(57)【要約】【課題】燃料収容部から燃料電池セルへの燃料の供給を遮断するために用いられる燃料遮断機構における不必要な電力消費が抑制され、燃料利用効率に優れた燃料電池を提供すること。【解決手段】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た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側に配置された燃料分配機構に流路を介して接続された燃料収容部を有する燃料供給機構と、前記流路を遮断するために前記流路中に設けられ、遮断状態への移行時のみに電気エネルギーを消費する燃料遮断機構とを有する燃料電池。【選択図】図１
2008226597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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た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側に配置された燃料分配機構に流路を介して接続された燃料収容部を有する燃料供給機構と、
前記流路を遮断するために前記流路中に設けられ、遮断状態への移行時のみに電力を消費する燃料遮断機構と
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料遮断機構は前記燃料収容部が異常昇温したときに遮断状態となること特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記異常昇温の検知は前記燃料収容部の温度を参照して行われることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記異常昇温の検知は前記燃料収容部内の圧力を参照して行われることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料遮断機構は一対の接続体から主としてなる分離可能な接続構造を有すると共に、前記一対の接続体のうち前記燃料収容部側となる接続体に分離時の燃料の流出を抑制するための燃料流出抑制機構が設けられたものであって、前記接続構造の分離によって前記遮断を行うと共に、前記燃料流出抑制機構によって前記遮断時の前記燃料収容部からの燃料の流出が抑制され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。
【請求項６】
前記一対の接続体はそれらの間に弾性体を押圧した状態で固定手段によって固定され、前記遮断時には、前記固定手段による固定が解除されることで前記一対の接続体が前記弾性体の反発力によって分離することを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体燃料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可能であるという特徴を有している。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】
直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）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、携帯用電子機器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電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。燃料収容部から気化した燃料を直接燃料電池セルに供給する場合、燃料電池の出力の制御性を高めることが重要となるが、現状のパッシブ型ＤＭＦＣでは必ずしも十分な出力制御性は得られていない。
【０００５】
一方、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することが検討されている（特許文献２〜４参照）。燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整することができる。また、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。特許文献３にはポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池を搭載する携帯用電子機器を夏場の自動車内に放置した場合等、何らかの理由により燃料収容部の温度が過度に上昇した場合、燃料の蒸気圧の上昇に伴う内圧の上昇により燃料電池セルに過剰な燃料が供給され、この過剰な燃料によって発電反応が促進されてますます温度が上昇する異常昇温が起こりえる。また、このような異常昇温に伴って、燃料がアノード側でプロトンに分解されずにカソード側へと到達して触媒酸化されるクロスオーバー現象の発生も多くなり、ますます異常昇温しやすくなる。
【０００７】
このような異常昇温の抑制には、燃料電池セルへの燃料供給を遮断することが有効である。燃料供給の遮断には、例えば電力を使用して遮断状態を制御するバルブ等を用いることが考えられる。そして、このようなものについては、安全性確保の観点から、電力が断たれた状態でも確実に燃料供給を遮断し続けられるものである必要がある。
