JP2009123574A - 燃料電池用ソケットとそれを用いた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料収容部の破損、液体燃料の漏洩等の原因となる内圧の上昇を抑制することが可能な燃料電池用ソケットを提供すること。
【解決手段】燃料カートリッジに装着されたノズルが着脱可能に接続され、前記燃料カートリッジに収容された液体燃料を燃料電池の燃料収容部に供給するために用いられる燃料電池用ソケットであって、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに、前記燃料収容部の内圧を逃すための減圧機能を有することを特徴とする燃料電池用ソケット。
【選択図】図３

Description

本発明は燃料電池用ソケットとそれを用いた燃料電池に関する。

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とを供給するだけで発電することができ、燃料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。

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、また燃料収容部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。内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣにおいては、燃料収容部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）。

燃料収容部に対しては、燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給している。サテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジの場合、それぞれバルブ機構を内蔵するノズルとソケットとを具備するカップラを介して、液体燃料の注入および遮断を行うことが試みられている（例えば特許文献３参照）。
特許第３４１３１１１号公報 国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット 特開２００４−１２７８２４号公報

ところで、一般の燃料電池については、その内部に設けられたカソード触媒層において燃料成分を空気によって酸化する発熱反応が進行するため、燃料収容部内の液体燃料の気化が促進され、さらにこの気化した燃料成分が膨張する。しかしながら、従来の燃料電池については、液体燃料が外部に漏洩しないように全体が気密に形成されており、燃料収容部の内圧が上昇し、破損、液体燃料の漏洩等が発生しやすくなっている。

本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであって、燃料収容部の破損、液体燃料の漏洩等の原因となる内圧の上昇を抑制することが可能な減圧機能を有する燃料電池用ソケットと、それを用いた信頼性、安全性に優れる燃料電池とを提供することを目的としている。

本発明の燃料電池用ソケットは、燃料カートリッジに装着されたノズルが着脱可能に接続され、前記燃料カートリッジに収容された液体燃料を燃料電池の燃料収容部に供給するために用いられるものであって、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに、前記燃料収容部の内圧を逃すための減圧機能を有することを特徴としている。前記減圧機能は、その作動圧力が０．３ＭＰａ以上となったときに働くことが好ましい。

本発明の燃料電池用ソケットは、例えば略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、前記バルブは、一端が前記ノズル接続側に開口され、他端が前記ノズル接続側以外の部分に開口された連通孔を有するバルブ本体と、前記連通孔の少なくとも前記ノズル接続側に挿嵌されたバルブロットとを有し、前記バルブロットは、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに、その内圧によって前記連通孔に対して前記ノズル接続側へと移動できるように、前記連通孔内に挿嵌されているものである。

前記燃料電池用ソケットにおいては、前記連通孔が軸方向に延びる直線状に形成され、前記バルブロットが前記連通孔を貫通するように設けられたものであって、前記バルブロットの外側表面には前記連通孔の長さを超えるように軸方向に延びる溝部が形成されたものが好ましい。

前記溝部は、前記バルブロットの移動前の状態においては、その前記ノズル接続側が前記連通孔内に位置し、前記バルブロットの移動後の状態においては、その前記ノズル接続側が前記連通孔の前記ノズル接続側から露出すると共に、その前記燃料収容部接続側が前記連通孔の前記燃料収容部接続側から露出するように形成されていることが好ましい。

そして、前記バルブロットの前記燃料収容部接続側の端部には、前記ソケット本体からの脱落を防止するための脱落防止部が設けられていることが好ましい。

本発明の他の燃料電池用ソケットは、例えば略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに前記バルブが開状態となることにより前記内圧を逃がし、前記内圧の低下後に前記バルブが閉状態となるものである。

前記バルブの開閉は前記バルブの配置された近傍の温度を利用して行われるものであり、前記バルブ近傍の温度が１００℃以上となったときに前記バルブが開状態となり、前記バルブ近傍の温度が１００℃未満となったときに前記開状態のバルブが再び閉状態となることが好ましい。前記バルブは、例えば軸方向の一方から形状記憶合金及びバイメタルの少なくとも一方からなる弾性体によって支持され、軸方向の他方から形状記憶合金以外のものからなる弾性体によって支持されていることが好ましい。

本発明のさらに他の燃料電池用ソケットは、例えば略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、前記バルブは、一端が前記ノズル接続側に開口され、他端が前記ノズル接続側とは反対側に開口された連通孔を有するバルブ本体と、前記連通孔内にその軸方向に沿って進退可能に挿入されたバルブロットとを有し、前記ソケット本体には、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに前記内圧を逃がすように前記バルブロットが前記バルブ本体に対して前記ノズル接続側へと移動可能となるように、かつ前記内圧の低下後に前記バルブロットが前記移動前の位置に復帰するように反発力が調整された弾性体が設けられていることを特徴としている。

本発明の燃料電池は、上記したような本発明の燃料電池用ソケットと、この燃料電池用ソケットに接続され、前記燃料カートリッジから供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料収容部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具備するものである。

本発明によれば、燃料電池用ソケットに減圧機能を設けることで、内圧の上昇による破損、液体燃料の漏洩等を抑制することができ、信頼性、安全性に優れた燃料電池を提供することができる。また、燃料電池用ソケットに減圧機能を設けることで、新たに燃料収容部等に減圧機能を設けるための設計変更等が不要となり、燃料電池の製造性を向上させることができる。

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。

図１は、燃料電池および燃料カートリッジの構成を示した図である。図１に示す燃料電池１は、起電部となる燃料電池セル２と燃料収容部３とから主として構成されている。燃料収容部３の下面側には、液体燃料の供給部となる燃料電池用ソケット（以下、単にソケットと呼ぶ）４を有する燃料受容部５が設けられている。ソケット４は後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。

一方、燃料カートリッジ６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）７を有している。カートリッジ本体７の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池１の燃料収容部３に供給する際の燃料吐出部となるノズル８が設けられている。ノズル８は後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６は燃料収容部３に液体燃料を注入するときのみ燃料電池１に接続されるものであり、いわゆるサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジである。

燃料カートリッジ６のカートリッジ本体７には、燃料電池１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７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、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、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、カートリッジ本体７には燃料電池１に対応した液体燃料が収容される。

