JP2012193778A - 燃料電池用圧力開放弁及び燃料電池用燃料タンク - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な構成でタンク内圧を必要時に外部に放出可能で、かつ、コストを低減可能な燃料電池用圧力開放弁を提供する
【解決手段】 圧力開放弁Ｂは、タンク本体（弁座部材）３と、カバー１１と、弁体２１と、コイルばね（付勢手段）２５とからなる。タンク本体（弁座部材）３は弁孔４を有する。カバー１１は、一端に端壁１２を有した筒状であり、このカバー１１に通気部１３を設ける。弁孔４を囲むようにタンク本体（弁座部材）３にカバー１１を取付ける。弁孔４を開閉する弁体２１を弾性材により形成し、この弁体２１をカバー１１に納める。カバー１１にコイルばね２５を納めて、このコイルばね２５で弁孔４を閉じる方向に弁体２１を付勢したことを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯型電子機器の電源をなす燃料電池に供給される液体燃料を蓄える燃料タンクが備える圧力開放弁、及びこの開放弁を備えた燃料電池用燃料タンクに関する。

タンク内圧が大気圧より高まった場合、この圧力を外部に逃がす圧力調整弁を備えた燃料タンクが、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この圧力調整弁は、固定部材と、筒状部材と、弾性部材と、コイルばねからなる押圧用弾性体とから構成されている。固定部材は、筒孔を有していて、タンク本体に設けた孔部に嵌め込まれ固定されている。この固定部材と前記孔部とで区画されたバルブ室にバルブ本体を形成する筒状部材及び弾性部材が収容されている。

筒状部材は軸孔及び径大部を有している。弾性部材は、枠部と、先細り形状の嵌合部と、この嵌合部を枠部に移動可能に支持するとともに孔部を有した保持部とから形成されている。弾性部材の枠部は筒状部材の径大部と固定部材とで挟まれるように配置され、弾性部材の嵌合部は筒状部材の軸孔に嵌め込まれている。更に、押圧用弾性体は、筒状部材の径小部外周を巻くように配設されて、筒状部材を固定部材に向けて付勢している。

この圧力調整弁は、タンク内圧が適正である場合、閉じた状態を保持する。即ち、枠部が筒状部材の径大部と固定部材の間に挟まれかつこれらに密接された状態に保持されるとともに、嵌合部が筒状部材の軸孔に嵌め込まれて密接された状態に保持される。

タンク内圧が大気圧より高い設定圧力を超えた場合、圧力調整弁は開放して内圧をタンク外に放出する。即ち、枠部が筒状部材の径大部と固定部材との間に挟まれたままで、弾性部材の保持部が内圧によって弾性変形されるので、この保持部とともに嵌合部が固定部材側に移動される。これにより、嵌合部と筒状部材の軸孔との間に隙間ができる。この隙間は保持部の孔部を通じて固定部材の筒孔に連通されるので、タンク内の圧力がタンク外に放出される。こうした放出により、タンク内圧が適正な設定圧力になると、保持部の弾性力により嵌合部が筒状部材の軸孔に接するように移動されて、圧力調整弁が閉じられる。

特開２０１０−６０００３号公報

特許文献１に記載の燃料タンクが備える圧力調整弁は、既述のように固定部材と、筒状部材と、弾性部材と、押圧用弾性体とから構成されるため、部品点数が多く、構造が複雑である、という課題がある。更に、部品点数が多いことから製造性が良くないことと相まって、圧力調整弁の開閉を担っている弾性部材は形状的に複雑であるので、コスト的に不利である、という課題がある。

したがって、本発明の目的は、単純な構成でタンク内圧を必要時に外部に放出可能で、かつ、コストを低減可能な燃料電池用圧力開放弁及びこの開放弁を備えた燃料電池用燃料タンクを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明の燃料電池用圧力開放弁は、弁孔を有する弁座部材と、通気部を有しかつ一端に端壁を有して筒状に形成され、前記弁孔を囲むように前記弁座部材に取付けられたカバーと、このカバー内に納められて前記弁孔を開閉する弾性材製弁体と、前記弁孔を閉じる方向に前記弁体を付勢する付勢手段と、からなることを特徴としている。

