JP2003203661A - 逆流防止弁およびこれを備える燃料電池システム - Google Patents

逆流防止弁およびこれを備える燃料電池システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆流防止弁の凍結後の作動性を向上する。 【解決手段】 燃料電池に接続された水素オフガス循環
流路に設置されて水素オフガスの流れに対し一方向のみ
の流れを許容する逆流防止弁１０であって、弁ハウジン
グの内部には隔壁１４を挟んで第１圧力室と第２圧力室
が設けられ、隔壁１４には、第１圧力室と第２圧力室を
連通する第１連通孔１８と第２連通孔１９が形成されて
おり、隔壁１４において第２圧力室側に、第１連通孔１
８を開閉する第１リードバルブ２１が開放側端部２１ｂ
を上方に固定側端部２１ａを下方に配置して設置され、
第２連通孔１９を開閉する第２リードバルブ２２が開放
側端部２２ｂを下方に固定側端部２２ａを上方に配置し
て設置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、流体の流れを一
方向のみ許容する逆流防止弁に関するものであり、特
に、燃料電池に関連する流体の流れを一方向のみ許容す
る逆流防止弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池自動車等に搭載される燃料電池
には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソード
とを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供
給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空
気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化
学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにし
たものがある。この燃料電池では、アノードで水素ガス
がイオン化して固体高分子電解質中を移動し、電子は、
外部負荷を通ってカソードに移動し、酸素と反応して水
を生成する一連の電気化学反応による電気エネルギを取
り出すことができるようになっている。
【０００３】また、この種の燃料電池を用いた燃料電池
システムでは、一般に、発電に供された後に燃料電池か
ら排出される燃料ガス、すなわち燃料オフガスには未反
応の燃料ガスが含まれているので、燃費向上のため、燃
料オフガスを回収し、燃料オフガス循環流路を介して燃
料ガス供給流路に合流させ、新鮮な燃料ガスと混合して
再度燃料電池に供給している。
【０００４】さらに、この燃料電池システムでは、シス
テムの運転停止時などに、燃料電池を通っていない湿度
の低い水素ガスを、システム運転時と同経路で流すこと
により、燃料電池および燃料ガス流路内に残留する湿度
の高い燃料ガスを掃気して、低湿度雰囲気にする場合が
あるが、この時に、湿度の低い燃料ガスが燃料オフガス
循環流路を逆流しショートパスしてしまわないように、
燃料オフガス循環流路に逆流防止弁を設置している。こ
の例に限らず、燃料電池システムにおいては、燃料電池
に関連する流体の流れを一方向のみ許容する必要がある
ときに、逆流防止弁が用いられている。逆流防止弁とし
ては、構造が簡単で取り扱い易く、安価なことなどの利
点からリードバルブが多く採用されている。
【０００５】このリードバルブを燃料電池システムにお
いて使用する場合には、このシステムが氷点下の雰囲気
に曝されるなどで流路内に存在する水が凍結した際の作
動性を確保する必要がある。すなわち、凍結による付着
等に起因してリードバルブの作動性が悪くなると、燃料
電池への燃料ガス供給が遅れ、燃料電池の迅速な立ち上
がりを妨げることになるからである。そのため、従来
は、リードバルブとバルブシートの両接触面に四フッ化
エチレン等の撥水性材料でコーティングを施し、水を付
