(57)【要約】      （修正有）【課題】接着剤により亀裂を自動的に修復する機能を有するので、耐衝撃性および耐久性に優れた燃料電池用燃料カートリッジが提供される。【解決手段】燃料カートリッジは、接着剤収容室１６０２を内部に有することによって、燃料カートリッジの筐体１５０２に亀裂が生じた場合には、接着剤１６０４が接着剤収容室１６０２から亀裂部位１６０６に自動的に流れこむ。そして、亀裂部位１６０６を伝って、筐体１５０２の表面まで流れ出した接着剤１６０４は空気に接することとなる。その後、接着剤１６０４は空気に接した界面から瞬時に硬化され、亀裂部位は硬化した接着剤１６２２に覆われることで修復される。【選択図】図３
2005259534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の燃料極に供給する液体燃料を収容し、前記燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジであって、
燃料収容室と、
該燃料収容室を内包する筐体と、
前記燃料収容室に連通し、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、
を備え、
前記燃料収容室と前記筐体との間に、液状接着剤が収容されていることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記燃料収容室は、前記筐体に対して所定の間隔をもって離間して設けられており、前記燃料収容室と前記筐体との間の間隙部に前記液状接着剤が収容されていることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記筐体は角部を有する形状を有し、
前記角部の近傍に前記液状接着剤が収容されていることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記液状接着剤が一液硬化性の液状接着剤であることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記液状接着剤が、シアノアクリレート系接着剤であることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
燃料極を有する燃料電池本体と、
前記燃料極に直接供給される液体燃料が収容される燃料電池用燃料カートリッジと、
を含み、
前記燃料カートリッジが請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池用燃料カートリッジであることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
燃料電池の燃料極に燃料を供給する液体燃料を収容し、前記燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジの製造方法であって、
燃料収容室と該燃料収容室を内包する筐体とを形成する工程と、
燃料収容室と、該燃料収容室を内包する筐体との間に、不活性ガスを充填する工程と、
前記不活性ガス充填後に液状接着剤を充填する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法。
【請求項８】
燃料電池の燃料極に燃料を供給する液体燃料を収容し、前記燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジの製造方法であって、
燃料収容室と該燃料収容室を内包する筐体とを形成する工程と、
燃料収容室と、該燃料収容室を内包した筐体との間を真空状態にする工程と、
前記工程後に液状接着剤を充填する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用燃料カートリッジおよび燃料電池用燃料カートリッジの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノール等のアルコールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。
【０００３】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。
【０００４】
３Ｈ２  →  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−    （１）
【０００５】
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。
【０００６】
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ６Ｈ＋  ＋  ＣＯ２  ＋  ６ｅ−    （２）
【０００７】
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。
【０００８】
３／２Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ    （３）
【０００９】
特に、直接型の燃料電池では、アルコール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、小型化および軽量化を図ることができる。また、液体のアルコール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【００１０】
