JP5024285B2 - Fuel cell cartridge, method of manufacturing the same, and fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用カートリッジ及びその製造方法並びに燃料電池システムに係り、特に簡便で安価な燃料電池用カートリッジ及びその製造方法並びにその燃料電池用カートリッジを用いた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell cartridge, a manufacturing method thereof, and a fuel cell system, and more particularly to a simple and inexpensive fuel cell cartridge, a manufacturing method thereof, and a fuel cell system using the fuel cell cartridge.
近年の携帯情報機器は、半導体技術や通信技術の進歩に伴い、小型化、軽量化、高速化、高性能化等が一段と進んできている。また、これに伴い、携帯情報機器の電源となる電池についても、小型化、軽量化、大容量化が進められている。 In recent years, portable information devices have been further reduced in size, weight, speed, performance and the like with the progress of semiconductor technology and communication technology. Along with this, a battery serving as a power source for portable information devices is also being reduced in size, weight, and capacity.
携帯情報機器における現在最も一般的な駆動電源は、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、実用化の当初から高い駆動電圧と電池容量とを実現し、携帯情報機器の進歩に伴って性能が改善されてきた。 The most common drive power source in portable information devices is a lithium ion battery. Lithium ion batteries have achieved high drive voltage and battery capacity from the beginning of practical use, and their performance has been improved with the progress of portable information devices.
しかし、リチウムイオン電池の性能の改善にも限界があり、携帯情報機器の駆動電源としての更なる要求を必ずしも十分に満足できなくなりつつある。 However, there is a limit to the improvement of the performance of the lithium ion battery, and further demands as a driving power source for portable information devices are not necessarily fully satisfied.
このような状況の下、リチウムイオン電池に代わる新たなエネルギーデバイスとして、燃料電池が注目されている。燃料電池では、負極に燃料を供給することにより、電子とプロトンとが生成され、生成されたプロトンを正極に供給された酸素と反応させることにより、発電が行われる。 Under such circumstances, fuel cells have attracted attention as new energy devices that can replace lithium ion batteries. In the fuel cell, electrons and protons are generated by supplying fuel to the negative electrode, and electric power is generated by reacting the generated protons with oxygen supplied to the positive electrode.
燃料電池の燃料、具体的にはメタノールは、発電部と別個に設けられた燃料電池用カートリッジ内に貯留される。燃料電池に継続的に発電を行わせるためには、燃料電池用カートリッジ内に貯留された燃料を、継続的に発電部に供給することが必要となる。かかる燃料電池用カートリッジは、例えば特許文献１，２において提案されている。
しかしながら、提案されている燃料電池用カートリッジは、ポンプ等を用いて発電部に燃料を供給する大がかりなものであり、小型化、軽量化及び低コスト化の要請を満たし得るものではなかった。 However, the proposed fuel cell cartridge is a large-scale cartridge that supplies fuel to the power generation unit using a pump or the like, and cannot satisfy the demands for miniaturization, weight reduction, and cost reduction.
本発明の目的は、簡便で安価な燃料電池用カートリッジ及びその製造方法並びにその燃料電池用カートリッジを用いた燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a simple and inexpensive fuel cell cartridge, a manufacturing method thereof, and a fuel cell system using the fuel cell cartridge.
本発明の一観点によれば、液体燃料を収納する弾性体から成る収納部と、前記収納部内部に設けられ、前記収納部の内面同士が互いに接着されるのを防止するセパレータとを有することを特徴とする燃料電池用カートリッジが提供される。 According to one aspect of the present invention, the storage unit includes a storage unit made of an elastic body that stores liquid fuel, and a separator that is provided inside the storage unit and prevents the inner surfaces of the storage unit from being bonded to each other. A cartridge for a fuel cell is provided.
また、本発明の他の観点によれば、液体燃料によって発電を行う燃料電池システムであって、液体燃料を収納する弾性体から成る収納部と；前記収納部内部に設けられ、前記収納部の内面同士が互いに接着されるのを防止するセパレータとを有する燃料電池用カートリッジと接続され、前記燃料電池用カートリッジに収納された液体燃料が供給されることを特徴とする燃料電池システムが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system that generates power by a liquid fuel, containing portion and formed of an elastic body for accommodating the liquid fuel; provided inside the housing part, the housing part A fuel cell system is provided that is connected to a fuel cell cartridge having a separator that prevents inner surfaces from being bonded to each other, and is supplied with liquid fuel stored in the fuel cell cartridge. .
また、本発明の更に他の観点によれば、第１の弾性体層と、前記第１の弾性体層の周縁部に接続され、前記第１の弾性体層との間に燃料を貯留する空間を形成する第２の弾性体層と、前記第１の弾性体層のうちの周縁部を除く領域と前記第２の弾性体層のうちの周縁部を除く領域との間に設けられ、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層とが互いに接着されるのを防止するセパレータと、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層との間に形成される空間に一方の端部が達するように取付けられたチューブとを有することを特徴とする燃料電池用カートリッジが提供される。 According to still another aspect of the present invention, fuel is stored between the first elastic layer and the peripheral portion of the first elastic layer and between the first elastic layer. Provided between a second elastic layer forming a space, a region of the first elastic layer excluding a peripheral portion, and a region of the second elastic layer excluding a peripheral portion ; The separator is formed between the first elastic body layer and the second elastic body layer, the separator preventing the first elastic body layer and the second elastic body layer from being bonded to each other. There is provided a cartridge for a fuel cell having a tube attached so that one end thereof reaches the space.
本発明によれば、第１の弾性体層の周縁部と第２の弾性体層の周縁部とが互いに接続されており、第１の弾性体層の周縁部を除く領域と第２の弾性体層の周縁部を除く領域との間に非接着性のセパレータが設けられているため、セパレータにより分離された第１の弾性体層と第２の弾性体層との間に形成される空間に燃料を貯留することができる。第１の弾性体層及び第２の弾性体層は燃料が貯留される前の状態に戻ろうとするため、これに伴ってある程度の圧力で燃料がチューブを介して外部に吐出される。従って、本発明によれば、ポンプ等の大がかりな構成要素を用いることなく、ある程度の圧力で燃料を吐出し得る簡便で安価な燃料電池用カートリッジを提供することができる。 According to the present invention, the peripheral portion of the first elastic layer and the peripheral portion of the second elastic layer are connected to each other, and the region excluding the peripheral portion of the first elastic layer and the second elasticity Since a non-adhesive separator is provided between the body layer and the region excluding the peripheral edge, a space formed between the first elastic body layer and the second elastic body layer separated by the separator. The fuel can be stored. Since the first elastic layer and the second elastic layer attempt to return to the state before the fuel is stored, the fuel is discharged to the outside through the tube at a certain pressure accordingly. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a simple and inexpensive fuel cell cartridge capable of discharging fuel at a certain pressure without using a large component such as a pump.
