液体燃料への金属イオン等の混入も抑制される燃料電池用カップラーあるいは燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の燃料電池用ソケット１（以下、単にソケット１と呼ぶ）の適用方法を示す概略図である。本発明の燃料電池用ソケット１は、燃料電池用プラグ２（以下、単にプラグ２と呼ぶ）と着脱可能に接続されて燃料電池用カップラー３（以下、単にカップラー３と呼ぶ）を構成する。
【００１９】
ソケット１、プラグ２はそれぞれバルブ機構を構成するバルブを有するものであり、図示するような分離状態においては、それらのバルブ機構が閉じることで、液体燃料の流出が抑制されている。そして、ソケット１にプラグ２を接続した場合には、それらのバルブが当接することでバルブ機構が開き、液体燃料の供給が可能となる。
【００２０】
このようなソケット１は、燃料電池４に装着されて使用される。燃料電池４は、例えば起電部となる燃料電池セル５と、この燃料電池セル５に供給する液体燃料を収容する燃料収容部６と、この燃料収容部６に装着されて液体燃料を供給する燃料受容部７とを有し、ソケット１は例えば燃料受容部７に装着されている。
【００２１】
一方、プラグ２は、カートリッジ８に装着されて使用される。カートリッジ８は、液体燃料を収容する容器であるカートリッジ本体９を有し、その先端部分に液体燃料を吐出するためのプラグ２が装着される。このようなカートリッジ８は、燃料電池４に液体燃料を注入するときのみ接続され、いわゆるサテライトタイプ（外側注入式）と呼ばれるものである。
【００２２】
カートリッジ本体９には、燃料電池４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。なお、カートリッジ本体９に収容される液体燃料は必ずしも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。いずれにしても、燃料電池４に応じた液体燃料が収容される。
【００２３】
次に、本発明のソケット１について具体的に説明する。なお、以下のソケット１を示す図については、いずれも図中上側がプラグ２が接続される側となっている。また、以下では、ソケット１におけるプラグ２が接続される側（図中上側）を接続側と呼び、その反対側（図中下側）を底部側と呼んで説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態のソケット１を示す断面図である。なお、図２は、バルブ機構が閉じた状態を示している。ソケット１は、メス側カップラーとも呼ばれるものであり、筒状のソケット本体１１と、このソケット本体１１の内部に設けられるバルブ１２と、このバルブ１２の接続側の側面部を囲むようにして設けられる燃料導入路１３と、この燃料導入路１３に設けられる係止部１４と、この係止部１４を押圧する補助弾性体１５とから主として構成されている。
【００２５】
ソケット本体１１は、例えば接続側に配置される略円筒状の第１筒部１１１と、この第１筒部１１１の底部側に嵌め込まれるようにして固定される第２筒部１１２と、この第２筒部１１２の底部側に嵌め込まれるようにして固定される第３筒部１１３とから構成されている。
【００２６】
第１筒部１１１は、例えば底部側に比べて接続側の内径が小さくされることで段部が形成されており、この段部が係止部１４の接続側への移動を制限し、初期の位置状態を規定する位置決め部１１１ａとなっている。第２筒部１１２は接続側に縮径部１１２ａを有しており、この縮径部１１２ａの内径はバルブ１２の接続側の部分を挿入することができ、また液体燃料の通過が可能なものとされている。
【００２７】
また、第３筒部１１３は、軸心部分にバルブ１２の底部側への移動を制限するバルブ当接部１１３ａが形成されており、その周囲に液体燃料の流路となる複数の流通孔１１３ｂが均等な間隔となるように形成されている。
【００２８】
バルブ１２は、ソケット本体１１と合わせてバルブ機構を主として構成するものであり、縮径部１１２ａを通して接続側に突出する軸部１２ａと、縮径部１１２ａの底部側に配置されるヘッド部１２ｂとを有している。ヘッド部１２ｂの接続側にはＯリング等の環状シール部材１６が配置され、また底部側には圧縮スプリング等のバルブ用弾性体１７が配置され、ヘッド部１２ｂを介して環状シール部材１６をバルブ用弾性体１７で押圧することで、縮径部１１２ａが閉じられ、接続側への液体燃料の漏れが抑制されている。
【００２９】
燃料導入路１３は、弾性材料からなる筒状のものであり、内部がプラグ２から吐出される液体燃料の流路となるものである。この燃料導入路１３は、接続側の一部、すなわち接続側の端部、および係止部１４が装着される装着部１３ａを除いた略全体が蛇腹状とされており、この蛇腹形状と材料特性（ゴム弾性）とにより軸方向に伸縮可能となっている。
【００３０】
