(57)【要約】【課題】収容した燃料電池用燃料に金属イオンが混入しない構造として燃料電池の性能を損なうことがないようにすると共に、付勢部材についても耐久性を確保する。【解決手段】密閉構造を有する容器本体２と燃料の供給を開閉するバルブ機構５とを備え、燃料と接触する構成部材を全て非金属材料で構成してなる。バルブ機構５の付勢部材を、姿勢を保持する一端の支持基部１５と、他端の当接部１６と、両者を連結する折り返し形状の板バネ状変形部１７とを備えた樹脂スプリング５４で構成してなる。燃料がメタノールと純水またはエタノールと純水もしくは純メタノールまたは純エタノールであり、固体高分子型燃料電池の燃料供給用として好適である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器であって、密閉構造を有する容器本体と、収容した燃料の供給を開閉するバルブ機構とを備え、前記容器本体および前記バルブ機構の付勢部材を含む燃料と接触する構成部材を全て非金属材料で構成してなることを特徴とする燃料電池用燃料容器。
【請求項２】
前記バルブ機構の作動部材を閉方向に付勢する付勢部材を樹脂スプリングで構成し、該樹脂スプリングは、一端の姿勢を保持する支持基部と、他端の当接部と、両者を連結する折り返し形状の板バネ状変形部とで構成してなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項３】
前記樹脂スプリングは、前記板バネ状変形部のバネ素子の断面形状が荷重印加方向に沿う厚さより、これと直交する方向の幅を大きく形成してなることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項４】
前記燃料がメタノールと純水またはエタノールと純水であり、固体高分子型燃料電池の燃料供給用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の燃料電池用燃料容器。
【請求項５】
前記燃料が純メタノールまたは純エタノールであり、固体高分子型燃料電池の燃料供給用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の燃料電池用燃料容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池に供給するメタノール水溶液などの燃料を収容する燃料電池用燃料容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶液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】
上記のような容器においては、そのノズルを閉方向に付勢する付勢部材としてスプリングが使用されている。このスプリングとしては、コストや使い勝手から金属製コイルスプリングを用いるのが一般的であるが、リサイクル率を高めるために、付勢部材を樹脂製の筒状弾性材で構成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９０２８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池の使用が各方面で検討されているが、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、その燃料としてはメタノールに純水またはエタノールに純水を加えたもの、または純メタノールまたは純エタノールを使用するのが実用面で利点がある。
【０００６】
しかしながら、特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池では、金属イオンの混入を極度に嫌うため、燃料容器においては収容した燃料に金属イオンが混入しないように構成する必要があることが判明した。
【０００７】
燃料と接触する部材に金属を用いることはイオンが発生することから不適切であり、この金属に樹脂をコーティングしても樹脂皮膜のピンホールによってイオンの発生は避けられない。このことから本発明では容器を構成する部材の樹脂化を図って金属イオンの発生を抑制するものであるが、その際、バルブ機構に使用される付勢部材の樹脂化が最も困難である。つまり、樹脂スプリングは、成形性、弾性特性、耐久性などの点で問題があり、特に、発生歪みが大きくなると破断が生じやすく、耐久性の面で不十分となる場合があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、付勢部材についても耐久性を確保しつつ金属イオンが発生しない構造とした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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池用燃料容器は、燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器であって、密閉構造を有する容器本体と、収容した燃料の供給を開閉するバルブ機構とを備え、前記容器本体および前記バルブ機構の付勢部材を含む燃料と接触する構成部材を全て非金属材料で構成してなることを特徴とするものである。
【００１０】
前記バルブ機構の作動部材を閉方向に付勢する付勢部材を樹脂スプリングで構成し、該樹脂スプリングは、一端の姿勢を保持する支持基部と、他端の当接部と、両者を連結する折り返し形状の板バネ状変形部とで構成するのが好適である。また、前記樹脂スプリングは、前記板バネ状変形部のバネ素子の断面形状が荷重印加方向に沿う厚さより、これと直交する方向の幅を大きく形成するのが好ましい。