１０…発電部
１２…燃料室
１４、１４ａ〜１４ｆ…燃料電池用カートリッジ
１６…固体電解質層
１８…空気層
１９…空気極触媒層
２０…燃料極
２１…燃料極触媒層
２２…空気極側集電層
２４…燃料極側集電層
２５ａ…弾性体材料
２５ｂ…弾性体材料
２６…収納部
２６ａ…第１の弾性体層
２６ｂ…第２の弾性体層
２８、２８ａ〜２８ｅ…セパレータ
３０…燃料
３２…チューブ
３４…支持基板
３６…下部フレーム
３８…第１トッププレート
４０…上部フレーム
４２…第２トッププレート
４４…孔
４６…凹凸
４８、４８ａ、４８ｂ…切れ目
５０…切れ目DESCRIPTION OF
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による燃料電池用カートリッジ及びその製造方法並びにその燃料電池用カートリッジを用いた燃料電池システムを図１乃至図７を用いて説明する。図１は、燃料電池システムの基本構成を示す概念図である。図２は、本実施形態による燃料電池用カートリッジを示す断面図及び平面図である。[First Embodiment]
A fuel cell cartridge according to a first embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, and a fuel cell system using the fuel cell cartridge will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a fuel cell system. FIG. 2 is a sectional view and a plan view showing the fuel cell cartridge according to the present embodiment.
燃料電池システムは、主として、燃料を一時的に貯えておく燃料室１２が設けられた発電部１０と、発電部１０に設けられた燃料室１２に燃料を供給する燃料電池用カートリッジ１４とを有している。
The fuel cell system mainly includes a
発電部１０は、主として、固体電解質層１６と、固体電解質層１６の一方の側に設けられた空気極１８と、固体電解質層１６の他方の側に設けられた燃料極２０とを有している。
The
より具体的には、発電部１０は、空気極側集電層２２と、空気極側集電層２２上に形成された空気極触媒層１９と、空気極触媒層１９上に形成された固体電解質層（高分子固体電解質層）１６と、固体電解質層１６上に形成された燃料極触媒層２１と、燃料極触媒層２１上に形成された燃料極側集電層２４とを有している。燃料極集電体層２４上には、燃料を一時的に貯えておく燃料室１２が設けられている。
More specifically, the
燃料極２０は、燃料極触媒層２１と燃料極側集電層２４とにより構成されている。燃料極２０は、負極であり、燃料を酸化してプロトンと電子とを取り出すためのものである。
The
燃料極触媒層２１は、例えば、白金等より成る微粒子と、炭素粉末と、電解質層を形成する高分子とを、カーボンペーパー等の多孔質導電膜（図示せず）上に塗布等することにより構成されている。なお、多孔質導電膜上に塗布等する微粒子としては、白金等に限定されるものではなく、例えば、白金とルテニウム等の遷移金属とからなる合金の微粒子を用いてもよい。燃料極触媒層２１としては、例えば、田中貴金属工業株式会社製の白金−ルテニウム合金担持触媒であるＴＥＣ６１Ｅ５４を用いることができる。
The fuel
燃料極側集電体層２４は、燃料極触媒層２１において生成された電子を効率的に取り出すためのものである。燃料極側集電層２１の材料としては、例えば、ステンレスやニッケル等より成る金属メッシュを用いることができる。
The fuel electrode side current collector layer 24 is for efficiently extracting electrons generated in the fuel
空気極１８は、空気極触媒層１９と空気極側集電層２２とにより構成されている。空気極１８は、正極であり、酸素を還元して発生したイオンと、燃料極で生成された電子及びプロトンとから水を生成するものである。
The
空気極触媒層１９は、例えば、白金等より成る微粒子と、炭素粉末と、電解質層を形成する高分子とを、カーボンペーパー等の多孔質導電膜（図示せず）上に塗布等することにより構成されている。なお、多孔質導電膜上に塗布等する微粒子としては、白金等に限定されるものではなく、例えば、白金とルテニウム等の遷移金属とからなる合金の微粒子を用いてもよい。空気極触媒層２１としては、例えば、田中貴金属工業株式会社製の白金担持触媒であるＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅを用いることができる。
The air
空気極側集電体層２２は、空気極触媒層２１に電子を効率的に供給するためのものである。空気極側集電層２２の材料としては、ステンレスやニッケル等より成る金属メッシュが用いられている。
The air electrode side
空気極側集電層２２は、空気（酸素）を自然拡散により導入可能な構造となっていることが好ましく、例えば、空気極側集電層２２に空隙等が形成されていることが望ましい。
The air electrode side
固体電解質層１６は、燃料極２０において生成されたプロトンを空気極１８側に輸送するための経路であり、電子伝導性を有しないイオン導電体により構成されている。固体電解質層１６の材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系ポリマ等を用いることができる。かかるパーフルオロスルホン酸系ポリマとしては、例えば、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）を用いることができる。より具合的には、固体電解質層１６として、デュポン社製の部分フッ素化固体電解質であるＮａｆｉｏｎ ＮＦ１１７を用いることができる。
The
燃料室１２に貯蔵された燃料は、流動、拡散等により燃料極２０へ供給されるようになっている。
The fuel stored in the
燃料室１２には、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４が接続される。
A
図２は、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４を示す断面図及び平面図である。図２（ａ）は、本実施形態による燃料電池用カートリッジ内に燃料を貯留（充填）していない状態を示す断面図である。図２（ｂ）は、本実施形態による燃料電池用カートリッジ内に燃料を貯留した状態を示す断面図である。図２（ｃ）は、本実施形態による燃料電池用カートリッジを示す平面図である。
FIG. 2 is a sectional view and a plan view showing the
図２に示すように、弾性体より成る第１の弾性体層２６ａ上における周縁部を除く領域には、第１の弾性体層２６ａに対して接着されない材料より成る非接着性のセパレータ２８が設けられている。かかるセパレータ２８は、後述する第２の弾性体層２６ｂに対しても接着されない材料により構成されている。第１の弾性体層２６の平面形状は、例えば長方形に設定されている。第１の弾性体層２６ａの材料としては、例えば常温硬化型のシリコーンゴムが用いられている。かかるシリコーンゴムとしては、例えば信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。第１の弾性体層２６ａの外形寸法は、例えば５２ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍとする。
As shown in FIG. 2, a
第１の弾性体層２６ａ上及びセパレータ２８上には、弾性体より成る第２の弾性体層２６ｂが形成されている。第１の弾性体層２６ａの周縁部と第２の弾性体層２６ｂの周縁部とは互いに固着されている。第２の弾性体層２６ａの平面形状は、例えば第１の弾性体層２６ａの形状と同様に設定されている。第２の弾性体層２６ｂの材料としては、第１の弾性体層２６ａと同様に、例えば常温硬化型のシリコーンゴムが用いられている。かかるシリコーンゴムとしては、例えば信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。第２の弾性体層２６ｂの外形寸法は、例えば５２ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍとする。
A second
第１の弾性体２６ａと第２の弾性体２６ｂとにより、液体の燃料を収納するための収納部２６が構成されている。
The first
セパレータ２８は、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとを分離するためのもの、より具体的には、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに接着されるのを防止するためのものである。セパレータ２８の材料としては、上述したように、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂに対して接着されない非接着性の材料を用いる。具体的には、セパレータ２８の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Poly Tetra Fluoro Ethylene）を用いることができる。セパレータ２８の外形寸法は、例えば４８ｍｍ×３４ｍｍ×０．０５ｍｍとする。
The
