JP2000161509A - 流体制御バルブ及びバルブユニット及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省スペース化、低コスト化する。 【解決手段】 バルブ本体内部を駆動手段により直線運
動する弁体１で、流体の通流を制御する流体制御バルブ
において、前記バルブ本体に上下二つの弁座部２、３を
設け、前記弁座部に当接可能なシール部１ａ，１ｂを前
記弁体１に設け、前記上下の弁座部２、３の中間に流体
が通流できる中間通流部４を設け、前記バルブ本体の上
下の弁座部２、３の中間部に外部と連通する連通孔を設
け、前記バルブ本体の上部弁座部２より上部と前記バル
ブ本体の下部弁座部３より下部の少なくとも一方に外部
と連通する連通孔を設けたことを特徴とする流体制御バ
ルブ及びバルブユニット及び燃料電池システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体制御バルブ及び
バルブユニット及び燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。

【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。

【０００４】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、一般的に二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高
分子電解質膜を挟んだ構造をしている多数のセルが積層
されている燃料電池スタック、前記燃料極側に燃料ガス
を供給する燃料ガス供給手段、前記酸化剤極側に酸化剤
ガスを供給する酸化剤ガス供給手段及び各種ガス配管
と、それらを制御する制御装置から構成されている。

【０００５】前記燃料ガス供給手段として水素ボンベや
水素吸蔵合金タンクを用いた燃料電池システムもある
が、自動車等車載用では一般的に炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する改質装置が用いられている。炭化水素系
燃料は、水素よりエネルギー密度が大きいため単位体積
あたりの運転時間が長い利点がある。この利点は、自動
車等車載用では走行距離が長い利点となる。また、炭化
水素系燃料は、現在のガソリン貯蔵設備またはガス貯蔵
設備を、そのまま利用することができるので、燃料補給
システムの構築が容易である。

【０００６】前記改質装置は、炭化水素系燃料と水を蒸
発させてガス化し、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ
−Ｚｎ触媒等）に接触させて水素を主成分とする燃料ガ
スを製造する装置である。炭化水素系燃料としては、メ
タノール、エタノール、ガソリン等の液体燃料や天然ガ
ス、ＬＰＧ等の気体燃料が考えられる。一般的には、コ
スト、取り扱い性及び改質特性の良さのためメタノール
が用いられる。

【０００７】上記で製造された燃料ガスには、約０．５
〜１％の一酸化炭素が含まれており、そのまま燃料電池
スタックに供給すると燃料極の電極触媒を被毒し、前記
燃料電池スタックの電池性能を低下させる。前記電極触
媒の被毒を防止するため、前記改質装置内にＣＯ低減部
を設け空気を供給して燃料ガス中の一酸化炭素を酸化し
て二酸化炭素に変換して除去し、一酸化炭素濃度が１０
ｐｐｍ以下になった燃料ガスを前記燃料電池スタックに
供給する。

【０００８】前記燃料電池スタックは、前記燃料極側に
供給された燃料ガスと前記酸化剤極側に供給された酸化
剤ガスを使用して電気化学反応により発電する。

【０００９】前記燃料電池スタックの発電を制御するた
め、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの通流を制御する
必要があり、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの管路上
にガスの通流を制御する開閉手段が設けられている。

【００１０】従来技術１として、特開平８−１２４５８
８号公報には、２個の切換バルブと３個の開閉バルブを
使用した燃料電池の運転制御装置が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１は、燃料ガス、酸化剤ガスの流れを制御するバルブ
を個別に多数配置しているので、各バルブの継手部及び
各バルブ間を連結する管路を含めたスペースが多く必要
であるので、燃料電池システムに必要なスペースが大き
くなる問題点がある。

【００１２】本発明は上記課題を解決したもので、互い
に直接連結可能な流体制御バルブの構造を考案し、該流
体制御バルブを複数個連結したバルブユニットで燃料ガ
ス、酸化剤ガスなどの流体を制御する省スペースで低コ
ストの燃料電池システムを提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、バルブ本体
内部を駆動手段により直線運動する弁体で、流体の通流
を制御する流体制御バルブにおいて、前記バルブ本体に
上下二つの弁座部を設け、前記弁座部に当接可能なシー
ル部を前記弁体に設け、前記上下の弁座部の中間に流体
が通流できる中間通流部を設け、前記バルブ本体の上下
の弁座部の中間部に外部と連通する連通孔を設け、前記
バルブ本体の上部弁座部より上部と前記バルブ本体の下
部弁座部より下部の少なくとも一方に外部と連通する連
通孔を設けたことを特徴とする流体制御バルブである。

【００１４】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１５】即ち、簡単な構造で、且つ２方弁、３方弁
を同じ構造で製造できるので、低コストの流体制御バル
ブができる効果を有する。また、互いの連通孔を直接連
結できる構造なので、バルブのユニット化ができる効果
を有する。

【００１６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記駆動手段が、空気の圧力
で弁体を駆動するエアオペレート駆動手段であることを
特徴とする請求項１記載の流体制御バルブである。

【００１７】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１８】即ち、前記駆動手段の占める体積が小さい
ので小型の流体制御バルブができる効果を有する。ま
た、前記エアオペレート駆動手段に用いる電力が少ない
ので省電力化ができる効果を有する。

【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記駆動手段が、ソレノイド
であることを特徴とする請求項１記載の流体制御バルブ
である。

【００２０】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２１】即ち、電気信号で直接制御できるので、流
体制御バルブの制御性が向上する。

【００２２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記駆動手段が、モータであ
ることを特徴とする請求項１記載の流体制御バルブであ
る。

【００２３】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２４】即ち、請求項３と同様、電気信号で直接制
御できるので、流体制御バルブの制御性が向上する。

