(57)【要約】      （修正有）【課題】液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れる燃料電池用カップラーを提供する。【解決手段】燃料電池用カップラーを構成するソケット４およびノズル５の少なくとも一方のバルブ機構の開閉部５６よりも先端側となる液体燃料の流路に、この開閉部５６への異物の侵入を抑制するフィルターＦを設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に設けられるバルブ機構を有するソケットと、燃料カートリッジに設けられるバルブ機構を有するノズルとからなり、前記ソケットと前記ノズルとを互いの先端側で接続することにより互いのバルブ機構を開いて液体燃料の供給を行う燃料電池用カップラーであって、
前記ソケットおよび前記ノズルの少なくとも一方には、前記バルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、前記開閉部への異物の侵入を抑制するフィルターが設けられていることを特徴とする燃料電池用カップラー。
【請求項２】
前記ソケットは、内側が縮径されることにより形成されるバルブシートを有し、前記バルブシートの先端側がノズル挿入口とされる略筒状のソケット本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記ノズル挿入口に突出する先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブと、前記ノズル挿入口に突出する前記先端側バルブステムを囲む略筒状のバルブ包囲体とを有し、
前記バルブ包囲体の先端部または内部に前記フィルターが配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用カップラー。
【請求項３】
前記フィルターは、前記バルブ包囲体の先端部を塞ぐように前記バルブ包囲体に固定されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用カップラー。
【請求項４】
前記フィルターは、前記バルブ包囲体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用カップラー。
【請求項５】
前記フィルターは、前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用カップラー。
【請求項６】
前記先端側バルブステムが前記フィルターからなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用カップラー。
【請求項７】
前記ノズルは、先端側が縮径されて前記ソケットに挿入されるソケット挿入部が形成されると共に、内部にバルブシートが形成された略筒状のノズル本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記バルブシートよりも先端側の前記ノズル本体に挿入される先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブとを有し、
前記ノズル本体の先端部または前記バルブシートよりも先端側の内部に前記フィルターが配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用カップラー。
【請求項８】
前記フィルターは、前記ノズル本体の先端部を塞ぐように前記ノズル本体に固定されていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池用カップラー。
【請求項９】
前記フィルターは、前記バルブシートよりも先端側となる前記ノズル本体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池用カップラー。
【請求項１０】
前記フィルターは、前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池用カップラー。
【請求項１１】
前記先端側バルブステムが前記フィルターからなることを特徴とする請求項７記載の燃料電池用カップラー。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池用カップラーにおけるフィルターを有するソケットと、
前記ソケットを通して供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、
前記液体燃料を用いて発電動作を行う起電部と
を有す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】
本発明は燃料電池用カップラーおよびこれを用いた燃料電池に関する。
【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と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。パッシブ方式のＤＭＦＣでは、例えば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する。
【０００４】
