JP5790786B2 - バルブ、燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、流体の順方向の過剰な流れを制御するバルブ、及びこのバルブを備える燃料電池システムに関するものである。
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９（Ａ），図９（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、弁座部３、及び、弁部を形成する弁体部４及び支持部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おり、弁閉時には弁座部３に当接している（図９（Ａ）参照）。支持部５は、弾性を有する梁によって形成されている。
ここで、これらの各部材は板状の部材で構成されており、当該減圧弁は各部材を接合することにより形成されている。そして、ダイヤフラム１の周縁部はバルブ筐体７及びキャップ８に挟持されており、バルブ筐体７はダイヤフラム１とともにバルブ室６を構成している。
ダイヤフラム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、バルブ室６に接するダイヤフラム１の部分の面積（以下、受圧面積と称する。）をＳ２とする。このとき、圧力の釣り合いから、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。
特開２００８−５９０９３号公報
例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）においては、燃料カートリッジ（ポンプの上流側）から発電セル（ポンプの下流側）へ液体燃料（メタノール）の輸送を行うポンプを備えている。ポンプが弁方式である場合、弁によってポンプの下流側からポンプの上流側への流体の流れを遮断する逆止機能を備えている。しかし、ポンプの上流側からポンプの下流側への液体燃料の過剰な流れを遮断する機能、すなわち順止機能は備えていないものが一般的である。
例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池システムにおいて、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、発熱部品によって高温になることがある。燃料カートリッジが高温になると燃料カートリッジの内部の液体燃料が膨張する。このため、高圧となった液体燃料が燃料カートリッジから吐出されることがある。順止機能を備えていない弁方式のポンプでは、これにより、過剰な量の液体燃料が発電セルに供給され、ポンプの非作動時にも、燃料カートリッジから発電セルへ液体燃料が輸送されてしまう。また、場合によってはポンプを破壊してしまうおそれがある。
このような問題を解消するために、高圧の液体燃料が万が一加わった場合などに、順方向の流れを止めるバルブが求められている。そこで、本願の発明者は、高圧の液体燃料が万が一加わった場合などに、順方向の流れを止めるバルブであって、ポンプの圧力によって開閉が行われるバルブを燃料カートリッジとポンプとの間に設けるという方策を用いた。図９（Ａ）に示した特許文献１の減圧弁では、例えばダイヤフラム１はゴムからなる。バルブ室６の密閉性を確保するために、一般的な方法として、ダイヤフラム１の周縁部の両主面を押圧する方法が用いられている。特許文献１の減圧弁では、ダイヤフラム１の周縁部はバルブ筐体７及びキャップ８に挟持されている。
しかしながら、特許文献１に記載の減圧弁では、ダイヤフラム１の周縁部が押圧されると、ダイヤフラム１に撓みが生じ、ピストン２が弁体部４側に変位してしまうという問題があった。特許文献１に記載の減圧弁では、最悪の場合、図９（Ｂ）に示すようにポンプの非作動時に意図せずピストン２が弁体部４を押し下げてバルブを開いてしまうおそれがある。
そこで本発明は、ダイヤフラムの周縁部が押圧されたとしても、従来よりも弁体部側への変位を抑制可能である、流体の順方向の過剰な流れを遮断するバルブ、及びこのバルブを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明のバルブは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
（１）流体の流入孔と前記流体の流出孔とを有するバルブ筐体と、
中央部と前記中央部より外側に位置する周縁部と前記中央部および前記周縁部の間を繋ぐ連結部とを有し、前記周縁部が前記バルブ筐体に載置されて前記バルブ筐体とともにバルブ室を構成し、前記バルブ室の前記流体の圧力によって前記中央部および前記連結部が変位するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記中央部に載置されている受圧板と、
前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位に連動して変形し、前記流入孔から前記バルブ室への前記流体の流入を遮断または開放させる弁体と、
