遮断弁およびその遮断弁を備えた燃料電池システム
【課題】遮断弁において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図る。
【解決手段】遮断弁３０は、連通穴３１ｃ１と対向して形成された第１および第２開口３１ｄ，３１ｅを備えた弁本体３１と、第２室３１ｂ内に配設され弁座３１ｃ２に当接して閉状態をなす弁体本体３２ａと、弁体本体３２ａに固定された弁軸３２ｂと、を備えた弁体３２と、弁軸３２ｂに固定された第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４との間に形成され、圧力供給源から圧力が供給された際に付勢手段３９による付勢力に抗して弁体３２を付勢する変圧室Ｒ１と、弁軸３２ｂに固定された第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７との間に形成され、大気に開放された大気圧室Ｒ２と、第１蓋部材３４に固定され弁軸３２ｂの一端を往復動可能に支持する第１支持部材３５と、第２蓋部材３７に固定され弁軸３２ｂの他端を往復動可能に支持する第２支持部材３８と、を備えたことである。
【解決手段】遮断弁３０は、連通穴３１ｃ１と対向して形成された第１および第２開口３１ｄ，３１ｅを備えた弁本体３１と、第２室３１ｂ内に配設され弁座３１ｃ２に当接して閉状態をなす弁体本体３２ａと、弁体本体３２ａに固定された弁軸３２ｂと、を備えた弁体３２と、弁軸３２ｂに固定された第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４との間に形成され、圧力供給源から圧力が供給された際に付勢手段３９による付勢力に抗して弁体３２を付勢する変圧室Ｒ１と、弁軸３２ｂに固定された第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７との間に形成され、大気に開放された大気圧室Ｒ２と、第１蓋部材３４に固定され弁軸３２ｂの一端を往復動可能に支持する第１支持部材３５と、第２蓋部材３７に固定され弁軸３２ｂの他端を往復動可能に支持する第２支持部材３８と、を備えたことである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断弁およびその遮断弁を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システム１１は、燃料電池１３内の空気流路（酸化剤流路）と大気との間に設けられる遮断弁５０，６０とを含んでいる。各遮断弁５０，６０は、各弁座５８，６８と、各弁座５８，６８に当接して空気のシールを行う各弁体５６，６６とを含み、各弁体５６，６６は、燃料電池１３内の空気流路の負圧によって各弁座５８，６８の方向に吸引されるよう構成されている。また、燃料電池１３内の空気流路と各遮断弁５０，６０との間に設けられ、燃料電池１３内の空気流路の負圧を大気圧に開放する大気開放弁４７を備え、燃料電池の起動の際に燃料電池１３の空気流路内の負圧を開放してから各遮断弁５０，６０を開弁するようになっている。
【０００３】
また、遮断弁の他の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、制御弁１（遮断弁）においては、比例ソレノイド３で開閉される弁体５の上流および下流側に貫通穴２８，６６のある仕切り板（下部室１７の上壁，上部室４９の下壁）を設けて、その仕切られた部屋（下部室１７，上部室４９）にダイヤフラム２７，６２を設置するようになっている。また、制御弁１においては、上部連通室６７の圧力が、弁体５の弁部４４におよぼす力と、ダイヤフラム６２及び円板６１におよぼす力とが逆向きに作用するように構成されており、両者の力を相殺されるように設定されている。また、ダイヤフラム２７，６２で仕切られた下部大気室３１，上部大気室６５は大気開放にするようになっている。さらに、流路内には弁軸（軸部４３とシャフト２４からなる）を案内するための軸受けとして下方円筒部２２、上方円筒部５０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６９８５７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池システムの停止中に酸化剤流路が負圧となるが、停止中の燃料電池システムを起動する際に、大気開放弁４７を開状態として燃料電池１３の空気流路内の負圧を開放してから各遮断弁５０，６０を開弁するので、遮断弁の開弁性を向上させることができる。しかし、大気開放弁４７を別途設けるので、システムが複雑化、コスト高であるという問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載の遮断弁においては、上部連通室６７の圧力が、弁体５の弁部４４におよぼす力と、ダイヤフラム６２及び円板６１におよぼす力とが逆向きに作用するように構成されており、両者の力を相殺されるように設定されている。よって、遮断弁を開弁する際に、流出路７や上部連通室６７の圧力による影響を抑制するため、特許文献１のように別途部材（大気開放弁４７）を設けることなく遮断弁の開弁性を向上させることができる。しかし、その構造は複雑であり、コスト高であるという問題がある。また、軸部４３を支持する上方円筒部５０、およびシャフト２４を支持する下方円筒部２２は、流路内にありその流路を流れる流体に接触するようになっている。流体に水蒸気や水を含む場合に
は、低温時に凍結固着してしまう。この場合、開弁する際に大きな力が必要となり、弁体を駆動させるアクチュエータの大型化、重量増、電力増を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、遮断弁において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図り、その遮断弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、第１入出口が形成された第１室と、第２入出口が形成された第２室と、第１室と第２室とを連通する連通穴と、連通穴と対向する第１室の壁に形成された第１開口と、連通穴と対向する第２室の壁に形成された第２開口と、を備えた弁本体と、第１開口を閉塞する第１蓋部材と、第２開口を閉塞する第２蓋部材と、連通穴の第２室側の開口周縁に設けられた弁座と、第２室内に配設され弁座に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体と、弁体本体に固定され一端が第１開口に向かって延設されるとともに他端が第２開口に向かって延設された弁軸と、を備えた弁体と、弁体と弁本体との間に介装され弁体本体が弁座に当接する方向に弁体を付勢する付勢部材と、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間および第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間の少なくとも何れか一方に形成された区画であって、圧力供給源と連通され該圧力供給源から圧力が供給された際に付勢手段による付勢方向と反対方向に弁体を付勢する変圧室と、第１蓋部材に固定され弁軸の一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材と、第２蓋部材に固定され弁軸の他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材と、を備えたことである。
【０００９】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成され、第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことである。
【００１０】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成され、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことである。
【００１１】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、弁軸は中空の軸であり、第１支持部材と第２支持部材は一体的に軸状に形成されたことである。
【００１２】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は正圧を供給するものであることである。
【００１３】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものであることである。
【００１４】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、第１蓋部材または第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、出力軸
が弁軸に係合されるとともに第１支持部材または第２支持部材として機能することである。
【００１５】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１支持部材が弁軸の一端を支持している支持部分と第１室とを第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることである。
【００１６】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２支持部材が弁軸の他端を支持している支持部分と第２室とを第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることである。
【００１７】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、酸化剤流路の酸化剤ガスを導入する導入口に酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、圧送装置と酸化剤流路との間に介装され圧送装置と酸化剤流路との連通を遮断する第１遮断装置と、酸化剤流路からオフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断装置と、を備え、第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち変圧室および大気圧室を備えたものを使用し、圧送装置は第１遮断装置の第２入出口に連通されるとともに第１遮断装置の変圧室に連通され、導入口は第１遮断装置の第１入出口に連通され、第２遮断装置として請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁を使用し、導出口は第２遮断装置の第１入出口に連通され、圧送装置は第２遮断装置の変圧室に連通され、第２遮断装置の第２入出口は大気に開放されたことである。
【００１８】
また請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１０において、圧送装置と第１遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、圧送装置と第２遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えたことである。
【００１９】
また請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１１において、変圧室を加圧する際には、圧送装置を駆動させるとともに第１および第２開閉弁を開き、変圧室を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁を閉じ、変圧室を大気に開放する際には、圧送装置の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁を開くことである。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、弁軸には、弁体本体と第１ダイヤフラムおよび第２ダイヤフラムの少なくとも何れか一方とが固定されている。第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１室内の圧力が、弁体本体に及ぼす力と、第１ダイヤフラムに及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体においては両者の力が相殺される。また、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２室内の圧力が、弁体本体に及ぼす力と、第２ダイヤフラムに及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室内および第２室内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、付勢部材による付勢力に相当する力を付勢方向と反対方向に少なくとも弁体本体に作用させることで、遮断弁を開弁させることができる。
【００２１】
また、圧力供給源からの圧力が変圧室に供給されると、遮断弁が開弁される。このとき、比較的低い圧力で開弁が可能であり、圧力供給源の供給能力を低く抑制でき、ひいては装置を小型化することができる。
【００２２】
さらに、弁体の弁軸の一端が、第１開口を閉塞する第１蓋部材に固定された第１支持部
材によって軸方向に往復動可能に支持され、弁軸の他端が、第２開口を閉塞する第２蓋部材に固定された第２支持部材によって軸方向に往復動可能に支持されるようになっている。よって、弁軸の両端を第１および第２支持部材で支持しているので、弁体本体と第１ダイヤフラムおよび／または第２ダイヤフラムとの間で弁軸を支持する複雑な構造でなく、簡単な構造で弁軸を支持することができ、遮断弁を簡素化、小型化、コスト低減することができる。
【００２３】
以上のことから、遮断弁において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができ、ひいては、その遮断弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成され、第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えた。このように、変圧室を設けた側の反対側に大気圧室を設けることにより、第１室と第２室内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁を開弁させることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成され、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えた。このように、変圧室を設けた側の反対側に大気圧室を設けることにより、第１室と第２室内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁を開弁させることができる。
