(57)【要約】【課題】ガス供給流路内のガス圧力を所定圧力に加圧するまでの時間を短縮可能な圧力調整装置を提供することである。【解決手段】圧力調整装置１００は、ガス供給源から燃料電池へガスを供給する流路に設けられる圧力調整装置であって、入力されたガスを減圧して出力室から出力する減圧弁部２００と、減圧弁部２００の出力室から連続した内蔵流路１４０を有するボディ部１２０と、ボディ部１２０に一体化され内蔵流路１４０に接続されたインジェクタ部６００と、ボディ部１２０に一体化され内蔵流路１４０に接続されたリリーフ弁部３００と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給源から燃料電池へガスを供給する流路に設けられる圧力調整装置であって、
入力されたガスを減圧して出力室から出力する減圧弁部と、
減圧弁部の出力室から連続した内蔵流路を有するボディ部と、
ボディ部に一体化され内蔵流路に接続されたインジェクタ部と、
ボディ部に一体化され内蔵流路に接続されたリリーフ弁部と、
を備えることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力調整装置であって、
ボディ部の内蔵流路は、減圧弁部の出力室から直線状に延伸し減圧弁部とは反対側端部にリリーフ弁部が接続された直線流路を含むことを特徴とする圧力調整装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力調整装置であって、
ボディ部に一体化されボディ部の内蔵流路に接続されたサージタンク部をさらに備え、
内蔵流路は、直線流路に交差し直線状に延伸した交差流路であって一端にインジェクタ部が接続され、他端にサージタンク部が接続された交差流路をさらに含むことを特徴とする圧力調整装置。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力調整装置であって、
交差流路は直線流路に直交することを特徴とする圧力調整装置。
【請求項５】
請求項３に記載の圧力調整装置であって、
減圧弁部から直線流路および交差流路を通ってインジェクタ部へ至る流路と、減圧弁部から直線流路および交差流路を通ってサージタンク部へ至る流路とのいずれか一方が、鋭角に曲がっていることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項６】
請求項３に記載の圧力調整装置であって、
直線流路と交差流路との交差部におけるインジェクタ部側入口とサージタンク部側入口との少なくとも一方の入口の減圧弁部側部位に突起をさらに備えることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項７】
請求項３に記載の圧力調整装置であって、
直線流路内に配置され、リリーフ弁部が開状態になるのと同調して減圧弁部側から直線流路と交差流路との交差部内へ移動するバッフル部材をさらに備えることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項８】
請求項７に記載の圧力調整装置であって、
リリーフ弁部の弁体がバッフル部材に支持されており、リリーフ弁部の弁体と該弁体の収容空間の壁面との間に隙間が設けられていることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力調整装置であって、
減圧弁部およびインジェクタ部は、該圧力調整装置を適用した燃料電池システムが車両に搭載される場合に、それぞれの弁体の移動方向を重力方向に平行にして設置されることを特徴とする圧力調整装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の圧力調整装置であって、
ボディ部の内蔵流路は、
直線流路に対して９０°よりも小さい角度で直線流路から分岐しインジェクタ部が接続される分岐流路と、
直線流路に対して９０°よりも小さい角度で直線流路から分岐しサージタンク部が接続される分岐流路と、
をさらに含むことを特徴とする圧力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力調整装置に係り、特にガス供給源から燃料電池へガスを供給する流路に設けられる圧力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、酸素ガス（空気）および水素ガスの供給を受けて電力を発生する固体分子電解質型の燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムは、燃料電池に酸素ガスを供給する酸素ガス配管系と、燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス配管系とを有している。
【０００３】
水素ガス配管系のうちで水素タンクから燃料電池へ水素ガスを供給する流路には、水素タンクから流出した水素ガスの圧力を減圧する１次減圧用の１次減圧弁と、１次減圧弁で減圧された水素ガスをさらに減圧する２次減圧用の２次減圧弁と、２次減圧弁で減圧された水素ガスをさらに減圧する３次減圧用の３次減圧弁とが設けられている。これらの減圧弁によって所定圧力のガスが燃料電池に供給される。
【０００４】
