(57)【要約】【課題】ダイヤフラムの振動を抑制するのに有利な圧力調整バルブおよび燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】圧力調整バルブは、ダイヤフラム室をもつハウジングと、ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画するダイヤフラム３と、１次側通路と、２次側通路と、絞り開度調整機構とを具備する。ダイヤフラム３は、受圧部３０を示す断面において、弾性率または単位投影面積当たりの質量が他の部分よりも異なる振動抑制部３６を備えている。振動抑制部３６は、好ましくは、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。【選択図】図１
2007004582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラム室をもつハウジングと、
前記ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画すると共に前記第１室のガス圧を受圧する変形可能な受圧部をもつダイヤフラムと、
前記ハウジングに形成されガスが供給される１次側通路と、
前記ハウジングに形成され前記第１室を介して下流のガス消費源に繋がる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次側通路を流れるガスの流量を絞って前記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調整機構とを具備する圧力調整バルブにおいて、
前記ダイヤフラムの前記受圧部は、前記ダイヤフラムの振動を抑制する振動抑制部を備えており、
前記振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、前記第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えていることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１部分の厚みをｔ１とし、前記第２部分の厚みをｔ２とすると、ｔ２＝（１．０〜４．０）×ｔ１であることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成する前記第１部分および／または前記第２部分は、前記ダイヤフラムの周方向において間隔を隔てて配置されていることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成する前記第１部分および／または前記第２部分は、前記ダイヤフラムの半径方向において間隔を隔てて配置されていることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成するために積層される部分が設けられており、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成するために積層される部分は、前記ダイヤフラムの前記受圧部の受圧面側に配置されていることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成するために積層される部分が設けられており、前記ダイヤフラムの前記振動抑制部を構成するために積層される部分は、前記ダイヤフラムの前記受圧部の受圧面と反対側に配置されていることを特徴とする圧力調整バルブ。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記絞り開度調整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付勢部材と、前記付勢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圧力調整バルブ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちのいずれか一項において、前記絞り開度調整機構は、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前記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圧力調整バルブ。
【請求項９】
燃料極及び酸化剤極を有する燃料電池と、
前記燃料電池の前記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圧力調整バルブ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圧力調整バルブは、
ダイヤフラム室をもつハウジングと、
前記ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画すると共に前記第１室のガス圧を受圧する変形可能な受圧部をもつダイヤフラムと、
前記ハウジングに形成されガスが供給される１次側通路と、
前記ハウジングに形成され前記第１室を介して下流の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次側通路を流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスの流量を絞って前記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調整機構とを具備しており、
