(57)【要約】【課題】液体燃料の供給および排出を液漏れすることなく確実に行うことができ、小型でも長時間安定して発電できる液体燃料電池を提供する。【解決手段】液体燃料貯蔵部５を備えた本体部２４と供給タンク３ａとからなり、本体部２４と供給タンク３ａとは着脱可能に形成され、本体部２４の液体燃料貯蔵部５へ供給タンク３ａから液体燃料４が供給され、本体部２４の開口部１７と供給タンク３ａの開口部１６ａとは、それぞれ弁１２ａ、１２ｂおよびストッパー１４ａ、１４ｂを備え、本体部２４の弁１２ｂと供給タンク３ａの弁１２ａとは、相互に当接して押圧されることにより開放され、液体燃料４が流入する側の弁１２ｂの開放圧力が、液体燃料４が流出する側の弁１２ａの開放圧力より小さく設定されている液体燃料電池とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えた液体燃料電池であって、
前記液体燃料貯蔵部は、開口部を備え、
前記液体燃料貯蔵部の開口部は、弁を備え、
前記開口部の弁は、外部から押圧されることにより開放されることを特徴とする液体燃料電池。
【請求項２】
本体部と外部タンクとを含み、前記本体部は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えた液体燃料電池であって、
前記本体部と前記外部タンクとは着脱可能に形成され、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとはそれぞれ開口部を備え、
前記本体部の開口部と前記外部タンクの開口部とは、それぞれ弁およびストッパーを備え、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とは、相互に当接して押圧されることにより開放され、
液体燃料が流入する側の前記弁の開放圧力が、液体燃料が流出する側の前記弁の開放圧力より小さく設定されていることを特徴とする液体燃料電池。
【請求項３】
前記外部タンクが液体燃料を供給するための供給タンクであり、前記本体部の弁の開放圧力が前記供給タンクの弁の開放圧力より小さく設定されている請求項２に記載の液体燃料電池。
【請求項４】
前記外部タンクが液体燃料を排出するための排出タンクであり、前記本体部の弁の開放圧力が前記排出タンクの弁の開放圧力より大きく設定されている請求項２に記載の液体燃料電池。
【請求項５】
開放前の前記本体部の弁と、開放前の前記外部タンクの弁とは、それぞれ環状の液体燃料封止部に押圧されている請求項２〜４のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項６】
前記外部タンクの外装部には、環状部材が配置されている請求項２〜５のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項７】
前記液体燃料封止部および前記環状部材が、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ポリプロピレン、ナイロンおよびポリエチレンからなる群から選択された少なくとも１種類からなる請求項５または６に記載の液体燃料電池。
【請求項８】
前記本体部の開口部の外側および前記外部タンクの開口部の外側から選択される少なくとも一方には、保液スリットが設けられている請求項２〜７のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項９】
前記本体部には、前記外部タンクを挿入可能な挿入口が備えられている請求項２〜８のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１０】
前記本体部の開口部が前記本体部の挿入口の内部に設けられ、前記挿入口の直径が１０ｍｍ以下である請求項９に記載の液体燃料電池。
【請求項１１】
前記本体部の挿入口の周辺に開閉式シャッタを設けた請求項９または１０に記載の液体燃料電池。
【請求項１２】
前記外部タンクは、その外面部に凸部を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凹部を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合する請求項９〜１１のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１３】
前記外部タンクは、その外面部に凹部を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凸部を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合する請求項９〜１１のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１４】
前記本体部の挿入口の内面部に備えられた凸部の位置が、前記外部タンクの種類に応じて変更可能な請求項１３に記載の液体燃料電池。
【請求項１５】
前記正極と、前記負極と、前記電解質層とが、電極・電解質一体化物を構成し、前記電極・電解質一体化物が同一平面上に配置されている請求項１〜１４のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１６】
前記電極・電解質一体化物を複数備え、前記電極・電解質一体化物の各電解質層が、相互に連続した一体化物として形成されている請求項１５に記載の液体燃料電池。
【請求項１７】
液体燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部を備え、前記液体燃料含浸部が前記負極と接する部分に配置されている請求項１〜１６のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１８】
