專利名稱：燃料電池用聯(lián)接器和使用該聯(lián)接器的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池用聯(lián)接器和使用該聯(lián)接器的燃料電池。
背景技術(shù)：
為了能在無需長時(shí)間充電的情況下使用筆記本電腦和手機(jī)等各種便攜式 電子設(shè)備，正嘗試使用燃料電池作為便攜式電子設(shè)備的電源。燃料電池具有只 需供給燃料和空氣就能發(fā)電、若補(bǔ)充燃料則能連續(xù)地長時(shí)間發(fā)電的特點(diǎn)。因此， 若能使燃料電池小型化，則作為便攜式電子設(shè)備的電源，可以說是極為有利的 系統(tǒng)。
由于使用能量密度高的甲醇燃料的直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)可以小型化，且燃料的處理也容易，因此作為便攜設(shè)備 用的電源被相當(dāng)看好。作為DMFC中的液體燃料的供給方式，已知有氣體供 給式和液體供給式等主動方式、使燃料收容部內(nèi)的液體燃料在電池內(nèi)部氣 化后朝燃料極供給的內(nèi)部氣化式等被動方式。被動方式有助于DMFC的小型 化。
在內(nèi)部氣化式等被動式DMFC中，使燃料收容部內(nèi)的液體燃料通過例如燃 料浸滲層和燃料氣化層等進(jìn)行氣化，并將該液體燃料的氣化成分朝燃料極供給 (參照專利文獻(xiàn)1 2)。使用燃料盒對燃料收容部供給液體燃料。對于附屬型 (satellite)(外部注入式)的燃料盒，正嘗試使用包括分別內(nèi)置有閥門機(jī) 構(gòu)的噴嘴部和插座部的聯(lián)接器，來進(jìn)行液體燃料的切斷和注入(參照專利文獻(xiàn) 3)。
正研究使用由例如金屬線材或板材構(gòu)成的彈簧的保持機(jī)構(gòu)來保持燃料電 池用聯(lián)接器的噴嘴部和插座部的連接狀態(tài)。在使用這種保持機(jī)構(gòu)時(shí)，若對與燃 料電池連接的燃料盒作用了彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力，則彈簧可能會發(fā)生塑性變形。
4這意味著保持機(jī)構(gòu)、甚至是插座部受損。另外，在保持機(jī)構(gòu)的彈簧變形時(shí)，噴 嘴部也可能會受損。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特許第3413111號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2004-171844號公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2004-127824號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不會對插座部造成損傷、可解除連接狀態(tài)的燃 料電池用聯(lián)接器、以及通過使用這種聯(lián)接器來提高耐久性、可靠性、安全性等 的燃料電池。
本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的燃料電池用聯(lián)接器具有插座部，該插座部包括設(shè)置在燃 料電池上的插座本體以及配置在所述插座本體內(nèi)的閥門機(jī)構(gòu)，并能與安裝在燃 料盒上的噴嘴部可裝拆地連接，其特征在于，所述插座部包括噴嘴保持機(jī)構(gòu)， 該噴嘴保持機(jī)構(gòu)具有朝所述插座本體的內(nèi)側(cè)突出并可朝所述插座本體的外側(cè) 后退的鉤部、以及對所述鉤部賦予按壓力來保持所述噴嘴部并允許所述鉤部后 退的彈性體。
本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的燃料電池，其特征在于，具有插座部、燃料收容部和起 電部，所述插座部能與燃料盒的噴嘴部可裝拆地連接，所述插座部包括插座
本體、配置在所述插座本體內(nèi)的閥門機(jī)構(gòu)、以及噴嘴保持機(jī)構(gòu)，該噴嘴保持機(jī)
構(gòu)具有朝所述插座本體的內(nèi)側(cè)突出并可朝所述插座本體的外側(cè)后退的鉤部、 以及對所述鉤部賦予按壓力來保持所述噴嘴部并允許所述鉤部后退的彈性體， 所述燃料收容部收容從與所述插座部連接的燃料盒供給來的液體燃料，所述起 電部通過從所述燃料收容部供給燃料來進(jìn)行發(fā)電動作。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)的圖。 圖2是表示圖1所示的燃料電池的插座部和燃料盒的噴嘴部的結(jié)構(gòu)(未連 接狀態(tài))的剖視圖。圖3是表示圖2所示的插座部和噴嘴部的連接狀態(tài)的剖視圖。