燃料収容部への液体燃料の供給は、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を用いて行われる。燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給する場合、一般に燃料電池側に装着されるソケットと、燃料カートリッジ側に装着されるノズルとから構成される燃料電池用カップラーが用いられる。ソケットおよびノズルはそれぞれバルブ機構を有しており、接続時に互いのバルブを当接させることでバルブ機構を開き、燃料カートリッジに収容された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、ソケットからノズルを取り外した場合、互いのバルブが離れてバルブ機構が閉じられ、液体燃料の漏出を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような燃料電池用カップラーのうち、例えばゲル化燃料とこれを液化する再液化剤とを内部に収容する燃料カートリッジについて、液体燃料の取出し口に、液化した液体燃料以外のものを堰き止め、液体燃料のみを効率的に取り出すためのフィルターを設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、例えばバルブ機構と圧力調整機構とを備える燃料カートリッジについて、バルブ機構と圧力調整機構との間にフィルターを設けたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４７４０５号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１２８９号公報
【特許文献３】特開２００７−２００７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、燃料電池への液体燃料の供給には、バルブ機構を有するソケットとノズルとからなる燃料電池用カップラーが用いられる。このようなバルブ機構は、通常、バルブ孔とこれを閉塞させるバルブとから主として構成される開閉部を有している。
【０００８】
しかしながら、このようなバルブ機構については、外部の粉塵等の異物が開閉部の隙間に侵入して挟まり、密閉性が低下するおそれがある。これにより、一旦燃料電池に供給された液体燃料が逆流するようにして漏出し、また燃料カートリッジに収容された液体燃料が漏出するおそれがある。なお、ノズルについては基本的に液体燃料を吐出するものであるが、液体燃料の吐出により燃料カートリッジの内圧が低下し、これにより外部の異物が吸い込まれるようにして開閉部の隙間に挟まるおそれがある。
【０００９】
燃料電池の小型化に伴ってバルブ機構も小型化されており、非常に小さな異物であっても開閉部の密閉性に影響を及ぼす可能性が高くなっている。一般に、燃料電池への液体燃料の供給は手動で行われ、顔に近いところで作業されることもあることから、バルブ機構の密閉不良による液体燃料の漏出は極力抑制されることが好ましい。
【００１０】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであって、液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れる燃料電池用カップラーを提供することを目的としている。また、本発明は、このような燃料電池用カップラーを用いた信頼性、安全性等に優れる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】
【００１１】
本発明の燃料電池用カップラーは、燃料電池に設けられるバルブ機構を有するソケットと、燃料カートリッジに設けられるバルブ機構を有するノズルとからなり、前記ソケットと前記ノズルとを互いの先端側で接続することにより互いのバルブ機構を開いて液体燃料の供給を行うものであって、前記ソケットおよび前記ノズルの少なくとも一方には、前記バルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、前記開閉部への異物の侵入を抑制するフィルターが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記ソケットは、例えば内側が縮径されることにより形成されるバルブシートを有し、前記バルブシートの先端側がノズル挿入口とされる略筒状のソケット本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記ノズル挿入口に突出する先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブと、前記ノズル挿入口に突出する前記先端側バルブステムを囲む略筒状のバルブ包囲体とを有し、前記バルブ包囲体の先端部または内部に前記フィルターが配置されるものである。
【００１３】
前記フィルターは、例えば前記ノズル本体の先端部を塞ぐように前記ノズル本体に固定されていてもよいし、また例えば前記バルブ包囲体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていてもよい。
【００１４】
また、前記フィルターは、例えば前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていてもよい。さらに、前記先端側バルブステムが前記フィルターからなるものであっても構わない。
【００１５】