【００２５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、バルブ本体内部を駆動手段に
より直線運動する弁体で、流体の通流を制御する流体制
御バルブにおいて、前記バルブ本体に上下二つの弁座部
を設け、前記弁座部に当接可能なシール部を前記弁体に
設け、前記上下の弁座部の中間に流体が通流できる中間
通流部を設け、前記バルブ本体の上下の弁座部の中間部
に外部と連通する連通孔を設け、前記バルブ本体の上部
弁座部より上部と前記バルブ本体の下部弁座部より下部
の少なくとも一方に外部と連通する連通孔を設け、該連
通孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設け
られた連通孔シール部の存在する面が平面である流体制
御バルブ、駆動手段で直線運動する弁体と該弁体が当接
可能な弁座部、前記弁体と前記弁座部で形成された連通
弁口と外部を連通する二つの連通孔が設けられ、該連通
孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けら
れた連通孔シール部の存在する面が平面である流量制御
バルブ、スプリングの付勢力で弁座部に当接された弁体
と該弁体と前記弁座部で形成された連通弁口と外部を連
通する二つの連通孔が設けられ、該連通孔が存在する外
面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通孔シー
ル部の存在する面が平面である調圧弁のうち少なくとも
一種類を複数個、連結が必要な連通孔同士を当接させて
組み合わせたことを特徴とするバルブユニットである。

【００２６】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２７】即ち、複数個の流体制御バルブ、流量制御
バルブ、調圧弁を直接当接させて組み合わせることがで
きるので、継手部、各バルブ間の管路を省くことがで
き、省スペースで低コストのバルブユニットができる効
果を有する。

【００２８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、バルブ本体内部を駆動手段に
より直線運動する弁体で、流体の通流を制御する流体制
御バルブにおいて、前記バルブ本体に上下二つの弁座部
を設け、前記弁座部に当接可能なシール部を前記弁体に
設け、前記上下の弁座部の中間に流体が通流できる中間
通流部を設け、前記バルブ本体の上下の弁座部の中間部
に外部と連通する連通孔を設け、前記バルブ本体の上部
弁座部より上部と前記バルブ本体の下部弁座部より下部
の少なくとも一方に外部と連通する連通孔を設け、該連
通孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設け
られた連通孔シール部の存在する面が平面である複数個
の流体制御バルブ、駆動手段で直線運動する弁体と該弁
体が当接可能な弁座部、前記弁体と前記弁座部で形成さ
れた連通弁口と外部を連通する二つの連通孔が設けら
れ、該連通孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周
囲に設けられた連通孔シール部の存在する面が平面であ
る流量制御バルブ、スプリングの付勢力で弁座部に当接
された弁体と該弁体と前記弁座部で形成された連通弁口
と外部を連通する二つの連通孔が設けられ、該連通孔が
存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた
連通孔シール部の存在する面が平面である調圧弁のうち
少なくとも一種類を複数個、連結が必要な連通孔同士を
当接させて組み合わせたバルブユニットで燃料ガス、酸
化剤ガス、パージガスの少なくとも一つを制御すること
を特徴とする燃料電池システムである。

【００２９】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００３０】即ち、継手部、各バルブ間の管路を省くこ
とができ、省スペースで低コストのバルブユニットを使
用しているので、省スペースで低コストの燃料電池がで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。

【００３２】図１は、本発明の第１実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第１実施例のバルブユニット
は、流体制御バルブ１０、２０、３０、４０及び三方分
岐部８、９から構成されている。

【００３３】前記流体制御バルブ１０は、バルブ本体１
０ａ、弁体１、スプリング７、上蓋部５ａ、下蓋部２８
から構成されている。前記バルブ本体１０ａには、上下
二つの弁座部２、３が設けられている。該弁座部２、３
の中間部の中間部に流体が通流できる中間通流部４が設
けられている。

【００３４】前記弁座部３より下部の前記バルブ本体１
０ａに、該前記バルブ本体１０ａの外部に連通する連通
孔１１が設けられている。前記弁座部２、３の中間部の
前記バルブ本体１０ａに、前記バルブ本体１０ａの外部
に連通する連通孔１２が設けられている。

【００３５】前記連通孔１１、１２が存在する前記バル
ブ本体１０ａの外面は平面である。前記連通孔１１が存
在する前記バルブ本体１０ａの外面の前記連通孔１１の
周囲には、連通孔シール部１１ａが設けられている。前
記連通孔１２が存在する前記バルブ本体１０ａの外面の
前記連通孔１２の周囲には、連通孔シール部１２ａが設
けられている。

【００３６】前記上蓋部５ａには、制御用空気供給口６
が設けられている。該制御用空気供給口６及び前記上蓋
部５ａと前記弁体１の間の空間部でエアオペレート駆動
手段であるエアオペレート駆動部５を構成している。前
記スプリング７は前記下蓋部２８で保持され、弁体１を
上方に押し上げる付勢力を与えている。

【００３７】前記流体制御バルブ４０は、左右逆向きに
接続されているが、前記流体制御バルブ１０と同じ構造
である。

【００３８】前記流体制御バルブ２０は、バルブ本体２
０ａ、弁体１、スプリング７、上蓋部５ａ、下蓋部２８
から構成されている。前記バルブ本体２０ａには、上下
二つの弁座部２、３が設けられている。該弁座部２、３
の中間部の中間部に流体が通流できる中間通流部４が設
けられている。

【００３９】前記弁座部３より下部の前記バルブ本体２
０ａに、該前記バルブ本体２０ａの外部に連通する連通
孔１４が設けられている。前記弁座部２、３の中間部の
前記バルブ本体２０ａに、該バルブ本体２０ａの外部に
連通する連通孔１３が設けられている。前記弁座部２よ
り上部の前記バルブ本体２０ａに、該前記バルブ本体２
０ａの外部に連通する連通孔１５が設けられている。