上述した燃料電池１の燃料受容部５に設けられたソケット（メス側カップラ／ソケット）４と燃料カートリッジ６のノズル８（オス側カップラ／プラグ）とは、一対の接続機構（カップラ）を構成するものである。以下、まず本発明の各実施の形態に係るソケット４に共通して用いられる燃料カートリッジ６について説明し、その後に本発明の各実施の形態に係るソケット４について説明する。なお、以下の説明において先端側とは、燃料カートリッジ６についてはソケット４を接続する側を指し、ソケット４については燃料カートリッジ６を接続する側を指す。また、それぞれの先端側の反対側が後端側である。

図２は、燃料カートリッジ６のノズル８の一例を示したものである。ノズル８は、ノズルヘッド１０が外挿されたバルブホルダ１１を有し、このバルブホルダ１１の内部にバルブ１２が設けられている。ノズルヘッド１０は、バルブホルダ１１の先端側を覆うベース部１０ａと、このベース部１０ａの先端側に延設され、ソケット４に挿入される円筒状の挿入部１０ｂとを有している。挿入部１０ｂには、先端側に向かって開口されるノズル口１０ｃが設けられている。

また、挿入部１０ｂの先端部には凹部１０ｄが設けられている。凹部１０ｄは挿入部１０ｂの先端部をへこませるようにして設けられており、この凹部１０ｄの底面にノズル口１０ｃが開口している。凹部１０ｄはノズル部８の先端側に残留（付着）した液体燃料の収容部として機能するため、操作者が液体燃料に触れるおそれがなくなる。

バルブホルダ１１は、バルブ室を規定するものであり、カートリッジ本体７に一部が挿入される本体側バルブホルダ１１ａと、その先端側に設けられ、一部がノズルヘッド１０に内挿される先端側バルブホルダ１１ｂとから構成されている。ノズルヘッド１０内において、先端側バルブホルダ１１ｂは、例えばその先端側にバルブシート１３が配置された状態で内挿されている。

バルブ１２は、バルブホルダ１１内に軸心に沿って摺動可能に配置された略円柱状のものであり、そのバルブ室に配置される部分には他の部分よりも径大とされた鍔部１２ａを有している。また、バルブ１２の先端側は挿入部１０ｂ内に収容されている。

バルブ室内において、鍔部１２ａの先端側にはＯリング１４が配置され、後端側には圧縮スプリング等の弾性体１５が配置されている。鍔部１２ａは弾性体１５によって先端側へと押しつけられており、これによりＯリング１４は先端側バルブホルダ１１ｂの軸孔を塞ぐように押圧されている。

通常状態（燃料カートリッジ６が燃料電池１から切り離された状態）においては、鍔部１２ａによってＯリング１４が先端側バルブホルダ１１ｂの軸孔を塞ぐように押し付けられることによって、ノズル８内の燃料流路が閉状態とされている。

一方、後述するように、燃料カートリッジ６を燃料電池１に接続すると、バルブ１２が後端側に移動し、これと共にＯリング１４が後端側に移動することによって、ノズル８内の燃料流路が開状態とされる。そして、バルブホルダ１１（本体側バルブホルダ１１ａ）の後端側の底部には燃料流路となる孔部１１ｃが設けられていることから、この孔部１１ｃを介してカートリッジ本体７内の液体燃料はノズル８内に流入する。

次に、本発明の主要部であるソケット４について説明する。まず、バルブ自体に減圧機能が設けられたラプチャー型ソケット４について説明する。なお、ラプチャー型とは、減圧機能が働いた後に元の状態に戻らないもの、すなわち減圧機能が１回しか機能しないものである。

図３〜６は、バルブ自体に減圧機能が設けられたラプチャー型ソケットである第１の実施の形態のソケット４を示したものである。ここで、図３はソケット４の閉状態の様子を示したものであり、図４、５はソケット４と燃料カートリッジ６（ノズル８）との接続方法を示したものであり、図４が接続前の状態、図５が接続後の状態を示したものであり、図６は減圧機能が働いたときのソケット４の様子を示したものである。

まず、図３に示すように、第１のソケット４は、ソケット本体４０内にバルブ５０を有するものである。ソケット本体４０は略円筒状のものであり、先端側（ノズル接続側）から順に、本体先段部４１、本体中段部４２および本体後段部４３となっている。本体中段部４２の先端側は、本体先段部４１の後端側の内側に嵌め込まれるようにして固定されている。また、本体後段部４３の先端側は、本体中段部４２の後端側の内側に嵌め込まれるようにして固定されている。

本体後段部４３の後端側には底部４３ａが設けられており、その軸心部分の後端側には凸部４３ｂが設けられている。この凸部４３ｂには、バルブ５０を挿入、摺動可能に支持する本体底部バルブ用貫通孔４３ｃが設けられている。また、凸部４３ｂの後端側主面である凸部底面４３ｄには本体底部バルブ用貫通孔４３ｃから放射状に延びる複数の底面溝部４３ｅが設けられている。さらに、底部４３ａには、凸部４３ｂの周囲に複数の本体底部燃料用貫通孔４３ｆが設けられている。

本体中段部４２の内側には、バルブ支持部４４が設けられており、このバルブ支持部４４の軸心部分にはバルブ５０を挿入、摺動可能に支持するためのバルブ支持部貫通孔４４ａが設けられている。このバルブ支持部貫通孔４４ａとバルブ５０との間には、燃料流路となる隙間が形成されている。バルブ支持部４４と本体後段部４３との間にはＯリング４５が設けられており、このＯリング４５によりそれらの内側の密閉性が高められている。なお、これらバルブ支持部４４および本体後段部４３で囲まれる部分がバルブ室４６である。

バルブ支持部４４の先端側には、弾性体ホルダとしてゴムホルダ４７が設置されている。ゴムホルダ４７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た円筒形状のホルダ本体４７ａと、その後端側に設けられたフランジ部４７ｂとから構成されている。そして、このフランジ部４７ｂは、本体中段部４２の内側に突出するように設けられた凸部とバルブ支持部４４とによって挟み込まれるようにして固定されている。

ゴムホルダ４７は、その先端側をノズルヘッド１０の凹部１０ｄに嵌め合わせることによって、ノズルヘッド１０との間にシールを形成するシール部材であり、その内側が燃料流路とされる。