本発明で、弁座部材は、タンク本体で兼ねることができ、或いはタンク本体とは別体でタンク本体に取付けられるものであっても差し支えない。本発明で、カバーは金属製でも合成樹脂製でも差し支えなく、このカバーの弁座部材への取付けは、後述のスナップイン方式で実施されることが好ましいが、それには制約されず、例えばねじ止めで行うことも可能である。本発明で、カバーの通気部は、カバーのどこに設けられていてもよく、更に、孔、又はスリット、若しくはこれら双方によって通気部が形成されていても差し支えない。

本発明の燃料電池用圧力開放弁においては、爪係合部を有するカバー受け部を、前記弁孔を囲んで前記弁座部材に一体に突設し、前記カバーの他端開口から前記端壁に向けて延びる複数のスリットを前記カバーに設けて、これらスリット相互間のスリット間部位を弾性変形可能とするとともに、前記スリット間部位の先端部に前記爪係合部に引っ掛かる爪を設け、これらの爪を前記爪係合部に引掛けて前記カバーが前記弁座部材に取付けられていることが好ましい。

更に、本発明の燃料電池用圧力開放弁においては、前記付勢手段が、前記端壁と前記弁体との間に圧縮された状態で挟まれたコイルばねであることが好ましい。又、本発明の燃料電池用圧力開放弁においては、前記端壁がその周部を起点として前記カバーの中心軸線が延びる方向に弾性変形可能に形成されていて、この端壁が、弾性変形された状態で前記弁体に接触を維持していて前記付勢手段を兼ねていることが好ましい。

又、本発明の燃料電池用燃料タンクは、請求項１から４の内のいずれか一項に記載の圧力開放弁と、圧力開放弁が取付けられたタンク本体と、を具備し、前記圧力開放弁がタンク連結部を有し、この連結部を前記タンク本体に連結して前記圧力開放弁が前記タンク本体に取付けられていることを特徴としている。

更に、本発明の燃料電池用燃料タンクにおいては、前記タンク本体に弁収容凹部を設け、この凹部に前記圧力開放弁が収容されていることが好ましい。

本発明の燃料電池用圧力開放弁によれば、構成部品が少ないので、構成が単純でありコストを低減可能であるとともに、この弁を備えるタンク本体の内圧が所定の設定圧力を越えて高まった場合、付勢手段に抗して弁体が弁孔から離れるに伴い、タンク内圧が、弁孔を通り、更に、カバーの通気部を通って放出されるので、タンク内圧を必要時に外部に放出することが可能である、という効果がある。

本発明の燃料電池用燃料タンクによれば、構成が単純でありコストを低減可能な圧力開放弁を備え、この開放弁によって、タンク内圧を必要時に外部に放出可能なである、という効果がある。

本発明の第１実施形態に係る燃料タンクを分解して示す斜視図である。 図１の燃料タンクが備える圧力開放弁を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料タンクが備える圧力開放弁を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料タンクが備える圧力開放弁を示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。

図１中符号１は燃料タンクを示している。燃料タンク１は、その内部に、図示しないモバイル型パソコンや携帯電話などの携帯用電子機器の電源をなす燃料電池（図示しない）に供給される液体燃料を蓄える。液体燃料としてはメタノール燃料を代表的に挙げることができる。この液体燃料は、燃料タンク１に接続された送液管２の中間に配設されたポンプ等の送液手段（図示しない）の動作によって、必要に応じて燃料電池に供給される。

燃料タンク１は、タンク本体３と、カバー１１と、弁体２１と、付勢手段例えばコイルばね２５の４部品からなる。

詳しくは、タンク本体３は例えば直方体形状をなしていて、その長手方向一端に送液管２が接続されている。タンク本体３は、その内部に液体燃料を補給するための開閉可能な補給口（図示しない）を有している。更に、タンク本体３は、弁孔４及びカバー受け部５を有していて、弁座部材を兼ねている。

