JP2002313382A - 燃料電池システムの背圧制御弁 - Google Patents
燃料電池システムの背圧制御弁Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温始動時においても適正に動作可能な背圧
制御弁を、簡易かつ低コストに実現する。 【解決手段】 燃料電池システムにおいて、燃料電池の
下流に配される酸化剤ガス流路４に設けられた背圧制御
弁１１であって、酸化剤ガス流路４の一部を構成する管
状部材１２と、該管状部材１２の内部に配置され、横断
面方向に延びる軸線１４回りに回動させられる弁体１３
とを具備し、管状部材１２が略水平方向に沿って配置さ
れるとともに、管状部材１２の内面に親水処理が施され
ている燃料電池システムの背圧制御弁１１を提供する。
制御弁を、簡易かつ低コストに実現する。 【解決手段】 燃料電池システムにおいて、燃料電池の
下流に配される酸化剤ガス流路４に設けられた背圧制御
弁１１であって、酸化剤ガス流路４の一部を構成する管
状部材１２と、該管状部材１２の内部に配置され、横断
面方向に延びる軸線１４回りに回動させられる弁体１３
とを具備し、管状部材１２が略水平方向に沿って配置さ
れるとともに、管状部材１２の内面に親水処理が施され
ている燃料電池システムの背圧制御弁１１を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池システ
ムの背圧制御弁に関するものである。
ムの背圧制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池には、固体高分子電解質膜の両
側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置し
てなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持して構成
された平板状の単セルを、その厚さ方向に複数積層して
構成されているものがある。
側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置し
てなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持して構成
された平板状の単セルを、その厚さ方向に複数積層して
構成されているものがある。
【０００３】各単セルでは、アノード電極に対向配置さ
れるアノード側セパレータの一面に燃料ガス（例えば、
水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置され
るカソード側セパレータの一面に酸化剤ガス（例えば、
酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、隣接
する単セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒体（例
えば、水）の流路が設けられている。
れるアノード側セパレータの一面に燃料ガス（例えば、
水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置され
るカソード側セパレータの一面に酸化剤ガス（例えば、
酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、隣接
する単セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒体（例
えば、水）の流路が設けられている。
【０００４】一般に、酸化剤ガス流路への酸化剤ガスの
供給は、該酸化剤ガス流路に設けられているスーパーチ
ャージャを起動するとともに、燃料電池よりも下流側の
酸化剤ガス流路に配されている背圧制御弁を開くことに
より行われる。すなわち、燃料電池へ供給される酸化剤
ガスの流量および燃料電池へ供給される酸化剤ガスの圧
力は、スーパーチャージャの回転数と背圧制御弁の開度
とによって制御されるようになっている。前記背圧制御
弁は、例えば、バタフライ弁であって、複数の単セルを
水平方向に積層してなる燃料電池から、その積層方向、
すなわち、水平方向に貫通してきた水平な酸化剤ガス流
路に設けられている。
供給は、該酸化剤ガス流路に設けられているスーパーチ
ャージャを起動するとともに、燃料電池よりも下流側の
酸化剤ガス流路に配されている背圧制御弁を開くことに
より行われる。すなわち、燃料電池へ供給される酸化剤
ガスの流量および燃料電池へ供給される酸化剤ガスの圧
力は、スーパーチャージャの回転数と背圧制御弁の開度
とによって制御されるようになっている。前記背圧制御
弁は、例えば、バタフライ弁であって、複数の単セルを
水平方向に積層してなる燃料電池から、その積層方向、
すなわち、水平方向に貫通してきた水平な酸化剤ガス流
路に設けられている。
【０００５】そして、アノード電極の電極反応面に燃料
ガスである水素を供給すると、ここで水素がイオン化さ
れ、固体高分子電解質膜を介してカソード電極に移動す
る。この間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流
の電気エネルギとして利用される。カソード電極におい
ては、酸化剤ガスである空気が供給されているため、水
素イオン、電子、および空気中の酸素が反応して、水が
生成される。
ガスである水素を供給すると、ここで水素がイオン化さ
