(57)【要約】【課題】水等の液体が弁口の周囲に過剰に溜まることを抑制することができ、気体室における流路面積の確保に有利な遮断弁及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】遮断弁３は、弁口３０を開閉可能な弁体５１とをもつ。更に弁口３０を閉鎖する方向に弁体５１を付勢する付勢バネ３４と、弁体５１を開弁方向に作動させる作動部３５とをもつ。弁口３０は、ボディ３２の気体室３７の底面３７ｓ側に形成されている。弁体補助部材５０が弁体５１に一体的に接続されている。弁体補助部材５０は、ボディ３２の気体室３７内において弁口３０の中心線Ｐ１に沿って弁口３０から遠ざかる方向に突出すると共に、作動部３５により作動されて弁口３０を開弁させる方向に弁体５１を動作させる。遮断弁３は、燃料電池１０の燃料オフガスを流す燃料オフガス流路に設けることができる。【選択図】  図２
2004197896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体を通過させる通過形態とその通過を遮断させる遮断形態とに切替可能な遮断弁であって、
蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体が流入可能な気体室と、前記気体室に連通して前記気体を前記気体室に流入させる入口ポートと、前記気体室に連通して前記気体室の前記気体を吐出させる出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとの間に設けられ前記気体室に対面する弁口とをもつボディと、
前記ボディに配設され前記弁口を開閉可能な弁体とを具備する遮断弁において、
前記弁口は、前記ボディの気体室の底面側において形成されており、
前記ボディの前記気体室内において前記弁口の中心線に沿って前記弁口から遠ざかる方向に突出すると共に、前記作動部により作動されて前記弁口を開弁させる方向に前記弁体を動作させる弁体補助部材が、前記弁体に一体的に接続されていることを特徴とする遮断弁。
【請求項２】
請求項１において、前記弁体補助部材の移動を案内して前記弁体補助部材が前記弁口の径方向にずれ変位することを抑制する変位規制部材が前記ボディに設けられていることを特徴とする遮断弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記弁口の中心線に沿った断面において、前記入口ポートの中心線またはこれの延長線と前記出口ポートの中心線またはこれの延長線とは交差しており、前記弁口は前記入口ポートの中心線またはこれの延長線よりも前記気体室の底面側に形成されていることを特徴とする遮断弁。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記作動部は、電磁吸引力または電磁反発力を発生させる発生部と、前記発生部により発生した電磁吸引力または電磁反発力により前記弁口から遠ざかる方向に移動する第１可動体と、前記気体室を前記第１室及び前記第２室に仕切ると共に前記第１室及び前記第２室を連通させ且つ前記第１可動体の可動に伴い前記第１室と前記第２室とに差圧を発生させる絞り孔とをもつダイヤフラムとを有しており、
前記弁体補助部材は、前記ダイヤフラムの前記絞り孔により発生した前記気体室の前記第１室と前記第２室との差圧により、前記弁口から遠ざかる方向に移動して弁体を開弁させることを特徴とする遮断弁。
【請求項５】
請求項４において、前記弁体補助部材は、筒部と、前記筒部に対して径外方向に延設され前記ダイヤフラムの中央域を保持する第１フランジ部と、前記筒部に対して径外方向に延設された前記弁体を保持する第２フランジ部とをもつことを特徴とする遮断弁。
【請求項６】
燃料ガス及び酸化剤ガス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、
酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、
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、
前記燃料電池の発電後の酸化剤オフガスを吐出させる酸化剤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、前記燃料ガス供給流路、前記酸化剤オフガス流路及び前記酸化剤ガス供給流路のうちの少なくとも一方に接続され、当該一方を流れる水蒸気または水が含まれ得る燃料オフガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、酸化剤ガスのいずれかを通過させる通過形態とその通過を遮断させる遮断形態とに切替可能な遮断弁が設けられ、
前記遮断弁は、
蒸気及び水のうち少なくとも一方が含まれ得る燃料オフガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、酸化剤ガスが流入可能な気体室と、前記気体室に連通して前記ガスを前記気体室に流入させる入口ポートと、前記気体室に連通して前記気体室のガスを吐出させる出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとの間に設けられ前記気体室に対面する弁口とをもつボディと、
前記ボディに配設され前記弁口を開閉可能な弁体とを具備しており、
前記弁口は前記ボディの前記気体室の底面側に形成されており、
前記ボディの前記気体室内において前記弁口の中心線に沿って前記弁口から遠ざかる方向に突出すると共に、前記作動部により作動されて前記弁口を開弁させる方向に前記弁体を動作させる弁体補助部材が、前記弁体に一体的に接続さ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断弁、遮断弁を備えた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
