(57)【要約】【課題】騒音や振動の発生を抑制できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の一態様は、燃料電池システム１０１において、燃料電池スタック１１１と、燃料電池スタック１１１からエアオフガスを排出するためのエア排出通路１６２と、エア排出通路１６２に設けられる出口統合弁１８１と、エア排出通路１６２にて出口統合弁１８１に対してエアオフガスの流れ方向の下流側の位置に設けられ、出口統合弁１８１に対してエアオフガスの流れ方向の下流側の第２通路１６２ｂ内を昇圧させる絞り３０１と、を有する。【選択図】図２２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池からガスを排出するためのガス排出通路と、
前記ガス排出通路に設けられる弁と、
前記ガス排出通路にて前記弁に対して前記ガスの流れ方向の下流側の位置に設けられ、前記弁に対して前記下流側の通路内を昇圧させる昇圧機能部と、を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１の燃料電池システムにおいて、
前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度が固定された固定絞りであること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１の燃料電池システムにおいて、
前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りであり、
前記燃料電池に供給される前記ガスの流量に応じて、前記絞り開度を変更すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１の燃料電池システムにおいて、
前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りであり、
前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内の圧力に応じて、前記絞り開度が変更されること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に前記ガスを供給するためのガス供給通路と、
前記燃料電池を迂回して前記ガス供給通路と前記ガス排出通路との間を連通させるためのバイパス通路と、を有し、
前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路にて前記バイパス通路との接続部に対して前記ガスの流れ方向の上流側の位置に設けられていること、
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、燃料電池システムに関するものであり、例えば、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給することにより発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関するものである。そして、特に、燃料電池車に搭載される燃料電池システムに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１に開示される燃料電池システムが存在する。この燃料電池システムは、燃料電池スタックに対して下流側の配管に、バタフライ弁により構成される背圧弁が設けられている。そして、この背圧弁は、アクセル等からの発電要求量に対応して、弁体を回動させて開度を調整することにより、カソード流路内における空気の圧力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９２２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される燃料電池システムにおいて、背圧弁の前後における差圧が大きいときには、背圧弁の開弁時に、背圧弁を通過する空気の流速が大きくなる。そのため、背圧弁の開度が小さくても背圧弁を通過する空気量が多くなってしまうので、カソード流路内における空気の圧力を制御するために調整される背圧弁の開度は小さくなってしまう。すると、高速で配管内を流れる空気が背圧弁に遮られ易くなるので、空気が配管の壁に衝突し、また、空気の流れに乱れが発生するおそれがある。ゆえに、大きな騒音や振動（ノイズバイブレーション、ＮＶ）が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、騒音や振動の発生を抑制できる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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、燃料電池システムにおいて、燃料電池と、前記燃料電池からガスを排出するためのガス排出通路と、前記ガス排出通路に設けられる弁と、前記ガス排出通路にて前記弁に対して前記ガスの流れ方向の下流側の位置に設けられ、前記弁に対して前記下流側の通路内を昇圧させる昇圧機能部と、を有すること、を特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、ガス排出通路において、弁の前後の差圧、すなわち、弁に対してガスの流れ方向の上流側の通路内の圧力と弁に対してガスの流れ方向の下流側の通路内の圧力との差を小さくすることができる。そのため、弁の開弁時において弁を通過するガスの流速を下げることができるので、弁の開度が小さいときに弁を通過するガスの量を抑制できる。したがって、弁により燃料電池内の圧力を調整して燃料電池からのガスの排出量を制御する調圧制御を行うときに、調整される弁の開度を大きくすることができる。ゆえに、ガス排出通路内を流れるガスが弁に遮られることが緩和されるので、ガスがガス排出通路を形成する配管の壁に衝突することが緩和され、また、配管の壁へのガスの衝突角も緩和される。また、ガスの流れに乱れが発生し難くなる。以上より、騒音や振動の発生を抑制できる。
【０００８】
上記の態様においては、前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度が固定された固定絞りであること、が好ましい。
【０００９】
この態様によれば、ガス排出通路に昇圧機能部を設ける際に、例えば、ガス排出通路を形成する配管についてその径を絞るだけでよい。そのため、製造コストを低減できる。
【００１０】
上記の態様においては、前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りであり、前記燃料電池に供給される前記ガスの流量に応じて、前記絞り開度を変更すること、が好ましい。
【００１１】
この態様によれば、燃料電池へのガスの供給量に応じて変化する燃料電池からのガスの排出量に応じて、可変絞りの絞り開度を変更できる。そのため、可変絞りを通過するガスの流れを滑らかにすることができる。したがって、ガスが可変絞りを通過するときに発生する気流音を低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００１２】
上記の態様においては、前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路の流路面積を絞ることにより前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りであり、前記ガス排出通路における前記弁と前記昇圧機能部との間の通路内の圧力に応じて、前記絞り開度が変更されること、が好ましい。
【００１３】
この態様によれば、ガス排出通路における弁と昇圧機能部との間の通路内の圧力に応じて変化する燃料電池からのガスの排出量に応じて、可変絞りの絞り開度を変更できる。そのため、可変絞りを通過するガスの流れを滑らかにすることができる。したがって、ガスが可変絞りを通過するときに発生する気流音を低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００１４】
