JP5510142B2 - High-pressure shut-off valve, fuel cartridge, and fuel cell system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a high-pressure shut-off valve that automatically closes a flow path when the pressure of a fluid flowing in the flow path increases, a fuel cartridge using the high-pressure shut-off valve, and a fuel cell system It is.
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。 In a fuel cell system, a power generation cell or the like using a fuel cartridge uses a pump when supplying fluid from the fuel cartridge to the power generation cell. However, an unintended high discharge pressure is generated from the fuel cartridge under high temperature conditions, and the pump may be damaged. Therefore, an emergency shut-off valve that cuts off communication with the pump when a high pressure is abnormal is required.
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。
Such an emergency shut-off valve is disclosed in
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。
When the inflow pressure flowing in from the
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。 Such an emergency shut-off valve requires a complicated mechanism for opening and closing the valve body, and there is a problem that the apparatus becomes large. In addition, when the fluid pressure fluctuates in the vicinity of the threshold value, the open / close state of the valve element becomes unstable, and thus it is necessary to provide a mechanism for maintaining the open state and the closed state. Therefore, there is a problem that the apparatus becomes larger.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a high-pressure shut-off valve that realizes an emergency shut-off when a high-pressure abnormality occurs with a simple structure, a fuel cartridge using the high-pressure shut-off valve, and a fuel cell system.
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。 In order to solve the above problems, a high-pressure shutoff valve according to the present invention includes a housing having an inlet, an outlet, and an air release port, and a valve body slidably provided inside the housing. The valve body is provided with a communication path, and at normal times, the inlet and the outlet are communicated by a flow path including the communication path, and when the pressure of the fluid from the inlet is higher than normal, The valve body is slid to block the flow path.
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。 In the present invention, the valve body is preferably provided with a groove serving as the communication path. In this case, the groove acts as a flow path when the valve is in the open state, and when the valve is in the closed state, the groove can be communicated only with the outlet to prevent backflow of the fluid.
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。 In the present invention, it is desirable that the casing is provided with a groove that is a part of the flow path. In this case, by combining the valve body groove and the housing groove, the degree of freedom in designing the flow path is increased, and the low profile type can be supported.
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。 In the present invention, it is desirable that the valve body is provided with a hole serving as the communication path. In this case, the channel can be formed only by the valve body without providing the groove in the housing.
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。 In the present invention, it is preferable that the casing is cylindrical and the valve body is columnar. In this case, since the housing is not easily deformed even when the pressure of the fluid increases, the occurrence of gaps and fluid leakage can be prevented.
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。 In the present invention, it is desirable to provide a valve body return device between the valve body and the air release port on the inner wall of the housing. In this case, the valve body can be returned to the initial position after the pressure of the fluid increases and the valve body slides.
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。 In the fuel cartridge according to the present invention, it is desirable that the high-pressure shut-off valve is built in the outlet side. In the conventional fuel cell system, since the valve is large, the valve and the fuel cartridge are separately provided. In this case, since the valve can be made small, it can be easily incorporated into the fuel cartridge. .
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。 The fuel cell system according to the present invention preferably includes the high-pressure shut-off valve, a fuel cartridge, and a power generation cell, and the high-pressure shut-off valve is provided in a fuel supply path connecting the fuel cartridge and the power generation cell. . In this case, even if the discharge pressure of the fuel cartridge is increased, the pressure is not transmitted from the outlet of the fuel cartridge to the end, so that the device and the power generation cell in the next stage are not broken.
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。 According to the present invention, it is possible to realize an emergency shut-off when a high pressure is abnormal with a simple structure in which the valve body is slid using the pressure of the fluid. Furthermore, once the emergency shut-off is performed, the closed state can be maintained even if the fluid pressure slightly fluctuates near the threshold value.
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。 Below, the high-pressure cutoff valve concerning the embodiment of the present invention is explained.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a central sectional view of a high-pressure shut-off
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。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the high-
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。
The high-
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。
The
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。
The
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。
Further, an air release port 4 is provided in the
上筺体13は穴や溝が無い一枚板である。
The
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。
The
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。
The normal position of the
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inflow port becomes higher than usual and the
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。
Here, the operation principle of the valve is shown. The force applied to the
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。
F1 is expressed as the product of the inflow pressure P1 and the pressure receiving area S1 of the valve body. F2 is expressed as the product of the atmospheric pressure P2 and the pressure receiving area S2 of the
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。 The operation of the valve is shown below. The open state is maintained until the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure-receiving area exceed the predetermined atmospheric pressure and the force F2 + sliding resistance F3 due to the pressure-receiving area.
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inlet becomes higher than normal and the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure receiving area exceed a predetermined threshold, the
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。 Further, once the flow path is shut off, the closed state of the valve is maintained even if the fluid pressure slightly fluctuates in the vicinity of the threshold value.
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。
In this embodiment, the valve body groove |
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。
In the present embodiment, a
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。 In the present embodiment, the shape of the valve body groove is a rectangular parallelepiped, but is not limited thereto. Normally, the valve body groove communicates with the inlet and outlet, and when the pressure of the fluid from the inlet becomes higher than usual and the valve body slides to the atmosphere release port side, the valve body groove flows. The length and shape may be designed so as to communicate with the outlet but not to the inlet.
