順止バルブ、燃料電池システム
【課題】弁を容易に位置合わせすることができ、バルブ本体の低背化を図った順止バルブ及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】弁部１５０は、耐メタノール性の高いゴムからなる。弁部１５０は、弁部１５０が開口部１４７に収納されたときに弁座１４８に当接する弁体部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、流体（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。固定部１５４の外径Ｘは開口部１４７の径Ｙ以上であり、固定部１５４の厚みＴは開口部１４７の深さＤより大きい。この弁部１５０を、バルブ筐体１３０の実装面側から開口部１４７に嵌めこむことにより、バルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する。
【解決手段】弁部１５０は、耐メタノール性の高いゴムからなる。弁部１５０は、弁部１５０が開口部１４７に収納されたときに弁座１４８に当接する弁体部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、流体（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。固定部１５４の外径Ｘは開口部１４７の径Ｙ以上であり、固定部１５４の厚みＴは開口部１４７の深さＤより大きい。この弁部１５０を、バルブ筐体１３０の実装面側から開口部１４７に嵌めこむことにより、バルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、支持部５および固定部６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。固定部６は、支持部５をバルブ筐体７に固定する。ここで、これらの各部材は板状の部材で構成されており、当該減圧弁は各部材を接合することにより製造している。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５９０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
ところが、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示した特許文献１の減圧弁を製造する場合、弁体部４がダイヤフラム１の変位に応じて弁座部３と当接または離間するよう位置合わせして、支持部５をバルブ筐体７に固定する必要がある。そのため、この精密な位置合わせが必要になる。
また、特許文献１の減圧弁は支持部５を固定部６でバルブ筐体７に固定する構造であるため、固定部６の厚みの分、バルブ本体が高背化するという問題もある。
【０００９】
そこで本発明は、弁を容易に位置合わせすることができ、バルブ本体の低背化を図った順止バルブ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）バルブ筐体と、
前記バルブ筐体内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、
前記ダイヤフラムの変位によって前記バルブ室への流体の流入を遮断又は開放させる弁部と、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、前記流入孔と連通し、前記弁部を嵌めこむことにより前記弁部を収納する開口部と、前記流入孔の周縁に位置する弁座と、が形成され、
前記弁部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記弁座に当接する弁体と、前記弁体が前記弁座に対して接近および離間する方向へ可動自在に前記弁体を支持する支持部と、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記バルブ筐体の前記開口部の内周面に当接し、前記支持部を固定する固定部と、を有する。
【００１２】
この構成では、弁部を、バルブ筐体の開口部に嵌めこむことにより、バルブ筐体の開口部に収納する。弁部がバルブ筐体の開口部に収納されると、弁体は弁座に当接し、支持部を固定する固定部もバルブ筐体の開口部の内周面に当接する。そして、当該支持部は上記のように可動自在に弁体を支持する。そのため、この構成の順止バルブを製造する場合、弁部を開口部に嵌めこむだけで良い。即ち、この構成の順止バルブを製造する場合、特許文献１の減圧弁のように、弁体がダイヤフラムの変位に応じて弁座と当接または離間するよう位置合わせして、支持部をバルブ筐体に固定する必要がない。よって、この構成の順止バルブの構造では、この精密な位置合わせを行う必要がない。
また、この構成の順止バルブを製造する際に弁部に異常があった場合、当該弁部をバルブ筐体の開口部から取り外して容易に交換できるため、順止バルブ全体としての歩留まりの向上も図ることができる。
従って、この構成における順止バルブによれば、精密な位置合わせが不要であるため、容易に位置合わせできる。さらに、この構成の順止バルブでは、弁部をバルブ筐体の開口部に収納する構造であるため、特許文献１の減圧弁の構造に比べて固定部の厚みの分、バルブ本体を低背化できる。
【００１３】
（２）前記固定部の外径は前記開口部の径以上であることが好ましい。
【００１４】
この構成では、固定部の外径が開口部の径以上であるため、順止バルブを基板（例えばシステム筐体）に位置合わせして固定する際に弁部がバルブ筐体の開口部から落下することを防ぐことができる。よって、この構成では順止バルブを基板上に実装するときの実装作業が容易になる。
【００１５】
（３）前記固定部の厚みは前記開口部の深さより大きいことが好ましい。
【００１６】
この構成では、固定部の厚みが開口部の深さより大きいため、順止バルブが上記基板上に固定されるとき、固定部がバルブ筐体と基板によって圧縮される。この結果、順止バルブが基板上に固定されたときの固定部と基板の上面との密着性が高くなる。そのため、流体が弁部の固定部と基板の上面との間から外側へ漏れるのを防ぐことができる。従って、この構成における順止バルブによれば、バルブ本体の信頼性を向上できる。
【００１７】
（４）前記固定部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに、前記バルブ筐体の実装面より突出するＯリング部を有することが好ましい。
【００１８】
この構成の順止バルブではＯリング部が、順止バルブを上記基板上に固定する際に用いられる液漏れ防止用Ｏリングの役割を果たすため、当該Ｏリングを基板に設けなくても済む。従って、この構成における順止バルブによれば、部品点数を削減できる。
【００１９】
（５）前記固定部の材質はゴムであることが好ましい。
【００２０】