上記の態様においては、前記燃料電池に前記ガスを供給するためのガス供給通路と、前記燃料電池を迂回して前記ガス供給通路と前記ガス排出通路との間を連通させるためのバイパス通路と、を有し、前記昇圧機能部は、前記ガス排出通路にて前記バイパス通路との接続部に対して前記ガスの流れ方向の上流側の位置に設けられていること、が好ましい。
【００１５】
この態様によれば、ガス供給通路内のガスを、バイパス通路を介して、ガス排出通路における昇圧機能部よりもガスの流れ方向の下流側の位置の通路に排出することができる。そのため、昇圧機能部の影響を受けることなく、ガス供給通路内の圧力を下げることができる。したがって、例えば、ガス供給通路に設けられる入口封止弁の前後の差圧を小さくして、入口封止弁に備わるゴムシートのシール部の摩耗を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池システムによれば、騒音や振動の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】入口封止弁の正面図である。
【図３】入口封止弁の上面図である。
【図４】弁体が弁座に接触した閉弁状態（全閉状態）における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図５】弁体が弁座から最も離れた全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図６】流量制御弁が閉弁状態であるときの弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】弁ハウジングからエンドフレームを取り外した状態を示す正面図である。
【図１１】モータの非駆動時において、メインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図１２】モータの非駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。
【図１４】モータの駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。
【図１６】図１５に対応する図であって、図１５のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。
【図１７】モータの駆動時において、弁開度がαのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図１８】図１６に対応する図であって、図１６のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。
【図１９】モータの駆動時において、弁開度がβのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。
【図２０】弁開度と開口面積の関係図である。
【図２１】ゴムシートを示す図である。
【図２２】第１実施形態におけるエア系の概略構成を示す図である。
【図２３】第２実施形態の第１実施例におけるエア系の概略構成を示す図である。
【図２４】可変ベンチュリの概略構成図であり、低流量時の状態を示す図である。
【図２５】可変ベンチュリの概略構成図であり、高流量時の状態を示す図である。
【図２６】可変ベンチュリの制御フローを示す図である。
【図２７】スタック供給空気量と可変ベンチュリの制御デューティ値との関係を規定したマップ図である。
【図２８】第２実施形態の第２実施例におけるエア系の概略構成を示す図である。
【図２９】可変ベンチュリの概略構成図であり、低流量時の状態を示す図である。
【図３０】可変ベンチュリの概略構成図であり、高流量時の状態を示す図である。
【図３１】圧損と流量との関係を示す図である。
【図３２】比較例におけるエア系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る実施形態である燃料電池システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態では、燃料電池車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給する燃料電池システムに、本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
本実施形態の燃料電池システム１０１は、図１に示すように、燃料電池スタック（燃料電池）１１１と、水素系１１２と、エア系１１３を有する。
【００２１】
燃料電池スタック１１１は、燃料ガスの供給と酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスはエアである。すなわち、燃料電池スタック１１１は、水素系１１２からの水素ガスの供給と、エア系１１３からのエアの供給を受けて発電を行う。そして、燃料電池スタック１１１で発電された電力は、インバータ（図示略）を介して駆動用モータ（図示略）に供給される。
【００２２】
水素系１１２は、燃料電池スタック１１１のアノード側に設けられている。この水素系１１２は、水素供給通路１２１、水素排出通路１２２、充填通路１２３を備えている。水素供給通路１２１は、水素タンク１３１から燃料電池スタック１１１へ水素ガスを供給するための通路である。水素排出通路１２２は、燃料電池スタック１１１から排出される水素ガス（以下、適宜、「水素オフガス」という。）を排出するための通路である。充填通路１２３は、充填口１５１から水素タンク１３１に水素ガスを充填するための通路である。
【００２３】
水素系１１２は、水素供給通路１２１において、水素タンク１３１側から順に、主止弁１３２、高圧レギュレータ１３３、中圧リリーフ弁１３４、圧力センサ１３５、インジェクタ部１３６、低圧リリーフ弁１３７、圧力センサ１３８を備えている。主止弁１３２は、水素タンク１３１から水素供給通路１２１への水素ガスの供給と遮断を切り換える弁である。高圧レギュレータ１３３は、水素ガスを減圧するための圧力調整弁である。中圧リリーフ弁１３４は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３５は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力を検出するセンサである。インジェクタ部１３６は、水素ガスの流量を調節する機構である。低圧リリーフ弁１３７は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池スタック１１１の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３８は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池スタック１１１の間の圧力を検出するセンサである。
【００２４】
また、水素系１１２は、水素排出通路１２２において、燃料電池スタック１１１側から順に、気液分離器１４１、排気排水弁１４２が配置されている。気液分離器１４１は、水素オフガス内の水分を分離する機器である。排気排水弁１４２は、気液分離器１４１からエア系１１３の希釈器１８２への水素オフガスや水分の排出と遮断を切り換える弁である。
【００２５】
エア系１１３は、燃料電池スタック１１１のカソード側に設けられている。このエア系１１３は、エア供給通路１６１、エア排出通路１６２、バイパス通路１６３を備えている。エア供給通路１６１は、燃料電池システム１０１の外部から燃料電池スタック１１１へ、エアを供給するための通路である。エア排出通路１６２は、燃料電池スタック１１１から排出されるエア（以下、適宜、「エアオフガス」という。）を排出するための通路である。バイパス通路１６３は、エア供給通路１６１から燃料電池スタック１１１を介さずにエア排出通路１６２へ、エアを流すための通路である。なお、エア供給通路１６１は本発明の「ガス供給通路」の一例であり、エア排出通路１６２は本発明の「ガス排出通路」の一例である。