【００４０】前記連通孔１３、１４、１５が存在する前
記バルブ本体２０ａの外面は平面である。前記連通孔１
３が存在する前記バルブ本体２０ａの外面の前記連通孔
１３の周囲には、連通孔シール部１３ａが設けられてい
る。前記連通孔１５が存在する前記バルブ本体２０ａの
外面の前記連通孔１５の周囲には、連通孔シール部１５
ａが設けられている。図示されていないが、前記連通孔
１４が存在する前記バルブ本体２０ａの外面の前記連通
孔１４の周囲には、連通孔シール部が設けられている。

【００４１】前記上蓋部５ａには、制御用空気供給口６
が設けられている。該制御用空気供給口６及び前記上蓋
部５ａと前記弁体１の間の空間部でエアオペレート駆動
手段であるエアオペレート駆動部５を構成している。前
記スプリング７は前記下蓋部２８で保持され、弁体１を
上方に押し上げる付勢力を与えている。

【００４２】前記流体制御バルブ３０は、バルブ本体３
０ａ、弁体１、スプリング７、上蓋部５ａ、下蓋部２８
から構成されている。

【００４３】前記バルブ本体３０ａには、上下二つの弁
座部２、３が設けられている。該弁座部２、３の中間部
に流体が通流できる中間通流部４が設けられている。

【００４４】前記弁座部３より下部の前記バルブ本体３
０ａに、該前記バルブ本体３０ａの外部に連通する連通
孔１７が設けられている。前記弁座部２、３の中間部の
前記バルブ本体３０ａに、該バルブ本体３０ａの外部に
連通する連通孔１８が設けられている。前記弁座部２よ
り上部の前記バルブ本体３０ａに、該前記バルブ本体３
０ａの外部に連通する連通孔１６が設けられている。

【００４５】前記連通孔１６、１７、１８が存在する前
記バルブ本体３０ａの外面は平面である。前記連通孔１
６が存在する前記バルブ本体３０ａの外面の前記連通孔
１６の周囲には、連通孔シール部１６ａが設けられてい
る。前記連通孔１８が存在する前記バルブ本体３０ａの
外面の前記連通孔１８の周囲には、連通孔シール部１８
ａが設けられている。図示されていないが、前記連通孔
１７が存在する前記バルブ本体３０ａの外面の前記連通
孔１７の周囲には、連通孔シール部が設けられている。

【００４６】前記上蓋部５ａには、制御用空気供給口６
が設けられている。該制御用空気供給口６及び前記上蓋
部５ａと前記弁体１の間の空間部でエアオペレート駆動
手段であるエアオペレート駆動部５を構成している。前
記スプリング７は前記下蓋部２８で保持され、弁体１を
上方に押し上げる付勢力を与えている。この流体制御バ
ルブ３０は、前記流体制御バルブ２０と、鏡像の関係に
ある構造であり、図に垂直な面の連通孔が反対の位置に
設けられた構造である。

【００４７】前記三方分岐部８は、貫通孔１９と該貫通
孔１９の中央部から該貫通孔１９の直角方向の前記三方
分岐部８の外部に連通する連通孔２１が設けられてい
る。前記貫通孔１９及び前記連通孔２１が存在する前記
三方分岐部８の外面は平面である。前記貫通孔１９が存
在する前記三方分岐部８の外面の前記貫通孔１９の周囲
には、貫通孔シール部１９ａ、１９ｂが設けられてい
る。

【００４８】前記三方分岐部９は、貫通孔２２と該貫通
孔２２の中央部から該貫通孔２２の直角方向の前記三方
分岐部９の外部に連通する連通孔２３が設けられてい
る。前記貫通孔２２及び前記連通孔２３が存在する前記
三方分岐部９の外面は平面である。前記貫通孔２２が存
在する前記三方分岐部９の外面の前記貫通孔２２の周囲
には、貫通孔シール部２２ａ、２２ｂが設けられてい
る。

【００４９】本第１実施例のバルブユニットは、三方分
岐部８、流体制御バルブ１０、２０、３０、三方分岐部
９、流体制御バルブ４０の順に結合されている。

【００５０】前記三方分岐部８の貫通孔１９と前記流体
制御バルブ１０の連通孔１１は当接して連結し、貫通孔
シール部１９ｂと連通孔シール部１１ａで流体をシール
している。前記流体制御バルブ１０の連通孔１２と前記
流体制御バルブ２０の連通孔１３は当接して連結し、互
いの連通孔シール部１２ａ，１３ａで流体をシールして
いる。

【００５１】前記流体制御バルブ２０の連通孔１５と前
記流体制御バルブ３０の連通孔１６は当接して連結し、
互いの連通孔シール部１５ａ，１６ａで流体をシールし
ている。前記流体制御バルブ３０の連通孔１８と前記三
方分岐部９の貫通孔２２は当接して連結し、連通孔シー
ル部１８ａと貫通孔シール部２２ａで流体をシールして
いる。前記三方分岐部９の貫通孔２２と前記流体制御バ
ルブ４０の連通孔１２は当接して連結し、貫通孔シール
部２２ｂと連通孔シール部１２ａで流体をシールしてい
る。

【００５２】前記三方分岐部８の貫通孔１９の前記流体
制御バルブ１０の連通孔１１と反対側は、外部の配管と
連結している。前記三方分岐部８の連通孔２１、前記流
体制御バルブ２０の連通孔１４、前記流体制御バルブ３
０の連通孔１７、前記三方分岐部９の連通孔２３及び前
記流体制御バルブ４０の連通孔１１は、それぞれ外部の
配管と連結している。

【００５３】流体の流れる方向は、図の左から右への方
向である。前記三方分岐部８の貫通孔１９または連通孔
２１から供給された流体は、前記流体制御バルブ１０の
連通孔１１に供給される。前記流体制御バルブ１０のバ
ルブ本体１０ａの弁座部３と弁体１のシール部１ｂは、
スプリング７の付勢力により当接しているので、前記流
体は、ここで遮断されている。

