燃料電池用插座、使用了該插座的燃料電池用聯接器和燃料電池的製作方法

2023-10-24 21:41:42

專利名稱：燃料電池用插座、使用了該插座的燃料電池用聯接器和燃料電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及在向燃料電池供給液體燃料時使用的燃料電池用插座(socket)、使用了該插座的燃料電池用聯接器(coupler)和燃料電池。
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可攜式電子設備，正嘗試使用燃料電池作為這些可攜式電子設備的電源。燃料電池具有隻需供給燃料和空氣就能發電、若補充燃料則能連續地長時間發電的特點。因此，若能使燃料電池小型化，則作為可攜式電子設備的電源，可以說是極為有利的系統。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 :direct methanol 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，已知有氣體供給型和液體供給型等主動方式、使燃料收容部內的液體燃料在燃料電池內部氣化後朝燃料極供給的內部氣化型的被動方式。 被動方式有助於DMFC的小型化。在被動方式DMFC中，使燃料收容部內的甲醇燃料介以燃料含浸層和燃料氣化層等進行氣化後朝燃料極供給。朝燃料收容部供給甲醇燃料等液體燃料時例如採用附屬型 (satellite type)(外部注入式)的燃料盒。利用燃料盒供給液體燃料時，一般採用由燃料電池用插座和燃料電池用插銷 (plug)構成的燃料電池用聯接器。燃料電池用插座及燃料電池用插銷分別具有內藏作為閥芯的閥的閥機構，通過將燃料電池用插銷與燃料電池用插座連接而使兩個閥抵接，使閥機構處於打開狀態。藉此，例如通過在將燃料電池用插座裝載於燃料電池側的同時將燃料電池用插銷裝載於燃料盒側並將燃料電池用插銷插入燃料電池用插座，可將收容於燃料盒的液體燃料供至燃料電池，具體來說是供至燃料收容部。另外，將燃料電池用插銷從燃料電池用插座拔出後，兩個閥脫開，閥機構處於關閉狀態，可阻斷液體燃料的供給。作為該燃料電池用插座，已知例如在筒狀的插座主體內配置閥的同時以覆蓋該閥的連接側的周圍的狀態設置被稱為橡膠保持件等的彈性筒狀的燃料導入路徑的插座。燃料導入路徑是連接有燃料電池用插銷時，與排出上述液體燃料的排出口的周圍接觸、成為將排出的液體燃料導向燃料電池用插座內部的流路的構件。作為該燃料導入路徑，已知例如可沿軸向伸縮的蛇形構件(例如參照專利文獻1)。但是，該燃料導入路徑因長時間使用存在性能下降、回彈力減弱或一旦收縮就無法完全回復至原來的狀態的可能性。該性能降低的燃料導入路徑在燃料電池用插銷的連接時無法與排出口的周圍很好地接觸，液體燃料可能會向外側漏出。專利文獻1 日本專利特開2008-047405號公報

發明內容
本發明的目的是提供在與燃料電池用插銷連接時可使燃料導入路徑與排出口的周圍很好地接觸、抑制液體燃料向外部漏出的安全性良好的燃料電池用插座。另外，本發明的目的是提供具備該安全性良好的燃料電池用插座的燃料電池用聯接器及燃料電池。本發明的燃料電池用插座是與排出燃料電池用液體燃料的燃料電池用插銷可裝拆地連接的燃料電池用插座，該插座的特徵在於，包括在軸向的大致中間部具有縮徑部的筒狀的插座主體，具有通過該縮徑部向連接側突出的軸部的閥，以包圍從該縮徑部突出的軸部的側面部的狀態設置的、在側面部具有卡定部的彈性筒狀的燃料導入路徑，設置在該燃料導入路徑外側的、將卡定部向連接側按壓的輔助彈性體。本發明的燃料電池用聯接器是由排出燃料電池用液體燃料的燃料電池用插銷和可裝拆地與該燃料電池用插銷連接的燃料電池用插座構成的燃料電池用聯接器，該聯接器的特徵在於，該燃料電池用插座為所述本發明的燃料電池用插座。另外，本發明的燃料電池是包括膜電極接合體、收容供至該膜電極接合體的燃料極的液體燃料的燃料收容部和設置於該燃料收容部的燃料電池用插座的燃料電池，該膜電極接合體包括燃料極、空氣極及被燃料極和空氣極夾持的電解質膜，該燃料電池的特徵在於，該燃料電池用插座為所述本發明的燃料電池用插座。附圖的簡單說明

