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特許5662584フィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、燃料電池システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5662584
(24)【登録日】2014年12月12日
(45)【発行日】2015年2月4日
(54)【発明の名称】フィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
B01D 46/00 20060101AFI20150115BHJP
H01M 8/04 20060101ALI20150115BHJP
F16K 51/00 20060101ALI20150115BHJP
【ＦＩ】
B01D46/00 F
H01M8/04 N
F16K51/00 B
【請求項の数】15
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2013-532551(P2013-532551)
(86)(22)【出願日】2012年8月30日
(86)【国際出願番号】JP2012071942
(87)【国際公開番号】WO2013035609
(87)【国際公開日】20130314
【審査請求日】2014年2月21日
(31)【優先権主張番号】特願2011-196103(P2011-196103)
(32)【優先日】2011年9月8日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000143949
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103218
【弁理士】
【氏名又は名称】牧村 浩次
(72)【発明者】
【氏名】竹田 剛
(72)【発明者】
【氏名】大澤 一彦
(72)【発明者】
【氏名】稲村 大作
(72)【発明者】
【氏名】大河原 一郎
(72)【発明者】
【氏名】宇佐美 孝忠
(72)【発明者】
【氏名】竹本 真一郎
【審査官】
長谷川 真一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−２７０１５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−２２３３９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−０５１５２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−３４４８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−２２７５１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０１Ｄ ４６／００−４６／５４
Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４
Ｆ１６Ｋ ５１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体中に水分を含むシステムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置であって、
前記湿潤流体流路を流れる流体を、フィルター室の下方よりフィルター室に導入する流体導入経路と、
前記流体導入経路からフィルター室に導入された流体を透過させて、流体中の異物を除去するフィルター部材を備え、前記フィルター室内に配置されたフィルターと、
前記フィルターの周囲に、前記フィルター室の底部の側壁側にフィルター部材より下方の位置に設けられた水溜め部、または、前記フィルターのフィルター部材より下方の位置に設けられた水溜め部、または、前記両方の位置に設けられた水溜め部と、
前記フィルターを通過した流体を排出する流体排出経路と、を備え、
前記水溜め部とフィルター室に溜まる水の水位が、前記フィルターのフィルター部材まで到達する水位となるように、前記フィルターと前記フィルター室の側壁との隙間寸法Ｊ１を所定の寸法となるように設計するとともに、
前記フィルターのフィルター部材まで到達する水位となった水溜め部とフィルター室に溜まる水が、流体導入経路に流れ落ちるように構成されていることを特徴とするフィルター装置。
前記湿潤流体流路を流れる流体を、フィルター室の下方よりフィルター室に導入する流体導入経路と、
前記流体導入経路からフィルター室に導入された流体を透過させて、流体中の異物を除去するフィルター部材を備え、前記フィルター室内に配置されたフィルターと、
前記フィルターの周囲に、前記フィルター室の底部の側壁側にフィルター部材より下方の位置に設けられた水溜め部、または、前記フィルターのフィルター部材より下方の位置に設けられた水溜め部、または、前記両方の位置に設けられた水溜め部と、
前記フィルターを通過した流体を排出する流体排出経路と、を備え、
前記水溜め部とフィルター室に溜まる水の水位が、前記フィルターのフィルター部材まで到達する水位となるように、前記フィルターと前記フィルター室の側壁との隙間寸法Ｊ１を所定の寸法となるように設計するとともに、
前記フィルターのフィルター部材まで到達する水位となった水溜め部とフィルター室に溜まる水が、流体導入経路に流れ落ちるように構成されていることを特徴とするフィルター装置。
【請求項2】
前記流体導入経路の下面が、前記水溜め部の底面よりも下方に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター装置。
【請求項3】
前記フィルターの内側底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項1から２のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項4】
前記フィルターの底部に、前記水溜め部と連通する連通フィルター部材が形成されていることを特徴とする請求項1から２のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項5】
前記水溜め部の底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項1から４のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項6】
前前記フィルターの内側の底面よりも低い側面位置まで、前記フィルターのフィルター部材が延設されていることを特徴とする請求項1から５のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項7】
前記水溜め部が、前記フィルターの内部に形成されていることを特徴とする請求項1から２のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項8】
前記水溜め部に、親水処理が施されていることを特徴とする請求項1から７のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項9】
前記フィルターのフィルター部材の下方部分に、親水処理が施されていることを特徴とする請求項1から８のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項10】
前記フィルターのフィルター部材の上方部分に、撥水処理が施されていることを特徴とする請求項1から９のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれかに記載のフィルター装置を備えたことを特徴とする制御弁。
【請求項12】
前記フィルター室を構成するフィルターハウジングとフィルターとの間に、弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項１１に記載の制御弁。
【請求項13】
前記制御弁の弁体とフィルターとが連結されていることを特徴とする請求項１１から１２のいずれかに記載の制御弁。
【請求項14】
請求項１から１０のいずれかに記載のフィルター装置を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項15】
