特許 5780304 バルブ、燃料電池システム

(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】5780304

(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】バルブ、燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   F16K 17/22 20060101AFI20150827BHJP

   F16K 31/126 20060101ALI20150827BHJP

   H01M 8/04 20060101ALI20150827BHJP

   H01M 8/10 20060101ALN20150827BHJP

【ＦＩ】

   F16K17/22

   F16K31/126 Z

   H01M8/04 N

   H01M8/04 L

   H01M8/04 J

   !H01M8/10

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-528044(P2013-528044)

(86)(22)【出願日】2012年8月8日

(86)【国際出願番号】JP2012070168

(87)【国際公開番号】WO2013022018

(87)【国際公開日】20130214

【審査請求日】2014年1月9日

(31)【優先権主張番号】特願2011-174687(P2011-174687)

(32)【優先日】2011年8月10日

(33)【優先権主張国】JP

(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】前田 剛伸

(72)【発明者】

【氏名】吉田 健治

(72)【発明者】

【氏名】東山 祐三

【審査官】 関 義彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３９０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６４９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３９３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０９９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１７５６７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５８−７４６７９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５７−１８６７７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−１８５０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−４６１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
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は、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い、バルブ。

【請求項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、請求項１に記載のバルブ。

【請求項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、請求項１又は２に記載のバルブ。

【請求項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。

【請求項5】

前記ダイヤフラムの材質は樹脂である、請求項１から４のいずれかに記載のバルブ。

【請求項6】

前記受圧板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。

【請求項7】

前記流体はメタノールである、請求項１から６のいずれかに記載のバルブ。

【請求項8】

請求項１から７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−５９０９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

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。

【0013】

（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、
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は、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い。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

（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。

【0019】

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。

【0020】

（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。

【0021】

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。

【0022】

（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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

（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。

【0026】

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。

【0027】

（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。

【0028】

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。

【0029】

（７）前記受圧板の材質は樹脂であることが好ましい。

【0030】

（８）前記流体はメタノールであることが好ましい。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

（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。

【0034】

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。

【発明の効果】

【0035】

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。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】特許文献１のバルブの構造を説明する断面図である。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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】図４（Ａ）のＳ−Ｓ線における断面図である。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

なお、弁部１５０が、本発明の「弁体」に相当する。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

受圧部１２６の第２の面の面積は、約５６．７ｍｍ^２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^２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。

【0067】

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。

【0068】

ここで、バルブ１０１の動作について説明する。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

《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。

【0088】

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】

【0089】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】