遮断弁として、特許文献１には、入口ポート及び出口ポートをもつボディと、ボディ内において入口ポートと出口ポートとの間に昇降可能に設けられ弁口をもつ円筒形状の弁座金具と、弁口の周縁に上方から宛われて弁口を開閉する弁体と、弁体に一体的に設けられたダイヤフラムと、弁体及びダイヤフラムを保持する作動軸と、弁体が弁口を閉鎖する方向に弁体を付勢する付勢バネとを備えているものが開示されている。
【０００３】
このものによれば、閉弁時には、付勢バネの付勢力により、弁体が弁口を閉鎖する方向に付勢されている。そして、ボディの入口ポートの気体の圧力がある程度上昇すると、入口ポートの気体の圧力により付勢バネの付勢力に抗してダイヤフラムが弁体と共に上方に張り出し変形する。この結果、弁口をもつ弁座金具がボディの底面から上方に突き出るように上昇する。このとき弁体により弁口は閉鎖されている。入口ポートの気体の圧力が更に上昇すると、ストッパにより弁座金具の上昇は停止されるものの、入口ポートの気体の圧力によりダイヤフラムが弁体と共に更に上方に張り出し変形する。この結果、弁座金具の弁口から弁体を離間させ、弁体を開弁させる。また、入口ポートの気体の圧力が低下すると、付勢バネの付勢力によりダイヤフラムが弁体と共に下方に変形し、弁座金具の弁口の周縁に弁体を当接させ、弁体を閉弁させる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７３８１９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遮断弁によれば、前述したように、弁口をもつ弁座金具を弁体と共にボディの底面から上方に突き出るように積極的に上昇させるため、弁口の高さ位置がボティの底面よりかなり持ち上がる。従って、遮断弁を流れる気体が蒸気や水を含む場合には、上方に突出している弁口の周囲に水が過剰に残留するおそれがある。このように水が弁口の周囲に過剰に残留する場合、流路面積が小さくなる不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
殊に、酸化剤ガス及び燃料ガスで発電する燃料電池システムの場合、燃料電池に供給される酸化剤ガス、燃料ガス、あるいは、燃料電池から排出される酸化剤オフガス、燃料オフガスは、蒸気または水を含むことが多いため、上記した遮断弁のように、弁口の高さが上昇し弁口の周囲に水が溜まることは、流路面積を確保するためにはあまり好ましいことではない。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水等の液体が弁口の周囲に過剰に溜まることを抑制することができ、気体室における流路面積の確保に有利な遮断弁及び燃料電池システム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）本発明に係る遮断弁は、蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体を通過させる通過形態とその通過を遮断させる遮断形態とに切替可能な遮断弁であって、
蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体が流入可能な気体室と、気体室に連通して気体を気体室に流入させる入口ポートと、気体室に連通して気体室の気体を吐出させる出口ポートと、入口ポートと出口ポートとの間に設けられ気体室に対面する弁口とをもつボディと、
ボディに配設され弁口を開閉可能な弁体とを具備する遮断弁において、
弁口は、ボディの気体室の底面側において形成されており、
ボディの気体室内において弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出すると共に、作動部により作動されて弁口を開弁させる方向に弁体を動作させる弁体補助部材が、弁体に一体的に接続されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る遮断弁によれば、通過形態に切り替えられると、弁体が弁口から離間して弁体が開弁するため、蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体がボディの入口ポートを経て気体室に流入し、弁口及び出口ポートを経て遮断弁から排出される。
【００１０】
また遮断形態に切り替えられると、弁体が弁口を閉鎖して弁体が閉弁するため、蒸気及び液体のうち少なくとも一方が含まれ得る気体がボディの入口ポートを経て気体室に流入することが阻止される。本発明に係る遮断弁によれば、弁口はボディの気体室の底面側において形成されているため、水等の液体が弁口周囲に過剰に溜まることが抑制され、流路面積が確保される。
【００１１】
また、弁口が気体室の底面に形成されているため、弁体を作動させる作動部と弁口との距離が離れる。この点本発明によれば、弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出する弁体補助部材が弁体に一体的に接続されている。このため、弁体補助部材を介して、弁口を開弁させる方向に弁体を動作させることができる。
【００１２】
（２）本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガス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、
酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、
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、
燃料電池の発電後の酸化剤オフガスを吐出させる酸化剤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、燃料ガス供給流路、酸化剤オフガス流路及び酸化剤ガス供給流路のうちの少なくとも一方に接続され、当該一方を流れる水蒸気または水が含まれ得る燃料オフガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、酸化剤ガスのいずれかを通過させる通過形態とその通過を遮断させる遮断形態とに切替可能な遮断弁が設けられ、
遮断弁は、