れ、固体高分子電解質膜を介してカソード電極に移動す
る。この間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流
の電気エネルギとして利用される。カソード電極におい
ては、酸化剤ガスである空気が供給されているため、水
素イオン、電子、および空気中の酸素が反応して、水が
生成される。
【０００６】かかる生成水は、燃料電池内の酸化剤ガス
流路において主に発生する。燃料電池システムが停止さ
れて、低温状態に放置されると、上述した生成水が凍結
し、再始動が困難になるので、燃料電池システムの停止
時には、生成水は、可能な限り燃料電池システムの各部
から放出しておく必要がある。そして、このような生成
水の排出作業は、例えば、背圧制御弁を全開にして、ス
ーパーチャージャから供給される酸化剤ガスによって酸
化剤ガス流路全体を掃気することにより行われていた。
流路において主に発生する。燃料電池システムが停止さ
れて、低温状態に放置されると、上述した生成水が凍結
し、再始動が困難になるので、燃料電池システムの停止
時には、生成水は、可能な限り燃料電池システムの各部
から放出しておく必要がある。そして、このような生成
水の排出作業は、例えば、背圧制御弁を全開にして、ス
ーパーチャージャから供給される酸化剤ガスによって酸
化剤ガス流路全体を掃気することにより行われていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スーパ
ーチャージャから大流量の酸化剤ガスを供給した場合
に、流路断面積の比較的小さい燃料電池内の酸化剤ガス
流路では、高い流速を確保することができるので、生成
水が効果的に排出されるが、酸化剤ガス流路の最後尾に
配される背圧制御弁の近傍では、流路断面積が比較的大
きく確保されているために、十分な流速を得ることがで
きず、燃料電池側から排出されてきた生成水の一部が残
留するという不都合がある。
ーチャージャから大流量の酸化剤ガスを供給した場合
に、流路断面積の比較的小さい燃料電池内の酸化剤ガス
流路では、高い流速を確保することができるので、生成
水が効果的に排出されるが、酸化剤ガス流路の最後尾に
配される背圧制御弁の近傍では、流路断面積が比較的大
きく確保されているために、十分な流速を得ることがで
きず、燃料電池側から排出されてきた生成水の一部が残
留するという不都合がある。
【０００８】そして、背圧制御弁の近傍に生成水が残留
した場合には、燃料電池システム停止後の低温放置によ
って、残留した水が凍結して氷塊が形成され、その後の
再始動時に、該氷塊が背圧制御弁の弁体に接触して、背
圧制御弁の適正な動作が阻害される不都合が考えられ
る。
した場合には、燃料電池システム停止後の低温放置によ
って、残留した水が凍結して氷塊が形成され、その後の
再始動時に、該氷塊が背圧制御弁の弁体に接触して、背
圧制御弁の適正な動作が阻害される不都合が考えられ
る。
【０００９】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであって、低温始動時においても適正に動作可能
な燃料電池システムの背圧制御弁を提供することを目的
としている。
たものであって、低温始動時においても適正に動作可能
な燃料電池システムの背圧制御弁を提供することを目的
としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、以下の手段を提案している。請求項１
に係る発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の
下流に配される酸化剤ガス流路に設けられた背圧制御弁
であって、前記酸化剤ガス流路の一部を構成する管状部
材と、該管状部材の内部に配置され、横断面方向に延び
る軸線回りに回動させられる弁体とを具備し、前記管状
部材が略水平方向に沿ってに配置されるとともに、該管
状部材の内面に親水処理が施されている燃料電池システ
ムの背圧制御弁を提案している。
に、この発明は、以下の手段を提案している。請求項１
に係る発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の
下流に配される酸化剤ガス流路に設けられた背圧制御弁
であって、前記酸化剤ガス流路の一部を構成する管状部
材と、該管状部材の内部に配置され、横断面方向に延び
る軸線回りに回動させられる弁体とを具備し、前記管状
部材が略水平方向に沿ってに配置されるとともに、該管
状部材の内面に親水処理が施されている燃料電池システ
ムの背圧制御弁を提案している。
【００１１】この発明に係る背圧制御弁によれば、燃料
電池の下流に配される背圧制御弁の管状部材を略水平に
配置することによって、燃料電池システム全体を、高さ
寸法を抑制したレイアウトに構成することができる。
電池の下流に配される背圧制御弁の管状部材を略水平に
配置することによって、燃料電池システム全体を、高さ
寸法を抑制したレイアウトに構成することができる。
【００１２】この場合において、背圧制御弁を開放し
て、燃料電池の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する
ことにより、燃料電池内部において生成された水が酸化
剤ガス流路を通して流動させられ、燃料電池の下流に配
置された背圧制御弁を通過して外部に放出される。この
際に、背圧制御弁の管状部材が水平に配置されているた
