(57)【要約】【課題】燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置において、装置の小型化を図りつつ開弁安定性を向上させる。【解決手段】燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置は、上流側と下流側との圧力差に応じて開閉し、並列配置された複数のリードバルブを備える。複数のリードバルブの内の少なくとも１つである特定リードバルブは、他のリードバルブと比較して、開弁するための圧力差が小さく設定されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置であって、
前記流路の上流側と下流側との圧力差に応じて開閉し、並列配置された複数のリードバルブを備え、
前記複数のリードバルブの内の少なくとも１つである特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、開弁するための前記圧力差が小さく設定されている、バルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、有効径が小さい、バルブ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、前記フラップにおける前記ベース部に固定された固定端部から自由端部に向かう第１の方向に直行する第２の方向に沿った幅に対する前記第１の方向に沿った長さの比が大きい、バルブ装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、前記圧力差がゼロである初期状態において前記フラップにおける自由端部が位置する前記ベース部上の弁座の位置が上流側に近い、バルブ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブの前記弁座は、前記ベース部に凹部を設けることにより形成されている、バルブ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のバルブ装置であって、
前記他のリードバルブの前記弁座は、前記ベース部に凸部を設けることにより形成されている、バルブ装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、開弁する際の前記フラップの自由端部の動き方向が重力方向に近い、バルブ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、前記フラップの前記自由端部に付された重りを有する、バルブ装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のバルブ装置であって、さらに、
前記複数のリードバルブを通過した酸化剤ガスを下流側で合流させる合流部を備える、バルブ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、前記複数のリードバルブの内の中央付近に位置する、バルブ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、上流側の前記流路に対向する位置付近に配置されている、バルブ装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のバルブ装置を備え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、燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。燃料電池には、反応ガス流路を介して反応ガスが供給される。一般に、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路には、運転停止時の触媒劣化を防止する等の目的で、酸化剤ガス流路を開閉するバルブ装置が設けられる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０５９３５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１６８６２６号公報
【特許文献３】特開２００６−３３１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化剤ガス流路用のバルブ装置は、燃料電池システム設置スペースの小型化のために、小型化されることが好ましい。従来の酸化剤ガス流路用のバルブ装置は、装置の小型化と開弁安定性（特にハンチングの抑制）との両立の点で、向上の余地があった。
【０００５】
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り、燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置において、装置の小型化を図りつつ開弁安定性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置であって、
前記流路の上流側と下流側との圧力差に応じて開閉し、並列配置された複数のリードバルブを備え、
前記複数のリードバルブの内の少なくとも１つである特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、開弁するための前記圧力差が小さく設定されている、バルブ装置。
【０００８】
このバルブ装置では、燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路に配置されるバルブ装置として比較的構造がシンプルで小型なリードバルブを複数並列に配置した構成を採用しているため、バルブ装置の小型化を実現することができる。また、このバルブ装置では、開弁圧力差が小さい特定リードバルブのみが最初に開弁し、その後の流量増加に従って他のリードバルブも開弁するため、圧力差の急変動（ハンチング）を抑制することができ、開弁安定性を向上させることができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、有効径が小さい、バルブ装置。
