高圧遮断バルブ、燃料カートリッジ、及び燃料電池システム
【課題】流路内を流れる流体の圧力が高くなった際に、自動的に流路を閉状態とする高圧遮断バルブに関して、簡易な構造で、高圧異常時の緊急遮断を実現するバルブ、ならびに前記高圧遮断バルブを用いた燃料カートリッジ、及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】流入口２、流出口３、及び大気解放口４を有する筺体１と、前記筺体１の内部に摺動可能に設けられた弁体１０とを備え、前記弁体１０は連通路が設けられており、通常時には、前記流入口２と前記流出口３は前記連通路を含む流路によって連通され、前記流入口２からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体１０を摺動させて前記流路を遮断する。
【解決手段】流入口２、流出口３、及び大気解放口４を有する筺体１と、前記筺体１の内部に摺動可能に設けられた弁体１０とを備え、前記弁体１０は連通路が設けられており、通常時には、前記流入口２と前記流出口３は前記連通路を含む流路によって連通され、前記流入口２からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体１０を摺動させて前記流路を遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内を流れる流体の圧力が高くなった際に、自動的に流路を閉状態とする高圧遮断バルブ、ならびに前記高圧遮断バルブを用いた燃料カートリッジ、及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料カートリッジを使用している発電セルなどでは、燃料カートリッジから発電セルに流体を供給する際にポンプを用いている。しかし、高温状況下では燃料カートリッジから意図しない高い吐出圧力が生じ、ポンプの破損等が起きることがある。そのため、高圧異常時にポンプとの連通を遮断する緊急遮断弁が求められる。
【０００３】
このような緊急遮断弁は、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された緊急遮断弁は、図１０に示すように、流入口５０２、流出口５０３及び大気孔５０４を有する弁室５０５と、開閉駆動部５０６、弁体５１０、ならびに前記弁体５１０の状態を初期状態に戻すリセットボタン５２０から構成されている。前記開閉駆動部５０６にはダイヤフラム５１１及びスピンドル５１２が設けられている。前記弁体５１０には凹形状をしたノッチ５１４が設けられており、前記ノッチ５１４と前記スピンドル５１２の間に係合するようにボール５１３が設けられている。
【０００４】
流入口５０２から流入する流入圧が大気圧よりも小さいときは、ボール５１３が弁体５１０のノッチ５１４に係合し、図９の状態に弁体５１０が保持されている。このとき、流路は開状態に保持される。一方、流入圧が大気圧よりも大きくなると、ダイヤフラム５１１が押し上げられ、これに伴いスピンドル５１２が上方向に押し上げられる。この結果、前記弁体５１０に設けられているノッチ５１４とボール５１３の係合状態が解除され、弁体５１０が下方向へ移動して流入口５０２から流出口５０３への流路を塞ぐものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公昭６２−２３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような緊急遮断弁は、弁体の開閉駆動のために複雑な機構が必要であり、装置が大型になるという問題がある。また、流体の圧力が閾値付近で変動した場合には、弁体の開閉状態が不安定になるために、開状態、及び閉状態を維持する機構を備える必要がある。そのため、装置がさらに大掛かりになるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易な構造で、高圧異常時の緊急遮断を実現する高圧遮断バルブ、ならびに前記高圧遮断バルブを用いた燃料カートリッジ、及び燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決するために、本発明に係る高圧遮断バルブは、流入口、流出口、及び大気解放口を有する筺体と、前記筺体の内部に摺動可能に設けられた弁体とを備え、前記弁体は連通路が設けられており、通常時には、前記流入口と前記流出口は前記連通路を含む流路によって連通され、前記流入口からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体を摺動させて前記流路を遮断することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記弁体には、前記連通路となる溝が設けられていることが望ましい。この場合は、バルブが開状態のときに溝が流路として作用し、閉状態のときは溝を流出口のみと連通させることで流体の逆流を防ぐことができる。
【００１０】
また本発明は、前記筺体には、前記流路の一部となる溝が設けられていることが望ましい。この場合は、弁体溝と筺体溝を組み合わせることで流路の設計の自由度が上がり、低背型に対応できるようになる。
【００１１】
また本発明は、前記弁体には、前記連通路となる穴が設けられていることが望ましい。この場合は、筺体に溝を設けず、弁体のみで流路を形成することができる。
【００１２】
また本発明は、前記筺体が円筒形状で、前記弁体が円柱形状であることが望ましい。この場合は、流体の圧力が高くなっても筺体が変形しにくいため、隙間及び流体の漏れの発生を防ぐことができる。
【００１３】
また本発明は、前記筺体の内壁における前記弁体と前記大気解放口の間に、弁体の復帰装置を設けることが望ましい。この場合は、流体の圧力が高くなり弁体が摺動した後、弁体を初期の位置に戻すことができる。
【００１４】
また本発明に係る燃料カートリッジは、高圧遮断バルブが、出口側に内蔵されていることが望ましい。従来の燃料電池システムにおいては、バルブが大型であったためにバルブと燃料カートリッジを別々に提供していたが、この場合は、バルブが小型に構成できるため、燃料カートリッジ内への組み込みが容易にできる。
【００１５】
また本発明に係る燃料電池システムは、前記高圧遮断バルブと、燃料カートリッジと、発電セルとを備え、燃料カートリッジと発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられていることが望ましい。この場合は、燃料カートリッジの吐出圧力が高くなっても、前記圧力が燃料カートリッジの出口から先へ伝わらないので、次段にある装置や発電セルを壊すことがない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流体の圧力を用いて弁体を摺動させるという簡易な構造で、高圧異常時の緊急遮断を実現できる。さらに、一度緊急遮断を行うと、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、閉状態を維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１による高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図２】実施形態１の高圧遮断バルブの分解斜視図である。
【図３】実施形態１の変形例１による高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図４】本発明の実施形態２による高圧遮断バルブの中央横断面図、縦断面図、及び弁体の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態３による高圧遮断バルブの中央断面図及び弁体の斜視図である。
【図６】実施形態３の変形例１の高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図７】実施形態３の変形例２の高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図８】本発明の実施形態４による燃料電池システムのブロック図である。
【図９】実施形態４による燃料電池システムのブロック図である。