バルブ５０は、バルブ本体５１とそれに挿入されたバルブロット５２とから構成されている。バルブ本体５１は、バルブ室４６内に配置されている。また、バルブロット５２は、その先端側がバルブ支持部貫通孔４４ａを通ってゴムホルダ４７内へと延び、後端側が本体底部バルブ用貫通孔４３ｃから突出するように配置されている。

バルブ支持部４４とバルブ本体５１との間であって、バルブロット５２の周囲には、Ｏリング４８が設けられている。一方、バルブ本体５１と本体後段部４３の底部４３ａとの間には圧縮スプリング等の弾性体４９が設けられている。この弾性体４９は、例えばその先端側がバルブ本体５１の鍔部５１ａを後端側から押圧するように設けられている。

バルブ本体５１は略円筒状であり、先端側に径大な鍔部５１ａを有している。また、バルブ本体５１は、一端が先端側に開口され、他端が後端側に開口され、軸方向に直線状となったバルブ本体連通孔５１ｂを有している。

バルブロット５２は略円柱状のものであり、その軸方向の略中間部分にバルブ本体連通孔５１ｂの孔径よりも径大とされた鍔部５２ａが形成されている。この鍔部５２ａは、燃料供給の際などにバルブロット５２がバルブ本体連通孔５１ｂ内に埋没することを防止するために設けられている。そして、バルブロット５２は、この鍔部５２ａがバルブ本体連通孔５１ｂの先端側の開口部周辺に接触するようにバルブ本体５１に挿嵌されている。

さらに、本体底部バルブ用貫通孔４３ｃから後端側に突出したバルブロット５２の後端部には、自身（バルブロット５２）がソケット本体４０の先端側へと脱落することを防止するため、本体底部バルブ用貫通孔４３ｃの孔径よりも径大な円板状の脱落防止部５２ｂが設けられている。

また、バルブロット５２の鍔部５２ａよりも後端側の外側表面には、軸方向に延びる複数のバルブロット側面溝部５２ｃが形成されている。なお、この複数のバルブロット側面溝部５２ｃは、鍔部５２ａの後端側の一定部分については形成されていない。

この複数のバルブロット側面溝部５２ｃは、その先端側がバルブ本体連通孔５１ｂ内に位置するように形成されている。また、バルブロット５２が先端側へと移動し、脱落防止部５２ｂが本体後段部４３の凸部底面４３ｄに接触したとき、バルブロット側面溝部５２ｃの先端側は、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側から露出するように形成されている。このようなバルブロット側面溝部５２ｃは、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側と後端側とを連通させ、燃料収容部３の内圧を逃がすために用いられるものである。このような理由から、バルブロット側面溝部５２ｃの軸方向の長さは、バルブ本体連通孔５１ｂの軸方向の長さよりも長いものとされている。

このようなバルブロット５２は、バルブ本体連通孔５１ｂに挿嵌されている。なお、ここでの挿嵌とは、通常の燃料供給におけるバルブ５０の移動や、燃料収容部３に破損の虞がない程度の内圧によっては、バルブ本体連通孔５１ｂからバルブロット５２が移動せず、燃料収容部３の内圧が上昇した場合、例えば燃料収容部３に破損の虞があるような内圧となった場合に、バルブ本体連通孔５１ｂからバルブロット５２が抜け出るように移動できる程度に固定されていることをいう。なお、燃料収容部３に真に破損の虞があるときのみ上記移動を行わせ、それ以外のときには上記移動を行わせないようにするためには、内圧が０．３ＭＰａ以上となった場合にのみ上記移動が行われるように挿嵌されていることが好ましい。後述する減圧機能は、このようにしてバルブロット５２がバルブ本体連通孔５１ｂに挿嵌されていることによって発揮されるものである。

このような挿嵌は、例えばバルブロット５２のうち少なくともバルブ本体連通孔５１ｂに挿入される部分の外径を、バルブ本体連通孔５１ｂの孔径と同程度かそれ以上とし、当該部分をバルブ本体連通孔５１ｂ内に押し込むようにして嵌め合わせることで行われる。このような挿嵌における固定力の調整は、例えばバルブ本体連通孔５１ｂの孔径に対して、そこに挿入されるバルブロット５２の外径を適宜調整することにより行うことができる。また、バルブロット５２の材質の変更等によっても、その固定力を調整することができる。

このようなソケット４については、以下のようにして閉状態とされている。すなわち、弾性体４９がバルブ本体５１（鍔部５１ａ）を後端側から先端側へと押圧し、このバルブ本体５１がＯリング４８を弾性変形させるように押圧することで、バルブ支持部４４とバルブ本体５１との間の燃料流路がＯリング４８によって塞がれ、閉状態とされている。このとき、バルブロット５２は燃料収容部３に破損の虞がない程度の内圧によっては移動しない程度の固定力で挿嵌されており、バルブロット側面溝部５２ｃの先端側はバルブ本体連通孔５１ｂの先端側から露出していないため、バルブ本体連通孔５１ｂから液体燃料が漏れ出すこともない。

次に、第１の実施の形態のソケット４に燃料カートリッジ６を接続し、燃料電池１の燃料収容部３に液体燃料を供給する場合について説明する。まず、図４に示すように、ソケット４と燃料カートリッジ６のノズル８とをそれぞれの先端側が対向するように配置し、ソケット４にノズル８を挿入する。

ノズル８を挿入し始めると、まず凹部１０ｄにゴムホルダ４７（ホルダ本体４３ａ）の先端部が嵌め合わされることによって、液体燃料の流路周辺のシールが確立される。そして、ノズル８をソケット４に挿入し続けると、ノズル８のバルブ１２とソケット４のバルブ５０とが接触する。さらに、ノズル８をソケット４に挿入し続けると、バルブ１２とバルブ５０との互いの押圧により両者はそれぞれの後端側に移動する。

図５は、ソケット４にノズル８を挿入し終わった状態を示したものである。ノズル８においては、バルブ１２の後端側への移動により、その鍔部１２ａおよびＯリング１４が先端側バルブホルダ１１ｂの軸孔から離れ、開状態となる。従って、バルブホルダ１１の後端側に設けられた孔部１１ｃから流入した液体燃料は、バルブホルダ１１内を通り、さらにノズルヘッド１０の挿入部１０ｂ内を通り、最終的にノズル口１０ｃへと達する。