弁孔４は図２に示すようにタンク本体３を構成する壁を貫通して形成されている。カバー受け部５は弁孔４を囲んでタンク本体３の外面に一体に突設されている。このカバー受け部５は、タンク本体３の外面に連続された小径円筒部からなる根元部５ａと、この根元部５ａに連続された大径円筒部からなる爪係合部５ｂとで形成されている。カバー受け部５は凹部５ｃを区画している。凹部５ｃの底面は平坦面であり、この底面は弁座面９として用いられていて、その中央部に弁孔４が開口されている。

カバー１１は一端に端壁１２を有した筒状に形成されていて、このカバー１１の他端は開口されている。カバー１１は、例えば端壁１２に設けられた孔からなる通気部１３を有している。端壁１２にカバー１１の他端開口に向けて突出する凸部１２ａが一体に設けられている。凸部１２ａの先端部は先細り状をなしていることが好ましい。尚、凸部１２ａは省略しても良い。

更に、図１に示すようにカバー１１に、このカバー１１の他端開口から端壁１２に向けて延びるスリット１４が複数設けられている。スリット１４は互に平行であり、これらスリット相互間に形成されたスリット間部位１１ａは弾性変形可能である。図２に示すように各スリット間部位１１ａの先端部の夫々に、爪１５が設けられている。これらの爪１５は、カバー１１の内側に一体に突出されていて、斜面１５ａを有している。

カバー１１は、その爪１５を爪係合部５ｂに根元部５ａ側から引掛けて、タンク本体３の外側に取付けられている。

弁体２１は、弾性体の一体品からなり、円柱状の軸部２１ａと、この軸部２１ａより太い頭部２１ｂとを有している。

軸部２１ａの直径は、弁孔４の径より大きいとともに、前記凸部１２ａの根元部の直径と略同じである。頭部２１ｂの直径はカバー受け部５の内径、つまり、凹部５ｃの径と略同じである。この頭部２１ｂの先端はその周縁部を除いて平坦であり、この平坦な領域の直径は弁孔４の径より大きい。

この弁体２１はカバー１１内に収められている。具体的には、凹部５ｃに収容されている。この弁体２１の頭部２１ｂの平坦な先端は弁孔４が開口された凹部５ｃの平坦な底面（弁座面９）に接離可能で、この接離によって弁孔４が開閉されるようになっている。

コイルばね２５は凸部１２ａ及び軸部２１ａを巻いてカバー１１に収容されている。これとともに、コイルばね２５の一端は端壁１２に支持され、他端は頭部２１ｂに支持されていて、これらの間にコイルばね２５が圧縮状態に挟まれている。このため、コイルばね２５のばね力によって、弁体２１が弁孔４を閉じる方向に付勢されているとともに、弁体２１の軸部２１ａとカバー１１の凸部１２ａとの間に隙間が形成されている。

前記構成の燃料タンク１を構成する各部品は、いずれも液体燃料に対する耐性を有した材料で形成されている。具体的には、タンク本体３及びカバー１１は、耐メタノール性を有する合成樹脂例えばポリエチレンサルファイド（ＰＰＳ）製であり、弁体２１をなす弾性体は、耐メタノール性を有する合成ゴム例えばエチレンープロピレンージエンゴム（ＥＰＤＭ）製であり、コイルばね２５は金属製である。又、カバー１１においては、そのスリット間部位１１ａの長さ、幅、及び肉厚などを適宜選定することにより、スリット間部位１１ａが弾性変形可能となっている。

前記弁孔４、カバー受け部５、カバー１１、弁体２１、及びコイルばね２５は、燃料タンク１が備える圧力開放弁Ｂを構成している。次に、この圧力開放弁Ｂを組立てる手順を説明する。

まず、カバー受け部５で区画された凹部５ｃに、弁体２１をその頭部２１ｂを先頭にして上方から収容した後、弁体２１の軸部２１ａにその上方からコイルばね２５を嵌める。

次に、カバー１１の他端開口を下に向けて、このカバー１１をカバー受け部５の外側に嵌合するように上方から押し込む。こうしたスナップイン方式によりカバー１１がタンク本体３の外側に取付けられる。

