WO2008069007A1

WO2008069007A1 - 流体制御弁および燃料電池システム

Info

Publication number: WO2008069007A1
Application number: PCT/JP2007/072052
Authority: WO
Inventors: Masahiro Takeshita
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US20100035117A1; DE112007002889T5; CN101553678B; JPWO2008069007A1; CN101553678A; JP5024295B2; US8439328B2; DE112007002889B4

Abstract

　入口シャット弁（２０）および出口シャット弁（２２）は、主ダイヤフラム（４６）と副ダイヤフラム（４８）とを備え、主ダイヤフラム（４６）の上面側に閉弁用圧力室（５０）を、下面側に開弁用圧力室（５２）を設ける。副ダイヤフラム（４８）の上面側に大気圧室（５４）を、下面側に流路構成圧力室（５６）を設ける。弁体（５８）を構成する駆動軸（６０）を、閉弁用圧力室（５０）と開弁用圧力室（５２）とでの圧力差により作用する第１の力（Ｆ１）と、第１の力（Ｆ１）と同方向に作用する力であって、大気圧室（５４）と流路構成圧力室（５６）とでの圧力差により作用する第２の力（Ｆ２）との両方の力（Ｆ１，Ｆ２）により開弁状態となる方向に駆動するようにする。

Description

流体制御弁および燃料電池システム技術分野

本発明は、駆動軸を有す ¾弁体を備え、駆動軸の軸方向の変位により流路内を遮断または接続する流体制御弁と、流体制御弁を備える燃料電池システムに関する。

明

背景技術

燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガス書との反応ガスの電気化学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ためのガス供給流路と、燃料電池から反応ガスを排出するためのガス排出流路とを備える。また、このようなガス供給流路と、ガス排出流路とに、流体制御弁に対応する燃料電池用開閉弁を設けることも考えられている。

例えば、日本国特開 2 0 0 4 - 1 8 3 7 1 3号公報に記載された燃料電池用開閉弁の場合、柱部を有する弁体を備え、柱部の軸方向の変位によりガス流路内を遮断または接続できるようにしている。この燃料電池用開閉弁は、内部をダイヤフラムにより 2個の室に仕切っている。このような開閉弁は、燃料電池から排出水素を排出するための水素排出部に設けており、燃料電池にエアを供給するためのエア供給用通路から分岐させた通路を、開閉弁の 2個の室のうち一方の室に通じさせている。 2個の室のうち他方の室には、コイルスプリングを設けており、コイルスプリングは他方の室を開き、排出水素を排出するように弁体を付勢する。使用時に一方の室にエアが供給されると、ダイヤフラムに圧力が作用して、コィルスプリングの弾力に抗して弁体が弁座に着座して、他方の室が閉じられる。また、日本国特開 2 0 0 4— 1 5 0 0 9 0号公報に記載された燃料電池用水素調圧弁の場合、弁体に連結した 2枚のダイヤフラムによりハウジング内を 3個の室に仕切っており、 3個の室のうちの調圧室に導入される供給空気圧と、スプリングによる圧力と、水素ガスの圧力とに応じて、弁の開度を調整できるようにしている。

上記の日本国特開 2 0 0 4 - 1 8 3 7 1 3号公報に記載された燃料電池用開閉弁の場合、 2個の室のうち、一方の室にエアを供給することにより、排出水素を排出するための流路を閉じるようにしている。すなわち、 2個の室の圧力差により流路を遮断するようにしている。また、開弁時には、 2個の室の圧力差とばねの弾力とのみにより、弁を駆動して流路を接続するようにしている。このため、弁の駆動の応答性向上の面から改良の余地がある。

例えば、燃料電池用開閉弁を水分が流れる環境下で使用する場合、閉弁時に弁体部分に付着した水分が凍結すると、開弁するのに大きな力を必要とする場合がある。これに対して、 2個の室の圧力差とばねの弾力とのみにより、流路を遮断または接続する場合、，弁を駆動する力が小さくなる可能性がある。このため、弁を駆動するための入力信号に対する弁駆動の応答性の向上を図れる構成の採用が望まれている。 '

また、日本国特開 2 0 0 4— 1 5 0 0 9 0号公報に記載された燃料電池用開閉弁の場合、 3個の室を設けているが、中央の室は大気圧室であり、両側の 2個の室は正圧が作用するため、 2個の室のうちの調圧室に供給空気圧が導入されることにより弁体を駆動する力と、 2個の室のうちの排出水素排出用の室に存在する水素ガスの圧力により弁体を駆動する力とは、互いに逆方向に作用する。このため、弁の駆動の応答性向上の面からはまだ改良の余地がある。

本発明の目的は、流体制御弁および燃料電池システムにおいて、弁の駆動に対する応答性を向上させることにある。発明の開示

本発明に係る流体制御弁は、駆動軸を有する弁体を備え、駆動軸の軸方向の変位により流路内を遮断または接続する流体制御弁であって、駆動軸は、互いに分離した第 1の圧力室と第 2の圧力室とでの圧力差により作用する第 1の力と、第 1の力と同方向に作用する力であって、互いに分離した第 3の圧力室と第 4の圧力室とでの圧力差により作用する第 2の力との両方の力により駆動することを特徵とする流体制御弁である。 ' また、好ましくは、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とのうち、 1の圧力室を、弁体により遮断または接続する流路とする。

また、より好ましくは、第 1の圧力室および第 2の圧力室のうち 1の圧力室と、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち 1の圧力室とを互いに連通する力、、それぞれ大気に開放する。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とのうちいずれの 2の圧力室も内部で互いに連通していない。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、第 1の圧力室および第 2の圧力室のうち一方の圧力室を、弁体により遮断または接続される流路とし、第 1の圧力室および第 2の圧力室のうち他方の圧力室を、大気に開放し、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち一方の圧力室を流路内を流れる流体と同種の流体により加圧し、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち他方の圧力室を大気に開放する。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とがすべて同圧であるノーマル状態において、開弁状態となるノーマルオープン型のシャツト弁とする。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とがすべて同圧であるノーマル状態において、弾力付与手段の弾力により閉弁状態となるノ一マルクローズ型のシャット弁とし、互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより駆動軸が開弁状態となる方向に駆動する。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁として使用する。

また、酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁として使用する構成において、好ましくは、互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより駆動軸が開弁状態となる方向に駆動し、開弁状態から閉弁状態となるように駆動軸が駆動する方向の前側に流路の燃料電池側が位置するようにする。また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、流路の開口面積を調整可能とする。

また、本発明に係る流体制御弁において、好ましくは、第 1の圧力室を構成する部材と、第 2の圧力室を構成する部材とを、互いに異なる金属により構成するまた、本発明に係る燃料電池システムは、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁が、上記の流体制御弁であることを特徴とする燃料電池システムである。

本発明に係る流体制御弁および燃料電池システムの場合、弁体が有する駆動軸は、互いに分離した第 1の圧力室と第 2の圧力室とでの圧力差により作用する第 1の力と、第 1の力と同方向に作用する力であって、互いに分離した第 3の圧力室と第 4の圧力室とでの圧力差により作用する第 2の力との両方の力により駆動するため、弁の駆動に対する応答性の向上を図れる。

