JP2006253040A - 燃料容器及び燃料電池システム - Google Patents

燃料容器及び燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2006253040A
JP2006253040A JP2005070061A JP2005070061A JP2006253040A JP 2006253040 A JP2006253040 A JP 2006253040A JP 2005070061 A JP2005070061 A JP 2005070061A JP 2005070061 A JP2005070061 A JP 2005070061A JP 2006253040 A JP2006253040 A JP 2006253040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel container
water
container according
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2005070061A
Other languages
English (en)
Inventor
Fuminobu Tezuka
史展 手塚
Hirosuke Sato
裕輔 佐藤
Tatsuya Tashiro
達也 田代
Masato Seki
正人 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tokai Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokai Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokai Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2005070061A priority Critical patent/JP2006253040A/ja
Priority to US11/366,544 priority patent/US20060210842A1/en
Priority to CNB2006100595633A priority patent/CN100499236C/zh
Publication of JP2006253040A publication Critical patent/JP2006253040A/ja
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)

Abstract

【課題】 燃料電池の燃料にジメチルエーテル（ＤＭＥ）及び水を用いる場合、ＤＭＥの浸透力が強いにも拘わらず安定して充填保持することのできる燃料カートリッジを提供する。
【解決手段】 ジメチルエーテルと水を含む燃料を収容する燃料容器であって、当該容器における筐体１に係る主成分がポリエチレンナフタレートあるいはポリブチレンナフタレートを含むナフタレート系ポリエステル樹脂、あるいはポリアセテートである。また、ジメチルエーテルと水を含む燃料を収容する燃料容器であって、当該容器における筐体１に係る主成分がポリエチレンナフタレートとポリブチレンナフタレートとの混合体である。また、ジメチルエーテルと水を含む燃料を収容する燃料容器であって、当該容器に対するノズル取付部のシール部材１３としてのゴム部材は、ブチルゴム、パーフルオロゴムの少なくとも一つである。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池用の燃料を収容するカートリッジ（燃料容器）ならびにそのカートリッジから供給される燃料を燃料源として発電を行う燃料電池システムに係る。
これまで、燃料電池はもっぱら定置型の開発が行われてきたが、ここ数年、小型情報端末等の携帯用機器、可搬型機器の電源用途の開発が進められている。
これら燃料電池は燃料源としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）である。一方、高出力電源を必要とする機器の電源には改質型燃料電池（ＲＨＦＣ）が適していると考えられている。
これら携帯用あるいは可搬型の燃料電池に用いる燃料の供給源には燃料容器としての燃料カートリッジを用いることが検討されつつあり、現在各種各様のものが検討されている。しかし、溶剤等を保管・運搬するための容器としては燃料用途のみならず、エアロゾール容器やカートリッジも含めて考えるべきである。これらについて開示されている文献公知発明として特許文献１、特許文献２、特許文献３が挙げられる。
特許文献１では、中空容器において、ポリエチレンテレフタレート樹脂に比べ、ポリエチレン−２，６−ナフタレートの方が、水や酸素など一部の物質に対しては物質の遮断性に優れていることが示されている。すなわち、水、炭酸ガス、酸素、窒素については当該特許文献１に示されている。
特許文献２においては着火器のゴム部品としてジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等の可塑剤を含有しないゴム材料が開示されている。すなわち、特許文献２によれば、噴出ノズルへの付着異物を分析したところＤＯＰが付着していたことから、ノズル詰まりを解決するためにはＤＯＰ等の可塑剤を用いないゴムを用いればよいことが開示されている。
特許文献３においては透明エアロゾール容器として〔０００７〕に「耐熱圧性と透明性に優れた容器としてポリエチレンナフタレート系のエアロゾール容器を提供する」が開示されている。そして、その内容物として〔００３９〕に「また、他の内容物としては、アルコール、合成樹脂、噴射剤（液化天然ガス（ＬＰＧ）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、Ｎ2、ＣＯ2等の単体又はこれらの混合物）、セルロース、アンモニウム、水、香料、染料、界面活性剤、顔料等を適宜選択して追加することができる。」旨が記載されている。
特開昭５２−４５４６６号公報 特開平１１−１６６７２５号公報 特開平１１−３２１８３７号公報
本発明が解決しようとする課題として次のことが挙げられる。
（１）燃料漏洩による組成変化がないこと
（２）不純物溶出による組成変化がないこと
（３）安全性が確保されること
更に解決されることが好ましい課題として次のことが挙げられる。
（４）視認性の確保されること
ここで視認性とは燃料電池のカートリッジとして内部の燃料が視覚的に確認できることを言う（以下視認性と略）。
これに対し、上記文献公知発明にはこれらの課題を解決する具体的な内容が開示されていない。具体的には次の通りである。
（Ａ）燃料漏洩による組成変化に関して
まず、燃料電池の用途として燃料カートリッジなどの燃料供給系に求められる最も重要な機能は組成ならびに量的に安定して燃料電池に燃料を供給することである。組成ならびに量が安定して供給されれば、安定した出力が可能となり、制御系も容易に構成することが可能となるという利点がある。
