(57)【要約】【課題】簡易な構成で効率的に燃料ガスの逆流を防止することができる高圧ガス供給システムを提供する。【解決手段】複数の高圧ガスタンクから燃料電池に燃料ガスを供給する高圧ガス供給システムにおいて、高圧ガスタンクの容量を異なるものとし、低容量の高圧ガスタンクに接続される燃料供給路に逆止弁および過流防止弁を設け、逆止弁の弁体と過流防止弁の弁体を一体的に集約して単一の弾性体により開閉方向に摺動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを供給する高圧ガス供給システムにおいて、
容量の異なる複数の高圧ガスタンクと、
高圧ガスタンクの開閉を制御する開閉弁と、
各々の高圧ガスタンクから高圧ガスを供給する複数の燃料供給路と、
複数の燃料供給路の合流部と、
を備え、
低容量の高圧ガスタンクに接続される燃料供給路は開閉弁下流に逆止弁及び過流防止弁を有し、
逆止弁と過流防止弁の弁体は背合わせに一体化されることを特徴とする燃料電池の高圧ガス供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧ガス供給システムにおいて、
一体化された逆止弁と過流防止弁の弁体は単一の弾性部材により開閉方向に付勢される高圧ガス供給システム。
【請求項３】
請求項１、２のいずれか一つに記載の高圧ガス供給システムにおいて、
前記逆止弁の前記弁体が移動して当接する弁座は、前記開閉弁により押圧固定されることを特徴とする高圧ガス供給システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の高圧ガス供給システムにおいて、
前記高圧ガスタンクは開口部に各々バルブアッセンブリを備え、
前記開閉弁、前記逆止弁及び前記過流防止弁はバルブアッセンブリに配設されることを特徴とする高圧ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスタンクに貯蔵された燃料ガスを燃料電池へ供給する高圧ガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気等の酸化ガスと水素等の燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池車両の開発が進められている。燃料電池車両において、水素ガスなどの燃料ガスは、例えば複数の高圧ガスタンクに充填して車両に搭載され、この複数の高圧ガスタンクから燃料電池に供給される。
【０００３】
この時、高圧ガスタンク各々に接続される複数の供給配管の間に差圧が生じる可能性があり、高圧側の供給配管から低圧側の供給配管へ燃料ガスが流入し、低圧側の供給配管にて燃料ガスの逆流が発生する。これにより高圧ガスタンクに組付けられるバルブに対して逆圧が印加され、バルブの劣化やかじりつきを引き起こすおそれがある。そのため、高圧ガスタンクに接続された供給配管において、燃料ガスの逆流を防ぐことが望まれる。
【０００４】
特許文献１には、等しい容量の高圧ガスタンクを複数有する高圧ガス供給システムにおいて、高圧ガスタンクから燃料を供給する供給配管を各々の高圧ガスタンクに接続し、該供給配管には逆止弁を配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０６６９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の構成によれば、複数の高圧ガスタンクに接続される供給配管の各々に逆止弁を設置することにより、燃料ガスの逆流を防止している。しかしながら、複数の高圧ガスタンク各々に接続された供給配管うち、何れの供給配管において燃料ガスが逆流するか予測できず、全ての供給配管に逆止弁を設置する必要がある。