專利名稱：燃料電池用聯接器和燃料電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池用聯接器和使用該聯接器的燃料電池。
背景技術：
近年來，為了能在無需長時間充電的情況下使用筆記本電腦和手機等各種便攜式 電子設備，正嘗試使用燃料電池作為這些便攜式電子設備的電源。燃料電池具有只需供給 燃料和空氣就能發(fā)電、若補充燃料則能連續(xù)地長時間發(fā)電的特點。因此，若能使燃料電池小 型化，則作為便攜式電子設備的電源，可以說是極為有利的系統(tǒng)。特別是使用能量密度高的甲醇燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC =DirectMethanol Fuel Cell)可以實現小型化，且燃料的處理也容易，因此作為便攜設備用的電源被相當看 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 燃料收容部內的液體燃料在電池內部氣化后朝燃料極供給的內部氣化式等被動方式。被動 方式有助于DMFC的小型化。在內部氣化式等被動式DMFC中，使燃料收容部內的液體燃料通過例如燃料浸滲 層和燃料氣化層等進行氣化，并將該液體燃料的氣化成分朝燃料極供給(參照專利文獻 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 type)(外部注 入式)的燃料盒，正嘗試使用包括分別內置有閥門機構的噴嘴部和插座部的聯接器來進行 液體燃料的切斷和注入(參照專利文獻3)。但是，該噴嘴和插座連接或脫離時，有時噴嘴的軸心相對于插座的軸心傾斜而完 成連接或脫離。此時，例如在噴嘴的側面部與插座的筒狀的噴嘴插入口的邊緣部接觸的同 時，噴嘴的前端部與該噴嘴插入口的內表面接觸，可能會對噴嘴施加以噴嘴插入口的邊緣 部為支點的彎曲載重。由于配合燃料電池的小型化而對噴嘴和插座進行了小型化處理，特別是縮小了噴 嘴的直徑，因此施加彎曲載重使得噴嘴易破損。噴嘴破損、閥門機構無法正常工作時，例如 不與插座連接時，液體燃料可能會從燃料盒泄漏，在安全性方面存在隱患。專利文獻1 日本專利第3413111號的說明書專利文獻2 日本專利特開2004-171844號公報專利文獻3 日本專利特開2004-127824號公報發(fā)明的揭示本發(fā)明是為了解決以上的問題而完成的發(fā)明，其目的是提供插座和噴嘴 連接或脫 離時，因施加于噴嘴過大的彎曲載重而導致的噴嘴破損得到抑制、可靠性和安全性等優(yōu)良 的燃料電池用聯接器。此外，本發(fā)明的目的是提供使用了該燃料電池用聯接器的可靠性和 安全性等優(yōu)良的燃料電池。本發(fā)明的燃料電池用聯接器包括設置于燃料電池的插座和設置于收容燃料電池 用液體燃料的燃料盒的噴嘴，該插座包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，該噴嘴 包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，通過所述噴嘴與所述插座連接而打開所述兩個閥芯，將所述燃料盒內的所述液體燃料向所述燃料電池供給；該燃料電池用聯接器的特 征在于，設置有對所述插座和所述噴嘴連接或脫離時所述插座和所述噴嘴發(fā)生滑動接觸的 滑動接觸面賦予潤滑性的潤滑性賦予部。此外，本發(fā)明的燃料電池的特征在于，包括所述燃料電池用聯接器中的設置有潤 滑性賦予部的插座、收容通過所述插座供給的液體燃料的燃料收容部和使用所述液體燃料 進行發(fā)電動作的起電部。附圖的簡單說明

圖1是表示本發(fā)明的燃料電池用聯接器和使用了該聯接器的燃料電池的簡單示 意圖。圖2是表示本發(fā)明的燃料電池用聯接器的一例的剖視圖(非連接狀態(tài))。圖3是放大表示圖2所示的插座的剖視圖。圖4是表示圖2所示的燃料電池用聯接器的連接狀態(tài)的剖視圖。圖5是表示圖2所示的燃料電池用聯接器的連接或脫離的狀態(tài)的剖視圖。圖6是表示圖2所示的燃料電池用聯接器的連接或脫離的另一狀態(tài)的剖視圖。圖7是表示本發(fā)明的燃料電池的 一例的剖視圖。符號說明1· · 燃料電池用聯接器，In · · 噴嘴，Is· · 插座，2· · 燃 料電池，3· · 燃料盒，4· · 燃料電池單元，5· · 燃料收容部，6· · 燃料接受部， 7 · · ·燃料盒主體，11 · · ·噴嘴頭，12 · · ·周槽，13 · · ·鍵部，14 · · ·閥門(閥 芯)，15· · 閥門保持件，16· · 閥座，17· · ·0型環(huán)，18· · 壓縮彈簧，19· · 連 通孔，20 · · ·鍵環(huán)(矢-'J >夕’)，21 · · ·容器噴嘴(- >于f 7文卟)，22 · · 插入 部，30· · 潤滑性賦予部，31· · 外筒部，31a· · 前端側外筒部，31b· · 后端側外 筒部，32· · 內筒部，32a· · 中間內筒部，32b· · 后端側內筒部，34· · · 0型環(huán)， 35· · 導向構件，36· · 噴嘴保持機構，37· · 橡膠保持件，40· · 閥門(閥芯)， 41· · 閥座，42· · ·0型環(huán)，43· · 壓縮彈簧，44· · 鍵槽，51· · 氣體選擇性透過 膜，52· · 陽極催化劑層，53· · 陽極氣體擴散層，54· · 陰極催化劑層，55· · 陰 極氣體擴散層，57· · 陽極導電層，58· · 陰極導電層，59、60 · · ·0型環(huán)，61· · 保 濕層，62· · 表面層，63· · 蓋子。