本実施形態においてセパレータ２８を用いて、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとを互いに分離しているのは、互いに分離した第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間に形成される空間に燃料３０を貯留することを可能とするためである。
In the present embodiment, the first
第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの厚さは、例えばそれぞれ２ｍｍとする。なお、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの厚さは、２ｍｍに限定されるものではない。例えば、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの厚さを、例えば１〜２ｍｍの範囲に適宜設定するようにしてもよい。
The thicknesses of the first
第１の弾性体層２６ａ又は第２の弾性体層２６ｂには、燃料の流路となるチューブ３２が設けられている。チューブ３２は、一方の端部が、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間に形成される空間に達するように取り付けられている。チューブ３２の他方の端部は、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの外側に位置している。
The first
チューブ３２には、図示しないコネクタ等が設けられる。コネクタは、燃料電池用カートリッジ１４を燃料室１２に接続するためのものである。
The
こうして、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４が構成されている。
Thus, the
図２（ｂ）に示すように、燃料電池用カートリッジ１４内には、燃料３０、例えばメタノールを貯留（充填）することが可能である。燃料電池用カートリッジ１４内に燃料３０を充填する際には、チューブ３２を介して燃料３０を注入する。燃料３０を注入する際には、セパレータ２８はある程度自在に変形することが可能である。このため、例えば、チューブ３２の一方の端部がセパレータ２８と第２の弾性体層２６ｂとの間に位置していて、セパレータ２８と第２の弾性体２６ｂとの間に燃料３０が直接注入された場合であっても、セパレータ２８の縁部と第１及び第２の弾性体層２６ａ、２６ｂの内縁部との間を介して、セパレータ２８と第１の弾性体層２６ａとの間にも燃料３０は充填されていく。こうして、燃料電池用カートリッジ１４内に燃料３０が貯留（充填）される。
As shown in FIG. 2B, the
本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４は、例えば１０ｃｃの燃料を貯留することが可能である。
The
図２（ｂ）に示すように、燃料３０を貯留（充填）した際には、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに引き離され、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間に燃料３０が存在している状態となる。第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとはいずれも弾性体により構成されているため、元の形状に戻ろうとする。第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂが元の形状に戻っていく過程で、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間に貯留された燃料３０がチューブ３２を介して、燃料電池用カートリッジ１４の外部に吐出される。こうして、燃料電池用カートリッジ１４内に貯留されたメタノール等の燃料３０は、ポンプ等の大がかりな構成要素を用いることなく、ある程度の圧力で吐出され、燃料室１２内に導入されることとなる。
As shown in FIG. 2B, when the fuel 30 is stored (filled), the first
図３は、本実施形態による燃料電池用カートリッジの吐出特性を示すグラフである。横軸は、燃料電池用カートリッジ１４内に充填された燃料３０であるメタノールの体積を示しており、縦軸は、チューブ３２から吐出される燃料３０の圧力を示している。なお、吐出特性を測定する際における燃料、即ち、メタノールの濃度は３０％とした。
FIG. 3 is a graph showing the discharge characteristics of the fuel cell cartridge according to the present embodiment. The horizontal axis indicates the volume of methanol, which is the fuel 30 filled in the
本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４を用いた図１に示す燃料電池システムについて発電特性を測定したところ、総発電量は５Ｗｈであった。
When the power generation characteristics of the fuel cell system shown in FIG. 1 using the
このように本実施形態によれば、第１の弾性体層２６ａの周縁部と第２の弾性体層２６ｂの周縁部とが互いに固着されており、第１の弾性体層２６ａの周縁部を除く領域と第２の弾性体層２６ｂの周縁部を除く領域との間に非接着性のセパレータ２８が設けられているため、セパレータ２８により分離された第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間に燃料３０を貯留することができる。第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂは燃料３０が貯留される前の状態に戻ろうとするため、これに伴ってある程度の圧力で燃料３０がチューブ３２を介して外部に吐出される。従って、本実施形態によれば、ポンプ等の大がかりな構成要素を用いることなく、ある程度の圧力で燃料を吐出し得る簡便で安価な燃料電池用カートリッジ１４を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the peripheral edge portion of the first
（燃料電池用カートリッジの製造方法）
次に、本実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法を図４乃至図７を用いて説明する。図４乃至図７は、本実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法を示す工程図である。図４（ｂ）、図４（ｄ）及び図４（ｆ）は、平面図であり、図４（ａ）、図４（ｃ）及び図４（ｅ）は、それぞれ図４（ｂ）、図４（ｄ）及び図４（ｆ）のＡ−Ａ′線断面図である。図５（ｂ）、図５（ｄ）及び図５（ｆ）は、平面図であり、図５（ａ）、図５（ｃ）及び図５（ｅ）は、それぞれ図５（ｂ）、図５（ｄ）及び図５（ｆ）のＡ−Ａ′線断面図である。図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）は、平面図であり、図６（ａ）、図６（ｃ）及び図６（ｅ）は、それぞれ図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）のＡ−Ａ′線断面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、断面図である。(Manufacturing method of cartridge for fuel cell)
Next, the manufacturing method of the fuel cell cartridge according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 4 to 7 are process diagrams showing the method of manufacturing the fuel cell cartridge according to the present embodiment. 4 (b), FIG. 4 (d) and FIG. 4 (f) are plan views, and FIG. 4 (a), FIG. 4 (c) and FIG. 4 (e) are FIG. It is the sectional view on the AA 'line of Drawing 4 (d) and Drawing 4 (f). 5 (b), FIG. 5 (d), and FIG. 5 (f) are plan views, and FIG. 5 (a), FIG. 5 (c), and FIG. It is the sectional view on the AA 'line of Drawing 5 (d) and Drawing 5 (f). 6 (b), FIG. 6 (d) and FIG. 6 (f) are plan views, and FIG. 6 (a), FIG. 6 (c) and FIG. It is the sectional view on the AA 'line of Drawing 6 (d) and Drawing 6 (f). 7A and 7B are cross-sectional views.