圖1是表示本發明的燃料電池用插座的應用方法的示意圖。圖2是表示本發明的燃料電池用插座的實施方式1的剖視圖。圖3是表示與圖2所示的燃料電池用插座連接的燃料電池用插銷的一例的剖視圖。圖4是表示燃料電池用插銷與圖2所示的燃料電池用插座連接的狀態的剖視圖。圖5是表示本發明的燃料電池用插座的實施方式2的剖視圖。圖6是表示燃料電池用插銷與圖5所示的燃料電池用插座連接的狀態的剖視圖。圖7是表示本發明的燃料電池用插座的實施方式3的剖視圖。圖8是表示燃料電池用插銷與圖7所示的燃料電池用插座連接的狀態的剖視圖。圖9是表示本發明的燃料電池的一例的剖視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明進行說明。圖1是表示本發明的燃料電池用插座1(以下簡稱為插座1)的應用方法的示意圖。本發明的燃料電池用插座1與燃料電池用插銷2 (以下簡稱為插銷2)可裝卸地連接而構成燃料電池用聯接器3 (以下簡稱為聯接器3)。插座1、插銷2分別具有構成閥機構的閥，在如圖所示的分離狀態下，所述閥機構關閉，藉此抑制液體燃料的流出。插銷2與插座1連接時，所述閥抵接，藉此閥機構打開，可實現液體燃料的供給。該插座1被裝載於燃料電池4後加以使用。燃料電池4例如包括成為起電部的燃料電池單元5、收容供至該燃料電池單元5的液體燃料的燃料收容部6、被裝載於該燃料收容部6的用於供給液體燃料的燃料接受部7，插座1例如被裝載於燃料接受部7。
另一方面，插銷2被裝載於盒8後加以使用。盒8具有收容液體燃料的容器，即盒主體9。在其前端部分裝有用於排出液體燃料的插銷2。盒8是僅在注入液體燃料時與燃料電池4連接的所謂的附屬式(外部注入式)盒。盒主體9中收容有與燃料電池4對應的液體燃料。例如在直接甲醇型燃料電池 (DMFC)的情況下，收容各種濃度的甲醇水溶液或純甲醇等甲醇燃料。但收容於盒主體9的液體燃料並不限於甲醇燃料，例如也可以是乙醇水溶液或純乙醇等乙醇燃料，丙醇水溶液或純丙醇等丙醇燃料，乙二醇水溶液或純乙二醇等乙二醇燃料，二甲醚，甲酸及其它的液體燃料。總之，與燃料電池4對應的液體燃料都可被收容。下面，對本發明的插座1進行具體說明。以下的表示插座1的圖都將圖中上側作為連接插銷2的一側。另外，以下說明中將插座1中的連接插銷2的一側(圖中上側)稱為連接側，將其相反側(圖中下側)稱為底部側。圖2是表示本發明實施方式1的插座1的剖視圖。圖2表示閥機構關閉的狀態。 插座1也被稱為陰側聯接器，主要由筒狀的插座主體11、設置於該插座主體11內部的閥 12、以包圍該閥12的連接側側面部的狀態設置的燃料導入路徑13、設置於該燃料導入路徑 13的卡定部14及按壓該卡定部14的輔助彈性體15構成。插座主體11例如由配置於連接側的近似筒狀的第一筒部111、嵌入該第一筒部 111的底部側而被固定的第二筒部112、嵌入該第二筒部112的底部側而被固定的第三筒部 113構成。第一筒部111因為例如與底部側相比連接側的內徑變小，因此形成階梯部，該階梯部限制卡定部14向連接側的移動而成為規定初始的位置狀態的定位部111a。第二筒部 112在連接側具備縮徑部112a，該縮徑部11 的內徑要能夠插入閥12的連接側的部分且可通過液體燃料。此外，第三筒部113在其軸心部分形成有限制閥12向底部側移動的閥抵接部 113a，在其周圍以均等的間隔形成了成為液體燃料的流路的多個流通孔11北。閥12與插座主體11合在一起主要構成閥機構，包括通過縮徑部11 向連接側突出的軸部1 和被配置在縮徑部11 底部側的頭部12b。在頭部12b的連接側配置0型環等環狀密封構件16，且在底部側配置壓縮彈簧等閥用彈性體17，閥用彈性體17介以頭部 12b按壓環狀密封構件16，藉此縮徑部11 被關閉，抑制液體燃料向連接側漏出。燃料導入路徑13是由彈性材料形成的筒狀構件，其內部成為從插銷2排出的液體燃料的流路。該燃料導入路徑13除了連接側的一部分、即、連接側的端部及裝載卡定部14 的裝載部13a以外的幾乎所有的部分都形成為蛇形，因該蛇形的形狀和材料特性(橡膠彈性)，燃料導入路徑13可沿軸向伸縮。裝載部13a例如形成為繞燃料導入路徑13的側面部一周的溝部。