(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体に連結自在となる燃料カートリッジであって、該燃料カートリッジには、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と、液体燃料の後端部に、該液体燃料を封止すると共に、液体燃料の消費に伴い移動する追従体とを備え、かつ、該追従体には、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる追従補助部材と、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる蓋部材とが設けられ、前記追従体は下部の追従補助部材と上面の蓋部材とで挟まれる構成となっていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項２】
追従補助部材と蓋部材とは、連結部材により連結されている請求項１に記載の燃料カートリッジ。
【請求項３】
追従補助部材と蓋部材との距離は、燃料収容容器内面の径若しくは幅の５０〜２００％である請求項１又は２に記載の燃料カートリッジ。
【請求項４】
追従体は、液体燃料に対して、不溶性若しくは難溶性の液体、及びその液体のゲル状物から選ばれる少なくとも１種からなる請求項１〜３の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項５】
不溶性若しくは難溶性の液体が、不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤からなり、不溶性若しくは難溶性の液体のゲル状物が不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤と増粘剤とを含有するものからなる請求項４に記載の燃料カートリッジ。
【請求項６】
不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤がポリブテン、鉱油、シリコーンオイル、流動パラフィンから選ばれる少なくとも１種である請求項５に記載の燃料カートリッジ。
【請求項７】
増粘剤がスチレン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、リン酸エステルのカルシウム塩、微粒子シリカ、アセトアルコキシアルミニウムジアルキレートから選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の燃料カートリッジ。
【請求項８】
追従補助部材が燃料収容容器の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有する請求項１〜７の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項９】
蓋部材が燃料収容容器の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有する請求項１〜８の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１０】
追従補助部材が燃料収容容器の径方向での断面形状と相似形状の断面形状である請求項１〜９の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１１】
蓋部材が燃料収容容器の径方向での断面形状と相似形状の断面形状である請求項１〜１０の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１２】
追従補助部材及び／又は蓋部材は、固形物、中空構造体又は多孔質体の何れかである請求項１〜１１の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１３】
追従補助部材、蓋部材及び連結部材は、追従体及び液体燃料に対して不溶性材料若しくは難揮発性材料からなる請求項１〜１２の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１４】
蓋部材には、追従体を充填するための貫通孔が設けられている請求項１〜１３の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１５】
蓋部材には、追従体を充填するための空気抜きの隙間が設けられている請求項１４に記載の燃料カートリッジ。
【請求項１６】
液体燃料がメタノール液、エタノール液、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、ショ糖水溶液から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜１５の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１７】
燃料収容容器は、少なくとも液体燃料と接触する壁面が液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されている請求項１〜１６の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料カートリッジに関し、更に詳しくは、携帯電話、ノート型パソコン、ＰＤＡ、デジタルカメラ及び電子手帳などの携帯用電子機器の電源として用いられる小型の燃料電池用に好適な燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池セル内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。
【０００３】
近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる燃料電池が注目されてきている（例えば、特許文献１及び２参照）。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている（例えば、特許文献３及び４参照）。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池は、燃料タンクから液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、液体燃料を圧送するためのポンプを必要としないなど小型化に際してメリットがある。
【０００４】
しかしながら、このような単に燃料貯蔵槽に設けられた、多孔体及び／又は繊維束体の毛管力だけを利用した液体燃料電池は、構成上は小型化に適するものの、燃料極に燃料が直接液体状態で供給されるため小型携帯機器に搭載し、電池部の前後左右や上下が絶えず変わる使用環境下では、長時間の使用期間中に燃料の追従が不完全となり、燃料供給遮断などの弊害が発生し、電解質層への燃料供給を一定にすることを阻害する原因となっている。
【０００５】
また、これら欠点の解決策の一つとして、例えば、液体燃料を毛管力によりセル内に導入した後、液体燃料を燃料気化層にて気化して、使用する燃料電池システム（例えば、特許文献５参照）が知られているが、基本的な問題点である燃料の追従性不足は改善されていないという課題を有し、また、この構造の燃料電池は液体を気化させた後に燃料として用いるシステムのため、小型化が困難となるなどの課題がある。
このように従来の燃料カートリッジでは、燃料の追従性を維持しつつ安定した状態で液体燃料を供給することが可能であり、携帯機器への搭載が可能な程度の小型化が切望されているのが現状である。