【００２６】
第１支持部材と第２支持部材が別部材である場合には両者の軸心ずれによって弁軸が斜めになり弁軸に固定された弁体本体も斜めになることで、弁体本体が弁座に確実に当接できないおそれがあった。しかし、上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、弁軸は中空の軸であり、第１支持部材と第２支持部材は一体的に軸状に形成された。これにより、弁軸が斜めに固定されるのを抑制することができ、ひいては弁体本体を弁座に確実に当接することができるので、閉弁時のシール性をより向上させることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は正圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに正圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに負圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、第１蓋部材または第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、出力軸が弁軸に係合されるとともに第１支持部材または第２支持部材として機能する。これにより、電動モータによって弁体が軸方向に位置決め固定され開弁量を調節できる
ので、遮断弁を流量調整可能な弁とすることができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１支持部材が弁軸の一端を支持している支持部分と第１室とを第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とする。これにより、第１支持部材によって弁軸が支持される支持部分が、流体が流れる第１室外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００３１】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２支持部材が弁軸の他端を支持している支持部分と第２室とを第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とする。これにより、第２支持部材によって弁軸が支持される支持部分が、流体が流れる第２室外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００３２】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、燃料電池の酸化剤流路の導入口とその導入口に酸化剤ガスを圧送する圧送装置との間に、第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち変圧室および大気圧室を備えたものが介装されている。また、燃料電池の酸化剤流路の導出口には、大気に開放された請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁が接続されている。すでに燃料電池システムで使用されている圧送装置が正圧を供給する圧力供給源として使用されている。これにより、燃料電池システムの停止運転の際に、酸化剤流路への酸化剤ガスの供給を停止することで、第１および第２遮断装置を閉弁することができる。また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路を密封することができる。さらに、起動運転する際に、酸化剤流路への酸化剤ガスの供給を開始することで、第１室および第２室における酸化剤流路の負圧および圧送装置からの正圧による影響を受けることなく、第１および第２遮断装置を閉弁することができる。したがって、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができる遮断弁を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００３３】
上記のように構成した請求項１１に係る発明においては、請求項１０において、圧送装置と第１遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、圧送装置と第２遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えた。これにより、圧送装置を駆動させた上で、第１および第２開閉弁を開閉することで第１および第２遮断装置をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００３４】
上記のように構成した請求項１２に係る発明においては、請求項１１において、変圧室を加圧する際には、圧送装置を駆動させるとともに第１および第２開閉弁を開き、変圧室を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁を閉じ、変圧室を大気に開放する際には、圧送装置の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁を開く。これにより、圧送装置と１つの開閉弁の駆動状態によって制御することで、遮断弁を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による遮断弁および燃料電池システムの第１の実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す開弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図３】図１に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図４】図１に示した燃料電池システムの作動を示すタイムチャートである。
【図５】図１に示す閉弁状態の遮断弁の他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明による燃料電池システムの第２の実施形態の概要を示す概要図である。
【図７】本発明による燃料電池システムの第３の実施形態の概要を示す概要図である。
【図８】図７に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図９】本発明による燃料電池システムの第４の実施形態の概要を示す概要図である。
【図１０】図９に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
１）第１の実施形態
以下、本発明による遮断弁およびその遮断弁を備えた燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池１０、圧送装置２１、第１および第２遮断装置２２，２３、および制御装置２４を備えている。
【００３７】
燃料電池１０は、燃料が供給される燃料流路１１と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路１２を有している。燃料流路１１は、燃料極に燃料を供給するものであり、酸化剤流路１２は、酸化剤極に酸化剤ガスを供給するものである。燃料極と酸化剤極との間には電解質が介装されている。本第１の実施形態では、燃料は水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池１０は、水素ガスと空気が化学反応して発電するものである。
【００３８】
圧送装置２１は、燃料電池１０の酸化剤流路１２に空気を圧送するものである。圧送装置２１は、制御装置２４からの駆動指令によって駆動されて空気を圧送し、制御装置２４からの駆動停止指令によって駆動停止されて空気を送らない。なお、駆動が停止されると、圧送装置２１の吐出口は大気に開放される。本第１の実施形態では、圧送装置２１はコンプレッサである。
【００３９】
燃料電池１０の酸化剤流路１２に酸化剤を導入する導入口１２ａは、酸化剤供給管２５を介して圧送装置２１の吐出口に接続されている。酸化剤供給管２５の途中には、酸化剤供給管２５を開閉する第１遮断装置２２が設けられている。燃料電池１０の導入口１２ａは、第１遮断装置２２の第１入出口３１ａ１に連通しており、圧送装置２１の吐出口は、第１遮断装置２２の第２入出口３１ｂ１に連通している。
【００４０】
燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂは、オフガス排出管２６を介して大気に開放されている。オフガス排出管２６の途中には、オフガス排出管２６を開閉する第２遮断装置２３が設けられている。燃料電池１０の導出口１２ｂは、第２遮断装置２３の第１入出口３１ａ１に連通しており、第２遮断装置２３の第２入出口３１ｂ１は大気に開放されている。
【００４１】
圧送装置２１と第１遮断装置２２との間の酸化剤供給管２５からは第１圧縮空気供給管２７が分岐され、第１遮断装置２２の変圧室Ｒ１に接続されている。第１圧縮空気供給管２７の途中には、第１圧縮空気供給管２７を開閉する第１開閉弁２７ａが設けられている。第１開閉弁２７ａは、制御装置２４からの指示に従って開閉制御されるものである。本
第１の実施形態では、第１開閉弁２７ａはノーマルクローズ型の電磁弁である。
【００４２】
圧送装置２１と第１遮断装置２２との間の酸化剤供給管２５からは第２圧縮空気供給管２８が分岐され、第２遮断装置２３の変圧室Ｒ１に接続されている。第２圧縮空気供給管２８の途中には、第２圧縮空気供給管２８を開閉する第２開閉弁２８ａが設けられている。第２開閉弁２８ａは、制御装置２４からの指示に従って開閉制御されるものである。本第１の実施形態では、第２開閉弁２８ａはノーマルクローズ型の電磁弁である。
【００４３】
第１遮断装置２２は、図２、図３に示すように、遮断弁３０である。図２は、遮断弁３０の開状態を示し、図３は、遮断弁３０の閉状態を示している。遮断弁３０は、弁本体３１、弁体３２、第１ダイヤフラム３３、第１蓋部材３４、第１支持部材３５、第２ダイヤフラム３６、第２蓋部材３７、第２支持部材３８、ばね３９、変圧室Ｒ１および大気圧室Ｒ２を備えている。
【００４４】
弁本体３１は、第１入出口３１ａ１が形成された第１室３１ａと、第２入出口３１ｂ１が形成された第２室３１ｂと、を備えている。第１室３１ａと第２室３１ｂは隔壁３１ｃで仕切られており、隔壁３１ｃには第１室３１ａと第２室３１ｂを連通する連通穴３１ｃ１が形成されている。連通穴３１ｃ１と対向する第１室３１ａの壁３１ａ２には、第１開口３１ｄが形成され、連通穴３１ｃ１と対向する第２室３１ｂの壁３１ｂ２には、第２開口３１ｅが形成されている。連通穴３１ｃ１の第２室３１ｂ側の開口周縁には、弁座３１ｃ２が設けられている。
【００４５】
弁体３２は、第２室３１ｂ内に配設され弁座３１ｃ２に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体３２ａを備えている。弁体本体３２ａは、円板状に形成されており、弁座３１ｃ２に当接する面（上面）の周縁部に環状のシール３２ａ１が凸設されている。シール３２ａ１の先端部と弁座３１ｃ２が当接することでシール性を確保している。
【００４６】
弁体本体３２ａの中央部には、弁軸３２ｂが貫通して固定されている。弁軸３２ｂは弁体本体３２ａに対して直交している。弁軸３２ｂは、連通穴３１ｃ１を貫通するように配設されている。弁軸３２ｂの一端（上端）は、第１開口３１ｄに向かって延設されるとともに、弁軸３２ｂの他端（下端）は、第２開口３１ｅに向かって延設されている。
【００４７】
弁軸３２ｂの一端部には、軸方向に延在する軸孔３２ｂ１が形成されている。その軸孔３２ｂ１に第１支持部材３５の先端部（下端部）が摺動可能に係合することで、弁軸３２ｂの一端が第１支持部材３５の先端部（下端部）により軸方向に摺動自在に支持されている。また、弁軸３２ｂの一端部には、円板状のフランジ３２ｂ２が外嵌固定されている。フランジ３２ｂ２は弁軸３２ｂに対して直交している。フランジ３２ｂ２は、第１開口３１ｄより小径であり、第１開口３１ｄに対して弁軸３２ｂの軸方向に往復動する。
【００４８】
第１開口３１ｄとフランジ３２ｂ２の間は、第１ダイヤフラム３３で閉塞されている。第１ダイヤフラム３３は弾性材（例えば、基布入りゴム：材質ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））で環状に形成されている。第１ダイヤフラム３３の外周縁は、第１蓋部材３４の外周縁と第１開口３１ｄの内周縁の間に挟持され固定されている。第１ダイヤフラム３３の内周縁は、フランジ３２ｂ２の外周縁に接着などで固定されている。よって、第１支持部材３５が弁軸３２ｂの一端を支持している支持部分は、第１ダイヤフラム３３によって第１室３１ａから隔てられるような構造となっている。
【００４９】
第１蓋部材３４は、第１開口３１ｄを閉塞する部材であり、断面中央部が膨出されて下方に開放された形状に形成されている。第１蓋部材３４の外周縁は第１開口３１ｄの周縁
（弁本体３１）に溶接、ねじ止めにより固定されている。第１蓋部材３４には、弁軸３２ｂの一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材３５の基端（上端）が固定されている。第１蓋部材３４には、第１圧縮空気供給管２７が接続されて圧縮空気が入出する入出管３４ａが設けられている。
【００５０】
このように、第１ダイヤフラム３３は、第１蓋部材３４の内側に配設され第１開口３１ｄを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定されている。変圧室Ｒ１は、この第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４で区画されて形成されている。変圧室Ｒ１は、第１圧縮空気供給管２７を介して圧力供給源である圧送装置２１と連通されている。圧送装置２１から圧縮空気が変圧室Ｒ１に供給されると、変圧室Ｒ１内の圧力が増大するので、ばね３９による付勢方向（図２で上方向）と反対方向に弁体３２が付勢される。一方、変圧室Ｒ１の圧力が減少すると、ばね３９による付勢力で付勢方向に弁体３２が付勢される。
【００５１】
弁軸３２ｂの他端部には、軸方向に延在する軸孔３２ｂ３が形成されている。その軸孔３２ｂ３に第２支持部材３８の先端部（上端部）が摺動可能に係合することで、弁軸３２ｂの他端が第２支持部材３８の先端部（上端部）により軸方向に摺動自在に支持されている。また、弁軸３２ｂの他端部には、円板状のフランジ３２ｂ４が外嵌固定されている。フランジ３２ｂ４は弁軸３２ｂに対して直交している。フランジ３２ｂ４は、第２開口３１ｅより小径であり、第２開口３１ｅに対して弁軸３２ｂの軸方向に往復動する。
【００５２】
