(57)【要約】【課題】燃料電池用弁の作動性能向上を図ることである。【解決手段】出口シャット弁２２の内部において、主ダイヤフラム４６の両側に閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とを設ける。出口シャット弁２２を構成するハウジング４２に、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とに、それぞれ空気を給排するための上側給排管７６と下側給排管７７とを接続する。各給排管７６，７７の圧力室５０，５２側開口端を、各給排管７６，７７の軸方向に対し斜めに切断し、開口端の開口面積を大きくする。これにより、圧力室５０，５２内に存在する水が各給排管７６，７７の開口端に付着し、付着した水が凍結するのを防止することにより、各給排管７６，７７の開口端が塞がれたり、開口面積が小さくなることを防止して、上記の課題解決を図る。【選択図】図２
2008146951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に設けた圧力室に流体を給排するための筒状部材を接続している燃料電池用弁であって、
筒状部材の圧力室側開口端が、筒状部材の軸方向に対し斜めに切断されていることを特徴とする燃料電池用弁。
【請求項２】
駆動軸を有する弁体と、
内部に設けられた流路を構成する流路構成圧力室および第１の圧力室および第２の圧力室と、
第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれに設けられ、第１の圧力室および第２の圧力室に流体を給排する２個の給排孔と、を備え、
駆動軸に、第１の圧力室および第２の圧力室の圧力差による力が作用する燃料電池用弁であって、
２個の給排孔の圧力室側開口端のそれぞれが、第１の圧力室と第２の圧力室との壁部の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置していることを特徴とする燃料電池用弁。
【請求項３】
内部に設けた圧力室に流体を給排するための給排管を接続している燃料電池用弁であって、
給排管の圧力室側開口端が、圧力室の内面から内側に突出していることを特徴とする燃料電池用弁。
【請求項４】
酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
内部に設けた圧力室に、圧力室内を常時または状況に応じて大気に連通させる給排管を接続している燃料電池用弁と、を備える燃料電池車であって、
給排管は、車両の前側から後側に見た場合に燃料電池用弁を構成するハウジングの後側に隠れることを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池に使用するための燃料電池用弁と、燃料電池を備える燃料電池車とに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するためのガス供給流路と、燃料電池から反応ガスを排出するためのガス排出流路とを備える。また、このようなガス供給流路と、ガス排出流路とに、燃料電池用開閉弁を設けることも考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された燃料電池用開閉弁の場合、柱部を有する弁体を備え、柱部の軸方向の変位によりガス流路内を遮断または接続できるようにしている。この燃料電池用開閉弁は、内部をダイヤフラムにより２個の室に仕切っている。このような開閉弁は、燃料電池から排出水素を排出するための水素排出部に設けられており、燃料電池にエアを供給するためのエア供給用通路から分岐させた通路を、開閉弁の２個の室のうち一方の室に通じさせている。２個の室のうち他方の室には、コイルスプリングを設けており、コイルスプリングは他方の室を開き、排出水素を排出するように弁体を付勢する。使用時に一方の室にエアが供給されると、ダイヤフラムに圧力が作用して、コイルスプリングの弾力に抗して弁体が弁座に着座して、他方の室が閉じられる。
【０００４】
また、特許文献２に記載された燃料電池用調圧弁は、アノード側の水素を燃料電池スタックに供給するための上流側水素流路に設けている。燃料電池用調圧弁は、内部をダイヤフラムにより調圧室と背圧室とに仕切っている。そして、上流側水素流路から分岐させた上流側分岐流路を通じて調圧弁の背圧室内に水素を供給している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３７１３号公報
【特許文献２】特開２００６−４９１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された燃料電池用開閉弁の場合、弁の作動性能向上を図る面から改良の余地がある。詳しくは、（１）開閉弁に接続された送気管の弁の内部側端部開口周辺部に付着した水が凍結する可能性があるという問題や、（２）開閉弁を備える燃料電池システムを搭載した燃料電池車の走行時に、送気管が折れ等変形する可能性があるという問題がある。
【０００７】
例えば、上記の（１）の問題に関して、特許文献１に記載された燃料電池用開閉弁の場合、ダイヤフラムにより仕切られた２個の室のうち一方の室に供給されるエアに水蒸気が含まれる場合に、水蒸気から液化した水が送気管の開閉弁内部側端部に付着して、氷点下等低温時に凍結する可能性がある。このようにエアを供給するための管の端部に付着した水が凍結した場合、氷により管の端部が塞がれ、エアを一方の室に円滑に給排することができなくなる可能性がある。
【０００８】
特に、一方の室内のエアは弁の作動に伴い、高圧と低圧とになり、圧力変化が大きく、温度変化が激しい。また、一方の室内は、送気管内に比べて容量が十分に大きく、水蒸気が多く存在しやすい。このため、送気管の一方の室側端部には水蒸気から液化した水が付着しやすく、付着した水の凍結により、弁の作動性能が低下する可能性がある。これに対して、特許文献１に記載された燃料電池用開閉弁の場合には、送気管の一方の室側端部周辺部での凍結防止を図ることが考慮されていない。例えば、凍結防止のために送気管の端部構造を工夫していない。
【０００９】
また、特許文献２に記載された調圧弁の場合、そもそも調圧弁の背圧室には水素タンク側の水素が供給されるため、背圧室内に空気が取り込まれず、背圧室に接続した管の背圧室側端部に水が付着するのを考慮する必要性はないか極めて少ない。このため、特許文献２に記載された調圧弁は、弁に接続する管の端部での凍結防止を図るために、管の構造を工夫していない。
【００１０】
なお、特許文献１，２に記載された開閉弁または調圧弁の場合、ダイヤフラムによりしきられた２個の室のうち一方の室または背圧室の壁部において、送気管等の管の接続部が最下点に設定されていない。このため、１個の管だけを考慮すると、管の接続部を一方の室または背圧室の最下点に設定する場合よりも、管の端部に水が付着しにくくなる可能性はある。ただし、特許文献１，２に記載された開閉弁または調圧弁は、内部に、流路を構成する流路構成圧力室以外に、２個の圧力室を備えるものではなく、２個の圧力室の圧力差による力が弁体の駆動軸に作用するものではない。例えば、特許文献１，２に記載された開閉弁または調圧弁の場合、ダイヤフラムにより仕切られた２個の室のうち一方の室または背圧室以外に存在する圧力室は、流路を構成する流路構成圧力室である。このような、特許文献１，２に記載された開閉弁または調圧弁は、弁の開閉に伴う流路構成圧力室の圧力変動により駆動軸の駆動が影響を受けやすくなる。このため、弁の作動性能向上を図る面から改良の余地がある。