【００２６】
エア系１１３は、エア供給通路１６１において、エアクリーナ１７１側から順に、コンプレッサ１７２、インタークーラ１７３、入口封止弁（上流側弁）１７４を備えている。エアクリーナ１７１は、燃料電池システム１０１の外部から取り込んだエアを清浄化する機器である。コンプレッサ１７２は、エアを燃料電池スタック１１１に供給する機器である。インタークーラ１７３は、エアを冷却する機器である。入口封止弁１７４は、燃料電池スタック１１１へのエアの供給と遮断を切り換える封止弁である。この入口封止弁１７４として、弁体のシール面が回転軸から偏心して配置される偏心弁が適用されている。入口封止弁１７４の詳細については、後述する。
【００２７】
また、エア系１１３は、エア排出通路１６２において、燃料電池スタック１１１側から順に、出口統合弁（下流側弁）１８１、絞り３０１、希釈器１８２が配置されている。
【００２８】
出口統合弁１８１は、燃料電池スタック１１１の背圧を調整して燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を制御する弁（調圧（流量制御）機能を有する弁）である。この出口統合弁１８１として、入口封止弁１７４と基本的に同一構成（ゴムシート２１の構成が異なる場合がある）の偏心弁が適用されている。出口統合弁１８１の詳細については、後述する。
【００２９】
希釈器１８２は、エアオフガス及びバイパス通路１６３を流れるエアにより、水素排出通路１２２から排出される水素オフガスを希釈する機器である。
【００３０】
また、エア系１１３は、バイパス通路１６３において、バイパス弁１９１を備えている。バイパス弁１９１は、バイパス通路１６３におけるエアの流量を制御する弁である。バイパス弁１９１として、入口封止弁１７４や出口統合弁１８１とほぼ同一構成（ゴムシート２１を備えていない）の偏心弁が適用されている。バイパス弁１９１の詳細については、後述する。
【００３１】
また、燃料電池システム１０１は、システムの制御を司るコントローラ（制御部）２０１を備えている。コントローラ２０１は、燃料電池システム１０１に備わる各機器を制御するとともに各種判定を行う。なお、燃料電池システム１０１は、その他、燃料電池スタック１１１の冷却を行う冷却系（不図示）も有する。
【００３２】
以上のような構成の燃料電池システム１０１において、水素供給通路１２１から燃料電池スタック１１１に供給された水素ガスは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック１１１から水素オフガスとして水素排出通路１２２と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。また、エア供給通路１６１から燃料電池スタック１１１に供給されたエアは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック１１１からエアオフガスとしてエア排出通路１６２と絞り３０１と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。
【００３３】
ここで、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１について、図２〜図２１を参照しながら説明する。なお、これらの弁は、入口封止弁１７４と出口統合弁１８１とでゴムシートの構成が異なる場合やバイパス弁１９１がゴムシートを備えていないことを除いて、基本的に同一構成であるため、以下では入口封止弁１７４を中心に説明し、適宜、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１についても説明する。
【００３４】
図２及び図３に示すように、入口封止弁１７４は、弁部２と駆動機構部３を備える。弁部２は、内部にエア（空気）が流れる流路１１を有する管部１２（図８参照）を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置されている。回転軸１５に対しては、駆動機構部３から駆動力（回転力）が伝えられる。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図８や図９参照）を備えている。
【００３５】
図４及び図５に示すように、流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれている。弁座１３は、円環状をなし、中央に弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には、環状のシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状の部分を備え、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成されている。弁体１４は、回転軸１５に一体的に設けられ、回転軸１５と一体的に回転する。
【００３６】
本実施形態では、弁座１３に、ゴムシート（シール部材）２１が設けられている（図２１参照）。そして、ゴムシート２１に、シート面１７が形成されている。このゴムシート２１の詳細については、後述する。なお、バイパス弁１９１には、ゴムシート２１が備わっていないため、シート面１７は弁座１３に形成されている。
【００３７】
本実施形態では、図４及び図５において、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１が燃料電池スタック１１１側（エアの流れの下流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１がコンプレッサ側（エアの流れの上流側）に配置されている。すなわち、本実施形態では、エアは、流路１１内において、弁体１４（回転軸１５）側から弁座１３側に向かって流れる。
【００３８】
なお、出口統合弁１８１においては、入口封止弁１７４とは逆に、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１が燃料電池スタック１１１側（エアの流れの上流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１が希釈器１８２側（エアの流れの下流側）に配置されている。すなわち、出口統合弁１８１では、エアは、流路１１内において、弁座１３側から弁体１４（回転軸１５）側に向かって流れる。
【００３９】
また、バイパス弁１９１においては、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１がエア供給通路１６１側（エアの流れの上流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１がエア排出通路１６２側（エアの流れの下流側）に配置されている。すなわち、バイパス弁１９１では、エアは、流路１１内において、弁体１４（回転軸１５）側から弁座１３側に向かって流れる。
【００４０】
図６及び図７に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓは、弁体１４の径方向（詳しくは、弁体１４の円板状の部分の径方向）と平行に伸び、弁孔１６の中心軸Ｐｖから弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８が回転軸１５の中心軸Ｌｓから弁体１４の中心軸Ｌｖが伸びる方向へ偏心して配置されている。
【００４１】
また、弁体１４について回転軸１５の中心軸Ｌｓを中心に回転させることにより、弁体１４のシール面１８が、シート面１７に面接触する閉弁位置（図４参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図５参照）との間で移動可能となっている。
【００４２】