前記ノズルは、例えば先端側が縮径されて前記ソケットに挿入されるソケット挿入部が形成されると共に、内部にバルブシートが形成された略筒状のノズル本体と、前記バルブシートのバルブ孔を通して前記バルブシートよりも先端側の前記ノズル本体に挿入される先端側バルブステムおよび前記バルブ孔を後端側から閉塞させるバルブヘッドを有する略棒状のバルブとを有し、前記ノズル本体の先端部または前記バルブシートよりも先端側の内部に前記フィルターが配置されるものである。
【００１６】
前記フィルターは、例えば前記ノズル本体の先端部を塞ぐように前記ノズル本体に固定されていてもよいし、また例えば前記バルブシートよりも先端側となる前記ノズル本体の内部に固定されると共に、前記先端側バルブステムの断面形状と略同形状のステム挿入孔を有し、前記ステム挿入孔に前記先端側バルブステムが摺動可能に挿入されていてもよい。
【００１７】
また、前記フィルターは、例えば前記先端側バルブステムの先端部または全体を覆うように前記先端側バルブステムに固定されていてもよい。さらに、前記先端側バルブステムが前記フィルターからなるものであっても構わない。
【００１８】
本発明の燃料電池は、上記した燃料電池用カップラーにおけるフィルターを有するソケットと、前記ソケットを通して供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、前記液体燃料を用いて発電動作を行う起電部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、異物が挟み込まれることによりバルブ機構の開閉部の密閉性が低下することを抑制し、これにより液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れる燃料電池用カップラーとすることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、燃料電池に設けられるソケットとして、上記した燃料電池用カップラーにおけるフィルターを有するソケットを用いることで、信頼性、安全性等に優れる燃料電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の燃料電池用カップラーと、これを用いた燃料電池、燃料カートリッジとの関係を示す相関図。
【図２】本発明の燃料電池用カップラーの一例を示す断面図。
【図３】図２に示すソケットの拡大断面図。
【図４】図２に示す燃料電池用カップラーの接続状態の様子を示す一部拡大断面図。
【図５】ソケットの変形例を示す断面図。
【図６】図５に示すフィルターの平面図。
【図７】バルブの変形例を示す平面図。
【図８】バルブの他の変形例を示す平面図。
【図９】バルブのさらに他の変形例を示す平面図。
【図１０】ノズルの変形例を示す断面図。
【図１１】ノズルの他の変形例を示す断面図。
【図１２】本発明の燃料電池の一例を示す断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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カップラー１（以下、単にカップラーと呼ぶ）と、これを用いた燃料電池２および燃料カートリッジ３（以下、単にカートリッジと呼ぶ）を示したものである。
【００２３】
カップラー１は、カートリッジ３から燃料電池２へと液体燃料を供給するために用いられる接続機構であって、燃料電池２に装着されるソケット４とカートリッジ３に装着されるノズル５とから構成されている。
【００２４】
ソケット４、ノズル５は、それぞれバルブ機構を有するものであり、図示するような分離状態のときには、それぞれのバルブ機構が閉じることにより外部への液体燃料の漏出が抑制されている。一方、接続状態となったときには、それぞれのバルブ機構が開くことにより液体燃料を供給することができるようになっている。
【００２５】
本発明は、ソケット４およびノズル５の少なくとも一方におけるバルブ機構の開閉部よりも先端側となる液体燃料の流路に、該開閉部への異物の侵入を抑制するためのフィルターを設けたことを特徴としている。このようなフィルターを設けることで、異物が挟み込まれることにより開閉部の密閉性が低下することを抑制し、これにより液体燃料の漏出が抑制され、信頼性、安全性等に優れたものとすることができる。
【００２６】
燃料電池２は、起電部となる燃料電池セル６と、これに液体燃料を供給する燃料供給機構７とから主として構成され、この燃料供給機構７に液体燃料を収容する燃料収容部７１が設けられている。カップラー１のソケット４は、例えばこのような燃料収容部７１に設けられている。
【００２７】
カートリッジ３は、液体燃料を収容する容器であるカートリッジ本体８を有し、この先端にカップラー１のノズル５が設けられている。このようなカートリッジ３は、燃料電池２に液体燃料を注入するときのみ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）のカートリッジである。
【００２８】
カートリッジ本体８には、燃料電池２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８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２に応じた液体燃料が収容される。
【００２９】
次に、カップラー１について具体的に説明する。
