JP4974895B2 - 燃料電池用燃料補給容器、燃料補給方法、及び燃料補給容器用ホルダー - Google Patents
燃料電池用燃料補給容器、燃料補給方法、及び燃料補給容器用ホルダー Download PDFInfo
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Description
部に、外部から燃料を注入、補給するための燃料補給容器であって、前記燃料収容部内と
の気密状態を維持しつつ、容積を縮減させて燃料を前記燃料収容部内に所定量注入した後
に、容積が復元することによって前記燃料収容部内の雰囲気ガスを吸入するようにし、前記燃料収容部の容積をV T 、燃料注入操作直前の前記燃料収容部内の燃料の量をV TL 、前記燃料補給容器の容積をV C 、燃料注入操作直前の前記燃料補給容器内の燃料の量をV CL 、燃料注入時における前記燃料補給容器の容積縮減量をVs、許容される前記燃料収容部内の圧力をPtf、大気圧をPとしたときに、下記式(1)の関係が成り立つ構成としてある。
(V C −V CL +V T −V TL )/(V C −V CL +V T −V TL −Vs)≦Ptf/P ・・・ (1)
このような構成とすることにより、燃料注入操作時の容積の縮減と、復元が容易になる。
このような構成とすることにより、燃料電池本体の燃料収容部内に燃料を注入するに際して、燃料収容部内の圧力を、許容される一定以下の圧力に維持して、燃料電池の燃料収容部に隣設された起電部への負荷を抑制することが可能となり、燃料電池の燃料収容部に隣設された起電部の破損を防止することができる。
このような構成とすることにより、上記式(2)が成り立つように燃料注入操作の回数を規定して、燃料収容部内の圧力を許容される一定以下の圧力に維持しつつ、燃料収容部内の燃料が収容可能な最大量に達するまでに要する燃料注入操作の回数が少なくなるように、燃料補給容器を設計することが可能となる。
このような構成とすることにより、燃料補給容器の携帯を容易にし、特に、可撓性を有する材料により形成した場合に、燃料漏れなどを有効に回避して、携帯時の安全性を高めることができる。
このような構成とすることにより、燃料補給容器自体には容器の縮減量が一定量を越えないようにするための制限機構を設ける必要がなく、燃料補給容器そのものは簡便な構成としながらも、燃料電池本体の燃料収容部内に燃料を注入する際の注入量が一定以上とならないようにして、燃料電池の燃料収容部に隣設された起電部の破損をより確実に防止することができる。
(VC−VCL+VT−VTL)/(VC−VCL+VT−VTL−Vs)≦Ptf/P ・・・ (1)
状態を維持しつつ、容積を縮減させて燃料を前記燃料収容部内に所定量注入した後に、容
積が復元することによって前記燃料収容部内の雰囲気ガスを吸入する燃料注入操作を行う
ことにより、前記燃料収容部に、外部から燃料を注入、補給する燃料補給容器を収容する
ための剛性体からなるホルダーであって、前記燃料補給容器の容積を縮減させる操作部を
備え、前記燃料補給容器が、前記燃料収容部の容積をV T 、燃料注入操作直前の前記燃料収容部内の燃料の量をV TL 、前記燃料補給容器の容積をV C 、燃料注入操作直前の前記燃料補給容器内の燃料の量をV CL 、燃料注入時における前記燃料補給容器の容積縮減量をVs、許容される前記燃料収容部内の圧力をPtf、大気圧をPとしたときに、下記式(1)の関係が成り立つように設計されている構成としてある。
(V C −V CL +V T −V TL )/(V C −V CL +V T −V TL −Vs)≦Ptf/P ・・・ (1)
このような構成とすることにより、収容された燃料補給容器の状態、例えば、燃料補給容器内に残存する燃料の量を目視することができる。
このような構成とすることにより、鞄などに入れて携行する場合や、誤って落としてしまった場合などに、レバーが不用意に押し下げられないようにすることができる。
このような構成とすることにより、燃料電池本体の燃料収容部内に燃料を注入するに際して、燃料収容部内の圧力を、許容される一定以下の圧力に維持して、燃料電池の起電部への負荷を抑制することが可能となり、燃料電池の燃料収容部に隣設された起電部の破損を防止することができる。
