JP2005189949A - Fuel cell power generation system and gas pressure reducing valve for the same - Google Patents

Fuel cell power generation system and gas pressure reducing valve for the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery power generation system and a gas pressure reducing valve for the fuel cell power generation system which is advantageous for adjusting the characteristics of the gas flow rate/pressure of gas containing active substances while increasing responsiveness. <P>SOLUTION: This fuel cell power generation system is provided with a gas pressure reducing valve 1, and the gas pressure reducing valve 1 is provided with a body 2 having a diaphragm chamber 20, a deformable diaphragm 3 for dividing the diaphragm chamber 20 into a first chamber 21 and a second chamber 22, a primary side passage 6 to which gas containing the active materials is supplied, a secondary side passage 71 connected through the first chamber 21 to the fuel cell, a diaphragm opening degree varying mechanism 4 installed between the primary side passage 6 and the secondary side passage 71 for supplying gas through the first chamber 21 to the secondary side passage 71 by reducing the gas flow rate of the primary side passage 6, an elastic member 7 for energizing the diaphragm 3 to a direction where the diaphragm opening degree of the diaphragm opening degree varying mechanism 4 is increased or decreased and an actuator 9 for adjusting the energizing force of the elastic member 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、1次側通路に送られる燃料ガスまたは酸化剤ガスの圧力を減圧して燃料電池の燃料極または酸化剤極に供給する燃料電池発電システム用ガス減圧弁を有する燃料電池発電システム、及び、燃料電池発電システム用ガス減圧弁に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation system having a gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system for reducing the pressure of a fuel gas or an oxidant gas sent to a primary passage and supplying the pressure to a fuel electrode or an oxidant electrode of a fuel cell. The present invention also relates to a gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system.

従来、気体用バルブとして、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可変機構と、絞り開度可変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)。この気体用バルブは、燃料電池用のガス流路にも使用できると記載されている。この気体用バルブによれば、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。   Conventionally, as a gas valve, a body having a diaphragm chamber, a deformable diaphragm that divides the diaphragm chamber of the body into a first chamber and a second chamber, and a high-pressure passage that is a primary-side passage to which gas is supplied, A throttle opening variable mechanism that has a low pressure passage that is a secondary side passage, a throttle hole provided between the high pressure passage and the low pressure passage, and that adjusts a throttle opening of the throttle hole; There has been known one provided with a coil spring that exerts an urging force for urging the diaphragm in the direction of increasing the opening (Patent Document 1). It is described that this gas valve can also be used for a gas flow path for a fuel cell. According to this gas valve, the gas in the high-pressure passage is restricted by the restriction hole and reaches the low-pressure passage. When the pressure in the low pressure passage increases, the diaphragm is deformed in a direction to decrease the throttle opening of the throttle hole, and an increase in the pressure in the low pressure passage is suppressed.

また、従来、自動設定減圧弁として、ダイヤフラムとこのダイヤフラムを付勢する圧力設定バネとをもつ減圧弁において、圧力設定バネの弾性力を調整するモータを取り付け、モータの駆動により圧力設定バネの弾性力を調整するものが知られている(特許文献2)。なお、この自動設定減圧弁は燃料電池発電用とは記載されていない。このものによれば、1次側通路である高圧通路の圧力がパイロット弁体を介してピストンの上面に作用している。ここで、ダイヤフラムが下方に変位すると、パイロット弁体が押し下げられ、主弁体であるピストンが押し下げられ、弁口の絞り開度が増加する。またダイヤフラムが上方に変位すると、パイロット弁体が押し上げられ、主弁体であるピストンが押し上げられ、主弁口の絞り開度が減少する。
特開2002−372162号公報 特開昭63−20603号公報
In addition, conventionally, as a pressure reducing valve having a diaphragm and a pressure setting spring for urging the diaphragm as an automatic setting pressure reducing valve, a motor for adjusting the elastic force of the pressure setting spring is attached, and the elasticity of the pressure setting spring is driven by driving the motor. What adjusts force is known (patent document 2). Note that this automatically set pressure reducing valve is not described for fuel cell power generation. According to this, the pressure of the high pressure passage which is the primary passage acts on the upper surface of the piston through the pilot valve body. Here, when the diaphragm is displaced downward, the pilot valve body is pushed down, the piston that is the main valve body is pushed down, and the throttle opening of the valve port increases. When the diaphragm is displaced upward, the pilot valve body is pushed up, the piston that is the main valve body is pushed up, and the throttle opening of the main valve port decreases.
JP 2002-372162 A JP 63-20603 A

上記した特許文献1に係る気体用バルブによれば、ダイヤフラムを付勢するコイルバネのバネ力は固定的であるため、2次側通路である低圧通路におけるガス流量−圧力の特性を調整するのに限界がある。   According to the gas valve according to Patent Document 1 described above, since the spring force of the coil spring that biases the diaphragm is fixed, the gas flow rate-pressure characteristics in the low-pressure passage that is the secondary passage are adjusted. There is a limit.

また、上記した特許文献2に係る自動設定用減圧弁によれば、パイロット弁体を用いているため、弁口の絞り開度について応答性を向上させるには限界がある。   Moreover, according to the automatic setting pressure reducing valve according to Patent Document 2 described above, since the pilot valve body is used, there is a limit in improving the responsiveness with respect to the throttle opening degree of the valve port.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、応答性を高めつつ、燃料電池に供給する活物質を含むガスの2次通路におけるガス流量−圧力の特性を調整するのに有利な燃料電池発電システム及び燃料電池発電システム用ガス減圧弁を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a fuel that is advantageous for adjusting the characteristics of the gas flow rate-pressure in the secondary passage of the gas containing the active material supplied to the fuel cell while improving the response. It is an object of the present invention to provide a battery power generation system and a gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system.