図２は、ソケット４とノズル５との分離状態の一例を示す断面図である。また、図３は、図２に示すソケット４を拡大して示したものである。なお、以下では、それぞれの接続に利用される端部側を先端側とし、その反対側を後端側として説明する。
【００３０】
ソケット４は、メス側カップラーとも呼ばれるものであり、図３に詳細に示すように、先端側がノズル５の挿入されるノズル挿入口４１１とされ、後端側がバルブ室４１２とされた略筒状のソケット本体４１を有している。ここで、バルブ室４１２の先端側の内面の一部がバルブシート４１３とされ、その軸心部分にバルブ孔４１３ａが設けられている。
【００３１】
ソケット本体４１は、主としてノズル５が挿入される第１筒部４１４の後端側に第２筒部４１５が嵌め込まれることにより外壁が形成されている。そして、第２筒部４１５の後端側から第３筒部４１６、第４筒部４１７が挿入されることによりバルブ室４１２が形成されている。第３筒部４１６と第４筒部４１７との間には、例えばバルブ室４１２の密閉性を高めるためのＯリング４１８が配置されている。
【００３２】
第３筒部４１６は、先端側に向かって段々と縮径されており、最も先端側の筒孔部分がバルブ４２の先端側バルブステム４２２をガイドするガイド孔４１６ａとされている。また、第３筒部４１６の縮径する内部の一段面がバルブシート４１３とされている。第４筒部４１７には、軸心部分にバルブ４２の後端側バルブステム４２３をガイドするガイド孔４１７ａが設けられ、その周囲に燃料電池２の燃料収容部７１へと繋がる液体燃料の流路となる複数の流路口４１７ｂが設けられている。
【００３３】
このようなソケット本体４１には、バルブヘッド４２１の両側に先端側バルブステム４２２、後端側バルブステム４２３が形成された略棒状のバルブ４２が収容されている。バルブヘッド４２１は、Ｏリング４３を介してバルブ孔４１３ａを閉塞させるようにバルブ室４１２に配置されている。そして、先端側バルブステム４２２は、バルブ孔４１３ａやガイド孔４１６ａを通してノズル挿入口４１１に突出するように延設されている。また、後端側バルブステム４２３は、ガイド孔４１７ａに挿入されるように延設されている。
【００３４】
先端側バルブステム４２２、後端側バルブステム４２３はそれぞれガイド孔４１６ａ、ガイド孔４１７ａに摺動可能に挿入されており、これによりバルブ４２が軸方向に移動可能となっている。また、先端側バルブステム４２２、後端側バルブステム４２３のそれぞれの側面部には軸方向に沿って液体燃料の流路となる複数の溝部が形成されており、これによりガイド孔４１６ａ、ガイド孔４１７ａの内部に液体燃料を通過させることができるようになっている。このような先端側バルブステム４２２、後端側バルブステム４２３の断面形状は例えば略十字状とされているが、必ずしもこのような形状に限定されるものではない。
【００３５】
バルブヘッド４２１の後端側には圧縮スプリング等の弾性体４４が配置され、これによりバルブシート４１３にＯリング４３およびバルブヘッド４２１が押圧されることで、バルブ孔４１３ａが閉塞されるものとなっている。ここで、バルブシート４１３と、Ｏリング４３およびバルブヘッド４２１との間がバルブ機構の開閉部４５となっている。
【００３６】
ノズル挿入口４１１には、このノズル挿入口４１１に突出する先端側バルブステム４２２の周囲を囲むようにして略筒状のバルブ包囲体４６が設けられている。バルブ包囲体４６は、例えばゴム等からなる蛇腹形状のものであり、材料特性（ゴム弾性）と蛇腹形状とにより軸方向に弾性が付与されている。これにより、ノズル５の接続から分離まで、その先端部に合わせて弾性変形することで、先端側バルブステム４２２の周囲に液体燃料の流路を形成することができる。
【００３７】
バルブ包囲体４６の後端部には外側に向かって突出するように環状縁部が形成されており、この部分が軸方向から第２筒部４１５と第３筒部４１６とによって挟み込まれることでバルブ包囲体４６がノズル挿入口４１１に固定されている。
【００３８】
バルブ包囲体４６の外側には、ノズル５の接続時、その先端部を軸心へと誘導するための後端側に向かって縮径する略筒状のガイド部材４７が設けられている。さらに、ガイド部材４７の先端側には、ノズル５の接続時、その接続状態を保持するための保持部材４８が設けられている。
【００３９】
保持部材４８は、第１筒部４１４の外側に板状弾性体が配置され、その内側に第１筒部４１４の内側に突出するように嵌合部が設けられている。嵌合部は、ノズル５の周溝５１４ｂに嵌め合わせることにより接続状態を保持するために設けられている。また、板状弾性体は、保持部材４８を第１筒部４１４の外側に保持すると共に、嵌合部に押圧力を付与するために設けられている。
【００４０】
異物の侵入を抑制するためのフィルターＦは、例えばバルブ包囲体４６の先端部を塞ぐようにバルブ包囲体４６に固定されている。すなわち、フィルターＦはバルブ包囲体４６の先端部の筒孔と略同様な大きさの一様な円板状であって、外周部がバルブ包囲体４６の内面に溶着あるいは接着されることにより固定されている。
【００４１】
このような部分に設けられるフィルターＦとしては、弾性変形が可能なものであることが好ましい。すなわち、ノズル５の接続時、一般にバルブ包囲体４６から先端側バルブステム４２２が突出するようにしてノズル５の先端側バルブステムと当接する。従って、このような部分に設けられるフィルターＦとしては、バルブ包囲体４６から先端側バルブステム４２２が突出できるように弾性変形が可能なものであることが好ましい。
【００４２】
