ジョイント部材及び燃料電池
【課題】流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料を収容するとともに燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、アノードとカソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、燃料排出口と燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され連通管の外周面をカバーするとともに連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とする燃料電池。
【解決手段】燃料を収容するとともに燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、アノードとカソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、燃料排出口と燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され連通管の外周面をカバーするとともに連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えた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】
この発明は、ジョイント部材及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の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、携帯用電子機器を、充電なしで長時間使用可能とするものである。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、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の長時間の作動に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、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、膜電極接合体に燃料を供給する燃料分配機構と、液体燃料を収容する燃料収容部とが流路を介して接続された構成の燃料電池が開示されている。このような燃料電池においては、流路の閉塞を抑制し、しかも、流路と接続される部材との間のシール性を十分に確保することが要求される。
【０００５】
特許文献２によれば、弾性材料よりなるＯリング部材と、補助金属板とで構成したシールパッキンが開示されている。特許文献３によれば、内側ケース及び外側ケースに接触する部分に１以上のリップを有するゴム様弾性体からなるシール部と、補強環とで構成したシールリングが開示されている。特許文献４によれば、ゴムホースの内部に剛性筒状部材であるカラーを配した構成の燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３５２４３号公報
【特許文献２】特開平０４−１０７３６２号公報
【特許文献３】実開平０７−０２５３１１号公報
【特許文献４】特開２００８−２０４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における両端部のうちの少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリング状のリップ部を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
第１部材の第１開口と第２部材の第２開口とにそれぞれ挿入されるジョイント部材であって、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記第１開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記第２開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出したリング状の外周リップ部を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１外周リップ部を有する第１カバー部材と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における他端部をカバーするとともに、前記第１カバー部材から離間し、外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２外周リップ部を有する第２カバー部材と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態の一構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に適用可能な第１構成例のジョイント部材及びこのジョイント部材が挿入される燃料排出口及び燃料注入口を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示したジョイント部材の外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】図４は、図２に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に適用可能な第２構成例のジョイント部材を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、図５に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に適用可能な第３構成例のジョイント部材を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図９】図９は、図７に示したジョイント部材において燃料供給源と燃料電池本体との位置ずれが生じた状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の他の構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【図１１】図１１は、ジョイント部材、及び、このジョイント部材が挿入される燃料排出口及び燃料注入口を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、ジョイント部材に適用可能な第４構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、ジョイント部材に適用可能な第５構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、ジョイント部材に適用可能な第６構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、ジョイント部材に適用可能な第７構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、ジョイント部材に適用可能な第８構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、ジョイント部材に適用可能な第９構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１８】図１８は、ジョイント部材に適用可能な第１０構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１９】図１９は、第１０構成例の第１カバー部材及び第１フィルタを適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図２０】図２０は、第１内周リップ部の定義を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態においては、直接メタノール型の燃料電池について説明する。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池１は、液体燃料６２を収容する燃料供給源（燃料タンク）２と、燃料電池本体５と、を備えて構成されている。燃料電池本体５には、ポンプ７、バルブ８、制御部９などが接続されている。
【００１７】
燃料電池本体５は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０と、集電体１１と、アノード支持板１２と、燃料供給部１３と、保湿板１８と、カバープレート１９とを備えている。膜電極接合体１０は、燃料極としてのアノード２１と、アノード２１に所定の隙間を置いて対向配置された空気極としてのカソード２４と、アノード２１とカソード２４との間に挟持された電解質膜２７と、を有している。
【００１８】
アノード２１は、電解質膜２７の上に配置されたアノード触媒層２２と、アノード触媒層２２に積層されたアノードガス拡散層２３と、を有している。カソード２４は、電解質膜２７の上に配置されたカソード触媒層２５と、カソード触媒層２５に積層されたカソードガス拡散層２６と、を有している。
【００１９】
アノード触媒層２２は、アノードガス拡散層２３を介して供給される燃料を酸化させ燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。カソード触媒層２５は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層２２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものである。
【００２０】
アノード触媒層２２やカソード触媒層２５に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（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。アノード触媒層２２には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２５には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２１】
電解質膜２７はプロトン導電膜である。電解質膜２７は、アノード触媒層２２において発生したプロトンをカソード触媒層２５に輸送するためのものである。電解質膜２７は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能なプロトン伝導性の材料で形成されている。
【００２２】
電解質膜２７を形成する材料としては、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等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の材料はこれらに限られるものではない。
【００２３】
アノードガス拡散層２３は、アノード触媒層２２に燃料を均一に供給する役割を果たし、アノード触媒層２２の集電機能を有している。カソードガス拡散層２６は、カソード触媒層２５に酸化剤を均一に供給する役割を果たし、カソード触媒層２５の集電機能を有している。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は多孔質基材で構成されている。
【００２４】
このような構成の膜電極接合体１０は、絶縁性のＯリングなどのシール部材３８及び３９によってシールされている。
【００２５】
集電体１１は、アノード集電体３１及びカソード集電体３４を有している。アノード集電体３１及びカソード集電体３４は、例えば、金、ニッケル等の金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）又は箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等をそれぞれ使用することができる。
【００２６】
アノード支持板１２は、アノード２１と燃料供給部１３との間に配置されている。このアノード支持板１２は、膜電極接合体１０のアノード２１に向けて燃料を通過させる複数の燃料通過孔（図示せず）を有している。なお、アノード支持板１２は、必要に応じて省略しても良い。
【００２７】
燃料供給部１３は、詳述しないが、供給された燃料を分配する燃料分配機構や、燃料分配機構により分配された燃料を拡散する燃料拡散機構などを備えて構成されている。この燃料供給部１３は、容器５０の一部を含んでいる。
【００２８】
この容器５０は、底壁５１と、底壁５１の外縁に設けられた周壁５２とを有している。底壁５１及び周壁５２は一体に形成されている。容器５０は、周壁５２によって囲まれた内側に膜電極接合体１０等を収容している。
【００２９】
保湿板１８は、膜電極接合体１０のカソードガス拡散層２６とカバープレート１９との間に配置されている。この保湿板１８は、カソード触媒層２５で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソードガス拡散層２６に酸化剤（空気、特に酸素）を均一に導入することで、カソード触媒層２５への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿板１８は、たと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などが挙げられる。
【００３０】
カバープレート１９は、酸化剤を取入れるための複数の貫通孔１９ａを有している。このカバープレート１９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。このようなカバープレート１９は、容器５０に対してカシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により固定されている。
【００３１】
上述した容器５０には、周壁５２の外面の一部を開口して設けられた燃料注入口５３、底壁５１の外面（つまり、容器５０の背面）の一部を開口して設けられた第１燃料吐出口５５ａ、第１燃料取入口５５ｂ、第２燃料吐出口５６ａ、及び、第２燃料取入口５６ｂなどが形成されている。燃料注入口５３と第１燃料吐出口５５ａとは、燃料の流路である第１細管５７ａによって接続されている。第１燃料取入口５５ｂと第２燃料吐出口５６ａとは、第２細管５７ｂによって接続されている。第２燃料取入口５６ｂは、燃料供給部１３と図示を省略した第３細管によって接続されている。
【００３２】
ポンプ７は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、ポンプ７は、圧電型のポンプである。ポンプ７は、第２燃料吐出口５６ａ及び第２燃料取入口５６ｂにそれぞれ連結されている。このポンプ７は、第２燃料吐出口５６ａから導入された液体燃料６２を第２燃料取入口５６ｂに送液するものである。ポンプ７は、液体燃料６２を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも第２燃料取入口５６ｂに液体燃料６２を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ７は、必要時に作動して燃料供給部１３に液体燃料６２を送液する。これにより、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００３３】
ポンプ７の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料６２を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、上記圧電型のポンプを使用することが好ましが、その他、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することもできる。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３４】
バルブ８は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、バルブ８は、遮断バルブである。バルブ８は、第１燃料吐出口５５ａ及び第１燃料取入口５５ｂにそれぞれ連結されている。バルブ８は、第２細管５７ｂを介してポンプ７に連結されている。バルブ８は、開放することで第１燃料吐出口５５ａから導入された液体燃料６２を第１燃料取入口５５ｂに送液する一方で、閉鎖することで送液を停止する。
【００３５】
このようなバルブ８は、ポンプ７に与える液体燃料６２の量を制御するものである。バルブ８は、燃料電池の安定性や信頼性を高めるものである。バルブ８は、燃料電池の未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することも可能である。
【００３６】
制御部９は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、制御部９は、電力変換回路などを含んでいる。制御部９は、図示を省略した配線によりポンプ７及びバルブ８にそれぞれ電気的に接続されている。このような制御部９は、ポンプ７の稼動、バルブ８の開閉を制御することにより、発電量を調整するものである。
【００３７】
燃料供給源２は、液体燃料６２を収容可能に構成されている。この燃料供給源２は、矩形箱状に形成された燃料タンクである。また、この燃料供給源２は、液体燃料６２を排出するための燃料排出口２０を有している。この燃料排出口２０は、燃料電池本体５の燃料注入口５３と向かい合う位置に形成されている。また、この燃料排出口２０は、液体燃料６２を収容する空間との間を流路である細管２ａによって接続されている。
【００３８】