【００５４】前記流体制御バルブ１０の上蓋部５ａに設
けられた制御用空気供給口６から空気が供給されると、
前記弁体１はスプリング７の付勢力に抗して押し下げら
れ、前記バルブ本体１０ａの弁座部２と前記弁体１のシ
ール部１ａが当接する。前記バルブ本体１０ａの弁座部
３と前記弁体１のシール部１ｂの間が開放されるので、
流体は、前記連通孔１１から中間通流部４、連通孔１２
を通って流体制御バルブ２０の連通孔１３へ供給され
る。

【００５５】前記連通孔１３に供給された流体は、前記
流体制御バルブ２０の中間通流部４、連通孔１５を通っ
て流体制御バルブ３０の連通孔１６に供給される。

【００５６】前記流体制御バルブ２０の上蓋部５ａに設
けられた制御用空気供給口６から空気が供給されると、
前記流体制御バルブ２０の弁体１はスプリング７の付勢
力に抗して押し下げられ、前記バルブ本体２０ａの弁座
部２と前記弁体１のシール部１ａが当接し、連通孔１５
への流体の供給を遮断する。

【００５７】一方、前記バルブ本体２０ａの弁座部３と
前記弁体１のシール部１ｂの間が開放されるので、流体
は、前記連通孔１３から中間通流部４、連通孔１４を通
って外部の管路へ供給される。

【００５８】前記連通孔１６に供給された流体は、前記
流体制御バルブ３０の中間通流部４、連通孔１８を通っ
て三方分岐部９の貫通孔２２に供給される。

【００５９】前記流体制御バルブ３０の上蓋部５ａに設
けられた制御用空気供給口６から空気が供給されると、
前記流体制御バルブ３０の弁体１はスプリング７の付勢
力に抗して押し下げられ、前記バルブ本体３０ａの弁座
部２と前記弁体１のシール部１ａが当接し、連通孔１６
への流体の供給を遮断する。

【００６０】一方、前記バルブ本体２０ａの弁座部３と
前記弁体１のシール部１ｂの間が開放されるので、前記
流体制御バルブ３０の連通孔１７から供給された流体が
中間通流部４、前記連通孔１８を通って三方分岐部９の
貫通孔２２に供給される。

【００６１】前記貫通孔２２に供給された流体は、前記
三方分岐部９の連通孔２３を通って外部の管路へ供給さ
れると同時に、流体制御バルブ４０の連通孔１２に供給
される。前記流体制御バルブ１０のバルブ本体１０ａの
弁座部３と弁体１のシール部１ｂは、スプリング７の付
勢力により当接しているので、前記流体は、ここで遮断
されている。

【００６２】前記流体制御バルブ１０の上蓋部５ａに設
けられた制御用空気供給口６から空気が供給されると、
前記弁体１はスプリング７の付勢力に抗して押し下げら
れ、前記バルブ本体１０ａの弁座部２と前記弁体１のシ
ール部１ａが当接する。前記バルブ本体１０ａの弁座部
３と前記弁体１のシール部１ｂの間が開放されるので、
流体は、前記連通孔１２から連通孔１１を通って外部の
管路へ供給される。

【００６３】本第１実施例のバルブユニットは、二つの
開閉バルブ、二つの三方切替バルブと三方分岐部を組み
合わせてあるが、継手部、バルブ間を連結する配管を全
く使用していない。このため、省スペース化が実現で
き、低コストになっている。

【００６４】本第１実施例の流体制御バルブは、開閉バ
ルブである流体制御バルブ１０、４０も三方切替バルブ
である流体制御バルブ２０、３０もほぼ同じ構造をして
いるので、部品を共通化することができ、低コストに製
造できる。

【００６５】また、本第１実施例の流体制御バルブ１
０、２０、３０、４０は、駆動手段としてエアオペレー
ト駆動手段を使用しているので、駆動手段の占める体積
が小さく、小型化できる。更に、前記エアオペレート駆
動手段は、消費電力が小さいので省電力かできる。

【００６６】図２は、本発明の第２実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第２実施例のバルブユニット１
００は、三方分岐部８、流体制御バルブ１０、２０の順
に連結され、前記第１実施例の図１の左半分と同じ構成
である。従って、同じ部位には同じ符号を付け、重複す
る説明は省略する。

【００６７】図３は、本発明の第２実施例のバルブユニ
ット１００を備えた燃料電池システム図である。本燃料
電池システムは、改質装置６０、燃料電池スタック６
５、バーナ６９、ターボアシストコンプレッサ７０及び
前記バルブユニット１００から構成されている。

【００６８】前記改質装置６０は、燃焼部５４、蒸発部
５５、改質部５６及びＣＯ低減部５７から構成されてい
る。前記燃焼部５４は、メタノールタンク５２とメタノ
ールポンプＰ３を介して連結している。前記燃焼部５４
はまた、エアーコンプレッサ５３と管路を介して連結し
ている。前記蒸発部は、水タンク５１、メタノールタン
ク５２とそれぞれ水タンクＰ１、メタノールポンプＰ２
を介して連結している。

【００６９】前記ＣＯ低減部５７の燃料ガス出口７４と
前記バルブユニット１００の三方分岐部８の貫通孔１９
は、燃料ガス管路７５を介して連結している。前記三方
分岐部８の連通孔２１は、開閉バルブ６４を介して大気
に通じている。

【００７０】前記バルブユニット１００の流体制御バル
ブ２０の連通孔１５は、燃料電池スタック６５の燃料ガ
ス供給口６５ａと連結している。前記燃料電池スタック
６５の燃料ガス排出口６５ｃは、逆止弁６８を介してバ
ーナ６９の燃料ガス供給口６９ａと連結している。前記
バルブユニット１００の流体制御バルブ２０の連通孔１
４は、前記バーナ６９の燃料ガス供給口６９ｄと連結し
ている。