實施發(fā)明的最佳方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1表示本發(fā)明的燃料電池用聯 接器1 (以下簡稱為聯接器)、使用了該聯接器的燃料電池2及燃料盒3 (以下簡稱為盒)。 聯接器1是將液體燃料從盒3向燃料電池2供給時采用的連接機構，由作為燃料電池側的 連接機構的插座Is和作為盒側的連接機構的噴嘴In構成。燃料電池2由作為起電部的燃料電池單元4、收容供至該燃料電池單元4的液體燃 料的燃料收容部5和用于向該燃料收容部5供給液體燃料的燃料接受部6構成，構成聯接 器1的一方的插座Is被設置于該燃料接受部6。插座Is如后所述內置有閥門機構，在供 給液體燃料時以外的時間內都處于關閉狀態(tài)。另外，燃料電池2也可以是不經燃料收容部 5直接由燃料接受部6向燃料電池單元4供給液體燃料的結構。另一方面，盒3具有作為收容液體燃料的容器的盒主體7，其前端設置有構成聯接 器1的另一方的噴嘴In，該噴嘴In用于吐出收容于盒主體7的液體燃料。噴嘴In如后所述內置有閥門機構，在供給液體燃料時以外的時間內都處于關閉狀態(tài)。該盒3僅在向燃料 電池2注入液體燃料時才被連接，是所謂的附屬型(外部注入式)的盒。
盒主體7內收容有對應燃料電池2的液體燃料，例如燃料電池2是直接甲醇燃料 電池(DMFC)時，收容有各種濃度的甲醇水溶液和純甲醇等甲醇燃料。收納在盒主體7內的 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、甲酸或其它 液體燃料?？傊?，在盒主體7內收容對應燃料電池2的液體燃料。下面參照圖2和圖3來說明聯接器1的具體結構。圖2表示構成聯接器1的插座 Is和噴嘴In，該圖表示連接前的狀態(tài)。圖3是放大表示圖2所示的插座Is的圖。以下說 明中，前端側對于插座Is來講是指供噴嘴In插入的端部側(圖中為上側)，對于噴嘴In來 講是指插入插座Is的端部側(圖中為下側)。噴嘴In也被稱為陽側聯接器或插銷(plug)，被設置成覆蓋盒主體7的前端側的開 口部。噴嘴頭11主要由供盒主體7的前端側嵌入的筒狀基部Ila和被設置于其前端側的 直徑較小的軸部lib構成。軸部lib上設有軸孔，該軸孔的前端側設有噴嘴口 11c。軸部lib的前端部設有凹部lid。凹部Ild是使軸部lib的前端部凹陷而設置的 凹部，噴嘴口 Ilc在該凹部Ild的底面開口。凹部Ild作為殘留(附著)于噴嘴In的前端 側的液體燃料的臨時收容部發(fā)揮作用，使得操作者不會與液體燃料接觸。另外，在軸部lib 的外周設有周槽12和鍵部13，該周槽12是與后述的插座Is的噴嘴保持機構36嵌合的凹 部，該鍵部13通過后述的鍵環(huán)20作為燃料識別部發(fā)揮作用。如后所述，燃料識別部由鍵部 13和插座Is側的鍵槽44構成。在基部Ila的內側配置有將作為閥芯的閥門14保持于內部的杯狀閥門保持件15。 閥門保持件15是限定閥室的構件，其前端側外緣部被盒主體7和基部Ila夾持而得到固 定。閥門14具備閥頭14a和閥桿14b。閥頭14a配置在由閥門保持件15限定的閥室內，閥 桿14b被收容于軸部lib的軸孔內，通過這些構件，閥門14被保持為可在軸向上進退。在閥頭14a和安裝于基部Ila的內側的閥座16之間配置有0型環(huán)17。利用壓縮 彈簧18等彈性體向閥門14施力將閥頭14a朝閥座16壓緊，藉此0型環(huán)17被按壓。通常狀態(tài)(燃料電池2和盒3分離的狀態(tài))下，通過閥頭14a，0型環(huán)17向閥座 16壓緊，藉此噴嘴In內的燃料流路成為關閉狀態(tài)。另一方面，若如下所述將盒3與燃料電 池2連接，則閥桿14b后退，閥頭14a從閥座16離開，藉此噴嘴In內的燃料流路成為開放 狀態(tài)。閥門保持件15的后端部設有成為液體燃料的流路的連通孔19，通過該連通孔19，盒 主體7內的液體燃料流入噴嘴In內。此外，在噴嘴頭11的外側配置有具備凸輪機構的作為環(huán)狀構件的鍵環(huán)20和容器 噴嘴21等。鍵環(huán)20在通常使用時通過壓入被卡定于噴嘴頭11。若在盒3與燃料電池2 連接的狀態(tài)下施加彎曲或扭轉等的力，則鍵環(huán)20通過凸輪機構而旋轉浮起，使連接狀態(tài)解 除，噴嘴In從插座Is脫離。此外，容器噴嘴21與盒主體7例如螺紋連接，藉此，具有噴嘴 頭11和閥門14等的噴嘴In被固接于盒主體7的前端部。該噴嘴In中，插入插座Is內的部分成為插入部22。