この構成では、順止バルブが上記基板に固定されたときの固定部と基板の上面との密着性が一層高くなる。そのため、流体が弁部の固定部と基板の上面との間から外側へ漏れるのをより防ぐことができる。従って、この構成における順止バルブによれば、バルブ本体の信頼性を一層向上できる。
【００２１】
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。
【００２２】
（６）上記（１）〜（５）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。
【００２３】
この構成により、上記（１）〜（５）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。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、弁を容易に位置合わせすることができ、バルブ本体の低背化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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】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】図５（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。
【図７】図６に示す弁部１５０の拡大断面図である。
【図８】弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ１０１の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられる弁部２５０の拡大断面図である。
【図１０】弁部２５０を開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ２０１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
《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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
《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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、バルブ筐体１３０には、図４及び図６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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
弁部１５０は、図４及び図６に示すように、略円形状である。弁体部１５１は、詳細を後述するが、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への流体の流入を遮断または開放させる。
【００４５】
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、ステンレススチールの板に対して打ち抜きと絞りを金型により行うことで形成される。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。
【００４６】
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ステンレス製の受圧板１２５が接合されている。
【００４７】
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。
【００４８】
以下、上記弁部１５０について詳述する。
図７は、図６に示す弁部１５０の拡大断面図である。弁部１５０は、図４及び図７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。ここで、固定部１５４の外径Ｘは開口部１４７の径Ｙ以上であり、固定部１５４の厚みＴは開口部１４７の深さＤより大きい。
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、この実施形態の順止バルブ１０１のシステム筐体１６０への実装方法について図８を参照して説明する。
図８は、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ１０１の断面図である。
【００５１】
まず、弁部１５０を、バルブ筐体１３０の実装面側から開口部１４７に嵌めこむことにより、キャップ部１１０が上述の溶接により接合されたバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する。
次に、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態で順止バルブ１０１の流入孔１４３とシステム筐体１６０の流入路１６３、且つ順止バルブ１０１の流出孔１４９とシステム筐体１６０の流出路１６５を位置合わせする。そして、この位置合わせした状態で、キャップ部１１０のネジ止め用の穴１１１とバルブ筐体１３０のネジ止め用の穴１３１とにネジを通し（図４参照）、システム筐体１６０に固定する。これにより、順止バルブ１０１のシステム筐体１６０への実装が完了する。
【００５２】
以上より、弁部１５０がバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納されると、図７に示すように、弁体部１５１は弁座１４８に当接し、支持部１５２を固定する固定部１５４もバルブ筐体１３０の開口部１４７の内周面に当接する。そして、当該支持部１５２は上記のように可動自在に弁体部１５１を支持する。そのため、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する場合、弁部１５０を開口部１４７に嵌めこむだけで良い。即ち、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する場合、図１に示す特許文献１の減圧弁のように、弁体部１５１がダイヤフラム１２０の変位に応じて弁座１４８と当接または離間するよう位置合わせして、支持部１５２をバルブ筐体１３０に固定する必要がない。よって、この実施形態の順止バルブ１０１の構造では、この精密な位置合わせが不要となる。
【００５３】
また、固定部１５４の外径Ｘが開口部１４７の径Ｙ以上であるため、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に位置合わせして固定する際に弁部１５０がバルブ筐体１３０の開口部１４７から落下することを防ぐことができる。よって、この実施形態では順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に実装するときの実装作業が容易になる。ここで、開口部１４７の径Ｙと固定部１５４の外径Ｘは、１≦Ｙ／Ｘ≦１．２の関係を満たすことが好ましい。Ｙ／Ｘ＜１の場合は、弁部１５０がバルブ筐体１３０から落下してしまうおそれがある。一方、１．２＜Ｙ／Ｘの場合は、弁部１５０をバルブ筐体１３０に挿入することが困難となる。