請求項１１から１３のいずれかに記載の制御弁を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置に関し、特に、湿潤流体の通路を開閉するパージ弁と直列に配置され、流体中の異物を除去するためのフィルターとして好適なフィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、燃料電池システムに関する。【背景技術】
【0002】
従来、地球温暖化などの地球規模の環境問題が認識されるにつれて、地球温暖化の原因となる炭酸ガスを排出するガソリンなどの化石燃料を用いた自動車などに代わり、最近では、燃料電池を用いた電気自動車などが注目されている。【0003】
このような燃料電池システムは、概略、図１６に示したような燃料電池システムが採用されている。すなわち、図１６の燃料電池システム２００では、固体高分子型燃料電池本体である燃料電池スタック２０２を備えている。
【0004】
この燃料電池スタック２０２には、燃料ガス供給源である水素タンク２０４から、燃料ガスである水素ガスが供給されるアノード（水素極）２０６を備えている。また、燃料電池スタック２０２には、酸化剤ガスである空気が、コンプレッサー２０８を介して供給されるカソード（空気極）２１０が備えられている。【0005】
燃料ガスである水素ガスは、高圧水素ガスとして、水素タンク２０４に貯留されており、水素タンク２０４から供給される高圧水素ガスは、水素圧力調整弁２１２によって、燃料電池の運転圧力まで減圧され、水素供給流路２１４を介して、アノード２０６へ供給される。【0006】
アノード２０６で消費されなかった余剰の水素ガスは、水素循環ポンプ２１６を介して、水素循環流路２１８によって、水素供給流路２１４に還流されて、水素タンク２０４から供給される水素ガスと混合され、アノード２０６へ供給されるようになっている。【0007】
一方、酸化剤ガスとしての空気は、図示しないエアフィルターを介して、コンプレッサー２０８を介して圧縮され、圧縮した空気が、空気供給流路２２０を介して、カソード２１０へ供給されるようになっている。【0008】
そして、カソード２１０で、空気中の酸素が反応に使用され、残りの空気は、空気圧を調整する空気圧力調整弁２２２を介して排出されるようになっている。また、燃料電池スタック２０２には、燃料電池スタック２０２の温度を所定の温度に保つために、冷却水などの冷却流体を循環する冷却系が設けられている。すなわち、ラジエーター２２４で冷却された冷却流体が、冷却水ポンプ２２６を介して、冷却流体循環経路２２８、２３０を介して、燃料電池スタック２０２を冷却するように循環される。
【0009】
また、水素循環流路２１８には、余剰の水素ガス中に含まれる窒素ガス等を外部に排出するための排出経路２３２が分岐されており、この排出経路２３２を開閉するための、例えば、電磁弁を用いたパージ弁２３４が配置されている。【0010】
ところで、水素循環流路２１８を流れる流体中には、異物などの不純物が含まれる場合があるため、排出経路２３２のパージ弁２３４には、フィルターを設けることが行われている。【0011】
このような排出経路２３２のパージ弁２３４にフィルターを設けた燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１（特開２００８−２７０１５１号公報）がある。【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開２００８−２７０１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、このような従来のフィルターを設けた燃料電池システムにおいては、流体中に水蒸気などの湿分が含まれる場合に、流路内で湿分が凝縮し水が溜まることがある。特に、排出経路２３２のパージ弁２３４のフィルターでは、そのメッシュ部分に水が付着しやすく、システム停止後に低温下に放置した場合に、フィルターの水が凍結して、排出経路２３２を閉塞してしまうことになる。【0014】
従って、フィルターの閉塞後は、氷を溶かして、流路を開かなければシステムの起動ができないことになる。このため、特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時において、フィルターの凍結による流路の閉塞を回避するために、燃料電池システムの停止時に水素ポンプの回転数を上げて、パージガスで水分を吹き飛ばすように構成されている。
【0015】
さらに、特許文献１の燃料電池システムでは、フィルターを温めやすい構造にして、解凍用ヒーターを配置して、燃料電池システムの起動時に、解凍用ヒーターで温めることによって、凍結による閉塞を防止するように構成されている。【0016】
しかしながら、このような特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止時に、水素ポンプの回転数を上げなければならず、複雑な制御が必要であり、しかも、ヒーターを配置しなければならないので、装置が大型化することになる。【0017】
また、ヒーターによって、ヒーターの熱がフィルターに伝わるには時間を要するので、燃料電池システムの起動時に温める時間が必要となり、燃料電池システムの起動時間が延びてしまうという問題がある。【0018】
本発明は、このような現状に鑑み、フィルターに水が付着、残留した場合に、従来のように、複雑な制御、解凍用ヒーターなどの熱源も不要で、フィルターに付着、残留した水分を排出することができ、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルターの凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができるとともに、安価でコンパクトな、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、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】
【0019】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明のフィルター装置は、流体中に水分を含むシステムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置であって、
前記湿潤流体流路を流れる流体を、フィルター室の下方よりフィルター室に導入する流体導入経路と、
前記流体導入経路からフィルター室に導入された流体を透過させて、流体中の異物を除去するフィルター部材を備え、前記フィルター室内に配置されたフィルターと、
前記フィルターの下方に設けられた水溜め部と、
前記フィルターを通過した流体を排出する流体排出経路と、を備えることを特徴とする。
【0020】
水と気体からなる湿潤流体が、フィルターを通過する際、一部の水はフィルターのフィルター部材（メッシュ）を通過せず、表面張力によってフィルターのフィルター部材内に滞留することになる。この状態で低温下に放置した場合に、フィルター部材内に滞留した水が、表面張力によってフィルター部材全体に広がり、フィルター部材の流路（メッシュ）全体を凍結によって閉塞させてしまうことになる。【0021】
これに対して、本願発明のように、フィルターの下方に設けられた水溜め部を備えることによって、水溜め部に保持される水が増え、水溜め部の液面が、フィルターのフィルター部材まで到達すると、水溜め部に溜まった水とフィルター部材に付着、残留した水とがつながることになる。【0022】
これにより、表面張力と重力によってフィルター部材内に滞留した水が、水溜め部に排出され、水溜め部に溜まった水が流体導入経路に流れ落ちる際、水溜め部に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材に付着、残留した水分を排出することができる。【0023】
従って、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材の凍結によるフィルター自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。【0024】
