燃料電池システム
【課題】バルブ構成部品の種類数を低減でき得る燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムには非開閉制御時に閉鎖状態となるＮＣバルブと、非開閉制御時に開放状態となるＮＯバルブと、が混在している。両バルブは、いずれも、昇降自在な弁体３２と、弁体３２の移動に伴い開閉される流路口４８が形成された弁座と、弁体３２をバルブ開放方向に付勢する圧縮コイルバネ９２が組み付けられる凹部４０と、弁体３２をバルブ閉鎖方向に付勢する圧縮コイルバネ９４が組み付けられる凹部４４と、を備える。このバルブ２４は、圧縮コイルバネ９２のみを組み付けることによりＮＯバルブに、圧縮コイルバネ９４のみを組み付けることによりＮＯバルブになる。
【解決手段】燃料電池システムには非開閉制御時に閉鎖状態となるＮＣバルブと、非開閉制御時に開放状態となるＮＯバルブと、が混在している。両バルブは、いずれも、昇降自在な弁体３２と、弁体３２の移動に伴い開閉される流路口４８が形成された弁座と、弁体３２をバルブ開放方向に付勢する圧縮コイルバネ９２が組み付けられる凹部４０と、弁体３２をバルブ閉鎖方向に付勢する圧縮コイルバネ９４が組み付けられる凹部４４と、を備える。このバルブ２４は、圧縮コイルバネ９２のみを組み付けることによりＮＯバルブに、圧縮コイルバネ９４のみを組み付けることによりＮＯバルブになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブ、および、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブの少なくとも一方を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車等の駆動源として燃料電池システムが用いられる場合が多い。燃料電池システムは、１以上の配管を介して多数のセルを積層した燃料電池（ＦＣスタック）に燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（空気）を供給するとともに、当該燃料電池から反応に用いられなかった水素ガス（水素オフガス）および酸化剤ガス（空気オフガス）を回収することにより電力を生成するシステムである。この燃料電池システムでは、各種ガスを燃料電池に搬入出するために複数のガス経路が設けられている。通常、各ガス経路には、ガスの通過を制御するためのバルブが設けられている。したがって、通常、燃料電池システムには、複数のバルブが設けられることになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５５９１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９８２２号公報
【特許文献３】特開平９−２０３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる複数のバルブを備えた燃料電池システムの中には、非駆動時（非開閉制御時）に開放状態となるノーマルオープンバルブ（以下「ＮＯバルブ」という）と、非駆動時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブ（以下「ＮＣバルブ」という）と、を備えたものがある。例えば、特許文献１には、燃料電池から排出されるアノードオフガス（空気オフガス）を大気へ放出する排気管にはＮＣバルブを、排気管から分岐された分岐排気管にはＮＯバルブを、設けた燃料電池システムが開示されている。このＮＯバルブとＮＣバルブは、当然ながら、構造上の相違があり、バルブを構成する部品種類等も異なってくる。その結果、ＮＯバルブとＮＣバルブの両方を設けた場合、燃料電池システム全体としての部品種類数も増加することになる。この部品種類数の増加は、製造コストの増加や部品管理の手間増加などの原因となる。また、ＮＯバルブおよびＮＣバルブのいずれか一方のみを備える燃料電池システムにおいても、他の燃料電池システムとの間で部品共有化が困難であり、製造コストや部品管理の手間が増加するという問題があった。例えば、ＮＯバルブのみを備える燃料電池システムのバルブ構成部品と、ＮＣバルブのみを備える燃料電池システムのバルブ構成部品と、は全く異なってくるため、結果として、部品の製造コスト増加や部品管理の手間がかかっていた。なお、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本構造を共通化する技術は、特許文献２，３などに記載されている。しかし、これらの技術は燃料電池システムに対応したものではないため、燃料電池システムにそのまま適用することはできない。
【０００５】
そこで、本発明では、部品種類数を低減でき得る燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池システムは、１以上のバルブを備えた燃料電池システムであって、前記バルブは、移動可能な弁体と、前記弁体の移動に伴い開閉される流路口が形成された弁座と、前記弁体を前記流路口を開放する方向に付勢する第一弾性体が組み付けられる第一組付部と、第一組付部とは異なる位置に設けられ、前記弁体を前記流路口を閉鎖する方向に付勢する第二弾性体が組み付けられる第二組付部と、を備えており、当該バルブは、前記第一弾性体および第二弾性体のうち第一弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブとして機能し、前記第一弾性体および第二弾性体のうち第二弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブとして機能することを特徴とする。
【０００７】
好適な態様では、前記第一弾性体および第二弾性体は、同一構成である。他の好適な態様では、前記第二弾性体の組付け位置は、前記バルブの構成部材の一つを挟んで、第一弾性体の組付け位置の反対側である。他の好適な態様では、前記第一弾性体および第二弾性体は、いずれも、流体の通過する空間である流路空間から遮蔽された領域に設けられる。
【０００８】
他の好適な態様では、前記バルブは、弁体に接続された膜体で仕切られた一対の圧力室間の差圧により弁体を駆動するダイアフラム式バルブであり、各圧力室は、燃料電池に搬入出されるガスの一部が送り込まれることにより加圧され、送り込まれたガスを当該燃料電池システムの外部に放出することで減圧される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本的構造が同一であるため、ＮＯバルブとＮＣバルブとが混在する場合であっても部品種類数を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である燃料電池システム１０の概略構成を示す図である。この燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、当該燃料電池１２に空気を搬入出するエア搬入出機構と、当該燃料電池１２に水素ガスを搬入出する燃料搬入出機構（図示せず）と、を備えている。
【００１１】
