(57)【要約】【課題】弁口を開閉する弁体の凍結の問題を抑制すると共にフィルタ部材の完全凍結を抑え、更に、フィルタ部材に捕獲した異物が弁体に噛み込む不具合を抑えたフィルタ配管装置、燃料電池システムを提供することを課題とする。【解決手段】蒸気や液体を含み得る気体を吐出させる吐出口１５ｎをもつ配管１５ａと、弁口５１と弁体５４とを有する弁装置５と、弁装置５の弁口５１と配管１５ａの吐出口１５ｎとを繋ぐ連通路１７と、連通路１７の少なくとも一部に配設され吐出口１５ｎから弁口５１に向かう気体を透過させる異物除去用のフィルタ部材７とをもつ。連通路１７及び弁装置５のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に近いように傾きが設定され液体の残留を許容する液体残留許容面１８０，１８２をもつ。フィルタ部材７の上端部７ｕ及び弁装置５の弁口５１は、液体残留許容面１８０，１８２よりも上方に位置するように設定されている。【選択図】図１
2004200061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気及び液体のうちの少なくとも一方を含み得る気体を吐出させる吐出口をもつ配管と、
前記気体が通過可能な弁口と前記弁口を閉鎖可能な弁体とを有する弁装置と、
前記弁装置の前記弁口と前記配管の吐出口とを繋ぐ連通路と、
前記連通路の少なくとも一部に配設され前記配管の前記吐出口から前記弁装置の前記弁口に向かう前記気体を透過させる異物除去用のフィルタ部材とを具備しており、
前記連通路及び弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に傾きが近いように設定され液体の残留を許容する液体残留許容面を備えており、且つ、
前記フィルタ部材の上端部及び前記弁装置の前記弁口は、前記液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とするフィルタ配管装置。
【請求項２】
請求項１において、前記連通路は、前記配管の前記吐出口の側から前記弁装置の前記弁口の側に向かうに伴い上向きとされた上向き通路と、前記上向き通路に連通し前記上向き通路よりも仮想水平線に近いように設定され液体の残留を許容する前記液体残留許容面をもつ横向き通路とを備えていることを特徴とするフィルタ配管装置。
【請求項３】
請求項２において、前記フィルタ部材は筒形状をなして前記上向き通路内に配設されていることを特徴とするフィルタ配管装置。
【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、前記フィルタ部材は、前記筒状フィルタ部と、前記筒状フィルタ部の軸長方向の少なくとも一方に形成された蓋状フィルタ部とをもち、前記蓋状フィルタ部は前記液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とするフィルタ配管装置。
【請求項５】
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、酸化剤ガス、発電後の燃料オフガス、発電後の酸化剤オフガスのいずれかを吐出させる吐出口をもつ配管と、
ガスが通過可能な弁口と前記弁口を閉鎖可能な弁体とを有する弁装置と、
前記配管の前記吐出口と前記弁装置の前記弁口とを繋ぐ連通路と、
前記連通路の少なくとも一部に配設され前記管の前記吐出口から前記弁装置の前記弁口に向かう前記ガスを透過させる異物除去用のフィルタ部材とを具備しており、
前記連通路及び前記弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に近いように傾きが設定され液体の残留を許容する液体残留許容面を備えており、且つ、
前記フィルタ部材の上端部及び前記弁装置の前記弁口は、前記液体残留許容面よりも上方に位置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６】
請求項５において、燃料電池から吐出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路と、燃料電池に向けて供給される燃料ガスが流れる燃料ガス供給流路と、前記燃料オフガス流路と前記燃料ガス供給流路とをつなぐと共に前記燃料オフガス流路の燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に帰還させる帰還流路とが設けられており、前記配管は前記帰還流路を形成し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】
本発明は異物除去用のフィルタ部材をもつフィルタ配管装置、及び、異物除去用のフィルタ部材をもつ燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、弁口をもつ電磁弁と、弁口に繋がる横向きの２つの通路と、横向きの２つの通路の間に配置された縦筒形状のフィルタ部材とをもつ電磁弁装置が開示されている。このものによれば、一方の横向きの通路から送られた流体は、フィルタ部材を通過し、異物が除去され、更に、異物が除去された流体は電磁弁の弁口を経て、他方の横向きの通路に流れる。
【０００３】
特許文献２には、弁口を開閉させる弁体に筒形状のフィルタ部材を弁口内に同軸的に位置するように取り付けた逆止弁が開示されている。このものによれば、逆止弁が開弁すると、弁口を流れる流体がフィルタ部材を通過し、異物を捕獲できる。