上記のような特徴を有する燃料電池の燃料である液体のアルコール水溶液を収納する燃料カートリッジは、一般的には特許文献１に記載されるように燃料室と筐体から構成される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３０８８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
燃料カートリッジはユーザーが燃料電池本体から取り外しすることができるという利便性を有する一方、ユーザーが燃料カートリッジを持ち運びする際に、誤って燃料カートリッジを落下させて破損する懸念がある。そのため、燃料カートリッジには、落下時においても壊れないような耐久性を付与することが求められる。
【００１３】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、耐久性に優れた燃料カートリッジ等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池の燃料極に供給する液体燃料を収容し、前記燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジであって、燃料収容室と、該燃料収容室を内包する筐体と、燃料収容室に連通し、燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを備え、燃料収容室と筐体との間に、液状接着剤が収容されていることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジが提供される。
【００１５】
本発明において、燃料カートリッジとは、燃料電池に着脱可能に構成されており、使用者がこれを携帯することができる樹脂性の小型の燃料容器である。本発明により、筐体にクラックが生じた直後に液状接着剤がクラック内部に入り込み、液状接着剤が空気に触れて硬化されることにより、クラックが自動的に修復される。このため、燃料カートリッジを落下させた時の耐久性に優れている。ここで、クラックには色々な態様があり、たとえば、亀裂などの欠損、マイクロクラックなどが挙げられる。
【００１６】
また、燃料収容室は、筐体に対して所定の間隔をもって離間して設けられており、燃料収容室と筐体との間の間隙部に液状接着剤が収容されていてもよい。
【００１７】
また、筐体は角部を有する形状を有し、角部の近傍に液状接着剤が収容されていてもよい。
【００１８】
また、上記液状接着剤は、一液硬化性の液状接着剤であり、シアノアクリレート系接着剤であるときに顕著な効果を有する。
【００１９】
ここで、液状接着剤としては、たとえば、アルキル基を有するシアノアクリレート系接着剤、アリール基を有するシアノアクリレート系接着剤等のシアノアクリレート系接着剤があげられるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
本発明によれば、燃料極を有する燃料電池本体と、燃料極に直接供給される液体燃料が収容される燃料カートリッジと、を含み、上記燃料カートリッジは液状接着剤が収容されていることを特徴とする燃料カートリッジであることを特徴とする燃料電池が提供される。
【００２１】
本発明により、燃料電池にはクラックを自動的に修復する機能を有する燃料カートリッジが備えられているので、燃料電池使用時の安全性を向上させることができる。
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の燃料極に燃料を供給する液体燃料を収容し、燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジの製造方法であって、燃料収容室と該燃料収容室を内包する筐体とを形成する工程と、燃料収容室と、該燃料収容室を内包する筐体との間に、不活性ガスを充填する工程と、不活性ガス充填後に液状接着剤を充填する工程と、を含むことを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法が提供される。
【００２３】
本発明により、空気に触れることなく液状接着剤が充填されるので、液状接着剤を硬化させることなく耐久性に優れた燃料カートリッジを安定的に製造することができる。
【００２４】
本発明によれば、燃料電池の燃料極に燃料を供給する液体燃料を収容し、燃料電池に着脱可能に設けられる燃料電池用燃料カートリッジの製造方法であって、燃料収容室と該燃料収容室を内包する筐体とを形成する工程と、燃料収容室と、該燃料収容室を内包した筐体との間を真空状態にする工程と、上記工程後に液状接着剤を充填する工程と、を含むことを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法が提供される。
【００２５】
本発明により、空気に触れることなく液状接着剤が充填されるので、液状接着剤を硬化させることなく耐久性に優れた燃料カートリッジを安定的に製造することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上述べたように、本発明によれば、液状接着剤によりクラックを自動的に修復する構成を有するので、耐衝撃性および耐久性に優れた燃料カートリッジが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。
【００２８】
第一の実施形態
図１は、本実施形態に係る燃料カートリッジの構成を示す断面図である。図１に示した燃料カートリッジ１５０１は、筐体１５０２と接着剤収容室１６０２の二重構造を有する。接着剤収容室１６０２の内側に形成された燃料室１５０８に燃料１２４が収容される。
【００２９】