燃料電池１２は、複数のセルを積層したＦＣスタックから構成される。各セルは、イオン交換膜からなる電解質膜を燃料極（アノード極）および空気極（カソード極）で挟持してＭＥＡを構成し、このＭＥＡをさらに一対のセパレータで挟持したものである。燃料極には、拡散層と触媒層とが形成されており、水素ガスである燃料ガスが供給される。供給された燃料ガスは、拡散層で拡散された後、触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン（水素イオン）と電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して空気極に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。
【００１２】
空気極にも拡散層と触媒層とが形成されており、空気等の酸化剤ガスが供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応により水が生成される。このような燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、ＦＣスタックの両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。
【００１３】
エア搬入出機構は、外部から取り入れた空気を燃料電池１２に供給するエア供給路１８、エア供給路１８から分岐したバイパス路２２、および、燃料電池１２で消費し切れなかった空気（空気オフガス）を燃料電池１２から回収するエア回収路２０を備えている。
【００１４】
エア供給路１８には、外部から取り入れた空気を圧縮するエアコンプレッサ１６が設けられている。エアコンプレッサ１６により圧縮された空気の一部は、バイパス路２２に流れ込み、残りは、そのままエア供給路１８を通じて、加湿モジュール１４に供給される。加湿モジュール１４は、エア供給路１８を通じて供給された空気（これから燃料電池１２に供給される空気）を加湿する。加湿された空気は、バイパス路２２を経由した未加湿の空気とともに、燃料電池１２に供給される。
【００１５】
バイパス路２２は、加湿モジュール１４より上流側の位置においてエア供給路１８から分岐し、加湿モジュール１４より下流側の位置においてエア供給路１８に合流する経路である。このバイパス路２２に流入した空気は、加湿モジュール１４を経由しないため、乾燥した状態のまま燃料電池１２に供給されることになる。
【００１６】
エア回収路２０は、燃料電池１２で消費しきれず余った空気を空気オフガスとして回収するための経路である。エア回収路２０を通じて回収された空気オフガスは、加湿モジュール１４に供給される。加湿モジュール１４では、熱と水分との交換作業が行われる。当該交換処理が施された空気オフガスは、その後、エア回収路２０に出力され、外部に放出される。
【００１７】
このエア供給路１８、バイパス路２２、エア回収路２０には、それぞれ、空気の通過を制御するためのバルブ、すなわち、エア供給用バルブ２４ａ、バイパス用バルブ２４ｂ、エア回収用バルブ２４ｃが設けられている。本実施形態では、この三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを適宜、開閉することで、燃料電池１２への空気の供給、および、回収を実現している。
【００１８】
また、この燃料電池システム１０には、燃料電池１２に水素ガスを搬入出するための燃料搬入出機構も設けられている。この燃料搬入出機構は、公知の従来技術を適用することにより構成できるため、ここでの詳説は省略する。
【００１９】
次に、各経路上に設けられたバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの構成について説明する。
この三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうち、エア供給用バルブ２４ａおよびエア回収用バルブ２４ｃは、バルブが駆動制御されていないフリーの状態（非開閉制御時）においては開放状態となるノーマルオープンバルブ（以下「ＮＯバルブ」という）である。これは、何らかの問題が原因で、エア供給用バルブ２４ａおよびエア回収用バルブ２４ｃの駆動制御が一時的に不可能な状態になったとしても、燃料電池１２への空気の搬入出を可能とするためである。一方、バイパス用バルブ２４ｂは、バルブが駆動制御されていないフリーの状態（非開閉制御時）においては閉鎖状態となるノーマルクローズバルブ（以下「ＮＣバルブ」という）である。これは、何らかの問題が原因で、バイパス用バルブ２４ｂの駆動制御が一時的に不可能な状態になったときに、乾燥した空気が大量に燃料電池１２に供給されることを防止するためである。
【００２０】
つまり、本実施形態では、ＮＯバルブとＮＣバルブという、二種類のバルブが設けられていることになる。通常、ＮＯバルブおよびＮＣバルブは、構造上の相違があり、バルブを構成する部品種類等も異なってくる。そのため、ＮＯバルブとＮＣバルブの両方を設けた場合、燃料電池システム１０全体としての部品種類数が増加することになる。かかる部品種類数の増加は、製造コストの増加や部品管理の手間増加などの原因となり、望ましくなかった。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＮＯバルブおよびＮＣバルブともに、その基本的構造を共通とし、部品種類数の増加を防止している。図２は、本実施形態で用いられる三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（すなわちＮＯバルブおよびＮＣバルブ）の共通部分の構成を示す概略断面図である。
【００２２】
このバルブ２４は、中空の箱状部材である筐体３０と、当該筐体３０の内部に設けられた昇降可能な弁体３２と、を備えている。弁体３２は、後述する流路口４８を開閉するべく昇降する部材である。弁体３２の底面には、弁座５０との密着性（シール性）を向上するために、弾性部材３４（ゴム）が設けられている。この弁体３２の上側には、後述する密閉空間まで伸びる軸部材である弁軸３６が形成されている。また、弁軸３６の上端近傍には、膜体７４が貼着される鍔部３８が形成されている。
【００２３】
筐体３０の側面には、流体の入口である流路口４６が形成されており、筐体３０の底面には流体の出口である流路口４８が形成されている。そして、この二つの流路口４６，４８の間が流体（本実施形態では空気）が通過する流路空間５２となる。底面に形成された流路口４８の周囲は、弁座５０として機能するもので、この弁座５０の上面に、下降した弁体３２の底面が密着することでバルブ２４が閉鎖状態となる。
【００２４】
流路空間５２の上側には、中間室６８が形成されている。中間室６８は、流路空間５２および後述する密閉空間６９から遮断された空間であり、その内圧が常に大気圧に保たれた空間である。具体的には、中間室６８は、弾性シート５４、および、仕切壁５６により仕切られた空間である。弾性シート５４は、弾性材料からなるシート状部材で、その一端は筐体３０の内側面に、他端は弁体３２に貼着されている。そして、この弾性シート５４は、弁体３２の昇降に応じて変形し、中間室６８の体積を変更する。なお、本実施形態では、弾性シート５４を用いているが、可撓性を備えているのであれば、弾性を備えていないシート状部材を用いてもよい。仕切壁５６は、筐体３０の内側面から内側に向かって水平に延びる壁である。この仕切壁５６は、ベアリング５７を介して弁軸３６に接続されている。ベアリング５７は、弁軸３６を摺動自在に軸支しているため、弁軸３６は仕切壁５６に対して昇降自在となっている。また、中間室６８の側面には、外部空間に連通する通気穴７６が形成されており、体積変化が生じても内圧が大気圧に保たれるようになっている。なお、ベアリング５７の内周側（弁軸３６側）にはガスシールのためのゴムパッキンが設けられている。