圖4是表示圖2所示的插座部的橡膠保持件的剖視圖。 圖5是表示圖2所示的插座部的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖6是表示圖5所示的插座部的噴嘴保持機(jī)構(gòu)中的鉤部的結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖7是表示作為圖1所示的燃料電池的一例的內(nèi)部氣化式DMFC的結(jié)構(gòu)的 剖視圖。
(符號說明) 1燃料電池 2起電部 3燃料收容部 4插座部 5燃料供給部 6燃料盒 7盒本體 8噴嘴部 12噴嘴頭 13基座部 14前端部 16周槽 17鍵部 18閥門保持件
19、 38閥門 19a、 38a閥頭 19b、 38b閥桿
20、 39閥座
21、 40 O形圈
22、 41壓縮彈簧 31噴嘴插入部32插座本體
33本體外周部 34本體中部 35本體下部 37橡膠保持件 43噴嘴保持機(jī)構(gòu) 44鉤部 44a突出部 44b凸緣
45橡膠狀彈性部件 46鍵槽
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖來說明用于實(shí)施本發(fā)明的形態(tài)。下面根據(jù)附圖來說明本發(fā)明 的實(shí)施形態(tài)，但這些附圖是為了進(jìn)行圖解而提供的，并不限定本發(fā)明。
圖1表示了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)以及將燃料電池與燃 料盒組合的結(jié)構(gòu)。圖1所示的燃料電池1主要由起電部2和燃料收容部3構(gòu)成。 在燃料收容部3的下表面?zhèn)仍O(shè)置有燃料供給部5，該燃料供給部5具有作為液 體燃料供給口的插座部4。插座部4內(nèi)置有閥門機(jī)構(gòu)，除供給液體燃料時(shí)以外 均處于關(guān)閉狀態(tài)。燃料電池1也可采用在不經(jīng)由燃料收容部3的情況下從燃料 供給部5直接朝起電部2供給液體燃料的構(gòu)造。
燃料盒6具有收容燃料電池用的液體燃料的盒本體(容器)7。在盒本體 7的前端設(shè)置有將收容在其內(nèi)部的液體燃料朝燃料電池1供給時(shí)作為燃料排出 口的噴嘴部8。噴嘴部8內(nèi)置有閥門機(jī)構(gòu)，除供給液體燃料時(shí)以外均處于關(guān)閉 狀態(tài)。燃料盒6僅在朝燃料收容部3注入液體燃料時(shí)與燃料電池1連接，是所 謂的附屬型(外部注入式)燃料盒。
在燃料盒6的盒本體7內(nèi)收容有對應(yīng)燃料電池1的液體燃料。在燃料 電池1是直接甲醇燃料電池(DMFC)時(shí)，作為液體燃料，使用各種濃度的甲醇水溶液和純甲醇等甲醇燃料。收納在盒本體7內(nèi)的液體燃料不一定要 局限于甲醇燃料，例如也可以是乙醇水溶液和純乙醇等乙醇燃料、丙醇水 溶液和純丙醇等丙醇燃料、乙二醇水溶液和純乙二醇等乙二醇燃料、二甲 醚、甲酸、或者其它液體燃料?？傊?，在盒本體7內(nèi)收容對應(yīng)燃料電池1 的液體燃料。
該實(shí)施形態(tài)的燃料電池用聯(lián)接器包括設(shè)置在燃料電池1的燃料收容部
3上的插座部4。燃料電池用聯(lián)接器還包括設(shè)置在燃料盒6的盒本體7上的 噴嘴部8，構(gòu)成燃料電池1與燃料盒6的連接結(jié)構(gòu)。參照圖2和圖3來說明 燃料電池用聯(lián)接器的具體結(jié)構(gòu)。圖2表示的是將燃料盒6的噴嘴部8和燃料 電池1的插座部4連接之前的狀態(tài)，圖3表示的是將噴嘴部8和插座部4連接 之后的狀態(tài)。
在連接燃料電池1和燃料盒6的聯(lián)接器中，作為燃料盒6側(cè)的連接機(jī)構(gòu)的 噴嘴部(陽側(cè)聯(lián)接器/插頭)8具有在前端側(cè)開設(shè)有噴嘴口 11的噴嘴頭12。噴 嘴頭12具有安裝在盒本體7的開口部內(nèi)的基座部13、以及被插入插座部4 的前端部14。圓筒狀的前端部14以其軸向與噴嘴部8的插入方向平行的形態(tài) 從基座部13突出形成。
在噴嘴頭12的前端部14的頂面上設(shè)置有凹部15。凹部15被設(shè)置成使前 端部14的頂面凹下，在該凹部15的底面上開設(shè)有噴嘴口 11。由于凹部15作 為殘留(附著)在噴嘴部8前端側(cè)的液體燃料的收容部起作用，因此操作者不 會接觸到液體燃料。在噴嘴頭12的前端部14的外周側(cè)設(shè)置有與后述插座部 4的噴嘴保持機(jī)構(gòu)卡合的周槽16、以及作為燃料識別裝置起作用的鍵部17。如 后所述，燃料識別裝置由鍵部17和插座部4側(cè)的鍵槽構(gòu)成。
