(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、反応ガス通路の切換動作を確実に行うことが可能な燃料電池用弁装置を提供する。【解決手段】バルブボディ１６の第１開口部１４ａ内には第１弁体１２ａが配設される一方で、第２開口部１４ｂ内には第２弁体１２ｂが配設されている。前記第１弁体１２ａはねじ３４を介して第１シャフト３２に連結され、前記第２弁体１２ｂはねじ３６を介して前記第１シャフト３２に連結されている。この場合、前記第１弁体１２ａと前記第２弁体１２ｂとは互いに略直交するように前記第１シャフト３２に連結されている。これにより、ステッピングモータが駆動を停止している場合、前記第１弁体１２ａは前記第１開口部１４ａを開放し、前記第２弁体１２ｂは前記第２開口部１４ｂを遮断している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムの反応ガス通路に配設された加湿部をバイパスして、放熱部からの反応ガスを燃料電池のカソードに供給する燃料電池用弁装置において、
前記放熱部と前記加湿部とを連通して前記反応ガスを通過させる第１開口部と、前記放熱部と前記カソードとを連通して前記反応ガスを通過させる第２開口部と、前記第１開口部を開放又は遮断する第１弁体と、前記第２開口部を遮断又は開放する第２弁体と、を備え、
前記第１弁体が前記第１開口部を開放する場合、前記第２弁体は前記第２開口部を遮断し、前記第１弁体が前記第１開口部を遮断する場合、前記第２弁体は前記第２開口部を開放するように構成する
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用弁装置において、
前記第２開口部の開口径は、前記第１開口部の開口径よりも小さく、
前記第２弁体の直径は、前記第１弁体の直径よりも小さい
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用弁装置において、
前記第１弁体が配設される前記第１開口部と、前記第２弁体が配設される前記第２開口部とが各々形成されたバルブボディを有し、
前記第１開口部及び前記第２開口部の一端部は、前記反応ガスが導入される反応ガス導入部であり、
前記第１開口部の他端部は、前記第１弁体が前記第１開口部を開放した際に前記反応ガスが導出される第１反応ガス導出部であり、
前記第２開口部の他端部は、前記第２弁体が前記第２開口部を開放した際に前記反応ガスが導出される第２反応ガス導出部である
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池用弁装置において、
前記第１弁体及び前記第２弁体の径方向と同軸に配設され、前記第１弁体及び前記第２弁体を回動自在に連結する第１シャフトを備える
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池用弁装置において、
前記第１シャフトを回動させるモータをさらに備え、
前記第２弁体は、前記第１シャフトに対して前記第１弁体よりも前記モータ側の位置で連結されている
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池用弁装置において、
前記バルブボディには、前記第１シャフトに係合し、且つ前記モータの駆動作用下に前記第１シャフトを回動させる第１回動伝達部材と、前記第１回動伝達部材に当接して該第１回動伝達部材の回動開始位置を規制する回動開始位置規制機構と、が各々配設されている
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池用弁装置において、
前記モータは、前記バルブボディを閉塞する閉塞部材を介して該バルブボディに取り付けられ、
前記閉塞部材には、前記モータの駆動作用下に回動する第２シャフトと、前記第２シャフトと前記第１回動伝達部材との間に介装され、且つ該第２シャフトの回動を前記第１回動伝達部材に伝達する第２回動伝達部材と、該第２回動伝達部材に当接して前記第２回動伝達部材の回動終了位置を規制する回動終了位置設定部とが各々配設される
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池用弁装置において、
前記第２回動伝達部材の前記第１回動伝達部材側に係合部が突出形成され、
前記第１回動伝達部材には、前記係合部に係合する係合機構が配設されている
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池用弁装置において、
前記係合機構と前記係合部との係合位置は、前記バルブボディに形成された調整用孔を介して外部より前記係合機構を操作することにより変更可能である
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池用弁装置において、
前記調整用孔を閉塞すると共に、前記バルブボディ内部と外部との間の通気性を確保し、且つ前記バルブボディ内への流体の浸入を防止するシール機構が配設されている
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池用弁装置において、
前記モータはギヤを介して前記第２シャフトを回動させるステッピングモータであり、
前記バルブボディには、一端が前記第１回動伝達部材に係合し且つ他端が前記第２回動伝達部材に係合する第１弾性部材と、前記第１回動伝達部材に係合し、且つ該第１回動伝達部材の回動に伴い前記第１シャフトを回動付勢させる第２弾性部材とが各々配設される
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池用弁装置において、
前記第１弁体は、前記モータが停止している場合、前記第１開口部を開放する常開型の弁体であり、
前記第２弁体は、前記モータが停止している場合、前記第２開口部を遮断する常閉型の弁体である
ことを特徴とする燃料電池用弁装置。
【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おいて、反応ガス通路に設けられる燃料電池用弁装置に関し、より詳細には、燃料電池システムの反応ガス通路に配設された加湿部をバイパスして、放熱部からの反応ガスを燃料電池のカソードに供給する燃料電池用弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子膜型燃料電池（以下、燃料電池という。）は、アノードとカソードとで固体高分子電解質膜の両側を挟み込んで形成されたセルを複数個積層して構成されたスタックを備えている。この場合、前記アノードに燃料としての水素が供給される一方で、前記カソードに酸化剤としてのエアーが供給されると、前記アノードで触媒反応により発生した水素イオンが前記固体高分子電解質膜を通過して前記カソードまで移動し、該カソードにおいて前記水素イオンと前記エアー中の酸素とが電気化学反応を起こすことにより発電エネルギが生成される。
【０００３】
このような燃料電池において、前記エアーの温度が低く、あるいは、前記燃料電池の系が必要な温度にまで達しておらず、前記放熱部によって圧縮しても十分な温度が得られない場合には、前記加湿部を経由させないで直接エアーを前記カソードに供給させることが必要である。この場合、前記加湿部と並列にバイパス通路を設け、前記放熱部で圧縮されたエアーを、温度に応じて前記加湿部又は前記バイパス通路を経由させて前記カソードに供給する。この要求に沿うべく、例えば、ロータリソレノイドを内蔵するバルブを利用して前記加湿部と前記バイパス通路との切り換えが行われる（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されているロータリソレノイドでは、ボビンにコイルが巻回され、前記ボビンの軸線方向と略直交する方向に永久磁石からなるロータが配設されている。ここで、前記コイルに電流を流すと前記ロータリソレノイドが励磁状態になり、その励磁作用下に前記ロータと該ロータの略中央部に連結されたシャフトとが一体的に回動する。
