JP2005251528A - 燃料電池純水配管用継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 (1) 軽量で且つ絶縁性を有し、(2) 時間の経過に伴って強度保持率が大きく低下せず、(3) イオン溶出を低く抑えることができ、(4) 低コストである燃料電池純水配管用継手を提供すること。
【解決手段】 ポリオレフィン系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、又は芳香族ポリアミド樹脂から成る継手本体と、前記継手本体１の内周面又は外周面に取り付けられたポリオレフィン系ゴムより成るＯリング４，５とを具備するものとしている。なお、少なくとも一端側に樹脂チューブが外挿接続される接続用筒部１ｂを設けてあるものとすることができる。Ｏリング４，５の表面は、低摩擦化、非粘着化すべく、表面処理又はコーティングを施したものとしてある。
【選択図】 図１

Description

この発明は、燃料電池純水配管を接続するときに使用される継手（この明細書では、燃料電池純水配管用継手という）に関するものである。

近年、環境問題や石油の枯渇問題等により、燃料電池自動車の開発が盛んに行われるようになってきている。

上記燃料電池の純水配管は、通常、ステンレス等の金属製配管が用いられており、このため、配管相互を繋ぐ継手についてもステンレス等の金属製継手が用いられている。

しかしながら、金属製継手を使用した場合、金属であるが故に質量が大きく、絶縁性を有さないという問題があった。

このような問題を解決するには、継手を樹脂により構成させる（例えば、特許文献１）ことが考えられるが、樹脂からのイオン溶出が大きい場合、燃料電池の発電効率が低下してしまい、且つ溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂フィルタも大型化する必要がある。更に、純水との常時接触により時間の経過に伴って強度保持率が低下する可能性もある。そして、できるだけ低コスト化をはかりたいという市場の要求もある。
特開２００２−２２８０７８

そこで、この発明では、(1) 軽量で且つ絶縁性を有し、(2) 時間の経過に伴って強度保持率が大きく低下せず、(3) イオン溶出を低く抑えることができ、(4) 低コストである燃料電池純水配管用継手を提供することを課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明の燃料電池純水配管用継手は、ポリオレフィン系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、又は芳香族ポリアミド樹脂から成る継手本体と、前記継手本体の内周面又は外周面に取り付けられたポリオレフィン系ゴムより成るＯリングとを具備するものとしている。
（請求項２記載の発明）
この発明は、上記請求項１記載の発明に関し、少なくとも一端側に樹脂チューブが外挿接続される接続用筒部を設けてある。
（請求項３記載の発明）
この発明は、上記請求項１又は２記載の発明に関し、Ｏリングの表面は、低摩擦化、非粘着化すべく、表面処理又はコーティングを施したものとしてある。

この発明の燃料電池純水配管用継手は、(1) 軽量で且つ絶縁性を有し、(2) 時間の経過に伴って強度保持率が大きく低下せず、(3) イオン溶出を低く抑えることができ、(4) 低コストである。

以下にこの発明の燃料電池純水配管用継手を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。

図１は燃料電池純水配管用継手Ｔに接続用雄パイプ８と樹脂チューブ９が接続されている状態を示す半断面図を示している。
（この燃料電池純水配管用継手Ｔの基本的構成について）
この燃料電池純水配管用継手Ｔは、図１に示すように、一端側に接続用パイプ８が挿入される挿入孔１ａを有すると共に他端側に樹脂チューブ９が外挿される接続用筒部１ｂを有する筒状の継手本体１と、前記挿入孔１ａの開口部付近に設けられた係止手段２と、前記継手本体１における係止手段２と接続用筒部１ｂ相互間の内周壁に設けられたＯリング４と、前記Ｏリング４を位置決めする管状の押え部材３と、前記接続用筒部１ｂの外周面に設けられたＯリング５とから構成されている。なお、継手本体１は、ポリオレフィン系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、又は芳香族ポリアミド樹脂により構成されており、また、Ｏリング４，５はポリオレフィン系ゴムにより構成されている。また、Ｏリング４，５の表面は、低摩擦化、非粘着化すべく、表面処理又はコーティングを施したものとしている。

オレフィン系樹脂としては、炭素数２〜６、好ましくは炭素数２〜４のオレフィン、例えばエチレン、プロピレン、ブチレンなどが好ましく、高温時の耐熱特性から、プロピレン、（ブチレン）であることが好ましい。それらは単独重合体であっても、これらのブレンド材でも、共重合体であってもよく、共重合体の種類も制限されない。又、導電率に影響を与えないレベルにおいて、可塑剤、充填材、安定剤、滑剤、着色剤、難燃剤、樹脂等各種の配合材を添加しても何ら差し支えない。