第２開口３１ｅとフランジ３２ｂ４の間は、第２ダイヤフラム３６で閉塞されている。第２ダイヤフラム３６は弾性材（例えば、基布入りゴム：材質ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））で環状に形成されている。第２ダイヤフラム３６の外周縁は、第２蓋部材３７の外周縁と第２開口３１ｅの内周縁の間に挟持され固定されている。第２ダイヤフラム３６の内周縁は、フランジ３２ｂ４の外周縁に接着などで固定されている。よって、第２支持部材３８が弁軸３２ｂの他端を支持している支持部分と第２室３１ｂとが第２ダイヤフラム３６によって隔てられるような構造となっている。
【００５３】
第２蓋部材３７は、第２開口３１ｅを閉塞する部材であり、断面中央部が膨出されて上方に開放された形状に形成されている。第２蓋部材３７の外周縁は第２開口３１ｅの周縁（弁本体３１）に溶接、ねじ止めにより固定されている。第２蓋部材３７には、弁軸３２ｂの他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材３８の基端（下端）が固定されている。第２蓋部材３７には、大気に開放された入出管３７ａが設けられている。
【００５４】
このように、第２ダイヤフラム３６は、第２蓋部材３７の内側に配設され第２開口３１ｅを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定されている。大気圧室Ｒ２は、この第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７で区画されて形成されている。大気圧室Ｒ２は、大気に開放されている。
【００５５】
また、大気圧室Ｒ２内には、付勢手段であるばね３９が配設されている。ばね３９は、弁軸３２ｂに固定されたフランジ３２ｂ４と弁本体３１に固定された第２蓋部材３７との間に介装されている。ばね３９は、弁体本体３２ａを弁座に当接させる方向（図２で上方向）に付勢するものである。
【００５６】
このように構成された遮断弁３０において、弁体３２の受圧面積Ａｖは、シール３２ａ１までの半径Ｒｖで規定される（Ａｖ＝πＲｖ２）。第１ダイヤフラム３３の受圧面積Ａｄ１は、第１ダイヤフラム３３の有効受圧径Ｒｄ１で規定される（Ａｄ１＝πＲｄ１２）。第２ダイヤフラム３６の受圧面積Ａｄ２は、第２ダイヤフラム３６の有効受圧径Ｒｄ２で規定される（Ａｄ２＝πＲｄ２２）。有効受圧径とは、ダイヤフラムの最下点から中心までの距離であり、ダイヤフラムの状態によって異なる値をとるものである。遮断弁３０
では、閉状態と比較して開状態のほうが最下点が内側に来るように、すなわち有効受圧径が小さくなっている。
【００５７】
また、本第１の実施形態の遮断弁３０は、閉弁状態の時に、各ダイヤフラム３３，３６の有効受圧径Ｒｄ１，Ｒｄ２が弁体３２の半径Ｒｖと同一となるように構成されている。よって、遮断弁３０を開弁する際に、第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力（図３で下方向）と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力（上方向）が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力（上方向）と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力（下方向）が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁３０を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。
【００５８】
さらに、第１ダイヤフラム３３の有効受圧径Ｒｄ１と弁体３２の半径Ｒｖは、弁体受圧力＋ばね力＞ダイヤフラム受圧力となるように設定されている。第１室３１ａが負圧の時に閉状態を保持するため、弁体受圧力が閉弁方向に吸引されるようにするためである。
【００５９】
次に、このように構成された燃料電池システムの作動について図４を参照しながら説明する。燃料電池システムが起動されると（通常運転が開始されると；時刻ｔ１）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。
【００６０】
その後、時刻ｔ２に圧送装置２１が駆動される。変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧以上となれば（時刻ｔ３）、第１および第２遮断装置２２，２３は開弁される。その後、圧送装置２１からの吐出圧が切替圧力以上となれば（時刻ｔ４）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。
【００６１】
その後、定期的に変圧室Ｒ１への圧力供給が行われる。例えば、時刻ｔ４から所定時間経過した時点（時刻ｔ５）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。そして、時刻ｔ５から所定時間経過した時点（時刻ｔ６）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。この間、圧送装置２１から圧縮空気の供給が行われる。これにより、変圧室Ｒ１の外部気密性能を高く維持することができる。
【００６２】
そして、燃料電池システムの通常運転を停止する停止処理が開始されると（時刻ｔ７）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされるとともに、圧送装置２１の駆動が停止される。よって、変圧室Ｒ１が圧送装置２１を介して大気に開放されるため、変圧室Ｒ１の圧力が低下する。
【００６３】
変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧未満となれば（時刻ｔ８）、第１および第２遮断装置２２，２３は閉弁される。その後、時刻ｔ９に第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。
【００６４】
なお、通常運転中に圧送装置２１の吐出圧が切替圧より低下した後、再び切替圧以上となった場合、変圧室Ｒ１への圧力供給が行われる。例えば、再び切替圧以上となった時点（時刻ｔ１１）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。そして、時刻ｔ１１から所定時間経過した時点（時刻ｔ１２）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。なお、圧送装置２１の吐出圧が切替圧より低下した場合、その状態が所定時間継続された場合に限ることが好ましい。
【００６５】
上述した作動によれば、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとと
もに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。
【００６６】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態においては、弁軸３２ｂには、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および第２ダイヤフラム３６が固定されている。第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁３０を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、ばね３９（付勢部材）による付勢力に相当する力を付勢方向と反対方向に少なくとも弁体本体３２ａに作用させることで、遮断弁３０を開弁させることができる。また、このようにノーマルクローズのためのばね力を越えるだけで、言い換えれば、変圧室Ｒ１への供給圧が小さくとも開弁が可能なので、開弁に必要な時間が短く、良好な応答性となる。
【００６７】
また、圧送装置２１（圧力供給源）からの圧力が変圧室Ｒ１に供給されると、遮断弁３０が開弁される。このとき、比較的低い圧力で開弁が可能であり、圧送装置２１の供給能力を低く抑制でき、ひいては装置を小型化することができる。
【００６８】
さらに、弁体３２の弁軸３２ｂの一端が、第１開口３１ｄを閉塞する第１蓋部材３４に固定された第１支持部材３５によって軸方向に往復動可能に支持され、弁軸３２ｂの他端が、第２開口３１ｅを閉塞する第２蓋部材３７に固定された第２支持部材３８によって軸方向に往復動可能に支持されるようになっている。よって、弁軸３２ｂの両端を第１および第２支持部材３５，３８で支持しているので、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および／または第２ダイヤフラム３６との間で弁軸３２ｂを支持する複雑な構造でなく、簡単な構造で弁軸３２ｂを支持することができ、遮断弁３０を簡素化、小型化、コスト低減することができる。
【００６９】
以上のことから、遮断弁３０において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができ、ひいては、その遮断弁３０を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００７０】
また、変圧室Ｒ１が第１蓋部材３４と第１ダイヤフラム３３との間に形成された場合には、第２蓋部材３７の内側に配設され第２開口３１ｅを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定された第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７との間に形成された区画であって、大気に開放された大気圧室Ｒ２をさらに備えた。このように、変圧室Ｒ１を設けた側の反対側に大気圧室Ｒ２を設けることにより、第１室３１ａと第２室３１ｂ内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁３０を開弁させることができる。
【００７１】
また、変圧室Ｒ１が第１蓋部材３４と第１ダイヤフラム３３との間に形成された場合には、圧送装置２１（圧力供給源）は正圧を供給するものである。これにより、遮断弁３０を備えたシステムがすでに正圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００７２】
また、第１ダイヤフラム３３が設けられた場合、第１支持部材３５が弁軸３２ｂの一端を支持している支持部分と第１室３１ａとを第１ダイヤフラム３３によって隔てるような構造とする。これにより、第１支持部材３５によって弁軸３２ｂが支持される支持部分が
、流体が流れる第１室３１ａ外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００７３】
また、第２ダイヤフラム３６が設けられた場合、第２支持部材３８が弁軸３２ｂの他端を支持している支持部分と第２室３１ｂとを第２ダイヤフラム３６によって隔てるような構造とする。これにより、第２支持部材３８によって弁軸３２ｂが支持される支持部分が、流体が流れる第２室３１ｂ外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００７４】
また、燃料電池１０の酸化剤流路１２の導入口１２ａとその導入口１２ａに酸化剤ガスを圧送する圧送装置２１との間に、第１遮断装置２２として上記遮断弁３０のうち変圧室Ｒ１および大気圧室Ｒ２を備えたものが介装されている。また、燃料電池１０の酸化剤流路１２の導出口１２ｂには、大気に開放された上記遮断弁３０が接続されている。すでに燃料電池システムで使用されている圧送装置２１が正圧を供給する圧力供給源として使用されている。これにより、燃料電池システムの停止運転の際に、酸化剤流路１２への酸化剤ガスの供給を停止することで、第１および第２遮断装置２２，２３を閉弁することができる。また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置２２，２３を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。さらに、起動運転する際に、酸化剤流路１２への酸化剤ガスの供給を開始することで、第１室３１ａおよび第２室３１ｂにおける酸化剤流路１２の負圧および圧送装置２１からの正圧による影響を受けることなく、第１および第２遮断装置２２，２３を閉弁することができる。したがって、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができる遮断弁を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００７５】
また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置２２，２３を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。すなわち、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じることで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。よって、ダイヤフラム３３，３６の経年劣化により気密性が悪化した場合にも、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａにより気密性が保たれるので、外部からの空気の流入は抑制され、燃料電池のカーボン劣化を抑制できる。
【００７６】
また、圧送装置２１と第１遮断装置２２の変圧室Ｒ１との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁２７ａと、圧送装置２１と第２遮断装置２３の変圧室Ｒ１との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁２８ａと、をさらに備えた。これにより、圧送装置２１を駆動させた上で、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開閉することで第１および第２遮断装置２２，２３をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００７７】
また、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、加圧した状態で第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。このように、圧送装置２１と１つの開閉弁（２７ａまたは２８ａ）の駆動状態によって制御することで、遮断弁３０を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。また、電力消費も小さくできる。
【００７８】
なお、上述した第１の実施形態においては、第１支持部材３５および第２支持部材３８
が別部材であるが、この場合には両者の軸心ずれによって弁軸３２ｂが斜めになり弁軸３２ｂに固定された弁体本体３２ａも斜めになることで、弁体本体３２ａが弁座３１ｃ２に確実に当接できないおそれがあった。そこで、図５に示すように、弁軸３２ｂは中空の軸１３２ｂとし、第１支持部材３５と第２支持部材３８は一体的に軸状部材１３５に形成されるようにしてもよい。これにより、弁軸３２ｂが斜めに固定されるのを抑制することができ、ひいては弁体本体３２ａを弁座３１ｃ２に確実に当接することができるので、閉弁時のシール性をより向上させることができる。
