(57)【要約】      （修正有）【課題】ロックレバーを揺動させるソレノイド手段が故障した場合であっても、カソードを封止する開閉バルブの切り換え動作を行うことが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】弁開状態に保持すべく弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅに係合することでロック状態とするロックレバー６４と、可動要素６７を変位させて前記ロックレバー６４を支持ピン６２を支点として揺動させるソレノイド手段６８とを備え、（ａ）に示す弁閉状態において、前記ソレノイド手段６８の可動要素６７を一方側へ変位させることなく、弁駆動機構５２を介して弁ロッド４６を上昇させ、前記弁ロッド４６ｂの解除部４６ｄが傾斜面部６４ｂに摺接してロックレバー６４を第２ばね部材６５による付勢力に抗してロック状態解除側（矢印Ｘ２方向）へ揺動可能に設けた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、
前記酸化剤ガス流路の供給側及び/又は前記酸化剤ガスの排出側に設けられる開閉バルブと、
前記開閉バルブを開閉操作する開閉操作手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記開閉バルブを弁開状態に保持すべく前記開閉バルブのロック部に係合することで該開閉バルブをロック状態とするロックレバーと、可動要素が前記ロックレバーに連結されて前記ロックレバーを揺動させるソレノイド手段とを備え、
前記ロックレバーは、前記ソレノイド手段の可動要素の一方側への変位により、ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能に設けられると共に、前記ソレノイド手段の可動要素の他方側への変位及び前記ばね部材の付勢力により前記開閉バルブのロック状態側へ揺動可能に設けられ、
前記ロック状態から前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁開方向への動作により前記ロック状態が解除され、前記ロック状態の解除後に前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させた後、前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁閉方向への動作によって前記開閉バルブを弁閉状態とし、
前記開閉バルブの弁閉状態から、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させた後、前記開閉操作手段による弁開方向への動作によって前記開閉バルブを弁開状態とし、
前記開閉操作手段は、前記開閉バルブの弁閉状態において、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させることなく、前記開閉バルブの解除部が前記ロックレバーを作動させることにより、前記ロックレバーを前記ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能としたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、
前記酸化剤ガス流路の供給側及び/又は前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられる開閉バルブと、
前記開閉バルブを開閉操作する開閉操作手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記開閉バルブを弁開状態に保持すべく前記開閉バルブのロック部に係合することで該開閉バルブをロック状態とするロックレバーと、可動要素が前記ロックレバーに連結されて前記ロックレバーを変位させるソレノイド手段とを備え、
前記ロックレバーは、前記ソレノイド手段の可動要素の一方側への変位により、ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能に設けられると共に、前記ソレノイド手段の可動要素の他方側への変位及び前記ばね部材の付勢力により前記開閉バルブのロック状態側へ揺動可能に設けられ、
前記ロック状態から前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁開方向への動作により前記ロック状態が解除された後、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させ、前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁閉方向への動作により前記開閉バルブを弁閉状態とし、
前記ロックレバーは、前記ロック状態において、前記ソレノイド手段の可動要素が一方側への変位を行う力に抗して該ロック状態を維持可能としたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
前記ロックレバーと前記開閉バルブの前記ロック部とは、前記ロック状態において互いに噛み合う凹凸部を備えたことを特徴とす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、燃料電池の発電停止後に、開閉バルブを弁閉状態としてカソードを封鎖すると共に、前記燃料電池の発電中に、開閉バルブを弁開状態として前記カソードを開放することが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃料電池の発電停止中に発生するクロスリークを抑制するため、燃料電池のカソードの出入口に空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁をそれぞれ設け、燃料電池の発電停止後に前記空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁をそれぞれ弁閉状態として、前記カソードを封鎖する燃料電池システムが開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示された燃料電池システムでは、エアコンプレッサで圧縮されたエアを燃料電池への供給圧力よりも高い圧力で蓄圧するバッファタンクが設けられ、大気に連通する大気圧室と前記バッファタンクから供給されるエアによって加圧される加圧室との差圧によって、前記空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁の弁開閉動作の切り換えを行っている。