【特許文献１】特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献２】特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献３】特開昭５９−６６０６６号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献４】特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献５】特開２００１−１０２０６９号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の燃料カートリッジにおける課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、例えば、燃料カートリッジに激しい振動が加えられても液体燃料の追従性を維持しつつ安定して液体燃料を供給することができる耐振動性に優れる燃料カートリッジを提供することを目的とし、特に、液体燃料の内容量を大容量とし、カートリッジ径が太くなっても、燃料電池本体に直接液体燃料を安定的に供給すると共に、保管時に液体燃料の損失がなく、また、耐振動性に優れる燃料カートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、燃料電池本体に連結自在となる燃料カートリッジにおいて、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と、液体燃料の後端部に、特定物性の追従体と特定構造となる追従補助部材と蓋部材とを備えることにより、上記目的の燃料カートリッジが得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明は、次の（１）〜（１７）に存する。
（１）  燃料電池本体に連結自在となる燃料カートリッジであって、該燃料カートリッジには、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と、液体燃料の後端部に、該液体燃料を封止すると共に、液体燃料の消費に伴い移動する追従体とを備え、かつ、該追従体には、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる追従補助部材と、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる蓋部材とが設けられていることを特徴とする燃料カートリッジ。
（２）  追従補助部材と蓋部材とは、連結部材により連結されている上記（１）に記載の燃料カートリッジ。
（３）  追従補助部材と蓋部材との距離は、燃料収容容器内面の径若しくは幅の５０〜２００％である上記（１）又は（２）に記載の燃料カートリッジ。
（４）  追従体は、液体燃料に対して、不溶性若しくは難溶性の液体、及びその液体のゲル状物から選ばれる少なくとも１種からなる上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（５）  不溶性若しくは難溶性の液体が、不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤からなり、不溶性若しくは難溶性の液体のゲル状物が不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤と増粘剤とを含有するものからなる上記（４）に記載の燃料カートリッジ。
（６）  不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤がポリブテン、鉱油、シリコーンオイル、流動パラフィンから選ばれる少なくとも１種である上記（５）に記載の燃料カートリッジ。
（７）  増粘剤がスチレン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、リン酸エステルのカルシウム塩、微粒子シリカ、アセトアルコキシアルミニウムジアルキレートから選ばれる少なくとも１種である上記（５）に記載の燃料カートリッジ。
（８）  追従補助部材が燃料収容容器の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有する上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（９）  蓋部材が燃料収容容器の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有する上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１０）  追従補助部材が燃料収容容器の径方向での断面形状と相似形状の断面形状である上記（１）〜（９）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１１）  蓋部材が燃料収容容器の径方向での断面形状と相似形状の断面形状である上記（１）〜（１０）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１２）  追従補助部材及び／又は蓋部材は、固形物、中空構造体又は多孔質体の何れかである上記（１）〜（１１）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１３）  追従補助部材、蓋部材及び連結部材は、追従体及び液体燃料に対して不溶性材料若しくは難揮発性材料からなる上記（１）〜（１２）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１４）  蓋部材には、追従体を充填するための貫通孔が設けられている上記（１）〜（１３）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１５）  蓋部材には、追従体を充填するための空気抜きの隙間が設けられている上記（１４）に記載の燃料カートリッジ。
（１６）  液体燃料がメタノール液、エタノール液、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、ショ糖水溶液から選ばれる少なくとも１種である上記（１）〜（１５）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（１７）  燃料収容容器は、少なくとも液体燃料と接触する壁面が液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されている上記（１）〜（１６）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、保管時に液体燃料の損失がなく、しかも、液体燃料を燃料電池本体へ安定的に供給することができ、特に、液体燃料の内容量を大容量とし、カートリッジ径が太くなっても、燃料電池本体に直接液体燃料を安定的に供給することができる耐振動性に優れる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】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１〜図２は、本発明の基本的な実施形態を示す燃料カートリッジＡの基本形態（第１実施形態）を示すものである。
本第１実施形態の燃料カートリッジＡは、燃料電池本体に連結自在となるものであり、液体燃料Ｆを収容するチューブ型の燃料収容容器１０と、燃料流出部１１と、液体燃料Ｆの後端部に、該液体燃料を封止すると共に、液体燃料の消費に伴い移動する追従体２０とを有し、該追従体２０には、流動性がない固形状であり、液体燃料に対して不溶性となる追従補助部材２１と、流動性がない固形状であり、液体燃料に対して不溶性となる蓋部材２２とが設けられている。
【００１１】
上記チューブ型の燃料収容容器１０としては、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性、ガス不透過性（酸素ガス、窒素ガス等に対するガス不透過性）、更に、液体燃料の残量を外部から視認できるように光線透過性があるものから構成されることが好ましい。
燃料収容容器１０としては、例えば、光線透過性を要求されない場合であれば、アルミニウム、ステンレスなどの金属、光線不透過性、例えば有色の合成樹脂やガラスなどが挙げられるが、前記した液体燃料の残量の視認性、ガス不透過性、製造や組立時のコスト低減及び製造の容易性などから、好ましくは、上記各特性を有するポリプロピレン、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどの単独もしくは２種以上の樹脂を含む単層構造、或いは少なくとも１種以上を有する層を１層以上を含む複数層の多層構造からものが挙げられる。多層構造の場合は、少なくとも１層が、前記した性能（ガス透過度）を持つ樹脂で構成されていれば、残りの層は上述していない通常の樹脂でも実使用上問題はない。このような多層構造のチューブは、押出し成形、射出成形、共押出し成形などにより製造することができる。
