JP5510551B2 - Stop valve, fuel cell system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a stop valve that controls the forward flow of a fluid, and a fuel cell system including the stop valve.
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。
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、および、支持部5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。また、バルブ筐体7は、ダイヤフラム1とともにバルブ室8を構成する。
1A and 1B are cross-sectional views of a pressure reducing valve disclosed in
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。 The upper pressure of the diaphragm (movable part) 1 is P0, the primary pressure upstream of the valve is P1, the pressure downstream of the valve is P2, the area of the valve body part 4 is S1, and the area of the diaphragm (movable part) 1 is S2. . At this time, from the balance of pressure, the condition for opening the valve as shown in FIG. 1B is (P1-P2) S1 <(P0-P2) S2. If P2 is higher than the pressure in this condition, the valve is closed, and if P2 is lower, the valve is opened. Thereby, P2 can be kept constant.
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。 For example, a direct methanol fuel cell (DMFC) includes a pump for transporting fuel (methanol). In general, a valve-type pump has a check function by a valve, but does not have a stop function (a function to stop a forward flow). When a pump without a stop function is used, when upstream pressure (forward pressure) is applied to the fuel, the fuel flows even when the pump is not operating.
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。図1(A),図1(B)に示した特許文献1の減圧弁では、ポンプによる流体の吸引圧力によってダイヤフラム1を可動させ、連動するピストン2により弁体部4を押し下げることで、弁を開く。これにより、流体の流路が開く。
In addition, the fuel cartridge incorporated in the fuel cell system may become hot depending on the external environment, and high-pressure fluid may be discharged. As a result, excessive fluid may be supplied to the fuel cell or the pump may be destroyed in some cases. Therefore, there is a need for a valve that stops forward flow (hereinafter referred to as a stop valve) when a high-pressure fluid is added. In the pressure reducing valve of
しかしながら、ダイヤフラム1と対向するバルブ室8の底面9とダイヤフラム1との距離を狭くし、特許文献1の減圧弁を低背化すると、ダイヤフラム1が、弁の開放時にバルブ室8の底面9に接触するおそれがある。そして、当該減圧弁のダイヤフラム1をゴムで形成し、メタノールのような活性の高い流体を当該減圧弁に使用した場合、ダイヤフラム1とバルブ室8の底面9とが接触した時に、当該流体により膨潤したダイヤフラム1とバルブ室8の底面9とが固着するおそれがある。そのため、特許文献1の減圧弁を低背化した構造では、ダイヤフラム1とバルブ室8の底面9との固着によりダイヤフラム1が元の位置に戻らなくなってしまい、弁が閉じなくなってしまうことがある。
However, when the distance between the
従って、上記特許文献1の減圧弁を低背化した構造を備える従来の順止バルブでは、ダイヤフラムをゴムで形成し、その順止バルブに活性の高い流体を使用する場合、流体制御の十分な信頼性が得られないという問題があった。
Therefore, in the conventional stop valve having a structure in which the pressure reducing valve of
そこで本発明は、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着するのを防ぐことができる順止バルブ、及びこの順止バルブを備える燃料電池システムの提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a stop valve that can prevent the diaphragm and the bottom surface of the valve chamber from sticking to each other even with a low-profile structure, and a fuel cell system including the stop valve.
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。 In order to solve the above-mentioned problems, the stop valve of the present invention has the following configuration.
(1)バルブ筐体と、
前記バルブ筐体ととも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、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、が形成された、順止バルブであって、
前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位によって前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を遮断または開放させる弁体と、を備え、
前記バルブ筐体には、前記弁体が前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を開放させたときに、前記ダイヤフラムが当接する第1の突出部と、当該流体を前記第1の突出部の内側から外側へ通過させる第1の流路とが、前記ダイヤフラムと対向する前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周囲に形成された。(1) a valve housing;
Comprising a valve chamber together with the valve housing, and a diaphragm displaced by the pressure of fluid in the valve chamber;
The valve housing has an inflow hole through which fluid flows into the valve chamber, and an outflow hole through which fluid flows out of the valve chamber due to the suction pressure of the fluid by the pump. A stop valve,
A valve body disposed in the inflow hole and configured to block or open the inflow of fluid from the inflow hole to the valve chamber by displacement of the diaphragm;
The valve housing has a first protrusion with which the diaphragm comes into contact when the valve body releases the inflow of fluid from the inflow hole to the valve chamber, and the fluid is supplied to the first protrusion. A first flow path that passes from the inside to the outside of the part is formed around the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber facing the diaphragm.
