JPWO2013022018A1 - Valve, fuel cell system - Google Patents

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Abstract

ダイヤフラムの変位量を低下させずに、ダイヤフラムの撓みを抑制することができ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。バルブ(101)は、キャップ部(110)と、ダイヤフラム(120)と、受圧板(125)と、バルブ筐体(130)と、弁部(150)とを備える。受圧板(125)は、第1の面と第1の面に対向する第2の面とを有する受圧部(126)と、受圧部(126)における弁部(150)側の第1の面の中心部分から突出するプッシャー部(127)とを有する。受圧板(125)は、プッシャー部(127)の突出方向の先端が弁体部(151)に非接着状態で当接し、受圧部(126)がダイヤフラム(120)のバルブ筐体(130)側の面に非接着状態で当接するようバルブ室(140)に配置されている。Provided are a valve that blocks excessive flow in a forward direction of a fluid that can suppress the deflection of the diaphragm without reducing the amount of displacement of the diaphragm, and a fuel cell system including the valve. The valve (101) includes a cap part (110), a diaphragm (120), a pressure receiving plate (125), a valve housing (130), and a valve part (150). The pressure receiving plate (125) includes a pressure receiving portion (126) having a first surface and a second surface facing the first surface, and a first surface on the valve portion (150) side of the pressure receiving portion (126). And a pusher portion (127) protruding from the central portion of the. The pressure receiving plate (125) has a pusher portion (127) with its distal end in the protruding direction abutting on the valve body portion (151) in a non-adhered state, and the pressure receiving portion (126) side of the diaphragm (120) on the valve housing (130) side. It arrange | positions in the valve chamber (140) so that it may contact | abut to the surface of this.

Description

本発明は、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に関するものである。   The present invention relates to a valve that blocks excessive forward flow of a fluid, and a fuel cell system including the valve.

小型の燃料電池に用いられるパッシブ駆動の圧力制御弁が特許文献1に開示されている。この圧力制御弁は、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構成されている。   Patent Document 1 discloses a passively driven pressure control valve used for a small fuel cell. The pressure control valve is configured to automatically open and close using the pressure difference when the fluid pressure reaches a set pressure.

図1に、特許文献1に開示されている圧力制御弁の断面図を示す。この圧力制御弁は、可動部となるダイヤフラム1と、伝達機構2と、弁座部3と、弁体部4と、支持部5とからなる。弁座部3、弁体部4、及び支持部5は、弁部を形成する。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。ここで、これらの各部材は板状の部材で構成されており、当該圧力制御弁は各部材を接合することにより形成している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure control valve disclosed in Patent Document 1. This pressure control valve includes a diaphragm 1 serving as a movable portion, a transmission mechanism 2, a valve seat portion 3, a valve body portion 4, and a support portion 5. The valve seat part 3, the valve body part 4, and the support part 5 form a valve part. The valve body portion 4 is supported around the support portion 5. The support part 5 is formed of an elastic beam. Here, each of these members is composed of a plate-like member, and the pressure control valve is formed by joining the members.

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8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。   The upper pressure of the diaphragm 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 4 is S1, and the area of the diaphragm 1 in contact with the valve chamber 8 (hereinafter referred to as pressure receiving area) Is referred to as S2. At this time, the condition for opening the valve from the balance of pressure 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.

特開2008−59093号公報JP 2008-59093 A

例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)においては、燃料カートリッジから発電セルへ液体燃料(メタノール)の輸送を行うポンプを備えている。燃料カートリッジはポンプの上流側に配置されており、発電セルはポンプの下流側に配置されている。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。   For example, a direct methanol fuel cell (DMFC) includes a pump that transports liquid fuel (methanol) from a fuel cartridge to a power generation cell. The fuel cartridge is disposed on the upstream side of the pump, and the power generation cell is disposed on the downstream side of the pump. When the pump is a valve system, the valve has a check function that blocks the flow of fluid from the downstream side of the pump to the upstream side of the pump. However, it is general that the liquid fuel does not have a function of blocking an excessive flow of liquid fuel from the upstream side of the pump to the downstream side of the pump, that is, a stop function.

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。   For example, in a direct methanol fuel cell system, a fuel cartridge incorporated in the fuel cell system may become hot due to heat-generating components. When the fuel cartridge becomes hot, the liquid fuel inside the fuel cartridge expands. For this reason, high-pressure liquid fuel may be discharged from the fuel cartridge. In a valve-type pump that does not have a stop function, an excessive amount of liquid fuel is supplied to the power generation cell, and the liquid fuel is transported from the fuel cartridge to the power generation cell even when the pump is not operating. In some cases, the pump may be destroyed.

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。   In order to solve such problems, there is a need for a valve that stops the forward flow in the event that high-pressure liquid fuel is added. Therefore, the inventor of the present application provides a valve between the fuel cartridge and the pump, which is a valve that stops the forward flow when the high-pressure liquid fuel is added, and is opened and closed by the pressure of the pump. We used the following policy.

しかしながら、特許文献1に記載の圧力制御弁では、ダイヤフラム1の変位量を高めるためにダイヤフラム1を剛性の低い材料(例えばゴム)で形成した場合に、圧力制御弁を駆動させると、ダイヤフラム1が撓み、ダイヤフラム1の周縁部がバルブ室8の底面9に押圧されてしまう。この時、ダイヤフラム1とバルブ室8の底面9との間に隙間がなくなると、弁体部4の押し下げに必要なダイヤフラム1の上記受圧面積S2が小さくなる。この結果、上記右辺(P0−P2)S2の値が小さくなり、最悪の場合には弁体部4を開くことができなくなってしまうという問題がある。   However, in the pressure control valve described in Patent Document 1, when the diaphragm 1 is formed of a low-rigidity material (for example, rubber) in order to increase the amount of displacement of the diaphragm 1, when the pressure control valve is driven, the diaphragm 1 The bending and the peripheral edge of the diaphragm 1 are pressed against the bottom surface 9 of the valve chamber 8. At this time, if there is no gap between the diaphragm 1 and the bottom surface 9 of the valve chamber 8, the pressure receiving area S <b> 2 of the diaphragm 1 necessary for pushing down the valve body 4 is reduced. As a result, the value of the right side (P0−P2) S2 becomes small, and there is a problem that the valve body portion 4 cannot be opened in the worst case.

そこで、ダイヤフラム1がバルブ室8の底面9に当接する程のダイヤフラム1の撓みを抑制するために、ダイヤフラム1の厚みを従来よりも厚くして剛性を高める方法も考えられるが、ダイヤフラム1の変位量の低下や、圧力制御弁の小型化が阻害されてしまうという問題がある。   Therefore, in order to suppress the deflection of the diaphragm 1 to such an extent that the diaphragm 1 abuts against the bottom surface 9 of the valve chamber 8, a method of increasing the rigidity by increasing the thickness of the diaphragm 1 is conceivable. There exists a problem that the fall of the quantity and the miniaturization of a pressure control valve will be inhibited.