また、該水素供給流路には、１次減圧弁と２次減圧弁との間に圧力センサおよびリリーフ弁が設けられており、２次減圧弁と３次減圧弁との間にも圧力センサおよびリリーフ弁が設けられている。リリーフ弁は、流路内のガス圧力が所定圧以上になった場合に該ガスを外部に放出（排出）して流路内のガス圧力を下げるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３２６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池へのガス供給流路は一般に減圧弁、圧力センサ、リリーフ弁等の要素を順次、配管で接続して構成される。このため、各要素間の配管が長い等の場合には、起動時にガス供給流路内のガス圧力を所定圧力に加圧するには時間がかかってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、ガス供給流路内のガス圧力を所定圧力に加圧するまでの時間を短縮可能な圧力調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧力調整装置は、ガス供給源から燃料電池へガスを供給する流路に設けられる圧力調整装置であって、入力されたガスを減圧して出力室から出力する減圧弁部と、減圧弁部の出力室から連続した内蔵流路を有するボディ部と、ボディ部に一体化され内蔵流路に接続されたインジェクタ部と、ボディ部に一体化され内蔵流路に接続されたリリーフ弁部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、減圧弁部とインジェクタ部とリリーフ弁部とがボディ部に一体化されているので、減圧弁部とインジェクタ部とリリーフ弁部とを配管で接続した構造における該配管に比べて、ボディ部の内蔵流路の方が流路長を短くすることが可能である。このため、流路容積、換言すれば該流路によるガス保有量を削減可能である。したがって、燃料電池起動時のガス加圧に要する時間を短縮することができる。また、上記の配管が必要ないので、ガス供給流路を軽量化することができる。また、インジェクタ部を配管に接続する構造に比べてインジェクタ部の設置を安定化させることが可能なので、インジェクタ部による振動等を抑制することができる。
【００１０】
ここで、ボディ部の内蔵流路は、減圧弁部の出力室から直線状に延伸し減圧弁部とは反対側端部にリリーフ弁部が接続された直線流路を含むことが好ましい。この構成によれば、減圧弁フェール時にリリーフ弁部へ効果的に圧力印加することができる。このため、リリーフ弁部の速やかな動作開始によって、インジェクタ部等を保護することができる。
【００１１】
また、ボディ部に一体化されボディ部の内蔵流路に接続されたサージタンク部をさらに備え、内蔵流路は、直線流路に交差し直線状に延伸した交差流路であって一端にインジェクタ部が接続され、他端にサージタンク部が接続された交差流路をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、サージタンク部がボディ部に一体化されているので、サージタンク部を配管で繋いだ構成に比べて、配管が不要になるし、配管の振動による騒音の発生を防止することができる。また、インジェクタ部とサージタンク部とが直線状の流路で連通しているので、インジェクタ部の脈動がサージタンク部に印加されやすく脈動の抑制に効果的である。また、インジェクタ部が接続された流路と減圧弁部が接続された流路とが交差しているので、インジェクタ部の脈動が減圧弁部へ伝播して減圧弁部が共振するのを防止することができる。
【００１２】
また、交差流路は直線流路に直交することが好ましい。この構成によれば、減圧弁フェール時にインジェクタ部への圧力印加とサージタンク部への圧力印加との両方が抑制され、インジェクタ部とサージタンク部との両方を保護することができる。
【００１３】
また、減圧弁部から直線流路および交差流路を通ってインジェクタ部へ至る流路と、減圧弁部から直線流路および交差流路を通ってサージタンク部へ至る流路とのいずれか一方が、鋭角に曲がっていることが好ましい。この構成によれば、鋭角に曲がった流路において屈曲先の流路には減圧弁フェール時の圧力が印加されにくいので、インジェクタ部またはサージタンク部を保護することができる。
【００１４】
また、直線流路と交差流路との交差部におけるインジェクタ部側入口とサージタンク部側入口との少なくとも一方の入口の減圧弁部側部位に突起をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、上記突起が減圧弁フェール時の圧力印加を抑制するので、インジェクタ部とサージタンク部の一方または両方が保護される。
【００１５】
また、直線流路内に配置され、リリーフ弁部が開状態になるのと同調して減圧弁部側から直線流路と交差流路との交差部内へ移動するバッフル部材をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、バッフル部材が交差部へ移動することにより、インジェクタ部への入口とサージタンク部への入口との少なくとも一方の入口が減圧弁部側から狭められる。このため、減圧弁フェール時にインジェクタ部とサージタンク部の一方または両方への圧力印加が抑制され、インジェクタ部とサージタンク部の一方または両方を保護することができる。
【００１６】
また、リリーフ弁部の弁体がバッフル部材に支持されており、リリーフ弁部の弁体と該弁体の収容空間の壁面との間に隙間が設けられていることが好ましい。この構成によれば、異物によるリリーフ弁部の動作不具合を低減することができる。
【００１７】
また、減圧弁部およびインジェクタ部は、該圧力調整装置を適用した燃料電池システムが車両に搭載される場合に、それぞれの弁体の移動方向を重力方向に平行にして設置されることが好ましい。この構成によれば、減圧弁部およびインジェクタ部の弁体の偏摩耗を防止できる。
【００１８】