また、燃料カートリッジ１５０１は外側に突出した注入部１５０５を有する。注入部１５０５の先端において、筐体１５０２および接着剤収容室１６０２は開口しており、シール部材１５０６がこの開口部を封止している。また、筐体１５０２および接着剤収容室１６０２を貫通する圧力調整孔１５０９が所定の位置に形成され、圧力調整孔１５０９を被覆する気液分離膜１５０７が筐体１５０２の表面に設けられている。
【００３０】
筐体１５０２は、耐衝撃性および耐溶剤性を有する材料により構成される。ここで、耐溶剤性とは、接着剤収容室１６０２内部に充填される接着剤１６０４に接触した際に、後述する接着剤１６０４に含まれる成分への溶解や劣化等に対する耐久性のことである。
【００３１】
筐体１５０２を構成する材料として、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリメチルテンペン（ＴＰＸ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ガラス繊維強化ポリエステル等の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）、などの樹脂またはこれらの中から選択される２以上の材料の共重合体またはこれらの中から選択される２以上の材料のポリマーアロイが挙げられる。
【００３２】
耐衝撃性と耐溶剤性を有する材料からなる筐体１５０２とすることにより、燃料カートリッジ１５０１の耐久性が確保される。つまり、耐衝撃性を有する材料により構成されることにより大規模な破損が生じることがなくなり、燃料カートリッジを落下させたとしてもクラック程度の小規模の破損で収まることとなり、また、耐溶剤性を有する材料により構成されることにより、後述する接着剤１６０４を用いた亀裂自動修復機能によるクラックの修復の際にも接着剤１６０４による筐体１５０２への影響が抑制される。
【００３３】
筐体１５０２の厚さは、材料により適宜選択されるが、たとえば０．２ｍｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上とすることができる。こうすることにより、燃料カートリッジ１５０１の耐衝撃性を充分に確保することができる。
【００３４】
接着剤収容室１６０２は、耐溶剤性を有する材料により構成され、さらに耐衝撃性を有する材料であってもよい。
【００３５】
接着剤収容室１６０２を構成する材料として、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリメチルテンペン（ＴＰＸ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ガラス繊維強化ポリエステルなどの繊維強化樹脂（ＦＲＰ）、Ａｌ箔、Ｃｕ箔などの金属箔、ポリエチレンラミネート、ポリプロピレンラミネートなどの樹脂ラミネート、樹脂またはこれらの中から選択される２以上の材料の共重合体、これらの中から選択される２以上の材料のポリマーアロイが挙げられる。
【００３６】
接着剤収容室１６０２の厚さは、たとえば０．２ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上とすることができる。こうすることにより、接着剤収容室１６０２の内壁の接着剤１６０４に対する耐溶剤性を充分に確保することができる。
【００３７】
燃料カートリッジ１５０１において、筐体１５０２と接着剤収容室１６０２の組み合わせを、たとえば、それぞれＰＣとＰＥ、またはＰＣとＰＴＦＥ等とすることができる。こうすることにより、筐体１５０２および接着剤収容室１６０２に充分な耐衝撃性および耐溶剤性を付与することができる。また、筐体１５０２と接着剤収容室１６０２の材質をＰＣ、ＰＰ等の同一の材料により構成することもできる。こうすることにより、筐体１５０２および接着剤収容室１６０２に充分な耐衝撃性および耐溶剤性を付与することができる。
【００３８】
なお、本実施形態において、樹脂の耐溶剤性の評価は、たとえば、材料を接着剤１６０４中に所定の時間浸漬し、取り出した際の外観を目視観察することにより行うことができる。また、取り出した後、機械的強度を測定することもできる。
【００３９】
注入部１５０５は、燃料カートリッジ１５０１の外部に向かって突出している。このため、後述するように、燃料電池の燃料供給管に確実に嵌合されて、接続される。
【００４０】
また、注入部１５０５の先端には、シール部材１５０６が設けられている。シール部材１５０６は、セルフシール性を有する弾性部材である。ここで、セルフシール部材とは、針等の尖体で突き刺された際に、その貫通部分において尖体と被貫通部材との間が密閉される性質を有する部材のことである。被覆部材をゴム等の弾性部材で構成すれば、針等の尖体で突き刺された際、弾性部材が塑性変形を起こし、尖体と被貫通部材と間が好適に密閉される。セルフシール部材として、たとえば、
（ｉ）シリコーンゴム等からなるセプタム；
（ｉｉ）エチレンプロピレンゴム等からなるリシール；
等が挙げられる。その他、尖体が貫通する部分を加硫ゴムとしてもよい。この場合、ゴム中にスリットを設け、スリット側壁にシリコンオイル等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００４１】
また、シール部材１５０６は、燃料１２４に対する耐性を有することが好ましい。このような材料として、たとえば、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のエラストマーを用いることができる。シール部材１５０６をエチレンプロピレンゴムとする場合、エチレンとプロピレンの共重合体（ＥＰＭ）またはエチレンとプロピレンと第３成分の共重合体（ＥＰＤＭ）を用いることができる。
【００４２】
