JP2012225361A - 調整弁およびその調整弁を備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】調整弁において、簡素化、及びコスト低減を図り、その調整弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、及びコスト低減を図る。
【解決手段】連結部３７は、弁部４２ａが弁座３３に当接したとき、軸部材３６の移動方向が弁座３３と直角な方向に対して第１許容角度ａ１範囲内で傾斜することによって弁部と弁座との間から流体が漏れる漏れ量が所定値以下となるように、弁体が軸線方向に対して第１許容角度ａ１範囲内での傾斜に応じて傾動することを許容する傾動許容部と、弁体３５が調整位置にあるときに、弁体３５が軸線方向に対して第１許容角度ａ１より大きい第２許容角度ｂ１以上傾動することを規制する振動規制部と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、調整弁およびその調整弁を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池システムに用いられる開閉弁の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１では、特許文献１の図２に示されているように、流体が閉弁用圧力室５０に供給されると、主ダイヤフラム４６が押圧されることに伴って弁体本体６２が下降動作し弁体本体６２のシート部材が弁座に着座して空気流路を遮断する。一方、流体の供給が停止、若しくは開弁用圧力室に供給されると、弁体本体６２が上昇動作する。これにより燃料電池用開閉弁が弁開放状態となり、該燃料電池用開閉弁の内部を空気が流通し流量調整を行なっている。

また、特許文献２に示すものでは、バタフライバルブ本体４２とシャフト４２２とをオフセットさせることにより、流量調整時にバタフライバルブ本体４２とシート部とが接触しないようにして摩耗を抑制し耐久性を向上させている。

さらに、燃料電池システム以外の遮断弁の他の一形式として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３の図１に示されているように、ダイヤフラム式の弁２６において弁座２４の外側に設けた案内板６８により水流を整流し弁２６に複雑な方向の力が加わらないようにして弁座２４の傾きを抑制しシール性を保持している。

特開２００８−１４６９２４号公報 特開２０１０−１３５２５３号公報 特開２００７−２１８４２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の開閉弁においては、空気側流路では大流量の空気が流れるため、シール径を大きくする必要がある。そしてシール径を大きくした状態で、組み付け等のばらつきによって弁体に僅かな傾きが発生すると弁体と弁座との間の傾きは増幅され大きくなってしまう。このためシール部のシール性を確保するためには弁体のシール部を形成するゴムをつぶして対応しなければならない。ゴムをつぶすためには弁体を大きな力で作動させるための大型のアクチュエータが必要となり、結局開閉弁が大型化されてしまう。また小型化のために、アクチュエータを小さくすると、バルブを高精度で高価なものにしなければシール性を満足させられず、高コストになってしまう。

また、特許文献２に記載の開閉弁においては、流量調整は良好であるが、バタフライバルブは原理上、回転軸とシール面周辺にスキマができてしまい、シール性能を満足するのが困難である。

また、文献３に記載の開閉弁は、流路に案内板６８を設けることによって水流を整流し弁体と弁座２４との間のシール性を向上させている。しかし、この案内板６８は複雑な構造であり高コストの要因となる。

本発明は、上述した各課題を解決するためになされたもので、調整弁において、簡素化、およびコスト低減を図り、その調整弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、およびコスト低減を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明である調整弁は、第１通路、前記第１通路と連通する第２通路、および前記第１通路と前記第２通路との間に介在し環状に形成された弁座が形成された弁本体と、前記弁座と直角方向に進退移動し、前記弁座と接離可能な環状の弁部が形成された弁体と、前記弁座に対し軸線方向に移動可能に前記弁本体に装架され、前記軸線方向に延在する円柱状の軸部材と、前記弁部が前記弁座に対して傾動可能に前記弁体を前記軸部材に連結する連結部と、前記軸部材と連結され前記弁部が前記弁座と当接する遮断位置と、前記弁座から離間する調整位置との間で前記弁体を位置制御可能に移動させる弁作動装置と、を備えた調整弁にして、前記連結部は、前記弁部が前記弁座に当接したとき、前記軸部材の移動方向が前記弁座と直角な方向に対して第１許容角度範囲内で傾斜することによって前記弁部と前記弁座との間から流体が漏れる漏れ量が所定値以下となるように、前記弁体が前記軸線方向に対して前記第１許容角度範囲内での前記傾斜に応じて傾動することを許容する傾動許容部と、前記弁体が前記調整位置にあるときに、前記弁体が前記軸線方向に対して前記第１許容角度より大きい第２許容角度以上傾動することを規制する振動規制部と、を備える。

上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明である調整弁は、請求項１において、前記連結部は、前記軸部材の先端部に形成された嵌合軸部に前記弁体に前記弁部より小径側で形成された嵌合穴が嵌合する嵌合部と、前記嵌合穴の両端部で前記軸部材の先端部に半径方向に突設された一対の支持突部と、を備え、前記傾動許容部は、前記嵌合軸部と前記嵌合穴との間に介在された弾性部材と、前記一対の支持突部のうちの前記軸部材の先端側に突設された支持部材に前記弁体の嵌合穴の端部が当接するように前記弁体を押圧する圧縮スプリングと、を備え、前記振動規制部は、前記第２許容角度以上の傾動を規制する前記嵌合軸部と前記嵌合穴との間の半径方向クリアランス、および前記弁体の前記嵌合穴の両端部と前記一対の支持突部との間の軸線方向のクリアランスの少なくとも一方を備える。

上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明である調整弁は、請求項１において、前記連結部は前記軸部材の前記弁体側端面と前記弁体の前記軸部材側端面とを連結する弾性部材であり、前記傾動許容部は、前記弾性部材であり、前記振動規制部は、前記軸部材の端面と前記弁体の端面とである。

上記の課題を解決するため、請求項４に係る発明である調整弁は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記弁作動装置はモータを駆動源として作動する。

上記の課題を解決するため、請求項５に係る発明である調整弁は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記弁作動装置はダイヤフラムを駆動源として作動する。

上記の課題を解決するため、請求項６に係る発明である燃料電池システムは、請求項１乃至５のいずれか１項において、燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、前記酸化剤流路の前記酸化剤ガスを導入する導入口に前記酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、前記圧送装置と前記燃料電池との間に介装され前記圧送装置と前記燃料電池との連通を遮断する第１遮断弁と、前記酸化剤流路から酸化剤オフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断弁と、前記導出口と前記第２遮断弁との間に介装され前記酸化剤流路の圧力を調整する圧力調整弁と、を備え、前記圧力調整弁として請求項１乃至請求項４に記載の調整弁を使用する。

上記のように構成した請求項１に係る調整弁の発明によれば、弁体と軸部材とを弾性部材を介して連結する連結部は、傾動許容部と振動規制部とを備えている。傾動許容部は、弁部が弁座に当接したときに第１許容角度範囲内で傾斜する軸部材の傾動を傾斜に応じて許容することにより、弁部を弁座に倣って良好に当接させ流体の漏れ量を所定値以下とすることができる。また振動規制部は、弁体が調整位置にあるときに、弁体が軸線方向に対して第２許容角度以上傾動することを規制する。これによって、弁部の第２許容角度以上の傾動によって弁部と弁座との間を流れる流体の流れに起因する振動が弁部に発生する虞はなく流体の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。このように、傾動許容部と振動規制部とによってシール性及び安定した調圧性能または流量性能を同時に確保することができる。

上記のように構成した請求項２に係る調整弁の発明によれば、請求項１において、弁体の嵌合穴、および軸部材の嵌合軸部が弁部の直径に対して小径側で形成されるので、弁体が小さな傾動をするだけで弁部が大きな変位を得ることができる。そして傾動許容部では、嵌合穴と軸部材との間に弾性部材が介在されているので弁体（嵌合穴）は弾性部材が許容する弾性力に抗して、小さな第１許容角度範囲内だけ傾動をすると弁部では容易に大きな変位を得て弁座に良好に倣うことができる。そして弁体を付勢する圧縮スプリングの付勢力によって弁体が安定し流体の漏れ量を所定値以下とすることができる。