【０００５】
このようなロータリソレノイドが適用されたバルブを前記バイパス通路に配設して、前記ロータの回動作用下に該バイパス通路の連通状態を切り換えることにより、前記加湿部と前記バイパス通路との切り換えが行われる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５０７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示されたロータリソレノイドを含むバルブが配設された燃料電池システムでは、バイパス通路にバルブが配設される一方で、放熱部と加湿部とを接続する主通路にはバルブが配設されていない。そのため、エアーの温度が低く、あるいは、前記燃料電池の系が必要な温度にまで達しておらず、前記放熱部によって該エアーを圧縮しても十分な温度が得られない場合、前記放熱部から前記バイパス通路を経由してカソードに圧縮されたエアーを供給する際に、前記圧縮されたエアーの一部が前記主通路を経由して前記加湿部にも導入され、該加湿部から加湿されたエアーが前記カソードに供給される。これにより、前記燃料電池では、固体高分子電解質膜の特性に適した最適な温度を得ることができず、発電効率が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、燃料電池システムにおいて、反応ガス通路の切換動作を確実に行うことが可能な燃料電池用弁装置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】
本発明に係る燃料電池用弁装置は、燃料電池システムの反応ガス通路に配設された加湿部をバイパスして、放熱部からの反応ガスを燃料電池のカソードに供給する燃料電池用弁装置において、前記放熱部と前記加湿部とを連通して前記反応ガスを通過させる第１開口部と、前記放熱部と前記カソードとを連通して前記反応ガスを通過させる第２開口部と、前記第１開口部を開放又は遮断する第１弁体と、前記第２開口部を遮断又は開放する第２弁体とを備え、前記第１弁体が前記第１開口部を開放する場合、前記第２弁体は前記第２開口部を遮断し、前記第１弁体が前記第１開口部を遮断する場合、前記第２弁体は前記第２開口部を開放するように構成することを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記加湿部の上流側の主通路に前記第１弁体が配設され、前記加湿部のバイパス通路に前記第２弁体が配設され、前記第１弁体が前記主通路を構成する前記第１開口部を開放している場合には、前記第２弁体が前記バイパス通路を構成する前記第２開口部を遮断する一方で、前記第１弁体が前記第１開口部を遮断している場合には、前記第２弁体が前記第２開口部を開放している。これにより、前記反応ガス通路である前記主通路と前記バイパス通路との切換を確実に行うことが可能となる。また、前記反応ガスが前記バイパス通路を通過する際に、該反応ガスの一部が前記加湿部に導入されることはないので、カソードに加湿された反応ガスが導入されて、燃料電池の発電効率が低下することを阻止することができる。
【００１１】
ここで、前記バイパス通路を通過する反応ガスの流量は前記主通路を通過する反応ガスの流量よりも少ないので、前記第２開口部の開口径を前記第１開口部の開口径よりも小さく、前記第２弁体の直径を前記第１弁体の直径よりも小さくする。これにより、前記燃料電池用弁装置を小型化することができる。
【００１２】
この場合、前記第１弁体が配設される前記第１開口部と、前記第２弁体が配設される前記第２開口部とが各々形成されたバルブボディをさらに備え、前記第１開口部及び前記第２開口部の一端部は、前記反応ガスが導入される反応ガス導入部であり、前記第１開口部の他端部は、前記第１弁体が前記第１開口部を開放した際に前記反応ガスが導出される第１反応ガス導出部であり、前記第２開口部の他端部は、前記第２弁体が前記第２開口部を開放した際に前記反応ガスが導出される第２反応ガス導出部であることが好ましい。
【００１３】
前記バルブボディに前記第１開口部及び前記第２開口部が形成され、前記第１開口部に前記第１弁体が配設される一方で、前記第２開口部に前記第２弁体が配設されているので、前記燃料電池用弁装置における前記第１弁体及び前記第２弁体の配置スペースが削減され、該燃料電池用弁装置全体の小型化が可能となる。また、前記反応ガス導入部に対して前記第１開口部及び前記第２開口部が分岐して形成されているので、前記燃料電池用弁装置を燃料電池システムに適用する際に、前記放熱部と前記反応ガス導入部との間の配管の接続や流路の接続が容易となる。
【００１４】
また、前記第１弁体及び前記第２弁体の径方向と同軸に配設され、且つ前記第１弁体及び前記第２弁体を回動自在に連結する第１シャフトをさらに備えることが好ましい。
【００１５】
前記第１シャフトを回動させることにより、前記第１弁体及び前記第２弁体を同時に回動させて前記第１開口部及び前記第２開口部の開放及び遮断動作を行うことができるので、前記第１開口部及び前記第２開口部を回動させる駆動機構を１つにして前記燃料電池用弁装置をさらに小型化させることが可能になると共に、前記第１開口部及び前記第２開口部のレイアウト性を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、前記第１シャフトを回動させるモータをさらに備え、前記第２弁体は、前記第１シャフトに対して前記第１弁体よりも前記モータ側の位置で連結されていることが好ましい。
【００１７】
前記第１弁体に対して前記第２弁体を前記モータ寄りの位置で前記第１シャフトと連結させることにより、前記第２開口部に対する前記第２弁体の開放及び遮断動作をより高精度で行うことができ、前記加湿部に対する前記反応ガスの迂回を確実に行うことが可能となる。換言すれば、前記第２弁体により前記第２開口部が遮断された場合、前記第１弁体は前記第１開口部を開放して、該第１開口部に導入された前記反応ガスを確実に通過させて前記加湿部に導出することができる。
【００１８】
さらに、前記バルブボディには、前記第１シャフトに係合し且つ前記モータの駆動作用下に前記第１シャフトを回動させる第１回動伝達部材と、前記第１回動伝達部材に当接して該第１回動伝達部材の回動開始位置を規制する回動開始位置規制機構とが各々配設されていることが好ましい。
【００１９】
ここで、前記回動開始位置とは、前記モータの駆動作用下に前記第１回動伝達部材が回動を開始する位置をいう。前記回動開始位置において、前記第１弁体が前記第１開口部を遮断し、あるいは、前記第２弁体が前記第２開口部を遮断するように前記回動開始位置規制機構を前記第１回動伝達部材に当接させることにより、前記第１開口部に対する前記第１弁体の開放及び遮断動作や前記第２開口部に対する前記第２弁体の開放及び遮断動作をより高精度に調整することが可能となる。
【００２０】
さらにまた、前記モータは、前記バルブボディを閉塞する閉塞部材を介して該バルブボディに取り付けられ、前記閉塞部材には、前記モータの駆動作用下に回動する第２シャフトと、前記第２シャフトと前記第１回動伝達部材との間に介装され、且つ該第２シャフトの回動を前記第１回動伝達部材に伝達する第２回動伝達部材と、該第２回動伝達部材に当接して前記第２回動伝達部材の回動終了位置を規制する回動終了位置設定部とが各々配設されることが好ましい。
【００２１】
