(57)【要約】【課題】燃料電池用燃料カートリッジのボトル部に対するノズル部の取付け部分のシール性を高めて安全性や信頼性を向上させる。【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ１は、燃料電池用液体燃料を収容するボトル部２を具備する。ボトル部２のボトル口３にはノズル部４が装着されている。ノズル部４はカートリッジヘッド５とバルブホルダ８とバルブ機構（９）とを有する。ボトル部２とノズル部４との間に配置されるシール部品１２は、ボトル口３の内面３ａ、天面３ｂおよび外面３ｃのうちの2個所以上をシールするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の液体燃料を収容するボトル部と、
前記ボトル部のボトル口を覆うように装着されたカートリッジヘッドと、前記カートリッジヘッド内に配置されたバルブホルダと、前記バルブホルダ内に設置されたバルブ機構とを有し、前記液体燃料を燃料電池に供給するノズル部と、
前記ボトル部と前記ノズル部との間に配置され、前記ボトル口の内面、天面および外面のうちの2個所以上をシールするシール部品と
を具備す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記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記シール部品は一方の端部側につば状の縁部が設けられた円筒形パッキンを備え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２記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記円筒形パッキンは少なくとも前記ボトル口の内面および天面をシールす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２記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記円筒形パッキンは前記ボトル口の内面、天面および外面をシールす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２ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記円筒形パッキンの前記縁部は笠形形状を有す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】
請求項２ないし請求項４のいずれか１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記円筒形パッキンの前記縁部は鉤形形状を有す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７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ボトル部は多層構造を有し、かつ前記ボトル口が前記シール部品で挟み込ま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。
【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でき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】
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における液体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、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させる内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、アクティブ方式はＤＭＦＣの高出力化が可能であるため、ノートパソコン等の電源として期待されている。一方、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。
【０００４】
アクティブ型ＤＭＦＣでは液体燃料を収容した燃料カートリッジを燃料電池本体に接続し、この燃料カートリッジから直接もしくは燃料タンク（希釈調整槽等を含む）を介して液体燃料を循環させることによって、燃料電池セルに液体燃料を供給している。一方、内部気化型のパッシブ型ＤＭＦＣは燃料タンクと燃料タンク内の液体燃料を気化させる機構とを具備しており、この燃料タンクに対してアクティブ型と同様に燃料カートリッジを用いて液体燃料が供給される。燃料カートリッジにおいては、バルブ機構を内蔵するノズル部を用いて液体燃料の遮断並びに注入が行われる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2004-127824号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料カートリッジのノズル部はバルブ機構による液体燃料の遮断に加えて、
