專利名稱：燃料電池用插座及使用了該插座的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池用插座(socket)及使用了該插座的燃料電池。
背景技術(shù)：
為了能夠長時間不充電地使用筆記本電腦及手機等便攜式電子設(shè)備， 對便攜式電子設(shè)備的電源或充電器正嘗試使用燃料電池。燃料電池具有的 特征是，僅通過供給燃料及空氣就能夠發(fā)電，若補給燃料，就能夠連續(xù)地 長時間發(fā)電。因此，若能夠使燃料電池小型化，則作為便攜式電子設(shè)備的 電源或充電器，可以說是極有利的系統(tǒng)。
由于采用能量密度高的甲醇燃料的直接甲醇型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，燃料的處理也容易，因此有 望用作便攜式設(shè)備用的電源等。作為DMFC的液體燃料的供給方式，已知 有氣體供給型及液體供給型等主動方式以及在電池內(nèi)部使燃料收納部內(nèi)的 液體燃料氣化再供至燃料極的內(nèi)部氣化型等被動方式。被動方式對于 DMFC的小型化有利。
內(nèi)部氣化型等被動型DMFC中，隔著燃料含浸層或燃料氣化層等使燃 料收納部內(nèi)的液體燃料氣化，將該液體燃料的氣化成分供至燃料極(例如參 照專利文獻1及2)。對燃料收納部用燃料盒供給液體燃料。在衛(wèi)星式(外部 注入式)的燃料盒中，使用由分別內(nèi)置閥機構(gòu)的噴嘴及插座構(gòu)成的聯(lián)結(jié)器 (coupler)進行液體燃料的切斷及注入(例如參照專利文獻3)。
被收納于燃料盒中的液體燃料的供給通過將安裝于燃料盒的噴嘴與被 設(shè)置于燃料電池的燃料收納部的插座連接，并打開這些噴嘴及插座的閥機 構(gòu)而實施。在將燃料盒的噴嘴插入燃料電池的插座而連接的狀態(tài)下，如果 插座導(dǎo)致噴嘴的導(dǎo)向(guide)不充分，則燃料盒的傾斜程度易變大。如果燃 料盒的傾斜程度變大，則會發(fā)生插座側(cè)的密封零部件受損等不良情況。
5專利文獻l:日本專利第3413111號公報 專利文獻2:國際公開第2005/112172號公報 專利文獻3:日本專利特開2004-127824號公報
發(fā)明的揭示
本發(fā)明的目的是提供通過提高連接燃料盒的噴嘴時的導(dǎo)向功能可抑制 燃料盒的傾斜或伴隨該傾斜的插座零部件的受損的燃料電池用插座，以及 因使用該插座而使可靠性或安全性得到了提高的燃料電池。
本發(fā)明的燃料電池用插座是能夠與燃料盒的噴嘴可裝拆地連接、成為將 裝入所述燃料盒的液體燃料供至燃料電池時的燃料供給部的燃料電池用插 座，該插座的特征在于，包括具有插入所述噴嘴的噴嘴插入口的插座主體， 被內(nèi)置入所述插座主體的閥機構(gòu)，配置在所述插座主體內(nèi)、在打開所述閥 機構(gòu)時密封燃料流路的彈性體保持件((holder)，以及限制連接狀態(tài)下的所述 噴嘴的傾斜的導(dǎo)向構(gòu)件；所述導(dǎo)向構(gòu)件被配置于所述插座主體內(nèi)，用于導(dǎo) 向被連接于所述插座的所述噴嘴的前端外周部。
本發(fā)明的燃料電池的特征在于，具備本發(fā)明的燃料電池用插座，包括接受 利用與所述插座連接的燃料盒的噴嘴供給的液體燃料的燃料接受部，收納由所 述燃料盒供給的液體燃料的燃料收納部，從所述燃料收納部供給所述液體燃料 而引起發(fā)電的起電部。
附圖的簡單說明


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)及其與燃料盒組合的 結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示圖1所示的燃料電池的插座和燃料盒的噴嘴的結(jié)構(gòu)(未連接 狀態(tài))的剖視圖。
圖3是表示圖2所示的插座和噴嘴的連接狀態(tài)的剖視圖。 圖4是圖2所示的插座的俯視圖。 圖5是圖2所示的插座的剖視圖。
圖6是表示用于圖2所示的插座的導(dǎo)向構(gòu)件的構(gòu)成例的立體圖。圖7是表示圖2所示的插座的變形例的剖視圖。
圖8是表示作為本發(fā)明的實施方式的燃料電池的一例的內(nèi)部氣化型 DMFC的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
符號說明1燃料電池，2燃料電池單元，3燃料收納部，4插座，5燃 料接受部，6燃料盒，7盒主體，8噴嘴，12噴嘴頭，13基部，14插入部， 16周槽，17鍵(key)部，18閥保持件，19、 40閥，19a、 40a閥頭，19b、 40b 閥桿，20、 41閥座，21、 42 0型圈，22、 43壓縮彈簧，31噴嘴插入口， 32插 座主體，33主體外周上部，34主體外周下部，35主體中部，36主體下部， 38導(dǎo)向構(gòu)件，39橡膠保持件，45噴嘴保持機構(gòu)，46鍵槽。