前記ダイヤフラムの前記周縁部を前記バルブ筐体とともに挟持するキャップと、を備え、
前記ダイヤフラムの前記連結部は、前記周縁部側から前記中央部側にかけて、前記弁体側に凸となってから前記キャップ側に凸となる波形状である。
この構成では、キャップがバルブ筐体に接合されると、ダイヤフラムの周縁部がキャップとバルブ筐体とに押圧されて挟持される。この結果、ダイヤフラムの周縁部がキャップとバルブ筐体によって圧縮され、ダイヤフラムの周縁部とバルブ筐体との当接部分の密着性が高くなり、バルブ室の密閉性を確保できる。
また、この構成では、ダイヤフラムが前記波形状の連結部を有する。そのため、ダイヤフラムの周縁部がキャップとバルブ筐体によって圧縮されると、連結部と繋がっているダイヤフラムの中央部には、キャップ側（具体的には弁体から離れる方向）へ変位させようとする力のモーメントが働く。
従って、この構成によれば、ダイヤフラムの中央部を弁体から離れる方向へ変位させようとする力のモーメントが働くため、ダイヤフラムの周縁部が押圧されたとしても、従来よりも弁体部側への変位を抑制可能である。
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、発熱部品によって高温になり膨張したとしても、この構成によればポンプの非作動時にバルブが開くことを防止できるため、過剰な量の燃料が発電セルに供給されることも防止できる。
（２）前記ダイヤフラムの前記連結部は、前記弁体側に凸となる波の谷と前記キャップ側に凸となる波の山とが交互に複数設けられ、前記波の谷の個数と前記波の山の個数とが同じ形状であってもよい。
この構成において連結部は、複数の波を含む形状である。この構成においてもダイヤフラムが前記波形状の連結部を有するため、連結部と繋がっているダイヤフラムの中央部を、キャップ側（具体的には弁体から離れる方向）へ変位させようとする力のモーメントが働く。従って、この構成においても、ダイヤフラムの周縁部が押圧されたとしても、従来よりも弁体部側への変位を抑制可能である。
（３）前記ダイヤフラムは、前記周縁部が前記中央部より厚みの厚い形状に形成されることが好ましい。
前述したように、ダイヤフラムの周縁部はキャップとバルブ筐体によって圧縮されるため、この構成のように周縁部の厚みが中央部の厚みより厚いと、周縁部をより確実に保持することができるため好ましい。
（４）前記ダイヤフラムの波形状の全振幅の大きさは、前記ダイヤフラムの周縁部の厚み以下となるように形成されていることが好ましい。
この構成によれば、ダイヤフラムを低背に構成することができるため、バルブをより低背化することができる。
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。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のバルブと、
前記バルブの前記流入孔に接続される燃料貯蔵部と、
前記バルブの前記流出孔に接続されるポンプと、を備える。
この構成により、上記（１）〜（４）のうちいずれかに記載のバルブを用いることで、当該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。
この発明によれば、ポンプの非作動時に意図せずバルブが開くことを防止できる。
本発明の第１の実施形態に係るバルブ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。 図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。 図３（Ａ）は、図１に示すバルブ１０１の上面図である。図３（Ｂ）は、図１に示すバルブ１０１の底面図である。 図３（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。 図５（Ａ）は、図１に示すバルブ１０１の弁閉時の模式断面図である。図５（Ｂ）は、図１に示すバルブ１０１の弁開時の模式断面図である。 図６（Ａ）は、図４に示すバルブ１０１の一部拡大断面図である。図６（Ｂ）は、第１の比較例に係るバルブ１１の一部拡大断面図である。図６（Ｃ）は、第２の比較例に係るバルブ２１の一部拡大断面図である。 図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各ダイヤフラムのプッシャ１２３の弁体部１５１に対する押下力を示す棒グラフである。 第３の比較例に係るバルブ３１に備えられるダイヤフラム３２０の一部拡大断面図である。 特許文献１のバルブの構造を説明する断面図である。
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１０１について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ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、液体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、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。