第1様相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燃料電池の上流に設けられた燃料電池発電システム用ガス減圧弁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ガス減圧弁は、
ダイヤフラム室と、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、燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される1次側通路と、第1室を介して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次側通路のガス流量を絞って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可変機構と、絞り開度可変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弾性部材と、弾性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ものである。
A fuel cell power generation system according to a first aspect includes a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, a gas supply passage for fuel that supplies fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, and an oxidant electrode that oxidizes the fuel cell. For a fuel cell power generation system provided upstream of a fuel cell in at least one of a gas supply passage for oxidant gas for supplying an oxidant gas, a gas supply passage for fuel, and a gas supply passage for oxidant gas In the fuel cell power generation system including the gas pressure reducing valve, the gas pressure reducing valve for the fuel cell power generation system is:
A diaphragm chamber; a deformable diaphragm that divides the diaphragm chamber into a first chamber and a second chamber; a primary passage to which a gas containing an active material used in a fuel cell is supplied; and a first chamber. The secondary side passage connected to the fuel electrode or the oxidant electrode of the fuel cell and the primary side passage are throttled by reducing the gas flow rate of the primary side passage. An aperture opening variable mechanism that supplies the secondary passage through the first chamber, an elastic member that exerts an urging force that biases the diaphragm in a direction to increase or decrease the aperture opening of the aperture opening variable mechanism, and elasticity And an actuator for adjusting the biasing force of the member.

第2様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁は、燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる燃料電池発電システムに用いられるガス減圧弁であって、ダイヤフラム室と、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、燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される1次側通路と、第1室を介して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次側通路のガス流量を絞って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可変機構と、絞り開度可変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弾性部材と、弾性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ものである。   A gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system according to a second aspect is a gas pressure reducing valve used in a fuel cell power generation system connected to a fuel electrode or an oxidant electrode of a fuel cell, and includes a diaphragm chamber and a diaphragm chamber as a first one. A deformable diaphragm partitioned into a chamber and a second chamber, a primary passage to which a gas containing an active material used in the fuel cell is supplied, and a fuel electrode or an oxidant of the fuel cell through the first chamber A secondary passage that is connected to the pole, and is provided between the primary passage and the secondary passage, and the gas flow in the primary passage is reduced to allow the gas in the primary passage to pass through the first chamber. A throttle opening varying mechanism that supplies the diaphragm, an elastic member that exerts a biasing force that biases the diaphragm in a direction that increases or decreases the throttle opening of the throttle opening varying mechanism, and an actuator that adjusts the biasing force of the elastic member; Also characterized by comprising It is.

第1様相及び第2様相によれば、1次側通路のガスのガス流量が絞り開度可変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。ここで、弾性部材による付勢力の大きさを調整すれば、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。従って、アクチュエータを作動させて弾性部材の付勢力を調整すれば、ダイヤフラムを付勢する付勢力を調整できるので、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。これにより燃料電池につながる2次側通路における活物質を含むガスのガス流量−圧力の特性を調整するのに有利となる。弾性部材としては、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。   According to the first aspect and the second aspect, the gas flow rate of the gas in the primary passage is throttled by the throttle opening of the throttle opening variable mechanism. Therefore, the secondary pressure of the gas in the secondary passage is reduced more than the primary pressure of the gas in the primary passage. Here, if the magnitude of the urging force by the elastic member is adjusted, the throttle opening of the variable throttle opening mechanism can be adjusted to increase or decrease. Therefore, if the urging force of the elastic member is adjusted by operating the actuator, the urging force for urging the diaphragm can be adjusted, so that the throttle opening of the variable aperture opening mechanism can be adjusted to increase or decrease. . This is advantageous in adjusting the gas flow rate-pressure characteristics of the gas containing the active material in the secondary passage connected to the fuel cell. Examples of the elastic member include a spring such as a coil spring and a plate spring, an organic material such as rubber and resin, a foam material, and a gas spring such as an air spring.

第3様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、アクチュエータとダイヤフラムとの間には駆動力伝達機構が設けられていることを特徴とする。この場合、駆動力伝達機構によりアクチュエータの駆動力をダイヤフラムに良好に伝達することができる。駆動力伝達機構としてはピストン状の可動体を例示できる。   The gas pressure reducing valve for the fuel cell power generation system according to the third aspect is characterized in that a driving force transmission mechanism is provided between the actuator and the diaphragm. In this case, the driving force of the actuator can be satisfactorily transmitted to the diaphragm by the driving force transmission mechanism. An example of the driving force transmission mechanism is a piston-like movable body.

第4様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、アクチュエータはモータまたはソレノイドであることを特徴とする。モータとしては、回転するタイプ、直動するタイプでも良い。モータとしては、直流モータ、交流モータ、超音波モータなどを例示できる。ソレノイドは磁気吸引力または磁気反発力に基づいて駆動するタイプを例示できる。   According to the gas pressure reducing valve for the fuel cell power generation system according to the fourth aspect, the actuator is a motor or a solenoid. The motor may be a rotating type or a direct acting type. Examples of the motor include a direct current motor, an alternating current motor, and an ultrasonic motor. The solenoid can be exemplified by a type driven based on a magnetic attractive force or a magnetic repulsive force.

第5様相に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁によれば、絞り開度可変機構は、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具備することを特徴とする。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。   According to the gas pressure reducing valve for the fuel cell power generation system according to the fifth aspect, the throttle opening variable mechanism includes a throttle hole provided between the primary side passage and the secondary side passage, a valve chamber, and a valve. A movable valve provided in the chamber and facing the throttle hole, and a movable valve biasing member that biases the movable valve in a direction to close the throttle hole are provided. Examples of the urging member for the valve include a spring such as a coil spring and a leaf spring, an organic material such as rubber and resin, a foam material, and a gas spring such as an air spring.

