特許 5779900 逆止弁、燃料電池システム、及びポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5779900

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】逆止弁、燃料電池システム、及びポンプ

(51)【国際特許分類】

   F16K 15/14 20060101AFI20150827BHJP

   H01M 8/04 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F16K15/14 A

   H01M8/04 N

   H01M8/04 L

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-29685(P2011-29685)

(22)【出願日】2011年2月15日

(65)【公開番号】特開2012-167751(P2012-167751A)

(43)【公開日】2012年9月6日

【審査請求日】2013年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川村 憲一郎

(72)【発明者】

【氏名】宮本 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】山口 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】久保 亮一

(72)【発明者】

【氏名】杉山 雄志

(72)【発明者】

【氏名】三好 賢治

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０１３９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／１２３１７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−３０６８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３７５７８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １５／００−１５／２０

Ｈ０１Ｍ ８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の空間と第２の空間とを隔てるとともに、第１の空間から第２の空間へ流体を通すための開口部が形成された隔壁と、
前記第２の空間と前記第１の空間との差圧により前記隔壁に当接して、前記第２の空間から前記第１の空間への流体の流出を遮断する弁部と、を備え、
前記隔壁には、前記弁部と対向する位置で部分的にへこむように凹部が形成され、前記弁部に向かって突出する第１の突出部が前記凹部の前記弁部と対向する面に設けられ、
前記第１の突出部は、半球状の形状を有し、複数設けられている、
逆止弁。

【請求項2】

前記弁部は、棒状の軸部と前記軸部の片端から前記軸部の外側へ折り返してなる傘カバー状の弁体部とを有する傘状であり、
前記弁体部の材質は、弾性部材であり、
前記第１の突出部は、前記凹部の前記弁体部と対向する面に設けられ、
前記弁体部は、前記第２の空間と前記第１の空間との差圧により弾性変形して前記隔壁に当接する、請求項１に記載の逆止弁。

【請求項3】

前記第１の突出部は、高さをｈ、直径をφで表したとき、ｈ／φ≧０．５の関係式を満たす、請求項１又は２に記載の逆止弁。

【請求項4】

前記凹部は、前記第１の空間から前記第２の空間へ流体を通すための孔部を有する、請求項１から３のいずれかに記載の逆止弁。

【請求項5】

前記隔壁は、前記凹部の前記弁部と対向する面における前記第１の突出部より内側に、前記弁部に向かって突出する第２の突出部が設けられた、請求項１から４のいずれかに記載の逆止弁。

【請求項6】

前記第２の突出部の高さは、前記第１の突出部の高さより高い、請求項５に記載の逆止弁。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載の逆止弁と、
前記逆止弁に接続され、前記逆止弁を介して空気が内部に流入する燃料貯蔵部と、
前記燃料貯蔵部に接続され、前記燃料貯蔵部の内部から燃料を吸引するポンプと、を備える燃料電池システム。

【請求項8】

請求項１から６のいずれかに記載の逆止弁を備えるポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体通路を閉塞または開通させる逆止弁、この逆止弁を備える燃料電池システム、及びこの逆止弁を備えるポンプに関するものである。

【背景技術】

【0002】

流体通路内に配設する逆止弁として、弁体部の弾性変形により流体通路を閉塞または開通させる逆止弁が従来から提案されている。また、このような逆止弁は特許文献１にも開示されている。

【0003】

図１（Ａ）は、従来の第１の逆止弁の弁開時の側面断面図であり、図１（Ｂ）は、従来の第１の逆止弁の弁閉時の側面断面図である。第１の逆止弁１０９は、図１（Ａ）に示すように、傘状の弁部５０と、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とを隔てる隔壁４１と、を備える。第１の逆止弁１０９は、燃料（例えばメタノール）を貯蔵する燃料カートリッジに取り付けられ、燃料カートリッジ内の内圧が大気圧以下にならないよう、弁を開いて内圧を調整する。

【0004】

隔壁４１には、第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２へ圧力を開放するための開口部４２が形成されている。さらに、隔壁４１は、開口部４２を取り囲み且つ弁体部５３に対向する位置に弁座面４６を有している。隔壁４１の材質は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂である。