このような構成とすることにより、上記式(2)が成り立つように燃料注入操作の回数を規定して、燃料収容部内の圧力を許容される一定以下の圧力に維持しつつ、燃料収容部内の燃料が収容可能な最大量に達するまでに要する燃料注入操作の回数が少なくなるように、燃料補給容器を設計することが可能となる。
このような構成とすることにより、燃料補給容器自体には容器の縮減量が一定量を越えないようにするための制限機構を設ける必要がなく、燃料補給容器そのものは簡便な構成としながらも、燃料電池本体の燃料収容部内に燃料を注入する際の注入量が一定以上とならないようにして、燃料電池の燃料収容部に隣設された起電部の破損をより確実に防止することができる。
このような構成とすることにより、燃料補給容器の口部が変形などしてキャップのねじ締めに支障が生じたり、キャップが脱落してしまったりするのを防止することができ、このような態様は、可撓性を有する軟質材料により燃料補給容器を形成し、キャップのねじ締めに対する口部の強度の確保が困難となる場合に、特に好ましい。
このような構成とすることにより、一般には、燃料補給容器の胴部の長径方向に沿う面の方が、成形時に短径方向に沿う面に比べて延伸されて肉薄となるので、この面を操作部が押圧して燃料補給容器を弾性変形させるようにすれば、燃料容器の容積を縮減させやすくなり、その縮減量の調整なども容易に行うことができる。
1a 燃料注出口
2 燃料注入口
10 ホルダー
10b 隆起部
13 保護壁
30 レバー(操作部)
C 燃料補給容器
T 燃料収容部
なお、本発明は、以下に説明する実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
まず、本発明に係る燃料電池用補給容器と燃料補給方法について説明する。
ここで、図1は、本発明に係る燃料電池用燃料補給容器により、燃料電池本体の燃料収容部Tに、外部から燃料を注入、補給する燃料注入操作の1サイクルを概念的に示す説明図である。
具体的には、燃料補給容器Cは、次のようにして設計することができる。
したがって、燃料注入操作を行う前の燃料収容部T内の圧力が大気圧Pに等しく、雰囲気ガスを理想気体に近似できるとすると、燃料注入操作時の燃料収容部T内の圧力Ptは、ボイルの法則により下記式(3)で表される。
Pt=P×(VT−VTL)/(VT−VTL−L1) ・・・ (3)
したがって、燃料注入操作を行う前の燃料補給容器C内の圧力が大気圧Pに等しく、雰囲気ガスを理想気体に近似できるとすると、燃料注入操作時の燃料補給容器C内の圧力Pcは、上記と同様に、ボイルの法則により下記式(4)で表される。
Pc=P×(VC−VCL)/((VC−VCL)−(Vs−L0)) ・・・ (4)
P×(VT−VTL)/(VT−VTL−L1)
=P×(VC−VCL)/((VC−VCL)−(Vs−L0)) ・・・ (5)
L1×(VC−VCL)/(VT−VTL)=Vs−L0 ・・・ (6)
ここで、補給量L1と、注出量L0とは等しいから、上記式(6)にL0=L1を代入するとともに、両辺をL1で割ると、下記式(7)が得られる。
(VC−VCL)/(VT−VTL)=Vs/L1−1 ・・・ (7)
また、この式(7)をL1について解くと、下記式(8)が得られる。
L1=Vs×(VT−VTL)/(VC−VCL+VT−VTL) ・・・ (8)
Pt=P×(VC−VCL+VT−VTL)/(VC−VCL+VT−VTL−Vs) ・・・ (9)
したがって、燃料注入操作時の燃料収容部T内の圧力Ptが、許容される燃料収容部T内の圧力Ptfを超えないようにするには、すなわち、Pt≦Ptfとするには、下記式(1)が成り立つ範囲で、燃料補給容器Cを設計すればよい。
(VC−VCL+VT−VTL)/(VC−VCL+VT−VTL−Vs)≦Ptf/P ・・・ (1)
また、燃料収容部T内の燃料が目標とする収容量からほとんど消費されていない状況で、初期量を保った燃料補給容器Cから燃料を補給しようとした場合には、燃料収容部T内の圧力Ptが最も高くなるので、このような状況を想定して上記式(1)を適用することもできる。
Li=(VT−VTLi)×Vs/(VC−VCLi+VT−VTLi) ・・・(10)
ここで、図13は、燃料補給容器Cと燃料収容部Tとの間の気密状態を維持しながら、両者を接合するためのバルブ機構の一例を概念的に示す説明図であり、燃料補給容器C側の燃料注出口1aに設けられたバルブ機構の概略断面と、燃料収容部T側の燃料注入口2に設けられたバルブ機構の概略断面を示している。また、図14は、燃料収容部T側の燃料注入口2に、燃料補給容器C側の燃料注出口1aを挿入、嵌合させた状態を示している。
