JP2004183706A

JP2004183706A - 燃料電池用開閉弁

Info

Publication number: JP2004183706A
Application number: JP2002348946A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ichikawa; 健二市川; Masamitsu Shinpo; 正光新保; Hiroshi Matsumoto; 広嗣松本; Tomoki Kobayashi; 知樹小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】流体の供給ラインの主通路の遮断・遮断解除に伴って自発的に閉止・開放するとともに、簡素に構成された燃料電池用開閉弁を提供する。
【解決手段】燃料電池用開閉弁１０を構成するボディ１４における下端面の内壁には、弁座４６を有する流体入口４４が設けられている。この流体入口４４に到達した圧縮エアーの圧力が、第２室４０内のパイロット圧とコイルスプリング８２からの弾発付勢力との総和を上回ると、弁体４８が圧縮エアーに押圧されて上昇動作する。最終的に、弁体４８における円盤部５０の下端面に設けられた環状溝５６内のシート部材５８が弁座４６から離間し、その結果、圧縮エアーが流体入口４４から第１室３８を経由した後、第２送気管２２から排出される。すなわち、エアーが燃料電池用開閉弁１０の内部を流通する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池のカソードに酸化剤を供給する供給ライン中の放熱部を迂回するバイパス通路に好適に設けられる燃料電池用開閉弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルが複数個積層されたスタックを備えている。このようなスタックにおいては、前記セルの各アノードに燃料として水素が供給される一方、各カソードに酸化剤としてエアーが供給される。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このスタックを含む燃料電池システムは、例えば、カソード側にエアーを供給するためのエアーコンプレッサ等を備え、さらに、このエアーの圧力を信号圧として、該エアーの圧力に応じた圧力でアノード側に水素を供給する圧力制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保するとともに、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
ところで、カソードに供給されるエアーの温度は、エアーコンプレッサ等によって圧縮されることに伴って上昇し、場合によっては、固体高分子膜型燃料電池を運転するに適した温度を超えることもある。エアーの温度がこのように上昇し過ぎると、発電効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、通常、エアーの供給ラインにおける主通路に放熱器（冷却部）を配設して、この放熱器に圧縮されたエアーを通過させ、これにより固体高分子膜型燃料電池を運転するに適した温度まで該エアーの温度を低下させた後、カソードに供給するようにしている。
【０００６】
しかしながら、気温が低い際にこの燃料電池システムを始動させる場合等、スタックの温度を運転に適した温度に短時間で上昇させたいときには、比較的高温であるエアーを直接カソードに供給することが望ましい。このため、エアーの供給ラインには、放熱器を迂回するバイパス通路が主通路に併設される（特許文献１および特許文献２参照）。すなわち、この場合、エアーは、放熱器を経由しないので高温状態でカソードに供給される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８９２３２号公報（段落［００４０］、図１）
【特許文献２】
特開２００２−３１３３８７号公報（段落［００３２］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２に記載されているように、バイパス通路には燃料電池用開閉弁が配設されるのが一般的である。
【０００９】
ところで、燃料電池用開閉弁は、主通路に配設されたバルブとともに制御回路に電気的に接続された上、該制御回路の制御作用下に、前記バルブの開閉動作に連動して閉止・開放される。このため、燃料電池システムの構成が複雑となる。
【００１０】
