燃料電池用液体燃料カートリッジ
【課題】 製造および取り替え作業が容易な燃料カートリッジであり、液体燃料の気化による容器膨張に対して気密性を保持できるものを提供することを目的とする。
【解決手段】 燃料電池本体に着脱可能に装着される燃料カートリッジ１において、可撓性材料のフィルムに貫通孔が形成され製袋されたパウチ２と、パウチ２とヒートシールされるフランジ部３１を有するスパウト３と、パウチ２を収容するハードケース７と、ハードケース７とスパウト３とを一体に連結させる締結部材４と、スパウト３の円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、ハードケース７に固定されるコネクタ５とを有し、フランジ部３１が、ハードケース７に係る凹状部分の底面部７１ａよりも大きな形状に成形されていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【解決手段】 燃料電池本体に着脱可能に装着される燃料カートリッジ１において、可撓性材料のフィルムに貫通孔が形成され製袋されたパウチ２と、パウチ２とヒートシールされるフランジ部３１を有するスパウト３と、パウチ２を収容するハードケース７と、ハードケース７とスパウト３とを一体に連結させる締結部材４と、スパウト３の円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、ハードケース７に固定されるコネクタ５とを有し、フランジ部３１が、ハードケース７に係る凹状部分の底面部７１ａよりも大きな形状に成形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】
この発明は、流動性の内容物を収容する容器に関し、特に、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に利用することができる燃料カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料をエネルギー源として使用する機器において、機器の運転や使用に伴って減少する液体燃料を補充する必要がある。この液体燃料を機器側に補充する方法として、機器本体側に設けた燃料貯留容器に、補充用の液体燃料を収容したカートリッジ容器を連結し、液体燃料を移したり、機器本体の燃料貯留容器を別の燃料貯留容器に付け替えたりして、液体燃料を供給することが行われていた。
【０００３】
近年、携帯性機器に使用される燃料電池の普及から、小型機器に使用される燃料電池への液体燃料の供給手段が多く開発されている。この小型燃料電池におけるパッシブ型やアクティブ型に対応する供給手段であって、小型かつ効率的な供給を目的とする燃料カートリッジが種々提案されている。
【０００４】
このように、機器本体に補充する液体燃料を充填した燃料カートリッジにおいて、その液体燃料を収容する燃料容器および燃料容器を収容するケースなどの形状や材質などを改善し、特に、メタノールを燃料にした燃料電池であるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）において、液体燃料の供給手段が多く開発されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、パウチの端縁でスパウトを挟み込み、この当接部分をヒートシールするとともにパウチ端縁どうしの接触部分もヒートシールし、これらヒートシールした部分を挟持する押圧部を有する燃料カートリッジが開示されている。さらに、押圧部で挟持したパウチ及びスパウトをケース本体に挿入し、この押圧部とトップベースとが係止して連結することで、スパウトとカップラとが連結されることが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、パッシブ型の燃料電池に燃料を供給するための燃料カートリッジであって、ラミネートフィルムに貫通した貫通部を形成し、この貫通部にスパウトを挿入して、このラミネートフィルムとスパウトとを融着させることが開示されている。また、多孔性の直流防止材を外容器に開口した空気置換孔で支持して、解放密閉を制御することや、ラミネートフィルムどうしの接着部を折り返して収容するとともに接着部を外容器内面に押しつけることが開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、流動性の内容物を収容するガゼット袋の構造であって、その容易な成形方法や、角部位置にスパウトを設置することや、燃料供給時のスムースな減容化を可能にするガゼット袋が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２８７４２２号公報
【特許文献２】特開２００９−７８８４８号公報
【特許文献３】特開２００８−５６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料カートリッジでは、燃料カートリッジの組み上げ時、押圧部におけるスパウトの挟持を保ちながらケース本体に挿入、すなわち押圧方向に対して鉛直方向に挿入するため作業が困難になるおそれがあった。
【００１０】
このように挟持する構成であるため、押圧部による押圧力の変化に伴いスパウトを挟持している押圧部の押圧方向長の変化、またはスパウトを挟持している押圧部の押圧方向長の変化に伴い押圧部による押圧力の変化が起こるおそれがあった。このように、燃料カートリッジ製造時の作業性や、押圧力の変化による膨張時におけるシール部が剥離する可能性など改善の余地があった。
【００１１】
特許文献２に記載の燃料カートリッジでは、スパウトが外容器外面から突出した形状であるため、接触によるスパウトの破損や液漏れの危険性があった。また、機器本体との接続時など、スパウトが燃料カートリッジ内に押し込まれる力が作用した場合、この力と相反する液体燃料の内圧によりスパウトと燃料貯蔵袋との融着が剥離するおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献３に記載の収納容器では、パウチどうしがシールされる部分にスパウトが挟持されているため、揮発性の高い流動性内容物を収容していた場合、気化による膨張によってシール部が剥離するおそれがあった。
【００１３】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、燃料カートリッジの製造および燃料カートリッジの取り替え作業の効率化が図れ、かつ充填されている液体燃料の気化に伴う容器の膨張に対して気密性を保持できる燃料カートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来技術の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池本体に着脱可能に装着されて燃料電池に液体燃料を供給する燃料カートリッジにおいて、可撓性材料のフィルムにより製袋され、かつフィルムの所定面に形成された貫通孔を有するとともに燃料電池本体に供給される液体燃料が充填されるパウチと、前記貫通孔に挿入されるとともに、前記パウチの所定面とヒートシールされるフランジ部を有するスパウトと、前記スパウトが挿入される開口した開口部が形成され、前記パウチを収容する外装ケースであるハードケースと、前記ハードケースと前記スパウトとを一体に連結させ、かつ前記フランジ部との間で、前記ヒートシールされたパウチおよび前記開口部を形成する底面部分を挟持する締結部材と、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに前記ハードケースに固定されて、前記パウチを密閉するとともに、前記燃料電池本体が備えるコネクタと接続し当該燃料電池本体と前記パウチとを連通させる流路を形成するコネクタとを有し、前記フランジ部が、前記ハードケースに係る凹状部分の底面部よりも大きな形状に成形されていることを特徴とする燃料カートリッジである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記フランジ部の上面シール部に複数形成された第１凸部を有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記締結部材には、逆回転防止機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加えて、前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、前記スパウトの首部の内周面に少なくとも一つの第１凹部を設け、前記コネクタの外周面に前記スパウトの凹部に係合する第２凸部を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかの構成に加えて、前記ハードケースは、長手方向の一端が全面開口する長尺筒状のケース本体と、前記ケース本体の長手方向の他端が一部開口し、かつ側壁部分と底面部分とで形成された凹状部分と、前記ケース本体の全面開口側の内壁に設けられた第２凹部に嵌合する第３凸部が設けられた底蓋とを有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項５の構成に加えて、前記凹状部分に挿嵌され、前記コネクタと前記スパウトとの連結を固定させるとともに、当該コネクタを前記ハードケースに固定させる固定部材を更に有し、前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、前記コネクタは、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、前記固定部材と前記スパウトの開口端縁部分とにより挟持されて前記ハードケースに固定され、前記ハードケースに係る凹状部分の側壁部分に少なくとも一つの第３凹部を設け、前記固定部材の外側面に、前記側壁部分の第３凹部と嵌合する第４凸部を設けたことと特徴とするものである。