WO2007063709A1

WO2007063709A1 - 燃料電池システム、燃料電池のバルブシステム、及び燃料ガス供給装置

Info

Publication number: WO2007063709A1
Application number: PCT/JP2006/322791
Authority: WO
Inventors: Masahiro Takeshita; Tsukio Ishitoya
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2007-06-07
Also published as: US8053129B2; JP2007149563A; CN101317293A; US20090169963A1; JP5017849B2; CN101317293B

Abstract

燃料電池システムは、燃料電池のガスが流れるガス流路におけるガスの流れを遮断することが可能な第１遮断バルブと、ガスの流れに関し第１遮断バルブより下流側に設けられ且つガスの流れを遮断することが可能な第２遮断バルブと、を備える。第１遮断バルブ及び第２遮断バルブにおいては、ともに可動部材とシール部材との密着によりシールが行われ、上流側から供給されるガス圧力により可動部材をシール部材へ密着させる力が作用する。第１遮断バルブのシール部材よりも第２遮断バルブのシール部材の方が、同じ大きさの外力に対する変形度合が大きく設定されている。

Description

燃料電池システム、燃料電池のバルブシステム、及び燃料ガス供給装置

「技術分野」

本発明は、ガスの流れを遮断することが可能な遮断バルブを備える燃料電池システム、燃料電池のバルブシステム、及び燃料ガス供給装置に関する。

「背景技術」

明

この種の燃料電池システムの関連技術が特開 2005-20 1 822号公報に開示されている。特開 2005-20 1 822号公報においては、燃料タンクと書

燃料電池のアノード側とを接続するための燃料ガス供給流路に、開閉動作可能なシャツトバルブが 2つ設けられており、 2つのシャツトバルブの間に調整バルブが設けられている。燃料電池の発電を行う場合は、 2つのシャットバルブを開けることで燃料タンクから燃料電池へ燃料ガスを流す。燃料タンダからの燃料ガスは、調整バルブにより調圧されてから燃料電池へ供給される。一方、燃料電池の発電を停止する場合は、 2つのシャツトバルブを閉じることで燃料電池への燃料ガスの供給を停止する。これによつて、燃料電池の発電を停止する場合における燃料ガスのシール性能の向上を図っている。

その他にも、特開 2005— 1 1 703号公報、特開 2004— 1 7032 1 号公報、及び特開平 8 _ 329965号公報による燃料電池システムが開示ざれている。

特開 2005— 20 1822号公報においては、燃料タンクと燃料電池のァノ一ド側とを接続するための燃料ガス供給流路に 2つのシャツトバルブを設けることでシール性能の向上を図っているが、シャツトバルブの各々に要求される性能がシャットバルブの配設箇所に応じてなる。一例を挙げて説明すると、燃料ガスの流れに関し上流側（燃料タンク側）に配設されたシャットバルブについては、燃料ガスの高い圧力に対してシール性能を確保することが要求される。一方、燃料ガスの流れに関し下流側（燃料電池側）に配設されたシャットバルブについては、燃料ガスの低い圧力に対じてシール性能を確保することが要求される。従来においては、全ての配設箇所で要求されるシール性能を有する共通のシャツトバルブを直列に設けていた。しかしながら、供給燃料ガスの高圧化（燃料ガス貯蔵手段の高圧化）に伴い、シャットバルブで要求される圧力範囲や温度範囲等が広くなった結果、シャットバルブのシール部材の材料として希少な材料を用いなければならなかったり、冗長性を持たせるために部品が大型化したりして、シャツトバルブの構成の複雑化を招いていた。

本発明は、システム全体のシール性能を損なうことなく、より簡易なシャットバルブを用いた燃料電池システム、燃料電池のバルブシステム、及び燃料ガス供給装置を提供することを目的とする。

「発明の開示」

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池のガスが流れるガス流路におけるガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、前記ガスの流れに関し第 1遮断バルブより下流側に設けられ且つ該ガスの流れを遮断することが可能な第 2遮断バルブであって、第 1遮断バルブとは異なる特性を有する第 2遮断バルブと、を備えることを要旨とする。

