JP4846403B2 - 燃料容器 - Google Patents
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Description
い進歩・発展を遂げている。電子機器の電源として、アルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池又はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。ところが、一次電池及び二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えない。そのため、今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている(例えば、特許文献1参照)。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、振動特性を向上させることのできる燃料容器を提供することを目的としている。
前記容器本体内の前記液体燃料の末端側に位置し、前記液体燃料の排出に伴って前記燃料排出口側に移動する固体状の追従補助部材と、
前記液体燃料の末端側に位置し、前記容器本体の内周面と前記追従補助部材の外周面とによって形成される空間内に充填され、前記液体燃料の排出に伴って前記燃料排出口に移動する追従体と、を備え、
互いに対向する前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とのうち少なくとも一方の面が凹凸であることを特徴とする。
互いに対向する前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とが互いに噛み合う形状であることを特徴とする。
前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とがそれぞれ櫛歯状であることを特徴とする。
前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とのうち少なくとも一方の面は、当該一方の面が平滑である場合に比べて表面積が大きいことを特徴とする。
また、方向Xから見た場合、追従補助部材71の外縁形状は櫛歯状となっている。すなわち、図9に示すように、追従補助部材71の外周面に、一定間隔に窪む矩形状の複数の凹部74が厚み方向に延在して形成され、これによって複数の矩形状の凸部75が厚み方向に延在して形成され、各凸部75毎に切り離された櫛歯状の形状となっている。追従補助部材71の外周面には、凸部75と凹部74が互い違いに隣接しており、追従補助部材71の外周面の凸部75が凹部13に対応し、追従補助部材71の外周面の凹部74が凸部14に対応している。凸部75の幅は、凹部74の幅より小さく、隣り合う凸部75及び凹部73の高低差H2は、凹部74の幅W3より短くかつ凸部74の幅W4より長い。また、凸部14の幅W2は凹部74の幅W3より狭く、凸部74の幅W4は凹部13の幅W1より狭い。
したがって、このような追従補助部材71がケース10内に挿入されることにより、追従補助部材71の凸部75がケース10の内周面に形成された凹部13内に配置され、ケース10の内周面に形成された凸部14が追従補助部材71の凹部74内に配置され、凹部13,74と凸部14,75とが互いに噛み合っている。そして、このような追従補助部材71の外周面とケース10の内周面との間(凹部74,13と凸部14,75との間)に形成される空間内に後述の追従体5が充填される。
このように、追従体5,7は、適度な粘性を有しているので燃料容器1を振ってもその形状を維持し続けようとする。ただし、追従体5は、燃料容器1内での液体燃料4の減少に伴い移動するが、一部が移動せずに容器本体2の内周面に付着してしまうことがあり、徐々に液体燃料4との界面を保持する追従体5の量が減ってしまうことがある。このため液体燃料4と追従体5との界面面積が比較的大きい場合、追従補助部材71が設けられていないと液体燃料4が移動するにしたがって界面中央の追従体5の厚さが薄くなりやがて液体燃料4が露出して揮発されやすい状態に陥ってしまう。しかし、固形体である追従補助部材71は上述したように櫛歯状であるため、振動によって液体燃料4が移動しても変形することがない。そのため、仮に追従体5の厚さが徐々に薄くなっても、液体燃料4が揮発しないように液体燃料4との界面に介在し続けることができる。
[振動試験]
図23は、従来例を示した燃料容器の容器本体2Aの概略を示した全体斜視図、図24は、図23の線L1−L1に沿った横切断面の端面図、図25(a)は、図23のZ方向に加振した際の線L1−L1に沿った縦切断面の端面図、図25(b)は、図23のY方向に加振した際の線L1−L1に沿った横切断面の端面図、図25(c)は、図23のX方向に加振した際の線L1−L1に沿った横切断面の端面図である。なお、図面の関係上、図23〜後述の図27において前側内蓋部材20、後ろ内蓋部材40、水収容管70及び追従体7等の図示は省略している。また、貫通孔72は図23のみ図示している。