また、ボディ部の内蔵流路は、直線流路に対して９０°よりも小さい角度で直線流路から分岐しインジェクタ部が接続される分岐流路と、直線流路に対して９０°よりも小さい角度で直線流路から分岐しサージタンク部が接続される分岐流路と、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、減圧弁フェール時にインジェクタ部への圧力印加とサージタンク部への圧力印加との両方を同時に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成によれば、ガス供給流路内のガス圧力を所定圧力に加圧するまでの時間を短縮可能な圧力調整装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に実施の形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム２０の構成を説明する図を示す。燃料電池システム２０は、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応によって発電を行う燃料電池２２を含んでいる。ここでは燃料ガスとして水素ガスを例示し、酸化ガスとして空気中の酸素ガスを例示するが、燃料ガスおよび酸化ガスはこれらの例示に限られるものではない。なお、燃料ガスおよび酸化ガスは反応ガスと総称される場合がある。
【００２１】
燃料電池２２は例えば固体高分子型燃料電池（Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell；ＰＥＦＣ）によって構成可能である。固体高分子型燃料電池は、例えば、膜電極接合体（Membrane  Electrode  Assembly；ＭＥＡ）とＭＥＡを挟持するセパレータとを含む単セルが複数積層されて（スタックされて）構成されている。なお、ＭＥＡは例えば固体高分子電解質膜がガス拡散電極で挟まれ一体的に接合されている。
【００２２】
燃料電池システム２０は、水素ガス供給流路２４と、水素ガス循環流路２６と、水素ガス排出流路２８と、酸素ガス供給流路３０と、酸素ガス排出流路３２とを含んでおり、これらの流体流路２４，２６，２８，３０，３２は以下の説明から分かるように燃料電池２２に繋がっている。
【００２３】
また、燃料電池システム２０は、水素ガス供給源３４と、コンプレッサ５４とを含んでいる。なお、水素ガス供給源３４は、例えば水素タンク、水素吸蔵合金、燃料改質器等の一つまたは複数で構成可能である。また、コンプレッサ５４は、酸素ガスを含んだ空気を取り込んで圧送するものであり、酸素ガス供給源と呼ぶことも可能である。なお、コンプレッサ５４に替えて例えば酸素ガス供給源の一例である酸素タンク等を用いてもよい。
【００２４】
水素ガス供給流路２４は、水素ガス供給源３４と燃料電池２２の水素ガス供給口との間を接続しており、水素ガス供給源３４から燃料電池２２へ水素ガスを供給する流路である。水素ガス供給流路２４は例えば、配管と、当該配管に設けられた遮断バルブ３６、圧力調整装置１００、リリーフ弁３０２および圧力計４０２とを含んで構成される。なお、上記要素３６，１００，３０２，４０２は図示の例では水素ガス供給源３４の側から、換言すればガスの流れの上流側から、この順序で設けられている。圧力調整装置１００については後に詳述する。
【００２５】
水素ガス循環流路２６は、燃料電池２２の水素ガス排出口と水素ガス供給流路２４との間を接続しており、燃料電池２２を通過して流出する水素オフガスを燃料電池２２へ再度供給し循環させる流路である。ここでは、水素ガス循環流路２６は圧力計４０２の下流側で水素ガス供給流路２４に接続されている。水素ガス循環流路２６は例えば、配管と、当該配管に設けられた気液分離器４６およびポンプ４８とを含んで構成される。気液分離器４６は水素オフガスから水分等を回収するものである。ポンプ４８は気液分離器４６を通過した水素オフガスを加圧して水素ガス供給流路２４へ送り出すものである。なお、上記要素４６，４８は図示の例では燃料電池２２の側から、換言すればガスの流れの上流側から、この順序で設けられている。
【００２６】
水素ガス排出流路２８は、気液分離器４６の排出口に接続されており、気液分離器４６で分離された不純物を含む水素オフガスを燃料電池システム２０の外部へ排出する流路である。なお、気液分離器４６で分離された水分等も水素ガス排出流路２８を通じて排出可能である。水素ガス排出流路２８は例えば、配管と、当該配管に設けられた排出バルブ（パージバルブ）５０および希釈器５２とを含んで構成される。なお、上記要素５０，５２は図示の例では気液分離器４６の側から、換言すればガスの流れの上流側から、この順序で設けられている。
【００２７】
酸素ガス供給流路３０は、コンプレッサ５４の送出口と燃料電池２２の酸素ガス供給口との間を接続しており、コンプレッサ５４から燃料電池２２へ酸素ガスを含んだ空気を供給する流路である。酸素ガス供給流路３０は例えば、配管と、当該配管に設けられた加湿器５６を含んで構成される。
【００２８】
酸素ガス排出流路３２は、燃料電池２２の酸素ガス排出口に接続されており、燃料電池２２を通過して流出する酸化オフガスを燃料電池システム２０の外部へ排出する流路である。酸素ガス排出流路３２は例えば、配管と、当該配管に設けられた加湿器５６および希釈器５２とを含んで構成される。ここでは加湿器５６を酸素ガス供給流路３０と酸素ガス排出流路３２とで共有する場合を例示するが、流路３０，３２のそれぞれに加湿器を設けてもよい。なお、上記要素５６，５２は図示の例では燃料電池２２の側から、換言すればガスの流れの上流側から、この順序で設けられている。加湿器５６を通過した酸化オフガスは希釈器５２によって水素オフガスと合流し水素オフガスとともに燃料電池システム２０の外部へ排出される。この例示では、希釈器５２が酸素ガス排出流路３２と水素ガス排出流路２８とで共有されている。
【００２９】
図２に圧力調整装置１００を説明する模式図を示す。図２に示すように圧力調整装置１００は、減圧弁部２００、リリーフ弁部３００、圧力計部４００、サージタンク部５００、インジェクタ部６００、および装置ボディ部１２０を含んでおり、装置ボディ部１２０に上記要素２００，３００，４００，５００，６００が一体化されている。