【0005】

弁部５０は、棒状の軸部５２と、軸部５２の一端から外側に折り返されてなる傘カバー状の弁体部５３と、軸部５２と弁体部５３の付け根に位置し、弁体部５３が弁座面４６に密着したときに、隔壁４１における開口部４２周縁に当接して弁部５０の姿勢を保持させる保持部５４と、を有する。弁部５０の材質は、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。

【0006】

ここで、上述の燃料カートリッジが高温となった場合、燃料カートリッジ内において流体の蒸気圧が急激に上昇し、第２の空間Ｓ２と第１の空間Ｓ１とに差圧が生じる。この場合、弁体部５３は、第２の空間Ｓ２と第１の空間Ｓ１との当該差圧により弾性変形して潰れた形状となり、弁座面４６に密着する（図１（Ｂ）参照）。これにより、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断される。

【0007】

次に、特許文献１に係る逆止弁１１の構造について説明する。
図２（Ａ）は、特許文献１に係る逆止弁１１の外観斜視図であり、図２（Ｂ）は、特許文献１に係る逆止弁１１の側面断面図である。逆止弁１１は、筒状部１２、傘状部１３、及び凸部１４より構成される。これら筒状部１２、傘状部１３、及び凸部１４は、弾性体により一体で成形されている。

【0008】

傘状部１３は、筒状部１２の一端から外側に折り返されてなる傘状の部材である。傘状部１３の最大径は、流体通路の径より僅かに大きく設定される。また、凸部１４は、筒状部１２の外周上であって傘状部１３の内側と対向する所定の部位に複数設けられている。

【0009】

流体通路内を流体が逆流しようとする際には傘状部１３が開いて逆流が防止される。一方、流体が正流方向に流れる際には傘状部１３が閉じて流体通路が開通する。この際、傘状部１３は凸部１４と当接するため、凸部１４は筒状部１２と傘状部１３とが固着するのを防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平６−１３７４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

図１（Ａ）に示す第１の逆止弁１０９では、矢印の方向へ高圧がかかると、図１（Ｂ）に示すように弁体部５３が弾性変形して潰れた形状となり、弁体部５３の大部分が弁座面４６と密着する。ここで、弁体部５３と弁座面４６との接触面積が広い場合、弁体部５３と弁座面４６とが固着し、第１の逆止弁１０９が開かなくなってしまうことがあった。

【0012】

そこで、本願の発明者は、上記特許文献１に係る逆止弁１１の凸部１４を第１の逆止弁１０９に適用した第２の逆止弁１１０を考案した。

【0013】

図３（Ａ）は、第２の逆止弁１１０の弁開時の側面断面図であり、図３（Ｂ）は、第２の逆止弁１１０の弁閉時の側面断面図である。第２の逆止弁１１０は、弁体部５３に向かって突出する突出部４４を弁座面４６に設けた点で第１の逆止弁１０９と相違する。第２の逆止弁１１０では、矢印の方向へ高圧がかかり、弁体部５３が弾性変形した際、弁体部５３は突出部４４に当接する。そのため、第２の逆止弁１１０では弁体部５３と弁座面４６とが固着するのを防止できる。

【0014】

しかしながら、第２の逆止弁１１０の低背化に伴い、突出部４４を設けることのできる隙間ｄ（弁体部５３の下面から弁座面４６までの隙間）は狭くなっていく。即ち、第２の逆止弁１１０の低背化に伴い、突出部４４の高さを低くせざるを得なくなっていく。そのため、低背化した構造の第２の逆止弁１１０では突出部４４の高さを、弁体部５３と弁座面４６とが固着するのを防止するのに十分な高さに設定することができなかった。

【0015】

従って、低背化した構造の第２の逆止弁１１０では、弁体部５３と隔壁４１の弁座面４６とが固着するのを防止できず、流体制御の十分な信頼性が得られないという問題があった。

【0016】

そこで本発明は、低背な構造でも、弁部と隔壁とが固着するのを防ぐことができる逆止弁、この逆止弁を備える燃料電池システム、及びこの逆止弁を備えるポンプの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の逆止弁は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

