JP2006309978A - 燃料電池の液注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互換性があり、簡単な操作によって液漏れを生じることなく高濃度メタノール液などの液体を燃料電池に安全に注入することができる燃料電池の液注入装置を提供する。
【解決手段】注入口20またはカートリッジノズル6のいずれか一方に設けられた突起30と、突起が嵌合しうるように注入口またはカートリッジノズルのいずれか一方に形成され、カートリッジノズルを注入口に挿入したときに突起が嵌合され、さらにカートリッジノズルを軸方向に押し込んだときに突起を案内する溝と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、携帯電話、携帯オーディオ、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の内蔵電源として用いられる小型の燃料電池にカートリッジから高濃度メタノール等の液体燃料を安全に注入するための燃料電池の液注入装置に関する。

携帯電話等の電源として固体電解質型燃料電池が注目されており、その実用化に向けて開発が急ピッチで進められている。開発のコンセプトとして小型かつ平面形状であり、少量の燃料消費で高出力を取り出すことができ、かつユーザーがどこでも容易に入手できるカートリッジを用いて特定の製造メーカーに限定されることなく各社製品の電池本体に液体燃料を簡単な操作で補給できるいわゆる互換性を有することがあげられている。高出力を取り出すために発電効率の高い燃料を使用する必要があり、その最も有力なものとして高濃度メタノール液が着目されている。例えば特許文献１には高濃度メタノールを燃料とする燃料電池が提案されている。

高濃度メタノール液を燃料として使用する場合は、系を開放とせずに閉鎖型とし、燃料ポンプ、送気ポンプ、燃料濃度センサー等の各種補助機構を内蔵させ、燃料が電池内部だけで消費されるようにする必要がある。高濃度メタノールは、人体に有害であり、低沸点であることから容易に揮発蒸散し、その蒸気を人間が吸い込むおそれがあり、安全衛生上の観点から外気に曝すことができないからである。

特にひとつのカートリッジで複数の機器に使用される可能性が高い、サテライト型カートリッジにおいて、互換性の維持と誤使用の防止が重要な課題となっている。
特許第３４１３１１１号公報

しかし、使用中に燃料電池内のタンクが空になり、カートリッジから液体燃料を燃料電池タンクに補給する場合は、カートリッジの液吐出口をあけたり電池本体の注入口を開けたりするので、一時的であるにしても系が開放され、高濃度メタノールが外部に漏れ出すおそれがある。上述のように高濃度メタノールは人体に有害な危険物であるので、
安全衛生上の観点から燃料補給時においても絶対に外部に漏れ出してはいけない。燃料を補給する操作はユーザーが行うため、誰が操作しても液漏れを生じることなく安全確実に燃料を補給できることが要請されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、互換性があり、簡単な操作によって液漏れを生じることなく高濃度メタノール液などの液体を燃料電池に安全に注入することができる燃料電池の液注入装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池の液注入装置は、燃料電池本体の注入口にカートリッジノズルを挿入し、該ノズルを押し込んで該ノズルのバルブおよび注入口のバルブを共に開け、カートリッジから該ノズル及び注入口を介して燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置において、前記注入口または前記カートリッジノズルのいずれか一方に設けられた突起と、前記突起が嵌合しうるように前記注入口または前記カートリッジノズルのいずれか一方に形成され、前記カートリッジノズルを前記注入口に挿入したときに前記突起が嵌合され、さらに前記カートリッジノズルを軸方向に押し込んだときに前記突起を案内する溝と、を具備することを特徴とする。

本発明では、カートリッジノズルの突起または溝の数、形状、位置のうちの少なくとも１つを異ならせることにより、内部に収容された液体がそれぞれ特定され、前記カートリッジを相互に識別可能としている。例えば、突起または溝の数、形状、位置に基づいてカートリッジ内に収容された液体の種類および濃度を識別できることができる。具体的には、突起または溝の形状を異ならせる手段として、単数または複数の突起または溝の周方向の幅を変えることができる（図１９〜図２６参照）。また、突起または溝の位置を異ならせる手段として、複数の突起または溝をカートリッジノズルの中心軸に対して対称配置（図２１、図２２、図２５、図２６参照）または非対称配置（図２３、図２４参照）とすることができる。

カートリッジノズルをオス型とし、電池本体の注入口をメス型とする組合せとしてもよいし（図１〜図５参照）、これとは逆にカートリッジノズルをメス型とし、電池本体の注入口をオス型としてもよい（図１７、図１８参照）。オス型カートリッジノズルは、その外観から突起または溝を容易に識別することができるが、外周に露出しているので構造的に弱い面がある。特に突起をオス型カートリッジノズルに設ける場合は、他の部材にぶつけて折れないようにするため金属製にするなど強度補償をする必要がある。メス型カートリッジノズルは、突起または溝を内周に設けるので全体として堅牢になり、樹脂でつくっても強度上の問題は生じないが、その外観から突起または溝を識別し難くなる。特に溝をメス型カートリッジノズルに設ける場合は、その識別が困難になる。したがって、オス型カートリッジノズルには溝を設け、メス型カートリッジノズルには突起を設けることが望ましい。

本発明では、溝と突起は電池本体側とカートリッジ側のいずれの側にも設けることができるが、突起を電池本体側の注入口の内周に設け、溝をカートリッジ側のノズル外周に形成することが最も好ましい（図７〜図１０参照）。注入口内周の突起は、外方へ突出していないことから、カートリッジノズル外周の突起に比べて折れたり欠けたりするおそれが少なく、損傷を受け難いからである。

溝は、突起を軸方向に案内するとともに、カートリッジノズルが注入口にロックされるように突起を周方向に変位させて案内するロック機能を備えることが好ましい。液を注入しているときにノズルが注入口から外れるおそれがなくなり、安全確実に液を燃料電池に注入することができるからである。

また、本発明では、溝の終端近傍において溝の側周壁から突出し、溝に沿って案内される突起が乗り越えていくことができる小突起（ポッチ部）をさらに有することが好ましい（図７、図９参照）。このようにすることで、嵌合が容易に外れないようになるとともに、操作者は、キャップとボトルの嵌合のように小突起を乗り上げるクリック感（ロック感）を手先に感じることができ、接続操作が完了したことを実感することができるという利点がある。

また、注入口およびカートリッジノズルが液体に接触する接液部を樹脂でつくり、注入口およびカートリッジノズルが液体に接触しない非接液部を樹脂よりも硬い材料でつくるようにすることが好ましい。接液部は、高濃度メタノールに接触して膨潤やクラック等を生じない硬質の樹脂またはプラスチック、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）のいずれかでつくることが望ましい。

高濃度メタノール液が接触する部分に金属材料を用いると、メタノール液中に溶け出した陽イオンが電池性能に悪影響を与えるので、接液部分には非金属である樹脂材料を用いる。一方、非接液部は、高濃度メタノールに対して耐食性を有する金属または合金、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン又はチタン合金、ニッケル合金、ニッケルクロム合金、ニッケルクロムモリブデン合金、アルミニウム合金などを用いて製造することができる。または鉄、銅等の加工性に優れる材料で加工後、樹脂は耐食性の高い金属でコーティングすることも可能である。特に、突起を非接液部に設けることにより、突起を金属材料で製造することが可能となる。そのため、突起の強度を向上することが可能となり、カートリッジ（ノズル）の繰り返し脱着に対しても、優れた耐久性を有することが可能となる。

溝は、注入口またはカートリッジノズルにおいて軸心振り分け配置された複数の溝からなり、注入口の内周またはカートリッジノズルの外周に沿って終端が始端に対して周方向に４５°〜９０°回転変位していることが好ましい。溝の数は２本又は３本とすることが好ましいが、１本でもよく、また４本とすることもできる。また、溝は、側方からの二次元投影面における形状がＬ字、逆Ｌ字、Ｊ字、逆Ｊ字、斜行直線（スパイラルリニア）のいずれかであることが好ましい（図１２、図１４参照）。このようにすると、燃料注入中にカートリッジノズルが注入口から容易に抜けなくなり、安全性が増大するとともに、溝／突起間のシール性が損なわれ難くなり、液漏れ防止効果が向上する。