また、駆動軸の軸方向に第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とを配置している場合には、それぞれの圧力室を大きくすることなく、弁を駆動する力を大きくできる。すなわち、 2個の圧力室の圧力差だけにより弁を駆動する従来の流体制御弁の場合、弁を駆動する力を大きくするためには、 1個の圧力室の内径を大きくし、 2個の圧力室の間に設けたダイヤフラムの直径を大きくすることにより、ダイヤフラムの受圧面積を大きくする必要がある。ただし、この場合には、圧力室の直径が大きくなり、流体制御弁の大型化を招く原因となる。流体制御弁の大型化を招くと、重量が増大したり、車両等への搭載性が悪化することにつながる可能性がある。これに対して、本発明に係る流体制御弁で、駆動軸の軸方向に第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とを配置している場合には、それぞれの圧力室の内径を過度に大きくすることなく、弁を駆動する力を大きくできる。

また、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とのうち、 1の圧力室を、弁体により遮断または接続される流路とする構成によれば、第 1 の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室との他に、弁体により遮断または接続される流路を設ける場合と異なり、流体制御弁の小型化をより図りやすくなる。

また、第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とがすべて同圧であるノ一マル状態において、弾力付与手段の弾力により閉弁状態となるノ —マルクローズ型のシャツト弁とし、駆動軸が互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより開弁状態となる方向に駆動する構成によれば、本発明の構成を採用することにより得られる本発明の効果が顕著になる。すなわち、流体制御弁を閉弁状態から開弁状態とするために弾力付与手段の弾力に杭して駆動軸を変位させる必要があるのにもかかわらず、第 1の力と第 2の力とにより開弁状態を有効に実現できる。このため、本発明の構成を採用することにより得られる、本発明の効果が顕著になる。

また、酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁として使用する構成において、互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより駆動軸が開弁状態となる方向に駆動し、開弁状態から閉弁状態となるように駆動軸が駆動する開弁方向の前側に流路の燃料電池側が位置するようにする構成によれば、本発明の構成を採用することにより得られる本発明の効果が顕著になる。すなわち、燃料電池が発電することにより酸素または水素が消費されると、流体制御弁の燃料電池側が負圧になるため、閉弁状態から開弁状態にするためには、負圧に抗して駆動軸を変位させる必要がある。上記の構成の場合、このように負圧に抗して駆動軸を変位させる必要があるのにもかかわらず、第 1の力と第 2の力とにより開弁状態を有効に実現できる。このため、本発明の構成を採用することにより得られる、本発明の効果が顕著になる。

また、流路の開口面積を調整可能とする構成によれば、例えば、酸化ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用調圧弁および燃料電池用エアシャツト弁の両方の機能を有するものとして使用できる。このため、例えば、燃料電池から酸化ガス系ガスを排出するための酸化ガス系排出流路に、流路の開口面積を調整可能とするエアシャツト弁を設ければ、酸化ガス系排出流路に別の調圧弁を設ける必要がなくなり、コスト低減を図れる。 '

また、第 1の圧力室を構成する部材と、第 2の圧力室を構成する部材とを、互いに異なる金属により構成する構成によれば、流体制御弁を車両の床下に搭載して使用する等の、流体制御弁を、外部に水がかかる可能性がある状況で使用する場合でも、耐水性の向上と、軽量化との両立を高次元で図りやすくなる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る燃料電池システムの基本構成を示す図である。

図 2は、図 1の燃料電池システムに使用する入口シャット弁（または出口シャット弁）の構造を、開弁状態で示す断面図である。

図 3は、同じく入口シャット弁（または出口シャット弁）の構造を、閉弁状態で示す断面図である。

図 4は、本発明の第 2の実施の形態に係る燃料電池システムを構成する入口シャット弁（または出口シャット弁）を示す、図 3の A部拡大相当図である。発明を実施するための最良の形態

[第 1の発明の実施の形態]

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図 1から図 3は、本発明の第 1の実施の形態を示しており、図 1は、本実施の形態の燃料電池システムの略構成図である。燃料電池システム 1 0は、燃料電池スタック 1 2と、酸化ガス供給流路 1 4および酸化ガス系排出流路 1 6と、加湿器バイパス弁 1 8と、入口シャット弁 2 0と、出口シャット弁 2 2とを備える。

燃料電池スタック 1 2は、酸素と水素との電気化学反応により発電する。すなわち、燃料ガスである水素ガスと、酸化ガスである空気とを燃料電池スタック 1 2に供給することにより、燃料電池スタック 1 2内の図示しない複数の燃料電池セルにおいて、酸素と水素とが電気化学反応して電気エネルギーが得られる。燃料電池セルは、例えば、電解質膜をアノード側電極と力ソード側電極とにより狭持して成る膜—電極アセンブリと、その両側のセパレ一夕を備えるものとする。なお、本実施形態の燃料電池システム 1 0は、例えば燃料電池車用として車両に搭載し、燃料電池スタック 1 2を、車両走行用モータの電源として使用する。 T JP2007/072052 もちろん、本実施の形態の燃料電池システムを、車両走行用以外の用途に使用することもできる。

酸化ガスである空気を燃料電池スタック 1 2に供給するために酸化ガス供給流路 1 4を設けている。酸化ガス供給流路 1 4のガス上流側にはエアコンプレッサ 2 4とインターク一ラ 2 6とを設けている。エアコンプレッサ 2 4により加圧された空気は、インタークーラ 2 6で冷却され、加湿器 2 8で加湿された後、燃料電池スタック 1 2の力ソード側電極側の流路に供給される。

また、空気を、加湿器 2 8を通過させてから燃料電池スタック 1 2に供給するための本経路 3 0とは別に、本経路 3 0とガスの流れに関して並行に、加湿器バィパス経路 3 2を設けている。加湿器パイパス経路 3 2を通過する空気は、加湿器 2 8を通過せずに、燃料電池スタック 1 2に供給される。加湿器バイパス経路 3 2の途中に、加湿器バイパス弁 1 8を設けている。

また、燃料電池スタック 1 2に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気である空気オフガスを、燃料電池スタック 1 2から排出するために、酸化ガス系排出流路 1 6を設けている。酸化ガス系排出流路 1 6を通じて排出される空気オフガスは、調圧弁 3 4を介して加湿器 2 8に送られ、その後、図示しない希釈器を介して大気に放出される。調圧弁 3 4は、燃料電池スタック 1 2から排出される空気の圧力（背圧）が、燃料電池スタック 1 2の運転状態に応じた適切な圧力値になるように制御される。すなわち、調圧弁 3 4の弁開度によつて酸化ガス系排出流路 1 6内の圧力センサ P 2の位置に対応する空気の圧力が調整される。また、加湿器 2 8は、燃料電池スタック 1 2から排出された後の空気から得た水分を、燃料電池スタック 1 2に供給される前の空気に与えて、加湿する役目を果たす。