燃料導入路徑 13的兩端部為密封部13b、密封部13c，例如截面形成為向軸向突出的凸狀。S卩，連接側的端部的密封部1 與插銷2的排出液體燃料的排出口的周圍接觸而形成密封狀態，朝向插銷2形成為凸狀。另一方面，底部側的端部的密封部13c與縮徑部11 接觸而形成密封狀態，朝向縮徑部11 形成為凸狀。該燃料導入路徑13被設置成包圍軸部12a中向縮徑部11 的連接側突出的所有部分。燃料導入路徑13的連接側的端部例如比起軸部1 略向連接側延伸，這是為了在保護軸部12a的連接側的端部的同時，在軸部1 被插入插銷2的排出液體燃料的排出口之前與其周圍接觸而形成密封狀態。卡定部14和輔助彈性體15是為了將該燃料導入路徑13的連接側的端部向前端側按壓而設置的，卡定部14被裝載在燃料導入路徑13的側面部，為了將該卡定部14向連接側按壓，在作為卡定部14的底部側的燃料導入路徑13的外側設置輔助彈性體15。通過如上所述那樣設置卡定部14和輔助彈性體15，可在插銷2的連接時使燃料導入路徑13的連接側的端部與排出該液體燃料的排出口的周圍很好地接觸而形成密封狀態。藉此可抑制液體燃料向外部的漏出，從而實現良好的安全性。特別是因長期使用而導致燃料導入路徑13的特性下降時，可有效地抑制液體燃料向外部漏出而獲得良好的安全性。另外，在如上所述那樣設置輔助彈性體15時，通過將其配置在燃料導入路徑13的外側，可抑制從輔助彈性體溶出的金屬離子等混入液體燃料，也能夠抑制燃料電池的發電特性下降。通過設置於插座主體11 (第一筒部111)的定位部Illa來限制卡定部14向前端側移動，這樣在抑制其從插座主體11脫落的同時可將其保持為初始的位置狀態。另外，通過將卡定部14保持為初始的位置狀態，可將燃料導入路徑13的連接側的端部也保持在初始的位置狀態。該卡定部14例如是具有保持燃料導入路徑13的保持孔的環狀構件，以從外側嵌入設置於燃料導入路徑13的連接側的端部的裝載部13a的形態被裝載。安裝卡定部14的位置也可以不是燃料導入路徑13的連接側的端部，但從將燃料導入路徑13的連接側的端部向連接側按壓、使其很好地與插銷2的排出液體燃料的排出口的周圍接觸的角度考慮， 優選燃料導入路徑13的連接側的端部。卡定部14的外徑最好與插座主體11的內徑相同，但前提是要能夠在插座主體 11(第一筒部111)的內部滑動。這樣便可使插座主體11的軸心和燃料導入路徑13的軸心對齊，使燃料導入路徑13的連接側的端部更切實地與插銷2的排出液體燃料的排出口的周圍接觸而形成密封狀態。該燃料導入路徑13、環狀密封構件16可由對液體燃料具備耐受性的材料形成，特好是由具備耐甲醇性的三元乙丙橡膠(EPDM)形成。但是，並不限定於EPDM，也可由有機矽橡膠(VMQ)、氟代有機矽橡膠(FVMQ)、氟橡膠(FKM)、丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR) 形成。另外，輔助彈性體15不一定與液體燃料接觸，在與液體燃料接觸時最好對其實施過表面處理。另一方面，閥用彈性體17由於被配置在液體燃料的流路中，因此最好對其實施過表面處理。作為該構件，具體來講優選對不鏽鋼類彈簧進行過鈍化處理而使耐腐蝕性有所提高的構件。表面處理並不限定於鈍化處理，也可採用金等貴金屬的鍍敷及氟類樹脂等的樹脂塗敷。另外，也可使用作為原材料使用了碳的彈簧。作為其它構件，一般優選由非金屬材料形成，最好由對液體燃料具備耐受性的樹脂材料形成，特好是由具備耐甲醇性的樹脂材料形成。作為該樹脂材料，可例舉聚丙烯 (PP)、聚苯硫醚(PPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚醚醚酮(PEEK 維客特來克斯公司(々、々卜 > 〃々7社)商標)、液晶聚合物(LCP)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、 聚縮醛(POM)等，作為具備耐甲醇性和透明性的樹脂材料，可例舉聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、環狀烯烴共聚物(COC)、環烯烴聚合物(COP)、聚甲基戊烯(TPX)、聚苯基碸(PPSU)、聚醚碸(PEQ等。