實施發(fā)明的最佳方式
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。以下是根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的 實施方式，但這些附圖是為了進行圖解而提供的，并不限定本發(fā)明。
圖1是表示本發(fā)明的實施方式的燃料電池的簡單結(jié)構(gòu)及燃料電池與燃料 盒的組合結(jié)構(gòu)的圖。圖1所示的燃料電池1具備起電部2和燃料收納部3。在 燃料收納部3的下表面?zhèn)仍O(shè)置了具備成為液體燃料供給部的插座4的燃料接受 部5。插座4內(nèi)置閥機構(gòu)，在供給液體燃料以外的時間內(nèi)閥機構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)。 燃料電池1也可具備不經(jīng)過燃料收納部3而直接由燃料接受部5向起電部2供 給液體燃料的結(jié)構(gòu)。
燃料盒6具有收納燃料電池用液體燃料的盒主體(容器)7。在盒主體7的 前端裝有成為將收納于其中的液體燃料供至燃料電池1的燃料收納部3時的燃 料吐出部的噴嘴8。噴嘴8內(nèi)置閥機構(gòu)，在供給液體燃料以外的時間內(nèi)閥機構(gòu) 處于關(guān)閉狀態(tài)。燃料盒6是僅在向燃料收納部3注入液體燃料時與燃料電池1 連接的所謂的衛(wèi)星式(外部注入式)燃料盒。
燃料盒6的盒主體7中收納有與燃料電池1對應(yīng)的液體燃料。燃料電池1 為直接甲醇型燃料電池(DMFC)的情況下，液體燃料使用各種濃度的甲醇水 溶液或純甲醇等甲醇燃料。但收納于盒主體7的液體燃料并不限于甲醇燃 料，例如也可以是乙醇水溶液或純乙醇等乙醇燃料，丙醇水溶液或純丙醇 等丙醇燃料，乙二醇水溶液或純乙二醇等乙二醇燃料，二甲醚，甲酸及其
7它的液體燃料。與燃料電池1對應(yīng)的液體燃料都被收納于盒主體7。
被設(shè)置于燃料電池1的燃料接受部5的插座4和被設(shè)置于燃料盒6的 盒主體7的噴嘴8構(gòu)成一對連接機構(gòu)(聯(lián)結(jié)器)。下面參照圖2及圖3對由插 座4和噴嘴8構(gòu)成的聯(lián)結(jié)器的具體構(gòu)成和連接結(jié)構(gòu)進行說明。圖2所示為 燃料盒6的噴嘴8和燃料電池1的插座4連接前的狀態(tài)，圖3所示為噴嘴8 和插座4連接后的狀態(tài)。
連接燃料電池1和燃料盒6的聯(lián)結(jié)器中，作為盒側(cè)連接機構(gòu)的噴嘴(陽 側(cè)聯(lián)結(jié)器)8在前端側(cè)具有噴嘴口 11被打開的噴嘴頭12。噴嘴頭12具有裝 于盒主體7的前端開口部的基部13和被插入插座4的插入部14。圓筒狀的 插入部14從基部13突出地形成，使其軸向與噴嘴8的插入方向平行。
在噴嘴頭12的插入部14的前端面設(shè)置了凹部15。凹部15以使插入 部14的前端面凹下的狀態(tài)設(shè)置，噴嘴口 11在該凹部15的底面開口。凹部 15具有殘留(附著)于噴嘴8的前端側(cè)的液體燃料的收納部的功能，因此可 防止操作者與液體燃料接觸。在噴嘴頭12的插入部14的外周側(cè)設(shè)置有與后 述插座4的噴嘴保持機構(gòu)卡合的作為凹部的周槽16，以及作為燃料識別裝置起 作用的鍵部17。如后所述，燃料識別裝置由鍵部17和插座4側(cè)的鍵槽構(gòu)成。
在噴嘴頭12的基部13的內(nèi)側(cè)配置有杯狀的閥保持件18。閥保持件18用 于規(guī)定闊室，其前端外緣部被盒主體7和基部13夾持而得到固定。在閥保持 件18內(nèi)配置有閥19。閥19包括闊頭19a和閥桿19b。閥頭19a配置在由閥保 持件18規(guī)定的閥室內(nèi)。閥桿1%收納在圓筒狀的插入部14內(nèi)。
所述具有閥頭19a和閥桿19b的閥19可在軸向(噴嘴8的插入方向)上進 退。閥頭19a與在基部13的內(nèi)側(cè)形成的閥座20之間配置有0型圈21。在閥 19內(nèi)利用壓縮彈簧22等彈性體施加使閥頭19a朝閥座20壓緊的力，利用它們 來按壓0型圈21。
在通常狀態(tài)(燃料盒6與燃料電池1分離的狀態(tài))下，通過閥頭19a使0 型圈21朝閥座20壓緊，從而使噴嘴8內(nèi)的燃料流路成為關(guān)閉狀態(tài)。如后所述， 在將燃料盒6與燃料電池1連接時，闊桿19b后退，閥頭19a從閥座20離開， 從而使噴嘴8內(nèi)的燃料流路成為打開狀態(tài)。在閥保持件18的底部設(shè)置有成為 液體燃料的通路的連通孔23，盒主體7內(nèi)的液體燃料通過該連通孔23流入噴
