JP6867476B2 - 燃料電池用のタンクカートリッジから燃料を取り出すための装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用の燃料容器から燃料を取り出すための取出装置であって、燃料容器の開口部を閉じるための閉鎖要素と、閉鎖要素の燃料取出開口部と燃料容器内の液体燃料との第１流体接続を確立するための燃料ラインと、燃料容器内の液体燃料に浮遊するように構成された浮力体と、燃料容器内の特に液体燃料の上方の気体領域と閉鎖要素の均圧化開口部との第２流体接続を確立するための可撓性を有する均圧化ラインとを備え、均圧化ラインの端部は浮力体に接続される取出装置に関する。この先行技術は、欧州特許第１５０６９３６号明細書に記載されている。

先行技術
燃料電池は、オフグリッドおよび移動式のエネルギー供給の様々な分野で使用される。使用される燃料は、いわゆるタンクカートリッジに入れて運ばれる。燃料が液体状態で存在する場合、取出ホースおよび通気口を有する機械構造体が通常使用される。タンクカートリッジの位置にかかわらず、確実に通気されなければならない。この目的のために、開口部は、端部に浮力体（いわゆるフロート、またはフロート体とも称される）が取り付けられる可撓性ホースに接続される。この浮力体により、確実にタンクカートリッジ内部のホースの開放端部が常にカートリッジの気相内に保持される。フロートは、液面を自由に移動することができる。

充填されたタンクカートリッジが移動住宅または帆船などの移動用途で輸送または設置される場合、浮力体／フロートは動き始める。移動住宅または帆船の静止状態でも、例えば、人または波の動きによって、液面の動き、ひいては浮力体の動きが生じる。浮力体の動きは、通常、浮力体がタンクカートリッジの壁に当たって終了し、はっきり聞こえる騒音が生じる。これは、特に休息中または睡眠中、非常に妨害するものとして認識される。

さらに、使用される燃料電池システムは、メタノール−水混合物（メタノール予混合物とも呼ばれる）、エタノール、メタノール、ギ酸、様々な純度のディーゼルなどの異なる燃料タイプを用い、それら燃料は、対応するタンクカートリッジ内に供給される。現在、異なるタイプの燃料が認識されないため、同じ燃料電池技術で異なるタイプの燃料を使用することはできない。

タンクカートリッジの閉鎖システムの現在用いられている設計では、異なるタイプの燃料を区別することができない。したがって、同じ閉鎖システムを使用する場合、混同（メタノール、メタノール予混合物、エタノールなど）のリスクがある。

本発明の目的は、これらの欠点を少なくとも部分的に克服することである。

タンクカートリッジには、規定の開口径を有する規格容器が使用されることを考慮しなければならない。したがって、導入することができる浮力体の最大サイズは制限される。使用される燃料は主に低密度であるために浮力は低いことも考慮しなければならない。これは、設計およびサイズの変更は、非常に限定された範囲でしか行うことができず、さらに導入されるいかなる重りも可能な限り軽くしておかねばならないことを意味する。

この目的は、請求項１に記載の燃料電池用の燃料容器から燃料を取り出すための取出装置によって達成される。

本発明に係る取出装置は、燃料容器の開口部を閉じるための閉鎖要素と、閉鎖要素の燃料取出開口部と燃料容器内の液体燃料との第１流体接続を確立するための燃料ラインと、燃料容器内の液体燃料に浮遊するように構成された浮力体と、燃料容器内の特に液体燃料の上方の気体領域と閉鎖要素の均圧化開口部との第２流体接続を確立するための可撓性を有する均圧化ラインとを備え、均圧化ラインの端部は浮力体に接続される。本発明に係る取出装置は、浮力体が、燃料タンクの壁に対する浮力体の衝撃を減衰するための減衰装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る取出装置の利点は、燃料容器の壁に到達した時に、減衰装置が減衰／変形の方法で浮力体の運動エネルギーを吸収することによって、そうしなければ燃料容器の壁における浮力体の衝撃（ショック）で生じる騒音を減衰させることである。浮力体は、通常プラスチックからなり、中空体として、すなわち気体または空気充填空洞で構成されることによって、浮力体が浮遊することができるようになる。

発展形によれば、浮力体は、間に均圧化ラインの端部が固定される２つの部分浮力体を備えることができ、均圧化ラインの開放端部は、使用中、上方へ突出し、部分浮力体は減衰装置によって互いに接続される。これは、そうしなければ必要となる部分浮力体の溶接が、もはや必要ないことを意味する。