【００５４】
また、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する際に弁部１５０に異常があった場合、当該弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７から取り外して容易に交換できるため、順止バルブ１０１全体としての歩留まりの向上も図ることができる。
【００５５】
従って、この実施形態における順止バルブ１０１によれば、実装作業も容易であり、また歩留まりも向上する。さらに、この実施形態の順止バルブ１０１では、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する構造であるため、特許文献１の減圧弁の構造に比べて固定部１５４の厚みの分、バルブ本体を低背化できる。
【００５６】
また、この実施形態の順止バルブ１０１では、固定部１５４の材質がゴムであり、また固定部１５４の厚みＴが開口部１４７の深さＤより大きいため、順止バルブ１０１がシステム筐体１６０に固定されるとき、固定部１５４がバルブ筐体１３０とシステム筐体１６０によって圧縮される（図７、図８参照）。この結果、順止バルブ１０１がシステム筐体１６０に固定されたときの固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との密着性が極めて高くなる。そのため、メタノールが弁部１５０の固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との間から外側へ漏れるのを防ぐことができる。従って、この実施形態における順止バルブ１０１によれば、バルブ本体の信頼性を向上できる。ここで、固定部１５４の厚みＴと開口部１４７の深さＤの関係は、１＜Ｔ／Ｄ≦１．５の関係を満たすことが好ましい。Ｔ／Ｄ≦１の場合は、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に固定したとき、弁部１５０をバルブ筐体１３０に十分に密着させることができず、弁座１４８に対して弁部１５０の与圧を十分に与えられないおそれがある。一方、１．５＜Ｔ／Ｄの場合は、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に固定したときの固定部１５４の圧縮による変形量が大きくなり、弁座１４８に対する弁部１５０の与圧が高くなりすぎて、弁部１５０が開放しなくなるおそれがある。
【００５７】
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（図８参照）。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。
【００５８】
《第２の実施形態》
図９は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられる弁部２５０の拡大断面図である。図１０は、弁部２５０を開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ２０１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、Ｏリング部１５６を設けた点である。
【００５９】
詳述すると、固定部１５４は、弁部２５０が開口部１４７に収納されたときに、バルブ筐体１３０の実装面より突出するＯリング部１５６を有する。Ｏリング部１５６の材質も、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。そのため、この実施形態における順止バルブ２０１では、Ｏリング部１５６が図８に示すＯリング１６１の役割を果たすため、Ｏリング１６１をシステム筐体１６０に設けなくても済む（図１０参照）。
【００６０】
従って、この実施形態における順止バルブ２０１によれば、部品点数を削減できる。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。
【００６１】
なお、この実施形態の順止バルブ２０１でも、Ｏリング部１５６を含む固定部１５４の材質がゴムであり、また固定部１５４の厚みが開口部１４７の深さより大きいため、順止バルブ２０１がシステム筐体１６０に固定されたときの固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との密着性が高い。
よって、この実施形態における順止バルブ２０１も上記順止バルブ１０１と同様の効果を奏する。
【００６２】
《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。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
１…ダイヤフラム
２…ピストン
３…弁座部
４…弁体部
５…支持部
６…固定部
７…バルブ筐体
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…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…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…突出部
１４５…流路
１４７…開口部
１４８…弁座
１４９…流出孔
１５０、２５０…弁部
１５１…弁体部
１５２…支持部
１５３…孔部
１５４…固定部
１５５…弁突起
１５６…Ｏリング部
１６０…システム筐体
１６１…リング
１６３…流入路
１６５…流出路
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、支持部５および固定部６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。固定部６は、支持部５をバルブ筐体７に固定する。ここで、これらの各部材は板状の部材で構成されており、当該減圧弁は各部材を接合することにより製造している。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５９０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
ところが、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示した特許文献１の減圧弁を製造する場合、弁体部４がダイヤフラム１の変位に応じて弁座部３と当接または離間するよう位置合わせして、支持部５をバルブ筐体７に固定する必要がある。そのため、この精密な位置合わせが必要になる。
