(57)【要約】【課題】燃料カートリッジから燃料電池に液体燃料を注入する際に、液漏れを生じることなく安全にカートリッジの接続または取り外しができる。【解決手段】燃料電池の液注入装置１において、注入口側バルブ３およびカートリッジ側バルブ２は、空洞部９、１６および液体注入時に相互に嵌合するソケット４、１１と、可動部品７、１４と、スプリング８、１５とを備え、ソケットの嵌合面に凸部４ｄおよびソケット嵌合面を貫通する凹部４ｅを設け、注入口側バルブの凸部４ｄとカートリッジ側バルブの凹部１１ｅ、および、注入口側バルブの凹部４ｅとカートリッジ側バルブの凸部１１ｄとが相互に嵌合すると共に、それぞれの凹部をソケット内面から貫通するピストン７ａ、１４ａを可動部品側に設け、凸部がピストンをソケット内面方向に押圧することでバルブが開状態になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入口側バルブとカートリッジ側バルブとを相互に嵌合して、液体の流通を可能とする液注入装置であって、
前記注入口側バルブおよび前記カートリッジ側バルブは、それぞれの嵌合面に凸部および該嵌合面を貫通する凹部が設けられ、前記液体の流出口および流入口が嵌合軸方向に設けられた空洞部を有するホルダと、
前記空洞部に収容され、前記それぞれの凹部を前記バルブ内面から貫通するピストンが設けられた可動部品と、
前記可動部品を前記空洞部内面の嵌合軸方向に付勢する弾性体とを備えることを特徴とする液注入装置。
【請求項２】
前記注入口側バルブの凸部と前記カートリッジ側バルブの凹部、および、前記注入口側バルブの凹部と前記カートリッジ側バルブの凸部とが相互に嵌合すると共に、
前記凸部が前記ピストンを前記バルブ内面方向に押圧することでバルブが開状態になることを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
【請求項３】
前記バルブに設けられた凸部または前記ピストンに設けられた凸部の長さを調節することにより、注入口側バルブまたはカートリッジ側バルブの開閉の先後を調節できることを特徴とする請求項２の液注入装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記嵌合面を有するソケットと蓋とからなり、このソケットと蓋とが超音波溶着により接合されてなることを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
【請求項５】
燃料電池の注入口側バルブと、燃料カートリッジ側バルブとを相互に嵌合して、前記燃料カートリッジから前記燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置であって、
該液注入装置は、請求項１、請求項２または請求項３記載の液注入装置であり、
前記カートリッジ側バルブの嵌合面に設けられた凸部が前記注入口側バルブの嵌合面に設けられた凸部よりも長いことを特徴とする燃料電池の液注入装置。
【請求項６】
前記バルブ開閉に関与する以外の凸部および該凸部と嵌合する凹部をバルブの嵌合面に有し、該凹部は前記嵌合面を貫通しないで前記凸部と嵌合することを特徴とする請求項５記載の燃料電池の液注入装置。
【請求項７】
前記注入口側バルブおよび燃料カートリッジ側バルブは相互に嵌合する雄型および雌型ソケットを有することを特徴とする請求項５または請求項６記載の燃料電池の液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液注入装置に関し、特に燃料電池に用いられる液体燃料を燃料電池用カートリッジから燃料電池あるいは燃料電池に付帯する補給用容器に注入するための液注入装置に関する。
【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】
燃料電池カートリッジでは、特に、液体燃料として高濃度メタノールなどを使用する場合、カートリッジから燃料電池に液体燃料を補給する際に、接合部からの漏洩により液体燃料が使用者の手などに触れたり、使用者がその蒸気を吸い込むなどの事故が起こることのない、高い安全性が求められる。
従来、燃料電池側に装着されるバルブに挿入されるノズルの挿入部先端に凹部を設けて、バルブの先端側に残留した液体燃料をこの凹部に収容する燃料カートリッジ（特許文献１参照）が開示されている。
【０００４】
しかし、従来の燃料電池用バルブでは、（１）バルブの嵌合が不完全であったり、この嵌合がカートリッジ側のバルブが開封した後に完了する、（２）カートリッジ側のバルブの開封は燃料電池側のバルブの開封の後に行なわれなければならないが、その順序が完全でない、などの問題点があり、これらに起因してカートリッジの接続または取り外しの際に液漏れを生じるおそれがある。