さらに、注入口は、突起または溝よりも後方に設けられ、カートリッジノズルを注入口に挿入したときにノズルの先端部が当接し、さらにノズルを軸方向に押し込んだときにシール性を保ちつつ弾性変形する弾性体ホルダを有することが好ましい（図１〜図５、図１７、図１８参照）。弾性体ホルダは種々の硬度の熱可塑性の合成ゴムやエラストマーで製造することができる。ノズルの押し込みにより弾性体ホルダが弾性変形してノズル先端部とのシールが図れた後に、カートリッジノズル側のバルブおよび電池本体側注入口のバルブがともに開き、カートリッジ側から電池本体側へ液体燃料が通流しうるようになる。この弾性体ホルダは、その形状をノズルの押し込みにより圧縮された際に、流路を確保するためにジャバラ形状とし、液通流可能な形状を保ちながら弾性変形するように構成することが好ましい（図６参照）。

なお、カートリッジノズル側のバルブと電池本体側注入口のバルブとのいずれが先に開くか、すなわちバルブの開閉順序に関しては、各々のバルブ本体を付勢している圧縮スプリングのばね係数の大小に依存している。カートリッジノズル側の圧縮スプリングのばね係数のほうが電池本体側のそれより大きい場合は、電池本体側のバルブが先に開き、カートリッジ側のバルブが後に開く。一方、電池本体側の圧縮スプリングのばね係数のほうがカートリッジノズル側スプリングのそれより大きい場合は、カートリッジノズル側のバルブが先に開き、電池本体側のバルブが後に開く。

また、本発明では、さらに、カートリッジノズルのバルブの弁体に形成されたテーパー状の保持溝と、該保持溝によって保持された異形断面のシールリングとを有することが好ましい（図１６〜図１８参照）。このような形状とすることによりシールリングが弁体から容易に脱落しなくなる。

カートリッジノズルのバルブの弁体の一部としてカートリッジノズルの流路内に配置され、凸状または凹状の先端部を有する第１のニードルと、注入口のバルブの弁体の一部として注入口の流路内に配置され、第１のニードルの先端部に嵌合される凹状または凸状の先端部を有する第２のニードルとを有することが好ましい（図１、図２、図１７、図１８参照）。本発明の液注入装置では、液および蒸気漏れ防止のために、カートリッジノズルの流路および電池本体注入口の流路をともに可能な限り狭くして、それらの狭い流路内に細長い針状のニードルをそれぞれ挿入した構造を採用している。このためニードル先端部同士の突き当て面積が小さく、ノズル押し込み時に両ニードルがオフセットになり易い。オフセットした状態で押し込みを続けても流路を確保することができない場合がある。そこで、一方側のニードルの先端部を凸状とし、他方側のニードルの先端部を凹状とし、前者が後者に嵌合する構造とすることにより、両ニードルのオフセットを防止して正しく同軸に動作するようにしている。

第１及び第２のニードルは長手軸に沿って延びる溝状の凹みをそれぞれ有し、第１のニードルの凹みとカートリッジノズルの内周壁との間に液体の通流を可能とする第１の流路を形成し、第２のニードルの凹みと注入口の内周壁との間に液体の通流を可能とする第２の流路を形成することが好ましい（図１５参照）。なお、凹みの代わりにニードルに溝を刻み付けるようにしてもよい。また、ニードルの反対側の弁体から延び出しているガイドピン（図１、図１５参照）にも同様の凹み又は溝を形成することが好ましい。

本発明によれば、液漏れを生じることなく誰でも簡単に燃料電池の注入口にカートリッジを安全かつ確実に接続し、液体燃料等を燃料電池タンクに注入することができる。また、本発明によれば、ユーザーが燃料電池側で使用可能な液体燃料の成分や濃度を知らない場合や、あるいはカートリッジ内に収納されている液体が不明な場合であっても、ユーザーはカートリッジのノズルを燃料電池本体の注入口に実際に差し込んでみるか、あるいはカートリッジノズル及び電池本体注入口に形成された溝と突起を見比べてみるだけで、使用可能な液体燃料であるか否かを容易に識別することができる。

特にひとつのカートリッジで複数の機器に使用される可能性の高いサテライト型カートリッジにおいては、互換性と誤使用防止の観点から非常に有効な手段を提供するものとなる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の燃料電池の液注入装置は、図１に示すようにカートリッジ１と燃料電池本体１００側の注入口２０とを組み合わせて構成されるものであり、図２〜図５に示すようにカートリッジ側カップラーとしてのカートリッジノズル６を本体側カップラーとしての注入口の液受入口２０ａに挿入して液体燃料としての高濃度メタノール液を燃料電池本体内のタンク（図示せず）に供給するようになっている。

カートリッジ１は、液体燃料としての高濃度メタノールが収容された貯液スペース３を規定する容器２と、容器２の一端側に形成された開口部２ａを取り囲むように取り付けられたカートリッジベース４と、容器開口部２ａに設けられたカートリッジノズル６とを具備している。容器２は、円筒状、紡錘状、偏平筒状あるいは角筒状など種々の形状とすることができる。カートリッジベース４とカートリッジノズル６は一体成形された成形品であり、カートリッジノズル６はカートリッジベース４から外方へ延び出している。このベース４／ノズル６の一体成形品と容器開口部２ａと中栓７との間は断面コ字状のゴムパッキン５でシールされている。

カートリッジノズル６は、バイオネットカップラー要素としての溝６０が外周に刻み込まれたノズル本体と、ガイドピン８ａ及びニードル８ｂを有するバルブ８と、このバルブ８の弁体部分を取り囲みバルブ室スペース９を規定する中栓７と、バルブ８の弁体部分をバルブシート４ａのほうに付勢する圧縮スプリング１０と、バルブシート４ａに押圧可能に弁体の保持溝８ｈに保持されたシールリング１１とを具備している。

中栓７は、その形状がハット状またはカップ状をなし、フランジ７ｂがゴムパッキン５を介してカートリッジベース４に着脱可能に保持されている。中栓７は薄肉の樹脂（例えばＰＥＥＫ）からなり、ある程度の可撓性を有するものである。これを組み立てる場合は、バルブ８を中栓７のなかに組み込み、カートリッジベース４に接着されたゴムパッキン５に中栓７のフランジ７ｂを嵌め込み、カートリッジベース４を容器開口２ａに接着するか、及び又はカシメルか、及び又は螺合する。

バルブ８は、前端側（図中にて下側）に延び出す針状又は棒状のニードル８ｂ、および後端側（図中にて上側）に延び出すガイドピン８ａを備えている。ニードル８ｂはノズル６の流路内に昇降可能に挿入されている。ニードル８ｂの長さはノズル６の流路の全長にほぼ匹敵する程度である。但し、カートリッジ１を電池本体１００に接続しない未使用状態では、ニードルの先端８ｃがノズルの液吐出口６ａから少し引っ込む程度の長さとすることが好ましい。ニードル先端８ｃの損傷を回避するとともに、液吐出口６ａからノズル流路内にゴミ等の異物が侵入するのを防止、または誤ってバルブが開くことを防止する効果があるからである。

ガイドピン８ａは、バルブ８の上部から上方へ延び出し、中栓７の上部中央の孔７ｃを通って容器側の貯液スペース３内に突出している。中栓の上板７ａには複数の連通孔７ｄが開口し、連通孔７ｃ，７ｄを通って貯液スペース３からバルブ室スペース９内に液体燃料が流入できるようになっている。

ストッパ８ｄがバルブ８の上部に設けられ、バルブ８が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング１０の付勢力を上回る力がバルブ８に負荷されたときに、シールリング１１がバルブシート４ａから引き離され、バルブ室スペース９がノズルの液吐出口６ａに連通・開放されるが、バルブ８は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ８ｄが中栓の上板７ａに当接するところでバルブ８の上昇が停止するようになっている。

