気体制御式バルブシステム
【課題】部品点数および設置スペースの低減に貢献できる気体制御式バルブシステムを提供する。
【解決手段】気体制御式バルブシステムは、制御用気体に基づいて連動して開閉する連動バルブ２，３を有するバルブ組１と、各連動バルブ２，３に制御用気体を供給して連動バルブ２，３の開放動作および閉鎖動作を制御する制御用通路４と、連動バルブ２，３の開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素５とを備えている。
【解決手段】気体制御式バルブシステムは、制御用気体に基づいて連動して開閉する連動バルブ２，３を有するバルブ組１と、各連動バルブ２，３に制御用気体を供給して連動バルブ２，３の開放動作および閉鎖動作を制御する制御用通路４と、連動バルブ２，３の開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気圧等の気体圧に基づいてバルブを開閉させる気体制御式バルブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、給電および断電により電磁バルブの開閉を制御する電動制御式のバルブシステムが提供されている。更に、空気の供給によりバルブの開閉を制御する気体制御式のバルブシステムが提供されている（特許文献１）。このものによれば、バルブの開閉を空気圧で行うため、電動制御式のバルブシステムよりも、消費電力を小さくできる利点、電気配線を減少させることができる利点、電気配線ではなく空気配管で済むため、高温雰囲気にも配管できる利点等といったが得られる。しかしながら上記した気体制御式バルブシステムでは、電気信号を送信する電気配線に相当する部分を空気配管で置き換え、更に、空気配管に空気を供給したり停止したりする切替制御を行う切替バルブを空気配管のそれぞれに接続させる必要があり、部品点数および設置スペースが増加する傾向があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３３２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、部品点数および設置スペースの低減に貢献できる気体制御式バルブシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る気体制御式バルブシステムは、（i）機器に接続され、開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が行われる複数の連動バルブを備えるバルブ組と、（ii）バルブ組を構成する各連動バルブに制御用気体を供給して各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動を制御する制御用通路と、（iii）制御用通路および／または連動バルブに設けられ、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素とを具備することを特徴とする。
【０００６】
機器は、バルブ組の開放動作により流体が供給されるものである。機器としては特に限定されず、燃料電池のスタック、コージェネ機器、ラジエータ機器、太陽電池機器、油圧機器等を例示できる。バルブ組は、開放動作および閉鎖動作が制御用気体により制御される複数の連動バルブを備えている。各連動バルブの開放動作または閉鎖動作により、機器の状態が調整される。
【０００７】
制御用通路は、バルブ組を構成する各連動バルブに制御用気体を供給する。これにより各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が制御される。優先遅延要素は、制御用通路および／または連動バルブに設けられている。優先遅延要素は、バルブ組を構成する連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる機能を有する。従って、バルブ組が作動するときには、バルブ組を構成する各連動バルブにおいて、特定の連動バルブが他の連動バルブに対して優先的に開弁動作する。あるいは、特定の連動バルブが他の連動バルブに対して優先的に閉弁動作する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バルブ組が作動するとき、優先遅延要素は、バルブ組を構成する連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係を自動的に維持させることができる。従って、バルブ組を構成する特定の連動バルブの開放動作を他の連動バルブの開放動作よりも優先させる形態、および／または、バルブ組を構成する特定の連動バルブの閉鎖動作を他の連動バルブの閉鎖動作よりも優先させる形態が得られる。
【０００９】
このような本発明によれば、優先遅延要素が設けられているため、気体を流す配管のそれぞれに切替バルブを設けずとも良く、部品点数および設置スペースの低減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図２】実施例２に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図３】実施例３に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図４】実施例４に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図５】実施例５に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図６】実施例６に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図７】実施例７に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図８】実施例８に係り、気体制御式バルブシステムで使用される連動バルブの一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用気体が流れる単位時間あたりの流量を絞ることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。制御用気体としては空気、窒素ガス、希ガス等が挙げられる。絞りの程度は、制御用通路を流れる制御用気体が単位時間に流れる流量に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係が設定できる。ここで、時間的な優先遅延関係とは、バルブ組を構成する特定の連動バルブの動作を他の連動バルブの動作よりも優先または遅延させることを意味する。
【００１２】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路の少なくとも一部の流路断面積を変化させることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。流路断面積の変化は、制御用通路を流れる制御用気体が単位時間に流れる流量に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１３】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路の流路長を変化させることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。流路長の変化は、制御用気体が連動バルブに到達する時間に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１４】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路および／または連動バルブに設けられたバッファ室で形成されていることができる。バッファ室の容積は、制御用通路を流れる制御用気体が連動バルブに到達するまでの時間に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１５】
本発明の一視点によれば、バルブ組は、開放動作により機器に流体を供給するための供給バルブと、開放動作により機器内の流体を機器外に排出させるための排出バルブとを備えている。この場合、供給バルブは、供給バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、供給バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えている。排出バルブは、排出バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、排出バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えている。
【００１６】
本発明の一視点によれば、制御用通路は、供給バルブの開放用ポートおよび排出バルブの開放用ポートに連通する開放制御用通路と、供給バルブの閉鎖用ポートおよび排出バルブの閉鎖用ポートに連通する閉鎖制御用通路とを備えていることが好ましい。優先遅延要素は、供給バルブ、排出バルブ、開放制御用通路および閉鎖制御用通路のうちの少なくとも一つに設けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明の一視点によれば、次の形態が例示される。
（ａ）開放動作について、排出バルブが開放した後に供給バルブが開放する形態（ｂ）開放動作について、供給バルブが開放した後に排出バルブが開放する形態
（ｃ）閉鎖動作について、排出バルブが開放した後に供給バルブが開放する形態（ｄ）閉鎖動作について、供給バルブが開放した後に排出バルブが開放する形態
本発明の一視点によれば、バルブシステムは燃料電池のカソードにカソードガスを供給するためのものでもよいし、あるいは、アノードにアノードガスを供給するためのものでも良い。
【実施例１】
【００１８】
図１は実施例１を示す。本実施例に係る空気制御式（気体圧制御式）の連動バルブシステムは、開閉可能なバルブ組１と、制御用通路４と、優先遅延要素５とを有する。バルブ組１は、開放動作および閉鎖動作が制御用空気により制御される供給バルブ２と、開放動作および閉鎖動作が制御用空気（制御用気体）により制御される排出バルブ３とからなる。
【００１９】
具体的には、バルブ組１は、開放動作によりスタック６の内部にカソードガス（反応流体）を供給するための供給バルブ２（連動バルブ）と、開放動作によりスタック６内のカソードオフガス（反応流体）をスタック６の外部に排出させるための排出バルブ３（連動バルブ）とを備えている。ここで、供給バルブ２および排出バルブ３は、互いに連動して動作する。すなわち、スタック６が発電するとき、供給バルブ２および排出バルブ３は共に連動して開放動作する。また、スタック６が発電停止するとき、供給バルブ２および排出バルブ３は共に連動して閉鎖動作する。
【００２０】
ここで、供給バルブ２の開放または閉鎖により、カソードガス（空気）を供給するためのカソードガス流路３０２が開閉される。カソードガス流路３０２には防塵用のフィルタ８３が設けられている。排出バルブ３の開放または閉鎖により、カソードオフガスを排出させるためのカソードガス流路３０４が開閉される。この結果、機器であるスタック６のカソードにおけるカソードガスの状態が調整される。
【００２１】
本実施例によれば、図１に示すように、供給バルブ２は、空気圧（気体圧）に基づいて作動するエアオペレイト連動バルブであり、供給バルブ２の開放動作を実施するための開放用ポート２１と、開放用ポート２１に連通する第１室２２と、供給バルブ２の閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポート２３と、閉鎖用ポート２３に連通する第２室２４とを備えている。排出バルブ３は、空気圧に基づいて作動するエアオペレイト連動バルブであり、排出バルブ３の開放動作を実施するための開放用ポート３１と、開放用ポート２１に連通する第１室３２と、排出バルブ３の閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポート３３と、閉鎖用ポート３３に連通する第２室３４とを備えている。