本発明によれば、アクチュエータを作動させて弾性部材の付勢力を調整することができ、従って、絞り開度可変機構の絞り開度を増加または減少させる方向に調整することができる。これにより燃料電池に供給される活物質を含むガスのガス流量−圧力の特性を複数の形態に設定するのに有利となる。更に、弾性部材の付勢力を調整するのはアクチュエータであり、絞り孔の開閉にあたり、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。   According to the present invention, the urging force of the elastic member can be adjusted by operating the actuator, and accordingly, the throttle opening of the variable throttle opening varying mechanism can be adjusted to increase or decrease. This is advantageous in setting the gas flow rate-pressure characteristics of the gas containing the active material supplied to the fuel cell to a plurality of forms. Furthermore, it is the actuator that adjusts the urging force of the elastic member, and the responsiveness can be improved since the pilot valve is not used for opening and closing the throttle hole.

(実施形態1)
本発明に係る実施形態1を図1〜図4を参照して具体的に説明する。本実施形態に係る燃料電池発電システム用のガス減圧弁1は、燃料電池100の燃料極101のガス入口101cの上流側に設けられるものである。ガス減圧弁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、燃料電池100の燃料極101で使用される活物質を含むガス(燃料ガス)が供給される1次側通路である高圧通路61と、燃料電池100の燃料極101の燃料極101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を可変とする絞り開度可変機構4とを備えている。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The gas pressure reducing valve 1 for the fuel cell power generation system according to the present embodiment is provided on the upstream side of the gas inlet 101 c of the fuel electrode 101 of the fuel cell 100. As shown in FIG. 1, the gas pressure reducing valve 1 includes a body 2 having a diaphragm chamber 20 and a valve chamber 23 partitioned by a wall portion below the diaphragm chamber 20, and the diaphragm chamber 20 of the body 2 as a first chamber. Deformable diaphragm 3 partitioned into 21 and second chamber 22, and high-pressure passage 61 which is a primary-side passage to which a gas (fuel gas) containing an active material used in fuel electrode 101 of fuel cell 100 is supplied. The diaphragm 3 has a low pressure passage 71 which is a secondary side passage connected to the fuel electrode 101 of the fuel electrode 101 of the fuel cell 100 and a throttle hole 40 provided between the high pressure passage 61 and the low pressure passage 71. Along with this, there is provided a throttle opening variable mechanism 4 that makes the throttle opening L of the throttle hole 40 variable.

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の高圧の燃料ガスが高圧通路61に供給される。燃料ガスとしては純水素ガスまたは水素含有ガス等を使用できる。低圧通路71は燃料電池100の燃料極101に繋がる。ここで、高圧及び低圧は燃料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。   The high-pressure passage 61 is connected to a gas supply source 65 (for example, a gas tank). The high-pressure fuel gas from the gas supply source 65 is supplied to the high-pressure passage 61. As the fuel gas, pure hydrogen gas or hydrogen-containing gas can be used. The low pressure passage 71 is connected to the fuel electrode 101 of the fuel cell 100. Here, the high pressure and the low pressure mean the relative height of the fuel gas. Therefore, high pressure means higher pressure than the gas pressure in the low pressure passage 71. Low pressure means a pressure lower than the gas pressure in the high pressure passage 61. For example, the pressure PH of the gas in the high pressure passage 61 can be set to 1 to 3 MPa, and the pressure PL of the gas in the low pressure passage 71 can be set to 10 to 900 kPa and 100 to 400 kPa. However, it is not limited to these.

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、燃料電池100の燃料極101において使用される活物質を含む高圧通路61のガス(燃料ガス)の流量を制限して減圧し、低圧通路71に供給する。   The high pressure passage 61 is provided upstream of the throttle hole 40, and the low pressure passage 71 is provided downstream of the throttle hole 40. The throttle hole 40 limits the flow rate of the gas (fuel gas) in the high-pressure passage 61 containing the active material used in the fuel electrode 101 of the fuel cell 100 to reduce the pressure, and supplies it to the low-pressure passage 71.

図1に示すように、ボディ2はダイヤフラム室20を有する。ダイヤフラム3は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属を基材として膜状に形成されており、ボディ2のダイヤフラム室20を、活物質を含む燃料ガスが流入する第1室21と、燃料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は大気開放ポート22m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。   As shown in FIG. 1, the body 2 has a diaphragm chamber 20. The diaphragm 3 is formed in a film shape using an elastic material such as rubber or soft resin, or a metal as a base material, and the diaphragm chamber 20 of the body 2 has a first chamber 21 into which a fuel gas containing an active material flows, a fuel It partitions and divides into the 2nd chamber 22 into which gas does not flow in. The second chamber 22 communicates with the atmosphere via the atmosphere opening port 22m. Since the second chamber 22 is thus opened to the atmosphere, it does not enter a high pressure state.

ダイヤフラム3の外周部3p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の中央域は、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を経て燃料電池100に繋がる)の圧力がダイヤフラム3の下面としての表面3mに作用する。   The outer peripheral portion 3p of the diaphragm 3 is held between the body 2 and held. The central area of the diaphragm 3 can be deformed in an arrow Y2 (upward direction) and an arrow Y1 direction (downward direction) according to the differential pressure between the first chamber 21 and the second chamber 22. The arrow Y2 direction means a direction in which the volume of the first chamber 21 is increased and a direction in which the throttle opening L of the throttle hole 40 is decreased. The arrow Y1 direction means a direction in which the volume of the first chamber 21 is decreased and a direction in which the throttle opening L of the throttle hole 40 is increased. As can be understood from FIG. 1, the pressure in the first chamber 21 (connected to the fuel cell 100 via the low pressure passage 71) located downstream of the throttle hole 40 acts on the surface 3 m as the lower surface of the diaphragm 3.

