JP5149778B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、バタフライバルブを備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. Specifically, the present invention relates to a fuel cell system including a butterfly valve.

従来より、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、反応ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス流路と、を備える。   Conventionally, a fuel cell system is known as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes a fuel cell that generates electric power by reaction of a reaction gas, and a reaction gas channel that supplies the reaction gas to the fuel cell.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜と、で構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極にアノードガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極にカソードガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。   When hydrogen gas as anode gas is supplied to the anode electrode of this fuel cell and air containing oxygen as cathode gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

ところで、以上の燃料電池システムでは、燃料電池のカソード電極には、カソード配管を通して、カソードガスが供給される。このカソード配管を流通するカソードガスは大流量であるため、このカソード配管には、大流量の制御に適したバタフライバルブが設けられる。
燃料電池が停止した後に燃料電池に反応ガスが流入すると、反応ガスの化学反応により電位が上昇して固体高分子電解質膜が劣化するため、このバタフライバルブには、締め切り性が要求される。 By the way, in the above fuel cell system, the cathode gas is supplied to the cathode electrode of the fuel cell through the cathode pipe. Since the cathode gas flowing through the cathode pipe has a large flow rate, the cathode pipe is provided with a butterfly valve suitable for controlling the large flow rate.
When the reaction gas flows into the fuel cell after the fuel cell is stopped, the potential rises due to the chemical reaction of the reaction gas and the solid polymer electrolyte membrane deteriorates. Therefore, the butterfly valve is required to have a deadline.

そこで、バタフライバルブとしては、例えば、以下のような構造が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、バタフライバルブは、筒状のハウジングと、このハウジングの内壁面に沿って設けられて軸心がずれた２つの環状のバルブシート部と、この２つのバルブシート部の間に回動可能に軸支された平盤状の弁体と、を備える。   Thus, for example, the following structure has been proposed as a butterfly valve (see Patent Document 1). That is, the butterfly valve is rotatable between the cylindrical housing, the two annular valve seat portions provided along the inner wall surface of the housing and shifted in the axis, and the two valve seat portions. And a flat plate-like valve body supported by the shaft.

このバタフライバルブによれば、弁体を回動して、弁体の延出方向をハウジングの延出方向に略垂直にすることにより、弁体の周縁部が環状のバルブシート部に密着し、バタフライバルブが閉鎖される。一方、この弁体を回動して、弁体の延出方向をハウジングの延出方向に略平行にすることにより、弁体の周縁部が環状のバルブシート部から離隔して、バタフライバルブが開放される。   According to this butterfly valve, by rotating the valve body so that the extending direction of the valve body is substantially perpendicular to the extending direction of the housing, the peripheral portion of the valve body is in close contact with the annular valve seat portion, The butterfly valve is closed. On the other hand, by rotating the valve body so that the extending direction of the valve body is substantially parallel to the extending direction of the housing, the peripheral portion of the valve body is separated from the annular valve seat portion, and the butterfly valve Opened.

特開２００４−２６３７２３号公報JP 2004-263723 A

しかしながら、上述のバタフライバルブは、弁体の中心に回転軸が設けられている。このため、弁体を回動させて、バタフライバルブを閉鎖する場合だけではなく、バタフライバルブの流量を調整する場合にも、弁体の周縁部は常にバルブシート部に接触することになる。したがって、バルブシート部や弁体の周縁部が大きく摩耗し、耐久性を十分に確保できない、という問題があった。   However, the butterfly valve described above is provided with a rotation shaft at the center of the valve body. For this reason, not only when the valve body is rotated to close the butterfly valve, but also when the flow rate of the butterfly valve is adjusted, the peripheral portion of the valve body is always in contact with the valve seat portion. Therefore, there has been a problem that the valve seat part and the peripheral part of the valve body are greatly worn and durability cannot be sufficiently ensured.

本発明は、耐久性を十分に確保できるバタフライバルブを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell system provided with the butterfly valve which can fully ensure durability.

