(57)【要約】【課題】検査ガスによる処理流路のガス漏れ検査を良好に行い得るように改良した遮断弁をもつ燃料電池システム、及び、燃料電池システムで使用される燃料オフガス排出用の遮断弁を提供する。【解決手段】燃料オフガス流路１５に設けられた遮断弁３と、遮断弁３よりも下流に設けられ発電後の燃料オフガスに対して処理を行う処理流路１７とを有する。遮断弁３は、発電後の燃料オフガスが流れる主弁口３０をもつボディ３２と、主弁口３０を開閉可能な主弁部３３と、主弁部３３が主弁口３０を閉鎖する閉弁方向に主弁部３３を付勢する付勢バネ３４と、主弁部３３を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部３５とをもつ。遮断弁３の付勢バネ３４の付勢力は、処理流路１７を密閉して処理流路１７に検査ガスを装填して処理流路１７に内圧を作用させたとき、検査ガスの内圧に基づく主弁部３３の開弁力よりも大きく、且つ、主弁部３３を閉弁状態に維持するように設定されている。【選択図】　図３
2004119191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤により発電する燃料電池と、
燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給流路と、
酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給流路と、
前記燃料電池の発電後の燃料オフガスを吐出させる燃料オフガス流路とを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料オフガス流路に接続され前記燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁よりも下流に設けられ発電後の燃料オフガスに対して処理を行う処理流路とを有しており、
前記遮断弁は、
発電後の燃料オフガスが流れる主弁口をもつボディと、
前記主弁口を開閉可能な主弁部と、
前記主弁部が前記主弁口を閉鎖する閉弁方向に前記主弁部を付勢する付勢バネと、
前記主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えており、
前記遮断弁の前記付勢バネの付勢力は、
前記処理流路を密閉して前記処理流路に検査ガスを装填して前記処理流路に内圧を作用させたとき、前記検査ガスの内圧に基づく前記主弁部の開弁力よりも大きく、且つ、前記主弁部を閉弁状態に維持するように設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池の発電後の燃料オフガスが吐出する燃料オフガス流路に接続され前記燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁であって、
発電後の燃料オフガスが流れると共に発電後の燃料オフガスに対して処理を行う処理流路を下流に形成する主弁口をもつボディと、
前記主弁口を開閉可能な主弁部と、
前記主弁部が前記主弁口を閉鎖する閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネと、
前記主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えており
前記遮断弁の前記付勢バネの付勢力は、
前記処理流路を密閉して前記処理流路に検査ガスを装填して前記処理流路に内圧を作用させたとき、前記検査ガスの内圧に基づく前記主弁部の開弁力よりも大きく、且つ、前記主弁部を閉弁状態に維持するように設定されていることを特徴とする燃料電池システムに用いられる燃料オフガス排出用の遮断弁。
【請求項３】
請求項２において、前記ボディ内を、前記燃料電池のオフガス吐出口に連通する主室と前記処理流路に連通する副室とに仕切る変形可能なダイヤフラムが前記主弁部と一体的に前記ボディ内に設けられており、
前記ダイヤフラムは、前記主室及び前記副室を連通させ且つ前記主室及び前記副室間で差圧を発生させる絞り孔をもち、
前記主弁部は、前記副室及び前記処理流路を連通させる副弁口を有し、
前記副弁口を開閉可能に閉鎖すると共に前記駆動部により開閉される副弁部が設けられており、
前記駆動部により前記副弁部が前記副弁口を開放させたとき、前記副室の燃料オフガスを前記副弁口を経て前記処理流路に流出させることにより、前記副室及び前記主室間で差圧を発生させ、差圧に基づいて前記ダイヤフラムを前記主弁部と共に開弁方向へ作動させ、前記主弁部が前記主開口を開放することを特徴とする燃料電池システムに用いられる燃料オフガス排出用の遮断弁。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記主弁口の上流から前記主弁口に向けて水を案内する水案内面が前記ボディに形成されていることを特徴とする燃料電池システムに用いられる燃料オフガス排出用の遮断弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料オフガス排出用の遮断弁を有する燃料電池システム、及び、燃料電池システムで使用される燃料オフガス排出用の遮断弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤により発電する燃料電池と、燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給流路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給流路とを有する。燃料電池に供給された燃料ガス及び酸化剤により発電反応が行われる。
