(57)【要約】【課題】充填された燃料電池用の液体燃料を容器内に残すことなく取り出すことのできる袋状燃料容器を提供する。【解決手段】少なくとも１層以上のポリオレフィン樹脂層を含む２枚の樹脂シート２、３の外周縁を相互に接着して突縁部を有する密封袋状に形成し、一方のシートに、液体燃料供給バルブ５が取り付けられ、液体燃料供給バルブが取り付けられた側の樹脂シートの柔軟性よりも、他方の樹脂シートの柔軟性が高く、接着剤を使用しない方法により上記外周縁が接着された袋状燃料容器１が収納された燃料電池用の燃料カートリッジ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の樹脂シートの外周縁を相互に接着して突縁部を有する密封袋状に形成され、一方のシートに、液体燃料供給バルブが取り付けられた燃料電池用の袋状燃料容器であって、
前記液体燃料供給バルブが取り付けられた側の樹脂シートの柔軟性よりも、他方の樹脂シートの柔軟性が高いことを特徴とする袋状燃料容器。
【請求項２】
前記２枚の樹脂シートは、少なくとも１層以上のポリオレフィン樹脂層を含む樹脂シートであることを特徴とする請求項１記載の袋状燃料容器。
【請求項３】
前記２枚の樹脂シートは、接着剤を使用しない方法により前記外周縁が接着されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の袋状燃料容器。
【請求項４】
前記液体燃料供給バルブは、袋状燃料容器内側端部に液体燃料供給口と連通するスリットを有することを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３記載の袋状燃料容器。
【請求項５】
硬質容器内に袋状燃料容器が収納されてなる燃料電池用の燃料カートリッジであって、  前記袋状燃料容器が請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の袋状燃料容器であり、
前記袋状燃料容器の突縁部および液体燃料供給バルブが前記硬質容器に固定されていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に供給するための液体燃料を収容する袋状燃料容器およびこの袋状燃料容器を用いた燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池などの燃料電池の活用が進んでいる。燃料電池は、発電により生成される生成物が水だけであり、環境を汚染することがないクリーンなエネルギー源として近年注目されている。さらに直接メタノール形燃料電池等の液体型燃料電池は、水素等のガスを使用する燃料電池とは異なり圧力容器やガス流量制御装置などの付属装置が不要なため超小型の燃料電池を製造できる。このため、家電製品、パソコン、携帯電子機器等での利用の拡大が期待されている。
【０００３】
燃料電池に供給するためのメタノールなどの液体燃料を収容する燃料カートリッジとして、仕切られた２つの空間を有して、一方の空間に液体燃料が充填されるとともに、他方の空間に空気が供給可能であり、空気供給により液体燃料を押出す構造の燃料タンク（特許文献１参照）や、フレキシブルな材料で構成され、内部に液体燃料を充填しバルブを有する内袋と、バルブのみを外部に露出させて内袋を収納して、使用者の手によって変形可能で、かつもとの形状に自己復元可能な外装ケースを備えた燃料カートリッジ（特許文献２参照）が開示されている。
【０００４】
しかしながら、従来の燃料電池に用いられる燃料カートリッジでは、液体燃料を収容する燃料カートリッジを構成する樹脂シート材料が変形自在な軟質樹脂シートの１重構造の場合では、耐久性および外的荷重による破損などのため実使用に適さず、更には軟質樹脂シート製燃料容器がうまく折り畳まれない可能性があり、燃料容器内に燃料が残留し、燃料を使い切ることができないという問題がある。また、硬質樹脂シート材料による１重構造である場合では、内容物を使い切る場合空気弁などの付加機能が必要であったり、あるいは一定方向でしか使用できなかったりするという問題があった。また、外装容器を備える２重構造のものであっても、ブロー成形などで得られたものはバルブの固定方法が困難であったり、バルブの固定が不安定であったり、柔軟性に乏しく完全に内容物を取り出すことができなかったり、小型のものは成形が困難であったりするなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００５−３０６９９号公報
【特許文献２】特開２００７−２２７０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、充填された燃料電池用の液体燃料を容器内に残すことなく取り出すことのできる袋状燃料容器およびこの袋状燃料容器を用いた燃料カートリッジの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の袋状燃料容器は、２枚の樹脂シートの外周縁を相互に接着して突縁部を有する密封袋状に形成され、一方のシートに、液体燃料供給バルブが取り付けられた燃料電池用の袋状燃料容器であって、上記液体燃料供給バルブが取り付けられた側の樹脂シートの柔軟性よりも、他方の樹脂シートの柔軟性が高いことを特徴とする。