【００１０】
このバルブ装置では、特定リードバルブの開弁に伴う圧力差の低下量が小さくなるため、圧力差の急変動をさらに効果的に抑制することができ、開弁安定性をさらに向上させることができる。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、前記フラップにおける前記ベース部に固定された固定端部から自由端部に向かう第１の方向に直行する第２の方向に沿った幅に対する前記第１の方向に沿った長さの比が大きい、バルブ装置。
【００１２】
このバルブ装置では、特定リードバルブにおける開弁圧力差を、他のリードバルブと比較して小さくすることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１または適用例２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、前記圧力差がゼロである初期状態において前記フラップにおける自由端部が位置する前記ベース部上の弁座の位置が上流側に近い、バルブ装置。
【００１４】
このバルブ装置では、このバルブ装置では、特定リードバルブにおける開弁圧力差を、他のリードバルブと比較して小さくすることができる。
【００１５】
［適用例５］適用例４に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブの前記弁座は、前記ベース部に凹部を設けることにより形成されている、バルブ装置。
【００１６】
このバルブ装置では、特定リードバルブにおける弁座の位置を、他のリードバルブと比較して上流側に近い位置にすることができる。
【００１７】
［適用例６］適用例４に記載のバルブ装置であって、
前記他のリードバルブの前記弁座は、前記ベース部に凸部を設けることにより形成されている、バルブ装置。
【００１８】
このバルブ装置では、特定リードバルブにおける弁座の位置を、他のリードバルブと比較して上流側に近い位置にすることができる。
【００１９】
［適用例７］適用例１または適用例２に記載のバルブ装置であって、
前記リードバルブは、前記流路に配置される開口部を有するベース部と、前記開口部を開閉するフラップと、前記開口部の一端付近で前記フラップを前記ベース部に固定するピボットと、を有し、
前記特定リードバルブは、他の前記リードバルブと比較して、開弁する際の前記フラップの自由端部の動き方向が重力方向に近い、バルブ装置。
【００２０】
このバルブ装置では、このバルブ装置では、特定リードバルブにおける開弁圧力差を、他のリードバルブと比較して小さくすることができる。
【００２１】
［適用例８］適用例７に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、前記フラップの前記自由端部に付された重りを有する、バルブ装置。
【００２２】
このバルブ装置では、特定リードバルブにおける開弁圧力差を、他のリードバルブと比較してさらに小さくすることができる。
【００２３】
［適用例９］適用例１ないし適用例８のいずれかに記載のバルブ装置であって、さらに、
前記複数のリードバルブを通過した酸化剤ガスを下流側で合流させる合流部を備える、バルブ装置。
【００２４】
このバルブ装置では、開弁圧力差が小さい特定リードバルブのみが開弁した状態においても、下流側の酸化剤ガス流路のすべてに酸化剤ガスを供給することができる。
【００２５】
［適用例１０］適用例９に記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、前記複数のリードバルブの内の中央付近に位置する、バルブ装置。
【００２６】
このバルブ装置では、開弁圧力差が小さい特定リードバルブのみが開弁した状態においても、下流側の酸化剤ガス流路のすべてに略均等に酸化剤ガスを供給することができる。
【００２７】
［適用例１１］適用例１ないし適用例１０のいずれかに記載のバルブ装置であって、
前記特定リードバルブは、上流側の前記流路に対向する位置付近に配置されている、バルブ装置。
【００２８】
このバルブ装置では、特定リードバルブが上流側の流路における動圧によってより開弁しやすくなるため、より確実に特定リードバルブにおける開弁圧力差を、他のリードバルブと比較して小さくすることができる。
【００２９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、バルブ装置、バルブシステム、当該バルブ装置またはバルブシステムを備える燃料電池システム、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】シャットバルブ６２の概略構成を示す説明図である。
【図３】リードバルブ１００の概略構成を示す説明図である。
【図４】リードバルブ１００の概略構成を示す説明図である。
【図５】シャットバルブ６２における３つのリードバルブ１００の配置の一例を示す説明図である。
【図６】シャットバルブ６２における３つのリードバルブ１００の配置の一例を示す説明図である。
【図７】シャットバルブ６２における圧力差の変化の一例を示す説明図である。
【図８】第２実施例のシャットバルブ６２における圧力差の変化の一例を示す説明図である。
【図９】第３実施例における特定リードバルブ１００Ｂの断面構成を概略的に示す説明図である。
【図１０】第３実施例の変形例における特定リードバルブ以外のリードバルブ１００の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図１１】第４実施例のシャットバルブ６２の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図１２】第５実施例におけるシャットバルブ６２の構成を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．変形例：
