燃料電池用燃料カートリッジ、燃料電池およびカップラ
【課題】燃料電池に液体燃料を供給する燃料カートリッジにおいて、ノズル先端に残留した液体燃料が操作者に触れないようにして安全性や信頼性を高める。
【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ５は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体８と、液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部９とを具備する。ノズル部９は、カートリッジ本体８に設けられ、燃料電池本体のソケット部６に挿入される挿入部１４先端に凹部１５を有するノズルヘッド１２と、このノズルヘッド１２内に配置されたバルブ機構（１９、２０、２１、２２）とを備えている。ノズル先端に残留した液体燃料は凹部１５内に収容される。
【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ５は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体８と、液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部９とを具備する。ノズル部９は、カートリッジ本体８に設けられ、燃料電池本体のソケット部６に挿入される挿入部１４先端に凹部１５を有するノズルヘッド１２と、このノズルヘッド１２内に配置されたバルブ機構（１９、２０、２１、２２）とを備えている。ノズル先端に残留した液体燃料は凹部１５内に収容される。
【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とそれを用いた燃料電池、およびこれら燃料カートリッジと燃料電池との接続機構等に用いられるカップラに関する。
【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、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた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、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、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、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。
【０００４】
内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣにおいては、燃料タンク内の液体燃料を例えば燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させ、この液体燃料の気化成分を燃料極に供給している（例えば特許文献１〜２参照）。また、燃料タンクに対しては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においては、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】
【０００５】
サテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジからＤＭＦＣの燃料タンク内に液体燃料を供給（注入）するにあたっては、安全性等の観点から液体燃料の漏洩を防止することが重要となる。燃料カートリッジとＤＭＦＣの燃料タンクは、上述したようなバルブ機構を内蔵するカップラ（ノズルおよびソケット）で液体燃料を遮断することが可能とされている。また、燃料カートリッジと燃料タンクとの接続時に関しては、ノズルとソケットの接続部をシールする機構が適用されており、液体燃料の漏れを防止している。
【０００６】
上述したように、燃料カートリッジや燃料タンクの各部に対して液体燃料の漏洩を防止する機構が適用されているものの、液体燃料を供給した後の燃料カートリッジを燃料タンクから抜いた際に、燃料カートリッジのノズル先端にメタノール燃料等が液体の状態で付着している場合がある。このようなノズル先端に付着した僅かな液体燃料であっても、安全性等を高める上で操作者に触れないようにすることが求められている。
【０００７】
また、燃料カートリッジは操作者によって取り扱われるため、取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等が加えられた場合に、ノズル部先端に設けられたバルブ機構を損傷したり、ひいては液体燃料が漏洩するおそれがある。このようなことから、燃料カートリッジの取り扱い時におけるノズル先端部のバルブ機構の損傷を防止し、安全性のさらなる向上が求められている。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、燃料カートリッジのノズル先端に残留（付着）した液体燃料が操作者に触れないようにすること、さらには燃料カートリッジのノズル先端部のバルブ機構の損傷を防止することによって、安全性や信頼性を高めた燃料電池用燃料カートリッジ、およびそのような燃料カートリッジを適用した燃料電池、さらに燃料カートリッジの接続機構等に用いられるカップラ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】
【０００９】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部とを具備する燃料電池用燃料カートリッジにおいて、前記ノズル部は前記カートリッジ本体に設けられ、前記燃料電池本体のソケット部に挿入される挿入部先端に凹部を有するノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の態様に係る燃料電池は、上記した本発明の態様に係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タンクと、前記燃料タンク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することを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様に係るカップラは、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えると共に、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラであって、前記プラグは前記ソケットに嵌合される嵌合部先端に凹部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池本体のソケット部に挿入されるノズル部の挿入部先端に凹部を設けているため、ノズル部の先端側に液体燃料が残留（付着）したとしても、この液体燃料は挿入部先端の凹部内に収容されることになる。従って、操作者が液体燃料に触れることはない。また、ノズル部の挿入部先端に凹部が設けられているため、ノズルヘッド内のバルブ機構の先端部は凹部内に配置されることになり、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することができ、バルブ機構の損傷による液体燃料の漏洩も防止することができる。このような燃料電池用燃料カートリッジおよびそれを用いた燃料電池によれば、安全性や信頼性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。図１に示す燃料電池１は、起電部となる燃料電池セル２と燃料タンク３とから主として構成される燃料電池本体４と、燃料タンク３に液体燃料を供給するサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジ５とを具備している。燃料タンク３の下面側には、液体燃料の供給口となるソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。ソケット部６は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料が供給されるとき以外は閉状態とされている。
【００１５】
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注出口となるノズル部９が設けられている。ノズル部９は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料を供給するとき以外は閉状態とされている。このような燃料カートリッジ５は、例えば燃料タンク３に液体燃料を注入するときのみ燃料電池本体４に接続されるものである。
【００１６】
燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８には、燃料電池本体４に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容されている。なお、カートリッジ本体８に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池本体４に応じた液体燃料が収容される。
【００１７】
上述した燃料電池本体４の燃料タンク３に設けられたソケット部６と燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８に設けられたノズル部９とは、一対の接続機構（カップラ）を構成するものである。ソケット部６とノズル部９とで構成されたカップラの具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。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。なお、図２および図３は主としてノズル部９とソケット部６の構成を一部断面で示した図である。
【００１８】
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／プラグ）９は、先端側にノズル口１１が開口されたノズルヘッド１２を有している。ノズルヘッド１２は、カートリッジ本体８の先端開口部に固着されるベース部１３と、ソケット部６に挿入される挿入部１４とを有している。円筒状の挿入部１４は、その軸方向がノズル部９の挿入方向と平行となるように、ベース部１３から突出して形成されている。
【００１９】
ノズルヘッド１２の挿入部１４の先端には、図４ないし図７に示すように凹部１５が設けられている。ノズル口１１は凹部１５内に開口している。すなわち、凹部１５は挿入部１４の先端面をへこませるように設けられており、この凹部１５の底面にノズル口１１が開口している。このように、ノズル口１１を挿入部１４の先端に設けた凹部１５内に開口させることによって、ノズル口１１の実質的な先端は凹部１５の底面により構成されている。凹部１５は後に詳述するように、ノズル部９の先端側に付着（残留）した液体燃料の収容部として機能し、これによって操作者が液体燃料に触れることが防止される。
【００２０】
