JP2015111494A - 燃料貯蔵体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱的な異常が生じた燃料貯蔵体の再利用を防止することができる技術を提供する。【解決手段】燃料貯蔵体１は、燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部２と、燃料貯蔵部２から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、燃料供給経路に隣接してまたは燃料供給経路の内部に配置され、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備える。閉鎖手段は、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材６０を含む。燃料供給経路は、所定温度以上となった場合に、融解した低融点部材６０により塞がれる。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料貯蔵体に関する。より具体的には、本発明は、燃料電池に使用する燃料貯蔵体に関する。

燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待されている。また、燃料電池は、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴があり、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池の一つの形態として、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている。

特開２００７−５９３２６号公報

燃料電池に燃料を供給するために、水素などの燃料が収容された燃料貯蔵体（以下、燃料カートリッジともいう）が使用されることが多い。燃料貯蔵体として、内容物が外部に漏出することを防止する構造が知られている。たとえば特許文献１には、燃料の噴出速度を抑制する燃料噴出抑制部を圧力開放弁に隣接して配置させた燃料カートリッジが開示されている。この燃料カートリッジでは、燃料噴出抑制部を有することにより、圧力開放弁の作動中に水素吸蔵合金の外部への噴出が防止できるとされている。

しかし、特許文献１に開示された燃料カートリッジでは、圧力開放弁の作動後に安全性を確保することができなかった。つまり、この燃料カートリッジは、一度作動させた後に再度使用すると、燃料である水素が漏出してしまうおそれがあるという問題があった。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、ユーザによる燃料貯蔵体の再利用を防止することができる技術を提供することにある。

本発明のある態様は、燃料貯蔵体である。当該燃料貯蔵体は、燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部と、燃料貯蔵部から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、燃料供給経路に隣接してまたは燃料供給経路の内部に配置され、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備える。閉鎖手段は、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材を含む。燃料供給経路は、所定温度以上となった場合に、融解した低融点部材により塞がれる。

この態様によれば、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、ユーザによる燃料貯蔵体の再利用および燃料貯蔵体からの燃料の漏出を防止することができる。また、燃料貯蔵体への燃料の再充填も防止される。その結果、燃料貯蔵体の安全性を向上させることができる。

本発明の別の態様も、燃料貯蔵体である。当該燃料貯蔵体は、燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部と、燃料貯蔵部から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、燃料供給経路に隣接してまたは燃料供給経路の内部に配置され、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備える。閉鎖手段は、燃料供給経路を開閉する開閉部と、開閉部を押圧して開閉部の開閉状態を制御し燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材と、を含む。低融点部材は、燃料電池が燃料貯蔵体に接続された場合に、開閉部と燃料電池の押圧部との間に配置される。燃料供給経路が所定温度以上となった場合、低融点部材が融解して燃料電池の押圧部による低融点部材を介した開閉部の押圧が抑止されて開閉部が閉状態となることにより、燃料供給経路の燃料の通過が抑制される。

この態様によれば、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、燃料貯蔵体からの燃料の供給をさらに効率的に防止することができる。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、燃料貯蔵体からの燃料の漏出を防止することができる。

実施の形態１に係る燃料貯蔵体の各部材を模式的に示す斜視図である。 実施の形態１に係る燃料貯蔵体の接続ポートを示す断面図である。図２（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポートを示す断面図である。図２（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における接続ポートを示す断面図である。 実施の形態２に係る燃料貯蔵体の接続ポートを示す断面図である。図３（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポートを示す断面図である。図３（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となり、低融点部材が凝固する前における接続ポートを示す断面図である。図３（Ｃ）は、燃料供給経路が所定温度以上となり、低融点部材が凝固した後における接続ポートを示す断面図である。 実施の形態３に係る燃料貯蔵体の接続ポートを示す断面図である。図４（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポートを示す断面図である。図４（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における接続ポートを示す断面図である。 弾性体調整部の円筒部の底面に設けられた通気孔の変形例を示す概略図である。図５（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における通気孔を示す概略図である。図５（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における通気孔を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。なお、各図は、主に各構成の機能やつながりを模式的に示した図であり、各構成の位置関係または配置を限定するものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態の燃料貯蔵体１は、燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部２と、燃料貯蔵部２から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、燃料供給経路に隣接してまたは燃料供給経路の内部に配置され、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備える。閉鎖手段は、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材６０を含む。燃料供給経路は、所定温度以上となった場合に、融解した低融点部材６０により塞がれる。