そこで本発明は、ダイヤフラムの変位量を低下させずに、ダイヤフラムの撓みを抑制することができ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の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a valve that blocks excessive flow in the forward direction of a fluid that can suppress the deflection of the diaphragm without reducing the amount of displacement of the diaphragm, and a fuel cell system including the valve. To do.

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。   In order to solve the above problems, the valve of the present invention has the following configuration.

(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、
周縁部が前記バルブ筐体に固定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周縁部より内側の中央部が変位するダイヤフラムと、
第1の面と前記第1の面に対向する第2の面とを有する平板状の受圧部と、前記受圧部の前記第1の面に接続された柱状のプッシャー部とを有し、前記受圧部の前記第2の面の面積は、前記プッシャー部の前記受圧部との接続面の面積よりも大きく、前記受圧部の前記第2の面が前記ダイヤフラムの前記バルブ筐体側の面に非接着状態で対向するよう前記バルブ室に配置されている受圧板と、
前記プッシャー部に対向して前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位による前記受圧板の変位に伴って、前記流入孔と前記バルブ室とを遮断状態から接続状態にする弁体と、を備える。
(1) a valve housing having a fluid inlet hole and the fluid outlet hole;
A diaphragm in which a peripheral portion is fixed to the valve housing to form a valve chamber together with the valve housing, and a central portion inside the peripheral portion is displaced by the pressure of the fluid in the valve chamber;
A flat plate-shaped pressure receiving portion having a first surface and a second surface facing the first surface, and a columnar pusher portion connected to the first surface of the pressure receiving portion, The area of the second surface of the pressure receiving portion is larger than the area of the connection surface of the pusher portion with the pressure receiving portion, and the second surface of the pressure receiving portion is not on the surface of the diaphragm on the valve housing side. A pressure receiving plate disposed in the valve chamber so as to face each other in an adhesive state;
A valve body that is disposed in the inflow hole so as to face the pusher portion and brings the inflow hole and the valve chamber into a connected state from a shut-off state in accordance with the displacement of the pressure receiving plate due to the displacement of the diaphragm. .

この構成では、バルブ室の圧力が低下した時、ダイヤフラムの中央部がバルブ筐体側に変位して受圧板の受圧部に当接して受圧部を押圧する。これに伴って、受圧板のプッシャー部が変位して弁体に当接して弁体を押圧する。これにより、流入孔とバルブ室とが遮断状態から接続状態になって弁が開き、流体が流入孔からバルブ室へ流入する。   In this configuration, when the pressure in the valve chamber decreases, the central portion of the diaphragm is displaced toward the valve housing and contacts the pressure receiving portion of the pressure receiving plate to press the pressure receiving portion. Along with this, the pusher portion of the pressure receiving plate is displaced to contact the valve body and press the valve body. As a result, the inflow hole and the valve chamber are changed from the disconnected state to the connected state, the valve is opened, and the fluid flows into the valve chamber from the inflow hole.

受圧板は、ダイヤフラムとバルブ室の底面との間に配置されているため、ダイヤフラムの変位によって発生するダイヤフラムの撓みを抑制することができる。そのため、仮にダイヤフラムを剛性の低い材料で形成した場合でも、ダイヤフラムに対向する受圧板の面の面積分の受圧面積は少なくとも確保できる。   Since the pressure receiving plate is disposed between the diaphragm and the bottom surface of the valve chamber, it is possible to suppress the bending of the diaphragm caused by the displacement of the diaphragm. Therefore, even if the diaphragm is formed of a material having low rigidity, at least a pressure receiving area corresponding to the area of the pressure receiving plate facing the diaphragm can be secured.

さらに、受圧板は、ダイヤフラムのバルブ筐体側の面に非接着状態で対向するようバルブ室に配置されているため、ダイヤフラムの変形を妨げずにダイヤフラムの中央部の変位に伴って弁体側へ変位する。そのため、ダイヤフラムの変位量を低下させない。   Furthermore, since the pressure receiving plate is disposed in the valve chamber so as to face the surface of the diaphragm on the valve housing side in a non-adhered state, the pressure receiving plate is displaced toward the valve body side with the displacement of the central portion of the diaphragm without disturbing the deformation of the diaphragm. To do. Therefore, the amount of diaphragm displacement is not reduced.

したがって、この構成によれば、ダイヤフラムの変位量を低下させずに、ダイヤフラムの撓みを抑制することができる。   Therefore, according to this configuration, it is possible to suppress the deflection of the diaphragm without reducing the displacement amount of the diaphragm.

(2)前記受圧板の剛性は、前記ダイヤフラムの剛性より高いことが好ましい。 (2) It is preferable that the pressure receiving plate has a higher rigidity than the diaphragm.

この構成によれば、ダイヤフラムの撓みを一層抑制することができる。   According to this structure, the bending of a diaphragm can be suppressed further.

(3)前記受圧板は、前記プッシャー部が前記弁体に非接着状態で対向するよう配置されていることが好ましい。 (3) It is preferable that the said pressure receiving plate is arrange | positioned so that the said pusher part may oppose the said valve body in a non-adhesion state.

この構成におけるバルブは、受圧板をダイヤフラム及び弁体に接着する必要がないため、接着工程を使用せずに製造できる。そのため、この構成によれば、低コストで製造できる。また、この構成におけるバルブは、接着工程を使用せずに製造できるため、接着剤が流体中に溶出することがない。   The valve in this configuration can be manufactured without using a bonding process because it is not necessary to bond the pressure receiving plate to the diaphragm and the valve body. Therefore, according to this structure, it can manufacture at low cost. Further, since the valve in this configuration can be manufactured without using an adhesion process, the adhesive does not elute into the fluid.

(4)前記バルブ筐体には、前記ダイヤフラムの変位による前記受圧板の変位によって前記弁体が前記流入孔と前記バルブ室とを接続状態にしたときに、前記受圧板の前記受圧部が対向する突出部と、当該流体を前記突出部の内側から外側へ通過させる流路と、が、前記受圧板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ていることが好ましい。 (4) The pressure receiving portion of the pressure receiving plate is opposed to the valve housing when the valve body places the inflow hole and the valve chamber in a connected state due to the displacement of the pressure receiving plate due to the displacement of the diaphragm. It is preferable that a protruding portion and a flow path for allowing the fluid to pass from the inside to the outside of the protruding portion are formed around the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber facing the pressure receiving plate. .

