CN101553949A - 燃料电池用阀及燃料电池车 - Google Patents

Abstract

在出口截止阀(22)的内部，在主隔膜(46)的两侧设有闭阀用压力室(50)和开阀用压力室(52)。在构成出口截止阀(22)的罩壳(42)上连接有上侧给排管(76)和下侧给排管(77)，所述上侧给排管(76)和下侧给排管(77)用于分别相对闭阀用压力室(50)和开阀用压力室(52)给排空气。将各给排管(76、77)的压力室(50、52)侧开口端相对于各给排管(76、77)的轴方向倾斜地切断，使开口端的开口面积变大。由此，通过防止如下情况：存在于压力室(50、52)内的水附着在各给排管(76、77)的开口端，附着后的水冻结，从而防止各给排管(76、77)的开口端阻塞或开口面积变小，实现提高出口截止阀(22)的动作性能。

Description

燃料电池用阀及燃料电池车

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用阀和具有燃料电池的燃料电池车，所述燃料电池用阀在通过氧化气体和燃料气体之间的电化学反应进行发电的燃料电池中使用。

背景技术

燃料电池系统具有：由燃料气体和氧化气体的反应气体的电化学反应来发电的燃料电池；用于向燃料电池供给反应气体的气体供给流路；用于从燃料电池排出反应气体的气体排出流路。另外，也考虑在这样的气体供给流路和气体排出流路上设置燃料电池用开关阀。

例如，在日本特开2004-183713号公报中记载的燃料电池用开关阀，其具备设有柱部的阀芯，能够由柱部的轴方向位移对气体流路内部进行切断或连接。该燃料电池用开关阀由隔膜将内部分隔为两个室。这样的开关阀设于用于从燃料电池排出废氢的氢排出部上，使从用于向燃料电池供给空气的空气供给用通路分叉的通路与开关阀的两个室中的一个室连通。在两个室的另一个室中设有螺旋弹簧，螺旋弹簧以打开另一个室并排出废氢的方式向阀芯施力。在使用时向一个室供给空气时，压力作用于隔膜上，阀芯抵抗螺旋弹簧的弹力而在阀座上着座，关闭另一个室。

另外，在日本特开2006-49103号公报中记载的燃料电池用调压阀设于用于将阳极侧的氢供给燃料电池组的上游侧氢流路上。燃料电池用调压阀由隔膜将内部分隔为调压室和背压室。并且，通过从上游侧氢流路分叉的上游侧分叉流路向调压阀的背压室内供给氢。

上述日本特开2004-183713号公报中记载的燃料电池用开关阀，从实现提高阀的动作性能方面有改良的余地。详细而言，存在如下问题：(1)存在附着在与开关阀连接的送气管的阀的内部侧端部开口周边部的水会冻结的可能性、(2)存在搭载具有开关阀的燃料电池系统的燃料电池车行驶时，送气管弯折等变形的可能性。

例如，对于上述(1)的问题，日本特开2004-183713号公报中记载的燃料电池用开关阀，在向由隔膜分隔的两个室中的一个室供给的空气中包含水蒸气的情况下，从水蒸气液化而成的水附着在送气管的开关阀内部侧端部，存在冰点以下等低温时产生冻结的可能性。在这样附着在用于供给空气的管的端部的水产生冻结的情况下，可能会因冰引起管的端部阻塞，不能使空气顺利地向一个室给排。

特别是，一个室内的空气伴随着阀的动作，变为高压、低压，压力变化变大，温度变化剧烈。另外，一个室内与送气管内相比容量足够大，容易存在较多的水蒸气。因此，在送气管的一个室侧端部上容易附着从水蒸气液化的水，由附着的水的冻结，存在阀的动作性能降低的可能性。与此相对，在记载于日本特开2004-183713号公报中的燃料电池用开关阀的情况下，没有考虑实现防止在送气管的一个室侧端部周边部的冻结。例如，没有为了防止冻结在送气管的端部构造上想办法。

另外，在记载于日本特开2006-49103号公报中的调压阀的情况下，由于原来向调压阀的背压室供给氢罐侧的氢，因此不能向背压室内取入空气，不需要或极少需要考虑水附着在与背压室连接的管的背压室侧端部上的情况。因此，在日本特开2006-49103号公报中记载的调压阀没有为了实现防止在与阀连接的管的端部的冻结而去研究管的构造。

在日本特开2004-183713号公报、日本特开2006-49103号公报中记载的开关阀或调压阀的情况下，在由隔膜分隔的两个室中的一个室或背压室的壁部上，送气管等的管的连接部没有设于最低点处。因此，如果仅考虑一个管，则与将管的连接部设定在一个室或背压室的最低点的情况相比，存在水难以附着在管的端部的可能性。但是，在日本特开2004-183713号公报、日本特开2006-49103号公报中记载的开关阀或调压阀在内部除了具有构成流路的流路构成压力室以外不具有两个压力室，不是由两个压力室的压力差产生的力作用于阀芯的驱动轴上的构造。例如，记载于日本特开2004-183713号公报、日本特开2006-49103号公报中的开关阀或调压阀，在由隔膜分隔的两个室中的一个室或背压室以外存在的压力室是构成流路的流路构成压力室。记载于这样的日本特开2004-183713号公报、日本特开2006-49103号公报中的开关阀或调压阀的驱动轴的驱动因伴随阀的开关的流路构成压力室的压力变动容易受到影响。因此，从实现提高阀的动作性能方面有改良的余地。

另外，对于上述的(2)的问题，在搭载了具有记载于日本特开2004-183713号公报中的燃料电池开关阀、记载于日本特开2006-49103号公报中的调压阀的燃料电池系统的燃料电池车中，没有考虑防止在行驶时飞石、雪等的异物从车辆的前侧向与开关阀连接的管冲撞而使管产生弯折、弯曲等变形。管由这样的异物的冲撞变形后，与在管上附着冰的情况相同地，存在阀的动作性能降低的可能性。