【００１１】
また、本発明燃料容器は、燃料がメタノールと純水またはエタノールと純水、もしくは純メタノールまたは純エタノールであり、固体高分子型燃料電池の燃料供給用であるものが好適であり、必要に応じて噴射材が注入される。
【００１２】
【発明の効果】
上記のような本発明によれば、密閉構造を有する容器本体と、収容した燃料の供給を開閉するバルブ機構とを備え、燃料と接触する構成部材を全て非金属材料で構成したことにより、収容した燃料が金属と接触せずに金属イオンの混入が防止でき、特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池では供給するメタノール水溶液またはエタノール水溶液などの燃料に金属イオンが存在することが極端に嫌われるが、上記部材の非金属化によって金属イオンの溶出が防止でき、燃料電池の性能を損なうことがない。
【００１３】
また、バルブ機構の付勢部材を、一端の姿勢を保持する支持基部と、他端の当接部と、両者を連結する折り返し形状の板バネ状変形部とを備えた樹脂スプリングで構成すると、バルブ機構の作動が確保でき、また、歪みの発生を小さくして破断しにくい構造に形成することが可能となり、耐久性面でも問題なく、樹脂化が図れる。
【００１４】
さらに、樹脂スプリングの板バネ状変形部のバネ素子の断面形状を荷重印加方向に沿う厚さより、これと直交する方向の幅を大きく形成すると、ストローク長が短くて歪みの発生が小さく、反発力の大きな樹脂スプリングを構成することが可能となる。
【００１５】
また、燃料容器の樹脂化に伴い次のような効果がある。容器形状が円筒形、多角形、楕円などの様々な形状に形成可能である。透明性の材料を用いると、内容物の確認ができる。分別廃棄がしやすくリサイクルに適する。手に触れたとき、金属のような冷たさがなく温感がよい。腐食による内容物の変化が起きにくい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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分解斜視図、図２は樹脂スプリングの斜視図である。
【００１７】
本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もしくは純メタノールまたは純エタノールを燃料電池用燃料として収容し、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などに燃料を供給するためのものであり、例えば燃料カートリッジとして燃料電池本体に装着される。また、緊急時の燃料補給用として使用される。
【００１８】
上記燃料容器１からの燃料の供給は、重力方式、吸引方式または噴射方式などで行われ、本実施形態では噴射方式の場合であり、燃料容器１内には前記燃料と共に圧縮流体による噴射材が注入され、加圧状態で収容されている。
【００１９】
前記燃料容器１は、燃料を収容する容器本体２と、容器本体２の底部を閉塞する底蓋３、容器本体２の上部に装着されるハウジング４、ハウジング４に設置され燃料供給口を開閉するバルブ機構５、容器本体２に挿入されるディップチューブ６とで構成される。そして、これらを構成する全ての部品が非金属材料、すなわち樹脂にて構成されてなる。
【００２０】
容器本体２は略筒状で、内部には補強用のリブ２１が周囲の側壁内面を連結するように設置されて、耐圧強度が高められている。その底部開口（不図示）は底蓋３の接合によって閉塞され、上部開口２ａは蓋状のハウジング４の接合によって閉塞される。
【００２１】
ハウジング４の中央部には容器内部空間と外部とを連通する通路に、この通路を開閉して収容した燃料を不図示の燃料電池へ供給するバルブ機構５が設置されている。また、このバルブ機構５の底部から容器本体２の底部に向けて延びるディップチューブ６が装着されている。
【００２２】
上記バルブ機構５は、ハウジング４への固定部材としてのガイドネジ５１、燃料の供給を開閉する弁体としてのガスケット５２、開閉のための作動部材としてのバルブステム５３、閉方向への付勢部材としての樹脂スプリング５４で構成されてなる。
【００２３】
そして、前記ハウジング４の通路に対し、底部に樹脂スプリング５４が挿入され、その上にバルブステム５３が挿入され、このバルブステム５３の外周にガスケット５２が嵌着され、バルブステム５３の上方よりガイドネジ５１のネジ部５１ａがハウジング４の上面のネジ孔４１に螺合されて組み付けられ、バルブステム５３は樹脂スプリング５４の付勢力によって上方のガイドネジ５１へ付勢され、ガスケット５２の外周部はガイドネジ５１によってハウジング４に保持固定されている。
【００２４】
上記バルブステム５３は、外周に周溝５３ａが形成され、この周溝５３ａの底部に細口５３ｂが開口されて中心通路５３ｃに連通され、中心通路５３ｃは上端噴出口に開口している。なお、中心通路５３ｃの底部は閉塞されている。そして、上記バルブステム５３の周溝５３ａにはガスケット５２が嵌着され、ガスケット５２の内周面の弾性密着によって上記細口５３ｂが閉じられて、容器本体２の内部とバルブステム５３の中心通路５３ｃとが遮断され燃料の供給が閉塞される。また、ガイドネジ５１の中心孔５１ｂを通してバルブステム５３が樹脂スプリング５４に抗して押し込まれると、その移動に伴ってガスケット５２の内周部が変形して細口５３ｂを開口し、この細口５３ｂを容器本体２の内部と連通させて燃料を細口５３ｂよりバルブステム５３の内部を経て中心通路５３ｃの開口端から供給するようになっている。