このようにバルブ機構の開閉部４５よりも先端側となる液体燃料の流路にフィルターＦを配置することで、異物が挟み込まれることにより開閉部４５の密閉性が低下することを抑制することができる。これにより、一旦燃料電池２内に供給された液体燃料が逆流するようにして漏出することを抑制し、信頼性や安全性等に優れるものとすることができる。
【００４３】
一方、このようなソケット４に接続するノズル５は、オス側カップラーまたはプラグとも呼ばれるものであり、図２に示すように先端側にソケット４に挿入されるソケット挿入部５１１が設けられると共に、後端側にバルブ室５１２が設けられたノズル本体５１を有している。ここで、バルブ室５１２の先端側の内面の一部がバルブシート５１３とされ、その軸心部分にバルブ孔５１３ａが設けられている。
【００４４】
ノズル本体５１は、先端側に向かって段々と縮径し、その先端部付近がソケット挿入部５１１とされる略筒状の本体筒部５１４を有している。本体筒部５１４の先端部には、その筒孔が拡径されることにより、接続時にソケット４のバルブ包囲体４６が嵌め込まれることとなる嵌込口５１４ａが形成されている。この嵌込口５１４ａは、バルブ包囲体４６が嵌め込まれる他、バルブ包囲体４６が取り外されたときに液体燃料を一時的に収容し、操作者が液体燃料に触れないようにする機能も有している。また、本体筒部５１４のソケット挿入部５１１となる部分には、接続状態を保持するためにソケット４の保持部材４８が嵌め合わされる周方向に延びる周溝５１４ｂが設けられている。
【００４５】
本体筒部５１４の後端側にはバルブホルダ５１５が挿入されることによりバルブ室５１２が形成されている。バルブホルダ５１５の側面部には外側に突出する環状縁部が形成されており、これが本体筒部５１４の内面とカートリッジ本体８の先端面とでＯリング５２を介して押圧されることでバルブホルダ５１５が固定されている。また、バルブホルダ５１５の後端部にはカートリッジ本体８からの液体燃料の流路となる流路口５１５ａが設けられている。
【００４６】
本体筒部５１４の外側には、これを覆うようにしてカートリッジ本体８に固定するノズルカバー５１６が設けられている。ノズル本体５１は、これら本体筒部５１４、バルブホルダ５１５、およびノズルカバー５１６から構成されている。
【００４７】
このようなノズル本体５１には、バルブヘッド５３１の両側に先端側バルブステム５３２、後端側バルブステム５３３が形成された略棒状のバルブ５３が収容されている。バルブヘッド５３１は、Ｏリング５４を介してバルブ孔５１３ａを閉塞させるようにバルブ室５１２に配置されている。先端側バルブステム５３２は、バルブ孔５１３ａを通してこれよりも先端側のノズル本体５１（本体筒部５１４）に挿入されている。また、後端側バルブステム５３３は、バルブホルダ５１５の内部に挿入されている。
【００４８】
先端側バルブステム５３２、後端側バルブステム５３３はそれぞれ本体筒部５１４、バルブホルダ５１５に摺動可能に挿入されており、これによりバルブ５３が軸方向に移動可能となっている。また、先端側バルブステム５３２、後端側バルブステム５３３のそれぞれの側面部には軸方向に沿って液体燃料の流路となる複数の溝部が形成されており、これにより本体筒部５１４、バルブホルダ５１５の内部に液体燃料を通過させることができるものとなっている。このような先端側バルブステム５３２、後端側バルブステム５３３の断面形状は、例えば略十字状とされているが、必ずしもこのような形状に限定されるものではない。
【００４９】
バルブヘッド５３１の後端側には圧縮スプリング等の弾性体５５が配置され、これによりバルブシート５１３にＯリング５４およびバルブヘッド５３１が押圧されることで、バルブ孔５１３ａが閉塞されるものとなっている。ここで、バルブシート５１３と、Ｏリング５４およびバルブヘッド５３１との間がバルブ機構の開閉部５６となっている。
【００５０】
図４は、上記したソケット４とノズル５との接続状態の様子を示したものである。ソケット４にノズル５を接続すると、ノズル５の周溝５１４ｂにソケット４の保持部材４８が嵌め合わされて接続状態が保持される。また、ソケット４のバルブ４２（先端側バルブステム４２２）とノズル５のバルブ５３（先端側バルブステム５３２）とが当接して互いに後端側に移動することで、互いのバルブ機構の開閉部４５、開閉部５６が開かれる。
【００５１】
これにより、ノズル５から液体燃料が吐出され、この液体燃料はノズル５の嵌込口５１４ａに嵌め込まれたソケット４のバルブ包囲体４６の内部を通してバルブ室４１２へと導入される。この際、バルブ包囲体４６の先端部を塞ぐようにフィルターＦが設けられていることで、ソケット４の開閉部４５への異物の侵入を抑制することができ、ノズル５を取り外した際の密閉性の低下を抑制し、液体燃料の漏出を抑制することができる。
【００５２】
なお、上記したように、接続時にはソケット４のバルブ包囲体４６からバルブ４２（先端側バルブステム４２２）が突出してノズル５のバルブ５３（先端側バルブステム５３２）と当接することから、このような部分に設けられるフィルターＦとしては、バルブ包囲体４６からバルブ４２が突出できるような弾性変形が可能なものであることが好ましい。
【００５３】
次に、カップラー１の変形例について説明する。
図５は、ソケット４の変形例を示したものであり、バルブ包囲体４６の内部にフィルターＦを固定したものである。このようなバルブ包囲体４６の内部に固定するフィルターＦとしては、例えば図６に示すような先端側バルブステム４２２が挿入される略十字状のステム挿入孔Ｆａを有する略円筒状のものが挙げられる。ここで、図６に示すステム挿入孔Ｆａについては、先端側バルブステム４２２の断面形状に合わせて略十字状としている。