また、特許文献１の減圧弁は支持部５を固定部６でバルブ筐体７に固定する構造であるため、固定部６の厚みの分、バルブ本体が高背化するという問題もある。
【０００９】
そこで本発明は、弁を容易に位置合わせすることができ、バルブ本体の低背化を図った順止バルブ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）バルブ筐体と、
前記バルブ筐体内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、
前記ダイヤフラムの変位によって前記バルブ室への流体の流入を遮断又は開放させる弁部と、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、前記流入孔と連通し、前記弁部を嵌めこむことにより前記弁部を収納する開口部と、前記流入孔の周縁に位置する弁座と、が形成され、
前記弁部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記弁座に当接する弁体と、前記弁体が前記弁座に対して接近および離間する方向へ可動自在に前記弁体を支持する支持部と、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記バルブ筐体の前記開口部の内周面に当接し、前記支持部を固定する固定部と、を有する。
【００１２】
この構成では、弁部を、バルブ筐体の開口部に嵌めこむことにより、バルブ筐体の開口部に収納する。弁部がバルブ筐体の開口部に収納されると、弁体は弁座に当接し、支持部を固定する固定部もバルブ筐体の開口部の内周面に当接する。そして、当該支持部は上記のように可動自在に弁体を支持する。そのため、この構成の順止バルブを製造する場合、弁部を開口部に嵌めこむだけで良い。即ち、この構成の順止バルブを製造する場合、特許文献１の減圧弁のように、弁体がダイヤフラムの変位に応じて弁座と当接または離間するよう位置合わせして、支持部をバルブ筐体に固定する必要がない。よって、この構成の順止バルブの構造では、この精密な位置合わせを行う必要がない。
また、この構成の順止バルブを製造する際に弁部に異常があった場合、当該弁部をバルブ筐体の開口部から取り外して容易に交換できるため、順止バルブ全体としての歩留まりの向上も図ることができる。
従って、この構成における順止バルブによれば、精密な位置合わせが不要であるため、容易に位置合わせできる。さらに、この構成の順止バルブでは、弁部をバルブ筐体の開口部に収納する構造であるため、特許文献１の減圧弁の構造に比べて固定部の厚みの分、バルブ本体を低背化できる。
【００１３】
（２）前記固定部の外径は前記開口部の径以上であることが好ましい。
【００１４】
この構成では、固定部の外径が開口部の径以上であるため、順止バルブを基板（例えばシステム筐体）に位置合わせして固定する際に弁部がバルブ筐体の開口部から落下することを防ぐことができる。よって、この構成では順止バルブを基板上に実装するときの実装作業が容易になる。
【００１５】
（３）前記固定部の厚みは前記開口部の深さより大きいことが好ましい。
【００１６】
この構成では、固定部の厚みが開口部の深さより大きいため、順止バルブが上記基板上に固定されるとき、固定部がバルブ筐体と基板によって圧縮される。この結果、順止バルブが基板上に固定されたときの固定部と基板の上面との密着性が高くなる。そのため、流体が弁部の固定部と基板の上面との間から外側へ漏れるのを防ぐことができる。従って、この構成における順止バルブによれば、バルブ本体の信頼性を向上できる。
【００１７】
（４）前記固定部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに、前記バルブ筐体の実装面より突出するＯリング部を有することが好ましい。
【００１８】
この構成の順止バルブではＯリング部が、順止バルブを上記基板上に固定する際に用いられる液漏れ防止用Ｏリングの役割を果たすため、当該Ｏリングを基板に設けなくても済む。従って、この構成における順止バルブによれば、部品点数を削減できる。
【００１９】
（５）前記固定部の材質はゴムであることが好ましい。
【００２０】
この構成では、順止バルブが上記基板に固定されたときの固定部と基板の上面との密着性が一層高くなる。そのため、流体が弁部の固定部と基板の上面との間から外側へ漏れるのをより防ぐことができる。従って、この構成における順止バルブによれば、バルブ本体の信頼性を一層向上できる。
【００２１】
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。
【００２２】
（６）上記（１）〜（５）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。
【００２３】
この構成により、上記（１）〜（５）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。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、弁を容易に位置合わせすることができ、バルブ本体の低背化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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】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】図５（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。
【図７】図６に示す弁部１５０の拡大断面図である。
【図８】弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ１０１の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられる弁部２５０の拡大断面図である。
【図１０】弁部２５０を開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ２０１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
《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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
《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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、バルブ筐体１３０には、図４及び図６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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
