JP5327501B2

JP5327501B2 - 燃料カートリッジ

Info

Publication number: JP5327501B2
Application number: JP2007339155A
Authority: JP
Inventors: 敦佐藤; 芳明井上; 和明福島; 重輔志村; 裕登高木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: US20090169972A1; US8002137B2; JP2009163891A

Description

本発明は、燃料電池に用いられる燃料カートリッジに関する。

燃料電池は、アノード電極（燃料電極）とカソード電極（酸素電極）との間に電解質が配置された構成を有し、アノード電極には燃料、カソード電極には酸化剤がそれぞれ供給される。このとき、燃料が酸化剤によって酸化される酸化還元反応が起こり、燃料がもっていた化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。

このような燃料電池は、燃料および酸化剤を供給し続けることで継続的に発電可能であり、従来の一次電池または二次電池とは異なる新たな携帯型電子機器用電源として期待されている。すなわち、燃料電池は、燃料と酸化剤との化学反応を利用して発電を行うものであるから、酸化剤として空気中の酸素を用い、燃料を外部から補給し続けることによって、故障しない限り電源として使い続けることが可能である。よって、小型化された燃料電池は、携帯型電子機器に適した充電不要の高エネルギー密度電源となりうる。

燃料電池に外部から燃料を補給する方法としては、交換型の燃料カートリッジを用いることが考えられている。このような燃料カートリッジとして、従来では、燃料を収容した容器本体を包装材に収納したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２２４９８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、物流時などにおける振動および環境温度または気圧の変動によって、開封以前の包装材の中で燃料が漏れ出してしまっているという可能性があり、安全性に重大な問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料漏れを確実に抑えることができ、安全性を高めることができる燃料カートリッジを提供することにある。

本発明による燃料カートリッジは、燃料供給口を有するカートリッジ本体と、燃料供給口を直接塞ぐシール部材と、カートリッジ本体を収容する包装部材とを備えたものである。シール部材は、燃料供給口およびその近傍に貼り付けられる封止部と、封止部の一端に設けられた操作部とを有している。包装部材は、操作部と結合されている。

本発明の燃料カートリッジでは、カートリッジ本体の燃料供給口がシール部材で直接塞がれているので、燃料供給口が確実に封止され、燃料漏れが起こりにくくなる。また、カートリッジ本体が包装部材に収容されているので、シール部材の意図しない剥離等が防止される。更に、包装部材は、シール部材の操作部と結合されているので、包装部材を開封してカートリッジ本体から分離させるのと同時に、操作部に剥離力が加えられる。また、シール部材を剥がして燃料供給口を開封する際に、かりに燃料が外部に飛散したとしても、飛散する燃料を包装部材に受容させて、ユーザの手や服などを汚すおそれをなくすことができる。

本発明の燃料カートリッジによれば、カートリッジ本体の燃料供給口をシール部材で直接塞ぐようにしたので、燃料漏れを確実に抑えることができ、安全性を高めることができる。また、カートリッジ本体を包装部材に収容するようにしたので、シール部材の意図しない剥離等を防止することが可能となる。更に、包装部材を、シール部材の操作部と結合するようにしたので、包装部材を開封してカートリッジ本体から分離させるのと同時に、操作部に剥離力を加えることが可能となる。また、シール部材を剥がして燃料供給口を開封する際に、かりに燃料が外部に飛散したとしても、飛散する燃料を包装部材に受容させて、ユーザの手や服などを汚すおそれをなくすことができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態に係る燃料カートリッジの外観を表すものである。この燃料カートリッジ１は、携帯電話，ノート型ＰＣ（Personal Computer ）等の携帯型電子機器の電源として搭載される燃料電池に用いられる交換型燃料カートリッジであり、燃料電池の発電モジュール（図示せず）とは別体に構成され、燃料供給管（図示せず）等を介して燃料電池の発電モジュールに連結されて燃料を供給することができるようになっている。燃料カートリッジ１は、例えば、角型（直方体形状）のカートリッジ本体１０の内部に、燃料であるメタノール等を収容している。