【００２２】
制御用通路４は、バルブ組１を構成する供給バルブ２および排出バルブ３にそれぞれ制御用空気を供給し、供給バルブ２および排出バルブ３の開放動作および閉鎖動作を制御する。具体的には、制御用通路４は、コンプレッサ８２と切替連動バルブ７とを防塵フィルタ８０を介して接続する元通路４６と、供給バルブ２および排出バルブ３を連動させて開放動作させるための開放制御用通路４０と、供給バルブ２および排出バルブ３を連動させて閉鎖動作させるための閉鎖制御用通路４５とを備えている。図１に示すように、開放制御用通路４０は、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１から導出された開放用主通路４０ｍと、開放用主通路４０ｍの分岐部４０ｘから排出バルブ３の開放用ポート３１に連通する第１開放用通路４０ｆと、開放用主通路４０ｍの分岐部４０ｘから供給バルブ２の開放用ポート２１に連通する第２開放用通路４０ｓとを有する。
【００２３】
図１に示すように、閉鎖制御用通路４５は、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２から導出された閉鎖用主通路４５ｍと、閉鎖用主通路４５ｍの分岐部４５ｘから分岐され排出バルブ３の閉鎖用ポート３３に連通する第１閉鎖用通路４５ｆと、閉鎖用主通路４５ｍの分岐部４５ｘから供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に連通する第２閉鎖用通路４５ｓとを有する。
【００２４】
図１に示すように、制御用通路４は切替連動バルブ７および防塵フィルタ８０を介してコンプレッサ８２（空気搬送源，気体搬送源，カソードガス搬送源）に接続されている。防塵フィルタ８０は場合によっては廃止されていても良い。具体的には、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１は、開放制御用通路４０に接続されている。切替連動バルブの第２切替ポート７２は、閉鎖制御用通路４５に接続されている。
【００２５】
図１に示すように、開放制御用通路４０は、開放制御用通路４０の圧力を大気に開放できる第１逃圧連動バルブ９１に接続されている。第１逃圧連動バルブ９１は通常では閉鎖されているが、開放制御用通路４０と第１逃圧ポート９１ｐとが連通すると、開放制御用通路４０の圧力が大気に開放される。また、閉鎖制御用通路４５は、閉鎖制御用通路４５の圧力を大気に開放できる第２逃圧連動バルブ９２に接続されている。第２逃圧連動バルブ９２は通常では閉鎖されているが、閉鎖制御用通路４５と第２逃圧ポート９２ｐとが連通すると、閉鎖制御用通路４５の圧力が大気に開放される。
【００２６】
機器として機能するスタック６は、燃料電池のセルを複数個搭載しているものである。セルとしては、電解質膜を燃料極および酸化剤極で挟むシート状のセルでも良いし、あるいは、電解質膜を燃料極および酸化剤極で挟む筒形状のセルでも良い。電解質膜は炭化フッ素系または炭化水素系等の有機系膜でも良いし、あるいは、無機系膜でも良いし、あるいは、有機材料および無機材料が混在する膜でも良い。
【００２７】
スタック６のカソードには、空気等のカソードガスが供給される。スタック６のアノードには、例えば水素ガス、水素含有ガス等のアノードガスが供給される。供給バルブ２および排出バルブ３は、カソードガスの供給および排出を実施するものである。従ってスタック６のカソードの入口には、カソードガスをスタック６に供給するための供給バルブ２が設けられている。スタック６のカソードの出口には、スタック６のカソードオフガス（発電反応を経たガス）を排出するための排出バルブ３が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、優先遅延要素５は、開放制御用通路４０および閉鎖制御用通路４５の双方に設けられている。優先遅延要素５は、供給バルブ２の開放動作を排出バルブ３の開放動作よりも時間的に遅延させる第１機能と、供給バルブ２の閉鎖動作を排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的に遅延させる第２機能とを併有する。
【００２９】
具体的には、優先遅延要素５は、供給バルブ２側の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１絞り孔をもつ第１絞り５１と、供給バルブ２側の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２絞り孔をもつ第２絞り５２とを有する。絞りとは、単位時間あたりに流れる流量を絞る機能を有するものであり、オリフィスまたはノズル等と呼ばれる。絞りは、流量絞りにより時間遅延作用を発生させ得るものの、サイズ自体が小型で済むため、簡便な構造で済む。ここで、第１絞り５１，第２絞り５２は固定絞りでも良いし、可変絞りでも良い。可変絞りの場合には、スタック６の使用季節、スタック６の設置地域等に応じて絞り径を適宜設定できる。
【００３０】
本実施例によれば、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられている。このため供給バルブ２の開放用ポート２１に単位時間あたり供給される空気の流量が絞られて小さくされている。故に、供給バルブ２の開放用ポート２１に作用する空気圧の上昇は、第１絞り５１が無い場合に比較して遅延する。これに対して、排出バルブ３の開放用ポート３１側は絞りが設けられていないため、動作の遅延は発生しない。この結果、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔo（o:open）ぶん遅延する。
【００３１】
同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２絞り５２が設けられているため、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなる。故に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に作用する空気圧の上昇は、第２絞り５２が無い場合に比較して遅延する。これに対して、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側は絞りが設けられていないので、遅延が発生しない。この結果、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔs（s:shut）ぶん遅延する。
【００３２】
換言すると、排出バルブ３の開放用ポート３１側には絞りが設けられていないため、排出バルブ３の開放動作は、供給バルブ２の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん優先する。同様に、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられていないため、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん優先する。
【００３３】
なおΔｔoおよびΔｔsはスタックの種類、スタックの運転状態等の要因に応じて適宜選択される。ここで、Δｔo＝Δｔsでも良いし、Δｔo≒Δｔsでも良いし、Δｔo＜Δｔsでも良いし、Δｔo＞Δｔsでも良い。Δｔoは例えば０．０５〜２０秒の範囲内あるいは０．２〜１０秒の範囲内で設定できる。Δｔsは例えば０．０５〜２０秒の範囲内あるいは０．２〜１０秒の範囲内で設定できる。なお、第１絞り５１の第１絞り孔の内径をα１とし、第２絞り５２の第２絞り孔の内径をα２とすると、ΔｔoおよびΔｔsに応じて、α１＝α２としても良いし、α１≒α２としても良いし、α１＜α２としても良いし、α１＞α２としても良い。
【００３４】
本実施例によれば、使用時には、コンプレッサ５２が駆動している。発電時にはスタック６のカソードにはカソードガスが供給され、アノードにはアノードガスが供給され、スタック６が発電反応により発電する。スタック６のカソードにカソードガスの供給を開始するにあたり、図略の制御装置により切替連動バルブ７が切り替えられ、図１に示すように、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１と開放制御用通路４０とコンプレッサ８２とが連通される。すると、排出バルブ３の開放用ポート３１および供給バルブ２の開放用ポート２１に制御用空気がそれぞれ供給される。このとき、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられているため、供給バルブ２の開放用ポート２１に供給される制御用空気の単位時間あたりの流量が絞られて制限される。この結果、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従って、排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放動作する。
【００３５】
換言すると、排出バルブ３の開放動作が実施されて、スタック６に封入されているカソードガスが排出バルブ３から排出可能な状態にされた後、供給バルブ２の開放動作が実施されて供給バルブ２からカソードガスがスタック６の内部に供給される。このためスタックの内部にカソードガスを迅速に効果的に導入させるのに有利となる。なお、スタックの発電中においては、供給バルブ２および排出バルブ３の双方は開放されており、カソードガスがスタック６の内部に連続して供給される。
【００３６】
次に、スタック６での発電を停止させる場合について説明する。この場合には、図略の制御装置により切替連動バルブ７が切り替えられ、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２と閉鎖制御用通路４５とコンプレッサ８２とが連通される。すると、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３および供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に制御用空気がそれぞれ供給される。このとき、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２絞り５２が設けられているため、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に供給される制御用空気の単位時間あたりの流量が絞られて制限される。この結果、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って、排出バルブ３が閉鎖動作したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖動作する。
【００３７】
換言すると、排出バルブ３の閉鎖動作が実施され、スタック６に供給されているカソードガスが排出バルブ３から排出できない状態にされた後、供給バルブ２の閉鎖動作が実施され、供給バルブ２からスタック６の内部へのカソードガスの供給が停止される。このためスタック６の内部に所定流量のカソードガスを封入させるのに有利となる。なおスタック６の発電が停止されているときにおいて、供給バルブ２および排出バルブ３の双方は閉鎖されており、カソードガスがスタック６の内部に封入された状態に維持されるとともに、外気の塵埃等がスタック６の内部に進入できないようにされる。
【００３８】
なお、上記した第１絞り５１および第２絞り５２は固定絞りでも良いし、可変絞りでも良い。可変絞りであれば、スタック６の発電状態に応じて遅延時間Δｔo，Δｔsのうちの一方または双方を調整することができる。
【００３９】