本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、反応ガスの反応により発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、当該燃料電池に接続されて酸化剤ガスが流通するカソード流路（例えば、後述のエア供給配管２１およびエア排出配管２２）と、を備え、前記カソード流路には、酸化剤ガスの流量を制御するバタフライバルブ（例えば、後述のバタフライバルブ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ）が設けられる燃料電池システムであって、前記バタフライバルブは、ノーマルクローズ構造であり、筒状のハウジング（例えば、後述のハウジング４１）と、当該ハウジング内に回動可能に設けられたバルブ本体（例えば、後述のバルブ本体４２）と、前記ハウジングの内壁面に沿って設けられた環状のシート部（例えば、後述のシート部４３）と、を備え、前記バルブ本体のシール面（例えば、後述のシール面４２３）は、当該バルブ本体の回転軸（例えば、後述のシャフト４２２）に対してオフセットしており、前記バルブ本体を前記シート部側に向けて、前記バルブ本体のシール面を前記シート部に着座させることにより、前記バタフライバルブを閉鎖し、前記バルブ本体を前記シート部の反対側に向けて、前記ハウジングの流路断面積に対する前記バルブ本体の割合を調整することにより、前記バタフライバルブの流量を制御することを特徴とする。   A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power by reaction of a reaction gas, and an oxidant gas that is connected to the fuel cell. A cathode flow path (for example, air supply pipe 21 and air discharge pipe 22 to be described later). 40B, 40C, 40D, 40E), wherein the butterfly valve has a normally closed structure, and can be rotated into a cylindrical housing (for example, a housing 41 described later) and the housing. A valve body (for example, a valve body 42 described later) and an annular body provided along the inner wall surface of the housing. A seal portion (for example, a later-described seal surface 423) with respect to a rotation shaft (for example, a later-described shaft 422) of the valve body. The butterfly valve is closed by seating the sealing surface of the valve body on the seat portion with the valve body facing the seat portion side, and the valve body is opposed to the seat portion. The flow rate of the butterfly valve is controlled by adjusting the ratio of the valve body to the flow path cross-sectional area of the housing toward the side.

この場合、前記バタフライバルブの流量を制御する場合、前記バルブ本体のシール面は、前記ハウジングの内壁面に対して非接触であることを特徴とする。   In this case, when the flow rate of the butterfly valve is controlled, the sealing surface of the valve body is not in contact with the inner wall surface of the housing.

この発明によれば、バルブ本体のシール面を、バルブ本体の回転軸に対してオフセットさせる。そして、バタフライバルブを閉鎖する場合には、バルブ本体をシート部側に向けて、バルブ本体のシール面をシート部に着座させる。一方、バタフライバルブの流量を制御する場合には、バルブ本体をシート部の反対側に向けて、ハウジングの流路断面積に対するバルブ本体の割合を調整する。
よって、バタフライバルブの流量を調整する場合、弁体の一部がシート部に接触しないから、従来のようにシート部や弁体の周縁部が摩耗するのを防止して、耐久性を十分に確保できる。 According to this invention, the sealing surface of the valve body is offset with respect to the rotation axis of the valve body. When closing the butterfly valve, the valve body is directed toward the seat portion, and the sealing surface of the valve body is seated on the seat portion. On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve, the valve body is directed to the opposite side of the seat portion, and the ratio of the valve body to the flow path cross-sectional area of the housing is adjusted.
Therefore, when adjusting the flow rate of the butterfly valve, since a part of the valve body does not contact the seat part, it is possible to prevent the seat part and the peripheral part of the valve body from being worn as in the prior art, and to ensure sufficient durability. It can be secured.

本発明によれば、バタフライバルブの流量を調整する場合、弁体の一部がシート部に接触しないから、従来のようにシート部や弁体の周縁部が摩耗するのを防止して、耐久性を十分に確保できる。   According to the present invention, when adjusting the flow rate of the butterfly valve, since a part of the valve body does not come into contact with the seat portion, it is possible to prevent the seat portion and the peripheral edge portion of the valve body from being worn as in the past, and to be durable. Enough to secure.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１の概略構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１は、自動車に搭載され、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池１０と、この燃料電池１０に水素ガスやエア（空気）を供給および排出する供給装置２０と、これら燃料電池１０および供給装置２０を制御する制御装置３０と、を有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
The fuel cell system 1 is mounted on an automobile and generates a power by reacting a reaction gas, a supply device 20 that supplies and discharges hydrogen gas and air (air) to the fuel cell 10, and these fuel cells. 10 and a control device 30 for controlling the supply device 20.

このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含む空気が供給されると、電気化学反応により発電する。   Such a fuel cell 10 generates power by an electrochemical reaction when hydrogen gas is supplied to the anode electrode (anode) side and air containing oxygen is supplied to the cathode electrode (cathode) side.