装着部１３ａは、例えば燃料導入路１３の側面部を一周する溝部として形成されている。また、燃料導入路１３の両端部はシール部１３ｂ、シール部１３ｃとされており、例えば断面が軸方向に凸状とされている。すなわち、接続側の端部におけるシール部１３ｂは、プラグ２の液体燃料を吐出する吐出口の周囲に接触してシール状態とするものであり、プラグ２に向けて凸状とされている。一方、底部側の端部におけるシール部１３ｃは、縮径部１１２ａに接触してシール状態とするものであり、縮径部１１２ａに向けて凸状とされている。
【００３１】
このような燃料導入路１３は、軸部１２ａのうち縮径部１１２ａの接続側に突出する部分の全体を囲むように設けられる。なお、燃料導入路１３の接続側の端部は、例えば軸部１２ａの接続側の端部を保護すると共に、プラグ２の液体燃料を吐出する吐出口に軸部１２ａが挿入される前にその周囲に接触してシール状態とするために、軸部１２ａよりも若干接続側に延ばされている。
【００３２】
係止部１４と補助弾性体１５とは、このような燃料導入路１３の接続側の端部を先端側へと押圧するために設けられており、燃料導入路１３の側面部に係止部１４が装着され、この係止部１４を接続側へと押圧するように、係止部１４の底部側であって燃料導入路１３の外側に補助弾性体１５が設けられている。
【００３３】
このように係止部１４と補助弾性体１５とを設けることで、プラグ２の接続時、その液体燃料を吐出する吐出口の周囲に燃料導入路１３の接続側の端部を適切に接触させてシール状態とすることができる。これにより、外部への液体燃料の漏れを抑制し、安全性に優れたものとすることができる。特に、長期間の使用により燃料導入路１３の特性が低下したときに、効果的に外部への液体燃料の漏れを抑制し、安全性に優れたものとすることができる。
【００３４】
また、このように補助弾性体１５を設ける場合であっても、燃料導入路１３の外側に配置することで、補助弾性体から溶出する金属イオン等の液体燃料への混入を抑制することができ、燃料電池の発電特性の低下も抑制することができる。
【００３５】
係止部１４は、ソケット本体１１（第１筒部１１１）に設けられた位置決め部１１１ａにより、先端側への移動が制限され、ソケット本体１１からの抜け落ちが抑制されると共に、初期の位置状態に保持されている。また、このように係止部１４の初期の位置状態が保持されることで、燃料導入路１３の接続側の端部の初期の位置状態も保持することができる。
【００３６】
このような係止部１４は、例えば燃料導入路１３を保持する保持孔を有する環状部材であって、燃料導入路１３の接続側の端部に設けられる装着部１３ａに外側から嵌め込むようにして装着されている。係止部１４が取り付けられる位置は、必ずしも燃料導入路１３の接続側の端部でなくてもよいが、燃料導入路１３の接続側の端部を接続側へと押圧し、プラグ２の液体燃料を吐出する吐出口の周囲に適切に接触させる観点から、燃料導入路１３の接続側の端部とすることが好ましい。
【００３７】
係止部１４の外径は、ソケット本体１１（第１筒部１１１）の内部を摺動することができる程度に、ソケット本体１１の内径と同様なものとすることが好ましい。このようなものとすることで、ソケット本体１１の軸心と燃料導入路１３の軸心とを合わせ、プラグ２の液体燃料を吐出する吐出口の周囲により確実に燃料導入路１３の接続側の端部を接触させてシール状態とすることができる。
【００３８】
このような燃料導入路１３、環状シール部材１６は、液体燃料に対する耐性、特に耐メタノール性を有するエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなるものが好ましい。しかしながら、ＥＰＤＭに限らず、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）からなるものであってもよい。
【００３９】
また、補助弾性体１５は、必ずしも液体燃料と接触するものではないが、液体燃料と接触したときのために表面処理が施されたものであることが好ましい。一方、バルブ用弾性体１７は、液体燃料の流路中に配置されるために表面処理が施されたものであることが好ましい。このようなものとしては、具体的にはステンレス系のスプリングに対し不動態化処理を行い、耐食性を高めたものが好ましい。表面処理に関しては不動態化処理に限らず、金等の貴金属めっきやフッ素系樹脂等の樹脂コーティングも好適に用いられる。また、素材としてカーボンを用いたバネを使用することもできる。
【００４０】
その他の部材については、一般に非金属材料からなることが好ましく、液体燃料に対する耐性、特に耐メタノール性を有する樹脂材料からなることが好ましい。このような樹脂材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等、さらには耐メタノール性と透明性を有する樹脂材料として、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）等が挙げられる。
