(57)【要約】【課題】第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止すること。【解決手段】燃料供給システムは、水素ボンベ２から導出される水素ガスを直列に配置された高圧レギュレータ７により減圧し、その減圧された水素ガスの流れを水素流量調節装置１２により調節して燃料電池１に供給する。高圧レギュレータ７は、第１レギュレータ８による減圧後であって第２レギュレータ９による減圧前の水素ガスが入る中通路３ｂと、第２レギュレータ９による減圧後の水素ガスが入る後通路３ｃと、中通路３ｂと後通路３ｃとを連通する連通路１０と、連通路１０に設けられ、中通路３ｂから後通路３ｃへ向かう水素ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する内気逆止弁１１とを備える。【選択図】        図１
2016001455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを貯留する燃料貯留器と、
前記燃料貯留器から供給先へ前記燃料ガスを供給するための燃料供給通路と、
前記燃料貯留器より下流の前記燃料供給通路に設けられ、前記燃料ガスの圧力を減圧するために直列に配置された複数の減圧弁と、
前記複数の減圧弁より下流の前記燃料供給通路に設けられ、前記供給先へ供給される燃料ガス流量を調節するための燃料流量調節手段と
を備えた燃料供給システムにおいて、
前記複数の減圧弁は、最上流側に配置された第１の減圧弁と、その次に配置された第２の減圧弁とを含むことと、
前記第１の減圧弁による減圧後であって前記第２の減圧弁による減圧前の燃料ガスが入る中通路と、
前記第２の減圧弁による減圧後の燃料ガスが入る後通路と、
前記中通路における前記燃料ガスの圧力が過大となったときだけ前記中通路から前記燃料ガスを逃すためのガス逃し手段と
を備えたことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２】
前記ガス逃し手段は、
前記中通路と前記後通路とを連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記中通路から前記後通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する内気逆止弁と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記連通路と、前記内気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、
前記ユニットにおいて、上流側に前記第１の減圧弁が、下流側に前記第２の減圧弁が配置され、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁との間に前記連通路と前記内気逆止弁が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記請求項２に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記連通路と、前記内気逆止弁とが一体的に構成され、上流側に前記第１の減圧弁が、下流側に前記第２の減圧弁が配置され、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁との間に前記連通路と前記内気逆止弁が配置されたことを特徴とする減圧装置。
【請求項５】
前記ガス逃し手段
は、
前記中通路と大気とを連通する大気連通路と、
前記大気連通路に設けられ、前記中通路から前記大気連通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する大気逆止弁と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項６】
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記大気連通路と、前記大気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、
前記ユニットにおいて、上流側に前記第１の減圧弁が、下流側に前記第２の減圧弁が配置され、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁との間に前記大気連通路と前記大気逆止弁が配置された
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料供給システム。
【請求項７】
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記大気連通路と、前記大気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、
前記第１の減圧弁は、シリンダ及びピストンを備え、前記シリンダの開口が前記中通路に連通しており、
前記ユニットにおいて、上流側に前記第１の減圧弁が、下流側に前記第２の減圧弁が配置され、前記第１の減圧弁に対応して前記シリンダの前記開口に隣接すると共に、前記シリンダの下流側とならない範囲に前記大気連通路と前記大気逆止弁が配置された
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料供給システム。
【請求項８】
前記中通路と前記後通路とを連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記中通路から前記後通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する内気逆止弁と
を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の燃料供給システム。
【請求項９】
前記大気逆止弁の開弁圧が前記内気逆止弁の開弁圧よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項８に記載の燃料供給システム。
【請求項１０】
前記大気逆止弁における前記燃料ガスの流量が前記内気逆止弁における前記燃料ガスの流量よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項８に記載の燃料供給システム。
【請求項１１】
前記連通路は前記大気連通路から分岐して設けられ、前記内気逆止弁は、前記大気連通路から前記連通路が分岐する部分近傍にて前記大気逆止弁と一体的に構成されたことを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の燃料供給システム。
【請求項１２】
前記請求項５に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記大気連通路と、前記大気逆止弁とが一体的に構成され、
上流側に前記第１の減圧弁が、下流側に前記第２の減圧弁が配置され、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁との間に前記大気連通路と前記大気逆止弁が配置された
ことを特徴とする減圧装置。
【請求項１３】
前記請求項７に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、
前記第１の減圧弁と、前記第２の減圧弁と、前記中通路と、前記後通路と、前記大気連通路と、前記大気逆止弁とが一体的に構成され、
前記第１の減圧弁に対応して前記シリンダの前記開口に隣接すると共に、前記シリンダの下流側とならない範囲に前記大気連通路と前記大気逆止弁が配置された
ことを特徴とする減圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料貯留器から供給先へ燃料ガスを減圧しながら供給するように構成した燃料供給システムとそれに使用される減圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電を行う燃料電池と、水素ガスを貯留した水素タンクと、水素タンクの水素ガスを燃料電池に供給するための水素供給通路とを備える。水素供給通路には、水素ガスの圧力を二段階に調整するために直列に配置された二つのレギュレータと、燃料電池へ供給される水素ガス流量を調節するインジェクタとが設けられる。そして、水素タンクの水素ガスを二つのレギュレータにより段階的に減圧し、減圧された燃料ガスをインジェクタにより噴射して燃料電池に供給するようになっている。
【０００３】
