(57)【要約】【課題】燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、燃料カートリッジのノズル部が破損することによる不具合の発生を抑制する。【解決手段】燃料カートリッジに設けられたノズル部９を、燃料電池本体に設けられたソケット部６に挿入し、これらノズル部９とソケット部６とを接続する。ノズル部９は燃料電池本体に接続された燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、ソケット部６から離脱するように変形する樹脂部品を有する。燃料カートリッジの挿入を案内するキー部２９と係合される案内溝１８は、燃料電池本体に接続された燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、ノズル部９をソケット部６から離脱させるように変形する樹脂からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カートリッジに設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部を、燃料電池本体に設けられ、バルブ機構を内蔵するソケット部に挿入し、これら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構造において、
前記ノズル部は、前記燃料電池本体に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記ソケット部から離脱するように変形する樹脂部品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構造。
【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構造において、
前記ノズル部は、その少なくとも一部が前記曲げ荷重に対して弾性変形することで、前記ソケット部から離脱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構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、
前記樹脂部品はJIS K7171に基づく曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂からな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構造。
【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構造において、
前記樹脂部品は、JIS K7114に準拠する純メタノールの浸漬試験において、質量変化率が0.3％以下、長さ変化率が0.5％以下、厚さ変化率が0.5％以下の樹脂からな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構造。
【請求項５】
請求項１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の接続構造において、
前記樹脂部品は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、架橋高密度ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレンおよびプロピレン共重合体から選ばれる少なくとも1種の樹脂からな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構造。
【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構造において、
前記ノズル部に内蔵された前記バルブ機構は分割構造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構造。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドを有するバルブ本体と、前記バルブ本体の先端側に設けられ、軸方向に分割されたバルブステムと、前記バルブヘッドを前記ノズル部内に設けられたバルブシートに押し付けて前記ノズル部内の液体燃料流路を閉状態に保つ弾性部材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構造。
【請求項８】
請求項６記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドを有するバルブ本体と、前記バルブ本体の先端側に配置され、前記バルブ本体とは分割されたバルブステムと、前記バルブヘッドを前記ノズル部内に設けられたバルブシートに押し付けて前記ノズル部内の液体燃料流路を閉状態に保つ弾性部材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構造。
【請求項９】
燃料カートリッジに設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部を、燃料電池本体に設けられ、バルブ機構を内蔵するソケット部に挿入し、これら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構造において、
前記ノズル部またはソケット部のいずれか一方に前記燃料カートリッジの挿入方向に形成された案内溝と、前記ノズル部またはソケット部のいずれか他方に突出するように形成され、前記案内溝と係合して前記燃料カートリッジの挿入を案内するキー部とを具備し、前記案内溝は前記燃料電池本体に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記ノズル部を前記ソケット部から離脱させるように変形する樹脂からな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構造。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、
前記ノズル部は、前記曲げ荷重に対して前記キー部が外れるように前記案内溝が塑性変形することで、前記ソケット部から離脱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構造。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０記載の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造において、