圧縮スプリング１０は、直径４ｍｍのＪＩＳ Ｇ ４３１４に定めるばね用ステンレス鋼線ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ線材に、高濃度メタノール液に対して耐食性を有する純金（純度９９．９％）を電解メッキした金属材料からなり、そのばね係数が所定の大きさに調整されている。圧縮スプリング１０は、上記の他に母材としてばね用ステンレス鋼線（ＳＵＳ３１６−ＷＰＡ）、ばね用ステンレス鋼帯（ＳＵＳ６３１Ｊ１−ＷＰＣ）、ばね用ベリリウム銅（ＪＩＳＧ３１３０ Ｃ１７２０Ｗ）、リン青銅（同Ｃ５１９１Ｗ）、チタン線材などの各種耐食金属材料を用いることができ、メッキ材料として金（Ａｕ）の他に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、硬い酸化皮膜を形成するチタンめっきを用いることができるが、さらに各種の非金属材料で構成することも可能である。例えば、カーボン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの耐メタノール性に優れた樹脂を圧縮スプリング線材に用いることができる。また、非金属コーティング層として炭素（例えばダイヤモンド・ライク・コーティング（ＤＬＣＣ））、フッ素などの樹脂コーティングを用いることができる。このようにすると高濃度メタノール液に接液する部分から金属性の陽イオンが溶け出さなくなり、陽イオンの混入による電池特性の劣化が防止される。なお、圧縮スプリング１０の一端は中栓の上板７ａの内面に固着され、他端はバルブ８の小フランジに固着されている。

シールリング１１は、高濃度メタノール液に対して膨潤や溶出のない熱可塑性の合成ゴムやエラストマーからなり、断面が円形のオーリングである。シールリング１１はバルブ８の保持溝８ｈに嵌め込まれている。

次に、燃料電池本体側の注入口２０について説明する。

注入口２０は、上部材２１、中間部材２２、下部材２３、ゴムホルダ２５、バルブ２６、圧縮スプリング２７、シールリング２８、およびバイオネットカップラー要素としての複数の突起３０を具備している。上部材２１、中間部材２２、下部材２３は、ほぼ同径であり、同軸に接合されている。上部材２１は中間部材２２の一端側に螺合され、下部材２３は中間部材２２の他端側に螺合されている。上部材２１、中間部材２２、下部材２３を一体化したアッセンブリは、図示しない燃料電池本体にねじ込まれ、その全部が燃料電池本体のなかに埋め込まれている。図示しない燃料電池本体の内部には燃料タンクが設けられ、下部材２３と中間部材２２とで規定されるバルブ室スペース２９が孔２３ａを介して燃料タンクに連通している。

注入口の液受入口２０ａは電池本体１００の外面と面一になるところで上部材２１の上端部にて開口している。上部材２１の内周面には対向する２つの突起３０が取り付けられ、それぞれが液受入口２０ａに突出している。これら２つの突起３０は、バイオネットカップラー要素として機能し、カートリッジ側のノズル外周の２つの溝６０にそれぞれ嵌合しうるような位置と形状に形成されている。

図８の（ａ）と（ｂ）に示すように、弾性体ホルダとしてのゴムホルダ２５は、上部２５ａと下部２５ｂの中間にジャバラ部２５ｃを有している。このジャバラ部２５ｃは圧縮変形後においても液が通流しうる流路が確保されるようにリング状又は螺旋状の凹凸している。このようにするとメタノール液がジャバラ部２５ｃを通って迅速かつ円滑に通流し、液漏れすることなく短時間で液を注入することができる。ゴムホルダ２５は、環状をなし、その基端部が中間部材２２の凹所に嵌め込まれ、その先端部２５ａが液受入口２０ａのほうに向かって延び出している。ゴムホルダ先端部２５ａの径はカートリッジノズル６の径とほぼ同じである。ゴムホルダ２５は、硬度が所望値の範囲に規定された熱可塑性の合成ゴムでつくられている。ノズル６がゴムホルダ先端部２５ａに当接すると、先端部２５ａが弾性変形（圧縮）してノズル６を変位させることができるようになっている。

バルブ２６は、ガイドピン２６ａ、ニードル２６ｂ、ストッパ２６ｄ、圧縮スプリング２７、シールリング２８、バルブシート２２ａを備えている。圧縮スプリング２７で付勢されたバルブ２６のシールリング２８がバルブシート２２ａに押圧された状態では、バルブ室スペース２９は液受入口２０ａから遮断されている。ノズル側からの押し込み力が圧縮スプリング２７の付勢力を上回ると、シールリング２８がバルブシート２２ａから引き離され、バルブ室スペース２９は液受入口２０ａに連通される。

ニードル２６ｂは、バルブ２６の上部から液受入口２０ａのほうに向かって延び出している。ニードル２６ｂの主要部はゴムホルダ２５によって周囲を取り囲まれている。ニードルの先端部２６ｃは、凹状に形成され、カートリッジノズル側バルブの凸状のニードル先端部８ｃに嵌合しうるようになっている。ニードル８ｂ，２６ｂ同士を突き当てたときに、突き当て面積が小さいとオフセットした状態で押しこまれて流路が確保できない場合がある。ニードル８ｂ，２６ｂのオフセットを防止するため、カートリッジノズル側のニードル先端部８ｃを凸状に形成するとともに、注入口側のニードル先端部２６ｃを凹状に形成し、両者を確実に係合させるようにしている。

ガイドピン２６ａは、下部材２３の孔２３ｃを通って燃料タンク（図示せず）のほうに突出している。ストッパ２６ｄがバルブ２６の下部に設けられ、バルブ２６が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング２７の付勢力を上回る力がバルブ２６に印加されたときに、シールリング２８がバルブシート２２ａから引き離され、バルブ室スペース２９が液受入口２０ａに連通・開放されるが、バルブ２６は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ２６ｄが下部材２３の底部に当接するところでバルブ２６の上昇が停止するようになっている。

ニードル８ｂ，２６ｂ及びガイドピン８ａ，２６ａの外周には、図１５に示すように、溝状凹所３８が長手軸に沿って形成され、ノズル６の内周壁などとの間に液体燃料が通流しうる流路がそれぞれ形成されている。携帯機器向けカップラーの場合、全体を小さく作る必要があることから流路を確保することが難しい。そのため連通孔７ｄ，２３ａの他にこれらのバルブ要素８ａ，８ｂ，２６ａ，２６ｂに流路形成用の溝又は凹みをそれぞれ形成し、流路の不足を補っている。図１５には４本の溝状凹所３８をバルブ要素８ａ，８ｂ，２６ａ，２６ｂに形成した例を示したが、１〜３本、あるいは５本以上であってもよい。

容器２、カートリッジベース４、カートリッジノズル６、中栓７、バルブ８，２６、中間部材２２、下部材２３の材質はＰＥＥＫである。上部材２１およびリング２４の材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）である。パッキン５、シールリング１１，２８、ゴムホルダ２５の材質は、それぞれ硬度が調整された熱可塑性の合成ゴム（ＥＰＤＭ ３０° ５０°）である。

（第１の実施形態）
次に、図７〜図１０を参照して第１の実施形態のカートリッジ／電池本体・バイオネットカップラー構造について説明する。

第１の実施形態では溝６ｇをオス型カートリッジノズル６の外周に設け、突起３０を電池本体側のメス型注入口２０の内周に設けている。バイオネットカップラー要素としてのカートリッジノズル６は、図７及び図８に示すように、外周に２本の逆Ｌ字溝６０を有している。溝６０は、図７（ａ）に示すように突起差し込み口が１８０°軸心振り分け配置され、図７（ｂ）に示すように突起差し込み口から軸方向に延び出した後に時計回りの周方向に約９０°回転変位する逆Ｌ字の形状（側方からの二次元投影面における形状）を有している。