前記ダイヤフラムの前記受圧部は、前記ダイヤフラムの振動を抑制する振動抑制部を備えており、前記振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、前記第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムを有する圧力調整バルブ、および、その圧力調整バルブを有する燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力調整バルブとして、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調整機構と、絞り開度調整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）。この圧力調整バルブによれば、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、ガス用減圧弁として、弁座から弁体を離座させる方向にダイヤフラムを付勢するコイルバネを設けるとともに、ダイヤフラムの自励振動に対向する摺動抵抗をダイヤフラムに付与させるリーフバネをダイヤフラムに設けたものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３７２１６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０９０８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に係る圧力調整バルブによれば、使用条件によっては、ダイヤフラムが振動するおそれがある。ダイヤフラムが振動すると、ガス用減圧弁における圧力−流量の特性が変動するおそれがある。場合によっては異音が発生することがある。また、上記した特許文献２に係るガス用減圧弁によれば、リーフバネによる摺動抵抗をダイヤフラムに付与させ、ダイヤフラムの振動を抑制しようとしてるが、必ずしも充分ではない。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムの振動を抑制するのに有利な圧力調整バルブおよび燃料電池発電システム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】
【０００６】
本発明に係る圧力調整バルブは、ダイヤフラム室をもつハウジングと、ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画すると共に第１室のガス圧を受圧する変形可能な受圧部をもつダイヤフラムと、ハウジングに形成されガスが供給される１次側通路と、ハウジングに形成され第１室を介して下流のガス消費源に繋がる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次側通路を流れるガスの流量を絞って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調整機構とを具備する圧力調整バルブにおいて、ダイヤフラムの受圧部は、ダイヤフラムの振動を抑制する振動抑制部を備えており、振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明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圧力調整バルブ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圧力調整バルブは、ダイヤフラム室をもつハウジングと、ダイヤフラム室を第１室と第２室とに区画すると共に第１室のガス圧を受圧する変形可能な受圧部をもつダイヤフラムと、ハウジングに形成されガスが供給される１次側通路と、ハウジングに形成され第１室を介して下流の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次側通路を流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスの流量を絞って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調整機構とを具備しており、ダイヤフラムの受圧部は、ダイヤフラムの振動を抑制する振動抑制部を備えており、振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えていることを特徴とするものである。なお、単位投影面積当たりの質量とは、ダイヤフラムの中心線に対して平行な方向から投影したときにおけるダイヤフラムの受圧部の単位投影面積当たりの質量をいう。
【０００８】
本発明によれば、１次側通路のガスのガス流量が絞り開度調整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。燃料電池等のガス消費部につながる２次側通路におけるガスのガス流量−圧力の特性を調整するのに有利となる。第１室のガスの圧力はダイヤフラムの受圧部に作用する。ここで、ダイヤフラムが振動するおそれがあるが、ダイヤフラムの受圧部の振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えている。このためダイヤフラムの受圧部における振動周波数が部位により異なり、ダイヤフラムの受圧部における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラムの自励振動が抑制または防止される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ダイヤフラムの受圧部は振動抑制部を備えており、振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えている。このため、ダイヤフラムの受圧部における振動周波数が部位により異なり、ダイヤフラムの受圧部における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラムの自励振動が抑制または防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ダイヤフラムの振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に低い第１部分と、第１部分よりも弾性率が相対的に高い第２部分とを備えている。第２部分と第１部分とで弾性率の差（または単位投影面積当たりの質量の差）が大きいときには、ダイヤフラムの応答性が低下するものの、減衰効果を期待できる。第２部分と第１部分とで弾性率の差（または単位投影面積当たりの質量の差）が小さいときには、減衰効果が低下するものの、ダイヤフラムの応答性を期待できる。
【００１１】
