200803025 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明爲燃料電池用耦合器及使用該耦合器的燃料電 池。 【先前技術】 爲了能在無須長時間充電的狀態下使用筆記型電腦或 • 行動電話等的各種攜帶用電子機器，而嘗試採用燃料電池 作爲攜帶用電子機器的電源。燃料電池的特徵在於：只要 提供燃料與空氣便能發電，且只需補充燃料便可連續地長 時間發電。因此，倘若燃料電池能形成小型化，就攜帶用 電子機器的電源而言，可說是極爲有利的系統。 採用能量密度高之甲醇燃料的直接甲醇型燃料電池 (Direct Methanol Fuel Cell : DMFC )具有小型化的可 能’由於燃料的處理也容易，故可望作爲攜帶機器用的電 Φ 源。就DMFC中液體燃料的供給方式而言，氣體供給型或 液體供給型等的主動方式；及促使燃料收容部内的液體燃 料在電池内部氣化後，供給至燃料極之内部氣化型等的被 動方式早爲大眾所知悉。被動方式對DMFC的小型化更爲 有利。 在内部氣化型等的被動型DMFC中，燃料收容部内的 液體燃料，譬如可透過燃料含浸層或燃料氣化層等而氣 化，並將該液體燃料的氣化成分供給至燃料極（請參考專 利文獻1〜2 )。對燃料收容部而言，是採用燃料匣來供給 200803025 (2) 液體燃料。在輔助型（Satellite type ;或稱爲外部注入 式）的燃料匣中，是常是採用耦合器來執行液體燃料遮斷 及注入，該耦合器具備：分別內藏著閥機構的噴嘴部與插 槽部（請參考專利文獻3 )。 ^ 燃料電池用耦合器之噴嘴部與插槽部的連接狀態，則 ' 硏究利用保持機構來保持，該保持機構譬如是採用金屬線 材或板材所形成的彈簧。在採用上述保持機構的場合中， φ 當對連接於燃料電池的燃料匣作用彎曲或扭轉等力時，恐 有彈簧在塑性範圍內變形之虞。這意味著保持機構，甚至 插槽部的損傷。不僅如此，在保持機構的彈簧變形時，恐 有傷及噴嘴部之虞。 〔專利文獻1〕日本特許第3 4 1 3 111號公報 〔專利文獻2〕日本特開2〇〇4_171844公報 〔專利文獻3〕日本特開2〇〇4_127824公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 本發明的目的是提供一種：不會對插槽部造成損傷， 且能解除連接狀態的燃料電池用耦合器；及藉由採用該耦 合器，而提局耐久性、可靠性、安全性等的燃料電池。 〔解決課題之手段〕 本發明之態樣的燃料電池用耦合器，是具備插槽部， 該插槽部可裝卸地連接於安裝在燃料匣的噴嘴部，且具 -6 - 200803025 (3) 備：設置於燃料電池的插槽本體、及配置於前述插槽本體 内的閥機構的燃料電池用耦合器，其特徵爲：前述插槽部 具備噴嘴保持機構，該噴嘴保持機構具有：卡鈎部，該卡 鈎部朝前述插槽本體的内側突出，並可朝前述插槽本體的 ' 外側後退；及彈性體，該彈性體是用來對前述卡鈎部作用 ' 按壓力，進而保持前述噴嘴部，且容許前述卡鈎部後退。 本發明之態樣的燃料電池，其特徵爲具備：插槽部； φ 和燃料收容部；及發電部， 上述的插槽部，是可裝卸地與燃料匣之噴嘴部連接的 插槽部’其具備：插槽本體；和配置於前述插槽本體内的 閥機構；及噴嘴保持機構， 該噴嘴保持機構則具有：卡鈎部，該卡鈎部朝前述插 槽本體的内側突出，且該卡鈎部可朝前述插槽本體的外側 後退；及彈性體，該彈性體可對前述卡鈎部作用按壓力進 而保持前述噴嘴部，並且容許前述卡鈎部的後退， φ 上述燃料收容部，是用來收容由連接於前述插槽部之 燃料匣所供給的液體燃料， 上述發電部，是由前述燃料收容部供給燃料後執行發 電動作。 