一方、ソケット４については、バルブ５０の後端側への移動により、バルブ支持部４４からＯリング４８が離れ、開状態となる。従って、ノズル口１０ｃから供給された液体燃料は、ゴムホルダ４７内、バルブ支持部貫通孔４４ａ内を順に通り、さらにバルブ支持部４４とＯリング４８との間を通り、最終的に本体底部燃料用貫通孔４３ｆから燃料収容部３へと供給される。

次に、第１のソケット４の減圧機能について説明する。まず、減圧機能が働く前の状態は、図３に示されるように、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側の開口部周辺に鍔部５２ａが接触するようにして、バルブ本体連通孔５１ｂにバルブロット５２が挿嵌された状態である。このとき、バルブロット側面溝部５２ｃの先端側は、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側から露出しておらず、バルブ本体連通孔５１ｂ内に留まった状態となっている。

燃料収容部３の内圧が上昇した場合、バルブ本体連通孔５１ｂに挿嵌されているバルブロット５２はその内圧によってバルブ本体連通孔５１ｂに対して先端側へと抜け出るように移動する。そして、バルブロット５２は、その後端部に設けられた脱落防止部５２ｂが本体後段部４３の凸部底面４３ｄに達したときに移動を停止する。

図６はバルブロット５２の移動後の状態を示したものである。バルブロット５２が移動することにより、バルブロット側面溝部５２ｃの先端側はバルブ本体連通孔５１ｂの先端側から露出した状態となる。このため、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側と後端側とは、バルブロット側面溝部５２ｃにより連通した状態となる。

そして、バルブロット側面溝部５２ｃは一部がバルブ室４６に露出しており、このバルブ室４６は本体底部燃料用貫通孔４３ｆを介して燃料収容部３へと繋がっている。また、バルブロット側面溝部５２ｃの後端部は、本体後段部４３の凸部底面４３ｄに形成された底面溝部４３ｅを介して燃料収容部３へと繋がっている。一方、バルブ本体連通孔５１ｂの先端側は、バルブ支持部貫通孔４４ａおよびゴムホルダ４７を介してソケット４の外部へと繋がっている。従って、バルブロット５２の移動により、ソケット４の後端側（燃料収容部側）と先端側（ノズル接続側）とが繋がることとなり、燃料収容部３の内圧が低減される（減圧機能）。

なお、このようなバルブ５０については、燃料収容部３の内圧が低下してもバルブロット５２は自然に元の位置、すなわちバルブロット５２の鍔部５２ａがバルブ本体連通孔５１ｂの先端側の開口部周辺に接触する位置（図３参照）には戻らない（ラプチャー型）。このため、再び使用する場合には、手動でバルブロット５２をバルブ本体連通孔５１ｂの先端側から後端側に向かって押し込むように挿入して嵌め合わせる作業が必要となる。

次に、バルブ自体に減圧機能が設けられたラプチャー型ソケットの他の例である第２の実施の形態のソケット４について、図７、８を参照して説明する。なお、第２の実施の形態のソケット４は、第１の実施の形態のソケット４とバルブの構成のみが異なり、基本的な動作等は第１のソケット４と同じであるため、以下ではバルブについてのみ説明する。

図７は、ソケット４の閉状態の様子を示したものである。バルブ６０は、バルブ本体６１とバルブロット６２とから構成されている。バルブ本体６１は先端側に径大な鍔部６１ａを有し、後端側に軸方向に延びる軸部６１ｂを有している。バルブ本体６１は主としてバルブ室４６内に配置され、軸部６１ｂが本体底部バルブ用貫通孔４３ｃ内に摺動可能に挿入されている。

また、バルブ本体６１は、一端が先端側に開口され、他端が側面側に開口されたバルブ本体連通孔６１ｃを有している。バルブ本体連通孔６１ｃは、具体的には、先端側の開口部から軸方向の後端側に向かって一定距離だけ延びる軸方向孔部６１ｄと、この軸方向孔部６１ｄの後端部において連通する水平方向に延びる水平方向孔部６１ｅとから構成されている。

バルブロット６２は略円柱状であり、後端部にバルブ本体連通孔６１ｃに挿嵌される挿嵌部６２ｂを有している。また、この挿嵌部６２ｂよりも先端側には、燃料供給の際などに自身（バルブロット６２）がバルブ本体連通孔６１ｃ内に埋没することを防止するため、バルブ本体連通孔６１ｃの孔径よりも径大とされた鍔部６２ａが形成されている。そして、バルブロット６２は、この鍔部６２ａがバルブ本体連通孔６１ｃの先端側の開口部周辺に接触するようにしてバルブ本体６１に挿嵌されている。また、バルブロット６２の先端側は、バルブ支持部貫通孔４４ａを通ってゴムホルダ４７内へと延びている。

このようなバルブロット６２は、その後端側の挿嵌部６２ｂがバルブ本体連通孔６１ｃ（軸方向孔部６１ｄ）内に挿入され嵌め合わされることで挿嵌されている。なお、ここでの挿嵌も、第１の実施の形態のソケット４におけるバルブ５０の挿嵌と同様、通常の燃料供給におけるバルブ６０の移動や、燃料収容部３に破損の虞がない程度の内圧によっては、バルブ本体連通孔６１ｃからバルブロット６２が移動せず、燃料収容部３の内圧が上昇した場合、例えば燃料収容部３に破損の虞があるような内圧となった場合に、バルブ本体連通孔６１ｃからバルブロット６２が抜け出るように移動できる程度に固定されていることをいう。なお、燃料収容部３に真に破損の虞があるときのみ上記移動を行わせ、それ以外のときには上記移動を行わせないようにするためには、内圧が０．３ＭＰａ以上となった場合にのみ上記移動が行われるように挿嵌されていることが好ましい。後述する減圧機能は、このようにしてバルブロット６２がバルブ本体連通孔６１ｃに挿嵌されていることによって発揮されるものである。

次に、第２の実施の形態のソケット４の減圧機能について説明する。まず、減圧機能が働く前の状態は、図７に示されるように、バルブ本体連通孔６１ｃの先端側の開口部周辺に鍔部６２ａが接触するようにしてバルブロット６２がバルブ本体連通孔６１ｃに挿嵌された状態である。

燃料収容部３の内圧が上昇した場合、バルブ本体連通孔６１ｃに挿嵌されていたバルブロット６２はその内圧によってバルブ本体連通孔６１ｃに対して先端側へと移動し、脱離する。

