JP2008052955A - 燃料電池用燃料ボトルおよびこれを用いた燃料カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度などによって内圧が上昇する場合などでも、必要な耐圧性などの強度を確保できる燃料電池用燃料ボトルおよびこれを用いた燃料カートリッジを提供すること。
【解決手段】燃料電池用燃料が充填され先端のノズル部１１に燃料電池本体側と接続可能なカップラーが装着されるとともに、胴部横断面が略楕円形状とされてブロー成形されるボトル本体１２を備えた燃料電池用燃料ボトル１０で、ボトル本体１２の低延伸部分にピンチ部１３、１４を外方に突き出して成形してある。これにより、ボトル本体１２の底部や肩部などのパリソンに形成したピンチ部１３、１４の密着部分を大きくして、密着強度の向上を図るようにしている。
また、ハードケースに収納して使用することからピンチ部１３の形状が燃料ボトル１０の自立性などに影響を及ぼすこともなく、強度を高めることができるようになる。
【選択図】図１

Description

この発明は燃料電池用燃料ボトルおよびこれを用いた燃料カートリッジに関し、メタノール燃料電池のメタノール燃料を充填し、ハードケースに収納して押ボタンで押して流出させる場合のブロー成形ボトルの強度を確保できるようにしたものである。

液体燃料から直接発電することができる液体型燃料電池が種々開発されつつあり、メタノールを燃料とする直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）では、改質器を必要とせず小型にできることから携帯用電子機器の電源としての利用が注目されている。

特に、パッシブ方式とよばれる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）では、燃料電池本体側に設けた燃料タンクに液体燃料であるメタノールが入れられた燃料カートリッジを連結してメタノールを直接補給することが行われ、燃料供給用のポンプを必要とせず、一層の小型化を図ることができる。

このような直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）では、燃料であるメタノールを収縮性のあるボトル状の内側容器に入れ、その外側をハードケースで構成された外側容器で覆って保護した状態の燃料カートリッジが使用される（特許文献１参照）。
特開２００５−７１７１３号公報

このような燃料電池用のメタノール燃料が充填されたボトルをハードケースで覆った燃料カートリッジでは、ブロー成形されたボトルを収縮させてメタノールを流出させることが行われることからボトル自体には、収縮性やスクイズ性が要求され、比較的薄肉のものが使用される。

ところが、メタノールの沸点が低いことから、燃料カートリッジが車の中に置かれた場合など、外気温度によってボトルの内部圧力が高まることが考えられ、このような内圧が上昇した場合でも十分な強度を確保する必要がある。

この発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、外気温度などによって内圧が上昇する場合などでも、必要な耐圧性などの強度を確保できる燃料電池用燃料ボトルおよびこれを用いた燃料カートリッジを提供しようとするものである。

上記従来技術の有する課題を解決するためこの発明の請求項１記載の燃料電池用燃料ボトルは、燃料電池用燃料が充填され先端のノズル部に燃料電池本体側と接続可能なカップラーが装着されるとともに、ブロー成形されるボトル本体を備えた燃料電池用燃料ボトルであって、前記ボトル本体の低延伸部分に外方に突き出したノッチを有するピンチ部を成形してなることを特徴とするものである。

この燃料電池用燃料ボトルによれば、燃料電池用燃料が充填され先端のノズル部に燃料電池本体側と接続可能なカップラーが装着されるとともに、ブロー成形されるボトル本体を備えた燃料電池用燃料ボトルであって、前記ボトル本体の外方に突き出したノッチを有するピンチ部を成形してなり、ボトル本体の底部や肩部などのパリソンの低延伸部分にノッチを有するピンチ部を外側に突き出して成形することで、密着部分を大きくして、密着強度を向上できるようにしている。

これにより、ハードケースに収納して使用することからピンチ部の形状がボトルの自立性などに影響を及ぼすこともなく、強度を高めることができるようになる。

また、この発明の請求項２記載の燃料電池用燃料ボトルは、請求項１記載の構成に加え、前記外方に向かって突き出したピンチ部を、前記ボトル本体側に倒してなることを特徴とするものである。

この燃料電池用燃料ボトルによれば、前記外方に向かって突き出したピンチ部を、前記ボトル本体側に倒してなり、密着部分を大きくし、これを倒すことで、一層密着性を高め、強度向上を図るようにしている。

さらに、この発明の請求項３記載の燃料電池用燃料ボトルは、請求項１または２記載の構成に加え、前記燃料ボトルは、少なくとも環状オレフィン樹脂層を1層備えて成形されてなることを特徴とするものである。