【實施方式】 以下，參考圖面來說明本發明的實施形態。然而，雖 然以下是根據圖面來說明本發明的實施形態，但所依據的 圖面僅是爲了說明上的方便所提供的圖面，本發明並不侷 200803025 (4) 限於該圖面內容。 第1圖’是顯不本發明實施形態之燃料電池的槪略構 造、及將燃料電池與燃料匣組合的構造。第1圖所示的燃 料電池1，主要是由發電部2與燃料收容部3所構成。在 燃料收容部3的下面側設有燃料供給部5，該燃料供給部 5具有由液體燃料之供給口所形成的插槽部4。插槽部4 內藏有閥機構，且除了供給液體燃料時之外均呈關閉狀 Φ 態。燃料電池1亦可具有：不經由燃料收容部3，而是由 燃料供給部5直接對發電部2供給液體燃料的構造。 燃料匣6具有用來收容燃料電池用之液體燃料的匣本 體（容器）7。在匣本體7的前端設有噴嘴部8，該噴嘴部 8是由將收容於其內部的液體燃料供給至燃料電池時的燃 料吐出口所形成。噴嘴部8內藏有閥機構，且除了供給液 體燃料時之外均呈關閉狀態。燃料匣6，是只有在將液體 燃料注入燃料收容部3時才連接於燃料電池丨的構件，也 φ 就是所謂的輔助型（外部注入式）的燃料匣。 在燃料匣6的匣本體7，收容著對應於燃料電池1的 液體燃料。當燃料電池1爲直接甲醇型燃料電池 (DMFC )時，液體燃料可採用各種濃度的甲醇水溶液或 純甲醇等的甲醇燃料。但收容於匣本體7的液體燃料卻不 必侷限於甲醇燃料，舉例來說，也可以是乙醇水溶液或純 乙醇等的乙醇燃料、丙醇水溶液或純丙醇等的丙醇燃料、 乙二醇水溶液或純乙二醇等的乙二醇燃料、二甲醚、蟻 酸、或其他的液體燃料。無論是哪一種，均可收容於匣本 -8 - 200803025 (5) 體7作爲燃料電池1的液體燃料。 該實施形態的燃料電池用耦合器具備：設於燃料電池 1之燃料收容部3的插槽部4。燃料電池用耦合器更進一 步具備：設於燃料匣6之匣本體7的噴嘴部8，而構成燃 料電池1與燃料匣6之間的連接機構。針對燃料電池用耦 合器的具體性構造，參考第2、3圖進行說明。第2圖是 顯示燃料匣6的噴嘴部8與燃料電池i的插槽部4於連接 ^ 則的狀態’第3圖是顯示噴嘴部8與插槽部4連接後的狀 態。 用來連接燃料電池1與燃料匣6的耦合器中，作爲燃 料匣6側之連接機構的噴嘴部（公耦合器/插頭）8，在 前端側具有噴嘴頭1 2，且該噴嘴頭1 2開口形成有噴嘴口 11。噴嘴頭12具有：安裝於匣本體7之開口部的基座部 1 3、及***插槽部4的前端部1 4。圓筒狀的前端部1 4是 形成從基座部1 3突出’而使其軸方向平行於噴嘴部8的 φ ***方向。 在噴嘴頭1 2之前端部1 4的頂面設有凹部1 5。凹部 1 5是設成：使前端部1 4的頂面凹陷，且在該凹部1 5的底 面開口設有噴嘴口 1 1。由於凹部1 5具有：作爲收容殘留 (附著）於噴嘴部8的前端側之液體燃料的收容部的效 果，因此操作者不會接觸到液體燃料。在噴嘴頭丨2之前 端部14的外周側設有：外周槽16，該外周槽16可與後述 插槽部4的噴嘴保持機構卡合；及鍵部1 7，該鍵部1 7可 發揮作爲燃料辨識手段的功效。如稍後所述，燃料辨識手 -9- 200803025 (6) 段是由鍵部1 7與插槽部4側的鍵槽所構成。 在噴嘴頭12之基座部13的内側，配置著杯狀的閥承 座1 8。閥承座丨8是限制閥室的構件，其前端外縁部是被 匣本體7與基座部13所夾入而形成固定。在閥承座is内 • 配置著閥1 9。