着しにくくすることにより凍結を防止したり、あるい
は、リードバルブを垂直に設置することでリードバルブ
に付着した水滴を落下し易くするなどして対処してい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リードバルブに対する凍結防止対策では、リードバルブ
に残った微量の水滴が氷結するのを防止することができ
ず、この微量の氷結が開弁荷重の大幅な増大を招いて作
動性が悪化するという問題が生じた。また、開弁時のス
トローク制限を行うストッパを備えるリードバルブにお
いては、凍結時に開弁できたとしても、リードバルブと
ストッパーとの間で氷結した氷塊が開弁時のストローク
を狭めてしまい、非凍結時と比較して流体が流れにくく
なるという問題が生じた。そこで、この発明は、凍結後
における開弁荷重の低減化と、凍結に起因する開弁時の
ストローク制限の緩和が可能で、凍結後の作動性を向上
させることができる逆流防止弁およびこれを備える燃料
電池システムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、後
述する実施の形態における燃料電池１）に通じる流路
（例えば、後述する実施の形態における水素オフガス循
環流路６）上に設置され、前記燃料電池に関連する一つ
の流体（例えば、後述する実施の形態における水素オフ
ガス）の流れに対し並列に配置されるとともに許容する
流れ方向を同一にする第１リードバルブ（例えば、後述
する実施の形態における第１リードバルブ２１）と第２
リードバルブ（例えば、後述する実施の形態における第
２リードバルブ２２）とを備え、前記第１リードバルブ
は開放側端部（例えば、後述する実施の形態における開
放側端部２１ｂ）を上方に固定側端部（例えば、後述す
る実施の形態における固定側端部２１ａ）を下方にして
配置され、前記第２リードバルブは開放側端部（例え
ば、後述する実施の形態における開放側端部２２ｂ）を
下方に固定側端部（例えば、後述する実施の形態におけ
る固定側端部２２ａ）を上方にして配置されていること
を特徴とする逆流防止弁（例えば、後述する実施の形態
における逆流防止弁１０）である。
【０００８】このように構成することにより、第１リー
ドバルブは開放側端部を上方に位置させているので、開
放側端部に水滴が付着しても、この水滴は重力により流
れ落ちるため、開放側端部には殆ど水滴が残らなくな
り、開放側端部における凍結量が極めて少なくなる。し
たがって、凍結後の第１リードバルブの開弁荷重を小さ
くすることが可能となる。第１リードバルブでは、下方
に配置した固定側端部に水滴が集まり易く、その結果、
氷塊ができ易くなるので、凍結に起因する開弁時のスト
ロークの制限量（以下、単に「ストローク制限」と記
す）が比較的に大きくなるが、小流量が流れる分には問
題とならない。一方、第２リードバルブは開放側端部を
下方に位置させているので、第１リードバルブに比べて
開放側端部に水滴が集まり易く、開放側端部における凍
結量が第１リードバルブに比べて多くなる。その結果、
凍結時の第２リードバルブの開弁荷重は第１リードバル
ブよりも大きくなる。しかしながら、第２リードバルブ
では、上方に配置した固定側端部には水滴が溜まりにく
く、凍結に起因する開弁時のストローク制限は第１リー
ドバルブに比較して極めて小さくなる。したがって、こ
の逆流防止弁においては、凍結後の開弁時には、初めに
小さな開弁荷重で第１リードバルブが開弁し、第１リー
ドバルブを流れる流体の流量が増大するにしたがって第
２リードバルブに作用する圧力が徐々に増大し、やがて
この圧力に基づく力が第２リードバルブの開弁荷重に達
すると、第２リードバルブも開弁する。第２リードバル
ブでは凍結に起因する開弁時のストローク制限が小さい
ので、一度開弁すれば大きく開いて大流量を流すことが
可能になる。
【０００９】請求項２に記載した発明は、燃料電池（例
えば、後述する実施の形態における燃料電池１）に通じ
る流路（例えば、後述する実施の形態における水素オフ
ガス循環流路６）上に設置されて、前記燃料電池に関連