レギュレータは、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調整する装置であり、一次圧を減圧する機械式の減圧弁より構成される。インジェクタの上流側に二つのレギュレータが直列に配置されることにより、インジェクタの上流側圧力を効果的に低減することができる。これにより、インジェクタの機械的構造の設計自由度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２３８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、そのシステムの停止中に、二つのレギュレータのうち後段のレギュレータの下流側圧力が低下しないことから、前段のレギュレータから漏れた水素ガスの逃げ場がなくなり、その水素ガスの圧力が、前段のレギュレータの下流側と後段のレギュレータの上流側との間の通路に作用し、レギュレータのシール部材に作用し、シール不良が発生したり、シール部材が破損したりするおそれがあった。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料貯留器から導出される燃料ガスを直列に配置された複数の減圧弁により減圧し、その減圧された燃料ガスの流れを調節手段により調節して供給先へ供給する燃料供給システムにおいて、第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料ガスを貯留する燃料貯留器と、燃料貯留器から供給先へ燃料ガスを供給するための燃料供給通路と、燃料貯留器より下流の燃料供給通路に設けられ、燃料ガスの圧力を減圧するために直列に配置された複数の減圧弁と、複数の減圧弁より下流の燃料供給通路に設けられ、供給先へ供給される燃料ガス流量を調節するための燃料流量調節手段とを備えた燃料供給システムにおいて、複数の減圧弁は、最上流側に配置された第１の減圧弁と、その次に配置された第２の減圧弁とを含むことと、第１の減圧弁による減圧後であって第２の減圧弁による減圧前の燃料ガスが入る中通路と、第２の減圧弁による減圧後の燃料ガスが入る後通路と、中通路における燃料ガスの圧力が過大となったときだけ中通路から燃料ガスを逃すためのガス逃し手段とを備えたことを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、ガス逃し手段により中通路から燃料ガスが逃されるので、中通路の燃料ガスが減圧される。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ガス逃し手段は、中通路と後通路とを連通する連通路と、連通路に設けられ、中通路から後通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する内気逆止弁とを備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、内気逆止弁が開いて中通路から連通路を介して後通路への燃料ガスの流れが許可されるので、中通路の燃料ガスが減圧される。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、連通路と、内気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、ユニットにおいて、上流側に第１の減圧弁が、下流側に第２の減圧弁が配置され、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間に連通路と内気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、連通路と内気逆止弁が、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の余裕スペースに配置されるので、ユニットに特別なスペースを設ける必要がない。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、連通路と、内気逆止弁とが一体的に構成され、上流側に第１の減圧弁が、下流側に第２の減圧弁が配置され、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間に連通路と内気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、内気逆止弁が開いて中通路から連通路を介して後通路への燃料ガスの流れが許可されるので、中通路の水素ガスが減圧される。また、連通路と内気逆止弁が、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の余裕スペースに配置されるので、減圧装置に特別なスペースを設ける必要がない。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ガス逃し手段は、中通路と大気とを連通する大気連通路と、大気連通路に設けられ、中通路から大気連通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する大気逆止弁とを備えたことを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、大気逆止弁が開いて中通路から大気連通路を介して大気への燃料ガスの流れが許可されるので、中通路の燃料ガスが減圧される。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、大気連通路と、大気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、ユニットにおいて、上流側に第１の減圧弁が、下流側に第２の減圧弁が配置され、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間に大気連通路と大気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、大気連通路と大気逆止弁が、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の余裕スペースに配置されるので、ユニットに特別なスペースを設ける必要がない。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、大気連通路と、大気逆止弁とが一つのユニットとして一体的に構成され、第１の減圧弁は、シリンダ及びピストンを備え、シリンダの開口が中通路に連通しており、ユニットにおいて、上流側に第１の減圧弁が、下流側に第２の減圧弁が配置され、第１の減圧弁に対応してシリンダの開口に隣接すると共に、前記シリンダの下流側とならない範囲に前記大気連通路と前記大気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、上流側に配置された第１の減圧弁に対応してシリンダの開口に隣接すると共に、シリンダの下流側とならない範囲に大気連通路と大気逆止弁が配置されるので、大気連通路と大気逆止弁が、中通路の上流側端に近付けられ、その分だけ大気逆止弁に対し燃料ガスの圧力変化が早く作用する。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、中通路と後通路とを連通する連通路と、連通路に設けられ、中通路から後通路へ向かう燃料ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止する内気逆止弁とを更に備えたことを趣旨とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、大気逆止弁が開いて中通路から大気通路を介して大気への燃料ガスの流れが許可されたり、内気逆止弁が開いて中通路から連通路を介して後通路への燃料ガスの流れが許可されたりするので、中通路の燃料ガスが減圧される。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、大気逆止弁の開弁圧が内気逆止弁の開弁圧よりも大きく設定されたことを趣旨とする。
【００２４】
上記発明の構成によれば、請求項８に記載の発明の作用に加え、大気逆止弁の開弁圧が内気逆止弁の開弁圧よりも大きく設定されるので、中通路における燃料ガスの圧力の増大が少ない段階では、内気逆止弁が先に開いて中通路から連通路を介して後通路への燃料ガスの流れが許可され、中通路の燃料ガスが減圧される。また、中通路における燃料ガスの圧力の増大が多くなると、大気逆止弁が開いて中通路から大気連通路を介して大気への燃料ガスの流れが許可され、中通路の燃料ガスが減圧される。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、大気逆止弁における燃料ガスの流量が内気逆止弁における燃料ガスの流量よりも大きく設定されたことを趣旨とする。
【００２６】
上記発明の構成によれば、請求項８に記載の発明の作用に加え、大気逆止弁における燃料ガスの流量が内気逆止弁における燃料ガスの流量よりも大きく設定されるので、中通路における燃料ガスの圧力の増大が少ない段階では、内気逆止弁が開くことで、中通路から連通路を介して後通路へ少量の燃料ガスが適度に流れ、中通路の燃料ガスが減圧される。また、中通路における燃料ガスの圧力の増大が多くなると、大気逆止弁が開くことで、中通路から大気連通路を介して大気へ多量の燃料ガスが一気に流れ、中通路の燃料ガスが減圧される。
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明において、連通路は大気連通路から分岐して設けられ、内気逆止弁は、大気連通路から連通路が分岐する部分近傍にて大気逆止弁と一体的に構成されたことを趣旨とする。
【００２８】
上記発明の構成によれば、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明の作用に加え、大気連通路から連通路が分岐する部分近傍にて、内気逆止弁が大気逆止弁と一体的に構成されるので、内気逆止弁を設けるための別のスペースが必要がない。
【００２９】