使用する従来例の容器本体2Aは、ケース10Aの内周面と追従補助部材71Aの外周面とがいずれも平面となっているもので、その他は上述した本発明における燃料容器1と同様であり、図中、同様の構成部分については同様の数字を付したものに英字のみをAに変更して示した。
振動試験は、リチウムイオン電池に関するUN(国連)の規格のドラフトに基づき行われた試験であって、従来例としての容器本体2Aに振動を加える試験であり、振動周波数7Hzから200Hzの対数掃引のサインカーブ波形で7Hzから200Hzに上がるまでに1分とし、200Hzまで上がったら13分保持し、その後1分かけて200Hzから7Hzに下げて終了する。このセットを1回(15分)と数え、図23に示したZ方向、Y方向、X方向の三方向について、このセットをそれぞれ12回繰り返す。X方向については追従体5Aが液体燃料4Aの下部になる状態で容器本体2Aを直立させて試験を行う。試験時間は各方向の合計9時間となる。対数掃引速度は7Hzから18Hzに達するまでピーク加速度を1Gに維持する。18Hzに達したら振幅を0.8(合計変位1.6mm)に保ち、ピーク加速度が8Gとなるまで振動を増加する。その後、振動を200Hzまで増加する。
[試験結果]
図26(a)は、Z方向における振動試験後の線L1−L1に沿った縦断面図の要部拡大図、図26(b)は、Y方向における振動試験後の線L1−L1に沿った横断面図の要部拡大図、図26(c)は、X方向における振動試験後の線L1−L1に沿った縦断面図、図26(d)は、X方向における振動試験後の線L1−L1に沿った横断面図である。
燃料容器に振動方向Z及び振動方向Yの振動試験を行った結果、振動方向Z及び振動方向Yの場合には、図26(a),(b)に示すように、追従体5Aが少し変形したが、液体燃料4Aが漏れたり、機能が損なわれたりすることは無かった。
振動方向Z及び振動方向Yの場合には追従体5Aが追従補助部材71Aから剥離することはなかったが、振動方向Xの場合には図26(c),(d)に示すように追従体5Aが追従補助部材71Aから完全に剥離して、液体燃料4Aが後部側にリークし、機能低下を引き起こした。さらに、追従補助部材71Aと前側外蓋部材30Aとの間に気泡81が発生していた。このような気泡は、燃料排出口31から燃料を定量的に取り込む際に、流量検出センサーの検知障害となりかねない。
追従体5Aが追従補助部材71Aから剥離した原因を以下に説明する。振動によって追従体5Aがケース10Aの内周面に沿った移動をした場合、追従体5Aは粘度を持った流体であるため、追従体5Aとケース10Aの内周面に速度差が生じることで、固体の滑り摩擦と同じように運動を妨げようとする傾向を生じる。よって、ケース10Aの内周面と追従体5Aとの間に移動を妨げるように働く力、摩擦力が生じている。摩擦力は一般的に剪断力として定義されるベクトルである。
この図27から、振動試験を行った際に追従体5Aが移動した時の速度を(u)、追従補助部材71Aとケース5Aの内周面との距離を(x)、追従体の粘度を(μ)とした場合に、追従体5Aとケース10Aとの間に速度差が生じた場合に発生する剪断力τは、τ=μ(u/x)により求めることができる。
そして、上記の剪断力(τ)より大きい力が追従体5Aにかかってしまうと、追従体5Aはすべりを起こして追従体5Aは移動する。よって、前述の振動試験を行った結果、追従体5Aが追従補助部材71Aから剥離したのは上記の剪断力(τ)よりも大きい力が追従体5Aにかかっていることに起因している。上記の剪断力(τ)よりも大きい力が働いている原因として、燃料重量(m)と加振速度(a)から追従体5Aにかかる力(F)を、F=maにより求めることができる。
振動試験の影響から追従体5Aが内周面に付着している部分にかかる単位面積当たりの力(F’)は、追従体5Aがケース10Aの内周面に接触している有効接触面積(S)とすると、F’=F/Sにより求めることができ、単位面積当たりの力F’が、F’>τの関係のように追従体5Aが内周面に接している剪断力(τ)より大きいために追従体5Aが追従補助部材71Aから剥離を起こしている。
よって、F’=F/Aの関係式とF’>τ=μ(u/x)の関係式から、追従補助部材71Aとケース10Aの内周面との距離(x)を小さくすれば剪断力(τ)は大きくなり、また、力(F’)を小さくするには固体間の距離が(x)一定の場合、有効接触面積(S)を大きくするとF’は小さくなることが自明である。このことから追従体5Aの変形を抑え、耐振動性を向上させるためには追従体5Aとケース10A又は追従体5Aと追従補助部材71Aとの有効接触面積(S)を大きくすることが必要であることが理解できる。
したがって、上述した本発明のように追従補助部材71を櫛歯状とすることにより、追従補助部材71の形状を大きくすることなく、追従体5とケース10及び追従補助部材71との有効接触面積(S)は増大するため、追従体5がケース10の内周面に付着している部分にかかる単位面積当たりの力F’は減少する。その結果、剪断力(τ)と単位面積当たりの力F’との差が小さくなり、追従体5が追従補助部材10から剥離することを抑えることができる。よって、振動方向Xの振動に対しても不具合が生じることがなくなり、例えば図9に示すように、追従補助部材71側の凹部74の幅、凸部75の幅、凹部74及び凸部75の高さが1:1:1であれば有効接触面積(S)は3倍となり、3倍の剛性が得られることになる。さらに櫛歯形状とすることで、追従補助部材71、追従体5の容積を従来例の追従補助部材71A、追従体5Aと遜色ない容積で且つ有効接触面積(S)を増大させているので、有効接触面積(S)を増大するために追従補助部材71の寸法を大きくしたり追従体5の量を増やす必要がなく、このため燃料容器1内に封入できる液体燃料4の量を実質的に減らす必要がない。
