(57)【要約】燃料電池システムおよびその部品や装置の内部の圧力問題を解消できる、小型で、信頼性が高く、容易に製造できる逃がしバルブである。逃がしバルブは、第１のキャップを具備するバルブ本体、バルブハウジング、および中央ポストを有し、弾性部材すなわちシール部材がバルブ本体内に含まれ、バルブ本体にその一端で取り付けられ、他端でバルブ本体との間でシールを形成する。シールは閾値圧力を超えたときに開となる。１実施例では、弾性部材は第１のキャップおよび／またはバルブハウジングの内部に取り付けられ、中央ポストの外側径との間でシールを形成する。弾性部材は強化部材で支持されて良い。【選択図】図３Ｂ
2013543955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナ用の排出バルブであって、
バルブ本体と、
周囲部分および内部部分を具備するシール部材とを有し、
上記シール部材の上記周囲部分および上記内部部分の一方が、上記バルブ本体の内部の第１の部分に取り付けられ、他方が上記バルブ本体の内部の第２の部分との間でシールを形成し、
上記シールは、上記コンテナの内部で閾値圧力が超過されたときに開となり流路を形成することを特徴とする排出バルブ。
【請求項２】
上記バルブ本体は少なくとも１つの排出孔を具備する第１のキャップと、中央ポストとを有する請求項１記載の排出バルブ。
【請求項３】
上記中央ポストは上記キャップと一体である請求項１記載の排出バルブ。
【請求項４】
上記バルブ本体は、さらに少なくとも１つの排出孔を具備する第２のキャップを有する請求項２記載の排出バルブ。
【請求項５】
上記第２のキャップは上記バルブハウジングと一体である請求項４記載の排出バルブ。
【請求項６】
上記中央ポストは上記第２のキャップと一体である請求項５記載の排出バルブ。
【請求項７】
上記バルブ本体の上記内部の上記第１の部分が上記キャップまたは上記バルブハウジングである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項８】
上記バルブ本体の上記内部の上記第２の部分が上記中央ポストである請求項７記載の排出バルブ。
【請求項９】
上記バルブ本体の上記内部の上記第１の部分が上記中央ポストである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１０】
上記バルブ本体の上記内部の上記第２の部分が上記キャップまたは上記バルブハウジングである請求項９記載の排出バルブ。
【請求項１１】
上記シール部材は内側径を伴う内側開口を具備するワッシャーである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１２】
上記ワッシャーはリップワッシャーである請求項１１記載の排出バルブ。
【請求項１３】
上記閾値圧力は上記コンテナの初期内部圧力の＋−０．５ｐｓｉである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１４】
上記閾値圧力は上記コンテナの初期内部圧力の＋−２ｐｓｉである請求項１３記載の排出バルブ。
【請求項１５】
上記シール部材のデュロメータ値は約３０〜約９０ショアＡである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１６】
上記シールを形成する、上記シール部材の上記部分は、上記内部部分である請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１７】
上記バルブは二方向バルブである請求項１記載の排出バルブ。
【請求項１８】
上記シール部材はシールを形成する上記シール部材の部分の方向にテーパ付けられちる請求項１７記載の排出バルブ。
【請求項１９】
上記バルブハウジングは上記燃料電池装置用のコンテナと一体である請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２０】
上記閾値圧力が超過されたとき、上記流路を形成した後にシールを閉とする上記請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２１】
上記中央ポス値は第１および第２の部分を有する請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２２】
さらに液体吸収部材を有する請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２３】
上記液体吸収部材は酸性である請求項２２記載の排出バルブ。
【請求項２４】
上記シール部材を支持する少なくとも１つの強化部材をさらに有する請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２５】
上記強化部材は上記シール部材に隣接して配置される請求項２４記載の排出バルブ。
【請求項２６】
上記シーリングは、複数の柔軟性領域を有する請求項１記載の排出バルブ。
【請求項２７】
燃料搬送バルブであって、請求項２４記載の排出バルブと、上記排出バルブ内に挿入されて当該燃料搬送バルブを通じて燃料流路を形成する空洞部材とを有することを特徴とする上記燃料搬送バルブ。
【請求項２８】
コンテナ用の燃料搬送バルブであって、
バルブ本体と、
周囲部分および内部部分を具備するシール部材と、
上記シール部材を支持する少なくとも１つの強化部材とを有し、