【００７１】前記バルブユニット１００の流体制御バル
ブ１０の制御用空気供給口６は、小型三方切替弁６２を
介してエアーコンプレッサ６１と連結している。前記バ
ルブユニット１００の流体制御バルブ２０の制御用空気
供給口６は、小型三方切替弁６３を介してエアーコンプ
レッサ６１と連結している。

【００７２】ターボアシストコンプレッサ７０は、ター
ビン７１、モータ７２、コンプレッサ７３から構成され
ている。前記バーナ６９の排ガス排出口６９ｅは、前記
ターボアシストコンプレッサ７０のタービン７１と連結
している。

【００７３】前記コンプレッサ７３は、流量制御バルブ
５８を介して改質装置６０の改質部５６と連結し、流量
制御バルブ５９を介して改質装置６０のＣＯ低減部５７
と連結している。また、前記コンプレッサ７３は三方切
替バルブ６６を介して前記燃料電池スタック６５の空気
供給口６５ｂ及び前記バーナ６９の空気供給口６９ｃと
連結している。前記燃料電池スタック６５の空気排出口
６５ｄは、逆止弁６７を介して前記バーナ６９の空気供
給口６９ｂと連結している。

【００７４】燃料電池システムが起動されると、メタノ
ールタンク５２からメタノールポンプＰ３によりメタノ
ールが改質装置６０の燃焼部５４に供給される。ターボ
アシストコンプレッサ７０のモータ７２も起動されてコ
ンプレッサ７３が起動される。同時にエアーコンプレッ
サ５３、６１も起動される。

【００７５】前記燃焼部５４に供給されたメタノール
は、前記エアーコンプレッサ５３から供給された空気を
助燃剤として燃焼し、蒸発部５５を加熱する。

【００７６】水タンク５１から水ポンプＰ１により水
が、またメタノールタンク５２からメタノールポンプＰ
２によりメタノールが改質装置６０の蒸発部５５に供給
される。供給された水とメタノールは、前記改質装置６
０の蒸発部５５で気化され改質部５６に送られる。

【００７７】前記改質部５６では、水とメタノールの蒸
気はターボアシストコンプレッサ７０のコンプレッサ７
３から流量制御バルブ５８を介して送られた空気と混合
され、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ触媒
等）により水素を主成分とする燃料ガスに改質されＣＯ
低減部５７に送られる。

【００７８】前記燃料ガスは一酸化炭素を０．５〜１％
含んでおり、前記ＣＯ低減部５７のＣＯ除去触媒（例え
ば、Ｐｔ触媒等）により一酸化炭素を前記コンプレッサ
７３から流量制御バルブ５９を介して送られた空気で酸
化してＣＯ_２に変え、一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下
にして燃料ガス管路７５に送る。

【００７９】小型三方切替弁６２を所定時間、コンプレ
ッサ６１、流体制御バルブ１０の制御用空気供給口６間
だけを通流できるようにして、該制御用空気供給口６に
空気を供給する。該空気の圧力により前記流体制御バル
ブ１０の弁体１がスプリング７の付勢力に抗して押し下
げられ、連通孔１１と連通孔１２が連通する。

【００８０】その後、前記小型三方切替弁６２の前記コ
ンプレッサ６１、制御用空気供給口６間の通流を遮断し
ても、前記制御用空気供給口６内の圧力が保持されてい
るので、前記連通孔１１と前記連通孔１２は連通したま
まに保持される。

【００８１】前記燃料ガス管路７５に送られた燃料ガス
は、貫通孔１９、前記連通孔１１、前記連通孔１２を通
り、流体制御バルブ２０の連通孔１３に供給される。

【００８２】起動直後においては改質部５６の温度が十
分上昇していないため、前記改質装置６０から排出され
る燃料ガスの一酸化炭素濃度は所定濃度（例えば、１０
ｐｐｍ）以下になっていない。

【００８３】一酸化炭素濃度が高い時は、小型三方切替
弁６３を所定時間、コンプレッサ６１、流体制御バルブ
２０の制御用空気供給口６間だけを通流できるようにし
て、該制御用空気供給口６に空気を供給する。該空気の
圧力により前記流体制御バルブ２０の弁体１がスプリン
グ７の付勢力に抗して押し下げ、前記連通孔１３と連通
孔１５を遮断し前記連通孔１３と連通孔１４が連通す
る。

【００８４】その後、前記小型三方切替弁６３の前記コ
ンプレッサ６１、制御用空気供給口６間の通流を遮断し
ても、前記制御用空気供給口６内の圧力が保持されてい
るので、前記連通孔１３と前記連通孔１４は連通したま
まに保持される。

【００８５】これにより、一酸化炭素濃度が高い前記燃
料ガスはバーナ６９に供給される。この時、三方切替弁
６６は前記バーナ６９側に切り替えられているので、コ
ンプレッサ７３から空気が前記バーナ６９に送られる。
前記バーナ６９は、前記燃料ガスをコンプレッサ７３か
ら送られた空気を助燃剤にして燃焼する。

【００８６】前記バーナ６９の排ガスはターボアシスト
コンプレッサ７０のタービン７１に送られ、該タービン
４１を回転する。前記タービン４１の回転により前記コ
ンプレッサ７３が回転されるので、前記モータ７２の負
荷が低減され、電力が節約できる。補助電力が限られて
いる自動車等車載用の燃料電池システムでは、この効果
は重要である。

【００８７】一酸化炭素濃度が所定濃度以下になった
ら、前記小型三方切替弁６３を前記流体制御バルブ２０
の制御用空気供給口６と大気だけを連通するように切り
替えて、前記制御用空気供給口６中の空気圧を抜く。こ
れにより前記流体制御バルブ２０の弁体１はスプリング
７の付勢力で押し上げられているので、前記連通孔１３
と連通孔１５が連通し、該連通孔１３と連通孔１４が遮
断されている。

