(57)【要約】【課題】応答性を高めつつ、活物質を含むガスのガス流量−圧力の特性を調整するのに有利な燃料電池発電システム及び燃料電池発電システム用ガス減圧弁を提供する。【解決手段】燃料電池発電システムはガス減圧弁１をもつ。このガス減圧弁１は、ダイヤフラム室２０をもつボディ２と、ダイヤフラム室２０を第１室２１と第２室２２とに区画する変形可能なダイヤフラム３と、活物質を含むガスが供給される１次側通路６と、第１室２１を介して燃料電池に繋がる２次側通路７１と、１次側通路６と２次側通路７１との間に設けられ１次側通路６のガス流量を絞って第１室２１を経て２次側通路７１に供給する絞り開度可変機構４と、絞り開度可変機構４の絞り開度を増加または減少させる方向にダイヤフラム３を付勢する付勢力を発揮する弾性部材７と、弾性部材７の付勢力を調整するアクチュエータ９とを有する。【選択図】図１
2005189949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極及び酸化剤極を有する燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料用のガス供給通路と、
前記燃料電池の前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス用のガス供給通路と、
前記燃料用のガス供給通路及び前記酸化剤ガス用のガス供給通路のうちの少なくとも一方において前記燃料電池の上流に設けられた燃料電池発電システム用ガス減圧弁とを具備する燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池発電システム用ガス減圧弁は、
ダイヤフラム室と、
前記ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画する変形可能なダイヤフラムと、
前記燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される１次側通路と、
前記第１室を介して前記燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる２次側通路と、
前記１次側通路と前記２次側通路との間に設けられ前記１次側通路のガス流量を絞って前記１次側通路のガスを前記第１室を経て前記２次側通路に供給する絞り開度可変機構と、
前記絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に前記ダイヤフラムを付勢する付勢力を発揮する弾性部材と、
前記弾性部材の付勢力を調整するアクチュエータとを具備することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる燃料電池発電システムに用いられるガス減圧弁であって、
ダイヤフラム室と、
前記ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画する変形可能なダイヤフラムと、
燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される１次側通路と、
前記第１室を介して燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる２次側通路と、
前記１次側通路と前記２次側通路との間に設けられ前記１次側通路のガス流量を絞って前記１次側通路のガスを前記第１室を経て前記２次側通路に供給する絞り開度可変機構と、
前記絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に前記ダイヤフラムを付勢する付勢力を発揮する弾性部材と、
前記弾性部材の付勢力を調整するアクチュエータとを具備することを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。
【請求項３】
請求項２において、前記アクチュエータと前記ダイヤフラムとの間には駆動力伝達機構が設けられていることを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記アクチュエータはモータまたはソレノイドであることを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記絞り開度可変機構は、前記１次側通路と前記２次側通路との間に設けられた絞り孔と、バルブ室と、前記バルブ室に設けられ絞り孔に対面する可動バルブと、前記絞り孔を閉じる方向に前記可動バルブを付勢する可動バルブ用付勢部材とを具備することを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次側通路に送られる燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