WO2007097243A1 - 圧力調整弁並びにこれを用いた燃料電池システム及び水素発生設備 - Google Patents

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hydrogen
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cell system
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Takafumi Sarata
Norimasa Yanase
Toru Ozaki
Tsuneaki Tamachi
Kazutaka Yuzurihara
Fumiharu Iwasaki
Noboru Ishisone
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Seiko Instruments Inc.
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    • Y10T137/7904Reciprocating valves

Definitions

  • the present invention relates to a pressure control valve that is small and can be controlled without consuming electric power, and that can easily control the operating pressure.
  • a fuel cell system and a metal hydride using the pressure control valve are decomposed.
  • the present invention relates to a hydrogen generation facility that generates hydrogen.
  • a fuel cell is a generator that has several times the energy density of an existing battery, has high energy efficiency, and is characterized by no or little nitrogen oxide or sulfur oxide contained in the exhaust gas. is there. Therefore, it can be said that it is a very effective device that meets the demands of next-generation power devices.
  • a pressure regulating valve In such a fuel cell, a force that uses methanol or hydrogen as a fuel, a pressure regulating valve is required to continuously supply such fuel according to fuel consumption. In order to reduce the size of the battery, it is necessary to reduce the size of such a pressure regulating valve.
  • the valve element that operates with the differential pressure is removed from the fuel tank. Therefore, if the internal pressure of the fuel tank is not constant, it will not operate normally.
  • the powerful literature assumes a fuel cell that uses a hydrogen storage alloy, so it may not be a big problem because there is a region where the hydrogen desorption pressure is constant, but the hydrogen generation equipment mentioned above, etc. There is a problem that it cannot be used if the pressure changes greatly.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-137903
  • Patent Document 2 JP 2004-31199 A
  • the present invention has been made in view of the above situation, and is a small pressure control valve that can be controlled without consuming electric power and can easily control the operating pressure, and a fuel cell system using the same. And it aims at providing hydrogen supply equipment.
  • a pressure regulating valve receives a pressure on the fuel demand side and is deformable and is relative to the first pressure deforming portion and the first pressure deforming portion. And a second pressure deformable portion that is deformable and receives a predetermined pressure, and in the space between the first and second pressure deformable portions, the first flow path and A second flow path and a communication path communicating the first and second flow paths, and penetrating through the communication path, the first pressure deformation section and the second pressure deformation section. And a valve member having a valve body that is provided in the connection portion and closes the communication passage when moved to the second pressure deforming portion side. Is lower than a predetermined value, the valve body does not close the communication passage, but the pressure on the fuel demand side is predetermined. In the case of more than you, characterized in that the valve body is adapted to close the communication passage.
  • valve member moves and communicates with the pressure received by the first and second pressure deforming portions.
  • the passage is opened and closed, and the flow path of the fuel fluid that is connected or disconnected by opening and closing the communication passage is provided between the first and second pressure deformation portions, so that the size can be easily reduced.
  • the communication path can be opened and closed without being greatly affected by the pressure of the fuel fluid supply source.
  • the pressure regulating valve of the present invention according to claim 2 is the pressure regulating valve according to claim 1, wherein the first and second flow paths are connected to the first pressure deforming portion. Provided on the first pressure deforming portion side and the second pressure deforming portion side via partition members provided between the second pressure deforming portion and the second pressure deforming portion, respectively. Is provided so as to penetrate therethrough.
  • the pressure regulating valve of the present invention according to claim 3 is the pressure regulating valve according to claim 1 or 2, wherein the valve body moves to the second pressure deforming portion side, and When the communication passage is closed, an isolation member is provided for isolating the first pressure deformation portion from the fuel demand side, and when the valve body closes the communication passage, the first pressure deformation portion is connected to the first pressure deformation portion. The pressure from the fuel demand side is blocked by the isolation member.
  • the valve body closes the communication path, the pressure from the fuel demand side to the first pressure deformation portion is shut off by the isolation member, so that the first pressure deformation when the communication path is closed
  • the first pressure deforming part can be stabilized in a state in which the communication path where the part is not affected by the pressure of the fuel demand side force is closed.
  • the fuel cell system of the present invention receives the pressure on the fuel demand side and is deformed in a fuel cell system having an anode chamber to which fuel is supplied.
  • a first pressure deformable portion and a second pressure deformable portion which are provided opposite to the first pressure deformable portion and receive a predetermined pressure and can be deformed.
  • a first flow path, a second flow path, and a communication path that communicates the first and second flow paths are provided, and the communication path is And having a connecting portion that penetrates and connects the first pressure deforming portion and the second pressure deforming portion, and is provided in the connecting portion and moves to the second pressure deforming portion side.
  • a pressure regulating valve having a valve member having a valve body for closing the passage, and one of the first and second flow paths supplies a fuel fluid such as fuel or a fuel generating material. And the other communicates with a flow path communicating with the fuel demand side.
  • the valve body When the pressure on the fuel demand side is lower than a predetermined value, the valve body is A fuel fluid comprising fuel or a fuel generating material is supplied to a flow path communicating with the fuel demand side without closing the passage.
  • the valve body is The communication passage is closed to stop the flow of the fuel fluid.
  • the valve member is moved by the pressure received by the first and second pressure deforming portions to open and close the communication passage, and the communication passage is provided between the first and second pressure deforming portions. Since the flow path of the fuel fluid that is communicated or disconnected by opening and closing is provided, it is easy to reduce the size and open and close the communication path that is not greatly affected by the pressure of the fuel fluid supply source. Therefore, the fuel fluid can be stably supplied to the anode chamber.
  • the fuel cell system of the present invention according to claim 5 is the fuel cell system according to claim 4, wherein the first and second flow paths include the first pressure deforming portion and the first flow passage. 2 is provided on each of the first pressure deforming portion side and the second pressure deforming portion side via a partition member provided between the two pressure deforming portions, and the communication path passes through the partition member. It is characterized by being provided.
  • the fuel cell system of the present invention according to claim 6 is the fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the valve body is directed to the second pressure deforming portion side.
  • An isolation member that isolates the first pressure deforming portion and the fuel demand side when the communication passage is closed by moving, and the first pressure when the valve body closes the communication passage; The pressure of the fuel demand side force to the deforming part is cut off by the isolation member.
  • the fuel cell system of the present invention is the fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein the fuel demand side is the anode chamber.
  • the fuel fluid is a fuel and hydrogen or methanol power.
  • the fuel cell system of the present invention according to claim 8 is the fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein the fuel demand side is the anode channel.
  • the supply of the reaction fluid to the reaction chamber 1 can be stably performed via the pressure adjustment valve.
  • the fuel cell system of the present invention is the fuel cell system according to any one of claims 4 to 8, wherein the second pressure deforming portion receives the predetermined pressure.
  • the pressure is characterized by one or a combination of two or more of atmospheric pressure, pressure by panel members, and pressure from a pressurized fluid sealed in a sealed space.
  • the operating pressure of the pressure regulating valve can be easily set. Can be controlled.
  • a hydrogen generation facility is a hydrogen generation facility having a reaction chamber in which a hydrogen generation reactant is accommodated, and receives a pressure in the reaction chamber.
  • a first pressure deformable portion that can be deformed together with a second pressure deformable portion that is provided opposite to the first pressure deformable portion and receives a predetermined pressure and is deformable.
  • a first flow path, a second flow path, and a communication path communicating the first and second flow paths in a space between the second pressure deformation portion and the first flow path.
  • a connecting portion that connects the first pressure deforming portion and the second pressure deforming portion through the communication passage, and is provided in the connecting portion and moves to the second pressure deforming portion side.
  • a pressure regulating valve having a valve member having a valve body that closes the communication path, and one of the first and second flow paths reacts with the hydrogen generation reactant in the reaction chamber;
  • the other When the pressure in the reaction chamber is lower than a predetermined value, the other is in communication with the supply source for supplying the reaction fluid for generating hydrogen and the other is in communication with the flow path in communication with the reaction chamber.
  • the valve body supplies the reaction fluid to a flow path communicating with the reaction chamber without closing the communication passage.
  • the valve body is Close the communication path to stop the flow of the reaction fluid It is characterized by that.
  • the valve member is moved by the pressure received by the first and second pressure deforming portions to open and close the communication passage, and the communication passage is provided between the first and second pressure deforming portions. Since the flow path of the fuel fluid that is communicated or disconnected by opening and closing is provided, it is easy to reduce the size and open and close the communication path that is not greatly affected by the pressure of the fuel fluid supply source. Therefore, the reaction fluid can be stably supplied to the reaction chamber 1.
  • the hydrogen generation facility of the present invention according to claim 11 is the hydrogen generation facility according to claim 10, wherein the first and second flow paths include the first pressure deformation portion and the first flow passage. 2 provided on the first pressure deforming portion side and the second pressure deforming portion side through a partition member provided between the two pressure deforming portions, and the communication passage passes through the partition member. It is characterized by being provided.
  • first and second flow paths are provided between the first and second pressure deforming portions via a partition member, it is possible to reduce the size of the pressure regulating valve and, consequently, the hydrogen generation facility. It can be done easily.
  • the hydrogen generation facility according to the twelfth aspect of the present invention is the hydrogen generation facility according to the tenth or eleventh aspect, wherein the valve body is moved to the second pressure deforming portion side before moving.
  • An isolation member that separates the first pressure deforming portion from the inside of the reaction chamber when the communication passage is closed, and the first pressure when the valve body closes the communication passage. The pressure from inside the reaction chamber to the deformed portion is blocked by the isolation member. It is a sign.