蒸気及び水のうち少なくとも一方が含まれ得る燃料オフガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、酸化剤ガスが流入可能な気体室と、気体室に連通してガスを気体室に流入させる入口ポートと、気体室に連通して気体室のガスを吐出させる出口ポートと、入口ポートと出口ポートとの間に設けられ気体室に対面する弁口とをもつボディと、
ボディに配設され弁口を開閉可能な弁体とを具備しており、
弁口はボディの気体室の底面側に形成されており、
ボディの気体室内において弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出すると共に、作動部により作動されて弁口を開弁させる方向に弁体を動作させる弁体補助部材が、弁体に一体的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、遮断弁が通過形態に切り替えられると、遮断弁の弁体が弁口から離間して弁体が開弁するため、燃料オフガス、燃料ガス、酸化剤オフガス、酸化剤ガスのいずれかがボディの入口ポートを経て気体室に流入し、弁口、出口ポートを経て遮断弁から排出される。
【００１４】
また、遮断弁が遮断形態に切り替えられると、遮断弁の弁体が弁口を閉鎖して弁体が閉弁するため、蒸気及び水のうち少なくとも一方が含まれ得る前記ガスがボディの入口ポートを経て気体室に流入することが阻止される。本発明に係る燃料電池システムによれば、遮断弁の弁口はボディの気体室の底面側において形成されているため、水が弁口周囲に過剰に溜まることが抑制され、流路面積が確保される。
【００１５】
また、弁口が気体室の底面に形成されているため、弁体を作動させる作動部と弁口との距離が離れる。この点本発明によれば、弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出する弁体補助部材が弁体に一体的に接続されている。このため、弁体補助部材を介して、弁口を開弁させる方向に弁体を動作させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、ボディに配設され弁体が弁口を閉鎖する方向または開放する方向に弁体を付勢する付勢要素と、ボディに配設され弁体を開弁方向に作動させる作動部とが設けられていることが好ましい。付勢要素は、開状態の弁体を閉鎖方向に付勢したり、閉じ状態の弁体を開放させる方向に付勢したりする。付勢要素としては、付勢バネ、ゴム等が挙げられる。
【００１７】
本発明に係る弁体補助部材は、弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出すると共に、作動部により弁口を開弁させる方向に弁体を動作させるものである。『弁口の中心線に沿って』とは、弁口の中心線上に沿って弁体補助部材が突出する形態、弁口の中心線から弁口の径方向に若干離れて当該中心線に沿って弁体補助部材が突出する形態を含む。
【００１８】
本発明の好ましい形態によれば、弁体補助部材は、筒部と、筒部に対して径外方向に延設されダイヤフラムの中央域を保持する第１フランジ部と、筒部に対して径外方向に延設された弁体を保持する第２フランジ部とをもつ。第１フランジ部及び第２フランジ部の外径は筒部の外径よりも大きく設定されている。弁体補助部材の第１フランジ部が径外方向に延設されて、ダイヤフラムの中央域を保持しているため、ダイヤフラムの保持性が向上する。弁体補助部材の第２フランジ部が径外方向に延設されて、弁体を保持しているため、弁体の保持性が向上し、弁体の開弁、閉弁を良好になし得る。
【００１９】
本発明によれば、弁体補助部材は、第１弁体補助部材と、第１弁体補助部材の外周を包囲するように設けられた第２弁体補助部材とを有する形態を採用できる。第１フランジ部及び第２フランジ部は第２弁体補助部材に設けられていることが好ましい。弁体補助部材は、応答性を向上させるため軽量化を図ることが好ましい。軽量化構造としては、弁体補助部材の空洞化や薄肉化を例示できる。
【００２０】
本発明の好ましい形態によれば、弁体補助部材の移動を案内して弁体補助部材が弁口の径方向にずれ変位することを抑制する変位規制部材がボディに設けられている。この場合、弁体補助部材が弁口の径方向にずれ変位することが抑制される。この結果、弁体補助部材に一体的に接続されている弁体が弁口の径方向にずれ変位することが抑制される。ひいては弁体の閉弁時におけるシールを良好に行うことができる。
【００２１】
本発明によれば、弁口の中心線に沿った断面において、入口ポートの中心線またはこれの延長線と出口ポートの中心線またはこれの延長線とは交差している形態を採用できる。この場合、弁口は、入口ポートの中心線またはこれの延長線よりも気体室の底面側に形成されていることが好ましい。従って弁口がボディの気体室の底面側において形成されているため、水が弁口の周囲に過剰に溜まることが一層抑制され、流路面積の確保に有利である。
【００２２】
本発明の好ましい形態によれば、作動部は、電磁吸引力または電磁反発力を発生させる発生部と、発生部により発生した電磁吸引力または電磁反発力により弁口から遠ざかる方向に移動する第１可動体と、気体室を第１室及び第２室に仕切ると共に第１室及び第２室を連通させ且つ第１可動体の可動に伴い第１室と第２室とに差圧を発生させる絞り孔とをもつダイヤフラムとを有する。この場合、遮断弁の通過形態によれば、ダイヤフラムの絞り孔により発生した気体室の第１室と第２室との差圧により、弁体補助部材は弁口から遠ざかる方向に移動して弁体を開弁させる。この場合、気体室の圧力を利用して弁体を開弁させることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を燃料電池システムに適用した実施例について、図１〜図７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ガス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、酸化剤ガスとしての空気（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に供給する酸化剤ガス供給流路としての空気供給流路１３と、燃料電池１０から排出される酸化剤オフガスとしての空気オフガスを排出させる空気オフガス流路１６（酸化剤オフガス流路）とを有する。