前記案内溝が形成されたノズル部またはソケット部は、JIS K7171に基づく曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂からな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構造。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１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構造において、
前記案内溝が形成されたノズル部またはソケット部は、JIS K7114に準拠する純メタノールの浸漬試験において、質量変化率が0.3％以下、長さ変化率が0.5％以下、厚さ変化率が0.5％以下の樹脂からな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構造。
【請求項１３】
請求項９ないし請求項１３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構造において、
前記案内溝が形成されたノズル部またはソケット部は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、架橋高密度ポリエチレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレンおよびプロピレン共重合体から選ばれる少なくとも1種の樹脂からな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構造。
【請求項１４】
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ノズル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のノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料収容部と、前記燃料収容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のノズル部と前記燃料電池本体のソケット部とは、請求項１ないし請求項１３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構造を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１４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１６】
請求項１５記載の燃料電池において、
さらに、前記燃料収容部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構造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、また燃料収容部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収容部（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、燃料収容部と液体燃料を気化させる機構とを具備しており、この燃料収容部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、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おり、その結果としてＤＭＦＣ側の燃料供給部（ソケット部）や燃料カートリッジ側の燃料吐出部（ノズル）も小径化される傾向にある。このようなノズル部とソケット部とを接続し、燃料カートリッジからＤＭＦＣの燃料収容部に液体燃料を注入する場合、小径化されたノズル部は燃料カートリッジに対して曲げ荷重のような力が加わった際に破損するおそれがある。
【０００７】
燃料カートリッジはノズル部に内蔵されたバルブ機構で液体燃料を遮断しているため、ノズル部が破損すると燃料カートリッジに収容された液体燃料が漏れ出すおそれがある。また、ノズル部が破損した際にバルブ機構自体は破損しないまでも、バルブ機構の構成部品が突出することで、誤ってバルブ機構を作動させて液体燃料が漏れ出すおそれがある。ノズル部が破損する可能性はその径が小径化するほど高まることになる。
【０００８】
特に、ＤＭＦＣ用燃料カートリッジのノズル部には、耐メタノール性を有するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のスーパーエンジニアプラスチックや、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）等の汎用エンジニアプラスチックを使用することが検討されているが、これらは硬く、靭性に劣ることから、曲げ加重に対して折れやすいという難点を有している。
【０００９】
本発明の目的は、燃料カートリッジのノズル部が破損することによる不具合の発生を抑制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構造、およびそのような燃料カートリッジの接続構造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】
【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構造は、燃料カートリッジに設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部を、燃料電池本体に設けられ、バルブ機構を内蔵するソケット部に挿入し、これら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構造において、前記ノズル部は前記燃料電池本体に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記ソケット部から離脱するように変形する樹脂部品を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明の他の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続構造は、燃料カートリッジに設けられ、バルブ機構を内蔵するノズル部を、燃料電池本体に設けられ、バルブ機構を内蔵するソケット部に挿入し、これら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構造において、前記ノズル部またはソケット部のいずれか一方に前記燃料カートリッジの挿入方向に沿って形成された案内溝と、前記ノズル部またはソケット部のいずれか他方に突出するように形成され、前記案内溝と係合して前記燃料カートリッジの挿入を案内するキー部とを具備し、前記案内溝は前記燃料電池本体に接続された前記燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、前記ノズル部を前記ソケット部から離脱させるように変形する樹脂からなることを特徴としている。