本発明に係る取出装置は、さらに、取出装置が使用される時に、液体燃料の表面と平行ないずれの方向においても衝撃の減衰が起こるように、減衰装置を構成することができるよう発展させることができる。このように、燃料容器の壁に対する強い衝撃は、浮力体が任意の方向に自由に浮遊することで回避することができる。例えば、浮力体が一方向に案内される場合、そうされなければ容器壁と直接接触するであろう浮力体のそれぞれの端部領域における減衰も十分である。

別の発展形は、浮力体および減衰装置が、特に同じ材料からなる１つのユニットとして構成され得ること、または、減衰装置が、特に浮力体に圧力嵌めで締結され得、浮力体に配置される別個の要素として構成され得ることにある。減衰装置は、別個の要素として、例えば既存の浮力体に押し付けて、後付けすることができる。

別の発展形によれば、減衰装置は、複数の減衰要素を備えることができ、特に、減衰要素は、浮力体が燃料に浮遊する時に水平方向（すなわち、燃料の液面と平行）において外方に突出し得る。複数の減衰要素を用いて、個々の減衰要素を小さく、かつ／または可撓性を有するように設計することができる。

このことは、減衰要素が浮力体のホース部または拡張部を備えることができるように、さらに発展させることができる。ホース部は、浮力体に接着または溶接することができる。拡張部が減衰要素である場合、拡張部を接着または溶接することができるが、浮力体の製造中に既に射出するか、延伸することもできる。

浮力体の拡張部は、好ましくは、とがっている、または平坦であるように構成することができる。とがった拡張部は、小さな衝撃の場合でも、先端がとがっている端部によって緩和／減衰が行われ、一方、浮力体の方向に向かう拡張部の断面積の増加が、より大きな曲げ力に関連するため、より強い衝撃の場合には、とがっている拡張部はより弾力的に曲がるという利点を有する。平坦な拡張部の場合、これらは、衝撃減衰に対して要素の弾性変形能が与えられるならば、一定の断面積を有することができる。しかしながら、平坦な要素はまた、外部に向かって（浮力体から離れるにつれ）減少する断面を有して構成することができる。

別の発展形は、減衰装置が、少なくとも部分的に可撓性を有するように構成され得、特に、減衰要素は、好ましくは、減衰要素が燃料容器の開口部の縁部を越えて突出する場合、減衰装置を備えた浮力体が開口部を通って導入され得るよう、可撓性を有するように構成され得ることにある。このように、浮力体は、例えば、弾力変形する減衰要素によって、燃料容器の開口部に挿入することができる。

本発明に係る取出装置の別の発展形、またはその発展形のうちの１つによれば、閉鎖要素は、燃料電池装置用の接続要素に結合するための結合装置を備えることができる。したがって、燃料電池装置の燃料供給ラインは、燃料容器に接続することができる。

結合装置は、異なるタイプの燃料をマーキングするための機械的コーディングを有することができる。これによって、異なるタイプの燃料を区別することができ、特に、燃料容器に入っている燃料を明確にマーキングし、機械的コーディングの形状によって識別することができる。

結合装置の機械的コーディングは、接続要素の機械的コーディングと相補的であるように構成され得、機械的コーディング同士は、燃料を取り出すために、互いに相補的な機械的コーディングを備えた結合装置および接続要素だけを相互に接続することができるように形成され得る。これは、それぞれの燃料と一致する接続要素だけを結合装置と結合することができるという利点を有する。

別の発展形は、結合装置の機械的コーディングおよび接続要素の機械的コーディングが、コーディング同士が互いに相補的でない結合装置および接続要素を互いに接続することができないように構成され得ることにある。このように、燃料電池装置への不適切な燃料の不注意な供給を回避することができる。

結合装置は、さらに、結合装置の機械的コーディングが、材料隆起部および／または材料凹部として構成され得る同心円を備えるように発展させることができる。これにより、機械的コーディングの実装しやすい選択肢が提供される。

本発明に係る取出装置、またはその発展形のうちの１つは、さらに、閉鎖要素が、燃料取出開口部を閉じるためのバルブ装置を備えることができ、バルブ装置を作動させることによって、特に接続要素の開口要素を用いた作動によって、燃料取出開口部が開かれ得るように発展させることができる。このようにバルブは、接続要素が閉鎖要素に接続されると開かれ得る。

