(57)【要約】【課題】燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、燃料カートリッジと燃料電池本体との良好な結合状態を簡易な構造で実現する。【解決手段】燃料カートリッジまたは燃料電池本体のいずれか一方に設けられたノズル部９を他方に設けられたソケット部６に挿入し、ノズル部９とソケット部６とを接続する燃料電池用燃料カートリッジの接続機構である。例えば、ノズル部９はスナップフィット部を具備する。ソケット部６は例えばスナップフィット部と係合してノズル部９と前記ソケット部６とを結合させるスナップフィット係合部を具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カートリッジまたは燃料電池本体のいずれか一方に設けられたノズル部を、前記燃料カートリッジまたは燃料電池本体のいずれか他方に設けられたソケット部に挿入し、前記ノズル部とソケット部とを接続する燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記ノズル部または前記ソケット部のいずれか一方はスナップフィット部を具備し、前記ノズル部または前記ソケット部のいずれか他方は前記スナップフィット部と係合して、前記ノズル部と前記ソケット部とを結合させるスナップフィット係合部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の接続機構。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記スナップフィット部と前記スナップフィット係合部とは、これらのいずれか一方に設けられた爪部を、他方に設けられた凹部に係合させることにより、前記ノズル部と前記ソケット部とを結合させることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの接続機構。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記ノズル部は前記燃料カートリッジに設けられており、かつ前記爪部を有するスナップフィット部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の接続機構。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記スナップフィット部は、前記燃料カートリッジの挿入方向と軸方向が平行となるように配置された円筒部と、前記円筒部の径方向に弾性力を付与するように形成された切り欠きと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の接続機構。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記切り欠きは一字形状または十字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の接続機構。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記スナップフィット係合部を有する前記ノズル部またはソケット部は、前記ノズル部と前記ソケット部との結合状態を解除する手段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の接続機構。
【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の接続機構において、
前記ノズル部の先端側には前記ソケット部と接触する弾性部材が配置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の接続機構。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、
前記ノズル部および前記ソケット部はそれぞれバルブ機構を内蔵することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの接続機構。
【請求項９】
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられた接続機構部とを備える燃料カートリッジと、
前記燃料カートリッジ側の接続機構部と着脱可能に接続される燃料電池側接続機構部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体とを具備し、
前記燃料カートリッジ側接続機構部と前記燃料電池側接続機構部とは、請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池において、
前記起電部は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟持された電解質膜とを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０記載の燃料電池において、
さらに、前記燃料タンクと前記起電部との間に介在され、前記液体燃料の気化成分を前記燃料極に供給する気体選択透過膜を具備することを特徴とする燃料電池。
【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の接続機構とそれを用いた燃料電池に関する。
【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、燃料のみ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、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出すことができるため、改質器が不要で小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも水素ガス等に比べて容易であることから、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、液体燃料を気化させてブロア等で燃料電池セル内に送り込む気体供給型や液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池セル内に送り込む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て燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらの燃料供給方式のうち、アクティブ方式はＤＭＦＣの高出力化（大電力化）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、パッシブ方式は燃料ポンプ等の能動的な燃料移送手段を必要としないことから、特にＤＭＦＣの小型化に対して有利である。例えば、特許文献１や特許文献２には液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料の気化成分を拡散させて燃料極に供給する燃料気化層とを具備する内部気化型のＤＭＦＣが記載されている。パッシブ型ＤＭＦＣは携帯用オーディオプレーヤや携帯電話等の小型携帯機器の電源として期待されている。
【０００５】