この燃料電池用燃料ボトルによれば、前記燃料ボトルは、少なくとも環状オレフィン樹脂層を1層備えて成形されてなり、メタノールの透過性を防止したボトルにできるようになる。

また、この発明の請求項４記載の燃料電池用の燃料カートリッジは、前記請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ボトルが、押ボタンを備え内側にリブを備えたハードケース内に収納され、少なくとも前記燃料ボトルの前記ピンチ部と前記ピンチ近傍とのいずれかを当該ハードケースの前記リブで押圧してなることを特徴とするものである。

この燃料電池用の燃料カートリッジによれば、前記請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ボトルが、押ボタンを備え内側にリブを備えたハードケース内に収納され、前記燃料ボトルの前記ピンチ部および前記ピンチ部近傍、あるいは前記ピンチ部と前記ピンチ部近傍のいずれかを当該ハードケースの前記リブで押圧してなり、外側に突き出したピンチ部やその近傍あるいは、ボトル本体側に倒したピンチ部やその近傍をハードケースのリブで押圧して収納することで、ボトルの内圧が上昇した場合であってもボトルの変形が抑えられ、よってピンチ部の変形・開口を防止することができるとともに、リブで押圧することで、一層密着性を高め、強度向上を図ることができるようにしている。

この発明の請求項１記載の燃料電池用燃料ボトルによれば、燃料電池用燃料が充填され先端のノズル部に燃料電池本体側と接続可能なカップラーが装着されるとともに、ブロー成形されるボトル本体を備えた燃料電池用燃料ボトルであって、前記ボトル本体の低延伸部分に外方に突き出してピンチ部を成形したので、ボトル本体の底部や肩部などのパリソンの低延伸部分にピンチ部を外側に突き出してノッチを形成することで、密着部分を大きくして、密着強度を向上することができる。

これにより、ハードケースに収納して使用することからピンチ部の形状がボトルの自立性などに影響を及ぼすこともなく、ブロー成形ボトルの強度を高めることができる。

また、この発明の請求項２記載の燃料電池用燃料ボトルによれば、前記外方に向かって突き出したピンチ部を、前記ボトル本体側に倒すようにしたので、密着部分を大きくし、これを倒すことで、一層密着性を高め、ボトルの強度向上を図ることができる。

さらに、この発明の請求項３記載の燃料電池用燃料ボトルによれば、前記燃料ボトルは、少なくとも環状オレフィン樹脂層を1層備えて成形したので、環状オレフィン樹脂層の単層構造、環状オレフィン樹脂層を最内層や中間層とした多層構造などで構成することで、強度を確保するとともに、メタノール透過性を抑制したボトルにすることができる。

また、この発明の請求項４記載の燃料電池用の燃料カートリッジによれば、前記請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ボトルが、押ボタンを備え内側にリブを備えたハードケース内に収納され、前記燃料ボトルの前記ピンチ部および前記ピンチ部近傍、あるいは前記ピンチ部と前記ピンチ部近傍のいずれかを当該ハードケースの前記リブで押圧したので、外側に突き出したピンチ部やその近傍あるいは、ボトル本体側に倒したピンチ部やその近傍をハードケースのリブで押圧して収納することで、ボトルの内圧が上昇した場合であってもボトルの変形が抑えられ、よってピンチ部の変形・開口を防止することができるとともに、リブで押圧することで、一層密着性を高め、強度向上を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の燃料電池用燃料ボトルの一実施の形態にかかる正面図、平面図、底面図、側面図および部分拡大図である。また、図２はこの発明の燃料電池用燃料ボトルを用いた燃料カートリッジの一実施の形態にかかる正面図および断面図である。さらに、図３はこの発明の燃料電池用燃料ボトルの成形に用いるブロー金型の断面図、図４はこの発明の燃料電池用燃料ボトルを用いた燃料カートリッジの一実施の形態にかかる内部の正面図および部分拡大断面図、図５はこの発明の燃料ボトルの他の一実施の形態にかかる正面図、平面図、側面図および底面図である。

この燃料電池用燃料ボトル１０は、メタノールを燃料とする直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の燃料電池本体の燃料タンクに燃料を直接補給するパッシブ方式の燃料電池のためのメタノールを入れる燃料ボトルである。