本実施の形態の燃料貯蔵体１を、図１および図２を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料貯蔵体１の各部材を模式的に示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る燃料貯蔵体１の接続ポート８を示す断面図である。図２（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポート８を示す断面図である。図２（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における接続ポート８を示す断面図である。なお、図２では図１に示した燃料電池側ポート１００および燃料貯蔵部２の一部の図示を省略する。

図１に示すように、燃料貯蔵体１は、主な構成として、燃料貯蔵部２、ポート筐体１０、ピン２０、Ｏ−リング３０、ボール４０、弾性体５０、低融点部材６０、メッシュ７０、弾性体調整部８０、フィルタ９０を有する。ここでは、図１に示した燃料貯蔵体１の各部材のうち、燃料貯蔵部２に設けられた供給口４、ポート筐体１０、ピン２０、Ｏ−リング３０、ボール４０、弾性体５０、低融点部材６０、メッシュ７０、弾性体調整部８０、フィルタ９０が組み付けられた構造を接続ポート８と呼ぶ。

燃料貯蔵部２は、燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料カートリッジである。本実施の形態では、燃料は水素である。燃料貯蔵部２には、水素吸蔵合金（ＭＨ）が収容されている。水素吸蔵合金は、水素を吸収して貯蔵する。水素は、燃料貯蔵部２に設けられた供給口４を介して貯蔵および供給される。また、燃料貯蔵部２には、圧力開放弁６が取り付けられている。圧力開放弁６は、燃料貯蔵部２の内部の温度が上昇した場合に、内圧の上昇を防止するために開放される。この場合、燃料貯蔵部２の内部から外部へと燃料である水素が放出される。

ポート筐体１０は、接続ポート８の筐体である。ポート筐体１０は、凹部１２、一端が凹部１２とは反対方向に開放された円筒部１６、凹部１２の底面と円筒部１６の底面とを接続する通気孔１４を有する。弾性体調整部８０は、ポート筐体１０と燃料貯蔵部２とを接続する部材である。弾性体調整部８０は、ポート筐体１０の円筒部１６に収容される円筒部８２、燃料貯蔵部２の供給口４を挿入しするための図２に示す凹部８８、円筒部８２の底面８４と凹部８８とを接続する通気孔８６を有する。円筒部１６に円筒部８２が収容されることによりポート筐体１０と弾性体調整部８０とが組み付けられた場合、図２に示すようにポート筐体１０と弾性体調整部８０の内部に空間が形成される。

ポート筐体１０と弾性体調整部８０との内部に形成された空間には、ピン２０、Ｏ−リング３０、ボール４０、弾性体５０、低融点部材６０、メッシュ７０が収容される。図２（Ａ）の点線で示すように、燃料貯蔵部２から接続ポート８の内部に形成された空間を通って燃料電池に通じる経路を、燃料供給経路と呼ぶ。

ピン２０は、通気孔１４にスライド可能に収容される。ピン２０が収容された状態でも、燃料である水素は通気孔１４を通過可能である。Ｏ−リング３０は、通気孔３２を有し、断面が円形で耐熱性を有する弾性体である。ボール４０は、金属製の球体であり、耐熱性を有する。ボール４０の直径は、Ｏ−リング３０の通気孔３２の直径より大きい。Ｏ−リング３０とボール４０とが同軸にて接触した場合、燃料供給経路が遮断されることにより、接触部における燃料の通過が防止される。弾性体５０は、金属製のバネである。弾性体５０は、一端が弾性体調整部８０の円筒部８２の底面８４に固定され、他端がボール４０に固定されている。