この構成では、ダイヤフラムが、弁開放時にバルブ室の底面でなく第1の突出部に接触する。さらに、ダイヤフラムが第1の突出部に接触した時、流体は第1の突出部の内側から第1の流路を介して第1の突出部の外側へ通過する。
よって、この構成の順止バルブに活性の高い流体を使用した場合でも、ダイヤフラムがバルブ室の底面と接触しないため、当該流体により膨潤したダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防止できる。
従って、この構成によれば、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。In this configuration, the diaphragm comes into contact with the first protruding portion instead of the bottom surface of the valve chamber when the valve is opened. Furthermore, when the diaphragm comes into contact with the first protrusion, the fluid passes from the inside of the first protrusion to the outside of the first protrusion via the first flow path.
Therefore, even when a highly active fluid is used for the stop valve of this configuration, since the diaphragm does not contact the bottom surface of the valve chamber, it is possible to prevent the diaphragm swollen by the fluid and the bottom surface of the valve chamber from sticking.
Therefore, according to this configuration, it is possible to prevent the diaphragm and the bottom surface of the valve chamber from sticking even with a low-profile structure. Therefore, the reliability of fluid control can be improved.
(2)前記ダイヤフラムには、大気圧と前記バルブ室の内圧との差圧を受ける受圧板が接合され、
前記第1の突出部は、前記バルブ室の内径をDvとし、前記受圧板の直径をDbとし、前記流入孔の両端に位置する前記第1の突出部の外径をDcとしたとき、Dc≦(Dv+Db)/4の関係を満たす形状に形成されることが好ましい。(2) A pressure receiving plate that receives a differential pressure between an atmospheric pressure and an internal pressure of the valve chamber is joined to the diaphragm,
The first protrusion is Dc, where Dv is the inner diameter of the valve chamber, Db is the diameter of the pressure receiving plate, and Dc is the outer diameter of the first protrusion located at both ends of the inflow hole. It is preferably formed in a shape satisfying the relationship of ≦ (Dv + Db) / 4.
この構成では、受圧板がバルブ室の底面に対して反対側へ凸に撓み、ダイヤフラムが第1の突出部と斜めに接触する。即ち、ダイヤフラムと第1の突出部とが線接触となるため、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第1の突出部が固着しても、受圧板が撓んでいる状態から元の平らな状態に戻ろうとしたとき、第1の突出部の外側から固着を剥離する力が働くため、ダイヤフラムが第1の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。In this configuration, the pressure receiving plate is bent convexly to the opposite side with respect to the bottom surface of the valve chamber, and the diaphragm is in contact with the first projecting portion obliquely. That is, since the diaphragm and the first protrusion are in line contact, the diaphragm and the first protrusion are difficult to adhere. In addition, even if the diaphragm and the first protrusion are fixed, when the pressure receiving plate tries to return to the original flat state from the bent state, a force to peel off the fixation works from the outside of the first protrusion. Therefore, the diaphragm is easily peeled off from the first protrusion.
Therefore, according to this structure, it can also prevent that a diaphragm and a 1st protrusion part adhere. Therefore, the reliability of fluid control can be further improved.
(3)前記第1の突出部は、その先端が凸の曲面状に形成されることが好ましい。 (3) It is preferable that the first protrusion is formed in a curved surface shape having a convex tip.
この構成の第1の突出部は、弁開放時のダイヤフラムとの接触面積が、先端が平面状の第1の突出部より狭い。そのため、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第1の突出部が固着しても、ダイヤフラムが第1の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。The first projecting portion having this configuration has a smaller contact area with the diaphragm when the valve is opened than the first projecting portion having a flat tip. Therefore, it is difficult for the diaphragm and the first projecting portion to adhere to each other. Further, even if the diaphragm and the first protrusion are fixed, the diaphragm is easily peeled off from the first protrusion.