上記チューブ型の燃料収容容器１０の大きさとしては、特に限定されないが、内径５〜５０ｍｍ、長さ３０〜２００ｍｍとすることができ、更に内径を１０〜５０ｍｍとすることができる。
【００１２】
燃料流出部１１には、筒状の燃料収容容器１０の内部と外部との連通を封止する弁体１２を備えており、本実施形態では燃料流出部１１内に弁体１２が直接又は弁体アダプターを介して収納される構造となっている。この弁体１２は、筆記具などにおいて用いられる部材と同様の構成であり、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、燃料収容容器１０内に直接収容される液体燃料Ｆに対して、後述する燃料供給管周辺の空気などの異物の浸入を防ぐものである。
この弁体１２は、液体燃料供給部材を挿入することで燃料収容容器１０と内部とを連通させ、燃料収容容器１０内部の液体燃料Ｆを外部へ供給させる直線状のスリットからなる連通部１３及び連通部１３の周囲を包囲する弁体外縁部１４を有している。前記弁体１２が燃料流出部１１又は弁体アダプター１６に収納された際に、弁体外縁部１４の周囲から弁体１２が径方向に圧縮されることで、前記連通部１３に圧縮力が作用するようにしたものであり、本実施形態では図２（ｂ）に示すように楕円状であって、短径方向ｘに切り込みのある連通部となるスリット１３を設け、短径方向ｘと異なる方向の応力、例えば短径方向ｘに直交する長径方向ｙの応力が弁体１２にかかると、外縁部１４を圧縮してスリット１３を閉じる方向に作用する。
【００１３】
なお、上記連通部１３を直線状のスリットで形成したが、液体燃料供給部材を挿入することで燃料収容容器１０と内部とを連通させ、燃料収容容器１０内部の液体燃料Ｆを外部へ供給できる構造となるものであれば、特に限定されず、十字状や放射状のスリット、スリットを複数形成し各スリットが同一箇所で交差するようにした構造、円孔状、矩形孔状であってもよい。好ましくは、上記直線状のスリットが望ましい。また、外縁部１４の形状は、特に限定されず、上記形態のように楕円状の他、円形状に形成することができる。
【００１４】
この弁体１２の内面側には、液体燃料供給部材を挿入する際にスムーズに挿入できるように燃料収容容器１０の内部に向かって凸状のテーパー面（突起）１５を形成することが好ましく、テーパー面１５に連通部１３が設けられていることが特に好ましい。
前記燃料流出部１１には、図２（ｄ），（ｅ）に示すようなアダプター１６が設けられ、アダプター１６は筒状に形成され、その内周面にストッパー部１６ａ，１６ａが形成された本体部１６ｂと、筒状に形成された固定部材１６ｃとからなり、ストッパー部１６ａと固定部材１６ｃとの間で上記構成の弁体１２を挟持してなるものである。
弁体１２とアダプター１６との組合せに関して、図２に示すように、楕円形状のスリット弁と円形状のアダプターの場合が挙げられ、また、逆に、円形状のスリット弁と楕円形状のアダプターとしてもよく、この場合、スリット弁のスリット方向をアダプターの長径とすることが必要である。
この構造の弁体１２により、使用休止（未使用）時にも空気などの異物の浸入を防止する構造となっている。これは、空気などの浸入により液体燃料収容容器１０内の圧力増加などによる燃料漏れ、噴出しなどの事故を防止するためである。
【００１５】
この弁体１２、アダプター１６としては、液体燃料の漏洩をより効果的に防止する点から、上記構造等で、液体燃料Ｆに対して気体透過性の低い材料からなり、かつ、ＪＩＳ  Ｋ  ６２６２−１９９７で規定される圧縮永久歪み率が２０％以下の材料から構成されるものが好ましい。
これらの弁体１２、アダプター体１６の材料としては、収容される液体燃料Ｆに対して保存安定性、耐久性、ガス不透過性、燃料供給管に密着できる弾性を有し、上記特性を有するものであれば、特に限定されず、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、二トリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどのゴム、熱可塑性エラストマーが挙げられ、通常の射出成形や加硫成形などによって製造することができる。
【００１６】
用いる液体燃料Ｆとしては、メタノールと水とからなるメタノール液が挙げられるが、後述する燃料電極体において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、ショ糖水溶液などの液体燃料も用いることができる。
また、これらの液体燃料の濃度は、燃料電池の構造、特性等により種々の濃度の液体燃料を用いることができ、例えば、１〜１００％濃度の液体燃料を用いることができる。
【００１７】
追従体２０は、燃料収容容器１０に収容される液体燃料Ｆの後端面に接触し、該液体燃料Ｆを封止すると共に、燃料収容容器１０内の液体燃料Ｆが燃料流出部１１から燃料電池等に供給することによって移動する液体燃料Ｆの後端面に伴い移動するものであり、燃料収容容器１０内の液体燃料Ｆが燃料収容容器１０における燃料流出部１１と反対側、つまり追従体２０側から漏出、蒸発してしまうことを防止すると共に、液体燃料への空気の侵入を防止するものである。
この追従体２０としては、液体燃料Ｆに対し溶解、拡散しないことが要求される。液体燃料Ｆに対し溶解、拡散してしまうような場合、燃料貯蔵槽となる燃料収容容器１０内の液体燃料が漏出、蒸発してしまい燃料貯蔵槽としての役割を果たせないばかりか、液体燃料Ｆによって追従体１２を構成する物質が燃料電池本体の燃料極に浸入し、反応に悪影響が出ることが考えられる。これらの条件を勘案して、本発明に用いる追従体２０の好ましい特性等が選択される。
【００１８】
用いることができる追従体２０としては、液体燃料Ｆに対して、不溶性若しくは難溶性の液体からなるもの、または、これらの液体のゲル状物からなり、かつ、液体燃料Ｆの比重に対して、追従体の比重が９０％〜２００％であるものが好ましい。
不溶性若しくは難溶性の液体としては、例えば、ポリブテン、鉱油、ポリグリコール、ポリエステル、シリコーンオイル、流動パラフィンなどの不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
用いることができるポリブテンとしては、例えば、市販品のニッサンポリブテンＮ（日本油脂社製）、ＬＶ−７、ＬＶ−１０、ＬＶ−２５、ＬＸ−５０、ＬＶ−１００、ＨＶ−１５、ＨＶ−３５、ＨＶ−５０、ＨＶ−１００、ＨＶ−３００、ＨＶ−１９００、ＨＶ−３０００（以上、日本石油化学社製）、３５Ｒ（出光興産社製）などが挙げられ、鉱物油としては、例えば、市販品のダイアナプロセスオイルＭＣ−Ｗ９０、ＰＳ−４３０、ＰＳ−９０（以上、出光興産社製）などが挙げられる。
シリコーンオイルとしては、ＫＦ−９６  ０．６５〜３０，０００（以上、信越シリコーン社製）などが挙げられる。
これらの不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤は、１種または２種以上を合わせて使用することができる。
【００１９】
また、不溶性若しくは難溶性の液体のゲル状物は、上記不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤と増粘剤とを含有するものから構成される。
用いる増粘剤は、上記不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤に可溶若しくは膨潤するものであり、不溶性若しくは難溶性の液体をゲル状物にできるものであれば良く、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、リン酸エステルのカルシウム塩、微粒子シリカ、アセトアルコキシアルミニウムジアルキレート、脂肪酸金属塩、変性クレーから選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【００２０】
スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＢＣ）は、ポリスチレンブロックとゴム中間ブロックとを有しポリスチレン部分が物理架橋（ドメイン）を形成して橋かけ点となる熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）であり、ハードセグメントのポリスチレン（Ｓ）とソフトセグメントのポリブタジエン（Ｂ）、ポリイソプレン（Ｉ）、エチレン・ブチレン（ＥＢ）、エチレン・プロピレン（ＥＰ）、ビニル−ポリイソプレン（Ｖ−Ｉ）等との組み合わせにより、Ｓ−Ｂ−Ｓ、Ｓ−Ｉ−Ｓ、Ｓ−ＥＢ−Ｓ、Ｓ−ＥＰ−Ｓ、Ｖ−ＳＩ−Ｓなどのリニアタイプ、放射状タイプ、並びに、これらの水添を用いることができる。
用いることができる塩化ビニル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶＣ）は、ハードセグメントにＰＶＣ、ＮＢＲ等を使用し、ソフトセグメントにＰＶＣを使用したＴＰＥであり、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）は、ハードセグメントにポリプロピレンンやポリエチレンなどのポリオレフィンを用い、ソフトセグメントにＥＰＤＭなどを使用したＴＰＥである。
【００２１】
また、用いることができるポリアミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡＥ）は、ナイロンをハードセグメントとし、これにポリエステル又はポリオール（ＰＴＭＧ又はＰＰＧ）をソフトセグメントとしたブロックコポリマー等であり、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）は、ハードセグメントに高融点で高結晶の芳香族ポリエステル、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を、ソフトセグメントにはガラス転移温度が低い（例えば、−７０℃以下の）非晶性ポリエーテル、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）を使用したマルチブロックポリマーや、ソフトセグメントに脂肪族ポリエステルを使用したタイプ等のＴＰＥであり、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）は、分子内に部分架橋を有する不完全可塑タイプと、完全に線状の高分子体で完全熱可塑性タイプなどが挙げられ、ジイソシアネートと短鎖グリコールからなるポリマー鎖がハードセグメントとなり、ジイソシアネートとポリオールからなるポリマー鎖がソフトセグメントとなり、ジイソシアネート、長・短鎖ポリオールの種類、量によって多様なポリマーができ、カプロラクトン型、アジピン酸型、ポリテトラメチレングリコール型〔ＰＴＭＧ型（又はエーテル型）〕などを用いることができる。
微粒子シリカとしては、疎水性シリカ等（市販品としてはアエロジルＲ−９７４Ｄ、日本アエロジル社製）などを用いることができる。
これらの増粘剤は、１種または２種以上を合わせて使用することができる。
【００２２】
これらの不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤と増粘剤とを含有するゲル状物からなる追従体は、追従体全量に対して、不揮発性若しくは難揮発性有機溶剤を７０〜９９．８重量％（以下、単に「％」という）、好ましくは、８５〜９９．５％、更に好ましくは、８７〜９９．５％とし、増粘剤を、０．２〜３０％、好ましくは、０．５〜１５％、更に好ましくは、０．５〜１０％とすることが望ましい。
【００２３】
用いることができる追従体２０は、上述の如く、不溶性若しくは難溶性の液体からなるもの、または、これらの液体のゲル状物からなる、好ましくは、カートリッジ径を太くした場合においても、更なる追従性を向上せしめて、液体燃料を安定的に供給する点から液体のゲル状物からなるものが望ましく、かつ、燃料消費に伴い効率良く追従させる点から、液体燃料Ｆの比重に対して、追従体の比重が９０％〜２００％であるものが好ましく、更に好ましくは、９５％〜１５０％とすることが望ましい。
本発明では、用いる液体燃料の種類及びその濃度により、追従体２０の比重が変動するものとなる。すなわち、用いる各液体燃料及びその濃度の比重は、下記表１に示すとおりである。
【表１】
0005123494.tif 000002
【００２４】
本発明において、例えば、液体燃料Ｆとして７０％メタノール（比重０．８７２）を使用する場合は、不溶性若しくは難溶性の液体から追従体、または、これらの液体のゲル状物からなる追従体の比重は、０．７８５〜１．７４４とすることが好ましく、更に好ましくは、０．７８５〜１．３０８とすることが望ましく、また、液体燃料ＦとしてＤＭＥ（比重０．６６１）を使用する場合は、追従体の比重は、０．５９５〜１．３２２とすることが好ましく、更に好ましくは、０．５９１５〜０．９９１５とすることが望ましい。
本発明において、燃料電池に用いる液体燃料Ｆはその比重が（大部分が１以下と）小さいため、用いる上記好ましい比重範囲となる追従体を作製するには、上記不溶性若しくは難溶性の液体の種類及びその使用量、並びに、増粘剤及びその使用量、及びその製法等を好適に組み合わせて、調製することができる。
【００２５】
また、上記構成の追従体の使用量は、良好な追従性、落下時の耐衝撃性の点から、決定されるべきものであり、特に用いる液体燃料Ｆの封入量（重量比１）に対して、０．０１〜０．５倍とすることが好ましく、更に好ましくは、０．１〜０．２倍とすることが望ましい。例えば、液体燃料Ｆとして、７０％メタノール液２ｍｌを収容容器に充填する場合は、追従体の量は、０．２〜０．４ｍｌとすることが好ましい。
【００２６】
本発明に用いる追従補助部材２１は、流動性がない固形状の物で、液体燃料に対して不溶性であり、かつ、追従体２０に挿入されるものである。
この追従補助部材２１は、燃料の消費速度の速いものや、大容量の液体燃料を搭載する場合に、チューブ型等の燃料収容容器の径が太いものを用いた場合においても、追従体１２の追従を追従切れを起こすことなく、良好に追従させるために備えるものであり、また、後述する蓋部材２２とにより、燃料カートリッジに激しい振動が加えられても追従体２０の変形や追従体２０が液体燃料Ｆの後端面からの剥離してしまうことを防止して、直接液体燃料を燃料電池本体へ安定的に供給するために用いるものである。
【００２７】
この追従補助部材２１の材質としては、例えば、ポリプロピレン、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、各種ゴムなどから構成されるものが挙げられ、好ましくは、これらの材質からなる固形物、または、その中空構造体、多孔質体などを用いることができる。本実施形態においては、図示しないが多孔質体のものを採用している。
【００２８】
この追従補助部材２１の形状としては、円柱状、四角柱状、三角柱状、球状などが挙げられ、好ましくは、更なる本発明の効果を発揮せしめる点から、燃料カートリッジ断面と相似形状が望ましく、また、その全体の長さ（高さ）は、追従体２０の全長に対して、３０〜７０％とすることが好ましい。
用いる追従補助部材２１は、燃料の消費速度の速いものや、多量の液体燃料を搭載した場合に燃料収容容器の径を大型化した場合における良好な追従性の発揮等の点から、燃料収容容器２０の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有するものが好ましく、更に好ましくは、８０〜９５％とすることが望ましい。また、追従補助部材２１は、不溶性若しくは難溶性の液体又はその液体のゲル状物からなる追従体２０中に挿入、または、その追従補助部材２３の一部が不溶性若しくは難溶性の液体又はその液体のゲル状物からなる追従体２０の下に出ている状態であってもよいものである。
【００２９】
