JP5510551B2 - 順止バルブ、燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、流体の順方向の流れを制御する順止バルブ、及びこの順止バルブを備える燃料電池システムに関するものである。

小型の燃料電池に用いられるパッシブ駆動の減圧弁が特許文献１に開示されている。この減圧弁は、流体の圧力が設定圧力になると、圧力差を利用してバルブが自動的に開閉するように構成されている。

図１（Ａ），図１（Ｂ）に、特許文献１に開示されている減圧弁の断面図を示す。この減圧弁は、可動部となるダイヤフラム１、伝達機構であるピストン２、バルブ筐体７、および、弁部を形成する弁座部３、弁体部４、および、支持部５からなる。弁体部４は支持部５によって周囲に支持されている。支持部５は、弾性を有する梁によって形成されている。また、バルブ筐体７は、ダイヤフラム１とともにバルブ室８を構成する。

ダイヤフラム（可動部）１上部の圧力をＰ０、バルブ上流の１次圧力をＰ１、バルブ下流の圧力をＰ２とし、弁体部４の面積をＳ１、ダイヤフラム（可動部）１の面積をＳ２とする。このとき、圧力の釣り合いから、図１（Ｂ）のようにバルブが開く条件は、（Ｐ１−Ｐ２）Ｓ１＜（Ｐ０−Ｐ２）Ｓ２となる。Ｐ２がこの条件の圧力より高いとバルブは閉じ、低いとバルブは開く。これによって、Ｐ２を一定に保つことができる。

特開２００８−５９０９３号公報

例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)においては、燃料（メタノール）の輸送を行うポンプを備えている。一般に、弁方式のポンプには弁による逆止機能はあるが、順止機能（順方向の流れを止める機能）は無い。順止機能の無いポンプを用いると、上流側の圧力（順方向の圧力）が燃料に印加される場合に、ポンプの非作動時にも燃料が流れてしまう。

また、燃料電池システム内に組み込まれる燃料カートリッジが、外環境によっては高温になることがあり、高圧の流体が吐出されることがある。これにより、過剰な流体が燃料セルに供給されたり、場合によってはポンプを破壊してしまうおそれがある。そこで、高圧な流体が万が一加わった時に、順方向の流れを止めるバルブ（以下、順止バルブという）が求められている。図１（Ａ），図１（Ｂ）に示した特許文献１の減圧弁では、ポンプによる流体の吸引圧力によってダイヤフラム１を可動させ、連動するピストン２により弁体部４を押し下げることで、弁を開く。これにより、流体の流路が開く。

しかしながら、ダイヤフラム１と対向するバルブ室８の底面９とダイヤフラム１との距離を狭くし、特許文献１の減圧弁を低背化すると、ダイヤフラム１が、弁の開放時にバルブ室８の底面９に接触するおそれがある。そして、当該減圧弁のダイヤフラム１をゴムで形成し、メタノールのような活性の高い流体を当該減圧弁に使用した場合、ダイヤフラム１とバルブ室８の底面９とが接触した時に、当該流体により膨潤したダイヤフラム１とバルブ室８の底面９とが固着するおそれがある。そのため、特許文献１の減圧弁を低背化した構造では、ダイヤフラム１とバルブ室８の底面９との固着によりダイヤフラム１が元の位置に戻らなくなってしまい、弁が閉じなくなってしまうことがある。

従って、上記特許文献１の減圧弁を低背化した構造を備える従来の順止バルブでは、ダイヤフラムをゴムで形成し、その順止バルブに活性の高い流体を使用する場合、流体制御の十分な信頼性が得られないという問題があった。

そこで本発明は、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着するのを防ぐことができる順止バルブ、及びこの順止バルブを備える燃料電池システムの提供を目的とする。

本発明の順止バルブは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（１）バルブ筐体と、
前記バルブ筐体とともにバルブ室を構成し、前記バルブ室の流体の圧力によって変位するダイヤフラムと、を備え、
前記バルブ筐体には、前記バルブ室へ流体が流入する流入孔と、ポンプが接続されて前記ポンプによる流体の吸引圧力によって前記バルブ室から流体が流出する流出孔と、が形成された、順止バルブであって、
前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位によって前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を遮断または開放させる弁体と、を備え、
前記バルブ筐体には、前記弁体が前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を開放させたときに、前記ダイヤフラムが当接する第１の突出部と、当該流体を前記第１の突出部の内側から外側へ通過させる第１の流路とが、前記ダイヤフラムと対向する前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周囲に形成された。

この構成では、ダイヤフラムが、弁開放時にバルブ室の底面でなく第１の突出部に接触する。さらに、ダイヤフラムが第１の突出部に接触した時、流体は第１の突出部の内側から第１の流路を介して第１の突出部の外側へ通過する。
よって、この構成の順止バルブに活性の高い流体を使用した場合でも、ダイヤフラムがバルブ室の底面と接触しないため、当該流体により膨潤したダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防止できる。
従って、この構成によれば、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