【００２５】
中間室６８の上側には、密閉された空間である密閉空間６９が形成されている。この密閉空間６９は、一端が弁軸３６の鍔部３８に、他端が筐体３０の内側面に貼着された膜体７４により二つの圧力室、すなわち、開放用圧力室７０および閉鎖用圧力室７２に分けられる。膜体７４より上側にある閉鎖用圧力室７２は、バルブ２４を閉鎖する際にエアが送り込まれ、バルブ２４を開放する際に大気圧開放される密室である。この閉鎖用圧力室７２にエアが送り込まれ、当該閉鎖用圧力室７２が高圧となると、膜体７４が下向きに押圧され、変形する。そして、この膜体７４の変形に伴い、弁軸３６および弁体３２が下降することにより、バルブ２４が閉鎖状態となる。また、膜体７４より下側にある開放用圧力室７０は、バルブ２４を開放する際にエアが送り込まれ、バルブ２４を閉鎖する際に大気圧開放される密室である。この開放用圧力室７０にエアが送り込まれ、当該開放用圧力室７０が高圧となると、膜体７４が上向きに押圧され、変形する。そして、この膜体７４の変形に伴い、弁軸３６および弁体３２が上昇することにより、バルブ２４が開放状態となる。
【００２６】
なお、各圧力室７０，７２に送り込まれるエアは、エア供給路１８で搬送される圧縮空気が利用される。すなわち、図１に図示するように、燃料電池１２に圧縮空気を搬送するエア供給路１８には、バルブ制御用エア路２５が接続されている。このバルブ制御用エア路２５は、三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃそれぞれに対応する三つのエア路２６ａ，２６ｂ，２６ｃに分岐される。分岐後のエア路２６は、さらに、図２に図示するように、閉鎖用圧力室７２に接続される閉鎖用エア路８４と、開放用圧力室７０に接続される開放用エア路８６に分岐される。この分岐位置には三方弁８２が設けられており、閉鎖用エア路８４および開放用エア路８６のうち、いずれか一方にのみエアが供給されるようになっている。また、閉鎖用エア路８４および開放用エア路８６には、それぞれ、大気圧開放弁８８，９０が設けられており、当該大気圧開放弁８８，９０を開放することで接続されている圧力室７０，７２が大気圧開放されるようになっている。このように、エア供給路１８で搬送される圧縮空気を各バルブの開閉制御に用いることにより、別途、バルブ専用のエア供給機構を設ける必要が無く、簡易な構成で燃料電池システム１０を構成することができる。また、一度、圧力室７０，７２に供給されたエアは、大気圧開放弁８８，９０を通じて外部に放出され、燃料電池システム１０に還流されることはない。そのため、バルブ２４内で生じる粉塵、特に、後述する圧縮スプリングバネの磨耗粉の燃料電池１２への注入が確実に防止され、燃料電池１２の寿命低下などを防止できる。
【００２７】
ここで、本実施形態では、このバルブ２４に、さらに、弾性体である圧縮コイルバネを組み付け、フリー状態におけるバルブ２４の開閉状態を規定している。図３（Ａ）は、ＮＯバルブとして圧縮コイルバネを組み付けた状態を示す図であり、図３（Ｂ）はＮＣバルブとして圧縮コイルバネを組み付けた状態を示す図である。
【００２８】
バルブ２４をＮＯバルブ、すなわち、エア供給用バルブ２４ａまたはエア回収用バルブ２４ｃとして使用する場合には、仕切壁５６と弁体３２の鍔部３８との間に圧縮コイルバネ９２を組み付ける。この場合、圧縮コイルバネ９２は、弁体３２をバルブ２４を解放する方向に付勢する第一弾性体として機能する。そして、鍔部３８の底面には、この第一弾性体として機能する圧縮コイルバネ９２が組み付けられる第一組付部となる鍔部側凹部４０が形成されている。この鍔部側凹部４４に圧縮コイルバネ９２が組み付けられると、弁体３２は当該圧縮コイルバネ９２によりバルブ開放方向（上方向）に付勢される。この場合、バルブ２４が駆動制御されていない状態、すなわち、圧力室７０，７２へのエアの搬入出制御が行われていないフリーの状態では、圧縮コイルバネ９２の付勢力により弁体３２は上方向に移動し、バルブ開放状態となる。一方、閉鎖用圧力室７２にエアが送り込まれた場合、膜体７４の変形に伴い弁体３２が圧縮コイルバネ９２の付勢力に抗して、閉鎖方向（下方向）に移動し、バルブ２４は閉鎖状態となる。
【００２９】
また、バルブ２４をＮＣバルブ、すなわち、バイパス用バルブ２４ｂとして使用する場合には、仕切壁５６と弁体３２との間に圧縮コイルバネ９４を組み付ける。この場合、圧縮コイルバネ９４は、弁体３２をバルブ閉鎖方向に付勢する第二弾性体として機能する。そして、弁体３２の上面には、第一弾性体として機能する当該圧縮コイルバネ９４が組み付けられる弁体側凹部４４が形成されている。この弁体側凹部４４に圧縮コイルバネ９４が組み付けられると、弁体３２は当該圧縮コイルバネ９４によりバルブ閉鎖方向（下方向）に付勢される。この場合、バルブ２４が駆動制御されていない状態では、圧縮コイルバネ９４の付勢力により弁体３２は下方向に移動し、バルブ閉鎖状態となる。一方、開放用圧力室７０にエアが送り込まれた場合、膜体７４の変形に伴い弁体３２が圧縮コイルバネ９４の付勢力に抗して、上方向に移動し、バルブ２４は開放状態となる。
【００３０】
ここで、ＮＯバルブに用いられる圧縮コイルバネ９２と、ＮＣバルブに用いられる圧縮コイルバネ９４は、いずれも、同程度のバネ定数や長さ、径を備えた同種のコイルバネである。つまり、本実施形態では、全く同種類の圧縮コイルバネ９２，９４の組み付け位置を変更することで、バルブの特性をＮＯまたはＮＣに変更している。換言すれば、本実施形態では、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの構成部品種類を全て同一にしている。その結果、燃料電池システム１０に、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの両方を設ける場合であっても、部品種類数を低減することができ、燃料電池システム１０の製造コストや製造の手間などを低減できる。また、ＮＯバルブのみが設けられる燃料電池システムにおいても、ＮＣバルブのみが設けられる他の燃料電池システムと部品を共有化できる。そして、部品共有化により、一つの部品製造にかかる費用を低減でき、また、部品管理に要する手間を低減できる。
【００３１】
さらに、図３から明らかなとおり、本実施形態では、ＮＯバルブ、ＮＣバルブのいずれの場合であっても、圧縮コイルバネ９２，９４は、流路空間５２から遮蔽された空間、すなわち、中間室６８または密閉空間６９のいずれかに組みつけられている。その結果、圧縮コイルバネ９２，９４の磨耗により生じる粉塵等（磨耗粉）が流路空間５２に侵入する恐れがなく、燃料電池１２に搬入出される空気に粉塵が混じる恐れがない。その結果、燃料電池１２の損傷や寿命低下を防止することができる。
【００３２】
