JP2005353299A

JP2005353299A - 流量調整フィルターの製造方法および流量調整フィルター

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Publication number: JP2005353299A
Application number: JP2004169692A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nakamura; 保昭中村
Original assignee: Tokai Corp
Current assignee: Tokai Corp
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】燃料電池用燃料容器の内容物の吐出流量を大がかりな液量調整機構のような構成を必要とせずに調整可能とする。
【解決手段】燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターであって、この流量調整フィルター１を、液状内容物の流路となる開口３ｂを有する液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板３と、開口３ｂを塞ぐように円板３に溶着された、液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体２とからなり、弾性体２の開口３ｂに臨む部分以外の部分の厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮したものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用燃料容器に設置される流量調整フィルターの製造方法および流量調整フィルターに関するものである。

作動温度が低く、装置の小型化が期待できる燃料電池は、現在さまざまな用途に使用され、例えばノートパソコンや携帯電話の連続動作時間を長時間化させることができるモバイル機器用電源などの分野で開発が進められている。この燃料電池には各種の方式があり、また使用される燃料にもいくつかの種類がある。

例えば、メタノールを直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）ではメタノールと純水の混合溶液を燃料とする方式や、燃料電池の廃液である水を再利用して純メタノールを燃料とする方式が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

また、メタノール水溶液を噴霧するタイプでは、メタノール水溶液に噴射剤として窒素、もしくはジメチルエーテル（以下ＤＭＥ）を混入して燃料とするものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、直接ＤＭＥ型燃料電池（ＤＤＦＣ）では、液化ＤＭＥと水とを混合したもの、あるいは液化ＤＭＥと水にメタノールを加えたものを燃料とするもの、さらには、ＤＭＥから作り出した水素を燃料電池に供給するＤＭＥ改質方式も検討されている（例えば、特許文献３、非特許文献１参照）。

ＤＭＥは、硫黄分、重金属、芳香族類を含まないクリーンな液体燃料であることに加えて、着火性や燃焼性に優れているほか、輸送や貯蔵が比較的簡単にできるとして注目されており、小型固体酸化物型燃料電池（μＳＯＦＣ）においても、液化ＤＭＥと水を混合したものを燃料とする方式が検討されている（例えば、非特許文献２参照）。

一方、燃料電池に燃料電池燃料を供給するための燃料容器も検討されている。この燃料電池用燃料容器は小型軽量であって、内容物の残量確認の意味から樹脂であることが望ましい。また、液体燃料を利用する場合には、燃料電池を利用する機器本体の補機類、特に吸引ポンプを省略させることが望ましく、燃料を収容する燃料容器自体が自力で燃料を吐出供給する機構の検討がされている。さらに、耐ＤＭＥの樹脂容器も検討され、本出願人により出願されている（例えば、特許文献４参照、特願２００３−２７０６００号、特願２００３−２９７０４９号など参照）。
特開２００３−２９７４０１号公報特開平６−３１０１６６号公報特表２００２−５０５５１１号公報特開２００３−１７６８９９号公報「固体高分子形燃料電池の研究開発ジメチルエーテル（ＤＭＥ）を燃料とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の研究」平成１３年度成果報告書独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構発行、発行日平成１４年３月、［平成１６年３月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；http//www.nedo.go.jp＞基盤技術研究促進事業「ＤＭＥ・ＬＰＧを燃料としたマイクロ固体酸化物型燃料電池の研究」平成１４年度成果報告書独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構発行、発行日平成１５年３月、［平成１６年３月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ； http//www.nedo.go.jp＞

ところで、燃料電池用の液体燃料を小型燃料電池に対して供給する場合、燃料供給流量が微量であることが必要であるため、燃料を収容した燃料電池用燃料容器にも少量ずつ安定した燃料供給ができることが要求される。特に小型燃料電池の燃料消費量は数時間で数ｍｌ〜十数ｍｌと小さく、容器本体側で内容物の噴出量を小さく押さえる吐出特性を有することが、燃料電池側の機構の簡素化を図る上で重要である。

一般的なエアゾール容器において内容物の噴出量を少なくしたい場合には、弁口径、噴出口径を小さくすることで対応しているが、弁口径、噴出口径は直径０．３ｍｍが小さくすることができる限界であり、これでは数分で内容物が全て噴出されることになり、燃料電池用燃料容器としては不向きである。また、内容物の自重による自然噴出では時間当たりの流出量が極端に小さくなるため、使用できる機器が限られてしまうという問題がある。

安定した噴出量が厳密に要求される容器は通常、液量調整機構の設置が必要であるが、燃料電池用燃料容器は小型軽量であることが要求されるため、大がかりな液量調整機構を使用することはできない。