【０００３】
燃料電池システムで使用される弁装置としては、特開２０００−１６３１３４号公報に開示されているように、ガスの温度を検知する温度検知手段と、ガスの圧力を検知するガス圧力検知手段と、１次ポート及び２次ポートの差圧を検知する差圧検知手段と、バルブの開度を調整する開度調節手段と、検知圧力、検知差圧、検知開度に基づいてガスの質量流量を演算する演算手段と、演算された質量流量が設定値となるように制御する制御手段とを有する流量制御バルブが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６３１３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報に係る流量制御バルブは、流路を流れるガスの質量流量を可変にするものであり、燃料電池のオフガス吐出口からのガス流れを遮断させるものではない。燃料電池のオフガス吐出口のガス流れの遮断、遮断解除を確実にできれば、燃料電池の運転を円滑に行うことができる。
【０００６】
本発明者は燃料電池システムについて鋭意開発を進めている。燃料電池のオフガス吐出口から吐出される燃料オフガス流路に処理流路を繋ぐことが多い。処理流路は、燃料電池から吐出される燃料オフガスに対して何らかの処理（例えば、燃料オフガスを再利用のために燃料電池へ帰還させる帰還処理、あるいは、燃料オフガスを外方に排出する排出処理等）を行うものである。そして、燃料電池システムの組付時には、この処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に内圧を作用させ、処理流路の漏れガス検査を行うことが好ましい。しかしながら上記した処理流路に装填した検査ガスが燃料電池側に流出する傾向があるため、処理流路の内圧を検査に適するように高圧化するには限界があった。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、燃料電池のオフガス吐出口におけるガス流通を遮断させると共に検査ガスによる処理流路のガス漏れ検査を良好に行い得るように改良した遮断弁をもつ燃料電池システム、及び、燃料電池システムで使用される燃料オフガス排出用の遮断弁を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤により発電する燃料電池と、
燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給流路と、
酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給流路と、
燃料電池の発電後の燃料オフガスを吐出させる燃料オフガス流路とを有する燃料電池システムにおいて、
燃料オフガス流路に接続され燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁と、
遮断弁よりも下流に設けられ発電後の燃料オフガスに対して処理を行う処理流路とを有しており、
遮断弁は、
発電後の燃料オフガスが流れる主弁口をもつボディと、
主弁口を開閉可能な主弁部と、
主弁部が主弁口を閉鎖する閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネと、
主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えており、
遮断弁の付勢バネの付勢力は、
処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に内圧を作用させたとき、検査ガスの内圧に基づく主弁部の開弁力よりも大きく、且つ、主弁部を閉弁状態に維持する付勢力を有するように設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
燃料オフガスが燃料オフガス流路を流れるときには、駆動部は主弁部を開弁させて主弁口を開放させる。このように開放した状態の主弁口を介して燃料オフガス流路は処理流路に流れる。
【００１０】