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項６の構成に加えて、前記ハードケース本体の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、第５凸部または第４凹部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明によれば、収容された燃料が気化して容器本体が膨張しても、容器本体を形成する可撓性材料の破断や、シール部の剥離を防止することが可能であり、容器本体の気密性を保持することができるとともに、作業性の優れた燃料電池用燃料カートリッジを提供することができる。
【００２２】
請求項２に係る構成によれば、スパウトとパウチとがヒートシールされる部分におけるハウジングの上面に凹凸が形成されることで、スパウトとパウチとの接着強度が向上する。また、底面部とハウジングとの挟持される力を凸部に集中させることができるので、パウチとスパウトとの接着強度を向上させることができる。
【００２３】
請求項３に係る構成によれば、締結部材によるスパウトとハードケースとの固定を維持することができる。また、スパウトに連結された締結部材が、パウチが膨張した場合であっても緩むことを防止できる。したがって、ハードケース内にパウチを安定させて収容することができる。
【００２４】
請求項４に係る構成によれば、コネクタとスパウトとを密着固定することができ、機器本体のコネクタとの着脱時などに、燃料カートリッジに係るコネクタが抜け落ちることを防止できる。また、この密着固定により、パウチ内の密閉性を維持することができる。
【００２５】
請求項５に係る構成によれば、ハードケースの凹状部分に固定部材が挿嵌されてコネクトを固定するので密着固定を維持することができる。
【００２６】
請求項６に係る構成によれば、ハードケースが組み立て解体が自在となる構造となるため、パウチの収容が容易になる。
【００２７】
請求項７に係る構成によれば、ハードケースの外面形状が、燃料電池を備える機器本体に装着される形状に対応するため、機器本体の着脱が容易になり、燃料カートリッジの取り替え作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの一実施形態における外観を模式的に示す図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のコネクタ取り付け部の部分拡大断面図である。
【図４】図３のＹ−Ｙ断面を模式的に示す部分断面図である。
【図５】容器本体としてのパウチの一例を示す説明図である。
【図６】容器本体としてのパウチの他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係る燃料カートリッジは、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本体に着脱可能に装着されるものであり、燃料カートリッジごとに交換可能であって、液体燃料を燃料電池に補充するカートリッジ式の燃料容器である。この燃料カートリッジは、液体燃料を吸引する補機を備えたアクティブ型の燃料電池の機器本体に装着され、この機器本体が備えるコネクタとこの燃料カートリッジが備えるコネクタとが接続し、非接続時には閉塞されていた弁体が解放されて流路が連通されることにより、ケース本体に収容されたパウチ内に充填されている液体燃料を機器本体の燃料電池に供給するものである。
【００３０】
図２は、燃料カートリッジ１の縦断面を模式的に示した図である。燃料カートリッジ１は、液体燃料Ｍが充填される燃料容器であるパウチ２と、このパウチ２とヒートシールされたスパウト３と、このスパウト３とハードケース７とでパウチ２のヒートシールされた部分を挟み込む締結部材４と、機器本体１０と接続して連通する流路を形成するコネクタ５と、このコネクト５とスパウト３とを連結させる固定部材６と、パウチ２を収容するとともに機器本体の形状に応じて外形が成型された外装ケースであるハードケース７とを有する。
【００３１】
パウチ２は、液体燃料Ｍが充填される燃料容器であって、可撓性材料により製袋されている。このパウチ２は、三方シールで製袋された燃料容器であり、液体燃料Ｍを充填されもしくは吐出させる吐出口であるスパウト３とヒートシールされている。図５（ａ）などに例示する天面部２２が、スパウト３にヒートシールされた状態で、このパウチ２はハードケース７に収容されている。したがって、燃料カートリッジ１から燃料電池に液体燃料Ｍが供給されることに伴い、可撓性材料から成るパウチ２はその内容積が減少する。また、パウチ２は、平板状のフィルムＦを折り曲げて、直方形状の形状に成形され、三方シールされて製袋された燃料容器である。
【００３２】
ここでパウチ２の製袋方法について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、パウチ２の展開図を示した図であって、パウチ２が製袋された際の内側から見た展開図である。パウチ２は長方形平板状のフィルムＦを折り曲げて成形されるものであり、折り曲げ線が設けられている。太い破線で示した山折りの折り癖となる山折り線ＭＬと、太い二点鎖線で示した谷折りの折り癖となる谷折り線ＶＬと、細い破線で示した山折りの折り癖となる山折り線２ＭＬと、細い二点鎖線で示した谷折りの折り癖となる谷折り線２ＶＬとを設けている。これら折り線において折り曲げたフィルムＦが、製袋の過程で図５（ｃ）に例示するような、前後の側面部Ａ，Ａと、左右の側面部Ｂ，Ｂと、天面部２２により形成された上面部Ｃと、開口端である底面部Ｄとを備えた直方体形状に成形される。
【００３３】
また、フィルムＦどうしをシールするシール部を斜線で例示し、側面部分に形成されるシール部であるサイドシール部２３と、底辺部分に形成させるシール部である開口端シール部２４とを設けている。
【００３４】
この長方形のフィルムＦには、その短辺と平行でかつ長辺と直交する中心線Ｎが設けられ、スパウト取出孔２１がその円中心に中心線Ｎを通過するように配置されている。このスパウト取出孔２１は、フィルムＦを貫通させ形成された孔であって、スパウト３の首部３２が挿入されるものである。
【００３５】
また、中心線Ｎと平行な折り線である谷折り線ＶＬ，ＶＬに挟まれ、かつ中心線Ｎと直交する谷折り線２ＶＬ，２ＶＬに挟まれるフィルムＦの領域が天面部２２となる。この天面部２２は、直方体形状に成形された際の上面部Ｃを形成する部分である。したがって、平板状のフィルムＦにおける天面部２２の領域内にスパウト取出孔２１が貫通されて設けられる。また、この中心線Ｎと同一直線上に山折り線ＭＬが設けられている。
【００３６】
この谷折り線ＶＬ，ＶＬに挟まれ、かつ天面部２２を形成しない領域において、ガゼット形状となる折れ線である山折り線２ＭＬ，２ＭＬが設けられている。この山折り線２ＭＬ，２ＭＬは、天面部２２の両端角部分それぞれと、中心線Ｎとサイドシール部２３，２３との境界線を形成する谷折り線２ＶＬ，２ＶＬとの各交点と、を結ぶ線分に沿って設けられている。また、谷折れ線ＶＬと中心線Ｎとに挟まれた部分におけるサイドシール部２３には端縁部分が、それぞれ円弧状に切除された状態に形成されている。
【００３７】
このフィルムＦを谷折り線および山折り線で折り曲げた状態を図５（ｂ）に例示する。この図５（ｂ）で例示するパウチ２では、サイドシール部２３および開口端シール部２４はシールされていない。この状態からサイドシール部２３をシールして、製袋過程における直方形形状に成形した状態を図５（ｃ）に例示する。なお、この状態では、パウチ２の底部分をシールする開口端シール部２４，２４はシールされていないので、底部分は開口端となり図５（ｃ）に例示する略直方体のような底面Ｄを形成するものとも言える。
【００３８】
この開口端シール部２４どうしがシールされていない状態において、スパウト３とパウチ２とがヒートシールされる。具体的には、スパウト３をパウチ２の内側から、すなわち開口端側から天面部２２に形成されたスパウト取出孔２１にスパウト３を挿入する。
【００３９】