在噴嘴頭12的基座部13的內(nèi)側(cè)配置有杯狀的閥門保持件18。閥門保持 件18用于規(guī)定閥室，其前端外緣部被盒本體7和基座部13夾持而得到固定。 在閥門保持件18內(nèi)配置有閥門19。閥門19包括閥頭19a和閥桿19b。閥頭19a 配置在由閥門保持件18規(guī)定的閥室內(nèi)。閥桿19b收容在前端部14內(nèi)。
具有閥頭19a和閥桿1%的閥門19可在軸向(噴嘴部8的插入方向)上 進(jìn)退。閥頭19a與在基座部13的內(nèi)側(cè)形成的閥座20之間配置有0形圈21。在閥門19內(nèi)利用壓縮彈簧22等彈性體施加使閥頭19a朝閥座20壓緊的力，利 用它們來按壓0形圈21。
在通常狀態(tài)(燃料盒6與燃料電池1分離的狀態(tài))下，通過閥頭19a使0 形圈21朝閥座20壓緊，從而使噴嘴部8內(nèi)的燃料流路成為關(guān)閉狀態(tài)。在將燃 料盒6與燃料電池1連接時(shí)，閥桿1%后退，閥頭19a從閥座20離開，從而 使噴嘴部8內(nèi)的燃料流路成為打開狀態(tài)。在閥門保持件18的底部設(shè)置有作為 液體燃料的通路的連通孔23，燃料盒7內(nèi)的液體燃料通過該連通孔23流入噴 嘴部8內(nèi)。
另外，在噴嘴頭12的外側(cè)配置有包括凸輪機(jī)構(gòu)的鍵環(huán)(環(huán)狀部件)24和 容器噴嘴25。鍵環(huán)24在通常使用時(shí)被壓入噴嘴頭12。若在將燃料盒6與燃料 電池1連接的狀態(tài)下施加彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力，則鍵環(huán)24通過凸輪機(jī)構(gòu)而旋轉(zhuǎn) 浮起，使插座部4與噴嘴部8之間的連接狀態(tài)解除。容器噴嘴25與盒本體7 例如螺紋連接，由此，具有噴嘴頭12和閥門19等的噴嘴部8與盒本體7的前 端部固接。
作為燃料電池1側(cè)的連接機(jī)構(gòu)的插座部(陰側(cè)聯(lián)接器/插座)4包括插座 本體32，該插座本體32具有凹狀的噴嘴插入部31。大致圓筒狀的插座本體32 主要由具有大致圓筒形狀的本體外周部(金屬插座等)33以及配置在其內(nèi)部的 本體中部34和本體下部35構(gòu)成。本體外周部33具有環(huán)狀凸部33a和貫穿孔 33b。在本體中部34與本體下部35之間設(shè)置有墊圈36，以提高由它們規(guī)定的 閥室的密閉性。它們形成一體并埋入燃料電池1的燃料供給部5內(nèi)。
在插座本體32的本體中部34上設(shè)置有作為彈性保持件的橡膠保持件37。 如圖4所示，橡膠保持件37具有因褶皺形狀和材料特性(橡膠彈性)而在 軸向上具有彈性的保持件本體37a、以及設(shè)置在其下方的凸緣部37b。橡膠保 持件37因凸緣部37b被本體外周部33的環(huán)狀凸部33a和本體中部34夾持而 得到固定。凸緣部37b的外周側(cè)做成唇邊形狀，由此來提高密封性。
橡膠保持件37是通過使其前端側(cè)與設(shè)置在噴嘴頭12的前端部14上的凹 部15嵌合來使其與噴嘴頭12之間形成密封的密封部件。橡膠保持件37的內(nèi) 側(cè)做成燃料流路。即，橡膠保持件37是在開放插座部4的閥門機(jī)構(gòu)時(shí)使外部與燃料流路之間密封的密封部件。設(shè)置在噴嘴頭12的前端部14上的凹部15
兼具通過與橡膠保持件37的前端嵌合來形成密封的功能。橡膠保持件37的前 端部做成唇邊形狀，由此來提高密封性。
在插座本體32內(nèi)配置有閥門38。閥門38包括閥頭38a和閥桿38b。閥頭 38a配置在由本體中部34和本體下部35規(guī)定的閥室內(nèi)。閥桿38b收納在橡膠 保持件37內(nèi)。閥門38可在軸向(噴嘴部8的插入方向)上進(jìn)退。閥頭38a與 在本體中部34的下表面?zhèn)刃纬傻拈y座39之間配置有0形圈。
在閥門38內(nèi)利用壓縮彈簧41等彈性體始終施加使閥頭38a朝閥座39壓 緊的力，由此來按壓0形圈40。在通常狀態(tài)(燃料電池1與燃料盒6分離的狀 態(tài))下，通過閥頭38a使0形圈40朝閥座39壓緊。由此，使插座部4內(nèi)的燃 料流路成為關(guān)閉狀態(tài)。在將燃料盒6與燃料電池1連接時(shí)，閥桿38b后退，閥 頭38a從閥座39離開，從而使插座部4內(nèi)的燃料流路成為打開狀態(tài)。
