(57)【要約】【課題】燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御装置として好適に用いることができる流体圧力制御装置を提供する。【解決手段】水素ガス圧力制御弁１００は、第１ダイアフラム１２１と第２ダイアフラム１２２を挟んで背圧室１３１と調圧室１１１が設けられている。背圧室１３１には、制御用流入口１３５を介して加圧空気が流入する。また、背圧室１３１内の加圧空気は、制御用流出口１３７に連接して設けられている電磁弁２００によって排出される。制御装置は、入力信号に応じたデューティ比を有する電力パルスを、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背圧室と、前記背圧室に圧力制御用流体を流入する制御用流入口と、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口を有し、前記流出口から流出する流体の圧力を前記背圧室内の圧力に基づいて制御する流体圧力制御弁を備える流体圧力制御装置であって、
制御用排出口と、
前記背圧室内の圧力制御用流体を前記制御用排出口から排出する電磁弁と、
入力信号に基づいて前記電磁弁を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、入力信号に応じたデューティ比を有する電力パルスを前記電磁弁に供給することを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項２】
請求項1に記載の流体圧力制御装置であって、前記制御用流入口は、主制御用流入口と、前記主制御用流入口より前記背圧室側に配置され、前記主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口を備えていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体圧力制御装置であって、前記補助制御用流入口の開口面積が前記制御用排出口の開口面積より小さく設定されていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項４】
背圧室と、前記背圧室に圧力制御用流体を流入する制御用流入口と、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口を有し、前記流出口から流出する流体の圧力を前記背圧室内の圧力に基づいて制御する流体圧力制御弁を備える流体圧力制御装置であって、
制御用排出口と、
前記背圧室内の圧力制御用流体を前記制御用排出口から排出する電磁弁と、
前記電磁弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御用流入口の開口面積が前記制御用排出口の開口面積より小さく設定されていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体圧力制御装置であって、前記制御用流入口は、主制御用流入口と、前記主制御用流入口より前記背圧室側に配置され、前記主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口を備えており、前補助制御用流入口の開口面積が前記制御用排出口の開口面積より小さく設定されていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の流体圧力制御装置であって、前記背圧室内の圧力制御用流体を前記電磁弁に流出する制御用流出口を備え、前記制御用流出口の開口面積が前記制御用排出口の開口面積より大きく設定されていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の流体圧力制御装置であって、前記電磁弁が取り付けられる取付部を有し、前記電磁弁は、前記取付部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする流体圧力制御装置。
【請求項８】
燃料電池と、前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給装置と、前記燃料電池に水素を供給する水素供給装置と、前記水素供給装置から前記燃料電池に供給される水素の圧力を制御する水素圧力制御装置を備えている燃料電池自動車であって、前記水素圧力制御装置として請求項１〜７のいずれかに記載の流体圧力制御装置を用いていることを特徴とする燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体、例えば、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に供給する水素の圧力を制御する流体圧力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池発電システムを搭載した燃料電池自動車が開発されている。この燃料電池自動車は、燃料電池発電システムで発電された電力を走行モータに供給することにより駆動する。
燃料電池発電システムは、水素と酸素を電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、燃料電池に酸素を供給する酸素供給系と、燃料電池に水素を供給する水素供給系を備えている。
従来の、燃料電池自動車の水素供給系は、水素ガスを貯蔵する水素ボンベと、水素ボンベと燃料電池の間に設けられた遮断弁及びレギュレータ（水素圧力制御弁）を備えている。レギュレータは、背圧室と、水素ガスが流入する流入口と、水素ガスが流出する流出口を備えている。そして、背圧室には、酸素供給系から燃料電池に供給される空気が供給されている。これにより、レギュレータは、背圧室内の圧力に応じた圧力を有する水素ガスを流出口から流出する。また、背圧室内の空気を排出する電磁弁と、制御装置が設けられている。制御装置は、背圧室内の圧力を減圧する必要がある時に、電磁弁のソレノイドコイルに電力を供給して電磁弁を開制御し、背圧室内の空気を排出する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−１８５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のレギュレータは、燃料電池に供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御弁として好適な特性を有していない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に水素を供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御弁として用いた場合でも好適な特性を有する流体圧力制御弁あるいは流体圧力制御装置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】
【０００４】
前記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明の流体圧力制御装置は、流体圧力制御弁と制御装置を備えている。流体圧力制御弁は、背圧室と、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口を有し、流出口から流出する流体の圧力を背圧室内の圧力に応じて制御する。また、圧力制御用流体を背圧室に流入する制御用流入口と、背圧室内の圧力制御用流体を排出する制御用排出口と、背圧室内の圧力制御用流体を制御用排出口から排出する電磁弁を備えている。背圧室内の圧力は、制御用流入口から流入する圧力制御用流体の流量と、電磁弁を介して制御用排出口から排出される圧力制御用流体の流量によって決定される。制御装置は、流体圧力制御弁から流出する流体の圧力が入力信号に応じた圧力になるように電磁弁を制御する。
流体及び圧力制御用流体としては、例えば、燃料電池に供給する水素ガス及び空気が用いられる。