また、一般的な燃料電池用開閉弁では、閉止状態から開放状態となる際、またはその逆動作の際、弁体のシャフト等が軸受に摺接するため、摩耗粉が発生し易いという問題がある。しかも、該燃料電池用開閉弁自体も構造が複雑であるため、発生した摩耗粉を除去するメンテナンス作業が実施し難いという問題が指摘されている。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、自発的に開閉動作させることが可能であり、しかも、構造が簡素で、かつ摩耗粉が発生することを回避することも可能な燃料電池用開閉弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池の電極に反応ガスを供給する供給ラインの主通路に配設された放熱部を迂回するバイパス通路に配設される燃料電池用開閉弁であって、
流体入口および流体出口が設けられたボディと、
弁座に対して着座または離間する弁体と、
前記弁体を前記弁座に指向して弾発付勢する弾発部材と、
前記ボディに嵌着されてケーシングを構成するカバー部材と、
前記ケーシングの内部に配設されることにより、前記弁体を収容して前記流体出口に連通する第１室と、前記弾発部材を収容する第２室とに該ケーシングの内部を分割するダイアフラムと、
を有し、
前記弁体は、前記主通路が遮断されることに伴って前記バイパス通路に流入した流体によって押圧されて前記弁座から離間する一方、前記主通路の遮断が解除されることに伴って前記バイパス通路に流入した流体の圧力が低下すると前記弾発部材の弾発作用下に前記弁座に着座することを特徴とする。
【００１３】
このような構成においては、主通路に配設された弁が閉止されることに伴い、該燃料電池用開閉弁の流体入口における反応ガスの圧力が弾発部材の弾発付勢力を上回ると、弁体が弁座から離間することによって流体入口と流体出口とが連通する。これにより、流体がバイパス通路を流通する。
【００１４】
その一方で、主通路に配設された弁が開放されることに伴い、該燃料電池用開閉弁の流体入口における反応ガスの圧力が低下して最終的に弾発部材の弾発付勢力を下回ると、弾発部材によって弾発付勢された弁体が弁座に着座する。その結果、流体のバイパス通路への流通が停止される。
【００１５】
このように、本発明によれば、主通路を遮断し、または遮断状態を解除することによってバイパス通路を閉止・開放することができる。したがって、該燃料電池用開閉弁を制御回路等に電気的に接続する必要がないので、燃料電池システムの構成を簡素にすることができる。
【００１６】
しかも、この燃料電池用開閉弁は構造が簡素であるので、容易に分解または組立することができる。このため、メンテナンス作業を行うことが容易となるという利点を有する。
【００１７】
この燃料電池用開閉弁においては、弁体とダイアフラムとの間に軸受等の摺動部が設けられていない。このため、該燃料電池用開閉弁が開閉動作することに伴って変位する弁体とダイアフラムとの間は摺接することがない。したがって、摩耗粉が発生して反応ガスに混入し燃料電池の発電性能に悪影響を与えることを回避することができる。
【００１８】
また、軸部材が軸受部材で案内されるので、軸部材の倒れを極力防止することが可能となる。したがって、弁体のシート性を良好とすることが可能となる。
【００１９】
また、軸受部材、すなわち、摺動部が存在するにも関わらず、摺動部がダイアフラムで仕切られているので、摺動摩耗による摩耗粉が弁体側に発生することがない。
【００２０】
また、カバー部材に軸受部材を案内する軸受案内部が設けられていることが好ましい。これにより、軸受部材を容易に挿入固定することが可能となる。
【００２１】
この場合、軸受案内部に、カバー部材から突出形成された大径部と、該大径部から延在する小径部とを設け、弾発部材の一端部を大径部に着座させることが好ましい。軸受案内部と弾発部材受部とを同一部材で構成することによって、部品点数を少なくすることができるとともに精度を良好とすることができる。このため、燃料電池用開閉弁を一層簡素な構成とすることができるので、メンテナンス作業が容易かつ簡便となる。加えて、弁体位置精度を良好とすることが可能となる。
【００２２】
なお、軸部材には、弁体の貫通孔から突出した該軸部材の先端が圧潰されることによって設けられた第１フランジ部と、弁体の上端面よりも上方に設けられた第２フランジ部とを設け、第１フランジ部と第２フランジ部とで弁体を挟持することが好ましい。これにより、部品点数を少なくしながらも確実に弁体を上昇・下降動作させることができる。
【００２３】
いずれの場合においても、第２室に、パイロット圧として作用する流体を導入することができる。この場合、流体入口における反応ガスの圧力がパイロット圧と弾発部材の弾発付勢力との総和を上回ると、弁体が弁座から離間して該燃料電池用開閉弁が開放される。一方、流体入口における反応ガスの圧力が低下してパイロット圧と弾発部材の弾発付勢力との総和を下回ると、弾発部材によって弾発付勢された弁体が弁座に着座して該燃料電池用開閉弁が閉止される。
【００２４】