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、内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣは、燃料タンクと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を供給する。サテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジでは、それぞれバルブ機構を内蔵するノズルとソケットとで構成されたカップラを用いて、液体燃料の遮断並びに注入を行うことが試みられている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第3413111号公報
【特許文献２】特開2004-171844号公報
【特許文献３】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】
【０００６】
ところで、燃料カートリッジから燃料電池の燃料タンクに液体燃料を供給するにあたっては、燃料カートリッジの接続状態（燃料電池側との結合状態）を確実かつ良好に保つことが重要となる。燃料カートリッジの接続不良は液体燃料の液漏れの原因となる。ただし、燃料カートリッジの結合状態を良好に保つために複雑な接続機構を適用すると、燃料電池の大型化や操作性の低下等を招くことになる。特に、内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣは、例えば携帯用電子機器に搭載するために小型化が進められているのに対して、接続機構の複雑化はＤＭＦＣの小型化を阻害することになる。さらに、燃料電池用燃料カートリッジの使用形態を考えると、容易に脱着が可能であることが求められる。
【０００７】
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、燃料カートリッジを燃料電池本体に接続するにあたって、これらのより確実な結合状態を簡易な構造で実現することを可能にした燃料電池用燃料カートリッジの接続機構、およびそのような燃料カートリッジの接続機構を適用した燃料電池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】
【０００８】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続機構は、燃料カートリッジまたは燃料電池本体のいずれか一方に設けられたノズル部を、前記燃料カートリッジまたは燃料電池本体のいずれか他方に設けられたソケット部に挿入し、前記ノズル部とソケット部とを接続する燃料電池用燃料カートリッジの接続機構において、前記ノズル部または前記ソケット部のいずれか一方はスナップフィット部を具備し、前記ノズル部または前記ソケット部のいずれか他方は前記スナップフィット部と係合して、前記ノズル部と前記ソケット部とを結合させるスナップフィット係合部を具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明の一態様に係る燃料電池は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられた接続機構部とを備える燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジ側の接続機構部と着脱可能に接続される燃料電池側接続機構部を有する燃料供給部と、前記燃料供給部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部とを備える燃料電池本体とを具備し、前記燃料カートリッジ側接続機構部と前記燃料電池側接続機構部とは、本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続機構を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続機構によれば、燃料カートリッジと燃料電池本体との確実な結合状態を簡易な構造で実現している。従って、このような燃料カートリッジの接続機構を適用することによって、液体燃料の供給時における信頼性や操作性を高めると共に、小型化を図った燃料電池を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施形態による燃料電池の構成を示す図である。図１に示す燃料電池１は、起電部となる燃料電池セル２と燃料タンク３とから主として構成される燃料電池本体４と、燃料タンク３に液体燃料を供給するサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジ５とを具備している。燃料タンク３の下面側には、液体燃料の供給口となるソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。ソケット部６は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料が供給されるとき以外は閉状態とされている。なお、燃料電池本体４は燃料タンク３を経ずに燃料供給部７から直接燃料電池セル２に液体燃料を供給する構造を有していてもよい。
【００１３】
一方、燃料カートリッジ５は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体８を有している。カートリッジ本体８の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池本体４に供給する際の燃料吐出口となるノズル部９が設けられている。ノズル部９は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料を供給するとき以外は閉状態とされている。このような燃料カートリッジ５は、例えば燃料タンク３に液体燃料を注入するときのみ燃料電池本体４に接続されるものである。
【００１４】
燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８には、燃料電池本体４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ている。なお、カートリッジ本体８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、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、燃料電池本体４に応じた液体燃料が収容される。
【００１５】
上述した燃料電池本体４の燃料タンク３に設けられたソケット部６と燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８に設けられたノズル部９とは、一対の接続機構（カップラ）を構成するものである。ソケット部６とノズル部９とで構成されたカップラの具体的な構成について、図２を参照して説明する。なお、図２は本発明の燃料電池用燃料カートリッジの接続機構の一実施形態を示すものである。図２は燃料カートリッジ５のノズル部９と燃料電池本体４のソケット部６とを接続する前の状態を示している。
【００１６】
燃料電池本体４と燃料カートリッジ５とを接続するカップラにおいて、カートリッジ側接続機構としてのノズル部（オス側カップラ）９は、ノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを一体化したノズルヘッド１３を具備している。ノズルベース部１１はカートリッジ本体８の先端部に固着されている。円筒状のノズル挿入部１２は、その軸方向がノズル部９の挿入方向と平行となるように、ノズルベース部１１から突出して形成されている。ノズル挿入部１２の先端にはノズル口が設けられている。なお、ここではノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを一体成形したノズルヘッド１３を示しているが、これらは個別に成形したものを組合せて使用してもよい。