【００１１】
また、上記の（２）の問題に関して、特許文献１に記載された燃料電池開閉弁や特許文献２に記載された調圧弁を備える燃料電池システムを搭載した燃料電池車において、走行時に、車両の前側から開閉弁に接続された管に飛び石や雪等の異物が衝突して管が折れや曲がり等変形するのを防止することは考慮されていない。このように異物の衝突により管が変形すると、管に氷が付着した場合と同様、弁の作動性能が低下する可能性がある。
【００１２】
本発明の目的は、燃料電池用弁および燃料電池車において、弁の作動性能向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る燃料電池用弁は、内部に設けた圧力室に流体を給排するための筒状部材を接続している燃料電池用弁であって、筒状部材の圧力室側開口端が、筒状部材の軸方向に対し斜めに切断されていることを特徴とする燃料電池用弁である。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池用弁は、駆動軸を有する弁体と、内部に設けられた流路を構成する流路構成圧力室および第１の圧力室および第２の圧力室と、第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれに設けられ、第１の圧力室および第２の圧力室に流体を給排する２個の給排孔と、を備え、駆動軸に、第１の圧力室および第２の圧力室の圧力差による力が作用する燃料電池用弁であって、２個の給排孔の圧力室側開口端のそれぞれが、第１の圧力室と第２の圧力室との壁部の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置していることを特徴とする燃料電池用弁である。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池用弁は、内部に設けた圧力室に流体を給排するための給排管を接続している燃料電池用弁であって、給排管の圧力室側開口端が、圧力室の内面から内側に突出していることを特徴とする燃料電池用弁である。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池車は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、内部に設けた圧力室に、圧力室内を常時または状況に応じて大気に連通させる給排管を接続している燃料電池用弁と、を備える燃料電池車であって、給排管は、車両の前側から後側に見た場合に燃料電池用弁を構成するハウジングの後側に隠れることを特徴とする燃料電池車である。好ましくは、給排管を車両の後方または斜め後方に向いて突出させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池用弁のうち、内部に設けた圧力室に流体を給排するための筒状部材を接続している燃料電池用弁であって、筒状部材の両端開口のうち、圧力室側開口端が、筒状部材の軸方向に対し斜めに切断されていることを特徴とする燃料電池用弁によれば、筒状部材の圧力室側開口端の周縁部の全長を大きくすることができる。このため、筒状部材の圧力室側開口面積を広くして、筒状部材の圧力室側開口端を軸方向に対し斜めに切断しない構造の場合に比べて、圧力室側開口端に作用する表面張力により水が圧力室側開口端に付着しやすくなることを防止できる。この結果、燃料電池用弁の作動性能の向上を図れる。
【００１８】
また、駆動軸を有する弁体と、内部に設けられた流路を構成する流路構成圧力室および第１の圧力室および第２の圧力室と、第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれに設けられ、第１の圧力室および第２の圧力室に流体を給排する２個の給排孔と、を備え、駆動軸に、第１の圧力室および第２の圧力室の圧力差による力が作用する燃料電池用弁であって、２個の給排孔の圧力室側開口端のそれぞれが、第１の圧力室と第２の圧力室との壁部の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置していることを特徴とする燃料電池用弁によれば、燃料電池用弁の作動性能向上を図れる。すなわち、内部に設けられた流路を構成する流路構成圧力室および第１の圧力室および第２の圧力室と、第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれに設けられ、第１の圧力室および第２の圧力室に流体を給排する２個の給排孔と、を備え、駆動軸に、第１の圧力室および第２の圧力室の圧力差による力が作用するため、弁の開閉に伴う流路構成圧力室の圧力変動に対して駆動軸の駆動が影響を受けにくくなる。このため、燃料電池用弁の作動性能向上を図れる。しかも、２個の給排孔の圧力室側開口端のそれぞれが、第１の圧力室と第２の圧力室との壁部の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置しているため、第１の圧力室および第２の圧力室内に水が存在する場合でも、水が２個の給排孔の開口端周辺部に付着したままになりにくい。このため、給排孔の端部に付着した水が凍結して、氷により給排孔の開口が狭くなったり、塞がれることを防止でき、この面からも燃料電池用弁の作動性能の向上を図れる。
【００１９】
また、内部に設けた圧力室に流体を給排するための給排管を接続している燃料電池用弁であって、給排管の圧力室側開口端が、圧力室の内面から内側に突出していることを特徴とする燃料電池用弁によれば、圧力室の壁面に付着した凝縮水等の水が給排孔の圧力室側開口端周辺部に流れこみにくくなり、給排管の端部に付着した水が凍結して、氷により給排孔の開口が狭くなったり、塞がれることを防止でき、燃料電池用弁の作動性能の向上を図れる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池車によれば、圧力室内を常時または必要に応じて大気に連通させるための給排管を、車両の前側から後側に見た場合に燃料電池用弁のハウジングの後側に隠れるようにしているため、燃料電池車の走行時に、給排管よりも剛性の高いハウジングにより、車両の前側から給排管に飛び石や雪等の異物が衝突しにくくなる。このため、比較的剛性の低い給排管が折れ等変形しにくくなり、燃料電池用弁の作動性能の向上を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１の発明の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図６は、本実施の形態を示しており、図１は、本実施の形態に係る燃料電池用弁を有する燃料電池システムの略構成図である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、酸化ガス供給流路１４および酸化ガス系排出流路１６と、加湿器バイパス弁１８と、入口シャット弁２０と、出口シャット弁２２とを備える。