気液分離膜１５０７は、筐体１５０２の外壁に接着されて圧力調整孔１５０９を被覆している。圧力調整孔１５０９を気液分離膜１５０７で覆うことにより、圧力調整孔１５０９において気体の選択的な導通を図ることができる。このため、燃料室１５０８に収容された燃料１２４を燃料電池にスムーズに供給するとともに、燃料１２４のカートリッジ外部への漏出を抑制することができる。
【００４３】
図２は、図１をＡ−Ａ'方向から見た図である。図２に示したように、燃料カートリッジ１５０１において、気液分離膜１５０７を覆う剥離シート１５１０が筐体１５０２の外壁表面に剥離可能に接着された構成としてもよい。
【００４４】
剥離シート１５１０は、燃料カートリッジ１５０１を使用する際に燃料カートリッジ１５０１から剥離可能に形成されていればよい。たとえば各種プラスチック材料の薄膜の気液分離膜１５０７側の表面に酢酸ビニルなどのエマルジョン系粘着剤が塗布された構成とすることができる。また、図２では、円形の剥離シート１５１０の一部が外側に突出して剥離部を形成している。
【００４５】
ここで、燃料カートリッジ１５０１は、たとえば、筐体１５０２を二つの部品に割断しておく方法により作製される。この場合、接着剤収容室１６０２を筐体１５０２となる二つの部品の内部に収容し、二つの部品の割断面同士を接合する。接合方法は、たとえば、超音波により接合する方法、加熱により接合する方法、接着剤を用いる方法等の中から適宜選択することができる。また、二つの部品のうちの一方の接合面に凹部を設け、他方の部品に凸部を設け、これらを嵌合させてもよい。こうして、筐体１５０２内に接着剤収容室１６０２が収容される。
【００４６】
接着剤収容室１６０２と筐体１５０２の二重構造体が得られたら、注入部１５０５の端面にシール部材１５０６を接着する。こうして、燃料カートリッジ１５０１が得られる。なお、筐体１５０２の圧力調整孔１５０９を覆う気液分離膜１５０７を設ける場合には、これを接着してもよい。
【００４７】
接着剤収容室１６０２には接着剤１６０４が充填されている。接着剤１６０４の充填方法については後述する。ここで接着剤１６０４としては、一液硬化性の液状接着剤が用いられ、かつ、燃料カートリッジの耐久性を確保するために、筐体１５０２および接着剤収容室１６０２の材質に適した液状接着剤が好ましく用いられる。また、接着剤１６０２は、Ｏ２に触れると硬化する性質を有するものが好ましく用いられる。
【００４８】
接着剤１６０４としては、たとえば、シアノアクリレート系接着剤等が用いられる。
【００４９】
このような接着剤の具体的な例としては、
メチル２−シアノアクリレート、エチル２−シアノアクリレート、ｎ−プロピル２−シアノアクリレート、イソプロピル２−シアノアクリレート、ｎ−ブチル２−シアノアクリレート、イソブチル２−シアノアクリレート、アミル２−シアノアクリレート、ヘキシル２−シアノアクリレート、２−エチルヘキシル２−シアノアクリレート、オクチル２−シアノアクリレート等のアルキル２−シアノアクリレート；シクロヘキシル２−シアノアクリレート等のシクロアルキル２−シアノアクリレート；
アリール２−シアノアクリレート等のアルケニル２−シアノアクリレート；
メトキシエチル２−シアノアクリレート、エトキシエチル２−シアノアクリレート、メトキシプロピル２−シアノアクリレート等のアルコキアルキル２−シアノアクリレート；    
２−シアノフェニルアクリレート、ベンジル−２−シアノアクリレート等のアリール２−シアノアクリレート；
２−クロロエチル２−シアノアクリレート等のハロゲン化アルキル２−シアノアクリレート
などのシアノアクリレート系接着剤が挙げられる。また、これらは、単独で使用しても二種以上混合して使用してもよい。
【００５０】
ここで、上記接着剤１６０４は筐体１５０２および接着剤収容室１６０２の材質により適宜選択することができる。
【００５１】
また、接着剤収容室１６０２の内面にシリコーンなどの離型剤を塗布することにより、接着剤１６０４の接着剤収容室１６０２内面からの離型性を良好にすることができる。
【００５２】
燃料カートリッジ１５０１が、接着剤収容室１６０２をその内部に有することによって、図３（ａ）に示すように、燃料カートリッジ１５０１の筐体１５０２に亀裂が生じた場合には、図３（ｂ）に示すように、表面張力による毛細管現象の原理によって接着剤１６０４が接着剤収容室１６０２から亀裂部位１６０６に自動的に流れこむ。また、側面や下面に亀裂が生じた場合には表面張力および重力によって、接着剤１６０４が接着剤収容室１６０２から亀裂部位１６０６に自動的に流れこむ。
【００５３】
次に、図３（ｃ）に示すように亀裂部位１６０６を伝って、筐体１５０２の表面まで流れ出した接着剤１６０４は空気に触れることとなる。その後、図３（ｄ）に示すように、接着剤１６０４は空気に触れた面から瞬時に硬化され、亀裂部位１６０６のうち筐体１５０２の表面近傍の部位は、硬化した接着剤１６２２によって埋められることで亀裂が自動修復される。
【００５４】
ここで、接着剤１６０４のうち空気に触れた部分のみが硬化されるので、接着剤収容室１６０２内部の接着剤１６０４まで硬化することはなく、同一の場所もしくは異なる場所に新たな亀裂部位が生じた場合にも上述の亀裂部位が自動的に修復されることとなる。
【００５５】
したがって、ユーザーが燃料カートリッジ１５０１を落下させた場合などに筐体１５０２に亀裂部位１６０６が生じた場合には、上述した亀裂自動修復機能により、燃料カートリッジ１５０１に生じた亀裂部位１６０６が自動的に修復される。この結果、燃料カートリッジ１５０１の耐久性が向上する。
【００５６】
第二の実施形態
図４は、本実施形態における燃料カートリッジ１５０１の製造工程を説明するための断面図である。
【００５７】