（２）前記ダイヤフラムには、大気圧と前記バルブ室の内圧との差圧を受ける受圧板が接合され、
前記第１の突出部は、前記バルブ室の内径をＤｖとし、前記受圧板の直径をＤｂとし、前記流入孔の両端に位置する前記第１の突出部の外径をＤｃとしたとき、Ｄｃ≦（Ｄｖ+Ｄｂ）／４の関係を満たす形状に形成されることが好ましい。

この構成では、受圧板がバルブ室の底面に対して反対側へ凸に撓み、ダイヤフラムが第１の突出部と斜めに接触する。即ち、ダイヤフラムと第１の突出部とが線接触となるため、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第１の突出部が固着しても、受圧板が撓んでいる状態から元の平らな状態に戻ろうとしたとき、第１の突出部の外側から固着を剥離する力が働くため、ダイヤフラムが第１の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。

（３）前記第１の突出部は、その先端が凸の曲面状に形成されることが好ましい。

この構成の第１の突出部は、弁開放時のダイヤフラムとの接触面積が、先端が平面状の第１の突出部より狭い。そのため、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第１の突出部が固着しても、ダイヤフラムが第１の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。

（４）前記第１の突出部は、複数の突起の集合体であることが好ましい。

この構成の第１の突出部は、弁開放時のダイヤフラムとの接触面積が一体ものの第１の突出部より狭い。そのため、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第１の突出部が固着しても、ダイヤフラムが第１の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第１の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。

（５）前記バルブ筐体には、前記第１の突出部より高さの低い第２の突出部と、流体を前記第２の突出部の内側から外側へ通過させる第２の流路とが、前記バルブ室の底面上における前記第１の突出部の内側かつ前記流入孔の周囲に形成されることが好ましい。

この構成では、弁開放時にダイヤフラムが第１の突出部と接触して局所的に圧縮変形し、第１の突出部の一部がダイヤフラムに喰い込んだとしても、第２の突出部によって第２の流路を確保しているため、流体の流路を十分に確保することができる。
よって、この構成の順止バルブによれば、第１の突出部を設けているため、ダイヤフラムとバルブ室の底面との固着を防止することができる。さらに、第２の突出部を設けているため、弁開放時にダイヤフラムが第１の突出部と接触して第１の突出部がダイヤフラムに喰い込んでも、十分な流路を確保することができる。

（６）前記バルブ筐体には、第３の突出部が前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周縁に形成され、
前記第１の突出部は、前記ダイヤフラムと対向する前記第３の突出部の上面に形成されることが好ましい。

この構成では、第３の突出部を設けることにより、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の厚みを厚くしている。これにより、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の剛性を高めることができる。
従って、この構成によれば、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の剛性を高めることができる。

（７）前記流体はメタノールであることが好ましい。

メタノールは他の流体に比べて活性が高い流体である。そのため、上記（１）の構成は、メタノールを流体として使用するこの構成において好適である。

（８）前記ダイヤフラムの材質はゴムであり、前記バルブ筐体の前記流体と接する部分の材質は樹脂であることが好ましい。

この構成では、流体がバルブ室を通過しても、金属イオンが流体中に溶出することがない。そのため、この構成によれば、金属イオンの溶出によるＤＭＦＣの特性の劣化が起こらない。

また、本発明の燃料電池システムは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の順止バルブと、
前記順止バルブの前記流入孔に接続される燃料貯蔵部と、
前記順止バルブの前記流出孔に接続されるポンプと、を備える。

この構成により、上記（１）〜（８）のうちいずれかに記載の順止バルブを用いることで、当該順止バルブを備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

この発明によれば、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

特許文献１の順止バルブの構造を説明する断面図である。 順止バルブの動作原理を説明する順止バルブの模式断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１を備える燃料電池システムのシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の構造を説明する分解斜視図である。 図５（Ａ）は、図４の順止バルブ１０１に備えられるキャップ部１１０の上面図である。図５（Ｂ）は、図４の順止バルブ１０１に備えられるバルブ筐体１３０の下面図である。 図５（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の弁開放時の模式断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられるバルブ筐体２３０の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１に備えられるバルブ筐体３３０の斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る順止バルブ４０１に備えられるバルブ筐体４３０の斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る順止バルブ５０１に備えられるバルブ筐体５３０の斜視図である。 図１１のＳ−Ｓ線における要部断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る順止バルブ６０１に備えられるバルブ筐体６３０の要部断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る順止バルブ７０１に備えられるバルブ筐体７３０の斜視図である。 図１４のＴ−Ｔ線における要部断面図である。

《順止バルブの動作原理》
まず、小型の燃料電池に用いられるパッシブ駆動の順止バルブの動作原理について説明する。
図２（Ａ）は、弁が閉じた状態における順止バルブ９０の模式断面図であり、図２（Ｂ）は、弁が開いた状態における順止バルブ９０の模式断面図である。順止バルブ９０は、可動部となるダイヤフラム２０、ダイヤフラム２０とともにバルブ室４０を構成するバルブ筐体３０、バルブ筐体３０に接合されたキャップ部１０、および、弁体部５１を有する弁部５０からなる。