組付時等の検査必要時には、処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に内圧を作用させ、処理流路のガス漏れを検査することがある。このように処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に検査ガスの内圧を作用させたときであっても、遮断弁の付勢バネは主弁部を閉弁状態に維持する付勢力を有するように設定されている。このため、処理流路に装填した検査ガスの内圧によって主弁部が開弁することが防止される。このため処理流路に検査ガスの内圧を高圧にすることができ、処理流路に装填した検査ガスによるガス漏れの検査を良好に行い得る。検査ガスとしては、空気、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、水素ガス等を例示できる。
【００１１】
（２）本発明に係る燃料電池システムに用いられる燃料オフガス排出用の遮断弁は、燃料電池の発電後の燃料オフガスが吐出する燃料オフガス流路に接続され燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁であって、
発電後の燃料オフガスが流れると共に発電後の燃料オフガスに対して処理を行う処理流路を下流に形成する主弁口をもつボディと、
主弁口を開閉可能な主弁部と、
主弁部が主弁口を閉鎖する閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネと、
主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えており
遮断弁の付勢バネの付勢力は、
処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に内圧を作用させたとき、検査ガスの内圧に基づく主弁部の開弁力よりも大きく、且つ、主弁部を閉弁状態に維持するように設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
燃料オフガスが燃料オフガス流路を流れるときには、駆動部は主弁部を開弁させて主弁口を開放させる。このように開放した状態の主弁口を介して燃料オフガス流路は処理流路に流れる。
【００１３】
組付時等の検査必要時には、処理流路を密閉して処理流路に検査ガスを装填して処理流路に内圧を作用させ、処理流路のガス漏れを検査することがある。このように処理流路に検査ガスを装填して処理流路に検査ガスの内圧を作用させたときであっても、遮断弁の付勢バネは主弁部を閉弁状態に維持する付勢力を有するように設定されている。このため処理流路の内圧によって主弁部が開弁されることが阻止される。このため処理流路の内圧を高圧にすることができ、処理流路に装填した検査ガスによるガス漏れの検査を良好に行い得る。検査ガスとしては、空気、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、水素ガス等を例示できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい形態によれば、燃料電池のオフガス吐出口に連通する主室と処理流路に連通する副室とに仕切る変形可能なダイヤフラムが主弁部と一体的にボディ内に設けられており、ダイヤフラムは、主室及び副室を連通させ且つ主室及び副室間で差圧を発生させる絞り孔をもち、主弁部は、副室及び処理流路を連通させる副弁口を有する形態を例示できる。
【００１５】
この場合、副弁口を開閉可能に閉鎖すると共に駆動部により開閉される副弁部が設けられている。そして、駆動部により副弁部が開弁して副弁口を開放させたとき、副室の燃料オフガスを副弁口を経て処理流路に流出させることにより、副室の圧力を低下させ、これにより副室及び主室間で差圧を発生させ、この差圧に基づいてダイヤフラムを主弁部と共に開弁方向に作動させ、主弁部が主開口を開放する。
【００１６】
本発明の好ましい形態によれば、主弁口の上流から主弁口に向けて水を案内する水案内面がボディに形成されている形態を採用することができる。燃料電池の運転が長時間にわたり継続すると、主弁口の上流付近の部位に水が貯まることがある。前述したように主弁口の上流から主弁口に向けて水を案内する水案内面がボディに形成されていれば、主弁口の上流において水が仮に溜まったとしても、その水は燃料オフガスの流れによって水案内面に沿って案内され、主弁口に近接する部位に到達することができる。このため主弁口が開放しているとき、燃料オフガスに含まれている水を燃料オフガスと共に主弁口から吐出させることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例に係る燃料電池システムは、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤としての空気により発電する燃料電池１０と、燃料供給源１１からの燃料ガス（一般的には水素含有ガス）を燃料電池１０の燃料ガス吸入口１０ａに供給する燃料ガス供給流路１２と、酸化剤としての空気（酸素含有ガス）を加湿器１４を介して燃料電池１０の空気吸入口１０ｅに供給する酸化剤供給流路としての空気供給流路１３とを有する。
【００１８】