図８は、バルブロット６２の脱離後の状態を示したものである。バルブロット６２の脱離によって、バルブ本体連通孔６１ｃは完全に開放された状態となる。従って、ソケット４の後端側（燃料収容部接続側）と先端側（ノズル接続側）とが繋がることとなり、燃料収容部３の内圧が低減される（減圧機能）。

この第２の実施の形態のソケット４に係るバルブ６０についても、第１の実施の形態のソケット４に係るバルブ５０と同様、燃料収容部３の内圧が低下してもバルブロット６２は自然に元の位置、すなわちバルブロット６２の鍔部６２ａがバルブ本体連通孔６１ｃの先端側の開口部周辺に接触する位置（図７参照）には戻らない（ラプチャー型）。このため、再び使用する場合には、手動でバルブロット６２をバルブ本体連通孔６１ｃの先端側から後端側に向かって押し込むように挿入して嵌め合わせる作業が必要となる。

次に、リリース型ソケットである第３の実施の形態のソケット４について、図９〜１１を参照して説明する。ここで、図９はソケット４の閉状態の様子を示したものであり、図１０はソケット４の開状態の様子を示したものであり、図１１は減圧機能が働いたときのソケット４の様子を示したものである。なお、リリース型とは、減圧機能が働いた後に再び元の状態に戻るもの、すなわち減圧機能が繰り返し機能するものである。

まず、図９に示されるように、ソケット４は、ソケット本体４０内にバルブ７０を有するものである。ここで、ソケット本体４０およびバルブ支持部４４の基本的な構成は第１の実施の形態のソケット４と同様であるが、バルブ支持部４４の後端側であってバルブ支持部貫通孔４４ａの周囲にはＯリング４８と略同様の直径の円筒状のＯリング押圧部４４ｂが形成されている点が異なる。

バルブ７０は、略円柱状であって、軸方向の略中間位置に径大な鍔部７０ａを有している。また、鍔部７０ａの先端側の面には軸心を中心とした円筒状のＯリング支持部７０ｂが設けられている。バルブ７０は、鍔部７０ａがバルブ室４６に配置されており、先端側の軸部がバルブ支持部貫通孔４４ａおよびゴムホルダ４７内に摺動可能に挿入され、後端側の軸部が本体底部バルブ用貫通孔４３ｃ内に摺動可能に挿入されている。

鍔部７０ａの後端側、すなわち鍔部７０ａと底部４３ａとの間には通常の圧縮スプリング等の弾性体４９が設けられている。この弾性体４９は、例えばその先端側が鍔部７０ａを後端側から先端側へと押圧するように設けられている。一方、鍔部７０ａの先端側には、Ｏリング支持部７０ｂの内側にＯリング４８が配置されている。このＯリング４８は、弾性体４９によって鍔部７０ａが後端側から先端側へと押圧されることにより、この鍔部７０ａとＯリング押圧部４４ｂとによって押圧されている。

また、バルブ７０の鍔部７０ａとバルブ支持部４４との間には形状記憶合金からなる圧縮スプリング等の形状記憶合金弾性体７１が設けられている。この形状記憶合金弾性体７１は、例えば鍔部７０ａのＯリング支持部７０ｂおよびバルブ支持部４４のＯリング押圧部４４ｂの周囲に螺旋状に設けられている。

この形状記憶合金弾性体７１は、燃料収容部３の内圧が上昇した際にその圧力を逃すための減圧機能を主として構成するものである。具体的には、燃料収容部３の内圧が燃料収容部３の温度上昇に合わせて上昇するため、この燃料収容部３の温度上昇を利用して形状記憶合金弾性体７１を動作させてバルブ７０を開状態とすることにより内圧を低減させるものである。

すなわち、形状記憶合金弾性体７１は温度上昇に合わせて軸方向の反発力が増加するものであり、鍔部７０ａの反対側に位置する弾性体４９の反発力に逆らって鍔部７０ａ（バルブ７０）を後端側へと移動させるものである。そして、鍔部７０ａが後端側に移動するときの温度を、燃料収容部３の内圧が所定の内圧になるときの温度とすることで、燃料収容部３の内圧が所定の内圧となったときに鍔部７０ａを後端側へと移動させ、燃料収容部３の内圧を逃すことができる。

具体的には、鍔部７０ａが後端側に移動するときの温度として、例えば液体燃料として高濃度メタノールを使用した場合に、燃料収容部３の内圧が０．２５ＭＰａ以上となるときの温度である１００℃を採用することで、燃料収容部３の内圧が破損の虞があるときにその内圧を逃すようにすることができる。

なお、このように鍔部７０ａを後端側に移動させる温度の調整は、例えば弾性体４９の軸方向の反発力と、形状記憶合金弾性体７１の温度上昇による軸方向の反発力とを適宜調整することにより行うことができる。また、形状記憶合金弾性体７１としては特に限定されるものではなく、例えばＴｉ−Ｎｉ ２元系合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ ３元系合金及びＴｉ−Ｎｉ−Ｃｏ ３元系合金を用いた形状記憶合金バネ等として市販されているものの中から温度上昇時の反発力が適切な反発力となるものを適宜選択して用いることができる。

このようなソケット４は、以下のようにして閉状態とされている。すなわち、弾性体４９がバルブ７０（鍔部７０ａ）を後端側から先端側へと押圧することで、鍔部７０ａがＯリング４８をＯリング押圧部４４ｂに押し付け、閉状態とされる。なお、鍔部７０ａの先端側には形状記憶合金弾性体７１が配置されているが、通常の使用温度における形状記憶合金弾性体７１の反発力は弾性体４９の反発力に比べて小さく設定されているため、実際には形状記憶合金弾性体７１によって鍔部７０ａが後端側へと押し返されることはない。尚、図９では形状記憶合金弾性体を用いた燃料電池用ソケットの実施の形態を示しているが、それ以外にＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｎ合金等を用いたバイメタル弾性体を用いてもよい。

次に、第３の実施の形態のソケット４に燃料カートリッジ６を接続し、燃料電池１の燃料収容部３に液体燃料を供給する場合について説明する。図１０は、ソケット４に燃料カートリッジ６のノズル８を挿入し、ソケット４が開状態となったときの様子を示したものである。