【0018】

（１）第１の空間と第２の空間とを隔てるとともに、第１の空間から第２の空間へ流体を通すための開口部が形成された隔壁と、
前記第２の空間と前記第１の空間との差圧により前記隔壁に当接して、前記第２の空間から前記第１の空間への流体の流出を遮断する弁部と、を備え、
前記隔壁には、前記弁部と対向する部分に凹部が形成され、前記弁部に向かって突出する第１の突出部が前記凹部の前記弁部と対向する面に設けられた。

【0019】

この構成において、第２の空間と第１の空間とに差圧が生じた場合、弁部は、第２の空間と第１の空間との当該差圧により第１の突出部に当接し、弁部の一部が隔壁に密着する。これにより、第２の空間から第１の空間への流体の流出が遮断されるとともに、弁部と隔壁とが固着するのを防止できる。

【0020】

ここで、この構成の逆止弁では、隔壁に凹部が形成され、第１の突出部が凹部の弁部と対向する面に設けられている。そのため、この構成の逆止弁では第１の突出部を設けることができる隙間が、凹部の深さの分、図３（A）に示した第２の逆止弁１１０の隙間ｄより広くなる。そのため、低背化した構造の逆止弁でも、第１の突出部の高さを、弁部と隔壁とが固着するのを防止するのに十分な高さに設定することができる。
以上より、この実施形態の逆止弁によれば、低背な構造でも、弁部と隔壁とが固着するのを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

【0021】

（２）前記弁部は、棒状の軸部と前記軸部の片端から前記軸部の外側へ折り返してなる傘カバー状の弁体部とを有する傘状であり、
前記弁体部の材質は、弾性部材であり、
前記第１の突出部は、前記凹部の前記弁体部と対向する面に設けられ、
前記弁体部は、前記第２の空間と前記第１の空間との差圧により弾性変形して前記隔壁に当接する。

【0022】

この構成において、第２の空間と第１の空間とに差圧が生じた場合、弁体部は、第２の空間と第１の空間との当該差圧により弾性変形して潰れた形状となる。この際、弁体部は、第１の突出部に当接し、弁体部の一部が隔壁に密着する。これにより、第２の空間から第１の空間への流体の流出が遮断した後も、第１の突出部の接触部分を起点として、弁体部が隔壁から離れやすくなるため、逆止弁では弁体部と隔壁とが固着するのを防止できる。

【0023】

（３）前記第１の突出部は、高さをｈ、直径をφで表したとき、ｈ／φ≧０．５の関係式を満たすことが好ましい。

【0024】

ｈ／φ≧０．５の関係式を満たす高さｈは、弁体部と隔壁とが固着するのを防止するのに有効な高さである。

【0025】

（４）前記凹部は、前記第１の空間から前記第２の空間へ流体を通すための孔部を有することが好ましい。

【0026】

この構成では、孔部により、第１の空間から第２の空間への流体経路が多くなる。そのため、この構成では流動抵抗を低く抑えることができる。従って、粘性の高い流体（例えば液体）を用いる際に逆止弁としてより有効である。

【0027】

（５）前記隔壁は、前記凹部の前記弁体部と対向する面における前記第１の突出部より内側に、前記弁体部に向かって突出する第２の突出部が設けられることが好ましい。

【0028】

この構成のように、弁体部の形状に併せて第２の突出部を設けても構わない。

【0029】

（６）上記（５）における前記第２の突出部の高さは、前記第１の突出部の高さより高いことが好ましい。

【0030】

この構成は、弁体部の形状が傘カバー状となる上記（２）の構成において好適である。

【0031】

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。

【0032】

（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の逆止弁と、
前記逆止弁に接続され、前記逆止弁を介して空気が内部に流入する燃料貯蔵部と、
前記燃料貯蔵部に接続され、前記燃料貯蔵部の内部から燃料を吸引するポンプと、を備える。