具體來講，比形成在鍵環(huán)20 的大致中間位置、與插座Is連接時和插座Is的噴嘴插入口 32的前端側緣部卡合的卡合部 20a更前端側的部分成為插入部22。該插入部22包括噴嘴頭11的軸部lib的前端側部分、鍵環(huán)20的細徑部20b及鍵部13。該插入部22的外表面成為插座Is和噴嘴In連接或 脫離時與插座Is的前端側緣部或內表面滑動接觸的滑動接觸面，因此，在成為該滑動接觸 面的插入部22的外表面設有潤滑性賦予部30。潤滑性賦予部30的詳細情況如后所述。另一方面，插座Is也被稱為陰側聯接器。如圖3的放大圖所示，插座Is具有圓筒 狀的外筒部31，其前端側成為剖面近似凹狀的噴嘴插入口 32。外筒部31例如由近似圓筒 狀的前端側外筒部31a和近似圓筒狀的后端側外筒部31b構成，前端側外筒部31a被固接 于后端側外筒部31b的上方外側。外筒部31的內側設有內筒部33，該內筒部33例如由中間內筒部33a和后端側內 筒部33b構成。這些中間內筒部33a和后端側內筒部33b之間設有0型環(huán)34以提高閥室 的密閉性。前端側外筒部31a在插入連接有噴嘴In時起到導引噴嘴頭11的外周面的功能。 噴嘴頭11的前端部完全不被前端側外筒部31a導引，這樣就在它們之間產生間隙。因此， 在插座Is內配置有環(huán)狀導向構件35來導引噴嘴ln(噴嘴頭11)的前端部。導向構件35被配置在既是前端側外筒部31a的內側又是后端側外筒部31b的前 端側的位置。導向構件35在前端側具有多個缺口部35a，后述的噴嘴保持機構36的向內徑 側突出的鉤部36a以穿過該缺口部35a的形態(tài)設置，同時導向構件35被該噴嘴保持機構朝 后端側外筒部31b壓緊，防止其從插座Is脫落。導向構件35具有與噴嘴頭11的前端部的形狀對應的內側形狀，藉此引導與插座 Is連接的噴嘴In的前端部，限制噴嘴In的連接狀態(tài)下的傾斜。即，在噴嘴In與插座Is連 接的狀態(tài)下，通過在位于噴嘴頭11的前端部的部分配置導向構件35，可獲得連接時的噴嘴 In的引導效果和基于此的定芯(日文芯出)效果。這樣就能夠限制噴嘴In的連接狀 態(tài)下的傾斜，保持穩(wěn)定的連接狀態(tài)。在所述中間內筒部33a上設有作為彈性體保持件的橡膠保持件37。橡膠保持件 37具有因褶皺形狀和材料特性(橡膠彈性)而在軸向上賦予彈性的圓筒狀的保持件主體 37a以及設置在其后端側的凸緣部37b。橡膠保持件37因凸緣部37b被設置于后端側外筒 部31b的環(huán)狀凸部31c和中間內筒部33a夾持而得到固定。橡膠保持件37是通過使其前端側與噴嘴頭11的凹部Ild嵌合而在其與噴嘴頭11 之間形成接觸密封面的密封構件，其內側成為液體燃料流路。即，橡膠保持件37是在開放 插座Is的閥門機構時對其與外部之間進行密封的密封構件。噴嘴頭11的凹部Ild兼具與 橡膠保持件37的前端嵌合來形成接觸密封面而進行密封的功能。在插座Is內配置有閥門40。閥門40包括閥頭40a和閥桿40b。閥頭40a配置在 由中間內筒部33a和后端側內筒部33b限定的閥室內，閥桿40b被收納在橡膠保持件37內， 閥門40可在軸向上進退。 在閥頭40a與形成于中間內筒部33a的下表面?zhèn)鹊拈y座41之間配置有0型環(huán)42。 利用壓縮彈簧43等彈性體始終對閥門40施加將閥頭40a朝閥座41壓緊的力，由此來按壓 0型環(huán)42。在通常狀態(tài)(燃料電池2與盒3分離的狀態(tài))下，通過閥頭40a使0型環(huán)42朝 閥座41壓緊，由此使插座Is內的燃料流路成為關閉狀態(tài)。另一方面，在將盒3與燃料電池 2連接時，閥桿40b后退，閥頭40a從閥座41離開，從而使插座Is內的燃料流路成為開放狀 態(tài)。
后端側內筒部33b設有通過燃料接受部6與燃料收容部5連接的連通孔33c。藉 此，插座Is的燃料流路通過設置在后端側內筒部33b的連通孔33c與燃料收容部5連接。 另外，通過使閥門18、40成為開放狀態(tài)，使噴嘴In和插座Is內的燃料流路分別打開，藉此 可將收容在盒3內的液體燃料通過噴嘴In和插座Is注入到燃料收容部5內。前端側外筒部31a設置有在連接噴嘴In時保持該連接狀態(tài)的噴嘴保持機構36。 噴嘴保持機構36具有向前端側外筒部31a的內徑側突出的鉤部36a和賦予鉤部36a按壓 力以保持噴嘴In的彈性體36b。在利用配置于前端側外筒部31a的外側的彈性體36b的彈力對鉤部36a向其內徑 側賦予按壓力的同時，鉤部36a可向外徑側后退。噴嘴保持機構36在連接噴嘴In時通過 使鉤部36a與噴嘴頭11的周槽12卡合以保持噴嘴In的連接狀態(tài)。在連接狀態(tài)下，利用鉤 部36a將噴嘴In彈性夾持，在對盒3施加了過大的彎曲或扭轉等的力時，鉤部36a后退，噴 嘴In的連接狀態(tài)被解除。在前端側外筒部31a的內徑側設置有作為燃料識別部發(fā)揮作用的鍵槽44，該鍵槽 44是沿軸向的槽。鍵槽44具有與所述噴嘴In的鍵部13卡合的形狀。由于鍵部13和鍵 槽44形成成對的形狀，因此例如通過根據液體燃料來規(guī)定形狀，可防止液體燃料的誤注入 等。