上記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、請求項５に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、大気連通路と、大気逆止弁とが一体的に構成され、上流側に第１の減圧弁が、下流側に第２の減圧弁が配置され、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間に大気連通路と大気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００３０】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、大気逆止弁が開いて中通路から大気連通路を介して大気への燃料ガスの流れが許可されるので、中通路の水素ガスが減圧される。また、大気連通路と大気逆止弁が、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の余裕スペースに配置されるので、減圧装置に特別なスペースを設ける必要がない。
【００３１】
上記目的を達成するために、請求項１３に記載の発明は、請求項７に記載の燃料供給システムに使用される減圧装置であって、第１の減圧弁と、第２の減圧弁と、中通路と、後通路と、大気連通路と、大気逆止弁とが一体的に構成され、第１の減圧弁に対応してシリンダの開口に隣接すると共に、シリンダの下流側とならない範囲に大気連通路と大気逆止弁が配置されたことを趣旨とする。
【００３２】
上記発明の構成によれば、第１の減圧弁と第２の減圧弁との間の中通路における燃料ガスの圧力が増大しても、大気逆止弁が開いて中通路から大気連通路を介して大気への燃料ガスの流れが許可されるので、中通路の水素ガスが減圧される。また、減圧装置において、第１の減圧弁に対応してシリンダの開口に隣接すると共に、シリンダの下流側とならない範囲に大気連通路と大気逆止弁が配置されるので、大気連通路と大気逆止弁が、中通路の上流側端に近付けられ、その分だけ大気逆止弁に対し燃料ガスの圧力変化が早く作用する。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１に記載の発明によれば、第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料ガスを、燃料供給システム外にリリーフすることなく、後通路へリリーフできるので、無駄な燃料消費をすることなく燃料ガスをリリーフすることができる。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含むユニットの体格が、連通路と内気逆止弁により大きくなることを防止することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止することができる。また、第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含み一体的に構成された減圧装置の体格が、連通路と内気逆止弁により大きくなることを防止することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料ガスを、第２の減圧弁より下流の燃料供給システム内にリリーフすることなく、大気へリリーフできるので、大量の燃料ガスを一気にリリーフすることができ、燃料供給システム内の耐圧性を確保することができる。
【００３８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含むユニットの体格が、大気連通路と大気逆止弁により大きくなることを防止することができる。
【００３９】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含むユニットにおいて、燃料ガスの圧力上昇に対し大気逆止弁の応答性を向上させることができる。
【００４０】
請求項８に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、大気逆止弁と内気逆止弁を必要に応じて選択的に機能させたり、両方を同時に機能させたりすることができる。
【００４１】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加え、中通路における燃料ガスの圧力の増大の程度に応じて内気逆止弁と大気逆止弁を段階的に機能させることができ、燃料ガスの無駄な消費を少なくすることができ、燃料供給システム内の耐圧性を確保することができる。
【００４２】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加え、中通路における燃料ガスの圧力の増大の程度に応じて内気逆止弁と大気逆止弁を段階的に機能させることができ、燃料ガスの無駄な消費を少なくすることができ、燃料供給システム内の耐圧性を確保することができる。
【００４３】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８乃至１０の何れかに記載の発明の効果に加え、内気逆止弁を設けるためのスペースを省略できる分だけ燃料供給システムを小型化することができる。
【００４４】
請求項１２に記載の発明によれば、第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止することができる。また、第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含み一体的に構成された減圧装置の体格が、大気連通路と大気逆止弁により大きくなることを防止することができる。
【００４５】
請求項１３に記載の発明によれば、第１の減圧弁の下流側と第２の減圧弁の上流側との間の中通路に漏れ出た燃料ガスの圧力によるシール不良及び破損の発生を防止することができる。第１の減圧弁と第２の減圧弁とを含み一体的に構成された減圧装置において、燃料ガスの圧力上昇に対し大気逆止弁の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】第１実施形態に係り、高圧レギュレータを概略的に示す断面図。
【図３】第２実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図４】第３実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図５】第４実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図６】第４実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図７】第４実施形態に係り、大気逆止弁を示す断面図。
【図８】第４実施形態に係り、大気逆止弁を示す断面図。
【図９】第５実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図１０】第５実施形態に係り、高圧レギュレータを示す平面図。
【図１１】第６実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図１２】第６実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図１３】第７実施形態に係り、高圧レギュレータを示す断面図。
【図１４】第７実施形態に係り、二段逆止弁を示す断面図。
【図１５】第７実施形態に係り、二段逆止弁を示す断面図。
【図１６】第７実施形態に係り、二段逆止弁を示す断面図。
【図１７】第８実施形態に係り、バイフューエルエンジンシステムを示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図１に、この実施形態における燃料電池システムを概略構成図により示す。この燃料電池システムは、電動自動車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給するために使用される。燃料電池システムは、燃料電池（ＦＣ）１と、水素ボンベ２とを備える。燃料電池１は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしてのエアの供給を受けて発電を行うようになっている。燃料電池１で発電した電力は、インバータ（図示略）を介して駆動用モータに供給されるようになっている。水素ボンベ２は、本発明の燃料貯留器の一例に相当し、高圧の水素ガスが蓄えられる。
【００４９】
燃料電池１のアノード側には、本発明の燃料供給システムとして水素供給システムが設けられる。この水素供給システムは、水素ボンベ２から供給先である燃料電池１へ水素ガスを供給するための水素供給通路３と、燃料電池１から導出される水素オフガスを排出するための水素排出通路４とを備える。水素供給通路３は、本発明の燃料供給通路の一例に相当する。水素ボンベ２の直下流の水素供給通路３には、水素ボンベ２から水素供給通路３への水素ガスの供給と遮断を切り替える電磁弁よりなる主止弁５が設けられる。水素排出通路４には、電磁弁よりなる第１切換弁６が設けられる。
【００５０】