しかし、燃料の組成によっては、容器（筐体）を通して漏洩したり、あるいは化学反応したりして組成が一定しないことがある。このような燃料容器の内容物の組成変化は、「燃料としての充填物」と「容器の接液部材（容器内の液体に接触する部材）」との材料的な相性で決まる。
具体的には、組成変化の原因を以下の３つに区分して考えることができる。一つ目は接触部材としての筐体またはシール用のゴム材から直接漏洩浸透する「一次的組成変化」、二つ目は筐体またはゴム材に浸透した結果、部材が膨潤し、それに伴う部材変形により気密シール性が低下して漏洩する「二次的組成変化」、三つ目は筐体またはゴム材と反応した結果、部材が劣化してその部位から漏洩する「三次的組成変化」である。
ここで前記公知文献を見るに、まず特許文献１には水、炭酸ガス、酸素、窒素については物質遮断性が優れている旨が示されているが、その他の溶媒との関係については開示されていない。すなわち、燃料電池の燃料源として用いたいＤＭＥや水、さらにはメタノール等のアルコールとが混合した液組成の系に対して、遮断性があるか否かは、不明である。
これに対し、特許文献３には内容物として〔００３９〕に「また、他の内容物としては、アルコール、合成樹脂、噴射剤（ＬＰＧ、ＤＭＥ、Ｎ2、ＣＯ2等の単体又はこれらの混合物）、セルロース、アンモニウム、水、香料、染料、界面活性剤、顔料等を適宜選択して追加することができる。」と記載されている。しかし、特許文献３は耐熱圧性に関しては記載があるものの、組成の変化に関する記載は何らされておらず、仮にその組成変化が少ないとしても、その程度が全く不明である。また、筐体樹脂をポリエチレン系エステルにすれば単独で組成変化を防ぐことが可能であるのか、不可能であるならばどのようにすれば組成変化を防ぐことができるのか、が何ら開示、示唆されていない。
さらに、筐体のみならず、弁の開閉や気密性を司るシール部材としてのゴム材を通しても、膨潤や浸透、反応による劣化により、シール性が低下し、この部材からカートリッジ内部の燃料が漏洩することもある。
特許文献２にはＤＯＰ等の可塑剤を溶出しないゴム材を用いることが提案されている。しかし、ゴム材の接液などによる膨潤や浸透によるゴム材の変形、化学反応による劣化に対する燃料組成変化、あるいは燃料漏洩については何ら言及されていない。特に浸透力の高いジメチルエーテル（ＤＭＥ）、反応性の高い水、これらが混合された系でどのようなゴム材がシール材として適しているか、という点については先行特許文献には何ら開示、示唆されていない。
ここで強調しておきたいのは、人体用品、家庭用品、化粧品、医薬品などとしてエアロゾール容器が単独で用いられる場合には、特許文献に記載されているように、安全性重視の観点から耐熱圧性に注意していれば製品として仕様を満足できる場合があるにしても、燃料電池の燃料源を供給する容器としては、後段の「燃料電池システム」への悪影響が懸念されるため、組成変化に十分に配慮することが必要となることである。
すなわち、組成が不安定になることは、発電効率の低下のみならず、改質プロセスや発電セルの触媒劣化など化学的に不可逆な変化を誘引する元凶となるので、十分な配慮が必要となるのである。具体的には、例えばＤＭＥ漏洩により水がＤＭＥに対して当初の設計基準値あるいは技術的な仕様に比して過剰になり、この水の気化、凝縮の熱収支が当初の設計値からはずれることによりシステム全体の熱バランスが崩れる事態の発生、水が過剰になることによる流量制御の困難性増大、熱バランスが崩れることによる一酸化炭素（ＣＯ）の生成による触媒被毒ならびにプロトン交換膜（ＰＥＭ）の劣化による寿命の低下、などである。
このように、確かに樹脂筐体だけの問題であれば、ＤＭＥや水、さらにはメタノール等のアルコールが混合した液組成の系に対し、ある程度の組成変化の類推は不可能ではない。しかし、問題が化学物質の物性ならびに反応性に関する問題であり、予想にも限界があるところはこれまでの化学分野における判例が示すところである。特に浸透力の強いＤＭＥと反応性の高い水が加圧下で共存した系での用途であるため、やはり実際に使用する燃料組成については個別に検討することが必要である。
すなわち、燃料電池システムの燃料供給系として安定した燃料供給を行うためには、筐体、シール材としてのゴム材いずれもが燃料に対する化学的な耐性を有することが求められるのである。
さらに、保管時や使用時の雰囲気の温度などによる影響も無視することができない。場合によっては真夏の自動車内など、６０℃程度以上の高温雰囲気においても漏洩が少ないことが求められる。ＪＩＳ Ｋ ７１１４などでは４５℃で３ヶ月の環境試験が提示されているが、これは室温雰囲気における加速試験の条件であり、上記６０℃以上の環境下における耐熱性とはまた異なるものである。
（Ｂ）不純物の溶出による組成変化に関して
一方、燃料電池用途の燃料カートリッジとして、燃料中への不純物の溶出が極めて少ないことが求められる。なぜならば、不純物の溶出は配管系の目詰まりや、触媒の劣化、配管の腐食源となるからである。
前述の通り、特許文献２にはＤＯＰ等の可塑剤を溶出しないゴム材を用いることが提案されている。しかし、溶出分はＤＯＰなどの有機物質のみならず、無機物質にも配慮を払う必要がある。さらに、ゴム材のみならず、筐体樹脂からの不純物の溶出も懸念される。
たとえば、無機系のアルカリ元素（Ｎａ、Ｋ等）は水と一緒になり、熱交換のフィンや筐体などを侵食する。また、鉄などは水酸化物となり、配管の閉塞、触媒上への付着など燃料電池の故障、効率低下等の原因となる。
当然のことながら、有機系の可塑剤（ＤＯＰ）などは配管を閉塞させたり、触媒で分解が不十分となり炭素分が析出する原因ともなり、効率低下に繋がることは言うまでもない。
（Ｃ）安全性の確保に関して
ＤＭＥは極めて浸透力の強い化学物質である。このため、一般の樹脂はその浸透力により膨潤し、そこから内部の液等が漏洩してしまうという問題点がある。また、この浸透力の強いＤＭＥと水が組み合わされた状態の場合、筐体樹脂の劣化が著しく進行し、酷い場合には筐体樹脂の強度が持たず、亀裂が入り、内部の燃料が噴出することもある。このような安全に関わる事項は極めて重要である。
燃料カートリッジに用いる筐体樹脂はこのような安全性の観点からの耐性があるものを用いる必要がある。
一方、シール材としてのゴム材についても同様である。すなわち、ＤＭＥの浸透力と水の加水分解反応を同時に受ける可能性がある場合、これに耐えるゴム材であることが必要とされる。
特許文献３において耐熱圧性と透明性を兼ね備えた透明エアロゾール容器が提案されている。しかし、実際には樹脂の劣化による可燃性物質漏洩による危険性のみならず、浸透や膨潤による可燃物質漏洩による危険性も考慮する必要がある。
（Ｄ）視認性の確保に関して
