(57)【要約】【課題】通常時は勿論のこと、凍結により弁体と弁座が固着した場合や、弁体が弁座に形成された開口部を閉じた状態で高圧雰囲気となった場合であっても、弁体を弁座から容易に離間でき、起動性が向上した開閉弁及びこの開閉弁が配設された燃料電池システムを提供する。【解決手段】一次側流体供給端が接続される一次側ポート１１及び二次側流体放出端が接続される二次側ポート１２が形成された弁ケース１０と、弁ケース内１０の、一次側ポート１１と二次側ポート１２との間に配設され、両ポートを流通させる開口部２１が形成された弁座２０と、弁ケース１０内に配設され、弁座２０に密着して開口部２１を閉状態とし、当該密着を解除して開口部２１を開状態とする弁体３０を備え、弁体３０の一部に、前記密着を解除するために付与された力を集中させて密着解除の起点となる密着解除起点部を設けてなる開閉弁１である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、
を備えてなる開閉弁であって、
前記弁体の一部に、前記密着を解除するために付与された力を集中させて密着解除の起点となる密着解除起点部を設けてなる開閉弁。
【請求項２】
前記密着解除起点部は、可撓性を有し且つ前記弁体の他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部からなる請求項１記載の開閉弁。
【請求項３】
前記密着解除起点部の少なくとも一部、または前記弁体の当該密着解除起点部に対応する領域の少なくとも一部に、加熱装置を配設してなる請求項１または請求項２記載の開閉弁。
【請求項４】
前記薄肉部に、前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸を配設してなる請求項２または請求項３記載の開閉弁。
【請求項５】
前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸をさらに備え、当該弁体駆動軸は、前記弁体の重心から偏倚した位置に配設されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の開閉弁。
【請求項６】
前記弁体は、略円盤形状を有し且つその円周部が前記弁座に密着し、前記弁体駆動軸は、当該弁体の中心から偏倚した位置に配設されてなる請求項５記載の開閉弁。
【請求項７】
前記薄肉部は、前記弁体の中心側に形成されてなる請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の開閉弁。
【請求項８】
前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸をさらに備え、前記弁体は、略円盤形状を有し、その外周側の一部が径方向外側に突出または径方向内側に没入してなり、前記弁座は、中空の略円筒形を有し、その外周側の一部が当該弁体と同様に径方向外側に突出または径方向内側に没入してなり、前記弁体駆動軸は、前記弁体の略中心に配設されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の開閉弁。
【請求項９】
前記弁体は略円盤形状を有し、前記弁座は、外径が当該弁体の外径よりも小さく且つ中空の略円筒形状を有し、前記弁体の当該弁座と対向する面に、当該弁座の外径よりも大きい径を有する略円形の弾性部材が配設されてなり、当該弾性部材は、前記弁体を弁座に密着させた際に、当該弁座の外周よりも弁体の外周側で当該弁体に固着されてなる請求項１記載の開閉弁。
【請求項１０】
前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸をさらに備え、当該弁体駆動軸は、前記弁体の中心から偏倚した位置に配設されてなる請求項９記載の開閉弁。
【請求項１１】
一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、
を備えてなる開閉弁であって、
前記弁体と弁座とが密着する密着領域の一部に加熱装置を配設してなる開閉弁。
【請求項１２】
一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、
前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、
一端が前記弁体に配設され、当該弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸と、
前記弁体駆動軸の他端に接続され、前記一次側の流体圧力を受けるダイヤフラムと、
を備えてなる開閉弁であって、
前記弁体駆動軸の他端は、前記ダイヤフラムの流体圧力を受ける受圧面の重心から偏倚した位置に配設されてなる開閉弁。
【請求項１３】
前記弁体駆動軸の一端は、前記弁体の重心から偏倚した位置に配設されてなる請求項１２記載の開閉弁。
【請求項１４】
燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、
前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、
前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて外部に排出するオフガス流路と、
を備えてなる燃料電池システムであって、