主止弁５より下流の水素供給通路３には、水素ガスの圧力を減圧するための高圧レギュレータ７が設けられる。高圧レギュレータ７は、本発明の減圧装置の一例に相当する。主止弁５と高圧レギュレータ７との間の水素供給通路３には、その中の圧力を１次圧Ｐ１として検出するための１次圧センサ３１が設けられる。この１次圧Ｐ１として、例えば「０.１〜９０（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。
【００５１】
高圧レギュレータ７は、直列に配置された第１及び第２のレギュレータ８，９と、第２レギュレータ９の上流側と下流側を連通させる連通路１０と、連通路１０に設けられた内気逆止弁１１とを備え、これらが一つのユニットとして一体的に構成される。第１レギュレータ８は、本発明の第１の減圧弁の一例に相当し、第２レギュレータ９は、本発明の第２の減圧弁の一例に相当する。高圧レギュレータ７では、第１レギュレータ８により減圧された水素ガスの圧力が、第２レギュレータ９により更に減圧される、すなわち、水素ガスの圧力が２段階に減圧されるようになっている。
【００５２】
高圧レギュレータ７より下流の水素供給通路３には、燃料電池１へ供給される水素ガス流量を調節するための水素流量調節装置１２が設けられる。水素流量調節装置１２は本発明の燃料流量調節手段の一例に相当し、デリバリパイプ１３と複数のインジェクタ１４，１５，１６，１７を含む。デリバリパイプ１３は、水素供給通路３の水素ガスを複数のインジェクタ１４〜１７へ分配するためのものであり、所定の容積を有する。このデリバリパイプ１３には、複数のインジェクタ１４〜１７が並列に接続される。デリバリパイプ１３には、その中の圧力が所定値（例えば「３（ＭＰａ）」）以上になったときに開弁して圧力を抜くための中圧リリーフ弁１８が設けられる。複数のインジェクタ１４〜１７は、通常流量を噴射する第１、第２及び第３のインジェクタ１４〜１６と、通常流量より少ない小流量を噴射する第４インジェクタ１７とを含む。各インジェクタ１４〜１７には、その上流側に作用する水素ガスの圧力であって各インジェクタ１４〜１７の開弁を可能とする開弁圧力が設定される。この実施形態で、各インジェクタ１４〜１７の開弁圧力は、例えば、第１〜第３のインジェクタ１４〜１６の開弁圧力が「３（ＭＰａ）」に設定され、第４インジェクタ１７の開弁圧力が「１０（ＭＰａ）」に設定される。デリバリパイプ１３の直上流の水素供給通路３には、その中の圧力を２次圧Ｐ２として検出するための２次圧センサ３２が設けられる。２次圧Ｐ２として、例えば「１.１〜１.６（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。
【００５３】
各インジェクタ１４〜１７の下流側は、それぞれ水素供給通路３を介して燃料電池１に接続される。各インジェクタ１４〜１７の直下流の水素供給通路３には、その中の圧力を３次圧Ｐ３として検出するための３次圧センサ３３が設けられる。この３次圧Ｐ３として、例えば「０.１〜０.３（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。３次圧センサ３３より下流の水素供給通路３には、その中の圧力が所定値以上になったときに開弁して圧力を抜くための低圧リリーフ弁１９が設けられる。
【００５４】
この実施形態では、水素流量調節装置１２を構成するデリバリパイプ１３、各インジェクタ１４〜１７、中圧リリーフ弁１８、低圧リリーフ弁１９、２次圧センサ３２、３次圧センサ３３及びそれらをつなぐ配管２０は、一つのユニットとして一体的に構成される。
【００５５】
一方、燃料電池１のカソード側には、燃料電池１にエアを供給するためのエア供給通路２１と、燃料電池１から導出されるエアオフガスを排出するためのエア排出通路２２とが設けられる。エア供給通路２１には、燃料電池１に供給されるエア流量を調節するためのエアポンプ２３が設けられる。エアポンプ２３より下流のエア供給通路２１には、エア圧力Ｐ４を検出するためのエア圧センサ３４が設けられる。エア排出通路２２には、電磁弁よりなる第２切換弁２４が設けられる。
【００５６】
上記構成において、水素ボンベ２から導出される水素ガスは、水素供給通路３を通り、主止弁５、高圧レギュレータ７、水素流量調節装置１２を介して燃料電池１に供給される。燃料電池１に供給された水素ガスは、同電池１にて発電に使用された後、同電池１から水素オフガスとして水素排出通路４及び第１切換弁６を介して排出される。
【００５７】
また、上記構成において、エアポンプ２３によりエア供給通路２１へ吐出されたエアは燃料電池１に供給される。燃料電池１に供給されたエアは、同電池１にて発電に使用された後、同電池１からエアオフガスとしてエア排出通路２２及び第２切換弁２４を介して排出される。
【００５８】
この燃料電池システムは、システムの制御を司るコントローラ４０を更に備える。コントローラ４０は、燃料電池１へ供給される水素ガスの流れを制御するために、１次圧センサ３１、２次圧センサ３２及び３次圧センサ３３の検出値に基づき、主止弁５、各インジェクタ１４〜１７を制御するようになっている。また、コントローラ４０は、水素排出通路４の水素オフガスの流れを制御するために、第１切換弁６を制御するようになっている。一方、コントローラ４０は、燃料電池１へ供給されるエアの流れを制御するために、エア圧センサ３４の検出値に基づきエアポンプ２３を制御するようになっている。また、コントローラ４０は、エア排出通路２２のエアオフガスの流れを制御するために、第２切換弁２４を制御するようになっている。また、コントローラ４０は、燃料電池１の発電に係る電圧値及び電流値をそれぞれ入力するようになっている。コントローラ４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、燃料電池１へ供給される水素ガス量及びエア量を制御するために、メモリに記憶された所定の制御プログラムに基づいて各インジェクタ１４〜１７及びエアポンプ２３等を制御するようになっている。
【００５９】
ここで、高圧レギュレータ７について詳しく説明する。図２に、高圧レギュレータ７を概略的に断面図により示す。高圧レギュレータ７は、ケーシング４１を備え、そのケーシング４１に、第１レギュレータ８、第２レギュレータ９、前通路３ａ、中通路３ｂ、後通路３ｃ、連通路１０及び内気逆止弁１１が一体的に設けられて構成される。前通路３ａは、第１レギュレータ８による減圧前の水素ガスが入る空間である。中通路３ｂは、第１レギュレータ８による減圧後であって第２レギュレータ９による減圧前の水素ガスが入る空間である。後通路３ｃは、第２レギュレータ９による減圧後の水素ガスが入る空間である。ケーシング４１において、その上流側に第１レギュレータ８が、その下流側に第２レギュレータ９が配置され、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間に連通路１０と内気逆止弁１１が配置される。内気逆止弁１１は、中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへ向かう水素ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止するように構成される。この実施形態で、内気逆止弁１１は、中通路３ｂから後通路３ｃへ向かう水素ガスの圧力がある圧力（開弁圧）より大きい場合に、その水素ガスの流れを許可するようになっている。この実施形態では、内気逆止弁１１の開弁圧は、中通路３ｂにおける水素ガスの通常調整圧力に所定値αを加算した圧力よりも大きくなるように設定される。この実施形態において、連通路１０と内気逆止弁１１は、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が過大となったときだけ中通路３ｂから水素ガスを逃すための本発明のガス逃し手段を構成する。
【００６０】
第１レギュレータ８は、第１シリンダ４２と、第１シリンダ４２に配置された第１ピストン４３と、第１ピストン４３から下方へ延びるロッド４４と、ロッド４４の下端に設けられる弁体４５と、弁体４５に対応して前通路３ａに設けられた弁座４６と、弁体４５をロッド４４及び第１ピストン４３と共に弁体４５が閉じる方向へ付勢する閉弁スプリング４７と、第１ピストン４３をロッド４４及び弁体４５と共に弁体４５が開く方向へ付勢する開弁スプリング４８とを含む。第１ピストン４３の外周には、第１シリンダ４２との間にシール部材４９が設けられる。従って、第１レギュレータ８は、同レギュレータ８の上流側の前通路３ａに作用する水素ガスの圧力と、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力と、閉弁スプリング４７の付勢力と、開弁スプリング４８の付勢力とのバランスにより作動し、第１レギュレータ８の上流側に作用する水素ガスの圧力を減圧するようになっている。
【００６１】
第２レギュレータ９は、第２シリンダ５１と、第２シリンダ５１に配置された第２ピストン５２と、第２ピストン５２と一体に設けられて上方へ延びるチューブ５３と、チューブ５３の上端に対応して中通路３ｂに設けられる弁座５４と、第２ピストン５２をチューブ５３と共にチューブ５３の上端開口５３ａが弁座５４から離間する方向へ付勢する開弁スプリング５５とを含む。第２ピストン５２は、中空状に形成され、その中空部５２ａがチューブ５３の中空部５３ｂに連通する。第２ピストン５２の外周には、第２シリンダ５１との間にシール部材５６が設けられる。また、チューブ５３の上端部外周と中通路３ｂとの間には、シール部材５７が設けられる。従って、第２レギュレータ９は、同レギュレータ９の上流側の中通路３ｂにおける減圧後の水素ガスの圧力と、後通路３ｃにおける水素ガスの圧力と、開弁スプリング５５の付勢力とのバランスにより作動し、第２レギュレータ９の上流側に作用する水素ガスの圧力を更に減圧するようになっている。