圖3表示與插座1連接的插銷2。以下的表示插銷2的圖都是將圖中下側作為與插座1連接的一側。另外，以下說明中將插銷2的連接插座1的一側(圖中下側)稱為連接側，將其相反側(圖中上側)稱為底部側。插銷2也被稱為陽側聯接器，包括用於嵌入盒主體9的插銷頭21、被配置在該插銷頭21內部的閥22、以從外側覆蓋插銷頭21的狀態固定於盒主體9的壓蓋23等。插銷頭21包括用於嵌入盒主體9的筒狀的基部21a和設置在其連接側的直徑更小的插入部21b。在插入部21b的軸心部分形成了成為收容於盒主體9的液體燃料的流路的同時使閥22以可移動的狀態插入的軸孔21c。插入部21b的端部形成了用於嵌入燃料導入路徑13的密封凹部21d，在該密封凹部21d的底面形成有與軸孔21c連接的排出口 21e。排出口 21e是將收容於盒主體9的液體燃料排出的部分，密封凹部21d起到從該排出口 21e排出的液體燃料的殘留物(附著物)的臨時收容部的作用，使得操作者不會與液體燃料接觸。在連接狀態下，燃料導入路徑13的前端部嵌合入該密封凹部21d而抵接， 藉此排出口 21e的周圍被密封，抑制液體燃料向外側流出。在基部21a的內側配置了保持閥22的閥保持件24。閥保持件M是限定閥室的構件，形成於其連接側外緣部的凸緣部2 介以0型環等環狀密封構件25從底部側得到盒主體9的按壓而被固定在基部21a。另外，在閥保持件M的大致中間部設置了使閥22以可移動的狀態插入的軸孔Mb，在後端部設置了成為來自盒主體9的液體燃料的流路的連通孔 24c。閥22與插銷頭12合在一起主要構成閥機構，包括被插入軸孔21c的軸部2 和被配置在軸孔21c底部側的頭部22b。在頭部22b的前端側配置0型環等環狀密封構件沈以包圍軸部22a的周圍，且在底部側配置將閥22按壓向前端側的壓縮彈簧等閥用彈性體27， 閥用彈性體27介以頭部22b按壓環狀密封構件沈，藉此軸孔21c被關閉，液體燃料的洩漏得到抑制。該環狀密封構件26、閥用彈性體27由對液體燃料具備耐受性的材料形成，特好是由具備耐甲醇性的三元乙丙橡膠(EPDM)形成。但是，並不限定於EPDM，也可由有機矽橡膠 (VMQ)、氟代有機矽橡膠(FVMQ)、氟橡膠(FKM)、丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)形成。另外，閥用彈性體27由於被配置在液體燃料的流路中，因此最好對其實施過表面處理。作為該構件，具體來講優選對不鏽鋼類彈簧進行過鈍化處理而使耐腐蝕性有所提高的構件。表面處理並不限定於鈍化處理，也可採用金等貴金屬的鍍敷及氟類樹脂等的樹脂塗敷。另外，也可使用作為原材料使用了碳的彈簧。作為插銷2的其它構件，一般優選由非金屬材料形成，最好由對液體燃料具備耐受性的樹脂材料形成，特好是由具備耐甲醇性的樹脂材料形成。作為該樹脂材料，可例舉例如聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPQ、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PQ、聚醚醚酮(PEEK 維客特來克斯公司商標)、液晶聚合物(LCP)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚縮醛(POM)等， 作為具備耐甲醇性和透明性的樹脂材料，可例舉聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、環狀烯烴共聚物(COC)、環烯烴聚合物(COP)、聚甲基戊烯(TPX)、聚苯基碸 (PPSU)、聚醚碸(PES)等。