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へ流入する。そして、ポンプ１０３を作動させることによって、メタノールが流入孔１４３を介してバルブ室１４０へ流入する。そして、メタノールはバルブ室１４０から流出路１６５と流出孔１４９とポンプ１０３を介して発電セル１０４へ供給される。
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。バルブ１０１は、流入路１６３と流出路１６５とが形成された例えば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。
図２は、第１の実施形態に係るバルブ１０１の分解斜視図である。図３（Ａ）は、図２のバルブ１０１の上面図である。図３（Ｂ）は、図２のバルブ１０１の底面図である。図４は、図３（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。
バルブ１０１は、図２に分解斜視するように、キャップ１１０と、受圧板１２５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。
バルブ筐体１３０は、例えば略正方形板状である。バルブ筐体１３０は、例えば金属からなり、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。
また、バルブ筐体１３０には、図２及び図４に示すように、弁部１５０が流入孔１４３とバルブ室１４０とを連通させたときに、ダイヤフラム１２０が当接する突起部１４４と、メタノールを突起部１４４の内側から外側へ流入させる流路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。
また、バルブ筐体１３０には、図３（Ｂ）及び図４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。
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樹脂等からなり、バルブ筐体１３０のメタノールと接しない部分である縁部１３２の材質は金属からなる。バルブ筐体１３０は、金属部分の縁部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。
ダイヤフラム１２０は、図２に示すように、周縁部１２１と、周縁部１２１より内側に位置する中央部１２２と、周縁部１２１と中央部１２２との間を繋ぐ連結部１２４と、を有する。ダイヤフラム１２０は、周縁部１２１の厚みが中央部１２２よりも厚い円板状に形成されている。中央部１２２は、第１の面と第１の面に対向する第２の面とを備える平板状である。ダイヤフラム１２０は、中央部１２２の第１の面の中心部分から突出し、例えば円柱状に形成されているプッシャ１２３を有する。中央部１２２の第１の面がバルブ筺体１３０に対向しており、中央部１２２の第２の面が受圧板１２５に対向している。中央部１２２の前記第２の面の面積は、プッシャ１２３の中央部１２２との接続面の面積よりも大きい。
連結部１２４は、周縁部１２１側から中央部１２２側にかけて、弁体部１５１側に凸となってからキャップ１１０側に凸となる波形状である。連結部１２４の波形状は、例えば正弦波形状である。連結部１２４の厚みは、中央部１２２の厚みと略同じであり、例えば２００μｍである。連結部１２４の厚みは、１００μｍ以上かつ、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１の厚み以下となるように形成されている。
なお、図４に示すダイヤフラム１２０の周縁部１２１の厚みａは、５００μｍであり、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１の幅ｂは、４００μｍである。連結部１２４の波形状の全振幅の大きさは、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１の厚み以下となるように形成されている。
ダイヤフラム１２０が前述の波形状の連結部１２４を有するため、ダイヤフラム１２０の中央部１２２は、連結部１２４によって周縁部１２１に対して柔軟に弾性支持される。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。
また、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及び連結部１２４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とき、プッシャ１２３が弁体部１５１を押下する。
なお、バルブ１０１に流体として液体を使用した場合、液体の表面張力が大きいため、バルブ１０１に気体を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、この実施形態のバルブ１０１では、十分なメタノールの流路を確保できる。