図８及び図９に示すように、金属製又は合成樹脂製の弁ハウジング３５は、流路１１及び管部１２を備えている。また、金属製又は合成樹脂製のエンドフレーム３６は、弁ハウジング３５の開口端を閉鎖している。弁体１４及び回転軸１５は、弁ハウジング３５内に設けられている。回転軸１５は、その先端部にピン１５ａを備えている。このように、ピン１５ａは、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向の一方（弁体１４側）の端部に設けられている。ピン１５ａの径は、回転軸１５におけるピン１５ａ以外の部分の径よりも小さい。なお、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向の他方（メインギヤ４１側）の端部には、基端部１５ｂが設けられている。
【００４３】
回転軸１５は、ピン１５ａがある先端側を自由端とし、その先端部が管部１２の流路１１に挿入されて配置されている。また、回転軸１５は、互いに離れて配置された２つの軸受である第１軸受３７と第２軸受３８を介して弁ハウジング３５に対し回転可能に片持ち支持されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、ともにボールベアリングにより構成されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向について弁体１４とメインギヤ４１との間の位置に配置され、回転軸１５を回転可能に支持している。本実施形態では、第１軸受３７が、第２軸受３８に対してメインギヤ４１側の位置に配置されている。弁体１４は、回転軸１５の先端部に形成されたピン１５ａに対して溶接により固定され、流路１１内に配置されている。
【００４４】
エンドフレーム３６は、弁ハウジング３５に対し複数のクリップ３９（図２及び図３参照）により固定されている。図８及び図９に示すように、回転軸１５の基端部１５ｂには、扇形ギヤを備えるメインギヤ４１が固定されている。弁ハウジング３５とメインギヤ４１との間には、リターンスプリング力Ｆｓ１を発生させるリターンスプリング４０が設けられている。リターンスプリング力Ｆｓ１は、回転軸１５を閉弁方向に回転させる力であって、弁体１４を閉方向へ付勢する力である。
【００４５】
リターンスプリング４０は、線材がコイル状に巻かれて形成された弾性体である。リターンスプリング４０は、その線材の両端部において、図１１に示すように、奥側フック４０ａと、手前側フック４０ｂを備えている。奥側フック４０ａと手前側フック４０ｂは、リターンスプリング４０の周方向について約１８０°離れた位置に配置されている。奥側フック４０ａは、弁ハウジング３５側（図１１の紙面奥側）に配置され、弁ハウジング３５のスプリングフック部３５ｃ（図１９参照）に接触している。一方、手前側フック４０ｂは、メインギヤ４１側（図１１の紙面手前側）に配置され、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃに接触している。
【００４６】
また、図８〜図１１に示すように、メインギヤ４１は、全閉ストッパ部４１ａと、歯車部４１ｂと、スプリングフック部４１ｃと、スプリングガイド部４１ｄなどを備えている。そして、メインギヤ４１の周方向（図１１の反時計方向）について、順に、全閉ストッパ部４１ａ、歯車部４１ｂ、スプリングフック部４１ｃが形成されている。メインギヤ４１は、回転軸１５と一体的に設けられ、モータ３２で発生する駆動力を受給する。全閉ストッパ部４１ａは、弁開度θが「０」であるときに、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触する部分である。
【００４７】
図８に示すように、モータ３２は、弁ハウジング３５に形成された収容凹部３５ａに収容されて固定されている。モータ３２は、回転軸１５を開弁、および、閉弁方向に回転させる駆動力を発生させる。モータ３２は、弁体１４を開閉駆動するために減速機構３３を介して回転軸１５に駆動力が伝達されるようにして連結されている。すなわち、モータ３２の出力軸３２ａ（図１０参照）には、モータギヤ４３が固定されている。このモータギヤ４３は、中間ギヤ４２を介してメインギヤ４１に駆動力が伝達されるようにして連結されている。
【００４８】
中間ギヤ４２は、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂを有する二段ギヤであり、ピンシャフト４４を介して弁ハウジング３５に回転可能に支持されている。大径ギヤ４２ａの直径は、小径ギヤ４２ｂの直径よりも大きい。大径ギヤ４２ａには、モータギヤ４３が駆動連結され、小径ギヤ４２ｂには、メインギヤ４１が駆動連結されている。本実施形態では、減速機構３３を構成するメインギヤ４１と中間ギヤ４２とモータギヤ４３は、樹脂により形成されている。
【００４９】
なお、中間ギヤ４２（駆動伝達部）は、モータ３２の駆動力を回転軸１５に伝達する。
【００５０】
詳しくは後述するが、このような構成の入口封止弁１７４は、図４に示すような閉弁状態（弁体１４のシール面１８の全周と弁座１３（ゴムシート２１）のシート面１７の全周とが接触している状態）から、モータ３２に通電させると、メインギヤ４１にギヤ歯を押す力（モータ駆動力Ｆｍ１（図１４参照））が加わり、てこの原理により弁体１４を弁座１３に向かう方向へ移動させる（図１５参照）。その後、モータ３２に印加する駆動電圧（電流）が徐々に大きくなると、出力軸３２ａとモータギヤ４３が正方向（弁体１４を開弁させる方向）へ回転して、その回転が中間ギヤ４２により減速されてメインギヤ４１に伝達される。そして、リターンスプリング４０により発生する力であって閉弁方向へ付勢するリターンスプリング力Ｆｓ１に抗して、弁体１４が開弁して流路１１が開かれる（図１６及び図１８参照）。その後、弁体１４が開弁する途中でモータ３２に印加する駆動電圧が一定に維持されると、そのときの弁体１４の開度にてモータ駆動力Ｆｍ１とリターンスプリング力Ｆｓ１とが均衡して、弁体１４は所定開度に保持される。
【００５１】
そこで、本実施形態における入口封止弁１７４の作用について詳細に説明する。まず、モータ３２へ通電がなされていないモータ３２の非駆動時（モータ３２が停止しているとき）には、弁開度θが「０」の状態、すなわち、入口封止弁１７４が閉弁状態である。そして、このとき、図１１に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触している。
【００５２】
このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１２に示すように、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃには、リターンスプリング４０の手前側フック４０ｂからリターンスプリング力Ｆｓ１が加わっている。なお、図１２に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓを原点とし、ｘ軸を水平方向とし、ｙ軸を鉛直方向とする直交座標系において、＋ｘ方向かつ＋ｙ方向を第１象限、−ｘ方向かつ＋ｙ方向を第２象限、−ｘ方向かつ−ｙ方向を第３象限、＋ｘ方向かつ−ｙ方向を第４象限とする。このとき、奥側フック４０ａおよび全閉ストッパ部４１ａは第１象限に位置するように配置され、手前側フック４０ｂおよびスプリングフック部４１ｃは第３象限に位置するように配置されている。
【００５３】
ここで、てこの原理において、全閉ストッパ部４１ａに支点が設定され、スプリングフック部４１ｃに力点が設定され、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に作用点が設定されるとする。すると、スプリングフック部４１ｃに加わるリターンスプリング力Ｆｓ１により、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に力Ｆｓ２が作用する。なお、（力Ｆｓ２）＝２×（リターンスプリング力Ｆｓ１）である。なお、図１２において、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の距離は「２Ｒ」としている。