燃料供給源２は、樹脂、例えば、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）等によって形成されている。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。これらのなかでも、耐衝撃性および耐熱性にも優れる、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）が好ましく、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）がより好ましく、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）が特に好ましい。
【００３９】
ここで、液体燃料６２としては、液体のメタノール等のメタノール燃料、又はメタノール水溶液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、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。
【００４０】
この実施の形態の燃料電池では、燃料供給部１３から膜電極接合体１０に供給された燃料６２は発電反応に消費されてしまい、その後に循環して燃料供給部１３あるいは燃料供給源２に戻されることはない。このタイプの燃料電池は燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料６２の供給にポンプ７を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。
【００４１】
上述した燃料供給源２は、図示しない燃料注入部と接続され、外部から液体燃料６２を注入可能に構成されている。また、この燃料供給源２は、必要に応じて補強部材によって補強されるとともに、図示しないリークバルブやバランスバルブなどを備えている。
【００４２】
燃料供給源２の燃料排出口２０と容器５０の燃料注入口５３とには、それぞれジョイント部材７０が挿入されている。このジョイント部材７０の詳細な構造については、後述する。
【００４３】
次に、上記燃料電池による発電の仕組みについて説明する。
【００４４】
まず、制御部９の制御のもと、バルブ８を開状態に切替え、ポンプ７を稼動させ、燃料供給源２からジョイント部材７０、第１細管５７ａ、バルブ８、第２細管５７ｂ、ポンプ７、第３細管を介して燃料供給部１３に液体燃料６２を導入する。膜電極接合体１０内において、燃料はアノードガス拡散層２３にて拡散してアノード触媒層２２に供給される。液体燃料６２としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２で式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２５で生成した水や電解質膜２７中の水をメタノールと反応させて式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、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。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）はアノード集電体３１に接続された端子（図示せず）から外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード集電体３４に接続された端子（図示せず）からカソード２４に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２７を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２５で空気中の酸素と式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２ → ３Ｈ２Ｏ …（２）
上記したように、燃料電池による発電が行われる。
【００４５】
次に、ジョイント部材７０について、より詳細に説明する。
【００４６】
図２は、第１構成例におけるジョイント部材７０、及び、このジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３を概略的に示す断面図である。
【００４７】
ジョイント部材７０は、管状の剛体によって形成された連通管７１と、連通管７１よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成されるとともに連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。図示した例では、連通管７１及びカバー部材７２ともに、直線状の中心軸Ｏに沿って伸びた略円筒形状に形成されている。
【００４８】
連通管７１は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、燃料による溶出が少ない材料によって形成され、例えば、純チタン（Ｔｉ）、チタンを酸化皮膜処理したもの、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４あるいはＳＵＳ３１６Ｌ）を不動態化処理したものなど各種剛体によって形成されている。カバー部材７２は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、弾性変形しやすい材料によって形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなどによって形成されている。
【００４９】
連通管７１は、燃料排出口２０の側に位置する一端側に第１開口７１ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端側に第２開口７１ＨＢを有している。連通管７１では、第１開口７１ＨＡから第２開口７１ＨＢまで連通している。これらの第１開口７１ＨＡ及び第２開口７１ＨＢは、ともに中心軸Ｏに垂直な面における断面形状が円形である。
【００５０】
また、連通管７１は、燃料排出口２０の側に位置する一端面７１Ａを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端面７１Ｂを有している。一端面７１Ａは、第１開口７１ＨＡを囲むリング状に形成されている。他端面７１Ｂは、第２開口７１ＨＢを囲むリング状に形成されている。
【００５１】
また、連通管７１は、外周面７１Ｓを有している。この外周面７１Ｓは、円筒面である。このような外周面７１Ｓは、燃料排出口２０の側に位置する一端部７１ＳＡ、及び、燃料注入口５３の側に位置する他端部７１ＳＢを有している。
【００５２】
カバー部材７２は、連通管７１の外周面７１Ｓにおける両端部のうち少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリップ部を有している。図２に示した例では、カバー部材７２は、外周面７１Ｓの一端部７１ＳＡから外側に向かって突出した第１リップ部７３と、外周面７１Ｓの他端部７１ＳＢから外側に向かって突出した第２リップ部７４と、を有している。なお、一端部７１ＳＡ及び他端部７１ＳＢから外側の方向とは、外周面７１Ｓの法線方向、あるいは中心軸Ｏに直交する方向である。これらの第１リップ部７３及び第２リップ部７４は、ともに中心軸Ｏを中心としたリング状に形成されている。
【００５３】
また、カバー部材７２は、燃料排出口２０の側に位置する第１開口７２ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する第２開口７２ＨＢを有している。これらの第１開口７２ＨＡ及び第２開口７２ＨＢは、ともに中心軸Ｏに垂直な面における断面形状が円形である。第１開口７２ＨＡは、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通している。第２開口７２ＨＢは、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通している。
【００５４】
連通管７１の中心軸Ｏに沿った長さＬ１は、カバー部材７２の中心軸Ｏに沿った長さＬ２よりも短い。この図２に示した例では、カバー部材７２は、燃料排出口２０の側に位置する連通管７１の一端面７１Ａをカバーしている。なお、カバー部材７２は、燃料注入口５３の側に位置する連通管７１の他端面７１Ｂはカバーしていないが、他端面７１Ｂよりも燃料注入口５３の側に延出している。
【００５５】
さらに、この図２に示した例では、カバー部材７２は、第２リップ部７４の側に偏在したマーク７５を有している。このマーク７５は、ジョイント部材７０の構造が非対称（つまり、連通管７１の一端面７１Ａがカバー部材７２によってカバーされている一方で、他端面７１Ｂがカバー部材７２から露出している）であるため、ジョイント部材７０の方向性を示すものである。このマーク７５は、例えば第２リップ部７４と同様にリング状に突出している。
【００５６】
一方で、外径が略円筒状のジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３は、ジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸方向に延びた円筒状に形成されている。つまり、燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａは、ともに円筒面である。燃料排出口２０の底面２０Ｂには、液体燃料の流路である細管２ａが接続されている。燃料注入口５３の底面５３Ｂには、液体燃料の流路である第１細管５７ａが接続されている。
【００５７】
第１リップ部７３の外径Ｄｏ１は、ジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも大きい。なお、細管２ａの内径Ｄｉ１２は、燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも小さい。
【００５８】
第２リップ部７４の外径Ｄｏ２は、ジョイント部材７０が挿入される燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも大きい。なお、第１細管５７ａの内径Ｄｉ２２は、燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも小さい。
【００５９】
図３は、図２に示したジョイント部材７０の外観を概略的に示す斜視図である。
【００６０】
ジョイント部材７０のカバー部材７２は、それぞれ中心軸Ｏを中心とするリング状に形成された第１リップ部７３、第２リップ部７４、及び、マーク７５を有している。第１リップ部７３に近接した端面には、第１開口７２ＨＡが形成されている。
【００６１】
図４は、図２などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００６２】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形する。このとき、連通管７１の内部に形成された流路は確保されている。つまり、第１リップ部７３は、内面２０Ａに接触した際に、内部の流路を塞ぐように潰れることはなく、連通管７１の外周面７１Ｓに支持されつつ、外周面７１Ｓと燃料排出口２０の内面２０Ａとの間で潰れる。これにより、第１リップ部７３は、燃料排出口２０の内面２０Ａに密着する。リング状の第１リップ部７３は、中心軸Ｏを中心として全周にわたって内面２０Ａに密着しており、第１リップ部７３と内面２０Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第１リップ部７３の内面２０Ａに接している面圧は、略均一になる。
【００６３】
燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいても同様に、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａに密着する。リング状の第２リップ部７４は、中心軸Ｏを中心として全周にわたって内面５３Ａに密着しており、第２リップ部７４と内面５３Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第２リップ部７４の内面５３Ａに接している面圧は、略均一になる。
【００６４】
これにより、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００６５】
なお、これらの第１リップ部７３及び第２リップ部７４の圧縮率は、１０％以上２０％以下の範囲になるように設計されることが望ましい。この場合の圧縮率とは、（圧縮後のリップ部の肉厚の潰れ量/圧縮前のリップ部のカバー部材の肉厚）×１００で定義される。圧縮率が１０％未満の場合、シール性が不十分となるおそれがあり、燃料がリークする懸念がある。また、圧縮率が２０％を超える場合には、燃料排出口２０あるいは燃料注入口５３への挿入を速やかに行うことができず、作業性の低下を招くおそれがある。
【００６６】
また、本実施形態によれば、ジョイント部材７０は、剛体によって形成された連通管７１を内部に備えているため、燃料排出口２０あるいは燃料注入口５３の位置が、ジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合であっても、ジョイント部材７０の変形を防ぎ、連通管７１の内部に形成された流路の閉塞を抑制することが可能となる。このため、燃料供給源２の流路２ａと燃料電池本体５の第１細管５７ａとの間において、ジョイント部材７０による流路を確保することができ、安定的に燃料供給源２から燃料電池本体５に燃料を供給することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、弾性体によって形成されたカバー部材７２の第１リップ部７３が燃料排出口２０の内面２０Ａに密着し、また、第２リップ部７４が燃料注入口５３の内面５３Ａに密着しているため、ジョイント部材７０が燃料排出口２０や燃料注入口５３から抜けにくく、信頼性を確保できるとともに、ジョイント部材７０の接触による燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａの損傷発生を抑制することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態によれば、ジョイント部材７０において、燃料排出口２０に挿入された連通管７１の一端面７１Ａは、カバー部材７２によってカバーされているため、ジョイント部材７０が燃料排出口２０の底面２０Ｂに突き当てられた場合であっても、剛体である連通管７１の一端面７１Ａが直接底面２０Ｂに接触することはなく、一端面７１Ａと底面２０Ｂとの間には、カバー部材７２が介在する。このため、燃料供給源２の損傷発生を抑制することができる。
【００６９】
次に、ジョイント部材７０の第２構成例について説明する。なお、第１構成例と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７０】
図５は、第２構成例におけるジョイント部材７０を概略的に示す断面図である。この第２構成例は、第１構成例と比較して、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａのみならず、連通管７１の他端面７１Ｂもカバーしている点で相違している。以下に、各部について簡単に説明する。
【００７１】
すなわち、ジョイント部材７０は、連通管７１と、連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。カバー部材７２は、第１リップ部７３と、第２リップ部７４と、を有している。また、カバー部材７２は、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通した第１開口７２ＨＡと、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通した第２開口７２ＨＢと、を有している。
【００７２】
連通管７１の中心軸Ｏに沿った長さＬ１は、カバー部材７２の中心軸Ｏに沿った長さＬ２よりも短く、カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをそれぞれカバーしている。
【００７３】
図示しない燃料排出口２０の内径と第１リップ部７３の外径との関係、及び、図示しない燃料注入口５３の内径と第２リップ部７４の外径との関係については、上述した第１構成例と同様である。
【００７４】
図６は、図５などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００７５】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａの全周にわたって密着している。燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。
【００７６】
これにより、第１構成例と同様に、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００７７】
加えて、この第２構成例によれば、ジョイント部材７０において、燃料注入口５３に挿入された連通管７１の他端面７１Ｂは、カバー部材７２によってカバーされているため、ジョイント部材７０が燃料注入口５３の底面５３Ｂに突き当てられた場合であっても、剛体である連通管７１の他端面７１Ｂが直接底面５３Ｂに接触することはなく、他端面７１Ｂと底面５３Ｂとの間には、カバー部材７２が介在する。このため、燃料電池本体５の損傷発生を抑制することができる。
【００７８】
さらに、この第２構成例によれば、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをカバーしているため、ジョイント部材７０を燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入する際に、連通管７１とカバー部材７２との位置ずれの発生を抑制することができる。
【００７９】