また、小突起からなるポッチ部６ｐが、図９に示すように、溝の終端６ｅの近傍の側壁に設けられている。溝６０に沿って案内される突起３０がポッチ部６ｐを乗り越えていくことにより、操作者はキャップとボトルの嵌合のように小突起を乗り上げるクリック感（ロック感）を手先に感じることができ、接続操作が完了したことを実感することができる。図ではポッチ部６ｐを上側の側壁に設けているが、下側の側壁に設けてもよく、また上下両側壁に設けてもよい。

バイオネットカップラー要素としての電池本体側の注入口２０は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、内周に２つの突起３０を有している。突起３０は、図１０（ａ）に示すように１８０°軸心振り分け配置され、図１０（ｂ）に示すように溝６０の突起差し込み口（図８参照）に対応する形状と大きさに形成されている。

溝６０の突起差し込み口に突起３０をそれぞれ嵌合させ、カートリッジノズル６を軸方向にスライドさせた後に、時計回りに９０°回転させると、カートリッジノズル６と電池本体側の注入口２０とが接続される。

次に、図２〜図５を参照してオス型カートリッジから電池本体のメス型注入口に液体燃料を注入する際の動作について説明する。

カートリッジノズル６を注入口の液受入口２０ａに差し込み、注入口側の突起３０をカートリッジノズル側の溝６０に嵌合させ、ノズル６を軸方向に直線的に移動させた後に、周方向への移動を行う。この位置では、図２に示すように、ノズル６の先端がゴムホルダ先端部２５ａに当接した状態となる（ノズルを2.7mm挿入したときにゴムホルダに接触）。

次いで、ノズル６を軸方向（及び周方向）に少し押し込むと、図３に示すように、ゴムホルダ先端部２５ａが弾性変形（圧縮）し、カートリッジ側バルブのニードル先端８ｃが注入口側バルブのニードル先端２６ｃに当接する（ゴムホルダを0.5mm圧縮したときにバルブのニードル同士が接触）。

さらにノズル６を軸方向（及び周方向）に押し込むと、ゴムホルダ２５の全体が圧縮されるとともに、圧縮スプリング２７の付勢力に抗して電池本体側のバルブ２６の弁体の全体が押し下げられ、シールリング２８がバルブシート２２ａを離れる。ストッパ２６ｄが注入口下部材２３の底板に当接する下死点まで押し込むと、図４に示すように、電池本体側のバルブ２６が完全に開く（ゴムホルダを1.0mm圧縮したときに電池本体側バルブが全開）。

さらにノズル６を軸方向に押し込むと、圧縮スプリング１０の付勢力に抗してカートリッジ側のバルブ８の弁体の全体が押し上げられ、シールリング１１がバルブシート４ａを離れる。ストッパ８ｄが中栓の上板７ａに当接する上死点まで押し込むと、図５に示すように、カートリッジ側のバルブ８が完全に開く（ゴムホルダを1.5mm圧縮したときにカートリッジ側バルブが全開）。

このようにしてカートリッジノズル６の押し込みにより電池本体側のゴムホルダ２５が弾性変形して、カートリッジノズル側のバルブ８および電池本体側のバルブ２６がともに開き、カートリッジ側から電池本体側へ液体燃料が通流しうるようになる。なお、カートリッジ側のバルブ８と電池本体側のバルブ２６とのいずれが先に開くか、すなわちバルブの開閉順序に関しては、各々のバルブ本体を付勢している圧縮スプリング１０，２７のばね係数の大小に依存している。本実施形態のようにカートリッジ側の圧縮スプリング１０のばね係数のほうが電池本体側の圧縮スプリング２７のばね係数より大きい場合は、電池本体側のバルブ２６が先に開き、カートリッジ側のバルブ８が後に開く。これに対して、電池本体側の圧縮スプリング２７のばね係数のほうをカートリッジ側の圧縮スプリング１０のばね係数より大きくすると、カートリッジ側のバルブ８が先に開き、電池本体側のバルブ２６が後に開く。

本実施形態の装置によれば、上述のようにカートリッジ側および電池本体側ともに厳重にシールされているので、液漏れや蒸気漏れを生じることなく誰でも簡単に燃料電池の注入口にカートリッジを安全かつ確実に接続し、液体燃料を燃料電池タンクに注入することができる。また、突起を電池本体側の注入口の内周に設けているので、他の部材と接触衝突して突起が折れたり欠けたりするおそれがなく、長い期間にわたって損傷することなく安心して使用することができる。

（第２の実施形態）
次に、図１１及び図１２を参照して第２の実施形態のカートリッジ／電池本体カップラー構造について説明する。

第２の実施形態では突起６２をカートリッジノズル６Ａに設け、溝３２を電池本体側の注入口２０Ａに設けている。バイオネットカップラー要素としてのカートリッジノズル６Ａは、図１１に示すように外周に２つの突起６２を有している。突起６２は、図１１（ａ）に示すようにノズル本体６１に１８０°軸心振り分け配置され、図１１（ｂ）に示すようにノズル本体６１の先端近傍の外周面に取り付けられている。

バイオネットカップラー要素としての電池本体側の注入口２０Ａは、図１２に示すように内周に２本の溝３２を有している。溝３２は、図１２（ａ）に示すように突起差し込み口が１８０°軸心振り分け配置され、図１２（ｂ）に示すように突起差し込み口から軸方向に延び出した後に時計回りの周方向に約９０°回転変位するＬ字の形状（側方からの二次元投影面における形状）を有している。

このようなバイオネットカップラー構造は、燃料注入中にカートリッジノズルが注入口から容易に抜けなくなり、安全性が増大するとともに、溝／突起間のシール性が損なわれ難くなり、液漏れ防止効果が向上する。

（第３の実施形態）
次に、図１３及び図１４を参照して第３の実施形態のカートリッジ／電池本体カップラー構造について説明する。

第３の実施形態では突起６３をカートリッジノズル６Ｂに設け、溝３３を電池本体側の注入口２０Ｂに設けている。バイオネットカップラー要素としてのカートリッジノズル６Ｂは、図１３に示すように外周に３つの突起６３を有している。突起６３は、図１３（ａ）に示すようにノズル本体６１に１２０°軸心振り分け配置され、図１３（ｂ）に示すようにノズル本体６１の先端近傍の外周面に取り付けられている。

バイオネットカップラー要素としての電池本体側の注入口２０Ｂは、図１４に示すように内周に３本の溝３３を有している。溝３３は、図１４（ａ）に示すように突起差し込み口が１２０°軸心振り分け配置され、図１４（ｂ）に示すように突起差し込み口から軸方向に延び出した後に時計回りの周方向に約４５°回転変位する斜行直線形状又はスパイラルリニア形状（側方からの二次元投影面における形状）を有している。

このようなバイオネットカップラー構造によっても、燃料注入中にカートリッジノズルが注入口から容易に抜けなくなり、安全性が増大するとともに、溝／突起間のシール性が損なわれ難くなり、液漏れ防止効果が向上する。

次に、図１６を参照して他の実施形態のバルブについて説明する。

本実施形態では、カートリッジ側のバルブ８Ａを改善している。すなわち、シールリング保持溝８１の基端部を先端部よりも直径を小さくするとともに、これに異形断面のシールリング１１Ａを装着している。シールリング１１Ａの横断面形状は、例えば略三角形であり、シールリングがバルブ本体（弁体）から容易に外れないようにしている。このようにシールリング保持溝８１をテーパー状に形成し、このテーパー面に対応するテーパー面をもつ異形断面形状のシールリング１１Ａにすると、バルブ弁体からリング１１Ａが抜け難くなる。

なお、図示していないが、電池本体側バルブ２６のシールリング保持溝を基端部の径が先端部の径よりも小さいテーパー形状とし、これに取り付けられるオーリング２８も異形断面のシールリング（図１７、図１８のシールリング２８Ａ参照）とすることにより、上記と同様の効果を奏することができる。