【００４１】
図３は、ソケット１に接続されるプラグ２を示したものである。なお、以下のプラグ２を示す図については、いずれも図中下側がソケット１に接続する側となっている。また、以下では、プラグ２におけるソケット１に接続する側（図中下側）を接続側と呼び、その反対側（図中上側）を底部側と呼んで説明する。
【００４２】
プラグ２は、オス側カップラーとも呼ばれるものであり、カートリッジ本体９が嵌め込まれるプラグヘッド２１と、このプラグヘッド２１の内部に配置されるバルブ２２と、プラグヘッド２１を外側から覆うようにしてカートリッジ本体９に固定する押えキャップ２３等を有している。
【００４３】
プラグヘッド２１は、カートリッジ本体９が嵌め込まれる筒状のベース部２１ａと、その接続側に設けられ、より細径とされた挿入部２１ｂとを有している。挿入部２１ｂの軸心部分には、カートリッジ本体９に収容された液体燃料の流路となると共に、バルブ２２が移動可能に挿入される軸孔２１ｃが形成されている。挿入部２１ｂの端部には燃料導入路１３が嵌め込まれるシール凹部２１ｄが形成され、このシール凹部２１ｄの底面に軸孔２１ｃと繋がる吐出口２１ｅが形成されている。
【００４４】
吐出口２１ｅは、カートリッジ本体９に収容された液体燃料を吐出する部分であり、シール凹部２１ｄは、この吐出口２１ｅから吐出された液体燃料の残留物（付着物）の一時的な収容部として機能するものであり、操作者が液体燃料に触れないようにするものである。接続状態においては、このシール凹部２１ｄに燃料導入路１３の先端部が嵌め合わされるようにして当接することで、吐出口２１ｅの周囲がシールされ、外側への液体燃料の流出が抑制される。
【００４５】
ベース部２１ａの内側には、バルブ２２を保持するバルブホルダ２４が配置されている。バルブホルダ２４はバルブ室を規定するものであり、その接続側外縁部に形成されたフランジ部２４ａがＯリング等の環状シール部材２５を介して底部側からカートリッジ本体９によって押圧されることでベース部２１ａに固定されている。また、バルブホルダ２４の略中間部にはバルブ２２が移動可能に挿入される軸孔２４ｂが設けられ、後端部には、カートリッジ本体９からの液体燃料の流路となる連通孔２４ｃが設けられている。
【００４６】
バルブ２２は、プラグヘッド２１と合わせてバルブ機構を主として構成するものであり、軸孔２１ｃに挿入される軸部２２ａと、軸孔２１ｃの底部側に配置されるヘッド部２２ｂとを有している。ヘッド部２２ｂの先端側には、軸部２２ａの周囲を囲むようにＯリング等の環状シール部材２６が配置され、また底部側にはバルブ２２を先端側へと押圧するように圧縮スプリング等のバルブ用弾性体２７が配置され、ヘッド部２２ｂを介して環状シール部材２６をバルブ用弾性体２７で押圧することで、軸孔２１ｃが閉じられ、液体燃料の漏れが抑制されている。
【００４７】
このような環状シール部材２６、環状シール部材２７は、液体燃料に対する耐性、特に耐メタノール性を有するエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなるものが好ましい。しかしながら、ＥＰＤＭに限らず、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）からなるものであってもよい。
【００４８】
また、バルブ用弾性体２７は、液体燃料の流路中に配置されるために表面処理が施されたものであることが好ましい。このようなものとしては、具体的にはステンレス系のスプリングに対し不動態化処理を行い、耐食性を高めたものが好ましい。表面処理に関しては不動態化処理に限らず、金等の貴金属めっきやフッ素系樹脂等の樹脂コーティングも好適に用いられる。また、素材としてカーボンを用いたバネを使用することもできる。
【００４９】
プラグ２のその他の部材については、一般に非金属材料からなることが好ましく、液体燃料に対する耐性、特に耐メタノール性を有する樹脂材料からなることが好ましい。このような樹脂材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等、さらには耐メタノール性と透明性を有する樹脂材料として、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）等が挙げられる。
【００５０】
図４は、ソケット１とプラグ２とを接続した状態を示す断面図である。ソケット１とプラグ２との接続は、以下のようにして行うことができる。
【００５１】
まず、ソケット１のソケット本体１１にプラグ２の挿入部２１ｂを挿入していくと、燃料導入路１３の接続側の端部（シール部１３ｂ）が挿入部２１ｂのシール凹部２１ｄに嵌め込まれ、その底面に設けられた吐出口２１ｅの周囲に接触してシール状態とする。
【００５２】