【００５４】
このとき、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１３に示すように、力Ｆｓ２の＋ｙ方向成分は、分力Ｆｓ３となる。なお、＋ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁体１４に対して弁座１３方向（図１２や図１３の図面上方向）である。また、（分力Ｆｓ３）＝（力Ｆｓ２）×（ｓｉｎθ１）である。なお、図１２に示すように、角度θ１は、ｘ方向に対して、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃの配列方向がなす角度である。
【００５５】
そして、この分力Ｆｓ３により、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｓ４（反弁座方向付勢力）が＋ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｓ４）＝（分力Ｆｓ３）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、力Ｆｓ４は、リターンスプリング力Ｆｓ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。なお、距離Ｌａは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から力Ｆｓ４が作用する位置までの距離である。また、距離Ｌｂは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から分力Ｆｓ３が作用する位置までの距離である。
【００５６】
このようにスプリングガイド部４１ｄの位置で力Ｆｓ４が＋ｙ方向に作用することにより、スプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に、図１３における時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、回転軸１５の基端部１５ｂに設けられるメインギヤ４１は＋ｙ方向に移動する一方で、回転軸１５のピン１５ａに設けられる弁体１４は−ｙ方向に移動する。そのため、弁体１４は、弁座１３から離れる方向（反弁座方向）に移動する。このようにして、モータ３２の非駆動時であって、出口統合弁１８１が閉弁状態であるときに、弁体１４は、力Ｆｓ４により、弁座１３から離れる方向に移動する。なお、このとき、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。
【００５７】
本実施形態では、このとき、図１３に示すように、弁体１４は、弁座１３に設けられたゴムシート２１（シール部材）に接触している。詳しくは、図２１に示すように、弁体１４は、ゴムシート２１に備わるシール部２１ａに接触している。なお、このとき、弁体１４は、シール部２１ａのシート面１７の全周に亘って接触している。シール部２１ａは、弁体１４に押されて撓むことができるように形成されている。そして、シール部２１ａは、全閉時（モータ３２の非駆動時）にコンプレッサ１７２の動作によりエア供給通路１６１の圧力が上昇した場合に、弁体１４のシール面１８に接触する面圧が高められる形状をなしている。例えば、シール部２１ａとして、ビードシールやリップシール等を適用することができる。このようにして、弁座１３と弁体１４との間はゴムシート２１で封止（シール）されており、入口封止弁１７４は簡単な構成でシール性が確保されている。
【００５８】
これにより、燃料電池システム１０１が搭載された車両の減速時において、燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する場合に、入口封止弁１７４を全閉にすることにより、燃料電池スタック１１１の入口側でエアを封止することができる。従って、燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する際に、燃料電池スタック１１１への余剰（不要）なエアの供給を少なくすることができるので、減速時における燃料電池スタック１１１での不要な発電を最小限に抑えることができる。
【００５９】
また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ａの位置に存在する。ここで、「入口封止弁１７４が閉弁状態であるとき」とは、弁開度θ（弁体１４の開度）が「０」のときであり、言い換えると、回転軸１５の回転角度が全閉のときの角度（回転軸１５の回転範囲内における最小角度）であるときである。
【００６０】
その後、モータ３２へ通電がなされるモータ３２の駆動時には、中間ギヤ４２の小径ギヤ４２ｂ（図１１参照）からメインギヤ４１の歯車部４１ｂ（図１１参照）に対して当該メインギヤ４１を回転させようとするモータ駆動力Ｆｍ１が作用する。このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１４に示すように、モータ駆動力Ｆｍ１は、−ｙ方向に作用する。なお、−ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁座１３に対して弁体１４が配置される方向（図１２や図１３の図面下方向）である。
【００６１】
そして、モータ駆動力Ｆｍ１により、回転軸１５の中心軸Ｌｓの位置では、力Ｆｍ２が−ｙ方向に作用している。さらに、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１５に示すように、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｍ３（弁座方向付勢力）が−ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｍ３）＝（力Ｆｍ２）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、モータ３２の駆動時に、力Ｆｍ３が発生する。この力Ｆｍ３は、モータ駆動力Ｆｍ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。そして、力Ｆｍ３は、第１軸受３７を支点として回転軸１５を回転させて傾けて、弁体１４を弁座１３に向かう方向に付勢する。
【００６２】
そして、図１５に示すように、力Ｆｍ３が前記の力Ｆｓ４よりも大きくなると、メインギヤ４１のスプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１５における反時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、メインギヤ４１は−ｙ方向に移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向に移動する。このようにして、弁体１４は、力Ｆｍ３により、弁座１３に向かう方向（弁座方向）に移動する。
【００６３】
本実施形態では、このとき、ゴムシート２１のシール部２１ａは、弁体１４に押されて変形しているが、シール部２１ａの変形は弾性領域内で行われ、塑性変形はしない。なお、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｂの位置に存在する。
【００６４】