燃料電池のカートリッジとして、視認性を有する方が好ましい。しかし、上述の通り、この浸透力の強いＤＭＥと水が組み合わされた状態の場合、筐体樹脂の劣化が著しく進行するため、樹脂が白化する。ここで白化とは、樹脂のバルク中へのＤＭＥの浸透、ならびにそれに伴う水分の浸透、および加水分解による樹脂の劣化により、樹脂の内面が次第に白く濁ってくる現象のことをいう。
このため、透明樹脂を採用しても時間が経ると共に、あるいは高温雰囲気に曝されると共に、樹脂が白濁し、視認性が低減、悪化する。
一方、ＤＭＥと水の混合系に対して比較的耐性を有する樹脂はもともと着色されている場合があり、視認性を確保するのは困難である。
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、当該容器における筐体にナフタレート系ポリエステル樹脂を含むことを特徴とするものである。
また、エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、ナフタレート系ポリエステル樹脂を含む膜で被覆された金属の筐体を有することを特徴とするものである。
また、エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、ブチルゴム、パーフルオロゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むシール部材を有することを特徴とするものである。
また、前述した燃料容器と、前記燃料容器から供給された燃料を気化するための気化器と、気化された前記燃料を、水素を含有する改質ガスに改質するための改質部と、前記改質ガスに含まれるＣＯの少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と、ＣＯの少なくとも一部が除去された前記改質ガス及び酸素を含む空気を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池へ前記空気を送るための酸素供給手段とを備えていることを特徴とするものである。
本発明によれば、燃料圧力容器からの燃料の漏洩を防止することができると共に燃料への不純物の溶出を防止することができる。
（Ａ）筐体・ゴムの部材について
発明者らは鋭意検討した結果、前述の課題を解決するために、燃料を収容する容器（燃料容器）の筐体樹脂としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）などのナフタレート系ポリエステル樹脂が好ましく、またシール部材用のゴム材としてはブチルゴム（ＩＩＲ）、パーフルオロゴム（ＦＦＫＭ）を組み合わせてシール性の高い燃料カートリッジを用いることが好ましいことを見出した。
ここでナフタレート系ポリエステル樹脂とは以下の構造を有する物質を意味する。
Figure 2006253040
（ｍ、ｎは整数）
この代表的な例としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）がある。これらは以下の構造を有する物質である。
Figure 2006253040
Figure 2006253040
上記燃料カートリッジ（燃料容器）１は、図１に示す構成である。燃料を貯蔵した筐体２と、筐体２の開口部に設けられた蓋体１０とを備えている。筐体２は、図１および図２に示すように、円筒形状に射出成形されたものであり、内部に燃料を貯蔵したものである。
蓋体１０は、図２および図３に示すように、筐体２の開口部に固着されるハウジング１１と、ハウジング１１に取り付けられるハウジングスプリング１２、ガスケット１３、ステム１４およびガイドネジ１５とを備えている。
ハウジング１１は、図３に示すように、筐体２の開口部の周縁に固着される縁部１１ａと、ハウジングスプリング１２などが取り付けられる筒部１１ｂとを備えている。そして、筒部１１ｂの底部には筐体２に貯蔵された燃料を筐体２の内部からハウジング１１の筒部１１ｂの内側および貫通孔１１ｃに吐出させる穴を設けた構造となっている。
ハウジング１１は超音波により筐体２の開口部に溶着され、ハウジング１１の筒部１１ｂの内側の底面上にハウジングスプリング１２が設置され、そのハウジングスプリング１２の上にゴム材よりなるガスケット１３が取り付けられたステム１４が設置される。
ハウジング１１には、ステム１４に取り付けられたガスケット１３が設置される設置部１１ｄが形成されており、ガスケット１３はこの設置部１１ｄに設置される。そして、ガスケット１３の上にガイドネジ１５が嵌め込まれ、ガスケット１３の外周部がガイドネジ１５と設置部１１ｄとの間に挟持される。
ステム１４は、ガイドネジ１５の中央部分に形成された孔部の中を摺動可能に支持されており、燃料容器１が燃料電池に設置された際には、ステム１４が図３における下方に押し下げられる。ステム１４が押し下げられることにより、図４に示すように、ガスケット１３の内周部が変形するとともにハウジングスプリング１２が収縮し、ステム１４に設けられた空洞部１４ａと孔部１４ｂとを介して燃料容器１の外部とハウジング１１の筒部１１ｂの内側とが連通する。
そして、筐体２から筒部１１ｂの内側に満たされた燃料がステム１４の孔部１４ｂおよび空洞部１４ａを通過して、ステム１４の一端から吐出され、燃料電池に供給される。そして、燃料容器１が燃料電池から取り外された際には、ハウジングスプリング１２の付勢力によりステム１４が図４における上方に押し上げられるとともに、ガスケット１３が元の状態に戻り、ステム１４における孔部１４ｂが閉じた状態となる。
なお、筐体２は三角柱や四角柱のような多角形筒形状であってもよい。
（１）筐体樹脂について
ＤＭＥに耐性があると予想される樹脂については、特許文献１や特許文献３などからある程度推測される。これらの樹脂の物性からの各項目に対する特性を推定したものについて示したものが表１の「一般物性」の各項目である。しかし、前述したようにＤＭＥに水が加わった系について、その特性は不明である。特に、ＤＭＥを含有した系ではＤＭＥの蒸気圧が常温でもサブＭＰａ（相対圧）を有する加圧状態にあるため、浸透力が増す。このような系における特性についてはなおさら不明である。
Figure 2006253040
そこで、一般物性で良好な特性を示す樹脂のうち、一部のものについてＤＭＥおよび水の燃料系に対する耐性評価を行う試験を試みた。試験は次の２通りの条件で行った。
（ａ）６５℃−４ｈｒ試験
ＤＭＥ１molに対し水３molを加えた液に対し、１０vol％のメタノールを加えた模擬燃料９．４５ｇを製作する。そして、筐体内に収容して６５℃の環境下に４時間放置し、試験前後の重量を測定する。また外観異常の有無を観察する。
（ｂ）４５℃−３ヶ月試験
ＤＭＥ１molに対し水３molを加えた液に対し、１０vol％のメタノールを加えた模擬燃料９．４５ｇを製作する。そして、筐体内に収容して４５℃の環境下に３ヶ月間放置し、試験前後の重量を測定する。また外観異常の有無を観察する。
これらの試験結果を纏めたものが表１である。これから明らかなように、ＰＥＮ、ＰＢＮが重量変化、外観変化に優れていることが判明した。