さらに、ノズル口１１の実質的な先端は凹部１５の底面に形成されているため、バルブ機構の先端は実質的に凹部１５の底部に配置されることになる。従って、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することが可能となる。これによって、バルブ機構の損傷による液体燃料の漏洩も防止することができる。
【００２１】
ノズルヘッド１２の挿入部１４の外周には、燃料カートリッジ５に過剰な回転力が加わった際に、ノズル部９とソケット部６との接続状態を解除する手段としてカム部１６が設けられている。カム部１６は挿入部１４の先端から根元側に一段下がった位置に形成されており、挿入部１４の円周方向に沿って傾斜するカム面１６ａを有している。すなわち、カム部１６は挿入部１４の円周方向に対して上方に突き出す傾斜面を円周方向両側に備えるカム面１３により構成されている。カム部１６は挿入部１４の円周方向に対して複数個所（図４ないし図７では3箇所）に設けられている。
【００２２】
上述したように、カム部１６が挿入部１４の外周面の先端から一段下がった位置に形成されているため、挿入部１４は凹部１５を有する先端部１４ａのみが突出した状態とされており、この挿入部１４の先端突出部１４ａがソケット部６への実質的な挿入部分として機能する。この挿入部１４の先端突出部１４ａは外周側角部が曲面状（Ｒ形状）とされている。これによって、燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重等が加わった際に、ノズル部９がソケット部６から離脱しやすくしている。この点については後述する。さらに、挿入部１４の外周面には、ノズル部９とソケット部６との接続保持手段としてのバネリテンション（後述）が係合する溝１７が形成されている。
【００２３】
ノズルヘッド１２のベース部１３の内側には、カップ状のバルブホルダ１８が配置されている。バルブホルダ１８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とベース部１３とで挟み込まれて固定されている。バルブホルダ１８内には、バルブ１９が配置されている。バルブ１９はバルブヘッド１９ａとバルブステム１９ｂとを備えている。バルブヘッド１９ａはバルブホルダ１８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１９ｂは円筒状の挿入部１４内に収容されている。
【００２４】
上述したようなバルブヘッド１９ａとバルブステム１９ｂとを有するバルブ１９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１９ａとベース部１３の内側に形成されたバルブシート２０との間には、Ｏリング２１が配置されている。バルブ１９には圧縮スプリング２２等の弾性部材でバルブヘッド１９ａをバルブシート２０に押し付ける力が加えられており、これらによってＯリング２１は押圧されている。
【００２５】
圧縮スプリング２２等の弾性部材は、ノズル部９内を通過する液体燃料に晒されるため、耐食性等に優れる材料で構成することが好ましく、例えば不動態化処理や金コーティング等を施した金属スプリング（バネ鋼からなるスプリング等）を使用することが望ましい。また、これら弾性部材やＯリング２１等には、嵌合時や使用時の密封性を確保することを目的として、後述する圧縮永久歪が1〜80の範囲、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材も有効である。
【００２６】
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２１を介してバルブヘッド１９ａをバルブシート２０に押し付けることによって、ノズル部９内の流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に接続すると、バルブステム１９ｂが後退してバルブヘッド１９ａがバルブシート２０から離れることによって、ノズル部９内の流路が開状態とされる。バルブホルダ１８の底部には連通孔１８ａが設けられており、この液体燃料の通路となる連通孔１８ａを介してカートリッジ本体８内の液体燃料はノズル部９内に流出する。
【００２７】
さらに、ノズルヘッド１２の外側にはコンテナノズル２３が配置されており、このコンテナノズル２３をカートリッジ本体８に例えば螺着することによって、ノズルヘッド１２やバルブ１９等を有するノズル部９がカートリッジ本体８の先端部（開口を有する先端部）に固着されている。なお、図２および図３は複層構造のカートリッジ本体８を示しており、８ａはメタノール燃料等の液体燃料と直接的に接する内容器、８ｂは内容器８ａを保護する外容器（ハードケース）である。
【００２８】
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／ソケット）６は、円筒状のソケット本体３１を有している。ソケット本体３１は本体上部３１ａ、本体中部３１ｂ、本体下部３１ｃ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（図２および図３では図示せず）内に埋め込まれている。ソケット本体３１の本体中部３１ｂ上には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ３２が設置されている。ゴムホルダ３２はジャバラ形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ３２はノズルヘッド１２の挿入部１４との間にシールを形成するシール部材であり、その内側は液体燃料の通路とされている。
【００２９】
具体的には図８に示すように、ゴムホルダ３２の先端をノズルヘッド１２の挿入部１４先端に設けられた凹部１５に嵌め合わせることによって、ゴムホルダ３２とノズルヘッド１２の挿入部１４との間にシールが形成される。実際のシールはゴムホルダ３２の先端面と凹部１５の底面との間（面シール）、もしくは凹部１５の底面を傾斜面とした場合にはこの傾斜面とゴムホルダ３２の先端角部との間（ラインシール）に形成される。このように、ノズルヘッド１２の挿入部１４の先端に設けられた凹部１５は、ソケット部６（具体的にはゴムホルダ３２）との間のシール性の向上にも寄与する。
【００３０】
さらに、バルブ機構の例えばバルブステム１９ｂの先端は、実質的に凹部１５底部に配置されることになるため、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することが可能となる。よって、バルブ機構の損傷による液体燃料が漏洩するおそれも防止することができる。
【００３１】
ゴムホルダ３２とノズルヘッド１２の挿入部１４との間は、例えば図９に示すように複数個所でシールすることが好ましい。すなわち、ソケット部６とノズル部９とによる接続機構は、これらの接続時に液体燃料の外部への漏洩を防止するシール部を複数備えていることが好ましい。これによって、液体燃料の外部への漏洩をより確実に防止することが可能となる。図９に示すゴムホルダ３２は、凹部１５の底面と接触する先端部と、挿入部１４の先端と接触するリング部３２ａとによって、ノズルヘッド１２の挿入部１４との間に複数（2箇所）のシール部を形成している。
【００３２】
上述したゴムホルダ（弾性部材）３２は、ソケット部６内を通過する液体燃料に晒されるため、耐メタノール性等に優れる材料で構成することが好ましい。具体的には、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成することが好ましい。エラストマーの具体例としては、過酸化物架橋エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、動的架橋オレフィン系熱可塑性エラストマー、結晶擬似架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。このような弾性部材は上述したようにバルブ機構のスプリング等に代えて使用することも可能である。
【００３３】
ここで、エラストマーの圧縮永久歪を1〜80の範囲とし、特定の回復力を付与することで、燃料電池用カートリッジ、燃料電池、あるいはカップラの使用時における十分な密閉性を確保することができる。また、エラストマーの硬度（Type A）を40〜70の範囲とすることで、燃料電池用カートリッジ、燃料電池、あるいはカップラの製造時の嵌合時等における変形を防止することができ、十分な密閉性を確保することが可能となる。
【００３４】
なお、圧縮永久歪はJIS K6262の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの永久ひずみ試験方法」に準拠し、エラストマーを25％歪、70℃で24時間処理後、歪み量を測定した際の値である。また、硬度（Type A）はJIS K6253「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法（デュロメータ タイプＡ）」に準拠する方法で測定した際の値である。
【００３５】
燃料電池の性能試験は、「発電セル出力密度：37.5mW/cm2、Anode：（標準液）5vol％MeOH 0.1cc/min/cm2、Cathode：Air 32cc/min/cm2、温度：30℃」とし、セルはエイジングを行い、電流密度が100mA/cm2にて0.375Vの起電圧が確保できることを確認した後に、試験に使用する。MeOHは和光純薬製メタノール（特級）とMilli-Q（Ultrapure Organic Cartridge）を用いて、電気抵抗値が18MΩ・cmを超える値を示す精製した純水を使用して調製する。試験手順は以下の通りである。
【００３６】
内容量50ccのカートリッジ中で、細かく刻んだエラストマー0.03gをメタノール（特級）25ccに浸漬して、テトラフルオロエチレン製パッキンを内包するキャップにより密閉して60℃で1週間保存後、Milli-Qを用いて5vol％となるように調製したメタノール水溶液を試験液とする。燃料として標準液を用いて0.375V以上の起電圧が確保できることを確認し、発生した起電圧を初期起電圧（Ｖ0）とする。続いて燃料を試験液に切り替えて試験を行うと、時間の経過と共に起電圧（Ｖ1）が低下していくが、起電圧低下度〔（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0×100〕が3％となる試験時間を作動限界時間（Ｔ）とする。
【００３７】
ソケット本体３１の本体上部３１ａの上面には、ノズルヘッド１２の挿入部１４外周に設けたカム部１６に対応するカムフォロア部３３が形成されている。カムフォロア部３３はカム部１６の突起形状に対応した溝として形成されている。カムフォロア部３３はソケット部６とノズル部９とが接続するまではカム部１６と接触することがないように構成されている。カム部１６とカムフォロア部３３とは一対の形状をなすため、例えば液体燃料に応じて形状を規定することによって、液体燃料の誤注入等を防止することができる。
【００３８】
すなわち、カム部１６とカムフォロア部３３の形状を、それぞれ特定の液体燃料に応じた形状とする。言い換えると、カム部１６とカムフォロア部３３の形状を液体燃料の種別や濃度等に応じて変えることによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料を収容する燃料カートリッジ５のノズル部９を、燃料タンク３のソケット部６に接続した場合のみに、カム部１６とカムフォロア部３３とが噛み合うようにすることができる。これによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料のみが供給されるようになるため、液体燃料の誤注入による動作不良や特性低下等を防止することが可能となる。