【００５４】
このようなフィルターＦは、例えば図５に示すように外周部をバルブ包囲体４６の内部に形成される蛇腹形状による環状凹部に溶着あるいは接着することにより、または係合させることにより固定される。この際、ステム挿入孔Ｆａには先端側バルブステム４２２が摺動可能に密接するようにして挿入される。これにより、バルブ４２の移動やバルブ包囲体４６の伸縮を妨げずに、先端側バルブステム４２２とバルブ包囲体４６との隙間を埋めて開閉部４５への異物の侵入を抑制することができる。
【００５５】
また、フィルターＦは、バルブ包囲体４６に固定する代わりに、バルブ４２（先端側バルブステム４２２）に固定してもよい。このようなフィルターＦとしては、例えば図７に示すような先端側バルブステム４２２の先端部のみを覆うものや、図８に示すような先端側バルブステム４２２の全体を覆うものが挙げられる。
【００５６】
これらのフィルターＦとしては、基本的に図６に示したようなステム挿入孔Ｆａを有する略円筒状のフィルターＦと同様のものを用いることができる。そして、このようなフィルターＦは、先端側バルブステム４２２の先端部あるいは全体に被せるようにして溶着あるいは接着することにより固定することができる。このようなものについても、バルブ包囲体４６の内部の液体燃料の流路を実質的にフィルターＦで塞ぐことができ、開閉部４５への異物の侵入を抑制することができる。
【００５７】
また、先端側バルブステム４２２に追加的にフィルターＦを固定する代わりに、例えば図９に示すようにバルブ４２の先端側バルブステム４２２自体をフィルターＦとしてもよい。先端側バルブステム４２２自体をフィルターＦとする場合、バルブヘッド４２１にフィルターＦからなる先端側バルブステム４２２溶着あるいは接着することにより固定してもよいし、バルブヘッド４２１に孔部を設けて、ここにフィルターＦからなる先端側バルブステム４２２を嵌め込むようにして固定してもよい。
【００５８】
以上説明したフィルターＦとしては、例えばＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等のオレフィン系樹脂の焼結体や多孔体、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のポリエステル系樹脂の多孔体、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂の多孔体や膜、ポリウレタン等のウレタン系樹脂の多孔体や発泡体等を用いることができる。これらは、フィルターＦの形状や固定される位置等に応じて要求される弾力性や強度等に合わせて、適宜選択して用いることができる。フィルターＦの固定される位置等によっても異なるものの、これらの中でも液体燃料に対する耐性等の観点から、上記した樹脂材料からなる高分子粒子を成形、焼成してなる焼結体が好適に用いられる。
【００５９】
また、フィルターＦとしては、その目開きが細かいほど異物を遮断することができるが、細かすぎると液体燃料を供給する際の圧力抵抗となることから、その目開きは１０μｍ以上１００μｍ以下であるものが好ましい。
【００６０】
一方、ノズル５についても基本的にソケット４と略同様にしてフィルターＦを配置することができる。例えば、図１０に示すようにノズル本体５１の先端部、具体的には筒孔を塞ぐように嵌込口５１４ａに固定してもよい。このように、ノズル５についても開閉部５６よりも先端側となる液体燃料の流路にフィルターＦを配置することで、異物が挟み込まれることにより開閉部５６の密閉性が低下することを抑制することができる。これにより、ソケット４から取り外した場合においても液体燃料が漏出することを抑制し、信頼性や安全性等に優れるものとすることができる。
【００６１】
このような部分に設けられるフィルターＦについても、弾性変形が可能なものであることが好ましい。すなわち、ソケット４との接続時、一般にソケット４のバルブ４２（先端側バルブステム４２２）が若干挿入されるようにしてバルブ５３（先端側バルブステム５３２）と当接する。従って、このような部分に設けられるフィルターＦについても、ソケット４のバルブ４２が挿入できるように弾性変形が可能なものであることが好ましい。
【００６２】
また、ノズル５のフィルターＦについても、例えば図１１に示すようにノズル本体５１（本体筒部５１４）の内部、厳密にはバルブシート５１３よりも先端側のノズル本体５１の内部に固定することができる。このようなノズル本体５１の内部に固定するフィルターＦとしては、基本的に図６に示すようなフィルターＦと同様なものであって、先端側バルブステム５３２が挿入される略十字状のステム挿入孔Ｆａを有するものを用いることができる。
【００６３】
このようなフィルターＦは、例えば図１１に示すように外周部をノズル本体５１（本体筒部５１４）の筒孔を拡径して形成したフィルター固定部５１４ｃに係合させることにより固定することができる。この際、ステム挿入孔Ｆａには先端側バルブステム５３２が摺動可能に密接するようにして挿入される。これにより、バルブ５３の移動を妨げずに、先端側バルブステム５３２とノズル本体５１との隙間を埋めて開閉部５６への異物の侵入を抑制することができる。
【００６４】