次に、ジョイント部材７０の第３構成例について説明する。なお、第１構成例と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８０】
図７は、第３構成例におけるジョイント部材７０を概略的に示す断面図である。この第３構成例は、第１構成例と比較して、第１リップ部７３と第２リップ部７４との間に蛇腹部７６を有している点で相違している。以下に、各部について簡単に説明する。
【００８１】
すなわち、ジョイント部材７０は、連通管７１と、連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。カバー部材７２は、第１リップ部７３と、第２リップ部７４と、蛇腹部７６と、を有している。また、カバー部材７２は、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通した第１開口７２ＨＡと、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通した第２開口７２ＨＢと、を有している。
【００８２】
蛇腹部７６は、その一部が連通管７１の外周面７１Ｓから離間している。すなわち、蛇腹部７６は、凸部７６Ａと、凹部７６Ｂとを有している。凸部７６Ａ及び凹部７６Ｂは、中心軸Ｏを中心としたリング状に形成されている。凸部７６Ａの内面は、外周面７１Ｓから離間している。凹部７６Ｂの内面は、外周面７１Ｓに接している。このような蛇腹部７６を有したカバー部材７２は、中心軸Ｏに沿った方向に伸縮自在である。
【００８３】
カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａをカバーしている。なお、第２構成例と同様に、カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをそれぞれカバーしていても良い。
【００８４】
図示しない燃料排出口２０の内径と第１リップ部７３の外径との関係、及び、図示しない燃料注入口５３の内径と第２リップ部７４の外径との関係については、上述した第１構成例と同様である。
【００８５】
なお、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａのみならず、第２構成例と同様に、連通管７１の他端面７１Ｂもカバーしている構成を適用してよい。
【００８６】
図８は、図７などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００８７】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａの全周にわたって密着している。燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。さらに、蛇腹部７６の凸部７６Ａの一部も弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。
【００８８】
これにより、第１構成例と同様に、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００８９】
加えて、この第３構成例によれば、図９に示すように、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより燃料排出口２０及び燃料注入口５３の位置がジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合であっても、カバー部材７２がその弾性により変位に追従し、また、蛇腹部７６の一部の凸部７６Ａが燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａに密着しているため、より高いシール性を実現することが可能となる。
【００９０】
≪比較例１≫
図２などに示した第１構成例において、連通管を省略したジョイント部材７０を適用した場合には、第１リップ部７３が燃料排出口２０の内面２０Ａに密着した際、及び、第２リップ部７４が燃料注入口５３の内面５３Ａに密着した際に、カバー部材７２が潰れ、内部の流路の断面積が縮小し、最悪の場合に流路の閉塞を招くおそれがある。また、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより燃料排出口２０及び燃料注入口５３の位置がジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合には、カバー部材７２が変形し、最悪の場合にはカバー部材７２の潰れにより流路の閉塞を招くおそれがある。
【００９１】
≪比較例２≫
図２などに示した第１構成例において、カバー部材７２から第１リップ部及び第２リップ部を省略する代わりに、燃料排出口２０の底面２０Ｂに突き当たるカバー部材７２の一端部及び燃料注入口５３の底面５３Ｂに突き当たるカバー部材７２の他端部のそれぞれのリング状のリップ部を備えたジョイント部材７０を適用した場合には、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより、リップ部の圧縮が不足し、シール不良を起こすおそれがある。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態によれば、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供できる。
【００９３】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。以下に説明する他の構成例は、上記した第１乃至第３構成例と比較して、ジョイント部材を構成するカバー部材が連通管の外周面の全体を覆っていない点で相違している。
【００９４】
図１０は、本実施形態の他の構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【００９５】
燃料電池１は、図１に示した例と同様に、燃料供給源２と、燃料電池本体５と、ジョイント部材８０と、を備えて構成されている。なお、燃料供給源２及び燃料電池本体５の構成については、上記の通りであり、ここでは詳細な説明及び詳細な図示を省略する。
【００９６】
ジョイント部材８０は、管状の剛体によって形成された連通管８１と、連通管８１よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成された第１カバー部材８２及び第２カバー部材８３と、を備えて構成されている。図示した例では、連通管８１は、Ｌ字状に形成されているが、連通管８１の形状については特にこの例に限られるものではない。連通管８１の外周面８１Ｓは、燃料排出口２０の側に位置する一端部８１ＳＡ、及び、燃料注入口５３の側に位置する他端部８１ＳＢを有している。
【００９７】
第１カバー部材８２は、連通管８１の外周面８１Ｓにおける一端部８１ＳＡをカバーしている。第２カバー部材８３は、連通管８１の外周面８１Ｓにおける他端部８１ＳＢをカバーしている。この第２カバー部材８３は、第１カバー部材８２から離間している。つまり、連通管８１の外周面８１Ｓは、第１カバー部材８２及び第２カバー部材８３との間では、いずれのカバー部材にもカバーされることなく、露出している。
【００９８】
図１１は、ジョイント部材８０、及び、このジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３を概略的に示す断面図である。
【００９９】
連通管８１は、燃料排出口２０の側に位置する一端側に第１開口８１ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端側に第２開口８１ＨＢを有している。これらの第１開口８１ＨＡ及び第２開口８１ＨＢは円形に形成されている。この連通管８１では、第１開口８１ＨＡから第２開口８１ＨＢまで連通している。
【０１００】
また、この連通管８１は、燃料排出口２０の側に位置する一端面８１Ａを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端面８１Ｂを有している。これらの一端面８１Ａ及び他端面８１Ｂはリング状に形成されている。
【０１０１】
第１カバー部材８２は、連通管８１の外周面８１Ｓにおいて燃料排出口２０の側に位置する一端部８１ＳＡをカバーするとともに、一端部８１ＳＡから外側に向かって突出したリング状の第１外周リップ部ＯＬ１を有している。また、この第１カバー部材８２は、連通管８１の一端面８１Ａをカバーしている。さらに、この第１カバー部材８２は、連通管８１の第１開口８１ＨＡと連通した第１開口８２ＨＡを有している。
【０１０２】
第２カバー部材８３は、連通管８１の外周面８１Ｓにおいて燃料注入口５３の側に位置する他端部８１ＳＢをカバーするとともに、他端部８１ＳＢから外側に向かって突出したリング状の第２外周リップ部ＯＬ２を有している。また、この第２カバー部材８３は、連通管８１の他端面８１Ｂをカバーしている。さらに、この第２カバー部材８３は、連通管８１の第２開口８１ＨＢと連通した第２開口８３ＨＢを有している。
【０１０３】
一方で、ジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３は、ジョイント部材８０の中心軸Ｏと同軸方向に延びた円筒状に形成されている。第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１は、ジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも大きい。第２外周リップ部ＯＬ２の外径Ｄｏ２１は、ジョイント部材８０が挿入される燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも大きい。
【０１０４】
次に、上記のジョイント部材８０が燃料注入口２０及び燃料排出口５３にそれぞれ挿入された状態について説明する。なお、ここでは、ジョイント部材８０に適用可能な第１カバー部材８２、及び、第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態について説明する。
【０１０５】
図示しない第２カバー部材８３については、図示したいずれかの第１カバー部材８２と同様の構造を適用可能であり、第１カバー部材８２と第２カバー部材８３とが異なる構造であっても良い。また、ジョイント部材８０が燃料注入口５３に挿入された状態は、図示したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入されたいずれかの状態と同様であり、燃料排出口２０に挿入された状態と燃料注入口５３に挿入された状態とが異なっていても良い。
【０１０６】
図１２は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第４構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１０７】
第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、円筒面となっている。第１カバー部材８２の中心軸Ｏ上には、第１開口８２ＨＡが形成されている。このような第１カバー部材８２は、連通管８１の一端部８１ＳＡをカバーしている。
【０１０８】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材８０おいては、第１カバー部材８２の第１外周リップ部ＯＬ１は、弾性変形する。このとき、連通管８１の内部に形成された流路は確保されている。つまり、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａに接触した際に、連通管８１の内部の流路を塞ぐように潰れることはなく、連通管８１の外周面８１Ｓと内面２０Ａとの間で潰れる。
【０１０９】
これにより、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａに密着する。リング状の第１外周リップ部ＯＬ１は、中心軸Ｏを中心として内面２０Ａの全周にわたって密着しており、第１外周リップ部ＯＬ１と内面２０Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第１外周リップ部ＯＬ１の内面２０Ａに接している面圧は、略均一になる。
【０１１０】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果が得られる。
【０１１１】
図１３は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第５構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１１２】
図１３に示した第５構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。
【０１１３】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、内側に向かって突出したリング状の第１内周リップ部ＩＬ１を含んでいる。この第１内周リップ部ＩＬ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と対向する位置に形成されている。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１１４】
このような第１カバー部材８２に連通管８１の一端部８１ＳＡが挿入された際には、第１内周リップ部ＩＬ１が弾性変形し、外周面８１Ｓの一端部８１ＳＡに密着する。リング状の第１内周リップ部ＩＬ１は、中心軸Ｏを中心として一端部８１ＳＡの全周にわたって密着しており、たとえ内面８２ＩＳの全面が外周面８１Ｓと密着していなくても、第１内周リップ部ＩＬ１と外周面８１Ｓとの間にはほとんど隙間ができない。
【０１１５】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果に加えて、外周面８１Ｓを伝わる燃料漏れを抑制することが可能となる。
【０１１６】
また、第１内周リップ部ＩＬ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と対向する位置に形成されている。このため、ジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際に、第１外周リップ部ＯＬ１の弾性変形に伴って発生した力が第１内周リップ部ＩＬ１に作用して、第１内周リップ部ＩＬ１が連通管８１の外周面８１Ｓに密着する力がさらに増す。このため、より高いシール性を実現することが可能となる。
【０１１７】
図１４は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第６構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１１８】
図１４に示した第６構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１が樽状に形成された点で相違している。
【０１１９】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、円筒面となっている。第１外周リップ部ＯＬ１は、図１２に示した例と比較して、中心軸Ｏに沿った方向に延出している。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、樽状に形成された第２外周リップ部ＯＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１２０】
このような第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１外周リップ部ＯＬ１は、弾性変形するが、図１２に示した例と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１と燃料排出口２０の内面２０Ａとの密着する面積が中心軸Ｏに沿った方向に拡大する。
【０１２１】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果に加えて、より高いシール性を実現することが可能となる。また、第１外周リップ部ＯＬ１の内面２０Ａとの密着面積が拡大するため、ジョイント部材８０の傾きを抑制することが可能となるのに加えて、ジョイント部材８０の外部からの衝撃による耐性を向上することが可能となる。
【０１２２】
図１５は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第７構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１２３】
図１５に示した第７構成例の第１カバー部材８２は、図１４に示した第６構成例の第１カバー部材８２と比較して、樽状に形成された第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。第１内周リップ部ＩＬ１については、図１３に示した第５構成例と同様である。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、樽状に形成された第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１２４】
このような構成によれば、図１４を参照して説明した効果に加えて、図１３を参照して説明した効果が得られる。
【０１２５】
図１６は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第８構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１２６】
図１６に示した第８構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１フランジ部Ｆ１を有している点で相違している。