液体燃料を収容するボトル部のボトル口に対する取付け部からの燃料漏れを防止することが重要である。ボトル部とノズル部とのシールに関しては、一般的なＯリングやリング状ゴムシートの使用が考えられるが、ＤＭＦＣに用いられるメタノール燃料は沸点が低く、気化しやすいため、液体のみならず気体での漏れも防ぐ必要がある。このため、一般的なＯリングやリング状ゴムシートでは十分なシール性を得ることが困難であり、燃料カートリッジのノズル部の取付け部から燃料漏れが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ボトル部に対するノズル部の取付け部分のシール性を高めることによって、安全性や信頼性を向上させた燃料電池用燃料カートリッジ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】
【０００７】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池用の液体燃料を収容するボトル部と、前記ボトル部のボトル口を覆うように装着されたカートリッジヘッドと、前記カートリッジヘッド内に配置されたバルブホルダと、前記バルブホルダ内に設置されたバルブ機構とを有し、前記液体燃料を燃料電池に供給するノズル部と、前記ボトル部と前記ノズル部との間に配置され、前記ボトル口の内面、天面および外面のうちの2個所以上をシールするシール部品とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、ボトル部とノズル部との間を複数個所でシールするシール部品を用いているため、ボトル部とノズル部との間のシール性（密閉性）を高めることができる。従って、燃料電池用燃料カートリッジの安全性や信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの要部構造を示す断面図である。図１に示す燃料カートリッジ１は、燃料電池に接続して液体燃料を供給するものであって、接続される燃料電池に対応した液体燃料を収容するボトル部２を有している。燃料カートリッジ１は常時接続型およびサテライト型（外部注入式）のいずれであってもよく、接続方式に限定されるものではない。
【００１１】
ボトル部２の先端開口部（ボトル口）３には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池に供給する際の燃料吐出口となるノズル部４が装着されている。ノズル部４は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、燃料カートリッジ１側の接続機構（オス側カップラ）を構成するものである。ノズル部４に内蔵されたバルブ機構は、燃料電池から切り離された状態では閉状態とされており、燃料電池に接続された際に開状態となる。
【００１２】
燃料カートリッジ１のボトル部２には、燃料電池に応じた液体燃料、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、ボトル部２に収容す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、燃料電池に対応した液体燃料が収容される。
【００１３】
燃料カートリッジ１の燃料吐出口となるノズル部４は、ボトル口３を覆うように装着されたカートリッジヘッド５を有している。カートリッジヘッド５はねじ固定や爪嵌合等の固定手段を適用してボトル部２に固定される。カートリッジヘッド５は、ボトル口３に装着固定されるベース部６と、ベース部６から突出した円筒状のノズル先端部７とを備えている。ノズル先端部７はノズル口７ａを有しており、燃料電池側の接続機構（例えば燃料電池本体や燃料タンク等に設けられたソケット部（メス側カップラ））に対する挿入部として機能するものである。ノズル先端部７はその軸方向がノズル部４の挿入方向と平行となるように、ベース部６から突出して形成されている。
【００１４】
カートリッジヘッド５のベース部６の内側には、カップ状のバルブホルダ８が配置されている。バルブホルダ８はバルブ室を規定するものであり、その内側にはバルブ９が配置されている。バルブ９はバルブヘッド９ａとバルブステム９ｂとを備えている。バルブヘッド９ａはバルブホルダ８内に配置されており、バルブステム９ｂは円筒状のノズル先端部７内に収容されている。バルブ９は軸方向に進退可能とされている。バルブ９には圧縮スプリング１０により押圧力が加えられており、これらによってバルブヘッド９ａはカートリッジヘッド５の内側に形成されたバルブシート１１と密着している。
【００１５】
燃料カートリッジ１が燃料電池から切り離された状態においては、圧縮スプリング１０の押圧力でバルブヘッド９ａがバルブシート１１に押し付けられているため、ノズル部４内の液体燃料の流路は閉状態とされている。一方、燃料カートリッジ１を燃料電池の燃料供給部等に接続すると、バルブステム９ｂが後退してバルブヘッド９ａがバルブシート１１から離れることによって、ノズル部４内の燃料流路が開状態とされる。バルブホルダ８の底部には連通孔８ｂが設けられており、この連通孔８ｂを介してボトル部２内の液体燃料はノズル部４内に流入し、さらにノズル部４から燃料電池に供給される。