力を減圧して燃料電池の燃料極または酸化剤極に供給する燃料電池発電システム用ガス減圧弁を有する燃料電池発電システム、及び、燃料電池発電システム用ガス減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体用バルブとして、ダイヤフラム室をもつボディと、ボディのダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画する変形可能なダイヤフラムと、ガスが供給される１次側通路である高圧通路と、２次側通路である低圧通路と、高圧通路と低圧通路との間に設けられた絞り孔をもち絞り孔の絞り開度を調整する絞り開度可変機構と、絞り開度可変機構の絞り開度を増加させる方向にダイヤフラムを付勢する付勢力を発揮するコイルバネとを備えているものが知られている（特許文献１）。この気体用バルブは、燃料電池用のガス流路にも使用できると記載されている。この気体用バルブによれば、高圧通路のガスが絞り孔で絞られて低圧通路に至る。低圧通路の圧力が増加すると、絞り孔の絞り開度を減少させる方向にダイヤフラムが変形し、低圧通路の圧力の増加が抑制される。
【０００３】
また、従来、自動設定減圧弁として、ダイヤフラムとこのダイヤフラムを付勢する圧力設定バネとをもつ減圧弁において、圧力設定バネの弾性力を調整するモータを取り付け、モータの駆動により圧力設定バネの弾性力を調整するものが知られている（特許文献２）。なお、この自動設定減圧弁は燃料電池発電用とは記載されていない。このものによれば、１次側通路である高圧通路の圧力がパイロット弁体を介してピストンの上面に作用している。ここで、ダイヤフラムが下方に変位すると、パイロット弁体が押し下げられ、主弁体であるピストンが押し下げられ、弁口の絞り開度が増加する。またダイヤフラムが上方に変位すると、パイロット弁体が押し上げられ、主弁体であるピストンが押し上げられ、主弁口の絞り開度が減少する。
【特許文献１】特開２００２−３７２１６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２０６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１に係る気体用バルブによれば、ダイヤフラムを付勢するコイルバネのバネ力は固定的であるため、２次側通路である低圧通路におけるガス流量−圧力の特性を調整するのに限界がある。
【０００５】
また、上記した特許文献２に係る自動設定用減圧弁によれば、パイロット弁体を用いているため、弁口の絞り開度について応答性を向上させるには限界がある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、応答性を高めつつ、燃料電池に供給する活物質を含むガスの２次通路におけるガス流量−圧力の特性を調整するのに有利な燃料電池発電システム及び燃料電池発電システム用ガス減圧弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１様相に係る燃料電池発電システムは、燃料極及び酸化剤極を有する燃料電池と、燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料用のガス供給通路と、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス用のガス供給通路と、燃料用のガス供給通路及び前記酸化剤ガス用のガス供給通路のうちの少なくとも一方において燃料電池の上流に設けられた燃料電池発電システム用ガス減圧弁とを具備する燃料電池発電システムにおいて、燃料電池発電システム用ガス減圧弁は、
ダイヤフラム室と、ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画する変形可能なダイヤフラムと、燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される１次側通路と、第１室を介して燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる２次側通路と、１次側通路と２次側通路との間に設けられ１次側通路のガス流量を絞って１次側通路のガスを第１室を経て２次側通路に供給する絞り開度可変機構と、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向にダイヤフラムを付勢する付勢力を発揮する弾性部材と、弾性部材の付勢力を調整するアクチュエータとを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