【００３９】
さらに、ソケット本体３１の本体上部３１ａには、図１０および図１１に示すように、ノズル部９とソケット部６との接続保持手段として機能するバネリテンション３４が装着されている。バネリテンション３４は、ソケット部６の軸方向内側に向けてバネ力（復元力）を有しており、このバネ力で挿入部１４の外周面に設けられた溝１７と係合する。これによって、ノズル部９とソケット部６との接続状態が保持される。バネリテンション３４は複数個所で溝１７と係合するように構成されている。なお、カム部１６とカムフォロア部３３とによる接続解除やバネリテンション３４による接続保持については後述する。
【００４０】
ソケット本体３１内にはバルブ３５が配置されている。バルブ３５はバルブヘッド３５ａとバルブステム３５ｂとを備えている。バルブヘッド３５ａは本体中部３１ｂと本体下部３１ｃ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３５ｂはゴムホルダ３２内に収納されている。このようなバルブ３５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３５ａと本体中部３１ｂの下面側に形成されたバルブシート３６との間には、Ｏリング３７が配置されている。
【００４１】
バルブ３５には圧縮スプリング３８等の弾性部材でバルブヘッド３５ａをバルブシート３６に押し付ける力が常時加えられており、これによってＯリング３７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３７を介してバルブヘッド３５ａがバルブシート３６に押し付けられており、これによりソケット部６内の流路が閉状態とされている。燃料電池本体４に燃料カートリッジ５を接続すると、バルブステム３５ｂが後退してバルブヘッド３５ａがバルブシート３６から離れることで、ソケット部６内の流路が開状態とされる。
【００４２】
ソケット本体３１の本体下部３１ｃには、燃料供給部７内を介して燃料タンク３に接続された連通孔３９が設けられている。このように、ソケット部６はソケット本体３１内に設けられた流路が本体下部３１ｃに設けられた連通孔３９を介して燃料タンク３に接続されている。そして、バルブ１９、３５を開状態としてノズル部９およびソケット部６内の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料をノズル部９およびソケット部６を介して燃料タンク３内に注入することが可能とされている。
【００４３】
燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、燃料カートリッジ５のノズル部９をソケット部６に挿入して接続する。ノズル部９をソケット部６に挿入すると、まずノズルヘッド１２の挿入部１４先端に設けられた凹部１５とゴムホルダ３２の先端とが接触し、バルブ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する。挿入部１４とゴムホルダ３２とのシールについては前述した通りであり、図８に示したように1箇所でシールしてもよいし、また図９に示したように複数個所（2箇所）でシールしてもよい。
【００４４】
ノズルヘッド１２の挿入部１４とゴムホルダ３２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１９ｂとソケット部６のバルブステム３５ｂの先端同士が突き当たる。この状態からさらにノズル部９をソケット部６に差し込むと、ソケット部６のバルブ３５が後退して流路を完全に開放した後、ノズル部９のバルブ１９が後退して液体燃料流路が確立する。この液体燃料流路の確立と同時に、ソケット部６のバネリテンション３４がノズルヘッド１２の挿入部１４の外周面に設けられた溝１７と係合することによって、ノズル部９とソケット部６との接続状態が保持される。
【００４５】
このように、ノズル部９とソケット部６とを接続すると共に、それらに内蔵されたバルブ機構をそれぞれ開状態として液体燃料流路を開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給する。液体燃料の供給終了後には燃料カートリッジ５を引き抜くことで、ノズル部９とソケット部６との接続を解除する。この際、ノズル部９とソケット部６のバルブ機構は、それぞれ接続状態が解除されることで閉状態に戻るため、燃料カートリッジ５や燃料タンク３から液体燃料が漏洩することはない。ただし、バルブステム１９ｂ、３５ｂの表面等に付着した僅かな液体燃料がノズル部９の先端側に残留する場合がある。
【００４６】
上述したようなノズル部９の先端側に残留（付着）した僅かな液体燃料であっても、安全性等を高める上で操作者に触れないようにすることが重要となる。このような点に対して、この実施形態ではノズルヘッド１２の挿入部１４先端に凹部１５を設けており、ゴムホルダ３２との接触面は凹部１５内に存在しているため、たとえノズル部９の先端側に液体燃料が残留したとしても、この残留した液体燃料は凹部１５内に収容されることになる。従って、操作者が液体燃料に触れることはないため、燃料カートリッジ５およびそれを用いた燃料電池１の安全性や信頼性を高めることが可能となる。
【００４７】
ところで、燃料カートリッジ５およびそれを用いた燃料電池１の安全性や信頼性をより一層高めるためには、燃料タンク３に接続した燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重や回転力等が加わった際に、ノズル部９がソケット部６から離脱しやすくする必要である。燃料カートリッジ５に過剰な回転力が加わった場合については、前述したようにカム部１６とカムフォロア部３３とに基づいて接続状態が解除される。すなわち、図１２Ａないし図１２Ｄに示すように、カム部１６のカム面１６ａとカムフォロア部（カムフォロア溝）３３とが接触しながら回転することによって、中心軸方向の力がノズル部９とソケット部６とを引き離すように作用するため、これらの接続状態が解除される。
【００４８】
燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重が加わった場合、特にノズル部９が破損しやすい。すなわち、燃料カートリッジ５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）が加わった際に破損するおそれがある。具体的には、ノズルヘッド１２のベース部１３から突出した挿入部１４が折れる可能性が高い。ノズル部９が破損する危険性は小径化するほど高まり、さらにノズル部９を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の曲げ荷重に対する靭性に劣る材料で構成した際に破損しやすくなる。
【００４９】
例えば、ノズル部９のノズルヘッド１２やバルブ１９等はメタノール燃料等と直接接することから、その構成材料は耐メタノール性を有していることが好ましい。このような材料としては、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。これらは靭性に劣ることから、曲げ荷重が加わった際に破損するおそれがある。
【００５０】
このような曲げ荷重に対しては、前述したように実質的な挿入部分として機能する挿入部１４の先端突出部１４ａの外周側角部を曲面状（Ｒ形状）とすることが有効である。これによって、燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重が加わった際に、図１３や図１４に示すようにノズル部９がソケット部６から離脱しやすくなる。なお、図１３はカム部１６が存在していない部分を支点とした曲げ荷重が加わった状態を示しており、図１４はカム部１６を支点とした曲げ荷重が加わった状態を示している。いずれの場合においても、挿入部１４の先端突出部１４ａの外周を曲面とすることで、ノズル部９が離脱しやすくなる。
【００５１】
ただし、ノズル部９の挿入部１４の形状（例えば挿入長さ）や材質等によっては、ノズル部９が過剰な曲げ荷重で破損することが考えられる。このような点に対しては、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（具体的には挿入部１４）を変形させてソケット部６から離脱させることが好ましい。すなわち、ノズルヘッド１２の挿入部１４（ベース部１３が挿入部１４と一体成形されている場合にはベース部１３も含む）を、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する。このように、ノズルヘッド１２に変形しやすい軟質樹脂で形成された部品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できる。
【００５２】
ノズルヘッド１２の変形は弾性変形に限らず、その一部を塑性変形させてもよい。また、ソケット部６の一部を弾性変形もしくは塑性変形させることで、ノズル部９のソケット部６からの離脱を促すようにしてもよい。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やソケット部６の一部を弾性変形または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、特に燃料カートリッジ５のノズル部９が破損することによる不具合（液漏れ等）の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
ノズル部９やソケット部６の弾性変形や塑性変形を実現する上で、それらの構成材料にはJIS K7171に基づく曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂を適用することが好ましい。このような樹脂はノズル部９やソケット部６の一部に適用することができる。曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂を使用することによって、ノズル部９の弾性変形や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。
【００５４】
上述したような条件を満足する樹脂としては、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。
【００５５】
ノズル部９（具体的にはノズルヘッド１２）の構成材料である樹脂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にメタノール燃料等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る。従って、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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)
【００５８】