【００１２】
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ノズル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のノズル部と着脱可能に接続されるソケット部を有する燃料収容部と、前記燃料収容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のノズル部と前記燃料電池本体のソケット部とは、本発明の態様に係る燃料カートリッジの接続構造を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続構造によれば、燃料電池本体に接続された燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、ノズル部を変形させてソケット部から離脱させることができる。本発明の他の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジの接続構造によれば、燃料電池本体に接続された燃料カートリッジに曲げ荷重が加わった際に、案内溝を変形させることでノズル部をソケット部から離脱させることができる。このような燃料カートリッジの接続構造を適用した燃料電池によれば、燃料カートリッジのノズル部が破損することによる不具合の発生を抑制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】
【００１４】
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。
【００１５】
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と燃料収容部３とから主として構成される燃料電池本体４と、燃料収容部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。燃料収容部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。
【００１６】
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（容器）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、例えば燃料収容部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。
【００１７】
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。カートリッジ本体８に収容する液体燃料は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、燃料電池本体４に対応した液体燃料が収容される。
【００１８】
上述した燃料電池本体４の燃料収容部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とで構成された燃料電池用カップラの具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。図２および図３は本発明の燃料電池用燃料カートリッジの接続構造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、図３はノズル部９とソケット部６とを接続した後の状態を示している。
【００１９】
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とを有している。先端にノズル口を有する円筒状のノズル挿入部１２は、カートリッジ本体８の先端開口部に固着されたノズルベース部１１から突出するように形成されている。ここではノズルベース部１１とノズル挿入部１２とを一体成形した部品を示しているが、これらは異なる材料で個別に成形したものを組合せて使用してもよい。
【００２０】
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１３が配置されている。バルブホルダ１３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１３で規定されたバルブ室内には、バルブ１４が配置されている。バルブ１４は、バルブヘッド１４ａを有するバルブ本体１４ｂと、バルブ本体１４ｂの先端側に設けられたバルブステム１４ｃと、バルブ本体１４ｂの後方側に設けられたガイドピン１４ｄとを備えている。
【００２１】
バルブヘッド１４ａを有するバルブ本体１４ｂは、バルブホルダ１３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１４ｃ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１４ｂやバルブステム１４ｃを有するバルブ１４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１４ａとノズルベース部１１の内側に形成されたバルブシート１５との間にはＯリング１６が配置されている。バルブ本体１４ｂには、例えば圧縮スプリング１７のような弾性部材によって、バルブヘッド１４ａをバルブシート１５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１６は押圧されている。
【００２２】
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１６を介してバルブヘッド１４ａをバルブシート１５に押し付けることで、ノズル部９内の液体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１４ｃが後退してバルブヘッド１４ａがバルブシート１５から離れることで、ノズル部９内の液体燃料流路が開状態とされる。バルブホルダ１３の底部には液体燃料の流路となる連通孔１３ａが設けられている。バルブ本体１４ｂの後方側に設けられたガイドピン１４ｄは連通孔１３ａ内に挿通されている。
【００２３】
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２１を有している。ソケット本体２１は本体上部２１ａ、本体中部２１ｂおよび本体下部２１ｃを有しており、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。ソケット本体２１の本体中部２１ｂは、その径方向内側に突出したリング状凸部２２を有している。リング状凸部２２上には弾性体ホルダとしてゴムホルダ２３が設置されており、このゴムホルダ２３は本体上部２１ａ内に配置されている。ゴムホルダ２３は形状（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２３はノズル部９のノズル挿入部１２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流路とされている。
