弁
【課題】弁において、弁体と弁座とを固着しにくくし、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることである。
【解決手段】ゴム等の弾性材製の弁体本体３８に、弁座３４に設けた突出部４２を押し付けることにより、閉弁させる。弁座３４を有するケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する角部にストッパ４４を固定する。ストッパ４４の軸方向片面を、弁体本体３８に固定した摺動体４０の軸方向他面に隙間を介して対向させる。ストッパ４４は、弁座３４に対する弁体本体３８の、弁座３４と弁体本体３８との食い込みによる変位を規制する。
【解決手段】ゴム等の弾性材製の弁体本体３８に、弁座３４に設けた突出部４２を押し付けることにより、閉弁させる。弁座３４を有するケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する角部にストッパ４４を固定する。ストッパ４４の軸方向片面を、弁体本体３８に固定した摺動体４０の軸方向他面に隙間を介して対向させる。ストッパ４４は、弁座３４に対する弁体本体３８の、弁座３４と弁体本体３８との食い込みによる変位を規制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への負担が少ない等から、燃料電池を使用することが考えられ、一部で実用化されている。燃料電池は、燃料電池スタックを備える。この燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の燃料電池セルとして、これを複数組積層した燃料電池セル積層体により構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板およびエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。
【０００３】
このような燃料電池では、アノード側電極に燃料ガス、例えば水素を含むガスを供給すると共に、カソード側電極に、酸化ガス、例えば空気を供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電気化学反応に供されて、起電力を発生し、カソード側電極では、水が生成される。
【０００４】
また、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するために燃料ガス供給流路を設けるとともに、燃料ガス供給流路の上流部に高圧水素タンク等の燃料ガス供給手段を設けている。また、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側に、電磁開閉弁および減圧弁を使用することが考えられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、高圧水素タンクに設ける水素ガス用減圧装置に減圧弁を設けることが記載されている。また、この減圧弁では、弁座をポリイミド樹脂から形成するとともに、弁座に着座可能な弁体をＳＵＳ３１６Ｌにて形成し、さらに、弁体の表面にＰＶＤコーティングによりＴｉＮからなる低摩擦係数膜を形成している。また、特許文献１には、この低摩擦係数膜として、非晶質硬質炭素膜であるダイヤモンド状炭素薄膜（ＤＬＣ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）による低摩擦係数膜でもよいことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された構造の場合には、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側に設ける弁において、弁体と弁座との、互いに押し付けあう相手部材に対する食い込みによる変位を規制することは考慮されていない。このため、例えば、弁体をゴム等の変形しやすい材料により造る場合に、弁体が弁座に固着して、使用開始初期時に開弁させるために加える圧力を弁に付与したのでは、弁が開弁しない可能性がある。このように弁体が弁座に固着した場合、弁に加える開弁用の圧力の上昇に対して開弁応答性が悪化したり、開弁するのに必要な圧力が使用開始初期時の場合よりも大きくなる可能性がある。また、このように弁体が弁座に固着する問題は、特に、弁がリリーフ弁である場合に生じやすい。
【０００８】
例えば、燃料電池システムの燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側には、リリーフ弁を設けて、リリーフ弁よりもガスの下流側に存在する部品が高圧により故障しないようにしている。リリーフ弁は、例えば、ばね等の弾力付与手段により弁体を弁座に押し付けることにより閉弁し、所定以上の圧力が弁体に加わることにより、弁体が弾力付与手段の弾力に抗して変位して開弁する機能を有する。リリーフ弁は、使用年数が多くなるほど開弁する確率が高くなる傾向となる。ただし、リリーフ弁が閉弁状態のまま長期間維持されると、リリーフ弁の弁体と弁座とが固着して、使用開始初期時点で開弁させるのに必要な圧力である、初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力が加わらないと、開弁しない可能性がある。
【０００９】
図５は、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段側のガス供給圧を徐々に上昇させる場合に、リリーフ弁よりもガス下流側の圧力と時間との関係の１例を表す線図である。図５において、点線は使用開始初期時の圧力を表しており、実線は使用開始から長期間経過後の圧力を表している。図５から明らかなように、長期間経過後は、リリーフ弁よりもガス下流側の圧力が使用開始初期時よりも図５に示すＨ分高くなることから、リリーフ弁が初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力が加わらないと開弁しない可能性がある。また、図５から、長期間経過後では、使用開始初期時の場合に比べて、圧力上昇時にリリーフ弁が開弁するまでに、時間遅れがある（応答性が悪い）可能性があることが分かる。
【００１０】
このように、リリーフ弁が初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力でないと開弁しない原因として、主に次の２の原因がある。第１の原因として、弁体と弁座を有する部材との摺動部の摩擦が大きいことがある。また、第２の原因として、弁体が弁座に固着することがある。第２の原因は、弁体がゴム等の弾性材製である場合に特に生じやすい。すなわち、長期間の使用により、ゴム等の弾性材製の弁体がへたり、閉弁時に弁座に設けられた突出部等の一部が弁座に食い込んだ場合に、その食い込みによる弁体のくぼみが開弁時でも十分に復元しきらない可能性がある。この場合、弁体と弁座との食い込み量が徐々に大きくなり、閉弁時での弁体と弁座との接触面積が大きくなる。そして、この接触面積が大きくなると、弁体が弁座から離れにくくなり、著しい場合には、弁体が弁座に固着したままとなり、大きな圧力が加わらないと開弁しない可能性がある。