流体圧力制御弁としては、例えば、流入口及び流出口に連通している調圧室と、調圧室と背圧室の間に配設されたダイアフラムと、ダイアフラムの移動に連動して、流入口と流出口の間に配設されている流路を開く開位置と流路を閉じる閉位置の間で移動可能なバルブを有する制御弁が用いられる。
また、電磁弁としては、例えば、流入口と、流出口と、流入口と流出口の間に配設された流路を開く開位置と流路を閉じる閉位置の間で移動可能なバルブと、バルブを駆動する電磁力を発生するソレノイドコイルを有する電磁弁が用いられる。
制御用排出口は、例えば、電磁弁に設けられている噴射孔の排出口が対応する。
本発明の制御装置は、電磁弁のソレノイドコイルに、デューティ比を有する電力パルスを供給する。電磁弁のソレノイドコイルに供給する電力パルスのデューティ比は、入力信号（例えば、燃料電池自動車に設けられているアクセルペダルの踏込量）に応じたデューティ比が用いられる。
背圧室内の圧力変動等による制御性や応答性の低下を低減するためには、入力信号に応じたデューティ比を、流出圧力設定値と流出圧力検出値との比較結果や背圧設定値と背圧検出値との比較結果等に基づいて調整する方法を用いるのが好ましい。入力信号に応じたデューティ比、流出圧力設定値、背圧設定値は、例えば、燃料電池の特性、流体圧力制御弁の特性、燃料電池自動車の消費電力等に基づいて決定される。デューティ比を調整する方法としては種々の方法を用いることができる。
本発明の「入力信号に応じたデューティ比を有する電力パルスを供給する」構成には、入力信号に応じたデューティ比を、流出圧力の比較結果や背圧の比較結果等によって調整したデューティ比を有する電力パルスを供給する態様も包含される。
本発明では、流体圧力制御弁の背圧室から圧力制御用流体を排出する電磁弁のソレノイドコイルに、デューティ比を有する電力パルスを供給している。このため、デューティ比を変えることによって、背圧室から排出する圧力制御用流体の流量を連続的に制御することができる。これにより、流体圧力制御弁の背圧室内の圧力、したがって、流体圧力制御弁の流出口から流出する流体の圧力を連続的に精度よく制御することができ、流体圧力の制御性が向上する。
また、電磁弁のソレノイドコイルに、デューティ比を有する電力を供給することにより電磁弁の消費電力を低減することができる。これにより、電磁弁を小型化することができる。
本発明は、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御装置として好適に用いることができるが、他の流体の圧力を制御する流体圧力制御装置として用いることもできる。本発明を水素圧力制御装置として用いた場合には、燃料電池に供給する水素の圧力を適切に制御することができる。
【０００５】
本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明では、制御用流入口は、主制御用流入口と、主制御用流入口より背圧室側に配置され、主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口を備えている。補助制御用流入口は、例えば、主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する絞りとして形成される。
圧力制御用流体を、主制御用流入口から、主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口を介して背圧室に流入させることにより、背圧室内の圧力制御用流体が制御用排出口から排出制御される時に、背圧室内の圧力が脈動するのを防止することができる。
【０００６】
本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明では、補助制御用流入口の開口面積が、制御用排出口の開口面積より小さく設定されている。
補助制御用流入口の開口面積を制御用排出口の開口面積より小さくすることにより、背圧室内の圧力制御用流体の排出が容易となり、背圧室内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
【０００７】
本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明の流体圧力制御装置は、流体圧力制御弁と制御装置を備えている。流体圧力制御弁は、背圧室と、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口を有し、流出口から流出する流体の圧力を背圧室内の圧力に応じて制御する。また、圧力制御用流体を背圧室に流入する制御用流入口と、背圧室内の圧力制御用流体を排出する制御用排出口と、背圧室内の圧力制御用流体を制御用排出口に流出する電磁弁を有している。電磁弁は、制御装置によって制御される。
そして、本発明では、制御用流入口の開口面積が、制御用排出口の開口面積より小さく設定されている。
流体及び圧力制御用流体としては、例えば、燃料電池に供給する水素ガス及び空気が用いられる。
流体圧力制御弁としては、例えば、流入口及び流出口に連通している調圧室と、調圧室と背圧室の間に配設されたダイアフラムと、ダイアフラムの移動に連動して、流入口と流出口の間に配設されている流路を開く開位置と流路を閉じる閉位置の間で移動可能なバルブを有する制御弁が用いられる。
また、電磁弁としては、例えば、流入口と、流出口と、流入口と流出口の間に配設された流路を開く開位置と流路を閉じる閉位置の間で移動可能なバルブと、バルブを駆動する電磁力を発生するソレノイドコイルを有する電磁弁が用いられる。
制御用排出口は、例えば、電磁弁に設けられている噴射孔の排出口が対応する。
制御用流入口の開口面積と制御用排出口の開口面積の差は、適宜選択される。
制御用流入口の開口面積を制御用排出口の開口面積より小さく設定することにより、背圧室内の圧力制御用流体の排出が容易となり、背圧室内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
電磁弁の制御方法としては、デューティ比を有する電力パルスを電磁弁のソレノイドコイルに供給する方法を用いるのが好ましい。
本発明は、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御装置として好適に用いることができるが、他の流体の圧力を制御する流体圧力制御装置として用いることもできる。
【０００８】
本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明では、制御用流入口は、主制御用流入口と、主制御用流入口より背圧室側に配置され、主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口を備えている。そして、補助制御用流入口の開口面積が、制御用排出口の開口面積より小さく設定されている。補助制御用流入口は、例えば、主制御用流入口の開口面積より小さい開口面積を有する絞りとして形成される。
制御用流入口を、主制御用流入口と、主制御用流入口より背圧室側に配置され、主制御用流入口の開口面積より小さく、且つ、制御用排出口の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口により構成することにより、背圧室内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げることができるとともに、背圧室内の圧力が脈動するのを防止することができる。
【０００９】
本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明では、背圧室内の圧力制御用流体を電磁弁に流出する制御用流出口を備えている。そして、制御用流出口の開口面積が、制御用排出口の開口面積より大きく設定されている。
制御用流出口は、例えば、電磁弁を取り付ける取付部と背圧室との間に、制御用排出口の開口面積より大きい開口面積を有する絞りとして形成される。