【００２４】
ソケット本体２１内にはバルブ２４が配置されている。バルブ２４は、バルブヘッド２４ａを有するバルブ本体２４ｂと、バルブ本体２４ｂの先端側に設けられたバルブステム２４ｃと、バルブ本体２４ｂの後方側に設けられたガイドピン２４ｄとを備えている。バルブヘッド２４ａを有するバルブ本体２４ｂは、本体中部２１ｂと本体下部２１ｃ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２４ｃはゴムホルダ２３内に収納されている。これらバルブ本体２４ｂやバルブステム２４ｃを有するバルブ２４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。
【００２５】
バルブヘッド２４ａとリング状凸部２２の下面側に形成されたバルブシート２５との間には、Ｏリング２６が配置されている。バルブ本体２４ｂには、例えば圧縮スプリング２７のような弾性部材によって、バルブヘッド２４ａをバルブシート２５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２６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、Ｏリング２６を介してバルブヘッド２４ａがバルブシート２５に押し付けられており、これによってソケット部６内の液体燃料流路は閉状態とされている。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２４ｃが後退してバルブヘッド２４ａがバルブシート２５から離れることで、ソケット部６内の液体燃料流路は開状態とされる。
【００２６】
ソケット本体２１の本体下部２１ｃには、燃料供給部７内を介して燃料収容部（燃料タンク等）３に接続された連通孔２８が設けられている。なお、バルブ本体２４ｂの後方側に設けられたガイドピン２４ｄは連通孔２８内に挿通されている。このように、ソケット部６はソケット本体２１内に設けられた流路が本体下部２１ｃに設けられた連通孔２８を介して燃料収容部３に接続されている。そして、バルブ１４、２４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を介して燃料収容部３内に注入することが可能とされている。
【００２７】
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の燃料収容部３に供給するにあたっては、図３に示すようにノズル部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のノズル挿入部１２の外周面には、燃料カートリッジ５の挿入方向（ノズル部９の軸方向）に沿って、例えば2条の案内溝１８が形成されている。一方、ソケット部６のソケット本体２１の内周面には、案内溝１８と係合して燃料カートリッジ５の挿入を案内するキー部２９が設けられている。キー部２９は案内溝１８の数に応じてソケット本体２１の径方向内側に突出するように形成されている。
【００２８】
案内溝１８の形状は、例えばノズル挿入部１２の軸方向に沿った直線状のものが挙げられる。さらに、案内溝１８はキー部２９を軸方向に沿って案内すると共に、ノズル部９がソケット部６にロックされるように、途中から周方向に変位するものであってもよい。すなわち、案内溝１８は直線形状に限らず、Ｊ形状を有するものであってもよい。このような形状を有する案内溝１８をノズル挿入部１２の外周面に形成してもよい。一方、案内溝１８と係合するキー部２９には、ソケット本体２１の内周面にボスを一体的に形成したものや、ソケット本体２１とは別部材のキーをソケット本体２１に差し込んだもの等が適用される。キー部２９は金属材料等で形成してもよい。
【００２９】
なお、ここではノズル部９に案内溝１８を形成し、ソケット部６にキー部２９を設けた例について説明したが、案内溝１８とキー部２９の形成部位はこれに限られるものではない。すなわち、ノズル部９のノズル挿入部１２の外周面に突出させてキー部を設けると共に、このキー部と係合する案内溝をソケット部６のソケット本体２１の内周面に設けてもよい。このような部位に形成されたキー部と案内溝との組合せによっても、燃料カートリッジ５の挿入を案内することができる。
【００３０】
案内溝１８にキー部２９を係合させながらノズル部９をソケット部６に挿入すると、まずノズル挿入部１２の先端とゴムホルダ２３の先端とが接触し、バルブ１４、２４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。ノズル挿入部１２の先端とゴムホルダ２３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１４ｃとソケット部６のバルブステム２４ｃ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を差し込むと、ソケット部６のバルブ２４が後退して流路を開放した後、ノズル部９のバルブ１４が後退して液体燃料流路が確立する。そして、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料が燃料電池本体４の燃料収容部３に供給される。
【００３１】
前述したように、燃料カートリッジ５側のノズル部９は、燃料電池本体４の小型化等に伴って小径化される傾向にある。小径化されたノズル部９は、燃料カートリッジ５に対して曲げ荷重（燃料カートリッジ５の挿入方向に対して角度をもった方向からの力による荷重）が加わった際に破損するおそれがある。ノズル部９が破損する危険性はその径が小径化するほど高まり、特に内部気化型ＤＭＦＣのような小型の燃料電池本体４に液体燃料を供給する燃料カートリッジ５は曲げ荷重でノズル部９が破損するおそれがある。
【００３２】
そこで、この実施形態では燃料電池本体４に接続された燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、ノズル部９（具体的にはノズル挿入部１２）を変形させてソケット部６から離脱させるようにしている。すなわち、ノズル部９のノズル挿入部１２（ノズルベース部１１がノズル挿入部１２と一体成形されている場合には、ノズルベース部１１も含む）は、燃料電池本体４に接続された燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、ソケット部６から離脱するように弾性変形する樹脂で構成している。言い換えると、ノズル部９は曲げ荷重が加わった際に弾性変形する樹脂部品としてノズル挿入部１２もしくはノズルベース部１１とノズル挿入部１２との一体部品を有している。このように、ノズル挿入部１２もしくはノズルベース部１１との一体部品の構成材料に変形しやすい軟質樹脂を適用することによって、ノズル部９の破損を抑制することが可能となる。
