WO2010050123A1

WO2010050123A1 - 燃料容器

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Publication number: WO2010050123A1
Application number: PCT/JP2009/005147
Authority: WO
Inventors: 藤田紫; 棚橋俊文; 柴田大輔; 石坂公一
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2011-04-27
Also published as: TW201034280A; JP2010100329A; JP5223589B2

Abstract

　フィルム材を製袋してなるパウチにスパウトを取り付けて、これをケース内に収納してカートリッジ式とされた燃料電池用の燃料容器とするにあたり、収容された燃料が気化してパウチを膨張させたとしても、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避する。このため、可撓性材料を製袋してなるとともに、内容物を取り出すためのスパウト３が、その基部３１を挟み込みつつ、当該可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられたパウチ２を備え、押圧部材４により、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部２１ａ、及び可撓性材料どうしのシール部２１ｂを狭持した状態で、パウチ２を外装ケース７に収納する。

Description

燃料容器

　本発明は、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に好適に利用することができる燃料容器に関する。

　近年、水素（プロトン）を取り出すための改質器を用いることなく、燃料であるメタノールを直接アノード極（燃料極）に供給して、電気化学反応を生じさせることができるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。特に、このＤＭＦＣは、機器の小型化に適していることから、ノートパソコン（Ｌａｐｔｏｐ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に代表されるような携帯機器用の燃料電池としての利用が期待されている。

　そして、このようなＤＭＦＣにおける燃料の供給手段も種々提案されており、例えば、特許文献１は、少なくとも一部が柔軟性を有する部材から構成された燃料容器を備え、ポンプにより燃料が供給される携帯機器用燃料電池を提案する。
　また、本出願人も、特許文献２において、燃料電池用の燃料容器としても利用可能な容器として、フィルム材をガセット型のパウチに製袋した可撓性のパウチ本体に、流動性内容物の注口部となるスパウトを取り付けた容器を提案した。さらに、本出願人は、特許文献３において、フィルム材を製袋してなるパウチを、剛性材料からなるケース内に収納したカートリッジ式の燃料容器も提案している。

特開２００４－３１９３８８号公報特開２００８－５６３２６号公報ＷＯ２００６／５４４８９号公報

　ところで、この種の燃料容器にあっては、引火の危険の高いメタノールを燃料として収容するに際し、メタノールの外部への漏洩を防止する必要があることに加え、燃料の供給が安定して行われるようにするためにも、容器内の気密性が十分に確保されていなければならない。

　しかしながら、メタノールは揮発性が高く、沸点も比較的低いため、一般に想定される機器の使用環境下の温度で容易に気化してしまう。このため、フィルム材を製袋したパウチにスパウトを取り付けた容器では、メタノールの気化に伴ってパウチが膨張してしまうことを考慮しなければならない。
　そして、本発明者らが検討したところ、パウチが膨張すると、スパウトとのシール部に応力が集中してパウチを形成するフィルム材が破断してしまったり、スパウトとフィルム材とのシール部や、フィルム材どうしのシール部に剥離（シール後退）が生じてしまったりすることが危惧され、容器内の気密性が損なわれてしまうおそれがあるという知見を得るに至った。

　本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、フィルム材の如き可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチにスパウトを取り付けて、これをケース内に収納してカートリッジ式とされた燃料電池用の燃料容器とするにあたり、収容された燃料が気化してパウチを膨張させたとしても、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる燃料容器の提供を目的とする。

　本発明に係る燃料容器は、可撓性材料を製袋してなる容器本体であって、内容物を取り出すためのスパウトが、前記スパウトの基部を前記可撓性材料で挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を備え、押圧部材により、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールされた前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部、及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で、前記容器本体を外装ケースに収納した構成としてある。

　本発明によれば、収容された燃料が気化して容器本体を膨張させたとしても、容器本体を形成する可撓性材料の破断や、剥離を防止して、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。

本発明に係る燃料容器の実施形態の概略を示す斜視図である。図１のＡ－Ａ断面の概略を示す縦断面図である。押圧部材の例を説明する要部分解斜視図である。容器本体としてのパウチの一例を示す説明図である。ボトムシールの剥離を防止する例を示す説明図である。ボトムシールの剥離を防止する例に対する参考図である。本発明に係る燃料容器の他の実施形態の概略を示す縦断面図である。本発明に係る燃料容器の他の実施形態の概略を示す縦断面図である。容器本体としてのパウチの他の例を示す説明図である。

　以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　ここで、図１は、本実施形態に係る燃料容器の概略を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面の概略を示す縦断面図である。