この構成では、流入孔とバルブ室とが接続状態となるとき、受圧板の受圧部が、バルブ室の底面でなく突出部に接触する。さらに、受圧板の受圧部が突出部に接触したとき、流体は突出部の内側から流路を介して突出部の外側へ通過する。   In this configuration, when the inflow hole and the valve chamber are in the connected state, the pressure receiving portion of the pressure receiving plate contacts the protruding portion instead of the bottom surface of the valve chamber. Further, when the pressure receiving portion of the pressure receiving plate contacts the protruding portion, the fluid passes from the inside of the protruding portion to the outside of the protruding portion via the flow path.

したがって、この構成によれば流入孔とバルブ室とが接続状態のとき、受圧板がバルブ筐体の流入孔を塞ぐことを防ぐことができる。   Therefore, according to this configuration, it is possible to prevent the pressure receiving plate from blocking the inflow hole of the valve housing when the inflow hole and the valve chamber are connected.

(5)前記バルブ筐体の前記流入孔は、前記流入孔から前記ダイヤフラムにおける前記流入孔に対向する部分までの距離が、前記流出孔から前記ダイヤフラムにおける前記流出孔に対向する部分までの距離よりも短くなるように形成されていることが好ましい。 (5) The inflow hole of the valve housing has a distance from the inflow hole to a portion facing the inflow hole in the diaphragm from a distance from the outflow hole to a portion facing the outflow hole in the diaphragm. It is preferable that the length is also shortened.

この構成では流入孔とバルブ室とが接続状態のとき、受圧板がまず、バルブ室の底面上における流入孔の周囲と当接する。そのため、この構成によれば、受圧板やダイヤフラムがバルブ筐体の流出孔を塞ぐことを抑制できる。   In this configuration, when the inflow hole and the valve chamber are connected, the pressure receiving plate first comes into contact with the periphery of the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber. Therefore, according to this structure, it can suppress that a pressure receiving plate and a diaphragm block | close the outflow hole of a valve housing | casing.

(6)ダイヤフラムがゴムで形成されている場合、ダイヤフラムの変位は大きいものの、ゴム製のダイヤフラムはガス透過性が大きくガス漏れのおそれがあるため、前記ダイヤフラムの材質は樹脂であることが好ましい。 (6) When the diaphragm is formed of rubber, although the displacement of the diaphragm is large, the rubber diaphragm is highly gas permeable and may leak gas. Therefore, the material of the diaphragm is preferably a resin.

液体を流体としてバルブに使用した場合、液体の表面張力が大きいため、気体を流体としてバルブに使用した場合より大きな流体の流路が必要となるが、この構成のバルブではダイヤフラムの変位量が大きいため、ダイヤフラムの材質が樹脂であっても液体の流路を十分に確保できる。   When liquid is used as a fluid in a valve, the surface tension of the liquid is large, so a larger fluid flow path is required than when gas is used as a fluid in the valve. However, the displacement of the diaphragm is large in this configuration of the valve. Therefore, even if the diaphragm is made of resin, a sufficient liquid flow path can be secured.

(7)前記受圧板の材質は樹脂であることが好ましい。 (7) The pressure receiving plate is preferably made of resin.

(8)前記流体はメタノールであることが好ましい。 (8) The fluid is preferably methanol.

この構成において、接着剤の成分がメタノールに溶出すると、燃料電池の機能を損なう。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バルブにおいて好適である。   In this configuration, if the adhesive component elutes in methanol, the function of the fuel cell is impaired. Therefore, the configuration (1) is suitable for a valve that uses methanol as a fluid.

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。
(9) The valve according to any one of (1) to (8) above,
A fuel reservoir connected to the inlet of the valve;
And a pump connected to the outflow hole of the valve.

この構成により、上記(1)〜(8)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。   With this configuration, by using the valve according to any one of the above (1) to (8), the same effect can be obtained in a fuel cell system including the valve.

この発明によれば、ダイヤフラムの変位量を低下させずに、ダイヤフラムの撓みを抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the deflection of the diaphragm without reducing the displacement amount of the diaphragm.

特許文献1のバルブの構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the valve | bulb of patent document 1. FIG. 本発明の実施形態に係るバルブ101を備える燃料電池システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a fuel cell system including a valve 101 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るバルブ101の構造を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining the structure of the valve | bulb 101 which concerns on embodiment of this invention. 図4(A)は、図3のバルブ101に備えられるキャップ部110の上面図である。図4(B)は、図3のバルブ101に備えられるバルブ筐体130の下面図である。FIG. 4A is a top view of the cap part 110 provided in the valve 101 of FIG. FIG. 4B is a bottom view of the valve housing 130 provided in the valve 101 of FIG. 図4(A)のS−S線における断面図である。It is sectional drawing in the SS line | wire of FIG. 4 (A). 図6(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る。図6(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。FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the valve is closed. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view when the valve 101 according to the embodiment of the present invention is opened. 図7(A)は、本発明の実施形態に係るバルブ101に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の弁閉時の断面図である。図7(B)は、本発明の実施形態に係るバルブ101に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の弁開時の断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the valve is closed. FIG. 7B is a cross-sectional view of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the valve is opened. 図8(A)は、本発明の比較例に係るバルブ201に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の弁閉時の断面図である。図8(B)は、本発明の比較例に係るバルブ201に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の弁開時の断面図である。FIG. 8A is a sectional view of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 201 according to the comparative example of the present invention when the valve is closed. FIG. 8B is a cross-sectional view when the valve 120 of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 201 according to the comparative example of the present invention is opened.

以下、本発明の実施形態に係るバルブ101について説明する。   Hereinafter, the valve 101 according to the embodiment of the present invention will be described.

図2は、本発明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。   FIG. 2 is a system configuration diagram of the fuel cell system 100 including the valve 101 according to the embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cartridge 102 that stores methanol, which is a liquid fuel, a valve 101, a pump 103 that transports methanol, and a power generation cell 104 that receives the supply of methanol from the pump 103 and generates power.

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。   In the fuel cell system 100, methanol flows from the fuel cartridge 102 into the inflow path 163. Then, by operating the pump 103, methanol flows into the valve chamber 140 through the inflow hole 143. Then, methanol is supplied from the valve chamber 140 to the power generation cell 104 through the outflow path 165, the outflow hole 149, and the pump 103.

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、例えばPPS(Polyphenylenesulfide)樹脂製のシステム筐体160に、液漏れを防ぐOリング161、162を介して表面実装される。   Although details will be described later, the valve 101 includes a valve housing 130 that constitutes a valve chamber 140 together with the diaphragm 120. The valve housing 130 is formed with an inflow hole 143 to which the fuel cartridge 102 is connected via the inflow path 163 and an outflow hole 149 to which the pump 103 is connected via the outflow path 165. The valve 101 has an inflow path 163 and an outflow path 165, and is surface-mounted on an OPS 161, 162 that prevents liquid leakage, for example, in a system housing 160 made of PPS (Polyphenylene sulfide) resin.