弁部１５０は、図２及び図４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との連通を遮断または開放して流体（メタノール）の流入を制御する弁体部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。
なお、弁部１５０が、本発明の「弁体」に相当する。
弁体部１５１は、弁部１５０がプッシャ１２３に対向して開口部１４７に配置されている。弁体部１５１は、弁閉時に、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ように弁座１４８の方向に与圧がなされている。そして、弁体部１５１は、ダイヤフラム１２０のプッシャ１２３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。
キャップ１１０は、図２、図３（Ａ）及び図４に示すように、例えば略正方形板状である。キャップ１１０は、例えば金属からなり、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１１０には、キャップ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、キャップ１１０の縁部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の縁部１３２と溶接により接合される。このとき、キャップ１１０の周縁部位１１４は、載置部１３４とともに、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１を押圧して挟持する。
また、キャップ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。
受圧板１２５は、円板状であり、ダイヤフラム１２０における中央部１２２の第２の面に設けられている。受圧板１２５の面積とダイヤフラム１２０の中央部１２２の面積とは略同一である。受圧板１２５の剛性はダイヤフラム１２０の剛性より高いことが好ましく、受圧板１２５は、例えば金属で構成される。受圧板１２５は、ダイヤフラム１２０の第２の面に加わる前述の大気圧とバルブ室１４０の内圧との差圧を受ける。
プッシャ１２３とダイヤフラム１２０との接続面の面積は、ダイヤフラム１２０の第２の面の面積よりも小さい。プッシャ１２３の突出方向の先端は、バルブ筐体１３０の流入孔１４３を介して弁部１５０に非接着状態で当接している。
なお、プッシャ１２３と弁部１５０は、必ずしも当接する必要はなく、互いに対向していてもよい。ただし、プッシャ１２３の突出方向の先端から弁部１５０までの距離は、ダイヤフラム１２０の非動作時の状態から、ダイヤフラム１２０が弁部１５０に当接するまでの距離である動作距離よりも大きい必要がある。
次に、バルブ１０１の動作について説明する。
図５（Ａ）は、本発明の実施形態に係るバルブ１０１の弁閉時の模式断面図であり、図５（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るバルブ１０１の弁開時の模式断面図である。
バルブ１０１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１５０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１２０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１５１の面積（ここでは、弁体部１５１にリング状の弁突起１５５が形成されているため弁突起１５５で囲まれた領域の径で決まる面積）をＳ１、バルブ室１４０に接するダイヤフラム１２０の中央部１２２の面積（以下、「受圧面積」と称する。）をＳ２、弁体部１５１が弁座１４８を付勢する力をＦｓとする。
このとき、圧力の釣り合いから、図５（Ｂ）のように弁部１５０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１５０は閉じ、低いと弁部１５０は開く。
そのため、バルブ１０１では、ポンプ１０３によるメタノールの吸引によってバルブ室１４０の圧力が低下した時、ダイヤフラム１２０の中央部１２２が変位してプッシャ１２３が弁部１５０を押下する（図５（Ｂ）参照）。これにより、流入孔１４３とバルブ室１４０とが連通状態となり、メタノールが流入孔１４３からバルブ室１４０へ流入する。
次に、ポンプの非作動時における、ダイヤフラムの周縁部が押圧されたときの、ダイヤフラムが弁体部を押し下げる力について、本実施形態のバルブ１０１と、第１の比較例に係るバルブ１１と、第２の比較例に係るバルブ２１とを比較する。
図６（Ａ）は、図４に示すバルブ１０１の一部拡大断面図であり、図６（Ｂ）は、第１の比較例に係るバルブ１１の一部拡大断面図であり、図６（Ｃ）は、第２の比較例に係るバルブ２１の一部拡大断面図である。図７は、ダイヤフラムの周縁部が押圧されたときに、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各ダイヤフラムが各弁体部を押し下げる力を示す棒グラフである。