【０００８】
このようなものとしては、例えば図１０に示すように、燃料供給のための流路１００中に遮断弁１０１を配置し、遮断時には弾性体１０２によって遮断弁１０１が引っ張られることで遮断状態が維持され、開放時（非遮断時）には、図１１に示すように、電磁石等の磁気的引張手段１０３によって遮断弁１０１を弾性体１０２の引っ張り力に逆らって移動させ、貫通孔１０１ａを流路１００の位置まで移動させることで開放状態とするものが考えられる。
【０００９】
このようなものによれば、遮断弁１０１は弾性体１０２によって引っ張られているため、電力が断たれた場合であっても有効に遮断状態が維持される。しかし、このようなものについては、開放状態を維持するために電力を供給し続けなければならず、通常、５００ｍＷ程度の電力が消費されることから、燃料電池システムにとっては大きな負担となる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、燃料収容部から燃料電池セルへの燃料の供給を遮断するために用いられる燃料遮断機構における不必要な電力消費が抑制され、燃料利用効率に優れた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】
本発明の燃料電池は、燃料極と、空気極と、これら燃料極と空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、この膜電極接合体の燃料極側に配置された燃料分配機構に流路を介して接続された燃料収容部を有する燃料供給機構と、この流路を遮断するために該流路中に設けられ、遮断状態への移行時のみに電力を消費する燃料遮断機構とを有することを特徴としている。なお、本発明の燃料電池においては、燃料遮断機構が燃料分配機構と燃料収容部とを繋ぐ流路を兼ねていてもよく、この場合には必ずしも流路が独立して存在している必要はない。
【００１２】
本発明の燃料電池における燃料遮断機構は燃料収容部が異常昇温したときに遮断状態となることが好ましい。異常昇温の検知は、例えば前記燃料収容部の温度あるいは圧力を参照して行われることが好ましい。
【００１３】
本発明の燃料電池における燃料遮断機構は、例えば一対の接続体から主としてなる分離可能な接続構造を有すると共に、この一対の接続体のうち燃料収容部側となる接続体に分離時の燃料の流出を抑制するための燃料流出抑制機構が設けられたものであって、その接続構造の分離によって遮断を行うと共に、燃料流出抑制機構によって遮断時の燃料収容部からの燃料の流出が抑制されるものである。このような一対の接続体はそれらの間に弾性体を押圧した状態で固定手段によって固定され、遮断時には、この固定手段による固定が解除されることで一対の接続体が弾性体の反発力によって分離することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料収容部から燃料電池セルへの燃料の供給を遮断するために用いられる燃料遮断機構を遮断状態への移行時のみに電力を消費するものとすることで、不必要な電力消費が抑制され、燃料利用効率に優れた燃料電池とすることができる。また、本発明によれば、燃料収容部が異常昇温したときに燃料遮断機構が遮断状態となるようにすることで、発電を停止させてそれ以上の異常昇温の発生を抑制することができ、また燃料収容部内の燃料も安全に保持することができ、信頼性に優れた燃料電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池の一例を示す断面図である。図１に示す燃料電池１は、起電部を構成する燃料電池セル２と、この燃料電池セル２に燃料を供給する燃料供給機構３と、この燃料供給機構３に設けられた燃料遮断機構４とから主として構成されている。
【００１６】
燃料供給機構３は、燃料分配機構５と、液体燃料を収容する燃料収容部６と、これら燃料分配機構５と燃料収容部６とを接続する流路７とから構成されている。燃料遮断機構４は、例えば燃料分配機構５と燃料収容部６とを繋ぐ流路７に設けられている。また、燃料電池１には燃料収容部６の異常昇温を検知して燃料遮断機構４を遮断状態とする制御回路部８が設けられている。
【００１７】
燃料電池セル２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００１８】
アノード触媒層１１やカソード触媒層１４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。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１９】