以上説明したように本実施例によれば、優先遅延要素５は、供給バルブ２の開放動作を排出バルブ３の開放動作よりも時間的に遅延させる第１機能と、供給バルブ２の閉鎖動作を排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的に遅延させる第２機能とを併有するが、これに限らず、場合によっては、第１機能および第２機能のうちの一方のみでも良い。
【００４０】
すなわち、優先遅延要素５は、供給バルブ２側の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１絞り５１を採用する第１方策と、供給バルブ２側の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２絞り５２を採用する第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【００４１】
また上記したコンプレッサ８２はスタック６のカソードにカソードガスを供給する搬送源としても機能するが、これに限らず、コンプレッサ８２はバルブシステムの開閉動作を実施するためだけに使用されるものでも良い。この場合には、スタック６のカソードに空気をカソードガスとして供給する搬送源を別途設けることが好ましい。なお、上記した供給バルブ２および排出バルブ３は、カソードガスの供給および排出を実施するものであるが、これに限らず、アノードガスの供給および排出を実施するものでも良い。
【実施例２】
【００４２】
図２は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｂは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１抵抗体５１ｂと、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２抵抗体５２ｂとを有する。
【００４３】
第１抵抗体５１ｂおよび第２抵抗体５２ｂは、空気が流れる方向に開放された多数の連続孔を有する透過フィルタ、多孔質体、網を積層させた網積層体、球体等の複数の物体を積層させた積層体のうちの少なくとも一つで形成されており、単位時間あたり流れる空気の流量を絞って制限することができる。ここで、第１抵抗体５１ｂの空気透過率をβ１とし、第２抵抗体５２ｂの空気透過率をβ２とすると、β１＝β２としても良いし、β１≒β２としても良いし、β１＜β２としても良いし、β１＞β２としても良い。なお空気透過率が高い方が、単位時間あたりに通過させる空気の流量が大きい。
【００４４】
本実施例によれば、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１抵抗体５１ｂが設けられている。このため実施例１と同様に、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２抵抗体５２ｂが設けられている。このため、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。
【００４５】
このような本実施例によれば、カソードガスの供給開始時には、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガス（反応ガス，反応流体）の供給開始時には、排出バルブ３が開放したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放する。この場合、スタック６の内部への気体供給性が確保される。
【００４６】
同様に、発電停止時には、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖する。この場合、スタック６の内部におけるカソードガスの封入性が確保される。
【００４７】
本実施例によれば、優先遅延要素５Ｂは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１抵抗体５１ｂを採用する第１方策と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２抵抗体５２ｂを採用する第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例３】
【００４８】
図３は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓの流路長をＬＯ２とし、開放制御用通路４０の第１開放用通路４０ｆの流路長をＬＯ１とする。閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓの流路長をＬＳ２とし、閉鎖制御用通路４５の第１閉鎖用通路４５ｆの流路長をＬＳ１とする。ここで、第２開放用通路４０ｓには、流路長を長くするためのスパイラル通路４８が形成されている。第２閉鎖用通路４５ｓには、流路長を長くするためのスパイラル通路４９が形成されている。
【００４９】
ここで、優先遅延要素５Ｃは、スパイラル通路４８により流路長ＬＯ２を流路長ＬＯ１よりも長くすることにより形成されているとともに、スパイラル通路４９により流路長ＬＳ２を流路長ＬＳ１よりも長くすることにより形成されている。制御用空気が流れる流路長の距離が長いと、時間遅延を発生させる。
【００５０】
このような本実施例によれば、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガスの供給開始時には、排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放動作する。
【００５１】
同様に、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時、つまりカソードガスの供給停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖動作する。
【００５２】
なお、Δｔoぶんの遅延が得られるように、第１開放用通路４０ｆの流路断面積は、第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積と同一または類似にできる。またΔｔsぶんの遅延が得られるように、第１閉鎖用通路４５ｆの流路断面積は、第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積と同一または類似にできる。
【００５３】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｃは、流路長ＬＯ２を流路長ＬＯ１よりも長くすることにより形成されている第１方策とともに、流路長ＬＳ２を流路長ＬＳ１よりも長くする第２方策とを備えている。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。スパイラル通路４８，４９により流路長を調整しているが、これに限らず、場合によっては、スパイラルに限らず、場合によっては、Ｓ字状、Ｎ字状、Ｍ字状の通路を形成して流路長を調整しても良い。
【実施例４】
【００５４】
図４は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓの流路断面積をＤＯ２とし、開放制御用通路４０の第１開放用通路４０ｆの流路断面積をＤＯ１とする。閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積をＤＳ２とし、閉鎖制御用通路４５の第１閉鎖用通路４５ｆの流路断面積をＤＳ１とする。ここで、優先遅延要素５Ｄは、流路断面積ＤＯ２を流路断面積ＤＯ１よりも小さくすることにより形成されているとともに、流路断面積ＤＳ２を流路断面積ＤＳ１よりも小さくすることにより形成されている。ＤＯ１／ＤＯ２の値は適宜設定できる。同様に、ＤＳ１／ＤＳ２の値は適宜設定できる。
【００５５】
このような本実施例によれば、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガス供給時には、排出バルブ３が開放したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放する。同様に、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖する。
【００５６】
なお本実施例によれば、ＬＳ２，ＬＳ１，ＬＯ２，ＬＯ１を実施例３通りに定義すれば、ＬＳ２＝ＬＳ１，ＬＳ２≒ＬＳ１とすることができ、あるいは、ＬＳ２＞ＬＳ１とすることができる。またＬＯ２＝ＬＯ１，ＬＯ２≒ＬＯ１とすることができる。あるいは、ＬＯ２＞ＬＯ１とすることができる。
【００５７】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｄは、流路断面積ＤＯ２を流路断面積ＤＯ１よりも小さくすることにより形成されている第１方策とともに、流路断面積ＤＳ２を流路断面積ＤＳ１よりも小さくする第２方策とで形成されている。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例５】
【００５８】
図５は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｅは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１バッファ室５１ｅと、第２開放用通路４０ｓにおいて第１バッファ室５１ｅの上流に設けられた第１絞り５１と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２バッファ室５２ｅと、閉鎖制御用通路４５において第２バッファ室５２ｅの上流に設けられた第２絞り５２とを有する。第１バッファ室５１ｅは第２開放用通路４０ｓよりも、流路断面積が大きくされている。第２バッファ室５２ｅは第２閉鎖用通路４５ｓよりも、流路断面積が大きくされている。
【００５９】
すなわち、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１の双方が設けられているため、遅延時間を長くできる。従って、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoeぶん遅延する。同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２の双方が設けられているため、遅延時間を長くできる。従って、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔseぶん遅延する。
【００６０】
なお、第１バッファ室５１ｅの容積をη１とし、第２バッファ室５２ｅの容積をη２とすると、η１＝η２としても良いし、η１≒η２としても良いし、η１＜η２としても良いし、η１＞η２としても良い。
【００６１】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｅは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１を形成する第１方策と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２を形成する第２方策とを有する。しかしこれにに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。更には、第１方策においても、第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１のうちのいずれか一方のみとしても良い。第２方策においても、第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例６】
【００６２】