燃料ガス供給流路１２には、燃料電池の燃料ガス吸入口１０ａへの燃料ガスの流れを遮断可能な第１遮断弁２が設けられている。
【００１９】
更に、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから、発電後の燃料オフガスが燃料電池１０外に吐出する燃料オフガス流路１５が設けられている。燃料オフガス流路１５には、燃料オフガスの流れを遮断させる第２遮断弁３が設けられている。燃料オフガス流路１５の下流には処理流路１７が設けられている。処理流路１７の先端部１７ａは燃料ガス供給流路１２に接続されて、燃料ガス供給流路１２に合流している。処理流路１７は、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出された燃料成分を含む燃料オフガスを、再利用のため、燃料ガス供給流路１２を介して燃料電池１０の燃料ガス吸入口１０ａに帰還させる機能を有する。即ち、燃料電池１０の内部においてオフガス吐出口１０ｃの近傍の部位においても発電反応を良好に行うことが好ましい。このため、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃ付近の燃料オフガスは、発電可能な燃料成分を完全消費しているのではなく、燃料成分を残留させていることが好ましい。このため燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出された燃料オフガスは、発電可能な燃料成分を残留させている。このため燃料電池１０の運転時には、オフガス吐出口１０ｃから吐出された発電可能な燃料成分を含む燃料オフガスを処理流路１７を介して燃料ガス供給流路１２に流入させる帰還処理を行い、燃料電池１０の燃料ガス吸入口１０ａに再び吸い込むことにより、燃料ガスの燃料成分の再利用を図り、燃料成分の消費効率を高めることができる。
【００２０】
処理流路１７は気密性を有する配管で形成されており、内部の流路は密閉可能とされている。
【００２１】
前記した第２遮断弁３は、通常時には閉弁されて遮断作用を発揮しており、燃料電池１０の非運転時には閉弁し、燃料電池１０の運転時には開弁する。第２遮断弁３は、図２に示すように、燃料電池１０から吐出された発電後の燃料オフガスが流れる主弁口３０をもつ筒体３１をもつボディ３２と、主弁口３０を開閉可能な円盤状の主弁部３３と、主弁部３３が主弁口３０を閉鎖する閉弁方向（矢印Ｕ２方向）に主弁部３３を付勢する付勢バネ３４と、主弁部３３を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部３５とを備えている。
【００２２】
ボディ３２は金属または硬質樹脂で形成されており、縦軸形の筒体３１をもつ第１ボディ３２ａと、第１ボディ３２ａに結合された第２ボディ３２ｂとを有する。主弁口３０は縦方向に延びる軸芯Ｐ１をもち、第１ボディ３２ａに連接された縦軸形の筒体３１の一端（上端）に形成されている。主弁部３３は主弁口３０と同軸的に設けられており、筒体３１の先端部（上端部）に着座可能とされている。筒体３１のうち主弁口３０よりも下流は、処理流路１７に連通する出口ポート３６とされている。
【００２３】
駆動部３５は第２遮断弁３の開弁力を発生させるものであり、励磁電流が通電可能な巻線で形成されたソレノイド部４０と、ソレノイド部４０により包囲されソレノイド部４０により励磁される固定鉄心４１と、固定鉄心４１に対して接近（矢印Ｕ１方向）または離間（矢印Ｕ２方向）するように主弁口３０の軸芯Ｐ１に沿って移動する可動鉄心４２とをもつ。可動鉄心４２の一端部である下端部４２ｄには、副弁部５９が固定されている。副弁部５９は主弁口３０に対向する位置に設けられており、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属で形成されている。副弁部５９は主弁口３０の軸芯Ｐ１に沿って移動可能とされている。
【００２４】
ソレノイド部４０に励磁電流が通電されて、固定鉄心４１が励磁されると、可動鉄心４２が一方向（矢印Ｕ１方向）に固定鉄心４１に向けて移動する。ソレノイド部４０に励磁電流が断電されて、固定鉄心４１が消磁されると、可動鉄心４２が他方向（矢印Ｕ２方向）に移動し、固定鉄心４１から離間する。
【００２５】
付勢バネ３４は、可動鉄心４２の周囲を包囲するコイルバネ形状をなしており、可動鉄心４２の外径方向に突出した突出座部４２ａと、第２遮断弁３のボディ３２にシール部材４６を介して固定された固定プレート４４との間に介装されている。固定プレート４４は、ソレノイド部４０を保持する保持部４０ｋによりボディ３２に固定されており、付勢バネ３４の保持性が確保されている。
【００２６】
付勢バネ３４は、通常の状態では、突出座部４２ａを介して可動鉄心４２を他方向（矢印Ｕ２方向）に付勢している。つまり付勢バネ３４は、副弁部５９が副弁口５８を閉鎖する方向（閉弁方向）に主弁部３３を付勢し、これにより主弁部３３が主弁口３０を閉鎖する方向（閉弁方向）に主弁部３３を付勢している。
【００２７】