ダイヤフラムの振動抑制部を構成する第１部分および／または第２部分は、ダイヤフラムの周方向または半径方向に間隔を隔てて配置されている形態を例示することができる。従って、第１部分および第２部分は、ダイヤフラムの周方向または半径方向において互いに隣接していることができる。この場合、ダイヤフラムにおける振動周波数が部位により異なり易くなり、ダイヤフラムの受圧部における一様な振動が一層発生しにくくなる。
【００１２】
また、ダイヤフラムの振動抑制部を構成するために積層される部分は、ダイヤフラムの受圧部の受圧面側に配置されている形態を例示することができる。また、ダイヤフラムの振動抑制部を構成するためな積層される部分は、ダイヤフラムの受圧部の受圧面と反対側に配置されている形態を例示することができる。
【００１３】
また、第１部分の厚みをｔ１とし、第２部分の厚みをｔ２とすると、ｔ２＝（１．０〜４．０）×ｔ１である形態を例示できる。この場合、ダイヤフラムの厚みの過剰化が抑制され、ダイヤフラムの応答性が確保される。第２部分と第１部分とで厚み差が大きいときには、ダイヤフラムの応答性が低下するものの、減衰効果を期待できる。第２部分と第１部分とで厚み差が小さいときには、減衰効果が低下するものの、ダイヤフラムの応答性が高まる。ここで、ｔ２＝（１．０〜３．５）×ｔ１、あるいは、ｔ２＝（１．１〜２．０）×ｔ１、あるいは、ｔ２＝（１．１〜１．５）×ｔ１とすることができる。なお、第２部分の厚みは、第１部分の厚みと同一とすることができる。この場合、ダイヤフラムの応答性が一層確保される。なお、場合によっては、第２部分に埋設する芯層の弾性率を、低い弾性率部分に埋設する芯層の弾性率よりも高いものにすれば、第２部分の厚みを第１部分の厚みよりも薄くすることもできる。
【００１４】
本発明によれば、絞り開度調整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付勢部材と、付勢部材の付勢力を調整するアクチュエータとを備える形態を例示することができる。この場合、アクチュエータを作動させて付勢部材の付勢力を調整することができる。これによりガス消費部に供給されるガスのガス流量−圧力の特性を複数の形態に設定するのに有利となる。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。アクチュエータとしてはモータまたはソレノイドを例示できる。
【００１５】
絞り開度調整機構は、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備える形態を例示することができる。この場合、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。
【実施例１】
【００１６】
本発明に係る実施例１を図１〜図４を参照して具体的に説明する。圧力調整バルブ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、ガス消費源１００で使用されるガスが供給される１次側通路である高圧通路６１と、ガス消費源１００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を調整とする絞り開度調整機構４とを備えている。
【００１７】
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の高圧のガスが高圧通路６１に供給される。ガスとしては燃料電池用の燃料ガスを使用でき、純水素ガスまたは水素含有ガス等を例示できる。低圧通路７１はガス消費源１００に繋がる。ここで、高圧及び低圧は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。
【００１８】
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、ガス消費源１００において使用される高圧通路６１のガスの流量を制限して減圧し、低圧通路７１に供給する。
【００１９】
図１に示すように、ボディ２のダイヤフラム室２０には、ダイヤフラム３が配置されている。ダイヤフラム３は、第１室２１および第２室２２に対面する受圧面３１を有する受圧部３０と、外縁部に形成されたリング突起状の外シール部３３と、ダイヤフラム３の中央孔３４の内縁部に形成されたリング突起状の内シール部３５とを有する。ダイヤフラム３は、ボディ２のダイヤフラム室２０を、ガスが流入する第１室２１と、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は高圧通路６１および低圧通路７１に連通しないものの、大気開放ポート（図示せず）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。ダイヤフラム３の受圧部３０は、第１室２１側から見て第１室２１において凹んでいる受圧面３１と、受圧面３１と反対側に位置し第２室２２側に膨出する面３２とをもつ。ダイヤフラム３の外縁部の外シール部３３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の受圧部３０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を経てガス消費源１００に繋がる）の圧力がダイヤフラム３の受圧部３０の受圧面３１に作用する。
【００２０】
図１に示すように、絞り開度調整機構４は、ガス消費源１００に供給される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。なお本実施例によれば、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。絞り孔４０は、ボディ２に固定された固定スリーブ２ｍに設けられ絞り孔４０を１周するリング形状の弁座部４９で形成されている。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】
可動バルブ４１はボディ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。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（付勢部材）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、絞り開度調整機構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。本実施例によれば、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】