図６は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｆは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５１と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５２とを有する。この場合、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられているため、供給バルブ２の開放用ポート２１に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなり、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従って排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が開放動作する。
【００６３】
同様に、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられているため、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなる。よって、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsaぶん遅延する。
【００６４】
すなわち、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられているため、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsaぶん遅延し、供給バルブ２が閉鎖した後に排出バルブ３が閉鎖する。この場合、供給バルブ２が閉鎖されたにも拘わらず、排出バルブ３が開放されている時間が存在するため、スタック６の内部に残留するカソードガスを排出バルブ３からスタック６の外部に排出させるのに有利となる。
【００６５】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｆは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５１を備える第１方策と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５２を備える第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例７】
【００６６】
図７は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｇは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５２１と、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側に設けられた第２絞り５２２と、排出バルブ３の開放用ポート３１に設けられた第１絞り５３１と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５３２とを有する。絞り５２１．５２２，５３１，５３２は流量絞り作用を有するため、時間遅延作用を発揮する。
【００６７】
ここで、第１絞り５２１の絞り度は、第１絞り５３１の絞り度よりも大きい。従って単位時間あたり、第１絞り５２１を流れる空気の流量は、第１絞り５３１を流れる空気の流量よりも少ない。また、第１絞り５２２の絞り度は、第１絞り５３２の絞り度よりも大きい。従って、単位時間あたり、第１絞り５２２を流れる空気の流量は、第１絞り５３２を流れる空気の流量よりも少ない。
【００６８】
このような本実施例によれば、供給バルブ２および排出バルブ３の開放については、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１がコンプレッサ８２に連通するように切替連動バルブ７が切り替えられたとき（図７参照）、切替時から第１所定時間経過した後に排出バルブ３が開放動作し、その後、第２所定時間経過した後、供給バルブ２が開放動作する。
【００６９】
これに対して供給バルブ２および排出バルブ３の閉鎖については、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２がコンプレッサ８２に連通するように切替連動バルブ７が切り替えられたとき、切替時から第４所定時間経過した後に排出バルブ３が閉鎖動作し、その後、第５所定時間経過した後、供給バルブ２が閉鎖動作する。
【実施例８】
【００７０】
図８は、供給バルブ２Ｗおよび排出バルブ３Ｗの内部構造の一例を示す。供給バルブ２Ｗは、ハウジング９０と、バルブ室９１と、バルブ室９１に連通する入口９２と、バルブ室９１に連通する出口９３と、バルブ室９１に移動可能に設けられたバルブ体９４と、バルブ体９４の受圧面９５に空気圧を作用させる制御ポート９６と、入口９２および出口９３の連通性を遮断させる方向にバルブ体９４を付勢する付勢部材としての付勢バネ９７とを有する。空気圧が制御ポート９６に作用していないとき、付勢バネ９７の矢印Ｙ１方向（閉弁方向）の付勢力で、バルブ体９４のバルブ面９８が着座面９９に着座し、入口９２および出口９３の連通性は遮断されている。開放制御用通路４０から制御ポート９６に制御用空気が供給されると、空気圧がバルブ体９４の受圧面９５に作用する。すると、付勢バネ９７のバネ力に抗しつつ、バルブ体９４が矢印Ｙ２方向（開弁方向）に開放動作し、入口９２および出口９３が連通され、カソードガスが供給バルブ２Ｗの入口９２、バルブ室９１、出口９３、スタック６の入口６iの順に流れる。
【００７１】
排出バルブ３Ｗは、供給バルブ２Ｗと同様に、ハウジング９０と、バルブ室９１と、バルブ室９１に連通する入口９２と、バルブ室９１に連通する出口９３と、バルブ室９１に移動可能に設けられたバルブ体９４と、バルブ体９４の受圧面９５に空気圧を作用させる制御ポート９６と、入口９２および出口９３の連通性を遮断させる方向にバルブ体９４を付勢する付勢部材としての付勢バネ９７とを有する。
【００７２】
排出バルブ３Ｗにおいて、空気圧が制御ポート９６に作用していないとき、付勢バネ９７の矢印Ｙ１方向（閉弁方向）の付勢力で、バルブ体９４のバルブ面９８が着座面９９に着座しており、入口９２および出口９３の連通性は遮断されている。開放制御用通路４０から排出バルブ３Ｗの制御ポート９６に空気圧が作用すると、付勢バネ９７のバネ力に抗しつつ、バルブ体９４が矢印Ｙ２方向（開弁方向）に開放動作し、スタック６内のカソードオフガス等のガスがスタック６の出口６ｐ、排出バルブ３Ｗの入口９２、バルブ室９１、出口９３の順に流れて排出される。
【００７３】
図８に示すように、開放制御用通路４０のうち供給バルブ２Ｗ（開放動作および閉鎖動作を遅延させるバルブ）に連通する第２開放用通路４０ｓには、優先遅延要素として機能する逆止弁１００が設けられている。逆止弁１００は、ポート１０１と、ポート１０１を開閉する弁体１０２と、弁体１０２を閉弁方向に付勢するバネ１０３とを有する。第２開放用通路４０ｓの空気圧が逆止弁１００のバネ１０３のバネ力に打ち勝つまで、ポート１０１は閉鎖されている。第２開放用通路４０ｓの空気圧がバネ１０３のバネ力に打ち勝つと、ポート１０１は開放される。このため、第２開放用通路４０ｓの供給バルブ２Ｗには、逆止弁１００に開弁応答に基づく時間遅れが積極的に発生する。しかし、開放制御用通路４０のうち排出バルブ３に連通する第１開放用通路４０ｆには逆止弁が設けられていないため、排出バルブ３における時間遅れは抑えられている。
【実施例９】
【００７４】
本発明は上記した各実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、優先遅延要素は、上記した各実施例のうちの少なくとも二つの特徴を併合させても良い。具体的には、必要な遅延時間を確保すべく、絞り、抵抗体、流路長、流路断面積、バッファ室、逆止弁のうちの少なくとも二種を併合させる構造としても良い。実施例１は燃料電池の入口および出口を開閉する連動バルブシステムに適用されているが、これに限らず、場合によっては、燃料電池に付設される加湿器の入口および出口を開閉する連動バルブシステムに適用されていても良いし、あるいは、ガスエンジンヒートポンプに使用される連動バルブシステム、他のコージェネシステムに使用される連動バルブシステムに適用されていても良い。実施例１に係る供給バルブ２は、開放用ポート２１、第１室２２、閉鎖用ポート２３、第２室２４を備えているが、これに限定されない。排出バルブ３についても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は例えば燃料電池システム（定置用、車載用等）、加湿システム、コージェネシステム等に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１はバルブ組、２は供給バルブ、２１は開放用ポート、２３は閉鎖用ポート、３は排出バルブ、３１は開放用ポート、３３は閉鎖用ポート、４は制御用通路、４０は開放制御用通路、４０ｆは第１開放用通路、４０ｓは第２開放用通路、４５は閉鎖制御用通路、４５ｆは第１閉鎖用通路、４５ｓは第２閉鎖用通路、５は優先遅延要素、５１は第１絞り、５２は第２絞り、５１ｂは第１抵抗体、５２ｂは第２抵抗体、５１ｅは第１バッファ室、５２ｅは第２バッファ室、６はスタック（機器）、８２はコンプレッサを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気圧等の気体圧に基づいてバルブを開閉させる気体制御式バルブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、給電および断電により電磁バルブの開閉を制御する電動制御式のバルブシステムが提供されている。更に、空気の供給によりバルブの開閉を制御する気体制御式のバルブシステムが提供されている（特許文献１）。このものによれば、バルブの開閉を空気圧で行うため、電動制御式のバルブシステムよりも、消費電力を小さくできる利点、電気配線を減少させることができる利点、電気配線ではなく空気配管で済むため、高温雰囲気にも配管できる利点等といったが得られる。しかしながら上記した気体制御式バルブシステムでは、電気信号を送信する電気配線に相当する部分を空気配管で置き換え、更に、空気配管に空気を供給したり停止したりする切替制御を行う切替バルブを空気配管のそれぞれに接続させる必要があり、部品点数および設置スペースが増加する傾向があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３３２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、部品点数および設置スペースの低減に貢献できる気体制御式バルブシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る気体制御式バルブシステムは、（i）機器に接続され、開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が行われる複数の連動バルブを備えるバルブ組と、（ii）バルブ組を構成する各連動バルブに制御用気体を供給して各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動を制御する制御用通路と、（iii）制御用通路および／または連動バルブに設けられ、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素とを具備することを特徴とする。
【０００６】
機器は、バルブ組の開放動作により流体が供給されるものである。機器としては特に限定されず、燃料電池のスタック、コージェネ機器、ラジエータ機器、太陽電池機器、油圧機器等を例示できる。バルブ組は、開放動作および閉鎖動作が制御用気体により制御される複数の連動バルブを備えている。各連動バルブの開放動作または閉鎖動作により、機器の状態が調整される。
【０００７】