【０１２７】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１及び第１フランジ部Ｆ１を含んでいる。この第１フランジ部Ｆ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と同様に、外周面８２ＯＳの全周にわたるリング状に形成されている。第１フランジ部Ｆ１の外径Ｄｏ３１は、第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１より小さい。燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１は、第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１より小さく、第１フランジ部Ｆ１の外径Ｄｏ３１より大きい。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても同様に、第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２フランジ部Ｆ２を有する構成が適用可能である。
【０１２８】
このような第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａとの間で弾性変形するが、第１フランジ部Ｆ１は、内面２０Ａに接することはなく、内面２０Ａとの間に僅かな隙間を形成している。このため、ジョイント部材８０を燃料排出口２０に挿入する際に、第１フランジ部Ｆ１が挿入を阻害するような抵抗となることはない。
【０１２９】
このような構成によれば、図１２を参照して説明した効果に加えて、ジョイント部材８０に傾きを生じさせるような力が加わった場合には、第１フランジ部Ｆ１が内面２０Ａに接触し、ジョイント部材８０の傾きを抑制することが可能となる。
【０１３０】
図１７は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第９構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１３１】
図１７に示した第９構成例の第１カバー部材８２は、図１６に示した第８構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１及び第１フランジ部Ｆ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。第１内周リップ部ＩＬ１については、図１３に示した第５構成例と同様である。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２及び第２フランジ部Ｆ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１３２】
このような構成によれば、図１６を参照して説明した効果に加えて、図１３を参照して説明した効果が得られる。
【０１３３】
なお、図１６及び図１７に示した第１フランジ部Ｆ１は、第１カバー部材８２を形成するための材料、すなわち、上記したような燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、弾性変形しやすい各種ゴムなどの材料によって形成されても良いが、第１フランジ部Ｆ１は、ジョイント部材８０の傾きを抑制するものであるから、弾性変形しにくい材料で形成されることがより望ましい。
【０１３４】
例えば、第１フランジ部Ｆ１は、第１カバー部材８２とは異なる材料であって、第１カバー部材８２を形成する材料よりも剛性の高い樹脂材料や金属材料によって形成されても良い。また、この第１フランジ部Ｆ１に相当する部分をインサート成型により剛性の高い部材として形成しても良い。
【０１３５】
図１８は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第１０構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１３６】
図１８に示した第１０構成例の第１カバー部材８２は、図１３に示した第５構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１及び第１内周リップ部ＩＬ１に加えて、連通管８１の一端面８１Ａをカバーする端部に凹部である第１ザグリ穴ＣＨ１を有している点で相違している。
【０１３７】
第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に配置されている。ここに示した例では、第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に圧入されている。ジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１フィルタＦＬ１は、第１カバー部材８２と燃料排出口２０の底面２０Ｂとの間に位置する。換言すると、第１カバー部材８２は、連通管８１の一端面８１Ａと第１フィルタＦＬ１との間に介在している。
【０１３８】
なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２及び第２内周リップ部ＩＬ２に加えて、連通管８１の他端部８１Ｂをカバーする端部に凹部である第２ザグリ穴ＣＨ２を有する構成が適用可能である。第２ザグリ穴ＣＨ２には、第２フィルタＦＬ２が配置可能である。
【０１３９】
このような構成によれば、図１３を参照して説明した効果に加えて、燃料供給源２から燃料電池本体５に供給された燃料に含まれる不純物の燃料電池本体５への流出を抑制することが可能となる。
【０１４０】
図１９は、第１０構成例の第１カバー部材８２及び第１フィルタＦＬ１を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１４１】
第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に配置されている。ここに示した例では、ジョイント部材８０は、第１カバー部材８２が嵌め込まれるカップ状の第１ホルダＨＬ１を備えている。第１フィルタＦＬ１は、第１カバー部材８２と第１ホルダＨＬ１との間に保持されている。
【０１４２】
なお、図示しないが、第２カバー部材８２についても、第２ザグリ穴ＣＨ２に配置された第２フィルタＦＬ２を保持するカップ状の第２ホルダＨＬ２を適用可能である。
【０１４３】
このような構成によれば、図１８を参照して説明した効果に加えて、第１フィルタＦＬ１の第１カバー部材８２からの脱落を防止することが可能である。
【０１４４】
次に、上記した構成例のうち、図１３に示した第５構成例、図１５に示した第７構成例、図１７に示した第９構成例、及び、図１８に示した第１０構成例の第１カバー部材８２における第１内周リップ部ＩＬ１の定義について説明する。
【０１４５】
図２０は、第１内周リップ部ＩＬ１の定義を説明するための図である。外周面８２ＯＳに形成された第１外周リップ部ＯＬ１の高さＨ１は、外周面８２ＯＳのうち外側に向かって突出していない円筒状の部分から、第１外周リップ部ＯＬ１の頂点までの外周面８２ＯＳの法線方向に沿った長さとして定義される。内周面８２ＩＳに形成された第１内周リップ部ＩＬ１の高さＨ２は、内周面８２ＩＳのうち内側に向かって突出していない円筒状の部分から、第１内周リップ部ＩＬ１の頂点までの内周面８２ＩＳの法線方向に沿った長さとして定義される。
【０１４６】
第１内周リップ部ＩＬ１の望ましい高さＨ２は、第１外周リップ部ＯＬ１の高さＨ１の５％以上３０％以下の範囲であり、より望ましくは、高さＨ１の５％以上１０％以下の範囲である。高さＨ２が高いほど、第１内周リップ部ＩＬ１が連通管８１の外周面８１Ｓに密着する密着力が高まるが、高さＨ２が高すぎると、第１カバー部材８２に連通管８１を挿入する際の抵抗が高くなり、挿入作業に手間取るため、上記範囲内に設定されることが望ましい。
【０１４７】
なお、第２カバー部材８３に形成される第２内周リップ部ＩＬ２についてもその望ましい高さは上記した範囲である。
【０１４８】
次に、ジョイント部材の４つのサンプルを用意し、各サンプルの耐圧シール性を比較した。ここでは、各サンプルのジョイント部材を耐圧冶具にセットし、水没した状態でジョイント部材の連通管に高圧エアーを吹き込み、連通管と第１カバー部材との間から気泡が漏れ出すか否か（リークの有無）を確認した。
【０１４９】
サンプル１としては、外周面の研磨処理を行っていない連通管と、第１内周リップ部を具備していない第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。
【０１５０】
サンプル２としては、外周面の研磨処理を行っていない連通管と、第１内周リップ部を具備した第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。サンプル１とサンプル２とを比較した場合、第１内周リップ部を具備したサンプル２は、サンプル１と比較して、耐圧シール性がより高いことが確認された。
【０１５１】
サンプル３としては、外周面の研磨処理を行った連通管と、第１内周リップ部を具備していない第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。
【０１５２】
サンプル４としては、外周面の研磨処理を行った連通管と、第１内周リップ部を具備した第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。サンプル３とサンプル４とを比較した場合、第１内周リップ部を具備したサンプル４は、サンプル３と比較して、耐圧シール性がより高いことが確認された。また、サンプル２とサンプル４とを比較した場合、サンプル４は、サンプル２と比較して耐圧シール性がより高いことが確認された。なお、サンプル１とサンプル４とを比較した場合、サンプル４においてリークが発生する加圧力は、サンプル１においてリークが発生する加圧力の２倍以上であった。
【０１５３】
以上説明したように、本実施形態の他の構成例においても、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供できる。
【０１５４】
上述した実施形態の燃料電池は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。本実施形態の燃料電池は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池に好適である。
【０１５５】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【０１５６】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、膜電極接合体に供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。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、この拡張、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。
【符号の説明】
【０１５７】
１…燃料電池 ２…燃料供給源 ５…燃料電池本体
７…ポンプ ８…バルブ ９…制御部
１０…膜電極接合体
２０…燃料排出口
２１…アノード ２２…アノード触媒層 ２３…アノードガス拡散層
２４…カソード ２５…カソード触媒層 ２６…カソードガス拡散層
２７…電解質膜
５０…容器 ５３…燃料注入口
７０…ジョイント部材
７１…連通管 ７１Ａ…一端面 ７１Ｂ…他端面
７１Ｓ…外周面 ７１ＳＡ…一端部 ７１ＳＢ…他端部
７２…カバー部材 ７３…第１リップ部 ７４…第２リップ部
７５…マーク
７６…蛇腹部 ７６Ａ…凸部 ７６Ｂ…凹部
８０…ジョイント部材
８１…連通管 ８１Ａ…一端面 ８１Ｂ…他端面
８１Ｓ…外周面 ８１ＳＡ…一端部 ８１ＳＢ…他端部
８２…第１カバー部材 ＯＬ１…第１外周リップ部 ＩＬ１…第１内周リップ部
Ｆ１…第１フランジ部 ＣＨ１…第１ザグリ穴
ＦＬ１…第１フィルタ ＨＬ１…第１ホルダ
８３…第２カバー部材 ＯＬ２…第２外周リップ部 ＩＬ２…第２内周リップ部
Ｆ２…第２フランジ部 ＣＨ２…第２ザグリ穴
ＦＬ２…第２フィルタ ＨＬ２…第２ホルダ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ジョイント部材及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の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、携帯用電子機器を、充電なしで長時間使用可能とするものである。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、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の長時間の作動に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、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、膜電極接合体に燃料を供給する燃料分配機構と、液体燃料を収容する燃料収容部とが流路を介して接続された構成の燃料電池が開示されている。このような燃料電池においては、流路の閉塞を抑制し、しかも、流路と接続される部材との間のシール性を十分に確保することが要求される。
【０００５】
特許文献２によれば、弾性材料よりなるＯリング部材と、補助金属板とで構成したシールパッキンが開示されている。特許文献３によれば、内側ケース及び外側ケースに接触する部分に１以上のリップを有するゴム様弾性体からなるシール部と、補強環とで構成したシールリングが開示されている。特許文献４によれば、ゴムホースの内部に剛性筒状部材であるカラーを配した構成の燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３５２４３号公報
【特許文献２】特開平０４−１０７３６２号公報
【特許文献３】実開平０７−０２５３１１号公報
【特許文献４】特開２００８−２０４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における両端部のうちの少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリング状のリップ部を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
第１部材の第１開口と第２部材の第２開口とにそれぞれ挿入されるジョイント部材であって、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記第１開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記第２開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出したリング状の外周リップ部を有するカバー部材と、を備えたことを特徴とするジョイント部材が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１外周リップ部を有する第１カバー部材と、前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における他端部をカバーするとともに、前記第１カバー部材から離間し、外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２外周リップ部を有する第２カバー部材と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態の一構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に適用可能な第１構成例のジョイント部材及びこのジョイント部材が挿入される燃料排出口及び燃料注入口を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示したジョイント部材の外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】図４は、図２に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に適用可能な第２構成例のジョイント部材を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、図５に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に適用可能な第３構成例のジョイント部材を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示したジョイント部材が燃料排出口及び燃料注入口にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【図９】図９は、図７に示したジョイント部材において燃料供給源と燃料電池本体との位置ずれが生じた状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の他の構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【図１１】図１１は、ジョイント部材、及び、このジョイント部材が挿入される燃料排出口及び燃料注入口を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、ジョイント部材に適用可能な第４構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、ジョイント部材に適用可能な第５構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、ジョイント部材に適用可能な第６構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、ジョイント部材に適用可能な第７構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、ジョイント部材に適用可能な第８構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１７】図１７は、ジョイント部材に適用可能な第９構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１８】図１８は、ジョイント部材に適用可能な第１０構成例の第１カバー部材の断面図、及び、この第１カバー部材を適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図１９】図１９は、第１０構成例の第１カバー部材及び第１フィルタを適用したジョイント部材が燃料排出口に挿入された状態を示す断面図である。