めに、酸化剤ガス流路を排出されてきた生成水が、背圧
制御弁近傍に残留することがある。しかしながら、管状
部材の内面には親水処理が施されているので、該管状部
材の内面に付着している水滴の表面張力が低減され、水
滴は、管状部材の表面に、小さい接触角を形成して付着
する。
て、燃料電池の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する
ことにより、燃料電池内部において生成された水が酸化
剤ガス流路を通して流動させられ、燃料電池の下流に配
置された背圧制御弁を通過して外部に放出される。この
際に、背圧制御弁の管状部材が水平に配置されているた
めに、酸化剤ガス流路を排出されてきた生成水が、背圧
制御弁近傍に残留することがある。しかしながら、管状
部材の内面には親水処理が施されているので、該管状部
材の内面に付着している水滴の表面張力が低減され、水
滴は、管状部材の表面に、小さい接触角を形成して付着
する。
【００１３】したがって、酸化剤ガス流路からの生成水
の排出が十分に行われずに、背圧制御弁近傍に水滴が残
留した場合であっても、この水滴が凍結することによっ
て形成される氷塊が、管状部材の内面から半径方向内方
に高く突出することが防止され、該氷塊が、再始動時
に、管状部材を閉鎖する弁体に接触して、その回動を妨
げる不都合を未然に防止することができる。
の排出が十分に行われずに、背圧制御弁近傍に水滴が残
留した場合であっても、この水滴が凍結することによっ
て形成される氷塊が、管状部材の内面から半径方向内方
に高く突出することが防止され、該氷塊が、再始動時
に、管状部材を閉鎖する弁体に接触して、その回動を妨
げる不都合を未然に防止することができる。
【００１４】また、請求項２に係る発明は、燃料電池シ
ステムにおいて、燃料電池の下流に配される酸化剤ガス
流路に設けられた背圧制御弁であって、前記酸化剤ガス
流路の一部を構成する管状部材と、該管状部材の内部に
配置され、横断面方向に延びる軸線回りに回動させられ
る弁体とを具備し、前記管状部材が略鉛直方向に沿って
に配置されるとともに、該管状部材の内面に撥水処理が
施されている燃料電池システムの背圧制御弁を提案して
いる。
ステムにおいて、燃料電池の下流に配される酸化剤ガス
流路に設けられた背圧制御弁であって、前記酸化剤ガス
流路の一部を構成する管状部材と、該管状部材の内部に
配置され、横断面方向に延びる軸線回りに回動させられ
る弁体とを具備し、前記管状部材が略鉛直方向に沿って
に配置されるとともに、該管状部材の内面に撥水処理が
施されている燃料電池システムの背圧制御弁を提案して
いる。
【００１５】この発明に係る背圧制御弁によれば、該背
圧制御弁を構成する管状部材が略鉛直方向に沿って配さ
れることにより、該管状部材の内面に残留する水滴に
は、該内面に沿って略鉛直下方に落下する重力が作用す
る。しかも、管状部材の内面には、撥水処理が施されて
いるので、管状部材の内面に付着している水滴は、該表
面張力を増加させられて、その接触角を増大させられる
ことにより、管状部材の内面との接触面積を低減させら
れている。したがって、水滴は、その重力によって管状
部材の内面を伝って落下させられ易くなり、再始動時に
回動させられる弁体の動作範囲に、該弁体と接触する氷
塊が形成されることを防止することができる。
圧制御弁を構成する管状部材が略鉛直方向に沿って配さ
れることにより、該管状部材の内面に残留する水滴に
は、該内面に沿って略鉛直下方に落下する重力が作用す
る。しかも、管状部材の内面には、撥水処理が施されて
いるので、管状部材の内面に付着している水滴は、該表
面張力を増加させられて、その接触角を増大させられる
ことにより、管状部材の内面との接触面積を低減させら
れている。したがって、水滴は、その重力によって管状
部材の内面を伝って落下させられ易くなり、再始動時に
回動させられる弁体の動作範囲に、該弁体と接触する氷
塊が形成されることを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る背圧制御弁について、添付図面を参照しながら説
明する。本実施形態に係る背圧制御弁は、図１に示され
る燃料電池システム１に設けられる。この燃料電池シス
テム１は、燃料電池２と、該燃料電池２内に燃料ガスを
供給する燃料ガス流路３と、酸化剤ガスを供給する酸化
剤ガス流路４とを具備している。
に係る背圧制御弁について、添付図面を参照しながら説
明する。本実施形態に係る背圧制御弁は、図１に示され
る燃料電池システム１に設けられる。この燃料電池シス
テム１は、燃料電池２と、該燃料電池２内に燃料ガスを
供給する燃料ガス流路３と、酸化剤ガスを供給する酸化
剤ガス流路４とを具備している。
【００１７】前記燃料ガス流路３には、主として、加圧
状態の燃料ガスを供給する燃料ガス源５（高圧タンク）
と、該燃料ガス源５からの燃料ガスの燃料ガス流路３へ
の供給・停止を切り替える遮断弁６と、前記燃料ガス流
路３をループ状に構成して燃料ガスを循環させるエゼク
タ７と、燃料電池２の出口側流路３ａを流れる燃料ガス
によって入口側流路３ｂを流れる燃料ガスを加湿する加
湿器８とが設けられている。
状態の燃料ガスを供給する燃料ガス源５（高圧タンク）
と、該燃料ガス源５からの燃料ガスの燃料ガス流路３へ
の供給・停止を切り替える遮断弁６と、前記燃料ガス流
路３をループ状に構成して燃料ガスを循環させるエゼク