する一つの流体（例えば、後述する実施の形態における
水素オフガス）の流れに対し一方向のみの流れを許容す
る逆流防止弁（例えば、後述する実施の形態における逆
流防止弁１０）であって、弁ハウジング（例えば、後述
する実施の形態における弁ハウジング１３）の内部には
隔壁（例えば、後述する実施の形態における隔壁１４）
を挟んで第１圧力室（例えば、後述する実施の形態にお
ける第１圧力室３１）と第２圧力室（例えば、後述する
実施の形態における第２圧力室３２）が設けられ、前記
隔壁には、前記第１圧力室と前記第２圧力室を連通する
第１連通孔（例えば、後述する実施の形態における第１
連通孔１８）と第２連通孔（例えば、後述する実施の形
態における第２連通孔１９）が形成されており、前記隔
壁において前記第１圧力室と前記第２圧力室のいずれか
一方の圧力室側に、前記第１連通孔を開閉する第１リー
ドバルブ（例えば、後述する実施の形態における第１リ
ードバルブ２１）が開放側端部（例えば、後述する実施
の形態における開放側端部２１ｂ）を上方に固定側端部
（例えば、後述する実施の形態における固定側端部２１
ａ）を下方に配置して設置され、前記第２連通孔を開閉
する第２リードバルブ（例えば、後述する実施の形態に
おける第２リードバルブ２２）が開放側端部（例えば、
後述する実施の形態における開放側端部２２ｂ）を下方
に固定側端部（例えば、後述する実施の形態における固
定側端部２２ａ）を上方に配置して設置されていること
を特徴とする逆流防止弁である。
【００１０】このように構成することにより、前記隔壁
において前記第１圧力室と前記第２圧力室のいずれか一
方の圧力室側に、第１リードバルブと第２リードバルブ
の両方を設けているので、両リードバルブとも流体に対
し許容する流れ方向が同一になる。また、第１リードバ
ルブは開放側端部を上方に位置させているので、開放側
端部に水滴が付着しても、この水滴は重力により流れ落
ちるため、開放側端部には殆ど水滴が残らなくなり、開
放側端部における凍結量が極めて少なくなる。したがっ
て、凍結後の第１リードバルブの開弁荷重を小さくする
ことが可能となる。第１リードバルブでは、下方に配置
した固定側端部に水滴が集まり易く、その結果、氷塊が
でき易くなるので、凍結に起因する開弁時のストローク
制限が比較的に大きくなるが、小流量が流れる分には問
題とならない。一方、第２リードバルブは開放側端部を
下方に位置させているので、第１リードバルブに比べて
開放側端部に水滴が集まり易く、開放側端部における凍
結量が第１リードバルブに比べて多くなる。その結果、
凍結時の第２リードバルブの開弁荷重は第１リードバル
ブよりも大きくなる。しかしながら、第２リードバルブ
では、上方に配置した固定側端部には水滴が溜まりにく
く、凍結に起因する開弁時のストローク制限は第１リー
ドバルブに比較して極めて小さくなる。したがって、こ
の逆流防止弁においては、凍結後の開弁時には、初めに
小さな開弁荷重で第１リードバルブが開弁し、第１リー
ドバルブを流れる流体の流量が増大するにしたがって第
２リードバルブに作用する圧力が徐々に増大し、やがて
この圧力に基づく力が第２リードバルブの開弁荷重に達
すると、第２リードバルブも開弁する。第２リードバル
ブでは凍結に起因する開弁時のストローク制限が小さい
ので、大流量を流すことが可能になる。
【００１１】請求項３に記載した発明は、燃料ガス（例
えば、後述する実施の形態における水素ガス）と酸化剤
ガス（例えば、後述する実施の形態における空気）とを
供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施
の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池への燃料
の供給または前記燃料電池からの燃料の排出の少なくと
もいずれか一方に利用される燃料系流路（例えば、後述
する実施の形態における水素オフガス循環流路６）と、
前記燃料系流路に設置された請求項１または請求項２に