第２様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁は、燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる燃料電池発電システムに用いられるガス減圧弁であって、ダイヤフラム室と、ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画する変形可能なダイヤフラムと、燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される１次側通路と、第１室を介して燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる２次側通路と、１次側通路と２次側通路との間に設けられ１次側通路のガス流量を絞って１次側通路のガスを第１室を経て２次側通路に供給する絞り開度可変機構と、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向にダイヤフラムを付勢する付勢力を発揮する弾性部材と、弾性部材の付勢力を調整するアクチュエータとを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
第１様相及び第２様相によれば、１次側通路のガスのガス流量が絞り開度可変機構の絞り開度により絞られる。よって、２次側通路のガスの２次圧は１次側通路のガスの１次圧よりも減圧される。ここで、弾性部材による付勢力の大きさを調整すれば、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。従って、アクチュエータを作動させて弾性部材の付勢力を調整すれば、ダイヤフラムを付勢する付勢力を調整できるので、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。これにより燃料電池につながる２次側通路における活物質を含むガスのガス流量−圧力の特性を調整するのに有利となる。弾性部材としては、コイルバネや板バネ等のバネ、ゴムや樹脂等の有機系材料、発泡材料、空気バネ等の気体バネを例示できる。
【００１０】
第３様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、アクチュエータとダイヤフラムとの間には駆動力伝達機構が設けられていることを特徴とする。この場合、駆動力伝達機構によりアクチュエータの駆動力をダイヤフラムに良好に伝達することができる。駆動力伝達機構としてはピストン状の可動体を例示できる。
【００１１】
第４様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、アクチュエータはモータまたはソレノイドであることを特徴とする。モータとしては、回転するタイプ、直動するタイプでも良い。モータとしては、直流モータ、交流モータ、超音波モータなどを例示できる。ソレノイドは磁気吸引力または磁気反発力に基づいて駆動するタイプを例示できる。
【００１２】
第５様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、絞り開度可変機構は、１次側通路と２次側通路との間に設けられた絞り孔と、バルブ室と、バルブ室に設けられ絞り孔に対面する可動バルブと、絞り孔を閉じる方向に可動バルブを付勢する可動バルブ用付勢部材とを具備することを特徴とする。バルブ用付勢部材としては、コイルバネや板バネ等のバネ、ゴムや樹脂等の有機系材料、発泡材料、空気バネ等の気体バネを例示できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アクチュエータを作動させて弾性部材の付勢力を調整することができ、従って、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。これにより燃料電池に供給される活物質を含むガスのガス流量−圧力の特性を複数の形態に設定するのに有利となる。更に、弾性部材の付勢力を調整するのはアクチュエータであり、絞り孔の開閉にあたり、パイロット弁を介さないため、応答性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
本発明に係る実施形態１を図１〜図４を参照して具体的に説明する。本実施形態に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁１は、燃料電池１００の燃料極１０１のガス入口１０１ｃの上流側に設けられるものである。ガス減圧弁１は、図１に示すように、ダイヤフラム室２０をもつと共にダイヤフラム室２０の下方に壁部で仕切られたバルブ室２３をもつボディ２と、ボディ２のダイヤフラム室２０を第１室２１と第２室２２とに区画する変形可能なダイヤフラム３と、燃料電池１００の燃料極１０１で使用される活物質を含むガス（燃料ガス）が供給される１次側通路である高圧通路６１と、燃料電池１００の燃料極１０１の燃料極１０１に繋がる２次側通路である低圧通路７１と、高圧通路６１と低圧通路７１との間に設けられた絞り孔４０をもちダイヤフラム３の変形に伴い絞り孔４０の絞り開度Ｌを可変とする絞り開度可変機構４とを備えている。