（第４の実施形態）
次に、図１７及び図１８を参照して第４の実施形態のカートリッジ／電池本体カップラー構造を有する液注入装置について説明する。

本実施形態の液注入装置では、複数の突起１３０をメス型カートリッジ１０１のノズル１０６の内周に設け、複数の溝１６０をオス型注入口１２０の液受け部１２１の外周に設けている。溝１６０は、上述したＬ字溝、逆Ｌ字溝、Ｊ字溝、リニアスパイラル溝のいずれの形状としてもよい。

カートリッジ１０１は、液体燃料としての高濃度メタノールが収容された貯液スペース１０３を規定する容器１０２と、容器１０２の一端側に形成された開口部１０２ａに挿入されたバルブケース１０７と、バルブケース１０７の一端側に連結されたゴムホルダケース１１１と、ゴムホルダケース１１１に連結されたノズル１０６を有するカートリッジベース１１２とを具備している。容器１０２は、円筒状、紡錘状、偏平筒状あるいは角筒状など種々の形状とすることができる。カートリッジベース１１２とカートリッジノズル１０６は一体成形された成形品であり、カートリッジノズル１０６はカートリッジベース１１４から外方へ延び出している。このベース１１２／ノズル１０６の一体成形品と容器開口部１０２ａの端部との間はゴムパッキン１０５でシールされている。

カートリッジノズル１０６は、バイオネットカップラー要素としての２つの突起１３０を内周に有するノズル本体と、ガイドピン１０８ａ及びニードル１０８ｂを有するバルブ１０８と、このバルブ１０８の弁体部分を取り囲みバルブ室スペース１０９を規定するバルブケース１０７と、バルブ１０８の弁体部分をバルブシート１１１ａのほうに付勢する圧縮スプリング１１０と、バルブシート１１１ａに押圧可能に弁体の保持溝に保持された異形断面（略三角形断面）のシールリング１１Ａとを具備している。

ゴムホルダケース１１１はカートリッジベース１１２のノズル部の内側に着脱可能に螺合されている。バルブケース１０７はほぼ同径のゴムホルダケース１１１の上端に着脱可能に螺合されている。バルブケース１０７及びゴムホルダケース１１１は薄肉の樹脂（例えばＰＥＥＫ）からなり、ある程度の可撓性を有するものである。一方、ノズル１０６及びカートリッジベース１１２は、ある程度の剛性を有する必要があるので、ケース１０７，１１１と比べて厚肉とする。

図８の（ａ）と（ｂ）に示すように、弾性体ホルダとしてのゴムホルダ１２５は、上部１２５ａと下部１２５ｂの中間にジャバラ部１２５ｃを有している。このジャバラ部１２５ｃは圧縮変形後においても液が通流しうる流路が確保されるようにリング状又は螺旋状の凹凸している。このようにするとメタノール液がジャバラ部１２５ｃを通って迅速かつ円滑に通流し、液漏れすることなく短時間で液を注入することができる。ゴムホルダ１２５は、硬度が所望値の範囲に規定された無可塑性の合成ゴムでつくられている。電池本体側の液受け部１２１がゴムホルダ先端部１２５ａに当接すると、先端部１２５ａが弾性変形（圧縮）してノズル１０６を変位させることができるようになっている。

これを組み立てる場合は、バルブ１０８をスプリング１１０で付勢した状態でケース１０７のなかに組み込むとともに、ゴムホルダ１２５のフランジ部をケース１１１の凹所に嵌め込み、バルブケース１０７をゴムホルダケース１１１にねじ込み、カートリッジベース１１２に接着されたゴムパッキン１０５にケース１１１のフランジを嵌め込むとともに、ケース１１１をベース１１２にねじ込み、最終的にはベース１１２を容器開口１０２ａに接着するか、及び又はカシメルか、及び又は螺合する。

バルブ１０８は、前端側（図中にて下側）に延び出す針状又は棒状のニードル１０８ｂ、および後端側（図中にて上側）に延び出すガイドピン１０８ａを備えている。ニードル１０８ｂはノズル１０６の流路内に昇降可能に挿入されている。ニードル１０８ｂの長さはノズル１０６の流路の全長にほぼ匹敵する程度である。但し、カートリッジ１０１を電池本体１００に接続しない未使用状態では、ニードルの先端１０８ｃがノズルの液吐出口１０６ａから少し引っ込む程度の長さとすることが好ましい。ニードル先端１０８ｃの損傷を回避するとともに、液吐出口１０６ａからノズル流路内にゴミ等の異物が侵入するのを防止、または誤ってバルブが開くことを防止する効果があるからである。

ガイドピン１０８ａは、バルブ１０８の上部から上方へ延び出し、ケース１０７の上部中央の孔１０７ｃを通って容器側の貯液スペース１０３内に突出している。バルブケースの上板１０７ａには複数の連通孔１０７ｄが開口し、これらの連通孔１０７ｃ，１０７ｄを通って貯液スペース１０３からバルブ室スペース１０９内に液体燃料が流入できるようになっている。

ストッパ１０８ｄがバルブ１０８の上部に設けられ、バルブ１０８（バルブステム）が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング１１０の付勢力を上回る力がバルブ１０８に負荷されたときに、シールリング１１Ａがバルブシート１１１ａから引き離され、バルブ室スペース１０９がノズルの液吐出口１０６ａに連通・開放されるが、バルブ１０８は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ１０８ｄがバルブケースの上板１０７ａに当接するところでバルブ１０８の上昇が停止するようになっている。

圧縮スプリング１１０は、上述した第１の実施形態のものと実質的に同じものを用いた。圧縮スプリング１１０の一端はバルブケースの上板１０７ａの内面に固着され、他端はバルブ１０８の小フランジに固着されている。

シールリング１１Ａは、高濃度メタノール液に対して膨潤や溶出のない無可塑性の合成ゴムやエラストマーからなり、断面が略三角形の異形断面オーリングである。この異形断面シールリング１１Ａはバルブ１０８の小フランジ下部に形成された保持溝に嵌め込まれている。

次に、燃料電池本体側の注入口１２０について説明する。

注入口１２０は、液受入口１２０ａの中央に突出する液受け部１２１、液受け部１２１と一体につくられたバルブケース１２２、燃料タンク（図示せず）に連通する複数の孔１２３ａを有する下部材１２３、バルブ１２６、バルブ１２６を付勢する圧縮スプリング１２７、バルブ１２６の保持溝に保持されたシールリング２８Ａ、およびバイオネットカップラー要素としての複数の溝１６０を備えている。バルブケース１２２は燃料電池本体１００の凹所にねじ込まれ、その全部が燃料電池本体のなかに埋め込まれている。燃料電池本体１００の内部には図示しない燃料タンクが設けられ、下部材１２３とバルブケース１２２とで規定されるバルブ室スペース１２９が孔１２３ａを介して燃料タンクに連通している。

注入口の液受け部１２１の外周面には１８０°軸心振り分けされた２つの溝１６０が形成されている。これら２つの溝１６０は、バイオネットカップラー要素として機能し、メス型カートリッジノズル１０６の２つの突起１３０にそれぞれ嵌合しうるような位置と形状に形成されている。

バルブ１２６は、ガイドピン１２６ａ、ニードル１２６ｂ、ストッパ１２６ｄ、圧縮スプリング１２７、シールリング２８Ａ、バルブシート１２２ａを備えている。圧縮スプリング１２７で付勢されたバルブ１２６のシールリング２８Ａがバルブシート１２２ａに押圧された状態では、バルブ室スペース１２９は液受け部１２１から遮断されている。ノズル側からの押し込み力が圧縮スプリング１２７の付勢力を上回ると、シールリング２８Ａがバルブシート１２２ａから引き離され、バルブ室スペース１２９は液受け部１２１に連通される。