【００１６】
上述したバルブホルダ８は、ボトル口３内に嵌め合わされた状態で、ベース部６の内側に配置されている。バルブホルダ８の開口部側には、つば状の縁部８ａが設けられている。バルブホルダ８とボトル口３との間には、シール部品として円筒形パッキン１２が介在されており、この状態でバルブホルダ８の縁部８ａをボトル部２のボトル口３とカートリッジヘッド５のベース部６とで挟み込むことによって、バルブホルダ８はボトル部２に固定されている。円筒形パッキン１２はボトル部２とノズル部４との間、具体的にはボトル部２のボトル口３とノズル部４のカートリッジヘッド５およびバルブホルダ８との間のシール部品として機能するものである。
【００１７】
円筒形パッキン１２は図２および図３に示すように、ボトル口３内に挿入される円筒部１２ａと、円筒部１２ａの一方の端部側に設けられたつば状の縁部１２ｂとを備えている。円筒形パッキン１２の縁部１２ｂは、円筒部１２ａの外径より大きい円形のつば状とされており、さらにつば状縁部１２ｂの外径はバルブホルダ８の縁部８ａより大きく設定されている。従って、円筒形パッキン１２をボトル口３とバルブホルダ８との間に配置し、さらにボトル口３にカートリッジヘッド５を装着したとき、つば状縁部１２ｂはボトル口３の内面３ａに加えて、天面３ｂおよび外面３ｃと接触するように構成されている。
【００１８】
すなわち、円筒形パッキン１２の円筒部１２ａはボトル口３の内面３ａとバルブホルダ８の外面との間に挟まれて第１のシール部を形成する。さらに、円筒形パッキン９のつば状縁部１２ｂは、ボトル口３の天面３ｂとバルブホルダ８の縁部８ａとの間に挟まれて第２のシール部を形成すると共に、ボトル口３の外面３ｃとカートリッジヘッド５の内面との間に挟まれて第３のシール部を形成する。円筒形パッキン１２はボトル口３の内面３ａ、天面３ｂ、外面３ｃの3箇所をシールするものである。ボトル口３のパッキン潰ししろは良好なシール性を得る上で、0.2〜0.3（20〜30％）の範囲とすることが好ましい。
【００１９】
上述したようなつば状縁部１２ｂを有する円筒形パッキン１２を用いて、ボトル部２とノズル部４との間を複数個所でシールすることによって、ボトル部２に対するノズル部４の取付け部分のシール性（密閉性）を、部品点数を増やすことなく容易に高めることができる。特に、燃料カートリッジ１にメタノール燃料のような沸点が低くて気化しやすい液体燃料を収容する場合、液体のみならず気体での漏れも防ぐことが重要となる。このような点に対して、ボトル部２とノズル部４との間を複数個所でシールすることによって、液体並びに気体による液体燃料の漏れを防ぐことができる。これによって、燃料カートリッジ１の安全性や信頼性を向上させることが可能となる。
【００２０】
第１の実施形態の燃料カートリッジ１は、例えば以下のようにして組立てる。燃料カートリッジ１の組立て工程について、図４Ａないし図４Ｄを参照して説明する。まず、図４Ａに示すように、ボトル部２のボトル口３に円筒形パッキン１２を嵌め込む。次いで、図４Ｂに示すように、円筒形パッキン１２の内側にバルブホルダ８を嵌め込む。ここで、円筒形パッキン１２のつば状縁部１２ｂはバルブホルダ８の縁部８ａより大径とされているため、つば状縁部１２ｂの一部はバルブホルダ８の縁部８ａからはみ出す。
【００２１】
次に、図４Ｃに示すように、バルブホルダ８内にバルブ９や圧縮スプリング１０を組み込んだ後にカートリッジヘッド５を装着する。カートリッジヘッド５はその内面とボトル口３の外面３ｃとの間に円筒形パッキン１２のつば状縁部１２ａを挟み込むようにしてボトル２に装着する。この後、図４Ｄに示すように、カートリッジヘッド５を所定の位置まで嵌め込むと共に、円筒形パッキン１２でボトル口３の内面３ａ、天面３ｂ、外面３ｃの3箇所をシールすることによって、この実施形態の燃料カートリッジ１を組立てる。
【００２２】
上述したように、円筒形パッキン１２のつば状縁部１２ｂは、ボトル口３を覆う（挟み込む）ように変形する。そこで、図５および図６に示すように笠型形状の縁部１２ｃを有する円筒形パッキン１２や、図７および図８に示すように鉤型形状の縁部１２ｃを有する円筒形パッキン１２を用いることも有効である。笠型形状の縁部１２ｃや鉤型形状の縁部１２ｃのように、予めつば状の縁部を下方に折り曲げた形状を適用することによって、ボトル口３を覆いやすくすることができる。これによって、シール部品（円筒形パッキン１２）によるボトル口３の複数個所でのシール性を高めることが可能となる。
【００２３】