【００１５】
高圧通路６１はガス供給源６５（例えばガスタンク）に繋がる。ガス供給源６５の高圧の燃料ガスが高圧通路６１に供給される。燃料ガスとしては純水素ガスまたは水素含有ガス等を使用できる。低圧通路７１は燃料電池１００の燃料極１０１に繋がる。ここで、高圧及び低圧は燃料ガスの相対的な高低の意味である。従って、高圧とは低圧通路７１のガス圧力よりも高圧という意味である。低圧とは高圧通路６１のガス圧力よりも低圧という意味である。例えば、高圧通路６１のガスの圧力ＰＨは１〜３ＭＰａにすることができ、低圧通路７１のガスの圧力ＰＬは１０〜９００ｋＰａ、１００〜４００ｋＰａにすることができる。但しこれらに限定されるものではない。
【００１６】
高圧通路６１は絞り孔４０の上流に設けられており、低圧通路７１は絞り孔４０の下流に設けられている。絞り孔４０は、燃料電池１００の燃料極１０１において使用される活物質を含む高圧通路６１のガス（燃料ガス）の流量を制限して減圧し、低圧通路７１に供給する。
【００１７】
図１に示すように、ボディ２はダイヤフラム室２０を有する。ダイヤフラム３は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属を基材として膜状に形成されており、ボディ２のダイヤフラム室２０を、活物質を含む燃料ガスが流入する第１室２１と、燃料ガスが流入されない第２室２２とに仕切って区画する。第２室２２は大気開放ポート２２ｍを介して大気に連通する。このように第２室２２は大気開放とされるため、高圧状態にならない。
【００１８】
ダイヤフラム３の外周部３ｐは、ボディ２に挟持されて保持されている。ダイヤフラム３の中央域は、第１室２１及び第２室２２の差圧に応じて、矢印Ｙ２（上方向）、矢印Ｙ１方向（下方向）に変形可能とされている。矢印Ｙ２方向は第１室２１の容積を増加させる方向、絞り孔４０の絞り開度Ｌを減少させる方向を意味する。矢印Ｙ１方向は第１室２１の容積を減少させる方向、絞り孔４０の絞り開度Ｌを増加させる方向を意味する。図１から理解できるように、絞り孔４０の下流に位置する第１室２１（低圧通路７１を経て燃料電池１００に繋がる）の圧力がダイヤフラム３の下面としての表面３ｍに作用する。
【００１９】
図１に示すように、絞り開度可変機構４は、燃料電池１００に供給される活物質を含むガス（燃料ガス）の流量を制限するようにボディ２に形成された絞り孔４０と、絞り孔４０を開閉するピストン状の可動バルブ４１と、ダイヤフラム３の中央域を挟持するように設けられた第１支持部４２及び第２支持部４３とを有する。可動バルブ４１は互いに背向する受圧面４７及びバルブ面４４をもつ。なお本実施形態によれば、受圧面４７は可動バルブ４１の図示下面とされている。バルブ面４４は可動バルブ４１の図示上面とされている。
【００２０】
絞り孔４０は、絞り孔４０を１周するリング形状の弁座部４９を片面側つまり下面側にもつ。第２支持部４３の軸部４８は、第２支持部４３から遠ざかるように下方に向けて延設されており、絞り孔４０に挿通されている。
【００２１】
後述するダイヤフラムバネ７及びバルブバネ８の付勢力により、第２支持部４３の軸部４８の先端部（下端部）は、可動バルブ４１のバルブ面４４に当接する。ここで、弁座部４９と可動バルブ４１のバルブ面４４との間は、絞り孔４０の絞り開度Ｌとされる。図１において絞り開度Ｌの隙間幅は強調されているが、実際には小さいものである。可動バルブ４１のバルブ面４４は、絞り孔４０の全閉時において、絞り孔４０の弁座部４９に着座できるように弁座部４９に対面する。
【００２２】
図１に示すように、可動バルブ４１がボディ２のバルブ室２３に矢印Ｙ２、Ｙ１方向（上下方向）に移動可能に嵌合されている。可動バルブ４１はダイヤフラム３の図示下方に配置されており、これの横断面が円形状をなす円柱形状とされているが、角柱形状でも良い。ここで、バルブ室２３の径、可動バルブ４１の径は、ダイヤフラム３の可動変形部分の径よりも小さく設定されている。可動バルブ４１は金属製であり、実質的に剛体として機能する。可動バルブ４１の受圧面４７はボディ２の壁面２ｆに対面すると共に、可動バルブ４１のバルブ面４４は絞り孔４０に対面する。
【００２３】