また、振動規制部では、半径方向クリアランス、および軸線方向のクリアランスによって弁体の傾動が許容されるが、嵌合穴が少なくとも一方のクリアランス分を移動（傾動）すると嵌合軸部、または一対の支持突部のいずれか一方と当接し傾動が確実に規制される。これにより弁体の傾動角度は第２許容角度を越えないので弁部の振動は抑制され流体の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。このように簡素化された低コストな構成によってシール性能が良好に確保されると共に、安定した調圧性能または流量性能を得ることができる。

上記のように構成した請求項３に係る調整弁の発明によれば、請求項１において、連結部は弁部より小径側で形成され、傾動許容部では、弁体の端面と軸部材の端面とが弾性部材で連結され両端面間には適当な隙間が形成されている。これにより弁体が弾性部材が許容する小さな傾動をするだけで弁部では大きな変位を得られ弁座に良好に倣うことができるので流体の漏れ量を所定値以下とすることができる。

また、振動規制部では、弁体が大きく傾動しても弁体の端面と軸部材の端面とが当接し傾動を第２許容角度以内で確実に規制する。これにより弁体の傾動角度は第２許容角度を越えないので弁部の振動は抑制され流体の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。このように簡素化された低コストな構成によってシール性能が良好に確保されると共に、安定した調圧性能または流量性能を得ることができる。

上記のように構成した請求項４に係る調整弁の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項において、弁作動装置はモータによって作動される。これにより高精度に弁体の位置制御が行なえ、さらに精度の高い調圧性能または流量性能を得ることができる。

上記のように構成した請求項５に係る調整弁の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項において、弁作動装置はダイヤフラムによって作動される。これによりさらに低コストな調整弁とすることができる。

上記のように構成した請求項６に係る燃料電池システムの発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項において、燃料電池の酸化剤流路から酸化剤オフガスを導出する導出口と第２遮断弁との間に介装される酸化剤流路の圧力を調整する圧力調整弁として請求項１乃至請求項６に記載の調整弁を使用する。これにより燃料電池システムの運転の際には、精度よく酸化剤流路を調圧できるので、燃料電池において所望の発電量を精度よく発電させることができ効率的である。また燃料電池システムの運転停止の際には圧力調整弁で酸化剤オフガスを確実にシールできるので燃料電池の酸化剤流路を確実に密封することができる。このように、簡素化、コスト低減を図ることができる調整弁を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減、及び信頼性の向上を図ることができる。

本発明による調整弁および燃料電池システムの第１の実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す調整弁の閉弁状態（遮断位置Ａ）（ａ）、および開弁状態（調整位置Ｂ）（ｂ）を示す部分断面図である。 図１に示す調整弁の連結部、及び弁部の拡大断面図である。 図３における弁部の各傾動状態（ａ）、（ｂ）を示す図である。 嵌合穴３９の穴径ｄと弁部４２ａの直径Ｄとの比率（ｄ／Ｄ）に対する吸収可能角度の特性を示す参考図である。 従来の調整弁と本発明に係る調整弁のシール性能を比較した実験結果を示す図である。 本発明に係る調整弁の調整位置における流量性能の実験結果を示す図である。 第２の実施形態の調整弁を示す部分断面図である。 図８に示す調整弁の連結部の断面図９−９である。 図８に示す調整弁の弁部の各傾動状態（ａ）、（ｂ）を示す図である。

以下、本発明による調整弁およびその調整弁を備えた燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池１０、圧送装置２１、第１および第２遮断弁２２、２３、本発明に係る調整弁である圧力調整弁１６、圧力センサＰ、および制御装置２４を備えている。

燃料電池１０は、燃料が供給される燃料流路１１と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路１２とを有している。燃料流路１１は、燃料極に燃料を供給するものであり、酸化剤流路１２は、酸化剤極に酸化剤ガスを供給するものである。燃料極と酸化剤極との間には図略の電解質膜が介装されている。本第１の実施形態では、燃料は水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池１０は、水素ガスと空気が化学反応して発電するものである。

圧送装置２１は、燃料電池１０の酸化剤流路１２に空気を圧送するものである。圧送装置２１は、制御装置２４からの駆動指令によって駆動され空気を圧送し、制御装置２４からの駆動停止指令によって駆動が停止されて空気の圧送を停止する。なお、駆動が停止されると、圧送装置２１の吐出口は大気に開放される。そして本第１の実施形態では、圧送装置２１はコンプレッサである。

燃料電池１０の酸化剤流路１２に酸化剤ガスを導入する導入口１２ａは、酸化剤供給管２５を介して圧送装置２１の吐出口に接続されている。酸化剤供給管２５の途中には、酸化剤供給管２５を開閉する第１遮断弁２２が設けられている。圧送装置２１の吐出口は、第１遮断弁２２の入口２２ａに連通して接続しており、燃料電池１０の導入口１２ａは、第１遮断弁２２の出口２２ｂに連通して接続している。

燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂは、オフガス排出管２６を介して大気に開放されている。オフガス排出管２６の途中には、オフガス排出管２６を開閉する第２遮断弁２３と本発明に係る調整弁である圧力調整弁１６とが設けられている。燃料電池１０の導出口１２ｂは、圧力調整弁１６の第１通路１７の入出口１７ａに連通して接続している。また、第２遮断弁２３の入口２３ａは圧力調整弁１６の第２通路１８の入出口１８ａに連通して接続しており、第２遮断弁２３の出口２３ｂは大気に開放されている。

圧力調整弁１６は制御装置２４に電気的に接続され、酸化剤流路１２を開閉し酸化剤オフガスの通過量を制御することにより燃料電池１０内の酸化剤ガスの圧力の制御を行なう。圧力調整弁１６と燃料電池１０の導出口１２ｂとの間には圧力センサＰが設けられており、圧力センサＰは制御装置２４と接続されて燃料電池１０の導出口１２ｂ、つまり燃料電池１０の酸化剤流路１２の圧力を検出し制御装置２４に送信する。

なお、本実施形態においては第１遮断弁２２、および第２遮断弁２３は、モータによって電気的に作動されるものではなく、ダイヤフラムによって作動させる構成となっている。具体的には、各遮断弁２２、２３の各入口２２ａ、２３ａ側と各出口２２ｂ、２３ｂ側との圧力差によって図略の弁体と一体で形成される図略のダイヤフラムが作動し、各入口２２ａ、２３ａ側が各出口２２ｂ、２３ｂ側より高い圧力になると開弁して空気を流通させる。また入口２２ａ、および出口２３ｂ側が出口２２ｂ、および入口２３ａ側より低い圧力になると閉弁して出口２２ｂ、および入口２３ａ側からの酸化剤ガス、酸化剤オフガスの流れを遮断する。なお、第１遮断弁２２、および第２遮断弁２３は、この態様に限定されず制御装置２４の指令によって作動するモータ、またはソレノイドなどによって構成してもよい。また制御装置２４からの指令によってコンプレッサからの空気圧をダイヤフラム室に供給し弁体と連結されたダイヤフラムを作動させることによって弁体の位置制御をおこない、弁体の開閉を制御してもよい。

圧送装置２１と第１遮断弁２２との間の酸化剤供給管２５からは圧縮空気バイパス管２７が分岐され、オフガス排出管２６の第２遮断弁２３の下流側に接続されている。圧縮空気バイパス管２７の途中には、圧縮空気バイパス管２７を開閉する開閉弁２７ａが設けられている。開閉弁２７ａは、制御装置２４からの指示に従って開閉制御され、酸化剤供給管２５を通って燃料電池１０に供給される酸化剤ガスの流量の制御を行なうものである。開閉弁２７ａは、各種の動力により駆動可能に構成することができ、例えば、モータ、ソレノイドなどを用いることができる。