【００３０】
装置ボディ部１２０は流路１４０を内蔵した部材であり、内蔵流路１４０は上記の水素ガス供給流路２４（図１参照）の一部を構成するものである。図２に例示した内蔵流路１４０は流路１４１，１４３，１４４，１４６〜１４８を含んでいる。流路１４１は減圧弁部２００の出力室２２４（図３参照）から連続した流路であり、減圧弁部２００とは反対側において２つの流路１４３，１４４に分岐している。流路１４３は、流路１４１，１４３の交差部１４２とは反対側において圧力計部４００の入力部に接続されており、圧力計部４００によって内蔵流路１４０の圧力が測定可能である。圧力計部４００および上記の圧力計４０２（図１参照）として例えば歪ゲージ方式等の各種のものを用いることができる。他方、流路１４４は交差部１４２とは反対側において３つの流路１４６〜１４８に分岐している。流路１４６は流路１４６〜１４８の交差部１４５とは反対側においてリリーフ弁部３００の入力部に接続されている。流路１４７は交差部１４５とは反対側においてインジェクタ部６００の入力部に接続されている。流路１４８は交差部１４５とは反対側においてサージタンク部５００に接続されている。
【００３１】
ここで、流路１４１，１４４，１４６は１本の直線状に延伸した流路１４０Ａを構成しており、この直線流路１４０Ａは一端部に減圧弁部２００が接続され、他端部にリリーフ弁部３００が接続されている。また、流路１４７，１４８は１本の直線状に延伸した流路１４０Ｂを構成しており、上記直線流路１４０Ａと交差している。この交差流路１４０Ｂは一端部にインジェクタ部６００が接続され、他端部にサージタンク部５００が接続されている。なお、図２では流路１４０Ａ，１４０Ｂが直交する場合を例示している。
【００３２】
上記の流路構成の場合、流路１４１，１４３によって減圧弁部２００から圧力計部４００へ至る流路１６４が構成されている。また、流路１４１，１４４，１４６、すなわち流路１４０Ａによって、減圧弁部２００からリリーフ弁部３００へ至る流路１６３が構成されている。また、流路１４１，１４４，１４７によって、減圧弁部２００からインジェクタ部６００へ至る流路１６６が構成されている。また、流路１４１，１４４，１４８によって、減圧弁部２００からサージタンク部５００へ至る流路１６５が構成されている。
【００３３】
なお、図２では、説明を簡単にするために、流路１４１，１４３，１４４，１４６〜１４８が、装置ボディ部１２０の一つの断面中に現れる場合（換言すれば同一平面内に配設されている場合）を例示しているが、例えば圧力計部４００へ向かう分岐流路１４３を図面垂（紙面）に交差する方向に延伸させることも可能である。
【００３４】
図３に圧力調整装置１００のより具体的な構成例を説明する断面図を示す。図３ではインジェクタ部６００およびリリーフ弁部３００を模式的な外形図で図示し、これらの断面図は図４および図５にそれぞれ示す。また、図６にサージタンク部５００の斜視図を示す。なお、図３の例示では圧力計部４００および流路１４３（図２参照）を省略している。
【００３５】
図３の例示では、装置ボディ部１２０は基部材１２１、蓋部材１２２、ハウジング部材１２３、支持部材１２４、および連結部材１２５を含んでいる。これらの部材１２１〜１２５は例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成可能である。
【００３６】
基部材１２１には上記流路１４０Ａ，１４０Ｂが設けられている。ここでは、インジェクタ部６００とサージタンク部５００とを連通する流路１４０Ｂは設置状態において重力方向Ｇと平行に延伸しており、該流路１４０Ｂの両端がそれぞれ基部材１２１の表面において開口している。また、減圧弁部２００とリリーフ弁部３００とを連通する流路１４０Ａは、流路１４０Ｂに交差する方向に（図示の例では直交方向に）延伸しており、リリーフ弁部３００に接続される端部は基部材１２１の表面において開口している。他方、流路１４０Ａの減圧弁部２００に接続される端部は基部材１２１内部において、該基部材１２１に設けられた減圧弁部２００の出力室２２４に接続されている。減圧弁部２００の出力室２２４は基部材１２１の表面において（図示の例では流路１４０Ｂのサージタンク部５００側端部と同じ側において）開口している。
【００３７】
また、基部材１２１には減圧弁部２００の入力室２２２が設けられている。図示の例では入力室２２２は、出力室２２４と重力方向Ｇに平行な方向に並んでおり、その狭窄部分において出力室２２４と連通している。入力室２２２は、基部材１２１の表面において（図示の例では流路１４０Ｂのインジェクタ部６００側端部と同じ側において）開口している。入力室２２２の該開口部は蓋部材１２２によって閉じられる。なお、入力室２２２と蓋部材１２２との間は例えば不図示のＯリングによってシールされる。基部材１２１は入力室２２２へ、換言すれば圧力調整装置１００へ、水素ガスを導入するためのガス流入路１１０が設けられている。なお、ガスの流れ矢印Ｆで図示している。
【００３８】
なお、流路１４０Ａ，１４０Ｂは例えば基部材１２１の素となる部材を切削加工することによって形成可能である。圧力計部４００用の流路１４３（図２参照）についても同様である。
【００３９】
ハウジング部材１２３は、凹部２２６を有した部材であり、該凹部２２６の開口を基部材１２１に向け上記出力室２２４を覆うように（蓋をするように）配置されて基部材１２１に固定されている。
【００４０】
支持部材１２４は、インジェクタ部６００を支持する部材であり、該部材を貫通する流路１２６が設けられている。連結部材１２５は支持部材１２４と基部材１２１とを連結する部材である。基部材１２１の流路１４０Ｂにインジェクタ部６００の入口部分６０４が挿入され、支持部材１２４の流路１２６にインジェクタ部６００の出口部分６０８が挿入され、支持部材１２４と基部材１２１とが連結部材１２５で連結されることによって、インジェクタ部６００が装置ボディ部１２０に支持される（一体化される）。