【図１０】先行技術を説明する緊急遮断弁の中央断面概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態に係る高圧遮断バルブについて説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は本実施形態１に係る高圧遮断バルブ１００の中央断面図である。本実施形態の高圧遮断バルブ１００は燃料電池システムにおける燃料カートリッジの後段に設けられた高圧遮断バルブとして用いられる。なお、本明細書において、断面図は理解しやすくするために概略的に示している。
【００２０】
図２は高圧遮断バルブ１００の分解斜視図である。以下、図１と図２を参照しながら説明を行う。
【００２１】
本実施形態１の高圧遮断バルブ１００は筺体１と弁体１０から構成されている。筺体１は低背かつ直方体形状をしており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体１は下筺体１１と、その上面に順次接着材により積層固着された中筺体１２、及び上筺体１３でもって構成されており、内部に第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂからなる弁室５を有する。
【００２２】
筺体１の一部を構成する下筺体１１には、下筺体を貫通し第１の弁室５ａと連通する流入口２と、下筺体の中央を貫通し第２の弁室５ｂと連通する流出口３と、中筺体１２の第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂを連通させるように設けられた筺体溝１１ａが形成されている。
【００２３】
中筺体１２は真ん中を大きくくりぬかれた枠状に形成されている。中筺体１２と、下筺体１１及び上筺体１３によって囲まれた空間が弁室５となる。中筺体１２の枠状部の中央付近には、弁室５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ６が設けられている。これにより弁室５は第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂに分けられている。
【００２４】
また、中筺体１２には大気解放口４が設けられている。この大気解放口４は、中筺体１２の枠状部の第２の弁室５ｂ側の端部に設けられた穴で構成されており、第２の弁室５ｂと大気とをつなぐ。
【００２５】
上筺体１３は穴や溝が無い一枚板である。
【００２６】
弁体１０は、中筺体１２と同等の厚みを有する直方体形状をしており、底部の中央に弁体溝１０ａが形成されている。この弁体１０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体１０は第２の弁室５ｂ内に、ストッパ６側から大気解放口４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００２７】
通常時の弁体１０の位置は、第２の弁室５ｂ内で最もストッパ６に近い位置であり、図１（Ａ）に示すように、弁体溝１０ａが筺体溝１１ａと流出口３の両方と連通している。このとき、高圧遮断バルブ１００の流路は、流入口２から第１の弁室５ａ、筺体溝１１ａ、弁体溝１０ａを経由して、流出口３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００２８】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体１０が大気解放口４側に摺動した場合には、図１（Ｂ）に示すように、弁体溝１０ａが流出口３と連通しつつ、筺体溝１１ａとは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００２９】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体１０に加わる力は、流入口２側から弁体１０にかかる力Ｆ１と、大気解放口４側から弁体１０にかかる力Ｆ２と、弁体１０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００３０】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体の受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体１０の受圧面積Ｓ２の積として表される。これより、弁体１０が大気解放口４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００３１】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００３２】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体１０が開状態を維持しながら大気解放口４側に向かって摺動する。さらに弁体１０が大気解放口４付近まで摺動すると、筺体溝１１ａと弁体溝１０ａの連通が途切れるため、流出口３への流路が遮断される。
【００３３】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００３４】
本実施形態では、弁体１０に流入口２と流出口３を連通させるための流路の一部となる弁体溝１０ａが設けられている。このように構成しているので、バルブが開状態のときに弁体溝１０ａが流路として作用し、閉状態のときは弁体溝１０ａを流出口３のみと連通させることで流体の逆流を防ぐことができる。
【００３５】
本実施形態では、筺体１に流入口２と流出口３を連通させるための流路の一部となる筺体溝１１ａが設けられている。このように構成しているので、筺体溝１１ａを弁体溝１０ａと組み合わせることで流路の設計の自由度が上がり、低背型に対応できる。
【００３６】
本実施形態では、弁体溝の形状は直方体としているが、これに限るものではない。通常時には弁体溝が流入口、及び流出口と連通しており、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体が大気解放口側に摺動したときには、弁体溝が流出口と連通しつつ、流入口とは連通しないような長さ及び形状で設計されていればよい。
【００３７】
（実施形態１の変形例１）
図３は本実施形態１の変形例１に係る高圧遮断バルブ２００の中央断面図である。本変形例１の高圧遮断バルブ２００は筺体２１と弁体２０から構成されている。
【００３８】
筺体２１は低背かつ直方体形状をしており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体２１は下筺体１５と、その上面に順次接着材により積層固着された中筺体１６、及び上筺体１７でもって構成されており、内部に第１の弁室２５ａと第２の弁室２５ｂからなる弁室２５を有する。
【００３９】
筺体２１の一部を構成する下筺体１５には、下筺体を貫通し第１の弁室２５ａと連通する流入口２２と、下筺体の中央を貫通し第２の弁室２５ｂと連通する流出口２３が形成されている。
【００４０】
中筺体１６は真ん中を大きくくりぬかれた枠状に形成されている。中筺体１６と、下筺体１５及び上筺体１７によって囲まれた空間が弁室２５となる。中筺体１６の枠状部の中央付近には、弁室２５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ６が設けられている。これにより弁室２５は第１の弁室２５ａと第２の弁室２５ｂに分けられている。
【００４１】
また、中筺体１６には大気解放口２４が設けられている。この大気解放口２４は、中筺体１６の枠状部の第２の弁室２５ｂ側の端部に設けられた穴で構成されており、第２の弁室２５ｂと大気とをつなぐ。
【００４２】
上筺体１７は穴や溝が無い一枚板である。
【００４３】
弁体２０は、中筺体１６と同等の厚みを有する直方体形状をしており、内部に弁体穴２０ｂが形成されている。弁体穴２０ｂは、弁体２０の側面中央部から長手方向へ直線穴を形成し、弁体２０の中央付近で底面方向に直角に屈曲し、底面まで貫通して流路の一部を形成するものである。
【００４４】
この弁体２０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体２０は第２の弁室２５ｂ内に、ストッパ２６側から大気解放口２４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００４５】