上記した本実施例に係る圧力調整バルブ１を使用する際には、相対的に高圧のガスがガス供給源６５から高圧通路６１に供給される。絞り孔４０の絞り開度Ｌによりガスの流量は制限される。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、更にガス消費源１００に供給される。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の受圧部３０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。
【００２７】
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、または、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。
【００２８】
ここで、図２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。図２の特性線によれば、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。
【００２９】
さて本実施例によれば、ダイヤフラム３は、ゴム等の膜状の軟質材料部３００と、軟質材料部３００の内部に埋設された芯層３２０とで形成されている。芯層３２０としては、樹脂、金属等を基材として利用することにより形成できる。これらの基材の形態としては、粒子状、繊維状、シート状など適宜選択できる。ダイヤフラム３はガスバリヤ性を有することが好ましい。図３において、ダイヤフラム３の受圧部３０は、ダイヤフラム３の中心線ＰＡの回りに描かれる仮想線Ｍ１，Ｍ２で区画される領域であり、中心線ＰＡの回りにおいてリング形状をなしている。図４はダイヤフラム３の受圧部３０を示す断面（複雑化を避けるため、一部ハッチングを省略）を示す。
【００３０】
図４において、ダイヤフラム３の受圧部３０は振動抑制部３６を備えている。具体的には、振動抑制部３６は、第１部分３７と第２部分３８とを備えている。第２部分３８の弾性率（または単位投影面積あたりの質量）は、第１部分３７の弾性率（単位投影面積あたりの質量）よりも相対的に高く設定されている。第２部分３８は図３においてハッチングで示す領域に相当するものであり、ダイヤフラム３の周方向において間隔を隔てて配置されている。従って、当該周方向において、第１部分３７および第２部分３８は互いに隣接する。なお、図３において、周方向における第２部分３８の一端３８ａと他端３８ｃとの角度（中心線ＰＡに対する角度）は、θ１として示される。ダイヤフラム３の直径はＤ１として示され、第２部分３８の半径方向の中心間の直径はＤ２として示され、第２部分３８の幅はＤａとして示される。
【００３１】
図４に示すように、第２部分３８に相当する部分に積層部３９を、ダイヤフラム３の受圧面３１と反対側の面３２に一体的に積層させることにより、第２部分３８における厚み方向の弾性率（または単位投影面積あたりの質量）は、第１部分３７における厚み方向の弾性率（または単位投影面積あたりの質量）よりも高く設定されている。このためダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数が第１部分３７および第２部分３８により異なり、ダイヤフラム３における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、第１部分３７および第２部分３８とで相殺効果が発揮され易くなり、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。なお、積層部３９はゴム等の軟質材料部３００ｒで形成されている。場合によっては、積層部３９は、ゴム等の軟質材料部３００ｒと、軟質材料部３００ｒの内部に埋設された基布等で形成された芯層３２０ｒとで形成されていても良い。
【００３２】
更に、ダイヤフラム３の受圧部３０の周方向において、第２部分３８および第１部分３７は、均等配置またはほぼ均等配置となるように交互に分散して配置されている。このため、ダイヤフラム３の周方向におけるバランスが確保される。故に、圧力調整バルブ１における圧力−流量の特性に影響を与えることが抑制されている。
【００３３】
ところで、ダイヤフラム３の受圧部３０における振動減衰効果を高めるためには、ダイヤフラム３の受圧部３０の全体の剛性を高め、減衰力を増加させることも考えられる。しかしながらこの場合、発生している振動レベルによってはその減衰効果が充分ではない。更に、ダイヤフラム３の受圧部３０の全体の剛性を高め過ぎると、ダイヤフラム３の受圧部３０の可動許容範囲が極端に小さくなるおそれがある。この点本実施例においては、ダイヤフラム３の受圧部３０において、第２部分３８と第１部分３７とが交互に配置されているため、ダイヤフラム３の受圧部３０の剛性が過剰になることが抑制され、受圧部３０における撓み性および可動許容性を確保しつつ、ダイヤフラム３の振動を抑えることができる。
【００３４】
上記した場合には、第２部分３８の弾性率（または単位投影面積あたりの質量）は、第１部分３７の弾性率（単位投影面積あたりの質量）よりも相対的に高く設定されているが、これに限らず、第２部分３８の弾性率（または単位投影面積あたりの質量）は、第１部分３７の弾性率（単位投影面積あたりの質量）よりも相対的に低く設定されている形態としても良い。
【００３５】
（試験例）