なお、特に図示しないが、燃料補給容器Cと燃料収容部Tとの間に、適当な係合手段を設けておけば、燃料補給容器Cと燃料収容部Tとを接合させた状態を容易に維持して、連続的な燃料注入操作を行うことができる。
燃料補給容器Cを多層構成とする場合には、少なくとも最内層は、上記した合成樹脂材料を用いて形成するのが好ましい。また、中間層として、燃料に対するバリア機能を有する樹脂(例えば、環状オレフィンや、ポリアミド系樹脂など)、接着性樹脂などで形成される機能性樹脂層の他、リグラインド層などを設けてもよい。
次に、本発明に係る燃料補給容器用ホルダーの好ましい実施形態について説明する。
本実施形態において、燃料補給容器Cは、その携帯性を考慮して、図2に示すような、剛性体からなるホルダー10に収納される。これにより、燃料補給容器Cを鞄などに入れて携行する際に、燃料補給容器Cが、鞄のなかで押し潰されるなどして、燃料が漏れ出してしまうというような不具合を有効に回避して、燃料補給容器Cの携帯時の安全性を高めることができる。このような態様は、可撓性を有する材料によって燃料補給容器Cを成形した場合に、特に好適である。
以下、本発明に係る燃料補給容器用ホルダーの第一実施形態、及び第二実施形態について説明する。
本発明に係る燃料補給容器用ホルダーの第一実施形態につき、図2(a)は、燃料補給容器Cをホルダー10に収容した状態を示す一部を切り欠いた正面図であり、図2(b)は、燃料補給容器Cをホルダー10に収容した状態を示す側面図である。また、図3は、ホルダー10を、表面部材11と裏面部材12とに分割した状態を示しており、図4は、図3のB−B要部断面図である。
これらの図に示す例において、ホルダー10は、縦方向に分割される表面部材11と裏面部材12とからなっている。そして、表面部材11側に設けられた係合爪11aを、裏面部材12側に設けられた係合孔12aに係合させることによって、一体化された表面部材11と裏面部材12との間に、燃料補給容器Cが収容されるようにしてある。
より具体的には、燃料補給容器Cの容積の縮減量の最適化を図り、この最適な縮減量に相当する燃料注出操作を行う際の燃料補給容器Cの変形量(通常、燃料補給容器Cは、レバー30の押し下げ方向に直交する方向に変形する)を求めておき、このときの変形量を吸収できる程度の余裕をもつように、ホルダー10の内寸を設計するのが好ましい。
このようにすれば、前述したような手段により燃料補給容器Cを成形するに際し、一般には、燃料補給容器Cの胴部C2の長径方向に沿う面の方が、成形時に短径方向に沿う面に比べて延伸されて肉薄となるので、この面をレバー30の作用部30aが押圧して燃料補給容器Cを弾性変形させるようにすれば、燃料容器Cの容積を縮減させやすくなり、その縮減量の調整なども容易に行うことができる。
なお、図示する例において、レバー30は、回動軸が下端側に位置するように取り付けられているが、回動軸は上端側に位置するようにしてもよく、レバー30が燃料注入操作を行うための操作部として機能するかぎり、その具体的な取り付け手段は限定されない。
このため、レバー30には、開口部20の縁部に内側から当接するストッパー33が設けられており、これによって、裏面部材12の外側に向かうレバー30の回動範囲を規制して、レバー30の作用部30a側の端縁と、開口部20との間に隙間が生じないようにするとともに、例えば、高温環境下で燃料補給容器Cが膨張したとしても、レバー30が外側に突出してしまわないようにしている。
したがって、図示する例にあっては、使用者は、レバー30の中央部分の操作面を、例えば、親指と人差し指とで挟むようにして押し下げることによって、燃料注入操作を行うことができるようになっている。
なお、レバー30の操作範囲を、レバー30の中央部分の操作し易い部位に制限することができれば、隆起部10bは、レバー30の操作面から突出するように隆起して形成されていてもよい。
このような制限機構を設けることにより、燃料注入操作時における燃料補給容器Cの容積縮減量Vsを一定として、すなわち、燃料電池本体の燃料収容部T内への燃料の注入量を一定として、起電部の破損をより確実に防止することができる。