ニードル１２６ｂは、バルブ１２６の上部から液受け部１２１のほうに向かって延び出している。ニードル１２６ｂの主要部は液受け部１２１によって周囲を取り囲まれている。ニードルの先端部１２６ｃは、凹状に形成され、カートリッジノズル側バルブの凸状のニードル先端部１０８ｃに嵌合しうるようになっている。ニードル１０８ｂ，１２６ｂ同士を突き当てたときに、突き当て面積が小さいとオフセットした状態で押しこまれて流路が確保できない場合がある。ニードル１０８ｂ，１２６ｂのオフセットを防止するため、カートリッジノズル側のニードル先端部１０８ｃを凹状に形成するとともに、注入口側のニードル先端部１２６ｃを凸状に形成し、両者を確実に係合させるようにしている。

ガイドピン１２６ａは、下部材１２３の連通孔１２３ｃを通って燃料タンク（図示せず）のほうに突出している。ストッパ１２６ｄがバルブ１２６の下部に設けられ、バルブ１２６が軸方向に移動しうる上昇ストローク量が規定されている。すなわち、圧縮スプリング１２７の付勢力を上回る力がバルブ１２６に印加されたときに、シールリング２８Ａがバルブシート１２２ａから引き離され、バルブ室スペース１２９が液受け部１２１に連通・開放されるが、バルブ１２６は無制限に上昇されるのではなく、ストッパ１２６ｄが下部材１２３の底部に当接するところでバルブ１２６の上昇が停止するようになっている。

ニードル１０８ｂ，１２６ｂ及びガイドピン１０８ａ，１２６ａの外周には、図１５に示すように、溝状凹所３８が長手軸に沿って形成され、ノズル１０６の内周壁などとの間に液体燃料が通流しうる流路がそれぞれ形成されている。携帯機器向けカップラーの場合、全体を小さく作る必要があることから流路を確保することが難しい。そのため連通孔１０７ｄ，１２３ａの他にこれらのバルブ要素１０８ａ，１０８ｂ，１２６ａ，１２６ｂに流路形成用の溝又は凹みをそれぞれ形成し、流路の不足を補うようにしている。

次に、図１７及び図１８を参照してメス型カートリッジから電池本体のオス型注入口に液体燃料を注入する際の動作について説明する。

カートリッジノズル１０６を注入口の液受入口１２０ａに差し込み、ノズル側の突起１３０を注入口側の溝１６０に嵌合させ、ノズル１０６を軸方向に直線的に移動させた後に、周方向への移動を行う。この位置では、ノズル１０６の先端がゴムホルダ先端部１２５ａに当接した状態となる（ノズルを2.7mm挿入したときにゴムホルダが液受け部１２１に接触）。

次いで、ノズル１０６を軸方向（及び周方向）に少し押し込むと、ゴムホルダ先端部１２５ａが弾性変形（圧縮）し、カートリッジ側バルブのニードル先端１０８ｃが注入口側バルブのニードル先端１２６ｃに当接する（ゴムホルダを0.5mm圧縮したときにバルブのニードル同士が接触）。

さらにノズル１０６を軸方向（及び周方向）に押し込むと、ゴムホルダ１２５の全体が圧縮されるとともに、圧縮スプリング１２７の付勢力に抗して電池本体側のバルブ１２６の弁体の全体が押し下げられ、シールリング２８Ａがバルブシート１２２ａを離れる。ストッパ１２６ｄが注入口下部材１２３の底板に当接する下死点まで押し込むと、電池本体側のバルブ１２６が完全に開く（ゴムホルダを1.0mm圧縮したときに電池本体側バルブが全開）。

さらにノズル１０６を軸方向に押し込むと、圧縮スプリング１１０の付勢力に抗してカートリッジ側のバルブ１０８の弁体の全体が押し上げられ、シールリング１１Ａがバルブシート１１１ａを離れる。ストッパ１０８ｄがバルブケースの上板１０７ａに当接する上死点まで押し込むと、図１８に示すように、カートリッジ側のバルブ１０８が完全に開く（ゴムホルダを1.5mm圧縮したときにカートリッジ側バルブが全開）。

このようにしてカートリッジノズル１０６の押し込みによりゴムホルダ１２５が弾性変形して、カートリッジノズル側のバルブ１０８および電池本体側のバルブ１２６がともに開き、カートリッジ側から電池本体側へ液体燃料が通流しうるようになる。なお、カートリッジ側のバルブ１０８と電池本体側のバルブ１２６とのいずれが先に開くか、すなわちバルブの開閉順序に関しては、各々のバルブ本体を付勢している圧縮スプリング１１０，１２７のばね係数の大小に依存している。本実施形態のようにカートリッジ側の圧縮スプリング１１０のばね係数のほうが電池本体側の圧縮スプリング１２７のばね係数より大きい場合は、電池本体側のバルブ１２６が先に開き、カートリッジ側のバルブ１０８が後に開く。これに対して、電池本体側の圧縮スプリング１２７のばね係数のほうをカートリッジ側の圧縮スプリング１１０のばね係数より大きくすると、カートリッジ側のバルブ１０８が先に開き、電池本体側のバルブ１２６が後に開く。

次に、図１９〜図２６を参照しながらカートリッジと燃料電池との互換性についての種々の態様を説明する。

（第５の実施形態）
本実施形態では、２つの燃料電池と２つのカートリッジとの間の互換性を例にとって説明する。図１９の（ａ）（ｂ）に示すように電池本体側の注入口をメス型とし、小突起３０Ｓまたは大突起３０Ｌをメス型注入口の内周にそれぞれ設け、図１９の（ｃ）（ｄ）に示すようにカートリッジ側のノズルをオス型とし、幅狭の溝６０Ｓまたは幅広の溝６０Ｌを各オス型カートリッジノズルの外周にそれぞれ設けている。

図１９（ｄ）の幅広溝６０Ｌのカートリッジは、図１９（ａ）の小突起３０Ｓおよび図１９（ｂ）の大突起３０Ｌのいずれの電池本体注入口にも接続することができる（互換性有り）。これに対して、図１９（ｃ）の幅狭溝６０Ｓのカートリッジは、図１９（ａ）の小突起３０Ｓの電池本体注入口には接続することができるが、図１９（ｂ）の大突起３０Ｌの電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。このように、低濃度メタノール液でのみ駆動される燃料電池に対して高濃度メタノール液が誤って注入されることがないようにすることができる。すなわち、低濃度メタノール（５％または３０％）駆動の電池本体に図１９（ｂ）の大突起３０Ｌの注入口を採用し、高濃度メタノール（１００％または６４％）を図１９（ｃ）の幅狭溝６０Ｓのカートリッジノズルを採用すれば、燃料補給ミスに起因する電池本体の故障事故を未然に防止することができる。

（第６の実施形態）
本実施形態でも、上記と同様に２つの燃料電池と２つのカートリッジとの間の互換性を例にとって説明する。図２０の（ａ）（ｂ）に示すように電池本体側の注入口をオス型とし、幅狭の溝１６０Ｓまたは幅広の溝１６０Ｌを各オス型注入口の外周にそれぞれ設け、図２０の（ｃ）（ｄ）に示すようにカートリッジ側のノズルをメス型とし、小突起３０Ｓまたは大突起３０Ｌをメス型カートリッジノズルの内周にそれぞれ設けている。

図２０（ｃ）の小突起１３０Ｓのカートリッジは、図２０（ａ）の幅狭溝１６０Ｓおよび図２０（ｂ）の幅広溝１６０Ｌのいずれの電池本体注入口にも接続することができる（互換性有り）。これに対して、図２０（ｄ）の大突起１３０Ｌのカートリッジは、図２０（ｂ）の幅広溝１６０Ｌの電池本体注入口には接続することができるが、図２０（ａ）の幅狭溝１６０Ｓの電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。このように、低濃度メタノール液でのみ駆動される燃料電池に対して高濃度メタノール液が誤って注入されることがないようにすることができる。すなわち、低濃度メタノール（５％または３０％）駆動の電池本体に図２０（ｂ）の幅狭溝１６０Ｓの注入口を採用し、高濃度メタノール（１００％または６４％）を図２０（ｄ）の大突起１３０Ｌのカートリッジノズルを採用すれば、燃料補給ミスに起因する電池本体の故障事故を未然に防止することができる。