この燃料ボトル１０は、図1に示すように、収縮性を有するプラスチックによりブロー成形されてメタノールを充填して使用されるものであり、先端にノズル部１１を有するとともに、横断面形状が、例えば略楕円形状のボトル本体１２を有する扁平なボトル状に成形されている。

この燃料ボトル１０では、ブロー成形の際のパリソン中心となるノズル部１１の中心Ｏnに対して、胴部となるボトル本体１２の略楕円形状の横断面において、ノズル部１１の中心Ｏｎを通る短軸方向で、中心Ｏnから前後端までの距離Ｌ1、Ｌ2が異なる長さとしてあり、ノズル部１１の中心Ｏnとボトル本体１２の中心Ｏbがずれた状態とされ、前面１２ａまでの距離Ｌ1が短く、後面１２ｂまでの距離Ｌ2が長くなっている。

これにより、この燃料ボトル１０を、図２に示す燃料カートリッジ２０のノズル部１１の中心から前後面側までの距離を２・Ｌ＝２・Ｌ2としたハードケース２１に収納することで、ボトル本体１２の前面１２ａ側にＬ2−Ｌ1分のスペースＳを確保することができ、このスペースＳを押ボタン２２の可動スペースとすることができる。

このような燃料ボトル１０をブロー成形する場合には、通常、パリソン中心とノズル中心Ｏnとを一致させるとともに、成形金型のパーティングラインＰＬ1およびボトル本体１２の底部のピンチ部１３をパリソン中心に合わせてブロー成形することが行なわれる。

このような通常のブロー成形で燃料ボトル１０を成形すると、ノズル中心Ｏnの前後面１２ａ，１２ｂのブロー比が中心からの距離Ｌ1、Ｌ2の違いにより異なることになって均一に延伸されず、ボトル本体１２の強度が均一にならなくなる。

そこで、この燃料ボトル１０では、図３に示すように、ボトル本体１２の一対の成形金型３０のパーティングラインＰＬを、例えば略楕円形状の横断面の短軸方向の略中央部で、ボトル中心Ｏbの長軸方向両側に配置するとともに、ボトル本体１２の底部のピンチ部１３も同様に、ボトル中心Ｏbの下部中央に配置して成形するようにしている。

このようなパーティングラインＰＬおよびボトル本体１２の底部のピンチ部１３により、ノズル中心Ｏnとボトル本体１２の中心Ｏbとが偏心した燃料ボトル１０であっても前後面１２ａ，１２ｂのブロー比を略一定にして均一に延伸することができ、強度を均一にすることができる。

また、この燃料ボトル１０では、ハードケース内に入れて燃料カートリッジとして使用することから、ボトル本体１２に自立性を必要としない一方、メタノールを入れた状態で、車内に置かれる場合など、外気温度が高くなると、メタノールの沸点が比較的低いことから蒸発によるボトル本体１２の内部圧力が上昇する場合がある。このような内部圧力の上昇による強度を確保する場合に、最も問題となるのが、ブロー成形の際のパリソンの低延伸部分である。この低延伸部分としては、ボトル本体１２の底部や肩部を挙げることができる。

そこで、この燃料ボトル１０では、図１中に拡大して示すように、ボトル本体１２の底部となるパリソン部分にピンチ部１３を、ボトル本体１２の外側に突き出すようにするとともに、その長さを長くして密着代を増大するようにしている。

さらに、このボトル本体１２の底部のピンチ部１３をブロー成形後、図１中に拡大して示すように、加熱する等でボトル本体１２側に倒すように成形したピンチ部１３ａとすることで、一層、ピンチ部１３ａの密着性を高めることができ、耐圧性を向上することができる。なお、ボトル本体１２の肩部のピンチ部１４に対しても同様にすることで、密着性を高め、耐圧性を向上することができる。

このような燃料ボトル１０は、メタノールを入れるとともに、押し出すことができる収縮性およびスクイズ性を有する必要があるとともに、メタノールの透過性を抑制する必要があり、使用合成樹脂素材として環状オレフィン樹脂層を少なくとも1層備えたものが好ましい。例えば、燃料ボトル１０を環状オレフィン樹脂の単層としたり、環状オレフィン樹脂を最内層や中間層に使用した多層構造として成形する。なお、多層構造における他の樹脂層には、ポリオレフィン（ＰＯ）系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ乳酸（ＰＬＡ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂などが好適に用いられ、また、多層構造における接着性樹脂層には、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）や酸変性ポリオレフィン樹脂などが好適に用いられる。