本发明的目的在于在燃料电池用阀及燃料电池车辆中，实现提高阀的动作性能。

发明内容

本发明的燃料电池用阀，连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的筒状部件，其特征在于，筒状部件的压力室侧开口端相对于筒状部件的轴方向倾斜地被切断。

另外，本发明的燃料电池用阀，包括：具有驱动轴的阀芯；构成设于内部的流路的流路构成压力室、第一压力室及第二压力室；和分别设于第一压力室及第二压力室上并向第一压力室及第二压力室供给流体或从第一压力室及第二压力室排出流体两个给排孔，由第一压力室及第二压力室的压力差产生的力作用于驱动轴上，其中，所述燃料电池用阀的特征在于，两个给排孔的压力室侧开口端分别位于比第一压力室和第二压力室壁部的内面的重力的作用方向上的最低点更靠近上方的位置。

另外，本发明的燃料电池用阀连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的给排管，其特征在于，给排管的压力室侧开口端从压力室的内表面向内侧突出。

另外，本发明的燃料电池车，具有：燃料电池，通过氧化气体和燃料气体的电化学反应进行发电；和燃料电池用阀，设于内部的压力室上连接有给排管，所述给排管始终或根据情况使压力室内与大气连通，其特征在于，在从车辆的前侧向后侧观察时，给排管隐藏在构成燃料电池用阀的罩壳的后侧。优选使给排管向车辆的后方或斜后方突出。

本发明的燃料电池用阀连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的筒状部件，根据燃料电池用阀，其特征在于，筒状部件的两端开口中，压力室侧开口端相对于筒状部件的轴方向被倾斜地切断，能够使筒状部件的压力室侧开口端的周缘部的全长变长。因此，使筒状部件的压力室侧开口面积扩大，与不使筒状部件的压力室侧开口端相对于轴方向倾斜地被切断的构造的情况相比，能够防止由作用于压力室侧开口端的表面张力引起的水容易地附着在压力室侧开口端的情况。其结果是，能实现提高燃料电池用阀的动作性能。

另外，一种燃料电池用阀，包括：具有驱动轴的阀芯；构成设于内部的流路的流路构成压力室、第一压力室及第二压力室；分别设于第一压力室及第二压力室并向第一压力室及第二压力室供给流体或从第一压力室及第二压力室排出流体的两个给排孔，基于第一压力室及第二压力室的压力差的力作用于驱动轴上，根据特征如下的燃料电池用阀可实现提高燃料电池用阀的动作性能：两个给排孔的压力室侧开口端分别位于第一压力室和第二压力室的壁部的内表面在重力的作用方向上的最低点的上方。即，具有：构成设于内部的流路的流路构成压力室、第一压力室及第二压力室；分别设于第一压力室及第二压力室上并向第一压力室及第二压力室供给流体或从第一压力室及第二压力室排出流体的两个给排孔，由于基于第一压力室及第二压力室的压力差的力作用于驱动轴上，因此相对于伴随阀的开关的流路构成压力室的压力变动，驱动轴的驱动难以受到影响。因此，能实现提高燃料电池用阀的动作性能。并且，由于两个给排孔的压力室侧开口端分别位于比第一压力室和第二压力室的壁部的重力的作用方向上的最低点更靠近上方的位置，因此即使在水存在于第一压力室及第二压力室内的情况下，水难以在两个给排孔的开口端周边部附着。因此，能够防止附着在给排孔的端部的水冻结，由冰引起给排孔的开口变窄或被阻塞，从这一点也能实现提高燃料电池用阀的动作性能。

另外，一种燃料电池用阀，连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的给排管，根据特征为给排管的压力室侧开口端从压力室的内表面向内侧突出的燃料电池用阀，附着在压力室的壁面上的冷凝水等的水难以流到给排孔的压力室侧开口端周边部，能够防止附着在给排管的端部的水冻结而由冰引起给排孔的开口变窄或被阻塞，能实现提高燃料电池用阀的动作性能。

另外，根据本发明的燃料电池车，使用于将压力室内始终或根据需要与大气连通的给排管在从车辆的前侧向后侧观察时隐藏在燃料电池用阀的罩壳的后侧，因此在燃料电池车行驶时，由比给排管刚性更高的罩壳，飞石、雪等的异物难以从车辆的前侧向给排管冲撞。因此，刚性比较低的给排管难以产生弯折等变形，能实现提高燃料电池用阀的动作性能。

附图说明

图1是表示具有本发明的第一实施方式的燃料电池用阀的燃料电池系统的基本构成的图。

图2是表示在开阀状态下作为用于图1的燃料电池系统中的燃料电池用阀的出口截止阀(或入口截止阀)的构造的剖面图。

图3是图2的A部放大图。

图4是从图3取出弹性片而从图3的斜上方观察的图。

图5是图2的B-B剖面图。

图6是图5的C部放大图。

图7是表示具有本发明的第二实施方式的燃料电池用阀的燃料电池系统，是比图1简化的构成图。

图8是表示使作为用于图7的燃料电池系统的燃料电池用阀的入口截止阀和加湿器旁通阀形成为一体的构造的立体图。

具体实施方式

【第一发明的实施方式】

以下，基于附图说明本发明的第一实施方式。图1至图6表示本实施方式，图1是具有本实施方式的燃料电池用阀的燃料电池系统的大致构成图。燃料电池系统10具有燃料电池组12、氧化气体供给流路14及氧化气体系统排出流路16、加湿器旁通阀18、入口截止阀20和出口截止阀22。