バルブ筐体３０には、バルブ室４０へ流体が流入する流入孔４３と、ポンプが接続されてポンプによる流体の吸引圧力によってバルブ室４０から流体が流出する流出孔４９とが形成されている。

ダイヤフラム２０は、伝達機構であるプッシャ２３を有し、バルブ室４０の流体の圧力によって変位する。ダイヤフラム２０が弁部５０に近づく方向へ変位した時、プッシャ２３が弁体部５１を押下する。

弁部５０は、弁体部５１の流入孔４３側にリング状の弁突起５５が形成されており、弁突起５５が流入孔４３の周縁に位置する弁座４８に当接するよう配置される。そして、弁体部５１は、ダイヤフラム２０の変位によって弁座４８に対して当接または離間し、流入孔４３からバルブ室４０への流体の流入を遮断または開放させる。

キャップ部１０には、外気と通じる孔部１５が上面に形成されている。この結果、ダイヤフラム２０の上部に大気圧が加わる。

順止バルブ９０は、流体の圧力が設定圧力になると、圧力差を利用して弁部５０が自動的に開閉するように構成されている。詳述すると、ダイヤフラム２０上部の大気の圧力をＰ０、バルブ上流の１次圧力をＰ１、バルブ下流の圧力をＰ２とし、弁体部５１の面積（ここでは、弁体部５１にリング状の弁突起５５が形成されているため弁突起５５で囲まれた領域の径で決まる面積）をＳ１、ダイヤフラム２０の面積をＳ２、弁体部５１が上向きに付勢する力をＦｓとする。このとき、圧力の釣り合いから、図２（Ｂ）のように弁部５０が開く条件は、（Ｐ１−Ｐ２）Ｓ１＋Ｆｓ＜（Ｐ０−Ｐ２）Ｓ２となる。Ｐ２がこの条件の圧力より高いと弁部５０は閉じ、低いと弁部５０は開く。これによって、Ｐ２を一定に保つことができる。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１を備える燃料電池システム１００のシステム構成図である。燃料電池システム１００は、燃料であるメタノールを貯蔵する燃料カートリッジ１０２と、順止バルブ１０１と、メタノールを輸送するポンプ１０３と、ポンプ１０３からメタノールの供給を受けて発電する発電セル１０４と、を備える。

ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）においては、燃料であるメタノールの輸送を行うポンプ１０３を備えている。一般に、弁方式のポンプ１０３には弁による逆止機能はあるが、順止機能は無い。順止機能の無いポンプ１０３を用いると、上流側の圧力（順方向の圧力）がメタノールに印加される場合に、ポンプ１０３の非作動時にもメタノールが流れてしまう。
そのため、ポンプ１０３と組み合わせて使用し、ポンプ圧力を利用して弁の開閉を行う順止バルブ１０１を設ける方が好ましい。

順止バルブ１０１は、詳細を後述するが、ダイヤフラム１２０とともにバルブ室１４０を構成するバルブ筐体１３０を備える。バルブ筐体１３０には、燃料カートリッジ１０２が流入路１６３を介して接続される流入孔１４３と、ポンプ１０３が流出路１６５を介して接続される流出孔１４９とが形成されている。順止バルブ１０１は、流入路１６３と流出路１６５とが形成されたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂製のシステム筐体１６０に、流漏れを防ぐＯリング１６１、１６２を介して表面実装される。

燃料電池システム１００では、メタノールが燃料カートリッジ１０２から流入路１６３と流入孔１４３を介してバルブ室１４０へ流入する。そして、ポンプ１０３によるメタノールの吸引圧力によってバルブ室１４０から流出路１６５と流出孔１４９を介してポンプ１０３へメタノールが流出する。そして、メタノールはポンプ１０３によって発電セル１０４へ供給される。

図４は、第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の分解斜視図である。図５（Ａ）は、図４の順止バルブ１０１に備えられるキャップ部１１０の上面図である。図５（Ｂ）は、図４の順止バルブ１０１に備えられるバルブ筐体１３０の下面図である。図６は、図５（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の弁開放時の模式断面図である。

順止バルブ１０１は、図４に分解斜視するように、キャップ部１１０と、可動部となるダイヤフラム１２０と、バルブ筐体１３０と、弁部１５０と、を備える。

バルブ筐体１３０は、略正方形板状である。バルブ筐体１３０には、バルブ室１４０へ流体が流入する流入孔１４３と、ポンプ１０３が接続されてポンプ１０３による流体の吸引圧力によってバルブ室１４０から流体が流出する流出孔１４９と、が形成されている。また、バルブ筐体１３０には、キャップ部１１０とバルブ筐体１３０をシステム筐体１６０に固定するためのネジ止め用の穴１３１と、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１が載置される載置部１３４と、が形成されている。