制御用流出口の開口面積と制御用排出口の開口面積の差は、適宜選択される。
制御用流出口を設けることにより、電磁弁の取り付けが容易となる。そして、制御用流出口の開口面積を、制御用排出口の開口面積より大きくすることにより、背圧室内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げる効果を低減することなく、また、制御用流出口の圧損の影響を受けることなく、背圧室内の圧力制御用流体を電磁弁に流出することができる。
【００１０】
本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの流体圧力制御装置である。
本発明では、電磁弁が取り付けられる取付部が設けられており、電磁弁が取付部に着脱自在に取り付けられている。
電磁弁を着脱自在に取付可能とすることにより、製造が容易となる。また、電磁弁のみを交換することができる。
【００１１】
本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりの燃料電池自動車である。
本発明の燃料自動車は、燃料電池と、酸素供給装置と、水素供給装置と、水素圧力制御装置を備えている。そして、水素圧力制御装置として請求項１〜７のいずれかに記載の流体圧力制御装置を用いている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜７に記載の流体圧力制御装置を用いることにより、燃料電池に供給する水素の圧力を制御する水素圧力制御装置に好適な流体圧力制御装置を得ることができる。
また、請求項８に記載の燃料電池自動車を用いることにより、燃料電池に供給する水素の圧力を好適に制御することができる燃料電池自動車を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施の形態の流体圧力制御装置は、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池に供給する水素ガスの圧力を制御する水素ガス圧力制御装置として用いている。このため、先ず、本実施の形態の流体圧力制御装置が用いられる、燃料電池自動車の燃料電池発電システムの概略構成を、図１を参照して説明する。
燃料電池自動車２は、イグニッションスイッチ４、アクセルペダル６、燃料電池発電システム１０等を有している。イグニッションスイッチ４、アクセルペダル６は、燃料電池発電システム１０の制御装置６０と接続されている。
燃料電池発電システム１０は、水素ガスと酸素ガスを電気化学的に反応させて発電するシステムである。燃料電池自動車２は、燃料電池発電システム１０によって発電された電力を走行モータに供給することによって走行する。
燃料電池発電システム１０は、燃料電池３０、燃料電池３０に水素を供給する水素供給系、燃料電池３０に空気を供給する空気供給系を備えている。
【００１４】
水素供給系は、水素供給装置１２、遮断弁１４、水素ガス圧力制御弁１００等により構成されている。
水素供給装置１２は、典型的には、高圧の水素ガスを貯蔵する水素ボンベにより構成される。水素ガスボンベには、例えば、最大で７０ＭＰａの水素が貯蔵される。なお、水素供給装置１２には、水素ガスボンベから供給される水素ガスの圧力を降圧するレギュレータや、水素ガスボンベからの水素ガスの供給及び供給の停止を行うための遮断弁等が設けられることもある。
水素供給装置１２は、ガス配管５０を介して遮断弁１４に接続されている。遮断弁１４は、ガス配管５１を介して水素ガス圧力制御弁１００に接続されている。そして、水素ガス圧力制御弁１００は、ガス配管５２を介して燃料電池３０に接続されている。
ガス配管５２には、水素ガス圧力制御弁１００から流出する水素ガスの圧力（流出圧力あるいは噴射圧力）を検出する圧力センサ１６が設けられている。また、水素ガス圧力制御弁１００の背圧室内の圧力（背圧）を検出する圧力センサ１８が設けられている。水素ガス圧力制御弁１００については後述する。なお、圧力センサ１６と１８の少なくとも一方が設けられていればよい。
制御装置６０は、圧力センサ１６によって検出された流出圧力（噴射圧力あるいは２次側圧力）検出信号、圧力センサ１８によって検出された背圧検出信号、イグニッションスイッチ４の動作状態を示す動作検出信号、アクセルセンサ（図示省略）によって検出されたアクセルペダル６の踏込量検出信号等が入力される。そして、制御装置６０は、入力信号に基づいて、遮断弁１４、水素ガス圧力制御弁１００を制御する。本実施の形態では、制御装置６０は、遮断弁１４、水素ガス圧力制御弁１００に供給する駆動電力を制御している。
なお、制御装置６０は、これ以外の種々の制御を行う。
本実施の形態では、水素ガス圧力制御弁１００が本発明の「流体圧力制御弁」に対応し、水素ガス圧力制御弁１００、圧力センサ１６、１８及び制御装置６０によって本発明の「流体圧力制御装置」が構成されている。
また、酸素供給系は、空気供給装置３２により構成されている。空気供給装置３２は、コンプレッサや加湿モジュール等を有し、酸素を含んでいる空気を空気配管５４を介して供給する。本実施の形態では、酸素供給系は、空気供給系として構成されている。
【００１５】
燃料電池３０の内部には、水素ガス通過経路３０ａと空気通過経路３０ｂが形成されている。この水素ガス通過経路３０ａには、水素供給系からの水素ガスがガス配管５２を介して流入する。また、空気通過経路３０ｂには、空気供給系からの空気が空気配管５４を介して流入する。
燃料電池３０は、水素ガス通過経路３０ａに流入した水素ガスと、空気通過経路３０ｂに流入した空気に含まれている酸素を電気化学的に反応させて発電する。燃料電池３０で発電された電力は、燃料電池自動車２の駆動（走行）エネルギー等として用いられる。
なお、酸素供給系（空気供給装置３２の酸素供給側）は、空気配管５６を介して水素ガス圧力制御弁１００の背圧室にも接続されている。これにより、水素ガス圧力制御弁１００は、燃料電池３０への酸素の供給が開始された後に作動するように構成されている。
【００１６】
燃料電池発電システム１０は、制御装置６０によって以下のように動作する。
イグニッションスイッチ４がオンされると、制御装置６０は、空気供給装置３２を作動させる。これにより、酸素が燃料電池３０に供給される。また、空気供給装置３２の作動により、空気配管５６を介して空気が水素ガス圧力制御弁１００の背圧室に供給され、水素ガス圧力制御弁１００の背圧室内の圧力が上昇する。背圧室内の圧力は、水素ガス圧力制御弁１００に設けられている電磁弁２００（図２、図３参照）によって制御される。
また、遮断弁１４を開制御する。これにより、水素供給装置１２から水素ガス配管５０、遮断弁１４、水素ガス配管５１を介して、水素ガスが水素ガス圧力制御弁１００に供給される。
また、制御装置６０は、アクセルセンサからの踏込量検出信号によりアクセルペダル６の踏込量を、圧力センサ１６からの流出圧力検出信号により、水素ガス圧力制御弁１００から流出する水素ガスの流出圧力を、あるいは、圧力センサ１８からの背圧検出信号により背圧室内の背圧を判別する。そして、アクセルペダル６の踏込量、流出圧力あるいは背圧に基づいてデューティ比を決定し、決定したデューティ比を有する電力パルスを水素ガス圧力制御弁１００に設けられている電磁弁２００のソレノイドコイル２１４（図２、図３参照）に供給する。制御装置６０による水素ガス圧力制御弁１００の制御方法については後述する。
一方、イグニッションスイッチ４がオフされると、制御装置６０は、遮断弁１４を閉制御し、水素供給装置１２から燃料電池３０への水素ガスの供給を停止する。また、空気供給装置３２の作動を停止し、酸素供給装置３２から燃料電池３０への酸素の供給を停止する。さらに、水素ガス圧力制御弁１００の電磁弁２００を開状態に制御し、水素ガス圧力制御弁１００の背圧室内の空気を排出する。
【００１７】