【0033】

この構成により、上記（１）〜（６）のうちいずれかに記載の逆止弁を用いることで、当該逆止弁を備える燃料電池システムにも同様の効果を奏する。

【0034】

また、本発明のポンプは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

【0035】

（８）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の逆止弁を備える。

【0036】

この構成により、上記（１）〜（６）のうちいずれかに記載の逆止弁をポンプに用いることで、弁を閉じることにより流体が逆流するのを防止することができると共に、逆止弁が固着しにくく、流体制御の信頼性の高いポンプを提供できる。

【発明の効果】

【0037】

この発明によれば、低背な構造でも、弁部と隔壁とが固着するのを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】図１（Ａ）は、従来の第１の逆止弁１０９の弁開時の側面断面図である。図１（Ｂ）は、従来の第１の逆止弁１０９の弁閉時の側面断面図である。

【図2】図２（Ａ）は、特許文献１に係る逆止弁１１の外観斜視図である。図２（Ｂ）は、特許文献１に係る逆止弁１１の側面断面図である。

【図3】図３（Ａ）は、第２の逆止弁１１０の弁開時の側面断面図である。図３（Ｂ）は、第２の逆止弁１１０の弁閉時の側面断面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１を取り付けた燃料カートリッジ１０２を備える燃料電池システム１００のシステム構成図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１′、１０１´´を備えるマイクロポンプ１０８の分解斜視図である。

【図6】図６（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の外観斜視図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すＳ−Ｓ線の断面図である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の分解斜視図である。

【図8】本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１のバルブ筐体４０の平面図である。

【図9】図９（Ａ）は、図８に示す隔壁１４１の拡大平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。

【図10】図１０（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の弁開時の側面断面図である。図１０（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の弁閉時の側面断面図である。

【図11】逆止弁の順止圧の測定方法を示す説明図である。

【図12】各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧を測定した実験結果を示す説明図である。

【図13】図１３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態の逆止弁２０１に備えられる隔壁２４１の拡大平面図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。

【図14】図１４（Ａ）は、本発明の第３の実施形態の逆止弁３０１に備えられる隔壁３４１の拡大平面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。

【図15】図１５（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る逆止弁３０１の弁開時の側面断面図である。図１５（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る逆止弁３０１の弁閉時の側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る逆止弁について説明する。ここで、当該逆止弁は、燃料電池システムやマイクロポンプ等に用いられる。まず、当該逆止弁を用いた燃料電池システムについて以下説明する。

【0040】

図４は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１を取り付けた燃料カートリッジ１０２を備える燃料電池システム１００のシステム構成図である。

【0041】

燃料電池システム１００は、図４に示すように、燃料注入孔１０２Aが側壁に形成され、燃料であるメタノールＭを貯蔵する燃料カートリッジ１０２と、メタノールＭを輸送するマイクロポンプ１０３（以後、「ポンプ１０３」と称する。）と、ポンプ１０３からメタノールＭの供給を受けて発電する発電セル１０４と、を備える。

【0042】

逆止弁１０１は、図４に示すように、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とを隔てる隔壁１４１を有するバルブ筺体４０と、蓋体２０と、傘状の弁部５０とを有し、燃料カートリッジ１０２に取り付けられる。

【0043】

バルブ筐体４０は、蓋体２０に接合され、蓋体２０とともにバルブ室３０を構成する。バルブ筐体４０には、バルブ筐体４０外部からバルブ室３０へ空気が流入する流入孔としての開口部４２が形成されている。また、蓋体２０には、バルブ室３０から燃料カートリッジ１０２内へ空気が流出する流出孔２１が形成されている。

【0044】

燃料電池システム１００では、ポンプ１０３によるメタノールＭの吸引圧力によって燃料カートリッジ１０２内からポンプ１０３へ（即ち矢印Ｆの方向へ）メタノールＭが流出する構成となっている。この際、メタノールＭは燃料カートリッジ１０２内からポンプ１０３へ流出していくため、燃料カートリッジ１０２の内圧は低下していく。