このスパウト３の挿入後に、スパウト３のフランジ部３１の上面シール部３１ａと、パウチ２の天面部２２とを当接させ、この当接部分をヒートシールする。このヒートシール後に、開口端となっている底部分の開口端シール部２４，２４をシールする。したがって、製袋されたパウチ２は、サイドシール部２３，２３および開口端シール部２４，２４がシールされた三方シールに製袋される。なお、スパウト３のフランジ部３１が、パウチ２の天面部２２を押さえ込みヒートシールすることによって、スパウト３とパウチ２とが一体となるように取り付けられる。
【００４０】
次に、燃料カートリッジ１における液体燃料Ｍの流路を形成する部分と、燃料電池本体と接続する部分とを、図３，４を参照して説明する。図３は、図２で例示したスパウト３と締結部材４とコネクタ５と固定部材６などを含む部分を拡大した図である。図４は、図３におけるＹ−Ｙ断面を示した図である。なお、図中の左右方向を水平方向とし、上下方向を鉛直方向として説明を行う。燃料カートリッジ１の外装形状を形成するハードケース７は、外装面の一部を凹状に成形された凹状部分を備え、この凹状部分にスパウト３の首部３２、締結部材４、コネクタ５、固定部材６などが格納される。
【００４１】
スパウト３は、パウチ２とヒートシールされるフランジ部３１と、パウチ２のスパウト取出孔２１に挿入されるとともに締結部材４によってハードケース７と締結されかつコネクタ５を連結される首部３２と、液体燃料Ｍが流通する流路を形成する開口である注液口３３を備えている。
【００４２】
スパウト３の首部３２は、鉛直方向の両端が開口した円筒形状に形成され、かつ円筒形の外径が、パウチ２のスパウト取出孔２１よりも小径に形成されている。また、スパウト３は、このスパウト取出孔２１よりも小径な注液口３３を一部分に開口して成形され、この注液口３３を含む平板形状のフランジ部３１を有する。すなわち、このフランジ部３１は、スパウト取出孔２１より大きく成形された平板状であって、その一部に注液口３３が形成されている。このフランジ部３１の平面方向を水平方向とすると、鉛直方向に首部３２が延設され、フランジ部３１と首部３２とが一体に形成されている。
【００４３】
また、フランジ部３１はパウチ２とヒートシールされるものであり、そのフランジ部３１の一部分には、パウチ２の天面部２２と当接してヒートシールされる上面シール部３１ａが形成されている。この上面シール部３１ａには、平面から凸状に突出した凸部３１ｂが形成されている。したがって、ヒートシール部分では、平面状の部分と凸状の部分とが含まれている。
【００４４】
さらに、首部３２の内周壁を形成する部分には、コネクタ５に形成された凸部５６ｂと係合する凹部３２ａが形成されている。すなわち、コネクタ５が挿嵌されたスパウト３において、このコネクタ５が抜け落ちない構造が形成されている。
【００４５】
したがって、コネクタ５の凸部５６ｂと首部３２の凹部３２ａとは一対の凹凸形状に形成され、スパウト３からコネクタ５が鉛直方向の上側すなわち機器本体との接続方向側に抜け出さないように成形されている。なお、これら凸部５６ｂ，凹部３２ａは、鉛直方向に一つまたは複数形成されているものである。なお、凸部５６ｂ，凹部３２ａは、リング状に形成されていてもよい。
【００４６】
このフランジ部３１は、締結部材４によりハードケース７に固定された場合における底面部７１ａの水平方向の長さよりも長い水平方向の長さを有するように成形されている。すなわち、このフランジ部３１が底面部７１ａよりも大きい形状である。したがって、フランジ３１は底面部７１ａの端部分よりも水平方向に突出している。なお、この突出したフランジ部３１の端縁部は、パウチ２の側面部に接触するところまで延設されていてもよい。これにより、密閉されたパウチ２内の液体燃料Ｍが気化してパウチ２が内圧上昇に伴い膨張した際、このフランジ部３１が撓むことで、パウチ２の上面に係る力を低減させることができる。
【００４７】
また、スパウト３のフランジ部３１から注液口３３の円中心方向に延設した突出部３４が形成されている。言い換えれば、突出部３４が、フランジ部３１から注水口３３中心に向けて突出し、注液口３３を形成している。したがって、この突出部３４は、首部３２の内径よりも注液口３３の径を小径形状にさせる。
【００４８】
さらに、スパウト３にコネクタ５が挿入された場合、突出部３４が、コネクタ５のハウジング５１の底部と当接することでコネクタ５を鉛直方向に受け止める部材として機能する部分である。なお、水平方向において、首部３２の内周面からスパウト取出孔２１の中心方向に延設した突出部３４における水平方向長と、これに当接するコネクタ５のハウジング５１の壁厚とが同じであるか、もしくは近似であることが好ましい。
【００４９】
このスパウト３の首部３２の外周壁には締結部材４が連結されている。この締結部材４は、中心が開口したリング状に形成されている。この締結状態では、この締結部材４とフランジ部３１とで、ハードケース７における凹状部分の底面部７１ａおよび上面シール部３１ａにヒートシールされたパウチ２を挟持するように、締結部材４が鉛直下方向に押圧力を加えるように首部３２に連結されている。すなわち、ハードケース７の開口した開口部７３を形成するハードケース７の端縁部分を挟持するように、この締結部材４とフランジ部３１が配置されている。
【００５０】
この締結方法として、首部３２と締結部材４とが、嵌合されて係止して連結されている。例えば、首部３２の外周壁には、締結部材４と嵌合するための凹状の係止部が形成されている。この凹状係止部に締結部材４を嵌合して、上下方向に固定された状態で、締結部材４の下面とフランジ部３１の上面とで、ハードケース７およびパウチ２とを挟み込むように押圧している。
【００５１】
または、他の締結方法として、首部３２と締結部材４とが、ねじのように螺合して連結されている。具体的には、首部３２の外周壁にはねじ山もしくはねじ溝が形成され、かつ締結部材４の内周壁にもねじ溝もしくはねじ山が形成されている。これらが螺合されることで締結部材４がナットとして機能し、締結部材４に対して首部３２は鉛直方向の上向きに移動させられ、フランジ部３１がボルトの頭として機能する。したがって、締結部材４によってスパウト３を鉛直上向きに移動させる力を生じさせるともに、ハードケース７の凹状底面部７１ａを鉛直下向きに押圧する力を生じさせる。
【００５２】
なお、この締結部材４には、抜け落ち防止構造や、螺合させた締め付け状態が緩まないような逆回転防止機構が設けられてもよい。
【００５３】
このスパウト３の開口端である円筒状の首部３２には、コネクタ５が挿嵌され、かつこのコネクタ５の外壁部分に形成された凸部５６ｂと、スパウト３の首部３２の内壁部分に形成された凹部３２ａとが係合してコネクタ５とスパウト３とが連結されている。
【００５４】
また、中心部分が開口した深皿状の固定部材６が、ハードケース７の凹状部分に挿嵌されて、ハードケース７の凹状部分の側壁部７１ｂに形成された係止部である凹部７１ｃと、固定部材６の側壁６１の外周面に形成された係止部である凸部６１ａとが係合して、ハードケース７に嵌合される。この固定部材６とハードケース７との嵌合により、これらが一体に連結されるとともに、固定部材６の底面６２と、コネクタ５のハウジングの外形における突出部５６ａとが当接することで、コネクタ５がスパウト３と固定部材６とにより挟持されてハードケース７と一体に固定される。すなわち、コネクタ５のハウジングに形成された突出部５６ａの下面部分が、首部３２における開口端の縁部分と当接した状態で、この突出部５６ａの上面部分が、固定部材６の底面６２と当接されて、コネクタが固定される。
【００５５】
このコネクタ５における鉛直上方向の先端開口部側が、燃料電池本体に設けられた燃料吸引口に接続され、この接続によりコネクタ５のバルブ機構が開放されて、パウチ２に充填された液体燃料Ｍの取り出しが可能となる。また、燃料電池本体と非接続状態においては、コネクタ５のバルブ機構が閉塞されて、パウチ２に充填された液体燃料Ｍが密閉されている。
【００５６】
このコネクタ５のバルブ機構として、移動可能な弁体を備えたものがある。コネクタ５は、バルブ機構が閉塞状態において、外力により移動可能な弁体であるピストンバルブ５１が金属コイルばね５３から弾性力を開口端側に付勢されて、ハウジング５６における先端側に一体に設けられたゴムパッキンなどのリングシール材である弁座部５４に当接して密着することで、このバルブ機構は閉塞する。
【００５７】
また、燃料カートリッジ１が燃料電池本体に装着されると、燃料電池本体の燃料吸引口側に設けられた、図示しないコネクタのピン状の部材がコネクタ５の先端開口部に挿入されるとともに、このピン状部材が金属コイルばね５３から付勢されている弾性力に抗する方向にピストンバルブ５１を押圧する。これにより、弁座部５４とピストンバルブ５１との密着が解除されるようにピストンバルブ５１は押し下げられることでバルブ機構は開放され、弁座部５４とピストンバルブ５１との間に液体燃料Ｍが流通する流路が形成される。したがって、バルブ機構が開放されることで、コネクタ５内の流路が連通するとともに、パウチ２内の液体燃料Ｍがコネクタ５の先端開口部と連通、すなわち接続した燃料電池本体とパウチ２とが連通する流路が形成される。