前記ガス供給路、オフガス循環路及びオフガス流路の少なくとも一つに、請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の開閉弁を配設してな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、流体の流量を制御する開閉弁、及びこれを配設した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体を供給する一次側流体供給端と、一次側流体供給端から供給される流体を受領して放出する二次側流体放出端との間には、両者間を流通する流体の流量を制御する開閉弁が配設されている。この開閉弁は、通常、その外殻をなすと共に、前記一次側流体供給端が接続される一次側ポートと、前記二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースを有している。そして、この弁ケース内であって、前記一次側ポートと二次側ポートとの間には、開口部を有する弁座と、当該弁座の開口部を開閉する弁体が配設されている。このような開閉弁として、例えば、弁体をヒータにより加熱することで、低温化による生成物の析出を防止するポペット弁が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃料電池に接続されたガス供給流路、オフガス流路、ガス循環流路等に、開閉弁を配設した燃料電池システムも紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。また、燃料電池システムに配設された開閉弁にヒータを設け、当該開閉弁が凍結した場合であっても起動可能としたものもある。（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５６７２０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０２４２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記開閉弁は、前記弁体を前記弁座の開口部に対し相対的に進退移動させ、この弁体を弁座に密着させることで前記開口部を閉状態とし、この密着を解除することで前記開口部を開状態とすることで、当該開口部の開閉を行っているが、前記開口部を閉状態から開状態にする際には、当該弁体の弁座と密着（接触）している密着領域全体が同時に弁座から離れる（引き剥がされる）ことになる。したがって、弁体を弁座から離間させようとする力（引き剥がし力）を、弁体と弁座との密着領域の全面積に亘って付与する必要があり、前記密着領域の全面積が大きいほど大きな引き剥がし力が必要となる。このため、例えば、凍結等により弁体と弁座が固着した場合や、前記開口部が閉状態で高圧雰囲気となった際に、前記開口部を開状態にしようとすると、通常時に比べて非常に大きな引き剥がし力が必要となり、当該弁体の相対的な進退運動が阻止されて、前記開口部の開閉を行うことが困難になる虞がある。特に、開閉弁を燃料電池システムのガス供給流路、オフガス流路、ガス循環流路等に配設した場合、開閉弁の内部に生成水が残留すると、低温環境下での起動時に生成水が凍結し、弁体の作動不良が生じてしまう場合がある。
【０００５】
そこで、前述した特許文献３に記載されているように、開閉弁にヒータを設け、当該開閉弁が凍結した際には、ヒータの熱によって氷を解凍することが考えられるが、凍結した開閉弁をヒータ等の加熱手段によって解凍するには時間がかかり、開閉弁の起動性が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、通常時は勿論のこと、凍結により弁体と弁座が固着した場合や、前記弁体が弁座に形成された開口部を閉じた状態で高圧雰囲気となった場合であっても、弁体を弁座から容易に離間させることができ、起動性を向上させることが可能な開閉弁、及びこの開閉弁が配設された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】
【０００７】
この目的を達成するため本発明は、一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、を備えてなる開閉弁であって、前記弁体の一部に、前記密着を解除するために付与された力を集中させて密着解除の起点となる密着解除起点部を設けてなる開閉弁を提供するものである。
【０００８】
この構成を備えた開閉弁は、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が、当該弁体の一部に形成された密着解除起点部に集中し、この密着解除起点部が、当該弁座に形成された開口部を開状態とするきっかけ（起点）となるため、当該開口部を容易に開状態とすることができる。
【０００９】
ここで、前述したように、前記開口部を閉状態から開状態にする際には、通常、当該弁体の弁座と密着している密着領域全体が同時に弁座から離れる（引き剥がされる）ことになる。したがって、この場合、前記弁体を弁座から離間させようとする力（引き剥がし力）を、弁体と弁座との密着領域の全面積に亘って付与する必要があり、当該密着領域の面積が大きいほど大きな引き剥がし力が必要となる。これに対し、本発明にかかる開閉弁は、前記密着領域全体を同時に引き離すのではなく、先ず、密着解除起点部の密着を解除した後、この密着が解除された密着解除起点部を起点として、弁体が弁座から徐々に引き離されていくことになる。このため、前記密着領域全体を同時に引き離す場合と比較して、非常に小さな引き剥がし力で、弁体を弁座から離間させることができる。したがって、例えば、凍結等により弁体と弁座が固着したり、前記開口部が閉状態で高圧雰囲気となった場合であっても、前記開口部を容易に効率よく開状態とすることができ、開閉弁の起動性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる開閉弁は、前記密着解除起点部を、可撓性を有し且つ前記弁体の他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部から構成することができる。この構成の場合、前記薄肉部の剛性が、弁体の他の部分の剛性よりも低く、撓みやすいため、この部分の密着解除をさらに行いやすくすることができる。そして、この薄肉部における弁体と弁座との密着を解除した後、この密着が解除された部分を起点として、弁体を弁座から徐々に引き離すことができる。