【００２２】
燃料電池スタック１２は、酸素と水素との電気化学反応により発電する。すなわち、燃料ガスである水素ガスと、酸化ガスである空気とを燃料電池スタック１２に供給することにより、燃料電池スタック１２内の図示しない複数の燃料電池セルにおいて、酸素と水素とが電気化学反応して電気エネルギーが得られる。燃料電池セルは、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−電極アセンブリと、その両側のセパレータを備えるものとする。
【００２３】
なお、本実施形態の燃料電池システム１０は、例えば燃料電池車用として車両に搭載し、燃料電池スタック１２を、車両走行用モータの電源として使用する。もちろん、本実施の形態の燃料電池システムを、車両走行用以外の用途に使用することもできる。
【００２４】
酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために酸化ガス供給流路１４を設けている。酸化ガス供給流路１４のガス上流側にはエアコンプレッサ２４とインタークーラ２６とを設けている。エアコンプレッサ２４により加圧された空気は、インタークーラ２６で冷却され、加湿器２８で加湿された後、燃料電池スタック１２のカソード側電極側の流路に供給される。
【００２５】
また、空気を、加湿器２８を通過させてから燃料電池スタック１２に供給するための本経路３０とは別に、本経路３０とガスの流れに関して並行に、加湿器バイパス経路３２を設けている。加湿器バイパス経路３２を通過する空気は、加湿器２８を通過せずに、燃料電池スタック１２に供給される。加湿器バイパス経路３２の途中に、加湿器バイパス弁１８を設けている。
【００２６】
また、燃料電池スタック１２に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気である空気オフガスを、燃料電池スタック１２から排出するために、酸化ガス系排出流路１６を設けている。酸化ガス系排出流路１６を通じて排出される空気オフガスは、調圧弁３４を介して加湿器２８に送られ、その後、図示しない希釈器を介して大気に放出される。調圧弁３４は、燃料電池スタック１２から排出される空気の圧力（背圧）が、燃料電池スタック１２の運転状態に応じた適切な圧力値になるように制御される。すなわち、調圧弁３４の弁開度によって酸化ガス系排出流路１６内の圧力センサＰ２の位置に対応する空気の圧力が調整される。また、加湿器２８は、燃料電池スタック１２から排出された後の空気から得た水分を、燃料電池スタック１２に供給される前の空気に与えて、加湿する役目を果たす。
【００２７】
なお、燃料電池スタック１２には、水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と水素ガス系ガスを排出するための水素ガス系排出流路とを接続しているが、図１では図示を省略している。
【００２８】
また、酸化ガス供給流路１４の本経路３０において、加湿器バイパス経路３２の上流側接続部と加湿器２８との間、および、酸化ガス系排出流路１６において、加湿器２８よりもガス下流側の間に、ガスの流れに関して燃料電池スタック１２と並行になるように、燃料電池バイパス経路３６を接続している。そして、燃料電池バイパス経路３６の途中に燃料電池バイパス弁３８を設けている。燃料電池バイパス弁３８は、燃料電池スタック１２へ供給される空気の圧力を制御するために利用される。すなわち、燃料電池バイパス弁３８の弁開度により、酸化ガス供給流路１４の入口圧力センサＰ１の位置に対応する空気の圧力が調整される。なお、エアコンプレッサ２４から吐出される空気の流量により、入口圧力センサＰ１位置に対応する空気圧力を調整することもできる。もちろん、燃料電池バイパス弁３８の弁開度と、エアコンプレッサ２４による吐出流量との両方を利用して、入口圧力センサＰ１位置に対応する空気圧力を調整することもできる。
【００２９】
また、燃料電池システム１０は、氷点下等の低温始動時において、燃料電池スタック１２を速やかに温度上昇させることが好ましい。そして、このために、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの量に比べて、燃料電池スタック１２に供給される空気の量を、水素ガスとの反応により発電するのに見合う量よりも少なくし、すなわちカソードストイキ比を下げて、低効率で発電させ、燃料電池スタック１２を速やかに温度上昇させることが考えられる。ただし、この場合には、燃料電池スタック１２のアノード側の流路から電解質膜を介して水素がカソード側の流路に入り込み、酸化ガス系排出流路１６内の水素濃度が高くなる可能性がある。上記の燃料電池バイパス弁３８は、このような場合に開弁状態として、燃料電池スタック１２を通過しない空気により酸化ガス系排出流路１６内の水素濃度を低下させるために利用することもできる。また、燃料電池スタック１２から排出される水素ガス系ガス、いわゆる水素オフガス中に含まれる水素の濃度が通常時よりも高くなる可能性があり、上記の燃料電池バイパス弁３８は、このような場合に開弁状態として、燃料電池スタック１２を通過しないで希釈器に送り込まれる空気の量を多くし、排出されるガス中の水素濃度を低下させるために利用することもできる。
【００３０】
さらに、酸化ガス供給流路１４の本経路３０の加湿器２８よりもガス下流側と、酸化ガス系排出流路１６の加湿器２８よりもガス上流側とに、それぞれ入口シャット弁２０と出口シャット弁２２とを設けている。
【００３１】
すなわち、それぞれ燃料電池用弁であり、流路内の空気の流れを調整する流体制御弁である、加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０と出口シャット弁２２とには、圧力制御用流路４０を介して、それぞれが電磁弁である、３つずつのＰＳＶ（Pressure Switching Valve）が接続されている。
【００３２】
すなわち、加湿器バイパス弁１８には、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯの３つのＰＳＶが接続されている。また、入口シャット弁２０には、ＶｉＳ，ＶｉＣ，ＶｉＯの３つのＰＳＶが接続されており、出口シャット弁２２には、ＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯの３つのＰＳＶが接続されている。これらのＰＳＶは、圧力制御用流路４０を介して、酸化ガス供給流路１４の本経路３０のガス上流側、例えばエアコンプレッサ２４と加湿器２８との間に接続される。これらのＰＳＶは、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御部により制御される。
【００３３】
加湿器バイパス弁１８と、入口シャット弁２０と、出口シャット弁２２との駆動は、燃料電池スタック１２の状態等に応じて、それぞれに対応したＰＳＶにより制御される。