【００５８】
ハードケース７は、図１，２に例示するような外形形状と断面形状とを有している。このハードケース７は、長手方向の上面部分の一部と下端部分とが開口したケース本体部７１と、この開口した下端部分を閉口する底蓋部材７２とを有する。このケース本体７１上面の一部に形成された凹状部分は、この凹状部分の底面を形成する底面部７１ａと凹状部分の深さを形成する側壁部７１ｂとを有する。この側壁部７１ｂには固定部材６と係合する係止部である凹部７１ｃが外壁面に、ケース本体７１の下端部分の内壁部分には底蓋部材７２が挿嵌されて係合する係止部である凹部７１ｄが内壁面に形成されている。これら凹部７１ｃ，７１ｄは、少なくとも一つ形成されている。なお、凹部７１ｃ，７１ｄは、リング状に形成されていてもよい。
【００５９】
また、ケース本体７１の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、図示しない燃料電池本体の燃料カートリッジ挿入部に設けられた凹状溝または凸状山形状に対する凸状山部７１ｅまたは凹状溝部７１ｅが設けられている。これにより、燃料電池本体の燃料カートリッジ挿入部に設けられた凹状溝または凸状山に合わない燃料カートリッジは使用不能となり、異なる液体燃料を供給することを防ぐことができる。
【００６０】
ハードケース７に、スパウト３がヒートシールされたパウチ２を収納するには、まず、パウチ２にシールされたスパウト３をハードケース７の底部開口端側から凹状部分方向に挿入し、この凹状部分の底面部７１ａに形成された開口にスパウト３を挿入して、密着固定する締結部材４でスパウト３をハードケース７に連結させる。
【００６１】
パウチ２は、スパウト３の上面シール部３１ａが締結部材４で押圧された状態でハードケース７内に収納される。したがって、充填された液体燃料Ｍが気化するに従ってパウチ２が膨張しても、スパウト３とパウチ２とのシール部分が剥離もしくは部分的なシール不良を起こすことを防止する構造である。この構造により、パウチ２内の気密性が保たれている。
【００６２】
この燃料カートリッジ１に液体燃料Ｍを充填する際、ハードケース７に収納されたパウチ２には、スパウト３の注液口３３から液体燃料Ｍが充填される。この充填工程の後に、コネクタ５をスパウト３に挿嵌し、締結部材４および固定部材６により、このコネクト５とスパウト３とが密着固定される。
【００６３】
次に、第２のパウチ２の製袋方法について、図６を参照して説明する。なお、上述した図５を参照したパウチ２の製袋方法と同様の説明は省略するとともに、同様の符号を用いて説明する。
【００６４】
図６（ａ）は、パウチ２の展開図を示した図であって、パウチ２が製袋された際の内側から見た展開図である。パウチ２は長方形状の平板状のフィルムＦ２を折り曲げて成形されるものであり、図６（ａ）に例示するように折り曲げ線が設けられている。サイドシール部２０３は、フィルムＦ２の端縁よりも内側に形成される。また、サイドシール部２０３内に、それぞれ円形状の貫通孔が形成されている。
【００６５】
また、図６（ｂ）に例示するように背面シール部２０４においてシールをしてから、図６（ｃ）に例示するようにスパウト取出孔２０１にスパウト３を挿入して、サイドシール部２０３をシールする。そして、図６（ｄ）に例示するように、前後の側面部Ａ，Ａと、左右の側面部Ｂ，Ｂと、天面部２０２により形成された上面部Ｃと、底面である底面部Ｄとを備えた直方体形状に成形される。したがって、この第２の製袋方法により成形されたパウチ２は、上下面にガゼット部を有し、側面部にシール部が配置された直方体形状に成形されている。
【００６６】
このパウチ２を形成するフィルムＦ，Ｆ２は、可撓性材料によって構成されている。このフィルムＦ，Ｆ２には、多層ラミネートシートを使用する。例えば、最外層から順に、厚さ１５μｍで融点が２４５℃程の二軸延伸ポリエステルフィルムと、１２μｍのシリカ蒸着ポリエステルフィルムと、厚さ１５μｍの延伸ナイロンフィルムと、最内層に厚さ３０μｍで融点が熱接着温度１４０℃よりも低い１２５℃程のポリエチレンフィルムとを積層した多層ラミネートシートである。なお、カスバリヤー性の向上を図るため、中心層の厚さ１２μｍのシリカ蒸着ポリエステルフィルムに代えて、厚さ１０μｍのアルミ箔としてもよい。
【００６７】
また、スパウト３，締結部材４，コネクタ５，固定部材６，ハードケース７のそれぞれの構成部材は、熱硬化性樹脂材により作られていてもよい。この熱硬化性樹脂材として、例えばポリプロピレン(ＰＰ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ)、ポリスチレン(ＰＳ)、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)、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)、ポリカーボネート(ＰＣ)、アクリロニトリルーブタェンースチレン樹脂(ＡＢＳ)などがある。また、これら構成部材が熱硬化性樹脂材により作られる場合に限定されず、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。
【００６８】
以上説明したように、この発明に係る燃料カートリッジ１によれば、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換装可能なカートリッジ式の燃料容器として利用することができる。
【００６９】
また、この発明に係る燃料カートリッジ１によれば、液体燃料Ｆが可撓性材料によって製袋されたパウチ２に充填されているため、アクティブ型燃料電池に装着された際に、液体燃料の取り出しが容易になる。
【００７０】
なお、この発明に係る燃料カートリッジは上述の実施形態に限定されるものではない。この発明を逸脱しない範囲において、適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…燃料カートリッジ、 ２…パウチ、 ３…スパウト、 ４…締結部材、 ５…コネクタ、 ６…固定部材、７…ハードケース。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流動性の内容物を収容する容器に関し、特に、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に利用することができる燃料カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料をエネルギー源として使用する機器において、機器の運転や使用に伴って減少する液体燃料を補充する必要がある。この液体燃料を機器側に補充する方法として、機器本体側に設けた燃料貯留容器に、補充用の液体燃料を収容したカートリッジ容器を連結し、液体燃料を移したり、機器本体の燃料貯留容器を別の燃料貯留容器に付け替えたりして、液体燃料を供給することが行われていた。
【０００３】
近年、携帯性機器に使用される燃料電池の普及から、小型機器に使用される燃料電池への液体燃料の供給手段が多く開発されている。この小型燃料電池におけるパッシブ型やアクティブ型に対応する供給手段であって、小型かつ効率的な供給を目的とする燃料カートリッジが種々提案されている。
【０００４】
このように、機器本体に補充する液体燃料を充填した燃料カートリッジにおいて、その液体燃料を収容する燃料容器および燃料容器を収容するケースなどの形状や材質などを改善し、特に、メタノールを燃料にした燃料電池であるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）において、液体燃料の供給手段が多く開発されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、パウチの端縁でスパウトを挟み込み、この当接部分をヒートシールするとともにパウチ端縁どうしの接触部分もヒートシールし、これらヒートシールした部分を挟持する押圧部を有する燃料カートリッジが開示されている。さらに、押圧部で挟持したパウチ及びスパウトをケース本体に挿入し、この押圧部とトップベースとが係止して連結することで、スパウトとカップラとが連結されることが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、パッシブ型の燃料電池に燃料を供給するための燃料カートリッジであって、ラミネートフィルムに貫通した貫通部を形成し、この貫通部にスパウトを挿入して、このラミネートフィルムとスパウトとを融着させることが開示されている。また、多孔性の直流防止材を外容器に開口した空気置換孔で支持して、解放密閉を制御することや、ラミネートフィルムどうしの接着部を折り返して収容するとともに接着部を外容器内面に押しつけることが開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、流動性の内容物を収容するガゼット袋の構造であって、その容易な成形方法や、角部位置にスパウトを設置することや、燃料供給時のスムースな減容化を可能にするガゼット袋が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２８７４２２号公報