ポリオレフィン系（ゴム材料）としては、エチレン−プロピレン系共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−非共役ジエン系ゴム、エチレン−ブテン−非共役ジエン系ゴム、プロピレン−ブタジエン系共重合体ゴム等、オレフィンを主成分とする無定型ランダムな弾性共重合体が挙げられる。また、導電率に影響を与えないレベルにおいて、必要に応じて可塑材、充填材、安定剤、滑剤、着色剤、難燃剤、樹脂等各種の配合材を添加することができる。

脂肪族ポリアミド樹脂としては、例えばＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ６１０、ＰＡ６１２、ＰＡ１１、ＰＡ１２，ＰＡ４６などを挙げることができ、好ましくは導電率上昇値の面から、ＰＡ１１又はＰＡ１２であることが望ましい。また、導電率に影響を与えないレベルにおいて、必要に応じて可塑剤、充填材、安定剤、滑剤、着色剤、難燃剤、樹脂等各種の配合材を添加することができる。

芳香族ポリアミド樹脂としては、ＰＰＡ、ＭＸＤ６、ヘキサメチレンジアミン−アジピン酸−テレフタル酸の縮合体、ヘキサメチレンジアミン−イソフタル酸−テレフタル酸の縮合体、ヘキサメチレンジアミン−アジピン酸−イソフタル酸−テレフタル酸の縮合体（ＰＡ６Ｔ）、炭素数が９の炭化水素で両端末アミン−テレフタル酸の縮合体（ＰＡ９Ｔ）などを挙げることができ、好ましくは、導電率上昇値の面からＰＰＡであることが好ましい。また、導電率に影響を与えないレベルにおいて、必要に応じて可塑剤、充填材、安定剤、滑剤、着色剤、難燃剤、樹脂等各種の配合材を添加することができる。

図１に示すような継手形状の場合、上記Ｏリング４，５にオイル、グリスなどの潤滑油を塗布することによりＯリング４，５の摩擦力や粘着力を低くし、接続用雄パイプ８の挿入及び取外しの作業性の向上、及びチューブ圧入時のＯリング５の捩じれによるシール性能低下を防止しているが、燃料電池配管の場合、潤滑油のような不純物が配管内部に混入することを防ぐ必要があり、その使用は不可となる。しかし、上記Ｏリング４，５に潤滑油を塗布しない場合、Ｏリング４，５の摩擦力、粘着力が大きくなり接続用雄パイプ８の挿入及び取り外しが困難となり、さらにチューブ圧入時のＯリング５の捩じれによるシール性能の低下が問題となる。

そこで、上記Ｏリング４，５に低摩擦化、非粘着化すべく表面処理又はコーティングを施すことで、上記問題を解決することとした。

この実施例の燃料電池純水配管用継手Ｔは、継手本体１をポリプロピレン（ＰＰ）（ポリオレフィン系樹脂）で構成し、Ｏリング４，５をポリオレフィン系ゴム（ＥＰＤＭ）で構成している。
「導電率上昇試験及びその結果」
継手本体１の材料を純水に浸漬して８５℃のオーブンに１６８時間（１週間）放置し、オーブンより取り出して室温（２３℃±２℃）に戻した後の導電率を測定する試験を行った。

継手本体１の材料の１週間の導電率上昇値は、表１に示したように、０．６２μｓ／ｃｍであった。前記導電率上昇値は実験により得られた値であるが、継手サイズ（純水に接する接液部面積、内部流体体積）に依存しない値の換算値を求めるため、実測した導電率上昇値×試験に使用した純水体積÷試料表面積（接液部面積）という計算をした。その結果、この継手本体１の材料の導電率上昇の換算値は、１週間当たりで換算すると０．６９、１日当たりで換算すると０．１０となった。

また、Ｏリング４，５を構成するポリオレフィン系ゴム（ＥＰＤＭ）についても継手サイズに依存しない同様の試験を行ったが、その結果は、１週間の導電率上昇値は４．６５μｓ／ｃｍであり、１週間当たりで換算すると６．０２、１日当たりで換算すると０．８６となった。

なお、現状燃料電池純水配管としては接液部部品である継手本体、Ｏリング材料の１日当たりの導電率上昇換算値が１．０以下であれば、溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂フィルタも大型化する必要がないため、この実施例の継手Ｔは導電率上昇については使用の対象となることが明らかである。

「耐水性試験による強度保持率の結果」
継手本体１を１００℃で３０００時間、純水に浸漬して材料の強度保持率を測定した。その結果、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）が、８０％程度までしか低下していないことが判る。

なお、この耐水性試験による強度保持率が６０％以上であれば燃料電池純水配管用継手として適用できるので、この実施例の継手Ｔは導電率上昇については使用の対象となることが明らかである。