【００６２】
以上説明したこの実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ７によれば、例えば、燃料電池システムの停止中に、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間の中通路３ｂに第１レギュレータ８から水素ガスが漏れ出てその中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が増大する。これに対し、連通路１０に設けられた内気逆止弁１１が開いて中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへの水素ガスの流れが許可されるので、すなわち、中通路３ｂから水素ガスが逃されるので、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。このため、中通路３ｂに漏れ出た水素ガスの圧力が過大になることを防止することができ、中通路３ｂに面したシール部材４９，５７のシール不良及び破損の発生を防止することができる。また、水素ガスを、水素供給システムの外にリリーフすることなく、後通路３ｃへリリーフできるので、無駄な燃料（水素）を消費をすることなく水素ガスをリリーフすることができる。
【００６３】
ここで、ユニット化された高圧レギュレータ７において、第１レギュレータ８が開弁した状態のまま故障して中通路３ｂに水素ガスの圧力が過剰に作用しても、内気逆止弁１１が開いて中通路３ｂの圧力が連通路１０を介して後通路３ｃへ逃される。このため、内気逆止弁１１を高圧レギュレータ７のリリーフ弁としても機能させることができる。
【００６４】
また、この実施形態では、連通路１０と内気逆止弁１１が、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間の余裕スペースに配置されるので、ユニットとしての高圧レギュレータ７に特別なスペースを設ける必要がない。このため、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９とを含む高圧レギュレータ７の体格が、連通路１０と内気逆止弁１１を設けることで大きくなることを防止することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００６６】
なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００６７】
図３に、この実施形態における高圧レギュレータ２７を断面図により示す。この高圧レギュレータ２７は、図２に示す高圧レギュレータ７と比べ、第１レギュレータ８が上下逆向きに配置されると共に、第２レギュレータ９が上下逆向きに配置される。これにより、高圧レギュレータ２７において、第１実施形態の構成と異なり、前通路３ａと後通路３ｃが、中通路３ｂより上側の位置に配置される。
【００６８】
従って、この実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ２７においても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７０】
図４に、この実施形態における高圧レギュレータ２８を断面図により示す。この実施形態の高圧レギュレータ２８は、図２に示す高圧レギュレータ７と比べ、第１レギュレータ８が上下逆向きに配置されると共に、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９の下端が同一高さに配置される。これにより、高圧レギュレータ２８において、第１実施形態の構成と異なり、前通路３ａと中通路３ｂが、後通路３ｃより上側の位置に配置される。
【００７１】
従って、この実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ２８においても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、第１レギュレータ８と連通路１０及び内気逆止弁１１とが第２レギュレータ９の高さの範囲内に収められる。この結果、この高圧レギュレータ２８の高さ方向の寸法を、第２実施形態の高圧レギュレータ２７に比べ削減することができる。
【００７２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７３】
図５に、この実施形態における燃料電池システムを概略構成図により示す。図６に、高圧レギュレータ２９を断面図により示す。図６に示すように、この高圧レギュレータ２９の構成と第１及び第２のレギュレータ８，９の配置は、図３に示す高圧レギュレータ２７のそれと基本的に同じである。これにより、高圧レギュレータ２９においても前通路３ａと後通路３ｃが、中通路３ｂより上側の位置に配置される。図５、図６に示すように、この実施形態では、高圧レギュレータ２９に対し、中通路３ｂと後通路３ｃとを連通する連通路１０の代わりに、中通路３ｂと大気とを連通する大気連通路１１１が設けられ、その大気連通路１１１に大気逆止弁１１２が設けられる点で前記各実施形態と構成が異なる。図６に示すように、大気逆止弁１１２は、大気連通路１１１の一部に圧入されることによりケーシング４１に設けられる。大気逆止弁１１２の上端部は、ケーシング４１から上方へ突出する。この大気逆止弁１１２の上端部には、大気連通路を構成するパイプ１１３が接続される。図５に示すように、このパイプ１１３の先は、水素排出通路４に接続されて大気へ連通するように構成される。大気連通路１１１に設けられる大気逆止弁１１２は、中通路３ｂから大気連通路１１１へ向かう水素ガスの流れを許可し、その逆向きの流れを阻止するように構成される。この実施形態で、大気連通路１１１及びパイプ１１３と大気逆止弁１１２は、本発明のガス逃し手段を構成する。
【００７４】
図６に示すように、この実施形態でも第１レギュレータ８と、第２レギュレータ９と、前通路３と、中通路３ｂと、後通路３ｃと、大気連通路１１１と、大気逆止弁１１２とが一つのユニットとして一体的に設けられて高圧レギュレータ２９が構成される。この高圧レギュレータ２９において、上流側に第１レギュレータ８が、下流側に第２レギュレータ９が配置され、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間に大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が配置される。
【００７５】
図７、図８に大気逆止弁１１２を断面図により示す。この大気逆止弁１１２は、中空筒状のケーシング１２１と、ケーシング１２１の中に形成された弁座１２１ａと、ケーシング１２１の中にて弁座１２１ａに着座可能に設けられた略筒状の弁体１２２と、弁体１２２を弁座１２１ａへ着座させる方向（閉弁方向）へ付勢するスプリング１２３と、スプリング１２３を保持するリング状のストッパ１２４とを備える。弁座１２１ａの中心には入口となる弁孔１２１ｂが形成される。弁体１２２は、先端側の小径部１２２ａと基端側の大径部１２２ｂとを含み、小径部１２２ａには複数の連通孔１２２ｃが形成される。小径部１２２ａの先端には、ゴムシート１２５が固定される。ゴムシート１２５の弁座１２１ａとの接触面には、突条をなすリップが形成される。弁体１２２と弁座１２１ａとの間は、このゴムシート１２５のリップにてシールされる。従って、弁座１２１ａの弁孔１２１ｂに、中通路３ｂにおける水素ガスの過剰な圧力が作用すると、スプリング１２３の付勢力に抗しながら弁体１２２のゴムシート１２５が弁座１２１ａからわずかに離間（開弁）する。このとき、図８に矢印で示すように、中通路３ｂから大気へ向けて水素ガスが流れる。水素ガスは、弁孔１２１ｂから入り、弁座１２１ａとゴムシート１２５との間を抜け、連通孔１２２ｃから弁体１２２の内部を通り、ストッパ１２４の孔１２４ａを介してケーシング１２１の外へ流れ出る。
【００７６】
以上説明したこの実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ２９によれば、例えば、燃料電池システムの停止中に、第１レギュレータ８から中通路３ｂへ水素ガスが漏れ出てその中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が増大する。これに対し、大気連通路１１１に設けられた大気逆止弁１１２が開いて中通路３ｂから大気連通路１１１及びパイプ１１３を介して大気への水素ガスの流れが許可されるので、すなわち、中通路３ｂから水素ガスが逃されるので、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。このため、中通路３ｂに漏れ出た水素ガスの圧力が過大になることを防止することができ、中通路３ｂに面したシール部材４９，５７のシール不良及び破損の発生を防止することができる。また、圧力の高い水素ガスを、第２レギュレータ９より下流の後通路３ｃ内にリリーフすることなく、水素供給システムの外である大気へリリーフできるので、後通路３ｃへリリーフする場合と比べて、大量の水素ガスを一気にリリーフすることができ、後通路３ｃの中の水素ガスの圧力が必要以上に増大することを防止することができ、高圧レギュレータ２９の耐圧性を確保することができる。