しかも、従来のように、複雑な制御、解凍用ヒーターなどの熱源も不要で、安価でコンパクトな、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置を提供することができる。【0025】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターと前記フィルター室の側壁との隙間寸法Ｊ１を所定の寸法となるように構成して、水溜め部に溜まる水に作用する表面張力を調整し、これにより、前記水溜め部の水位が所定の水位となるように構成されていることを特徴とする。【0026】
すなわち、フィルターとフィルター室の側壁６０ａとの隙間寸法Ｊ１を所定の寸法となるように構成（調整）することにより、水溜め部に溜まる水に作用する表面張力を制御し、水が流体導入経路に流れ落ちるのを抑制するようにすることができる。これにより、システム運転中に、水溜め部に溜まる水の水位を容易に設定することができる。【0027】
また、本発明のフィルター装置は、前記水溜め部の底面が 、前記フィルターのフィルター部材の上端面よりも下方に位置するように形成されるとともに、
前記流体導入経路の下面が、前記水溜め部の底面よりも下方に位置するように形成されていることを特徴とする。
【0028】
このように構成することによって、水溜め部の底面が 、フィルターのフィルター部材の上端面よりも下方に位置するように形成されているので、システム運転中に、水溜め部に溜まる水の水位が、フィルターのフィルター部材の下端面よりも上となるように、水溜め部に溜まる水の水位を、フィルターの外径、フィルター室の内径、および流体導入経路により決定することができる。【0029】
すなわち、フィルターとフィルター室の側壁との隙間寸法（フィルター室の内径）を調整することにより、水溜め部に溜まる水の水位が、フィルターのフィルター部材の下端面よりも上となるように、容易に設定することができる。【0030】
そして、この状態では、水溜め部に溜まった水とフィルター部材に付着、残留した水とがつながることになる。この状態で、流体導入経路の下面が、水溜め部の底面よりも下方に位置するように形成されているので、水溜め部に溜まった水が、重力によって、流体導入経路に流れ落ちやすくなる。そして、この際、水溜め部に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材に付着、残留した水分を排出することができる。【0031】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターの内側底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルターの内側底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているので、フィルターの内側底面の傾斜で、水がフィルターの内側底面から外に抜けやすくなる。
【0032】
また、図７の二重のハッチングの部分で示したように、フィルター６２の内側底面６４ｅとフィルター部材６６との間に溜る水位は、水とフィルター部材６６との表面張力により上昇する。【0033】
この際、フィルター６２の内側底面６４ｅは傾斜を形成するために隆起しているので、前述の表面張力による水位の上昇に加え、このフィルター６２の内側底面６４ｅの隆起の分、より水位は上昇することになる。【0034】
その結果、フィルター６２の内側底面６４ｅとフィルター部材６６との間に溜る水の水位が上昇するので、重力によって、フィルター部材６６に付着、残留した水分をフィルター６２内から排出しやすくなる。さらに、フィルターの内部（フィルターの内側底面）に滞留した水の凍結によって、フィルター自体が破損するのを防止することができる。
【0035】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターの底部に、前記水溜め部と連通する連通フィルター部材が形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルターの底部に、水溜め部と連通する連通フィルター部材が形成されているので、水溜め部の水位が高くなると、フィルターのフィルター部材内に滞留した水は、フィルターの底部に形成された連通フィルター部材を介して、水溜め部と連通することになる。
【0036】
これにより、フィルターの底部に形成された連通フィルター部材を介して、水溜め部に溜まった水とフィルター部材に付着、残留した水とがつながることになり、表面張力と重力によってフィルター部材内に滞留した水が、フィルターの底部に形成された連通フィルター部材を介して、水溜め部に排出されることになる。そして、水溜め部に溜まった水が流体導入経路に流れ落ちる際、水溜め部に溜まった水が呼び水となり、フィルターの底部に形成された連通フィルター部材を介して、フィルター部材に付着、残留した水分を排出することができる。【0037】
また、本発明のフィルター装置は、前記水溜め部の底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、水溜め部の底面が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているので、水溜め部の水が、重力によって流体導入経路に排出されやすくなる。
【0038】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターの内側の底面よりも低い側面位置まで、前記フィルターのフィルター部材が延設されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルターの内側の底面よりも低い側面位置まで、フィルターのフィルター部材が延設されているので、水溜め部の水位が低い状態でも、このフィルター部材の延設部分を介して、フィルターのフィルター部材内に滞留した水と、水溜め部に溜まった水とがつながることになる。
【0039】
従って、表面張力と重力によってフィルター部材内に滞留した水が、このフィルター部材の延設部分を介して、水溜め部に排出され、水溜め部に溜まった水が流体導入経路に流れ落ちる際、水溜め部に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材に付着、残留した水分を排出することができる。【0040】
また、本発明のフィルター装置は、前記水溜め部が、前記フィルター室に形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、水溜め部を、フィルター室を形成するフィルターハウジングに、例えば、溝加工などによって形成することができ、水溜め部の形成のための加工が容易となる。
【0041】
また、本発明のフィルター装置は、前記水溜め部が、前記フィルターの内部に形成されていることを特徴とする。このように構成することによって、水溜め部を、フィルターの内部に形成するので、水溜め部を、フィルター室を形成するフィルターハウジングに形成する必要がないので、フィルターハウジングに、溝加工などの特別な加工が不要で、加工の手間が省け、コストを低減することができる。
【0042】
なお、前述したように、フィルター室に形成した水溜め部とともに、このようなフィルターの内部に水溜め部を形成しても良い。また、本発明のフィルター装置は、前記水溜め部に、親水処理が施されていることを特徴とする。
【0043】
このように構成することによって、水溜め部に、親水処理が施されているので、水溜め部に溜る水が球状にならず流れやすくなり、水溜め部に溜まった水が流体導入経路に流れ落ちやすくなり、フィルター部材に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。【0044】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターのフィルター部材の下方部分に、親水処理が施されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルターのフィルター部材の下方部分に、親水処理が施されているので、フィルター部材の下方部分に付着、残留した水分が、球状にならず流れやすくなり、重力の作用によって排出しやすくなる。
【0045】