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。
【００５９】
【表１】
【００６０】
ノズル部９のノズルヘッド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、ノズルヘッド１２以外の部品についても軟質の樹脂を適用することができる。
【００６１】
次に、燃料電池本体４の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１５を参照して説明する。図１５に示す内部気化型（パッシブ型）のＤＭＦＣ４は、起電部を構成する燃料電池セル２と燃料タンク３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜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に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜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】
燃料タンク３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料が充填されている。また、燃料タンク３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料タンク３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜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、燃料タンク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、この実施形態のパッシブ型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、燃料タンク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９では図示を省略したが、図１に示したように燃料タンク３の下面側にはソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。
【００６９】
上述したような構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４においては、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜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、燃料タンク３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層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、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液や純メタノール）は消費される。燃料タンク３内の液体燃料Ｆが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク３内に燃料カートリッジ５から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ５からの液体燃料の供給は、前述したように燃料カートリッジ５側のノズル部９を燃料電池本体４側のソケット部６に挿入して接続することにより実施される。
【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】本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池における燃料カートリッジ側のノズル部と燃料電池本体側のソケット部の構成（未接続状態）を一部断面で示す図である。
【図３】図２に示すノズル部とソケット部との接続状態を一部断面で示す図である。
【図４】図２に示すノズル部のノズルヘッドを拡大して示す斜視図である。
【図５】図４に示すノズルヘッドの上面図である。
【図６】図４に示すノズルヘッドの正面図である。
【図７】図４に示すノズルヘッドの断面図である。
【図８】図２に示すノズル部のノズルヘッドとソケット部のゴムホルダとによるシールの一例を示す断面図である。
【図９】ノズル部のノズルヘッドとソケット部のゴムホルダとによるシールの他の例を示す断面図である。
【図１０】図２に示すソケット部のバネリテンションを拡大して示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すバネリテンションをソケット部のソケット本体に装着した状態を示す正面図である。
【図１２Ａ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部とカムフォロア部とが噛み合った状態を示す図である。
【図１２Ｂ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部がカムフォロア部に沿って回転しつつ上昇した状態を示す図である。
【図１２Ｃ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部がカムフォロア部に沿ってさらに回転しつつ上昇した状態を示す図である。
【図１２Ｄ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部とカムフォロア部との接続状態が解除された状態を示す図である。
【図１３】曲げ荷重でノズル部がソケット部から離脱する状態の一例を示す断面図である。
【図１４】曲げ荷重でノズル部がソケット部から離脱する状態の他の例を示す断面図である。
【図１５】図１に示す燃料電池における燃料電池本体の一例として内部気化型ＤＭＦＣの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料タンク、４…燃料電池本体、５…燃料カートリッジ、６…ソケット部（メス側カップラ）、８…カートリッジ本体、９…ノズル部（オス側カップラ）、１１…ノズル口、１２…ノズルヘッド、１４…挿入部、１５…凹部、１６…カム部、１８…バルブホルダ、１９，３５…バルブ、１９ａ，３５ａ…バルブヘッド、１９ｂ，３５ｂ…バルブステム、２０，３６…バルブシート、２１．３７…Ｏリング、２２，３８…圧縮スプリング、３１…ソケット本体、３２…ゴムホルダ、３３…カムフォロア部、３４…バネリテンション。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池、およびこれら燃料カートリッジと燃料電池との接続機構等に用いられるカップラに関する。
【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、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた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、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、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、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。
【０００４】
内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣにおいては、燃料タンク内の液体燃料を例えば燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させ、この液体燃料の気化成分を燃料極に供給している（例えば特許文献１〜２参照）。また、燃料タンクに対しては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においては、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】
【０００５】
サテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジからＤＭＦＣの燃料タンク内に液体燃料を供給（注入）するにあたっては、安全性等の観点から液体燃料の漏洩を防止することが重要となる。燃料カートリッジとＤＭＦＣの燃料タンクは、上述したようなバルブ機構を内蔵するカップラ（ノズルおよびソケット）で液体燃料を遮断することが可能とされている。また、燃料カートリッジと燃料タンクとの接続時に関しては、ノズルとソケットの接続部をシールする機構が適用されており、液体燃料の漏れを防止している。
【０００６】
上述したように、燃料カートリッジや燃料タンクの各部に対して液体燃料の漏洩を防止する機構が適用されているものの、液体燃料を供給した後の燃料カートリッジを燃料タンクから抜いた際に、燃料カートリッジのノズル先端にメタノール燃料等が液体の状態で付着している場合がある。このようなノズル先端に付着した僅かな液体燃料であっても、安全性等を高める上で操作者に触れないようにすることが求められている。
【０００７】
また、燃料カートリッジは操作者によって取り扱われるため、取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等が加えられた場合に、ノズル部先端に設けられたバルブ機構を損傷したり、ひいては液体燃料が漏洩するおそれがある。このようなことから、燃料カートリッジの取り扱い時におけるノズル先端部のバルブ機構の損傷を防止し、安全性のさらなる向上が求められている。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、燃料カートリッジのノズル先端に残留（付着）した液体燃料が操作者に触れないようにすること、さらには燃料カートリッジのノズル先端部のバルブ機構の損傷を防止することによって、安全性や信頼性を高めた燃料電池用燃料カートリッジ、およびそのような燃料カートリッジを適用した燃料電池、さらに燃料カートリッジの接続機構等に用いられるカップラ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】