また、通常の高圧ガス供給システムでは高圧ガスタンクの開閉を制御する開閉弁や流量制御装置なども設けられることから、逆止弁を配設することでさらに構造が複雑となり、部品点数の増加、装置の複雑化、製造コストの増加などの問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明では、簡易な構成で効率的に逆流を防止することが可能な高圧ガス供給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】
【０００８】
本発明の高圧ガス供給システムは、複数の高圧ガスタンクから同時に高圧ガスを供給する高圧ガス供給システムにおいて、容量の異なる複数の高圧ガスタンクと、高圧ガスタンクの開閉を制御する開閉弁と、各々の高圧ガスタンクから高圧ガスを供給する複数の燃料供給路と、複数の燃料供給路の合流部と、を備え、低容量の高圧ガスタンクに接続される燃料供給路は開閉弁下流に逆止弁及び過流防止弁を有し、逆止弁と過流防止弁の弁体は背合わせに一体化されることを特徴とする。また、逆止弁の弁座は開閉弁に押圧固定されることが好ましい。
【０００９】
上記構成の高圧ガス供給システムによれば、逆止弁と過流防止弁の弁体を背合わせに一体化させることにより弁体を集約し、一つの弁体によって逆流防止効果と過流防止効果の双方が得られるため、部品点数の削減、装置の簡素化が可能である。また、逆止弁の弁座を開閉弁に押圧固定することにより逆止弁の弁座と開閉弁との間に面圧が発生するため、逆止弁の弁座が開閉弁におけるシール部材の役割も担い、これによっても部品点数の削減、装置の簡素化が可能となる。さらに、高圧ガスタンクの容量が異なることから、各種空間の容積に応じて配置出来、燃料電池車両への搭載空間自由度が増大する。
【００１０】
また、一体化された逆止弁と過流防止弁の弁体は単一の弾性体により開閉方向に付勢される。弾性体には圧縮バネが用いられ、圧縮バネの最低使用高さはバネの密着高さより大きいことが好ましい。
【００１１】
上記構成の高圧ガス供給システムによれば、逆止弁を付勢する弾性体と過流防止弁を付勢する弾性体とを集約し、一つの弾性体で逆止弁及び過流防止弁を開閉方向に摺動することができるため、部品点数の削減、装置の簡素化が可能である。また、弾性付勢により過流防止弁と逆止弁に加わる圧力の向きと大きさに応じて流量を調整することが可能であるため、通常供給状態、逆流状態、過流状態の全ての状態において、適切かつ効率的に流量調整が可能となる。具体的には、燃料ガスの逆流時など、高圧ガスタンク側の圧力が供給路合流部側よりも小さい場合においては、その圧力差に応じて弾性部材が伸張し、開閉弁などの高圧ガスタンク部品へ逆圧が印加されることを防止できる。一方で、通常の燃料供給時や配管の破損時など、高圧ガスタンク側の圧力が供給路合流部側よりも大きい場合においては、その圧力差に応じて弾性部材が収縮し、高圧ガスタンクから流出する燃料ガスの量を絞ることができる。
【００１２】
また、上記構成の高圧ガス供給システムにおいて、高圧ガスタンクは開口部に各々バルブアッセンブリを備え、開閉弁、逆止弁及び過流防止弁はバルブアッセンブリに配設されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の高圧ガス供給システムによれば、簡易な構成で、効率的に燃料ガスの逆流を防ぐことが出来、これにより部品点数の削減、装置の簡素化、製造コストの削減、車両への搭載自由度の増大が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における高圧ガス供給システムを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における供給流路７