【００１１】
そしてまた、本発明にかかる開閉弁は、前記密着解除起点部の少なくとも一部、または前記弁体の当該密着解除起点部に対応する領域の少なくとも一部に、加熱装置を配設することもできる。このように構成することで、例えば、凍結により弁体と弁座が固着した場合であっても、前記開口部をさらに容易に効率よく開状態とすることができる。なお、この構成の場合、前記加熱装置は、弁体と弁座との密着領域全体を加熱するのではなく、前記密着解除起点部の少なくとも一部を加熱してこの部分の凍結を溶融させることになるため、短時間で溶融させることができる。
【００１２】
さらにまた、本発明にかかる開閉弁は、前記薄肉部に、前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸を配設することができる。このように構成することで、弁体と弁座との密着を解除するために弁体駆動軸から付与される力が前記薄肉部に直接伝達されるため、前記開口部をさらに容易に効率よく開状態とすることができ、開閉弁の起動性をより向上させることができる。
【００１３】
また、本発明にかかる開閉弁は、前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸をさらに備え、当該弁体駆動軸を、前記弁体の重心から偏倚した位置に配設した構成を備えることもできる。このように構成することで、前記弁体のうち、前記弁体駆動軸に近い部分に、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力を集中させることができ、この部分を密着解除起点部とすることができる。そしてまた、この構成の場合、前記弁体は、略円盤形状を有し且つその円周部が前記弁座に密着し、前記弁体駆動軸が、当該弁体の中心から偏倚した位置に配設された構成とすることもできる。
【００１４】
そしてまた、本発明にかかる開閉弁は、前記弁体の中心側に前記薄肉部を形成した構成とすることもできる。このようにすることで、前記弁体は、外周側の肉厚が厚く、中心側（内周側）の肉厚が薄い構成となるため、前記弁体と弁座との密着を解除するために付与される力を、弁体の中心側に集中させることができ、前記密着は弁体の中心側から解除される（弁体の中心側を密着解除起点部とすることができる）。
【００１５】
また、本発明にかかる開閉弁は、前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸をさらに備え、前記弁体は、略円盤形状を有し、その外周側の一部が径方向外側に突出または径方向内側に没入してなり、前記弁座は、中空の略円筒形を有し、その外周側の一部が当該弁体と同様に径方向外側に突出または径方向内側に没入してなり、前記弁体駆動軸は、前記弁体の略中心に配設されてなる構成とすることもできる。この構成を備えた開閉弁は、前記弁体の外周縁よりも径方向外側に突出下部分、または径方向内側に没入した部分に、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力を集中させることができ、この部分を密着解除起点部とすることができる。
【００１６】
そしてまた、本発明にかかる開閉弁は、前記弁体が略円盤形状を有し、前記弁座は、外径が当該弁体の外径よりも小さく且つ中空の略円筒形状を有し、前記弁体の当該弁座と対向する面に、当該弁座の外径よりも大きい径を有する略円形の弾性部材が配設されてなり、当該弾性部材は、前記弁体を弁座に密着させた際に、当該弁座の外周よりも弁体の外周側で当該弁体に固着された構成とすることもできる。この構成を備えた開閉弁は、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力を、当該弁座の外周よりも弁体の外周側に集中させることができ、前記密着は、当該弁座の外周よりも前記弁体の外周側から解除される（弁座の外周よりも弁体の外周側を密着解除起点部とすることができる）。また、この構成の場合、前記弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸を、前記弁体の中心から偏倚した位置に配設することもできる。このようにすることで、前記利点に加え、弁体の弁体駆動軸に近い部分に、前記密着を解除するために付与される力を集中させることができるため、前記開口部をさらに容易に効率よく開状態とすることができ、開閉弁の起動性をより向上させることができる。
【００１７】
また、本発明は、一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、を備えてなる開閉弁であって、前記弁体と弁座とが密着する密着領域の一部に加熱装置を配設してなる開閉弁を提供するものである。
【００１８】
この構成を備えた開閉弁は、弁体と弁座との密着領域が凍結した際に、前記密着領域全体を加熱するのではなく、当該密着領域の一部をスポット的に加熱することになるため、この部分の凍結を短時間で溶融させることができる。そして、弁体と弁座との密着を解除するために付与された力は、この凍結が溶融した部分に集中し、この部分を起点として弁体と弁座との密着が解除されていくため、前記密着領域全体を同時に引き離す場合と比較して、非常に小さな引き剥がし力で、弁体を弁座から離間させることができ、前記開口部を容易に効率よく開状態とすることができる。したがって、開閉弁の起動性を向上させることができる。
【００１９】