【００８８】これにより、燃料ガスが前記燃料電池スタ
ック６５の燃料ガス供給口６５ａから前記燃料電池スタ
ック６５の燃料極側に送られる。同時に、三方切替弁６
６を前記燃料電池スタック６５側に切り替え、空気が前
記燃料電池スタック６５の空気供給口６５ｂから前記燃
料電池スタック６５の酸化剤極側に送られる。

【００８９】前記燃料電池スタック６５では、送られた
燃料ガスと空気を用いて電気化学反応により発電する。
前記燃料電池スタック６５では燃料ガス中の水素は１０
０％利用されることはなく、およそ８０％の利用率であ
る。前記燃料電池スタック６５で利用されなかった未利
用燃料ガスは、燃料ガス排出口６５ｃから排出され、バ
ーナ６９の燃料ガス供給口６９ａに送られる。

【００９０】一方、前記燃料電池スタック６５には、過
剰の空気を送っているので未利用空気が空気排出口６５
ｄから排出され、前記バーナ６９の空気供給口６９ｂに
送られる。

【００９１】前記バーナ６９では、前記燃料電池スタッ
ク６５から送られた未利用燃料ガスと未利用空気で燃焼
する。前記バーナ６９の排ガスはターボアシストコンプ
レッサ７０のタービン７１に送られ、該タービン７１を
回転する。これで、燃料電池システムは定常運転状態に
なる。

【００９２】前記タービン７１の回転により前記コンプ
レッサが回転されるので、前記モータ７２の負荷が低減
され、電力が節約できる。前記燃料電池システムの定常
運転時には、未利用燃料ガスの燃焼エネルギーが十分あ
るので、前記モータを動かす必要がなくなり前記モータ
は停止される。

【００９３】三方切替部８の連通孔２１と連結している
開閉バルブ６４は、燃料ガス中で凝縮した凝縮水を外部
に放出するために設けられている。前記開閉バルブ６４
を必要に応じて開き、前記凝縮水を外部に放出する。

【００９４】本第２実施例の燃料電池システムを停止す
るときは、まず小型三方切替弁６３を所定時間、コンプ
レッサ６１、流体制御バルブ２０の制御用空気供給口６
間だけを通流できるようにして、該制御用空気供給口６
に空気を供給する。該空気の圧力により前記流体制御バ
ルブ２０の弁体１がスプリング７の付勢力に抗して押し
下げ、前記連通孔１３と連通孔１５を遮断し前記連通孔
１３と連通孔１４が連通する。

【００９５】その後、前記小型三方切替弁６３の前記コ
ンプレッサ６１、制御用空気供給口６間の通流を遮断し
ても、前記制御用空気供給口６内の圧力が保持されてい
るので、前記連通孔１３と前記連通孔１４は連通したま
まに保持される。

【００９６】次に、改質装置６０を停止し、小型三方切
替弁６２を前記流体制御バルブ１０の制御用空気供給口
６と大気だけを連通するように切り替えて、前記流体制
御バルブ１０の制御用空気供給口６中の空気圧を抜く。
これにより前記流体制御バルブ１０の弁体１はスプリン
グ７の付勢力で押し上げられているので、連通孔１１と
連通孔１２が遮断される。

【００９７】本第２実施例では、二つの流体制御バルブ
を当接して連結しているので、継手部や配管が省略で
き、そのスペースも節約できるため、省スペース化と低
コスト化を実現している。また、流量制御バルブの弁体
の駆動手段として、消費電力の小さいエアオペレート駆
動手段を使用しているので、電力が節約できる。

【００９８】なお、多数の流体制御バルブを当接して、
更に省スペース化と低コスト化を実現することができ
る。

【００９９】図４は、本発明の第３実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第３実施例のバルブユニット
は、三方分岐部８、流体制御バルブ１０Ａ、２０Ａの順
に連結され、前記第２実施例と同じ構成である。従っ
て、同じ部位には同じ符号を付け、重複する説明は省略
する。

【０１００】本第３実施例のバルブユニットは、前記流
体制御バルブ１０Ａ、２０Ａの弁体１の駆動手段に、ソ
レノイド２４を使用している。前記ソレノイド２４は、
電気信号で直接制御できるので、流体制御バルブの制御
性を向上することができる。

【０１０１】図５は、本発明の第４実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第４実施例のバルブユニット
は、三方分岐部８、流体制御バルブ１０Ｂ、２０Ｂの順
に連結され、前記第２実施例と同じ構成である。従っ
て、同じ部位には同じ符号を付け、重複する説明は省略
する。

【０１０２】本第４実施例のバルブユニットは、前記流
体制御バルブ１０Ａ、２０Ａの弁体１の駆動手段に、モ
ータ２５を使用している。前記モータ２５は、電気信号
で直接制御できるので、流体制御バルブの制御性を向上
することができる。

【０１０３】図６は、本発明の第５実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第５実施例のバルブユニット
は、流体制御バルブ１０Ｂと流量制御バルブ５０を連結
している。前記流体制御バルブ１０Ｂは、前記第４実施
例と同じ構成である。従って、同じ部位には同じ符号を
付け、重複する説明は省略する。

【０１０４】前記流量制御バルブ５０は、バルブ本体８
１、弁体８４及びモータ２５により構成されている。前
記バルブ本体８１は、弁座部８５が設けられている。ま
た、前記バルブ本体８１には、該バルブ本体８１の外部
に連通する連通孔８２、８３が設けられている。

