(57)【要約】【課題】燃料電池自動車で使用するための水素および酸素ガス輸送用フレキシブルホースを提供すること。【解決手段】ホースは小さな透過速度を有し、ホースと送られるガスの相互作用により、燃料電池システムを汚染しない。ホースは内側多層チューブ、強化層、および被覆層を有し、内側多層チューブは、その最内層が液晶ポリマーで形作られることにより特徴づけられる。透過性が低い第２の層が液晶ポリマーの半径方向外側に存在してもよい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池自動車用の水素または酸素ガスを送るホースであって、内側多層チューブ、強化層、および被覆層を備え、内側多層チューブは、その最内層が液晶ポリマーで形作られることを特徴とするホース。
【請求項２】
内側チューブが、その最内層の半径方向外側に透過性が低い層を有することを特徴とする請求項１に記載のホース。
【請求項３】
ホースが水素ガスに対して１０ｃｍ３／ｈｒ以下、酸素ガスに対して１ｃｍ３／ｈｒ以下の透過速度を有することを特徴とする請求項１に記載のホース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホースを対象とする。より詳細には、本発明はその主動力源として燃料電池技術を用いる自動車等の乗物で使用するのに適するホースを対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素と酸素を電気、熱、および水に変える電気化学エネルギー変換装置である。電力をそこから引き出しながら、燃料電池を再充填することができる。次世代の乗物のために燃料電池を動力とするエンジンの開発が進められている。乗物用のモータ、ライトおよび他の電気システムに電力を供給するために、燃料電池で発生した電気を用いることができる。
【０００３】
プロトン交換膜（ｐｒｏｔｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ、ＰＥＭ）型燃料電池は、自動車で使用できる可能性があるものの１つである。ＰＥＭ型燃料電池の４つの要素は、アノード、カソード、正電荷イオンだけを通し電子を通さないプロトン交換膜として機能する電解質、ならびに酸素と水素の反応を容易にする触媒である。水素ガスはアノード側で燃料電池に入り、そして触媒に通され、そこでそれは２個のＨ＋ｉｏｎと２個の電子に分けられる。電子はアノードを通り、そこからそれらは外部回路を通して進み（モータを回転させることのような仕事をして）、燃料電池のカソード側に戻る。酸素ガスは燃料電池のカソード側で燃料電池に入り、そして触媒を通され、そこでそれは２個の負電荷を帯びた酸素原子を生成する。この酸素原子は膜を通して２個のＨ＋イオンを引き付け、外部回路からの２個の電子と結合して水分子を生成する。
【０００４】
ＰＥＭ型燃料電池の運転温度はかなり低く、自動車では、水素または酸素ガスを送るホースは−４０℃から９５℃の範囲の温度ならびに約６００ＫＰａの運転圧力で使用される。ガスの透過性が高いので、ホースの透過速度は非常に小さくなければならない。
【０００５】
米国特許第６，２７９，６１５号（Ｉｉｏ）は、エチレン含量が３５から５０ｍｏｌ％のＥＶＯＨまたはポリブチレン芳香族エステルで形作られる樹脂最内層を有する燃料ホースを開示する。Ｉｉｏは、水素燃料電池でこのホースを使用できるということを開示する。
【０００６】
欧州特許第１１８４５５０号は水素燃料ホースを開示する。このホースは、如何なる金属酸化物もイオウも含んでいない薬品によって硬化されたゴムからなる最内層を有する。このゴム層の外側には水素を透過しない金属バリア層がある。
【０００７】
欧州特許第１１９７６９９号は水素燃料ホースを開示する。このホースは内側樹脂層、薄い金属層および外側樹脂層を有する。内側樹脂層はガス透過性が低い層を少なくとも１層含み、さらにこのガス透過性が低い層により囲まれた水透過性が低い層を含んでいてもよい。このホースには凹凸状の壁面部分があってもよい。ガス透過性が低い樹脂層は、ＥＶＯＨ、ＰＢＮ、ＰＡ６（ＰＡはポリアミド：以下同様）、ＰＡ６−６６、ＰＡ６またはＰＡ６−６６ナノコンポジット、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ６１２、ＰＡ４６、ＰＰＳ、ＰＥＳおよびＭＸＤ６からなる群から選択される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、燃料電池を用いた乗物、例えば自動車で使用される水素および酸素ガスを送るためのフレキシブルホースを提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、透過速度が小さく、ホースと送られるガスの間の相互作用により燃料電池システムを汚染しないホースを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様において、前記ホースは内側多層チューブ、強化層、および被覆層を有し、内側多層チューブは、その最内層が液晶ポリマーで形作られることにより特徴づけられる。