また、外観の異常についても観察した。ここでの外観異常とは、筐体樹脂の白化の程度を意味する。
ＰＢＮははじめから白色なので白化の進行は明確ではない。しかし、ＰＥＴ、ＰＥＴ＋ＰＥＮ、ＰＥＮは当初透明性を有する樹脂であるため、その度合いを観察することができる。ここでは、ＰＥＴ、ＰＥＴ＋ＰＥＮ、ＰＥＮのいずれについても白化が進行していた。ただし、白化の度合いはＰＥＴが最も激しく、ＰＥＮは最も白化が抑制されていた。さらに赤外分光分析をかけたところ、上記と同様、ＰＥＴ、ＰＢＴいずれもＰＥＮ、ＰＢＮに比べて赤外の指紋領域に大きな変化が見られた。
これはＰＥＴのテレフタレートの架橋の一部がＤＭＥならびに水の浸透と加熱により加水分解されたものと考えられる。それに比べ、ナフタレートは加水分解されにくい構造であることが想定される。
なお、これら樹脂筐体の材料製造方法は公知の製造方法のものを用いることができる。
更に、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）とポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）を混合して用いることも可能である。ＰＥＮの透明性とＰＢＮの耐薬品性、耐熱性の長所を組み合わせることにより、両者を兼ね備えた特性を有する筐体を提供することが可能となる。
（２）シール部材としてのゴム材について
ＤＭＥは上述の通り、浸透力が優れているため、燃料カートリッジの開閉に用いるシール材として適したゴム材は明確になっていない。また、筐体の樹脂と同様、ＤＭＥに水が加わった混合系については、燃料電池システム用途のゴム材として要求仕様を満足するゴム材は全く不明である。
そこで、ケトン類などについて耐性が示されているゴム材から数種類ピックアップしてこれらについてＤＭＥおよび水の混在した燃料系に対する耐性を試験により評価することを試みた。
今回、次の２通りの試験を行った。
（ａ）浸漬試験
ＤＭＥ１molに対し水３molを加えた液に対し、１０vol％のメタノールを加えた模擬燃料９．４５ｇの中にゴム材試験片を入れ、６５℃で４時間浸漬した。ゴム材は２．０ｍｍの厚みで直径１４ｍｍである。４時間経過後の重量変化、寸法変化を観察する。
（ｂ）燃料透過試験
ＤＭＥ１molに対し水３molを加えた液に対し、１０vol％のメタノールを加えた模擬燃料９．４５ｇを製作する。試験用容器にゴム材試験片を挟み、２０％圧縮する。模擬燃料を上記容器に入れた後、６５℃で４時間放置し、重量減少を測定し、内容物の透過度を観察する。
これらの試験結果の一覧を表２に示す。
Figure 2006253040
重量変化、寸法変化はいずれのゴム材もＤＭＥおよび水の燃料系に対して耐性が格段に優れているとは言いがたいが、それでもブチルゴム、パーフルオロゴムが優れていた。
しかし、ＤＭＥのみならず水、アルコールの共存する系ではカタログ値からその体積膨張や浸透性が明確には分からない。
そこで更に膨潤性ならびに浸透性に関する検討を行った。
更にその中で特性がよさそうなものについては実際に耐性評価を行う試験を試みた。
これらゴム材の製造方法は公知のゴム材の材料製造方法を適用することができる。
（Ｂ）効果についての検討
（１）組成安定性に関して
上記の筐体樹脂ならびにゴム材を用いて実際に燃料カートリッジ（構成は図１参照）を製作し、その燃料の増減ならびに組成安定性を確認する試験を行った。
条件は筐体樹脂ならびにゴム材の試験と同じである。その結果、表３のような結果となった。
Figure 2006253040
すなわち、本発明による燃料カートリッジは製造から時間が経過してもその組成変動は３〜５ｗｔ％前後である。よって、本発明による樹脂筐体ならびにゴム材を燃料電池カートリッジとして用いた場合においてもその変動が少なく、安定した出力を得ることができる。
特にゴム材に可塑剤を含んでいないゴム材はフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）など可塑剤成分の溶出がなく、好ましい結果が得られた。ここで可塑剤とはＤＯＰに限らず、他のフタル酸系エステル、アジピン酸エステル系、リン酸エステル系、トリメリット酸エステル系、クエン酸エステル系、エポキシ系、ポリエステル系なども含むことは言うまでもない。一般的な現行品の可塑剤の含有量は用途や目的により異なるが、例えば硬度７０のゴム材を製作するのにゴム材１００に対して可塑剤１０〜２０程度添加するのが一般的である。
以上のことからも明らかなように、ここでいう「可塑剤を含んでいない」とはゴム材の製造工程において、積極的に可塑剤を混合しないということを意味する。すなわち、ゴム材の製造工程にて製造場所の作業環境から起因する不純物として認められるレベル、例えば０．１％程度の可塑剤が検出される場合を意味するものではない。この場合、可塑剤を含んでいない場合の判断手法としてはＦＴ−ＩＲといった公知の機器分析手法や、加熱加圧分解、溶媒抽出などの抽出手段を用いた後に液体クロマトグラフやガスクロマトグラフを用いて定量する公知の分析手法を用い、検出された可塑剤の量がゴム材に対して１％未満である場合を、可塑剤を含んでいないと判断することができる。
これに対し、他の筐体樹脂（ＰＢＴ等）とゴム材を組み合わせた場合、その変動は１０ｗｔ％前後となる。これを用いて燃料電池の稼動を行った場合、ＤＭＥ成分が漏洩して少なくなったため、さまざまなトラブルが発生した。
具体的には次の通りである。
（ａ）燃料を加熱する際、単位体積当たり水が多量に含まれるため、気化熱が多く必要になる。
（ｂ）改質反応において燃料にＤＭＥが少ないため、得られる水素量が少ない。
（ｃ）所定の水素量が得られないため、温度が上がらず、ＣＯシフト反応、メタネーション反応が十分に進まず、数％〜数百ｐｐｍのＣＯが発生する。
（ｄ）このＣＯにより起電用セルのＰｔ触媒が劣化する。
（２）安全性向上に関して
上記の筐体樹脂ならびにゴム材を用いて実際に燃料カートリッジを製作し、その樹脂筐体の強度試験を行った。その結果、ＤＭＥの浸透、水による加水分解が激しいＰＥＴよりも本発明の方が耐性に優れていることが明らかとなった。
（３）その他の有利な効果：その１ 燃料残量の確認
携帯型燃料電池をユーザーが使用する時に、「あとどれくらいバッテリーが持つか」ということが認識できるか否かはユーザーインターフェースの観点から重要な事項である。
しかし、何らかの手段を用いてこのような検知システムを設けることはシステム全体が大掛かりになり、携帯型・可搬型の燃料電池システムとしては監視系や制御系が必要になることに伴いシステム全体が大型化するため、可能な限り避けたいところである。また、検知システムの誤作動などにより誤った情報が提供される危険性もある。寒冷地などでは特にそのような傾向が強い。
これに対し、実際にユーザーが視覚的に燃料の残量を確認できれば、システムが簡素化されると共に、検知システムを補完した信頼性の高い製品を提供することが出来る。