ここで、前記回動終了位置とは、前記モータの駆動作用下に回動する前記第２シャフト及び前記第２回動伝達部材が強制的に停止させられる位置をいい、前記第１シャフト、前記第１回動伝達部材、前記第２回動伝達部材及び前記第２シャフトは、前記モータの駆動作用下に前記回動開始位置から前記回動終了位置までの範囲で回動する。換言すれば、前記第１シャフトに連結される前記第１弁体及び前記第２弁体は、前記モータの駆動作用下において、前記回動開始位置から前記回動終了位置までの範囲で回動される。
【００２２】
すなわち、前記回動開始位置を前記第１弁体が前記第１開口部を開放し、前記第２弁体が前記第２開口部を遮断するような位置として設定し、前記回動終了位置を前記第１弁体が前記第１開口部を遮断し、その一方で、前記第２弁体が前記第２開口部を開放するような位置として設定すれば、前記第１開口部に対する前記第１弁体の開放及び遮断動作や前記第２開口部に対する前記第２弁体の開放及び遮断動作をより一層高精度に調整することが可能となる。
【００２３】
なお、前記回動開始位置を前記第１弁体が前記第１開口部を遮断して、前記第２弁体が前記第２開口部を開放するような位置に設定し、前記回動終了位置を前記第１弁体が前記第１開口部を開放して、前記第２弁体が前記第２開口部を遮断するような位置に設定してもよいことは勿論である。
【００２４】
さらにまた、前記第２回動伝達部材の前記第１回動伝達部材側に係合部が突出形成され、前記第１回動伝達部材には、前記係合部に係合する係合機構が配設されていることが好ましい。これにより、前記モータの駆動作用下に前記第２シャフト及び前記第２回動伝達部材が回動すると、前記係合部及び前記係合機構を介して前記第１回動伝達部材を円滑に回動させることができる。
【００２５】
この場合、前記係合機構と前記係合部との係合位置は、前記バルブボディに形成された調整用孔を介して外部より前記係合機構を操作することにより変更可能である。
【００２６】
これにより、前記閉塞部材で前記バルブボディ内部を閉塞して前記バルブボディ内に前記第２回動伝達部材を収容した後に、外部より前記調整用孔を介して前記係合位置の調整を行うことが可能となる。従って、前記バルブボディに対する前記モータ、前記第２シャフト及び前記第２回動伝達部材の取り付けを容易に行うことが可能となる。
【００２７】
ここで、前記調整用孔を閉塞すると共に、前記バルブボディ内部と外部との間の通気性を確保し且つ前記バルブボディ内への流体の浸入を防止するシール機構が配設されていることが好ましい。
【００２８】
さらに、前記モータはギヤを介して前記第２シャフトを回動させるステッピングモータであり、前記バルブボディには、一端が前記第１回動伝達部材に係合し且つ他端が前記第２回動伝達部材に係合する第１弾性部材と、前記第１回動伝達部材に係合し、且つ該第１回動伝達部材の回動に伴い前記第１シャフトを回動付勢させる第２弾性部材とが各々配設されることが好ましい。
【００２９】
これにより、前記ギヤのバックラッシュによって前記第２シャフトが回動した際に、該第２シャフトの径方向に発生する振動を前記第１弾性部材及び前記第２弾性部材で抑制することが可能となり、前記第１弁体及び前記第２弁体をより高精度に回動させることができる。
【００３０】
さらにまた、前記第１弁体は、前記モータが停止している場合、前記第１開口部を開放する常開型の弁体であり、前記第２弁体は、前記モータが停止している場合、前記第２開口部を遮断する常閉型の弁体であることが好ましい。
【００３１】
前記モータが停止した場合、前記第２弁体は前記第２開口部を遮断する一方で、前記第１弁体は前記第１開口部を開放するので、前記放熱部からの反応ガスは前記主通路から前記加湿部に導入され、加湿された反応ガスは前記カソードに供給される。すなわち、前記モータが停止しても前記バイパス通路が速やかに遮断されるので、前記反応ガスが前記バイパス通路を経由して前記カソードに導入されることが確実に阻止され、加湿性能を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る燃料電池用弁装置によれば、加湿部の上流側の主通路に第１弁体が配設され、前記加湿部のバイパス通路に第２弁体が配設され、前記第１弁体が前記主通路を構成する第１開口部を開放している場合には、前記第２弁体が前記バイパス通路を構成する第２開口部を遮断する一方で、前記第１弁体が前記第１開口部を遮断している場合には、前記第２弁体が前記第２開口部を開放している。これにより、反応ガス通路である前記主通路と前記バイパス通路との切換を確実に行うことが可能となる。また、反応ガスが前記バイパス通路を通過する際に、該反応ガスの一部が前記加湿部に導入されることはないので、カソードに加湿された反応ガスが導入されて、燃料電池の発電効率が低下することを阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用弁装置１０が含まれる燃料電池システム２００の構成図である。なお、燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００３４】
この燃料電池システム２００は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード２０１とカソード２０３とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成される燃料電池スタック２０２を含む。前記燃料電池スタック２０２には、燃料として、例えば、アノード２０１に水素が供給され、酸化剤として、例えば、カソード２０３に酸素を含むエアーが供給される。なお、本実施形態で用いられる反応ガスとは、前記水素、酸素、酸素を含むエアー、これらの余剰ガスを含むものとする。
【００３５】
前記カソード２０３には、酸化剤供給部２０４からエアーが供給されるエアー供給口２０６と、前記カソード２０３内のエアーを外部に排出するためのエアー排出部２０８が接続されたエアー排出口２１０とが設けられる。一方、前記アノード２０１には、燃料供給部２１２から水素が供給される水素供給口２１４と、水素排出部２１６が接続される水素排出口２１８とが設けられる。
【００３６】
前記燃料電池スタック２０２では、前記アノード２０１で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を通過して前記カソード２０３まで移動し、該カソード２０３で酸素と電気化学反応を起こして発電する。
【００３７】
前記エアー供給口２０６には、エアー供給用通路を介して酸化剤供給部２０４、放熱部２２０、燃料電池用弁装置１０の第１弁体１２ａ及び加湿部２２２が上流側からこの順序で介装された主通路２１９ａと、前記第１弁体１２ａ及び前記加湿部２２２を経由することなく放熱部２２０から第２弁体１２ｂを介して前記カソード２０３にエアーを供給するための迂回通路であるバイパス通路２１９ｂとを有する。
【００３８】
ここで、前記第１弁体１２ａは、主通路２１９ａのエアーの流通状態を切り換えるために設けられ、前記第２弁体１２ｂは、バイパス通路２１９ｂを通るエアーの流通状態を切り換えるために設けられている。すなわち、主通路２１９ａを介して前記カソード２０３にエアーを供給する場合、第１弁体１２ａを開放する一方で第２弁体１２ｂを遮断する。また、バイパス通路２１９ｂを介して前記カソード２０３にエアーを供給する場合、第１弁体１２ａを遮断する一方で第２弁体１２ｂを開放する。
【００３９】
前記水素供給口２１４には、燃料供給部２１２から水素供給通路を介して圧力制御部２２４、エゼクタ２２６及び加湿部２２８がこの順序でそれぞれ接続され、また、前記水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して水素排出部２１６が接続される。
【００４０】
酸化剤供給部２０４は、例えば、図示しないスーパーチャージャ（圧縮機）及びこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック２０２で酸化剤ガスとして使用される供給エアーを断熱圧縮して燃料電池スタック２０２に圧送する。この断熱圧縮の際に供給エアーが加熱される。このように加熱された供給エアーが、燃料電池スタック２０２を暖める。
