(57)【要約】【課題】燃料電池から排出されたオフガスを調圧する調圧弁の振動を減衰できると共に、騒音の発生を抑制し且つ前記調圧弁に接続される部材の振動や騒音の発生を抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１００と、燃料電池１００に接続され、燃料電池１００から排出されたオフガスを流通させる排気管１０と、排気管１０に接続され、排気管１０から導入されたオフガスを調圧する調圧弁１１１と、調圧弁１１１に接続され、調圧弁１１１によって調圧されたオフガスが導入される希釈器１１２を備え、調圧弁１１１と排気管１０が減衰部材３１を介して接続される及び／または調圧弁１１１と希釈器１１２とが減衰部材３６を介して接続されると共に、調圧弁１１１が軸シールされてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させる第１の部材と、
前記第１の部材に接続され、当該第１の部材から導入されたオフガスを調圧する調圧弁と、
前記調圧弁に接続され、当該調圧弁によって調圧されたオフガスが導入される第２の部材と、
を備え、
前記調圧弁と前記第１の部材は、第１の減衰部材を介して接続されると共に、前記調圧弁が軸シールされてなる燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させる第１の部材と、
前記第１の部材に接続され、当該第１の部材から導入されたオフガスを調圧する調圧弁と、
前記調圧弁に接続され、当該調圧弁によって調圧されたオフガスが導入される第２の部材と、
を備え、
前記調圧弁と前記第２の部材は、第２の減衰部材を介して接続されると共に、前記調圧弁が軸シールされてなる燃料電池システム。
【請求項３】
前記調圧弁と前記第１の部材は、第１の減衰部材を介して接続されてなる請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記調圧弁に、前記軸シールの抜止めを行う抜止め部材の一端を配設し、当該抜止め部材の他端は、前記第１の減衰部材を介して前記第１の部材に配設されてなる請求項１または請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記調圧弁に、前記軸シールの抜止めを行う抜止め部材の一端を配設し、当該抜止め部材の他端は、前記第２の減衰部材を介して前記第２の部材に配設されてなる請求項２または請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記軸シールは、前記調圧弁の下流側及び上流側に配設されてなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１の減衰部材の減衰率と、前記第２の減衰部材の減衰率が異なる請求項６記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、振動や騒音の発生を抑制した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池を備えた燃料電池システムでは、前記燃料電池から排出された酸化オフガスを流通させる排気管が、圧力脈動と共振し、騒音が発生することがある。また、前記燃料電池に接続され且つ当該燃料電池から排出される酸化オフガスを調圧する調圧弁として、バタフライ式の弁を使用すると、バタフライ式の弁が圧力脈動を受け、起振源になる虞がある。また、前記排気管が固定される固定面との面剛性不足により、排気管の固有振動数と圧力脈動が一致し、当該排気管に振動を引き起こすこともある。
【０００３】
近年では、酸化オフガスが調圧弁を流通する際に発生する乱流により生じる振動が、燃料電池システムを構成する加湿モジュール等に伝達しないよう、加湿モジュールと調圧弁との間に、制振部材としてのゴムホースを配設することで、振動に起因する騒音の発生を抑制する燃料電池搭載機器が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃料電池に供給する反応ガスを、前記燃料電池から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器を備え、前記反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁の導入口が、インシュレータ（弾性部材）を介して前記加湿器の前記排出ガスの排出口に取り付けられ、ゴムリング（弾性部材）を介して、前記圧力制御弁に取り付けられた保持部を有する支持部材が設けられており、前記支持部材が前記加湿器に取り付けられている燃料電池システムも紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７３６８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６０５４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、特許文献１及び２に記載された従来技術では、制振部材や弾性部材によって前記調圧弁（圧力制御弁）で発生した振動をある程度吸収することはできるが、燃料電池から排出された酸化オフガスを流通させる排気管の振動ピークを充分に低減することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、燃料電池から排出されたオフガスを調圧する調圧弁の振動を減衰できると共に、騒音の発生を抑制し、且つ、前記調圧弁に接続される部材（配管や燃料電池システムを構成する各種装置）に前記振動が伝達されることを抑制でき、騒音の発生を低減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】