また、バルブ筐体１３０には、図４、図６及び図７に示すように、弁部１５０が流入孔１４３からバルブ室１４０へのメタノールの流入を開放させたときに、ダイヤフラム１２０が当接する第１の突出部１４４と、メタノールを第１の突出部１４４の内側から外側へ通過させる第１の流路１４５とが、ダイヤフラム１２０と対向するバルブ室１４０の底面１４１上における流入孔１４３の周囲に形成されている。ここで、第１の突出部１４４は、バルブ室１４０の内径をＤｖとし、詳細を後述する受圧板１２５の直径をＤｂとし、流入孔１４３の両端に位置する第１の突出部１４４の外径をＤｃとしたとき、Ｄｃ≦（Ｄｖ+Ｄｂ）／４の関係を満たす形状に形成されている。

また、バルブ筐体１３０には、図５（Ｂ）及び図６に示すように、弁部１５０をバルブ筐体１３０の実装面側から嵌めこむことにより弁部１５０を収納する開口部１４７と、流入孔１４３の周縁に位置する弁座１４８と、が形成されている。

なお、バルブ筐体１３０の材質については、バルブ筐体１３０のメタノールと接する部分１３４、１４１、１４４、１４５、１４８の材質は耐メタノール性の高い樹脂、例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂等からなり、バルブ筐体１３０のメタノールと接しない縁１３２の材質は金属からなる。バルブ筐体１３０は、金属部分の縁１３２をモールド金型にインサートして射出成形するインサートモールドにより形成される。

ダイヤフラム１２０は、図４及び図６に示すように、伝達機構であるプッシャ１２３を中心に有し、周縁部１２１の厚みが中央部１２２より厚い円板状に形成されている。ダイヤフラム１２０の材質は、耐メタノール性の高いゴム、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴムである。ダイヤフラム１２０は、周縁部１２１がバルブ筐体１３０に載置されてバルブ筐体１３０とともにバルブ室１４０を構成する。ダイヤフラム１２０は、バルブ室１４０の流体の圧力によって周縁部１２１の内側の中央部１２２が変位する。ダイヤフラム１２０の中央部１２２が弁部１５０に近づく方向へ変位した時、プッシャ１２３が弁体部１５１を押下する。

なお、液体を流体として順止バルブ１０１に使用した場合、液体の表面張力が大きいため、気体を流体として順止バルブ１０１に使用した場合より大きな流体の流路が必要となる。しかし、この実施形態の順止バルブ１０１ではダイヤフラム１２０の材質がゴムであるため、ダイヤフラム１２０をシリコンや金属で形成した場合に比べてダイヤフラム１２０の可動範囲が大きくなる。そのため、この実施形態の順止バルブ１０１では、十分なメタノールの流路を確保できる。

弁部１５０は、図４及び図６に示すように、略円形状であり、耐メタノール性の高いゴム、例えばシリコーンゴムからなる。弁部１５０は、ダイヤフラム１２０の変位によって弁座１４８に対して当接または離間し、流入孔１４３からバルブ室１４０への流体（メタノール）の流入を遮断または開放させる弁体部１５１と、弁体部１５１が弁座１４８に対して接近および離間する方向へ可動自在に弁体部１５１を支持する支持部１５２と、メタノールを通過させる孔部１５３と、弁部１５０が開口部１４７に収納されたときにバルブ筐体１３０の開口部１４７の内周面に当接し、支持部１５２を固定する固定部１５４と、を有する。
なお、弁体部１５１には、弁座１４８とのシール性を高めるため、流入孔４３側にリング状の弁突起１５５が形成されているが、弁突起１５５は必ずしも形成される必要はない。

弁体部１５１は、弁部１５０が開口部１４７に収納されたときに弁体部１５１の弁突起１５５が弁座１４８に当接し、弁体部１５１が流入孔１４３からバルブ室１４０への流体の流入を遮断する方向へ弁座１４８を弁閉時に与圧する。そして、弁体部１５１は、ダイヤフラム１２０が下降してダイヤフラム１２０に押し下げられることによって弁座１４８から離間し、流入孔１４３と孔部１５３が連通して、バルブ室１４０へのメタノールの流入を開放させる。

キャップ部１１０は、図４、図５（Ａ）及び図６に示すように、略正方形板状であり、例えば、ステンレススチールの板を用いて金型成形により形成される。キャップ部１１０には、キャップ部１１０とバルブ筐体１３０をシステム筐体１６０に固定するためのネジ止め用の穴１１１が形成されている。ここで、金属製のキャップ部１１０の縁１１６は、ダイヤフラム１２０が載置部１３４に載置された状態で、バルブ筐体１３０の金属製の縁１３２と溶接により接合される。キャップ部１１０の周縁部位１１４は、接合されると、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１を押圧して載置部１３４とともに周縁部１２１を挟持する。