前記液体燃料貯蔵部および前記外部タンクから選択される少なくとも一つが、気液分離孔を備え、前記気液分離孔には気液分離膜が配置されている請求項１〜１７のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１９】
請求項２〜１８のいずれかに記載の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法であって、
前記本体部と前記外部タンクとを接続し、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを当接させ、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流入する側の弁を開放した後にストッパーに当接させ、
その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流出する側の弁を開放し、
前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとの間で液体燃料を移動させた後、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流出する側の弁を閉じ、
その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じることを特徴とする液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法。
【請求項２０】
前記液体燃料が流入する側の弁を閉じた後、前記本体部と前記外部タンクとを分離する請求項１９に記載の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料として液体を用いた液体燃料電池とその液体燃料の供給・排出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源として需要が増大している。しかし、使用されるコードレス機器の種類によっては、このリチウム二次電池では未だ十分な連続使用時間を保証する程度までには至っていない。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、空気電池、燃料電池などが考えられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として利用する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に費やすことが可能であることから、エネルギー密度を増加させるためには好適な電池であると考えられる。しかし、この空気電池には、電解液として使用するアルカリ溶液が空気中の二酸化炭素と反応して劣化してしまう問題がある。
【０００４】
一方、従来の燃料電池では、単電池を積層して構成されているため、嵩高くなり、また酸素および燃料をそれぞれの正極および負極に流通させて供給しなければならず、燃料供給のための補器を必要とする。その結果、従来の燃料電池はリチウムイオン電池などの小型二次電池に比べてはるかに大きくなってしまい、小型ポータブル電源として用いるには問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−２００４６８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２２３０１８号公報
ここで、酸素および燃料を強制的に流通させる補器を除去することで出力は低下するものの、燃料電池の小型化を図ることはできる。しかし、複数の電極・電解質一体化物を積み重ねていく積層構造を有する燃料電池では、小型化には限界がある。
【０００７】
これに対し、複数の電極・電解質一体化物をそれぞれ同一平面上に配置すると、燃料タンクを共有でき、空気との接触も良好となり、さらに前記積層構造に比べて電池を小型化できる。
【０００８】
図１３に従来の平面構造の液体燃料電池の断面図を示す。図１３において、隣り合う正極８と負極９とは負極集電体７ａ、正極集電体７ｂおよび集電リード部１１とで電気的に接続されている。また、この接続部近傍で液体燃料４の封止を電気的絶縁体２７で行っている。液体燃料４は燃料タンク２８に貯蔵されており、燃料タンク２８内には燃料吸い上げ材５ｃが配置されている。また、燃料電池の使用時間を長くする手法として、図１４に示すように燃料タンク２８を電池本体とは別に設けて、配管で液体燃料４を流通させて電池本体の発電部に供給する方法もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記いずれの構造の燃料電池であっても、電池を長期間継続して使用するためには、液体燃料の補給が必要となる。また、液体燃料の種類によっては使用状況に応じて、液体燃料の交換を要する場合もあり、液体燃料を燃料タンクへ供給するだけでなく、液体燃料を燃料タンクから排出する必要もある。
【００１０】
従来、この液体燃料の供給または排出は、燃料充填口６ｃを通して行っていた。しかし、この方法では、液体燃料が漏液しやすく、一般使用者の使用に不便であるという問題があった。
【００１１】
本発明は、液体燃料の供給および排出を液漏れすることなく確実に行うことができる液体燃料電池とその液体燃料の供給・排出方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の液体燃料電池は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えた液体燃料電池であって、
前記液体燃料貯蔵部は、開口部を備え、
前記液体燃料貯蔵部の開口部は、弁を備え、