  • the hydrogen generation facility of the present invention is the hydrogen generation facility according to any one of claims 10 to 12, wherein the second pressure deforming portion receives
  • the pressure is characterized by being one or a combination of two or more of atmospheric pressure, pressure by panel members, and pressure from a pressurized fluid sealed in a sealed space.
  • the operating pressure of the pressure regulating valve can be easily set by setting the pressure to the second pressure deforming portion to a predetermined pressure such as the atmospheric pressure, the pressure by the panel member, or the pressure from the pressurized fluid. Can be controlled.
  • the pressure regulating valve of the present invention is small and can be controlled without consuming electric power, and the operating pressure can be easily controlled. Also, a fuel cell system and a hydrogen supply facility using the pressure regulating valve are As a result, the fuel fluid can be continuously supplied at a predetermined pressure without consuming electric power.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pressure regulating valve according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a pressure regulating valve according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a pressure regulating valve according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a pressure regulating valve according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a pressure regulating valve according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a fuel cell system to which the pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a graph showing the change over time in the hydrogen pressure of the fuel cell system to which the pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the pressure regulating valve according to the first embodiment of the present invention.
  • the pressure regulating valve 100 is made of a flexible sheet so as to close both sides in the thickness direction of the base body 110 of the through-hole 111 provided in the base body 110.
  • a deformable first pressure deformation portion 120 and a second pressure deformation portion 130 are provided.
  • the space between the first and second pressure deformation portions 120 and 130 of the penetrating portion 111 is partitioned by a partition member 112 provided in the middle in the thickness direction of the base 110, and the first pressure deformation portion.
  • the first flow path 140 is on the 120 side and the second flow path 150 is on the second pressure deformation section 130 side, and each extends in the plane direction of the base 110.
  • the passage 150 communicates with the passage 150 through a communication passage 160 including a through hole 113 provided in the partition member 112.
  • the first and second pressure deformation portions 120 and 130 are connected to the first and second pressure deformation portions 120 and 130.
  • a valve member 170 that moves in the vertical direction in the figure is provided together with the second pressure deformation portions 120 and 130.
  • the valve member 170 connects the first and second pressure deforming portions 120 and 130 and is provided on the first pressure deforming portion 120 side of the connecting portion 171 disposed through the communication path 160 and the connecting portion 171.
  • a valve body 172 that can open and close the communication path 160.
  • the shape of the through-hole 111 provided in the base 110 is not particularly limited. However, considering the ease of deformation and durability of the first and second pressure deformation portions 120 and 130, the cylindrical shape is In this preferred embodiment, it has a cylindrical shape. Further, the shape of the through hole 113 provided in the partition member 112 is not particularly limited, and the cross sectional shape may be circular or rectangular. However, in the present embodiment, the through hole 113 has a circular cross section. Further, the shapes of the connecting portion 171 and the valve body 172 of the valve member 170 are not particularly limited, but in the present embodiment, the cylindrical rod-like connecting portion 171 and the disc-like valve body 172 are provided in a body-like form. did.
  • the material of the base 110 and the partition member 112 is not particularly limited, and can be easily reduced in size and contacted. However, it is preferable to use various plastics in view of ease of manufacture and cost.
  • the first and second pressure deforming portions 120 and 130 are not particularly limited as long as they are deformable under pressure, do not transmit the fluid that contacts them, and are durable. Various plastic sheets can be used in consideration of ease of use and cost.
  • first and second pressure deforming portions 120 and 130 and the valve member 170 may be connected using adhesion, heat fusion, welding using ultrasonic waves, or the like.
  • the valve member 170 is joined to the inside of the first and second pressure deforming portions 120 and 130.
  • the first pressure deforming portion 120 is applied to the outer edge of the valve body 172. May be provided to be joined.
  • the connecting portion 171 exists in the communication passage 160 in a penetrating state, the through-hole 113 and the connection are connected in consideration of the difference in flow resistance between the first flow path 140 and the second flow path 150. It goes without saying that the dimensions of the part 171 need to be designed.
  • the pressure regulating valve 100 receives a pressure on the fuel demand side outside the first pressure deforming portion 120, and receives a predetermined pressure such as atmospheric pressure, for example, outside the second pressure deforming portion 130. And one of the first and second flow paths 140 and 150 is connected to a flow path communicating with a supply source of fuel and fuel generating material, and the other is a fuel to be supplied with fuel. Used by connecting to the flow path to the demand side.
  • the pressure force on the fuel demand side received by the first pressure deforming unit 120 is higher than the atmospheric pressure received by the second pressure deforming unit 130, as shown in FIG. 1 (b).
  • the first and second pressure deforming portions 120 and 130 move upward in the drawing together with the valve member 170 so that the valve body 172 contacts the partition member 112 and the communication passage 160 is closed, that is, in the first state.
  • the communication between the first channel 140 and the second channel 150 is blocked.
  • the first and second pressure deforming portions 120 and 130 move downward in the figure together with the valve member 170 so that the valve body 172 is separated from the partition member 112 and the communication path 160 is opened, that is, the first The channel 140 and the second channel 150 are in communication with each other.
  • the first and second flow paths 140 and 150 the fuel or fuel generating material is supplied from the fuel or fuel generating material supply source connected to one of them to the fuel demand side that is the target of fuel supply, and this supply reduces the pressure on the fuel demand side.
  • the pressure regulating valve 100 can perform opening / closing control according to the pressure state on the fuel demand side received by the first pressure deforming unit 120, that is, without consuming electric power.
  • the operating pressure for switching is almost the pressure received by the second pressure deforming portion 130, in this case, atmospheric pressure.
  • the operating pressure is almost atmospheric pressure, which differs depending on whether the supply source of fuel or the like is connected to any of the first and second flow paths 140 and 150.
  • the second flow path When the supply source is connected to the 150 side, the pressure of the supply source is applied to the inside of the valve element 172 existing in the communication path 160 in the closed state of FIG.
  • the first and second flow paths 140 and 150 are provided in the space between the first and second pressure deforming portions 120 and 130, so that the size is small. There is an advantage that can be achieved.
  • the first and second flow paths 140 and 150 are arranged on both sides of the partition member 112.
  • both of the first and second flow paths 140 and 150 are arranged on one side of the partition member. It is also possible to arrange it on the left and right side so as to communicate with each other via the communication path 160.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the pressure regulating valve according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the pressure regulating valve 100A penetrates the valve member 170A and the partition member 112A.
  • the basic configuration is the same as that of the first embodiment except that the shape of the hole 113A is different.
  • the valve member 170A is configured such that a conical valve body 172A is provided in the middle of the connecting portion 171A, and the communication passage 160 is closed by the tapered portion of the valve body 172A. Therefore, the disk portion 173A at the lower end in the figure is not necessarily provided, but has an advantage that the durability is improved because the connection area with the first pressure deforming portion 120 is increased. Therefore, such a disk portion 173A may be provided at the joint portion with the second pressure deformation portion 130 at the upper end of the coupling portion 171A.
  • the partition member 112A is provided with a tapered through hole 113A that fits into the tapered valve body 172A. This increases the contact area between the valve body 172A and the through hole 113A, and can stabilize the closed state of the communication path 160, but it may be a straight through hole as in the first embodiment. It ’s ugly! /
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of the pressure regulating valve according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the pressure from the panel member 181 of the pressure adding means 180 is applied to the second pressure deforming portion 130 in addition to the atmospheric pressure.
  • the basic configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the panel member 181 of the pressure applying means 180 has a region facing the connecting portion 171 of the support portion 182 and the second pressure deforming portion 130 provided so as to protrude from the base 110 into the penetration portion 111. Even if it has a panel force that always biases the valve member 170 in the opening direction, it may have a panel force that pulls in the closing direction.
  • the operating pressure and the atmospheric pressure can be changed.
  • the panel force of the panel member is always pressurized to the second pressure deforming portion 130, so that the atmospheric pressure It becomes an open state to a higher pressure state.
  • the fuel demand side pressure can be maintained to be higher than the atmospheric pressure.
  • the panel member 181 has a panel force that pulls the valve member 170 in the closing direction, the panel member 181 operates at a pressure lower than the atmospheric pressure.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of the pressure regulating valve according to the fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • the pressure regulating valve 100C is configured such that the pressure of the gas in the pressurizing chamber 191 of the pressure setting means 190 is applied to the second pressure deforming portion 130.
  • the basic configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the pressurizing chamber 191 of the pressure setting means 190 is provided between the wall member 192 and the second pressure deforming portion 130, and is filled with a pressurized gas such as compressed air, for example. Yes.
  • the operating pressure can be set to a pressure higher than the atmospheric pressure, for example. That is, since the pressure in the pressurizing chamber 191 is always applied to the second pressure deforming portion 130, the fuel demand side is closed when the pressure is higher than this pressure. That is, by setting the pressure in the pressurizing chamber 191 to be higher than the atmospheric pressure, it is possible to perform the operation so as to keep the pressure on the fuel demand side at that pressure.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of the pressure regulating valve according to the fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • the pressure regulating valve 100 is provided with an isolation member 185 on the lower side of the valve body 172 with the first pressure deforming portion 120 interposed therebetween.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the isolation member 185 includes a base portion 185b attached to the lower surface of the valve body 172, and a plate-like covering portion 185a provided continuously to the base portion 185b. Up and down base 185b The length of the direction is set so that the covering portion 185a abuts on the periphery of the through portion 111 of the base 110 in a state where the valve body 172 moves upward in the drawing and the communication path 160 is closed. Further, the size of the covering portion 185a is set larger than the peripheral edge of the penetrating portion 111.
  • the isolation member 1 85 (the base portion 185b and the covering portion 185a) is formed of an elastic member such as rubber.