燃料电池组12由氧和氢的电化学反应进行发电。即，通过将作为燃料气体的氢气和作为氧化气体的空气供给到燃料电池组12，在燃料电池组12内的未图示的多个燃料电池单元中，氧和氢发生电化学反应而获得电能。燃料电池单元例如具有由阳极侧电极和阴极侧电极夹持电解质膜而构成的膜-电极组件和其两侧的隔板。

本实施方式的燃料电池系统10例如作为燃料电池车用搭载于车辆上，将燃料电池组12作为车辆行驶用马达的电源使用。当然，能够将本实施方式的燃料电池系统用于车辆行驶用以外的用途。

为了将作为氧化气体的空气供给到燃料电池组12，设有氧化气体供给流路14。在氧化气体供给流路14的气体上游侧设有空气压缩机24和中间冷却器26。由空气压缩机24加压的空气在中间冷却器26被冷却，在加湿器28被加湿后，供给到燃料电池组12的阴极侧电极侧的流路。

另外，与用于使空气通过加湿器28后供给到燃料电池组12的主路径30不同地设有加湿器旁通路径32，其在气体的流动上与主路径30平行。通过加湿器旁通路径32的空气不通过加湿器28而供给到燃料电池组12。在加湿器旁通路径32的中途设有加湿器旁通阀18。

另外，为了将空气废气从燃料电池组12排出，设有氧化气体系统排出流路16，所述空气废气是供给到燃料电池组12并在各燃料电池单元供于电化学反应后的空气。通过氧化气体系统排出流路16而排出的空气废气经由调压阀34送到加湿器28，其后，经由未图示的稀释器放出到大气中。调压阀34进行控制以使从燃料电池组12排出的空气的压力(背压)变为与燃料电池组12的运转状态相对应的适当的压力值。即，由调压阀34的阀开度调整与氧化气体系统排出流路16内的压力传感器P2的位置对应的空气的压力。另外，加湿器28将从燃料电池组12排出后的空气中获得的水分给予供给到燃料电池组12之前的空气，实现加湿的效果。

在燃料电池组12上连接有用于供给氢气的氢气供给流路和用于排出氢气系统气体的氢气系统排出流路，但是在图1中省略图示。

另外，在氧化气体供给流路14的主路径30中的加湿器旁通路径32的上游侧连接部和加湿器28之间以及在氧化气体系统排出流路16中在比加湿器28更靠近气体下游侧之间，以在气体的流动上与燃料电池组12平行的方式连接有燃料电池旁通路径36。并且，在燃料电池旁通路径36的中途设有燃料电池旁通阀38。燃料电池旁通阀38用于控制向燃料电池组12供给的空气的压力。即，由燃料电池旁通阀38的阀开度来调整与氧化气体供给流路14的入口压力传感器P1的位置相对应的空气的压力。能够通过从空气压缩机24排出的空气的流量来调整与入口压力传感器P1位置对应的空气压力。当然，也能够同时利用燃料电池旁通阀38的阀开度和空气压缩机24的排出流量来调整与入口压力传感器P1位置对应的空气压力。

另外，燃料电池系统10优选在冰点以下等的低温起动时，使燃料电池组12快速升温。并且，因此，与供给到燃料电池组12的氢气的量相比，使供给到燃料电池组12的空气的量比通过与氢气产生反应而发电的匹配量少，即考虑降低阴极化学计量比，以低效率发电，而使燃料电池组12快速升温。但是，在该情况下，氢气从燃料电池组12的阳极侧的流路经由电解质膜进入阴极侧的流路，存在氧化气体系统排出流路16内的氢浓度变高的可能性。上述的燃料电池旁通阀38还能够在这样的情况下形成开阀状态，用于利用未通过燃料电池组12的空气来降低氧化气体系统排出流路16内的氢浓度。另外，包含在从燃料电池组12排出的氢气系统气体即所谓的氢废气中的氢的浓度可能比通常时高，上述的燃料电池旁通阀38在这样的情况下形成开阀状态，使不通过燃料电池12地送入稀释器的空气的量增多，能够用于降低被排出的气体中的氢浓度。

进而，在比氧化气体供给流路14的主路径30的加湿器28更靠近气体下游侧处和比氧化气体系统排出流路16的加湿器28更靠近气体上游侧处分别设有入口截止阀20和出口截止阀22。

即，分别在作为燃料电池用阀、作为调整流路内的空气流动的流体控制阀的加湿器旁通阀18、入口截止阀20和出口截止阀11上，经由压力控制用流路40各自连接有三个均为电磁阀的PSV(PressureSwitching Valve：压力开关阀)。

即，在加湿器旁通阀18上连接有三个PSV：VbS、VbC、VbO。另外，在入口截止阀20上连接有三个PSV：ViS、ViC、ViO，在出口截止阀22上连接有三个PSV：VoS、VoC、VoO。这些PSV经由压力控制用流路40连接到氧化气体供给流路14的主路径30的气体上游侧，例如连接到空气压缩机24和加湿器28之间。由未图示的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)等的控制部控制这些PSV。

根据燃料电池组12的状态等由分别对应的PSV控制加湿器旁通阀18、入口截止阀20和出口截止阀22的驱动。

接着，通过图2主要以出口截止阀22为代表说明入口截止阀20和出口截止阀22的构成及作用。入口截止阀20和出口截止阀22的构成本身是相同的。另外，在后面说明加湿器旁通阀18的构成。

如图2所示，出口截止阀22是在设置于内部的全部的压力室为相同压力的正常状态下形成阀芯打开的开阀状态的常开型的截止阀。

出口截止阀22在结合多个罩壳部件而形成的罩壳42的内部设有由分隔部44分隔的上下两个空间，通过在两个空间分别设置主隔膜46和副隔膜48，从而分别在主隔膜46的上面侧设置闭阀用压力室50、在主隔膜46的下面侧设置开阀用压力室52、在副隔膜48的上面侧设置大气压室54、在副隔膜48的下面侧设置流路构成压力室56。闭阀用压力室50、开阀用压力室52、大气压室54和流路构成压力室56相互分离，这些压力室50、52、54、56中，任何两个压力室在内部相互都不连通。