【図２０】図２０は、第１内周リップ部の定義を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態においては、直接メタノール型の燃料電池について説明する。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池１は、液体燃料６２を収容する燃料供給源（燃料タンク）２と、燃料電池本体５と、を備えて構成されている。燃料電池本体５には、ポンプ７、バルブ８、制御部９などが接続されている。
【００１７】
燃料電池本体５は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０と、集電体１１と、アノード支持板１２と、燃料供給部１３と、保湿板１８と、カバープレート１９とを備えている。膜電極接合体１０は、燃料極としてのアノード２１と、アノード２１に所定の隙間を置いて対向配置された空気極としてのカソード２４と、アノード２１とカソード２４との間に挟持された電解質膜２７と、を有している。
【００１８】
アノード２１は、電解質膜２７の上に配置されたアノード触媒層２２と、アノード触媒層２２に積層されたアノードガス拡散層２３と、を有している。カソード２４は、電解質膜２７の上に配置されたカソード触媒層２５と、カソード触媒層２５に積層されたカソードガス拡散層２６と、を有している。
【００１９】
アノード触媒層２２は、アノードガス拡散層２３を介して供給される燃料を酸化させ燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。カソード触媒層２５は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層２２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものである。
【００２０】
アノード触媒層２２やカソード触媒層２５に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（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。アノード触媒層２２には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２５には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２１】
電解質膜２７はプロトン導電膜である。電解質膜２７は、アノード触媒層２２において発生したプロトンをカソード触媒層２５に輸送するためのものである。電解質膜２７は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能なプロトン伝導性の材料で形成されている。
【００２２】
電解質膜２７を形成する材料としては、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等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の材料はこれらに限られるものではない。
【００２３】
アノードガス拡散層２３は、アノード触媒層２２に燃料を均一に供給する役割を果たし、アノード触媒層２２の集電機能を有している。カソードガス拡散層２６は、カソード触媒層２５に酸化剤を均一に供給する役割を果たし、カソード触媒層２５の集電機能を有している。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は多孔質基材で構成されている。
【００２４】
このような構成の膜電極接合体１０は、絶縁性のＯリングなどのシール部材３８及び３９によってシールされている。
【００２５】
集電体１１は、アノード集電体３１及びカソード集電体３４を有している。アノード集電体３１及びカソード集電体３４は、例えば、金、ニッケル等の金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）又は箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等をそれぞれ使用することができる。
【００２６】
アノード支持板１２は、アノード２１と燃料供給部１３との間に配置されている。このアノード支持板１２は、膜電極接合体１０のアノード２１に向けて燃料を通過させる複数の燃料通過孔（図示せず）を有している。なお、アノード支持板１２は、必要に応じて省略しても良い。
【００２７】
燃料供給部１３は、詳述しないが、供給された燃料を分配する燃料分配機構や、燃料分配機構により分配された燃料を拡散する燃料拡散機構などを備えて構成されている。この燃料供給部１３は、容器５０の一部を含んでいる。
【００２８】
この容器５０は、底壁５１と、底壁５１の外縁に設けられた周壁５２とを有している。底壁５１及び周壁５２は一体に形成されている。容器５０は、周壁５２によって囲まれた内側に膜電極接合体１０等を収容している。
【００２９】
保湿板１８は、膜電極接合体１０のカソードガス拡散層２６とカバープレート１９との間に配置されている。この保湿板１８は、カソード触媒層２５で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソードガス拡散層２６に酸化剤（空気、特に酸素）を均一に導入することで、カソード触媒層２５への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿板１８は、たと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などが挙げられる。
【００３０】
カバープレート１９は、酸化剤を取入れるための複数の貫通孔１９ａを有している。このカバープレート１９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。このようなカバープレート１９は、容器５０に対してカシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により固定されている。
【００３１】
上述した容器５０には、周壁５２の外面の一部を開口して設けられた燃料注入口５３、底壁５１の外面（つまり、容器５０の背面）の一部を開口して設けられた第１燃料吐出口５５ａ、第１燃料取入口５５ｂ、第２燃料吐出口５６ａ、及び、第２燃料取入口５６ｂなどが形成されている。燃料注入口５３と第１燃料吐出口５５ａとは、燃料の流路である第１細管５７ａによって接続されている。第１燃料取入口５５ｂと第２燃料吐出口５６ａとは、第２細管５７ｂによって接続されている。第２燃料取入口５６ｂは、燃料供給部１３と図示を省略した第３細管によって接続されている。
【００３２】
ポンプ７は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、ポンプ７は、圧電型のポンプである。ポンプ７は、第２燃料吐出口５６ａ及び第２燃料取入口５６ｂにそれぞれ連結されている。このポンプ７は、第２燃料吐出口５６ａから導入された液体燃料６２を第２燃料取入口５６ｂに送液するものである。ポンプ７は、液体燃料６２を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも第２燃料取入口５６ｂに液体燃料６２を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ７は、必要時に作動して燃料供給部１３に液体燃料６２を送液する。これにより、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００３３】
ポンプ７の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料６２を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、上記圧電型のポンプを使用することが好ましが、その他、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することもできる。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３４】
バルブ８は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、バルブ８は、遮断バルブである。バルブ８は、第１燃料吐出口５５ａ及び第１燃料取入口５５ｂにそれぞれ連結されている。バルブ８は、第２細管５７ｂを介してポンプ７に連結されている。バルブ８は、開放することで第１燃料吐出口５５ａから導入された液体燃料６２を第１燃料取入口５５ｂに送液する一方で、閉鎖することで送液を停止する。
【００３５】
このようなバルブ８は、ポンプ７に与える液体燃料６２の量を制御するものである。バルブ８は、燃料電池の安定性や信頼性を高めるものである。バルブ８は、燃料電池の未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することも可能である。
【００３６】
制御部９は、容器５０の背面に取付けられている。この実施の形態において、制御部９は、電力変換回路などを含んでいる。制御部９は、図示を省略した配線によりポンプ７及びバルブ８にそれぞれ電気的に接続されている。このような制御部９は、ポンプ７の稼動、バルブ８の開閉を制御することにより、発電量を調整するものである。
【００３７】
燃料供給源２は、液体燃料６２を収容可能に構成されている。この燃料供給源２は、矩形箱状に形成された燃料タンクである。また、この燃料供給源２は、液体燃料６２を排出するための燃料排出口２０を有している。この燃料排出口２０は、燃料電池本体５の燃料注入口５３と向かい合う位置に形成されている。また、この燃料排出口２０は、液体燃料６２を収容する空間との間を流路である細管２ａによって接続されている。
【００３８】
燃料供給源２は、樹脂、例えば、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）等によって形成されている。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。これらのなかでも、耐衝撃性および耐熱性にも優れる、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）が好ましく、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）がより好ましく、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）が特に好ましい。
【００３９】
ここで、液体燃料６２としては、液体のメタノール等のメタノール燃料、又はメタノール水溶液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、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。
【００４０】
この実施の形態の燃料電池では、燃料供給部１３から膜電極接合体１０に供給された燃料６２は発電反応に消費されてしまい、その後に循環して燃料供給部１３あるいは燃料供給源２に戻されることはない。このタイプの燃料電池は燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料６２の供給にポンプ７を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。
【００４１】
上述した燃料供給源２は、図示しない燃料注入部と接続され、外部から液体燃料６２を注入可能に構成されている。また、この燃料供給源２は、必要に応じて補強部材によって補強されるとともに、図示しないリークバルブやバランスバルブなどを備えている。
【００４２】
燃料供給源２の燃料排出口２０と容器５０の燃料注入口５３とには、それぞれジョイント部材７０が挿入されている。このジョイント部材７０の詳細な構造については、後述する。
【００４３】
次に、上記燃料電池による発電の仕組みについて説明する。
【００４４】
まず、制御部９の制御のもと、バルブ８を開状態に切替え、ポンプ７を稼動させ、燃料供給源２からジョイント部材７０、第１細管５７ａ、バルブ８、第２細管５７ｂ、ポンプ７、第３細管を介して燃料供給部１３に液体燃料６２を導入する。膜電極接合体１０内において、燃料はアノードガス拡散層２３にて拡散してアノード触媒層２２に供給される。液体燃料６２としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２で式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２５で生成した水や電解質膜２７中の水をメタノールと反応させて式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、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。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）はアノード集電体３１に接続された端子（図示せず）から外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード集電体３４に接続された端子（図示せず）からカソード２４に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２７を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２５で空気中の酸素と式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２ → ３Ｈ２Ｏ …（２）
上記したように、燃料電池による発電が行われる。
【００４５】
次に、ジョイント部材７０について、より詳細に説明する。
【００４６】
図２は、第１構成例におけるジョイント部材７０、及び、このジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３を概略的に示す断面図である。
【００４７】
ジョイント部材７０は、管状の剛体によって形成された連通管７１と、連通管７１よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成されるとともに連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。図示した例では、連通管７１及びカバー部材７２ともに、直線状の中心軸Ｏに沿って伸びた略円筒形状に形成されている。
【００４８】
連通管７１は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、燃料による溶出が少ない材料によって形成され、例えば、純チタン（Ｔｉ）、チタンを酸化皮膜処理したもの、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４あるいはＳＵＳ３１６Ｌ）を不動態化処理したものなど各種剛体によって形成されている。カバー部材７２は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、弾性変形しやすい材料によって形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなどによって形成されている。
【００４９】
連通管７１は、燃料排出口２０の側に位置する一端側に第１開口７１ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端側に第２開口７１ＨＢを有している。連通管７１では、第１開口７１ＨＡから第２開口７１ＨＢまで連通している。これらの第１開口７１ＨＡ及び第２開口７１ＨＢは、ともに中心軸Ｏに垂直な面における断面形状が円形である。
【００５０】
また、連通管７１は、燃料排出口２０の側に位置する一端面７１Ａを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端面７１Ｂを有している。一端面７１Ａは、第１開口７１ＨＡを囲むリング状に形成されている。他端面７１Ｂは、第２開口７１ＨＢを囲むリング状に形成されている。
【００５１】
また、連通管７１は、外周面７１Ｓを有している。この外周面７１Ｓは、円筒面である。このような外周面７１Ｓは、燃料排出口２０の側に位置する一端部７１ＳＡ、及び、燃料注入口５３の側に位置する他端部７１ＳＢを有している。
【００５２】
