JP2010102854A - Plug for fuel cell and coupler for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用プラグと、それを用いた燃料電池用カップラーに関する。 The present invention relates to a fuel cell plug and a fuel cell coupler using the same.
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、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができる。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。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can continuously generate electric power for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.
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。 In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol fuel with a high energy density can be downsized and the fuel can be easily handled, so it is promising as a power source for portable devices. Has been. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel tank is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been. Of these, the passive method is advantageous for downsizing the DMFC.
内部気化型のパッシブ型DMFCにおいては、燃料収容部内のメタノール燃料を燃料含浸層や燃料気化層等を介して気化させ燃料極に供給している(例えば特許文献1〜2参照)。そして、このような燃料収容部へのメタノール燃料の供給には、例えばサテライトタイプ(外部注入式)の燃料カートリッジが用いられている。
In the internal vaporization type passive DMFC, the methanol fuel in the fuel accommodating portion is vaporized through a fuel impregnation layer, a fuel vaporization layer, and the like and supplied to the fuel electrode (see, for example,
燃料カートリッジによってメタノール燃料等の液体燃料を供給する場合、一般にソケットとプラグとによって構成されるカップラーが用いられる。ソケットおよびプラグはそれぞれバルブ機構を有するものであり、ソケットにプラグを挿入することによって両者のバルブ機構が開状態となる。これにより、例えば燃料電池側にソケットを装着すると共に、燃料カートリッジ側にプラグを装着し、燃料電池側のソケットに燃料カートリッジ側のプラグを挿入することで、燃料カートリッジに収容されている液体燃料を燃料電池(燃料収容部)へと供給することができる。また、燃料電池側のソケットから燃料カートリッジ側のプラグを引き抜くことで、両者のバルブ機構が閉状態となり、不必要な液体燃料の流出が抑制される。 When liquid fuel such as methanol fuel is supplied by a fuel cartridge, a coupler constituted by a socket and a plug is generally used. Each of the socket and the plug has a valve mechanism, and both the valve mechanisms are opened by inserting the plug into the socket. Thus, for example, a socket is attached to the fuel cell side, a plug is attached to the fuel cartridge side, and the fuel cartridge side plug is inserted into the fuel cell side socket, so that the liquid fuel contained in the fuel cartridge can be reduced. It can be supplied to a fuel cell (fuel storage unit). Further, by pulling out the plug on the fuel cartridge side from the socket on the fuel cell side, both valve mechanisms are closed, and unnecessary outflow of liquid fuel is suppressed.
このようなプラグは、例えばバルブ機構を構成するプラグバルブ本体と、これを保持するプラグ本体とから構成されている。プラグ本体は、液体燃料を収容するカートリッジ本体に装着される装着部と、この装着部から延ばされ、ソケット内に挿入されると共に内部が液体燃料の流路とされたノズル部とを有している。この流路の装着部側の端部には、その周囲にOリングが配置されており、このOリングがバルブ本体の円板状の大径部によって押圧されることでバルブ機構が閉状態とされている。 Such a plug is composed of, for example, a plug valve main body that constitutes a valve mechanism and a plug main body that holds the plug valve main body. The plug main body includes a mounting portion that is mounted on a cartridge main body that stores liquid fuel, and a nozzle portion that extends from the mounting portion, is inserted into the socket, and has a liquid fuel passage inside. ing. An O-ring is disposed around the end of the flow path on the mounting portion side, and the valve mechanism is closed when the O-ring is pressed by the disk-shaped large-diameter portion of the valve body. Has been.
また、この流路の先端側の端部は、最終的に液体燃料が吐出される燃料吐出口とされており、その周囲にソケット側の液体燃料の流路となるゴムホルダが嵌め合わされると共に、燃料吐出口から吐出される液体燃料を一時的に留め、操作者が触れないようにするためのシール凹部が形成されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、上記プラグについては、液体燃料の供給が終了し、ソケットから取り外した際、ノズル部内の流路に液体燃料が残留することがあり、衝撃等が加えられた際にこぼれ出して操作者に付着するおそれがあり、またこの液体燃料のこぼれ出しや気化により液体燃料の実質的な供給量が減少するおそれがある。 However, when the supply of the liquid fuel is finished and the plug is removed from the socket, the liquid fuel may remain in the flow path in the nozzle portion, and spills when an impact or the like is applied to the operator. There is a risk of adhering, and there is a risk that the substantial supply amount of the liquid fuel may be reduced due to spillage or vaporization of the liquid fuel.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ノズル部に残留する液体燃料のこぼれ出しや気化が抑制され、液体燃料の有効利用が可能となると共に、安全性に優れる燃料電池用プラグを提供することを目的としている。また、本発明は、このような燃料電池用プラグと、このような燃料電池用プラグが好適に連結される燃料電池用ソケットとを有する燃料電池用カップラーを提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is capable of suppressing the spilling and vaporization of the liquid fuel remaining in the nozzle portion, enabling the effective use of the liquid fuel, and having excellent safety. The object is to provide a battery plug. Another object of the present invention is to provide a fuel cell coupler having such a fuel cell plug and a fuel cell socket to which such a fuel cell plug is suitably connected.
本発明の燃料電池用プラグは、略筒状のソケット本体内にバルブ機構を構成するソケットバルブ本体が収容された燃料電池用ソケットに着脱可能に挿入されて用いられ、前記燃料電池用ソケットに着脱可能に挿入される略筒状のノズル部を有するプラグ本体と、前記プラグ本体内に収容されるバルブ機構を構成するプラグバルブ本体とを有し、前記ソケットバルブ本体と前記プラグバルブ本体とを当接させることにより互いのバルブ機構を開放させて液体燃料の供給を行う燃料電池用プラグであって、前記ノズル部には、前記ノズル部内に液体燃料を保持するために用いられ、かつ前記ソケットバルブ本体の挿入が可能な弾性材料からなる燃料保持部材が設けられていることを特徴としている。 The fuel cell plug of the present invention is used by being detachably inserted into a fuel cell socket in which a socket valve body constituting a valve mechanism is accommodated in a substantially cylindrical socket body, and is attached to and detached from the fuel cell socket. A plug main body having a substantially cylindrical nozzle portion that can be inserted; and a plug valve main body constituting a valve mechanism housed in the plug main body. The socket valve main body and the plug valve main body are in contact with each other. A fuel cell plug for supplying liquid fuel by opening a valve mechanism to contact each other, wherein the nozzle portion is used to hold liquid fuel in the nozzle portion, and the socket valve A fuel holding member made of an elastic material into which the main body can be inserted is provided.
前記燃料保持部材は、前記燃料電池用ソケットに前記燃料電池用プラグを挿入した際、前記ソケットバルブ本体の外周部分に当接するものであることが好ましい。 It is preferable that the fuel holding member is in contact with an outer peripheral portion of the socket valve body when the fuel cell plug is inserted into the fuel cell socket.
前記燃料保持部材は、例えば軸線方向に沿って貫通すると共に、開口可能に閉塞する貫通孔を有する略柱状体である。また、前記貫通孔は、例えば断面形状が略−字状または略+字状であり、前記ソケットバルブ本体が挿入される側が開口していることが好ましい。 The fuel holding member is, for example, a substantially columnar body that has a through hole penetrating along the axial direction and closed so as to be openable. In addition, it is preferable that the through hole has, for example, a substantially negative shape or a substantially positive shape in cross section, and an opening on the side where the socket valve body is inserted.