另外，主隔膜46和副隔膜48与阀芯58结合。即，在罩壳42的内部设有具有驱动轴60的阀芯58，将阀芯58可沿驱动轴60的轴方向位移地支撑在罩壳42上。阀芯58具有驱动轴60和与驱动轴60的下端部结合的圆板状的阀芯主体62。另外，驱动轴60相对于作为重力作用方向的垂直方向(图2的上下方向)倾斜，并且使驱动轴60可沿相对于垂直方向倾斜的方向驱动。与此相伴，使罩壳42中包围驱动轴60的外周及上侧的部分的整体相对于垂直方向倾斜。另外，将有底的圆筒状的筒状部件64结合在驱动轴60的中间部下端附近。

另外，在筒状部件64的底板部下表面和阀芯主体62的上表面之间夹持橡胶等的弹性体等的弹性材料制成的副隔膜48的内周侧端部，使副隔膜48的内周部与驱动轴60结合。副隔膜48的外周侧端部以由构成罩壳42的两个罩壳部件夹持的方式与罩壳42的内周部结合。由此，罩壳42内的分隔部44下侧的空间的上侧和下侧由副隔膜48分为大气压室54和流路构成压力室56。大气压室54和流路构成压力室56被气密性地切断。

另外，在副隔膜48的径方向中间部内径附近设有以沿筒状部件64的外周面被挤压的方式弹性变形的隔膜侧圆筒部66。并且，副隔膜48中存在于筒状部件64的外周面和罩壳42的内表面之间、向上方变形为山形的环状的环状变形部67的下表面受到流路构成压力室56的压力。并且，环状变形部67的下表面受到流路构成压力室56的压力，从而如图2所示，使副隔膜48弹性变形并使驱动轴60向斜上方位移。

另外，在副隔膜48的径方向中间部外径附近设有以沿设于罩壳42的内表面上的圆筒面部被挤压的方式弹性变形的第二隔膜侧圆筒部70。并且，驱动轴60从图2所示的开阀状态向下方位移时，第二隔膜侧圆筒部70以将其上部从罩壳42的圆筒面部剥离的方式发生弹性变形。

流路构成压力室56构成氧化气体系统排出流路16(图1)(对于入口截止阀20是氧化气体供给流路14)的一部分，由阀芯58(图2)切断或连接上游侧和下游侧。另外，在大气压室54上连接有使一端与大气连通的大气连通管72，大气压力室54向大气开放。

另外，在阀芯58的上端部通过螺纹结合螺母75而将结合两个大致圆板状部件而成的压紧部件74结合于其上。另外，在构成压紧部件74的两个大致圆板状部件之间，以夹持橡胶等弹性体等的弹性材料制成的主隔膜46的内周侧端部的方式将主隔膜46结合到压紧部件74的外周部。主隔膜46的外周侧端部以由构成罩壳42的两个罩壳部件进行夹持的方式结合到罩壳42的内周部。由此，罩壳42内的分隔部44上侧的空间的上侧和下侧通过主隔膜46分隔为闭阀用压力室50和开阀用压力室52。闭阀用压力室50和开阀用压力室52被气密性地切断。另外，在闭阀用压力室50和开阀用压力室52上分别连接有上侧给排管76和下侧给排管77。本实施方式的情况下，闭阀用压力室50对应于权利要求书所述的第一压力室，开阀用压力室52对应于权利要求书所述的第二压力室。

另外，如图3所示，在构成压紧部件74的两个大致圆板状部件中上侧的大致圆板状部件和螺母75之间夹持有由圆板状的橡胶等的弹性材料构成的弹性片78。构成阀芯58的驱动轴60是向斜上方完全位移的状态，弹性片78的靠外周部分与罩壳42的内表面的上部抵接。

另外，弹性片78如图4详细所述，在靠外径部分的圆周方向的一部分或圆周方向多个部位(图示的情况为四个部位)处形成有向外周缘开口的放射状的槽部79。在弹性片78与罩壳42的内表面上部抵接的情况下，该槽部79将处于在弹性片78和罩壳42的内表面上部之间被压缩的倾向的空气或空气废气通过槽部79内向压紧部件74的外周缘的外径侧放出，实现除去气体构造。

进而，在压紧部件74的下表面和分隔部44之间设有作为弹力给予单元的螺旋弹簧80，沿斜上方向即沿成为开阀状态的方向给予阀芯58弹力。阀芯58通过向斜下方向位移，图2所示的阀芯主体62的下表面在阀座81上着座，切断流路。即，由驱动轴60的轴方向的位移来切断或连接流路内部。另外，包含主隔膜46的驱动轴60上侧的部分的受压面积的直径与包含副隔膜48的驱动轴60下侧的部分的受压面积的直径相比足够大。

另外，如图2所示，在罩壳42中，在流路构成压力室56的气体上游侧和气体下游侧设有入口侧连接部82和出口侧连接部84。入口侧连接部82使阀芯58侧相对于垂直方向倾斜，连接侧端部(图2的右端部)使与配管85的连接面86朝向水平方向。另外，出口侧连接部84使整体相对于垂直方向沿与入口侧连接部82的阀芯58侧相反的方向倾斜，并且使与连接侧端部(图2的左端部)的配管85的连接面88朝向水平方向。在入口截止阀20的情况下，入口侧连接部82和出口侧连接部84与出口截止阀22的情况相反。