　本実施形態において、燃料容器１は、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池を備える機器に対して、着脱自在に装填できるようにしたカートリッジ式の燃料容器としてあり、容器内に充填された燃料Ｍが空になると、燃料容器１ごと換装できるようになっている。

　また、本実施形態において、燃料容器１は、燃料電池本体が備える吸引ポンプにより、容器内に充填された燃料Ｍが吸い出されて、発電部への燃料Ｍの供給がなされる、いわゆるアクティブ型の燃料電池に供されることから、容積効率が高く、かつ、燃料Ｍの吸い出し性が良好であることが望まれる。
　このため、燃料容器１は、可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチ２を備え、このパウチ２に燃料Ｍが充填されるようにしてある。そして、このようなパウチ２には、充填された燃料Ｍを取り出すためのスパウト３が取り付けられており、本実施形態で容器本体とされるパウチ２は、スパウト付きパウチとして構成されている。

　スパウト３は、中空の筒状部材とされ、図示する例では、一方の端部側の基部３１と、他方の端部側の吸い出し口３２との境に、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すフランジ部３０が形成されている。このような形態とされたスパウト３は、パウチ２を形成する可撓性材料に基部３１を挟み込みつつ、当該可撓性材料の端縁をフランジ部３０に当接させて位置決めしながら、当該可撓性材料の端縁を重ね合わせた状態でヒートシールすることによって、パウチ２に取り付けられている。

　ここで、スパウト３の具体的な形態は、図示するものに限られない。この種のスパウト付きパウチに利用可能な、種々の形態とすることができる。例えば、パウチ２を形成する可撓性材料に挟み込まれてヒートシールされる基部３１と、パウチ２に取り付けられた状態で外部に開口する吸い出し口３２とを有していれば、フランジ部３０は必要に応じて省略してもよい。また、基部３１の形状も、中空円筒状とするほか、パウチ２を形成する可撓性材料とのヒートシールが良好になされるようにするために、例えば、中空円筒状とされた部位の周囲に、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すひし形状の複数のシール片を、長手方向に沿って列設するなどしてもよい。

　また、スパウト３の吸い出し口３２には、図示するように、バルブ機構を有するカップラ５が装着されるようになっている。そして、燃料容器１を機器に装填したときに、このカップラ５の先端開口部側が、燃料電池本体に設けられた燃料吸引口に接続され、これとともに、バルブ機構が開放されて、パウチ２に充填された燃料Ｍの吸い出しが可能となるようになっている。

　カップラ５が有するバルブ機構としては、例えば、図示するように、バネ５２に付勢された弁体５１が、カップラ５の開口端の内面側に形成された弁座５３に密着することで、パウチ２内を密封する構成とすることができる。そして、燃料容器１が機器に装填されると、燃料電池本体の燃料吸引口側に設けられた、図示しないピン状の部材が、カップラ５の先端開口部に挿通されるようにする。
　このようにすると、上記ピン状の部材が、弁座５３との密着が解除されるように弁体５１をバネ５２に抗して押し下げることでバルブ機構が開放され、弁体５１と弁座５３との間に燃料Ｍの流通経路が形成されるようにすることができる。

　本実施形態において、このようなカップラ５が装着されるスパウト３は、図２に示すように、基部３１の開口部の口径の方が、吸い出し口３２の開口部の口径よりも小さくなっている。通常、この種のスパウト３にあっては、基部３１から吸い出し口３２に至るまで、ほぼ同一の口径とされた流路が形成されて、その排出性が維持されるようにしているところ、本実施形態では、吸い出し口３２にはカップラ５が装着される。したがって、カップラ５内のバルブ機構において、流路が最も狭くなることになる。そのため、基部３１の開口部の口径（流路）を狭くしても、カップラ５内の流路よりも十分に広くなっていれば、燃料Ｍの排出性に影響がない。基部３１の開口部の口径を狭くし、これによって基部３１を小さくすることができると、パウチ２から燃料Ｍが吸い出されて平坦に折り畳まれていく際に、より確実に残液を少なくすることができるため好ましい。
　さらに、基部３１の断面形状をパウチ２の幅方向に長い扁平形状（例えば、楕円状又はひし形状）にすることで、パウチ２が折り畳まれる方向に沿った基部３１の厚みをさらに薄くすることができる。