【０００９】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部とを具備する燃料電池用燃料カートリッジにおいて、前記ノズル部は前記カートリッジ本体に設けられ、前記燃料電池本体のソケット部に挿入される挿入部先端に凹部を有するノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の態様に係る燃料電池は、上記した本発明の態様に係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タンクと、前記燃料タンク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することを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様に係るカップラは、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えると共に、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラであって、前記プラグは前記ソケットに嵌合される嵌合部先端に凹部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池本体のソケット部に挿入されるノズル部の挿入部先端に凹部を設けているため、ノズル部の先端側に液体燃料が残留（付着）したとしても、この液体燃料は挿入部先端の凹部内に収容されることになる。従って、操作者が液体燃料に触れることはない。また、ノズル部の挿入部先端に凹部が設けられているため、ノズルヘッド内のバルブ機構の先端部は凹部内に配置されることになり、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することができ、バルブ機構の損傷による液体燃料の漏洩も防止することができる。このような燃料電池用燃料カートリッジおよびそれを用いた燃料電池によれば、安全性や信頼性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。図１に示す燃料電池１は、起電部となる燃料電池セル２と燃料タンク３とから主として構成される燃料電池本体４と、燃料タンク３に液体燃料を供給するサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジ５とを具備している。燃料タンク３の下面側には、液体燃料の供給口となるソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。ソケット部６は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料が供給されるとき以外は閉状態とされている。
【００１５】
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注出口となるノズル部９が設けられている。ノズル部９は後に詳述するようにバルブ機構を内蔵しており、液体燃料を供給するとき以外は閉状態とされている。このような燃料カートリッジ５は、例えば燃料タンク３に液体燃料を注入するときのみ燃料電池本体４に接続されるものである。
【００１６】
燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８には、燃料電池本体４に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容されている。なお、カートリッジ本体８に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池本体４に応じた液体燃料が収容される。
【００１７】
上述した燃料電池本体４の燃料タンク３に設けられたソケット部６と燃料カートリッジ５のカートリッジ本体８に設けられたノズル部９とは、一対の接続機構（カップラ）を構成するものである。ソケット部６とノズル部９とで構成されたカップラの具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。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。なお、図２および図３は主としてノズル部９とソケット部６の構成を一部断面で示した図である。
【００１８】
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／プラグ）９は、先端側にノズル口１１が開口されたノズルヘッド１２を有している。ノズルヘッド１２は、カートリッジ本体８の先端開口部に固着されるベース部１３と、ソケット部６に挿入される挿入部１４とを有している。円筒状の挿入部１４は、その軸方向がノズル部９の挿入方向と平行となるように、ベース部１３から突出して形成されている。
【００１９】
ノズルヘッド１２の挿入部１４の先端には、図４ないし図７に示すように凹部１５が設けられている。ノズル口１１は凹部１５内に開口している。すなわち、凹部１５は挿入部１４の先端面をへこませるように設けられており、この凹部１５の底面にノズル口１１が開口している。このように、ノズル口１１を挿入部１４の先端に設けた凹部１５内に開口させることによって、ノズル口１１の実質的な先端は凹部１５の底面により構成されている。凹部１５は後に詳述するように、ノズル部９の先端側に付着（残留）した液体燃料の収容部として機能し、これによって操作者が液体燃料に触れることが防止される。
【００２０】
さらに、ノズル口１１の実質的な先端は凹部１５の底面に形成されているため、バルブ機構の先端は実質的に凹部１５の底部に配置されることになる。従って、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することが可能となる。これによって、バルブ機構の損傷による液体燃料の漏洩も防止することができる。
【００２１】
ノズルヘッド１２の挿入部１４の外周には、燃料カートリッジ５に過剰な回転力が加わった際に、ノズル部９とソケット部６との接続状態を解除する手段としてカム部１６が設けられている。カム部１６は挿入部１４の先端から根元側に一段下がった位置に形成されており、挿入部１４の円周方向に沿って傾斜するカム面１６ａを有している。すなわち、カム部１６は挿入部１４の円周方向に対して上方に突き出す傾斜面を円周方向両側に備えるカム面１３により構成されている。カム部１６は挿入部１４の円周方向に対して複数個所（図４ないし図７では3箇所）に設けられている。
【００２２】
上述したように、カム部１６が挿入部１４の外周面の先端から一段下がった位置に形成されているため、挿入部１４は凹部１５を有する先端部１４ａのみが突出した状態とされており、この挿入部１４の先端突出部１４ａがソケット部６への実質的な挿入部分として機能する。この挿入部１４の先端突出部１４ａは外周側角部が曲面状（Ｒ形状）とされている。これによって、燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重等が加わった際に、ノズル部９がソケット部６から離脱しやすくしている。この点については後述する。さらに、挿入部１４の外周面には、ノズル部９とソケット部６との接続保持手段としてのバネリテンション（後述）が係合する溝１７が形成されている。
【００２３】
ノズルヘッド１２のベース部１３の内側には、カップ状のバルブホルダ１８が配置されている。バルブホルダ１８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とベース部１３とで挟み込まれて固定されている。バルブホルダ１８内には、バルブ１９が配置されている。バルブ１９はバルブヘッド１９ａとバルブステム１９ｂとを備えている。バルブヘッド１９ａはバルブホルダ１８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１９ｂは円筒状の挿入部１４内に収容されている。
【００２４】
上述したようなバルブヘッド１９ａとバルブステム１９ｂとを有するバルブ１９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１９ａとベース部１３の内側に形成されたバルブシート２０との間には、Ｏリング２１が配置されている。バルブ１９には圧縮スプリング２２等の弾性部材でバルブヘッド１９ａをバルブシート２０に押し付ける力が加えられており、これらによってＯリング２１は押圧されている。
【００２５】
圧縮スプリング２２等の弾性部材は、ノズル部９内を通過する液体燃料に晒されるため、耐食性等に優れる材料で構成することが好ましく、例えば不動態化処理や金コーティング等を施した金属スプリング（バネ鋼からなるスプリング等）を使用することが望ましい。また、これら弾性部材やＯリング２１等には、嵌合時や使用時の密封性を確保することを目的として、後述する圧縮永久歪が1〜80の範囲、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材も有効である。
【００２６】
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２１を介してバルブヘッド１９ａをバルブシート２０に押し付けることによって、ノズル部９内の流路を閉状態としている。一方、後述するように燃料カートリッジ５を燃料電池本体４に接続すると、バルブステム１９ｂが後退してバルブヘッド１９ａがバルブシート２０から離れることによって、ノズル部９内の流路が開状態とされる。バルブホルダ１８の底部には連通孔１８ａが設けられており、この液体燃料の通路となる連通孔１８ａを介してカートリッジ本体８内の液体燃料はノズル部９内に流出する。
【００２７】
さらに、ノズルヘッド１２の外側にはコンテナノズル２３が配置されており、このコンテナノズル２３をカートリッジ本体８に例えば螺着することによって、ノズルヘッド１２やバルブ１９等を有するノズル部９がカートリッジ本体８の先端部（開口を有する先端部）に固着されている。なお、図２および図３は複層構造のカートリッジ本体８を示しており、８ａはメタノール燃料等の液体燃料と直接的に接する内容器、８ｂは内容器８ａを保護する外容器（ハードケース）である。
【００２８】
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／ソケット）６は、円筒状のソケット本体３１を有している。ソケット本体３１は本体上部３１ａ、本体中部３１ｂ、本体下部３１ｃ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（図２および図３では図示せず）内に埋め込まれている。ソケット本体３１の本体中部３１ｂ上には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ３２が設置されている。ゴムホルダ３２はジャバラ形状と材料特性（ゴム弾性）に基づいて軸方向に弾性が付与されている。ゴムホルダ３２はノズルヘッド１２の挿入部１４との間にシールを形成するシール部材であり、その内側は液体燃料の通路とされている。
【００２９】
具体的には図８に示すように、ゴムホルダ３２の先端をノズルヘッド１２の挿入部１４先端に設けられた凹部１５に嵌め合わせることによって、ゴムホルダ３２とノズルヘッド１２の挿入部１４との間にシールが形成される。実際のシールはゴムホルダ３２の先端面と凹部１５の底面との間（面シール）、もしくは凹部１５の底面を傾斜面とした場合にはこの傾斜面とゴムホルダ３２の先端角部との間（ラインシール）に形成される。このように、ノズルヘッド１２の挿入部１４の先端に設けられた凹部１５は、ソケット部６（具体的にはゴムホルダ３２）との間のシール性の向上にも寄与する。
【００３０】
さらに、バルブ機構の例えばバルブステム１９ｂの先端は、実質的に凹部１５底部に配置されることになるため、操作者が取り扱い時にノズル部先端に過剰な負荷を加えた場合、さらには誤って落下あるいは衝撃等を加えた場合においても、ノズル部先端のバルブ機構の損傷を防止することが可能となる。よって、バルブ機構の損傷による液体燃料が漏洩するおそれも防止することができる。
【００３１】