図３に示すように、第２遮断弁３の主弁部３３は、ボディ３２の第２ボディ３２ｂから延設された環状の延設部３２ｅで形成された案内孔３２ｆ内において、主弁口３０の軸芯Ｐ１に沿って移動可能に設けられている。この主弁部３３は、副弁部５９に対面するように副弁部５９の下方に配置された金属製の筒形状をなす中心弁部５０と、中心弁部５０の軸長方向の中間域に保持され円盤状をなす閉鎖弁部５１と、弾性材料で形成された変形可能な膜状のダイヤフラム５２と、リング形状をなす第１バネ着座部材５３と、リング形状をなす第２バネ着座部材５４と、第１バネ着座部材５３と第２バネ着座部材５４とに着座して保持された中間バネ５５とを有する。
【００２８】
閉鎖弁部５１は、中心弁部５０の外周面５０ｏよりも外径方向に延設されており、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料を基材として形成されている。第２バネ着座部材５４は、第２ボディ３２ｂの段部３２ｘに着座されて固定されている。このように第２バネ着座部材５４は第２ボディ３２ｂに固定されているため、中間バネ５５は第１バネ着座部材５３を矢印Ｕ１方向に付勢して第１バネ着座部材５３を持ち上げており、ひいては閉鎖弁部５１の姿勢を安定化させている。この結果、中間バネ５５は下記の差圧ΔＰが小さなときであっても、閉鎖弁部５１の開弁動作を高める機能を奏する。なお中間バネ５５の付勢力は、付勢バネ３４の付勢力よりも小さく設定されている。
【００２９】
主弁部３３の中心弁部５０には、前記した軸芯Ｐ１方向（縦方向）に沿って延びる副弁口５８が形成されている。副弁口５８は、主弁口３０の開口面積よりも小さな開口面積を有している。
【００３０】
主弁部３３の中心弁部５０の他端部である下端部に形成された雄ねじ部５０ｃに、金属ワッシャ部材５７を介してナット５６（締結手段）の雌ねじ部５６ｃを螺合し、これにより中心弁部５０の段部５０ｘに第１バネ着座部材５３、第２バネ着座部材５４、ダイヤフラム５２が係合した状態で同軸的に一体的に連結されている。このとき、第１バネ着座部材５３、第２バネ着座部材５４、ダイヤフラム５２は、前記した軸芯Ｐ１に対して同軸的配置とされている。この状態では、中心弁部５０、閉鎖弁部５１、ダイヤフラム５２は一体的に動作できる。
【００３１】
本実施例によれば、図３に示すように、閉鎖弁部５１の外径は、筒体３１の外径とほぼ対応しており、且つ、主弁口３０の内径よりも大きく設定されている。閉鎖弁部５１は、主弁口３０の軸芯Ｐ１に沿って移動して主弁口３０を閉鎖可能とされている。閉鎖弁部５１はゴムや軟質樹脂等の弾性材料を基材とするため、弾性変形するものであり、主弁口３０を良好にシールできる。
【００３２】
ダイヤフラム５２は、ボディ３２内の空間を主室６１と副室６２とに仕切るものである。ダイヤフラム５２の外周部５２ｄは閉鎖弁部５１の外周よりも外方に延設されており、第１ボディ３２ａと第２ボディ３２ｂとで挟持固定されている。主室６１は、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃに連通する燃料オフガス流路１５の上流流路１５ｕに連通する。副室６２は、副弁口５８及び出口ポート３６を介して処理流路１７に連通する。
【００３３】
ダイヤフラム５２は、主室６１及び副室６２を連通させる適数個の絞り孔５２ｃをもつ。絞り孔５２ｃは、主室６１及び副室６２間で差圧を発生させる。絞り孔５２ｃはダイヤフラム５２の厚み方向に貫通されており、絞り孔５２ｃの前後で、つまり、主室６１及び副室６２で差圧ΔＰを形成可能である。
【００３４】
副弁口５８の入口５８ａは副室６２に連通可能である。副弁口５８の出口５８ｃは出口ポート３６に対面する。この結果、副弁口５８は副室６２の室部分及び処理流路１７に連通可能である。
【００３５】
前記した副弁部５９は、主弁部３３の副弁口５８の入口５８ａを開閉可能とされている。図３に示すように、副弁部５９は副弁口５８を閉鎖するときには、副弁部５９は、軸芯Ｐ１方向に沿って移動して副弁口５８の入口５８ａに着座する。
【００３６】
駆動部３５により可動鉄心４２が一方向（矢印Ｕ１方向）へ移動すると、副弁部５９が主弁口３０の軸芯Ｐ１に沿って移動し、副弁部５９が副弁口５８から離れるため、副弁口５８が開放される（図４参照）。駆動部３５により可動鉄心４２が他方向（矢印Ｕ２方向）へ移動して副弁部５９が同方向に移動するとき、副弁部５９が副弁口５８の入口５８ａに着座し、副弁口５８が閉鎖される（図３参照）。
【００３７】
第２遮断弁３のボディ３２には、主弁口３０の上流から主弁口３０に向けて案内する水案内面６５が形成されている。水案内面６５は燃料オフガス流路１５の上流１５ｕから主弁口３０の隣設部３０ｗに向けて上昇傾斜する面とされている。
【００３８】