【００３３】
さらに、燃料カートリッジ５に加わる曲げ荷重の方向によっては、案内溝１８とキー部２９との係合状態、また案内溝１８の形状（例えばＪ形状）がノズル部９のソケット部６からの離脱を阻害するおそれがある。このような点に対しては、ノズル部９をソケット部６から離脱させるように、案内溝１８を変形させることが有効である。すなわち、案内溝１８が形成されたノズル部９のノズル挿入部１２（およびノズルベース部１１）は、燃料電池本体４に接続された燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、ノズル部９をソケット部６から離脱させるように塑性変形する軟質樹脂で構成することが好ましい。
【００３４】
案内溝１８の塑性変形は、特にキー部２９が金属材料や硬質樹脂で形成されている場合に有効である。すなわち、硬質のキー部２９が案内溝１８に係合されていると、ノズル部９の弾性変形だけではキー部２９が障害となって、ノズル部９をソケット部６から容易に離脱させることができないおそれがある。また、例えばＪ形状の案内溝１８を適用した場合にも、キー部２９が外れにくくなる可能性がある。このような場合には、案内溝１８を塑性変形させることが有効である。
【００３５】
このように、燃料カートリッジ５に対する曲げ荷重に対してノズル部９の少なくとも一部（具体的にはノズル挿入部１２）を弾性変形させると共に、キー部２９が案内溝１８から外れるように塑性変形させることによって、燃料電池本体４に接続された燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、ノズル部９を破損させることなくソケット部６から離脱させることができる。これによって、燃料カートリッジ５のノズル部９が破損することによる不具合の発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
軟質樹脂部品（ノズル挿入部１２等）を有するノズル部９は、燃料カートリッジ５に曲げ荷重等が加わって損傷を受けたとしてもソケット部６から離脱するため、ノズル部９の折れた部分がソケット部６側に残ってしまうというような不都合の発生を回避することができる。これによって、燃料カートリッジ５が損傷を受けたとしても、燃料電池本体４は安全に使い続けることができる。なお、ノズル部９の弾性変形と案内溝１８の塑性変形は、燃料カートリッジ５に加わる力の大きさや方向、また案内溝１８とキー部２９との係合状態や案内溝１８の形状等に基づいて、単独でもしくは複合的に生じるものである。
【００３７】
ノズル部９の弾性変形や案内溝１８の塑性変形を実現する上で、ノズル部９の一部（ソケット部６に直接的に挿入されると共に、案内溝１８の形成部位となるノズル挿入部１２、さらに成形条件によってはノズルベース部１１）を構成する樹脂部品は、JIS K7171に基づく曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂で形成することが好ましい。このような曲げ弾性率を有する樹脂を使用することによって、ノズル部９の弾性変形や案内溝１８の塑性変形をより確実に実現することができる。言い換えると、燃料電池本体４に接続された燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、ノズル部９やその内部のバルブ機構を破損させることなく、より再現性よくソケット部６から離脱させることが可能となる。
【００３８】
上述した条件を満足する樹脂（ノズル部９の一部を構成する樹脂部品の材料）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）、高分子量ポリエチレン（ＨＭＷＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、プロピレン共重合体（ＰＰＣＯ）等が挙げられる。さらに、ノズル部９がメタノール燃料と接触する場合には、樹脂部品は耐メタノール性を有していることが好ましい。
【００３９】
ノズル部９の少なくとも一部を構成する樹脂部品の耐メタノール性に関しては、JIS K7114の「プラスチックの耐薬品性試験方法」に準拠する純メタノールの浸漬試験において、質量変化率が0.3％以下、長さ変化率が0.5％以下、厚さ変化率が0.5％以下を満足することが好ましい。各変化率の値が上記した値未満であると、燃料カートリッジ５にメタノール燃料を収容して実用に供した際に、ノズル部９に溶解やストレスクラッキング等が生じるおそれがあり、燃料カートリッジ５の実用的な耐久性や信頼性が低下する。
【００４０】
なお、樹脂の純メタノールの浸漬試験における質量変化率、長さ変化率および厚さ変化率は、以下のようにして測定するものとする。まず、試験片として30mm×30mm×厚さ2mmの板を用意する。このような試験片の試験前の質量（Ｍ1）、長さ（Ｌ1）、厚さ（Ｔ1）を測定する。次に、試験片を23±2℃の試験液（濃度99.8％の純メタノール）中に完全に浸漬し、上記温度を保持して7日間静置する。この後、試験片を試験液から取り出して水洗し、試験片の表面に付着した水分を拭い取った後に、試験後の質量（Ｍ2）、長さ（Ｌ2）、厚さ（Ｔ2）を測定する。長さ（Ｌ1，Ｌ2）は試験片の縦方向および横方向の長さの平均値とする。厚さ（Ｔ1，Ｔ2）は、試験片の中央部と各角部（エッジから5mm内側）の5箇所の厚さを測定し、それらの平均値とする。
【００４１】
上記した試験片の試験前の質量（Ｍ1）、長さ（Ｌ1）、厚さ（Ｔ1）、および試験後の質量（Ｍ2）、長さ（Ｌ2）、厚さ（Ｔ2）から、質量変化率Ｍ、長さ変化率Ｌおよび厚さ変化率Ｔを下記の(1)式、(2)式、(3)式に基づいて算出する。
Ｍ＝｛（Ｍ2−Ｍ1）／Ｍ1｝×100（％）  …(1)
Ｌ＝｛（Ｌ2−Ｌ1）／Ｌ1｝×100（％）  …(2)
Ｔ＝｛（Ｔ2−Ｔ1）／Ｔ1｝×100（％）  …(3)
【００４２】
表１に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）、高分子量ポリエチレン（ＨＭＷＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）の曲げ弾性率と耐メタノール性（純メタノールの浸漬試験における質量変化率、長さ変化率および厚さ変化率）を示す。
【００４３】
【表１】
2007128850.tif 000003
【００４４】
ここで、ノズル部９のノズル挿入部１２以外の構成部品やソケット部６の構成部品については、前述したスーパーエンジニアプラスチック（ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＬＣＰ等）や汎用エンジニアプラスチック（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＯＭ）等で形成することができる。また、カップラとしての強度や接続強度等を維持することができれば、ノズル挿入部１２以外の部品についても軟質の樹脂を適用してもよい。さらに、案内溝１８をソケット部６のソケット本体２１に形成する場合には、ソケット本体２１をキー部が外れるように塑性変形し得る軟質な樹脂で形成する。