【００１１】
このように弁体が弁座に固着する可能性を考慮して、燃料ガス供給流路においてリリーフ弁よりもガス下流側に存在する部品に正常時に加わる圧力とこの部品の耐圧との間に、大きなマージンを確保することにより、この部品の耐久性を確保することが考えられている。例えば、リリーフ弁よりも下流側の部品の耐圧を大きくすることが考えられる。ただし、この下流側の部品の耐圧を高くすることが難しい場合もある。例えば、燃料電池システムのように、リリーフ弁よりもガス下流側の部品である燃料電池スタックは、平板状の部材を複数個積層することにより構成することが考えられている。この場合には、燃料電池スタックの耐圧を高くすることに対して、構造上限界がある。このようにリリーフ弁よりも下流側の部品の耐圧を高くすることに対して、構造上限界がある場合には、上記のマージンを大きくするために、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給圧力を十分に低くする必要がある。ただし、燃料ガスの供給圧力を低くすることは、燃料電池システムの高性能化を図ることに対して、妨げとなる可能性があり、好ましくない。
【００１２】
本発明は、上記の第２の原因に着目して、弁において、弁体と弁座とを固着しにくくし、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る弁は、弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁であって、弁座を有する部材に直接または他の部材を介して固定されたストッパを備え、ストッパは、弁体または弁体に固定された部材に対向して、弁座に対する弁体の食い込みによる変位を規制することを特徴とする弁である。
【００１４】
また、好ましくは、流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁とする。
【００１５】
また、より好ましくは、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る弁によれば、長期間の使用により、弁体がへたり、弁座に設けられた突出部等の弁座の一部が弁体に食い込んでも、ストッパと弁体または弁体に固定された部材とが突き当たることにより、弁座と弁体との食い込みを規制できる。このため、食い込み部分での弁座と弁体との接触面積を小さく制限して、弁体のへたりにかかわらず、弁座から弁体を離れやすくできる。この結果、弁体と弁座とを固着しにくくして、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。
【００１７】
また、流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁とする構成によれば、本発明の構成を備えることにより得られる本発明の効果がより顕著になる。すなわち、リリーフ弁は、圧力が所定値以上でしか開弁せず、正常時には、弁体が弁座に押し付けられる閉弁状態となるため、閉弁状態の時間は長い。このため、本発明の場合と異なり、ストッパを備えない場合には、リリーフ弁において、弁体と弁座とがより固着しやすくなる。このため、弁をリリーフ弁とする構成によれば、ストッパを備えるという本発明の構成を備えることにより、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本発明により得られる効果がより顕著になる。
【００１８】
また、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する構成によれば、本発明の構成を備えることにより得られる本発明の効果がより顕著になる。すなわち、弁体がゴム等の弾性材製であり、弁座に設けられた突出部を弁体に押し付けることにより閉弁する場合には、弁体を合成樹脂製とする場合に比べて、弁体がへたりやすく、閉弁時の食い込みがより生じやすい。このため、本発明の場合と異なり、ストッパを備えない場合には、弁体と弁座とがより固着しやすい。これに対して、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する構成によれば、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本発明により得られる効果がより顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１は、本実施の形態の弁であるリリーフ弁２８を使用する燃料電池システム１０の略構成図である。
【００２０】
燃料電池システム１０は、燃料電池車に搭載して使用するもので、燃料電池スタック１２を有する。この燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セル積層体とすると共に、燃料電池セル積層体の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、燃料電池セル積層体と集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。
【００２１】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、平板状の電解質膜をそれぞれが平板状のアノード側電極およびカソード側電極により狭持して成る膜−アセンブリと、その両側の平板状のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極には燃料ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノード側電極で触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソード側電極まで移動させ、カソード側電極で酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。アノード側電極からカソード側電極へ図示しない外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。
【００２２】
燃料ガスである水素ガスを燃料電池スタック１２に供給するために、燃料ガス供給流路１４を設けている。燃料ガス供給手段である高圧水素タンク等の水素ガス供給装置Ｔから燃料ガス供給流路１４に供給された水素ガスは、電磁開閉弁１６および減圧弁１８等を介して燃料電池スタック１２に供給される。燃料電池スタック１２のアノード側電極側の燃料ガス流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素ガス系ガスは、燃料電池スタック１２から燃料ガス系排出流路２０に排出された後、気液分離器２２を介して図示しない排気排水弁から排出される。燃料ガス系排出流路２０に循環路２４を接続するとともに、循環路２４の途中に水素ポンプ２６を設けている。水素ポンプ２６は、循環路２４に送られた水素ガス系ガスを昇圧し、循環路２４を通じて水素ガス系ガスを燃料ガス供給流路１４に戻す機能を有する。