（第７の実施形態）
本実施形態では、３つの燃料電池と３つのカートリッジとの間の互換性を例にとって説明する。図２１の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように電池本体側の注入口をメス型とし、小突起３０Ｓまたは大突起３０Ｌをメス型注入口の内周にそれぞれ２つを選択して設け、図２２の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにカートリッジ側のノズルをオス型とし、幅狭の溝６０Ｓまたは幅広の溝６０Ｌを各オス型カートリッジノズルの外周にそれぞれ２つを選択して設けている。２つの突起は電池本体注入口に軸対称に１８０°振り分け配置され、２つの溝はカートリッジノズルに軸対称に１８０°振り分け配置されている。

図２２（ｃ）のカートリッジは、図２１（ａ）〜（ｃ）のいずれの電池本体注入口にも接続することができる（互換性有り）。これに対して、図２２（ｂ）のカートリッジは、図２２（ａ）（ｂ）の電池本体注入口には接続することができる（互換性有り）が、図２２（ｃ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。また、図２２（ａ）のカートリッジは、図２２（ａ）の電池本体注入口のみに接続することができ、図２２（ｂ）（ｃ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。

（第８の実施形態）
本実施形態では、４つの燃料電池と４つのカートリッジとの間の互換性を例にとって説明する。図２３の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように電池本体側の注入口をメス型とし、小突起３０Ｓまたは大突起３０Ｌをメス型注入口の内周にそれぞれ２つを選択して設け、図２４の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようにカートリッジ側のノズルをオス型とし、幅狭の溝６０Ｓまたは幅広の溝６０Ｌを各オス型カートリッジノズルの外周にそれぞれ２つを選択して設けている。この例では、２つの突起および２つの溝を中心軸に対してそれぞれ非対称に配置している。

図２４（ｄ）のカートリッジは、図２３（ａ）〜（ｄ）のいずれの電池本体注入口にも接続することができる（互換性有り）。これに対して、図２４（ｃ）のカートリッジは、図２３（ａ）（ｃ）の電池本体注入口には接続することができる（互換性有り）が、図２４（ｂ）（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。また、図２４（ｂ）のカートリッジは、図２３（ａ）（ｂ）の電池本体注入口には接続することができる（互換性有り）が、図２３（ｃ）（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。また、図２４（ａ）のカートリッジは、図２３（ａ）の電池本体注入口のみに接続することができ、図２３（ｂ）（ｃ）（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。

本実施形態の非対称配置の溝／突起の組合せは、上述の第７実施形態の対称配置の溝／突起の組合せよりもバリエーションが多く、メタノール濃度の識別に用いるばかりでなく、メタノール以外の他の液体燃料との間の識別とも組み合わせることができ、あるいはメーカーの識別と組み合わせても用いることができる。

（第９の実施形態）
本実施形態では、４つの燃料電池と４つのカートリッジとの間の互換性を例にとって説明する。図２５の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように電池本体側の注入口をメス型とし、小突起３０Ｓまたは大突起３０Ｌをメス型注入口の内周にそれぞれ３つを選択して設け、図２６の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すようにカートリッジ側のノズルをオス型とし、幅狭溝６０Ｓまたは幅広溝６０Ｌを各オス型カートリッジノズルの外周にそれぞれ３つを選択して設けている。この例では、３つの突起は電池本体注入口に軸対称に１２０°振り分け配置され、３つの溝はカートリッジノズルに軸対称に１２０°振り分け配置している。

図２６（ｄ）のカートリッジは、図２５（ａ）〜（ｄ）のいずれの電池本体注入口にも接続することができる（互換性有り）。これに対して、図２６（ｃ）のカートリッジは、図２５（ａ）（ｂ）（ｃ）の電池本体注入口には接続することができる（互換性有り）が、図２５（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。また、図２６（ｂ）のカートリッジは、図２５（ａ）（ｂ）の電池本体注入口には接続することができる（互換性有り）が、図２５（ｃ）（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。また、図２６（ａ）のカートリッジは、図２５（ａ）の電池本体注入口のみに接続することができ、図２５（ｂ）（ｃ）（ｄ）の電池本体注入口には接続することができない（互換性なし）。

このように本発明によれば、ユーザーが燃料電池側で使用可能な液体燃料の成分や濃度を知らない場合や、あるいはカートリッジ内に収納されている液体が不明な場合であっても、ユーザーはカートリッジのノズルを燃料電池本体の注入口に実際に差し込んでみるか、あるいはカートリッジノズル及び電池本体注入口に形成された溝と突起を見比べてみるだけで、使用可能な液体燃料であるか否かを容易に識別することができる。

上記の実施形態ではカートリッジから燃料電池のタンクにメタノール等の液体燃料を注入するための液注入システムの場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、カートリッジから燃料電池の固体電解質膜に水を補給するための水注入システムにも本発明を適用することができる。水注入システムを用いて適量の水を注入することにより、発電動作停止後に燃料電池を長時間放置した場合であっても、燃料電池内の固体電解質膜を加湿することができるので、燃料電池を容易に再起動させることができる。なお、発電動作稼働後は、発電反応により生成水が形成され、高濃度燃料により発電動作は継続するため、カートリッジ内に準備する水量は、液体燃料の量に比べて少量で足りる。

また、上記の実施形態では液体燃料のみを供給する液注入システムの場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、液体燃料および水の両者の注入に兼用することができる液注入システムにも本発明を適用することができる。すなわち、カートリッジの内部を２室に仕切り、その１室に液体燃料を収容し、他の１室に水を収容して、カートリッジ本体に別々に設けたノズルから液体燃料と水を別々に燃料電池本体に供給するようにしてもよい。但し、この場合は燃料電池本体側の注入口も液体燃料用と水用とに別々に設ける必要がある。

本発明は、携帯電話、携帯オーディオ、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の内蔵電源として用いられる小型の燃料電池に高濃度メタノール等の液体を安全に注入するのに利用することができる。特にひとつのカートリッジで複数の機器に利用される可能性のあるサテライト型カートリッジを用いる場合に、その効果は大きいものがある。

本発明の燃料電池の液注入装置を示す内部透視断面図。 カートリッジノズル（溝を外周に有するオス型）を燃料電池の注入口（突起を内周に有するメス型）に挿入した第１段階の液注入装置を示す内部透視断面図。 カートリッジノズルを燃料電池の注入口に押し込んだときの第２段階の液注入装置を示す内部透視断面図。 カートリッジノズルを燃料電池の注入口にさらに押し込んだときの第３段階の液注入装置を示す内部透視断面図。 カートリッジノズルを燃料電池の注入口にさらに押し込んだときの第４段階の液注入装置を示す内部透視断面図。 （ａ）は弾性体ホルダを示す図、（ｂ）は（ａ）に示す弾性体ホルダの断面図。 （ａ）はカートリッジノズルの平面図、（ｂ）は（ａ）のカートリッジノズルの側面図。 カートリッジノズルの縦断面図。 カートリッジノズルの外周面に形成された溝の拡大図。 （ａ）は燃料電池タンク側の注入口の平面図、（ｂ）は（ａ）の注入口の縦断面図。 （ａ）は他の実施形態のカートリッジノズル（突起を外周に有するオス型）の平面図、（ｂ）は（ａ）のカートリッジノズルの側面図。 （ａ）は他の実施形態の燃料電池側の注入口（溝を内周に有するメス型）の平面図、（ｂ）は（ａ）の注入口の縦断面図。 （ａ）は他の実施形態のカートリッジノズル（突起を外周に有するオス型）の平面図、（ｂ）は（ａ）のカートリッジノズルの側面図。 （ａ）は他の実施形態の燃料電池側の注入口（溝を内周に有するメス型）の平面図、（ｂ）は（ａ）の注入口の縦断面図。 カップラーバルブのニードル部の平面図。 他の実施形態のカートリッジのバルブ部分を拡大して示す要部拡大断面図。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池の液注入装置を示す内部透視断面図。 カートリッジノズルを燃料電池の注入口に接続して液の注入が可能な状態となったときの他の実施形態の液注入装置を示す内部透視断面図。 （ａ）と（ｂ）は突起を内周に有する電池本体側カップラー（メス型注入口）をそれぞれ示す平面図、（ｃ）と（ｄ）は溝を外周に有するカートリッジ側カップラー（オス型カートリッジノズル）をそれぞれ示す平面図。 （ａ）と（ｂ）は溝を外周に有する電池本体側カップラー（オス型注入口）をそれぞれ示す平面図、（ｃ）と（ｄ）は突起を内周に有するカートリッジ側カップラー（メス型カートリッジノズル）をそれぞれ示す図。 （ａ）〜（ｃ）は左右対称配置した一対の突起を内周に有する電池本体側カップラーをそれぞれ示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は左右対称配置した一対の溝を外周に有するカートリッジ側カップラーをそれぞれ示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は非対称配置した一対の突起を内周に有する電池本体側カップラーをそれぞれ示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は非対称配置した一対の溝を外周に有するカートリッジ側カップラーをそれぞれ示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は対称配置した３つの突起を内周に有する電池本体側カップラーをそれぞれ示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は対称配置した３つの溝を外周に有するカートリッジ側カップラーをそれぞれ示す平面図。