また、上記２枚の樹脂シートは、少なくとも１層以上のポリオレフィン樹脂層を含む樹脂シートであることを特徴とする。
また、上記２枚の樹脂シートは、接着剤を使用しない方法により外周縁が接着されてなることを特徴とする。
また、上記液体燃料供給バルブは、袋状燃料容器内側端部に液体燃料供給口と連通するスリットを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の燃料カートリッジは、硬質容器内に上記本発明の袋状燃料容器が収納されてなる燃料電池用の燃料カートリッジであって、上記袋状燃料容器の突縁部および液体燃料供給バルブが上記硬質容器に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の袋状燃料容器は、２枚の樹脂シートの外周縁を相互に接着して突縁部を有する密封袋状に形成され、一方のシートに、液体燃料供給バルブが取り付けられ、液体燃料供給バルブが取り付けられた側の樹脂シートの柔軟性よりも他方の樹脂シートの柔軟性が高いので、袋状燃料容器内に収容された液体燃料を取り出す際、袋状燃料容器内に燃料が残り少なくなった場合でも、バルブが取り付けられていない側のシートを、バルブが取り付けられている側のシートの形状に合わせて変形させることができる。また、液体燃料供給バルブの袋状燃料容器内側端部に、液体燃料供給口と連通するスリットを有することで、袋状燃料容器が変形した際にバルブが取り付けられていない側の樹脂シートがバルブの供給口を完全に閉塞させることを防止する。その結果、袋状燃料容器の内容積を減少させて、液体燃料を袋状燃料容器内に残すことなく取り出すことができ、袋状燃料容器内に残った燃料による漏洩、引火等の危険性を下げ、安全性の向上を図ることができ、また燃料の無駄を省くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の袋状燃料容器を図に基づいて説明する。図１および図２は本発明の袋状燃料容器の実施形態の一例を示す斜視図であり、図１は液体燃料が充填された状態を、また図２は収容部内の液体燃料をバルブより取り出したときの状態をそれぞれ示す。
【００１０】
図１に示すように、本発明の袋状燃料容器１は、成形された２枚の樹脂シート２、３の外周縁を相互に接着して突縁部となる接着部４を形成し、内部に液体燃料を収容するための収容部６を構成するように密封袋状に形成されたものである。また、一方の樹脂シート２には、燃料電池に液体燃料を供給するためのバルブ５が取り付けられている。
袋状燃料容器１の好ましい形状としては、樹脂シート２、３がそれぞれ一方に開口部を有し、開口部の周縁に突縁部となる接着部４を有する容器形状であり、かつ接着部４の面に対して面対称となる形状である。接着部４の面に対して面対称となることにより、より柔軟性を有する樹脂シート３が樹脂シート２の容器内に反転収納することで袋状燃料容器内の燃料を残すことなく取り出すことができる。
【００１１】
樹脂シート２、３の接着方法としては、接着剤を使用しない方法により外周縁を接着できる方法であれば使用できる。例えば、超音波溶着、レーザー溶着、熱溶着、拡散溶着、インパルス溶着、高周波溶着等の樹脂接着手段を用いることができる。接着剤等を使用せず、溶着により樹脂シート同士を接着するので、袋状燃料容器内部に構成される液体燃料の収容部への接着剤の混入を防止できる。
上記樹脂シート接着手段の中で、寸法精度および外観形状にも優れるとともに、多種の樹脂材料において溶着が可能であり樹脂シートが相互に強固に溶着され、樹脂シート同士の接合強度、気密性等に優れることから、超音波溶着または熱溶着を用いることが好ましい。
また、樹脂シート２とバルブ５の接着方法においても、上述の樹脂接着手段を用いることができ、樹脂シート２およびバルブ５間の接着強度、気密性等に優れることから、超音波溶着または熱溶着を用いることが好ましい。
【００１２】
超音波溶着は、樹脂シート材料、袋状燃料容器の大きさ等によって異なるが、超音波振動ホーンの振幅は、上下方向に 25〜50μm 、周波数は、15〜40 kHz で行なうのが溶着強度および気密度を高めるので好ましい。特に振幅が上下方向に 50μm 、周波数が 40 kHz の超音波溶着条件が好ましい。また、熱溶着の場合は、樹脂シート材料、燃料容器の大きさによって異なるが、温度幅 80〜150 ℃、溶着時間 5 秒以内で行うのが好ましい。
【００１３】
本発明の袋状燃料容器１を構成する２枚の樹脂シート２、３は、柔軟性の異なる樹脂シートである。