図1に示すように、絞り開度可変機構4は、燃料電池100に供給される活物質を含むガス(燃料ガス)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。なお本実施形態によれば、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。   As shown in FIG. 1, the throttle opening varying mechanism 4 includes a throttle hole 40 formed in the body 2 so as to limit the flow rate of a gas (fuel gas) containing an active material supplied to the fuel cell 100, and a throttle. It has a piston-like movable valve 41 that opens and closes the hole 40, and a first support portion 42 and a second support portion 43 that are provided so as to sandwich the central region of the diaphragm 3. The movable valve 41 has a pressure receiving surface 47 and a valve surface 44 that face each other. According to this embodiment, the pressure receiving surface 47 is the illustrated lower surface of the movable valve 41. The valve surface 44 is the upper surface of the movable valve 41 in the figure.

絞り孔40は、絞り孔40を1周するリング形状の弁座部49を片面側つまり下面側にもつ。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。   The throttle hole 40 has a ring-shaped valve seat portion 49 that goes around the throttle hole 40 on one side, that is, the lower side. The shaft portion 48 of the second support portion 43 extends downward so as to move away from the second support portion 43, and is inserted through the throttle hole 40.

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。   The distal end portion (lower end portion) of the shaft portion 48 of the second support portion 43 comes into contact with the valve surface 44 of the movable valve 41 by the biasing force of the diaphragm spring 7 and the valve spring 8 described later. Here, a throttle opening L of the throttle hole 40 is set between the valve seat portion 49 and the valve surface 44 of the movable valve 41. Although the gap width of the throttle opening L is emphasized in FIG. 1, it is actually small. The valve surface 44 of the movable valve 41 faces the valve seat portion 49 so that it can be seated on the valve seat portion 49 of the throttle hole 40 when the throttle hole 40 is fully closed.

図1に示すように、可動バルブ41がボディ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。ここで、バルブ室23の径、可動バルブ41の径は、ダイヤフラム3の可動変形部分の径よりも小さく設定されている。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の受圧面47はボディ2の壁面2fに対面すると共に、可動バルブ41のバルブ面44は絞り孔40に対面する。   As shown in FIG. 1, a movable valve 41 is fitted in the valve chamber 23 of the body 2 so as to be movable in the directions of arrows Y2 and Y1 (vertical direction). The movable valve 41 is disposed below the diaphragm 3 in the drawing, and the cross section of the movable valve 41 is a circular cylinder, but it may be a prism. Here, the diameter of the valve chamber 23 and the diameter of the movable valve 41 are set smaller than the diameter of the movable deformation portion of the diaphragm 3. The movable valve 41 is made of metal and substantially functions as a rigid body. The pressure receiving surface 47 of the movable valve 41 faces the wall surface 2 f of the body 2, and the valve surface 44 of the movable valve 41 faces the throttle hole 40.

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(弾性部材)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、絞り開度可変機構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。   As shown in FIG. 1, in the second chamber 22 of the diaphragm chamber 20 of the body 2, a diaphragm spring 7 (elastic member) that can function as a biasing member formed of a coil spring is provided substantially coaxially. Yes. One end portion 7a of the diaphragm spring 7 is seated on the seating surface 42h of the first support portion 42 of the aperture opening varying mechanism 4, and the other end portion 7b of the diaphragm spring 7 is a ring-shaped seating surface 92h of the movable body 92 described later. Sit on. As a result, the diaphragm spring 7 urges the diaphragm 3 in the arrow Y1 direction (the downward direction in the figure), and thus urges the movable valve 41 away from the valve seat portion 49. That is, the diaphragm spring 7 urges the movable valve 41 in the direction in which the throttle opening L of the throttle hole 40 is increased.

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。   As shown in FIG. 1, between the movable valve 41 and the wall surface 2f of the body 2, the valve spring 8 which functions as an urging member for the movable valve formed of a coil spring is provided. The movable valve 41 is urged in the direction of the arrow Y2 by the valve spring 8, that is, urged in a direction in which the valve surface 44 of the movable valve 41 approaches the valve seat portion 49. That is, the valve spring 8 biases the movable valve 41 in a direction that decreases the throttle opening L of the throttle hole 40.

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。本実施形態によれば、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。   The valve spring 8 and the diaphragm spring 7 exhibit urging forces that are opposite to each other. For this reason, the contact property between the valve surface 44 of the movable valve 41 and the distal end portion 48 a of the shaft portion 48 of the second support portion 43 is ensured. According to this embodiment, the spring load of the diaphragm spring 7 is set larger than the spring load of the valve spring 8. This is to keep the throttle hole 40 open when no gas is introduced.

本実施形態によれば、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)であり、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。駆動軸91の外周部には雄螺子部91cが形成されている。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との間には駆動力伝達機構としてのピストン状の可動体92が設けられている。可動体92は、着座面92hをもつ大径部92aと、大径部92aに一体的な小径部92cとをもつ。   According to this embodiment, the body 9 is provided with the actuator 9 that adjusts the urging force of the diaphragm spring 7. The actuator 9 is a motor (for example, a DC motor), and has an actuator main body 90 and a rotatable drive shaft 91 protruding from the actuator main body 90. A male screw portion 91 c is formed on the outer peripheral portion of the drive shaft 91. A piston-like movable body 92 as a driving force transmission mechanism is provided between the actuator 9 and the diaphragm 3, that is, between the actuator 9 and the diaphragm spring 7. The movable body 92 has a large-diameter portion 92a having a seating surface 92h and a small-diameter portion 92c integrated with the large-diameter portion 92a.