タ７と、燃料電池２の出口側流路３ａを流れる燃料ガス
によって入口側流路３ｂを流れる燃料ガスを加湿する加
湿器８とが設けられている。
【００１８】遮断弁６が開放されて燃料ガス源５から供
給された燃料ガスが燃料ガス流路３に供給されると、加
湿器８によって適度に加湿された後に、燃料電池２内に
供給される。燃料電池２内における発電が開始される
と、燃料ガスが消費され、残った燃料ガスが燃料電池２
から排出される。排出された燃料ガスは、再度、加湿器
８を通過させられて、新たな燃料ガスに湿分を付与した
後に、エゼクタ７によって、新たな燃料ガスと合流させ
られて、再度燃料電池２内に供給されるようになってい
る。
給された燃料ガスが燃料ガス流路３に供給されると、加
湿器８によって適度に加湿された後に、燃料電池２内に
供給される。燃料電池２内における発電が開始される
と、燃料ガスが消費され、残った燃料ガスが燃料電池２
から排出される。排出された燃料ガスは、再度、加湿器
８を通過させられて、新たな燃料ガスに湿分を付与した
後に、エゼクタ７によって、新たな燃料ガスと合流させ
られて、再度燃料電池２内に供給されるようになってい
る。
【００１９】一方、前記酸化剤ガス流路４には、主とし
て、酸化剤ガスを取り込んで供給するスーパーチャージ
ャ９と、加湿器１０と、背圧制御弁１１とが設けられ、
該背圧制御弁１１は、酸化剤ガス流路４の出口位置近傍
に配置されている。すなわち、スーパーチャージャ９に
よって酸化剤ガス流路４内に取り込まれた酸化剤ガス
は、加湿器１０を通過させられることにより加湿された
後に燃料電池２内に入り、燃料電池２内における発電に
よって消費された残りが、再度加湿器１０を通過させら
れる際に、新たな酸化剤ガスに湿分を付与した後に、背
圧制御弁１１を通過させられて大気に放出されるように
なっている。そして、スーパーチャージャ９の回転数制
御と併せて、背圧制御弁１１の開度を調整することによ
り、酸化剤ガス流路４内を流れる酸化剤ガスの流量およ
び酸化剤ガスの圧力を調節することができるようになっ
ている。
て、酸化剤ガスを取り込んで供給するスーパーチャージ
ャ９と、加湿器１０と、背圧制御弁１１とが設けられ、
該背圧制御弁１１は、酸化剤ガス流路４の出口位置近傍
に配置されている。すなわち、スーパーチャージャ９に
よって酸化剤ガス流路４内に取り込まれた酸化剤ガス
は、加湿器１０を通過させられることにより加湿された
後に燃料電池２内に入り、燃料電池２内における発電に
よって消費された残りが、再度加湿器１０を通過させら
れる際に、新たな酸化剤ガスに湿分を付与した後に、背
圧制御弁１１を通過させられて大気に放出されるように
なっている。そして、スーパーチャージャ９の回転数制
御と併せて、背圧制御弁１１の開度を調整することによ
り、酸化剤ガス流路４内を流れる酸化剤ガスの流量およ
び酸化剤ガスの圧力を調節することができるようになっ
ている。
【００２０】本実施形態の背圧制御弁１１は、図２に示
されるように、酸化剤ガス流路４の一部を構成する管状
部材１２と、該管状部材１２の内部に取り付けられた弁
体１３とからなるバタフライ弁である。前記管状部材１
２は、前記燃料電池２の出口から略水平方向に沿って延
びる酸化剤ガス流路４を延長して、略水平方向に配置さ
れている。
されるように、酸化剤ガス流路４の一部を構成する管状
部材１２と、該管状部材１２の内部に取り付けられた弁
体１３とからなるバタフライ弁である。前記管状部材１
２は、前記燃料電池２の出口から略水平方向に沿って延
びる酸化剤ガス流路４を延長して、略水平方向に配置さ
れている。
【００２１】前記弁体１３は、前記管状部材１２の流路
断面形状と同等の形状を有する略円板状に形成されてお
り、管状部材１２の半径方向に沿って、水平に配置され
たシャフト１４回りに回動可能に設けられている。弁体
１３の回動角度は、例えば、弁体１３が鉛直方向に沿っ
て配されることにより、管状部材１２内部の流路を閉塞
する鉛直状態と、管状部材１２内部の流路を全開にする
水平状態との間の略９０°の範囲でよい。
断面形状と同等の形状を有する略円板状に形成されてお
り、管状部材１２の半径方向に沿って、水平に配置され
たシャフト１４回りに回動可能に設けられている。弁体
１３の回動角度は、例えば、弁体１３が鉛直方向に沿っ
て配されることにより、管状部材１２内部の流路を閉塞
する鉛直状態と、管状部材１２内部の流路を全開にする
水平状態との間の略９０°の範囲でよい。
【００２２】また、前記背圧制御弁１１を構成する管状
部材１２の内面には、親水処理が施されている。符号Ａ
は、親水処理が施されている領域を示している。この親
水処理は、例えば、酸化チタン被膜を管状部材１２の内
面に形成すること等により行われる。親水処理の方法
は、この酸化チタン被膜に限定されるものではなく、他
の任意の方法でよい。
部材１２の内面には、親水処理が施されている。符号Ａ
は、親水処理が施されている領域を示している。この親
水処理は、例えば、酸化チタン被膜を管状部材１２の内
面に形成すること等により行われる。親水処理の方法
は、この酸化チタン被膜に限定されるものではなく、他
の任意の方法でよい。
【００２３】親水処理は、前記弁体１３によって閉塞さ
れる管状部材１２の長手方向位置の上流側および下流側
に、それぞれ所定範囲にわたって施されている。所定範
囲は、任意に設定できるが、例えば、弁体１３の半径寸
法と同等でよい。
れる管状部材１２の長手方向位置の上流側および下流側