(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。
(
FIG. 3 is a central cross-sectional view of the high-
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
上筺体17は穴や溝が無い一枚板である。
The
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。
The
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。
The
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。
The normal position of the
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inflow port becomes higher than usual and the
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。
In the present modification, a
(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。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a central cross-sectional view, a vertical cross-sectional view, and a perspective view of the
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。
The
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。
FIG. 4B is a cross section obtained by cutting FIG. 4A along the plane AA ′. As shown in FIG. 4B, a
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。
The
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。
The
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。
The normal position of the
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inflow port becomes higher than usual and the
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。
Here, the operation principle of the valve is shown. The force applied to the
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。
F1 is expressed as the product of the inflow pressure P1 and the pressure receiving area S1 of the valve body. F2 is expressed as the product of the atmospheric pressure P2 and the pressure receiving area S2 of the
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。
Thus, the necessary conditions for the
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。 The operation of the valve is shown below. The open state is maintained until the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure-receiving area exceed the predetermined atmospheric pressure and the force F2 + sliding resistance F3 due to the pressure-receiving area.
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inlet becomes higher than normal and the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure receiving area exceed a predetermined threshold value, the
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。 Further, once the flow path is shut off, the closed state of the valve is maintained even if the fluid pressure slightly fluctuates in the vicinity of the threshold value.
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。
In this embodiment, the
(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。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a central sectional view of the high-
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Since it is comprised in this way, since the area which the
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。
Here, the operation principle of the valve is shown. The force applied to the
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。
F1 is expressed as the product of the inflow pressure P1 and the pressure receiving area S1 of the
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。
Thus, the necessary conditions for the
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。 The operation of the valve is shown below. The open state is maintained until the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure-receiving area exceed the predetermined atmospheric pressure and the force F2 + sliding resistance F3 due to the pressure-receiving area.
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。
On the other hand, when the pressure of the fluid from the inlet becomes higher than usual and the fluid inflow pressure and the force F1 due to the pressure receiving area exceed a predetermined threshold, the
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。 Further, once the flow path is shut off, the closed state of the valve is maintained even if the fluid pressure slightly fluctuates in the vicinity of the threshold value.
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。
In the present embodiment, the
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。
In the present embodiment, the number of
(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。
(
FIG. 6 is a central cross-sectional view of a high-
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。
The high-pressure shut-off
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。
The
(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。
(
FIG. 7 is a central cross-sectional view of a high-
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。
The high-pressure shut-off
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。
In the present modification, the condition under which the
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。
In the above-described modification, the return device is the
(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。
(Other examples)
The high-pressure shut-off valve according to the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified within the scope of the gist.
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。 In the said embodiment, although the housing is comprised from PPS, it is not restricted to this. For example, a resin other than PPS may be used.
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。 In the said embodiment, although the valve body is comprised from EPDM (ethylene propylene diene rubber), it is not restricted to this. For example, an elastic resin such as polyethylene or elastomer may be used. At this time, it is desirable that the surface of the valve body has a sealing property.
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。 In the above embodiment, the stopper is provided inside the valve chamber, but the present invention is not limited to this. The stopper is preferably provided for the return positioning when the initial position of the valve body is set or when the return device is provided, but may not be provided when not necessary.
(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。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a block diagram of a fuel cell system according to the fourth embodiment. The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cartridge, a high-pressure cutoff valve, a pump, and a power generation cell.
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。 The high-pressure shutoff valve of the present invention is provided on the outlet side of the fuel cartridge. The pump is provided on the outlet side of the high-pressure shut-off valve, and plays a role of adjusting the flow rate of the fluid supplied to the power generation cell. The power generation cell is provided on the outlet side of the pump.
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。 In the present embodiment, the high-pressure shut-off valve is provided in the fuel supply path connecting the fuel cartridge and the power generation cell. With this configuration, even if the discharge pressure of the fuel cartridge increases, the pressure is not transmitted from the outlet of the fuel cartridge to the front, so that the pump and power generation cell in the next stage are not broken.
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。 Furthermore, since the high-pressure shut-off valve becomes small, it can be easily incorporated into the fuel cell system, and the fuel cell system can be further downsized.
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。 Further, a high-pressure shut-off valve may be directly built in the outlet side inside the fuel cartridge (see FIG. 9). In the conventional fuel cell system, since the high-pressure shut-off valve is large, a high-pressure shut-off valve and a fuel supply cartridge are separately provided. Therefore, the fuel cell system can be further downsized.
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
100, 200, 300, 400, 500 ... High pressure shut-off
Claims (8)
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。 A housing having an inlet, an outlet, and an air release port, and a valve body slidably provided inside the housing;
The valve body is provided with a communication path,
Normally, the inflow port and the outflow port are communicated by a flow path including the communication path,
A high-pressure shut-off valve, wherein when the pressure of fluid from the inlet is higher than usual, the valve body is slid to shut off the flow path.
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