また、本発明のフィルター装置は、前記フィルターのフィルター部材の上方部分に、撥水処理が施されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルターのフィルター部材の上方部分に、撥水処理が施されているので、フィルターのフィルター部材の上方部分に付着した水分が撥水処理により弾かれて、フィルター部材の上方部分（メッシュ部分）に残留することなく、重力の作用によって、フィルター部材の下方部分に引き寄せられるため、フィルター部材に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。
【0046】
しかも、フィルターのフィルター部材の下方部分に、親水処理が施されている場合には、フィルターのフィルター部材の上方部分に付着し、撥水処理により弾かれた水分が、親水処理が施されたフィルターのフィルター部材の下方部分により引き寄せられるため、フィルター部材に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。【0047】
また、本発明は、前述のいずれかに記載のフィルター装置を備えたことを特徴とする制御弁である。このように構成することによって、本発明の制御弁を、例えば、燃料電池システムの排出経路のパージ弁などに用いた場合に、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材の凍結によるフィルター自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。
【0048】
また、本発明の制御弁は、前記フィルター室を構成するフィルターハウジングとフィルターとの間に、弾性部材が介装されていることを特徴とする。このように構成することによって、フィルター室を構成するフィルターハウジングとフィルターとの間に、弾性部材が介装されているので、制御弁の作動による振動、すなわち、弁体が弁座に離接することによる振動などがフィルターに伝わり、弾性部材で保持されたフィルターが振動して、フィルター部材に付着、残留した水分が排出し易くなる。
【0049】
また、本発明の制御弁は、前記制御弁の弁体とフィルターとが連結されていることを特徴とする。このように構成することによって、制御弁の弁体とフィルターとが連結されているので、制御弁の作動によって、直接フィルターが振動して、フィルター部材に付着、残留した水分がより排出し易くなる。
【0050】
また、本発明は、前述のいずれかに記載のフィルター装置を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする燃料電池システムである。このように構成することによって、例えば、燃料電池システムの排出経路のパージ弁などに用いた場合に、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材の凍結によるフィルター自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。
【0051】
本発明は、前述のいずれかに記載の制御弁を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする燃料電池システムである。このように構成することによって、例えば、燃料電池システムの排出経路のパージ弁などに用いた場合に、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材の凍結によるフィルター自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。
【0052】
しかも、フィルターと制御弁が一体になっているので、燃料電池システムを小型化できる。【発明の効果】
【0053】
本発明によれば、フィルターの下方に設けられた水溜め部を備えることによって、水溜め部に保持される水が増え、水溜め部の液面が、フィルターのフィルター部材まで到達すると、水溜め部に溜まった水とフィルター部材に付着、残留した水とがつながることになる。【0054】
これにより、表面張力と重力によってフィルター部材内に滞留した水が、水溜め部に排出され、水溜め部に溜まった水が流体導入経路に流れ落ちる際、水溜め部に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材に付着、残留した水分を排出することができる。【0055】
従って、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材の凍結によるフィルター自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。【0056】
しかも、従来のように、複雑な制御、解凍用ヒーターなどの熱源も不要で、安価でコンパクトな、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、燃料電池システムを提供することができる。【図面の簡単な説明】
【0057】
【発明を実施するための形態】
【0058】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。【実施例1】
【0059】
図１は、本発明のフィルター装置が適用される燃料電池システムの概略図、図２は、本発明のフィルター装置の実施例の概略縦断面図、図３は、図２のフィルター装置のＡ−Ａ線での概略断面図、図４は、図２のフィルター装置のＢ−Ｂ線での水溜め部の水位が適正である時の概略断面図、図５は、図２のフィルター装置のＣ部の部分拡大断面図、図６は、図２のフィルター装置のＢ−Ｂ線での水溜め部の水位が不適正である時の概略断面図である。【0060】
図１において、符号１０は、全体で本発明のフィルター装置が適用される燃料電池システムを示している。図１に示したように、燃料電池システム１０では、固体高分子型燃料電池本体である燃料電池スタック１２を備えている。
【0061】
この燃料電池スタック１２には、燃料ガス供給源である水素タンク１４から、燃料ガスである水素ガスが供給されるアノード（水素極）１６を備えている。また、燃料電池スタック１２には、酸化剤ガスである空気が、コンプレッサー１８を介して供給されるカソード（空気極）２０が備えられている。【0062】
燃料ガスである水素ガスは、高圧水素ガスとして、水素タンク１４に貯留されており、水素タンク１４から供給される高圧水素ガスは、水素圧力調整弁２２によって、燃料電池の運転圧力まで減圧され、水素供給流路２４を介して、アノード１６へ供給される。【0063】
アノード１６で消費されなかった余剰の水素ガスは、水素循環ポンプ２６を介して、水素循環流路２８によって、水素供給流路２４に還流されて、水素タンク１４から供給される水素ガスと混合され、アノード１６へ供給されるようになっている。【0064】
一方、酸化剤ガスとしての空気は、図示しないエアフィルターを介して、コンプレッサー１８を介して圧縮され、圧縮した空気が、空気供給流路３０を介して、カソード２０へ供給されるようになっている。【0065】
そして、カソード２０で、空気中の酸素が反応に使用され、残りの空気は、空気圧を調整する空気圧力調整弁３２を介して排出されるようになっている。また、燃料電池スタック１２には、燃料電池スタック１２の温度を所定の温度に保つために、冷却水などの冷却流体を循環する冷却系が設けられている。すなわち、ラジエーター３４で冷却された冷却流体が、冷却水ポンプ３６を介して、冷却流体循環経路３８、４０を介して、燃料電池スタック１２を冷却するように循環される。
【0066】
また、水素循環流路２８には、余剰の水素ガスを外部に排出するための排出経路４２が分岐されており、この排出経路４２を開閉するための、例えば、電磁弁を用いたパージ弁４４が配置されている。【0067】
そして、水素循環流路２８を流れる流体中には、異物などの不純物が含まれる場合があるため、排出経路４２のパージ弁４４の上流側には、本発明のフィルター装置５０が設けられている。【0068】
なお、図中、符号４６は、水捨弁、４８は、コントロールユニットを示している。このコントロールユニットは、例えば、ＣＰＵなどの演算処理装置から構成され、予め記憶装置に別途記憶された種々のデーター、プログラムに基づいて、コンプレッサー１８、水素圧力調整弁２２、水素循環ポンプ２６、空気圧力調整弁３２、ラジエーター３４、冷却水ポンプ３６、パージ弁４４、水捨弁４６などの作動を制御するように構成されている。
【0069】
本発明のフィルター装置５０は、図２に示したように、上部ハウジング５２と、下部ハウジング５４とを備えており、これらの上部ハウジング５２と下部ハウジング５４との間は、シール部材５６によりシールされている。【0070】