圖4為表示插座1和插銷2的連接狀態的剖視圖。插座1和插銷2的連接可如下進行。首先，如果在插座1的插座主體11插入插銷2的插入部21b，則燃料導入路徑13 的連接側的端部(密封部13b)被嵌入插入部21b的密封凹部21d，和設置於密封凹部21d 底面的排出口 21e的周圍接觸而形成密封狀態。接著，如果插入插銷2，則燃料導入路徑13被該插銷2向下壓而發生收縮，並且，配合該燃料導入路徑13的收縮，卡定部14也向底部側移動。此時，因為插座側的閥12的位置沒有發生改變，所以被插入插銷2的排出口 21e，與插銷側的閥22抵接。如果以插座側的閥12和插銷側的閥22抵接的狀態插入插銷2，則插座側的閥12 被插銷側的閥22向下壓而向底部側移動，插座1的閥機構打開。兩個閥機構的開放順序通過調整按壓所述閥的閥用彈性體的回彈力來決定。這種情況下，通過使按壓插銷側的閥22的閥用彈性體27的回彈力大於按壓插座側的閥12的閥用彈性體17的回彈力，形成插銷1的閥機構先於插銷2的閥機構打開的構成。象這樣優先打開接受液體燃料的插座1的閥機構將易於確保安全性，但閥機構的開放順序不限定於該順序。如果進一步插入插銷2，則插座側的閥12與設置於底部側的閥抵接部113a抵接。 如果以插座側的閥12與閥抵接部113a抵接的狀態再進一步插入插銷2，則插銷側的閥22 被該插座側的閥12推回而向底部側移動，插銷2的閥機構打開。插銷2的閥機構打開後，被收容於盒主體9的液體燃料通過軸孔21c從排出口 21e 排出。然後，從排出口 21e被排出的液體燃料依次通過燃料導入路徑13及縮徑部11 的內部，最終從流通孔11 介以燃料接受部7被供至燃料電池4。在插銷側的閥22與閥保持件M的後端部抵接時，插銷2很難再進一步插入，該插座1和插銷2的連接完成(圖4)。另一方面，從插座1卸下插銷2時，實施與以上步驟相反的步驟。首先，如果從插座1拔出插銷2，則從插座1可看到的插銷側的閥22的位置不變而只有插入部21b被拔出， 其結果是，插銷2的閥機構關閉。插銷2的閥機構關閉後，閥22同樣地與插銷2的插入部21b —起被拔出，這樣插座側的閥12向連接側移動，其結果是，插座1的閥機構關閉。如果進一步從插座1拔出插銷2，則插座側的閥12和插銷側的閥22脫離，然後，燃料導入路徑13的連接側的端部從插銷2的排出口 21e的周圍脫離，它們的密封狀態就被解除了。本發明的插座1除了燃料導入路徑13以外還設置了卡定部14和輔助彈性體15， 這樣在所述插銷2的連接及卸下的一連串的步驟中，可使燃料導入路徑13的連接側的端部一直與插銷2的排出口 21e的周圍接觸，能夠抑制液體燃料向外部的洩漏，是安全性非常好的插座。接著，對本發明的插座1的實施方式2進行說明。圖5是表示實施方式2的插座1的剖視圖。圖6是表示實施方式2的插座1與插銷2的連接狀態的剖視圖。插銷2可與實施方式1的插座1中的插銷2相同。該插座1如圖5所示，具備縮徑部11 向連接側延伸的內筒部112b，且以擴展燃料導入路徑13的底部側的端部並覆蓋整個內筒部112b的狀態裝載。另外，燃料導入路徑13在未裝載於插座主體11的狀態下具備除去了連接側的端部的大致整個部分比軸部1 略大的規定尺寸。該燃料導入路徑13如圖6所示因軸向的大致中間部向外側撓曲變形而發生收縮。 另外，該燃料導入路徑13在插銷2的連接時被插入部21b和縮徑部11 沿軸向按壓，因此， 在作為連接側的端部的密封部13b與排出口 21e的周圍接觸而形成密封狀態的同時，作為底部側的端部的密封部13c與縮徑部11 接觸而形成密封狀態。另外，在燃料導入路徑13的底部側，主要通過作為端部的密封部13c和縮徑部 112a接觸而形成密封狀態，但由於內表面和內筒部112b的外表面之間也發生了接觸，因此可藉此形成更牢固的密封狀態。為了使所述燃料導入路徑13的底部側的端部與縮徑部11 接觸的同時內表面與內筒部112b的外表面接觸的構件成為具備切實的密封狀態的構件，最好使縮徑部11 和內筒部112b的連接部分配合密封部13c的形狀朝向連接側逐漸地縮徑。所述插座1可以與實施方式1的插座1同樣地連接插銷2後使用。另外，通過設置卡定部14和輔助彈性體15，在插銷2的連接時可使燃料導入路徑13的連接側的端部很好地與排出口 21e的周圍接觸而形成密封狀態，抑制液體燃料向外部的洩漏，從而獲得安全性良好的構件。此外，通過在燃料導入路徑13的外側配置輔助彈性體15，還可抑制從輔助彈性體溶出的金屬離子等混入液體燃料，並可防止燃料電池4的發電特性下降。接著，對本發明的插座1的實施方式3進行說明。圖7是表示實施方式3的插座1的剖視圖。圖8是表示實施方式3的插座1和插銷2的連接狀態的剖視圖。插銷2可與實施方式1的插座1中的插銷2相同。