【００２３】
なお、図示は省略するが、酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために、酸化ガス供給流路を設けている。また、酸化ガス供給流路のガス上流部に酸化ガス供給手段であるエアコンプレッサを設けている。エアコンプレッサから吐出された空気は、加湿器を介して燃料電池スタックのカソード電極側の酸化ガス流路に供給され、水素ガスとの電気化学反応に供された後、燃料電池スタック１２から酸化ガス系排出流路を通じて排出される。酸化ガス系排出流路に排出された酸化ガス系ガスは、上記の水素ガス系ガスとともに希釈器に送られて、水素ガス系ガスの水素濃度を低下させた後、外部に排出される。
【００２４】
特に、本実施の形態の場合、燃料ガス供給流路１４において、減圧弁１８よりも下流側で、循環路２４との合流部よりもガスの上流側に、弁であるリリーフ弁２８を設けている。リリーフ弁２８は、燃料ガス供給流路１４内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、燃料ガス供給流路１４内の圧力を所定値以下に規制する機能を有する。
【００２５】
図２は、リリーフ弁２８の具体的構造の部分断面図を示している。リリーフ弁２８は、金属製のケーシング３０と、ケーシング３０の内部に設けた弁体３２と、ケーシング３０の内側に一体形成した弁座３４とを備える。ケーシング３０の一端側（図２の上端側）は、燃料ガス供給流路１４（図１参照）に通じさせている。また、ケーシング３０の他端側（図２の下端側）に設けられた図示しない塞ぎ部と、弁座３４との間に、弾力付与手段であるコイルばね３６を設けている。コイルばね３６は、弁体３２に、弁座３４に押し付ける方向の弾力を付与している。
【００２６】
弁体３２は、平板状の弁体本体３８と、弁体本体３８に一体に固定された有底円筒状の摺動体４０とを備える。弁体本体３８は、ゴム等の弾性材製である。また、摺動体４０は、金属または合成樹脂により造っている。好ましくは、摺動体４０を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等の、金属よりも摩擦抵抗係数の低い材料により造っている。また、弁座３４は、先端が尖った形状を有する環状の突出部４２を備える。突出部４２は、弁体本体３８に対向させている。また、摺動体４０を構成する底板部の外周寄り部分で、弁体本体３８から外径側に外れた部分の円周方向複数個所に、軸方向両側を通じさせる通孔４６を形成している。
【００２７】
特に、本実施の形態の場合には、弁座３４と一体の部材である、すなわち、弁座３４を有するケーシング３０のうち、突出部４２の周囲に存在する角部に、ストッパ４４を固定している。ストッパ４４は、弁体本体３８よりも剛性の高い金属等の材料により、断面矩形状で全体を円筒状に造っている。そして、ストッパ４４の軸方向片面（図２の下面）を、摺動体４０の外周部の軸方向他面（図２の上面）に隙間５０（図３参照）を介して対向させることにより、弁座３４に対する弁体３２の、弁体本体３８と突出部４２との食い込みによる変位を規制している。
【００２８】
このようなリリーフ弁２８は、燃料ガス供給流路１４（図１）内の水素ガスの圧力が所定値を超えた場合に、弁体３２をコイルばね３６の弾力に抗して図２の下方に変位させる。これにより、燃料ガス供給流路１４内から水素ガスが、弁体本体３８の周囲から、摺動体４０に形成した通孔４６を通じてコイルばね３６が存在する空間４８内に送られる。そして、この空間４８を通じて、図示しないリリーフ弁用排出流路に排出される。リリーフ弁用排出流路は、例えば、図示しない逆止弁等を介して水素ガス供給装置Ｔ（図１）等に接続している。
【００２９】
このようなリリーフ弁２８は、図３、図４に示すようにして、ストッパ４４により、弁座３４に対する弁体３２の、弁座３４と弁体３２との食い込みによる変位を規制する。まず、図３に示すように、リリーフ弁２８の使用開始初期の状態では、弁体本体３８のへたりがなく、リリーフ弁２８の閉弁状態でも、ストッパ４４の軸方向片面（図３の下面）と摺動体４０の軸方向他面（図３の上面）との間に隙間５０が存在する。これに対して、長期間の使用により弁体本体３８にへたりが生じた、使用開始から長期間を経過した場合には、図４に示すように、弁座３４の突出部４２が弁体本体３８に食い込んで、弁体本体３８が図４の上方に変位した状態で、ストッパ４４の軸方向片面（図４の下面）が摺動体４０の軸方向他面（図４の上面）に突き当たる。これにより、弁体本体３８がそれ以上図４の上方へ変位することが阻止され、弁体３２の変位が規制される。
【００３０】
このような本実施の形態の弁であるリリーフ弁２８によれば、長期間の使用により、弁体本体３８がへたり、弁座３４に設けられた突出部４２が弁体本体３８に食い込んでも、ストッパ４４と摺動体４０とが突き当たることにより、弁座３４と弁体本体３８との食い込みを規制できる。このため、食い込み部分での弁座３４と弁体本体３８との接触面積を小さく制限でき、弁体本体３８のへたりにかかわらず、弁座３４から弁体３２を離れやすくできる。この結果、弁体３２と弁座３４とを固着しにくくして、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。すなわち、上記の図５に示したリリーフ弁下流側のガス流路の圧力に関して、長期間使用後のガス流路の圧力と、使用開始初期のガス流路の圧力との差であるＨ（図５）を十分に小さくできる。また、本実施の形態によれば、ストッパ４４は、安価な材料により単純な構造で得られるため、過度なコスト上昇を抑制できる。
【００３１】
また、本実施の形態の弁は、燃料ガス供給流路１４内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、燃料ガス供給流路１４内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁２８としているので、本実施の形態の効果がより顕著になる。すなわち、リリーフ弁２８は、圧力が所定値を超える場合しか開弁せず、正常時には、弁体３２が弁座３４に押し付けられる閉弁状態となるため、閉弁状態の時間は長い。このため、本実施の形態の場合と異なり、ストッパ４４を備えない場合には、リリーフ弁２８において、弁体３２と弁座３４とがより固着しやすくなる。このため、弁をリリーフ弁２８とする本実施の形態の構成によれば、ストッパ４４を備えるという本実施の形態の構成を備えることにより、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本実施の形態により得られる効果がより顕著になる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、弁体３２のうち、弁座３４と対向する弁体本体３８をゴム等の弾性材製とし、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に対向させるとともに、ケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する部分にストッパ４４を固定するので、本実施の形態の効果がより顕著になる。