この課題に対し、本発明のうち、ＰＥＮを用いた筐体樹脂は白化の進行がＰＥＴに比べて遅いため、夏場の車内を模擬した高温条件下に８時間曝した後においても内部の残量が確認できた。
一方、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）とポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）を混合して用いることも可能である。この場合ＰＥＮの透明性とＰＢＮの耐薬品性、耐熱性、ガスバリヤ性の各長所を勘案し、経時変化や温度変化などから受ける影響を考慮して重量割合に配慮することが好ましい。
これについて、ＰＥＮとＰＢＮの混合割合（重量比率）を変化させた樹脂筐体サンプル（筐体の肉厚は２ｍｍ）を製作し、耐熱性評価試験（６５℃雰囲気に４時間ならびに８時間放置）を行った。その結果を表４に示す。
Figure 2006253040
製造直後の状態では、ＰＢＮが７０ｗｔ％に満たない場合、特に６０ｗｔ％以下の場合には製造直後ならば視認性がある。一方、７０ｗｔ％以上になるとＰＢＮの不透明性の影響が大きく反映し、これにより樹脂筐体の透明性が失われ、内部の燃料を確認することが出来ない。
また、ＰＢＮが４０ｗｔ％以下、すなわちＰＥＮが６０ｗｔ％以上になると、高温環境下に数時間置かれた場合、ＰＥＮの白化の影響が顕著に観察され、視認性が低下することも明らかとなった。すなわち、使用される温度環境などの影響にも左右されるが、視認性の確保にはＰＢＮが０〜７０ｗｔ％、より好ましくは４０〜７０ｗｔ％、更に好ましくは４０〜６０ｗｔ％が好ましい。
一方、熱による変形については、ＰＢＮが６０ｗｔ％の時に最も変形が大きいことが明らかとなった。すなわち、変形を回避するにはＰＢＮが０〜５０ｗｔ％あるいは７０〜１００ｗｔ％、より好ましくはＰＢＮが０〜４０ｗｔ％あるいはＰＢＮが７０〜１００ｗｔ％が好ましい。
なお、ＰＥＮとＰＢＮの混合体の製造方法はペレット状など、ある程度高分子化した状態で混合することも可能であるし、またモノマー、ダイマー、トリマーのレベルから重合させて製造することも可能である。ただし、高分子化したものを混合した場合、ムラが生じ、その部位が機械的な強度が弱くなる場合があるため、可能な限り、より低分子な状態から重合を始め、均一性を高めることが好ましい。
視認性や変形は上記の通りカバーされる領域が異なるが、使用される環境や用途に応じて適宜使い分けることが可能である。また変形に対してＳＵＳやスチールなどで筐体の一部または全部を補強する構造を採用する、フィラーを混合する方法を採用する、リブ構造を採用する、などにより、上記ＰＢＮが４０〜６０ｗｔ％の場合においても視認性を確保しつつ変形の問題点を解決することも可能である。
前記燃料カートリッジ（燃料容器）１を備えた燃料電池システム２１の構成は次のとおりである。すなわち、図５に概念的、概略的に示すように、燃料電池システム２１は、燃料電池２３を備えている。この燃料電池２３は、固体高分子電解質膜２３Ａの一側に燃料極２３Ｂを備え、他側に空気極２３Ｃを備えた構成である。
前記燃料カートリッジ１と燃料電池２３における燃料極２３Ｂとを接続した接続路には、前記カートリッジ１側から燃料供給制御部２５、気化器２７、改質部２９及びＣＯ除去部３１が順次配置してある。前記燃料供給制御部２５は、前記燃料電池２３へ供給される燃料の流量を制御するためのもので、例えば流量制御弁等よりなるものである。前記気化器２７は、触媒燃焼部３３の発熱による熱の供給を受けて、前記カートリッジ１から流入した燃料を気化するものである。
前記改質部２９は、前記気化器２７において気化した燃料の供給を受けると共に前記触媒燃焼部３３から熱の供給を受けて、改質反応により燃料を、水素を含有する改質ガスを生成するものである。前記ＣＯ除去部３１は、前記改質ガスに副反応物として含まれるＣＯを除去し、ＣＯ濃度を低下するものである。前記触媒燃焼部３３は、前記燃料電池２３における燃料極２３Ｂからのオフガスの供給を受けると共に酸素供給手段としてのポンプ３５から空気の供給を受けて、前記オフガス中の未反応の水素と酸素とを燃焼させるものである。
前記ポンプ３５から前記燃料電池２３の空気極２３Ｃ及び前記触媒燃焼部３３へ空気を供給するための空気路３７は、前記空気極２３Ｃの排出路３９と熱交換部４１において熱交換を行うように構成してある。したがって、前記空気極２３Ｃ及び触媒燃焼部３３へ供給される空気は加温された状態にある。
上記構成により、前記カートリッジ１から燃料の供給を行うと、燃料（ジメチルエーテルと水を含む燃料）は気化器２７において気化され、そして改質部２９において水素を含有する気体（水素リッチガス）に改質される。この改質部２９において改質された気体中に存在するＣＯはＣＯ除去部３１において除去され、その後に燃料電池２３の燃料極２３Ｂへ供給される。一方、ポンプ３５からの空気は、熱交換部４１において、燃料電池２３における空気極２３Ｃから排出される排出ガスと熱交換が行われ、加温されて空気極２３Ｃ及び触媒燃焼部３３へ供給される。
そして、前記触媒燃焼部３３においては、燃料極２３Ｂから排出されるオフガス中の未反応の水素とポンプ３５から供給される空気中の酸素との触媒燃焼により発熱し、前記気化器２７、改質部２９及びＣＯ除去部３１の加熱が行われる。前記燃料電池２３においては燃料極２３Ｂへ供給された水素と空気極２３Ｃへ供給された酸素との反応の際に発電が行われる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施例において特に記載がない限り、ゴム材は可塑剤が入っていないゴム材を用いている。
〔実施例１〕ＰＥＮ−ＩＩＲ（ＤＭＥ：Ｈ２Ｏ＝１：４）
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例２〕ＰＥＮ−ＩＩＲ（ＤＭＥ：Ｈ２Ｏ＝１：３）
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを４．１４ｇ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例３〕ＰＥＮ−ＦＦＫＭ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＦＦＫＭを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例４〕ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
〔実施例５〕ＰＢＮ−ＦＦＫＭ
筐体樹脂としてＰＢＮ、シール部材のゴム材としてＦＦＫＭを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