【０００８】
この目的を達成するため本発明は、燃料電池と、前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させる第１の部材と、前記第１の部材に接続され、当該第１の部材から導入されたオフガスを調圧する調圧弁と、前記調圧弁に接続され、当該調圧弁によって調圧されたオフガスが導入される第２の部材とを備え、前記調圧弁と前記第１の部材は、第１の減衰部材を介して接続されると共に、前記調圧弁が軸シールされてなる燃料電池システムを提供するものである。
【０００９】
この構成を備えた燃料電池システムは、調圧弁と第１の部材が第１の減衰部材を介して接続されているため、オフガスを調圧する際に生じる調圧弁の振動や、調圧弁を駆動するモータの伝達音等を前記第１の減衰部材によって吸収し減衰することができる。したがって、前記第１の部材に、調圧弁で生じる振動が伝達されることを抑制することができ、第１の部材が、振動したり、騒音を発生することを低減することができる。また、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記調圧弁が軸シールされており、当該調圧弁は、前記軸シールによりフローティングされた構成となるため、当該調圧弁をダイナミックダンパーとして機能させる（即ち、調圧弁がマスダンパーとなる）ことができる。したがって、振動や騒音の発生をさらに抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させる第１の部材と、前記第１の部材に接続され、当該第１の部材から導入されたオフガスを調圧する調圧弁と、前記調圧弁に接続され、当該調圧弁によって調圧されたオフガスが導入される第２の部材とを備え、前記調圧弁と前記第２の部材は、第２の減衰部材を介して接続されると共に、前記調圧弁が軸シールされてなる燃料電池システムを提供するものである。
【００１１】
この構成を備えた燃料電池システムは、調圧弁と第２の部材が第２の減衰部材を介して接続されているため、オフガスを調圧する際に生じる調圧弁の振動や、調圧弁を駆動するモータの伝達音等を前記第２の減衰部材によって吸収し減衰することができる。したがって、前記第２の部材に、調圧弁で生じる振動が伝達されることを抑制することができ、第２の部材が、振動したり、騒音を発生することを低減することができる。また、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記調圧弁が軸シールされており、当該調圧弁は、前記軸シールによりフローティングされた構成となるため、当該調圧弁をダイナミックダンパーとして機能させる（即ち、調圧弁がマスダンパーとなる）ことができる。したがって、振動や騒音の発生をさらに抑制することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記調圧弁と前記第１の部材を前記第１の減衰部材を介して接続し、且つ、前記調圧弁と前記第２の部材を前記第２の減衰部材を介して接続した構成を備えることもできる。このように構成することで、前記調圧弁の振動や、調圧弁を駆動するモータの伝達音等を前記第１の減衰部材及び第２の減衰部材によって吸収し減衰することができる。したがって、振動や騒音の発生をさらに抑制することができる。
【００１３】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムは、前記調圧弁に、前記軸シールの抜止めを行う抜止め部材の一端を配設し、当該抜止め部材の他端は、前記第１の減衰部材を介して前記第１の部材に配設した構成を備えることもできる。このように構成することで、前記前記抜止め部材を、第１の減衰部材を配設するための部材として兼用することができるため、前記利点に加え、構成を簡略化することができると共に、製造コストを削減することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムは、前記調圧弁に、前記軸シールの抜止めを行う抜止め部材の一端を配設し、当該抜止め部材の他端は、前記第２の減衰部材を介して前記第２の部材に配設した構成を備えることもできる。このように構成することで、前記抜止め部材を、前記第２の減衰部材を配設するための部材として兼用することができるため、前記利点に加え、構成を簡略化することができると共に、製造コストを削減することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、軸シールを前記調圧弁の下流側及び上流側に配設することができる。このように構成することで、調圧弁のダイナミックダンパーとしての機能を一層向上させることができ、振動や騒音の発生をさらに抑制することができる。