【００３２】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池２００を備えている。燃料電池２００は、エンドプレート２１０と、絶縁板２２０と、集電板２３０と、複数の単セル２４０と、集電板２３０と、絶縁板２２０と、エンドプレート２１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
【００３３】
燃料電池２００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素は、図示しない燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル２４０に供給され、各単セル２４０における発電に利用される。各単セル２４０において利用されなかった水素（アノードオフガス）は、図示しない燃料ガス排出マニホールドを介して集約され、排出配管５４を介して燃料電池２００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを供給側の配管５３に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。
【００３４】
燃料電池２００には、また、エアポンプ６０、配管６１、シャットバルブ６２を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気は、図示しない酸化剤ガス供給マニホールドを介して各単セル２４０に供給され、各単セル２４０における発電に利用される。各単セル２４０において利用されなかった空気（カソードオフガス）は、図示しない酸化剤ガス排出マニホールドを介して集約され、バルブ６４、配管６５を介して燃料電池２００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、空気供給側の配管６１から排出側の配管６５へと燃料電池２００を介さずに通じるバイパス機構を構成する配管６６およびバルブ６７を有するとしてもよい。燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００３５】
なお、燃料電池２００には、燃料電池２００を冷却するため、図示しないラジエータにより冷却された冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。
【００３６】
図２は、シャットバルブ６２の概略構成を示す説明図である。シャットバルブ６２は、燃料電池２００の運転時には空気を供給し、燃料電池２００の運転停止時には触媒劣化を防止する等の目的で空気の供給を遮断するために、燃料電池２００に空気を供給するための流路（配管６１）に配置されて流路を開閉するバルブ装置である。
【００３７】
図２に示すように、シャットバルブ６２は、並列配置された３つのリードバルブ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを有している。本明細書では、個々のリードバルブ１００を区別する必要の無い場合には、個々のリードバルブ１００を区別するための符号Ａ，Ｂ，Ｃを省略するものとする。エアポンプ６０から続く配管６１により構成される空気供給流路は、各リードバルブ１００の上流側に連通しており、また、各リードバルブ１００の下流側は、燃料電池２００へと続く配管６１により構成される空気供給流路に連通している。
【００３８】
図３および図４は、リードバルブ１００の概略構成を示す説明図である。図３にはリードバルブ１００の断面構成を示しており、図４にはリードバルブ１００の平面構成を示している。リードバルブ１００は、空気供給流路に配置されて流路の一部を構成する開口部（オリフィス部）１０３を有するベース部１０２と、ベース部１０２の下流側表面の開口部１０３の一端付近にピボット１０８により固定されたフラップ１０４およびストッパー１０６と、を有している。フラップ１０４は、弾性を有する板状部材であり、ピボット１０８によりベース部１０２に固定された端部（以下、「固定端部」と呼ぶ）とは反対側の端部（以下、「自由端部」と呼ぶ）は自由端となっている。リードバルブ１００の上流側における圧力と下流側における圧力との差（以下、単位「圧力差」と呼ぶ）がゼロである初期状態においては、フラップ１０４はベース部１０２に押し付けられて密着し、開口部１０３の全面を閉鎖する。リードバルブ１００の上流側圧力が増加して圧力差が所定の開弁圧力差以上になると、フラップ１０４がピボット１０８を支点として下流側に弾性変形し、ベース部１０２の開口部１０３の一部または全部が開放される。このように、リードバルブ１００は、圧力差に応じてフラップ１０４が変形することにより、開閉する。ストッパー１０６は、フラップ１０４よりも下流側の位置に、ベース部１０２と所定の角度を為すように設置された板状部材である。フラップ１０４の弾性変形の範囲は、ストッパー１０６により制限される。すなわち、ストッパー１０６は、リードバルブ１００の最大開口面積を規定する。
【００３９】
図５および図６は、シャットバルブ６２における３つのリードバルブ１００の配置の一例を示す説明図である。図５および図６に示すように、本実施例では、リードバルブ１００Ｂが３つのリードバルブ１００の内の中央に配置されている。また、リードバルブ１００Ｂは、シャットバルブ６２の上流側の空気供給流路（配管６１）に対向する位置に配置されている。
【００４０】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システム１０では、空気供給流路用のシャットバルブ６２として、比較的構造がシンプルで小型なリードバルブ１００を複数並列に配置した構成を採用しているため、シャットバルブ６２の小型化を実現することができると共に、最大流量での低圧力損失化と耐久性の向上との両立を実現することができる。