即，通過將鍵部13的形狀做成與液體燃料的類別(種類和濃度等)對應的形狀，并將 鍵槽44做成與鍵部13對應的形狀，能僅使收容有對應燃料電池2的液體燃料的盒3可以 進行連接。因此，可防止因液體燃料的誤注入而引起的動作不良和特性下降等。本發(fā)明中的潤滑性賦予部30是被設置在插座Is和噴嘴In連接或脫離時兩者發(fā) 生滑動接觸的滑動接觸面的部分，例如，被設置在噴嘴In的插入部22的外表面及插座Is 的噴嘴插入口 32的前端側緣部表面及內表面。插入部22的外表面及噴嘴插入口 32的前 端側緣部表面及內表面是插座Is和噴嘴In連接或脫離時它們互相摩擦的部分，該部分成 為滑動接觸面。通過在該滑動接觸面設置潤滑性賦予部30，在插座Is和噴嘴In連接或脫離時可 使噴嘴In不會與插座Is卡住而容易地滑動，能夠在對噴嘴In施加過大的彎曲載重前解除 連接狀態(tài)。藉此，噴嘴In的破損和液體燃料的泄漏得到抑制，可靠性和安全性等有所提高。噴嘴In中的滑動接觸面如上所述是插入部22的外表面，具體來講，噴嘴頭11的 軸部lib的前端側部分的外表面或該軸部11的前端側部分的外表面被鍵環(huán)20或鍵部13 覆蓋時，是指鍵環(huán)20或鍵部13中位于最外側的部分的外表面。這里，設置于軸部11的外周的周槽12的表面(內表面)屬于作為滑動接觸面的 插入部22的外表面，但設置于前端部的凹部Ild的表面(內表面)不一定是與插座Is的 內表面發(fā)生滑動接觸的面，因此不屬于作為滑動接觸面的插入部22的外表面。即，僅在凹 部Ild的表面設置了潤滑性賦予部30的結構不包括在本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明包括在凹 部Ild的表面以外的位置設置潤滑性賦予部30的同時還在凹部Ild的表面設置了潤滑性 賦予部30的結構。 潤滑性賦予部30并不一定如圖2所示要設置在插入部22的整個外表面，例如可 以僅設置于插入部22和噴嘴插入口 32連接或脫離時特別容易與噴嘴插入口 32接觸的部 分，可適當選擇形成位置。另外，在噴嘴插入口 32設置潤滑性賦予部30時，優(yōu)選也在插入部 22設置潤滑性賦予部30，但這種情況下并不是必須要在插入部22設置潤滑性賦予部30。
另一方面，插座Is中的滑動接觸面如上所述是噴嘴插入口 32的前端側緣部表面 及內表面，具體來講是前端側外筒部31a的前端側緣部表面及內表面(包括由它們形成的 角部的表面)、導向構件35的前端側緣部表面及內表面(包括由它們形成的角部的表面) 及噴嘴保持機構36的鉤部36a的表面。這里，潤滑性賦予部30不一定如圖3所示設置于整個噴嘴插入口 32的前端側緣 部表面及內表面，例如可以僅設置于插入部22和噴嘴插入口 32連接或脫離時插入部22特 別容易接觸的部分，可適當選擇形成位置。另外，在插入部22設置潤滑性賦予部30時，優(yōu) 選也在噴嘴插入口 32設置潤滑性賦予部30，但這種情況下并不是必須要在噴嘴插入口 32 設置潤滑性賦予部30。另外，插座Is中的橡膠保持件37的表面在插座Is和噴嘴In連接或脫離時不會 導致噴嘴In卡住，也不會對噴嘴In施加過大的彎曲載重，因此該表面不屬于本發(fā)明的滑動 接觸面。即，僅在橡膠保持件37的表面設置了潤滑性賦予部30的結構不包括在本發(fā)明的 范圍內。本發(fā)明包括在噴嘴插入口 32的內表面設置潤滑性賦予部30的同時還在橡膠保持 件37的表面設置潤滑性賦予部30的結構。潤滑性賦予部30只要是可對滑動接觸面賦予潤滑性、可使噴嘴In相對于插座Is 順滑地滑動的部分即可，無特別限定，作為優(yōu)選例子，可例舉例如由常溫下呈固體狀的樹脂 形成的樹脂涂層、常溫下呈液狀或脂膏狀的潤滑劑形成的涂膜、金屬涂層、以碳為主成分的 涂層。其中，特別從因插座Is和噴嘴In反復接觸而造成的損耗少、耐久性良好的角度考慮， 優(yōu)選的例子包括樹脂涂層、金屬涂層、以碳為主成分的涂層。作為構成所述樹脂涂層的樹脂，作為優(yōu)選例子，可例舉例如選自氟類樹脂、有機硅 類樹脂、烯烴類樹脂及聚氨酯類樹脂的至少1種樹脂。作為氟類樹脂，可例舉例如四氟乙烯樹脂、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚樹脂、 四氟乙烯_六氟丙烯共聚樹脂、四氟乙烯_六氟丙烯_全氟烷氧基乙烯共聚樹脂、四氟乙 烯-乙烯共聚樹脂、三氟氯乙烯樹脂、三氟氯乙烯_乙烯共聚樹脂、偏氟乙烯樹脂、氟乙烯樹脂等。作為有機硅類樹脂，可例舉具有硅氧烷骨架的二甲基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧 烷等樹脂或它們的改性物(例如，氨基改性、烷基改性)。作為烯烴類樹脂，可例舉例如聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、乙烯_丙烯共聚樹脂、乙 烯_ 丁烯共聚樹脂、乙烯_辛烯共聚樹脂、聚丙烯_ 丁烯共聚樹脂、聚丁烯樹脂、乙烯_丙烯 酸酯共聚樹脂、乙烯_甲基丙烯酸酯共聚樹脂、乙烯_丙烯酸共聚樹脂、乙烯_乙酸乙烯酯 共聚樹脂等或它們的改性物。另外，作為聚氨酯類樹脂，可例舉主要由異氰酸酯基和醇基縮合而形成的聚氨酯 樹脂或它們的改性物。在滑動接觸面形成樹脂涂層例如可通過以下方法來完成將所述樹脂材料的液狀 物涂布于作為滑動接觸面的插座Is的前端側緣部表面或內表面或者噴嘴In的外表面的所 希望的部分，進行熱處理使其固化而形成涂層。對于液狀物的涂布方法無特別限定，可采用 毛刷涂布法、噴涂法等公知方法。另外，熱處理最好在與樹脂材料匹配的溫度下進行，一般 優(yōu)選在100°C以上450°C以下的溫度下進行。液狀物的涂布和熱處理可以只進行1次也可 多次反復進行。