そして、この燃料ボトル１０には、その上端部に突き出して形成されたノズル部１１に燃料電池本体側と着脱可能に接続されるカップラー（図示省略）が装着される。

このカップラーとしては、互いにワンタッチで着脱可能な一対の嵌合凹凸部となるプラグおよびソケットを備え、例えば燃料ボトル１０側には、嵌合凸部となるプラグがノズル部１１に装着され、嵌合凹部となるソケットが燃料電池本体側に設けられ、プラグおよびソケットに弁機構としてばねなどで付勢された弁体がそれぞれ設けられ、互いを装着・連結した状態で連通して燃料を流出させることができ、分離・離脱した状態で密閉できる構造としたものなどが使用される。

このようなプラスチック製の燃料ボトル１０は、剛性を有し、燃料ボトル１０を内側に収納するとともに、外側から押圧し収縮させてメタノール燃料を押し出し可能な外側容器となるハードケースに収納されて燃料電池用の燃料カートリッジ２０が構成される。

この燃料カートリッジ２０のハードケース２１は、図２に示すように、燃料ボトル１０を内側に収納できるように前後面で分割された二分割構造とされ、前面部材２１aに押ボタン２２が設けられ、押ボタン２２の下端部を支点として内側に揺動させて押し込むことができるようにしてある。また、このハードケース２１には、燃料ボトル１０のノズル部１１を覆う外側ノズル部２１ｂが前面部材２１ａと後面部材２１ｃとのそれぞれに半割り状に突き出して形成してあり、外側ノズル部２１ｂの外周のねじ部に外側ノズル２１ｄをねじ込んでそれぞれを連結し、燃料ボトル１０のノズル部１１の外周を覆って保護し、さらにキャップ２３をかぶせて密封できるようにしてある。

したがって、この燃料カートリッジ２０では、ハードケース２１内に燃料ボトル１０のボトル本体１２の膨らみの少ない前面１２ａを押ボタン２２側として収納し、二つ割りの前面部材２１ａおよび後面部材２１ｃを合わせるように閉じた後、外側ノズル２１ｄをねじ込み、キャップ２３をねじ込むことで、燃料ボトル１０のほぼ全体を収納して密封した状態にできるとともに、押ボタン２２の可動スペースＳを確保することができる。

この燃料カートリッジ２０の密封状態からキャップ２３を取り外すことで、カップラーのプラグのみを露出させて燃料電池本体側に連結可能な状態とすることができ、この状態でプラグを燃料電池本体のソケットと連結した後、ハードケース２１の押ボタン２２を押すことで、内側の燃料ボトル１０のボトル本体１２の胴部の前面１２ａが押され、メタノール燃料を燃料ボトル１０から流出させて燃料電池本体側に供給することができる。

このようなハードケース２１に燃料ボトル１０を入れた状態の燃料カートリッジ２０として使用するが、ハードケース２１の剛性および強度を高めるため、図４に示すように、ハードケース２１の前面部材２１ａの内側の空間を利用して複数のリブ２４が形成してある。

これにより、燃料カートリッジ２０の剛性が高まり、またボトルの内圧上昇による変形を抑えることができる。

また、この燃料カートリッジ２０では、ハードケース２１の剛性および強度を高めるとともに、燃料ボトル１０のピンチ部１３，１３ａの内部圧力に対する耐圧強度を高めるため、図４中に拡大して示すように、ハードケース２１の前面部材２１ａの内側のリブ２４を利用してピンチ部１３を両側から挟むようにしたり、ボトル本体１２側に倒したピンチ部１３ａをハードケース２１の底部のリブ２４で下からから押えるようにしてある。

このように燃料ボトル１０の外方に突き出すピンチ部１３を両側から挟むようにしたり、外方に突き出すピンチ部１３をボトル本体１２側に倒したピンチ部１３ａを下から押えることで、ノズル部１１でボトル本体１２の上部が押えられた燃料ボトル１０全体でピンチ部１３ａを上下方向に実質的に挟んだ状態になり、これらピンチ部１３、１３ａを機械的に押えて一層内部圧力に対する強度を向上することができる。なお、ボトル本体１２の肩部に形成したピンチ部１４についても、ハードケース２１の対応する肩部にリブを形成して挟むようにすることで、一層内部圧力に対する強度を向上することができる。

なお、燃料カートリッジ20のハードケース21のリブで挟んで押圧する部分は、ピンチ部１３ａ，１３に限らず、これらピンチ部近傍であっても良く、ピンチ部とその近傍の両方を押圧して挟むようにして密着強度の向上を図るとともに、開口を防止するようにしても良い。