通常時の弁体２０の位置は、第２の弁室２５ｂ内で最もストッパ２６に近い位置であり、図３（Ａ）に示すように、弁体穴２０ｂが流出口２３と連通している。このとき、高圧遮断バルブ２００の流路は、流入口２２から弁室２５、弁体穴２０ｂを経由して、流出口２３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００４６】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体２０が大気解放口２４側に摺動した場合には、図３（Ｂ）に示すように、弁体穴２０ｂが流出口２３とは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００４７】
本変形例では、弁体２０に流入口２２と流出口２３を連通させるための流路の一部となる弁体穴２０ｂが設けられている。このように構成しているので、筺体２１に溝を設けず、弁体２０のみで流路を形成することができ、より簡単な構造で本発明を実現できる。
【００４８】
（実施形態２）
図４は本実施形態２に係る高圧遮断バルブ３００の中央横断面図、縦断面図、及び弁体３０の斜視図である。図４（Ａ）に示すように、本実施形態の高圧遮断バルブ３００は筺体３１及び弁体３０から構成されている。
【００４９】
筺体３１は円筒形状に構成されており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体３１は円筒部分と、円筒の両端を塞ぐ二枚の円板とから形成されている。筺体３１には一方の円板の中央に流入口３２、他方の円板の中央に大気解放口３４、円筒部分に流出口３３が設けられており、内部に弁室３５を有する。
【００５０】
図４（Ａ）をＡ−Ａ'の面で切断した断面が図４（Ｂ）である。図４（Ｂ）に示すように、筺体３１の流入口３２付近には、弁室３５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ３６が設けられている。これにより弁室３５は第１の弁室３５ａと第２の弁室３５ｂに分けられている。
【００５１】
弁体３０は、円筒形状の筺体３１の内径と同等の外径を有する円柱形状に構成されている。弁体３０には、図４（Ｃ）に示すように、弁体３０の外周面に円周方向に一周して形成されている円周溝３７ｂと、弁体３０の外周面に円周溝３７ｂから円柱の軸方向に平行に形成されている直線溝３７ａの二種類の弁体溝３７が形成されている。この弁体３０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。
【００５２】
弁体３０は第２の弁室３５ｂ内に、ストッパ３６側から大気解放口３４側に摺動可能な状態で設けられている。このとき、弁体３０が大気解放口３４側に摺動した状態になっても、弁体溝３７と流出口３３とが連通しないような回転位置に弁体３０を設けることとする。
【００５３】
通常時の弁体３０の位置は、第２の弁室３５ｂ内のストッパ３６側の位置であり、図４（Ａ）に示すように、弁体溝３７が流出口３３と連通している。このとき、高圧遮断バルブ３００の流路は、流入口３２から弁室３５、弁体溝３７を経由して、流出口３３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００５４】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体３０が大気解放口３４側に摺動した場合には、弁体溝３７が流出口３３とは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００５５】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体３０に加わる力は、流入口３２側から弁体３０にかかる力Ｆ１と、大気解放口３４側から弁体３０にかかる力Ｆ２と、弁体３０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００５６】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体の受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体３０の受圧面積Ｓ２の積として表される。
【００５７】
これより、弁体３０が大気解放口３４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００５８】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００５９】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体３０が開状態を維持しながら大気解放口３４側に向かって摺動する。さらに弁体３０が大気解放口３４付近まで摺動すると、弁体溝３７と流出口３４との連通が途切れるため、流出口３４への流路が遮断される。
【００６０】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００６１】
本実施形態では、筺体３１が円筒形状、弁体３０が円柱形状として設けられている。このように構成しているので、筺体３１が流体圧により変形しにくくなっている。その結果、弁体３０と筺体３１との間に隙間が生まれにくくなり、流体が大気解放口３４や流入口３２、流出口３３から漏れにくくなる。
【００６２】
（実施形態３）
図５は本実施形態３に係る高圧遮断バルブ４００の中央断面図と弁体４０の斜視図である。図５（Ａ）に示すように、本実施形態の高圧遮断バルブ４００は筺体４１及び弁体４０から構成されている。
【００６３】
筺体４１は円筒形状に構成されており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体４１は円筒部分と、円筒の両端を塞ぐ二枚の円板とから形成されている。筺体４１には一方の円板の中央に流入口４２、他方の円板の中央に大気解放口４４、円筒部分に流出口４３が設けられており、内部に弁室４５を有する。
【００６４】
弁体４０は、円筒形状の筺体４１の内径よりも少し小さい外径を有する円柱形状をしている。弁体４０には、図５（Ｂ）に示すように、弁体溝４０ａ、弁体穴４０ｂ及びシール性がある複数のリング体４０ｃが形成されている。弁体４０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体４０は弁室４５内に、流入口４２側から大気解放口４４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００６５】
弁体穴４０ｂは、円柱の一方主面から長手方向へ直線穴を形成し、弁体４０の中央付近で外周方向に直角に屈曲し、外周面まで貫通して流路の一部を形成するものである。
【００６６】
弁体溝４０ａは、弁体４０の外周部に円周方向に一周して形成されており、外周面まで貫通して設けられた弁体穴４０ｂと連通している。このように構成されているので、弁体４０を任意の回転位置に設けることができる。
【００６７】
リング体４０ｃは、円筒形状の筺体４１の内径と同等の外径を有しており、弁体４０の外周部に円周方向に一周して設けられている凸部である。リング体４０ｃは、弁体溝４０ａから流入口４２側までの外周部に二つ、反対側の外周部に一つ形成されている。リング体４０ｃは例えば弁体４０と同じ材質で一体成形されている。
【００６８】
このように構成されているので、弁体４０が筺体４１と接触する面積が減るために、弁体４０の摺動抵抗が減少する。また、リング体４０ｃにはシール性があるため、流入口４２、流出口４３、及び大気解放口４４の流体の圧力を確実に分離することができ、弁体４０の動作をより精密に設定することができる。
【００６９】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体４０に加わる力は、流入口４２側から弁体４０に設けられた弁体穴４０ｂにかかる力Ｆ１と、大気解放口４４側から弁体４０にかかる力Ｆ２と、弁体４０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００７０】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体穴４０ｂの受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体３０の受圧面積Ｓ２の積として表される。