制御用通路は、バルブ組を構成する各連動バルブに制御用気体を供給する。これにより各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が制御される。優先遅延要素は、制御用通路および／または連動バルブに設けられている。優先遅延要素は、バルブ組を構成する連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる機能を有する。従って、バルブ組が作動するときには、バルブ組を構成する各連動バルブにおいて、特定の連動バルブが他の連動バルブに対して優先的に開弁動作する。あるいは、特定の連動バルブが他の連動バルブに対して優先的に閉弁動作する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バルブ組が作動するとき、優先遅延要素は、バルブ組を構成する連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係を自動的に維持させることができる。従って、バルブ組を構成する特定の連動バルブの開放動作を他の連動バルブの開放動作よりも優先させる形態、および／または、バルブ組を構成する特定の連動バルブの閉鎖動作を他の連動バルブの閉鎖動作よりも優先させる形態が得られる。
【０００９】
このような本発明によれば、優先遅延要素が設けられているため、気体を流す配管のそれぞれに切替バルブを設けずとも良く、部品点数および設置スペースの低減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図２】実施例２に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図３】実施例３に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図４】実施例４に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図５】実施例５に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図６】実施例６に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図７】実施例７に係り、気体制御式バルブシステムを模式的に示す配管図である。
【図８】実施例８に係り、気体制御式バルブシステムで使用される連動バルブの一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用気体が流れる単位時間あたりの流量を絞ることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。制御用気体としては空気、窒素ガス、希ガス等が挙げられる。絞りの程度は、制御用通路を流れる制御用気体が単位時間に流れる流量に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について時間的な優先遅延関係が設定できる。ここで、時間的な優先遅延関係とは、バルブ組を構成する特定の連動バルブの動作を他の連動バルブの動作よりも優先または遅延させることを意味する。
【００１２】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路の少なくとも一部の流路断面積を変化させることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。流路断面積の変化は、制御用通路を流れる制御用気体が単位時間に流れる流量に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１３】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路の流路長を変化させることにより、バルブ組を構成する各連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することができる。流路長の変化は、制御用気体が連動バルブに到達する時間に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１４】
本発明の一視点によれば、優先遅延要素は、制御用通路および／または連動バルブに設けられたバッファ室で形成されていることができる。バッファ室の容積は、制御用通路を流れる制御用気体が連動バルブに到達するまでの時間に影響を与えるので、連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係が設定できる。
【００１５】
本発明の一視点によれば、バルブ組は、開放動作により機器に流体を供給するための供給バルブと、開放動作により機器内の流体を機器外に排出させるための排出バルブとを備えている。この場合、供給バルブは、供給バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、供給バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えている。排出バルブは、排出バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、排出バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えている。
【００１６】
本発明の一視点によれば、制御用通路は、供給バルブの開放用ポートおよび排出バルブの開放用ポートに連通する開放制御用通路と、供給バルブの閉鎖用ポートおよび排出バルブの閉鎖用ポートに連通する閉鎖制御用通路とを備えていることが好ましい。優先遅延要素は、供給バルブ、排出バルブ、開放制御用通路および閉鎖制御用通路のうちの少なくとも一つに設けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明の一視点によれば、次の形態が例示される。
（ａ）開放動作について、排出バルブが開放した後に供給バルブが開放する形態（ｂ）開放動作について、供給バルブが開放した後に排出バルブが開放する形態
（ｃ）閉鎖動作について、排出バルブが開放した後に供給バルブが開放する形態（ｄ）閉鎖動作について、供給バルブが開放した後に排出バルブが開放する形態
本発明の一視点によれば、バルブシステムは燃料電池のカソードにカソードガスを供給するためのものでもよいし、あるいは、アノードにアノードガスを供給するためのものでも良い。
【実施例１】
【００１８】
図１は実施例１を示す。本実施例に係る空気制御式（気体圧制御式）の連動バルブシステムは、開閉可能なバルブ組１と、制御用通路４と、優先遅延要素５とを有する。バルブ組１は、開放動作および閉鎖動作が制御用空気により制御される供給バルブ２と、開放動作および閉鎖動作が制御用空気（制御用気体）により制御される排出バルブ３とからなる。
【００１９】
具体的には、バルブ組１は、開放動作によりスタック６の内部にカソードガス（反応流体）を供給するための供給バルブ２（連動バルブ）と、開放動作によりスタック６内のカソードオフガス（反応流体）をスタック６の外部に排出させるための排出バルブ３（連動バルブ）とを備えている。ここで、供給バルブ２および排出バルブ３は、互いに連動して動作する。すなわち、スタック６が発電するとき、供給バルブ２および排出バルブ３は共に連動して開放動作する。また、スタック６が発電停止するとき、供給バルブ２および排出バルブ３は共に連動して閉鎖動作する。
【００２０】
ここで、供給バルブ２の開放または閉鎖により、カソードガス（空気）を供給するためのカソードガス流路３０２が開閉される。カソードガス流路３０２には防塵用のフィルタ８３が設けられている。排出バルブ３の開放または閉鎖により、カソードオフガスを排出させるためのカソードガス流路３０４が開閉される。この結果、機器であるスタック６のカソードにおけるカソードガスの状態が調整される。
【００２１】
本実施例によれば、図１に示すように、供給バルブ２は、空気圧（気体圧）に基づいて作動するエアオペレイト連動バルブであり、供給バルブ２の開放動作を実施するための開放用ポート２１と、開放用ポート２１に連通する第１室２２と、供給バルブ２の閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポート２３と、閉鎖用ポート２３に連通する第２室２４とを備えている。排出バルブ３は、空気圧に基づいて作動するエアオペレイト連動バルブであり、排出バルブ３の開放動作を実施するための開放用ポート３１と、開放用ポート２１に連通する第１室３２と、排出バルブ３の閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポート３３と、閉鎖用ポート３３に連通する第２室３４とを備えている。
【００２２】
制御用通路４は、バルブ組１を構成する供給バルブ２および排出バルブ３にそれぞれ制御用空気を供給し、供給バルブ２および排出バルブ３の開放動作および閉鎖動作を制御する。具体的には、制御用通路４は、コンプレッサ８２と切替連動バルブ７とを防塵フィルタ８０を介して接続する元通路４６と、供給バルブ２および排出バルブ３を連動させて開放動作させるための開放制御用通路４０と、供給バルブ２および排出バルブ３を連動させて閉鎖動作させるための閉鎖制御用通路４５とを備えている。図１に示すように、開放制御用通路４０は、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１から導出された開放用主通路４０ｍと、開放用主通路４０ｍの分岐部４０ｘから排出バルブ３の開放用ポート３１に連通する第１開放用通路４０ｆと、開放用主通路４０ｍの分岐部４０ｘから供給バルブ２の開放用ポート２１に連通する第２開放用通路４０ｓとを有する。
【００２３】
図１に示すように、閉鎖制御用通路４５は、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２から導出された閉鎖用主通路４５ｍと、閉鎖用主通路４５ｍの分岐部４５ｘから分岐され排出バルブ３の閉鎖用ポート３３に連通する第１閉鎖用通路４５ｆと、閉鎖用主通路４５ｍの分岐部４５ｘから供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に連通する第２閉鎖用通路４５ｓとを有する。
【００２４】
図１に示すように、制御用通路４は切替連動バルブ７および防塵フィルタ８０を介してコンプレッサ８２（空気搬送源，気体搬送源，カソードガス搬送源）に接続されている。防塵フィルタ８０は場合によっては廃止されていても良い。具体的には、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１は、開放制御用通路４０に接続されている。切替連動バルブの第２切替ポート７２は、閉鎖制御用通路４５に接続されている。
【００２５】
図１に示すように、開放制御用通路４０は、開放制御用通路４０の圧力を大気に開放できる第１逃圧連動バルブ９１に接続されている。第１逃圧連動バルブ９１は通常では閉鎖されているが、開放制御用通路４０と第１逃圧ポート９１ｐとが連通すると、開放制御用通路４０の圧力が大気に開放される。また、閉鎖制御用通路４５は、閉鎖制御用通路４５の圧力を大気に開放できる第２逃圧連動バルブ９２に接続されている。第２逃圧連動バルブ９２は通常では閉鎖されているが、閉鎖制御用通路４５と第２逃圧ポート９２ｐとが連通すると、閉鎖制御用通路４５の圧力が大気に開放される。
【００２６】
機器として機能するスタック６は、燃料電池のセルを複数個搭載しているものである。セルとしては、電解質膜を燃料極および酸化剤極で挟むシート状のセルでも良いし、あるいは、電解質膜を燃料極および酸化剤極で挟む筒形状のセルでも良い。電解質膜は炭化フッ素系または炭化水素系等の有機系膜でも良いし、あるいは、無機系膜でも良いし、あるいは、有機材料および無機材料が混在する膜でも良い。
【００２７】