また、図10は、内キャップ42の説明図であり、図10(a)は内キャップ42の正面図、図10(b)は図10(a)のD−D断面図、図10(c)は内キャップ41の平面図である。これらの図に示すように、内キャップ42の内周面にはねじ溝が形成されており、このねじ溝によって、燃料補給容器Cの口部C1にキャップ40が螺着される。さらに、内キャップ42の上面側には、立上り面42bと傾斜面42cとに挟まれて溝部42aが形成されている。そして、外キャップ41内に内キャップ42を挿入したときに、外キャップ41の垂下片41aが、内キャップ42の溝部42aに入り込むようになっている。
逆に、キャップ40を燃料補給容器Cの口部C1に螺着するときには、図12に示すように、図中矢印方向に外キャップ41を回せば、外キャップ41の垂下片41aが、内キャップ42側の立上り面42bに当接して(図12(b)参照)、外キャップ41とともに、内キャップ41も回転して、キャップ40を容易に締め付けることができるようになっている。
なお、図11、図12では、着目する一つの垂下片41aのみを図示し、これを斜線で示している。
特に、燃料補給容器Cを、可撓性を有する軟質材料により形成した場合には、キャップ40のねじ締めに対する口部C1の強度の確保が困難となる。このため、このような態様は、燃料補給容器Cの口部C1が変形などしてキャップ40のねじ締めに支障が生じたり、キャップ40が脱落してしまったりするのを防止する上でも好ましい。
以上、本発明に係る燃料補給容器用ホルダーの第一実施形態について説明したが、かかる実施形態はあっては、以下に説明するように、種々の変形実施が可能である。
ここで、図15(a)は、ホルダー10を、表面部材11と裏面部材12とに分割した状態を示しており、図15(b)は、図15(a)のE−E要部断面図、図15(c)は、図15(a)のF−F要部断面図である。
次に、本発明に係る燃料補給容器用ホルダーの第二実施形態について説明する。
ここで、図16は、本実施形態における燃料補給容器用ホルダーの概略を示す説明図であり、図17は、本実施形態におけるレバー30の正面図である。また、図16において、図16(a)は、キャップ40が螺着されたホルダー10の正面図、図16(b)は、同側面図、図16(c)は、図16(a)のG−G断面に相当するキャップ40を外した状態(ただし、カプラーの図示を省略)の断面図である。これらの図に示す例において、前述した第一実施形態と共通する部位や、部材などは、同一の符号で示して、その詳細な説明を省略するものとし、以下では、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
本実施形態においても、ホルダー10は、縦方向に分割される表面部材11と裏面部材12とからなるようにすることができ、一体化された表面部材11と裏面部材12との間に、燃料補給容器Cを収容することができる。表面部材11と裏面部材12とは、前述したように、表面部材11側に設けられた係合爪11aを、裏面部材12側に設けられた係合孔12aに係合させることによって一体化するようにしてもよいが、裏面部材12側には、表面部材11側に設けられた係合爪11aに対応する係合溝を設けて、両者を一体化するようにしてもよい。
また、レバー30の上端側には、例えば、使用者が親指で操作することを想定した場合に、親指の腹がフィットするような凹形状とされた操作部30bが設けられている。一方、表面部材11には、レバー30の操作部30bの周りを囲むようにして、表面部材11の表面からすり鉢状に陥没する窪み部10cが形成されている。
なお、窪み部10cよりも相対的に高くなっている周囲の部分が、前述した第一実施形態における隆起部に相当する。また、特に図示しないが、操作部30bの周囲にフランジを設け、レバー30を押し下げた際に窪み部10cと干渉するようにして、これを制限機構とするようにしてもよい。
なお、図20は、図16に対応させて第二実施形態の変形例を示す説明図であり、図20(a)は、図16(a)と同様の正面図、図20(b)は、同側面図、図20(c)は、図20(a)のH−H断面に相当する断面図である。
Claims (14)
- 燃料電池本体の燃料収容部に、外部から燃料を注入、補給するための燃料補給容器であって、
前記燃料収容部内との気密状態を維持しつつ、容積を縮減させて燃料を前記燃料収容部内に所定量注入した後に、
容積が復元することによって前記燃料収容部内の雰囲気ガスを吸入するようにし、
前記燃料収容部の容積をV T 、
燃料注入操作直前の前記燃料収容部内の燃料の量をV TL 、
前記燃料補給容器の容積をV C 、