【特許文献２】特開２００９−７８８４８号公報
【特許文献３】特開２００８−５６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料カートリッジでは、燃料カートリッジの組み上げ時、押圧部におけるスパウトの挟持を保ちながらケース本体に挿入、すなわち押圧方向に対して鉛直方向に挿入するため作業が困難になるおそれがあった。
【００１０】
このように挟持する構成であるため、押圧部による押圧力の変化に伴いスパウトを挟持している押圧部の押圧方向長の変化、またはスパウトを挟持している押圧部の押圧方向長の変化に伴い押圧部による押圧力の変化が起こるおそれがあった。このように、燃料カートリッジ製造時の作業性や、押圧力の変化による膨張時におけるシール部が剥離する可能性など改善の余地があった。
【００１１】
特許文献２に記載の燃料カートリッジでは、スパウトが外容器外面から突出した形状であるため、接触によるスパウトの破損や液漏れの危険性があった。また、機器本体との接続時など、スパウトが燃料カートリッジ内に押し込まれる力が作用した場合、この力と相反する液体燃料の内圧によりスパウトと燃料貯蔵袋との融着が剥離するおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献３に記載の収納容器では、パウチどうしがシールされる部分にスパウトが挟持されているため、揮発性の高い流動性内容物を収容していた場合、気化による膨張によってシール部が剥離するおそれがあった。
【００１３】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、燃料カートリッジの製造および燃料カートリッジの取り替え作業の効率化が図れ、かつ充填されている液体燃料の気化に伴う容器の膨張に対して気密性を保持できる燃料カートリッジを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来技術の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池本体に着脱可能に装着されて燃料電池に液体燃料を供給する燃料カートリッジにおいて、可撓性材料のフィルムにより製袋され、かつフィルムの所定面に形成された貫通孔を有するとともに燃料電池本体に供給される液体燃料が充填されるパウチと、前記貫通孔に挿入されるとともに、前記パウチの所定面とヒートシールされるフランジ部を有するスパウトと、前記スパウトが挿入される開口した開口部が形成され、前記パウチを収容する外装ケースであるハードケースと、前記ハードケースと前記スパウトとを一体に連結させ、かつ前記フランジ部との間で、前記ヒートシールされたパウチおよび前記開口部を形成する底面部分を挟持する締結部材と、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに前記ハードケースに固定されて、前記パウチを密閉するとともに、前記燃料電池本体が備えるコネクタと接続し当該燃料電池本体と前記パウチとを連通させる流路を形成するコネクタとを有し、前記フランジ部が、前記ハードケースに係る凹状部分の底面部よりも大きな形状に成形されていることを特徴とする燃料カートリッジである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記フランジ部の上面シール部に複数形成された第１凸部を有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記締結部材には、逆回転防止機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加えて、前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、前記スパウトの首部の内周面に少なくとも一つの第１凹部を設け、前記コネクタの外周面に前記スパウトの凹部に係合する第２凸部を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかの構成に加えて、前記ハードケースは、長手方向の一端が全面開口する長尺筒状のケース本体と、前記ケース本体の長手方向の他端が一部開口し、かつ側壁部分と底面部分とで形成された凹状部分と、前記ケース本体の全面開口側の内壁に設けられた第２凹部に嵌合する第３凸部が設けられた底蓋とを有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項５の構成に加えて、前記凹状部分に挿嵌され、前記コネクタと前記スパウトとの連結を固定させるとともに、当該コネクタを前記ハードケースに固定させる固定部材を更に有し、前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、前記コネクタは、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、前記固定部材と前記スパウトの開口端縁部分とにより挟持されて前記ハードケースに固定され、前記ハードケースに係る凹状部分の側壁部分に少なくとも一つの第３凹部を設け、前記固定部材の外側面に、前記側壁部分の第３凹部と嵌合する第４凸部を設けたことと特徴とするものである。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項６の構成に加えて、前記ハードケース本体の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、第５凸部または第４凹部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明によれば、収容された燃料が気化して容器本体が膨張しても、容器本体を形成する可撓性材料の破断や、シール部の剥離を防止することが可能であり、容器本体の気密性を保持することができるとともに、作業性の優れた燃料電池用燃料カートリッジを提供することができる。
【００２２】
請求項２に係る構成によれば、スパウトとパウチとがヒートシールされる部分におけるハウジングの上面に凹凸が形成されることで、スパウトとパウチとの接着強度が向上する。また、底面部とハウジングとの挟持される力を凸部に集中させることができるので、パウチとスパウトとの接着強度を向上させることができる。
【００２３】
請求項３に係る構成によれば、締結部材によるスパウトとハードケースとの固定を維持することができる。また、スパウトに連結された締結部材が、パウチが膨張した場合であっても緩むことを防止できる。したがって、ハードケース内にパウチを安定させて収容することができる。
【００２４】
請求項４に係る構成によれば、コネクタとスパウトとを密着固定することができ、機器本体のコネクタとの着脱時などに、燃料カートリッジに係るコネクタが抜け落ちることを防止できる。また、この密着固定により、パウチ内の密閉性を維持することができる。
【００２５】
請求項５に係る構成によれば、ハードケースの凹状部分に固定部材が挿嵌されてコネクトを固定するので密着固定を維持することができる。
【００２６】
請求項６に係る構成によれば、ハードケースが組み立て解体が自在となる構造となるため、パウチの収容が容易になる。
【００２７】
請求項７に係る構成によれば、ハードケースの外面形状が、燃料電池を備える機器本体に装着される形状に対応するため、機器本体の着脱が容易になり、燃料カートリッジの取り替え作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの一実施形態における外観を模式的に示す図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のコネクタ取り付け部の部分拡大断面図である。
【図４】図３のＹ−Ｙ断面を模式的に示す部分断面図である。
【図５】容器本体としてのパウチの一例を示す説明図である。
【図６】容器本体としてのパウチの他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係る燃料カートリッジは、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本体に着脱可能に装着されるものであり、燃料カートリッジごとに交換可能であって、液体燃料を燃料電池に補充するカートリッジ式の燃料容器である。この燃料カートリッジは、液体燃料を吸引する補機を備えたアクティブ型の燃料電池の機器本体に装着され、この機器本体が備えるコネクタとこの燃料カートリッジが備えるコネクタとが接続し、非接続時には閉塞されていた弁体が解放されて流路が連通されることにより、ケース本体に収容されたパウチ内に充填されている液体燃料を機器本体の燃料電池に供給するものである。
【００３０】