ａのバルブ構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における供給流路７ｂのバルブ構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における電磁弁の開閉動作を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における逆止弁１２及び過流防止弁１４ｂの開閉動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態における高圧ガス供給システムについて添付図面を参照しながら説明する。また、高圧ガスタンクに充填されるガスは水素ガスとして説明するが、水素ガスに限定されず、その他の高圧ガスであってもよい。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態における高圧ガス供給システム１を示す図である。図１に示すように、高圧ガス供給システム１は、高圧ガスタンク２ａ，２ｂと、バルブアッセンブリ４ａ，４ｂと、燃料充填配管１６ａ，１６ｂと、燃料供給配管６ａ，６ｂと、配管合流部８，１８と、を備え、バルブアッセンブリ４ａ，４ｂは電磁弁１０ａ，１０ｂと、逆止弁１２と、過流防止弁１４ａ，１４ｂとを含んで構成される。
【００１７】
高圧ガスタンク２ａ，２ｂは、内部に高圧の燃料ガス（例えば３５〜７０ＭＰaの水素ガス）を充填貯留するための密閉容器であり、好ましくはＦＲＰ層などの繊維強化樹脂層により強度を有する。また、高圧ガスタンク２ａの容量は高圧ガスタンク２ｂの容量より大きく構成され、高圧ガスタンク２ａ，２ｂそれぞれの開口部には、高圧ガスタンク２ａ，２ｂの内部と外部を連通するようにバルブアッセンブリ４ａ，４ｂが設けられる。
【００１８】
バルブアッセンブリ４ａ，４ｂは、例えばステンレスなどの金属に複数のバルブや継手等の配管要素を一体的に組み込んで構成される。バルブアッセンブリ４ａは内部に充填流路１７ａと供給流路７ａを有しており、充填流路１７ａは外部から燃料ガスタンク２ａへ燃料ガスを流入し、供給流路７ａは燃料ガスタンク２ａから外部へ燃料ガスを流出する。充填流路１７ａには上流側（外部側）にオリフィス２０ａ、下流側（高圧ガスタンク２ａ側）には逆止弁２２ａが設けられ、外部から高圧ガスタンク２ａへ流入する燃料ガスの流量をオリフィス２０ａにより調整すると共に、充填した燃料ガスの逆流を逆止弁２２ａにより防止する。そして、供給流路７ａには上流側（高圧ガスタンク２ａ側）に電磁弁１０ａ、下流側（外部側）には過流防止弁１４ａが設けられ、高圧ガスタンク２ａの開閉制御を電磁弁１０ａにより行い、外部へ流出する燃料ガスの流量を過流防止弁１４ａにより調整する。
【００１９】
同様に、バルブアッセンブリ４ｂは内部に充填流路１７ｂと供給流路７ｂを有しており、充填流路１７ｂは外部から燃料ガスタンク２ｂへ燃料ガスを流入し、供給流路７ａは燃料ガスタンク２ｂから外部へ燃料ガスを流出する。また、充填流路１７ｂには上流側（外部側）にオリフィス２０ｂ、下流側（高圧ガスタンク２ｂ側）に逆止弁２２ｂが設けられる。そして、供給流路７ｂは、バルブアッセンブリ４ａにおける供給流路７ａと異なり、上流側（高圧ガスタンク２ｂ側）に電磁弁１０ｂが設けられ、下流側（外部側）へ順に逆止弁１２と過流防止弁１４ｂが設けられる。
【００２０】
燃料充填配管１６ａ，１６ｂは、一方の端部をバルブアッセンブリ４ａ，４ｂの充填流路１７ａ，１７ｂにそれぞれ接続され、他方の端部は配管合流部１８にて合流される。配管合流部１８は燃料充填配管１６ａ，１６ｂを連通するとともに、レセプタクル２４を介して外部の水素供給設備、例えば水素ステーション（図示省略）に接続される。従って、水素ステーションから供給された燃料ガスは、レセプタクル２４、配管合流部１８を経由して燃料充填配管１６ａ，１６ｂより高圧ガスタンク２ａ，２ｂに充填される。