このスナップイン方式では、カバー１１の押し込みに伴って、その爪１５の斜面１５ａがカバー受け部５の爪係合部５ｂに接して、スリット間部位１１ａが開くように弾性変形をする。これにより、爪１５が爪係合部５ｂを乗り越えて、その直後にスリット間部位１１ａが元の状態に戻ることによって、爪１５が爪係合部５ｂに下側から引っ掛かった状態に係合される。このように簡単な作業で、カバー１１をタンク本体３の外側に取付けることができる。

しかも、この場合、弁体２１及びコイルばね２５がカバー受け部５で位置決めされているので、スナップインに伴って弁体２１及びコイルばね２５が適正位置からずれ動くことないとともに、先細り状の凸部１２ａの外周にコイルばね２５の上部が円滑に嵌って、圧力開放弁Ｂを組立てることができる。

以上の手順で圧力開放弁Ｂが組立てられた状態では、コイルばね２５が圧縮状態となって、弁体２１の頭部２１ｂとカバー１１の端壁１２とで挟まれている。このため、弾性体からなる弁体２１の頭部２１ｂが凹部５ｃの底面からなる弁座面９に密接して弁孔４が閉じられている。つまり、圧力開放弁Ｂが閉弁状態に保持されている。この状態では、タンク本体３外への液体燃料の漏れが防止されるとともに、外部の異物がタンク本体３に侵入することを防止できる。更に、コイルばね２５のばね力によって、爪１５と爪係合部５ｂとの係合が維持されるので、この係合によって所定の高さ位置に保持された凸部１２ａに対して、弁体２１の軸部２１ａが所定の隙間をもって対向した状態に維持される。

尚、弁体２１は球形であっても差し支えない。しかし、第１実施形態では、平坦な面を有した弁体２１を採用するとともに、弁孔４をタンク本体３の平坦な弁座面９に開放させて、これら平坦面同士を接離させることにより、弁孔４を開閉する構成としたので、弁体２１の着座状態でのシール性を、球形の弁体を用いた場合よりも高めることが可能である点で好ましい。

タンク本体３の内圧が、高まって、コイルばね２５により設定された閉弁圧力を超えた場合、弁孔４を通じてタンク内圧を受ける弁体２１がコイルばね２５に抗して移動され、弁孔４が開放される。この場合、弁体２１の移動は凸部１２ａに当たった時点で妨げられるので、コイルばね２５を過大に圧縮させることがないとともに、後述の閉弁の際における弁体２１の移動を短くする上で有利である。

こうして弁孔４が開放されることにより、タンク本体３の内圧は、弁孔４を通ってカバー１１内に漏れ、更に、このカバー１１の通気部１３及びスリット１４を通ってカバー１１の外部に放出される。そのため、タンク本体３の内圧が下がるに伴い、コイルばね２５の付勢力で弁体２１が弁孔４に押付けられて、圧力開放弁Ｂは閉じた状態に復する。以上説明した圧力開放弁Ｂの動作によって、内圧の異常上昇を原因としてタンク本体３が、過度に膨張して変形し、更には破損することを回避できる。

前記構成の燃料タンク１は、既述のように弁座面９に開放された弁孔４を有したタンク本体３と、カバー１１と、弁体２１と、付勢手段例えばコイルばね２５の４部品からなるので、構成部品が少ない。このため、構成が単純で組立てが容易である。これに加えて、既述のように圧力開放弁Ｂの組立てもスナップイン方式により簡単に行える。したがって、燃料タンク１のコストを低減することが可能である。

更に、第１実施形態の燃料タンク１では、弁体２１を付勢する付勢手段にコイルばね２５を用いたので、ばね性が異なるコイルばね２５を選定することにより、タンク本体３の内圧を外部へ開放する圧力を適宜設定することが可能である。