【００１７】
カートリッジ本体８の先端側内部には、カップ状のバルブホルダ１４が配置されている。バルブホルダ１４はバルブ室を規定するものであり、その先端側外縁部がカートリッジ本体８とノズルベース部１１とで挟み込まれて固定されている。バルブホルダ１４で規定されたバルブ室内には、バルブ１５が配置されている。バルブ１５は、バルブヘッド１５ａを有するバルブ本体１５ｂと、バルブ本体１５ｂの先端側に設けられたバルブステム１５ｃと、バルブ本体１５ｂの後方側に設けられたガイドピン１５ｄとを備えている。
【００１８】
バルブヘッド１５ａを有するバルブ本体１５ｂはバルブホルダ１４で規定されたバルブ室内に配置されており、バルブステム１５ｃは円筒状のノズル挿入部１２内に収容されている。これらバルブ本体１５ｂやバルブステム１５ｃを有するバルブ１５は、軸方向（ノズル部９の挿入方向）に進退可能とされている。バルブヘッド１５ａとノズルベース部１１の内側に形成されたバルブシート１６との間には、Ｏリング１７が配置されている。バルブ本体１５ｂには、圧縮スプリング１８でバルブヘッド１５ａをバルブシート１６に押し付ける力が常時加えられており、これらによってＯリング１７は押圧されている。
【００１９】
従って、通常状態（燃料カートリッジ５が燃料電池本体４から切り離された状態）においては、Ｏリング１７を介してバルブヘッド１５ａをバルブシート１６に押し付けることで、ノズル部９内の燃料流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に接続すると、バルブステム１５ｃが後退してバルブヘッド１５ａがバルブシート１６から離れることによって、ノズル部９内の流路が開状態とされる。バルブホルダ１４の底部には液体燃料の流路となる連通孔１４ａが設けられている。バルブ本体１５ｂの後方側に設けられたガイドピン１５ｄは連通孔１４ａ内に挿通されている。
【００２０】
一方、燃料電池側接続機構としてのソケット部（メス側カップラ）６は、段付孔を有する略円筒状のハウジング２１を具備している。ハウジング２１はノズル挿入部１２が挿入される凹状のノズル受け部２２を有しており、このノズル受け部２２の底面側には液体燃料の流路となる連通孔２３が設けられている。ハウジング２１の下方にはバルブ室を規定するように筒状支持部材２４が嵌め込まれている。これらハウジング２１と筒状支持部材２４とは一体化されて燃料電池本体４の燃料供給部７内に埋め込まれている。
【００２１】
ハウジング２１および筒状支持部材２４で形成されたバルブ室内には、バルブ２５が配置されている。バルブ２５は、バルブヘッド２５ａを有するバルブ本体２５ｂと、バルブ本体２５ｂの先端側に設けられたバルブステム２５ｃと、バルブ本体２５ｂの後方側に設けられたガイドピン２５ｄとを備えている。バルブヘッド２５ａを有するバルブ本体２５ｂは、筒状支持部材２４で規定されたバルブ室内に配置されている。バルブステム２５ｃはノズル受け部２２の底面側に設けられた連通孔２３内に収容されており、さらにノズル受け部２２内に突出している。これらバルブ本体２５ｂやバルブステム２５ｃを有するバルブ２５は、軸方向（ノズル部９の挿入方向）に進退可能とされている。
【００２２】
バルブヘッド２５ａとハウジング２１の下面側に形成されたバルブシート２６との間には、Ｏリング２７が配置されている。バルブ本体２５ｂには、圧縮スプリング２８でバルブヘッド２５ａをバルブシート２６に押し付ける力が常時加えられており、これによってＯリング２７は押圧されている。従って、通常状態（燃料電池本体４から燃料カートリッジ５が切り離された状態）においては、Ｏリング２７を介してバルブヘッド２５ａをバルブシート２６に押し付けることによって、ソケット部６内の流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料電池本体４に燃料カートリッジ５が接続されると、バルブステム２５ｃが後退してバルブヘッド２５ａがバルブシート２６から離れることによって、ソケット部６内の流路が開状態とされる。
【００２３】
筒状支持部材２４には、燃料タンク３に接続された連通孔２４ａが設けられている。なお、バルブ本体２５ｂの後方側に設けられたガイドピン２５ｄは連通孔２４ａ内に挿通されている。このように、ソケット部６はハウジング２１内に設けられた流路が筒状支持部材２４に設けられた連通孔２４ａを介して燃料タンク３に接続されている。そして、バルブ２５を開状態としてソケット部６内の流路を開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料タンク３内に注入することが可能とされている。
【００２４】
なお、ここではバルブ機構を内蔵したノズル部９とソケット部６について説明したが、ノズル部９およびソケット部６における液体燃料の遮断・流通機構はこれに限定されるものではない。例えば、ソケット部６側にゴムやエラストマー等で形成した膜を配置すると共に、ノズル部９側に針を設けた構造によって、ノズル部９およびソケット部６における液体燃料の遮断・流通を制御することも可能である。
【００２５】
燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、ノズル部９をソケット部６に挿入して接続する。ここで、ノズル部９はスナップフィット部を具備し、ソケット部６はスナップフィット係合部を具備している。ノズル部９に適用したスナップフィット部の具体的な構造について、図３（ノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを一体化したノズルヘッド１３の断面図）を参照して述べる。
【００２６】
図３に示すノズルヘッド１３は、ノズル挿入部１２を構成する円筒部３１に切り欠き３２を設けて分割し、円筒部３１の各分割片３１ａに対して径方向の弾性力を付与している。言い換えると、ノズル挿入部１２は円筒部３１と、この円筒部３１の径方向に弾性力を付与する切り欠き３２とを有し、これらがスナップフィット部を構成している。円筒部３１の分割片３１ａは径方向に対して弾性力を有しており、この分割片３１ａの弾性力でノズル受け部２２に挿入可能とされており、さらに挿入後には径方向への弾性力で復元するように構成されている。
【００２７】
ノズル挿入部１２は分割片３１ａに弾性力を付与する上で、ゴム、樹脂、エラストマー等で構成することが好ましい。さらに、燃料電池用の燃料カートリッジ５に適用する上で、ノズル挿入部１２は例えば耐メタノール性を有していることが好ましい。このような材料としては、オレフィン系プラスチック、汎用エンジニアプラスチック、スーパーエンジニアプラスチック、熱可塑性エラストマー、ゴム材料等が挙げられる。オレフィン系プラスチックとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、架橋高密度ポリエチレン（ＸＬＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、プロピレン共重合体（ＰＰＣＯ）等が例示される。
【００２８】
汎用エンジニアプラスチックとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）が、スーパーエンジニアプラスチックとしては、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等）が挙げられる。
【００２９】