【００７９】
また、上述した第１の実施形態においては、第１および第２遮断装置として遮断弁３０を使用するようにしたが、圧送装置２１から供給される圧力で開閉される他の形式の遮断弁を使用するようにしてもよい。この場合、圧送装置２１の駆動状態に関係なく、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開閉することで第１および第２遮断装置２２，２３をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００８０】
また、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、加圧した状態で第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。このように、圧送装置２１と１つの開閉弁（２７ａまたは２８ａ）の駆動状態を制御することで、遮断弁３０を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。また、電力消費も小さくできる。
【００８１】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について図６を参照して説明する。本第２の実施形態は、上述した第１の実施形態から第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを削除した燃料電池システムである。この場合、圧送装置２１の駆動が開始されて、変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧以上であれば、第１および第２遮断装置２２，２３は開弁し、そうでなければ閉弁する。
【００８２】
３）第３の実施形態
さらに、第３の実施形態について図７、図８を参照して説明する。本第３の実施形態は、上述した第１の実施形態の第１遮断装置２２を遮断弁３０に代えて電動モータ付の遮断弁１３０が使用する燃料電池システムである。第１の実施形態と異なる部材のみ説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００８３】
遮断弁１３０は、図８に示すように、第１蓋部材３４に代えてほぼ同様に構成された第１蓋部材１３４を備えている。第１蓋部材１３４には、電動モータ４０の本体４１が取付けられている点で第１蓋部材３４と異なる。電動モータ４０は、制御装置２４の指示により軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸４２を有している。この出力軸４２は、弁軸３２ｂの一端部に形成された軸孔３２ｂ１に係合されている。出力軸４２の先端は、軸孔３２ｂ１の底面に当接している。弁軸３２ｂはばね３９の付勢力で出力軸４２側に押圧されており、出力軸４２と弁軸３２ｂとの係合が維持されている。このように、出力軸４２は、第１支持部材３５として機能する。これにより、電動モータ４０によって弁体３２が軸方向に位置決め固定され開弁量を調節できるので、遮断弁１３０を流量調整可能な弁とすることができる。
【００８４】
なお、第１遮断装置２２だけでなく、第２遮断装置２３も電動モータ付の遮断弁１３０を使用するようにしてもよく、第２遮断装置２３のみ遮断弁１３０を使用するようにしてもよい。
【００８５】
また、第３の実施形態においては、電動モータ４０を第２蓋部材３７に設けるようにし
てもよい。この場合には、出力軸４２が第２支持部材３８に係合するように構成しなければならない。出力軸は、第２支持部材３８として機能する。
【００８６】
４）第４の実施形態
さらに、第４の実施形態について図９、図１０を参照して説明する。本第４の実施形態は、上述した第１の実施形態の第２遮断装置２３を遮断弁３０に代えて第２ダイヤフラム３６が削除された遮断弁２３０を使用する燃料電池システムである。第１の実施形態と異なる部材のみ説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
遮断弁２３０は、図１０に示すように、上述した第２ダイヤフラム３６およびフランジ３２ｂ４が削除されたものである。第２蓋部材２３７はほぼ平板状に形成されており、その点が第２蓋部材３７と異なる。ばね３９は、第２蓋部材２３７と弁体本体３２ａとの間に介装されている。これによれば、第２室３１ｂが大気に開放されている場合には、遮断弁３０でなく、構造が簡単であり低コストの遮断弁２３０を使用することで、システム全体を低コストとすることができる。
【００８８】
５）第５の実施形態
さらに、第５の実施形態について説明する。本第５の実施形態は、上述した各実施形態では正圧を供給する圧力供給源を使用したが、これに代えて負圧を供給する圧力供給源を使用するようにしてもよい。この場合、圧力供給源から負圧が供給された際に、ばね３９の付勢力に抗する力を弁体３２に作用させるために、第１室３１ａ側でなく第２室３１ｂ側に変圧室Ｒ１を設ければよい。なお、第１室３１ａ側に大気圧室Ｒ２が設けられる。これにより、圧力供給源から負圧が供給されると、変圧室Ｒ１内の圧力が低下し、ばね３９の付勢力に抗する力が弁体３２に作用して開弁される。
【００８９】
このように、変圧室Ｒ１が第２蓋部材３７と第２ダイヤフラム３６との間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに負圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００９０】
また、変圧室Ｒ１が第２蓋部材３７と第２ダイヤフラム３６との間に形成された場合には、第１蓋部材３４の内側に配設され第１開口３１ｄを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定された第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４との間に形成された区画であって、大気に開放された大気圧室Ｒ２をさらに備えた。このように、変圧室Ｒ１を設けた側の反対側に大気圧室Ｒ２を設けることにより、第１室３１ａと第２室３１ｂ内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁３０を開弁させることができる。
【００９１】
なお、正圧と負圧を両方供給するようにしてもよい。この場合、大気圧室Ｒ２に代えて別の変圧室を設けるようにすればよい。第１室３１ａ側に正圧が供給される変圧室を設け、第２室３１ｂ側に負圧が供給される変圧室を設ければよい。
【００９２】
上述した各実施形態によれば、弁軸３２ｂには、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および第２ダイヤフラム３６の少なくとも何れか一方とが固定されている。第１ダイヤフラム３３が設けられた場合、第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２ダイヤフラム３６が設けられた場合、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、ばね３９（付勢部材）による付勢力を少なくとも
弁体本体３２ａに作用させることで、遮断弁を開弁させることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０…燃料電池、１１…燃料流路、１２…酸化剤流路、１２ａ…導入口、１２ｂ…導出口、２１…圧送装置（圧力供給源）、２２，２３…第１および第２遮断装置、２４…制御装置、２５…酸化剤供給管、２６…オフガス排出管、２７…第１圧縮空気供給管、２７ａ…第１開閉弁、２８…第２圧縮空気供給管、２８ａ…第２開閉弁、３０，１３０，２３０…遮断弁、３１…弁本体、３１ａ１…第１入出口、３１ａ…第１室、３１ｂ１…第２入出口、３１ｂ…第２室、３１ｃ…隔壁、３１ｃ１…連通穴、３１ａ２…壁、３１ｄ…第１開口、３１ｂ２…壁、３１ｅ…第２開口、３１ｃ２…弁座、３２…弁体、３２ａ…弁体本体、３２ｂ…弁軸、３２ｂ１…軸孔、３２ｂ２…フランジ、３２ｂ３…軸孔、３２ｂ４…フランジ、３３…第１ダイヤフラム、３４，１３４…第１蓋部材、３４ａ…入出管、３５…第１支持部材、３６…第２ダイヤフラム、３７，２３７…第２蓋部材、３７ａ…入出管、３８…第２支持部材、３９…ばね、４０…電動モータ、４１…本体、４２…出力軸、Ｒ１…変圧室、Ｒ２…大気圧室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断弁およびその遮断弁を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システム１１は、燃料電池１３内の空気流路（酸化剤流路）と大気との間に設けられる遮断弁５０，６０とを含んでいる。各遮断弁５０，６０は、各弁座５８，６８と、各弁座５８，６８に当接して空気のシールを行う各弁体５６，６６とを含み、各弁体５６，６６は、燃料電池１３内の空気流路の負圧によって各弁座５８，６８の方向に吸引されるよう構成されている。また、燃料電池１３内の空気流路と各遮断弁５０，６０との間に設けられ、燃料電池１３内の空気流路の負圧を大気圧に開放する大気開放弁４７を備え、燃料電池の起動の際に燃料電池１３の空気流路内の負圧を開放してから各遮断弁５０，６０を開弁するようになっている。
【０００３】
また、遮断弁の他の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、制御弁１（遮断弁）においては、比例ソレノイド３で開閉される弁体５の上流および下流側に貫通穴２８，６６のある仕切り板（下部室１７の上壁，上部室４９の下壁）を設けて、その仕切られた部屋（下部室１７，上部室４９）にダイヤフラム２７，６２を設置するようになっている。また、制御弁１においては、上部連通室６７の圧力が、弁体５の弁部４４におよぼす力と、ダイヤフラム６２及び円板６１におよぼす力とが逆向きに作用するように構成されており、両者の力を相殺されるように設定されている。また、ダイヤフラム２７，６２で仕切られた下部大気室３１，上部大気室６５は大気開放にするようになっている。さらに、流路内には弁軸（軸部４３とシャフト２４からなる）を案内するための軸受けとして下方円筒部２２、上方円筒部５０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６９８５７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池システムの停止中に酸化剤流路が負圧となるが、停止中の燃料電池システムを起動する際に、大気開放弁４７を開状態として燃料電池１３の空気流路内の負圧を開放してから各遮断弁５０，６０を開弁するので、遮断弁の開弁性を向上させることができる。しかし、大気開放弁４７を別途設けるので、システムが複雑化、コスト高であるという問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載の遮断弁においては、上部連通室６７の圧力が、弁体５の弁部４４におよぼす力と、ダイヤフラム６２及び円板６１におよぼす力とが逆向きに作用するように構成されており、両者の力を相殺されるように設定されている。よって、遮断弁を開弁する際に、流出路７や上部連通室６７の圧力による影響を抑制するため、特許文献１のように別途部材（大気開放弁４７）を設けることなく遮断弁の開弁性を向上させることができる。しかし、その構造は複雑であり、コスト高であるという問題がある。また、軸部４３を支持する上方円筒部５０、およびシャフト２４を支持する下方円筒部２２は、流路内にありその流路を流れる流体に接触するようになっている。流体に水蒸気や水を含む場合に
は、低温時に凍結固着してしまう。この場合、開弁する際に大きな力が必要となり、弁体を駆動させるアクチュエータの大型化、重量増、電力増を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、遮断弁において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図り、その遮断弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、第１入出口が形成された第１室と、第２入出口が形成された第２室と、第１室と第２室とを連通する連通穴と、連通穴と対向する第１室の壁に形成された第１開口と、連通穴と対向する第２室の壁に形成された第２開口と、を備えた弁本体と、第１開口を閉塞する第１蓋部材と、第２開口を閉塞する第２蓋部材と、連通穴の第２室側の開口周縁に設けられた弁座と、第２室内に配設され弁座に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体と、弁体本体に固定され一端が第１開口に向かって延設されるとともに他端が第２開口に向かって延設された弁軸と、を備えた弁体と、弁体と弁本体との間に介装され弁体本体が弁座に当接する方向に弁体を付勢する付勢部材と、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間および第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間の少なくとも何れか一方に形成された区画であって、圧力供給源と連通され該圧力供給源から圧力が供給された際に付勢手段による付勢方向と反対方向に弁体を付勢する変圧室と、第１蓋部材に固定され弁軸の一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材と、第２蓋部材に固定され弁軸の他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材と、を備えたことである。
【０００９】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成され、第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことである。
【００１０】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成され、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことである。
【００１１】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、弁軸は中空の軸であり、第１支持部材と第２支持部材は一体的に軸状に形成されたことである。
【００１２】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は正圧を供給するものであることである。
【００１３】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものであることである。