【００７７】
ここで、ユニット化された高圧レギュレータ２９において、第１レギュレータ８が開弁した状態のまま故障して中通路３ｂに水素ガスの圧力が過剰に作用しても、大気逆止弁１１２が開いて中通路３ｂの圧力が大気連通路１１１、パイプ１１３及び水素排出通路４を介して大気へ逃される。このため、大気逆止弁１１２を高圧レギュレータ２９のリリーフ弁としても機能させることができる。
【００７８】
また、図５において、主止弁５が閉弁状態から開弁すると、水素ガスの高圧が一気に高圧レギュレータ２９に印加される。このとき、第１レギュレータ８が閉じ遅れると、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間の中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が上昇する。このとき、中通路３ｂの圧力は、大気逆止弁１１２が開いて大気へ逃がされるので、中通路３ｂにおける過剰な圧力上昇（オーバーシュート）を防止することができ、高圧レギュレータ２９の耐圧要求を低減することができる。
【００７９】
また、この実施形態でも、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間の余裕スペースに配置されるので、ユニットとしての高圧レギュレータ２９に特別なスペースを設ける必要がない。このため、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９とを含み一体的に構成された高圧レギュレータ２９の体格が、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２を設けることで必要以上に大きくなることを防止することができる。
【００８０】
＜第５実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８１】
この実施形態では、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２の配置の点で第４実施形態と構成が異なる。図９に、この実施形態における高圧レギュレータ３０を断面図により示す。この実施形態で、第１レギュレータ８は、第１シリンダ４２及び第１ピストン４３を備え、その第１シリンダ４２の開口４２ａが中通路３ｂに連通し、その開口４２ａに隣接して大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が配置される点で第４実施形態と異なる。この実施形態では、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２は、ケーシング４１において、第１シリンダ４２の下流側とならない範囲に配置される。すなわち、図９に示すように、大気連通路１１１は、第１シリンダ４２を中心とすると中通路３ｂが伸びる方向と反対の方向へ伸びるように配置される。その大気連通路１１１の開口端から大気逆止弁１１２が水平方向へ突出するように配置される。この実施形態では、大気逆止弁１１２は、そのケーシング１２１が高圧レギュレータ３０のケーシング４１と一体に形成される点で第４実施形態の大気逆止弁１１２と構成が異なり、その他の構成は図７及び図８に示す構成と同じである。この大気逆止弁１１２に接続されるパイプ１１３は、第４実施形態と同様、水素排出通路４を介して大気に連通する。
【００８２】
従って、この実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ３０においても、第４実施形態と同様の作用効果を得ることができる。図１０に、この高圧レギュレータ３０を平面図により示す。この高圧レギュレータ３０における大気連通路１１１と大気逆止弁１１２の配置につき、この実施形態の配置と同等の作用効果が得られるのは、図１０に矢印で示すように、第１シリンダ４２を中心する特定範囲Ｒ１において大気連通路１１１と大気逆止弁１１２を第１シリンダ４２の半径方向へ向けて配置した場合に限られる。すなわち、設計上の必要性に応じてこの特定範囲Ｒ１に大気連通路１１１と大気逆止弁１１２を配置しても、この実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００８３】
ここで、この実施形態の高圧レギュレータ３０における大気連通路１１１と大気逆止弁１１２の配置と、第４実施形態の高圧レギュレータ２９における大気連通路１１１と大気逆止弁１１２の配置とを比較する。大気連通路１１１における圧力上昇は、第１シリンダ４２の開口４２ａに近い程早く、その分だけ大気逆止弁１１２の開弁開始が早くなり、中通路３ｂにおける圧力上昇を抑えることができる。従って、高圧レギュレータ２９よりも高圧レギュレータ３０の方が大気逆止弁１１２による圧力上昇の抑制効果が向上する。また、高圧レギュレータ３０では、大気連通路１１１が中通路３ｂの途中に設けられていないので、大気連通路１１１や大気逆止弁１１２の構成に関わりなく、中通路３ｂの内径を大きくすることができる。このため、高圧レギュレータ３０における大気逆止弁１１２の弁座１２１ａの弁孔１２１ｂの内径を、高圧レギュレータ２９のそれよりも大きくすることができ、大気逆止弁１１２の開弁応答性を向上させることができる。ここで、高圧レギュレータ２９でも弁孔１２１ｂの内径を拡大することは可能であるが、中通路３ｂの内径が相対的に小さくなると、中通路３ｂが絞りとして機能し、大気逆止弁１１２の開弁応答性が劣ってしまう。高圧レギュレータ３０では、このようなことがなくなる。
【００８４】
この実施形態では、上流側に配置された第１レギュレータ８に対応して第１シリンダ４２の開口４２ａに隣接すると共に、そのシリンダ４２の下流側とならない範囲に大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が配置されるので、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が、中通路３ｂの上流側端に近付けられ、その分だけ大気逆止弁１１２に対し水素ガスの圧力変化が早く作用する。このため、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９とを含みユニット化された高圧レギュレータ３０において、水素ガスの圧力上昇に対し大気逆止弁１１２の応答性を向上させることができる。
【００８５】
＜第６実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第６実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８６】
この実施形態では、第５実施形態の高圧レギュレータ３０の構成に対し、連通路１０と内気逆止弁１１を設けた点で第５実施形態と異なる。図１１に、この実施形態の燃料電池システムを概略構成図により示す。図１２に、高圧レギュレータ３０を概略的に断面図により示す。この実施形態で、高圧レギュレータ３０には、大気連通路１１１と大気逆止弁１１２の他に、中通路３ｂと後通路３ｃとを連通する連通路１０と、その連通路１０に設けられる内気逆止弁１１が設けられる。
【００８７】
すなわち、この実施形態の高圧レギュレータ３０は、図１２に示すように、第５実施形態と同様に大気連通路１１１と大気逆止弁１１２が設けられると共に、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間であって、中通路３ｂの途中に連通路１０が設けられ、その連通路１０に内気逆止弁１１が設けられる。この実施形態では、大気逆止弁１１２の開弁圧が内気逆止弁１１の開弁圧よりも大きく設定される。また、この実施形態では、大気逆止弁１１２における水素ガスの流量が内気逆止弁１１における水素ガスの流量よりも大きく設定される。
【００８８】
従って、この実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ３０においても、第５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、中通路３ｂの途中に後通路３ｃに連通する連通路１０が設けられ、その連通路１０に内気逆止弁１１が設けられる。また、大気連通路１１１に設けられた大気逆止弁１１２の方が、連通路１０に設けられた内気逆止弁１１よりも、開弁圧と燃料ガスの流量が大きく設定される。このため、中通路３ｂに第１レギュレータ８から水素ガスが微少に漏れ出てその中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が少し増大した場合には、開弁圧と水素ガスの流量が相対的に小さい内気逆止弁１１が開いて中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへの水素ガスの流れが許可されるので、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。このため、中通路３ｂに漏れ出た水素ガスの圧力が過大になることを防止することができ、中通路３ｂに面したシール部材４９，５７のシール不良及び破損の発生を防止することができる。一方、第１レギュレータ８が開いたまま故障した場合は、第１レギュレータ８から中通路３ｂへ水素ガスが多量に流れ、その中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が急激に増大する。この場合は、内気逆止弁１１が開くと共に、開弁圧と水素ガスの流量が相対的に大きい大気逆止弁１１２が開いて、中通路３ｂから大気連通路１１１及びパイプ１１３を介して大気への水素ガスの流れが許可されるので、中通路３ｂの水素ガスが速やかに減圧される。このため、中通路３ｂに流れた水素ガスの圧力が過大になることを防止することができ、中通路３ｂに面したシール部材４９，５７のシール不良及び破損の発生を防止することができる。また、高圧レギュレータ３０の耐圧性を確保することができる。