供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側に酸化剤ガスとしての空気を供給するカソード流路としてのエア供給配管２１と、燃料電池１０のカソード電極側から空気を排出するカソード流路としてのエア排出配管２２と、燃料電池１０のアノード電極側に水素ガスを供給する図示しない水素供給配管と、燃料電池１０のアノード電極側から水素ガスを排出する図示しない水素排出配管と、を備える。
エア供給配管２１は、図示しないエアポンプに接続されている。 The supply device 20 includes an air supply pipe 21 as a cathode flow path for supplying air as an oxidant gas to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and a cathode flow path for discharging air from the cathode electrode side of the fuel cell 10. An air discharge pipe 22, a hydrogen supply pipe (not shown) that supplies hydrogen gas to the anode electrode side of the fuel cell 10, and a hydrogen discharge pipe (not shown) that discharges hydrogen gas from the anode electrode side of the fuel cell 10 are provided.
The air supply pipe 21 is connected to an air pump (not shown).

エア供給配管２１およびエア排出配管２２には、加湿器２３が設けられる。この加湿器２３は、エア排出配管２２を流通する空気に含まれる水分を回収し、この回収した水分を、エア供給配管２１を流通する空気に加える。   The air supply pipe 21 and the air discharge pipe 22 are provided with a humidifier 23. The humidifier 23 collects moisture contained in the air flowing through the air discharge pipe 22 and adds the collected moisture to the air flowing through the air supply pipe 21.

エア供給配管２１およびエア排出配管２２のうち加湿器２３を挟んで燃料電池１０と反対側の位置には、それぞれ、空気の流量を制御するバタフライバルブ４０Ａ、４０Ｂが設けられる。
制御装置３０は、これらバタフライバルブ４０Ａ、４０Ｂを開閉する。 Butterfly valves 40A and 40B for controlling the flow rate of air are provided at positions opposite to the fuel cell 10 across the humidifier 23 in the air supply pipe 21 and the air discharge pipe 22, respectively.
The control device 30 opens and closes these butterfly valves 40A and 40B.

図２は、バタフライバルブ４０Ａの縦断面の斜視図である。図３は、バタフライバルブ４０Ａの一部の横断面図である。以下、バタフライバルブ４０Ａについて説明するが、バタフライバルブ４０Ｂも、このバタフライバルブ４０Ａと同様の構造である。
バタフライバルブ４０Ａの一端側（図２中左側）は、燃料電池１０に接続され、他端側（図２中右側）は、エアポンプに接続されている。 FIG. 2 is a perspective view of a longitudinal section of the butterfly valve 40A. FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the butterfly valve 40A. Hereinafter, the butterfly valve 40A will be described, but the butterfly valve 40B has the same structure as the butterfly valve 40A.
One end side (left side in FIG. 2) of the butterfly valve 40A is connected to the fuel cell 10, and the other end side (right side in FIG. 2) is connected to an air pump.

バタフライバルブ４０Ａは、ノーマルクローズ構造であり、筒状のハウジング４１と、このハウジング４１内に回動可能に設けられたバルブ本体４２と、ハウジング４１の内壁面に沿って設けられた円環状のシート部４３と、ハウジング４１の内部に設けられてシート部４３を保持するスプリング４４と、を備える。
本実施形態では、バルブ本体４２は、ステンレス鋼または非鉄金属で形成され、シート部４３は、樹脂またはゴムで形成される。なお、これに限らず、バルブ本体４２を樹脂またはゴムで形成し、シート部４３をステンレスまたは非鉄金属で形成してもよい。 The butterfly valve 40 </ b> A has a normally closed structure, a tubular housing 41, a valve body 42 rotatably provided in the housing 41, and an annular seat provided along the inner wall surface of the housing 41. A portion 43 and a spring 44 provided inside the housing 41 and holding the seat portion 43.
In the present embodiment, the valve body 42 is formed of stainless steel or non-ferrous metal, and the seat portion 43 is formed of resin or rubber. Not limited to this, the valve body 42 may be formed of resin or rubber, and the seat portion 43 may be formed of stainless steel or non-ferrous metal.