本発明者らは、ガスライターの炎調整用に用いられている流量調整フィルターのような流量を調整するためのフィルターを燃料電池用燃料容器本体に配置することを検討したが、ガスライターに使用されているウレタンフォーム系、ゴムスポンジ系、不織布系材料のフィルターは、収容液体がメタノールを含む場合にはこのメタノールによって浸食されるか、または膨潤して流量変化が発生し耐久性の点で問題がある。

また、収容液体がＤＭＥを含む場合にはフィルターが腐食される上、フィルターに不織布を用いた場合には不織布の結合剤であるバインダーがＤＭＥによって侵され、糸くずが発生してノズル詰まりの原因となる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、内容物の吐出流量が簡易に調整可能であって、液体燃料であるＤＭＥ、メタノール、エタノールに浸食されることなく、ゴミ、油分等の不純物を溶出することのない流量調整フィルター、および、この流量調整フィルターの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の流量調整フィルターの製造方法は、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターの製造方法であって、所定の厚さを有する、前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体を、前記液状内容物の流路となる該弾性体より小さい開口を有する前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板に、該弾性体が該開口を塞ぐように当接させ、該弾性体の前記開口に臨む部分以外の部分を、圧縮された前記弾性体の厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮して前記円板に溶着することを特徴とするものである。

本発明の流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターであって、前記液状内容物の流路となる開口を有する前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板と、前記開口を塞ぐように該円板に溶着された、前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体とからなり、前記弾性体の前記開口に臨む部分以外の部分が、厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮されたものであることを特徴とするものである。
前記円板は、該円板の周縁に立設された円筒状の周壁を有するものであることが好ましい。

前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。

前記弾性体は、前記熱可塑性樹脂、水溶性有機化合物及び水溶性高分子材料を混合した後、前記水溶性有機化合物及び前記水溶性高分子材料を水によって抽出し、除去することにより得られるものであることが好ましく、前記弾性体の空孔径は30μm以下であって、空孔率が60〜90％であることが好ましい。

本発明の流量調整フィルターは、液状内容物の流路となる開口を有する液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板と、開口を塞ぐようにこの円板に溶着された、液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体とからなるので、燃料電池用の液体燃料の液状内容物に浸食されることがないため、液状内容物によって腐食されたフィルターからの溶出物や腐食物によって燃料電池用燃料容器のノズルを詰まらせることがなく、また腐食されないため、耐久性を備えたものとすることができる。

また、弾性体の開口に臨む部分以外の部分は、その厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮されたものであって、弾性体の開口に臨む部分と開口に臨む部分以外の部分とは繋がっているために、液状内容物が流れる流路は円板の開口を塞ぐ弾性体部分のみとなり、これによってフィルターからの溶出物や腐食物が燃料電池用燃料容器のノズルへ入り込むことを効果的に抑制することができる。

さらに、本発明の流量調整フィルターは、連続気泡を有する弾性体によって液状内容物の吐出流量が簡易に調整可能であるため、燃料電池用燃料容器に使用した場合に、燃料電池用燃料容器を少量ずつ安定した燃料供給が可能なものとすることができる。特に、上記流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に設けられるものであるため、大がかりな液量調整機構のような構成を必要とせず、燃料電池用燃料容器の小型軽量の要請に沿うものとすることが可能である。

加えて、本発明の流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を吐出する際の形状が液状であってもガス状であっても対応が可能であるため、従来より知られている圧力容器にこの流量調整フィルターを取り付けることによって、燃料電池用燃料容器を安定した燃料供給が可能なものとすることができる。

本発明の流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターであって、液状内容物の流路となる開口を有する液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板と、この開口を塞ぐように円板に溶着された、液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体とからなり、前記弾性体の前記開口に臨む部分以外の部分が、厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮されたものであることを特徴とする。

本発明の流量調整フィルターの構造を、図１に基づいて説明する。図１はフィルターの平面図(ａ)、断面図(ｂ)、作成前の分解断面図（ｃ）である。このフィルター１は、連続気泡を有する弾性体２と、この弾性体２を固着保持してなる円板（ホルダー）３とで構成される。

弾性体２は、図１(ｃ)に示すように、後述するような方法で製造された（または所定の空孔径と空孔率を有した市販品）連続気泡による微細孔を有し、円板状の所定形状に打ち抜かれてなり、ホルダー３に溶着される前の状態ではシート状である。ホルダー３は樹脂成形品であり、円板部３ａと開口３ｂとからなり、円板部３ａの底面における開口３ｂの周縁部に弾性体２が押圧状態で熱溶着されてなる。

上記フィルター１の溶着は、図１(ｃ)のようにそれぞれ所定形状に成形した弾性体２とホルダー３を用意し、シート状の弾性体２をホルダー３に、弾性体２が開口３ｂを塞ぐように当接させ、弾性体２を圧縮した状態で、所定温度に加熱したシーラー（不図示）を押し当てて弾性体２を熱溶着してなる。溶着後のフィルター１は、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、ホルダー３の底面の開口３ｂより内部に盛り上がるように弾性体２がドーム状に形成される。