また、本実施形態では、液体収容容器１０の内径が６．０ｍｍ、外形８．０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、液体燃料Ｆが７０％メタノール液（比重０．８７２）、追従体２０が不溶性若しくは難溶性の液体のゲル状物（比重１．０）、追従補助部材２１がポリプロピレン製で、見かけ比重（重量／体積、以下同様）０．５であり、その長さ（高さ）は、追従体の全長に対して、７０％、直径５ｍｍ、断面積は、燃料収容容器１０の径方向での断面積の７０％となるものである。
【００３０】
本発明に用いる蓋部材２２は、流動性がない固形状のもので、液体燃料に対して不溶性であり、かつ、追従体２０の蓋体として追従体２０の上面に配置されるものである。
この蓋部材２２は、上記追従補助部材２１とにより、追従体２０を挟む構成とすることにより、燃料カートリッジに激しい振動が加えられても追従体２０の変形や剥離を防止して、直接液体燃料を燃料電池本体へ安定的に供給するために用いるものである。
【００３１】
この蓋部材２２の材質としては、上述の追従補助部材２０と同様の各種樹脂、各種ゴムなどから構成され、好ましくは、これらの材質からなる固形物、または、その中空構造体、多孔質体などを用いることができる。本実施形態においては、前記追従補助部材２１と同様に、該蓋部材も、図示しないが、多孔質体から構成されている。
また、この蓋部材２２の形状としては、円柱状、四角柱状、三角柱状、球状などが挙げられ、好ましくは、更なる本発明の効果を発揮せしめる点から、燃料カートリッジ断面と相似形状が望ましい。
用いる蓋部材２２は、燃料の消費速度の速いものや、多量の液体燃料を搭載した場合に燃料収容容器の径を大型化した場合における良好な追従性の発揮及び燃料カートリッジに激しい振動が加えられても追従体２０の変形や剥離を防止する等の点から、燃料収容容器１０の径方向での断面積の５０％以上の断面積を有するものが好ましく、更に好ましくは、８０〜９５％とすることが望ましい。また、蓋部材２２は、不溶性若しくは難溶性の液体又はその液体のゲル状物からなる追従体２０中に挿入、または、その蓋部材２２の一部が不溶性若しくは難溶性の液体又はその液体のゲル状物からなる追従体２０の上に出ている状態であってもよいものである。
【００３２】
また、この蓋部材２２と上記追従補助部材２１との距離Ｚは、少なすぎると追従性が確保できず、大きすぎるとその分燃料が充填できなくなる点から、燃料収容容器１０内面の径若しくは幅の５０〜２００％とすることが望ましく、また、距離Ｚの全体の長さ（高さ）は、追従体２０の全長に対して、５０〜９０％とすることが好ましい。
更に、本実施形態では、蓋部材２２には、追従体２０を充填するための貫通孔２２ａ、２２ａが設けられている。
本実施形態では、液体収容容器の内径が６．０ｍｍ、外形８．０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、液体燃料Ｆが７０％メタノール液（比重０．８７２）、追従体２０が不溶性若しくは難溶性の液体のゲル状物（比重１．０）、蓋部材２２がポリプロピレン製で、見かけ比重０．５〜１．０であり、その直径５ｍｍ、断面積は、燃料収容容器１０の径方向での断面積の７０％となるものであり、貫通孔は、直径１ｍｍとなるものである。また、蓋部材２２と追従補助部材２１との距離は、３ｍｍである。
【００３３】
図３〜図７は、他の実施形態となる追従補助部材２１と蓋部材２２との各種構造を示すものであり、各図中の（ａ）は正面図（図３、図４、図７は横断面図）、（ｂ）蓋部材の平面図、（ｃ）は斜視図である。なお、図１及び２に示す追従補助部材２１及び蓋部材２２と同様の構成は同一符号を示してその説明を省略する。また、用いる燃料カートリッジ（収容容器１０）の形状は、追従補助部材２１と蓋部材２２の断面形状と相似形状となっている。
図３は、追従補助部材２１と蓋部材２２の外径形状を正方形形状としたものであり、図４は、円形形状の蓋部材２２を二分割したものであり、使用に際しては、二分割した蓋片２２ｂ、２２ｂを少し離隔せしめて円形状としたものである。また、この形態では、蓋部材２２の中央に追従体充填用の貫通孔２２ａが形成される構成となっている。この図３及び図４の追従補助部材２１の材質は中空の構造となっている。
図５は、追従補助部材２１と蓋部材２２の外径形状を長方形形状としたものであり、蓋部材２２は長方形形状を二分割した蓋片２２ｃ、２２ｃを有し、使用に際しては、二分割した蓋片２２ｃ、２２ｃを少し離隔せしめて長方形状としたものである。また、この形態では、各蓋片２２ｃに貫通孔２２ａ，２２ａが形成される構成となっている。この図５の追従補助部材２１と蓋部材２２の材質は、多孔質体（図示せず）から構成されている。
【００３４】
図６は、追従補助部材２１と蓋部材２２の外径形状を円形形状としたものであり、蓋部材２２内には追従体を充填するための貫通孔２２ａ、２２ａが形成される共に、その外周部に、追従体２０の充填を更にスムーズにするための空気抜きの隙間（通気孔やスリット含む）２２ｄ、２２ｄが形成された構成となっている。この図６の追従補助部材２１と蓋部材２２の材質は多孔質体（図示せず）から構成されている。
図７は、追従補助部材２１と蓋部材２２の外径形状を正方形形状としたものであり、蓋部材２２内には追従体を充填するためか貫通孔２２ａ、２２ａが形成される共に、その二隅部に、追従体２０の充填を更にスムーズにするための空気抜きの隙間（通気孔やスリットを含む）２２ｄ、２２ｄが形成された構成となっている。この図７の追従補助部材２１の材質は中空の構造となっている。
【００３５】
このように構成される燃料カートリッジＡの作製方法としては、例えば、図１及び図２に示すようにチューブ型の燃料収容容器１０の下端部に弁体１２を有する燃料流出部１１を配置せしめ、次いで、液体燃料を上端の開口部から所定量充填した後、追従補助部材２１、追従体２０、蓋部材２２を挿入した後、遠心機により、弁方向へ３００Ｇを１０分間加重することにより作製することができる。
以上のように構成される燃料カートリッジＡは、図８及び図９に示すように、燃料電池本体Ｎに連結自在となり、使用に供されることとなる。なお、燃料電池本体は、下記実施形態に限定されるものではない。
この実施形態の燃料電池本体Ｎは、図８及び図９に示すように、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体３１の外表部に電解質層３３を構築し、該電解質層３３の外表部に空気電極層３４を構築することで形成される単位セル（燃料電池セル）３０，３０と、燃料貯留体Ａに接続される浸透構造を有する燃料供給体４０と、該燃料供給体４０の終端に設けられる使用済み燃料貯蔵槽５０とを備え、上記各単位セル３０、３０は直列に連結されて燃料供給体４０により燃料が順次供給される構造となっており、前記燃料カートリッジＡは、交換可能なカートリッジ構造体となっており、燃料電池本体Ｂの支持体１５に挿入される構造となっている。
この実施形態では、図１〜図２に示すように液体燃料Ｆが直接貯蔵され、液体燃料Ｆを収容する燃料収容容器１０の下部に燃料流出部１１の弁体１２に挿入される燃料供給体４０により、燃料が供給されるものである。
【００３６】
これらの燃料貯留体Ａの燃料収容容器１０、燃料流出部１１、燃料供給体４０は、嵌合などによりそれぞれ接合される。このとき、それぞれの部材が液体燃料Ｆの表面自由エネルギーよりも高い場合、接合部の隙間に入り込みやすく液体燃料Ｆが漏洩する可能性が高まってしまう。そのため、これらの部材の少なくとも液体燃料Ｆと接触する壁面には、液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されていることが望ましい。この調整方法としては、燃料収容容器１０などの液体燃料と接触する壁面に、シリコン系、ケイ素樹脂若しくはフッ素系の撥水剤を用いたコーティングによる、撥水膜形成処理を施すことにより行うことができる。
【００３７】
単位セルとなる各燃料電池セル３０は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、微小柱状の炭素多孔体よりなる燃料電極体３１を有すると共に、その中央部に燃料供給体４０を貫通する貫通部３２を有し、上記燃料電極体３１の外表部に電解質層３３が構築され、該電解質層３３の外表部に空気電極層３４が構築される構造からなっている。なお、各燃料電池セル３０の一つ当たり、理論上約１．２Ｖの起電力を生じる。