8嘴8內(nèi)。
另外，在噴嘴頭12的外側(cè)配置有包括凸輪機構(gòu)的鍵環(huán)(環(huán)狀部件)24和容 器噴嘴25等。鍵環(huán)24被壓入噴嘴頭12，在通常使用時與噴嘴頭12卡止。在 將燃料盒6與燃料電池1連接時，如果施加彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力，則鍵環(huán)24通 過凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)浮起，連接狀態(tài)被解除，噴嘴8從插座4脫離。容器噴嘴25 與盒主體7螺紋連接，由此，具有噴嘴頭12和閥19等的噴嘴8被固接于盒主 體7的前端部。
作為燃料電池1側(cè)的連接機構(gòu)的插座(陰側(cè)聯(lián)接器)4包括插座主體32，該 插座主體32具有凹狀的噴嘴插入口 31。插座主體32具有圓筒狀的主體外周上 部33和主體外周下部34。主體外周上部33由不銹鋼材料等金屬材料構(gòu)成，它 被固接于樹脂制主體外周下部34的上方外側(cè)。
在主體外周上部33和主體外周下部34的內(nèi)側(cè)配置了主體中部35和主體 下部36，由它們構(gòu)成插座主體32。在主體中部35和主體下部36之間有0型 圈37，藉此提高閥室的密閉性。插座主體32被一體化并被埋入燃料電池1的 燃料接受部5內(nèi)。
在將燃料盒6的噴嘴8插入插座4并連接時，插座主體32的主體外周上 部33具有引導(dǎo)噴嘴頭12的外周面的功能。但是，噴嘴頭12的前端外周部并 不被主體外周上部33引導(dǎo)，而是在它們之間產(chǎn)生間隙。因此，導(dǎo)向構(gòu)件38被 配置在插座主體32內(nèi)來對噴嘴8 (噴嘴頭12)的前端外周部進行導(dǎo)向。
如圖4、圖5及圖6所示，環(huán)狀導(dǎo)向構(gòu)件38被配置在主體外周下部34的 上端部，該主體外部下部34被配置于主體外周上部33的內(nèi)側(cè)。環(huán)狀導(dǎo)向構(gòu)件 38具有后述的成為噴嘴保持機構(gòu)的通過部的切缺部38a。配置于主體外周下部 34上的導(dǎo)向構(gòu)件38被按壓于噴嘴保持機構(gòu)，藉此防止從插座主體32的脫落。 圖5表示圖4的A-A剖面，圖4的B-B剖面所示為圖2的插座4。
環(huán)狀導(dǎo)向構(gòu)件38具有與噴嘴頭12的插入部14的前端外周形狀對應(yīng)的內(nèi) 部形狀。導(dǎo)向構(gòu)件38是引導(dǎo)與插座4連接的噴嘴8(具體為插入部14)的前端 外周部、限制噴嘴8的連接狀態(tài)下的傾斜的構(gòu)件。在噴嘴與插座4連接的狀態(tài) 下，被配置在噴嘴頭12的插入部14的前端外側(cè)的導(dǎo)向構(gòu)件38具有噴嘴8的導(dǎo)向功能及基于此的定心功能。藉此，噴嘴8的連接狀態(tài)下的傾斜被限制。
為了利用導(dǎo)向構(gòu)件38獲得噴嘴8的導(dǎo)向功能及定心功能，導(dǎo)向構(gòu)件38 和噴嘴頭12的插入部14之間的間隙較好為0. 4mm以下。如果導(dǎo)向構(gòu)件38和 插入部14之間的間隙過大，則導(dǎo)向功能不充分，與插座4連接的噴嘴8的定 心效果也會下降。這樣可能無法充分地限制噴嘴8的連接狀態(tài)下的傾斜。圖6 示出了環(huán)狀導(dǎo)向構(gòu)件38，但導(dǎo)向構(gòu)件38的形狀并不限于此，可采用能夠引導(dǎo) 噴嘴8(具體為插入部14)的前端外周部的各種形狀的導(dǎo)向構(gòu)件38。
導(dǎo)向構(gòu)件38例如與插座主體32的主體外周下部34、主體中部35、主體
下部36同樣由樹脂材料構(gòu)成。作為構(gòu)成導(dǎo)向構(gòu)件38的樹脂材料，考慮到其耐
久性和剛性等，優(yōu)選采用超級工程塑料或通用工程塑料。導(dǎo)向構(gòu)件38更好的 是由具有滑動性的樹脂材料構(gòu)成。
作為導(dǎo)向構(gòu)件38的構(gòu)成材料，可例舉例如聚縮醛(POM)、聚碳酸酯 (PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、間規(guī) 聚苯乙烯(SPS)等通用工程塑料，或聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、液 晶聚合物(LCP)、聚醚酰亞胺(PEI)等超級工程塑料。