このようにすることによって、ホルダー３の底面の溶着部分の弾性体シートは樹脂化し、この部分における気密状態を作り出し、外周方向への液体燃料の流れを阻止するようになっている。弾性体２の開口３ｂに臨む部分以外の部分、すなわちホルダー３の円板部３ａの底面における弾性体２の圧縮後の厚さは、圧縮前の厚さの２〜22%、より好ましくは５〜20％になるように圧縮されてなる。圧縮前の厚さが２％よりも小さくなると開口３ｂに臨む弾性体の通気が困難となり、圧縮前の厚さが22％よりも大きいと外周方向への液体燃料の流れの阻止が不充分となる。

なお、上記弾性体２とホルダー３の固着は、熱溶着、超音波溶着等で行うが、中央の弾性体２の通液特性を阻害しないように、熱溶着、超音波溶着等を行う場合には適宜、温度条件、溶着時間の調整をする。

図２は本発明の流量調整フィルターの別の態様を示し、図１と同様に、(ａ)はフィルターの平面図、(ｂ)は断面図、(ｃ)は作成前の分解断面図を示すものである。図２に示すフィルター１は、ホルダー３が中央に開口３ｂを有する円板部３ａと、この円板部３ａの周縁（外周）に立設された円筒状の周壁３ｃとを備え、円板部３ａの底面における開口３ｂの周縁部に弾性体２が押圧状態で熱溶着されてなる。

このように周壁を備えることによって、フィルターの製造工程において、弾性体２を溶着の際の熱から保護することが可能となる。また、取り付ける燃料容器の構成によっては、周壁が突起となって燃料容器のノズル部底にフィルターを固定しやすくなる上、燃料容器に取り付ける際のシール部材（Ｏリング）が１点で足りるため量産性の向上を図ることが可能になる。その他の構成は図１に示すフィルターと同一の構造であり、図１と同一構成部分には図２において同一符号を付し、以下においてはその説明を省略する。

図３は本発明の流量調整フィルターのさらに別の態様を示し、図１および２と同様に、(ａ)はフィルターの平面図、(ｂ)は断面図、(ｃ)は作成前の分解断面図を示すものである。図３に示すフィルターは２つのホルダー３によって弾性体２を挟み込んだものであり、２つのホルダー３に挟まれた部分の弾性体シートは樹脂化し、この部分における気密状態を作り出し、外周方向への液体燃料の流れを阻止するようになっている。なお、２つのホルダー３に挟まれた部分の弾性体シートの樹脂化が不充分な場合には、２つのホルダー３を密着させるガイドをかませてもよいし、後述するように燃料容器に取り付ける際のシール部材によって、補強してもよい。その他の構成は図１および２に示すフィルターと同一の構造であり、図１および２と同一構成部分には図３において同一符号を付し、その説明を省略する。

なお、上記３つの態様においては、開口を１つ設けたものについて説明したが、開口を２つ有していてもよい。

弾性体の厚さは弾性体の材質の種類、フィルターの開口の大きさや取り付けられる容器の使用形態によって異なり、一概には言えないが、あまり厚いと圧縮の際に圧縮部分と中心部が離れて切れてしまったり、圧縮時の加熱により表面が溶けたりするため、３mm以下の厚みであることが好ましく、より好ましくは２mm以下、さらには１mm以下であることが好ましい。

液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂としては、弾性体にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ポリシクロヘキシレンジメトルテレフタレート等のポリエステル、またはポリアクリロニトリル等があげられ、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１つであることが好ましく、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。

円板の樹脂材料としては、弾性体と同様に液体燃料に対して耐性を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリアクリロニトリルからなる群より選択される１種以上が使用され、弾性体の材料と溶着性を有する組み合わせとする。

なお、ポリエチレンは高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンの他、エチレンと酢酸ビニルの共重合体、エチレンとメタアクリル酸エステル共重合体、エチレンとメタアクリル酸のエステル共重合体およびその一部を金属塩に代えたアイオノマーなどのエチレン系共重合体であってもよく、ポリオキシメチレンはホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。

上記弾性体は熱可塑性樹脂、水溶性有機化合物及び水溶性高分子材料を混合した後、水溶性有機化合物及び前記水溶性高分子材料を水によって抽出し、除去することにより得られるものであって、より詳細には熱可塑性樹脂と、水溶性有機化合物及び水溶性高分子材料を３５〜９５／６５〜５の体積比で含む水溶性成分とを所定の体積比で混合し、熱可塑性樹脂によって構成される三次元連続網状骨格間に、水溶性成分が保持されてなる混合体を形成した後、この混合体を水と接触させ、混合体から水溶性成分を抽出し、除去することで得られる。