なお、燃料電池スタック 1 2には、水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と水素ガス系ガスを排出するための水素ガス系排出流路とを接続しているが、図 1では図示を省略している。

また、酸化ガス供給流路 1 4の本経路 3 0において、加湿器バイパス経路 3 2 の上流側接続部と加湿器 2 8との間、および、酸化ガス系排出流路 1 6において、加湿器 2 8よりもガス下流側の間に、ガスの流れに関して燃料電池スタック 1 2と並行になるように、燃料電池バイパス経路 3 6を接続している。そして、燃料電池バイパス経路 3 6の途中に燃料電池バイパス弁 3 8を設けている。燃料電池バイパス弁 3 8は、燃料電池スタック 1 2へ供給される空気の圧力を制御するために利用される。すなわち、燃料電池バイパス弁 3 8の弁開度により、酸化ガス供給流路 1 4の入口圧力センサ P 1の位置に対応する空気の圧力が調整される。なお、エアコンプレッサ 2 4から吐出される空気の流量により、入口圧力センサ P 1位置に対応する空気圧力を調整することもできる。もちろん、'燃料電池バィパス弁 3 8の弁開度と、エアコンプレッサ 2 4による吐出流量との両方を利用して、入口圧力センサ P 1位置に対応する空気圧力を調整することもできる。また、燃料電池システム 1 0は、氷点下等の低温始動時において、燃料電池スタック 1 2を速やかに温度上昇させることが好ましい。そして、このために、燃料電池スタック 1 2に供給される水素ガスの量に比べて、燃料電池スタック 1 2 に供給される空気の量を、水素ガスとの反応により発電するのに見合う量よりも少なくし、すなわち力ソードストィキ比を下げて、低効率で発電させ、燃料電池スタック 1 2を速やかに温度上昇させることが考えられる。ただし、この場合には、燃料電池スタック 1 2のアノード側の流路から電解質膜を透過して水素が力ソード側の流路に入り込み、酸化ガス系排出流路 1 6内の水素濃度が高くなる可能性がある。上記の燃料電池バイパス弁 3 8は、このような場合に開弁状態として、燃料電池スタック 1 2を通過しない空気により酸化ガス系排出流路 1' 6内の水素濃度を低下させるために利用することもできる。また、燃料電池スタック 1 2から排出される水素ガス系ガス、いわゆる水素オフガス中に含まれる水素の濃度が通常時よりも高くなる可能性があり、上記の燃料電池バイパス弁 3 8は、このような場合に開弁状態として、燃料電池スタック 1 2を通過しないで希釈器に送り込まれる空気の量を多くし、排出されるガス中の水素濃度を低下させるために利用することもできる。

さらに、酸化ガス供給流路 1 4の本経路 3 0の加湿器 2 8よりもガス下流側と、酸化ガス系排出流路 1 6の加湿器 2 8よりもガス上流側とに、それぞれ入口シャット弁 2 0と出口シャット弁 2 2とを設けている。本実施例の場合、上記の加湿器バイパス弁 1 8と入口シャツト弁 2 0と出口シャツ卜弁 2 2とが、本発明の 72052 流体制御弁であり、かつ、請求の範囲に記載した燃料電池用開閉弁に対応する。すなわち、加湿器バイパス弁 18と入口シャツト弁 20と出口シャツト弁 22 とは、それぞれ加湿器バイパス経路 32と本経路 30と酸化ガス系排出流路 16 との内部の空気の流れを調整する流体制御弁として機能する。これら各弁 18， 20, 22には、圧力制御用流路 40を介して、それぞれが電磁弁である、 3つずつの PSV (Pressure Switching Valve) が接続されている。

すなわち、加湿器バイパス弁 18には、 VbS, Vb C, VbOの 3つの PS Vが接続されている。また、入口シャット弁 20には、 V i S, V i C, V i O の 3つの PS Vが接続されており、出口シャット弁 22には、 VoS， Vo C, VoOの 3つの P S Vが接続されている。これらの PSVは、圧力制御用流路 4 0を介して、酸化ガス供給流路 14の本経路 30のガス上流側、例えばエアコンプレッサ 24と加湿器 28との間に接続される。これらの PSVは、図示しない ECU (Electronic Control Unit) 等の制御部にり制御される。

加湿器バイパス弁 18と、入口シャット弁 20と、出口シャット弁 22との駆動は、燃料電池スタック 12の状態等に応じて、それぞれに対応した P SVにより制御される。

次に、図 2および図 3により、入口シャット弁 20と、出口シャット弁 22との構成および作用を、主に入口シャット弁 20により代表して説明する。入口シャット弁 20と出口シャット弁 22との構成自体は、同じである。また、加湿器バイパス弁 18の構成は後で説明する。

図 2に示すように、入口シャット弁 20は、内部に設けたすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、弁体が開く開弁状態となるノーマルオープン型のシャツ卜弁としている。

入口シャツト弁 20は、複数のハウジング要素を結合して成るハウジング 42 の内部に仕切り部 44で仕切った上下 2個の空間を設けており、 2個の空間に、それぞれ主ダイヤフラム 46と副ダイヤ.フラム 48とを設けることにより、主ダィャフラム 46の上面側に閉弁用圧力室 50を、同じく下面側に開弁用圧力室 5 2を、副ダイヤフラム 48の上面側に大気圧室 54を、同じく下面側に流路構成圧力室 56を、それぞれ設けている。このうちの流路構成圧力室 56が請求の範 07 072052 囲に記載した第 1の圧力室に対応し、大気圧室 5 4が請求の範囲に記載した第 2 の圧力室に対応する。また、開弁用圧力室 5 2が請求の範囲に記載した第 3または第 4の圧力室に対応し、閉弁用圧力室 5 0が請求の範囲に記載した第 4または第 3の圧力室に対応する。閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2と大気圧室 5 4 と流路構成圧力室 5 6とは、互いに分離しており、これら圧力室 5 0， 5 2， 5 4， 5 6のうち、いずれの 2の圧力室も内部で互いに連通していない。

また、主ダイヤフラム 4 6と副ダイヤフラム 4 8とは、弁体 5 8に結合している。すなわち、ハウジング 4 2の内部に駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を備え、ハウジング 4 2に弁体 5 8を駆動軸 6 0の軸方向の変位可能に支持している。弁体 5 8は、駆動軸 6 0と、駆動軸 6 0の下端部に結合した円板状の弁体本体 6 2とを有する。また、駆動軸 6 0の中間部下端寄りに、外周面に駆動軸側円筒面部 6 3を有する有底円筒状の筒状部材 6 4を結合している。