【０００４】
特許文献１に示されるようなカソードを封鎖する燃料電池システムでは、燃料電池で発電した電力の省力化を達成するため、各遮断弁を弁開状態に保持する電磁弁が用いられる場合がある。例えば、特許文献２には、燃料電池のカソードの出入口に発電停止時において弁閉状態となるノーマルクローズタイプの電磁弁をそれぞれ設けた燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１８０７２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発電停止状態から燃料電池を発電させるとき、前記電磁弁が何らかの原因によって故障している場合には、燃料電池のカソードの出入口を封止している各遮断弁を弁閉状態から弁開状態へと切り換えることが困難となる。
【０００７】
また、燃料電池の発電中において、電磁弁によって各遮断弁が弁開状態に保持されているとき、前記電磁弁の異常動作によって各遮断弁の弁開保持状態が解除されて弁閉状態へと切り換わるおそれがあり、各遮断弁における不慮の弁閉動作が発生することによって燃料電池のカソードへのエア供給が停止するという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ロックレバーを揺動させるソレノイド手段が故障した場合であっても、カソードを封止する開閉バルブの切り換え動作を行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、ロックレバーを揺動させるソレノイド手段が誤動作した場合であっても、カソードを封止する開閉バルブのロック状態を保持することが可能な燃料電池システム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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路の供給側及び/又は前記酸化剤ガスの排出側に設けられる開閉バルブと、前記開閉バルブを開閉操作する開閉操作手段とを備えた燃料電池システムにおいて、前記開閉バルブを弁開状態に保持すべく前記開閉バルブのロック部に係合することで該開閉バルブをロック状態とするロックレバーと、可動要素が前記ロックレバーに連結されて前記ロックレバーを揺動させるソレノイド手段とを備え、前記ロックレバーは、前記ソレノイド手段の可動要素の一方側への変位により、ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能に設けられると共に、前記ソレノイド手段の可動要素の他方側への変位及び前記ばね部材の付勢力により前記開閉バルブのロック状態側へ揺動可能に設けられ、前記ロック状態から前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁開方向への動作により前記ロック状態が解除され、前記ロック状態の解除後に前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させた後、前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁閉方向への動作によって前記開閉バルブを弁閉状態とし、前記開閉バルブの弁閉状態から、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させた後、前記開閉操作手段による弁開方向への動作によって前記開閉バルブを弁開状態とし、前記開閉操作手段は、前記開閉バルブの弁閉状態において、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させることなく、前記開閉バルブの解除部が前記ロックレバーを作動させることにより、前記ロックレバーを前記ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、例えば、ロックレバーを作動させるソレノイド手段が故障した場合、開閉バルブの弁閉状態において、ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させることなく、開閉操作手段を介して開閉バルブを弁開方向へ変位させることにより、開閉バルブの解除部がロックレバーに摺接しながら前記ロックレバーをばね部材の付勢力に抗してロック状態解除側へ揺動させることができる。
【００１１】
従って、本発明では、ロックレバーを作動させるソレノイド手段が故障した場合であっても、ロックレバーを押しのけて開閉バルブを弁閉状態から弁開保持状態に確実に切り換えることができる。
【００１２】
また、本発明は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路の供給側及び/又は前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられる開閉バルブと、前記開閉バルブを開閉操作する開閉操作手段とを備えた燃料電池システムにおいて、前記開閉バルブを弁開状態に保持すべく前記開閉バルブのロック部に係合することで該開閉バルブをロック状態とするロックレバーと、可動要素が前記ロックレバーに連結されて前記ロックレバーを変位させるソレノイド手段とを備え、前記ロックレバーは、前記ソレノイド手段の可動要素の一方側への変位により、ばね部材による付勢力に抗して前記開閉バルブのロック状態解除側へ揺動可能に設けられると共に、前記ソレノイド手段の可動要素の他方側への変位及び前記ばね部材の付勢力により前記開閉バルブのロック状態側へ揺動可能に設けられ、前記ロック状態から前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁開方向への動作により前記ロック状態が解除された後、前記ソレノイド手段の可動要素を一方側へ変位させ、前記開閉操作手段による前記開閉バルブの弁閉方向への動作により前記開閉バルブを弁閉状態とし、前記ロックレバーは、前記ロック状態において、前記ソレノイド手段の可動要素が一方側への変位を行う力に抗して該ロック状態を維持可能としたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、何らかの原因によってロック状態を解除しようと力がロックレバーに付与された場合であっても、ソレノイド手段の可動要素が一方側への変位を行う力に抗してロック状態が維持可能に設けられることにより、ロックレバーによるロック状態の解除が阻止される。