このハウジング４１は、円筒形状のハウジング本体４１１と、このハウジング本体４１１の両端側に設けられた継手４１２と、を備え、ハウジング４１内の空気の流路は、直線状に延びている。
ハウジング本体４１１の内壁面には、周方向に沿って段差４１３が形成され、ハウジング４１の段差４１３よりも一端側（つまり燃料電池１０側）の内径は、ハウジング４１の段差４１３よりも他端側（つまりエアポンプ側）の内径よりも、大きくなっている。
また、ハウジング４１の段差４１３よりも他端側の内壁面には、一対の軸受４１４が設けられている。 The housing 41 includes a cylindrical housing main body 411 and joints 412 provided on both ends of the housing main body 411. The air flow path in the housing 41 extends linearly.
A step 413 is formed on the inner wall surface of the housing body 411 along the circumferential direction. The inner diameter of the housing 41 on one end side (that is, the fuel cell 10 side) is higher than the step 413 of the housing 41. It is larger than the inner diameter (that is, the air pump side).
A pair of bearings 414 is provided on the inner wall surface on the other end side of the step 413 of the housing 41.

バルブ本体４２は、円盤形状の弁体４２１と、この弁体４２１を回動可能に軸支する回転軸としてのシャフト４２２と、を備える。
弁体４２１の外径は、シート部４３の外径よりも小さく、シート部４３の内径よりも僅かに大きくなっている。また、弁体４２１の一端面は、シール面４２３となっており、弁体４２１の他端面側つまりシール面４２３の反対側には、貫通孔４２４が形成されている。 The valve body 42 includes a disk-shaped valve body 421 and a shaft 422 as a rotation shaft that pivotally supports the valve body 421 so as to be rotatable.
The outer diameter of the valve body 421 is smaller than the outer diameter of the seat portion 43 and slightly larger than the inner diameter of the seat portion 43. One end surface of the valve body 421 is a seal surface 423, and a through hole 424 is formed on the other end surface side of the valve body 421, that is, on the opposite side of the seal surface 423.

シャフト４２２は、弁体４２１に形成された貫通孔４２４を貫通して、ハウジング４１に設けられた一対の軸受４１４に回動可能に支持される。このシャフト４２２は、図示しない駆動手段により回動される。
このシャフト４２２と弁体４２１の貫通孔４２４との間には、ゴムリング４２５が設けられている。 The shaft 422 passes through a through hole 424 formed in the valve body 421 and is rotatably supported by a pair of bearings 414 provided in the housing 41. The shaft 422 is rotated by driving means (not shown).
A rubber ring 425 is provided between the shaft 422 and the through hole 424 of the valve body 421.

以上のように、弁体４２１の一端面はシール面４２３であり、シャフト４２２は弁体４２１の他端面側に設けられているので、シール面４２３は、シャフト４２２に対してオフセットしていることになる。   As described above, since one end surface of the valve body 421 is the seal surface 423 and the shaft 422 is provided on the other end surface side of the valve body 421, the seal surface 423 is offset with respect to the shaft 422. become.

シート部４３は、ハウジング４１の段差４１３よりも一端側の内壁面に嵌合されている。
シート部４３の外周面には、周方向に沿って延びる凹部４３１が形成され、この凹部４３１には、シート部４３を保持するゴムリング４３２が設けられている。すなわち、ゴムリング４３２は、ハウジング４１の内壁面に沿って設けられている。 The seat portion 43 is fitted to the inner wall surface on one end side of the step 413 of the housing 41.
A concave portion 431 extending along the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the seat portion 43, and a rubber ring 432 that holds the seat portion 43 is provided in the concave portion 431. That is, the rubber ring 432 is provided along the inner wall surface of the housing 41.

スプリング４４は、ハウジング４１の段差４１３よりも一端側に設けられ、円環状の支持部４４１を介して、シート部４３を段差４１３に向かって付勢している。   The spring 44 is provided at one end side of the step 413 of the housing 41, and urges the seat portion 43 toward the step 413 via an annular support portion 441.

以上のバタフライバルブ４０Ａは、以下のように動作する。
まず、バタフライバルブ４０Ａを締め切る場合、図４（ａ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３側に向けて、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３に着座させる。
ここで、バルブ本体４２がシート部４３に着座すると、バルブ本体４２は、ゴムリング４２５およびゴムリング４３２により調芯されるとともに、シート部４３は、スプリング４４によりバルブ本体４２に向かって付勢されて気密性が向上する。 The above butterfly valve 40A operates as follows.
First, when closing the butterfly valve 40A, as shown in FIG. 4A, the valve body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve body 42 faces the seat portion 43 side, and the seal surface of the valve body 42 423 is seated on the seat portion 43.
Here, when the valve body 42 is seated on the seat portion 43, the valve body 42 is centered by the rubber ring 425 and the rubber ring 432, and the seat portion 43 is biased toward the valve body 42 by the spring 44. And airtightness is improved.