【００４１】
また、前記酸化剤供給部２０４から供給されるエアーは、例えば、燃料電池スタック２０２の負荷や図示しない車両のアクセルペダルの操作量等に応じて所定設定圧力で燃料電池スタック２０２に導入されると共に、前記放熱部２２０によって冷却された後、バイパス通路２３２を介して圧力制御部２２４にパイロット圧として供給される。
【００４２】
放熱部２２０は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成され、図示しない流路に沿って流通する冷却水と熱交換することによって、燃料電池スタック２０２の通常運転時において前記酸化剤供給部２０４から供給される供給エアーを冷却する。このため、供給エアーは、所定温度に冷却された後、燃料電池用弁装置１０を通過して加湿部２２２に導入される。
【００４３】
前記加湿部２２２は、図示していないが、例えば、水透過膜を備え、水分を水透過膜の一方側から他方側へ透過させることにより、前記放熱部２２０によって所定の温度に冷却されたエアーを所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６へと供給している。前記加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の加湿状態に確保される。
【００４４】
燃料供給部２１２は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック２０２のアノード２０１側に供給する供給水素が貯蔵される。
【００４５】
圧力制御部２２４は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなり、バイパス通路２３２を介して供給されるエアーの圧力をパイロット圧（パイロット信号圧）として、前記圧力制御部２２４の出口側圧力である２次側圧力を前記パイロット圧に対応した所定範囲の圧力に設定している。
【００４６】
エゼクタ２２６は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部２２４から供給された燃料（水素）はノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。前記ノズル部からディフューザ部に向かって燃料が高速で噴射される際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、循環用通路２３０を介してアノード２０１側から排出される余剰の燃料が吸引される。前記エゼクタ２２６で混合された燃料及び排出燃料は加湿部２２８へと供給される。
【００４７】
すなわち、燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から排出された未反応の排出ガスは、循環用通路２３０を介してエゼクタ２２６に導入され、圧力制御部２２４から供給された水素と、燃料電池スタック２０２から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池スタック２０２に再び供給されるように循環する。
【００４８】
前記加湿部２２８は、前記酸化剤供給部２０４側の加湿部２２２と同様に、例えば、水透過膜を備え、水分を水透過膜の一方側から他方側へ透過させることにより、エゼクタ２２６から導出された燃料を所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４へと供給している。前記加湿された水素は、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜を加湿し、これを所定のイオン導電性で保持するように作用する。
【００４９】
燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８には、例えば、図示しない排出制御弁が設けられ、燃料電池スタック２０２の運転状態に応じて開閉動作が制御される。
【００５０】
次に、前記の燃料電池システム２００に組み込まれる燃料電池用弁装置１０について説明する。
【００５１】
図２及び図３に示す燃料電池用弁装置１０は、主通路２１９ａ（図１参照）に沿ってエアーを流通させる第１開口部１４ａ及びバイパス通路２１９ｂに沿ってエアーを流通させる第２開口部１４ｂが各々形成されたバルブボディ１６と、該バルブボディ１６の開口部を閉塞する閉塞部材２０に配設された開度センサ２２と、前記閉塞部材２０に配設され、且つ第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂを開閉するステッピングモータ２４とを備える。
【００５２】
前記バルブボディ１６の内部には室１８が形成され、閉塞部材２０には前記室１８に嵌合する環状突起２６が形成され、該環状突起２６の外周面には環状溝を介してシール部材２８が装着されている。これにより、前記閉塞部材２０によって前記室１８を閉塞すると、該室１８内部の気密が保持されると共に、バルブボディ１６の外部から前記室１８を介して前記第１開口部１４ａ及び前記第２開口部１４ｂへの塵埃等の浸入が阻止される。
【００５３】
前記バルブボディ１６には、図３に示すように、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂと略直交するように、室１８と第２開口部１４ｂとを連通させるガイド孔３０ａ、第１開口部１４ａと第２開口部１４ｂとを連通させるガイド孔３０ｂ及び第１開口部１４ａと前記バルブボディ１６の一端とを連通させるガイド孔３０ｃが同軸状に形成されている。そして、前記バルブボディ１６内には、前記ガイド孔３０ａ、前記第２開口部１４ｂ、前記ガイド孔３０ｂ、前記第１開口部１４ａ及び前記ガイド孔３０ｃを貫通する第１シャフト３２が回動自在に配設されている。
【００５４】
ここで、第１開口部１４ａ内には、第１シャフト３２にねじ３４を介して円盤状の第１弁体１２ａが連結され、第２開口部１４ｂ内には、前記第１シャフト３２にねじ３６を介して円盤状の第２弁体１２ｂが連結されている。この場合、前記第１弁体１２ａと前記第２弁体１２ｂとは、図３及び図４に示すように、互いに略直交するように前記第１シャフト３２に連結されている。
【００５５】
また、バルブボディ１６には、第１開口部１４ａの入口側である第１ポート３８ａ及び第２開口部１４ｂの入口側である第３ポート３８ｃと、燃料電池システム２００（図１参照）の放熱部２２０とを接続する配管４０が取り付けられている（図３参照）。さらに、第１開口部１４ａの出口側である第２ポート（第１反応ガス導出部）３８ｂは、図示しない配管を介して加湿部２２２に接続され、第２開口部１４ｂの出口側である第４ポート（第２反応ガス導出部）３８ｄは、図示しない配管を介してカソード２０３のエアー供給口２０６に接続されている。
【００５６】
そのため、前記エアーが配管４０を介して燃料電池用弁装置１０に導入された場合、該エアーは、反応ガス導入部である前記第１ポート３８ａ及び前記第３ポート３８ｃに分岐されて、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂ内に導入される。
【００５７】
図３では、第１弁体１２ａにより第１ポート３８ａと第２ポート３８ｂとが連通し、且つ第２弁体１２ｂにより第３ポート３８ｃと第４ポート３８ｄとが遮断されているので、前記第１開口部１４ａに導入されたエアーは、該第１開口部１４ａを経由し、前記第２ポート３８ｂから導出されて加湿部２２２に供給される一方で、前記第２開口部１４ｂに導入されたエアーは、前記第３ポート３８ｃを通過することはない。
【００５８】
