(57)【要約】    【課題】  流体の流量を機械的に安定して調整することができると共に、大流量の流体の調整に好適な流量制御弁およびガス処理システムを課題とする。    【解決手段】  流量制御弁２３は、上流側ポート５１および下流側ポート５２を有するハウジング４１と、ハウジング４１に対して軸方向に摺動可能に構成されたスプール４３と、を備える。ハウジング４１内には、その内壁４２とスプール４３とにより、上流側ポート５１および下流側ポート５２に連通する流通空間６１と、上流側圧力空間６２と、下流側圧力空間６３と、が構成される。スプール４３は、上流側圧力空間６２および下流側圧力空間６３の圧力差により軸方向に移動すると共に、この移動に伴って上流側ポート６２の開口面積を可変する。    【選択図】  図２
2006164134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する上流側ポート、および流体が流出する下流側ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、当該ハウジングに対して軸方向に摺動可能に構成されたスプールと、を備えた流量制御弁であって、
前記ハウジング内には、当該ハウジングの内壁と前記スプールとにより前記軸方向に少なくとも三つの空間が構成され、
前記少なくとも三つの空間は、
流体の上流側圧力が導かれる上流側圧力空間と、
流体の下流側圧力が導かれる下流側圧力空間と、
前記上流側ポートおよび前記下流側ポートに連通する流通空間と、を有し、
前記スプールは、前記上流側圧力空間および前記下流側圧力空間の圧力差により前記軸方向に移動すると共に、この移動に伴って前記上流側ポートまたは前記下流側ポートの開口面積を可変可能に構成されている流量制御弁。
【請求項２】
前記スプールは、
前記少なくとも三つの空間を区画し、前記ハウジングに対して摺動する少なくとも二つの摺動部と、
前記少なくとも二つの摺動部よりも小径に形成され、これら摺動部間を連結する少なくとも一つの連結部と、を有し、
前記少なくとも二つの摺動部の少なくとも一つは、その周面が前記上流側ポートまたは前記下流側ポートの開口に対向可能に構成されている請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記上流側ポートまたは前記下流側ポートの開口に周面が対向可能な前記摺動部は、その周面に、当該上流側ポートまたは当該下流側ポートの開口と前記流通空間とを連通させるための連通溝が形成されている請求項２に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記上流側ポートまたは前記下流側ポートの開口と前記連通溝との間には、前記ハウジングの内壁に周方向に亘って凹んだ環状溝が形成されている請求項３に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記摺動部の周面が対向する開口を有する前記上流側ポートまたは前記下流側ポートは、その開口の部分に、前記流通空間に連通するための連通溝が形成されている請求項２に記載の流量制御弁。
【請求項６】
貯留装置に貯留された余剰ガスを処理するガス処理装置と、
前記貯留装置と前記ガス処理装置とを接続する配管と、
前記配管に設けられ、前記余剰ガスの流量を制御する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の流量制御弁と、
を備えたガス処理システム。
【請求項７】
前記ガス処理装置は、複数設けられており、
前記流量制御弁の上流側または下流側に設けられ、前記複数のガス処理装置に前記余剰ガスを分配する分流弁を更に備えた請求項６に記載のガス処理システム。
【請求項８】
前記流量制御弁の上流側に設けられ、前記余剰ガスの圧力を調整する調圧弁を更に備えた請求項６または７に記載のガス処理システム。
【請求項９】
前記余剰ガスは、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスである請求項６ないし８のいずれか一項に記載のガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を制御する流量制御弁およびガス処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と空気との電気化学反応により走行する燃料電池自動車が開発されている。水素は高圧タンクなどの貯留装置に貯留され、高圧タンクは燃料電池自動車に搭載される。燃料電池自動車を廃車にする場合などにあっては、高圧タンク内に残留する可燃性の余剰水素を処理する必要がある。余剰水素を処理する方法として、燃料電池を発電反応させることも考えられるが、これでは手間や時間がかかる。そこで、余剰水素をフレアスタックなどのガス処理システムで大量に処理することが考えられる。