また、筒状部材 6 4の底板部下面と弁体本体 6 2の上面との間に、ゴム等のェラストマ一等、例えば E P D M等のエチレンプロピレンゴム等の弹性材製の副ダィャフラム 4 8の内周側端部を狭持し、副ダイヤフラム 4 8の内周部を駆動軸 6 0に結合している。副ダイヤフラム 4 8の外周側端部は、ハウジング 4 2を構成する 2個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング 4 2の内周部に結合している。これにより、ハウジング 4 2内の仕切り部 4 4下側の空間の上側と下側とは、副ダイヤフラム 4 8により、大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とに分離される。大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とは、気密に遮断される。また、副ダイヤフラム 4 8の径方向中間部内径寄りに、駆動軸側円筒面部 6 3 に沿って押し付けられるように弾性変形したダイヤフラム側円筒部 6 6を設けている。そして、図 3に示すような閉弁状態から、副ダイヤフラム 4 8のうち、筒状部材 6 4の駆動軸側円筒面部 6 3とハウジング 4 2の内面との間に存在する、上方に山形の環状に変形した環状変形部 6 7の下面が流路構成圧力室 5 6の圧力を受けるようにしている。そして環状変形部 6 7の下面が流路構成圧力室 5 6の圧力を受けることにより、図 2に示すように、ダイヤフラム側円筒部 6 6の上部を駆動軸側円筒面部 6 3から引き剥がすように弾性変形させつつ駆動軸 6 0が変位するようにしている。 2052 また、副ダイヤフラム 4 8の径方向中間部外径寄りに、ハウジング 4 2の内面に設けたハゥジング側円筒面部 6 8に沿つて押し付けられるように弾性変形した第 2のダイヤフラム側円筒部 7 0を設けている。そして図 2に示すような開弁状態から図 3に示すように駆動軸 6 0が下方に変位する際に、第 2のダイヤフラム側円筒部 7 0の上部をハウジング側円筒面部 6 8から引き剥がすように弾性変形するようにしている。

流路構成圧力室 5 6は、酸化ガス供給流路 1 4 (図 1参照）（出口シャット弁 2 2の場合は酸化ガス系排出流路 1 6 ) の一部を構成し、弁体 5 8により上流側と下流側とが遮断または接続される。また、大気圧室 5 4には、一端を大気と連通させた大気連通管 7 2が接続されており、大気圧室 5 4が大気に開放されている。

また、弁体 5 8の上端部に 2個の略円板状の抑え部材 7 4 a、 7 4 bが結合されており、 2個の抑え部材 7 4 a、 7 4 bの間に、ゴム等のエラストマ一等、例えば E P D M等のェチレンプロピレンゴム等の弹性材製の主ダイャフラム 4 6の内周側端部を狭持している。主ダイヤフラム 4 6の外周側端部は、ハウジング 4 2を構成する 2個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング 4 2の内周部に結合している。これにより、ハウジング 4 2内の仕切り部 4 4上側の空間の上側と下側とは、主ダイヤフラム 4 6により、閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とに分離される。閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とは、気密に遮断される。また、閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とに、給排管 7 6が接続されている。

さらに、 2個の抑え部材 7 4 a、 7 4 bのうち下側の抑え部材 7 4 aと、仕切り部 4 4との間に、弾力付与手段であるコイルばね 7 8を設けて、弁体 5 8に上方向、すなわち、開弁状態となる方向に弾力を付与している。弁体 5 8は下方向に変位することにより、弁体本体 6 2の下面が弁座 8 0に着座して、流路を遮断する。すなわち、駆動軸 6 0の軸方向の変位により、流路内が遮断または接続される。また、主ダイヤフラム 4 6を含む駆動軸 6 0上側の部分の受圧面積の直径は、副ダイヤフラム 4 8を含む駆動軸 6 0下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。このような入口シャット弁 20では、閉弁用圧力室 50が、給排管 76 (図 2 、図 3) を介して、 P S Vである V i C側の圧力制御用流路 40に接続されている。また、開弁用圧力室 52が、給排管 76を介して、？3 でぁる 1〇側の圧力制御用流路 40に接続されている。駆動軸 60の軸方向の変位により、主ダィャフラム 46の中央部分が、上下に反り返るように変位する。もちろん、主ダィャフラム 46の全体が上下に変位する構成を採用することもできる。

駆動軸 60の変位により図 2に示すように、弁体 58が上向きに駆動されると、酸化ガス供給流路 14 (図 1 ) の上流側から入口シャット弁 20の入口 82に向かって流れる空気が、入口シャツト弁 20の出口 84から燃料電池スタック 1 2 (図 1) 側へ排出される。一方、駆動軸 60の変位により図 3に示すように、弁体 58が下向きに駆動されると、出口 84が塞がれ、酸化ガス供給流路 14の上流側から燃料電池スタック 12に向かう空気の流れが遮断される。

なお、出口シャット弁 22の場合には、図 1に示すように、入口シャット弁 2 0に対して、入口 82および出口 84が逆になる。そして、駆動軸 60の変位により弁体 58が上方に駆動されると、酸化ガス系排出流路 16の上流側から出口シャツト弁 22の入口 82に向かって流れる空気オフガスが、出口シャツト弁 2 2の出口 84から加湿器 28側へ排出される。一方、駆動軸 60の変位により弁体 58が下向きに駆動されると、入口 82が塞がれ、酸化ガス系排出流路 1 6の上流側から加湿器 28に向かう空気オフガスの流れが遮断される。

駆動軸 60の軸方向の変位は、 3つの P SVによって制御される。すなわち、入口シャット弁 20の場合、 V i S, V i C, V i〇の 3つの P S Vによって、開弁用圧力室 52と閉弁用圧力室 50との圧力が制御される。また、出口シャツト弁 22の場合には、 Vo S， VoC, VoOの 3つの P S Vによって開弁用圧力室 52と閉弁用圧力室 50との圧力が制御される。

図 1に示す、 V i S (または Vo S) は、 3WAY、すなわち、'三方弁式の P S Vであり、閉弁用圧力室 50と開弁用圧力室 52とのうちの一方の圧力室を選択的に、エアコンプレッサ 24のガス上流側と接続し、他方の圧力室とエアコンプレッサ 24のガス上流側との間を遮断する。また、 V i C， V i O, VoC, VoOは、いずれも 2Wa y式の P S Vであり、排気用バルブ、すなわち圧抜き用バルブとして機能する。

また、 V i S (または Vo S) は、通電状態により流路の接続状態を変化させる。 V i S (または Vo S) は、通電されていない状態（非通電状態）において、エアコンプレッサ 24のガス吐出側と開弁用圧力室 52とを接続する。また、 V i S (または VoS) は、通電された状態（通電状態）で、エアコンプレッサのガス吐出側と閉弁用圧力室 50とを接続する。また、 V i C， V i O, VoC ， VoOは、いずれも非通電状態で弁を閉鎖し、通電状態で弁を開放する。なお、図 1から図 3において、 V i S (VoS) ， V i C (VoC) , V i O (VoO) を表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表しているこのように構成するため、図 3に示す、入口シャット弁 20 (または出口シャッ卜弁 22) の閉弁状態から図 2に示すように開弁する場合、 V i S (または V oS) (図 1) の非通電状態で、 V i C (VoC) を開弁状態とし、閉弁用圧力室 50を大気に開放する。そして、エアコンプレッサ 24 (図 1) により、開弁用圧力室 52側の給排管 76 (図 2、図 3) およ '圧力制御用流路 40を通じて開弁用圧力室 52に圧力上昇した空気を導入する。これにより、開弁用圧力室 5 2の圧力と閉弁用圧力室 50の圧力（大気圧）との間に圧力差が生じる。