まず、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、支持基板３４を用意する。支持基板３４は、後述する下部フレーム３６等と相俟って、燃料電池用カートリッジ１４を成形するためのものである。換言すれば、支持基板３４は、燃料電池用カートリッジ１４を成形するための型の一部を構成するものである。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, a
次に、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、支持基板３４上に、枠状の治具である下部フレーム３６を載置する。下部フレーム３６は、後述する上部フレーム等と相俟って、燃料電池用カートリッジ１４を成形するためのものである。換言すれば、下部フレーム３６は、燃料電池用カートリッジ１４を成形するための型の一部を構成するものである。下部フレーム３６の内側の寸法は、例えば５２ｍｍ×３８ｍｍとする。下部フレーム３６の高さは、例えば２ｍｍとする。
Next, as shown in FIGS. 4C and 4D, the
下部フレーム３６の材料としては、例えばＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６等のステンレス鋼を用いることができる。
As a material of the
なお、下部フレーム３６の材料として、ＳＫ３、ＳＫＤ１１等の工具鋼を用いてもよい。また、下部フレーム３６の材料として、アルミニウム、銅、真鍮等の金属材料を用いてもよい。また、下部フレーム３６の材料として、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性プラスチック等を用いてもよい。
As a material for the
次に、第１の弾性体層２６ａを形成するための材料を用意する。第１の弾性体層２６ａとしては、例えばシリコーンゴムを用いる。ここでは、第１の弾性体層２６ａを形成するための材料として、液状のシリコーンゴムを用いる。かかる液状のシリコーンゴムとしては、例えば、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。ＫＥ−１３１０ＳＴの硬化剤としては、例えば信越化学工業株式会社製のｃａｔ−１３１０ＳＴを用いることができる。シリコーンゴムとしてＫＥ−１３１０ＳＴを用いる場合には、以下のような作業を行う。まず、例えば１５ｇのＫＥ−１３１０ＳＴに１０％の割合でｃａｔ−１３１０ＳＴを混合する。次に、混合の際に生じた泡を除去する（脱泡）。次に、混合された液体を攪拌する。
Next, a material for forming the first
次に、こうして形成された液体の弾性体材料を下部フレーム３６の内側の領域に注入する（図４（ｅ）及び図４（ｆ）参照）。こうして、下部フレーム３６の内側の領域に弾性体材料２５ａが注入されることとなる。弾性体材料２５ａは、第１の弾性体層２６ａとなるものである。
Next, the thus formed liquid elastic material is injected into the inner region of the lower frame 36 (see FIGS. 4E and 4F). Thus, the
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、弾性体材料２５ａが注入された下部フレーム３６上に、板状の治具である第１トッププレート３８を載置する。第１トッププレート３８は、下部フレーム３６の内側に注入された弾性体材料２５ａの表面を平坦化するためのものである。換言すれば、第１トッププレート３８は、第１の弾性体層２５ａを成形するための型の一部を構成するものである。第１トッププレート３８の材料としては、弾性体材料２５ａに対して接着されない非接着性の材料を用いる。ここでは、第１トッププレート３８の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ：Per Fluoro Alkoxy）等のフッ素系樹脂を用いる。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a first
なお、第１トッププレート３８の材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂を用いてもよい。また、第１トッププレート３８の材料として、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６等のステンレス鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第１トッププレート３８の材料として、ＳＫ３、ＳＫＤ１１等の工具鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第１トッププレート３８の材料として、アルミニウム、銅、真鍮等の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。
As a material for the first
第１のトッププレート３８に加える加重は、例えば３００ｇとする。
The weight applied to the first
次に、弾性体材料２５ａを硬化するための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６０℃とする。熱処理時間は、例えば２０分とする。こうして、弾性体材料２５ａが硬化することとなる。
Next, heat treatment is performed to cure the
この後、室温にて、弾性体材料２５ａを冷却し、第１のトッププレート３８を除去する。こうして、弾性体材料２５ａより成る第１の弾性体層２６ａが形成される。
Thereafter, the
次に、例えば高圧水銀灯を用いて、第１の弾性体層２６ａに紫外線を照射する。第１の弾性体層２６ａに紫外線を照射するのは、第１の弾性体層２６ａの表面に付着した油脂類等、接着を阻害する虞のある不純物を除去するとともに、第１の弾性体層２６ａの表面の活性化を促進するためである。紫外線を照射する際の条件は、例えば以下の通りとする。紫外線ランプの強度は、例えば１６０Ｗ／ｃｍ程度とする。紫外線ランプと第１の弾性体層２６ａとの間の距離は、例えば１０ｃｍ程度とする。紫外線を照射する際には、例えば１ｍ／分の速度で第１の弾性体層２６ａを移動させながら、紫外線を照射する。
Next, the first
次に、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、第１の弾性体層２６ａのうちの周縁部を除く領域、即ち、第１の弾性体層２６ａのうちの中央部に、セパレータ２８を載置する。セパレータ２８の材料としては、第１の弾性体層２６ａに対して接着しない非接着性の材料を用いる。具体的には、セパレータ２８の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることができる。セパレータ２８の外形寸法は、例えば４８ｍｍ×３４ｍｍ×０．０５ｍｍとする。
Next, as shown in FIG. 5C and FIG. 5D, in the region excluding the peripheral portion of the first
次に、図５（ｅ）及び図５（ｆ）に示すように、下部フレーム３６上に、枠状の治具である上部フレーム４０を載置する。上部フレーム４０の形状は、下部フレーム３６の形状と同様とする。上部フレーム４０は、下部フレーム３６等と相俟って、燃料電池用カートリッジ１４を成形するためのものである。換言すれば、上部フレーム４０は、燃料電池用カートリッジ１４を成形するための型の一部を構成するものである。
Next, as shown in FIGS. 5E and 5F, the
次に、第２の弾性体層２６ｂを形成するための材料を用意する。第２の弾性体層２６ｂとしては、第１の弾性体層２６ａと同様に、例えばシリコーンゴムを用いる。ここでは、第２の弾性体層２６ｂを形成するための材料として、第１の弾性体層２６ａを形成するための材料と同様に、液状のシリコーンゴムを用いる。かかる液状のシリコーンゴムとしては、上記と同様に、例えば、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。ＫＥ−１３１０ＳＴの硬化剤としては、上記と同様に、例えば信越化学工業株式会社製のｃａｔ−１３１０ＳＴを用いることができる。シリコーンゴムとしてＫＥ−１３１０ＳＴを用いる場合には、上記と同様に、以下のような作業を行う。まず、例えば１５ｇのＫＥ−１３１０ＳＴに１０％の割合でｃａｔ−１３１０ＳＴを混合する。次に、混合の際に生じた泡を除去する（脱泡）。次に、混合された液体を攪拌する。
Next, a material for forming the second
次に、こうして形成された液体の弾性体材料を上部フレーム４０の内側の領域に注入する（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）。こうして、上部フレーム４０の内側の領域に弾性体材料２５ｂが注入されることとなる。弾性体材料２５ｂは、第２の弾性体層２６ｂとなるものである。
Next, the liquid elastic material formed in this way is injected into the inner region of the upper frame 40 (see FIGS. 6A and 6B). Thus, the
次に、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、弾性体材料２５ｂが注入された上部フレーム４０上に、板状の治具である第２トッププレート４２を載置する。第２トッププレート４２は、上部フレーム４０の内側に注入された弾性体材料２５ｂの表面を平坦化するためのものである。換言すれば、第２トッププレート４２は、燃料電池用カートリッジ１４を成形するための型の一部を構成するものである。第２トッププレート４２の材料としては、弾性体材料２５ｂに対して接着されない非接着性の材料を用いる。ここでは、第２トッププレート４２の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ：Per Fluoro Alkoxy）等のフッ素系樹脂を用いる。
Next, as shown in FIGS. 6C and 6D, the second
なお、第２トッププレート４２の材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂を用いてもよい。また、第２トッププレート４２の材料として、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６等のステンレス鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第２トッププレート４２の材料として、ＳＫ３、ＳＫＤ１１等の工具鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第２トッププレート４２の材料として、アルミニウム、銅、真鍮等の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。
In addition, as a material of the second
第２のトッププレート４２に加える加重は、例えば３００ｇとする。
The weight applied to the second
次に、弾性体材料２５ｂを硬化するための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６０℃とする。熱処理時間は、例えば２０分とする。こうして、弾性体材料２５ｂが硬化することとなる。