【０００３】
従来、水素ではないが、液化石油ガスなどの余剰ガスを処理するガス処理システムとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。このガス処理システムでは、圧力容器内の余剰ガスをホースによりバーナーに導いて燃焼処理するものであるが、ホースに介設した絞り弁（流量制御弁）により、バーナーに導く余剰ガスの流量を調整している。
【０００４】
流量制御弁については、特許文献１には具体的な記載がないが、圧力容器からのガスの流量を調整する構成として、例えば圧力容器の元弁にソニックノズルを組み込んだものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１６１５９３号公報（第４頁および第１図）
【特許文献２】米国特許第５８２０１０２号明細書（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなソニックノズルを組み込んだ流量制御弁では、ソニックノズルを流れるガスの上流側圧力と下流側圧力との差により、ガスの流量が大きく変化する場合がある。このため、特許文献２に記載の流量制御弁を特許文献１に記載の流量制御弁に単純に適用したガス処理装置では、ガス（余剰水素）を安定して処理し難いおそれがある。また、ガス処理装置で大量の余剰水素を処理することに鑑みると、大流量に対応した流量制御弁が望まれる。
【０００６】
本発明は、流体の流量を機械的に安定して調整することができると共に、大流量の流体の調整に好適な流量制御弁およびガス処理システムを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流量制御弁は、流体が流入する上流側ポート、および流体が流出する下流側ポートを有するハウジングと、ハウジング内に設けられ、ハウジングに対して軸方向に摺動可能に構成されたスプールと、を備えた流量制御弁であって、ハウジング内には、ハウジングの内壁とスプールとにより軸方向に少なくとも三つの空間が構成され、少なくとも三つの空間は、流体の上流側圧力が導かれる上流側圧力空間と、流体の下流側圧力が導かれる下流側圧力空間と、上流側ポートおよび下流側ポートに連通する流通空間と、を有し、スプールは、上流側圧力空間および下流側圧力空間の圧力差により軸方向に移動すると共に、この移動に伴って上流側ポートまたは下流側ポートの開口面積を可変可能に構成されているものである。
【０００８】
この構成によれば、流体の上流側圧力と下流側圧力とを作用されたスプールがハウジング内を摺動する。これによって、上流側ポートまたは下流側ポートの開口面積が可変され、下流側ポートから流出する流体の流量が制御される。よって、大流量の流体に適切に対応して、流体の流量制御を機械的に安定して行うことができると共に、流体の制御に電気的なアクチュエータやセンサ等を用いなくても済む。また、下流側圧力をハウジング内に導くようにしているため、流量制御弁の下流側に設けられる機器の負荷に応じて、これに適量の流体を供給することが可能となる。
なお、好ましくは、ハウジングとスプールとを略同一の線膨張係数の材料で構成し、さらに好ましくは、両者を同一の材料で構成する。
【０００９】
この場合、スプールは、少なくとも三つの空間を区画し、ハウジングに対して摺動する少なくとも二つの摺動部と、少なくとも二つの摺動部よりも小径に形成され、これら摺動部間を連結する少なくとも一つの連結部と、を有し、少なくとも二つの摺動部の少なくとも一つは、その周面が上流側ポートまたは下流側ポートの開口に対向可能に構成されていることが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、少なくとも一つの摺動部の周面が上流側ポートまたは下流側ポートの開口に対向するため、スプールが移動すると、上流側ポートまたは下流側ポートの開口面積が可変される。このような簡易な構成により、流体の流量を機械的に安定して調整することが可能となる。なお、スプールを構成する摺動部および連結部は一体に構成されてもよいし、別体で構成されてもよい。
【００１１】