【０００４】
また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、燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給流路と、酸化剤ガスを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。燃料電池に供給された燃料ガス及び酸化剤ガスにより燃料電池で発電反応が行われる。燃料電池から吐出される発電後の燃料オフガス等は、異物を含むことがある。殊に、燃料電池の電解質膜の過剰乾燥を防止すべく、燃料ガス及び酸化剤ガスは湿分を含むことが多いため、燃料電池システムの配管において錆等が生成することがあり、燃料電池から吐出される発電後の燃料オフガスは錆等の異物を含む可能性がある。この場合、異物を取り除くことが好ましい。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９５９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３６５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に係る技術によれば、電磁弁の弁口は弁体により開閉されるものである。しかしながら、弁口は、電磁弁を構成する部品と共に、横向き通路よりも下方に配置されている。このため、弁体が弁口を閉弁している状態のとき、結露等により水が生成すると、横向き通路よりも下方に配置されている弁口に水が溜まるおそれがある。電磁弁の不使用時には、弁口に水が溜まったまま放置されるため、寒冷地、冬季等において、弁体が弁口を閉弁したままの状態で凍結され、弁体が弁口に固着されるおそれがある。この場合、電磁弁の使用時に、電磁弁が正常に開弁しないおそれがある。
【０００７】
上記した特許文献２に係る技術によれば、弁口を開閉させる弁体にフィルタ部材が直接的に且つ一体的に取り付けられているため、フィルタ部材に捕獲された異物の量が増加すると、弁体の外壁面と弁口の内壁面との間に異物が噛み込み、異物が弁体の動作を遮るおそれがある。この場合、弁体を閉弁したとき、弁体が正常に閉弁せず、流体が弁口から漏出するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、弁口を開閉する弁体の凍結の問題を抑制すると共にフィルタ部材の完全凍結を抑え、更に、フィルタ部材に捕獲した異物が弁体に噛み込む不具合を抑えたフィルタ配管装置、燃料電池システムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）第１発明に係るフィルタ配管装置は、
蒸気及び液体のうちの少なくとも一方を含み得る気体を吐出させる吐出口をもつ配管と、
気体が通過可能な弁口と弁口を閉鎖可能な弁体とを有する弁装置と、
弁装置の弁口と配管の吐出口とを繋ぐ連通路と、
連通路の少なくとも一部に配設され配管の吐出口から弁装置の弁口に向かう気体を透過させる異物除去用のフィルタ部材とを具備しており、
連通路及び弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に近いように傾きが設定され液体の残留を許容する液体残留許容面をを備えており、且つ、
フィルタ部材の上端部及び弁装置の弁口は、液体残留許容面よりも上方に位置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。
【００１０】
第１発明に係るフィルタ配管装置によれば、蒸気及び液体のうちの少なくとも一方を含み得る気体は、配管の吐出口から連通路に流れ、連通路のフィルタ部材を通り、フィルタ部材で異物が除去され、弁装置の弁口に至る。弁口が開弁状態であると、気体は弁口から更に下流に向けて流れる。フィルタ配管装置によれば、結露等により水等の液体が液体残留許容面に残留することがある。この結果、寒冷地、冬季等では、液体残留許容面に残留した水等の液体が凍結するおそれがある。この点本発明に係るフィルタ配管装置によれば、弁装置の弁口は、水等の液体の残留を許容する液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されている。このため、弁体が弁口を閉弁したままの状態で、液体残留許容面に残留した水等の液体が仮に凍結したとしても、液体残留許容面に残留した水等の液体によって弁体が凍結することは抑制される。
【００１１】
また本発明に係るフィルタ配管装置によれば、フィルタ部材の上端部は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が仮に凍結したとしても、フィルタ部材の上端部は、液体残留許容面に残留した水等の液体の凍結部分よりも上方に露出し易い。故に、フィルタ部材の上部は、液体残留許容面に残留した水等の液体による完全凍結を免れ易い。このため、配管から吐出された気体は、フィルタ部材のうち完全凍結を免れた通気可能部分（非凍結部分）を通過することができ、凍結に起因するフィルタ部材による目詰まりが抑制される。
【００１２】
また本発明に係るフィルタ配管装置によれば、弁装置の弁体とフィルタ部材とは独立して設けられているため、弁体とフィルタ部材とを距離的に離すことができる。従って、フィルタ部材に捕獲された異物が弁体の動作を遮ることを防止することができ、フィルタ部材に捕獲された異物の影響を避け、弁体の閉弁を良好になし得る。