試験例として、図３および図４に示す形態のダイヤフラム３を用い、ダイヤフラム３の振動を肉眼により観察する試験を行った。但し、第２部分３８は周方向において１８０度位相間隔で、合計２個配置されている。ダイヤフラム３の軟質材料部３００の材質をエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）とし、芯層３２０の材質をアラミド織布とした。ダイヤフラム３の直径Ｄ１を３６ミリメートルとし、第２部分３８間の直径Ｄ２を２０ミリメートルとし、θ１を６０度とした。この場合、図４に示すように、ダイヤフラム３のベースとなる部分（弾性率が相対的に低い部分）の厚みをｔ１とし、第２部分３８の厚みをｔ２とした。そして、高圧通路６１における１次圧を０．５〜０．１ＭＰａ内で変化させ、低圧通路７１における２次圧を１２０〜３００ｋＰａ内で変化させ、高圧通路６１に供給する空気流量を０〜５００ＮＬ／ｍｉｎの範囲内とした。比較例（ｔ２＝ｔ１）のときには、ダイヤフラム３の振動は発生していた。これに対してｔ２＝１．３×ｔ１に設定した試験例１のとき、ｔ２＝１．５×ｔ１に設定した試験例２のとき、ｔ２＝１．７×ｔ１に設定した試験例３のときには、ダイヤフラム３の振動は発生しなかった。ｔ２＝３．０×ｔ１、ｔ２＝４．０×ｔ１のときにも同様と推察される。
【実施例２】
【００３６】
図５は実施例２を示す。図１〜図３を準用できる。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５（複雑化を避けるため、一部ハッチングを省略）に示すように、第２部分３８に相当する部分に積層部３９を、ダイヤフラム３の受圧部３０の受圧面３１に一体的に積層させることにより、第２部分３８における厚み方向の弾性率（単位面積当たりの質量）は、第１部分３７における厚み方向の弾性率（単位面積当たりの質量）よりも高く設定されている。このためダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数が部位により異なり、ダイヤフラム３における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。積層部３９はゴム等の軟質材料部３００ｒで形成されている。場合によっては、積層部３９は、ゴム等の軟質材料部３００ｒと、軟質材料部３００ｒの内部に埋設された基布等で形成された芯層３２０ｒとで形成されていてもよい。
【実施例３】
【００３７】
図６は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、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）で形成された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。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、ピストン状の可動体９２が設けられている。可動体９２は、図６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。アクチュエータ本体９０と可動体９２との間には、アクチュエータ本体９０の回転運動を可動体９２の直進運動として変換する変換機構９３が設けられている。図６に示すように、この変換機構９３は、駆動軸９１にジョイント部９３ａで結合された回転体９３ｃと、回転体９３ｃの外周面を回転可能に支持する軸受９３ｄと、回転体９３ｃの雌ネジ部９３ｂに螺合する雄ネジ部９３ｅを有する作動軸９３ｆとを有する。作動軸９３ｆは回転止め部９３ｈによって回転しないものの、矢印Ｙ１，Ｙ２方向に可動体９２と共に直進することができる。アクチェエータ本体９０の駆動軸９１がこれの軸芯９１ｐの回りで回転されると、この回転は、変換機構９３により可動体９２の直進運動として変換される。従って、アクチュエータ本体９０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。これに対して、アクチュエータ本体９０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。ここで、アクチュエータ本体９０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る。それに応じて絞り孔４０の絞り開度Ｌが調整される。本システムによれば、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。この点本実施例によれば、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��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。
【００３８】
本実施例によれば、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。
【００３９】
本実施例によれば、ダイヤフラム３は、ゴム等の膜状の軟質材料部３００と、軟質材料部３００の内部に埋設された基布等で形成された芯層３２０とで形成されている。ダイヤフラム３の受圧部３０は振動抑制部３６を備えている。具体的には、ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。このためダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数がその部位により異なり、ダイヤフラム３における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。なお、変換機構９３は上記した構造に限定されるものではない。
【実施例４】
【００４０】
図７および図８は実施例４を示す。本実施例は実施例１、２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、ダイヤフラム３は、ゴム等の膜状の軟質材料部３００と、軟質材料部３００の内部に埋設された基布等で形成された芯層３２０とで形成されている。ダイヤフラム３は振動抑制部３６を備えている。具体的には、ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率（または単位投影面積あたりの質量が低い）第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率（または単位投影面積あたりの質量）が相対的に高い第２部分３８とを備えている。図８に示すように、第２部分３８に相当する部分に埋設する芯層３２０ｘの材質を、第１部分３７に相当する部分に埋設する芯層３２０の材質に対して、高弾性率の材質に変えている。これにより第２部分３８における厚み方向の弾性率は、第１部分３７における厚み方向の弾性率よりも高く設定されている。このため実施例１と同様に、ダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数がその部位により異なり、ダイヤフラム３における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。この場合には、図８に示すように、ダイヤフラム３のうち第１部分３７の厚みと第２部分３８の厚みとは同一または実質的に同一であるため、ダイヤフラム３の厚みの過剰化が抑制され、ダイヤフラム３の応答性を高めるのに有利である。