さらに、ノズル５のフィルターＦについても、ノズル本体５１に固定する代わりに、バルブ５３（先端側バルブステム５３２）に固定することができる。すなわち、基本的に図７、８に示されるようなバルブ４２にフィルターＦを設ける場合と同様にして、バルブ５３にもフィルターＦを設けることができる。また、基本的に図９に示されるような先端側バルブステム４２２自体をフィルターＦとする場合と同様にして、先端側バルブステム５３２自体をフィルターＦとしてもよい。
【００６５】
また、ノズル５のフィルターＦの材質についても、基本的にソケット４のフィルターＦと同様なものとすることができ、フィルターＦの形状や固定される位置等に応じて要求される弾力性や強度等に合わせて、適宜選択して用いることができる。また、その目開きについても、基本的にソケット４のフィルターＦと同様なものとすることができる。
【００６６】
以上、ソケット４、ノズル５にフィルターＦを設ける方法について説明したが、フィルターＦはソケット４およびノズル５の一方だけでなく、双方に設けても構わない。また、フィルターＦの形状等についても必ずしも限定されるものではなく、バルブ包囲体４６やノズル本体５１の筒孔全体を閉塞させることにより、あるいはこれらの内面とバルブ４２やバルブ５３の外面との隙間を埋めることにより、それらの開閉部４５、５６への異物の侵入を抑制することができるものであれば適宜変更することができる。
【００６７】
次に、本発明の燃料電池２について説明する。
図１２は、本発明の燃料電池２の一例を示す断面図である。燃料電池セル６は、アノード触媒層６１およびアノードガス拡散層６２からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層６３およびカソードガス拡散層６４からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層６１とカソード触媒層６３とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜６５とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を有している。アノード触媒層６１およびカソード触媒層６３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。
【００６８】
具体的には、アノード触媒層６１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６３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。電解質膜６５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。
【００６９】
アノード触媒層６１に積層されるアノードガス拡散層６２は、アノード触媒層６１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６１の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層６３に積層されるカソードガス拡散層６４は、カソード触媒層６３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６３の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層６２にはアノード導電層６６が積層され、カソードガス拡散層６４にはカソード導電層６７が積層されている。
【００７０】
アノード導電層６６およびカソード導電層６７は、例えば金、ニッケル等の導電性金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等で構成されている。なお、電解質膜６５とアノード導電層６６との間、および電解質膜６５とカソード導電層６７との間には、ゴム製のＯリング６８、６９が介在されており、これらによって燃料電池セル６からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００７１】
燃料供給機構７は主として燃料収容部７１から構成されており、この燃料収容部７１の内部に液体燃料Ｆ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７１は燃料電池セル６側が開口されており、この燃料収容部７１の開口部と燃料電池セル６との間に気体選択透過膜７２が設置されている。気体選択透過膜７２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気液分離膜である。このような気体選択透過膜７２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。
【００７２】
カソード導電層６７上には保湿層８１が積層されており、さらにその上には表面層８２が積層されている。表面層８２は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は空気導入口８２ａの個数やサイズ等を変更することで行うことができる。保湿層８１はカソード触媒層６３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６４に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層６３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８１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。