【００１１】
本発明は例により、また添付図を参照して説明される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に見られるように、ホースは内側チューブ、中間層、強化層、そして次に被覆層を有する。燃料電池ホースとして適切であるために、本発明のホースはＯ２に対して１ｃｍ３／ｈｒ以下、Ｈ２に対して５０ｃｍ３／ｈｒ以下の透過速度を有する。
【００１３】
内側チューブは、少なくとも１層の透過性が非常に低い材料層で構成される。内側チューブ最内層の好ましい材料は液晶ポリマーである。液晶ポリマーは、Ｏ２に対して０．０００３４ｃｍ３／ｈｒ、Ｈ２に対して０．２１７ｃｍ３／ｈｒと見積もられる透過速度を有する。
【００１４】
酸素または水素の透過速度はＤｒａｆｔ　ｏｆ　ａｎ　ＳＡＥ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｅｓｔ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ（１９９９．１２．１６）の方法に準じて行った。
【００１５】
本願発明で使用できる液晶ポリマーは、芳香族ポリエステルのような公知の液晶ポリマーが用いられ、具体的には、ＸＹＤＡＲ（商品名：ダートコ社製）、ＶＥＣＴＲＡ（商品名：ヘキスト−セラニーズ社製）、ＥＫＯＮＯＬ（商品名：住友化学社製）等が例示される。
【００１６】
透過速度は４インチ×４インチ（１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ）の試料を用いて、１００℃の温度に調整したオ−ブンで、１９９９年１２月１２日のＳＡＥ　Ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｅｌ　Ｌｏｓｓｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｆｕｅｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ中の試験方法に従って決定することが出来る。
【００１７】
液晶ポリマー層の半径方向外側には、透過性が低い第２の材料があってもよい。この第２の材料の透過速度は液晶ポリマーと同じくらい小さくてもよいが、ホースの望ましい透過速度より大きくてはいけない。透過性が低く適切な材料には、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、および熱可塑性エチレンプロピレンコポリマー樹脂などの熱可塑性ポリオレフィン樹脂；ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン４６（Ｎ４６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）、ナイロン６１０（Ｎ６１０）、ナイロン６１２（Ｎ６１２）、ナイロン６／６６コポリマー（Ｎ６／６６）、ナイロン６／６６／６１０コポリマー（Ｎ６／６６／６１０）、ナイロンＭＸＤ６（ＭＸＤ６）、ナイロン６Ｔ（Ｔはテレフタル酸を意味する：以下同様）、ナイロン６／６Ｔコポリマー、ナイロン６６／ＰＰコポリマー、およびナイロン６６／ＰＰＳコポリマーなどの熱可塑性ポリアミド樹脂；ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ＰＥＴ／ＰＥＩコポリマー、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリオキシアルキレンジイミデート／ポリブチレートテレフタレートコポリマー、および他の芳香族ポリエステルなどの熱可塑性ポリエステル樹脂；ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル／スチレンコポリマー（ＡＳ）、メタクリロニトリル／スチレンコポリマー、メタクリロニトリル／スチレン／ブタジエンコポリマーなどの熱可塑性ポリニトリル樹種；ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、およびポリメタクリル酸エチルなどの熱可塑性ポリメタクリル酸エステル樹脂；酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルアルコール／エチレンコポリマー（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニル／塩化ビニリデンコポリマー、および塩化ビニリデン／アクリル酸メチルコポリマーなどのビニル樹脂；セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレートなどの熱可塑性セルロース樹脂；ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、および四フッ化エチレン／エチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂；ならびに芳香族ポリイミド（ＰＩ）などの熱可塑性イミド樹脂が含まれる（ここの記載でコポリマーはブレンド物を意味する場合も含む）。