  • the base portion 185b it is also possible to set the base portion 185b to have a short length in the vertical direction so that the covering portion 185a can be bent when it comes into contact with the peripheral edge of the through-hole 111 of the base 110. In this way, even if the vertical length of the base portion 185b varies, the covering portion 185a can be reliably brought into contact with the peripheral edge of the through portion 111.
  • FIG. 6 shows a configuration of an example of a fuel cell system to which the above-described pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • the pressure regulating valve 100 of FIG. 1 is applied to a polymer solid fuel cell using hydrogen as a fuel.
  • This fuel cell system includes a power generation unit 1 of a polymer solid-state fuel cell that generates electricity by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, and a negative electrode chamber that temporarily stores hydrogen to be supplied to the power generation unit 1 ( 1) and a hydrogen storage part 10 for supplying hydrogen to the negative electrode chamber 2 as well as a hydrogen storage alloy or hydrogen cylinder, and a hydrogen conduit 3 between the negative electrode chamber 2 and the hydrogen storage unit 10
  • a pressure regulating valve 100 is provided in the middle.
  • the pressure regulating valve 100 includes the first pressure deformation section 120 made of a flexible sheet and the first pressure deformation section 120 and A partition member provided with a second pressure deforming portion 130, and a space between the first and second pressure deforming portions 120 and 130 of the penetrating portion 111 is provided in the middle of the base 110 in the thickness direction.
  • the first pressure deforming portion 120 side is the first flow path 140
  • the second pressure deforming portion 130 side is the second flow path 150, and each extends in the plane direction of the base 110.
  • the first flow path 140 and the second flow path 150 are communicated with each other via a communication path 160 including a through hole 113 provided in the partition member 112.
  • the first and second pressure deformation portions 120 and 130 are connected to the first and second pressure deformation portions 120 and 130.
  • a valve member 170 that moves in the left-right direction in the figure is provided together with the pressure deforming portions 120 and 130.
  • the valve member 170 connects the first and second pressure deforming portions 120 and 130 and penetrates the communication path 160.
  • a valve body 172 that is provided on the first pressure deforming portion 120 side of the connecting portion 171 and can open and close the communication passage 160.
  • the fuel demand side that is, the pressure in the negative electrode chamber 2 is received outside the first pressure deforming portion 120 of the pressure regulating valve 100, and the pressure adjusting valve 100 is placed outside the second pressure deforming portion 130.
  • Hydrogen which is arranged to receive a predetermined pressure that is atmospheric pressure, and is a channel that communicates the first channel 140 with the negative electrode chamber 2, while the second channel 150 communicates with the hydrogen storage unit 10. Use it connected to conduit 3.
  • the pressure regulating valve 100 receives the pressure in the negative electrode chamber 2 outside the first pressure deforming portion 120 and receives the atmospheric pressure outside the second pressure deforming portion 130.
  • the first and second pressure deforming portions 120 and 130 move together with the valve member 170 upward in the drawing (leftward in FIG. 5), the valve body 172 contacts the partition member 112, and the communication passage 160 is closed. In other words, the communication between the first flow path 140 and the second flow path 150 is cut off, and the supply of hydrogen from the hydrogen storage unit 10 to the negative electrode chamber 2 is cut off.
  • the power generation unit 1 is connected to a load, power is consumed and hydrogen is consumed, and the pressure in the negative electrode chamber 2 received by the first pressure deformation unit 120 decreases, and the second pressure deformation unit 130 As shown in FIG. 1 (a), the first and second pressure deforming portions 120 and 130 move downward along the valve member 170 in the figure (to the right in FIG. 5).
  • the valve body 172 is separated from the partition member 112 and the communication path 160 is opened, that is, the first flow path 140 and the second flow path
  • the flow path 150 is in communication.
  • hydrogen is supplied from the hydrogen storage unit 10 to the negative electrode chamber 2.
  • the pressure in the negative electrode chamber 2 becomes higher than the atmospheric pressure due to the supply of hydrogen, the closed state as described above is established.
  • the pressure regulating valve 100 controls the opening and closing of the hydrogen conduit 3 that is a hydrogen supply path without consuming electric power depending on the pressure state in the negative electrode chamber 2 received by the first pressure deforming portion 120. It operates so that hydrogen can be supplied as the power generation unit 1 generates power. Further, the operating pressure for switching between opening and closing is substantially the pressure received by the second pressure deforming unit 130, in this case, atmospheric pressure.
  • FIG. 7 shows a configuration of an example of a fuel cell system to which the above-described pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • the pressure regulating valve 100 of FIG. 1 is applied to a polymer solid fuel cell using hydrogen as a fuel.
  • the hydrogen generation facility 20 includes a reaction unit (reaction chamber) 22 that stores a hydrogen reaction substance 21 and generates hydrogen, and a liquid storage unit 24 that stores an aqueous solution 23 for hydrogen generation.
  • the pressure regulating valve 100 is provided in the middle of the supply path 25 for supplying the hydrogen generating aqueous solution 23 from the liquid storage unit 24 to the reaction unit 22, and includes the reaction unit 22 and the negative electrode chamber 2 attached to the power generation unit 1. Connected with hydrogen conduit 3.
  • the hydrogen generation facility 20 generates and supplies the necessary hydrogen by reacting the hydrogen generation aqueous solution 23 with the hydrogen reaction substance 21.
  • the pressure regulating valve 100 has the same configuration as that of the fifth embodiment, and the same reference numerals are assigned to the same members, and duplicate descriptions are omitted.
  • water or an aqueous solution obtained by adding an additive to water is used as the hydrogen generating aqueous solution 23, and water is added as the hydrogen reaction substance 21.
  • examples thereof include metal hydrides that generate hydrogen by decomposition, or those obtained by mixing an additive with this metal hydride. Strong metal hydrides include alkali metals, alkaline earth metals, complex metals and hydrogen compounds, sodium hydride, water Examples include sodium borohydride, sodium aluminum hydride, lithium aluminum hydride, lithium borohydride, lithium hydride, calcium hydride, aluminum hydride, and magnesium hydride.
  • Additives mixed with the metal hydride include solid organic acids or salts thereof, metal chlorides, platinum, gold, copper, nickel, iron, titanium, zirconium, and ruthenium-powered metals and their An alloy or the like can be used, and at least one kind selected from these forces may be used.
  • an accelerator and catalyst for the hydrogen generation reaction are mixed in the metal hydride, so that the reaction speed becomes extremely fast, and when the water is supplied to the metal hydride, the internal pressure of the reaction section can be immediately increased. become able to.
  • the aqueous solution 23 for hydrogen generation it is preferable to use an aqueous solution obtained by mixing water with an organic acid or a salt thereof, an inorganic acid or a salt thereof, and a metal salt in addition to water itself.
  • an aqueous accelerator solution that accelerates the hydrogen generation reaction can be obtained, so that the reaction speed becomes extremely fast, and when the hydrogen generation reaction occurs, the internal pressure of the reaction section can be immediately increased.
  • the substance added to water is not particularly limited, and examples thereof include organic acids or salts thereof, inorganic acids or salts thereof, metal salts, and the like. Examples of acids include sulfuric acid and malic acid. Examples of succinic acid, succinic acid, and metal salts include salts of cobalt, iron chloride, nickel chloride, and platinum group salts.
  • the combination of the hydrogen generating aqueous solution 23 and the hydrogen reaction substance 21 may include a case where the hydrogen generating aqueous solution 23 uses an acid or base aqueous solution and the hydrogen reaction substance 21 is a metal. it can.
  • the hydrogen generating aqueous solution 23 uses an acid or base aqueous solution and the hydrogen reaction substance 21 is a metal.
  • the hydrogen reaction substance 21 is a metal.
  • hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like is used as the acid
  • a base metal is used as the metal applied to these acids.
  • examples of the aqueous base solution include an aqueous sodium hydroxide solution and an aqueous potassium hydroxide solution, and the metal applied to such an aqueous base solution is an amphoteric metal.
  • the pressure on the fuel demand side that is, the pressure in the reaction unit 22 is received outside the first pressure deforming unit 120 of the pressure regulating valve 100, and the outside of the second pressure deforming unit 130 is received.
  • the first flow path 140 is connected to the reaction unit 22 while the second flow path 150 is connected to the liquid storage unit 24 while being arranged to receive a predetermined pressure that is atmospheric pressure.
  • Supply path 25 ⁇ Use it in a connected manner.
  • the pressure regulating valve 100 receives the pressure in the reaction unit 22 communicating with the negative electrode chamber 2 on the outside of the first pressure deformation unit 120, and on the outside of the second pressure deformation unit 130.
  • the first and second pressure deforming portions 120 and 130 move upward in the drawing together with the valve member 170 so that the valve body 172 contacts the partition member 112 and the communication passage 160 is closed.
  • the communication between the first flow path 140 and the second flow path 150 is cut off, and the supply of the hydrogen generating aqueous solution 23 from the liquid storage section 24 to the reaction section 22 is cut off.
  • the power generation unit 1 is connected to a load, power is consumed and hydrogen is consumed, and the pressure in the reaction unit 22 received by the first pressure deforming unit 120 decreases, and the second pressure deforming unit 130 As shown in FIG. 1 (a), the first and second pressure deforming parts 120 and 130 move downward together with the valve member 170 in the figure so that the valve body 172 is moved as shown in FIG.
  • the communication path 160 is opened away from the partition member 112, that is, the first flow path 140 and the second flow path 150 are in communication with each other.
  • the hydrogen generation aqueous solution 23 is supplied from the liquid storage unit 24 to the reaction unit 22 to generate hydrogen, which is supplied to the negative electrode chamber 2. Note that when the pressure in the reaction unit 22 becomes higher than the atmospheric pressure due to the generation of hydrogen, the closed state as described above is obtained.