Next, heat treatment for curing the
この後、室温にて、弾性体材料２５ｂを冷却し、第２のトッププレート４２を除去する。こうして、弾性体材料２５ｂより成る第２の弾性体層２６ｂが形成される（図６（ｅ）及び図６（ｆ）参照）。
Thereafter, the
次に、例えば針状の治具を用い、第１の弾性体層２６ａ又は第２の弾性体層２６ｂに、セパレータ２８が設けられている領域内に達する孔４４を形成する（図７（ａ）参照）。
Next, for example, using a needle-like jig, a
次に、燃料３０の流路となるチューブ３２の取付けを行う。具体的には、チューブ３２の一方の端部が、セパレータ２８により分離された第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間の領域内に位置し、チューブ３２の他方の端部が第１及び第２の弾性体層２６ａ、２６ｂの外部に位置するように、チューブ３２を取り付ける（図７（ｂ）参照）。チューブ３２の材料としては、例えば管状のステンレスを用いる。
Next, the
次に、チューブ３２を第１の弾性体層２６ａ又は第２の弾性体層２６ｂに接着するための材料を用意する。かかる接着剤（図示せず）としては、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの材料と同様に、例えばシリコーンゴムを用いる。ここでは、接着剤として、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの材料と同様に、液状のシリコーンゴムを用いる。かかる液状のシリコーンゴムとしては、上記と同様に、例えば、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。ＫＥ−１３１０ＳＴの硬化剤としては、上記と同様に、例えば信越化学工業株式会社製のｃａｔ−１３１０ＳＴを用いることができる。シリコーンゴムとしてＫＥ−１３１０ＳＴを用いる場合には、上記と同様に、以下のような作業を行う。まず、例えば１５ｇのＫＥ−１３１０ＳＴに１０％の割合でｃａｔ−１３１０ＳＴを混合する。次に、混合の際に生じた泡を除去する（脱泡）。次に、混合された液体を攪拌する。次に、こうして得られた液体をチューブ３２が挿入されている箇所に塗布する。
Next, a material for bonding the
次に、接着剤を硬化するための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば１２０℃とする。熱処理時間は、例えば１２０分とする。こうして、接着剤が硬化することとなる。 Next, heat treatment for curing the adhesive is performed. The heat treatment temperature is set to 120 ° C., for example. The heat treatment time is, for example, 120 minutes. Thus, the adhesive is cured.
この後、室温にて、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６等を冷却する。
Thereafter, the first
次に、チューブ３２に、図示しないコネクタ等を取り付ける。コネクタは、燃料電池用カートリッジを燃料室に接続するためのものである。
Next, a connector or the like (not shown) is attached to the
こうして本実施形態による燃料電池用カートリッジが製造される。 Thus, the fuel cell cartridge according to the present embodiment is manufactured.
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による燃料電池用カートリッジを図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による燃料電池用カートリッジを示す断面図である。図１乃至図７に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。[Second Embodiment]
A fuel cell cartridge according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the fuel cell cartridge according to the present embodiment. The same components as those in the fuel cell cartridge and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態による燃料電池用カートリッジは、セパレータ２８ａの周縁に断面が円形状の縁取りが形成されていることに主な特徴がある。
The cartridge for the fuel cell according to the present embodiment is mainly characterized in that an edge having a circular cross section is formed on the periphery of the
図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。 FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
セパレータ２８ａの周縁には、断面が円形状の縁取りが形成されている（図８（ｂ）参照）。より具体的には、セパレータ２８ａの周縁に形成された円形状の縁取りの半径Ｒは、例えば０．５ｍｍに設定されている。周縁以外の領域におけるセパレータ２８ａの厚さｔは、例えば０．０５ｍｍに設定されている。
An edge having a circular cross section is formed on the periphery of the
本実施形態においてセパレータ２８ａの周縁に断面が円形状の縁取りを形成しているのは、以下のような理由によるものである。
In the present embodiment, the edge of the
即ち、セパレータ２８ａを単に板状に形成した場合には、燃料電池用カートリッジ１４内に燃料３０を注入し、燃料電池用カートリッジ１４の内部の圧力が比較的高くなった際に、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが剥離してしまうことがあった。
That is, when the
これに対し、本実施形態のようにセパレータ２８ａの周縁に断面が円形状の縁取りを形成すると、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが固着している部分の内縁部の断面の形状は、セパレータ２８ａの周縁の形状に対応して丸い形状となる。第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが固着している部分の内縁部の断面の形状が丸い形状となると、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが剥離しにくくなり、信頼性の高い燃料電池用カートリッジ１４ａを提供することが可能となる。
On the other hand, when a border having a circular cross section is formed on the peripheral edge of the
このようにして製造された本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ａについて、耐圧試験を行ったところ、燃料電池用カートリッジ１４ａの耐圧は最大で４０ｋＰａであった。なお、燃料電池用カートリッジ１４ａの耐圧試験は、燃料電池用カートリッジ１４の内部に燃料を徐々に注入していき、燃料電池用カートリッジ１４に亀裂が生じない限界の圧力を求めることにより行った。
When the pressure resistance test was performed on the thus manufactured
図２に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ１４では、かかる耐圧は最大で２５ｋＰａであった。
In the
これらのことから、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ａによれば、図２に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ１４の耐圧と比較して、１．５倍の耐圧が得られることが分かる。
From these facts, the
このように本実施形態によれば、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが固着している部分の内縁部の断面の形状が丸い形状になっているため、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、信頼性の高い燃料電池用カートリッジ１４ａを提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the cross-sectional shape of the inner edge portion of the portion where the first
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法を図９乃至図１３を用いて説明する。図９乃至図１３は、本実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法を示す工程図である。図９（ｂ）、図９（ｄ）及び図９（ｆ）は、平面図であり、図９（ａ）、図９（ｃ）及び図９（ｅ）は、それぞれ図９（ｂ）、図９（ｄ）及び図９（ｆ）のＡ−Ａ′線断面図である。図１０（ｂ）は平面図であり、図１０（ａ）は図１０（ｂ）のＡ−Ａ′線断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）において丸印で囲んだ部分を拡大した図である。図１１（ｂ）、図１１（ｄ）及び図１１（ｆ）は、平面図であり、図１１（ａ）、図１１（ｃ）及び図１１（ｅ）は、それぞれ図１１（ｂ）、図１１（ｄ）及び図１１（ｆ）のＡ−Ａ′線断面図である。図１２（ｂ）及び図１２（ｄ）は、平面図であり、図１２（ａ）及び図１２（ｃ）は、それぞれ図１２（ｂ）及び図１２（ｄ）のＡ−Ａ′線断面図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は断面図である。図１乃至図８に示す第１又は第２実施形態による燃料電池用カートリッジ及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。[Third Embodiment]
