JP2011014312A - 燃料電池用樹脂配管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸敗燃料油に対する耐油性に優れ、かつ管体と継手との接合部の水密性にも優れた燃料電池用樹脂配管およびその製造方法を提供する。
【解決手段】内面樹脂層３および継手６を、ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体により形成することにより、この樹脂が流通流体と接触する表面のすべてを覆う構造にするとともに、一体化した管体２と継手６の接合部では、同じ樹脂の内面樹脂層３と継手６とが溶融接着により高い水密性で一体化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池用樹脂配管およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、酸敗燃料油に対する耐油性に優れ、かつ管体と継手との接合部の水密性にも優れた燃料電池用樹脂配管およびその製造方法に関するものである。

近年、燃料電池の開発が盛んになっており、自動車に搭載される自動車用燃料電池や各種施設、住宅等に設置される定置型燃料電池など、様々な用途に燃料電池が利用されるようになっている。

ところで、灯油や軽油を原燃料とする定置型燃料電池では、原燃料から水素を取り出す触媒反応で燃料油成分が低分子量化するとともに、ラジカル化、パーオキシ・ラジカル化した、いわゆる酸敗燃料油が配管を流れることが明らかになってきた。一般に酸敗燃料油は、樹脂材料に大きなダメージを与えることが知られており、燃料電池用配管を樹脂化する際には、酸敗燃料油に対する耐油性に優れていることが必要である。特に、このような酸敗燃料油の樹脂材料に対する悪影響は、高温の環境下で顕著になるため、高温の酸敗燃料油に対して実用に耐え得る耐油性を有していることが求められる。

従来、ガソリンや軽油等の燃料油を流通させる樹脂ホースが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、酸敗燃料油の樹脂ホースに対する悪影響が大きく問題視されることがなく、また、特許文献１等の従来の樹脂ホースは、酸敗した灯油や軽油等の燃料油を流通させることを前提したものではなかった。そのため、従来の樹脂ホースを連結して酸敗燃料油を流通させようとすれば、樹脂ホースの内面層のみならず、継手についても酸敗燃料油に対する耐油性に優れた仕様にする必要があり、特別な仕様の継手を別途用意する必要があった。また、樹脂ホースと継手とを耐油性に優れた仕様にした場合であっても、互いの接合部での水密性を確保することが容易ではなく、十分な水密性が確保できなければ、酸敗燃料油により樹脂ホースの他の部分（材質）が侵されるため、実用に耐え得るようにすることは困難であった。

特開２００５−２６２６７３号公報

本発明の目的は、酸敗燃料油に対する耐油性に優れ、かつ管体と継手との接合部の水密性にも優れた燃料電池用樹脂配管およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の燃料電池用樹脂配管は、同軸状に積層する内面樹脂層と外面樹脂層との間に接着樹脂層を介在させて一体化して構成した管体を有する燃料電池用樹脂配管であって、前記内面樹脂層が、ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体からなり、前記外面樹脂層が酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂からなり、前記接着樹脂層がナイロン１２からなり、前記管体の長手方向端部に、前記内面樹脂層と同じ樹脂からなる継手を一体的に設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の燃料電池用樹脂配管の製造方法は、内面樹脂層および外面樹脂層と、これら両層の間に配置される接着樹脂層とを同軸状に積層するように押出すことにより、一体化した管体を成形する燃料電池用樹脂配管の製造方法であって、前記内面樹脂層の成形材料としてポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体を押出し、前記外面樹脂層の成形材料として酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂を押出し、前記接着樹脂層の成形材料としてナイロン１２を押出し、前記内面樹脂層と同じ樹脂によって前記管体とは別に成形する継手を、前記管体の長手方向端部に溶融接着させて一体化することを特徴とするものである。

本発明によれば、内面樹脂層および継手を、ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体により形成するので、この樹脂が流通流体と接触する表面のすべてを覆う構造になり、酸敗燃料油に対して優れた耐油性を有する仕様となる。したがって、酸敗した灯油や軽油が流通する定置型燃料電池に用いる樹脂配管として、耐久性よく使用することができる。また、内面樹脂層と継手とが同じ樹脂なので、溶融接着により互いを高い水密性で一体化させることが可能となり、管体と継手との接合部から酸敗燃料油が漏出して接着樹脂層や外面樹脂層を侵すような不具合を回避することができる。