なお、このバルブ２４の筐体３０は、互いに着脱自在の複数の部材から構成されており、適宜、その上面および底面が取り外し可能になっている。そして、ＮＯバルブとして使用するために圧縮コイルバネ９２を組み付ける際には、筐体３０の上面を取り外し、膜体７４を筐体３０から一時的に分離させた上で、鍔部３８と仕切壁５６との間に、圧縮コイルバネ９２を配置する。また、ＮＣバルブとして使用するために圧縮コイルバネ９４を組み付ける際には、筐体３０の底面を取り外し、弾性シート５４を筐体３０から一時的に分離させた上で、弁体３２と仕切壁５６との間に、圧縮コイルバネ９４を配置する。
【００３３】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本的構造を同一としているため、部品種類数の増加を防止でき、燃料電池システム１０の製造コストの増加や製造の手間増加などを防止できる。また、弁体を付勢する圧縮コイルバネを流路空間から遮蔽した位置に組み付けているため、磨耗粉の燃料電池への流入を確実に防止できる。
【００３４】
なお、以上で説明した構成は、一例であり、弾性体（コイルバネ）の組み付け位置を変更することで、ＮＯバルブおよびＮＣバルブのいずれか一つとして機能するバルブを有するのであれば、他の構成の燃料電池システムであってもよい。例えば、ＮＯバルブのみを有し、ＮＣバルブを有さない燃料電池システムであってもよい。この場合であっても、他のＮＣバルブのみを有する燃料電池システムと部品の共通化ができるため、各部品の製造コストを低減でき、また、部品管理の手間も削減できる。
【００３５】
また、バルブの構成も、ＮＣバルブおよびＮＯバルブのいずれとしても使用できるのであれば、当然、他の構成であってもよい。例えば、上述の説明では、第一弾性体および第二弾性体として圧縮コイルバネを用いているが、他の弾性体、例えば、引っ張りコイルバネや板バネ等を用いてもよい。また、上述の説明では、鍔部３８および弁体３２に形成された凹部４０，４４を、各圧縮コイルバネ９２，９４が組み付けられる第一組付部および第二組付部とする例を説明しているが、弾性体が組み付けられるのであれば、他の構成、例えば、コイルバネに挿通される軸などを組付部として用いてもよい。
【００３６】
また、図４（Ａ）に図示するように、仕切壁５６に仕切壁側凹部４２を形成し、当該仕切壁側凹部４２を第一弾性体が組み付けられる第一組付部として利用してもよい。この仕切壁凹部４２は、仕切壁５６の上面に形成されており、その深さは、弁軸３６に装着されたベアリング５７の高さとほぼ同じである。圧縮コイルバネ９２は、この仕切壁凹部４２に挿入されることでバルブ２４＊に組み付けられる。また、図面では判別しづらいが、この仕切壁凹部４２の側面は、上側に向かって徐々に内径が広がるべく僅かな傾斜が形成されている。これは、当該仕切壁凹部４２の側面と、圧縮コイルバネ９２との接触により生じるバネ応答性の低下や磨耗等を防止するためである。なお、この図４（Ａ）では、ＮＯバルブとして圧縮コイルバネ９２を組み付けた状態を図示しているが、当然ながら、仕切壁５６と弁体３２との間に第二弾性体として機能する圧縮コイルバネを組み付けることで、ＮＣバルブとしても機能する。
【００３７】
ここで、仕切壁５６に、第一組付部として機能する仕切壁凹部４２を形成した場合、圧縮コイルバネ９２の長さを低減させることなく、バルブ開放時における仕切壁５６から鍔部３８までの距離、ひいては、圧力室６９の高さを低減できる。すなわち、仕切壁凹部４２を形成することにより、当該凹部４２の深さ分だけ、鍔部３８までの距離を稼ぐことができる。その結果、バルブ開放時における鍔部３８の高さ（位置）を、当該凹部４２の深さ分だけ低くすることができる。これは、結果として、バルブ２４＊の高さを、当該凹部４２の深さ分だけ低減できることを意味している。つまり、このバルブ２４＊では、弁軸３６に装着されたベアリング５７の高さ相当の深さの仕切壁凹部４２を形成することにより、バルブ２４＊の高さを低減することができる。
【００３８】
なお、図４（Ｂ）は、バルブの高さ比較用に図示した仕切壁５６が平坦面となっているバルブ２４（すなわち、図３（Ａ）に図示したバルブ）である。この図４（Ｂ）と図４（Ａ）との比較から明らかなとおり、仕切壁凹部４２が形成されているバルブ２４＊の高さＨ１は、組み付けられる圧縮コイルバネ９２の長さが同じであっても、仕切壁凹部４２が形成されていないバルブ２４の高さＨ２に比べて、明らかに小さくなっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】ＮＯバルブおよびＮＣバルブの共通構造を示す概略断面図である。
【図３】（Ａ）はＮＣバルブとして使用する際の様子を、（Ｂ）はＮＯバルブとして使用する際の様子を示す概略断面図である。
【図４】（Ａ）は仕切壁凹部が形成されたバルブを、（Ｂ）は仕切壁凹部が形成されていないバルブの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 加湿モジュール、１６ エアコンプレッサ、１８ エア供給路、２０ エア回収路、２２ バイパス路、２４ｃ エア回収用バルブ、２４ａ エア供給用バルブ、２４ｂ バイパス用バルブ、２６ エア路、３０ 筐体、３２ 弁体、３８ 鍔部、４２ 仕切壁凹部、４６，４８ 流路口、５０ 弁座、５２ 流路空間、５４ 弾性シート、５６ 仕切壁、６８ 中間室、６９ 密閉空間、７０ 開放用圧力室、７２ 閉鎖用圧力室、７４ 膜体、８４ 閉鎖用エア路、８６ 開放用エア路、８８，９０ 大気圧開放弁、９２，９４ 圧縮コイルバネ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブ、および、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブの少なくとも一方を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車等の駆動源として燃料電池システムが用いられる場合が多い。燃料電池システムは、１以上の配管を介して多数のセルを積層した燃料電池（ＦＣスタック）に燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（空気）を供給するとともに、当該燃料電池から反応に用いられなかった水素ガス（水素オフガス）および酸化剤ガス（空気オフガス）を回収することにより電力を生成するシステムである。この燃料電池システムでは、各種ガスを燃料電池に搬入出するために複数のガス経路が設けられている。通常、各ガス経路には、ガスの通過を制御するためのバルブが設けられている。したがって、通常、燃料電池システムには、複数のバルブが設けられることになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５５９１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９８２２号公報