導(dǎo)向構(gòu)件38除了具有與插座4連接的噴嘴8的導(dǎo)向功能以外，在對連 接狀態(tài)的噴嘴8或燃料盒6施加了過度的彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力時，最好還具 有解除噴嘴8和插座4的連接狀態(tài)的功能。為了獲得連接狀態(tài)的解除功能， 導(dǎo)向構(gòu)件38最好由滑動性高的樹脂材料構(gòu)成。作為該樹脂材料，可例舉聚 縮醛(POM)、超高密度聚乙烯(UHMWPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度 聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、氟樹脂、聚酰胺樹脂等。
導(dǎo)向構(gòu)件38優(yōu)選由兼具耐久性和滑動性的聚縮醛(POM)構(gòu)成。為了提 高噴嘴8的連接解除功能，最好噴嘴8(具體為噴嘴頭12)本身也由滑動性良 好的樹脂材料構(gòu)成。特別是導(dǎo)向構(gòu)件38和噴嘴頭12都由聚縮醛(POM)構(gòu) 成時，不僅它們的耐久性和剛性等提高，還可提高噴嘴8的連接解除功能。 藉此，能夠抑制噴嘴8或插座4的損傷。
在導(dǎo)向構(gòu)件38的外側(cè)配置有金屬制的主體外周上部33。導(dǎo)向構(gòu)件38 沿主體外周上部33的內(nèi)壁面配置。樹脂制的導(dǎo)向構(gòu)件38受到金屬制的主
10體外周上部33的補強，這樣不僅插座主體32的強度和耐久性提高，還可 提高噴嘴8的導(dǎo)向功能。導(dǎo)向構(gòu)件38本身由金屬材料構(gòu)成時，在對燃料盒 6施加了過度的彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力時，噴嘴8可能會受損。因此，導(dǎo)向構(gòu)件 38最好由樹脂材料構(gòu)成。
圖2 圖6所示的是在主體外周下部34的上側(cè)配置了環(huán)狀導(dǎo)向構(gòu)件38 的狀態(tài)，但導(dǎo)向構(gòu)件38的構(gòu)成并不限于此。如圖7所示，導(dǎo)向構(gòu)件38也 可與主體外周下部34 —體形成。圖7所示的導(dǎo)向構(gòu)件38在與主體外周下 部34—體設(shè)置的同時，沿主體外部上部33的內(nèi)壁面配置。導(dǎo)向構(gòu)件38的 具體形狀、功能、構(gòu)成材料等與和主體外部下部34分開形成的環(huán)狀構(gòu)件相 同。
藉此，導(dǎo)向構(gòu)件38可與插座主體32的一部分一體形成。 一體形成導(dǎo) 向構(gòu)件38的插座主體32并不限于主體外周下部34，也可與主體外周上部 33或主體中部35 —體形成。還可包含導(dǎo)向構(gòu)件38將整個插座主體32 —體 化形成。導(dǎo)向構(gòu)件38可與插座主體32的至少一部分一體化。通過將導(dǎo)向 構(gòu)件38與插座主體32的至少一部分一體化，可減少零部件數(shù)目和組裝工 序。
在所述插座主體32的主體中部35配置有作為彈性體保持件的橡膠保 持件39。橡膠保持件39具有因褶皺形狀和材料特性(橡膠彈性)而在軸向上具 有彈性的圓筒狀的保持件主體39a，以及設(shè)置在其下方的凸緣部39b。橡膠保 持件39通過凸緣部3%被設(shè)置在主體外周下部34的環(huán)狀凸部34a和主體中部 35夾持而得到固定。
橡膠保持件39是通過使其前端側(cè)與設(shè)置在噴嘴頭12的插入部14的凹部 15嵌合來使其與噴嘴頭12之間形成密封的密封件。橡膠保持件39的內(nèi)側(cè)形成 為燃料流路。橡膠保持件39是在打開插座4的閥機構(gòu)時將外部與燃料流路之 間密封的密封件。設(shè)置在噴嘴頭12的插入部14的凹部15兼具通過與橡膠保 持件39的前端嵌合來形成密封的功能。
在插座主體32內(nèi)配置有閥40。閥40包括閥頭40a和閥桿40b。閥頭40a 被配置在由主體中部35和主體下部36規(guī)定的閥室內(nèi)。閥桿40b被收納在橡膠
11保持件39內(nèi)。閥40可在軸向(噴嘴8的插入方向)上進退。閥頭40a與在主體 中部35的下表面?zhèn)刃纬傻拈y座41之間配置有0型圈42。
在閥40內(nèi)利用壓縮彈簧43等彈性體始終施加使閥頭40a朝閥座41壓緊 的力，由此來按壓0型圈42。在通常狀態(tài)(燃料電池1與燃料盒6分離的狀態(tài)) 下，通過閥頭40a使0型圈42朝閥座41壓緊。由此，使插座4內(nèi)的燃料流路 成為關(guān)閉狀態(tài)。在將燃料盒6與燃料電池1連接時，閥桿40b后退，闊頭40a 從閥座41離開，從而使插座4內(nèi)的燃料流路成為開放狀態(tài)。