図３は本発明の第２の実施の形態を示している。この第２実施形態は以下説明する構成が第１実施形態と相違しており、それ以外の構成は第１実施形態と同じであるため、第１実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態では、カバー１１の端壁１２がその周部を起点としてカバー１１の中心軸線（図示しない）が延びる方向（図２では上下方向）に弾性変形可能に形成されている。この端壁１２に突設された凸部１２ａの先端は弁体２１の軸部２１ａの端に接触している。この状態で、端壁１２は、図３においてやや上向きに凸となるように弾性変形された状態（尚、図面上ではこの状態は図示しない。）を保持していて、弁体２１を弁孔４に押し付ける方向に付勢している。

こうした構成を採用した第２実施形態では、カバー１１の端壁１２が付勢手段を兼ねているので、第１実施形態で用いたコイルばねを省略できる、それにより、部品点数及び組立て工数が更に削減されて、構成の単純化とコストの低減を促進することができる。

尚、第２実施形態で、タンク本体３の異常内圧を外部に逃がす場合、その圧力で、弁体２１が、端壁１２を図３中上向きに更に凸となるように弾性変形させながら弁孔４から離れる。これにより、タンク内圧が外部へ放出される。そして、タンク本体３の内圧が正常に復すると、端壁１２はやや弾性変形された状態の元の状態に復するので、この端壁１２で弁体２１が、弁孔４が開放された弁座面９に押し付けられて、圧力開放弁Ｂが図３に示す閉弁状態となる。

以上説明した以外の構成は図３に示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。したがって、この第２実施形態においても、本発明の課題が解決されて、単純な構成でタンク内圧を必要時に外部に放出可能で、かつ、コストを低減可能な燃料電池用の燃料タンク１を提供できる。

図４は本発明の第３の実施の形態を示している。この第３実施形態は以下説明する構成が第１実施形態と相違しており、それ以外の構成は第１実施形態と同じであるため、第１実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

第３実施形態では、圧力開放弁Ｂをタンク本体３とは別体の構成とし、この圧力開放弁をタンク本体３に取付けて、燃料タンク１が構成されている。

このため、タンク本体３の壁には、これを貫通する弁取付け孔６が開けられている。弁取付け孔６は、タンク本体３の表面と内面にわたって設けることもできるが、第３実施形態の場合、タンク本体３にその表面に開放して形成された弁収容凹部７の底面に開放してタンク本体３に設けられている。

圧力開放弁Ｂは弁収容凹部７に略収容されている。つまり、圧力開放弁Ｂがタンク本体３の表面から突出しない状態に配設されているか、又は、圧力開放弁Ｂがタンク本体３の表面から僅かに突出する状態に配設されている。このため、圧力開放弁Ｂを保護する上で好ましいとともに、燃料タンク１が組み込まれる携帯型電子機器が有した機器ケースに、圧力開放弁Ｂが取付けられた燃料タンク１を組込み易い利点がある。

圧力開放弁Ｂは、タンク本体３とは別に形成された弁座部材３１と、カバー１１と、弁体２１と、コイルばね（付勢手段）２５とからなる。カバー１１、弁体２１、及びコイルばね２５の構成及び配置等は第１実施形態で説明した通りである。

弁座部材３１は、耐メタノール性を有する合成樹脂例えばポリエチレンサルファイドの一体成形品である。この弁座部材３１は、例えば円形の板状をなす部材ベース３２と、カバー受け部５と、タンク連結部例えば挿入筒部３３とで形成されている。カバー受け部５は部材ベース３２の一側面に突設されており、その構成は第１実施形態で説明した通りである。このため、部材ベース３２は、カバー受け部５で囲まれた平坦な領域からなる弁座面９を有している。挿入筒部３３は部材ベース３２の他側面に突設されている。挿入筒部３３はその内側に弁座面９に開口する弁孔４を有している。

挿入筒部３３は、複数の筒部スリット３３ａ（一つのみ図示する。）と、係止爪３３ｂを有している。筒部スリット３３ａは挿入筒部３３の先端から部材ベース３２に向けて延びている。係止爪３３ｂは、筒部スリット３３ａ間に形成された挿入筒部３３の弾性変形が可能な部位の先端部に夫々外側に突出して設けられている。係止爪３３ｂは斜面を有していて先細り状をなしている。挿入筒部３３の係止爪３３ｂを除いた筒部分の外径は弁取付け孔６の径と略同じであり、各係止爪３３ｂの突出端を結んで描くことができる円の直径は、弁取付け孔６の径より大きい。