この結果、本発明では、開閉バルブの弁開状態の保持が不慮に解除されて弁閉状態へ切り換わることを好適に阻止することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記ロックレバーと前記開閉バルブの前記ロック部とが、前記ロック状態において互いに噛み合う凹凸部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、開閉バルブが弁開状態に保持されたロック状態において、例えば、車両の衝突等によって各開閉バルブに衝撃力が付与された場合であっても、ロックレバーと開閉バルブのロック部とが、ロック状態において互いに噛み合う凹凸部を備えることにより、ロック状態が不慮に解除されることを防止して、作動安定性及び信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、例えば、ロックレバーを揺動させるソレノイド手段が故障した場合であっても、カソードを封止する開閉バルブの切り換え動作を確実に行うことが可能な燃料電池システムを得ることができる。
また、本発明では、例えば、ロックレバーを揺動させるソレノイド手段が誤動作した場合であっても、カソードを封止する開閉バルブのロック状態を確実に保持することが可能な燃料電池システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブの概略縦断面図である。
【図３】ロック機構を構成するロックレバーの分解斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブが、弁閉状態から切り換えられて弁開状態に保持されるまでの動作説明に供される図である。
【図５】各開閉バルブが弁開状態に保持されたロック状態を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、各開閉バルブが弁開のロック状態から弁閉状態に切り換えられるまでの動作説明に供される図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、ソレノイド手段が故障した場合に弁体を弁閉状態から弁開状態へ切り換えの動作説明に供される図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、ロック状態において、ロック状態を解除しようとする力がロックレバーに付与された場合であっても、ロックレバーによるロック状態の解除が阻止されることの説明に供される図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図、図２は、前記燃料電池システムを構成する第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブの概略縦断面図、図３は、ロック機構を構成するロックレバーの分解斜視図である。なお、本実施形態では、以下に燃料電池車両を例示して説明しているが、これに限定されるものでなく、例えば、船舶や航空機等、又は業務用や家庭用の定置式等に適用することができる。
【００１９】
図１に示されるように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池１２、アノード系１４、カソード系１６、アノード掃気系１８、制御系２０を備えて構成されている。
【００２０】
燃料電池１２は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）からなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）を図示しないセパレータで挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固定高分子膜）、これを挟持するカソード及びアノード等を備える。前記カソード及びアノードは、例えば、白金等の触媒がカーボンブラック等の触媒担体に担持された電極触媒層からなる。また、各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路２２及びカソード流路２４が形成されている。
【００２１】
このような燃料電池１２では、アノードに水素（反応ガス、燃料ガス）が供給され、一方、カソードに酸素を含むエア（反応ガス、酸化剤ガス）が供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒上で電極反応が起こり、燃料電池１２が発電可能な状態となる。
【００２２】
前記燃料電池１２は、図示しない外部負荷と電気的に接続され、前記外部負荷によって電流が取り出されると、燃料電池１２が発電するようになっている。なお、前記外部負荷とは、走行用のモータ、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置、後記するエアポンプ２６等である。
【００２３】
アノード系１４は、水素タンク２８、遮断弁３０、パージ弁３２、配管ａ１〜ａ５等によって構成される。
【００２４】
水素タンク２８は、高純度の水素を高圧で貯蔵するものであり、配管ａ１を介して下流側の遮断弁３０と接続されている。前記遮断弁３０は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ２を介して下流側の燃料電池１２のアノード流路２２の入口と接続されている。
【００２５】
パージ弁３２は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ３を介して上流側の燃料電池１２のアノード流路２２の出口と接続されている。また、入口側の配管ａ２と出口側の配管ａ３には、燃料電池１２のアノードの出口から排出された未反応の水素をアノードの入口側に戻す配管ａ４がそれぞれ接続されている。
【００２６】
なお、配管ａ４から配管ａ２への合流部には、図示しないエゼクタが設けられ、水素タンク２８から導出される水素の流れによって生じる負圧によって、配管ａ４から戻るガス（水素）を吸引するように構成されている。また、パージ弁３２は、配管ａ５を介して下流側の希釈器３４と接続されている。
【００２７】