一方、バタフライバルブ４０Ａの流量を制御する場合、図４（ｂ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３の反対側に向ける。そして、バルブ本体４２の角度を調整することで、ハウジング４１の流路断面積に対するバルブ本体４２の割合を調整する。   On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve 40 </ b> A, as shown in FIG. 4B, the valve body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve body 42 faces the opposite side of the seat portion 43. Then, by adjusting the angle of the valve body 42, the ratio of the valve body 42 to the flow path cross-sectional area of the housing 41 is adjusted.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）バルブ本体４２のシール面４２３を、バルブ本体４２のシャフト４２２に対してオフセットさせる。そして、バタフライバルブ４０Ａを閉鎖する場合には、バルブ本体４２をシート部４３側に向けて、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３に着座させる。一方、バタフライバルブ４０Ａの流量を制御する場合には、バルブ本体４２をシート部４３の反対側に向けて、ハウジング４１の流路断面積に対するバルブ本体４２の割合を調整する。
よって、バタフライバルブ４０Ａの流量を調整する場合、バルブ本体４２の弁体４２１の一部がシート部４３に接触しないから、従来のようにシート部４３や弁体４２１の周縁部が摩耗するのを防止して、耐久性を十分に確保できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) The seal surface 423 of the valve body 42 is offset with respect to the shaft 422 of the valve body 42. When closing the butterfly valve 40 </ b> A, the valve body 42 is directed toward the seat portion 43, and the seal surface 423 of the valve body 42 is seated on the seat portion 43. On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve 40 </ b> A, the valve body 42 is directed to the opposite side of the seat portion 43, and the ratio of the valve body 42 to the flow path cross-sectional area of the housing 41 is adjusted.
Therefore, when adjusting the flow rate of the butterfly valve 40A, part of the valve body 421 of the valve main body 42 does not contact the seat portion 43, so that the seat portion 43 and the peripheral portion of the valve body 421 are worn out as in the past. Can be sufficiently secured.

〔第２実施形態〕
本実施形態では、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、バタフライバルブ４０Ｃのハウジング４１Ｃ内の流路が途中で屈曲している点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、ハウジング４１Ｃ内の流路は、ハウジング４１Ｃのバルブ本体４２よりも他端側で屈曲している。 [Second Embodiment]
This embodiment is different from the first embodiment in that the flow path in the housing 41C of the butterfly valve 40C is bent halfway as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
That is, the flow path in the housing 41C is bent on the other end side of the valve body 42 of the housing 41C.

以上のバタフライバルブ４０Ｃは、以下のように動作する。
バタフライバルブ４０Ｃを締め切る場合、図５（ａ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３側に向けて、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３に着座させる。 The above butterfly valve 40C operates as follows.
When closing the butterfly valve 40C, as shown in FIG. 5A, the valve main body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve main body 42 faces the seat portion 43 side, and the seal surface 423 of the valve main body 42 is made to face. It is seated on the seat part 43.

一方、バタフライバルブ４０Ｃの流量を制御する場合、図５（ｂ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をハウジング４１Ｃ内の屈曲した流路に対向させる。そして、バルブ本体４２の角度を調整することで、ハウジング４１の流路断面積に対するバルブ本体４２の割合を調整する。   On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve 40C, as shown in FIG. 5B, the valve body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve body 42 faces the bent flow path in the housing 41C. . Then, by adjusting the angle of the valve body 42, the ratio of the valve body 42 to the flow path cross-sectional area of the housing 41 is adjusted.

