WO2012020645A1

WO2012020645A1 - 順止バルブ、燃料電池システム

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Publication number: WO2012020645A1
Application number: PCT/JP2011/067124
Authority: WO
Inventors: 平田篤彦
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPWO2012020645A1; JP5510548B2

Abstract

　能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、発電セルへの過剰供給を防止できる順止バルブ及び燃料電池システムを提供する。　ダイヤフラム（２０）は、バルブ筐体（４０）とともにバルブ室（３０）を構成する。バルブ筐体（４０）には、バルブ室（３０）へ流体が流入する流入孔（４１）と、流入孔（４１）の周縁に位置する凹に曲面状の弁座（４６）と、ポンプ（１０３）が接続されてポンプ（１０３）による吸引圧力（Ｐ２）によってバルブ室（３０）から流体が流出する流出孔（４２）とが形成されている。弁部（５０）は、ダイヤフラム（２０）と当該ダイヤフラム（２０）が対向するバルブ室（３０）の面との間に位置する傘カバー状の弾性部（５１）と、弁座（４６）に当接して流入孔（４１）からバルブ室（３０）への流体の流入を遮断する球状の弁体部（５３）と、弾性部（５１）と弁体部（５３）との間を繋ぐ棒状の軸部（５２）とを有する。

Description

順止バルブ、燃料電池システム

　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。

　近年、省エネ・環境的側面から、携帯電話やパソコンなどの電子機器の電源部として、燃料電池システムの導入が研究、開発されている。ここでは、燃料カートリッジと発電セルとの間にマイクロポンプを介在させ、燃料の供給を促進させることが試みられている。

　この種のマイクロポンプとして、特許文献１には、流体の逆流を防止するための逆止弁を流入口と流出口に設けた圧電ポンプが知られている。ところで、燃料電池システムの駆動状況によっては、燃料カートリッジから圧電ポンプへ流入する流体圧力が高くなることがある。この圧電ポンプには前記逆止弁が設けられているので、逆方向の流れを抑制することはできるが、順方向の流れを抑制することはできず、圧電ポンプの流入側が高圧力となった場合に、燃料を発電セルへ過剰供給してしまうという問題点を有している。

　そこで、燃料カートリッジとマイクロポンプとの間、または、マイクロポンプの後に、順方向の流れを止めるバルブ（以下、「順止バルブ」と称する。）を介在させることが考えられる。

　この種の用途に用いられる順止バルブとしては、弁の開閉駆動を電磁コイル、圧電素子などの能動素子により行う電磁型、圧電型が知られている。例えば、特許文献２には、圧電素子を駆動源とする順止バルブが記載されている。しかしながら、能動素子は故障が発生しやすく、例えば、圧電型バルブの場合、圧電素子の取扱いが難しく、クラックが生じるなどの問題点を有している。

国際公開第２００８／００７６３４号公報国際公開第２００８／０８１７６７号公報

　そこで本発明は、能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、発電セルへの過剰供給を防止できる順止バルブ、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、
　前記バルブ筐体内にバルブ室を構成し、当該バルブ室内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、前記バルブ室に連通し、前記バルブ筐体の前記バルブ室へ流体が流入する第１の流体ポートと、前記バルブ筐体の前記第１の流体ポートの周縁に位置する弁座と、ポンプが接続されて当該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第２の流体ポートと、が形成され、
　前記弁座に当接し、当該第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を遮断する方向へ前記弁座を与圧して、前記第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を遮断する弁部を備え、
　前記弁部は、前記吸引圧力による前記ダイヤフラムの変位によって前記弁座から離間し、前記第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を開放させる。