記載の逆流防止弁（例えば、後述する実施の形態におけ
る逆流防止弁１０）と、を備えることを特徴とする燃料
電池システムである。このように構成することにより、
逆流防止弁の凍結後に燃料電池を運転開始する時に、燃
料系流路を迅速に開通させることが可能になるととも
に、該燃料系流路を流れる流体の流量を素早く増大させ
ることが可能になる。
【００１２】請求項４に記載した発明は、燃料系流路
（例えば、後述する実施の形態における水素オフガス循
環流路６）上に逆流防止弁（例えば、後述する実施の形
態における逆流防止弁１０）を備えた燃料電池システム
であって、前記逆流防止弁に付着した水が凍結した際に
前記燃料系流路に流体（例えば、後述する実施の形態に
おける水素オフガス）を流通させる場合、最初に、前記
逆流防止弁に設けられた固定側端部（例えば、後述する
実施の形態における固定側端部２１ａ）を下方に有する
第１リードバルブ（例えば、後述する実施の形態におけ
る第１リードバルブ２１）が開放され、続いて、前記流
体の流量の増大に伴って生じる圧力上昇により固定側端
部（例えば、後述する実施の形態における固定側端部２
２ａ）を上方に有する第２リードバルブ（例えば、後述
する実施の形態における第２リードバルブ２２）が開放
されることを特徴とする。固定側端部を下方に有する第
１リードバルブでは開放側端部が上方に位置することか
ら凍結後の開弁荷重が小さく、したがって、逆流防止弁
に付着した水が凍結した際に前記燃料系流路に流体を流
通させる場合、第１リードバルブが最初に開弁する。一
方、固定側端部を上方に有する第２リードバルブでは開
放側端部が下方に位置することから凍結後の開弁荷重が
大きく、第１リードバルブの開弁開始時には開弁しない
が、第１リードバルブが開弁し流体が流れるようになる
と、流体の流量の増大に伴って第２リードバルブに作用
する圧力が徐々に増大し、この圧力に基づく力が第２リ
ードバルブの開弁荷重に達すると、第２リードバルブも
開弁する。すなわち、第２リードバルブは、第１リード
バルブの開弁に続いて、流体の流量の増大に伴って生じ
る圧力上昇により開放される。そして、このように構成
することにより、逆流防止弁に付着した水が凍結した際
に前記燃料系流路に流体を流通させる場合に、燃料系流
路を迅速に開通させることが可能になるとともに、該燃
料系流路を流れる流体の流量を素早く増大させることが
可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る逆流防止弁
およびこれを備える燃料電池システムの一実施の形態を
図１から図６の図面を参照して説明する。図１は燃料電
池自動車に搭載された燃料電池システムの概略構成図で
ある。燃料電池１は固体高分子電解質膜型の燃料電池で
あり、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソード
とを備え、アノードに燃料ガスとしての水素ガスを供給
し、カソードに酸化剤ガスとしての空気を供給すると、
アノードで水素ガスがイオン化して固体高分子電解質中
を移動し、電子は、外部負荷を通ってカソードに移動
し、酸素と反応して水を生成する一連の電気化学反応に
より電気エネルギが取り出される。
【００１４】酸化剤ガスとしての空気はコンプレッサ２
により所定圧力に昇圧されて燃料電池１のカソードに供
給される。この空気は発電に供された後、燃料電池１か
ら空気オフガスとして排出され、圧力制御弁３を介して
排出される。一方、図示しない燃料供給装置から供給さ
れる燃料ガスとしての水素ガスは水素ガス供給流路４お
よびエゼクタ５を通って燃料電池１のアノードに供給さ
れる。水素ガスは発電に供された後、燃料電池１から水
素オフガスとして排出され、水素オフガス循環流路６を
通ってエゼクタ５に吸引され、前記燃料供給装置から供
給される新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池１のア
ノードに供給される。
【００１５】水素オフガス循環流路６には、水素ガス供