熱可塑性樹脂は上記混合時に融解し、他の成分と均一に分散させることができるものであって、液状内容物に腐食されないものを使用することができる。熱可塑性樹脂は通常１種のみを用いるが、融点又は軟化点が比較的近似しており、ある程度の相溶性があれば２種以上を併用することもできる。

熱可塑性樹脂と水溶性成分との量比は、熱可塑性樹脂に三次元連続網状骨格構造が形成されるように熱可塑性樹脂の種類によって適宜調整することが好ましい。また、熱可塑性樹脂、水溶性有機化合物及び水溶性高分子材料の混合は、ローター型ミキサー、ニーダー、混練ロール、バンバリーミキサー、二軸押出機等、通常の装置によって行うことができる。

混合時には、熱可塑性樹脂及び水溶性高分子材料は溶融しており、水溶性有機化合物は固体のままの状態であることが好ましい。従って、水溶性有機化合物は熱可塑性樹脂の融点又は軟化点よりも高い融点をもつものが選択され、水溶性高分子材料の融点よりも高い融点をもつものが選択される。また、上記混合時の温度は水溶性有機化合物の融点未満であり、熱可塑性樹脂の融点又は軟化点及び上記水溶性高分子材料の融点を越えるように調整される。

水溶性有機化合物としては上記条件を満たすものであって、結晶性であり融点を有する水又は温水に対し溶解性のある化合物を使用することができる。具体的には、尿素、チオ尿素、ジシアノジアミド、マンニット、フルクトース、グルコース等の糖類、マンニトール、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、アクリノール、アコニット酸、アコン酸、アセチル安息香酸、アセチルチオ尿素、アセチレンカルボン酸、アセチアミドフェノール、アトロピン硫酸塩、アニス酸、アニリン塩酸塩、アミノアセトアニリド、アミノ安息香酸、アミノ吉草酸、アミノケイ皮酸、アミノ酪酸、アラニン、アルサニル酸、アルブチン、アレカイジン、アロキサン酸、安息香酸ナトリウム、アントラニル酸、イサチン、イサチン＝オキシム、イソカンホロン酸、イソ糖酸、イソニコチン酸、イソニコチン酸ヒドラジド、イソバレルアミド、イソフタロニトリル、イソプロテレノール塩酸塩等を好ましくあげることができる。

水溶性高分子材料としては上記条件を満たすものであって、水溶性有機化合物とともに水や温水によって容易に抽出、除去することができるものを使用することができ、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール共重合体、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等の界面活性剤、特にポリエチレングリコール或いはポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール共重合体等にアルコールを付加した非イオン系界面活性剤、ポリアミンサルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル及びポリアリルアミン等を好ましくあげることができる。

各成分を混合した後、形成される上記混合体を水と接触させるが、この際に混合体をシート状にしておくことが好ましい。成形は、プレス成形、押出成形等、適宜の方法によって行うことができるが、押出成形であれば、混合体が均一に加熱され、均質であり、且つ機械的強度の大きいシート等が得られるため好ましい。

水との接触は水溶性成分を十分に抽出、除去することができる限り、どのような方法で行ってもよいが、シート成形された混合体を水中に浸漬する方法が好ましい。混合体から水溶性成分を抽出し、除去する際の水の温度は５０〜９０℃であることが好ましい。

このようにして得られた連続気泡を有する弾性体は、押出圧力に対し液体燃料の透過流量が所望の一定流量となるような通液特性が備わる。連続気泡を有する弾性体の空孔径は３０μｍ以下、さらには２０μｍ以下でありことが好ましく、空孔率は６０〜９０％、さらには６０〜７５％であることが好ましい。

ここで、空孔径は多孔体の断面を電子顕微鏡によって観察し、撮影した写真から読み取った平均値である。また、空孔率はシート状に成形した多孔体の重量を、この多孔体の厚さと底面積を測定して求められる体積で除した値を多孔体の見かけ密度とした場合に
（多孔体の見かけ密度／熱可塑性樹脂の真の密度）×１００
で求めたものである。

なお、連続気泡を有する弾性体は上記方法によって製造することができるが、空孔径が30μm以下であって、空孔率が60〜90％である市販されている連続気泡を有する弾性体を用いてもよい。

続いて、本発明の流量調整フィルターを用いた燃料電池用燃料容器の第１の実施形態について説明する。図４は第１の実施の形態にかかる燃料電池用燃料容器の中央断面正面図、図５は図４のフィルターおよびバルブ部位の拡大断面図、図６はバルブ開作動時の同断面図である。

図４の実施形態の燃料容器１０は、液状内容物として燃料電池用の液体燃料Ｆを収容し燃料電池に所定の低流量で液体燃料を噴出供給するものである。この燃料容器１０は、例えば、メタノール、メタノールと純水、エタノール、エタノールと純水、ＤＭＥと純水、ＤＭＥと純水とメタノール、ＤＭＥと純水とエタノールからなる群より選ばれる１つの燃料電池用の液体燃料Ｆを収容し、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）、直接ＤＭＥ型燃料電池（ＤＤＦＣ）などに燃料を供給するためのものであり、不図示の燃料電池本体に装着使用される。