閥1 9具備閥頭1 9a與閥桿1 9b。閥頭1 9a * 是配置在被閥承座1 8所限制的閥室内。閥桿1 9b則收容 於前端部1 4内。 φ 具有閥頭1 9 a與閥桿1 9b的閥1 9，可在軸方向（噴嘴 部8的***方向）上進退。在閥頭1 9 a、與形成於基座部 13内側的閥墊2 0之間，配置著〇型環21。在閥19，是 利用壓縮彈簧2 2等的彈性體，作用將閥頭〗9 a按壓於閥 墊2 0的力量，並藉此按壓〇型環21。 在一般的狀態（燃料匣6從燃料電池1完全分離的狀 態）下，是藉由以閥頭1 9 a將Ο型環21壓附於閥墊2 0的 方式，使噴嘴部8内的燃料通路形成關閉狀態。當將燃料 φ 匣6連接於燃料電池1時，藉由閥桿19b的後退而使閥頭 1 9a從閥墊20分離，進而使噴嘴部8内的燃料通路形成開 啓狀態。在閥承座1 8的底部設有作爲液體燃料之通路的 連通孔23，匣本體7內的液體燃料是透過該連通孔23而 ' 流入噴嘴部8内。 不僅如此，在噴嘴頭1 2的外側配置有：具備凸輪機 構的鍵環（環狀構件）24和容器噴嘴25。鍵環24，在一 般使用時是朝噴嘴頭1 2壓入。在燃料匣6連接於燃料電 池1的狀態下，當施加彎曲或扭轉等的力量時，鍵環24 -10- 200803025 (7) 將藉由凸輪機構而旋轉上升 之間的連接狀態。容器噴嘴 而解除插槽部4與噴嘴部8 25譬如是旋鎖固定於匣本體 U和閥19等的噴嘴部8 7，如此一來，可使具有噴嘴頭 固定於匣本體7的前端部。 作爲燃料电池1側之連接機構的插槽部（母親合器/ 插槽）4具備插槽本體32,而該插本體32具有凹狀的噴
嘴***部31。略圓筒狀的插槽本體32，主要是由：具有 略呈圓筒形狀的本體外周部（金屬插槽等）33、和配置於 本體外周部33内部的本體中段部34及本體下部35所構 成。本體外周部33具有環狀凸部33a及貫通孔33b。在本 體中段部34與本體下部35之間夾介著氣體閘道36，可提 局由上述構件所劃分而成之閥室的密閉性。使上述構件形 成一體化後’埋入（裝入）燃料電池1的燃料供給部 内。 在插槽本體32的本體中段部34上，設有作爲彈性體 承座的橡膠承座37。橡膠承座37如第4圖所示具有：承 座本體3 7 a，該承座本體3 7 a是依據伸縮形狀與材料特性 (橡膠彈性）而在軸方向賦予彈性；及凸緣部3 7b，該凸 緣部37b是設於承座本體37a的下方。橡膠承座37是藉 由凸緣部3 7b夾入本體外周部3 3的環狀凸部3 3 a與本體 中段部34的方式所固定。凸緣部37b的外周側是形成唇 形，藉此可提高密封性。 橡膠承座3 7是藉由其前端側嵌合在設於噴嘴頭1 2之 前端部14的凹部15的方式，而作爲用來密封與噴嘴頭12 -11 - 200803025 (8) 之間的密封構件。橡膠承座3 7的内側形成燃料通路。換 言之，橡膠承座37爲：當開放插槽部4的閥機構時，用 來密封外部與燃料通路之間的密封構件。設於噴嘴頭12 之前端部14的凹部15，兼具可與橡膠承座37的前端嵌合 * 後密封的功能。橡膠承座3 7的前端部形成唇形，藉此可 * 提高密封性。 在插槽本體32内配置有閥38°閥38具備閥頭38a與 φ 閥桿38b。閥頭38a是配置在：由本體中段部34與本體下 部3 5所劃分而成的閥室内。閥桿3 8b則被收納於橡膠承 座37内。閥3 8可在軸方向（噴嘴部8的***方向）上進 退。在閥頭38a與形成於本體中段部34下面側的閥墊39 之間，配置有〇型環4 0。 藉由壓縮彈簧4 1等的彈性體將閥頭3 8 a按壓於閥墊 3 9的力量，是長時間作用於閥3 8，藉此可按壓〇型環 40。