また、図 3に示す、流路構成圧力室 56にもエアコンプレッサ 24から酸化ガス供給流路 14の上流側部分を通じて圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧力室 56の圧力と、大気に連通する大気圧室 54の圧力との間に圧力差が生じる。流路構成圧力室 56の圧力は、図 3に示す副ダイヤフラム 48の環状変形部 67の下面に加わる。このため、副ダイヤフラム 48が筒状部材 64を押し上げて、図 2に示すように、駆動軸 60が上方に変位し、環状変形部 67が大きく断面山形に上方に変形した状態になる。この結果、駆動軸 60は、流路構成圧力室 56と大気圧室 54とでの圧力差により駆動軸 60に上方に作用する第 1の力 F 1と、閉弁用圧力室 50と開弁用圧力室 52とでの圧力差により駆動軸 60 に上方に作用する第 2の力 F 2との両方の力 F 1、 F 2と、コイルばね 78の弹力とにより、上方に駆動する。入口シャット弁 20が図 2に示すように開弁レきつた状態では、 V i C (V o C ) を閉弁状態として、閉弁用圧力室 5 0と大気との間を遮断する。また、この状態で 2個の抑え部材 7 4 a、 7 4 bのうち上側の抑え部材 7 4 bが、ハウジング 4 2の内面の上部に突き当たるストツバの役目を果たす。

一方、図 2に示す入口シャツト弁 2 0の開弁状態から図 3に示すように閉弁する場合には、 V i S (または V o S ) を通電状態とし、エアコンプレッサ 2 4により圧力上昇した空気が、閉弁用圧力室 5 0に給排管 7 6および圧力制御用流路

4 0を介して導入されるようにする。また、 V i 0 (V o O) を開弁状態として.

、開弁用圧力室 5 2を大気に開放する。この結果、閉弁用圧力室 5 0の圧力と開弁用圧力室 5 2の圧力（大気圧）との間に生じる圧力差により駆動軸 6 0に下方に向かう第 3の力 F 3が作用する。一方、図 2に示す、流路構成圧力室 5 6にも、エアコンプレッサ 2 4により圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧 - 力室 5 6の圧力と大気に連通する大気圧室 5 4の圧力との間に生じる圧力差により、駆動軸 6 0に第 3の力 F 3と逆方向の、上方に向かう第 4の力 F 4が作用する。ただし、本実施の形態の場合、主ダイヤフラム 4 6を含む駆動軸 6 0上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム 4 8を含む駆動軸 6 0下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。このため、図 3に示すように、駆動軸 6 0が第 4の力 F 4とコイルばね 7 8の弾力とに抗して下方に変位して、弁体本体 6 2が弁座 8 0に着座する。

そして、入口シャット弁 2 0が閉弁しきった状態で、 V i S (または V o S ) を非通電状態として、閉弁用圧力室 5 0とエアコンプレッサ 2 4との接続を遮断し、閉弁用圧力室 5 0内の空気の圧力を一定に維持する。そして、この状態で、

V i O (V o O) を閉弁状態として、開弁用圧力室 5 2と大気との間を遮断する。出口シャット弁 2 2についても同様にして、開閉作用を行う。

一方、加湿器バイパス弁 1 8は、内部に設けたすべての圧力室がすべて同圧であるノーマル状態において、弁体 5 8が閉じる閉弁状態となるノーマルクローズ型のシャツト弁としている。加湿器バイパス弁 1 8の詳細構造の図示は省略するが、図 2、図 3に示した入口シャット弁 2 0または出口シャット弁 2 2と同様の構造で、コイルばね 7 8 (図 2、図 3参照）を、筒状部材 6 4の底板部上面と仕 07072052 切り部 44下面との間に設けたような構造を有する。なお、加湿器バイパス弁 1 8は、抑え部材 74 b (図 2、図 3参照）等'の、弁体 58の上端部に固定した部材の上面とハウジング 42の下面との間に、コイルばねを設けて、ノーマルクロ —ズ型のシャット弁とすることもできる（図 1の略図参照）。

また、加湿器バイパス弁 18は、図 1に示すように、 3 の ¾)(：側の圧カ制御用流路 40に閉弁用圧力室 50が、 P S Vの Vbひ側の圧力制御用流路 40 に開弁用圧力室 52が、それぞれ接続されている。

駆動軸 60の変位により弁体 58が上向きに駆動されると、加湿器バイパス経路 32の上流側から加湿器バイパス弁 18の入口 82に向かって流れる空気が、加湿器バイパス弁 18の出口 84から燃料電池スタック 12側へ排出される。一方、駆動軸 60の変位により弁体 58が下向きに駆動されると、出口 84が塞がれ、加湿器バイパス経路 32の上流側から燃料電池スタック 12に向かう空気の流れが遮断される。

駆動軸 60の軸方向の変位は、入口シャット弁 20、出口シャット弁 22の場合と同様に、 3つの P SVである、 Vb S， Vb C, VbOによって制御される。なお、図 1において、 VbS， Vb C, VbOを表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表している。また、 VbSは、非通電状態でエアコンプレッサ 24のガス吐出側と閉弁用圧力室 50とを接続し、通電状態でエアコンプレッサ 24のガス吐出側と開弁用圧力室 52とを接続する。

このような加湿器バイパス弁 18を開弁する場合、エアコンプレッサ 24により圧力上昇した空気を開弁用圧力室 52に導入するとともに、閉弁用圧力室 50 を大気に開放する。この結果、エアコンプレッサ 24により圧力上昇した空気が導入される流路構成圧力室 56と大気圧室 54 (図 2、図 3参照）とでの圧力差により駆動軸 60 (図 2、図 3参照）に上方に作用する第 1の力 F 1 'と、閉弁用圧力室 50と開弁用圧力室 52とでの圧力差により駆動軸 60に上方に作用する第 2の力 F 2 'との両方の力 F 1 '、 F 2 'により、駆動軸 60がコイルばねの弾力に杭して上方に駆動する。そして、加湿器バイパス弁 18が開弁する。これに対して、加湿器バイパス弁 18を閉弁する場合、エアコンプレッサ 24 00蘭 052 により圧力上昇した空気を閉弁用圧力室 5 0に導入するとともに、開弁用圧力室 5 2を大気に開放する。そして、開弁用圧力室 5 2と閉弁用圧力室 5 0とでの圧力差により駆動軸 6 0に下方に作用する力と、コイルばねの弾力とにより、駆動軸 6 0が下方に駆動する。この場合、流路構成圧力室 5 6と大気圧室 5 4との圧力差により駆動軸 6 0に上方に力が作用するが、主ダイヤフラム 4 6 (図 2、図 3参照）を含む駆動軸 6 0上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム 4 8 (図 2、図 3参照）を含む駆動軸 6 0下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしているため、駆動軸 6 0は下方に変位する。そして、加湿器バイパス弁 1 8が閉弁する。