「材料コスト」
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）は、一般的に安価な材料である。

以上のことから、この実施例の燃料電池純水配管用継手Ｔは、以下の機能を有している。
(1) 継手本体１をポリプロピレン樹脂（ＰＰ）（ポリオレフィン系樹脂）で構成し、Ｏリング４，５をエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）（ポリオレフィン系ゴム材料）で構成しているから、軽量で且つ絶縁性を有している。
(2) 抽出物による純水の導電率の上昇が低く抑えられるため、使用時において燃料電池の発電効率が低下して燃料電池の出力が著しく低下するという事態が短期間で生じることはなく、イオンを除去するフィルタについても小型化、長寿命化できる。
(3) 耐水性試験での強度保持率が８０％であることからして、時間の経過に伴って継手本体１の強度の低下が少ない。
(4) 材料費が安価であり低コストである。

この実施例の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、継手本体１をポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）で構成し、Ｏリング４，５は実施例１と同じで材料で構成している。

継手本体１の１週間の導電率上昇値は、表１から明らかなように、５．５０μｓ／ｃｍであり、１日当たりの換算値は０．８８である。また、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）が、７０％程度である。更に、ポリフタルアミド樹脂は材料が安価である。

したがって、実施例１と同様に(1) 〜(4) の効果を奏することが明らかである。

この実施例の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、継手本体１をポリアミド樹脂（ＰＡ１２）で構成し、Ｏリング４，５は実施例１と同じで材料で構成している。

表１から明らかなように、継手本体１の１週間の導電率上昇値は１．７１μｓ／ｃｍであり、１日当たりの換算値は０．２７である。また、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）は９５％程度である。更に、ポリアミド樹脂は材料が安価である。

したがって、実施例１と同様に(1) 〜(4) の効果を奏することが明らかである。
（比較例１）
この比較例１の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、継手本体１をポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）で構成している。

継手本体１の１週間の導電率上昇値は、表１から明らかなように、4 ．９７μｓ／ｃｍであり、１日当たりの換算値は０．７９である。また、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）は、１００％である。しかし、ポリフェニレンスルフィド樹脂は材料が高価である。

したがって、実施例１と同様に(1) 〜(3) の効果を奏するものの、(4) の効果を有さないことが明らかである。
（比較例２）
この比較例２の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、継手本体１をポリブチレンナフタレート樹脂（ＰＢＮ）で構成している。

表１から明らかなように、継手本体１の１週間の導電率上昇値は０．６６μｓ／ｃｍであり、１日当たりの換算値は０．１１である。また、ポリブチレンナフタレート樹脂は材料が安価である。しかし、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）は、２０％まで低下している。

したがって、実施例１と同様に(1) (2) (4) の効果を奏するものの、(3) の効果を有さないことが明らかである。
（比較例３）
この比較例３の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、継手本体１をエチレン−ビニル−アルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）で構成している。

エチレン−ビニル−アルコール共重合樹脂は材料が安価である。しかし、表２から明らかなように、強度保持率（引張り強さ保持率）は、１０％以下まで低下しており、また、表１から明らかなように、継手本体１の１週間の導電率上昇値は２２．３４μｓ／ｃｍであり、１日当たりの換算値は５．０３である。

したがって、実施例１と同様に(1) (4) の効果を奏するものの、(2) (3) の効果を有さないことが明らかである。
（実施例１〜３、比較例１〜３の総合評価について）
上記したように、実施例１〜３の燃料電池純水配管用継手Ｔでは、(1) 〜(4) の効果を全て有しており総合評価は○であるが、比較例１〜３の燃料電池純水配管用継手Ｔでは(1) 〜(4) の効果のうちのいずれか１つ以上が欠如しており、総合評価は×であった。

この発明の実施例の燃料電池純水配管用継手の半断面図。

符号の説明

Ｔ 燃料電池純水配管用継手
１ 継手本体
２ 係止手段
３ 押え部材
４ Ｏリング
５ Ｏリング
９ 樹脂チューブ

Claims (3)

1. ポリオレフィン系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、又は芳香族ポリアミド樹脂から成る継手本体と、前記継手本体の内周面又は外周面に取り付けられたポリオレフィン系ゴムより成るＯリングとを具備することを特徴とする燃料電池純水配管用継手。
2. 少なくとも一端側に樹脂チューブが外挿接続される接続用筒部を設けてあることを特徴とする請求項１記載の燃料電池純水配管用継手。
3. Ｏリングの表面は、低摩擦化、非粘着化すべく、表面処理又はコーティングを施したものとしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池純水配管用継手。

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