次に、本実施の形態の水素ガス圧力制御弁１００の構成を、図２及び図３を参照して説明する。図２は水素ガス圧力制御弁１００の全体構成を示す断面図である。また、図３は、電磁弁２００の全体構成を示す断面図である。
図２に示すように、水素ガス圧力制御弁１００は、下部ボディ１１０と上部ボディ１２０からなるボディと、カバー１３０を有している。
カバー１３０には背圧室１３１が形成され、下部ボディ１１０には調圧室１１１が形成されている。そして、背圧室１３１と調圧室１１１の間には、第１ダイアフラム１２１と第２ダイアフラム１２２が配設されている。
図２では、第１ダイアフラム１２１の周縁が、カバー１３０と上部ボディ１２０によって挟持されている。そして、第１ダイアフラム１２１の中央部が、第１プレート１４１と第２プレート１４２によって挟持されている。
また、第２ダイアフラム１２２の周縁が、上部ボディ１２０と下部ボディ１１０によって挟持されている。そして、第２ダイアフラム１２２の中央部が、第２プレート１４２とホルダ１４３によって挟持されている。
【００１８】
ホルダ１４３には、連結軸１４７が一体に形成されている。そして、第１プレート１４１と第２プレート１４２の中央部の孔に連結軸１４７を挿通した後、連結軸１４７にナット１４８が取り付けられる。これにより、第１プレート１４１及び第２プレート１４２が、ホルダ１４３に取り付けられる。
カバー１３０には、スプリング保持部材１３２と第１プレート１４１との間に調圧スプリング１３３が配設されている。この調圧スプリング１３３は、第１ダイアフラム１２１と第２ダイアフラム１２２を、図２の下方の向き（弁が開く方向）に移動させる付勢力を発生する。調圧スプリング１３３の付勢力は、調整ねじ１３４によって調整することができる。
【００１９】
第１ダイアフラム１２１、第２ダイアフラム１２２、上部ボディ１２０及び第２プレート１４２によって、大気室１２３が形成されている。また、上部ボディ１２０には、大気ポート１２４が形成されている。これにより、大気室１２３内の圧力は、大気圧に維持されている。
【００２０】
また、カバー１３０には、背圧室１３１内に加圧空気を流入する制御用流入口が設けられている。制御用流入口は、主制御用流入口１３５と、主制御用流入口１３５より背圧室１３１側に配置されている補助制御用流入口１３６により構成されている。補助制御用流入口１３６の開口面積は、主制御用流入口１３５の開口面積より小さく設定されている。本実施の形態では、補助制御用流入口１３６は、主制御用流入口１３５の開口面積より小さい開口面積を有する絞りとして形成されている。主制御用流入口１３５の開口面積と補助制御用流入口１３６の開口面積の差（割合を含む）等は、適宜選択される。
制御用流入口を、主制御用流入口１３５と、主制御用流入口１３５より背圧室１３１側に配置され、主制御用流入口１３５の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６とにより構成することにより、加圧空気が背圧室１３１内に一度に大量に流入するのを防止することができる。これにより、電磁弁２００によって背圧室１３１内の加圧空気の排出が制御される場合に、背圧室１３１内の圧力が脈動するのを防止することができ、水素ガス圧力制御弁１００から流出する水素ガスの圧力制御精度が向上する。
また、カバー１３０には、電磁弁２００を取り付けるための取付部１３８が設けられている。そして、背圧室１３１内の加圧空気を、取付部１３８に取り付けられた電磁弁２００に流出するために、背圧室１３１と取付部１３８に連接する制御用流出口１３７が設けられている。取付部１３８には、電磁弁２００が、着脱自在に取り付けられる。電磁弁２００については、後述する。
本実施の形態では、水素ガスが本発明の「流体」に対応し、加圧空気が本発明の「圧力制御用流体」に対応する。また、主制御用流入口１３５と補助制御用流入口１３６により本発明の「制御用流入口」が構成されている。
【００２１】
下部ボディ１１０には、遮断弁１４を介した水素ガスが流入する流入口（図示省略）が設けられている。この流入口は、弁体１５１ｂとバルブシート１５２のシール面との当接が解除されている状態（弁が開いている状態）の時に、バルブシート１５２の軸中心部に形成されている流路１５２ａ及びプラグ１５３の軸中心部に形成されている流路１５３ａを介して調圧室１１１に連通する。なお、弁体１５１ｂとバルブシート１５２のシール面が当接すると、流入口と調圧室１１１との連通は解除される。
また、水素ガスが流出する流出口１１３が、調圧室１１１に連通して設けられている。
【００２２】
下部ボディ１１０には、上方（調圧室１１１側）が開放された凹部１１５が形成されている。
凹部１１５の底部（図２では下方）には、金属性のバルブシート１５２が配設されている。そして、バルブシート１５２は、プラグ１５３によって、凹部１１５の底部に固定されている。例えば、プラグ１５３を凹部１１５にねじ結合することによって、バルブシート１５２が凹部１１５の底部に固定されている。
バルブシート１５２の軸中心部及びプラグ１５３の軸中心部には、水素ガスの流路１５２ａ及び１５３ａが形成されている。
【００２３】
また、下部ボディ１１１には、バルブ１５１の移動を案内する案内部１１６が、凹部１１５の底部に段差状に形成されている。案内部１１６には、バルブ１５１が、軸方向（図２では、弁が開閉する上下方向）に移動可能に配設されている。
バルブ１５１は、軸部１５１ａ、弁体１５１ｂ、ロッド１５１ｃを有している。弁体１５１ｂは、バルブシート１５２のシール面に当接する当接面を有している。図２では、弁体１５１ｂの上面が当接面であり、バルブシート１５２の下面がシール面である。
弁体１５１ｂの当接面には、弾性材料により形成されたシール部材１４６が設けられている。シール部材１４６は、環状の突部を有している。シール部材１４６は、弁が開いている状態では、弁体１５１ｂの当接面から突出するように配設されている。そして、弁体１５１ｂの当接面とバルブシート１５２のシール面が当接する時（弁が閉じる時）には、先ず、シール部材１４６の先端部がバルブシート１５２のシール面に当接する。そして、シール部材１４６が弾性変形した後、弁体１５１ｂの当接面とバルブシート１５２のシール面が当接する。
【００２４】
ロッド１５１ｃは、バルブシート１５２に形成されている流路１５２ａ及びプラグ１５３に形成されている流路１５３ａを貫通した状態で、ホルダ１４３に取り付けられる。これにより、バルブ１５１は、第１ダイアフラム１２１及び第２ダイアフラム１２２と連動して移動する。
軸部１５１ａと案内部１１６の間には、プレート１５４、Ｏリング１５５が設けられている。さらに、プレート１５４と弁体１５１ｂとの間には、スプリング１５６が配設されている。スプリング１５６は、バルブ１５１を、図２に示す上方（弁が閉じる方向）に向けて移動させる付勢力を発生する。
なお、案内部１１６の下部は、バランスポート１１７を介して流出口１１３と連通している。これにより、流出口１１３を流出する水素ガスの圧力が、バルブ１５１を図２で示す上方（弁が閉じる方向）に移動させるように作用する。したがって、スプリング１５６の付勢力を低減することができ、小型のスプリング１５６を用いることができる。
【００２５】
次に、取付部１３８に着脱自在に取り付けられる電磁弁２００の構成を図３を参照して説明する。
電磁弁２００は、磁性材により、ほぼ円筒状に形成されているコア２１０を有している。コア２１０の内部側には流路２１１が形成されている。流路２１１の制御用流出口１３７側には、ストレーナ（フィルタ）２１５が設けられている。また、コア２１０の外周部には、フランジ２１２が形成されている。
コア２１０の外周には、ほぼ円筒状のボビン２１３が配設されている。ボビン２１３は合成樹脂等の電気絶縁材により形成され、ソレノイドコイル２１４が巻かれている。
コア２１０の外周領域には、ターミナルを取り囲むソケット部２５１を有する受電用コネクタ２５０が設けられている。受電用コネクタ２５０は、合成樹脂等の電気絶縁材により形成されている。ソレノイドコイル２１４は、ソケット部２５１のターミナルに電気的に接続されている。このソケット部２５１には、前述した制御装置６０（図１参照）の給電用コネクタ（図示省略）が接続される。これにより、ターミナルを介して、ソレノイドコイル２１４に電力が供給される。