ここでの遮断バルブの特性については、例えばガスの流れに関し上流側から供給されるガス圧力に対するシール性能特性として表すことができる。シール部材により遮断バルブのシールを行う場合は、遮断バルブの特性を、例えばガスの流 'れに関し上流側から供給されるガス圧力に対するシール部材の変形特性として表すことができる。本発明によれば、遮断バルブの配設箇所に応じて各遮断バルブの特性を異ならせることで、各遮断バルブの性能をそれぞれの配設箇所で要求させる性能に適合させることができる。その結果、システム全体のシール性能を損なうことなく、遮断バルブの構成を簡易化することができる。

本発明において、第 1遮断バルブは、 j亥遮断バルブに設けられた第 1当接部及び第 1シール部材の当接により前記ガスの流れを遮断することが可能であり、第 2遮断バルブは、該遮断バルブに設けられた第 2当接部及び第 1シール部材とは物理的特性が異なる第 2シール部材の当接により前記ガスの流れを遮断することが可能であるものとすることもできる。例えば第 1シール^材と第 2シール部材とで弾性特性（弾性係数）を異ならせることができ、第 2シール部材の弾性係数を第 1シール部材の弹性係数よりも小さく設定することができる。また、第 1シ一ル部材と第 2シール部材とで硬さ（硬度）を異ならせることもでき、第 1シ一ル部材を第 2シール部材よりも硬くすることもできる。

本発明において、第 1シール部材及び第 2シール部材は、同じ大きさの外力に対する変形度合が互いに異なる特性を有するものとすることもできる。第 1シ一ル部材よりも第 2シール部材の方が、同じ大きさの外力に対して変形しやすい、つまり、第 1シ一ル部材よりも第 2シール部材の方が、同じ大きさの外力に対する変形度合が大きいことが好適である。

本発明において、第 1シール部材及び第 2シール部材を構成する材料が互いに異なるものとすることもできる。第 1シール部材を硬質な材料で構成し、第 2シ一ル部材を軟質な材料で構成することもできる。例えば第 1シール部材は樹脂製であり、第 2シール部材はゴム製であることが好適である。

本発明において、第 1シール部材及び第 2シール部材の断面形状が互いに異なるものとすることもできる。第 1シール部材の断面形状は中実形状であり、第 2 シール部材の断面形状は中空形状であることが好適である。

本発明において、第 2シール部材は、所定のガス透過特性を有するシール部材であるものとすることもできる。第 2シール部材のガス透過特性については、第 2シール部材の材料の設定により所望の透過特性に設定することができる。ガス透過特性を有する材料として例えばブチルゴムを第 2シール部材の材料に用いることができる。あるいは、ガス透過特性を有する材料としてシリコンゴムを第 2 シール部材の材料に用いることもできる。

本発明において、前記ガス流路における第 1遮断バルブと第 2遮断バルブとの間には、供給されたガスを減圧して出力する減圧装置が設けられているものとすることもできる。また、第 1遮断バル及ぴ第 2遮断バルブの少なくとも一方においては、前記ガスの流れに関し上流側から供給されたガスの圧力により、該ガスの流れを遮断する方向の力が作用するものとすることもできる。

また、本発明については、燃料電池システムに関する発明の他に、燃料電池のバルブシステムに関する発明や、燃料ガス供給装置に関する発明として把握することもできる。本発明に係る燃料電池のバルブシステムは、燃料電池のガスが流れるガス流路におけるガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、前記ガスの流れに関し第 1遮断バルブより下流側に設けられ且つ該ガスの流れを遮断することが可能な第 2遮断バルブであって、第 1遮断バルブとは異なる特性を有する第 2遮断バルブと、を備えることを要旨とする。

また、本発明に係る燃料ガス供給装置は、燃料ガス供給源からガス流路を介して燃料ガスを供給することが可能な燃料ガス供給装置であって、前記ガス流路における燃料ガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、前記燃料ガスの流れに関し第 1遮断バルブより下流側に設けられ且つ該燃料ガスの流れを遮断することが可能な第 2遮断バルブであって、第 1遮断バルブとは異なる特性を有する第 2遮断バルブと、を備えることを要旨とする。

「図面の簡単な説明」

図 1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概赂を示す図である。

図 2 Aは、シャツ卜バルブの構成例を示す図である。

図 2 Bは、シャットバルブの構成例を示す図である。

図 3は、シャツトバルブのシール性能特性の一例を示す図である。

図 4 Aは、シール部材の構成例を示す図である。

図 4 Bは、シール部材の構成例を示す図である。

図 5は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの他の構成の概略を示す図である。 '