【００３４】
次に、図２により、入口シャット弁２０と、出口シャット弁２２との構成および作用を、主に出口シャット弁２２により代表して説明する。入口シャット弁２０と出口シャット弁２２との構成自体は、同じである。また、加湿器バイパス弁１８の構成は後で説明する。
【００３５】
図２に示すように、出口シャット弁２２は、内部に設けたすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、弁体が開く開弁状態となるノーマルオープン型のシャット弁としている。
【００３６】
出口シャット弁２２は、複数のハウジング要素を結合して成るハウジング４２の内部に仕切り部４４で仕切った上下２個の空間を設けており、２個の空間に、それぞれ主ダイヤフラム４６と副ダイヤフラム４８とを設けることにより、主ダイヤフラム４６の上面側に閉弁用圧力室５０を、同じく下面側に開弁用圧力室５２を、副ダイヤフラム４８の上面側に大気圧室５４を、同じく下面側に流路構成圧力室５６を、それぞれ設けている。閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２と大気圧室５４と流路構成圧力室５６とは、互いに分離しており、これら圧力室５０，５２，５４，５６のうち、いずれの２の圧力室も内部で互いに連通していない。
【００３７】
また、主ダイヤフラム４６と副ダイヤフラム４８とは、弁体５８に結合している。すなわち、ハウジング４２の内部に駆動軸６０を有する弁体５８を備え、ハウジング４２に弁体５８を駆動軸６０の軸方向の変位可能に支持している。弁体５８は、駆動軸６０と、駆動軸６０の下端部に結合した円板状の弁体本体６２とを有する。また、駆動軸６０は、重力作用方向である鉛直方向（図２の上下方向）に対し傾斜させるとともに、駆動軸６０を鉛直方向に対し傾斜した方向に駆動可能としている。これに伴って、ハウジング４２のうち駆動軸６０の外周および上側を取り囲む部分の全体を鉛直方向に対し傾斜させている。また、駆動軸６０の中間部下端寄りに、有底円筒状の筒状部材６４を結合している。
【００３８】
また、筒状部材６４の底板部下面と弁体本体６２の上面との間に、ゴム等のエラストマー等の弾性材製の副ダイヤフラム４８の内周側端部を狭持し、副ダイヤフラム４８の内周部を駆動軸６０に結合している。副ダイヤフラム４８の外周側端部は、ハウジング４２を構成する２個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング４２の内周部に結合している。これにより、ハウジング４２内の仕切り部４４下側の空間の上側と下側とは、副ダイヤフラム４８により、大気圧室５４と流路構成圧力室５６とに分離される。大気圧室５４と流路構成圧力室５６とは、気密に遮断される。
【００３９】
また、副ダイヤフラム４８の径方向中間部内径寄りに、筒状部材６４の外周面に沿って押し付けられるように弾性変形したダイヤフラム側円筒部６６を設けている。そして、副ダイヤフラム４８のうち、筒状部材６４の外周面とハウジング４２の内面との間に存在する、上方に山形の環状に変形した環状変形部６７の下面が流路構成圧力室５６の圧力を受けるようにしている。そして環状変形部６７の下面が流路構成圧力室５６の圧力を受けることにより、図２に示すように、副ダイヤフラム４８を弾性変形させつつ駆動軸６０が斜め上方に変位するようにしている。
【００４０】
また、副ダイヤフラム４８の径方向中間部外径寄りに、ハウジング４２の内面に設けた円筒面部に沿って押し付けられるように弾性変形した第２のダイヤフラム側円筒部７０を設けている。そして図２に示すような開弁状態から駆動軸６０が下方に変位する際に、第２のダイヤフラム側円筒部７０の上部をハウジング４２の円筒面部から引き剥がすように弾性変形するようにしている。
【００４１】
流路構成圧力室５６は、酸化ガス系排出流路１６（図１）（入口シャット弁２０の場合は酸化ガス供給流路１４）の一部を構成し、弁体５８（図２）により上流側と下流側とが遮断または接続される。また、大気圧室５４には、一端を大気と連通させた大気連通管７２が接続されており、大気圧室５４が大気に開放されている。
【００４２】
また、弁体５８の上端部にナット７５をねじ結合することにより、２個の略円板状要素を結合して成る抑え部材７４を結合している。また、抑え部材７４を構成する２個の略円板状要素の間に、ゴム等のエラストマー等の弾性材製の主ダイヤフラム４６の内周側端部を狭持するように、抑え部材７４の外周部に主ダイヤフラム４６を結合している。主ダイヤフラム４６の外周側端部は、ハウジング４２を構成する２個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング４２の内周部に結合している。これにより、ハウジング４２内の仕切り部４４上側の空間の上側と下側とは、主ダイヤフラム４６により、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とに分離される。閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とは、気密に遮断される。また、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とに、それぞれ上側給排管７６と下側給排管７７とが接続されている。本実施の形態の場合、閉弁用圧力室５０が請求項に記載した第１の圧力室に対応し、開弁用圧力室５２が請求項に記載した第２の圧力室に対応する。
【００４３】
また、図３に示すように、抑え部材７４を構成する２個の略円板状要素のうち上側の略円板状要素と、ナット７５との間に、円板状のゴム等の弾性材から成る弾性シート７８を狭持している。弁体５８を構成する駆動軸６０が斜め上方に変位しきった状態で、弾性シート７８の外周寄り部分がハウジング４２の内面の上部に当接するようにしている。
【００４４】
また、弾性シート７８は、図４に詳しく示すように、外径寄り部分の円周方向一部または円周方向複数個所（図示の場合は４個所）に、外周縁に開口する放射状の溝部７９を形成している。この溝部７９は、弾性シート７８がハウジング４２の内面上部に当接した場合に、弾性シート７８とハウジング４２の内面上部との間で圧縮される傾向になる空気または空気オフガスを、溝部７９内を通じて、抑え部材７４の外周縁よりも外径側に逃がすようにし、ガス抜き構造を実現している。
【００４５】
さらに、抑え部材７４の下面と仕切り部４４との間に、弾力付与手段であるコイルばね８０を設けて、弁体５８に斜め上方向、すなわち、開弁状態となる方向に弾力を付与している。弁体５８は下斜め方向に変位することにより、図２に示す弁体本体６２の下面が弁座８１に着座して、流路を遮断する。すなわち、駆動軸６０の軸方向の変位により、流路内が遮断または接続される。また、主ダイヤフラム４６を含む駆動軸６０上側の部分の受圧面積の直径は、副ダイヤフラム４８を含む駆動軸６０下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。
【００４６】