このように、パイロット圧を導入することによって、該燃料電池用開閉弁が開放・閉止動作する閾圧力を自在に設定することができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池用開閉弁につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に、本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁１０が組み込まれた燃料電池システム２００を示す。なお、この燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。また、本発明で用いられる反応ガスとは、水素、エアー、余剰水素を含むものとする。
【００２７】
燃料電池システム２００は、例えば、高分子を素材としたイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込むことによって形成されたセルが複数個積層されることによって設けられた燃料電池スタック２０２を含む。
【００２８】
前記セルの各カソードには、酸化剤として酸素を含むエアーが供給され、一方、各アノードには、燃料として水素が供給される。すなわち、カソード側には、酸化剤供給部２０４からのエアーが供給されるエアー供給口２０６と、該カソード内のエアーを外部に排出するためのエアー排出部２０８が接続されたエアー排出口２１０とが設けられる。その一方で、アノード側には、燃料供給部２１２からの水素が供給される水素供給口２１４と、水素排出部２１６が接続された水素排出口２１８とが設けられる。
【００２９】
エアー供給口２０６に接続されたエアー供給用通路２１９は、前記酸化剤供給部２０４と、放熱部２２０と、カソード加湿部２２２とが上流側からこの順序で介装された主通路２１９ａと、放熱部２２０を経由することなく酸化剤供給部２０４からカソード加湿部２２２にエアーを送気するための迂回通路、すなわち、バイパス通路２１９ｂとを有する。このうち、主通路２１９ａにはＯＮ／ＯＦＦ弁１００が配設されており、一方、バイパス通路２１９ｂには、本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁１０が介装されるとともに、パイロット通路１０２が設けられている。
【００３０】
酸化剤供給部２０４は、例えば、図示しないスーパーチャージャ（圧縮機）およびこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック２０２で酸化剤として使用される酸素を含有するエアーを断熱圧縮して圧送する。この断熱圧縮の際にエアーが加熱される。このように加熱された圧縮エアーが、燃料電池スタック２０２の暖機に貢献する。
【００３１】
放熱部２２０は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成される。酸化剤供給部２０４から供給されたエアーは、該放熱部２２０に設けられた流路に沿って流通する冷却水と熱交換することによって冷却される。すなわち、エアーは、所定温度に冷却された後、カソード加湿部２２２に導入される。
【００３２】
カソード加湿部２２２は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を透過させることにより、放熱部２２０によって所定の温度に冷却されたエアーを所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６へと供給する。加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、これに伴って該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜に水分が付与されることによって、該膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
【００３３】
そして、上記したように、燃料電池スタック２０２のエアー排出口２１０にはエアー排出部２０８が接続される。このエアー排出部２０８に設けられた図示しない排出弁を通じて、エアーが大気中に排気される。
【００３４】
一方、前記水素供給口２１４に接続された水素供給通路２２３には、前記燃料供給部２１２と、圧力制御部２２４と、エゼクタ２２６と、アノード加湿部２２８とが上流側からこの順序で介装されている。また、水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して水素排出部２１６が接続される。
【００３５】
燃料供給部２１２は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック２０２のアノード側に供給される水素が貯蔵される。
【００３６】
圧力制御部２２４は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなる。
【００３７】