図2に示すように、可動体92の外壁には、ボディ2の被係合部2mと係合する係合部92mが設けられており、可動体92は図1に示す矢印Y1,Y2方向(絞り孔40の開放方向、閉鎖方向)に直動できるものの、可動体92の周方向(図2に示す矢印R1方向,R2方向)には回動できないように設定されている。可動体92の小径部92cの中央域に形成された孔93の内周部には、雌螺子部93cが形成されている。雌螺子部93cと雄螺子部91cとは互いに螺進退可能に螺合しており、回転運動を直進運動に変換する変換機構として機能することができる。   As shown in FIG. 2, an engaging portion 92m that engages with the engaged portion 2m of the body 2 is provided on the outer wall of the movable body 92, and the movable body 92 is in the directions of arrows Y1 and Y2 shown in FIG. Although it can move linearly (opening direction and closing direction of the throttle hole 40), it is set so that it cannot rotate in the circumferential direction (arrow R1 direction, R2 direction shown in FIG. 2) of the movable body 92. A female screw portion 93 c is formed on the inner peripheral portion of the hole 93 formed in the central region of the small diameter portion 92 c of the movable body 92. The female screw portion 93c and the male screw portion 91c are screwed together so as to be able to advance and retreat, and can function as a conversion mechanism that converts rotational motion into linear motion.

アクチュエータ9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(絞り孔40の開放方向)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。アクチュエータ9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(絞り孔40の閉鎖方向)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。   When the actuator 9 is driven in one direction and the drive shaft 91 is rotated in one direction around the shaft core 91p, the movable body 92 moves in the direction of the arrow Y1 (the opening direction of the aperture hole 40). The length KA is reduced, and the urging force of the diaphragm spring 7 is increased. When the actuator 9 is driven in the other direction and the drive shaft 91 rotates in the other direction around its axis 91p, the movable body 92 moves in the direction of the arrow Y2 (the closing direction of the aperture hole 40), and the diaphragm spring The length KA of 7 is expanded, and the urging force of the diaphragm spring 7 is reduced.

上記した本実施形態に係るガス減圧弁1を使用する際には、高圧の燃料ガスを装填したガス供給源65から、相対的に高圧の燃料ガスが高圧通路61に供給される。その高圧のガスは、絞り孔40の絞り開度Lにより流量が制限される。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、更に燃料電池100の燃料極101に供給され、発電反応に使用される。   When the gas pressure reducing valve 1 according to this embodiment is used, a relatively high pressure fuel gas is supplied to the high pressure passage 61 from a gas supply source 65 loaded with a high pressure fuel gas. The flow rate of the high-pressure gas is limited by the throttle opening L of the throttle hole 40. For this reason, the pressure in the first chamber 21 located downstream of the throttle hole 40 is reduced more than the pressure in the high-pressure passage 61. The gas that has been reduced in pressure by the throttle opening L of the throttle hole 40 and reduced to the set pressure passes through the first chamber 21, reaches the low pressure passage 71 via the port 2 k, and further enters the fuel electrode 101 of the fuel cell 100. Supplied and used for power generation reaction.

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。   Based on the pressure difference between the pressure in the first chamber 21 and the pressure in the second chamber 22 decompressed by the throttle hole 40, the force applied to the diaphragm 3 in the arrow Y2 direction (upward, the closing direction of the throttle hole 40) is F1. And Further, the force by which the valve spring 8 urges the movable valve 41 in the arrow Y2 direction (upward, the closing direction of the throttle hole 40) is defined as F2. A force F3 (assumed to be upward) is a difference between the downward pressure of the valve surface 44 of the movable valve 41 in the direction of the arrow Y1 and the pressure of the pressure receiving surface 47 of the movable valve 41 received by the gas pressure of the valve chamber 23 upward. And Further, the diaphragm spring 7 moves the movable valve 41 in the direction of the arrow Y1 through the diaphragm 3, the first support portion 42, and the second support portion 43 by the spring load (biasing force) thereof (downward, opening the throttle hole 40). The force urging in the direction is F4.

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、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。   Basically, the position of the movable valve 41 is maintained when the sum of the upward force F1 + force F2 + force F3 in the direction of the arrow Y2 and the downward force F4 in the direction of the arrow Y1 are balanced. This balance basically determines the throttle opening L of the throttle hole 40. When the sum of the upward force F1 + force F2 + force F3 in the direction of the arrow Y2 and the magnitude of the downward force F4 in the direction of the arrow Y1 change, the position where the movable valve 4 is balanced changes. The degree L changes.

ここで、アクチュエータ9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、それに応じて絞り孔40の絞り開度Lが調整される。   Here, if the driving amount of the actuator 9 is adjusted, the moving position of the movable body 92 in the directions of the arrows Y1 and Y2 can be adjusted, so that the biasing force of the diaphragm spring 7 is increased or decreased. be able to. Thus, the force F4 for urging the movable valve 41 in the direction of the arrow Y1 (downward, opening direction of the throttle hole 40) via the diaphragm 3, the first support portion 42, and the second support portion 43 can be adjusted. The throttle opening L of the throttle hole 40 is adjusted accordingly.

ここで、図3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。特性線Aは、ダイヤフラムバネ7の一端部7aがある位置に存在する場合における圧力特性を示す。特性線Bは、ダイヤフラムバネ7の一端部7aが別のある位置に存在する場合における圧力特性を示す。特性線A,特性線B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。   Here, FIG. 3 shows the relationship between the gas flow rate in the low pressure passage 71 and the secondary pressure P2 in the low pressure passage 71. A characteristic line A indicates a pressure characteristic when the one end portion 7a of the diaphragm spring 7 exists at a certain position. A characteristic line B indicates a pressure characteristic when the one end portion 7a of the diaphragm spring 7 is present at another certain position. According to the characteristic line A and the characteristic line B, as the gas flow rate increases, the secondary pressure P2 in the low pressure passage 71 gradually decreases.