また、図２に示すように、ハウジング４２において、流路構成圧力室５６のガス上流側とガス下流側とに、入口側接続部８２と出口側接続部８４とを設けている。入口側接続部８２は、弁体５８側を鉛直方向に対し傾斜させ、接続側端部（図２の右端部）は、配管８５との接続面８６が水平方向に向くようにしている。また、出口側接続部８４は、全体を鉛直方向に対し入口側接続部８２の弁体５８側と逆方向に傾斜させるとともに、接続側端部（図２の左端部）の配管８５との接続面８８が水平方向に向くようにしている。なお、入口シャット弁２０の場合には、入口側接続部８２と出口側接続部８４とが、出口シャット弁２２の場合とは逆になる。
【００４７】
また、出口シャット弁２２は、弁体本体６２と弁座８１との互いに押し付け合う押し付け面Ａ，Ｂを、鉛直方向、すなわち、重力作用方向に対し傾斜させるとともに、押し付け面Ａ，Ｂをガス流路、すなわち、流路構成圧力室５６内を流れるガスの上流側（図２の右側）で高く、ガスの下流側（図２の左側）で低くなるようにしている。これに対して、入口シャット弁２０も、弁体本体６２と弁座８１との互いに押し付け合う押し付け面Ａ，Ｂを、鉛直方向に対し傾斜させるが、押し付け面Ａ，Ｂを流路構成圧力室５６内を流れるガスの上流側（図２の左側）で低く、ガスの下流側（図２の右側）で高くなるようにしている。
【００４８】
このような出口シャット弁２２では、閉弁用圧力室５０が、上側給排管７６を介して、ＰＳＶであるＶｏＣ（図１）側の圧力制御用流路４０に接続されている。また、開弁用圧力室５２が、下側給排管７７（図２）を介して、ＰＳＶであるＶｏＯ（図１）側の圧力制御用流路４０に接続されている。駆動軸６０（図２）の軸方向の変位により、主ダイヤフラム４６の中央部分が、斜め上下方向に反り返るように変位する。もちろん、主ダイヤフラム４６の全体が斜め上下方向に変位する構成を採用することもできる。なお、本実施の形態では、上側給排管７６および下側給排管７７が、請求項に記載した筒状部材に対応する。
【００４９】
特に、本実施の形態の場合、下側給排管７７の一端（図２の右端）を軸方向に対し斜めに切断するとともに、斜めに切断した一端を開弁用圧力室５２側端部として、開弁用圧力室５２の壁部、すなわちハウジング４２の内面から内側に突出させている。また、下側給排管７７の開弁用圧力室５２側端部を、ハウジング４２の内面形状に対し略平行になるようにしている。
【００５０】
また、下側給排管７７の孔の開弁用圧力室５２側開口端は、開弁用圧力室５２の壁部である、ハウジング４２の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置させている。図５は、図２において、駆動軸６０の中心軸に対し直交する仮想平面で切断したＢ−Ｂ断面図である。また、図６は、図５のＣ部拡大図である。図５、図６の下側が図２の斜め方向下側で、図５、図６の上側が図２の斜め方向上側である。図５に示すように、ハウジング４２の内面のＢ−Ｂ断面において、最下点は点Ｘ位置になる。これに対して、本実施の形態では、点Ｘ位置を通り駆動軸の中心軸Ｏ（図５）を中心とする円上の点Ｘ位置から周方向にずれた点Ｙ位置に、下側給排管７７の孔が配置されるようにしている。しかも、下側給排管７７の開弁用圧力室５２側開口端は、ハウジング４２の内面よりも内方、すなわち斜め上方に突出している。このため、下側給排管７７の孔の開弁用圧力室５２側開口端は、ハウジング４２の内面の最下点（点Ｘ位置）よりもさらに上方に位置する。
【００５１】
また、同様に、上側給排管７６の一端（図２の右端）を、上側給排管７６の軸方向に対し斜めに切断するとともに、斜めに切断した一端を閉弁用圧力室５０側端部として、閉弁用圧力室５０の壁部、すなわちハウジング４２の内面から内側に突出させている。また、上側給排管７６の閉弁用圧力室５０側端部を、ハウジング４２の内面形状に対し略平行になるようにしている。また、上側給排管７６の孔の閉弁用圧力室５０側開口端は、閉弁用圧力室５０の壁部である、ハウジング４２の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置させている。
【００５２】
なお、図２では、上側給排管７６および下側給排管７７を二点鎖線で示しているが、実際には、上側給排管７６および下側給排管７７の圧力室５０，５２側開口端は、図２の二点鎖線位置よりも上方に位置する。すなわち、給排管７６，７７の開口端は、上記のように、駆動軸６０の中心軸を中心とする円上で二点鎖線位置よりも周方向にずれた位置に存在する。上側給排管７６および下側給排管７７は、後で説明するように、それぞれ閉弁用圧力室５０および開弁用圧力室５２内を、状況に応じて図１のＶｏＣまたはＶｏＯ（入口シャット弁２０の場合はＶｉＣまたはＶｉＯ）を通じて大気に連通させる。
【００５３】
出口シャット弁２２において、駆動軸６０の変位により図２に示すように、弁体５８が上向きに駆動されると開弁して、入口９２から出口９４へ酸化ガス系ガスである空気オフガスが流れる。このため、酸化ガス系排出流路１６（図１）の上流側から加湿器２８側へ空気オフガスが排出される。一方、駆動軸６０（図２）の変位により、弁体５８が下向きに駆動されると閉弁して、酸化ガス系排出流路１６（図１）の上流側から加湿器２８に向かう空気オフガスの流れが遮断される。
【００５４】
なお、入口シャット弁２０の場合には、出口シャット弁２２に対して、入口９２および出口９４が逆になる。そして、駆動軸６０の変位により弁体５８が上方に駆動されると開弁して、酸化ガス供給流路１４（図１）の上流側から燃料電池スタック１２に向かって空気が排出される。一方、駆動軸６０（図２）の変位により弁体５８が下向きに駆動されると閉弁して、酸化ガス供給流路１４（図１）の上流側から燃料電池スタック１２に向かう空気の流れが遮断される。
【００５５】
駆動軸６０（図２）の軸方向の変位は、３つのＰＳＶによって制御される。すなわち、出口シャット弁２２の場合、ＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯ（図１）の３つのＰＳＶによって、開弁用圧力室５２と閉弁用圧力室５０との圧力が制御される。また、入口シャット弁２０の場合には、ＶｉＳ，ＶｉＣ，ＶｉＯの３つのＰＳＶによって開弁用圧力室５２と閉弁用圧力室５０との圧力が制御される。
【００５６】
図１に示す、ＶｏＳ（またはＶｉＳ）は、３ＷＡＹ、すなわち、三方弁式のＰＳＶであり、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とのうちの一方の圧力室を選択的に、エアコンプレッサ２４のガス吐出側と接続し、他方の圧力室とエアコンプレッサ２４のガス吐出側との間を遮断する。また、ＶｏＣ，ＶｏＯ，ＶｉＣ，ＶｉＯは、いずれも２Ｗａｙ式のＰＳＶであり、排気用バルブ、すなわち圧抜き用バルブとして機能する。また、ＶｏＳ（またはＶｉＳ）は、通電状態により流路の接続状態を変化させる。ＶｏＳ（またはＶｉＳ）は、通電されていない状態（非通電状態）において、エアコンプレッサ２４のガス吐出側と開弁用圧力室５２とを接続する。また、ＶｏＳ（またはＶｉＳ）は、通電された状態（通電状態）で、エアコンプレッサ２４のガス吐出側と閉弁用圧力室５０とを接続する。また、ＶｉＣ，ＶｉＯ，ＶｏＣ，ＶｏＯは、いずれも非通電状態で弁を閉鎖し、通電状態で弁を開放する。