また、キャップ部１１０の中央部位１１３には、外気と通じる孔部１１５が形成されている。この結果、ダイヤフラム１２０の上部に大気圧が加わる。
ダイヤフラム１２０には、この大気圧とバルブ室１４０の内圧との差圧を受ける円形の金属からなる受圧板１２５が接合されている。

順止バルブ１０１は、上述した順止バルブ９０（図２参照）と同じように、流体の圧力が設定圧力になると、圧力差を利用して弁部１５０が自動的に開閉するように構成されている。

以上の構成では、バルブ室１４０の底面１４１とダイヤフラム１２０との距離を狭くし、順止バルブ１０１を低背化している。しかし、この実施形態のバルブ筐体１３０には、図４、図６及び図７に示すように、弁部１５０を開放させたときに、ダイヤフラム１２０が当接する環状の第１の突出部１４４と、メタノールを突出部１４４の内側から外側へ通過させる第１の流路１４５とが、バルブ室１４０の底面１４１上における流入孔１４３の周囲に形成されている。そして、この第１の突出部１４４は、バルブ室１４０の内径をＤｖとし、受圧板１２５の直径をＤｂとし、流入孔１４３の両端に位置する第１の突出部１４４の外径をＤｃとしたとき、Ｄｃ≦（Ｄｖ+Ｄｂ）／4の関係を満たす形状に形成されている。

そのため、この実施形態における順止バルブ１０１では、ゴム製のダイヤフラム１２０が、弁部１５０の開放時にバルブ室１４０の底面１４１でなく第１の突出部１４４に接触する（図７参照）。さらに、ダイヤフラム１２０が第１の突出部１４４に接触した時、メタノールは第１の突出部１４４の内側から第１の流路１４５を介して第１の突出部１４４の外側へ通過する。

ここで、上述のＤｃ≦（Ｄｖ+Ｄｂ）／4の関係を満たす第１の突出部１４４の形状について図７を用いて詳述する。図７に示すように、ダイヤフラム１２０には下向きに圧力が働き、第１の突出部１４４に当接した状態となっている。この第１の突出部１４４の外径Ｄｃ（この実施形態では４ｍｍ）は受圧有効径Ｄｐ（この実施形態では１０ｍｍ）の半分以下になっている。ここで受圧有効径とは、ダイヤフラム１２０全面に作用する圧力の内、外周部分にかかる圧力を除いた圧力、即ち弁部１５０の開閉に利用できる圧力が作用する部分の直径に相当する。図７の場合、受圧板１２５の直径Ｄｂとバルブ室１４０の内径Ｄｖの平均値にほぼ等しくなる。このとき受圧板１２５に加わる力については、第１の突出部１４４の外側に加わる力の方が第１の突出部１４４の内側に加わる力より大きいため、受圧板１２５は図７の示すように孔部１１５側へ凸に撓む。しかし、ダイヤフラム１２０は第１の突出部１４４と接触し、またダイヤフラム１２０はゴムで形成されているため、ダイヤフラム１２０が第１の突出部１４４と固着してしまう可能性がある。特に、流体の温度が高い場合やダイヤフラム１２０と第１の突出部１４４との接触が長時間続いた場合にはその可能性が高くなる。しかし、この実施形態では上述のように受圧板１２５が孔部１１５側へ凸に撓むため、ダイヤフラム１２０が第１の突出部１４４と斜めに接触する。即ち、ダイヤフラム１２０と第１の突出部１４４とが実質的に線接触となるため、ダイヤフラム１２０と第１の突出部１４４とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム１２０と第１の突出部１４４が固着しても、受圧板１２５が撓んでいる状態から元の平らな状態に戻ろうとしたとき、第１の突出部１４４の外側から固着を剥離する力が働くため、ダイヤフラム１２０が第１の突出部１４４から剥がれ易い。

以上より、メタノールのような活性の高い流体を当該順止バルブ１０１に使用した場合でも、ダイヤフラム１２０がバルブ室１４０の底面１４１と接触しないため、当該流体により膨潤したダイヤフラム１２０とバルブ室１４０の底面１４１とが固着することを防止できる。

従って、この実施形態における順止バルブ１０１によれば、低背な構造でも、ダイヤフラム１２０とバルブ室１４０の底面１４１とが固着するのを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

また、以上の構成において、バルブ筐体１３０のメタノールと接する部分１３４、１４１、１４４、１４５、１４８の材質は全て樹脂であり、ダイヤフラム１２０と弁部１５０の材質もゴムであるため、金属イオンがメタノール中に溶出することがない。そのため、この実施形態の順止バルブ１０１では、金属イオンの溶出によるＤＭＦＣの特性の劣化も起こらない。
従って、この実施形態の順止バルブ１０１を用いることで、当該順止バルブ１０１を備える燃料電池システム１００においても同様の効果を奏する。