上記シール部材の上記周囲部分および上記内部部分の一方が、上記バルブ本体の内部の第１の部分に取り付けられ、他方が上記バルブ本体の内部の第２の部分との間でシールを形成し、
空洞部材が上記シール部材を押圧して上記燃料搬送バルブを通じて燃料流路を形成することを特徴とする燃料搬送バルブ。
【発明の詳細な説明】
【関連特許出願の相互参照】
【０００１】
この特許出願は「燃料カートリッジ用の非可換連結バルブ」という名称で２０１０年２月１９日に出願された米国特許出願第１２／６７４，２０５号の部分継続出願であり、これは、合衆国法典第３５巻、第３７１条の下で合衆国を指定して２００８年８月２１日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７３８６８号の優先権を主張し、これは、２００７年８月２２日に出願されたＵＳ仮出願第６０／９５７，３６２号、および、２００７年１２月２４日に出願されたＵＳ仮出願第６１／０１６，５０８号の優先権を主張している。これらの出願は参照してここに組み入れる。
【技術分野】
【０００２】
この発明は、全般的には、信頼性の高い逃がしバルブに関する。とくに、このバルブは、それのみには限定されないけれども、燃料カートリッジ、燃料電池、および燃料充填装置を含む種々の燃料電池システムや、他の燃料または流体貯蔵システムに使用して有益である。より具体的には、この発明は、バルブ本体と、装置内に圧力が蓄積されたときに圧力差を開放して空気、液体、および／または、蒸気を逃がすために、かつ／または、装置内の真空を除去すべく空気を取り込むために、開となるシールを形成するシール部材とを有するバルブに関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、反応物、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）の電気に直接的に変換する装置である。多くの用途において、燃料電池は、化石燃料の燃焼のような従来の発電やリチウムイオン電池のような携帯用蓄電池より効率が良い。
【０００４】
一般に、燃料電池技術は、アルカリ燃料電池、高分子電解質燃料電池、リン酸燃料電池、溶融炭酸燃料電池、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような様々な異なった燃料電池を含む。燃料電池は一般に水素（Ｈ２）燃料で稼働し、純粋でない水素燃料を消費しても良い。純粋でない水素燃料は、メタノールを利用する直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）や、炭化水素を高温で利用する固体酸化物燃料電池のような酸化燃料電池を含む。水素燃料は、圧縮された形態で貯蔵されても良く、アルコールまたは炭化水素、または、他の水素含有物質内に貯蔵されて良く、これは、水素燃料および副産物に改質または変換される。水素は、化学的な水素化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）に貯蔵されても良く、これは水またはアルコールと反応して水素およびその他の副産物を生成する。水素は、また、第１の圧力および温度で、金属水素化物、例えばペンタニッケルランタン（ＬａＮｉ５）の内部に吸収され、第２の圧力および温度で水素を開放しても良い。
【０００５】
ほとんどの水素燃料電池は陽子交換膜または高分子電解質膜（ＰＥＭ）を具備し、これが、水素の陽子を透過可能にし、他方、電子を強制的に外部回路を通じて流し、この外部回路が、有利なことに、セルラー電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータ、電動工具、その他の電力または電流を使用するデバイスであってよい。燃料電池の反応はつぎのように表される。
燃料電池のアノードでの半反応：
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−
燃料電池のカソードでの半反応：
２（２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−）  ＋  Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ
【０００６】
一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などのポリマーから作られており、これはＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオスルホン酸ポリマー、その他の膜である。アノードは、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（テフロンは登録商標である。Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。カソードは、典型的には、白金粒子が膜の一面に接着されるガス拡散電極である。
【０００７】
ＤＭＦＣでは、各電極での化学電気反応と直接メタノール燃料電池に関する総合的な反応は以下のとおり記述される：
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
カソードでの半反応：