さらに、プラグ２を挿入していくと、このプラグ２に押し下げられるようにして燃料導入路１３が収縮すると共に、この燃料導入路１３の収縮に合わせて係止部１４も底部側へと移動する。この際、ソケット側のバルブ１２の位置は変わらないため、プラグ２の吐出口２１ｅへと挿入され、プラグ側のバルブ２２と当接する。
【００５３】
ソケット側のバルブ１２とプラグ側のバルブ２２とが当接した状態でプラグ２を挿入していくと、ソケット側のバルブ１２がプラグ側のバルブ２２に押し下げられるようにして底部側へと移動し、ソケット１のバルブ機構が開かれる。
【００５４】
なお、両者のバルブ機構の開放順序は、それらのバルブを押圧するバルブ用弾性体の反発力を調整することにより決定される。この場合、プラグ側のバルブ２２を押圧するバルブ用弾性体２７の反発力をソケット側のバルブ１２を押圧するバルブ用弾性体１７の反発力よりも大きくすることで、ソケット１のバルブ機構がプラグ２のバルブ機構よりも先に開くように構成されている。このように液体燃料が供給されるソケット１のバルブ機構を先に開くことで安全性を確保しやすくなるが、バルブ機構の開放順序は必ずしもこのようなものに限られるものではない。
【００５５】
さらにプラグ２を挿入していくと、ソケット側のバルブ１２が底部側に設けられたバルブ当接部１１３ａに当接する。ソケット側のバルブ１２がバルブ当接部１１３ａに当接した状態でさらにプラグ２を挿入していくと、このソケット側のバルブ１２に押し返されるようにしてプラグ側のバルブ２２が底部側へと移動し、プラグ２のバルブ機構が開かれる。
【００５６】
プラグ２のバルブ機構が開かれることで、カートリッジ本体９に収容されている液体燃料が軸孔２１ｃを通して吐出口２１ｅから吐出される。そして、吐出口２１ｅ吐出された液体燃料は、燃料導入路１３および縮径部１１２ａの内部を順に通して、最終的に流通孔１１３ｂから燃料受容部７を介して燃料電池４へと供給される。このようなソケット１とプラグ２との接続は、プラグ側のバルブ２２がバルブホルダ２４の後端部に当接した時点で、それ以上のプラグ２の挿入が困難となり完了する（図４）。
【００５７】
一方、ソケット１からプラグ２を取り外す際は、上記工程と反対の工程が行われる。まず、ソケット１からプラグ２を引き抜いていくと、ソケット１から見たプラグ側のバルブ２２の位置はそのままに挿入部２１ｂのみが引き抜かれ、結果としてプラグ２のバルブ機構が閉じられる。
【００５８】
そして、プラグ２のバルブ機構が閉じられた後は、プラグ２の挿入部２１ｂと共に、バルブ２２も同様にして引き抜かれ、これによりソケット側のバルブ１２が接続側へと移動し、結果としてソケット１のバルブ機構が閉じられる。
【００５９】
さらにソケット１からプラグ２を引き抜いていくと、ソケット側のバルブ１２とプラグ側のバルブ２２とが離れ、その後にプラグ２の吐出口２１ｅの周囲から燃料導入路１３の接続側の端部が離れ、これらのシール状態が解除される。
【００６０】
本発明のソケット１によれば、燃料導入路１３に加えて係止部１４と補助弾性体１５とを設けることで、このようなプラグ２の接続および取り外しの一連の工程中、常に燃料導入路１３の接続側の端部をプラグ２の吐出口２１ｅの周囲に接触させることができ、外部への液体燃料の漏れを抑制し、安全性に優れたものとすることができる。
【００６１】
次に、本発明のソケット１の第２の実施形態について説明する。
図５は第２の実施形態のソケット１を示す断面図である。また、図６は、第２の実施形態のソケット１にプラグ２を接続した状態を示す断面図である。なお、プラグ２については、第１の実施形態のソケット１と同様なものとすることができる。
【００６２】
このソケット１は、例えば図５に示すように、縮径部１１２ａを接続側に延びる内筒部１１２ｂを有するものとし、燃料導入路１３の底部側の端部を拡げるようにして内筒部１１２ｂの全体を覆うように装着したものである。なお、燃料導入路１３は、ソケット本体１１に装着していない状態で、接続側の端部を除いた略全体が軸部１２ａよりも若干大きくされた一定の大きさのものである。
【００６３】
この燃料導入路１３は、例えば図６に示すように軸方向の略中間部が外側に撓むように変形することで収縮する。また、この燃料導入路１３では、プラグ２の接続時、挿入部２１ｂと縮径部１１２ａとによって軸方向に押圧されることで、接続側の端部であるシール部１３ｂが吐出口２１ｅの周囲に接触してシール状態とすると共に、底部側の端部であるシール部１３ｃが縮径部１１２ａに接触してシール状態とする。
【００６４】
なお、燃料導入路１３の底部側については、主として端部であるシール部１３ｃと縮径部１１２ａとが接触することによってシール状態とされるが、内面と内筒部１１２ｂの外面との間も接触しているため、これらによっても追加的にシール状態とされる。
【００６５】