なお、図３は、ステッピングモータ２４（図２参照）への通電が停止し、該ステッピングモータ２４が駆動停止状態である場合における前記第１弁体１２ａ及び前記第２弁体１２ｂの状態を示している。すなわち、前記ステッピングモータ２４に対する通電が停止された状態である場合、前記第２弁体１２ｂは、第２開口部１４ｂを遮断してバイパス通路２１９ｂ（図１参照）に対するエアーの流通を阻止する常閉型の弁体であり、前記第１弁体１２ａは、第１開口部１４ａを開放して放熱部２２０から主通路２１９ａを介して加湿部２２２にエアーを流通させる常開型の弁体である。
【００５９】
さらに、バイパス通路２１９ｂを流通するエアーの流量は、主通路２１９ａを流れるエアーの流量よりも少ないので、前記バイパス通路２１９ｂを構成する前記第２開口部１４ｂの内径（開口径）は、前記主通路２１９ａを構成する前記第１開口部１４ａの内径（開口径）よりも小さくすることができる。そのため、前記第２開口部１４ｂを開放又は遮断する第２弁体１２ｂの直径は、前記第１開口部１４ａを開放又は遮断する第１弁体１２ａの直径よりも小さく設定される。
【００６０】
なお、第１シャフト３２、第１弁体１２ａ、第２弁体１２ｂ及びねじ３４、３６はステンレス鋼で構成すると好適である。第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂの内部を流通するエアーに含有された水分によって前記第１シャフト３２、前記第１弁体１２ａ、前記第２弁体１２ｂ及び前記ねじ３４、３６に錆びが生じることを防止するためである。
【００６１】
ガイド孔３０ｃを挿通する第１シャフト３２の一端部は、前記ガイド孔３０ｃに連通する孔４１内に配設された軸受４２によって回動自在に軸支されている。また、前記ガイド孔３０ｃと前記孔４１とを連通する孔４４には、前記軸受４２を前記第１シャフト３２の軸線方向に保持すると共に、前記孔４１に設けられたカラー４６に隣接して前記第１シャフト３２の外周面を囲繞するシール部材４８が装着されている。前記シール部材４８は、第１開口部１４ａ側に傾斜した第１リップ部５０ａと、前記軸受４２側へと傾斜した第２リップ部５０ｂとを有する。前記シール部材４８の第１リップ部５０ａ及び第２リップ部５０ｂによって第１開口部１４ａから外部へのエアーの漏出や、前記エアーに含有される水分の漏出が防止されるとともに、外部から塵埃等が第１開口部１４ａへ浸入することを防止することができる。
【００６２】
室１８内部における第２開口部１４ｂ側の略中央部分には、第１シャフト３２と同軸に円筒状の突出部５６が突出形成され、該突出部５６の内方には、前記第１シャフト３２を軸支する軸受５８が配設されている。また、前記突出部５６の内方には、前記軸受５８に隣接して環状のカラー６０ａ、６０ｂが配置されている。さらに、前記突出部５６の内方には、前記軸受５８を前記第１シャフト３２の軸線方向に保持すると共に、前記カラー６０ｂに隣接して前記第１シャフト３２の外周面を囲繞するシール部材６２が装着されている。前記シール部材６２は、閉塞部材２０側に傾斜した第１リップ部６４ａと、第２開口部１４ｂ側へと傾斜した第２リップ部６４ｂとを有する。
【００６３】
すなわち、前記シール部材６２の第１リップ部６４ａおよび第２リップ部６４ｂによって第２開口部１４ｂから室１８へのエアーの漏出や、前記エアーに含有される水分の浸入が防止されると共に、前記室１８内で発生する塵埃等が第２開口部１４ｂへ浸入することを防止することができる。
【００６４】
室１８内部において、第１シャフト３２の上部に形成されたねじ部６６（図４参照）にワッシャ６８及びナット７０を介して略円盤状のベースを有する被動板（第１回動伝達部材）７２が連結され、該被動板７２とバルブボディ１６との間には、前記第１シャフト３２を介して第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂをそのばね力によって弁閉状態又は弁開状態に回動付勢させるばね部材（第２弾性部材）７４が、突出部５６を囲繞するように介装されている。
【００６５】
前記ばね部材７４は、その一端部が突出部５６の外方に形成されたバルブボディ１６の段差部７５の底部に係合し、他端部が被動板７２に形成された切欠７７（図４及び図５参照）に係合している。これにより、前記バルブボディ１６と被動板７２とが、前記ばね部材７４を介して連結されている。また、前記ばね部材７４は、そのばね力によって第１弁体１２ａを被動板７２に対して全閉状態に保持し、且つ第２弁体１２ｂを前記被動板７２に対して全開状態に保持する方向に付勢している。
【００６６】
図３〜図５に示すように、被動板７２は略円盤状のベースを有し、その略中央部に挿通される第１シャフト３２のねじ部６６にナット７０を螺合することにより連結される。
【００６７】
また、前記被動板７２の底面には、第２開口部１４ｂに向かって所定長だけ突出したガイド部７６が形成され、前記ガイド部７６が突出部５６の外周面から所定深さだけ窪んで形成される段差部７８に係合されている。これにより、前記被動板７２は、ガイド部７６のガイド作用下に第１シャフト３２を中心として回動可能である。
【００６８】
一方、前記被動板７２の上面には、図３〜図５に示すように、第１突出部８０及び第２突出部８２が閉塞部材２０に向かい突出形成されている。この場合、第１突出部８０は、前記被動板７２と後述する駆動板（第２回動伝達部材）８４（図３〜図６参照）との間に介装されるばね部材（第１弾性部材）８６を囲繞する略円弧状の第１部分８０ａと、前記被動板７２の径方向に膨出形成される第２部分８０ｂとから構成され、前記第２部分８０ｂに形成された孔にピン部材８８（図５参照）が嵌合保持されている。
【００６９】
前記第２突出部８２は、ばね部材８６を囲繞し且つ該ばね部材８６の一端部と係合するように被動板７２の径方向に膨出形成された第１部分８２ａと、前記被動板７２の径方向に膨出形成され且つねじ部材（係合機構）９０を介して駆動板８４と係合する第２部分８２ｂとを含む。前記第２部分８２ｂに形成された孔に挿通する前記ねじ部材９０は、外部より図示しない工具（例えば、六角レンチ）を用いて前記第２部分８２ｂに螺合される係止用ねじ９０ａと、前記係止用ねじ９０ａ及び前記第２部分８２ｂに螺合すると共に、前記係止用ねじ９０ａと一体的に回動しながら前記駆動板８４に当接する当接用ねじ９０ｂとから構成されている。
【００７０】
なお、第１突出部８０及び第２突出部８２は、被動板７２の中心（第１シャフト３２の軸線）に対して略点対称の箇所に形成されると共に、第１突出部８０の第２部分８０ｂと第２突出部８２の第２部分８２ｂとは、前記被動板７２の上面において略９０°の間隔で形成されている。
【００７１】
バルブボディ１６の側部には、外方に向かって膨出部１６ａ（図５参照）が形成され、この膨出部１６ａには、室１８に連通する第１孔９２ａ及び第２孔９２ｂが同軸に形成され、前記各孔９２ａ、９２ｂには、零点調整機構（回動開始位置規制機構）９４が挿通している。
【００７２】
前記零点調整機構９４は、図４及び図５に示すように、ナット９６とねじ部材９８とＯリング１００とから構成され、ねじ部材９８は、図示しない工具（例えば、マイナスドライバ）に係合可能な調整部９８ａと、前記ナット９６に螺合する第１ねじ部９８ｂと、前記第１孔９２ａ内で、前記ねじ部材９８の外周面に前記Ｏリング１００を固定保持する第１フランジ部９８ｃ及び第２フランジ部９８ｄと、第２孔９２ｂに挿通してバルブボディ１６に螺合する第２ねじ部９８ｅと、前記マイナスドライバの回動作用下にピン部材８８に当接する当接部９８ｆとから構成されている。
【００７３】
この場合、第１フランジ部９８ｃ及び第２フランジ部９８ｄによってＯリング１００を固定保持することで、室１８内部の気密が保持されると共に、バルブボディ１６の外部から孔９２ａ、９２ｂを介して前記室１８への塵埃等の浸入が防止される。
【００７４】