Therefore, according to this structure, it can also prevent that a diaphragm and a 1st protrusion part adhere. Therefore, the reliability of fluid control can be further improved.
(4)前記第1の突出部は、複数の突起の集合体であることが好ましい。 (4) It is preferable that the first protrusion is an aggregate of a plurality of protrusions.
この構成の第1の突出部は、弁開放時のダイヤフラムとの接触面積が一体ものの第1の突出部より狭い。そのため、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着し難い。また、仮にダイヤフラムと第1の突出部が固着しても、ダイヤフラムが第1の突出部から剥がれ易い。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムと第1の突出部とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。The first projecting portion having this configuration has a smaller contact area with the diaphragm when the valve is opened than the first projecting portion having an integral structure. Therefore, it is difficult for the diaphragm and the first projecting portion to adhere to each other. Further, even if the diaphragm and the first protrusion are fixed, the diaphragm is easily peeled off from the first protrusion.
Therefore, according to this structure, it can also prevent that a diaphragm and a 1st protrusion part adhere. Therefore, the reliability of fluid control can be further improved.
(5)前記バルブ筐体には、前記第1の突出部より高さの低い第2の突出部と、流体を前記第2の突出部の内側から外側へ通過させる第2の流路とが、前記バルブ室の底面上における前記第1の突出部の内側かつ前記流入孔の周囲に形成されることが好ましい。 (5) The valve housing includes a second protrusion having a height lower than that of the first protrusion, and a second flow path for allowing fluid to pass from the inside to the outside of the second protrusion. Preferably, it is formed inside the first protrusion on the bottom surface of the valve chamber and around the inflow hole.
この構成では、弁開放時にダイヤフラムが第1の突出部と接触して局所的に圧縮変形し、第1の突出部の一部がダイヤフラムに喰い込んだとしても、第2の突出部によって第2の流路を確保しているため、流体の流路を十分に確保することができる。
よって、この構成の順止バルブによれば、第1の突出部を設けているため、ダイヤフラムとバルブ室の底面との固着を防止することができる。さらに、第2の突出部を設けているため、弁開放時にダイヤフラムが第1の突出部と接触して第1の突出部がダイヤフラムに喰い込んでも、十分な流路を確保することができる。In this configuration, when the valve is opened, the diaphragm comes into contact with the first protrusion and is locally compressed and deformed, and even if a part of the first protrusion bites into the diaphragm, the second protrusion causes the second protrusion. Therefore, a sufficient fluid flow path can be secured.
Therefore, according to the stop valve of this structure, since the 1st protrusion part is provided, sticking with a diaphragm and the bottom face of a valve chamber can be prevented. Furthermore, since the second protrusion is provided, a sufficient flow path can be secured even if the diaphragm comes into contact with the first protrusion when the valve is opened and the first protrusion bites into the diaphragm.
(6)前記バルブ筐体には、第3の突出部が前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周縁に形成され、
前記第1の突出部は、前記ダイヤフラムと対向する前記第3の突出部の上面に形成されることが好ましい。(6) In the valve housing, a third protrusion is formed on the periphery of the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber,
It is preferable that the first protrusion is formed on an upper surface of the third protrusion that faces the diaphragm.
この構成では、第3の突出部を設けることにより、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の厚みを厚くしている。これにより、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の剛性を高めることができる。
従って、この構成によれば、バルブ筐体における流入孔の周縁部位の剛性を高めることができる。In this configuration, the thickness of the peripheral portion of the inflow hole in the valve housing is increased by providing the third protrusion. Thereby, the rigidity of the peripheral part of the inflow hole in the valve housing can be increased.
Therefore, according to this configuration, the rigidity of the peripheral portion of the inflow hole in the valve housing can be increased.
(7)前記流体はメタノールであることが好ましい。 (7) The fluid is preferably methanol.