燃料電池装置は、所定の燃料を用いた動作に適してもよく、接続要素は、取出装置の結合装置に接続可能であり、所定の燃料に固有の機械的コーディングを備えてもよい。したがって、所定の燃料だけを燃料電池装置に供給することができる。

接続要素の機械的コーディングは、材料隆起部および／または材料凹部として形成された同心円を備えてもよい。同心円は、接続工程中にガイド部として同時に機能することができる。

上述の発展形は、請求項に記載するように、個々に、または適切な方法で互いに組み合わせて使用することができる。

本発明の利点と同様に、さらなる特徴および例示的な実施形態を、図面に基づいてより詳細に以下に説明する。実施形態によって、本発明の範囲が限定されないことが理解される。以下に述べる特徴のうちのいくつかまたはすべてを、他の方法で互いに組み合わせることもできることは言うまでもない。

図１は、本発明に係る取出装置の第１の実施形態を示す。 図２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、本発明に係る取出装置の第２の実施形態を示す。 図３のＡ、Ｂは、本発明に係る取出装置の第３の実施形態を示す。 図４のＡ、Ｂ、Ｃは、本発明に係る取出装置の第３の実施形態の例を示す。 図５のＡ、Ｂは、機械的コーディングを備えた本発明に係る取出装置の第４の実施形態を示す。 図６のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明に係る取出装置の第４の実施形態の例を示す。

図面において、別段の指示がない限り、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

図１は、本発明に係る取出装置の第１の実施形態を示す。

本発明に係る取出装置１００は、燃料容器９０の開口部９５を閉じるための閉鎖要素１０と、閉鎖要素１０の燃料取出開口部１５と燃料容器９０内の液体燃料９１との第１流体接続を確立するための燃料ライン２０と、燃料容器９０内の液体燃料９１に浮遊するように構成された浮力体３０と、燃料容器９０内の気体空間９２（液体燃料９１を有する領域の上方）と閉鎖要素１０の均圧化開口部１６との第２流体接続を確立するための可撓性を有する均圧化ライン４０とを備え、均圧化ライン４０の端部４１は浮力体３０に接続される。端部４１は、均圧化ライン４０の開放端部４２が気体空間９２へ突出するように配置される。さらに、本発明に係る取出装置１００は、浮力体３０に、燃料容器９０の壁９６に対する浮力体３０の衝撃を減衰するための減衰装置５０を備える。浮力体は比較的硬いプラスチックからなるため、燃料容器の内壁９６への衝突により、耳障りな騒音が生じる。減衰装置５０は、例えば、ここでは長方形である浮力体３０のコーナーに取り付けられた可撓性シリコーン要素からなる。

液体燃料９１は、燃料取出開口部１５および接続要素８５を介して燃料容器９０（タンクカートリッジ）から取り出し、供給ライン８９を介して燃料電池装置８０に供給することができる。均圧化ライン４０は、燃料容器９０の内側空間と外側空間の圧力を等しくするために使用することができる。

図２は、本発明に係る取出装置の第２の実施形態を示す。

この実施形態では、浮力体３０は、第１および第２の部分浮力体３０ａ、３０ｂとして、２つの部分で構成される。均圧化ライン４０の端部４１は、２つの部分浮力体３０ａ、３０ｂの間に配置される。ここでは、減衰装置５０は、周方向に沿って設けられる減衰要素５１用キャリアとして、環状部５５からなる。環状部５５は、部分浮力体からなる浮力体３０に圧力嵌めで被せることができる。減衰装置５０（環状部５５および減衰要素５１）の材料は、シリコーンまたはゴムなどの弾性材料からなる。減衰要素５１は、平坦な設計を有し、燃料容器９０の内壁９６に対して衝撃が発生すると、弾力的に曲がる。このように、騒音減衰は達成される。

図３は、減衰要素５１が、例えばシリコーンの可撓性ホース部５１から形成される第３の実施形態を示す。図示した例では、そのような２つの可撓性ホース部が、浮力体３０の２つの対向面にあるそれぞれの溝３５に配置される。ホース部５１の端部は、浮力体３０から遠ざかるように突出しているため、浮力体３０は、いずれの方向においても直接燃料容器の壁に当たり得ず、ホース部５１の端部だけが当たり得ることが保証される。