この場合、上流側ポートまたは下流側ポートの開口に周面が対向可能な摺動部は、その周面に、上流側ポートまたは下流側ポートの開口と流通空間とを連通させるための連通溝が形成されていることが、好ましい。
【００１２】
あるいは、摺動部の周面が対向する開口を有する上流側ポートまたは下流側ポートは、その開口の部分に、上流側ポートまたは下流側ポートと流通空間とを連通させるための連通溝が形成されていることが、好ましい。
【００１３】
これらの構成によれば、ハウジング内に流入する流体は上流側ポートの開口から連通溝を通って流通空間に流れ込むか、またはハウジング外に流出する流体は流通空間から連通溝を通って下流側ポートの開口へと流れ出る。本構成とは逆に、連通溝を設けない構成では、スプールの軸方向の変位に対して流量の変化が大きくなり易い。連通溝を設けることで、スプールの軸方向の変位に対する流量変化を小さくすることが可能となると共に、スプールやハウジングの加工精度の許容範囲を大きくすることが可能となる。
【００１４】
この場合、上流側ポートまたは下流側ポートの開口と連通溝との間には、ハウジングの内壁に周方向に亘って凹んだ環状溝が形成されていることが、好ましい。
【００１５】
この構成によれば、上流側ポートまたは下流側ポートの開口を通った流体は、環状溝に流れ込んだ後、環状溝から連通溝を介して流通空間に流れ込む。これにより、スプールが軸回りに回転しても、上流側ポートまたは下流側ポートの開口と連通溝との連通を環状溝により維持することができる。
【００１６】
本発明のガス処理システムは、貯留装置に貯留された余剰ガスを処理するガス処理装置と、貯留装置とガス処理装置とを接続する配管と、配管に設けられ、余剰ガスの流量を制御する上記の本発明の流量制御弁と、を備えたものである。
【００１７】
この構成によれば、貯留装置からガス処理装置に余剰ガスを導く配管に上記の流量制御弁を設けたため、ガス処理装置の処理に応じて、大流量となる適量の流体がガス処理装置に安定して供給される。これにより、ガス処理装置で大流量の余剰ガスを安定して処理することができる。
【００１８】
ここで、ガス処理装置としては、大量の余剰ガスを短時間で処理するべく、フレアスタックやベントスタックの処理方式で構成することができる。
【００１９】
この場合、ガス処理装置は、複数設けられており、流量制御弁の上流側または下流側に設けられ、複数のガス処理装置に余剰ガスを分配する分流弁を更に備えたことが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、余剰ガスが分流弁により各ガス処理装置に分配されるため、単一のガス処理装置の構成とする場合に比べて、各ガス処理装置が処理する余剰ガスの量を減らすことができる。これにより、一つあたりのガス処理装置の処理能力を小さくすることができ、ガス処理装置をコンパクト且つ低コストで構成することが可能となる。
【００２１】
これらの場合、流量制御弁の上流側に設けられ、余剰ガスの圧力を調整する調圧弁を更に備えたことが、好ましい。
【００２２】
この構成によれば、流量制御弁の手前側で調圧弁によって余剰ガスの圧力を調整することができる。これにより、流量制御弁の耐圧強度を小さくすることができ、流量制御弁の小型化に供することができる。
【００２３】
これらの場合、余剰ガスは、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスであることが、好ましい。
【００２４】
この構成によれば、貯留装置を搭載した例えば燃料電池自動車を廃車にする場合など、貯留装置に残留する燃料ガスを短時間で処理することが可能となる。燃料ガスとしては、水素や天然ガスが挙げられる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の流量制御弁によれば、流体の流量を機械的に安定して調整することができ、大流量の流体を好適に調整することができる。
【００２６】
本発明のガス処理システムによれば、上記の流量制御弁により適量の余剰ガスがガス処理装置に供給されるため、大流量の余剰ガスを安定して処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る流量制御弁およびガス処理システムについて説明する。この流量制御弁は、流体の差圧によりスプールを進退させることで、大流量を調整することができるものである。以下では、余剰ガスを処理するガス処理システムに流量制御弁を適用し、余剰ガスとして燃料ガスを貯留した貯留装置を燃料電池自動車に搭載した例について説明する。