上記のような燃料電池システムによれば、運転を停止した放置中、すなわち、入口シャット弁 2 0、出口シャット弁 2 2、加湿器バイパス弁 1 8のそれぞれに対応するすべての 3つずつの P S Vの非通電状態で、入口シャツ卜弁 2 0と出口シャツト弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とを、いずれも閉弁状態に維持できる。このため、燃料電池スタック 1 2の力ソード側電極側の内部の流路に新たな空気が供給されることを防止できる。このため、膜一電極アセンブリを構成する触媒を保持したカーボン材が酸化して、燃料電池スタック 1 2の寿命が低下するのを抑えることができる。

特に、本実施の形態の場合、入口シャット弁 2 0と出口シャット弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とは、駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を備え、駆動軸 6 0の軸方向の変位により流路内を遮断または接続するとともに、駆動軸 6 0は、互いに分離した閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とでの圧力差により作用する第 1の力 F l , F 1 'と、第 1の力 F l、 F 1 'と同方向に作用する力であって、互いに分離した大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とでの圧力差により作用する第 2 の力 F 2 , F 2 'との両方の力により駆動する構成を備える。このため、弁の駆動に対する応答性の向上を囪れる。

また、駆動軸 6 0の軸方向に閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2と大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とを配置しているため、それぞれの圧力室 5 0 , 5 2 , 5 4 , 5 6の内径を過度に大きくすることなく、弁を駆動する力を大きくできる。 2 また、流路構成圧力室 5 6を、弁体 5 8により遮断または接続される流路としているため、圧力室 5 0 , 5 2 , 5 4 , 5 6の他に弁体 5 8により遮断または接続される流路を設ける場合と異なり、入口シャツト弁 2 0と出口シャツト弁 2 2 と加湿器バイパス弁 1 8との小型化をより図りやすくなる。

また、加湿器バイパス弁 1 8は、すべての圧力室 5 0 , 5 2 , 5 4 , 5 6が同圧である場合にコィルばねの弹カにより閉弁状態となるノ一マレクローズ型のシャット弁とするとともに、駆動軸 6 0が互いに同方向に作用する第 1の力 F 1 ' と第 2の力 F 2 'とにより開弁状態となる方向に駆動するようにしている。このため、「駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を備え、駆動軸 6 0の軸方向の変位により流路内を遮断また ,は接続するとともに、駆動軸 6 0は、互いに分離した閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とでの圧力差により作用する第 1の力 F 1 'と、第 1の力 F 1 'と同方向に作用する力であって、互いに分離した大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とでの圧力差により作用する第 2の力 F 2 'との両方の力により駆動する構成を備える」の構成を採用することにより得られる効果が顕著になる。すなわち、加湿器バイパス弁 1 8を閉弁状態から開弁状態とするためにコィルばねの弾力に抗して駆動軸 6 0を変位させる必要があるのにもかかわらず、第 1の力 F 1 'と第 2の力 F 2 'とにより開弁状態を有効に実現できる。このため、上記の構成を採用することにより得られる効果が顕著になる。

また、入口シャツト弁 2 0と出口シャツ弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とは、駆動軸 6 0に固定した筒状部材 6 4の外周面に設けた駆動軸側円筒面部 6 3と、ハウジング 4 2と、内周部が駆動軸 6 0に、外周部がハウジング 4 2に結合された弾性材製の副ダイヤフラム 4 8と、を備える。また、副ダイヤフラム 4 8の環状変形部 6 7が圧力を受けることにより、副ダイヤフラム 4 8を弾性変形させつつ駆動軸 6 0が変位するようにしている。このため、駆動軸 6 0が変位する際に、副ダイヤフラム 4 8の変形抵抗により、駆動軸 6 0の変位を緩やかにできる。すなわち、圧力を受ける副ダイヤフラム 4 8に、駆動軸 6 0の変位を緩やかにする機能を持たせることができる。この結果、開弁時に、駆動軸 6 0が変位して弁体 5 8に固定の抑え部材 7 4 bがハウジング 4 2に当たる際の作動音を抑えることができる。また、入口シャツト弁 2 0と出口シャット弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とを、酸化ガス供給流路 1 4または酸化ガス系排出流路 1 6に設ける燃料電池用開閉弁として使用し、互いに同方向に作用する第 1の力 F 1， F 1 'と第 2の力 F 2 , F 2 'とにより駆動軸 6 0が開弁状態となる方向に駆動し、駆動軸 6 0が開弁状態から閉弁状態となるように駆動する開弁方向の前側、すなわち、図 2、図 3 の下側に流路、すなわち、流路構成圧力室 5 6の燃料電池スタック 1 2側が位置するようにしている。このため、「駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を備え、駆動軸 6 0の軸方向の変位により流路内を遮断または接続するとともに、駆動軸 6 0は、互いに分離した閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2とでの圧力差により作用する第 1の力 F l , F 1 'と、第 1の力 F l , F 1 'と同じ方向に作用する力であって、互いに分離した大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とでの圧力差により作用する第 2の力 F 2 , F 2 'との両方の力により駆動する構成を備える」の構成を採用することにより得られる効果が顕著になる。すなわち、燃料電池ス夕ック 1 2が発電することにより酸素および水素が消費されると、各弁 2 0、 2 2、 1 8の燃料電池スタック 1 2側が負圧になる。このため、閉弁状態から開弁状態にするためには、負圧に杭して駆動軸 6 0を変位させる必要がある。上記の構成の場合、このように負圧に杭して駆動軸 6 0を変位させる必要があるのにもかかわらず、第 1の力 F 1 , 1 'と第2のカ 2 , F 2 'とにより開弁状態を有効に実現できる。このため、上記の構成を採用することにより得られる、本発明の効果が顕著になる。

なお、図 3にのみ図示するように、駆動軸 6 0の中間部外周面と仕切り部 4 4 の下面との間に軸方向に伸縮可能な筒状シール部材 8 6を設けて、駆動軸 6 0とハウジング 4 2との間の軸受部等の摺動部に水分が付着するのをより有効に防止することもできる。これにより、付着した水分が低温環境下で凍結して、駆動軸 6 0の摺動が円滑に行えなくなることをより有効に防止することができる。また、図示は省略するが、上記の実施の形態において、入口シャット弁 2 0と出口シャット弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8との少なくともいずれかの弁において、流路内を単に遮断または接続するだけでなく、流路の開口面積を所定の大きさに調整可能とする機能を持たせることもできる。例えば、いずれかの弁 2 0 , 2 2 , 1 8の閉弁用圧力室 5 0と開弁用圧力室 5 2と大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6との少なくともいずれかの圧力室の圧力を微妙に調整可能とする構成を採用すれば、駆動軸 6 0を開弁しきった状態と閉弁しきった状態との間の半開状態に位置するように維持して、流路の開口面積が調整可能となる。このような構成によれば、例えば、酸化ガス系排出流路 1 6に出口シャット弁 2 2を、調圧弁の機能を備えるエアシャット弁として設ければ、酸化ガス系排出流路 1 6に別の調圧弁 3 4 (図 1 ) を設ける必要がなくなり、コスト低減を図れる。