ここで、この圧力制御部２２４には、圧力制御用バイパス通路２３２を介してエアーが供給される。すなわち、前記酸化剤供給部２０４から供給されるエアーは、例えば、燃料電池スタック２０２の負荷や図示しないアクセルペダルの操作量等に応じて所定の圧力に設定されて燃料電池スタック２０２に導入される。これに伴い、水素の圧力を調整する必要が生じる。このため、圧力制御用バイパス通路２３２からのエアーの圧力をパイロット圧（信号圧）として、圧力制御部２２４の出口側圧力である二次側圧力を前記パイロット圧に対応した所定範囲の圧力に設定している。
【００３８】
なお、図１から諒解されるように、圧力制御部２２４には、放熱部２２０によって冷却されたエアーが供給される。
【００３９】
エゼクタ２２６は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部２２４から供給された水素は、ノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。ノズル部からディフューザ部に向かって水素が高速で流通する際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、循環用通路２３０を介してアノード側の排出水素が吸引される。エゼクタ２２６で混合された水素および排出水素はアノード加湿部２２８へと供給され、燃料電池スタック２０２から排出された排出水素は、エゼクタ２２６を介して循環するように設けられている。
【００４０】
このように、燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から排出された未反応の排出水素は、循環用通路２３０を介してエゼクタ２２６に導入され、圧力制御部２２４から供給された水素と、燃料電池スタック２０２から排出された排出水素とが混合されて燃料電池スタック２０２に再び供給されるように設けられている。
【００４１】
アノード加湿部２２８は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を透過させることにより、エゼクタ２２６から導出された燃料を所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４へと供給している。すなわち、水素もエアー同様に加湿された状態で燃料電池スタック２０２に供給され、これにより、前記固体高分子電解質膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
【００４２】
水素排出口２１８には、例えば、図示しない排出制御弁を有する水素排出部２１６が循環用通路２３０を介して接続される。前記排出制御弁は、燃料電池スタック２０２の運転状態に応じて開閉動作が制御され、例えば、図示しない貯留タンクによって分離された排出ガス中の過剰な水分（主に液体水）等が車両外部に排出される。
【００４３】
このように構成された燃料電池スタック２０２では、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するように設定されている。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁１０につき説明する。この燃料電池用開閉弁１０は、定常状態では弁閉状態となる、いわゆるノーマルクローズド型バルブであり、上記したように、エアー供給用通路２１９におけるバイパス通路２１９ｂに介装されている。
【００４５】
該燃料電池用開閉弁１０の概略全体斜視図を図２に示す。この燃料電池用開閉弁１０は、側周壁に嵌合用突起部１２が設けられたボディ１４と、該ボディ１４と同様に嵌合用突起部１６が設けられたカバー部材１８とを有する。なお、嵌合用突起部１２、１６には、第１送気管２０または第２送気管２２がそれぞれ嵌合されている。
【００４６】
ボディ１４は、菱形状下端部２４と、円筒体部２６と、略三角形のボルト代部２８とを有し、一方、カバー部材１８は、ボディ１４におけるボルト代部２８の形状に対応する形状のボルト代部３０と、円筒状頭部３２とを有する。カバー部材１８のボルト代部３０は、ボディ１４のボルト代部２８上に載置されている。そして、ボルト代部２８、３０同士は、３個のボルト３３ａ〜３３ｃによって互いに連結されており、これによりボディ１４とカバー部材１８とが互いに連結されてケーシング３４が構成されている。
【００４７】
このケーシング３４内においては、図３に示すように、ダイアフラム３６がボディ１４とカバー部材１８とで挟持されている。このダイアフラム３６が存在することにより、ケーシング３４内に第１室３８および第２室４０が離隔形成されている。
【００４８】
図２に示すように、ボディ１４の菱形状下端部２４には、ボルト穴４２が設けられている。このボルト穴４２に通されるボルトがステー等に螺合されることによって、燃料電池用開閉弁１０が位置決め固定される。