【００２８】
図１は、燃料電池システムおよびガス処理システムの概略構成を示す図である。燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１は、多数の単セルを積層したスタック構造からなる燃料電池２を備えている。燃料電池２としては、リン酸型など複数の種類があるが、ここでは車載に好適な固体高分子電解質型で構成されている。燃料電池２は、酸化剤ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素との供給を受けて電力を発生する。空気は、図示省略した配管系により燃料電池２に供給される。
【００２９】
水素は、ガス供給源としての貯留装置４に貯留されている。貯留装置４は、燃料電池自動車に搭載され、例えば水素吸蔵合金を有するタンクや、水素を３５ＭＰａまたは７０ＭＰａの高圧で貯蔵する高圧タンク（圧力容器）で構成されている。あるいは、貯留装置４は、２０ＭＰａの圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などの原燃料を貯蔵する圧力容器で構成されている。原燃料の場合には、燃料電池自動車において、原燃料を水素に改質する改質器が設けられる。ここでは、貯留装置４は、水素を貯留している。
【００３０】
水素は、貯留装置４から供給配管５を流れて燃料電池２に供給される。供給配管５には、貯留装置４の元弁となる遮断弁６と、遮断弁６の下流側に設けられて水素を減圧する調圧弁７と、が設けられている。燃料電池２から排出される水素は、排出配管８から外部に排出される。
【００３１】
ガス処理システム２０は、燃料電池自動車を廃車等にする場合に、貯留装置４に残留する水素（以下、余剰水素という。）を処理するものである。ガス処理システム２０は、余剰水素を処理するガス処理装置２１と、ガス処理装置２１と貯留装置４とを接続する処理用配管２２と、処理用配管２２に設けられて余剰水素の流量を制御する流量制御弁２３と、を備えている。
【００３２】
ガス処理装置２１は、可燃性の余剰水素を大量に燃焼処理するフレアリングシステムを適用した設備で構成されている。このため、ガス処理装置２１は、燃料電池自動車には搭載されていない。ガス処理装置２１のフレアリングシステムは、フレアスタックの処理方式で構成することができる。ガス処理装置２１は、余剰水素と空気とを混合して燃焼処理し、燃焼処理により余剰水素の濃度を十分に低下させる。この燃焼処理されたガスが、最終的に排ガスとしてガス処理装置２１の頂部から大気中に排気される。
【００３３】
処理用配管２２には、これを開閉する遮断弁２５が流量制御弁２３の上流側に設けられている。処理用配管２２は、燃料電池システム１の供給配管５と並列して設けられている。処理用配管２２は、例えば、貯留装置４側に設置された第一配管２７と、ガス処理装置２１側に設置された第二配管２８と、で構成されている。例えば、第一配管２７に遮断弁２５が設けられ、第二配管２８に流量制御弁２３が設けられている。
【００３４】
ガス処理システム２０で余剰水素を処理する際には、遮断弁２５を開弁すると共に、第一配管２７および第二配管２８の端部に設けた接続カプラ（図示省略）を互いに接続するようにする。こうすることで、第一配管２７と第二配管２８とが連通され、貯留装置４内の余剰水素がガス処理装置２１に供給可能な状態となるようになっている。なお、流量制御弁２３を第一配管２７に設けてもよい。
【００３５】
図２に示すように、流量制御弁２３は、その外殻を構成するハウジング４１と、ハウジング４１内に設けられて、ハウジング４１の内壁４２に対して軸方向に摺動可能に且つ軸回りに回転可能に構成されたスプール４３と、を備えている。ハウジング４１は、ポリカーボネート樹脂などの硬質樹脂で形成することができるが、本実施形態ではアルミニウムなどの金属により形成されている。
【００３６】
ハウジング４１には、処理用配管２２の上流側２２ａに接続された上流側ポート５１（流入ポート）と、処理用配管２２の下流側２２ｂに接続された下流側ポート５２（流出ポート）と、が形成されている。上流側ポート５１および下流側ポート５２は、ハウジング４１内の流通空間６１に連通している。余剰水素は、上流側ポート５１から流通空間６１に流入し、流通空間６１から下流側ポート５２へと流出する。
【００３７】