另外，出口截止阀22使阀芯主体62和阀座81之间相互挤压的挤压面A、B相对于垂直方向、即相对于重力作用方向倾斜，并且使挤压面A、B在流过气体流路、即流过流路构成压力室56内的气体的上游侧(图2的右侧)变高，在气体的下游侧(图2的左侧)变低。与此相对，入口截止阀20也使阀芯主体62和阀座81之间相互挤压的挤压面A、B相对于垂直方向倾斜，但是使挤压面A、B在流过流路构成压力室56内的气体的上游侧(图2的左侧)变低，在气体下游侧(图2的右侧)变高。

在这样的出口截止阀22中，闭阀用压力室50经由上侧给排管76，与作为PSV的VoC(图1)侧的压力控制用流路40连接。另外，开关阀压力室52经由下侧给排管77(图2)，与作为PSV的VoO(图1)侧的压力控制用流路40连接。通过驱动轴60(图2)的轴方向的位移，主隔膜46的中央部分以沿斜上斜下方向弯曲的方式位移。当然，也可以采用主隔膜46的整体沿斜上斜下方向位移的构成。在本实施方式中，上侧给排管76及下侧给排管77对应于权利要求书所述的筒状部件。

特别是本实施方式的情况，相对于轴方向倾斜地切断下侧给排管77的一端(图2的右端)，并且将倾斜地切断的一端作为开阀用压力室52侧端部，使其从开阀用压力室52的壁部、即罩壳42的内表面向内侧突出。另外，使下侧给排管77的开阀用压力室52侧端部相对于罩壳42的内表面形状大致平行。

另外，下侧给排管77的孔的开阀用压力室52侧开口端，位于开阀用压力室52的壁部即罩壳42的内表面上在重力的作用方向上的最低点的上方。图5是在图2中由相对于驱动轴60的中心轴正交的假想平面切断的B-B剖面图。另外，图6是图5的C部放大图。图5、图6下侧是图2的倾斜方向下侧，图5、图6的上侧是图2的倾斜方向上侧。如图5所示，在罩壳42的内表面的B-B剖面中最低点是点X位置。与此相对，在本实施方式中，在通过点X位置且以驱动轴的中心轴O(图5)为中心从圆上的点X位置沿周方向偏离的点Y位置上配置有下侧给排管77的孔。并且，下侧给排管77的开阀用压力室52侧开口端向比罩壳42的内表面更向内侧突出，即向斜上方突出。因此，下侧给排管77的孔的开阀用压力室52侧开口端比罩壳42的内表面的最低点(点X位置)更位于上方处。

另外，同样地，相对于上侧给排管76的轴方向倾斜地切断上侧给排管76的一端(图2的右端)，并且将倾斜地切断的一端作为闭阀用压力室50侧端部，从闭阀用压力室50的壁部即罩壳42的内表面向内侧突出。另外，使上侧给排管76的闭阀用压力室50侧端部相对于罩壳42的内表面形状大致平行。另外，上侧给排管76的孔的闭阀用压力室50侧开口端位于闭阀用压力室50的壁部即罩壳42的内表面上在重力的作用方向上的最低点的上方。

在图2中用双点划线表示上侧给排管76及下侧给排管77，但是实际上，上侧给排管76及下侧给排管77的压力室50、52侧开口端位于图2的双点划线位置的上方。即，给排管76、77的开口端如上所述，存在于以驱动轴60的中心轴为中心的圆上比双点划线位置沿周方向偏离的位置。上侧给排管76及下侧给排管77，如后述说明，根据情况分别使闭阀用压力室50及开阀用压力室52内部通过图1的VoC或VoO(对于入口截止阀20是ViC或ViO)与大气连通。

在出口截止阀22中，通过驱动轴60的位移，如图2所示，阀芯58向上方驱动时开阀，作为氧化气体系统的气体的空气废气从入口92向出口94流动。因此，从氧化气体系统排出流路16(图1)的上游侧向加湿器28侧排出空气废气。另一方面，通过驱动轴60(图2)的位移，阀芯58向下方驱动时闭阀，空气废气从氧化气体系统排出流路16(图1)的上游侧向加湿器28流动被截止。

在入口截止阀20的情况下，相对于出口截止阀22，入口92及出口94相反。并且，由驱动轴60的位移向上方驱动阀芯58时开阀，从氧化气体供给流路14(图1)的上游侧向燃料电池组12排出空气。另一方面，由驱动轴60(图2)的位移向下方驱动阀芯58时闭阀，空气从氧化气体供给流路14(图1)的上游侧向燃料电池组12的流动被截止。

由三个PSV控制驱动轴60(图2)的轴方向的位移。即，在出口截止阀22的情况下，由VoS、VoC、VoO(图1)这三个PSV来控制开阀用压力室52和闭阀用压力室50的压力。另外，在入口截止阀20的情况下，由ViS、ViC、ViO这三个PSV来控制开阀用压力室52和闭阀用压力室50的压力。

如图1所示的VoS(或ViS)是3WAY、即三通阀式的PSV，将闭阀用压力室50和开阀用压力室52中的一侧的压力室选择性地与空气压缩机24的气体排出侧连接，对另一侧的压力室和空气压缩机24的气体排出侧之间进行切断。另外，VoC、VoO、ViC、ViO均为二通式的PSV，作为排气用阀，即作为释放压力用阀起作用。另外，VoS(或ViS)根据通电状态改变流路的连接状态。VoS(或ViS)在未通电的状态(非通电状态)下，连接空气压缩机24的气体排出侧和开阀用压力室52。另外，VoS(或ViS)在通电后的状态(通电状态)下连接空气压缩机24的气体排出侧和闭阀用压力室50。另外，ViC、ViO、VoC、VoO均在非通电状态下关闭阀，在通电状态下打开阀。