給流路４を流れる水素ガスがエゼクタ５から水素オフガ
ス循環流路６に逆流しないように逆流防止弁１０が配置
されるとともに、水素オフガス循環流路６を流れるガス
を系外に排出するためのパージ弁７が配置されている。
パージ弁７は通常の発電運転時には閉じており、必要に
応じて開く弁である。例えば、燃料電池１は発電に伴っ
て水を生成することから燃料電池１内は高湿度の状態に
あり、その状態で燃料電池システムを停止すると、寒冷
時に燃料電池１内に留まっているガス流路内の水分が凍
結して、運転再開時に反応ガスの流れを妨げたり、固体
高分子電解質膜が凍結して運転再開時の発電効率を低下
させるなど種々の問題が生じるので、燃料電池システム
の運転停止時には、パージ弁７を開き、発電を停止した
状態で水素ガスを燃料電池１のアノードに供給して燃料
電池１内に溜まっている高湿度の水素ガスを掃気し、水
素オフガス循環流路６を介してパージ弁７から系外に排
出する。このようにパージ弁７を開けた時に、逆流防止
弁１０は、水素ガス供給流路４を流れる水素ガスがエゼ
クタ４から水素オフガス循環流路６にショートパスする
のを防止する。なお、この実施の形態において、水素ガ
ス供給流路４と水素オフガス循環流路６は燃料系流路を
構成しており、この燃料系流路に逆流防止弁１０が配置
されている。
【００１６】次に、図２から図４の図面を参照して、逆
流防止弁１０を説明する。図２は逆流防止弁１０の分解
斜視図、図３は逆流防止弁１０の横断面図である。逆流
防止弁１０は、第１ハウジング１１と第２ハウジング１
２を連結してなる弁ハウジング１３を備えている。第１
ハウジング１１は水素オフガス循環流路６におけるに上
流側（すなわち燃料電池１およびパージ弁７に近い側）
に配置され、第２ハウジング１２は水素オフガス循環流
路６における下流側（すなわちエゼクタ５に近い側）配
置される。なお、図４は第１ハウジング１１側の縦断面
図である。
【００１７】第１ハウジング１１は、第２ハウジング１
２との連結側に設けられた平板状の隔壁１４と、隔壁１
４から延設され内部が第１圧力室３１にされた円筒部１
６を備えており、円筒部１６の端面には水素オフガス循
環流路６に接続されるガス入口孔１７が設けられ、隔壁
１４には第１圧力室３１に連なる第１連通孔１８と第２
連通孔１９が互いに上下方向および左右方向に位置をず
らして設けられている。両連通孔１８，１９は同一形
状、同一寸法の角形に形成されており、両連通孔１８，
１９の下側内面は、第１圧力室３１に向かって下方に傾
斜するテーパ面１８ａ，１９ａで構成されている。
【００１８】第２ハウジング１２は断面ハット形をな
し、内部が第２圧力室３２にされている。第２ハウジン
グ１２の鍔部２１は第１ハウジング１１の隔壁１４の周
縁部に連結されて第１ハウジング１１と一体化され、第
２ハウジング１２の端面には水素オフガス循環流路６に
接続されるガス出口孔２２が設けられている。
【００１９】そして、隔壁１４において第２ハウジング
１２が連結される側の面には、第１連通孔１８を開閉す
る第１リードバルブ２１と、第２連通孔１９を開閉する
第２リードバルブ２２が取り付けられている。これらリ
ードバルブ２１，２２はいずれも第１圧力室３１と第２
圧力室３２の圧力差に基づいて開閉動作が行われる。
【００２０】第１リードバルブ２１は、固定側端部２１
ａを下方に配置し、開放側端部２１ｂを上方に配置して
取り付けられており、第１リードバルブ２１の背面側に
は、第１リードバルブ２１の開弁時のストロークを制限
するストッパ２３が設置されている。ストッパ２３の固
定側端部２３ａは下方に配置されて第１リードバルブ２
１の固定側端部２１ａとともに隔壁１４に固定されてお
り、ストッパ２３の自由端部２３ｂは第２圧力室３２へ
向かって斜め上方に延びている。ストッパ２３の自由端
部２３ｂには、自由端部２３ｂの周縁だけを残して開口
する大きな穴２３ｃが形成されている。
【００２１】一方、第２リードバルブ２２は第１リード
バルブ２１とは上下逆向きに取り付けられている。すな
わち、第２リードバルブ２２は、固定側端部２２ａを上