１．５Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  １．５Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
ＤＭＦＣは、特許文献１（米国特許第３，１４３，４４０号）および特許文献２（米国特許第４，３９０，６０３号）に開示されており、詳細は参照してここに組み入れる。
【０００８】
化学金属水素化物燃料電池において、水素化ホウ素ナトリウムが以下のように改質されて反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
この反応に適切な触媒は、白金およびルテニウム、その他の金属である。水素化ホウ素ナトリウムを改質して生成された水素燃料は燃料電池中で、酸化剤例えばＯ２と反応させられ、電気（すなわち電子の流れ）および水の副産物を生成し、これは先の説明のとおりである。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）の副産物もこの改質プロセスで生成される。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池は特許文献３（米国特許第４，２６１，９５６号）に検討されており、その詳細は参照してここに組み入れる。
【０００９】
上述のとおり、燃料電池反応の生成物／副産物は、水素および二酸化炭素のような気体を含み、これはそれらが生成され、または貯蔵される装置内の内部圧力を増加させる。さらに、燃料電池ないで燃料が消費されると、真空が形成され、燃料サプライおよび／またはカートリッジから燃料電池へのさらなる燃料に流れが損なわれる。このため、このような課題を解消するために種々の逃がしバルブが当業界で知られている。しかしながら、これらバルブはしばしば多数の部品（バネ、Ｏ−リング、エラストマー、その他）を伴い、信頼性に懸念が残り、また燃料カートリッジおよびサプライのような部品は使い捨てであることを考慮すると経済性の問題も残る。燃料電池システムの改善された逃がしバルブの要望は、ある程度、本出願人の出願に係り、公開出願第２００７／０１１４４８６号（ＢＩＣ−０１７．Ｄ１）および親出願である米国特許出願第１２／６７４，２０５号（ＢＩＣ−１１２）により取り組まれており、それらの内容は参照してここに組み入れる。しかしながら、信頼性のある逃がしバルブや、圧縮系を排気でき、かつ真空を解消できるバルブについての要望が依然として存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，１４３，４４０号
【特許文献２】米国特許第４，３９０，６０３号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の概要】
【００１１】
この発明のコンテナのための独創的な排出バルブは、バルブ本体と、周囲部分および内部位置を伴うシール部材とを具備する。シール部材の周囲部分および内部位置に一方がバルブ本体の内部の第１の位置に固着され、シール部材の他の部分が、バルブ本体の内部の第２の部分と共にシールを形成する。コンテナ内の閾値圧力を超えると、シールが開となり、流路を形成し、または排出を行う。バルブの他の実施例では、シールは、流路を確立した後、閾値圧力を上回らなくなると、閉となる。
【００１２】
排出バルブの他の実施例において、バルブ本体は、少なくとも１つの排出孔を具備する第１のキャップと中央ポストとを有する。中央ポストは第１のキャップと一体であってよい。排出バルブのバルブ本体は、少なくとも１つの排出孔を伴う第２のキャップを具備し、この第２のキャップはバルブハウジングと一体であってよい。代替的には、中央ポストがこの第２のキャップと一体であってよい。さらに、この発明の他の実施例において、排出バルブの中央ポストは第１片および第２片を具備して良い。そのような実施例において、第１の中央ポスト片は第１のキャップと一体であってよく、かつ／また、第２の中央ポスト片は第２のキャップと一体であって良い。
【００１３】
この排出バルブの他の実施例において、バルブ本体の内部の第１の部分はキャップまたはバルブハウジングである。さらに、このバルブ本体の内部の第２の部分は中央ポストである。代替的には、バルブ本体の内部の第１の部分は中央ポストであり、このバルブ本体の内部の第２の部分はキャップまたはバルブハウジングである。
【００１４】
さらに、この排出バルブの１つの実施例において、シール部材は内部径を伴う内部開口を具備するワッシャーである。このワッシャーはリップワッシャーであってよい。いずれの場合でも、閾値圧力は、コンテナの初期内部圧力の約＋−０．５ｐｓｉであり、好ましくは、閾値圧力はコンテナの初期内部圧力の約＋−５ｐｓｉである。また、所定の実施例において、シール部材はショアＡデュロメータで約３０から約９０のデュロメータ値を伴う。シール部材のシールを形成する部分は所定の実施例において内部部分である。
【００１５】
さらに他の実施例において、排出バルブは二方向バルブである。二方向バルブのシール部材は、シールを形成するシール部材の部分へとテーパ付けされてよい。シール部材は強度を増強し、またシール部材に弾性または柔軟性の複数ゾーンを付与するように支持されても良い。
【００１６】
さらに、所定の実施例において、バルブ本体のバルブハウジングは燃料電池装置用のコンテナと一体であってよい。
【００１７】