《第２の実施形態》
図８は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられるバルブ筐体２３０の斜視図である。この実施形態における順止バルブ２０１が上記順止バルブ１０１と相違する点は、第１の突出部２４４であり、その他の構成については上記順止バルブ１０１と同じである。第１の突出部２４４は、その先端が凸の曲面状に形成されている点で、図４に示す第１の突出部１４４と異なる。

この実施形態の第１の突出部２４４は、その先端が凸の曲面状に形成されているため、弁部１５０の開放時のダイヤフラム１２０との接触面積が、先端が平面状のものより狭い。そのため、ダイヤフラム１２０と第１の突出部２４４とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム１２０と第１の突出部２４４が固着しても、ダイヤフラム１２０が第１の突出部２４４から剥がれ易い。さらに、ダイヤフラム１２０が第１の突出部２４４に接触した時、メタノールは第１の突出部２４４の内側から第１の流路２４５を介して第１の突出部２４４の外側へ通過する。

従って、この実施形態における順止バルブ２０１によれば、ダイヤフラム１２０と第１の突出部２４４とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。また、この実施形態の順止バルブ２０１を用いることで、当該順止バルブ２０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

《第３の実施形態》
図９は、本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１に備えられるバルブ筐体３３０の斜視図である。この実施形態における順止バルブ３０１が上記順止バルブ２０１と相違する点は、第１の突出部３４４であり、その他の構成については上記順止バルブ２０１と同じである。第１の突出部３４４は、複数の突起の集合体である点で、図８に示す第１の突出部２４４と異なる。

第１の突出部３４４は、その先端が凸の曲面状に形成されている複数の半球状の突起の集合体であるため、弁部１５０が開放した時のダイヤフラム１２０との接触面積が一体ものの第１の突出部２４４より狭い。そのため、ダイヤフラム１２０と第１の突出部３４４とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム１２０と第１の突出部３４４が固着しても、ダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４から剥がれ易い。さらに、ダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４に接触した時、メタノールは第１の突出部３４４の内側から第１の流路３４５を介して第１の突出部３４４の外側へ通過する。

従って、この実施形態における順止バルブ３０１によれば、ダイヤフラム１２０と第１の突出部３４４とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。また、この実施形態の順止バルブ３０１を用いることで、当該順止バルブ３０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

なお、この実施形態では、第１の突出部２４４を構成する突起が半球状に形成されているが、実施の際は、当該突起が円筒状でも構わない。

《第４の実施形態》
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る順止バルブ４０１に備えられるバルブ筐体４３０の斜視図である。この実施形態における順止バルブ４０１が上記順止バルブ１０１と相違する点は、第１の突出部４４４であり、その他の構成については上記順止バルブ１０１と同じである。第１の突出部４４４は、円形状であり、その先端の面積が図４に示す第１の突出部１４４より広い形状となっている。

この実施形態の順止バルブ４０１においても、ダイヤフラム１２０が、弁部１５０の開放時にバルブ室１４０の底面１４１でなく第１の突出部４４４に接触する。さらに、ダイヤフラム１２０が第１の突出部４４４に接触した時、メタノールは第１の突出部４４４の内側にある流入孔１４３から第１の流路４４５を介して第１の突出部４４４の外側へ通過する。

従って、この実施形態における順止バルブ４０１によれば、上記順止バルブ１０１と同様の効果を奏する。また、この実施形態の順止バルブ４０１を用いることで、当該順止バルブ４０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

《第５の実施形態》
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る順止バルブ５０１に備えられるバルブ筐体５３０の斜視図である。図１２は、図１１のＳ−Ｓ線における要部断面図である。この実施形態における順止バルブ５０１が図９に示す上記順止バルブ３０１と相違する点は、第２の突出部５６４を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ３０１と同じである。

詳述すると、この実施形態におけるバルブ筐体５３０には、第１の突出部３４４より高さの低い第２の突出部５６４と、流体を第２の突出部５６４の内側にある孔部１４３から外側へ通過させる第２の流路５６５とが、バルブ室１４０の底面１４１上における第１の突出部３４４の内側かつ流入孔１４３の周囲に形成されている。

この実施形態において、ダイヤフラム１２０とバルブ室１４０の底面１４１との固着に関しては、上記順止バルブ３０１と同様に第１の突出部３４４によって防止する。一方、第１の突出部３４４には、弁部１５０の開放時におけるダイヤフラム１２０の下死点を決める働きもある。しかし、図９に示すように第１の突出部３４４が曲面形状である場合、弁部１５０の開放時、作用する圧力が非常に高い場合、場合によってはダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４と接触して局所的に圧縮変形し、第１の突出部３４４の一部がダイヤフラム１２０に喰い込むこともある。この場合、第１の流路３４５が変形したダイヤフラム１２０によって狭くなり、ダイヤフラム１２０がメタノールの流れを妨げることもある。