また、ハウジング４１には、処理用配管２２の上流側２２ａに接続された上流側導入ポート５３と、処理用配管２２の下流側２２ｂに接続された下流側導入ポート５４と、が形成されている。上流側ポート５１によって、処理用配管２２の上流側２２ａとハウジング４１内の上流側圧力空間６２とが連通している。このため、上流側圧力空間６２には、余剰水素の上流側圧力がスプール４３の駆動圧（信号圧）として導かれている。
【００３８】
同様に、下流側ポート５２によって、処理用配管２２の下流側２２ｂとハウジング４１内の下流側圧力空間６３とが連通している。このため、下流側圧力空間６３には、余剰水素の下流側圧力がスプール４３の駆動圧として導かれている。
【００３９】
スプール４３は、ハウジング４１の内壁４２に対して摺動する第一摺動部７１および第二摺動部７２と、第一摺動部７１と第二摺動部７２とを連結する連結部７３と、を有している。第一摺動部７１、第二摺動部７２および連結部７３は、一体に形成されていると共に同軸に設けられている。スプール４３は、ハウジング４１と略同一の線膨張係数の材料で構成することが好ましく、本実施形態では、スプール４３は、ハウジング４１と同じアルミニウムなどの金属により構成されている。
【００４０】
第二摺動部７２は、ハウジング４１の内壁４２に対応して、円盤状または高さの短い円柱状に形成されている。第二摺動部７２の前端面８１とハウジング４１の内壁４２とにより、上記の下流側圧力空間６３が構成されている。第二摺動部７２の前端面８１の中心部には、規制突起８２が設けられている。規制突起８２によって、前端面８１の全域がハウジング４１の内壁４２に面接触することを阻止することができ、下流側圧力空間６３に余剰水素の下流側圧力を確実に導くことができる。
【００４１】
第二摺動部７２の後端面８３は、内壁４２および第一摺動部７１の前端面１０２と協働して、上記の流通空間６１を構成している。流通空間６１には、連結部７３が位置している。連結部７３は、棒状または高さの長い円柱状に形成され、第一摺動部７１および第二摺動部７２よりも小径に形成されている。連結部７３の周面は、内壁４２から離間している。
【００４２】
第一摺動部７１は、ハウジング４１の内壁４２に対応して略円柱状に形成されており、第二摺動部７２よりも小径に且つ連結部７３よりも大径に形成されている。したがって、このようなスプール４３の形状に対応して、ハウジング４１は、第一摺動部７１に対応する内径を有する小径部９１と、第二摺動部７２に対応する内径を有する大径部９２と、で段違いに構成されている。
【００４３】
第一摺動部７１の後端面１０１は、面取りされていると共に、内壁４２と協働して上記の上流側圧力空間６２を構成している。第一摺動部７１の前端面１０２は、内壁４２および第二摺動部７２の後端面８３と協働して、上記の流通空間６１を構成している。このように、ハウジング４１内には、その内壁４２とスプール４３とにより、上流側圧力空間６２、流通空間６１および下流側圧力空間６３がスプール４３の軸方向に順に構成されている。
【００４４】
第一摺動部７１は、前端面１０２側の周面１０３が上流側ポート５１の開口に対向している。第一摺動部７１の周面１０３には、前端面１０２側から切り込まれた蟻溝状の連通溝１０４が形成されている。連通溝１０４は、スプール４３の軸方向に交差するように所定の勾配で傾斜して形成されており、上流側ポート５１の開口と流通空間６１とを連通している。ハウジング４１内に流入する余剰水素は、上流側ポート５１の開口から連通溝１０４を通って流通空間６１に流れ込むことになる。
【００４５】
このような連通溝１０４を設けることで、上流側ポート５１の開口を流通空間６１に直接開放する場合に比べて、スプール４３の軸方向の変位に対する流量変化を小さくすることができる。また、スプール４３やハウジング４１の加工精度許容範囲を大きくすることが可能となる。
【００４６】
なお、連通溝１０４を第一摺動部７１の周面１０３に一箇所だけ設けてもよいし、周面１０３に複数箇所設けてもよい。複数の連通溝１０４を設ける場合には、第二摺動部７２の周面１０３に周方向に分散して、好ましくは周方向に均等に分散して設ければよい。
【００４７】
また、上流側ポート５１の開口と連通溝１０４との間には、環状溝１０６が形成されている。環状溝１０６は、ハウジング４１の小径部９１の内壁４２に周方向に亘って凹むように形成されている。言い換えれば、環状溝１０６は、これを除く小径部９１の他の内径よりも大きな内径で形成されている。
【００４８】
したがって、上流側ポート５１の開口を通った余剰水素は、環状溝１０６に流れ込んだ後、上記のように、環状溝１０６から連通溝１０４を介して流通空間６１に流れ込むことになる。このような環状溝１０６を設けることで、スプール４３が軸回りに回転しても、上流側ポート５１の開口と連通溝１０４との連通（流路）を環状溝１０６により維持することが可能となる。