方に配置し、開放側端部２２ｂを下方に配置して取り付
けられており、第２リードバルブ２２の背面側には、第
２リードバルブ２２の開弁時のストロークを制限するス
トッパ２４が設置されている。ストッパ２４の固定側端
部２４ａは上方に配置されて第２リードバルブ２２の固
定側端部２２ａとともに隔壁１４に固定されており、ス
トッパ２４の自由端部２４ｂは第２圧力室３２へ向かっ
て斜め下方に延びている。ストッパ２４の自由端部２４
ｂには、自由端部２４ｂの周縁だけを残して開口する大
きな穴２４ｃが形成されている。
【００２２】第１リードバルブ２１および第２リードバ
ルブ２２はいずれも第１圧力室３１と第２圧力室３２に
圧力差がない時には閉状態となるが、この閉状態におい
て開放側端部２１ｂ，２２ｂの先端と隔壁１４との間に
微小（例えば、０．４ｍｍ程度）の隙間Δｄが形成され
るように、両リードバルブ２１，２２は予め設定された
取付姿勢にされている。なお、この閉状態において隙間
Δｄが存在していても、隙間Δｄが存在しない場合と比
較して漏れ量に殆ど差が見られないことが実験的に確認
されている。
【００２３】そして、第１圧力室３１内のガス圧力が第
２圧力室３２内のガス圧力よりも大きくなると、そのガ
ス差圧に基づく力が第１リードバルブ２１の開放側端部
２１ｂおよび第２リードバルブ２２の開放側端部２２ｂ
に開弁方向に作用し、第１リードバルブ２１および第２
リードバルブ２２は圧力差の大きさに応じた開度で開弁
する。その結果、第１圧力室３１内のガスが第１連通孔
１８、第２連通孔１９を通って第２圧力室３２へと流れ
る。その逆に、第２圧力室３２内のガス圧力が第１圧力
室３１内のガス圧力よりも大きくなると、そのガス差圧
に基づく力が第１リードバルブ２１の開放側端部２１ｂ
および第２リードバルブ２２の開放側端部２２ｂに閉弁
方向に作用し、第１リードバルブ２１および第２リード
バルブ２２は隔壁１４に押し付けられて閉弁する。すな
わち、この逆流防止弁１０では、第１リードバルブ２１
と第２リードバルブ２２がいずれも隔壁１４において第
２圧力室３２に面する側に取り付けられているので、水
素ガスに対して許容する流れ方向が同一になる。
【００２４】次に、この逆流防止弁１０の作用を説明す
る。燃料電池システムを運転停止した時に、逆流防止弁
１０内に僅かながら湿気が残った場合を考える。このシ
ステム停止後にシステムの周囲が寒冷雰囲気になると、
逆流防止弁１０内に残った湿気が第１リードバルブ２
１、第２リードバルブ２２、および、ストッパ２３，２
４の表面で結露して水滴となる。
【００２５】ところが、第１リードバルブ２１は開放側
端部２１ｂを上方に位置させているので、開放側端部２
１ｂに水滴が付着しても、この水滴は重力により流れ落
ちるため、開放側端部２１ｂには殆ど水滴が残らなくな
る。したがって、その後、水滴が凍結するような寒冷雰
囲気になっても、第１リードバルブ２１の開放側端部２
１ｂにおける凍結量は極めて少なくなる。その結果、凍
結後の第１リードバルブ２１の開弁荷重は極めて小さく
なる。
【００２６】なお、第１リードバルブ２１では、下方に
配置した固定側端部２１ａに水滴が集まり易くなるが、
第１リードバルブ２１とストッパ２３の間に落水した水
滴はストッパ２３に形成された穴２３ｃから抜け落ち、
また、第１連通孔１８の下部内周面がテーパ面１８ａに
形成されているので、第１連通孔１８の下部内周面にも
水滴が付着しにくくなる。これにより、第１リードバル
ブ２１の固定側端部２１ａに残留する水滴量が極めて少
なくなり、固定側端部２１ａにおける凍結量を極めて少
なくすることができる。その結果、凍結後のシステム運
転開始時における第１リードバルブ２１の凍結に起因す
る開弁時のストローク制限を極めて小さくすることがで
きる。
【００２７】一方、第２リードバルブ２２は開放側端部
２２ｂを下方に位置させているので、第１リードバルブ
２１に比べると開放側端部２２ｂに水滴が集まり易く、
開放側端部２２ｂにおける凍結量が第１リードバルブ２
１に比べて多くなる。その結果、凍結時の第２リードバ