對于樹脂涂層的厚度不限定，較好為IOnm以上500 μ m以下，更好為50nm以上 100 μ m以下。樹脂涂層的厚度小于IOnm時，可能無法確保足夠的潤滑性，且因為插座Is和 噴嘴In的反復滑動接觸而易損耗，耐久性可能會變得不足。另外，樹脂涂層的厚度如果為 500 μ m左右，則可獲得足夠的耐久性，如果超過該值，則樹脂涂層的形成要花費時間，從而 導致生產性下降，且可能很難將噴嘴In裝在插座Is上。另一方面，作為構成以上涂膜的潤滑劑，作為優(yōu)選例子，可例舉選自氟類潤滑劑、 有機硅類潤滑劑及烯烴類潤滑劑中的至少1種潤滑劑。作為氟類潤滑劑，可例舉公知的氟油，作為優(yōu)選例子，可例舉例如下述化學式(1) 表示的全氟聚醚或下述化學式(2)表示的三氟氯乙烯低聚物等。R(C3F6O)p-(C2F4O)q-(CF2O)r R'……(1)其中，R、R’為全氟烷基或氧化全氟烷基，p、q及r為正整數，其中的1個或2個可 以為0，且p+q+r的值按照潤滑劑在常溫下呈液狀或脂膏狀的條件來確定。(C2ClF3)n ……(2)其中，η的值按照潤滑劑在常溫下呈液狀或脂膏狀的條件來確定。此外，作為有機硅類潤滑劑，可例舉公知的硅油，可例舉例如二甲基硅油、甲基苯 基硅油、甲基氫化二烯硅油或它們的改性物(例如，氨基改性、烷基改性)。作為烯烴類潤滑劑，可例舉公知的烯烴類油，可例舉例如聚乙烯、聚丙烯、乙 烯_丙烯共聚物、乙烯_ 丁烯共聚物、乙烯_辛烯共聚物、聚丙烯_ 丁烯共聚物、聚丁烯、乙 烯_丙烯酸酯共聚物、乙烯_甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯_丙烯酸共聚物、乙烯_乙酸乙烯 酯共聚物等或它們的改性物形成的常溫下呈液狀或脂膏狀的烯烴類潤滑劑。在滑動接觸面上由潤滑劑形成涂膜例如可通過以下方法完成將所述潤滑劑涂布 于作為滑動接觸面的插座Is的前端側緣部表面或內表面或者噴嘴In的外表面的所希望的 部分。對于潤滑劑的涂布方法無特別限定，可采用浸涂法、毛刷涂布法、噴涂法等公知方法。潤滑劑的涂布量例如較好為0. 001mg/cm2以上0. 100mg/cm2以下。潤滑劑的涂布 量低于0. 001mg/cm2時，可能無法確保足夠的潤滑性，潤滑劑因插座Is和噴嘴In的反復滑 動接觸而易損耗，耐久性可能會變得不足。潤滑劑的涂布量如果為0. 100mg/cm2左右，則 可確保耐久性，如果超過該量，則潤滑劑附著在沒有必要涂布的地方，可能有礙于從噴嘴In 向插座Is注入液體燃料。作為金屬涂層，從潤滑性良好的角度考慮，特好為金(Au)或其合金形成的涂層。 對金屬涂層的厚度無特別限定，較好為IOnm以上500 μ m以下，更好為50nm以上100 μ π!以 下。在滑動接觸面形成金屬涂層采用例如濺射法、蒸鍍法、電解鍍或非電解鍍等方法對作為 滑動接觸面的插座Is的前端側緣部表面或內表面或者噴嘴In的外表面的所希望的部分進 行處理來完成。此外，作為以碳為主成分的涂層，較好例如為類金剛石(DLC)及石墨等以碳 為主成分的涂層。設置樹脂涂層、金屬涂層或以碳為主成分的涂層時，其表面粗糙度Ra較好為 3. 2 μ m以下。表面粗糙度Ra如果超過3. 2 μ m，則插座Is和噴嘴In連接或脫離時噴嘴In 相對于插座Is無法順滑地滑動，可能會對噴嘴In施加過大的彎曲載重而使其破損。表面 粗糙度Ra是指算術平均粗糙度Ra，算術平均粗糙度Ra的值是按照JIS :B0601 (1994年)的 3 “被定義的算術平均粗糙度的定義及表示”表示的值。
另外，作為設置該潤滑性賦予部30的前提，最好對將要設置潤滑性賦予部30的滑 動接觸面，即，插座Is的前端側緣部表面或內表面或者噴嘴In進行研磨處理。一般，由于 經過塑性加工的構件的表面變得粗糙，因此僅通過設置潤滑性賦予部30可能不能夠獲得 足夠的潤滑特性，在插座Is和噴嘴In連接或脫離時噴嘴In相對于插座Is無法順滑地滑 動，可能會對噴嘴In施加過大的彎曲載重而使其破損。所以，預先對滑動接觸面進行研磨 處理來減小表面粗糙度，然后設置潤滑性賦予部30，可顯現出足夠的潤滑性，易于減少噴嘴 In的破損。該研磨處理可采用例如滾磨(” > >研磨)處理、電解研磨處理或磁研磨處理等 各種研磨處理。實施了該研磨處理的滑動接觸面的表面粗糙度Ra較好為3. 2 y m以下。表 面粗糙度Ra如果超過3. 2 y m，則插座Is和噴嘴In連接或脫離時噴嘴In相對于插座Is無 法順滑地滑動，可能會對噴嘴In施加過大的彎曲載重而使其破損。