に、それぞれ所定範囲にわたって施されている。所定範
囲は、任意に設定できるが、例えば、弁体１３の半径寸
法と同等でよい。
【００２４】このように構成された本実施形態に係る背
圧制御弁１１の作用について、以下に説明する。燃料電
池２による発電中には、背圧制御弁１１は、図示しない
制御装置の作動によってその開度を調節されることによ
り、酸化剤ガス流路４を流れる酸化剤ガスの流量および
圧力を調節する。
圧制御弁１１の作用について、以下に説明する。燃料電
池２による発電中には、背圧制御弁１１は、図示しない
制御装置の作動によってその開度を調節されることによ
り、酸化剤ガス流路４を流れる酸化剤ガスの流量および
圧力を調節する。
【００２５】燃料電池２による発電が停止されると、背
圧制御弁１１は全開、すなわち略水平方向に設定され、
酸化剤ガス流路４に多量の酸化剤ガスを流通させること
によって、燃料電池２内部で発生した水を排出する。こ
の場合に、排出されてきた水は、その大部分が背圧制御
弁１１を通過させられて、外部に放出されることになる
が、その一部が水滴として、背圧制御弁１１近傍に残留
する。
圧制御弁１１は全開、すなわち略水平方向に設定され、
酸化剤ガス流路４に多量の酸化剤ガスを流通させること
によって、燃料電池２内部で発生した水を排出する。こ
の場合に、排出されてきた水は、その大部分が背圧制御
弁１１を通過させられて、外部に放出されることになる
が、その一部が水滴として、背圧制御弁１１近傍に残留
する。
【００２６】また、この水排出動作の後には前記背圧制
御弁１１を全開、すなわち、弁体１３を略水平方向に停
止させることが好ましい。燃料電池２の発電停止時に背
圧制御弁１１が低温に晒された場合に、水滴Ｗと接触す
る範囲外に弁体１３を配置しておくことができるので、
水の排出の妨げにならないとともに、弁体１３が管状部
材１２に固着して燃料電池の再始動時に背圧制御弁１１
の動作不良が生ずることを防止することができる。
御弁１１を全開、すなわち、弁体１３を略水平方向に停
止させることが好ましい。燃料電池２の発電停止時に背
圧制御弁１１が低温に晒された場合に、水滴Ｗと接触す
る範囲外に弁体１３を配置しておくことができるので、
水の排出の妨げにならないとともに、弁体１３が管状部
材１２に固着して燃料電池の再始動時に背圧制御弁１１
の動作不良が生ずることを防止することができる。
【００２７】本実施形態の背圧制御弁１１では、該背圧
制御弁１１を構成する管状部材１２の内面に親水処理が
施されているので、該親水処理が施されている領域Ａの
管状部材１２内面に付着した水滴Ｗは、図３に示される
ように形成される。すなわち、親水処理を施していない
領域Ｂの管状部材１２内面に付着している水滴Ｗと比較
すると、領域Ａでは、親水処理により、水滴Ｗの表面張
力が低減され、管状部材１２の表面に対して水滴Ｗの表
面がなす角度、つまり、接触角θが鋭角となり、管状部
材１２表面から突出する高さ寸法が低減される。
制御弁１１を構成する管状部材１２の内面に親水処理が
施されているので、該親水処理が施されている領域Ａの
管状部材１２内面に付着した水滴Ｗは、図３に示される
ように形成される。すなわち、親水処理を施していない
領域Ｂの管状部材１２内面に付着している水滴Ｗと比較
すると、領域Ａでは、親水処理により、水滴Ｗの表面張
力が低減され、管状部材１２の表面に対して水滴Ｗの表
面がなす角度、つまり、接触角θが鋭角となり、管状部
材１２表面から突出する高さ寸法が低減される。
【００２８】したがって、仮に、燃料電池２による発電
が停止した運転停止状態で、燃料電池システム１が低温
状態に放置された場合には、背圧制御弁１１の近傍に残
留した水が凍結することになるが、上述したように、本
実施形態に係る背圧制御弁１１では、付着した水滴Ｗが
管状部材１２の表面に沿って低く形成されているので、
それが凍結して氷塊となっても弁体１３の動作範囲Ｘに
干渉するような突出物を構成することがなく、再始動時
の適正な作動が確保されることになる。
が停止した運転停止状態で、燃料電池システム１が低温
状態に放置された場合には、背圧制御弁１１の近傍に残
留した水が凍結することになるが、上述したように、本
実施形態に係る背圧制御弁１１では、付着した水滴Ｗが
管状部材１２の表面に沿って低く形成されているので、
それが凍結して氷塊となっても弁体１３の動作範囲Ｘに
干渉するような突出物を構成することがなく、再始動時
の適正な作動が確保されることになる。
【００２９】なお、背圧制御弁１１を、酸化剤ガス流路
４を完全に密封するように使用することがない場合に
は、弁体１３の直径を酸化剤ガス流路４の内径寸法より
小さく設定して、完全に閉鎖した状態で、弁体１３と管
状部材１２との間に隙間を形成することにすれば、氷塊
と弁体１３との干渉をさらに確実に回避することが可能
である。
４を完全に密封するように使用することがない場合に
は、弁体１３の直径を酸化剤ガス流路４の内径寸法より
小さく設定して、完全に閉鎖した状態で、弁体１３と管
状部材１２との間に隙間を形成することにすれば、氷塊
と弁体１３との干渉をさらに確実に回避することが可能
である。
【００３０】次に、本発明に係る背圧制御弁の第２の実
施形態について、図４および図５を参照して説明する。
この実施形態に係る背圧制御弁１５は、図４に示される
ように、管状部材１６が鉛直方向に沿って配されている
点、および管状部材１６の内面に撥水処理が施されてい