在插座本體32的本體下部35上設(shè)置有連通孔42，該連通孔42通過燃料 供給部5內(nèi)而與燃料收容部3連接。插座部4的插座本體32內(nèi)的燃料流路通 過設(shè)置在本體下部35上的連通孔42而與燃料收容部3連接。另外，通過使閥 門19、 38成為打開狀態(tài)，使噴嘴部8和插座部4內(nèi)的燃料流路分別打開，可 將收容在燃料盒6內(nèi)的液體燃料通過噴嘴部8和插座部4而注入到燃料收 容部3內(nèi)。
如圖2、圖3和圖5所示，在插座本體32的本體外周部33上設(shè)置有 噴嘴保持機(jī)構(gòu)43，該噴嘴保持機(jī)構(gòu)43對插入插座部4內(nèi)的噴嘴部8予以保 持。噴嘴保持機(jī)構(gòu)43用于保持插座部4與噴嘴部8之間的連接狀態(tài)。噴嘴 保持機(jī)構(gòu)43具有向本體外周部33的內(nèi)側(cè)朝徑向突出的鉤部44、以及賦 予鉤部44按壓力以保持噴嘴部8的彈性體45。
如圖6所示，噴嘴保持機(jī)構(gòu)43的鉤部44具有朝本體外周部33的內(nèi) 側(cè)突出的突出部44a、以及被設(shè)置成保持該突出部44a的姿勢的凸緣部44b。 突出部44a具有朝前端側(cè)傾斜的錐形形狀。鉤部44的突出部44a從本體外 周部33的外側(cè)插入貫穿孔33b，在此狀態(tài)下向本體外周部33的內(nèi)側(cè)朝徑向 突出。鉤部44的凸緣部44b配置在本體外周部33的外側(cè)，對朝本體外周部33的內(nèi)側(cè)突出的突出部44a的姿勢予以保持。
在鉤部44的外側(cè)配置有彈性體45,由此來賦予按壓力。作為彈性體 45，例如是朝本體外周部33的徑向賦予彈力的彈簧材料和橡膠狀彈性部件。 在它們中，從設(shè)置空間的減少和固定的容易程度等方面出發(fā)，最好是使用 橡膠狀彈性部件。在該實(shí)施形態(tài)中，使用了具有套筒形狀的橡膠狀彈性部 件(rubber sleeve) 45。具有套筒形狀的橡膠狀彈性部件45以覆蓋鉤部 44的凸緣部44b的形態(tài)沿著本體外周部33的外壁面的周向進(jìn)行安裝。在本 體外周部33的外側(cè)設(shè)置有肋條33c，由此來規(guī)定具有套筒形狀的橡膠狀彈 性部件45的配置位置。
橡膠狀彈性部件45的構(gòu)成材料使用彈性體(彈性高分子)，具體而言， 例如是熱塑性彈性體或橡膠(基于ASTM的橡膠分類的橡膠)等。作為熱塑 性彈性體，可使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、環(huán)氧化苯乙烯類彈 性體、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氫化苯乙烯嵌段共聚物、氫 化SBC化合物、簡單混合式烯烴類彈性體、交聯(lián)型彈性體、聚氯乙烯類彈 性體、氯乙烯共聚物交聯(lián)體合金、氯化聚乙烯類彈性體、間規(guī)l,2-聚丁二 烯、聚氨酯類彈性體、聚酯類彈性體、聚酰胺類彈性體、氟類彈性體、有 機(jī)硅類彈性體等。
作為橡膠，可使用聚亞甲基型的具有飽和主鏈的橡膠、表氯醇橡膠等 主鏈中含氧的橡膠、乙烯基甲基有機(jī)硅橡膠等主鏈中含硅和氧的橡膠、天 然橡膠和二烯類橡膠等主鏈中具有不飽和碳鍵的橡膠、聚醚型聚氨酯等主 鏈中含碳、氧和氮的橡膠、主鏈中不含氧或磷但含氮的橡膠、聚硫橡膠等 主鏈中含硫的橡膠、磷腈橡膠等主鏈中含磷和氮的橡膠等。
作為具有飽和主鏈的橡膠，例如有三元乙丙共聚物、乙烯-丙烯共聚物、
完全氫化的丙烯腈-丁二烯橡膠、氟橡膠、完全氫化的丁苯橡膠、完全氫化 的苯乙烯-異戊二烯橡膠等。作為主鏈具有不飽和碳鍵的橡膠，例如有丁二 烯橡膠、氯丁橡膠、氫化丙烯腈-丁二烯橡膠、異丁烯-異戊二烯橡膠、天 然橡膠、氫化丁苯橡膠、丁苯橡膠、氫化苯乙烯-異戊二烯橡膠、苯乙烯-異戊二烯橡膠等。鉤部44因配置在本體外周部33外側(cè)的橡膠狀彈性部件45的彈力而被 朝內(nèi)側(cè)賦予按壓力，并可朝外側(cè)后退。即，鉤部44可在本體外周部33內(nèi) 沿徑向運(yùn)動。橡膠狀彈性部件45利用其彈力來賦予鉤部44按壓力，且允 許鉤部44在徑向上后退。為了提高噴嘴部8的脫開性，鉤部44的后退范 圍最好是設(shè)定成使其前端后退至本體外周部33的內(nèi)壁面。橡膠狀彈性部件 45可根據(jù)橡膠硬度和厚度對賦予鉤部44的彈力進(jìn)行調(diào)整。由此，可容易地 使鉤部44后退至本體外周部33的內(nèi)壁面。