図２は、燃料カートリッジ１の縦断面を模式的に示した図である。燃料カートリッジ１は、液体燃料Ｍが充填される燃料容器であるパウチ２と、このパウチ２とヒートシールされたスパウト３と、このスパウト３とハードケース７とでパウチ２のヒートシールされた部分を挟み込む締結部材４と、機器本体１０と接続して連通する流路を形成するコネクタ５と、このコネクト５とスパウト３とを連結させる固定部材６と、パウチ２を収容するとともに機器本体の形状に応じて外形が成型された外装ケースであるハードケース７とを有する。
【００３１】
パウチ２は、液体燃料Ｍが充填される燃料容器であって、可撓性材料により製袋されている。このパウチ２は、三方シールで製袋された燃料容器であり、液体燃料Ｍを充填されもしくは吐出させる吐出口であるスパウト３とヒートシールされている。図５（ａ）などに例示する天面部２２が、スパウト３にヒートシールされた状態で、このパウチ２はハードケース７に収容されている。したがって、燃料カートリッジ１から燃料電池に液体燃料Ｍが供給されることに伴い、可撓性材料から成るパウチ２はその内容積が減少する。また、パウチ２は、平板状のフィルムＦを折り曲げて、直方形状の形状に成形され、三方シールされて製袋された燃料容器である。
【００３２】
ここでパウチ２の製袋方法について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、パウチ２の展開図を示した図であって、パウチ２が製袋された際の内側から見た展開図である。パウチ２は長方形平板状のフィルムＦを折り曲げて成形されるものであり、折り曲げ線が設けられている。太い破線で示した山折りの折り癖となる山折り線ＭＬと、太い二点鎖線で示した谷折りの折り癖となる谷折り線ＶＬと、細い破線で示した山折りの折り癖となる山折り線２ＭＬと、細い二点鎖線で示した谷折りの折り癖となる谷折り線２ＶＬとを設けている。これら折り線において折り曲げたフィルムＦが、製袋の過程で図５（ｃ）に例示するような、前後の側面部Ａ，Ａと、左右の側面部Ｂ，Ｂと、天面部２２により形成された上面部Ｃと、開口端である底面部Ｄとを備えた直方体形状に成形される。
【００３３】
また、フィルムＦどうしをシールするシール部を斜線で例示し、側面部分に形成されるシール部であるサイドシール部２３と、底辺部分に形成させるシール部である開口端シール部２４とを設けている。
【００３４】
この長方形のフィルムＦには、その短辺と平行でかつ長辺と直交する中心線Ｎが設けられ、スパウト取出孔２１がその円中心に中心線Ｎを通過するように配置されている。このスパウト取出孔２１は、フィルムＦを貫通させ形成された孔であって、スパウト３の首部３２が挿入されるものである。
【００３５】
また、中心線Ｎと平行な折り線である谷折り線ＶＬ，ＶＬに挟まれ、かつ中心線Ｎと直交する谷折り線２ＶＬ，２ＶＬに挟まれるフィルムＦの領域が天面部２２となる。この天面部２２は、直方体形状に成形された際の上面部Ｃを形成する部分である。したがって、平板状のフィルムＦにおける天面部２２の領域内にスパウト取出孔２１が貫通されて設けられる。また、この中心線Ｎと同一直線上に山折り線ＭＬが設けられている。
【００３６】
この谷折り線ＶＬ，ＶＬに挟まれ、かつ天面部２２を形成しない領域において、ガゼット形状となる折れ線である山折り線２ＭＬ，２ＭＬが設けられている。この山折り線２ＭＬ，２ＭＬは、天面部２２の両端角部分それぞれと、中心線Ｎとサイドシール部２３，２３との境界線を形成する谷折り線２ＶＬ，２ＶＬとの各交点と、を結ぶ線分に沿って設けられている。また、谷折れ線ＶＬと中心線Ｎとに挟まれた部分におけるサイドシール部２３には端縁部分が、それぞれ円弧状に切除された状態に形成されている。
【００３７】
このフィルムＦを谷折り線および山折り線で折り曲げた状態を図５（ｂ）に例示する。この図５（ｂ）で例示するパウチ２では、サイドシール部２３および開口端シール部２４はシールされていない。この状態からサイドシール部２３をシールして、製袋過程における直方形形状に成形した状態を図５（ｃ）に例示する。なお、この状態では、パウチ２の底部分をシールする開口端シール部２４，２４はシールされていないので、底部分は開口端となり図５（ｃ）に例示する略直方体のような底面Ｄを形成するものとも言える。
【００３８】
この開口端シール部２４どうしがシールされていない状態において、スパウト３とパウチ２とがヒートシールされる。具体的には、スパウト３をパウチ２の内側から、すなわち開口端側から天面部２２に形成されたスパウト取出孔２１にスパウト３を挿入する。
【００３９】
このスパウト３の挿入後に、スパウト３のフランジ部３１の上面シール部３１ａと、パウチ２の天面部２２とを当接させ、この当接部分をヒートシールする。このヒートシール後に、開口端となっている底部分の開口端シール部２４，２４をシールする。したがって、製袋されたパウチ２は、サイドシール部２３，２３および開口端シール部２４，２４がシールされた三方シールに製袋される。なお、スパウト３のフランジ部３１が、パウチ２の天面部２２を押さえ込みヒートシールすることによって、スパウト３とパウチ２とが一体となるように取り付けられる。
【００４０】
次に、燃料カートリッジ１における液体燃料Ｍの流路を形成する部分と、燃料電池本体と接続する部分とを、図３，４を参照して説明する。図３は、図２で例示したスパウト３と締結部材４とコネクタ５と固定部材６などを含む部分を拡大した図である。図４は、図３におけるＹ−Ｙ断面を示した図である。なお、図中の左右方向を水平方向とし、上下方向を鉛直方向として説明を行う。燃料カートリッジ１の外装形状を形成するハードケース７は、外装面の一部を凹状に成形された凹状部分を備え、この凹状部分にスパウト３の首部３２、締結部材４、コネクタ５、固定部材６などが格納される。
【００４１】
スパウト３は、パウチ２とヒートシールされるフランジ部３１と、パウチ２のスパウト取出孔２１に挿入されるとともに締結部材４によってハードケース７と締結されかつコネクタ５を連結される首部３２と、液体燃料Ｍが流通する流路を形成する開口である注液口３３を備えている。
【００４２】
スパウト３の首部３２は、鉛直方向の両端が開口した円筒形状に形成され、かつ円筒形の外径が、パウチ２のスパウト取出孔２１よりも小径に形成されている。また、スパウト３は、このスパウト取出孔２１よりも小径な注液口３３を一部分に開口して成形され、この注液口３３を含む平板形状のフランジ部３１を有する。すなわち、このフランジ部３１は、スパウト取出孔２１より大きく成形された平板状であって、その一部に注液口３３が形成されている。このフランジ部３１の平面方向を水平方向とすると、鉛直方向に首部３２が延設され、フランジ部３１と首部３２とが一体に形成されている。
【００４３】
また、フランジ部３１はパウチ２とヒートシールされるものであり、そのフランジ部３１の一部分には、パウチ２の天面部２２と当接してヒートシールされる上面シール部３１ａが形成されている。この上面シール部３１ａには、平面から凸状に突出した凸部３１ｂが形成されている。したがって、ヒートシール部分では、平面状の部分と凸状の部分とが含まれている。
【００４４】
さらに、首部３２の内周壁を形成する部分には、コネクタ５に形成された凸部５６ｂと係合する凹部３２ａが形成されている。すなわち、コネクタ５が挿嵌されたスパウト３において、このコネクタ５が抜け落ちない構造が形成されている。
【００４５】
したがって、コネクタ５の凸部５６ｂと首部３２の凹部３２ａとは一対の凹凸形状に形成され、スパウト３からコネクタ５が鉛直方向の上側すなわち機器本体との接続方向側に抜け出さないように成形されている。なお、これら凸部５６ｂ，凹部３２ａは、鉛直方向に一つまたは複数形成されているものである。なお、凸部５６ｂ，凹部３２ａは、リング状に形成されていてもよい。
【００４６】
このフランジ部３１は、締結部材４によりハードケース７に固定された場合における底面部７１ａの水平方向の長さよりも長い水平方向の長さを有するように成形されている。すなわち、このフランジ部３１が底面部７１ａよりも大きい形状である。したがって、フランジ３１は底面部７１ａの端部分よりも水平方向に突出している。なお、この突出したフランジ部３１の端縁部は、パウチ２の側面部に接触するところまで延設されていてもよい。これにより、密閉されたパウチ２内の液体燃料Ｍが気化してパウチ２が内圧上昇に伴い膨張した際、このフランジ部３１が撓むことで、パウチ２の上面に係る力を低減させることができる。
【００４７】
また、スパウト３のフランジ部３１から注液口３３の円中心方向に延設した突出部３４が形成されている。言い換えれば、突出部３４が、フランジ部３１から注水口３３中心に向けて突出し、注液口３３を形成している。したがって、この突出部３４は、首部３２の内径よりも注液口３３の径を小径形状にさせる。
【００４８】
さらに、スパウト３にコネクタ５が挿入された場合、突出部３４が、コネクタ５のハウジング５１の底部と当接することでコネクタ５を鉛直方向に受け止める部材として機能する部分である。なお、水平方向において、首部３２の内周面からスパウト取出孔２１の中心方向に延設した突出部３４における水平方向長と、これに当接するコネクタ５のハウジング５１の壁厚とが同じであるか、もしくは近似であることが好ましい。
【００４９】