ノズル８のバルブ１２およびソケット４のバルブ７０は互いに先端部分において押圧することにより、それぞれの後端側へと移動している。そして、ノズル８については、図示しないが、バルブ１２の後端側への移動により開状態とされている。一方、ソケット４についても、バルブ７０の後端側への移動に伴ってＯリング４８も後端側へと移動するため、Ｏリング押圧部４４ｂとＯリング４８との間に隙間ができ、開状態とされる。これにより、ノズル８のノズル口１０ｃから吐出された液体燃料は、ゴムホルダ４７内、バルブ支持部貫通孔４４ａ内、Ｏリング押圧部４４ｂ−Ｏリング４８間を順に通ってバルブ室４６内に入り、最終的に本体底部燃料用貫通孔４３ｆから燃料収容部３へと供給される。

次に、第３の実施の形態のソケット４の減圧機能について説明する。まず、減圧機能が働く前の状態は、図９に示されるような閉状態、すなわち弾性体４９がバルブ７０（鍔部７０ａ）を後端側から先端側に押圧することで、鍔部７０ａとＯリング押圧部４４ｂとによってＯリング４８が押圧された状態である。

そして、燃料収容部３の内圧が上昇した場合、すなわち燃料収容部３の温度が上昇した場合、この熱が形状記憶合金弾性体７１に伝わり、この形状記憶合金弾性体７１の軸方向の反発力が増加し、図１１に示すように、鍔部７０ａの反対側に位置する弾性体４９の反発力に逆らって鍔部７０ａを後端側へと移動させる。この鍔部７０ａの後端側への移動に伴ってＯリング４８も後端側へと移動し、Ｏリング押圧部４４ｂとＯリング４８との間に隙間ができる。従って、ソケット４の後端側（燃料収容部接続側）と先端側（ノズル接続側）とが繋がることとなり、燃料収容部３の内圧が低減される（減圧機能）。なお、この状態は、実質的には図１０に示されるような液体燃料を供給する際の状態（開状態）と同じものである。

このように形状記憶合金弾性体７１を利用してバルブ７０を開放するものは、燃料収容部３の温度が下がった場合、形状記憶合金弾性体７１の反発力が低下し、相対的に弾性体４９の反発力が高くなるため、この弾性体４９の反発力によって鍔部７０ａが先端側へと押し戻される。これにより、この鍔部７０ａによってＯリング４８がＯリング押圧部４４ｂへと押圧され、鍔部７０ａとＯリング押圧部４４ｂとの間はＯリング４８によって閉じられる（閉状態）。このように、第３のソケット４は形状記憶合金弾性体７１を利用してバルブ７０を自動的に開閉できる点において、リリース型のソケットである。

次に、リリース型ソケットである第４の実施の形態のソケット４について、図１２〜１４を参照して説明する。ここで、図１２はソケット４の閉状態の様子を示したものであり、図１３はソケット４の開状態の様子を示したものであり、図１４は減圧機能が働いたときのソケット４の様子を示したものである。

このソケット４は、図１に示される第１の実施の形態のソケット４とソケット本体４０、バルブ支持部４４の構造は同じであるが、バルブ８０の構造が異なると共に、ソケット本体４０の凸部底面４３ｄの外側にバルブロット用弾性体９０が配置されている点が異なる。

バルブ８０は、バルブ本体８１とそれに進退可能に挿入されたバルブロット８２とから構成されている。バルブ本体８１は、略円筒状であり、先端側に径大な鍔部８１ａを有すると共に、先端側と後端側とを貫通するバルブ本体連通孔８１ｂを有している。このバルブ本体連通孔８１ｂの後端側の内部には他の部分に比べて細径な細径部８１ｃが設けられている。

一方、バルブロット８２は略円柱状であり、その先端側の表面には軸方向に沿った溝部である先端側溝部８２ａが設けられており、同様に後端側の表面にも軸方向に沿った溝部である後端側溝部８２ｂが設けられている。先端側溝部８２ａと後端側溝部８２ｂとの間には溝部が形成されていない非溝部８２ｃが設けられており、この非溝部８２ｃはバルブ本体８１の先端側に露出する部分の一部に設けられている。そして、この非溝部８２ｃの周囲に接触するようにＯリング４８が設けられている。

バルブ本体８１の鍔部８１ａとソケット４の底部４３ａとの間であって、バルブ本体８１の周囲には、圧縮スプリング等の弾性体（バルブ本体用弾性体）４９が配置されている。このバルブ本体用弾性体４９の反発力によってバルブ本体８１が後端側から先端側へと押圧され、バルブ支持部４４とバルブ本体８１とによってＯリング４８が押圧されている。

また、バルブロット８２の外周部のうち、バルブ本体連通孔８１ｂの内部であって細径部８１ｃの先端側に位置する部分には、他の部分に比べて径大とされたアンカー部８２ｄが設けられている。アンカー部８２ｄは、バルブ本体連通孔８１ｂの内径よりも径小とされ、かつ細径部８１ｃの内径よりも径大とされており、細径部８１ｃと係合するようになっている。このアンカー部８２ｄは、液体燃料を供給する際にバルブロット８２が先端側から後端側へと押圧された際に、バルブ本体８１を連動させて先端側から後端側へと押圧し、バルブ８０の全体を開状態とするために設けられている。

バルブロット８２の後端側部分であってソケット本体４０の後端側外部に露出する部分には径大な鍔部８２ｅが設けられており、このバルブロット８２の鍔部８２ｅとソケット本体４０の凸部底面４３ｄとの間であってバルブロット８２の周囲には圧縮スプリング等のバルブロット用弾性体９０が配置されている。このバルブロット用弾性体９０の反発力によって、バルブロット８２には後端側へ向けての応力が付与されるようになっている。なお、バルブロット用弾性体９０の反発力は、通常使用される図１２に示されるようなソケット４が閉状態の場合では、バルブ本体用弾性体４９の反発力より小さくなるよう設定されている。

バルブロット用弾性体９０は、燃料収容部３の内圧が上昇した場合には、その内圧によってバルブロット８２がバルブ本体８１に対して先端側へと移動することができ、また燃料収容部３の内圧が低下した場合には、バルブロット８２が移動前の位置に戻るように反発力が調整されている。このようにバルブロット用弾性体９０の反発力を調整することで、燃料収容部３の内圧が上昇したときに減圧機能を発揮させることができる。また、燃料収容部３の内圧が低下したときには、バルブロット８２を自動的に移動前の位置に戻すようにすることができ、リリース型とすることができる。