そしてまた、本発明は、一次側流体供給端が接続される一次側ポート及び二次側流体放出端が接続される二次側ポートが形成された弁ケースと、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、当該一次側ポートと二次側ポートとを流通させる開口部が形成された弁座と、前記弁ケース内の、前記一次側ポートと二次側ポートとの間に配設されると共に、前記弁座に密着して前記開口部を閉状態とし、当該密着を解除して当該開口部を開状態とする弁体と、一端が前記弁体に配設され、当該弁体の前記弁座に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸と、前記弁体駆動軸の他端に接続され、前記一次側の流体圧力を受けるダイヤフラムと、を備えてなる開閉弁であって、前記弁体駆動軸の他端は、前記ダイヤフラムの流体圧力を受ける受圧面の重心から偏倚した位置に配設されてなる開閉弁を提供するものである。
【００２０】
この構成を備えた開閉弁では、ダイヤフラムによって、弁体と弁座との密着及び密着解除に必要な力を増幅しているが、前記弁体駆動軸の他端を、当該ダイヤフラムの流体圧力を受ける受圧面の重心から偏倚した位置に配設することで、このダイヤフラムで受けた圧力を、いわゆる「てこの作用」によって、前記弁体のうち、前記弁体駆動軸のダイヤフラムの重心に対する偏倚方向とは反対側に対応する部分に、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力を集中させることができ、前記開口部を容易に効率よく開状態とすることができる。また、この場合、前記弁体駆動軸の一端は、前記弁体の重心から偏倚した位置に配設することもできる。このようにすることで、前記開口部をさらに容易に効率よく開状態とすることができ、開閉弁の起動性をより向上させることができる。
【００２１】
さらにまた、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池に接続され、当該燃料電池に供給される供給ガスを流通させるガス供給路と、前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて再び前記燃料電池に供給するオフガス循環路と、前記燃料電池に接続され、当該燃料電池から排出されたオフガスを流通させて外部に排出するオフガス排出路と、を備えてなる燃料電池システムであって、前記ガス供給路、オフガス循環路及びオフガス排出路の少なくとも一つに、前述した本発明にかかる開閉弁を配設してなる燃料電池システムを提供するものである。
【００２２】
この構成を備えた燃料電池システムは、その構成要素である開閉弁の弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が、当該弁体の一部に形成された密着解除起点部に集中し、この密着解除起点部が、当該弁座に形成された開口部を開状態とする起点となる。したがって、前記開口部を容易に開状態とすることができ、開閉弁の起動性を向上させることができる。このため、通常の場合は勿論のこと、例えば、凍結等により弁体と弁座が固着したり、前記開口部が閉状態で高圧雰囲気となった場合であっても、ガスの流量調整を正確且つ迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる開閉弁は、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が、当該弁体の一部に形成された密着解除起点部に集中するため、この密着解除起点部が、当該弁座に形成された開口部を開状態とする起点となり、当該開口部を容易に閉状態から開状態とすることができる。この結果、従来の開閉弁に比べ非常に小さな力で前記開口部を開状態にすることができ、開閉弁の起動性を向上させることができるため、通常の場合は勿論のこと、例えば、凍結等により弁体と弁座が固着したり、前記開口部が閉状態で高圧雰囲気となった場合であっても、流体の流量調整を正確且つ迅速に行うことができる。
【００２４】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、その構成要素である開閉弁の弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が、当該弁体の一部に形成された密着解除起点部に集中し、この密着解除起点部から弁体と弁座との密着が解除される。このため、従来の開閉弁に比べ非常に小さな力で、開閉弁の開口部を容易に開状態にすることができ、開閉弁の起動性を向上させることができる。この結果、通常の場合は勿論のこと、例えば、凍結等により弁体と弁座が固着したり、前記開口部が閉状態で高圧雰囲気となった場合であっても、ガスの流量調整を正確且つ迅速に行うことができ、高性能で発電能力に優れた信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる開閉弁、及びこの開閉弁が配設された燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる開閉弁を模式的に示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図、図２は、図１に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図、図３は、図１に示す弁体と弁座付近を示す斜視図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を示す図、図４は、図１に示す弁体と弁座付近を示す斜視図であって、弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す図、図５は、図３に示す弁体の斜視図、図６は、図４に示す弁体の斜視図である。