〔実施例６〕ＣＨ3ＯＨ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例７〕Ｃ2Ｈ5ＯＨ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、Ｃ2Ｈ5ＯＨを１．３７ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例８〕Ｃ3Ｈ7ＯＨ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、Ｃ3Ｈ7ＯＨを１．７８ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例９〕ＩＰＡ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、イソプロピルアルコールを１．３７ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１０〕ＰＥＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを４．０５ｇ、Ｈ2Ｏを４．７５５ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１１〕ＰＥＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その際、燃料電池の改質器入り口に濃度センサーと圧力バルブを設けることにより、ＤＭＥと水の比が１対３以下になるように制御した。その結果、ＣＯ濃度は１５ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１２〕ＰＥＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は１２ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１３〕ＰＥＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍのアルミ缶内部にＰＥＮを被覆したものを用いた。アルミ缶の肉厚は１ｍｍ、ＰＥＮの肉厚は１ｍｍである。内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は１２ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
〔実施例１４〕ＰＥＮ−ＩＩＲ
改質、ＣＯシフト、メタネーション、燃焼の各工程を組み合わせた燃料改質システムとこれに発電部を組み合わせ、さらにこれらの制御システム、熱システム、安全システムを組み合わせた燃料電池に上記実施例１に記載した燃料を用いて改質を行った。このシステムが図５である。
その結果、実施例１に用いたものと同様のカートリッジを用いてＣＯ濃度は１２ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
〔実施例１５〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを５０ｗｔ％、ＰＥＮを５０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１６〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを３０ｗｔ％、ＰＥＮを７０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することは可能ではあるが、ＰＢＮ／ＰＥＮ＝４０／６０〜６０／４０ほどではなかった。
〔実施例１７〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを７０ｗｔ％、ＰＥＮを３０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
しかし、燃料の残存量は６５℃の環境下に置く前後においていずれの場合にも確認することは不可能であった。
〔実施例１８〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを４０ｗｔ％、ＰＥＮを６０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例１９〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを６０ｗｔ％、ＰＥＮを４０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例２０〕ＰＥＮ／ＳＵＳ−ＩＩＲ
筐体としてＳＵＳ３０４、被覆樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図６参照）を製作した。筐体の形状は外径２２ｍｍ、高さ７２ｍｍ、筐体肉厚１ｍｍ、樹脂の肉厚は１ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。容器はかしめ構造にて密閉させた。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下で、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。
また、燃料の残存量もＳＵＳ筐体の一部にスリットを設けることより確認することが可能であった。なお、この実施例に係る燃料カートリッジにおいては、金属筐体の内面にＰＥＮを被覆した構成が前述した燃料カートリッジ１と相違するのみで、その他の構成は同一であるから、同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
〔実施例２１〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを５０ｗｔ％、ＰＥＮを５０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを１．３８ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジより燃料を改質部に通し、ＤＭＥ等を水素に改質した後、固体酸化物燃料電池（図示省略）に供給した。その結果、出力２０Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔実施例２２〕ＰＥＮ−ＰＢＮ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＮを５０ｗｔ％、ＰＥＮを５０ｗｔ％、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを１．３８ｇ、ＣＨ3ＯＨを０．９５ｇそれぞれ充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジより燃料を直接固体酸化物燃料電池（図示省略）に供給した。その結果、出力１５Ｗを３０分間安定に行うことが可能であった。また、燃料の残存量も確認することが可能であった。