このスパウト３の首部３２の外周壁には締結部材４が連結されている。この締結部材４は、中心が開口したリング状に形成されている。この締結状態では、この締結部材４とフランジ部３１とで、ハードケース７における凹状部分の底面部７１ａおよび上面シール部３１ａにヒートシールされたパウチ２を挟持するように、締結部材４が鉛直下方向に押圧力を加えるように首部３２に連結されている。すなわち、ハードケース７の開口した開口部７３を形成するハードケース７の端縁部分を挟持するように、この締結部材４とフランジ部３１が配置されている。
【００５０】
この締結方法として、首部３２と締結部材４とが、嵌合されて係止して連結されている。例えば、首部３２の外周壁には、締結部材４と嵌合するための凹状の係止部が形成されている。この凹状係止部に締結部材４を嵌合して、上下方向に固定された状態で、締結部材４の下面とフランジ部３１の上面とで、ハードケース７およびパウチ２とを挟み込むように押圧している。
【００５１】
または、他の締結方法として、首部３２と締結部材４とが、ねじのように螺合して連結されている。具体的には、首部３２の外周壁にはねじ山もしくはねじ溝が形成され、かつ締結部材４の内周壁にもねじ溝もしくはねじ山が形成されている。これらが螺合されることで締結部材４がナットとして機能し、締結部材４に対して首部３２は鉛直方向の上向きに移動させられ、フランジ部３１がボルトの頭として機能する。したがって、締結部材４によってスパウト３を鉛直上向きに移動させる力を生じさせるともに、ハードケース７の凹状底面部７１ａを鉛直下向きに押圧する力を生じさせる。
【００５２】
なお、この締結部材４には、抜け落ち防止構造や、螺合させた締め付け状態が緩まないような逆回転防止機構が設けられてもよい。
【００５３】
このスパウト３の開口端である円筒状の首部３２には、コネクタ５が挿嵌され、かつこのコネクタ５の外壁部分に形成された凸部５６ｂと、スパウト３の首部３２の内壁部分に形成された凹部３２ａとが係合してコネクタ５とスパウト３とが連結されている。
【００５４】
また、中心部分が開口した深皿状の固定部材６が、ハードケース７の凹状部分に挿嵌されて、ハードケース７の凹状部分の側壁部７１ｂに形成された係止部である凹部７１ｃと、固定部材６の側壁６１の外周面に形成された係止部である凸部６１ａとが係合して、ハードケース７に嵌合される。この固定部材６とハードケース７との嵌合により、これらが一体に連結されるとともに、固定部材６の底面６２と、コネクタ５のハウジングの外形における突出部５６ａとが当接することで、コネクタ５がスパウト３と固定部材６とにより挟持されてハードケース７と一体に固定される。すなわち、コネクタ５のハウジングに形成された突出部５６ａの下面部分が、首部３２における開口端の縁部分と当接した状態で、この突出部５６ａの上面部分が、固定部材６の底面６２と当接されて、コネクタが固定される。
【００５５】
このコネクタ５における鉛直上方向の先端開口部側が、燃料電池本体に設けられた燃料吸引口に接続され、この接続によりコネクタ５のバルブ機構が開放されて、パウチ２に充填された液体燃料Ｍの取り出しが可能となる。また、燃料電池本体と非接続状態においては、コネクタ５のバルブ機構が閉塞されて、パウチ２に充填された液体燃料Ｍが密閉されている。
【００５６】
このコネクタ５のバルブ機構として、移動可能な弁体を備えたものがある。コネクタ５は、バルブ機構が閉塞状態において、外力により移動可能な弁体であるピストンバルブ５１が金属コイルばね５３から弾性力を開口端側に付勢されて、ハウジング５６における先端側に一体に設けられたゴムパッキンなどのリングシール材である弁座部５４に当接して密着することで、このバルブ機構は閉塞する。
【００５７】
また、燃料カートリッジ１が燃料電池本体に装着されると、燃料電池本体の燃料吸引口側に設けられた、図示しないコネクタのピン状の部材がコネクタ５の先端開口部に挿入されるとともに、このピン状部材が金属コイルばね５３から付勢されている弾性力に抗する方向にピストンバルブ５１を押圧する。これにより、弁座部５４とピストンバルブ５１との密着が解除されるようにピストンバルブ５１は押し下げられることでバルブ機構は開放され、弁座部５４とピストンバルブ５１との間に液体燃料Ｍが流通する流路が形成される。したがって、バルブ機構が開放されることで、コネクタ５内の流路が連通するとともに、パウチ２内の液体燃料Ｍがコネクタ５の先端開口部と連通、すなわち接続した燃料電池本体とパウチ２とが連通する流路が形成される。
【００５８】
ハードケース７は、図１，２に例示するような外形形状と断面形状とを有している。このハードケース７は、長手方向の上面部分の一部と下端部分とが開口したケース本体部７１と、この開口した下端部分を閉口する底蓋部材７２とを有する。このケース本体７１上面の一部に形成された凹状部分は、この凹状部分の底面を形成する底面部７１ａと凹状部分の深さを形成する側壁部７１ｂとを有する。この側壁部７１ｂには固定部材６と係合する係止部である凹部７１ｃが外壁面に、ケース本体７１の下端部分の内壁部分には底蓋部材７２が挿嵌されて係合する係止部である凹部７１ｄが内壁面に形成されている。これら凹部７１ｃ，７１ｄは、少なくとも一つ形成されている。なお、凹部７１ｃ，７１ｄは、リング状に形成されていてもよい。
【００５９】
また、ケース本体７１の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、図示しない燃料電池本体の燃料カートリッジ挿入部に設けられた凹状溝または凸状山形状に対する凸状山部７１ｅまたは凹状溝部７１ｅが設けられている。これにより、燃料電池本体の燃料カートリッジ挿入部に設けられた凹状溝または凸状山に合わない燃料カートリッジは使用不能となり、異なる液体燃料を供給することを防ぐことができる。
【００６０】
ハードケース７に、スパウト３がヒートシールされたパウチ２を収納するには、まず、パウチ２にシールされたスパウト３をハードケース７の底部開口端側から凹状部分方向に挿入し、この凹状部分の底面部７１ａに形成された開口にスパウト３を挿入して、密着固定する締結部材４でスパウト３をハードケース７に連結させる。
【００６１】
パウチ２は、スパウト３の上面シール部３１ａが締結部材４で押圧された状態でハードケース７内に収納される。したがって、充填された液体燃料Ｍが気化するに従ってパウチ２が膨張しても、スパウト３とパウチ２とのシール部分が剥離もしくは部分的なシール不良を起こすことを防止する構造である。この構造により、パウチ２内の気密性が保たれている。
【００６２】
この燃料カートリッジ１に液体燃料Ｍを充填する際、ハードケース７に収納されたパウチ２には、スパウト３の注液口３３から液体燃料Ｍが充填される。この充填工程の後に、コネクタ５をスパウト３に挿嵌し、締結部材４および固定部材６により、このコネクト５とスパウト３とが密着固定される。
【００６３】
次に、第２のパウチ２の製袋方法について、図６を参照して説明する。なお、上述した図５を参照したパウチ２の製袋方法と同様の説明は省略するとともに、同様の符号を用いて説明する。
【００６４】
図６（ａ）は、パウチ２の展開図を示した図であって、パウチ２が製袋された際の内側から見た展開図である。パウチ２は長方形状の平板状のフィルムＦ２を折り曲げて成形されるものであり、図６（ａ）に例示するように折り曲げ線が設けられている。サイドシール部２０３は、フィルムＦ２の端縁よりも内側に形成される。また、サイドシール部２０３内に、それぞれ円形状の貫通孔が形成されている。
【００６５】
また、図６（ｂ）に例示するように背面シール部２０４においてシールをしてから、図６（ｃ）に例示するようにスパウト取出孔２０１にスパウト３を挿入して、サイドシール部２０３をシールする。そして、図６（ｄ）に例示するように、前後の側面部Ａ，Ａと、左右の側面部Ｂ，Ｂと、天面部２０２により形成された上面部Ｃと、底面である底面部Ｄとを備えた直方体形状に成形される。したがって、この第２の製袋方法により成形されたパウチ２は、上下面にガゼット部を有し、側面部にシール部が配置された直方体形状に成形されている。
【００６６】
このパウチ２を形成するフィルムＦ，Ｆ２は、可撓性材料によって構成されている。このフィルムＦ，Ｆ２には、多層ラミネートシートを使用する。例えば、最外層から順に、厚さ１５μｍで融点が２４５℃程の二軸延伸ポリエステルフィルムと、１２μｍのシリカ蒸着ポリエステルフィルムと、厚さ１５μｍの延伸ナイロンフィルムと、最内層に厚さ３０μｍで融点が熱接着温度１４０℃よりも低い１２５℃程のポリエチレンフィルムとを積層した多層ラミネートシートである。なお、カスバリヤー性の向上を図るため、中心層の厚さ１２μｍのシリカ蒸着ポリエステルフィルムに代えて、厚さ１０μｍのアルミ箔としてもよい。
【００６７】