【００４１】
図５に示すように、本実施例のシャットバルブ６２では、リードバルブ１００Ｂは、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃと比較して、縦横比Ｌ／Ｗの値が大きい。ここで、本実施例では、縦横比Ｌ／Ｗは、フラップ１０４の幅Ｗ（フラップ１０４の固定端部から自由端部に向かう方向（第１の方向）に直交する方向（第２の方向）に沿った大きさ）に対する長さＬ（第１の方向に沿った大きさ）の比を意味する。本実施例では、各リードバルブ１００の長さＬ（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）は同じである一方、リードバルブ１００Ｂの幅Ｗｂが他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの幅（Ｗａ，Ｗｃ）と比較して小さくなっているため、リードバルブ１００Ｂの縦横比Ｌｂ／Ｗｂは他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの縦横比Ｌａ／Ｗａ，Ｌｃ／Ｗｃと比較して大きくなっている。
【００４２】
リードバルブ１００は、縦横比Ｌ／Ｗの値が大きいほど、開弁するための圧力差（開弁圧力差）が小さくなる。従って、本実施例では、リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差は、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの開弁圧力差よりも小さい。このように、３つのリードバルブ１００の内の１つの開弁圧力差を他のリードバルブ１００の開弁圧力差より小さく設定すると、以下に説明するように、開弁安定性を向上させることができる。なお、本明細書では、開弁圧力差が他のリードバルブ１００より小さく設定されたリードバルブ１００（１００Ｂ）を、特定リードバルブとも呼ぶものとする。
【００４３】
図７は、シャットバルブ６２における圧力差の変化の一例を示す説明図である。図７（ａ）には、本実施例のシャットバルブ６２におけるエアポンプ６０の負荷Ｑｉ（回転数）の変化に伴う圧力差Ｐｉの変化の例を示しており、図７（ｂ）には、すべてのリードバルブ１００の開弁圧力差が同一値に設定された比較例のシャットバルブにおける圧力差Ｐｉの変化の例を示している。
【００４４】
図７（ｂ）に示すように、比較例では、タイミングｔ１１においてエアポンプ６０の負荷がＱ１となり配管６１に空気が供給されてシャットバルブの上流側の圧力が上昇すると、シャットバルブの上流側と下流側との圧力差Ｐｉが初期値Ｐ０（＝ゼロ）から上昇していく。比較例ではすべてのリードバルブ１００の開弁圧力差が同一値に設定されているため、タイミングｔ１２において圧力差がリードバルブ１００の開弁圧力差Ｐ１１に達すると、すべてのリードバルブ１００が略同時に開弁する。すべてのリードバルブ１００が略同時に開弁すると、シャットバルブにおける圧力差Ｐｉは急激に低下する（タイミングｔ１３）。これにより、すべてのリードバルブ１００は再度、急激に閉弁する。なお、「閉弁」は、リードバルブ１００の開口部１０３がフラップ１０４によって完全に閉鎖される動作の他に、完全に閉鎖されはしないがフラップ１０４の弾性変形が上流側に戻されて流路断面積が小さくなる動作を含む。すべてのリードバルブ１００が閉弁するとシャットバルブの圧力差は再度、急激に上昇するため、すべてのリードバルブ１００は再度、急激に開弁する。このように、すべてのリードバルブ１００の開弁圧力差が同一値に設定されていると、特にエアポンプ６０の負荷Ｑｉが小さく低流量・低圧力損失のときに、すべてのリードバルブ１００が略同時に開弁および閉弁を繰り返し、シャットバルブにおける圧力差が激しく増減する現象（いわゆるハンチング）が発生する。また、閉弁時にフラップ１０４がベース部１０２に激しく当たることにより、騒音が発生する場合がある。
【００４５】
一方、図７（ａ）に示すように、本実施例でも、タイミングｔ１においてエアポンプ６０の負荷ＱｉがＱ１となり配管６１に空気が供給されてシャットバルブ６２の上流側の圧力が上昇すると、シャットバルブ６２の上流側と下流側との圧力差Ｐｉが初期値Ｐ０（＝ゼロ）から上昇していく。ここで、本実施例では、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差が他のリードバルブ１００の開弁圧力差より小さく設定されているため、タイミングｔ２において圧力差が特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差Ｐ１（＜Ｐ１１）に達すると、特定リードバルブ１００Ｂのみが開弁する。特定リードバルブ１００Ｂが開弁すると、シャットバルブ６２における圧力差は低下するものの、他の２つのリードバルブ１００Ａ，１００Ｃはまだ閉弁状態であるため、圧力差の低下量は比較的小さく、特定リードバルブ１００Ｂは流路が狭まるものの完全な開口閉鎖には至らない（タイミングｔ３）。そのため、シャットバルブ６２における圧力差Ｐｉは、所定値Ｐ２（Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１）付近で安定する。その後は、エアポンプ６０の負荷Ｑｉが増加すると、残りのリードバルブ１００が開弁する。
【００４６】
このように、本実施例のシャットバルブ６２では、３つのリードバルブ１００の内の１つの特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差が他のリードバルブ１００の開弁圧力差より小さく設定されているため、例えば運転開始時といった低流量・低圧力損失時においては、開弁圧力差が小さい特定リードバルブ１００Ｂのみが最初に開弁し、その後の流量増加に従って他のリードバルブ１００も開弁する。そのため、本実施例のシャットバルブ６２では、圧力差の急変動（ハンチング）を抑制することができ、開弁安定性を向上させることができると共に、フラップ１０４のベース部１０２への衝突に伴う騒音の発生も抑制することができる。以上のように、本実施例のシャットバルブ６２では、装置の小型化を図りつつ開弁安定性を向上させることができる。