【特許文献３】特開平９−２０３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる複数のバルブを備えた燃料電池システムの中には、非駆動時（非開閉制御時）に開放状態となるノーマルオープンバルブ（以下「ＮＯバルブ」という）と、非駆動時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブ（以下「ＮＣバルブ」という）と、を備えたものがある。例えば、特許文献１には、燃料電池から排出されるアノードオフガス（空気オフガス）を大気へ放出する排気管にはＮＣバルブを、排気管から分岐された分岐排気管にはＮＯバルブを、設けた燃料電池システムが開示されている。このＮＯバルブとＮＣバルブは、当然ながら、構造上の相違があり、バルブを構成する部品種類等も異なってくる。その結果、ＮＯバルブとＮＣバルブの両方を設けた場合、燃料電池システム全体としての部品種類数も増加することになる。この部品種類数の増加は、製造コストの増加や部品管理の手間増加などの原因となる。また、ＮＯバルブおよびＮＣバルブのいずれか一方のみを備える燃料電池システムにおいても、他の燃料電池システムとの間で部品共有化が困難であり、製造コストや部品管理の手間が増加するという問題があった。例えば、ＮＯバルブのみを備える燃料電池システムのバルブ構成部品と、ＮＣバルブのみを備える燃料電池システムのバルブ構成部品と、は全く異なってくるため、結果として、部品の製造コスト増加や部品管理の手間がかかっていた。なお、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本構造を共通化する技術は、特許文献２，３などに記載されている。しかし、これらの技術は燃料電池システムに対応したものではないため、燃料電池システムにそのまま適用することはできない。
【０００５】
そこで、本発明では、部品種類数を低減でき得る燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池システムは、１以上のバルブを備えた燃料電池システムであって、前記バルブは、移動可能な弁体と、前記弁体の移動に伴い開閉される流路口が形成された弁座と、前記弁体を前記流路口を開放する方向に付勢する第一弾性体が組み付けられる第一組付部と、第一組付部とは異なる位置に設けられ、前記弁体を前記流路口を閉鎖する方向に付勢する第二弾性体が組み付けられる第二組付部と、を備えており、当該バルブは、前記第一弾性体および第二弾性体のうち第一弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブとして機能し、前記第一弾性体および第二弾性体のうち第二弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブとして機能することを特徴とする。
【０００７】
好適な態様では、前記第一弾性体および第二弾性体は、同一構成である。他の好適な態様では、前記第二弾性体の組付け位置は、前記バルブの構成部材の一つを挟んで、第一弾性体の組付け位置の反対側である。他の好適な態様では、前記第一弾性体および第二弾性体は、いずれも、流体の通過する空間である流路空間から遮蔽された領域に設けられる。
【０００８】
他の好適な態様では、前記バルブは、弁体に接続された膜体で仕切られた一対の圧力室間の差圧により弁体を駆動するダイアフラム式バルブであり、各圧力室は、燃料電池に搬入出されるガスの一部が送り込まれることにより加圧され、送り込まれたガスを当該燃料電池システムの外部に放出することで減圧される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本的構造が同一であるため、ＮＯバルブとＮＣバルブとが混在する場合であっても部品種類数を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である燃料電池システム１０の概略構成を示す図である。この燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、当該燃料電池１２に空気を搬入出するエア搬入出機構と、当該燃料電池１２に水素ガスを搬入出する燃料搬入出機構（図示せず）と、を備えている。
【００１１】
燃料電池１２は、複数のセルを積層したＦＣスタックから構成される。各セルは、イオン交換膜からなる電解質膜を燃料極（アノード極）および空気極（カソード極）で挟持してＭＥＡを構成し、このＭＥＡをさらに一対のセパレータで挟持したものである。燃料極には、拡散層と触媒層とが形成されており、水素ガスである燃料ガスが供給される。供給された燃料ガスは、拡散層で拡散された後、触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン（水素イオン）と電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して空気極に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。
【００１２】
空気極にも拡散層と触媒層とが形成されており、空気等の酸化剤ガスが供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応により水が生成される。このような燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、ＦＣスタックの両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。
【００１３】
エア搬入出機構は、外部から取り入れた空気を燃料電池１２に供給するエア供給路１８、エア供給路１８から分岐したバイパス路２２、および、燃料電池１２で消費し切れなかった空気（空気オフガス）を燃料電池１２から回収するエア回収路２０を備えている。
【００１４】
エア供給路１８には、外部から取り入れた空気を圧縮するエアコンプレッサ１６が設けられている。エアコンプレッサ１６により圧縮された空気の一部は、バイパス路２２に流れ込み、残りは、そのままエア供給路１８を通じて、加湿モジュール１４に供給される。加湿モジュール１４は、エア供給路１８を通じて供給された空気（これから燃料電池１２に供給される空気）を加湿する。加湿された空気は、バイパス路２２を経由した未加湿の空気とともに、燃料電池１２に供給される。
【００１５】
バイパス路２２は、加湿モジュール１４より上流側の位置においてエア供給路１８から分岐し、加湿モジュール１４より下流側の位置においてエア供給路１８に合流する経路である。このバイパス路２２に流入した空気は、加湿モジュール１４を経由しないため、乾燥した状態のまま燃料電池１２に供給されることになる。
【００１６】
エア回収路２０は、燃料電池１２で消費しきれず余った空気を空気オフガスとして回収するための経路である。エア回収路２０を通じて回収された空気オフガスは、加湿モジュール１４に供給される。加湿モジュール１４では、熱と水分との交換作業が行われる。当該交換処理が施された空気オフガスは、その後、エア回収路２０に出力され、外部に放出される。
【００１７】
このエア供給路１８、バイパス路２２、エア回収路２０には、それぞれ、空気の通過を制御するためのバルブ、すなわち、エア供給用バルブ２４ａ、バイパス用バルブ２４ｂ、エア回収用バルブ２４ｃが設けられている。本実施形態では、この三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを適宜、開閉することで、燃料電池１２への空気の供給、および、回収を実現している。