このように燃料導入路１３の底部側の端部が縮径部１１２ａに接触すると共に、内面が内筒部１１２ｂの外面と接触するものについては、シール状態を確実なものとするために、縮径部１１２ａと内筒部１１２ｂとの接続部分をシール部１３ｃの形状に合わせて接続側に向けて徐々に縮径させることが好ましい。
【００６６】
このようなソケット１についても、第１の実施形態のソケット１と同様にしてプラグ２を接続して用いることができる。そして、係止部１４と補助弾性体１５とを設けることで、プラグ２の接続時、燃料導入路１３の接続側の端部を吐出口２１ｅの周囲に適切に接触させてシール状態とすることができ、外部への液体燃料の漏れを抑制し、安全性に優れたものとすることができる。また、燃料導入路１３の外側に補助弾性体１５を配置することで、補助弾性体から溶出する金属イオン等の液体燃料への混入も抑制することができ、燃料電池４の発電特性の低下も抑制することができる。
【００６７】
次に、本発明のソケット１の第３の実施形態について説明する。
図７は第３の実施形態のソケット１を示す断面図である。また、図８は、第３の実施形態のソケット１にプラグ２を接続した状態を示す断面図である。なお、プラグ２については、第１の実施形態のソケット１と同様なものとすることができる。
【００６８】
このソケット１は、例えば図７に示すように、縮径部１１２ａを接続側に延びる内筒部１１２ｂを有するものとし、燃料導入路１３として内筒部１１２ｂの接続側の一部を摺動可能に覆うものを用いたものである。具体的には、燃料導入路１３として、内筒部１１２ｂに対して摺動可能な範囲で、装着部１３ａよりも底部側の内径を内筒部１１２ｂの外径と略同様としたものを用いている。
【００６９】
この燃料導入路１３は、例えば図８に示すように、プラグ２の挿入により底部側へと摺動し、挿入部２１ｂと縮径部１１２ａとによって軸方向に押圧されることで、接続側の端部であるシール部１３ｂが吐出口２１ｅの周囲に接触してシール状態とすると共に、底部側の端部であるシール部１３ｃが縮径部１１２ａに接触してシール状態とする。
【００７０】
なお、この燃料導入路１３の底部側については、燃料導入路１３が底部側へと移動したときに、端部であるシール部１３ｃと縮径部１１２ａとが接触することによってシール状態とされるが、それ以外の場合については、内面と内筒部１１２ｂの外面とが接触しているため、これらによってシール状態とされている。
【００７１】
このようなものについても、シール状態を確実なものとするために、縮径部１１２ａと内筒部１１２ｂとの接続部分をシール部１３ｃの形状に合わせて接続側に向けて徐々に縮径させることが好ましい。
【００７２】
このようなソケット１についても、第１の実施形態のソケット１と同様にしてプラグ２を接続して用いることができる。そして、係止部１４と補助弾性体１５とを設けることで、プラグ２の接続時、燃料導入路１３の接続側の端部を吐出口２１ｅの周囲に適切に接触させてシール状態とすることができ、外部への液体燃料の漏れを抑制し、安全性に優れたものとすることができる。また、燃料導入路１３の外側に補助弾性体１５を配置することで、補助弾性体から溶出する金属イオン等の液体燃料への混入も抑制することができ、燃料電池４の発電特性の低下も抑制することができる。
【００７３】
次に、本発明の燃料電池４について、内部気化型のＤＭＦＣを例に挙げて説明する。図９は、本発明の燃料電池４の一例を示す断面図である。燃料電池４は、起電部を構成する燃料電池セル５と、燃料収容部６と、図示を省略したソケット１を有する燃料受容部７とから主として構成されている。なお、図示が省略された燃料受容部７は、例えば図１に示されるように燃料収容部６の下面側に設けられている。
【００７４】
燃料電池セル５は、アノード触媒層５１およびアノードガス拡散層５２からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層５３およびカソードガス拡散層５４からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層５１とカソード触媒層５３とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜５５とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有している。
【００７５】
アノード触媒層５１およびカソード触媒層５３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。具体的には、アノード触媒層５１に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、カソード触媒層５３に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。
【００７６】