【００１３】
（２）第２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、酸化剤ガス、発電後の燃料オフガス、発電後の酸化剤オフガスのいずれかを吐出させる吐出口をもつ配管と、
ガスが通過可能な弁口と弁口を閉鎖可能な弁体とを有する弁装置と、
配管の吐出口と弁装置の弁口とを繋ぐ連通路と、
連通路の少なくとも一部に配設され配管の吐出口から弁装置の弁口に向かうガスを透過させる異物除去用のフィルタ部材とを具備しており、
連通路及び弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に近いように設定され液体の残留を許容する液体残留許容面を備えており、且つ、
フィルタ部材の上端部及び弁装置の弁口は、液体残留許容面よりも上方に位置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。
【００１４】
第２発明に係る燃料電池システムによれば、燃料ガス、酸化剤ガス、発電後の燃料オフガス、発電後の酸化剤オフガスのいずれかは、蒸気及び水のうちの少なくとも一方を含み得るが、当該ガスは配管の吐出口から連通路に流れ、連通路のフィルタ部材を通り、フィルタ部材で異物が除去され、弁装置の弁口に至る。弁口が開弁状態であると、気体は弁口から更に下流に流れる。結露等により水等の液体が連通路の液体残留許容面に残留していると、寒冷地、冬季等では凍結が生じるおそれがある。この点本発明に係る燃料電池システムによれば、弁装置の弁口は横向き通路の液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が凍結したとしても、弁口を閉弁している弁体が仮に凍結することは抑制される。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムによれば、フィルタ部材の上端部は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が仮に凍結したとしても、フィルタ部材の上端部は凍結部分よりも上方に露出し易い。故に、フィルタ部材の上部は、液体残留許容面に残留した水等の液体による完全凍結を免れ易い。このため、配管から吐出されたガスは、フィルタ部材のうち完全凍結を免れた通気可能部分（非凍結部分）を通過することができ、凍結に起因するフィルタ部材による目詰まりが抑制される。
【００１６】
また本発明に係る燃料電池システムによれば、弁装置の弁体とフィルタ部材とは独立して設けられているため、弁体とフィルタ部材とを距離的に離すことができる。従って、フィルタ部材に捕獲された異物が弁体の動作を遮ることを防止することができ、フィルタ部材に捕獲された異物の影響を避け、弁体の閉弁を良好になし得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
連通路及び弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に近いように設定され液体の残留を許容する液体残留許容面を備えている。『仮想水平線に近いように設定され』とは、液体残留許容面が仮想水平線の向きに合致している形態、液体残留許容面が仮想水平線の向きに近似しつつ仮想水平線に対して傾いている形態を含み、要するに液体の残留を許容する傾きであればよい。
液体残留許容面が仮想水平線に対して傾いている形態のときには、水等の液体は本来的にはその液体残留許容面の傾きに沿って流下できるが、流下する側の流路面積の変動等に起因して、仮想水平線に対して傾いている液体残留許容面であっても、水等の液体が残留するおそれがある。
【００１８】
連通路は、配管の吐出口の側から弁装置の弁口の側に向かうに伴い上向きとされた上向き通路と、上向き通路に連通し上向き通路よりも仮想水平線に近いように設定され液体の残留を許容する液体残留許容面をもつ横向き通路とを備えている形態を採用できる。『上向き』とは、直立状態の上向きの形態、斜め上向きの形態も含む。連通路の上向き通路は、上下方向に沿って延設されており、フィルタ部材は筒形状をなして上向き通路内に配設されており、フィルタ部材の中心線は上下方向に沿って配向されている形態を採用することができる。このようにフィルタ部材が上下方向に配設されていると、フィルタ部材の下部が凍結されたときであっても、フィルタ部材の上部が凍結されることを抑制でき、フィルタ部材の上部の凍結に起因する目詰まりを抑制し易い。
【００１９】
また、上向き通路は、斜め上下方向に沿って延設されており、フィルタ部材は筒形状をなして上向き通路内に配設されており、フィルタ部材の中心線は斜め上下方向に配向されている形態を採用することができる。このようにフィルタ部材が斜め上下方向に配設されていると、フィルタ部材の下部が凍結されたときであっても、フィルタ部材の上部が凍結されることを抑制でき、フィルタ部材の上部の凍結に起因する目詰まりを抑制し易い。
【００２０】
フィルタ部材は、筒状フィルタ部と、筒状フィルタ部の軸長方向の少なくとも一方に形成された蓋状フィルタ部とをもち、蓋状フィルタ部は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されている形態を採用することができる。このように蓋状フィルタ部は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が仮に凍結したとしても、フィルタ部材の上側に位置する蓋状フィルタ部の凍結を抑制するのに有利となり、蓋状フィルタ部の凍結に起因する目詰まりを抑制できる。