その後、モータ３２に印加させる駆動電圧が大きくなってモータ駆動力Ｆｍ１が大きくなると、回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１６における反時計回りにさらに回転して傾く。これにより、メインギヤ４１は−ｙ方向にさらに移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向にさらに移動する。このとき、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心に回転し、弁開度θ（回転軸１５の回転角度）が開度「α」になり（図１７参照）、開口面積Ｓが増加する。そして、このとき、図１７に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂから離れる。なお、図１６に示すように、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｃの位置に存在する。
【００６５】
そして、モータ駆動力Ｆｍ１がさらに大きくなると、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心にさらに回転し、図１８に示すように、弁体１４が弁座１３からさらに離れて、開口面積Ｓがさらに増加する。このとき、弁開度θが「β」になる（図１９参照）。また、このとき、弁開度θと開口面積Ｓの関係を示す図２０において、点Ｐ１ｄの位置に存在する。以上のようにして、モータ駆動力Ｆｍ１による出口統合弁１８１の開弁動作が行われる。
【００６６】
上記のような構成を出口統合弁１８１も有している。また、バイパス弁１９１は、ゴムシート２１を備えていない点を除き、上記のような構成を有している。このようにエア系１１３では、図２２に示すように、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１として、入口封止弁１７４と出口統合弁１８１とでゴムシートの構成が異なる場合やバイパス弁１９１がゴムシートを備えていないことを除いて、基本的な構成が同一である偏心弁を使用して、エア系１１３における弁の共通化を図っている。また、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１において、ゴムシート以外の構成は共通しているので、開閉制御（動作）自体は同一であるため、これらの弁を協調制御することができる。これらのことにより、燃料電池システム１０１のコストを低減することができるとともに、コントローラ２０１における弁の開閉制御を簡素化することができる。
【００６７】
次に、エア系１１３の出口統合弁１８１が後述する調圧制御を行うときにおいて、騒音や振動（ノイズバイブレーション、ＮＶ）が発生することを抑制する対策について説明する。
【００６８】
出口統合弁１８１は、燃料電池スタック１１１内の圧力を調整して、燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を制御する調圧制御（以下、単に「調圧制御」という。）を行う。すなわち、出口統合弁１８１は、開閉弁してその開度を調整しながら、燃料電池スタック１１１の背圧を調整して、燃料電池スタック１１１内の圧力を調整することにより、燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を制御する。なお、説明の便宜上、以下の説明において、燃料電池スタック１１１内の圧力を「スタック圧」といい、燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を「エアオフガスの流量」という。また、燃料電池スタック１１１の背圧とは、後述するエア排出通路１６２の第１通路１６２ａ内の圧力Ｐ１である。
【００６９】
なお、出口統合弁１８１におけるエアオフガスの圧損とエアオフガスの流量との関係の一例を図３１に示す。そして、出口統合弁１８１は、例えば、エアオフガスの圧損とエアオフガスの流量とが図３１の図中に示す調圧範囲Ｒ内に収まるようにして調圧制御を行う。なお、「％」は、弁開度を示す。
【００７０】
ここで、エア系１１３が図３２に示すように構成されている比較例を想定する。図３２に示すように、エア排出通路１６２におけるエアオフガスの流れ方向の上流側（以下、単に「上流側」という。）の端部は、燃料電池スタック１１１に接続している。一方、エア排出通路１６２におけるエアオフガスの流れ方向の下流側（以下、単に「下流側」という。）の端部は、燃料電池システム１０１の外部（大気）に連通している。そのため、出口統合弁１８１が閉弁状態であるときに、エア排出通路１６２において出口統合弁１８１に対して下流側（すなわち、燃料電池スタック１１１とは反対側）の位置では、大気圧になっている。
【００７１】
このとき、スタック圧が高い圧力に制御された場合には、エア排出通路１６２において出口統合弁１８１の前後の差圧（すなわち、出口統合弁１８１に対して上流側の位置の圧力と出口統合弁１８１に対して下流側の位置の圧力との差）が大きくなる。すると、出口統合弁１８１の開弁時において、出口統合弁１８１を通過するエアオフガスの流速が大きくなる。そのため、出口統合弁１８１の開度が小さいときであっても、出口統合弁１８１を通過するエアオフガスの量が多くなってしまう。したがって、出口統合弁１８１により調圧制御を行うときに、調整される出口統合弁１８１の開度が小さくなってしまう。ゆえに、エア排出通路１６２内を流れるガスが出口統合弁１８１の弁体１４に遮られ易くなるので、ガスがエア排出通路１６２を形成する配管の壁に衝突し易くなり、また、ガスの流れに乱れが発生し易くなる。以上より、大きな騒音や振動が発生するおそれがある。
【００７２】
そこで、本実施形態は、図２２に示すように、エア排出通路１６２において出口統合弁１８１に対して下流側の位置に、絞り３０１が設けられている。そして、この絞り３０１は、出口統合弁１８１を開弁させてエア排出通路１６２内にエアオフガスを流すときに、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１弁に対して下流側の通路内を昇圧させる。詳しくは、絞り３０１は、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることにより、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と絞り３０１との間の第２通路１６２ｂ内を昇圧させるものであり、絞り開度が固定された固定絞りである。このようにして、本実施形態では、エア排出通路１６２において、出口統合弁１８１に対して燃料電池スタック１１１とは反対側の位置に、絞り３０１が設けられている。なお、絞り３０１は、本発明の「昇圧機能部」の一例である。また、「絞り開度」とは、絞りにより絞られた流路の開度を意味する。
【００７３】
なお、以下の説明において、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１に対して上流側の位置の通路を、第１通路１６２ａという。また、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と絞り３０１との間の位置の通路を、第２通路１６２ｂという。また、エア排出通路１６２における絞り３０１に対して下流側の位置の通路を、第３通路１６２ｃという。
【００７４】
そして、このようにしてエア排出通路１６２に絞り３０１が設けられていることにより、出口統合弁１８１が調圧制御を行うときに、エア排出通路１６２内において燃料電池スタック１１１側から下流側に向かって段階的に圧力を減衰させることができる。すなわち、出口統合弁１８１が調圧制御を行うときに、絞り３０１は、エア排出通路１６２における第２通路１６２ｂ内を昇圧させる。そのため、エア排出通路１６２において、絞り３０１に対して下流側の第３通路１６２ｃが大気圧であっても、絞り３０１に対して上流側の第２通路１６２ｂは大気圧よりも高い圧力になる。したがって、スタック圧（第１通路１６２ａ内の圧力）をＰ１とし、第２通路１６２ｂ内の圧力をＰ２とし、第３通路１６２ｃ内の圧力をＰ３としたときに、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。
【００７５】