添付図面は明細書の一部を形成し、それとの関連で把握されるべきであり、種々の図において類似の参照番号は類似の部分を指し示すものとして用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】「２０５」親出願の燃料サプライバルブの断面図である。
【図１Ｂ】「２０５」親出願の燃料サプライバルブの断面図である。
【図１Ｃ】「２０５」親出願の燃料サプライバルブの断面図である。
【図１Ｄ】「２０５」親出願の燃料サプライバルブの分解斜視図である。
【図２Ａ】「２０５」親出願の他の燃料サプライバルブの断面図である。
【図２Ｂ】「２０５」親出願の他の燃料サプライバルブの分解斜視図である。
【図３Ａ】この発明の事例的な逃がしバルブの分解断面図である。
【図３Ｂ】この発明の事例的な逃がしバルブの断面図である。
【図４Ａ】この発明の逃がしバルブがどのように動作するかを図説する当該逃がしバルブの断面図である。
【図４Ｂ】この発明の逃がしバルブがどのように動作するかを図説する当該逃がしバルブの断面図である。
【図４Ｃ】この発明の逃がしバルブがどのように動作するかを図説する当該逃がしバルブの断面図である。
【図５Ａ】図３Ａのバルブの変形例の分解断面図である。
【図５Ｂ】図３Ａのバルブの変形例の断面図である。
【図６Ａ】この発明の逃がしバルブの変形例がどのように動作するかを図説する当該変形例の断面図である。
【図６Ｂ】この発明の逃がしバルブの変形例がどのように動作するかを図説する当該変形例の断面図である。
【図６Ｃ】この発明の逃がしバルブの変形例がどのように動作するかを図説する当該変形例の断面図である。
【図７Ａ】シール部材が中央ポストに取り付けられる、この発明の逃がしバルブの他の実施例の断面図である。
【図７Ｂ】シール部材が中央ポストに取り付けられる、この発明の逃がしバルブの他の実施例の断面図である。
【図７Ｃ】シール部材が中央ポストに取り付けられる、この発明の逃がしバルブの他の実施例の断面図である。
【図７Ｄ】シール部材が中央ポストに取り付けられる、この発明の逃がしバルブの他の実施例の断面図である。
【図７Ｅ】シール部材が中央ポストに取り付けられる、この発明の逃がしバルブの他の実施例の断面図である。
【図８Ａ】シール部材が強化されている、他の実施例の断面図である。
【図８Ｂ】シール部材が強化されている、他の実施例の断面図である。
【図８Ｃ】シール部材が強化されている、他の実施例の断面図である。
【図８Ｄ】シール部材が強化されている、他の実施例の断面図である。
【図８Ｅ】シール部材が強化されている、他の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付の図面に示され以下に詳細に検討するように、この発明は、コンテナ内の圧力差、すなわち、気体、蒸気、および／または液体の蓄積、および／または、流体、例えば燃料、および／または気体の装置からの引き出しに由来する真空を解消するために、コンテナ、最も好ましくは、燃料電池燃料貯蔵装置（例えば、燃料電池、再充填装置、燃料電池燃料サプライ、水素／ガス発生器、または、燃料電池システムに使用して好適な任意の他の装置）を含む任意に燃料サプライまたは流体貯蔵装置とともに使用可能な、逃がしバルブまたは排出バルブに向けられている。
【００２０】
ここで使用される用語「燃料サプライ」は、これに限定されないが、使い捨てカートリッジ、再充填可能／再使用可能カートリッジ、電子製品内に配置されるカートリッジ、取り外し可能なカートリッジ、電子製品の外部に配置されるカートリッジ、燃料タンク、燃料再充填タンク、燃料を貯蔵する他のコンテナ、および、燃料タンクおよびコンテナに結合された管材を含む。１の燃料サプライがこの発明の例示的な実施例との関連で以下に説明されるが、これら実施例は他の燃料サプライにも適用可能であり、この発明は燃料サプライのいかなる特定のタイプにも限定されないことに留意されたい。この出願の逃がしバルブは、サプライまたはコンテナの圧力が制御されるかぎり、固体（１または複数）、液体（１または複数）および／または気体（１または複数）の任意のサプライまたはコンテナとともに利用できる。
【００２１】
上述の燃料サプライの各事例において、燃料サプライまたはコンテナは、圧力差、すなわち、環境圧力および燃料サプライまたはコンテナ内部の圧力の差分を受けてよい。燃料サプライは、環境要素、例えば温度または圧力に応じて燃料が蒸発しまたは膨張することにより、または気体または液体の副産物が燃料サプライ内に累積することに起因して、増加圧力の下にある。これら圧力が開放されないと、燃料サプライまたは来んネタが構造的に壊れてしまうことになり得る。同様に、燃料が閉状態のコンテナから取り出されるときにはサプライまたはコンテナ内に真空が形成され得る。真空または真空に起因する内部柔軟性ブラだーの畳み込みにより、最終的には燃料の取り付け燃料電池への供給が阻止され、燃料は燃料サプライ内に捕捉されてしまう。
【００２２】
図１Ａ〜１Ｄおよび図２Ａ〜図２Ｂは、親出願である米国特許出願第１２／６７４，２０５号の図１４Ａ〜図１４Ｄおよび図１５Ａ〜図１５Ｄにそれぞれ開示された燃料カートリッジ用に非可換連結燃料バルブを示している。図１Ａに示されるように、「２０５」出願の燃料搬送バルブ１０は、中央ポスト１４を伴うバルブ本体１２と、中央ポスト１４との間でシールを実現する非平坦ワッシャーまたはリップワッシャー１６と、ワッシャー１６をその場に保持し、中央ポスト１４から離間して開口溝２０を形成するリテーナ１８とを具備する。「２０５」親出願において検討され、また図１Ｂおよび図１Ｃに示されるように、突き合わせチューブ２２が、溝２０を通じてバルブ１０に押し込まれリテーな１８およびワッシャー１６を通り抜けワッシャー１６および中央ポスト１４の間のシールを壊して中央ポスト１４および突き合わせチューブ２２の間に流路を形成して燃料を流す。この構成ではワッシャー１６はチューブ２２の外側表面との間でシールを形成してチューブ２２の外側への流れ出しを阻止する。