図１２に示されるようにソケット４が閉状態の場合、バルブ本体用弾性体４９がバルブ本体８１（鍔部８１ａ）を後端側から先端側へと押圧し、バルブ支持部４４とバルブ本体８１とによってＯリング４８が押圧されることで、バルブ本体８１の外側を通ってバルブ支持部貫通孔４４ａへと液体燃料が流れ込むことが抑制される。また、バルブロット８２の非溝部８２ｃとその周囲のＯリング４８とが気密に接触していることで、バルブ本体連通孔８１ｂからバルブ支持部貫通孔４４ａへと液体燃料が流れ込むことも抑制される。これらによって、バルブ支持部貫通孔４４ａから液体燃料が漏れ出すことが抑制される。

このようなソケット４に例えば図２に示されるような燃料カートリッジ６のノズル８を挿入すると、図１３に示すようにバルブロット８２が先端側から後端側へ移動すると共に、バルブ本体８１も連動して先端側から後端側へと移動する。この際、Ｏリング４８もバルブ本体８１、バルブロット８２と一緒に先端側から後端側へと移動することから、バルブ支持部４４とＯリング４８との間に液体燃料の流路となる隙間が形成され、バルブ８０が開状態となる。このようにバルブ８０が開状態となることによって、燃料収容部３に液体燃料を供給することができるようになる。

また、図１２に示されるようにソケット４が閉状態のときに燃料収容部３の内圧が上昇した場合、図１４に示すようにその内圧によってバルブロット用弾性体９０の反発力に逆らってバルブロット８２はバルブ本体８１に対して先端側へと移動する。これに伴い、バルブロット８２の非溝部８２ｃはＯリング４８より先端側へと移動し、Ｏリング４８の位置にはバルブロット８２の後端側溝部８２ｂが位置することになる。このようにＯリング４８の位置にバルブロット８２の後端側溝部８２ｂが位置することにより、Ｏリング４８の内周面とバルブロット８２の外周面との間には後端側溝部８２ｂによる内圧を解放するための流路が形成され、減圧機能が発揮される。なお、バルブ支持部貫通孔４４ａとバルブロット８２（非溝部８２ｃ）との間には元々隙間が設けられていることから、後端側溝部８２ｂから解放された内圧はこの隙間から有効に逃がされる。

一方、内圧が逃された後は、バルブロット８２を後端側から先端側へと移動させる内圧による応力に対して、その反対側へとバルブロット８２を移動させるバルブロット用弾性体９０の反発力が相対的に大きくなることから、バルブロット８２は図１２に示されるように元の位置に戻される。これにより、内圧が低下した後についても内圧が上昇する前と同様にバルブ支持部貫通孔４４ａから液体燃料が漏れ出ることが抑制される。

以上、本発明のソケットについて、図３〜１４に示される第１〜４の実施の形態を例に挙げて説明したが、本発明のソケットは必ずしもこのようなものに限定されるものではなく、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において、その構成を適宜変更することができる。例えば、ソケット本体４０については、先端側から順に、本体先段部４１、本体中段部４２および本体後段部４３とした例を示したが、必ずしもこのような三段構成のものに限定されるものではない。また、バルブ５０、６０、７０、８０についても、バルブ自体としての機能を発揮することができ、かつ上記したような原理に基づいて所定の減圧機能を発揮することができるものであれば、その外観形状等は適宜変更することができる。

次に、上記したようなソケット４を有する燃料電池１の具体的な構造について説明する。燃料電池１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６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１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ＤＭＦＣ１は、起電部を構成する燃料電池セル２と燃料収容部３に加えて、これらの間に介在された気体選択透過膜１０１を具備している。

燃料電池セル２は、アノード触媒層１０２およびアノードガス拡散層１０３からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層１０４およびカソードガス拡散層１０５からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層１０２とカソード触媒層１０４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１０６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１０２およびカソード触媒層１０４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。

具体的には、アノード触媒層１０２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１０４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１０６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。

アノード触媒層１０２に積層されるアノードガス拡散層１０３は、アノード触媒層１０２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１０２の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層１０４に積層されるカソードガス拡散層１０５は、カソード触媒層１０４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１０４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１０３にはアノード導電層１０７が積層され、カソードガス拡散層１０５にはカソード導電層１０８が積層されている。

アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８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１０６とアノード導電層１０７との間、および電解質膜１０６とカソード導電層１０８との間には、ゴム製のＯリング１０９、１１０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。

燃料収容部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、燃料収容部３は燃料電池セル２側が開口されており、この燃料収容部３の開口部と燃料電池セル２との間に気体選択透過膜１０１が設置されている。気体選択透過膜１０１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１０１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。

カソード導電層１０８上には保湿層１１１が積層されており、さらにその上には表面層１１２が積層されている。表面層１１２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１１２に形成された空気導入口１１２ａの個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層１１１はカソード触媒層１０４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１０５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層１０４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１１１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。

そして、燃料収容部３上に気体選択透過膜１０１、燃料電池セル２、保湿層１１１、表面層１１２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１１３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）１が構成されている。カバー１１３には表面層１１２に形成された空気導入口１１２ａと対応する部分に開口が設けられている。また、燃料収容部３にはカバー１１３の爪１１３ａを受けるテラス１１４が設けられており、このテラス１１４に爪１１３ａをかしめることで燃料電池本体４全体をカバー１１３で一体的に保持している。なお、図１５では図示を省略したが、図１に示したように燃料収容部３の下面側にはソケット４を有する燃料受容部５が設けられている。

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）１においては、燃料収容部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１０１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１０３で拡散されてアノード触媒層１０２に供給される。アノード触媒層１０２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。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …（１）

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、燃料収容部３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層１０４で生成した水や電解質膜１０６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。

内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ^＋）は電解質膜１０６を伝導し、カソード触媒層１０４に到達する。表面層１１２の空気導入口１１２ａから取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層１１１、カソード導電層１０８、カソードガス拡散層１０５を拡散して、カソード触媒層１０４に供給される。カソード触媒層１０４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）Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ …（２）

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、燃料収容部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。燃料収容部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収容部３内に燃料カートリッジ６から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ６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６側のノズル８を燃料電池１側のソケット４に挿入して接続することにより実施される。