【００２４】
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ガス入口側の第１遮断弁２が設けられている。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を燃料電池１０外に吐出させ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本発明品に相当する第２遮断弁３が設けられている。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いる。第２遮断弁３は、一般的には、燃料電池１０の非運転時には閉弁し、燃料電池１０の燃料オフガスを吐出させるべく燃料電池１０の運転時には開弁する。
【００２５】
図２は第２遮断弁３の内部構造を示す。図２に示すように、第２遮断弁３は、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弁口３０をもつボディ３２と、弁口３０を開閉可能な主弁要素３３と、主弁要素３３が弁口３０を閉鎖する閉弁方向（矢印Ｕ２方向）に主弁要素３３を付勢する付勢要素としての付勢バネ３４と、主弁要素３３を閉弁方向及び開弁方向に作動させる作動部３５とを備えている。
【００２６】
ボディ３２は金属または硬質樹脂で形成されており、図２に示すように、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とを有しており、空洞状の気体室３７と、気体室３７の入口側の入口ポート３８と、気体室３７の出口側の出口ポート３６とを有する。入口ポート３８は横側方に開口していると共に、出口ポート３６は下方向に開口している。
【００２７】
図１は弁口３０の中心線Ｐ１に沿った断面を示す。図１において、入口ポート３８の中心線Ｐ２またはこれの延長線と、弁口３０及び出口ポート３６の中心線Ｐ１またはこれの延長線とは交差している。そして弁口３０は気体室３７の底面３７ｓに形成されている。弁口３０は、気体室３７に対面すると共に出口ポート３６の上方に位置するように、入口ポート３８と出口ポート３６との間に配置されており、上下方向に沿って延びる中心線Ｐ１をもつように、ボディ３２の内壁面で形成されている。従って、弁口３０の位置は固定されており、高さ方向に昇降しない。弁口３０は入口ポート３８の中心線Ｐ２よりも下側に配置されている。
【００２８】
作動部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）するように弁口３０の中心線Ｐ１に沿って移動する第１可動体としての可動鉄心４２とをもつ。ソレノイド部４０は、電磁石を形成する電磁吸引力を発生させる発生部として機能する。可動鉄心４２の一端部である下端部４２ｄには、副弁体５９が固定されている。副弁体５９は、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おり、可動鉄心４２と共に弁口３０の中心線Ｐ１に沿って移動可能とされている。可動鉄心４２の下端部４２ｄには、外径方向に突出したバネ座として機能する突出座部４２ａが取り付けられている。
【００２９】
ボディ３２にシール部材４６を介して固定プレート４４が螺子で固定されている。付勢バネ３４は付勢手段として機能でき、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の突出座部４２ａと固定プレート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。
【００３０】
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（下方向,矢印Ｕ２方向）に付勢している。つまり付勢バネ３４は、副弁体５９が副弁口５８を閉鎖する方向（閉弁方向,下方向）に主弁要素３３を付勢し、これにより主弁要素３３が弁口３０を閉鎖する方向（閉弁方向）に主弁要素３３を付勢している。
【００３１】
図２に示すように、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に、案内孔３２ｆが形成されている。この主弁要素３３は、案内孔３２ｆ内において、上下方向に沿った中心線Ｐ１に沿って移動可能に設けられている。この主弁要素３３は、副弁体５９に対面するように副弁体５９の下方に配置された金属製の筒形状をなす弁体補助部材５０と、弁体補助部材５０の軸長方向の下端域に保持され円盤状をなす弁体５１と、弁体補助部材５０の軸長方向の中間域に設けられゴムや軟質樹脂等の弾性材料で形成されたたわみ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及び第２バネ着座部材５４に着座して保持された円錐コイル形状の中間バネ５５とを有する。
【００３２】
ダイヤフラム５２は、ボディ３２内の気体室３７を主室６１と副室６２とに仕切る。ダイヤフラム５２の外周部５２ｄは、弁体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、蒸気、水を含み得る燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路１５に連通する。副弁体５９が開弁すると、副室６２は副弁口５８及び出口ポート３６に連通する。
【００３３】
ダイヤフラム５２は、主室６１及び副室６２を連通させるオリフィスとして機能できる適数個の絞り孔５２ｃをもつ。絞り孔５２ｃは、その絞り作用により、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。副弁口５８の入口５８ａは副室６２に連通可能である。副弁口５８の出口は出口ポート３６に対面する。この結果、副弁口５８は出口ポート３６に連通可能である。
【００３４】