【００２３】
「２０５」親出願では、開口溝２０と合致するチューブ２２が溝２０に挿入されて燃料が燃料通路２３に沿って流れることを可能にするときに、バルブ１０は燃料搬送バルブとして使用される。チューブ２２なしでバルブ１０を利用する他の場合には、燃料サプライ２４用の逃がしバルブまたは排出バルブとして利用し、これは図１Ａに部分的に示されている。図１Ａに方向づけられるように、ワッシャー１６は下方に、すなわち内側に屈曲して気体が環境側から燃料サプライ２４に入るようにできる。図１Ａと逆の方向、すなわち、上下逆の方向に配向付けられ、適切な隙間がリテーナ１８からあるときには、バルブ１０は、圧力Ｐ２４が閾値を超えるときに圧縮流体を排出する逃がしバルブである。
【００２４】
図２Ａ〜図２Ｂにおける燃料搬送バルブ１０は、ワッシャー１６が実質的に平坦な構造を伴うことを除いて、図１Ａ〜図１Ｄにおいて説明したバルブ１０と類似である。バルブ１０のこの実施例は上述のとおりチューブ２２なしで逃がしバルブとしても機能することが可能である。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、この発明の逃がしバルブ１０の他の実施例が示される。バルブ１０は、バルブ本体１２から構成されるバルブ本体、ワッシャー１６およびキャップ２６を具備する。キャップ２６はリテーナ１８および中央ポスト１４を有し、これらは相互に一体に構成され、そこに形成された排出孔（１または複数）２８を伴う。ワッシャー１６は中央ポスト１４とともにシールを形成する。図３Ａ〜図３Ｃに示される実施例や以下に検討する図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ〜図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｃ、および図７Ａ〜図７Ｃに示される実施例と、図１Ａ〜図１Ｄおよび図２Ａ〜図２Ｂに示される実施例との間の主たる相違は、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ〜図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｃ、および図７Ａ〜図７Ｃに示される実施例は二方向に開閉できる逃がしバルブを説明することであり、すなわち、これらの逃がしバルブ内のシール部材１６は１つの方向、例えば矢印Ａの方向に開となり圧縮流体を排出でき、また他の方向、例えば矢印Ｂの方向に開となり雰囲気気体をサプライまたはコンテナ内に入れて真空を壊すことができるということである。この能力は、シール部材１６の上に空間３０を配し、シール部材１６の下に空間３２を配し、シール部材１６が２つの異なる方向に屈曲可能にすることにより実現される。
【００２６】
シーリング部材すなわちワッシャー１６は周囲部分３４および内部部分３６を具備する。双方の部分はシーリング表面として使用できる。図１Ａ〜図１Ｄさらには図６Ａ〜図６Ｃまでに示される実施例において、周囲部分３４はリテーナ１８によってバルブ本体に固着され、内部部分３６は中央ポスト１４中にフィットするインターフェースを形成して図３（Ｂ）に最も良く示されるようにシールを形成する。代替的には、図７Ａ〜図７Ｅは、他の実施例を示し、この実施例では、シール部材１６の内部部分３６は中央ポスト１４に固着され、または保持され、周囲部分３４がバルブ本体の内側にフィットするインターフェースを形成してシールを形成する。代替的な実施例の逃がしバルブ１０は、リテーナ１８を具備し、中央ポストの第１の部分１４'を一体に組み込み、排出孔２８を伴う第１のキャップ２６と、バルブハウジング１２を具備し、中央ポストの第２の部分１４''を一体に組み込み、排出孔２８'を伴う第２のキャップ２６'と、シール部材１６とを有する。図７Ｂに示すように、シール部材１６は第１の中央ポスト１４'と第２の中央ポスト１４''との間に保持される。シール部材１６の周囲部分３４はリテーナ１８とともにシールを形成し、上下動して燃料サプライを排出できる。この実施例において、シール部材は他の実施例と類似のワッシャーであってよく、また、これは図７Ａ〜図７Ｃに示されるように円形のディスクであってよい。また、この実施例において、中央ポスト１４'および１４''は保持機構として動作する。
【００２７】
図４Ａ〜図４Ｃの実施例は、バルブ本体１２が燃料サプライ２４の外側ケーシング２５中に組み込まれ、シール部材１６の周囲部分３４がキャップ２６のリテーナ１８および燃料サプライ２４の外側ケーシング２５の間に保持される点を除いて、図３Ａ〜図３Ｂの実施例と類似している。図５Ａ〜図５Ｂの実施例は、シール部材１６が非平坦ワッシャー、すなわち、より具体的には円錐ワッシャーまたはリップワッシャーである点を除いて、図３Ａ〜図３Ｂの実施例と類似している。図６Ａ〜図６Ｃに示される実施例では、キャップ２６の中央ポスト１４が燃料サプライ２４の外側ケーシング２５に取り付けられる。
【００２８】