電解質膜１７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等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００２０】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１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１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４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１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００２１】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕのような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜等が用いられる。電解質膜１７と燃料分配機構５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池セル２からの燃料漏れを防止している。
【００２２】
カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための開口１８ａを有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２３】
燃料収容部６には、燃料電池セル２に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、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挙げられる。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い。液体燃料は、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、燃料収容部６には燃料電池セル２に応じた液体燃料が収容される。
【００２４】
燃料電池セル２のアノード１３側には、燃料分配機構５が配置されている。燃料分配機構５は配管のような液体燃料の流路７を介して燃料収容部６と接続されている。燃料分配機構５にはこのような流路７を通して液体燃料が燃料収容部６から導入される。流路７は燃料分配機構５や燃料収容部６と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構５と燃料収容部６とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構５は流路７を介して燃料収容部６と接続されていればよい。
【００２５】
燃料分配機構５は、例えば図３に示すように液体燃料が流路７を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口５ａと、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口５ｂとを有する燃料分配板５ｃである。燃料分配板５ｃの内部には例えば図１に示すように燃料注入口５ａから導かれた液体燃料の通路となる空隙部５ｅが設けられている。複数の燃料排出口５ｂは燃料通路として機能する空隙部５ｅにそれぞれ直接接続されている。
【００２６】
燃料注入口５ａから燃料分配板５ｃに導入された液体燃料は空隙部５ｅに入り、この燃料通路として機能する空隙部５ｅを介して複数の燃料排出口５ｂにそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口５ｂには、例えば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体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池セル２のアノード（燃料極）１３には液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口５ｂからアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００２７】
燃料排出口５ｂは燃料電池セル２の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板５ｃのアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口５ｂの個数は１個以上であればよいが、燃料電池セル２の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ２の燃料排出口５ｂが存在するように形成することが好ましい。燃料排出口５ｂの個数が０．１個／ｃｍ２未満であると、燃料電池セル２に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料排出口５ｂの個数を１０個／ｃｍ２を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。
【００２８】
燃料分配機構５から放出された燃料は、上述したように燃料電池セル２のアノード１３に供給される。燃料電池セル２内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、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。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（１）