此外，通過在設置潤滑性賦予部30的同時使得設置潤滑性賦予部30的構件本身 具備潤滑性，即使在潤滑性賦予部30有所損耗時也可維持潤滑性，易于長期地減少噴嘴In 的破損。作為該構件，在噴嘴In側可例舉作為構成插入部22的構成構件的噴嘴頭11、鍵部 13和鍵環(huán)20，在插座Is側可例舉作為構成噴嘴插入口 32的構成構件的前端側外筒部31a、 導向構件35或噴嘴保持機構36。此外，作為構成該構件的材料，其優(yōu)選例可例舉例如選自 氟類樹脂、有機硅類樹脂、烯烴類樹脂、縮醛樹脂及聚氨酯樹脂的至少1種樹脂。下面對聯接器1的連接方法進行說明。連接時，在設于噴嘴In的插入部22的鍵 部13和設于插座Is的鍵槽44的形狀一致的情況下可將兩者連接。該鍵部13和鍵槽44的 形狀一致時，如果將噴嘴In的插入部22插入插座Is的噴嘴插入口 32，則首先橡膠保持件 37的前端嵌合入設于插入部22的凹部1 ld，藉此在它們之間形成接觸密封面，在閥門14、40 變?yōu)殚_放狀態(tài)前確立液體燃料的流路周邊的密封。噴嘴In插入插座Is時，噴嘴In的閥桿14b和插座Is的閥桿40b的前端碰上。另 外，噴嘴In插入插座Is時，插座Is的閥門40后退而完全打開后，噴嘴In的閥門14后退， 液體燃料流路確立，被收容于盒3的液體燃料被供至(注入)燃料電池2的燃料收容部5。 圖4表示噴嘴In與插座Is連接的狀態(tài)。圖4中，潤滑性賦予部30的圖示被省略。該連接 狀態(tài)下，插座Is中的噴嘴保持機構36與噴嘴In中的噴嘴頭11的周槽12卡合，因此噴嘴 In和插座Is的連接狀態(tài)得到保持。從盒3向燃料電池2的液體燃料的供給結束、從插座Is脫卸噴嘴In時進行與以 上的連接動作相反的動作。即，將噴嘴In從插座Is拔出時，首先噴嘴保持機構36和噴嘴 頭11的周槽12的卡合被解除。另外，將噴嘴In拔出時，噴嘴In的閥門14相對地朝前端 側移動，噴嘴In內的液體燃料流路被關閉。此外，將噴嘴In拔出時，插座Is的閥門40也 向前端側移動，插座Is內的液體燃料流路被關閉。最終，噴嘴In的閥桿14b和插座Is的 閥桿40b分開，進而設于插入部22的凹部lid和橡膠保持件37脫離，密封被解除，形成為 圖2所示的非連接狀態(tài)。該插座Is和噴嘴In連接或脫離時，最好以插座Is的軸心和噴嘴In的軸心相一 致的條件進行連接或脫離，但有時會如圖5、6所示，使噴嘴In的軸心相對于插座Is的軸心 傾斜而進行連接或脫離。如上所述兩者的軸心發(fā)生傾斜時，例如在噴嘴In的插入部22的側面部與插座Is的前端側外筒部31a的前端側緣部接觸的同時，插入部22的前端部與前端側外筒部31a的 內表面接觸。因此，易于對噴嘴In，特別是插入部22施加以插座Is的前端側外筒部31a的 前端側緣部為支點的彎曲載重，容易破損。但是，本發(fā)明因為在例如插入部22的側面部和前端側外筒部31a的前端側緣部滑 動接觸的滑動接觸面以及插入部22的前端部和前端側外筒部31a的內表面滑動接觸的滑 動接觸面等處設置了潤滑性賦予部30，因此，插入部22和前端側外筒部31a易于在這些滑 動接觸面滑動，向插入部22施加過大的彎曲載重的情況得到控制，插入部22不易破損。以下，對本發(fā)明的燃料電池2進行說明。本發(fā)明的燃料電池2包括所述燃料電池 用聯接器1中的設置有潤滑性賦予部30的插座Is、收容通過所述插座Is供給的液體燃料 的燃料收容部5和作為使用該液體燃料進行發(fā)電動作的起電部的燃料電池單元4。對于本 發(fā)明的燃料電池2中的燃料電池單元4無特別限定，可例舉例如需要時連接附屬型盒3的 被動型及主動型DMFC。以下，對于采用了內部氣化型DMFC的本發(fā)明的燃料電池2進行說明。圖7是表示 本發(fā)明的燃料電池2的一例的剖視圖。燃料電池2主要由構成起電部的燃料電池單元4、燃 料收容部5和省略了圖示的具有插座Is的燃料接受部6構成。圖中省略的具有插座Is的 燃料接受部6如圖1所示被設置在燃料收容部5的下表面?zhèn)取?燃料電池單元4具備膜電極接合體(MEA =Membrane ElectrodeAssembly)，該膜電 極接合體包括具有陽極催化劑層52和陽極氣體擴散層53的陽極(燃料極)、具有陰極催 化劑層54和陰極氣體擴散層55的陰極(氧化劑極/空氣極)以及被陽極催化劑層52和 陰極催化劑層54夾持的質子(氫離子)傳導性電解質膜56。作為在陽極催化劑層52和陰 極催化劑層54中含有的催化劑，可例舉例如Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等鉬族元素的單體及含 有鉬族元素的合金等。具體來講，陽極催化劑層52中最好使用對甲醇和一氧化碳具有較強的耐性的 Pt-Ru和Pt-Mo等，陰極催化劑層54中最好使用Pt和Pt-Ni等。此外，也可以采用使用碳 材這樣的導電性載體的載體催化劑，還可以使用無載體催化劑。作為構成電解質膜56的質 子傳導性材料，可例舉例如具有磺酸基的全氟磺酸聚合物等氟類樹脂(Nafion(商品名，杜 邦公司制)、Flemion(商品名，旭硝子公司制))、具有磺酸基的烴類樹脂、鎢酸和磷鎢酸等 無機物等。