図２に示すように、弁体補助部材５０は、中心線Ｐ１方向（上下方向）に沿って直状に延びる副弁口５８をもつ中空筒形状をなす金属製または硬質樹脂製の第１弁体補助部材５１０と、第１弁体補助部材５１０の外周を包囲するように第１弁体補助部材５１０に同軸的に嵌合された金属製または硬質樹脂製の中空筒形状をなす第２弁体補助部材５２０とをもつ。副弁口５８は、副室６２と出口ポート３６とを連通可能とするものであり、弁口３０の開口面積よりも小さな開口面積を有する。
【００３５】
図２に示すように、第２弁体補助部材５２０は、中心線Ｐ１方向（上下方向）に沿って延びる縦長の筒部５２１と、筒部５２１の上部に径外方向に延設されたリング状の第１フランジ部５２２と、筒部５２１の下部に径外方向に延設されたリング状の第２フランジ部５２３とをもつ。第１フランジ部５２２は、筒部５２１の外径よりも大きな外径をもち、鍔状で広面積化しているため、膜状で広面積のダイヤフラム５２の中央域を良好に保持できる。第２フランジ部５２３は、筒部５２１の外径よりも大きな外径をもち、鍔状で広面積化しているため、広面積の弁体５１を安定的に保持でき、弁体５１による弁口３０のシール性を向上させ得る。このように本実施例に係る弁体補助部材５０によれば、筒部５２１の外径を抑えつつ、第１フランジ部５２２及び第２フランジ部５２３の外径を大きくしているため、弁体補助部材５０の軽量化、応答性の向上を図りつつ、ダイヤフラム５２及び弁体５１の保持性を向上させることができる。
【００３６】
組付時には、図２に示すように、第１弁体補助部材５１０の他端部である下端部５１１に形成された雄ねじ部５１０ｃに、金属製のワッシャ部材５７を介してナット５６（締結手段）の雌ねじ部５６ｃを螺合する。これにより第１フランジ部５２２に載せられた第１バネ着座部材５３及びダイヤフラム５２は、リング形状の止め部材と第１フランジ部５２２とにより同軸的に一体的に挟持されて固定されている。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、前記した中心線Ｐ１に対して同軸的配置とされている。この状態では、第１バネ着座部材５３、弁体補助部材５０、弁体５１、ダイヤフラム５２は一体的に動作することができる。
【００３７】
図２に示すように、弁体５１の外径は、弁口３０の閉鎖性を確保できるように、弁口３０の内径よりも大きく設定されている。弁体５１は、弁口３０の中心線Ｐ１に沿って移動して弁口３０を開閉する。弁体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、弁口３０を良好にシールできる。
【００３８】
弁体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おり、弁体補助部材５０の第２フランジ部５２３に保持されている。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、ひいては弁体補助部材５０の姿勢及び弁体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、弁体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。
【００３９】
図２に示すように、ボディ３２のうち弁口３０と出口ポート３６との間には、変位規制部材８０が保持されている。変位規制部材８０は、ボディ３２の出口ポート３６の内壁面に外れ止め部３６ｘを介して保持されたリング状のホルダ部８１と、弁体補助部材５０の他端部である下端部５１１を嵌めて中心線Ｐ１に沿って移動可能に案内する案内部として機能する案内リング部８２と、案内リング部８２とホルダ部８１とを繋ぐ複数の連結部８３と、連結部８３間に形成され弁口３０及び出口ポート３６に連通する通路８４とを有する。
【００４０】
図５に示すように、案内リング部８２の内周面と第１弁体補助部材５１０の下端部５１１の外周面とは、互いに接触していても良い。あるいは、図６に示すように、案内リング部８２の内周面と第１弁体補助部材５１０の下端部５１１の外周面との間に、微小隙間８５が形成されていても良い。あるいは、図７に示すように、案内リング部８２の内周面と第１弁体補助部材５１０の下端部５１１の外周面との間に、摩擦係数を低減させる摺動部材８７が設けられていても良い。摺動部材８７は、案内リング部８２に保持されていても良いし、第１弁体補助部材５１０の下端部５１１に保持されていても良い。
【００４１】
図２は、第２遮断弁３の主弁要素３３が弁口３０を閉鎖している状況を示す。図２に示すように、主弁要素３３が閉弁して弁口３０を閉鎖しているときには、副弁体５９が閉弁して副弁口５８の入口５８ａ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（下方向，矢印Ｕ２方向）に移動しているため、副弁体５９が副弁口５８を閉鎖しており、ひいては主弁要素３３が閉弁して弁口３０が閉鎖される。このように副弁口５８及び弁口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、入口ポート３８に繋がる主室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及び弁口３０が閉鎖されているとき、出口ポート３６の圧力をＰＣとすると、ＰＡ,ＰＢ＞ＰＣとされている。
【００４２】
燃料電池１０が運転されるときには、燃料ガスを燃料電池１０に流すべく、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を開放させるにあたり、制御装置により第２遮断弁３の作動部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、発生した電磁吸引力により付勢バネ３４の付勢力に抗しつつ、可動鉄心４２が突出座部４２ａ及び副弁体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する。この結果、図３に示すように、副弁体５９が開弁して副弁口５８が開放される。この場合、ソレノイド部４０の励磁に基づいて可動鉄心４２と共に副弁体５９が上方に移動する開弁力を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）。