スタック６のカソードには、空気等のカソードガスが供給される。スタック６のアノードには、例えば水素ガス、水素含有ガス等のアノードガスが供給される。供給バルブ２および排出バルブ３は、カソードガスの供給および排出を実施するものである。従ってスタック６のカソードの入口には、カソードガスをスタック６に供給するための供給バルブ２が設けられている。スタック６のカソードの出口には、スタック６のカソードオフガス（発電反応を経たガス）を排出するための排出バルブ３が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、優先遅延要素５は、開放制御用通路４０および閉鎖制御用通路４５の双方に設けられている。優先遅延要素５は、供給バルブ２の開放動作を排出バルブ３の開放動作よりも時間的に遅延させる第１機能と、供給バルブ２の閉鎖動作を排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的に遅延させる第２機能とを併有する。
【００２９】
具体的には、優先遅延要素５は、供給バルブ２側の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１絞り孔をもつ第１絞り５１と、供給バルブ２側の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２絞り孔をもつ第２絞り５２とを有する。絞りとは、単位時間あたりに流れる流量を絞る機能を有するものであり、オリフィスまたはノズル等と呼ばれる。絞りは、流量絞りにより時間遅延作用を発生させ得るものの、サイズ自体が小型で済むため、簡便な構造で済む。ここで、第１絞り５１，第２絞り５２は固定絞りでも良いし、可変絞りでも良い。可変絞りの場合には、スタック６の使用季節、スタック６の設置地域等に応じて絞り径を適宜設定できる。
【００３０】
本実施例によれば、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられている。このため供給バルブ２の開放用ポート２１に単位時間あたり供給される空気の流量が絞られて小さくされている。故に、供給バルブ２の開放用ポート２１に作用する空気圧の上昇は、第１絞り５１が無い場合に比較して遅延する。これに対して、排出バルブ３の開放用ポート３１側は絞りが設けられていないため、動作の遅延は発生しない。この結果、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔo（o:open）ぶん遅延する。
【００３１】
同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２絞り５２が設けられているため、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなる。故に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に作用する空気圧の上昇は、第２絞り５２が無い場合に比較して遅延する。これに対して、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側は絞りが設けられていないので、遅延が発生しない。この結果、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔs（s:shut）ぶん遅延する。
【００３２】
換言すると、排出バルブ３の開放用ポート３１側には絞りが設けられていないため、排出バルブ３の開放動作は、供給バルブ２の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん優先する。同様に、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられていないため、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん優先する。
【００３３】
なおΔｔoおよびΔｔsはスタックの種類、スタックの運転状態等の要因に応じて適宜選択される。ここで、Δｔo＝Δｔsでも良いし、Δｔo≒Δｔsでも良いし、Δｔo＜Δｔsでも良いし、Δｔo＞Δｔsでも良い。Δｔoは例えば０．０５〜２０秒の範囲内あるいは０．２〜１０秒の範囲内で設定できる。Δｔsは例えば０．０５〜２０秒の範囲内あるいは０．２〜１０秒の範囲内で設定できる。なお、第１絞り５１の第１絞り孔の内径をα１とし、第２絞り５２の第２絞り孔の内径をα２とすると、ΔｔoおよびΔｔsに応じて、α１＝α２としても良いし、α１≒α２としても良いし、α１＜α２としても良いし、α１＞α２としても良い。
【００３４】
本実施例によれば、使用時には、コンプレッサ５２が駆動している。発電時にはスタック６のカソードにはカソードガスが供給され、アノードにはアノードガスが供給され、スタック６が発電反応により発電する。スタック６のカソードにカソードガスの供給を開始するにあたり、図略の制御装置により切替連動バルブ７が切り替えられ、図１に示すように、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１と開放制御用通路４０とコンプレッサ８２とが連通される。すると、排出バルブ３の開放用ポート３１および供給バルブ２の開放用ポート２１に制御用空気がそれぞれ供給される。このとき、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられているため、供給バルブ２の開放用ポート２１に供給される制御用空気の単位時間あたりの流量が絞られて制限される。この結果、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従って、排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放動作する。
【００３５】
換言すると、排出バルブ３の開放動作が実施されて、スタック６に封入されているカソードガスが排出バルブ３から排出可能な状態にされた後、供給バルブ２の開放動作が実施されて供給バルブ２からカソードガスがスタック６の内部に供給される。このためスタックの内部にカソードガスを迅速に効果的に導入させるのに有利となる。なお、スタックの発電中においては、供給バルブ２および排出バルブ３の双方は開放されており、カソードガスがスタック６の内部に連続して供給される。
【００３６】
次に、スタック６での発電を停止させる場合について説明する。この場合には、図略の制御装置により切替連動バルブ７が切り替えられ、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２と閉鎖制御用通路４５とコンプレッサ８２とが連通される。すると、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３および供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に制御用空気がそれぞれ供給される。このとき、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２絞り５２が設けられているため、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３に供給される制御用空気の単位時間あたりの流量が絞られて制限される。この結果、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って、排出バルブ３が閉鎖動作したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖動作する。
【００３７】
換言すると、排出バルブ３の閉鎖動作が実施され、スタック６に供給されているカソードガスが排出バルブ３から排出できない状態にされた後、供給バルブ２の閉鎖動作が実施され、供給バルブ２からスタック６の内部へのカソードガスの供給が停止される。このためスタック６の内部に所定流量のカソードガスを封入させるのに有利となる。なおスタック６の発電が停止されているときにおいて、供給バルブ２および排出バルブ３の双方は閉鎖されており、カソードガスがスタック６の内部に封入された状態に維持されるとともに、外気の塵埃等がスタック６の内部に進入できないようにされる。
【００３８】
なお、上記した第１絞り５１および第２絞り５２は固定絞りでも良いし、可変絞りでも良い。可変絞りであれば、スタック６の発電状態に応じて遅延時間Δｔo，Δｔsのうちの一方または双方を調整することができる。
【００３９】
以上説明したように本実施例によれば、優先遅延要素５は、供給バルブ２の開放動作を排出バルブ３の開放動作よりも時間的に遅延させる第１機能と、供給バルブ２の閉鎖動作を排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的に遅延させる第２機能とを併有するが、これに限らず、場合によっては、第１機能および第２機能のうちの一方のみでも良い。
【００４０】
すなわち、優先遅延要素５は、供給バルブ２側の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１絞り５１を採用する第１方策と、供給バルブ２側の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２絞り５２を採用する第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【００４１】
また上記したコンプレッサ８２はスタック６のカソードにカソードガスを供給する搬送源としても機能するが、これに限らず、コンプレッサ８２はバルブシステムの開閉動作を実施するためだけに使用されるものでも良い。この場合には、スタック６のカソードに空気をカソードガスとして供給する搬送源を別途設けることが好ましい。なお、上記した供給バルブ２および排出バルブ３は、カソードガスの供給および排出を実施するものであるが、これに限らず、アノードガスの供給および排出を実施するものでも良い。
【実施例２】
【００４２】
図２は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｂは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１抵抗体５１ｂと、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２抵抗体５２ｂとを有する。
【００４３】
第１抵抗体５１ｂおよび第２抵抗体５２ｂは、空気が流れる方向に開放された多数の連続孔を有する透過フィルタ、多孔質体、網を積層させた網積層体、球体等の複数の物体を積層させた積層体のうちの少なくとも一つで形成されており、単位時間あたり流れる空気の流量を絞って制限することができる。ここで、第１抵抗体５１ｂの空気透過率をβ１とし、第２抵抗体５２ｂの空気透過率をβ２とすると、β１＝β２としても良いし、β１≒β２としても良いし、β１＜β２としても良いし、β１＞β２としても良い。なお空気透過率が高い方が、単位時間あたりに通過させる空気の流量が大きい。
【００４４】
本実施例によれば、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１抵抗体５１ｂが設けられている。このため実施例１と同様に、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２抵抗体５２ｂが設けられている。このため、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。
【００４５】
このような本実施例によれば、カソードガスの供給開始時には、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガス（反応ガス，反応流体）の供給開始時には、排出バルブ３が開放したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放する。この場合、スタック６の内部への気体供給性が確保される。
【００４６】