カバー部材７２は、連通管７１の外周面７１Ｓにおける両端部のうち少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリップ部を有している。図２に示した例では、カバー部材７２は、外周面７１Ｓの一端部７１ＳＡから外側に向かって突出した第１リップ部７３と、外周面７１Ｓの他端部７１ＳＢから外側に向かって突出した第２リップ部７４と、を有している。なお、一端部７１ＳＡ及び他端部７１ＳＢから外側の方向とは、外周面７１Ｓの法線方向、あるいは中心軸Ｏに直交する方向である。これらの第１リップ部７３及び第２リップ部７４は、ともに中心軸Ｏを中心としたリング状に形成されている。
【００５３】
また、カバー部材７２は、燃料排出口２０の側に位置する第１開口７２ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する第２開口７２ＨＢを有している。これらの第１開口７２ＨＡ及び第２開口７２ＨＢは、ともに中心軸Ｏに垂直な面における断面形状が円形である。第１開口７２ＨＡは、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通している。第２開口７２ＨＢは、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通している。
【００５４】
連通管７１の中心軸Ｏに沿った長さＬ１は、カバー部材７２の中心軸Ｏに沿った長さＬ２よりも短い。この図２に示した例では、カバー部材７２は、燃料排出口２０の側に位置する連通管７１の一端面７１Ａをカバーしている。なお、カバー部材７２は、燃料注入口５３の側に位置する連通管７１の他端面７１Ｂはカバーしていないが、他端面７１Ｂよりも燃料注入口５３の側に延出している。
【００５５】
さらに、この図２に示した例では、カバー部材７２は、第２リップ部７４の側に偏在したマーク７５を有している。このマーク７５は、ジョイント部材７０の構造が非対称（つまり、連通管７１の一端面７１Ａがカバー部材７２によってカバーされている一方で、他端面７１Ｂがカバー部材７２から露出している）であるため、ジョイント部材７０の方向性を示すものである。このマーク７５は、例えば第２リップ部７４と同様にリング状に突出している。
【００５６】
一方で、外径が略円筒状のジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３は、ジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸方向に延びた円筒状に形成されている。つまり、燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａは、ともに円筒面である。燃料排出口２０の底面２０Ｂには、液体燃料の流路である細管２ａが接続されている。燃料注入口５３の底面５３Ｂには、液体燃料の流路である第１細管５７ａが接続されている。
【００５７】
第１リップ部７３の外径Ｄｏ１は、ジョイント部材７０が挿入される燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも大きい。なお、細管２ａの内径Ｄｉ１２は、燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも小さい。
【００５８】
第２リップ部７４の外径Ｄｏ２は、ジョイント部材７０が挿入される燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも大きい。なお、第１細管５７ａの内径Ｄｉ２２は、燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも小さい。
【００５９】
図３は、図２に示したジョイント部材７０の外観を概略的に示す斜視図である。
【００６０】
ジョイント部材７０のカバー部材７２は、それぞれ中心軸Ｏを中心とするリング状に形成された第１リップ部７３、第２リップ部７４、及び、マーク７５を有している。第１リップ部７３に近接した端面には、第１開口７２ＨＡが形成されている。
【００６１】
図４は、図２などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００６２】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形する。このとき、連通管７１の内部に形成された流路は確保されている。つまり、第１リップ部７３は、内面２０Ａに接触した際に、内部の流路を塞ぐように潰れることはなく、連通管７１の外周面７１Ｓに支持されつつ、外周面７１Ｓと燃料排出口２０の内面２０Ａとの間で潰れる。これにより、第１リップ部７３は、燃料排出口２０の内面２０Ａに密着する。リング状の第１リップ部７３は、中心軸Ｏを中心として全周にわたって内面２０Ａに密着しており、第１リップ部７３と内面２０Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第１リップ部７３の内面２０Ａに接している面圧は、略均一になる。
【００６３】
燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいても同様に、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａに密着する。リング状の第２リップ部７４は、中心軸Ｏを中心として全周にわたって内面５３Ａに密着しており、第２リップ部７４と内面５３Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第２リップ部７４の内面５３Ａに接している面圧は、略均一になる。
【００６４】
これにより、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００６５】
なお、これらの第１リップ部７３及び第２リップ部７４の圧縮率は、１０％以上２０％以下の範囲になるように設計されることが望ましい。この場合の圧縮率とは、（圧縮後のリップ部の肉厚の潰れ量/圧縮前のリップ部のカバー部材の肉厚）×１００で定義される。圧縮率が１０％未満の場合、シール性が不十分となるおそれがあり、燃料がリークする懸念がある。また、圧縮率が２０％を超える場合には、燃料排出口２０あるいは燃料注入口５３への挿入を速やかに行うことができず、作業性の低下を招くおそれがある。
【００６６】
また、本実施形態によれば、ジョイント部材７０は、剛体によって形成された連通管７１を内部に備えているため、燃料排出口２０あるいは燃料注入口５３の位置が、ジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合であっても、ジョイント部材７０の変形を防ぎ、連通管７１の内部に形成された流路の閉塞を抑制することが可能となる。このため、燃料供給源２の流路２ａと燃料電池本体５の第１細管５７ａとの間において、ジョイント部材７０による流路を確保することができ、安定的に燃料供給源２から燃料電池本体５に燃料を供給することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、弾性体によって形成されたカバー部材７２の第１リップ部７３が燃料排出口２０の内面２０Ａに密着し、また、第２リップ部７４が燃料注入口５３の内面５３Ａに密着しているため、ジョイント部材７０が燃料排出口２０や燃料注入口５３から抜けにくく、信頼性を確保できるとともに、ジョイント部材７０の接触による燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａの損傷発生を抑制することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態によれば、ジョイント部材７０において、燃料排出口２０に挿入された連通管７１の一端面７１Ａは、カバー部材７２によってカバーされているため、ジョイント部材７０が燃料排出口２０の底面２０Ｂに突き当てられた場合であっても、剛体である連通管７１の一端面７１Ａが直接底面２０Ｂに接触することはなく、一端面７１Ａと底面２０Ｂとの間には、カバー部材７２が介在する。このため、燃料供給源２の損傷発生を抑制することができる。
【００６９】
次に、ジョイント部材７０の第２構成例について説明する。なお、第１構成例と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７０】
図５は、第２構成例におけるジョイント部材７０を概略的に示す断面図である。この第２構成例は、第１構成例と比較して、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａのみならず、連通管７１の他端面７１Ｂもカバーしている点で相違している。以下に、各部について簡単に説明する。
【００７１】
すなわち、ジョイント部材７０は、連通管７１と、連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。カバー部材７２は、第１リップ部７３と、第２リップ部７４と、を有している。また、カバー部材７２は、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通した第１開口７２ＨＡと、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通した第２開口７２ＨＢと、を有している。
【００７２】
連通管７１の中心軸Ｏに沿った長さＬ１は、カバー部材７２の中心軸Ｏに沿った長さＬ２よりも短く、カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをそれぞれカバーしている。
【００７３】
図示しない燃料排出口２０の内径と第１リップ部７３の外径との関係、及び、図示しない燃料注入口５３の内径と第２リップ部７４の外径との関係については、上述した第１構成例と同様である。
【００７４】
図６は、図５などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００７５】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａの全周にわたって密着している。燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。
【００７６】
これにより、第１構成例と同様に、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００７７】
加えて、この第２構成例によれば、ジョイント部材７０において、燃料注入口５３に挿入された連通管７１の他端面７１Ｂは、カバー部材７２によってカバーされているため、ジョイント部材７０が燃料注入口５３の底面５３Ｂに突き当てられた場合であっても、剛体である連通管７１の他端面７１Ｂが直接底面５３Ｂに接触することはなく、他端面７１Ｂと底面５３Ｂとの間には、カバー部材７２が介在する。このため、燃料電池本体５の損傷発生を抑制することができる。
【００７８】
さらに、この第２構成例によれば、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをカバーしているため、ジョイント部材７０を燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入する際に、連通管７１とカバー部材７２との位置ずれの発生を抑制することができる。
【００７９】
次に、ジョイント部材７０の第３構成例について説明する。なお、第１構成例と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８０】
図７は、第３構成例におけるジョイント部材７０を概略的に示す断面図である。この第３構成例は、第１構成例と比較して、第１リップ部７３と第２リップ部７４との間に蛇腹部７６を有している点で相違している。以下に、各部について簡単に説明する。
【００８１】
すなわち、ジョイント部材７０は、連通管７１と、連通管７１の外周面７１Ｓをカバーするカバー部材７２と、を備えている。カバー部材７２は、第１リップ部７３と、第２リップ部７４と、蛇腹部７６と、を有している。また、カバー部材７２は、連通管７１の第１開口７１ＨＡと連通した第１開口７２ＨＡと、連通管７１の第２開口７１ＨＢと連通した第２開口７２ＨＢと、を有している。
【００８２】
蛇腹部７６は、その一部が連通管７１の外周面７１Ｓから離間している。すなわち、蛇腹部７６は、凸部７６Ａと、凹部７６Ｂとを有している。凸部７６Ａ及び凹部７６Ｂは、中心軸Ｏを中心としたリング状に形成されている。凸部７６Ａの内面は、外周面７１Ｓから離間している。凹部７６Ｂの内面は、外周面７１Ｓに接している。このような蛇腹部７６を有したカバー部材７２は、中心軸Ｏに沿った方向に伸縮自在である。
【００８３】
カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａをカバーしている。なお、第２構成例と同様に、カバー部材７２は、連通管７１の一端面７１Ａ及び他端面７１Ｂをそれぞれカバーしていても良い。
【００８４】
図示しない燃料排出口２０の内径と第１リップ部７３の外径との関係、及び、図示しない燃料注入口５３の内径と第２リップ部７４の外径との関係については、上述した第１構成例と同様である。
【００８５】
なお、カバー部材７２が連通管７１の一端面７１Ａのみならず、第２構成例と同様に、連通管７１の他端面７１Ｂもカバーしている構成を適用してよい。
【００８６】
図８は、図７などに示したジョイント部材７０が燃料排出口２０及び燃料注入口５３にそれぞれ挿入された状態を示す断面図である。
【００８７】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第１リップ部７３は、弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａの全周にわたって密着している。燃料注入口５３に挿入されたジョイント部材７０おいては、カバー部材７２の第２リップ部７４は、弾性変形し、燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。さらに、蛇腹部７６の凸部７６Ａの一部も弾性変形し、燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａの全周にわたって密着している。
【００８８】
これにより、第１構成例と同様に、優れたシール性を実現することが可能となる。
【００８９】
加えて、この第３構成例によれば、図９に示すように、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより燃料排出口２０及び燃料注入口５３の位置がジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合であっても、カバー部材７２がその弾性により変位に追従し、また、蛇腹部７６の一部の凸部７６Ａが燃料排出口２０の内面２０Ａ及び燃料注入口５３の内面５３Ａに密着しているため、より高いシール性を実現することが可能となる。
【００９０】
≪比較例１≫
図２などに示した第１構成例において、連通管を省略したジョイント部材７０を適用した場合には、第１リップ部７３が燃料排出口２０の内面２０Ａに密着した際、及び、第２リップ部７４が燃料注入口５３の内面５３Ａに密着した際に、カバー部材７２が潰れ、内部の流路の断面積が縮小し、最悪の場合に流路の閉塞を招くおそれがある。また、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより燃料排出口２０及び燃料注入口５３の位置がジョイント部材７０の中心軸Ｏと同軸上の位置からずれた場合には、カバー部材７２が変形し、最悪の場合にはカバー部材７２の潰れにより流路の閉塞を招くおそれがある。
【００９１】
≪比較例２≫
図２などに示した第１構成例において、カバー部材７２から第１リップ部及び第２リップ部を省略する代わりに、燃料排出口２０の底面２０Ｂに突き当たるカバー部材７２の一端部及び燃料注入口５３の底面５３Ｂに突き当たるカバー部材７２の他端部のそれぞれのリング状のリップ部を備えたジョイント部材７０を適用した場合には、燃料供給源２と燃料電池本体５との位置ズレにより、リップ部の圧縮が不足し、シール不良を起こすおそれがある。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態によれば、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供できる。
【００９３】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。以下に説明する他の構成例は、上記した第１乃至第３構成例と比較して、ジョイント部材を構成するカバー部材が連通管の外周面の全体を覆っていない点で相違している。
【００９４】
図１０は、本実施形態の他の構成例における燃料電池本体、燃料供給源、及び、ジョイント部材の構造を概略的に示す分解断面図である。
【００９５】
燃料電池１は、図１に示した例と同様に、燃料供給源２と、燃料電池本体５と、ジョイント部材８０と、を備えて構成されている。なお、燃料供給源２及び燃料電池本体５の構成については、上記の通りであり、ここでは詳細な説明及び詳細な図示を省略する。
【００９６】
ジョイント部材８０は、管状の剛体によって形成された連通管８１と、連通管８１よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成された第１カバー部材８２及び第２カバー部材８３と、を備えて構成されている。図示した例では、連通管８１は、Ｌ字状に形成されているが、連通管８１の形状については特にこの例に限られるものではない。連通管８１の外周面８１Ｓは、燃料排出口２０の側に位置する一端部８１ＳＡ、及び、燃料注入口５３の側に位置する他端部８１ＳＢを有している。
【００９７】
第１カバー部材８２は、連通管８１の外周面８１Ｓにおける一端部８１ＳＡをカバーしている。第２カバー部材８３は、連通管８１の外周面８１Ｓにおける他端部８１ＳＢをカバーしている。この第２カバー部材８３は、第１カバー部材８２から離間している。つまり、連通管８１の外周面８１Ｓは、第１カバー部材８２及び第２カバー部材８３との間では、いずれのカバー部材にもカバーされることなく、露出している。