図３は第２遮断弁３の主弁部３３が主弁口３０を閉鎖している状況を示す。図３に示すように、主弁部３３が閉弁して主弁口３０を閉鎖しているときには、副弁部５９が閉弁して副弁口５８を閉鎖している。燃料電池１０が運転されないときには、ソレノイド部４０には励磁電流が通電されず、付勢バネ３４の付勢力により可動鉄心４２は他方向（矢印Ｕ２方向）に移動しているため、副弁部５９が副弁口５８を閉鎖しており、ひいては主弁部３３が閉弁して主弁口３０が閉鎖される。このように副弁口５８及び主弁口３０が閉鎖されているときには、主室６１及び副室６２はダイヤフラム５２の絞り孔５２ｃを介して連通しているため、主室６１の圧力をＰＡとし、副室６２の圧力をＰＢとすると、圧力ＰＡと圧力ＰＢとはほぼ等圧とされる。なお、副弁口５８及び主弁口３０が閉鎖されているとき、主弁口３０の下流の圧力つまり筒体３１内の圧力をＰＣとすると、ＰＡ，ＰＢ＞ＰＣとされている。
【００３９】
燃料電池１０が運転されるときには、図略の制御装置により第１遮断弁２及び第２遮断弁３が開放される。第２遮断弁３を開放させるために、制御装置により第２遮断弁３の駆動部３５のソレノイド部４０に励磁電流が通電される。すると、第２遮断弁３の固定鉄心４１が励磁され、付勢バネ３４の付勢力に抗しつつ、可動鉄心４２が突出座部４２ａ及び副弁部５９と共に一方向（上方向、矢印Ｕ１方向）に磁気吸引により移動し、図４に示すように、副弁部５９が開弁して副弁口５８が開放される。この場合には、ソレノイド部４０の励磁に基づいて可動鉄心４２と共に副弁部５９が開放する開弁力をＦＵとすると、開弁力ＦＵは付勢バネ３４の付勢力ＦＦよりも大きく設定されている（ＦＵ＞ＦＦ）。
【００４０】
上記したように図４に示すごとく主弁部３３が開弁して副弁口５８が開放されると、副室６２に貯留されていた燃料オフガスは主弁部３３の副弁口５８から矢印Ｃ１方向（図４参照）に流れ、出口ポート３６を経て下流側に吐出される。この場合、副弁部５９が開弁して副弁口５８から離間しているため、主弁部３３は開弁方向（矢印Ｕ１方向）に移動可能となる。
【００４１】
上記したように副室６２に貯留されていた燃料オフガスは主弁部３３の副弁口５８から矢印Ｃ１方向（図４参照）に流れると、第２遮断弁３の副室６２の圧力ＰＢが低下し、絞り孔５２ｃの絞り作用により、主室６１の圧力ＰＡと副室６２の圧力ＰＢとの差圧ΔＰ（圧力ＰＡ−圧力ＰＢ）が増大する。これにより差圧ΔＰを減少させる方向に、つまり、副室６２の容積を小さくさせると共に主室６１の容積を増加させるように、ダイヤフラム５２が一方向（矢印Ｕ１方向）に変形する。ダイヤフラム５２は閉鎖弁部５１の外径よりも径大であり、ダイヤフラム５２の受圧面積が大きいため、ダイヤフラム５２を変形させる力が確保され、ダイヤフラム５２を良好に変形させることができる。
【００４２】
この結果、図５に示すように、ダイヤフラム５２と一体的な閉鎖弁部５１が一方向（上方向，矢印Ｕ１方向）に移動して主弁口３０から離れ、主弁口３０を開放させる。このように第２遮断弁３の主弁口３０が開放されると、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出された燃料オフガスは、燃料オフガス流路１５の上流流路１５ｕを経て、第２遮断弁３の主弁口３０から矢印Ｅ１方向（図５参照）に出口ポート３６を経て処理流路１７の側に流入し、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出された燃料オフガスを、処理流路１７を介して燃料電池１０の燃料ガス吸入口１０ａに再利用のために帰還させることができる。これにより燃料電池１０で使用される燃料ガスの使用効率を高めることができる。
【００４３】
車載用の燃料電池１０等のように、燃料電池１０の発電出力を高めるときには、大流量の燃料ガスを燃料電池１０に供給するものである。この場合、大流量の燃料オフガスが燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出される。この点本実施例によれば、主弁口３０が開放されたときには、燃料オフガスは主弁口３０の外周の全周から処理流路１７の側に流入することができるため、大流量の燃料オフガスを主弁口３０から排出させることができる利点が得られる。しかも燃料オフガスの大流量の排出性を確保できるものの、閉鎖弁部５１が一方向（上方向，矢印Ｕ１方向）に移動するストロークは小さくて済む。よって駆動部３５による可動鉄心４２の移動ストロークを短くでき、第２遮断弁３の小型化に貢献できる。
【００４４】
ところで、燃料電池システムの組付時には、処理流路１７を形成する配管のシール性能を検査することがある。この場合、第１遮断弁２を閉じると共に、図３に示すように第２遮断弁３を閉じて、処理流路１７を密閉する。この状態では主弁口３０及び副弁口５８は閉鎖されている。この状態で処理流路１７に検査ガス（例えば空気）を充填して処理流路１７に検査ガスの内圧（一般的には１〜１００ｋＰａ）を作用させる。この場合、処理流路１７側の単位面積当たりの検査ガスの内圧をＰＥとすると、閉鎖弁部５１の下面は、筒体３１の内周面３１ｉで規定された面積に相当するぶん、処理流路１７の内圧ＰＥを受圧する。即ち、主弁口３０の開口面積をＳとし、処理流路１７に装填された検査ガスの単位面積当たりの内圧をＰＥとし、検査ガスが閉鎖弁部５１を開弁させ主弁口３０を開放させる方向の内圧開弁力をＦＥとすると、内圧開弁力ＦＥは基本的には（Ｓ×ＰＥ）で示される。