そこで、この実施形態の順止バルブ５０１では、先端が平面形状の第２の突出部５６４を第１の突出部３４４の内側に第１の突出部３４４より低く形成している。これにより、弁部１５０の開放時にダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４と接触して第１の突出部３４４の一部がダイヤフラム１２０に喰い込んでも、第２の突出部５６４によって第２の流路５６５を確保しているため、メタノールの流路を十分に確保することができる。即ち、この実施形態の順止バルブ５０１は、固着防止用の第１の突出部３４４と流路確保用の第２の突出部５６４を有する構造となっている。

以上より、この実施形態の順止バルブ５０１によれば、第１の突出部３４４を設けているため、ダイヤフラム１２０とバルブ室１４０の底面１４１との固着を防止することができる。さらに、弁部１５０の開放時にダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４と接触して第１の突出部３４４がダイヤフラム１２０に喰い込んだ場合であっても、第２の突出部５６４によって十分な第２の流路５６５を確保することができる。このため、メタノールの流れを妨げることを防止できる。また、この実施形態の順止バルブ５０１を用いることで、当該順止バルブ５０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

《第６の実施形態》
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る順止バルブ６０１に備えられるバルブ筐体６３０の要部断面図である。この実施形態における順止バルブ６０１が図９に示す上記順止バルブ３０１と相違する点は、第３の突出部６７４を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ３０１と同じである。

詳述すると、バルブ筐体６３０には、第３の突出部６７４がバルブ室１４０の底面１４１上における流入孔１４３の周縁に形成されており、第１の突出部３４４が、ダイヤフラム１２０と対向する第３の突出部６７４の上面に形成されている。

ここで、上述したように弁座１４８は、流入孔１４３からバルブ室１４０への流体の流入を遮断する方向へ弁体部１５１によって弁閉時に与圧されている。そのため、バルブ筐体６３０における流入孔１４３の周縁部位は、高い剛性が必要であり、厚みをできるだけ厚くすることが望ましい。一方、順止バルブ６０１の低背化のためにバルブ筐体６３０の厚みをできるだけ薄くすることが望ましい。

そこで、この実施形態では、第３の突出部６７４を設けることで、バルブ筐体６３０における流入孔１４３の周縁部位の厚みを厚くしている。これにより、バルブ筐体６３０における流入孔１４３の周縁部位の剛性を高めることができる。また、バルブ筐体６３０における流入孔１４３の周縁部位の厚みを厚くすることにより射出成形時の樹脂の流れもよくなるため、成形不良等の発生を減らすことができる。即ち、歩留まりが向上するため、製造コストを低減できる。

従って、この実施形態における順止バルブ６０１によれば、バルブ筐体６３０における流入孔１４３の周縁部位の剛性を高めることができ、製造コストも低減できる。また、この実施形態の順止バルブ６０１を用いることで、当該順止バルブ６０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

なお、この実施形態の順止バルブ６０１においても、ダイヤフラム１２０が、弁部１５０の開放時にバルブ室１４０の底面１４１でなく第１の突出部３４４に接触する。さらに、ダイヤフラム１２０が第１の突出部３４４に接触した時、メタノールは第１の突出部３４４の内側から第１の流路３４５を介して第１の突出部３４４の外側へ通過する。従って、この実施形態における順止バルブ６０１によれば、上記順止バルブ３０１と同様の効果を奏する。

《第７の実施形態》
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る順止バルブ７０１に備えられるバルブ筐体７３０の斜視図である。図１５は、図１４のＴ−Ｔ線における要部断面図である。この実施形態における順止バルブ７０１が図９に示す上記順止バルブ５０１と相違する主な点は、第３の突出部７７４を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ５０１と同様である。

詳述すると、バルブ筐体７３０には、第３の突出部７７４と第３の流路７７５がバルブ室１４０の底面１４１上における流入孔１４３の周縁に形成されており、第１の突出部７４４と第２の突出部７６４が、ダイヤフラム１２０と対向する第３の突出部７７４の上面に形成されている。ここで、第１の突出部７４４は図１１に示す第１の突出部３４４と同様に固着防止用の突出部であり、第１の突出部７４４を構成する突起は第１の突出部３４４を構成する突起と同じものである。そして、第１の流路７４５は第１の流路３４５と同様にメタノールを第１の突出部７４４の内側から外側へ通過させるものである。また、第２の突出部７６４は図１１に示す第２の突出部５６４と同様に流路確保用の突出部であり、第２の流路７７５は第２の流路５６５と同様にメタノールを第２の突出部５６４の内側にある孔部１４３から外側へ通過させるものである。また、第３の突出部７７４は図１３に示す第３の突出部６７４と同様に剛性向上用の突出部である。即ちこの実施形態の順止バルブ７０１は、固着防止用の第１の突出部７４４と流路確保用の第２の突出部７６４と剛性向上用の第３の突出部７７４を有する構造となっている。