同様に、発電停止時には、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖する。この場合、スタック６の内部におけるカソードガスの封入性が確保される。
【００４７】
本実施例によれば、優先遅延要素５Ｂは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１抵抗体５１ｂを採用する第１方策と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２抵抗体５２ｂを採用する第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例３】
【００４８】
図３は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓの流路長をＬＯ２とし、開放制御用通路４０の第１開放用通路４０ｆの流路長をＬＯ１とする。閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓの流路長をＬＳ２とし、閉鎖制御用通路４５の第１閉鎖用通路４５ｆの流路長をＬＳ１とする。ここで、第２開放用通路４０ｓには、流路長を長くするためのスパイラル通路４８が形成されている。第２閉鎖用通路４５ｓには、流路長を長くするためのスパイラル通路４９が形成されている。
【００４９】
ここで、優先遅延要素５Ｃは、スパイラル通路４８により流路長ＬＯ２を流路長ＬＯ１よりも長くすることにより形成されているとともに、スパイラル通路４９により流路長ＬＳ２を流路長ＬＳ１よりも長くすることにより形成されている。制御用空気が流れる流路長の距離が長いと、時間遅延を発生させる。
【００５０】
このような本実施例によれば、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガスの供給開始時には、排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放動作する。
【００５１】
同様に、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時、つまりカソードガスの供給停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖動作する。
【００５２】
なお、Δｔoぶんの遅延が得られるように、第１開放用通路４０ｆの流路断面積は、第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積と同一または類似にできる。またΔｔsぶんの遅延が得られるように、第１閉鎖用通路４５ｆの流路断面積は、第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積と同一または類似にできる。
【００５３】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｃは、流路長ＬＯ２を流路長ＬＯ１よりも長くすることにより形成されている第１方策とともに、流路長ＬＳ２を流路長ＬＳ１よりも長くする第２方策とを備えている。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。スパイラル通路４８，４９により流路長を調整しているが、これに限らず、場合によっては、スパイラルに限らず、場合によっては、Ｓ字状、Ｎ字状、Ｍ字状の通路を形成して流路長を調整しても良い。
【実施例４】
【００５４】
図４は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓの流路断面積をＤＯ２とし、開放制御用通路４０の第１開放用通路４０ｆの流路断面積をＤＯ１とする。閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓの流路断面積をＤＳ２とし、閉鎖制御用通路４５の第１閉鎖用通路４５ｆの流路断面積をＤＳ１とする。ここで、優先遅延要素５Ｄは、流路断面積ＤＯ２を流路断面積ＤＯ１よりも小さくすることにより形成されているとともに、流路断面積ＤＳ２を流路断面積ＤＳ１よりも小さくすることにより形成されている。ＤＯ１／ＤＯ２の値は適宜設定できる。同様に、ＤＳ１／ＤＳ２の値は適宜設定できる。
【００５５】
このような本実施例によれば、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従ってカソードガス供給時には、排出バルブ３が開放したΔｔo後に、供給バルブ２が連動して開放する。同様に、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsぶん遅延する。従って発電停止時には、排出バルブ３が閉鎖したΔｔs後に、供給バルブ２が連動して閉鎖する。
【００５６】
なお本実施例によれば、ＬＳ２，ＬＳ１，ＬＯ２，ＬＯ１を実施例３通りに定義すれば、ＬＳ２＝ＬＳ１，ＬＳ２≒ＬＳ１とすることができ、あるいは、ＬＳ２＞ＬＳ１とすることができる。またＬＯ２＝ＬＯ１，ＬＯ２≒ＬＯ１とすることができる。あるいは、ＬＯ２＞ＬＯ１とすることができる。
【００５７】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｄは、流路断面積ＤＯ２を流路断面積ＤＯ１よりも小さくすることにより形成されている第１方策とともに、流路断面積ＤＳ２を流路断面積ＤＳ１よりも小さくする第２方策とで形成されている。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例５】
【００５８】
図５は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｅは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１バッファ室５１ｅと、第２開放用通路４０ｓにおいて第１バッファ室５１ｅの上流に設けられた第１絞り５１と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２バッファ室５２ｅと、閉鎖制御用通路４５において第２バッファ室５２ｅの上流に設けられた第２絞り５２とを有する。第１バッファ室５１ｅは第２開放用通路４０ｓよりも、流路断面積が大きくされている。第２バッファ室５２ｅは第２閉鎖用通路４５ｓよりも、流路断面積が大きくされている。
【００５９】
すなわち、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１の双方が設けられているため、遅延時間を長くできる。従って、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoeぶん遅延する。同様に、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側には第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２の双方が設けられているため、遅延時間を長くできる。従って、供給バルブ２の閉鎖動作は、排出バルブ３の閉鎖動作よりも時間的にΔｔseぶん遅延する。
【００６０】
なお、第１バッファ室５１ｅの容積をη１とし、第２バッファ室５２ｅの容積をη２とすると、η１＝η２としても良いし、η１≒η２としても良いし、η１＜η２としても良いし、η１＞η２としても良い。
【００６１】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｅは、開放制御用通路４０の第２開放用通路４０ｓに設けられた第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１を形成する第１方策と、閉鎖制御用通路４５の第２閉鎖用通路４５ｓに設けられた第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２を形成する第２方策とを有する。しかしこれにに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。更には、第１方策においても、第１バッファ室５１ｅおよび第１絞り５１のうちのいずれか一方のみとしても良い。第２方策においても、第２バッファ室５２ｅおよび第２絞り５２のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例６】
【００６２】
図６は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｆは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５１と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５２とを有する。この場合、供給バルブ２の開放用ポート２１側には第１絞り５１が設けられているため、供給バルブ２の開放用ポート２１に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなり、供給バルブ２の開放動作は、排出バルブ３の開放動作よりも時間的にΔｔoぶん遅延する。従って排出バルブ３が開放動作したΔｔo後に、供給バルブ２が開放動作する。
【００６３】
同様に、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられているため、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３に単位時間あたり流れる空気の流量が絞られて小さくなる。よって、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsaぶん遅延する。
【００６４】
すなわち、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側には第２絞り５２が設けられているため、排出バルブ３の閉鎖動作は、供給バルブ２の閉鎖動作よりも時間的にΔｔsaぶん遅延し、供給バルブ２が閉鎖した後に排出バルブ３が閉鎖する。この場合、供給バルブ２が閉鎖されたにも拘わらず、排出バルブ３が開放されている時間が存在するため、スタック６の内部に残留するカソードガスを排出バルブ３からスタック６の外部に排出させるのに有利となる。
【００６５】
上記した本実施例によれば、優先遅延要素５Ｆは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５１を備える第１方策と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５２を備える第２方策とを有する。しかしこれに限らず、場合によっては、第１方策および第２方策のうちのいずれか一方のみとしても良い。
【実施例７】
【００６６】
図７は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。具体的には、優先遅延要素５Ｇは、供給バルブ２の開放用ポート２１に設けられた第１絞り５２１と、供給バルブ２の閉鎖用ポート２３側に設けられた第２絞り５２２と、排出バルブ３の開放用ポート３１に設けられた第１絞り５３１と、排出バルブ３の閉鎖用ポート３３側に設けられた第２絞り５３２とを有する。絞り５２１．５２２，５３１，５３２は流量絞り作用を有するため、時間遅延作用を発揮する。
【００６７】
ここで、第１絞り５２１の絞り度は、第１絞り５３１の絞り度よりも大きい。従って単位時間あたり、第１絞り５２１を流れる空気の流量は、第１絞り５３１を流れる空気の流量よりも少ない。また、第１絞り５２２の絞り度は、第１絞り５３２の絞り度よりも大きい。従って、単位時間あたり、第１絞り５２２を流れる空気の流量は、第１絞り５３２を流れる空気の流量よりも少ない。
【００６８】