【００４３】
図３に示すごとく副弁口５８が開放されると、気体室３７の副室６２に貯留されていた燃料オフガスは、主弁要素３３の副弁口５８から矢印Ｃ１方向（図３参照）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、副弁体５９が開弁して副弁口５８から離間しているため、主弁要素３３は開弁方向（上方向，矢印Ｕ１方向）に上昇可能となる。
【００４４】
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副弁口５８から矢印Ｃ１方向（図３参照）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（ΔＰ=ＰＡ−ＰＢ,ＰＡ＞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（上方向，矢印Ｕ１方向）に撓み変形する。ダイヤフラム５２は弁体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を撓み変形させる力が確保され、ダイヤフラム５２を上方に良好に変形させることができる。
【００４５】
この結果、図４に示すように、ダイヤフラム５２と一体的な弁体５１が一方向（上方向，矢印Ｕ１方向）に移動して弁口３０から離れ、弁口３０を開放させる。このように第２遮断弁３の弁口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を経て、第２遮断弁３の弁口３０から矢印Ｅ１方向（図４参照）に出口ポート３６を経て下流側に排出される。弁口３０が開放されたときにおいても、図４に示すように、変位規制部材８０の案内リング部８２は、弁体補助部材５０の下端部５１１を嵌めて案内しているため、下端部５１１が弁口３０の径方向（矢印Ｄ方向）へ過剰にずれ変位することが抑制される。
【００４６】
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、大流量の燃料ガスを燃料電池１０に供給する。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、弁口３０が開放されたとき、気体室３７の燃料オフガスは弁口３０の外周の全周から弁口３０に流入することができるため、大流量の燃料オフガスを弁口３０から排出させることができる利点が得られる。
【００４７】
ところで、燃料電池１０の内部が過剰に乾燥していると、高い発電能力が得られにくいため、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、加湿されることが多い。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は蒸気や水を含むことが多い。故に、燃料電池１０の運転が長時間にわたり継続すると、底面３７ｓにおいて弁口３０付近に水が過剰に貯まるおそれがある。このように水が過剰に溜まると、燃料オフガスが流れる気体室３７における流路断面積が小さくなるおそれがある。
【００４８】
これを避けるため本実施例によれば、図２に示すように、弁口３０はボディ３２の気体室３７の底面３７ｓに開口して形成されており、弁口３０の高さ位置が低くされている。殊に本実施例によれば、弁口３０は、入口ポート３８の中心線Ｐ２またはこれの延長線よりも気体室３７の底面３７ｓ側に形成されている。このように弁口３０の高さ位置が低く設定されているため、燃料電池システムの運転時に、弁口３０が開放されると、底面３７ｓにおいて弁口３０付近に水が溜まっていたとしても、その水は弁口３０から出口ポート３６に速やかに排出される。従って、弁口３０付近に水が過剰に貯まることが抑制され、気体室３７における流路面積が塞がれることが抑制される。更に弁口３０付近に水が溜まりにくくなるため、寒冷地等においても、弁口３０付近における残留水の凍結も低減または回避することができる利点が得られる。
【００４９】
上記したように弁口３０がボディ３２の気体室３７の底面３７ｓ側に形成されていると、弁口３０と作動部３５との間の距離が増加する。この点本実施例によれば、図２に示すように、ボディ３２の気体室３７内において弁口３０の中心線Ｐ１に沿って弁口３０から遠ざかる方向に突出する弁体補助部材５０を搭載し、この弁体補助部材５０の下端側に弁体５１を一体的に接続している。そして作動部３５により弁体補助部材５０を介して、気体室３７の底面３７ｓ側の弁体５１の開弁動作、閉弁動作を行うことにしている。このため作動部３５が気体室３７の上部側に配置されているにもかかわらず、弁口３０がボディ３２の気体室３７の底面３７ｓに形成されていたとしても、弁体５１で弁口３０を良好に開閉させることができる。
【００５０】
弁口３０は、燃料電池１０から吐出されるガスを確実に排出させる開口面積を必要とするため、弁口３０を閉鎖する弁体５１の外径も大きくなる。そこで、弁体補助部材５０は、その軸長方向の中央域の外径を小さくして軽量化、応答性の向上を図りつつも、広面積化された第２フランジ部５２３を有しており、外径が大きい弁体５１を第２フランジ部５２３により安定的に保持できるようにしている。このため弁体５１の姿勢を安定化させ得、弁体５１が弁口３０を閉鎖する際のシール性を高めることができる。
【００５１】
また本実施例によれば、図１に示すように、変位規制部材８０がボディ３２に設けられているため、弁体５１の開弁時及び閉弁時に、第１弁体補助部材５１０の移動を案内して第１弁体補助部材５１０が弁口３０の径方向（矢印Ｄ方向）に変位することを抑制することができる。このように第１弁体補助部材５１０の変位が抑えられるため、弁体５１の閉弁時における位置ずれが抑制され、弁体５１が弁口３０を閉鎖する際のシール性を一層良好になし得る。
【００５２】