【実施例５】
【００４１】
図９は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図９に示すように、第２部分３８に相当する部分には、芯層３２０が埋設されている。しかし第１部分３７に相当する部分には、芯層３２０が埋設されていない。この結果、ダイヤフラム３の受圧部３０は、ダイヤフラム３の他の部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８を備える。このため実施例１と同様に、ダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数が部位により異なり、ダイヤフラム３の受圧部３０における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。この場合、ダイヤフラム３の厚みは全体にわたり同一または実質的に同一であるため、ダイヤフラム３の厚みの過剰化が抑制され、ダイヤフラム３の応答性を高めるのに有利である。
【実施例６】
【００４２】
図１０は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１０に示すように、ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。第２部分３８は、ダイヤフラム３の周方向において間隔を隔てて、つまり、周方向において約１８０度の位相で合計２個配置されている。図１０に示すように、ダイヤフラム３の周方向において、第２部分３８の合計周長は、第１部分３７の合計周長よりも短くされている。本実施例においても、ダイヤフラム３の周方向において第２部分３８および第１部分３７は均等配置またはほぼ均等配置となるように交互に分散して配置されている。このためダイヤフラム３の周方向におけるバランスが確保され、圧力−流量の特性に影響を与えることが抑制されている。さらに、第２部分３８と第１部分３７とが交互に配置されているため、ダイヤフラム３の受圧部３０に可動許容性を確保しつつ、ダイヤフラム３の振動を抑えることができる。なお、第２部分３８の厚みは第１部分３７よりも厚くてもよいし、第１部分３７と同一でもよい。
【実施例７】
【００４３】
図１１は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１１に示すように、ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。第２部分３８は、ダイヤフラム３の周方向において間隔を隔てて、つまり、周方向において約１２０度の位相で合計３個配置されている。周方向において、第２部分３８の合計周長は、第１部分３７の合計周長よりも短くされている。なお、第２部分３８の厚みは第１部分３７よりも厚くてもよいし、第１部分３７と同一でもよい。
【実施例８】
【００４４】
図１２は実施例８を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１２に示すように、ダイヤフラム３の受圧部３０は仮想線Ｍ１，Ｍ２で区画される領域である。ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。
【００４５】
図１２に示すように、第２部分３８は、ダイヤフラム３の外縁部に周方向に沿って延設されたリング形状の外周部３８ｆと、ダイヤフラム３の内縁部に周方向に沿って延設されたリング形状の内周部３８ｓと、外周部３８ｆと内周部３８ｓとをダイヤフラム３の径方向につなぐ複数の連結部３８ｔとを有する。仮想線Ｍ１，Ｍ２で区画される領域には複数の連結部３８ｔが存在する。
【００４６】
本実施例によれば、実施例１と同様に、ダイヤフラム３の受圧部３０における振動周波数がその部位により異なり、ダイヤフラム３における一様な振動が発生しにくくなる。結果として、ダイヤフラム３の自励振動が抑制または防止される。なお、第２部分３８の厚みは第１部分３７よりも厚くてもよいし、第１部分３７と同一でもよい。
【実施例９】
【００４７】
図１３は実施例９を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１３に示すように、ダイヤフラム３の受圧部３０は仮想線Ｍ１，Ｍ２で区画される領域である。ダイヤフラム３の振動抑制部３６は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分３７と、第１部分３７よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分３８とを備えている。第２部分３８は、仮想線Ｍ１と仮想線Ｍ２との間においてリング形状に延設されている。第１部分３７（３７ａ，３７ｂ）は、ダイヤフラム３の径方向において第２部分３８の外周側と内周側とにリング形状に設けられている。なお、第２部分３８の厚みは第１部分３７（３７ａ，３７ｂ）よりも厚くてもよいし、第１部分３７（３７ａ，３７ｂ）と同一でもよい。
【実施例１０】
【００４８】
図１４は実施例１０を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１４に示すように、ダイヤフラム３の受圧部３０は仮想線Ｍ１，Ｍ２で区画される領域である。第２部分３８は複数個設けられており、ダイヤフラム３の周方向において間隔を隔てて散点状にリング形状に配置されている。なお、第２部分３８の厚みは第１部分３７よりも厚くてもよいし、第１部分３７と同一でもよい。
【実施例１１】
【００４９】