次に第１の実施形態において本発明に係る調整弁である圧力調整弁１６について主に図２、図３に基づいて説明する。図２（ａ）は、後述する圧力調整弁１６の弁部４２ａが後述する弁座３３と当接して閉弁し、酸化剤オフガスの流れを遮断する遮断位置Ａ（閉弁状態）を示している。また、図２（ｂ）は圧力調整弁１６の弁部４２ａが弁座３３から離間して開弁し酸化剤オフガスを流通させ、燃料電池１０側のオフガス排出管２６の圧力を制御装置２４が要求する圧力に調整する調整位置Ｂ（開弁状態）を示している。図３は、連結部３７の拡大図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力調整弁１６は、弁体３５と、軸部材３６と、弁体３５と軸部材３６とを連結する連結部３７と、弁本体３４と、蓋部材４５と、ダイヤフラム４３と、弁作動装置であるステッピングモータ３８と、を有している。

弁体３５は、円筒外周壁３５ａと、円筒内周壁３５ｂと、上壁３５ｃと、軸受部３５ｄと、弁部基材４２と、を有している。円筒外周壁３５ａは弁部基材４２側の端部に鍔部３５ｅを有している。円筒内周壁３５ｂは円筒外周壁３５ａと同軸に円筒外周壁３５ａの内周側に形成されている。そして図２において円筒外周壁３５ａと円筒内周壁３５ｂとのステッピングモータ３８側の端部同士が連結されて上壁３５ｃが形成されている。図２における上壁３５ｃの上面には後述するダイヤフラム４３の内周シール部４３ａが後述するシール部固定部材６４との間に挿入されて縮設されるための凹溝３５ｈが弁体３５の軸線回りに環状に凹設されている。凹溝３５ｈを形成する内周側と外周側の各突部のうち外周側の突部の高さは、内周側の突部の高さよりもダイヤフラム４３の受圧部である膜４３ｃを形成する弾性材（例えば、基布入りゴム：材質ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））の厚さ分よりも若干低くなるよう形成されている。

凹溝３５ｈの上方には前述したシール部固定部材６４が固定されている。シール部固定部材６４は弁体３５の軸線と平面が直交する円環状に形成された円環部６４ａと、円環部６４ａの外縁から図２において上方に向かって立設される上方円筒部６４ｂと、円環部６４ａの内縁から下方に向かって立設される下方円筒部６４ｃとを有している。そして円環部６４ａの下面と弁体３５の上壁３５ｃの凹溝３５ｈとの間でダイヤフラム４３の内周シール部４３ａを挟持し、円環部６４ａの下面と凹溝３５ｈを形成する外周側の突部との間で内周シール部４３ａ近傍の膜４３ｃを挟持して固定している。また下方円筒部６４ｃの外周面と弁体３５を構成する円筒内周壁３５ｂの内周面とが嵌合してシール部固定部材６４の位置決めを行なっている。このときシール部固定部材６４の固定方法はどのようなものでもよいが、本実施形態においては円環部６４ａ下面と上壁３５ｃの凹溝３５ｈを形成する内周側の突部の上面とを接触させた状態で接触部をプロジェクション溶接によって固定している。

弁部基材４２は円筒外周壁４１の鍔部３５ｅに一体成型によって形成されている。弁部基材４２は円筒外周壁４１と同軸で円板状に形成され、円筒外周壁４１の鍔部３５ｅ下面よりも所定量だけ突出して環状に形成された弁部４２ａを有している。弁部４２ａの断面形状は凸状であり、弁部４２ａは後述する弁本体３４に形成される弁座３３に対して進退移動し、弁座３３と接離可能となっている。弁部４２ａの直径Ｄ（図３参照）は、システム上要求される調圧特性（または流量特性）から決定される。弁部基材４２、および弁部４２ａは本第１の実施形態においてはゴム製（例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））である。しかし、これに限らず、弁部基材４２は遮断弁３０内を通過させる流体の種類、及び許容遮断量（透過量）等に応じて、適宜変更すればよく、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）やＦＫＭ（フッ素ゴム）等を使用することができる。

軸受部３５ｄは、円筒形状を有し、図２、図３における軸受部３５ｄの上端と円筒内周壁３５ｂの下端とが、２段の段部を有する段付き部３５ｆを介して接続されている。段付き部３５ｆにおいて、弁体３５の軸線と直交する２つの平面のうち軸受部３５ｄ側の平面に後述する本発明にかかる圧縮スプリング４６の一端面、および本発明に係る一対の支持突部４８のうち他方の支持部材であるワッシャ４８ｂを受ける受け面３５ｇが形成されている。

軸受部３５ｄの内径部の嵌合穴３９の穴径ｄ（図３参照）は弁部４２ａの直径Ｄより小径側で形成されており、本実施形態においては弁部４２ａの直径Ｄの略１／６になっている。ただし、嵌合穴３９の穴径ｄは弁部４２ａの直径Ｄの１／６に限るものではない。本発明においては、嵌合穴３９の穴径ｄを弁部４２ａの直径Ｄより小径側で形成するのは、嵌合穴３９に嵌合される嵌合軸部５２に対する嵌合穴３９（弁体３５）の小さな傾動によっても弁部４２ａの軸線方向の大きな変位量を得るためのものである。そして嵌合穴３９の穴径ｄと弁部４２ａの直径Ｄとの比率（ｄ／Ｄ）は遮断位置Ａにおいて弁部４２ａを変位させたい変位量に依って決定される。また該変位させたい変位量は弁部４２ａが設計上初期から有する吸収すべき弁座３３に対する傾き角度に基づく。

なお、参考として図５に、嵌合穴３９の穴径ｄと弁部４２ａの直径Ｄとの比率（ｄ／Ｄ）（横軸）に対する、弁体３５が傾動し弁部４２ａが弁座３３に倣うことが可能な角度である吸収可能角度（縦軸）のグラフを示す。このとき、弁部４２ａの直径Ｄを一定とし、径が変化する嵌合穴３９の内周の一点が弁体３５の傾動によって軸線方向に０．１ｍｍだけ変位した場合の弁部４２ａの傾動角度（吸収可能角度）を示したものである。図５によれば嵌合穴３９の穴径ｄと弁部４２ａの直径Ｄとの比率（ｄ／Ｄ）が小さいほど２次関数的に吸収可能角度が増加していることがわかる。これにより必要な吸収可能角度に応じてｄ／Ｄの値を決定すればよい。

軸部材３６は円柱状を呈し、軸線方向に延在している。軸部材３６は本体部５１と、本発明に係る嵌合軸部５２と、ボールネジ軸５６とを有している。嵌合軸部５２は、図２において本体部５１の下方である軸部材３６の先端部に本体部５１より小径で同軸に形成されている。ボールネジ軸５６は、本体部５１の図２において上方に形成されている。ボールネジ軸５６は、本体部５１より小径で同軸に形成され本体部５１とステッピングモータ３８（本発明の弁作動装置に相当する）とを連結している。そして嵌合軸部５２が軸受部３５ｄの嵌合穴３９に嵌合されて嵌合部５４を形成している。

本体部５１は軸部材３６が所定以上傾動しないよう弁本体３４に固定される後述する蓋部材４５と一体的に形成された支持円筒４５ａの内径部に係合され軸線方向に往復動可能に支持されている。

ボールネジ軸５６は軸線回りの回転を規制されてステッピングモータ３８内に挿通され、制御装置２４の指令によって回転制御されるステッピングモータ３８内に設けられた図略のナットと螺合している。図略のナットは、軸部材３６の軸線方向への移動を規制されており、これによって図略のナットが駆動されて回転するとナットに螺合され回転を規制されたボールネジ軸５６が軸線方向に移動され軸部材３６が上下方向に調整可能となる。なお、ボールネジ軸５６の回転規制はボールネジ軸５６の軸線方向の溝を設けておき、ステッピングモータ３８内に該溝内に係合する突部を設けておけばよい。これによってボールネジ軸５６は突部によって回転を規制され、軸線方向のみに移動可能となる。

このように、ステッピングモータ３８は、軸部材３６と連結され弁体３５の弁部４２ａが後述する弁本体３４に形成される弁座３３と当接する遮断位置Ａ（図３（ａ）参照）と、弁座３３から離間して圧力調整弁１６の第１通路１７側の圧力を調整する調整位置Ｂ（図３（ｂ）参照）との間で弁体３５を位置制御可能に移動させる弁作動装置である。なお、ステッピングモータ３８は制御装置２４からの指令によってパルス電力を入力し、入力したパルス数に応じて回転角度が制御される一般的に使用されるステッパモータであるので詳細な説明は省略する。