また、スパウト３，締結部材４，コネクタ５，固定部材６，ハードケース７のそれぞれの構成部材は、熱硬化性樹脂材により作られていてもよい。この熱硬化性樹脂材として、例えばポリプロピレン(ＰＰ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ)、ポリスチレン(ＰＳ)、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)、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)、ポリカーボネート(ＰＣ)、アクリロニトリルーブタェンースチレン樹脂(ＡＢＳ)などがある。また、これら構成部材が熱硬化性樹脂材により作られる場合に限定されず、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。
【００６８】
以上説明したように、この発明に係る燃料カートリッジ１によれば、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換装可能なカートリッジ式の燃料容器として利用することができる。
【００６９】
また、この発明に係る燃料カートリッジ１によれば、液体燃料Ｆが可撓性材料によって製袋されたパウチ２に充填されているため、アクティブ型燃料電池に装着された際に、液体燃料の取り出しが容易になる。
【００７０】
なお、この発明に係る燃料カートリッジは上述の実施形態に限定されるものではない。この発明を逸脱しない範囲において、適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…燃料カートリッジ、 ２…パウチ、 ３…スパウト、 ４…締結部材、 ５…コネクタ、 ６…固定部材、７…ハードケース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体に着脱可能に装着されて燃料電池に液体燃料を供給する燃料カートリッジにおいて、
可撓性材料のフィルムにより製袋され、かつフィルムの所定面に形成された貫通孔を有するとともに燃料電池本体に供給される液体燃料が充填されるパウチと、
前記貫通孔に挿入されるとともに、前記パウチの所定面とヒートシールされるフランジ部を有するスパウトと、
前記スパウトが挿入される開口した開口部が形成され、前記パウチを収容する外装ケースであるハードケースと、
前記ハードケースと前記スパウトとを一体に連結させ、かつ前記フランジ部との間で、前記ヒートシールされたパウチおよび前記開口部を形成する底面部分を挟持する締結部材と、
前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに前記ハードケースに固定されて、前記パウチを密閉するとともに、前記燃料電池本体が備えるコネクタと接続し当該燃料電池本体と前記パウチとを連通させる流路を形成するコネクタとを有し、
前記フランジ部が、前記ハードケースに係る凹状部分の底面部よりも大きな形状に成形されている
ことを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記フランジ部の上面シール部に複数形成された第１凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記締結部材には、逆回転防止機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、
前記スパウトの首部の内周面に少なくとも一つの第１凹部を設け、
前記コネクタの外周面に前記スパウトの凹部に係合する第２凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記ハードケースは、
長手方向の一端が全面開口する長尺筒状のケース本体と、
前記ケース本体の長手方向の他端が一部開口し、かつ側壁部分と底面部分とで形成された凹状部分と、
前記ケース本体の全面開口側の内壁に設けられた第２凹部に嵌合する第３凸部が設けられた底蓋と
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記凹状部分に挿嵌され、前記コネクタと前記スパウトとの連結を固定させるとともに、当該コネクタを前記ハードケースに固定させる固定部材を更に有し、
前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、 前記コネクタは、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、前記固定部材と前記スパウトの開口端縁部分とにより挟持されて前記ハードケースに固定され、
前記ハードケースに係る凹状部分の側壁部分に少なくとも一つの第３凹部を設け、
前記固定部材の外側面に、前記側壁部分の第３凹部と嵌合する第４凸部を設けた
ことと特徴とする請求項５に記載の燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記ハードケース本体の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、第５凸部または第４凹部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の燃料カートリッジ。
【請求項１】
燃料電池本体に着脱可能に装着されて燃料電池に液体燃料を供給する燃料カートリッジにおいて、
可撓性材料のフィルムにより製袋され、かつフィルムの所定面に形成された貫通孔を有するとともに燃料電池本体に供給される液体燃料が充填されるパウチと、
前記貫通孔に挿入されるとともに、前記パウチの所定面とヒートシールされるフランジ部を有するスパウトと、
前記スパウトが挿入される開口した開口部が形成され、前記パウチを収容する外装ケースであるハードケースと、
前記ハードケースと前記スパウトとを一体に連結させ、かつ前記フランジ部との間で、前記ヒートシールされたパウチおよび前記開口部を形成する底面部分を挟持する締結部材と、
前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに前記ハードケースに固定されて、前記パウチを密閉するとともに、前記燃料電池本体が備えるコネクタと接続し当該燃料電池本体と前記パウチとを連通させる流路を形成するコネクタとを有し、
前記フランジ部が、前記ハードケースに係る凹状部分の底面部よりも大きな形状に成形されている
ことを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記フランジ部の上面シール部に複数形成された第１凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記締結部材には、逆回転防止機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、
前記スパウトの首部の内周面に少なくとも一つの第１凹部を設け、
前記コネクタの外周面に前記スパウトの凹部に係合する第２凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記ハードケースは、
長手方向の一端が全面開口する長尺筒状のケース本体と、
前記ケース本体の長手方向の他端が一部開口し、かつ側壁部分と底面部分とで形成された凹状部分と、
前記ケース本体の全面開口側の内壁に設けられた第２凹部に嵌合する第３凸部が設けられた底蓋と
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記凹状部分に挿嵌され、前記コネクタと前記スパウトとの連結を固定させるとともに、当該コネクタを前記ハードケースに固定させる固定部材を更に有し、
前記スパウトは、前記貫通孔に挿入されて、前記コネクタと連結する首部を更に有し、 前記コネクタは、前記スパウトの円筒部分に挿嵌され連結されるとともに、前記固定部材と前記スパウトの開口端縁部分とにより挟持されて前記ハードケースに固定され、
前記ハードケースに係る凹状部分の側壁部分に少なくとも一つの第３凹部を設け、
前記固定部材の外側面に、前記側壁部分の第３凹部と嵌合する第４凸部を設けた
ことと特徴とする請求項５に記載の燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記ハードケース本体の外面側胴部の一面に長手方向に沿って、第５凸部または第４凹部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の燃料カートリッジ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３７９５２（Ｐ２０１３−３７９５２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４２８７（Ｐ２０１１−１７４２８７）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００２０８４５５）大和製罐株式会社 (309)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００２０８４５５）大和製罐株式会社 (309)
【Ｆターム（参考）】
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