これらの点を改善した燃料電池の液注入装置として、側面部にスリットを有するピンを弾性体で可動させることで燃料の流路を開状態および閉状態にする液体燃料の送液方法（特許文献２参照）が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの送液方法は、用いるバルブ構造が、双方の可動部同士を接触させることで開閉を行なっており、双方の可動部に属する弾性部材の特性に差をつけることにより開閉する動作シーケンスを持たせている。そのため、弾性部材の品質に依存し、燃料電池の液注入装置の品質が安定しないという問題がある。このため、品質上および安全性の観点からさらなる燃料電池用バルブの改良が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９４０５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２２１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、燃料カートリッジから燃料電池に液体燃料を注入する際に、液漏れを生じることなく安全にカートリッジの接続または取り外しのできる燃料電池の液注入装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液注入装置は、注入口側バルブとカートリッジ側バルブとを相互に嵌合して、液体の流通を可能とする装置であって、上記注入口側バルブおよび上記カートリッジ側バルブは、それぞれの嵌合面に凸部および該嵌合面を貫通する凹部が設けられ、上記液体の流出口および流入口が嵌合軸方向に設けられた空洞部を有するホルダと、上記空洞部に収容され、上記それぞれの凹部をバルブ内面から貫通するピストンが設けられた可動部品と、上記可動部品を上記空洞部内面の嵌合軸方向に付勢する弾性体とを備えることを特徴とする。
また、上記注入口側バルブの凸部と上記カートリッジ側バルブの凹部、および、上記注入口側バルブの凹部と上記カートリッジ側バルブの凸部とが相互に嵌合すると共に、上記凸部が上記ピストンを上記バルブ内面方向に押圧することでバルブが開状態になることを特徴とする。
また、上記バルブに設けられた凸部または上記ピストンに設けられた凸部の長さを調節することにより、注入口側バルブまたはカートリッジ側バルブの開閉の先後を調節できることを特徴とする。
また、上記ホルダは、上記嵌合面を有するソケットと蓋とからなり、このソケットと蓋とが超音波溶着により接合されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の燃料電池の液注入装置は、燃料電池の注入口側バルブと、燃料カートリッジ側バルブとを相互に嵌合して、燃料カートリッジから燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置であって、
該液注入装置が上記本発明の装置であり、上記カートリッジ側バルブの嵌合面に設けられた凸部が上記注入口側バルブの嵌合面に設けられた凸部よりも長いことを特徴とする。  また、上記バルブ開閉に関与する以外の凸部および該凸部と嵌合する凹部をバルブの嵌合面に有し、該凹部は上記嵌合面を貫通しないで上記凸部と嵌合することを特徴とする。  また、上記注入口側バルブおよび燃料カートリッジ側バルブは相互に嵌合する雄型および雌型ソケットを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液注入装置、特に燃料電池の液注入装置は、注入口側バルブおよびカートリッジ側バルブのそれぞれの嵌合面に凸部および凹部を設け、注入口側バルブの凸部とカートリッジ側バルブの凹部、および、注入口側バルブの凹部とカートリッジ側バルブの凸部とが相互に嵌合すると共に、それぞれの凹部をバルブ内面から貫通するピストンが可動部品側に設けられているので、注入口側バルブおよびカートリッジ側バルブ双方の開閉に関する可動部品を動かすための機構をバルブ嵌合面に有することで、それぞれの開閉動作を独立させることができる。双方のバルブが独立した開閉動作を行なうため、スプリングなどの弾性体に依存するバルブ製品の品質を向上させることができる。また、バルブの嵌合面に設けられる凸部および可動部品に設けられたピストンの長さを調節することで、注入口側バルブおよびカートリッジ側バルブの開閉の順番を変更することができるため、燃料電池の液注入装置として自由度のある設計を行なうことができる。
このため、部品の共通化・部品点数の削減によるコストメリット、製品品質安定、製品の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池の液注入装置の未接続状態を示す断面図である。
【図２】燃料電池液注入装置の分解斜視図である。
【図３】燃料電池の液注入装置の接続過程を示す断面図である。
【図４】燃料電池の液注入装置の接続状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の液注入装置を燃料電池の液注入装置に用いた一実施形態として、図に基づいて説明する。図１は、軸方向断面が角丸長方形をした本発明の燃料電池の液注入装置の未接続状態を示す断面図であり、図２はその分解斜視図である。