在一般的狀態（燃料匣6從燃料電池1完全分離的狀 • 態）下，是透過閥頭38a將0型環40壓附於閥墊39。藉 此’使插槽部4内的燃料通路形成關閉狀態。當燃料匣6 連接於燃料電池1時，藉由閥桿3 8b的後退而使閥頭38a 從閥墊3 9分離，進而使插槽部4内的燃料通路形成開啓 狀態。 在插槽本體3 2的本體下部3 5設有：透過燃料供給部 5内而連接於燃料收容部3的連通孔42。插槽部4，其插 槽本體32内的燃料通路是透過設於本體下部35的連通孔 4 2而連接於燃料收容部3。接著，藉由使閥1 9、3 9形成 -12- 200803025 (9) 開啓狀態後分別開啓噴嘴部8及插槽部4内的燃料通路， 可使收容於燃料匣6的液體燃料透過噴嘴部8及插槽部4 而注入燃料收容部3内。 如第2圖、第3圖及第5圖所示，在插槽本體32的 本體外周部3 3設有：用來保持已***插槽部4内之噴嘴 ' 部8的噴嘴保持機構43。噴嘴保持機構43是用來保持插 槽部4與噴嘴部8間之連接狀態的構件。噴嘴保持機構43 φ 具有：卡鈎部44，該卡鈎部44是朝向本體外周部33的内 側並突出於內徑方向；及彈性體45，該彈性體45可對卡 鈎部44施加按壓力進而保持噴嘴部8。 如第6圖所示，噴嘴保持機構43的卡鈎部44具有： 突出部44a，該突出部44a是朝向本體外周部33的内側而 突出；及凸緣部44b，該凸緣部44b是設成可保持該突出 部44a的姿勢。突出部44a具有朝前端側傾斜的錐形。卡 鈎部44的突出部44a，是從本體外周部3 3的外側***貫 φ 通孔33b，並在該狀態下朝向本體外周部33的内側而突出 於內徑方向。卡鈎部44的凸緣部44b是配置在本體外周 部3 3的外側，並保持朝本體外周部3 3内側突出之突出部 44a的姿勢。 在卡鈎部44的外側配置著彈性體4 5，藉此可賦予按 壓力。就彈性體45而言，舉例來說，是可對本體外周部 3 3的外徑方向作用彈性力的彈簧材或橡膠狀彈性構件。其 中，根據減少設置空間及容易固定的程度等觀點，最好是 採用橡膠狀彈性構件。在該實施形態中，是採用具有套筒 -13- 200803025 (10) 形狀的橡膠狀彈性構件（橡膠套筒）45。具有套筒形狀的 橡膠狀彈性構件4 5 ’是沿著本體外周部3 3之外壁面的周 方向配置’而覆蓋卡鈎部44的凸緣部44b。在本體外周部 3 3的外側設有肋3 3 c，藉此可限制具有套筒形狀之橡膠狀 彈性構件4 5的配置位置。 橡膠狀彈性構件4 5的構成材料是採用彈性體（彈性 高分子）’具體來說’譬如熱可塑性彈性體或橡膠（根據 馨 A s τ M的橡膠分類者）等。所謂的熱可塑性彈性體，可採 用：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯塊狀共聚合物、環氧化苯乙 烯系彈性體、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯塊狀共聚合物、 氫化苯乙烯塊狀共聚合物、氫化苯乙烯塊狀共聚合物的化 合物、非架橋型烯烴系彈性體、架橋型彈性體、氯乙烯系 彈性體、氯化苯乙烯共聚合物架橋體合金（ALCRYN)、氯 化聚乙烯系彈性體、對位1，2 —聚丁乙烯、胺甲酸乙酯系 彈性體、聚酯系彈性體、聚醯胺系彈性體、氟系彈性體、 φ 矽膠系彈性體等。 