JP4490306B2

JP4490306B2 - 逆止弁

Info

Publication number: JP4490306B2
Application number: JP2005046534A
Authority: JP
Inventors: 潔吉積; 明寿堀田; 明安藤
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP2006234025A

Description

本発明は、例えば燃料電池システム用として好適な逆止弁に関する。

反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料電池での反応残りガス（燃料オフガス）を循環再利用している。そのため、その再利用ガスを一方向だけに流すために、図４に示したような逆止弁を反応ガス循環系に組み込んでいる。図４の例に示した逆止弁は、弁座部１ａを備えたボデー（弁本体）１と、ボデー１内で略水平方向に摺動自在に支持され、一端に前記弁座部１ａに着座するシール部２ａが設けられたバルブ（弁体）２とを備えている。

そして、図示の矢印の方向に流動ガス圧が作用することにより、シール部２ａが弁座部１ａから離間してガスが一方向にのみ流れる構成となっている。本逆止弁では、バルブ２をボデー１内で摺動させるとともに、ボデー１の内周面とバルブ２の外周面とのクリアランスを小さくすることでバルブ２に受圧させ、小さな圧損で開弁ストロークを大きくすることができる構造となっている。
実開平６−６７９７０号公報

ところで、燃料電池で発電が行われると、燃料電池からは生成水が排出される。この生成水によって構成部品が微量に腐食し、生成物が発生することがある。この腐食生成物等の異物が流れている環境下での発電停止後は、図５の符号４に示すように、異物を含んだ生成水が重力にしたがってバルブ２の下部に溜まる。この状態で生成水が乾燥した場合には、ボデー１とバルブ２の内外周面間に介在する異物によって、バルブ２とボデー１との間に張り付きが生じ、作動不良となる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、弁体と弁本体の張り付きを防止して安定した作動を実現する逆止弁を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池用逆止弁は、流体流通路が形成された弁本体と、前記流体流通路内に配され前記弁本体との摺動面を有する弁体とを備え、該弁体にはその内部に流体が流通する流体通路が形成されている燃料電池用の逆止弁であって、弁体の摺動面と弁本体との間に隙間を有し、使用時の姿勢で前記弁体の摺動面の下側部分の弁本体に溝を有するものである。

酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池からの燃料オフガスを燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環系とを備えた燃料電池システムにおいては、燃料ガス循環系を流通する燃料オフガス中に、例えば燃料電池のカソード極側から電解質膜を通過してアノード極側に移動（拡散）した生成水が含まれており、更にこの生成水中に異物が含まれていることがある。

本発明の逆止弁の構成によれば、弁本体に形成された溝内に、異物を含む流体（例えば、上記燃料電池システムの燃料オフガス中に含まれる生成水等）を溜めることが可能となる。これにより、異物を含む流体は弁体と直接触れず、弁体と弁本体との張り付きが防止される。

前記溝は、前記弁体の摺動方向に沿ってその摺動範囲以上の長さに形成されていてもよい。

この構成によれば、異物を含む流体が摺動範囲全体において弁体と直接触れず、弁体と弁本体との張り付きがより確実に防止される。

本発明によれば、流体流通路における弁体の摺動性確保に必要なクリアランス（隙間）とは別に、例えば腐食生成物等の異物を含む流体を溜めることのできる溝を弁本体に備えるため、使用停止後に流体流通路内の流体が乾燥した場合においても、弁体と弁本体とが張り付かず、作動不良となることが抑制される。したがって、逆止弁の安定した作動を実現することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する各実施形態の逆止弁は、弁本体の内部に形成された流体流通路内に弁体が摺動自在に支持され、弁体の摺動方向一端部とこれに対向する弁本体の一端部との離接により流体の流通を許容・禁止するものであり、特に燃料電池システムに用いて有効であるが、用途はこれに限定されるものではない。