【００４１】
なお、各部材１２１〜１２５について例えば外形を図示の例以外のものとすることも可能である。
【００４２】
減圧弁部２００は、ガス流入路１１０から流入した水素ガスの圧力を減圧して装置ボディ部１２０の流路１４０Ａへ、すなわち内蔵流路１４０へ出力する部分である。図３にはダイヤフラム方式の減圧弁部２００を例示しており、かかる例示の減圧弁部２００は、ダイヤフラム２４０と、ダイヤフラムバネ２４２と、弁体２４４と、弁体バネ２４６とを含んでいる。
【００４３】
ダイヤフラム２４０は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属を基材とする膜状部材であり、その周縁部が基部材１２１とハウジング部材１２３とに挟持されている。かかる挟持によって、基部材１２１に設けられた出力室２２４とハウジング部材１２３の凹部２２６とが仕切られている。なお、ハウジング部材１２３の凹部２２６はダイヤフラム室２２６と呼ばれる場合がある。ダイヤフラム室２２６内にはダイヤフラムバネ２４２が、ダイヤフラム２４０を出力室２２４側へ付勢するように配置されている。
【００４４】
弁体２４４は、入力室２２２と出力室２２４との間を開閉するとともにその開度を調整する部品であり、一部分が入力室２２２内に収容されているとともに出力室２２４へ延伸しダイヤフラム２４０に結合している。弁体バネ２４６は入力室２２２内に、弁体２４４を出力室２２４側へ付勢するように配置されている。上記構成の場合、弁体２４４は重力方向Ｇと平行な方向に移動可能に設けられる。
【００４５】
インジェクタ部６００は、内蔵流路１４０へ導入された水素ガスを圧力調整装置１００の外部へ、すなわち燃料電池２２（図１参照）側へ出力する部分である。
【００４６】
インジェクタ部６００は、図４に例示の構成では、本体部分６０２と、入口部分６０４と、出口部分６０８とを含んでいる。なお、図４では該部分６０２，６０４，６０８を１つの部材として簡略に図示しているが、複数の部材で構成してもよい。入口部分６０４と出口部分６０８とは、本体部分６０２から突出した部分であり、本体部分６０２を介して対向する位置に設けられている。インジェクタ部６００は、入口部分６０４において開口し当該開口部から本体部分６０２を通って出口部分６０８に開口する直線状の流路６１２を有している。この流路６１２は水素ガス供給流路２４の一部を構成するものである。
【００４７】
本体部分６０２内には流路６１２の途中に当該流路６１２を開閉する弁体６２２が配置されている。流路６１２において弁体６２２が収容された空間の出口部には例えばゴム製の弁座６３０が配置されており、当該弁座６３０によって弁体６２２と流路壁との間が流路閉状態時にシールされる。
【００４８】
弁体６２２の流路６１２内における移動は、本体部分６０２に内蔵されたバネ６３２およびソレノイド６２０によって制御される。バネ６３２は流路６１２内に挿入されており、その一端は弁体６２２に当接し、他端は流路６１２に設けられたストッパ６３４に当接している。これにより、弁体６２２はバネ６３２によって流路６１２の下流側へ付勢され、弁座６３０との当接によって流路６１２が閉状態になる。他方、ソレノイド６２０は弁体６２２よりも流路６１２の上流側に配置されており、ソレノイド６２０が発生する磁力によって弁体６２２は、バネ６３２の弾性力に対抗して流路６１２の上流側へ移動する。
【００４９】
かかる構成により、弁体６２２が移動してインジェクタ部６００の流路６１２を開閉することによって、インジェクタ部６００は流路上流側の水素ガスを流路下流へ吐出する。
【００５０】
入口部分６０４はその外周面に流路６１２を取り囲むように溝６０６を有しており、この溝６０６に不図示のＯリングが設けられて入口部分６０４が装置ボディ部１２０の流路１４０Ｂ（図３参照）に挿入される。出口部分６０８も同様の溝６１０を有しており、この溝６１０に不図示のＯリングが設けられて出口部分６０８が支持部材１２４の流路１２６に（図３参照）に挿入される。この場合、弁体６２２は重力方向Ｇと平行な方向に移動可能に設けられる。
【００５１】
リリーフ弁部３００は、内蔵流路１４０内の圧力が所定値に達した場合に内蔵流路１４０内の水素ガスを強制的に排気する部分である。リリーフ弁部３００によって内蔵流路１４０内は上記所定圧力以下に保持される。リリーフ弁部３００は、図５に例示の構成では、ボディ部材３２０と、弁体３４０と、バネ３４６とを含んでいる。なお、図５には説明のため装置ボディ部１２０も図示している。
【００５２】
リリーフ弁部３００のボディ部材３２０は、例えば中空の円筒部材で構成され、図示の例ではその一部分が装置ボディ部１２０の流路１４０Ａに挿入される。このとき、例えばリリーフ弁部３００のボディ部材３２０の外面と流路１４０Ａの壁面とに不図示のネジ構造を形成することにより、リリーフ弁部３００を装置ボディ部１２０に螺挿して固定することが可能である。リリーフ弁部３００のボディ部材３２０は、該部材３２０の内部空間３２２と装置ボディ部１２０の流路１４０Ａとを連通する穴３２６と、内部空間３２２と外部空間（装置ボディ部１２０の外部空間）とを連通する穴３２８とを有している。なお、ボディ部材３２０を１つの部材として簡略に図示しているが、複数の部材で構成してもよい。
【００５３】
弁体３４０およびバネ３４６は、ボディ部材３２０の内部空間３２２内に収容されている。このため、該空間３２２を弁体３４０およびバネ３４６の収容空間３２２と呼ぶこともできる。弁体３４０は、図示の例では、流路１４０Ａへの連通穴３２６を塞ぐためのシール部材３４２と、シール部材３４２を支持する支持部材３４４とを有している。バネ３４６は、支持部材３４４に当接して弁体３４０を連通穴３２６の側へ付勢するように配置されている。