但并不限于這些材料。在陽極催化劑層52上層疊的陽極氣體擴散層53在起到朝陽極催化劑層52均勻 地供給燃料的作用的同時，還起到陽極催化劑層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散層55在起到朝陰極催化劑層54均勻地供給氧化劑的作用的同時， 還起到陰極催化劑層54的集電體的作用。在陽極氣體擴散層53上層疊有陽極導電層57。 在陰極氣體擴散層55上層疊有陰極導電層58。 陽極導電層57和陰極導電層58例如用由Au等導電性金屬材料形成的網、多孔膜 或薄膜等構成。另外，在電解質膜56與陽極導電層57之間以及電解質膜56與陰極導電層 58之間分別設置有橡膠制的0型環(huán)59、60，利用它們來防止燃料和氧化劑從燃料電池單元 4泄漏。 在燃料收容部5的內部填充有作為液體燃料F的甲醇燃料。燃料收容部5的燃料 電池單元4側開口，該燃料收容部5的開口部和燃料電池單元4之間設置有氣體選擇性透過膜51。氣體選擇性透過膜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 氣液分離膜。作為氣體選擇性透過膜51的構成材料，可例舉例如聚四氟乙烯等氟類樹脂。 所謂液體燃料F的氣化成分，在使用甲醇水溶液作為液體燃料F時是指由甲醇的氣化成分 和水的氣化成分構成的混合氣體、在使用純甲醇作為液體燃料F時是指甲醇的氣化成分。在陰極導電層58上層疊有保濕層61，并在其上層疊有表面層62。表面層62具有 對作為氧化劑的空氣的進入量進行調整的功能，該調整通過對在表面層62上形成的空氣 導入口 62a的個數和尺寸等進行改變來實現。保濕層61被陰極催化劑層54中生成的水的 一部分浸滲，起到抑制水蒸散的作用，同時，通過朝陰極氣體擴散層55均勻地導入氧化劑， 還起到促進氧化劑朝陰極催化劑層54均勻擴散的功能。保濕層61例如由多孔結構的構件 形成，作為保濕層61的具體構成材料，可例舉例如聚乙烯、聚丙烯的多孔體等。另外，通過在燃料收容部5上依次層疊氣體選擇性透過膜51、燃料電池單元4、保 濕層61、表面層62，并在其上覆蓋例如不銹鋼制的蓋子63以保持整體來構成該燃料電池2。 在蓋子63的與表面層62上形成的空氣導入口 62a對應的部分設置有開口 63a。另外，在燃 料收容部5上設置有卡住蓋子63的爪63b的臺階、”卞)5a，通過在該臺階5a上鉚接爪 63b，用蓋子63來一體地保持整個燃料電池2。在具有上述結構的燃料電池2中，燃料收容部5內的液體燃料F(例如甲醇水溶 液)氣化，該氣化成分透過氣體選擇性透過膜51被供至燃料電池單元4。在燃料電池單元 4內，液體燃料F的氣化成分在陽極氣體擴散層53中擴散，被供至陽極催化劑層52。供至 陽極催化劑層52的氣化成分產生下式(1)所示的甲醇內部重整反應。CH30H+H20 — C02+6H++6e" ... (1)在使用純甲醇作為液體燃料F時，燃料收容部5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膜56中的水與甲醇反應，產生上式(1)的內部重整反應，或 者，不進行上式(1)的內部改性反應，而是利用不需要水的其它反應機理來產生內部重整 反應。內部重整反應生成的質子(礦)在電解質膜56中傳遞，到達陰極催化劑層54。從 表面層62的空氣導入口 62a進入的空氣(氧化劑)在保濕層61、陰極導電層58、陰極氣體 擴散層55中擴散，被供至陰極催化劑層54。供至陰極催化劑層54的空氣產生下式(2)所 示的反應。通過該反應進行附帶水的生成的發(fā)電反應。(3/2) 02+6H++6e-— 3H20 ...(2)隨著基于上述反應的發(fā)電反應的進行，燃料收容部5內的液體燃料F (例如甲醇水 溶液或純甲醇)被消耗。由于燃料收容部5內的液體燃料F耗盡時發(fā)電反應會停止，因此 在此時刻或其以前的時刻從盒3朝燃料收容部5內供給液體燃料。如上所述，通過將盒3 側的噴嘴In插入燃料電池2側的未圖示的插座Is進行連接，可從盒3供給液體燃料。此 時，由于在插座Is設置了潤滑性賦予部30，因此噴嘴In、特別是插入部22的破損被抑制， 可安全地進行液體燃料的供給。以上，對本發(fā)明的燃料電池用聯接器及燃料電池進行了說明，本發(fā)明的燃料電池 用聯接器及燃料電池并不限定于以上實施方式中的例子，在實施階段，可在不脫離本發(fā)明 技術思想的范圍內對構成要素進行變形后具體實施。另外，通過對上述實施方式所揭示的 多個構成要素進行適當組合可形成各種發(fā)明。例如，可以從實施方式所示的全部構成要素中刪除幾個構成要素。另外，例如作為燃料電池，較為理想的有實現了小型化的被動型 DMFC，但只要是至少具備本發(fā)明的燃料電池用聯接器中的設有潤滑性賦予部的插座、通過 該插座供給液體燃料的燃料電池，對其方式和機構等沒有任何限定。產業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的燃料電池用聯接器中設有對插座和噴嘴連接或脫離時這些插座和噴嘴 發(fā)生滑動接觸的滑動接觸面賦予潤滑性的潤滑性賦予部。通過設置潤滑性賦予部，在插座 和噴嘴連接或脫離時可使噴嘴相對于插座易于滑動，可抑制對噴嘴施加過大的彎曲載重， 其結果是，噴嘴的破損被抑制，可獲得可靠性和安全性優(yōu)良的聯接器。因此，本發(fā)明的燃料 電池用聯接器適用于燃料電池中的液體燃料的供給。另外，本發(fā)明的燃料電池包括該燃料電池用聯接器中的具有潤滑性賦予部的插 座。具備該插座可獲得可靠性和安全性等良好的燃料電池，可用作為各種裝置和設備的電 源。