在插座主體32的主體下部36設(shè)置有連通孔44，該連通孔44通過燃料接 受部5而與燃料收納部3連接。插座4的插座主體32內(nèi)的液體燃料流路通過 設(shè)置在主體下部36的連通孔44而與燃料收納部3連接。另外，通過使閥19、 40成為打開狀態(tài)，使噴嘴8和插座4內(nèi)的燃料流路分別打開，可將收納在燃 料盒6內(nèi)的液體燃料通過噴嘴8和插座4注入到燃料收納部3內(nèi)。
在插座主體32的主體外周上部33設(shè)置有噴嘴保持機構(gòu)(連接狀態(tài)的保 持機構(gòu))45，該噴嘴保持機構(gòu)45對與插座4連接的噴嘴8予以保持。噴嘴 保持機構(gòu)45具有向主體外周上部33的內(nèi)側(cè)朝徑向突出的鉤部45a和賦予 鉤部45a按壓力以保持噴嘴8的彈性體45b。鉤部45a具有從主體外周上部 33的外側(cè)向內(nèi)側(cè)突出的突出部和保持該姿勢的凸緣部。作為彈性體45b， 可采用具有套筒形狀的橡膠狀彈性構(gòu)件(橡膠套筒)。
鉤部45a因配置在主體外周上部33外側(cè)的彈性體45b的彈力而被賦予 朝徑向內(nèi)側(cè)的按壓力，同時可朝徑向外側(cè)后退。噴嘴保持機構(gòu)45通過使鉤 部45a與設(shè)置在噴嘴頭12的插入部14的外周的周槽16卡合來保持噴嘴8 和插座4的連接狀態(tài)。通常狀態(tài)下，利用鉤部45a彈性地夾持噴嘴8。在對 與燃料電池1連接的燃料盒6施加了過度的彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力時，鉤部45a 后退，噴嘴8和插座4的連接狀態(tài)被解除。
在插座主體32的主體外周上部33設(shè)置有作為燃料識別裝置起作用的 鍵槽46。鍵槽46具有與噴嘴8的鍵部17卡合的形狀。鍵部17和鍵槽46 形成成對的形狀。通過根據(jù)液體燃料來規(guī)定該形狀，可防止液體燃料的誤 注入。通過將鍵部17的形狀做成與液體燃料的類別(種類和濃度等)相對應(yīng)的形狀，并將鍵槽46做成與鍵部17相對應(yīng)的形狀，能僅使收納對應(yīng)燃料 電池1的液體燃料的燃料盒6可以進行連接。藉此，可防止因液體燃料的 誤注入而引起的操作不良和特性下降。
在將收納于燃料盒6的液體燃料供至燃料電池1的燃料收納部3時， 如圖3所示，將燃料盒6的噴嘴8與插座4進行連接。設(shè)置在噴嘴8的噴 嘴頭12的插入部14僅在鍵部17和槽部46的形狀對應(yīng)時才可被插入插座4。 在像這樣將噴嘴8的插入部14插入插座4的噴嘴插入口 31時，首先使橡 膠保持件39的前端與設(shè)置在插入部14的凹部15嵌合，從而在閥19、 40 成為開放狀態(tài)之前使液體燃料的流路周圍實現(xiàn)密封。
若在噴嘴頭12的插入部14和橡膠保持件39接觸的狀態(tài)下將噴嘴8插 入插座4，則噴嘴8的閥桿19b的前端與插座4的閥桿40b的前端彼此對碰。 若在此狀態(tài)下將噴嘴8進一步插入插座4，則插座4的閥40后退而完全開 放流路，之后，噴嘴8的閥19后退，燃料流路暢通，收納在燃料盒6的液 體燃料被供至燃料電池1的燃料收納部3。此時，通過插座4的噴嘴保持機 構(gòu)45與噴嘴頭12的周槽16卡合而保持噴嘴8和插座4的連接狀態(tài)。
在所述噴嘴8與插座4連接的狀態(tài)下，噴嘴8(噴嘴頭12)的外周面被 插座主體32的主體外周上部33引導(dǎo)，同時噴嘴8的前端外周部被導(dǎo)向構(gòu) 件38引導(dǎo)。這樣噴嘴8的連接狀態(tài)下的傾斜受到限制。因此，可抑制因噴 嘴8的傾斜而導(dǎo)致的橡膠保持件39的密封性的下降及受損。
此外，噴嘴8與插座4連接的狀態(tài)下，在燃料盒6受到了過度的彎曲 或扭轉(zhuǎn)等的力時，利用導(dǎo)向構(gòu)件38的滑動性等噴嘴8從插座4脫離。這樣 就能夠抑制插座4的受損、噴嘴8的受損及因這些損傷而導(dǎo)致的不良情況 (漏液等)的發(fā)生。因此，可提高燃料電池1的耐久性、可靠性、安全性。
下面說明上述實施方式的燃料電池1中的起電部2的具體構(gòu)造。對燃 料電池1并沒有特別限定，例如可使用能夠在需要時連接衛(wèi)星式燃料盒6 的主動式或被動式的DMFC等。在此，參照圖8來說明燃料電池1使用了內(nèi) 部氣化型DMFC的實施方式。圖8所示的內(nèi)部氣化型(被動式)DMFC1除了起 電部和燃料收納部3以外，還包括位于它們之間的氣液分離膜51。