図１に示すように、ボディ２のダイヤフラム室２０の第２室２２には、コイルバネで形成された付勢部材として機能することができるダイヤフラムバネ７（弾性部材）がほぼ同軸的に設けられている。ダイヤフラムバネ７の一端部７ａは、絞り開度可変機構４の第１支持部４２の着座面４２ｈに着座し、ダイヤフラムバネ７の他端部７ｂは後述の可動体９２のリング状の着座面９２ｈに着座する。この結果、ダイヤフラムバネ７は、ダイヤフラム３を矢印Ｙ１方向（図示下方向）に付勢しており、ひいては可動バルブ４１を弁座部４９から離間させるように付勢する。即ち、ダイヤフラムバネ７は絞り孔４０の絞り開度Ｌを増加させる方向に可動バルブ４１を付勢する。
【００２４】
図１に示すように、可動バルブ４１とボディ２の壁面２ｆとの間には、コイルバネで形成された可動バルブ用の付勢部材として機能するバルブバネ８が設けられている。バルブバネ８により可動バルブ４１は矢印Ｙ２方向に付勢されており、つまり、可動バルブ４１のバルブ面４４が弁座部４９に接近する方向に付勢されている。即ち、バルブバネ８は絞り孔４０の絞り開度Ｌを減少させる方向に可動バルブ４１を付勢する。
【００２５】
バルブバネ８及びダイヤフラムバネ７は、互いに逆向きの付勢力を発揮する。このため可動バルブ４１のバルブ面４４と第２支持部４３の軸部４８の先端部４８ａとの接触性は、確保されている。本実施形態によれば、ダイヤフラムバネ７のバネ荷重はバルブバネ８のバネ荷重よりも大きく設定されている。これはガスが導入されていないとき、絞り孔４０を開放状態に維持するためである。
【００２６】
本実施形態によれば、ダイヤフラムバネ７の付勢力を調整するアクチュエータ９がボディ２に設けられている。アクチュエータ９はモータ（例えば直流モータ）であり、アクチュエータ本体９０と、アクチュエータ本体９０から突出する回転可能な駆動軸９１とをもつ。駆動軸９１の外周部には雄螺子部９１ｃが形成されている。アクチュエータ９とダイヤフラム３との間には、つまり、アクチュエータ９とダイヤフラムバネ７との間には駆動力伝達機構としてのピストン状の可動体９２が設けられている。可動体９２は、着座面９２ｈをもつ大径部９２ａと、大径部９２ａに一体的な小径部９２ｃとをもつ。
【００２７】
図２に示すように、可動体９２の外壁には、ボディ２の被係合部２ｍと係合する係合部９２ｍが設けられており、可動体９２は図１に示す矢印Ｙ１，Ｙ２方向（絞り孔４０の開放方向、閉鎖方向）に直動できるものの、可動体９２の周方向（図２に示す矢印Ｒ１方向,Ｒ２方向）には回動できないように設定されている。可動体９２の小径部９２ｃの中央域に形成された孔９３の内周部には、雌螺子部９３ｃが形成されている。雌螺子部９３ｃと雄螺子部９１ｃとは互いに螺進退可能に螺合しており、回転運動を直進運動に変換する変換機構として機能することができる。
【００２８】
アクチュエータ９が一方向に駆動して駆動軸９１がこれの軸芯９１ｐの周りで一方向に回転すると、可動体９２が矢印Ｙ１方向（絞り孔４０の開放方向）に移動し、ダイヤフラムバネ７の長さＫＡが縮み、ダイヤフラムバネ７の付勢力が大きくなる。アクチュエータ９が他方向に駆動して駆動軸９１がこれの軸芯９１ｐの周りで他方向に回転すると、可動体９２が矢印Ｙ２方向（絞り孔４０の閉鎖方向）に向けて移動し、ダイヤフラムバネ７の長さＫＡが拡張し、ダイヤフラムバネ７の付勢力が小さくなる。
【００２９】
上記した本実施形態に係るガス減圧弁１を使用する際には、高圧の燃料ガスを装填したガス供給源６５から、相対的に高圧の燃料ガスが高圧通路６１に供給される。その高圧のガスは、絞り孔４０の絞り開度Ｌにより流量が制限される。このため、絞り孔４０の下流に位置する第１室２１の圧力は、高圧通路６１の圧力よりも減圧される。絞り孔４０の絞り開度Ｌにより減圧されて設定圧に低圧化されたガスは、第１室２１を通過し、ポート２ｋを介して低圧通路７１に至り、更に燃料電池１００の燃料極１０１に供給され、発電反応に使用される。
【００３０】
絞り孔４０により減圧された第１室２１の圧力と第２室２２の圧力との差圧に基づいて、ダイヤフラム３が受ける矢印Ｙ２方向（上向き、絞り孔４０の閉鎖方向）に向かう力をＦ１とする。更に、バルブバネ８が可動バルブ４１を矢印Ｙ２方向（上向き,絞り孔４０の閉鎖方向）に付勢する力をＦ２とする。可動バルブ４１のバルブ面４４が矢印Ｙ１方向に向かう下向きの圧力と、可動バルブ４１の受圧面４７がバルブ室２３のガス圧により上向きに受圧する圧力との差を力Ｆ３（上向きと仮定する）とする。また、ダイヤフラムバネ７がこれのバネ荷重（付勢力）により、ダイヤフラム３、第１支持部４２及び第２支持部４３を介して可動バルブ４１を矢印Ｙ１方向に向かう（下向き,絞り孔４０の開放方向）に付勢する力をＦ４とする。
【００３１】
基本的には、矢印Ｙ２方向に向かう上向きの力Ｆ１＋力Ｆ２＋力Ｆ３の合計と、矢印Ｙ１方向に向かう下向きの力Ｆ４とが均衡した時点において、可動バルブ４１の位置が保持される。この均衡により基本的には絞り孔４０の絞り開度Ｌは決定される。矢印Ｙ２方向に向かう上向きの力Ｆ１＋力Ｆ２＋力Ｆ３の合計、矢印Ｙ１方向に向かう下向きの力Ｆ４の大きさが変化すると、可動バルブ４の均衡する位置が変化するため、絞り孔４０の絞り開度Ｌが変化する。