ゴムホルダ３２とノズルヘッド１２の挿入部１４との間は、例えば図９に示すように複数個所でシールすることが好ましい。すなわち、ソケット部６とノズル部９とによる接続機構は、これらの接続時に液体燃料の外部への漏洩を防止するシール部を複数備えていることが好ましい。これによって、液体燃料の外部への漏洩をより確実に防止することが可能となる。図９に示すゴムホルダ３２は、凹部１５の底面と接触する先端部と、挿入部１４の先端と接触するリング部３２ａとによって、ノズルヘッド１２の挿入部１４との間に複数（2箇所）のシール部を形成している。
【００３２】
上述したゴムホルダ（弾性部材）３２は、ソケット部６内を通過する液体燃料に晒されるため、耐メタノール性等に優れる材料で構成することが好ましい。具体的には、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成することが好ましい。エラストマーの具体例としては、過酸化物架橋エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、動的架橋オレフィン系熱可塑性エラストマー、結晶擬似架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。このような弾性部材は上述したようにバルブ機構のスプリング等に代えて使用することも可能である。
【００３３】
ここで、エラストマーの圧縮永久歪を1〜80の範囲とし、特定の回復力を付与することで、燃料電池用カートリッジ、燃料電池、あるいはカップラの使用時における十分な密閉性を確保することができる。また、エラストマーの硬度（Type A）を40〜70の範囲とすることで、燃料電池用カートリッジ、燃料電池、あるいはカップラの製造時の嵌合時等における変形を防止することができ、十分な密閉性を確保することが可能となる。
【００３４】
なお、圧縮永久歪はJIS K6262の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの永久ひずみ試験方法」に準拠し、エラストマーを25％歪、70℃で24時間処理後、歪み量を測定した際の値である。また、硬度（Type A）はJIS K6253「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法（デュロメータ タイプＡ）」に準拠する方法で測定した際の値である。
【００３５】
燃料電池の性能試験は、「発電セル出力密度：37.5mW/cm2、Anode：（標準液）5vol％MeOH 0.1cc/min/cm2、Cathode：Air 32cc/min/cm2、温度：30℃」とし、セルはエイジングを行い、電流密度が100mA/cm2にて0.375Vの起電圧が確保できることを確認した後に、試験に使用する。MeOHは和光純薬製メタノール（特級）とMilli-Q（Ultrapure Organic Cartridge）を用いて、電気抵抗値が18MΩ・cmを超える値を示す精製した純水を使用して調製する。試験手順は以下の通りである。
【００３６】
内容量50ccのカートリッジ中で、細かく刻んだエラストマー0.03gをメタノール（特級）25ccに浸漬して、テトラフルオロエチレン製パッキンを内包するキャップにより密閉して60℃で1週間保存後、Milli-Qを用いて5vol％となるように調製したメタノール水溶液を試験液とする。燃料として標準液を用いて0.375V以上の起電圧が確保できることを確認し、発生した起電圧を初期起電圧（Ｖ0）とする。続いて燃料を試験液に切り替えて試験を行うと、時間の経過と共に起電圧（Ｖ1）が低下していくが、起電圧低下度〔（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0×100〕が3％となる試験時間を作動限界時間（Ｔ）とする。
【００３７】
ソケット本体３１の本体上部３１ａの上面には、ノズルヘッド１２の挿入部１４外周に設けたカム部１６に対応するカムフォロア部３３が形成されている。カムフォロア部３３はカム部１６の突起形状に対応した溝として形成されている。カムフォロア部３３はソケット部６とノズル部９とが接続するまではカム部１６と接触することがないように構成されている。カム部１６とカムフォロア部３３とは一対の形状をなすため、例えば液体燃料に応じて形状を規定することによって、液体燃料の誤注入等を防止することができる。
【００３８】
すなわち、カム部１６とカムフォロア部３３の形状を、それぞれ特定の液体燃料に応じた形状とする。言い換えると、カム部１６とカムフォロア部３３の形状を液体燃料の種別や濃度等に応じて変えることによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料を収容する燃料カートリッジ５のノズル部９を、燃料タンク３のソケット部６に接続した場合のみに、カム部１６とカムフォロア部３３とが噛み合うようにすることができる。これによって、燃料電池本体４に対応した液体燃料のみが供給されるようになるため、液体燃料の誤注入による動作不良や特性低下等を防止することが可能となる。
【００３９】
さらに、ソケット本体３１の本体上部３１ａには、図１０および図１１に示すように、ノズル部９とソケット部６との接続保持手段として機能するバネリテンション３４が装着されている。バネリテンション３４は、ソケット部６の軸方向内側に向けてバネ力（復元力）を有しており、このバネ力で挿入部１４の外周面に設けられた溝１７と係合する。これによって、ノズル部９とソケット部６との接続状態が保持される。バネリテンション３４は複数個所で溝１７と係合するように構成されている。なお、カム部１６とカムフォロア部３３とによる接続解除やバネリテンション３４による接続保持については後述する。
【００４０】
ソケット本体３１内にはバルブ３５が配置されている。バルブ３５はバルブヘッド３５ａとバルブステム３５ｂとを備えている。バルブヘッド３５ａは本体中部３１ｂと本体下部３１ｃ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３５ｂはゴムホルダ３２内に収納されている。このようなバルブ３５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３５ａと本体中部３１ｂの下面側に形成されたバルブシート３６との間には、Ｏリング３７が配置されている。
【００４１】
バルブ３５には圧縮スプリング３８等の弾性部材でバルブヘッド３５ａをバルブシート３６に押し付ける力が常時加えられており、これによってＯリング３７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３７を介してバルブヘッド３５ａがバルブシート３６に押し付けられており、これによりソケット部６内の流路が閉状態とされている。燃料電池本体４に燃料カートリッジ５を接続すると、バルブステム３５ｂが後退してバルブヘッド３５ａがバルブシート３６から離れることで、ソケット部６内の流路が開状態とされる。
【００４２】
ソケット本体３１の本体下部３１ｃには、燃料供給部７内を介して燃料タンク３に接続された連通孔３９が設けられている。このように、ソケット部６はソケット本体３１内に設けられた流路が本体下部３１ｃに設けられた連通孔３９を介して燃料タンク３に接続されている。そして、バルブ１９、３５を開状態としてノズル部９およびソケット部６内の流路をそれぞれ開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料をノズル部９およびソケット部６を介して燃料タンク３内に注入することが可能とされている。
【００４３】
燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給するにあたっては、燃料カートリッジ５のノズル部９をソケット部６に挿入して接続する。ノズル部９をソケット部６に挿入すると、まずノズルヘッド１２の挿入部１４先端に設けられた凹部１５とゴムホルダ３２の先端とが接触し、バルブ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する。挿入部１４とゴムホルダ３２とのシールについては前述した通りであり、図８に示したように1箇所でシールしてもよいし、また図９に示したように複数個所（2箇所）でシールしてもよい。
【００４４】
ノズルヘッド１２の挿入部１４とゴムホルダ３２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１９ｂとソケット部６のバルブステム３５ｂの先端同士が突き当たる。この状態からさらにノズル部９をソケット部６に差し込むと、ソケット部６のバルブ３５が後退して流路を完全に開放した後、ノズル部９のバルブ１９が後退して液体燃料流路が確立する。この液体燃料流路の確立と同時に、ソケット部６のバネリテンション３４がノズルヘッド１２の挿入部１４の外周面に設けられた溝１７と係合することによって、ノズル部９とソケット部６との接続状態が保持される。
【００４５】
このように、ノズル部９とソケット部６とを接続すると共に、それらに内蔵されたバルブ機構をそれぞれ開状態として液体燃料流路を開くことによって、燃料カートリッジ５に収容された液体燃料を燃料電池本体４の燃料タンク３に供給する。液体燃料の供給終了後には燃料カートリッジ５を引き抜くことで、ノズル部９とソケット部６との接続を解除する。この際、ノズル部９とソケット部６のバルブ機構は、それぞれ接続状態が解除されることで閉状態に戻るため、燃料カートリッジ５や燃料タンク３から液体燃料が漏洩することはない。ただし、バルブステム１９ｂ、３５ｂの表面等に付着した僅かな液体燃料がノズル部９の先端側に残留する場合がある。
【００４６】
上述したようなノズル部９の先端側に残留（付着）した僅かな液体燃料であっても、安全性等を高める上で操作者に触れないようにすることが重要となる。このような点に対して、この実施形態ではノズルヘッド１２の挿入部１４先端に凹部１５を設けており、ゴムホルダ３２との接触面は凹部１５内に存在しているため、たとえノズル部９の先端側に液体燃料が残留したとしても、この残留した液体燃料は凹部１５内に収容されることになる。従って、操作者が液体燃料に触れることはないため、燃料カートリッジ５およびそれを用いた燃料電池１の安全性や信頼性を高めることが可能となる。
【００４７】
ところで、燃料カートリッジ５およびそれを用いた燃料電池１の安全性や信頼性をより一層高めるためには、燃料タンク３に接続した燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重や回転力等が加わった際に、ノズル部９がソケット部６から離脱しやすくする必要である。燃料カートリッジ５に過剰な回転力が加わった場合については、前述したようにカム部１６とカムフォロア部３３とに基づいて接続状態が解除される。すなわち、図１２Ａないし図１２Ｄに示すように、カム部１６のカム面１６ａとカムフォロア部（カムフォロア溝）３３とが接触しながら回転することによって、中心軸方向の力がノズル部９とソケット部６とを引き離すように作用するため、これらの接続状態が解除される。
【００４８】
燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重が加わった場合、特にノズル部９が破損しやすい。すなわち、燃料カートリッジ５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）が加わった際に破損するおそれがある。具体的には、ノズルヘッド１２のベース部１３から突出した挿入部１４が折れる可能性が高い。ノズル部９が破損する危険性は小径化するほど高まり、さらにノズル部９を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の曲げ荷重に対する靭性に劣る材料で構成した際に破損しやすくなる。
【００４９】
例えば、ノズル部９のノズルヘッド１２やバルブ１９等はメタノール燃料等と直接接することから、その構成材料は耐メタノール性を有していることが好ましい。このような材料としては、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。これらは靭性に劣ることから、曲げ荷重が加わった際に破損するおそれがある。
【００５０】
このような曲げ荷重に対しては、前述したように実質的な挿入部分として機能する挿入部１４の先端突出部１４ａの外周側角部を曲面状（Ｒ形状）とすることが有効である。これによって、燃料カートリッジ５に過剰な曲げ荷重が加わった際に、図１３や図１４に示すようにノズル部９がソケット部６から離脱しやすくなる。なお、図１３はカム部１６が存在していない部分を支点とした曲げ荷重が加わった状態を示しており、図１４はカム部１６を支点とした曲げ荷重が加わった状態を示している。いずれの場合においても、挿入部１４の先端突出部１４ａの外周を曲面とすることで、ノズル部９が離脱しやすくなる。
【００５１】
ただし、ノズル部９の挿入部１４の形状（例えば挿入長さ）や材質等によっては、ノズル部９が過剰な曲げ荷重で破損することが考えられる。このような点に対しては、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（具体的には挿入部１４）を変形させてソケット部６から離脱させることが好ましい。すなわち、ノズルヘッド１２の挿入部１４（ベース部１３が挿入部１４と一体成形されている場合にはベース部１３も含む）を、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する。このように、ノズルヘッド１２に変形しやすい軟質樹脂で形成された部品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できる。
【００５２】
ノズルヘッド１２の変形は弾性変形に限らず、その一部を塑性変形させてもよい。また、ソケット部６の一部を弾性変形もしくは塑性変形させることで、ノズル部９のソケット部６からの離脱を促すようにしてもよい。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やソケット部６の一部を弾性変形または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、特に燃料カートリッジ５のノズル部９が破損することによる不具合（液漏れ等）の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
ノズル部９やソケット部６の弾性変形や塑性変形を実現する上で、それらの構成材料にはJIS K7171に基づく曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂を適用することが好ましい。このような樹脂はノズル部９やソケット部６の一部に適用することができる。曲げ弾性率が1800MPa以下の樹脂を使用することによって、ノズル部９の弾性変形や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。
【００５４】
上述したような条件を満足する樹脂としては、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。
【００５５】
ノズル部９（具体的にはノズルヘッド１２）の構成材料である樹脂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にメタノール燃料等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る。従って、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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)
【００５８】
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。
【００５９】
【表１】
【００６０】
ノズル部９のノズルヘッド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、ノズルヘッド１２以外の部品についても軟質の樹脂を適用することができる。
【００６１】
次に、燃料電池本体４の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１５を参照して説明する。図１５に示す内部気化型（パッシブ型）のＤＭＦＣ４は、起電部を構成する燃料電池セル２と燃料タンク３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜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に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜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】
燃料タンク３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料が充填されている。また、燃料タンク３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料タンク３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜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、燃料タンク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、この実施形態のパッシブ型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、燃料タンク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９では図示を省略したが、図１に示したように燃料タンク３の下面側にはソケット部６を有する燃料供給部７が設けられている。
【００６９】
上述したような構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）４においては、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜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、燃料タンク３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層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、燃料タンク３内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液や純メタノール）は消費される。燃料タンク３内の液体燃料Ｆが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク３内に燃料カートリッジ５から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ５からの液体燃料の供給は、前述したように燃料カートリッジ５側のノズル部９を燃料電池本体４側のソケット部６に挿入して接続することにより実施される。
【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】本発明の一実施形態による燃料電池の構成を示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池における燃料カートリッジ側のノズル部と燃料電池本体側のソケット部の構成（未接続状態）を一部断面で示す図である。
【図３】図２に示すノズル部とソケット部との接続状態を一部断面で示す図である。
【図４】図２に示すノズル部のノズルヘッドを拡大して示す斜視図である。
【図５】図４に示すノズルヘッドの上面図である。
【図６】図４に示すノズルヘッドの正面図である。
【図７】図４に示すノズルヘッドの断面図である。
【図８】図２に示すノズル部のノズルヘッドとソケット部のゴムホルダとによるシールの一例を示す断面図である。
【図９】ノズル部のノズルヘッドとソケット部のゴムホルダとによるシールの他の例を示す断面図である。
【図１０】図２に示すソケット部のバネリテンションを拡大して示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すバネリテンションをソケット部のソケット本体に装着した状態を示す正面図である。
【図１２Ａ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部とカムフォロア部とが噛み合った状態を示す図である。
【図１２Ｂ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部がカムフォロア部に沿って回転しつつ上昇した状態を示す図である。
【図１２Ｃ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部がカムフォロア部に沿ってさらに回転しつつ上昇した状態を示す図である。
【図１２Ｄ】過剰な回転力によるノズル部とソケット部との接続状態の解除を説明するための図であって、カム部とカムフォロア部との接続状態が解除された状態を示す図である。
【図１３】曲げ荷重でノズル部がソケット部から離脱する状態の一例を示す断面図である。
【図１４】曲げ荷重でノズル部がソケット部から離脱する状態の他の例を示す断面図である。
【図１５】図１に示す燃料電池における燃料電池本体の一例として内部気化型ＤＭＦＣの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料タンク、４…燃料電池本体、５…燃料カートリッジ、６…ソケット部（メス側カップラ）、８…カートリッジ本体、９…ノズル部（オス側カップラ）、１１…ノズル口、１２…ノズルヘッド、１４…挿入部、１５…凹部、１６…カム部、１８…バルブホルダ、１９，３５…バルブ、１９ａ，３５ａ…バルブヘッド、１９ｂ，３５ｂ…バルブステム、２０，３６…バルブシート、２１．３７…Ｏリング、２２，３８…圧縮スプリング、３１…ソケット本体、３２…ゴムホルダ、３３…カムフォロア部、３４…バネリテンション。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部とを具備する燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ノズル部は、前記カートリッジ本体に設けられ、前記燃料電池本体のソケット部に挿入される挿入部先端に凹部を有するノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構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。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