このような本実施例によれば、供給バルブ２および排出バルブ３の開放については、切替連動バルブ７の第１切替ポート７１がコンプレッサ８２に連通するように切替連動バルブ７が切り替えられたとき（図７参照）、切替時から第１所定時間経過した後に排出バルブ３が開放動作し、その後、第２所定時間経過した後、供給バルブ２が開放動作する。
【００６９】
これに対して供給バルブ２および排出バルブ３の閉鎖については、切替連動バルブ７の第２切替ポート７２がコンプレッサ８２に連通するように切替連動バルブ７が切り替えられたとき、切替時から第４所定時間経過した後に排出バルブ３が閉鎖動作し、その後、第５所定時間経過した後、供給バルブ２が閉鎖動作する。
【実施例８】
【００７０】
図８は、供給バルブ２Ｗおよび排出バルブ３Ｗの内部構造の一例を示す。供給バルブ２Ｗは、ハウジング９０と、バルブ室９１と、バルブ室９１に連通する入口９２と、バルブ室９１に連通する出口９３と、バルブ室９１に移動可能に設けられたバルブ体９４と、バルブ体９４の受圧面９５に空気圧を作用させる制御ポート９６と、入口９２および出口９３の連通性を遮断させる方向にバルブ体９４を付勢する付勢部材としての付勢バネ９７とを有する。空気圧が制御ポート９６に作用していないとき、付勢バネ９７の矢印Ｙ１方向（閉弁方向）の付勢力で、バルブ体９４のバルブ面９８が着座面９９に着座し、入口９２および出口９３の連通性は遮断されている。開放制御用通路４０から制御ポート９６に制御用空気が供給されると、空気圧がバルブ体９４の受圧面９５に作用する。すると、付勢バネ９７のバネ力に抗しつつ、バルブ体９４が矢印Ｙ２方向（開弁方向）に開放動作し、入口９２および出口９３が連通され、カソードガスが供給バルブ２Ｗの入口９２、バルブ室９１、出口９３、スタック６の入口６iの順に流れる。
【００７１】
排出バルブ３Ｗは、供給バルブ２Ｗと同様に、ハウジング９０と、バルブ室９１と、バルブ室９１に連通する入口９２と、バルブ室９１に連通する出口９３と、バルブ室９１に移動可能に設けられたバルブ体９４と、バルブ体９４の受圧面９５に空気圧を作用させる制御ポート９６と、入口９２および出口９３の連通性を遮断させる方向にバルブ体９４を付勢する付勢部材としての付勢バネ９７とを有する。
【００７２】
排出バルブ３Ｗにおいて、空気圧が制御ポート９６に作用していないとき、付勢バネ９７の矢印Ｙ１方向（閉弁方向）の付勢力で、バルブ体９４のバルブ面９８が着座面９９に着座しており、入口９２および出口９３の連通性は遮断されている。開放制御用通路４０から排出バルブ３Ｗの制御ポート９６に空気圧が作用すると、付勢バネ９７のバネ力に抗しつつ、バルブ体９４が矢印Ｙ２方向（開弁方向）に開放動作し、スタック６内のカソードオフガス等のガスがスタック６の出口６ｐ、排出バルブ３Ｗの入口９２、バルブ室９１、出口９３の順に流れて排出される。
【００７３】
図８に示すように、開放制御用通路４０のうち供給バルブ２Ｗ（開放動作および閉鎖動作を遅延させるバルブ）に連通する第２開放用通路４０ｓには、優先遅延要素として機能する逆止弁１００が設けられている。逆止弁１００は、ポート１０１と、ポート１０１を開閉する弁体１０２と、弁体１０２を閉弁方向に付勢するバネ１０３とを有する。第２開放用通路４０ｓの空気圧が逆止弁１００のバネ１０３のバネ力に打ち勝つまで、ポート１０１は閉鎖されている。第２開放用通路４０ｓの空気圧がバネ１０３のバネ力に打ち勝つと、ポート１０１は開放される。このため、第２開放用通路４０ｓの供給バルブ２Ｗには、逆止弁１００に開弁応答に基づく時間遅れが積極的に発生する。しかし、開放制御用通路４０のうち排出バルブ３に連通する第１開放用通路４０ｆには逆止弁が設けられていないため、排出バルブ３における時間遅れは抑えられている。
【実施例９】
【００７４】
本発明は上記した各実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、優先遅延要素は、上記した各実施例のうちの少なくとも二つの特徴を併合させても良い。具体的には、必要な遅延時間を確保すべく、絞り、抵抗体、流路長、流路断面積、バッファ室、逆止弁のうちの少なくとも二種を併合させる構造としても良い。実施例１は燃料電池の入口および出口を開閉する連動バルブシステムに適用されているが、これに限らず、場合によっては、燃料電池に付設される加湿器の入口および出口を開閉する連動バルブシステムに適用されていても良いし、あるいは、ガスエンジンヒートポンプに使用される連動バルブシステム、他のコージェネシステムに使用される連動バルブシステムに適用されていても良い。実施例１に係る供給バルブ２は、開放用ポート２１、第１室２２、閉鎖用ポート２３、第２室２４を備えているが、これに限定されない。排出バルブ３についても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は例えば燃料電池システム（定置用、車載用等）、加湿システム、コージェネシステム等に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１はバルブ組、２は供給バルブ、２１は開放用ポート、２３は閉鎖用ポート、３は排出バルブ、３１は開放用ポート、３３は閉鎖用ポート、４は制御用通路、４０は開放制御用通路、４０ｆは第１開放用通路、４０ｓは第２開放用通路、４５は閉鎖制御用通路、４５ｆは第１閉鎖用通路、４５ｓは第２閉鎖用通路、５は優先遅延要素、５１は第１絞り、５２は第２絞り、５１ｂは第１抵抗体、５２ｂは第２抵抗体、５１ｅは第１バッファ室、５２ｅは第２バッファ室、６はスタック（機器）、８２はコンプレッサを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器に接続され、開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が行われる複数の連動バルブを備えるバルブ組と、
前記バルブ組を構成する各前記連動バルブに制御用気体を供給して各前記連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動を制御する制御用通路と、
前記制御用通路および／または前記連動バルブに設けられ、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素とを具備することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用気体が流れる単位時間あたりの流量を絞ることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路の少なくとも一部の流路断面積を変化させることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路の流路長を変化させることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブに対して時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項５】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路および／または前記連動バルブに設けられたバッファ室で形成されていることを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記バルブ組は、開放動作により前記機器に流体を供給するための供給バルブと、開放動作により前記機器内の流体を機器外に排出させるための排出バルブとを備えており、
前記供給バルブは、前記供給バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、前記供給バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えており、
前記排出バルブは、前記排出バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、前記排出バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えており、
前記制御用通路は、前記供給バルブの前記開放用ポートおよび前記排出バルブの前記開放用ポートに連通する開放制御用通路と、前記供給バルブの前記閉鎖用ポートおよび前記排出バルブの前記閉鎖用ポートに連通する閉鎖制御用通路とを備えており、
前記優先遅延要素は、前記供給バルブ、前記排出バルブ、前記開放制御用通路および前記閉鎖制御用通路のうちの少なくとも一つに設けられていることを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項１】
機器に接続され、開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動が行われる複数の連動バルブを備えるバルブ組と、
前記バルブ組を構成する各前記連動バルブに制御用気体を供給して各前記連動バルブの開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動を制御する制御用通路と、
前記制御用通路および／または前記連動バルブに設けられ、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を維持させる優先遅延要素とを具備することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用気体が流れる単位時間あたりの流量を絞ることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路の少なくとも一部の流路断面積を変化させることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブの前記開放動作の連動および／または閉鎖動作の連動について、時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路の流路長を変化させることにより、前記バルブ組を構成する各前記連動バルブに対して時間的な優先遅延関係を設定することを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項５】
請求項１において、前記優先遅延要素は、前記制御用通路および／または前記連動バルブに設けられたバッファ室で形成されていることを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記バルブ組は、開放動作により前記機器に流体を供給するための供給バルブと、開放動作により前記機器内の流体を機器外に排出させるための排出バルブとを備えており、
前記供給バルブは、前記供給バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、前記供給バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えており、
前記排出バルブは、前記排出バルブの開放動作を実施するための開放用ポートと、前記排出バルブの閉鎖動作を実施するための閉鎖用ポートとを備えており、
前記制御用通路は、前記供給バルブの前記開放用ポートおよび前記排出バルブの前記開放用ポートに連通する開放制御用通路と、前記供給バルブの前記閉鎖用ポートおよび前記排出バルブの前記閉鎖用ポートに連通する閉鎖制御用通路とを備えており、
前記優先遅延要素は、前記供給バルブ、前記排出バルブ、前記開放制御用通路および前記閉鎖制御用通路のうちの少なくとも一つに設けられていることを特徴とする気体制御式バルブシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８０８９７（Ｐ２０１０−１８０８９７Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２４９（Ｐ２００９−２２２４９）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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