【００２６】
ボビン２１３の外周側には、磁性材により形成されたボディ２２０が配設されている。ボディ２２０には、通路２１１に連通している凹部２２１が形成されている。
凹部２２１内には、ストッパ２２２、カラー２２３、可動弁（バルブ）２４０を支持する支持プレートとしての板バネ２４２、リング２２４およびバルブシート２３０が順次組み付けられている。
バルブシート２３０は、非磁性体からなり、軸方向一端面（図３の下方）に当接面が形成されている。バルブシート２３０の軸中心部には、噴射孔２３１が形成されている。バルブシート２３０は、ボディ２２０の凹部２２１内に嵌合されている。これにより、ストッパ２２２、カラー２２３、板バネ２４２の外周およびリング２２４が、ボディ２２０の内側フランジ部とバルブシート２３０との間に挟持される。なおバルブシート２３０の噴射孔２３１は、下流側に向かって順に絞り部（内径が順次減少する）、同径部（内径がほぼ同じ）、拡張部（内径が順次増加する）を有している。
【００２７】
ストッパ２２２は、磁性材により、リング状に形成されている。ストッパ２２２は、ボディ２２０の凹部２２１内に嵌合され、かつボディ２２０の内側フランジ部に当接している。カラー２２３は、例えばステンレス材により、リング状に形成されている。カラー２２３は、ボディ２２０の凹部２２１内に嵌合され、かつストッパ２２２の外周部に当接している。リング２２４は、例えばステンレス材により、リング状に形成されている。リング２２４は、ボディ２２０の凹部２２１内に嵌合され、かつ板バネ２４２の外周部と当接している。リング２２４は、バルブシート２３０がボディ２２０の凹部２２１に固定されることによって、板バネ２４２の外周部をカラー２２３に押圧している。これにより、板バネ２４２の外周部は、カラー２２３とリング２２４との間に挟持される。
【００２８】
また板バネ２４２の内周部には、前後両面に跨り当該内周部を被覆する弾性体がインサート成形によって設けられている。板バネ２４２の内周部には、適数個（６個）の孔が周方向に等間隔で設けられ、この孔を通して前後の弾性体が連結されている。弾性体の内径は、可動弁２４０の主部の外径よりも若干小さく形成されている。すなわち、可動弁２４０は、その主部が弾性体に締まり嵌めによって取り付けられる。
これにより、板バネ２４２は、可動弁２４０を、当該可動弁２４０の外周面をボディ２２０の内周面等に非接触状態で、すなわち、フローティング状態で支持する。そして、可動弁２４０が軸方向（弁を開閉する方向）に移動されるときに弾性変形する。
【００２９】
可動弁２４０の当接面には、弾性材により形成されたシール部材２４３が設けられている。シール部材２４３は、環状の突部を有しており、通常状態（弁が開いている時）では、突部の先端が当接面より突出するように配設されている。そして、可動弁２４０がバルブシート２３０のシール面に当接する時には、先ず、突部の先端部がシール面に当接する。そして、突部が弾性変形した後、可動弁２４０の当接面がバルブシート２３０のシール面に当接する。
可動弁２４０は、スプリング２４４によって、噴射孔２３１を閉じる方向に移動する付勢力が加えられている。スプリング２４４の付勢力は、調整部材（図示省略）によって調整することが可能である。
なお、可動弁２４０がスプリング２４４の付勢力によって閉位置（弁を閉じる位置）に位置している時に、板バネ２４２の付勢力が、可動弁２４０を開方向（弁が開く方向）に移動させる力として作用するように構成されている。これにより、可動弁２４０と板バネ２４２との接触状態が、常時維持される。なお、板バネ２４２の付勢力は、スプリング２４４の付勢力に比べてはるかに小さいため、スプリング２４４の付勢力による可動弁２４０の閉弁動作が損なわれることはない。
【００３０】
バルブシート２３０に形成されている噴射孔２３１の下流側端部には、制御用排出口２３２が形成されている。
ここで、制御用排出口２３２の開口面積は、補助制御用流入口１３６の開口面積より大きく設定されている。このように、制御用排出口２３２の開口面積を補助制御用流入口１３６の開口面積より大きく設定することにより、制御弁２００による背圧室１３１内の加圧空気の制御用排出口２３２からの排出が容易となる。したがって、背圧室１３１内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
制御用排出口２３２の開口面積と補助制御用流入口１３６の開口面積との差（割合を含む）等は適宜選択される。
また、制御用流出口１３７の開口面積は、制御用排出口２３２の開口面積より大きく設定されている。本実施の形態では、制御用流出口１３７は、電磁弁２００を取り付ける取付部１３８と背圧室１３１との間に、制御用排出孔２３２の開口面積より大きい開口面積を有する絞りとして形成されている。
制御用流出口１３７の開口面積を制御用排出口２３２の開口面積より大きく設定することにより、背圧室１３１内の圧力制御幅（ダイナミックレンジ）を広げる効果を低減することなく、また、制御用流出口１３７の圧損の影響を受けることなく、背圧室１３１内の加圧空気を電磁弁２００に流出することができる。
制御用流出口１３７の開口面積と制御用排出孔２３２の開口面積との差（割合を含む）等は適宜選択される。
【００３１】
次に、本実施の形態の流体用制御弁１００の動作を説明する。
いま、背圧室１３１内に加圧空気が流入していない時には、バルブ１５１が図２の上方（弁が閉じる方向）に移動するように、調圧スプリング１３３及びスプリング１５６の付勢力等が設定されているものとする。この場合、弁体１５１ｂはバルブシート１５２と当接している（弁が閉じられている）。
制御用流入口１３５及び補助制御用流入口１３６を介して背圧室１３１に加圧空気が流入すると、背圧室１３１内の圧力が増加し、第１ダイアフラム１２１及び第２ダイアフラム１２２が下方に移動する。これに連動して、バルブ１５１が下方に移動し、弁体１５１ｂとバルブシート１５２が離間する（弁が開く）。これにより、水素ガスは、流入口からバルブシート１５２の流路１５２ａ、プラグ１５３の流路１５３ａを介して調圧室１１１に導入され、流出口１１３から流出する。
この状態で、調圧室１１１内の圧力が増加すると、第１ダイアフラム１２１及び第２ダイアフラム１２２が上方に移動する。これに連動して、バルブ１５１が上方に移動し、弁体１５１ｂがバルブシート１５２と当接する。これにより、流入口から調圧室１１１への水素ガスの流入、したがって、流出口１１３からの水素ガスの流出が停止する。
そして、調圧室１１１内の水素ガスの圧力が低下すると、第１ダイアフラム１２１及び第２ダイアフラム１２２が下方に移動する。これにより、再び、水素ガスが調圧室１１１を介して流出口１１３から流出する。
以上の動作を繰り返すことによって、調圧室１１１内の水素ガスの圧力、すなわち、流出口１１３から流出する水素ガスの圧力（流出圧力）が背圧室１３１内の圧力に対応する圧力に制御される。
【００３２】
ここで、流出口１１３から流出する水素ガスの圧力（流出圧力）は、背圧室１３１内の圧力によって定まる。背圧室１３１内の圧力は、背圧室１３１内の加圧空気を制御用流出口１３７から流出させることによって調整することができる。この場合、制御用流出口１３７を開あるいは閉制御する方法では、背圧室１３１内の圧力を適切に（高速及び高精度に）制御することができない。
そこで、本実施の形態では、制御用流出口１３７に連接して配設されている電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に、制御可能なデューティ比を有する電力パルスを供給する方法（デューティ制御）を用いている。
なお、デューティ制御は、ソレノイドコイル２１４に供給する電力パルスの周期Ｔと、電力パルスの幅（オン時間）ｔとの比（デューティ比＝ｔ／Ｔ×１００％）を制御する制御方法である。