A method of manufacturing a fuel cell cartridge according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13 are process diagrams showing the method of manufacturing the fuel cell cartridge according to the present embodiment. 9 (b), FIG. 9 (d), and FIG. 9 (f) are plan views, and FIG. 9 (a), FIG. 9 (c), and FIG. It is the sectional view on the AA 'line of Drawing 9 (d) and Drawing 9 (f). FIG. 10B is a plan view, and FIG. 10A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 10B. FIG.10 (c) is the figure which expanded the part enclosed with the circle mark in Fig.10 (a). 11 (b), FIG. 11 (d), and FIG. 11 (f) are plan views, and FIG. 11 (a), FIG. 11 (c), and FIG. It is the sectional view on the AA 'line of Drawing 11 (d) and Drawing 11 (f). 12 (b) and 12 (d) are plan views, and FIGS. 12 (a) and 12 (c) are cross-sectional views taken along line AA ′ in FIGS. 12 (b) and 12 (d), respectively. FIG. FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views. The same components as those of the fuel cell cartridge and the manufacturing method thereof according to the first or second embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法は、第１のトッププレート３８ａのうちの弾性体材料２５ａに接する側の面に凹凸を形成しておき、かかる第１のトッププレート３８ａに形成された凹凸４６を用いて第１の弾性体層２６ａの表面に凹凸を形成し、これにより、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの密着性を向上させることに主な特徴がある。
The manufacturing method of the fuel cell cartridge according to the present embodiment is formed on the first
まず、支持基板３４を用意する工程から下部フレーム３６の内側の領域に弾性体材料２５ａを注入するまでの工程は、図４（ａ）乃至図４（ｃ）を用いて上述した第１実施形態による燃料電池用カートリッジの製造方法と同様であるので説明を省略する（図９（ａ）乃至図９（ｃ）参照）。
First, the steps from the step of preparing the
次に、弾性体材料２５ａに接する側の面である一方の面に凹凸４６が形成された第１トッププレート３８ａを用意する（図１０（ｃ）参照）。第１トッププレート３８ａの一方の面における表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは、例えば２０μｍ程度とする。例えばサンドブラストを用いて第１のトッププレート３８ａの一方の面を加工すれば、第１のトッププレート３８ａの一方の面をこのような表面粗さＲａに設定することが可能である。
Next, the 1st
次に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、弾性体材料２５ａが注入された下部フレーム３６上に、第１トッププレート３８ａを載置する。第１のトッププレート３８ａを下部フレーム３６上に載置する際には、第１のトッププレート３８ａのうちの凹凸が形成された一方の面が弾性体材料２５ａの表面に接するように、第１のトッププレート３８ａを載置する。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the first
第１トッププレート３８ａは、下部フレーム３６の内側に注入された弾性体材料２５ａの表面を平坦化するとともに、弾性体材料２５ａの表面に凹凸を形成するためのものである。第１トッププレート３８ａの材料としては、弾性体材料２５ａに対して接着されない非接着性の材料を用いる。ここでは、第１トッププレート３８ａの材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ：Per Fluoro Alkoxy）等のフッ素系樹脂を用いる。
The first
なお、第１トッププレート３８ａの材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂を用いてもよい。また、第１トッププレート３８ａの材料として、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６等のステンレス鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第１トッププレート３８ａの材料として、ＳＫ３、ＳＫＤ１１等の工具鋼の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。また、第１トッププレート３８ａの材料として、アルミニウム、銅、真鍮等の表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非接着性の材料をコーティングしたものを用いてもよい。
In addition, you may use polyolefin resin, such as polyethylene and a polypropylene, as a material of the 1st
第１のトッププレート３８ａに加える加重は、例えば３００ｇとする。
The weight applied to the first
次に、弾性体材料２５ａを硬化するための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６０℃とする。熱処理時間は、例えば２０分とする。こうして、弾性体材料２５ａが硬化することとなる。
Next, heat treatment is performed to cure the
この後、室温にて、弾性体材料２５ａを冷却し、第１のトッププレート３８ａを除去する。こうして、弾性体材料２５ａより成る第１の弾性体層２６ａが形成される。第１の弾性体層２６ａの表面には、第１のトッププレート３８ａの一方の面に形成された凹凸４６（図１０（ｃ）参照）に対応して凹凸（図示せず）が形成されている。
Thereafter, the
次に、例えば高圧水銀灯を用いて、第１の弾性体層２６ａに紫外線を照射する。紫外線を照射する際の条件は、例えば以下の通りとする。紫外線ランプの強度は、例えば１６０Ｗ／ｃｍ程度とする。紫外線ランプと第１の弾性体層２６ａとの間の距離は、例えば１０ｃｍ程度とする。紫外線を照射する際には、例えば１ｍ／分の速度で第１の弾性体層２６ａを移動させながら、紫外線を照射する。
Next, the first
次に、図１１（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、第１の弾性体層２６ａのうちの周縁部を除く領域、即ち、第１の弾性体層２６ａのうちの中央部に、セパレータ２８を載置する。なお、第１の弾性体層２６ａ上に、第２実施形態において上述したセパレータ２８ａを載置するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 11A and FIG. 11A, in a region excluding the peripheral portion of the first
次に、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）に示すように、下部フレーム３６上に、枠状の治具である上部フレーム４０を載置する。
Next, as shown in FIGS. 11C and 11D, the
次に、第２の弾性体層２６ｂを形成するための材料を用意する。第２の弾性体層２６ｂとしては、第１の弾性体層２６ａと同様に、例えばシリコーンゴムを用いる。ここでは、第２の弾性体層２６ｂを形成するための材料として、第１の弾性体層２６ａを形成するための材料と同様に、液状のシリコーンゴムを用いる。かかる液状のシリコーンゴムとしては、上記と同様に、例えば、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムであるＫＥ−１３１０ＳＴを用いることができる。ＫＥ−１３１０ＳＴの硬化剤としては、上記と同様に、例えば信越化学工業株式会社製のｃａｔ−１３１０ＳＴを用いることができる。シリコーンゴムとしてＫＥ−１３１０ＳＴを用いる場合には、上記と同様に、以下のような作業を行う。まず、例えば１５ｇのＫＥ−１３１０ＳＴに１０％の割合でｃａｔ−１３１０ＳＴを混合する。次に、混合の際に生じた泡を除去する（脱泡）。次に、混合された液体を攪拌する。
Next, a material for forming the second
次に、こうして形成された液体の弾性体材料を上部フレーム４０の内側の領域に注入する（図１１（ｅ）及び図１（ｆ）参照）。こうして、上部フレーム４０の内側の領域に弾性体材料２５ｂが注入されることとなる。弾性体材料２５ｂは、第２の弾性体層２６ｂとなるものである。
Next, the liquid elastic material formed in this manner is injected into a region inside the upper frame 40 (see FIGS. 11E and 1F). Thus, the
次に、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、弾性体材料２５ｂが注入された上部フレーム４０上に、板状の治具である第２トッププレート４２を載置する。第２のトッププレートに加える加重は、例えば３００ｇとする。
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, the second
次に、弾性体材料２５ｂを硬化するための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば６０℃とする。熱処理時間は、例えば２０分とする。こうして、弾性体材料２５ｂが硬化することとなる。
Next, heat treatment for curing the
この後、室温にて、弾性体材料２５ｂを冷却し、第２のトッププレート４２を除去する。こうして、弾性体材料２５ｂより成る第２の弾性体層２６ｂが形成される（図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）参照）。周縁部においては、表面に凹凸が形成された第１の弾性体層２６ａ上に、第２の弾性体層２６ｂが形成されるため、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間において良好な密着性が得られる。
Thereafter, the
この後の燃料電池用カートリッジの製造方法は、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて上述した燃料電池用カートリッジの製造方法と同様であるので、説明を省略する（図１３（ａ）及び図１３（ｂ）参照）。 The subsequent manufacturing method of the fuel cell cartridge is the same as the manufacturing method of the fuel cell cartridge described above with reference to FIGS. 7A and 7B, and the description thereof will be omitted (FIG. 13A). ) And FIG. 13B).