　以上のような構成とされたパウチ２は、図示するように、比較的剛性の高い材料からなる外装ケース７に収納される。そして、スパウト３の吸い出し口３２へのカップラ５の装着は、通常、外装ケース７に収納されたパウチ２に、スパウト３の吸い出し口３２から燃料Ｍを充填した後になされる。また、スパウト３の吸い出し口３２に装着されたカップラ５は、例えば、トップベース８を打栓嵌合などすることによって固定することができる。さらに、図示する例では、燃料容器１を保管などする際に、カップラ５のバルブ機構の誤動作を防止して、燃料Ｍが漏れ出してしまわないように、カップラ５の先端開口部側に、保護部材としての蓋体６が取り付けられている。

　パウチ２を外装ケース７に収納するにあたり、本実施形態では、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部２１ａ、及び可撓性材料どうしのシール部２１ｂが、押圧部材４によって狭持された状態となるようにして、押圧部材４とともにパウチ２を外装ケース７に収納する。

　押圧部材４は、例えば、図３に示すように、シール部２１ａ，２１ｂを狭持する一対の分割部材４ａ，４ｂからなるものとすることができる。そして、各分割部材４ａ，４ｂの押圧面４０には、スパウト３の基部３１の外形形状に応じて形成された凹部４１を形成しておく。
　このような押圧部材４は、各分割部材４ａ，４ｂを組み合わせて、それぞれの押圧面４０で押圧しながらシール部２１ａ，２１ｂを狭持した状態で、外装ケース７の開口部に、例えば、打栓嵌合によって取り付けられるようにすることができる。これにより、外装ケース７内でのパウチ２の位置決め、固定がなされるようにすることも可能となる。

　ここで、図３は、押圧部材４の一例を説明する要部分解斜視図であり、図３中、シール部２１ａ，２１ｂを交差する斜線で示している。また、特に図示しないが、押圧部材４を構成する分割部材４ａ，４ｂには、互いに係合する爪を設けておくようにしてもよい。

　このようにすることで、充填された燃料Ｍが気化するに伴ってパウチ２が膨張しても、シール部２１ａ，２１ｂが押圧部材４によって押圧された状態が維持される。これによって、パウチ２を形成する可撓性材料が応力集中により破断してしまったり、シール部２１ａ，２１ｂが剥離（シール後退）してしまったりするのを防止して、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。

　また、押圧部材４によってシール部２１ａ，２１ｂを押圧するにあたり、押圧部材４の押圧面４０の幅Ｗは、図示するように、シール部２１ａ，２１ｂのシール幅Ｗ_０より長く、かつ、スパウト３の基部３１の先端側を越える長さとするのが好ましい。これによって、シール部２１ａ，２１ｂの剥離をより確実に防止することができる。
　さらに、押圧部材４の押圧面４０は、図示するように、スパウト３の基部３１の先端側において、パウチ２から離れていく方向に湾曲する湾曲面４０ａに連続するのが好ましい。これによって、パウチ２が膨張する際に、パウチ２を形成する可撓性材料が湾曲面４０ａに沿って外方に膨らむようになり、張力を適度に緩和して、可撓性材料に応力が集中してしまうのを避けることができる。

　本実施形態において容器本体とされるパウチ２は、その容積効率を高める上で、側面にまちが形成されたガセット型のパウチとするのが好ましく、例えば、図４に示すような態様のものとすることができる。
　また、ガセット型のパウチとすると、燃料Ｍが吸い出される際に、その吸い出された量に応じて徐々に平坦に折り畳まれていくようになるので、吸い出し性を良くして、残液を少なくする上でも好ましい。

　ここで、図４（ａ）は、パウチ２の一例の展開図を示す。この例におけるパウチ２は、図４（ａ）中破線で示す谷折り線ＶＬと、図４（ａ）中二点鎖線で示す山折り線ＭＬとで、図４（ｂ）に示すように折り返して、スパウト３をスパウト側端縁２ａに挟み込みつつ、スパウト側端縁２ａ、ボトム側端縁２ｂ、背貼り側端縁２ｃのそれぞれを重ね合わせてヒートシールしたものに相当する。

　パウチ２を、このようなガセット型のパウチとするにあたり、燃料Ｍの気化によるパウチ２の膨張を抑制する観点から、まちとなる側面の幅ａ_０は、これと対面する外装ケース７の側面の内幅ａ（図２参照）とほぼ等しくなるようにするのが好ましい。

　また、図４に示す例では、スパウト３との干渉を避けて、背貼り側端縁２ｃを一方の側面側に位置させているが、このようにすると、図４（ｃ）に示すように、当該側面側のまちが開いたときに、背貼り側端縁２ｃのシール部２６が外装ケース７の内面に押し付けられるようになる。これにより、充填された燃料Ｍが気化してパウチ２が膨張した際に、当該シール部２６に剥離が生じ難くなる。
　なお、図４（ｃ）は、上記パウチ２を適用した燃料容器１の断面の概略を示す横断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面に相当する。