  • the pressure regulating valve 100 opens the supply path 25 of the aqueous hydrogen generating solution 23 without consuming electric power depending on the pressure state in the reaction unit 22 received by the first pressure deformation unit 120. Closed control can be performed, and operation is performed so that hydrogen can be supplied as the power generation unit 1 generates power. Further, the operating pressure for switching between opening and closing is substantially the pressure received by the second pressure deforming portion 130, in this case, atmospheric pressure.
  • FIG. 8 shows a configuration of an example of a fuel cell system to which the above-described pressure regulating valve of the present invention is applied.
  • the pressure regulating valve 10 in FIG. 0 is applied.
  • FIG. 9 shows a graph showing the change in hydrogen pressure over time.
  • the first and second pressure deformation units 120 and 130 are used. Moves upward in the figure together with the valve member 170 so that the valve body 172 contacts the partition member 112 and the communication path 160 is closed, that is, the first flow path 140 and the second flow path 150 are closed. The communication is cut off, and the supply of the hydrogen generating aqueous solution 23 from the liquid storage unit 24 to the reaction unit 22 is cut off.
  • the first pressure deforming portion 120 is covered with the covering portion 185a of the separating member 185.
  • the pressure on the fuel demand side does not act on the first pressure deformation section 120. For this reason, the influence of the pressure on the fuel demand side after the valve body 172 is closed can be eliminated, and even if the internal pressure of the reaction part 22 changes (becomes high) after the valve body 172 is closed, The internal pressure of the reaction part 22 is not affected by the pressure deformation part 120 of 1.
  • the first pressure deforming portion 120 is formed of an elastic body, the pressure is applied to the first pressure deforming portion 120 after the valve body 172 is closed, so that the first pressure deforming portion 120 stagnates. May occur.
  • the hydrogen generating aqueous solution 23 remaining in the piping path is pushed out, causing further reaction with the hydrogen reaction substance 21 and surplus. May be a reaction. That is, as shown by the dotted line in FIG. 9, there is a risk that the hydrogen pressure may reach a pressure higher than normal (up pressure P).
  • the pressure on the fuel demand side does not act on the first pressure deforming portion 120 after the valve body 172 is closed, so that stagnation occurs in the first pressure deforming portion 120. It is possible to prevent the excessive reaction from occurring. Further, since the hydrogen generating aqueous solution 23 in the piping path is not pushed out, the time until the next liquid feeding is not prolonged. In addition, the first Since it is possible to suppress the stagnation of the pressure deformation portion 120, it is possible to prevent the deterioration more than necessary.
  • the present invention includes, for example, a hydrogen generation facility that decomposes a metal hydride to generate hydrogen, and an industrial field of a fuel cell system that uses hydrogen generated in the hydrogen generation facility as fuel, and particularly consumes power through a small flow path. It can be used in various fields to be controlled without doing so.

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Abstract

燃料需要側の圧力を受けると共に変形可能な第1の圧力変形部120とこの第1の圧力変形部120に相対向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第2の圧力変形部130とを具備する一方、これら第1及び第2の圧力変形部120、130の間の空間内に、第1の流路140と、第2の流路150と、これら第1及び第2の流路140、150を連通する連通路160とを備えると共に、前記連通路160を貫通して前記第1の圧力変形部120と前記第2の圧力変形部130とを連結する連結部171を有すると共に前記連結部171に設けられて前記第2の圧力変形部130側へ移動した際に前記連通路160を閉鎖する弁体172を有する弁部材170を備え、前記燃料需要側の圧力が所定値より低い場合には前記弁体172が前記連通路160を閉鎖しないが、前記燃料需要側の圧力が所定値以上の場合には前記弁体172が前記連通路160を閉鎖するようにした。

Description

明 細 書
圧力調整弁並びにこれを用いた燃料電池システム及び水素発生設備 技術分野
[0001] 本発明は、小型で電力を消費することなく制御可能であり、動作圧力を容易に制御 可能な圧力調整弁に関し、また、これを用いた燃料電池システム及び金属水素化物 を分解して水素を発生させる水素発生設備に関する。
背景技術
[0002] 近年のエネルギー問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がタリー ンな電源が要求されている。燃料電池は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有す る発電機であり、エネルギー効率が高ぐまた、排出ガスに含まれる窒素酸化物ゃ硫 黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバィ スとしての要求に合った極めて有効なデバイスであるといえる。
[0003] このような燃料電池では、燃料としてメタノールや水素が用いられる力 このような燃 料の供給を燃料の消費に応じて連続的に行うために圧力調整弁が必要になるが、燃 料電池の小型化を図るためには、このような圧力調整弁の小型化を図る必要がある。
[0004] また、水素と酸素の電気化学反応により起電力を得る燃料電池では、燃料として水 素が必要となる。水素ガスを生成する設備の例としては、金属水素化物 (水素化ホウ 素塩)を収容した反応容器と、水タンクとを有し、ポンプによって水タンク内の水を反 応容器の金属水素化物に噴出する構造の水素発生設備が知られている(例えば、 特許文献 1参照)。
[0005] このような水素発生設備においても、水素の消費に応じて反応容器内に水を供給 するために、圧力調整弁が必要となり、このような圧力調整弁も同様に小型化を図る 必要がある。
[0006] このような燃料電池システムにおける圧力調整弁としては、燃料極室の圧力と酸素 極室または外気の圧力との差圧を利用して燃料タンクからの燃料の供給量を制御す る制御機構が提案されて ヽる (特許文献 2参照)。
[0007] し力しながら、この文献の圧力調整弁では、差圧で動作する弁体が燃料タンクから の圧力を受けるため、燃料タンクの内圧が一定でなければ正常に動作しないという問 題がある。力かる文献では水素吸蔵合金を用いる燃料電池を想定しているため、水 素脱離圧が一定になる領域があるために大きな問題とはならないかもしれないが、上 述した水素発生設備など、圧力が大きく変化するものでは使用できないという問題が ある。
[0008] なお、このような燃料電池システムや水素発生設備以外にお!、ても、小型で、電力 を供給することなしに制御可能であり、動作圧力の設定が容易な圧力調整弁の出現 が大きく要望されている。
[0009] 特許文献 1 :特開 2002— 137903号公報
特許文献 2:特開 2004 - 31199号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、小型で電力を消費することなく制御可 能であり、動作圧力を容易に制御可能な圧力調整弁、並びにこれを用いた燃料電池 システム及び水素供給設備を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 上記目的を達成するための請求項 1に係る本発明の圧力調整弁は、燃料需要側 の圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの第 1の圧力変形部に相対 向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変形部とを具備 する一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内に、第 1の流路と、第 2の 流路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備えると共に、前記連通路 を貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部とを連結する連結部を有 すると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部側へ移動した際に前記 連通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備え、前記燃料需要側の圧力が所定値よ り低い場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖しないが、前記燃料需要側の圧力が 所定値以上の場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖するようにしたことを特徴とす る。