【００７３】
そして、燃料収容部７１上に気体選択透過膜７２、燃料電池セル６、保湿層８１、表面層８２が順に積層されたものは、その上から例えばステンレス製のカバー８３が被せられて全体が保持されている。カバー８３には表面層８２に形成された空気導入口８２ａと対応する部分に開口８３ａが設けられている。また、燃料収容部７１にはカバー８３の爪８３ｂを受けるテラス７１ａが設けられており、このテラス７１ａに爪８３ｂをかしめることで全体がカバー８３で一体的に保持されている。
【００７４】
上記した構成を有する燃料電池２においては、燃料収容部７１内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜７２を透過して燃料電池セル６に供給される。燃料電池セル６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６２で拡散されてアノード触媒層６１に供給される。アノード触媒層６１に供給された気化成分は、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）
【００７５】
なお、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７１から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層６３で生成した水や電解質膜６５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。
【００７６】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は電解質膜６５を伝導し、カソード触媒層６３に到達する。表面層８２の空気導入口８２ａから取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層８１、カソード導電層６７、カソードガス拡散層６４を拡散して、カソード触媒層６３に供給される。カソード触媒層６３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）
【００７７】
発電反応が進行するにしたがって、燃料収容部７１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）が消費される。燃料収容部７１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カートリッジ３から液体燃料を供給する。
【００７８】
以上、本発明の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。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。
【００７９】
さらに、燃料電池としては、例えば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カップラーにおけるフィルターを有するソケットを具備し、該ソケットを介して液体燃料が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。
【００８０】
例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）の下部に燃料収容部７１を有する構造で説明したが、燃料収容部から膜電極接合体への燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。
【００８１】
セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体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に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、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。また、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。
【００８２】
なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【符号の説明】
【００８３】
１…燃料電池用カップラー、２…燃料電池、３…燃料カートリッジ、４…ソケット、５…ノズル、６…燃料電池セル（起電部）、４１…ソケット本体、４２…バルブ、４５…開閉部、４５…バルブ包囲体、５３…バルブ、５６…開閉部、７１…燃料収容部、４１１…ノズル挿入口、４１３…バルブシート、４１３ａ…バルブ孔、４２１…バルブヘッド、４２２…先端側バルブステム、５１１…ソケット挿入部、５１３…バルブシート、５１３ａ…バルブ孔、５３１…バルブヘッド、５３２…先端側バルブステム、Ｆ…フィルター、Ｆａ…ステム挿入孔
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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