低融点部材６０は、燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する円筒形状の部材である。本実施の形態では、低融点部材６０が閉鎖手段として機能する。低融点部材６０は円筒部８２の内壁面に沿うように配置される。一方、低融点部材６０の内径は、弾性体５０を収容可能に形成されている。低融点部材６０の融点は、約６０〜約７０℃であることが好ましい。また、低融点部材６０はガス不透過性であることが好ましい。このような低融点部材６０の原料として、たとえばウッドメタル、ビスマス、スズ、樹脂などを使用することができる。

メッシュ７０は、弾性体調整部８０の円筒部８２に固定される。メッシュ７０は、燃料を透過させるが融解した低融点部材６０を透過させない。フィルタ９０は、弾性体調整部８０と燃料貯蔵部２の供給口４との間に固定されることにより、融解した低融点部材６０が燃料貯蔵部２の内部に入ること、および燃料貯蔵部２の内部の水素吸蔵合金が外部に噴出されることを防止する。フィルタ９０が通気孔８６の一端に固定されることにより、融解した低融点部材６０の貯溜部が形成される。

図１の軸Ｌで示すように、ポート筐体１０、ピン２０、Ｏ−リング３０、ボール４０、弾性体５０、低融点部材６０、メッシュ７０、弾性体調整部８０、フィルタ９０、燃料貯蔵部２が同軸となるように組み付けられ、燃料貯蔵体１が形成される。また、燃料貯蔵体１は、ポート筐体１０を介して、図示しない燃料電池側に設けられた燃料電池側ポート１００に接続される。具体的には、燃料電池側ポート１００の凸部１０２がポート筐体１０の凹部１２に、燃料電池側ポート１００のピン１０４がポート筐体１０の通気孔１４に、それぞれ挿入される。燃料電池側ポート１００は、燃料電池自体に備えられていてもよい。または、燃料電池側ポート１００が図示しないガス流体制御部品（レギュレータなど）に備えられ、燃料電池がガス流体制御部品に接続されていてもよい。

ボール４０は弾性体５０によってＯ−リング３０の方向に押圧されている（以下、応力Ａ）。燃料貯蔵体１が燃料電池側ポート１００に接続された場合、図示しない燃料電池側ポート１００のピン１０４により押圧されたピン２０によって、ボール４０はＯ−リング３０とは反対の方向にも押圧されている（以下、応力Ｂ）。本実施の形態では、燃料供給経路の温度にかかわらず、応力Ａよりも応力Ｂの方が強い。そのため、燃料貯蔵体１が燃料電池側ポート１００に接続された場合には、図２に示すように、ボール４０とＯ−リング３０とが接触しない状態が維持されている。

また、燃料供給経路が所定温度以上となる前には、低融点部材６０は円筒形状を維持している。そのため、図２（Ａ）の点線で示したように、燃料供給経路が形成されている。一方、燃料供給経路が所定温度以上となった場合、融解した低融点部材６０は弾性体調整部８０の底面８４および通気孔８６を移動し、通気孔８６内のメッシュ７０やフィルタ９０により保持される。その後、再び燃料供給経路が所定温度未満となった場合、通気孔８６が低融点部材６０により塞がれた状態にて低融点部材６０が凝固する。これにより、燃料供給経路が遮断されることにより、燃料貯蔵体１の接続ポート８を通じた燃料電池への燃料の供給が抑制される。

本実施の形態によると、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、ユーザによる燃料貯蔵体の再利用および燃料貯蔵体からの燃料の供給を防止することができる。また、燃料貯蔵体への燃料の再充填も防止される。その結果、燃料貯蔵体の安全性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では燃料貯蔵部２として水素吸蔵合金が収容されたＭＨカートリッジを例示したが、燃料貯蔵部２はＭＨカートリッジ以外の燃料カートリッジ、たとえば燃料を単純に耐圧容器に充填したカートリッジまたは液体燃料カートリッジなどであってもよい。また、本実施の形態では燃料貯蔵部２に収容される燃料が水素である場合を示したが、燃料は水素以外の物質、たとえばメタノールなどであってもよい。また、燃料貯蔵体１が上下逆向きに使用される可能性がある場合、フィルタをたとえばＯ−リング３０の周辺などにも配置してもよい。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る燃料貯蔵体１の接続ポート８を示す断面図である。図３（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポート８を示す断面図である。図３（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となり、低融点部材６０が凝固する前における接続ポート８を示す断面図である。図３（Ｃ）は、燃料供給経路が所定温度以上となり、低融点部材６０が凝固した後における接続ポート８を示す断面図である。以下、実施の形態２に係る燃料貯蔵体１の接続ポート８について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