【0045】

そこで、燃料カートリッジ１０２に取り付けられる逆止弁１０１は、燃料カートリッジ１０２の内圧が大気圧以下にならないよう、弁を開いて内圧を調整する。また、外的環境によっては燃料カートリッジ１０２が高温となるおそれがある。その結果、燃料カートリッジ１０２内においてメタノールＭの蒸気圧が急激に上昇する場合がある。そこで、逆止弁１０１は、弁を閉じてメタノールＭがバルブ筐体４０外部へ飛散するのを防止する。

【0046】

次に、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁を用いたマイクロポンプについて以下説明する。

【0047】

図５は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１′、１０１′′を備えるマイクロポンプ１０８の分解斜視図である。図５（Ａ）はマイクロポンプ１０８を表面側から見た分解斜視図であり、図５（Ｂ）はマイクロポンプ１０８を裏面側から見た分解斜視図である。

【0048】

マイクロポンプ１０８（以後、「ポンプ１０８」と称する。）は、図５に示すように、圧電体７１に電気的に接続する外部端子７０と、外部端子７０を介して駆動電圧が印加されて伸縮する圧電体７１と、圧電体７１の筐体７３側の面を覆い、圧電体７１の伸縮により屈曲するダイヤフラム７２と、流入孔７３Ａと流出孔７３Ｂとが形成され、ダイヤフラム７２とともにポンプ室７５を形成する筐体７３と、メタノールＭを通過させる孔部７４Ａと孔部７４Ｂとが形成されたフィルム７４と、を備え、それらを積層し接合した構成である。

【0049】

図５（Ｂ）に示した逆止弁１０１′は、図４に示した逆止弁１０１と同じ弁構造であり、弁部５０と隔壁１４１′と蓋体に相当するフィルム７４とを備える。また、図５（Ａ）に示した逆止弁１０１′′も、図４に示した逆止弁１０１と同じ弁構造であり、弁部５０と隔壁１４１′′と蓋体に相当する筐体７３とを備える。逆止弁１０１′及び逆止弁１０１′′の各弁部５０は、図５に示すように、フィルム７４における孔部７４Ａ、７４Ｂの形成箇所と筐体７３における流入孔７３Ａ、流出孔７３Ｂの形成箇所とに位置合わせした後に筐体７３とフィルム７４とに挟持されてポンプ１０８に内蔵される。これにより、ポンプ１０８では、隔壁１４１′が筐体７３に構成され、隔壁１４１′′がフィルム７４に構成される。

【0050】

ポンプ１０８では、図５の矢印に示すように、流体供給源（図示せず）から流出したメタノールＭが孔部７４Ａと逆止弁１０１′と流入孔７３Ａを介してポンプ室７５へ流入し、メタノールＭがポンプ室７５から流出孔７３Ｂと逆止弁１０１′′と孔部７４Ｂを介して供給先（図示せず）へ供給される。ポンプ１０８に取り付けられる逆止弁１０１′及び逆止弁１０１′′は、弁を閉じてメタノールＭが逆流するのを防止する。

【0051】

なお、この実施形態では、ポンプ１０８を図４に示した燃料電池システム１００に用いていないが、実施の際は、図４に示したポンプ１０３をポンプ１０８に置き換えて、ポンプ１０８を燃料電池システム１００に用いても構わない。

【0052】

ここで、上述したように、図４に示した逆止弁１０１は、図５に示した逆止弁１０１′、１０１′′と同じ弁構造を有する。そこで、以下、図４の逆止弁１０１および図５の逆止弁１０１′、１０１′′を代表して、燃料カートリッジ１０２に取り付けられる逆止弁１０１について詳述する。

【0053】

図６（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の外観斜視図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の分解斜視図である。図８は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１のバルブ筐体４０の平面図である。図９（Ａ）は、図８に示す隔壁１４１の拡大平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。図１０（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の弁開時の側面断面図である。図１０（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る逆止弁１０１の弁閉時の側面断面図である。

【0054】

逆止弁１０１は、図６〜図１０（Ａ）に示すように、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とを隔てる隔壁１４１を有するバルブ筐体４０と、傘状の弁部５０と、蓋体２０とを備える。