【００１４】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、第１蓋部材または第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、出力軸
が弁軸に係合されるとともに第１支持部材または第２支持部材として機能することである。
【００１５】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１支持部材が弁軸の一端を支持している支持部分と第１室とを第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることである。
【００１６】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２支持部材が弁軸の他端を支持している支持部分と第２室とを第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることである。
【００１７】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、酸化剤流路の酸化剤ガスを導入する導入口に酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、圧送装置と酸化剤流路との間に介装され圧送装置と酸化剤流路との連通を遮断する第１遮断装置と、酸化剤流路からオフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断装置と、を備え、第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち変圧室および大気圧室を備えたものを使用し、圧送装置は第１遮断装置の第２入出口に連通されるとともに第１遮断装置の変圧室に連通され、導入口は第１遮断装置の第１入出口に連通され、第２遮断装置として請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁を使用し、導出口は第２遮断装置の第１入出口に連通され、圧送装置は第２遮断装置の変圧室に連通され、第２遮断装置の第２入出口は大気に開放されたことである。
【００１８】
また請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１０において、圧送装置と第１遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、圧送装置と第２遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えたことである。
【００１９】
また請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１１において、変圧室を加圧する際には、圧送装置を駆動させるとともに第１および第２開閉弁を開き、変圧室を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁を閉じ、変圧室を大気に開放する際には、圧送装置の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁を開くことである。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、弁軸には、弁体本体と第１ダイヤフラムおよび第２ダイヤフラムの少なくとも何れか一方とが固定されている。第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１室内の圧力が、弁体本体に及ぼす力と、第１ダイヤフラムに及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体においては両者の力が相殺される。また、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２室内の圧力が、弁体本体に及ぼす力と、第２ダイヤフラムに及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室内および第２室内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、付勢部材による付勢力に相当する力を付勢方向と反対方向に少なくとも弁体本体に作用させることで、遮断弁を開弁させることができる。
【００２１】
また、圧力供給源からの圧力が変圧室に供給されると、遮断弁が開弁される。このとき、比較的低い圧力で開弁が可能であり、圧力供給源の供給能力を低く抑制でき、ひいては装置を小型化することができる。
【００２２】
さらに、弁体の弁軸の一端が、第１開口を閉塞する第１蓋部材に固定された第１支持部
材によって軸方向に往復動可能に支持され、弁軸の他端が、第２開口を閉塞する第２蓋部材に固定された第２支持部材によって軸方向に往復動可能に支持されるようになっている。よって、弁軸の両端を第１および第２支持部材で支持しているので、弁体本体と第１ダイヤフラムおよび／または第２ダイヤフラムとの間で弁軸を支持する複雑な構造でなく、簡単な構造で弁軸を支持することができ、遮断弁を簡素化、小型化、コスト低減することができる。
【００２３】
以上のことから、遮断弁において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができ、ひいては、その遮断弁を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成され、第２蓋部材の内側に配設され第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第２ダイヤフラムと第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えた。このように、変圧室を設けた側の反対側に大気圧室を設けることにより、第１室と第２室内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁を開弁させることができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成され、第１蓋部材の内側に配設され第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された第１ダイヤフラムと第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えた。このように、変圧室を設けた側の反対側に大気圧室を設けることにより、第１室と第２室内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁を開弁させることができる。
【００２６】
第１支持部材と第２支持部材が別部材である場合には両者の軸心ずれによって弁軸が斜めになり弁軸に固定された弁体本体も斜めになることで、弁体本体が弁座に確実に当接できないおそれがあった。しかし、上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、弁軸は中空の軸であり、第１支持部材と第２支持部材は一体的に軸状に形成された。これにより、弁軸が斜めに固定されるのを抑制することができ、ひいては弁体本体を弁座に確実に当接することができるので、閉弁時のシール性をより向上させることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第１蓋部材と第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は正圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに正圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、変圧室が第２蓋部材と第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに負圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、第１蓋部材または第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、出力軸が弁軸に係合されるとともに第１支持部材または第２支持部材として機能する。これにより、電動モータによって弁体が軸方向に位置決め固定され開弁量を調節できる
ので、遮断弁を流量調整可能な弁とすることができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第１ダイヤフラムが設けられた場合、第１支持部材が弁軸の一端を支持している支持部分と第１室とを第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とする。これにより、第１支持部材によって弁軸が支持される支持部分が、流体が流れる第１室外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００３１】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、第２ダイヤフラムが設けられた場合、第２支持部材が弁軸の他端を支持している支持部分と第２室とを第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とする。これにより、第２支持部材によって弁軸が支持される支持部分が、流体が流れる第２室外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００３２】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、燃料電池の酸化剤流路の導入口とその導入口に酸化剤ガスを圧送する圧送装置との間に、第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち変圧室および大気圧室を備えたものが介装されている。また、燃料電池の酸化剤流路の導出口には、大気に開放された請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁が接続されている。すでに燃料電池システムで使用されている圧送装置が正圧を供給する圧力供給源として使用されている。これにより、燃料電池システムの停止運転の際に、酸化剤流路への酸化剤ガスの供給を停止することで、第１および第２遮断装置を閉弁することができる。また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路を密封することができる。さらに、起動運転する際に、酸化剤流路への酸化剤ガスの供給を開始することで、第１室および第２室における酸化剤流路の負圧および圧送装置からの正圧による影響を受けることなく、第１および第２遮断装置を閉弁することができる。したがって、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができる遮断弁を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００３３】
上記のように構成した請求項１１に係る発明においては、請求項１０において、圧送装置と第１遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、圧送装置と第２遮断装置の変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えた。これにより、圧送装置を駆動させた上で、第１および第２開閉弁を開閉することで第１および第２遮断装置をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００３４】
上記のように構成した請求項１２に係る発明においては、請求項１１において、変圧室を加圧する際には、圧送装置を駆動させるとともに第１および第２開閉弁を開き、変圧室を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁を閉じ、変圧室を大気に開放する際には、圧送装置の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁を開く。これにより、圧送装置と１つの開閉弁の駆動状態によって制御することで、遮断弁を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による遮断弁および燃料電池システムの第１の実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す開弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図３】図１に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図４】図１に示した燃料電池システムの作動を示すタイムチャートである。
【図５】図１に示す閉弁状態の遮断弁の他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明による燃料電池システムの第２の実施形態の概要を示す概要図である。
【図７】本発明による燃料電池システムの第３の実施形態の概要を示す概要図である。
【図８】図７に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図９】本発明による燃料電池システムの第４の実施形態の概要を示す概要図である。
【図１０】図９に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
１）第１の実施形態
以下、本発明による遮断弁およびその遮断弁を備えた燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池１０、圧送装置２１、第１および第２遮断装置２２，２３、および制御装置２４を備えている。
【００３７】
燃料電池１０は、燃料が供給される燃料流路１１と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路１２を有している。燃料流路１１は、燃料極に燃料を供給するものであり、酸化剤流路１２は、酸化剤極に酸化剤ガスを供給するものである。燃料極と酸化剤極との間には電解質が介装されている。本第１の実施形態では、燃料は水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池１０は、水素ガスと空気が化学反応して発電するものである。
【００３８】
圧送装置２１は、燃料電池１０の酸化剤流路１２に空気を圧送するものである。圧送装置２１は、制御装置２４からの駆動指令によって駆動されて空気を圧送し、制御装置２４からの駆動停止指令によって駆動停止されて空気を送らない。なお、駆動が停止されると、圧送装置２１の吐出口は大気に開放される。本第１の実施形態では、圧送装置２１はコンプレッサである。