前記開口部の弁は、外部から押圧されることにより開放されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第２の液体燃料電池は、本体部と外部タンクとを含み、前記本体部は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えた液体燃料電池であって、
前記本体部と前記外部タンクとは着脱可能に形成され、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとはそれぞれ開口部を備え、
前記本体部の開口部と前記外部タンクの開口部とは、それぞれ弁およびストッパーを備え、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とは、相互に当接して押圧されることにより開放され、
液体燃料が流入する側の前記弁の開放圧力が、液体燃料が流出する側の前記弁の開放圧力より小さく設定されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法は、前記本発明の第２の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法であって、
前記本体部と前記外部タンクとを接続し、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを当接させ、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流入する側の弁を開放した後にストッパーに当接させ、
その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流出する側の弁を開放し、
前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとの間で液体燃料を移動させた後、
前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流出する側の弁を閉じ、
その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
本発明の液体燃料電池の一実施形態は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えている。また、前記液体燃料貯蔵部は液体燃料を外部から供給または排出するための開口部を備え、前記液体燃料貯蔵部の開口部は弁を備え、前記開口部の弁は外部から押圧されることにより開放される。
【００１７】
液体燃料電池の本体側にある液体燃料貯蔵部の開口部に弁を設けることにより、液体燃料電池の使用時における液体燃料の漏液を防止できるとともに、液体燃料の供給または排出の際における漏液をも防止できる。
【００１８】
また、本発明の液体燃料電池の他の実施形態は、本体部と外部タンクとを含み、前記本体部は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えている。前記本体部と前記外部タンクとは着脱可能に形成され、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとはそれぞれ開口部を備え、それらの開口部を通して液体燃料が供給または排出される。前記本体部の開口部と前記外部タンクの開口部とは、それぞれ弁（例えば、球状または円柱状の弁体）およびストッパーを備えている。前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とは、相互に当接して押圧されることにより開放され、液体燃料が流入する側の前記弁の開放圧力が、液体燃料が流出する側の前記弁の開放圧力より小さく設定されている。
【００１９】
より具体的には、前記外部タンクが液体燃料を供給するための供給タンクである場合には、前記本体部の弁の開放圧力が前記供給タンクの弁の開放圧力より小さく設定されている。これにより、本体部と供給タンクとを接続して液体燃料を供給する際、液体燃料が流入する側の本体部の弁が最初に開放して受け入れ準備が完了した後に、液体燃料が流出する側の供給タンクの弁が開放するため、液体燃料の供給開始時に液漏れすることはない。また、液体燃料の供給が終了して本体部と供給タンクとを分離する際には、最初に液体燃料が流出する側の供給タンクの弁が閉じて液体燃料の供給が完全に止まった後に、液体燃料が流入する側の本体部の弁が閉じるため、液体燃料の供給終了時に液漏れすることはない。
【００２０】
また、前記外部タンクが液体燃料を排出するための排出タンクである場合には、前記本体部の弁の開放圧力が前記排出タンクの弁の開放圧力より大きく設定されている。これにより、本体部と排出タンクとを接続して液体燃料を排出する際、液体燃料が流入する側の排出タンクの弁が最初に開放して受け入れ準備が完了した後に、液体燃料が流出する側の本体部の弁が開放するため、液体燃料の排出開始時に液漏れすることはない。また、液体燃料の排出が終了して本体部と排出タンクとを分離する際には、最初に液体燃料が流出する側の本体部の弁が閉じて液体燃料の排出が完全に止まった後に、液体燃料が流入する側の排出タンクの弁が閉じるため、液体燃料の排出終了時に液漏れすることはない。
【００２１】
さらに、本実施形態の液体燃料電池は、液体燃料の供給および排出の途中においても外部への液漏れがなく、また、本体部と外部タンクとを着脱可能として分離することができるため、本体部の液体燃料貯蔵部を最小にでき、電極、電解質、集電体などの発電要素を集約でき、液体燃料電池の小型化を図ることができる。また、液体燃料の供給と排出を本体部の同一の開口部で行うことができるので、供給タンクのためのスペースと排出タンクのためのスペースを別々に２つ設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。また、液体燃料の供給タンクの抜き差しができるので、液体燃料電池の実装機器への未使用時には、供給タンクを除去することで液体燃料の供給遮断が容易に可能で、液体燃料電池の寿命を延ばすことができる。加えて、液体燃料電池を長時間使用する時には、供給タンクを装着したままにすれば、十分な液体燃料を供給できる。