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー（ＴＰＳ）、オレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）、ポリエステル系エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系エラストマー（ＰＥＢＡＸ）、シリコーン系エラストマー、フッ素系エラストマー等が例示される。ゴム材料としては、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）等を使用することができる。
【００３０】
ノズル挿入部１２にはその形状に基づいて弾性力を付与することができるが、それ自体の特性として弾性を有していることが好ましい。このような点から、ノズル挿入部１２は曲げ弾性率が低いオレフィン系プラスチック、エラストマー、ゴム材料等で形成することが好ましい。スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２以外の構成部品（ノズル部９とソケット部６の構成部品）については、例えば耐メタノール性を有する汎用エンジニアプラスチックやスーパーエンジニアプラスチック等を使用することができる。なお、スナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２は、スナップフィット部と同様に曲げ弾性率が低いオレフィン系プラスチックやゴム等で形成してもよいし、また一般的な汎用エンジニアプラスチックやスーパーエンジニアプラスチック等で形成してもよい。
【００３１】
上述したノズル挿入部１２の円筒部３１の先端外周側には、分割片３１ａ毎に爪部３３が設けられている。爪部３３は各分割片３１ａの外周面に沿って形成されている。一方、ノズル部９とソケット部６とを接続するにあたって、ノズル挿入部１２が挿入されるソケット部６側のノズル受け部２２には、その内周面に爪部３３と係合する凹部２９が設けられている。このように、ノズル受け部２２はスナップフィット係合部を構成している。ノズル挿入部１２（スナップフィット部）は径方向への弾性力で変形してノズル受け部２２に挿入可能とされており、挿入後には径方向への弾性力で復元して爪部３３がノズル受け部２２（スナップフィット係合部）の凹部２９と係合する。
【００３２】
このように、スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２とスナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２とによって、ノズル部９とソケット部６とを結合させることが可能とされている。スナップフィット部（ノズル挿入部１２）に設ける爪部３３は、例えば図３に示したように、ノズル挿入部１２の挿入方向および離脱方向のそれぞれに傾斜（曲面を含む）を設けた形状を有している。このような形状を有する爪部３３は、挿入性および離脱性の双方に優れている。また、結合力を高めるためには、例えば図４に示すように、ノズル挿入部１２の挿入方向のみに傾斜させた形状を有する爪部３３を適用することができる。この場合はノズル挿入部１２の離脱性が低下することから、後述するようにノズル部９とソケット部６との結合状態を解除する手段を設けることが好ましい。
【００３３】
ノズル挿入部１２を構成する円筒部３１に設ける切り欠き３２の形状は、特に限定されるものではなく、円筒部３１の分割片３１ａに対して径方向の弾性力を付与し得る各種形状の切り欠き３２を適用することができる。図５（ａ）は円筒部３１に一字形状の切り欠き３２Ａを形成し、円筒部３１を2つに分割したノズル挿入部１２を示している。2つの分割片３１ａにはそれぞれ爪部３３が設けられている。一方、ノズル受け部２２には図５（ｂ）に示すように、爪部３３に対応する位置に凹部２９が形成されている。切り欠き３２Ａの幅（隙間）は、例えば円筒部３１の直径が3.5〜5mm程度の場合、0.3〜1mmの範囲とすることが好ましい。他の形状の場合も同様である。
【００３４】
図６（ａ）は円筒部３１に十字形状の切り欠き３２Ｂを形成し、円筒部３１を4つに分割したノズル挿入部１２を示している。4つの分割片３１ａにはそれぞれ爪部３３が設けられている。ノズル受け部２２は図６（ｂ）に示すように、図５（ｂ）と同様な凹部２９を有している。一字形状の切り欠き３２Ａは分割片３１ａの変形方向が限定されるため、磨耗しやすいものの結合力が強い。一方、十字形状の切り欠き３２Ｂは分割片３１ａが変形しやすく、磨耗しにくく耐久性が向上する。さらに、ノズル挿入部１２の挿入性も向上し、ノズル受け部２２との接続性を高めることができる。
【００３５】
図３ないし図６では円筒部３１の外周面に沿って形成された爪部３３を有する分割片３１ａを示したが、爪部３３は例えば図７や図８に示すように突起状であってもよい。図７（ａ）は一字形状の切り欠き３２Ａで円筒部３１を2つに分割したノズル挿入部１２を示しており、各分割片３１ａにはそれぞれ突起状の爪部３３が設けられている。図８（ａ）は十字形状の切り欠き３２Ｂで円筒部３１を4つに分割したノズル挿入部１２を示しており、各分割片３１ａにはそれぞれ突起状の爪部３３が設けられている。ノズル受け部２２は図７（ｂ）や図８（ｂ）に示すように、各爪部３３に対応する凹部２９を有している。凹部２９は図５（ｂ）と同様にハウジング２１の内周面に連続して形成してもよい。
【００３６】
図９は、スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２に凹部３４を設け（図９（ａ））、スナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２に爪部３５を形成した（図９（ｂ））構造を示している。このように、結合部分となる爪部と凹部の形成位置は限定されるものではなく、スナップフィット部またはスナップフィット係合部の一方に爪部を形成し、他方に凹部を形成することができる。図９（ａ）は切り欠き３２で分割された4つの分割片３１ａにそれぞれ凹部３４を形成したノズル挿入部１２、図９（ｂ）は凹部３４に対応する位置に全周にわたって形成された爪部３５を有するノズル受け部２２を示している。この場合も各種形状の切り欠き３２を適用するとこができる。
【００３７】
ここで、スナップフィット部はノズル挿入部１２に設けなければならないものではなく、図１０に示すようにノズル受け部２２側に設けることも可能である。図１０において、ノズル挿入部１２は爪部３３を有する円筒部３１で構成されており、切り欠きは形成されていない。一方、ノズル受け部２２はハウジング２１とは別体の円筒部３６を有し、この円筒部３６に例えば十字形状の切り欠き３７を設けて分割している。ノズル受け部２２を構成する円筒部３６の各分割片３６ａには、図１１に示すように径方向の弾性力が付与されている。このように、ノズル受け部２２でスナップフィット部を構成し、ノズル挿入部１２でスナップフィット係合部を構成することも可能である。
【００３８】
次に、図１２および図１３を参照して、スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２とスナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２との接続状態について述べる。なお、図１２（ａ）および図１３（ａ）はノズル部９とソケット部６との接続状態を示しており、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）はその際のノズル挿入部１２の状態を示している。まず、燃料カートリッジ５が燃料電池本体４から切り離された状態（通常状態）においては、図３に示したように、ノズル挿入部１２の各分割片３１ａは切り欠き３２の幅に基づいて分離しており、かつ径方向に対して弾性力を有している。