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。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ノズル部は、その一部が前記曲げ荷重に対して弾性変形または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。
【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において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドとバルブステムとを有するバルブと、前記バルブヘッドを前記ノズルヘッド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前記液体燃料の流路を閉状態に保つ弾性部材とを備え、前記弾性部材は表面が不動態化処理された金属製スプリング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。
【請求項５】
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において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドとバルブステムとを有するバルブと、前記バルブヘッドを前記ノズルヘッド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前記液体燃料の流路を閉状態に保つ弾性部材とを備え、前記弾性部材は表面に金コーティングが施された金属製スプリング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。
【請求項６】
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において、
前記ノズル部は、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材を具備することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジと、
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タンクと、前記燃料タンク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
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池において、
前記ノズル部と前記ソケット部との接続状態は、前記ノズル部にその円周方向に沿って傾斜するように設けられたカム部と、前記ソケット部に前記接続状態までは前記カム部と接触しないように設けられたカムフォロア部とによって、過剰な回転力で解除されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池において、
前記カム部およびカムフォロア部は前記液体燃料に応じた形状を有し、前記燃料電池本体に対応した前記液体燃料を収容した前記燃料カートリッジのノズル部を前記ソケット部に接続した場合のみに、前記カム部と前記カムフォロア部とが噛み合うように構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の燃料電池において、
前記カム部は前記ノズルヘッドの挿入部の外周面に沿って設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項７ないし請求項１０のいずれか１項記載の燃料電池において、
前記ノズル部と前記ソケット部との接続時に前記液体燃料の外部への漏洩を防止するシール部を複数備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項７ないし請求項１１のいずれか１項記載の燃料電池において、
前記ソケット部は、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えると共に、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラであって、
前記プラグは前記ソケットに嵌合される嵌合部先端に凹部を有することを特徴とするカップラ。
【請求項１】
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記液体燃料を燃料電池本体に供給するノズル部とを具備する燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ノズル部は、前記カートリッジ本体に設けられ、前記燃料電池本体のソケット部に挿入される挿入部先端に凹部を有するノズルヘッドと、前記ノズルヘッド内に配置されたバルブ機構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。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
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。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記ノズル部は、その一部が前記曲げ荷重に対して弾性変形または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。
【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において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドとバルブステムとを有するバルブと、前記バルブヘッドを前記ノズルヘッド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前記液体燃料の流路を閉状態に保つ弾性部材とを備え、前記弾性部材は表面が不動態化処理された金属製スプリング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。
【請求項５】
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において、
前記バルブ機構は、バルブヘッドとバルブステムとを有するバルブと、前記バルブヘッドを前記ノズルヘッド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前記液体燃料の流路を閉状態に保つ弾性部材とを備え、前記弾性部材は表面に金コーティングが施された金属製スプリング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。
【請求項６】
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において、
前記ノズル部は、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材を具備することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジと、
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タンクと、前記燃料タンク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
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池において、
前記ノズル部と前記ソケット部との接続状態は、前記ノズル部にその円周方向に沿って傾斜するように設けられたカム部と、前記ソケット部に前記接続状態までは前記カム部と接触しないように設けられたカムフォロア部とによって、過剰な回転力で解除されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池において、
前記カム部およびカムフォロア部は前記液体燃料に応じた形状を有し、前記燃料電池本体に対応した前記液体燃料を収容した前記燃料カートリッジのノズル部を前記ソケット部に接続した場合のみに、前記カム部と前記カムフォロア部とが噛み合うように構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の燃料電池において、
前記カム部は前記ノズルヘッドの挿入部の外周面に沿って設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項７ないし請求項１０のいずれか１項記載の燃料電池において、
前記ノズル部と前記ソケット部との接続時に前記液体燃料の外部への漏洩を防止するシール部を複数備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項７ないし請求項１１のいずれか１項記載の燃料電池において、
前記ソケット部は、圧縮永久歪が1〜80の範囲で、硬度（Type A）が40〜70の範囲であり、かつ燃料電池の性能試験における作動限界時間が10000時間以上のエラストマーにより構成された弾性部材を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えると共に、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラであって、
前記プラグは前記ソケットに嵌合される嵌合部先端に凹部を有することを特徴とするカップラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１９４０５４（Ｐ２００７−１９４０５４Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６００（Ｐ２００６−１０６００）
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【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)
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【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)
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
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