【００２２】
また、開放前の前記本体部の弁と、開放前の前記外部タンクの弁とは、それぞれ環状の液体燃料封止部（例えば、封止リング）に押圧されていることが好ましい。弁が閉じている状態での液体燃料の流出を防止できるからである。
【００２３】
また、前記外部タンクの外装部には、環状部材（例えば、タンクシールガスケット）が配置されていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、本体部と外部タンクとの隙間から外部へ液体燃料が流出すること防止できるからである。
【００２４】
また、前記液体燃料封止部および前記環状部材は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ポリプロピレン、ナイロンおよびポリエチレンからなる群から選択された少なくとも１種類からなることが好ましい。これらは、液体燃料の密閉性に優れた材料だからである。
【００２５】
また、前記本体部の開口部の外側および前記外部タンクの開口部の外側の少なくとも一方には、保液スリット（例えば、環状スリット）が設けられていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の終了後に、この保液スリットに残った液体燃料が保持され、外部への液体燃料の流出を防止できるからである。
【００２６】
また、前記本体部には、前記外部タンクを挿入可能な挿入口が備えられていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、本体部と外部タンクとを容易に固定できるからである。
【００２７】
また、前記本体部の開口部が前記本体部の挿入口の内部に設けられ、前記挿入口の直径が１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３〜８ｍｍの範囲である。本体部の弁に手指が触れることがなくなり、誤って弁が開放することを防止できるからである。
【００２８】
また、前記本体部の挿入口の周辺に開閉式シャッタを設けることが好ましい。本体部の挿入口へ異物が混入することによるトラブルを未然に防ぐことができ、さらに本体部の弁の意に反する開放を防止して安全性を高めることができるからである。
【００２９】
また、前記外部タンクは、その外面部に凸部（例えば、固定用プランジャ）を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凹部（例えば、固定用爪）を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合することが好ましい。または、前記外部タンクは、その外面部に凹部を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凸部を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合することが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、凹凸部がかみ合うことで本体部と外部タンクとを容易に固定できるからである。
【００３０】
また、前記本体部の挿入口の内面部に備えられた凸部の位置が、前記外部タンクの種類に応じて変更可能なことが好ましい。供給タンクと排出タンクの凹部の位置を相違させておくことにより、供給タンクと排出タンクとを間違えることなく挿入できるからである。
【００３１】
また、本実施形態の液体燃料電池は、前記正極と、前記負極と、前記電解質層とが、電極・電解質一体化物を構成し、前記電極・電解質一体化物が同一平面上に配置されていることが好ましい。電池の厚みを薄くすることが可能となるからである。
【００３２】
また、前記電極・電解質一体化物を複数備え、前記電極・電解質一体化物の各電解質層は、相互に連続した一体化物として形成されていることが好ましい。部品点数や組立て工数の削減を図れるからである。
【００３３】
また、本実施形態の液体燃料電池は、液体燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部（例えば、燃料吸い上げ材）を備え、前記液体燃料含浸部が前記負極と接する部分に配置されていることが好ましい。液体燃料が消費されても、液体燃料と負極との接触が維持されるため、液体燃料を最後まで使い切ることができるからである。
【００３４】
また、前記液体燃料貯蔵部および前記外部タンクから選択される少なくとも一つは、気液分離孔を備え、前記気液分離孔には気液分離膜が配置されていることが好ましい。液体燃料を漏液させることなく、放電反応で生成した二酸化炭素などを外部に放出できるからである。
【００３５】
さらに、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法は、前記液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法であり、先ず、前記本体部と前記外部タンクとを接続し、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを当接させ、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流入する側の弁を開放した後にこの開放した弁をストッパーに当接させる。その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流出する側の弁を開放し、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとの間で液体燃料を供給または排出する。