【００４５】
次に、上述したノズル挿入部１２を低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高分子量ポリエチレン（ＨＭＷＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）で形成した場合について、ノズル部９の強度を測定、評価した結果について述べる。ノズル部９の強度は、以下のようにして測定した。なお、本発明との比較例として、ノズル挿入部１２を従来の樹脂材料であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）で形成したノズル部９についても、実施例と同様にして強度を測定、評価した。
【００４６】
まず、容量100mlの空の燃料カートリッジ５を用意し、これに上述した各樹脂で形成したノズル挿入部１２を有するノズル部（オス側カップラ）９を装着する。ノズル部９のフラット面から100mmのところに2箇所の穴を開け、ここにワイヤを通す。このような燃料カートリッジ５を、治具で固定したソケット部（メス側カップラ）６に接続する。ワイヤにフック付きのロードセルを装着し、燃料カートリッジ５に対して垂直に50mm/sの速度で引張る。その際のピーク荷重を測定した。引張り方向はキー部２９の突出方向とそれに対して垂直方向の2方向とした。これらの測定結果を表２に示す。なお、比較例についてはノズル先端が破損するまで荷重を加えた際のピーク荷重を示す。
【００４７】
【表２】
2007128850.tif 000004
【００４８】
表２に示すノズル抜け力から明らかなように、実施例の各樹脂はいずれもノズル部９が破損することなく、ソケット部６から離脱した。さらに、ノズル部９の離脱時の荷重も比較的小さいことから、燃料カートリッジ５に対する曲げ荷重に対してノズル部９を容易にソケット部６から離脱させることが可能であることが分かる。また、バルブ機構が破損することもなく、シール状態は良好に保持されていた。これに対して、比較例の樹脂ではノズル部９に破損が生じた。このように、実施例の燃料カートリッジによれば、ノズル部が破損することによる不具合の発生を抑制することが可能となる。
【００４９】
ところで、上述したようにノズル部９の少なくとも一部を軟質樹脂部品で構成することによって、燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際にノズル部９をソケット部６から離脱させることができるものの、曲げ荷重の付加量や付加状態によってはノズル部９（例えばノズル挿入部１２）が激しく塑性変形する可能性がある。例えばノズル挿入部１２が激しく塑性変形するような曲げ荷重が加わった場合、バルブ１４に過剰な力が作用してシール状態が損なわれるおそれがある。また、激しく塑性変形したノズル部９からバルブ１４が突出し、誤ってバルブ機構を作動させて液体燃料が漏れ出すおそれがある。このような点に対してはバルブ機構を分割構造とすることが有効である。
【００５０】
次に、燃料カートリッジ５のノズル部９に分割構造を有するバルブ機構を適用した実施形態について、図４を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施形態による燃料電池３１の要部構成、すなわち燃料電池本体４の燃料収容部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とによる接続機構（カップラ）を示す断面図である。なお、燃料電池３１の全体構成は第１の実施形態と同様であり、図１に示した通りである。また、ソケット部６とノズル部９とによる接続構造についても、基本的な機構は第１の実施形態と同様であるため、図２および図３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。
【００５１】
この実施形態の燃料電池３１において、バルブ１４のバルブステム１４ｃは分割構造を有している。具体的には、バルブステム１４ｃは図５に示すように、バルブ本体１４ｂと一体化されたステム基部３２と、このステム基部３２とは分割されたステム先端部３３とを有している。すなわち、バルブステム１４ｃはステム基部３２とステム先端部３３の2部品で構成されており、これらはそれぞれ独立した部品として分割されている。これらステム基部３２とステム先端部３３との接触面が、バルブステム１４ｃの分割面となる。
【００５２】
ステム先端部３３は、ノズル挿入部１２から抜け落ちないように、ステム基部３２側に設けられた大径部３３ａを有している。すなわち、ステム先端部３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有しており、大径部３３ａをノズル挿入部１２内の段付穴１２ａで押さえることによって、ノズル挿入部１２からの抜け落ちを防止している。ステム基部３２はステム先端部３３の大径部３３ａと同一径を有している。そして、これらステム基部３２とステム先端部３３の大径部３３ａとを接触させてバルブ１４を組み立て、この状態でノズルベース部１１内に配置されている。
【００５３】
バルブステム１４ｃとノズル挿入部１２の内壁面との間に液体燃料の流路を設ける場合には、ステム基部３２とステム先端部３３とは周方向の位置関係を考慮することなく、単に接触させて組み立てることができる。一方、バルブステム１４ｃの外周面に軸方向に溝を形成して液体燃料の流路を設ける場合がある。このような場合には、例えば図６に示すように、ステム先端部３３の大径部３３ａとステム基部３２（図６では図示せず）に周方向の位置を示すガイドキー３４を設けることが好ましい。
【００５４】
このようなガイドキー３４を適用することによって、ステム基部３２とステム先端部３３との周方向の位置を合せてバルブ１４を組み立てることができる。ここでは2個のガイドキー３４を有するステム先端部３３を図示したが、ガイドキー３４の個数は限定されるものではなく、例えば1個もしくは4個であってもよい。なお、ノズル挿入部１２の内壁面には、バルブステム１４ｃ側に設けたガイドキー３４に対応させてキー溝が設けられる。バルブステム１４ｃ側のガイドキー３４をノズル挿入部１２側のキー溝と係合させることによって、ステム基部３２とステム先端部３３の周方向の位置を合せる。
【００５５】