すなわち、弁体本体３８がゴム等の弾性材製であり、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に押し付けることにより閉弁する場合には、弁体を合成樹脂製とする場合に比べて、弁体本体３８がへたりやすく、閉弁時の食い込みがより生じやすい。このため、本実施の形態の場合と異なり、ストッパ４４を備えない場合には、弁体本体３８と弁座３４とがより固着しやすい。これに対して、弁体３２のうち、弁体本体３８をゴム等の弾性材製とし、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に対向させるとともに、ケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する部分にストッパ４４を固定する本実施の形態の構成によれば、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本実施の形態により得られる効果がより顕著になる。また、弁体本体３８を安価なゴム製とすることで、リリーフ弁２８のコストを低減できる。
【００３３】
また、摺動体４０を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等の、金属よりも摩擦抵抗係数の低い材料により造る場合には、摺動体４０を構成する摺動筒部の外周面と、ケーシング３０の内周面との摺動部の摩擦抵抗を小さくできる。このため、ケーシング３０に対して弁体３２を円滑に摺動変位させることができ、燃料ガス供給流路１４内の圧力上昇に対して、円滑に開弁させることができ、開弁応答性のさらなる向上を図れる。
【００３４】
なお、摺動体４０を金属により造る場合でも、摺動体４０の摺動面である摺動筒部の外周面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）等のフッ素系、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ダイヤモンド状炭素薄膜（ＤＬＣ）を低摩擦係数膜としてコーティングすることによっても、上記と同様に、開弁応答性の向上を図れるという効果を得られる。
【００３５】
また、ケーシング３０の内面の、少なくとも摺動体４０の摺動筒部と摺動する部分に、ＰＴＦＥ、ＴＦＥ等のフッ素系、ＰＰＳ等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ＤＬＣを低摩擦係数膜としてコーティングすることによっても、上記と同様に、開弁応答性の向上を図れるという効果を得られる。
【００３６】
さらに、より好ましくは、ケーシング３０の内面の、摺動体４０の摺動筒部と摺動する部分、および、突出部４２を含む連続部の表面全体（図２の斜格子で示した部分の表面全体）に、上記のフッ素系、ＰＰＳ等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ＤＬＣを低摩擦係数膜としてコーティングすることもできる。この場合には、コーティングする場合のマスキング部分を少なくできるか、またはなくすことができて、生産性の向上を図れる。しかも、このようなより好ましい構成を採用した場合には、弁座３４の一部である突出部４２を、弁体本体３８からより離れやすくできる。このため、リリーフ弁２８を長期間使用する場合でも、より有効に、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。
【００３７】
例えば、従来構造においては、リリーフ弁２８の閉弁時において、ゴム等の弾性材製の弁体本体３８に金属製の弁座３４部分が食い込んだ状態等で張り付くことにより、長期間使用時にリリーフ弁２８が所望の圧力で開弁しない可能性があるという不都合がある。これに対して、上記のより好ましい構成によれば、このような不都合をなくせる。本発明者が行った実験によれば、金属製のケーシング３０において、突出部４２を含む部分に上記のフッ素系等の低摩擦係数膜をコーティングすることにより、弁座３４とゴム製の弁体本体３８との引き離しに要する力を、突出部４２を含む部分に低摩擦係数膜をコーティングしない場合に比べて小さくできることを確認できた。このように、弁座を含む部分に摺動時の摩擦を低減する低摩擦係数膜をコーティングする構成は、本実施の形態の場合と異なり、ストッパを備えない構成においても、弁座とゴム製の弁体との引き離しに要する力を小さくできるという効果を得られる。
【００３８】
なお、本発明において、ストッパ４４の形状および材料は、上記の本実施の形態の構造に限定するものではない。例えば、ストッパ４４の断面形状は矩形状に限定せず種々の形状を採用できる。また、ストッパは、本実施の形態のように円筒状に形成したものに限定せず、例えば、断面円弧状に形成して、ケーシング３０の摺動体４０と対向する部分の円周方向複数個所等に複数個のストッパを配置することもできる。
【００３９】
なお、ストッパは、弁座を有する部材に直接ではなく、他の部材を介して固定することもできる。また、ストッパは、弁体に直接対向させるのではなく、弁体に固定された部材に対向させてもよい。また、ストッパを構成する材料は、金属以外でも、弁体のうち、弁座を押し付ける部材（本実施の形態の場合は弁体本体３８）を構成する材料よりも剛性の高い材料であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の１例の弁であるリリーフ弁を使用する燃料電池システムの基本構成を示す図である。
【図２】図１のリリーフ弁の具体的構造を示す、部分断面図である。
【図３】使用開始初期においての、図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】使用開始から長期間経過後の、図３に対応する図である。
【図５】従来構造のリリーフ弁を長期間使用した場合に、リリーフ弁下流側のガス流路の圧力が使用開始初期時よりも上昇する可能性があることを説明するための線図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１４ 燃料ガス供給流路、１６ 電磁開閉弁、１８ 減圧弁、２０ 燃料ガス系排出流路、２２ 気液分離器、２４ 循環路、２６ 水素ポンプ、２８ リリーフ弁、３０ ケーシング、３２ 弁体、３４ 弁座、３６ コイルばね、３８ 弁体本体、４０ 摺動体、４２ 突出部、４４ ストッパ、４６ 通孔、４８ 空間、５０ 隙間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への負担が少ない等から、燃料電池を使用することが考えられ、一部で実用化されている。燃料電池は、燃料電池スタックを備える。この燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の燃料電池セルとして、これを複数組積層した燃料電池セル積層体により構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板およびエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。