この場合、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力パルスのデューティ比を変えることによって、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を連続的に変更することができ、電磁弁２００の開度量、すなわち、電磁弁２００の制御用排出孔２３２から排出される加圧空気の流量を連続的に変更することができる。
そして、電磁弁２００の制御用排出孔２３２から排出される加圧空気の量を連続的に変更することができれば、水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力を連続的に変更することができ、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力を適切に制御することができる。すなわち、流出口１１３から流出する水素ガスの圧力の制御性を向上させることができる。この場合、背圧室１３１内の圧力を連続的に制御することができることにより、流出口１１３から流出する水素ガスの圧力制御の応答性も向上する。
また、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力をデューティ制御することにより、電磁弁２００を小型に構成することができ、水素ガス圧力制御弁１００全体を小型化することができる。
【００３３】
次に、制御装置６０により水素ガス圧力制御弁１００を制御する方法について説明する。
燃料電池３０に供給する水素ガスの圧力（あるいは流量）を、アクセルペダル６の踏込量に応じて（例えば、踏込量に比例して）制御する制御方法の一実施の形態を説明する。
燃料電池（ＦＣ：fuel  cell）３０の動作特性を図５に示す。図５は、燃料電池３０の出力（発電量）Ｗに対する流出圧力（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力）Ｐ、すなわち、燃料電池３０に供給される水素ガスの圧力の特性を示している。
図５に示す燃料電池３０の動作特性から、燃料電池３０から所定の出力（電力）を発生させるために必要な水素ガスの流出圧力がわかる。
【００３４】
また、水素ガス圧力制御弁１００の動作特性を図６に示す。図６は、流出圧力（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力）Ｐに対する水素流量（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの流量）Ｑの特性を示している。
図６に示す水素ガス圧力制御弁１００の動作特性から、流出圧力（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力）を所定値とするために必要な水素流量（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの流量）がわかる。
また、水素ガス圧力制御弁１００の動作特性を図７に示す。図７は、水素流量（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの流量）Ｑに対する背圧（エア圧）（水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力）Ｐａの特性を示している。
図７に示す水素ガス圧力制御弁１００の動作特性から、水素流量（水素ガス圧力制御弁１００の流出口１３から流出する水素ガスの流量）を所定値とするために必要な、背圧（水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力）がわかる。
また、水素ガス圧力制御弁１００の制御特性を図８に示す。図８は、背圧（エア圧）（水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力）Ｐａに対するデューティ比（電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力パルスのデューティ比）の特性を示している。
図８に示す水素ガス圧力制御弁１００の制御特性から、背圧（水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力）を所定値に設定するためのデューティ比（電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力パルスのデューティ比）がわかる。
また、アクセルペダル６の踏込量に応じて燃料電池自動車２で消費される電力は、予め求めることができる。
したがって、アクセルペダル６の踏込量に対応する電力を燃料電池３０から発生させるために必要な流出圧力を図５に示す燃料電池の特性から決定し、決定した流出圧力を得るために必要なデューティ比を図６〜図８に示す水素ガス圧力制御弁１００の特性から決定することができる。そして、決定したデューティ比を有する電力パルスを電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給することによって、アクセルペダル６の踏込量に対応する電力を燃料電池３０から発生させることができる。
【００３５】
次に、制御装置６０によって水素ガス圧力制御弁１００（具体的には、電磁弁２００）を制御する方法の一実施の形態を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
なお、図４のフローチャートで示す制御方法では、背圧室１３１内の圧力の変動等による制御性の低下や応答性の低下を低減するために、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比を、アクセルペダル６の踏込量に対応する流出圧力設定値（噴射圧力設定値）と流出圧力（噴射圧力）との比較結果に応じて調整する方法が用いられている。このため、制御装置６０（例えば、制御装置６０がアクセス可能な記憶回路）には、図５に示す燃料電池の特性、図６〜図８に示す水素ガス圧力制御弁１００の特性、アクセルペダル６の踏込量に応じた燃料電池自動車２の消費電力に基づいて、アクセルペダル６の踏込量に対応する電力を燃料電池３０から発生させるための流出圧力設定値（噴射圧力設定値）Ｘ及びデューティ比がマップデータベースに記憶されているものとする。また、制御装置６０には、圧力センサ１６により検出された流出圧力（噴射圧力）が入力されている。
【００３６】
ステップＳ１では、イグニッションスイッチ４がオンしたか否かを判断する。イグニッションスイッチ４がオンしたか否かは、例えば、イグニッションスイッチ４の動作を示す動作信号に基づいて判別する。イグニッションスイッチ４がオンした場合にはステップＳ２に進み、オンしていない場合には待機する。
ステップＳ２では、始動処理を実行する。例えば、遮断弁１４のソレノイドコイルに電力を供給し、遮断弁１４を開放状態に制御する。
次に、ステップＳ３では、圧力センサ１６により検出されている、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出されている水素ガスの流出圧力を読み込む。
また、ステップＳ４では、マップデータベースから、アクセルペダル６の踏込量に応じた流出圧力設定値Ｘ及びデューティ比を読み込む。この時、アクセルペダル６が踏込まれていないため、アイドリング状態に対応した流出圧力設定値Ｘ及びデューティ比を読み込む。
そして、制御装置６０は、読み込んだデューティ比を有する電力パルスを、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する。
【００３７】
ステップＳ５では、ステップＳ３で読み込んだ流出圧力が、ステップＳ４で読み込んだ流出圧力設定値Ｘを超えているか否か（流出圧力＞流出圧力設定値Ｘ）を判断する。流出圧力が流出圧力設定値Ｘを超えている場合にはステップＳ６に進み、流出圧力が流出圧力設定値Ｘを超えていない場合（流出圧力≦流出圧力設定値Ｘ）にはステップＳ７に進む。