なお、追従補助部材71側の凹部74及び凸部75、ケース10側の凹部13及び凸部14の高さや幅は適宜変更可能であり、これらの高さ及び幅をそれぞれ変えることによってその倍率をさらに大きくする設計が可能となる。
また上記実施形態では、追従補助部材71の外周面及びケース10の内周面をともに櫛歯形状としたが、追従補助部材71の外周面のみを櫛歯形状とした場合や、ケース10の内周面のみを櫛歯形状とした場合であっても、表面積を増大させて振動特性が向上し、剥離等の不都合を抑制することができる。
(A)…ポリエチレンテレフタレートエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアミド樹脂、ポリグリコール酸、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、セロハン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの群から選ばれる一種または二種以上の混合体からなる樹脂フィルムの単層体。
(B)…上記(A)の単層体を一層だけ含む複数の層からなる積層体。
(C)…上記(A)の単層体を複数含む複数の層からなる積層体。
(D)…ポリエチレンテレフタレートエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアミド樹脂、ポリグリコール酸、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、セロハン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの群から選ばれる一種からなる樹脂フィルムと、前記群から別の種からなる樹脂フィルムと、の複数の層を有する積層体。
(E)…上記(A)〜(D)の上記樹脂フィルムの何れかに金属を蒸着させた積層体。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 … (1)
H2+CO2→H2O+CO … (2)
改質器903で生成された混合気は一酸化炭素除去器904に供給される。
2CO+O2→2CO2 … (3)
そして、混合気が一酸化炭素除去器904から燃料電池905の燃料極に供給される。
3H2→6H++6e- … (4)
6H++3/2O2+6e-→3H2O … (5)
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- … (6)
6H++3/2O2+6e-→3H2O … (7)
子機器に対して燃料容器1が着脱自在となり、発電ユニット901で生成された電気エネルギーにより電子機器が動作することになる。
段とから構成され、コンピュータに読み込まれたソフトウェアと協働して入力された電気信号の加工又は演算を行う。
例えば、ケース10の内周面に形成した凹部13及び凸部14、追従補助部材71の外周面に形成した凹部74及び凸部75は矩形状であるとしたが、ケース10側の凹部13と追従補助部材71側の凸部75、追従補助部材71側の凹部74とケース10側の凸部14とが互いに噛み合う形状であれば、矩形状に限らず山形状であっても構わない。
2 容器本体
4 液体燃料
5 追従体
10 ケース
13,74 凹部
14,75 凸部
24,31 燃料排出口
71 追従補助部材
Claims (4)
- 液体燃料が収容され、前記液体燃料を外部に排出する燃料排出口が形成された容器本体と、
前記容器本体内の前記液体燃料の末端側に位置し、前記液体燃料の排出に伴って前記燃料排出口側に移動する固体状の追従補助部材と、
前記液体燃料の末端側に位置し、前記容器本体の内周面と前記追従補助部材の外周面とによって形成される空間内に充填され、前記液体燃料の排出に伴って前記燃料排出口に移動する追従体と、を備え、
互いに対向する前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とのうち少なくとも一方の面が凹凸であることを特徴とする燃料容器。 - 互いに対向する前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とが互いに噛み合う形状であることを特徴とする請求項1に記載の燃料容器。
- 前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とがそれぞれ櫛歯状であることを特徴とする請求項2に記載の燃料容器。
- 前記容器本体の内周面と、前記追従補助部材の外周面とのうち少なくとも一方の面は、当該一方の面が平滑である場合に比べて表面積が大きいことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料容器。
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