符号の説明

１，１０１…カートリッジ、２，１０２…容器、３，１０３…貯液スペース、
４，１０４…カートリッジベース、４ａ，１１１ａ…バルブシート、
５，１０５…パッキン、
６，１０６…カートリッジノズル（カートリッジ側カップラー）、
６ａ，１０６ａ…液吐出口、
６０…溝（バイオネットカップラー要素）、
６ｐ…小突起（ポッチ部）、６ｅ…溝の終端、
６１…ノズル本体、６２…突起（バイオネットカップラー要素）、
７…中栓、７ｃ…連通孔、
８，１０８…バルブ、８ａ，１０８ａ…ガイドピン、８ｂ，１０８ｂ…第１のニードル、８ｃ，１０８ｃ…ニードル先端、８ｄ，１０８ｄ…ストッパ、８ｈ，８１…シールリング保持溝、
９，１０９…バルブ室スペース、
１０，１１０…圧縮スプリング、
１１…Ｏリング（シールリング）、
１１Ａ…異形断面Ｏリング（シールリング）、
２０，１２０…注入口（電池本体側カップラー）、
２０ａ，１２０ａ…液受入口、２１…上部材、２２…中間部材、２２ａ，１２２ａ…バルブシート、２３，１０６…下部材、２３ａ，１２３ａ…連通孔、
２５…弾性体ホルダ（ゴムホルダ）、
２６，１２６…バルブ、２６ａ，１２６ａ…ガイドピン、
２６ｂ，１２６ｂ…第２のニードル、２６ｃ，１２６ｃ…ニードル先端
２６ｄ，１２６ｄ…ストッパ、
２７，１２７…圧縮スプリング、２８，２８Ａ…シールリング、
２９，１２９…バルブ室スペース、
３０，６２，６３，１３０…突起（バイオネットカップラー要素）、
３２，３３，６０，１６０…溝（バイオネットカップラー要素）、
３２ｅ，３３ｅ…溝の終端、
３８…溝状の凹み
１００…燃料電池本体、
１０７…バルブケース、１１１…ゴムホルダケース、１２１…液受け部。

Claims (20)

1. 燃料電池本体の注入口にカートリッジノズルを挿入し、該ノズルを押し込んで該ノズルのバルブおよび注入口のバルブを共に開け、カートリッジから該ノズル及び注入口を介して燃料電池内に液体を注入する燃料電池の液注入装置において、
   前記注入口または前記カートリッジノズルのいずれか一方に設けられた突起と、
   前記突起が嵌合しうるように前記注入口または前記カートリッジノズルのいずれか一方に形成され、前記カートリッジノズルを前記注入口に挿入したときに前記突起が嵌合され、さらに前記カートリッジノズルを軸方向に押し込んだときに前記突起を案内する溝と、を具備することを特徴とする燃料電池の液注入装置。
2. 前記カートリッジノズルの突起または溝の数、形状、位置のうちの少なくとも１つを異ならせることにより、内部に収容された液体がそれぞれ特定され、前記カートリッジを相互に識別可能としたことを特徴とする請求項１記載の液注入装置。
3. 前記突起または溝の数、形状、位置に基づいて前記カートリッジ内に収容された液体の種類および濃度を識別できることを特徴とする請求項２記載の液注入装置。
4. 前記突起または溝の形状を異ならせる手段として、単数または複数の突起または溝の周方向の幅を変えることを特徴とする請求項２記載の液注入装置。
5. 前記突起または溝の位置を異ならせる手段として、複数の突起または溝を前記カートリッジノズルの中心軸に対して対称または非対称に配置することを特徴とする請求項２記載の液注入装置。
6. 前記カートリッジノズルがオス型であり、前記注入口がメス型であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の液注入装置。
7. 前記カートリッジノズルがメス型であり、前記注入口がオス型であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の液注入装置。
8. 前記突起は前記注入口の内周に設けられ、かつ、前記溝は前記カートリッジノズルの外周に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の液注入装置。
9. 前記突起は前記カートリッジノズルの外周に設けられ、かつ、前記溝は前記注入口の内周に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の液注入装置。
10. 前記溝は、前記突起を軸方向に案内するとともに、前記カートリッジノズルが前記注入口にロックされるように前記突起を周方向に変位させて案内することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の液注入装置。
11. 前記溝の終端近傍において前記溝の側周壁から突出し、前記溝に沿って案内される前記突起が乗り越えていくことができる小突起を、さらに有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の液注入装置。
12. 前記注入口および前記カートリッジノズルが液体に接触する接液部は樹脂でつくられ、前記注入口および前記カートリッジノズルが液体に接触しない非接液部は前記樹脂よりも硬い材料でつくられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の液注入装置。
13. 前記非接液部は、前記液体に対して耐食性を有する金属または合金を用いてつくられていることを特徴とする請求項１２記載の液注入装置。
14. 前記溝は、前記注入口または前記カートリッジノズルにおいて軸心振り分け配置された複数の溝からなり、前記注入口の内周または前記カートリッジノズルの外周に沿って終端が始端に対して周方向に４５°〜９０°回転変位していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項記載の液注入装置。
15. 前記溝は、側方からの二次元投影面における形状がＬ字、逆Ｌ字、Ｊ字、逆Ｊ字、斜行直線のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の液注入装置。
16. さらに、前記注入口は、前記突起または前記溝よりも後方に設けられ、前記カートリッジノズルを前記注入口に挿入したときに該ノズルの先端部が当接し、さらに該ノズルを軸方向に押し込んだときにシール性を保ちつつ弾性変形する弾性体ホルダを有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の液注入装置。
17. 前記弾性体ホルダは、ジャバラ形状により弾性変形するように形成されていることを特徴とする請求項１６記載の液注入装置。
18. 前記カートリッジノズルのバルブの弁体に形成されたテーパー状の保持溝と、該保持溝によって保持された異形断面のシールリングと、を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の液注入装置。
19. 前記カートリッジノズルのバルブの弁体の一部として前記カートリッジノズルの流路内に配置され、凸状または凹状の先端部を有する第１のニードルと、前記注入口のバルブの弁体の一部として前記注入口の流路内に配置され、前記第１のニードルの先端部に嵌合される凹状または凸状の先端部を有する第２のニードルと、を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項記載の液注入装置。
20. 前記第１及び第２のニードルは長手軸に沿って延びる溝状の凹みをそれぞれ有し、前記第１のニードルの凹みと前記カートリッジノズルの内周壁との間に液体の通流を可能とする第１の流路を形成し、前記第２のニードルの凹みと前記注入口の内周壁との間に液体の通流を可能とする第２の流路を形成することを特徴とする請求項１９記載の液注入装置。

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