【００４９】
また、菱形状下端部２４には、円形に切り欠かれた流体入口４４が設けられている（図３参照）。この流体入口４４の第１室３８側における開口の周囲には、該開口を囲繞するように、円環状に隆起した弁座４６が設けられている。
【００５０】
前記嵌合用突起部１２は、ボディの円筒体部２６における側周壁から突出形成されている。この嵌合用突起部１２に嵌合された第１送気管２０は、後述するように、流体出口として機能する。
【００５１】
第１室３８には、弁体４８が収容されている。この弁体４８は、円盤状に設けられた円盤部５０と、該円盤部５０に比して小径かつ長尺な柱部５２と、前記円盤部５０に比してやや小径でかつ側周壁が湾曲したリテーナ載置部５４とを有する。弁体４８の長手方向は、円盤部５０の下端面がボディ１４の下端部内面に臨むように配設されることにより、鉛直方向に沿って延在している。換言すれば、弁体４８は、第１室３８内で起立している。
【００５２】
円盤部５０の下端面には、環状溝５６が設けられている。図２に示すように、この環状溝５６内に挿入されたゴム製のシート部材５８が弁座４６に当接することにより、流体入口４４が閉塞される。
【００５３】
弁体４８には、円盤部５０からリテーナ載置部５４に亘って貫通孔６０が設けられている。この貫通孔６０には、軸部材６２の第１円柱部６４が挿入されている。なお、貫通孔６０から突出した該第１円柱部６４の先端には、該先端が圧潰されることによって、貫通孔６０に比して大径な第１フランジ部６６が設けられている。この第１フランジ部６６により、軸部材６２の弁体４８からの抜け止めがなされている。
【００５４】
軸部材６２の略中央部には、貫通孔６０に比して大径な第１大径部６８と、該第１大径部６８に比してさらに大径な第２大径部７０とが設けられており、これら第１大径部６８および第２大径部７０によって第２フランジ部７２が構成されている。弁体４８は、前記第１フランジ部６６と、この第２フランジ部７２とによって挟持されている。
【００５５】
弁体４８におけるリテーナ載置部５４と第２大径部７０との間には、前記ダイアフラム３６およびリテーナ７４が介装されている。すなわち、ダイアフラム３６およびリテーナ７４の略中央部には、第１大径部６８と直径が略同等の穴部が設けられており、この穴部に第１大径部６８が通されている。
【００５６】
軸部材６２は、さらに、第２大径部７０から鉛直上方に延在する第２円柱部７６を有し、該第２円柱部７６は、カバー部材１８を構成する円筒状頭部３２の天井面に突出形成された環状凸部７８（軸受案内部）における案内用穴部８０に挿入されている。
【００５７】
リテーナ７４は、弾発部材であるコイルスプリング８２の一端部を着座させる受皿であり、その端部が鉛直上方に屈曲されることによって側周壁が形成されている。この側周壁にてコイルスプリング８２が堰止されることにより、該コイルスプリング８２が位置ずれを起こすことが阻止される。
【００５８】
カバー部材１８を構成する円筒状頭部３２の天井面には、上記したように環状凸部７８が設けられており、該環状凸部７８は、カバー部材１８の天井面から鉛直下方にかけて、最も大径な大径部８４と、該大径部８４に比してやや小径な第１小径部８６と、この第１小径部８６よりもさらに小径な第２小径部８８とをこの順序で有する。コイルスプリング８２の一端部は、第１小径部８６の側周壁を囲繞して大径部８４の端面に着座している。
【００５９】
環状凸部７８には案内用穴部８０が設けられており、該案内用穴部８０には、上記したように軸部材６２の第２円柱部７６が挿入されている。なお、案内用穴部８０と第２円柱部７６との間には、軸受部材としてのブッシュ９０が介装されている。
【００６０】
前記嵌合用突起部１６は、円筒状頭部３２における側周壁から突出形成されており、該嵌合用突起部１６には、上記したように第２送気管２２が嵌合されている。この第２送気管２２を介して、パイロット圧（信号圧）となるエアーが第２室４０に導入される。
【００６１】
第１送気管２０および第２送気管２２の各先端部には、膨出部９２、９４が設けられている（図２参照）。これら膨出部９２、９４には、第１送気管２０または第２送気管２２のそれぞれと、バイパス通路２１９ｂをなす送気管とを連結するための管継手が嵌合される。
【００６２】
本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００６３】
燃料電池システム２００を始動するに際しては、酸化剤供給部２０４（図１参照）を構成する前記スーパーチャージャにてエアーが圧縮され、燃料電池スタック２０２のカソード側に指向して排気される。その一方で、燃料電池用開閉弁１０内の第２室４０（図２参照）には、パイロット圧となるエアーが第２送気管２２を介して供給される。
【００６４】