【０００３】
このような燃料電池では、アノード側電極に燃料ガス、例えば水素を含むガスを供給すると共に、カソード側電極に、酸化ガス、例えば空気を供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電気化学反応に供されて、起電力を発生し、カソード側電極では、水が生成される。
【０００４】
また、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するために燃料ガス供給流路を設けるとともに、燃料ガス供給流路の上流部に高圧水素タンク等の燃料ガス供給手段を設けている。また、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側に、電磁開閉弁および減圧弁を使用することが考えられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、高圧水素タンクに設ける水素ガス用減圧装置に減圧弁を設けることが記載されている。また、この減圧弁では、弁座をポリイミド樹脂から形成するとともに、弁座に着座可能な弁体をＳＵＳ３１６Ｌにて形成し、さらに、弁体の表面にＰＶＤコーティングによりＴｉＮからなる低摩擦係数膜を形成している。また、特許文献１には、この低摩擦係数膜として、非晶質硬質炭素膜であるダイヤモンド状炭素薄膜（ＤＬＣ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）による低摩擦係数膜でもよいことが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された構造の場合には、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側に設ける弁において、弁体と弁座との、互いに押し付けあう相手部材に対する食い込みによる変位を規制することは考慮されていない。このため、例えば、弁体をゴム等の変形しやすい材料により造る場合に、弁体が弁座に固着して、使用開始初期時に開弁させるために加える圧力を弁に付与したのでは、弁が開弁しない可能性がある。このように弁体が弁座に固着した場合、弁に加える開弁用の圧力の上昇に対して開弁応答性が悪化したり、開弁するのに必要な圧力が使用開始初期時の場合よりも大きくなる可能性がある。また、このように弁体が弁座に固着する問題は、特に、弁がリリーフ弁である場合に生じやすい。
【０００８】
例えば、燃料電池システムの燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段よりも下流側には、リリーフ弁を設けて、リリーフ弁よりもガスの下流側に存在する部品が高圧により故障しないようにしている。リリーフ弁は、例えば、ばね等の弾力付与手段により弁体を弁座に押し付けることにより閉弁し、所定以上の圧力が弁体に加わることにより、弁体が弾力付与手段の弾力に抗して変位して開弁する機能を有する。リリーフ弁は、使用年数が多くなるほど開弁する確率が高くなる傾向となる。ただし、リリーフ弁が閉弁状態のまま長期間維持されると、リリーフ弁の弁体と弁座とが固着して、使用開始初期時点で開弁させるのに必要な圧力である、初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力が加わらないと、開弁しない可能性がある。
【０００９】
図５は、燃料ガス供給流路において、燃料ガス供給手段側のガス供給圧を徐々に上昇させる場合に、リリーフ弁よりもガス下流側の圧力と時間との関係の１例を表す線図である。図５において、点線は使用開始初期時の圧力を表しており、実線は使用開始から長期間経過後の圧力を表している。図５から明らかなように、長期間経過後は、リリーフ弁よりもガス下流側の圧力が使用開始初期時よりも図５に示すＨ分高くなることから、リリーフ弁が初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力が加わらないと開弁しない可能性がある。また、図５から、長期間経過後では、使用開始初期時の場合に比べて、圧力上昇時にリリーフ弁が開弁するまでに、時間遅れがある（応答性が悪い）可能性があることが分かる。
【００１０】
このように、リリーフ弁が初期開弁設定圧よりも十分に高い圧力でないと開弁しない原因として、主に次の２の原因がある。第１の原因として、弁体と弁座を有する部材との摺動部の摩擦が大きいことがある。また、第２の原因として、弁体が弁座に固着することがある。第２の原因は、弁体がゴム等の弾性材製である場合に特に生じやすい。すなわち、長期間の使用により、ゴム等の弾性材製の弁体がへたり、閉弁時に弁座に設けられた突出部等の一部が弁座に食い込んだ場合に、その食い込みによる弁体のくぼみが開弁時でも十分に復元しきらない可能性がある。この場合、弁体と弁座との食い込み量が徐々に大きくなり、閉弁時での弁体と弁座との接触面積が大きくなる。そして、この接触面積が大きくなると、弁体が弁座から離れにくくなり、著しい場合には、弁体が弁座に固着したままとなり、大きな圧力が加わらないと開弁しない可能性がある。
【００１１】
このように弁体が弁座に固着する可能性を考慮して、燃料ガス供給流路においてリリーフ弁よりもガス下流側に存在する部品に正常時に加わる圧力とこの部品の耐圧との間に、大きなマージンを確保することにより、この部品の耐久性を確保することが考えられている。例えば、リリーフ弁よりも下流側の部品の耐圧を大きくすることが考えられる。ただし、この下流側の部品の耐圧を高くすることが難しい場合もある。例えば、燃料電池システムのように、リリーフ弁よりもガス下流側の部品である燃料電池スタックは、平板状の部材を複数個積層することにより構成することが考えられている。この場合には、燃料電池スタックの耐圧を高くすることに対して、構造上限界がある。このようにリリーフ弁よりも下流側の部品の耐圧を高くすることに対して、構造上限界がある場合には、上記のマージンを大きくするために、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給圧力を十分に低くする必要がある。ただし、燃料ガスの供給圧力を低くすることは、燃料電池システムの高性能化を図ることに対して、妨げとなる可能性があり、好ましくない。
【００１２】
本発明は、上記の第２の原因に着目して、弁において、弁体と弁座とを固着しにくくし、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る弁は、弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁であって、弁座を有する部材に直接または他の部材を介して固定されたストッパを備え、ストッパは、弁体または弁体に固定された部材に対向して、弁座に対する弁体の食い込みによる変位を規制することを特徴とする弁である。