【００３２】
ここで、アクチュエータ９の駆動量を調整すれば、矢印Ｙ１，Ｙ２方向における可動体９２の移動位置を調整することができ、ひいてはダイヤフラムバネ７の付勢力を増加させる方向または減少させる方向に調整することができる。これによりダイヤフラム３、第１支持部４２及び第２支持部４３を介して可動バルブ４１を矢印Ｙ１方向に向かう（下向き,絞り孔４０の開放方向）ように付勢する力Ｆ４を調整することができ、それに応じて絞り孔４０の絞り開度Ｌが調整される。
【００３３】
ここで、図３は低圧通路７１のガス流量と低圧通路７１の２次圧Ｐ２との関係を示す。特性線Ａは、ダイヤフラムバネ７の一端部７ａがある位置に存在する場合における圧力特性を示す。特性線Ｂは、ダイヤフラムバネ７の一端部７ａが別のある位置に存在する場合における圧力特性を示す。特性線Ａ，特性線Ｂによれば、ガス流量が増加すれば、低圧通路７１の２次圧Ｐ２が次第に低下している。
【００３４】
本実施形態によれば、上記したようにアクチュエータ９の駆動量を調整すれば、可動体９２の位置を調整でき、ひいてはダイヤフラムバネ７の付勢力を調整でき、これにより絞り孔４０の絞り開度Ｌを適宜調整することができる。これにより低圧通路７１の燃料ガスの流量−設定圧力（２次圧）の特性を変化させることができる。この結果、低圧通路７１の燃料ガスの流量−設定圧力（２次圧）の特性について、図３に示す特性線Ｃ，Ｄに示すように、複数の形態を実現することができる。
【００３５】
更に、低圧通路７１の燃料ガスの流量−設定圧力（２次圧）の特性について、図４に示す特性線Ｅに示すように、ガス流量が増加するとき低圧通路７１の２次圧Ｐ２を次第に増加させるようにしたり、図４に示す特性線Ｆに示すように、ガス流量が増加するものの、低圧通路７１の２次圧Ｐ２を一定域に維持したりすることもできる。
【００３６】
燃料電池発電システムによれば、低圧通路７１における設定圧力を頻繁に変化させる傾向がある。殊に、車載の燃料電池発電システムによれば、車両負荷に応じて、低圧通路７１における設定圧力（２次圧）を頻繁に変化させる傾向がある。この点本実施形態によれば、ダイヤフラムバネ７の付勢力の増減をアクチュエータ９の駆動により行うため、応答性が良好であり、ダイヤフラムバネ７の付勢力を速い速度で増減させることができる。従って、絞り孔４０の絞り開度Ｌを迅速に調整することができ、ひいては低圧通路７１に係るガス流量−設定圧力の特性を迅速に調整することができる。よって、車載の燃料電池発電システムに適する。殊に、ダイヤフラムバネ７の付勢力を調整するのはアクチュエータ９であり、パイロット弁を介さないため、応答性を高めることができる。
【００３７】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図５に示すように、アクチュエータ９の駆動軸９１の先端の駆動位置Ｎ（Ｎ1〜Ｎn）と、ガス流量−設定圧力の特性との関係を予めマップ化し、そのマップをメモリなどの記憶媒体の所定のエリアに格納しておく。そして、燃料電池発電システムの制御装置からガス流量信号が出力されると、低圧通路７１の圧力を、そのガス流量を実現できる２次圧力となるように、アクチュエータ９の駆動軸９１の駆動位置を制御する。これによりダイヤフラムバネ７の付勢力の増減をアクチュエータ９の駆動により行う。このため、応答性が良好であり、ダイヤフラムバネ７の付勢力を速い速度で増減させることができる。従って、絞り孔４０の絞り開度Ｌを迅速に調整することができ、ひいては低圧通路７１に係るガス流量−設定圧力の特性を迅速に調整することができる。よって、車載の燃料電池発電システムに適する。これにより燃料電池発電システムの制御性、燃費などの格段の向上を期待することができる。なお、駆動位置Ｎは、回転一般的には、センサや位置センサの値を検出したり、電流値を検出したり、あるいは、ステッピングモータの場合にはステップ数で検出したりして把握される。
【００３８】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図６に示すように、アクチュエータ本体９０から突出する回転可能な駆動軸９１の外周部には、雄螺子部９１ｃが形成されている。駆動軸９１の周りには駆動力伝達機構としての可動体９２が設けられている。可動体９２の横断面においてその外壁面９２ｐは楕円形状とされている。可動体９２の外壁面９２ｐの全体が、ボディ２の被係合部２ｍと係合する係合部とされている。この結果、可動体９２は図１に示す矢印Ｙ１，Ｙ２方向（絞り孔４０の開放方向、閉鎖方向）に移動できるものの、可動体９２の周方向（矢印Ｒ１方向,矢印Ｒ２方向）には回動できないように設定されている。可動体９２の中央域に形成された孔９３の内周部には雌螺子部９３ｃが形成されている。雌螺子部９３ｃと雄螺子部９１ｃとは互いに螺進退可能に螺合している。