この場合、燃料電池スタック２０２の温度は、運転温度に比して著しく低い。そこで、燃料電池スタック２０２を短時間で昇温させるべく、高温の圧縮エアーがカソードに供給されるように設定する。具体的には、放熱部２２０を迂回してバイパス通路２１９ｂを経由するように圧縮エアーを流通させる。
【００６５】
このために、エアー供給用通路２１９における主通路２１９ａに介装されたＯＮ／ＯＦＦ弁１００が閉止される。換言すれば、主通路２１９ａが遮断される。これにより圧縮エアーがバイパス通路２１９ｂに流入して、燃料電池用開閉弁１０の流体入口４４に到達する。
【００６６】
到達した圧縮エアーの量が増加すると、最終的に、圧縮エアーの圧力がパイロット圧とコイルスプリング８２の弾発付勢力との総和を上回り、その結果、弁体４８が圧縮エアーに押圧されて上昇動作し、図４に示すように、円盤部５０の下端面に設けられた環状溝５６内のシート部材５８が弁座４６から離間する。その結果、流体入口４４、第１室３８および第２送気管２２が連通し、圧縮エアーが燃料電池用開閉弁１０の内部を流通する。すなわち、圧縮エアーがバイパス通路２１９ｂを流通する。
【００６７】
弁体４８が上昇動作するに際しては、該弁体４８の貫通孔６０に挿入された軸部材６２における第２円柱部７６が、ブッシュ９０を介して環状凸部７８の案内用穴部８０に案内される。このため、該軸部材６２の第１フランジ部６６と第２フランジ部７２にて挟持された弁体４８は、位置ずれを起こすことなく所定の箇所で上昇動作する。
【００６８】
この場合、上昇動作する弁体４８がケーシング３４等に摺接することがないので、弁体４８からの摩耗粉が発生することはない。なお、弁体４８が上昇動作することに伴い、軸部材６２の第２円柱部７６がブッシュ９０に摺接する。この際に摩耗粉が発生することもあるが、該摩耗粉は、ダイアフラム３６によって捕集される。このため、摩耗粉が第１室３８に進入することはない。このため、メンテナンス頻度を著しく低減することができるとともに、圧縮エアーに摩耗粉が混入することを回避することができる。
【００６９】
しかも、軸部材６２に第１フランジ部６６と第２フランジ部７２とを設けているので、部品点数を少なくすることもできる。また、コイルスプリング８２がリテーナ７４の側周壁で堰止されるので、該リテーナ７４に押圧されることに伴って圧縮されたコイルスプリング８２が位置ずれを起こすこともない。
【００７０】
さらに、環状凸部７８を軸受案内部とするとともに、コイルスプリング８２の一端部を着座させるコイルスプリング受部としているので、部品点数を一層少なくすることができる。このため、燃料電池用開閉弁１０を簡素な構成とすることができるので、メンテナンス作業が容易かつ簡便となる。
【００７１】
燃料電池用開閉弁１０の内部を流通した圧縮エアーは、第１送気管２０を介して排出され、該第１送気管２０に連結された送気管を経由してカソード加湿部２２２に到達する。そして、このカソード加湿部２２２で加湿された圧縮エアーが、燃料電池スタック２０２の各カソードに導入される。
【００７２】
このように、燃料電池システム２００を始動させる場合等、燃料電池スタック２０２の温度が低いときには、圧縮エアーは、放熱部２２０を迂回するバイパス通路２１９ｂを経由して、高温のまま燃料電池スタック２０２の各カソードに導入される。これにより、燃料電池スタック２０２を効率よく昇温させることができる。
【００７３】
燃料電池スタック２０２が所定温度まで上昇した後には、エアー供給用通路２１９の主通路２１９ａに介装された前記ＯＮ／ＯＦＦ弁１００を開放する。これにより、燃料電池用開閉弁１０の流体入口４４に到達する圧縮エアーの圧力が、第２室４０のパイロット圧とコイルスプリング８２の弾発付勢力に比して小さくなる。その結果、弁体４８が下降動作して、最終的にシート部材５８が弁座４６に当接する（図２参照）。勿論、この際にも弁体４８から摩耗粉が発生することはなく、軸部材６２の第２円柱部７６から摩耗粉が発生したとしても、ダイアフラム３６によって捕集される。したがって、圧縮エアーに摩耗粉が混入することが回避される。
【００７４】
このように、本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁１０は、エアー供給用通路２１９の主通路２１９ａが閉止または開放されることに伴って自発的に開放または閉止する。したがって、該燃料電池用開閉弁１０を開閉するための制御装置を特に必要としないので、燃料電池システム２００の構成を簡素にすることもできる。
【００７５】
なお、上記した実施の形態においては、弁体４８における弁座４６に当接する位置にゴム製のシート部材５８を設けるようにしているが、シート部材５８に代替して、金属製（例えば、ステンレス鋼製）のシート部材を設けるようにしてもよい。
【００７６】
また、シート部材は、弁体４８と一体であってもよく、別体であってもよい。
【００７７】
また、弁座４６の材質の好適な例としては、アルミニウムまたはステンレス鋼が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００７８】