【００１８】
また、この燃料電池システム１０には、燃料電池１２に水素ガスを搬入出するための燃料搬入出機構も設けられている。この燃料搬入出機構は、公知の従来技術を適用することにより構成できるため、ここでの詳説は省略する。
【００１９】
次に、各経路上に設けられたバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの構成について説明する。
この三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうち、エア供給用バルブ２４ａおよびエア回収用バルブ２４ｃは、バルブが駆動制御されていないフリーの状態（非開閉制御時）においては開放状態となるノーマルオープンバルブ（以下「ＮＯバルブ」という）である。これは、何らかの問題が原因で、エア供給用バルブ２４ａおよびエア回収用バルブ２４ｃの駆動制御が一時的に不可能な状態になったとしても、燃料電池１２への空気の搬入出を可能とするためである。一方、バイパス用バルブ２４ｂは、バルブが駆動制御されていないフリーの状態（非開閉制御時）においては閉鎖状態となるノーマルクローズバルブ（以下「ＮＣバルブ」という）である。これは、何らかの問題が原因で、バイパス用バルブ２４ｂの駆動制御が一時的に不可能な状態になったときに、乾燥した空気が大量に燃料電池１２に供給されることを防止するためである。
【００２０】
つまり、本実施形態では、ＮＯバルブとＮＣバルブという、二種類のバルブが設けられていることになる。通常、ＮＯバルブおよびＮＣバルブは、構造上の相違があり、バルブを構成する部品種類等も異なってくる。そのため、ＮＯバルブとＮＣバルブの両方を設けた場合、燃料電池システム１０全体としての部品種類数が増加することになる。かかる部品種類数の増加は、製造コストの増加や部品管理の手間増加などの原因となり、望ましくなかった。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＮＯバルブおよびＮＣバルブともに、その基本的構造を共通とし、部品種類数の増加を防止している。図２は、本実施形態で用いられる三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（すなわちＮＯバルブおよびＮＣバルブ）の共通部分の構成を示す概略断面図である。
【００２２】
このバルブ２４は、中空の箱状部材である筐体３０と、当該筐体３０の内部に設けられた昇降可能な弁体３２と、を備えている。弁体３２は、後述する流路口４８を開閉するべく昇降する部材である。弁体３２の底面には、弁座５０との密着性（シール性）を向上するために、弾性部材３４（ゴム）が設けられている。この弁体３２の上側には、後述する密閉空間まで伸びる軸部材である弁軸３６が形成されている。また、弁軸３６の上端近傍には、膜体７４が貼着される鍔部３８が形成されている。
【００２３】
筐体３０の側面には、流体の入口である流路口４６が形成されており、筐体３０の底面には流体の出口である流路口４８が形成されている。そして、この二つの流路口４６，４８の間が流体（本実施形態では空気）が通過する流路空間５２となる。底面に形成された流路口４８の周囲は、弁座５０として機能するもので、この弁座５０の上面に、下降した弁体３２の底面が密着することでバルブ２４が閉鎖状態となる。
【００２４】
流路空間５２の上側には、中間室６８が形成されている。中間室６８は、流路空間５２および後述する密閉空間６９から遮断された空間であり、その内圧が常に大気圧に保たれた空間である。具体的には、中間室６８は、弾性シート５４、および、仕切壁５６により仕切られた空間である。弾性シート５４は、弾性材料からなるシート状部材で、その一端は筐体３０の内側面に、他端は弁体３２に貼着されている。そして、この弾性シート５４は、弁体３２の昇降に応じて変形し、中間室６８の体積を変更する。なお、本実施形態では、弾性シート５４を用いているが、可撓性を備えているのであれば、弾性を備えていないシート状部材を用いてもよい。仕切壁５６は、筐体３０の内側面から内側に向かって水平に延びる壁である。この仕切壁５６は、ベアリング５７を介して弁軸３６に接続されている。ベアリング５７は、弁軸３６を摺動自在に軸支しているため、弁軸３６は仕切壁５６に対して昇降自在となっている。また、中間室６８の側面には、外部空間に連通する通気穴７６が形成されており、体積変化が生じても内圧が大気圧に保たれるようになっている。なお、ベアリング５７の内周側（弁軸３６側）にはガスシールのためのゴムパッキンが設けられている。
【００２５】
中間室６８の上側には、密閉された空間である密閉空間６９が形成されている。この密閉空間６９は、一端が弁軸３６の鍔部３８に、他端が筐体３０の内側面に貼着された膜体７４により二つの圧力室、すなわち、開放用圧力室７０および閉鎖用圧力室７２に分けられる。膜体７４より上側にある閉鎖用圧力室７２は、バルブ２４を閉鎖する際にエアが送り込まれ、バルブ２４を開放する際に大気圧開放される密室である。この閉鎖用圧力室７２にエアが送り込まれ、当該閉鎖用圧力室７２が高圧となると、膜体７４が下向きに押圧され、変形する。そして、この膜体７４の変形に伴い、弁軸３６および弁体３２が下降することにより、バルブ２４が閉鎖状態となる。また、膜体７４より下側にある開放用圧力室７０は、バルブ２４を開放する際にエアが送り込まれ、バルブ２４を閉鎖する際に大気圧開放される密室である。この開放用圧力室７０にエアが送り込まれ、当該開放用圧力室７０が高圧となると、膜体７４が上向きに押圧され、変形する。そして、この膜体７４の変形に伴い、弁軸３６および弁体３２が上昇することにより、バルブ２４が開放状態となる。
【００２６】
なお、各圧力室７０，７２に送り込まれるエアは、エア供給路１８で搬送される圧縮空気が利用される。すなわち、図１に図示するように、燃料電池１２に圧縮空気を搬送するエア供給路１８には、バルブ制御用エア路２５が接続されている。このバルブ制御用エア路２５は、三つのバルブ２４ａ，２４ｂ，２４ｃそれぞれに対応する三つのエア路２６ａ，２６ｂ，２６ｃに分岐される。分岐後のエア路２６は、さらに、図２に図示するように、閉鎖用圧力室７２に接続される閉鎖用エア路８４と、開放用圧力室７０に接続される開放用エア路８６に分岐される。この分岐位置には三方弁８２が設けられており、閉鎖用エア路８４および開放用エア路８６のうち、いずれか一方にのみエアが供給されるようになっている。また、閉鎖用エア路８４および開放用エア路８６には、それぞれ、大気圧開放弁８８，９０が設けられており、当該大気圧開放弁８８，９０を開放することで接続されている圧力室７０，７２が大気圧開放されるようになっている。このように、エア供給路１８で搬送される圧縮空気を各バルブの開閉制御に用いることにより、別途、バルブ専用のエア供給機構を設ける必要が無く、簡易な構成で燃料電池システム１０を構成することができる。また、一度、圧力室７０，７２に供給されたエアは、大気圧開放弁８８，９０を通じて外部に放出され、燃料電池システム１０に還流されることはない。そのため、バルブ２４内で生じる粉塵、特に、後述する圧縮スプリングバネの磨耗粉の燃料電池１２への注入が確実に防止され、燃料電池１２の寿命低下などを防止できる。