【００４９】
これを換言すれば、環状溝１０６を設けない場合には、上流側ポート５１の開口と連通溝１０４とを常に連通させるために、スプール４３の軸回りの回転を規制する回転規制部材をハウジング４１またはスプール４３に設ける必要がある。したがって、環状溝１０６を設けることで、このような回転規制部を設けなくて済む。
【００５０】
流量制御弁２３の作用について説明する。余剰水素の上流側圧力が所定の基準圧力よりも高い場合には、上流側圧力空間６２の圧力が高くなるため、スプール４３が下流側圧力空間６３の圧力に抗して前進する。この移動に伴って、上流側ポート５１の開口面積、より正確には上流側ポート５１の開口から流通空間６１に至る間の流路部分の流路面積が、次第に小さくなる。
【００５１】
これにより、流量制御弁２３では、余剰水素の流量が絞られると共に圧力が低下し、下流側ポート５２から流出する余剰水素の流量が調整される。なお、このスプール４３の前進は、余剰水素の下流側圧力が所定の基準圧力よりも低い場合も同様に行われる。
【００５２】
一方、余剰水素の上流側圧力が所定の基準圧力よりも低い場合には、上流側圧力空間６２の圧力が低くなるため、スプール４３は下流側圧力空間６３の圧力により後退する。この移動に伴って、上流側ポート５１の開口から流通空間６１に至る間の流路部分の流路面積が、次第に大きくなる。
【００５３】
これにより、流量制御弁２３では、余剰水素の絞り量が緩和されると共に圧力低下も抑制され、下流側ポート５２から流出する余剰水素の流量が調整される。なお、このスプール４３の後退は、余剰水素の下流側圧力が所定の基準圧力よりも高い場合も同様に行われる。
【００５４】
以上のように、本実施形態の流量制御弁２３によれば、スプール４３には余剰水素の上流側圧力および下流側圧力が作用され、この圧力差によりスプール４３がハウジング４１内を軸方向に摺動する。スプール４３の軸方向の位置が可変されることにより、上流側ポート５１の開口面積（より正確には、上記の流路面積。）が可変されて、下流側ポート５２から流出する余剰水素の流量が制御される。これにより、余剰水素の流量を機械的に安定して調整することができると共に、大流量の余剰水素を好適に調整することができる。
【００５５】
特に、ガス処理装置２１側となる余剰水素の下流側圧力を流量制御弁２３に導いているため、ガス処理装置２１の処理に応じて、大流量となる余剰水素を流量制御弁２３により調整してガス処理装置２１に安定して供給することができる。これにより、ガス処理装置２１においても、余剰水素の処理を安定して行うことが可能となる。
【００５６】
したがって、本実施形態のガス処理システム２０によれば、貯留装置４に残留する余剰水素を燃料電池２で消費するよりも、効率よく消費することができる。また、ガス処理システム２０によれば、燃料電池システム１の供給配管５に残留する余剰水素をも処理することができる。
【００５７】
なお、本実施形態の流量制御弁２３は、様々な変形例を適用することができる。例えば、上流側圧力空間６２にコイルバネなどの弾性体を設け、スプール４３を前方の下流側圧力空間６３に向かって付勢するようにしてもよい。こうすることで、ガス処理システム２０の初期に、ガス処理装置２１への余剰水素の流量を小さくすることができ、ガス処理装置２１の装置立上り（処理能力の立上り）に対して時間的余裕を持たせることができる。
【００５８】
また、流量制御弁２３の上流側の配管（２２ａ）に、余剰水素の圧力を調整する調圧弁を設けてもよい。調圧弁により、流量制御弁２３の上流側で余剰ガスの圧力を減圧して調整することができる。こうすることで、流量制御弁２３の耐圧強度を小さくすることができ、流量制御弁２３の小型化に供することができる。
【００５９】
また、ハウジング４１の内壁４２に対して、スプール４３の第一摺動部７１および第二摺動部７２の各周面が直接摺動する構成でなくてもよい。例えば、第一摺動部７１および第二摺動部７２の外周にそれぞれ運動用シールを嵌め込んで、第一摺動部７１および第二摺動部７２がそれぞれ運動用シールを介して内壁４２に対して摺動するようにしてもよい。
【００６０】