【００４５】
上記したように処理流路１７を密閉した状態で処理流路１７に検査ガスを装填して検査ガスによる内圧を処理流路１７に作用させたときであっても、本実施例によれば、第２遮断弁３の付勢バネ３４による閉弁方向の付勢力ＦＦは、上記した検査ガスによる内圧に基づく内圧開弁力ＦＥよりも大き設定されており、内圧開弁力ＦＥに打ち勝つため（ＦＦ＞ＦＥ）、主弁部３３は閉弁状態に維持される。
【００４６】
換言すれば、第２遮断弁３の付勢バネ３４のバネ定数は、処理流路１７を密閉した状態で処理流路１７に検査ガスの内圧を作用させたときであっても、主弁部３３を閉弁状態に維持するように設定されている。
【００４７】
このため図３に示すように主弁口３０を主弁部３３が閉鎖しているときにおいて、処理流路１７を密閉して処理流路１７に検査ガスの内圧を作用させたときであっても、主弁部３３が主弁口３０を開放することは防止される。従って上記検査時において、処理流路１７に検査ガスの内圧を高圧にすることができ、処理流路１７におけるガス漏れの検査を良好に行うことができる。
【００４８】
前述したように、ソレノイド部４０の励磁に基づいて可動鉄心４２と共に副弁部５９が開放する開弁力ＦＵは、付勢バネ３４の付勢力ＦＦよりも大きく設定されている（ＦＵ＞ＦＦ）。このため燃料電池１０からの燃料オフガスを吐出させるために第２遮断弁３を開弁させる必要があるときには、前述したように、ソレノイド部４０に励磁電流を通電して固定鉄心４１を励磁すれば、第２遮断弁３の主弁部３３を開弁させて主弁口３０を任意に開放させることができ、開口面積が大きい主弁口３０から燃料オフガスを流出させることができる。
【００４９】
燃料電池１０の燃料ガス吸入口１０ａに供給される燃料ガスは、水分をもつことが多い。このため、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出される燃料オフガスも水分をもつことが多い。このため燃料電池１０の運転が長時間にわたり継続すると、主弁口３０の上流において筒体３１付近の部位３１ｒに水が過剰に貯まることがある。このように水が溜まると、燃料オフガスが流れる流路断面積が小さくなるおそれがある。本実施例によれば、図２に示すように、燃料オフガス流路１５を流れる燃料オフガスは、筒体３１に当たるようにされているため、筒体３１近傍の部位３１ｒに水が溜まり易い。
【００５０】
この点本実施例によれば、図２〜図５に示すように、主弁口３０の上流から主弁口３０の近傍に向けて水を案内する水案内面６５がボディ３２に形成されているため、主弁口３０の上流において水が仮に溜まったとしても、その水は燃料オフガスのガス圧によって水案内面６５に沿って矢印Ｗ１方向に昇ることができ、主弁口３０に隣設する部位３０ｗに到達することができる。このため主弁口３０が開放しているとき、燃料オフガスに含まれている水を部位３０ｗに溜め、燃料オフガスと共に主弁口３０から出口ポート３６の側に吐出させることができる。
【００５１】
また、閉弁方向に主弁部３３を付勢する付勢バネ３４により第２遮断弁３が逆止性を発揮する本実施例によれば、燃料電池１０の運転が停止し、燃料電池１０内に残留した酸素及び燃料ガスが発電によって消費され、燃料電池１０内の圧力が第２遮断弁３の下流の圧力よりも低下するような場合であっても、主弁部３３が閉弁状態に維持され、このため主弁部３３が開いて発電が進んでしまうことを未然に防止できる。
【００５２】
（第２実施例）
図６は第２実施例を示す。第２実施例は前記した実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。本実施例においても、燃料オフガス流路１５の下流には処理流路１７Ｂが設けられている。処理流路１７Ｂの先端部１７ａは燃料オフガス処理部１００に接続されている。燃料オフガス処理部１００は、燃料オフガスに含まれている燃料成分を利用した後に、燃料成分が含有されていないオフガスを排出させるものである。
【００５３】
本実施例においても、燃料電池システムの組付時等には、処理流路１７Ｂを形成する配管のシール性能を検査することがある。この場合、第１実施例の場合と同様に、処理流路１７Ｂの上流側の第２遮断弁３を閉じて処理流路１７Ｂを密閉する。この状態で、処理流路１７Ｂに検査ガスを充填して処理流路１７Ｂに内圧を作用させる。このように処理流路１７Ｂを密閉した状態で処理流路１７Ｂに検査ガスを装填して検査ガスによる内圧を作用させたときであっても、本実施例によれば、第１実施例と同様に主弁部３３を閉弁状態に維持するように設定されている。従って、処理流路１７Ｂにおける検査ガスによるガス漏れの検査を良好に行うことができる。
【００５４】
（その他）