[0012] これにより、第 1及び第 2の圧力変形部が受ける圧力により弁部材が移動して連通 路の開閉が行われ、また、第 1及び第 2の圧力変形部の間に連通路の開閉により連 通または切断される燃料流体の流路が設けられているので、小型化が容易で、且つ 燃料流体の供給源の圧力の影響を大きく受けることなぐ連通路の開閉を行うことが できる。
[0013] そして、請求項 2に係る本発明の圧力調整弁は、請求項 1に記載の圧力調整弁に おいて、前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形 部との間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部側及び前 記第 2の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通して設け られていることを特徴とする。
[0014] これにより、第 1及び第 2の圧力変形部の間に仕切部材を介して第 1及び第 2の流 路が設けられて 、るので、容易に小型化ができる。
[0015] また、請求項 3に係る本発明の圧力調整弁は、請求項 1もしくは請求項 2に記載の 圧力調整弁において、前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して前記連通路 を閉鎖した際に、前記第 1の圧力変形部と前記燃料需要側とを隔離する隔離部材を 備え、前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変形部への前記燃料 需要側からの圧力を前記隔離部材により遮断することを特徴とする。
[0016] これにより、弁体が連通路を閉鎖した際に第 1の圧力変形部への燃料需要側から の圧力を隔離部材により遮断するので、連通路が閉鎖された時に第 1の圧力変形部 が燃料需要側力もの圧力の影響を受けることがなぐ連通路を閉鎖した状態で第 1の 圧力変形部を安定させることができる。
[0017] 上記目的を達成するための請求項 4に係る本発明の燃料電池システムは、燃料が 供給されるアノードチャンバ一を有する燃料電池システムにお ヽて、燃料需要側の 圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの第 1の圧力変形部に相対向 して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変形部とを具備す る一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内に、第 1の流路と、第 2の流 路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備えると共に、前記連通路を 貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部とを連結する連結部を有す ると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部側へ移動した際に前記連 通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備えた圧力調整弁を具備し、前記第 1及び第 2の流路の ヽずれか一方が、燃料若しくは燃料発生材料カゝらなる燃料流体を供給す る燃料流体の供給源に連通していると共に他方が前記燃料需要側に連通する流路 に連通しており、前記燃料需要側の圧力が所定値より低い場合には前記弁体が前 記連通路を閉鎖しないで前記燃料需要側に連通する流路へ燃料若しくは燃料発生 材料カゝらなる燃料流体を供給するが、前記燃料需要側の圧力が所定値以上の場合 には前記弁体が前記連通路を閉鎖して前記燃料流体の流れを停止するようにしたこ とを特徴とする。
[0018] このため、第 1及び第 2の圧力変形部が受ける圧力により弁部材が移動して連通路 の開閉が行われ、また、第 1及び第 2の圧力変形部の間に連通路の開閉により連通 または切断される燃料流体の流路が設けられているので、小型化が容易で、且つ燃 料流体の供給源の圧力の影響を大きく受けることなぐ連通路の開閉を行うことがで き、アノードチャンバ一への燃料流体の供給を安定して行うことができる。
[0019] そして、請求項 5に係る本発明の燃料電池システムは、請求項 4に記載の燃料電池 システムにおいて、前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の 圧力変形部との間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部 側及び前記第 2の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通 して設けられて 、ることを特徴とする。
[0020] このため、第 1及び第 2の圧力変形部の間に仕切部材を介して第 1及び第 2の流路 が設けられているので、圧力調整弁、ひいては燃料電池システムの小型化を容易に 行うことができる。
[0021] また、請求項 6に係る本発明の燃料電池システムは、請求項 4もしくは請求項 5に記 載の燃料電池システムにお 、て、前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して 前記連通路を閉鎖した際に、前記第 1の圧力変形部と前記燃料需要側とを隔離する 隔離部材を備え、前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変形部へ の前記燃料需要側力もの圧力を前記隔離部材により遮断することを特徴とする。
[0022] このため、弁体が連通路を閉鎖した際に第 1の圧力変形部への燃料需要側力 の 圧力を隔離部材により遮断するので、連通路が閉鎖された時に第 1の圧力変形部が 燃料需要側力もの圧力の影響を受けることがなぐ連通路を閉鎖した状態で第 1の圧 力変形部を安定させることができる。
[0023] また、請求項 7に係る本発明の燃料電池システムは、請求項 4〜請求項 6の 、ずれ か一項に記載の燃料電池システムにお 、て、前記燃料需要側がアノードチャンバ一 であり、前記燃料流体が燃料であると共に水素又はメタノール力 なることを特徴とす る。
[0024] このため、燃料である水素又はメタノールのアノードチャンバ一への供給を、圧力調 整弁を介して安定して行うことができる。
[0025] また、請求項 8に係る本発明の燃料電池システムは、請求項 4〜請求項 6の 、ずれ か一項に記載の燃料電池システムにお 、て、前記燃料需要側は前記アノードチャン バーに燃料を供給する反応チャンバ一であり、前記燃料流体が燃料発生材料である と共に前記反応チャンバ一に収容される水素発生反応物と反応して水素を発生させ る反応流体からなることを特徴とする。
[0026] このため、反応チャンバ一への反応流体の供給を、圧力調整弁を介して安定して 行うことができる。
[0027] また、請求項 9に係る本発明の燃料電池システムは、請求項 4〜請求項 8の 、ずれ か一項に記載の燃料電池システムにおいて、前記第 2の圧力変形部が受ける所定 の圧力は、大気圧、パネ部材による圧力、及び密閉空間に封入された加圧流体から の圧力のいずれか又は 2種以上組み合わせたものであることを特徴とする。
[0028] このため、第 2の圧力変形部への圧力を大気圧、パネ部材による圧力、加圧流体か らの圧力などの所定の圧力に設定することにより、圧力調整弁の動作圧力を容易に 制御可能である。
[0029] 上記目的を達成するための請求項 10に係る本発明の水素発生設備は、水素発生 反応物が収容される反応チャンバ一を有する水素発生設備において、前記反応チヤ ンバー内の圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの第 1の圧力変形 部に相対向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変形部 とを具備する一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内に、第 1の流路と 、第 2の流路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備えると共に、前記 連通路を貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部とを連結する連結 部を有すると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部側へ移動した際 に前記連通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備えた圧力調整弁を具備し、前記 第 1及び第 2の流路のいずれか一方が、前記反応チャンバ一に前記水素発生反応 物と反応して水素を発生させる反応流体を供給する供給源に連通していると共に他 方が前記反応チャンバ一に連通する流路に連通しており、前記反応チャンバ一内の 圧力が所定値より低い場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖しないで前記反応チ ヤンバーに連通する流路に前記反応流体を供給するが、前記反応チャンバ一内の 圧力が所定値以上の場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖して前記反応流体の 流れを停止するようにしたことを特徴とする。
[0030] このため、第 1及び第 2の圧力変形部が受ける圧力により弁部材が移動して連通路 の開閉が行われ、また、第 1及び第 2の圧力変形部の間に連通路の開閉により連通 または切断される燃料流体の流路が設けられているので、小型化が容易で、且つ燃 料流体の供給源の圧力の影響を大きく受けることなぐ連通路の開閉を行うことがで き、反応チャンバ一への反応流体の供給を安定して行うことができる。
[0031] そして、請求項 11に係る本発明の水素発生設備は、請求項 10に記載の水素発生 設備において、前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧 力変形部との間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部側 及び前記第 2の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通し て設けられて ヽることを特徴とする。
[0032] このため、第 1及び第 2の圧力変形部の間に仕切部材を介して第 1及び第 2の流路 が設けられているので、圧力調整弁、ひいては水素発生設備の小型化を容易に行う ことができる。
[0033] また、請求項 12に係る本発明の水素発生設備は、請求項 10もしくは請求項 11に 記載の水素発生設備において、前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して前 記連通路を閉鎖した際に、前記第 1の圧力変形部と前記反応チャンバ一の内とを隔 離する隔離部材を備え、前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変 形部への前記反応チャンバ一内からの圧力を前記隔離部材により遮断することを特 徴とする。
[0034] このため、弁体が連通路を閉鎖した際に第 1の圧力変形部への反応チャンバ一側 力 の圧力を隔離部材により遮断するので、連通路が閉鎖された時に第 1の圧力変 形部が反応チャンバ一内力もの圧力の影響を受けることがなぐ連通路を閉鎖した状 態で第 1の圧力変形部を安定させることができる。
[0035] また、請求項 13に係る本発明の水素発生設備は、請求項 10〜請求項 12のいず れか一項に記載の水素発生設備において、前記第 2の圧力変形部が受ける所定の 圧力は、大気圧、パネ部材による圧力、及び密閉空間に封入された加圧流体からの 圧力のいずれか又は 2種以上組み合わせたものであることを特徴とする。
[0036] このため、第 2の圧力変形部への圧力を大気圧、パネ部材により圧力、加圧流体か らの圧力などの所定の圧力に設定することにより、圧力調整弁の動作圧力を容易に 制御可能である。
発明の効果