在图1至图2中，表示VoS(ViS)、VoC(ViC)、VoO(ViO)的多个三角形中，涂黑的三角形表示截止流路的状态，白色的三角形表示连接流路的状态。

在使出口截止阀22(或入口截止阀20)从闭阀状态如图2所示打开的情况下，在VoS(或ViS)(图1)为非通电状态下，使VoC(ViC)为开阀状态，使闭阀用压力室50通过上侧给排管76(图2)向大气开放。即，使上侧给排管76与大气连通。并且，由空气压缩机24(图1)，通过下侧给排管77(图2)及压力控制用流路40(图1)向开阀用压力室52导入压力上升后的空气。由此，在开阀用压力室52的压力和闭阀用压力室50的压力(大气压)之间产生压力差。

另外，由于也向流路构成压力室56(图2)导入从空气压缩机24通过氧化气体供给流路14的上游侧部分而升压后的空气，因此在流路构成压力室56(图2)的压力和与大气连通的大气压力室54的压力之间产生压力差。流路构成压力室56的压力施加到副隔膜48的环状变形部67的下表面。因此，副隔膜48推起筒状部件64，如图2所示，驱动轴60向上方位移，环状变形部67变为较大变形的状态。其结果，驱动轴60通过由在流路构成压力室56和大气压力室54之间的压力差向上方作用于驱动轴60的第一力F1与由在闭阀用压力室50和开阀用压力室52之间的压力差向上方作用于驱动轴60的第二力F2这双方的F1、F2、和螺旋弹簧80的弹力而向上方驱动。出口截止阀22如图2所示处于完全开阀状态，压紧部件74的上表面如图3所示经由弹性片78碰上罩壳42的内表面的上部。

即，在驱动轴60向斜上方完全位移的状态下，由橡胶等的弹性材料构成的弹性片78的靠外周部分与罩壳42的内表面上部抵接。因此，在驱动轴60向上方位移的开阀状态下，能够防止压紧部件74等的、驱动轴60或固定在驱动轴60上的金属部分冲撞金属制的罩壳42，而防止较大的冲撞声音的产生。

另外，在弹性片78的靠外径部分的圆周方向的一部分或圆周方向多个部位形成向外周缘开口的放射状的槽部79，并且在弹性片78与罩壳42的内表面抵接的情况下，将处于在弹性片78和罩壳42的内表面上部被压缩的倾向的空气或空气废气通过槽部79向压紧部件74的外周缘的外径侧放出。因此，难以在罩壳42的内表面的上部和压紧部件74及弹性片78之间压缩空气或空气废气，防止由空气或空气废气的反力引起的缓冲作用，实现提高入口截止阀20及出口截止阀22的动作性能。

也可以省略这样的弹性片78，取而代之的是使构成压紧部件74的两个大致圆板状部件的上侧的大致圆板状部件为橡胶等的弹性材料制，并且使构成用于防止气体的缓冲作用的除去气体构造的槽部等形成为上侧的大致圆板状部件。即，还能够使处于在上侧的大致圆板状部件和罩壳42之间被压缩的倾向的气体由槽部等向上侧的大致圆板状部件的外周缘的外径侧放出。这样的构成、即防止较大冲撞声音的产生并具有除去气体的构造，不限于用于本实施方式的燃料电池用阀的情况，还能够用于各种公知的阀中。

另一方面，在从图2所示的出口截止阀22(或入口截止阀20)的打开状态开始进行关闭的情况下，设VoS(或ViS)(图1)为通电状态，由空气压缩机24升压后的空气经由上侧给排管76(图2)及压力控制用流路40(图1)导入闭阀用压力室50。另外，设VoO(ViO)为开阀状态，将开阀用压力室52通过下侧给排管77(图2)向大气开放。即，使下侧给排管77与大气连通。其结果是，由在闭阀用压力室50的压力和开阀用压力室52的压力(大气压)之间产生的压力差，朝向下方的第三力F3作用于驱动轴60。另一方面，如图2所示，向流路构成压力室56也导入由空气压缩机24升压后的空气，因此，由在流路构成压力室56的压力和与大气连通的大气压室54的压力之间产生压力差，与第三力F3反方向的朝向上方的第四力F4作用于驱动轴60上。但是，在本实施方式的情况下，使包含主隔膜46的驱动轴60上侧的部分的受压面积的直径比包含副隔膜48的驱动轴60下侧的部分的受压面积的直径足够大。因此，能够使驱动轴60抵抗第四力F4和螺旋弹簧80的弹力而向下方位移，使阀芯主体62在阀座81上着座。

另一方面，加湿器旁通阀18(图1)是在设于内部的全部的压力室全部为相同压力的通常状态下成为阀芯58关闭的闭阀状态的常闭型截止阀。省略加湿器旁通阀18的详细构造的图示，但是与图2所示的入口截止阀20或出口截止阀22构造相同，具有将螺旋弹簧80(参照图2)设于筒状部件64的底板部上表面和分隔部44下表面之间的构造。加湿器旁通阀18也可以在压紧部件74(参照图2)等的、固定于阀芯58的上端部的部件的上表面和罩壳42的下表面之间设置螺旋弹簧，构成常闭型的截止阀。

另外，加湿器旁通阀18与入口截止阀20的情况相同，使阀芯主体62和阀座81之间相互挤压的挤压面A、B(参照图2)相对于垂直方向倾斜，并且使挤压面A、B在流过流路构成压力室56(参照图2)内的气体的上游侧(图2的左侧)变低，在气体的下游侧(图2的右侧)变高。

另外，加湿器旁通阀18，如图1所示，经由上侧给排管76及下侧给排管77(参照图2)分别在PSV的VbC侧的压力控制用流路40上连接闭阀用压力室50、在PSV的VbO侧的压力控制用流路40连接开阀用压力室52。使上侧给排管76及下侧给排管77的压力室50、52侧端部从压力室50、52的内面向内侧突出并相对于轴方向倾斜地切断、及使上侧给排管76及下侧给排管77的孔的压力室50、52侧端部开口位于罩壳42的内表面上最低点的上方等与入口截止阀20及出口截止阀22的情况相同。

