(57)【要約】【課題】燃料電池用燃料カートリッジにおいて、燃料電池に燃料を一定流量で供給し、さらに燃料電池が搭載される機器の小型化を実現可能にする。【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ１は、燃料電池に接続する接続部２２を備え、内部に燃料電池に供給する燃料Ｆと、燃料Ｆを押し出すための押出手段Ｐとを収容してなる容器本体２と、接続部２２に設けられ、燃料電池に燃料を供給するための供給口４１ａを有し、容器本体２の燃料電池への接続動作に応じて供給口４１ａを開くバルブ４とを備える。接続部２２に、一端がバルブ４と連通し、他端が容器本体２の内部と連通して、該内部に収容された燃料Ｆを、容器本体２内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、バルブ４に流出させる圧力調整機構５を設ける。【選択図】図１
2007200734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に接続する接続部を備え、内部に前記燃料電池に供給する燃料と、該燃料を押し出すための押出手段とを収容してなる容器本体と、
前記接続部に設けられ、前記燃料電池に燃料を供給するための供給口を有し、前記容器本体の前記燃料電池への接続動作に応じて前記供給口を開くバルブとを備えてなる燃料電池用燃料カートリッジであって、
前記接続部に、一端が前記バルブと連通し、他端が前記容器本体の内部と連通して、該内部に収容された燃料を、前記容器本体内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、前記バルブに流出させる圧力調整機構が設けられた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】
前記圧力調整機構の前記一端と、前記バルブとの間にフィルターを備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記容器本体が、前記接続部と前記内部との間に、略中央に連通孔を有する区画壁を備え、
前記接続部が、前記バルブと前記圧力調整機構との間に、外周面が前記接続部の内面に固着され、略中央に軸孔を有する略円柱状の中間部材を備えるものであって、
前記圧力調整機構が、前記バルブ側に突出して前記軸孔に挿入される第一の軸部と、前記内部側に突出して前記連通孔を挿通する第二の軸部とを有し、前記燃料の圧力変動に応じて変位するダイヤフラムを備え、
前記第一の軸部が、先端外周に第一の環状溝部を有し、該溝部に、前記軸孔の内面を摺動する、前記バルブ側に形成された前記バルブと連通する調圧室と前記区画壁側に形成された大気が収容された大気室とを区画する摺動隔壁部材が装着され、
前記第一の軸部の先端には前記調圧室と連通し前記燃料を排出する排出口が設けられて、
前記第二の軸部が、先端外周に第二の環状溝部を有し、該溝部に、該第二の軸部の軸方向の移動に応じて前記連通孔を開閉する調圧弁が装着され、
前記第二の軸部の該調圧弁より前記バルブ側の外周面には、前記調圧弁が開状態のときに前記内部と連通し前記燃料が流入する流入口が設けられ、
前記ダイヤフラムの内部に前記流入口から前記排出口に至る流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記中間部材が、前記バルブ側に、一端が該バルブに当接され、他端が前記中間部材に当接し、該バルブの開閉動作に応じて伸縮するバルブ用ばね部材を備え、
前記ダイヤフラム側に、一端が該ダイヤフラムに当接され、他端が前記中間部材に当接し、前記ダイヤフラムの変位に応じて伸縮するダイヤフラム用ばね部材を備えてなり、
前記バルブ用ばね部材と前記ダイヤフラム用ばね部材とが、異なる径を有し、それぞれ同心軸に、少なくとも該ばねの伸縮方向に一部が重なるように配設されてなることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記バルブ用ばね部材が、前記ダイヤフラム用ばね部材よりも小さい径を有するものであることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記押出手段が、前記燃料とともに前記容器本体内部に収容された圧縮ガス又は液化ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記容器本体が、前記圧力調整機構と連通し、内部に前記押出手段を構成するピストンを備えた円筒状の内容器と、該内容器の外側に圧縮ガス又は液化ガスを封入する押出用空間を形成する外容器からなる二重容器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の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し、特に圧力調整機構を備えた燃料カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば水素、メタノール等の燃料と酸素とを隔てる電解質膜が水素イオンを通すことによって、水素と酸素を化学反応させ、電気を発生させるエネルギー変換装置であり、作動温度が低く、装置の小型化が期待できることから、現在さまざまな用途に使用され、例えばノート型パソコンや携帯電話の連続動作時間を長時間化させることができるモバイル機器用電源などの分野で開発が進められている。