本発明の燃料電池用プラグに用いられる他の燃料保持部材は、例えば開口可能に形成されたスリット部を有する略半球面体である。また、本発明の燃料電池用プラグに用いられる別の前記燃料保持部材は、例えば前記ソケットバルブ本体の挿入部分の外径よりも小さく、前記プラグバルブ本体が当接することによって塞がれる孔部を一端に有する略筒状体である。上記した各燃料保持部材については、前記ノズル部に嵌め込んで固定するためのフランジ部を有することが好ましい。 Another fuel holding member used for the fuel cell plug of the present invention is, for example, a substantially hemispherical body having a slit portion formed to be openable. Further, another fuel holding member used in the fuel cell plug of the present invention is, for example, smaller than the outer diameter of the insertion portion of the socket valve body, and has a hole portion that is closed when the plug valve body abuts. A substantially cylindrical body at one end. About each above-mentioned fuel holding member, it is preferable to have a flange part for fitting and fixing to the said nozzle part.
また、本発明の燃料電池用プラグに用いられるさらに別の燃料保持部材は、例えば前記ノズル部の内径側に形成された凸部により外径側から押圧されることによって開口可能に閉塞する貫通孔を有する略筒状体である。このような燃料保持部材については、例えば前記ノズル部の凸部に対応する外周部分の少なくとも一部に切り欠き部を有することが好ましい。 Further, another fuel holding member used for the fuel cell plug of the present invention is, for example, a through hole that is closed so as to be openable by being pressed from the outer diameter side by a convex portion formed on the inner diameter side of the nozzle portion. It is the substantially cylindrical body which has. About such a fuel holding member, it is preferable to have a notch part in at least one part of the outer peripheral part corresponding to the convex part of the said nozzle part, for example.
また、本発明の燃料電池用プラグに用いられるさらに他の燃料保持部材は、例えば外周部分に形成された凸部が前記ノズル部の内径側と摺接し押圧されることによって開口可能に閉塞する貫通孔を有する略筒状体である。このような燃料保持部材については、例えば前記ノズル部の内径側の少なくとも一部に設けた小径部に対応する前記燃料保持部材の凸部が押圧されることによって開口可能に閉塞する貫通孔を有することが好ましい。 Still another fuel holding member used in the fuel cell plug according to the present invention is, for example, a through-hole that can be opened so that a convex portion formed on the outer peripheral portion is in sliding contact with the inner diameter side of the nozzle portion and pressed. It is a substantially cylindrical body having a hole. Such a fuel holding member has, for example, a through hole that can be opened by pressing a convex portion of the fuel holding member corresponding to a small diameter portion provided on at least a part of the inner diameter side of the nozzle portion. It is preferable.
本発明の燃料電池用カップラーは、上記した燃料電池用プラグと、バルブ室を有する略筒状のソケット本体内にバルブ機構を構成するソケットバルブ本体が収容された燃料電池用ソケットとを有し、前記ソケットバルブ本体は、前記プラグバルブ本体と当接する先端部に設けられる流入口と、自身が構成するバルブ機構が開状態となったときのみ前記バルブ室に連通する排出口と、前記流入口と前記排出口とを繋ぐ内部流路とを有することを特徴としている。 The fuel cell coupler of the present invention includes the above-described fuel cell plug, and a fuel cell socket in which a socket valve body constituting a valve mechanism is accommodated in a substantially cylindrical socket body having a valve chamber, The socket valve main body includes an inlet provided at a tip portion that contacts the plug valve main body, an outlet that communicates with the valve chamber only when a valve mechanism that is configured by itself is opened, and the inlet. It has the internal flow path which connects the said discharge port, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の燃料電池用プラグによれば、燃料電池用ソケットに挿入されるノズル部に、このノズル部内に液体燃料を保持するために用いられ、かつソケットバルブ本体の挿入が可能な弾性材料からなる燃料保持部材を設けることで、従来と同様にバルブ機構を開放させて液体燃料の供給を行うことができると共に、ノズル部内の液体燃料のこぼれ出しや気化を抑制し、安全性を向上させると共に液体燃料を有効利用することができる。 According to the fuel cell plug of the present invention, the nozzle portion inserted into the fuel cell socket is made of an elastic material that is used to hold liquid fuel in the nozzle portion and into which the socket valve body can be inserted. By providing the fuel holding member, it is possible to supply the liquid fuel by opening the valve mechanism in the same manner as in the prior art, and to prevent the liquid fuel from spilling and vaporizing in the nozzle part, improving the safety and liquid. Fuel can be used effectively.
また、本発明の燃料電池用カップラーによれば、燃料電池用ソケットおけるソケットバルブ本体として、プラグバルブ本体と当接する先端部に設けられる流入口と、自身が構成するバルブ機構が開状態となったときのみバルブ室に連通する排出口と、これら流入口と排出口とを繋ぐ内部流路とを有するものを用いることで、上記した燃料電池用プラグとの間で互いのバルブ機構を開状態とできると共に、燃料電池用プラグからの液体燃料を効率的に受け入れることができる。 Further, according to the fuel cell coupler of the present invention, as the socket valve body in the fuel cell socket, the inlet provided at the tip portion in contact with the plug valve body and the valve mechanism formed by itself are opened. By using the one having a discharge port communicating with the valve chamber only and an internal flow path connecting the inlet and the discharge port, the valve mechanism between the fuel cell plug and the plug is opened. In addition, the liquid fuel from the fuel cell plug can be received efficiently.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の燃料電池用プラグ(以下、単にプラグと呼ぶ)1が装着された燃料カートリッジ2と、このプラグ1が挿入される燃料電池用ソケット(以下、単にソケットと呼ぶ)3が装着された燃料電池4とを示したものである。