【００１６】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムは、前記第１の減衰部材の減衰率と、前記第２の減衰部材の減衰率とが異なるように、第１の減衰部材と第２の減衰部材を選択してもよい。このように構成することで、前記利点に加え、２つの異なった波長の振動や騒音に対し減衰効果を発揮させることができる。なお、第１の減衰部材の減衰率と、第２の減衰部材の減衰率とが異なるようにするには、例えば、両者の体積（ボリューム）を互いに異ならせる、材質（種類）を互いに異ならせる等、適宜選択することができる。
【００１７】
なお、本発明でいう「第１の部材」は、調圧弁に調圧されるべきオフガスを導入する部材であれば、例えば、燃料電池等、燃料電池システムを構成する所望の装置のオフガス排出口等や、配管等、任意に選択することができる。また、本発明でいう「第２の部材」は、調圧弁によって調圧されたオフガスが導入される部材であれば、例えば、希釈器や加湿器等、燃料電池システムを構成する所望の装置のオフガス導入口等や、配管等、任意に選択することができる。そしてまた、「オフガス」は、調圧弁を配設する位置に応じて、酸化オフガスである場合と、燃料オフガスである場合がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる燃料電池システムによれば、燃料電池から排出されたオフガスを調圧する調圧弁の振動を減衰できると共に、騒音の発生を抑制し、且つ、前記調圧弁に接続される部材（配管や燃料電池システムを構成する各種装置）の振動や騒音の発生を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例にかかる燃料電池システムを簡略化して示す構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの一部断面を拡大して示す図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムの一部断面を拡大して示す図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムの一部断面を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の実施例にかかる燃料電池システムを簡略化して示す構成図、図２は、図１に示す燃料電池システムの一部断面を拡大して示す図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。
【００２２】
図１に示すように、本実施例にかかる燃料電池システム１は、燃料電池１００を備えており、この燃料電池１００には、燃料電池１００の発電に使用される酸化ガス（例えば空気）を燃料電池１００のスタックに供給する酸化ガス供給流路１０１が接続されている。この酸化ガス供給流路１０１の上流部には、酸化ガス供給手段であるエアコンプレッサ１０２と、エアコンプレッサ１０２を駆動する駆動用モータ１０３が配設されている。また、燃料電池１００には、燃料電池１００の発電に使用される燃料ガス（例えば水素）を燃料電池１００のスタックに供給する燃料ガス供給流路１０５が接続されている。この燃料ガス供給流路１０５の上流側には、図示しない燃料ガス供給装置（例えば、高圧水素タンクや、改質反応により水素を生成する改質装置等）が配設されており、この燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスは、減圧弁１０６を介して燃料電池１００のスタックに供給される。
【００２３】
また、燃料電池１００に導入され、スタックのカソード側電極側の流路に供給された酸化ガスは、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後、燃料電池１００から酸化ガス排出流路１１０を通じて排出され、この排出された酸化オフガスは、調圧弁１１１で調圧された後、希釈器１１２に送り込まれる。
【００２４】
一方、燃料電池１００に導入され、スタックのアノード側電極側の流路に供給された燃料ガスは、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後、燃料電池１００から燃料ガス排出流路１２０を通じて排出される。そして、この排出された燃料オフガスは、燃料ガス排出流路１２０に配設された気液分離器１２１に導入される。この気液分離器１２１に導入された燃料オフガスの一部は、気液分離器１２１で分離された水分と共に、希釈器１１２に送り込まれ、酸化ガス排出流路１１０から送られた酸化オフガスと合流される。なお、気液分離器１２１と、希釈器１１２との間には、パージ弁１２３が配設されている。
【００２５】
また、気液分離器１２１には、気液分離された燃料オフガスを燃料電池１００に再び戻るための燃料ガス循環流路１３０が接続されている。この燃料ガス循環流路１３０には、電動コンプレッサ（燃料ガス循環ポンプ）１３１と、電動コンプレッサ１３１を駆動させる駆動用モータ１３２が配設されており、気液分離器１２１から排出された燃料オフガスを電動コンプレッサ１３１で昇圧した後、燃料ガス供給装置から送られた燃料ガスと合流させてから、燃料電池１００に再度送り込むようになっている。
【００２６】
図２に示すように、酸化ガス排出流路１１０を構成する排気管１０は、上流側が燃料電池１００の酸化オフガス排出口１０７に接続されている。この排気管１０の上流側の端面には、フランジ１１が形成されており、このフランジ１１が燃料電池１００のハウジングに剛付けされている。また、排気管１０の下流側は、調圧弁１１１に接続されている。この排気管１０の下流側の端面には、フランジ１２が形成されており、このフランジ１２には、後に詳述する調圧弁１１１のフランジ２１に減衰部材３１を介して固定するための固定部材４０（例えばネジやボルト等）が貫通する貫通孔１３が形成されている。