図 6は、制御装置により燃料ガスの漏れ検査を行う処理を説明するフローチヤ一トである。

「発明を実施するための最良の形態」

以下、本発明の好適な実施形態を図面に従って説明する。図 1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す図である。本実施形態に係る燃料電池システムの構成は、大きく分けて、燃料電池 1 8と、燃料電池 1 8へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、制御装置 3 0と、に分けられる。燃料ガス供給装置の構成は、大きく分けて、燃料ガスを貯蔵する燃料ガス供給源と、燃料ガス供給源から燃料電池 1 8への燃料ガスの供給を制御するバルブシステムと、に分けられる。このバルブシステムは、開閉動作可能なシャットバルブ 1 4， 2 4を備える。

燃料ガス供給源として設けられた燃料タンク 1 0は、その内部に燃料ガスを貯蔵する。ここでの燃料ガスとしては、水素（H ₂) ガスを用いるごとができる。燃料タンク 1 0の出口部は、燃料タンク 1 0と燃料電池 1 8のァノード側 1 8 A とを接続するための燃料ガス供給流路 1 2に接続されている。

燃料ガス供給流路 1 2には、燃料タンク 1 0側から燃料電池 1 8側へ順に、シャットバルブ（第 1遮断バルブ） 1 4、レギユレータ（減圧バルブ） 1 6、及びシャットバルブ（第 2遮断バルブ） 2 4が設けられている。つまり、シャットバルブ 2 4が、燃料ガスの流れる方向に関してシャツトバルブ 1 4よりも下流側に設けられており、レギユレータ 1 6力シャットバルブ 1 4とシャットバルブ 2 4の間に設けられている。なお、シャットバルブ 1 4については、燃料タンク 1 0の出口部に設けることもできる。

シャットバルブ 1 4， 2 4がともに開いているときは、燃^ガス供給流路 1 2 における燃料ガスの流れ、つまり燃料タンク 1 0から燃料電池 1 8への燃料ガスの流れが許容される。このときは、燃料タンク 1 0からシャットバルブ 1 4を介してレギユレータ 1 6に燃料ガスが供給される。レギユレータ 1 6は、この供給された燃料ガスを減圧してシャツトバルブ 2 4を介して燃料電池 1 8のアノード側 1 8 Aへ出力する。また、酸化剤供給流路 2 2を通って燃料電池 1 8のカソ一ド側 1 8 Cに酸化剤ガスが供給される。ここでの酸化剤ガスとしては、例えば空気を用いることができる。

一方、シャツトバルブ 1 4が閉じてレるときは、燃料ガス供給流路 1 2における燃料タンク 1 0から燃料電池 1 8への燃料ガスの流れがシャツトバルブ 1 4にて遮断される。そして、シャットバルブ 2 4が閉じているときも、燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れがシャツトバルブ 2 4にて遮断される。本実施形態では、 2つのシャットバルブ 1 4 , 2 4を設けることで、シャットバルブ 1 4， 2 4を閉じる場合における燃料ガスのシール性能の向上を図っている。なお、シャツトバルブ 1 4， 2 4の開閉動作については、制御装置 3 0が出力する制御指令信号により制御することができる。

燃料電池 1 8においては、アノード側 1 8 Aに供給された燃料ガス（水素ガス）がアノードの触媒作用によりプロトン（H+) 及び電子（e— ) へと解離する。解離したプロトンは電解質膜中を移動し、電子は外部負荷を通って力ソードに移動し、カソードの触媒作用で力ソード側 1 8 Cに供給された酸化剤ガス（空気）に含まれる酸素と反応して水を生成する。この燃料ガスと酸化剤ガスを用いた電気化学反応により、電気エネルギーが生成される。電気化学反応に供された後の燃料排ガスは、アノード側 1 8 Aから燃料排ガス流路 2 6へ排出され、電気化学反応に供された後の酸化剤排ガスは、力ソード側 1 8 Cから酸化剤排ガス流路 2 8へ排出される。

ここでのシャットバルブ 1 4 , 2 4の構成例を図 2 A、図 2 Bに示す。なお、図 2 Aは、シャットバルブ 1 4が開いている状態を示しており、図 2 Bは、シャッ卜バルブ 2 4が閉じている状態を示している。