【００３８】
この燃料電極体３１を構成する微小柱状の炭素多孔体としては、微小な連通孔を有する多孔質構造体であれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などが挙げられ、好ましくは、燃料電池の燃料極における反応制御が容易かつ反応効率の更なる向上の点で、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体が望ましい。
【００３９】
この多孔質構造からなる炭素複合体の作製に用いる炭素粉末としては、更なる反応効率の向上の点から、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも１種（単独または２種以上の組合せ）が好ましい。
また、この燃料電極体３１の外表部には、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）触媒、イリジウム−ルテニウム（Ｉｒ−Ｒｕ）触媒、白金−スズ（Ｐｔ−Ｓｎ）触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。
【００４０】
電解質層３３としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン（Nafion、Du pont社製）を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット（複合）膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気電極層３４としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。
【００４１】
前記燃料供給体４０は、燃料貯留体Ａの燃料流出部１１の弁体１２内に挿入され、該液体燃料Ｆを各単位セル３０に供給できる浸透構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維束体からなるものが挙げられ、これらの多孔体、繊維束体の気孔率等は各単位セル２０への供給量に応じて適宜設定されるものである。
【００４２】
使用済み燃料貯蔵槽５０は、燃料供給体４０の終端に配置されるものである。この時、使用済み燃料貯蔵槽５０を燃料供給体４０の終端に直接接触させて使用済み燃料を直接吸蔵体等により吸蔵させても問題ないが、燃料供給体４０と接触する接続部に中綿や多孔体、または繊維束体などを中継芯として設け、使用済み燃料排出路としてもよい。
また、燃料供給体４０により供給される液体燃料は、燃料電池セル３０で反応に供されるものであり、燃料供給量は、燃料消費量に連動しているため、未反応で電池の外に排出される液体燃料は殆どなく、従来の液体燃料電池のように、燃料出口側の処理系を必要としないが、運転状況により供給過剰時に至った際には、反応に使用されない液体燃料が貯蔵槽５０に蓄えられ阻害反応を防ぐことができる構造となっている。
なお、６０は、燃料貯留体Ａと使用済み燃料貯蔵槽５０を連結すると共に、燃料カートリッジ１０から各単位セル３０、３０の個々に燃料供給体４０を介して直接液体燃料を確実に供給するメッシュ構造などからなる部材である。
【００４３】
このように構成される燃料カートリッジＡを用いた燃料電池は、燃料貯留体Ａから燃料供給部となる燃料流出部１１の弁体１２に挿入された燃料供給体４０又は浸透構造を持つ燃料電極体３１に供給され、いずれかの浸透構造により、液体燃料を燃料電池セル３０、３０内に導入するものである。
本発明では、燃料電池本体に連結自在となる燃料カートリッジＡには、液体燃料Ｆを収容する燃料収容容器１０と、燃料流出部１１と、液体燃料Ｆの後端部に、該液体燃料を封止すると共に、液体燃料の消費に伴い移動する追従体２０とを備え、かつ、該追従体２０には、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる追従補助部材２１と、流動性がなく、液体燃料に対して不溶性となる蓋部材２２とを有し、追従体２０は下部の追従補助部材２１と上面の蓋部材２２とで挟まれる構成となっている。これにより、燃料電池の発電による燃料消費に伴ない、追従補助部材２１及び蓋部材２２は追従体２０が移動することによって液体燃料の体積減少に対応することとなり、しかも、燃料電池の稼動による燃料貯留体（液体燃料）が加温されても上記追従体２０が移動することで、体積膨張にも対応することができ、しかも、燃料カートリッジに激しい振動が加えられても、追従体２０は追従補助部材２１と蓋部材２２とで挟まれる構成となっているので、追従体２０の変形や剥離を防止でき、かつ、直接液体燃料を燃料電池本体Ｎへ安定的に供給することができ、特に、液体燃料の内容量を大容量とし、カートリッジ径が太くなっても、燃料電池本体に直接液体燃料を安定的に供給することができる耐振動性に優れる燃料カートリッジが提供される。また、保管時にも液体燃料の損失がなく、かつ、燃料電池の小型化をなし得ることができる燃料電池用燃料カートリッジが提供されるものとなる。
この追従体２０には、上記燃料収容容器１０の径方向での断面積で５０％以上の断面積を有するものから構成された追従補助部材２１及び蓋部材２２とで挟まれる構成となるものでは、燃料の消費速度の速いものや、多量の液体燃料を搭載するために、チューブ型等の燃料収容容器の径を大きいものを用いた場合においても、耐振動性に優れると共に、追従体の追従を追従切れを起こすことなく、更に良好に追従させることができるものとなる。
【００４４】
上記実施形態では、燃料流出部１１には、燃料収容容器１０の内部と外部との連通を封止する弁体１２、すなわち、液体燃料供給部材４０を挿入することで燃料収容容器１０と内部とを連通させ、燃料収容容器１０内部の液体燃料Ｆを外部へ供給させる連通部１３が形成されると共に、弁体１２が燃料流出部１１に収納された際に、弁体の外縁部１４により弁体１２が径方向に圧縮されることで、連通部１３に圧縮力が作用するようにしたので、連通部１３からの液体燃料Ｆの漏洩をより効果的に防止することができる。また、燃料収容容器１０には、アダプター１６を設け、弁体１２をアダプター１６のストッパー部１６ａと固定部材１６ｃとの間で挟持してなる構造としたので、組み立てが容易であり、弁体１２を収容容器１０に固着される燃料流出部１１内に安定的に固定することができる。
また、燃料収容容器１０は、燃料排出に伴い、空気置換しないため、仮令ある程度燃料を排出した状態で燃料流出部を上向きにしても、常に燃料流出部に燃料が接触しているため、良好に燃料を排出できる。
【００４５】
更に、上記形態では、少なくとも、燃料電極体３１及び／又は燃料電極体３１に接する燃料供給体４０に毛管力が存在し、この毛管力により、燃料貯蔵槽１０から各単位セル３０、３０の個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。より好ましくは、燃料電極体３１及び／又は燃料電極体３１に接する燃料供給体４０の毛管力より使用済み燃料貯蔵槽５０の毛管力を大きくなるように設定することにより、燃料貯蔵槽１０、各単位セル３０、３０から使用済み燃料貯蔵槽までの夫々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料の流れを作ることができるものとなる。
更にまた、この燃料電池では、ポンプやブロワ、燃料気化器、凝縮器等の補器を特に用いることなく、液体燃料を気化せずそのまま円滑に供給することが出来る構造となるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
従って、この形態の耐振動性に優れる燃料電池では、燃料電池全体のカートリッジ化が可能となり、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられることができる小型の燃料電池が提供されることとなる。