在加湿器旁通阀18(图1)中，由驱动轴60(参照图2)的位移向上方驱动阀芯58时开阀，从加湿器旁通路径32(图1)的上游侧向燃料电池组12侧排出空气。另一方面，由驱动轴60(图2)的位移，向下方驱动阀芯58时闭阀，空气从加湿器旁通路径32(图1)的上游侧向燃料电池组12的流动被截止。

驱动轴60(图2)的轴方向的位移与入口截止阀20、出口截止阀22的情况相同，由三个PSV即VbS、VbC、VbO(图1)进行控制。在图1中，表示VbS、VbC、VbO的多个三角形中，涂黑的三角形表示截止流路的状态，白色的三角形表示连接流路的状态。另外，VbS在非通电状态下连接空气压缩机24的气体排出侧和闭阀用压力室50，在通电状态下连接空气压缩机24的气体排出侧和开阀用压力室52。

在打开这样的加湿器旁通阀18的情况下，将由空气压缩机24升压后的空气导入开阀用压力室52，并且使闭阀用压力室50向大气开放。其结果，驱动轴60由力F1’、F2’抵抗螺旋弹簧的弹力而向上方驱动，所述力F1’、F2’是由导入空气压缩机24升压后的空气的流路构成压力室56和大气压室54(参照图2)之间的压力差而向上方作用于驱动轴60(参照图2)上的第一力F1’、和由闭阀用压力室50和开阀用压力室52之间的压力差而向上方作用于驱动轴60上的第二力F2’。然后，加湿器旁通阀18打开。

与此相对，关闭加湿器旁通阀18的情况下，使由空气压缩机24升压后的空气导入闭阀用压力室50，并且使开阀用压力室52向大气开放。并且，驱动轴60通过由在开阀用压力室52和闭阀用压力室50之间的压力差而向下方作用于驱动轴60上的力和螺旋弹簧的弹力向下方驱动。该情况下，力通过流路构成压力室56和大气压室54之间的压力差向上方作用于驱动轴60上，但是由于使包含主隔膜46(参照图2)的驱动轴60上侧的部分的受压面积的直径比包含副隔膜48(参照图2)的驱动轴60下侧的部分的受压面积的直径足够大，因此驱动轴60向下方位移。然后，加湿器旁通阀18关闭。

进而，本实施方式的燃料电池车具有上述的燃料电池组12、出口截止阀22、入口截止阀20和加湿器旁通阀18，在各阀22、20、18中，在从车辆的前侧向后侧(从图2的右侧向左侧，从图5的上侧向下侧)观察的情况下，使上侧给排管76及下侧给排管77隐藏在构成各阀22、20、18的、比给排管76、77刚性高的罩壳42的后侧。因此，在各阀22、20、18中，使上侧给排管76及下侧给排管77从罩壳42的外侧面向车辆的后方向(图2的左方向)或后斜下方向(图5的下方向)突出。

根据上述的燃料电池系统10和燃料电池车，分别在入口截止阀20、出口截止阀22及加湿器旁通阀18中，相对于上侧给排管76及下侧给排管77的轴方向倾斜地切断上侧给排管76及下侧给排管77的压力室50、52侧开口端。因此，能够使各给排管76、77的压力室50、52侧开口端的周缘部的全长变大。因此，使各给排管76、77的压力室50、52侧开口面积扩大，与不相对于轴方向倾斜地切断压力室50、52侧开口端相比，即，与单是圆形的构造的情况相比，能够防止水因表面张力容易地附着在压力室50、52侧开口端的情况。其结果是实现提高入口截止阀20、出口截止阀22及加湿器旁通阀18的动作性能。

另外，在各阀20、22、18中，具有：构成设于内部的流路的流路构成压力室56(图2)、闭阀用压力室50及开阀用压力室52；和分别设于闭阀用压力室50及开阀用压力室52，并向这些双压力室50、52给排气体的上侧给排管76及下侧给排管77。另外，由闭阀用压力室50及开阀用压力室52的压力差产生的力作用在构成阀芯58的驱动轴60上。因此，相对于伴随着各阀20、22、18的开闭的流路构成压力室56的压力变动，驱动轴60的驱动难以受到影响。从这一点也能实现提高各阀20、22、18的动作性能。

另外，上侧给排管76及下侧给排管77的孔的压力室50、52侧开口端分别位于构成各压力室50、52的罩壳42的内表面上在重力的作用方向上的最低点的上方。因此，即使在闭阀用压力室50及开阀用压力室52内存在水的情况下，水也难以一直在上侧给排管76及下侧给排管77的孔的开口端周边部附着。因此，能够防止附着在各给排管76、77的孔的开口端部的水冻结，孔的开口由于冰变窄或阻塞，从这一点也能实现提高各阀20、22、18的动作性能。

另外，在各阀20、22、18中，上侧给排管76及下侧给排管77的压力室50、52侧开口端从压力室50、52的内面向内侧突出，因此附着在压力室50、52的壁面上的冷凝水等的水难以流入各给排管76、77的压力室50、52侧开口端周边部。因此，能够防止附着在各给排管76、77的端部的水冻结，各给排管76、77的开口由于冰变窄或阻塞，从这一点也能实现提高各阀22、20、18的动作性能。

另外，根据本实施方式的燃料电池车辆，具有燃料电池组12、出口截止阀22、入口截止阀20和加湿器旁通阀18，在各阀22、20、18中，在从车辆的前侧向后侧(图2的右侧向左侧，图5的上侧向下侧)观察的情况下，使上侧给排管76及下侧给排管77隐藏在构成各阀22、20、18的罩壳42的后侧。因此，在燃料电池车行驶时，借助于比各给排管76、77刚性更高的罩壳42，飞石、雪等的异物难以从车辆的前侧向各给排管76、77冲撞。因此，刚性比较低的给排管76、77难以产生弯折等变形，从这一点也能实现提高各阀22、20、18的动作性能。