電解質膜５５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い。
【００７７】
アノード触媒層５１に積層されるアノードガス拡散層５２は、アノード触媒層５１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５１の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層５３に積層されるカソードガス拡散層５４は、カソード触媒層５３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５３の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層５２にはアノード導電層５６が積層され、カソードガス拡散層５４にはカソード導電層５７が積層されている。
【００７８】
アノード導電層５６およびカソード導電層５７は、例えばＡｕ、Ｎｉなどの導電性金属材料からなるメッシュ状等の多孔質層、薄膜または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）等の導電性金属材料にＡｕなどの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。なお、電解質膜５５とアノード導電層５６との間、および電解質膜５５とカソード導電層５７との間には、ゴム製のＯリング等の環状シール部材５８、５９が介在されており、これらによって燃料電池セル５からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００７９】
燃料収容部６の内部には、液体燃料として例えばメタノール燃料が充填されている。また、燃料収容部６は燃料電池セル５側が開口されており、この燃料収容部６の開口部と燃料電池セル５との間に気体選択透過膜４１が設置されている。気体選択透過膜４１は、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膜である。このような気体選択透過膜４１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。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料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。
【００８０】
カソード導電層５７上には保湿層４２が積層されており、さらにその上には表面層４３が積層されている。表面層４３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４３に形成された空気導入口４３ａの個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層４２はカソード触媒層５３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役割を果たすと共に、カソードガス拡散層５４に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層５３への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層４２は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００８１】
燃料収容部６上に積層される気体選択透過膜４１、燃料電池セル５、保湿層４２、および表面層４３は、例えばステンレス製のカバー４４を被せることによって保持されている。カバー４４には表面層４３に形成された空気導入口４３ａと対応する部分に開口４４ａが設けられている。また、燃料収容部６にはカバー４４の爪４４ｂを受けるテラス６ａが設けられており、このテラス６ａに爪４４ｂをかしめることで全体がカバー４４によって一体的に保持されている。
【００８２】
上述したような構成を有する燃料電池４においては、燃料収容部６内の液体燃料（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜４１を透過して燃料電池セル５に供給される。燃料電池セル５内において、液体燃料の気化成分はアノードガス拡散層５２で拡散されてアノード触媒層５１に供給される。アノード触媒層５１に供給された気化成分は、例えば下記の（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）
【００８３】
なお、液体燃料として純メタノールを使用した場合には、燃料収容部６から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層５３で生成した水や電解質膜５５中の水をメタノールと反応させて上記（１）式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記（１）式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。