【０００３】
そして、該モバイル機器用電源などに使用される燃料電池に燃料を補充するには、燃料を供給する燃料容器（例えば燃料カートリッジ）が提案されている。
【０００４】
通常、燃料電池は前記モバイル機器等の機器の内部に搭載されていて、該搭載された燃料電池には、燃料が一定圧力で供給されるように、圧力調整器（いわゆるガバナ）が装着されている。
【０００５】
しかしながら、上記のようなモバイル機器は、年々小型化が進んでおり、将来さらなる小型化が望まれているため、モバイル機器内部にガバナを搭載する空間がなくなりつつある。
【０００６】
そこで、ガバナを搭載しない燃料電池に燃料を供給するために、可撓性を有する容器に燃料を収容し、例えば人が容器を一定の力で押圧することによって流量を任意に調整しながら、燃料電池に燃料を供給する燃料容器（特許文献１）や、燃料容器の供給口に毛細管を配設し、毛細管現象を用いて、燃料電池に一定の流量で燃料を供給する燃料容器（特許文献２）が提案されている。
【特許文献１】特許第３５５０３９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２１６８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前者の可撓性を有する燃料容器では、人の手の押圧力によって流量が決まるので、例えば押圧する力が強すぎた場合には、燃料容器内の燃料が勢いよく排出され、燃料の供給先である燃料電池の電解質膜が、注入された燃料の圧力によって破れてしまう虞がある。
【０００８】
また後者の毛細管現象を利用した燃料容器では、燃料容器内の燃料を一定の流量でゆっくりと供給するので、燃料電池が多量の燃料を必要とするときに、燃料を供給するのに時間がかかってしまう。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池に燃料を一定流量で供給し、さらに燃料電池が搭載される機器の小型化を実現可能な燃料電池用燃料カートリッジの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池に接続する接続部を備え、内部に前記燃料電池に供給する燃料と、該燃料を押し出すための押出手段とを収容してなる容器本体と、
前記接続部に設けられ、前記燃料電池に燃料を供給するための供給口を有し、前記容器本体の前記燃料電池への接続動作に応じて前記供給口を開くバルブとを備えてなる燃料電池用燃料カートリッジであって、
前記接続部に、一端が前記バルブと連通し、他端が前記容器本体の内部と連通して、該内部に収容された燃料を、前記容器本体内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、前記バルブに流出させる圧力調整機構が設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、前記圧力調整機構の前記一端と、前記バルブとの間にフィルターを備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、前記容器本体が、前記接続部と前記内部との間に、略中央に連通孔を有する区画壁を備え、
前記接続部が、前記バルブと前記圧力調整機構との間に、外周面が前記接続部の内面に固着され、略中央に軸孔を有する略円柱状の中間部材を備えるものであって、
前記圧力調整機構が、前記バルブ側に突出して前記軸孔に挿入される第一の軸部と、前記内部側に突出して前記連通孔を挿通する第二の軸部とを有し、前記燃料の圧力変動に応じて変位するダイヤフラムを備え、
前記第一の軸部が、先端外周に第一の環状溝部を有し、該溝部に、前記軸孔の内面を摺動する、前記バルブ側に形成された前記バルブと連通する調圧室と前記区画壁側に形成された大気が収容された大気室とを区画する摺動隔壁部材が装着され、
前記第一の軸部の先端には前記調圧室と連通し前記燃料を排出する排出口が設けられて、
前記第二の軸部が、先端外周に第二の環状溝部を有し、該溝部に、該第二の軸部の軸方向の移動に応じて前記連通孔を開閉する調圧弁が装着され、
前記第二の軸部の該調圧弁より前記バルブ側の外周面には、前記調圧弁が開状態のときに前記内部と連通し前記燃料が流入する流入口が設けられ、
前記ダイヤフラムの内部に前記流入口から前記排出口に至る流路が形成されているものとすることができる。
【００１３】
なお本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいては、前記中間部材が、前記バルブ側に、一端が該バルブに当接され、他端が前記中間部材に当接し、該バルブの開閉動作に応じて伸縮するバルブ用ばね部材を備え、
前記ダイヤフラム側に、一端が該ダイヤフラムに当接され、他端が前記中間部材に当接し、前記ダイヤフラムの変位に応じて伸縮するダイヤフラム用ばね部材を備えてなり、