なお、上記形態では、燃料電池セル３０を二つ使用した形態を示したが、燃料電池の使用用途により燃料電池セル３０の連結（直列又は並列）する数を増加させて所要の起電力等とすることができる。
【００４６】
図１０及び図１１は、燃料電池本体への接続の他の実施形態を示すものである。以下の実施形態において、前記実施形態の燃料電池本体と同様の構成及び効果を発揮するものについては、図１及び図２と同一符号を付してその説明を省略する。
この形態は、図１０及び図１１に示すように、燃料流出部１１内に弁体に挿入される燃料供給管４１を介して燃料供給体４０に接続される点で、上記実施形態と相違するものである。
なお、図示しないが、燃料供給体４０の先端（図１０、図１１の矢印方向）には、上記第１実施形態（図８）と同様に燃料電池セル３０、３０…に直列又は並列に接続される構造となっている。
【００４７】
このような実施形態の燃料電池では、視認性を有する燃料カートリッジＢが、液体燃料Ｆを収容する燃料収容容器１０と、弁体１２を有する燃料流出部１１と燃料消費に伴い移動する追従体２０とを備え、追従体２０に追従補助部材２１及び蓋部材２２を有することにより、上記第１実施形態と同様にカートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であるので、燃料の使用状況を容易に視認でき、追従体２０、追従補助部材２１及び蓋部材２２により、燃料の消費速度の速いものや、チューブ型等の燃料収容容器の径が大きいものを用いた場合にも、追従体２０が追従切れを起こすことなく移動することによって液体燃料の体積減少に対応することとなり、しかも、燃料電池の稼動による液体燃料が加温されても追従体２０が移動することで、体積膨張にも対応することができ、かつ、追従補助部材２１及び蓋部材２２により、追従体２０を支えることができるため、耐振動性が向上し、追従体２０のダレ、これに伴なう液体燃料のこぼれ出し及び空気の浸入を防止することができ、これにより、保管時に液体燃料の損失がないものとなり、燃料供給体４０の毛管力により、燃料収容容器１０から各単位セルの個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。
【００４８】
図１２は、燃料カートリッジの他の実施形態を示すものである。
この実施形態は、追従補助部材２１と、蓋部材２２とが連結部材２３により連結されている点で、上記図１及び図２等に示す燃料カートリッジＡと相違する点でのみ、上記実施形態と相違するものである。燃料カートリッジＡと同様の構成は同一符号を示してその説明を省略する。
この実施形態では、図１２に示すように、連結部材２３により追従補助部材２１と蓋部材２２とは一定間隔（好ましくは、上記Ｚの範囲）で連結される構成となるので、固定された空間の中で追従体２０の動きをなくすことができるため、追従体２０のダレ、これに伴なう液体燃料のこぼれ出しお呼び空気の浸入を更に防止することができ、これにより、保管時に液体燃料の損失が更にないものとなり、燃料供給体の毛管力により、燃料収容容器１０から各単位セルの個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。特に、追従補助部材２１及び蓋部材２２の連結体における燃料カートリッジＡの長手方向の長さが燃料収容容器１０の内径よりも長い場合は、燃料収容容器１０内で反転することがないので、反転による追従体２０の形状の損壊を防止できる。
なお、連結部材２３も液体燃料に対して不溶性材料若しくは難揮発性材料から構成されるものであり、追従補助部材２１や蓋部材２２と同一材料、別材料であってもよい。また、連結構造としては、追従補助部材２１、蓋部材２２及び連結部材２３を一体に成形や、連結部材２３を追従補助部材２１、蓋部材２２に嵌合や接合することなどによる固着により一体化することができる。
また、追従補助部材２１、蓋部材２２及び連結部材２３を一体に成形する場合には、密な成形体であってもよいが、中空体としたり、多孔質体から構成することも可能である。一体成形する場合には、多孔質体から構成することが性能上有利で好ましい。一方、嵌合や接合することなどによる固着により一体化する場合には、各部材を中空の構造としたり、多孔質体から構成させることを適宜選択でき、異なる構成の各部材を組み合わせることも可能である。
【００４９】
図１３〜図１７は、連結部材２３により追従補助部材２１と蓋部材２２とを一体とした他の各種構造を示すものであり、各図中の（ａ）は正面図、（ｂ）蓋部材の平面図、（ｃ）は斜視図である。
これらの図１３〜図１７は、図３〜図７の追従補助部材２１と蓋部材２２とを連結部材２３により一体とした点で相違するものである。なお、図３〜図７と同様の構成は同一符号を示してその説明を省略する。
これらの追従補助部材２１と蓋部材２２とを連結部材２３により一体とした実施形態であっても、上記図１２と同様に実施でき、同様の作用効果を発揮するものとなる。
【００５０】
本発明の燃料カートリッジＡは、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、燃料電池セル３０は円柱状のものを用いたが、角柱状、板状の他の形状のものであってもよく、また、燃料供給体４０との接続は直列接続のほか、並列接続であってもよい。
また、上記実施形態では、燃料流出部として図２（ａ）〜（ｄ）に示す逆止弁１１を用いたが、燃料収容容器１０内に直接収容される液体燃料Ｆに対して、燃料供給管３１周辺より空気などの異物の浸入を防ぐものであり、燃料供給体３０が挿入されて液体燃料を燃料供給体３０に供給できる構造となるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、スプリング部材を備えたバルブ部材などであってもよい。
【００５１】
更に、上記実施形態では、直接メタノール型の燃料電池として説明したが、燃料電池本体に連結自在となる燃料カートリッジには、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と、液体燃料の後端部に、該液体燃料を封止すると共に、液体燃料の消費に伴い移動する追従体、追従補助部材、蓋部材を備えたもの、並びに、追従補助部材と蓋部材とを連結部材により一体としたをものであれば、本発明は上記直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、改質型を含む高分子改質膜型の燃料電池にも好適に適用することができるものであり、更に、大容量（例えば、１００ｍｌ以上）の液体燃料を搭載する場合にチューブ型等の燃料収容容器の径を大きくした場合には、それに伴なって追従体の量、追従補助部材の大きさなどを増加させたり、大きくしたりして、追従体の追従を追従切れを起こすことなく、良好に追従させることができると共に、耐振動性に優れたものとすることができる。
更にまた、燃料電池本体として、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで燃料電池本体を構成したが、燃料電池本体の構造は特に限定されず、例えば、電気導電性を有する炭素質多孔体を基材とし、該基材の表面に電極／電解質／電極の各層を形成した単位セル又は該単位セルを２以上連結した連結体を備え、上記基材に燃料供給体を介して液体燃料を浸透させる構成とすると共に、基材の外表面に形成される電極面を空気に曝す構造からなる燃料電池本体としてもよいものである。
【実施例】
【００５２】
次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００５３】
〔実施例１〜２及び比較例１、図１及び図２に準拠〕
実施例１〜２及び比較例１は、下記に示す構成及び追従体、追従補助部材、蓋部材、連結部材、液体燃料（７０ｗｔ％メタノール液、比重０．８７）２ｇ充填の燃料カートリッジを夫々下記方法により作製し、追従体を下向きの条件で各燃料カートリッジを、室温下で、２００Ｈｚの振動数、１ｍｍの振幅で振動させ、１分後、１０分後の各燃料カートリッジの状態を下記評価基準で評価した
これらの結果を下記表２に示す。
【００５４】
（燃料収容容器の構成：チューブ）
チューブ：長さ１００ｍｍ、外径５．４ｍｍ、内径４．０ｍｍ、ポリプロピレン製押出チューブ