ここで、前記マイナスドライバの先端を調整部９８ａに係合した状態で該調整部９８ａを回動させると、ねじ部材９８がピン部材８８に向かって進行して当接部９８ｆの先端が前記ピン部材８８の先端に当接し、該ピン部材８８を固定する第１突出部８０（被動板７２）を図５の反時計方向に回動させる。これにより、前記被動板７２に連結された第１シャフト３２を介して第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂ（図２〜図４参照）が回動する。従って、零点調整機構９４は、ステッピングモータ２４の駆動が停止した状態における前記第１弁体１２ａ及び前記第２弁体１２ｂの初期位置（回動開始位置）を調整可能である。
【００７５】
また、バルブボディ１６の側部には、図２及び図５に示すように、外方に向かって膨出部１６ｂが膨出形成され、該膨出部１６ｂには、室１８に連通する第３孔（調整用孔）９２ｃが形成され、前記第３孔９２ｃはシール機構１０２によって閉塞されている。
【００７６】
シール機構１０２は、図２、図３及び図５に示すように、膨出部１６ｂに接続されるジョイント１０４と、ねじ１０６と、シールキャップ１０８とから構成され、前記ねじ１０６は、膨出部１６ｂに螺合して前記ジョイント１０４を該膨出部１６ｂに連結させ、前記シールキャップ１０８は、ジョイント１０４において第３孔９２ｃと連通する孔１１０を閉塞する。
【００７７】
この場合、前記シールキャップ１０８は、室１８と外部との通気性を確保する一方で、外部からの流体（例えば、水）の浸入を防止するようなゴム製のキャップからなる。また、ジョイント１０４に形成された環状溝にはＯリング１１２が配設されており、前記Ｏリング１１２によって室１８内部の気密が保持されると共に、バルブボディ１６の外部から前記ジョイント１０４を介して前記室１８への塵埃等の浸入が防止される。
【００７８】
ここで、シールキャップ１０８をジョイント１０４から取り外した状態で孔１１０及び第３孔９２ｃを介して前記六角レンチを挿入し、該六角レンチによって係止用ねじ９０ａを回動させて取り外す。調整用ドライバ等を用いて当接用ねじ９０ｂを回動させると、該当接用ねじ９０ｂが駆動板８４に向かって進行し、前記当接用ねじ９０ｂの先端が駆動板８４に当接して図５の時計方向に前記駆動板８４を回動させる。これにより、当接用ねじ９０ｂを介して駆動板８４と被動板７２との係合状態が調整可能となる。
【００７９】
矩形状の閉塞部材２０は、図２及び図３に示すように、ねじ１２０を用いてバルブボディ１６と連結することにより室１８を閉塞する。また、第１取着板１２１と、該第１取着板１２１を覆い且つスペーサ１２２を備える第２取着板１２４とが、該スペーサ１２２を挿通するねじ１２６を介して前記閉塞部材２０と連結されている。開度センサ２２はねじ１２８により前記第２取着板１２４に固定され、ステッピングモータ２４は図示しないねじにより前記第２取着板１２４に固定されている。
【００８０】
ステッピングモータ２４の図示しない駆動軸は、該駆動軸に連結されたギヤ部１３０を介して第２シャフト１３２に係合し、前記第２シャフト１３２の一端部は、開度センサ２２内に挿入され、その他端部は閉塞部材２０の略中央部に形成された孔１３４に配設された軸受１３６を介して閉塞部材２０に軸支された状態でバルブボディ１６の室１８に臨入している。この場合、前記第２シャフト１３２は、第１シャフト３２と同軸に配設され、前記孔１３４には軸受１３６に隣接してカラー１３８、１４０が第２シャフト１３２を囲繞するように配設されている。
【００８１】
さらに、第２シャフト１３２の他端部にはねじ部１４２（図４参照）が形成され、ワッシャ１４４及びナット１４６を介して略円盤状の駆動板８４及びガイド部材１４８が連結され、前記被動板７２と前記駆動板８４との間には、ばね部材８６が前記ガイド部材１４８を囲繞するように介装されている。
【００８２】
図３、図４及び図６に示すように、前記駆動板８４は略円盤状に形成され、その略中央部を貫通する第２シャフト１３２のねじ部１４２にナット１４６を螺合する。
【００８３】
前記駆動板８４の外周面には、第１係合部１５０及び第２係合部１５２が所定角度隔てて被動板７２に向かい突出形成されている。前記第１係合部１５０は、前記駆動板８４の径方向に膨出形成された膨出部１５０ａと、前記膨出部１５０ａから前記被動板７２に向かい突出形成された突出部１５０ｂとからなり、前記突出部１５０ｂには、ばね部材８６の他端部が係合している。一方、第２係合部１５２は、前記駆動板８４の径方向に膨出形成された膨出部１５２ａと、前記膨出部１５２ａから被動板７２に向かい突出形成された突出部１５２ｂとからなり、該突出部１５２ｂには、ねじ部材９０における当接用ねじ９０ｂの先端が当接する。
【００８４】
さらに、環状突起２６の内方には、突出部（回動終了位置設定部）１５４が駆動板８４の中央部に向かって突出形成されている。ここで、ステッピングモータ２４（図２参照）の駆動作用下に第２シャフト１３２及び駆動板８４が図６の時計方向に一体的に回動した際に、第２係合部１５２の膨出部１５２ａが前記突出部１５４に当接すれば、該駆動板８４及び前記第２シャフト１３２の回動が停止する。従って、前記膨出部１５２ａと前記突出部１５４との当接位置が、前記第２シャフト１３２及び前記駆動板８４の回動終了位置となる。
【００８５】
また、第２シャフト１３２の他端部には、第１弁体１２ａの第１開口部１４ａに対する開度及び第２弁体１２ｂの第２開口部１４ｂに対する開度を検出する開度センサ２２が配設される。前記開度センサ２２は、例えば、第２シャフト１３２の他端部に埋め込まれたマグネットからの磁界を検出することで、該第２シャフト１３２の回動位置を検出するホール素子によって構成することができる。
【００８６】
本実施形態に係る燃料電池用弁装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作について説明する。
【００８７】
ここでは、供給されるエアーの温度が低く、あるいは燃料電池システム２００（図１参照）で必要とされる温度まで達しておらず、エアーを加湿部２２２で加湿することなくバイパス通路２１９ｂを経由してカソード２０３へと供給する場合、すなわち、図２及び図３に示すように、第１弁体１２ａが第１開口部１４ａを開放し、且つ第２弁体１２ｂが第２開口部１４ｂを遮断している状態において、ステッピングモータ２４の駆動作用下に第１弁体１２ａを弁閉状態から弁開状態に変位させ、第２弁体１２ｂを弁閉状態から弁開状態に変位させる場合について説明する。
【００８８】
先ず、図示しないマイナスドライバの先端を調整部９８ａ（図５参照）に係合した状態で、ねじ部材９８がピン部材８８に進行する方向に該調整部９８ａを回動させる。これにより、前記ねじ部材９８が前記ピン部材８８に向かって進行して当接部９８ｆの先端が前記ピン部材８８の先端部に当接し、該ピン部材８８を固定する第１突出部８０が図５の反時計方向に回動する。その際、前記被動板７２に連結された第１シャフト３２を介して第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂ（図１〜図３参照）も一体的に回動する。従って、前記第２弁体１２ｂが微小に開く回動開始位置にまで、前記マイナスドライバを用いて調整部９８ａを回動させる。
【００８９】
次いで、シールキャップ１０８（図２、図３及び図５参照）をジョイント１０４から取り外した状態で、孔１１０及び第３孔９２ｃを介して六角レンチを係止用ねじ９０ａの先端部に挿入し、該六角レンチによって前記係止用ねじ９０ａを回動させて取り外す。次いで、調整用ドライバ等を用いて当接用ねじ９０ｂを回動し、前記当接用ねじ９０ｂの先端が駆動板８４における第２係合部１５２の突出部１５２ｂに当接して、図５の時計方向に前記駆動板８４を回動させる。これにより、被動板７２は、ねじ部材９０を介して前記駆動板８４に係合する。