【００３９】
このようなノズル挿入部１２をソケット部６に挿入すると、図１２に示すように、ノズル挿入部１２の各分割片３１ａはその弾性力に基づいて中心軸方向に変形する。言い換えると、ノズル挿入部１２は各分割片３１ａがその弾性力に基づいて中心軸方向に変形することによって、ソケット部６に挿入することが可能とされている。この段階でノズル部９のバルブステム１５ｃとソケット部６のバルブステム２５ｃの先端同士が突き当たり、それぞれ後退してバルブを開状態とする方向に力が働く。
【００４０】
さらに、ノズル部９をソケット部６に差し込んで所定の位置に達すると、図１３に示すように、ノズル挿入部１２の各分割片３１ａは弾性力で元の状態に復元すると共に、各分割片３１ａの先端に設けられた爪部３３とノズル受け部２２の凹部２９とが係合する。このように、各分割片３１ａの弾性力に基づく復元力で爪部３３と凹部２９とを係合させることによって、スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２とスナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２とが結合される。
【００４１】
ノズル挿入部１２とノズル受け部２２との結合と同時に、ノズル部９のバルブステム１５ｃとソケット部６のバルブステム２５ｃはさらに後退し、各バルブヘッド１５ａ、２５ａがそれぞれバルブシート１６、２６から離れてノズル部９およびソケット部６のバルブ機構がそれぞれ開状態になる。このように、ノズル部９とソケット部６とを接続させると共に、ノズル部９とソケット部６の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給することができる。
【００４２】
液体燃料の供給後は燃料カートリッジ５を引き抜いてノズル部９とソケット部６との接続状態を解除する。燃料カートリッジ５を燃料電池本体から引き抜くにあたって、図３に示したように、爪部３３がノズル挿入部１２の挿入方向および離脱方向のそれぞれに傾斜（曲面を含む）を設けた形状を有している場合には、比較的容易に燃料カートリッジ５を燃料電池本体から引き抜くことができる。一方、図４に示したように、爪部３３がノズル挿入部１２の挿入方向のみに傾斜させた形状を有する場合には、ノズル部９とソケット部６との結合力を高めることができ反面、ノズル挿入部１２の離脱性が低下する。
【００４３】
このような場合には図１４に示すように、ノズル部９とソケット部６との結合状態を解除するリリース手段を設けることが好ましい。図１４はソケット部６のハウジング２１の径方向に設けた挿入孔４１に、結合状態のノズル挿入部１２の分割片３１ａを中心軸方向に変形させるリリースボタン４２を配置した接続機構を示している。このように、スナップフィット部を構成するノズル挿入部１２の結合状態を解除するリリースボタン４２を、スナップフィット係合部を構成するノズル受け部２２に設けることによって、結合力が高いスナップフィット部を適用した場合においても、燃料カートリッジ５を燃料電池本体から容易に引き抜くことが可能となる。
【００４４】
なお、上述した各実施形態では燃料カートリッジ５側にノズル部９を設け、燃料電池本体４側にソケット部６を設けた接続機構を示したが、ノズル部９およびソケット部６の配置は逆であってもよい。すなわち、燃料カートリッジ５側にソケット部を設けると共に、燃料電池本体４側にノズル部を設けることによっても、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との接続機構を構成することができる。このような場合でも、前述した各実施形態のスナップフィット部およびスナップフィット係合部を同様に適用することが可能である。
【００４５】
上述したように、燃料カートリッジ５側のノズル部９と燃料電池本体４側のソケット部６との接続にスナップフィット結合を適用することによって、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との接続状態（結合状態）を確実かつ良好に保つことが可能となる。さらに、スナップフィット結合はノズル部９またはソケット部６を構成する円筒部に切り欠きを設けて弾性力を付与するだけで実現することができるため、接続機構の複雑化による燃料カートリッジ５や燃料電池本体４の大型化等を招くこともない。すなわち、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との確実な結合状態を簡易な構造で実現することが可能となる。さらに、燃料カートリッジ５を容易に脱着することができるため、燃料電池本体４に液体燃料を供給する際の操作性等を高めることが可能となる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態による燃料電池について、図１５および図１６を参照して説明する。図１５および図１６は第２の実施形態による燃料電池５０の要部構成、すなわち燃料カートリッジ５に設けられたノズル部９と燃料電池本体４の燃料供給部７に設けられたソケット部６とを主として示す断面図であり、図１５はノズル部９とソケット部６とを接続する前の状態、図１６は接続後の状態を示している。燃料電池５０の全体構成等は図１に示した第１の実施形態と同様とされている。なお、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。
【００４７】
燃料カートリッジ５側の接続機構としてのノズル部（オス側カップラ）９は、先端側にノズル口５１が開口されたノズルヘッド５２を有している。ノズルヘッド５２は、カートリッジ本体８の先端開口部に装着されるベース部５３と、ソケット部６に挿入されるノズル挿入部５４とを有している。ノズル挿入部５４は、前述した第１の実施形態と同様に、切り欠き５５で分割された円筒部５６を有している。円筒部５６の各分割片には、径方向の弾性力が付与されていると共に、それぞれ爪部５７が設けられており、これらによりスナップフィット部が構成されている。
【００４８】
スナップフィット部を構成する切り欠き５５や爪部５７には、第１の実施形態と同様に各種の形状を適用することができる。切り欠き５５には例えば一字形状や十字形状等の形状を適用することができる。爪部５７には図３や図４に示したような形状を適用することができ、また全体形状も図５や図７に示したような各種形状を適用することができる。さらに、切り欠き５５は後述するソケット部６側のキー部と係合する形状を有しており、燃料識別手段としても機能するものである。
【００４９】
ノズル挿入部５４の先端には凹部５８が設けられており、ノズル口５１は凹部５８内に開口している。凹部５８の底面はノズル挿入部５４の先端に装着された弾性部材５９で構成されている。すなわち、ノズル挿入部５４の先端側内部には弾性部材５９が配置されており、この弾性部材５９の先端面とその周囲に配置されたノズル挿入部５４とによって凹部５８が形成されている。凹部５８は例えばノズル部９の先端側に付着（残留）した液体燃料の収容部として機能すると共に、後述するソケット部６との間でシールを形成する（例えばソケット部６側のシール部材との係合部を構成する）ものである。弾性部材５９には前述したエラストマーやゴム材料等を適用することができる。
【００５０】