嵌合軸部５２は一対の支持突部４８のうち図２、３において他方の支持部材であるワッシャ４８ｂの内径部と係合する係合軸５２ｃと、一対の支持突部４８のうち一方の支持部材であるＥリング４８ａと係合するとともにＥリング４８ａを保持するＥリング溝５２ａと、係合軸５２ｃとＥリング溝５２ａとの間に軸線回りに刻設されたＯリング溝５２ｂとを有している。

連結部３７は、弁部４２ａが弁座３３に対して傾動可能となるように弁体３５の軸受部３５ｄの嵌合穴３９と軸部材３６の先端部の嵌合軸部５２とを連結している。また連結部３７においては前述したように一方の支持部材であるＥリング４８ａと他方の支持部材であるワッシャ４８ｂとが嵌合軸部５２の半径方向にそれぞれ突設され、一対の支持突部４８を形成している。そしてＥリング４８ａとワッシャ４８ｂとはそれぞれ軸受部３５ｄの嵌合穴３９の両端外側に配置されている。Ｅリング４８ａの図２における上面は軸受部３５ｄの下端面と当接可能となっている。ワッシャ４８ｂの図２における下面は嵌合穴３９の上端であるとともに段付き部３５ｆの平面部である受け面３５ｇと当接可能となっている。これにより一対の支持突部４８は軸受部３５ｄの軸線方向の移動を規制しており、このときの移動の規制量が軸線方向のクリアランスＡＣである（図３参照）。

また、連結部３７では、嵌合軸部５２が軸受部３５ｄの嵌合穴３９に嵌合された状態において、Ｏリング５８が嵌合軸部５２のＯリング溝５２ｂと嵌合穴３９との間に縮設されている（図２、図３参照）。そして、このとき嵌合軸部５２と嵌合穴３９との間で弁体３５（嵌合穴３９）がＯリング５８を圧縮しながら移動可能な量が半径方向クリアランスＲＣである（図３参照）。

弁体３５が図２（ａ）に示すように遮断位置Ａに移動され、弁部４２ａが弁座３３に当接したときには、軸部材３６の移動方向は弁座３３と直角な方向に対して初期から第１許容角度ａ１範囲内の傾斜を有している（図４（ａ）参照）。つまり弁体３５、および弁本体３４等の各部品の設計上の公差幅から予め所定の量が許容され許容された第１許容角度ａ１範囲内の角度だけ弁座３３と直角な方向に対して傾斜している。このとき第１許容角度ａ１範囲は初期に弁部４２ａと弁座３３との間に有する傾き角度に等しい。そして連結部３７は、弁部４２ａと弁座３３との間からの酸化剤オフガスの漏れ量が所定値以下となるように軸部材３６の傾斜（第１許容角度ａ１範囲）に応じて傾動を許容する傾動許容部を備えている。これにより、本実施形態において第１許容角度ａ１範囲とは初期から弁部４２ａと弁座３３との間に有する設計上の傾き角度範囲をいう。

傾動許容部は嵌合軸部５２と嵌合穴３９との間に介在されたＯリング５８（弾性部材）と、一方の支持部材であるＥリング４８ａに弁体３５の嵌合穴３９の端部が当接するように弁体３５を押圧する圧縮スプリング４６と、を備えている。圧縮スプリング４６の下端面は、弁体３５の段付き部３５ｆの受け面３５ｇに着座している。また、圧縮スプリング４６の上端面は、蓋部材４５の支持円筒４５ａに形成された固定された平面部４５ｂに着座している。これによって圧縮スプリング４６は弁体３５の軸線方向の移動を抑制している。そして初期から設計上の傾きを有する弁体３５の弁部４２ａが弁座３３に当接し弁座３３に倣うと圧縮スプリング４６の付勢力は弁体３５の姿勢を安定させる。

傾動許容部において、Ｏリング５８はＯリング５８が有する弾性力によって弁体３５の半径方向の移動を抑制している。そして初期から設計上の傾きを有する弁体３５の弁部４２ａが弁座３３に当接し弁座３３に倣うために傾き角度を変更させるときには、Ｏリング５８の弾性力はその変更を第１許容角度ａ１範囲内で許容するよう設定されている。

また連結部３７は、弁体３５が調整位置Ｂ（図２（ｂ）参照）にあるときに、弁体３５が軸線方向に対して第２許容角度ｂ１を越える傾動をすることを規制する振動規制部を備えている。振動規制部は、調整位置Ｂにある弁体３５（弁部３３）と弁部３３から離間した弁座３３との間を酸化剤オフガスが流通するときに発生させる振動によって、弁体３５自体が振動されないよう抑制するものである。

振動規制部は、第１許容角度ａ１より大きい第２許容角度ｂ１を越える傾動を規制する嵌合軸部５２と嵌合穴３９との間の半径方向クリアランスＲＣ、および弁体３５の嵌合穴３９の両端部と一対の支持突部４８との間の軸線方向のクリアランスＡＣを有している（図３参照）。具体的には、図４（ｂ）に示すように、軸受け部３５ｄの下端面左方がＥリング４８ａの上面に当接し、軸受け部３５ｄの上端面右方がワッシャ４８ｂの下面に当接することによって弁体３５の傾動が第２許容角度ｂ１で規制される。ただしこの規制態様に限らず、軸線方向のクリアランスＡＣをさらに大きくし、かつ半径方向クリアランスＲＣを小さくし嵌合軸部５２の一部が嵌合穴３９に当接して弁体３５の傾動を規制するようにしてもよい。なお、第２許容角度ｂ１の大きさは発明者によって実験によって導出された値であり、第２許容角度ｂ１以内の傾動であれば弁部４２ａ（弁体３５）が酸化剤オフガスの流れによって振動し圧力調整弁１６の１次側通路の圧力特性に影響を与えることはない傾動角度である。よって第２許容角度ｂ１は実施者が実験によってそれぞれ求め適宜設定すればよい。

このとき、Ｏリング５８の弾性力は第１許容角度ａ１範囲の時の弾性力に比べて変形を増した分だけ弁体３５を傾動させない方向に大きくなる。また圧縮スプリング４６も調整位置Ｂに移動したことにより圧縮された変位量にばね定数を乗じた分だけ荷重が大きくなり、弁体を傾動させない方向への付勢力が上昇する。これらにより、弁体３５は第２許容角度ｂ１まで傾動せずとも弁体３５を傾動させない方向に大きな力を付与されるので、多くの場合は第２許容角度ｂ１に到達するまでのいずれかの点で安定的に保持される。

弁本体３４は、通路部材４４によって形成される第１通路１７、第２通路１８、及び第１通路１７と第２通路１８との間に介在し環状に形成された弁座３３とを有している。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１通路１７は、通路部材４４の内部に形成され、通路部材４４の内部空間が、ダイヤフラム４３と、弁体３５とによって区画されて形成されている。なお、本実施形態においてはダイヤフラム４３を設けて第１通路１７を区画形成したが、図２におけるダイヤフラム４３の上方の空間が密封構造であり外部と連通しない構造を有している場合にはダイヤフラム４３を設けなくともよい。第２通路１８は、通路部材４４の内部に形成され、第１通路１７と略直交し前述した弁部４２ａと同軸で、かつ弁部４２ａの円環よりも若干径小に通路部材４４の底壁４４ａに貫通して設けられている。

通路部材４４は第１通路１７の図２（ａ）、（ｂ）における右方に、燃料電池１０の導出口１２ｂから排出された酸化剤オフガスが導入される通路であって、大気に開放されているオフガス排出管２６と接続を行なう連結フランジ４４ａを有している。また通路部材４４は第２通路１８の図２（ａ）、（ｂ）における下方に、酸化剤オフガスを排出し第２遮断弁２３の入口２３ａに送出するためにオフガス排出管２６を接続するための連結フランジ４４ｂを有している。