【００２５】
付勢部材としての前記樹脂スプリング５４の形状は、図２に示すように、一端の姿勢を保持する支持基部１５と、他端の当接部１６と、両者を連結する折り返し形状の板バネ状変形部１７とで構成されてなる。例えば、この樹脂スプリング５４はポリアセタール（ＰＯＭ）で成形される。
【００２６】
前記支持基部１５は、荷重が作用する圧縮方向と直交する方向に延設された板状またはその他の形状に設けられる。上記当接部１６は、支持基部１５と平行な板状または棒状に平坦に形成され、前記バルブステム５３の底部に接触して付勢力を伝達する。
【００２７】
また、前記板バネ状変形部１７は、図示の場合３つの斜めに形成されたバネ素子１７ａで構成され、各バネ素子１７ａが端部の連結部１７ｂ，１７ｂで順に折り返し形状に連結されてなる。そして、最下段のバネ素子１７ａの一端部が連結部１７ｃによって支持基部１５の端部に連結固定されると共に、最上段のバネ素子１７ａの一端部が連結部１７ｄによって当接部１６の一端部に連結されて、樹脂スプリング５４が構成されてなる。
【００２８】
また、各バネ素子１７ａの両端部における連結部１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、厚さが大きくなるように膨出形成されて補強され、圧縮変形時の歪みによる破断を防止する構造となっている。さらに、各バネ素子１７ａの断面形状において、荷重印加方向に沿う厚さｄより、これと直交する方向の幅ｗが大きく（ｗ＞ｄ）形成される。好ましくはｗ／ｄを３〜４程度とし、バルブステム５３に対する付勢力の作用方向の安定性を確保するとともに、バネ素子１７ａの断面積が大きくバネ定数すなわち変形の反発力が大きくなって、例えば反発力を５Ｎ以上とし、必要荷重を得るための変形量（撓み）が小さくなり、変形歪みの発生を５％以下と小さくして、破断耐久性を向上している。
【００２９】
そして、前記樹脂スプリング５４は、自由長に対する最大圧縮変形量（ストローク長）の比率すなわち変形率が４０％以下（好ましくは３２％程度）に設定されてなる。つまり、ストローク長が短く歪み量が少なく設定されて、破断をさらに防止している。
【００３０】
前記容器本体２、底蓋３、ハウジング４、バルブ機構５の燃料と接触する全部品は樹脂製による非金属材料で構成し、燃料に金属イオンが混入するのを阻止してなる。その樹脂材質としては、ＰＥ，ＰＰ，ＡＳ，ＡＢＳ，ＰＡＮ，ＰＡ，ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＰＣ，ＰＯＭ，ＰＥＮ等が使用できるが、内容物や形状および強度等により選択される。例えば、メタノールに対する耐性を考慮すると、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）が優れて好ましく、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ），ポリアミド（ＰＡ），ポリアセタール（ＰＯＭ）も使用可能である。また、エタノールに対する耐性を考慮すると、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリアミド（ＰＡ），ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）が優れて好ましく、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）も使用可能である。
【００３１】
成形構造としては、単一材料で成形した単層構造、複数材料で成形した二層（多層）構造がある。二層構造の場合には、内容物が触れる内層部分に、耐性に優れた材料を用い、外層に耐圧性、耐衝撃性に優れた材料を使用し、二色成形、コーティング等によって構成する。
【００３２】
また、メタノール等の燃料と噴射材を分離して収容した二重構造に設けてもよい。この場合、燃料のみの供給が可能であると共に、燃料が噴射材に触れないため、溶解性やエマルジョン化などを考慮する必要がなくなる。
【００３３】
また、前記容器本体２、底蓋３、ハウジング４は、それぞれの成形品を互いに超音波溶着にて接合してもよく、密閉組立性が良好となる。
【００３４】
上記のような実施形態によれば、燃料容器１の燃料と接触する部品の樹脂化により、メタノール水溶液またはエタノール水溶液などの燃料電池燃料に金属イオンが存在することなく、金属イオンの存在が極端に嫌われる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）に対する良好な燃料容器が構成でき、燃料電池の性能を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【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分解斜視図
【図２】樹脂スプリングの斜視図
【符号の説明】
１    燃料電池用燃料容器
２    容器本体
３    底蓋
４    ハウジング
５    バルブ機構
６    ディップチューブ
１５    支持基部
１６    当接部
１７    変形部
１７ａ    バネ素子
５１    ガイドネジ
５２    ガスケット
５３    バルブステム
５４    樹脂スプリング
【図１】
2005005155.tif 000003
【図２】
2005005155.tif 000004