本実施形態によれば、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。この結果、低圧通路71の燃料ガスの流量−設定圧力(2次圧)の特性について、図3に示す特性線C,Dに示すように、複数の形態を実現することができる。   According to this embodiment, if the drive amount of the actuator 9 is adjusted as described above, the position of the movable body 92 can be adjusted, and consequently the urging force of the diaphragm spring 7 can be adjusted. L can be adjusted as appropriate. As a result, the characteristics of the flow rate of the fuel gas in the low pressure passage 71 and the set pressure (secondary pressure) can be changed. As a result, a plurality of forms can be realized with respect to the characteristics of the flow rate of the fuel gas in the low-pressure passage 71 and the set pressure (secondary pressure) as shown by the characteristic lines C and D shown in FIG.

更に、低圧通路71の燃料ガスの流量−設定圧力(2次圧)の特性について、図4に示す特性線Eに示すように、ガス流量が増加するとき低圧通路71の2次圧P2を次第に増加させるようにしたり、図4に示す特性線Fに示すように、ガス流量が増加するものの、低圧通路71の2次圧P2を一定域に維持したりすることもできる。   Further, regarding the characteristic of the flow rate of fuel gas in the low pressure passage 71-the set pressure (secondary pressure), as shown by the characteristic line E shown in FIG. 4, the secondary pressure P2 in the low pressure passage 71 is gradually increased as the gas flow rate increases. The secondary pressure P2 of the low-pressure passage 71 can be maintained in a certain range although the gas flow rate increases as shown by the characteristic line F shown in FIG.

燃料電池発電システムによれば、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。この点本実施形態によれば、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チュエータ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。   According to the fuel cell power generation system, the set pressure in the low pressure passage 71 tends to change frequently. In particular, according to the on-vehicle fuel cell power generation system, the set pressure (secondary pressure) in the low-pressure passage 71 tends to change frequently according to the vehicle load. In this respect, according to the present embodiment, the urging force of the diaphragm spring 7 is increased or decreased by driving the actuator 9, so that the responsiveness is good and the urging force of the diaphragm spring 7 can be increased or decreased at a high speed. Therefore, the throttle opening degree L of the throttle hole 40 can be adjusted quickly, and consequently the gas flow rate-set pressure characteristic of the low pressure passage 71 can be adjusted quickly. Therefore, it is suitable for an on-vehicle fuel cell power generation system. In particular, it is the actuator 9 that adjusts the urging force of the diaphragm spring 7 and does not involve a pilot valve, so that responsiveness can be improved.

(実施形態2)
図5は実施形態2を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図5に示すように、アクチュエータ9の駆動軸91の先端の駆動位置N(N1〜Nn)と、ガス流量−設定圧力の特性との関係を予めマップ化し、そのマップをメモリなどの記憶媒体の所定のエリアに格納しておく。そして、燃料電池発電システムの制御装置からガス流量信号が出力されると、低圧通路71の圧力を、そのガス流量を実現できる2次圧力となるように、アクチュエータ9の駆動軸91の駆動位置を制御する。これによりダイヤフラムバネ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。このため、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。これにより燃料電池発電システムの制御性、燃費などの格段の向上を期待することができる。なお、駆動位置Nは、回転一般的には、センサや位置センサの値を検出したり、電流値を検出したり、あるいは、ステッピングモータの場合にはステップ数で検出したりして把握される。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a second embodiment. This embodiment has basically the same configuration and function as the first embodiment. The parts having common functions are denoted by common reference numerals. In the following, different parts will be mainly described. According to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the relationship between the drive position N (N 1 to N n ) at the tip of the drive shaft 91 of the actuator 9 and the characteristics of the gas flow rate and the set pressure is previously mapped, The map is stored in a predetermined area of a storage medium such as a memory. When the gas flow rate signal is output from the control device of the fuel cell power generation system, the drive position of the drive shaft 91 of the actuator 9 is set so that the pressure of the low pressure passage 71 becomes the secondary pressure that can realize the gas flow rate. Control. As a result, the urging force of the diaphragm spring 7 is increased or decreased by driving the actuator 9. For this reason, the responsiveness is good, and the urging force of the diaphragm spring 7 can be increased or decreased at a high speed. Therefore, the throttle opening degree L of the throttle hole 40 can be adjusted quickly, and consequently the gas flow rate-set pressure characteristic of the low pressure passage 71 can be adjusted quickly. Therefore, it is suitable for an on-vehicle fuel cell power generation system. This can be expected to significantly improve the controllability and fuel consumption of the fuel cell power generation system. Note that the driving position N is generally grasped by detecting the value of the rotation or the position sensor, detecting the current value, or detecting the number of steps in the case of a stepping motor. .

(実施形態3)
図6は実施形態3を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図6に示すように、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の外周部には、雄螺子部91cが形成されている。駆動軸91の周りには駆動力伝達機構としての可動体92が設けられている。可動体92の横断面においてその外壁面92pは楕円形状とされている。可動体92の外壁面92pの全体が、ボディ2の被係合部2mと係合する係合部とされている。この結果、可動体92は図1に示す矢印Y1,Y2方向(絞り孔40の開放方向、閉鎖方向)に移動できるものの、可動体92の周方向(矢印R1方向,矢印R2方向)には回動できないように設定されている。可動体92の中央域に形成された孔93の内周部には雌螺子部93cが形成されている。雌螺子部93cと雄螺子部91cとは互いに螺進退可能に螺合している。
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a third embodiment. This embodiment has basically the same configuration and function as the first embodiment. The parts having common functions are denoted by common reference numerals. In the following, different parts will be mainly described. According to the present embodiment, as shown in FIG. 6, a male screw portion 91 c is formed on the outer peripheral portion of the rotatable drive shaft 91 protruding from the actuator main body 90. Around the drive shaft 91, a movable body 92 is provided as a drive force transmission mechanism. In the cross section of the movable body 92, the outer wall surface 92p has an elliptical shape. The entire outer wall surface 92p of the movable body 92 is an engaging portion that engages with the engaged portion 2m of the body 2. As a result, the movable body 92 can move in the directions of arrows Y1, Y2 (opening direction and closing direction of the throttle hole 40) shown in FIG. 1, but in the circumferential direction (arrow R1 direction, arrow R2 direction) of the movable body 92. It is set so that it cannot move. A female screw portion 93 c is formed on the inner peripheral portion of the hole 93 formed in the central region of the movable body 92. The female screw portion 93c and the male screw portion 91c are screwed together so as to be able to advance and retract.