る点において、第１の実施形態に係る背圧制御弁１１と
相違している。
施形態について、図４および図５を参照して説明する。
この実施形態に係る背圧制御弁１５は、図４に示される
ように、管状部材１６が鉛直方向に沿って配されている
点、および管状部材１６の内面に撥水処理が施されてい
る点において、第１の実施形態に係る背圧制御弁１１と
相違している。
【００３１】上記撥水処理は、例えば、管状部材１６の
内面の所定領域Ｃに、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂の
被膜を形成したり、管状部材１６をアルミニウム材料に
よって構成する場合には、アルマイト処理を施したりす
ることにより行われる。なお、撥水処理方法は、他の任
意の方法でもよい。領域Ｃの範囲は、第１の実施形態と
同様に、適宜設定することができる。
内面の所定領域Ｃに、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂の
被膜を形成したり、管状部材１６をアルミニウム材料に
よって構成する場合には、アルマイト処理を施したりす
ることにより行われる。なお、撥水処理方法は、他の任
意の方法でもよい。領域Ｃの範囲は、第１の実施形態と
同様に、適宜設定することができる。
【００３２】また、このように構成される背圧制御弁１
５は、例えば、図５に示されるように燃料電池２の出口
に接続される配管１７をクランク状に曲げ、その配管１
７の全体的な高さ寸法を燃料電池２の高さ寸法以下に抑
えることにすれば、鉛直方向に沿って配置することにし
ても、燃料電池システム１８全体の高さ寸法を増大させ
ることなく配置することができる。なお、レイアウトが
許せば、クランク状に配管を形成することは必ずしも必
要ではない。
５は、例えば、図５に示されるように燃料電池２の出口
に接続される配管１７をクランク状に曲げ、その配管１
７の全体的な高さ寸法を燃料電池２の高さ寸法以下に抑
えることにすれば、鉛直方向に沿って配置することにし
ても、燃料電池システム１８全体の高さ寸法を増大させ
ることなく配置することができる。なお、レイアウトが
許せば、クランク状に配管を形成することは必ずしも必
要ではない。
【００３３】このように構成された本実施形態に係る背
圧制御弁１５によれば、該背圧制御弁１５を開放して燃
料電池２から生成水を排出したときに、排出しきれずに
酸化剤ガス流路４内に残留した水が背圧制御弁１５の近
傍に付着しても、該背圧制御弁１５を構成する管状部材
１６が略鉛直方向に沿って配置されているので、水滴Ｗ
には、管状部材１６の内面に沿って鉛直下方に向かう重
力が作用する。さらに、管状部材１６の内面には撥水処
理が施されているので、該内面に接触する水滴Ｗは、そ
の表面張力を高められて、接触角が鈍角となるまで増大
させられる。
圧制御弁１５によれば、該背圧制御弁１５を開放して燃
料電池２から生成水を排出したときに、排出しきれずに
酸化剤ガス流路４内に残留した水が背圧制御弁１５の近
傍に付着しても、該背圧制御弁１５を構成する管状部材
１６が略鉛直方向に沿って配置されているので、水滴Ｗ
には、管状部材１６の内面に沿って鉛直下方に向かう重
力が作用する。さらに、管状部材１６の内面には撥水処
理が施されているので、該内面に接触する水滴Ｗは、そ
の表面張力を高められて、接触角が鈍角となるまで増大
させられる。
【００３４】その結果、水滴Ｗと管状部材１６内面との
接触面積が小さくなり、水滴Ｗの管状部材内１６面への
付着力が低下させられる。上述したように、水滴Ｗに
は、鉛直下方に向かう重力が作用しているので、水滴Ｗ
は管状部材１６の内面に沿って鉛直下方に落下させら
れ、弁体１３の近傍から排除されることになる。
接触面積が小さくなり、水滴Ｗの管状部材内１６面への
付着力が低下させられる。上述したように、水滴Ｗに
は、鉛直下方に向かう重力が作用しているので、水滴Ｗ
は管状部材１６の内面に沿って鉛直下方に落下させら
れ、弁体１３の近傍から排除されることになる。
【００３５】すなわち、酸化剤ガス流路４内に生成水が
残留しても、弁体１３と接触する位置には残留せず、低
温状態に配されることにより酸化剤ガス流路４内に形成
される氷塊が弁体１３の動作範囲Ｘに干渉することがな
い。したがって、再始動時に、弁体１３を適正に作動さ
せることができる。
残留しても、弁体１３と接触する位置には残留せず、低
温状態に配されることにより酸化剤ガス流路４内に形成
される氷塊が弁体１３の動作範囲Ｘに干渉することがな
い。したがって、再始動時に、弁体１３を適正に作動さ
せることができる。
【００３６】また、この水排出動作の後には前記背圧制
御弁１１を全開、すなわち、弁体１３を略水平方向に停
止させることにより、燃料電池２の発電停止時に背圧制
御弁１１が低温に晒された場合に、水滴Ｗと接触する範
囲外に弁体１３を配置しておくことができるので、水の
排出の妨げにならないとともに、弁体１３が管状部材１
２に固着して燃料電池の再始動時に背圧制御弁１１の動
作不良が生ずることを防止することができる。
御弁１１を全開、すなわち、弁体１３を略水平方向に停
止させることにより、燃料電池２の発電停止時に背圧制
御弁１１が低温に晒された場合に、水滴Ｗと接触する範
囲外に弁体１３を配置しておくことができるので、水の
排出の妨げにならないとともに、弁体１３が管状部材１
２に固着して燃料電池の再始動時に背圧制御弁１１の動
作不良が生ずることを防止することができる。