【００５７】
なお、図１から図２において、ＶｏＳ（ＶｉＳ），ＶｏＣ（ＶｉＣ），ＶｏＯ（ＶｉＯ）を表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表している。
【００５８】
出口シャット弁２２（または入口シャット弁２０）を閉弁状態から図２に示すように開弁する場合、ＶｏＳ（またはＶｉＳ）（図１）の非通電状態で、ＶｏＣ（ＶｉＣ）を開弁状態とし、閉弁用圧力室５０を、上側給排管７６（図２）を通じて大気に開放する。すなわち、上側給排管７６を大気に連通させる。そして、エアコンプレッサ２４（図１）により、下側給排管７７（図２）および圧力制御用流路４０（図１）を通じて開弁用圧力室５２に圧力上昇した空気を導入する。これにより、開弁用圧力室５２の圧力と閉弁用圧力室５０の圧力（大気圧）との間に圧力差が生じる。
【００５９】
また、流路構成圧力室５６（図２）にもエアコンプレッサ２４から酸化ガス供給流路１４の上流側部分を通じて圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧力室５６（図２）の圧力と、大気に連通する大気圧室５４の圧力との間に圧力差が生じる。流路構成圧力室５６の圧力は、副ダイヤフラム４８の環状変形部６７の下面に加わる。このため、副ダイヤフラム４８が筒状部材６４を押し上げて、図２に示すように、駆動軸６０が上方に変位し、環状変形部６７が大きく変形した状態になる。この結果、駆動軸６０は、流路構成圧力室５６と大気圧室５４とでの圧力差により駆動軸６０に上方に作用する第１の力Ｆ１と、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とでの圧力差により駆動軸６０に上方に作用する第２の力Ｆ２との両方の力Ｆ１，Ｆ２と、コイルばね８０の弾力とにより、上方に駆動する。出口シャット弁２２が図２に示すように開弁しきった状態で、抑え部材７４の上面は、図３に示すように、弾性シート７８を介して、ハウジング４２の内面の上部に突き当たる。
【００６０】
すなわち、駆動軸６０が斜め上方に変位仕切った状態で、ゴム等の弾性材から成る弾性シート７８の外周寄り部分がハウジング４２の内面の上部に当接するようにしている。このため、駆動軸６０が上方に変位する開弁状態で、抑え部材７４等の、駆動軸６０または駆動軸６０に固定の金属部分が金属製のハウジング４２に衝突することを防止して、大きな衝突音の発生を防止できる。
【００６１】
また、弾性シート７８の外径寄り部分の円周方向一部または円周方向複数個所に、外周縁に開口する放射状の溝部７９を形成するとともに、弾性シート７８がハウジング４２の内面に当接した場合に、弾性シート７８とハウジング４２の内面の上部との間で圧縮される傾向になる空気または空気オフガスを、溝部７９を通じて、抑え部材７４の外周縁よりも外径側に逃がすようにしている。このため、ハウジング４２の内面の上部と抑え部材７４および弾性シート７８との間で空気または空気オフガスを圧縮されにくくして、空気または空気オフガスの反力によるクッション作用を防止し、入口シャット弁２０および出口シャット弁２２の作動性能の向上を図れる。
【００６２】
なお、このような弾性シート７８を省略する代わりに、抑え部材７４を構成する２個の略円板状要素の上側の略円板状要素をゴム等の弾性材製とするとともに、ガスのクッション作用を防止するためのガス抜き構造を構成する溝部等を上側の略円板状要素に形成することもできる。すなわち、上側の略円板状要素とハウジング４２との間で圧縮される傾向になるガスを、溝部等により、上側の略円板状要素の外周縁よりも外径側に逃がすようにすることもできる。このような構成、すなわち、大きな衝突音の発生を防止するとともに、ガス抜き構造を備える構造は、本実施の形態の燃料電池用弁に採用する場合に限定せず、種々の従来から知られている弁に適用することもできる。
【００６３】
一方、図２に示す出口シャット弁２２（または入口シャット弁２０）の開弁状態から閉弁する場合には、ＶｏＳ（またはＶｉＳ）（図１）を通電状態とし、エアコンプレッサ２４により圧力上昇した空気が、閉弁用圧力室５０に上側給排管７６（図２）および圧力制御用流路４０（図１）を介して導入されるようにする。また、ＶｏＯ（ＶｉＯ）を開弁状態として、開弁用圧力室５２を、下側給排管７７（図２）を通じて大気に開放する。すなわち、下側給排管７７を大気に連通させる。この結果、閉弁用圧力室５０の圧力と開弁用圧力室５２の圧力（大気圧）との間に生じる圧力差により駆動軸６０に下方に向かう第３の力Ｆ３が作用する。一方、図２に示す、流路構成圧力室５６にも、エアコンプレッサ２４により圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧力室５６の圧力と大気に連通する大気圧室５４の圧力との間に生じる圧力差により、駆動軸６０に第３の力Ｆ３と逆方向の、上方に向かう第４の力Ｆ４が作用する。ただし、本実施の形態の場合、主ダイヤフラム４６を含む駆動軸６０上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム４８を含む駆動軸６０下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。このため、駆動軸６０を、第４の力Ｆ４とコイルばね８０の弾力とに抗して下方に変位させて、弁体本体６２を弁座８１に着座させることができる。
【００６４】
一方、加湿器バイパス弁１８（図１）は、内部に設けたすべての圧力室がすべて同圧であるノーマル状態において、弁体５８が閉じる閉弁状態となるノーマルクローズ型のシャット弁としている。加湿器バイパス弁１８の詳細構造の図示は省略するが、図２に示した入口シャット弁２０または出口シャット弁２２と同様の構造で、コイルばね８０（図２参照）を、筒状部材６４の底板部上面と仕切り部４４下面との間に設けたような構造を有する。なお、加湿器バイパス弁１８は、抑え部材７４（図２参照）等の、弁体５８の上端部に固定した部材の上面とハウジング４２の下面との間に、コイルばねを設けて、ノーマルクローズ型のシャット弁とすることもできる。
【００６５】
また、加湿器バイパス弁１８は、入口シャット弁２０の場合と同様に、弁体本体６２と弁座８１との互いに押し付け合う押し付け面Ａ，Ｂ（図２参照）を、鉛直方向に対し傾斜させるとともに、押し付け面Ａ，Ｂを流路構成圧力室５６（図２参照）内を流れるガスの上流側（図２の左側）で低く、ガスの下流側（図２の右側）で高くなるようにしている。
【００６６】
また、加湿器バイパス弁１８は、図１に示すように、ＰＳＶのＶｂＣ側の圧力制御用流路４０に閉弁用圧力室５０が、ＰＳＶのＶｂＯ側の圧力制御用流路４０に開弁用圧力室５２が、それぞれ上側給排管７６および下側給排管７７（図２参照）を介して接続されている。上側給排管７６および下側給排管７７の圧力室５０，５２側端部を圧力室５０，５２の内面から内方に突出させるとともに、軸方向に対し斜めに切断していること、および、上側給排管７６および下側給排管７７の孔の圧力室５０，５２側端部開口を、ハウジング４２の内面の最下点よりも上方に位置させていること等は、入口シャット弁２０および出口シャット弁２２の場合と同様である。