ルブの開弁荷重は第１リードバルブよりも大きくなる。
しかしながら、第２リードバルブ２２では、上方に配置
した固定側端部２２ａには水滴が溜まりにくく、凍結に
起因する開弁時のストローク制限が第１リードバルブ２
１よりもさらに小さくなる。
【００２８】したがって、逆流防止弁１０に付着した水
が凍結した状態で、水素ガス供給流路４を介して燃料電
池１に水素ガスを供給し、燃料電池１から排出される水
素オフガスを水素オフガス循環流路６を介して逆流防止
弁１０に供給した場合、この逆流防止弁１０において
は、初めに小さな開弁荷重で第１リードバルブ２１が開
弁し、第１リードバルブ２１を流れる流体（すなわち、
水素オフガス）の流量が増大するにしたがって第２リー
ドバルブ２２に作用する圧力も徐々に大きくなり、やが
てこの圧力に基づく力が第２リードバルブ２２の開弁荷
重に達すると、第２リードバルブ２２も開弁する。しか
も、第２リードバルブ２２は凍結に起因する開弁時のス
トローク制限が極めて小さいので一度開弁すれば大きく
開くことが可能であり、その結果、第２リードバルブ２
２の開弁により大流量の水素オフガスを流すことが可能
となる。
【００２９】図５は第１リードバルブ２１の流量特性を
示しており、第１リードバルブ２１に加わる圧力（以
下、「バルブ供給圧」と称す）とガス流量の関係を常温
時とマイナス２０゜Ｃの時とで比較したものである。こ
の例では、凍結時、第１リードバルブ２１のバルブ供給
圧が約２ｋＰａに達したところで、第１リードバルブ２
１の凍結による貼り付きが解除されて開弁を開始する。
また、図６は第２リードバルブ２２の流量特性を示して
おり、第２リードバルブ２２に加わる圧力（以下、「バ
ルブ供給圧」と称す）とガス流量の関係を常温時とマイ
ナス２０゜Ｃの時とで比較したものである。この例で
は、凍結時、第１リードバルブ２１の貼り付きが解除さ
れるまで第２リードバルブ２２のバルブ供給圧は上昇し
続け、第１リードバルブ２１の貼り付きが解除されると
第２リードバルブ２２の供給圧は一旦低下し、その後、
流量の増大に伴って再び増大し、第２リードバルブ２２
のバルブ供給圧が再び約２ｋＰａに達したところで、第
２リードバルブ２２の凍結による貼り付きが解除されて
開弁し、開弁後は殆ど常温時と同じ流量特性となる。な
お、第１リードバルブ２１の貼り付き解除後、第２リー
ドバルブ２２の貼り付き解除前において、第２リードバ
ルブ２２のバルブ供給圧が第１リードバルブ２１のバル
ブ供給圧よりも低いのは、第２リードバルブ２２が流れ
の淀む位置にあることによるものと推察される。
【００３０】このように、この実施の形態の逆流防止弁
１０によれば、凍結後運転再開時における開弁荷重を低
減することができるとともに、凍結に起因するストロー
ク制限が緩和されるので、凍結後における逆流防止弁１
０の作動性が従来よりも格段に向上する。また、逆流防
止弁１０が凍結した後に燃料電池システムを運転開始す
る時に、水素オフガス循環流路６を迅速に開通させるこ
とができるとともに、水素オフガス循環量を素早く増大
させることができるので、燃料電池１を早期に定常発電
状態にすることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明するように、請求項１あるいは
請求項２に記載した発明によれば、逆流防止弁の凍結後
の開弁時には、初めに小さな開弁荷重で第１リードバル
ブが開弁し、小流量の流体が第１リードバルブを流れる
ようになり、流量の増大に伴い第２リードバルブに作用
する力が大きくなり、第２リードバルブの開弁荷重に達
すると、第２リードバルブも開弁して、大流量の流体を
流すことができるので、凍結後における開弁荷重の低減
化と、凍結に起因する開弁時のストローク制限の緩和が
可能となり、逆流防止弁の凍結後の作動性が向上すると
いう優れた効果が奏される。
【００３２】請求項３に記載した発明によれば、逆流防
止弁の凍結後に燃料電池システムを運転開始する時に、
燃料系流路を迅速に開通させることが可能になるととも