橡膠可採用：具有聚甲烯型之飽和主鏈的橡膠；在如 同環氧氯丙烷橡膠的主鏈中具有氧橡膠；在如同乙烯基甲 基醚矽橡膠的主鏈中具有矽與氧的橡膠；在如同天然橡膠 或二烯系橡膠的主鏈中具有不飽和碳結合的橡膠；在如同 聚醚-胺基甲酸乙酯的主鏈中具有碳、氧及氮的橡膠；在 主鏈中不具氧或磷，卻具有氮的橡膠；在如同多硫化物橡 膠的主鏈中具有硫黄的橡膠；在如同磷腈橡膠的主鏈中具 有磷及氮的橡膠等。 -14- 200803025 (11) 所謂具有飽和主鏈的橡膠，譬如苯乙烯-丙烯-二烯 的三元系共聚合體、苯乙烯一丙烯共聚合體、完全氫化丙 燦腈-丁二烯橡膠、氟橡膠、完全氫化苯乙烯-丁二烯橡 膠、完全氫化苯乙烯一異戊二烯橡膠等。而所謂在主鏈中 具有不飽和碳結合的橡膠，譬如丁二烯橡膠、氯丁二烯橡 " 膠、氫化丙烯腈-丁二烯橡膠、異丁烯一異戊二烯橡膠、 天然橡膠、氫化苯乙烯一丁二烯橡膠、苯乙烯一丁二烯橡 Φ 膠、氫化苯乙烯-異戊二烯橡膠、苯乙烯-異戊二烯橡膠 等。 在卡鈎部44，藉由配置在本體外周部3 3外側之橡膠 狀彈性構件45的彈性力，可朝内側作用按壓力，並可朝 外側後退。換言之，卡鈎部44可在本體外周部3 3内於徑 方向上移動。橡膠狀彈性構件45是根據其本身的彈性力 而對卡鈎部44作用按壓力，且容許卡鈎部44朝徑方向後 退的構件。卡鈎部44的後退範圍最好是設定成：除了可 φ 提高噴嘴部8的離脫性之外，其前端可後退至本體外周部 3 3的内壁面爲止。橡膠狀彈性構件4 5，是根據橡膠硬度 和厚度來調整作用於卡鈎部44之彈性力的構件。藉此， 可輕易地後對至本體外周部3 3的内壁面。 噴嘴保持機構43是當噴嘴部8連接於插槽部4時， 藉由使卡鈎部44與設於噴嘴頭12之前端部14外周的外 周槽16卡合，而保持噴嘴部8與插槽部4間之連接狀態 的機構。在一般的狀態下，是藉由作用於卡鈎部4 4的按 壓力（彈性力），而彈性地挾持著噴嘴部8。在對連接於 •15- 200803025 (12) 燃料電池1的燃料匣6作用過度的彎曲或扭轉等力量的場 合中’卡鈎部44將根據橡膠狀彈性構件45的彈性力而後 退至本體外周部33的内壁面。因此，可在不會對噴嘴保 持機構43、插槽部4、噴嘴部8等造成損傷的狀態下，解 ' 除噴嘴部8與插槽部4之間的連接狀態。 在插槽本體3 2的本體外周部3 3，更進一步設有可發 揮燃料辨識手段之效果的鍵槽46。鍵槽46具有可與噴嘴 φ 部8之鍵部1 7卡合的形狀。由於鍵部1 7與鍵槽46形成 一對的形狀，可對應於液體燃料來限制其形狀，故可防止 注入不同的液體燃料。使鍵部1 7的形狀形成對應於液體 燃料之類別（種類或濃度等）的形狀，並藉由使鍵槽4 6 形成對應於鍵部1 7之形狀的方式，可以僅供：收容著對 應於燃料電池1之液體燃料的燃料匣6連接。因此，由於 形成僅供給對應於燃料電池1的液體燃料，故可防止：由 於注入不同液體燃料所導致的動作不良或特性低落等情 • 形。 當燃料匣6所收容的液體燃料供給至燃料電池1的燃 • 料收容部3時，燃料匣6的噴嘴部8是***插槽部4並形 成連接。設於噴嘴部8之噴嘴頭1 2的前端部1 4，只有在 鍵部1 7與鍵槽46的形狀對應時才***插槽部4。如此一 來，當噴嘴部8的前端部14***插槽部4的噴嘴***部 31時，首先’是藉由使橡膠承座3 7的前端嵌合於設在前 端部1 4的凹部1 5，而在閥1 9、4 0形成開啓狀態之前確實 地對液體燃料之通路周邊加以密封。 -16 - 200803025 (13) 當從噴嘴頭1 2的前端部1 4與橡膠承座3 7接觸的狀 態將噴嘴部8***插槽部4時，噴嘴部8的閥桿19b與插 槽部4的閥桿3 8b前端將互相抵接。