【００５４】
かかる構成により、内蔵流路１４０内のガス圧力がバネ３４６の弾性力よりも小さい場合には弁体３４０によって連通穴３２６が塞がれる。これに対して、内蔵流路１４０内のガス圧力がバネ３４６の弾性力よりも大きくなった場合、弁体３４０はバネ３４６の弾性力に対抗して連通穴３２６から離間し、これにより内蔵流路１４０内のガスが排気される。なお、図５の例では弁体３４０の移動時に支持部材３４４が収容空間３２２内を摺動するように支持部材３４４の大きさが設定されている。
【００５５】
サージタンク部５００は、装置ボディ部１２０の内蔵流路１４０内の圧力変動を抑制する部分である。サージタンク部５００は、図３および図６の例示では、つば部を有したドーム状部材５０２によって構成されている。かかる形状の部材５０２は例えば板状部材の加圧成型によって形成可能である。ドーム状部材５０２は、装置ボディ部１２０の流路１４０Ｂの開口端に被せられ、例えばつば部に設けられた穴５０４を通して装置ボディ部１２０にネジ止めされる。このとき、ドーム状部材５０２と装置ボディ部１２０とはＯリング５５０（図３参照）によってシールされる。Ｏリング５５０用の溝は装置ボディ部１２０に設けられている。
【００５６】
なお、減圧弁部２００、インジェクタ部６００、リリーフ弁部３００およびサージタンク部５００は上記例示以外の構成を適用することも可能である。
【００５７】
圧力調整装置１００によれば、減圧弁部２００とインジェクタ部６００とリリーフ弁部３００とが装置ボディ部１２０に一体化されているので、これらを配管で接続した構造における該配管に比べて、装置ボディ部１２０の内蔵流路１４０の方が流路長を短くすることが可能である。このため、流路容積、換言すれば該流路によるガス保有量を削減可能である。したがって、燃料電池２２の起動時のガス加圧に要する時間を短縮することができる。また、加圧時間の短縮はリリーフ弁部３００や遮断バルブ３６が動作開始する際にも有用である。
【００５８】
また、上記の配管が必要ないので、水素ガス供給流路２４を軽量化することができる。また、インジェクタ部６００を配管に接続する構造に比べてインジェクタ部６００の設置を安定化させることが可能なので、インジェクタ部６００による振動等を抑制することができる。
【００５９】
また、サージタンク部５００も装置ボディ部１２０に一体化されているので、サージタンク部５００を配管で繋いだ構成に比べて、配管が不要になるし、配管の振動による騒音の発生を防止することができる。
【００６０】
ここで、上記構成によれば減圧弁部２００と内蔵流路１４０とが装置ボディ部１２０の基部材１２１を共有しているので、内蔵流路１４０を別部材で構成する場合に比べて、Ｏリング等のシール部材やネジ止め構造が削減される。このため、気密性を高くすることができるし、軽量化を図ることができる。
【００６１】
また、減圧弁部２００の出力室２２４とリリーフ弁部３００の入力部とが直線状の流路１４０Ａで連通している。このため、減圧弁フェール時（例えば減圧弁部２００の不具合等によって出力室２２４の圧力が設定値以上に上昇した場合）に、効果的に（例えば動圧も利用して）リリーフ弁部３００へ圧力印加することができる。このため、リリーフ弁部３００の速やかな動作開始によって、圧力上昇からインジェクタ部３００等を保護することができる。
【００６２】
また、インジェクタ部６００とサージタンク部５００とが直線状の流路１４０Ｂで連通している。このため、インジェクタ部６００の脈動がサージタンク部５００に印加されやすく脈動の抑制に効果的である。また、流路１４０Ｂは減圧弁部２００に通じる流路１４０Ａと交差しているので、インジェクタ部６００の脈動が減圧弁部２００に伝播して減圧弁部２００が共振するのを防止することができる。
【００６３】
また、流路１４０Ａ，１４０Ｂが直交しているので、換言すれば減圧弁部２００からインジェクタ部６００へ至る流路１６６および減圧弁部２００からサージタンク部５００へ至る流路１６５がそれぞれ直角に屈曲しているので、減圧弁フェール時にインジェクタ部３００への圧力印加とサージタンク部５００への圧力印加との両方を抑制することができる。このため、インジェクタ部６００とサージタンク部５００と両方を保護することができる。このとき、サージタンク部５００のドーム状部材５０２を薄くして軽量化を図ることが可能である。
【００６４】
また、装置ボディ部１２０の基部材１２１において流路１４０Ｂのインジェクタ部６００挿入口と入力室２２２とは同じ方向に開口している。このため、加工時に基部材１２１の姿勢を変更することなく、流路１４０Ｂと入力室２２２の切削加工（穴開け加工）を行うことができる。したがって、装置ボディ部１２０の製造容易化、製造時間の短縮により製造コストを削減することができる。
【００６５】
また、燃料電池システム２０が所定場所に設置された場合、例えば自動車等の車両に搭載された場合、減圧弁部２００の弁体２４４の移動方向およびインジェクタ部６００の弁体６２２の移動方向を重力方向Ｇに平行な方向に設定することにより、弁体２４４，６２２の偏摩耗を防止することができる。
【００６６】
また、上記構成ではサージタンク部５００をシールするＯリング５５０用の溝が装置ボディ部１２０の基部材１２１に設けられている。このため、ドーム状部材５０２に該溝を形成する必要がないし、またＯリング溝用の別部材をドーム状部材５０２に溶接等する必要がないので、ドーム状部材５０２の製造が容易である。
【００６７】