【００２７】
図１〜図６に示すように、実施の形態１にかかる開閉弁１は、一次側流体供給端が接続される一次側ポート１１と、二次側流体放出端が接続される二次側ポート１２が形成された弁ケース１０と、弁ケース１０内の、一次側ポート１１と二次側ポート１２との間に配設されると共に、一次側ポート１１と二次側ポート１２とを流通させる開口部２１が形成された弁座２０と、弁ケース１０内の、一次側ポート１１と二次側ポート１２との間に配設されると共に、弁座２０に密着して開口部２１を閉状態とし、当該密着を解除して開口部２１を開状態とする弁体３０を備えて構成されている。
【００２８】
弁座２０は、中空の略円筒形状を有し、その中空部分が開口部２１となっており、その軸方向の一端面（図１及び図２でいう上面）は、略リング状の平面を構成し、ここに弁体３０が密着することで、開口部２１が閉鎖されるようになっている。
【００２９】
弁体３０は、略円盤形状を有し、弁座２０と密着する面とは反対側の面（図１及び図２でいう上面）は、弁体３０の略中心位置を通り且つ径方向に沿って凹状に形成されており、この凹状部分が、弁体３０の他の部分よりも肉厚が薄い薄肉部３１を形成している。この薄肉部３１は、弁体３０の他の部分よりも肉厚が薄いため、弁体３０の他の部分よりも可撓性が高く、撓み易くなる。また、弁体３０の略中心位置、すなわち、薄肉部３１の略中央部分には、弁体３０を弁座２０に対して進退させ、弁体３０の弁座２０に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸４０が配設されている。なお、弁体駆動軸４０には、弁体駆動軸４０が配設された弁体３０を弁座２０に対して進退移動させて、弁体３０と弁座２０との密着及び密着解除を行うためのスプリング４１やモータ等、任意の装置が配設されている。
【００３０】
この構成を備えた開閉弁１は、弁体３０と弁座２０とが密着しており、弁座２０の開口部２１が閉じられている状態（図１及び図３参照）から、弁体３０と弁座２０との密着を解除して開口部２１を開ける（図２参照）には、先ず、弁体駆動軸４０を弁座２０から遠ざかる方向に引き、弁体３０に前記密着を解除させるための力（引き剥がし力）を付与する。この時、弁体駆動軸４０は、弁体３０の薄肉部３１に配設されているため、弁体駆動軸４０から付与される力が薄肉部３１に直接伝達される。また、この薄肉部３１は、弁体３０の他の部分よりも可撓性が高く、撓み易すい性質を有しているため、前記密着を解除させるための力が付与されると、この部分が撓み、弁体３０と弁座２０との密着を解除し易くなる。すなわち、図５及び図６に示すように、弁体３０と弁座２０との密着を解除する際には、先ず、初期の引き剥がし力（図４、図６に矢印Ｆで示す）として、薄肉部３１の幅（ｘ）にわたる領域における密着を解除するための力（Ｆ）が付与されればよいことになる。このように、薄肉部３１が、前記密着を解除するために付与された力を集中させて密着解除の起点となる密着解除起点部となる。そして、この薄肉部３１における弁体３０と弁座２０との密着を解除した後、この密着が解除された部分を起点として、図４に示す矢印（Ｙ）のように、弁体３０を弁座２０から徐々に引き離すことになるため、この場合の引き剥がし力は、弁体３０と弁座２０との接線における密着を解除するための力が付与されればよいことになる。したがって、開閉弁１を開状態とする際に、弁体と弁座との密着領域全体を同時に引き剥がす場合と比べ、非常に小さな引き剥がし力を付与すればよいことになり、開閉弁１の起動性を向上させることができる。
【００３１】
なお、図７に示すように、薄肉部３１の弁座２０との密着領域に、ヒータ５０等の加熱装置を配設してもよい。また、図８に示すように、弁座２０の薄肉部３１と対応する領域（密着される領域）に、ヒータ５０を配設してもよい。このようにヒータ５０を配設することで、例えば、凍結により弁体３０と弁座２０が固着した場合であっても、ヒータ５０によって、前記凍結を溶融（解凍）することができる。この時、弁体３０と弁座２０との密着領域全体を加熱するのではなく、弁体３０の薄肉部３１（密着解除起点部となる領域）と、弁座２０の薄肉部３１と密着する領域における凍結の溶融を行えばよいため、溶融時間を短くすることができると共に、溶融に必要なエネルギーも削減することができる。なお、凍結の溶融後は、前記実施の形態と同様に弁体３０と弁座２０との密着を解除すればよい。
【００３２】
また、実施の形態１では、弁体３０の径方向にわたって薄肉部３１を形成した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図９に示すように、弁体３０の外周部よりも内側の領域（中心側の領域）に薄肉部３１を形成してもよい。このように構成することで、弁体３０と弁座２０との密着を解除する際には、図１０に示すように、薄肉部３１が弁座２０から離れる方向に凸状となるように湾曲するため、弁体３０の薄肉部３１に隣接する外周部の開口部２１側（二次側）が、密着解除起点部となり、ここに弁体３０と弁座２０との密着を解除するための力（Ｆ）が集中し、ここから弁体３０を引き剥がすことができる。なお、この構成の場合、例えば、一次側に水分が多い環境下で使用され、弁体３０と弁座２０との外周側が凍結し易い場合、特に有効である。
【００３３】
そしてまた、実施の形態１では、弁体３０の略中心位置に弁体駆動軸４０を配設した場合について説明したが、これに限らず、弁体駆動軸４０は、図１１及び図１２、あるいは図１３及び図１４に示すように、弁体３０の略中心位置から偏倚した位置に配設してもよい。このように構成することで、弁体３０と弁座２０との密着を解除する際には、図１５あるいは図１６に示すように、弁体３０のうち、弁体駆動軸４０に近い外周部（図１５及び図１６に斜線で示す領域付近）に、弁体３０と弁座２０との密着を解除するための力（Ｆ）をさらに効率よく集中させることができる。