該插座1如圖7所示，具備縮徑部11 向連接側延伸的內筒部112b，燃料導入路徑13採用以可滑動的狀態覆蓋內筒部112b的連接側的一部分的構件。具體來講，作為燃料導入路徑13，採用在相對於內筒部112b可滑動的範圍內、比裝載部13a更靠底部側的部分的內徑與內筒部112b的外徑大致相同的構件。該燃料導入路徑13如圖8所示因插銷2的插入而向底部側滑動，由於被插入部 21b和縮徑部11 沿軸向按壓，因此，在作為連接側的端部的密封部13b與排出口 21e的周圍接觸而形成密封狀態的同時，作為底部側的端部的密封部13c與縮徑部11 接觸而形成密封狀態。另外，在燃料導入路徑13的底部側，燃料導入路徑13向底部側移動時，作為端部的密封部13c和縮徑部11 接觸而形成密封狀態，除此以外的情況下，內表面和內筒部 112b的外表面之間發生了接觸，因此可藉此形成密封狀態。為了使所述構件成為具備切實的密封狀態的構件，最好使縮徑部11 與內筒部 112b的連接部分配合密封部13c的形狀朝向連接側逐漸地縮徑。所述插座1可以與實施方式1的插座1同樣地連接插銷2後使用。另外，通過設置卡定部14和輔助彈性體15，在插銷2的連接時可使燃料導入路徑13的連接側的端部很好地與排出口 21e的周圍接觸而形成密封狀態，抑制液體燃料向外部的洩漏，從而獲得安全性良好的構件。此外，通過在燃料導入路徑13的外側配置輔助彈性體15，還可抑制從輔助彈性體溶出的金屬離子等混入液體燃料，並可防止燃料電池4的發電特性下降。以下，對於本發明的燃料電池4，以內部氣化型DMFC為例進行說明。圖9是表示本發明的燃料電池4的一例的剖視圖。燃料電池4主要由構成起電部的燃料電池單元5、燃料收容部6和省略了圖示的具有插座1的燃料接受部7構成。圖中省略的燃料接受部7如圖 1所示被設置在燃料收容部6的下表面側。燃料電池單元5具備膜電極接合體(MEA :Membrane Electrode Assembly)，該膜電極接合體包括具有陽極催化劑層51和陽極氣體擴散層52的陽極(燃料極)、具有陰極催化劑層53和陰極氣體擴散層M的陰極(氧化劑極/空氣極)以及被陽極催化劑層51 和陰極催化劑層53夾持的質子(氫離子)傳導性電解質膜55。作為在陽極催化劑層51和陰極催化劑層53中含有的催化劑，可例舉例如Pt、Ru、 I h、Ir、0S、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51中最好使用對甲醇和一氧化碳具有較強的耐受性的Pt-Ru和Pt-Mo等，陰極催化劑層53中最好使用鉬和Pt-Ni等。此外，也可以採用使用碳材這樣的導電性載體的載體催化劑或者無載體催化劑。作為構成電解質膜55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(Nafi0n(商品名，杜邦公司制)、Flemion(商品名，旭硝子公司制)等)、 具有磺酸基的烴類樹脂、鎢酸和磷鎢酸等無機物等。但並不限於這些材料。在陽極催化劑層51上層疊的陽極氣體擴散層52在起到朝陽極催化劑層51均勻地供給燃料的作用的同時，還起到陽極催化劑層51的集電體的作用。另一方面，在陰極催化劑層53上層疊的陰極氣體擴散層M在起到朝陰極催化劑層53均勻地供給氧化劑的作用的同時，還起到陰極催化劑層53的集電體的作用。在陽極氣體擴散層52上層疊有陽極導電層56，在陰極氣體擴散層M上層疊有陰極導電層57。陽極導電層56和陰極導電層57例如採用由Au、Ni等導電性金屬材料形成的網狀等多孔質層、薄膜或箔體，或者用Au等優良導電性金屬覆蓋不鏽鋼(SUQ等導電性金屬材料而形成的複合材料等。另外，在電解質膜陽與陽極導電層56之間以及電解質膜55與陰極導電層57之間分別設置有橡膠製的0型環等環狀密封構件58、59，利用它們來防止燃料和氧化劑從燃料電池單元5洩漏。在燃料收容部6的內部填充有例如作為液體燃料的甲醇燃料。燃料收容部6的燃料電池單元5側開口，該燃料收容部6的開口部和燃料電池單元5之間設置有氣體選擇性透過膜41。氣體選擇性透過膜41是僅讓液體燃料的氣化成分透過、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41的構成材料，可例舉例如聚四氟乙烯等氟類樹脂。 