【0055】

バルブ筐体４０は、図６、図７に示すように、蓋体２０に接合され、蓋体２０とともにバルブ室３０を構成する。バルブ筐体４０には、バルブ筐体４０外部からバルブ室３０へ空気が流入する流入孔としての開口部４２と、開口部４２に連通する開口部４７と、が形成されている。
また、蓋体２０には、バルブ室３０から燃料カートリッジ１０２内へ空気が流出する流出孔２１が形成されている。バルブ筐体４０の直径は、５ｍｍであり、バルブ筐体４０と蓋体２０との接合体の厚みは、１．０ｍｍである。
なお、蓋体２０及びバルブ筐体４０の材質は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂である。

【0056】

弁部５０は、図１０（Ａ）に示すように、棒状の軸部５２と、軸部５２の一端から外側に折り返されてなる傘カバー状の弁体部５３と、軸部５２と弁体部５３の付け根に位置し、弁体部５３が弁座面１４６に密着したときに、隔壁１４１における開口部４２周縁に当接して弁部５０の姿勢を保持させる保持部５４と、を有する。
なお、弁部５０の材質は、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。

【0057】

隔壁１４１には、図７〜図１０（Ａ）に示すように、第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２へ圧力を開放するための開口部４２が形成されている。また、隔壁１４１は、開口部４２を取り囲み且つ弁体部５３に対向する位置に弁座面１４６を有している。さらに、隔壁１４１には、弁体部５３と対向する部分に深さ約５０μｍの凹部４３が形成されている。

【0058】

なお、凹部４３の深さは特に限定されるものではなく、０μｍよりも大きければよい。凹部４３の弁体部５３と対向する面には、弁体部５３に向かって突出する半球状の第１の突出部４４が複数設けられている。第１の突出部４４は、高さをｈ、直径をφで表したとき、ｈ／φ≧０．５の関係式を満たすことが好ましい。ｈ／φ≧０．５の関係式を満たす高さｈは、弁体部５３と弁座面１４６とが固着するのを防止するのに有効な高さである。なお、この実施形態における第１の突出部４４は、ｈ／φ＝０．６の関係式を満たす。第１の突起部４４の高さの上限は、逆止弁１０１が開いている状態時に、弁体部５３に接していなければよい。

【0059】

以上の構成において、外的環境によって、上述の燃料カートリッジ１０２が高温となった場合、燃料カートリッジ１０２内において流体の蒸気圧が急激に上昇し、第２の空間Ｓ２と第１の空間Ｓ１とに差圧が生じる。この場合、弁体部５３は、第２の空間Ｓ２と第１の空間Ｓ１との当該差圧により弾性変形して潰れた形状となる（図１０（B）参照）。この際、弁体部５３は、複数の突出部４４に当接し、弁体部５３の一部が弁座面１４６に密着する。これにより、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断される。

【0060】

また、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断された後も、突出部４４との接触部分を起点として弁体部５３が弁座面１４６から離れやすくなるため、逆止弁１０１では弁体部５３と弁座面１４６とが固着するのを防止できる。

【0061】

ここで、この実施形態の逆止弁１０１では、隔壁１４１に凹部４３が形成され、第１の突出部４４が凹部４３の弁体部５３と対向する面に設けられている。そのため、この実施形態の逆止弁１０１では突出部４４を設ける隙間ｄ（弁体部５３から凹部４３までの隙間）が、凹部４３の深さの分、図３（Ａ）に示した第２の逆止弁１１０の隙間ｄより広い。そのため、低背化した構造の逆止弁１０１でも、突出部４４の高さｈを、弁体部５３と弁座面１４６とが固着するのを防止するのに有効な高さ（具体的にはｈ／φ≧０．５の関係式を満たす高さｈ）に設定することができる。

【0062】

また、隔壁１４１に凹部４３を形成する際の加工条件に関して、突出部４４の直径を変えずに凹部４３の深さを深くすればするほど、突出部４４の先端の曲率が大きくなる。突出部４４の先端の曲率が大きいほど、弁体部５３との接触面積が小さいため、突出部４４と弁体部５３との密着を防ぎやすい。