ステップＳ６では、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力のデューティ比を上げた後、ステップＳ３に戻る。これにより、電磁弁２００の開度量が増加し、背圧室１３１内の圧力、したがって、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力が減少する。ステップＳ６でデューティ比を上げる量は、適宜設定される。
ステップＳ７では、流出圧力が流出圧力設定値Ｘ未満であるか否か（流出圧力＜流出圧力設定値Ｘ）を判断する。流出圧力が流出圧力設定値Ｘ未満である場合にはステップＳ８に進み、流出圧力が流出圧力設定値Ｘ未満でない場合（流出圧力＝流出圧力設定値Ｘ）にはステップＳ３に戻る。
ステップＳ８では、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力のデューティ比を下げた後、ステップＳ３に戻る。これにより、電磁弁２００の開度量が減少し、背圧室１３１内の圧力、したがって、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出する水素ガスの圧力が増加する。ステップＳ８でデューティ比を下げる量は、適宜設定される。
【００３８】
なお、ステップＳ３では、アクセルペダル６の踏込量が変化したか否かを判断する。そして、アクセルペダル６の踏込量が変化した場合には、アクセルペダル６の踏込量に対応する流出圧力設定値Ｘ及びデューティ比を読み込み、読み込んだ流出圧力設定値Ｘ及びデューティ比に基づいて、ステップＳ５〜Ｓ８の処理を実行する。
また、図示していないが、ステップＳ３〜Ｓ９の途中に、イグニッションスイッチ４がオフしたか否かを判断するステップが設けられている。イグニッションスイッチ４がオフした場合には、停止処理を実行する。例えば、遮断弁１４を閉じる。また、電磁弁２００を開状態とし、背圧室１３１内の加圧空気を排出する。
図４に示す制御方法では、アクセルペダルの踏込量に対応するデューティ比を、アクセルペダルの踏込量に対応する流出圧力設定値と流出圧力との比較結果に基づいて調整することによってデューティ比を決定している。これにより、背圧室１３１内の圧力変動等による制御性や応答性の低下を低減している。
なお、図４に示す制御方法では、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比を、流出圧力設定値と流出圧力との比較結果に基づいて調整したデューティ比を有する電力パルスをソレノイドコイル２１４に供給しているが、基本的には、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比を有する電力パルスをソレノイドコイル２１４に供給するものである。したがって、図４に示す制御方法は、アクセルペダルの踏込量に対応するデューティ比を有する電力パルスをソレノイドコイル２１４に供給する制御方法に含まれる。
【００３９】
図４に示すフローチャートでは、背圧室１３１内の圧力（背圧）の変動等による制御性や応答性の低下を低減するために、アクセルペダル６の踏込量に対応する流出圧力設定値Ｘと圧力センサ１６で検出された流出圧力との比較結果によって、アクセルペダルの踏込量に対応するデューティ比を調整する方法を用いた。
ここで、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１３から流出する水素ガスの流出圧力は、背圧室１３１内の圧力（背圧）によって決定される。したがって、背圧設定値と背圧との比較結果によってデューティ比を調整する方法を用いることもできる。
この場合には、前述したマップデータベースには、図５に示す燃料電池の特性、図６〜図８に示す水素ガス圧力制御弁１００の特性、アクセルペダル６の踏込量に応じた燃料電池自動車２の消費電力に基づいて、アクセルペダル６の踏込量に対応する電力を燃料電池３０から発生させるための背圧設定値Ｙ及びデューティ比が記憶される。また、制御装置６０には、圧力センサ１８により検出された背圧（背圧室１３１内の圧力）が入力される。
【００４０】
本実施の形態では、図４に示すフローチャートは以下のように変更される。
ステップＳ３では、圧力センサ１８により検出されている、水素ガス圧力制御弁１００の背圧室１３１内の圧力（背圧）を読み込む。
ステップＳ４では、アクセルペダル６の踏込量に対応する背圧設定値Ｙ及びデューティ比をマップデータベースから読み取る。そして、読み取ったデューティ比を有する電力パルスを電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する。
そして、ステップＳ５では、背圧が背圧設定値Ｙを超えているか否かを判断する。また、ステップＳ７では、背圧が背圧設定値Ｙ未満であるか否かを判断する。
【００４１】
また、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比を、アクセルペダル６の踏込量に応じた流出圧力設定値Ｘと流出圧力との比較結果、あるいは、アクセルペダル６の踏込量に応じた背圧設定値と背圧との比較結果に基づいて調整する。
ここで、背圧室１３１内の圧力変動等による影響を考慮する必要がない場合には、前記比較結果に基づいた調整を行うことなく、アクセルペダル６の踏込量に応じたデューティ比を有する電力パルスを電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給してもよい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、水素ガス圧力制御弁１００に設けられている電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比を有する電力パルスが供給される。この時、燃料電池３０からアクセルペダル６の踏込量に比例した電力が発生するようにデューティ比が設定される。
したがって、燃料電池３０に供給する水素ガスの圧力を適切に制御することができ、制御性が向上する。
この時、アクセルペダル６の踏込量に対応する流出圧力設定値と流出圧力との比較結果に応じて、あるいは、アクセルペダル６の踏込量に対応する背圧設定値と背圧との比較結果に応じてデューティ比を調整する方法を用いることにより、背圧室内の圧力変動等による制御性や応答性の低下を低減することができる、これにより、制御性及び応答性をより向上させることができる。
また、デューティ比は、アクセルペダル６の踏込量に応じて連続的に変化するため、燃料電池３０に供給する水素ガスの圧力制御の応答性も向上する。
また、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力をデューティ制御することにより、電磁弁２００を小型化することができる。これにより、水素ガス圧力制御弁１００を小型化することができる。
また、加圧空気を、主制御用流入口１３５と、主制御用流入口１３５の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６を介して背圧室１３１に流入している。これにより、電磁弁２００によって背圧室１３１内の加圧空気の排出制御を行う場合に、背圧室１３１内の圧力の脈動を抑制することができる。したがって、水素ガス圧力制御弁１００の流出口１１３から流出される水素ガスの圧力を制度よく制御することができる。
また、補助制御用流入口１３６の開口面積を制御用排出口２３２の開口面積より小さく設定している。これにより、背圧室１３１内の圧力の制御範囲を広げることができる。さらに、制御用流出口１３７の開口面積を制御用排出口２３２の開口面積より大きく設定することにより、背圧室３１内の圧力の制御範囲を広げる効果が低減するのを防止するとともに、制御用流出口１３７の圧損の影響を受けるのを防止している。
