(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に開口し液体燃料を供給するための接続部を有する容器本体と、
該容器本体内部に形成され、燃料電池に供給する液体燃料を収容する燃料貯蔵室と、
前記容器本体内部に形成され、端部において前記燃料貯蔵室と相互に連通し、燃料を押し出すための応力を生じさせる圧縮ガスを封入する気室と、
前記燃料貯蔵室に移動自在に配設され、前記液体燃料と圧縮ガスとを区画するピストン状の隔壁部材と、
前記燃料貯蔵室と前記接続部の間を連通遮断するバルブと、
前記隔壁部材の底部外周に、前記燃料貯蔵室の壁面に沿って摺動方向に突出する倒れ防止部材と、
前記燃料貯蔵室の端部内壁面に、前記隔壁部材が前記端部に移動した際に該隔壁部材の上部と下部とを連通する凹部と、
前記隔壁部材を前記燃料貯蔵室の前記端部に移動させた際に、該隔壁部材を燃料貯蔵室側に付勢する弾性体を備えたことを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項２】
前記倒れ防止部材は、周方向に等間隔に３つ以上備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項３】
前記隔壁部材は周面に、前記燃料貯蔵室の壁面に摺接するシール部を１つ備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項４】
前記燃料貯蔵室と前記気室とが連通する端部と反対側部位において、
前記燃料貯蔵室と前記気室との連通経路を遮断するシール材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項５】
前記燃料貯蔵室の底部と前記気室の底部とが端部で連通可能になっていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項６】
前記隔壁部材は、弾性シール部材と支持部材とで構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池用燃料容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）などの燃料電池に供給するメタノール水溶液などの液体燃料を収容し、この燃料を燃料電池に供給する燃料電池用燃料容器に関するもので、特に燃料貯蔵室に収容した液体燃料と、気室に封入した噴出用圧縮ガスとを区画するピストン状の隔壁部材の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体を収容する容器としては、例えば、エアゾール容器、化粧品容器などがあるが、その容器本体には、ガラス、金属、プラスチックが使用されている。これら容器内は加圧されることで、ノズルを開作動した際に、内部の溶液が噴霧状に流出して使用に供される。
【０００３】
これら容器では薬剤となる原液と容器内部を加圧するための噴射材が混合状態で収容されるが、原液と噴射材が混合した状態で噴出されるため、原液のみを噴出させたい用途にはピストン等を備えた二重構造の容器が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ピストンを用いた二重構造容器では、ピストン駆動力を得るために圧縮ガスを封じる必要があり、製造工程において簡単に圧縮ガスを封入する技術として、ピストンヘッドの底面の一部に突起を設け、ピストンを最底面まで移動させるとピストンが傾くことにより、原液が収まる第１室と圧縮ガスが収まる第２室が連通するような構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平５−２０１４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば携帯用パソコン（ノートパソコン、ＰＤＡ等）その他の機器の小型電源として燃料電池の使用が検討されているが、この燃料電池に燃料を供給するための燃料容器（例えば燃料カートリッジ）が必要とされ、その燃料としては例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）にはメタノールと純水またはエタノールと純水の混合溶液が検討されている。
【０００６】