【００１８】
液晶ポリマー層の透過速度は非常に小さいが、液晶ポリマーの周方向応力（ｈｏｏｐ　ｓｔｒｅｓｓ）は大きくない。使用中、液晶ポリマーにはクラックが発生することもありうる。透過性が低い第２の層の存在により、ホースの透過速度が確実に維持される。
【００１９】
透過速度が低い２つの層の間に、ホース成形中に２つの層を互いに結合させるのに必要であれば、結合層（ｔｉｅ　ｌａｙｅｒ）を置いてもよい。
【００２０】
透過性が低い第２の層の半径方向外側に、保護層を設けてもよい。この層は、透過性の低い第２の層がホース製造中に保護される必要がある場合、特に有用である。この保護層は、透過性が低い第２の層と次の層である中間層の何れにも結合する材料で形作られる。例示的な材料の１つは、ＥＶＯＨからなる透過性が低い層とＥＰＤＭ結合層と共に用いるための、ゴム、好ましくは可塑化ＥＰＤＭ改質ナイロンブレンドである。
【００２１】
透過性の低い第２の層の外側には、中間結合層がある。内側チューブの半径方向外側のこの中間層もまた、その結合特性とそのフレキシビリティに基づいて選択される。この材料は内側チューブを形成する熱可塑性材料ならびに強化材料に結合できなければならない。このような材料には、これらに限定はされないが、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ＣＳＭ、あるいはＣＰＥが含まれる。
【００２２】
強化層は、金属繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、綿繊維、または他の合成もしくは天然繊維、あるいはこれらの何れかの組合せのような、ホースを成形するのに用いられる通常の既知繊維材料の何れかで形作られる。強化層は、繊維のブレーディング（ｂｒａｉｄｉｎｇ）、スパイラリング（ｓｐｉｒａｌｉｎｇ）、あるいはニッティングにより形成される。強化層は、好ましくは、ホースを曲げることにより、崩れ、よじれてしまわないような角度でスパイラル状に巻きつけられる。ホースの中心線に対して５２°から５６°のような角度が許容できるものであるということが見出されている。
【００２３】
被覆層は、ハロブチルゴムまたは他の適切な材料などの水蒸気不透過性が高い何らかの材料で形作られる。好ましくは、被覆層はクロロブチルなどのハロブチルゴムである。
【００２４】
前記ホースは、最初に前記内側チューブ層を共押出することにより製造される。通常の何らかの方法により内側チューブを成形することができ、好ましくは、内側チューブはマンドレルチューブからの汚染をできるだけ少なくするために、連続フレキシブルマンドレルを使用することなく製造される。次に何らかの前記結合層が被せられ、前記強化層が被せられ、前記被覆層が被せられる。ホースは、好ましくは、オートクレーブ内で蒸気により硬化される。
【００２５】
本発明によるホースの作製に際して、ホース用の以下の内側チューブを作り上げた。この内側チューブでは、最内層が標準寸法０．００３インチの液晶ポリマー、結合層が０．００１インチ、透過性の低い第２の層として標準寸法０．００３インチのＥＶＯＨ、また外側が標準寸法０．０２３インチの３０％のＥＰＤＭで改質されたナイロン６である。これらの層の全てが互いに直接結合してホース用の１つの連続部材となる。この例示的チューブでは、内側チューブの応力は外側のナイロン／ＥＰＤＭ層によりほとんど担われる。
【００２６】
図２は別のホースを示す。内側チューブには、液晶ポリマーからなる最内層および隣接する結合層がある。この結合層の外側には第２の結合層があり、強化層および被覆層が続く。
【００２７】
図示されていない別の例では、複数の強化層がある場合もある。想定されるシステムの圧力は６００ＫＰａであるため、単一の強化層のみが必要とされるであろう。
【００２８】
本明細書に記載されたその説明を考慮すれば、本発明の変形形態が可能である。主題となる発明を例示するために、ある特定の代表的実施形態と詳細が示されたが、主題となる発明の範囲から逸脱することなく様々な改変および変更をそれになしうるということが、当分野の技術者には明らかであろう。したがって、記載された特定の実施形態に、添付の特許請求の範囲により定められる、本発明の意図された範囲全体に含まれる変更をなしうるということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホースの図である。
【図２】本発明によるホースの図である。
【符号の説明】
１０　液晶ポリマー最内層
１２　結合層
１４　透過性が低い第２の層
１６　保護層
１８　中間（または第２の）結合層
２０　強化層
２２　被覆層
２４　内側多層チューブ
【図１】
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【図２】
2004014517.tif 000004