前記バルブ用ばね部材と前記ダイヤフラム用ばね部材とが、異なる径を有し、それぞれ同心軸に、少なくとも該ばねの伸縮方向に一部が重なるように配設されてなることが好ましい。なお「一部が重なるように」とは、バルブ用ばね部材の中間部材側端部とダイヤフラム用ばね部材の中間部材側端部とが同一平面上に位置するものを含む。
【００１４】
また本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいては、前記バルブ用ばね部材が、前記ダイヤフラム用ばね部材よりも小さい径を有することができる。
【００１５】
また本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいては、前記押出手段が、前記燃料とともに前記容器本体内部に収容された圧縮ガス又は液化ガスとすることができる。
【００１６】
また本発明の燃料電池用燃料カートリッジにおいては、前記容器本体が、前記圧力調整機構と連通し、内部に前記押出手段を構成するピストンを備えた円筒状の内容器と、該内容器の外側に圧縮ガス又は液化ガスを封入する押出用空間を形成する外容器からなる二重容器であるとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、容器本体内部に収容された燃料を、容器本体内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、バルブに流出させる圧力調整機構が設けられているので、燃料電池を搭載した機器に圧力調整器を搭載することなく、燃料を一定流量で燃料電池に供給することができる。これにより燃料電池に急激に燃料が供給されて燃料電池の電解質膜が破けるのを防止することができ、さらに前記機器は圧力調整器を搭載するスペース分小型化できる。また圧力調整機構が接続部に、一端がバルブと連通し、他端が容器本体の内部と連通して設けられているので、圧力調整機構が配設される空間分だけ接続部内部の空き空間が減少する。これにより、燃料電池用燃料カートリッジと燃料電池との接続が外された際に、接続部の内部に僅かながら残存してしまう燃料を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を参照し、本発明にかかる一実施形態の燃料電池用燃料カートリッジについて詳細に説明する。図１は本実施形態における燃料電池用燃料カートリッジ１の中央断面図、図２は図１の燃料電池用燃料カートリッジ１の上端拡大斜視図、図３は図１の燃料電池用燃料カートリッジ１の主要部分解斜視図である。本実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１は内部に燃料Ｆを収容し、例えばＤＭＦＣ等の燃料電池が内蔵されたノート型パソコン、ＰＤＡ（Personal Data Assistant）、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の小型の携帯端末（以下、機器という）に装着することで、燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料カートリッジである。本実施形態においては便宜上、燃料電池に接続する側（図１中上方）を上側とする。
【００１９】
燃料電池用燃料カートリッジ１は、図１に示す如く、内部に燃料Ｆと燃料Ｆを押し出すための圧縮ガスＧ及びピストン３から構成される押出手段Ｐとを収容し、上端に機器（図示しない）に接続するための接続部２２を有する容器本体２と、接続部２２に設けられ容器本体２に収容された燃料Ｆの流通を開放または遮断するバルブ４と、接続部２２に設けられ容器本体２に収容された燃料Ｆを容器本体２内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、バルブ４に流出させる圧力調整機構５とから概略構成されている。
【００２０】
なお本実施形態において燃料Ｆは特に限定されるものではなく、例えば燃料電池がＤＦＭＦＣの場合にはメタノールと純水の混合液であり、エタノールと純水等の所定濃度のアルコールと純水の混合液やアルコール単体等、燃料電池の種類に応じて適宜変更可能である。また、本実施形態において圧縮ガスＧは、燃料電池での反応に悪影響を及ぼす酸素が燃料Ｆへ混入することを防ぐという観点から、さらには燃料Ｆが酸化することを防ぐという観点から、窒素ガス、炭酸ガス、脱酸素空気等の酸素を含まないガスを用いることが好ましい。なお本実施形態では圧縮ガスＧとしたが、本発明はこれに限られるものではなく例えばＤＭＥ（ジメチルエーテル）等が気化した液化ガスであってもよい。
【００２１】
容器本体２は、図１、図２に示す如く、上端部が開放した略円筒状の外容器２１と、外容器２１の上端に装着され、上端が機器（図示しない）と接続される接続部２２と、外容器２１の内部に二重構造に配設された内容器２３とから概略構成されている。
【００２２】
容器本体２内部には、図１に示す如く、内容器２３の内部に形成された燃料Ｆを収容する燃料収容空間１１と、主に内容器２３の外面と外容器２１の内面との間に形成され、燃料Ｆを押し出すための応力を生じさせる圧縮ガスＧを封入する押出用空間１２と、内容器２３に上下に摺動可能に配設され、燃料収容空間１１と押出用空間１２とを区画するピストン３と、ピストン３が下降移動した際に外容器２１の底内面２１ａとの間で圧縮される弾性体２４とが備えられている。該弾性体２４は、本発明において特に限定されるものではないが、本実施形態においては例えば、ばね等が使用される。なお燃料収容空間１１と押出用空間１２は、ピストン３の位置によって容積比率が変動するものであり、燃料Ｆが減少してピストン３が上昇すると、押出用空間１２の一部が内容器２３の内部に位置することになる。