バルブステム１４ｃのステム先端部３３の構成材料やステム基部３２が一体化されたバルブ本体１４ｂの構成材料はメタノール燃料等と接触することから、耐メタノール性を有していることが好ましい。耐メタノール性については前述した通りである。バルブ１４は前述した軟質樹脂で構成してもよいが、バルブ１４に分割構造を適用した場合には、例えばスーパーエンジニアプラスチックや汎用エンジニアプラスチック等を用いてもよい。このような材料としては、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）等の汎用エンジニアプラスチック、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のスーパーエンジニアプラスチックが挙げられる。
【００５６】
燃料カートリッジ５に曲げ荷重が加わった際に、曲げ荷重の付加量や付加状態によっては図７に示すように、ノズル部９（具体的にはノズルベース部１１から突出したノズル挿入部１２）が激しく塑性変形する場合がある。このような場合においても、この実施形態ではバルブステム１４ｃをステム基部３２とステム先端部３３とに分割した構造を適用しているため、ノズル挿入部１２の変形時にステム先端部３３のみが外れることによって、液体燃料を遮断するバルブ機構の損傷を防ぐことができる。言い換えると、バルブ１４による液体燃料のシール状態を維持することが可能となる。
【００５７】
すなわち、バルブステム１４ｃがバルブヘッド１４ａと一体化されている場合、ノズル挿入部１２の塑性変形時にバルブステム１４ｃにも過剰な力が加わって、シール状態が損傷するおそれがある。このような点に対して、バルブステム１４ｃをステム基部３２とステム先端部３３とに分割することによって、バルブ機構やシール状態の損傷を防ぐことができる。さらに、ステム先端部３３がノズル部９から外れることによって、バルブステム１４ｃがノズルベース部１１の平坦面１１ａから突出することがない。これによって、ノズルベース部１１の平坦面１１ａから突出したバルブステム１４ｃを誤って動作させて液体燃料が漏れ出すようなおそれがなくなる。
【００５８】
上述したように、ノズル挿入部１２が激しく塑性変形した場合において、ステム先端部３３はバルブステム１４ｃの一部がノズルベース部１１の平坦面１１ａから突出しないように外れることが好ましい。従って、ステム基部３２とステム先端部３３との分割面は、ノズルベース部１１の平坦面１１ａと同一面上、もしくは平坦面１１ａよりバルブ本体１４ｂ側（カートリッジ本体８側）に位置していることが好ましい。これによって、ノズル挿入部１２が損傷した際のバルブステム１４ｃの突出をより確実に防ぐことができる。
【００５９】
バルブ１４に適用する分割構造は、バルブステム１４ｃをステム基部３２とステム先端部３３とに分割した構造に限られるものではない。例えば、図８に示すように、バルブ本体１４ｂとバルブステム１４ｃとを分割するようにしてもよい。すなわち、図８に示すバルブ１４は、バルブヘッド１４ａを有するバルブ本体１４ｂと、このバルブ本体１４ｂの先端側に配置され、かつバルブ本体１４ｂとは分割されたバルブステム１４ｃとを有している。なお、他の構造については図４と同様とされている。
【００６０】
このように、バルブ１４をバルブ本体１４ｂとバルブステム１４ｃとに分割した場合には、図９に示すように、ノズル挿入部１２の損傷時にバルブステム１４ｃが外れるため、バルブ機構やそれによるシール状態を維持することができる。また、ノズル挿入部１２の損傷後にノズルベース部１１の平坦面１１ａからバルブ１４の一部が突出するようなこともない。バルブ本体１４ｂとバルブステム１４ｃとを分割した構造では、特にバルブ本体１４ｂの表面（分割面）がノズル部９の内部に存在することになるため、バルブ機構の誤作動による漏液をより確実に防ぐことができる。
【００６１】
次に、上述した各実施形態の燃料電池１、３１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１０を参照して説明する。図１０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と燃料収容部３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜５１を具備している。
【００６２】
燃料電池セル２は、アノード触媒層５２およびアノードガス拡散層５３からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層５４およびカソードガス拡散層５５からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層５２とカソード触媒層５４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜５６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５２およびカソード触媒層５４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。
【００６３】
具体的には、アノード触媒層５２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５４にＰｔ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５６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。
【００６４】
アノード触媒層５２に積層されるアノードガス拡散層５３は、アノード触媒層５２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５２の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層５４に積層されるカソードガス拡散層５５は、カソード触媒層５４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５４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層５３にはアノード導電層５７が積層され、カソードガス拡散層５５にはカソード導電層５８が積層されている。
【００６５】
アノード導電層５７およびカソード導電層５８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５６とアノード導電層５７との間、および電解質膜５６とカソード導電層５８との間には、ゴム製のＯリング５９、６０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。
【００６６】
燃料収容部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、燃料収容部３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料収容部３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜５１が設置されている。気体選択透過膜５１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５１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。