(実施形態4)
図7は実施形態4を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図7に示すように、駆動軸91の周りには駆動力伝達機構としての可動体92が設けられている。可動体92の横断面においてその外壁面92pは四角形状とされている。可動体92の外壁面92pの全体が、ボディ2の被係合部2mと係合する係合部とされている。この結果、可動体92は図1に示す矢印Y1,Y2方向(絞り孔40の開放方向、閉鎖方向)に移動できるものの、可動体92の周方向(矢印R1方向)には回動できないように設定されている。
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows a fourth embodiment. This embodiment has basically the same configuration and function as the first embodiment. The parts having common functions are denoted by common reference numerals. In the following, different parts will be mainly described. According to the present embodiment, as shown in FIG. 7, a movable body 92 as a driving force transmission mechanism is provided around the driving shaft 91. In the cross section of the movable body 92, the outer wall surface 92p has a quadrangular shape. The entire outer wall surface 92p of the movable body 92 is an engaging portion that engages with the engaged portion 2m of the body 2. As a result, the movable body 92 can move in the directions of arrows Y1 and Y2 (opening direction and closing direction of the throttle hole 40) shown in FIG. 1, but cannot be rotated in the circumferential direction (arrow R1 direction) of the movable body 92. Is set.

(適用形態)
図8は適用形態を示す。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8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100と、発電前の燃料ガスを燃料電池100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100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。
(Application form)
FIG. 8 shows an application form. According to this application mode, the fuel cell power generation system is for in-vehicle use or stationary use, and as shown in FIG. 8, the fuel cell 100 having the fuel electrode 101 and the oxidant electrode 102 and the fuel gas before power generation are used as fuel. Gas supply passage 5 for fuel supplied to the fuel electrode 101 of the battery 100 and gas supply for oxidant gas for supplying the oxidant gas (generally air) before power generation to the oxidant electrode 102 of the fuel cell 100 A passage 103, a gas discharge passage 105 for fuel off-gas through which the fuel off-gas after power generation passes through the valve 104, and a gas discharge passage 106 for oxidant off-gas through which the oxidant off-gas after power generation passes are provided. .

ガス供給通路5は燃料電池100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100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55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ガス減圧弁1が設けられている。   The gas supply passage 5 is located upstream of the gas inlet of the fuel electrode 101 of the fuel cell 100. The gas supply passage 103 for the oxidant gas is provided with a compressor 107 which is a gas supply source for supplying the oxidant gas to the oxidant electrode 102 of the fuel cell 100. In the gas supply passage 5 for fuel, the pressure reducing valve 108 is provided on the gas supply source 55 side which is a high pressure fuel gas source, and the gas pressure reducing valve 1 described above is further provided downstream of the pressure reducing valve 108. Yes.

この適用形態によれば、ガス供給源55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、更にガス減圧弁1を介して所定の設定圧力まで減圧され、燃料電池100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100の酸化剤極102に供給され、発電反応に使用される。   According to this application mode, the relatively high-pressure fuel gas discharged from the gas supply source 55 is decompressed by the decompression valve 108, and further decompressed to a predetermined set pressure via the gas decompression valve 1. It is supplied to the fuel electrode 101 and used for power generation reaction. The oxidant gas (generally air) is supplied to the oxidant electrode 102 of the fuel cell 100 by driving the compressor 107 and used for the power generation reaction.

前述したように、本適用形態によれば、ガス減圧弁1のダイヤフラムバネ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。この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、ガス減圧弁1の絞り孔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、車載用または定置用の燃料電池発電システムに適する。   As described above, according to this application mode, the urging force of the diaphragm spring 7 of the gas pressure reducing valve 1 is increased or decreased by driving the actuator 9. Therefore, the responsiveness is good, and the urging force of the diaphragm spring 7 can be increased or decreased at a high speed. Therefore, the throttle opening L of the throttle hole 40 of the gas pressure reducing valve 1 can be quickly adjusted, and the gas flow rate-set pressure characteristic of the low pressure passage 71 can be quickly adjusted. Therefore, it is suitable for an on-vehicle or stationary fuel cell power generation system.

(その他)
上記した実施形態によれば、ガス減圧弁1は燃料電池100の燃料極101に送られる燃料ガスの減圧弁として使用されているが、これに限らず、燃料電池100の酸化剤極(空気極)102に送られる酸化剤ガスの減圧弁として使用しても良い。上記した実施形態によれば、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。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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。
(Other)
According to the above-described embodiment, the gas pressure reducing valve 1 is used as a pressure reducing valve for fuel gas sent to the fuel electrode 101 of the fuel cell 100. However, the present invention is not limited to this, and the oxidant electrode (air electrode) of the fuel cell 100 is used. ) It may be used as a pressure reducing valve for the oxidant gas sent to 102. According to the above-described embodiment, the diaphragm spring 7 and the valve spring 8 are coil springs. However, the present invention is not limited to this and may be other types of springs such as a leaf spring, or may be formed of rubber, soft resin, or the like. May be. In addition, the present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.