燃料容器１０は、外面に開口し液体燃料Ｆを供給するための接続部２４を有する容器本体２０と、この容器本体２０の内部に形成され、燃料電池（不図示）に供給する液体燃料Ｆを収容する貯蔵室３０と、容器本体２０の内部に形成され、端部において貯蔵室３０と相互に連通し、この貯蔵室３０の液体燃料Ｆを加圧して押し出すための応力を生じさせる押出手段としての圧縮ガスＧを封入する気室４と、貯蔵室３０に移動自在に配設され、液体燃料Ｆと圧縮ガスＧとを区画するピストン状の隔壁部材（押出部材）５と、貯蔵室３０と接続部２４の間の通路６を連通遮断するバルブ７と、その通路６に介装された円板の周縁に立設された円筒状の周壁を有する流量調整フィルター１（図２に示す流量調整フィルター）とからなる。

上記容器本体２０は樹脂成形されてなり、外形を構成する円筒状の外容器２１と、この外容器２１の上開口部を密閉する蓋体２２と、この蓋体２２と一体に成形され、外容器２１の内部に二重構造に配設され下端が開放した円筒状の内容器２３とで構成され、蓋体２２の中央に接続部２４が形成され、バルブ７およびフィルター１が設置されてなる。

そして、内容器２３における隔壁部材５より上部の空間が貯蔵室３０に構成され、外容器２１と内容器２３の間の空間および隔壁部材５より下方の内容器２３内の空間が気室４に構成されてなる。

蓋体２２は、中央の開口の下部周囲に筒部２２ａを備え、この筒部２２ａの下端周縁部が内容器２３の上壁部に連接されてなる。そして、上記筒部２２ａの底部中央に透孔２２ｂが開口され、貯蔵室３０と接続部２４を連通する通路６が形成され、この通路６にフィルター１およびバルブ７が設置され、フィルター１で流量調整され、および異物が除去された液体燃料Ｆ（液状内容物）が、バルブ７の連通遮断動作に応じて吐出供給されるようになっている。このバルブ７の詳細は図５、図６により後述する。

内容器２３の下端部は外容器２１の底面に接合することなく開放され、この内容器２３に摺動可能に嵌挿されたピストン状の隔壁部材５は、外周の上下シール部５ａ，５ｂによって、シリンダ状の内容器２３の内壁に気密に接触し、安定した姿勢で上下移動し、その上部空間の貯蔵室３０に液体燃料Ｆが封入される。この隔壁部材５は、貯蔵室３０に収容した液体燃料Ｆと気室４に収容した圧縮ガスＧとを区画する移動隔壁として機能し、隔壁部材５の背面に作用する圧縮ガスＧの圧力によって前面の液体燃料Ｆを加圧し、バルブ７が連通作動した際に、この液体燃料Ｆをフィルター１を通して接続部２４より押し出すものである。

なお、貯蔵室３０に残留する液体燃料Ｆの貯蔵容積に応じて隔壁部材５の位置が変化し、それに応じて圧縮ガスＧの体積が変化するとともに圧力が変化するが、液体燃料Ｆの貯蔵量が無くなるまで押し出すことができるように隔壁部材５を移動させる圧力を確保する。

また、上記隔壁部材５のシール部５ａ，５ｂの表面または内容器２３の内壁面に、さらには両方に、液体燃料Ｆに対して非溶出性のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コーティング、または、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングなどによる低摩擦係数コーティングを施して、隔壁部材５の移動抵抗を低減し、圧縮ガスＧの圧力が低くても確実で良好な作動を確保するのが好ましい。

気室４に封入する圧縮ガスＧは、燃料電池での反応に悪影響を及ぼす酸素が液体燃料Ｆへ混入する観点から、さらには液体燃料Ｆが酸化するのを防止する観点から、窒素、炭酸ガス、脱酸素空気などの酸素を含まないガスを用いることが好ましい。

バルブ７の機構例を説明する。図５に閉弁状態を、図６に開弁状態を拡大図示するように、バルブ７は、蓋体２２への固定部材としてのガイドネジ７１、燃料電池との接続動作に応じて移動する棒状のステム７２、ステム７２を閉方向に付勢するスプリング７３、燃料の供給を開閉する弁体としての円板状のステムガスケット７４、スプリング７３の下端を保持すると共にフィルター１を押える筒状の固定スリーブ７５などで構成されてなる。