【００３６】
液体燃料の供給または排出が終了した後に、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流出する側の弁を閉じ、その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じる。
【００３７】
これにより、外部への液漏れなく外部タンクを着脱可能とすることができ、容易に液体燃料の供給、排出及び遮断を行い、液体燃料電池を継続して長期間使用できる。
【００３８】
また、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法は、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じた後に、前記本体部と前記外部タンクとを分離することができる。
【００３９】
なお、本発明は、酸素および燃料をそれぞれの正極および負極に流通させて供給する補器を備えた液体燃料電池においても適用可能であり、これにより液体燃料貯蔵部の省スペース化を図れることで全体の大きさを小さくできる。
【００４０】
次に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１に本発明の液体燃料電池の本体部（ａ）と外部タンク（ｂ）の実施形態の断面図を示す。
【００４２】
先ず、本実施形態の液体燃料電池の本体部を説明する。図１において、本体部２４は、その両側の外面にカバー板２を備え、カバー板２には空気孔１が複数設けられている。これにより、空気孔１を通して大気中の酸素が後述する正極８と接することになる。本体部２４は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの合成樹脂や、ステンレス鋼などの耐食性金属で形成される。
【００４３】
また、液体燃料貯蔵部５が、カバー板２と対向する位置および本体部２４の側面部に設けられている。カバー板２と液体燃料貯蔵部５との間には、正極８、負極９、電解質層１０などからなる発電部が配置されている。
【００４４】
正極８は、例えば、多孔性の炭素材料からなる拡散層８ａと、触媒を担持した炭素粉末からなる触媒層８ｂとを積層して構成される。正極８は酸素を還元する機能を有しており、その触媒には、例えば、白金微粒子や、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムまたは金などと白金との合金微粒子などが用いられる。また、触媒層８ｂには、ＰＴＦＥ樹脂粒子やプロトン交換樹脂粒子が含まれる場合がある。プロトン交換樹脂粒子としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂やスルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などを用いることができる。拡散層８ａの触媒層側には撥水性向上のため、ＰＴＦＥ樹脂粒子を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。
【００４５】
電解質層１０は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により形成される。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具体的には、デュポン社製の“ナフィオン”（商品名）、旭硝子社製の“フレミオン”（商品名）、旭化成工業社製の“アシプレックス”（商品名）などにより電解質層１０を形成することができる。その他では、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、スルホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミダゾール膜などからも形成することができる。
【００４６】
負極９は、拡散層９ａと触媒層９ｂとからなり、燃料からプロトンを生成する機能、即ち燃料を酸化する機能を有しており、例えば、正極と同様に形成することができる。
【００４７】
上記正極８、上記負極９および上記電解質層１０は、積層されて電極・電解質一体化物を形成している。即ち、電極・電解質一体化物は、正極８と、負極９と、正極８と負極９との間に設けられた電解質層１０とから形成されている。また、この電極・電解質一体化物は、平面状に複数個配置されている。
【００４８】
各電極・電解質一体化物の間には、電気的絶縁体２７が配置され、各電極・電解質一体化物間の短絡を防止するとともに、液体燃料の正極側や電池外への流出を防止している。電気的絶縁体２７は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性絶縁樹脂で形成されている。
【００４９】
正極８の電解質層１０とは反対側の、正極８と接する箇所には正極集電体７ｂが設置され、負極９の電解質層１０とは反対側の、負極９と接する箇所には負極集電体７ａが設置されており、隣接する正極集電体７ｂの一部と負極集電体７ａの一部とが、連結集電体７ｃで電気的に接続されている。これらの集電体７ａ、７ｂ、７ｃは、例えば、白金、金などの貴金属や、ステンレス鋼などの耐食性金属、またはカーボンなどの導電性部材から形成されている。
【００５０】