【００２９】
この反応で生成した電子（ｅ−）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ  …（２）
【００３０】
なお、図示しないが、燃料供給機構３の流路７にはポンプを設けてもよい。このようなポンプは燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部６から燃料分配機構５に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプで必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。燃料分配機構５から燃料電池セル２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６に戻されることはない。図１に示す燃料電池１は燃料を循環させないことから、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ため、例えばセミパッシブ方式と呼称される。
【００３１】
ポンプの種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。また、燃料分配機構５から燃料電池セル２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。
【００３２】
燃料遮断機構４は、図１に示されるように、燃料分配機構５と燃料収容部６とを接続する流路７の途中に設けられている。この燃料遮断機構４は流路７の遮断状態への移行時のみに電力を消費するものである。すなわち、この燃料遮断機構４は開放状態の維持に電力を消費しないため、燃料電池１の発電時における不必要な電力消費が抑制される。また、この燃料遮断機構４は遮断状態の維持にも電力を必要としないため、発電を停止させた後も有効に遮断状態が維持され、燃料電池１を安全性に優れたものとすることができる。
【００３３】
この燃料遮断機構４は、例えば燃料収容部６が異常昇温したときに遮断状態とされる。具体的には、制御回路部８において燃料収容部６の温度あるいは内圧を参照して異常昇温を検知し、それに基づいて制御信号を生成し、燃料遮断機構４はこの制御信号に基づいて遮断状態とされる。異常昇温は、例えば燃料としてメタノールを使用する場合、沸点の６５℃を考慮して６０℃程度になったときと定めることができる。異常昇温の温度による検知にはバイメタルや熱電対による電気信号を利用することができる。また、圧力による検知には各種圧力センサによる電気信号を利用することができる。圧力によって異常昇温を検知する場合、例えば圧力が０．１８〜０．３ＭＰａとなったときと定めることができる。
【００３４】
図３、４は、このような遮断状態への移行時のみに電力を消費する燃料遮断機構４の一例を示したものである。ここで、図３は開放状態を示したものであり、図４は遮断状態を示したものである。図３に示されるように、燃料遮断機構４は流路７中に配置されている。燃料遮断機構４は、筒状の本体部４０と、この本体部４０内に配置された略棒状の遮断弁４１および弾性体４２と、本体部４０の外部に設けられた固定手段４３とから構成されている。
【００３５】
本体部４０の側面部には、流路７からの液体燃料を通過させるための一対の燃料通過孔４０ａが設けられている。遮断弁４１は本体部４０内を移動可能に設けられており、燃料通過孔４０ａに対応する位置には両側面部を貫通するように貫通孔４１ａが設けられている。弾性体４２はスプリング等からなるものであり、一方の端部が遮断弁４１に接続され、他方の端部が本体部４０の底部４０ｂに接続されている。これにより、遮断弁４１は底部４０ｂへと引っ張られている。
【００３６】
固定手段４３は、固定手段本体４３ａと、その内部に移動可能に一部が挿入された棒状の可動部材４３ｂとから構成されている。本体部４０の側面部のうち固定手段４３に対応する位置には可動部材４３ｂを挿入するための挿入孔４０ｃが設けられており、また遮断弁４１の側面部のうちこの挿入孔４０ｃに対応する位置には可動部材４３ｂの先端部を挿入するための凹部４１ｂが設けられている。そして、固定手段４３の可動部材４３ｂが挿入孔４０ｃを通して凹部４１ｂに挿入され、遮断弁４１は弾性体４２に引っ張られた状態でその位置に固定されている。
【００３７】
固定手段４３としては、例えば電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する機能部品であるソレノイドが用いられ、その可動鉄心が可動部材４３ｂとして用いられる。また、固定手段４３としては、図３に示されるように凹部４１ｂに可動部材４３ｂが挿入された状態を維持するために電力を必要とせず、固定手段本体４３ａ内への可動部材４３ｂの吸引時のみ電力を消費するものが用いられる。このような固定手段４３を用いると共に、その可動部材４３ｂによって遮断弁４１を固定することで、電力を消費せずに開放状態を維持することができる。
【００３８】