また、本実施の形態においては、弁座４６をボディ１４と一体に形成したが、弁体４８側と同様に、シート部分のみを別体に形成するようにしてもよい。
【００７９】
また、弁座４６および弁体４８のシート部分を金属製同士とするようにしてもよい。この場合、例えば、ステンレス鋼同士とすると好適である。
【００８０】
さらに、第２室４０にはパイロット圧を導入するようにしたが、大気圧を導入するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃料電池用開閉弁によれば、弁体を、流体入口に到達した反応ガスの圧力に応じて弁座に対して着座または離間させるようにしている。このため、該燃料電池用開閉弁を制御回路等に電気的に接続することなく、主通路の遮断または遮断解除に伴って閉止・開放させることができるので、燃料電池システムの構成を簡素にすることができる。
【００８２】
その上、この燃料電池用開閉弁は、簡素に構成されているので、メンテナンス作業を容易に実施することができる。
【００８３】
しかも、この燃料電池用開閉弁は、弁体とダイアフラムとの間に、軸受等の摺動部が設けられていない。したがって、摩耗粉が発生して流体に混入することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁が組み込まれた燃料電池システムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る燃料電池用開閉弁の概略全体斜視図である。
【図３】図２の燃料電池用開閉弁における閉止状態の概略縦断面図である。
【図４】図２の燃料電池用開閉弁における開放状態の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池用開閉弁１４…ボディ
１８…カバー部材２０、２２…送気管
３４…ケーシング３６…ダイアフラム
３８、４０…室４４…流体入口
４６…弁座４８…弁体
５８…シート部材６２…軸部材
６６、７２…フランジ部７４…リテーナ
７８…環状凸部８０…案内用穴部
８２…コイルスプリング９０…ブッシュ
１００…ＯＮ／ＯＦＦ弁２００…燃料電池システム
２０２…燃料電池スタック２０４…酸化剤供給部
２０６…エアー供給口２１２…燃料供給部
２１４…水素供給口２１９…エアー供給用通路
２１９ａ…主通路２１９ｂ…バイパス通路
２２０…放熱部２２２…カソード加湿部
２２３…水素供給通路２２４…圧力制御部
２２６…エゼクタ２２８…アノード加湿部
２３０…循環用通路２３２…圧力制御用バイパス通路

Claims

燃料電池の電極に反応ガスを供給する供給ラインの主通路に配設された放熱部を迂回するバイパス通路に配設される燃料電池用開閉弁であって、
流体入口および流体出口が設けられたボディと、
弁座に対して着座または離間する弁体と、
前記弁体を前記弁座に指向して弾発付勢する弾発部材と、
前記ボディに嵌着されてケーシングを構成するカバー部材と、
前記ケーシングの内部に配設されることにより、前記弁体を収容して前記流体出口に連通する第１室と、前記弾発部材を収容する第２室とに該ケーシングの内部を分割するダイアフラムと、
を有し、
前記弁体は、前記主通路が遮断されることに伴って前記バイパス通路に流入した流体によって押圧されて前記弁座から離間する一方、前記主通路の遮断が解除されることに伴って前記バイパス通路に流入した流体の圧力が低下すると前記弾発部材の弾発作用下に前記弁座に着座することを特徴とする燃料電池用開閉弁。
請求項１記載の燃料電池用開閉弁において、前記弁体に接続された軸部材を有し、前記軸部材は、前記ダイアフラム上面側に設けられた軸受部材に案内されることを特徴とする燃料電池用開閉弁。
請求項２記載の燃料電池用開閉弁において、前記カバー部材に前記軸受部材を案内する軸受案内部が設けられていることを特徴とする燃料電池用開閉弁。
請求項３記載の燃料電池用開閉弁において、前記軸受案内部は、カバー部材から突出形成された大径部と、前記大径部から延在する小径部とを有し、前記弾発部材の一端部は前記大径部に着座していることを特徴とする燃料電池用開閉弁。
請求項３または４記載の燃料電池用開閉弁において、前記軸部材は、前記弁体の貫通孔から突出した該軸部材の先端が圧潰されることによって設けられた第１フランジ部と、前記弁体の上端面よりも上方に設けられた第２フランジ部とを有し、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とで前記弁体を挟持していることを特徴とする燃料電池用開閉弁。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用開閉弁において、前記第２室には、パイロット圧として作用する流体が導入されることを特徴とする燃料電池用開閉弁。