【００３９】
燃料電池１０の酸化剤流路１２に酸化剤を導入する導入口１２ａは、酸化剤供給管２５を介して圧送装置２１の吐出口に接続されている。酸化剤供給管２５の途中には、酸化剤供給管２５を開閉する第１遮断装置２２が設けられている。燃料電池１０の導入口１２ａは、第１遮断装置２２の第１入出口３１ａ１に連通しており、圧送装置２１の吐出口は、第１遮断装置２２の第２入出口３１ｂ１に連通している。
【００４０】
燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂは、オフガス排出管２６を介して大気に開放されている。オフガス排出管２６の途中には、オフガス排出管２６を開閉する第２遮断装置２３が設けられている。燃料電池１０の導出口１２ｂは、第２遮断装置２３の第１入出口３１ａ１に連通しており、第２遮断装置２３の第２入出口３１ｂ１は大気に開放されている。
【００４１】
圧送装置２１と第１遮断装置２２との間の酸化剤供給管２５からは第１圧縮空気供給管２７が分岐され、第１遮断装置２２の変圧室Ｒ１に接続されている。第１圧縮空気供給管２７の途中には、第１圧縮空気供給管２７を開閉する第１開閉弁２７ａが設けられている。第１開閉弁２７ａは、制御装置２４からの指示に従って開閉制御されるものである。本
第１の実施形態では、第１開閉弁２７ａはノーマルクローズ型の電磁弁である。
【００４２】
圧送装置２１と第１遮断装置２２との間の酸化剤供給管２５からは第２圧縮空気供給管２８が分岐され、第２遮断装置２３の変圧室Ｒ１に接続されている。第２圧縮空気供給管２８の途中には、第２圧縮空気供給管２８を開閉する第２開閉弁２８ａが設けられている。第２開閉弁２８ａは、制御装置２４からの指示に従って開閉制御されるものである。本第１の実施形態では、第２開閉弁２８ａはノーマルクローズ型の電磁弁である。
【００４３】
第１遮断装置２２は、図２、図３に示すように、遮断弁３０である。図２は、遮断弁３０の開状態を示し、図３は、遮断弁３０の閉状態を示している。遮断弁３０は、弁本体３１、弁体３２、第１ダイヤフラム３３、第１蓋部材３４、第１支持部材３５、第２ダイヤフラム３６、第２蓋部材３７、第２支持部材３８、ばね３９、変圧室Ｒ１および大気圧室Ｒ２を備えている。
【００４４】
弁本体３１は、第１入出口３１ａ１が形成された第１室３１ａと、第２入出口３１ｂ１が形成された第２室３１ｂと、を備えている。第１室３１ａと第２室３１ｂは隔壁３１ｃで仕切られており、隔壁３１ｃには第１室３１ａと第２室３１ｂを連通する連通穴３１ｃ１が形成されている。連通穴３１ｃ１と対向する第１室３１ａの壁３１ａ２には、第１開口３１ｄが形成され、連通穴３１ｃ１と対向する第２室３１ｂの壁３１ｂ２には、第２開口３１ｅが形成されている。連通穴３１ｃ１の第２室３１ｂ側の開口周縁には、弁座３１ｃ２が設けられている。
【００４５】
弁体３２は、第２室３１ｂ内に配設され弁座３１ｃ２に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体３２ａを備えている。弁体本体３２ａは、円板状に形成されており、弁座３１ｃ２に当接する面（上面）の周縁部に環状のシール３２ａ１が凸設されている。シール３２ａ１の先端部と弁座３１ｃ２が当接することでシール性を確保している。
【００４６】
弁体本体３２ａの中央部には、弁軸３２ｂが貫通して固定されている。弁軸３２ｂは弁体本体３２ａに対して直交している。弁軸３２ｂは、連通穴３１ｃ１を貫通するように配設されている。弁軸３２ｂの一端（上端）は、第１開口３１ｄに向かって延設されるとともに、弁軸３２ｂの他端（下端）は、第２開口３１ｅに向かって延設されている。
【００４７】
弁軸３２ｂの一端部には、軸方向に延在する軸孔３２ｂ１が形成されている。その軸孔３２ｂ１に第１支持部材３５の先端部（下端部）が摺動可能に係合することで、弁軸３２ｂの一端が第１支持部材３５の先端部（下端部）により軸方向に摺動自在に支持されている。また、弁軸３２ｂの一端部には、円板状のフランジ３２ｂ２が外嵌固定されている。フランジ３２ｂ２は弁軸３２ｂに対して直交している。フランジ３２ｂ２は、第１開口３１ｄより小径であり、第１開口３１ｄに対して弁軸３２ｂの軸方向に往復動する。
【００４８】
第１開口３１ｄとフランジ３２ｂ２の間は、第１ダイヤフラム３３で閉塞されている。第１ダイヤフラム３３は弾性材（例えば、基布入りゴム：材質ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））で環状に形成されている。第１ダイヤフラム３３の外周縁は、第１蓋部材３４の外周縁と第１開口３１ｄの内周縁の間に挟持され固定されている。第１ダイヤフラム３３の内周縁は、フランジ３２ｂ２の外周縁に接着などで固定されている。よって、第１支持部材３５が弁軸３２ｂの一端を支持している支持部分は、第１ダイヤフラム３３によって第１室３１ａから隔てられるような構造となっている。
【００４９】
第１蓋部材３４は、第１開口３１ｄを閉塞する部材であり、断面中央部が膨出されて下方に開放された形状に形成されている。第１蓋部材３４の外周縁は第１開口３１ｄの周縁
（弁本体３１）に溶接、ねじ止めにより固定されている。第１蓋部材３４には、弁軸３２ｂの一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材３５の基端（上端）が固定されている。第１蓋部材３４には、第１圧縮空気供給管２７が接続されて圧縮空気が入出する入出管３４ａが設けられている。
【００５０】
このように、第１ダイヤフラム３３は、第１蓋部材３４の内側に配設され第１開口３１ｄを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定されている。変圧室Ｒ１は、この第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４で区画されて形成されている。変圧室Ｒ１は、第１圧縮空気供給管２７を介して圧力供給源である圧送装置２１と連通されている。圧送装置２１から圧縮空気が変圧室Ｒ１に供給されると、変圧室Ｒ１内の圧力が増大するので、ばね３９による付勢方向（図２で上方向）と反対方向に弁体３２が付勢される。一方、変圧室Ｒ１の圧力が減少すると、ばね３９による付勢力で付勢方向に弁体３２が付勢される。
【００５１】
弁軸３２ｂの他端部には、軸方向に延在する軸孔３２ｂ３が形成されている。その軸孔３２ｂ３に第２支持部材３８の先端部（上端部）が摺動可能に係合することで、弁軸３２ｂの他端が第２支持部材３８の先端部（上端部）により軸方向に摺動自在に支持されている。また、弁軸３２ｂの他端部には、円板状のフランジ３２ｂ４が外嵌固定されている。フランジ３２ｂ４は弁軸３２ｂに対して直交している。フランジ３２ｂ４は、第２開口３１ｅより小径であり、第２開口３１ｅに対して弁軸３２ｂの軸方向に往復動する。
【００５２】
第２開口３１ｅとフランジ３２ｂ４の間は、第２ダイヤフラム３６で閉塞されている。第２ダイヤフラム３６は弾性材（例えば、基布入りゴム：材質ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム））で環状に形成されている。第２ダイヤフラム３６の外周縁は、第２蓋部材３７の外周縁と第２開口３１ｅの内周縁の間に挟持され固定されている。第２ダイヤフラム３６の内周縁は、フランジ３２ｂ４の外周縁に接着などで固定されている。よって、第２支持部材３８が弁軸３２ｂの他端を支持している支持部分と第２室３１ｂとが第２ダイヤフラム３６によって隔てられるような構造となっている。
【００５３】
第２蓋部材３７は、第２開口３１ｅを閉塞する部材であり、断面中央部が膨出されて上方に開放された形状に形成されている。第２蓋部材３７の外周縁は第２開口３１ｅの周縁（弁本体３１）に溶接、ねじ止めにより固定されている。第２蓋部材３７には、弁軸３２ｂの他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材３８の基端（下端）が固定されている。第２蓋部材３７には、大気に開放された入出管３７ａが設けられている。
【００５４】
このように、第２ダイヤフラム３６は、第２蓋部材３７の内側に配設され第２開口３１ｅを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定されている。大気圧室Ｒ２は、この第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７で区画されて形成されている。大気圧室Ｒ２は、大気に開放されている。
【００５５】
また、大気圧室Ｒ２内には、付勢手段であるばね３９が配設されている。ばね３９は、弁軸３２ｂに固定されたフランジ３２ｂ４と弁本体３１に固定された第２蓋部材３７との間に介装されている。ばね３９は、弁体本体３２ａを弁座に当接させる方向（図２で上方向）に付勢するものである。
【００５６】
このように構成された遮断弁３０において、弁体３２の受圧面積Ａｖは、シール３２ａ１までの半径Ｒｖで規定される（Ａｖ＝πＲｖ２）。第１ダイヤフラム３３の受圧面積Ａｄ１は、第１ダイヤフラム３３の有効受圧径Ｒｄ１で規定される（Ａｄ１＝πＲｄ１２）。第２ダイヤフラム３６の受圧面積Ａｄ２は、第２ダイヤフラム３６の有効受圧径Ｒｄ２で規定される（Ａｄ２＝πＲｄ２２）。有効受圧径とは、ダイヤフラムの最下点から中心までの距離であり、ダイヤフラムの状態によって異なる値をとるものである。遮断弁３０
では、閉状態と比較して開状態のほうが最下点が内側に来るように、すなわち有効受圧径が小さくなっている。
【００５７】
また、本第１の実施形態の遮断弁３０は、閉弁状態の時に、各ダイヤフラム３３，３６の有効受圧径Ｒｄ１，Ｒｄ２が弁体３２の半径Ｒｖと同一となるように構成されている。よって、遮断弁３０を開弁する際に、第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力（図３で下方向）と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力（上方向）が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力（上方向）と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力（下方向）が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁３０を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。
【００５８】
さらに、第１ダイヤフラム３３の有効受圧径Ｒｄ１と弁体３２の半径Ｒｖは、弁体受圧力＋ばね力＞ダイヤフラム受圧力となるように設定されている。第１室３１ａが負圧の時に閉状態を保持するため、弁体受圧力が閉弁方向に吸引されるようにするためである。
【００５９】
次に、このように構成された燃料電池システムの作動について図４を参照しながら説明する。燃料電池システムが起動されると（通常運転が開始されると；時刻ｔ１）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。
【００６０】
その後、時刻ｔ２に圧送装置２１が駆動される。変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧以上となれば（時刻ｔ３）、第１および第２遮断装置２２，２３は開弁される。その後、圧送装置２１からの吐出圧が切替圧力以上となれば（時刻ｔ４）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。
【００６１】
その後、定期的に変圧室Ｒ１への圧力供給が行われる。例えば、時刻ｔ４から所定時間経過した時点（時刻ｔ５）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。そして、時刻ｔ５から所定時間経過した時点（時刻ｔ６）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。この間、圧送装置２１から圧縮空気の供給が行われる。これにより、変圧室Ｒ１の外部気密性能を高く維持することができる。
【００６２】
そして、燃料電池システムの通常運転を停止する停止処理が開始されると（時刻ｔ７）、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされるとともに、圧送装置２１の駆動が停止される。よって、変圧室Ｒ１が圧送装置２１を介して大気に開放されるため、変圧室Ｒ１の圧力が低下する。
【００６３】
変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧未満となれば（時刻ｔ８）、第１および第２遮断装置２２，２３は閉弁される。その後、時刻ｔ９に第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。
【００６４】
なお、通常運転中に圧送装置２１の吐出圧が切替圧より低下した後、再び切替圧以上となった場合、変圧室Ｒ１への圧力供給が行われる。例えば、再び切替圧以上となった時点（時刻ｔ１１）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが閉状態から開状態とされる。そして、時刻ｔ１１から所定時間経過した時点（時刻ｔ１２）に、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａが開状態から閉状態とされる。なお、圧送装置２１の吐出圧が切替圧より低下した場合、その状態が所定時間継続された場合に限ることが好ましい。
【００６５】
上述した作動によれば、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとと
もに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。
【００６６】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態においては、弁軸３２ｂには、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および第２ダイヤフラム３６が固定されている。第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁３０を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、ばね３９（付勢部材）による付勢力に相当する力を付勢方向と反対方向に少なくとも弁体本体３２ａに作用させることで、遮断弁３０を開弁させることができる。また、このようにノーマルクローズのためのばね力を越えるだけで、言い換えれば、変圧室Ｒ１への供給圧が小さくとも開弁が可能なので、開弁に必要な時間が短く、良好な応答性となる。
【００６７】
また、圧送装置２１（圧力供給源）からの圧力が変圧室Ｒ１に供給されると、遮断弁３０が開弁される。このとき、比較的低い圧力で開弁が可能であり、圧送装置２１の供給能力を低く抑制でき、ひいては装置を小型化することができる。