図１５ではノズル挿入部５４に円筒状の弾性部材５９を、その先端面が凹部５８内の底面となるように配置した例を示したが、弾性部材５９の形状はこれに限られるものではない。例えば、図１７に示すように、先端に凹部５９ａを設けた弾性部材５９を適用することも可能である。弾性部材５９はノズル部９とソケット部６とを接続した際に、ソケット部６との間（例えばソケット部６側のシール部材との間）でシールを形成するものであり、これにより接続時のシール性を高めることができる。また、ノズル部９とソケット部６とを脱着する際に曲げ方向の荷重が加わった場合に、弾性体５９が弾性的に変形することでバルブ機構を保護し、折損や漏洩等を防止することができる。このようなシール性の向上効果等を得ることが可能であれば、各種形状の弾性部材（例えばゴム部品）５９を適用することができる。
【００５１】
ノズルヘッド５２のベース部５３の内側には、カップ状のバルブホルダ６０が配置されている。バルブホルダ６０内にはバルブヘッド６１ａとバルブステム６１ｂとを備えるバルブ６１が配置されている。バルブヘッド６１ａはバルブホルダ６０で規定されたバルブ室内に配置されており、バルブステム６１ｂは円筒状のノズル挿入部５４内に収容されている。バルブ６１は軸方向に進退可能とされている。バルブヘッド６１ａとベース部５３の内側に形成されたバルブシート６２との間には、Ｏリング６３が配置されている。バルブ６１には圧縮スプリング６４でバルブヘッド６１ａをバルブシート６２に押し付ける力が加えられており、これらによってＯリング６３は押圧されている。
【００５２】
通常状態（燃料カートリッジ５が燃料電池本体４から切り離された状態）においては、Ｏリング６３を介してバルブヘッド６１ａをバルブシート６２に押し付けることによって、ノズル部９内の流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に接続すると、バルブステム６１ｂが後退してバルブヘッド６１ａがバルブシート６２から離れることによって、ノズル部９内の流路が開状態とされる。バルブホルダ６０の底部には連通孔６０ａが設けられており、この液体燃料の流路となる連通孔６０ａを介してカートリッジ本体８内の液体燃料はノズル部９内に流入する。
【００５３】
さらに、ノズルヘッド５２の外側にはコンテナノズル６５が配置されており、このコンテナノズル６５をカートリッジ本体８に例えば螺着することによって、ノズルヘッド５２やバルブ６１等を有するノズル部９がカートリッジ本体８の先端部（開口を有する先端部）に固着されている。なお、図１５および図１６は複層構造のカートリッジ本体８を示しており、８ａはメタノール燃料等の液体燃料と直接的に接する内容器、８ｂは内容器８ａを保護する外容器（ハードケース）である。
【００５４】
一方、燃料電池側接続機構としてのソケット部（メス側カップラ）６は、円筒状のソケット本体７１を有している。ソケット本体７１は金属製、樹脂製もしくはゴム製の本体上部７１ａ、本体中部７１ｂ、本体内側部７１ｃおよび本体下部７１ｄと、それらの外側に嵌着されたメタルソケット７２とで構成されている。これらは一体化されて燃料電池本体４の燃料供給部７内に埋め込まれている。リング状の本体上部７１ａの内側には、燃料識別手段を構成するキー部７３が突出形成されている。キー部７３は前述した切り欠き５５と係合する形状を有しており、燃料識別手段として機能するものである。
【００５５】
キー部７３とキー溝として機能する切り欠き５５とは一対の形状をなすため、例えば液体燃料に応じて形状を規定することによって、液体燃料の誤注入等を防止することができる。すなわち、キー部７３の形状を液体燃料の種別（種類や濃度等）に応じた形状とし、さらに切り欠き５５をキー部７３に対応した形状とすることで、燃料電池本体４に対応した液体燃料を収容する燃料カートリッジ５のみを接続可能にすることができる。これによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料のみが供給されるようになるため、液体燃料の誤注入による動作不良や特性低下等を防止することが可能となる。
【００５６】
ソケット本体７１の本体上部７１ａおよび本体中部７１ｂはリング形状を有し、その内側はノズル受け部７４とされている。さらに、本体中部７１ｂの内壁面にはノズル挿入部５４の爪部５７と係合する凹部７５が設けられている。このように、ソケット本体７１の本体上部７１ａおよび本体中部７１ｂはスナップフィット係合部を構成している。ノズル挿入部５４（スナップフィット部）は径方向への弾性力で変形してノズル受け部７４に挿入可能とされており、挿入後には径方向への弾性力で復元して爪部５７がノズル受け部７４（スナップフィット係合部）の凹部７５と係合する。
【００５７】
ソケット本体７１の本体内側部７１ｃ上には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ７６が設置されている。ゴムホルダ７６はジャバラ形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ７６はノズルヘッド５２のノズル挿入部５４との間にシールを形成するシール部材であり、その内側は液体燃料の流路とされている。ゴムホルダ７６の先端をノズル挿入部５４内に配置された弾性部材５９と当接させつつ、ノズル挿入部５４の先端に設けられた凹部５８と嵌め合わせることによって、ゴムホルダ７６とノズル挿入部５４との間にシールが形成される。
【００５８】
ソケット本体７１内にはバルブ７７が配置されている。バルブ７７はバルブヘッド７７ａとバルブステム７７ｂとを備えている。バルブヘッド７７ａは本体内側部７１ｃと本体下部７１ｄとで規定されたバルブ室内に配置されている。バルブステム７７ｂはゴムホルダ７６内に収納されている。このようなバルブ７７は軸方向（ノズル部９の挿入方向）に進退可能とされている。バルブヘッド７７ａと本体内側部７１ｃの下面側に形成されたバルブシート７８との間にはＯリング７９が配置されている。
【００５９】
バルブ７７には圧縮スプリング８０でバルブヘッド７７ａをバルブシート７８に押し付ける力が常時加えられており、これによってＯリング７９は押圧されている。通常状態（燃料電池本体４から燃料カートリッジ５が切り離された状態）においては、バルブヘッド７７ａを介してＯリング７９がバルブシート７８に押し付けられており、これによりソケット部６内の流路が閉状態とされている。燃料電池本体４に燃料カートリッジ５を接続すると、バルブステム７７ｂが後退してバルブヘッド７７ａがバルブシート７８から離れることで、ソケット部６内の流路が開状態とされる。
【００６０】
ソケット本体７１の本体下部７１ｄは、燃料供給部７内の燃料流路７ａと連通しており、さらに燃料流路７ａを介して燃料タンク３と接続されている。このように、ソケット部６内の燃料流路は燃料供給部７を介して燃料タンク３に接続されている。そして、バルブ６１、７７を開状態としてノズル部９およびソケット部６内の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料をノズル部９およびソケット部６を介して燃料タンク３内に注入することが可能とされている。
【００６１】
燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、燃料カートリッジ５のノズル部９をソケット部６に挿入して接続する。ノズル部９のノズルヘッド５２に設けられた挿入部５４は、キー溝としての切り欠き５５とキー部７３との形状が対応した場合にのみノズル受け部７４に挿入される。このようにしてノズル挿入部５４をノズル受け部７４に挿入すると、まずノズル挿入部５４先端の凹部５８にゴムホルダ７６の先端が嵌め合わされることによって、バルブ６１、７７が開状態となる前に液体燃料の流路周辺のシールが確立される。この際、ゴムホルダ７６はノズル挿入部５４側の弾性部材５９と当接するため、これらのシール性を高めることができる。