弁座３３は、第１通路１７と第２通路１８との間に介在し、第１通路１７と第２通路１８とを分離している。弁座３３は連結フランジ４４ｂと平行な面で、かつ第２通路１８の外周縁に、弁部４２ａと同軸で円環状に設けられている。弁座３３は、圧力調整弁１６が閉弁状態（遮断位置Ａ）となるときに弁部４２ａが当接して第１通路１７から第２通路１８への漏れ量が所定値以下となる良好な平面度を有して形成されている。なお、所定値以下の漏れ量とは、圧力調整弁１６が使用されるシステム停止時において許容される弁座３３と弁部４２ａとの間からの漏れ量のことをいい、本実施形態においては、０．２ｍｌ／ｍｉｎとする。

弁本体３４の第２通路１８の図２（ａ）、（ｂ）における上方には弁体３５を収容するための収容空間３４ａが設けられている。そして収容空間３４ａに上述した弁体３５と、弁体３５と連結部３７で連結された軸部材３６とが収容されている。さらに収容空間３４ａの上方には弁座３３と同軸に貫通孔３４ｂが貫通されている。貫通孔３４ｂの図２における上面には貫通孔３４ｂから立設された立壁３４ｃが円環状に所定の半径方向厚さで形成されている。立壁３４ｃの外周側にはダイヤフラム４３の外周シール部４３ｂを受ける平面３４ｄが立壁３４ｃの上面より若干低く貫通孔３４ｂと同軸で円環状に形成されている。

平面３４ｄのさらに外周側で図２において下方には平面３４ｄと平行に形成された高さ規制面３４ｅが平面３４ｄと同軸で円環状に形成されている。平面３４ｄと高さ規制面３４ｅとの間の鉛直面には外周嵌合部３４ｆが形成されている。

蓋部材４５は、弁本体３４の上方でネジによって弁本体３４に固定されている。蓋部材４５は、下方が開口するカップ形状を呈し、下方に備える鍔部平面４５ｂ下面と平面３４ｄとの間でダイヤフラム４３の外周シール部４３ｂを圧縮して固定している。また鍔部平面４５ｂは外周部で下方に向かって直角に屈曲され軸線方向に所定の長さだけ延在され円筒嵌合部４５ｃを形成している。円筒嵌合部４５ｃの円筒内周面は弁本体３４に形成された外周嵌合部３４ｆに嵌合して蓋部材４５の位置決めを行なっている。

前述した円筒嵌合部４５ｃの軸線方向の所定の長さは延在された下端が弁本体３４に設けられた高さ規制面３４ｅに当接したときに、鍔部平面４５ｂ下面の高さがダイヤフラム４３の外周シール部４３ｂを適切な量圧縮するとともに、鍔部平面４５ｂ下面と立壁３４ｃ上面との間に適切な隙間を設け外周シール部４３ｂ近傍の膜４３ｃを好適に圧縮して固定できる長さにすればよい。

蓋部材４５の上面中央部からは、図２における下方に向かって順に小さく同軸に形成された大円筒４５ｄ、中円筒４５ｅ、および支持円筒４５ａが形成されている。大円筒４５ｄと中円筒４５ｅ、および中円筒４５ｅと支持円筒４５ａとはそれぞれ軸線方向と直交する平面によって連結されており、とくに中円筒４５ｅと支持円筒４５ａとを連結する平面を平面部４５ｆと称す。そして大円筒４５ｄの内部空間は蓋部材４５の上面に配置され固定されるステッピングモータ３８の下部を収容し、中円筒４５ｅは軸部材３６のボールネジ軸５６および、本体部５１の一部を収容している。

そして前述したとおり支持円筒４５ａは軸部材３６の本体部５１を支持し軸部材３６が所定以上傾動しないようにしている。また、中円筒４５ｅと支持円筒４５ａとを接続する平面である平面部４５ｆ下面には前述したように圧縮スプリング４６の上端面が着座し付勢している。

このような状態で蓋部材４５が弁本体３４と図略のボルトによって固定されている。そして軸部材３６は、ステッピングモータ３８、および蓋部材４５を介して、弁座３３に対し直角な軸線方向に移動可能に弁本体３４に装架されている。

次に、燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池システムが起動され通常運転が開始されると圧送装置（コンプレッサ）２１が駆動されて酸化剤ガス（空気）が第１遮断弁２２の入口２２ａを介して圧送される。このとき第１遮断弁２２の図略の弁体は入口２２ａ側の圧力が出口２２ｂ側の圧力より高くなるので圧力差によって図略の弁体と一体で形成される図略のダイヤフラムが作動され、弁体を開弁して酸化剤ガスを圧力差の大きさに応じて流通させる。そして所定流量の酸化剤ガスが燃料電池１０の導入口１２ａを介して酸化剤流路１２に供給される。

このような作動状態において、燃料電池１０に供給する酸化剤ガスの流量調整は、酸化剤供給管２５から分岐された圧縮空気バイパス管２７に設けられた開閉弁２７ａを、制御装置２４によって開閉させ、酸化剤ガスをオフガス排出管２６から排出することによって行なう。そして、燃料電池１０の酸化剤流路１２内圧力は、導出口１２ｂの下流側に設けられた本発明に係る圧力調整弁１６の弁体３５を制御装置２４によって開閉させ調整している。

このように所定の圧力、及び流量に制御された燃料電池１０の酸化剤極の酸化剤ガスと、水素極に供給された所定の圧力の水素とが、電解質膜を介して反応し発電する。そして燃料電池１０で消費されずに残った酸化剤ガスは燃料電池１０の導出口１２ｂから酸化剤オフガスとして導出される。

次に圧力調整弁１６の作動について詳細に説明する。なお、本実施形態においては圧力調整弁１６の弁体３５が有する弁部４２ａが調圧位置Ｂにおいて調圧する第１通路１７側の圧力を例えば１４０ｋＰａ．ａｂｓ一定とする。また圧力調整弁１６の遮断位置Ａにおいて弁部４２ａが弁座３３に当接したときの第１通路１７側から第２通路１８側への漏れ量の許容値を例えば０．２ｍｌ／ｍｉｎ以下として説明する。

まず、運転中の燃料電池システムが停止され、調圧位置Ｂにあった弁部４２ａがステッピングモータ３８を制御することによって軸線方向に移動し弁座３３に当接し遮断位置Ａとなる場合について説明する。

燃料電池システムの運転が停止されると、制御装置２４の指令によって圧送装置２１の駆動が停止され、酸化剤ガスの圧送が停止されて圧送装置２１に連結される酸化剤供給管２５内が大気圧となる。これにより第１遮断弁２２の入口２２ａ側よりも出口２２ｂ側のほうが圧力が高くなり第１遮断弁２２の図略の弁体が閉弁される。

また略同時に圧力調整弁１６も燃料電池システムの運転の停止に伴い制御装置２４の指令によってステッピングモータ３８が駆動され、調整位置Ｂにある弁体３５が弁座３３に向かって移動される。

このとき弁体３５、および弁体３５を構成する弁部４２ａは弁座３３に対して設計上の公差の範囲で所定の傾き（第１許容角度ａ１範囲）を有している。これにより、弁部４２ａは弁座３３に対して第１許容角度ａ１範囲の傾きを有しながら弁座３３に接近していくことになる。そして図４（ａ）に示すように、まず弁部４２ａのうち一点が弁座３３に当接する。なお、このとき弁座３３に対する弁部４２ａの傾きが所定範囲をこえると、弁部４２ａは弁座３３範囲内に当接できなかったり、弁座３３の内径部の第２通路１８に落ち込み、良好に当接したりすることが望めなくなる。そこで弁座３３に対する弁部４２ａの傾き角度（第１許容角度ａ１範囲）が所定の範囲内に収まるように、各部品の設計上の公差幅を決定している。

そして弁座３３に対して所定の傾きを有しながら一点が弁座３３に当接した弁部４２ａは、弁体３５が圧力調整弁１６の１次通路１７側の圧力によって付勢され連結部３７が有する径方向クリアランスＲＣおよび軸線方向のクリアランスＡＣの範囲内で傾動されて弁座３３に倣い良好に弁座３３と当接する。