なお、本発明の流体制御弁は、上記のような入口シャット弁 2 0と出口シャツト弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とに適用する場合に限定するものではなく、例えば、燃料ガス系ガスである水素ガスを流す燃料ガス供給流路または燃料ガス系排出流路に設ける燃料電池用開閉弁として使用するものにも本発明を適用できるまた、本発明から外れるが、本発明者が発明した別発明として、上記の実施の形態の入口シャツト弁 2 0と出口シャツト弁 2 2と加湿器バイパス弁 1 8とのいずれかにおいて、開弁用圧力室 5 2および閉弁用圧力室 5 0を設けず、ソレノィドゃモータにより駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を駆動する構成において、弁の駆動力を大きくするために、副ダイヤフラム 4 8 (図 2、図 3参照）に対応するダィャフラムにより大気圧室 5 4と流路構成圧力室 5 6とを仕切ることもできる。すなわち、駆動軸 6 0を有する弁体 5 8を備え、駆動軸 6 0の軸方向の変位により流路内を遮断または接続する流体制御弁であって、駆動軸 6 0は、ソレノイドまたはモー夕による第 1の力と、第 1の力と同方向に作用する力であって、互いに分離した第 1の圧力室と第 2の圧力室とでの圧力差により作用する第 2の力との両方の力により駆動することを特徴とする流体制御弁とすることもできる。

[第 2の発明の実施の形態]

図 4は、本発明の第 2の実施の形態に係る燃料電池システムを構成する入口シャット弁（または出口シャット弁）を示す、図 3の A部拡大相当図である。図 4 に示すように、入口シャツト弁 2 0 (または出口シャツト弁 2 2。以下、単に Γ 入口シャット弁 2 0」として説明する。）は、上記の第 1の実施の形態と同様に、駆動軸 6 0 (図 2、図 3参照）に結合した副ダイヤフラム 4 8を備える。また、副ダイヤフラム 4 8の外周端部を、ハウジング 4 2を構成する第 1ハウジング要素 8 8と、同じく第 2ハウジング要素 9 0とにより挟持している。また、第 1八ウジング要素 8 8の内側に流路構成圧力室 5 6が、第 2ハウジング要素 9 0の内側に大気圧室 5 4が、それぞれ設けられる。

また、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0との一方に設けた通孔（図示せず）に挿入したポルト（図示せず）を、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0との他方に設けたねじ孔（図示せず）に結合する等により構成する締結部により、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0とを結合している。また、第 1ハウジング要素 8 8の片側（図 4の上側）外周部に、略円環状の突部である、外側ビ一ド部 9 2を設け、第 2ハウジング要素 9 0の片側（図 4の下側）外周部に、略円環状の外個 i段部 9 4を設け、外側段部 9 4の側面（図 4の下側面）に外側ビード部 9 2の先端面を突き当てている。外側段部 9 4と外側ビード部 9 2とを突き合わせた部分により、結合部 9 6を構成しているまた、第 2ハウジング要素 9 0の片側面（図 4の下側面）の、外側段部 9 4よりも径方向内側に、ハウジング 4 2の軸方向（図 4の上下方向）に突出する略円環状の突部である、内側ビ一ド部 9 8を設け、内側ビード部 9 8の先端面と、第 1ハウジング要素 8 8の片面（図 4の上側面）とを、隙間を介して対向させることにより、ラビリンスシール部 1 0 0を構成している。すなわち、結合部 9 6よりもハウジング 4 2の径方向内側に、ラビリンスシ一ル部 1 0 0を設けている。このため、万が一、結合部 9 6を通じて外部から内側に水が浸入した場合でも、ラビリンスシ一ル部 1 0 0により、流路構成圧力室 5 6および大気圧室 5 4の内側への水の浸入を有効に防止できる。

また、副ダイヤフラム 4 8の外周端部は、ラビリンスシール部 1 0 0を構成する隙間を通じて、ハウジング 4 2の径方向に関して、内側ピード部 9 8と外側ピード部 9 2との間に配置し、第 1ハウジング要素 8 8および第 2ハウジング要素 9 0の間で副ダイヤフラム 4 8の外周端部を挟持している。

また、流路構成圧力室 5 6を構成する第 1ハウジング要素 8 8と、大気圧室 5 4を構成する第 2ハウジング要素 9 0とは、互いに異なる金属により構成してい

20 る。すなわち、第 1ハウジング要素 8 8は、ステンレス鋼により構成し、第 2ハウジング要素 9 0は、アルミニウム材またはアルミニウム合金により構成している。また、第 2ハウジング要素 9 0の、結合部 9 6を構成する部分を含む全体に、アルマイト処理を施している。このため、第 2ハウジング要素 9 0の塩害腐食に対する耐久性の向上を図れる。なお、第 2ハウジング要素 9 0とともに、主ダィャフラム 4 6 (図 2、図 3参照）の外周端部を挟持するハウジング要素も、ァルミ二ゥム材またはアルミニウム合金により構成することができる。

また、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0との結合部 9 6、すなわち接触部の径方向に関する幅 W 1は、十分に小さくしている。例えば、結合部 9 6のうち、図 4に図示しない部分には、ボルトをねじ孔に結合する等により構成する締結部が存在するが、結合部 9 6のうち、締結部から周方向にずれた部分の幅 W 1を、第 1ハウジング要素 8 8のうち、流路構成圧力室 5 6内の圧力を受ける本体部 1 0 2の径方向の厚さ T 1以下と、小さくしている。より好ましくは、結合部 9 6のうち、締結部から周方向にずれた部分を、線状接触部とする。このように、本実施の形態では、流路構成圧力室 5 6を構成する第 1ハウジング要素 8 8と、大気圧室 5 4を構成する第 2ハウジング要素 9 0とを、互いに異なる金属により構成するので、入口シャツト弁 2 0を車両の床下に搭載して使用する等の、入口シャット弁 2 0を、外部に水がかかる可能性がある状況で使用する場合でも、耐水性の向上と、軽量化との両立を高次元で図りやすくなる。すなわち、第 2ハウジング要素 9 0をアルミニウム材またはアルミニウム合金等の軽量な金属により構成することができるため、入口シャツト弁 2 0の軽量化を図れる。また、第 2ハウジング要素 9 0を、アルミニウム材またはアルミニゥム合金等の軽量な金属により構成する場合に、塩害腐食に対する耐久性向上のために第 2ハウジング要素 9 0にアルマイト処理を施す場合には、例えば、第 1ハウジング要素 8 8との結合部 9 6である接触部等、第 2ハウジング要素 9 0の表面にクラックが生じやすくなる。このため、第 1ハウジング要素 8 8を、アルマィト処理を施したアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成した場合には、結合部 9 6でクラック同士が重なりやすくなるため、ハウジング 4 2内部に水が浸入することに対して改良の余地がある。これに対して、本実施の形態では、第 1ハウジング要素 8 8を構成する材料を、第 2ハウジング要素 9 0を構成する金属である、アルミニウムまたはアルミニウム合金と異なる金属である、ステンレス鋼により構成しているため、結合部 9 6でクラックが重なることを有効に防止でき、結合部 9 6を通じての水の浸入を抑えやすくできる。すなわち、本実施の形態によれば、入口シャット弁 2 0を、外部に水がかかる可能性がある状況で使用する場合でも、耐水性の向上と、軽量化との両立を高次元で図りやすくなるまた、本実施の形態では、外側ビード部 9 2と外側段部 9 4とを突き合わせることにより構成する結合部 9 6よりも、ハウジング 4 2の径方向内側に、ラビリンスシール部 1 0 0を設けている。このため、入口シャット弁 2 0において、異なる金属の接触による電食の局所的進行を抑えつつ、塩害腐食に対する耐久性の向上を図れる。すなわち、本実施の形態のように、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0とを異なる金属により構成する場合には、それぞれの金属の表面積の比に応じて電食の進行が生じやすくなる。特に、第 2ハウジング要素 9 0をアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成し、アルマイト処理を施す場合には、上記のように第 2ハウジング要素 9 0の表面にクラックが生じやすく、何ら工夫しない場合には、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0との結合部 9 6を通じて、外部からハウジング 4 2の内側に水が浸入しやすくなる可能性がある。このため、従来かち、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成する部材において、ステンレス合金により構成する部材と接触する接触部を含む部分には、アルマイト処理を行わないようにすることが考えられている。ただし、この場合には、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成する部材、すなわち、第 2ハウジング要素 9 0の塩害腐食に対する耐久性が低下する可能性がある。