図3は、本発明の実施形態に係るバルブ101の分解斜視図である。図4(A)は、図3のバルブ101に備えられるキャップ部110の上面図である。図4(B)は、図3のバルブ101に備えられるバルブ筐体130の下面図である。図5は、図4(A)のS−S線における断面図である。   FIG. 3 is an exploded perspective view of the valve 101 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4A is a top view of the cap part 110 provided in the valve 101 of FIG. FIG. 4B is a bottom view of the valve housing 130 provided in the valve 101 of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line S-S in FIG.

バルブ101は、図3〜図5に示すように、キャップ部110と、ダイヤフラム120と、受圧板125と、バルブ筐体130と、弁部150とを備える。   As shown in FIGS. 3 to 5, the valve 101 includes a cap part 110, a diaphragm 120, a pressure receiving plate 125, a valve housing 130, and a valve part 150.

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。流入孔143は、図5に示すように、当該流入孔143からダイヤフラム120における流入孔143に対向する部分までの距離A(即ち、流入孔143とダイヤフラム120との最短距離)が、流出孔149からダイヤフラム120における流出孔149に対向する部分までの距離B(即ち、流出孔149とダイヤフラム120との最短距離)よりも短くなるように形成されている。   The valve housing 130 has, for example, a substantially square plate shape. The valve housing 130 is formed with an inflow hole 143 through which the fluid flows into the valve chamber 140 and an outflow hole 149 through which the fluid flows out from the valve chamber 140 due to the suction pressure of the fluid by the pump 103. ing. As shown in FIG. 5, the inflow hole 143 has a distance A (that is, the shortest distance between the inflow hole 143 and the diaphragm 120) from the inflow hole 143 to a portion of the diaphragm 120 facing the inflow hole 143. To a portion facing the outflow hole 149 in the diaphragm 120 (that is, the shortest distance between the outflow hole 149 and the diaphragm 120).

このように形成することにより、バルブ101が開くときに、まず受圧板125がバルブ室140の底面上における流入孔143の周囲と当接する。このため、ダイヤフラム120の撓みによって受圧板125やダイヤフラム120がバルブ筐体130の流出孔149を塞ぐことを抑制できる。   With this formation, when the valve 101 is opened, the pressure receiving plate 125 first comes into contact with the periphery of the inflow hole 143 on the bottom surface of the valve chamber 140. For this reason, it is possible to suppress the pressure receiving plate 125 and the diaphragm 120 from blocking the outflow hole 149 of the valve housing 130 due to the bending of the diaphragm 120.

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、キャップ部110の周縁部位114と対向する位置に、液漏れを防ぐシール部134と、が設けられている。   Further, the valve casing 130 has a liquid leak at a position facing the cap portion 110 and a screw fixing hole 131 for fixing the valve casing 130 to the system casing 160 and the peripheral portion 114 of the cap section 110. And a seal portion 134 for preventing the above.

また、バルブ筐体130には、図3及び図5に示すように、弁部150が流入孔143とバルブ室140とを接続させたときに、受圧板125が当接する突出部144と、メタノールを突出部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。   Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the valve housing 130 has a protruding portion 144 with which the pressure receiving plate 125 abuts when the valve portion 150 connects the inflow hole 143 and the valve chamber 140, and methanol. Is formed around the inflow hole 143 on the bottom surface 141 of the valve chamber 140 facing the diaphragm 120.

また、バルブ筐体130には、図4(B)及び図5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. 4B and 5, the valve housing 130 has an opening 147 for accommodating the valve portion 150 by fitting the valve portion 150 from the mounting surface side of the valve housing 130, and A valve seat 148 positioned at the periphery of the inflow hole 143 is formed.

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。   As for the material of the valve housing 130, the materials 141, 144, 145, and 148 that contact the methanol of the valve housing 130 are made of a highly methanol-resistant resin such as PPS resin. The material of the edge part 132 which is a part which does not contact | connect is comprised with a metal. The valve housing 130 is formed by an insert mold in which an edge 132 of a metal part is inserted into a mold and injection-molded.

ダイヤフラム120は、図3及び図5に示すように、例えば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樹脂、例えばPET(Polyethylene Terephthalate)樹脂又はPPS樹脂である。   The diaphragm 120 is formed in a disk shape, for example, as shown in FIGS. The material of the diaphragm 120 is a resin having high methanol resistance, for example, PET (Polyethylene Terephthalate) resin or PPS resin.

ダイヤフラム120は、周縁部121がバルブ筐体130上のシール部134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。シール部134は例えばOリングである。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。ポンプ103による流体(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が弁部150に近づく方向へ変位して受圧板125を押下し、受圧板125のプッシャー部127が弁部150の弁体部151に当接して弁体部151を押下する。   Diaphragm 120 constitutes valve chamber 140 together with valve housing 130 by having peripheral edge portion 121 placed on seal portion 134 on valve housing 130. The seal part 134 is, for example, an O-ring. In the diaphragm 120, the central part 122 inside the peripheral part 121 is displaced by the pressure of the fluid in the valve chamber 140. When the pressure in the valve chamber 140 decreases due to the suction of fluid (methanol) by the pump 103, the central portion 122 of the diaphragm 120 is displaced in a direction approaching the valve portion 150, and the pressure receiving plate 125 is pushed down, and the pusher portion of the pressure receiving plate 125 is pressed. 127 abuts on the valve body portion 151 of the valve portion 150 and presses down the valve body portion 151.

弁部150は、図3及び図5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の変位に伴って流入孔143とバルブ室140とを遮断状態から接続状態にして流体(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。   As shown in FIGS. 3 and 5, the valve portion 150 has a substantially circular shape and is made of a rubber having high methanol resistance, such as silicone rubber. The valve portion 150 includes a valve body portion 151 that controls the inflow of fluid (methanol) by switching the inflow hole 143 and the valve chamber 140 from a shut-off state to a connected state in accordance with the displacement of the diaphragm 120, and the valve body portion 151 includes a valve seat When the valve portion 151 is housed in the opening portion 147, the support portion 152 that supports the valve body portion 151 so as to be movable toward and away from 148, the hole portion 153 that allows methanol to pass through, and the valve portion 150 are accommodated. And a fixing portion 154 that contacts the inner peripheral surface of the opening portion 147 of the 130 and fixes the support portion 152.

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。   In addition, in order to improve the sealing performance with the valve seat 148, the valve body portion 151 is formed with a ring-shaped valve protrusion 155 on the inflow hole 43 side, but the valve protrusion 155 is not necessarily formed.

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よう弁座148を付勢力Fsで付勢する。   In the valve body 151, the valve protrusion 155 of the valve body 151 comes into contact with the valve seat 148 when the valve 150 is housed in the opening 147, and the valve body 151 flows from the inlet hole 143 to the valve chamber 140. The valve seat 148 is urged with the urging force Fs so as to block the inflow.