このとき本実施形態においては嵌合穴３９の径が弁部４２ａの直径の略１／６の径になるよう形成されている。これによって弁部４２ａの傾動によって生じる嵌合穴３９部の軸線方向の変位量に対する弁部４２ａの変位量は略６倍となり、嵌合穴３９部での小さな傾動に関わらず弁部４２ａでは大きな変位量を得ることができる。これにより弁体３５は嵌合軸部５２と嵌合穴３９との間に介在されたＯリング５８（弾性部材）が許容する弾性力に抗して、小さな第１許容角度ａ１範囲だけ傾動するとともに圧縮スプリング４６の付勢力によって弁体３５が弁座３３に安定して着座する。これにより、弁部４２ａでは大きな変位を得て弁座３３に良好に倣うことができ流体の漏れ量を所定値（０．２ｍｌ／ｍｉｎ）以下とすることができる。

次に弁部４２ａを調整位置Ｂの状態にする場合について説明する。調整位置Ｂとなるために圧送装置２１が駆動されると必要流量の酸化剤ガスが第１遮断弁２２と燃料電池１０の酸化剤流路１２とを流れ、酸化剤オフガスが圧力調整弁１６の第１通路１７に流入してくる。そして制御装置２４は圧力センサＰの値を確認しながらステッピングモータ３８の図略のナットを回転制御して軸部材３６の弁体３５の弁部４２ａを弁座３３から離間させる。これによって弁部４２ａと弁座３３との間を酸化剤オフガスが弁座３３からの離間距離に応じて流通する。制御装置２４は第１通路１７側の圧力が、目標とする例えば１４０ｋＰａ．ａｂｓ一定となるよう第１通路１７側の圧力を監視しながらフィードバック制御によって弁部４２ａを開弁方向、または閉弁方向に移動制御する。

このとき、連結部３７では半径方向クリアランスＲＣと軸線方向のクリアランスＡＣとを有しているので、弁体３５は各クリアランスＲＣ、ＡＣ内で許容される範囲内において軸部材３６に対して傾動可能である。しかし本発明においては、上述したように最大傾動角度である第２許容角度ｂ１によって弁体３５の傾動が規制されているので、弁部４２ａの振動は抑制され流体の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。

なお、図６は、従来品、および本実施形態の圧力調整弁１６の弁部４２ａが遮断位置Ａにあるときの弁部４２ａからの漏れ量を実機にて実測した結果の図である。従来の遮断弁の測定結果は黒丸で示し、本発明に係る圧力調整弁１６の測定結果は菱形で示している。図６の横軸は弁体３５（弁部４２ａ）と弁座３３との初期の傾き角度（ｄｅｇ）を示し、縦軸は初期の傾き角度（ｄｅｇ）を吸収する動作後の弁部４２ａと弁座３３との間の漏れ量（ｍｌ／ｍｉｎ）を示している。そして漏れの目標値を０．２０ｍｌ／ｍｉｎとしている。図６中において従来品とは、連結部は傾動せず、弁部と弁座との間が設計上の傾きを有している時には、弁部の一部を押圧して潰すことにより初期の傾き角度（ｄｅｇ）を吸収し弁部と弁座との間のシール性を確保するタイプのものである。図６をみて明らかな様に、従来品においては弁部４２ａと弁座３３との傾きが０．５ｄｅｇに達する前に０．２０ｍｌ／ｍｉｎを大きく越える漏れ量の発生が散見される。また０．６ｄｅｇを越えると全数が大きな漏れ量となっている。これに対し発明品においては、弁部４２ａと弁座３３との傾きが設計上の理論値である１．３５ｄｅｇ付近まで漏れ量は目標値とした０．２０ｍｌ／ｍｉｎ以下となっている。なお、図６における弁体の傾き角度、及び漏れ量の具体的な数値については、所定の実験条件における一結果であって、特別な意味を持つものではない。

また、図７は、調整位置Ｂの１次圧を１４０ｋｐａ．ａｂｓ一定とした状態における発明品の流量特性グラフである。図７は、横軸にステッピングモータ３８のステップ数をとり、縦軸に弁部４２ａと弁座３３との間を流れる流量（ＮＬ／ｍｉｎ）をとったものである。図７をみて明らかな様に、全ての流量域において振動している域はなく良好な流量特性（調圧特性）が得られることがわかった。

上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態においては、連結部３７では、弁部４２ａより小径側で形成された嵌合穴３９に嵌合軸部５２が半径方向クリアランスＲＣを有して嵌合されている。また、嵌合穴３９の軸線方向両端部には一対の支持突部４８がそれぞれ突設され、一対の支持突部４８と嵌合穴３９との間に軸線方向のクリアランスＡＣを有している。そして、傾動許容部は、嵌合軸部５２と嵌合穴３９との間に介在されたＯリング５８（弾性部材）と、先端側に突設されたＥリング４８ａ（支持部材）に弁体３５の嵌合穴３９の端部が当接するように弁体３５を押圧する圧縮スプリング４６と、を備えている。このとき、嵌合穴３９、および軸部材３６（嵌合軸部５２）は弁部４２ａの直径Ｄに対して小径側（ｄ）で形成されるので傾動許容部では半径方向クリアランスＲＣ範囲内、および軸線方向のクリアランスＡＣの範囲内において、小さな傾動をするだけで弁部４２ａでは大きな変位を得ることができる。これにより弁体３５（嵌合穴３９）はＯリング５８（弾性部材）が許容する弾性力に抗して、小さな第１許容角度ａ１範囲内だけ傾動をすると弁部４２ａでは容易に大きな変位を得て弁座３３に良好に倣うことができる。そして圧縮スプリング４６の付勢力によって弁体３５が安定し酸化剤オフガス（流体）の漏れ量を所定値以下（本実施形態においては０．２ｍｌ／ｍｉｎ以下）とすることができる。

また、振動規制部は、弁体３５が第２許容角度ｂ１以上傾動しないよう第２許容角度ｂ１を規定する半径方向クリアランスＲＣ、および軸線方向のクリアランスＡＣを備える。これにより弁体３５（嵌合穴３９）が、主に弁体３５の半径方向の移動を抑制する弾性部材の弾性力や、主に弁体３５の軸線方向の移動を抑制する圧縮スプリング４６の付勢力に抗して大きく傾動しても、嵌合穴３９が少なくとも一方のクリアランス分を移動（傾動）して嵌合軸部５２、または一対の支持突部４８と当接し傾動が確実に規制される。これにより弁体３５の傾動角度は第２許容角度ｂ１を越えないので弁部４２ａの振動は抑制され酸化剤オフガス（流体）の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。このように簡素化された低コストな構成によってシール性能が良好に確保されると共に、安定した調圧性能または流量性能を得ることができる。

また本第１の実施形態においては、弁作動装置はステッピングモータ３８によって作動される。これにより高精度に弁体３５の位置制御が行なえ、精度の高い調圧性能または流量性能を得ることができる。

また本第１の実施形態においては、燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂと第２遮断弁２３との間に介装される酸化剤流路１２の圧力を調整する圧力調整弁として、本発明に係る圧力調整弁（調整弁）を使用する。これにより燃料電池システムの運転の際には、精度よく酸化剤流路１２を調圧できるので、燃料電池において所望の発電量を精度よく発電させることができ効率的である。また燃料電池システムの運転停止の際には圧力調整弁１６で酸化剤オフガスを良好に遮断できるので燃料電池１０の酸化剤流路１２を適切に封止することができる。このように、簡素化、コスト低減を図ることができる圧力調整弁（調整弁）を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減、及び信頼性の向上を図ることができる。

次に、第２の実施形態について図８に基づいて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して軸部材と弁体との連結方法、弁座と弁部形状、および弾性部材の形状等が異なる。よって第１の実施形態と異なる部分のみ説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の圧力調整弁７０は、弁体７５と、軸部材７６と、弁体７５と軸部材７６とを連結する連結部９１と、弁本体７４と、弁作動装置７７である圧縮スプリング７８および電動モータ６９と、を有している。そして本実施形態においては、弾性部材が連結部９１を兼ね、後述する弁部７５ａが弁座７３に対して傾動可能となるように弁体７５が弾性部材（連結部９１）によって軸部材７６に連結されている。