メタノールは他の流体に比べて活性が高い流体である。そのため、上記(1)の構成は、メタノールを流体として使用するこの構成において好適である。 Methanol is a fluid that is more active than other fluids. Therefore, the configuration (1) is suitable for this configuration using methanol as a fluid.
(8)前記ダイヤフラムの材質はゴムであり、前記バルブ筐体の前記流体と接する部分の材質は樹脂であることが好ましい。 (8) Preferably, the material of the diaphragm is rubber, and the material of the portion of the valve housing that contacts the fluid is resin.
この構成では、流体がバルブ室を通過しても、金属イオンが流体中に溶出することがない。そのため、この構成によれば、金属イオンの溶出によるDMFCの特性の劣化が起こらない。 In this configuration, even if the fluid passes through the valve chamber, metal ions do not elute into the fluid. Therefore, according to this configuration, the degradation of the DMFC characteristics due to elution of metal ions does not occur.
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。 The fuel cell system of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
(9)上記(1)〜(8)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。(9) The stop valve according to any one of (1) to (8) above,
A fuel reservoir connected to the inflow hole of the stop valve;
And a pump connected to the outflow hole of the stop valve.
この構成により、上記(1)〜(8)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おいても同様の効果を奏する。 With this configuration, by using the stop valve described in any one of the above (1) to (8), the same effect can be obtained in a fuel cell system including the stop valve.
この発明によれば、低背な構造でも、ダイヤフラムとバルブ室の底面とが固着することを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the diaphragm and the bottom surface of the valve chamber from sticking even with a low-profile structure. Therefore, the reliability of fluid control can be improved.
《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。《Operation principle of stop valve》
First, the principle of operation of a passively driven stop valve used in a small fuel cell will be described.
2A is a schematic cross-sectional view of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
《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。<< First Embodiment >>
Hereinafter, the
FIG. 3 is a system configuration diagram of the
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。A direct methanol fuel cell (DMFC) includes a
Therefore, it is preferable to provide a
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。
As will be described in detail later, the
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。
In the
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。図7は、本発明の第1の実施形態に係る順止バルブ101の弁開放時の模式断面図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the
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。
As shown in an exploded perspective view in FIG. 4, the
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。
The
また、バルブ筐体130には、図4、図6及び図7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が当接する第1の突出部144と、メタノールを第1の突出部144の内側から外側へ通過させる第1の流路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。ここで、第1の突出部144は、バルブ室140の内径をDvとし、詳細を後述する受圧板125の直径をDbとし、流入孔143の両端に位置する第1の突出部144の外径をDcとしたとき、Dc≦(Dv+Db)/4の関係を満たす形状に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 4, 6, and 7, the
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。