上述の燃料容器より液体燃料を噴出供給するには、封入した圧縮ガスの圧力を受けて液体燃料を加圧するピストン状の隔壁部材の確実な作動を得る必要がある。特に、吐出圧力が最大０．３ＭＰａ以下のように低く設定して、機器側には燃料供給用ポンプ、調圧機構を設置しないようにする場合には、この低い圧力で確実に隔壁部材の移動が確保できるように構成する必要がある。
【０００７】
例えば、図６に従来構造例を示す。この燃料容器１００は、外容器１０１と内容器１０２とによる二重構造の容器本体を備え、内容器１０２内が液体燃料を収容する燃料貯蔵室１０３に、外容器１０１と内容器１０２との間が圧縮ガスを収容する気室１０４に構成され、内容器１０２内に摺動自在にピストン状の隔壁部材１０５が配設されて、前記燃料貯蔵室１０３と気室１０４とが容積変動可能に区画されてなる。
【０００８】
そして、不使用状態で長期保存された場合などにより、上記隔壁部材１０５の摺動性が低下し、この隔壁部材１０５が内容器１０２の壁に対し部分的に抵抗があると、図示のように、平行移動せずに倒れて外周に上部シール１５１と下部シール１５２を備えていても、均一なシールが得られず、燃料貯蔵室１０３と気室１０４とが部分的に連通して、気室１０４より気泡（圧縮ガス）が液体燃料に入る恐れがある。
【０００９】
つまり、燃料貯蔵室１０３の液体燃料を供給するために、不図示のバルブが開いて液体燃料が噴出された際に、隔壁部材１０５がこれに追従して正常に移動すると、燃料貯蔵室１０３と気室１０４の圧力が均衡するが、隔壁部材１０５が追従移動しないと燃料貯蔵室１０３の内圧が気室１０４の圧力より低下する。そして、隔壁部材１０５が前述のように倒れていた場合に、その外周部を通って気室１０４より燃料貯蔵室１０３内に圧縮ガスの気泡が流入して混入すると、気室１０４の圧力が低下して、さらに燃料貯蔵室１０３の内圧が低下することになり、その後においては燃料貯蔵室１０３に液体燃料が残留していても、圧力が低くて液体燃料が供給できない問題が生じる。
【００１０】
また、隔壁部材１０５が倒れていなくても、燃料貯蔵室１０３の内圧が低下するのに伴う内外圧力差により、バルブ近傍の連通経路より圧縮ガスが燃料貯蔵室１０３側に流入して圧力低下による液体燃料の供給不良を生起する可能性もある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ピストン状の隔壁部材の倒れを防止して確実な摺動を確保し、自力で液体燃料のみを噴出できる燃料電池用燃料容器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池用燃料容器は、外面に開口し液体燃料を供給するための接続部を有する容器本体と、該容器本体内部に形成され、燃料電池に供給する液体燃料を収容する燃料貯蔵室と、前記容器本体内部に形成され、端部において前記燃料貯蔵室と相互に連通し、燃料を押し出すための応力を生じさせる圧縮ガスを封入する気室と、前記燃料貯蔵室に移動自在に配設され、前記液体燃料と圧縮ガスとを区画するピストン状の隔壁部材と、前記燃料貯蔵室と前記接続部の間を連通遮断するバルブとを備え、前記隔壁部材の底部外周に、前記燃料貯蔵室の壁面に沿って摺動方向に突出する倒れ防止部材を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
前記倒れ防止部材は、周方向にほぼ等間隔に３つ以上備えることが好適である。また、前記隔壁部材は周面に、前記燃料貯蔵室の壁面に摺接するシール部を１つ備えることで、シール性の確保が可能となる。
【００１４】
前記燃料貯蔵室と前記気室とが連通する端部と反対側部位において、前記燃料貯蔵室と前記気室との連通経路を遮断するシール材を備えるのが好ましい。
【００１５】
また、前記燃料貯蔵室の端部内壁面に、前記隔壁部材が最端部に移動した際に該隔壁部材の上部と下部とを連通する凹部を備えるのが好適である。さらに、前記隔壁部材を前記燃料貯蔵室の最端部に移動させた際に、該隔壁部材を燃料貯蔵室側に付勢する弾性体を備えるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような本発明の燃料電池用燃料容器によれば、接続部を有する容器本体と、液体燃料を収容する燃料貯蔵室と、燃料貯蔵室と連通し圧縮ガスを封入する気室と、燃料貯蔵室に移動自在に配設された隔壁部材と、連通遮断するバルブとからなり、隔壁部材に倒れ防止部材を備えたことにより、隔壁部材の安定した摺動動作が行え、摺動不良があっても倒れることなく、良好なシール状態を確保して内圧低下を招くことなく最後まで自力で液体燃料を噴出供給することができる。