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。

本発明の燃料電池用ソケットを有する燃料電池とそれに接続される燃料カートリッジを模式的に示す図である。 燃料カートリッジのノズル部分の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの閉状態の様子を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用ソケットに燃料カートリッジを接続する際の様子を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用ソケットに燃料カートリッジを接続したときの様子を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの減圧機能が働いたときの様子を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの閉状態の様子を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの減圧機能が働いたときの様子を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの閉状態の様子を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池用ソケットに燃料カートリッジを接続したときの様子を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの減圧機能が働いたときの様子を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの閉状態の様子を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの開状態の様子を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池用ソケットの減圧機能が働いたときの様子を示す断面図である。 本発明の燃料電池の一例としての内部気化型ＤＭＦＣの構成を示す断面図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…燃料電池セル、３…燃料収容部、４…ソケット、５…燃料受容部、６…燃料カートリッジ、７…カートリッジ本体、８…ノズル、４０…ソケット本体、４４…バルブ支持部、４５…Ｏリング、４６…バルブ室、４７…ゴムホルダ、４８…Ｏリング、４９…弾性体、５０…バルブ、５１…バルブ本体、５１ａ…鍔部、５１ｂ…バルブ本体連通孔、５２…バルブロット、５２ａ…鍔部、５２ｂ…脱落防止部、５２ｃ…バルブロット側面溝部、６０…バルブ、６１…バルブ本体、６１ａ…鍔部、６１ｂ…軸部、６１ｃ…バルブ本体連通孔、６１ｄ…軸方向孔部、６１ｅ…水平方向孔部、６２…バルブロット、６２ａ…鍔部、６２ｂ…挿嵌部、７０…バルブ、７０ａ…鍔部、７０ｂ…Ｏリング支持部、７１…形状記憶合金弾性体、８０…バルブ、８１…バルブ本体、８１ａ…鍔部、８１ｂ…バルブ本体連通孔、８１ｃ…細径部、８２…バルブロット、８２ａ…先端側溝部、８２ｂ…後端側溝部、８２ｃ…非溝部、８２ｄ…アンカー部、８２ｅ…鍔部、９０…バルブロット用弾性体、１０１…気体選択透過膜、１０２…アノード触媒層、１０３…アノードガス拡散層、１０４…カソード触媒層、１０５…カソードガス拡散層、１０６…電解質膜、１０７…アノード導電層、１０８…カソード導電層、１０９・１１０…Ｏリング、１１１…保湿層、１１２…表面層、１１２ａ…空気導入口、１１３…カバー、１１３ａ…爪、１１４…テラス

Claims (12)

1. 燃料カートリッジに装着されたノズルが着脱可能に接続され、前記燃料カートリッジに収容された液体燃料を燃料電池の燃料収容部に供給するために用いられる燃料電池用ソケットであって、
   前記燃料収容部の内圧が上昇したときに、前記燃料収容部の内圧を逃すための減圧機能を有することを特徴とする燃料電池用ソケット。
2. 前記減圧機能は、その作動圧力が０．３ＭＰａ以上となったときに働くことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用ソケット。
3. 前記燃料電池用ソケットは、略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、
   前記バルブは、一端が前記ノズル接続側に開口され、他端が前記ノズル接続側以外の部分に開口された連通孔を有するバルブ本体と、前記連通孔の少なくとも前記ノズル接続側に挿嵌されたバルブロットとを有し、前記バルブロットは、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに、その内圧によって前記連通孔に対して前記ノズル接続側へと移動できるように、前記連通孔内に挿嵌されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用ソケット。
4. 前記連通孔が軸方向に延びる直線状に形成され、前記バルブロットが前記連通孔を貫通するように設けられたものであって、前記バルブロットの外側表面には前記連通孔の長さを超えるように軸方向に延びる溝部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用ソケット。
5. 前記溝部は、前記バルブロットの移動前の状態においては、その前記ノズル接続側が前記連通孔内に位置し、前記バルブロットの移動後の状態においては、その前記ノズル接続側が前記連通孔の前記ノズル接続側から露出すると共に、その前記燃料収容部接続側が前記連通孔の前記燃料収容部接続側から露出するように形成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池用ソケット。
6. 前記バルブロットの前記燃料収容部接続側の端部には、前記ソケット本体からの脱落を防止するための脱落防止部が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の燃料電池用ソケット。
7. 前記燃料電池用ソケットは、略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、
   前記燃料収容部の内圧が上昇したときに前記バルブが開状態となることにより前記内圧を逃がし、前記内圧の低下後に前記バルブが閉状態となることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用ソケット。
8. 前記バルブの開閉は、前記バルブの配置された近傍の温度を利用して行われることを特徴とする請求項７記載の燃料電池ソケット。
9. 前記バルブの開閉は、前記近傍の温度が１００℃以上となったときに前記バルブが開状態となり、前記近傍の温度が１００℃未満となったときに前記開状態のバルブが再び閉状態となることを特徴とする請求項８記載の燃料電池用ソケット。
10. 前記バルブは、軸方向の一方から形状記憶合金及びバイメタルの少なくとも一方からなる弾性体によって支持され、軸方向の他方から形状記憶合金及びバイメタル以外のものからなる弾性体によって支持されていることを特徴とする請求項８または９記載の燃料電池用ソケット。
11. 前記燃料電池用ソケットは、略円筒状のソケット本体と、前記ソケット本体内に軸方向に移動可能に配置され、前記液体燃料の供給、遮断を行うバルブとを有するものであって、
    前記バルブは、一端が前記ノズル接続側に開口され、他端が前記ノズル接続側とは反対側に開口された連通孔を有するバルブ本体と、前記連通孔内にその軸方向に沿って進退可能に挿入されたバルブロットとを有し、前記ソケット本体には、前記燃料収容部の内圧が上昇したときに前記内圧を逃がすように前記バルブロットが前記バルブ本体に対して前記ノズル接続側へと移動可能となるように、かつ前記内圧の低下後に前記バルブロットが前記移動前の位置に復帰するように反発力が調整された弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用ソケット。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項記載の燃料電池用ソケットと、
    前記燃料電池用ソケットに接続され、前記燃料カートリッジから供給される液体燃料を収容する燃料収容部と、
    前記燃料収容部から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部と
    を具備することを特徴とする燃料電池。

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