【0063】

以上より、この実施形態の逆止弁１０１によれば、低背な構造でも、弁体部５３と隔壁１４１とが固着するのを防ぐことができる。従って、流体制御の信頼性を向上できる。
また、この実施形態の逆止弁１０１を用いることで、燃料電池システム１００においても同様の効果を奏する。

【0064】

次に、この実施形態の逆止弁１０１の固着防止能力について、図１に示した第１の逆止弁１０９及び図３に示した第２の逆止弁１１０と比較しながら説明する。
なお、逆止弁１０１、第１の逆止弁１０９及び第２の逆止弁１１０のそれぞれが相違する点は、隔壁の構造であり、その他の構成については同じである。まず、固着防止能力を示す順止圧（即ち逆止弁が開くのに必要な圧力）の測定方法について説明する。

【0065】

図１１は、逆止弁の順止圧の測定方法を示す説明図である。この測定方法では、圧空源１０６から空気を送り出し、当該空気の圧力をレギュレータ１０５を使って上げていき、各逆止弁１０１、１０９、１１０へ流入する空気の流量を流路計１０７で監視する。そして、流量が急激に増加した時（２ｍｌ／ｍｉｎ以上）の圧力を、各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧とする。

【0066】

図１２は、各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧を測定した実験結果を示す説明図である。図１２では、第１の逆止弁１０９について試作品を２つ用意し、それぞれ第１の逆止弁１０９−１、第１の逆止弁１０９−２と表記している。同様に、逆止弁１０１についても試作品を２つ用意し、それぞれ逆止弁１０１−１、逆止弁１０１−２と表記している。

【0067】

また、図１２では、初期状態での各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧と、所定の高温・高圧の負荷をかけた後の各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧と、を測定した。初期状態は常温（２５℃）で各逆止弁１０１、１０９、１１０の順止圧を測定した。また前記負荷の条件は、１１０℃−０．６Mpa−１２時間である。詳述すると、第２の空間Ｓ２に相当するバルブ室３０及び燃料カートリッジ１０２内の温度を１１０℃、第２の空間Ｓ２の気圧を０．６Mpaの状態にし、その状態で１２時間経過させた後に大気開放した後の各逆止弁１０１、１０９、１１０に対して順止圧の測定を行った。

【0068】

図１２に示すように、第１の逆止弁１０９−１、第１の逆止弁１０９−２、第２の逆止弁１１０では１１０℃−０．６Mpa−１２ｈ後の順止圧が初期値から大幅に増加しているのに対し、この実施形態の逆止弁１０１−１、逆止弁１０１−２では、１１０℃−０．６Mpa−１２ｈ後の順止圧が初期値から変化していないことが実験により明らかとなった。即ち、この実施形態の逆止弁１０１によれば、固着防止能力が大幅に向上することが実験により明らかとなった。

【0069】

《第２の実施形態》
図１３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態の逆止弁２０１に備えられる隔壁２４１の拡大平面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。

【0070】

この実施形態における逆止弁２０１が第１の実施形態に係る逆止弁１０１と相違する点は、凹部４３に孔部２４２を設けた隔壁２４１である。この孔部２４２は、第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２へ流体を通すための孔部である。

【0071】

この孔部２４２により、第１の空間Ｓ１から第２の空間Ｓ２への流体経路が多くなる。そのため、逆止弁２０１では流動抵抗を低く抑えることができる。従って、粘性の高い流体（例えば液体）を用いる際により有効である。よって、逆止弁２０１は、図５に示したポンプ１０３内に取り付けられる場合に好適である。

【0072】

また、以上の構成においても、例えば外的環境等により上述の燃料カートリッジ１０２内において流体の蒸気圧が急激に上昇した際、弁体部５３は、弾性変形して潰れた形状となって複数の突出部４４に当接し、弁体部５３の一部が弁座面１４６に密着する。そのため、逆止弁２０１では、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断されるとともに、弁体部５３と弁座面１４６とが固着するのを防止できる。