そして、蓋体２２の接続部２４への通路６に対し、底部にフィルター１およびＯリング８３が挿入された上に、底部中心に連通穴７５ａを有する固定スリーブ７５が挿入され、その内部にスプリング７３が挿入され、その上にステム７２が挿入され、このステム７２の外周にガスケット７４が嵌着され、ステム７２の上方よりガイドネジ７１のネジ部７１ａが蓋体２２の接続部２４のネジ孔に螺合されて組み付けられ、ステム７２はスプリング７３の付勢力によって上方のガイドネジ７１へ付勢され、ガスケット７４の外周部はガイドネジ７１と固定スリーブ７５の上端との挟持によって内周部が下方に変位可能に保持されている。フィルター１は、図５に示すように、バルブ７の前段位置に組み付けられる。フィルター１の組み付けは、外周にＯリング８３を設置することで、バルブ７の固定スリーブ７５の外周部への液体燃料Ｆの流れをシールするようになっている。

なお、図３に示すような２つのホルダー３によって弾性体２を挟み込んだフィルターの場合には、図７に示すように、ホルダー３の上下にＯリング８３が配置するように組み付けることによって、燃料Ｆを漏らすことなく弾性体２を通過させることが可能になるとともに、上述したように、２つのホルダー３に挟まれた部分の弾性体シートの樹脂化を補強することが可能となる。

上記ステム７２は、外周に周溝７２ａが形成され、この周溝７２ａの底部に細口７２ｂが開口されて中心通路７２ｃに連通され、中心通路７２ｃは上端噴出口に開口している。なお、中心通路７２ｃの底部は閉塞されている。そして、上記ステム７２の周溝７２ａにはガスケット７４の内周部が嵌着され、図５のように、ガスケット７４の内周面の弾性密着によって上記細口７２ｂが閉じられた状態では、燃料通路６が遮断され、燃料の供給が閉塞される。一方、図６のように、ステム７２がスプリング７３に抗して押し込まれると、その移動に伴ってガスケット７４の内周部が変形して細口７２ｂを開口して通路６を連通し、貯蔵室３からフィルター１を通過して流量調整された液体燃料Ｆが細口７２ｂよりステム７２の中心通路７２ｃに入り、上開口端から吐出供給するようになっている。

なお、気室４への圧縮ガスＧの封入は、貯蔵室３０に液体燃料Ｆを注入する以前に行う。例えば、バルブ７を通して圧縮ガスＧを貯蔵室３０に注入するのに応じて隔壁部材５が下降し、下端位置で隔壁部材５を傾けるか、内容器２３の内壁下端に溝を設けて、隔壁部材５の上下を連通状態とし、貯蔵室３より気室４へ圧縮ガスを注入する。そして、気室４内が所定圧力となった際に圧縮ガスの注入を停止した後、閉作動したバルブ７を開作動して貯蔵室３０の圧縮ガスを排出する。

これに応じ、隔壁部材５は上昇して貯蔵室３０のシール状態に戻り、さらなるガスの排出で隔壁部材５は、その背部に気室４の圧縮ガスの圧力が作用した状態で内容器２３の上端にまで上昇移動し、貯蔵室３０のガスを全て排出することで、気室４に圧縮ガスＧが封入される。その後、燃料注入手段を接続してバルブ７を通して貯蔵室３０へ液体燃料Ｆを、隔壁部材５を下降させつつ注入することによって、液体燃料Ｆを噴出可能に収容して燃料電池用燃料容器１０が構成できるものである。

次に、本発明の流量調整フィルターを用いた燃料電池用燃料容器の第２の実施の形態について説明する。図８は第２の実施形態にかかる燃料電池用燃料容器の中央断面正面図、図９は図８のフィルターおよびバルブ部位の拡大断面図である。

燃料容器１００は、燃料電池用のガス燃料としてＤＭＥの液化ガスＬＧを収容するためのものである。本実施形態の内容物ではそのものが加圧状態であってガスの吐出が得られ、図４に示す第１の実施の形態の燃料電池用燃料容器における押出手段を構成する内容器２３、隔壁部材５、気室４を不要としている。その他のバルブ７などは、同一の構造であり、図４および図５と同一構成部分には図８および図９において同一符号を付し、以下においてはその説明を省略する。

なお、第２の実施の形態に示す燃料容器１００の場合、図に示すような設置方向状態ではＤＭＥに水を加えると、ＤＭＥのみが吐出して内容物を液体として取り出すことはできないが、燃料容器１００を倒立固定して使用する態様の場合には、液体として内容物を取り出すことが可能である。従って、燃料容器１００の使用態様が倒立固定に限定されるような場合には、内容物としてはＤＭＥの液化ガスに水を加えてもよい。水の混合比としては特に限定はなく、内容物に応じて適宜選択すればよい。