【００５５】
燃料排出部（逆止弁、図２に準拠）：長さ５ｍｍ、外径４ｍｍ、内径１ｍｍ、シリコーンゴム製
液体燃料：７０ｗｔ％メタノール溶液（比重０．８７）
（追従体の組成）
以下の配合組成となるゲル状追従体（比重１．０）を用いた。
鉱油：ニッサンポリブ０１５Ｎ（日本油脂社製、Ｍｗ＝５８０）        ９４重量部
疎水性シリカ：アエロジル  Ｒ−９７４Ｄ
（日本アエロジル社製、ＢＴＥ表面積２００ｍ２／ｇ）                    ５重量部
シリコーン系界面活性剤：ＳＩＬＷＥＴ  ＦＺ−２１７１                １重量部
（日本ユニカー社製）
【００５６】
追従補助部材（図１に準拠）：
材質：ポリプロピレン製、本体部形状：円柱状、外径３ｍｍ、長さ３ｍｍ（追従体の全長に対して５０％）、比重：０．５、断面積は、燃料収容容器１０の径方向での断面積の５６％
蓋部材（図１に準拠）：
材質：ポリプロピレン製、本体部形状：円形形状、外径３ｍｍ、長さ１ｍｍ、比重：０．５、断面積は、燃料収容容器１０の径方向での断面積の５６％、貫通孔：直径１ｍｍ
連結部材（図１２に準拠）：
材質：ポリプロピレン製、本体部形状：円柱状、外径１ｍｍ、長さ５ｍｍ（追従補助部材及び蓋部材に１ｍｍずつ挿入されているため、追従補助部材及び蓋部材との距離は３ｍｍ（追従補助部材及び蓋部材との距離は、燃料収容容器の径方向での断面積の７５％、比重：０．５
実施例１は、図１２に準拠したものであり、実施例２は、図１に準拠したもの（連結部材がないもの）であり、比較例１は追従補助部材のみから構成されたものである。
【００５７】
（作製方法）
１）実施例１：チューブ型の燃料収容容器１０の下端部に弁体１２を有する燃料流出部１１を配置せしめ、次いで、液体燃料を上端の開口部から所定量充填した後、組追従補助部材（追従補助部材２１＋連結部材２３＋蓋部材２２）を挿入した後、貫通孔２２ａから追従体を充填し、遠心機により弁方向へ３００Ｇを１０分間加重することで作製した。
２）実施例２：チューブ型の燃料収容容器１０の下端部に弁体１２を有する燃料流出部１１を配置せしめ、次いで、液体燃料を上端の開口部から所定量充填した後、追従補助部材２１、蓋部材２２を挿入した後、貫通孔２２ａから追従体を充填し、遠心機により弁方向へ３００Ｇを１０分間加重することで作製した。
３）比較例１：チューブ型の燃料収容容器１０の下端部に弁体１２を有する燃料流出部１１を配置せしめ、次いで、液体燃料を上端の開口部から所定量充填した後、追従補助部材２１を挿入した後、貫通孔２２ａから追従体を充填し、遠心機により弁方向へ３００Ｇを１０分間加重することで作製した。
【００５８】
（耐振動性の評価方法）
上記条件で１分間及び１０分間、振動を与え、追従体の状態を下記評価基準で評価した。
評価基準：
○：追従体の変形無し、燃料のリーク無し。
△：追従体の変形僅か、燃料のリーク無し。
×：追従体の変形、燃料のリークが共に有り。
××：追従体及び燃料が燃料カートリッジから飛び出した。
【００５９】
（排出性の評価方法）
排出性を燃料排出孔から０．５ｍｌ／分の速度で液体燃料を排出し、その排出性を下記評価方法により排出性を評価した。
評価基準：
○：充填した燃料すべてが排出できた。
△：燃料が８０％以上排出できた。
×：燃料の排出量が５０％以下であった。
【００６０】
【表２】
0005123494.tif 000003
【００６１】
上記表２の結果から明らかなように、本発明の範囲となる実施例１〜２は、本発明の範囲外となる比較例１に較べて、耐振動性及び排出性に優れていることが判明した。具体的には、実施例１〜２及び比較例１では、燃料消費に伴ない、追従体が移動し、燃料を完全に消費することができたが、耐振動性試験においては、比較例１のように追従補助部材のみのものでは、追従体の耐振動性が劣ることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の一例となる燃料カートリッジを縦断面態様で示す概略断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は本発明の第１実施形態の燃料流出部に備わる弁体構造を示すものであり、（ａ）は弁体の斜視図、（ｂ）は弁体の平面図、（ｃ）は弁体の縦断面図、（ｄ）アダプターの平面図、（ｅ）はアダプターの縦断面図、（ｆ）はアダプターに弁体を装填した状態の平面図、（ｇ）はアダプターに弁体を装填した状態の縦断面図、（ｈ）燃料カートリッジの縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材及び蓋部材の他の形態を示す横断面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材及び蓋部材の他の形態を示す横断面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材及び蓋部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材及び蓋部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材及び蓋部材の他の形態を示す横断面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図８】図１の燃料カートリッジを燃料電池本体に接続して燃料電池として使用した状態の一例を示す概略断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は燃料電池セル２０を説明する斜視図、縦断面図である。
【図１０】本発明となる燃料カートリッジを燃料電池本体に取り付ける前の状態を縦断面態様で示す概略断面図である。
【図１１】本発明となる燃料カートリッジを燃料電池本体に取り付けた状態を縦断面態様で示す概略断面図である。
【図１２】（ａ）本発明の実施形態の他例となる燃料カートリッジを縦断面態様で示す概略断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材、蓋部材及び連結部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材、蓋部材及び連結部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材、蓋部材及び連結部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材、蓋部材及び連結部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は追従補助部材、蓋部材及び連結部材の他の形態を示す正面図、蓋部材の平面図、斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ    燃料カートリッジ
Ｆ    液体燃料
１０    燃料収容容器
１１    燃料流出部
１２    弁体
２０    追従体
２１    追従補助部材
２２    蓋部材
２３    連結部材
【図１】
0005123494.tif 000004
【図２】
0005123494.tif 000005
【図３】
0005123494.tif 000006
【図４】
0005123494.tif 000007
【図５】
0005123494.tif 000008
【図６】
0005123494.tif 000009
【図７】
0005123494.tif 000010
【図８】
0005123494.tif 000011
【図９】
0005123494.tif 000012
【図１０】
0005123494.tif 000013
【図１１】
0005123494.tif 000014
【図１２】
0005123494.tif 000015
【図１３】
0005123494.tif 000016
【図１４】
0005123494.tif 000017
【図１５】
0005123494.tif 000018
【図１６】
0005123494.tif 000019
【図１７】
0005123494.tif 000020