【００４７】
なお、本実施例のシャットバルブ６２では、上述したように、特定リードバルブ１００Ｂがシャットバルブ６２の上流側の空気供給流路（配管６１）に対向する位置に配置されているため、特定リードバルブ１００Ｂは空気供給流路における動圧によってより開弁しやすくなり、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差をより確実に他のリードバルブ１００の開弁圧力差より小さく設定することができる。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例のシャットバルブ６２における圧力差の変化の一例を示す説明図である。第２実施例では、シャットバルブ６２に含まれる３つのリードバルブ１００の内、特定リードバルブ１００Ｂは、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃと比較して、有効径が小さい。具体的には、特定リードバルブ１００Ｂは、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃと比較して、ベース部１０２の開口部１０３（オリフィス）の径（オリフィス径）が小さくなっているために有効径が小さい。
【００４９】
なお、オリフィス径の代わりに、特定リードバルブ１００Ｂは、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃと比較して、フラップ１０４の開口部１０３をシールするシール部の径（シール径）が小さくなっているために有効径が小さいとしてもよいし、初期状態からフラップ１０４がストッパー１０６に当接するまでの角度が小さくなっているために有効径が小さいとしてもよい。すなわち、特定リードバルブ１００Ｂは、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃと比較して、開口断面積が小さくなっている。
【００５０】
図７に示すように、第２実施例においても、タイミングｔ１においてエアポンプ６０の負荷ＱｉがＱ１となり配管６１に空気が供給されてシャットバルブ６２の上流側の圧力が上昇すると、シャットバルブ６２の上流側と下流側との圧力差Ｐｉが初期値Ｐ０（＝ゼロ）から上昇していく。タイミングｔ２において圧力差が特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差Ｐ１に達すると、特定リードバルブ１００Ｂのみが開弁する。特定リードバルブ１００Ｂが開弁すると、シャットバルブ６２における圧力差は所定値Ｐ２まで低下して安定する。ここで、第２実施例では、特定リードバルブ１００Ｂの有効径は他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの有効径より小さいため、特定リードバルブ１００Ｂの開弁に伴うシャットバルブ６２の圧力差の低下量は小さい。すなわち、図８に示すように、第１実施例における特定リードバルブ１００Ｂの開弁後のシャットバルブ６２の圧力差Ｐ２（ｃ）と比較して、第２実施例における特定リードバルブ１００Ｂの開弁後のシャットバルブ６２の圧力差Ｐ２は大きい値となる。そのため、第２実施例のシャットバルブ６２では、圧力差の急変動をさらに効果的に抑制することができ、開弁安定性を向上させることができると共に、騒音の発生もより確実に抑制することができる。
【００５１】
Ｃ．第３実施例：
図９は、第３実施例における特定リードバルブ１００Ｂの断面構成を概略的に示す説明図である。図９には、第３実施例における特定リードバルブ１００Ｂの初期状態（圧力差がゼロである状態）における特定リードバルブ１００Ｂの断面構成を示している。第３実施例のシャットバルブ６２では、第１実施例と同様に、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差が他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの開弁圧力差よりも小さく設定されているが、特定リードバルブ１００Ｂと他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃとの間でフラップ１０４の形状は同一である。第３実施例では、特定リードバルブ１００Ｂと他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃとの間で、フラップ１０４の形状を異ならせる代わりに、初期状態においてフラップ１０４における自由端部が位置する弁座の位置を異ならせることにより、開弁圧力差を異ならせている。
【００５２】
すなわち、図９に示すように、第３実施例の特定リードバルブ１００Ｂでは、リードバルブ１００のベース部１０２に形成された弁座が、ベース部１０２に凹部を設けることにより形成されている。そのため、第３実施例のシャットバルブ６２では、特定リードバルブ１００Ｂにおける弁座の位置は、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃにおける弁座の位置と比較して、上流側に近くなっている。そのため、第３実施例でも、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差が、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの開弁圧力差よりも小さく設定される。従って、第３実施例のシャットバルブ６２では、第１実施例と同様に、装置の小型化を図りつつ開弁安定性を向上させることができる。
【００５３】