當從上述狀態更進一 步將噴嘴部8***插槽部4時，當插槽部4的閥38後退 ' 而完全開放通路後，噴嘴部8的閥19將後退而形成燃料 ' 通路。在形成上述燃料通路的同時，藉由使插槽部4之噴 嘴保持機構43的卡鈎部44與噴嘴頭12的外周槽16卡 φ 合，而保持噴嘴部8與插槽部4之間的連接狀態。 藉由連接噴嘴部8與插槽部4，並使其所內藏的閥機 構分別形成開啓狀態而開放燃料通路的方式，可將收容於 燃料匣6的液體燃料供給至燃料電池1的燃料收容部3。 如以上所述，噴嘴部8與插槽部4之間的連接狀態，可藉 由卡鈎部44與外周槽1 6卡合後彈性地挾持噴嘴部8的方 式所保持。即使在對燃料匣6施加過度的彎曲或扭轉等力 量的場合中，由於卡鈎部44可後退至本體外周部3 3的内 φ 壁面，故可抑制卡鈎部44自體或插槽部4、甚至噴嘴部8 的損傷。 如上所述，當對燃料匣6施加彎曲或扭轉等力量時， 由卡鈎部44所形成之噴嘴部8的連接狀態可在不對噴嘴 保持機構43作用過剩的力量與負荷的狀態下解除，故可 抑制隨著燃料匣6的離脫而對插槽部4或噴嘴部8所造成 的損傷。換言之，可使經作用彎曲或扭轉等的燃料匣6， 在不會對各部分形成損傷的狀態下從燃料電池1離脫。藉 此可抑制：燃料電池1之插槽部4本身的破損、或燃料匣 17- 200803025 (14) 6之噴嘴部8的破損、甚至因上述因素所衍生的不良狀態 (漏液等）等的產生。因此，可提高燃料電池1的耐久 性、可靠性、安全性等。 不僅如此，藉由將插槽部4的插槽本體32在圓周方 向上分割成複數個（譬如2個）的方式，當對燃料匣6施 加彎曲或扭轉等力量時，可由經分割的插槽本體3 2吸收 過剩的力量或負荷。舉例來說，藉由對應於噴嘴部8的動 φ 作而使插槽本體32的開口部擴張，可抑制隨著燃料匣6 的離脫而對插槽部4或噴嘴部8所造成的損傷。換言之， 可使經作用彎曲或扭轉等的燃料匣6，在不會對各部分形 成損傷的狀態下從燃料電池1離脫。藉此可抑制：燃料電 池1之插槽部4本身的破損、或燃料匣6之噴嘴部8的破 損、甚至因上述因素所衍生的不良狀態（漏液等）等的產 生。 接著’針對上述竇施形態之燃料電池1中的發電部等 φ 具體構造進行說明。燃料電池1的種類並無特殊的限制。 燃料電池1可採用：必要時連接輔助型燃料匣6的被動型 或主動型的DMFC。在本文中，是針對採用内部氣化型 DMFC之燃料電池1的實施形態，參考第7圖進行說明。 第7圖所示的内部氣化型（被動型）的DMFC1，除 了發電部與燃料收谷部3之外’還具備夾介於來上述兩者 間的氣液分離膜5 1。發電部2具備：陽極（燃料極），該 陽極具有陽極觸媒層52與陽極氣體擴散層53;和陰極 (氧化劑極/空氣極），該陰極具有陰極觸媒層54與陰 -18- 200803025 (15) 極氣體擴散層55 ;及膜電極接合體（Membrane Electrode Assembly : MEA ) ’該膜電極接合體是由被陽極觸媒層 52與陰極觸媒層54所挾持之質子（氫離子）傳導性的電 解質膜5 6所構成。 舉例來說，陽極觸媒層5 2和陰極觸媒層5 4所含有的 • 觸媒，譬如鉑、釕、鍺、銥、餓、鉛等的白金族元素的單 體；或含有白金族元素的合金等。陽極觸媒層52最好採 0 用：對甲醇或一氧化碳具有絕佳耐性的鉑-釘或鉑-鉬 等。而陰極觸媒層54最好採用鉛或鉑一鑷等。觸媒可以 是：使用如同碳材料之導電性載體的載體觸媒、或無載體 觸媒的其中任一種。 構成電解質膜5 6的質子傳導性材料，舉例來說譬 如：具有璜酸基之全氟璜酸重合體的氟系樹脂；具有璜酸 基的碳化氫系樹脂；鎢酸或磷鎢酸等的無機物等。