　また、図４に示す例において、ボトム側端縁２ｂをヒートシールしたボトムシール２５については、図５（ａ）に示すように、ボトムシール２５の非シール部との境界からパウチ２内方に離れた部位を折り曲げてパウチ２を外装ケース７に収納したときに、その折り曲げた部位が外装ケース７の内底面７１に当接するように、これらの寸法を設定するのが好ましい。

　このようにすることで、燃料Ｍを充填したときに、図５（ｂ）に示すようにパウチ２が広がるようになる。そして、充填された燃料Ｍが気化してパウチ２が膨張すると、ボトムシール２５に対しては、図５（ｂ）中矢印方向に付勢する力が働くようになる。これによって、ボトムシール２５がパウチ外方に向かって押さえつけられて、ボトムシール２５に剥離が生じ難くなる。

　なお、参考までに、ボトムシール２５の非シール部との境界が、外装ケース７の内底面７１から離れた状態でパウチ２が外装ケース７に収納された例を図６（ａ）に示す。この場合、燃料Ｍが気化してパウチ２が膨張すると、図６（ａ）中矢印で示すようにボトムシール２５を引き剥がそうとする力が働き、図６（ｂ）に示すようにボトムシール２５の剥離が容易に生じてしまう。

　ボトムシール２５の剥離を防止するには、図７に示すように、ボトムシール２５を第二の押圧部材４５で狭持した状態で、パウチ２を外装ケース７に収容するようにしてもよい。このとき、第二の押圧部材４５としては、前述したような押圧部材４と同様に、ボトムシール２５を狭持する一対の分割部材４５ａ，４５ｂからなるものとすることができる。そして、各分割部材４５ａ，４５ｂを組み合わせて、それぞれの押圧面で押圧しながらボトムシール２５を狭持した状態で、外装ケース７内に取り付けられるようにすればよい。

　この場合、押圧部材４について説明したのと同様に、ボトムシール２５の剥離をより確実に防止するためには、第二の押圧部材４５の押圧面の幅を、ボトムシール２５のシール幅より長く、かつ、ボトムシール２５の非シール部との境界を越える長さとするのが好ましい。さらに、張力を適度に緩和して、可撓性材料に応力が集中してしまうのを避けるために、ボトムシール２５の非シール部との境界を越えた部位において、第二の押圧部材４５の押圧面をパウチ２から離れていく方向に湾曲する湾曲面に連続させるのが好ましいのも同様である。

　また、パウチ２としては、図８に示すように、外装ケース７に収納した際に、外装ケース７の内底面７１側に、シール部が存在しない形態のものとすることもできる。
　この場合のパウチ２の一例の展開図を図９（ａ）に示す。この例におけるパウチ２は、図９（ａ）中破線で示す谷折り線ＶＬと、図９（ａ）中二点鎖線で示す山折り線ＭＬとで、図９（ｂ）に示すように折り返して、スパウト３をスパウト側端縁２ａに挟み込みつつ、スパウト側端縁２ａ、側面側端縁２ｄのそれぞれを重ね合わせてヒートシールしたものに相当する。

　このような例にあっては、両方の側面側にシール部２７が形成されるが、図９（ｃ）に示すように、側面側のまちが開いたときに、当該シール部２７が外装ケース７の内面に押し付けられるようになる。このため、充填された燃料Ｍが気化してパウチ２が膨張した際に、当該シール部２７には剥離が生じ難くい。
　なお、図９（ｃ）は、上記パウチ２を適用した燃料容器１の断面の概略を示す横断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面に相当する。

　本実施形態において、パウチ２を形成する可撓性材料としては、一般に、燃料電池用の燃料として用いられるメタノールなどのアルコール類に対して耐性を有し、かつ、ヒートシール可能な樹脂をヒートシール層とし、これに、バリア材層などを積層したフィルム材が好適に使用される。

　ヒートシール層には、例えば、低溶出性、耐熱性、低剛性の低密度ポリエチレン，線状低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，結晶性ポリプロピレン，結晶性プロピレン－エチレン共重合体，エチレン－酢酸ビニル共重合体，結晶性ポリブテン－１，結晶性ポリ４－メチルペンテン－１，ポリエチレン、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＥＶＡケン化物、エチレン－アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などのポリオレフィン類等が好適に使用できる。これらのなかでも、特に、燃料への溶出が少ない無添加の線状低密度ポリエチレンが好ましい。また、ヒートシール層の厚みは５～２００μｍとするのが好ましく、パウチ２の排液性を考慮すると、２０～７０μが特に好適である。