　この構成の順止バルブを燃料電池システムに適用した場合には、燃料貯蔵部が第１の流体ポートに接続され、ポンプが第２の流体ポートに接続される。
　この構成において、吸引圧力をポンプに生じさせ、当該吸引圧力によって流体をバルブ室から第２の流体ポートを介して流出させると、ダイヤフラムの変位によって弁部が弁座から離間する。これにより、弁が開き、流体が第１の流体ポートからバルブ室へ流入する。そして、ポンプの駆動を停止すると、弁部が弁座を再び与圧するため、弁が閉じた状態となる。
　これにより、燃料貯蔵部内の圧力が極めて高くなった場合でも、弁部が第１の流体ポートからバルブ室への流体の流入を遮断するため、発電セルへの過剰供給を防止できる。特に、ポンプが、燃料カートリッジから流体を搬送する燃料搬送手段として機能するだけでなく、順止バルブに加える吸引圧力を発生させる手段としても機能する。すなわち、流体の搬送に連動して動作し、ポンプによって生じる吸引圧力との比較により過剰供給を防止することができるので、より適切な供給を行うことができる。また、燃料電池システムを簡易な構造にすることができる。
　以上より、この構成の順止バルブによれば、能動素子を用いることなく弁を開閉でき、発電セルへの過剰供給を防止できる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

（２）前記弁部は、前記弁座に当接する弁体部と、前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムに対向する前記バルブ筐体の面との間に位置する弾性部と、前記弁体部と前記弾性部との間を繋ぐ軸部と、を備え、
　前記弾性部は、前記弁体部を前記弁座側へ前記軸部を介して附勢することが好ましい。

　この構成において、吸引圧力をポンプに生じさせ、当該吸引圧力によって流体をバルブ室から流出孔を介して流出させると、ダイヤフラムが弾性部を押し下げながら下降する。これにより、弁体部が連動して弁座から離間し、弁が開く。即ち、流体が流入孔からバルブ室へ流入する。そして、ポンプの駆動を停止すると、弾性部が弁体部を弁座側へ軸部を介して附勢することにより弁体部が弁座に当接して与圧するため、弁が閉じる。
　また、燃料貯蔵部内の圧力が極めて高くなった場合でも、弁体部が第１の流体ポートからバルブ室への流体の流入を遮断するため、発電セルへの過剰供給を防止できる。また、一度過剰供給を遮断したとしても正常状態に戻れば再び供給を開始することができ、繰り返し使用ができる。

（３）前記ダイヤフラムは、前記バルブ筐体内を分割して前記バルブ室と背圧室とを構成し、前記バルブ室と前記背圧室の流体の圧力差によって変位し、
　前記バルブ筐体には、前記ポンプの吐出圧力を前記背圧室へ印加する第３の流体ポートが更に形成されることが好ましい。

　この構成では、燃料貯蔵部が第１の流体ポートに接続され、ポンプの流入孔が第２の流体ポートに接続され、ポンプの吐出孔が第３の流体ポートに接続される。

（４）前記バルブ筐体には、流体の供給を受けて発電する発電セルが接続されて前記ポンプによる流体の吐出圧力によって前記背圧室から流体が前記発電セルへ流出する第４の流体ポートが更に形成されることが好ましい。

　この構成では、燃料貯蔵部が第１の流体ポートに接続され、ポンプの流入孔が第２の流体ポートに接続され、ポンプの吐出孔が第３の流体ポートに接続され、発電セルが第４の流体ポートに接続される。

　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。

（５）上記（１）～（４）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第１の流体ポートに接続される燃料貯蔵部と、
　前記順止バルブの前記第２の流体ポートに接続されるポンプと、を備える。

　この構成により、上記（１）～（４）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も同様の効果を奏する。

　この発明によれば、能動素子を用いることなく弁を開閉でき、発電セルへの過剰供給を防止できる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

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１００のシステム構成図である。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。図３（Ａ）は、弁閉時における図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。図３（Ｂ）は、弁開時における図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１を備える燃料電池システム２００のシステム構成図である。図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１の平面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。図６（Ａ）は、弁閉時における図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。図６（Ｂ）は、弁開時における図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１を備える燃料電池システム３００のシステム構成図である。図８（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１の平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。図９（Ａ）は、弁閉時における図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。図９（Ｂ）は、弁開時における図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。

《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１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マイクロポンプ１０３（以後、「ポンプ１０３」と称する。）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、この実施形態では、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を用いる。

　順止バルブ１０１は、詳細を後述するが、ダイヤフラム２０とともにバルブ室３０を構成するバルブ筐体４０を備える。バルブ筐体４０には、燃料カートリッジ１０２が接続される第１の流体ポートとしての流入孔４１と、ポンプ１０３が接続される第２の流体ポートとしての流出孔４２とが形成されている。