【００８４】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は電解質膜５５を伝導し、カソード触媒層５３に到達する。表面層４３の空気導入口４３ａから取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層４２、カソード導電層５７、カソードガス拡散層５４を拡散して、カソード触媒層５３に供給される。カソード触媒層５３に供給された空気は、次の（２）式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）
【００８５】
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６内の液体燃料（例えばメタノール水溶液や純メタノール）が消費される。燃料収容部６内の液体燃料が完全に消費され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６内にカートリッジ８から液体燃料を供給する。
【００８６】
カートリッジ８からの液体燃料の供給は、上記したようにカートリッジ８に装着されたプラグ２を燃料電池４に装着されたソケット１に接続することにより行うことができる。この際、ソケット１に燃料導入路１３に加えて係止部１４や補助弾性体１５が設けられていることで、接続時の液体燃料の漏れが抑制され、安全性に優れたものとなる。
【００８７】
以上、本発明の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について説明したが、本発明の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は上記実施形態そのものに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
【００８８】
例えば、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してもよい。また、例えば燃料電池としては小型化が進められているパッシブ型ＤＭＦＣが好適であるが、少なくとも本発明の燃料電池用ソケットを具備し、液体燃料が該ソケットを介して供給されるものであれば、その方式や機構等については何等限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の燃料電池用ソケットの適用方法を示す概略図。
【図２】本発明の燃料電池用ソケットの第１の実施形態を示す断面図。
【図３】図２に示す燃料電池用ソケットに接続される燃料電池用プラグの一例を示す断面図。
【図４】図２に示す燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを接続した状態を示す断面図。
【図５】本発明の燃料電池用ソケットの第２の実施形態を示す断面図。
【図６】図５に示す燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを接続した状態を示す断面図。
【図７】本発明の燃料電池用ソケットの第３の実施形態を示す断面図。
【図８】図７に示す燃料電池用ソケットに燃料電池用プラグを接続した状態を示す断面図。
【図９】本発明の燃料電池の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００９０】
１…燃料電池用ソケット、２…燃料電池用プラグ、３…燃料電池用カップラー、４…燃料電池、５…燃料電池セル、６…燃料収容部、７…燃料受容部、８…カートリッジ、９…カートリッジ本体、１１…ソケット本体、１１２ａ…縮径部、１１２ｂ…内筒部、１２…バルブ、１２ａ…軸部、１２ｂ…ヘッド部、１３…燃料導入路、１４…係止部、１５…補助弾性体、１６…環状シール部材、１７…バルブ用弾性体、２１…プラグヘッド、２１ａ…ベース部、２１ｂ…挿入部、２１ｃ…軸孔、２１ｄ…シール凹部、２１ｅ…吐出口、２２…バルブ、２２ａ…軸部、２２ｂ…ヘッド部、２３…押えキャップ、２４…バルブホルダ、２５、２６…環状シール部材、２７…バルブ用弾性体、４１…気体選択透過膜、４２…保湿層、４３…表面層、４４…カバー、５１…アノード触媒層、５２…アノードガス拡散層、５３…カソード触媒層、５４…カソードガス拡散層、５５…電解質膜、５６…アノード導電層、５７…カソード導電層、５８、５９…環状シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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