本発明において、柔軟性とは、機械的特性を表し、印加される外部応力に対してより変形しやすい性質を表す。変形しやすい具体的な性質としては伸び、モジュラス、曲げ弾性率、樹脂シートの硬さや厚さ等がある。２枚の樹脂シートを比較して、該樹脂シートの特性で、伸びが大きいほど、モジュラスが小さいほど、曲げ弾性率が小さいほど、樹脂シートの硬さが小さいほど、樹脂シートの厚さが薄いほど、柔軟性に優れているといえる。
例えば、ＪＩＳ  Ｚ１７０２には包装用ポリエチレンフィルムの性状および品質により４種類にランクされる。また実際には、ＪＩＳ  Ｚ０２３８  １０．１に記載されている試験装置を利用して柔軟性を数値化することができる。
本発明の袋状燃料容器１は、バルブ５が取り付けられた側の樹脂シート２の柔軟性よりも、他方のバルブ５が取り付けられていない側の樹脂シート３の柔軟性が高い。２枚の樹脂シートを比較して、この差が大きいほど、燃料の取り出しが容易になる。
バルブ５が取り付けられる側の樹脂シート２は、樹脂シート３よりも柔軟性が低く剛性の高い形態であれば、同一材質の樹脂シートであってもよく、また異なる材質の樹脂シートであってもよい。例えば、樹脂シート２が箱型形状の樹脂成形体であり、樹脂シート３が同一材質の薄いフィルムであってもよい。
【００１４】
樹脂シート２、３は、少なくとも１層以上のポリオレフィン樹脂層を含む樹脂シートであることが樹脂シート同士の接着強度を確保しやすく好ましい。また、燃料蒸気が抜けないようにガスバリア性を上げるためには、単層フィルムよりも２層以上よりなる積層構造の積層体である樹脂シートを用いることが好ましい。
積層体は、合成樹脂フィルムの片面または表裏両面に、他の合成樹脂フィルムを共押出もしくはラミネートして積層樹脂シートを得る。
接着に熱溶着や超音波溶着などを用いる場合、特に同種の樹脂材料間の溶着が優れることから、樹脂シート２および３は、どちらも少なくとも接着がなされる表面層が同じ樹脂材料で構成されていることが好ましい。また、樹脂シート２およびバルブ５についても、少なくともそれぞれの溶着部位が同じ樹脂材料で構成されていることが好ましい。
【００１５】
燃料電池の袋状燃料容器に用いる場合、積層樹脂シートの少なくとも表面層がポリオレフィン樹脂層であることが好ましい。
ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン樹脂、変性ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂シートと積層体を構成する樹脂シートは、ポリアミド樹脂、シリカコーティング    、アルミコーティング  、ポリエステル樹脂等のシートが挙げられる。
【００１６】
積層樹脂シートの例としては、高密度ポリエチレンフィルムに低密度ポリエチレンフィルムがラミネートされた２層構造の積層樹脂シートや、ポリエチレンフィルムにポリエチレン以外のオレフィンフィルムさらにポリエチレンフィルムがラミネートされた、またはポリエチレンフィルムにポリアミドフィルムさらにポリエチレンフィルムがラミネートされた３層構造の積層樹脂シートが挙げられる。なお、接着ラミネート以外に、共押出、コーティング、ドライラミネートによっても積層樹脂シートが得られる。
これらの中で、シール性やガス遮断性に優れることから、特にポリアミドフィルムを内層に有する３層構造の積層樹脂シートを用いることが好ましく、商品名では三菱樹脂株式会社製 ダイアミロンが挙げられる。
【００１７】
本発明の袋状燃料容器１は、収容部６に濃度９８％のメタノールを収容して７０℃で４時間放置したときの該メタノールの袋状燃料容器からの揮発量が１時間当り 0.08 g 以下であることが好ましい。
上記特性を充足するために、積層樹脂シートとして、ポリアミドフィルムを内層に有し、ポリオレフィンフィルムを最外層とする３層構造の積層樹脂シートを用い、両者を超音波溶着し、さらにポリオレフィン樹脂でバルブ５を形成することが好ましい。
【００１８】
本発明の袋状燃料容器１の製造方法の一例を以下に説明する。
（１）積層樹脂シート２および３を準備する。
積層樹脂シート２および３が同一材質である場合、積層樹脂シート２の厚さを厚くする。また、異なる材質である場合、積層樹脂シート２と比較して、積層樹脂シート３の柔軟性がより優れている。さらに、異なる材質および厚みを有するシートであっても柔軟性の要件を満たせば使用できる。
（２）積層樹脂シート２および３を成形する。
積層樹脂シート２および３を所定の形状に成形する。成形は真空成形や加熱圧縮成形などで容易に行なうことができる。なお、積層樹脂シート２は共押出、ドライラミネート、接着剤などで形成することができる。
（３）成形された積層樹脂シート２にバルブ５を取り付ける。取り付け方法としては液漏れを生じない方法であればよい。好ましくは接着剤を用いない超音波溶着である。
（４）積層樹脂シート２、３の外周縁を溶着して接着部４を形成する。接着部４の形成方法としては、積層樹脂シート３が変形しても液漏れが生じない熱溶着や超音波溶着が好ましい。