負極９と接する部分には燃料供給孔２９が設けられており、この部分から液体燃料が負極９へと供給される。また、液体燃料を含浸して保持し且つ負極９に液体燃料を供給する燃料吸い上げ材５ａが、液体燃料貯蔵部５の内部に配置されている。これにより、液体燃料が消費されても、液体燃料と負極９との接触が維持されるため、液体燃料を最後まで使い切ることができる。燃料吸い上げ材５ａとしては、ガラス繊維を用いることができるが、液体燃料の含浸によって寸法が余り変化せず、化学的にも安定なものであれば他の材料を用いても良い。
【００５１】
また、本体部２４の中央部には、外部タンク３を挿入するための挿入口２５が設けられている。挿入口２５の先には、液体燃料を供給または排出するための開口部１７が設けられている。開口部１７には樹脂製または金属製である球状の弁体１２ｂが備えられ、弁体１２ｂは圧縮バネ１３ｂにより封止リング２１ｂに押圧されている。また、封止リング２１ｂに対向する位置にはストッパー１４ｂが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ｂが配置されている。開口部１７の外側には、環状スリット２０が設けられている。さらに、環状スリット２０に隣接して圧縮吸収材１８が備えられている。
【００５２】
次に、本実施形態の液体燃料電池の外部タンクについて説明する。外部タンク３は、液体燃料電池の本体部２４へ液体燃料４を供給する場合には供給タンク３ａとなり、本体部２４から液体燃料４を排出する場合には排出タンク３ｂとなる。液体燃料４としては、例えば、メタノール水溶液、エタノール水溶液、ジメチルエーテル、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液などが用いられる。
【００５３】
外部タンク３は、例えば、ＰＴＦＥ、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの合成樹脂や、ステンレス鋼などの耐食性金属から形成することができる。
【００５４】
次いで、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給または排出の方法について説明する。
【００５５】
先ず、外部タンク３が供給タンク３ａである場合を説明する。供給タンク３ａは本体部２４の挿入口２５に挿入でき、着脱が可能である。供給タンク３ａの先端部には、液体燃料４を供給するための開口部１６ａが設けられている。開口部１６ａには樹脂製または金属製である球状の弁体１２ａが備えられ、弁体１２ａは圧縮バネ１３ａにより封止リング２１ａに押圧されている。また、封止リング２１ａに対向する位置にはストッパー１４ａが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ａが配置されている。
【００５６】
また、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、供給タンク３ａの弁体１２ａの圧縮バネ１３ａの圧縮力より小さく設定してある。これにより、本体部２４に供給タンク３ａを接続する際には、本体部２４の弁体１２ｂが最初に開放され、その後に供給タンク３ａの弁体１２ａが開放される。逆に、本体部２４から供給タンク３ａを離脱する際には、供給タンク３ａの弁体１２ａが最初に閉じられ、その後に本体部２４の弁体１２ｂが閉じられる。
【００５７】
また、供給タンク３ａの弁体１２ａと本体部２４の弁体１２ｂとの接触面は、本体部２４の外装面より凹部にあり、本体部２４の挿入口２５へ供給タンク３ａを挿入することで液体燃料４を供給する。
【００５８】
次に、本体部２４と供給タンク３ａとの着脱方法をさらに詳しく説明する。図２から図５は、本体部２４に供給タンク３ａを装着している状態の断面図である。図２は、本体部２４の挿入口２５に供給タンク３ａを挿入した最初の段階を示しており、弁体１２ａおよび弁体１２ｂはともに閉じている。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、図３に示すように、供給タンク３ａの弁体１２ａと本体部２４の弁体１２ｂが衝突する。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、供給タンク３ａの弁体１２ａの圧縮バネ１３ａの圧縮力より小さく設定してあるので、図４に示すように、本体部２４の弁体１２ｂが封止リング２１ｂから離れ、弁体１２ｂが最初に開放される。次に、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂがストッパー１４ｂに当接する。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、図５に示すように、供給タンク３ａの弁体１２ａは封止リング２１ａから離れ、弁体１２ａが開放され、液体燃料４が供給タンク３ａの開口部１６ａ、接続部中間室１９および本体部２４の開口部１７を流通して、液体燃料貯蔵部５の燃料吸い上げ材５ａに供給される。
【００５９】
次に、供給タンク３ａを引き抜くときは挿入の際とは逆の順番となり、図５の状態から供給タンク３ａの弁体１２ａが最初に閉じられ、接続部中間室１９内の液体燃料４が液体燃料貯蔵部５内に流入してから、本体部２４の弁体１２ｂが閉じられ、図４の状態へと戻る。
【００６０】
次に、外部タンク３が排出タンク３ｂである場合を説明する。排出タンク３ｂは本体部２４の挿入口２５に挿入でき、着脱が可能である。排出タンク３ｂの先端部には、液体燃料４を排出するための開口部１６ｂが設けられている。開口部１６ｂには樹脂製または金属製である球状の弁体１２ｃが備えられ、弁体１２ｃは圧縮バネ１３ｃにより封止リング２１ｃに押圧されている。また、封止リング２１ｃに対向する位置には、ストッパー１４ｃが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ｃが配置されている。