上記では内蔵流路１４０の流路１４０Ａ，１４０Ｂが直交する場合を例示したが、図７の模式図に示す圧力調整装置１００Ｂのように流路１４０Ａ，１４０Ｂが９０°以外の角度で交差していてもよい。図７には、減圧弁部２００からサージタンク部５００へ至る流路１６５が交差部１４５において角度αで屈曲し、減圧弁部２００からインジェクタ部６００へ至る流路１６６が交差部１４５において角度βで屈曲し、減圧弁部２００からリリーフ弁部３００へ至る流路１６３が交差部１４５を通って直線状に延伸し（交差部１４５におけるその角度γが１８０°である）、角度αが角度β，γよりも小さく鋭角の場合を例示している。鋭角に曲がった流路において屈曲先の流路には減圧弁フェール時の圧力が印加されにくいので、角度αが９０°以上の場合に比べて、減圧弁フェール時のサージタンク部５００への圧力印加がさらに低減され、圧力印加からの保護がいっそう図られる。また、角度βを鋭角にすることも可能であり（図８参照）、これによれば角度βが９０°の場合に比べてインジェクタ部６００の保護をいっそう図ることができる。
【００６８】
図８の断面図に例示する圧力調整装置１００Ｃでは流路１４０Ａ，１４０Ｂの交差部１４５に突起１７０が設けられている。突起１７０はサージタンク部側入口の減圧弁部側部位に配置され、流路壁から突出している（張り出している）。突起１７０は例えば流路１４０の切削加工時に切削残部として形成可能である。また、例えば、突起１７０を別途の部材として準備し流路壁に取り付けてもよい。
【００６９】
突起１７０がバッフルとして作用することにより、減圧弁フェール時におけるサージタンク部５００へ圧力印加を抑制可能である。これにより、サージタンク部５００が保護される。図８では鈍角に曲がった流路の屈曲部に突起１７０を設けた場合を例示しているが、突起１７０は鋭角または直角に曲がった流路の屈曲部に設けることも可能である。また、突起１７０はサージタンク部側入口とインジェクタ部側入口との一方に設けてもよいし、両方に設けてもよい。
【００７０】
図９の断面図に例示する圧力調整装置１００Ｄのように流路挿入部材１８０を用いることによっても、上記突起１７０（図８参照）と同様の効果を得ることができる。なお、流路挿入部材１８０の斜視図を図１０に示す。
【００７１】
図９および図１０に例示する流路挿入部材１８０は、例えば側壁に開口部１８２，１８４を有した円筒状部材で構成されている。流路挿入部材１８０は、流路１４０Ａ内に挿入されており、流路１４０Ａ，１４０Ｂの交差部１４５を跨いで配置され固定されている。かかる配置において、流路挿入部材１８０の外周面は流路１４０Ａの壁面に接触しており、また、開口部１８２は交差部１４５とサージタンク部５００へ向かう流路１４８とが連通するように設けられ、開口部１８４は交差部１４５とインジェクタ部６００へ向かう流路１４７とが連通するように設けられている。このため、流路挿入部材１８０を設けても、流路１４４，１４６〜１４８は交差部１４５を介して相互に連通している。
【００７２】
図９に例示では流路挿入部材１８０の開口部１８２は交差部１４５におけるサージタンク部側入口よりも狭く形成されており、該サージタンク部側入口を減圧弁部側から狭窄するように開口縁部１８６が張り出している（突出している）。この張り出し開口縁部１８６は突起１７０（図８参照）と同様の作用・効果を奏するので、該縁部１８６を突起１８６と呼ぶことも可能である。
【００７３】
図９では鈍角に曲がった流路の屈曲部に張り出し開口縁部１８６を設けた場合を例示しているが、張り出し開口縁部１８６は鋭角または直角に曲がった流路の屈曲部にも設けることが可能である。また、張り出し開口縁部１８６はサージタンク部側入口とインジェクタ部側入口との一方に設けてもよいし、両方に設けてもよい。
【００７４】
また、図１１および図１２の断面図に例示する圧力調整装置１００Ｅのようにバッフル部材１９０を用いることによっても、上記突起１７０（図８参照）と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
図１１および図１２に例示するバッフル部材１９０は例えば一方端に底部を有する円筒状の本体部１９２と、本体部１９２の底部外面に立設した立設部１９４とを含んでおり、本体部１９２の底部には該底部を貫通する穴１９６が設けられている。バッフル部材１９０は、立設部１９４をリリーフ弁部３００側に向けて流路１４０Ａ内に配置されている。本体部１９２の外周面は流路１４０Ａの壁面に接触しているが、バッフル部材１９０は流路１４０Ａ内を摺動可能に設けられている。かかる配置であっても、本体部１９２の底部の貫通穴１９６を介して水素ガスは流路１４０Ａ中を流れることが可能である。本体部１９２は、流路１４０Ａ，１４０Ｂの交差部１４５よりも減圧弁部２００（図２参照）側に配置されており、圧力調整装置１００Ｅの通常動作時においては交差部１４５内に進入しない位置に配置されている（図１１参照）。立設部１９４は交差部１４５およびリリーフ弁部３００の連通穴３２６を通って延伸し、その先端はリリーフ弁部３００の弁体３４０に当接している。
【００７６】
かかる構成によれば、リリーフ弁部３００が開状態になると、リリーフ弁部３００へ向かう動圧が生じ、該動圧によってバッフル部材１９０が交差部１４５内へ移動する（図１２参照）。その後、リリーフ弁部３００が閉状態になると、リリーフ弁部３００の弁体３４０が立設部１９４を押すことによりバッフル部材１９０は元の位置に復帰する。すなわち、バッフル部材１９０はリリーフ弁部の開閉に同調して流路１４０Ａ内を移動する。
【００７７】
このとき、バッフル部材１９０が交差部１４５内へ移動することにより、インジェクタ部側入口とサージタンク部側入口とが減圧弁部側から狭められる。このため、減圧弁フェール時にインジェクタ部６００とサージタンク部５００への圧力印加が抑制され、これらを保護することができる。
【００７８】
図１１および図１２では流路１４０Ａ，１４０Ｂが直交する場合を例示しているが、流路１４０Ａ，１４０Ｂが９０°以外の角度で交差する場合にもインジェクタ部側入口とサージタンク部側入口との一方または両方にバッフル部材１９０を張り出させることは可能である。