なお、図１ではボトル口３の内面３ａ、天面３ｂおよび外面３ｃの3箇所をシールする円筒形パッキン１２を示したが、円筒形パッキン１２によるボトル口３のシールはこれに限られるものではない。円筒形パッキン１２のようなシール部品によるボトル口３のシールは、内面３ａ、天面３ｂおよび外面３ｃのうちの2箇所以上であればよい。例えば、図９に示すように、ボトル口３の内面３ａおよび天面３ｂの2箇所をシールする円筒形パッキン１２を用いることも可能である。このようなシール部品によっても、ボトル部２に対するノズル部４の取付け部分のシール性（密閉性）を高めることができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジについて、図１０を参照して説明する。図１０は本発明の第２の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの要部構造を示す断面図である。図１０に示す燃料カートリッジ２０は、複層構造のボトル部２１を備えている。なお、燃料カートリッジ２０の構成や組立て工程は複層構造のボトル部２１を用いたことを除いて、第１の実施形態の燃料カートリッジ１と同様である。図１０において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。
【００２５】
複層構造のボトル部２１は、内ボトル２１ａと中ボトル２１ｂと外ボトル２１ｃとを接着した構造を有している。内ボトル２１ａはメタノール燃料等の液体燃料と直接的に接するものであり、例えば耐メタノール性に優れる樹脂材料等で形成される。また、外ボトル２１ｃは内ボトル２１ａと中ボトル２１ｂを保護するハードケースであり、例えば機械的強度や耐候性等に優れる樹脂材料等で形成される。このように、構成材料が異なる複数のボトル層を積層して接着した場合、各層間の接着力が弱いとデラミ（デ・ラミネート）と呼ばれる各層間の剥離現象が生じるおそれがある。
【００２６】
上述したような点に対して、この実施形態の燃料カートリッジ２０においては、ボトル口３の天面３ｂを円筒形パッキン１２のつば状縁部１２ｂでシールすると共に、複層構造ボトルの最内層（内ボトル２１ａ）と最外層（外ボトル２１ｃ）とを挟みつける（押さえ込む）ようにシールしているため、複層構造のボトル部２１のボトル口３におけるデラミの発生を抑制することができる。このように、円筒形パッキン１２でシール性を高めると共に、複層構造のボトル部２１のデラミを抑制することによって、燃料カートリッジ２０の安全性や信頼性を向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、常時接続型およびサテライト型（外部注入式）のいずれにも適用可能であり、燃料カートリッジの接続方式等に何等限定されるものではない。また、本発明の燃料カートリッジを適用する燃料電池は、その方式や機構等に何等限定されるものではないが、特に揮発性が高い液体燃料を用いるＤＭＦＣに好適である。さらに、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの要部構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す燃料カートリッジに用いる円筒形パッキンの一構造例を示す斜視図である。
【図３】図２に示す円筒形パッキンの断面図である。
【図４Ａ】図１に示す燃料カートリッジの組立て工程を説明するための図であって、ボトル部に円筒形パッキンを嵌め込んだ状態を示す図である。
【図４Ｂ】図１に示す燃料カートリッジの組立て工程を説明するための図であって、ボトル部に円筒形パッキンを介してバルブホルダを嵌め込んだ状態を示す図である。
【図４Ｃ】図１に示す燃料カートリッジの組立て工程を説明するための図であって、バルブホルダ内にバルブ機構を組み込んだ後にカートリッジヘッドを装着する状態を示す図である。
【図４Ｄ】図１に示す燃料カートリッジの組立て工程を説明するための図であって、カートリッジヘッドを装着してノズル部を取り付けた状態を示す図である。
【図５】図１に示す燃料カートリッジに用いる円筒形パッキンの他の構造例を示す斜視図である。
【図６】図５に示す円筒形パッキンの断面図である。
【図７】図１に示す燃料カートリッジに用いる円筒形パッキンのさらに他の構造例を示す斜視図である。
【図８】図７に示す円筒形パッキンの断面図である。
【図９】図１に示す燃料カートリッジの変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの要部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，２０…燃料カートリッジ、２…ボトル部、３…ボトル口、３ａ…内面、３ｂ…天面、３ｃ…外面、４…ノズル部、５…カートリッジヘッド、６…ベース部、７…ノズル先端部、８…バルブホルダ、９…バルブ、９ａ…バルブヘッド、９ｂ…バルブステム、１０…圧縮スプリング、１１…バルブシート、１２，２１…円筒形パッキン、１２ａ…円筒部、１２ｂ…つば状縁部、１２ｃ…笠型形状の縁部、１２ｄ…鉤型形状の縁部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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