【００２３】
内容器２３は下端が開放した略円筒状であり、下端部が外容器２１の底内面２１ａと接することなく配設されている。また、下端側周面には縦方向に延びる複数の切欠き２３１が形成されていて、ピストン３が下降移動した際に、内容器２３の内部と外容器２１の内部が連通可能になっている。（後に詳細に説明する。）内容器２３の上端には、図２、図３に示す如く、略中央に後述するダイヤフラム５０の下軸部５１２が挿通する連通孔２３２ａを有する略扁平な区画壁２３２が設けられている。区画壁２３２の上面外周部には、後述するダイヤフラム本体５２の下面と係合用の係合凹部２３２ｂが形成され、区画壁２３２の上面即ち内容器２３の上端と、外容器２１の上端とは略同一平面上に配設されている。このように外容器２１と内容器２３の上端が略同一平面上に配設すると、内容器２３内部に形成された燃料収容空間１１を大きくすることができるので、容器本体２内部における燃料収容空間１１の容積率を向上させることができる。
【００２４】
接続部２２は、図３に示す如く、上端に筒状の接続筒部２２１を備える略筒状の接続部本体２２２を有している。接続部本体２２２の下端には、内容器２３の外面と外容器２１の内面との間に挿入し、内容器２３及び外容器２１と係合する係合環状体２２３が備えられ、接続部２２は該係合環状体２２３によって外容器２１及び内容器２３に固着されている。また、接続筒部２２１の内面には、内周の一箇所に、接続筒部２２１の上端面から下方に延び、絶対位置の基準となる基準突起２２１ａが形成され、さらに、基準突起２２１ａと幅の異なる２本の選択突起２２１ｂ，２２１ｃが、燃料の種類に応じて予め設定された位置に形成されている。一方、不図示の燃料電池を内蔵した機器の接続部には、前記基準突起２２１ａに対応する機器側基準溝と、前記選択突起２２１ｂ，２２１ｃに対応する機器側選択溝が形成されている。基準突起２２１ａは、選択突起２２１ｂ，２２１ｃよりも幅を広く形成され、これに対応して、機器側基準溝も機器側選択溝よりも幅を広くしてあるので、ユーザーが無意識に接続しようとしても基準突起２２１ａは、機器側基準溝以外には嵌合しない。
【００２５】
なお本実施形態では、位置決め用の基準突起２２１ａが１本のみ設けられているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば基準突起を接続筒部２２１の中心に関して点対称の位置に複数本設けてもよい。その場合には、選択突起も点対称の位置に形成される。また選択突起を円筒体の外周および内周の双方に設けてもよい。さらには、選択突起の幅及び／又は位置を変えた多数の組合せパターンが考えられる。また本実施形態は、接続筒部２２１の形状を異ならせるために、接続筒部２２１の内周に選択突起２２１ｂ，２２１ｃを設けた場合であるが、これらは突起に限らず溝でもよい。また燃料Ｆの種類に応じて接続筒部２２１の口径を変えてもよい。さらに、本実施形態では、円筒状の接続筒部２２１を用いているが、円筒状に限らず、例えば四角筒状であってもよく、機器側の接続部の形状や燃料Ｆの種類に応じて適宜設計変更可能である。上述の実施形態によれば、燃料Ｆの種類に応じて接続筒部２２１の形状を異ならせたので、目的とする燃料Ｆとは種類の異なる燃料Ｆを収容した燃料電池用燃料カートリッジ１が機器側接続部に装着不能となり、燃料電池用燃料カートリッジ１の誤装着を防止することができる。
【００２６】
バルブ４は、図２に示す如く、接続部２２への固定部材及び機器側接続部への嵌着部材としてのハウジング４１と、機器（図示しない）との接続に応じて移動するステム４２と、ステム４２を閉方向に付勢するバルブ用ばね部材４３と、燃料Ｆの流通を開放または遮断する弁体４４（Ｏリング）と、機器との接続時にシール部材として作用する接続シール部材４５とから概略構成され、これらは好ましくは非金属材料で形成されてなる。
【００２７】
ハウジング４１は、図３に示す如く、上端に燃料電池に燃料Ｆを供給するための供給口４１ａを有する装着筒部４１１を備え、該装着筒部４１１の下端には外周に上述した接続部本体２２２の上端内面２２２ａに当接する段部４１２ａを有し、内部に空間Ｓが形成されたハウジング本体４１２が設けられている。装着筒部４１１の上端外周には前記接続シール部材４５が嵌装されている。ハウジング４１は上述した接続部２２の内部に、段部４１２ａが上端内面２２２ａに当接して装着され、ハウジング本体４１２の下端は後述する中間部材２５の上面に当接する。
【００２８】