弁部１５０は、図４及び図６に示すように、略円形状である。弁体部１５１は、詳細を後述するが、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への流体の流入を遮断または開放させる。
【００４５】
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、ステンレススチールの板に対して打ち抜きと絞りを金型により行うことで形成される。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。
【００４６】
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ステンレス製の受圧板１２５が接合されている。
【００４７】
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。
【００４８】
以下、上記弁部１５０について詳述する。
図７は、図６に示す弁部１５０の拡大断面図である。弁部１５０は、図４及び図７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。ここで、固定部１５４の外径Ｘは開口部１４７の径Ｙ以上であり、固定部１５４の厚みＴは開口部１４７の深さＤより大きい。
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、この実施形態の順止バルブ１０１のシステム筐体１６０への実装方法について図８を参照して説明する。
図８は、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ１０１の断面図である。
【００５１】
まず、弁部１５０を、バルブ筐体１３０の実装面側から開口部１４７に嵌めこむことにより、キャップ部１１０が上述の溶接により接合されたバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する。
次に、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に嵌めた状態で順止バルブ１０１の流入孔１４３とシステム筐体１６０の流入路１６３、且つ順止バルブ１０１の流出孔１４９とシステム筐体１６０の流出路１６５を位置合わせする。そして、この位置合わせした状態で、キャップ部１１０のネジ止め用の穴１１１とバルブ筐体１３０のネジ止め用の穴１３１とにネジを通し（図４参照）、システム筐体１６０に固定する。これにより、順止バルブ１０１のシステム筐体１６０への実装が完了する。
【００５２】
以上より、弁部１５０がバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納されると、図７に示すように、弁体部１５１は弁座１４８に当接し、支持部１５２を固定する固定部１５４もバルブ筐体１３０の開口部１４７の内周面に当接する。そして、当該支持部１５２は上記のように可動自在に弁体部１５１を支持する。そのため、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する場合、弁部１５０を開口部１４７に嵌めこむだけで良い。即ち、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する場合、図１に示す特許文献１の減圧弁のように、弁体部１５１がダイヤフラム１２０の変位に応じて弁座１４８と当接または離間するよう位置合わせして、支持部１５２をバルブ筐体１３０に固定する必要がない。よって、この実施形態の順止バルブ１０１の構造では、この精密な位置合わせが不要となる。
【００５３】
また、固定部１５４の外径Ｘが開口部１４７の径Ｙ以上であるため、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に位置合わせして固定する際に弁部１５０がバルブ筐体１３０の開口部１４７から落下することを防ぐことができる。よって、この実施形態では順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に実装するときの実装作業が容易になる。ここで、開口部１４７の径Ｙと固定部１５４の外径Ｘは、１≦Ｙ／Ｘ≦１．２の関係を満たすことが好ましい。Ｙ／Ｘ＜１の場合は、弁部１５０がバルブ筐体１３０から落下してしまうおそれがある。一方、１．２＜Ｙ／Ｘの場合は、弁部１５０をバルブ筐体１３０に挿入することが困難となる。
【００５４】
また、この実施形態の順止バルブ１０１を製造する際に弁部１５０に異常があった場合、当該弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７から取り外して容易に交換できるため、順止バルブ１０１全体としての歩留まりの向上も図ることができる。
【００５５】
従って、この実施形態における順止バルブ１０１によれば、実装作業も容易であり、また歩留まりも向上する。さらに、この実施形態の順止バルブ１０１では、弁部１５０をバルブ筐体１３０の開口部１４７に収納する構造であるため、特許文献１の減圧弁の構造に比べて固定部１５４の厚みの分、バルブ本体を低背化できる。
【００５６】
また、この実施形態の順止バルブ１０１では、固定部１５４の材質がゴムであり、また固定部１５４の厚みＴが開口部１４７の深さＤより大きいため、順止バルブ１０１がシステム筐体１６０に固定されるとき、固定部１５４がバルブ筐体１３０とシステム筐体１６０によって圧縮される（図７、図８参照）。この結果、順止バルブ１０１がシステム筐体１６０に固定されたときの固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との密着性が極めて高くなる。そのため、メタノールが弁部１５０の固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との間から外側へ漏れるのを防ぐことができる。従って、この実施形態における順止バルブ１０１によれば、バルブ本体の信頼性を向上できる。ここで、固定部１５４の厚みＴと開口部１４７の深さＤの関係は、１＜Ｔ／Ｄ≦１．５の関係を満たすことが好ましい。Ｔ／Ｄ≦１の場合は、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に固定したとき、弁部１５０をバルブ筐体１３０に十分に密着させることができず、弁座１４８に対して弁部１５０の与圧を十分に与えられないおそれがある。一方、１．５＜Ｔ／Ｄの場合は、順止バルブ１０１をシステム筐体１６０に固定したときの固定部１５４の圧縮による変形量が大きくなり、弁座１４８に対する弁部１５０の与圧が高くなりすぎて、弁部１５０が開放しなくなるおそれがある。
【００５７】