【００２７】
ここで、本実施形態では、このバルブ２４に、さらに、弾性体である圧縮コイルバネを組み付け、フリー状態におけるバルブ２４の開閉状態を規定している。図３（Ａ）は、ＮＯバルブとして圧縮コイルバネを組み付けた状態を示す図であり、図３（Ｂ）はＮＣバルブとして圧縮コイルバネを組み付けた状態を示す図である。
【００２８】
バルブ２４をＮＯバルブ、すなわち、エア供給用バルブ２４ａまたはエア回収用バルブ２４ｃとして使用する場合には、仕切壁５６と弁体３２の鍔部３８との間に圧縮コイルバネ９２を組み付ける。この場合、圧縮コイルバネ９２は、弁体３２をバルブ２４を解放する方向に付勢する第一弾性体として機能する。そして、鍔部３８の底面には、この第一弾性体として機能する圧縮コイルバネ９２が組み付けられる第一組付部となる鍔部側凹部４０が形成されている。この鍔部側凹部４４に圧縮コイルバネ９２が組み付けられると、弁体３２は当該圧縮コイルバネ９２によりバルブ開放方向（上方向）に付勢される。この場合、バルブ２４が駆動制御されていない状態、すなわち、圧力室７０，７２へのエアの搬入出制御が行われていないフリーの状態では、圧縮コイルバネ９２の付勢力により弁体３２は上方向に移動し、バルブ開放状態となる。一方、閉鎖用圧力室７２にエアが送り込まれた場合、膜体７４の変形に伴い弁体３２が圧縮コイルバネ９２の付勢力に抗して、閉鎖方向（下方向）に移動し、バルブ２４は閉鎖状態となる。
【００２９】
また、バルブ２４をＮＣバルブ、すなわち、バイパス用バルブ２４ｂとして使用する場合には、仕切壁５６と弁体３２との間に圧縮コイルバネ９４を組み付ける。この場合、圧縮コイルバネ９４は、弁体３２をバルブ閉鎖方向に付勢する第二弾性体として機能する。そして、弁体３２の上面には、第一弾性体として機能する当該圧縮コイルバネ９４が組み付けられる弁体側凹部４４が形成されている。この弁体側凹部４４に圧縮コイルバネ９４が組み付けられると、弁体３２は当該圧縮コイルバネ９４によりバルブ閉鎖方向（下方向）に付勢される。この場合、バルブ２４が駆動制御されていない状態では、圧縮コイルバネ９４の付勢力により弁体３２は下方向に移動し、バルブ閉鎖状態となる。一方、開放用圧力室７０にエアが送り込まれた場合、膜体７４の変形に伴い弁体３２が圧縮コイルバネ９４の付勢力に抗して、上方向に移動し、バルブ２４は開放状態となる。
【００３０】
ここで、ＮＯバルブに用いられる圧縮コイルバネ９２と、ＮＣバルブに用いられる圧縮コイルバネ９４は、いずれも、同程度のバネ定数や長さ、径を備えた同種のコイルバネである。つまり、本実施形態では、全く同種類の圧縮コイルバネ９２，９４の組み付け位置を変更することで、バルブの特性をＮＯまたはＮＣに変更している。換言すれば、本実施形態では、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの構成部品種類を全て同一にしている。その結果、燃料電池システム１０に、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの両方を設ける場合であっても、部品種類数を低減することができ、燃料電池システム１０の製造コストや製造の手間などを低減できる。また、ＮＯバルブのみが設けられる燃料電池システムにおいても、ＮＣバルブのみが設けられる他の燃料電池システムと部品を共有化できる。そして、部品共有化により、一つの部品製造にかかる費用を低減でき、また、部品管理に要する手間を低減できる。
【００３１】
さらに、図３から明らかなとおり、本実施形態では、ＮＯバルブ、ＮＣバルブのいずれの場合であっても、圧縮コイルバネ９２，９４は、流路空間５２から遮蔽された空間、すなわち、中間室６８または密閉空間６９のいずれかに組みつけられている。その結果、圧縮コイルバネ９２，９４の磨耗により生じる粉塵等（磨耗粉）が流路空間５２に侵入する恐れがなく、燃料電池１２に搬入出される空気に粉塵が混じる恐れがない。その結果、燃料電池１２の損傷や寿命低下を防止することができる。
【００３２】
なお、このバルブ２４の筐体３０は、互いに着脱自在の複数の部材から構成されており、適宜、その上面および底面が取り外し可能になっている。そして、ＮＯバルブとして使用するために圧縮コイルバネ９２を組み付ける際には、筐体３０の上面を取り外し、膜体７４を筐体３０から一時的に分離させた上で、鍔部３８と仕切壁５６との間に、圧縮コイルバネ９２を配置する。また、ＮＣバルブとして使用するために圧縮コイルバネ９４を組み付ける際には、筐体３０の底面を取り外し、弾性シート５４を筐体３０から一時的に分離させた上で、弁体３２と仕切壁５６との間に、圧縮コイルバネ９４を配置する。
【００３３】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、ＮＯバルブおよびＮＣバルブの基本的構造を同一としているため、部品種類数の増加を防止でき、燃料電池システム１０の製造コストの増加や製造の手間増加などを防止できる。また、弁体を付勢する圧縮コイルバネを流路空間から遮蔽した位置に組み付けているため、磨耗粉の燃料電池への流入を確実に防止できる。
【００３４】
なお、以上で説明した構成は、一例であり、弾性体（コイルバネ）の組み付け位置を変更することで、ＮＯバルブおよびＮＣバルブのいずれか一つとして機能するバルブを有するのであれば、他の構成の燃料電池システムであってもよい。例えば、ＮＯバルブのみを有し、ＮＣバルブを有さない燃料電池システムであってもよい。この場合であっても、他のＮＣバルブのみを有する燃料電池システムと部品の共通化ができるため、各部品の製造コストを低減でき、また、部品管理の手間も削減できる。
【００３５】
また、バルブの構成も、ＮＣバルブおよびＮＯバルブのいずれとしても使用できるのであれば、当然、他の構成であってもよい。例えば、上述の説明では、第一弾性体および第二弾性体として圧縮コイルバネを用いているが、他の弾性体、例えば、引っ張りコイルバネや板バネ等を用いてもよい。また、上述の説明では、鍔部３８および弁体３２に形成された凹部４０，４４を、各圧縮コイルバネ９２，９４が組み付けられる第一組付部および第二組付部とする例を説明しているが、弾性体が組み付けられるのであれば、他の構成、例えば、コイルバネに挿通される軸などを組付部として用いてもよい。
【００３６】
また、図４（Ａ）に図示するように、仕切壁５６に仕切壁側凹部４２を形成し、当該仕切壁側凹部４２を第一弾性体が組み付けられる第一組付部として利用してもよい。この仕切壁凹部４２は、仕切壁５６の上面に形成されており、その深さは、弁軸３６に装着されたベアリング５７の高さとほぼ同じである。圧縮コイルバネ９２は、この仕切壁凹部４２に挿入されることでバルブ２４＊に組み付けられる。また、図面では判別しづらいが、この仕切壁凹部４２の側面は、上側に向かって徐々に内径が広がるべく僅かな傾斜が形成されている。これは、当該仕切壁凹部４２の側面と、圧縮コイルバネ９２との接触により生じるバネ応答性の低下や磨耗等を防止するためである。なお、この図４（Ａ）では、ＮＯバルブとして圧縮コイルバネ９２を組み付けた状態を図示しているが、当然ながら、仕切壁５６と弁体３２との間に第二弾性体として機能する圧縮コイルバネを組み付けることで、ＮＣバルブとしても機能する。