Further, as shown in FIGS. 5B and 6, the
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。
As for the material of the
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。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
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。
When the liquid is used as the fluid for the
弁部150は、図4及び図6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。
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。As shown in FIGS. 4 and 6, the
In addition, in order to improve the sealing performance with the
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。
In the
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、例えば、ステンレススチールの板を用いて金型成形により形成される。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。
As shown in FIGS. 4, 5 (A) and 6, the
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受圧板125が接合されている。In addition, a
A
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。
Similar to the above-described stop valve 90 (see FIG. 2), the
以上の構成では、バルブ室140の底面141とダイヤフラム120との距離を狭くし、順止バルブ101を低背化している。しかし、この実施形態のバルブ筐体130には、図4、図6及び図7に示すように、弁部150を開放させたときに、ダイヤフラム120が当接する環状の第1の突出部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第1の流路145とが、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。そして、この第1の突出部144は、バルブ室140の内径をDvとし、受圧板125の直径をDbとし、流入孔143の両端に位置する第1の突出部144の外径をDcとしたとき、Dc≦(Dv+Db)/4の関係を満たす形状に形成されている。
In the above configuration, the distance between the
そのため、この実施形態における順止バルブ101では、ゴム製のダイヤフラム120が、弁部150の開放時にバルブ室140の底面141でなく第1の突出部144に接触する(図7参照)。さらに、ダイヤフラム120が第1の突出部144に接触した時、メタノールは第1の突出部144の内側から第1の流路145を介して第1の突出部144の外側へ通過する。
Therefore, in the
ここで、上述のDc≦(Dv+Db)/4の関係を満たす第1の突出部144の形状について図7を用いて詳述する。図7に示すように、ダイヤフラム120には下向きに圧力が働き、第1の突出部144に当接した状態となっている。この第1の突出部144の外径Dc(この実施形態では4mm)は受圧有効径Dp(この実施形態では10mm)の半分以下になっている。ここで受圧有効径とは、ダイヤフラム120全面に作用する圧力の内、外周部分にかかる圧力を除いた圧力、即ち弁部150の開閉に利用できる圧力が作用する部分の直径に相当する。図7の場合、受圧板125の直径Dbとバルブ室140の内径Dvの平均値にほぼ等しくなる。このとき受圧板125に加わる力については、第1の突出部144の外側に加わる力の方が第1の突出部144の内側に加わる力より大きいため、受圧板125は図7の示すように孔部115側へ凸に撓む。しかし、ダイヤフラム120は第1の突出部144と接触し、またダイヤフラム120はゴムで形成されているため、ダイヤフラム120が第1の突出部144と固着してしまう可能性がある。特に、流体の温度が高い場合やダイヤフラム120と第1の突出部144との接触が長時間続いた場合にはその可能性が高くなる。しかし、この実施形態では上述のように受圧板125が孔部115側へ凸に撓むため、ダイヤフラム120が第1の突出部144と斜めに接触する。即ち、ダイヤフラム120と第1の突出部144とが実質的に線接触となるため、ダイヤフラム120と第1の突出部144とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム120と第1の突出部144が固着しても、受圧板125が撓んでいる状態から元の平らな状態に戻ろうとしたとき、第1の突出部144の外側から固着を剥離する力が働くため、ダイヤフラム120が第1の突出部144から剥がれ易い。
Here, the shape of the
以上より、メタノールのような活性の高い流体を当該順止バルブ101に使用した場合でも、ダイヤフラム120がバルブ室140の底面141と接触しないため、当該流体により膨潤したダイヤフラム120とバルブ室140の底面141とが固着することを防止できる。
As described above, even when a highly active fluid such as methanol is used for the
従って、この実施形態における順止バルブ101によれば、低背な構造でも、ダイヤフラム120とバルブ室140の底面141とが固着するのを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。
Therefore, according to the
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。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。In the above configuration, the
Therefore, by using the
《第2の実施形態》
図8は、本発明の第2の実施形態に係る順止バルブ201に備えられるバルブ筐体230の斜視図である。この実施形態における順止バルブ201が上記順止バルブ101と相違する点は、第1の突出部244であり、その他の構成については上記順止バルブ101と同じである。第1の突出部244は、その先端が凸の曲面状に形成されている点で、図4に示す第1の突出部144と異なる。<< Second Embodiment >>