下部ハウジング５４には、図２に示したように、水素循環流路２８の分岐経路２８ａに接続され、流体を導入する流体導入経路５８が形成されている。この流体導入経路５８は、下部ハウジング５４の下方側部から、上方に傾斜してフィルター室６０の下方からフィルター室６０に至るように形成されている。
【0071】
すなわち、流体導入経路５８の上方端部５８ａは、下部ハウジング５４の上方部分中央に形成されたフィルター室６０と連通するように構成されている。このフィルター室６０内には、図２、図３に示したように、流体導入経路５８から導入された流体を透過させて、流体中の、例えば、ゴミなどの異物を除去するためのフィルター６２が収容されている。【0072】
フィルター６２は、図２、図３に示したように、有底で略円筒形状のフィルター本体６４を備えている。そして、このフィルター本体６４の４本の縦枠部材６４ａの間に形成された開口部６４ｂを覆うようにフィルター本体６４の側周部に装着された、例えば、メッシュなどのフィルター部材６６を備えている。【0073】
なお、フィルター本体６４と上部ハウジング５２との間には、シール部材６８が介装されている。また、フィルター６２の上部には、上部ハウジング５２に、フィルター６２を通過した流体を排出する流体排出経路７０が形成されており、この流体排出経路７０が、排出経路４２のパージ弁４４に接続されている。また、この流体排出経路７０は、上方に延びる第１の流体排出経路７０ａと、下方に傾斜するように、上部ハウジング５２の側部に至る第２の流体排出経路７０ｂとから構成されている。
【0074】
さらに、図２に示したように、フィルター６２の下方のフィルター本体６４の底部６４ｃの周囲には、断面略三角形で溝形状の水溜め部７２が、下部ハウジング５４のフィルター室６０の下端の隅角部に形成されている。【0075】
このように、水溜め部７２が、下部ハウジング５４のフィルター室６０に形成されているので、水溜め部７２を、フィルター室６０を形成する下部ハウジング５４に、例えば、溝加工などによって形成することができ、水溜め部７２の形成のための加工が容易となる。【0076】
すなわち、水と気体からなる湿潤流体が、フィルター６２を通過する際、一部の水はフィルター６２のフィルター部材６６を通過せず、表面張力によってフィルターのフィルター部材６６内に滞留することになる。この状態で低温下に放置した場合に、フィルター部材６６内に滞留した水が、表面張力によってフィルター部材６６の全体に広がり、フィルター部材６６の流路（メッシュ）全体を凍結によって閉塞させてしまうことになる。【0077】
これに対して、本願発明のように、フィルター６２の下方に設けられた水溜め部７２を備えることによって、水溜め部７２に保持される水が増え、水溜め部７２の液面が、フィルター６２のフィルター部材６６まで到達すると、水溜め部７２に溜まった水とフィルター部材６６に付着、残留した水とがつながることになる。【0078】
これにより、表面張力と重力によってフィルター部材６６内に滞留した水が、水溜め部７２に排出され、水溜め部７２に溜まった水が流体導入経路５８に流れ落ちる際、水溜め部７２に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材６６に付着、残留した水分を排出することができる。【0079】
なお、水溜め部７２の底面７２ａと流体導入経路５８とが連通しているため、水溜め部に溜まった水自体も、流体導入経路５８へ同時に排出されるようになっている。従って、システム停止後に低温下に放置した場合にも、フィルター部材６６の凍結による閉塞を、迅速かつ確実に防止することができ、また、フィルター部材６６の凍結によるフィルター６２自体の破損も防止できるとともに、燃料電池システムの起動を迅速に行うことができる。
【0080】
しかも、従来のように、複雑な制御、解凍用ヒーターなどの熱源も不要で、安価でコンパクトな、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置５０を提供することができる。【0081】
この場合、図２に示したように、水溜め部７２の底面７２ａが 、フィルター６２のフィルター部材６６の上端面６６ａよりも下方に位置するように形成されるとともに、流体導入経路５８の下面５８ｂが、水溜め部７２の底面７２ａよりも下方に位置するように形成されているのが望ましい。【0082】
このように構成することによって、水溜め部７２の底面７２ａが 、フィルター６２のフィルター部材６６の上端面６６ａよりも下方に位置するように形成されているので、システム運転中に、水溜め部７２に溜まる水の水位が、フィルター６２のフィルター部材６６の下端面６６ｂよりも上となるように、水溜め部７２に溜まる水の水位を、フィルター６２の外径、フィルター室６０の内径、および流体導入経路５８により決定することができる。【0083】
すなわち、フィルター６２とフィルター室６０の側壁６０ａとの隙間寸法Ｊ１を所定の寸法となるように構成（調整）することにより、水溜め部７２に溜まる水に作用する表面張力を制御し、水が流体導入経路５８に流れ落ちるのを抑制するようにすればよい。これにより、システム運転中に、水溜め部７２に溜まる水の水位を容易に設定することができる。【0084】
具体的には、例えば、図３〜図５に示したように、水溜め部の水位をＫ１にしたい場合には、流体導入経路５８の水溜め部７２の周長をＬ１、フィルター室６０の内径Ｄ１の水溜め部７２の周長をＭ１、単位長さ当りの水の表面張力をγとすると、流体導入経路５８の水溜め部７２の周長Ｌ１と、フィルター室６０の内径Ｄ１の水溜め部７２の周長Ｍ１に作用する水の表面張力は、
Ｆ１＝（Ｌ１＋Ｍ１）・γとなる。
【0085】
そして、この水の表面張力Ｆ１に対して打ち勝ち、傾斜角θの流体導入経路５８を流れ落ちる最小の水の体積Ｗは、重力加速度をＧとすると、Ｗ＝Ｆ１／（Ｇ・Ｃｏｓθ）で求まる。
【0086】
この時のＷは、図３に示したように、フィルター６２の中に溜まる水の体積Ｗ１と、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間に溜まる水Ｗ２の和、すなわち、Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２である。
【0087】
ところで、Ｗ１は、フィルター６２の内径寸法Ｄ２と、フィルター６２を浸す水位で決まるものである。従って、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間に溜まる水Ｗ２が、所望の水位Ｋ１となるように、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間の隙間寸法Ｊ１を調整し設定すれば良い。
【0088】
ここで、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間の隙間寸法Ｊ１を大きくし過ぎると（図６のＪ２参照）、図６に示したように、水溜め部７２の水位が、所望のＫ１まで達せず、水位Ｋ２となってしまう。【0089】
これにより、フィルター６２のフィルター部材６６の下端面６６ｂよりも下の位置となり、水溜め部７２の水とフィルター部材６６のメッシュ内の水とがつながらないことになってしまい、フィルター部材６６に付着、残留した水分を排出することができないことになる。【0090】
従って、前述したように、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間に溜まる水Ｗ２が、所望の水位Ｋ１となるように、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間の隙間寸法Ｊ１を調整し設定すれば良い。【0091】
この場合、フィルター６２と下部ハウジング５４のフィルター室６０の側壁６０ａとの間の隙間寸法Ｊ１としては、特に限定されるものではないが、上記の表面張力を考慮すれば、流体導入経路５８の内径を５〜２０ｍｍとした時に、１〜２０ｍｍの範囲に設定するのが望ましい。【0092】
なお、流体導入経路５８、第２の流体排出経路７０ｂのように、傾斜を設けることで、水分を配管の下方側へ流すことができる。この場合、流体導入経路５８の傾斜角θとしては、特に限定されるものではないが、上記の排出効果を考慮すれば、３０°〜６０°の範囲に設定するのが望ましい。
【0093】