【００６２】
ノズル挿入部５４とゴムホルダ７６とが接触した状態からノズル部９をソケット部６に差し込むと、ノズル部９のバルブステム６１ｂとソケット部６のバルブステム７７ｂの先端同士が突き当たる。この状態からさらにノズル部９をソケット部６に差し込むと、ソケット部６のバルブ７７が後退して流路を完全に開放した後、ノズル部９のバルブ６１が後退して液体燃料流路が確立する。この液体燃料流路の確立と同時に、ノズル挿入部５４の先端に設けられた爪部５７とノズル受け部７４の凹部７５とが係合する、すなわちノズル部９のスナップフィット部とソケット部６のスナップフィット係合部とが係合することによって、ノズル部９とソケット部６との接続状態が保持される。
【００６３】
上述したように、燃料カートリッジ５側のノズル部９と燃料電池本体４側のソケット部６との接続にスナップフィット結合を適用することによって、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との接続状態（結合状態）を確実かつ良好に保つことが可能となる。さらに、スナップフィット結合はノズル部９（またはソケット部６）を構成する円筒部５６に切り欠き５５を設けて弾性力を付与するだけで実現することができるため、接続機構の複雑化による燃料カートリッジ５や燃料電池本体４の大型化等を招くこともない。
【００６４】
すなわち、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との確実な結合状態を簡易な構造で実現することが可能となる。さらに、燃料カートリッジ５を容易に脱着することができるため、燃料電池本体４に液体燃料を供給する際の操作性等を高めることが可能となる。また、ノズルヘッド５２はノズル挿入部５４を構成する円筒部５６に切り欠き５５を設けて分割し、円筒部５６の分割片に対して径方向の弾性力を付与しているため、ノズル部９とソケット部６とを脱着する際に曲げ方向の荷重が加わった場合においても、切り欠き５５や分割片が径方向に変形することでバルブの破損を防止することができる。
【００６５】
次に、上述した各実施形態の燃料電池１、５０における燃料電池本体４の具体的な構造について説明する。燃料電池本体４は特に限定されるものではなく、例えばサテライトタイプの燃料カートリッジ５が必要時に接続されるパッシブ型やアクティブ型のＤＭＦＣを適用することができる。ここでは、燃料電池本体４に内部気化型のＤＭＦＣを適用した実施形態について、図１８を参照して説明する。図１８に示す内部気化型（パッシブ型）のＤＭＦＣ４は、起電部を構成する燃料電池セル２と燃料タンク３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜８１を具備している。
【００６６】
燃料電池セル２は、アノード触媒層８２およびアノードガス拡散層８３からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層８４およびカソードガス拡散層８５からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層８２とカソード触媒層８４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜８６とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を有している。アノード触媒層８２およびカソード触媒層８４に含有される触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。
【００６７】
具体的には、アノード触媒層８２にメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を、カソード触媒層８４に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜８６を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物等が挙げられる。ただし、これらに限られるものではない。
【００６８】
アノード触媒層８２に積層されるアノードガス拡散層８３は、アノード触媒層８２に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層８２の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層８４に積層されるカソードガス拡散層８５は、カソード触媒層８４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層８４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層８３にはアノード導電層８７が積層され、カソードガス拡散層８５にはカソード導電層８８が積層されている。
【００６９】
アノード導電層８７およびカソード導電層８８は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜、あるいは薄膜等で構成されている。なお、電解質膜８６とアノード導電層８７との間、および電解質膜８６とカソード導電層８８との間には、ゴム製のＯリング８９、９０が介在されており、これらによって燃料電池セル（膜電極接合体）２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００７０】
燃料タンク３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料が充填されている。また、燃料タンク３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料タンク３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜８１が設置されている。気体選択透過膜８１は、液体燃料Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜である。このような気体選択透過膜８１の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。
【００７１】
カソード導電層８８上には保湿層９１が積層されており、さらにその上には表面層９２が積層されている。表面層９２は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は表面層９２に形成された空気導入口９３の個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層９１はカソード触媒層８４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制する役割を果たすと共に、カソードガス拡散層８５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層８４への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層９１は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００７２】