【０１０５】前記連通孔８２、８３が存在する前記バル
ブ本体８１の外面は平面である。前記連通孔８２が存在
する前記バルブ本体８１の外面の前記連通孔８２の周囲
には、連通孔シール部８２ａが設けられている。前記連
通孔８３が存在する前記バルブ本体８１の外面の前記連
通孔８３の周囲には、連通孔シール部８３ａが設けられ
ている。

【０１０６】前記弁体８４は、前記モータ２５に連結さ
れ、該モータ２５により上下に直線運動する。前記弁体
８４には、前記弁座部８５に当接可能なシール部８７が
設けられている。該シール部８７と前記弁座部８５によ
り連通弁口８６が形成されている。

【０１０７】前記流体制御バルブ１０Ｂの弁体１Ｂが前
記モータ２５によりスプリング７の付勢力に抗して押し
下げられると、バルブ本体１０ａの弁座部３と前記弁体
１Ｂのシール部１ｂの間が開放され、連通孔１１と連通
孔１２が連通し流体が前記流量制御バルブ５０の連通孔
８２に供給される。

【０１０８】前記流量制御バルブ５０では、モータ２５
により弁体８４が上下することにより、連通弁口８６の
間隔が変化し、流体の流量を制御し、連通孔８３から該
連通孔８３と連結した外部配管に前記流体を供給する。

【０１０９】開閉バルブである前記流体制御バルブ１０
Ｂと前記流量制御バルブ５０を直接連結しているので、
継手部、連結配管が必要なく、省スペースで低コストで
ある。前記流体制御バルブ１０Ｂの替わりに、流体制御
バルブ２０Ｂを使用すれば、三方切替バルブと流量制御
バルブを直接連結することができる。

【０１１０】図７は、本発明の第６実施例のバルブユニ
ットの断面図である。本第５実施例のバルブユニット
は、流体制御バルブ１０Ｂと調圧弁９０を連結してい
る。前記流体制御バルブ１０Ｂは、前記第４実施例と同
じ構成である。従って、同じ部位には同じ符号を付け、
重複する説明は省略する。

【０１１１】前記調圧弁９０は、弁本体９８、弁体９３
及びスプリング９４から構成されている。前記弁本体９
８は、弁座部９５が設けられている。また、前記弁本体
９８には、該弁本体９８の外部に連通する連通孔９１、
９２が設けられている。

【０１１２】前記連通孔９１、９２が存在する前記弁本
体９８の外面は平面である。前記連通孔９１が存在する
前記弁本体９８の外面の前記連通孔９１の周囲には、連
通孔シール部９１ａが設けられている。前記連通孔９２
が存在する前記弁本体９８の外面の前記連通孔９２の周
囲には、連通孔シール部９２ａが設けられている。

【０１１３】前記弁体９３には、前記弁座部９５に当接
可能なシール部９６が設けられている。前記弁体９３
は、前記スプリング９４により前記弁座部９５と前記シ
ール部９６が当接する方向に付勢されている。前記シー
ル部９６と前記弁座部９５により連通弁口９７が形成さ
れている。

【０１１４】前記流体制御バルブ１０Ｂの弁体１Ｂが前
記モータ２５によりスプリング７の付勢力に抗して押し
下げられると、バルブ本体１０ａの弁座部３と前記弁体
１Ｂのシール部１ｂの間が開放され、連通孔１１と連通
孔１２が連通し流体が前記前記調圧弁９０の連通孔９１
に供給される。

【０１１５】前記調圧弁９０では、前記連通孔９１に供
給された流体の圧力が、前記スプリング９４の付勢力に
打ち勝つ圧力になると、前記弁体９３が前記連通孔９１
側と反対方向に動く。前記流体の圧力と前記スプリング
９４の付勢力により決まる間隔だけ、前記連通弁口９７
が開放され、連通孔９２から該連通孔９２と連結した外
部配管に前記流体を供給する。即ち、前記調圧弁９０
は、前記スプリング９４の付勢力により流体の圧力を調
節している。

【０１１６】開閉バルブである前記流体制御バルブ１０
Ｂと前記調圧弁９０は直接連結しているので、継手部、
連結配管が必要なく、省スペースで低コストである。前
記流体制御バルブ１０Ｂの替わりに、流体制御バルブ２
０Ｂを使用すれば、三方切替バルブと調圧弁を直接連結
することができる。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、バルブ本体内
部を駆動手段により直線運動する弁体で、流体の通流を
制御する流体制御バルブにおいて、前記バルブ本体に上
下二つの弁座部を設け、前記弁座部に当接可能なシール
部を前記弁体に設け、前記上下の弁座部の中間に流体が
通流できる中間通流部を設け、前記バルブ本体の上下の
弁座部の中間部に外部と連通する連通孔を設け、前記バ
ルブ本体の上部弁座部より上部と前記バルブ本体の下部
弁座部より下部の少なくとも一方に外部と連通する連通
孔を設けたことを特徴とする流体制御バルブ及び前記連
通孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設け
られた連通孔シール部の存在する面が平面である前記流
体制御バルブ、駆動手段で直線運動する弁体と該弁体が
当接可能な弁座部、前記弁体と前記弁座部で形成された
連通弁口と外部を連通する二つの連通孔が設けられ、該
連通孔が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設
けられた連通孔シール部の存在する面が平面である流量
制御バルブ、スプリングの付勢力で弁座部に当接された
弁体と該弁体と前記弁座部で形成された連通弁口と外部
を連通する二つの連通孔が設けられ、該連通孔が存在す
る外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通孔
シール部の存在する面が平面である調圧弁のうち少なく
とも一種類を複数個、連結が必要な連通孔同士を当接さ
せて組み合わせたことを特徴とするバルブユニット及び
該バルブユニットで燃料ガス、酸化剤ガス、パージガス
の少なくとも一つを制御することを特徴とする燃料電池
システムであるので、低コストでユニット化が可能な流
体制御バルブができ、継手部、各バルブ間の管路を省い
た省スペースで低コストのバルブユニットができ、継手
部、各バルブ間の管路を省いた省スペースで低コストの
燃料電池システムができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のバルブユニットの断面図