カソード系１６は、エアポンプ２６、第１の開閉バルブ３６ａ、第２の開閉バルブ３６ｂ、背圧弁３８、希釈器３４、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００２８】
エアポンプ２６は、例えば、図示しないモータで駆動される機械式の過給器であり、取り込んだ外気（エア）を圧縮して燃料電池１２に供給する。
【００２９】
第１の開閉バルブ３６ａは、酸化剤ガスの供給側に設けられ、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ２６と接続されると共に、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池１２のカソード流路２４の入口と接続されている。第２の開閉バルブ３６ｂは、酸化剤ガスの排出側に設けられ、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池１２のカソード流路２４の出口と接続されると共に、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁３４と接続されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂによって酸化剤ガスの供給側及び排出側の両方に開閉バルブを配置しているが、酸化剤ガスの供給側又は排出側の少なくともいずれか一方に開閉バルブが配置されるとよい。
【００３１】
第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、それぞれ、ノーマルクローズタイプで同一構成からなるため、以下、第１の開閉バルブ３６ａの構成を詳細に説明して、第２の開閉バルブ３６ｂの説明を省略する。
【００３２】
この第１の開閉バルブ３６ａは、図２に示されるように、流体が導入されるインレットポート４０ａ及び流体が導出されるアウトレットポート４０ｂがそれぞれ形成されたバルブハウジング４２と、前記バルブハウジング４２の上部側に搭載されて一体的に結合されるボンネット４３と、前記バルブハウジング４２の室４４内に設けられてインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体４６と、前記弁体４６を着座部４８に向かって押圧するコイルスプリングからなる第１ばね部材５０と、前記ボンネット４３の空間部４５内に設けられ前記弁体４６が着座部４８から離間する方向及び着座部４８に着座する方向に沿って前記弁体４６を変位させる弁駆動機構５２（開閉操作手段）と、前記弁体４６を弁開状態に保持するロック機構５４とを備える。
【００３３】
なお、図１に示されるように、第１の開閉バルブ３６ａには、バルブハウジング４２のインレットポート４０ａに対してエアポンプ２６に連通する配管ｃ１が接続され、アウトレットポート４０ｂに対して燃料電池１２のカソード流路２４に連通する配管ｃ２が接続される。また、第２の開閉バルブ３６ｂには、バルブハウジング４２のインレットポート４０ａに対して燃料電池１２のカソード流路２４に連通する配管ｃ３が接続され、アウトレットポート４０ｂに対して背圧弁３８に連通する配管ｃ４が接続される。この場合、第１の開閉バルブ３６ａと第２の開閉バルブ３６ｂとでは、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂの位置が逆転して配設される。
【００３４】
図２に示されるように、弁体４６は、円板状に形成された弁部４６ａと、前記弁部４６ａの中心に連結される弁ロッド４６ｂとを有し、前記弁部４６ａの下面には、バルブハウジング４２の着座部４８に当接してシール機能を発揮する弁パッキン４６ｃが装着される。
【００３５】
弁駆動機構５２は、例えば、ステッピングモータ等の電気駆動手段からなる回転駆動源５６と、前記回転駆動源５６の回転駆動軸（モータ軸）５６ａに連結されたピニオン５８と、ボンネット４３の空間部４５内に臨む弁ロッド４６ｂの外表面の一部に軸方向に沿って延在するように設けられ前記ピニオン５８と噛合するラック部６０とを有する。
【００３６】
さらに、弁駆動機構５２は、前記弁ロッド４６ｂの上端部に略水平方向に所定長だけ突出し後記するロックレバー６４の傾斜面部６４ｂと係合可能に設けられると共に、先端部が傾斜面で面取りして形成される解除部４６ｄと、前記解除部４６ｄの下方側に設けられ、後記するロックレバー６４の係合凸部６４ａと噛み合い可能に設けられる係合凹部４６ｅとを有する。なお、弁体４６の弁ロッド４６ｂに設けられた係合凹部４６ｅは、開閉バルブのロック部として機能するものである。この場合、ロックとは、弁体４６が着座部４８に着座するのを阻止することをいう。
【００３７】
前記回転駆動源５６は、バルブハウジング４２に設けられた図示しない固定部材によって固定される。また、回転駆動源５６に供給される電流の極性を切り換えることにより、回転駆動軸５６ａに連結されたピニオン５８の回転方向を正逆いずれかの方向に切り換えることができる。
【００３８】
この場合、回転駆動源５６が回転駆動されて回転駆動軸５６ａの回転運動がピニオン５８に伝達され、前記ピニオン５８の回転運動は、ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６の直線運動（昇降運動）に変換される。この結果、前記弁体４６が着座部４８に着座してインレットポート４０ａを閉塞することにより、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された弁閉状態となり（図２参照）、一方、前記弁体４６が着座部４８から離間することにより、バルブハウジング４２内の室４４を介してインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとが連通する弁開状態となる（図５参照）。
【００３９】
なお、弁体４６の弁ロッド４６ｂは、バルブハウジング４２の挿通孔６１に設けられた図示しない一対の軸受を介して上下方向に沿って昇降自在に軸支され、前記弁ロッド４６ｂの外周面の一部に形成されたラック部６０が回転駆動源５６のピニオン５８と円滑に噛合するように設けられる。また、前記挿通孔６１には、図示しないシール部材が設けられ、図示しないシール部材によってバルブハウジング４２の室４４内の液密性乃至気密性が保持される。
【００４０】