【0073】

従って、この実施形態の逆止弁２０１によれば、逆止弁１０１と同様の効果を奏する。また、この実施形態の逆止弁２０１を用いることで、当該逆止弁２０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。
なお、この実施形態に係る逆止弁２０１の固着防止能力に関しては、上記第１の実施形態に係る逆止弁１０１と同様の固着防止能力が確認された。

【0074】

《第３の実施形態》
図１４（Ａ）は、図１４（Ａ）は、本発明の第３の実施形態の逆止弁３０１に備えられる隔壁３４１の拡大平面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示すＴ−Ｔ線の断面図である。図１５（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る逆止弁３０１の弁開時の側面断面図であり、図１５（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る逆止弁３０１の弁閉時の側面断面図である。

【0075】

この実施形態における逆止弁３０１が第１の実施形態に係る逆止弁１０１と相違する点は、図１４及び図１５（Ａ）に示すように、弁体部５３に向かって突出する突出部４５（第２の突出部）を凹部４３における突出部４４（第１の突出部）より内側の面に設けた点である。弁体部５３の傘カバー形状は、弁体部５３における中央部位の高さが、弁体部５３における中央部位より外側の周縁部位の高さより高い形状である。

【0076】

そこで、突出部４５の高さは、弾性変形して潰れた形状となった弁体部５３と突出部４５が当接するよう、弁体部５３の傘カバー形状に併せて突出部４４の高さより高くなっている。

【0077】

以上の構成では、上述の燃料カートリッジ１０２内において流体の蒸気圧が急激に上昇した際、弁体部５３は、図１５（Ｂ）に示すように、弾性変形して潰れた形状となって複数の突出部４４及び突出部４５に当接し、弁体部５３の一部が弁座面１４６に密着する。これにより、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断される。ここで、弁体部５３の厚みが薄く、かつ、異常に高い圧力が加わった場合、弁体部５３が軸部５２と突出部４４との間に入り込むおそれがある。

【0078】

しかしながら、突出部４４よりも高さが高い突出部４５が軸部５２側に存在するため、弁体部５３は突出部４５に当接する。そのため、弁体部５３が軸部５２と突出部４４との間に入り込むのを防ぐことができる。

【0079】

また、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１への流体の流出が遮断された後も、突出部４４及び４５との接触部分を起点として弁体部５３が弁座面１４６から離れやすくなるため、逆止弁３０１では弁体部５３と弁座面１４６とが固着するのを一層防止できる。

【0080】

従って、この実施形態の逆止弁３０１によれば、逆止弁１０１と同様の効果を奏する。また、この実施形態の逆止弁３０１を用いることで、当該逆止弁３０１を備える燃料電池システムにおいても同様の効果を奏する。
なお、この実施形態に係る逆止弁３０１の固着防止能力に関しては、上記第１の実施形態に係る逆止弁１０１と同様の固着防止能力が確認された。

【0081】

《その他の実施形態》
以上の実施形態では流体として空気およびメタノールを用いているが、当該流体が、気体、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。

【0082】

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。

【符号の説明】

【0083】

１１…逆止弁
１２…筒状部
１３…傘状部
１４…凸部
２０…蓋体
２１…流出孔
３０…バルブ室
４０…バルブ筐体
４１…隔壁
４２…開口部
４３…凹部
４４…突出部
４５…突出部
４６…弁座面
４７…開口部
５０…弁部
５２…軸部
５３…弁体部
５４…保持部
７０…外部端子
７１…圧電体
７２…ダイヤフラム
７３…筐体
７３A、７３B…孔部
７４…フィルム
７４Ａ、７４Ｂ…孔部
７５…ポンプ室
１００…燃料電池システム
１０１、２０１、３０１…逆止弁
１０２…燃料カートリッジ
１０２Ａ…燃料注入孔
１０３…マイクロポンプ
１０４…発電セル
１０５…レギュレータ
１０６…圧空源
１０７…流路計
１０８…マイクロポンプ
１０９…第１の逆止弁
１１０…第２の逆止弁
１４１、２４１、３４１…隔壁
１４６…弁座面
２４２…孔部
Ｍ…メタノール
Ｓ１…空間
Ｓ２…空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図4】

【図11】