前述したように気体室３７において弁口３０付近に水が過剰に貯まることが抑制されるものの、条件によっては気体室３７において結露等も起こり得るため、微小量の水が気体室３７の底面３７ｓに残留するおそれを完全に解消するには限界がある。この点本実施例によれば、図２に示すように、弁口３０は、弁口３０を包囲するリング形状の隆起部３２ｙを介して底面３７ｓよりも微量量Δｈ隆起している。このため、万一、弁口３０の周囲に存在する微小量の水が凍結するようなときであっても、水の凍結に起因して弁体５１が底面３７ｓに付着されることが抑制され、弁体５１の作動性を良好に確保することができる。なお、図４に示すように、隆起部３２ｙの上面には、弁口３０の径外方向に下降傾斜する流水用の傾斜面３２ｍが形成されており、隆起部３２ｙ上に水が溜まらないようにされている。傾斜面３２ｍとしては、弁口３０の径内方向に向かうにつれて下降傾斜させることにしても良い。
【００５３】
なお本実施例によれば、閉弁方向に主弁要素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ことができる。故に、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の出口ポート３６の下流の圧力よりも低下するような場合であっても、弁体５１が閉弁状態に維持される。
【００５４】
（第２実施例）
図８は第２実施例の要部の概念を示す。図８はあくまでも概念を示すものであり、組付手順、組付構造等を特定するものではない。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、弁口３０はボディ３２の気体室３７の底面３７ｓ側に形成されており、弁口３０の高さ位置が低くされている。このため燃料電池システムの運転時に、弁口３０が開放されると、底面３７ｓにおいて弁口３０付近に水が溜まっていたとしても、その水は弁口３０から出口ポート３６に速やかに排出される。従って、底面３７ｓにおいて弁口３０付近に水が過剰に貯まることが抑制され、気体室３７における流路面積が塞がれることが抑制される。更に弁口３０付近に水が溜まりにくくなるため、弁口３０付近における残留水の凍結も低減または回避することができる利点が得られる。
【００５５】
更に本実施例によれば、図８に示すように、ボディ３２の気体室３７に変位規制部材８０Ｂが保持されている。変位規制部材８０Ｂは、ボディ３２の気体室３７の内壁面の取付部３７ｗに外れ止め部３６ｘを介して保持された脚状のホルダ部８１Ｂと、弁体補助部材５０の軸長方向の中央域の外周面を嵌めて移動可能に案内する案内部として機能する案内リング部８２Ｂと、案内リング部８２Ｂとホルダ部８１Ｂとを繋ぐ腕状の連結部８３Ｂとを有する。
【００５６】
本実施例においても、弁体５１の開弁時及び閉弁時に、変位規制部材８０Ｂは、弁体補助部材５０が弁口３０の径方向（矢印Ｄ方向）にずれ変位することを抑制することができる。このように弁体補助部材５０のずれ変位が抑えられるため、弁体５１の閉弁時における位置ずれが抑制され、弁体５１が閉弁したときにおける弁口３０のシールを良好になし得る。
【００５７】
（第３実施例）
図９は第３実施例の要部の概念を示す。図９はあくまでも概念を示すものであり、組付手順、組付構造等を特定するものではない。第３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。本実施例によれば、底面３７ｓに隆起部３２ｙが設けられていないため、弁体５１は弁口３０の周囲に直接的に当たって弁口３０を閉鎖する。本実施例においても、弁口３０はボディ３２の気体室３７の底面３７ｓに形成されており、弁口３０の高さ位置が入口ポート３８の中心線Ｐ２よりも低く設定されている。このため燃料電池システムの運転時に、弁口３０が開放されると、弁口３０付近に水が溜まっていたとしても、その水は弁口３０から出口ポート３６に速やかに排出される。従って、弁口３０付近に水が過剰に貯まることが抑制され、気体室３７における流路面積が塞がれることが抑制される。このように弁口３０付近に水が溜まりにくくなるため、弁口３０付近における残留水の凍結も低減または回避することができる利点が得られる。また本実施例によれば、図９に示すように、弁体補助部材５０Ｃは、第１フランジ部５２２,第２フランジ部５２３を一体的に有しており、第１実施例に係る第１弁体補助部材５１０及び第２弁体補助部材５２０を一体化している。
【００５８】
（第４実施例）
図１０は第４実施例の要部の概念を示す。図１０はあくまでも概念を示すものであり、組付手順、組付構造等を特定するものではない。第４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。本実施例によれば、図１０に示すように、弁体補助部材５０Ｄは、第１フランジ部５２２及び第２フランジ部５２３を有する筒形状の第１部材５４１と、摩擦溶接に代表される溶接等の結合手段で第１部材５４１に結合され副弁口５８を有する第２部材５４２と、摩擦溶接に代表される溶接等の結合手段で第１部材５４１に結合され下端部５１１を有する第３部材５４３とで形成されている。第１部材５４１は、副弁口５８及び出口ポート３６に連通し且つ軽量化のための空洞５４６を有するため、応答性が一層向上する。本実施例においても、弁口３０はボディ３２の気体室３７の底面３７ｓに隆起部３２ｙを介して形成されており、弁口３０の高さ位置は、入口ポート３８の中心線Ｐ２よりも低く且つ固定的に設定されている。このため燃料電池システムの運転時に、弁口３０が開放されると、弁口３０付近に水が溜まっていたとしても、その水は弁口３０から出口ポート３６に速やかに排出される。従って、弁口３０付近に水が過剰に貯まることが抑制され、気体室３７における流路面積が塞がれることが抑制される。更に弁口３０付近に水が溜まりにくくなるため、弁口３０付近における残留水の凍結も低減または回避することができる。
【００５９】
（第５実施例）
図１１は第５実施例の要部の概念を示す。図１１はあくまでも概念を示すものであり、組付手順、組付構造等を特定するものではない。第５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。本実施例によれば、図１１に示すように、弁体補助部材５０Ｅは、中心線Ｐ１方向（上下方向）に沿って直状に延びる副弁口５８をもつ金属製または硬質樹脂製の筒部５８０と、筒部５８０の上側の段部５８１に載せられた状態でリング形状の止め部材によりダイヤフラム５２及び第１バネ着座部材５３と共に挟持固定されたリングワッシャで形成された第１フランジ部５２２Ｅと、筒部５８０の下側の段部５８２に係合されたリングワッシャで形成された第２フランジ部５２３Ｅとを有する。