　燃料電池システム１００では、ポンプ１０３によるメタノールの吸引圧力Ｐ２によってメタノールが燃料カートリッジ１０２から流入孔４１を介してバルブ室３０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Ｐ２によってバルブ室３０から流出孔４２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２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る順止バルブ１０１の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。順止バルブ１０１は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、可動部となるダイヤフラム２０と、バルブ筐体４０と、弁部５０と、を備える。

　ダイヤフラム２０は、円板状に形成されている。ダイヤフラム２０は、周縁部２１がバルブ筐体４０に載置し接合されてバルブ筐体４０とともにバルブ室３０を構成する。ここで、ダイヤフラム２０の上部には大気圧Ｐ０が加わる。ダイヤフラム２０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等が好ましいがこれに限るものではない。

　バルブ筐体４０は、略正方形板状に形成されている。バルブ筐体４０には、バルブ室３０に連通し、バルブ筐体４０のバルブ室３０へ流体が流入する流入孔４１と、流入孔４１に連通する開口部４７と、バルブ筐体４０の流入孔４１の周縁に位置する凹に曲面状の弁座４６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Ｐ２によってバルブ室３０から流体が流出する流出孔４２と、が形成されている。

　また、バルブ筐体４０には、ダイヤフラム２０の周縁部２１が接合される環状の側壁部４９が形成されている。ここで、ダイヤフラム２０は、弁部５０の弾性部５１の上端に当接するようダイヤフラム２０の流入孔４１側を凸にしてダイヤフラム２０が反った状態で側壁部４９上に接合されることが好ましい。このように接合する理由は、仮にダイヤフラム２０を張った状態で側壁部４９上に接合した場合、ダイヤフラム２０の張力の影響で、後述の圧力差に影響を及ぼす可能性があるからである。

　なお、バルブ筐体４０の材質は、耐メタノール性の高い樹脂、例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂等からなる。バルブ筐体４０は、モールド金型を用いて射出成形することにより形成される。

　弁部５０は、傘状に形成されている。弁部５０は、弁座４６に当接するよう配置され、流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を遮断する方向へ弁座４６を与圧して、流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を遮断する。また、弁部５０は、ダイヤフラム２０の変位によって弁座４６から離間し、流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を開放させる。弁部５０はゴム部材を用いることが好ましく、耐メタノール性の高いゴム、例えばシリコーンゴム等を用いることができるが、これに限るものではない。

　詳述すると、弁部５０は、ダイヤフラム２０と当該ダイヤフラム２０が対向するバルブ室３０の面との間に位置する傘カバー状の弾性部５１と、弁座４６に当接して、流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を遮断する球状の弁体部５３と、弾性部５１と弁体部５３との間を繋ぐ棒状の軸部５２と、を有する。

　弁体部５３の曲率は、弁座４６の曲率と等しい。
　弾性部５１は、傘が閉じる方向へ変形することにより、弁体部５３を軸部５２を介して弁座４６側へ持ち上げる。そして、弾性部５１は、弁体部５３を弁座４６に当接させて弁座４６を与圧力Ｆで与圧する。
　なお、弁部５０は、弾性部５１をバルブ筐体４０の流入孔４１から挿入することにより流入孔４１に配置される。

　ここで、順止バルブ１０１の弁開閉動作を説明する。
　図３（Ａ）は、弁閉時における図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。図３（Ｂ）は、弁開時における図２（Ａ）に示すＳ－Ｓ線の断面図である。

　ダイヤフラム２０の中央部２２は、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１［gage］及び与圧力Ｆとポンプ１０３による吸引圧力Ｐ２［gage］との圧力差によって変位する。詳述すると、弁体部５３と弁座４６との当接面積をＡ１とし、ダイヤフラム２０の中央部２２の流入孔４１側の面の面積をＡ２としたとき、｜Ｐ２｜≦Ｐ１・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２は変位せず、弁部５０が閉じた状態となる（図３（Ａ）参照）。一方、｜Ｐ２｜＞Ｐ１・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２が流入孔４１側へ下降し、弁部５０が開いた状態となる（図３（Ｂ）参照）。