【００６８】
さらに、弁体３２の弁軸３２ｂの一端が、第１開口３１ｄを閉塞する第１蓋部材３４に固定された第１支持部材３５によって軸方向に往復動可能に支持され、弁軸３２ｂの他端が、第２開口３１ｅを閉塞する第２蓋部材３７に固定された第２支持部材３８によって軸方向に往復動可能に支持されるようになっている。よって、弁軸３２ｂの両端を第１および第２支持部材３５，３８で支持しているので、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および／または第２ダイヤフラム３６との間で弁軸３２ｂを支持する複雑な構造でなく、簡単な構造で弁軸３２ｂを支持することができ、遮断弁３０を簡素化、小型化、コスト低減することができる。
【００６９】
以上のことから、遮断弁３０において、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができ、ひいては、その遮断弁３０を備えた燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００７０】
また、変圧室Ｒ１が第１蓋部材３４と第１ダイヤフラム３３との間に形成された場合には、第２蓋部材３７の内側に配設され第２開口３１ｅを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定された第２ダイヤフラム３６と第２蓋部材３７との間に形成された区画であって、大気に開放された大気圧室Ｒ２をさらに備えた。このように、変圧室Ｒ１を設けた側の反対側に大気圧室Ｒ２を設けることにより、第１室３１ａと第２室３１ｂ内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁３０を開弁させることができる。
【００７１】
また、変圧室Ｒ１が第１蓋部材３４と第１ダイヤフラム３３との間に形成された場合には、圧送装置２１（圧力供給源）は正圧を供給するものである。これにより、遮断弁３０を備えたシステムがすでに正圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００７２】
また、第１ダイヤフラム３３が設けられた場合、第１支持部材３５が弁軸３２ｂの一端を支持している支持部分と第１室３１ａとを第１ダイヤフラム３３によって隔てるような構造とする。これにより、第１支持部材３５によって弁軸３２ｂが支持される支持部分が
、流体が流れる第１室３１ａ外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００７３】
また、第２ダイヤフラム３６が設けられた場合、第２支持部材３８が弁軸３２ｂの他端を支持している支持部分と第２室３１ｂとを第２ダイヤフラム３６によって隔てるような構造とする。これにより、第２支持部材３８によって弁軸３２ｂが支持される支持部分が、流体が流れる第２室３１ｂ外に配置することとなる。したがって、流体に水蒸気や水を含んでいても、低温時に支持部分が凍結固着するのを防止することができる。よって、開弁する際に大きな力が不要となり、弁体を駆動させるアクチュエータ（圧力供給源を含む）の大型化、重量増、電力増を抑制することができる。
【００７４】
また、燃料電池１０の酸化剤流路１２の導入口１２ａとその導入口１２ａに酸化剤ガスを圧送する圧送装置２１との間に、第１遮断装置２２として上記遮断弁３０のうち変圧室Ｒ１および大気圧室Ｒ２を備えたものが介装されている。また、燃料電池１０の酸化剤流路１２の導出口１２ｂには、大気に開放された上記遮断弁３０が接続されている。すでに燃料電池システムで使用されている圧送装置２１が正圧を供給する圧力供給源として使用されている。これにより、燃料電池システムの停止運転の際に、酸化剤流路１２への酸化剤ガスの供給を停止することで、第１および第２遮断装置２２，２３を閉弁することができる。また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置２２，２３を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。さらに、起動運転する際に、酸化剤流路１２への酸化剤ガスの供給を開始することで、第１室３１ａおよび第２室３１ｂにおける酸化剤流路１２の負圧および圧送装置２１からの正圧による影響を受けることなく、第１および第２遮断装置２２，２３を閉弁することができる。したがって、開弁性を向上させながら、小型化、簡素化、コスト低減を図ることができる遮断弁を備えることで、燃料電池システムにおいて、簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００７５】
また、燃料電池システムの停止中に、第１および第２遮断装置２２，２３を遮断することで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。すなわち、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じることで、燃料電池の酸化剤流路１２を密封することができる。よって、ダイヤフラム３３，３６の経年劣化により気密性が悪化した場合にも、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａにより気密性が保たれるので、外部からの空気の流入は抑制され、燃料電池のカーボン劣化を抑制できる。
【００７６】
また、圧送装置２１と第１遮断装置２２の変圧室Ｒ１との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁２７ａと、圧送装置２１と第２遮断装置２３の変圧室Ｒ１との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁２８ａと、をさらに備えた。これにより、圧送装置２１を駆動させた上で、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開閉することで第１および第２遮断装置２２，２３をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００７７】
また、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、加圧した状態で第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。このように、圧送装置２１と１つの開閉弁（２７ａまたは２８ａ）の駆動状態によって制御することで、遮断弁３０を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。また、電力消費も小さくできる。
【００７８】
なお、上述した第１の実施形態においては、第１支持部材３５および第２支持部材３８
が別部材であるが、この場合には両者の軸心ずれによって弁軸３２ｂが斜めになり弁軸３２ｂに固定された弁体本体３２ａも斜めになることで、弁体本体３２ａが弁座３１ｃ２に確実に当接できないおそれがあった。そこで、図５に示すように、弁軸３２ｂは中空の軸１３２ｂとし、第１支持部材３５と第２支持部材３８は一体的に軸状部材１３５に形成されるようにしてもよい。これにより、弁軸３２ｂが斜めに固定されるのを抑制することができ、ひいては弁体本体３２ａを弁座３１ｃ２に確実に当接することができるので、閉弁時のシール性をより向上させることができる。
【００７９】
また、上述した第１の実施形態においては、第１および第２遮断装置として遮断弁３０を使用するようにしたが、圧送装置２１から供給される圧力で開閉される他の形式の遮断弁を使用するようにしてもよい。この場合、圧送装置２１の駆動状態に関係なく、第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開閉することで第１および第２遮断装置２２，２３をそれぞれ独立して開閉させることができる。
【００８０】
また、変圧室Ｒ１を加圧する際には、圧送装置２１を駆動させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開き、変圧室Ｒ１を加圧した状態で密封する際には、加圧した状態で第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを閉じ、変圧室Ｒ１を大気に開放する際には、圧送装置２１の駆動を停止させるとともに第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを開く。このように、圧送装置２１と１つの開閉弁（２７ａまたは２８ａ）の駆動状態を制御することで、遮断弁３０を３つのモードに適切に制御することができるので、システムの簡素化、低コスト化を達成することができる。また、電力消費も小さくできる。
【００８１】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について図６を参照して説明する。本第２の実施形態は、上述した第１の実施形態から第１および第２開閉弁２７ａ，２８ａを削除した燃料電池システムである。この場合、圧送装置２１の駆動が開始されて、変圧室Ｒ１の圧力が開閉作動圧以上であれば、第１および第２遮断装置２２，２３は開弁し、そうでなければ閉弁する。
【００８２】
３）第３の実施形態
さらに、第３の実施形態について図７、図８を参照して説明する。本第３の実施形態は、上述した第１の実施形態の第１遮断装置２２を遮断弁３０に代えて電動モータ付の遮断弁１３０が使用する燃料電池システムである。第１の実施形態と異なる部材のみ説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００８３】
遮断弁１３０は、図８に示すように、第１蓋部材３４に代えてほぼ同様に構成された第１蓋部材１３４を備えている。第１蓋部材１３４には、電動モータ４０の本体４１が取付けられている点で第１蓋部材３４と異なる。電動モータ４０は、制御装置２４の指示により軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸４２を有している。この出力軸４２は、弁軸３２ｂの一端部に形成された軸孔３２ｂ１に係合されている。出力軸４２の先端は、軸孔３２ｂ１の底面に当接している。弁軸３２ｂはばね３９の付勢力で出力軸４２側に押圧されており、出力軸４２と弁軸３２ｂとの係合が維持されている。このように、出力軸４２は、第１支持部材３５として機能する。これにより、電動モータ４０によって弁体３２が軸方向に位置決め固定され開弁量を調節できるので、遮断弁１３０を流量調整可能な弁とすることができる。
【００８４】
なお、第１遮断装置２２だけでなく、第２遮断装置２３も電動モータ付の遮断弁１３０を使用するようにしてもよく、第２遮断装置２３のみ遮断弁１３０を使用するようにしてもよい。
【００８５】
また、第３の実施形態においては、電動モータ４０を第２蓋部材３７に設けるようにし
てもよい。この場合には、出力軸４２が第２支持部材３８に係合するように構成しなければならない。出力軸は、第２支持部材３８として機能する。
【００８６】
４）第４の実施形態
さらに、第４の実施形態について図９、図１０を参照して説明する。本第４の実施形態は、上述した第１の実施形態の第２遮断装置２３を遮断弁３０に代えて第２ダイヤフラム３６が削除された遮断弁２３０を使用する燃料電池システムである。第１の実施形態と異なる部材のみ説明し、同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
遮断弁２３０は、図１０に示すように、上述した第２ダイヤフラム３６およびフランジ３２ｂ４が削除されたものである。第２蓋部材２３７はほぼ平板状に形成されており、その点が第２蓋部材３７と異なる。ばね３９は、第２蓋部材２３７と弁体本体３２ａとの間に介装されている。これによれば、第２室３１ｂが大気に開放されている場合には、遮断弁３０でなく、構造が簡単であり低コストの遮断弁２３０を使用することで、システム全体を低コストとすることができる。
【００８８】
５）第５の実施形態
さらに、第５の実施形態について説明する。本第５の実施形態は、上述した各実施形態では正圧を供給する圧力供給源を使用したが、これに代えて負圧を供給する圧力供給源を使用するようにしてもよい。この場合、圧力供給源から負圧が供給された際に、ばね３９の付勢力に抗する力を弁体３２に作用させるために、第１室３１ａ側でなく第２室３１ｂ側に変圧室Ｒ１を設ければよい。なお、第１室３１ａ側に大気圧室Ｒ２が設けられる。これにより、圧力供給源から負圧が供給されると、変圧室Ｒ１内の圧力が低下し、ばね３９の付勢力に抗する力が弁体３２に作用して開弁される。
【００８９】
このように、変圧室Ｒ１が第２蓋部材３７と第２ダイヤフラム３６との間に形成された場合には、圧力供給源は負圧を供給するものである。これにより、遮断弁を備えたシステムがすでに負圧の圧力供給源を備えている場合には、圧力供給源を別途設ける必要がないので、簡易かつ低コストである遮断弁を提供することができる。
【００９０】
また、変圧室Ｒ１が第２蓋部材３７と第２ダイヤフラム３６との間に形成された場合には、第１蓋部材３４の内側に配設され第１開口３１ｄを閉塞しかつ弁軸３２ｂに固定された第１ダイヤフラム３３と第１蓋部材３４との間に形成された区画であって、大気に開放された大気圧室Ｒ２をさらに備えた。このように、変圧室Ｒ１を設けた側の反対側に大気圧室Ｒ２を設けることにより、第１室３１ａと第２室３１ｂ内の圧力による影響を受けることなく、遮断弁３０を開弁させることができる。
【００９１】
なお、正圧と負圧を両方供給するようにしてもよい。この場合、大気圧室Ｒ２に代えて別の変圧室を設けるようにすればよい。第１室３１ａ側に正圧が供給される変圧室を設け、第２室３１ｂ側に負圧が供給される変圧室を設ければよい。
【００９２】
上述した各実施形態によれば、弁軸３２ｂには、弁体本体３２ａと第１ダイヤフラム３３および第２ダイヤフラム３６の少なくとも何れか一方とが固定されている。第１ダイヤフラム３３が設けられた場合、第１室３１ａ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第１ダイヤフラム３３に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。また、第２ダイヤフラム３６が設けられた場合、第２室３１ｂ内の圧力が、弁体本体３２ａに及ぼす力と、第２ダイヤフラム３６に及ぼす力が逆向きに作用するので、弁体３２においては両者の力が相殺される。これにより、当該遮断弁を開弁する際（弁体を開方向に移動する際）に、第１室３１ａ内および第２室３１ｂ内の圧力による影響を抑制することができる。したがって、ばね３９（付勢部材）による付勢力を少なくとも