この燃料遮断機構４については、制御回路部８が異常昇温を検知した場合、制御回路部８から固定手段４３へと制御信号が送られ、固定手段４３の可動部材４３ｂが固定手段本体４３ａ内へ吸引される。これにより、可動部材４３ｂは凹部４１ｂから引き抜かれる。可動部材４３ｂが引き抜かれた遮断弁４１は弾性体４２によって底部４０ｂへと引っ張られているため、底部４０ｂ側へと移動する。
【００３９】
図４に示されるように、遮断弁４１が底部４０ｂ側へと移動した結果、２つの燃料通過孔４０ａ間を繋いでいた貫通孔４１ａも底部４０ｂ側へと移動し、２つの燃料通過孔４０ａ間は遮断状態とされる。そして、一旦遮断状態となった後についても、遮断弁４１は弾性体４２によって底部４０ｂ側へと引っ張られ続けるため、電力を必要とせずに遮断状態が有効に維持される。
【００４０】
従って、このような燃料遮断機構４によれば、開放状態から遮断状態への移行時、具体的には固定手段４３における可動部材４３ｂの吸引時にのみ電力を消費し、開放状態時および遮断状態時については電力を消費しないため、燃料電池１への影響を極めて少なくすることができる。また、電力を必要とせずに遮断状態を維持することができるため、燃料電池１を安全性に優れたものとすることができる。さらに、燃料収容部６が異常昇温したときに、燃料遮断機構４を遮断状態とすることで、それ以上の異常昇温の発生を抑制することができ、燃料収容部６内の液体燃料も安全に保持することができる。
【００４１】
図５、６は燃料遮断機構４の他の例を示したものであり、一対の接続体から主としてなる分離可能な接続構造を有し、その燃料収容部側となる接続体に分離時の燃料の流出を抑制するための燃料流出抑制機構が設けられたものである。ここで、図５は燃料遮断機構４の開放状態（非分離状態）を示したものであり、図６は燃料遮断機構４の遮断状態（分離状態）を示したものである。
【００４２】
図５に示される燃料遮断機構４は流路７中に配置されている。燃料遮断機構４は、例えば燃料分配機構５側となる筒状の接続体であるソケット５０と、このソケット５０内に挿入され、燃料収容部６側となる他の接続体であるプラグ５１と、ソケット５０内においてプラグ５１に押圧されるようにして配置されたスプリング等の分離用弾性体５２と、ソケット５０の外部に設けられた固定手段４３とから構成されている。なお、固定手段４３については、図３、４に示される燃料遮断機構４におけるものと同様なものが用いられる。また、以下では、ソケット５０およびプラグ５１について、それぞれの挿入側を先端側と呼び、それらの反対側（流路接続側）を後端側と呼んで説明する。
【００４３】
ソケット５０の後端部には、流路７へと繋がる燃料通過孔５０ａが設けられている。一方、プラグ５１にはその軸心に沿って燃料を通過させるための燃料通過孔５１ａが設けられている。燃料通過孔５１ａは、先端側に配置された先端側孔部５１ｂと、後端側に配置された後端側孔部５１ｄと、それらの間に配置された径大な弁室５１ｃとから構成されている。弁室５１ｃの内部には、先端側に遮断弁５３が設けられ、後端側にスプリング等からなる弾性体５４が設けられており、弾性体５４の反発力によって遮断弁５３が先端側へと押圧されている。
【００４４】
遮断弁５３は、先端側孔部５１ｂの内径よりも径大とされた本体部５３ａと、この本体部５３ａの先端側に向かって軸心に沿って延ばされた軸部５３ｂとから構成されており、軸部５３ｂが先端側孔部５１ｂに挿入されている。そして、これら遮断弁５３と弾性体５４とによって主として燃料流出抑制機構が構成されている。
【００４５】
そして、ソケット５０の後端側内部には軸心に沿って先端側へと延ばされ、先端側孔部５１ｂへと挿入される棒状の弁体押圧部５０ｂが設けられている。そして、弁体押圧部５０ｂに軸部５３ｂが当接することにより、先端側孔部５１ｂが本体部５３ａによって完全に塞がれることが妨げられている。これにより、燃料流出抑制機構は開放状態とされている。
【００４６】
また、ソケット５０の側面部のうち固定手段４３に対応する位置には可動部材４３ｂを挿入するための挿入孔５０ｃが設けられており、またプラグ５１の側面部のうちこの挿入孔５０ｃに対応する位置には可動部材４３ｂの先端部を挿入するための凹部５１ｅが設けられている。そして、固定手段４３の可動部材４３ｂは挿入孔５０ｃを通して凹部５１ｅに挿入され、プラグ５１は分離用弾性体５２の反発力によって押圧された状態でその位置に固定されている。
【００４７】
このような燃料遮断機構４では、例えば燃料収容部６側となる流路７（図中、右側）から液体燃料が送液された場合、液体燃料はプラグ５１の燃料通過孔５１ａを通してソケット５０内に送液され、その燃料通過孔５０ａから例えば燃料分配機構５側となる流路７（図中、左側）へと送液される。そして、このような燃料遮断機構４では、固定手段４３として、凹部５１ｅに可動部材４３ｂが挿入された状態を維持するために電力を必要とせず、可動部材４３ｂの固定手段本体４３ａ内への吸引時のみ電力を消費するものを用いることで、電力を消費せずに開放状態を維持することができる。
【００４８】
この燃料遮断機構４については、制御回路部８が異常昇温を検知した場合、制御回路部８から固定手段４３へと制御信号が送られ、固定手段４３の可動部材４３ｂが固定手段本体４３ａ内へ吸引される。これにより、可動部材４３ｂは凹部５１ｅから引き抜かれる。可動部材４３ｂが引き抜かれたプラグ５１は分離用弾性体５２によって押圧されているため、ソケット５０の外部（図中、右側）へと押し出される。これにより、図６に示されるように、ソケット５０とプラグ５１とは分離した状態となり、液体燃料の流路が遮断された状態となる。