具有璜 酸基之氟系樹脂的具體例，譬如Nafion (商品名，杜邦公 φ 司製造）或Flemion (商品名，旭硝子公司製造）等。但 不受限於上述所列舉的範例。 積層於陽極觸媒層52的陽極氣體擴散層53,在達成 對陽極觸媒層5 2平均地供給燃料的效果的同時，還兼任 陽極觸媒層52的集電體。積層於陰極觸媒層54的陰極氣 體擴散層5 5，在達成對陰極觸媒層54平均地供給氧化劑 的效果的同時，還兼任陰極觸媒層54的集電體。在陽極 氣體擴散層53積層有陽極導電層57。在陰極氣體擴散層 55積層有陰極導電層58。 -19- 200803025 (16) 陽極導電層57和陰極導電層58，譬如是由金之類導 電性金屬材料所形成的篩孔、多孔質膜、薄膜等構成。γ 僅如此，在電解質膜56與陽極導電層57之間、及電解質 膜56與陰極導電層58之間，分別夾介著橡膠製的〇型環 59、60。藉此，可防止來自於發電部2的燃料洩漏或氧化 _ 劑洩漏。 在燃料收容部3的内部，充塡著甲醇燃料作爲液體燃 φ 料F。燃料收容部3在發電部2側形成開口，在該燃料收 容部3的開口部與發電部2之間設置著氣液分離膜5 1。氣 液分離膜5 1，是僅容許液體燃料F的氣化成分透過，而 液體成分無法透過的膜。就構成氣液分離膜5 1的材料而 言，譬如聚四氟乙烯之類的氟樹脂。而所謂液體燃料F的 氣化成分，在採用甲醇水溶液作爲液體燃料F的場合中， 是指由甲醇的氣化成分與水的氣化成分所形成的混合氣， 在使用純甲醇的場合中，則是指甲醇的氣化成分。 φ 在陰極導電層58上積層著保濕層61，不僅如此，該 保濕層61上還積層著表面層62。表面層62具有：調整作 爲氧化劑之空氣的取入量的功能’該調整可藉由：變更形 成於表面層62之空氣導入口 63的數量或尺寸等的方式來 執行。保濕層6 1是被陰極觸媒層5 4產生的水的一部分所 浸漬，可達成抑制水的蒸散的效果’並可藉由平均地將氧 化劑導入陰極氣體擴散層5 5的方式’而具有促進氧化劑 平均地朝陰極觸媒層54擴散的功能。保濕層6 1譬如是由 多孔質構造的構件所構成。保濕層6 1的具體性構成材 -20- 200803025 (17) 料，譬如聚乙燦或聚丙烯的多孔質體。 接下來，在燃料收容部3上依序形成氣液分離膜5 1、 發電部2、保濕層61、表面層62的積層，並藉由在在其 上方覆蓋不鏽鋼製的蓋64而保持整體的方式，構成被動 ‘型DMFC1。在蓋64上對應於形成在表面層62之空氣導 •入口 63的部分，設有開口。在燃料收容部3設有：用來 承接蓋64之爪64a的階梯部65，藉由使爪64a嵌入階梯 φ 部65的方式，能以蓋64 —體地保持燃料電池1全體。雖 然在第7圖中省略其圖示，但如第1圖所示，在燃料收容 部3的下面側設有具備插槽部4的燃料供給部5。 在具有上述構造的被動型DMFC (燃料電池）1中， 是使燃料收容部3内的液體燃料F (譬如，甲醇水溶液） 氣化，並使該氣化成分透過氣液分離膜5 1而供給至發電 部2。在發電部2内，液體燃料F的氣化成分是藉由陽極 氣體擴散層5 3擴散後供給至陽極觸媒層5 2。被供給至陽 φ 極觸媒層5 2的氣化成分，將產生如下述公式（1 )所示之 甲醇的内部重組反應。 CH3OH + H2O -"^ CO2 + 6H +6e’ ·.·（！） 再者，在使用純甲醇作爲液體燃料F的場合中，由於 不會從燃料收容部3供給水蒸氣，因此是由陰極觸媒層54 所形成的水或電解質膜5 6中的水與甲醇產生反應後引發 公式（1 )的内部重組反應，或者不根據上述公式（1 )的 -21 - 200803025 (18) 内部重組反應，而由不需要水的其他反應機構來引發内部 重組反應。 