例えば、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに適用される場合には、燃料電池から排出される燃料オフガスを再度燃料ガス供給路に戻して該燃料オフガス中に残存する未利用の燃料ガスを再利用するための燃料ガス循環路に配設される。以下、この燃料電池システムに適用した場合を想定して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態として示した逆止弁の断面図であり、(a)は(b)に示した側断面図のＢ-Ｂ線における断面図である。図に示したように、本実施形態の逆止弁は、一端側に弁座部１０ａを備えたボデー（弁本体）１０と、ボデー１０内で略水平方向に摺動自在に支持されたバルブ（弁体）１１とを備える。

バルブ１１は、ボデー１０内に設けられた略円筒状のガス流通路（流体流通路）１０ｂに摺動自在に収容され、その摺動方向一端側には弁座部１０ａに着座するシール部１２ａを備え、摺動方向略中央部から他端側にかけてはボデー１０の内周面上を摺動するバルブ摺動部（弁体の摺動面）１２を備える。

このバルブ摺動部１２は、スプリング１３の一端が当接することによって弁座部１２ａ側に付勢力が与えられ、スプリング１３の他端はストッパ１４により保持されている。また、バルブ摺動部１２の内部には、燃料オフガス（流体）が流通するガス通路（流体通路）１２ｂが形成されている。

そして、燃料オフガス（流体）が図の矢印方向に流れる際、つまり、燃料電池からの燃料オフガスが燃料ガス循環路を通って燃料ガス供給路に戻る方向に流れる際には、ガス圧によってバルブ１１がスプリング１３の付勢力に反して図の左方向に移動し、弁座部１０ａからシール部１２ａが離間することにより、一次側流路１５と二次側流路１６とがガス通路（流体通路）１２ｂを介して連通する。つまり、バルブ摺動方向一方の流れが許容される。

これとは逆に、燃料ガスが逆方向に流れる際、つまり、燃料ガス供給源からの燃料ガスが燃料ガス供給路から燃料ガス循環路を通って燃料電池出口側に向かう方向に流れる際には、バルブ１１がスプリング１３の付勢力を受け、シール部１２ａが弁座部１０ａに着座して流路が閉じ、燃料ガスの逆流を防ぐ構造となっている。つまり、バルブ摺動方向他方の流れが禁止される。

本実施形態においては、ガス流通路１０ｂの下部に、バルブ１１の軸線Ｌｖ及び該軸線Ｌｖに略一致するガス流通路１０ｂの軸線Ｌｐに沿って延びる溝（流体溜まり）２０が形成されている。溝２０は、バルブ１１の軸線Ｌｖと直交する断面における形状が略Ｕ字状であり、図１（ｂ）に示すように、バルブ１１の摺動方向（軸線Ｌｖ方向）に沿って摺動範囲以上の長さに形成されている。本実施形態の溝２０は、バルブ摺動部１２の摺動方向長さよりも長く形成されている。

このような溝２０がボデー１０の内周面に形成されていることにより、ボデー１０の内周面上を摺動するバルブ摺動部１２の外周面と、ボデー１０の内周面との間に形成される隙間は、使用（設置）状態における当該逆止弁の姿勢、例えば図１（ｂ）に示すように、バルブ１１の軸線Ｌｖ及びガス流通路１０ｂの軸線Ｌｐが水平方向と一致する姿勢において、重力方向上部よりも重力方向下部の方が大きくなる。

言い換えれば、ボデー１０の内周面に溝２０が形成されていることにより、ボデー１０の内周面とバルブ１１の外周面間に形成される隙間の一部、つまり、逆止弁使用時の姿勢で重力方向下側に位置する隙間の一部が、これと周方向に隣接する他部よりも大きくなっている。

ここで、ボデー１０の内周面に溝２０が形成されているということは、ボデー１０の内周面の一部、つまり、逆止弁使用（設置）時の姿勢で重力方向下側に位置するボデー１０の内周面の一部が、これと周方向に隣接する該内周面の他部よりもガス流体通路１０ｂの軸線Ｌｐからの距離が長いということでもある。

溝２０は、当該逆止弁が適用される燃料電池システムの運転停止時、例えば該燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の車両停止時に、燃料オフガス中に含まれる燃料電池カソード極側からの生成水が収容されるのに十分大きい体積であるとともに、バルブ作動に支障（圧損値）がない程度に小さい体積であることが好ましい。