【００１９】
上記袋状燃料容器１を硬質容器７内に収納して燃料電池用の燃料カートリッジとすることが好ましい。燃料カートリッジの一例を図３に示す。図３は燃料カートリッジの斜視図である。
燃料カートリッジ８は、袋状燃料容器が接着されている接着部４の突縁部を硬質容器７ａおよび７ｂで上下に挟んで固定することにより形成される。また、液体燃料供給バルブ５は硬質容器７ａに固定されて、燃料カートリッジ８の燃料出入口となる。
燃料供給バルブ５が取り付けられた側の樹脂シート２は、燃料供給バルブ５が硬質容器７ａに固定されることにより、硬質容器７ａの内部で固定されている。また、樹脂シート２よりも柔軟性が高い樹脂シート３は硬質容器７ｂに固定されていない。樹脂シート３が固定されていないことにより、樹脂シート３は樹脂シート２内に反転収納でき、容器内の燃料を容易に取り出すことができる。
【００２０】
硬質容器７ａおよび７ｂは、成形された積層樹脂シート２および３を収納できる大きさであることが好ましい。また、硬質容器は、袋状燃料容器１を保護できる機械的強度を有していれば使用できる。
樹脂シート２、３がそれぞれ一方に開口部を有し、開口部の周縁に突縁部を形成する接着部４を有する容器形状で、かつ接着部４の面に対して面対称となる形状である場合、すなわち同じ大きさの容器である場合、硬質容器７ａおよび７ｂは、樹脂シート２、３を収納できる大きさで、硬質容器７ａおよび７ｂの大きさがそれぞれ同じ大きさであることが好ましい。
【００２１】
燃料カートリッジ８または袋状燃料容器１内の収容部６に収容した液体燃料を燃料電池に供給する場合、燃料電池側のノズル（図示省略）にバルブ５を装着して、袋状燃料容器１を使用者の手で変形させたり、燃料カートリッジ８内に収納された袋状燃料容器１の外側より空気圧などの外力を付与して変形させたり、燃料電池側より吸引するなどの手段にて、燃料カートリッジ８または袋状燃料容器１より液体燃料を燃料電池側に供給する。
上記のような手段により燃料カートリッジ８または袋状燃料容器１内に収容した液体燃料をバルブ５より供給し、袋状燃料容器１内に燃料が残り少なくなった場合には、バルブ５が取り付けられていない側の樹脂シート３を、バルブ５が取り付けられている側の樹脂シート２の形状に合わせて変形させる（図２参照）。樹脂シート２は樹脂シート３よりも柔軟性に優れているので、樹脂シート２の形状に密着して変形できる。これにより、袋状燃料容器１内の内容積を減少させて、収容部６の残り少なくなった燃料を袋状燃料容器１内に残すことなくバルブ５から燃料電池側に供給することができる。
【００２２】
また、図１および図２に示すように、液体燃料供給バルブ５は袋状燃料容器内側端部に、バルブ５側面より液体燃料供給口５ａと連通するスリット５ｂを有する。スリット５ｂのサイズは、樹脂シートの柔軟性に依存するため特に限定されないが、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ程度のものであれば好ましい。このスリット５ｂにより、バルブ５が取り付けられていない側の樹脂シート３を、バルブ５が取り付けられている側の樹脂シート２の形状に合わせて変形させた場合に、樹脂シート３がバルブ５の供給口５ａを完全に閉塞させることを防止して、収容部６の残り少なくなった燃料を袋状燃料容器１内に残すことなくバルブ５から燃料電池側に供給することができる。
【００２３】
本発明の燃料カートリッジ８または袋状燃料容器１の形状は、図１および図２に示す略直方体に限定されず、球形、円柱形、円錐形など、用途に応じて任意の形状を適宜選択できる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の袋状燃料容器は、液体燃料の液漏れがなく、全内容物を燃料電池側に供給することができるので、この袋状燃料容器を用いた燃料電池用カートリッジは、家電製品、パソコン、携帯電子機器等に用いられる燃料電池用カートリッジとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の袋状燃料容器の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の袋状燃料容器の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の燃料カートリッジの斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    袋状燃料容器
２    樹脂シート
３    柔軟性樹脂シート
４    接着部
５    バルブ
６    収容部
７    硬質容器
８    燃料カートリッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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