ロック機構５４は、図２又は図３に示されるように、ボンネット４３に固定された支持ピン６２が軸着される貫通孔６３を有し前記支持ピン６２を支点として所定角度の範囲内で揺動可能に設けられたロックレバー６４と、前記支持ピン６２に係着さればね力によって前記ロックレバー６４を時計回り方向（矢印Ｘ１方向）に付勢する第２ばね部材６５と、電磁力で変位する可動要素（例えば、可動コア）６７のシャフト部６７ａが前記ロックレバー６４の側壁部６４ｃを押圧することにより、前記第２ばね部材６５のばね力に抗して前記ロックレバー６４を反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に所定角度だけ揺動させるソレノイド手段６８とを有する。
【００４１】
図３に示されるように、ロックレバー６４は、上端側に設けられて弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅと係合する係合凸部６４ａと、前記係合凸部６４ａから下方側に向かって延在し弁ロッド４６ｂの解除部４６ｄと摺接する傾斜面からなる傾斜面部６４ｂと、下端側に設けられソレノイド手段６８を構成する可動要素６７のシャフト部６７ａが当接する側壁部６４ｃとを有する。
【００４２】
図３に示されるように、第２ばね部材６５は、例えば、トーションばねからなり、巻回部６５ａと、前記巻回部６５ａから延在しロックレバー６４に設けられた係止用突起部６４ｄに係止される直線状一端部６５ｂと、前記巻回部６５ａから延在し支持ピン６２の先端部に固定される円板部材６９の係止用突起部６９ａに係止される直線状他端部６５ｃとから構成される。
【００４３】
この場合、円板部材６９に設けられた係止用突起部６９ａは、第２ばね部材６５を固定する固定部として機能するものであり、一方、ロックレバー６４と一体的に揺動する係止用突起部６４ｄは、可動部として機能するものである。前記ロックレバー６４は、前記第２ばね部材６５のばね力によって、常時、支持ピン６２を支点として時計回り方向（矢印Ｘ１方向）に付勢（押圧）されている。なお、前記第２ばね部材６５は、トーションばねに限定されるものではなく、例えば、図示しないコイルスプリングや板ばね等を用いてもよい。
【００４４】
図２に戻って、ソレノイド手段６８は、ブラケット７１を介してボンネット４３の外部側壁に固定され、ボビンにコイルが巻回されたソレノイド７３と、前記ソレノイド７３に通電して励磁することにより固定コア７５側に向かって吸引される可動要素６７とを含む電磁弁によって構成される。前記可動要素６７には、ロックレバー６４の側壁部６４ｃに当接して前記側壁部６４ｃを押圧するシャフト部６７ａが一体的に形成される。
【００４５】
なお、ソレノイド手段６８を構成する可動要素６７（シャフト部６７ａ）の変位において、可動要素６７が固定コア７５側に吸引されてロックレバー６４へ接近する方向への変位を「可動要素の一方側への変位」とし、ソレノイド手段６８に設けられた図示しない復帰ばねによって可動要素６７がロックレバー６４から離間する方向への変位を「可動要素の他方側への変位」とする。
【００４６】
この場合、ロックレバー６４は、ソレノイド手段６８の可動要素６７の一方側への変位により、第２ばね部材６５による付勢力（ばね力）に抗して各開閉バルブ３６ａ、３６ｂのロック状態解除側（矢印Ｘ２方向）へ揺動可能に設けられると共に、前記ソレノイド手段６８の可動要素６７の他方側への変位及び前記第２ばね部材６５の付勢力により各開閉バルブ３６ａ、３６ｂのロック状態側（矢印Ｘ１方向）へ揺動可能に設けられる。
【００４７】
また、ソレノイド７３に対して電流の供給が停止された非通電状態（オフ状態）では、可動要素６７のシャフト部６７ａの先端部がロックレバー６４の側壁部６４ｃに当接し、弁体４６が着座部４８に着座した弁閉状態にある。一方、ソレノイド７３に対して電流が供給された通電状態（オン状態）では、ソレノイド７３の励磁作用によって可動要素６７が固定コア７５側に吸引されてシャフト部６７ａがロックレバー６４側に向かって変位することにより、前記シャフト部６７ａが前記ロックレバー６４の側壁部６４ｃを押圧して前記ロックレバー６４が支持ピン６２を支点として反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に所定角度だけ揺動し、弁体４６が着座部４８から離間可能な状態（ロック解除可能状態）となる。
【００４８】
さらに、弁駆動機構５２の回転駆動源５６及びロック機構５４のソレノイド７３は、例えば、高圧バッテリとは別個に設けられた図示しない低圧バッテリの電力によってそれぞれ駆動される。
【００４９】
図１に戻って、背圧弁３８は、燃料電池１２のカソードの圧力を調整する機能を有し、弁開度の調節が可能なバタフライ弁（常開型）等で構成されている。また、背圧弁３８は、配管ｃ５を介して希釈器３４と接続されている。
【００５０】
希釈器３４は、パージ弁３２から排出された未消費の水素を、カソードから排出されたカソードオフガスによって希釈して車外に排出するものである。なお、カソード系１６には、エアポンプ２６から供給された空気を加湿する図示しない加湿器が配管ｃ１に設けられている。
【００５１】
アノード掃気系１８は、エア導入配管７０、エア導入弁７２、エア導出配管７４、エア導出弁７６等で構成されている。
【００５２】
エア導入配管７０は、エアポンプ２６からのエア（掃気ガス、酸化剤ガス）をアノードに導入する流路を構成し、上流側の端部が配管ｃ１と接続され、下流側の端部が配管ａ２と接続されている。エア導入弁７２は、エア導入配管７０の流路上に設けられ、燃料電池１２の発電停止後のアノード掃気時にＥＣＵ１００によって開弁される。
【００５３】
エア導出配管７４は、アノードから排出されたエア（掃気ガス）をカソード系１６に戻す流路を構成し、上流側の端部が配管ａ３と接続され、下流側の端部が背圧弁３８の下流側の配管ｃ５と接続されている。エア導出弁７６は、エア導出配管７４の流路上に設けられ、アノード掃気時にＥＣＵ１００によって開弁される。
【００５４】
制御系２０は、ＥＣＵ１００（Electronic Control Unit）、燃料電池１２の温度を検出する温度センサ１０２、タイマ１０４等で構成されている。
【００５５】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、掃気制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。また、ＥＣＵ１００は、遮断弁３０、パージ弁３２、第１の開閉バルブ３６ａ、第２の開閉バルブ３６ｂ、エア導入弁７２、エア導出弁７６をそれぞれ開閉制御すると共に、第１及び第２の開閉バルブ３６ａ、３６ｂにそれぞれ設けられた弁駆動機構５２、ロック機構５４をそれぞれ制御する。さらに、ＥＣＵ１００は、エアポンプ２６のモータの回転速度を制御し、背圧弁３８の弁開度を調整する。さらにまた、ＥＣＵ１００は、温度センサ１０２によって燃料電池１２の発電停止（ＩＧ−ＯＦＦ）からの経過時間（発電停止時間）等を計測する。