【００６７】
加湿器バイパス弁１８（図１）において、駆動軸６０（図２参照）の変位により弁体５８が上向きに駆動されると開弁して、加湿器バイパス経路３２（図１）の上流側から燃料電池スタック１２側へ空気が排出される。一方、駆動軸６０（図２）の変位により弁体５８が下向きに駆動されると閉弁して、加湿器バイパス経路３２（図１）の上流側から燃料電池スタック１２に向かう空気の流れが遮断される。
【００６８】
駆動軸６０（図２）の軸方向の変位は、入口シャット弁２０、出口シャット弁２２の場合と同様に、３つのＰＳＶである、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯ（図１）によって制御される。なお、図１において、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯを表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表している。また、ＶｂＳは、非通電状態でエアコンプレッサ２４のガス吐出側と閉弁用圧力室５０とを接続し、通電状態でエアコンプレッサ２４のガス吐出側と開弁用圧力室５２とを接続する。
【００６９】
このような加湿器バイパス弁１８を開弁する場合、エアコンプレッサ２４により圧力上昇した空気を開弁用圧力室５２に導入するとともに、閉弁用圧力室５０を大気に開放する。この結果、エアコンプレッサ２４により圧力上昇した空気が導入される流路構成圧力室５６と大気圧室５４（図２参照）とでの圧力差により駆動軸６０（図２参照）に上方に作用する第１の力Ｆ１´と、閉弁用圧力室５０と開弁用圧力室５２とでの圧力差により駆動軸６０に上方に作用する第２の力Ｆ２´との両方の力Ｆ１´，Ｆ２´により、駆動軸６０がコイルばねの弾力に抗して上方に駆動する。そして、加湿器バイパス弁１８が開弁する。
【００７０】
これに対して、加湿器バイパス弁１８を閉弁する場合、エアコンプレッサ２４により圧力上昇した空気を閉弁用圧力室５０に導入するとともに、開弁用圧力室５２を大気に開放する。そして、開弁用圧力室５２と閉弁用圧力室５０とでの圧力差により駆動軸６０に下方に作用する力と、コイルばねの弾力とにより、駆動軸６０が下方に駆動する。この場合、流路構成圧力室５６と大気圧室５４との圧力差により駆動軸６０に上方に力が作用するが、主ダイヤフラム４６（図２参照）を含む駆動軸６０上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム４８（図２参照）を含む駆動軸６０下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしているため、駆動軸６０は下方に変位する。そして、加湿器バイパス弁１８が閉弁する。
【００７１】
さらに、本実施の形態の燃料電池車は、上記のような燃料電池スタック１２と、出口シャット弁２２および入口シャット弁２０と加湿器バイパス弁１８とを備え、それぞれの弁２２，２０，１８において、上側給排管７６および下側給排管７７を、車両の前側から後側（図２の右側から左側、図５の上側から下側）に見た場合に、各弁２２，２０，１８を構成する、給排管７６，７７よりも剛性の高いハウジング４２の後側に隠れるようにしている。このために、それぞれの弁２２，２０，１８で、上側給排管７６および下側給排管７７を、ハウジング４２の外側面から車両の後方向（図２の左方向）または後斜め下方向、（図５の下方向）に突出させている。
【００７２】
上記のような燃料電池システム１０と燃料電池車によれば、入口シャット弁２０、出口シャット弁２２、加湿器バイパス弁１８のそれぞれにおいて、上側給排管７６および下側給排管７７の圧力室５０，５２側開口端が、上側給排管７６および下側給排管７７の軸方向に対し斜めに切断されている。このため、各給排管７６，７７の圧力室５０，５２側開口端の周縁部の全長を大きくすることができる。したがって、各給排管７６，７７の圧力室５０，５２側開口面積を広くして、圧力室５０，５２側開口端を軸方向に対し斜めに切断しない、すなわち、単なる円形とする構造の場合に比べて、圧力室５０，５２側開口端に表面張力により水が付着しやすくなることを防止できる。この結果、入口シャット弁２０、出口シャット弁２２、加湿器バイパス弁１８の作動性能の向上を図れる。
【００７３】
また、各弁２０，２２，１８において、内部に設けられた流路を構成する流路構成圧力室５６（図２）および閉弁用圧力室５０および開弁用圧力室５２と、閉弁用圧力室５０および開弁用圧力室５２のそれぞれに設けられ、これら両圧力室５０，５２にガスを給排する上側給排管７６および下側給排管７７と、を備えている。また、弁体５８を構成する駆動軸６０に、閉弁用圧力室５０および開弁用圧力室５２の圧力差による力が作用するようにしている。このため、各弁２０，２２，１８の開閉に伴う流路構成圧力室５６の圧力変動に対して駆動軸６０の駆動が影響を受けにくくなる。この面からも各弁２０，２２，１８の作動性能向上を図れる。
【００７４】
また、上側給排管７６および下側給排管７７の孔の圧力室５０，５２側開口端のそれぞれが、各圧力室５０，５２を構成するハウジング４２の内面の重力の作用方向に関する最下点よりも上方に位置している。このため、閉弁用圧力室５０および開弁用圧力室５２内に水が存在する場合でも、水が上側給排管７６および下側給排管７７の孔の開口端周辺部に付着したままになりにくい。このため、各給排管７６，７７の孔の開口端部に付着した水が凍結して、氷により孔の開口が狭くなったり、塞がれることを防止でき、この面からも各弁２０，２２，１８の作動性能の向上を図れる。
【００７５】
また、各弁２０，２２，１８において、上側給排管７６および下側給排管７７の圧力室５０，５２側開口端が、圧力室５０，５２の内面から内側に突出しているため、圧力室５０，５２の壁面に付着した凝縮水等の水が各給排管７６，７７の圧力室５０，５２側開口端周辺部に流れこみにくくなる。このため、各給排管７６，７７の端部に付着した水が凍結して、氷により各給排管７６，７７の開口が狭くなったり、塞がれることを防止でき、この面からも各弁２２，２０，１８の作動性能の向上を図れる。
【００７６】
また、本実施の形態の燃料電池車によれば、燃料電池スタック１２と、出口シャット弁２２および入口シャット弁２０と加湿器バイパス弁１８とを備え、それぞれの弁２２，２０，１８において、上側給排管７６および下側給排管７７を、車両の前側から後側（図２の右側から左側、図５の上側から下側）に見た場合に、各弁２２，２０，１８を構成するハウジング４２の後側に隠れるようにしている。このため、燃料電池車の走行時に、各給排管７６，７７よりも剛性の高いハウジング４２により、車両の前側から各給排管７６，７７に飛び石や雪等の異物が衝突しにくくなる。このため、比較的剛性の低い給排管７６，７７が折れ等変形しにくくなり、この面からも各弁２２，２０，１８の作動性能の向上を図れる。
【００７７】
［第２の発明の実施の形態］