なお、他の構成により、特定リードバルブ１００Ｂと他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃとの間で弁座の位置を異ならせて開弁圧力差を異ならせることも可能である。図１０は、第３実施例の変形例における特定リードバルブ以外のリードバルブ１００の断面構成を概略的に示す説明図である。図１０に示した第３実施例の変形例における特定リードバルブ１００Ｂ以外のリードバルブ１００Ａでは、リードバルブ１００のベース部１０２に形成された弁座が、ベース部１０２に凸部を設けることにより形成されている。そのため、第３実施例の変形例においても、特定リードバルブ１００Ｂにおける弁座の位置は、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃにおける弁座の位置と比較して、上流側に近くなっている。そのため、第３実施例の変形例でも、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差が、他のリードバルブ１００Ａ，１００Ｃの開弁圧力差よりも小さく設定される。
【００５４】
Ｄ．第４実施例：
図１１は、第４実施例のシャットバルブ６２の断面構成を概略的に示す説明図である。第４実施例のシャットバルブ６２は、いわゆるバンガロータイプのシャットバルブである。すなわち、第４実施例のシャットバルブ６２では、ベース部１０２が略Ｖ型断面形状であり、ベース部１０２の両辺にリードバルブ１００が設けられている。より詳細には、ベース部１０２の両辺に開口部１０３が設けられ、各開口部１０３の端部近辺にフラップ１０４およびストッパー１０６がピボット１０８で固定されている。
【００５５】
第４実施例のシャットバルブ６２は、ベース部１０２の一方の辺に設けられたリードバルブ１００Ｂが開弁する際のフラップ１０４の自由端部の動き方向が重力方向と略一致するように設置されて使用される。そのため、ベース部１０２の他方の辺に設けられたリードバルブ１００Ａが開弁する際のフラップ１０４の自由端部の動き方向は重力方向の反対方向に略一致することとなる。従って、第４実施例のシャットバルブ６２では、リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差がリードバルブ１００Ａの開弁圧力差よりも小さくなる。すなわち、第４実施例のシャットバルブ６２でも、リードバルブ１００Ｂが特定リードバルブとして機能する。従って、第４実施例のシャットバルブ６２でも、装置の小型化を図りつつ開弁安定性を向上させることができる。
【００５６】
また、第４実施例のシャットバルブ６２は、特定リードバルブ１００Ｂのフラップ１０４の自由端部に重りＷｅが付加されている。そのため、第４実施例のシャットバルブ６２では、特定リードバルブ１００Ｂがより開弁しやすくなり、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差をより確実に他のリードバルブ１００Ａの開弁圧力差より小さく設定することができる。また、重りＷｅの重さを調整することにより、特定リードバルブ１００Ｂの開弁圧力差と他のリードバルブ１００Ａの開弁圧力差との差を適切に設定することができ、開弁安定性をより良好に向上させることができる。
【００５７】
Ｅ．第５実施例：
図１２は、第５実施例におけるシャットバルブ６２の構成を概略的に示す説明図である。第５実施例のシャットバルブ６２は、第１実施例と同様に、３つのリードバルブ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを有しており、中央のリードバルブ１００Ｂが特定リードバルブとして機能する。また、第５実施例のシャットバルブ６２は、３つのリードバルブ１００を通過した空気を下流側で合流させる合流部３００を有している。合流部３００は、各リードバルブ１００の下流側の流路間を連通する開口部ＯＰを有することにより、下流側での空気の合流を実現している。また、燃料電池２００は、複数の酸化剤ガス供給マニホールドを有しており、各リードバルブ１００の下流側の流路は各酸化剤ガス供給マニホールドに連通している。
【００５８】
第５実施例では、中央に位置するリードバルブ１００Ｂが特定リードバルブとして機能するため、特定リードバルブ１００Ｂのみが開弁する低流量時にも、合流部３００を介してすべての酸化剤ガス供給マニホールドに空気が均等に供給される。そのため、複数の酸化剤ガス供給マニホールドを有する燃料電池２００への空気供給のためのシャットバルブ６２において、各酸化剤ガス供給マニホールドへの均等な空気の供給を維持しつつ、開弁安定性を向上させることができる。
【００５９】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６０】
上記各実施例における燃料電池システム１０やその構成要素（例えばシャットバルブ６２）の構成はあくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、シャットバルブ６２の有するリードバルブ１００の数は、２つ以上であればいくつでもよい。また、シャットバルブ６２の有する複数のリードバルブ１００の内、開弁圧力差が他のリードバルブ１００の開弁圧力差より小さく設定されている特定リードバルブの数は、１つではなく複数であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６２…シャットバルブ
６４…バルブ
６５…配管
６６…配管
６７…バルブ
１００…リードバルブ
１０２…ベース部
１０３…開口部
１０４…フラップ
１０６…ストッパー
１０８…ピボット
２００…燃料電池
２１０…エンドプレート
２２０…絶縁板
２３０…集電板
２４０…単セル
３００…合流部
【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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