本発明の燃料電池用樹脂配管を側面上半分を断面にして例示する側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の燃料電池用樹脂配管を製造する方法を例示する説明図である。 図１の燃料電池用樹脂配管を製造する別の方法を例示する説明図である。

以下、本発明の燃料電池用樹脂配管およびその製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１および図２に例示するように、この燃料電池用樹脂配管１（以下、樹脂配管１という）は、管体２と、管体２の長手方向端部に一体的に設けられた継手６とから構成されている。管体２は、内面樹脂層３と外面樹脂層４との間に接着樹脂層５を介在させて同軸状に積層して一体化した構成になっている。

管体２を流通する流体と接触する内面樹脂層３は、ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以下、ＥＦＥＰという）、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥという）から形成されており、酸敗した灯油や軽油等の燃料油に対して優れた耐油性を有している。したがって、水素を取り出す触媒反応で燃料油成分が低分子量化し、かつラジカル化、パーオキシ・ラジカル化した、いわゆる酸敗燃料油が流れる定置型燃料電池用配管として用いる場合であっても、これら酸敗燃料油に侵されることなく、高温下であっても十分に耐えることができる。

ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するＥＦＥＰとしては、ネオフロン（登録商標）ＥＦＥＰ（ＲＰ−５０００、ダイキン工業（株）製）等を例示できる。カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するＥＴＦＥとしては、Ｆｌｕｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥ（ＡＨ−２０００、旭硝子（株）製）等を例示できる。

外面樹脂層４は、酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂から形成されており、クリープする内面樹脂層３の変形を抑制して、補強部材として機能するようにしている。外面樹脂層４を形成する樹脂としては、その他に、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエステル樹脂等を例示することができる。

接着樹脂層５はナイロン１２から形成されており、内面樹脂層３および外面樹脂層４の材質との接着性が良好であるので、管体２は各層が強固に接着されて一体化している。接着樹脂層５を形成する樹脂としては、その他に、メタキシリレンジアミン−アジピン酸共重合樹脂（ポリアミドＭＸＤ６）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等を例示することができる。接着樹脂層５にナイロン１２を用いることにより、特に、耐水性がＥＶＯＨに比して優れ、熱老化時の寸法安定性がＭＸＤ６に比して優れるという効果がある。

継手６は、内面樹脂層３と同じ樹脂、即ち、ＥＦＥＰまたはＥＴＦＥから形成され、管体２の長手方向端部に溶融接着されて管体２と一体化している。継手６に用いる樹脂は、内面樹脂層３と同じ樹脂を主成分とするものであるが、補強のためガラス繊維、炭素繊維等の補強繊維を配合した樹脂を用いることもできる。また、レーザ溶着の際の発熱を助けるため（レーザ光を吸収させるため）に、カーボンブラック等を添加することもできる。

この継手６は、管体２の長手方向端部の一方または両方に設け、その形状は特に限定されるものではなく、樹脂配管１どうしや樹脂配管１と接続するその他の部品と連結できる形状であればよい。内面樹脂層３と継手６とが同じ樹脂なので、溶融接着により互いを高い水密性で一体化させることができる。

このように、本発明の樹脂配管１は、流通する流体と接触する表面のすべてが、ＥＦＥＰまたはＥＴＦＥにより形成され、覆われた構造になっている。したがって、樹脂配管１どうしを連結し、或いは樹脂配管１を他の部品と連結して使用する際に、酸敗した灯油、軽油等が流通しても、これら酸敗燃料油によって管体２および継手６が大きなダメージを受けることなく、長期にわたって使用することができる。

従来のように酸敗燃料油に対する耐油性に優れた特別な継手を用意する必要もなく、配管設計の自由度も大きくなる。管体２と継手６との接合部においては、同じ樹脂の内面樹脂層３と継手６とが溶融接着しているので水密性が高く、管体２と継手６との接合部から酸敗燃料油が漏出して接着樹脂層５や外面樹脂層４を侵すような不具合を回避することでき、樹脂配管１の耐久性を一層向上させることが可能になる。