FIG. 1 shows a
燃料カートリッジ2は、液体燃料を収容する容器であるカートリッジ本体5を有し、その先端部分に液体燃料を吐出するプラグ1が装着されている。このような燃料カートリッジ2は、燃料電池4に液体燃料を注入するときのみ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)と呼ばれるものである。
The
カートリッジ本体5には、燃料電池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る。なお、カートリッジ本体5に収容され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、燃料電池4に応じた液体燃料が収容される。
The
燃料電池4は、例えば起電部となる燃料電池セル6と、この燃料電池セル6に供給する液体燃料を収容する燃料収容部7と、この燃料収容部7に液体燃料を供給するための燃料受容部8とを有し、例えば燃料受容部8にソケット3が装着されている。なお、燃料電池4は、燃料収容部7を経ずに燃料受容部8から直接的に燃料電池セル6に液体燃料を供給する構造であってもよい。
The fuel cell 4 includes, for example, a
本発明の燃料電池カップラー(以下、単にカップラーと呼ぶ)9は、このようなプラグ1とソケット3とから構成されている。プラグ1、ソケット3は、それぞれバルブ機構を有するものであり、図示するような分離状態においては、それぞれのバルブ機構が閉状態となることで液体燃料の流出が抑制されている。そして、ソケット3にプラグ1が挿入されて連結状態となったとき、それらのバルブ機構が開状態となり、液体燃料の供給が可能となる。
A fuel cell coupler (hereinafter simply referred to as a coupler) 9 according to the present invention includes such a
図2は、カップラー9の分離状態の様子を示す断面図である。なお、以下では、プラグ1およびソケット3のそれぞれの対向する側を先端側とし、それらの反対側を後端側として説明する。すなわち、プラグ1については図中下側が先端側となり、ソケット3については図中上側が先端側となる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
図2に示すように、プラグ1は、カートリッジ本体5の先端部に装着されるプラグ本体11を有し、その内部にバルブ機構を構成するプラグ側のバルブ本体であるプラグバルブ本体12がバルブホルダ13によって保持されている。また、プラグ本体11の外部には、その先端側の一部を覆うようにして外筒部14が配置されており、キャップ15によって覆われるようにしてプラグ本体11に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
プラグ本体11は、カートリッジ本体5が嵌め込まれる略円筒状の装着部11aと、この装着部11aから先端側に向かって延ばされ、ソケット3に挿入されるノズル部11bとを有している。ノズル部11bは、内部が液体燃料の流路となるものであり、外径がソケット3の内径よりも径小となるように形成されている。
The plug
ノズル部11bの内部には、プラグバルブ本体12の先端側が移動可能に挿入され、その移動をガイドすると共に、液体燃料の流路となるガイド孔11cが形成されている。一方、ノズル部11bの外部には、プラグ1とソケット3とを連結させた際に、その連結状態を維持するために用いられる連結用凸部11dが設けられている。この連結用凸部11dは、例えばソケット3にノズル部11bを挿入しやすくすると共に、連結状態を維持する観点から、先端側に比べて後端側が高くなるように形成されている。
Inside the
また、ノズル部11bの外部には、プラグ1とソケット3とを連結させた際に、ソケット3のキー溝33dと嵌め合わせて燃料識別手段として機能するキー部11kが設けられている。キー部11kは、液体燃料の種類に応じて形状、配置が決定され、例えば軸線方向に沿って外径側に凸状となるように形成されている。このようなキー部11kを液体燃料の種類に応じて使い分けることで、誤った液体燃料の注入を防止し、安全性に優れたものとできる。
In addition, a
プラグ本体11の内部に配置されるバルブホルダ13は、バルブ室Bpとなるものであり、プラグバルブ本体12等と併せてバルブ機構を構成している。バルブホルダ13の先端側外縁部には、フランジ部13aが形成されており、このフランジ部13aがOリング等の環状シール部材16を介して後端側からカートリッジ本体5の先端部によって押圧されることでプラグ本体11の内部に固定されている。
The
バルブホルダ13の軸線方向の略中間部には、プラグバルブ本体12の後端側が移動可能に挿入され、その移動をガイドすると共に、液体燃料の流路となる軸孔13bが形成されている。軸孔13bの後端側には、この軸孔13bと繋がり、側面方向に開口する連通孔13cが設けられている。この連通孔13cは、カートリッジ本体5の液体燃料を軸孔13bに導くために設けられている。
A
プラグバルブ本体12は、バルブホルダ13等と併せてバルブ機構を構成するものであり、例えば略棒状の後端側ロッド部12aおよび先端側ロッド部12bと、これらよりも径大な大径部12cとを有している。先端側ロッド部12bは、ノズル部11bに移動可能に挿入されると共に、先端側がガイド孔11cに挿入されてガイドされている。また、大径部12cはバルブホルダ13によって形成されるバルブ室Bp内に配置され、その後端側の後端側ロッド部12aは、バルブホルダ13の軸孔13bに移動可能に挿入されてガイドされている。
The plug valve
このようなプラグバルブ本体12の先端側ロッド部12bは、例えば側面部に軸線方向に沿って液体燃料の流路となる溝部12eが形成されており、その断面形状は+(プラス)字状とされている。このように、先端側ロッド部12bが例えば溝部12eを有する+字状のものとされていることで、この溝部12eを介してガイド孔11cに効率的に液体燃料を通すことができる。
For example, the distal end
また、このような溝部12eを有するものとされていることで、プラグ1とソケット3とを連結し、プラグバルブ本体12とソケットバルブ本体32とを当接させて両者のバルブ機構を開状態とさせた際、ノズル部11bの内部の液体燃料をこの溝部12eからソケットバルブ本体32の筒状の先端側ロッド部32bの流入口32fに流入させることができる。
Further, by having such a
ここで、図3(a)は、プラグバルブ本体12とソケットバルブ本体32との当接状態を示す側面図であり、図3(b)は、同状態におけるプラグバルブ本体12とソケットバルブ本体32との重なり具合を示す上面図である。図3(b)に示すように、少なくともソケットバルブ本体32の流入口32fにプラグバルブ本体12の溝部12eが重なるように形成されていることで、この溝部12eと流入口32fとの重なり部分からノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fに流入させることができる。
3A is a side view showing a contact state between the plug valve
なお、プラグバルブ本体12の断面形状は必ずしもこのようなものに限定されるものではなく、ソケットバルブ本体32との当接時に、その流入口32fの形状等と併せ、ノズル部11bの内部の液体燃料を流入口32fに流入させることができるものであれば特に限定されるものではない。
Note that the cross-sectional shape of the plug valve
図2に戻り、バルブホルダ13の内部には、プラグバルブ本体12の大径部12cの先端側であって、先端側ロッド部12bの周囲を囲むようにOリング等の環状シール部材17が配置されている。また、この大径部12cの後端側であって、後端側ロッド部12aの周囲には、大径部12cを先端側へと押圧するように圧縮スプリング等の弾性体18が配置されている。このように、弾性体18によって大径部12cを介して環状シール部材17を押圧することで、バルブ機構が閉状態とされている。
Returning to FIG. 2, an
本発明のプラグ1は、このようなプラグ本体11におけるノズル部11bの内部に、ノズル部11b内に液体燃料を保持するために用いられると共に、ソケット3のソケットバルブ本体32が挿入可能な弾性材料からなる燃料保持部材21が設けられていることを特徴としている。このような燃料保持部材21は、通常、ノズル部11bの内部におけるガイド孔11cやプラグバルブ本体12の先端側に設けられる。
The
燃料保持部材21は、例えば軸線方向に沿って貫通すると共に、開口可能に閉塞する貫通孔を有する略柱状体であり、具体的には円柱状の柱状部21aと、この柱状部21aの先端側に形成され、これよりも径大とされたフランジ部21bと、これらの軸心部分を貫通する開口可能に閉塞する貫通孔21cとを有するものである。
The
貫通孔21cは、プラグ1とソケット3とを連結させる際、ソケット3のソケットバルブ本体32が挿入される部分であり、プラグ1とソケット3とが分離状態となっているときに柱状部21aにおいて閉塞し、プラグ1とソケット3とを連結させる際、すなわちソケットバルブ本体32が強制的に挿入される際に弾性変形して開口することによりソケットバルブ本体32を挿入することができる。また、再びプラグ1とソケット3とが分離状態となったとき、すなわちソケットバルブ本体32が引き抜かれた際には、柱状部21aにおいて閉塞する。このように、貫通孔21cは、通常の状態、すなわち分離状態において閉塞し、連結状態において開口するものであることから、開口可能に閉塞するものであるといえる。