【００１７】
また、倒れ防止部材によりシールが１線で確保可能であり、倒れ防止のために隔壁部材の上下寸法を大きくすることに比べて上下寸法が短くなり、燃料収容量の増大につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は一つの実施の形態における燃料電池用燃料容器の中央断面正面図、図２は図１の隔壁部材の断面図(ａ)および底面図（ｂ）、図３は図１の圧縮ガス封入作動時における要部断面図、図４はバルブ部位の拡大断面図である。また、図５は他の実施形態の隔壁部材の断面図である。
【００１９】
図１の実施形態の燃料電池用燃料容器１は、所定濃度のメタノールと純水またはエタノールと純水の混合液などによる燃料電池用の液体燃料Ｆを収容し、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）などに燃料を供給するためのものであり、不図示の燃料電池本体に装着される。
【００２０】
前記燃料容器１は、外面に開口し液体燃料を供給するための接続部２４を有する容器本体２と、この容器本体２の内部に形成され、燃料電池（不図示）に供給する液体燃料Ｆを収容する燃料貯蔵室３と、容器本体２の内部に形成され、端部において燃料貯蔵室３と相互に連通し、液体燃料Ｆを押し出すための応力を生じさせる圧縮ガスＧを封入する気室４と、前記燃料貯蔵室３に移動自在に配設され、液体燃料Ｆと圧縮ガスＧとを区画するピストン状の隔壁部材５と、前記燃料貯蔵室３と前記接続部２４の間を連通遮断するバルブ７と、容器本体２の底部に設置され、下降移動した隔壁部材５に当接可能な弾性体８とからなる。
【００２１】
上記容器本体２は樹脂成形されてなり、外形を構成する外容器２１と、この外容器２１の上開口部を密閉する蓋体２２と、外容器２１の内部に二重構造に配設された内容器２３とで構成され、前記蓋体２２の中央に接続部２４が形成され、バルブ７が設置されてなる。
【００２２】
前記内容器２３は円筒状で、下端部は外容器２１の底面に接合することなく、この内容器２３の内部と外容器２１の内部とを連通する連通路２５が形成され、上記燃料貯蔵室３の底部と気室４の底部とが端部で連通可能になっている。内容器２３の下端部内壁面には凹部１１が、縦方向に延びて形成されている。この凹部１１の作用による気室４への圧縮ガスＧの封入については、図３により後述する。
【００２３】
また、内容器２３の上端部には中心部に透孔２３ａが開口され、燃料貯蔵室３がバルブ７を介して前記接続部２４に連通し、バルブ７の連通遮断動作に応じて液体燃料Ｆの排出供給が行えるようになっている。このバルブ７の詳細は図４により後述する。
【００２４】
前記内容器２３の上端部の上面には上方に延びる筒壁２３ｂ（図４参照）を備え、この筒壁２３ｂ内にバルブ７のハウジング７１の下端装着筒部７１ａが嵌合装着され、内容器２３が保持されてなる。
【００２５】
また、内容器２３に摺動可能に嵌挿されたピストン状の隔壁部材５は、図２に断面図および底面図を示すように、弾性シール部材５１と支持部材５２とで構成され、シール部材５１の外周の特に上部周面の１箇所のシール部５１ａが、シリンダ状の内容器２３の内壁に気密に接触し、その上部空間の燃料貯蔵室３に液体燃料Ｆが封入される。シール部材５１は支持部材５２に保持されることで、安定した姿勢で燃料貯蔵室３を移動するようになっている。
【００２６】
さらに、支持部材５２の底部外周には、燃料貯蔵室３の壁面に沿って摺動方向に突出する倒れ防止部材５３を、周方向にほぼ等間隔に４つ備えている。この倒れ防止部材５３は、隔壁部材５が水平状態にある場合には内容器２３の内面とは非接触（接触摺動してもよい）であり、隔壁部材５が倒れるように傾いた際に一部の倒れ防止部材５３が接触して、それ以上に倒れるのを阻止し、１つのシール部５１ａによるシール状態を維持確保する。なお、倒れ防止部材５３は、３つまたは５つ以上形成してもよい。
【００２７】
前記隔壁部材５は、燃料貯蔵室３に収容した液体燃料Ｆと気室４に収容した圧縮ガスとを区画する移動隔壁として機能し、背面に作用する圧縮ガスの圧力によって前面の液体燃料Ｆを加圧し、前記バルブ７が連通作動した際に、この液体燃料Ｆを接続部２４より押し出すように作用する。
【００２８】