シャットバルブ 1 4は、図 2 Aに示すように、バルブハウジング 3 1、可動部材 3 2、電磁コィノレ 3 3、ばね 3 4、及びシ一ル部材（第 1シール部材） 3 5を備える。バルブハウジング 3 1には、燃料タンク 1 0と連通する上流側ポート 3 l aと、レギユレ一タ 1 6と連通する下流側ポート 3 1 bと、が形成されている。さらに、バルブハウジング 3 1には、可動部材 3 2が当接するためのシート部 3 1 cが形成されており、このシート部 3 1 cに環状のシール部材 3 5が設けられている。

可動部材 3 2は、バルブハウジング 3 1の内部でその中心軸 3 6に平行な方向 (以下、中心軸方向とする）に移動することで、上流側ポート 3 1 aと下流側ポート 3 1 bの連通を開閉する。電磁コィノレ 3 3が電磁力を発生していない場合は、可動部材 3 2がばね 3 4の復元力により中心軸方向の一方側（図 2 Aの下側）へ付勢されていることで、可動部材 3 2に設けられた当接部（第 1当接部） 3 2 a がシール部材 3 5 (シート部 3 1 c ) に当接している。この当接部 3 2 aとシール部材 3 5との当接によって、上流側ポ一ト 3 1 aと下流側ポ一ト 3 1 bの連通つまり燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れが遮断される。すなわち、この場合は、シャットバルブ 1 4が閉じている。さらに、可動部材 3 2は、燃料ガスの流れに関し上流側のポートである上流側ポート 3 1 aから供給された燃料ガスの圧力を、その受圧面 3 2 bにて中心軸方向の一方側に受ける。つまり、可動部材 3 2は、上流側ポート 3 1 aから供給された燃料ガスの圧力によっても、中心軸方向の一方側（シール部材 3 5側）へ付勢されている。このように、可動部材 3 2には、ばね 3 4の復元力及び上流側ポート 3 1 aから供給された燃料ガスの圧力により、燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れを遮断する方向の力が作用する。

一方、電磁コイル 3 3が電磁力を発生している場合は、可動部材 3 2が電磁力により中心軸方向の他方側（図 2 Aの上側）へ吸引されていることで、可動部材 3 2の当接部 3 2 aがシール部材 3 5 (シート部 3 1 c ) から離れている。この場合は、上流側ポート 3 1 aと下流側ポ一ト 3 1 bが連通している。すなわち、シャットバルブ 1 4が開いている。なお、電磁コイル 3 3の電磁力については、制御装置 3 0が出力する制御指令信号により制御することができる。

図 2 Bに示すように、シャットバルブ 2 4も、シャットバルブ 1 4と同様に、バルブハウジング 4 1、可動部材 4 2、電磁コイル 4 3、ばね 4 4、及びシール部材（第 2シール部材） 4 5を備える。バルブハウジング 4 1には、レギユレ一タ 1 6と連通する上流側ポート 4 1 aと、燃料電池 1 8と連通する下流側ポート 4 l bと、が形成されている。さらに、バルブハウジング 4 1には、可動部材 4 2が当接するためのシ一ト部 4 1 cが形成されており、このシート部 4 1 cに環状のシール部材 4 5が設けられている。

可動部材 4 2は、バルブハウジング 4 1の内部でその中心軸 4 6に平行な方向 (中心軸方向）に移動することで、上流側ポート 4 1 aと下流側ポ一ト 4 1 bの連通を開閉する。電磁コイル 4 3が電力を発生していない場合は、可動部材 4 2がばね 4 4の復元力により中心軸方向の一方側（図 2 Bの下側）へ付勢されていることで、可動部材 4 2に設けられた当接部（第 2当接部） 4 2 aがシール部材 4 5 (シート部 4 1 c ) に当接している。さらに、可動部材 4 2は、燃料ガスの流れに関し上流側のポ—トである上流側ポート 4 1 aから供給された燃料ガスの圧力を、その受圧面 4 2 bにて中心軸方向の一方側（シール部材 4 5側）に受ける。したがって、上流側ポート 4 1 aから供給された燃料ガスの圧力によっても、可動部材 4 2の当接部 4 2 aがシール部材 4 5に当接する。この場合は、シャットバルブ 2 4が閉じており、燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れが遮断される。このように、可動部材 4 2には、ばね 4 4の復元力及び上流側ポート 4 1 aから供給された燃料ガスの圧力により、燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れを遮断する方向の力が作用する。一方、電磁コイル 4 3が電磁力を発生している場合は、可動部材 4 2が電磁力により中心軸方向の他方側（図 2 Bの上側）へ吸引されていることで、可動部材 4 2の当接部 4 2 aがシール部材 4 5 (シート部 4 1 c ) から離れている。この場合は、シャットバルブ 2 4が開いている。なお、電磁コイル 4 3の電磁力についても、制御装置 3 0が出力する制御指令信号により制御することができる。