ステム４２は略円柱状の大径部４２１と、該大径部４２１の上方に延びる上軸部４２２と、下方に延びる下軸部４２３とを備えている。大径部４２１の下面には、下軸部４２３の外周から外方に向かって、等間隔四方に流路溝４２４が形成されている。そしてステム４２は、上軸部４２２がハウジング４１の供給口４１ａ内を軸方向に移動可能に挿入され、大径部４２１の下面と後述する中間部材２５の上面との間にはバルブ用ばね部材４３が配設されて、上方に付勢されている。ステム４２の上軸部４２２の基部外周には、Ｏリングによる弁体４４が装着され、供給口４１ａの下端すなわちハウジング本体４１２の上端内面４１２ｂに圧接することで、供給口４１ａを閉塞して燃料Ｆの流通を遮断している。また、上軸部４２２の上面が下方に押し込まれると、バルブ用ばね部材４３が縮んでステム４２が下方に移動し、弁体４４がハウジング本体４１２の上端内面４１２ｂから離れることによって、供給口４１ａが開口し、燃料収容空間１１内の燃料Ｆの流通が開放される。そして流路溝４２４及び大径部４２１の外周面とハウジング本体４１２の内周面又は中間部材２５の環状突起２５２の内周面との隙間を通った燃料Ｆは上軸部４２２の外周面と供給口４１ａの内面との隙間を通って燃料電池に供給される。
【００２９】
バルブ４の下方には、図１、図２の如く、外周面が接続部本体２２２の内面に固着された略円柱状の中間部材２５が配設されている。中間部材２５は、図３に示す如く、略中央に貫通孔２５１を有する略円柱状であって、上面には貫通孔２５１を囲んで環状突起２５２が上方に向かって突設され、さらに環状突起２５２の内面から下方に向かって延びる第一の環状溝２５３が形成されている。貫通孔２５１には上述したステムの下軸部４２３が軸方向（上下方向）に移動可能に挿入され、第一の環状溝２５３には上述したバルブ用ばね部材４３が挿入される。下面には、略中央に貫通孔２５１より大きい径の軸孔２５５が上方の所定位置まで形成され、該軸孔２５５を囲んでかつ第一の環状溝２５３よりも外側に第二の環状溝２５４が形成されている。このとき第一の環状溝２５３と第二の環状溝２５４とは同心軸に形成され、溝の深さ方向（上下方向）に一部が重なっている。このように第一の環状溝２５３と第二の環状溝２５４とを同心軸に重ねて形成することによって、バルブ用ばね部材４３と後述するダイヤフラム用ばね部材５５とを同心軸に該ばね部材４３、５５の伸縮方向（上下方向）が重なるように配設できるので、燃料電池用燃料カートリッジ１の外形が上下方向に大きくなるのを防ぐことができる。そして中間部材２５は、外周面が、上述した接続部本体２２２の内面に固着され、さらに環状突起２５２の外周に装着された中間部材用Ｏリング２５６を介して上述したハウジング本体４１２の内面に固着される。
【００３０】
本発明において特徴的なのは、接続部２２の内部に、上端がバルブ４と連通し、下端が容器本体２内部と連通して、該内部に収容された燃料Ｆを、容器本体２内部の一次圧力よりも低い二次圧力に調整して、バルブ４に流出させる圧力調整機構５が設けられていることである。
【００３１】
圧力調整機構５はダイヤフラム５０と、該ダイヤフラム５０に装着された摺動隔壁部材５３及び調圧弁５４と、ダイヤフラム５０の変位に応じて伸縮するダイヤフラム用ばね部材５５とから概略構成されている。ここで図４にダイヤフラム５０の断面斜視図を示す。
【００３２】
ダイヤフラム５０は、図４に示す如く、バルブ４側（上側）に位置する移動本体５１と、該移動本体５１の下面に固着し区画壁２３２側（下側）に位置するダイヤフラム本体５２とから構成されている。
【００３３】
移動本体５１は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）及びポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）等の樹脂で形成されるものであって、略円柱状の本体５１０と、該本体５１０の上面略中央に上方に向かって突設された上軸５１１（第一の軸部）と、本体５１０の下面略中央に下方に向かって突設された下軸５１２（第二の軸部）とから概略構成されている。本体５１０の上面縁側にはダイヤフラム用ばね部材５５が当接する段部５１０ａが形成され、ダイヤフラム用ばね部材５５は上部が上述した第二の環状溝２５４に挿入され、上端が第二の環状溝２５４の底部に当接し、下端が段部５１０ａに当接している。
【００３４】
上軸５１１は、上述した軸孔２５５に挿入されるものであって、上端外周に上環状溝部５１１ａ（第一の環状溝部）を有し、該溝部５１１ａに軸孔２５５の内面を摺動する摺動隔壁部材５３が装着されている。該摺動隔壁部材５３は、接続部２２内部の空間をバルブ４と連通するバルブ４側の空間５ａ（以下、調圧室５ａという）と大気が収容された区画壁２３２側の空間５ｂ（以下、大気室５ｂという）とに区画している。また上軸５１１の上端面略中央には調圧室５ａと連通し容器本体２内部に収容された燃料Ｆを排出する排出口５１１ｂが設けられている。
【００３５】
下軸５１２は、上述した連通孔２３２ａを挿通して下端が燃料収容空間１１に位置するものであって、下端外周に下環状溝部５１２ａ（第二の環状溝部）を有し、該溝部５１２ａに下軸５１２の移動に応じて連通孔２３２ａを開閉する調圧弁５４が装着されている。該調圧弁５４は区画壁２３２の下面に当接することによって連通孔２３２ａを開閉している。また下軸５１２の下環状溝部５１２ａより上側の外周面には、調圧弁５４が開状態のときに燃料収容空間１１と連通し、該空間１１内に収容された燃料Ｆが流入する流入口５１２ｂが設けられている。
【００３６】