弁体部151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が下降して受圧板125のプッシャー部127が当接して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とバルブ室140とが接続状態となる。この結果、流入孔143と孔部153が連通して、メタノールがバルブ室140へ流入する。   When the pressure in the valve chamber 140 decreases due to the suction of methanol by the pump 103, the valve body portion 151 is separated from the valve seat 148 by the diaphragm 120 descending and the pusher portion 127 of the pressure receiving plate 125 abutting and being pushed down. The inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected. As a result, the inflow hole 143 and the hole portion 153 communicate with each other, and methanol flows into the valve chamber 140.

なお、弁部150が、本発明の「弁体」に相当する。   The valve portion 150 corresponds to the “valve element” of the present invention.

キャップ部110は、図3、図4(A)及び図5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。   As shown in FIGS. 3, 4 (A), and 5, the cap part 110 has a substantially square plate shape, and is formed, for example, by molding using a stainless steel plate. The cap part 110 is formed with a screw hole 111 for fixing the cap part 110 and the valve casing 130 to the system casing 160.

ここで、金属製のキャップ部110の縁部116は、ダイヤフラム120がシール部134に載置された状態で、バルブ筐体130の金属製の縁部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を押圧してシール部134とともに周縁部121を挟持する。ここで、シール部134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。このため、当該シール部134がダイヤフラム120の周縁部121及びバルブ筐体130によって圧縮され、ダイヤフラム120の周縁部121とシール部134との密着性が極めて高くなる。そのため、メタノールがダイヤフラム120の周縁部121とシール部134との間を通過してバルブ室140の外側へ漏れることを防止できる。   Here, the edge part 116 of the metal cap part 110 is joined to the metal edge part 132 of the valve housing 130 by welding in a state where the diaphragm 120 is placed on the seal part 134. When the peripheral part 114 of the cap part 110 is joined, the peripheral part 121 of the diaphragm 120 is pressed and the peripheral part 121 is clamped together with the seal part 134. Here, the material of the seal portion 134 is rubber having high methanol resistance, such as ethylene propylene rubber or silicone rubber. For this reason, the said seal part 134 is compressed by the peripheral part 121 of the diaphragm 120 and the valve | bulb housing | casing 130, and the adhesiveness of the peripheral part 121 of the diaphragm 120 and the seal part 134 becomes very high. Therefore, it is possible to prevent methanol from passing between the peripheral edge portion 121 of the diaphragm 120 and the seal portion 134 and leaking to the outside of the valve chamber 140.

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。   In addition, a hole 115 communicating with outside air is formed in the central portion 113 of the cap portion 110. As a result, atmospheric pressure is applied to the upper part of the diaphragm 120.

受圧板125は、例えば円板状に形成され、第1の面と第1の面に対向する第2の面とを備える受圧部126と、受圧部126におけるバルブ筐体130側の第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ー部127とを有する。   The pressure receiving plate 125 is formed in, for example, a disk shape, and includes a pressure receiving portion 126 having a first surface and a second surface facing the first surface, and a first pressure on the valve housing 130 side in the pressure receiving portion 126. It has a pusher portion 127 that protrudes from the central portion of the surface and is formed in a columnar shape, for example.

受圧板125は、ダイヤフラム120とバルブ筐体130との間に設けられている。受圧部126の第1の面がバルブ筺体130に対向しており、受圧部126の第2の面がダイヤフラム120に対向している。   The pressure receiving plate 125 is provided between the diaphragm 120 and the valve housing 130. The first surface of the pressure receiving portion 126 faces the valve housing 130, and the second surface of the pressure receiving portion 126 faces the diaphragm 120.

受圧板125の材質は例えば耐メタノール性の高い樹脂、例えばPPS樹脂等からなる。なお、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い。   The material of the pressure receiving plate 125 is made of, for example, a resin having high methanol resistance, such as PPS resin. The rigidity of the pressure receiving plate 125 is preferably higher than the rigidity of the diaphragm 120.

受圧部126の第2の面の直径は8.5mmである。受圧部126の第2の面は、ダイヤフラム120のバルブ筐体130側の面に非接着状態で当接している。なお、受圧部126とダイヤフラム120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。   The diameter of the second surface of the pressure receiving portion 126 is 8.5 mm. The second surface of the pressure receiving portion 126 is in contact with the surface of the diaphragm 120 on the valve housing 130 side in a non-adhered state. Note that the pressure receiving portion 126 and the diaphragm 120 are not necessarily in contact with each other, and may be opposed to each other.

プッシャー部127の受圧部126との接続面の直径は0.5mmである。プッシャー部127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。   The diameter of the connection surface of the pusher portion 127 with the pressure receiving portion 126 is 0.5 mm. The tip end of the pusher portion 127 in the protruding direction is in contact with the valve portion 150 through the inflow hole 143 of the valve housing 130 in an unbonded state.

なお、プッシャー部127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、プッシャー部127の突出方向の先端から弁部150までの距離は、受圧板125の非動作時の状態から、受圧板125が突出部144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。   Note that the pusher portion 127 and the valve portion 150 are not necessarily in contact with each other, and may be opposed to each other. However, the distance from the tip in the protruding direction of the pusher portion 127 to the valve portion 150 is larger than the operating distance that is the distance from the non-operating state of the pressure receiving plate 125 to the pressure receiving plate 125 contacting the protruding portion 144. There is a need.

なお、弁部150には、受圧板125のプッシャー部127が載置されるが、弁部150の付勢力Fsは受圧板125の重さに勝る力であるため、受圧板125の重さによって流入孔143とバルブ室140とが接続状態となることはない。   The pusher portion 127 of the pressure receiving plate 125 is placed on the valve portion 150. However, since the urging force Fs of the valve portion 150 is a force that exceeds the weight of the pressure receiving plate 125, the pusher portion 127 depends on the weight of the pressure receiving plate 125. The inflow hole 143 and the valve chamber 140 are not connected.

受圧部126の第2の面の面積は、約56.7mmである。プッシャー部127の底面の面積、即ち、プッシャー部127の受圧部126との接続面の面積は、約0.20mmである。受圧部126の第2の面の面積は、プッシャー部127の受圧部126との接続面の面積よりも大きく、ダイヤフラム120の中央部122の面積よりも小さく構成されている。ここで、受圧部126の第2の面の面積が大きいほど受圧面積が増えるため、よりダイヤフラム120の撓みを抑制することができる。The area of the second surface of the pressure receiving portion 126 is about 56.7 mm 2 . The area of the bottom surface of the pusher portion 127, that is, the area of the connection surface of the pusher portion 127 with the pressure receiving portion 126 is about 0.20 mm 2 . The area of the second surface of the pressure receiving portion 126 is configured to be larger than the area of the connection surface of the pusher portion 127 to the pressure receiving portion 126 and smaller than the area of the central portion 122 of the diaphragm 120. Here, since the pressure receiving area increases as the area of the second surface of the pressure receiving portion 126 increases, the deflection of the diaphragm 120 can be further suppressed.