【００７１】
これより、弁体３０が大気解放口３４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００７２】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００７３】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体４０が開状態を維持しながら大気解放口４４側に向かって摺動する。さらに弁体４０が大気解放口４４付近まで摺動すると、弁体穴４０ｂと流出口４４との連通が途切れるため、流出口３４への流路が遮断される。
【００７４】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００７５】
本実施形態では、リング体４０ｃを弁体と同じ材質から一体成形しているが、これに限るものではない。例えば、個別に形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。
【００７６】
また本実施形態では、リング体４０ｃの数もこれに限定されるものではない。本変形例よりも数を減らすと弁として機能しなくなり問題となるが、増やす分には構わない。
【００７７】
（実施形態３の変形例１）
図６は本実施形態３の変形例１に係る高圧遮断バルブ４００Ａの中央断面図である。実施形態３と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７８】
本変形例の高圧遮断バルブ４００Ａは円筒状の筺体４１及び円柱状の弁体４０から構成されており、復帰装置を備えるものである。この復帰装置は、筺体４１の内壁のうち、弁体４０から大気解放口４４までの間に、シール性のある薄膜４５を設けたものである。
【００７９】
この薄膜４５は、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなると弁体４０によって大気解放口４４側に押し出されて撓むものである。このように構成しているので、流体の圧力が高くなり、弁体が大気解放口４４側に摺動した後、圧力が通常の状態に戻ると、薄膜４５の弾性により弁体を初期位置の方向に戻すことができる。また、薄膜４５にはシール性があるので、液体が大気解放口４４から漏れるのを防ぐ。
【００８０】
（実施形態３の変形例２）
図７は本実施形態３の変形例２に係る高圧遮断バルブ４００Ｂの中央断面図である。実施形態３と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８１】
本変形例の高圧遮断バルブ４００Ｂは円筒状の筺体４１及び円柱状の弁体４０から構成されており、復帰装置を備えるものである。この復帰装置は、筺体４１の弁室内で、弁体４０から大気解放口４４までの間に、ばね４６を設けたものである。このように構成しているので、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体４０がばね４６を圧縮しながら大気解放口４４側に摺動した後、圧力が通常の状態に戻ると、ばね４６の弾性により弁体４０が初期位置の方向に戻る。
【００８２】
本変形例では、ばね４６の与圧を変更することで、弁体４０が摺動する条件を簡単に変更することができる。また、リング体４０ｃが設けられていると、弁体４０の摺動抵抗が小さくなるため特に有効である。
【００８３】
上記した変形例では、復帰装置を薄膜４５またはばね４６としているが、これに限るものではない。例えば、大気解放口４４の外側から棒状のもので弁体４０を押しこみ、初期状態に戻すといった手動復帰の手段を用いてもよい。
【００８４】
（他の実施例）
なお、本発明に係る高圧遮断バルブは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００８５】
前記実施形態では、筺体をＰＰＳから構成しているが、これに限るものではない。例えば、ＰＰＳ以外の樹脂等を用いてもよい。
【００８６】
前記実施形態では、弁体をＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）から構成しているが、これに限るものではない。例えば、ポリエチレン、エラストマーなど、弾性のある樹脂を用いてもよい。このとき、弁体の表面にはシール性があることが望ましい。
【００８７】
前記実施形態では、弁室の内部にストッパを設けているが、これに限るものではない。ストッパは弁体の初期位置を設定するときや復帰装置を設けたときの復帰位置決めのために設けることが望ましいが、必要でないときは設けなくてもよい。
【００８８】
（実施形態４）
図８は本実施形態４に係る燃料電池システムのブロック図である。本実施形態の燃料電池システムは燃料カートリッジ、高圧遮断バルブ、ポンプ、発電セルから構成されている。
【００８９】
本発明の高圧遮断バルブは燃料カートリッジの出口側に設けられている。ポンプは高圧遮断バルブの出口側に設けられており、発電セルに供給する流体の流量を調節する役目を担う。発電セルはポンプの出口側に設けられている。
【００９０】
本実施形態では、燃料カートリッジと発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられている。このように構成しているので、燃料カートリッジの吐出圧力が高くなっても、前記圧力が燃料カートリッジの出口から先へ伝わらないので、次段にあるポンプや発電セルを壊すことがない。
【００９１】
さらに、高圧遮断バルブが小型になるため、燃料電池システムへの組み込みが容易になり、燃料電池システムをより小型化することができる。
【００９２】
また、高圧遮断バルブを、燃料カートリッジの内部の出口側に直接内蔵してもよい（図９参照）。従来の燃料電池システムにおいては、高圧遮断バルブが大型であったために高圧遮断バルブと燃料供給用カートリッジを別々に提供していたが、このように構成した場合、高圧遮断バルブを備えた燃料カートリッジを提供できるため、燃料電池システムをより小型化することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００、４００、５００…高圧遮断バルブ
１、２１、３１、４１…筺体
２、２２、３２、４２、５０２…流入口
３、２３、３３、４３、５０３…流出口
４、２４、３４、４４、５０４…大気解放口
５、２５、３５、４５、５０５…弁室
５ａ、２５ａ、３５ａ…第１の弁室
５ｂ、２５ｂ、３５ｂ…第２の弁室
６、２６、３６…ストッパ
１１、１５…下筺体
１１ａ…筺体溝
１２、１６…中筺体
１３、１７…上筺体
１０、２０、３０、４０、５１０…弁体
１０ａ、３７、４０ａ…弁体溝
２０ｂ、４０ｂ…弁体穴
３７ａ…直線溝
３７ｂ…円周溝
４０ｃ…リング体
４５…薄膜
４６…ばね
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内を流れる流体の圧力が高くなった際に、自動的に流路を閉状態とする高圧遮断バルブ、ならびに前記高圧遮断バルブを用いた燃料カートリッジ、及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料カートリッジを使用している発電セルなどでは、燃料カートリッジから発電セルに流体を供給する際にポンプを用いている。しかし、高温状況下では燃料カートリッジから意図しない高い吐出圧力が生じ、ポンプの破損等が起きることがある。そのため、高圧異常時にポンプとの連通を遮断する緊急遮断弁が求められる。
【０００３】
このような緊急遮断弁は、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された緊急遮断弁は、図１０に示すように、流入口５０２、流出口５０３及び大気孔５０４を有する弁室５０５と、開閉駆動部５０６、弁体５１０、ならびに前記弁体５１０の状態を初期状態に戻すリセットボタン５２０から構成されている。前記開閉駆動部５０６にはダイヤフラム５１１及びスピンドル５１２が設けられている。前記弁体５１０には凹形状をしたノッチ５１４が設けられており、前記ノッチ５１４と前記スピンドル５１２の間に係合するようにボール５１３が設けられている。
【０００４】