燃料電池 1 8により発電を行う場合は、制御装置 3 0は、シャットバルブ 1 4 , 2 4へ制御指令信号を出力することで、電磁コイル 3 3， 4 3に電磁力を発生させてシャットバルブ 1 4， 2 4を開ける。シャットバルブ 1 4， 2 4が開くと、燃料タンク 1 0の内部に高圧（例えば 3 5 M P a程度）で蓄えられた燃料ガスがレギユレータ 1 6により設定圧力（例えば 0 . 2 M P a程度）まで減圧されてから燃料電池 1 8のァノード側 1 8 Aに供給される。燃料電池 1 8は、ァノード側 1 8 Aに供給された燃料ガスと力ソード側 1 8 Cに供給された酸化剤ガスとを用いた電気化学反応により、電気エネルギーを生成する。

一方、燃料電池 1 8による発電を停止する場合は、制御装置 3 0は、シャットバルブ 1 4， 2 4への制御指令信号の出力を停止することで、電磁コイル 3 3 , 4 3による電磁力の発生を停止させてシャットバルブ 1 4， 2 4を閉じる。ここでは、シャットバルブ 1 4 , 2 4を同時に閉じてもよいし、シャットバルブ 1 4 を閉じてから所定時間経過した後にシャ ^ノトバルブ 2 4を閉じてもよい。シャツトバルブ 1 4 , 2 4が閉じると、燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れが遮断され、燃料タンク 1 0から燃料電池 1 8への燃料ガスの供給が停止される。その結果、燃料電池 1 8による電気エネルギーの生成が停止される。本実施形態では、燃料電池 1 8による発電を停止する場合に、 2つのシャツトバルブ 1 4 , 2 4を閉じることで、燃料ガスのシール性能の向上が図られる。

シャツトバルブ 1 4においては、可動部材 3 2の当接部 3 2 aとシール部材 3 5との密着によりシールが行われ、ばね 3 4の復元力及び上流側ポート 3 1 aからの燃料ガスの圧力により可動部材 3 2の当接部 3 2 aをシール部材 3 5へ密着させる力を発生させている。同様に、シャットバルブ 2 4においても、可動部材 4 2の当接部 4 2 aとシール部材 4 5との密着によりシールが行われ、ばね 4 4 の復元力及び上流側ポ一ト 4 1 aからの燃料ガスの圧力により可動部材 4 2の当接部 4 2 aをシール部材 4 5へ密着させる力を発生させている。シャットバルブ 2 4の上流側ポ一ト 4 1 aにおける燃料ガスの圧力は、シャットバルブ 1 4の上流側ポート 3 1 aにおける燃料ガスの圧力よりも低くなるため、シャットバルブ

2 4において可動部材 4 2の当接部 4 2 aをシール部材 4 5へ密着させる力は、シャツトバルブ 1 4において可動部材 3 2の当接部 3 2 aをシール部材 3 5へ密着させる力よりも小さくなる。

このように、シャットバルブ 1 4においては、可動部材 3 2の当接部 3 2 aとシール部材 3 5との密着力がシャツトバルブ 2 4よりも大きいため、シール部材

3 5を構成する材料としてゴム等の軟質な材料を用いると、シール部材 3 5が塑性変形しゃすくなり、シール部材 3 5の耐久性が低下しゃすくなる。シール部材

3 5の要求性能としては、大きい外力が作用しても塑性変形しにくいことが要求される。一方、シャットバルブ 2 4においては、可動部材 4 2の当接部 4 2 aとシ一ル部材 4 5との密着力がシャットバルブ 1 4よりも小さいため、シール部材

4 5を構成する材料として樹脂等の硬質な材料を用いると、可動部材 4 2の当接部 4 2 aとシール部材 4 5との密着が不十分となりやすく、シール性能が低下しやすくなる。シール部材 4 5の要求性能としては、小さい外力でもシール性能を確保できることが要求される。このように、本実施形態では、シャットバルブ 1 4， 2 4の各々において要求されるシ^レ性能が異なる。