に、該燃料系流路を流れる流体の流量を素早く増大させ
ることができるので、燃料電池を早期に定常発電状態に
することができるという優れた効果が奏される。請求項
４に記載した発明によれば、逆流防止弁に付着した水が
凍結した際に前記燃料系流路に流体を流通させる場合
に、燃料系流路を迅速に開通させることが可能になると
ともに、該燃料系流路を流れる流体の流量を素早く増大
させることができるので、燃料電池を早期に定常発電状
態にすることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る逆流防止弁を備えた燃料電池
システムの一実施の形態における概略構成図である。
【図２】 前記逆流防止弁の分解斜視図である。
【図３】 前記逆流防止弁の横断面図である。
【図４】 前記逆流防止弁の第１ハウジング側の縦断面
図である。
【図５】 前記逆流防止弁における第１リードバルブの
流量特性図である。
【図６】 前記逆流防止弁における第２リードバルブの
流量特性図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池 ６ 水素オフガス循環流路（燃料系流路） １０ 逆流防止弁 １３ 弁ハウジング １４ 隔壁 １８ 第１連通孔 １９ 第２連通孔 ２１ 第１リードバルブ ２１ａ 固定側端部 ２１ｂ 開放側端部 ２２ 第２リードバルブ ２２ａ 固定側端部 ２２ｂ 開放側端部 ３１ 第１圧力室 ３２ 第２圧力室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐保田 克三 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池に通じる流路上に設置され、前
    記燃料電池に関連する一つの流体の流れに対し並列に配
    置されるとともに許容する流れ方向を同一にする第１リ
    ードバルブと第２リードバルブとを備え、前記第１リー
    ドバルブは開放側端部を上方に固定側端部を下方にして
    配置され、前記第２リードバルブは開放側端部を下方に
    固定側端部を上方にして配置されていることを特徴とす
    る逆流防止弁。
  2. 【請求項２】 燃料電池に通じる流路上に設置されて、
    前記燃料電池に関連する一つの流体の流れに対し一方向
    のみの流れを許容する逆流防止弁であって、 弁ハウジングの内部には隔壁を挟んで第１圧力室と第２
    圧力室が設けられ、前記隔壁には、前記第１圧力室と前
    記第２圧力室を連通する第１連通孔と第２連通孔が形成
    されており、前記隔壁において前記第１圧力室と前記第
    ２圧力室のいずれか一方の圧力室側に、前記第１連通孔
    を開閉する第１リードバルブが開放側端部を上方に固定
    側端部を下方に配置して設置され、前記第２連通孔を開
    閉する第２リードバルブが開放側端部を下方に固定側端
    部を上方に配置して設置されていることを特徴とする逆
    流防止弁。
  3. 【請求項３】 燃料ガスと酸化剤ガスとを供給されて発
    電を行う燃料電池と、 前記燃料電池への燃料の供給または前記燃料電池からの
    燃料の排出の少なくともいずれか一方に利用される燃料
    系流路と、 前記燃料系流路に設置された請求項１または請求項２に
    記載の逆流防止弁と、 を備えることを特徴とする燃料電池システム。
  4. 【請求項４】 燃料系流路上に逆流防止弁を備えた燃料
    電池システムであって、 前記逆流防止弁に付着した水が凍結した際に前記燃料系
    流路に流体を流通させる場合、 最初に、前記逆流防止弁に設けられた固定側端部を下方
    に有する第１リードバルブが開放され、 続いて、前記流体の流量の増大に伴って生じる圧力上昇
    により固定側端部を上方に有する第２リードバルブが開
    放されることを特徴とする燃料電池システム。
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