[0037] 本発明の圧力調整弁は、小型で電力を消費することなく制御可能であり、動作圧 力を容易に制御可能であり、また、これを用いた燃料電池システム及び水素供給設 備は、小型化を図ることができると共に、電力を消費することなく所定の圧力で燃料 流体を連続的に供給することができるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0038] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る圧力調整弁の概略構成図である。
[図 2]本発明の第 2実施形態に係る圧力調整弁の概略構成図である。
[図 3]本発明の第 3実施形態に係る圧力調整弁の概略構成図である。
[図 4]本発明の第 4実施形態に係る圧力調整弁の概略構成図である。
[図 5]本発明の第 5実施形態に係る圧力調整弁の概略構成図である。
[図 6]本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例を示す構成図である
[図 7]本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例を示す構成図である
[図 8]本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例を示す構成図である [図 9]本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの水素圧の経時変化を表す グラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0039] (第 1実施形態)
図 1には、本発明の第 1実施形態に係る圧力調整弁の概略構成を示してある。
[0040] 図 1に示すように、圧力調整弁 100は、基体 110に設けられた貫通部 111の基体 1 10の厚さ方向両側を塞ぐように、可撓性のシートからなり厚さ方向に変形可能な第 1 の圧力変形部 120及び第 2の圧力変形部 130が設けられている。また、貫通部 111 の第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130の間の空間は、基体 110の厚さ方向の中 間に設けられた仕切部材 112により区画され、第 1の圧力変形部 120側が第 1の流 路 140、第 2の圧力変形部 130側が第 2の流路 150となり、それぞれ基体 110の平面 方向に延設されており、これら第 1の流路 140と第 2の流路 150とは、仕切部材 112 に設けられた貫通孔 113からなる連通路 160を介して連通されて 、る。
[0041] また、貫通部 111の第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130の間の空間には、第 1 及び第 2の圧力変形部 120及び 130に連結された状態でこれら第 1及び第 2の圧力 変形部 120及び 130と共に図中上下方向に移動する弁部材 170が設けられている。 弁部材 170は、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130を連結すると共に連通路 16 0を貫通して配置された連結部 171と連結部 171の第 1の圧力変形部 120側に設け られて連通路 160を開閉可能な弁体 172とを具備する。
[0042] ここで、基体 110に設けられた貫通部 111の形状は特に限定されないが、第 1及び 第 2の圧力変形部 120及び 130の変形の容易さや耐久性を考慮すれば、円筒形状 が好ましぐ本実施形態では円筒形状とした。また、仕切部材 112に設けられた貫通 孔 113の形状も特に限定されず、断面形状が円形、矩形であってもよいが、本実施 形態では、断面円形の貫通孔 113とした。さらに、弁部材 170の連結部 171及び弁 体 172の形状も特に限定されないが、本実施形態では、円筒棒状の連結部 171〖こ 円盤状の弁体 172がー体的に設けられた形状とした。
[0043] また、基体 110、仕切部材 112の材質も特に限定されず、小型化が容易で接触す る流体等に対して耐久性のある材質を用いればよいが、製造の容易さやコスト面を考 慮すると、各種プラスチックを用いるのが好ましい。一方、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130は、圧力を受けて変形可能であり、接触する流体等を透過せず且つ耐 久性のある材質であれば、特に限定されないが、製造の容易さやコスト面を考慮する と、各種プラスチックシートを用いることが可能である。
[0044] なお、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130と弁部材 170との連結は接着や熱 融着、超音波などを使用した溶着などを用いて行えばよい。また、図示では、第 1及 び第 2の圧力変形部 120及び 130の内側に弁部材 170を接合した状態となって 、る 力 例えば、弁体 172の外縁部に第 1の圧力変形部 120が接合されるように設けても よい。また、連通路 160には連結部 171が貫通状態で存在するので、第 1の流路 14 0と第 2の流路 150とを連通する差異の流路抵抗を考慮して貫通孔 113及び連結部 171の寸法を設計する必要があることはいうまでもない。
[0045] このような圧力調整弁 100の動作を以下に説明する。
[0046] 圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120の外側に燃料需要側の圧力を受け、第 2の圧力変形部 130の外側に、例えば、大気圧などの所定の圧力を受けるように配 置し、且つ第 1及び第 2の流路 140及び 150のいずれか一方を、燃料や燃料発生材 料の供給源へ連通する流路に連結すると共に、他方を燃料供給対象である燃料需 要側への流路へ連結して使用する。
[0047] このような使用状態において、第 1の圧力変形部 120が受ける燃料需要側の圧力 力 第 2の圧力変形部 130が受ける大気圧より高い状態においては、図 1 (b)に示す ように、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130は弁部材 170と共に図中上方に移 動して弁体 172が仕切部材 112に当接して連通路 160が閉じられた状態、すなわち 、第 1の流路 140と第 2の流路 150との連通が遮断された状態となる。
[0048] 一方、第 1の圧力変形部 120が受ける燃料需要側の圧力が、第 2の圧力変形部 13 0が受ける大気圧より低い状態となると、図 1 (a)に示すように、第 1及び第 2の圧力変 形部 120及び 130は弁部材 170と共に図中下方に移動して弁体 172が仕切部材 11 2から離間して連通路 160が開かれた状態、すなわち、第 1の流路 140と第 2の流路 150とが連通された状態となる。この結果、第 1及び第 2の流路 140及び 150のいず れか一方に連結された燃料や燃料発生材料の供給源から、燃料供給対象である燃 料需要側へ、燃料や燃料発生材料が供給されることになり、この供給により燃料需要 側の圧力が大気圧より高くなると、上述したとおりの閉状態となる。なお、連通路 160 が開状態となったとき、燃料や燃料発生材料が供給されるためには、供給源側の圧 力が供給対象側の圧力より高い必要があることは勿論である。
[0049] このように、圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120が受ける燃料需要側の圧力 の状態によって、すなわち、電力を消費することなぐ開閉制御を行うことができ、開 閉の切替を行う動作圧力は、ほぼ第 2の圧力変形部 130が受ける圧力、この場合に は大気圧となる。なお、ここで、動作圧力をほぼ大気圧としたのは、第 1及び第 2の流 路 140及び 150の何れに燃料等の供給源を接続するかでも異なるが、例えば、第 2 の流路 150側に供給源を接続した場合、図 1 (b)の閉状態において連通路 160内に 存在する弁体 172の内側に供給源の圧力が力かることになる。この圧力は圧力を受 ける面積が小さいこともあり、開閉動作には殆ど影響しないことが確認されているが、 実際にはこのような圧力の影響も考慮して設計する必要がある。また、実際の動作圧 力は、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130のそれぞれの面積によっても異なる ことはいうまでもないが、何れにしても、設計により動作圧力を設定すれば、電力を消 費することなぐ圧力変化に応じて動作することになる。
[0050] また、本実施形態の圧力調整弁 100では、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 13 0の間の空間に第 1及び第 2の流路 140及び 150を設けたので、小型化が図れると いう利点がある。なお、第 1及び第 2の流路 140及び 150の配置は、本実施形態では 、仕切部材 112の両側に設けたが、例えば、両方を仕切部材の一方側の、図中、弁 部材 170の左右側に配置して、連通路 160を介して連通するようにすることも可能で ある。
[0051] (第 2実施形態)
図 2には、第 2実施形態に係る圧力調整弁の概略構成を示してある。なお、第 1実 施形態と同一又は同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略 する。
[0052] 図 2に示すように、圧力調整弁 100Aは、弁部材 170A及び仕切部材 112Aの貫通 孔 113Aの形状が異なる以外は第 1実施形態と基本的な構成は同一である。
[0053] 弁部材 170Aは、連結部 171Aの途中に円錐形状の弁体 172Aを設け、弁体 172 Aのテーパ部で連通路 160を閉じる構成としたものである。よって、図中下端の円盤 部 173Aは必ずしも設ける必要はないが、第 1の圧力変形部 120との連結面積が大 きくなるので、耐久性が良好になる利点がある。よって、このような円盤部 173Aを連 結部 171 Aの上端の第 2の圧力変形部 130との接合部に設けてもょ 、。
[0054] 一方、仕切部材 112Aには、テーパ状の弁体 172Aと嵌合するテーパ形状の貫通 孔 113Aが設けられている。これにより、弁体 172Aと貫通孔 113Aとの接触面積が 大きくなり、連通路 160の閉状態を安定化させることができるが、第 1実施形態のよう なストレート状態の貫通孔としてもよ 、ことは 、うまでもな!/、。
[0055] このような圧力調整弁 100Aの使い方及び動作は上述した第 1実施形態と同一で ある力 説明は省略する。
[0056] (第 3実施形態)
図 3には、第 3実施形態に係る圧力調整弁の概略構成を示してある。なお、第 1実 施形態と同一又は同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略 する。
[0057] 図 3に示すように、圧力調整弁 100Bは、第 2の圧力変形部 130に大気圧の他、圧 力付加手段 180のパネ部材 181からの圧力が付加されるようになっている以外は第 1実施形態と基本的な構成は同一である。ここで、圧力付加手段 180のパネ部材 18 1は、基体 110から貫通部 111内に突出するように設けられた支持部 182と第 2の圧 力変形部 130の連結部 171に対向する領域との間に介装されたものであり、弁部材 170を常に開方向に付勢するパネ力を有するものでも、閉方向に引つ張るパネ力を 有するちのとしてちよい。
[0058] このように圧力付加手段 180を設けることにより、動作圧力を大気圧力も変更するこ とができる。例えば、パネ部材 181が弁部材 170を開方向に付勢するパネ力を有す る場合には、第 2の圧力変形部 130に常にパネ部材カものパネ力が加圧されるので 、大気圧より高圧状態まで開状態となる。すなわち、燃料需要側の圧力を大気圧より 高圧に保持するように動作することができることになる。 [0059] 一方、パネ部材 181が弁部材 170を閉方向に引っ張るパネ力を有する場合には、 逆に大気圧より低圧で動作することになる。
[0060] (第 4実施形態)
図 4には、第 4実施形態に係る圧力調整弁の概略構成を示してある。なお、第 1実 施形態と同一又は同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略 する。
[0061] 図 4に示すように、圧力調整弁 100Cは、第 2の圧力変形部 130に圧力設定手段 1 90の加圧室 191内の気体の圧力が付加されるようになって 、る以外は第 1実施形態 と基本的な構成は同一である。ここで、圧力設定手段 190の加圧室 191は、壁部材 1 92と第 2の圧力変形部 130との間に設けられたものであり、例えば、圧縮空気などの 加圧気体が封入されている。