【００３７】
ここで、仕切壁５６に、第一組付部として機能する仕切壁凹部４２を形成した場合、圧縮コイルバネ９２の長さを低減させることなく、バルブ開放時における仕切壁５６から鍔部３８までの距離、ひいては、圧力室６９の高さを低減できる。すなわち、仕切壁凹部４２を形成することにより、当該凹部４２の深さ分だけ、鍔部３８までの距離を稼ぐことができる。その結果、バルブ開放時における鍔部３８の高さ（位置）を、当該凹部４２の深さ分だけ低くすることができる。これは、結果として、バルブ２４＊の高さを、当該凹部４２の深さ分だけ低減できることを意味している。つまり、このバルブ２４＊では、弁軸３６に装着されたベアリング５７の高さ相当の深さの仕切壁凹部４２を形成することにより、バルブ２４＊の高さを低減することができる。
【００３８】
なお、図４（Ｂ）は、バルブの高さ比較用に図示した仕切壁５６が平坦面となっているバルブ２４（すなわち、図３（Ａ）に図示したバルブ）である。この図４（Ｂ）と図４（Ａ）との比較から明らかなとおり、仕切壁凹部４２が形成されているバルブ２４＊の高さＨ１は、組み付けられる圧縮コイルバネ９２の長さが同じであっても、仕切壁凹部４２が形成されていないバルブ２４の高さＨ２に比べて、明らかに小さくなっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】ＮＯバルブおよびＮＣバルブの共通構造を示す概略断面図である。
【図３】（Ａ）はＮＣバルブとして使用する際の様子を、（Ｂ）はＮＯバルブとして使用する際の様子を示す概略断面図である。
【図４】（Ａ）は仕切壁凹部が形成されたバルブを、（Ｂ）は仕切壁凹部が形成されていないバルブの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 加湿モジュール、１６ エアコンプレッサ、１８ エア供給路、２０ エア回収路、２２ バイパス路、２４ｃ エア回収用バルブ、２４ａ エア供給用バルブ、２４ｂ バイパス用バルブ、２６ エア路、３０ 筐体、３２ 弁体、３８ 鍔部、４２ 仕切壁凹部、４６，４８ 流路口、５０ 弁座、５２ 流路空間、５４ 弾性シート、５６ 仕切壁、６８ 中間室、６９ 密閉空間、７０ 開放用圧力室、７２ 閉鎖用圧力室、７４ 膜体、８４ 閉鎖用エア路、８６ 開放用エア路、８８，９０ 大気圧開放弁、９２，９４ 圧縮コイルバネ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のバルブを備えた燃料電池システムであって、
前記バルブは、
移動可能な弁体と、
前記弁体の移動に伴い開閉される流路口が形成された弁座と、
前記弁体を前記流路口を開放する方向に付勢する第一弾性体が組み付けられる第一組付部と、
第一組付部とは異なる位置に設けられ、前記弁体を前記流路口を閉鎖する方向に付勢する第二弾性体が組み付けられる第二組付部と、
を備えており、当該バルブは、
前記第一弾性体および第二弾性体のうち第一弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブとして機能し、
前記第一弾性体および第二弾性体のうち第二弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブとして機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第一弾性体および第二弾性体は、同一構成であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記第二弾性体の組付け位置は、前記バルブの構成部材の一つを挟んで、第一弾性体の組付け位置の反対側であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記第一弾性体および第二弾性体は、いずれも、流体の通過する空間である流路空間から遮蔽された領域に設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記バルブは、弁体に接続された膜体で仕切られた一対の圧力室間の差圧により弁体を駆動するダイアフラム式バルブであり、
各圧力室は、燃料電池に搬入出されるガスの一部が送り込まれることにより加圧され、送り込まれたガスを当該燃料電池システムの外部に放出することで減圧されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
１以上のバルブを備えた燃料電池システムであって、
前記バルブは、
移動可能な弁体と、
前記弁体の移動に伴い開閉される流路口が形成された弁座と、
前記弁体を前記流路口を開放する方向に付勢する第一弾性体が組み付けられる第一組付部と、
第一組付部とは異なる位置に設けられ、前記弁体を前記流路口を閉鎖する方向に付勢する第二弾性体が組み付けられる第二組付部と、
を備えており、当該バルブは、
前記第一弾性体および第二弾性体のうち第一弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に開放状態となるノーマルオープンバルブとして機能し、
前記第一弾性体および第二弾性体のうち第二弾性体のみが組み付けられた場合、非開閉制御時に閉鎖状態となるノーマルクローズバルブとして機能することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第一弾性体および第二弾性体は、同一構成であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記第二弾性体の組付け位置は、前記バルブの構成部材の一つを挟んで、第一弾性体の組付け位置の反対側であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記第一弾性体および第二弾性体は、いずれも、流体の通過する空間である流路空間から遮蔽された領域に設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記バルブは、弁体に接続された膜体で仕切られた一対の圧力室間の差圧により弁体を駆動するダイアフラム式バルブであり、
各圧力室は、燃料電池に搬入出されるガスの一部が送り込まれることにより加圧され、送り込まれたガスを当該燃料電池システムの外部に放出することで減圧されることを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２１８２９０（Ｐ２００８−２１８２９０Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６３７９（Ｐ２００７−５６３７９）
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【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２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【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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