本実施形態によれば、（１）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（２）バタフライバルブ４０Ｃを締め切った状態から、バルブ本体４２を図５中右回転させて、流量を制御する状態に移行する。あるいは、バタフライバルブ４０Ｃの流量を制御する状態から、バルブ本体４２を図５中左回転させて、バタフライバルブ４０Ａを締め切った状態に移行する。このようにバルブ本体４２を動作させることにより、バルブ本体４２の回転範囲を狭くできるので、バタフライバルブ４０Ｃの応答性を向上できる。 According to this embodiment, in addition to the effect of (1), the following effects are obtained.
(2) From the state where the butterfly valve 40C is closed, the valve main body 42 is rotated to the right in FIG. 5 to shift to a state where the flow rate is controlled. Alternatively, the control proceeds from the state in which the flow rate of the butterfly valve 40C is controlled to the state in which the valve body 42 is rotated counterclockwise in FIG. 5 and the butterfly valve 40A is closed. By operating the valve main body 42 in this way, the rotation range of the valve main body 42 can be narrowed, so that the responsiveness of the butterfly valve 40C can be improved.

（３）バタフライバルブ４０Ｃを締め切った状態から、バルブ本体４２を図５中左回転させて、流量を制御する状態に移行する。あるいは、バタフライバルブ４０Ｃの流量を制御する状態から、バルブ本体４２を図５中右回転させて、バタフライバルブ４０Ａを締め切った状態に移行する。このようにバルブ本体４２を動作させることにより、バルブ本体４２の圧力損失を低減できる。   (3) From the state where the butterfly valve 40C is closed, the valve main body 42 is rotated counterclockwise in FIG. 5 to shift to a state where the flow rate is controlled. Alternatively, the state is changed from the state in which the flow rate of the butterfly valve 40C is controlled to the state in which the valve body 42 is rotated to the right in FIG. 5 and the butterfly valve 40A is closed. By operating the valve body 42 in this way, the pressure loss of the valve body 42 can be reduced.

〔第３実施形態〕
本実施形態では、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、バタフライバルブ４０Ｄの弁体４２１Ｄの外径がシート部４３の外径よりも大きい点が、第１実施形態と異なる。 [Third Embodiment]
6A and 6B, the present embodiment is different from the first embodiment in that the outer diameter of the valve body 421D of the butterfly valve 40D is larger than the outer diameter of the seat portion 43. .

以上のバタフライバルブ４０Ｄは、以下のように動作する。
バタフライバルブ４０Ｄを締め切る場合、図６（ａ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３側に向けて、このシール面４２３をシート部４３に着座させる。 The butterfly valve 40D described above operates as follows.
When closing the butterfly valve 40D, as shown in FIG. 6A, the valve main body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve main body 42 faces the seat portion 43, and the seal surface 423 is set to the seat portion 43. Sit on.

一方、バタフライバルブ４０Ｃの流量を制御する場合、図６（ｂ）に示すように、バルブ本体４２を回動して、バルブ本体４２のシール面４２３をシート部４３の反対側に向ける。そして、バルブ本体４２の角度を調整することで、ハウジング４１の流路断面積に対するバルブ本体４２のシール面４２３の割合を調整する。   On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve 40C, as shown in FIG. 6B, the valve body 42 is rotated so that the seal surface 423 of the valve body 42 faces the opposite side of the seat portion 43. Then, by adjusting the angle of the valve body 42, the ratio of the seal surface 423 of the valve body 42 to the flow path cross-sectional area of the housing 41 is adjusted.

本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。   According to the present embodiment, there is an effect similar to the above (1).

〔第４実施形態〕
本実施形態では、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、バタフライバルブ４０Ｅのハウジング４１Ｅの形状、バルブ本体４２Ｅの形状、およびシート部４３の形状が異なる。 [Fourth Embodiment]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 7A and 7B, the shape of the housing 41E of the butterfly valve 40E, the shape of the valve body 42E, and the shape of the seat portion 43 are different.

すなわち、ハウジング４１Ｅのバルブ本体４２Ｅが収納される空間は、断面円形状となっている。
また、バルブ本体４２Ｅは断面扇形状であり、これにより、シール面４２３Ｅは断面円弧形状となっている。このバルブ本体４２Ｅは、回転自在であり、バルブ本体４２Ｅのシール面４２３Ｅとハウジング４１Ｅの内壁面との間には、所定の隙間が形成されるようになっている。
また、シート部４３Ｅは、ハウジング４１Ｅのバルブ本体４２Ｅが収納される空間に僅かに突出している。 That is, the space in which the valve main body 42E of the housing 41E is accommodated has a circular cross section.
Further, the valve body 42E has a fan shape in cross section, whereby the seal surface 423E has a circular arc shape in cross section. The valve body 42E is rotatable, and a predetermined gap is formed between the seal surface 423E of the valve body 42E and the inner wall surface of the housing 41E.
Further, the seat portion 43E slightly protrudes into a space in which the valve main body 42E of the housing 41E is accommodated.