以上のように構成された本実施形態の逆止弁によれば、例えば燃料電池車両の車両停止時であっても、図２に示したように、腐食生成物等の異物を含む生成水２１が溝２０内に溜まる。したがって、生成水２１はバルブ摺動部１２と直接接しないため、この状態で異物を含む生成水が乾燥した場合でも、バルブ摺動部１２とボデー１０とが張り付かず、作動不良となることが抑制される。

また、重力方向上部におけるボデー１０とバルブ１１間の隙間は従来と同じく小さいため、バルブ１１の安定性は損なわれない。さらに、万が一配管内に異物があった場合も、異物は通路面積の大きい溝２０に誘導されるため、バルブ１１が固着されにくく、安定した動作を得ることができる。

図３は参考図であり、図３(a)は同図(b)に示した側断面図のＣ-Ｃ線における断面図である。

図３の逆止弁では、弁座部２４ａを備えたボデー（弁本体）２４と、ボデー２４内で略水平方向に摺動自在に支持されたバルブ（弁体）２５とを備える。バルブ２５は、ボデー２４内に設けられた略円筒状のガス流通路（流体流通路）２４ｂに摺動自在に収容され、その摺動方向一端には弁座部２４ａに着座するシール部２５ａを備え、摺動方向略中央部から他端にかけてはボデー２４の内周面上を摺動するバルブ摺動部２６を備える。

このバルブ摺動部２６は、スプリング１３の一端が当接することによって弁座部２４ａ側に付勢力が与えられ、スプリング１３の他端はストッパ１４により保持されている。

バルブ摺動部２６には、図３ (a)に示したように、その外周面の一部がこれと周方向に隣接する他部よりも径方向外側に突出してなる摺動突起２６ａが周方向に間隔をおいて複数設けられている。これらの摺動突起２６ａは、逆止弁使用（設置）時の姿勢で重力方向上下及び左右方向に突出した形状となっている。つまり、摺動突起２６ａはバルブ２５の軸に直交する平面において十字状に突出しており、更に、バルブ摺動部２６の長手方向（摺動方向）全体に延びて設けられている。

＜他の実施形態＞
上記実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り各種構成部品を適宜設計することができる。例えば、上記第１実施形態では、流体溜まりとしての溝２０は、逆止弁使用時の姿勢で重力方向下側に位置する内周面の一箇所にのみ形成していたが、バルブ作動に支障が生じなければ、複数箇所に形成してもよい。さらに、溝２０は図示の形状に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態として示した逆止弁の断面図であり、(a)は(b)に示した側断面図のＢ-Ｂ線における断面図である。図１ (a)の部分拡大図である。参考図として示した逆止弁の断面図であり、(a)は(b)に示した側断面図のＣ-Ｃ線における断面図である。従来の逆止弁の構造について示した断面図であり、(a)は(b)に示した側断面図のＡ-Ａ線における断面図である。図４(a)の部分拡大図である。

符号の説明

１０…ボデー、１０ａ…弁座部、１０ｂ…ガス流通路（流体流通路）、１１…バルブ、１２…バルブ摺動部、１２ａ…シール部、２０…溝（流体溜まり）、２1…生成水（流体）、２４…ボデー、２４ａ…弁座部、２４ｂ…ガス流通路（流体流通路）、２５ａ…シール部、２６…バルブ摺動部、２６ａ…摺動突起、２６ｂ…隙間（流体溜まり）、Ｌｐ…軸線、Ｌｖ…軸線

Claims

流体流通路が形成された弁本体と、前記流体流通路内に配され前記弁本体との摺動面を有する弁体とを備え、該弁体にはその内部に流体が流通する流体通路が形成されている燃料電池用の逆止弁であって、
弁体の摺動面と弁本体との間に隙間を有し、使用時の姿勢で前記弁体の摺動面の下側部分の弁本体に溝を有する、逆止弁。
前記溝は、前記弁体の摺動方向に沿ってその摺動範囲以上の長さに形成されている、請求項１に記載の逆止弁。