所謂液體燃料的氣化成分，在使用甲醇水溶液作為液體燃料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時是指甲醇的氣化成分。在陰極導電層57上層疊有保溼層42，並在其上層疊有表面層43。表面層43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43上形成的空氣導入口 43a的個數和尺寸等進行改變來實現。保溼層42被陰極催化劑層53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M均勻地導入氧化劑， 還起到促進氧化劑朝陰極催化劑層53均勻擴散的功能。保溼層42例如由多孔質結構的構件形成，作為具體的構成材料，可例舉例如聚乙烯、聚丙烯的多孔質體等。層疊在燃料收容部6上的氣體選擇性透過膜41、燃料電池單元5、保溼層42及表面層43通過覆蓋例如不鏽鋼製的蓋子44而得以保持。在蓋子44的與表面層43上形成的空氣導入口 43a對應的部分設置有開口 44a。另外，在燃料收容部6上設置有承接蓋子44 的爪44b的臺階、」卞)6a，通過在該臺階6a上鉚接爪44b，用蓋子44來一體地保持整個燃料收容部6。在具有上述結構的燃料電池4中，燃料收容部6內的液體燃料(例如甲醇水溶液) 氣化，該氣化成分透過氣體選擇性透過膜41被供至燃料電池單元5。在燃料電池單元5內， 液體燃料的氣化成分在陽極氣體擴散層52中擴散，被供至陽極催化劑層51。供至陽極催化劑層51的氣化成分產生例如下式(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時，燃料收容部6不供給水蒸汽，因此，使在陰極催化劑層53中生成的水或電解質膜55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)的內部重整反應，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(H+)在電解質膜55中傳遞，到達陰極催化劑層53。從表面層43的空氣導入口 43a進入的空氣(氧化劑)在保溼層42、陰極導電層57、陰極氣體擴散層M中擴散，被供至陰極催化劑層53。供至陰極催化劑層53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電反應。(3/2) 02+6H++6e" ^ 3H20 — (2)隨著基於上述反應的發電反應的進行，燃料收容部6內的液體燃料(例如甲醇水溶液或純甲醇)被消耗。由於燃料收容部6內的液體燃料被完全耗盡時發電反應會停止， 因此在此時刻或其以前的時刻從盒8朝燃料收容部6內供給液體燃料。如上所述可通過將裝載於盒8的插銷2與裝載於燃料電池4的插座1連接來從盒 8供給液體燃料。此時，通過在插座1設置燃料導入路徑13的同時還設置卡定部14和輔助彈性體15，可抑制連接時的液體燃料的漏出，從而安全地進行液體燃料的供給。以上，對本發明的燃料電池用插座、使用了該插座的燃料電池用聯接器及燃料電池進行了說明，本發明的燃料電池用插座、燃料電池用聯接器及燃料電池並不限定於以上實施方式中的例子，在實施階段可在不脫離本發明技術思想的範圍內對構成要素進行變形後具體實施。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明的燃料電池用插座且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。產業上利用的可能性本發明的燃料電池用插座包括具備卡定部的燃料導入路徑和將該卡定部向連接側按壓的輔助彈性體。利用這樣的構成，在燃料電池用插銷的連接時，可使燃料導入路徑很好地與燃料電池用插銷接觸，抑制液體燃料向外部的漏出，從而獲得安全性良好的構件。另外，通過在燃料導入路徑的外側設置輔助彈性體，還可抑制從輔助彈性體溶出的金屬離子等向液體燃料的混入。該燃料電池用插座可有效地用於燃料電池用聯接器、燃料電池。符號說明1…燃料電池用插座，2…燃料電池用插銷，3…燃料電池用聯接器，4…燃料電池，5…燃料電池單元，6…燃料收容部，11…插座主體，112a···縮徑部，112b…內筒部，12…閥， 12a···軸部，13…燃料導入路徑，14…卡定部，15…輔助彈性體，51…陽極催化劑層，52···陽極氣體擴散層，53…陰極催化劑層，M…陰極氣體擴散層，55···電解質膜，56…陽極導電層， 57…陰極導電層