權利要求
燃料電池用聯接器，包括設置于燃料電池的插座和設置于收容燃料電池用液體燃料的燃料盒的噴嘴，該插座包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，該噴嘴包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，通過所述噴嘴與所述插座連接而打開所述兩個閥芯，將所述燃料盒內的所述液體燃料向所述燃料電池供給，其特征在于，設置有對所述插座和所述噴嘴連接或脫離時所述插座和所述噴嘴發(fā)生滑動接觸的滑動接觸面賦予潤滑性的潤滑性賦予部。
2.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部被設置在 所述插座中的供所述噴嘴插入的近似圓筒狀的噴嘴插入口的前端側緣部表面及內表面的 至少一方。
3.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部被設置在 所述噴嘴中的被插入所述插座的插入部的外表面。
4.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部是由選自 氟類樹脂、有機硅類樹脂、烯烴類樹脂及聚氨酯類樹脂中的至少1種樹脂形成的樹脂涂層。
5.如權利要求4所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述樹脂涂層的表面粗糙度 Ra為3· 2μπι以下。
6.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部是由金或 金合金形成的金屬涂層。
7.如權利要求6所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述金屬涂層的表面粗糙度 Ra為3· 2μπι以下。
8.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部是類金剛 石(DLC)及石墨等以碳為主成分的涂層。
9.如權利要求8所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述以碳為主成分的涂層的 表面粗糙度Ra為3. 2 μ m以下。
10.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述潤滑性賦予部是由選自 氟類潤滑劑、有機硅類潤滑劑及烯烴類潤滑劑中的至少1種潤滑劑形成的涂膜。
11.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，對設置所述潤滑性賦予部的 滑動接觸面預先進行了研磨處理。
12.如權利要求11所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，所述研磨處理為選自滾磨 處理、電解研磨處理及磁研磨處理中的至少1種研磨處理。
13.如權利要求11所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，實施了所述研磨處理的所 述滑動接觸面的表面粗糙度Ra為3. 2 μ m以下。
14.如權利要求1所述的燃料電池用聯接器，其特征在于，設置所述潤滑性賦予部的構 件由具備潤滑性的材料形成。
15.燃料電池，其特征在于，包括權利要求1所述的燃料電池用聯接器中的設置有潤滑 性賦予部的插座、收容通過所述插座供給的液體燃料的燃料收容部和使用所述液體燃料進 行發(fā)電動作的起電部。
全文摘要
本發(fā)明的燃料電池用聯接器，包括設置于燃料電池的插座和設置于收容燃料電池用液體燃料的燃料盒的噴嘴，該插座包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，該噴嘴包括閥芯和對閥芯向關閉方向施力的施力部，通過所述噴嘴與所述插座連接而打開所述兩個閥芯，將所述燃料盒內的所述液體燃料向所述燃料電池供給；該聯接器的特征在于，設置有對所述插座和所述噴嘴連接或脫離時所述插座和所述噴嘴發(fā)生滑動接觸的滑動接觸面賦予潤滑性的潤滑性賦予部。
文檔編號H01M8/04GK101842930SQ200880114538
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權日2007年10月29日
發(fā)明者吉弘憲司, 山盛陽, 川村公一, 長谷部裕之, 高橋賢一 申請人:株式會社東芝;東洋制罐株式會社