13起電部2具有膜電極接合體(Membrane Electrode Assembly: MEA)， 該膜電極接合體包括具有陽極催化劑層52和陽極氣體擴散層53的陽極(燃 料極)、具有陰極催化劑層54和陰極氣體擴散層55的陰極(氧化劑極/空氣 極)、以及被陽極催化劑層52和陰極催化劑層54夾持的質(zhì)子(氫離子)傳導(dǎo) 性電解質(zhì)膜56。
作為在陽極催化劑層52和陰極催化劑層54中含有的催化劑，可例舉 例如Pt、 Ru、 Rh、 Ir、 0s、 Pd等鉑族元素的單體、含有鉑族元素的合金等。 在陽極催化劑層52中最好使用對甲醇和一氧化碳具有較強耐性的Pt-Ru和 Pt-Mo等。在陰極催化劑層54中最好使用Pt和Pt-Ni等。催化劑既可以是 使用碳素材料這樣的導(dǎo)電性載體的載體催化劑，也可以是無載體催化劑。
作為構(gòu)成電解質(zhì)膜56的質(zhì)子傳導(dǎo)性材料，可例舉例如具有磺酸基的全 氟磺酸聚合物等氟樹脂、具有磺酸基的烴類樹脂、鎢酸或磷鎢酸等無機物 等。作為具有磺酸基的氟樹脂的具體例，可例舉例如Nafion(商品名，杜邦 公司制)和Flemion(商品名，旭硝子株式會社制)等。但并不限于此。
在陽極催化劑層52上層疊的陽極氣體擴散層53在起到朝陽極催化劑 層52均勻地供給燃料的作用的同時，還具備陽極催化劑層52的集電功能。 在陰極催化劑層54上層疊的陰極氣體擴散層55在起到朝陰極催化劑層54 均勻地供給氧化劑的作用的同時，還具備陰極催化劑層54的集電功能。在 陽極氣體擴散層53上層疊有陽極導(dǎo)電層57作為集電體。在陰極氣體擴散 層55上層疊有陰極導(dǎo)電層58作為集電體。
陽極導(dǎo)電層57和陰極導(dǎo)電層58例如用由Au等導(dǎo)電性金屬材料形成的 網(wǎng)、多孔膜、薄膜等構(gòu)成。另外，在電解質(zhì)膜56與陽極導(dǎo)電層57之間以 及電解質(zhì)膜56與陰極導(dǎo)電層58之間分別設(shè)置有橡膠制的0型圈59、 60。 利用它們來防止燃料和氧化劑從起電部2泄漏。
在燃料收納部3的內(nèi)部填充有作為液體燃料F的甲醇燃料。燃料收納 部3在起電部2側(cè)被開口，該燃料收納部3的開口部和起電部2之間設(shè)置 有氣液分離膜51。氣液分離膜51是僅讓液體燃料F的氣化成分透過而不讓 液體成分透過的膜。作為氣液分離膜51的構(gòu)成材料，可例示聚四氟乙烯等
14氟樹脂。所謂液體燃料F的氣化成分，在使用甲醇水溶液作為液體燃料F 時是指由甲醇的氣化成分和水的氣化成分構(gòu)成的混合氣，在使用純甲醇時 是指甲醇的氣化成分。
在陰極導(dǎo)電層58上層疊有保濕層61，并在其上層疊有表面層62。表 面層62具有對作為氧化劑的空氣的進入量進行調(diào)整的功能?？諝獾倪M入量 通過在表面層62上形成的空氣導(dǎo)入口 63的個數(shù)和尺寸等進行調(diào)整。保濕 層61被在陰極催化劑層54生成的水的一部分浸滲而起到抑制水蒸散的作 用，同時通過朝陰極氣體擴散層55均勻地導(dǎo)入氧化劑而具備促進氧化劑朝 陰極催化劑層54均勻擴散的功能。保濕層61由聚乙烯或聚丙烯的多孔體 等多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件形成。
另外，通過在燃料收納部3上依次層疊氣液分離膜51、起電部2、保 濕層61、表面層62，并在其上覆蓋不銹鋼制的蓋子64以保持整體來構(gòu)成 被動型DMFC1。在蓋子64的與表面層62上形成的空氣導(dǎo)入口 63對應(yīng)的部 分設(shè)置有開口。在燃料收納部3設(shè)置有卡住蓋子64的鉤爪64a的平臺 (terrace) 65，通過在平臺65上鉚接鉤爪64a，用蓋子64來一體地保持DMFC1 整體。圖8中雖未圖示，但如圖1所示，在燃料收納部3的下表面?zhèn)仍O(shè)置 了具有插座4的燃料接受部5。
在具有上述結(jié)構(gòu)的被動型DMFC(燃料電池)l中，燃料收納部3內(nèi)的液 體燃料F(例如甲醇水溶液)氣化，該氣化成分透過氣液分離膜51被供至起 電部2。在起電部2內(nèi)，液體燃料F的氣化成分經(jīng)陽極氣體擴散層53擴散， 被供至陽極催化劑層52。被供至陽極催化劑層52的氣化成分發(fā)生式(l)所 示的甲醇的內(nèi)部改性反應(yīng)。
CH30H + H20 — C02 + 6H++6e—…(1)
在使用純甲醇作為液體燃料F時，由于不從燃料收納部3供給水蒸氣， 因此，使在陰極催化劑層54中生成的水或電解質(zhì)膜56中的水與甲醇反應(yīng)， 發(fā)生式(l)的內(nèi)部改性反應(yīng)?；蛘卟贿M行式(l)的內(nèi)部改性反應(yīng)，而是利用 不需要水的其它反應(yīng)原理來引發(fā)內(nèi)部改性反應(yīng)。