【００２１】
液体残留許容面から弁口または弁口付近に上昇傾斜すると共に液体残留許容面の水等の液体を弁口に案内させる案内面が設けられていることが好ましい。この場合、液体残留許容面に残留した水等の液体を弁口から吐出させるのに有利となる。
【００２２】
更に、燃料電池から吐出された発電後の燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路と、燃料電池に向けて供給される燃料ガスが流れる燃料ガス供給流路と、燃料オフガス流路と燃料ガス供給流路とをつなぐと共に燃料オフガス流路の発電後の燃料オフガスを燃料ガス供給流路に帰還させる帰還流路とが設けられていることが好ましい。この場合、吐出口をもつ配管としては、帰還流路とすることができる。この場合、弁装置が帰還流路に繋がるため、弁装置を開弁させると、燃料電池から燃料オフガス流路に吐出されたガスを開弁状態の弁装置から吐出させることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。図１は燃料電池システムを示す全体の平面図である。図２は燃料電池システムに使用されている弁装置としての排気弁装置付近を模式的に示す断面図である。
【００２４】
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のオフガス吐出口１０ｃから発電後の燃料オフガスを吐出させる燃料オフガス流路１５と、燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｄから発電後の空気オフガスを吐出させる酸化剤オフガス流路としての空気オフガス流路１６とを有する。
【００２５】
燃料ガス供給流路１２には、燃料電池１０の燃料吸入口１０ａへの燃料ガスの流れを遮断可能な開閉可能な第１遮断弁２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開閉可能な第２遮断弁３が設けられている。燃料オフガス流路１５の先端側の帰還流路（本発明でいう配管）１５ａは、逆止弁１９を介して燃料ガス供給流路１２のうち第１遮断弁２の上流側に接続され、燃料ガス供給流路１２に合流して合流部１５ｘを形成している。逆止弁１９は、燃料オフガス流路１５から燃料ガス供給流路１２へのガスの帰還流れＳ１を許容するものの、燃料ガス供給流路１２から燃料オフガス流路１５へのガスの流れを遮断する機能をもつ。
【００２６】
燃料オフガス流路１５の帰還流路１５ａ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燃料ガス供給流路１２を介して燃料電池１０の燃料吸入口１０ａに帰還させる。即ち、燃料電池１０の一層の出力向上のためには、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から吐出された燃料オフガスは、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が発電可能な燃料成分を残留するように、本システムは設定されている。
【００２７】
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の流れＳ１を、ポンプ等を介して、逆止弁１９、合流部１５ｘを経て燃料ガス供給流路１２に再び流入させる帰還処理を行い、燃料電池１０の燃料吸入口１０ａに再び供給することにより、燃料ガスの燃料成分の消費効率を高めることができる。なお、前記した第１遮断弁２，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されて遮断作用を発揮しており、燃料電池１０の運転時には開弁する。
【００２８】
本実施例によれば、図１に示すように、燃料オフガス流路１５の帰還流路１５ａの途中部の分岐部１７ｋから排気用の連通路１７が分岐されている。連通路１７の先端部には、弁装置としての排気弁装置５が配置されている。排気弁装置５は通常では閉弁しており、排気を行わない。制御装置により排気弁装置５が開弁されると、燃料オフガス流路１５の分岐部１７ｋを経て連通路１７を流れるガスの流れＳ２を排気弁装置５から放出させることができる。
【００２９】
図２は排気弁装置５付近の内部を示す。排気弁装置５は、燃料オフガスが流れる帰還流路１５ａに連通路１７を介して連結されており、帰還流路１５ａよりも上方に位置する。排気弁装置５は、燃料オフガス流路１５に繋がる帰還流路１５ａから連通路１７を経た燃料オフガスの流れＳ２が通過する排気用の弁口５１をもつ金属または硬質樹脂製のボディ５３と、排気用の弁口５１を開閉可能に閉鎖する弁体５４と、弁体５４が弁口５１を突き合わせ状態に閉鎖する閉弁方向（矢印Ｘ１方向）に弁体５４を付勢する付勢要素としての付勢バネ５５と、弁体５４を開弁方向（矢印Ｘ２方向）に作動させる駆動部５６とを有する。
【００３０】
ボディ５３は、連通路１７と弁口５１との間に両者に連通するように形成された中間室５３ａと、中間室５３ａを形成する上下方向に延設された立壁面５３ｂとをもつ。中間室５３ａの底面は仮想水平線に沿っており、水を残留させ得る液体残留許容面１８２となる。弁口５１は中心線Ｐ２をもち、ボディ５３の中間室５３ａ内に形成された筒体５２の上端部に形成されており、筒体５２の高さ相当ぶん持ち上げられた位置に設定されている。弁口５１の周縁は、弁口５１の周囲を１周するリング形状をなす傾斜面５１ｗとされている。傾斜面５１ｗは、外径に向かうにつれて下降するように傾斜しており、水を流下させ、筒体５２の上端部において水が凍結しないようにされている。