なお、受圧板125の受圧部126およびプッシャー部127の形状は、平面視した場合において、円形状であることが好ましい。このように形成すると、プッシャー部127を中心として円周方向に均一に力が加わるため、動作時に傾きが発生しにくい。ただし、これに限るものではなく、受圧部126およびプッシャー部127が楕円形状や多角形状であっても構わない。   Note that the pressure receiving portion 126 and the pusher portion 127 of the pressure receiving plate 125 are preferably circular in a plan view. If formed in this way, a force is uniformly applied in the circumferential direction around the pusher portion 127, so that tilting does not easily occur during operation. However, the present invention is not limited to this, and the pressure receiving portion 126 and the pusher portion 127 may be elliptical or polygonal.

ここで、バルブ101の動作について説明する。   Here, the operation of the valve 101 will be described.

図6(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6(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。   6A is a schematic cross-sectional view of the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the valve is closed, and FIG. 6B is a schematic cross-section of the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the valve is opened. FIG.

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の部分の面積(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。   The valve 101 is configured to automatically open and close the valve unit 150 using a pressure difference when the fluid pressure reaches a set pressure. More specifically, the pressure of the atmosphere above the diaphragm 120 is P0, the primary pressure upstream of the valve is P1, and the pressure downstream of the valve is P2, and the area of the valve body 151 (here, the valve body 151 includes a ring-shaped valve). Since the protrusion 155 is formed, the area determined by the diameter of the region surrounded by the valve protrusion 155 is S1, and the area of the diaphragm 120 in contact with the valve chamber 140 (hereinafter referred to as “pressure receiving area”) is S2. A force by which the valve body 151 urges the valve seat 148 is defined as Fs.

このとき、圧力の釣り合いから、図6(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。これによって、P2を一定に保つことができる。   At this time, from the balance of pressure, the condition for opening the valve unit 150 as shown in FIG. 6B is (P1−P2) S1 + Fs <(P0−P2) S2. When P2 is higher than the pressure under this condition, the valve unit 150 is closed, and when P2 is lower, the valve unit 150 is opened. Thereby, P2 can be kept constant.

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が変位して受圧板125の受圧部126を押下し、受圧板125のプッシャー部127が変位して弁部150の弁体部151を押下する(図6(B)参照)。これにより、流入孔143とバルブ室140とが接続状態となり、メタノールが流入孔143からバルブ室140へ流入する。   Therefore, in the valve 101, when the pressure in the valve chamber 140 decreases due to the suction of methanol by the pump 103, the central portion 122 of the diaphragm 120 is displaced and the pressure receiving portion 126 of the pressure receiving plate 125 is pushed down, and the pusher portion of the pressure receiving plate 125 is pressed. 127 is displaced and presses down the valve body 151 of the valve 150 (see FIG. 6B). Thereby, the inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected, and methanol flows into the valve chamber 140 from the inflow hole 143.

この時、受圧板125は、図5、図6に示すようにダイヤフラム120とバルブ室140の底面141との間に配置されているため、ダイヤフラム120の撓みを抑制することができる。そのため、仮にダイヤフラム120を剛性の低い材料で形成した場合でも、ダイヤフラム120に対向する受圧板125の面(第2の面)の面積分の受圧面積S2は少なくとも確保できる。   At this time, since the pressure receiving plate 125 is disposed between the diaphragm 120 and the bottom surface 141 of the valve chamber 140 as shown in FIGS. 5 and 6, the bending of the diaphragm 120 can be suppressed. Therefore, even when the diaphragm 120 is formed of a material having low rigidity, at least a pressure receiving area S2 corresponding to the area of the pressure receiving plate 125 (second surface) facing the diaphragm 120 can be secured.

したがって、バルブ101では、ダイヤフラム120の受圧面積S2が低下することを抑制できる。そのため、ダイヤフラム120がバルブ室140の底面141に固着することを抑制することができる。   Therefore, the valve 101 can suppress a decrease in the pressure receiving area S2 of the diaphragm 120. Therefore, the diaphragm 120 can be prevented from sticking to the bottom surface 141 of the valve chamber 140.

また、流入孔143とバルブ室140とが接続状態となるとき、受圧板125の受圧部126が、バルブ室140の底面でなく突出部144に接触する(図3、図5及び図6(B)参照)。さらに、受圧板125の受圧部126が突出部144に接触した時、メタノールは突出部144の内側から流路145を介して突出部144の外側へ通過する。よって、この実施形態のバルブ101によれば、受圧板125がバルブ筐体130の流入孔143を塞ぐことを防ぐこともできる。   Further, when the inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected, the pressure receiving portion 126 of the pressure receiving plate 125 contacts the protruding portion 144 instead of the bottom surface of the valve chamber 140 (FIGS. 3, 5, and 6B). )reference). Further, when the pressure receiving portion 126 of the pressure receiving plate 125 comes into contact with the protruding portion 144, methanol passes from the inside of the protruding portion 144 to the outside of the protruding portion 144 via the flow path 145. Therefore, according to the valve 101 of this embodiment, it is possible to prevent the pressure receiving plate 125 from blocking the inflow hole 143 of the valve housing 130.

また、バルブ筐体130の流入孔143は、当該流入孔143からダイヤフラム120における流入孔143に対向する部分までの距離A(即ち、流入孔143とダイヤフラム120との最短距離)が、流出孔149からダイヤフラム120における流出孔149に対向する部分までの距離B(即ち、流出孔149とダイヤフラム120との最短距離)よりも短くなるように形成されている。そのため、バルブ101が開くときに、受圧板125はまず、バルブ室140の底面上における流入孔143の周囲に位置する突出部144と当接する。そのため、この実施形態のバルブ101によれば、受圧板125やダイヤフラム120がバルブ筐体130の流出孔149を塞ぐことを抑制できる。   In addition, the inflow hole 143 of the valve housing 130 has a distance A (that is, the shortest distance between the inflow hole 143 and the diaphragm 120) from the inflow hole 143 to a portion of the diaphragm 120 facing the inflow hole 143. To a portion facing the outflow hole 149 in the diaphragm 120 (that is, the shortest distance between the outflow hole 149 and the diaphragm 120). Therefore, when the valve 101 is opened, the pressure receiving plate 125 first comes into contact with the protruding portion 144 located around the inflow hole 143 on the bottom surface of the valve chamber 140. Therefore, according to the valve 101 of this embodiment, the pressure receiving plate 125 and the diaphragm 120 can be prevented from closing the outflow hole 149 of the valve housing 130.

ここで、ダイヤフラム120の変位量について、図7(A)(B)に示すバルブ101と、図8(A)(B)に示すバルブ201とを比較しながら説明する。   Here, the displacement amount of the diaphragm 120 will be described by comparing the valve 101 shown in FIGS. 7A and 7B with the valve 201 shown in FIGS.