The through-
そして、このような燃料保持部材21は、例えばノズル部11bの内部にフランジ部21bを嵌め込むことによって固定されると同時に、フランジ部21bの外周面をノズル部11bの内周面に当接させることでノズル部11bの内周面をシールする。フランジ部21bは、例えば柱状部21aに対して先端側に配置することで、ソケットバルブ本体32の挿入を容易としている。
The
このような燃料保持部材21によれば、プラグ1とソケット3とが分離状態となっているときには、フランジ部21bによりノズル部11bの内周面をシールすると共に、貫通孔21cが閉塞していることで、ノズル部11b内に液体燃料を保持し、そのこぼれ出しや気化を抑制することで、プラグ1の安全性を向上させると共に、液体燃料を有効利用することができる。
According to such a
また、プラグ1とソケット3とを連結するときには、貫通孔21cが弾性変形して開口することでソケットバルブ本体32を挿入することができ、従来と同様に両者のバルブ本体を当接させてバルブ機構を開放させることにより液体燃料の供給を行うことができ、また貫通孔21cの内面をソケットバルブ本体32の側面部に接触させてシールすることでノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fに導き、それ以外の外部への流出を抑制することができる。
Further, when the
このような貫通孔21cは、先端側となるフランジ部21bにおいて徐々に開口していることが好ましい。貫通孔21cが先端側となるフランジ部21bにおいて徐々に開口していることで、ソケットバルブ本体32を挿入する際、この開口部分の内面に沿ってソケットバルブ本体32の先端部をガイドすることができ、その挿入を容易とすると共に、弾性材料によって構成されることと併せて、ソケットバルブ本体32の先端部に加わる斜め方向からの負荷を低減し、その損傷を抑制することができる。
Such a through
図4は、このような燃料保持部材21の一例を示すものであり、貫通孔21cが閉塞状態となっているときの状態を示したものである。なお、図4(a)は、燃料保持部材21の外観を示した外観図であり、図4(b)は、そのA−A矢視断面図である。貫通孔21cは、例えば柱状部21aの端面における形状が−(マイナス)字状とされており、閉塞部分、すなわちフランジ部21bの常に開口している部分を除いた部分についても同様な断面形状とされている。
FIG. 4 shows an example of such a
このような−字状の貫通孔21cによれば、ソケットバルブ本体32が挿入される際、例えば図5に示すように、弾性変形して開口することによりその挿入が可能となると共に、その側面部に自身の内面を接触させることによりシールでき、またソケットバルブ本体32が引き抜かれた際には、再び閉塞することにより液体燃料の通過を抑制できる。
According to such a -shaped through-
貫通孔21cの形状は必ずしも図4に示すような−字状である必要はなく、例えば+(プラス)字状であってもよく、閉塞時に貫通孔21cからの液体燃料のこぼれ出しや気化を抑制できると共に、ソケットバルブ本体32を挿入することができ、ソケットバルブ本体32が挿入された際にはその側面部に自身の内面を接触させてシールできるものであれば特に制限されるものではない。また、貫通孔21cは、必ずしも柱状部21aの全体で閉塞している必要はなく、貫通孔21cからの液体燃料のこぼれ出しや気化が抑制できる範囲で少なくとも一部が閉塞していればよい。
The shape of the through-
また、燃料保持部材21は、プラグ1とソケット3とを連結させた際、ソケット本体31のうちソケットバルブ本体32の周囲の部分、例えば挿入部33のガイド筒部33bの先端部に当接してシールするものであることが好ましい。このように燃料保持部材21が当接してシールすることで、例えばガイド筒部33bとソケットバルブ本体32との隙間から外部へと液体燃料が流出することを抑制でき、安全性に優れたものとできる。外部への液体燃料の流出を抑制する観点からは、燃料保持部材21は、プラグ1とソケット3との連結途中であって、ソケット3のバルブ機構が開状態となる前に、上記部分に当接してシールするものであることが好ましい。
Further, when the
このようなプラグ1については、環状シール部材16、17、弾性体18、燃料保持部材21を除き、一般には非金属材料、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリスチレン(PS)等が用いられるほか、耐メタノール性を有する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や、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が好適に用いられる。
For such a
また、環状シール部材16、17、燃料保持部材21としては、耐メタノール性に優れた弾性材料が好適に用いられ、熱可塑性エラストマーとして、例えばスチレン系エラストマー(TPS)、オレフィン系エラストマー(TPO)、ポリエステル系エラストマー(TPEE)、ポリアミド系エラストマー(PEBAX)、シリコーン系エラストマー、フッ素系エラストマー等が用いられ、ゴム材料として、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)、フロロシリコーンゴム(FVMQ)等が用いられる。これらの中でも、特に耐メタノール性等を考慮して、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)等が好適に用いられる。
Further, as the
次に、このようなプラグ1と連結されるソケット3について説明する。図6は、図2に示すソケット3を拡大して示したものである。ソケット3は、略円筒状のソケット本体31を有し、その内部にバルブ機構を構成するソケット側のバルブ本体であるソケットバルブ本体32が軸線方向に沿って配置されている。
Next, the
ソケット本体31は、例えばプラグ1のノズル部11bが挿入される筒状の挿入部33と、その後端側に配置され、バルブ機構を構成するバルブ室Bsとなるバルブ室構成部34とを有している。
The
挿入部33は、さらにノズル部11bが挿入される筒状の挿入部本体33aと、この挿入部本体33aの内径側に配置され、ソケットバルブ本体32が移動可能に挿入され、その移動をガイドする筒状のガイド部33bとを有している。
The
挿入部本体33aの先端側は、プラグ1が挿入される開口部33cとなっており、その先端部には一部が切り欠かれるようにして形成されたキー溝33dが設けられている。既に説明したように、キー溝33dは、プラグ1に設けられたキー部11kが嵌め合わされることにより燃料識別手段として機能するものである。このようなキー溝33dが設けられることにより、誤った液体燃料の注入が防止され、安全性に優れたものとなる。
The distal end side of the insertion portion
また、挿入部本体33aの軸線方向の略中間部には、プラグ1とソケット3との連結時、プラグ1の連結用凸部11dが嵌め合わされ、連結状態を維持するために用いられる連結用孔部33eが形成されている。この連結用孔部33eは、例えば挿入部本体33aの周方向に均等な間隔を空けて4個(図中、3個表示)設けられている。
Further, when the
ガイド部33bの後端部は、例えば挿入部本体33aの後端部と同位置に設けられており、挿入部本体33aの後端部との間で閉じられた状態となっている。一方、ガイド部33bの先端部は、プラグ1とソケット3との連結時、例えばプラグ1の燃料保持部材21に当接するように先端側に延ばされている。ガイド部33bの先端部がこのように延ばされていることで、プラグ1とソケット3との連結途中においてソケット3のバルブ機構が開状態となった際、ガイド筒部33bの先端部が燃料保持部材21によってシールされるため、ガイド筒部33bとソケットバルブ本体32との隙間から外部へと液体燃料が流出することが抑制され、安全性に優れたものとなる。
The rear end portion of the
また、挿入部本体33aとガイド部33bと間であって後端側の閉じられた部分には、プラグ1とソケット3との連結時、プラグ1のノズル部11bの先端部と当接するように環状シール部材35が設けられている。通常、上記したようにプラグ1とソケット3とを連結した際、ガイド筒部33bの先端部がシールされるため、ガイド筒部33bとノズル部11bとの隙間から液体燃料が流出することはないが、仮に液体燃料が流出したとしても、ノズル部11bと当接するように環状シール部材35が設けられていることで、それ以上の外部への液体燃料の流出が抑制され、安全性に優れたものとなる。
Further, a closed portion between the insertion portion
バルブ室構成部34の後端部には、ソケットバルブ本体32が移動可能に挿入されると共に、液体燃料の流路となる軸孔34aが形成されている。また、後端部の外側は、例えば他の部分に比べて若干径小とされており、この部分に環状シール部材36が設けられている。環状シール部材36は、ソケット3を燃料受容部8に装着した際、それらの隙間から液体燃料が流出することを抑制するために設けられている。
A
このようなソケット本体31内に配置されるソケットバルブ本体32は、バルブ室構成部34等と併せてバルブ機構を構成するものであり、略棒状の後端側ロッド部32aおよび筒状の先端側ロッド部32bと、これらよりも径大な大径部32cとを有している。先端側ロッド部32bは、挿入部33のガイド部33bに移動可能に挿入されてガイドされている。先端側ロッド部32bの先端部は、プラグ1とソケット3との連結時、燃料保持部材21を貫通できると共に、プラグバルブ本体12と当接して互いのバルブ機構を開状態とできる程度に先端側に延ばされている。