以上のように本実施形態の燃料電池システム１０１は、燃料電池スタック１１１と、燃料電池スタック１１１からエアオフガスを排出するためのエア排出通路１６２と、エア排出通路１６２に設けられる出口統合弁１８１と、を有する。そして、燃料電池システム１０１は、エア排出通路１６２にて出口統合弁１８１に対して下流側の位置に設けられ、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１に対して下流側の第２通路１６２ｂ内を昇圧させる絞り３０１を有する。
【００７６】
これにより、エア排出通路１６２において、出口統合弁１８１の前後の差圧、すなわち、出口統合弁１８１に対して上流側の第１通路１６２ａ内の圧力と、出口統合弁１８１に対して下流側の第２通路１６２ｂ内の圧力との差を小さくすることができる。そのため、出口統合弁１８１の開弁時において出口統合弁１８１を通過するガスの流速を下げることができるので、出口統合弁１８１の開度が小さいときに出口統合弁１８１を通過するエアオフガスの量を抑制できる。したがって、出口統合弁１８１により調圧制御を行うときに、調整される出口統合弁１８１の開度を大きくすることができる。ゆえに、エア排出通路１６２内を流れるエアオフガスが出口統合弁１８１の弁体１４に遮られることが緩和されるので、エアオフガスがエア排出通路１６２を形成する配管の壁に衝突することが緩和され、また、配管の壁へのエアオフガスの衝突角も緩和される。また、エアオフガスの流れに乱れが発生し難くなる。以上より、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００７７】
また、出口統合弁１８１が調圧制御を行うときの出口統合弁１８１の開度の調整範囲を広く取ることができるので、エアオフガスの流量を調整する際の精度（流量分解能）が向上する。
【００７８】
さらに、出口統合弁１８１の開度が小さくなる頻度を抑制できるので、出口統合弁１８１において、弁体１４がゴムシート２１のシール部２１ａに接触する頻度が抑制される。そのため、ゴムシート２１のシール部２１ａの摩耗を抑制できる。
【００７９】
また、絞り３０１は、複数設けられていてもよい。そして、このようにして絞り３０１を複数設けることにより、出口統合弁１８１が調圧制御を行うときに、エア排出通路１６２内において燃料電池スタック１１１側から下流側に向かって多段階に亘って段階的に圧力を減衰させることができる。これにより、絞り３０１を通過するエアオフガスの流れを滑らかにすることができる。したがって、エアオフガスが絞り３０１を通過するときに発生する気流音を低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００８０】
また、絞り３０１は、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることによりエア排出通路１６２における出口統合弁１８１と絞り３０１との間の通路内を昇圧させるものであって、絞り開度が固定された固定絞りである。これにより、エア排出通路１６２に絞り３０１を設ける際に、例えば、エア排出通路１６２を形成する配管についてその配管の径を絞るだけでよい。そのため、製造コストを低減できる。
【００８１】
また、本実施形態の燃料電池システム１０１は、燃料電池スタック１１１にエアを供給するためのエア供給通路１６１と、燃料電池スタック１１１を迂回してエア供給通路１６１とエア排出通路１６２との間を連通させるためのバイパス通路１６３と、を有する。そして、絞り３０１は、エア排出通路１６２にてバイパス通路１６３との接続部ＣＯに対してエアオフガスの流れ方向の上流側の位置に設けられている。
【００８２】
これにより、エア供給通路１６１内のエアを、バイパス通路１６３を介して、エア排出通路１６２における絞り３０１よりもエアオフガスの流れ方向の下流側の位置に排出することができる。そのため、絞り３０１の影響を受けることなく、エア供給通路１６１内の圧力を下げることができる。したがって、例えば、エア供給通路１６１のエアをバイパス通路１６３から抜いて入口封止弁１７４の前後の差圧を小さくすることにより、入口封止弁１７４の閉弁時にゴムシート２１のシール部２１ａが異常な形状に変形した状態で弁体１４に接触することを抑制できるので、シール部２１ａの摩耗を抑制できる。
【００８３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。
【００８４】
（第１実施例）
まず、第２実施形態における第１実施例について説明する。本実施例では、図２３に示すように、エア排出通路１６２において出口統合弁１８１に対して下流側の位置に、可変ベンチュリ３０２が設けられている。この可変ベンチュリ３０２は、第１実施形態の絞り３０１と同様に、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることにより、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０２との間の第２通路１６２ｂ内を昇圧させるものである。そして、可変ベンチュリ３０２は、第１実施形態の絞り３０１と異なり、絞り開度を変更可能な可変絞りである。このようにして、本実施形態では、エア排出通路１６２において、出口統合弁１８１に対して燃料電池スタック１１１とは反対側の位置に、可変ベンチュリ３０２が設けられている。なお、可変ベンチュリ３０２は、本発明の「昇圧機能部」の一例である。
【００８５】
そして、本実施例では、制御部３２１（図２４と図２５参照）が、燃料電池スタック１１１に供給されるエアの流量（以下、「スタック供給空気量」という。）に応じて、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を変更する制御を行う。
【００８６】
図２４と図２５に示すように、可変ベンチュリ３０２は、弁体３１１と、スプリング３１２と、ダイアフラム３１３と、第１圧力室３１４と、第２圧力室３１５と、コンプレッサ連通路３１６と、ＶＳＶ３１７（バキュームスイッチングバルブ）と、大気連通路３１８と、フィルタ３１９と、大気孔３２０と、制御部３２１などを有する。
【００８７】
弁体３１１は、ダイアフラム３１３と一体に形成されており、スプリング３１２により付勢されている。第１圧力室３１４と第２圧力室３１５は、ダイアフラム３１３により仕切られている。コンプレッサ連通路３１６は、不図示のコンプレッサとＶＳＶ３１７に連通している。大気連通路３１８は、フィルタ３１９を介して大気に連通し、また、ＶＳＶ３１７に連通している。大気孔３２０は、大気と第２圧力室３１５に連通している。制御部３２１は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）や各種メモリ等を備え、ＶＳＶ３１７の動作を制御する。
【００８８】
このような構成の可変ベンチュリ３０２において、制御部３２１は、ＶＳＶ３１７を「ＯＮ」にしてコンプレッサ（不図示）によりコンプレッサ連通路３１６とＶＳＶ３１７を介してエアを第１圧力室３１４内に供給して、第１圧力室３１４内を正圧（大気圧よりも高い圧力）にする。これにより、図２４に示すように、弁体３１１が図２４の下方向へ向かって移動してエア排出通路１６２の流路面積が小さくなる（絞る）ので、可変ベンチュリ３０２の絞り開度が小さくなる。一方、制御部３２１は、ＶＳＶ３１７を「ＯＦＦ」にしてフィルタ３１９と大気連通路３１８とＶＳＶ３１７を介して第１圧力室３１４内を大気と連通させることにより、第１圧力室３１４内を大気圧にする。これにより、図２５に示すように、弁体３１１が図２５の上方向へ向かって移動してエア排出通路１６２の流路面積が大きくなるので、可変ベンチュリ３０２の絞り開度が大きくなる。
【００８９】