【００８９】
この実施形態では、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間の中通路３ｂにおける水素ガスの圧力が増大しても、大気逆止弁１１２が開いて中通路３ｂから大気連通路
１１１を介して大気への水素ガスの流れが許可されたり、内気逆止弁１１が開いて中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへの水素ガスの流れが許可されたりするので、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。このため、大気逆止弁１１２と内気逆止弁１１を必要に応じて選択的に機能させたり、両方を同時に機能させたりすることができる。
【００９０】
この実施形態では、大気逆止弁１１２の開弁圧が内気逆止弁１１の開弁圧よりも大きく設定されるので、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大が少ない段階では、内気逆止弁１１が先に開いて中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへの水素ガスの流れが許可され、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。また、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大が多くなると、大気逆止弁１１２が開いて中通路３ｂから大気連通路１１１を介して大気への水素ガスの流れが許可され、中通路３ｂの燃料ガスが減圧される。このため、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大の程度に応じて内気逆止弁１１と大気逆止弁１１２を段階的に機能させることができ、水素ガスの無駄な消費を少なくすることができ、高圧レギュレータ３０の耐圧性を確保することができる。
【００９１】
この実施形態では、大気逆止弁１１２における水素ガスの流量が内気逆止弁１１における水素ガスの流量よりも大きく設定されるので、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大が少ない段階では、内気逆止弁１１が開くことで、中通路３ｂから連通路１０を介して後通路３ｃへ少量の水素ガスが適度に流れ、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。また、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大が多くなると、大気逆止弁１１２が開くことで、中通路３ｂから大気連通路１１１を介して大気へ多量の水素ガスが一気に流れ、中通路３ｂの水素ガスが減圧される。このため、中通路３ｂにおける水素ガスの圧力の増大の程度に応じて内気逆止弁１１と大気逆止弁１１２を段階的に機能させることができ、水素ガスの無駄な消費を少なくすることができ、高圧レギュレータ３０内の耐圧性を確保することができる。
【００９２】
＜第７実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置を燃料電池システムに具体化した第７実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００９３】
前記第６実施形態では、大気連通路１１１に設けられる大気逆止弁１１２と連通路１０に設けられる内気逆止弁１１とをケーシング４１にて別々の位置に設けたが、この実施形態では、大気逆止弁１１２と内気逆止弁１１の両方の機能を有する一つの逆止弁をケーシング４１に設けた点で第６実施形態と構成が異なる。図１３に、この実施形態の高圧レギュレータ１３１を概略的に断面図により示す。この実施形態の高圧レギュレータ１３１は、二段逆止弁１３６とその周辺の構成を除き、基本的に第４実施形態の高圧レギュレータ２９と同じ構成を有する。すなわち、図１３に示すように、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９との間にてケーシング４１に設けられた大気連通路１１１には、この実施形態の二段逆止弁１３６が設けられる。また、この二段逆止弁１３６に隣接して、ケーシング４１には、中通路３ｂに連通した大気連通路１１１と後通路３ｃとを連通する連通路１３７が形成される。この連通路１３７の内径は、大気連通路１１１の内径に比べて数段小さく設定される。
【００９４】
図１４、図１５及び図１６に、二段逆止弁１３６を断面図により示す。この二段逆止弁１３６は、第４実施形態の図７、図８に示すように大気連通路１１１に設けられた大気逆止弁１１２と同等の構成を有するので、その大気逆止弁１１２と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。図１４〜図１６に示すように、弁体１２２の小径部１２２ａは、図７、図８に示す小径部１２２ａよりも軸線方向へ長く形成される。小径部１２２ａの内部空間には、皿状をなす小弁体１２６が、小径部１２２ａの軸線方向へ移動可能に配置される。小弁体１２６の内底面と小径部１２２ａの内底面との間には、小弁体１２６を弁座１２１ａへ向けて（閉弁方向へ）付勢するスプリング１２７が設けられる。また、小径部１２２ａの軸線方向先端（図１４〜図１６の下端）には、ゴムシール１２８が設けられ、小径部１２２ａがゴムシール１２８を介して弁座１２１ａに接するようになっている。同じく、小弁体１２６の軸線方向先端（図１４〜図１６の下端）には、同じくゴムシール１２９が設けられ、小弁体１２６がゴムシール１２９を介して弁座１２１ａに接するようになっている。また、ケーシング１２１には、弁座１２１ａに対応して連通孔１３０が形成される。この連通孔１３０の一端は弁座１２１ａの表面であって、小弁体１２６のゴムシール１２９が接する部分に開口し、その他端はケーシング４１に形成された連通路１３７に通じるようになっている。連通孔１３０は連通路１３７を構成し、連通孔１３０の内径は連通路１３７のそれと同じに設定される。ここで、連通孔１３０は、連通路１３７を大気連通路１１１から分岐させるために設けられ、連通路１３７の一部を構成するものである。ここで、弁体１２２のスプリング１２３の付勢力は、小弁体１２６のスプリング１２７のそれよりも格段に大きく設定される。これにより、小弁体１２６が弁座１２１ａに接する閉弁状態からスプリング１２７に抗して開弁するときの開弁圧力が相対的に小さく、弁体１２２の小径部１２２ａが小弁体１２６と共に閉弁状態からスプリング１２３に抗して開弁するときの開弁圧力が相対的に大きく設定される。
【００９５】
上記したように、弁体１２２（小径部１２２ａ）は、大気連通路１１１を開閉するために弁座１２１ａに対応して設けられた大気逆止弁として機能する。一方、小弁体１２６は、連通路１３７を開閉するために弁座１２１ａに対応して設けられた内気逆止弁として機能する。すなわち、この実施形態では、連通路１３７は大気連通路１１１から分岐して設けられ、内気逆止弁は、大気連通路１１１から連通路１３７が分岐する部分近傍にて大気逆止弁と一体的に構成される。
【００９６】
従って、この二段逆止弁１３６は、高圧レギュレータ１３１において、中通路３ｂから大気連通路１１１へ作用する水素ガスの圧力の違いに応じて二段階に開弁する。すなわち、中通路３ｂに水素ガスが漏れていない場合は、弁座１２１ａの弁孔１２１ｂに作用する水素ガスの圧力が極めて小さい。このため、図１４に示すように、弁体１２２の小径部１２２ａも小弁体１２６も共に弁座１２１ａに接して閉弁状態となる。一方、中通路３ｂに水素ガスが微少に漏れ出ている場合は、弁座１２１ａの弁孔１２１ｂに作用する水素ガスの圧力が増大する。このため、図１５に示すように、小弁体１２６のみが弁座１２１ａから離れて開弁し、弁体１２２の小径部１２２ａは閉弁状態のままとなる。これにより、中通路３ｂへ微小に漏れ出た水素ガスは、図１５に破線矢印で示すように、弁孔１２１ｂから連通孔１３０へ流れ、連通路１３７を介して後通路３ｃへ流れることになる。また、中通路３ｂに多量の水素ガスが漏れ出ている場合は、ケーシング１２１の弁孔１２１ｂに作用する水素ガスの圧力が更に増大する。このため、図１６に示すように、小弁体１２６と共に弁体１２２の小径部１２２ａが弁座１２１ａから離れて開弁する。これにより、中通路３ｂへ多量に漏れ出た水素ガスは、図１６に太線矢印で示すように、弁孔１２１ｂから入り、弁座１２１ａとゴムシール１２８との間を抜け、連通孔１２２ｃから弁体１２２の内部を通り、ストッパ１２４の孔１２４ａを介してケーシング１２１の外へ流れ出て、パイプ１１３を介して大気へ逃がされる。これと同時に、水素ガスの一部は、図１６に破線矢印で示すように、弁孔１２１ｂから連通孔１３０へ流れ、連通路１３７を介して後通路３ｃへ逃される。このように二段逆止弁１３６が二段階に開弁する。