実施の形態２の燃料貯蔵体１では、燃料供給経路から分岐しまたは燃料供給経路に接続され、燃料貯蔵部の内部の圧力を解放するための圧力開放部６２をさらに備えている。圧力開放部６２は、組み付け後のポート筐体１０および弾性体調整部８０の側面に形成され、接続ポート８の内部に形成された空間と外部とを接続している。圧力開放部６２は、図１の燃料貯蔵部２に設けられた圧力開放弁６として機能する。そのため、本実施の形態では、燃料貯蔵部２には圧力開放弁６が設けられていない。

図３（Ａ）に示すように、本実施の形態では、閉鎖手段として機能する低融点部材６０は、融解前には圧力開放部６２を塞ぐように配置されている。そのため、燃料供給経路が所定温度以上となる前には、圧力開放部６２から燃料が外部に漏れることが抑制される。

一方、燃料供給経路が所定温度以上となった場合、低融点部材６０が融解して圧力開放部６２から底面８４、通気孔８６へと移動する。図３（Ｂ）に示すように、低融点部材６０が凝固する前には、低融点部材６０の隙間を通って、または低融点部材６０を貫通して、燃料が通気孔８６を通過可能である。そのため、点線で示すように、燃料は通気孔８６から圧力開放部６２を経て燃料貯蔵体１の外へと放出される。これにより、燃料貯蔵体１の内部における燃料が高圧になることが抑制される。

その後、図３（Ｃ）に示すように、低融点部材が凝固した場合には、通気孔８６が塞がれる。これにより、図２（Ｂ）と同様に、燃料貯蔵体１の接続ポート８を通じて燃料電池への燃料の供給が抑制される。また、燃料貯蔵体１への燃料の再充填も防止される。

本実施の形態によると、実施の形態１の効果に加えて、燃料貯蔵体１の内部が高圧になることを簡易に抑制することができる。

なお、フィルタ９０と同様のフィルタを圧力開放部６２の外側に設け、融解した低融点部材６０の流失を防止してもよい。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る燃料貯蔵体１の接続ポート８を示す断面図である。図４（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における接続ポート８を示す断面図である。図４（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における接続ポート８を示す断面図である。以下、実施の形態３に係る燃料貯蔵体１の接続ポート８について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

実施の形態３の燃料貯蔵体１では、円筒形状の低融点部材６０が設けられていない。これに代えて、ピン２０が低融点材料により形成されている。本実施の形態では、ピン２０に加えて、燃料供給経路の開閉部を形成するボール４０およびＯ−リング３０も閉鎖手段として機能する。

図４（Ａ）に示すように、燃料供給経路が所定温度以上となる前には、図２（Ａ）と同様に、燃料電池側ポート１００のピン１０４により押圧されたピン２０がボール４０を押圧することにより、ボール４０とＯ−リング３０とが接触しない状態が維持される。この場合、燃料供給経路を燃料が通過可能であるため、燃料貯蔵体１から燃料電池へと燃料が供給される。一方、燃料供給経路が所定温度以上となった場合、図４（Ｂ）に示すようにピン２０が融解する。これにより、ピン２０を介した燃料電池側ポート１００のピン１０４からボール４０に対する押圧状態が解除され、ボール４０の押圧が抑止される。つまり、ピン１０４は、最も押し込まれた状態となっても、ボール４０を押圧することができない。そのため、上述した応力Ａのみによりボール４０がＯ−リング３０に押圧される結果、燃料供給経路が塞がれる。また、融解した低融点材料が、接合した状態にあるボール４０とＯ−リング３０の上に溜まり、その後凝固することにより、さらに確実に燃料供給経路が塞がれる。また、ピン２０が融解した場合、燃料貯蔵体１を燃料電池側ポート１００から一度取り外して再度接続したとしても、ピン１０４がボール４０を押圧することはできない。