【００９８】
図１１は、ジョイント部材８０、及び、このジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３を概略的に示す断面図である。
【００９９】
連通管８１は、燃料排出口２０の側に位置する一端側に第１開口８１ＨＡを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端側に第２開口８１ＨＢを有している。これらの第１開口８１ＨＡ及び第２開口８１ＨＢは円形に形成されている。この連通管８１では、第１開口８１ＨＡから第２開口８１ＨＢまで連通している。
【０１００】
また、この連通管８１は、燃料排出口２０の側に位置する一端面８１Ａを有するとともに、燃料注入口５３の側に位置する他端面８１Ｂを有している。これらの一端面８１Ａ及び他端面８１Ｂはリング状に形成されている。
【０１０１】
第１カバー部材８２は、連通管８１の外周面８１Ｓにおいて燃料排出口２０の側に位置する一端部８１ＳＡをカバーするとともに、一端部８１ＳＡから外側に向かって突出したリング状の第１外周リップ部ＯＬ１を有している。また、この第１カバー部材８２は、連通管８１の一端面８１Ａをカバーしている。さらに、この第１カバー部材８２は、連通管８１の第１開口８１ＨＡと連通した第１開口８２ＨＡを有している。
【０１０２】
第２カバー部材８３は、連通管８１の外周面８１Ｓにおいて燃料注入口５３の側に位置する他端部８１ＳＢをカバーするとともに、他端部８１ＳＢから外側に向かって突出したリング状の第２外周リップ部ＯＬ２を有している。また、この第２カバー部材８３は、連通管８１の他端面８１Ｂをカバーしている。さらに、この第２カバー部材８３は、連通管８１の第２開口８１ＨＢと連通した第２開口８３ＨＢを有している。
【０１０３】
一方で、ジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０及び燃料注入口５３は、ジョイント部材８０の中心軸Ｏと同軸方向に延びた円筒状に形成されている。第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１は、ジョイント部材８０が挿入される燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１よりも大きい。第２外周リップ部ＯＬ２の外径Ｄｏ２１は、ジョイント部材８０が挿入される燃料注入口５３の内径Ｄｉ２１よりも大きい。
【０１０４】
次に、上記のジョイント部材８０が燃料注入口２０及び燃料排出口５３にそれぞれ挿入された状態について説明する。なお、ここでは、ジョイント部材８０に適用可能な第１カバー部材８２、及び、第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態について説明する。
【０１０５】
図示しない第２カバー部材８３については、図示したいずれかの第１カバー部材８２と同様の構造を適用可能であり、第１カバー部材８２と第２カバー部材８３とが異なる構造であっても良い。また、ジョイント部材８０が燃料注入口５３に挿入された状態は、図示したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入されたいずれかの状態と同様であり、燃料排出口２０に挿入された状態と燃料注入口５３に挿入された状態とが異なっていても良い。
【０１０６】
図１２は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第４構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１０７】
第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、円筒面となっている。第１カバー部材８２の中心軸Ｏ上には、第１開口８２ＨＡが形成されている。このような第１カバー部材８２は、連通管８１の一端部８１ＳＡをカバーしている。
【０１０８】
燃料排出口２０に挿入されたジョイント部材８０おいては、第１カバー部材８２の第１外周リップ部ＯＬ１は、弾性変形する。このとき、連通管８１の内部に形成された流路は確保されている。つまり、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａに接触した際に、連通管８１の内部の流路を塞ぐように潰れることはなく、連通管８１の外周面８１Ｓと内面２０Ａとの間で潰れる。
【０１０９】
これにより、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａに密着する。リング状の第１外周リップ部ＯＬ１は、中心軸Ｏを中心として内面２０Ａの全周にわたって密着しており、第１外周リップ部ＯＬ１と内面２０Ａとの間にはほとんど隙間がない。このとき、第１外周リップ部ＯＬ１の内面２０Ａに接している面圧は、略均一になる。
【０１１０】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果が得られる。
【０１１１】
図１３は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第５構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１１２】
図１３に示した第５構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。
【０１１３】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、内側に向かって突出したリング状の第１内周リップ部ＩＬ１を含んでいる。この第１内周リップ部ＩＬ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と対向する位置に形成されている。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１１４】
このような第１カバー部材８２に連通管８１の一端部８１ＳＡが挿入された際には、第１内周リップ部ＩＬ１が弾性変形し、外周面８１Ｓの一端部８１ＳＡに密着する。リング状の第１内周リップ部ＩＬ１は、中心軸Ｏを中心として一端部８１ＳＡの全周にわたって密着しており、たとえ内面８２ＩＳの全面が外周面８１Ｓと密着していなくても、第１内周リップ部ＩＬ１と外周面８１Ｓとの間にはほとんど隙間ができない。
【０１１５】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果に加えて、外周面８１Ｓを伝わる燃料漏れを抑制することが可能となる。
【０１１６】
また、第１内周リップ部ＩＬ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と対向する位置に形成されている。このため、ジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際に、第１外周リップ部ＯＬ１の弾性変形に伴って発生した力が第１内周リップ部ＩＬ１に作用して、第１内周リップ部ＩＬ１が連通管８１の外周面８１Ｓに密着する力がさらに増す。このため、より高いシール性を実現することが可能となる。
【０１１７】
図１４は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第６構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１１８】
図１４に示した第６構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１が樽状に形成された点で相違している。
【０１１９】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１を含んでいる。また、第１カバー部材８２の内周面８２ＩＳは、円筒面となっている。第１外周リップ部ＯＬ１は、図１２に示した例と比較して、中心軸Ｏに沿った方向に延出している。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、樽状に形成された第２外周リップ部ＯＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１２０】
このような第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１外周リップ部ＯＬ１は、弾性変形するが、図１２に示した例と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１と燃料排出口２０の内面２０Ａとの密着する面積が中心軸Ｏに沿った方向に拡大する。
【０１２１】
このような構成によれば、上記した構成例と同様の効果に加えて、より高いシール性を実現することが可能となる。また、第１外周リップ部ＯＬ１の内面２０Ａとの密着面積が拡大するため、ジョイント部材８０の傾きを抑制することが可能となるのに加えて、ジョイント部材８０の外部からの衝撃による耐性を向上することが可能となる。
【０１２２】
図１５は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第７構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１２３】
図１５に示した第７構成例の第１カバー部材８２は、図１４に示した第６構成例の第１カバー部材８２と比較して、樽状に形成された第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。第１内周リップ部ＩＬ１については、図１３に示した第５構成例と同様である。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、樽状に形成された第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１２４】
このような構成によれば、図１４を参照して説明した効果に加えて、図１３を参照して説明した効果が得られる。
【０１２５】
図１６は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第８構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１２６】
図１６に示した第８構成例の第１カバー部材８２は、図１２に示した第４構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１に加えて、第１フランジ部Ｆ１を有している点で相違している。
【０１２７】
すなわち、第１カバー部材８２の外周面８２ＯＳは、外側に向かって突出した第１外周リップ部ＯＬ１及び第１フランジ部Ｆ１を含んでいる。この第１フランジ部Ｆ１は、第１外周リップ部ＯＬ１と同様に、外周面８２ＯＳの全周にわたるリング状に形成されている。第１フランジ部Ｆ１の外径Ｄｏ３１は、第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１より小さい。燃料排出口２０の内径Ｄｉ１１は、第１外周リップ部ＯＬ１の外径Ｄｏ１１より小さく、第１フランジ部Ｆ１の外径Ｄｏ３１より大きい。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても同様に、第２外周リップ部ＯＬ２に加えて、第２フランジ部Ｆ２を有する構成が適用可能である。
【０１２８】
このような第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１外周リップ部ＯＬ１は、燃料排出口２０の内面２０Ａとの間で弾性変形するが、第１フランジ部Ｆ１は、内面２０Ａに接することはなく、内面２０Ａとの間に僅かな隙間を形成している。このため、ジョイント部材８０を燃料排出口２０に挿入する際に、第１フランジ部Ｆ１が挿入を阻害するような抵抗となることはない。
【０１２９】
このような構成によれば、図１２を参照して説明した効果に加えて、ジョイント部材８０に傾きを生じさせるような力が加わった場合には、第１フランジ部Ｆ１が内面２０Ａに接触し、ジョイント部材８０の傾きを抑制することが可能となる。
【０１３０】
図１７は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第９構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１３１】
図１７に示した第９構成例の第１カバー部材８２は、図１６に示した第８構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１及び第１フランジ部Ｆ１に加えて、第１内周リップ部ＩＬ１を有している点で相違している。第１内周リップ部ＩＬ１については、図１３に示した第５構成例と同様である。なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２及び第２フランジ部Ｆ２に加えて、第２内周リップ部ＩＬ２を有する構成が適用可能である。
【０１３２】
このような構成によれば、図１６を参照して説明した効果に加えて、図１３を参照して説明した効果が得られる。
【０１３３】
なお、図１６及び図１７に示した第１フランジ部Ｆ１は、第１カバー部材８２を形成するための材料、すなわち、上記したような燃料に対して十分な耐性を有し、且つ、弾性変形しやすい各種ゴムなどの材料によって形成されても良いが、第１フランジ部Ｆ１は、ジョイント部材８０の傾きを抑制するものであるから、弾性変形しにくい材料で形成されることがより望ましい。
【０１３４】
例えば、第１フランジ部Ｆ１は、第１カバー部材８２とは異なる材料であって、第１カバー部材８２を形成する材料よりも剛性の高い樹脂材料や金属材料によって形成されても良い。また、この第１フランジ部Ｆ１に相当する部分をインサート成型により剛性の高い部材として形成しても良い。
【０１３５】
図１８は、上記したジョイント部材８０に適用可能な第１０構成例の第１カバー部材８２の断面図、及び、この第１カバー部材８２を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１３６】
図１８に示した第１０構成例の第１カバー部材８２は、図１３に示した第５構成例の第１カバー部材８２と比較して、第１外周リップ部ＯＬ１及び第１内周リップ部ＩＬ１に加えて、連通管８１の一端面８１Ａをカバーする端部に凹部である第１ザグリ穴ＣＨ１を有している点で相違している。
【０１３７】
第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に配置されている。ここに示した例では、第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に圧入されている。ジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された際には、第１フィルタＦＬ１は、第１カバー部材８２と燃料排出口２０の底面２０Ｂとの間に位置する。換言すると、第１カバー部材８２は、連通管８１の一端面８１Ａと第１フィルタＦＬ１との間に介在している。
【０１３８】
なお、図示しないが、第２カバー部材８３についても、第２外周リップ部ＯＬ２及び第２内周リップ部ＩＬ２に加えて、連通管８１の他端部８１Ｂをカバーする端部に凹部である第２ザグリ穴ＣＨ２を有する構成が適用可能である。第２ザグリ穴ＣＨ２には、第２フィルタＦＬ２が配置可能である。
【０１３９】
このような構成によれば、図１３を参照して説明した効果に加えて、燃料供給源２から燃料電池本体５に供給された燃料に含まれる不純物の燃料電池本体５への流出を抑制することが可能となる。
【０１４０】
図１９は、第１０構成例の第１カバー部材８２及び第１フィルタＦＬ１を適用したジョイント部材８０が燃料排出口２０に挿入された状態を示す断面図である。
【０１４１】
第１フィルタＦＬ１は、第１ザグリ穴ＣＨ１に配置されている。ここに示した例では、ジョイント部材８０は、第１カバー部材８２が嵌め込まれるカップ状の第１ホルダＨＬ１を備えている。第１フィルタＦＬ１は、第１カバー部材８２と第１ホルダＨＬ１との間に保持されている。
【０１４２】
なお、図示しないが、第２カバー部材８２についても、第２ザグリ穴ＣＨ２に配置された第２フィルタＦＬ２を保持するカップ状の第２ホルダＨＬ２を適用可能である。
【０１４３】
このような構成によれば、図１８を参照して説明した効果に加えて、第１フィルタＦＬ１の第１カバー部材８２からの脱落を防止することが可能である。
【０１４４】
次に、上記した構成例のうち、図１３に示した第５構成例、図１５に示した第７構成例、図１７に示した第９構成例、及び、図１８に示した第１０構成例の第１カバー部材８２における第１内周リップ部ＩＬ１の定義について説明する。
【０１４５】
図２０は、第１内周リップ部ＩＬ１の定義を説明するための図である。外周面８２ＯＳに形成された第１外周リップ部ＯＬ１の高さＨ１は、外周面８２ＯＳのうち外側に向かって突出していない円筒状の部分から、第１外周リップ部ＯＬ１の頂点までの外周面８２ＯＳの法線方向に沿った長さとして定義される。内周面８２ＩＳに形成された第１内周リップ部ＩＬ１の高さＨ２は、内周面８２ＩＳのうち内側に向かって突出していない円筒状の部分から、第１内周リップ部ＩＬ１の頂点までの内周面８２ＩＳの法線方向に沿った長さとして定義される。
【０１４６】
第１内周リップ部ＩＬ１の望ましい高さＨ２は、第１外周リップ部ＯＬ１の高さＨ１の５％以上３０％以下の範囲であり、より望ましくは、高さＨ１の５％以上１０％以下の範囲である。高さＨ２が高いほど、第１内周リップ部ＩＬ１が連通管８１の外周面８１Ｓに密着する密着力が高まるが、高さＨ２が高すぎると、第１カバー部材８２に連通管８１を挿入する際の抵抗が高くなり、挿入作業に手間取るため、上記範囲内に設定されることが望ましい。
【０１４７】