図１５は実施例１１を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１５はダイヤフラム３の厚みを示す断面図である。図１５に示すように、受圧部３０は、径外方向に向かうにつれて上昇するように円錐面形状に傾斜している。直接的な図示はしないものの、ダイヤフラム３の受圧部３０の振動抑制部は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えている。
【実施例１２】
【００５０】
図１６は実施例１２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１６はダイヤフラム３の厚みを示す断面図である。図１６に示すように、受圧面部３０は、径外方向に向かうにつれて下降するように円錐面形状に傾斜している。直接的な図示はしないものの、ダイヤフラム３の振動抑制部の受圧部３０は、弾性率または単位投影面積あたりの質量が低い第１部分と、第１部分よりも弾性率または単位投影面積あたりの質量が相対的に高い第２部分とを備えている。
【実施例１３】
【００５１】
図１７は適用例を示す。本実施例は上記した各実施例と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。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１７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１００Ｗと、発電前の燃料ガスを燃料電池１００Ｗ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１００Ｗ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。
【００５２】
ガス供給通路５は燃料電池１００Ｗ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１００Ｗ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６５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各実施例に係る圧力調整バルブ１が設けられている。
【００５３】
ガス供給源６５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、更に圧力調整バルブ１を介して所定の設定圧力まで減圧され、燃料電池１００Ｗ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１００Ｗの酸化剤極１０２に供給され、発電反応に使用される。
【００５４】
（その他）
上記した適用例によれば、圧力調整バルブ１は燃料電池１００Ｗの燃料極１０１に送られる燃料ガスの圧力調整バルブとして使用されているが、これに限らず、燃料電池１００Ｗの酸化剤極（空気極）１０２に送られる酸化剤ガスの圧力調整バルブとして使用しても良い。上記した実施例によれば、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。ダイヤフラム３において第２部分３８の個数は適宜変更することができる。その他、本発明は上記し且つ図面に示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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は例えば車両用、定置用、電気機器用、電子機器用、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、更には、ガスを流す他のガスシステムにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１に係り、圧力調整バルブの断面図である。
【図２】圧力調整バルブにおけるガス流量と２次圧との関係を示すグラフである。
【図３】ダイヤフラムの平面図である。
【図４】ダイヤフラムの断面図である。
【図５】実施例２に係り、ダイヤフラムの断面図である。
【図６】実施例３に係り、圧力調整バルブの断面図である。
【図７】実施例４に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図８】実施例４に係り、ダイヤフラムの断面図である。
【図９】実施例５に係り、ダイヤフラムの断面図である。
【図１０】実施例６に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図１１】実施例７に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図１２】実施例８に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図１３】実施例９に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図１４】実施例１０に係り、ダイヤフラムの平面図である。
【図１５】実施例１１に係り、ダイヤフラムの断面図である。
【図１６】実施例１２に係り、ダイヤフラムの断面図である。
【図１７】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】
【００５７】
図中、１は圧力調整バルブ、２０ダイヤフラム室、２３はバルブ室、３はダイヤフラム、３０は受圧部、３１は受圧面、３６は振動抑制部、３７は第１部分、３８は第２部分、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（付勢部材）、８はバルブバネ（可動バルブ用付勢部材）、１００Ｗは燃料電池（ガス消費源）、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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【図９】
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【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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