【００３４】
また、弁体３０の略中心位置から偏倚した位置に弁体駆動軸４０を配設する場合、薄肉部３１を必ずしも形成しなくても、弁体３０のうち、弁体駆動軸４０に近い外周部に、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を集中させることができ、この力が集中する部分を密着解除起点部とすることができる。
【００３５】
そしてまた、図７及び図８に示す開閉弁では、薄肉部３１の弁座２０との密着領域、あるいは、弁座２０の薄肉部３１と対応する領域に、ヒータ５０を配設した場合について記載したが、これに限らず、ヒータ５０等の加熱装置を配設する場合、例えば、図１７または図１８に示すように、弁体３０と弁座２０とが密着する密着領域の一部に配設すれば、薄肉部３１を必ずしも形成しなくてもよい。この場合も、弁体３０と弁座２０との密着領域全体を加熱するのではなく、弁体３０と弁座２０との密着領域の一部（密着解除起点部となる領域）を加熱するため、凍結の溶融時間を短くすることができると共に、溶融に必要なエネルギーも削減することができる。
【００３６】
また、弁座２０は、例えば、図１９に示すように、弁体３０と密着する密着領域の一部が、径方向外側に突出した突出部２３となり、弁体３０は、その外周側の一部が、弁座２０と同様に径方向外側に突出した突出部３３となる構成を備えていてもよい。この構成の場合は、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を、弁体３０の突出部３３に集中させることができ、この力が集中する部分を密着解除起点部とすることができる。なお、この構成の場合、弁体駆動軸４０を、弁体３０の略中心位置から突出部３３に近い位置に偏倚させることで、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を、弁体３０の突出部３３にさらに効果的に集中させることができる。また、突出部２３や突出部３３に加熱装置を配設してもよい。
【００３７】
さらにまた、弁座２０は、例えば、図２０に示すように、弁体３０と密着する密着領域の一部が、径方向外側に没入した没入部２４となり、弁体３０は、その外周側の一部が、弁座２０と同様に径方向外側に没入した没入部３４となる構成を備えていてもよい。この構成の場合は、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を、弁体３０の没入部３４に集中させることができ、この力が集中する部分を密着解除起点部とすることができる。なお、この構成の場合も、弁体駆動軸４０を、弁体３０の略中心位置から没入部３４に近い位置に偏倚させることで、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を、弁体３０の没入部３４にさらに効果的に集中させることができる。また、没入部２４や没入部３４に加熱装置を配設してもよい。
【００３８】
なお、実施の形態１にかかる開閉弁１は、弁座２０が中空の略円筒形状を有し、弁体３０が略円盤形状を有する構成に限らず、弁座や弁体が他の構成を備えたものであっても応用できることは勿論である。例えば、逆円すい形をした弁体が、弁座の開口面に対し垂直に移動する形式のポペット弁にも応用可能である。
【００３９】
次に、前述した開閉弁１を備えた燃料電池システムについて説明する。図２１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムを簡略化して示す構成図である。
【００４０】
図２１に示す燃料電池システムでは、酸化ガスとしての空気は、空気供給路１１１を介して燃料電池１００の空気供給口に供給される。空気供給路１１１にはコンプレッサ１１２及び加湿器１１３が設けられており、エアフィルタを経た空気は、適当な圧力に加圧され、燃料電池セルの電解質膜に必要な水分が補充される。燃料電池１００から排出される空気オフガスは、オフガス流路１１４を経て外部に放出される。オフガス流路１１４には供給空気の圧力（空気圧）を調整する調圧器としての圧力調整弁１Ａが設けられており、燃料電池１００への供給空気圧が所定値に保たれる。供給空気圧の設定は、図示しない制御部によってコンプレッサ１１２及び圧力調整弁１Ａを調整することによって行われる。なお、前記制御部は、制御用コンピュータシステムによって構成される。
【００４１】
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源１１５から燃料供給路１１６を介して燃料電池１００の水素供給口に供給される。水素供給源１１５は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金を用いたタンク、メタノール燃料改質器等が該当し、図示しない圧力調整弁、ポンプ等を含む。燃料供給路１１６には、燃料電池１００に供給する水素ガスの圧力を調整する調圧器としての水素調圧弁１Ｂが設けられている。この水素調圧弁１Ｂは、燃料電池１００への供給水素ガス圧を所定範囲内に維持するように動作する。
【００４２】
燃料電池１００で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路１１７に排出される。水素循環路１１７には水素ポンプ１１８が設けられており、水素ポンプ１１８で加圧された水素オフガスは、水素調圧弁１Ｂの下流側の燃料供給路１１６に戻されて水素ガスと合流し、燃料電池１００で再利用される。水素ポンプ１１８は、前述した図示しない制御部によって動作が制御される。
【００４３】