このように構成された移動本体５１は、内部に、排出口５１１ｂから軸芯に沿って下軸の所定位置まで下方に延びる流路５０ａが形成されている。なお所定位置とは流入口５１２ｂより下側の位置をいい、流路５０ａは流入口５１２ｂと連通する。そして移動本体５１は下側にダイヤフラム本体５２を有し、該ダイヤフラム本体５２はその上面が本体５１０の下面に固着されている。
【００３７】
ダイヤフラム本体５２は、例えばゴム等から構成され、弾力性を有する概ね平板状の部材であり、略中央には下軸５１２が挿通する円形の開口５２０が穿設され、外周には環状壁５２１が垂下されている。該環状壁５２１は、図２に示す如く、上述した区画壁２３２の係合凹部２３２ｂと係合するものであり、ダイヤフラム本体５２は環状壁５２１の上面を接続部本体２２２の下端に、下面を係合凹部２３２ｂの底部にそれぞれ押圧されることで容器本体２２に固着されている。ダイヤフラム本体５２の下面と、区画壁２３２の上面との間には空間５ａ’が形成されていて、該空間５ａ’は上述した調圧室５ａと流路５０ａを介して連通し、さらに調圧弁５４が開状態のときは燃料収容空間１１と連通する。以下、この空間５ａ’を本調圧室５ａ’という。
【００３８】
ダイヤフラム５０は、上述の移動本体５１とダイヤフラム本体５２とが二色成形で一体的に成形されることによって形成されている。なお本実施形態のダイヤフラム５０は、移動本体５１とダイヤフラム本体５２とを二色成形によって成形したが、本発明のダイヤフラムはこれに限られるものではなく、例えば移動本体５１とダイヤフラム本体５２とをそれぞれ別に成形し、固着したものであってもよい。
【００３９】
このように構成された圧力調整機構５の動作について説明する。ダイヤフラム５０は、容器本体２内部から供給される燃料Ｆの一次圧力に対して、ダイヤフラム用ばね部材５５により調圧室５ａ及び本調圧室５ａ’内が一次圧力より低い二次圧力になるように設定されている。そして調圧室５ａ及び本調圧室５ａ’内部の燃料Ｆの圧力が、前記二次圧力より高くなった場合、調圧室５ａ内の燃料Ｆが上軸５１１を下方に押圧し、本調圧室５ａ’内の燃料Ｆがダイヤフラム本体５２の下面を上方に押圧する。このときダイヤフラム本体５２の下面の面積は、上軸５１１の上端の面積よりも大きいので、ダイヤフラム５０には下方から上方に向かう力が加わる。この結果ダイヤフラム用ばね部材５５による付勢力に抗して、移動本体５１の下軸５１２は上方に移動し、調圧弁５４が区画壁２３２の連通孔２３２ａを遮断して、それ以上燃料Ｆが本調圧室５ａ’及び調圧室５ａに流入することを阻止する。また逆に、調圧室５ａ及び本調圧室５ａ’内部の燃料Ｆの圧力が低くなった場合、ダイヤフラム用ばね部材５５の付勢力により、移動本体５１の下軸５１２が、下降して連通孔２３２ａを開放し、再度、燃料Ｆが本調圧室５ａ’及び流路５０ａを通って調圧室５ａ内に流入可能となる。このように、ダイヤフラム５０は、燃料Ｆの圧力の変動に対して絶えず上下に移動することによって燃料Ｆを略一定の二次圧力に保っている。このときダイヤフラム５０の内部に、下側に形成された本調圧室５ａ’と上側に形成された調圧室５ａとを連通する流路５０ａが形成されているので、連通孔２３２ａ（下側）から流入した容器本体２内部の燃料Ｆを、二次圧力に調整してからバルブ４（上側）に流出することができる。
【００４０】
このように燃料電池用燃料カートリッジ１は、容器本体２内部の一次圧力より低い二次圧力に調整して、バルブ４に流出させる圧力調整機構５が設けられているので、燃料電池を搭載した機器に圧力調整器を搭載することなく、燃料Ｆを一定流量で供給できるため、急激に燃料Ｆが供給されて燃料電池の電解質膜が破けるのを防止することができ、さらに前記機器は圧力調整器を搭載するスペース分小型化できる。また圧力調整機構５が接続部２２の内部に配設されているので、接続部２２内部の空き空間が減少する。これにより、接続部２２と機器との接続が外されて供給口４１ａが閉状態となった際に、接続部２２の内部に僅かながら残存してしまう燃料Ｆを減少させることができる。
【００４１】
ピストン３は、図１に示す如く、略円柱状で外周面に全周に亘って延びた１つの溝３１０を有する本体部材３１と、該溝３１０に嵌合するゴム等の弾性を有する材料から形成されたＯリング３２とで構成され、Ｏリング３２は、外周が内容器２３の内面に気密に接触し、内容器２３内部を上下に摺動可能となるように配設されている。ピストン３は、上面と接する空間を燃料収容空間１１、底面と接する空間を押出用空間１２とにそれぞれ区画する移動隔壁として機能し、底面に作用する圧縮ガスＧの圧力によって上面の燃料Ｆを加圧し、ステム４２が開作動した際に、燃料Ｆを押し出すように作用する。
【００４２】
なお本発明のピストン３は、耐燃料性、寸法安定性、成形性等の観点から、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂で形成されることが好ましく、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂で形成しても良い。
【００４３】