以上のバタフライバルブ４０Ｅは、以下のように動作する。
バタフライバルブ４０Ｅを締め切る場合、図７（ａ）に示すように、バルブ本体４２Ｅを回動して、バルブ本体４２Ｅのシール面４２３Ｅをシート部４３Ｅ側に向けて、このシール面４２３Ｅをシート部４３Ｅの突出した部分に着座させる。 The butterfly valve 40E described above operates as follows.
When closing the butterfly valve 40E, as shown in FIG. 7A, the valve body 42E is rotated so that the seal surface 423E of the valve body 42E faces the seat portion 43E, and the seal surface 423E is directed to the seat portion 43E. Sit on the protruding part.

一方、バタフライバルブ４０Ｅの流量を制御する場合、図７（ｂ）に示すように、バルブ本体４２Ｅを回動して、バルブ本体４２Ｅのシール面４２３Ｅをシート部４３Ｅの反対側に向ける。そして、バルブ本体４２Ｅの角度を調整することで、ハウジング４１Ｅの流路断面積に対するバルブ本体４２Ｅのシール面４２３Ｅの割合を調整する。   On the other hand, when controlling the flow rate of the butterfly valve 40E, as shown in FIG. 7B, the valve body 42E is rotated so that the seal surface 423E of the valve body 42E faces the opposite side of the seat portion 43E. Then, by adjusting the angle of the valve body 42E, the ratio of the seal surface 423E of the valve body 42E to the flow path cross-sectional area of the housing 41E is adjusted.

本実施形態によれば、（１）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（４）バタフライバルブ４０Ｃの流量を制御する際、図７（ｂ）に示すように、供給されるエアは、バルブ本体４２Ｅの外壁面とハウジング４１Ｅの内壁面との間の隙間を流れることになる。よって、バタフライバルブ４０Ｃによる抵抗が大きくなるので、少流量で流路抵抗の大きい制御を行うことができる。 According to this embodiment, in addition to the effect of (1), the following effects are obtained.
(4) When controlling the flow rate of the butterfly valve 40C, as shown in FIG. 7B, the supplied air flows through the gap between the outer wall surface of the valve body 42E and the inner wall surface of the housing 41E. Become. Therefore, since the resistance due to the butterfly valve 40C is increased, it is possible to control the flow path resistance with a small flow rate.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第１実施形態では、バタフライバルブ４０Ａ、４０Ｂを、エア供給配管２１およびエア排出配管２２のうち加湿器２３を挟んで燃料電池１０と反対側の部分に設けたが、これに限らない。すなわち、図８に示すように、燃料電池システム１Ａのバタフライバルブ４０Ａ、４０Ｂを、エア供給配管２１およびエア排出配管２２のうち加湿器２３と燃料電池１０との間の部分に設けてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the first embodiment, the butterfly valves 40A and 40B are provided on the opposite side of the fuel cell 10 with the humidifier 23 between the air supply pipe 21 and the air discharge pipe 22, but the present invention is not limited thereto. That is, as shown in FIG. 8, the butterfly valves 40 </ b> A and 40 </ b> B of the fuel cell system 1 </ b> A may be provided in a portion between the humidifier 23 and the fuel cell 10 in the air supply pipe 21 and the air discharge pipe 22.

また、各実施形態では、バタフライバルブ４０Ａ〜４０Ｅについて、ハウジング４１の内壁面にシート部４３を保持するゴムリング４３２を設けるとともに、バルブ本体４２の弁体４２１とシャフト４２２との間にゴムリング４２５を設けたが、これに限らない。すなわち、ゴムリング４３２およびゴムリング４２５のうちどちらか一方のみを設けてもよい。   In each embodiment, for the butterfly valves 40A to 40E, a rubber ring 432 that holds the seat portion 43 is provided on the inner wall surface of the housing 41, and a rubber ring 425 is provided between the valve body 421 of the valve main body 42 and the shaft 422. However, the present invention is not limited to this. That is, only one of the rubber ring 432 and the rubber ring 425 may be provided.