　そのため、｜Ｐ２｜＞Ｐ１・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）を満たす吸引圧力Ｐ２をポンプ１０３に生じさせ、当該吸引圧力Ｐ２によって流体をバルブ室３０から流出孔４２を介して流出させると、ダイヤフラム２０の中央部２２が弁部５０の弾性部５１を押し下げながら下降する。これにより、弾性部５１は傘が開く方向へ変形していき、弁体部５３は連動して弁座４６から離間するため、弁部５０が開く（図３（Ｂ）参照）。即ち、流体が燃料カートリッジ１０２から流入孔４１を介してバルブ室３０へ流入する。

　ここで、燃料カートリッジ１０２内で通常時に発生する圧力Ｐ１の範囲は、例えば１００ｋＰａまでの範囲であり、ポンプ１０３の発生できる吸引圧力Ｐ２に比べて高くなることもある。しかし、この実施形態の順止バルブ１０１における弁の開閉には、上述したように「｜Ｐ２｜≦Ｐ１・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）」「｜Ｐ２｜＞Ｐ１・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）」の式が成立している。この式では、ダイヤフラム面積Ａ２と当接面積Ａ１との面積差が、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１とポンプ１０３による吸引圧力Ｐ２との圧力差を吸収する関係となっている。そのため、この実施形態の順止バルブ１０１では、ポンプ１０３が圧力Ｐ１に比べ小さな吸引圧力Ｐ２で弁部５０を開くことができる。ここで、当該面積差が大きくなるよう、ダイヤフラム２０の中央部２２の直径は１０ｍｍ以上で、弁体部５３の直径は１ｍｍ以下であることが好ましい。

　そして、ポンプ１０３の駆動を停止すると、弾性部５１が弁体部５３を弁座４６側へ軸部５２を介して持ち上げることにより弁体部５３が弁座４６に当接して与圧するため、弁が閉じる（図３（Ａ）参照）。

　また、環境温度の上昇などによって燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１が吸引圧力Ｐ２に比べて極めて高くなった場合（例えば５００ｋＰａ）、上記の式の右辺の値が大きくなるため、弁部５０が閉じた状態となる（図３（Ａ）参照）。即ち流体が弁体部５３により遮断されるため、発電セル１０４への過剰供給を防止できる。

　以上より、この実施形態の順止バルブ１０１によれば、能動素子を用いることなく弁を開閉でき、発電セル１０４への過剰供給を防止できる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。特に、ポンプ１０３が、燃料カートリッジ１０２から流体を搬送する燃料搬送手段として機能するだけでなく、順止バルブ１０１に加える吸引圧力Ｐ２を発生させる手段としても機能する。すなわち、流体の搬送に連動して動作し、ポンプ１０３によって生じる吸引圧力Ｐ２との比較により過剰供給を防止することができるので、より適切な供給を行うことができる。また、燃料電池システム１００を簡易な構造にすることができる。
　また、この実施形態の順止バルブ１０１を用いることで、燃料電池システム１００においても同様の効果を奏する。さらに、能動素子を駆動するために必要な駆動回路及び電力なども不要であるため、当該順止バルブ１０１を備える燃料電池システム１００では省エネルギー化・小型化も図ることができる。

《第２の実施形態》
　図４は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１を備える燃料電池システム２００のシステム構成図である。図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１の平面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。

　この実施形態における順止バルブ２０１が第１の実施形態に係る順止バルブ１０１と相違する点は、バルブ筺体４０（第１のバルブ筺体）に加えて、バルブ筐体４５（第２のバルブ筺体）を設けた点である。その他の構成については同じである。

　詳述すると、バルブ筐体４５は、その側壁部４８がダイヤフラム２０の周縁部２１に接合され、バルブ筺体４０の側壁部４９とともに周縁部２１を挟持する。
　ダイヤフラム２０は、バルブ筺体４０及びバルブ筐体４５内を分割してバルブ室３０と背圧室３１とを構成する。ダイヤフラム２０は、バルブ室３０の流体の圧力Ｐ２［gage］と背圧室３１の流体の圧力Ｐ３［gage］との圧力差によって変位する。
　バルブ筐体４５には、ポンプ１０３の吐出圧力Ｐ３を背圧室３１へ印加する流入孔４３が形成されている。