そこで、本実施形態では、シール部材 3 5を塑性変形しにくい硬質な材料で構成し、シール部材 4 5を弾性変形しやすい軟質な材料で構成する。例えばシール部材 3 5を樹脂製とし、シール部材 4 5を樹脂より軟らかいゴム製とする。ごれによって、シール部材 3 5， 4 5は、同じ大きさの外力に対する弾性変形度合 (歪み）が互いに異なる特性を有し、シール部材 3 5よりもシール部材 4 5の方が、同じ大きさの外力に対する弾性変形度合（歪み）が大きくなる。つまり、シ一ル部材 4 5の弾性係数が、シール部材 3 5の弾性係数よりも小さく設定され、シール部材 3 5よりもシール部材 4 5の方が、同じ大きさの外力に対して弾性変形しやすくなる。このように、本実施形態では、シール部材 4 5の物理的特性をシール部材 3 5と異ならせる。その結果、図 3に示すように、シャットバルブ 2 4が閉じている場合における上流側ポート 4 1 aからの燃料ガス圧力に対するシ一ル部材 4 5の歪みの特性（シャットバルブ 2 4のシール性能特性）は、シャツトバルブ 1 4が閉じている場合における上流側ポート 3 1 aからの燃料ガス圧力に対するシール部材 3 5の歪みの特性（シャツトバルブ 1 4のシール性能特性）と異なる。

シャットバルブ 1 4が閉じている状態では、上流側ポ一ト 3 1 aからの燃料ガスの供給圧力が高く、可動部材 3 2の当接部 3 2 aとシール部材 3 5との密着力が大きくなるが、シール部材 3 5の弾性係数が大きく設定されていることで、シ —ル部材 3 5の変形量（歪み）が抑制される。したがって、シ一ル部材 3 5に作用する外力が大きくても、シール部材 3 5の耐久性を確保することができる。一方、シャツトバルブ 2 4が閉じている状態では、上流側ポート 3 1 aからの燃料ガスの供給圧力が低く、可動部材 4 2の当接部 4 2 aとシール部材 4 5との密着力が小さくなるが、シール部材 4 5の弾性係数が小さく設定されていることで、シールに必要なシール部材 4 5の変形量（歪み）を確保することができる。したがって、シール部材 4 5に作用する外力が小さくても、シール性能を十分に確保することができる。

このように、本実施形態では、シャットバルブ 2 4の上流側ポ一ト 4 1 aからの燃料ガス圧力に対するシール性能特性（シール部材 4 5の変形特性）を、シャットバルブ 1 4の上流側ポート 3 1 a力らの燃料ガス圧力に対するシール性能特性（シール部材 3 5の変形特性）と異ならせることで、各シャットバルブ 1 4 , 2 4のシール性能をそれぞれの配設箇所で要求される性能に適合させることができる。本実施形態によれば、全ての配設箇所で要求されるシール性能を満たすようにシャットバルブ 1 4, 24を設計する必要がないため、バルブシステム全体構成の簡易化を実現することができるとともに所望の燃料ガスのシール性能を実現することができる。なお、前述の特開 2005-20 1 822号公報、特開 2 005— 1 1 703号公報、特開 2004— 1 7032 1号公報、及び特開平 8 - 329965号公報においては、シャツトバルブの配設箇所に応じてシャツトバルブの性能を異ならせることについては何ら示されていない。

また、シャットバルブ 1 4, 24が閉じている状態でシャットバルブ 14に微少漏れが生じた場合は、燃料ガス供給流路 1 2におけるシャツトバルブ 14, 2 4間の圧力が上昇する。本実施形態では、シール部材 45を所定のガス透過特性を有する材料（ゴム）で構成することもでき、これによつて、シャットバルブ 1 4, 24間の圧力上昇を抑えることができる。シール部材 4 5のガス透過特性 (ガス透過係数）については、シール部材 45の材料の設定により所望の透過特性（透過係数）に設定することができる。例えばガス透過係数の小さい材料（ゴム）としてブチルゴムをシール部材 45の材料に用いることができる。あるいは、ブチルゴムよりもガス透過係数の大きい材料（ゴム）としてシリコンゴムをシ一ル部材 45の材料に用いることもできる。