こうして、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｂが製造される。
Thus, the
このようにして製造された本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｂについて、耐圧試験を行ったところ、燃料電池用カートリッジ１４ｂの耐圧は最大で３０ｋＰａであった。
When the pressure resistance test was performed on the
なお、図２に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ１４では、上述したように、耐圧は最大で２５ｋＰａであった。
In the
これらのことから、本実施形態によれば、図２に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ１４の耐圧に対して、１．２倍の耐圧が得られることが分かる。
From these facts, it can be seen that according to the present embodiment, a withstand voltage 1.2 times as high as that of the
このように本実施形態によれば、表面に凹凸が形成された第１の弾性体層２６ａ上に第２の弾性体層２６ｂを形成するため、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの密着性を向上することができる。このため、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、より信頼性の高い燃料電池用カートリッジ１４ｂを提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the second
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による燃料電池用カートリッジを図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による燃料電池用カートリッジを示す平面図である。図１乃至図１３に示す第１乃至第３実施形態による燃料電池用カートリッジ及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。[Fourth Embodiment]
A fuel cell cartridge according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a plan view showing the fuel cell cartridge according to the present embodiment. The same components as those in the fuel cell cartridge and the manufacturing method thereof according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｃは、セパレータ２８ｂに切れ目４８が形成されていることに主な特徴がある。
The
図１４に示すように、第１の弾性体層２６ａ（図２参照）の周縁部を除く領域と第２の弾性体層２６ｂ（図２参照）の周縁部を除く領域との間には、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとを分離するためのセパレータ２８ｂが形成されている。セパレータ２８ｂの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：PolyEthylene Terephthalate）より成るフィルムが用いられている。セパレータ２８ｂの厚さは、例えば１００μｍ程度とする。
As shown in FIG. 14, between the region excluding the peripheral portion of the first
本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｃでは、セパレータ２８ｂに切れ目４８が形成されている。切れ目４８は、セパレータ２８ｂのうちの周縁部を除く領域、即ち、中央部に形成されている。切れ目４８は、十字状に形成されている。より具体的には、３０ｍｍの直線状の切れ目４８ａと２５ｍｍの直線状の切れ目４８ｂとが互いに交差するように形成されている。
In the
本実施形態においてセパレータ２８ｂに切れ目４８を形成しているのは、以下のような理由によるものである。
The reason why the
即ち、セパレータの材料として比較的硬い材料を用いた場合には、セパレータが比較的変形しにくいため、燃料電池用カートリッジ内に燃料を注入していく際にセパレータが第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが固着されている箇所に徐々に食い込む場合がある。かかる場合には、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離する要因となる。
That is, when a relatively hard material is used as the separator material, the separator is relatively difficult to deform. Therefore, when the fuel is injected into the fuel cell cartridge, the separator is in contact with the first
これに対し、本実施形態では、セパレータ２８ｂに切れ目４８が形成されているため、燃料電池用カートリッジ１４ｃ内に燃料３０を注入していく際にセパレータ２８ｂが自在に変形する。このため、本実施形態では、燃料電池用カートリッジ１４ｃ内に燃料３０を注入していく際に、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間にセパレータ２８ｂが食い込んでいくのを防止することができる。従って、本実施形態によれば、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、より信頼性の高い燃料電池用カートリッジ１４ｃを提供することが可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, since the
このようにして製造された本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｃについて、耐圧試験を行ったところ、燃料電池用カートリッジ１４ｃの耐圧は最大で２８ｋＰａであった。
When the pressure resistance test was performed on the
なお、図２に示す第１実施形態による燃料電池用カートリッジ１４では、上述したように、耐圧は最大で２５ｋＰａであった。
In the
これらのことから、本実施形態による燃料電池用カートリッジ１４ｃによれば、図２に示す燃料電池用カートリッジの耐圧に対して、１．１倍の耐圧が得られることが分かる。
From these facts, it can be seen that the
このように本実施形態によれば、セパレータ２８ｂに切れ目４８が形成されているため、燃料電池用カートリッジ１４ｃ内に燃料３０を徐々に注入していく際にセパレータ２８ｂが自在に変形し、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間にセパレータ２８ｂが食い込んでいくのを防止することが可能となる。従って、本実施形態によれば、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、より信頼性の高い燃料電池用カートリッジを提供することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the
（変形例（その１））
次に、本実施形態による燃料電池用カートリッジの変形例（その１）を図１５を用いて説明する。図１５は、本変形例による燃料電池用カートリッジを示す平面図である。(Modification (Part 1))
Next, a modification (No. 1) of the fuel cell cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a plan view showing a fuel cell cartridge according to this modification.
図１５に示すように、本変形例では、セパレータ２８ｃの長手方向に切れ目４８ａが形成されている。切れ目４８ａの寸法は、例えば３０ｍｍとする。
As shown in FIG. 15, in this modification, a
このようにセパレータ２８ｃの長手方向に切れ目４８ａを形成した場合にも、燃料電池用カートリッジ１４ｄ内に燃料３０を徐々に注入していく際にセパレータ２８ｃが自在に変形し、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間にセパレータ２８ｃが食い込んでいくのを防止することは可能である。従って、本変形例によっても、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、信頼性の高い燃料電池用カートリッジを提供することが可能となる。
Thus, even when the
（変形例（その２））
次に、本実施形態による燃料電池用カートリッジの変形例（その２）を図１６を用いて説明する。図１６は、本変形例による燃料電池用カートリッジを示す平面図である。(Modification (Part 2))
Next, a modification (No. 2) of the fuel cell cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a plan view showing a fuel cell cartridge according to this modification.