The socket valve
また、大径部32cは、バルブ室構成部34によって形成されるバルブ室Bs内に配置され、その後端側の後端側ロッド部32aは、バルブ室構成部34の軸孔34aに移動可能に挿入されてガイドされている。後端側ロッド部32aには、バルブ室構成部34の軸孔34aよりも径大な中間径部32dが設けられており、この中間径部32dの後端側であって、軸孔34aよりも先端側には段部32eが設けられている。段部32eは、ソケットバルブ本体32の後端側への移動を制限するために、軸孔34aに嵌め合わされて用いられる。
The
バルブ室構成部34の内部には、ソケットバルブ本体32の大径部32cの先端側であって、先端側ロッド部32bの周囲を囲むようにOリング等の環状シール部材37が配置されている。また、大径部32cの後端側であって、後端側ロッド部32aの周囲には、大径部32cを先端側へと押圧するように圧縮スプリング等の弾性体38が配置されている。このように、弾性体38によって大径部32cを介して環状シール部材37が押圧されることで、バルブ機構が閉状態とされている。
An
このようなソケット3におけるソケットバルブ本体32は、例えば先端部に設けられる流入口32fと、バルブ機構が開状態となったときにバルブ室Bsに連通する排出口32gと、これらを繋ぐ内部流路32hとを有することを特徴としている。具体的には、例えば先端側ロッド部32bが円筒状とされたものであり、その先端部が流入口32fとされ、内部が内部流路32hとされ、側面部のバルブ室Bsにかかる位置に排出口32gが設けられたものである。
The socket valve
ソケットバルブ本体32をこのような構成とすることで、連結状態となった際、燃料保持部材21の貫通孔21cを貫通させてプラグバルブ本体12と当接させることにより両者のバルブ機構を開状態とすることができ、またこのような貫通かつ当接した状態でノズル部11bの内部の液体燃料を流入口32fから導入させ、内部流路32hを通して排出口32gからバルブ室Bsへと排出させることができる。このため、上記した燃料保持部材21を有するプラグ1との間で、適切に液体燃料の供給を行うことができる。
By configuring the socket valve
このようなソケットバルブ本体32における流入口32fの大きさ、形状は必ずしも限定されるものではなく、プラグバルブ本体12との当接時、プラグバルブ本体12の先端形状と併せて液体燃料が流入できるものであれば特に限定されるものではない。
The size and shape of the
また、排出口32gは、バルブ室Bsに液体燃料を排出できるものであればよく、プラグ1とソケット3とを連結してないとき、すなわちソケット3のバルブ機構が閉状態のときには必ずしもバルブ室Bsに位置する必要はなく、プラグ1とソケット3とを連結したとき、すなわちソケット3のバルブ機構が開状態となったとき、バルブ室Bsに少なくとも一部が位置するものであればよい。
Further, the
なお、排出口32gは、ソケット3のバルブ機構が閉状態のときにバルブ室Bsから液体燃料が流出することを抑制する観点から、ソケット3のバルブ機構が閉状態のときには、バルブ室Bsに連通しないものである必要がある。なお、バルブ室Bsに連通するとは、単にバルブ室Bsに位置するだけでなく、バルブ室Bsとの間で実際に液体燃料の出入が可能となる状態を指す。
Note that the
このようなソケット3によれば、上記した特定のソケットバルブ本体32を有することで、上記した燃料保持部材21を有するプラグ1との間でバルブ機構を適切に開閉状態とできると共に、液体燃料の供給を効率的に行うことができる。また、このようなソケット3によれば、プラグ1とソケット3とを連結した際、ガイド部33bの先端部が燃料保持部材21によってシールされると共に、環状シール部材35によってノズル部11bの先端部がシールされるため、外部への液体燃料の流出が抑制され、安全性に優れたものとなる。
According to such a
このようなソケット3の構成材料としては、環状シール部材35〜37、弾性体38を除き、一般には非金属材料、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリスチレン(PS)等が用いられるほか、耐メタノール性を有する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や、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が好適に用いられる。
As a constituent material of such a
また、環状シール部材35〜37としては、耐メタノール性に優れた弾性材料が好適に用いられ、熱可塑性エラストマーとして、例えばスチレン系エラストマー(TPS)、オレフィン系エラストマー(TPO)、ポリエステル系エラストマー(TPEE)、ポリアミド系エラストマー(PEBAX)、シリコーン系エラストマー、フッ素系エラストマー等が用いられ、ゴム材料として、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)、フロロシリコーンゴム(FVMQ)等が用いられる。これらの中でも、特に耐メタノール性等を考慮して、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)等が好適に用いられる。
Further, as the
次に、カップラー9の連結方法について説明する。まず、図7に示すように、ソケット3の挿入部33にプラグ1のノズル部11bを挿入すると、ソケットバルブ本体32が燃料保持部材21に当接し、その貫通孔21cに強制的に挿入される。この際、貫通孔21cが弾性変形することにより、ソケットバルブ本体32の挿入が可能となると共に、その側面部がシールされる。なお、ソケットバルブ本体32は、例えば燃料保持部材21に抗して挿入できる程度に後端側から弾性体38によって押圧されており、そのソケット本体31内における位置状態は変化せず、ソケット3のバルブ機構は閉状態のままとなっている。
Next, a method for connecting the
さらに挿入部33にノズル部11bを挿入していくと、図8に示すように、ソケットバルブ本体32が貫通孔21cを貫通し、プラグバルブ本体12と当接する。この状態から挿入部33にノズル部11bを挿入していくと、図9に示すように、ソケットバルブ本体32がプラグバルブ本体12に押し下げられて後端側へと移動し、ソケット3のバルブ機構が開状態となる。そして、ソケットバルブ本体32の段部32eがバルブ室構成部34の軸孔34aに当接した時点で、その後端側への移動が停止する。この際、燃料保持部材21がガイド部33bの先端部に当接し、ソケットバルブ本体32とガイド部33bとの間がシールされ、液体燃料の流出が抑制される。
When the
なお、プラグ1とソケット3のバルブ機構の開放順序は、それぞれのバルブ機構においてバルブ本体を押圧する弾性体の反発力を調整することにより行われる。この場合は、プラグバルブ本体12を押圧する弾性体18の反発力がソケットバルブ本体32を押圧する弾性体38の反発力よりも大きくなるように構成されているため、ソケット3のバルブ機構がプラグ1のバルブ機構よりも先に開放されるようになっている。このように液体燃料が供給されるソケット3のバルブ機構を先に開放することで安全性を確保しやすくなるが、バルブ機構の開放順序は必ずしもこのようなものに限られるものではない。
The opening order of the valve mechanisms of the
さらに挿入部33にノズル部11bを挿入していくと、移動が停止したソケットバルブ本体32によって押し返されるためにプラグバルブ本体12はそれ以上挿入されず、ノズル部11bのみが挿入される。これにより、プラグ1のバルブ機構が開状態となり、液体燃料がノズル部11bに流入する。そして、図10に示すように、ノズル部11bの先端部が環状シール部材35に当接した時点で、ソケット3へのプラグ1の挿入が完了して連結状態となる。
When the
この際、ノズル部11bの内部では、燃料保持部材21によってソケットバルブ本体32の側面部がシールされていることから、ノズル部11bに流入した液体燃料は、プラグバルブ本体12の溝部12eからソケットバルブ本体32の流入口32fに流入する。また、既にソケット3のバルブ機構が開状態となっており、ソケットバルブ本体32の排出口32gがバルブ室Bsに連通していることから、流入口32fから内部流路32hに流入した液体燃料は、排出口32gからバルブ室Bsへと排出される。そして、バルブ室Bs内に排出された液体燃料は、例えば図1に示すような燃料受容部8を通して燃料電池4へと供給される。
At this time, since the side surface portion of the socket valve
また、プラグ1とソケット3との連結時には、ノズル部11bに設けられた連結用凸部11dが挿入部33に設けられた連結用孔部33eに嵌め合わされるために、連結状態が維持される。さらに、ソケット3に設けられた環状シール部材35にノズル部11bが当接することで、挿入部33とノズル部11bとの間がシールされ、仮に燃料保持部材21とガイド部33bの先端部との当接部分から液体燃料が流出したとしても、外部への流出が抑制される。
Further, when the
また、図示しないが、プラグ1にキー部11kが設けられ、ソケット3にキー溝33dが設けられているため、キー部11kとキー溝33dとが適合しない場合には、ソケット3にプラグ1を完全に挿入、連結できず、誤った液体燃料の注入が防止され、安全性に優れたものとなる。
Although not shown, since the
一方、ソケット3からプラグ1を取り外す場合、上記工程と逆の工程が行われる。まず、ソケット3からプラグ1を引き抜くために、プラグ1を強く引っ張ると、ソケット3の挿入部33に設けられた連結用孔部33eからプラグ1のノズル部11bに設けられた連結用凸部11dが外れ、挿入部33からノズル部11bを引き抜くことができるようになる。
On the other hand, when removing the