流入口５０２から流入する流入圧が大気圧よりも小さいときは、ボール５１３が弁体５１０のノッチ５１４に係合し、図９の状態に弁体５１０が保持されている。このとき、流路は開状態に保持される。一方、流入圧が大気圧よりも大きくなると、ダイヤフラム５１１が押し上げられ、これに伴いスピンドル５１２が上方向に押し上げられる。この結果、前記弁体５１０に設けられているノッチ５１４とボール５１３の係合状態が解除され、弁体５１０が下方向へ移動して流入口５０２から流出口５０３への流路を塞ぐものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公昭６２−２３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような緊急遮断弁は、弁体の開閉駆動のために複雑な機構が必要であり、装置が大型になるという問題がある。また、流体の圧力が閾値付近で変動した場合には、弁体の開閉状態が不安定になるために、開状態、及び閉状態を維持する機構を備える必要がある。そのため、装置がさらに大掛かりになるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易な構造で、高圧異常時の緊急遮断を実現する高圧遮断バルブ、ならびに前記高圧遮断バルブを用いた燃料カートリッジ、及び燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決するために、本発明に係る高圧遮断バルブは、流入口、流出口、及び大気解放口を有する筺体と、前記筺体の内部に摺動可能に設けられた弁体とを備え、前記弁体は連通路が設けられており、通常時には、前記流入口と前記流出口は前記連通路を含む流路によって連通され、前記流入口からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体を摺動させて前記流路を遮断することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記弁体には、前記連通路となる溝が設けられていることが望ましい。この場合は、バルブが開状態のときに溝が流路として作用し、閉状態のときは溝を流出口のみと連通させることで流体の逆流を防ぐことができる。
【００１０】
また本発明は、前記筺体には、前記流路の一部となる溝が設けられていることが望ましい。この場合は、弁体溝と筺体溝を組み合わせることで流路の設計の自由度が上がり、低背型に対応できるようになる。
【００１１】
また本発明は、前記弁体には、前記連通路となる穴が設けられていることが望ましい。この場合は、筺体に溝を設けず、弁体のみで流路を形成することができる。
【００１２】
また本発明は、前記筺体が円筒形状で、前記弁体が円柱形状であることが望ましい。この場合は、流体の圧力が高くなっても筺体が変形しにくいため、隙間及び流体の漏れの発生を防ぐことができる。
【００１３】
また本発明は、前記筺体の内壁における前記弁体と前記大気解放口の間に、弁体の復帰装置を設けることが望ましい。この場合は、流体の圧力が高くなり弁体が摺動した後、弁体を初期の位置に戻すことができる。
【００１４】
また本発明に係る燃料カートリッジは、高圧遮断バルブが、出口側に内蔵されていることが望ましい。従来の燃料電池システムにおいては、バルブが大型であったためにバルブと燃料カートリッジを別々に提供していたが、この場合は、バルブが小型に構成できるため、燃料カートリッジ内への組み込みが容易にできる。
【００１５】
また本発明に係る燃料電池システムは、前記高圧遮断バルブと、燃料カートリッジと、発電セルとを備え、燃料カートリッジと発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられていることが望ましい。この場合は、燃料カートリッジの吐出圧力が高くなっても、前記圧力が燃料カートリッジの出口から先へ伝わらないので、次段にある装置や発電セルを壊すことがない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流体の圧力を用いて弁体を摺動させるという簡易な構造で、高圧異常時の緊急遮断を実現できる。さらに、一度緊急遮断を行うと、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、閉状態を維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１による高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図２】実施形態１の高圧遮断バルブの分解斜視図である。
【図３】実施形態１の変形例１による高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図４】本発明の実施形態２による高圧遮断バルブの中央横断面図、縦断面図、及び弁体の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態３による高圧遮断バルブの中央断面図及び弁体の斜視図である。
【図６】実施形態３の変形例１の高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図７】実施形態３の変形例２の高圧遮断バルブの中央断面図である。
【図８】本発明の実施形態４による燃料電池システムのブロック図である。
【図９】実施形態４による燃料電池システムのブロック図である。
【図１０】先行技術を説明する緊急遮断弁の中央断面概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態に係る高圧遮断バルブについて説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は本実施形態１に係る高圧遮断バルブ１００の中央断面図である。本実施形態の高圧遮断バルブ１００は燃料電池システムにおける燃料カートリッジの後段に設けられた高圧遮断バルブとして用いられる。なお、本明細書において、断面図は理解しやすくするために概略的に示している。
【００２０】
図２は高圧遮断バルブ１００の分解斜視図である。以下、図１と図２を参照しながら説明を行う。
【００２１】
本実施形態１の高圧遮断バルブ１００は筺体１と弁体１０から構成されている。筺体１は低背かつ直方体形状をしており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体１は下筺体１１と、その上面に順次接着材により積層固着された中筺体１２、及び上筺体１３でもって構成されており、内部に第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂからなる弁室５を有する。
【００２２】
筺体１の一部を構成する下筺体１１には、下筺体を貫通し第１の弁室５ａと連通する流入口２と、下筺体の中央を貫通し第２の弁室５ｂと連通する流出口３と、中筺体１２の第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂを連通させるように設けられた筺体溝１１ａが形成されている。
【００２３】
中筺体１２は真ん中を大きくくりぬかれた枠状に形成されている。中筺体１２と、下筺体１１及び上筺体１３によって囲まれた空間が弁室５となる。中筺体１２の枠状部の中央付近には、弁室５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ６が設けられている。これにより弁室５は第１の弁室５ａと第２の弁室５ｂに分けられている。
【００２４】
また、中筺体１２には大気解放口４が設けられている。この大気解放口４は、中筺体１２の枠状部の第２の弁室５ｂ側の端部に設けられた穴で構成されており、第２の弁室５ｂと大気とをつなぐ。
【００２５】
上筺体１３は穴や溝が無い一枚板である。
【００２６】
弁体１０は、中筺体１２と同等の厚みを有する直方体形状をしており、底部の中央に弁体溝１０ａが形成されている。この弁体１０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体１０は第２の弁室５ｂ内に、ストッパ６側から大気解放口４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００２７】