また、ハウジング４１内を、図示左側から順に上流側圧力空間６２、流通空間６１、および下流側圧力空間６３としたが、もちろんこの順序でなくてもよい。また、ハウジング４１内の空間は三つに限らず、四つ以上であってもよい。さらに、上流側ポート５１の開口面積を可変する構成に代えて、上記同様の構成を適用して、下流側ポート５２の開口面積を可変するようにしてもよい。あるいは、上記同様の構成を適用して、上流側ポート５１および下流側ポート５２の開口面積を可変するようにしてもよい。
【００６１】
また、連通溝１０４をスプール４３に形成したが、連通溝１０４をハウジング４１に形成してもよい。この場合には、上流側ポート５１（または下流側ポート５２）の開口の部分に連通溝（１０４）を形成する。より詳細には、環状溝１０６内と流通空間６１とが連通するように、ハウジング４１の内壁４２の一部を切り込んで連通溝（１０４）を形成する。
【００６２】
また、上記の説明では、ガス処理システム２０で処理する余剰ガスの例として余剰水素としたが、余剰ガスが圧縮天然ガスなど他のガスであってもよい。また、流量制御弁２３は、余剰ガスなどのガスのみならず、大流量の液体も同様に適切に調整することができる。
【００６３】
＜他の実施形態＞
次に、図３ないし図５を参照して、他の実施形態に係るガス処理システム２０´、２０´´について説明する。図３および図４は、異なるガス処理システム２０´、２０´´を示している。図５は、これらのガス処理システム２０´、２０´´に設けられる分流弁１２０の構成について示している。
【００６４】
図３に示すように、他のガス処理システム２０´は、二つのガス処理装置２１ａ，２１ｂを有している。各ガス処理装置２１ａ，２１ｂは、上記のガス処理装置２１と同様に構成することができる。また、ガス処理システム２０´は、上記の流量制御弁２３の下流側に設けられて、二つのガス処理装置２１ａ，２１ｂに余剰水素を分配する分流弁１２０を備えている。
【００６５】
処理用配管２２は、遮断弁２５および流量制御弁２３が設けられ、分流弁１２０の流入ポート１２１に接続された共通配管１３１と、分流弁１２０の第一の流出ポート１２２ａに接続されると共に第一のガス処理装置２１ａに接続された第一の分岐配管１３２ａと、分流弁１２０の第二の流出ポート１２２ｂに接続されると共に第二のガス処理装置２１ｂに接続された第二の分岐配管１３２ｂと、で構成されている。
【００６６】
図４に示すように、二つのガス処理装置２１ａ，２１ｂを同様に有する他のガス処理システム２０´´においては、分流弁１２０が流量制御弁２３よりも上流側に設けられている。具体的には、処理用配管２２の共通配管１３１には、上記の流量制御弁を設けられていない。共通配管１３１は、分流弁１２０の流入ポート１２１に接続している。
【００６７】
処理用配管２２の第一の分岐配管１３２ａには、第一の流量制御弁２３ａが設けられている。第一の分岐配管１３２ａは、分流弁１２０の第一の流出ポート１２２ａに接続されると共に、第一のガス処理装置２１ａに接続されている。同様に、処理用配管２２の第二の分岐配管１３２ｂには、第二の流量制御弁２３ｂが設けられている。第二の分岐配管１３２ｂは、分流弁１２０の第二の流出ポート１２２ｂに接続されると共に、第二のガス処理装置２１ｂに接続されている。
【００６８】
このように、図３および図４に示すガス処理システム２０´、２０´´によれば、分流弁１２０により余剰水素を第一および第二のガス処理装置２１ａ，２１ｂに分配することができる。このため、図１に示すような一つのガス処理装置２１で構成する場合に比べて、各ガス処理装置２１ａ，２１ｂが処理する余剰水素の量を減らすことができる。これにより、一つあたりのガス処理装置２１の処理能力を小さくすることができ、ガス処理装置２１をコンパクト且つ低コストで構成することが可能となる。
【００６９】
なお、三以上の複数のガス処理装置を設けた場合には、分流弁１２０の流出ポート（１２２ａ，１２２ｂ）を三以上にしてもよいし、上記の二つの流出ポート１２２ａ，１２２ｂの分流弁１２０を直列に設けてもよい。そして、これらの構成に対応して処理用配管２２や流量制御弁２３を構成すればよい。
【００７０】
図５は、二つの流出ポート１２２ａ，１２２ｂを有する分流弁１２０の構成を示している。分流弁１２０は、その外殻を構成する略円筒状のハウジング１５１と、ハウジング１５１内に設けられて、ハウジング１５１の内壁１５２に対して軸方向に摺動可能に且つ軸回りに回転可能に構成されたスプール１５３と、を備えている。ハウジング１５１とスプール１５３とは、略同一の線膨張係数の材料で構成することが好ましく、さらに好ましくは同一のまたは金属により構成される。
【００７１】