弁体７５は、弁座７３に対して進退移動し、キノコ状に形成された基部７５ｂと、弁座７３と接離可能で基部７５ｂに設けられた環状の弁部７５ａと、を有している。弁部７５ａはゴム製（例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））である。ただし弁部７５ａは金属製でもよいし、樹脂製でもよい。弁体７５は円環状に形成される基部７５ｂと一体的に形成されている。そして軸部材７６の軸線は弁部７５ａ平面に対して直角になるように形成されている。

弁本体７４は、通路部材８１と、通路部材８１に形成される第１通路７１と、第２通路７２と、第１通路７１と第２通路７２との間に介在し環状に形成された前述の弁座７３とを有している。弁本体７４の図８における上方端面には電動モータ６９の取付け面７４ａが形成されている。取付け面７４ａの下方には電動モータ６９の嵌合部６９ａ、押動軸９２、軸部材７６の一部、および圧縮スプリング７８を収容する収容空間９３が設けられている。収容空間９３と第１通路７１との間には仕切り壁９４を有し、仕切り壁９４には収容空間９３と第１通路７１とを連通し軸部材７６を挿通するための貫通孔９５が貫設されている。

連結部９１は、傾動許容部と振動規制部とを備え、傾動許容部は連結部９１を形成する弾性部材（ゴム部材９０）である。また振動規制部は、弁体７５の軸部材７６側の端面７５ｄ、および軸部材７６の弁体７５側の端面７６ｃである。また連結部９１は弁部７３より小径側で形成される。そして第２許容角度ｂ２以上の傾動を規制する距離Ｇに配置された弁体７５の爪部７５ｃに設けられた軸部材７６側の端面７５ｄと端面７５ｄに対向する軸部材７６の弁体７５側の端面７６ｃとを連結する弾性部材である。

つまり４箇所の爪部７５ｃの各端面７５ｄと軸部材７６の端面７６ｃとの間の距離Ｇは、弁体７５の傾動角度を第２許容角度ｂ２以下に規制するため設定され、弁体７５が傾動したときに４箇所の爪部７５ｃのうちいずれか1つの爪部７５ｃの端面７５ｄが軸部材７６の端面７６ｃに当接して弁体７５の傾動を規制する。爪部７５ｃは図９の断面図に示すように４箇所設けられており各爪部７５ｃが９０度毎に等間隔で外周に沿って突設されている。このとき軸線方向において４箇所の爪部７５ｃの上面である各端面７５ｄと軸部材７６下面である端面７６ｃとの間にはゴム部材９０は設けられていない。

連結部９１の弾性部材は剛性の高いゴム部材９０であり、弁部７５ａ（弁体７５）が弁座７３に対してゴム部材９０の弾性によって傾動可能となるように弁体７５を軸部材７６に成型によって一体的に連結する。ただし弾性部材（ゴム部材９０）の連結は成型によって一体的に連結するのみならず、別体の弾性部材を接着剤によって貼り付けてもよいし、ネジ等によって固定してもよい。また弾性部材（ゴム部材９０）はゴムに限らず弾性を有する金属を適用してもよい。またこれらの弾性部材は縦弾性係数Ｅが比較的大きい材料が好ましい。これによって高剛性の部材を得ることができる。

弾性部材（ゴム部材９０）が兼ねる連結部９１の軸径ｄａは前述したように弁部７５ａの直径Ｄａより小径側で形成され、具体的には略１／３で形成されている。

傾動許容部は、弁体７５が図８に示す遮断位置Ｃに移動され、弁部７５ａが弁座７３に当接したときには、軸部材７６の移動方向は弁座７３と直角な方向に対して初期からの設計上の傾き範囲である第１許容角度ａ２の範囲内で傾斜をしている（図１０（ａ）参照）。そして連結部９１は、弁部７３と弁座７３との間からの酸化剤オフガスの漏れ量が所定値（０．２ｍｌ／ｍｉｎ）以下となるように、弁体７５が傾斜に応じて第１許容角度ａ２範囲内で傾動することを許容する。

振動規制部は、図８に示す弁体７５が調整位置Ｄにあるときに、弁体７５が軸線に対して第２許容角度ｂ２以上傾動することを爪部７５ｃ上面である各端面７５ｄと軸部材７６下面である端面７６ｃとによって規制する。

弁作動装置７７は、第２の実施形態においては電動モータ６９と圧縮スプリング７８とによって構成されている。電動モータ６９は、往復動する押動軸９２の図８において下端が軸部材７６の図８おいて上端と当接して連結され、押動軸９２が軸部材７６の上端を押動することによって軸部材７６を下方に移動させる。また圧縮スプリング７８は上方端面を後述する軸部材７６の環状突部７６ｂの着座面７６ｃに着座させて軸部材７６と連結され、軸部材７６を図８において上方に付勢して移動させる。このように圧縮スプリング７８が軸部材７６を上方に移動させることにより弁部７５ａが弁座７３と当接する遮断位置Ｃを実現する。また電動モータ６９の押動軸９２が圧縮スプリング７８のばね力に抗して軸部材７６を下方に押動することによって弁部７５ａが弁座７３から離間する調整位置Ｄを実現する。このようにして電動モータ６９および圧縮スプリング７８は遮断位置Ｃと調整位置Ｄとの間で弁体７５を位置制御可能に移動させる。

軸部材７６は円柱形状を呈し、弁座７３に対し直角な軸線方向に移動可能に圧縮スプリング７８を介して弁本体７４に装架され軸線方向に延在している。また軸部材７６は、電動モータ６９の押動軸９２と常に点で当接するためにＳＲで形成された球状突起部７６ａと、前述した圧縮スプリング７８の上方側の座面を形成する環状突部７６ｂとを有している。

このように構成された第２の実施形態の圧力調整弁７０の作動について説明する。まず、燃料電池システムが停止され、調圧位置Ｄにおいて弁座７３から離間している弁部７５ａが遮断位置Ｃに接近していく場合について説明する。このとき、弁座７３から離間している状態における弁部７５ａの弁座７５に対する傾き角度は、前述したように初期からの設計上の公差範囲による傾き範囲である第１許容角度ａ２の範囲の傾斜を有している。そして図１０（ａ）に示すように、まず弁部７５ａのうち一点が弁座７３に当接する。

本実施形態においては連結部９１の軸径ｄａが弁部７５ａの直径Ｄａの略１／３の径になるよう形成されている。これによって傾動によって生じる連結部９１での弁体７５の軸線方向の変位量に対し、弁部７５ａでの変位量は略３倍となり連結部９１での小さな傾動に関わらず弁部７５ａでは大きな変位量を得ることができる。このため遮断位置Ｃにおいて弁部７５ａを弁座７３に良好に倣わせるための連結部９１での弁体７５の傾動は小さな角度によって実現することができる。

これにより弁体７５は連結部９１のゴム部材９０（弾性部材）が許容する弾性力に抗し、小さな第１許容角度ａ２の範囲内だけ傾動をするだけで、弁部４２ａでは大きな変位を得て弁部４２ａは弁座７３に良好に倣うことができ流体の漏れ量を所定値（０．２ｍｌ／ｍｉｎ）以下とすることができる。