【００７９】
なお、バッフル部材１９０の形状の工夫等により、交差部１４５内へ移動したバッフル部材１９０で、インジェクタ部側入口とサージタンク部側入口との一方または両方を完全に閉鎖することも可能である。
【００８０】
バッフル部材１９０の立設部１９４とリリーフ弁部３００の弁体３４０とが結合していても結合していなくても上記効果を得ることはできる。これに対し、両者が結合している場合、弁体３４０をバッフル部材１９０で支持することが可能になるので、リリーフ弁部３００において弁体３４０とボディ部材３２０の内壁（換言すれば収容空間３２２の壁面）との間に隙間を設けることができる（図１１および図１２参照）。この構成によれば、弁体３４０の収容空間３２２内に連通穴３２８を介して水や塵埃等の異物が侵入した場合であっても、弁体３４０が収容空間３２２内を摺動する構成に比べて動作不具合を低減することができる。
【００８１】
図１３の断面図に例示する圧力調整装置１００Ｆは、上記の圧力調整装置１００等にさらにリリーフ弁３０２（図１参照）を一体化した構成を有している。なお、図１３ではインジェクタ部６００等の図示を省略している。図１３の例示では、装置ボディ部１２０のインジェクタ部支持部材１２４に上記流路１２６に連通する流路１２７をさらに設け、該流路１２７にリリーフ弁３０２が接続されている。
【００８２】
また、圧力調整装置１００Ｆは、リリーフ弁部３００，３０２の両方を覆うカバー部７００を含んでいる。なお、図１３では図面を見やすくするためにカバー部７００を装置ボディ部１２０から離して図示している。カバー部７００は例えば金属、樹脂等で構成可能であり、その形状は図示の例に限定されるものではない。カバー部７００によれば、リリーフ弁部３００，３０２の内部空間に水や塵埃等の異物が侵入するのを防止することができる。また、リリーフ弁部３００，３０２で一つのカバー部７００を共有することによって、別々に設けた場合に比べて、軽量化、取り付け作業の簡略化を図ることができる。
【００８３】
カバー部７００は排気用の開口部７０２を有しており、該開口部７０２は重力方向Ｇ上部に設けるのが好ましい。この場合、圧力調整装置１００Ｆを適用した燃料電池システム２０（図１参照）が例えば自動車等の車両に搭載された場合に、異物が車両底部から飛来してもカバー部７００内に進入するのが防止され、これによりリリーフ弁部３００，３０２の不具合発生を防止することができる。
【００８４】
なお、圧力計４０２（図１参照）もさらに、例えばインジェクタ部支持部材１２４に一体化することが可能である。
【００８５】
上記の図７の例示では角度α，βの一方のみが９０°よりも小さい場合を説明した。これに対し、図１４の模式図に例示する圧力調整装置１００Ｇのように角度α，βの両方を９０°よりも小さくすることも可能である。この構成によれば、減圧弁フェール時においてサージタンク部５００への圧力印加とインジェクタ部６００への圧力印加との両方を同時に抑制することができる。
【００８６】
上記では圧力調整装置１００等が水素ガス供給流路２４に設けられる場合を例示したが、他の流路に設けることも可能である。例えばコンプレッサ５４に替えて酸素タンクを用いる場合、酸素ガス供給流路３０に圧力調整装置１００等を設けることが可能であり、かかる場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態に係る燃料電池システムの構成例を説明する図である。
【図２】実施の形態に係る圧力調整装置の第１例を説明する模式図である。
【図３】実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を説明する断面図である。
【図４】実施の形態に係るインジェクタ部の構成例を説明する断面図である。
【図５】実施の形態に係るリリーフ弁部の構成例を説明する断面図である。
【図６】実施の形態に係るサージタンク部の構成例を説明する斜視図である。
【図７】実施の形態に係る圧力調整装置の第２例を説明する模式図である。
【図８】実施の形態に係る圧力調整装置の第３例を説明する断面図である。
【図９】実施の形態に係る圧力調整装置の第４例を説明する断面図である。
【図１０】実施の形態に係る圧力調整装置の第４例を説明する斜視図である。
【図１１】実施の形態に係る圧力調整装置の第５例を説明する断面図である。
【図１２】実施の形態に係る圧力調整装置の第５例を説明する断面図である。
【図１３】実施の形態に係る圧力調整装置の第６例を説明する断面図である。
【図１４】実施の形態に係る圧力調整装置の第７例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
２０  燃料電池システム、２２  燃料電池、２４，３０  ガス供給流路、３４，５４  ガス供給源、１００，１００Ｂ〜１００Ｇ  圧力調整装置、１２０  装置ボディ部、１４０  内蔵流路、１４１，１４３，１４４，１４６〜１４８  流路、１４２，１４５  交差部、１４０Ａ  直線流路、１４０Ｂ  交差流路、１６３  減圧弁部からリリーフ弁部へ至る流路、１６５  減圧弁部からサージタンク部へ至る流路、１６６  減圧弁部からインジェクタ部へ至る流路、１７０，１８６  突起、１９０  バッフル部材、２００  減圧弁部、２２４  出力室、２４４  弁体、３００，３０２  リリーフ弁部、３２２  収容空間、５００  サージタンク部、６００  インジェクタ部、６２２  弁体、Ｇ  重力方向、α，β，γ  角度。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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