次いで、この樹脂配管１の製造方法について説明する。

図３に例示するように、管体２と継手６とを別々に成形する。管体２は、内面樹脂層３、外面樹脂層４および接着樹脂層５を形成する成形材料を、それぞれの押出し機から管状に共押出しすることにより成形する。内面樹脂層３の成形材料として、ＥＦＥＰまたはＥＴＦＥを押出し、外面樹脂層４の成形材料として酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂を押出し、接着樹脂層５の成形材料としてナイロン１２を押出す。これにより、各層が一体的に接着して同軸状に積層された管体２が完成する。継手６は、内面樹脂層３と同じ樹脂を成形ダイに射出することにより、所定形状に形成する。

上記のように成形した管体２の長手方向端部を、継手６の突出口部に外嵌して密着させ、密着させた部分にレーザ溶着用のレーザを照射して互いを溶融接着する。溶融接着させる部分は黒塗りしておく。この方法によれば、精度よく簡便に管体２と継手６とを一体化することができる。

次いで、図４に基づいて樹脂配管１の別の製造方法を説明する。

管体２は、上記で説明した同様の方法によって予め形成しておく。次いで、管体２の長手方向端部を、継手６を成形する成形ダイ７に挿入する。次いで、成形ダイ７の所定形状のキャビティ７ａに内面樹脂層３と同じ樹脂Ｍを射出して所定形状の継手６を形成する。これと同時に、射出された溶融状態の樹脂Ｍを管体２の長手方向端部に溶融接着させる。これにより、継手６の成形工程と、継手６の管体２との溶融接着工程を同時に行なうことができ、樹脂配管１の製造工程を簡略化することができる。

本発明において、内面樹脂層３としてＥＴＦＥを用いる場合、分解開始温度が２８０℃以上であり、従来、耐油性に優れた材質として樹脂配管の内面樹脂層に用いられていた変性フッ素樹脂の分解開始温度（２７０℃程度）よりも高いものであるため、上記のような樹脂配管１の製造工程における押出しや射出成形において、内面樹脂層３や継手６を成形する際の加熱温度の制約が少なくなるという利点がある。即ち、本発明によれば、従来に比べて樹脂配管１を製造する際の加工温度を上げることができ、これに伴い、部材の溶融接着強度の向上や加工時間の短縮、即ち、生産性の向上を図ることが容易になる。

１ 燃料電池用樹脂配管
２ 管体
３ 内面樹脂層
４ 外面樹脂層
５ 接着樹脂層
６ 継手
７ 成型ダイ
７ａ キャビティ

Claims (4)

1. 同軸状に積層する内面樹脂層と外面樹脂層との間に接着樹脂層を介在させて一体化して構成した管体を有する燃料電池用樹脂配管であって、前記内面樹脂層が、ポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体からなり、前記外面樹脂層が酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂からなり、前記接着樹脂層がナイロン１２からなり、前記管体の長手方向端部に、前記内面樹脂層と同じ樹脂からなる継手を一体的に設けた燃料電池用樹脂配管。
2. 内面樹脂層および外面樹脂層と、これら両層の間に配置される接着樹脂層とを同軸状に積層するように押出すことにより、一体化した管体を成形する燃料電池用樹脂配管の製造方法であって、前記内面樹脂層の成形材料としてポリマー鎖末端または側鎖にカーボネート基および／またはカルボン酸ハライド基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または、カルボキシ基および／またはカルボン酸無水物基を有するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体を押出し、前記外面樹脂層の成形材料として酸変性ポリプロピレン樹脂またはナイロン樹脂を押出し、前記接着樹脂層の成形材料としてナイロン１２を押出し、前記内面樹脂層と同じ樹脂によって前記管体とは別に成形する継手を、前記管体の長手方向端部に溶融接着させて一体化する燃料電池用樹脂配管の製造方法。
3. 前記継手を前記管体の長手方向端部にレーザ溶着により溶融接着させる請求項２に記載の燃料電池用樹脂配管の製造方法。
4. 前記管体の長手方向端部を、前記継手を成形する成形ダイに挿入しておき、該成形ダイに成形材料を射出して前記継手を成形するとともに、管体の長手方向端部に溶融接着させる請求項２に記載の燃料電池用樹脂配管の製造方法。

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