次に弁部７５ａを調整位置Ｄの状態にする場合について説明する。このとき、本発明においては、振動規制部は、弁体７５および軸部材７６のそれぞれの端面７５ｄ、７６ｃである。これにより調整位置Ｄの状態において、大きな傾動が弁体７５の弁部７５ａに発生しても上述した連結部９１の弁体７５側に設けた４箇所の爪部７５ｃの端面７５ｄのいずれか１つが所定の距離Ｇ（隙間）を有して配置された弁部材７６の端面７６ｃに当接することによって第１許容角度ａ２より大きい第２許容角度ｂ２で確実に傾動が規制される。このとき第２許容角度ｂ２は酸化剤オフガス（流体）の流れの影響によって弁部７５ａに振動が発生しない傾動角度となるように設定されているので流体の圧力または流量の変動を良好に抑制することができる。また傾動が大きくなるに伴って弁体７５が受ける傾動とは逆の方向への弾性部材の弾性力も大きくなるので、多くの場合、弁体７５は第２許容角度ｂ２に至る前に傾動が停止されて安定し、酸化剤オフガスの流れに起因する振動をさらに確実に抑制することが期待できる。このように簡素化された低コストな構成によってシール性能が良好に確保されると共に、安定した調圧性能または流量性能を得ることができる。このように第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述から明らかなように、連結部９１は弁部７５ａより小径側で形成され、第２許容角度以上の傾動をしたときに相互に当接して傾動を規制する距離にそれぞれ配置された弁体７５の端面７５ｄと軸部材７６の端面７６ｃとを連結する弾性部材（ゴム部材９０）である。そして、傾動許容部は該弾性部材（ゴム部材９０）である。このとき、弁体７５と軸部材７６とを連結する弾性部材（ゴム部材９０）の径ｄａが弁部７５ａの直径Ｄａに対して小径側で形成されるので、弾性部材（ゴム部材９０）が小さな傾動をするだけで弁部７５ａでは大きな変位を得ることができる。これにより弁体７５は弾性部材（ゴム部材９０）が許容する弾性力に抗し小さな第１許容角度ａ２範囲内だけ傾動をすると弁部７５ａでは容易に大きな変位量を得て弁座７３に良好に倣うことができ酸化剤オフガス（流体）の漏れ量を所定値（０．２ｍｌ／ｍｉｎ）以下とすることができる。

また、振動規制部では、第２許容角度ｂ２以上傾動しないよう弁体７５の端面７５ｄが軸部材７６の端面７６ｃと当接して傾動を確実に規制する。これにより弁体７５の傾動角度は第２許容角度ｂ２を越えないので弁部７５ａの振動は抑制され酸化剤オフガス（流体）の圧力または流量の変動を好適に抑制することができる。このように簡素化された低コストな構成によってシール性能が良好に確保されると共に、安定した調圧性能または流量性能を得ることができる。

なお、第１、および第２の実施形態においては弁作動装置としてステッピングモータ３８や電動モータ６９といった電気により作動するアクチュエータを適用した。しかしこの形態に限らず弁作動装置として空気圧を利用するダイアフラムアクチュエータ（図略）を使用してもよい。具体的には第１の実施形態のステッピングモータ３８の位置にダイヤフラム室を設け、ダイヤフラムの膜と軸部材とを連結する。ダイヤフラム室は、制御装置２４によって制御される図略のコンプレッサと連通されて接続される。そして制御装置２４によってコンプレッサを駆動しダイヤフラム室内の圧力制御を行ない、これによって軸部材と連結される弁体を位置制御すればよい。これによっても同様の効果が得られる。なお、従来技術として示した特許文献１（特開２００８−１４６９２４号公報）に記載のダイアフラムアクチュエータを使用してもよい。

また、本第１の実施形態においては、弁体３５の弁部４２ａにゴムを用いたがこれに限らず金属や樹脂によって形成してもよい。

また、本実施形態においては、調整弁を、圧力を調整するための圧力調整弁として使用したが、これに限らず流量を一定に保持するための流量調整弁として使用してもよい。これによっても同様の効果が得られる。

また、本実施形態を適用する燃料電池システム１は、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができるが、もちろん車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。

また、本発明に係る圧力調整弁１６、７０を燃料電池システム１の燃料流路１１の導入口の上流側、及び導出口の下流側に設け燃料流路１１を調圧するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、圧力調整弁１６、７０を燃料電池システム１に設けたが、これに限らず、気体の圧力調整や流量調整を確実に実施するための各種機器に適用することができる。

さらに、本実施形態においては、圧力調整弁１６、７０において酸化剤オフガスを入出口１７ａから導入し入出口１８ａから排出する形態とした。しかし酸化剤オフガスを入出口１８ａから導入し入出口１７ａから排出してもよい。このように圧力調整弁１６、７０は入出口１７ａ、及び入出口１８ａのいずれからガスを導入しても使用可能である。

１０…燃料電池、１１…燃料流路、１２…酸化剤流路、１２ａ…導入口、１２ｂ…導出口、２１…圧送装置（コンプレッサ）、１６、７０…調整弁（圧力調整弁）、１７、７１…第１通路、１７ａ、１８ａ…入出口、１８、７２…第２通路、２２、２３…第１および第２遮断弁、２４…制御装置、２５…酸化剤供給管、２６…オフガス排出管、２７…圧縮空気バイパス管、２７ａ…開閉弁、３３、７３…弁座、３４、７４…弁本体、３５、７５…弁体、３６、７６…軸部材、３７、９１…連結部、３８…弁作動装置（ステッピングモータ）、３９…嵌合穴、４２…弁部基材、４２ａ、７５ａ…弁部、４３…ダイヤフラム、４６、７８…圧縮スプリング、７７…弁作動装置（電動モータ６９および圧縮スプリング７８）、Ａ、Ｃ…遮断位置、Ｂ、Ｄ…調整位置。

Claims (6)

1. 第１通路、前記第１通路と連通する第２通路、および前記第１通路と前記第２通路との間に介在し環状に形成された弁座が形成された弁本体と、
   前記弁座と直角方向に進退移動し、前記弁座と接離可能な環状の弁部が形成された弁体と、
   前記弁座に対し軸線方向に移動可能に前記弁本体に装架され、前記軸線方向に延在する円柱状の軸部材と、
   前記弁部が前記弁座に対して傾動可能に前記弁体を前記軸部材に連結する連結部と、
   前記軸部材と連結され前記弁部が前記弁座と当接する遮断位置と、前記弁座から離間する調整位置との間で前記弁体を位置制御可能に移動させる弁作動装置と、
   を備えた調整弁にして、
   前記連結部は、
   前記弁部が前記弁座に当接したとき、前記軸部材の移動方向が前記弁座と直角な方向に対して第１許容角度範囲内で傾斜することによって前記弁部と前記弁座との間から流体が漏れる漏れ量が所定値以下となるように、前記弁体が前記軸線方向に対して前記第１許容角度範囲内での前記傾斜に応じて傾動することを許容する傾動許容部と、
   前記弁体が前記調整位置にあるときに、前記弁体が前記軸線方向に対して前記第１許容角度より大きい第２許容角度以上傾動することを規制する振動規制部と、
   を備える調整弁。
2. 請求項１において、
   前記連結部は、前記軸部材の先端部に形成された嵌合軸部に前記弁体に前記弁部より小径側で形成された嵌合穴が嵌合する嵌合部と、前記嵌合穴の両端部で前記軸部材の先端部に半径方向に突設された一対の支持突部と、を備え、
   前記傾動許容部は、前記嵌合軸部と前記嵌合穴との間に介在された弾性部材と、前記一対の支持突部のうちの前記軸部材の先端側に突設された支持部材に前記弁体の嵌合穴の端部が当接するように前記弁体を押圧する圧縮スプリングと、を備え、
   前記振動規制部は、前記第２許容角度以上の傾動を規制する前記嵌合軸部と前記嵌合穴との間の半径方向クリアランス、および前記弁体の前記嵌合穴の両端部と前記一対の支持突部との間の軸線方向のクリアランスの少なくとも一方を備える調整弁。
3. 請求項１において、
   前記連結部は前記軸部材の前記弁体側端面と前記弁体の前記軸部材側端面とを連結する弾性部材であり、
   前記傾動許容部は、前記弾性部材であり、
   前記振動規制部は、前記軸部材の端面と前記弁体の端面とである調整弁。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記弁作動装置はモータを駆動源として作動する調整弁。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記弁作動装置はダイヤフラムを駆動源として作動する調整弁。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、
   前記酸化剤流路の前記酸化剤ガスを導入する導入口に前記酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、
   前記圧送装置と前記燃料電池との間に介装され前記圧送装置と前記燃料電池との連通を遮断する第１遮断弁と、
   前記酸化剤流路から酸化剤オフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断弁と、
   前記導出口と前記第２遮断弁との間に介装され前記酸化剤流路の圧力を調整する圧力調整弁と、を備え、
   前記圧力調整弁として請求項１乃至請求項４に記載の調整弁を使用する燃料電池システム。

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