図7(A)は、本発明の実施形態に係るバルブ101に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の前記流入孔143と前記バルブ室140とが遮断状態のとき、すなわち弁閉時の断面図である。図7(B)は、本発明の実施形態に係るバルブ101に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の前記流入孔143と前記バルブ室140とが接続状態のとき、すなわち弁開時の断面図である。図8(A)は、本発明の変形例に係るバルブ201に備えられるダイヤフラム120A及び受圧板125Aの弁閉時の断面図である。図8(B)は、本発明の変形例に係るバルブ201に備えられるダイヤフラム120及び受圧板125の弁開時の断面図である。   FIG. 7A is a cross-sectional view when the inflow hole 143 and the valve chamber 140 of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 101 according to the embodiment of the present invention are in a shut-off state, that is, when the valve is closed. is there. FIG. 7B is a cross-sectional view of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 101 according to the embodiment of the present invention when the inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected, that is, when the valve is open. is there. FIG. 8A is a cross-sectional view of the diaphragm 120A and the pressure receiving plate 125A provided in the valve 201 according to the modification of the present invention when the valve is closed. FIG. 8B is a cross-sectional view of the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 provided in the valve 201 according to the modification of the present invention when the valve is opened.

図8に示すバルブ201が、図7に示すバルブ101と相違する点は、ダイヤフラム120及び受圧板125を接着させた点であり、その他の点については同じである。   The valve 201 shown in FIG. 8 is different from the valve 101 shown in FIG. 7 in that the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 are bonded, and the other points are the same.

ダイヤフラム120及び受圧板125を非接着状態で当接させたバルブ101では、流入孔143とバルブ室140とが接続状態となるとき、図8(B)に示すように、受圧板125がダイヤフラム120の変形を妨げない。受圧板125は、ダイヤフラム120の中央部122の変位に伴って弁体部151側へ変位する。そのため、バルブ101では、受圧板125を配置することによってダイヤフラム120の変位量dが低下しない。   In the valve 101 in which the diaphragm 120 and the pressure receiving plate 125 are brought into contact with each other in a non-adhered state, when the inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected, the pressure receiving plate 125 is moved to the diaphragm 120 as shown in FIG. Does not hinder the deformation. The pressure receiving plate 125 is displaced toward the valve body 151 with the displacement of the central portion 122 of the diaphragm 120. Therefore, in the valve 101, the displacement d of the diaphragm 120 is not reduced by disposing the pressure receiving plate 125.

これに対して、ダイヤフラム120A及び受圧板125Aを接着させたバルブ201では、流入孔143とバルブ室140とが接続状態となるとき、図8(B)に示すように、受圧板125がダイヤフラム120の変形を妨げる。このため、バルブ201では、受圧板125を配置することによってダイヤフラム120の変位量dが小さくなる。   On the other hand, in the valve 201 in which the diaphragm 120A and the pressure receiving plate 125A are bonded, when the inflow hole 143 and the valve chamber 140 are connected, the pressure receiving plate 125 is moved to the diaphragm 120 as shown in FIG. Hinders deformation. For this reason, in the valve 201, the displacement d of the diaphragm 120 is reduced by arranging the pressure receiving plate 125.

従って、この実施形態のバルブ101によれば、ダイヤフラム120の変位量dを低下させずに、ダイヤフラム120の撓みを抑制することができる。   Therefore, according to the valve 101 of this embodiment, the deflection of the diaphragm 120 can be suppressed without reducing the displacement amount d of the diaphragm 120.

また、ダイヤフラム120がゴムで形成されている場合、ダイヤフラム120の変位は大きいものの、ガス透過性が大きいためガス漏れのおそれがある。このため、ダイヤフラム120の材質は樹脂であることが好ましい。液体を流体としてバルブ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が、この実施形態のバルブ101ではダイヤフラム120の変位量dが大きいため、ダイヤフラム120の材質が樹脂であってもメタノールの流路を十分に確保できる。   Further, when the diaphragm 120 is made of rubber, although the displacement of the diaphragm 120 is large, there is a risk of gas leakage because of high gas permeability. For this reason, it is preferable that the material of the diaphragm 120 is resin. When the liquid is used as the fluid in the valve 101, the surface tension of the liquid is large, and thus a larger fluid flow path is required than when the gas is used as the fluid in the valve 101. In the valve 101 of this embodiment, the diaphragm 120 is used. Therefore, even if the material of the diaphragm 120 is a resin, a sufficient methanol flow path can be secured.

また、この実施形態におけるバルブ101は、受圧板125をダイヤフラム120及び弁体部151に接着する必要がないため、接着工程を使用せずに製造できる。そのため、この実施形態におけるバルブ101によれば、低コストで製造できる。   Further, the valve 101 in this embodiment can be manufactured without using an adhesion process because it is not necessary to bond the pressure receiving plate 125 to the diaphragm 120 and the valve body 151. Therefore, the valve 101 in this embodiment can be manufactured at low cost.

また、この実施形態におけるバルブ101は、接着工程を使用せずに製造できるため、接着剤の成分がメタノール中に溶出することがない。さらに、バルブ筐体130のメタノールと接する部分141、144、145、148及び受圧板125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もない。そのため、この実施形態のバルブ101では、接着剤の成分や金属イオンの溶出によるDMFCの特性の劣化も起こらない。   Further, since the valve 101 in this embodiment can be manufactured without using an adhesion process, the components of the adhesive are not eluted in methanol. Furthermore, the parts 141, 144, 145, 148 and the pressure receiving plate 125 in contact with methanol of the valve housing 130 are all made of resin, and the material of the diaphragm 120 and the valve part 150 is also rubber, so that metal ions are contained in methanol. It does not elute. Therefore, in the valve 101 of this embodiment, the DMFC characteristics do not deteriorate due to the elution of adhesive components and metal ions.

従って、この実施形態のバルブ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。   Therefore, by using the valve 101 of this embodiment, the same effect can be obtained in the fuel cell system 100 including the valve 101.