また、容器本体２とピストン３とが摺接する面、すなわちＯリング３２の外表面及び内容器２３の内壁面の少なくとも一方に、燃料Ｆに対して非溶出性のＰＴＦＥ樹脂、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）樹脂又はポリパラキシレン系樹脂、特にパリレンＮ（日本パリレン株式会社の登録商標；ポリパラキシリレンを示す）で形成された被覆層を施すことによって、ピストン３の移動抵抗を低減し、圧縮ガスＧの圧力が低くても確実で良好な作動を確保するように構成されている。
【００４４】
また本発明のピストン３は、シリコンゴムで形成しても良い。この場合、前記被覆層を施さなくてもピストン３の移動抵抗を低減することができるので、ピストン３の下方に弾性体２４を配設しなくても、後述する圧縮ガスＧの封入時に、ピストン３は再下降した状態から燃料収容空間１１を密封する状態に戻ることができる。
【００４５】
また、摺動性を向上させるという点から、バルブ４の上端外周に嵌装された接続シール部材４５の外表面にも前記被覆層が施されている。
【００４６】
次に押出用空間１２への圧縮ガスＧの封入及び燃料収容空間１１への燃料Ｆの注入について説明する。なお、圧縮ガスＧの封入は燃料収容空間１１に燃料Ｆを注入する前に行うものとする。
【００４７】
まず図示しない燃料充填装置のガス注入口を供給口４１ａに結合し、押し込み作動によりステム４２を開作動させ、バルブ４及び流路５０ａを通して、圧縮ガスＧを燃料収容空間１１に注入する。これに応じてピストン３が下降し、図１に示す如く弾性体２４が自然長である位置から、さらに圧縮ガスＧを注入することによって、ピストン３は、弾性体２４を押圧変形させて外容器２１の底内面２１ａに向かってさらに移動する。ピストン３が最下降した状態において、切欠き２３１の上端部がピストン３のＯリング３２より上方となり、切欠き２３１を通して燃料収容空間１１から押出用空間１２へ圧縮ガスＧが注入される。そして、押出用空間１２内が所定圧力となったら、圧縮ガスＧの注入を停止する。
【００４８】
次に、ステム４２を再び開作動させて燃料収容空間１１の圧縮ガスＧを排出する。これに応じてピストン３は弾性体２４の反発力によって上昇し、図２に示す如く燃料収容空間１１を密封する状態に戻る。そして、さらなる圧縮ガスＧの排出でピストン３は下面に押出用空間１２の圧縮ガスＧの圧力が作用した状態で内容器２３の上端にまで上昇移動し、燃料収容空間１１内の圧縮ガスＧを排出することで、押出用空間１２に圧縮ガスＧが封入される。このとき、圧縮ガスＧの圧力は、後述するようにして燃料収容空間１１に充填された燃料Ｆを、ピストン３により押し出しながら全て排出することができる圧力であれば、特に制限はない。
【００４９】
その後、注入手段を供給口４１ａに接続し、バルブ４及び流路５０ａを介して燃料収容空間１１へ燃料Ｆを注入することによってピストン３を下降させ、燃料収容空間１１に所定量の燃料Ｆを収容して燃料電池用燃料カートリッジ１が構成される。このように構成された燃料電池用燃料カートリッジ１は、内部に収容された燃料Ｆが減少または無くなると、再度内部に燃料Ｆを充填し再使用することが可能である。
【００５０】
なお本実施形態において容器本体２を二重容器構造としたが、本発明の燃料電池用燃料カートリッジはこれに限られるものではなく、適宜設計変更可能であり、例えば一重容器構造で形成された容器本体内部に、燃料ＦとともにＬＰＧ（液化石油ガス）、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）及びＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）等を気化した液化ガス又は炭酸ガスや窒素ガス等の圧縮ガスを噴射剤として収容し、前記液化ガス又は前記圧縮ガスの圧力によって、燃料Ｆを容器本体の外に自力で霧状や泡状などにして放出させる構造の一重容器構造としてもよい。この場合、押出手段Ｐは前記液化ガス又は前記圧縮ガスとなる。
【００５１】
次に本発明にかかる別の実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１’について説明する。図５は本実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１’の接続部拡大断面図である。本実施形態においては便宜上、燃料電池に接続する側（図５中上方）を上側とする。なお本実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１’は、上述した実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１と略同様な構造を有するものは同符号で示して詳細な説明を省略し、異なる構造を有するものについてのみ詳細に説明する。
【００５２】
本実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１’は、図５に示す如く、圧力調整機構５の上端側とバルブ４との間にフィルター６を備えている。
【００５３】
本実施形態のバルブ４は上述した実施形態の燃料電池用燃料カートリッジ１と概略同様であるが、ステム４２の構造が若干異なっている。本実施形態のステム４２’は、下軸部４２３’の径が上軸部４２２の径よりも大きく形成され、下軸部４２３’の外周にバルブ用ばね部材４３が装着されている。そしてバルブ用ばね部材４３が装着された下軸部４２３’は後述する貫通孔２５１’に軸方向（上下方向）に移動可能に挿入される。