【００４９】
また、ソケット５０とプラグ５１とが分離した際、それまで弁室５１ｃ内の遮断弁５３を押圧していた弁体押圧部５０ｂが離れるため、弁室５１ｃ内において遮断弁５３は弾性体５４によって押圧され先端側へと移動し、先端側孔部５１ｂが遮断弁５３の本体部５３ａによって塞がれる。これにより、燃料流出抑制機構が遮断状態となり、燃料収容部６からプラグ５１を通しての液体燃料の流出が抑制される。そして、この燃料遮断機構４については、ソケット５０とプラグ５１とが完全に分離し、また燃料流出抑制機構が弾性体５４による反発力のみによって遮断状態とされているため、電力を必要とせずに遮断状態が有効に維持される。
【００５０】
従って、このような燃料遮断機構４についても、開放状態から遮断状態への移行時、具体的には固定手段４３における可動部材４３ｂの吸引時にのみ電力を消費し、開放状態時（非分離時）および遮断状態時（分離時）については電力を消費しないため、燃料電池１への影響を極めて少なくすることができる。また、電力を必要とせずに遮断状態を維持することができるため、燃料電池１を安全性に優れたものとすることができる。
【００５１】
さらに、燃料収容部６が異常昇温したときに、燃料遮断機構４を遮断状態とすることで、それ以上の異常昇温の発生を抑制することができ、燃料収容部６内の液体燃料も安全に保持することができる。また、この燃料遮断機構４については遮断状態となったときにソケット５０とプラグ５１とが完全に分離することから、目視によって遮断状態を容易に把握することができ、例えば燃料収容部６に異常昇温の発生があったことを容易に知ることもできる。
【００５２】
以上の説明では、独立した流路７の途中に燃料遮断機構４を設けた場合について説明したが、例えば図７に示すように、燃料遮断機構４が流路の役割を兼ねる場合には必ずしも独立した流路は必要とされるものではない。
【００５３】
図８、９は、流路を兼ねる燃料遮断機構４の一例を示したものである。ここで、図８は流路を兼ねる燃料遮断機構４の開放状態（非分離状態）を示したものであり、図９は流路を兼ねる燃料遮断機構４の遮断状態（分離状態）を示したものである。図８に示されるように、流路を兼ねる燃料遮断機構４については、ソケット５０の後端部に燃料分配機構５が直接接続され、プラグ５１の後端部に燃料収容部６が直接接続される以外は、図５に示される燃料遮断機構４と同様なものとされている。また、図９に示されるように、流路を兼ねる燃料遮断機構４については、遮断時（分離時）にプラグ５１と燃料収容部６とが一体となって移動すること以外は、図６に示される燃料遮断機構４と同様にして遮断状態とされる。
【００５４】
以上、本発明の燃料電池について説明したが、本発明の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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、燃料電池セルへ供給される燃料においても、全て燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す断面図。
【図２】燃料分配機構の一例を示す外観図。
【図３】燃料遮断機構の一例を示す断面図（開放状態）。
【図４】図３に示す燃料遮断機構の遮断状態を示す断面図。
【図５】燃料分配機構の他の例を示す断面図（開放状態）。
【図６】図５に示す燃料遮断機構の遮断状態を示す断面図。
【図７】流路を兼ねる燃料遮断機構を有する燃料電池の一例を示す断面図。
【図８】流路を兼ねる燃料遮断機構の一例を示す断面図（開放状態）。
【図９】図８に示す燃料遮断機構の遮断状態を示す断面図。
【図１０】従来の遮断バルブの一例を示す断面図（遮断状態）。
【図１１】図１０に示す遮断バルブの開放状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料供給機構、４…燃料遮断機構、５…燃料分配機構、６…燃料収容部、７…流路、１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層、１３…アノード（燃料極）、１４…カソード触媒層、１５…カソードガス拡散層、１６…カソード（空気極／酸化剤極）、１７…電解質膜、４３…固定手段、４３ａ…固定手段本体、４３ｂ…可動部材、５０…ソケット（接続体）、５１…プラグ（接続体）、５２…分離用弾性体
【図１】
2008226597.tif 000003
【図２】
2008226597.tif 000004
【図３】
2008226597.tif 000005
【図４】
2008226597.tif 000006
【図５】
2008226597.tif 000007
【図６】
2008226597.tif 000008
【図７】
2008226597.tif 000009
【図８】
2008226597.tif 000010
【図９】
2008226597.tif 000011
【図１０】
2008226597.tif 000012
【図１１】
2008226597.tif 000013