まず、接着剤収容室１６０２を筐体１５０２となる二つの部品の内部に収容し、二つの部品の割断面同士を接合する（不図示）。接合方法は、たとえば、超音波により接合する方法、加熱により接合する方法、接着剤を用いる方法等の中から適宜選択することができる。また、二つの部品のうちの一方の接合面に凹部を設け、他方の部品に凸部を設け、これらを嵌合させてもよい。こうして、筐体１５０２内に接着剤収容室１６０２が収容される。
【００５８】
接着剤収容室１６０２と筐体１５０２の二重構造体が得られたら、注入部１５０５の端面にシール部材１５０６を接着する。こうして、燃料カートリッジ１５０１が得られる（不図示）。なお、筐体１５０２の圧力調整孔１５０９を覆う気液分離膜１５０７を設ける場合には、これを接着してもよい。
【００５９】
次に、図４（ａ）に示すように、まず、空気１６２０が入っている接着剤収容室１６０２に入口１６１０から不活性ガス１６１６の充填を開始して、接着剤収容室１６０２内の空気１６２０を出口１６１２から排除する。ここで、接着剤１６０４はＯ２に触れると硬化する性質を有している。したがって、不活性ガス１６１６は後に接着剤収容室１６０２に充填される接着剤１６０４が硬化しないようにＯ２を含まないガスであればよく、Ａｒガスなどの希ガスやＮ２ガスなどが好ましく用いられる。
【００６０】
次に、空気１６２０の排除および不活性ガス１６１６の充填が完了した後に（図４（ｂ））、図４（ｃ）に示すように接着剤１６０４の充填を開始する。ここで、上述したように接着剤収容室１６０２には不活性ガス１６１６が充填されているため、充填中の接着剤１６０４の接着剤収容室１６０２内での硬化が抑制される。
【００６１】
その後、図４（ｄ）に示すように、接着剤１６０４の充填が完了すると、たとえばシール材やゴム栓を用いて、入口１６１０と出口１６１２を閉じて接着剤１６０４を接着剤収容室１６０２内に密封する。
【００６２】
この結果、本実施形態に示す工程で製造された燃料カートリッジ１５０１は、接着剤収容室１６０２を内部に有することによって、第一の実施形態に示したように、ユーザーが燃料カートリッジ１５０１を落下させた場合などに筐体１５０２に亀裂部位１６０６が生じたとしても、上述した亀裂自動修復機能により、燃料カートリッジ１５０１に生じた亀裂部位１６０６が自動的に修復される。この結果、燃料カートリッジ１５０１の耐久性が向上する。
【００６３】
また、空気に触れることなく接着剤１６０４が接着剤収容室１６０２に充填されるので、接着剤１６０４が充填中に硬化されることがなく、上述した亀裂自動修復機能を有し、耐久性に優れた燃料カートリッジ１５０１を製造することができる。
【００６４】
さらにまた、不活性ガス１６１６の充填と、接着剤１６０４の充填とを連続的に行うことにより、バッチ操業方式のように製造工程を一時的に停止することなく、燃料カートリッジ１５０１を簡易な方法で連続的かつ大量に製造をすることが可能となりつつ、亀裂自動修復機能を有し、耐久性に優れた燃料カートリッジ１５０１を製造することができる。
【００６５】
第三の実施形態
図５は、本実施形態における燃料カートリッジ１５０１の製造工程を説明するための断面図である。
【００６６】
まず、接着剤収容室１６０２を筐体１５０２となる二つの部品の内部に収容し、二つの部品の割断面同士を接合する（不図示）。接合方法は、たとえば、超音波により接合する方法、加熱により接合する方法、接着剤を用いる方法等の中から適宜選択することができる。また、二つの部品のうちの一方の接合面に凹部を設け、他方の部品に凸部を設け、これらを嵌合させてもよい。こうして、筐体１５０２内に接着剤収容室１６０２が収容される。
【００６７】
接着剤収容室１６０２と筐体１５０２の二重構造体が得られたら、注入部１５０５の端面にシール部材１５０６を接着する。こうして、燃料カートリッジ１５０１が得られる（不図示）。なお、筐体１５０２の圧力調整孔１５０９を覆う気液分離膜１５０７を設ける場合には、これを接着してもよい。
【００６８】
次に、図５（ａ）に示すように接着剤収容室１６０２の内壁の一部にラミネート袋１６０８を固定することにより、接着剤収容室１６０２内部に隙間１６２４を設ける。この固定の方法としては、たとえば、ラミネート袋１６０８の一部を入口１６１４から接着剤収容室１６０２内に押し込み、続いて、空気などのガスをラミネート袋１６０８に注入することによってラミネート袋１６０８の全体を挿入した後に、ラミネート袋１６０８を接着剤収容室１６０２の内壁の一部に熱圧着する方法が用いられる。このラミネート袋１６０８の材質としては、可撓性を有する材料であればよく、弾力性を有していなくてもよい。たとえば、プラスチックスなどが好ましく用いられ、ポリエチレンやポリプロピレンなどが特に好ましく用いられる。
【００６９】
次に、図５（ｂ）に示すように、入口１６１４に真空ポンプ１６１８を設置し、接着剤収容室１６０２の内壁とラミネート袋１６０８との隙間１６２４の空気１６２０を吸い出すことにより隙間１６２４内を真空状態にする。
【００７０】
その次に、図５（ｃ）に示すように、入口１６１４から接着剤１６０４の充填を開始する。ここで、上記したように隙間１６２４が真空状態となってから接着剤１６０４の充填が開始されるため、充填中の接着剤１６０４は隙間１６２４内で空気１６２０に触れることがなく硬化が抑制される。
【００７１】
その後、図５（ｄ）に示すように、接着剤１６０４の充填が完了すると、たとえばシール材やゴム栓を用いて、入口１６１４を閉じて、接着剤１６０４を接着剤収容室１６０２内部に密封する。
【００７２】
この結果、燃料カートリッジ１５０１は、接着剤収容室１６０２を内部に有することによって、第一の実施形態および第二の実施形態と同様に、ユーザーが燃料カートリッジ１５０１を落下させた場合などに筐体１５０２に亀裂部位１６０６が生じたとしても、上述した亀裂自動修復機能により、燃料カートリッジ１５０１に生じた亀裂部位１６０６が自動的に修復される。この結果、燃料カートリッジ１５０１の耐久性が向上する。