FIG. 8 is a perspective view of the
この実施形態の第1の突出部244は、その先端が凸の曲面状に形成されているため、弁部150の開放時のダイヤフラム120との接触面積が、先端が平面状のものより狭い。そのため、ダイヤフラム120と第1の突出部244とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム120と第1の突出部244が固着しても、ダイヤフラム120が第1の突出部244から剥がれ易い。さらに、ダイヤフラム120が第1の突出部244に接触した時、メタノールは第1の突出部244の内側から第1の流路245を介して第1の突出部244の外側へ通過する。
Since the first projecting
従って、この実施形態における順止バルブ201によれば、ダイヤフラム120と第1の突出部244とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。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。
Therefore, according to the
《第3の実施形態》
図9は、本発明の第3の実施形態に係る順止バルブ301に備えられるバルブ筐体330の斜視図である。この実施形態における順止バルブ301が上記順止バルブ201と相違する点は、第1の突出部344であり、その他の構成については上記順止バルブ201と同じである。第1の突出部344は、複数の突起の集合体である点で、図8に示す第1の突出部244と異なる。<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a perspective view of the
第1の突出部344は、その先端が凸の曲面状に形成されている複数の半球状の突起の集合体であるため、弁部150が開放した時のダイヤフラム120との接触面積が一体ものの第1の突出部244より狭い。そのため、ダイヤフラム120と第1の突出部344とが固着し難い。また、仮にダイヤフラム120と第1の突出部344が固着しても、ダイヤフラム120が第1の突出部344から剥がれ易い。さらに、ダイヤフラム120が第1の突出部344に接触した時、メタノールは第1の突出部344の内側から第1の流路345を介して第1の突出部344の外側へ通過する。
The first projecting
従って、この実施形態における順止バルブ301によれば、ダイヤフラム120と第1の突出部344とが固着することも防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を一層向上できる。また、この実施形態の順止バルブ301を用いることで、当該順止バルブ301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。
Therefore, according to the
なお、この実施形態では、第1の突出部244を構成する突起が半球状に形成されているが、実施の際は、当該突起が円筒状でも構わない。
In this embodiment, the projections forming the first projecting
《第4の実施形態》
図10は、本発明の第4の実施形態に係る順止バルブ401に備えられるバルブ筐体430の斜視図である。この実施形態における順止バルブ401が上記順止バルブ101と相違する点は、第1の突出部444であり、その他の構成については上記順止バルブ101と同じである。第1の突出部444は、円形状であり、その先端の面積が図4に示す第1の突出部144より広い形状となっている。<< Fourth Embodiment >>
FIG. 10 is a perspective view of a
この実施形態の順止バルブ401においても、ダイヤフラム120が、弁部150の開放時にバルブ室140の底面141でなく第1の突出部444に接触する。さらに、ダイヤフラム120が第1の突出部444に接触した時、メタノールは第1の突出部444の内側にある流入孔143から第1の流路445を介して第1の突出部444の外側へ通過する。
Also in the
従って、この実施形態における順止バルブ401によれば、上記順止バルブ101と同様の効果を奏する。また、この実施形態の順止バルブ401を用いることで、当該順止バルブ401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。
Therefore, according to the
《第5の実施形態》
図11は、本発明の第5の実施形態に係る順止バルブ501に備えられるバルブ筐体530の斜視図である。図12は、図11のS−S線における要部断面図である。この実施形態における順止バルブ501が図9に示す上記順止バルブ301と相違する点は、第2の突出部564を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ301と同じである。<< Fifth Embodiment >>
FIG. 11 is a perspective view of a
詳述すると、この実施形態におけるバルブ筐体530には、第1の突出部344より高さの低い第2の突出部564と、流体を第2の突出部564の内側にある孔部143から外側へ通過させる第2の流路565とが、バルブ室140の底面141上における第1の突出部344の内側かつ流入孔143の周囲に形成されている。
More specifically, the
この実施形態において、ダイヤフラム120とバルブ室140の底面141との固着に関しては、上記順止バルブ301と同様に第1の突出部344によって防止する。一方、第1の突出部344には、弁部150の開放時におけるダイヤフラム120の下死点を決める働きもある。しかし、図9に示すように第1の突出部344が曲面形状である場合、弁部150の開放時、作用する圧力が非常に高い場合、場合によってはダイヤフラム120が第1の突出部344と接触して局所的に圧縮変形し、第1の突出部344の一部がダイヤフラム120に喰い込むこともある。この場合、第1の流路345が変形したダイヤフラム120によって狭くなり、ダイヤフラム120がメタノールの流れを妨げることもある。
In this embodiment, the adhesion between the
そこで、この実施形態の順止バルブ501では、先端が平面形状の第2の突出部564を第1の突出部344の内側に第1の突出部344より低く形成している。これにより、弁部150の開放時にダイヤフラム120が第1の突出部344と接触して第1の突出部344の一部がダイヤフラム120に喰い込んでも、第2の突出部564によって第2の流路565を確保しているため、メタノールの流路を十分に確保することができる。即ち、この実施形態の順止バルブ501は、固着防止用の第1の突出部344と流路確保用の第2の突出部564を有する構造となっている。