燃料電池の液注入装置１は、一対の雄型のバルブ２および雌型のバルブ３より構成される。特に図１では、バルブ２を燃料カートリッジ側バルブとし、バルブ３を燃料電池の注入口側バルブとして説明する。
【００１３】
燃料カートリッジ側バルブ２は、ホルダ６とこのホルダ内に収容される可動部品７と、この可動部品７をバルブ２およびバルブ３が嵌合する軸方向に付勢するスプリング８とを備えている。スプリングは弾性体であればよく、ゴムあるいはそれに代わるものでもよい。
ホルダ６は樹脂成形体であり、ソケット４と蓋５とからなり、このソケット４と蓋５とが、例えばＳ部分で超音波溶着により接合されることで空洞部９が形成されている。空洞部９には燃料カートリッジ（図示を省略）からの液体流入口５ａおよびバルブ２からの液体流出口４ａがバルブの嵌合軸方向に設けられている。
空洞部９内に収容される可動部品７はスプリング８によりソケット内面４ｂ方向に付勢されている。また、可動部品７のソケット内面４ｂに接する面には、ゴム弾性体からなるパッキン１０が可動部品７側に固定して設けられている。パッキン１０は可動部品７側に固定して設けられているので可動部品７の前進後退により、ソケット内面４ｂに対してパッキン１０面は、密接または離間状態となる。バルブ２が閉状態では、ソケット内面４ｂとパッキン１０面とは密接している。
また、可動部品７には、ソケット内面４ｂに接合する面からピストン７ａが突出して形成されている。このピストン７ａはソケット嵌合面を貫通する凹部４ｅ内を可動部品７の軸方向移動と共に前進後退する。
また、燃料カートリッジ側バルブ２は、ソケット４の先端部周縁に溝４ｆが形成され、この溝４ｆにオーリング１８が形成されている。
さらに、嵌合時の誤動作を防ぐための凹部４ｇがソケット４の嵌合面４ｃに該嵌合面を貫通することなく形成されている。
【００１４】
注入口側バルブ３は、ホルダ１３とこのホルダ内に収容される可動部品１４と、この可動部品１４をバルブ２およびバルブ３が嵌合する軸方向に付勢するスプリング１５とを備えている。
ホルダ１３は樹脂成形体であり、ソケット１１と蓋１２とからなり、このソケット１１と蓋１２とが、例えばＳ’部分で超音波溶着により接合されることで空洞部１６が形成されている。空洞部１６には燃料電池（図示を省略）への液体注入口１２ａおよび嵌合されるバルブ２からの液体注入口１１ａがバルブの嵌合軸方向に設けられている。
空洞部１６内に収容される可動部品１４はスプリング１５によりソケット内面１１ｂ方向に付勢されている。また、可動部品１４のソケット内面１１ｂに接する面には、ゴム弾性体からなるパッキン１７が可動部品１４側に固定して設けられている。パッキン１７は可動部品１４側に固定して設けられているので可動部品１４の前進後退により、ソケット内面１１ｂに対してパッキン１７面は、密接または離間状態となる。バルブ３が閉状態では、ソケット内面１１ｂとパッキン１７面とは密接している。
また、可動部品１４には、ソケット内面１１ｂに接合する面からピストン１４ａが突出して形成されている。このピストン１４ａはソケット嵌合面を貫通する凹部１１ｅ内を可動部品１４の軸方向移動と共に前進後退する。
また、注入口側バルブ３は、ソケット４の先端部と嵌合できる雌型状の先端周縁部１１ｆが形成されている。
さらに、嵌合時の誤動作を防ぐためにソケット４の凹部４ｇと嵌合できる凸部１１ｇがソケット１１の嵌合面１１ｃに形成されている。
【００１５】
燃料カートリッジ側バルブ２のソケット４の嵌合面４ｃには、該嵌合面４ｃから突出する凸部４ｄおよびソケット嵌合面を貫通する凹部４ｅが設けられている。凹部４ｅはピストン７ａが前進後退できる大きさに設けられている。
同様に、注入口側バルブ３のソケット１１の嵌合面１１ｃには、凸部１１ｄおよびソケット嵌合面を貫通する凹部１１ｅが設けられている。凹部１１ｅはピストン１４ａが前進後退できる大きさに設けられている。
凸部４ｄの軸方向長さｔ1および凸部１１ｄの軸方向長さｔ2を調節することで、バルブ２およびバルブ３のいずれかを先に開状態にするかを規定することができる。例えば、ピストンの長さｔ1’およびｔ2’が等しい場合、ｔ1がｔ2よりも長い場合は、バルブ２とバルブ３を嵌合したときに、最初にバルブ３が開状態になる。本発明において、バルブ３を開状態にした後にバルブ２より液を注入できるので、ｔ1がｔ2よりも長い場合が好ましい。
同様に、凸部の長さｔ1およびｔ2が同一長さの場合、ピストンの長さｔ1’およびｔ2’を調節することで、または、ｔ1、ｔ2、ｔ1’、およびｔ2’のそれぞれの長さを調節することで、注入口側バルブまたはカートリッジ側バルブの開閉の先後を調節できる。
【００１６】
本発明の燃料電池の液注入装置１の接続および液体燃料の送液方法を図３および図４に基づいて説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、液注入装置１を未接続の状態（図３（ａ））から、接続完了の状態（図３（ｆ））までの接続過程の各段階を示す断面図である。また、図４は接続状態の液注入装置１内を液体燃料が移動する経路（図中矢印）を説明する図である。