【図２】本発明の第２実施例のバルブユニットの断面図

【図３】本発明の第２実施例のバルブユニットを備えた
燃料電池システム図

【図４】本発明の第３実施例のバルブユニットの断面図

【図５】本発明の第４実施例のバルブユニットの断面図

【図６】本発明の第５実施例のバルブユニットの断面図

【図７】本発明の第６実施例のバルブユニットの断面図

【符号の説明】 １、１Ａ，１Ｂ…弁体 １ａ，１ｂ…シール部 ２、３…弁座部 ４…中間通流部 ５…エアオペレート駆動部（エアオペレート駆動手段） １０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ…バルブ本体 １０、２０、３０、４０、１０Ａ、２０Ａ、１０Ｂ、２
０Ｂ…流体制御バルブ １１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８…連
通孔 １１ａ 、１２ａ 、１３ａ 、１４ａ 、１５ａ 、１６
ａ 、１７ａ 、１８ａ …連通孔シール部 ２４…ソレノイド ２５…モータ ５０…流量制御バルブ ６５…燃料電池スタック ８１…弁本体 ８２、８３…連通孔 ８２ａ、８３ｂ…連通孔シール部 ８４…弁体 ８５…弁座部 ８６…連通弁口 ８７…シール部 ９０…調圧弁 ９１、９２…連通孔 ９１ａ、９２ｂ…連通孔シール部 ９３…弁体 ９４…スプリング ９５…弁座部 ９６…シール部 ９７…連通弁口 ９８…弁本体 １００…バルブユニット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブ本体内部を駆動手段により直線運
   動する弁体で、流体の通流を制御する流体制御バルブに
   おいて、前記バルブ本体に上下二つの弁座部を設け、前
   記弁座部に当接可能なシール部を前記弁体に設け、前記
   上下の弁座部の中間に流体が通流できる中間通流部を設
   け、前記バルブ本体の上下の弁座部の中間部に外部と連
   通する連通孔を設け、前記バルブ本体の上部弁座部より
   上部と前記バルブ本体の下部弁座部より下部の少なくと
   も一方に外部と連通する連通孔を設けたことを特徴とす
   る流体制御バルブ。
2. 【請求項２】 前記駆動手段が、空気の圧力で弁体を駆
   動するエアオペレート駆動手段であることを特徴とする
   請求項１記載の流体制御バルブ。
3. 【請求項３】 前記駆動手段が、ソレノイドであること
   を特徴とする請求項１記載の流体制御バルブ。
4. 【請求項４】 前記駆動手段が、モータであることを特
   徴とする請求項１記載の流体制御バルブ。
5. 【請求項５】 バルブ本体内部を駆動手段により直線運
   動する弁体で、流体の通流を制御する流体制御バルブに
   おいて、前記バルブ本体に上下二つの弁座部を設け、前
   記弁座部に当接可能なシール部を前記弁体に設け、前記
   上下の弁座部の中間に流体が通流できる中間通流部を設
   け、前記バルブ本体の上下の弁座部の中間部に外部と連
   通する連通孔を設け、前記バルブ本体の上部弁座部より
   上部と前記バルブ本体の下部弁座部より下部の少なくと
   も一方に外部と連通する連通孔を設け、該連通孔が存在
   する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通
   孔シール部の存在する面が平面である流体制御バルブ、
   駆動手段で直線運動する弁体と該弁体が当接可能な弁座
   部、前記弁体と前記弁座部で形成された連通弁口と外部
   を連通する二つの連通孔が設けられ、該連通孔が存在す
   る外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通孔
   シール部の存在する面が平面である流量制御バルブ、ス
   プリングの付勢力で弁座部に当接された弁体と該弁体と
   前記弁座部で形成された連通弁口と外部を連通する二つ
   の連通孔が設けられ、該連通孔が存在する外面の少なく
   とも該連通孔の周囲に設けられた連通孔シール部の存在
   する面が平面である調圧弁のうち少なくとも一種類を複
   数個、連結が必要な連通孔同士を当接させて組み合わせ
   たことを特徴とするバルブユニット。
6. 【請求項６】 バルブ本体内部を駆動手段により直線運
   動する弁体で、流体の通流を制御する流体制御バルブに
   おいて、前記バルブ本体に上下二つの弁座部を設け、前
   記弁座部に当接可能なシール部を前記弁体に設け、前記
   上下の弁座部の中間に流体が通流できる中間通流部を設
   け、前記バルブ本体の上下の弁座部の中間部に外部と連
   通する連通孔を設け、前記バルブ本体の上部弁座部より
   上部と前記バルブ本体の下部弁座部より下部の少なくと
   も一方に外部と連通する連通孔を設け、該連通孔が存在
   する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通
   孔シール部の存在する面が平面である複数個の流体制御
   バルブ、駆動手段で直線運動する弁体と該弁体が当接可
   能な弁座部、前記弁体と前記弁座部で形成された連通弁
   口と外部を連通する二つの連通孔が設けられ、該連通孔
   が存在する外面の少なくとも該連通孔の周囲に設けられ
   た連通孔シール部の存在する面が平面である流量制御バ
   ルブ、スプリングの付勢力で弁座部に当接された弁体と
   該弁体と前記弁座部で形成された連通弁口と外部を連通
   する二つの連通孔が設けられ、該連通孔が存在する外面
   の少なくとも該連通孔の周囲に設けられた連通孔シール
   部の存在する面が平面である調圧弁のうち少なくとも一
   種類を複数個、連結が必要な連通孔同士を当接させて組
   み合わせたバルブユニットで燃料ガス、酸化剤ガス、パ
   ージガスの少なくとも一つを制御することを特徴とする
   燃料電池システム。