由內(nèi)部改性反應(yīng)生成的質(zhì)子(H+)在電解質(zhì)膜56中傳遞，到達陰極催化
15劑層54。從表面層62的空氣導(dǎo)入口 63進入的空氣(氧化劑)經(jīng)保濕層61、 陰極導(dǎo)電層58、陰極氣體擴散層55擴散，被供至陰極催化劑層54。被供 至陰極催化劑層54的空氣發(fā)生式(2)所示的反應(yīng)。通過該反應(yīng)，引發(fā)附帶 水的生成的發(fā)電反應(yīng)。
(3/2)02 + 6H++6e- — 3H20…(2)
隨著基于上述反應(yīng)的發(fā)電反應(yīng)的進行，燃料收納部3內(nèi)的液體燃料 F(例如甲醇水溶液或純甲醇)被消耗。由于燃料收納部3內(nèi)的液體燃料F耗 盡時發(fā)電反應(yīng)會停止，因此在此時刻或其以前的時刻從燃料盒6向燃料收 納部3內(nèi)供給液體燃料。如上所述，通過將燃料盒6的噴嘴8插入燃料電 池1的插座4并連接，就可從燃料盒6供給液體燃料。
本發(fā)明只要是利用燃料盒來供給液體燃料的燃料電池即可，不對其方 式和原理等作任何限定，但本發(fā)明尤其適用于在不斷小型化的被動型DMFC。
對燃料電池的具體結(jié)構(gòu)也沒有特別限定，在實施階段可在不脫離本發(fā)明技 術(shù)思想的范圍內(nèi)對構(gòu)成要素進行變形后具體實施。另外，可進行各種變形， 例如對上述實施方式所示的多個構(gòu)成要素進行適當組合或從實施方式所示 的全部構(gòu)成要素中刪除幾個構(gòu)成要素等。本發(fā)明的實施方式可在本發(fā)明的 技術(shù)思想的范圍內(nèi)進行擴展或變更，該擴展、變更后的實施方式也落入本 發(fā)明的技術(shù)范圍。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
本發(fā)明的燃料電池用插座具備與燃料盒的噴嘴連接后對噴嘴的前端外周 部進行導(dǎo)向的導(dǎo)向構(gòu)件，因此可抑制噴嘴的傾斜。使用了該燃料電池用插座的 燃料電池的可靠性和安全性良好，因此可作為各種裝置或設(shè)備的電源有效利 用。
1權(quán)利要求
1. 燃料電池用插座，它是與燃料盒的噴嘴可裝拆地連接、成為將收納于所述燃料盒的液體燃料供至燃料電池時的燃料供給部的燃料電池用插座，其特征在于，包括具有插入所述噴嘴的噴嘴插入口的插座主體，被內(nèi)置入所述插座主體的閥機構(gòu)，配置在所述插座主體內(nèi)、在打開所述閥機構(gòu)時密封燃料流路的彈性體保持件，以及限制連接狀態(tài)下的所述噴嘴的傾斜的導(dǎo)向構(gòu)件；所述導(dǎo)向構(gòu)件被配置于所述插座主體內(nèi)，用于引導(dǎo)被連接于所述插座的所述噴嘴的前端外周部。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件 具備所述連接狀態(tài)下的噴嘴的導(dǎo)向功能及基于此的定心功能。
3. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件 具有環(huán)形狀。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件 具有與所述噴嘴的前端外周部的形狀對應(yīng)的內(nèi)部形狀。
5. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件 與所述插座主體的至少一部分一體形成。
6. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述插座主體 具有圓筒狀的主體外周上部和被固接于所述主體外周上部的圓筒狀的主體 外周下部，所述導(dǎo)向構(gòu)件在所述主體外周下部上沿所述主體外周上部的內(nèi) 壁面配置。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述主體外周 上部由金屬材料構(gòu)成，所述主體外周下部及所述導(dǎo)向構(gòu)件由樹脂材料構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述插座主體 具有圓筒狀的主體外周上部和被固接于所述主體外周上部的圓筒狀的主體 外周下部，所述導(dǎo)向構(gòu)件與所述主體外周下部一體設(shè)置并沿所述主體外周 上部的內(nèi)壁面配置。