この発明の他の側面によれば、周囲部分３４およびリテーナ１８の間、または、内部部分３６および中央ポスト１４の間のいずれのシールまたは衝突（インターフェアランス）フィットも、四角いプロフィールに替えて、鋭い、またはポイント状のプロフィール、例えば、図７Ｄ〜図７Ｅに示すようなワイパーエッジであってよい。ポイント状のプロフィールは四角いプロフィールより柔軟であり、逃がしバルブ１０の開および閉の閾値圧力を制御するのに採用できる。また、図７Ｄおよび図７Ｅに示すように、バルブ１０は、２つのキャップ２６、２６'を伴って良く、これらは相互に実質的に類似している。キャップ２６、２６'はシール部材すなわちワッシャー１６をその間に取り付けて良く、より具体的には、ワッシャー１６を中央ポスト１４'および１４''の出っ張り３８において固着する。
【００２９】
図４Ａ〜図４Ｃおよび図６Ａ〜図６Ｃを、再び、参照して、燃料サプライ２４内の高い内部圧力を逃がしバルブ１０が逃がすときの動作が説明される。当初は、図４Ａに示すように、燃料サプライ２４内の内部圧力Ｐ２４は環境圧力の＋−ｘｐｓｉ以内、例えば＋−２ｐｓｉ、または＋−５ｐｓｉであり、シール部材１６は平坦なままであり、その内部部分３４は中央ポスト１４の外側直径に抗して押圧されて、逃がしバルブ１０をシールする。圧力差が燃料サプライ内にｘｐｓｉに向けて形成されていくときに、シール部材１６の内部部分３６は上方に屈曲するけれども内部部分３６のリップン沿って中央ポスト１４との接触を維持して、図４Ｂに最も良く示すようにシールを維持する。図４Ｃに示すように、圧力差が、燃料サプライ２４内で圧力Ｐ２４の閾値ｘｐｓｉを上回ると、シール部材１６の内部部分３６が中央ポスト１４から離れるように屈曲して、気体および／または液体を排出して燃料サプライ２４内の過剰の圧力を開放するための流路を形成するようになる。燃料サプライ２４内の圧力が開放されると、シール部材１６の内部部分３６は再び中央ポスト１４に接触するようになり、これにより、逃がしバルブ１０が閉じる。同様に、燃料サプライ２４内に真空が生じたときには、中央ポスト１４と接触している、シール部材１６の内部部分３６が、中央ポスト１４から離れるように下方に屈曲され、内部部分３６は中央ポスト１４と接触を維持する。最終的に、真空の引き込み力圧力Ｐ２４の閾値ｘｐｓｉに至り、リップが中央ポスト１４から離れるように屈曲し、空気または他の気体を容器内に導入する流路が形成され、真空が緩和される。真空が開放されると、バルブが閉じ、シール部材１６の端部は再び中央ポスト１４と接触するようになる。図７Ｂ〜図７Ｃは、衝突フィットまたはシールがシール部材１６の周囲部分３４とバルブ本体／リテーナ本体との間で起こるときの逃がしバルブ１０の類似の動作を示す。
【００３０】
この発明の逃がしバルブは従来のものに較べて多数の利点を有する。すなわち、小型の新規な３部品設計（キャップ２６、バルブハウジング１２または第２のキャップ２６'、およびシール部材１６）では、バルブが可動部品や故障しやすい他の構成要素を伴わないので信頼性を増大させる。さらに、この創作的な設計では、バルブ部品を製造し、組み立てるコストが減少し、かつ、自動化に適った組立方法を実現できるので、経済的な利点がある。これらの利点により、この逃がしバルブは、燃料電池システム、および、具体的には、使い捨てであり、廃棄して良いシステムのそのような装置／部品、例えば、燃料サプライ、カートリッジおよび／または再充填装置に使用する上で理想的である。
【００３１】
排出孔２８は、気体を効率的に流すことができる任意の開口を有してよく、これに限定されないが、ホール、パーフォレーション、スロット、またはベントを含む。好ましくは、排出孔２８は、逃がしベント１０の意図しない、または不正な開口を抑制するように寸法決めされ、配向される。例えば、排出孔２８は、ペン先、紙クリップ、ピン、ナイフ等の一般的な備品を利用して逃がしバルブを開とすることが抑制されるような形状および寸法をとってよい。さらに、排出孔２８は第１のカバー２６に対して直角な方向に面したときに、第１のカバー２６に対して角度付けられ（好ましくは約０〜６０°、または、約１２０〜１８０°）、外来物質がシール部材１６から逸れるようになし、意図せずに逃がしバルブが開とならないようにして良い。第２のカバー２６'は図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｅに示すように存在しても良い。この第２のカバー２６'はバルブハウジング１２と一体であっても層でなくても良く、これは、排出孔２８'も具備し、気体を効率的に流すことができるようにし、また、上述と同様に、装置の内部に意図しないアクセスがないような寸法および配向を採用して良い。意図しないアクセスをさらに阻止するために、排出孔２８および２８'は位置的または角度的にずれて外来物質が排出孔の双方の組を通り抜けないようにして良い。さらに、第２のカバー２６'はオプションとしてその前面または内部にフィルタを具備して良く、これにより、バルブの動作が干渉されない範囲で、意図しない液体や気体が弁とを通じて代理するのを阻止して良い。
【００３２】