【００６７】
カソード導電層５８上には保湿層６１が積層されており、さらにその上には表面層６２が積層されている。表面層６２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６２に形成された空気導入口６３の個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層６１はカソード触媒層５４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５５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層５４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６１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。
【００６８】
そして、燃料収容部３上に気体選択透過膜５１、燃料電池セル２、保湿層６１、表面層６２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６４を被せて全体を保持することによって、この実施形態の内部気化型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４が構成されている。カバー６４には表面層６２に形成された空気導入口６３と対応する部分に開口が設けられている。また、燃料収容部３にはカバー６４の爪６４ａを受けるテラス６５が設けられており、このテラス６５に爪６４ａをかしめることで燃料電池本体４全体をカバー６４で一体的に保持している。なお、図１０では図示を省略したが、図１に示したように燃料収容部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。
【００６９】
上述したような構成を有する内部気化型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４においては、燃料収容部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５１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５３で拡散されてアノード触媒層５２に供給される。アノード触媒層５２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)
【００７０】
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、燃料収容部３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層５４で生成した水や電解質膜５６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。
【００７１】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ+）は電解質膜５６を伝導し、カソード触媒層５４に到達する。表面層６２の空気導入口６３から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層６１、カソード導電層５８、カソードガス拡散層５５を拡散して、カソード触媒層５４に供給される。カソード触媒層５４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)
【００７２】
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、燃料収容部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。燃料収容部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収容部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。
【００７３】
なお、本発明は液体燃料を燃料カートリッジにより供給する燃料電池であれば、その方式や機構等に何等限定されるものではないが、特に小型化が進められている内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による燃料電池の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に示すノズル部とソケット部との接続状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による燃料電池の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５】図４に示すノズル部に適用したバルブを示す断面図である。
【図６】図５に示すバルブの変形例を示す断面図である。
【図７】図４に示すノズル部のノズル挿入部が損傷した状態を示す断面図である。
【図８】図４に示すノズル部の変形例を示す断面図である。
【図９】図８に示すノズル部のノズル挿入部が損傷した状態を示す断面図である。
【図１０】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の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１，３１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料収容部、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…ノズル挿入部、１４，２４…バルブ、１４ａ，２４ａ…バルブヘッド、１４ｂ，２４ｂ…バルブ本体、１４ｃ，２４ｃ…バルブステム、１５，２５…バルブシート、１６，２６…Ｏリング、１７，２７…圧縮スプリング、１８…案内溝、２１…ソケット本体、２３…ゴムホルダ、２９…キー部、３２…ステム基部、３３…ステム先端部、５１…気体選択透過膜。
【図１】
2007128850.tif 000005
【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】
2007128850.tif 000011
【図８】
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【図９】
2007128850.tif 000013
【図１０】
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