燃料注入操作直前の前記燃料補給容器内の燃料の量をV CL 、
燃料注入時における前記燃料補給容器の容積縮減量をVs、
許容される前記燃料収容部内の圧力をPtf、
大気圧をP
としたときに、下記式(1)の関係が成り立つことを特徴とする燃料電池用燃料補給容器。
(V C −V CL +V T −V TL )/(V C −V CL +V T −V TL −Vs)≦Ptf/P ・・・ (1) - 可撓性を有する材料により形成されている請求項1に記載の燃料電池用燃料補給容器。
- 前記燃料補給容器の容積を縮減させる操作部を備えた、剛性体からなるホルダーに収納された請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用燃料補給容器。
- 前記燃料補給容器の容積の縮減量が一定量を超えないように、前記ホルダーの操作部に制限機構を設けた請求項4に記載の燃料電池用燃料補給容器。
- 燃料電池本体の燃料収容部に、燃料補給容器に封入された燃料を外部から注入、補給する燃料電池への燃料補給方法であって、
前記燃料収容部内との気密状態を維持しつつ、前記燃料補給容器の容積を縮減させることにより、前記燃料補給容器の燃料を前記燃料収容部内に所定量注入し、次いで、前記燃料補給容器の容積を復元させながら、前記燃料収容部内の雰囲気ガスを前記燃料補給容器内に吸入する燃料注入操作を、少なくとも1以上回行うに際し、
前記燃料収容部の容積をVT、
燃料注入操作直前の前記燃料収容部内の燃料の量をVTL、
前記燃料補給容器の容積をVC、
燃料注入操作直前の前記燃料補給容器内の燃料の量をVCL、
燃料注入時における前記燃料補給容器の容積縮減量をVs、
許容される前記燃料収容部内の圧力をPtf、
大気圧をP
としたときに、下記式(1)の関係が成り立つことを特徴とする燃料補給方法。
(VC−VCL+VT−VTL)/(VC−VCL+VT−VTL−Vs)≦Ptf/P ・・・ (1) - 燃料電池本体の燃料収容部内との気密状態を維持しつつ、容積を縮減させて燃料を前記燃料収容部内に所定量注入した後に、容積が復元することによって前記燃料収容部内の雰囲気ガスを吸入する燃料注入操作を行うことにより、前記燃料収容部に、外部から燃料を注入、補給する燃料補給容器を収容するための剛性体からなるホルダーであって、
前記燃料補給容器の容積を縮減させる操作部を備え、
前記燃料補給容器が、
前記燃料収容部の容積をV T 、
燃料注入操作直前の前記燃料収容部内の燃料の量をV TL 、
前記燃料補給容器の容積をV C 、
燃料注入操作直前の前記燃料補給容器内の燃料の量をV CL 、
燃料注入時における前記燃料補給容器の容積縮減量をVs、
許容される前記燃料収容部内の圧力をPtf、
大気圧をP
としたときに、下記式(1)の関係が成り立つように設計されていることを特徴とする燃料補給容器用ホルダー。
(V C −V CL +V T −V TL )/(V C −V CL +V T −V TL −Vs)≦Ptf/P ・・・ (1) - 前記操作部が、回動可能に取り付けられたレバーを備え、回動操作によって前記レバーを押し下げたときに、前記レバーが燃料補給容器を押圧して前記燃料補給容器の容積を縮減させる請求項7に記載の燃料補給容器用ホルダー。
- 少なくとも前記レバーを透明性の高い材料にて成形した請求項8に記載の燃料補給容器用ホルダー。
- 前記レバーの側面を部分的に囲み、かつ、前記レバーの操作面と面一又は突出するように隆起して形成された隆起部を設けることにより、前記レバーの操作範囲を制限した請求項8〜9のいずれか1項に記載の燃料補給容器用ホルダー。
- 前記燃料補給容器の容積の縮減量が一定量を超えないように、前記操作部に制限機構を設けた請求項7〜11のいずれか1項に記載の燃料補給容器用ホルダー。
- 前記燃料補給容器の口部を覆うように立ち上がらせた保護壁を設け、前記保護壁にキャップを螺着させるようにした請求項7〜12のいずれか1項に記載の燃料補給容器用ホルダー。
- 胴部の水平方向断面を楕円形状とした前記燃料補給容器が、前記胴部の長径方向に沿う面に前記操作部が対向するようにして収容される請求項7〜13のいずれか1項に記載の燃料補給容器用ホルダー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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