また、各実施形態では、バタフライバルブ４０Ａ〜４０Ｅの一端側を燃料電池１０に接続し、他端側をエアポンプに接続したが、これに限らず、一端側をエアポンプに接続し、他端側を燃料電池に接続してもよい。   Further, in each embodiment, one end side of the butterfly valves 40A to 40E is connected to the fuel cell 10 and the other end side is connected to the air pump. It may be connected to a fuel cell.

また、燃料電池システムのエア供給配管に本発明のバタフライバルブを設けた場合、燃料電池システムの停止後にエア供給配管を封止して、外気と遮断してもよい。このようにすれば、一つのバタフライバルブで、燃料電池の発電中には空気の流量を制御でき、燃料電池の停止後には、バタフライバルブによりカソード電極に至るエア供給配管を封止して、燃料電池の劣化を防止できる。よって、エア供給配管を封止するためのバルブを別途設ける必要がなくなり、システムを小型化、軽量化、低コスト化を実現できる。   Further, when the butterfly valve of the present invention is provided in the air supply pipe of the fuel cell system, the air supply pipe may be sealed off from the outside air after the fuel cell system is stopped. In this way, a single butterfly valve can control the flow rate of air during power generation of the fuel cell. After the fuel cell is stopped, the butterfly valve seals the air supply pipe leading to the cathode electrode, and the fuel cell Battery deterioration can be prevented. Therefore, it is not necessary to separately provide a valve for sealing the air supply pipe, and the system can be reduced in size, weight, and cost.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係るバタフライバルブの縦断面の斜視図である。It is a perspective view of the longitudinal section of the butterfly valve concerning the embodiment. 前記実施形態に係るバタフライバルブの一部の横断面図である。It is a cross-sectional view of a part of the butterfly valve according to the embodiment. 前記実施形態に係るバタフライバルブの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the butterfly valve which concerns on the said embodiment. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのバタフライバルブの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the butterfly valve of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムのバタフライバルブの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the butterfly valve of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムのバタフライバルブの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the butterfly valve of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２１ エア供給配管（カソード流路）
２２ エア排出配管（カソード流路）
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ バタフライバルブ
４１ ハウジング
４２ バルブ本体
４３ シート部
４２２ シャフト（回転軸）
４２３ シール面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 21 Air supply piping (cathode flow path)
22 Air discharge piping (cathode flow path)
40A, 40B, 40C, 40D, 40E Butterfly valve 41 Housing 42 Valve body 43 Seat part 422 Shaft (rotating shaft)
423 sealing surface

Claims (2)

反応ガスの反応により発電する燃料電池と、当該燃料電池に接続されて酸化剤ガスが流通するカソード流路と、を備え、前記カソード流路には、酸化剤ガスの流量を制御するバタフライバルブが設けられる燃料電池システムであって、
前記バタフライバルブは、ノーマルクローズ構造であり、筒状のハウジングと、当該ハウジング内に回動可能に設けられたバルブ本体と、前記ハウジングの内壁面に沿って設けられた環状のシート部と、を備え、
前記バルブ本体のシール面は、当該バルブ本体の回転軸に対してオフセットしており、
前記バルブ本体を前記シート部側に向けて、前記バルブ本体のシール面を前記シート部に着座させることにより、前記バタフライバルブを閉鎖し、
前記バルブ本体を前記シート部の反対側に向けて、前記ハウジングの流路断面積に対する前記バルブ本体の割合を調整することにより、前記バタフライバルブの流量を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electric power by reaction of the reaction gas; and a cathode channel that is connected to the fuel cell and through which the oxidant gas flows. The cathode channel includes a butterfly valve that controls the flow rate of the oxidant gas. A fuel cell system provided,
The butterfly valve has a normally closed structure, and includes a cylindrical housing, a valve body rotatably provided in the housing, and an annular seat portion provided along an inner wall surface of the housing. Prepared,
The sealing surface of the valve body is offset with respect to the rotation axis of the valve body,
The butterfly valve is closed by seating the sealing surface of the valve body on the seat portion with the valve body facing the seat portion side,
The fuel cell system, wherein the flow rate of the butterfly valve is controlled by adjusting the ratio of the valve body to the flow path cross-sectional area of the housing with the valve body facing the seat portion. 前記バタフライバルブの流量を制御する場合、前記バルブ本体のシール面は、前記ハウジングの内壁面に対して非接触であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the flow rate of the butterfly valve is controlled, the seal surface of the valve body is not in contact with the inner wall surface of the housing.
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