図４は、減衰要素を備えた浮力体の特定の設計を示す。リング３６は２つの部分浮力体を結び付け、同時に下げ振り／重りとして働き、浮力体３０をある位置へ移動させるか、均圧化ライン４０の開放端部４２が気体空間９２へ突出する位置に安定させる（図２も参照）。上図（図４Ａ）では、浮力体を取り囲むホース部５０が、減衰装置として設けられる。他の２つの図（図４Ｂ、図４Ｃ）では、減衰装置は、平面視において略長方形である浮力体のそれぞれのコーナーに配置される４つの減衰要素（ホース部）５１の形状をしている。これらの減衰要素５１は、熱供給によって溶接することができる。別の方法は、浮力体のコーナー領域でホース部を部分浮力体同士の間に締め付けるか、浮力体から突出するノーズ部に押し込むことである。

図５は、閉鎖要素１０が、燃料電池装置用の接続要素８５と結合するための結合装置６０を備えることを示す。このように、燃料電池装置の燃料供給ラインは、燃料容器に接続することができる。結合装置は、異なるタイプの燃料をマーキングするための機械的コーディングを備える。これにより、異なるタイプの燃料を区別することができ、特に、燃料容器に入っている燃料を明確にマーキングし、機械的コーディングの形状によって識別することができる。

結合装置６０の機械的コーディング６１は、接続要素８５の機械的コーディング８１と相補的であり、機械的コーディング同士は、燃料を取り出すために、相互に相補的な機械的コーディングを備えた結合装置および接続要素だけを互いに接続することができるように形成される。これは、それぞれの燃料と一致する接続要素だけを結合装置と結合することができるという利点を有する。結合装置の機械的コーディング６１は、材料隆起部として構成される同心円６１を備える。接続要素の相補的な機械的コーディング８１は、材料凹部８１を有する。

閉鎖要素１０は、燃料取出開口部を閉じるためのバルブ１１を含み、バルブ１１は、接続要素８５の開口要素８６を用いた作動によって開かれ得る。しかしながら、バルブは、一致する相補的な接続要素８５を閉鎖要素１０に接続することによってのみ開かれ得る（上図、図５Ａ）。そうでなければ、バルブ１１を開き、続いて、燃料を取り出すことはできない（下図、図５Ｂ）。したがって、所定の燃料だけを燃料電池装置に供給することができる。

図６は、２つの異なる燃料タイプ用の閉鎖要素および接続要素と、対応する機械的コーディングとのさらなる特定の構成を示す。左上の図（図６Ａ）は、予混合物燃料容器用の閉鎖要素１０ａ上の、予混合物燃料を取り出すための接続要素８５ａを示し、閉鎖要素１０ａおよび接続要素８５ａは、バルブ１１が開くように互いに相補的であるように構成される。右上の図（図６Ｂ）は、メタノール燃料容器用の閉鎖要素１０ｂ上の接続要素８５ａを示し、バルブ１１は開いていない。左下の図（図６Ｃ）は、メタノール燃料容器用の閉鎖要素１０ｂ上の、メタノール燃料を取り出すための接続要素８５ｂを示し、閉鎖要素１０ｂおよび接続要素８５ｂは、バルブ１１が開くように、互いに相補的であるように構成される。右下の図（図６Ｄ）は、予混合物用の閉鎖要素１０ａ上のメタノール用の接続要素８５ｂを示し、バルブ１１は開いていない。

要約すると、タンクカートリッジの壁に到達した時に、浮力体の運動エネルギーが減衰／変形の方法で吸収されることによって、結果として生じる騒音（浮力体の中空体）がほとんど除去されるように、使用される浮力体を減衰要素で伸長することが提案される。減衰要素は、液面と平行な水平線全体にわたって、浮力体と容器との激しい接触を確実に防ぐように設計されることが好ましい。減衰要素として、例えば、シリコーンホースなどの部分を使用することができる。また、非常に薄く構成されるため可撓性を有し、浮力体に使用されるプラスチック材料からなる射出された突起／表面による構成も考えられる。

さらに、設計は、減衰要素が可撓性を有するように構成されるようなものである。これにより、浮力体の体積を必要最小限に抑える目的で、減衰部が突出しても空間的に制限された容器開口部に浮力体を挿入することができる。