【００５６】
本実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００５７】
先ず、燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されて、燃料電池１２の発電が停止されている場合について説明する。
【００５８】
運転者によってイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されている場合、ＥＣＵ１００からの制御信号によって、遮断弁３０が閉じられて燃料電池１２側への水素の供給が停止されていると共に、エアポンプ２６の図示しないモータの駆動が停止されて燃料電池１２側へのエアの供給が停止されている。また、燃料電池１２の発電停止中は、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂが弁閉状態となり、燃料電池１２のカソードが封鎖されている。
【００５９】
換言すると、燃料電池１２の発電停止中において、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、ノーマルクローズタイプのバルブからなり、図２に示されるように、第１ばね部材５０のばね力によって弁体４６が着座部４８に対して着座するように押圧されている。従って、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された弁閉状態となる。その際、弁駆動機構５２の回転駆動源５６は、非通電状態にあると共に、ロック機構５４のソレノイド７３は、非通電状態（非励磁状態）にある。
【００６０】
燃料電池１２のカソードがノーマルクローズタイプの第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂによって封鎖されることにより、燃料電池１２の発電停止中において、カソード流路２４内に新たなエアが流れ込むことが好適に阻止され、クロスリークの発生を防止して燃料電池１２の性能低下を阻止することができる。
【００６１】
次に、運転者によって燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されて燃料電池システム１０が運転中である場合には、ＥＣＵ１００によって第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂがそれぞれ弁開状態に切り換えられてカソードの封鎖状態が解除される。同時に、ＥＣＵ１００によって遮断弁３０が弁開状態とされて水素タンク２８からアノードに水素が供給されると共に、エアポンプ２６が駆動されてカソードにエア（空気）が供給されて、燃料電池１２の発電が行われる。
【００６２】
なお、燃料電池システム１０の運転中において、エア導入弁７２及びエア導出弁７６は、それぞれ弁閉状態とされ、パージ弁３２は、適宜弁開状態とされて、配管ａ２、ａ３、ａ４及びアノード流路２２からなるアノード循環系に蓄積した窒素等の不純物や生成水を排出する。窒素や生成水は、電解質膜を介してカソードからアノードへと透過したものである。
【００６３】
図４（ａ）〜（ｅ）は、第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブが、弁閉状態から切り換えられて弁開状態に保持されるまでの動作説明に供される図、図５は、各開閉バルブが弁開状態に保持されたロック状態を示す縦断面図である。
【００６４】
ここで、カソードの封鎖状態を解除したときにおける、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁閉状態から弁開状態及びロック状態への切換動作について、図４に基づいて以下詳細に説明する。なお、図４（ａ）は、図２に示されるように各開閉バルブ３６ａ、３６ｂの弁体４６が着座部４８に着座した弁閉状態にあり、この弁閉状態を初期位置として説明する。
【００６５】
先ず、ＥＣＵ１００は、運転者によって燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されたことを検知したとき、図４（ｂ）に示されるように、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂにおいて、ロック機構５４のソレノイド７３に通電し前記ソレノイド７３の励磁作用によって可動要素６７（シャフト部６７ａ）を矢印方向に変位させてロックレバー６４の側壁部６４ｃを押圧する。
【００６６】
従って、ロックレバー６４は、第２ばね部材６５のばね力に抗して支持ピン６２を支点として反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に所定角度だけ揺動する。この結果、図４（ａ）の弁閉状態において弁ロッド４６ｂの鉛直上方に位置していたロックレバー６４の係合凸部６４ａは、図４（ｂ）に示されるように前記弁ロッド４６ｂの上方位置から所定距離だけ横方向に離間した非交差位置に保持される。
【００６７】
さらに、ＥＣＵ１００は、図４（ｃ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を第１ばね部材５０のばね力に打ち勝って上方に変位させる。
【００６８】
第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁体４６は、回転駆動源５６の回転力がピニオン５８及びラック部６０の噛合作用によって直線運動に変換され、それぞれ、着座部４８から所定間隔離間し、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとが室４４を介して連通した弁開状態となる。
【００６９】
このような弁開状態において、ＥＣＵ１００は、図４（ｄ）に示されるように、ソレノイド７３に対する通電を停止して前記ソレノイド７３を非励磁状態とし、図示しない復帰ばねによって可動要素６７（シャフト部６７ａ）を前記とは反対方向（矢印方向）に変位させることにより、ロックレバー６４は、第２ばね部材６５のばね力によって時計回り方向（矢印Ｘ１方向）に所定角度だけ揺動し、図４（ａ）の初期位置に復帰する。