そして、燃料タンク３上に気体選択透過膜８１、燃料電池セル２、保湿層９１、表面層９２を順に積層し、さらにその上から例えばステンレス製のカバー９４を被せて全体を保持することによって、この実施形態のパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４が構成されている。カバー９４には表面層９２に形成された空気導入口９３と対応する部分に開口が設けられている。また、燃料タンク３にはカバー９４の爪９４ａを受けるテラス９５が設けられており、このテラス９５に爪９４ａをかしめることで燃料電池本体４全体をカバー９４で一体的に保持している。なお、図１８では図示を省略したが、図１に示したように燃料タンク３の下面側にはソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。
【００７３】
上述したような構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４においては、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜８１を透過して燃料電池セル２に供給される。燃料電池セル２内において、液体燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層８３で拡散されてアノード触媒層８２に供給される。アノード触媒層８２に供給された気化成分は、下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋6Ｈ+＋6ｅ-  …(1)
【００７４】
なお、液体燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料タンク３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層８４で生成した水や電解質膜８６中の水をメタノールと反応させて(1)の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した(1)式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００７５】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ+）は電解質膜８６を伝導し、カソード触媒層８４に到達する。表面層９２の空気導入口９３から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層９１、カソード導電層８７、カソードガス拡散層８５を拡散して、カソード触媒層８４に供給される。カソード触媒層８４に供給された空気は、次の(2)式に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（3/2）Ｏ2＋6Ｈ+＋6ｅ-  →  3Ｈ2Ｏ  …(2)
【００７６】
上述した反応に基づく発電反応が進行するにしたがって、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液や純メタノール）は消費される。燃料タンク３内の液体燃料Ｆが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク３内に燃料カートリッジ５から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ５からの液体燃料の供給は、前述したように燃料カートリッジ５側のノズル部９を燃料電池本体４側のソケット部６に挿入して接続することにより実施される。
【００７７】
この実施形態の燃料電池（パッシブ型ＤＭＦＣ）においては、燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に容易にかつ確実に接続することができるため、燃料カートリッジ５から燃料電池本体４への液体燃料の供給を容易にかつ信頼性よく実施することが可能となる。さらに、燃料カートリッジ５と燃料電池本体４との接続機構に簡易なスナップフィット結合を適用しているため、小型化が進められているパッシブ型ＤＭＦＣに好適である。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、燃料カートリッジで液体燃料を供給する機構を有する各種の燃料電池に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池の構成を示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池における燃料カートリッジ側のノズル部と燃料電池本体側のソケット部の構成（未接続状態）を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示すノズル部におけるノズルベース部とノズル挿入部とを一体化したノズルヘッドを示す断面図である。
【図４】図３に示すノズルヘッドの一変形例を示す断面図である。
【図５】図２に示す接続機構におけるノズル挿入部とノズル受け部との組合せ構造の一例を示す図であって、（ａ）はノズル挿入部の断面図、（ｂ）はノズル受け部の断面図である。
【図６】図２に示す接続機構におけるノズル挿入部とノズル受け部との組合せ構造の他の例を示す図であって、（ａ）はノズル挿入部の断面図、（ｂ）はノズル受け部の断面図である。
【図７】図５に示すノズル挿入部とノズル受け部との組合せ構造の変形例を示す図である。
【図８】図６に示すノズル挿入部とノズル受け部との組合せ構造の変形例を示す図である。
【図９】図２に示す接続機構におけるノズル挿入部とノズル受け部との組合せ構造のさらに他の例を示す図であって、（ａ）はノズル挿入部の断面図、（ｂ）はノズル受け部の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態によるノズル部とソケット部との接続機構の他の例を示す断面図である。
【図１１】図１０に示すソケット部の断面図である。
【図１２】図２に示す接続機構の結合進行状態を説明するための図であって、（ａ）は接続機構の断面図、（ｂ）はノズル挿入部の状態を示す図である。
【図１３】図２に示す接続機構の結合状態を説明するための図であって、（ａ）は接続機構の断面図、（ｂ）はノズル挿入部の状態を示す図である。
【図１４】図２に示すノズル部とソケット部との接続機構に結合解除手段を付加した状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による燃料電池の要部構成を示す図であって、燃料カートリッジ側のノズル部と燃料電池本体側のソケット部の構成（未接続状態）を示す断面図である。
【図１６】図１５に示すノズル部とソケット部との接続状態を示す断面図である。
【図１７】図１５に示すノズル部の変形例を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施形態の燃料電池における燃料電池本体の一例としての内部気化型ＤＭＦＣの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，５０…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料タンク、４…燃料電池本体、５…燃料カートリッジ、６…ソケット部（メス側カップラ）、８…カートリッジ本体、９…ノズル部（オス側カップラ）、１２，５４…ノズル挿入部、１５，２５，６１，７７…バルブ、２２，７４…ノズル受け部、２９，３４，７５…凹部、３１，３６，５６…円筒部、３１ａ，３６ａ…分割片、３２，３７，５５…切り欠き、３３，３５，５７…爪部、４２…リリースボタン、５９…弾性部材。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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