在將噴嘴部8與插座部4連接了時(shí)，噴嘴保持機(jī)構(gòu)43通過使鉤部44 與設(shè)置在噴嘴頭12的前端部14外周的周槽16卡合來保持噴嘴部8和插座 部4的連接狀態(tài)。在通常狀態(tài)下，利用賦予鉤部44的按壓力(彈力)來彈 性夾持噴嘴部8。在對與燃料電池1連接的燃料盒6施加了過大的彎曲或扭 轉(zhuǎn)等的力時(shí)，鉤部44根據(jù)橡膠狀彈性部件45的彈力而后退至本體外周部 33的內(nèi)壁面。因此，可在不損傷噴嘴保持機(jī)構(gòu)43、插座部4、噴嘴部8等 的情況下使噴嘴部8和插座部4的連接狀態(tài)解除。
在插座本體32的本體外周部33上還設(shè)置有作為燃料識別裝置起作用 的鍵槽46。鍵槽46具有與噴嘴部8的鍵部17卡合的形狀。由于鍵部17 和鍵槽46形成成對的形狀，因此，通過根據(jù)液體燃料來規(guī)定形狀，可防止 液體燃料的誤注入。通過將鍵部17的形狀做成與液體燃料的類別(種類和 濃度等)相應(yīng)的形狀，并將鍵槽46做成與鍵部17對應(yīng)的形狀，能僅使收 容有對應(yīng)燃料電池1的液體燃料的燃料盒6可以進(jìn)行連接。因此，僅可供 給對應(yīng)燃料電池1的液體燃料，可防止因液體燃料的誤注入而引起動作不 良和特性下降等。
在將收容在燃料盒6內(nèi)的液體燃料朝燃料電池1的燃料收容部3供給 時(shí)，將燃料盒6的噴嘴部8插入插座部4來進(jìn)行連接。設(shè)置在噴嘴部8的 噴嘴頭12上的前端部14僅在鍵部17和槽部46的形狀對應(yīng)時(shí)才可插入插 座部4。在像這樣將噴嘴部8的前端部14插入插座部4的噴嘴插入部31 時(shí)，首先使橡膠保持件37的前端與設(shè)置在前端部14上的凹部15嵌合，從 而在閥門19、 40成為打開狀態(tài)之前使液體燃料的流路周圍密封。若在噴嘴頭12的前端部14和橡膠保持件37接觸的狀態(tài)下將噴嘴部8 插入插座部4，則噴嘴部8的閥桿19b的前端與插座部4的閥桿38b的前端 彼此對碰。若在此狀態(tài)下將噴嘴部8進(jìn)一步插入插座部4，則插座部4的閥 門38會后退而完全開放流路，之后，噴嘴部8的閥門19后退，燃料流路 暢通。在該燃料流路暢通的同時(shí)，插座部4的噴嘴保持機(jī)構(gòu)43的鉤部44 與噴嘴頭12的周槽16卡合，從而可保持噴嘴部8和插座部4的連接狀態(tài)。
通過將噴嘴部8與插座部4連接，并使內(nèi)置在它們內(nèi)的閥門機(jī)構(gòu)分別 成為打開狀態(tài)以打開燃料流路，將收容在燃料盒6內(nèi)的液體燃料朝燃料電 池1的燃料收容部3供給。如上所述，噴嘴部8和插座部4的連接狀態(tài)通 過鉤部44與周槽16卡合、將噴嘴部8彈性夾持而得到保持。即使對燃料 盒6施加了過大的彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力，鉤部44也會后退至本體外周部33 的內(nèi)壁面，因此，可抑制鉤部44自身和插座部4、甚至是噴嘴部8的損傷。
如上所述，在燃料盒6受到了彎曲或扭轉(zhuǎn)等的作用時(shí)，利用鉤部44實(shí) 現(xiàn)的噴嘴部8的連接狀態(tài)可在不賦予噴嘴保持機(jī)構(gòu)43過大的力或負(fù)載的情 況下解除，因此，可抑制因燃料盒6的脫開而引起的插座部4和噴嘴部8 的損傷。目卩，可在不損傷各部分的情況下使受到彎曲或扭轉(zhuǎn)等的作用的燃 料盒6從燃料電池1脫開。由此，可抑制燃料電池1的插座部4自身的破 損，抑制燃料盒6的噴嘴部8的破損，還可抑制因此而引起的不良情況(漏 液等)發(fā)生等。因此，可提高燃料電池1的耐久性、可靠性、安全性等。
另外，通過將插座部4的插座本體32沿圓周方向分割成多個(gè)(例如兩 個(gè))，在燃料盒6受到了彎曲或扭轉(zhuǎn)等的作用時(shí)，可用分割形成的插座本 體32來吸收過大的力或負(fù)載。例如，通過插座本體32的開口部與噴嘴部8 的動作對應(yīng)地?cái)U(kuò)大，可抑制因燃料盒6的脫開而引起的插座部4和噴嘴部8 的損傷。即，可在不損傷各部分的情況下使受到彎曲或扭轉(zhuǎn)等的作用的燃 料盒6從燃料電池1脫開。由此，可抑制插座部4和噴嘴部8的破損，還 可抑制因此而引起的不良情況(漏液等)發(fā)生等。
下面說明上述實(shí)施形態(tài)的燃料電池1的起電部等的具體構(gòu)造。燃料電 池1的種類并沒有特別的限制。燃料電池1可使用可在需要時(shí)連接附屬型燃料盒6的主動式或被動式的DMFC。在此，參照圖7來說明燃料電池1使 用了內(nèi)部氣化式DMFC的實(shí)施形態(tài)。
圖7所示的內(nèi)部氣化式(被動式)DMFC1除了起電部和燃料收容部3 外，還包括位于它們之間的氣液分離膜51。起電部2具有膜電極接合體 (Membrane Electrode Assembly: MEA)，該膜電極接合體包括具有陽 極催化劑層52和陽極氣體擴(kuò)散層53的陽極(燃料極)、具有陰極催化劑 層54和陰極氣體擴(kuò)散層55的陰極(氧化劑極/空氣極)、以及被陽極催化 劑層52和陰極催化劑層54夾持的質(zhì)子(氫離子)傳導(dǎo)性電解質(zhì)膜56。