弁体本体３２ａに作用させることで、遮断弁を開弁させることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０…燃料電池、１１…燃料流路、１２…酸化剤流路、１２ａ…導入口、１２ｂ…導出口、２１…圧送装置（圧力供給源）、２２，２３…第１および第２遮断装置、２４…制御装置、２５…酸化剤供給管、２６…オフガス排出管、２７…第１圧縮空気供給管、２７ａ…第１開閉弁、２８…第２圧縮空気供給管、２８ａ…第２開閉弁、３０，１３０，２３０…遮断弁、３１…弁本体、３１ａ１…第１入出口、３１ａ…第１室、３１ｂ１…第２入出口、３１ｂ…第２室、３１ｃ…隔壁、３１ｃ１…連通穴、３１ａ２…壁、３１ｄ…第１開口、３１ｂ２…壁、３１ｅ…第２開口、３１ｃ２…弁座、３２…弁体、３２ａ…弁体本体、３２ｂ…弁軸、３２ｂ１…軸孔、３２ｂ２…フランジ、３２ｂ３…軸孔、３２ｂ４…フランジ、３３…第１ダイヤフラム、３４，１３４…第１蓋部材、３４ａ…入出管、３５…第１支持部材、３６…第２ダイヤフラム、３７，２３７…第２蓋部材、３７ａ…入出管、３８…第２支持部材、３９…ばね、４０…電動モータ、４１…本体、４２…出力軸、Ｒ１…変圧室、Ｒ２…大気圧室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入出口が形成された第１室と、第２入出口が形成された第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通穴と、前記連通穴と対向する前記第１室の壁に形成された第１開口と、前記連通穴と対向する前記第２室の壁に形成された第２開口と、を備えた弁本体と、
前記第１開口を閉塞する第１蓋部材と、
前記第２開口を閉塞する第２蓋部材と、
前記連通穴の前記第２室側の開口周縁に設けられた弁座と、
前記第２室内に配設され前記弁座に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体と、前記弁体本体に固定され一端が前記第１開口に向かって延設されるとともに他端が前記第２開口に向かって延設された弁軸と、を備えた弁体と、
前記弁体と前記弁本体との間に介装され前記弁体本体が前記弁座に当接する方向に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記第１蓋部材の内側に配設され前記第１開口を閉塞しかつ前記弁軸に固定された第１ダイヤフラムと前記第１蓋部材との間および前記第２蓋部材の内側に配設され前記第２開口を閉塞しかつ前記弁軸に固定された第２ダイヤフラムと前記第２蓋部材との間の少なくとも何れか一方に形成された区画であって、圧力供給源と連通され該圧力供給源から圧力が供給された際に前記付勢手段による付勢方向と反対方向に前記弁体を付勢する変圧室と、
前記第１蓋部材に固定され前記弁軸の一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材と、
前記第２蓋部材に固定され前記弁軸の他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材と、
を備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項２】
請求項１において、前記変圧室が前記第１蓋部材と前記第１ダイヤフラムとの間に形成され、前記第２蓋部材の内側に配設され前記第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された前記第２ダイヤフラムと前記第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項３】
請求項１において、前記変圧室が前記第２蓋部材と前記第２ダイヤフラムとの間に形成され、前記第１蓋部材の内側に配設され前記第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された前記第１ダイヤフラムと前記第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記弁軸は中空の軸であり、前記第１支持部材と前記第２支持部材は一体的に軸状に形成されたことを特徴とする遮断弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記変圧室が前記第１蓋部材と前記第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、前記圧力供給源は正圧を供給するものであることを特徴とする遮断弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記変圧室が前記第２蓋部材と前記第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、前記圧力供給源は負圧を供給するものであることを特徴とする遮断弁。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、前記第１蓋部材または前記第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、
前記出力軸が前記弁軸に係合されるとともに前記第１支持部材または前記第２支持部材として機能することを特徴とする遮断弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記第１ダイヤフラムが設けられた場合、前記第１支持部材が前記弁軸の一端を支持している支持部分と前記第１室とを前記第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることを特徴とする遮断弁。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記第２ダイヤフラムが設けられた場合、前記第２支持部材が前記弁軸の他端を支持している支持部分と前記第２室とを前記第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることを特徴とする遮断弁。
【請求項１０】
燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、
前記酸化剤流路の前記酸化剤ガスを導入する導入口に前記酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、
前記圧送装置と前記酸化剤流路との間に介装され前記圧送装置と前記酸化剤流路との連通を遮断する第１遮断装置と、
前記酸化剤流路からオフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断装置と、を備え、
前記第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち前記変圧室および前記大気圧室を備えたものを使用し、
前記圧送装置は前記第１遮断装置の前記第２入出口に連通されるとともに前記第１遮断装置の前記変圧室に連通され、
前記導入口は前記第１遮断装置の前記第１入出口に連通され、
前記第２遮断装置として請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁を使用し、
前記導出口は前記第２遮断装置の前記第１入出口に連通され、
前記圧送装置は前記第２遮断装置の前記変圧室に連通され、
前記第２遮断装置の前記第２入出口は大気に開放されたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０において、前記圧送装置と前記第１遮断装置の前記変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、
前記圧送装置と前記第２遮断装置の前記変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記変圧室を加圧する際には、前記圧送装置を駆動させるとともに前記第１および第２開閉弁を開き、
前記変圧室を加圧した状態で密封する際には、前記第１および第２開閉弁を閉じ、
前記変圧室を大気に開放する際には、前記圧送装置の駆動を停止させるとともに前記第１および第２開閉弁を開くことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
第１入出口が形成された第１室と、第２入出口が形成された第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通穴と、前記連通穴と対向する前記第１室の壁に形成された第１開口と、前記連通穴と対向する前記第２室の壁に形成された第２開口と、を備えた弁本体と、
前記第１開口を閉塞する第１蓋部材と、
前記第２開口を閉塞する第２蓋部材と、
前記連通穴の前記第２室側の開口周縁に設けられた弁座と、
前記第２室内に配設され前記弁座に当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなす弁体本体と、前記弁体本体に固定され一端が前記第１開口に向かって延設されるとともに他端が前記第２開口に向かって延設された弁軸と、を備えた弁体と、
前記弁体と前記弁本体との間に介装され前記弁体本体が前記弁座に当接する方向に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記第１蓋部材の内側に配設され前記第１開口を閉塞しかつ前記弁軸に固定された第１ダイヤフラムと前記第１蓋部材との間および前記第２蓋部材の内側に配設され前記第２開口を閉塞しかつ前記弁軸に固定された第２ダイヤフラムと前記第２蓋部材との間の少なくとも何れか一方に形成された区画であって、圧力供給源と連通され該圧力供給源から圧力が供給された際に前記付勢手段による付勢方向と反対方向に前記弁体を付勢する変圧室と、
前記第１蓋部材に固定され前記弁軸の一端を軸方向に往復動可能に支持する第１支持部材と、
前記第２蓋部材に固定され前記弁軸の他端を軸方向に往復動可能に支持する第２支持部材と、
を備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項２】
請求項１において、前記変圧室が前記第１蓋部材と前記第１ダイヤフラムとの間に形成され、前記第２蓋部材の内側に配設され前記第２開口を閉塞しかつ弁軸に固定された前記第２ダイヤフラムと前記第２蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項３】
請求項１において、前記変圧室が前記第２蓋部材と前記第２ダイヤフラムとの間に形成され、前記第１蓋部材の内側に配設され前記第１開口を閉塞しかつ弁軸に固定された前記第１ダイヤフラムと前記第１蓋部材との間に形成され大気に開放された大気圧室をさらに備えたことを特徴とする遮断弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記弁軸は中空の軸であり、前記第１支持部材と前記第２支持部材は一体的に軸状に形成されたことを特徴とする遮断弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記変圧室が前記第１蓋部材と前記第１ダイヤフラムとの間に形成された場合には、前記圧力供給源は正圧を供給するものであることを特徴とする遮断弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記変圧室が前記第２蓋部材と前記第２ダイヤフラムとの間に形成された場合には、前記圧力供給源は負圧を供給するものであることを特徴とする遮断弁。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項５および請求項６の何れか一項において、前記第１蓋部材または前記第２蓋部材に設けられ、軸方向に沿って往復動して位置決め固定される出力軸を有する電動モータをさらに備え、
前記出力軸が前記弁軸に係合されるとともに前記第１支持部材または前記第２支持部材として機能することを特徴とする遮断弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記第１ダイヤフラムが設けられた場合、前記第１支持部材が前記弁軸の一端を支持している支持部分と前記第１室とを前記第１ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることを特徴とする遮断弁。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、前記第２ダイヤフラムが設けられた場合、前記第２支持部材が前記弁軸の他端を支持している支持部分と前記第２室とを前記第２ダイヤフラムによって隔てるような構造とすることを特徴とする遮断弁。
【請求項１０】
燃料が供給される燃料流路と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路を有する燃料電池と、
前記酸化剤流路の前記酸化剤ガスを導入する導入口に前記酸化剤ガスを圧送する圧送装置と、
前記圧送装置と前記酸化剤流路との間に介装され前記圧送装置と前記酸化剤流路との連通を遮断する第１遮断装置と、
前記酸化剤流路からオフガスを導出する導出口を遮断する第２遮断装置と、を備え、
前記第１遮断装置として請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁のうち前記変圧室および前記大気圧室を備えたものを使用し、
前記圧送装置は前記第１遮断装置の前記第２入出口に連通されるとともに前記第１遮断装置の前記変圧室に連通され、
前記導入口は前記第１遮断装置の前記第１入出口に連通され、
前記第２遮断装置として請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の遮断弁を使用し、
前記導出口は前記第２遮断装置の前記第１入出口に連通され、
前記圧送装置は前記第２遮断装置の前記変圧室に連通され、
前記第２遮断装置の前記第２入出口は大気に開放されたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０において、前記圧送装置と前記第１遮断装置の前記変圧室との間に配設され両者間を開閉する第１開閉弁と、
前記圧送装置と前記第２遮断装置の前記変圧室との間に配設され両者間を開閉する第２開閉弁と、をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記変圧室を加圧する際には、前記圧送装置を駆動させるとともに前記第１および第２開閉弁を開き、
前記変圧室を加圧した状態で密封する際には、前記第１および第２開閉弁を閉じ、
前記変圧室を大気に開放する際には、前記圧送装置の駆動を停止させるとともに前記第１および第２開閉弁を開く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５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１０６６５８（Ｐ２０１１−１０６６５８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５６０６（Ｐ２００９−２６５６０６）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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