従って、この実施形態における順止バルブ７０１によれば、上記順止バルブ５０１及び上記順止バルブ６０１と同様の効果を奏する。さらに、この実施形態の順止バルブ７０１では、第２の流路７６５と流出孔１４９との間に第３の流路７７５を設けているため、流入孔１４３から流入したメタノールが第２の流路７６５から第３の流路７７５を介して流出孔１４９へ真直ぐに流れる。そのため、この実施形態における順止バルブ７０１によれば、弁部１５０開放時におけるメタノールの流路を上記順止バルブ６０１より確保できる。
また、この実施形態の順止バルブ７０１を用いることで、当該順止バルブ７０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。

《その他の実施形態》
以上の実施形態では活性の高い流体としてメタノールを用いているが、当該流体が、気体や、液体、気液混合流、固液混合流、固気混合流などのいずれであっても適用できる。

なお、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ダイヤフラム
２ ピストン
３ 弁座部
４ 弁体部
５ 支持部
７ バルブ筐体
８ バルブ室
９ 底面
１０ キャップ部
１５ 孔部
２０ ダイヤフラム
２３ プッシャ
３０ バルブ筐体
４０ バルブ室
４３ 流入孔
４８ 弁座
４９ 流出孔
５０ 弁部
５１ 弁体部
５５ 弁突起
９０ 順止バルブ
１００ 燃料電池システム
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１ 順止バルブ
１０２ 燃料カートリッジ
１０３ ポンプ
１０４ 発電セル
１１０ キャップ部
１１１ 穴
１１３ 中央部位
１１４ 周縁部位
１１５ 孔部
１１６ 縁
１２０ ダイヤフラム
１２１ 周縁部
１２２ 中央部
１２３ プッシャ
１２５ 受圧板
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０ バルブ筐体
１３１ 穴
１３２ 縁
１３４ 載置部
１４０ バルブ室
１４１ 底面
１４３ 流入孔
１４４、２４４、３４４、４４４、７４４ 第１の突出部
１４５、２４５、３４５、４４５、７４５ 第１の流路
５６４、７６４ 第２の突出部
５６５、７６５ 第２の流路
６７４、７７４ 第３の突出部
７７５ 第３の流路
１４７ 開口部
１４８ 弁座
１４９ 流出孔
１５０ 弁部
１５１ 弁体部
１５２ 支持部
１５３ 孔部
１５４ 固定部
１５５ 弁突起
１６０ システム筐体
１６１、１６２ Ｏリング
１６３ 流入路
１６５ 流出路

Claims (8)

1. バルブ筐体と、
   前記バルブ筐体とともにバルブ室を構成し、前記バルブ室の流体の圧力によって変位するダイヤフラムと、を備え、
   前記バルブ筐体には、前記バルブ室へ流体が流入する流入孔と、ポンプが接続されて前記ポンプによる流体の吸引圧力によって前記バルブ室から流体が流出する流出孔と、が形成された、順止バルブであって、
   前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位によって前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を遮断または開放させる弁体を備え、
   前記バルブ筐体には、前記弁体が前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を開放させたときに、前記ダイヤフラムが当接する第１の突出部と、当該流体を前記第１の突出部の内側から外側へ通過させる第１の流路とが、前記ダイヤフラムと対向する前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周囲に形成され、
   前記ダイヤフラムには、大気圧と前記バルブ室の内圧との差圧を受ける受圧板が接合され、
   前記第１の突出部は、前記バルブ室の内径をＤｖとし、前記受圧板の直径をＤｂとし、前記流入孔の両端に位置する前記第１の突出部の外径をＤｃとしたとき、Ｄｃ≦（Ｄｖ+Ｄｂ）／４の関係を満たす形状に形成された、順止バルブ。
2. 前記第１の突出部は、その先端が凸の曲面状に形成された、請求項１に記載の順止バルブ。
3. 前記第１の突出部は、複数の突起の集合体である、請求項１又は２に記載の順止バルブ。
4. 前記バルブ筐体には、前記第１の突出部より高さの低い第２の突出部と、流体を前記第２の突出部の内側から外側へ通過させる第２の流路とが、前記バルブ室の底面上における前記第１の突出部の内側かつ前記流入孔の周囲に形成された、請求項１から３のいずれかに記載の順止バルブ。
5. 前記バルブ筐体には、第３の突出部が前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周縁に形成され、
   前記第１の突出部は、前記ダイヤフラムと対向する前記第３の突出部の上面に形成された、請求項１から４のいずれかに記載の順止バルブ。
6. 前記流体はメタノールである、請求項１から５のいずれかに記載の順止バルブ。
7. 前記ダイヤフラムの材質はゴムであり、前記バルブ筐体の前記流体と接する部分の材質は樹脂である、請求項１から６のいずれかに記載の順止バルブ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の順止バルブと、
   前記順止バルブの前記流入孔に接続される燃料貯蔵部と、
   前記順止バルブの前記流出孔に接続されるポンプと、を備える燃料電池システム。

Images