【００２１】
燃料供給配管６ａ，６ｂは、一方の端部をバルブアッセンブリ４ａ，４ｂの供給流路７ａ，７ｂにそれぞれ接続され、他方の端部は配管合流部８にて合流される。配管合流部８は、燃料供給配管６ａ，６ｂを連通するとともに、燃料電池に接続されており、高圧ガスタンク２ａ，２ｂ内に貯留された燃料ガスは、燃料供給配管６ａ，６ｂを通過した後、配管合流部８を経由して燃料電池２６に供給される。なお、電磁弁１０ａ，１０ｂ、逆止弁１２、過流防止弁１４ａ，１４ｂは、高圧バルブ４ａ，４ｂに組み込まれる構成に限られず、燃料供給配管６ａ，６ｂに配設されてもよい。
【００２２】
以下に、バルブアッセンブリ４ａ，４ｂ内の供給流路７ａ，７ｂにおけるバルブの詳細な構造、及び動作について説明する。図２は供給流路７ａにおける電磁弁１０ａ及び過流防止１４ａを示し、図３は供給流路７ｂにおける電磁弁１０ｂ、逆止弁１２、及び過流防止１４ｂを示す図である。また、図４は電磁弁１０ａ，１０ｂの開閉動作を示す図であり、図５は逆止弁１２及び過流防止弁１４ｂの開閉動作を示す図である。
【００２３】
図２に示すように、供給流路７ａは、上流側（高圧タンク２ａ側）から電磁弁１０ａ、過流防止弁１４ａが設けられており、過流防止弁１４ａは下流側（外部側）へ流れる燃料ガスの流量を制御する。また、図３に示すように、供給流路７ｂは、上流側（高圧タンク２ｂ側）から電磁弁１０ｂ、逆止弁１２、過流防止弁１４ｂが設けられている。逆止弁１２の弁体３０と過流防止弁１４ｂの弁体３６ｂは背あわせに一体化されており、一体化された弁体３０と弁体３６ｂは、バネ（圧縮バネ）３４のバネ力により電磁弁１０ｂ方向へ付勢される。電磁弁１０ｂから高圧ガスが流出する場合には、ガス圧力によりバネ３４が圧縮されて、一体化された弁体３０及び弁体３６ｂは燃料供給配管６ｂ方向へ移動する。これにより、逆止弁１２は上流側（高圧タンク２ｂ側）へ燃料ガスが流入することを防ぎ、過流防止弁１４ｂは下流側（外部側）へ流れる燃料ガスの流量を制御する。さらに、逆止弁１２の弁座３２は樹脂若しくはゴムから構成されており、隣接する電磁弁１０ｂの弁座５０に当接される。電磁弁１０ｂの弁座５０が逆止弁１２方向に押しつけられ、その押力に抗してバルブ本体５２が弁座５０の反対側から支持することによって、両者の間に配設された逆止弁１２の弁座３２は押圧固定される。これにより、弁座３２と電磁弁１０ｂとの間に面圧が発生して弁座３２がシール部材として働くため、流路を通過せずに電磁弁１０ｂの間隙から逆止弁へ燃料ガスが流入することを防止するシール部材、例えばＯリングなどを削減することが出来る。
【００２４】
ここで、「背合わせ」について述べる。過流防止弁１４ａのニードル弁先端部と反対側の端部を後端部とし、同様に逆止弁１２のニードル弁先端部と反対側の端部を後端部とした場合に過流防止弁１４ａの後端部と、逆止弁１２の後端部とが互いに対向し、両弁の後端部同士が互いに接合されることで両端が一体化される。この結果、過流防止弁１４ａのニードル弁先端部と逆止弁１２のニードル弁先端部は、供給流路内において互いに逆向きに配置され、過流防止弁１４ａのニードル弁先端部は燃料電池２６側を向いて配置され、逆止弁１２のニードル弁先端部は低圧タンク２ｂ側を向いて配置される。本実施形態において、このように両弁の後端部同士を対向させ接合する状態を、簡易的に「背合わせ」状態と定義する。
【００２５】