作為在陽極催化劑層52和陰極催化劑層54中含有的催化劑，例如是 Pt、 Ru、 Rh、 Ir、 0s、 Pd等鉑族元素(第VIII族元素)的單體、含有鉑族 元素的合金等。在陽極催化劑層52中最好是使用對甲醇和一氧化碳具有較 強(qiáng)的耐性的Pt-Ru和Pt-Mo等。在陰極催化劑層54中最好是使用Pt和Pt-Ni 等。催化劑既可以是碳素材料等使用導(dǎo)電性載體的載體催化劑，也可以是 無載體催化劑。
作為構(gòu)成電解質(zhì)膜56的質(zhì)子傳導(dǎo)性材料，例如有具有磺酸基的全氟磺 酸聚合物等氟樹脂、具有磺酸基的烴類樹脂、鴿酸和磷鉤酸等無機(jī)物等。 作為具有磺酸基的氟樹脂的具體例子，例如有于7^才y (Nafion，商品 名稱，杜邦公司)和7^^才乂 (Flemion，商品名稱，旭硝子公司制造) 等。但并不局限于這些物質(zhì)。
在陽極催化劑層52上層疊的陽極氣體擴(kuò)散層53在起到朝陽極催化劑 層52均勻地供給燃料的作用的同時(shí)，還起到陽極催化劑層52的集電體的 作用。在陰極催化劑層54上層疊的陰極氣體擴(kuò)散層55在起到朝陰極催化 劑層54均勻地供給氧化劑的作用的同時(shí)，還起到陰極催化劑層54的集電 體的作用。在陽極氣體擴(kuò)散層53上層疊有陽極導(dǎo)電層57。在陰極氣體擴(kuò)散 層55上層疊有陰極導(dǎo)電層58。
陽極導(dǎo)電層57和陰極導(dǎo)電層58例如用由Au等導(dǎo)電金屬材料形成的 網(wǎng)、多孔膜、薄膜等構(gòu)成。另外，在電解質(zhì)膜56與陽極導(dǎo)電層57之間以 及電解質(zhì)膜56與陰極導(dǎo)電層58之間分別設(shè)置有橡膠制的0形圈59、 60。
14利用它們來防止燃料和氧化劑從起電部2泄漏。
在燃料收容部3的內(nèi)部填充有作為液體燃料F的甲醇燃料。燃料收容
部3的起電部2側(cè)開口，該燃料收容部3的開口部和起電部2之間設(shè)置有 氣液分離膜51。氣液分離膜51是僅讓液體燃料F的氣化成分透過、而不讓 液體成分透過的膜。作為氣液分離膜51的構(gòu)成材料，例如有聚四氟乙烯等 氟樹脂。所謂液體燃料F的氣化成分，在使用甲醇水溶液作為液體燃料F 時(shí)是指由甲醇的氣化成分和水的氣化成分構(gòu)成的混合氣、在使用純甲醇時(shí) 是指甲醇的氣化成分。
在陰極導(dǎo)電層58上層疊有保濕層61，并在其上層疊有表面層62。表 面層62具有對作為氧化劑的空氣的進(jìn)入量進(jìn)行調(diào)整的功能，該調(diào)整通過對 在表面層62上形成的空氣導(dǎo)入口 63的個(gè)數(shù)和尺寸等進(jìn)行變更來實(shí)現(xiàn)。保 濕層61供在陰極催化劑層54中生成的水的一部分浸滲，起到抑制水蒸散 的作用，同時(shí)，通過朝陰極氣體擴(kuò)散層55均勻地導(dǎo)入氧化劑，還起到促進(jìn) 氧化劑朝陰極催化劑層54均勻擴(kuò)散的功能。保濕層61例如由多孔構(gòu)造的 部件構(gòu)成。作為保濕層61的具體構(gòu)成材料，例如有聚乙烯和聚丙烯的多孔 體等。
另外，通過在燃料收容部3上依次層疊氣液分離膜51、起電部2、保 濕層61、表面層62，并在其上覆蓋不銹鋼制的蓋子64以保持整體，來構(gòu) 成被動式DMFC1。在蓋子64的與在表面層62上形成的空氣導(dǎo)入口 63對應(yīng) 的部分上設(shè)置有開口 。在燃料收容部3上設(shè)置有卡住蓋子64的爪64a的臺 階65，通過在臺階65上鉚接爪64a，用蓋子64來一體地保持燃料電池1 整體。圖7中雖未圖示，但如圖1所示，在燃料收容部3的下表面?zhèn)仍O(shè)置 有具有插座部4的燃料供給部5。
在具有上述結(jié)構(gòu)的被動式DMFC (燃料電池)1中，燃料收容部3內(nèi)的 液體燃料F (例如甲醇水溶液)氣化，該氣化成分透過氣液分離膜51而朝 起電部2供給。在起電部2內(nèi)，液體燃料F的氣化成分在陽極氣體擴(kuò)散層 53中擴(kuò)散，朝陽極催化劑層52供給。供給到陽極催化劑層52的氣化成分 產(chǎn)生下面的公式(1)所示的甲醇的內(nèi)部改性反應(yīng)。CH30H + H20 — C02 + 6H++6e—…(1)