以上の本実施形態の説明では、シール部材 35， 45を構成する材料を互いに異ならせることで、シャットバルブ 14， 24のシール性能特性を互いに異ならせるものとした。ただし、本実施形態では、シール部材 35， 45の断面形状を互いに異ならせることによつても、シャットバルブ 14, 24のシール性能特性を互いに異ならせることができる。例えば図 4 Aに示すように、シール部材 35 の環状部分の断面形状を中実形状に構成し、図 4 Bに示すように、シール部材 4 5の環状部分の断面形状を中空部 45 aが形成された中空形状に構成する。このシール部材 35， 45の構成によっても、同じ大きさの外力に対する弾性変形虔合（歪み）力シール部材 35よりシール部材 45の方が大きくなる（シール部材 45の弾性係数がシール部材 35の 3¾性係数より小さく設定される）。なお、図 4A、図 4 Bは、中心軸 36 (46) を含む平面で切断した断面を示している。また、本実施形態では、シャットバルブ 24が閉じている状態でのばね 44の付勢力を、シャツトバルブ 14が閉じている状態でのばね 34の付勢力と異ならせることによつても、シャットバルブ 1 4 , 2 4のシール性能特性を互いに異ならせることができる。例えばシャツトバルブ 2 4が閉じている状態でのばね 4 4 の付勢力を、シャツトバルブ 1 4が閉じている状態でのばね 3 4の付勢力よりも大きく設定する。この構成によっても、シャットバルブ 1 4が閉じている状態でのシール部材 3 5の変形量（歪み）を抑制することができるとともにシャットバルブ 2 4が閉じている状態でのシール部材 4 5の変形量（歪み）を増大させることができる。したがって、シール部材 3 5の耐久性を確保することができるとともにシールに必要なシール部材 4 5の変形量を確保することができる。

また、本実施形態では、可動部材 4 2の受圧面 4 2 bの面積を可動部材 3 2の受圧面 3 2 bの面積と異ならせることによつても、シャットバルブ 1 4， 2 4のシール性能特性を互いに異ならせることができる。例えば可動部材 4 2の受圧面 4 2 bの面積を可動部材 3 2の受圧面 3 2 bの面積よりも大きく設定する。この構成によっても、シャツトバルブ 1 4が閉じている状態でのシール部材 3 5の変形量（歪み）を抑制することができるとともにシャットバルブ 2 4が閉じている状態でのシール部材 4 5の変形量（歪み）を増大させることができる。また、本実施形態では、シャツトバルブ 1 4において可動部材 3 2の当接部 3 2 aをシ一ル部材 3 5へ密着させる力（燃料ガス供給流路 1 2における燃料ガスの流れを遮断する力）を、上流側ポート 3 l aからの燃料ガスの圧力を利用することなくばね 3 4の復元力のみによって発生させてもよい。この構成によっても、シャットバルブ 1 4が閉じている状態でのシール部材 3 5の変形量（歪み）を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る燃料電池システムにおいては、燃料ガスの漏れ検査を行うこともできる。図 5に示すように、燃料ガスの漏れ検査を行うことが可能な燃料電池システムでは、ガス圧力を検出する圧力センサ 1 5が燃料ガス供給流路 1 2におけるシャットバルブ 1 4， 2 4間（以下、検査対象区間とする）、より具体的には、シャツ卜バルブ 1 4とレキユレ一タ 1 6との間の位置に設けられている。圧力センサ 1 5により検出された検査対象区間のガス圧力 Pは、制御装置 3 0に入力される。以下、制御装置 3 0により燃料ガスの漏れ検査を行う処理について、図 6のフローチャートを用いて説明する。燃料ガスの漏れ検査を行う場合は、制御装置 30は、シャットバルブ 14, 2 4への制御指令信号の出力を停止することで、シャットバルブ 14, 24を閉じる（ステップ S 10 1) 。ここでは、まずシャツトバルブ 14を閉じ、圧力センサ 1 5により検出されるガス圧力 Pを設定圧力 P 1まで低下させてからシャットバルブ 24を閉じる。次に、制御装置 30は、シャットバルブ 24を閉じてから所定時間 t 0経過した後に、検査対象区間のガス圧力 P 2を圧力センサ 1 5から取得する（ステップ S 102) 。次に、制御装置 30は、所定時間 t 0における検査対象区間のガス圧力変化 P 2— P 1が設定範囲内にあるか否かを判定する (ステップ S 1 03) 。検査対象区間のガス圧力変化 P 2 _P 1が設定範囲の上限値 Pma x (上限値は正の値）よりも大きい場合は、制御装置 30は、シャツトバルブ 14に漏れが生じていると判定する（ステップ S 1 04) 。また、検査対象区間のガス圧力変化 P 2-P 1が設定範囲の下限値— Pm i n (下限値は負の値）よりも大きい場合は、制御装置 30は、シャットバルブ 24及び検查対象区間のガス流路の少なくとも一方に漏れが生じていると判定する（ステップ S 1 05) 。一方、検査対象区間のガス圧力変化 P 2— P 1が設定範囲内にある場合は、制御装置 30は、シャツトバルブ 14， 24及び検査対象区間のガス流路に漏れが生じていないと判定する（ステップ S 106) 。このように、本実施形態では、制御装置 30は、シャットバルブ 14, 24を閉じるよう制御した場合におけるシャットバルブ 14, 24間（検査対象区間）の圧力変化に基づいてガス漏れ判定を行うことができる。なお、前述の設定圧力 P 1を変更しながら図 6のフローチヤ一トによる処理を繰り返して実行することで、ガス漏れ判定を行ってもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池と、