挿入部33からノズル部11bを引き抜いていくと、挿入部33内におけるソケットバルブ本体32やプラグバルブ本体12の位置状態は変化せず、ノズル部11bのみが引き抜かれる。そして、図9に示すように、例えばプラグバルブ本体12の先端部付近にガイド孔11cの先端側が位置するようにノズル部11bが移動した時点で、プラグ1のバルブ機構が閉状態となる。
When the
プラグ1のバルブ機構が閉状態となった後は、ノズル部11bと同様にプラグバルブ本体12も引き抜かれるため、図8に示すように、ノズル部11bの引き抜きに合わせてソケットバルブ本体32が先端側へと移動し、ソケット3のバルブ機構が閉状態となる。
After the valve mechanism of the
さらに、挿入部33からノズル部11bを引き抜いていくと、図7に示すように、燃料保持部材21の貫通孔21cから徐々にソケットバルブ本体32が引き抜かれていき、完全にソケットバルブ本体32が引き抜かれることにより、例えば図2に示すように貫通孔21cが元のように閉塞する。これにより、ノズル部11bに液体燃料が保持され、そのこぼれ出しや気化が抑制される。
Further, when the
次に、本発明のプラグ1の他の実施形態について説明する。なお、以下に示すプラグ1については、基本的な構造、連結方法等は先に説明したプラグ1と同様であるため説明を省略する。また、図についても、主要部のみを図示し、他の部分については図示を省略する。
Next, another embodiment of the
図11は、本発明のプラグ1の第2の実施形態を示す断面図であり、図12はこのプラグ1の燃料保持部材22を示す斜視図である。このプラグ1は、燃料保持部材22として、開口可能に形成されたスリット部を有する弾性材料からなる略半球面体であって、それ自体で液体燃料を保持することができるものを用いたことを特徴としている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the
この燃料保持部材22は、具体的には、後端側に向かって閉塞する半球面部22aと、この半球面部22aの先端側に設けられるフランジ部22bと、半球面部22aが開口可能となるように形成された該半球面部22aの頂点を通る十字状のスリット部22c(図12)とを有するものであり、ノズル部11bの内部にフランジ部22bおよび先端側の半球面部22aが嵌め込まれるようにして固定されている。
Specifically, the
このような燃料保持部材22によれば、主としてフランジ部22bにおいてノズル部11bの内周面をシールすると共に、スリット部22cが閉じて半球面部22aが閉塞することにより、ノズル部11b内に液体燃料を保持してそのこぼれ出しや気化を抑制し、プラグ1の安全性を向上させると共に、液体燃料を有効利用することができる。
According to such a
そして、プラグ1とソケット3との連結途中、連結状態においては、例えば図13、14に示すように、スリット部22c(図14)が開いて半球面部22aが分割して開口することでソケットバルブ本体32を挿入することができ、従来と同様にプラグ1とソケット3との両者のバルブ本体を当接させることによりバルブ機構を開放させて液体燃料を供給することができ、またソケットバルブ本体32の側面部に半球面部22aの内面を接触させてシールすることにより、ノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fへと導き、それ以外の外部への流出を抑制することができる。
Then, in the middle of the connection between the
また、図15は本発明のプラグ1の第3の実施形態を示す断面図であり、図16はこのプラグ1の燃料保持部材23を示す斜視図である。このプラグ1は、燃料保持部材23として、ソケットバルブ本体32の挿入部分である先端側ロッド部32bの外径よりも小さい孔部を一端に有する略筒状体を用い、この孔部にプラグバルブ本体12を当接させて塞ぐことにより液体燃料を保持するようにしたことを特徴としている。
FIG. 15 is a sectional view showing a third embodiment of the
この燃料保持部材23は、具体的には、筒部本体23aと、この筒部本体23aの先端側に設けられるフランジ部23bと、筒部本体23aの後端側に設けられ、後端側に向かって縮径する縮径部23cとを有し、この縮径部23cの後端部にソケットバルブ本体32の挿入部分である先端側ロッド部32bの外径よりも小さい孔部23dが設けられており、ノズル部11bの内部にフランジ部23bおよび筒部本体23aが嵌め込まれて固定されている。
Specifically, the
このような燃料保持部材23によれば、筒部本体23aやフランジ部23bによりノズル部11bの内周面をシールすると共に、孔部23dを塞ぐように後端側からプラグバルブ本体12を当接させることで、ノズル部11b内に液体燃料を保持してそのこぼれ出しや気化を抑制し、プラグ1の安全性を向上させると共に、液体燃料を有効利用することができる。なお、プラグバルブ本体12を当接させて孔部23dを塞ぐ観点から、孔部23dの大きさはプラグバルブ本体12の断面における溝部12eを除いた中心部分の大きさ以下である必要がある。
According to such a
また、プラグ1とソケット3との連結途中、連結状態においては、例えば図17、18に示すように、縮径部23cや孔部23dが拡径するように弾性変形することでソケットバルブ本体32を挿入することができ、従来と同様にプラグ1とソケット3との両者のバルブ本体を当接させることによりバルブ機構を開放させて液体燃料を供給することができ、またソケットバルブ本体32の側面部に縮径部23cの一部や孔部23dの内面を接触させてシールすることにより、ノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fへと導き、それ以外の外部への流出を抑制することができる。
Further, in the middle of the connection between the
このような燃料保持部材23を用いるプラグ1については、例えば図19に示すようにノズル部11bの先端部に小径部11eを設けると共に、燃料保持部材23の筒部本体23aの外周部分に小径な周溝23eを設け、周溝23eに小径部11eを嵌め合わせることによりノズル部11bに燃料保持部材23を固定するようにしても構わない。
For the
また、図20は本発明のプラグ1の第4の実施形態を示す断面図(a)および先端側から見た平面図(b)であり、図21はこのプラグ1の燃料保持部材24を示す斜視図(a)、側面図(b、c)、下面図(d)である。なお、図21に示す燃料保持部材24は、プラグ1に装着されていない状態のものである。
FIG. 20 is a cross-sectional view (a) showing a fourth embodiment of the
このプラグ1は、燃料保持部材24として、ノズル部11bに装着した際、ノズル部11bの内径側に形成された凸部により外径側から押圧されることで貫通孔が開口可能に閉塞するものを用いたものである。
When the
このプラグ1は、具体的には、ノズル部11bの内部に内径側に突出する一対の内部凸部11fが設けられている。また、燃料保持部材24は、図21に示すように、筒部24aと、この筒部24aの軸心部分を貫通し、後端側に比べて先端側の内径が径大な貫通孔24bとを有し、筒部24aの先端側の外面部分のうちノズル部11bの一対の内部凸部11fに対応する部分に一対の切り欠き部24cが設けられている。
Specifically, the
なお、内部凸部11fに対応する部分とは、具体的には後述するようにソケットバルブ本体32の挿入によって燃料保持部材24が後端側へと縮んだときに、この縮んだ燃料保持部材24のうち内部凸部11fの部分に位置することとなる部分を意味する。また、貫通孔24bは、少なくとも後端部がソケットバルブ本体32の挿入部分である先端側ロッド部32bの外径よりも小さくなるように形成されている。さらに、この燃料保持部材24は、図21から明らかなようにプラグ1に装着されていない状態では、貫通孔24bの全体が開口した状態となっている。
Specifically, the portion corresponding to the internal
そして、燃料保持部材24は、図20に示すように、ノズル部11bの一対の内部凸部11fに一対の切り欠き部24cが対応するように装着される。具体的には、切り欠き部24cの後端側の傾斜面に内部凸部11fが接触するように配置される。このようにして一対の内部凸部11fによって外径側から押圧されることで、この押圧部分の貫通孔24bが閉塞される。また、一対の内部凸部11fによって後端側へと押圧されることで、燃料保持部材24の後端部がガイド孔11cの周囲に当接し、ガイド孔11cの周囲がシールされる。内部凸部11fは、このように燃料保持部材24の貫通孔24bを閉塞させ、また燃料保持部材24を後端側へと押圧してガイド孔11cの周囲をシールする他、例えばノズル部11bから燃料保持部材24が先端側へと抜け落ちることを抑制する機能を有する。
Then, as shown in FIG. 20, the
このようなプラグ1によれば、ガイド孔11cの周囲を燃料保持部材24の後端部によってシールすると共に、貫通孔24bが内部凸部11fによって閉塞されることで、ノズル部11b内に液体燃料を保持してそのこぼれ出しや気化を抑制し、プラグ1の安全性を向上させると共に、液体燃料を有効利用することができる。
According to such a
また、プラグ1とソケット3との連結途中、連結状態においては、例えば図22、23に示すように、ソケットバルブ本体32の挿入に伴って燃料保持部材24が後端側へと縮むことで、切り欠き部24c、特に平坦部分が内部凸部11fの位置まで移動する。これにより、貫通孔24bが元に戻るようにして開口し、ソケットバルブ本体32を挿入することができるようになる。
Further, during the connection between the