そこで、本実施例では、制御部３２１は、このような可変ベンチュリ３０２を用いて図２６に示すような制御フローによる制御を行う。図２６に示すように、まず、制御部３２１は、（単位時間当たりの）スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａを取り込む（ステップＳ１）。次に、制御部３２１は、スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａに応じたＶＳＶ３１７の制御デューティ（Ｄｕｔｙ）値ｋｄｕｔｙを求める（ステップＳ２）。このとき、図２７に示すスタック供給空気量Ｓ＿Ｇａと制御デューティ値ｋｄｕｔｙとの関係を示したマップ図を用いる。ここで、図２７に示すマップ図においては、スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａが多くなるほど、制御デューティ値ｋｄｕｔｙが小さくなるように規定されている。なお、ＶＳＶ３１７の制御デューティ値ｋｄｕｔｙとは、単位時間当たりの実質的なＶＳＶ３１７の開弁時間を意味する。次に、制御部３２１は、ＶＳＶ３１７を制御デューティ値ｋｄｕｔｙで制御する（ステップＳ３）。
【００９０】
そして、制御部３２１は、図２６に示すような制御フローを行うことにより、エアオフガスの流量に応じて、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を変更することができる。すなわち、制御部３２１は、スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａが少なく、エアオフガスの流量が少ない低流量時においては、図２４に示すように、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を小さくする。その一方、制御部３２１は、スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａが多く、エアオフガスの流量が多い高流量時においては、図２５に示すように、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を大きくする。
【００９１】
以上のように本実施例の可変ベンチュリ３０２は、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることにより、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０２との間の第２通路１６２ｂ内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りである。そして、制御部３２１は、スタック供給空気量Ｓ＿Ｇａに応じて、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を変更する。
【００９２】
これにより、エアオフガスの流量に応じて、可変ベンチュリ３０２の絞り開度を変更できる。そのため、可変ベンチュリ３０２を通過するエアオフガスの流れを滑らかにすることができる。したがって、エアオフガスが可変ベンチュリ３０２を通過するときに発生する気流音を低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００９３】
（第２実施例）
次に、第２実施形態における第２実施例について説明する。本実施例では、図２８に示すように、エア排出通路１６２において出口統合弁１８１に対して下流側の位置に、可変ベンチュリ３０３が設けられている。この可変ベンチュリ３０３は、第１実施形態の絞り３０１と同様に、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることにより、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０３との間の第２通路１６２ｂ内を昇圧させるものである。そして、可変ベンチュリ３０３は、第１実施形態の絞り３０１と異なり、絞り開度を変更可能な可変絞りである。このようにして、本実施形態では、エア排出通路１６２において、出口統合弁１８１に対して燃料電池スタック１１１とは反対側の位置に、可変ベンチュリ３０３が設けられている。なお、可変ベンチュリ３０３は、本発明の「昇圧機能部」の一例である。
【００９４】
そして、本実施例では、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０３との間の第２通路１６２ｂ内の圧力に応じて、可変ベンチュリ３０３の絞り開度が変更される。
【００９５】
図２９と図３０に示すように、可変ベンチュリ３０３は、第２実施形態における第１実施例の可変ベンチュリ３０２と異なる点として、主に、スプリング３２２と、連通路３２３と、大気孔３２４などを有する。スプリング３２２は、弁体３１１を付勢している。連通路３２３は、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０３との間の第２通路１６２ｂと、第２圧力室３１５とに連通している。大気孔３２４は、第１圧力室３１４と大気とに連通している。
【００９６】
そして、本実施例では、このような構成の可変ベンチュリ３０３がエア排出通路１６２に設けられていることにより、以下のように作用する。まず、エア排出通路１６２における第２通路１６２ｂ内の圧力が低く、エアオフガスの流量が少ない低流量時においては、第２圧力室３１５内の圧力が低くなる。これにより、図２９に示すように、弁体３１１が図２９の下方向に移動するので、可変ベンチュリ３０３の絞り開度が小さくなる。一方、エア排出通路１６２における第２通路１６２ｂ内の圧力が高く、エアオフガスの流量が多い高流量時においては、第２圧力室３１５内の圧力が高くなる。これにより、図３０に示すように、弁体３１１が図３０の上方向に移動するので、可変ベンチュリ３０３の絞り開度が大きくなる。
【００９７】
以上のように本実施例の可変ベンチュリ３０３は、エア排出通路１６２の流路面積を絞ることにより、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０３との間の第２通路１６２ｂ内を昇圧させるものであって、絞り開度を変更可能な可変絞りである。そして、エア排出通路１６２における出口統合弁１８１と可変ベンチュリ３０３との間の第２通路１６２ｂ内の圧力に応じて、可変ベンチュリ３０３の絞り開度が変更される。
【００９８】
これにより、エアオフガスの流量に応じて、可変ベンチュリ３０３の絞り開度が変更される。そのため、可変ベンチュリ３０３を通過するエアオフガスの流れを滑らかにすることができる。したがって、エアオフガスが可変ベンチュリ３０３を通過するときに発生する気流音を低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【００９９】
また、可変ベンチュリ３０２や可変ベンチュリ３０３は、複数設けられていてもよい。そして、このようにして可変ベンチュリ３０２や可変ベンチュリ３０３を複数設けることにより、出口統合弁１８１が調圧制御を行うときに、エア排出通路１６２内において燃料電池スタック１１１側から下流側に向かって多段階に亘って段階的に圧力を減衰させることができる。これにより、可変ベンチュリ３０２や可変ベンチュリ３０３を通過するエアオフガスの流れをより滑らかにすることができる。したがって、エアオフガスが可変ベンチュリ３０２や可変ベンチュリ３０３を通過するときに発生する気流音をより低減できる。ゆえに、より効果的に、騒音や振動の発生を抑制できる。
【０１００】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１  燃料電池システム
１１１  燃料電池スタック
１１３  エア系
１６１  エア供給通路
１６２  エア排出通路
１６２ａ  第１通路
１６２ｂ  第２通路
１６２ｃ  第３通路
１６３  バイパス通路
１８１  出口統合弁
３０１  絞り
３０２  可変ベンチュリ
３０３  可変ベンチュリ
Ｐ１  （第１通路内の）圧力、スタック圧
Ｐ２  （第２通路内の）圧力
Ｐ３  （第３通路内の）圧力
Ｓ＿Ｇａ  スタック供給空気量
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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