また、図２、図４〜図５に示したように、水溜め部７２の底面７２ａが、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているのが望ましい。このように構成することによって、水溜め部７２の底面７２ａが、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているので、水溜め部７２の水が、重力によって流体導入経路５８に排出されやすくなる。
【0094】
この傾斜角αとしては、特に限定されるものではないが、上記の排出効果を考慮すれば、４５°〜７５°の範囲に設定するのが望ましい。また、この場合、フィルター６２のフィルター部材６６の材質としては、特に限定されるものではなく、フィルター機能を有するものであれば、ＳＵＳなどのステンレス製のメッシュ、多孔質のフィルターなど従来公知の種々の材料から構成することができる。
【0095】
また、フィルター６２のフィルター本体６４の材質としても、特に限定されるものではなく、合成樹脂、ＳＵＳなどのステンレスなどの金属など公知の材質から構成することができる。【0096】
また、フィルター部材６６は、一層のフィルター部材６６とするのが排水機能を考慮すれば望ましいが、多層であっても良いことはもちろんである。また、この実施例では、フィルター６２は、略円筒形状のフィルター本体６４としたが、円錐形状、角錐形状、多角形形状など種々の形状とすることができる。
【0097】
なお、流体導入経路５８、ならびに、流体排出経路７０に、撥水処理を施すのが、水分が流れやすくなるので望ましい。このような撥水処理としては、従来公知の撥水処理が使用可能であって、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂によるフッ素処理などの撥水処理を施すのが、水分が流れやすくなるので望ましい。
【0098】
また、水溜め部７２に、親水処理が施されているのが望ましい。このように水溜め部７２に、親水処理を施すことにより、水溜め部７２に溜る水が球状にならず流れやすくなり、水溜め部７２に溜まった水が流体導入経路５８に流れ落ちやすくなり、フィルター部材６６に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。
【0099】
また、フィルター６２のフィルター部材６６の下方部分に、親水処理が施されているのが望ましい。このようにフィルター６２のフィルター部材６６の下方部分に、親水処理を施すことにより、フィルター部材６６の下方部分に付着、残留した水分が、球状にならず流れやすくなり、重力の作用によって排出しやすくなる。
【0100】
この場合、親水処理としては、特に限定されるものではなく、従来公知の親水処理が使用可能であって、例えば、酸化ケイ素をアルコールなどの溶剤に溶解・分散させコーティングする方法などを採用することができる。【0101】
また、フィルター６２のフィルター部材６６の上方部分に、撥水処理が施されているのが望ましい。このようにフィルター６２のフィルター部材６６の上方部分に、撥水処理を施すことによって、フィルター６２のフィルター部材６６の上方部分に付着した水分が撥水処理により弾かれて、フィルター部材６６の上方部分（メッシュ部分）に残留することなく、重力の作用によって、フィルター部材６６の下方部分に引き寄せられるため、フィルター部材６６に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。
【0102】
しかも、フィルター６２のフィルター部材６６の下方部分に、親水処理が施されている場合には、フィルター６２のフィルター部材６６の上方部分に付着し、撥水処理により弾かれた水分が、親水処理が施されたフィルター６２のフィルター部材６６の下方部分により引き寄せられるため、フィルター部材６６に付着、残留した水分を効果的に排出することができる。【0103】
なお、この実施例では、流体導入経路５８から、水と気体からなる湿潤流体を導入して、フィルター６２を通過させ、流体排出経路７０から湿潤流体を排出するようにしたが、逆に、流体排出経路７０から湿潤流体を導入して、フィルター６２を通過させ、流体導入経路５８から湿潤流体を排出するようにすることももちろん可能である。【実施例2】
【0104】
図７は、本発明のフィルター装置の別の実施例のフィルター６２を示す概略縦断面図である。この実施例のフィルター６２は、図１〜図５に示した実施例１のフィルター６２と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0105】
この実施例のフィルター６２では、図７に示したように、フィルター６２の内側底面、すなわち、フィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅが、外側に向かって下方に傾斜するように形成されている。【0106】
このようにフィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅが、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているので、フィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅの傾斜で、水がフィルター６２の内側底面から外に抜けやすくなる。【0107】
また、図７の二重のハッチングの部分で示したように、フィルター６２の内側底面６４ｅとフィルター部材６６との間に溜る水位は、水とフィルター部材６６との表面張力により上昇する。【0108】
この際、フィルター６２の内側底面６４ｅは傾斜を形成するために隆起しているので、前述の表面張力による水位の上昇に加え、このフィルター６２の内側底面６４ｅの隆起の分、より水位は上昇することになる。【0109】
その結果、フィルター６２の内側底面６４ｅとフィルター部材６６との間に溜る水の水位が上昇するので、重力によって、フィルター部材６６に付着、残留した水分をフィルター６２内から排出しやすくなる。【0110】
さらに、フィルター６２の内部（フィルターの内側底面）に滞留した水の凍結によって、フィルター６２自体が破損するのを防止することもできる。なお、この場合、フィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅの傾斜角βとしては、特に限定されるものではないが、上記の排出効果を考慮すれば、１５°〜６０°の範囲に設定するのが望ましい。
【実施例3】
【0111】
図８は、本発明のフィルター装置の別の実施例を示す概略縦断面図、図９は、図８のフィルター装置のＤ部分の部分拡大図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１〜図５に示した実施例１のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0112】
この実施例のフィルター装置５０では、図８〜図９に示したように、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに、水溜め部７２と連通する連通フィルター部材７４が形成されている。また、フィルター本体６４の底部６４ｃには、縦枠部材６４ａが下方に延設した延設部６４ｄが形成され、これにより、フィルター本体６４の底部６４ｃにも水溜め部７２が形成されている。【0113】
なお、図８〜図９では、説明の便宜上、連通フィルター部材７４を符号のみで示している。このようにフィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに、フィルター６２の内部と水溜め部７２とを連通する連通フィルター部材７４が形成されているので、水溜め部７２の水位が高くなると、フィルター６２のフィルター部材６６内に滞留した水は、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに形成された連通流路７６を介して、水溜め部７２と連通することになる。
【0114】
これにより、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに形成された連通フィルター部材７４を介して、水溜め部７２に溜まった水とフィルター部材６６に付着、残留した水とがつながることになる。【0115】