結果として、従来と同様にプラグ1とソケット3との両者のバルブ本体を当接させることによりバルブ機構を開放させて液体燃料を供給することができ、またソケットバルブ本体32の側面部に貫通孔24bの内面を接触させてシールすることにより、ノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fへと導き、それ以外の外部への流出を抑制することができる。さらに、燃料保持部材24における貫通孔24bの内径を後端側に比べて先端側が径大となるようにすることで、ソケットバルブ本体32の挿入も容易となっている。
As a result, the liquid fuel can be supplied by opening the valve mechanism by bringing both the valve bodies of the
以上、第4の実施形態のプラグ1について説明したが、このようなプラグ1における切り欠き部24cとしては、必ずしも上記した形状のものに限られるものではなく、少なくとも後端側部分に比べて小径となる小径部を有するものであればよい。このような小径部としては、周方向の一部のみに設けられるものであってもよいし、全周に設けられるものであってもよい。また、このような小径部としては、燃料保持部材24の軸方向の一部の範囲のみに溝状となるように設けられるものであってもよいし、燃料保持部材24の先端側の全範囲に設けられるものであってもよい。
As described above, the
また、図24は第4の実施形態のプラグ1の変形例を示す断面図であり、図25はこのプラグ1の燃料保持部材24を示す斜視図(a)、側面図(b、c)、下面図(d)である。なお、図25に示す燃料保持部材24は、プラグ1に装着されていない状態のものである。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a modification of the
このプラグ1については、燃料保持部材24として、上記した一対の切り欠き部24c(図21)を設けたものの代わりに、一対の凸部24d(図25)を設けたものを用いた点が異なっている。このような一対の凸部24dは、例えばノズル部11bの小径部11gに係合するように設けられている。この燃料保持部材24についても、図25から明らかなようにプラグ1に装着されていない状態では、貫通孔24bの全体が開口した状態となっている。
The
そして、燃料保持部材24は、図24に示すように、ノズル部11bの小径部11gに一対の凸部24dが後端側から係合するように装着される。この際、小径部11gによって一対の凸部24dが外径側から押圧されることで、この押圧部分の貫通孔24bが閉塞する。また、小径部11gによって後端側へと押圧されることで、燃料保持部材24の後端部がガイド孔11cの周囲に当接し、ガイド孔11cの周囲がシールされる。
Then, as shown in FIG. 24, the
このようなプラグ1についても、ガイド孔11cの周囲を燃料保持部材24の後端部によってシールすると共に、貫通孔24bが小径部11gによって閉塞されることで、ノズル部11b内に液体燃料を保持してそのこぼれ出しや気化を抑制し、プラグ1の安全性を向上させると共に、液体燃料を有効利用することができる。
Also in such a
また、プラグ1とソケット3との連結途中、連結状態においても、例えば図26、27に示すように、ソケットバルブ本体32の挿入に伴って燃料保持部材24が後端側へと縮むことで、凸部24dが小径部11gの後端側の拡径した部分まで移動する。これにより、貫通孔24bが元に戻るようにして開口し、ソケットバルブ本体32を挿入することができるようになる。
Further, even in the middle of the connection between the
結果として、従来と同様にプラグ1とソケット3との両者のバルブ本体を当接させることによりバルブ機構を開放させて液体燃料を供給することができ、またソケットバルブ本体32の側面部に貫通孔24bの内面を接触させてシールすることにより、ノズル部11bの内部の液体燃料をソケットバルブ本体32の流入口32fへと導き、それ以外の外部への流出を抑制することができる。
As a result, the liquid fuel can be supplied by opening the valve mechanism by bringing both the valve bodies of the
以上、第4の実施形態のプラグ1の変形例について説明したが、このようなプラグ1における小径部11gとしては、ノズル部11bの周方向の一部に設けられるものであってもよいし、全周に設けられるものであってもよい。また、このような小径部としては、ノズル部11bの軸方向の一部の範囲のみに設けられるものであってもよいし、先端側の全範囲に設けられるものであってもよい。
As mentioned above, although the modification of the
次に、本発明のカップラー9が適用される燃料電池4について、内部気化型のDMFCを例に挙げて説明する。図28は、本発明の燃料電池4の一例を示す断面図である。燃料電池4は、起電部を構成する燃料電池セル6と、燃料収容部7と、図示を省略したソケット3を有する燃料受容部8とから主として構成されている。なお、図示が省略されたソケット3を有する燃料受容部8は、例えば図1に示されるように燃料収容部7の下面側に設けられている。
Next, the fuel cell 4 to which the
燃料電池セル6は、アノード触媒層61およびアノードガス拡散層62からなるアノード(燃料極)と、カソード触媒層63およびカソードガス拡散層64からなるカソード(酸化剤極/空気極)と、アノード触媒層61とカソード触媒層63とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜65とから構成される膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を有している。
The
アノード触媒層61およびカソード触媒層63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61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63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。
Examples of the catalyst contained in the
電解質膜65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。
Examples of the proton conductive material constituting the
アノード触媒層61に積層されるアノードガス拡散層62は、アノード触媒層61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61の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層63に積層されるカソードガス拡散層64は、カソード触媒層63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63の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層62にはアノード導電層66が積層され、カソードガス拡散層64にはカソード導電層67が積層されている。
The anode
アノード導電層66およびカソード導電層67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65とアノード導電層66との間、および電解質膜65とカソード導電層67との間には、ゴム製のOリング68、69が介在されており、これらによって燃料電池セル6からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
The anode
燃料収容部7の内部には、液体燃料Fとして例えばメタノール燃料が充填されている。また、燃料収容部7は燃料電池セル6側が開口されており、この燃料収容部7の開口部と燃料電池セル6との間に気体選択透過膜41が設置されている。気体選択透過膜41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41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。
The
カソード導電層67上には保湿層42が積層されており、さらにその上には表面層43が積層されている。表面層43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43に形成された空気導入口43aの個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層42はカソード触媒層63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64に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層63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42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。
A
燃料収容部7上に積層された気体選択透過膜41、燃料電池セル6、保湿層42、および表面層43は、例えばステンレス製のカバー44が被されることによって保持されている。カバー44には表面層43に形成された空気導入口43aと対応する部分に開口44aが設けられている。また、燃料収容部7にはカバー44の爪44bを受けるテラス7aが設けられており、このテラス7aに爪44bをかしめることで全体がカバー44によって一体的に保持されている。
The
上述したような構成を有する燃料電池4においては、燃料収容部7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41を透過して燃料電池セル6に供給される。燃料電池セル6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62で拡散されてアノード触媒層61に供給される。アノード触媒層61に供給された気化成分は、例えば下記の(1)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)