在使用純甲醇作為液體燃料F時(shí)，燃料收容部3不供給水蒸汽，因此， 使在陰極催化劑層54中生成的水或電解質(zhì)膜56中的水與甲醇反應(yīng)，產(chǎn)生 公式(1)的內(nèi)部改性反應(yīng)，或者，不進(jìn)行上述公式(1)的內(nèi)部改性反應(yīng)， 而是利用不需要水的其它反應(yīng)機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生內(nèi)部改性反應(yīng)。
內(nèi)部改性反應(yīng)生成的質(zhì)子(H+)在電解質(zhì)膜56中傳遞，到達(dá)陰極催化 劑層54。從表面層62的空氣導(dǎo)入口 63進(jìn)入的空氣(氧化劑)在保濕層61、 陰極導(dǎo)電層58、陰極氣體擴(kuò)散層55中擴(kuò)散，朝陰極催化劑層54供給。供 給到陰極催化劑層54的空氣產(chǎn)生下面的公式(2)所示的反應(yīng)。通過該反 應(yīng)，產(chǎn)生附帶水的生成的發(fā)電反應(yīng)。
(3/2) 02 + 6H+ + 6e— — 3H20…(2)
隨著基于上述反應(yīng)的發(fā)電反應(yīng)的進(jìn)行，燃料收容部3內(nèi)的液體燃料F (例如甲醇水溶液或純甲醇)被消耗。由于燃料收容部3內(nèi)的液體燃料F 耗盡時(shí)發(fā)電反應(yīng)會停止，因此在此時(shí)刻或其以前的時(shí)刻從燃料盒6朝燃料 收容部3內(nèi)供給液體燃料。如上所述，通過將燃料盒6側(cè)的噴嘴部8插入 燃料電池1側(cè)的插座部4進(jìn)行連接，就可從燃料盒6供給液體燃料。
在本發(fā)明中，只要是利用燃料盒來供給液體燃料的燃料電池即可，其 方式和機(jī)構(gòu)等并沒有什么限制，但本發(fā)明尤其適用于在不斷小型化的被動 式DMFC。燃料電池的具體結(jié)構(gòu)也沒有特別的限制，在實(shí)施階段，可在不脫 離本發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)對構(gòu)成要素進(jìn)行變形后具體實(shí)施。另外，可進(jìn) 行各種變形，例如對上述實(shí)施形態(tài)所示的多個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)組合、或 從實(shí)施形態(tài)所示的全部構(gòu)成要素中刪除幾個(gè)構(gòu)成要素等。本發(fā)明的實(shí)施形 態(tài)可在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展或變更，該擴(kuò)展、變更后的實(shí) 施形態(tài)也落入本發(fā)明的技術(shù)范圍。
工業(yè)上的可利用性
在本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的燃料電池用聯(lián)接器中，設(shè)置在插座部上的噴嘴保 持機(jī)構(gòu)的鉤部可朝插座本體的外側(cè)后退。因此，在對噴嘴部與插座部連接 后的燃料盒作用了彎曲或扭轉(zhuǎn)等的力時(shí)，可在不損傷插座部和噴嘴部的情況下解除它們的連接狀態(tài)。由于使用這種燃料電池用聯(lián)接器的燃料電池具 有優(yōu)良的耐久性、可靠性、安全性等，因此可有效地作為各種裝置和設(shè)備 的電源進(jìn)行使用。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池用聯(lián)接器，具有插座部，該插座部包括設(shè)置在燃料電池上的插座本體以及配置在所述插座本體內(nèi)的閥門機(jī)構(gòu)，并能與安裝在燃料盒上的噴嘴部可裝拆地連接，所述燃料電池用聯(lián)接器的特征在于，所述插座部包括噴嘴保持機(jī)構(gòu)，該噴嘴保持機(jī)構(gòu)具有朝所述插座本體的內(nèi)側(cè)突出并可朝所述插座本體的外側(cè)后退的鉤部、以及對所述鉤部賦予按壓力來保持所述噴嘴部并允許所述鉤部后退的彈性體。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述插座本體具有 大致圓筒形狀，所述鉤部可在所述插座本體的徑向上后退。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述鉤部的前端可 后退至所述插座本體的內(nèi)壁面。
4. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述鉤部具有朝 所述插座本體的內(nèi)側(cè)突出的突出部；以及被設(shè)置成保持所述突出部的姿勢、配 置在所述插座本體外側(cè)的凸緣部。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述彈性體具有橡 膠狀彈性部件，該橡膠狀彈性部件配置在所述插座本體的外側(cè)。
6. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述彈性體具有橡 膠狀彈性部件，該橡膠狀彈性部件沿所述插座本體的外壁面的周向配置，具有 套筒形狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述插座本體具有 規(guī)定所述橡膠狀彈性部件的配置位置的肋條。
8. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述鉤部與設(shè)置在 所述噴嘴部上的凹部卡合。
9. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述插座部包括彈 性體保持件，在開放所述閥門機(jī)構(gòu)時(shí)，所述彈性體保持件使外部與燃料流路之 間密封。
10. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，所述閥門機(jī)構(gòu)包括具有閥頭和閥桿的閥門、以及使所述閥頭與設(shè)置在所述插座本體內(nèi)的閥座 壓緊來使所述插座部內(nèi)的燃料流路保持關(guān)閉狀態(tài)的彈性部件。
11. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池聯(lián)接器，其特征在于，還包括識別所述 液體燃料的類別的燃料識別裝置。
12. —種燃料電池，其特征在于，具有插座部、燃料收容部和起電部， 所述插座部能與燃料盒的噴嘴部可裝拆地連接，所述插座部包括插座本體、配置在所述插座本體內(nèi)的閥門機(jī)構(gòu)、以及噴嘴保持機(jī)構(gòu)，該噴嘴保持機(jī)構(gòu) 具有朝所述插座本體的內(nèi)側(cè)突出并可朝所述插座本體的外側(cè)后退的鉤部、以 及對所述鉤部賦予按壓力來保持所述噴嘴部并允許所述鉤部后退的彈性體，所述燃料收容部收容從與所述插座部連接的所述燃料盒供給來的液體燃料，所述起電部通過從所述燃料收容部供給燃料來進(jìn)行發(fā)電動作。
13. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，所述起電部包括燃 料極、氧化劑極、以及被所述燃料極和所述氧化劑極夾持的電解質(zhì)膜。
14. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，還具有氣液分離膜，該 氣液分離膜位于所述燃料收容部與所述起電部之間，將所述液體燃料的氣化成 分朝所述燃料極供給。
15. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，所述鉤部的前端可后退 至所述插座本體的內(nèi)壁面。
16. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，所述鉤部具有朝所述 插座本體的內(nèi)側(cè)突出的突出部；以及被設(shè)置成保持所述突出部的姿勢、配置在 所述插座本體外側(cè)的凸緣部。
17. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，所述彈性體具有橡膠狀彈性部件，該橡膠狀彈性部件配置在所述插座本體的外側(cè)。
18. 如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于，所述鉤部與設(shè)置在所述 噴嘴部上的凹部卡合。
全文摘要
一種燃料電池聯(lián)接器和使用該聯(lián)接器的燃料電池，燃料電池聯(lián)接器具有插座部(4)，該插座部(4)包括設(shè)置在燃料電池上的插座本體(32)以及配置其內(nèi)部的閥門機(jī)構(gòu)，并能與安裝在燃料盒上的噴嘴部(8)可裝拆地連接。插座部(4)包括噴嘴保持機(jī)構(gòu)(43)，該噴嘴保持機(jī)構(gòu)(43)具有朝插座本體(32)的內(nèi)側(cè)突出并可朝插座本體(32)的外側(cè)后退的鉤部(44)、以及對鉤部(4)賦予按壓力來保持噴嘴部(8)并允許鉤部(44)后退的彈性部件(45)。
文檔編號H01M8/04GK101449414SQ20078001855
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者吉弘憲司, 山盛陽, 川村公一, 高橋賢一 申請人:株式會社東芝;東洋制罐株式會社