【００３１】
駆動部５６は付勢バネ５５と共に弁駆動部を構成するものであり、弁体５４を開弁方向（矢印Ｘ２方向：上方向）に作動させる開弁力を発生させるものである。駆動部５６は、励磁電流が通電可能な巻線で形成されたソレノイド部６０と、ソレノイド部６０により包囲されソレノイド部６０により励磁される固定鉄心６１と、固定鉄心６１に対して接近（矢印Ｘ２方向：上方向）または離間（矢印Ｘ１方向：下方向）するように弁口５１の中心線Ｐ２に沿って移動する可動鉄心６２とをもつ。
【００３２】
弁体５４は、弁口５１に対面するように可動鉄心６２の先端部（下端部）に保持されている。弁体５４は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料で形成されている。弁体５４は、可動鉄心６２の先端部に螺着より保持された係合爪部６４により可動鉄心６２の先端部に保持されている。可動鉄心６２は、弾性材料で形成されたリング状をなす座部６５を有する。弁体５４が開弁方向（矢印Ｘ２方向）に移動したとき、座部６５はボディ５３の部位５３ｍに弾性的に衝突し、衝撃を緩和させるものである。可動鉄心６２は、中央孔６２ａと、中央孔６２ａに連通する副孔６２ｃと、中央孔６２ａ及び副孔６２ｃにスライド可能に嵌合された嵌合部６３とをもつ。
【００３３】
付勢バネ５５はコイルバネであり、弁体５４が弁口５１を閉鎖する閉弁方向（矢印Ｘ１方向：下方向）に弁体５４を付勢するものであり、嵌合部６３の端面６３ａと弁体５４との間に介装されている。
【００３４】
駆動部５６のソレノイド部６０に励磁電流が通電されて、固定鉄心６１が励磁されると、可動鉄心６２が開弁方向（矢印Ｘ２方向：上方向）に固定鉄心６１に向けて移動し、弁体５４が開弁作動し、筒体５２の上端の傾斜面５１ｗと弁体５４との間に隙間が形成され、弁口５１が開放される。
【００３５】
これに対して駆動部５６のソレノイド部６０の励磁電流が断電されると、固定鉄心６１が消磁されるため、付勢バネ５５の付勢力で嵌合部６３の部位６３ｘが固定鉄心６１の端面６１ｍに圧接すると共に、弁体５４が弁口５１の中心線Ｐ２に沿って移動し、つまり弁体５４が閉弁弁向（矢印Ｘ１方向：下方向）に移動する。この結果、弁体５４が突き合わせ状態に弁口５１に当たり、弁口５１が閉鎖される。弁体５４は弾性材料で形成されているため、弁口５１のシール性は良好となる。
【００３６】
本実施例によれば、図２に示すように、連通路１７は、上向き通路１７０と、上向き通路１７０に連通する横向き通路１７２とを備えており、金属または硬質樹脂製の中空管体１７５で形成されている。上向き通路１７０は、配管としての帰還流路１５ａの吐出口１５ｎの側から排気弁装置５の弁口５１の側に向かうに伴い、直立状態に上向きとされている。横向き通路１７２は上向き通路１７０の上端に連通しており、上向き通路１７０よりも仮想水平線に近いように横向きに寝かせて設定されている。横向き通路１７２は、液体としての水の残留を許容する液体残留許容面１８０をもつ。なお本実施例では、液体残留許容面１８０、１８２は互いに隣設しており、同一高さとされている。
【００３７】
フィルタ部材７は、多数のフィルタ孔をもつ金属または硬質樹脂製であり、縦型の円筒形状をなしている。フィルタ部材７は、底面開放形の筒状フィルタ部７０と、筒状フィルタ部７０の軸長方向の上端に形成された蓋状フィルタ部７１と、筒状フィルタ部７０の軸長方向の下端に形成された開口７２とをもつ。開口７２は蓋状フィルタ部７１に対面しており、蓋状フィルタ部７１と同じ程度の投影面積とされている。フィルタ部材７は保持部７ｍにより上向き通路１７０内に保持されており、フィルタ部材７の中心線Ｐ３は上下直立方向に配向されている。なお、弁口５１の中心線Ｐ２とフィルタ部材７の中心線Ｐ３とは、横向き通路１７２に相当する距離、横方向において離間しており、弁口５１の弁体５４及びフィルタ部材７は互いに独立している。図２に示すように、フィルタ部材７の蓋状フィルタ部７１と中空管体１７５の内壁面との間には、ガスが透過可能な隙間１７６が形成されている。フィルタ部材７の筒状フィルタ部７０と中空管体１７５の内壁面との間には、ガスが透過可能なリング形状の隙間１７７が形成されている。
【００３８】
図２に示すように、フィルタ部材７の下端部７ｄつまり開口７２は、液体残留許容面１８０、１８２よりも下方に低く位置するように設定されている。更に本実施例によれば、フィルタ部材７の上端部７ｕは、液体残留許容面１８０、１８２よりも上方にΔｈ１高く位置するように設定されている。更に排気弁装置５の弁口５１は、液体残留許容面１８０、１８２よりもΔｈ２上方に高く位置するように設定されており（Δｈ２＞Δｈ１）、更にフィルタ部材７の上端部７ｕよりも高く設定されている。なおΔｈ２＞Δｈ１に限らず、Δｈ２＜Δｈ１、Δｈ２=Δｈ１、Δｈ２≒Δｈ１でも良い。
【００３９】