〔比較例１〕ＰＢＴ−ＩＩＲ
筐体樹脂としてＰＢＴ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下であったが、３０分間の平均出力は１８Ｗとなり、２０Ｗには満たなかった。
また、内部の残存液量の確認は筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてＩＩＲを使用した燃料カートリッジに比べ困難であった。
〔比較例２〕ＰＥＮ−エステル系ＵＲ
筐体樹脂としてＰＥＮ、シール部材のゴム材としてエステル系ＵＲを使用した燃料カートリッジ（図１参照）を製作した。筐体の形状は外径２０ｍｍ、高さ７１ｍｍ、樹脂の肉厚は２ｍｍ、内容量は約１３．５ｍＬである。これに燃料としてＤＭＥを３．５３ｇ、Ｈ2Ｏを５．５３ｇを充填した。
この燃料カートリッジを６５℃の環境下に８時間放置した後、このカートリッジを用いて図５に示す改質型燃料電池による改質試験を行った。その結果、ＣＯ濃度は２０ｐｐｍ以下であったが、３０分間の平均出力は１９Ｗとなり、２０Ｗには満たなかった。
以上のごとき説明により理解されるように、本例によれば、特燃料電池になどの高純度の水素を長時間に亘り安定的に必要とする場合に多大な効果を発揮する。
また、安全性を確保することができる。すなわち、６０℃以上の高温下においてもガスの漏洩が少なく、引火性を有するガスの抑制に効果がある。
さらに、上記の条件を満足した上にも、筐体にポリエチレンナフタレートやポリエチレンナフタレートとポリブチレンナフタレートの混合体を用いることにより透明に形成することが可能であるため、燃料の残量を視覚的に確認する、視認性についても確保が容易である燃料容器を提供することができる。
本発明による実施の形態を示す燃料容器の全体斜視図である。 図１に示す燃料容器の分解図である。 図１に示す燃料容器の断面図である。 図１に示す燃料容器の作用説明図である。 本発明による実施の形態を示す燃料電池システムの構成説明図である。 本発明による実施の形態を示す燃料容器の概念図である。
符号の説明
１ 燃料容器
２ 筐体
１０ 蓋部
１１ ハウジング
１１a 縁部
１１b 筒部
１１c 貫通孔
１２ ハウジングスプリング
１３ ガスケット
１４ ステム
１５ ガイドネジ
２１ 燃料電池システム
２３ 燃料電池
２７ 気化器
２９ 改質部
３１ ＣＯ除去部
３３ 触媒燃焼部
３５ ポンプ

Claims (17)

  1. エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、当該容器における筐体にナフタレート系ポリエステル樹脂を含むことを特徴とする燃料容器。
  2. エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、ナフタレート系ポリエステル樹脂を含む膜で被覆された金属の筐体を有することを特徴とする燃料容器。
  3. ナフタレート系ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートの少なくともいずれかを含む樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料容器。
  4. ナフタレート系ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタテートとポリブチレンナフタレートとの混合体を含む樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料容器。
  5. 前記混合体がポリエチレンナフタレート及びポリブチレンナフタレートのモノマー、ダイマー、トリマーから重合したものであることを特徴とする請求項４記載の燃料容器。
  6. ポリブチレンナフタレートの重量比が６０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料容器。
  7. ポリブチレンナフタレートの重量比が４０以上６０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料容器。
  8. エーテル結合を有する化合物、ＯＨ結合を有する化合物、水のうち少なくとも２種類を含む燃料を収容する燃料容器であって、ブチルゴム、パーフルオロゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むシール部材を有することを特徴とする燃料容器。
  9. ブチルゴム、パーフルオロゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むシール部材をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料容器。
  10. 前記シール部材に含むブチルゴム、パーフルオロゴムからなる群より選ばれた少なくとも１種類は可塑剤を含まないことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の燃料容器。
  11. 前記シール部材は、シール部材の混練時に固体状ポリマーに液状ポリマーを配合する工程を含む製造工程によって製造されることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料容器。
  12. 前記シール部材は、前記燃料を前記燃料容器から取り出すためのノズルと前記燃料容器との境界であるノズル取付け部に設けられていることを特徴とする請求項８乃至請求項１１に記載の燃料容器。
  13. ＯＨ結合を有する化合物がメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１乃至１２記載の燃料容器。
  14. エーテル結合を有する化合物がジメチルエーテルを含むことを特徴とする請求項１乃至１３記載の燃料容器。
  15. 前記燃料はジメチルエーテルと水を含み、前記燃料のジメチルエーテルと水とのモル比が、ジメチルエーテル／水≦１／１であることを特徴とする請求項１４に記載の燃料容器。
  16. 前記燃料はジメチルエーテルと水を含み、前記燃料のジメチルエーテルと水とのモル比が、ジメチルエーテル／水≦１／３であることを特徴とする請求項１４に記載の燃料容器。
  17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の燃料容器と、前記燃料容器から供給された燃料を気化するための気化器と、気化された前記燃料を、水素を含有する改質ガスに改質するための改質部と、前記改質ガスに含まれるＣＯの少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と、ＣＯの少なくとも一部が除去された前記改質ガス及び酸素を含む空気を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池へ前記空気を送るための酸素供給手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