Therefore, in the
以上より、この実施形態の順止バルブ501によれば、第1の突出部344を設けているため、ダイヤフラム120とバルブ室140の底面141との固着を防止することができる。さらに、弁部150の開放時にダイヤフラム120が第1の突出部344と接触して第1の突出部344がダイヤフラム120に喰い込んだ場合であっても、第2の突出部564によって十分な第2の流路565を確保することができる。このため、メタノールの流れを妨げることを防止できる。また、この実施形態の順止バルブ501を用いることで、当該順止バルブ501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。
As described above, according to the
《第6の実施形態》
図13は、本発明の第6の実施形態に係る順止バルブ601に備えられるバルブ筐体630の要部断面図である。この実施形態における順止バルブ601が図9に示す上記順止バルブ301と相違する点は、第3の突出部674を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ301と同じである。<< Sixth Embodiment >>
FIG. 13: is principal part sectional drawing of the valve housing | casing 630 with which the
詳述すると、バルブ筐体630には、第3の突出部674がバルブ室140の底面141上における流入孔143の周縁に形成されており、第1の突出部344が、ダイヤフラム120と対向する第3の突出部674の上面に形成されている。
Specifically, the
ここで、上述したように弁座148は、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体部151によって弁閉時に与圧されている。そのため、バルブ筐体630における流入孔143の周縁部位は、高い剛性が必要であり、厚みをできるだけ厚くすることが望ましい。一方、順止バルブ601の低背化のためにバルブ筐体630の厚みをできるだけ薄くすることが望ましい。
Here, as described above, the
そこで、この実施形態では、第3の突出部674を設けることで、バルブ筐体630における流入孔143の周縁部位の厚みを厚くしている。これにより、バルブ筐体630における流入孔143の周縁部位の剛性を高めることができる。また、バルブ筐体630における流入孔143の周縁部位の厚みを厚くすることにより射出成形時の樹脂の流れもよくなるため、成形不良等の発生を減らすことができる。即ち、歩留まりが向上するため、製造コストを低減できる。
Therefore, in this embodiment, by providing the
従って、この実施形態における順止バルブ601によれば、バルブ筐体630における流入孔143の周縁部位の剛性を高めることができ、製造コストも低減できる。また、この実施形態の順止バルブ601を用いることで、当該順止バルブ601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。
Therefore, according to the
なお、この実施形態の順止バルブ601においても、ダイヤフラム120が、弁部150の開放時にバルブ室140の底面141でなく第1の突出部344に接触する。さらに、ダイヤフラム120が第1の突出部344に接触した時、メタノールは第1の突出部344の内側から第1の流路345を介して第1の突出部344の外側へ通過する。従って、この実施形態における順止バルブ601によれば、上記順止バルブ301と同様の効果を奏する。
In the
《第7の実施形態》
図14は、本発明の第7の実施形態に係る順止バルブ701に備えられるバルブ筐体730の斜視図である。図15は、図14のT−T線における要部断面図である。この実施形態における順止バルブ701が図9に示す上記順止バルブ501と相違する主な点は、第3の突出部774を備える点であり、その他の構成については上記順止バルブ501と同様である。<< Seventh Embodiment >>
FIG. 14 is a perspective view of a
詳述すると、バルブ筐体730には、第3の突出部774と第3の流路775がバルブ室140の底面141上における流入孔143の周縁に形成されており、第1の突出部744と第2の突出部764が、ダイヤフラム120と対向する第3の突出部774の上面に形成されている。ここで、第1の突出部744は図11に示す第1の突出部344と同様に固着防止用の突出部であり、第1の突出部744を構成する突起は第1の突出部344を構成する突起と同じものである。そして、第1の流路745は第1の流路345と同様にメタノールを第1の突出部744の内側から外側へ通過させるものである。また、第2の突出部764は図11に示す第2の突出部564と同様に流路確保用の突出部であり、第2の流路775は第2の流路565と同様にメタノールを第2の突出部564の内側にある孔部143から外側へ通過させるものである。また、第3の突出部774は図13に示す第3の突出部674と同様に剛性向上用の突出部である。即ちこの実施形態の順止バルブ701は、固着防止用の第1の突出部744と流路確保用の第2の突出部764と剛性向上用の第3の突出部774を有する構造となっている。
More specifically, the
従って、この実施形態における順止バルブ701によれば、上記順止バルブ501及び上記順止バルブ601と同様の効果を奏する。さらに、この実施形態の順止バルブ701では、第2の流路765と流出孔149との間に第3の流路775を設けているため、流入孔143から流入したメタノールが第2の流路765から第3の流路775を介して流出孔149へ真直ぐに流れる。そのため、この実施形態における順止バルブ701によれば、弁部150開放時におけるメタノールの流路を上記順止バルブ601より確保できる。
また、この実施形態の順止バルブ701を用いることで、当該順止バルブ701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。Therefore, according to the
Further, by using the
《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。<< Other Embodiments >>
In the above embodiment, methanol is used as a highly active fluid, but the fluid may be any of gas, liquid, gas-liquid mixed flow, solid-liquid mixed flow, solid-gas mixed flow, and the like.