《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。
<< Other Embodiments >>
In the 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
8 バルブ室
9 底面
15 孔部
90 バルブ
100 燃料電池システム
101、201 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 縁部
120 ダイヤフラム
121 周縁部
122 中央部
125 受圧板
126 受圧部
127 プッシャー部
130 バルブ筐体
131 穴
132 縁部
134 シール部
140 バルブ室
141 バルブ室底面
143 流入孔
144 突出部
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diaphragm 2 Piston 3 Valve seat part 4 Valve body part 5 Support part 8 Valve chamber 9 Bottom face 15 Hole part 90 Valve 100 Fuel cell system 101, 201 Valve 102 Fuel cartridge 103 Pump 104 Power generation cell 110 Cap part 111 Hole 113 Central part 114 Peripheral part 115 Hole 116 Edge 120 Diaphragm 121 Peripheral part 122 Central part 125 Pressure receiving plate 126 Pressure receiving part 127 Pusher part 130 Valve housing 131 Hole 132 Edge part 134 Seal part 140 Valve chamber 141 Valve chamber bottom face 143 Inflow hole 144 Protruding part 145 Flow path 147 Opening portion 148 Valve seat 149 Outflow hole 150 Valve portion 151 Valve body portion 152 Support portion 153 Hole portion 154 Fixing portion 155 Valve protrusion 160 System housing 161, 162 O-ring 163 Inflow passage 165 Detchi

Claims (9)

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、
周縁部が前記バルブ筐体に固定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周縁部より内側の中央部が変位するダイヤフラムと、
第1の面と前記第1の面に対向する第2の面とを有する平板状の受圧部と、前記受圧部の前記第1の面に接続された柱状のプッシャー部とを有し、前記受圧部の前記第2の面の面積は、前記プッシャー部の前記受圧部との接続面の面積よりも大きく、前記受圧部の前記第2の面が前記ダイヤフラムの前記バルブ筐体側の面に非接着状態で対向するよう前記バルブ室に配置されている受圧板と、
前記プッシャー部に対向して前記流入孔に配置され、前記ダイヤフラムの変位による前記受圧板の変位に伴って、前記流入孔と前記バルブ室とを遮断状態から接続状態にする弁体と、を備える、バルブ。
A valve housing having a fluid inlet hole and the fluid outlet hole;
A diaphragm in which a peripheral portion is fixed to the valve housing to form a valve chamber together with the valve housing, and a central portion inside the peripheral portion is displaced by the pressure of the fluid in the valve chamber;
A flat plate-shaped pressure receiving portion having a first surface and a second surface facing the first surface, and a columnar pusher portion connected to the first surface of the pressure receiving portion, The area of the second surface of the pressure receiving portion is larger than the area of the connection surface of the pusher portion with the pressure receiving portion, and the second surface of the pressure receiving portion is not on the surface of the diaphragm on the valve housing side. A pressure receiving plate disposed in the valve chamber so as to face each other in an adhesive state;
A valve body that is disposed in the inflow hole so as to face the pusher portion and brings the inflow hole and the valve chamber into a connected state from a shut-off state in accordance with the displacement of the pressure receiving plate due to the displacement of the diaphragm. ,valve.
前記受圧板の剛性は、前記ダイヤフラムの剛性より高い、請求項1に記載のバルブ。   The valve according to claim 1, wherein a rigidity of the pressure receiving plate is higher than a rigidity of the diaphragm. 前記受圧板は、前記プッシャー部が前記弁体に非接着状態で対向するよう配置されている、請求項1又は2に記載のバルブ。   3. The valve according to claim 1, wherein the pressure receiving plate is disposed such that the pusher portion faces the valve body in a non-adhesive state. 前記バルブ筐体には、前記ダイヤフラムの変位による前記受圧板の変位に伴って前記弁体が前記流入孔と前記バルブ室とを接続状態としたときに、前記受圧板の前記受圧部が対向する突出部と、当該流体を前記突出部の内側から外側へ通過させる流路とが、前記受圧板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ている、請求項1から3のいずれかに記載のバルブ。   The pressure receiving portion of the pressure receiving plate faces the valve housing when the valve body connects the inflow hole and the valve chamber in accordance with the displacement of the pressure receiving plate due to the displacement of the diaphragm. The protrusion and a flow path for allowing the fluid to pass from the inside to the outside of the protrusion are formed around the inflow hole on the bottom surface of the valve chamber facing the pressure receiving plate. 4. The valve according to any one of 3. 前記バルブ筐体の前記流入孔は、前記流入孔から前記ダイヤフラムにおける前記流入孔に対向する部分までの距離が、前記流出孔から前記ダイヤフラムにおける前記流出孔に対向する部分までの距離よりも短くなるように形成されている、請求項1から4のいずれかに記載のバルブ。   In the inflow hole of the valve housing, a distance from the inflow hole to a portion facing the inflow hole in the diaphragm is shorter than a distance from the outflow hole to a portion facing the outflow hole in the diaphragm. The valve according to claim 1, which is formed as described above. 前記ダイヤフラムの材質は樹脂である、請求項1から5のいずれかに記載のバルブ。   The valve according to any one of claims 1 to 5, wherein a material of the diaphragm is a resin. 前記受圧板の材質は樹脂である、請求項1から6のいずれかに記載のバルブ。   The valve according to any one of claims 1 to 6, wherein a material of the pressure receiving plate is resin. 前記流体はメタノールである、請求項1から7のいずれかに記載のバルブ。   The valve according to claim 1, wherein the fluid is methanol. 請求項1から8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。
A valve according to any of claims 1 to 8,
A fuel reservoir connected to the inlet of the valve;
And a pump connected to the outflow hole of the valve.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186770U (en) * 1981-05-21 1982-11-26
JPS5874679U (en) * 1981-11-12 1983-05-20 株式会社ノーリツ Diaphragm devices such as gas governors
JPS61175678U (en) * 1985-04-11 1986-11-01
JPH1139042A (en) * 1997-07-20 1999-02-12 Hamai:Kk Pressure regulator
JP2002364947A (en) * 2001-06-07 2002-12-18 Techno Excel Co Ltd Pressure reducing water supply apparatus for spray cooling device of cooling condenser in air conditioner
JP2005309983A (en) * 2004-04-23 2005-11-04 Aisin Seiki Co Ltd Gas control valve and fuel cell system
JP2005339321A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Tokai Corp Pressure regulator
JP2006046196A (en) * 2004-08-05 2006-02-16 Aisan Ind Co Ltd Regulator for fluid
JP2008185077A (en) * 2007-01-29 2008-08-14 Fujikin Inc Fluid controller

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186770U (en) * 1981-05-21 1982-11-26
JPS5874679U (en) * 1981-11-12 1983-05-20 株式会社ノーリツ Diaphragm devices such as gas governors
JPS61175678U (en) * 1985-04-11 1986-11-01
JPH1139042A (en) * 1997-07-20 1999-02-12 Hamai:Kk Pressure regulator
JP2002364947A (en) * 2001-06-07 2002-12-18 Techno Excel Co Ltd Pressure reducing water supply apparatus for spray cooling device of cooling condenser in air conditioner
JP2005309983A (en) * 2004-04-23 2005-11-04 Aisin Seiki Co Ltd Gas control valve and fuel cell system
JP2005339321A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Tokai Corp Pressure regulator
JP2006046196A (en) * 2004-08-05 2006-02-16 Aisan Ind Co Ltd Regulator for fluid
JP2008185077A (en) * 2007-01-29 2008-08-14 Fujikin Inc Fluid controller

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