【００６１】
また、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、排出タンク３ｂの弁体１２ｃの圧縮バネ１３ｃの圧縮力より大きく設定してある。これにより、本体部２４に排出タンク３ｂを接続する際には、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが最初に開放され、その後に本体部２４の弁体１２ｂが開放される。逆に、本体部２４から排出タンク３ｂを離脱する際には、本体部２４の弁体１２ｂが最初に閉じられ、その後に排出タンク３ｂの弁体１２ｃが閉じられる。
【００６２】
また、排出タンク３ｂの弁体１２ｃと本体部２４の弁体１２ｂとの接触面は、本体部２４の外装面より凹部にあり、本体部２４の挿入口２５へ排出タンク３ｂを挿入することで液体燃料４を排出する。
【００６３】
次に、本体部２４と排出タンク３ｂとの着脱方法をさらに詳しく説明する。図６から図９は、本体部２４に排出タンク３ｂを装着している状態の断面図である。図６は、本体部２４の挿入口２５に排出タンク３ｂを挿入した最初の段階を示しており、弁体１２ｃおよび弁体１２ｂはともに閉じている。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、図７に示すように、排出タンク３ｂの弁体１２ｃと本体部２４の弁体１２ｂが衝突する。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、排出タンク３ｂの弁体１２ｃの圧縮バネ１３ｃの圧縮力より大きく設定してあるので、図８に示すように、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが封止リング２１ｃから離れ、弁体１２ｃが最初に開放される。次に、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、排出タンク３ｂの弁体１２ｃがストッパー１４ｃに当接する。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、図９に示すように、本体部２４の弁体１２ｂは封止リング２１ｂから離れ、弁体１２ｂが開放され、液体燃料４が開口部１７、接続部中間室１９および開口部１６ｂを流通して、排出タンク３ｂの燃料吸い上げ材５ｂに排出される。
【００６４】
次に、排出タンク３ｂを引き抜くときは挿入の際とは逆の順番となり、図９の状態から本体部２４の弁体１２ｂが最初に閉じられ、接続部中間室１９内の液体燃料４が排出タンク３ｂ内に流入してから、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが閉じられ、図６の状態へと戻る。
【００６５】
前記封止リング２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性絶縁樹脂、またはステンレス鋼などの金属で形成することができ、また、本体部２４や外部タンク３と同材質で形成することもできる。
【００６６】
また、前記環状スリット２０を設けることで、接続部中間室１９に残存する液体燃料を保持することができ、外部への液体燃料の流出を防止できる。なお、環状スリット２０は複数設けることが好ましい。また、前記圧縮吸収材１８の本来の目的は、本体部２４と外部タンク３との接続時の衝撃を緩和するためのものであるが、前記環状スリット２０と同様の機能を有することもできる。即ち、圧縮吸収材１８を設けることで、接続部中間室１９に残存する液体燃料を吸収することができ、外部への液体燃料の流出を防止できる。
【００６７】
供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂには気液分離孔６ａが設けられている。この気液分離孔６ａの内側には気液分離膜６ｂが設けられている。この気液分離膜６ｂは細孔を持つＰＴＦＥ製シートからなり、放電反応で生成した二酸化炭素などを、液体燃料４を漏液させることなく供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂから放出させることができる。また、気液分離膜６ｂを脱着可能とすることで、液体燃料４を補充する時の充填口ともなる。なお、この気液分離孔６ａは、液体燃料貯蔵部５に設けることもできる。
【００６８】
また、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの外装面には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性樹脂で形成されたタンクシールガスケット２６ａ、２６ｂが少なくとも一つ設けられている。これにより、液体燃料の外部への流出の防止をより確実に行える。
【００６９】
また、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの外面部には、樹脂製または金属製である弾力を有する、例えば固定用プランジャ２２の凸部が設けられており、本体部２４の挿入口２５の内面部には固定用爪２３の凹部が設けられており、この凹凸部がかみ合うことで供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂと本体部２４とが固定される。上記凹部および凸部の取り付け面は、上記の逆であってもよい。この機構により、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂが固定できるとともに、確実に燃料供給状態を保持することができる。
【００７０】
また、本体部２４の挿入口２５の周辺に開閉式シャッタ（図示せず）を設けると、異物の混入によるトラブルを未然に防ぐことができ、さらに安全性を高めることができる。