JP2005070061A 2005-03-11 2005-03-11 燃料容器及び燃料電池システム Abandoned JP2006253040A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005070061A JP2006253040A (ja) 2005-03-11 2005-03-11 燃料容器及び燃料電池システム
US11/366,544 US20060210842A1 (en) 2005-03-11 2006-03-03 Fuel container and fuel cell therewith
CNB2006100595633A CN100499236C (zh) 2005-03-11 2006-03-10 燃料盒及其中的燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005070061A JP2006253040A (ja) 2005-03-11 2005-03-11 燃料容器及び燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006253040A true JP2006253040A (ja) 2006-09-21

Family

ID=36994319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005070061A Abandoned JP2006253040A (ja) 2005-03-11 2005-03-11 燃料容器及び燃料電池システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20060210842A1 (ja)
JP (1) JP2006253040A (ja)
CN (1) CN100499236C (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266900A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Toshiba Corp 分析装置
JP5063935B2 (ja) * 2006-06-02 2012-10-31 東洋製罐株式会社 燃料電池カートリッジ用ポリエステル製容器
JP5104536B2 (ja) * 2008-05-16 2012-12-19 マックス株式会社 燃料充填容器及びガス燃焼式打込み工具
US11785944B2 (en) * 2020-08-29 2023-10-17 Innotect Phenolic aerosol sprays comprising thymol

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100533298B1 (ko) * 2002-09-30 2005-12-05 가부시끼가이샤 도시바 연료 전지 시스템
US20040247960A1 (en) * 2003-03-31 2004-12-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell system
JP2004342413A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Toshiba Corp 燃料電池システム
JP4245464B2 (ja) * 2003-11-28 2009-03-25 株式会社東芝 燃料電池
JP2006118392A (ja) * 2004-10-20 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd 多層樹脂配管及び多層樹脂容器

Also Published As

Publication number Publication date
CN1832238A (zh) 2006-09-13
CN100499236C (zh) 2009-06-10
US20060210842A1 (en) 2006-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101145125B1 (ko) 연료전지용 연료 카트리지
JP5312740B2 (ja) 柔軟性のあるライナーを具備する燃料カートリッジ
TWI281762B (en) Fuel cell
US8470933B2 (en) Coating for leak detection and method
JP2008500697A (ja) 燃料電池用の燃料をその場で生成する装置および方法
JP2009514148A (ja) 燃料が燃料ライナーの外側に貯蔵された燃料電池用の燃料カートリッジ
US9016319B2 (en) Relief valves for fuel cell systems
JP5518114B2 (ja) 燃料サプライおよび膜電極組立体スタックを具備するカートリッジ
KR20130026534A (ko) 연료전지용 연료 공급원
KR20080107486A (ko) 연료 친화성 재료를 구비한 연료전지 공급원
JP5587603B2 (ja) 燃料電池用燃料カートリッジを再充填する装置
JP2006253040A (ja) 燃料容器及び燃料電池システム
US20050019641A1 (en) Fuel tank for fuel-cell and fuel cell system
WO2007040239A1 (ja) 燃料電池用カップラとそれを用いた燃料電池
JP5248319B2 (ja) 操作抵抗を伴う燃料サプライシステム
WO2007083515A1 (ja) 燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池
Subramanian et al. A review on hydrogen fuel and storage system product design for PEM fuel cell vehicle applications
US8822888B2 (en) Fuel cartridge for fuel cells
KR101164503B1 (ko) 연료전지용 연료의 현장 제조를 위한 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080212

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20101119

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20101119