【００６０】
組付時には、図１１に示すように、弁体補助部材５０Ｅの他端部である下端部５１１に形成された雄ねじ部５１０ｃに、金属製のワッシャ部材５７を介して、ナット５６（締結手段）の雌ねじ部５６ｃを螺合して固定している。図１１に示すように、第１フランジ部５２２Ｅは、筒部５８０の外径よりも大きな外径をもち、鍔状で広面積化しているため、膜状で広面積のダイヤフラム５２の中央域を良好に保持できる。第２フランジ部５２３Ｅは、筒部５５８０の外径よりも大きな外径をもち、鍔状で広面積化しているため、広面積の弁体５１を安定的に保持でき、弁体５１による弁口３０のシール性を向上させ得る。
【００６１】
（その他）
上記した第１実施例によれば、第２遮断弁３は燃料電池１０の燃料オフガス流路１５に設けられているが、これに限らず、燃料電池１０から吐出される空気オフガスを通過させる空気オフガス流路１６に設けても良い。あるいは、燃料電池１０に空気を供給する空気供給流路１３に設けても良い。燃料電池１０に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路１２に設けても良い。更には燃料電池システムに限らず、水等の液体や蒸気と共に気体が流れる他の機器システム（水蒸気システム等）に使用しても良い。
【００６２】
上記した第１実施例においては、弁体５１を付勢バネ３４で閉弁する方向に付勢しているが、閉じ状態の弁体５１を付勢バネ３４で開弁する方向に付勢しても良い。弁体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。付勢バネ３４、中間バネ５５は場合によっては板バネ、皿バネ等の公知のバネとしても良い。上記した第１実施例においては、電磁吸引力により可動鉄心４２ひいては弁体５１を開弁動作させることにしているが、これに限らず、電磁反発力により可動鉄心４２ひいては弁体５１を開弁動作させることにしても良い。燃料電池システムで用いる燃料電池１０は車両搭載用でも、定置用でも良い。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。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る遮断弁によれば、弁口はボディの気体室の底面側において形成されているため、水等の液体が弁口周囲に過剰に溜まることが抑制され、気体室における流路面積が確保される。弁口が気体室の底面に形成されているため、弁体を作動させる作動部と弁口との距離が離れる。この点本発明に係る遮断弁によれば、弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出する弁体補助部材が弁体に一体的に接続されているため、弁体補助部材を介して、弁口を開弁させる方向に弁体を動作させることができる。
【００６４】
本発明に係る燃料電池システムによれば、遮断弁の弁口はボディの気体室の底面側において形成されているため、水が弁口周囲に過剰に溜まることが抑制され、遮断弁の気体室における流路面積が確保される。弁口が気体室の底面に形成されているため、弁体を作動させる作動部と弁口との距離が離れる。この点本発明に係る燃料電池システムによれば、弁口の中心線に沿って弁口から遠ざかる方向に突出する弁体補助部材が弁体に一体的に接続されているため、弁体補助部材を介して、弁口を開弁させる方向に弁体を動作させることができる。
【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の概念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遮断弁が開弁動作する途中の状態の概念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遮断弁の弁口が開弁していると共に、副弁口が開弁している状態の概念を模式的に示す要部の断面図である。
【図５】変位規制部材付近の概念を示す断面図である。
【図６】他の形態に係る変位規制部材付近の概念を示す断面図である。
【図７】別の他の形態に係る変位規制部材付近の概念を示す断面図である。
【図８】第２実施例に係り、第２遮断弁が閉弁している状態の概念を模式的に示す要部の断面図である。
【図９】第３実施例に係り、第２遮断弁が閉弁している状態の概念を模式的に示す要部の断面図である。
【図１０】第４実施例に係り、第２遮断弁が閉弁している状態の概念を模式的に示す要部の断面図である。
【図１１】第５実施例に係り、第２遮断弁が閉弁している状態の概念を模式的に示す要部の断面図である。
【符号の説明】
図中、１０は燃料電池、１２は燃料ガス供給流路、１３は空気供給流路（酸化剤ガス供給流路）、１５は燃料オフガス流路、１６は空気オフガス流路（酸化剤オフガス流路）、１５は燃料オフガス流路、３は第２遮断弁、３０は弁口、３２はボディ、３３は主弁要素、３４は付勢バネ、３５は作動部、３６は出口ポート、３７は気体室、３７ｓは底面、３８は入口ポート、４０はソレノイド部（発生部）、４２は可動鉄心（第１可動体）、５０は弁体補助部材、５１は弁体、５１０は第１弁体補助部材、５２０は第２弁体補助部材、５２２は第１フランジ部、５２３は第２フランジ部、５２はダイヤフラム、５２ｃは絞り孔、５８は副弁口、５９は副弁体、６１は主室、６２は副室、８０は変位規制部材を示す。
【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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【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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