ここで、図６（Ｂ）に示す第１の比較例に係るバルブ１１が本実施形態のバルブ１０１と相違する点は、ダイヤフラム２０の連結部１４の波数が０．５波である点であり、その他の構成については同じである。同様に、図６（Ｃ）に示す第２の比較例に係るバルブ２１が本実施形態のバルブ１０１と相違する点は、ダイヤフラム２２０の連結部３４の波数が１．５波である点であり、その他の構成については同じである。
本実験では、ポンプ１０３の非作動時における各バルブ１０１、１１、２１について、各ダイヤフラムの厚み方向におけるプッシャ１２３の先端が、バルブ筐体１３０の開口部１４７に挿入された弁部１５０の弁体部１５１のプッシャ１２３側の主面に当接する位置で、各ダイヤフラムの周縁部１２１をキャップ１１０及びバルブ筐体１３０で挟持して圧縮した条件で、各ダイヤフラムのプッシャ１２３が弁体部１５１を押し下げる力（以下、プッシャ１２３の押下力）を算出した。
図７に示すように、第１の比較例の０．５波のダイヤフラム２０と第２の比較例の１．５波のダイヤフラム２２０ではプッシャ１２３の押下力がそれぞれ５．３［ｇｆ］と１．８［ｇｆ］であるのに対し、本実施形態の１波のダイヤフラム１２０ではプッシャ１２３の押下力が０．０［ｇｆ］であることが明らかとなった。
この結果となった理由は、第１、第２の比較例のバルブ１１、２１では、ダイヤフラム２０、２２０の中央部１２２を弁体部１５１に近づく方向へ変位させようとする力のモーメントが加わったためであると考えられる。
また、本実施形態のバルブ１０１では、ダイヤフラム１２０の中央部１２２を弁体部１５１から離間する方向へ変位させようとする力のモーメントが加わったためであると考えられる。
以上のことから、本実施形態のバルブ１０１では、連結部１２４の波数が整数であるので、ダイヤフラム１２０の中央部１２２を弁体部１５１から離れる方向へ変位させようとする力のモーメントが働く。このため、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１が押圧されたとしても、従来よりも弁体部１５１側への変位を抑制可能である。
なお、本実施形態においてダイヤフラム１２０の連結部１２４は、波数が１である波形状であるが、実施の際は、波数が２以上である波形状であっても構わない。この複数の波数の波形状においても、ダイヤフラム１２０の中央部１２２を、弁体部１５１から離間する方向へ変位させようとする力のモーメントが加わるためである。
次に、本実施形態のバルブ１０１と、第３の比較例に係るバルブ３１とを比較する。
図８は、第３の比較例に係るバルブ３１に備えられるダイヤフラム３２０の一部拡大断面図である。
ここで、第３の比較例に係るバルブ３１が本実施形態のバルブ１０１と相違する点は、ダイヤフラム３２０の連結部２４が、周縁部１２１側から中央部１２２側にかけて、キャップ１１０側に凸となってから弁体部１５１側に凸となる波形状である点であり、その他の構成については同じである。
実験より、第３の比較例のバルブ３１ではポンプ１０３の非作動時、ダイヤフラムの周縁部１２１をキャップ１１０及びバルブ筐体１３０で挟持して押圧した場合、図８に示すように、ダイヤフラム３２０の中央部１２２が弁体部１５１に近づく方向へ変位することが明らかとなっている。
この結果となった理由は、ダイヤフラム３２０の連結部２４の波形状が、ダイヤフラム１２０の連結部２４の波形状とは位相が逆であるので、ダイヤフラム３２０の中央部１２２を、弁体部１５１に近づく方向へ変位させようとする力のモーメントが加わったためであると考えられる。この結果より、第３の比較例のバルブ３１では、ポンプ１０３の非作動時に意図せずプッシャ１２３が弁体部１５１を押し下げてバルブを開いてしまうおそれがある。
以上の結果から、連結部１２４が、周縁部１２１側から中央部１２２側にかけて、弁体部１５１側に凸となってからキャップ１１０側に凸となる波形状であるダイヤフラム１２０を備える本実施形態のバルブ１０１が最も好適なバルブであるといえる。
バルブ１０１では、前述したようにダイヤフラム１２０が、周縁部１２１側から中央部１２２側にかけて、弁体部１５１側に凸となってからキャップ１１０側に凸となる波形状の連結部１２４を有する（図４参照）。
そのため、キャップ１１０の縁部１１６がバルブ筐体１３０の縁部１３２に接合され、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１がキャップ１１０の周縁部位１１４と載置部１３４によって圧縮されるとき、連結部１２４と繋がっているダイヤフラム１２０の中央部１２２を、キャップ１１０側（具体的には弁体部１５１から離れる方向）へ変位させようとする力のモーメントが働く。
従って、バルブ１０１によれば、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１が押圧されたとしても、従来よりも弁体部１５１側への変位を抑制可能である。
また、燃料電池システム１００内に組み込まれる燃料カートリッジ１０２が、発熱部品によって高温になり膨張したとしても、この構成によればポンプ１０３の非作動時にバルブが開くことを防止できるため、過剰な量の燃料が発電セル１０４に供給されることが防止できる。