【００１４】
また、好ましくは、流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁とする。
【００１５】
また、より好ましくは、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る弁によれば、長期間の使用により、弁体がへたり、弁座に設けられた突出部等の弁座の一部が弁体に食い込んでも、ストッパと弁体または弁体に固定された部材とが突き当たることにより、弁座と弁体との食い込みを規制できる。このため、食い込み部分での弁座と弁体との接触面積を小さく制限して、弁体のへたりにかかわらず、弁座から弁体を離れやすくできる。この結果、弁体と弁座とを固着しにくくして、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。
【００１７】
また、流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁とする構成によれば、本発明の構成を備えることにより得られる本発明の効果がより顕著になる。すなわち、リリーフ弁は、圧力が所定値以上でしか開弁せず、正常時には、弁体が弁座に押し付けられる閉弁状態となるため、閉弁状態の時間は長い。このため、本発明の場合と異なり、ストッパを備えない場合には、リリーフ弁において、弁体と弁座とがより固着しやすくなる。このため、弁をリリーフ弁とする構成によれば、ストッパを備えるという本発明の構成を備えることにより、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本発明により得られる効果がより顕著になる。
【００１８】
また、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する構成によれば、本発明の構成を備えることにより得られる本発明の効果がより顕著になる。すなわち、弁体がゴム等の弾性材製であり、弁座に設けられた突出部を弁体に押し付けることにより閉弁する場合には、弁体を合成樹脂製とする場合に比べて、弁体がへたりやすく、閉弁時の食い込みがより生じやすい。このため、本発明の場合と異なり、ストッパを備えない場合には、弁体と弁座とがより固着しやすい。これに対して、弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、ゴム等の弾性材製とし、弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定する構成によれば、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本発明により得られる効果がより顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１は、本実施の形態の弁であるリリーフ弁２８を使用する燃料電池システム１０の略構成図である。
【００２０】
燃料電池システム１０は、燃料電池車に搭載して使用するもので、燃料電池スタック１２を有する。この燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セル積層体とすると共に、燃料電池セル積層体の積層方向両端部に、集電板と、エンドプレートとを設けている。そして、燃料電池セル積層体と集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。
【００２１】
各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、平板状の電解質膜をそれぞれが平板状のアノード側電極およびカソード側電極により狭持して成る膜−アセンブリと、その両側の平板状のセパレータとを備えたものとする。また、アノード側電極には燃料ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノード側電極で触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソード側電極まで移動させ、カソード側電極で酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。アノード側電極からカソード側電極へ図示しない外部回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。
【００２２】
燃料ガスである水素ガスを燃料電池スタック１２に供給するために、燃料ガス供給流路１４を設けている。燃料ガス供給手段である高圧水素タンク等の水素ガス供給装置Ｔから燃料ガス供給流路１４に供給された水素ガスは、電磁開閉弁１６および減圧弁１８等を介して燃料電池スタック１２に供給される。燃料電池スタック１２のアノード側電極側の燃料ガス流路に供給され、電気化学反応に供された後の水素ガス系ガスは、燃料電池スタック１２から燃料ガス系排出流路２０に排出された後、気液分離器２２を介して図示しない排気排水弁から排出される。燃料ガス系排出流路２０に循環路２４を接続するとともに、循環路２４の途中に水素ポンプ２６を設けている。水素ポンプ２６は、循環路２４に送られた水素ガス系ガスを昇圧し、循環路２４を通じて水素ガス系ガスを燃料ガス供給流路１４に戻す機能を有する。
【００２３】
なお、図示は省略するが、酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために、酸化ガス供給流路を設けている。また、酸化ガス供給流路のガス上流部に酸化ガス供給手段であるエアコンプレッサを設けている。エアコンプレッサから吐出された空気は、加湿器を介して燃料電池スタックのカソード電極側の酸化ガス流路に供給され、水素ガスとの電気化学反応に供された後、燃料電池スタック１２から酸化ガス系排出流路を通じて排出される。酸化ガス系排出流路に排出された酸化ガス系ガスは、上記の水素ガス系ガスとともに希釈器に送られて、水素ガス系ガスの水素濃度を低下させた後、外部に排出される。
【００２４】
特に、本実施の形態の場合、燃料ガス供給流路１４において、減圧弁１８よりも下流側で、循環路２４との合流部よりもガスの上流側に、弁であるリリーフ弁２８を設けている。リリーフ弁２８は、燃料ガス供給流路１４内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、燃料ガス供給流路１４内の圧力を所定値以下に規制する機能を有する。
【００２５】
図２は、リリーフ弁２８の具体的構造の部分断面図を示している。リリーフ弁２８は、金属製のケーシング３０と、ケーシング３０の内部に設けた弁体３２と、ケーシング３０の内側に一体形成した弁座３４とを備える。ケーシング３０の一端側（図２の上端側）は、燃料ガス供給流路１４（図１参照）に通じさせている。また、ケーシング３０の他端側（図２の下端側）に設けられた図示しない塞ぎ部と、弁座３４との間に、弾力付与手段であるコイルばね３６を設けている。コイルばね３６は、弁体３２に、弁座３４に押し付ける方向の弾力を付与している。
【００２６】