【００７３】
また、空気に触れることなく接着剤１６０４が接着剤収容室１６０２に充填されるので、接着剤１６０４が充填中に硬化されることがなく、上述した亀裂自動修復機能を有し、耐久性に優れた燃料カートリッジ１５０１を製造することができる。
【００７４】
さらにまた、隙間１６２４内部を真空状態にし、接着剤１６０４を充填するための孔は入口１６１４の１つのみであるため、燃料カートリッジ１５０１の構造をより簡素化することができる。このため、燃料カートリッジ１５０１を簡易な方法で大量に製造することが可能となりつつ、亀裂自動修復機能を有し、耐久性に優れた燃料カートリッジ１５０１を製造することができる。
【００７５】
第四の実施形態
図６は、図１に示した燃料カートリッジ１５０１が装着された燃料電池の構成を示す図である。図６の燃料電池１５１１は、燃料電池本体１００および燃料カートリッジ１５０１を有する。
【００７６】
燃料電池本体１００は、複数の単セル構造１０１、燃料容器８１１、仕切板８５３、燃料流出管１１１１、燃料回収管１１１３、リザーバタンク１３８６、ポンプ１１１７、およびコネクタ１１２３を含む。燃料カートリッジ１５０１は、コネクタ１１２３により燃料電池本体１００と着脱可能に構成されている。また、図６には示していないが、燃料電池本体１００は、単セル構造１０１の酸化剤極における電池反応で生成する水をリザーバタンク１３８６に回収する酸化剤極側廃液回収管を有する。
【００７７】
この構成では、燃料カートリッジ１５０１に収容された液体燃料が燃料１２４として単セル構造１０１に供給される。燃料流出管１１１１には、ポンプ１１１７が設けられている。燃料容器８１１には、燃料流出管１１１１を経由して燃料１２４が供給される。燃料流出管１１１１は、リザーバタンク１３８６に連通している。燃料容器８１１に流入した燃料１２４は、燃料容器８１１内に設けられた複数の仕切板８５３に沿って流れ、複数の単セル構造１０１に順次供給される。単セル構造１０１に供給された燃料１２４のうち、電池反応に用いられなったものは、燃料回収管１１１３からリザーバタンク１３８６に回収される。そして、リザーバタンク１３８６にて酸化剤極側廃液回収管（不図示）から回収された水と混合されて、再び燃料流出管１１１１から燃料容器８１１に供給される。
【００７８】
ポンプ１１１７として、たとえば消費電力が非常に小さい小型の圧電モーター等の圧電素子を用いることができる。また、図６には図示していないが、燃料電池１５１１は、ポンプ１１１７の動作を調節して単セル構造１０１への燃料１２４の供給を制御する制御部を有することができる。
【００７９】
図７は、図６のＢ−Ｂ'断面図である。単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８および固体電解質膜１１４を含む。図７の燃料電池においては、１枚の固体電解質膜１１４の一方の面に複数の燃料極１０２が設けられ、他方の面に複数の酸化剤極１０８が設けられており、複数の単セル構造１０１が固体電解質膜１１４を共有し、同一の平面内に配置された構成となっている。また、燃料容器８１１が燃料極１０２の外側を覆い囲うように設けられており、燃料容器８１１中に収容または供給された液体燃料が燃料極１０２に直接供給される。
【００８０】
固体電解質膜１１４は、燃料極１０２と酸化剤極１０８を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜１１４は、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルホン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族縮合系高分子；スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製）（登録商標）、アシプレックス（旭化成社製））；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製）（登録商標））；スルホン化ポリエーテルエーテルケトン；スルホン化ポリエーテルスルホン；等が例示される。
【００８１】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子とを含む燃料極側触媒層および酸化剤極側触媒層をそれぞれ基体上に形成した構成とすることができる。
【００８２】
燃料極側触媒層の触媒としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極１０８に用いる酸化剤極側触媒層の触媒としては、燃料極側触媒層と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極側触媒層および酸化剤極側触媒層の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもどちらでもよい。
【００８３】
燃料極１０２、酸化剤極１０８ともに、基体としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。
【００８４】
このように構成された燃料電池本体１００において、各単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料カートリッジ１５０１から燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤が供給される。燃料カートリッジ１５０１に収容される燃料１２４として、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類を用いることができる。液体燃料は、水溶液とすることができる。酸化剤としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【００８５】