通常時の弁体１０の位置は、第２の弁室５ｂ内で最もストッパ６に近い位置であり、図１（Ａ）に示すように、弁体溝１０ａが筺体溝１１ａと流出口３の両方と連通している。このとき、高圧遮断バルブ１００の流路は、流入口２から第１の弁室５ａ、筺体溝１１ａ、弁体溝１０ａを経由して、流出口３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００２８】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体１０が大気解放口４側に摺動した場合には、図１（Ｂ）に示すように、弁体溝１０ａが流出口３と連通しつつ、筺体溝１１ａとは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００２９】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体１０に加わる力は、流入口２側から弁体１０にかかる力Ｆ１と、大気解放口４側から弁体１０にかかる力Ｆ２と、弁体１０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００３０】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体の受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体１０の受圧面積Ｓ２の積として表される。これより、弁体１０が大気解放口４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００３１】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００３２】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体１０が開状態を維持しながら大気解放口４側に向かって摺動する。さらに弁体１０が大気解放口４付近まで摺動すると、筺体溝１１ａと弁体溝１０ａの連通が途切れるため、流出口３への流路が遮断される。
【００３３】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００３４】
本実施形態では、弁体１０に流入口２と流出口３を連通させるための流路の一部となる弁体溝１０ａが設けられている。このように構成しているので、バルブが開状態のときに弁体溝１０ａが流路として作用し、閉状態のときは弁体溝１０ａを流出口３のみと連通させることで流体の逆流を防ぐことができる。
【００３５】
本実施形態では、筺体１に流入口２と流出口３を連通させるための流路の一部となる筺体溝１１ａが設けられている。このように構成しているので、筺体溝１１ａを弁体溝１０ａと組み合わせることで流路の設計の自由度が上がり、低背型に対応できる。
【００３６】
本実施形態では、弁体溝の形状は直方体としているが、これに限るものではない。通常時には弁体溝が流入口、及び流出口と連通しており、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体が大気解放口側に摺動したときには、弁体溝が流出口と連通しつつ、流入口とは連通しないような長さ及び形状で設計されていればよい。
【００３７】
（実施形態１の変形例１）
図３は本実施形態１の変形例１に係る高圧遮断バルブ２００の中央断面図である。本変形例１の高圧遮断バルブ２００は筺体２１と弁体２０から構成されている。
【００３８】
筺体２１は低背かつ直方体形状をしており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体２１は下筺体１５と、その上面に順次接着材により積層固着された中筺体１６、及び上筺体１７でもって構成されており、内部に第１の弁室２５ａと第２の弁室２５ｂからなる弁室２５を有する。
【００３９】
筺体２１の一部を構成する下筺体１５には、下筺体を貫通し第１の弁室２５ａと連通する流入口２２と、下筺体の中央を貫通し第２の弁室２５ｂと連通する流出口２３が形成されている。
【００４０】
中筺体１６は真ん中を大きくくりぬかれた枠状に形成されている。中筺体１６と、下筺体１５及び上筺体１７によって囲まれた空間が弁室２５となる。中筺体１６の枠状部の中央付近には、弁室２５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ６が設けられている。これにより弁室２５は第１の弁室２５ａと第２の弁室２５ｂに分けられている。
【００４１】
また、中筺体１６には大気解放口２４が設けられている。この大気解放口２４は、中筺体１６の枠状部の第２の弁室２５ｂ側の端部に設けられた穴で構成されており、第２の弁室２５ｂと大気とをつなぐ。
【００４２】
上筺体１７は穴や溝が無い一枚板である。
【００４３】
弁体２０は、中筺体１６と同等の厚みを有する直方体形状をしており、内部に弁体穴２０ｂが形成されている。弁体穴２０ｂは、弁体２０の側面中央部から長手方向へ直線穴を形成し、弁体２０の中央付近で底面方向に直角に屈曲し、底面まで貫通して流路の一部を形成するものである。
【００４４】
この弁体２０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体２０は第２の弁室２５ｂ内に、ストッパ２６側から大気解放口２４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００４５】
通常時の弁体２０の位置は、第２の弁室２５ｂ内で最もストッパ２６に近い位置であり、図３（Ａ）に示すように、弁体穴２０ｂが流出口２３と連通している。このとき、高圧遮断バルブ２００の流路は、流入口２２から弁室２５、弁体穴２０ｂを経由して、流出口２３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００４６】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体２０が大気解放口２４側に摺動した場合には、図３（Ｂ）に示すように、弁体穴２０ｂが流出口２３とは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００４７】
本変形例では、弁体２０に流入口２２と流出口２３を連通させるための流路の一部となる弁体穴２０ｂが設けられている。このように構成しているので、筺体２１に溝を設けず、弁体２０のみで流路を形成することができ、より簡単な構造で本発明を実現できる。
【００４８】
（実施形態２）
図４は本実施形態２に係る高圧遮断バルブ３００の中央横断面図、縦断面図、及び弁体３０の斜視図である。図４（Ａ）に示すように、本実施形態の高圧遮断バルブ３００は筺体３１及び弁体３０から構成されている。
【００４９】
筺体３１は円筒形状に構成されており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体３１は円筒部分と、円筒の両端を塞ぐ二枚の円板とから形成されている。筺体３１には一方の円板の中央に流入口３２、他方の円板の中央に大気解放口３４、円筒部分に流出口３３が設けられており、内部に弁室３５を有する。
【００５０】
図４（Ａ）をＡ−Ａ'の面で切断した断面が図４（Ｂ）である。図４（Ｂ）に示すように、筺体３１の流入口３２付近には、弁室３５の内側方向に凸形状に突き出たストッパ３６が設けられている。これにより弁室３５は第１の弁室３５ａと第２の弁室３５ｂに分けられている。
【００５１】
弁体３０は、円筒形状の筺体３１の内径と同等の外径を有する円柱形状に構成されている。弁体３０には、図４（Ｃ）に示すように、弁体３０の外周面に円周方向に一周して形成されている円周溝３７ｂと、弁体３０の外周面に円周溝３７ｂから円柱の軸方向に平行に形成されている直線溝３７ａの二種類の弁体溝３７が形成されている。この弁体３０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。
【００５２】
弁体３０は第２の弁室３５ｂ内に、ストッパ３６側から大気解放口３４側に摺動可能な状態で設けられている。このとき、弁体３０が大気解放口３４側に摺動した状態になっても、弁体溝３７と流出口３３とが連通しないような回転位置に弁体３０を設けることとする。
【００５３】
通常時の弁体３０の位置は、第２の弁室３５ｂ内のストッパ３６側の位置であり、図４（Ａ）に示すように、弁体溝３７が流出口３３と連通している。このとき、高圧遮断バルブ３００の流路は、流入口３２から弁室３５、弁体溝３７を経由して、流出口３３に至るように構成されており、バルブは開状態である。