【第二发明的实施方式】

接着，图7至图8表示本发明的第二实施方式。图7表示具有第二实施方式的燃料电池用阀的燃料电池系统，是比图1更简化的构成图。在本实施方式中，使上述第一实施方式中图7虚线表示的范围、即包含加湿器旁通阀18和入口截止阀20的部分的配管为金属制配管，由金属制配管使加湿器旁通阀18和入口截止阀20形成为一体。对此，使用图8进行更详细的说明。

图8是具体表示将在图7的虚线表示的范围部分一体化的构造的立体图。在本实施方式的情况下，构成加湿器旁通阀18的阀芯58的驱动轴60(参照图2)沿垂直方向配置，相对于垂直方向不倾斜。驱动轴60沿垂直方向驱动。与此相对应地，使构成加湿器旁通阀18(图8)的罩壳42的覆盖驱动轴60(参照图2)的外周的部分的整体沿垂直方向延伸。

并且，使加湿器旁通阀18的入口92与空气压缩机24(图7)侧的配管85连接，与构成阀芯58的驱动轴60(参照图2)的驱动无关地，将与入口92连通的第一出口(对应于图8的点P位置)连接到通过加湿器28(图7)的入口的金属制的第一配管96上。

另外，使设于加湿器旁通阀18的第二出口(对应于图8的点Q位置)连接到通过入口截止阀20的出口94的金属制的第二配管98上。另外，由驱动轴60(参照图2)的驱动，将加湿器旁通阀18的第二出口转换为与入口92连通或不连通。另外，在入口截止阀20的入口92(参照图2)上连接有金属制的第三配管100。入口截止阀20和加湿器旁通阀18仅经由金属制的第二配管98而连接，不经由橡胶制的配管连接。另外，将固定用支架102、104固定在金属制的配管(图示的情况是第一配管96及第二配管98)上。固定用支架102、104通过螺母等固定在未图示的车体上而利用。也可以省略两个固定用支架102、104中任意一个。

在这样的本实施方式的情况下，使作为不同的两个阀的加湿器旁通阀18和入口截止阀20经由金属制的第二配管98连接。因此，与仅经由橡胶制的配管连接两个阀18、20的情况相比，能够使在这两个阀18、20之间的热传导性提高。另外，燃料电池组12(图7)在使用时温度上升。因此，使与加湿器旁通阀18和入口截止阀20连接的配管96、98、100为金属制，通过提高各阀18、20和经由配管96、98、100而与各阀18、20连接的部件之间的热传导性，能够容易地使加湿器旁通阀18和入口截止阀20这两者的温度迅速地上升。其结果是在冰点以下等的低温环境使用的情况下，即使在阀18、20内部的压力室内存在水的情况下，水也以附着在阀芯58或阀座81(参照图2)或阀芯58的滑动部的状态冻结，能够防止阀芯58的驱动性在加湿器旁通阀18和入口截止阀20处恶化。即，能够实现这些阀18、20的动作性能的进一步提高。

进而，将两个阀18、20形成为一体来处理。另外，可以不在这两个阀18、20上设置与固定在配管96、98上的固定用支架102、104不同的车辆固定用的固定用支架。并且，能够不需要如使用橡胶制的配管的情况那样使用橡胶配管紧固用的夹子等紧固部件或使紧固部件减少。因此，容易地实现重量及成本的降低，并且能够获得削减对车辆的组装作业时的工序的效果。

对于其他的构成及作用，由于与上述的第一实施方式相同，对同等的部分标注相同的标号并省略重复的说明。如本实施方式所述，经由金属制的配管连接两个阀的构造不限于燃料电池系统，也能够用于其他的用途。

另外，本发明的燃料电池用阀是切断或连接流过上述氧化气体系统气体的流路的阴极侧的阀，不限于适用于入口截止阀20、出口截止阀22、加湿器旁通阀18的情况，例如，也能够适用于切断或连接流过作为燃料气体系统气体的氢气的流路的阳极侧的阀。

本发明用于燃料电池用阀及燃料电池车。本发明的燃料电池用阀，例如作为燃料电池车用搭载在车辆上，并且用于将燃料电池组作为车辆行驶用马达的电源使用的燃料电池系统。

Claims (4)

1.一种燃料电池用阀，连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的筒状部件，其特征在于，

筒状部件的压力室侧开口端相对于筒状部件的轴方向倾斜地被切断。

2.一种燃料电池用阀，包括：

具有驱动轴的阀芯；

构成设于内部的流路的流路构成压力室、第一压力室及第二压力室；和

分别设于第一压力室及第二压力室上并向第一压力室及第二压力室供给流体或从第一压力室及第二压力室排出流体的两个给排孔，

由第一压力室及第二压力室的压力差产生的力作用于驱动轴上，

其特征在于，两个给排孔的压力室侧开口端分别位于第一压力室和第二压力室的壁部的内表面上在重力的作用方向上的最低点的上方。

3.一种燃料电池用阀，连接用于向设于内部的压力室供给流体或从该压力室排出流体的给排管，其特征在于，

给排管的压力室侧开口端从压力室的内表面向内侧突出。

4.一种燃料电池车，包括：

燃料电池，通过氧化气体和燃料气体的电化学反应进行发电；和

燃料电池用阀，在设于内部的压力室上连接有始终或根据情况使压力室内与大气连通的给排管，

其特征在于，在从车辆的前侧向后侧观察时，给排管隐藏在构成燃料电池用阀的罩壳的后侧。

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