電磁弁１０ａは、燃料ガス流路を切り替えることで高圧ガスタンク２ａから燃料供給配管６ａへ流れる燃料ガス量を制御する。具体的には、図４に示すように、コイル４０の電磁力によりストッパー４２にプランジャ４４を引き寄せてパイロット弁４６を開弁し、パイロット弁４６の上下流の差圧が小さくなった後にメイン弁４８の弁体を開閉方向に摺動させて開弁する。燃料ガスは白抜き矢印にて示される流路を通過して高圧ガスタンク２ａから燃料供給配管へ流動する。電磁弁１０ｂについても、電磁弁１０ａと同様の構造、開閉動作を有する。
【００２６】
過流防止弁１４ａは、針状に形成されたニードル弁の弁体３６ａと弁座３８ａから構成されており、電磁弁１０ａから高圧ガスが流出した場合に、ガス圧力によりバネ（圧縮バネ）３４が圧縮されて、弁体３６ａは燃料供給配管６ｂ方向へ移動する。また過流防止弁１４ａは、高圧ガスタンク２ａと燃料供給配管６ａとの圧力差によってバネの弾性変形量が変化し、これに応じて燃料供給配管６ａへ供給される燃料ガス量が調整される。そして、バネの最低使用高さはバネの密着高さより大きく設定されており、上流側（高圧ガスタンク２ａ側）の圧力が下流側（供給配管６ａ側）の圧力より規定値を越えて大きい場合には弁体３６ａと弁座３８ａが当接して燃料ガスが急激に流出することを抑制する。過流防止弁１４ｂは、弁体３６ｂの背面に逆止弁１２が配設されることを除いて、過流防止弁１４ａと同様の構造、摺動動作を有する。
【００２７】
逆止弁１２は、針状に形成されたニードル弁からなり、弁体３０は過流防止弁１４ｂの弁体３６ｂと背合わせに一体化され、弁体３６ｂと共にバネ（圧縮バネ）３４のバネ力により電磁弁１０ｂ方向へ付勢される。供給配管６ｂから燃料ガスの逆流した場合には弁体３０が高圧ガスタンク２ｂ側に押圧移動し、弁体３０と弁座３２が当接することにより燃料ガスが逆流を防ぐ。
【００２８】
一体化された過流防止弁１４ｂと逆止弁１２の開閉動作について図５を参照しながら説明する。図５において、（ａ）は通常時の開閉状態、（ｂ）は過流時の開閉状態、（ｃ）逆流時の開閉状態である。（ａ）の通常時は、逆止弁１２の弁座３２と過流防止弁１４ｂの弁座３８ｂの両方ともに当接せず、高圧ガスタンク２ａから流出した燃料ガスは燃料供給配管６ｂに供給される。また、圧力に応じてバネ３４ｂの弾性変形量が変化し、流れる燃料ガスの流量が調整される。（ｂ）の過流時は、上流側（電磁弁１０ｂ側）の圧力が下流側（燃料供給配管６ｂ側）の圧力より大きく、その圧力差が所定値以上である場合、例えば下流側にて燃料供給配管６ｂに破損が生じた場合などを示す。過流時には、バネ３４ｂが収縮して過流防止弁１４ｂの弁体３６ｂと弁座３８ｂが当接し、燃料ガスが燃料供給配管６ｂへ急激に流出することを抑制する。（ｃ）の逆流時は、燃料ガスが逆流して燃料供給配管６ｂから電磁弁１０ｂへ流入する場合であり、例えば燃料供給配管６ａ、６ｂの間に差圧が生じた場合などを示す。逆流時には、バネ３４ｂが伸張して逆止弁１２の弁体３０が弁座３２へ当接し、電磁弁１０ｂへ流入することを抑制する。
【００２９】
以上に述べた本実施形態の高圧ガス供給システムによれば、燃料ガスの通常流動時、逆流時、過流時の全ての状態において燃料ガスの流量を適切に調節できる。また、簡易な構成で効率的な流量制御を可能とするため、部品点数の削減、装置の簡素化、製造コストの削減も可能である。さらに、複数の高圧ガスタンクを各種空間の容積に応じて配置出来、燃料電池車両への搭載空間自由度が増大する。
【符号の説明】
【００３０】
１  高圧ガス供給システム、２ａ，２ｂ  高圧ガスタンク、６ａ，６ａ  燃料供給配管、８  配管合流部、１０ａ，１０ｂ  電磁弁、１２  逆止弁、１４ａ，１４ｂ  過流防止弁、１６ａ，１６ｂ  燃料充填配管、１８  配管合流部、２４  レセプタクル、２６  燃料電池。
【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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