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（図８参照）。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。
【００５８】
《第２の実施形態》
図９は、本発明の第２の実施形態に係る順止バルブ２０１に備えられる弁部２５０の拡大断面図である。図１０は、弁部２５０を開口部１４７に嵌めた状態でシステム筐体１６０に固定された順止バルブ２０１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、Ｏリング部１５６を設けた点である。
【００５９】
詳述すると、固定部１５４は、弁部２５０が開口部１４７に収納されたときに、バルブ筐体１３０の実装面より突出するＯリング部１５６を有する。Ｏリング部１５６の材質も、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。そのため、この実施形態における順止バルブ２０１では、Ｏリング部１５６が図８に示すＯリング１６１の役割を果たすため、Ｏリング１６１をシステム筐体１６０に設けなくても済む（図１０参照）。
【００６０】
従って、この実施形態における順止バルブ２０１によれば、部品点数を削減できる。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。
【００６１】
なお、この実施形態の順止バルブ２０１でも、Ｏリング部１５６を含む固定部１５４の材質がゴムであり、また固定部１５４の厚みが開口部１４７の深さより大きいため、順止バルブ２０１がシステム筐体１６０に固定されたときの固定部１５４とシステム筐体１６０の上面との密着性が高い。
よって、この実施形態における順止バルブ２０１も上記順止バルブ１０１と同様の効果を奏する。
【００６２】
《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。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
１…ダイヤフラム
２…ピストン
３…弁座部
４…弁体部
５…支持部
６…固定部
７…バルブ筐体
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…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…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…突出部
１４５…流路
１４７…開口部
１４８…弁座
１４９…流出孔
１５０、２５０…弁部
１５１…弁体部
１５２…支持部
１５３…孔部
１５４…固定部
１５５…弁突起
１５６…Ｏリング部
１６０…システム筐体
１６１…リング
１６３…流入路
１６５…流出路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ筐体と、
前記バルブ筐体内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、
前記ダイヤフラムの変位によって前記バルブ室への流体の流入を遮断又は開放させる弁部と、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、前記流入孔と連通し、前記弁部を嵌めこむことにより前記弁部を収納する開口部と、前記流入孔の周縁に位置する弁座と、が形成され、
前記弁部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記弁座に当接する弁体と、前記弁体が前記弁座に対して接近および離間する方向へ可動自在に前記弁体を支持する支持部と、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記バルブ筐体の前記開口部の内周面に当接し、前記支持部を固定する固定部と、を有する順止バルブ。
【請求項２】
前記固定部の外径は前記開口部の径以上である、請求項１に記載の順止バルブ。
【請求項３】
前記固定部の厚みは前記開口部の深さより大きい、請求項１又は２に記載の順止バルブ。
【請求項４】
前記固定部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに、前記バルブ筐体の実装面より突出するＯリング部を有する、請求項３に記載の順止バルブ。
【請求項５】
前記固定部の材質はゴムである、請求項３又は４に記載の順止バルブ。
【請求項６】
請求項１から５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。
【請求項１】
バルブ筐体と、
前記バルブ筐体内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、
前記ダイヤフラムの変位によって前記バルブ室への流体の流入を遮断又は開放させる弁部と、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、前記流入孔と連通し、前記弁部を嵌めこむことにより前記弁部を収納する開口部と、前記流入孔の周縁に位置する弁座と、が形成され、
前記弁部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記弁座に当接する弁体と、前記弁体が前記弁座に対して接近および離間する方向へ可動自在に前記弁体を支持する支持部と、前記弁部が前記開口部に収納されたときに前記バルブ筐体の前記開口部の内周面に当接し、前記支持部を固定する固定部と、を有する順止バルブ。
【請求項２】
前記固定部の外径は前記開口部の径以上である、請求項１に記載の順止バルブ。
【請求項３】
前記固定部の厚みは前記開口部の深さより大きい、請求項１又は２に記載の順止バルブ。
【請求項４】
前記固定部は、前記弁部が前記開口部に収納されたときに、前記バルブ筐体の実装面より突出するＯリング部を有する、請求項３に記載の順止バルブ。
【請求項５】
前記固定部の材質はゴムである、請求項３又は４に記載の順止バルブ。
【請求項６】
請求項１から５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。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図８】
【図１０】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４３２５５（Ｐ２０１２−４３２５５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４８７５（Ｐ２０１０−１８４８７５）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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