【００７０】
さらに、ＥＣＵ１００は、図４（ｅ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を前記と反対の反時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を下方に変位させる。
【００７１】
この結果、ロックレバー６４の係合凸部６４ａと弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅとが噛み合い状態になると共に、弁ロッド４６ｂの上端に突出して設けられた解除部４６ｄによってロックレバー６４の上端部が係止され、各開閉バルブ３６ａ、３６ｂの弁体４６が弁開状態に保持されたロック状態となる（図５参照）。
【００７２】
第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂが、ロック機構５４によって弁開状態に保持された後、ＥＣＵ１００は、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に制御信号を出力して、前記回転駆動源５６に対する通電を停止する。この結果、弁開状態に保持されたロック状態では、回転駆動源５６に対する電力の供給を削減して、省電力化を達成することができる。
【００７３】
図６（ａ）〜（ｅ）は、各開閉バルブが弁開のロック状態から弁閉状態に切り換えられるまでの動作説明に供される図である。
【００７４】
次に、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂが弁開状態に保持されたロック状態から弁閉状態への切換動作について、図６に基づいて説明する。なお、図６（ａ）は、図４（ｅ）と同様に、ロック機構５４によって弁体４６が弁開状態に保持されたロック状態を示したものである。
【００７５】
ＥＣＵ１００は、運転者によって燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されたことを検知したとき、図６（ｂ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を第１ばね部材５０のばね力に打ち勝って上方に変位させる。この結果、弁ロッド４６ｂに設けられた解除部４６ｄがロックレバー６４の上端部から離間して、ロックレバー６４の係止状態が解除される。
【００７６】
続いて、ＥＣＵ１００は、図６（ｃ）に示されるように、ロック機構５４のソレノイド７３に通電し前記ソレノイド７３の励磁作用によって可動要素６７（シャフト部６７ａ）を矢印方向に変位させてロックレバー６４の側壁部６４ｃを押圧する。従って、ロックレバー６４は、第２ばね部材６５のばね力に抗して支持ピン６２を支点として反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に所定角度だけ揺動する。
【００７７】
前記ロックレバー６４の揺動が保持された状態において、さらに、ＥＣＵ１００は、図６（ｄ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を前記と反対の反時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を下方に変位させる。この結果、ロック機構５４によるロック状態が解除され、弁体４６が第１ばね部材５０のばね力によって押圧されて着座部４８に着座した弁閉状態に復帰する。
【００７８】
弁体４６が弁開状態から弁閉状態へ切り換えられた後、ＥＣＵ１００は、図６（ｅ）に示されるように、ソレノイド７３に対する通電を停止して前記ソレノイド７３を非励磁状態とし、図示しない復帰ばねによって可動要素６７（シャフト部６７ａ）を前記とは反対方向（矢印方向）に変位させることにより、ロックレバー６４は、第２ばね部材６５のばね力によって時計回り方向（矢印Ｘ１方向）に所定角度だけ揺動し、図４（ａ）の初期位置に復帰する。
【００７９】
本実施形態では、弁駆動機構５２によって弁体４６が駆動されて弁開状態となったときに前記弁体４６を弁開状態に保持するロック機構５４を設けることにより、前記弁体４６を駆動する弁駆動機構５２の弁体保持力に依存することがなく、燃料電池１２の発電効率の低下を抑制しながら第１の開閉バルブ３６ａ及び／又は第２の開閉バルブ３６ｂの弁開状態を確実に且つ安定して保持することができる。
【００８０】
図７（ａ）〜（ｄ）は、ソレノイド手段が故障した場合に弁体を弁閉状態から弁開状態へ切り換えの動作説明に供される図である。なお、図７（ａ）は、図６（ｅ）と同様に、弁体が弁閉状態にある初期位置を示している。
【００８１】
例えば、ロック機構５４を構成するソレノイド手段６８が故障した場合、ソレノイド７３を励磁しても可動要素６７（シャフト部６７ａ）を変位させることが不可能となる。そこで、前記ソレノイド手段６８が故障したことの故障検知信号を図示しない故障検知手段から受領した場合、ＥＣＵ１００は、図７（ｂ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を第１ばね部材５０のばね力に打ち勝って上方に変位させる。
【００８２】
弁体４６が上方に向かって変位する際、弁ロッド４６ｂの解除部４６ｄは、ロックレバー６４の傾斜面部６４ｂに当接（摺接）すると共に、鉛直上方向に変位しながら第２ばね部材６５のばね力に抗してロックレバー６４を押圧し前記ロックレバー６４を反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に僅かに揺動させる。
【００８３】
さらに、弁体４６が上方に向かって変位する際、弁ロッド４６ｂの解除部４６ｄは、図７（ｃ）に示されるように、ロックレバー６４の傾斜面部６４ｄに連続する係合凸部６４ａと当接した後、図７（ｄ）に示されるように、弁ロッド４６ｂがロックレバー６４から離間した変位終端位置に到達する。なお、弁ロッド４６ｂが上昇してロックレバー６４から離間することにより、前記ロックレバー６４は、第２ばね部材６５のばね力によって時計回り方向（矢印Ｘ１方向）に僅かに揺動する。
【００８４】
さらにまた、ＥＣＵ１００は、図７（ｅ）に示されるように、弁駆動機構５２の回転駆動源５６に通電してピニオン５８を前記と反対の反時計回り方向（矢印方向）に回転させ、前記ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を下方に変位させる。