なお、残留する液体燃料Ｆの貯蔵容積に応じて隔壁部材５の位置が変化し、それに応じて圧縮ガスＧの体積が変化するとともに圧力が変化するが、液体燃料Ｆの貯蔵量が無くなるまで押し出すことができるように隔壁部材５を移動させる圧力を確保する。
【００２９】
また、上記隔壁部材５のシール表面または内容器２３の内壁面に、さらには両方に、液体燃料Ｆに対して非溶出性のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コーティング、または、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングなどによる低摩擦係数コーティングを施して、隔壁部材５の移動抵抗を低減し、圧縮ガスＧの圧力が低くても確実で良好な作動を確保するのが好ましい。
【００３０】
前記バルブ７の機構例を説明する。図４に拡大図示するように、バルブ７は、蓋体２２への固定部材としてのハウジング７１、燃料電池との接続に応じて移動するステム７２、ステム７２を閉方向に付勢するスプリング７３、燃料の供給を開閉する弁体７４（Ｏリング）などで構成され、これらは好ましくは非金属材料で形成されてなる。
【００３１】
前記ハウジング７１は筒状に形成され、下端部に延長された装着筒部７１ａと、内部に突出する環状突起７１ｂを備える。ステム７２は棒状に形成され、上端に外側に広がる頭部７２ａと、その下部の軸部７２ｂとを備える。そして、ハウジング７１内にステム７２が軸方向に移動可能に挿入され、その頭部７２ａの下面と環状突起７１ｂの上面との間にスプリング７３が介装されてステム７２が上方に付勢されている。ステム７２の軸部７２ｂの先端は環状突起７１ｂの内孔を挿通して突出し、軸部７２ｂの先端外周部に装着したＯリングによる弁体７４が環状突起７１ｂの下端部に圧接することで、その内孔を閉塞して燃料の供給を開閉作動するようになっている。
【００３２】
そして、容器本体２の接続部２４に対し、前記ハウジング７１はその下部外周に装着されたシール用のＯリング７６を介してボス部２４ａに組み付けられる。ハウジング７１の装着筒部７１ａはボス部２４ａより外容器２１の内部に突出し、この装着筒部７１ａに前述のように内容器２３の上端筒壁２３ｂが嵌着されて該内容器２３が保持されるもので、装着筒部７１ａの外周に装着されたシール材７５（Ｏリング）によって両者間のシールが行われ、気室４の圧縮ガスが燃料貯蔵室３へ流入する連通経路を遮断している。
【００３３】
また、ステム７２の頭部７２ａが、外方よりスプリング７３に抗して押し込まれると、ステム７２先端の弁体７４が環状突起７１ｂより離れて内孔が開口し、軸部７２ｂと環状突起７１ｂの隙間から頭部７２ａとハウジング７１との間を通って燃料貯蔵室３内の液体燃料Ｆを噴出供給するようになっている。
【００３４】
さらに、前記バルブ７は、弁体７４をＯリングによる弾性材で構成し、この弾性材を弁開閉方向（軸方向）に膨潤変形しないよう、軸部７２ｂの周溝によって規制して配置してなり、液体燃料Ｆに接する弁体７４（弾性材）が膨潤等で体積膨張したとしても、その体積変化は弁開閉移動方向に垂直な方向に規制されているため、弁開閉動作および燃料流量の変化は抑制される。
【００３５】
気室４に封入する圧縮ガスは、窒素、炭酸ガス、脱酸素空気などの酸素を含まないガスを用いることが、燃料電池での反応に悪影響を及ぼす酸素が液体燃料Ｆへ混入するのを、もしくは液体燃料Ｆが酸化するのを防止する点で好ましい。
【００３６】
次に、図３により気室４への圧縮ガスＧの封入を説明する。この圧縮ガスＧの封入は燃料貯蔵室３に液体燃料Ｆを注入する以前に行う。
【００３７】
バルブ７を通して圧縮ガスＧを燃料貯蔵室３に注入するのに応じて隔壁部材５が下降し、図１に示す位置で支持部材５２の底面に弾性体８が当接するものであり、この状態では隔壁部材５のシール部５１ａは、内容器２３の凹部１１の上端より上方に位置している。そして、さらに燃料貯蔵室３に圧縮ガスが注入されることによって、隔壁部材５は、図３に示すように、弾性体８を押圧変形させて燃料貯蔵室３の底部にさらに移動する。この最下降状態において、凹部１１の上端部が隔壁部材５のシール部５１ａより上方となり、凹部１１の下端部は隔壁部材５より下部に開口し、該凹部１１によって隔壁部材５の上部と下部とが連通して、燃料貯蔵室３より気室４へ圧縮ガスを注入することができる。
【００３８】