上記した第１実施例においては、主弁口３０は上下方向に貫通しているが、これに限られるものではなく、斜め方向、横方向に貫通していても良い。上記した第１実施例においては、閉鎖弁部５１は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料を基材として形成されているが、金属で形成されていても良い。上記した第１実施例においては、駆動部３５は、ソレノイド部４０と固定鉄心４１と可動鉄心４２とをもつが、これに限定されず、要するに第２遮断弁３を開弁させ得るものであれば良い。燃料電池１０は車両搭載用でも、定置用でも良い。処理流路１７に検査ガスを装填して処理流路１７の配管のシール性能を検査するについては、燃料電池システムの組付時等に限定されるものではなく、定期的に検査しても良い。場合によっては付勢バネ３４は板バネ、皿バネとしても良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。発明の実施の形態、実施例に記載の語句は一部であっても、請求項に記載できるものである。
【００５５】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］燃料ガス及び酸化剤により発電する燃料電池と、燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給流路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給流路と、燃料電池の発電後の燃料オフガスを吐出させる燃料オフガス流路とを有する燃料電池システムにおいて、燃料オフガス流路に接続され燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁を有しており、遮断弁は、発電後の燃料オフガスが流れる主弁口をもつボディと、主弁口を開閉可能な主弁部と、主弁部が主弁口を閉鎖する閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネと、主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。付勢バネが閉弁方向に主弁部を付勢しており、遮断弁は遮断性をもつため、燃料電池内の圧力が遮断弁の下流よりも低下した場合であっても、主弁部が開放されることが防止される。
［付記項２］燃料電池の発電後の燃料オフガスが吐出する燃料オフガス流路に接続され燃料オフガス流路を流れる燃料オフガスの流れを遮断可能な遮断弁であって、発電後の燃料オフガスが流れる主弁口をもつボディと、主弁口を開閉可能な主弁部と、主弁部が主弁口を閉鎖する閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネと、主弁部を閉弁方向及び開弁方向に作動させる駆動部とを備えていることを特徴とする燃料電池システムに用いられる燃料オフガス排出用の遮断弁。付勢バネが閉弁方向に主弁部を付勢しており、遮断弁は遮断性をもつため、燃料電池内の圧力が遮断弁の下流よりも低下した場合であっても、主弁部が開放されることが防止される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、組付時等において、処理流路を密閉した状態で、処理流路に検査ガスを充填して処理流路に検査ガスの内圧を作用させたとしても、遮断弁における主弁部の逆止性が得られ、主弁部が開放することを防止することができる。このため処理流路のガス漏れ検査を良好に行うことができる。
【００５７】
燃料電池の運転が停止し燃料電池内に残留した酸素及び燃料ガスが発電によって消費され、燃料電池内の圧力が遮断弁の下流の圧力よりも低下するようなときであっても、閉弁方向に主弁部を付勢する付勢バネにより遮断弁は逆止性をもつため、主弁部が開いて発電が進んでしまうことを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムを示す全体図である。
【図２】燃料電池システムに使用されている第２遮断弁が閉弁している状態を模式的に示す全体の断面図である。
【図３】燃料電池システムに使用されている第２遮断弁が閉弁している状態を模式的に示す要部の断面図である。
【図４】燃料電池システムに使用されている第２遮断弁の主弁口が閉弁していると共に、副弁口が開弁している状態を模式的に示す要部の断面図である。
【図５】燃料電池システムに使用されている第２遮断弁の主弁口が開弁していると共に、副弁口が開弁している状態を模式的に示す要部の断面図である。
【図６】第２実施例に係り、燃料電池システムを示す全体図である。
【符号の説明】
図中、１０は燃料電池、３は第２遮断弁、１５は燃料オフガス流路、１７は処理流路、３０は主弁口、３３は主弁部、３４は付勢バネ、３５は駆動部、４０はソレノイド部、５２はダイヤフラム、５８は副弁口、５９は副弁部、６１は主室、６２は副室を示す。
【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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