弁体３２は、平板状の弁体本体３８と、弁体本体３８に一体に固定された有底円筒状の摺動体４０とを備える。弁体本体３８は、ゴム等の弾性材製である。また、摺動体４０は、金属または合成樹脂により造っている。好ましくは、摺動体４０を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等の、金属よりも摩擦抵抗係数の低い材料により造っている。また、弁座３４は、先端が尖った形状を有する環状の突出部４２を備える。突出部４２は、弁体本体３８に対向させている。また、摺動体４０を構成する底板部の外周寄り部分で、弁体本体３８から外径側に外れた部分の円周方向複数個所に、軸方向両側を通じさせる通孔４６を形成している。
【００２７】
特に、本実施の形態の場合には、弁座３４と一体の部材である、すなわち、弁座３４を有するケーシング３０のうち、突出部４２の周囲に存在する角部に、ストッパ４４を固定している。ストッパ４４は、弁体本体３８よりも剛性の高い金属等の材料により、断面矩形状で全体を円筒状に造っている。そして、ストッパ４４の軸方向片面（図２の下面）を、摺動体４０の外周部の軸方向他面（図２の上面）に隙間５０（図３参照）を介して対向させることにより、弁座３４に対する弁体３２の、弁体本体３８と突出部４２との食い込みによる変位を規制している。
【００２８】
このようなリリーフ弁２８は、燃料ガス供給流路１４（図１）内の水素ガスの圧力が所定値を超えた場合に、弁体３２をコイルばね３６の弾力に抗して図２の下方に変位させる。これにより、燃料ガス供給流路１４内から水素ガスが、弁体本体３８の周囲から、摺動体４０に形成した通孔４６を通じてコイルばね３６が存在する空間４８内に送られる。そして、この空間４８を通じて、図示しないリリーフ弁用排出流路に排出される。リリーフ弁用排出流路は、例えば、図示しない逆止弁等を介して水素ガス供給装置Ｔ（図１）等に接続している。
【００２９】
このようなリリーフ弁２８は、図３、図４に示すようにして、ストッパ４４により、弁座３４に対する弁体３２の、弁座３４と弁体３２との食い込みによる変位を規制する。まず、図３に示すように、リリーフ弁２８の使用開始初期の状態では、弁体本体３８のへたりがなく、リリーフ弁２８の閉弁状態でも、ストッパ４４の軸方向片面（図３の下面）と摺動体４０の軸方向他面（図３の上面）との間に隙間５０が存在する。これに対して、長期間の使用により弁体本体３８にへたりが生じた、使用開始から長期間を経過した場合には、図４に示すように、弁座３４の突出部４２が弁体本体３８に食い込んで、弁体本体３８が図４の上方に変位した状態で、ストッパ４４の軸方向片面（図４の下面）が摺動体４０の軸方向他面（図４の上面）に突き当たる。これにより、弁体本体３８がそれ以上図４の上方へ変位することが阻止され、弁体３２の変位が規制される。
【００３０】
このような本実施の形態の弁であるリリーフ弁２８によれば、長期間の使用により、弁体本体３８がへたり、弁座３４に設けられた突出部４２が弁体本体３８に食い込んでも、ストッパ４４と摺動体４０とが突き当たることにより、弁座３４と弁体本体３８との食い込みを規制できる。このため、食い込み部分での弁座３４と弁体本体３８との接触面積を小さく制限でき、弁体本体３８のへたりにかかわらず、弁座３４から弁体３２を離れやすくできる。この結果、弁体３２と弁座３４とを固着しにくくして、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。すなわち、上記の図５に示したリリーフ弁下流側のガス流路の圧力に関して、長期間使用後のガス流路の圧力と、使用開始初期のガス流路の圧力との差であるＨ（図５）を十分に小さくできる。また、本実施の形態によれば、ストッパ４４は、安価な材料により単純な構造で得られるため、過度なコスト上昇を抑制できる。
【００３１】
また、本実施の形態の弁は、燃料ガス供給流路１４内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、燃料ガス供給流路１４内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁２８としているので、本実施の形態の効果がより顕著になる。すなわち、リリーフ弁２８は、圧力が所定値を超える場合しか開弁せず、正常時には、弁体３２が弁座３４に押し付けられる閉弁状態となるため、閉弁状態の時間は長い。このため、本実施の形態の場合と異なり、ストッパ４４を備えない場合には、リリーフ弁２８において、弁体３２と弁座３４とがより固着しやすくなる。このため、弁をリリーフ弁２８とする本実施の形態の構成によれば、ストッパ４４を備えるという本実施の形態の構成を備えることにより、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本実施の形態により得られる効果がより顕著になる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、弁体３２のうち、弁座３４と対向する弁体本体３８をゴム等の弾性材製とし、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に対向させるとともに、ケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する部分にストッパ４４を固定するので、本実施の形態の効果がより顕著になる。すなわち、弁体本体３８がゴム等の弾性材製であり、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に押し付けることにより閉弁する場合には、弁体を合成樹脂製とする場合に比べて、弁体本体３８がへたりやすく、閉弁時の食い込みがより生じやすい。このため、本実施の形態の場合と異なり、ストッパ４４を備えない場合には、弁体本体３８と弁座３４とがより固着しやすい。これに対して、弁体３２のうち、弁体本体３８をゴム等の弾性材製とし、弁座３４に設けられた突出部４２を弁体本体３８に対向させるとともに、ケーシング３０において、突出部４２の周囲に存在する部分にストッパ４４を固定する本実施の形態の構成によれば、長期間使用する場合でも、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができるという本実施の形態により得られる効果がより顕著になる。また、弁体本体３８を安価なゴム製とすることで、リリーフ弁２８のコストを低減できる。
【００３３】
また、摺動体４０を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等の、金属よりも摩擦抵抗係数の低い材料により造る場合には、摺動体４０を構成する摺動筒部の外周面と、ケーシング３０の内周面との摺動部の摩擦抵抗を小さくできる。このため、ケーシング３０に対して弁体３２を円滑に摺動変位させることができ、燃料ガス供給流路１４内の圧力上昇に対して、円滑に開弁させることができ、開弁応答性のさらなる向上を図れる。
【００３４】