中央ポスト１４はここでは筒状に示されているけれども、中央ポスト１４は、シール部材１６との衝突フィットを保持し、または形成するという目的に適合する範囲で、他の形状を採用して良い。中央ポスト１４およびシール部材１６の内部部分３６の間で衝突フィットがあるときには、中央ポスト１４を十分に長くして、シール開時に、シール部材１６の内部部分３６が中央ポスト１４を超えて延びないようしなければならない。中央ポスト１４は、十分に長く、バルブハウジング１２の実質的な部分を通じて延びなければならず、好ましくは、バルブハウジング１２を完全に通り抜けて伸びる。中央ポスト１４は、第１のキャップ２６、第２のキャップ２６'、リテーナ、および／またはバルブハウジング１２に対して移動しないように位置づけられる。
【００３３】
第１のキャップ２６、バルブハウジング１２、および中央ポスト１４は、燃料電池しすてむに関連する装置用のバルブおよびコンテナの製造に典型的に死傷される任意の材料から製造されてよく、好ましくは、この材料は、燃料電池システム内で使用される流体または気体（燃料、生成物、および副産物）と互換性を有する。
【００３４】
この発明のシール部材１６は、弾性材料から製造されて良く、これら材料は粘弾性特性を有する（ヤング率が小さく、降伏歪みが大きい）。適切な弾性材料は、これに限定されないが、飽和ゴム、例えば、天然、合成ポリイソプレン、ブチル、ハロゲン化ブチル、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン、ニトリル、水素化ニトリル、およびクロロプレンゴム；不飽和ゴム、例えば、エチレンプロピレン、エチレンプロピレンジエン、エピクロルヒドリン、ポリアクリル系、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミン、クロロスルホン化ポリエチレン、および、エチレンビニルアセテートゴム；および、エラストマー、例えば、熱可塑性エラストマー（スチレンブロック、ポリオレフィンブレンド、エラストマーアロイ、熱可塑性コポリエステル、熱可塑性ポリアミド）、熱可塑性加硫物、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性オレフィン、およびポリスルフィドゴムを含でよい。好ましくは、選択される弾性材料は、燃料電池システムの装置から排出される気体、蒸気、および／または液体と互換性を有し、最も好ましくは、燃料電池システムの燃料、反応生成物、および／または反応副産物のすべてと互換性を有してバルブがそれらの部品内に含まれる蒸気または気体により長期に腐食しないようにする。最も好ましくは、弾性材料は、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム、例えば、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ（カリフォルニア州、サンタフェスプリング）から入手できるエチレンプロピレンジエンモノマーゴムである。
【００３５】
種々のパラメータを採用して、シール部材１６が、閾値圧力を上回ったときに確実に屈曲するようにできる。曲げ弾性率、デュロメータ、引っ張り強さ、コンプレッションセット、熱抵抗、流体抵抗、低温度抵抗、および、引き裂き強度は、閾値圧力を上回ったときにシール部材が撓む能力に影響を与える属性のいくつかである。シール部材１６の弾性材料のショアＤデュロメータ（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０）は約３０から９０（ミディアムソフトからミディアムハード）であってよく、より好ましくは約４０〜７０である。同様に、シール部材１６の弾性材料の熱および低温度抵抗は、燃料サプライおよび／または燃料電池装置の予定または実際の作動環境で採用できるものでなければならない。さらに、シール部材１６の弾性材料は３０〜４０ｐｓｉの圧力に耐え、所定の場合には、１００ｐｓｉを超える圧力に耐え得るものでなければならない。さらに、シール部材１６とバルブ本体の内部の第２の部分との間の摩擦係数や、シール部材１６の厚さのような変数も、バルブが所望の閾値圧力に較正可能なようする。
【００３６】
さらに、中立的な配向では、衝突フィットを形成する、当該発明の逃がしバルブのシール部材１６の部分は、バルブ本体の内部の第２の部分に対面して平坦に横たわる。代替的には、バルブ本体は排出または吸入のいずれか一方の方向にバイアスされて良く、これは、弾性部材のエッジが好ましい方向に向けられているリップワッシャーまたはシートを用いて行われる。図５Ａ〜図５Ｂは、円錐またはリップワッシャーを用いてバルブを排出方向にバイアスする、すなわち、衝突フィットを形成するワッシャーのエッジがキャップ方向に向けられている、この発明の逃がしバルブを示す。好ましくは、この発明の逃がしバルブは二方向であり、気体の排出および空気の吸入の双方を可能にする。図示の逃がしバルブに加えて、二方向バルブは、シール部材１６とバルブ本体の内部の第２の部分との間の衝突フィットの大きさを小さくし、および／または、バルブ本体の内部の第２の部分と衝突フィットする、シール部材の部分のエッジを丸めることにより、実現して良い。
【００３７】