さて、燃料電池１０が運転されるときには、図１において、制御装置により第１遮断弁２及び第２遮断弁３が開弁状態とされる。すると、燃料供給源１１からの燃料ガスは、燃料ガス供給流路１２、第１遮断弁２、燃料吸入口１０ａを経て燃料電池１０に供給され、発電反応に使用される。燃料電池１０のオフガス吐出口１０ｃから吐出された発電後の燃料オフガスは、燃料オフガス流路１５、帰還流路１５ａ、合流部１５ｘを介して燃料ガス供給流路１２に流入し、燃料電池１０の燃料吸入口１０ａに帰還される。燃料電池１０の運転時には、一般的には、排気弁装置５は閉弁状態に維持される。しかし、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が汚れているとき等には、制御装置は、排気弁装置５を必要に応じて開弁状態とし、分岐部１７ｋ及び連通路１７を経て排気弁装置５からガスを排出させる。
【００４０】
また、燃料電池１０を長時間運転しないときには、燃料電池１０の内部にパージガス（例えば窒素ガス）を装填することがある。この場合、燃料電池１０の運転起動時には、燃料電池１０内に装填されていたパージガス（例えば窒素ガス）を燃料電池１０から排出させる必要がある。この場合、第２遮断弁３を開放し、燃料電池１０内のパージガスを第２遮断弁３、燃料オフガス流路１５を介して連通路１７、排気弁装置５に導き、開弁状態の排気弁装置５の排気用の弁口５１から排出させる。この場合、必要に応じて第１遮断弁２を開弁し、開弁状態の第１遮断弁２、燃料吸入口１０ａを介して燃料電池１０内に送られるガスにより、燃料電池１０の内部のパージガスを燃料オフガス流路１５に送り出すことができる。
【００４１】
上記したように排気弁装置５の排気用の弁口５１からガスを排出させるときには、排気弁装置５が開弁するため、燃料オフガス流路１５の帰還流路１５ａ内のガスは連通路１７を矢印Ｓ３，Ｓ４方向に流れ、つまり、上向き通路１７０、横向き通路１７２を経て排気弁装置５の弁口５１に至り、開弁状態の弁口５１から矢印Ｓ５方向にボディ５３の外方に排出される。当該ガスは燃料オフガス（水素含有ガス）、パージガス（窒素）等であり、蒸気または水を含み得る。上記したように当該ガスが連通路１７を流れるときに、当該ガスはフィルタ部材７を透過するため、当該ガスに含まれている異物はフィルタ部材７で捕獲される。当該ガスがフィルタ部材７を透過するとき、フィルタ部材７の内周側から外周側に向けて透過するため、隙間１７７における異物の堆積が抑制され、隙間１７７の流路を確保するのに有利である。
【００４２】
上記したように異物が捕獲されて清浄化されたガスが弁口５１に流入するため、弁口５１に異物が堆積することを抑制でき、排気弁装置５の弁体５４の閉弁性を良好に確保することができる。連通路１７を流れるガスは、蒸気、水を含むことがあるため、中間室５３ａに水が溜まるおそれがあるが、本実施例によれば、中間室５３ａから弁口５１付近に上昇傾斜するようにボディ５３に形成されている案内面５３ｅに沿って水が上昇できるため、開放状態の弁口５１からその水を矢印Ｓ５方向に排出させることができる。
【００４３】
ところで、結露等により生成した水が液体残留許容面１８０、１８２に残留することがある。燃料電池１０の発電反応では水が生成されるため、燃料電池１０から吐出される燃料オフガス、空気オフガスは暖かく、且つ、蒸気、水を含むことが多い。また燃料電池１０の固体電解質膜は過剰に乾燥していると、高い発電性能が得られにくいため、燃料電池１０に供給する前の空気、燃料ガスを加湿させることが多い。このため燃料電池システムの運転停止後においても、結露等により水が液体残留許容面１８０、１８２に残留することがある。
【００４４】
ここで、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水は、本来的には、連通路１７の上向き通路１７０から帰還流路１５ａに向けて流下することができる。しかし場合によっては、水が液体残留許容面１８０、１８２に残留するおそれもある。液体残留許容面１８０、１８２に残留した水の上面をＷＡとして模式的に示す。この場合、寒冷地、冬季等においては、燃料電池システムの運転を停止させたとき、水が液体残留許容面１８０、１８２に残留したままの状態で、凍結が生じるおそれがある。排気弁５の弁口５１を弁体５４が閉弁したままの状態で凍結が生じると、弁体５１が凍結で固着されるため、燃料電池システムの運転の始動時に、凍結した弁体５１が開弁できないおそれが生じる。これを避けるため実施例によれば、排気弁５の弁口５１は液体残留許容面１８０、１８２よりもΔｈ２上方に位置するように設定されている。このため液体残留許容面１８０、１８２に残留した水が仮に凍結したとしても、弁口５１を閉弁している弁体５４が上面ＷＡの凍結により固着することは、抑制される。このため寒冷地、冬季等において、停止状態の燃料電池システムを始動させるとき、弁口５１を閉弁している弁体５４が凍結で開弁しないといった不具合を抑えることができ、燃料電池システムを円滑に始動させることができる。
【００４５】
更に本実施例によれば、図２に示すように、フィルタ部材７の上端部７ｕは横向き通路１７２の液体残留許容面１８０、１８２よりもΔｈ１上方に位置するように設定されているため、寒冷地、冬季等において、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水が仮に凍結したとしても、フィルタ部材７の上端部７ｕ側、殊に、フィルタ部材７の天井部を構成する蓋状フィルタ部７１は、凍結部分の上面ＷＡよりも上方に露出し易く、凍結を免れ易い。故に、凍結に起因するフィルタ部材７の上部における目詰まりが抑制される。このため燃料電池システムを始動させるとき、ガスはフィルタ部材７の通気可能部分（非凍結部分）を通過することができる。従って、燃料電池システムの始動時に液体残留許容面１８０、１８２の水が凍結していたとしても、排気弁装置５を開弁させれば、燃料電池１０のパージガスを連通路１７，フィルタ部材７の通気可能部分（非凍結部分）を経て排気弁装置５の弁口５１から吐出させることができ、燃料電池システムを円滑に始動させることができる。更に底面開放形の筒状フィルタ部７０を採用しているため、筒状フィルタ部７０の底面での水の溜まりを抑止でき、底面の凍結のおそれを抑止できる。