本実施の形態によれば、このような不都合を解消することもできる。すなわち、本実施の形態によれば、

(A) 軽量化を図るために、第 1ハウジング要素 8 8と第 2ハウジング要素 9 0とのうち、一方の要素をアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成し、他方の要素をステンレス鋼により構成する場合に、一方の要素の他方の要素との接触部を含む部分を含めてアルマイト処理を施すことにより、ハウジング 4 2の塩害腐食に対する耐久性を向上させる。

( B ) 両方の要素 8 8， 9 0の接触部を通じて内部に水が浸入しやすくなることを有効に防止する。

という、相反する要求を同時に満たすようにすることができる。すなわち、外側ビード部 9 2と外側段部 9 4とを突き合わせることにより構成する結合部 9 6よりも、ハウジング 4 2の径方向内側に、ラビリンスシール部 1 0 0を設けているので、結合部 9 6の径方向の幅 W 1を小さくすることにより、結合部 9 6の面圧を大きくでき、結合部 9 6のシール性を高くできることと、ラビリンスシ一ル部 1 0 0により得られる高いシール性とが相まって、全体のシール性を十分に高くできる。この結果、（A) (B ) の要求を同時に満たすことができる構造を得られる。

なお、第 2ハウジング要素 9 0とともに、主ダイヤフラム 4 6 (図 2、図 3参照）の外周端部を挟持するハウジング要素を、第 2ハウジング要素 9 0と異なる金属、例えばステンレス鋼等により構成することもできる。また、本実施の形態では、互いに接触するハウジング要素を、アルミニウムまたはアルミニウム合金と、ステンレス鋼との異なる金属の組み合わせにより構成する場合について説明した。ただし、本実施の形態では、これ以外の異なる金属の組み合わせにより、互いに接触するハウジング要素を構成することもできる。また、出口シャット弁 2 2および加湿器バイパス弁 1 8 (図 1参照）の一方または両方において、互いに異なる圧力室を構成する 2個のハウジング要素を、入口シャツト弁 2 0のハウジング 4 2の場合と同様に、互いに異なる金属により構成することもできる。その他の構成および作用については、上記の第 1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明および図示を省略する。産業上の利用可能性

本発明は、流体制御弁および燃料電池システムに利用される。例えば、燃料電池車用として車両に搭載し、燃料電池スタックを、車両走行用モー夕の電源として使用する燃料電池システムに利用される。

Claims

請求の範囲

1 . 駆動軸を有する弁体を備え、駆動軸の軸方向の変位により流路内を遮断または接続する流体制御弁であって、

獻動軸は、互いに分離した第 1の圧力室と第 2の圧力室とでの圧力差により作用する第 1の力と、第 1の力と同方向に作用する力であって、互いに分離した第 3の圧力室と第 4の圧力室とでの圧力差により作用する第 2の力との両方の力により駆動することを特徴とする流体制御弁。

2 . 請求の範囲 1に記載の流体制御弁において、

第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とのうち、 1の圧力室が弁体により遮断または接続される流路であることを特徴とする流体制御弁

3 . 請求の範囲 1または請求の範囲 2に記載の流体制御弁において、

第 1の圧力室および第 2の圧力室のうち 1の圧力室と、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち 1の圧力室とが互いに連通しているか、それぞれ大気に開放されていることを特徴とする流体制御弁。

4 . 請求の範囲 1または請求の範囲 2に記載の流体制御弁において、

第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とのうちいずれの 2の圧力室も内部で互いに連通していないことを特徴とする流体制御弁。

5 . 請求の範囲 1から請求の範囲 4のいずれか 1に記載の流体制御弁において第 1の圧力室および第 2の圧力室のうち一方の圧力室が、弁体により遮断または接続される流路であり、第 1の圧力室おょぴ第 2の圧力室のうち他方の圧力室が、大気に開放されており、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち一方の圧力室が流路内を流れる流体と同種の流体により加圧されており、第 3の圧力室および第 4の圧力室のうち他方の圧力室が大気に開放されていることを特徴とする流体制御弁。

6 . 請求の範囲 1から請求の範囲 5のいずれか 1に記載の流体制御弁において第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とがすべて同圧であるノーマル状態において、開弁状態となるノーマルオープン型のシャツト弁であることを特徴とする流体制御弁。

7 . 請求の範囲 1から請求の範囲 5のいずれか 1に記載の流体制御弁において第 1の圧力室と第 2の圧力室と第 3の圧力室と第 4の圧力室とがすべて同圧であるノーマル状態において、弾力付与手段の弾力により閉弁状態となるノーマルクロ一ズ型のシャツト弁であり、互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより駆動軸が開弁状態となる方向に駆動することを特徴とする流体制御弁。

8 . 請求の範囲 1から請求の範囲 7のいずれか 1に記載の流体制御弁において酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁として使用することを特徴とする流体制御弁。

9 . 請求の範囲 8に記載の流体制御弁において、

互いに同方向に作用する第 1の力と第 2の力とにより駆動軸が開弁状態となる方向に駆動し、

開弁状態から閉弁状態となるように駆動軸が駆動する方向の前側に流路の燃料電池側が位置することを特徴とする流体制御弁。

1 0 . 請求の範囲 1に記載の流体制御弁において、

第 1の圧力室を構成する部材と、第 2の圧力室を構成する部材とを、互いに異なる金属により構成することを特徴とする流体制御弁。

1 1 . 酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、

酸化ガス系ガスまたは燃料ガス系ガスを流す流路に設ける燃料電池用開閉弁が、請求の範囲 1から請求の範囲 1 0のいずれか 1に記載の流体制御弁であることを特徴とする燃料電池システム。