由内部重組反應所產生的質子（H+)傳導至電解質 膜56，並抵達陰極觸媒層54。從表面層62的空氣導入口 63所導入的空氣（氧化劑），擴散至保濕層6 1、陰極導 '電層58、陰極氣體擴散層55，而供給至陰極觸媒層54。 被供給至陰極觸媒層54的空氣，則產生如公式（2 )所示 φ 的反應。藉由該反應，可伴隨著水的形成而產生發電反 應。 (3/2)02 + 6H + + 6e- — 3H20 ."(2) 燃料收容部3内的液體燃料F (譬如，甲醇水溶液或 純甲醇），將隨著依據上述反應所進行的發電反應而消 耗。一旦燃料收容部3内的液體燃料F耗盡將停止發電反 ^ 應，因此在上述的時間點、或者在上述時間點之前由燃料 匣6對燃料收容部3內供給液體燃料。來自於燃料匣6之 液體燃料的供給，是藉由將前述燃料匣6側的噴嘴部8， ***燃料電池1側的插槽部4後連接的方式來執行。 再者’雖然本發明只要是藉由燃料匣來供給液體燃料 的燃料電池的話’並未限定其運作方式或機構等，但特別 適用於朝小型化邁進的被動型DMFC。燃料電池的具體性 構造也沒有特殊的限制，在實施的段階中，在不脫離本發 明之技術性思想的範圍內，可變更構成要件並加以具體 -22- 200803025 (19) 化。不僅如此，可適當地組合上記實施形態所顯示的複數 種構成要件，或者從實施形態所示的全體構成要件中刪除 若千構造要件等，可具有各種的變形。本發明的實施形態 可在本發明之技術性思想的範圍内擴張或者變更，經上述 ' 擴張、變更的實施形態也屬於本發明的技術的範圍。 〔產業上的利用性〕 在本發明之態樣的燃料電池用耦合器中，設於插槽部 之噴嘴保持機構的卡鈎部可朝插槽本體的外側後退。因 此’當對噴嘴部連接於插槽部的燃料匣作用彎曲或扭轉等 的力量時，可在不造成插槽部或噴嘴部損傷的狀態下，解 除上述兩者的連接狀態。採用上述燃料電池用耦合器的燃 料電池，由於具有絕佳的耐久性、可靠性、安全性等，故 可作爲各種裝置或機器的電源而有效地利用。 【圖式簡單說明】 第1圖：爲顯示本發明實施形態之燃料電池的槪略構 造圖。 第2圖：爲顯示第1圖中燃料電池的插槽部與燃料匣 的噴嘴部之間的構造（未連接狀態）的剖面圖。 第3圖：爲顯示第2圖中插槽部與噴嘴部之間的連接 狀態的剖面圖。 第4圖：爲顯示第2圖中插槽部之橡膠承座的剖面 圖。 -23- 200803025 (20) 第5圖：爲顯示第2圖中插槽部之構造的立體圖。 第6圖：爲顯示第5圖中位於插槽部之噴嘴保持機構 的卡鈎部構造的立體圖。 第7圖：爲顯示作爲第1圖中燃料電池之其中一例的 内部氣化型DMFC之構造的剖面圖。 【主要元件符號說明】
1 :燃料電池 2 :發電部 3 :燃料收容部 4 :插槽部 5 :燃料供給部 6 :燃料匣 7 :匣本體 8 :噴嘴部 1 2 :噴嘴頭 13 :基座部 1 4 :前端部 1 6 :外周槽 1 7 :鍵部 1 8 :閥承座 1 9、3 9 :閥 1 9 a、3 8 a :閥頭 19b、38b ：閥桿 -24- 200803025 (21) 2 0、3 9 :閥墊 21、 4 0 : Ο 型環 22、 41 :壓縮彈簧 3 1 :噴嘴***部 ' 32 :插槽本體 ' 33 :本體外周部 34 :本體中段部 φ 3 5 :本體下部 3 7 :橡膠承座 43 :噴嘴保持機構 44 :卡鈎部 44a :突出部 44b :凸緣 45 :橡膠狀彈性構件 46 :鍵槽 -25