[0062] このように圧力設定手段 190を設けて加圧室 191内の圧力を適宜設定することによ り、動作圧力を、例えば、大気圧より高い圧力に設定することができる。すなわち、第 2の圧力変形部 130に常に加圧室 191内の圧力が付加されて 、るので、燃料需要 側がこの圧力より高い圧力となった状態で閉状態となる。すなわち、加圧室 191内の 圧力を大気圧より高圧とすることで、燃料需要側の圧力をその圧力に保持するよう〖こ 動作させることができること〖こなる。
[0063] なお、加圧室 191内の圧力を大気圧より低い減圧状態とすると、大気圧より低圧で 動作することになることは!、うまでもな!/、。
[0064] (第 5実施形態)
図 5には、第 5実施形態に係る圧力調整弁の概略構成を示してある。なお、第 1実 施形態と同一又は同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略 する。
[0065] 図 5に示すように、圧力調整弁 100には、第 1の圧力変形部 120を挟んで弁体 172 の下側には隔離部材 185が設けられている。その他の構成は第 1実施形態例と同一 である。
[0066] 隔離部材 185は、弁体 172の下側面に取り付けられる基部 185bと、基部 185bに 連続して設けられた板状の被覆部 185aとから構成されている。基部 185bの上下方 向の長さは、弁体 172が図中上方に移動して連通路 160を閉じた状態で、被覆部 1 85aが基体 110の貫通部 111の周縁に当接するように設定されている。また、被覆部 185aの大きさは、貫通部 111の周縁よりも大きく設定されている。そして、隔離部材 1 85 (基部 185b及び被覆部 185a)はゴム等の弾性部材で形成されている。
[0067] 第 1の圧力変形部 120が受ける燃料需要側の圧力が、第 2の圧力変形部 130が受 ける大気圧より高い状態の時に、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130と共に弁 部材 170が図中上方に移動して弁体 172が連通路 160を閉じると、貫通部 111の周 縁に隔離部材 185の被覆部 185aが当接する。これにより、連通路 160が閉じられた 際に第 1の圧力変形部 120が隔離部材 185の被覆部 185aで覆われ、燃料需要側 の圧力が第 1の圧力変形部 120に働くことがなくなる。このため、弁体 172の閉じた後 の燃料需要側の圧力の影響をなくすことができる。
[0068] 尚、基部 185bの上下方向の長さを短めに設定し、被覆部 185aが基体 110の貫通 部 111の周縁に当接した時に橈ませるようにすることも可能である。このようにすると、 基部 185bの上下方向の長さにばらつきが生じていても、被覆部 185aの貫通部 111 の周縁への当接を確実に行うことができる。
[0069] (第 6実施形態)
図 6には、以上説明した本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例 の構成を示す。なお、この実施形態は、図 1の圧力調整弁 100を、水素を燃料とする 高分子固体型燃料電池に適用したものである。
[0070] この燃料電池システムは、水素と酸素とを電気化学反応して発電する高分子固体 型燃料電池の発電部 1と、この発電部 1に供給する水素を一時的に貯留する負極室 (アノードチャンバ一) 2と、水素貯蔵合金や水素ボンベなど力 なると共に負極室 2 に水素を供給する水素貯蔵部 10とを具備し、負極室 2と水素貯蔵部 10との間の水 素導管 3の途中に圧力調整弁 100を設けたものである。
[0071] 圧力調整弁 100は、上述したとおり、基体 110に設けられた貫通部 111の基体 110 の厚さ方向両側を塞ぐように、可撓性のシートからなる第 1の圧力変形部 120及び第 2の圧力変形部 130が設けられており、貫通部 111の第 1及び第 2の圧力変形部 12 0及び 130の間の空間は、基体 110の厚さ方向の中間に設けられた仕切部材 112に より区画され、第 1の圧力変形部 120側が第 1の流路 140、第 2の圧力変形部 130側 が第 2の流路 150となり、それぞれ基体 110の平面方向に延設されており、これら第 1の流路 140と第 2の流路 150とは、仕切部材 112に設けられた貫通孔 113からなる 連通路 160を介して連通されている。また、貫通部 111の第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130の間の空間には、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130に連結され た状態でこれら第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130と共に図中左右方向に移動 する弁部材 170が設けられており、弁部材 170は、第 1及び第 2の圧力変形部 120 及び 130を連結すると共に連通路 160を貫通して配置された連結部 171と連結部 1 71の第 1の圧力変形部 120側に設けられて連通路 160を開閉可能な弁体 172とを 具備する。
[0072] そして、本実施形態では、圧力調整弁 100の第 1の圧力変形部 120の外側に燃料 需要側、すなわち、負極室 2内の圧力を受け、第 2の圧力変形部 130の外側に、大 気圧である所定の圧力を受けるように配置し、且つ第 1の流路 140を負極室 2に連通 させる一方、第 2の流路 150を水素貯蔵部 10へ連通する流路である水素導管 3に連 結するようにして使用して 、る。
[0073] このような構成により、圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120の外側に負極室 2内の圧力を受け、第 2の圧力変形部 130の外側に大気圧を受けるように配置されて いるので、第 1の圧力変形部 120が受ける負極室 2内の圧力が、第 2の圧力変形部 1 30が受ける大気圧より高い状態においては、図 1 (b)に示すように、第 1及び第 2の 圧力変形部 120及び 130は弁部材 170と共に図中上方(図 5中左方)に移動して弁 体 172が仕切部材 112に当接して連通路 160が閉じられた状態、すなわち、第 1の 流路 140と第 2の流路 150との連通が遮断された状態となり、水素貯蔵部 10から負 極室 2への水素の供給が遮断される。
[0074] 一方、発電部 1が負荷に接続されて電力が消費されて水素が消費され、第 1の圧 力変形部 120が受ける負極室 2内の圧力が下がり、第 2の圧力変形部 130が受ける 大気圧より低い状態となると、図 1 (a)に示すように、第 1及び第 2の圧力変形部 120 及び 130は弁部材 170と共に図中下方(図 5中右方)に移動して弁体 172が仕切部 材 112から離間して連通路 160が開かれた状態、すなわち、第 1の流路 140と第 2の 流路 150とが連通された状態となる。この結果、水素貯蔵部 10から水素が負極室 2 へ供給されることになる。なお、この水素の供給により負極室 2内の圧力が大気圧より 高くなると、上述したとおりの閉状態となる。
[0075] このように、圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120が受ける負極室 2内の圧力 の状態によって、電力を消費することなぐ水素の供給路である水素導管 3の開閉制 御を行うことができ、発電部 1の発電に伴って水素を供給することができるように動作 する。また、開閉の切替を行う動作圧力は、ほぼ第 2の圧力変形部 130が受ける圧力 、この場合には大気圧となる。
[0076] なお、圧力調整弁 100の代わりに上述した他の実施形態の圧力調整弁を採用する ことが可能なことは 、うまでもな!/、。
[0077] (第 7実施形態)
図 7には、以上説明した本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例 の構成を示す。なお、この実施形態は、図 1の圧力調整弁 100を、水素を燃料とする 高分子固体型燃料電池に適用したものである。
[0078] この燃料電池システムは、水素供給部として、水素発生設備 20を採用したものであ る。水素発生設備 20は、水素反応用物質 21を格納し、水素を発生させる部位である 反応部 (反応チャンバ一) 22と、水素発生用水溶液 23を貯蔵する液体貯蔵部 24とを 具備するものであり、圧力調整弁 100は、液体貯蔵部 24から反応部 22へ水素発生 用水溶液 23を供給する供給路 25の途中に設け、反応部 22と、発電部 1に付設され た負極室 2とを水素導管 3で連結したものである。
[0079] かかる水素発生設備 20は、水素発生用水溶液 23と水素反応用物質 21とを反応さ せて必要な水素を生成して供給するものである。なお、圧力調整弁 100は第 5実施 形態と同様な構成であり、同一部材に同一符号を付して重複する説明は省略する。
[0080] ここで、水素発生用水溶液 23と水素反応用物質 21との組み合わせとしては、水素 発生用水溶液 23として水又は水に添加物を添加した水溶液を用い、水素反応用物 質 21として加水分解により水素を発生する金属水素化物又はこの金属水素化物に 添加物を混合したものを用いるものが挙げられる。力かる金属水素化物としては、ァ ルカリ金属、アルカリ土類金属、錯金属と水素の化合物であり、水素化ナトリウム、水 素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水 素化ホウ素リチウム、水素化リチウム、水素化カルシウム、水素化アルミニウム、水素 化マグネシウムなどが挙げられる。また、金属水素化物に混合する添加物としては、 固体の有機酸もしくはその塩、金属塩化物、又は、白金、金、銅、ニッケル、鉄、チタ ン、ジルコニウム、及びルテニウム力 なる金属及びこれらの合金などを挙げることが でき、これら力も選択される少なくとも一種を用いればよい。これにより、金属水素化 物中に水素発生反応の促進剤や触媒が混合されるため、反応速度が極めて速くなり 、水が金属水素化物に供給されると反応部内圧を即座に上昇させる事ができるよう になる。
[0081] 一方、水素発生用水溶液 23としては、水そのものの他、水に、有機酸もしくはその 塩、無機酸もしくはその塩、金属塩ィ匕物を混合した水溶液を用いるのが好ましい。こ れにより、水素発生反応を促進させる促進剤水溶液を得る事ができるため、反応速 度が極めて速くなり、水素発生反応が起きると反応部内圧を即座に上昇させる事が できるようになる。このような水に添加される物質としては特に限定されないが、有機 酸もしくはその塩、無機酸もしくはその塩、金属塩ィ匕物などを挙げることができ、例え ば、酸としては硫酸、リンゴ酸、クェン酸、コハク酸、金属塩ィ匕物としては塩ィ匕コバルト 、塩化鉄、塩化ニッケル、白金族の塩ィ匕物などを挙げることができる。
[0082] さらに、水素発生用水溶液 23と水素反応用物質 21との組み合わせとしては、水素 発生用水溶液 23が酸もしくは塩基水溶液を用 ヽ、水素反応用物質 21が金属である 場合を挙げることができる。ここで、好ましくは、酸として塩酸、硫酸などを用い、これ らの酸に適用する金属は卑金属を用いる。一方、塩基水溶液としては、水酸化ナトリ ゥム水溶液、水酸ィ匕カリウム水溶液を挙げることができ、このような塩基水溶液に適用 する金属は両性金属である。これらを混合する事により、速い速度で水素を得る事が でさるよう〖こなる。
[0083] そして、本実施形態では、圧力調整弁 100の第 1の圧力変形部 120の外側に燃料 需要側、すなわち、反応部 22内の圧力を受け、第 2の圧力変形部 130の外側に、大 気圧である所定の圧力を受けるように配置し、且つ第 1の流路 140を反応部 22に連 通させる一方、第 2の流路 150を液体貯蔵部 24へ連通する流路である供給路 25〖こ 連結するようにして使用して 、る。
[0084] このような構成により、圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120の外側に負極室 2に連通する反応部 22内の圧力を受け、第 2の圧力変形部 130の外側に大気圧を 受けるように配置されているので、第 1の圧力変形部 120が受ける反応部 22内の圧 力が、第 2の圧力変形部 130が受ける大気圧より高い状態においては、図 1 (b)に示 すように、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130は弁部材 170と共に図中上方に 移動して弁体 172が仕切部材 112に当接して連通路 160が閉じられた状態、すなわ ち、第 1の流路 140と第 2の流路 150との連通が遮断された状態となり、液体貯蔵部 2 4から反応部 22への水素発生用水溶液 23の供給が遮断される。