カートリッジ本体１０は、例えば、厚みが約６ｍｍであり、アルミニウムあるいはステンレス鋼などの金属材料、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）あるいはポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂材料により構成されている。カートリッジ本体１０の上面１０Ａには、カートリッジ本体１０内に燃料を注入し、あるいはカートリッジ本体１０から燃料電池（図示せず）に燃料を送出するための燃料供給口１１が設けられている。この燃料供給口１１は、シール部材２０により直接塞がれている。これにより、この燃料カートリッジ１では、物流時などにおける振動および環境温度または気圧の変動に対して、燃料漏れを確実に抑えることができ、安全性を高めることができるようになっている。

シール部材２０は、例えば、燃料供給口１１およびその近傍に貼り付けられる封止部２１と、封止部２１の一端に設けられた操作部２２とを有している。封止部２１は、熱融着，超音波融着，接着剤等の樹脂接着など、カートリッジ本体１０の形状および材質に合わせた適当な方法で貼り付けられている。操作部２２は、シール部材２０をカートリッジ本体１０から剥離する際に、封止部２１に剥離力を加えるためのものである。また、カートリッジ本体１０に収容されているメタノールは、温まるとカートリッジ本体１０の内圧を上昇させるので、シール部材２０は、そのような内圧上昇に耐えうることが望ましい。

シール部材２０は、燃料に対するバリア性の高い材料により構成されている。具体的には、ポリエチレン，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およびポリ塩化ビニルからなる群のうち一種または二種以上の混合体よりなる樹脂フィルムが挙げられる。また、この樹脂フィルムにアルミニウム等の金属箔を重ね合わせたラミネートフィルムでもよい。更に、この樹脂フィルムに、アルミニウム等の金属，酸化アルミニウム（アルミナ）等の金属化合物，あるいは二酸化ケイ素（シリカ）等のうち一種または二種以上よりなる蒸着層を形成したものでもよい。

このようなカートリッジ本体１０は、図３に示したように、袋状の包装部材３０に収容されている。包装部材３０は、物流時においてカートリッジ本体１０を保護すると共にシール部材２０の意図しない剥離等を防止するためのものであり、例えば、厚みが１００μｍであり、樹脂フィルム，アルミニウム箔および樹脂フィルムをこの順に張り合わせたアルミラミネートフィルムにより構成されている。なお、包装部材３０は、シール部材２０の構造によっては省略することも可能である。

包装部材３０は、シール部材２０の操作部２２と結合されていることが望ましい。包装部材３０を開封してカートリッジ本体１０から分離させるのと同時に、操作部２２に剥離力が加えられるようにすることができるからである。また、シール部材２０を剥がして燃料供給口１１を開封する際に、かりに燃料が外部に飛散したとしても、飛散する燃料を包装部材３０に受容させて、ユーザの手や服などを汚すおそれをなくすことができるからである。

この燃料カートリッジ１は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、上述した材料よりなるカートリッジ本体１０を用意し、燃料供給口１１から燃料を注入する。次いで、上述した材料よりなるシール部材２０の封止部２１を燃料供給口１１およびその近傍に貼り付けることにより、燃料供給口１１を直接塞ぐ。シール部材２０の貼り付け方法は、熱融着，超音波融着，接着剤等の樹脂接着など、カートリッジ本体１０の形状および材質に合わせた適当な方法を用いることができる。

続いて、必要に応じて、上述した材料よりなる包装部材３０を用意し、シール部材２０を貼り付けたカートリッジ本体１０を包む。以上により、図１ないし図３に示した燃料カートリッジ１が完成する。

この燃料カートリッジ１では、シール部材２０により燃料供給口１１が直接塞がれているので、包装部材３０未開封時の包装部材３０内での不慮の漏洩が確実に抑えられ、安全性が向上する。