【００９０】
次いで、シールキャップ１０８をジョイント１０４に装着してから図示しない電源によりステッピングモータ２４（図２参照）に対して通電を行うと、該ステッピングモータ２４の図示しない駆動軸が回動を開始し、ギヤ部１３０（図３参照）を介して第２シャフト１３２が一体的に回動する。開度センサ２２は前記第２シャフト１３２の回動位置の変化を検出する。
【００９１】
この場合、前記第２シャフト１３２に連結された駆動板８４は図６の時計方向に一体的に回動し、前記駆動板８４の第２係合部１５２にねじ部材９０（図４及び図５参照）を介して係合する被動板７２は、該駆動板８４の回動に伴いばね部材８６の付勢方向に抗して図５の反時計方向に一体的に回動する。
【００９２】
これにより、前記被動板７２に連結された第１シャフト３２（図３及び図４参照）も一体的に回動し、第１弁体１２ａを弁閉状態から弁開状態になるように回動させる一方で、第２弁体１２ｂを弁開状態から弁閉状態になるように回動させる。この場合、前記被動板７２に連結されたばね部材７４は、前記被動板７２の回動方向にそのばね力を付勢するので、前記第１弁体１２ａを弁開状態から弁閉状態に速やかに変位させ、前記第２弁体１２ｂを弁閉状態から弁開状態に速やかに変位させることができる。
【００９３】
次いで、前記第１シャフト３２がさらに回動して、第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂが各回動開始位置から回転し、前記第１弁体１２ａが弁閉状態に変位し、前記第２弁体１２ｂが弁開状態に変位した際に、駆動板８４における第２係合部１５２の膨出部１５２ａが閉塞部材２０の突出部１５４（図６参照）に当接する。
【００９４】
これにより、前記駆動板８４及び前記第２シャフト１３２の回動が停止し、該駆動板８４にねじ部材９０を介して係合する被動板７２（図３〜図５参照）や、該被動板７２に連結された第１シャフト３２も回動を停止する。従って、前記膨出部１５２ａと前記突出部１５４との当接位置において、前記第１弁体１２ａの弁閉状態が保持され、前記第２弁体１２ｂの弁開状態が保持される。すなわち、前記第１弁体１２ａ及び前記第２弁体１２ｂの回動範囲は、前記回動開始位置から前記回動終了位置までの範囲である。
【００９５】
従って、第２開口部１４ｂの第３ポート３８ｃ（図３参照）と第４ポート３８ｄとが連通状態となり、図１に示される放熱部２２０とカソード２０３とがバイパス通路２１９ｂを介して直接連通されるので、図１に示す酸化剤供給部２０４に供給されたエアーは、放熱部２２０及びバイパス通路２１９ｂを介して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６からカソード２０３に供給される。
【００９６】
一方、燃料供給部２１２から供給された水素は、圧力制御部２２４、エゼクタ２２６及び加湿部２２８を介して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４からアノード２０１に供給される。そして、燃料電池スタック２０２において発電が行われる。
【００９７】
次に、供給されるエアーの温度が所望の温度である場合には、酸化剤供給部２０４より供給されるエアーを主通路２１９ａを介して加湿部２２２に直接供給する一方で、バイパス通路２１９ｂを遮断する必要がある。
【００９８】
この場合、例えば、ステッピングモータ２４に対する通電を停止して駆動軸の回動を停止させることにより、第２シャフト１３２及び駆動板８４に付勢されていた回動力が滅勢される。そのため、前記駆動板８４及び前記第２シャフト１３２がばね部材８６のばね力によって図６の反時計方向へと回動され、それに伴ってねじ部材９０を介して被動板７２及び該被動板７２に連結される第１シャフト３２が一体的に図５に示す時計方向へと回動する。その結果、前記第１シャフト３２に連結された第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂが回動して、前記第１弁体１２ａは、弁閉状態から図２及び図３に示す弁開状態に変位し、前記第２弁体１２ｂは弁開状態から弁閉状態に変位する。これにより、第３ポート３８ｃと第４ポート３８ｄとの連通が遮断される。
【００９９】
このように、本実施形態に係る燃料電池用弁装置１０では、加湿部２２２の上流側の主通路２１９ａに第１弁体１２ａが配設され、前記加湿部２２２のバイパス通路２１９ｂに第２弁体１２ｂが配設され、前記第１弁体１２ａが前記主通路２１９ａを構成する第１開口部１４ａを開放している場合には、前記第２弁体１２ｂが前記バイパス通路２１９ｂを構成する第２開口部１４ｂを遮断する一方で、前記第１弁体１２ａが前記第１開口部１４ａを遮断している場合には、前記第２弁体１２ｂが前記第２開口部１４ｂを開放している。
【０１００】
これにより、反応ガス通路である主通路２１９ａとバイパス通路２１９ｂとの切換を確実に行うことが可能となる。また、反応ガスが前記バイパス通路２１９ｂを通過する際に、該反応ガスの一部が加湿部２２８に導入されることはないので、カソード２０３に加湿された反応ガスが導入されて、燃料電池の発電効率が低下することを阻止することができる。
【０１０１】
ここで、前記バイパス通路２１９ｂを通過する反応ガスの流量は前記主通路２１９ａを通過する反応ガスの流量よりも少ないので、第２開口部１４ｂの開口径を第１開口部１４ａの開口径よりも小さく、第２弁体１２ｂの直径を第１弁体１２ａの直径よりも小さくすれば、燃料電池用弁装置１０を小型化することができる。
【０１０２】
また、バルブボディ１６に第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂが形成され、前記第１開口部１４ａに第１弁体１２ａが配設される一方で、前記第２開口部１４ｂに第２弁体１２ｂが配設されているので、燃料電池用弁装置１０における前記第１弁体１２ａ及び前記第２弁体１２ｂの配置スペースが削減され、該燃料電池用弁装置１０全体の小型化が可能となる。また、反応ガス導入部としての第１ポート３８ａ及び第３ポート３８ｃに対して前記第１開口部１４ａ及び前記第２開口部１４ｂが分岐して形成されているので、前記燃料電池用弁装置１０を燃料電池システム２００に適用する際に、放熱部２２０と第１ポート３８ａ及び第３ポート３８ｃとの間の配管４０の接続や流路の接続が容易となる。
【０１０３】
さらに、第１シャフト３２を回動させることにより第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂを同時に回動させて第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂの開放及び遮断動作を行うことができるので、前記第１開口部１４ａ及び前記第２開口部１４ｂを回動させる駆動機構を１つにして前記燃料電池用弁装置１０をさらに小型化させると共に、前記第１開口部１４ａ及び前記第２開口部１４ｂのレイアウト性を向上させることが可能となる。
【０１０４】
さらにまた、第２弁体１２ｂを第１弁体１２ａよりもステッピングモータ２４寄りの位置で第１シャフト３２と連結させることにより、第２開口部１４ｂに対する前記第２弁体１２ｂの開放及び遮断動作をより高精度で行うことができ、加湿部２２２に対する反応ガスの迂回を確実に行うことが可能となる。換言すれば、前記第２弁体１２ｂにより前記第２開口部１４ｂが遮断された場合、第１弁体１２ａは第１開口部１４ａを開放して、該第１開口部１４ａに導入された反応ガスを確実に通過させて前記加湿部２２２に導出することができる。
【０１０５】
さらにまた、回動開始位置において第１弁体１２ａが第１開口部１４ａを遮断し、あるいは第２弁体１２ｂが第２開口部１４ｂを遮断するように零点調整機構９４の当接部９８ｆを被動板７２に固定されたピン部材８８に当接することにより、前記第１開口部１４ａに対する前記第１弁体１２ａの開放及び遮断動作や、前記第２開口部１４ｂに対する前記第２弁体１２ｂの開放及び遮断動作をより高精度に調整することが可能となる。