【００１７】
まず、図３（ａ）に示すように、上述した雄型の燃料カートリッジ側バルブ２および雌型の燃料電池側バルブ３を準備して相互に対向させる。
次に、燃料カートリッジ側バルブ２および燃料電池側バルブ３が、図３（ｂ）に示すように、バルブ２側ソケット４先端部がバルブ３のソケット１１の雌型状の先端周縁部１１ｆに保持されながら挿入して両ソケット部が嵌合を開始する。このとき、バルブ２とバルブ３とは、バルブ２の周縁部に設けられたオーリング１８が先端周縁部１１ｆに保持されることにより相互に密封される。
【００１８】
次いで、図３（ｃ）に示すように、バルブ２をバルブ３に押し込むことにより、バルブ２側の凸部４ｄがバルブ３側の凹部１１ｅに、バルブ３側の凸部１１ｄがバルブ２側の凹部４ｅにそれぞれ押し込まれる。それと同時にバルブ３側の凸部１１ｇがバルブ２側の凹部４ｇに押し込まれる。この凸部１１ｇと凹部４ｇとの配置位置を所定の位置に定めることにより、バルブ２とバルブ３との嵌合時の誤動作を防ぐことができる。
【００１９】
図３（ｄ）に示すように、バルブ２をバルブ３に押し込むことを継続することにより、バルブ２側の凸部４ｄがバルブ３側の凹部１１ｅに押し込まれることでピストン１４ａと衝合する。このとき、凸部４ｄの長さｔ1が凸部１１ｄの長さｔ2よりも長いので、バルブ３側の凸部１１ｄはバルブ２側のピストン７ａとは衝合しない。また、この段階ではバルブ２およびバルブ３は共に閉状態である。
【００２０】
図３（ｅ）に示すように、さらにバルブ２をバルブ３に押し込むことにより、バルブ２側の凸部４ｄがバルブ３側のピストン１４ａを押圧して、ソケット内面１１ｂからパッキン１７面が離れて、液体注入口１１ａが空洞部１６と連通して、バルブ３が開状態になる。
一方、バルブ３側の凸部１１ｄとバルブ２側のピストン７ａとは衝合するのみでバルブ２は開状態とはならない。
【００２１】
バルブ２がバルブ３に、ソケット嵌合面４ｃおよび１１ｃ同士が衝合するまで押し込まれると、図３（ｆ）に示すように、バルブ３が開状態を維持すると共に、バルブ３側の凸部１１ｄがバルブ２側のピストン７ａを押圧して、ソケット内面４ｂからパッキン１０面が離れて、液体注入口４ａが空洞部９と連通して、バルブ２が開状態になる。バルブ２およびバルブ３が共に開状態になることで、燃料カートリッジから燃料液体が燃料電池側に供給される。
【００２２】
バルブ２およびバルブ３が共に開状態で接続されたときの液体の流れを図４に示す。図４に破線および矢印で示すように、燃料カートリッジの燃料収容部（図示省略）より燃料流入口５ａより液体燃料Ｌがバルブ２の空洞部９に流入し、空洞部９からソケット内面４ｂとパッキン１０面との間に形成された隙間を通過して液体流出口４ａから、バルブ３の液体注入口１１ａおよびソケット内面１１ｂとパッキン１７面との間に形成された隙間を経て液体注入口１２ａより燃料電池本体（図示省略）へ流れ込む。
【００２３】
燃料電池の液注入が終了した後は、上述した接続過程とは反対に、バルブ２側のソケット４をバルブ３側のソケット１１より引き抜くことにより行なわれる。引き抜きが開始されると、最初にバルブ２内の圧縮スプリング８の付勢力によりソケット内面４ｂに可動部品７が押圧されてバルブ２が閉状態となる。続いて、バルブ３においても、圧縮スプリング１５の付勢力によりソケット内面１１ｂに可動部品１４が押圧されてバルブ３が閉状態となる。バルブ２およびバルブ３が閉状態となった後に、雄型のバルブ２および雌型のバルブ３の嵌合が解除される。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のバルブは、燃料電池の液注入装置として、液体注入順序など自由度のある設計を行なうことができるので、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の液注入装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    燃料電池の液注入装置
２    燃料カートリッジ側バルブ
３    注入口側バルブ
４、１１    ソケット
４ａ、１１ａ    液体流出口
４ｂ、１１ｂ    ソケット内面
４ｃ、１１ｃ    嵌合面
４ｄ、１１ｄ    嵌合面から突出する凸部
４ｅ、１１ｅ    嵌合面を貫通する凹部
４ｆ    先端部周縁の溝、１１ｆ    雌型状の先端周縁部
４ｇ    誤動作を防ぐための凹部、１１ｇ    誤動作を防ぐための凸部
５、１２    蓋
５ａ、１２ａ    液体流入口
６、１３    ホルダ
７、１４    可動部品
８、１５    スプリング
９、１６    空洞部
１０、１７    パッキン
１８  オーリング
【図１】
2011090818.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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