また、この燃料カートリッジ１を開封する際には、図４に示したように、封止部２１の一端に設けられた操作部２２を引き、封止部２１に剥離力を加えることにより、シール部材２０をカートリッジ本体１０から剥離し、燃料供給口１１を開放する。

このように本実施の形態では、カートリッジ本体１０の燃料供給口１１をシール部材２０で直接塞ぐようにしたので、物流時などにおける振動および環境温度または気圧の変動に対して、燃料漏れを確実に抑えることができ、安全性を高めることができる。

（第２の実施の形態）
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料カートリッジの外観を表すものである。この燃料カートリッジ１Ａでは、カートリッジ本体１０の上面１０Ａに、燃料供給口１１および大気連通口１２が設けられている。これら燃料供給口１１および大気連通口１２はシール部材２０で直接塞がれており、これにより、第１の実施の形態と同様に、燃料漏れを確実に抑え、安全性を高めることができるようになっている。このことを除いては、本実施の形態の燃料カートリッジ１Ａは、上記第１の実施の形態と同様に構成され、同様にして製造することができる。よって、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。

シール部材２０の封止部２１は、一構成部材で燃料供給口１１と大気連通口１２との両方を覆っている。封止部２１の一端には、第１の実施の形態と同様の操作部２２が設けられている。

また、このシール部材２０は、図７（Ａ）に示したように、操作部２２と燃料供給口１１を封止する第１封止部２１Ａとの距離Ｌ１よりも、操作部２２と大気連通口１２を封止する第２封止部２１Ｂとの距離Ｌ２が短いことが好ましい。また、第１封止部２１Ａの剥離抵抗よりも、第２封止部２１Ｂの剥離抵抗を小さくするようにしてもよい。このようにすることにより、操作部２２に加えられる剥離力が、燃料供給口１１を封止する第１封止部２１Ａよりも、大気連通口１２を封止する第２封止部２１Ｂに伝達されやすくなり、図７（Ｂ）に示したように、大気連通口１２が燃料供給口１１よりも先に開放される。よって、カートリッジ本体１０の内圧により燃料が放出されるのを抑えることができ、開封時の燃料漏れを防ぐことができる。

このようなカートリッジ本体１０は、第１の実施の形態と同様の包装部材３０（図５ないし図７には図示せず、図３参照。）に収容されている。

この燃料カートリッジ１Ａでは、シール部材２０により燃料供給口１１および大気連通口１２が直接塞がれているので、包装部材３０未開封時の包装部材３０内での不慮の漏洩が確実に抑えられ、安全性が向上する。

また、この燃料カートリッジ１を開封する際には、封止部２１の一端に設けられた操作部２２を引き、封止部２１に剥離力を加えることにより、シール部材２０をカートリッジ本体１０から剥離する。ここで、シール部材２０は、操作部２２と燃料供給口１１を封止する第１封止部２１Ａとの距離Ｌ１よりも、操作部２２と大気連通口１２を封止する第２封止部２１Ｂとの距離Ｌ２が短くされているので、操作部２２に加えられる剥離力は、燃料供給口１１を封止する第１封止部２１Ａよりも、大気連通口１２を封止する第２封止部２１Ｂに伝達されやすくなっている。よって、図７（Ｂ）に示したように、先に大気連通口１２が開放されてカートリッジ本体１０の内圧が大気圧と等しくなったのち、図７（Ｃ）に示したように、燃料供給口１１が開放される。従って、カートリッジ本体１０の内圧が気温または気圧の変化により大気圧よりも高くなっていても、燃料供給口１１から燃料が漏れ出すおそれがなくなる。また、カートリッジ本体１０内に燃料と共に空気などの気体が密封されている場合にも、内部気体の膨張圧によって燃料供給口１１から燃料が漏れ出すおそれがなくなる。