【００５４】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体３０が大気解放口３４側に摺動した場合には、弁体溝３７が流出口３３とは連通しない状態になっている。このとき、流路が遮断されているのでバルブは閉状態となる。
【００５５】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体３０に加わる力は、流入口３２側から弁体３０にかかる力Ｆ１と、大気解放口３４側から弁体３０にかかる力Ｆ２と、弁体３０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００５６】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体の受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体３０の受圧面積Ｓ２の積として表される。
【００５７】
これより、弁体３０が大気解放口３４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００５８】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００５９】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体３０が開状態を維持しながら大気解放口３４側に向かって摺動する。さらに弁体３０が大気解放口３４付近まで摺動すると、弁体溝３７と流出口３４との連通が途切れるため、流出口３４への流路が遮断される。
【００６０】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００６１】
本実施形態では、筺体３１が円筒形状、弁体３０が円柱形状として設けられている。このように構成しているので、筺体３１が流体圧により変形しにくくなっている。その結果、弁体３０と筺体３１との間に隙間が生まれにくくなり、流体が大気解放口３４や流入口３２、流出口３３から漏れにくくなる。
【００６２】
（実施形態３）
図５は本実施形態３に係る高圧遮断バルブ４００の中央断面図と弁体４０の斜視図である。図５（Ａ）に示すように、本実施形態の高圧遮断バルブ４００は筺体４１及び弁体４０から構成されている。
【００６３】
筺体４１は円筒形状に構成されており、例えばＰＰＳ樹脂で形成されている。筺体４１は円筒部分と、円筒の両端を塞ぐ二枚の円板とから形成されている。筺体４１には一方の円板の中央に流入口４２、他方の円板の中央に大気解放口４４、円筒部分に流出口４３が設けられており、内部に弁室４５を有する。
【００６４】
弁体４０は、円筒形状の筺体４１の内径よりも少し小さい外径を有する円柱形状をしている。弁体４０には、図５（Ｂ）に示すように、弁体溝４０ａ、弁体穴４０ｂ及びシール性がある複数のリング体４０ｃが形成されている。弁体４０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）で形成されている。弁体４０は弁室４５内に、流入口４２側から大気解放口４４側に摺動可能な状態で設けられている。
【００６５】
弁体穴４０ｂは、円柱の一方主面から長手方向へ直線穴を形成し、弁体４０の中央付近で外周方向に直角に屈曲し、外周面まで貫通して流路の一部を形成するものである。
【００６６】
弁体溝４０ａは、弁体４０の外周部に円周方向に一周して形成されており、外周面まで貫通して設けられた弁体穴４０ｂと連通している。このように構成されているので、弁体４０を任意の回転位置に設けることができる。
【００６７】
リング体４０ｃは、円筒形状の筺体４１の内径と同等の外径を有しており、弁体４０の外周部に円周方向に一周して設けられている凸部である。リング体４０ｃは、弁体溝４０ａから流入口４２側までの外周部に二つ、反対側の外周部に一つ形成されている。リング体４０ｃは例えば弁体４０と同じ材質で一体成形されている。
【００６８】
このように構成されているので、弁体４０が筺体４１と接触する面積が減るために、弁体４０の摺動抵抗が減少する。また、リング体４０ｃにはシール性があるため、流入口４２、流出口４３、及び大気解放口４４の流体の圧力を確実に分離することができ、弁体４０の動作をより精密に設定することができる。
【００６９】
ここで、バルブの動作原理を示す。弁体４０に加わる力は、流入口４２側から弁体４０に設けられた弁体穴４０ｂにかかる力Ｆ１と、大気解放口４４側から弁体４０にかかる力Ｆ２と、弁体４０の摩擦力（以下、摺動抵抗）Ｆ３である。
【００７０】
Ｆ１は流入圧Ｐ１と弁体穴４０ｂの受圧面積Ｓ１の積として表される。また、Ｆ２は大気圧Ｐ２と弁体３０の受圧面積Ｓ２の積として表される。
【００７１】
これより、弁体３０が大気解放口３４側に摺動するために必要な条件は、流入圧とその受圧面積による力Ｆ１＞大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３となる。
【００７２】
以下に、バルブの動作を示す。流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値である大気圧とその受圧面積による力Ｆ２＋摺動抵抗Ｆ３を上回るまで、開状態を維持し続ける。
【００７３】
一方、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、流体の流入圧とその受圧面積による力Ｆ１が所定の閾値を上回った場合には、弁体４０が開状態を維持しながら大気解放口４４側に向かって摺動する。さらに弁体４０が大気解放口４４付近まで摺動すると、弁体穴４０ｂと流出口４４との連通が途切れるため、流出口３４への流路が遮断される。
【００７４】
また、一度流路が遮断されると、流体の圧力が閾値付近で多少変動をしたとしても、バルブの閉状態は維持され続ける。
【００７５】
本実施形態では、リング体４０ｃを弁体と同じ材質から一体成形しているが、これに限るものではない。例えば、個別に形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。
【００７６】
また本実施形態では、リング体４０ｃの数もこれに限定されるものではない。本変形例よりも数を減らすと弁として機能しなくなり問題となるが、増やす分には構わない。
【００７７】
（実施形態３の変形例１）
図６は本実施形態３の変形例１に係る高圧遮断バルブ４００Ａの中央断面図である。実施形態３と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７８】
本変形例の高圧遮断バルブ４００Ａは円筒状の筺体４１及び円柱状の弁体４０から構成されており、復帰装置を備えるものである。この復帰装置は、筺体４１の内壁のうち、弁体４０から大気解放口４４までの間に、シール性のある薄膜４５を設けたものである。
【００７９】
この薄膜４５は、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなると弁体４０によって大気解放口４４側に押し出されて撓むものである。このように構成しているので、流体の圧力が高くなり、弁体が大気解放口４４側に摺動した後、圧力が通常の状態に戻ると、薄膜４５の弾性により弁体を初期位置の方向に戻すことができる。また、薄膜４５にはシール性があるので、液体が大気解放口４４から漏れるのを防ぐ。
【００８０】
（実施形態３の変形例２）
図７は本実施形態３の変形例２に係る高圧遮断バルブ４００Ｂの中央断面図である。実施形態３と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８１】
本変形例の高圧遮断バルブ４００Ｂは円筒状の筺体４１及び円柱状の弁体４０から構成されており、復帰装置を備えるものである。この復帰装置は、筺体４１の弁室内で、弁体４０から大気解放口４４までの間に、ばね４６を設けたものである。このように構成しているので、流入口からの流体の圧力が通常よりも高くなり、弁体４０がばね４６を圧縮しながら大気解放口４４側に摺動した後、圧力が通常の状態に戻ると、ばね４６の弾性により弁体４０が初期位置の方向に戻る。
【００８２】