本発明は車両用、定置用、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る。   The present invention can be used for a fuel cell power generation system used for applications such as vehicles, stationary, and portable.

実施形態1に係り、ガス減圧弁の断面図である。1 is a cross-sectional view of a gas pressure reducing valve according to Embodiment 1. FIG. アクチュエータの駆動軸付近の断面図である。It is sectional drawing of the drive shaft vicinity of an actuator. ガス流量と2次圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a gas flow rate and a secondary pressure. ガス流量と2次圧との関係(目標)を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship (target) between a gas flow rate and a secondary pressure. 実施形態2に係り、アクチュエータの駆動軸の駆動位置N(N1〜Nn)と、ガス流量−設定圧力の特性との関係をマップ化した図である。FIG. 10 is a diagram in which a relationship between a drive position N (N1 to Nn) of a drive shaft of an actuator and a gas flow rate-set pressure characteristic is mapped according to the second embodiment. 実施形態3に係り、ガス減圧弁に装備されている可動体付近の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a vicinity of a movable body according to a third embodiment and provided in a gas pressure reducing valve. 実施形態4に係り、ガス減圧弁に装備されている可動体付近の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of a movable body provided in a gas pressure reducing valve according to a fourth embodiment. 燃料電池発電システムを模式的に示す構成図である。It is a lineblock diagram showing typically a fuel cell power generation system.

符号の説明Explanation of symbols

図中、1はガス減圧弁、20ダイヤフラム室、23はバルブ室、3はダイヤフラム、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(弾性部材)、8はバルブバネ(可動バルブ用付勢部材)、100は燃料電池、101は燃料極、102は酸化剤極を示す。   In the figure, 1 is a gas pressure reducing valve, 20 diaphragm chamber, 23 is a valve chamber, 3 is a diaphragm, 61 is a high pressure passage (primary side passage), 71 is a low pressure passage (secondary side passage), and 4 is a throttle opening adjustment. Mechanism, 40 is a throttle hole, 41 is a movable valve, 6 is a high pressure passage (primary side passage), 7 is a diaphragm spring (elastic member), 8 is a valve spring (biasing member for the movable valve), 100 is a fuel cell, 101 Indicates a fuel electrode, and 102 indicates an oxidizer electrode.

Claims (5)

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ガス減圧弁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ガス減圧弁は、
ダイヤフラム室と、
前記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、
前記燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される1次側通路と、
前記第1室を介して前記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次側通路のガス流量を絞って前記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可変機構と、
前記絞り開度可変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弾性部材と、
前記弾性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燃料電池発電システム。
A fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode;
A fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell;
A gas supply passage for an oxidant gas for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell;
A fuel cell power generation system comprising a gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system provided upstream of the fuel cell in at least one of the gas supply passage for fuel and the gas supply passage for oxidant gas;
The fuel cell power generation system gas pressure reducing valve is:
A diaphragm chamber,
A deformable diaphragm that divides the diaphragm chamber into a first chamber and a second chamber;
A primary passage to which a gas containing an active material used in the fuel cell is supplied;
A secondary side passage connected to the fuel electrode or the oxidant electrode of the fuel cell via the first chamber;
Provided between the primary passage and the secondary passage, the gas flow rate in the primary passage is reduced, and the gas in the primary passage is supplied to the secondary passage through the first chamber. A throttle opening variable mechanism;
An elastic member that exerts a biasing force that biases the diaphragm in a direction to increase or decrease the throttle opening of the throttle opening variable mechanism;
And an actuator for adjusting an urging force of the elastic member.
燃料電池の燃料極または酸化剤極に繋がる燃料電池発電システムに用いられるガス減圧弁であって、
ダイヤフラム室と、
前記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、
燃料電池で使用される活物質を含むガスが供給される1次側通路と、
前記第1室を介して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次側通路のガス流量を絞って前記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可変機構と、
前記絞り開度可変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弾性部材と、
前記弾性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燃料電池発電システム用ガス減圧弁。
A gas pressure reducing valve used in a fuel cell power generation system connected to a fuel electrode or an oxidant electrode of a fuel cell,
A diaphragm chamber,
A deformable diaphragm that divides the diaphragm chamber into a first chamber and a second chamber;
A primary passage to which a gas containing an active material used in a fuel cell is supplied;
A secondary passage connected to the fuel electrode or the oxidant electrode of the fuel cell via the first chamber;
Provided between the primary passage and the secondary passage, the gas flow rate in the primary passage is reduced, and the gas in the primary passage is supplied to the secondary passage through the first chamber. A throttle opening variable mechanism;
An elastic member that exerts a biasing force that biases the diaphragm in a direction to increase or decrease the throttle opening of the throttle opening variable mechanism;
A gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system, comprising an actuator for adjusting an urging force of the elastic member.
請求項2において、前記アクチュエータと前記ダイヤフラムとの間には駆動力伝達機構が設けられていることを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。   3. The gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system according to claim 2, wherein a driving force transmission mechanism is provided between the actuator and the diaphragm. 請求項2または請求項3において、前記アクチュエータはモータまたはソレノイドであることを特徴とする燃料電池発電システム用ガス減圧弁。   4. The gas pressure reducing valve for a fuel cell power generation system according to claim 2, wherein the actuator is a motor or a solenoid. 請求項2〜請求項4のうちのいずれか一項において、前記絞り開度可変機構は、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燃料電池発電システム用ガス減圧弁。   The throttle opening variable mechanism according to any one of claims 2 to 4, wherein the throttle opening varying mechanism includes a throttle hole provided between the primary side passage and the secondary side passage, a valve chamber, A gas for a fuel cell power generation system, comprising: a movable valve provided in the valve chamber and facing the throttle hole; and a movable valve biasing member that biases the movable valve in a direction to close the throttle hole. Pressure reducing valve.
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