次に、燃料カートリッジ１５０１の使用方法を説明する。使用前の燃料カートリッジ１５０１には燃料１２４が充填されており、注入部１５０５はシール部材１５０６により密閉されている。また、気液分離膜１５０７は剥離シート１５１０により封止されている。
【００８６】
燃料カートリッジ１５０１の使用時は、燃料カートリッジ１５０１を燃料電池本体１００のコネクタ１１２３に装着する。すると、燃料流出管１１１１内に燃料カートリッジ１５０１の注入部１５０５が挿入され、これらがはめあわされる。
【００８７】
図８および図９は、図６における燃料カートリッジ１５０１と燃料流出管１１１１との接続部分を拡大して示した図である。図８では、説明のために燃料電池本体１００と燃料カートリッジ１５０１とを分離して示している。また、図９では、これらが接続された状態を示している。図８および図９に示したように、燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１の先端に、中空針１３７９が設けられている。燃料カートリッジ１５０１を燃料電池本体１００に装着すると、中空針１３７９がシール部材１５０６を貫通するため、燃料カートリッジ１５０１内の液体燃料が燃料流出管１１１１へと導入される。この燃料流出管１１１１は前述したように単セル構造１０１の燃料極１０２に連通しており、燃料極１０２に燃料１２４が供給される。
【００８８】
なお、シール部材１５０６はセルフシール性を有するため、中空針１３７９を穿刺した際に中空針１３７９の周囲にシール部材１５０６が密着し、気密性が確保される。このため、液体燃料の漏洩が好適に抑制される。また、中空針１３７９を除去すれば孔がふさがり、気密性が確保される。
【００８９】
また、中空針１３７９が燃料電池本体１００の燃料流出管１１１１内に収容されている。このため、燃料カートリッジ１５０１を外した状態でも中空針１３７９が燃料電池本体１００の壁面から突出しておらず、使用者が安全に燃料カートリッジ１５０１の着脱を行うことができる。
【００９０】
ここで、本実施形態における燃料電池には、亀裂自動修復機能を有する燃料カートリッジ１５０１が装着されているので、ユーザーが燃料電池を落下させた場合などに筐体１５０２に亀裂部位１６０６が生じたとしても、上記の亀裂自動修復機能により、燃料カートリッジ１５０１に生じた亀裂部位１６０６が自動的に修復される。この結果、燃料電池本体の使用に関する安全性を向上させることができる。
【００９１】
なお、燃料電池１５１１において、酸化剤極側廃液回収管（不図示）を設ける構成に代えて、排気用ファンを設け、燃料電池本体１００の湿気および反応生成気体を電池外部に排気口から排出する構成としてもよい。
【００９２】
また、燃料電池１５１１において、燃料カートリッジ１５０１と燃料流出管１１１１の接続は、シール部材１５０６と中空針１３７９を用いる構成以外としてもよい。たとえば、燃料流出管１１１１の先端または燃料カートリッジ１５０１の注入部１５０５にナットカプラ等のカプラを設けて接続する構成とすることもできる。
【００９３】
以上、発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施形態を変形可能なことはもちろんである。
【００９４】
たとえば、上記の実施形態においては、接着剤収容室１６０２が筐体１５０２内部全面に接する形態について説明したが、図１０に示すように落下の際にクラックが生じやすい筐体１５０２の四隅の近傍にのみ接着剤収容室１６０２が接する形態など、筐体１５０２内部の一部に接着剤収容室１６０２が内包される形態であってもよい。こうすることで、燃料カートリッジ１５０１内部に収容される接着剤１６０４の量は、接着剤１６０４が四隅近傍の部分にのみ収容されているので、接着剤収容室１６０２が筐体１５０２内部の全面に接する場合と比較して少ない量でよいこととなる。したがって、燃料カートリッジ１５０１の軽量化に寄与しつつ、亀裂自動修復機能を確保し、燃料カートリッジ１５０１の耐久性を向上することができる。
【００９５】
また、接着剤１６０４はシアノアクリレート系接着剤以外であっても、一液硬化性の液状接着剤であり、筐体１５０２および接着剤収容層１６０２の材質に適合する接着剤であればよい。
【００９６】
また、筐体１５０２が燃料カートリッジ１５０１の最外層である場合を例に説明したが、筐体１５０２の外側に、包装部材等の筐体１５０２を内包する部材が設けられていてもよい。こうすることにより、落下などの際に筐体１５０２に及ぶ衝撃が小さくなるので、燃料カートリッジ１５０１の耐久性がより向上する。
【００９７】
また、上記の実施形態においては、接着剤収容室１６０２と燃料室１５０８との間には緩衝層を設けていないが、緩衝層を設けてもよい。こうすることにより、燃料カートリッジ１５０１の耐久性がより向上する。
【００９８】
緩衝材は、発泡樹脂材料、ゴム、もしくはゲル状樹脂材料等の弾性材料により構成することができる。
【００９９】
緩衝材の材料として、具体的には、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、などのジエン系ゴム；
ビニルメチルシリコーンゴム（ＶＭＱ）やフッ素化シリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等のシリコーンゴム（Ｑ）、低硬度イソブテンイソプレン等のイソブテン−イソプレン共重合体（ブチルゴム；ＩＩＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）などの非ジエン系ゴム；