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。 In addition, it should be thought that description of the above-mentioned embodiment is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the claims. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1 ダイヤフラム
2 ピストン
3 弁座部
4 弁体部
5 支持部
7 バルブ筐体
8 バルブ室
9 底面
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、301、401、501、601、701 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、230、330、430、530、630、730 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、244、344、444、744 第1の突出部
145、245、345、445、745 第1の流路
564、764 第2の突出部
565、765 第2の流路
674、774 第3の突出部
775 第3の流路
147 開口部
148 弁座
149 流出孔
150 弁部
151 弁体部
152 支持部
153 孔部
154 固定部
155 弁突起
160 システム筐体
161、162 Oリング
163 流入路
165 流出路DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記バルブ筐体ととも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、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、が形成された、順止バルブであって、
前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位によって前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を遮断または開放させる弁体を備え、
前記バルブ筐体には、前記弁体が前記流入孔から前記バルブ室への流体の流入を開放させたときに、前記ダイヤフラムが当接する第1の突出部と、当該流体を前記第1の突出部の内側から外側へ通過させる第1の流路とが、前記ダイヤフラムと対向する前記バルブ室の底面上における前記流入孔の周囲に形成され、
前記ダイヤフラムには、大気圧と前記バルブ室の内圧との差圧を受ける受圧板が接合され、
前記第1の突出部は、前記バルブ室の内径をDvとし、前記受圧板の直径をDbとし、前記流入孔の両端に位置する前記第1の突出部の外径をDcとしたとき、Dc≦(Dv+Db)/4の関係を満たす形状に形成された、順止バルブ。 A valve housing;
Comprising a valve chamber together with the valve housing, and a diaphragm displaced by the pressure of fluid in the valve chamber;
The valve housing has an inflow hole through which fluid flows into the valve chamber, and an outflow hole through which fluid flows out of the valve chamber due to the suction pressure of the fluid by the pump. A stop valve,
A valve body disposed in the inflow hole and configured to block or open the inflow of fluid from the inflow hole to the valve chamber by displacement of the diaphragm;
The valve housing has a first protrusion with which the diaphragm comes into contact when the valve body releases the inflow of fluid from the inflow hole to the valve chamber, and the fluid is supplied to the first protrusion. A first flow path that passes from the inside of the part to the outside is formed around the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber facing the diaphragm ,
A pressure receiving plate that receives a differential pressure between the atmospheric pressure and the internal pressure of the valve chamber is joined to the diaphragm,
The first protrusion is Dc, where Dv is the inner diameter of the valve chamber, Db is the diameter of the pressure receiving plate, and Dc is the outer diameter of the first protrusion located at both ends of the inflow hole. A stop valve formed into a shape satisfying the relationship of ≦ (Dv + Db) / 4 .
前記第1の突出部は、前記ダイヤフラムと対向する前記第3の突出部の上面に形成された、請求項1から4のいずれかに記載の順止バルブ。 In the valve housing, a third protrusion is formed on the periphery of the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber,
The stop valve according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first protrusion is formed on an upper surface of the third protrusion that faces the diaphragm.
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。 A stop valve according to any one of claims 1 to 7 ,
A fuel reservoir connected to the inflow hole of the stop valve;
And a pump connected to the outflow hole of the stop valve.
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