ハウジング１５１内には、図示左側から順に、第一の圧力空間１６１、第一の流通空間１６２、共通空間１６３、第二の流通空間１６４、および第二の圧力空間１６５が構成されている。これらの空間１６１〜１６５は、ハウジング１５１の内壁１５２とスプール１５３とにより、スプール１５３の軸方向に構成されている。
【００７２】
スプール１５３は、共通空間１６３を除く上記四つの空間（１６１，１６２，１６４，１６５）をその軸方向に区画可能に構成された三つの摺動部１７１，１７１，１７１と、隣接する摺動部１７１同士を連結する二つの連結部１７２，１７２と、で構成されている。各摺動部１７１は、内壁１５２に対して摺動可能に構成されている。各連結部１７２は、各摺動部１７１よりも小径に形成されている。三つの摺動部１７１，１７１，１７１および二つの連結部１７２，１７２は、一体に且つ同軸で構成されている。
【００７３】
第一の流通空間１６２と第二の流通空間１６４とは、これらの間に位置する共通空間１６３にそれぞれ連通している。共通空間１６３と共通配管１３１とを連通するための流入ポート１２１は、ハウジング１５１の周壁に形成されている。また、ハウジング１５１の周壁には、第一の流通空間１６２と第一の分岐配管１３２ａとを連通するための第一の流出ポート１２２ａと、第二の流通空間１６４と第二の分岐配管１３２ｂとを連通するための第二の流出ポート１２２ｂと、が形成されている。
【００７４】
第二の分岐配管１３２ｂには、導圧管１８３が分岐接続されている。導圧管１８３は、第二の分岐配管１３２ｂを流れる余剰水素の圧力を、第一の導入ポート１８１を介して第一の圧力空間１６１に導いている。同様に、第一の分岐配管１３２ａに分岐接続された導圧管１８７は、第一の分岐配管１３２ａを流れる余剰水素の圧力を、第二の導入ポート１８５を介して第二の圧力空間１６５に導いている。
【００７５】
分流弁１２０の作用について簡単に説明する。分流弁１２０は、スプール１５３の軸方向の位置が可変されることにより、共通空間１６３と第一の流通空間１６２との間の流路面積が可変されると共に、共通空間１６３と第二の流通空間１６４との間の流路面積が可変される。
【００７６】
これにより、第一の流通空間１６２から第一の分岐配管１３２ａに流出する余剰水素の流量が制御されると共に、第二の流通空間１６４から第二の分岐配管１３２ｂに流出する余剰水素の流量が制御される。この流量制御は、主として第一の圧力空間１６１および第二の圧力空間１６５の圧力差により、スプール１５３がハウジング１５１内を軸方向に摺動することで機械的になされる。
【００７７】
したがって、例えばスプール１５３が第二の圧力空間１６５側に移動したときには、分流弁１２０は、第一の分岐配管１３２ａへの余剰水素の流量を大きく且つ第二の分岐配管１３２ｂへの余剰水素の流量を小さくするように、制御する。本実施形態の分流弁１２０によれば、大流量の余剰水素を機械的に安定して分流することができ、各ガス処理装置２１ａ，２１ｂにその処理に応じた適量の余剰水素を供給することができる。
【００７８】
なお、第一の圧力空間１６１および第二の圧力空間１６５に、スプール１５３をバイアス設定するためのコイルバネなどの付勢部材を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態に係るガス処理システムおよび燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図２】実施形態に係る流量制御弁の構成を示す断面図である。
【図３】他の実施形態に係るガス処理システムの構成を示す構成図である。
【図４】他の実施形態に係るガス処理システムの構成を示す構成図である。
【図５】分流弁の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  燃料電池システム、２  燃料電池、４  貯留装置、２０、２０´、２０´´  ガス処理システム、２１  ガス処理装置、２２  処理用配管、２３  流量制御弁、２５  遮断弁、４１  ハウジング、４２  内壁、４３  スプール、５１  上流側ポート、５２  下流側ポート、５３  上流側導入ポート、５４  下流側導入ポート、６１  流通空間、６２  上流側圧力空間、６３  下流側圧力空間、７１  第一摺動部、７２  第二摺動部、７３  連結部、１０３  周面、１０４  連通溝、１０６  環状溝、１２０  分流弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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