【００７１】
さらに、本体部２４の挿入口２５の内面部に設けられた凸部の位置を変更することができる切り替えレバーを設けることもできる。その凸部と供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの凹部がかみ合って対応することで、供給タンク３ａと排出タンク３ｂとを間違えることなく挿入することができる。
【００７２】
（実施形態２）
図１０に実施形態２の液体燃料電池の断面図を示す。図１０は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、実施形態１の発電部の一部が複数個積層された構造となっていること以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７３】
（実施形態３）
図１１に実施形態３の液体燃料電池の断面図を示す。図１１は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、中央部に液体燃料貯蔵部５を設け、供給タンク３ａの挿入口２５を本体部２４の側部に配置したこと以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７４】
（実施形態４）
図１２に実施形態４の液体燃料電池の断面図を示す。図１２は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、実施形態１の弁体１２ａ、１２ｂの形状が円柱状であること以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、液体燃料の供給および排出を液漏れすることなく確実に行うことができ、小型でも長時間安定して発電できる液体燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部（ａ）と外部タンク（ｂ）の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第１段階を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第２段階を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第３段階を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第４段階を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第１段階を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第２段階を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第３段階を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第４段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態２の液体燃料電池の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３の液体燃料電池の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態４の液体燃料電池の断面図である。
【図１３】従来の液体燃料電池の断面図である。
【図１４】従来の他の液体燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
１　空気孔
２　カバー板
３　外部タンク
３ａ　供給タンク
３ｂ　排出タンク
４　液体燃料
５　液体燃料貯蔵部
５ａ、５ｂ、５ｃ　燃料吸い上げ材
６ａ　気液分離孔
６ｂ　気液分離膜
６ｃ　燃料充填口
７ａ　負極集電体
７ｂ　正極集電体
７ｃ　連結集電体
８　正極
８ａ　拡散層
８ｂ　触媒層
９　負極
９ａ　拡散層
９ｂ　触媒層
１０　電解質層
１１　集電リード部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　弁体
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ　圧縮バネ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ　ストッパー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ　ストッパーガスケット
１６ａ、１６ｂ、１７　開口部
１８　圧縮吸収材
１９　接続部中間室
２０　環状スリット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ　封止リング
２２　固定用プランジャ
２３　固定用爪
２４　本体部
２５　挿入口
２６ａ、２６ｂ　タンクシールガスケット
２７　電気的絶縁体
２８　燃料タンク
２９　燃料供給孔
【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】
2004127824.tif 000009
【図８】
2004127824.tif 000010
【図９】
2004127824.tif 000011
【図１０】
2004127824.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004127824.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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