　この実施形態の燃料電池システム２００では、メタノールが燃料カートリッジ１０２から順止バルブ２０１のバルブ室３０へ流入孔４１を介して流入する。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３０から流出孔４２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によって流入孔４３を介して背圧室３１へ吐出されるとともに発電セル１０４へ供給される。

　次に、順止バルブ２０１の弁開閉動作を説明する。
　図６（Ａ）は、弁閉時における図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。図６（Ｂ）は、弁開時における図５（Ａ）に示すＴ－Ｔ線の断面図である。

　ダイヤフラム２０の中央部２２は、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１及び与圧力Ｆとポンプ１０３の発生圧力（Ｐ３－Ｐ２）との圧力差によって変位する。詳述すると、弁体部５３と弁座４６との当接面積をＡ１とし、ダイヤフラム２０の中央部２２の流入孔４１側の面の面積をＡ２としたとき、Ｐ３－Ｐ２≦（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２は変位せず、弁部５０が閉じた状態となる（図６（Ａ）参照）。一方、Ｐ３－Ｐ２＞（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２が流入孔４１側へ下降し、弁部５０が開いた状態となる（図６（Ｂ）参照）。

　そのため、Ｐ３－Ｐ２＞（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）を満たす圧力（Ｐ３－Ｐ２）をポンプ１０３に生じさせ、当該吸引圧力によって流体をバルブ室３０から流出孔４２を介して流出させると、ダイヤフラム２０の中央部２２が弁部５０の弾性部５１を押し下げながら下降する。これにより、弾性部５１は傘が開く方向へ変形していき、弁体部５３は連動して弁座４６から離間するため、弁部５０が開く（図６（Ｂ）参照）。即ち、流体が燃料カートリッジ１０２から流入孔４１を介してバルブ室３０へ流入する。

　そして、ポンプ１０３の駆動を停止すると、弾性部５１が弁体部５３を弁座４６側へ軸部５２を介して持ち上げることにより弁体部５３が弁座４６に当接して与圧するため、弁が閉じる（図６（Ａ）参照）。

　また、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１が極めて高くなった場合でも、弁体部５３が流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を遮断するため、発電セル１０４への過剰供給を防止できる（図６（Ａ）参照）。

　従って、この実施形態の順止バルブ２０１によれば、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２００においても同様の効果を奏する。

《第３の実施形態》
　図７は、本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１を備える燃料電池システム３００のシステム構成図である。図８（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る順止バルブ３０１の平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。

　この実施形態における順止バルブ３０１が第２の実施形態に係る順止バルブ２０１と相違する点は、バルブ筐体４５に流出孔４４を形成した構造のバルブ筐体３４５である。その他の構成については同じである。

　詳述すると、バルブ筐体３４５には、発電セル１０４が接続され、ポンプ１０３による流体の吐出圧力Ｐ３によって背圧室３１から流体が発電セル１０４へ流出する流出孔４４が更に形成されている。

　この実施形態の燃料電池システム３００では、メタノールが燃料カートリッジ１０２から順止バルブ３０１のバルブ室３０へ流入孔４１を介して流入する。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３０から流出孔４２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によって流入孔４３を介して背圧室３１へ吐出され、背圧室３１を経由して流出孔４４から発電セル１０４へ供給される。

　次に、順止バルブ３０１の弁開閉動作を説明する。
　図９（Ａ）は、弁閉時における図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。図９（Ｂ）は、弁開時における図８（Ａ）に示すＵ－Ｕ線の断面図である。

　ダイヤフラム２０の中央部２２は、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１及び与圧力Ｆとポンプ１０３の発生圧力（Ｐ３－Ｐ２）との圧力差によって変位する。詳述すると、弁体部５３と弁座４６との当接面積をＡ１とし、ダイヤフラム２０の中央部２２の流入孔４１側の面の面積をＡ２としたとき、Ｐ３－Ｐ２≦（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２は変位せず、弁部５０が閉じた状態となる（図９（Ａ）参照）。一方、Ｐ３－Ｐ２＞（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）であれば、ダイヤフラム２０の中央部２２が流入孔４１側へ下降し、弁部５０が開いた状態となる（図９（Ｂ）参照）。