これにより、表面張力と重力によってフィルター部材６６内に滞留した水が、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに形成された連通フィルター部材７４を介して、水溜め部に排出されることになる。【0116】
そして、水溜め部７２に溜まった水が流体導入経路５８に流れ落ちる際、水溜め部７２に溜まった水が呼び水となり、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに形成された連通フィルター部材７４を介して、フィルター部材６６に付着、残留した水分を排出することができる。なお、水溜め部７２の底面７２ａと流体導入経路５８とが連通しているため、水溜め部に溜まった水自体も、流体導入経路５８へ同時に排出される。【実施例4】
【0117】
図１０は、本発明のフィルター装置の別の実施例を示す概略縦断面図、図１１は、図１０のフィルター装置のＥ部分の部分拡大図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１〜図５に示した実施例１のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0118】
この実施例のフィルター装置５０では、図１０〜図１１に示したように、フィルター６２の内側の底面、すなわち、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅよりも低い側面位置まで、フィルター６２のフィルター部材６６が延設された延設部６６ｃを備えている。【0119】
このようにフィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅよりも低い側面位置まで、フィルター６２のフィルター部材６６が延設された延設部６６ｃを備えているので、水溜め部７２の水位が低い状態でも、このフィルター部材６６の延設部６６ｃを介して、フィルター６２のフィルター部材６６内に滞留した水と、水溜め部７２に溜まった水とがつながることになる。【0120】
従って、表面張力と重力によってフィルター部材６６内に滞留した水が、このフィルター部材６６の延設部６６ｃを介して、水溜め部７２に排出され、水溜め部７２に溜まった水が流体導入経路５８に流れ落ちる際、水溜め部７２に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材６６に付着、残留した水分を排出することができる。【0121】
なお、水溜め部７２の底面７２ａと流体導入経路５８とが連通しているため、水溜め部に溜まった水自体も、流体導入経路５８へ同時に排出される。なお、図１１に示したように、このフィルター部材６６の延設部６６ｃの端部６６ｄは、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに埋設状態で装着されており、フィルター部材６６が抜け落ちるのが防止されるようになっている。
【実施例5】
【0122】
図１２は、本発明のフィルター装置の別の実施例を示す概略縦断面図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１〜図５に示した実施例１のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0123】
この実施例のフィルター装置５０では、図１２に示したように、別の水溜め部７８が、フィルター６２の内部に、すなわち、フィルター本体６４の底部６４ｃに形成されている。【0124】
これにより、フィルター６２のフィルター部材６６内に滞留した水と、水溜め部７８に溜まった水とがつながり、水溜め部７８から溢れた水が、水溜め部７２に排出され、水溜め部７２に溜まった水が流体導入経路５８に流れ落ちる際、水溜め部７８に溜まった水が呼び水となり、フィルター部材６６に付着、残留した水分を排出することができる。なお、水溜め部７２の底面７２ａと流体導入経路５８とが連通しているため、水溜め部に溜まった水自体も、流体導入経路５８へ同時に排出される。【0125】
なお、図１２のフィルター装置５０では、水溜め部７２とフィルター６２の内部に形成した水溜め部７８との２つの水溜め部を形成したが、フィルター６２の内部に形成した水溜め部７８のみとすることも可能である。【0126】
この場合には、水溜め部７８を、フィルター６２の内部に形成するので、水溜め部を、フィルター室６０を形成するフィルターハウジングに形成する必要がないので、フィルターハウジングに、溝加工などの特別な加工が不要で、加工の手間が省け、コストを低減することができる。【実施例6】
【0127】
図１３は、本発明のフィルター装置を制御弁に適用した別の実施例を示す概略縦断面図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１〜図５に示した実施例１のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0128】
この実施例のフィルター装置５０では、上部ハウジング５２と下部ハウジング５４を一体としたフィルターハウジング５１とし、このフィルターハウジング５１の上方部分中央に弁室８２を形成している。また、弁室８２に連通するように、流体排出経路７０が下方外側に傾斜するように形成されている。【0129】
そして、フィルターハウジング５１に、図１３に示したように、制御弁８０の弁体８４を備えた電磁弁型の制御部８６を装着することによって、制御弁８０を組み立てている。また、この制御弁８０の制御部８６は、図１３に示したように、駆動部８８が挿通された電磁コイル９０を備えている。
【0130】
そして、電磁コイル９０は、巻線が巻かれたボビン９２とボビン９２の周囲を囲むようにモールド樹脂９４でモールドされている。さらに、図１３に示したように、電磁コイル９０は、磁気フレーム９６の内部に装着され、磁気フレーム９６を介して駆動部に固定されている。【0131】
すなわち、磁気フレーム９６の底板部９８の中央部に形成された駆動部挿通孔１００、ボビン９２の駆動部挿通孔１０２に、駆動部８８が挿通されている。そして、駆動部８８の吸引子１０４の上部に形成された締結ボルト１０６が、磁気フレーム９６の上板部１０８の中央部に形成されたボルト挿通孔１１０に挿通され、ナット１１２によって螺合されている。【0132】
これにより、電磁コイル９０が駆動部８８に挿通して固定され、制御弁８０の制御部８６が構成されている。なお、駆動部８８は、プランジャーケース１１４を備え、このプランジャーケース１１４内に上下に移動可能に、弁体８４を固定したプランジャー１１６を備えている。そして、吸引子１０４とプランジャー１１６との間に、プランジャー１１６を下方に、すなわち、弁座１１８の方向に弁体８４を付勢する付勢バネ１２０が介装されている。
【0133】
さらに、プランジャーケース１１４の下端外周には、シール部材１２２が装着されたシール枠部材１２４が固着され、磁気フレーム９６の底板部９８の締結孔１２８とフィルターハウジング５１に形成した締め付け孔１３０を介して、締め付けボルト１３２でフィルターハウジング５１に装着されている。【0134】
さらに、シール枠部材１２４の下方には、ダイヤフラム固定部材１３４がシール部材１３５を介装した状態で固定されており、このダイヤフラム固定部材１３４を介して、ダイヤフラム１３６が弁体８４に装着されている。【0135】
また、図１３に示したように、フィルター室６０を構成するフィルターハウジング５１とフィルター６２との間に、Ｏリング形状の弾性部材１３８が介装されている。このような制御弁８０は、電磁コイル９０に通電することにより、プランジャー１１６が、付勢バネ１２０に抗して吸引子１０４方向に移動し、プランジャー１１６に連結された弁体８４が、弁座１１８から離反して、弁口が開放されるようになっている。
【0136】
また、電磁コイル９０への通電を遮断することにより、プランジャー１１６が、付勢バネ１２０の付勢力により、吸引子１０４から離反する方向に移動し、プランジャー１１６に連結された弁体８４が、弁座１１８に当接して、弁口が閉止されるようになっている。【0137】
このように構成することによって、制御弁８０の作動による振動、すなわち、弁体８４が弁座１１８に離接することによる振動などがフィルター６２に伝わり、弾性部材１３８で保持されたフィルター６２が振動して、フィルター部材６６に付着、残留した水分が排出し易くなる。これにより、フィルター部材６６に付着、残留した水分の凍結による制御弁８０の流体の流れが阻害されるのを防止することができる。【0138】