權利要求
1.燃料電池用插座，它是與排出燃料電池用液體燃料的燃料電池用插銷可裝拆地連接的燃料電池用插座，其特徵在於，包括筒狀的插座主體，該插座主體在軸向的大致中間部具有縮徑部；閥，該閥具有通過所述縮徑部向所述連接側突出的軸部；彈性筒狀的燃料導入路徑，該燃料導入路徑以包圍從所述縮徑部突出的所述軸部的側面部的狀態設置，且在側面部具有卡定部；以及輔助彈性體，該輔助彈性體設置在所述燃料導入路徑的外側，且將所述卡定部向所述連接側按壓。
2.如權利要求1所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述卡定部為具備保持所述燃料導入路徑的保持孔的環狀構件，且被裝載於所述燃料導入路徑的側面部。
3.如權利要求1所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述卡定部被設置在所述燃料導入路徑的所述連接側的端部。
4.如權利要求1所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述燃料導入路徑在兩端部具有密封部，所述密封部的截面朝向軸向呈凸狀。
5.如權利要求1所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述燃料導入路徑被設置成包圍整個從所述縮徑部突出的所述軸部的側面部。
6.如權利要求5所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述燃料導入路徑可沿軸向伸縮。
7.如權利要求6所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述燃料導入路徑呈蛇形。
8.如權利要求1所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述縮徑部具有向所述連接側延伸的內筒部，所述燃料導入路徑以可滑動的狀態覆蓋所述內筒部的所述連接側的一部分。
9.如權利要求8所述的燃料電池用插座，其特徵在於，所述燃料導入路徑通過向所述縮徑部側的滑動，所述縮徑部側的端部與所述縮徑部接觸。
10.燃料電池用聯接器，該燃料電池用聯接器由排出燃料電池用液體燃料的燃料電池用插銷和可裝拆地與所述燃料電池用插銷連接的燃料電池用插座構成，其特徵在於，所述燃料電池用插座為權利要求1所述的燃料電池用插座。
11.燃料電池，該燃料電池包括膜電極接合體、收容供至所述膜電極接合體的燃料極的液體燃料的燃料收容部和設置於所述燃料收容部的燃料電池用插座，所述膜電極接合體包括所述燃料極、空氣極及被所述燃料極和所述空氣極夾持的電解質膜，其特徵在於，所述燃料電池用插座為權利要求1所述的燃料電池用插座。
全文摘要
本發明提供與排出燃料電池用液體燃料的燃料電池用插銷(2)可裝拆地連接的燃料電池用插座(1)，該插座(1)包括在軸向的大致中間部具有縮徑部(112a)的筒狀的插座主體(11)，具有通過所述縮徑部(112a)向所述連接側突出的軸部(12a)的閥(12)，以包圍從所述縮徑部(112a)突出的所述軸部(12a)的側面部的狀態設置的、在側面部具有卡定部(14)的彈性筒狀的燃料導入路徑(13)，設置在所述燃料導入路徑(13)外側的、將所述卡定部(14)向所述連接側按壓的輔助彈性體(15)。
文檔編號H01M8/10GK102246339SQ20098015132
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月11日 優先權日2008年12月15日
發明者吉弘憲司, 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