なお、実施の形態１では、圧力調整弁１Ａ及び水素調圧弁１Ｂとして、前述した構成の開閉弁１を使用した。なお、開閉弁１は、水素循環路１１７に配設してもよい。このように、実施の形態１にかかる開閉弁１を備えた燃料電池システムは、通常の場合は勿論のこと、例えば、凍結等により、開閉弁１の弁体３０と弁座２０が固着したり、開閉弁１が閉状態の際に高圧雰囲気となった場合であっても、弁体３０と弁座２０との密着及び密着解除を正確且つ迅速に行うことができる。すなわち、ガスの流量調整を正確且つ迅速に行うことができるため、高性能で発電能力に優れた信頼性の高い燃料電池システムとなる。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかる開閉弁について図面を参照して説明する。
【００４５】
図２２は、本発明の実施の形態２にかかる開閉弁の弁座と弁体付近を示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図、図２３は、図２２に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
実施の形態２にかかる開閉弁２の、実施の形態１にかかる開閉弁１と異なる主な点は、弁座６０の外径が弁体７０の外径よりも小さい点と、弁体７０の弁座６０と対向する面に略円形の弾性部材８０が配設されている点である。弁体７０は、略円盤形状を有し、弁座６０と密着する面とは反対側の面の略中心位置には、弁体駆動軸４０が配設されている。また、弾性部材８０は、例えば、ゴムシート等を使用でき、弁体７０の弁座６０と対向する面の全面に亘って配設されており、弁体７０の外周位置において弁体７０に固着されている。すなわち、弾性部材８０は、弁体７０を弁座６０に密着させた際に、弁座６０の外周よりも弁体７０の外周側となる位置で、弁体７０に固着されている。
【００４７】
この構成を備えた開閉弁２は、弁体７０と弁座６０との密着を解除して開状態とする場合、先ず、弁体駆動軸４０を弁座６０から遠ざかる方向に引き、弁体７０に前記密着を解除させるための力（引き剥がし力）を付与する。この時、弁体７０に配設されている弾性部材８０は、弁座６０の外周よりも弁体７０の外周側となる位置で、弁体７０に固着されているため、図２３に示すように、当該固着位置よりも内側（中央側）が弁座６０に向けて凸状に湾曲（弾性変形）する。したがって、弁体７０と弁座６０の密着領域の外周縁（一次側）が、前記密着を解除するために付与された力（Ｆ）を集中させて密着解除の起点となる密着解除起点部となり、ここから弁体７０を引き剥がすことができる。このため、開閉弁２を開状態とする際に、弁体と弁座との密着領域全体を同時に引き剥がす場合と比べ、非常に小さな引き剥がし力（Ｆ）を付与すればよいことになり、開閉弁２の起動性を向上させることができる。
【００４８】
なお、弁体駆動軸４０は、弁体７０の中心から偏倚した位置に配設してもよい。このようにすることで、弁体７０と弁座６０との密着を解除するために付与される力を、弁体７０と弁座６０の密着領域の外周縁のうち、弁体駆動軸４０から近い部分に集中させることができ、開口部２１をさらに容易に開状態とすることができる。
【００４９】
また、実施の形態２にかかる開閉弁２も、燃料電池システムの任意の位置に配設可能であることは勿論である。
【００５０】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３にかかる開閉弁について図面を参照して説明する。
【００５１】
図２４は、実施の形態３にかかる開閉弁を模式的に示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図、図２５は、図２４に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図、図２６は、図２４に示す開閉弁の弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す断面図である。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び２で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図２４〜図２６に示すように、実施の形態３にかかる開閉弁３は、一次側流体供給端が接続される一次側ポート１１と、二次側流体放出端が接続される二次側ポート１２が形成された弁ケース１０と、弁ケース１０内の、一次側ポート１１と二次側ポート１２との間に配設されると共に、一次側ポート１１と二次側ポート１２とを流通させる開口部２１が形成された弁座２０と、弁ケース１０内の、一次側ポート１１と二次側ポート１２との間に配設されると共に、弁座２０に密着して開口部２１を閉状態とし、当該密着を解除して開口部２１を開状態とする弁体３０と、一端が弁体３０に配設され、弁体３０の弁座２０に対する密着及び密着解除を行う弁体駆動軸９０と、弁体駆動軸９０の他端に接続され、前記一次側の流体圧力を受けるダイヤフラム９５と、を備えて構成されている。
【００５３】
ダイヤフラム９５は、弁体３０と弁座２０との密着解除を補助する目的で設けられ、一次側ポート１１から供給される流体圧力を受け、この圧力を、弁体駆動軸９０を弁座２０から離れる方向に移動させる（弁体３０を弁座２０から引き剥がす）力に変換するよう構成されている。
【００５４】