燃料電池のガスが流れるガス流路におけるガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、

前記ガスの流れに関し第 1遮断バルブより下流側に設けられ且つ該ガスの流れを遮断することが可能な第 2遮断バルブであって、第 1遮断バルブとは異なる特性を有する第 2遮断バルブと、

を備える.ことを特徴とする燃料電池システム。

2 . 請求の範囲 1に記載の燃料電池システムであって、

第 1遮断バルブは、該遮断バルブに設けられた第 1当接部及び第 1シール部材の当接により前記ガスの流れを遮断することが可能であり、

第 2遮断バルブは、該遮断バルブに設けられた第 2当接部及び第 1シール部材とは物理的特性が異なる第 2シール部材の当接により前記ガスの流れを遮断することが可能であることを特徴とする燃料電池システム。

3 . 請求の範囲 2に記載の燃料電池システムであって、

第 1シール部材及び第 2シール部材は、同じ大きさの外力に対する変形度合が互いに異なる特性を有することを特徴とする燃料電池システム。

4 . 請求の範囲 3に記載の燃料電池システムであって、

第 1シール部材ょりも第 2シール部材の方が、同じ大きさの外力に対する変形度合が大きいことを特徴とする燃料電池システム。

5 . 請求の範囲 2に記載の燃料電池シテムであって、

第 1シール部材及び第 2シール部材を構成する材料が互いに異なることを特徴とする燃料電池システム。

6 . 請求の範囲 5に記載の燃料電池システムであって、

第 1シール部材は樹脂製であり、第 2シール部材はゴム製であることを特徴とする燃料電池システム。

7 . 請求の範囲 2に記載の燃料電池システムであって、

第 1シール部材及び第 2シール部材の断面形状が互いに異なることを特徴とする燃料電池システム。

8 . 請求の範囲 7に記載の燃料電池システムであって、

第 1シール部材の断面形状は中実形状であり、第 2シール部材の断面形状は中空形状であることを特徴とする燃料電池システム。

9 . 請求の範囲 2に記載の燃料電池システムであって、

第 2シール部材は、所定のガス透過特性を有するシール部材であることを特徴とする燃料電池システム。

1 0 . 請求の範囲 1に記載の燃料電池システムであって、

前記ガス流路における第 1遮断バルブと第 2遮断バルブとの間には、供給されたガスを減圧して出力する減圧装置が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。

1 1 . 請求の範囲 1に記載の燃料電池システムであって、

第 1遮断バルブ及び第 2遮断バルブの少なくとも一方においては、前記ガスの流れに関し上流側から供給されたガスの圧力により、該ガスの流れを遮断する方向の力が作用することを特徴とする燃料電池システム。

1 2 . 燃料電池のガスが流れるガス流路におけるガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、

を備えることを特徴とする燃料電池のバルブシステム。

1 3 . 燃料ガス供給源からガス流路を介して燃料ガスを供給することが可能な燃料ガス供給装置であって、

前記ガス流路における燃料ガスの流れを遮断することが可能な第 1遮断バルブと、

前記燃料ガスの流れに関し第 1遮断バルブより下流側に設けられ且つ該燃料ガスの流れを遮断することが可能な第 2遮断バルブであって、第 1遮断バルブとは異なる特性を有する第 2遮断バルブと、

を備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。