また、前述したようにダイヤフラム１２０の連結部１２４の波形状の全振幅の大きさは、ダイヤフラム１２０の周縁部１２１の厚み以下となるように形成されているため、ダイヤフラム１２０を低背に構成することができる。よって、このダイヤフラム１２０を備えるバルブ１０１をより低背化することができる。
また、バルブ１０１は、材質にシリコンを用いていない。半導体プロセスを使用せずに製造できるため、低コストで製造できる。
また、バルブ１０１を用いることで、当該バルブ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。
また、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、バルブ１０１では、金属イオンの溶出による燃料電池システム１００の特性の劣化も起こらない。
《その他の実施形態》
前記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。
また、前記実施形態においてダイヤフラム１２０は、周縁部１２１の厚みが中央部１２２より厚い形状に形成されているが、実施の際は、これに限らない。例えば、ダイヤフラム１２０が、周縁部１２１の厚みが中央部１２２より薄い形状や周縁部１２１の厚みと中央部１２２の厚みとが同じ形状に形成されていても構わない。
また、前記実施形態では、ダイヤフラム１２０の連結部１２４の波形状は、正弦波形状に形成されているが、これに限らない。実施の際は、例えば、三角波形状に形成されていてもよい。
また、前記実施形態では、受圧板１２５は円板状に形成されているが、これに限るものではない。例えば、多角形に形成されていてもよい。また、前記実施形態では、受圧板１２５の面積とダイヤフラム１２０の中央部１２２との面積とは略同一に形成されているが、これに限るものではない。ただし、略同一であるとより好ましい。
最後に、前記実施形態の説明は、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。
１ ダイヤフラム
２ ピストン
３ 弁座部
４ 弁体部
５ 支持部
６ バルブ室
７ バルブ筐体
８ キャップ
１１、２１、３１、４１ バルブ
１４、２４、３４ 連結部
２０、２２０、３２０、４２０ ダイヤフラム
４３ 流入孔
１００ 燃料電池システム
１０１ 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
１１１ 穴
１１３ 中央部位
１１４ 周縁部位
１１５ 孔部
１１６ 縁部
１２０ ダイヤフラム
１２１ 周縁部
１２２ 中央部
１２３ プッシャ
１２４ 連結部
１２５ 受圧板
１３０ バルブ筐体
１３１ 穴
１３２ 縁部
１３４ 載置部
１４０ バルブ室
１４１ 底面
１４３ 流入孔
１４４ 突起部
１４５ 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

Claims (5)

  1. 流体の流入孔と前記流体の流出孔とを有するバルブ筐体と、
    中央部と、前記中央部より外側に位置する周縁部と、前記中央部および前記周縁部の間を繋ぐ連結部と、を有し、前記周縁部が前記バルブ筐体に載置されて前記バルブ筐体とともにバルブ室を構成し、前記バルブ室の前記流体の圧力によって前記中央部および前記連結部が変位するダイヤフラムと、
    前記ダイヤフラムの前記中央部に載置されている受圧板と、
    前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位に連動して変形し、前記流入孔から前記バルブ室への前記流体の流入を遮断または開放させる弁体と、
    前記ダイヤフラムの前記周縁部を前記バルブ筐体とともに挟持するキャップと、を備え、
    前記ダイヤフラムの前記連結部は波形状を有し、前記連結部の最外周の形状は、前記弁体を開放する際の前記ダイヤフラムの変位方向と同じ向きに凸となっている、バルブ。
  2. 前記ダイヤフラムの前記連結部では、前記弁体側に凸となる波の谷と前記キャップ側に凸となる波の山とが交互に複数設けられ、前記波の谷の個数と前記波の山の個数とが同じである、請求項１に記載のバルブ。
  3. 前記ダイヤフラムは、前記周縁部が前記中央部より厚みの厚い形状である、請求項１又は２に記載のバルブ。
  4. 前記ダイヤフラムの波形状の全振幅の大きさは、前記ダイヤフラムの周縁部の厚み以下となるように形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のバルブ。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載のバルブと、
    前記バルブの前記流入孔に接続される燃料貯蔵部と、
    前記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。
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