弁体駆動軸９０は、ダイヤフラム９５の流体圧力を受ける受圧面の重心から偏倚した位置に配設されている。このように構成することで、弁体３０と弁座２０との密着を解除する際には、図２６に示すように、一次側ポート１１から供給される流体圧力が、ダイヤフラム９５のうち、弁体駆動軸９０から外周までの距離が短くなる領域（図２６でいう弁体駆動軸９０よりも左側）よりも、弁体駆動軸９０から外周までの距離が長くなる領域（図２６でいう弁体駆動軸９０よりも右側）に大きくかかることになる。すなわち、いわゆる「てこの原理」が作用して、弁体３０のうち、弁体駆動軸９０から外周までの距離が長くなる領域側に、弁体駆動軸９０を介して弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力（Ｆ）を集中させることができ、この部分が密着解除起点部となり、ここから弁体３０を引き剥がすことができる。このため、開閉弁３を開状態とする際に、弁体と弁座との密着領域全体を同時に引き剥がす場合と比べ、非常に小さな引き剥がし力を付与すればよいことになり、開閉弁３の起動性を向上させることができる。
【００５５】
なお、この構成の場合、図２７に示すように、弁体駆動軸９０を、弁体３０の略中心位置から偏倚した位置に配設してもよい。このように構成することで、前記密着解除起点部に、弁体３０と弁座２０との密着を解除するために付与される力を、さらに集中させることができ、より効率のよい開閉を行うことができるようになる。
【００５６】
また、実施の形態３にかかる開閉弁２も、燃料電池システムの任意の位置に配設可能であることは勿論である。
【００５７】
そしてまた、実施の形態１〜３で説明した構成は、各々を任意に組み合わせてもよく、組合せによる相乗効果を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる開閉弁を模式的に示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す弁体と弁座付近を示す斜視図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を示す図である。
【図４】図１に示す弁体と弁座付近を示す斜視図であって、弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す図である。
【図５】図３に示す弁体の斜視図である。
【図６】図４に示す弁体の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図９】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す断面図であり、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す断面図であり、弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す断面図であり、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を示す図である。
【図１２】図１１に示す弁体及び弁座の平面図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す断面図であり、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を示す図である。
【図１４】図１３に示す弁体及び弁座の平面図である。
【図１５】図１２に示す弁体の密着解除起点部に、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が集中する様子を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１４に示す弁体の密着解除起点部に、弁体と弁座との密着を解除するために付与される力が集中する様子を模式的に示す平面図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座付近を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムを簡略化して示す構成図である。
【図２２】本発明の実施の形態２にかかる開閉弁の弁座と弁体付近を示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図である。
【図２３】図２２に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３にかかる開閉弁を模式的に示す断面図であって、弁体と弁座とが密着した状態（閉状態）を模式的に示す図である。
【図２５】図２４に示す開閉弁の弁体と弁座との密着が解除された状態（開状態）を模式的に示す断面図である。
【図２６】図２４に示す開閉弁の弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す断面図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態にかかる開閉弁の弁体と弁座との密着を解除する初期状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２、３…開閉弁、１０…弁ケース、１１…一次側ポート、１２…二次側ポート、２０、６０…弁座、２１…開口部、２３、３３…突出部、２４、３４…没入部、３０、７０…弁体、３１…薄肉部、４０、９０…弁体駆動軸、５０…ヒータ、８０…弾性部材、９５…ダイヤフラム、１００…燃料電池
【図１】
2008059855.tif 000003
【図２】
2008059855.tif 000004
【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】
2008059855.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008059855.tif 000011
【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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