In the fuel cell 4 having the above-described configuration, the liquid fuel F (for example, aqueous methanol solution) in the
CH 3 OH + H 2 O →
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7から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層63で生成した水や電解質膜65中の水をメタノールと反応させて上記(1)式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記(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。
Note that when pure methanol is used as the liquid fuel F, water vapor is not supplied from the
内部改質反応で生成されたプロトン(H+)は電解質膜65を伝導し、カソード触媒層63に到達する。表面層43の空気導入口43aから取り入れられた空気(酸化剤)は、保湿層42、カソード導電層67、カソードガス拡散層64を拡散して、カソード触媒層63に供給される。カソード触媒層63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)
Protons (H + ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (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7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)が消費される。燃料収容部7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7内にカートリッジ2から液体燃料を供給する。カートリッジ2からの液体燃料の供給は、前述したようにカートリッジ2側のプラグ1を燃料電池4側のソケット3に挿入することにより実施される。
As the power generation reaction based on the above-described reaction proceeds, the liquid fuel F (for example, aqueous methanol solution or pure methanol) in the
以上、本発明の燃料電池用プラグと、それを用いた燃料電池用カップラーについて説明したが、本発明の燃料電池用プラグおよび燃料電池用カップラーは上記実施形態そのものに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。 The fuel cell plug of the present invention and the fuel cell coupler using the same have been described above. However, the fuel cell plug and the fuel cell coupler of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and may be implemented. In the stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment.
例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、本発明の燃料電池用カップラーが適用される燃料電池としては小型化が進められているパッシブ型DMFCが好適であるが、少なくとも本発明の燃料電池用カップラーが適用可能であれば、その方式や機構等については何等限定されるものではない。 For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Further, as the fuel cell to which the fuel cell coupler of the present invention is applied, a passive DMFC whose size is being reduced is suitable. However, if at least the fuel cell coupler of the present invention is applicable, the method is used. The mechanism and the like are not limited at all.
1…燃料電池用プラグ、2…カートリッジ、3…燃料電池用ソケット、4…燃料電池、5…カートリッジ本体、6…燃料電池セル、7…燃料収容部、8…燃料受容部、9…燃料電池用カップラー、11…プラグ本体、11a…装着部、11b…ノズル部、11c…ガイド孔、11d…連結用凸部、11e…小径部、11f…内部凸部、11g…小径部、12…プラグバルブ本体、13…バルブホルダ、14…外筒部、15…キャップ、16…環状シール部材、17…環状シール部材、18…弾性体、21…燃料保持部材、21a…柱状部、21b…フランジ部、21c…貫通孔、22…燃料保持部材、22a…半球面部、22b…フランジ部、22c…スリット部、23…燃料保持部材、23a…筒部本体、23b…フランジ部、23c…縮径部、23d…孔部、23e…周溝、24…燃料保持部材、24a…筒部、24b…貫通孔、24c…切り欠き部、24d…凸部、31…ソケット本体、32…ソケットバルブ本体、32e…流入口、32d…排出口、32h…内部流路、33…挿入部、34…バルブ室構成部、35、36、37…環状シール部材、38…弾性体、41…気体選択透過膜、42…保湿層、43…表面層、44…カバー、61…アノード触媒層、62…アノードガス拡散層、63…カソード触媒層、64…カソードガス拡散層、65…電解質膜、66…アノード導電層、67…カソード導電層、68、69…Oリング、Bp…バルブ室(プラグ側)、Bs…バルブ室(ソケット側)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記ノズル部には、前記ノズル部内に液体燃料を保持するために用いられ、かつ前記ソケットバルブ本体の挿入が可能な弾性材料からなる燃料保持部材が設けられていることを特徴とする燃料電池用プラグ。 A substantially cylindrical socket body is used that is detachably inserted into a fuel cell socket in which a socket valve body that constitutes a valve mechanism is housed in a substantially cylindrical socket body, and is detachably inserted into the fuel cell socket. A plug main body having a nozzle portion and a plug valve main body constituting a valve mechanism housed in the plug main body, wherein the socket valve main body and the plug valve main body are brought into contact with each other to A fuel cell plug that opens and supplies liquid fuel,
For the fuel cell, the nozzle portion is provided with a fuel holding member made of an elastic material that is used to hold liquid fuel in the nozzle portion and into which the socket valve body can be inserted. plug.
前記ソケットバルブ本体は、前記プラグバルブ本体と当接する先端部に設けられる流入口と、自身が構成するバルブ機構が開状態となったときのみ前記バルブ室に連通する排出口と、前記流入口と前記排出口とを繋ぐ内部流路とを有することを特徴とする燃料電池用カップラー。 14. A fuel cell plug according to claim 1, and a fuel cell socket in which a socket valve body constituting a valve mechanism is accommodated in a substantially cylindrical socket body having a valve chamber. ,
The socket valve main body includes an inlet provided at a tip portion that contacts the plug valve main body, an outlet that communicates with the valve chamber only when a valve mechanism that is configured by itself is opened, and the inlet. A fuel cell coupler having an internal flow path connecting the discharge port.
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