一方、このような燃料カートリッジ２０のハードケース２１では、前面部材２１ａの中央部に押ボタン２２が配置してあり、押ボタン２２の両側に空間がある。

そこで、このハードケース２１の押ボタン２２の両側の空間を利用して容量増大を図った燃料ボトル４０を使用することもでき、燃料ボトル１０と同一部分に同一記号を記し、説明する。

この容量増大を図った燃料ボトル４０は、例えば図５に示すように、燃料ボトル１０のボトル本体１２の前面１２ａの両側に外方に突き出した張り出し部４１を形成する。

この燃料ボトル４０により、燃料カートリッジ２０では、押ボタン２２の可動スペースＳを確保することができ、燃料ボトル１０に比べ、両側の張り出し部４１として膨らませた分だけメタノールの充填容量を増大することができる。

この張り出し部４１の大きさは、例えば、ノズル中心Ｏｎとボトル本体１２の中心Ｏbとがほぼ一致する状態であるノズル中心Ｏnからの距離Ｌ1とＬ2がほぼ等しく（Ｌ1≒Ｌ2）なる状態とされる。すなわち、通常の横断面が略楕円形状の扁平なボトルで、押ボタン２２が位置する部分のみを窪ませた形状と同様な形状となっている。

このような燃料電池用の燃料ボトル４０によれば、ハードケース２１に入れた燃料カートリッジ２０の状態では、張り出し部４１の間に押ボタン２２の可動スペースSを確保でき、燃料ボトルとしては、ハードケース２１の内部空間を有効に利用して燃料ボトル４０の容量を両側の張り出し部４１で最大限大きくすることができる。

また、この燃料ボトル４０でも、すでに説明した燃料ボトル１０と同様に、ピンチ部１３、１３ａ、１４を外側に突き出すとともに、密着代を長くしたり、高延伸にできるようにして耐圧強度を高めるようにする。そして、燃料カートリッジ２０を構成する場合にも、ハードケース２１のリブ２４でピンチ部１３、１３ａ、１４を挟むようにしたり、下から押えるようにして、一層の耐圧強度の向上を確保するようにする。

この発明の燃料電池用燃料ボトルの一実施の形態にかかる正面図、平面図、底面図、側面図および部分拡大図である。 この発明の燃料電池用燃料ボトルを用いた燃料カートリッジの一実施の形態にかかる正面図および断面図である。 この発明の燃料電池用燃料ボトルの成形に用いるブロー金型の断面図である。 この発明の燃料電池用燃料ボトルを用いた燃料カートリッジの一実施の形態にかかる内部の正面図および部分拡大断面図である。 この発明の燃料ボトルの他の一実施の形態にかかる正面図、平面図、側面図および底面図である。

符号の説明

１０ 燃料ボトル
１１ ノズル部
１２ ボトル本体
１２ａ 前面
１２ｂ 後面
１３ ピンチ部
１３ａ ピンチ部
１４ ピンチ部
２０ 燃料カートリッジ
２１ ハードケース
２１ａ 前面部材
２１ｂ 外側ノズル部
２１ｃ 後面部材
２１ｄ 外側ノズル
２２ 押ボタン
２３ キャップ
２４ リブ
３０ 成形金型
Ｌ,Ｌ1，Ｌ2， ノズル中心からの距離
Ｏn ノズル中心
Ｏb ボトル中心
Ｏp パリソン中心
ＰＬ、ＰＬ1 パーティングライン

Claims (4)

1. 燃料電池用燃料が充填され先端のノズル部に燃料電池本体側と接続可能なカップラーが装着されるとともにブロー成形されるボトル本体を備えた燃料電池用燃料ボトルであって、
   前記ボトル本体の外方に突き出してピンチ部を成形してなることを特徴とする燃料電池用燃料ボトル。
2. 前記外方に向かって突き出したピンチ部を、前記ボトル本体側に倒してなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用燃料ボトル。
3. 前記燃料ボトルは、少なくとも環状オレフィン樹脂層を1層備えて成形されてなることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用燃料ボトル。
4. 前記請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ボトルは、押ボタンを備え内側にリブを備えたハードケース内に収納され、少なくとも前記燃料ボトルの前記ピンチ部と前記ピンチ部近傍とのいずれかを当該ハードケースの前記リブが押圧してなることを特徴とする燃料電池用の燃料カートリッジ。
   
   

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