圧力開放弁Ｂは、予め組立てられた状態で、その部材ベース３２と弁収容凹部７の底面との間に、例えばＥＰＤＭ製の気水密保持用のＯリング３５を圧縮状態に挟んで、タンク本体３に取付けられている。この取付けは、Ｏリング３５を挿入筒部３３の外側に嵌合させた状態で、この挿入筒部３３の係止爪３３ｂを先頭に弁取付け孔６に挿入筒部３３を挿入することにより行われている。

この場合、挿入筒部３３の係止爪３３ｂ側部位は、挿入筒部３３を縮径させるように弾性変形して弁取付け孔６を挿通できる。そして、この挿通の直後に開くように係止爪３３ｂが、元の状態となるように復元して、タンク本体３の内側で弁取付け孔６の周りに引っ掛かる。そのため、圧力開放弁Ｂを以上のように挿入するワンタッチ操作で、タンク本体３にねじ止めを伴うことなく、簡単かつ確実に取付けることができる。こうした圧力開放弁Ｂの取付けに伴い圧縮されたＯリング３５によって、圧力開放弁Ｂの取付け部分の気水密が確保されるので、この取付け部分を通して液体燃料が漏れること、並びに外部から異物がタンク本体３内に侵入することを防止できる。

以上説明した以外の構成は図３に示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。したがって、この第３実施形態においても、本発明の課題が解決されて、単純な構成でタンク内圧を必要時に外部に放出可能で、かつ、コストを低減可能な燃料電池用の燃料タンク１を提供できる。しかも、この第３実施形態では圧力開放弁Ｂを単独で取扱うことができる。

１…燃料タンク、３…タンク本体（弁座部材）、４…弁孔、５…カバー受け部、５ｂ…爪係合部、９…弁座面、１１…カバー、１１ａ…スリット間部位、１２…端壁、１３…通気部、１４…スリット、１５…爪、２１…弁体、２５…コイルばね（付勢手段）、Ｂ…圧力開放弁、３１…弁座部材、３３…挿入筒部（タンク連結部）

Claims (6)

1. 弁孔を有する弁座部材と、
   通気部を有しかつ一端に端壁を有して筒状に形成され、前記弁孔を囲むように前記弁座部材に取付けられたカバーと、
   このカバー内に納められて前記弁孔を開閉する弾性材製弁体と、
   前記弁孔を閉じる方向に前記弁体を付勢する付勢手段と、
   からなることを特徴とする燃料電池用圧力開放弁。
2. 爪係合部を有するカバー受け部を、前記弁孔を囲んで前記弁座部材に一体に突設し、前記カバーの他端開口から前記端壁に向けて延びる複数のスリットを前記カバーに設けて、これらスリット相互間のスリット間部位を弾性変形可能とするとともに、前記スリット間部位の先端部に前記爪係合部に引っ掛かる爪を設け、これらの爪を前記爪係合部に引掛けて前記カバーが前記弁座部材に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用圧力開放弁。
3. 前記付勢手段が、前記端壁と前記弁体との間に圧縮された状態で挟まれたコイルばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用圧力開放弁。
4. 前記端壁がその周部を起点として前記カバーの中心軸線が延びる方向に弾性変形可能に形成されていて、この端壁が、弾性変形された状態で前記弁体に接触を維持していて前記付勢手段を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用圧力開放弁。
5. 請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の圧力開放弁と、
   圧力開放弁が取付けられたタンク本体と、
   を具備し、
   前記圧力開放弁がタンク連結部を有し、この連結部を前記タンク本体に連結して前記圧力開放弁が前記タンク本体に取付けられていることを特徴とする燃料電池用燃料タンク。
6. 前記タンク本体に弁収容凹部を設け、この凹部に前記圧力開放弁が収容されていることを特徴とする燃料電池用燃料タンク。

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