【００５４】
接続部２２の内部に固着された中間部材２５’は、略中央に貫通孔２５１’を有する略円柱状であって、上面の外周縁にはハウジング本体４１２の下端が当接する環状段部２５７’形成され、該環状段部２５７’に装着された中間部材用Ｏリング２５６を介してハウジング本体４１２の内面に固着されている。また、貫通孔２５１’の底面略中央には貫通孔２５１’よりも小さい径の、移動本体５１の上軸５１１が挿入される軸孔２５５’が下方に貫通して形成され、該軸孔２５５’を塞ぐようにしてフィルター６が配設されている。
【００５５】
フィルター６は、略中央に軸孔２５５’を塞ぐフィルター弾性体６ａを備える円板状であり、周縁（外周）には円筒状の周壁６ｂが立設されていて、該周壁６ｂの外周面が貫通孔２５１’の内周面に当接し、フィルター６の底面が貫通孔２５１’の底面に当接するようにして、貫通孔２５１’内部に配設されている。そしてフィルター６の上面にはフィルター弾性体６ａを囲むようにしてバルブ用ばね部材４３の下端が当接される。このフィルター６によって移動本体５１の排出口５１１ｂから排出された燃料Ｆはさらに流量調整され、かつ異物が除去される。これにより圧力調整機構５で一定の二次圧力に調整された燃料Ｆは、さらに流量調整され、且つ異物の除去がなされた上でバルブ４に供給されるので、バルブ４及び燃料電池に異物が混入するのを防ぐことができ、かつ安定した燃料供給を行うことが可能となる。なお本実施形態のフィルター６は本出願人が先に出願した「流量調整フィルターの製造方法および流量調整フィルター」（特開２００５−３５３２９９号公報）に開示された流量調整フィルターを使用可能とし、詳細な説明は省略する。
【００５６】
また中間部材２５’の下面には、軸孔２５５’を囲んで貫通孔２５１’よりも外側にダイヤフラム用ばね部材５５の上部が挿入される第二の環状溝２５４が形成されている。このとき貫通孔２５１’と第二の環状溝２５４とは同心軸に形成され、貫通孔２５１’の底面と第二の環状溝２５４の上面とが同一平面上に位置するように形成される。これによりバルブ側ばね部材４３とダイヤフラム用ばね部材５５とが、異なる径を有し、それぞれ同心軸に、バルブ側ばね部材４３の下端部とダイヤフラム用ばね部材５５の上端部とが同一平面上に位置するように配設される。なお本実施形態では、貫通孔２５１’の底面と第二の環状溝２５４の上面とが同一平面上に位置する構造としたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば第二の環状溝２５４の上面が貫通孔２５１’の底面よりも上側に位置する構造としてもよい。この場合、バルブ用ばね部材４３とダイヤフラム用ばね部材５５とは、少なくとも該ばねの伸縮方向に一部が重なるように配設される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】燃料電池用燃料カートリッジ１の中央断面図
【図２】接続部の拡大断面斜視図
【図３】図１の主要部断面分解斜視図
【図４】ダイヤフラムの断面斜視図
【図５】別の実施形態にかかる燃料電池用燃料カートリッジ１’の接続部拡大断面図
【符号の説明】
【００５８】
１、１’        燃料電池用燃料カートリッジ
１１            燃料収容空間
１２            押出用空間
２              容器本体
２１            外容器
２１ａ          底内面
２２            接続部
２３            内容器
２３２          区画壁
２３２ａ        連通孔
２４            弾性体
２５、２５’    中間部材
２５１、２５１’貫通孔
２５５、２５５’軸孔
３              ピストン
４              バルブ
４１            ハウジング
４１ａ          供給口
４２            ステム
４３            バルブ用ばね部材
５              圧力調整機構
５ａ            調圧室
５ａ’          本調圧室
５ｂ            大気室
５０            ダイヤフラム
５０ａ          流路
５１            移動本体
５１１          上軸（第一の軸部）
５１１ａ        上環状溝部（第一の環状溝部）
５１１ｂ        排出口
５１２          下軸（第二の軸部）
５１２ａ        下環状溝部（第二の環状溝部）
５１２ｂ        流入口
５２            ダイヤフラム本体
５３            摺動隔壁部材
５４            調圧弁
５５            ダイヤフラム用ばね部材
６              フィルター
Ｆ              燃料
Ｇ              圧縮ガス
Ｐ              押出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007200734.tif 000006
【図５】
2007200734.tif 000007