容器本体１２は外容器２１と蓋体２２とで構成され、内部に形成された貯蔵室１３にＤＭＥを含む液化ガスＬＧを収容してなる。そして、蓋体２２の底面に突設された筒部２２ａの内部に接続部２４に至る通路１６が形成され、バルブ７と流量調整フィルター１が同様に配置されている。フィルター１は、上記で説明した連続気泡を有する多孔通気性の弾性体２と、これと溶着されたホルダー３とからなる。この実施形態の燃料容器１００では、内容物としてのＤＭＥの液化ガスＬＧが、バルブ７の開作動時に流量調整フィルター１をガス状態で透過し流量調整されて吐出されるものである。

図１０は、本発明の流量調整フィルターを用いた燃料電池用燃料容器の第三の実施の形態を示す断面図である。この第三の実施の形態に示す燃料電池用燃料容器１５０に収容される液体ＬＳは、供給主剤としての原液と噴射剤としてのＤＭＥによる液化ガスの混合流体である。

第三の実施形態においては、図８に示した燃料電池用燃料容器と同様に、内容器２３、隔壁部材５、気室４は不要であるが、収容液体ＬＳを吐出供給するために、吸上チューブ１１が設置されている（その他は図７と同一の構造であり、図８と同一構成部分には図１０において同一符号を付し、以下においてはその説明を省略する。）。そして、貯蔵室内の収容液体ＬＳに含有される噴射剤としてのＤＭＥが収容液体ＬＳの液面に作用する圧力で、吸上チューブ１１の先端より収容液体ＬＳがバルブ７に押し上げられ、バルブ７の開作動時にフィルター１で流量調整された所定流量の液体を吐出するものである。

容器本体１２は外容器２１と蓋体２２とで構成され、内部に形成された貯蔵室１３にＤＭＥ、またはＤＭＥと純水、またはＤＭＥと純水とメタノール、またはＤＭＥと純水とエタノールからなぐ群より選ばれるいずれか１つの収容液体ＬＳを収容してなる。

収容液体ＬＳそして、蓋体２２の底面に突設された筒部２２ａの透孔２２ｂに吸上チューブ１１の一端が接続され、他端が外容器２１の底面に近接して開口されている。また筒部２２ａの内部に接続部２４に至る通路１６が形成され、バルブ７と流量調整フィルター１が同様に配置されている。フィルター１は、上記で説明した連続気泡を有する弾性体２と、これと溶着されたホルダー３とからなり、このフィルター１を通過することにより流量調整された収容液体ＬＳが吐出される。

以下に本発明の流量調整フィルターを配置した燃料電池用燃料容器の実施例を示す。

（実施例１）
フィルター１の弾性体２として、加熱可塑化した低密度ポリエチレン樹脂に尿素とポリエチレングリコールを微粒化混合し、平均セル径が３０μｍ、空孔率が７０％となるように調整したエマルジョンを、厚み１ｍｍでシート状に押出成形した。その後、この成形シートを水洗浄して尿素およびポリエチレングリコールを除去することにより、樹脂のみによる多孔質シートを作製し、所定形状に打ち抜いて弾性体２を得た。一方、ホルダー３は、ポリプロピレン樹脂で内径２．６ｍｍの通気口３ｃの開いた形状に成形し、この成型品ホルダー３と弾性体２とを合わせて、１８５℃×１秒間の加熱加圧で溶着して流量調整フィルター１を得た。

このフィルター１を図１に示す燃料容器１０のバルブ７の前段に配置し、貯蔵室３０にはメタノールの１０重量％水溶液（メタノール／水が１０／９０の水溶液）による液体燃料Ｆを５ｍｌ充填し、気室４には圧縮ガスとして窒素を３００ｋＰａの圧力となるように充填した。隔壁部材５が上端部に移動したときのガス圧は１００ｋＰａであった。バルブ７のステム７２を没入移動させて液体燃料Ｆを吐出させたところ、１５分で収容液量の全量の吐出が終了した。

（実施例２）
加熱可塑化した高密度ポリエチレン樹脂と尿素とポリエチレングリコールを微粒化混合し、平均セル径が１０μｍ、空隙率８０％となるように調整したエマルジョンを、厚み１ｍｍでシート状に押出成形し、水洗浄にて水溶性ペーストを除去した多孔質シートを作製し、これより所定形状の弾性体２を得た。この弾性体２を、実施例１と同様のポリプロピレンによる成型品ホルダー３と、１８５℃×１秒間の加熱加圧で溶着して流量調整フィルター１を得た。

このフィルター１を、実施例１と同様に図１に示す燃料容器１０のバルブ７の前段に配置し、貯蔵室３０にはメタノールの１０重量％水溶液による液体燃料Ｆを５ｍｌ充填し、気室４にはに圧縮ガスとして窒素を３００ｋＰａの圧力となるよう充填した。隔壁部材５が上端部に移動したときのガス圧は１００ｋＰａであった。バルブ７のステム７２を没入移動させて液体燃料Ｆの吐出を行ったところ、５００時間で収容液量の全量の吐出が終了した。