そして、気室４内が所定圧力となった際に圧縮ガスの注入を停止した後、閉作動したバルブ７を開作動して燃料貯蔵室３の圧縮ガスを排出する。これに応じ、隔壁部材５は弾性体８の反発力によって図１の位置に上昇することで、凹部１１の連通を閉塞して燃料貯蔵室３のシール状態に戻り、さらなるガスの排出で隔壁部材５は、その背部に気室４の圧縮ガスの圧力が作用した状態で内容器２３の上端にまで上昇移動し、燃料貯蔵室３のガスを全て排出することで、気室４に圧縮ガスＧが封入される。その後、燃料注入手段を接続してバルブ７を通して燃料貯蔵室３へ液体燃料Ｆを、隔壁部材５を下降させつつ注入することによって、液体燃料Ｆを噴出可能に収容して燃料電池用燃料容器１が構成できるものである。
【００３９】
なお、上記図１では、弾性体８はスプリングで構成しているが、弾性反発力を有するクッション材で構成してもよい。
【００４０】
本実施形態の燃料容器１では、液体燃料Ｆを燃料貯蔵室３に収容した状態で長期保存された場合などに、隔壁部材５の摺動性が低下し、この隔壁部材５の摺動において内容器２３の壁に対し部分的に抵抗があっても、倒れ防止部材５３によって隔壁部材５が倒れることなく、１つのシール部５１ａによっても均一なシールが得られ、燃料貯蔵室３と気室４とが連通することなく、気室４より気泡（エア）が液体燃料Ｆに入ることを確実に防止できる。
【００４１】
また、燃料貯蔵室３の内圧が低下した際に、バルブ７近傍の内容器２３とハウジング７１との接合部を通して気室４より圧縮ガスが燃料貯蔵室３に流入しやすくなるが、その部分にシール材７５を介装したことにより、上記と同様に燃料貯蔵室３への圧縮ガスの流入を阻止している。
【００４２】
これにより、燃料貯蔵室３の液体燃料Ｆを燃料電池に供給した際に、隔壁部材５の追従移動が不十分で燃料貯蔵室３の内圧が気室４の圧力より低下しても、気室４の圧縮ガスＧが燃料貯蔵室３に流入することなく気室４の圧力が維持でき、その後に隔壁部材５の追従移動が回復した際には、燃料貯蔵室３に収容した液体燃料Ｆを最後まで供給することができる。
【００４３】
次に、図５は他の実施形態の隔壁部材６を示す断面図である。隔壁部材６は、樹脂製の本体部６１と１本のＯリング６２とで構成されている。Ｏリング６２は、本体部６１の外周に設置された周溝に装着保持され、１カ所でシールしている。また、本体部６１の底部外周には、前記と同様に、内容器２３の壁面に沿って摺動方向に突出する倒れ防止部材６３を備えている。この倒れ防止部材６３は、隔壁部材６が倒れるように傾いた際に内容器２３の壁面との接触で、それ以上に倒れるのを阻止し、１つのＯリング６２（シール部）によるシール状態を維持確保する。その他は同様に構成され、同様の機能を有する。
【００４４】
なお、前記燃料電池用燃料容器１は、燃料電池に装着して該燃料電池に直接燃料を供給するものであるが、内圧を高めて、再注入可能な燃料電池用燃料容器に対して、液体燃料Ｆを注入するための注入用燃料容器としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一つの実施の形態における燃料電池用燃料容器の中央断面正面図
【図２】図１の隔壁部材の断面図および底面図
【図３】図１の圧縮ガス封入作動時における要部断面図
【図４】バルブ部位の拡大断面図
【図５】他の実施形態の隔壁部材の断面図
【図６】従来構造例における燃料容器の隔壁部材の倒れ状態を示す図
【符号の説明】
【００４６】
１    燃料電池用燃料容器
２    容器本体
３    燃料貯蔵室
４    気室
５，６    隔壁部材
７    バルブ
８    弾性体
11    凹部
21    外容器
22    蓋体
23    内容器
24    接続部
25    連通路
51    シール部材
51a   シール部
53,63    倒れ防止部材
52    支持部材
61    本体部
62    Ｏリング
71    ハウジング
72    ステム
73    スプリング
74    弁体
75    シール材
Ｆ    液体燃料
Ｇ    圧縮ガス
【図１】
0004634728.tif 000002
【図２】
0004634728.tif 000003
【図３】
0004634728.tif 000004
【図４】
0004634728.tif 000005
【図５】
0004634728.tif 000006
【図６】
0004634728.tif 000007