エチレン−ビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）；
上記弾性材料の発泡体等の発泡樹脂材料；
またはシリコーンゲル、スチレンエチレンプロピレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）やスチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）等の水添スチレンブロック共重合体とパラフィン等の軟化剤とを含むスチレンゲル、などのゲル状樹脂材料；
等を用いることができる。
【０１００】
緩衝材をシリコーン系のゲルとする場合、たとえば、αゲル（ジェルテック社製）（登録商標）等を用いることができる。また、緩衝材をスチレン系のゲルとする場合、たとえば、ＫＧ−ゲル（北川工業社製）等を用いることができる。
【０１０１】
また、緩衝材を構成する材料は、燃料１２４に対する耐性にすぐれた材料であってもよい。
【０１０２】
また、緩衝材は、たとえばシート状の部材とすることができる。こうすることにより、燃料カートリッジ１５０２を小型化しつつ、その耐衝撃性を充分に向上させることができる。
【０１０３】
また、上記の実施形態においては、熱圧着方式によってラミネート袋を接着剤収容室内壁に固定する形態について説明したが、それ以外の方式であってもラミネート袋が接着剤収容室内壁に固定されていればよい。
【０１０４】
また、上記の実施形態では、燃料カートリッジにアルコール水溶液が収容される場合を例に説明したが、燃料カートリッジには、シクロパラフィン等の液体炭化水素等、ホルマリン、ギ酸、あるいはヒドラジン等の液体燃料を用いることができる。また、液体燃料にはアルカリを加えることもできる。これにより、水素イオンのイオン伝導性を高めることができる。
【０１０５】
また、上記の実施形態においては、接着剤１６０４を接着剤収容室１６０２に充填した後に、シール部材やゴム栓を用いて、入口１６１０、出口１６１２、入口１６１４を閉じる形態について説明したが、それ以外の方法であっても入口１６１０、出口１６１２、入口１６１４を閉じることができればよい。
【０１０６】
また、上記の実施の形態においては、燃料として有機液体燃料を用いる例を示したが、本発明は燃料として水素を用いる燃料電池に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本実施形態に係る燃料カートリッジの構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図１をＡ−Ａ’方向から見た図である。
【図３】本実施形態に係る燃料カートリッジの修復機構を模式的に示した工程断面図である。
【図４】本実施形態に係る燃料カートリッジの製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図５】本実施の形態に係る燃料カートリッジの製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図６】本実施の形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ'断面図である。
【図８】本実施の形態に係る燃料カートリッジと燃料電池本体との接続部分を示す図である。
【図９】本実施の形態に係る燃料カートリッジと燃料電池本体との接続部分を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る燃料カートリッジの構成を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００    燃料電池本体
１０１    単セル構造
１０２    燃料極
１０８    酸化剤極
１１４    固体電解質膜
１２４    燃料
８１１    燃料容器
８５３    仕切板
１１１１      燃料流出管
１１１３      燃料回収管
１１１７      ポンプ
１１２３      コネクタ
１３７９      中空針
１３８６      リザーバタンク
１５０１      燃料カートリッジ
１５０２      筐体
１５０３      接着材充填室
１５０５      注入部
１５０６      シール部材
１５０７      気液分離膜
１５０８      燃料室
１５０９      圧力調整孔
１５１０      剥離シート
１５１１      燃料電池
１６０２      接着剤収容室
１６０４      接着剤
１６０６      亀裂部位
１６０８      ラミネート袋
１６１０      入口
１６１２      出口
１６１４      入口
１６１６      不活性ガス
１６１８      真空ポンプ
１６２０      空気
１６２２    硬化した接着剤
１６２４    隙間
【図１】
2005259534.tif 000003
【図２】
2005259534.tif 000004
【図３】
2005259534.tif 000005
【図４】
2005259534.tif 000006
【図５】
2005259534.tif 000007
【図６】
2005259534.tif 000008
【図７】
2005259534.tif 000009
【図８】
2005259534.tif 000010
【図９】
2005259534.tif 000011
【図１０】
2005259534.tif 000012