【００３７】なお、上記実施形態においては、管状部材
１２，１６を水平または鉛直方向に配置した場合につい
て説明したが、これらの方向に厳密に限定されるもので
はなく、これに近い所定の範囲で管状部材１２，１６を
傾斜させた場合に適用しても、同等の効果を達成するこ
とが可能である。
１２，１６を水平または鉛直方向に配置した場合につい
て説明したが、これらの方向に厳密に限定されるもので
はなく、これに近い所定の範囲で管状部材１２，１６を
傾斜させた場合に適用しても、同等の効果を達成するこ
とが可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を奏する。 （１） 請求項１記載の発明に係る燃料電池システム
の背圧制御弁によれば、該背圧制御弁の近傍に、燃料電
池において生成された水が付着しても、該水が凍結した
場合に形成される氷塊が背圧制御弁を構成する管状部材
の内面から弁体の動作範囲内に突出することを防止でき
るので、低温状態からの再始動時においても適正な流量
制御を行うことができるという効果を奏する。特に、氷
塊を解凍させるヒータのような外部機器を設ける必要が
ないので、簡易かつコストの低い構造で、低温状態にお
ける始動性の改善を図ることができる。
は以下の効果を奏する。 （１） 請求項１記載の発明に係る燃料電池システム
の背圧制御弁によれば、該背圧制御弁の近傍に、燃料電
池において生成された水が付着しても、該水が凍結した
場合に形成される氷塊が背圧制御弁を構成する管状部材
の内面から弁体の動作範囲内に突出することを防止でき
るので、低温状態からの再始動時においても適正な流量
制御を行うことができるという効果を奏する。特に、氷
塊を解凍させるヒータのような外部機器を設ける必要が
ないので、簡易かつコストの低い構造で、低温状態にお
ける始動性の改善を図ることができる。
【００３９】（２） 請求項２記載の発明に係る燃料
電池システムの背圧制御弁によれば、燃料電池において
生成された水が酸化剤ガス流路内に残留しても、管状部
材の鉛直配置と内面の撥水処理とによって、背圧制御弁
の弁体近傍には水滴が付着することを防止することがで
きる。したがって、低温状態に配置されて水滴が凍結し
ても、その氷塊が弁体と干渉することがなく、低温状態
からの再始動時においても適正な流量制御を行うことが
できるという効果を奏する。
電池システムの背圧制御弁によれば、燃料電池において
生成された水が酸化剤ガス流路内に残留しても、管状部
材の鉛直配置と内面の撥水処理とによって、背圧制御弁
の弁体近傍には水滴が付着することを防止することがで
きる。したがって、低温状態に配置されて水滴が凍結し
ても、その氷塊が弁体と干渉することがなく、低温状態
からの再始動時においても適正な流量制御を行うことが
できるという効果を奏する。
【図１】 この発明の第１の実施形態に係る背圧制御
弁を有する燃料電池システムを概略的に示すブロック図
である。
弁を有する燃料電池システムを概略的に示すブロック図
である。
【図２】 図１の背圧制御弁を示す縦断面図である。
【図３】 図１の背圧制御弁の弁体近傍に水滴が付着
した状態を示す縦断面図である。
した状態を示す縦断面図である。
【図４】 この発明の第２の実施形態に係る燃料電池
システムの背圧制御弁を示す縦断面図である。
システムの背圧制御弁を示す縦断面図である。
【図５】 図４の背圧制御弁を備えた燃料電池システ
ムの酸化剤ガス配管の形態を示す概略図である。
ムの酸化剤ガス配管の形態を示す概略図である。
１，１８ 燃料電池システム ２ 燃料電池 ４ 酸化剤ガス流路 １１，１５ 背圧制御弁 １２，１６ 管状部材 １３ 弁体 １４ シャフト（軸線）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 BA19 CC06
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料電池システムにおいて、燃料電池
の下流に配される酸化剤ガス流路に設けられた背圧制御
弁であって、 前記酸化剤ガス流路の一部を構成する管状部材と、該管
状部材の内部に配置され、横断面方向に延びる軸線回り
に回動させられる弁体とを具備し、 前記管状部材が略水平方向に沿って配置されるととも
に、 該管状部材の内面に親水処理が施されている燃料電池シ
ステムの背圧制御弁。 - 【請求項２】 燃料電池システムにおいて、燃料電池
の下流に配される酸化剤ガス流路に設けられた背圧制御
弁であって、 前記酸化剤ガス流路の一部を構成する管状部材と、該管
状部材の内部に配置され、横断面方向に延びる軸線回り
に回動させられる弁体とを具備し、 前記管状部材が略鉛直方向に沿って配置されるととも
に、 該管状部材の内面に撥水処理が施されている燃料電池シ
ステムの背圧制御弁。
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|---|---|---|---|
| JP2001110362A JP3995898B2 (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | 燃料電池システムの背圧制御弁 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=18962150