【００８５】
この結果、ロックレバー６４の係合凸部６４ａと弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅとが噛み合い状態になると共に、弁ロッド４６ｂの上端側に設けられた突出部によってロックレバー６４の上端部が係止され、各開閉バルブ３６ａ、３６ｂの弁体４６が弁開状態に保持されたロック状態となる。
【００８６】
このように、本実施形態では、例えば、ロックレバー６４を作動させるソレノイド手段６８が故障した場合であっても、弁駆動機構５２の回転駆動源５６を駆動させて弁ロッド４６ｂを変位させるのみで、弁体４６を弁閉状態から弁開状態に保持することができる。
【００８７】
換言すると、本実施形態では、ロックレバー６４を作動させるソレノイド手段６８が故障した場合、弁体４６が着座部４８に着座した弁閉状態において、ソレノイド手段６８の可動要素６７を一方側（固定コア７５側）へ変位させることなく、弁駆動機構５２を介して弁体４６（弁ロッド４６ｂ）を弁開方向へ変位させることにより、弁ロッド４６ｂの解除部４６ｄがロックレバー６４の傾斜面部６４ｂに摺接しながら、前記ロックレバー６４を第２ばね部材６５のばね力（付勢力）に抗してロック状態解除側（反時計回り方向、矢印Ｘ２方向）へ揺動させることができる。
【００８８】
従って、本実施形態では、例えば、ロックレバー６４を作動させるソレノイド手段６８が故障した場合であっても、弁ロッド４６ｂの変位軌道上に存在するロックレバーを押しのけて、弁体４６を弁閉状態から弁開保持状態に円滑に切り換えることができる。
【００８９】
また、本実施形態では、例えば、運転者によって燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオンされたことをＥＣＵ１００が検知したとき、ソレノイド手段６８に通電することなく、図７（ａ）〜（ｄ）に示されるように弁駆動機構５２のみを動作させることにより、図４（ａ）〜（ｄ）の各動作と比較して弁開状態に保持されるまでの時間を短縮して、燃料電池システム１０を迅速に駆動させることができる。
【００９０】
図８（ａ）、（ｂ）は、ロック状態において、ロック状態を解除しようとする力がロックレバーに付与された場合であっても、ロックレバーによるロック状態の解除が阻止されることの説明に供される図である。
【００９１】
各開閉バルブ３６ａ、３６ｂの弁体４６が弁開状態に保持されたロック状態において、例えば、何らかの原因によってソレノイド手段６８のソレノイド７３が誤動作して可動要素６７が変位しようする場合、図８（ａ）に示されるように、可動要素６７のシャフト部６７ａがロックレバー６４の側壁部６４ｃを矢印方向に押圧して支持ピン６２を支点として前記ロックレバー６４を反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）に揺動させようとする。
【００９２】
しかしながら、本実施形態では、このような場合、図８（ａ）に示されるように、ロックレバー６４の係合凸部６４ａが弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅと噛み合った状態にあるため、前記ロックレバー６４の反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）の揺動が阻止されてロック状態が解除されることがない。
【００９３】
換言すると、何らかの原因によってロック状態を解除しようとする力がロックレバー６４に付与された場合であっても、ロックレバー６４が支持ピン６２を支点として反時計回り方向に揺動しないように弁ロッド４６ｂの係合凹部４６ｅの内壁面とロックレバー６４の係合凸部６４ａの上端面とが係合するように設けられている。従って、本実施形態では、ソレノイド手段６８の可動要素６７がロックレバー６４の側壁部６４ｃを押圧する力（一方側への変位を行う力）に抗してロック状態が維持可能に設けられることにより、ロックレバー６４によるロック状態の解除が阻止される。
【００９４】
また、図８（ｂ）に示されるように、ロックレバー６４の上端面に上方に向かって突出する縦断面略矩形状の凸部８０を設け、前記ロックレバー６４の凸部８０が、弁ロッド４６ｂに形成された凹部８２と互いに噛み合うように設けることにより、ロックレバー６４の反時計回り方向（矢印Ｘ２方向）の揺動が阻止され、ロック状態の解除を確実に防止することができる。なお、前記ロックレバー６４の凸部８０及び弁ロッド４６ｂの凹部８２は、ロック状態において互いに噛み合う凹凸部として機能するものである。
【００９５】
本実施形態では、例えば、弁ロッド４６ｂとロックレバー６４との間の摩擦力や弁体４６を弁閉方向に付勢する第１ばね部材５０のばね力等によって、弁開状態の保持が不慮に解除されて弁閉状態へ切り換わることを好適に阻止することができる。
【００９６】
このように、本実施形態では、各開閉バルブ３６ａ、３６ｂの弁体４６が弁開状態に保持されたロック状態において、ソレノイド手段６８の誤動作や燃料電池システム１０が搭載された図示しない燃料電池車両の衝突等によって各開閉バルブ３６ａ、３６ｂに衝撃力が付与された場合であっても、ロック状態が不慮に解除されることを防止して、作動安定性及び信頼性を向上させることができる。
【００９７】
さらに、例えば、ソレノイド手段６８等に異常が発生した場合であっても、ロック機構５４によって弁開状態に保持された弁体４６が弁閉状態へ切り換わることがないため、燃料電池システム１０の圧力異常によるシステム破損又はシステム停止を防止することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０    燃料電池システム
１２    燃料電池
３６ａ、３６ｂ  開閉バルブ
４６    弁体
４６ｅ  係合凹部（ロック部、凹部）
４６ｄ  解除部
５２    弁駆動機構（開閉操作手段）
６４    ロックレバー
６４ａ  係合凸部
６５    ばね部材
６７    可動要素
６８    ソレノイド手段
８０    凸部
８２    凹部
ｃ１〜ｃ５  配管（酸化剤ガス流路）
【図１】
2010277759.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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