中蓋は、誤接続の場合に、間違った燃料の取出しを防ぐ（鍵−錠）ように機械的設計により、コスト効率良くコーディングされるべきである。タンクカートリッジへの接続部の向きを設計するために、材料隆起部および材料凹部の形状をしている同心円状に配置された円によるコーディングが示唆される。これは、例えば、考えられる射出成形ツールの交換可能な挿入で容易に行うことができる。コーディングリングの数により、可能な燃料の数が決まる。感知コーディングは、常時確実に通信があることは必ずしも可能とは限らない、または、システムコストが著しく増加するであろう高いレベルの複雑さを必要とするため、不利である。

本発明の利点は、騒音発生の低減である。さらに、間違った燃料の接続を確実に防止することができ、その結果、様々な液体燃料タイプ用の実績のある閉鎖システムを使用する場合、同時に、燃料タイプの混同を防止する。

示した実施形態は例示にすぎず、本発明の完全な範囲は、特許請求の範囲によって定義される。

Claims (13)

1. 燃料電池用の燃料容器から燃料を取り出すための取出装置であって、
   前記燃料容器の開口部を閉じるための閉鎖要素と、
   前記閉鎖要素の燃料取出開口部と前記燃料容器内の液体燃料との第１流体接続を確立するための燃料ラインと、
   前記燃料容器内の前記液体燃料に浮遊するように構成された浮力体と、
   前記燃料容器内の特に前記液体燃料の表面上方の気体領域と前記閉鎖要素の均圧化開口部との第２流体接続を確立するための可撓性を有する均圧化ラインとを備え、
   前記均圧化ラインの端部は前記浮力体に接続され、
   前記浮力体は、前記燃料容器の壁に対する前記浮力体の衝撃を減衰するための減衰装置を備える
   取出装置。
2. 前記浮力体は、間に前記均圧化ラインの前記端部が固定される２つの部分浮力体を備え、前記均圧化ラインの開放端部は、使用中、上方へ突出する
   請求項１に記載の取出装置。
3. 前記減衰装置は、前記取出装置が使用される時に、前記液体燃料の前記表面と平行ないずれの方向においても前記衝撃が減衰されるように構成される
   請求項１または２に記載の取出装置。
4. 前記浮力体および前記減衰装置は、特に同じ材料からなる１つのユニットとして構成される、または、前記減衰装置は、特に前記浮力体に圧力嵌めで締結され、前記浮力体に配置される別個の要素として構成される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の取出装置。
5. 前記減衰装置は、複数の減衰要素を備え、特に、前記減衰要素は、前記浮力体が前記燃料に浮遊する時に水平方向において外方に突出する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の取出装置。
6. 前記減衰要素は、ホース部を備え、前記ホース部は、特に一端部で前記浮力体に締結され、好ましくは、前記浮力体の２つの部分浮力体の間に締め付けられて配置される、または、前記ホース部は、特に溝において前記浮力体の外側に締結される、または、前記減衰要素は、前記浮力体の拡張部を備える
   請求項５に記載の取出装置。
7. 前記減衰装置は、少なくとも部分的に可撓性を有するように構成され、特に、前記減衰要素は、可撓性を有するように構成される
   請求項５又は６に記載の取出装置。
8. 前記閉鎖要素は、燃料電池装置用の接続要素に結合するための結合装置を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の取出装置。
9. 前記結合装置は、異なる燃料タイプをマーキングするための機械的コーディングを備える
   請求項８に記載の取出装置。
10. 前記結合装置の前記機械的コーディングは、前記接続要素の機械的コーディングと相補的であるように構成され、前記機械的コーディング同士は、燃料を取り出すために、互いに相補的な機械的コーディングを備えた結合装置および接続要素だけを相互に接続することができるように形成される
    請求項９に記載の取出装置。
11. 前記結合装置の前記機械的コーディングおよび前記接続要素の前記機械的コーディングは、前記コーディング同士が互いに相補的でない結合装置および接続要素を互いに接続することができないように構成される
    請求項９又は１０に記載の取出装置。
12. 前記結合装置の前記機械的コーディングは、材料隆起部および／または材料凹部として形成された１以上の同心円を備える
    請求項９又は１０に記載の取出装置。
13. 前記閉鎖要素は、前記燃料取出開口部を閉じるためのバルブ装置を有し、
    前記燃料取出開口部は、前記バルブ装置を作動させることにより開かれ得る
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の取出装置。

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