【００９７】
上記したようにこの実施形態の水素供給システム及び高圧レギュレータ１３１においても、第６実施形態と同様の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、大気連通路１１１から連通路１３７が分岐する部分近傍にて、内気逆止弁が大気逆止弁と一体的に二段逆止弁１３６として構成されるので、内気逆止弁を設けるための別のスペースが必要がない。このため、内気逆止弁を設けるためのスペースを省略できる分だけ高圧レギュレータ１３１、延いては水素供給システムを小型化することができる。
【００９８】
＜第８実施形態＞
次に、本発明における燃料供給システム及び減圧装置をバイフューエルエンジンシステムに具体化した第８実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００９９】
図１７に、車両に搭載されるバイフューエルエンジンシステムを概略構成図により示す。バイフューエルエンジンシステムは、ガソリンとＣＮＧ（圧縮天然ガス）とを燃料として使用可能なエンジン６１を備える。吸気口（図示略）から吸入された空気をエンジン６１へ導く吸気通路６２には、その上流側から順に、エアクリーナ６３、スロットルバルブ６４、サージタンク６５などが設けられる。サージタンク６５に流入した空気は、吸気マニホールド６６を介して、エンジン６１に設けられた複数の気筒６７へ分流される。吸気マニホールド６６又は吸気ポート６８では、燃料供給システム８０により供給される燃料（ＣＮＧ及びガソリン）と空気とを混合した混合気が生成され、この混合気が各気筒６７内へ供給される。
【０１００】
１つの気筒６７には、ピストン６９が上死点から下方へ移動するタイミングで吸気バルブ７０を介して混合気が供給される（吸気行程）。その後、その気筒６７では、ピストン６９が上方へ移動することで混合気が圧縮される（圧縮行程）。次に、上死点に到達したピストン６９が再び下方へ移動し始めるタイミングで、点火プラグ７１の点火によって気筒６７内で混合気が爆発・燃焼し、その燃焼による圧力がピストン６９を介してクランクシャフト７２へ動力として伝達される（燃焼行程）。クランクシャフト７２は、伝達された動力によって回転する。その後、下死点に到達したピストン６９が再び上方へ移動し始めると、燃焼後の排気ガスが排気バルブ７３を介して気筒６７から排気される（排気行程）。
【０１０１】
燃料供給システム８０は、ガソリン供給系８１とＣＮＧ供給系８２とを含む。ガソリン供給系８１は、ガソリンタンク８３に貯留されるガソリンを供給先であるエンジン６１の各気筒６７へ供給する。ＣＮＧ供給系８２は、本発明の燃料供給システムの一例に相当し、本発明の燃料貯留器の一例に相当するＣＮＧタンク８４に高圧で貯留されるＣＮＧ（燃料ガス）を供給先であるエンジン６１の各気筒６７へ供給する。
【０１０２】
ガソリン供給系８１には、ガソリンタンク８３内からガソリンを吸引する燃料ポンプ８５と、その燃料ポンプ８５から吐出された燃料が導入されるガソリン用デリバリパイプ８６とが設けられる。このガソリン用デリバリパイプ８６には、各気筒６７に個別対応する各吸気マニホールド６６内にガソリンを噴射するための複数のガソリン用インジェクタ８７が設けられる。これら各ガソリン用インジェクタ８７は、コントローラ１００によって、対応する各吸気マニホールド６６内へのガソリン噴射タイミングなどが個別に制御される。
【０１０３】
ＣＮＧ供給系８２には、ＣＮＧタンク８４に接続される高圧燃料供給通路８８と、その通路８８の下流端（図１７では右端）に接続されるＣＮＧ用デリバリパイプ８９とが設けられる。ＣＮＧタンク８４と高圧燃料供給通路８８との間には、コントローラ１００によって開閉制御される常閉型の電磁弁を備えた元弁９０が設けられる。この元弁９０が閉弁状態である場合、ＣＮＧタンク８４内は密閉状態となる。
【０１０４】
また、高圧燃料供給通路８８において、元弁９０よりも下流側（図１７では右側）には、高圧燃料供給通路８８内の圧力を検出するための第１圧力センサ９７と、コントローラ１００によって開閉制御される遮断弁９１とが設けられる。元弁９０及び遮断弁９１が開弁状態である場合には、ＣＮＧタンク８４内のＣＮＧが高圧燃料供給通路８８を介してＣＮＧ用デリバリパイプ８９に供給される。一方、遮断弁９１が閉弁状態になった場合には、ＣＮＧ用デリバリパイプ８９にＣＮＧが供給されなくなる。
【０１０５】
また、高圧燃料供給通路８８において遮断弁９１よりも下流側には、ＣＮＧタンク８４から供給されるＣＮＧの圧力、即ち燃料ガスの圧力（燃圧）を減圧させるための高圧レギュレータ９２が設けられる。この高圧レギュレータ９２は、本発明の減圧装置の一例に相当し、所定の燃圧のＣＮＧがＣＮＧ用デリバリパイプ８９に供給されるように作動する。ここで、この高圧レギュレータ９２として、例えば、前記各実施形態で説明した高圧レギュレータ７，２７，２８を使用することができる。
【０１０６】
ＣＮＧ用デリバリパイプ８９には、各気筒６７に個別対応する各吸気マニホールド６６内にＣＮＧを噴射するための複数のＣＮＧ用インジェクタ９３が設けられる。また、ＣＮＧ用デリバリパイプ８９には、同パイプ８９内の圧力を検出するための第２圧力センサ９８と、ＣＮＧ用デリバリパイプ８９内に供給されたＣＮＧの温度を検出するための温度センサ９９とが設けられる。そして、各ＣＮＧ用インジェクタ９３は、第２圧力センサ９８及び温度センサ９９からの検出信号が入力されるコントローラ１００によって、対応する各吸気マニホールド６６内へのＣＮＧの噴射タイミングなどが個別に制御される。この実施形態で、各ＣＮＧ用インジェクタ９３は、本発明の燃料流量調節手段の一例に相当する。
【０１０７】
従って、この実施形態のバイフューエルエンジンシステムにおいても、ＣＮＧをエンジン６１へ供給する高圧燃料供給通路８８において、高圧レギュレータ９２は、前記各実施形態と同等の作用効果を発揮することができる。
【０１０８】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【０１０９】
前記各実施形態では、本発明の減圧装置として、第１レギュレータ８と第２レギュレータ９の二つのレギュレータを備えた高圧レギュレータ７，２７〜３０，１３１に具体化したが、三つ以上のレギュレータ（減圧弁）を備えた高圧レギュレータ（減圧装置）に具体化することもできる。
【０１１０】
前記第８実施形態では、本発明の燃料供給システムを、ガソリンとＣＮＧ（圧縮天然ガス）とを燃料とするバイフューエルエンジンシステムに具体化したが、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）のみを燃料とするモノフューエルエンジンシステムに具体化することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
この発明は、車両に搭載される内燃機関又は燃料電池の構成要素として利用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  燃料電池（供給先）
２  水素ボンベ（燃料貯留器）
３  水素供給通路（燃料供給通路）
３ａ  前通路
３ｂ  中通路
３ｃ  後通路
７  高圧レギュレータ（減圧装置）
８  第１レギュレータ（第１の減圧弁）
９  第２レギュレータ（第２の減圧弁）
１０  連通路
１１  内気逆止弁
１２  水素流量調節装置（燃料流量調節手段）
２７  高圧レギュレータ（減圧装置）
２８  高圧レギュレータ（減圧装置）
２９  高圧レギュレータ（減圧装置）
３０  高圧レギュレータ（減圧装置）
４２  第１シリンダ
４２ａ  開口
４３  第１ピストン
６１  エンジン（供給先）
８２  ＣＮＧ供給系
８４  ＣＮＧタンク（燃料貯留器）
８８  高圧燃料供給通路
９２  高圧レギュレータ（減圧装置）
９３  ＣＮＧ用インジェクタ（燃料流量調節手段）
１１１  大気連通路
１１２  大気逆止弁
１１３  パイプ（大気連通路）
１３０  連通孔（連通路）
１３１  高圧レギュレータ（減圧装置）
１３６  二段逆止弁
１３７  連通路
【図１】
2016001455.tif 000003
【図２】
2016001455.tif 000004
【図３】
2016001455.tif 000005
【図４】
2016001455.tif 000006
【図５】
2016001455.tif 000007
【図６】
2016001455.tif 000008
【図７】
2016001455.tif 000009
【図８】
2016001455.tif 000010
【図９】
2016001455.tif 000011
【図１０】
2016001455.tif 000012
【図１１】
2016001455.tif 000013
【図１２】
2016001455.tif 000014
【図１３】
2016001455.tif 000015
【図１４】
2016001455.tif 000016
【図１５】
2016001455.tif 000017
【図１６】
2016001455.tif 000018
【図１７】
2016001455.tif 000019