なお、第２カバー部材８３に形成される第２内周リップ部ＩＬ２についてもその望ましい高さは上記した範囲である。
【０１４８】
次に、ジョイント部材の４つのサンプルを用意し、各サンプルの耐圧シール性を比較した。ここでは、各サンプルのジョイント部材を耐圧冶具にセットし、水没した状態でジョイント部材の連通管に高圧エアーを吹き込み、連通管と第１カバー部材との間から気泡が漏れ出すか否か（リークの有無）を確認した。
【０１４９】
サンプル１としては、外周面の研磨処理を行っていない連通管と、第１内周リップ部を具備していない第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。
【０１５０】
サンプル２としては、外周面の研磨処理を行っていない連通管と、第１内周リップ部を具備した第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。サンプル１とサンプル２とを比較した場合、第１内周リップ部を具備したサンプル２は、サンプル１と比較して、耐圧シール性がより高いことが確認された。
【０１５１】
サンプル３としては、外周面の研磨処理を行った連通管と、第１内周リップ部を具備していない第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。
【０１５２】
サンプル４としては、外周面の研磨処理を行った連通管と、第１内周リップ部を具備した第１カバー部材とを用意し、第１カバー部材に連通管を挿入したジョイント部材を適用した。サンプル３とサンプル４とを比較した場合、第１内周リップ部を具備したサンプル４は、サンプル３と比較して、耐圧シール性がより高いことが確認された。また、サンプル２とサンプル４とを比較した場合、サンプル４は、サンプル２と比較して耐圧シール性がより高いことが確認された。なお、サンプル１とサンプル４とを比較した場合、サンプル４においてリークが発生する加圧力は、サンプル１においてリークが発生する加圧力の２倍以上であった。
【０１５３】
以上説明したように、本実施形態の他の構成例においても、流路の閉塞を抑制し、且つ、シール性に優れたジョイント部材及び燃料電池を提供できる。
【０１５４】
上述した実施形態の燃料電池は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。本実施形態の燃料電池は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池に好適である。
【０１５５】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【０１５６】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、膜電極接合体に供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。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、この拡張、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。
【符号の説明】
【０１５７】
１…燃料電池 ２…燃料供給源 ５…燃料電池本体
７…ポンプ ８…バルブ ９…制御部
１０…膜電極接合体
２０…燃料排出口
２１…アノード ２２…アノード触媒層 ２３…アノードガス拡散層
２４…カソード ２５…カソード触媒層 ２６…カソードガス拡散層
２７…電解質膜
５０…容器 ５３…燃料注入口
７０…ジョイント部材
７１…連通管 ７１Ａ…一端面 ７１Ｂ…他端面
７１Ｓ…外周面 ７１ＳＡ…一端部 ７１ＳＢ…他端部
７２…カバー部材 ７３…第１リップ部 ７４…第２リップ部
７５…マーク
７６…蛇腹部 ７６Ａ…凸部 ７６Ｂ…凹部
８０…ジョイント部材
８１…連通管 ８１Ａ…一端面 ８１Ｂ…他端面
８１Ｓ…外周面 ８１ＳＡ…一端部 ８１ＳＢ…他端部
８２…第１カバー部材 ＯＬ１…第１外周リップ部 ＩＬ１…第１内周リップ部
Ｆ１…第１フランジ部 ＣＨ１…第１ザグリ穴
ＦＬ１…第１フィルタ ＨＬ１…第１ホルダ
８３…第２カバー部材 ＯＬ２…第２外周リップ部 ＩＬ２…第２内周リップ部
Ｆ２…第２フランジ部 ＣＨ２…第２ザグリ穴
ＦＬ２…第２フィルタ ＨＬ２…第２ホルダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における両端部のうちの少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリング状のリップ部を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項２】
第１部材の第１開口と第２部材の第２開口とにそれぞれ挿入されるジョイント部材であって、
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記第１開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記第２開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項３】
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、
アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、
前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
前記ジョイント部材の中心軸に沿った前記連通管の長さは、前記カバー部材の長さよりも短いことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面は、前記カバー部材によってカバーされたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面は、前記カバー部材によってカバーされたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カバー部材は、前記第１リップ部と前記第２リップ部との間に形成された蛇腹部を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料タンクは、前記燃料排出口の第１底面を有し、
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面と前記第１底面との間には、前記カバー部材が介在することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電池本体は、前記燃料注入口の第２底面を有し、
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面と前記第２底面との間には、前記カバー部材が介在することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料排出口及び前記燃料注入口に挿入される前のジョイント部材において、前記第１リップ部の外径は前記燃料排出口の内径より大きく、前記第２リップ部の外径は前記燃料注入口の内径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項１１】
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出したリング状の外周リップ部を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項１２】
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、
アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、
前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１外周リップ部を有する第１カバー部材と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における他端部をカバーするとともに、前記第１カバー部材から離間し、外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２外周リップ部を有する第２カバー部材と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
前記第１カバー部材は前記第１外周リップ部と対向する内側に向かって突出したリング状の第１内周リップ部を有し、
前記第２カバー部材は前記第２外周リップ部と対向する内側に向かって突出したリング状の第２内周リップ部を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記第１カバー部材は外側に向かって突出し且つ前記第１外周リップ部の外径よりも小さい外径のリング状の第１フランジ部を有し、
前記第２カバー部材は外側に向かって突出し且つ前記第２外周リップ部の外径よりも小さい外径のリング状の第２フランジ部を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記燃料タンクは前記燃料排出口の第１底面を有し、
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面は前記第１カバー部材によってカバーされ、
さらに、前記第１底面と前記第１カバー部材との間に配置された第１フィルタを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１６】
さらに、前記第１カバー部材との間で前記第１フィルタを保持するカップ状の第１ホルダを備えたことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記燃料電池本体は前記燃料注入口の第２底面を有し、
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面は前記第２カバー部材によってカバーされ、
さらに、前記第２底面と前記第２カバー部材との間に配置された第２フィルタを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１８】
さらに、前記第２カバー部材との間で前記第２フィルタを保持するカップ状の第２ホルダを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池。
【請求項１】
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における両端部のうちの少なくとも一方の端部から外側に向かって突出したリング状のリップ部を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項２】
第１部材の第１開口と第２部材の第２開口とにそれぞれ挿入されるジョイント部材であって、
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記第１開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記第２開口の内径よりも大きな外径を有するリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項３】
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、
アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、
前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面をカバーするとともに、前記連通管の外周面における一端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１リップ部と、前記連通管の外周面における他端部から外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２リップ部と、を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
前記ジョイント部材の中心軸に沿った前記連通管の長さは、前記カバー部材の長さよりも短いことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面は、前記カバー部材によってカバーされたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面は、前記カバー部材によってカバーされたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カバー部材は、前記第１リップ部と前記第２リップ部との間に形成された蛇腹部を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料タンクは、前記燃料排出口の第１底面を有し、
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面と前記第１底面との間には、前記カバー部材が介在することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電池本体は、前記燃料注入口の第２底面を有し、
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面と前記第２底面との間には、前記カバー部材が介在することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料排出口及び前記燃料注入口に挿入される前のジョイント部材において、前記第１リップ部の外径は前記燃料排出口の内径より大きく、前記第２リップ部の外径は前記燃料注入口の内径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項１１】
管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出したリング状の外周リップ部を有するカバー部材と、
を備えたことを特徴とするジョイント部材。
【請求項１２】
燃料を収容するとともに、燃料を排出するための燃料排出口を有する燃料タンクと、
アノード、カソード、及び、前記アノードと前記カソードとの間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体と、前記燃料タンクから供給された燃料を注入するための燃料注入口と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料排出口と前記燃料注入口とにそれぞれ挿入されたジョイント部材と、を備え、
前記ジョイント部材は、管状の剛体によって形成された連通管と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における一端部をカバーするとともに、外側に向かって突出し且つ前記燃料排出口の内面に密着したリング状の第１外周リップ部を有する第１カバー部材と、
前記連通管よりも弾性を有する管状の弾性体によって形成され前記連通管の外周面における他端部をカバーするとともに、前記第１カバー部材から離間し、外側に向かって突出し且つ前記燃料注入口の内面に密着したリング状の第２外周リップ部を有する第２カバー部材と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
前記第１カバー部材は前記第１外周リップ部と対向する内側に向かって突出したリング状の第１内周リップ部を有し、
前記第２カバー部材は前記第２外周リップ部と対向する内側に向かって突出したリング状の第２内周リップ部を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記第１カバー部材は外側に向かって突出し且つ前記第１外周リップ部の外径よりも小さい外径のリング状の第１フランジ部を有し、
前記第２カバー部材は外側に向かって突出し且つ前記第２外周リップ部の外径よりも小さい外径のリング状の第２フランジ部を有することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記燃料タンクは前記燃料排出口の第１底面を有し、
前記燃料排出口に挿入された前記連通管の一端面は前記第１カバー部材によってカバーされ、
さらに、前記第１底面と前記第１カバー部材との間に配置された第１フィルタを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１６】
さらに、前記第１カバー部材との間で前記第１フィルタを保持するカップ状の第１ホルダを備えたことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記燃料電池本体は前記燃料注入口の第２底面を有し、
前記燃料注入口に挿入された前記連通管の他端面は前記第２カバー部材によってカバーされ、
さらに、前記第２底面と前記第２カバー部材との間に配置された第２フィルタを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１８】
さらに、前記第２カバー部材との間で前記第２フィルタを保持するカップ状の第２ホルダを備えたことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１１７５８８（Ｐ２０１１−１１７５８８Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９５２６（Ｐ２０１０−１０９５２６）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
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