すなわち、制御弁８０の作動による振動がフィルターに加速度Ａを与え、前述した水の表面張力Ｆ１に対して打ち勝ち、傾斜角θの流体導入経路５８を流れ落ちるための最小の水の体積の式は、Ｗ＝Ｆ１／［（Ｇ＋Ａ）・Ｃｏｓθ］となる。
【0139】
すなわち、重力加速度Ｇに、制御弁８０の作動による振動がフィルターに加速度Ａが加わる分、少量の水でフィルター部材６６に付着、残留した水分の排出が可能となる。なお、弾性部材１３８としては、弾性を有するものであれば、上記のようなＯリング形状以外にも、皿ばね、コイルばねなど公知の弾性部材を使用することができる。
【0140】
また、この実施例のフィルター装置５０では、制御弁８０として、電磁弁に適用した実施例について説明したが、制御弁であれば、特に限定されるものではなく、電動弁、三方弁などその他の制御弁にも適用可能である。【実施例7】
【0141】
図１４は、本発明のフィルター装置を制御弁に適用した別の実施例を示す概略縦断面図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１３に示した実施例６のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0142】
この実施例のフィルター装置５０では、図１４に示したように、制御弁８０の弁体８４とフィルター６２とが連結されている。すなわち、弁体８４が下方に延設された連結軸部１４０によって、その先端部１４２において、かしめ加工によって、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃに固定されている。【0143】
また、フィルター６２のフィルター本体６４の底部６４ｃとフィルターハウジング５１との間には、フィルター６２の上下振動のための間隙１３７が形成されている。また、図１３に示した実施例６のフィルター装置５０の弾性部材１３８は設けられていない。
【0144】
このように構成することによって、制御弁８０の弁体８４とフィルター６２とが連結されているので、制御弁８０の作動によって、直接フィルター６２が振動して、フィルター部材６６に付着、残留した水分がより排出し易くなる。【実施例8】
【0145】
図１５は、本発明のフィルター装置を制御弁に適用した別の実施例を示す概略縦断面図である。この実施例のフィルター装置５０は、図１３に示した実施例６のフィルター装置５０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0146】
この実施例のフィルター装置５０では、図１５に示したように、図１３に示した実施例６のフィルター装置５０の弾性部材１３８は設けられていない。また、図７に示した実施例２のフィルター装置５０と同様に、フィルター６２の内側底面、すなわち、フィルター本体６４の底部６４ｃの内側底面６４ｅが、外側に向かって下方に傾斜するように形成されている。
【0147】
さらに、フィルター６２の交換が容易となるように、フィルターハウジング５１の下端にフィルター固定用開口部１４４が形成され、このフィルター固定用開口部１４４に、シール部材１４６を介装して、フィルター固定プラグ１４８が螺着されている。【0148】
また、図１５に示したように、水溜め部７２の底面７２ａ、すなわち、フィルターハウジング５１の下端とフィルター固定プラグ１４８との間には、連通用間隙１５０が形成され、この連通用間隙１５０と流体導入経路５８とを連通する排出用連通孔１５２が形成されている。【0149】
これにより、連通用間隙１５０、排出用連通孔１５２を介して、フィルター部材６６に付着、残留した水分が流体導入経路５８に、より排出し易くなる。すなわち、この実施例のフィルター装置５０では、水溜め部７２だけでなく、連通用間隙１５０にも水が溜まることになる。しかしながら、排出用連通孔１５２が設けられているので、流体導入経路５８を流れ落ちる水と、連通用間隙１５０に溜まった水とが、排出用連通孔１５２を介して、つながることになる。
【0150】
これにより、流体導入経路５８から水が流れ落ちる際、流体導入経路５８から流れ落ちる水が呼び水となって、連通用間隙１５０に溜まった水が排出されることになる。その結果、この実施例のフィルター装置５０では、水溜め部７２とフィルター部材６６に付着した水との呼び水効果（一回目）だけでなく、流体導入経路５８から流れ落ちる水と連通用間隙１５０に溜まった水とで発生する呼び水効果（二回目）が発生し、合計２回の呼び水効果が発生することになる。
【0151】
このように、合計２回の呼び水効果が発生することにより、フィルター部材６６に付着した水だけでなく、水溜め部７２の水をより確実に取り除くことができる。以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明のフィルター装置５０を、パージ弁４４の上流側に配置した実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、図示しないが、水捨弁４６の上流側および、空気圧力調整弁３２の上流側に配置しても、同様な効果を得られる。
【0152】
また、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、本発明のフィルター装置５０を、燃料電池システム１０に適用した実施例について説明したが、流体中に水分を含むシステムの湿潤流体流路であれば、燃料電池システム１０に限らず配置することが可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。【産業上の利用可能性】
【0153】
本発明は、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置されるフィルター装置であり、特に、湿潤流体の通路を開閉するパージ弁の上流側に配置され、流体中の異物を除去するためのフィルターとして好適なフィルター装置、およびフィルター装置を備えた制御弁、ならびに、燃料電池システムである。【符号の説明】
【0154】
１０ 燃料電池システム１２ 燃料電池スタック
１４ 水素タンク
１６ アノード
１８ コンプレッサー
２０ カソード
２２ 水素圧力調整弁
２４ 水素供給流路
２６ 水素循環ポンプ
２８ 水素循環流路
２８ａ 分岐経路
３０ 空気供給流路
３２ 空気圧力調整弁
３４ ラジエーター
３６ 冷却水ポンプ
３８、４０ 冷却流体循環経路
４２ 排出経路
４４ パージ弁
４６ 水捨弁
５０ フィルター装置
５１ フィルターハウジング
５２ 上部ハウジング
５４ 下部ハウジング
５６ シール部材
５８ 流体導入経路
５８ａ 上方端部
５８ｂ 下面
６０ フィルター室
６０ａ 側壁
６２ フィルター
６４ フィルター本体
６４ａ 縦枠部材
６４ｂ 開口部
６４ｃ 底部
６４ｄ 延設部
６４ｅ 内側底面
６６ フィルター部材
６６ａ 上端面
６６ｂ 下端面
６６ｃ 延設部
６６ｄ 端部
６８ シール部材
７０ 流体排出経路
７０ａ 第１の流体排出経路
７０ｂ 第２の流体排出経路
７２ 水溜め部
７２ａ 底面
７４ 連通フィルター部材
７６ 連通流路
７８ 水溜め部
８０ 制御弁
８２ 弁室
８４ 弁体
８６ 制御部
８８ 駆動部
９０ 電磁コイル
９２ ボビン
９４ モールド樹脂
９６ 磁気フレーム
９８ 底板部
１００ 駆動部挿通孔
１０２ 駆動部挿通孔
１０４ 吸引子
１０６ 締結ボルト
１０８ 上板部
１１０ ボルト挿通孔
１１２ ナット
１１４ プランジャーケース
１１６ プランジャー
１１８ 弁座
１２０ 付勢バネ
１２２ シール部材
１２４ シール枠部材
１２６ 蓋部材
１２８ 締結孔
１３０ 締め付け孔
１３２ ボルト
１３４ ダイヤフラム固定部材
１３５ シール部材
１３６ ダイヤフラム
１３７ 間隙
１３８ 弾性部材
１４０ 連結軸部
１４２ 先端部
１４４ フィルター固定用開口部
１４６ シール部材
１４８ フィルター固定プラグ
１５０ 連通用間隙
１５２ 排出用連通孔
２００ 燃料電池システム
２０２ 燃料電池スタック
２０４ 水素タンク
２０６ アノード
２０８ コンプレッサー
２１０ カソード
２１２ 水素圧力調整弁
２１４ 水素供給流路
２１６ 水素循環ポンプ
２１８ 水素循環流路
２２０ 空気供給流路
２２２ 空気圧力調整弁
２２４ ラジエーター
２２６ 冷却水ポンプ
２２８、２３０ 冷却流体循環経路
２３２ 排出経路
２３４ パージ弁