次に、図７から図８は、本発明の第２の実施の形態を示している。図７は、第２の実施の形態に係る燃料電池用弁を有する燃料電池システムを示す、図１よりもさらに簡略化した構成図である。本実施の形態では、上記の第１の実施の形態において、図７に破線で示す範囲である、加湿器バイパス弁１８と、入口シャット弁２０とを含む部分の配管を金属製配管として、金属製配管により加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０とを一体化させている。これについて、図８を用いてより詳しく説明する。
【００７８】
図８は、図７の破線で示す範囲部分を一体化した構造を具体的に示す斜視図である。なお、本実施の形態の場合、加湿器バイパス弁１８の弁体５８を構成する駆動軸６０（図２参照）は、鉛直方向に配置しており、鉛直方向に対し傾斜させていない。駆動軸６０は鉛直方向に駆動する。これに合わせて、加湿器バイパス弁１８（図８）を構成するハウジング４２の、駆動軸６０（図２参照）の外周を覆う部分の全体を鉛直方向に伸びるようにしている。
【００７９】
そして、加湿器バイパス弁１８の入口９２をエアコンプレッサ２４（図７）側の配管８５に接続し、弁体５８を構成する駆動軸６０（図２参照）の駆動にかかわらず入口９２と連通させる第１出口（図８の点Ｐ位置に対応）を、加湿器２８（図７）の入口に通じる金属製の第１の配管９６に接続している。
【００８０】
また、加湿器バイパス弁１８に設ける第２出口（図８の点Ｑ位置に対応）を、入口シャット弁２０の出口９４に通じる金属製の第２の配管９８に接続している。また、駆動軸６０（図２参照）の駆動により、加湿器バイパス弁１８の第２出口を入口９２と連通させるか、または連通させないかを切り替える。また、入口シャット弁２０の入口９２（図２参照）に金属製の第３の配管１００を接続している。入口シャット弁２０と加湿器バイパス弁１８とは、金属製の第２の配管９８のみを介して接続し、ゴム製の配管を介しては接続していない。また、金属製の配管（図示の場合は第１の配管９６および第２の配管９８）に、固定用ブラケット１０２，１０４を固定している。固定用ブラケット１０２，１０４は、図示しない車体にボルト等により固定するために利用する。なお、２個の固定用ブラケット１０２，１０４のうち、いずれかを省略することもできる。
【００８１】
このような本実施の形態の場合、異なる２個の弁である加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０とを、金属製の第２の配管９８を介して接続している。このため、これら２個の弁１８，２０の間での熱伝導性を、２個の弁１８，２０をゴム製の配管のみを介して接続する場合に比べて向上させることができる。また、燃料電池スタック１２（図７）は使用時に温度が上昇する。このため、加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０とに接続する配管９６，９８，１００を金属製として、各弁１８，２０と、配管９６，９８，１００を介して各弁１８，２０と接続する部材との間の熱伝導性を向上させることで、加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０との両方の温度を迅速に上昇させやすくできる。この結果、氷点下等の低温環境で使用する場合で、弁１８，２０内部の圧力室内に水が存在する場合でも、水が弁体５８または弁座８１（図２参照）または弁体５８の摺動部に付着したまま凍結して、加湿器バイパス弁１８と入口シャット弁２０とで弁体５８の駆動性が悪化することを防止できる。すなわち、これら各弁１８，２０のさらなる作動性能の向上を図れる。
【００８２】
さらに、２個の弁１８，２０を一体化して取り扱える。また、これら２個の弁１８，２０に、配管９６，９８に固定した固定用ブラケット１０２，１０４とは別の車両固定用の固定用ブラケットを設けずに済む。しかも、ゴム製の配管を使用する場合のように、ゴム配管締め付け用のクランプ等締結部材を使用する必要がないかまたは締結部材を少なくできる。このため、重量およびコストの低減を図りやすくなるとともに、車両への組み付け作業時の工数削減効果を得られる。
【００８３】
その他の構成および作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、本実施の形態のように２個の弁を金属製の配管を介して接続する構造は、燃料電池システム用に限らず、他の用途でも適用できる。
【００８４】
また、本発明の燃料電池用弁は、上記のような酸化ガス系ガスを流す流路を遮断または接続するカソード側の弁である、入口シャット弁２０、出口シャット弁２２、加湿器バイパス弁１８に適用する場合に限定するものではなく、例えば、燃料ガス系ガスである水素ガスを流す流路を遮断または接続するアノード側の弁に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用弁を有する燃料電池システムの基本構成を示す図である。
【図２】図１の燃料電池システムに使用する燃料電池用弁である出口シャット弁（または入口シャット弁）の構造を、開弁状態で示す断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】図３から弾性シートを取り出して図３の斜め上方から見た図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５のＣ部拡大図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池用弁を有する燃料電池システムを示す、図１よりもさらに簡略化した構成図である。
【図８】図７の燃料電池システムに使用する燃料電池用弁である入口シャット弁と加湿器バイパス弁とを一体化した構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  燃料電池システム、１２  燃料電池スタック、１４  酸化ガス供給流路、１６  酸化ガス系排出流路、１８  加湿器バイパス弁、２０  入口シャット弁、２２  出口シャット弁、２４  エアコンプレッサ、２６  インタークーラ、２８  加湿器、３０  本経路、３２  加湿器バイパス経路、３４  調圧弁、３６  燃料電池バイパス経路、３８  燃料電池バイパス弁、４０  圧力制御用流路、４２  ハウジング、４４  仕切り部、４６  主ダイヤフラム、４８  副ダイヤフラム、５０  閉弁用圧力室、５２  開弁用圧力室、５４  大気圧室、５６  流路構成圧力室、５８  弁体、６０  駆動軸、６２  弁体本体、６４  筒状部材、６６  ダイヤフラム側円筒部、６７  環状変形部、７０  第２のダイヤフラム側円筒部、７２  大気連通管、７４  抑え部材、７５  ナット、７６  上側給排管、７７  下側給排管、７８  弾性シート、７９  溝部、８０  コイルばね、８１  弁座、８２  入口側接続部、８４  出口側接続部、８５  配管、８６，８８  接続面、９２  入口、９４  出口、９６  第１の配管、９８  第２の配管、１００  第３の配管、１０２，１０４  固定用ブラケット。
【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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