また、電磁弁２００が取付部１３８に着脱自在に取り付けられている。これにより、水素ガス圧力制御弁１００の本体部と電磁弁２００を別々に製造することができるため、水素ガス圧力制御弁１００を容易に製造することができる。さらに、電磁弁２００の保守や交換も容易となる。
【００４３】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、制御用流入口を、制御用排出口２３２の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６のみで構成することもできる。
また、アクセルペダル６の踏込量に対応するデューティ比、流出圧力設定値、背圧設定値を記憶回路（例えば、マップデータベース）に記憶させる方法を用いたが、その都度算出する方法を用いることもできる。
また、制御装置６０は、アクセルペダル６の踏込量検出信号を入力し、アクセルペダル６の踏込量に応じて電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を制御したが、アクセルペダル６の踏込み量検出信号以外の種々の信号に応じて電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を制御することもできる。
また、電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を制御する方法は図４のフローチャートに示した方法に限定されない。
また、水素ガス圧力制御弁１００の構成は、図２に示した構成に限定されない。
また、電磁弁２００の構成は、図３に示した構成に限定されない。
また、燃料電池発電システム１０の構成は、図１に示した構成に限定されない。
また、本発明の流体圧力制御装置は、燃料電池に供給する水素の圧力を制御する場合に限定されず、種々の流体の圧力を制御する場合に適用することができる。
【００４４】
以上の実施の形態では、水素ガス圧力制御弁１００（流体圧力制御弁）に設けられている電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力をデューティ制御することによって良好な特性を有する流体圧力制御弁を得る場合について説明した。
本発明は、主制御用流入口１３５と、主制御用流入口１３５より背圧室１３１側に配置され、主制御用流入口１３５の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６を備える制御用流入口を設ける構成や、制御用排出口２３２の開口面積を制御用流入口（あるいは、制御用流入口に設けられている補助制御用流入口１３６）の開口面積より大きく設定する構成を用いることによっても、良好な特性を有する流体圧力制御弁を得ることができる。
すなわち、前述した特許文献１に記載されている従来の流体圧力制御弁は、良好な特性を有していない。
本発明は、良好な特性を有する流体圧力制御弁を備える流体圧力制御装置を得ることを目的とする。
【００４５】
本発明の実施の形態は、図２及び図３と同様の構成を有している。
本実施の形態では、前述したように、制御用流入口を、主制御用流入口１３５と、主制御用流入口１３５より背圧室１３１側に配置され、主制御用流入口１３５の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６により構成する。
これにより、加圧空気が背圧室１３１内に一度に大量に流入するのを防止することができる。したがって、電磁弁２００によって背圧室１３１内の加圧空気の排出が制御される場合に、背圧室１３１内の圧力が脈動するのを抑制することができ、水素ガス圧力制御弁１００から流出する水素ガスの圧力制御精度が向上する。
【００４６】
また、他の実施の形態では、制御用排出口２３２の開口面積を制御用流入口（制御用流入口が主制御用流入口１３５と補助制御用流入口１３６により構成されている場合には、補助制御用流入口１３６）の開口面積より大きく設定している。
これにより、背圧室１３１内の圧力の制御範囲を広げることができる。
なお、制御用流出口１３７の開口面積を制御用排出口２３２の開口面積より大きく設定することにより、背圧室３１内の圧力の制御範囲を広げる効果が低減するのを防止することができるとともに、制御用流出口１３７の圧損の影響を受けるのを防止することができる。
【００４７】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、制御用流入口を、制御用排出口２３２の開口面積より小さい開口面積を有する補助制御用流入口１３６のみで構成することもできる。
また、制御装置６０は、アクセルペダル６の踏込量検出信号を入力し、アクセルペダル６の踏込量に応じて電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を制御したが、アクセルペダル６の踏込み量検出信号以外の種々の信号に応じて電磁弁２００のソレノイドコイル２１４に供給する電力を制御することもできる。
また、水素ガス圧力制御弁１００の構成は、図２に示した構成に限定されない。
また、電磁弁２００の構成は、図３に示した構成に限定されない。
また、燃料電池発電システム１０の構成は、図１に示した構成に限定されない。
また、本発明の流体圧力制御装置は、燃料電池に供給する水素の圧力を制御する場合に限定されず、種々の流体の圧力を制御する場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】燃料電池自動車の概略構成図である。
【図２】本実施の形態の水素ガス圧力制御弁の全体構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態の電磁弁の全体構成を示す断面図である。
【図４】水素ガス圧力制御弁の制御動作を説明するフローチャートである。
【図５】燃料電池出力−水素流出圧力の関係を示すグラフである。
【図６】水素流出圧力−水素流量の関係を示すグラフである。
【図７】水素流量−背圧の関係を示すグラフである。
【図８】背圧−デューティ比の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
２  燃料電池自動車
４  イグニッションスイッチ
６  アクセルペダル
１０  燃料電池発電システム
１２  水素供給装置
１４  遮断弁
１６、１８  圧力センサ
３０  燃料電池
３０ａ  水素ガス通過経路
３０ｂ  空気通過経路
３２  空気供給装置
５２  ガス配管
５４、５６  空気配管
６０  制御装置
１００  水素ガス圧力制御弁
１１０  下部ボディ
１１１  調圧室
１１３  流出口
１１７  バランスポート
１２０  上部ボディ
１２１  第１ダイアフラム
１２２  第２ダイアフラム
１２３  大気室
１２４  大気ポート
１３０  カバー
１３１  背圧室
１３２  スプリング保持部材
１３３  調圧スプリング
１３４  調圧ねじ
１３５  主制御用流入口
１３６  絞り（補助制御用流入口）
１３７  絞り（制御用流出口）
１３８  取付部
１４１  第１プレート
１４２  第２プレート
１４３  ホルダ
１４６  シール部材
１５１  可動弁（バルブ）
１５１ａ  軸部
１５１ｂ  弁体
１５１ｃ  ロッド
１５２  バルブシート
１５３  プラグ
２００  電磁弁
２１０  コア
２１１、２４１  流路
２１３  ボビン
２１４  ソレノイドコイル
２１５  ストレーナ(フィルタ)
２２０  ボディ
２２１  凹部
２２２  ストッパ
２２３  カラー
２２４  リング
２３０  バルブシート
２３１  噴射孔
２３２  制御用排出口
２４０  可動弁（バルブ）     
２４４  スプリング
２５０  受電用コネクタ
２５１  ソケット部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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