　そのため、Ｐ３－Ｐ２＞（Ｐ１―Ｐ３）・Ａ１／（Ａ２－Ａ１）+Ｆ／（Ａ２－Ａ１）を満たす圧力（Ｐ３－Ｐ２）をポンプ１０３に生じさせ、当該吸引圧力によって流体をバルブ室３０から流出孔４２を介して流出させると、ダイヤフラム２０の中央部２２が弁部５０の弾性部５１を押し下げながら下降する。これにより、弾性部５１は傘が開く方向へ変形していき、弁体部５３は連動して弁座４６から離間するため、弁部５０が開く（図９（Ｂ）参照）。即ち、流体が燃料カートリッジ１０２から流入孔４１を介してバルブ室３０へ流入する。

　そして、ポンプ１０３の駆動を停止すると、弾性部５１が弁体部５３を弁座４６側へ軸部５２を介して持ち上げることにより弁体部５３が弁座４６に当接して与圧するため、弁が閉じる（図９（Ａ）参照）。

　また、燃料カートリッジ１０２内の圧力Ｐ１が極めて高くなった場合でも、弁体部５３が流入孔４１からバルブ室３０への流体の流入を遮断するため、発電セル１０４への過剰供給を防止できる（図９（Ａ）参照）。

　従って、この実施形態の順止バルブ３０１によれば、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２００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流体としてメタノールを用いているが、当該流体が、気体、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。

　１００、２００、３００　　燃料電池システム
　１０１、２０１、３０１　　順止バルブ
　１０２　　燃料カートリッジ
　１０３　　ポンプ
　１０４　　発電セル
　２０　　ダイヤフラム
　２１　　周縁部
　２２　　中央部
　３０　　バルブ室
　３１　　背圧室
　４０　　バルブ筺体
　４５、３４５　　バルブ筐体
　４１　　流入孔
　４２　　流出孔
　４３　　流入孔
　４４　　流出孔
　４６　　弁座
　４７　　開口部
　４８　　側壁部
　４９　　側壁部
　５０　　弁部
　５１　　弾性部
　５２　　軸部
　５３　　弁体部

Claims

　バルブ筐体と、
　前記バルブ筐体内にバルブ室を構成し、当該バルブ室内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、前記バルブ室に連通し、前記バルブ筐体の前記バルブ室へ流体が流入する第１の流体ポートと、前記バルブ筐体の前記第１の流体ポートの周縁に位置する弁座と、ポンプが接続されて当該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第２の流体ポートと、が形成され、
　前記弁座に当接し、当該第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を遮断する方向へ前記弁座を与圧して、前記第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を遮断する弁部を備え、
　前記弁部は、前記吸引圧力による前記ダイヤフラムの変位によって前記弁座から離間し、前記第１の流体ポートから前記バルブ室への流体の流入を開放させる、順止バルブ。
　前記弁部は、前記弁座に当接する弁体部と、前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムに対向する前記バルブ筐体の面との間に位置する弾性部と、前記弁体部と前記弾性部との間を繋ぐ軸部と、を備え、
　前記弾性部は、前記弁体部を前記弁座側へ前記軸部を介して附勢する、請求項１に記載の順止バルブ。
　前記ダイヤフラムは、前記バルブ筐体内を分割して前記バルブ室と背圧室とを構成し、前記バルブ室と前記背圧室の流体の圧力差によって変位し、
　前記バルブ筐体には、前記ポンプの吐出圧力を前記背圧室へ印加する第３の流体ポートが更に形成された、請求項１又は２に記載の順止バルブ。
　前記バルブ筐体には、流体の供給を受けて発電する発電セルが接続されて前記ポンプによる流体の吐出圧力によって前記背圧室から流体が前記発電セルへ流出する第４の流体ポートが更に形成された、請求項３に記載の順止バルブ。
　請求項１から４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第１の流体ポートに接続される燃料貯蔵部と、
　前記順止バルブの前記第２の流体ポートに接続されるポンプと、を備える燃料電池システム。