（実施例３）
加熱可塑化した高密度ポリエチレン樹脂と尿素とポリエチレングリコールを微粒化混合し、平均セル径が１０μｍ、空隙率８０％となるようにしたエマルジョンを、厚み１ｍｍでシート状に押出成形し、水洗浄にて水溶性ペーストを除去した多孔質シートを作製し、これより所定形状の弾性体２を得た。この弾性体２を、実施例１と同様のポリプロピレンによる成型品ホルダー３と、１８５℃×１秒間の加熱加圧で溶着してフィルター１を得た。

このフィルター１を図５に示す燃料容器１００のバルブ７の前段に配置し、貯蔵室１３にはＤＭＥの液化ガスＬＧを５ｍｌ充填し、バルブ７を開作動して貯蔵室１３に収容したＤＭＥの液化ガスＬＧの吐出を行ったところ、３５ｍｌ／ｍｉｎの流量でガス流体が定常的に吐出した。

以上のように、本発明の流量調整フィルターは、連続気泡を有する弾性体によって液状内容物の吐出流量が簡易に調整可能であるため、燃料電池用燃料容器に使用した場合に、少量ずつ安定した燃料供給が可能な燃料電池用燃料容器とすることができる。特に、本発明の流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に設けられるものであるため、大がかりな液量調整機構のような構成を必要とせず、燃料電池用燃料容器の小型軽量の要請に沿うものとすることが可能である。

また、弾性体およびホルダーを共に液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなるものとしたので、燃料電池用の液体燃料の液状内容物に浸食されることがないため、液状内容物によって腐食されたフィルターからの溶出物や腐食物によって燃料電池用燃料容器のノズルを詰まらせることがなく、また腐食されないため、耐久性を備えたものとすることができる。

さらに、本発明の流量調整フィルターは、燃料電池用の液体燃料の液状内容物を吐出する際の形状が液状であってもガス状であっても対応が可能であるため、従来より知られている圧力容器にこの流量調整フィルターを取り付けることによって、安定した燃料供給が可能な燃料電池用燃料容器とすることができる。

なお、本発明の流量調整フィルターは燃料電池用燃料容器としてだけでなく、一般的な設置用忌避剤（虫除け剤）や芳香剤等の少量噴出用エアゾール容器にも利用することが可能である。

フィルターの平面図、断面図および作成前の分解断面図別の態様のフィルターの平面図、断面図および作成前の分解断面図さらに別の態様のィルターの平面図、断面図および作成前の分解断面図燃料電池用燃料容器の中央断面正面図図４のフィルターおよび閉状態のバルブ部位の拡大断面図バルブ開作動時の同断面図フィルター取り付けの別の態様を示す拡大部分断面図別の態様の燃料電池用燃料容器の断面図図８のフィルターおよびバルブ部位の拡大断面図さらに別の態様の燃料電池用燃料容器の断面図

符号の説明

１流量調整フィルター
２弾性体
３円板（ホルダー）
3a 円板部
3b 開口
3c 周壁
10,100 燃料容器
12,20 容器本体
13,30 貯蔵室
４気室
５隔壁部材（押出手段）
６,16 通路
７バルブ
21 外容器
22 蓋体
24 接続部
72 ステム

Claims

燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターの製造方法であって、
所定の厚さを有する、前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体を、前記液状内容物の流路となる該弾性体より小さい開口を有する前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板に、該弾性体が該開口を塞ぐように当接させ、
該弾性体の前記開口に臨む部分以外の部分を、圧縮された前記弾性体の厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮して前記円板に溶着することを特徴とする流量調整フィルターの製造方法。
燃料電池用の液体燃料の液状内容物を液状もしくはガス状で吐出可能に収容する燃料電池用燃料容器の吐出流路に、前記液状内容物の吐出量を調整するように設けられる流量調整フィルターであって、
前記液状内容物の流路となる開口を有する前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる円板と、
前記開口を塞ぐように該円板に溶着された、前記液状内容物に腐食されない熱可塑性樹脂からなる連続気泡を有する弾性体とからなり、
前記弾性体の前記開口に臨む部分以外の部分が、厚さが圧縮前の厚さの２〜22%になるように圧縮されたものであることを特徴とする流量調整フィルター。
前記円板が、該円板の周縁に立設された円筒状の周壁を有するものであることを特徴とする請求項２記載の流量調整フィルター。
前記熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートまたはポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項２または３記載の流量調整フィルター。
前記弾性体が前記熱可塑性樹脂、水溶性有機化合物及び水溶性高分子材料を混合した後、前記水溶性有機化合物及び前記水溶性高分子材料を水によって抽出し、除去することにより得られるものであることを特徴とする請求項２、３または４記載の流量調整フィルター。
前記弾性体の空孔径が30μm以下であって、空孔率が60〜90％であることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の流量調整フィルター。