[0085] 一方、発電部 1が負荷に接続されて電力が消費されて水素が消費され、第 1の圧 力変形部 120が受ける反応部 22内の圧力が下がり、第 2の圧力変形部 130が受け る大気圧より低い状態となると、図 1 (a)に示すように、第 1及び第 2の圧力変形部 12 0及び 130は弁部材 170と共に図中下方に移動して弁体 172が仕切部材 112から 離間して連通路 160が開かれた状態、すなわち、第 1の流路 140と第 2の流路 150と が連通された状態となる。この結果、液体貯蔵部 24から水素発生用水溶液 23が反 応部 22へ供給され、水素が発生され、この水素が負極室 2に供給される。なお、この 水素の発生により反応部 22内の圧力が大気圧より高くなると、上述したとおりの閉状 態となる。
[0086] このように、圧力調整弁 100は、第 1の圧力変形部 120が受ける反応部 22内の圧 力の状態によって、電力を消費することなぐ水素発生用水溶液 23の供給路 25の開 閉制御を行うことができ、発電部 1の発電に伴って水素を供給することができるように 動作する。また、開閉の切替を行う動作圧力は、ほぼ第 2の圧力変形部 130が受ける 圧力、この場合には大気圧となる。
[0087] なお、圧力調整弁 100の代わりに上述した他の実施形態の圧力調整弁を採用する ことが可能なことは 、うまでもな!/、。
[0088] (第 8実施形態)
図 8には、以上説明した本発明の圧力調整弁を適用した燃料電池システムの一例 の構成を示す。なお、この実施形態は、図 7のシステムに対して図 5の圧力調整弁 10 0を適用したものである。また、図 9には、水素圧の経時変化を表すグラフを示してあ る。
[0089] 第 1の圧力変形部 120が受ける反応部 22内の圧力が、第 2の圧力変形部 130が受 ける大気圧より高い状態においては、第 1及び第 2の圧力変形部 120及び 130は弁 部材 170と共に図中上方に移動して弁体 172が仕切部材 112に当接して連通路 16 0が閉じられた状態、すなわち、第 1の流路 140と第 2の流路 150との連通が遮断さ れた状態となり、液体貯蔵部 24から反応部 22への水素発生用水溶液 23の供給が 遮断される。
[0090] この時、貫通部 111の周縁に隔離部材 185の被覆部 185aが当接し、連通路 160 が閉じられた際に第 1の圧力変形部 120が隔離部材 185の被覆部 185aで覆われ、 燃料需要側の圧力が第 1の圧力変形部 120に働くことがなくなる。このため、弁体 17 2が閉じた後の燃料需要側の圧力の影響をなくすことができ、弁体 172が閉じた後に 反応部 22の内圧が変化しても(高くなつても)、第 1の圧力変形部 120に反応部 22の 内圧影響は及ばない。
[0091] 第 1の圧力変形部 120は弾性体で形成されているので、弁体 172の閉じた後に第 1の圧力変形部 120に圧力が加わることにより第 1の圧力変形部 120に橈みが発生 することが考えられる。弁体 172の閉じた後に第 1の圧力変形部 120に橈みが発生 すると配管経路内に残っていた水素発生用水溶液 23が押し出されて水素反応用物 質 21と更なる反応が生じて余剰反応となる場合がある。即ち、図 9に点線で示すよう に、通常より高 、圧力まで (増加圧力 P)まで水素圧が到達する虞がある。
[0092] また、次の送液の際に配管経路内に水素発生用水溶液 23が満たされるまでの時 間が必要になり、実際の送液までの時間が長くなつて応答性が悪くなる虞がある。即 ち、図 9に点線で示すように、通常より高い水素圧力の時刻が時間 tだけ遅くなる虞が ある。
[0093] 上述した実施形態例では、弁体 172が閉じた後に燃料需要側の圧力が第 1の圧力 変形部 120に働くことがないので、第 1の圧力変形部 120に橈みが発生することがな ぐ余剰反応を防止することができる。また、配管経路内の水素発生用水溶液 23が 押し出されることがないので、次の送液までの時間が長くなることがない。更に、第 1 の圧力変形部 120の橈みを抑制できるので、必要以上の劣化を防止することができ る。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生設備及び 水素発生設備で発生した水素を燃料とする燃料電池システムの産業分野の他、特 に小さい流路を電力を消費することなく制御する各種分野で利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 燃料需要側の圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの第 1の圧力 変形部に相対向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変 形部とを具備する一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内に、第 1の流 路と、第 2の流路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備えると共に、 前記連通路を貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部とを連結する 連結部を有すると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部側へ移動し た際に前記連通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備え、
前記燃料需要側の圧力が所定値より低い場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖 しないが、前記燃料需要側の圧力が所定値以上の場合には前記弁体が前記連通路 を閉鎖するようにしたことを特徴とする圧力調整弁。
[2] 請求項 1に記載の圧力調整弁において、
前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部との 間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部側及び前記第 2 の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通して設けられて Vヽることを特徴とする圧力調整弁。
[3] 請求項 1もしくは請求項 2に記載の圧力調整弁にぉ 、て、
前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して前記連通路を閉鎖した際に、前 記第 1の圧力変形部と前記燃料需要側とを隔離する隔離部材を備え、
前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変形部への前記燃料需要 側力 の圧力を前記隔離部材により遮断することを特徴とする圧力調整弁。
[4] 燃料が供給されるアノードチャンバ一を有する燃料電池システムにお 、て、
燃料需要側の圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの第 1の圧力 変形部に相対向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変 形部とを具備する一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内に、第 1の流 路と、第 2の流路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備えると共に、 前記連通路を貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部とを連結する 連結部を有すると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部側へ移動し た際に前記連通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備えた圧力調整弁を具備し、 前記第 1及び第 2の流路のいずれか一方が、燃料若しくは燃料発生材料からなる 燃料流体を供給する燃料流体の供給源に連通していると共に他方が前記燃料需要 側に連通する流路に連通しており、
前記燃料需要側の圧力が所定値より低い場合には前記弁体が前記連通路を閉鎖 しな ヽで前記燃料需要側に連通する流路へ燃料若しくは燃料発生材料カゝらなる燃 料流体を供給するが、前記燃料需要側の圧力が所定値以上の場合には前記弁体 が前記連通路を閉鎖して前記燃料流体の流れを停止するようにしたことを特徴とする 燃料電池システム。
[5] 請求項 4に記載の燃料電池システムにお ヽて、
前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部との 間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部側及び前記第 2 の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通して設けられて V、ることを特徴とする燃料電池システム。
[6] 請求項 4もしくは請求項 5に記載の燃料電池システムにお 、て、
前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して前記連通路を閉鎖した際に、前 記第 1の圧力変形部と前記燃料需要側とを隔離する隔離部材を備え、
前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変形部への前記燃料需要 側からの圧力を前記隔離部材により遮断することを特徴とする燃料電池システム。
[7] 請求項 4〜請求項 6の 、ずれか一項に記載の燃料電池システムにお 、て、
前記燃料需要側がアノードチャンバ一であり、
前記燃料流体が燃料であると共に水素又はメタノール力 なることを特徴とする燃 料電池システム。
[8] 請求項 4〜請求項 6の 、ずれか一項に記載の燃料電池システムにお 、て、
前記燃料需要側は前記アノードチャンバ一に燃料を供給する反応チャンバ一であ り、前記燃料流体が燃料発生材料であると共に前記反応チャンバ一に収容される水 素発生反応物と反応して水素を発生させる反応流体からなることを特徴とする燃料 電池システム。
[9] 請求項 4〜請求項 8の 、ずれか一項に記載の燃料電池システムにお 、て、 前記第 2の圧力変形部が受ける所定の圧力は、大気圧、パネ部材による圧力、及 び密閉空間に封入された加圧流体からの圧力のいずれか又は 2種以上組み合わせ たものであることを特徴とする燃料電池システム。
[10] 水素発生反応物が収容される反応チャンバ一を有する水素発生設備において、 前記反応チャンバ一内の圧力を受けると共に変形可能な第 1の圧力変形部とこの 第 1の圧力変形部に相対向して設けられて所定の圧力を受けると共に変形可能な第 2の圧力変形部とを具備する一方、これら第 1及び第 2の圧力変形部の間の空間内 に、第 1の流路と、第 2の流路と、これら第 1及び第 2の流路を連通する連通路とを備 えると共に、前記連通路を貫通して前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部 とを連結する連結部を有すると共に前記連結部に設けられて前記第 2の圧力変形部 側へ移動した際に前記連通路を閉鎖する弁体を有する弁部材を備えた圧力調整弁 を具備し、
前記第 1及び第 2の流路のいずれか一方が、前記反応チャンバ一に前記水素発生 反応物と反応して水素を発生させる反応流体を供給する供給源に連通していると共 に他方が前記反応チャンバ一に連通する流路に連通しており、
前記反応チャンバ一内の圧力が所定値より低い場合には前記弁体が前記連通路 を閉鎖しないで前記反応チャンバ一に連通する流路に前記反応流体を供給するが 、前記反応チャンバ一内の圧力が所定値以上の場合には前記弁体が前記連通路を 閉鎖して前記反応流体の流れを停止するようにしたことを特徴とする水素発生設備。
[11] 請求項 10に記載の水素発生設備において、
前記第 1及び第 2の流路は、前記第 1の圧力変形部と前記第 2の圧力変形部との 間に設けられた仕切部材を介してそれぞれ前記第 1の圧力変形部側及び前記第 2 の圧力変形部側に設けられ、前記仕切部材には前記連通路が貫通して設けられて Vヽることを特徴とする水素発生設備。
[12] 請求項 10もしくは請求項 11に記載の水素発生設備にぉ 、て、
前記弁体が前記第 2の圧力変形部側へ移動して前記連通路を閉鎖した際に、前 記第 1の圧力変形部と前記反応チャンバ一の内とを隔離する隔離部材を備え、 前記弁体が前記連通路を閉鎖した際に前記第 1の圧力変形部への前記反応チヤ ンバー内からの圧力を前記隔離部材により遮断することを特徴とする水素発生設備 請求項 10〜請求項 12のいずれか一項に記載の水素発生設備において、 前記第 2の圧力変形部が受ける所定の圧力は、大気圧、パネ部材による圧力、及 び密閉空間に封入された加圧流体からの圧力のいずれか又は 2種以上組み合わせ たものであることを特徴とする水素発生設備。
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