【０１０６】
さらにまた、第１シャフト３２、被動板７２、駆動板８４及び第２シャフト１３２は、ステッピングモータ２４の駆動作用下に、前記回動開始位置から突出部１５４により設定される回動終了位置までの範囲で回動するので、前記回動開始位置を第１弁体１２ａが第１開口部１４ａを開放し、第２弁体１２ｂが第２開口部１４ｂを遮断するような位置に設定し、前記回動終了位置を前記第１弁体１２ａが前記第１開口部１４ａを遮断し、その一方で、前記第２弁体１２ｂが前記第２開口部１４ｂを開放するような位置に設定すれば、前記第１開口部１４ａに対する前記第１弁体１２ａの開放及び遮断動作や、前記第２開口部１４ｂに対する前記第２弁体１２ｂの開放及び遮断動作をより一層高精度に調整することが可能となる。
【０１０７】
なお、前記回動開始位置を前記第１弁体１２ａが前記第１開口部１４ａを遮断して、前記第２弁体１２ｂが前記第２開口部１４ｂを開放するような位置に設定し、前記回動終了位置を前記第１弁体１２ａが前記第１開口部１４ａを開放して、前記第２弁体１２ｂが前記第２開口部１４ｂを遮断するような位置に設定してもよいことは勿論である。
【０１０８】
さらにまた、駆動板８４に第２係合部１５２が突出形成され、被動板７２の第２突出部８２に前記駆動板８４の回動方向側に係合するねじ部材９０が配設されているので、ステッピングモータ２４の駆動作用下に第２シャフト１３２及び前記駆動板８４が回動すると、前記第２係合部１５２及び前記ねじ部材９０を介して前記被動板７２を円滑に回動させることができる。
【０１０９】
この場合、前記ねじ部材９０と前記第２係合部１５２との係合位置は、第３孔９２ｃ及びジョイント１０４の孔１１０を介して外部より前記ねじ部材９０を操作することにより変更可能であるので、閉塞部材２０でバルブボディ１６内部を閉塞して前記バルブボディ１６内に前記駆動板８４を収容した後でも、前記係合位置の調整を行うことが可能となる。従って、前記バルブボディ１６に対するステッピングモータ２４、第２シャフト１３２及び前記駆動板８４の取り付けを容易に行うことが可能となる。
【０１１０】
ここで、第３孔９２ｃをシール機構１０２によって閉塞しているので、バルブボディ１６内部と外部との間の通気性が確保されると共に、前記バルブボディ１６内への液体の浸入が防止される。
【０１１１】
さらに、前記バルブボディ１６内には、ばね部材７４、８６が各々配設されているので、ギヤ部１３０のバックラッシュによって、第２シャフト１３２が回動した際に該第２シャフト１３２の径方向に発生する振動を前記ばね部材７４及び前記ばね部材８６で抑制することが可能となり、第１弁体１２ａ及び第２弁体１２ｂをより高精度に回動させることができる。
【０１１２】
さらにまた、第１弁体１２ａを常開型の弁体とし、第２弁体１２ｂを常閉型の弁体とすることにより、ステッピングモータ２４が停止した場合、前記第２弁体１２ｂは第２開口部１４ｂを遮断する一方で、前記第１弁体１２ａは前記第１開口部１４ａを開放するので、放熱部２２０からの反応ガスは主通路２１９ａから加湿部２２２に導入され、加湿された反応ガスはカソード２０３に供給される。すなわち、ステッピングモータ２４が停止しても、バイパス通路２１９ｂが速やかに遮断されるので、前記反応ガスが前記バイパス通路２１９ｂを経由して前記カソード２０３に導入されることが確実に阻止され、加湿性能を確保することが可能となる。
【０１１３】
上述した説明では、ステッピングモータ２４の駆動軸の回動力をギヤ部１３０を介して第２シャフト１３２に伝達するようにしているが、前記第２シャフト１３２を前記ステッピングモータ２４の駆動軸として該駆動軸の回動力によって駆動板８４を直接回動させてもよいことは勿論である。
【０１１４】
なお、本発明に係る燃料電池用弁装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本実施形態に係る燃料電池用弁装置が組み込まれた燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】図１の燃料電池システムに用いられる燃料電池用弁装置の斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図４】図２の燃料電池用弁装置における駆動部分を示す要部分解斜視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った横断面図である。
【図６】図２のバルブボディから離脱した閉塞部材の底面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…燃料電池用弁装置            １２ａ、１２ｂ…弁体
１４ａ、１４ｂ…開口部            １６…バルブボディ
１６ａ、１６ｂ、１５０ａ、１５２ａ…膨出部
２０…閉塞部材                    ２２…開度センサ
２４…ステッピングモータ          ３２、１３２…シャフト
３８ａ〜３８ｄ…ポート
５６、８０、８２、１５０ｂ、１５２ｂ…突出部
７２…被動板                      ７４、８６…ばね部材
７６…ガイド部                    ８４…駆動板
８０ａ、８２ａ…第１部分          ８０ｂ、８２ｂ…第２部分
８８…ピン部材                    ９０、９８…ねじ部材
９０ａ、９０ｂ…ねじ              ９４…零点調整機構
９８ａ…調整部                    ９８ｂ、９８ｅ…ねじ部
９８ｃ、９８ｄ…フランジ部        ９８ｆ…当接部
１０２…シール機構                １０４…ジョイント
１０８…シールキャップ            １３０…ギヤ部
１４８…ガイド部材                １５０、１５２…係合部
【図１】
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【図２】
2006156260.tif 000004
【図３】
2006156260.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006156260.tif 000007
【図６】
2006156260.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月14日(2005.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
ここでは、供給されるエアーの温度が低く、あるいは燃料電池システム２００（図１参照）で必要とされる温度まで達しておらず、エアーを加湿部２２２で加湿することなくバイパス通路２１９ｂを経由してカソード２０３へと供給する場合、すなわち、図２及び図３に示すように、第１弁体１２ａが第１開口部１４ａを開放し、且つ第２弁体１２ｂが第２開口部１４ｂを遮断している状態において、ステッピングモータ２４の駆動作用下に第１弁体１２ａを弁開状態から弁閉状態に変位させ、第２弁体１２ｂを弁閉状態から弁開状態に変位させる場合について説明する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006156260.tif 000009
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2006156260.tif 000010
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2006156260.tif 000011