【００２７】
調圧弁１１１は、上流側が排気管１０の中空部分に挿入されていると共に、Ｏリング５１を介して排気管１０の内壁に取付けられている。また、調圧弁１１１の下流側は、希釈器１１２の酸化オフガス導入口６１に挿入されていると共に、Ｏリング５２を介して酸化オフガス導入口６１の内壁に取付けられている。即ち、調圧弁１１１は、上流側端部及び下流側端部の各々が、Ｏリング５１及び５２の各々によって軸シールされ、当該軸シールによりフローティングされた構成となる。したがって、調圧弁１１１をダイナミックダンパーとして機能させる（調圧弁１１１がマスダンパーとして働く）ことができ、振動や騒音の発生を抑制することができる。
【００２８】
また、調圧弁１１１の外周面には、フランジ２１が形成されており、このフランジ２１には、前述した固定部材４０が貫通する貫通孔２３が形成されている。なお、このフランジ２１は、調圧弁１１１を排気管１０に接続した際に、排気管１０に形成されているフランジ１２との間に減衰部材３１を介在させることができる隙間（空間）が形成される位置に設けられている。なお、調圧弁１１１の内部には、弁体６３（本実施例では、バタフライ式の弁体）が配設されている。
【００２９】
減衰部材３１は、排気管１０に形成されているフランジ１２と、調圧弁１１１に形成されているフランジ２１との間に配設されると共に、前述した固定部材４０によって、フランジ１２及び２１に固定されている。この減衰部材３１は、例えば、ゴム等から構成されており、酸化オフガスを調圧する際に生じる調圧弁１１１の振動や、調圧弁１１１を駆動する図示しないモータの伝達音等を吸収し減衰することができる。したがって、排気管１０に前記振動が伝達されることを抑止することができ、排気管１０から騒音が発生することを低減することができる。
【００３０】
なお、本実施例では、フランジ１２とフランジ２１との間に減衰部材３１を配設した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図３に示すように、排気管１０の下流側の端面の一部から排気管１０の径方向に延出した延出部１５を形成し、Ｏリング５１及び５２の抜止めを行う抜止め部材３５の一端を排気管１０に配設し、他端を延出部１５に配設し、抜止め部材３５の他端側に減衰部材３２を配設してもよい。このように構成することで、抜止め部材３５を、減衰部材３２を配設するための部材として兼用することができるため、構成を簡略化することができると共に、製造コストを削減することができる。なお、符号３３はカラー、符号３４は減衰部材３２を延出部１５に固定するための固定部材４１である。
【００３１】
そしてまた、本実施例の変形例として、例えば、図４に示すように、調圧弁１１１のフランジ２１よりも下流側にフランジ２２をさらに形成し、フランジ２２と、希釈器１１２との間に減衰部材３６を配設してもよい。このように、フランジ１２とフランジ２１との間に減衰部材３１を配設し、且つ、フランジ２２と希釈器１１２との間に減衰部材３６を配設することで、調圧弁１１１の振動や、調圧弁１１１を駆動する図示しないモータの伝達音等を吸収し減衰することができる。したがって、排気管１０及び希釈器１１２の両者に対し、調圧弁１１１から振動が伝達されることを抑止することができ、排気管１０及び希釈器１１２の両者から騒音が発生することを低減することができる。
【００３２】
また、図４に示す構成の場合、減衰率が互いに異なった減衰部材３１と減衰部材３６を配設してもよい。このように、互いに異なった減衰率を有する減衰部材３１と減衰部材３６とを配設することで、２つの異なった波長の振動や騒音に対し減衰効果を発揮させることができる。そしてまた、フランジ１１と、酸化オフガス排出口１０７との間をシールするＯリング３８を配設してもよい。
【００３３】
そしてまた、さらなる変形例として、減衰部材は、フランジ１２とフランジ２１との間に配設せず、フランジ２２と、希釈器１１２との間にのみ配設してもよい。さらにまた、抜止め部材３５の他端をフランジ２２に配設し、この抜止め部材３５に減衰部材３６を配設してもよい。
【００３４】
また、本実施例では、排気管１０の下流側に調圧弁１１１を接続した場合について説明したが、調圧弁１１１にオフガスを導入する部材であれば、排気管１０に限らず、例えば、酸化オフガス排出口１０７の下流側に排気管１０を介さずに調圧弁１１１を接続してもよい。また、本実施例では、調圧弁１１１の下流側に希釈器１１２を接続した場合について説明したが、これに限らず、調圧弁１１１によって調圧されたオフガスが導入される部材であれば、例えば、加湿器等、他の燃料電池システム構成部材（機器）に接続してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…燃料電池システム、  １０…排気管、  ３１、３２、３６…減衰部材、  ５１、５２…Ｏリング（軸シール）、  １００…燃料電池、  １１０…酸化ガス排出流路、  １１１…調圧弁、  １１２…希釈器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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