9. 如權(quán)利要求8所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述主體外周上部由金屬材料構(gòu)成，所述主體外周下部及所述導(dǎo)向構(gòu)件由樹脂材料構(gòu)成。
10. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件由選自聚縮醛、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、間規(guī)聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、液晶聚合物、聚醚酰亞胺、超高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟樹脂及聚酰胺樹脂的至少1種樹脂材料構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件由選自聚縮醛、超高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟樹脂及聚酰胺樹脂的至少1種樹脂材料構(gòu)成。
12. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池用插座，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件和所述噴嘴間的間隙為0.4mm以下。
13. 燃料電池，其特征在于，具備權(quán)利要求1所述的燃料電池用插座；包括接受利用與所述插座連接的燃料盒的噴嘴供給的液體燃料的燃料接受部，收納由所述燃料盒供給的液體燃料的燃料收納部，以及從所述燃料收納部供給所述液體燃料而引起發(fā)電的起電部。
14. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述起電部具備膜電極接合體，該膜電極接合體具備燃料極、氧化劑極、被所述燃料極和所述氧化劑極夾持的電解質(zhì)膜。
15. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，還具備位于所述燃料收納部和所述起電部之間、將所述液體燃料的氣化成分供至所述燃料極的氣液分離膜。
16. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述插座基于所述導(dǎo)向構(gòu)件所具備的所述噴嘴的導(dǎo)向功能及基于此的定心功能來限制連接狀態(tài)下的所述噴嘴的傾斜。
17. 如權(quán)利要求16所述的燃料電池，其特征在于，所述導(dǎo)向構(gòu)件被配置在所述插座內(nèi)，使其位于與所述插座連接的所述噴嘴的前端部的外側(cè)。
18. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述插座的所述導(dǎo)向構(gòu)件具有環(huán)形狀。
19. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述插座的所述導(dǎo)向 構(gòu)件由選自聚縮醛、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁 二醇酯、間規(guī)聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、液晶聚合物、聚醚酰亞胺、 超高密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、氟樹脂及聚酰 胺樹脂的至少1種樹脂材料構(gòu)成。
20. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述插座的所述導(dǎo)向 構(gòu)件和所述噴嘴間的間隙為0.4mm以下。
全文摘要
與燃料盒的噴嘴8可裝拆地連接的燃料電池用插座4包括具有插入噴嘴8的噴嘴插入口31的插座主體32，被內(nèi)置入插座主體32的閥機構(gòu)，配置在插座主體32內(nèi)、在打開閥機構(gòu)時密封燃料流路的彈性體保持件39，以及限制連接狀態(tài)下的噴嘴8的傾斜的導(dǎo)向構(gòu)件38；該導(dǎo)向構(gòu)件38被配置于插座主體32內(nèi)，在噴嘴8被連接時用于引導(dǎo)噴嘴8的前端外周部。
文檔編號H01M8/10GK101507034SQ200780030360
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者吉弘憲司, 山盛陽, 高橋賢一 申請人:株式會社東芝;東洋制罐株式會社