本変形例では、ばね４６の与圧を変更することで、弁体４０が摺動する条件を簡単に変更することができる。また、リング体４０ｃが設けられていると、弁体４０の摺動抵抗が小さくなるため特に有効である。
【００８３】
上記した変形例では、復帰装置を薄膜４５またはばね４６としているが、これに限るものではない。例えば、大気解放口４４の外側から棒状のもので弁体４０を押しこみ、初期状態に戻すといった手動復帰の手段を用いてもよい。
【００８４】
（他の実施例）
なお、本発明に係る高圧遮断バルブは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００８５】
前記実施形態では、筺体をＰＰＳから構成しているが、これに限るものではない。例えば、ＰＰＳ以外の樹脂等を用いてもよい。
【００８６】
前記実施形態では、弁体をＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）から構成しているが、これに限るものではない。例えば、ポリエチレン、エラストマーなど、弾性のある樹脂を用いてもよい。このとき、弁体の表面にはシール性があることが望ましい。
【００８７】
前記実施形態では、弁室の内部にストッパを設けているが、これに限るものではない。ストッパは弁体の初期位置を設定するときや復帰装置を設けたときの復帰位置決めのために設けることが望ましいが、必要でないときは設けなくてもよい。
【００８８】
（実施形態４）
図８は本実施形態４に係る燃料電池システムのブロック図である。本実施形態の燃料電池システムは燃料カートリッジ、高圧遮断バルブ、ポンプ、発電セルから構成されている。
【００８９】
本発明の高圧遮断バルブは燃料カートリッジの出口側に設けられている。ポンプは高圧遮断バルブの出口側に設けられており、発電セルに供給する流体の流量を調節する役目を担う。発電セルはポンプの出口側に設けられている。
【００９０】
本実施形態では、燃料カートリッジと発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられている。このように構成しているので、燃料カートリッジの吐出圧力が高くなっても、前記圧力が燃料カートリッジの出口から先へ伝わらないので、次段にあるポンプや発電セルを壊すことがない。
【００９１】
さらに、高圧遮断バルブが小型になるため、燃料電池システムへの組み込みが容易になり、燃料電池システムをより小型化することができる。
【００９２】
また、高圧遮断バルブを、燃料カートリッジの内部の出口側に直接内蔵してもよい（図９参照）。従来の燃料電池システムにおいては、高圧遮断バルブが大型であったために高圧遮断バルブと燃料供給用カートリッジを別々に提供していたが、このように構成した場合、高圧遮断バルブを備えた燃料カートリッジを提供できるため、燃料電池システムをより小型化することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００、４００、５００…高圧遮断バルブ
１、２１、３１、４１…筺体
２、２２、３２、４２、５０２…流入口
３、２３、３３、４３、５０３…流出口
４、２４、３４、４４、５０４…大気解放口
５、２５、３５、４５、５０５…弁室
５ａ、２５ａ、３５ａ…第１の弁室
５ｂ、２５ｂ、３５ｂ…第２の弁室
６、２６、３６…ストッパ
１１、１５…下筺体
１１ａ…筺体溝
１２、１６…中筺体
１３、１７…上筺体
１０、２０、３０、４０、５１０…弁体
１０ａ、３７、４０ａ…弁体溝
２０ｂ、４０ｂ…弁体穴
３７ａ…直線溝
３７ｂ…円周溝
４０ｃ…リング体
４５…薄膜
４６…ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口、流出口、及び大気解放口を有する筺体と、前記筺体の内部に摺動可能に設けられた弁体とを備え、
前記弁体は連通路が設けられており、
通常時には、前記流入口と前記流出口は前記連通路を含む流路によって連通され、
前記流入口からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体を摺動させて前記流路を遮断することを特徴とする高圧遮断バルブ。
【請求項２】
前記弁体には、前記連通路となる溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項３】
前記筺体には、前記流路の一部となる溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項４】
前記弁体には、前記連通路となる穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項５】
前記筺体が円筒形状で、前記弁体が円柱形状であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項６】
前記筺体の内壁における前記弁体と前記大気解放口の間に、弁体の復帰装置を設けることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項７】
請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブが、出口側に内蔵されていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項８】
請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブと、燃料カートリッジと、発電セルとを備え、前記燃料カートリッジと前記発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
流入口、流出口、及び大気解放口を有する筺体と、前記筺体の内部に摺動可能に設けられた弁体とを備え、
前記弁体は連通路が設けられており、
通常時には、前記流入口と前記流出口は前記連通路を含む流路によって連通され、
前記流入口からの流体の圧力が通常よりも高いときには、前記弁体を摺動させて前記流路を遮断することを特徴とする高圧遮断バルブ。
【請求項２】
前記弁体には、前記連通路となる溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項３】
前記筺体には、前記流路の一部となる溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項４】
前記弁体には、前記連通路となる穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項５】
前記筺体が円筒形状で、前記弁体が円柱形状であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項６】
前記筺体の内壁における前記弁体と前記大気解放口の間に、弁体の復帰装置を設けることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブ。
【請求項７】
請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブが、出口側に内蔵されていることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項８】
請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の高圧遮断バルブと、燃料カートリッジと、発電セルとを備え、前記燃料カートリッジと前記発電セルを結ぶ燃料の供給路に前記高圧遮断バルブが設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１６２３（Ｐ２０１２−２１６２３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１６２９（Ｐ２０１０−１６１６２９）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【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２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【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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