【００４６】
加えて本実施例によれば、排気弁装置５の弁体５４とフィルタ部材７とは独立して設けられているため、弁体５４とフィルタ部材７とを距離的に離すことができる。よって、フィルタ部材７に捕獲された異物が弁体５４の閉弁動作を遮ることを防止することができる。
【００４７】
またフィルタ部材７の蓋状フィルタ部７１はフィルタ部材７の上側に設けられており、開口７２はフィルタ部材７の下側に位置しているため、蓋状フィルタ部７１に捕獲された異物堆積量が増加したとしても、フィルタ部材７の内部に水が溜まることを抑制することができる。
【００４８】
更に特開２００１−２９５９６０号公報に係る技術とは異なり、本実施例によれば、図２に示すように、付勢バネ５５，ソレノイド部６０，固定鉄心６１，可動鉄心６２等は弁口５１よりも上方に配置されているため、液体残留許容面１８０、１８２に水が溜まったとしても、これらの部品が水で劣化することを抑制することができる。フィルタ部材７の蓋状フィルタ部７１を下降傾斜させることもできる。この場合、蓋状フィルタ部７１上の水を流下させるのに有利となり、蓋状フィルタ部７１の凍結を抑え易くなる。
【００４９】
（第２実施例）
図３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。図３に示すように、フィルタ部材７Ｂは上向き通路１７０内に配設されており、フィルタ部材７Ｂの中心線Ｐ３は上下直立方向に配向されている。フィルタ部材７ＢはＬ型筒形状をなしており、その上端部７ｕが横向き通路１７２に嵌合するように横方に指向する縦筒形状の筒状フィルタ部７０と、筒状フィルタ部７０の軸長方向の下端に形成された蓋状フィルタ部７１とをもつ。蓋状フィルタ部７１はフィルタ部材７の下側に位置する。本実施例によれば、図３に示すように、フィルタ部材７Ｂの上端部７ｕの上縁は、筒状フィルタ部７０の上部から横方に指向しつつ、液体残留許容面１８０、１８２よりもΔｈ１上方に位置するように設定されている。
【００５０】
寒冷地、冬季等において、事情により液体残留許容面１８０、１８２に水等の液体が残留した状態で凍結したとしても、フィルタ部材７Ｂの上端部７ｕの上縁側はその凍結部分よりも上方に露出し易い。故に、凍結に起因するフィルタ部材７Ｂの上端部７ｕの凍結による目詰まりが抑制され易い。このため燃料電池システムの始動時に液体残留許容面１８０、１８２の水が凍結していたとしても、排気弁装置５を開弁させれば、燃料電池１０のパージガスを連通路１７，フィルタ部材７の通気可能部分（非凍結部分）を経て排気弁装置５の弁口５１から吐出させることができ、燃料電池システムを円滑に始動させることができる。
【００５１】
更に排気弁５の弁口５１は液体残留許容面１８０、１８２よりもΔｈ２上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水が仮に凍結したとしても、弁口５１を閉弁している弁体５４が凍結することは抑制される。このため寒冷地、冬季等において、停止状態の燃料電池システムを始動させるとき、弁口５１を閉弁している弁体５４が凍結で開弁しないといった不具合を抑えることができる。
【００５２】
（第３実施例）
図４は第３実施例を示す。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。連通路１７を構成する上向き通路１７０は、斜め上下方向に沿って延設されている。フィルタ部材７Ｃは上向き通路１７０内において斜めに傾斜して配設されている。故に、フィルタ部材７Ｃの中心線Ｐ３は斜め上下方向に配向されている。図４に示すように、フィルタ部材７Ｃは円筒形状をなしており、斜めに傾斜して配置された筒状フィルタ部７０と、筒状フィルタ部７０の軸長方向の一方に形成された蓋状フィルタ部７１とをもつ。蓋状フィルタ部７１はフィルタ部材７の下側に位置する。
【００５３】
結露等により生成した水が液体残留許容面１８０、１８２に残留することがある。ここで、液体残留許容面１８０は帰還流路１５ａに向けて下降傾斜しているため、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水は、本来的には帰還流路１５ａに向けて流下することができる。しかし、場合によっては、水が液体残留許容面１８０、１８２に残留することがある。液体残留許容面１８０、１８２に残留した水の上面をＷＡとして模式的に示す。
【００５４】
本実施例においても、図４に示すように、排気弁５の弁口５１は液体残留許容面１８０、１８２よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水が仮に凍結したとしても、弁口５１は上面ＷＡの上方に位置しており、弁口５１を閉弁している弁体５４が凍結することは抑制される。このため寒冷地、冬季等において、停止状態の燃料電池システムを始動させるとき、弁口５１を閉弁している弁体５４が凍結で開弁しないといった不具合を抑えることができる。
【００５５】