図１６に示すように、本変形例では、セパレータ２８ｄの長手方向に対して垂直な方向に切れ目４８ｂが形成されている。切れ目４８ｂの寸法は、例えば２５ｍｍとする。
As shown in FIG. 16, in this modification, a
このようにセパレータ２８ｄの長手方向に垂直な方向に切れ目４８ｂを形成した場合にも、燃料電池用カートリッジ１４ｅ内に燃料３０を徐々に注入していく際にセパレータ２８ｄが自在に変形し、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間にセパレータ２８ｄが食い込んでいくのを防止することは可能である。従って、本変形例によっても、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、信頼性の高い燃料電池用カートリッジを提供することが可能となる。
Thus, even when the
（変形例（その３））
次に、本実施形態による燃料電池用カートリッジの変形例（その３）を図１７を用いて説明する。図１７は、本変形例による燃料電池用カートリッジ１４ｆを示す平面図である。(Modification (Part 3))
Next, a modification (No. 3) of the fuel cell cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a plan view showing a
図１７に示すように、本変形例では、セパレータ２８ｅにＸ字状に切れ目５０が形成されている。
As shown in FIG. 17, in this modification, a
このようにセパレータ２８ｅにＸ字状に切れ目５０を形成した場合にも、燃料電池用カートリッジ１４ｆ内に燃料３０を徐々に注入していく際にセパレータ２８ｅが自在に変形し、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとの間にセパレータ２８ｅが食い込んでいくのを防止することは可能である。従って、本変形例によっても、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとが互いに剥離するのを防止することができ、信頼性の高い燃料電池用カートリッジを提供することが可能となる。
Even when the
[変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの材料としてシリコーンゴムを用いる場合を例に説明したが、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの材料はシリコーンゴムに限定されるものではない。例えば、エチレンプロピレンジエンゴム、ポリ酢酸ビニル−エチレンビニルアルコール共重合体、又は、ポリ塩化ビニル等を、第１の弾性体層２６ａ及び第２の弾性体層２６ｂの材料として用いてもよい。
For example, in the above embodiment, the case where silicone rubber is used as the material of the first
また、上記実施形態では、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いる場合を例に説明したが、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料は、ポリテトラフルオロエチレンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に限定されるものではない。
In the above embodiment, the case where polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyethylene terephthalate (PET) is used as the material of the
例えば、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ：Per Fluoro Alkoxy）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ：Fluorinated Ethylene Propylene）等の他のフッ素系樹脂を、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料として広く用いることができる。
For example, other fluororesins such as perfluoroalkoxy (PFA) and fluorinated ethylene propylene (FEP) can be widely used as the material of the
また、ポリエチレン（ＰＥ：PolyEthylene）、ポリプロピレン（ＰＰ：PolyPropylene）、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ：Cycro Olefin Polymer）等のオレフィン系樹脂を、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料として用いてもよい。
Moreover, you may use olefin resin, such as polyethylene (PE: PolyEthylene), a polypropylene (PP: PolyPropylene), and a cycloolefin polymer (COP: Cycro Olefin Polymer), as the material of the
また、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：PolyEthylene Naphtarete）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：PolyButylene Terephthalate）、ポリ乳酸等のポリエステル系樹脂を、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料として用いてもよい。
Polyester resins such as polyethylene naphthalate (PEN: PolyEthylene Naphtarete), polybutylene terephthalate (PBT), and polylactic acid may be used as materials for the
また、軟質ポリ塩化ビニル（Plasticized PolyVinyl Chloride）や、軟質ポリ塩化ビニルの重合体等の塩化ビニル系樹脂を、セパレータ２８、２８ａ〜２８ｅの材料として用いてもよい。
Moreover, you may use vinyl chloride-type resins, such as a soft polyvinyl chloride (Plasticized PolyVinyl Chloride) and a polymer of a soft polyvinyl chloride, as a material of the
また、上記実施形態では、第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとを別個に形成したが、射出成形、圧縮成型等により第１の弾性体層２６ａと第２の弾性体層２６ｂとを一体に形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the first
本発明による燃料電池用カートリッジ及びその製造方法並びに燃料電池システムは、簡便で安価な燃料電池用カートリッジ及び燃料電池システムを実現するのに有用である。 The fuel cell cartridge, the manufacturing method thereof, and the fuel cell system according to the present invention are useful for realizing a simple and inexpensive fuel cell cartridge and fuel cell system.
Claims (5)
前記収納部内部に設けられ、前記収納部の内面同士が互いに接着されるのを防止するセパレータと
を有することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。A storage portion made of an elastic body for storing liquid fuel;
A fuel cell cartridge comprising: a separator that is provided inside the storage portion and prevents inner surfaces of the storage portions from being bonded to each other .
前記収納部は、第１の弾性体層と第２の弾性体層とをその周縁部で固着したものであり、
前記セパレータは、前記周縁部の内側に配置されている
ことを特徴とする燃料電池用カートリッジ。In the fuel cell cartridge according to claim 1,
The storage portion is obtained by fixing the first elastic body layer and the second elastic body layer at the peripheral edge thereof,
The fuel cell cartridge, wherein the separator is disposed inside the peripheral edge.
前記セパレータと前記弾性体とは、互いに非接着性の材料から成る
ことを特徴とする燃料電池用カートリッジ。In the fuel cell cartridge according to claim 1 or 2,
The fuel cell cartridge, wherein the separator and the elastic body are made of non-adhesive materials.
液体燃料を収納する弾性体から成る収納部と；前記収納部内部に設けられ、前記収納部の内面同士が互いに接着されるのを防止するセパレータとを有する燃料電池用カートリッジと接続され、前記燃料電池用カートリッジに収納された液体燃料が供給される
ことを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell system for generating power with liquid fuel,
A fuel cell cartridge , comprising : a storage portion made of an elastic body that stores liquid fuel; and a separator that is provided inside the storage portion and prevents an inner surface of the storage portion from being bonded to each other. A fuel cell system, wherein liquid fuel stored in a battery cartridge is supplied.
前記第１の弾性体層の周縁部に接続され、前記第１の弾性体層との間に燃料を貯留する空間を形成する第２の弾性体層と、
前記第１の弾性体層のうちの周縁部を除く領域と前記第２の弾性体層のうちの周縁部を除く領域との間に設けられ、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層とが互いに接着されるのを防止するセパレータと、
前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層との間に形成される空間に一方の端部が達するように取付けられたチューブと
を有することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。A first elastic layer;
A second elastic layer connected to a peripheral portion of the first elastic layer and forming a space for storing fuel between the first elastic layer and the first elastic layer;
Provided between a region of the first elastic body layer excluding a peripheral edge portion and a region of the second elastic body layer excluding a peripheral edge portion; and the first elastic body layer and the second elastic layer. A separator that prevents the elastic layer from being bonded to each other ;
A fuel cell cartridge comprising: a tube attached so that one end reaches a space formed between the first elastic layer and the second elastic layer.
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