なお、摺動体４０を金属により造る場合でも、摺動体４０の摺動面である摺動筒部の外周面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）等のフッ素系、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ダイヤモンド状炭素薄膜（ＤＬＣ）を低摩擦係数膜としてコーティングすることによっても、上記と同様に、開弁応答性の向上を図れるという効果を得られる。
【００３５】
また、ケーシング３０の内面の、少なくとも摺動体４０の摺動筒部と摺動する部分に、ＰＴＦＥ、ＴＦＥ等のフッ素系、ＰＰＳ等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ＤＬＣを低摩擦係数膜としてコーティングすることによっても、上記と同様に、開弁応答性の向上を図れるという効果を得られる。
【００３６】
さらに、より好ましくは、ケーシング３０の内面の、摺動体４０の摺動筒部と摺動する部分、および、突出部４２を含む連続部の表面全体（図２の斜格子で示した部分の表面全体）に、上記のフッ素系、ＰＰＳ等の合成樹脂等をコーティングしたり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の低摩擦係数膜をＰＶＤコーティング等の表面処理によりコーティングしたり、ＤＬＣを低摩擦係数膜としてコーティングすることもできる。この場合には、コーティングする場合のマスキング部分を少なくできるか、またはなくすことができて、生産性の向上を図れる。しかも、このようなより好ましい構成を採用した場合には、弁座３４の一部である突出部４２を、弁体本体３８からより離れやすくできる。このため、リリーフ弁２８を長期間使用する場合でも、より有効に、所望の圧力または所望の圧力に近い圧力で良好に開弁させることができる。
【００３７】
例えば、従来構造においては、リリーフ弁２８の閉弁時において、ゴム等の弾性材製の弁体本体３８に金属製の弁座３４部分が食い込んだ状態等で張り付くことにより、長期間使用時にリリーフ弁２８が所望の圧力で開弁しない可能性があるという不都合がある。これに対して、上記のより好ましい構成によれば、このような不都合をなくせる。本発明者が行った実験によれば、金属製のケーシング３０において、突出部４２を含む部分に上記のフッ素系等の低摩擦係数膜をコーティングすることにより、弁座３４とゴム製の弁体本体３８との引き離しに要する力を、突出部４２を含む部分に低摩擦係数膜をコーティングしない場合に比べて小さくできることを確認できた。このように、弁座を含む部分に摺動時の摩擦を低減する低摩擦係数膜をコーティングする構成は、本実施の形態の場合と異なり、ストッパを備えない構成においても、弁座とゴム製の弁体との引き離しに要する力を小さくできるという効果を得られる。
【００３８】
なお、本発明において、ストッパ４４の形状および材料は、上記の本実施の形態の構造に限定するものではない。例えば、ストッパ４４の断面形状は矩形状に限定せず種々の形状を採用できる。また、ストッパは、本実施の形態のように円筒状に形成したものに限定せず、例えば、断面円弧状に形成して、ケーシング３０の摺動体４０と対向する部分の円周方向複数個所等に複数個のストッパを配置することもできる。
【００３９】
なお、ストッパは、弁座を有する部材に直接ではなく、他の部材を介して固定することもできる。また、ストッパは、弁体に直接対向させるのではなく、弁体に固定された部材に対向させてもよい。また、ストッパを構成する材料は、金属以外でも、弁体のうち、弁座を押し付ける部材（本実施の形態の場合は弁体本体３８）を構成する材料よりも剛性の高い材料であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の１例の弁であるリリーフ弁を使用する燃料電池システムの基本構成を示す図である。
【図２】図１のリリーフ弁の具体的構造を示す、部分断面図である。
【図３】使用開始初期においての、図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】使用開始から長期間経過後の、図３に対応する図である。
【図５】従来構造のリリーフ弁を長期間使用した場合に、リリーフ弁下流側のガス流路の圧力が使用開始初期時よりも上昇する可能性があることを説明するための線図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１４ 燃料ガス供給流路、１６ 電磁開閉弁、１８ 減圧弁、２０ 燃料ガス系排出流路、２２ 気液分離器、２４ 循環路、２６ 水素ポンプ、２８ リリーフ弁、３０ ケーシング、３２ 弁体、３４ 弁座、３６ コイルばね、３８ 弁体本体、４０ 摺動体、４２ 突出部、４４ ストッパ、４６ 通孔、４８ 空間、５０ 隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁であって、
弁座を有する部材に直接または他の部材を介して固定されたストッパを備え、
ストッパは、弁体または弁体に固定された部材に対向して、弁座に対する弁体の食い込みによる変位を規制することを特徴とする弁。
【請求項２】
請求項１に記載の弁において、
流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁であることを特徴とする弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弁において、
弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、弾性材製であり、
弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定していることを特徴とする弁。
【請求項１】
弁体を弁座に押し付けることより閉弁する弁であって、
弁座を有する部材に直接または他の部材を介して固定されたストッパを備え、
ストッパは、弁体または弁体に固定された部材に対向して、弁座に対する弁体の食い込みによる変位を規制することを特徴とする弁。
【請求項２】
請求項１に記載の弁において、
流路内の圧力が所定値を超える場合に開弁して、流路内の圧力を所定値以下に規制するリリーフ弁であることを特徴とする弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弁において、
弁体のうち、少なくとも弁座と対向する部分は、弾性材製であり、
弁座に設けられた突出部を弁体に対向させるとともに、弁座を有する部材において、突出部の周囲に存在する部分にストッパを固定していることを特徴とする弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１６４０２５（Ｐ２００８−１６４０２５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５２９８９（Ｐ２００６−３５２９８９）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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