【００３９】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図７に示すように、駆動軸９１の周りには駆動力伝達機構としての可動体９２が設けられている。可動体９２の横断面においてその外壁面９２ｐは四角形状とされている。可動体９２の外壁面９２ｐの全体が、ボディ２の被係合部２ｍと係合する係合部とされている。この結果、可動体９２は図１に示す矢印Ｙ１，Ｙ２方向（絞り孔４０の開放方向、閉鎖方向）に移動できるものの、可動体９２の周方向（矢印Ｒ１方向）には回動できないように設定されている。
【００４０】
（適用形態）
図８は適用形態を示す。この適用形態によれば、燃料電池発電システムは、車載用または定置用であり、図８に示すように、燃料極１０１及び酸化剤極１０２を有する燃料電池１００と、発電前の燃料ガスを燃料電池１００の燃料極１０１に供給する燃料用のガス供給通路５と、発電前の酸化剤ガス（一般的には空気）を燃料電池１００の酸化剤極１０２に供給する酸化剤ガス用のガス供給通路１０３と、発電後の燃料オフガスを弁１０４を介して通過させる燃料オフガス用のガス排出通路１０５と、発電後の酸化剤オフガスを通過させる酸化剤オフガス用のガス排出通路１０６とを備えている。
【００４１】
ガス供給通路５は燃料電池１００の燃料極１０１のガス入口の上流に位置する。酸化剤ガス用のガス供給通路１０３には、酸化剤ガスを燃料電池１００の酸化剤極１０２に供給するガス供給源であるコンプレッサ１０７が設けられている。燃料用のガス供給通路５において、高圧燃料ガス源であるガス供給源５５側に減圧弁１０８が設けられ、更に、減圧弁１０８の下流に位置するように前記したガス減圧弁１が設けられている。
【００４２】
この適用形態によれば、ガス供給源５５から吐出される相対的に高圧の燃料ガスは減圧弁１０８で減圧され、更にガス減圧弁１を介して所定の設定圧力まで減圧され、燃料電池１００の燃料極１０１に供給され、発電反応に使用される。また酸化剤ガス（一般的には空気）はコンプレッサ１０７の駆動により燃料電池１００の酸化剤極１０２に供給され、発電反応に使用される。
【００４３】
前述したように、本適用形態によれば、ガス減圧弁１のダイヤフラムバネ７の付勢力の増減をアクチュエータ９の駆動により行う。このため応答性が良好であり、ダイヤフラムバネ７の付勢力を速い速度で増減させることができる。従って、ガス減圧弁１の絞り孔４０の絞り開度Ｌを迅速に調整することができ、ひいては低圧通路７１に係るガス流量−設定圧力の特性を迅速に調整することができる。よって、車載用または定置用の燃料電池発電システムに適する。
【００４４】
（その他）
上記した実施形態によれば、ガス減圧弁１は燃料電池１００の燃料極１０１に送られる燃料ガスの減圧弁として使用されているが、これに限らず、燃料電池１００の酸化剤極（空気極）１０２に送られる酸化剤ガスの減圧弁として使用しても良い。上記した実施形態によれば、ダイヤフラムバネ７及びバルブバネ８はコイルバネとされているが、これに限らず、板バネなどの他の種類のバネとしても良く、あるいは、ゴムや軟質樹脂等で形成しても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は車両用、定置用、携帯用等の用途に使用される燃料電池発電システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態１に係り、ガス減圧弁の断面図である。
【図２】アクチュエータの駆動軸付近の断面図である。
【図３】ガス流量と２次圧との関係を示すグラフである。
【図４】ガス流量と２次圧との関係（目標）を示すグラフである。
【図５】実施形態２に係り、アクチュエータの駆動軸の駆動位置Ｎ（Ｎ１〜Ｎｎ）と、ガス流量−設定圧力の特性との関係をマップ化した図である。
【図６】実施形態３に係り、ガス減圧弁に装備されている可動体付近の断面図である。
【図７】実施形態４に係り、ガス減圧弁に装備されている可動体付近の断面図である。
【図８】燃料電池発電システムを模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
図中、１はガス減圧弁、２０ダイヤフラム室、２３はバルブ室、３はダイヤフラム、６１は高圧通路（１次側通路）、７１は低圧通路（２次側通路）、４は絞り開度調整機構、４０は絞り孔、４１は可動バルブ、６は高圧通路（１次側通路）、７はダイヤフラムバネ（弾性部材）、８はバルブバネ（可動バルブ用付勢部材）、１００は燃料電池、１０１は燃料極、１０２は酸化剤極を示す。
【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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