このように本実施の形態では、カートリッジ本体１０の燃料供給口１１および大気連通口１２を、シール部材２０で直接塞ぐようにしたので、第１の実施の形態と同様に、物流時などにおける振動および環境温度または気圧の変動に対して、燃料漏れを確実に抑えることができ、安全性を高めることができる。

なお、本実施の形態では、燃料供給口１１および大気連通口１２が、カートリッジ本体１０の上面１０Ａに設けられている場合について説明したが、燃料供給口１１および大気連通口１２のそれぞれの位置は特に限定されない。また、燃料供給口１１と大気連通口１２との位置関係も特に限定されない。例えば、図８に示したように、燃料供給口１１はカートリッジ本体１０の上面１０Ａ、大気連通口１２は側面１０Ｂに設けられていてもよい。また、例えば図９に示したように、燃料供給口１１はカートリッジ本体１０の上面１０Ａ、大気連通口１２は他の側面１０Ｃに設けられていてもよい。

また、シール部材２０の形状は、一構成部材で燃料供給口１１および大気連通口１２の両方を塞ぐことができれば、特に限定されない。例えば、図８に示した場合、シール部材２０は、図１０に示したように、カートリッジ本体１０の上面１０Ａおよび側面１０Ｂに貼り付けられていてもよいし、図１１に示したように、カートリッジ本体１０の上面１０Ａおよび側面１０Ｃ，１０Ｂに貼り付けられていてもよい。また、図９に示した場合、シール部材２０は、図１２に示したように、カートリッジ本体１０の上面１０Ａおよび側面１０Ｃに貼り付けるようにすることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、上記実施の形態では、カートリッジ本体１０，シール部材２０および包装部材３０の構成について具体的に説明したが、他の構成としてもよい。例えば、カートリッジ本体１０の形状は、上記実施の形態で説明した角型（直方体）に限らず、円筒型などの他の形状であってもよい。

また、例えば、上記実施の形態において説明した各構成要素の材料および厚み、またはシール部材２０の貼り付け方法などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の貼り付け方法としてもよい。

更に、例えば、カートリッジ本体１０に収容される液体燃料は、メタノールのほか、エタノールやジメチルエーテルなどの他の液体燃料でもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料カートリッジの外観を表す図である。図１に示したカートリッジ本体の構成を表す図である。図１に示したカートリッジ本体を包装部材に収容した状態を表す図である。図１に示した燃料カートリッジの開封方法を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料カートリッジの外観を表す図である。図５に示したカートリッジ本体の構成を表す図である。図５に示した燃料カートリッジの開封方法を説明するための図である。図６の変形例を表す図である。図６の他の変形例を表す図である。図８に示したカートリッジ本体に貼り付けられるシール部材の形状の例を表す図である。図１０の変形例を表す図である。図９に示したカートリッジ本体に貼り付けられるシール部材の形状の例を表す図である。

符号の説明

１…燃料カートリッジ、１０…カートリッジ本体、１０Ａ…上面、１０Ｂ，１０Ｃ…側面、２０…シール部材、２１…封止部、２１Ａ…第１封止部、２１Ｂ…第２封止部、２２…操作部、３０…包装部材

Claims

燃料供給口を有するカートリッジ本体と、
前記燃料供給口を直接塞ぐシール部材と、
前記カートリッジ本体を収容する包装部材と
を備え、
前記シール部材は、前記燃料供給口およびその近傍に貼り付けられる封止部と、前記封止部の一端に設けられた操作部とを有し、
前記包装部材は、前記操作部と結合されている
燃料カートリッジ。
前記カートリッジ本体は大気連通口を有し、
前記シール部材は、前記燃料供給口および前記大気連通口を直接塞いでいる
請求項１記載の燃料カートリッジ。
前記封止部は、一構成部材で前記燃料供給口と前記大気連通口との両方を覆い、
前記操作部と前記燃料供給口を封止する第１封止部との距離Ｌ１よりも、前記操作部と前記大気連通口を封止する第２封止部との距離Ｌ２が短い
請求項２記載の燃料カートリッジ。