本実施の形態によると、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、燃料貯蔵体からの燃料の供給をさらに効率的に防止することができる。また、燃料貯蔵体１への燃料の再充填も防止される。

なお、実施の形態１の燃料貯蔵体１と同様に、融解した低融点材料が移動して通気孔８６を塞ぐようにしてもよい。

（変形例１）
図５は、弾性体調整部８０の円筒部８２の底面８４に設けられた通気孔８６の変形例を示す概略図である。図５（Ａ）は、燃料供給経路が所定温度以上となる前における通気孔８６を示す概略図である。図５（Ｂ）は、燃料供給経路が所定温度以上となった後における通気孔８６を示す概略図である。

本変形例では、通気孔８６はＳ字管状に形成されている。図５（Ａ）に示すように、燃料供給経路が所定温度以上となる前には、通気孔８６には低融点部材６０が存在しない。そのため、燃料は通気孔８６を通過することができる。一方、図５（Ｂ）に示すように、燃料供給経路が所定温度以上となって低融点部材６０が融解して通気孔８６に流入した場合、通気孔８６の湾曲部が貯溜部となり、低融点部材６０が効率的に貯溜される。そのため、燃料は通気孔８６を通過することができない。これにより、さらに確実に通気孔８６を塞ぐことが可能となる。

本変形例によると、燃料供給経路に熱的な異常が生じて一度所定温度以上となった場合に、燃料貯蔵体からの燃料の供給をさらに効率的に防止することができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

１ 燃料貯蔵体、２ 燃料貯蔵部、４ 供給口、６ 圧力開放弁、８ 接続ポート、１０ ポート筐体、２０ ピン、３０ Ｏ−リング、４０ ボール、５０ 弾性体、６０ 低融点部材、７０ メッシュ、８０ 弾性体調整部、９０ フィルタ、１００ 燃料電池側ポート

Claims (4)

1. 燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部と、
   前記燃料貯蔵部から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、
   前記燃料供給経路に隣接してまたは前記燃料供給経路の内部に配置され、前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合に前記燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備え、
   前記閉鎖手段は、前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材を含み、
   前記燃料供給経路は、所定温度以上となった場合に、融解した低融点部材により塞がれることを特徴とする燃料貯蔵体。
2. 前記低融点部材は、融解前には燃料が前記燃料供給経路を通過可能な状態にて前記燃料供給経路の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料貯蔵体。
3. 前記燃料供給経路から分岐しまたは前記燃料供給経路に接続され、前記燃料貯蔵部の内部の圧力を解放するための圧力開放部をさらに備え、
   前記低融点部材は、融解前には前記圧力開放部を塞ぐように配置され、前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解して前記圧力開放部から前記燃料供給経路へと移動することにより、前記圧力開放部から燃料を放出可能にするとともに、前記燃料供給経路を塞ぐことを特徴とする請求項１に記載の燃料貯蔵体。
4. 燃料電池に供給する燃料を貯蔵するための燃料貯蔵部と、
   前記燃料貯蔵部から燃料電池に燃料を供給するための燃料供給経路と、
   前記燃料供給経路に隣接してまたは前記燃料供給経路の内部に配置され、前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合に前記燃料供給経路を塞ぐ閉鎖手段と、を備える燃料貯蔵体であって、
   前記閉鎖手段は、前記燃料供給経路を開閉する開閉部と、前記開閉部を押圧して前記開閉部の開閉状態を制御し前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合に融解する低融点部材と、を含み、
   前記低融点部材は、前記燃料電池が前記燃料貯蔵体に接続された場合に、前記開閉部と前記燃料電池の押圧部との間に配置され、
   前記燃料供給経路が所定温度以上となった場合、前記低融点部材が融解して前記燃料電池側の押圧部による前記低融点部材を介した前記開閉部の押圧が抑止されて前記開閉部が閉状態となることにより、前記燃料供給経路の燃料の通過が抑制されることを特徴とする燃料貯蔵体。

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