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP2007173211A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池車両の冷始動バルブ構造 |
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| JP2010218803A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システム |
| US8697305B2 (en) | 2009-03-16 | 2014-04-15 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki | Fuel cell system |
| JP2017035953A (ja) * | 2015-08-07 | 2017-02-16 | 株式会社フジクラ | 車両用空調装置 |
| JP2018066386A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 愛三工業株式会社 | 二重偏心弁 |
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| US20080050625A1 (en) * | 2006-08-24 | 2008-02-28 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel Cell Valve With Hydrophobically Enhanced Surface |
| US20090004530A1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Christian Koenig | Control valve with enhanced inner surface |
| US8371328B2 (en) * | 2007-11-27 | 2013-02-12 | GM Global Technology Operations LLC | Back pressure valve with inductively heated flap |
| US20120264028A1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-18 | GM Global Technology Operations LLC | Semi-passive backpressure control valve |
| US9027409B2 (en) * | 2012-12-19 | 2015-05-12 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Matching back pressures on differential oil-filled diaphragms |
| DE102017215260A1 (de) * | 2017-08-31 | 2019-02-28 | Audi Ag | Klappenventilanordnung für ein Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem mit Klappenventilanordnung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5798186A (en) * | 1996-06-07 | 1998-08-25 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water |
| EP0813264A3 (en) * | 1996-06-14 | 2004-02-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system, fuel feed system for fuel cell and portable electric appliance |
| US6068941A (en) * | 1998-10-22 | 2000-05-30 | International Fuel Cells, Llc | Start up of cold fuel cell |
| WO2002063289A1 (fr) * | 2001-02-02 | 2002-08-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Detecteur de densite gazeuse et dispositif de pile a combustible utilisant ledit detecteur |
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2001
- 2001-04-09 JP JP2001110362A patent/JP3995898B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-04-05 US US10/117,360 patent/US6777124B2/en not_active Expired - Fee Related
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