　バリア材層には、環状オレフィン系樹脂フィルム，ポリエステル系樹脂フィルム，ポリアミド系樹脂フィルム，アルミ箔，シリカ蒸着ポリエステルフィルム，アルミナ蒸着ポリエステルフィルムなどが好適に使用できる。厚みの薄い積層フィルム材で長期間の保存性を確保するためには、アルミ箔を用いるのが最も好ましい。また、バリア材層の厚さは１～５０μｍとするのが好ましく、より好ましくは３～９μｍである。

　ヒートシール層にバリア材層を積層するにあたっては、必要に応じて、両者の間に、ポリウレタン系接着剤、酢酸ビニル系接着剤、酸変性オレフィン樹脂、無水マレイン酸変性オレフィン樹脂などの接着剤層を介在させるようにすることもできる。燃料に用いられるメタノールなどのアルコール類は材料中への浸透力が高く、低分子量成分の溶出や層間剥離を引き起こしやすい。このため、上記したもののなかでも、ヒートシール層との相性が良好な酸変性オレフィン樹脂や無水マレイン酸変性オレフィン樹脂を用いるのが最も好ましい。接着剤層の厚みは０．１～３０μｍとするのが好ましく、より好ましくは１～１５μｍである。

　上記した各層は、それぞれ単独、又は複数の材料の組み合わせ、あるいは複数の層の組み合わせで構成することができる。また、上記した各層以外にも、さらに他の層を適宜積層することができる。
　例えば、耐ピンホール性や、強度を向上させることを目的として、耐衝撃層を設けることができる。耐衝撃層としては、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエステル，ナイロン（ポリアミド）などの樹脂フィルム、ナイロンとエチレン－ビニルアルコール共重合体の共押出フィルム、及びこれらの２軸延伸フィルムなどが好適に使用できる。
　なお、これらの付加的な層はバリア材層よりも外側に積層するのが好ましい。

　また、押圧部材４、カップラ５、外装ケース７、トップベース８などの他の部材は、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン樹脂（ＡＢＳ），ポリスチレン（ＰＳ），アクリロニトリル－スチレン樹脂（ＡＳ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などの合成樹脂材料を単独で、又は二種以上ブレンドして用いて、さらには、これらのものに必要に応じてガラス繊維や、タルクなどの充填材を配合した複合材料として用いて、射出成形などにより所定形状に成形することができる。また、必要に応じて、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属材料を用いることもできる。

　以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した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。

　例えば、前述した実施形態において、外装ケース７は、底部が一体に形成されたものを示したが、必要に応じて、底部を別体としてもよい。
　また、押圧部材４は、図示する例に限らず、軽量化や使用樹脂量の削減を図るために、必要に応じて、押圧面４０を残して他の不要部位を切り抜くなどして、肉抜きを施すこともできる。

　また、カップラ５のバルブ機構をなす弁体５１と弁座５３との間や、カップラ５とスパウト３との間など、シール性を要する箇所には適宜、弾性材料からなるＯ－リングなどのようなシール部材を介在させることもできる。

　以上説明したように、本発明は、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に用いる燃料容器として利用することができる。

　１　　　　　燃料容器
　２　　　　　パウチ（容器本体）
　２１ａ　　　シール部
　２１ｂ　　　シール部
　３　　　　　スパウト
　３１　　　　基部
　４　　　　　押圧部材
　４０　　　　押圧面
　４０ａ　　　湾曲面
　７　　　　　外装ケース
　Ｍ　　　　　燃料

Claims

　可撓性材料を製袋してなる容器本体であって、内容物を取り出すためのスパウトが、前記スパウトの基部を前記可撓性材料で挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を備え、
　押圧部材により、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールされた前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部、及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で、前記容器本体を外装ケースに収納したことを特徴とする燃料容器。
　前記押圧部材の押圧面の幅が、前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部、及び前記可撓性材料どうしのシール部のシール幅より長く、かつ、前記スパウトの基部の先端側を越える長さである請求項１に記載の燃料容器。
　前記スパウトの基部の先端側において、前記押圧部材の押圧面が、前記容器本体から離れていく方向に湾曲する湾曲面に連続する請求項１又は２のいずれか一項に記載の燃料容器。