バルブを開とする閾値圧力は、燃料サプライまたは燃料電池装置が損傷や構造的な故障を受ける前に、および／または、真空により燃料サプライから、または燃料電池装置を通じて燃料が流れるのを阻害する前に、バルブを開とするのに充分なものでなくてはならない。好ましくは、バルブを開とする閾値圧力は、燃料サプライ２４の初期内部圧力Ｐ２４の約＋−０．５ｐｓｉ、＋−１ｐｓｉ、＋−２ｐｓｉ、または＋−５ｐｓｉであるべきである。燃料サプライ２４の初期内部圧力Ｐ２４は、固体（１または複数）、気体（１または複数）、および／または液体（１または複数）がこれに当初充填される時のコンテナ内の圧力である。先に触れたように、燃料サプライ２４の初期内部圧力Ｐ２４は、環境圧力、または環境圧力の＋−２ｐｓｉ、または＋−５ｐｓｉであってよい。バルブが双方向のときには、バルブの正または負の閾値圧力は、同一である必要はない。例えば、バルブは−０．５ｐｓｉの閾値および５ｐｓｉの閾値を伴って、真空時に過剰圧力時に較べて早く応答して開となるようにする。
【００３８】
さらに、逃がしバルブ１０は液体吸収部材４１を有して良く、これは例えば、紙、織物、または他の繊維材料であり、これは、逃がす気体に随伴する任意の液体を吸収できる。液体吸収部材は図７Ｃに最も良く示すようにキャップ２６の頂部に配置することができ、また中央ポスト１４の周囲のキャップ２６の内部に配置できる。液体吸収部材は、液体を中性化するために酸性または塩基性のいずれかにできる。一例では、液体が塩基性ならば、液体吸収材料は酸性とすべきである。
【００３９】
他の実施例において、シール部材１６は図８Ａおよび図８Ｂに示すようにワッシャーまたはディスク４３のような強化部材を伴って良い。好ましくは、強化部材４３は、図示のとおり、シール部材１６を部分的にのみオーバーラップする。強化部材４３はシール部材１６の上側または下側に配置してよく、また、シール部材１６の上および下の双方に配置されて一方向または双方向の排出をサポートしてよい。２つの強化部材４３を採用するときには、それらの柔軟性を異ならせて良い。単一強化部材４３の柔軟性は非均一であってもよい。好ましくは、強化部材４３は、図８Ａに示すように、または、図８Ｂにしめすように、それぞれ、中央ポスト１４と、または、リテーナ１８との間でシールを形成しないけれども、シール部材１６の屈曲の量を制約する。これによって、シール部材１６の寿命を長くでき、この発明のバルブ１０が大きな内部の真空または圧力Ｐ２４に耐えるようにすることができる。強化部材４３はエラストマー、熱可塑性材料、熱硬化性材料、または金属から製造してよい。強化部材４３はシール部材１６状に成型されてよく、またこれと一体であって良い。
【００４０】
強化部材４３はシール部材１６に沿って曲がり、または、実質的に堅固であってよい。強化部材４３によって支持されているシール部材１６の部分は、強化部材４３により支持されず、すなわちこれを超えて伸び、小さな剛性しかもたず、柔軟性が高い、シール部材１６の部分より、大きな剛性を有し、柔軟性が小さい。このため、シール部材は柔軟性について複数の領域を有し、この結果、設計者は「２０５」親出願で説明される排出バルブ１０または燃料搬送バルブ１０を設計する上で大きな自由度を持つ。
【００４１】
図８Ｃ〜図８Ｅを参照すると、強化部材４３を、「２０５」親出願の燃料搬送バルブ１０とともに使用できる。図８Ｃは図２Ａと類似であるけれども、強化部材４３がシール部材１８の下方に配置されて、チューブ２２がバルブ中に挿入されて燃料流路２３を形成するときに、シール部材１６を支持する点で異なる。強化部材４３は、図８Ｄ〜図８Ｅに示されるように、シール部材１６の上側、すなわち、リテーナ１８およびシール部材１６の間に配置されても良い。この構成では、チューブ２２が強化部材４３と相互作用して強化部材およびシール部材を下方に押し燃料流路２３を形成する。図８Ｄ〜図８Ｅの構成の利点は、これのみではないが、バルブ１０が遮断位置にあるときにこのバルブ１０が大きな内部圧力Ｐ２４に耐えることができ、また、シール部材１６がチューブ２２および／または外来物質および破片と接触することに起因する損傷を強化部材４３によって回避させることができることを含む。
【００４２】
この明細書および例は例示としてのみ意図されており、この発明の本来の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲およびその均等物により示される。この発明の他の実施例が、ここで開示された、この発明の当該明細書およびその実施を考慮して、当業者には明らかであろう。例えば、バルブの事例的な実施例が燃料サプライとの関係で開示されたけれども、バルブは燃料サプライシステム中の他の装置、例えば燃料カートリッジ、燃料電池等にも使用できることを理解されたい。さらに、上述の逃がしバルブの用途は燃料電池システムに限定されず、これに限定されないが、食料保管、製造、医療を含む分野の体の用途に採用してよく、ここで、創作的な逃がしバルブの部品がこの分野に適合化され、すなわち、食品グレードのプラスチック／エラストマーを食品保管の分野において使用することを考慮されたい。さらに、１つの実施例の要素または特徴を他の実施例に採用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０    バルブ
１２    バルブ本体（バルブハウジング）
１４    中央ポスト
１６    シール部材（ワッシャー）
１８    リテーナ
２０    開口溝
２２    チューブ
２３    燃料流路
２４    燃料サプライ
２５    外側ケーシング
２６    キャップ（２６）
２８    排出孔
３４    周囲部分
３６    内部部分
４１    液体吸収部材
４３    強化部材
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【国際調査報告】
2013543955.tif 000029