更に本実施例によれば、図４に示すように、フィルタ部材７Ｃの上端部７ｕは液体残留許容面１８０、１８２よりも上方に位置するように設定されているため、フィルタ部材７Ｃの上端部７ｕは、溜まった水の上面ＷＡよりも上方に位置し易くなる。故に、寒冷地、冬季等において、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水が仮に凍結したとしても、フィルタ部材７Ｃの上端部７ｕ側は凍結部分（上面ＷＡ）よりも上方に露出し易くなり、液体残留許容面１８０、１８２に残留した水による凍結を免れ易い。故に、凍結に起因するフィルタ部材７Ｃの上部側における目詰まりが抑制される。このため燃料電池システムの始動時に液体残留許容面１８０、１８２の水が凍結していたとしても、排気弁装置５を開弁させれば、燃料電池１０のパージガスを連通路１７，フィルタ部材７の通気可能部分（非凍結部分）を経て排気弁装置５の弁口５１から吐出させることができ、燃料電池システムを円滑に始動させることができる。
【００５６】
（その他）
上記した第１実施例によれば、付勢バネ５５はコイルバネで形成されているが、皿バネ、板バネ等の他のバネでも良い。上記した第１実施例においては、駆動部５６は、ソレノイド部６０と固定鉄心６１と可動鉄心６２とをもつが、これに限定されるものではなく、要するに弁体５４を作動させ得るものであれば良い。フィルタ部材７は円筒形状とされているが、これに限らず、角筒形状とすることもできる。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。
【００５７】
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）各請求項において、弁装置は配管よりも上方に配置されていることを特徴とするフィルタ配管装置、燃料電池システム。弁装置の内部の水等の液体を配管に流下させるのに有利となる。
（付記項２）各請求項において、液体残留許容面から弁口または弁口付近に上昇傾斜すると共に液体残留許容面の水等の液体を弁口に案内させる案内面を有することを特徴とするフィルタ配管装置、燃料電池システム。液体残留許容面に残留した水等の液体を弁口から吐出させるのに有利となる。
（付記項３）蒸気及び液体のうちの少なくとも一方を含み得る気体を吐出させる吐出口をもつ配管と、気体が通過可能な弁口と弁口を閉鎖可能な弁体とを有する弁装置と、弁装置の弁口と配管の吐出口とを繋ぐ連通路と、連通路の少なくとも一部に配設され配管の吐出口から弁装置の弁口に向かう気体を透過させる異物除去用のフィルタ部材とを具備しており、連通路及び弁装置のうちの少なくとも一方は、仮想水平線に傾きが近いように設定され液体の残留を許容する液体残留許容面を備えており、且つ、フィルタ部材の上端部及び弁装置の弁口のうちの少なくとも一方は、液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とするフィルタ配管装置。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るフィルタ配管装置、本発明に係る燃料電池システムによれば、結露等により水等の液体が液体残留許容面に残留し、凍結が生じたときであっても、弁装置の弁口は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が凍結したとしても、弁口を閉弁している弁体が凍結することは抑制される。
【００５９】
また本発明に係るフィルタ配管装置、本発明に係る燃料電池システムによれば、フィルタ部材の上端部は液体残留許容面よりも上方に位置するように設定されているため、液体残留許容面に残留した水等の液体が凍結したとしても、フィルタ部材の上端部は凍結部分よりも上方に露出し易い。従ってフィルタ部材の完全凍結を抑えることができる。このため気体はフィルタ部材の通気可能部分（非凍結部分）を通過することができ、凍結に起因するフィルタ部材による目詰まりが抑制される。
【００６０】
また本発明に係るフィルタ配管装置、本発明に係る燃料電池システムによれば、弁装置の弁体とフィルタ部材とは独立して設けられているため、弁体とフィルタ部材とを離すことができ、独立フィルタ部材に捕獲された異物が弁体の動作を遮ることを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の平面図である。
【図２】燃料電池システムに使用されている排気弁装置付近を模式的に示す全体の断面図である。
【図３】第２実施例に係り、燃料電池システムに使用されている排気弁装置付近を模式的に示す全体の断面図である。
【図４】第３実施例に係り、燃料電池システムに使用されている排気弁装置付近を模式的に示す全体の断面図である。
【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、１５は燃料オフガス流路、１５ａは帰還流路（配管）、１５ｎは吐出口、１７は連通路、１７０は上向き通路、１７２は横向き通路、１８０、１８２は液体貯留許容面、３は第２遮断弁、１５は排気弁装置（弁装置）、５１は弁口、５４は弁体、５５は付勢バネ、５６は駆動部、７はフィルタ部材、７ｕは上端部、７０は筒状フィルタ部、７１は蓋状フィルタ部を示す。
【図１】
2004200061.tif 000003
【図２】
2004200061.tif 000004
【図３】
2004200061.tif 000005
【図４】
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