DE112007000471T5 - Regelventil und Brennstoffzellensystem - Google Patents

Regelventil und Brennstoffzellensystem Download PDF

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Yoshio Toyota-shi Ishihara
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Abstract

Regelventil, das zum Anpassen eines Flüssigkeitsdrucks in einem Flüssigkeitskanal angebracht ist, umfassend, in einem Zylinder, in den eine Flüssigkeit eingeleitet wird:
einen Kolben, der zu einem Zeitpunkt in eine vorherbestimmte Richtung verlagert wird, zu dem der Flüssigkeitsdruck auf der stromabwärtigen Seite des Zylinders kleiner als ein vorherbestimmter Druck wird;
einen Ventilkörper, der an den Kolben zu einem Zeitpunkt angrenzt, zu dem der Kolben in die vorherbestimmte Richtung verlagert wird, wobei der Ventilkörper von dem Kolben geschoben wird und verlagert wird, um den Ventilöffnungswinkel zu verändern; und
ein Aufprall absorbierendes Element, das in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper bereitgestellt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil und ein Brennstoffzellensystem. Insbesondere betrifft sie eine Technologie, die zum Verbessern der Haltbarkeit eines Regelventils wirksam ist.
  • In den letzten Jahren hat ein Brennstoffzellensystem Aufmerksamkeit auf sich gezogen, in dem eine Brennstoffzelle zum Erzeugen von Strom in Folge einer elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas (nachfolgend als reaktives Gas bezeichnet) als Energiequelle verwendet wird. In dem Brennstoffzellensystem wird das Brenngas, das einen hohen Druck aufweist, der Brennstoffzelle von einem Brennstoffbehälter zugeführt und Luft wird unter Druck gesetzt und der Brennstoffzelle zugeführt, wo zum Erzeugen einer elektromotorischen Kraft und Wärme die elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas und Oxidationsgas durchgeführt wird.
  • In dem Brennstoffzellensystem wird eine Brennstoffzuführleitung, die der Brennstoffzelle das Brenngas zuführt, mit einem Regelventil bereitgestellt, welches den Druck des Brenngases, das einen hohen Druck hat, vermindert (anpasst). Das in dem Brennstoffbehälter gelagerte Hochdruck-Brenngas wird von dem Regelventil auf einen angemessenen Druck angepasst und der Brennstoffzelle zugeführt.
  • Das Regelventil schließt einen Zylinder ein, in den das Brenngas eingeleitet wird, einen in den Zylinder angeordneten Kolben und einen ebenso in dem Zylinder angeordneten Ventilkörper. Wenn der Druck des Brenngases auf der stromabwärtigen Seite des Zylinders kleiner als ein vorherbestimmter Druck ist, wird der Kolben in eine vorherbestimmte Richtung (Ventilöffnungsrichtung) verlagert. Wenn der Kolben verlagert wird, grenzt der Ventilkörper an den Kolben an. Der Ventilkörper wird von dem Kolben geschoben und verlagert, um eine Brennstoffzuführleitung zu öffnen (siehe z. B. die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 9-112731 ).
  • Zusammenfassung
  • In einem in einem Brennstoffzellensystem bereitgestellten Regelventil steigt, in dem Fall, in dem mit Ansteigen der zu erzeugenden Strommenge, wie sie von einem Verbraucher benötigt wird, der Verbrauch des Wasserstoffgases in der Brennstoffzelle schnell an und der Druck des Wasserstoffgases auf der stromabwärtigen Seite des Regelventils, d. h. auf der Seite der Brennstoffzelle sinkt schnell, der Aufprall während der Kollision zwischen dem Ventilkörper und dem Kolben ist groß und der Ventilkörper wird manchmal verschlissen oder in Folge des Aufpralls deformiert.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Regelventil bereitzustellen, das im Stande ist, die Erzeugung von Verschleiß und Deformation eines Ventilkörpers zu verhindern, selbst in einem Fall, in dem der Ventilkörper mit dem Kolben in dem in einem Flüssigkeitskanal angebrachten Regelventil kollidiert.
  • Das Regelventil der vorliegenden Erfindung ist ein Regelventil, welches zum Anpassen eines Flüssigkeitsdrucks in einem Flüssigkeitskanal angebracht ist, umfassend, in einem Zylinder, in den eine Flüssigkeit eingeleitet wird, einen Kolben, der zu einem Zeitpunkt in eine vorherbestimmte Richtung verlagert wird, zu dem der Flüssigkeitsdruck auf der stromabwärtigen Seite des Zylinders kleiner als ein vorherbestimmter Druck wird; einen Ventilkörper, der an den Kolben zu einem Zeitpunkt angrenzt, zu dem der Kolben in die vorherbestimmte Richtung verlagert wird, wobei der Ventilkörper von dem Kolben geschoben wird und verlagert wird, um den Ventilöffnungswinkel zu verändern; und ein Aufprall absorbierendes Element, das in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper bereitgestellt wird.
  • Darüber hinaus ist das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die eine Zuführung von Gas zum Erzeugen von Strom erhält; und einen Gaskanal, durch den das zu- oder abzuführende Gas aus der Brennstoffzelle strömt, wobei das Regelventil mit dem oben genannten Aufbau in einer beliebigen Position entlang dem Gaskanal angebracht wird.
  • Das Regelventil kann in einem Brenngaszuführkanal angebracht werden, der z. B. der Brennstoffzelle ein Brenngas in dem Gaskanal zuführt.
  • Gemäß dem obigen Aufbau wird das Aufprall absorbierende Element in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Ventilkörper und dem Kolben bereitgestellt, so dass der Aufprall während der Kollision des Ventilkörpers mit dem Kolben abgeschwächt werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Aufprall absorbierende Element in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Ventilkörper und dem Kolben bereitgestellt, so dass der Aufprall während der Kollision des Ventilkörpers mit dem Kolben abgeschwächt werden kann.
  • Daher kann die Erzeugung von Verschleiß und Deformation des Ventilkörpers verhindert werden.
  • Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Diagramm des Systemaufbaus, das schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 2 ist eine Ausschnittsansicht, die die Struktur des in dem Brennstoffzellensystem aus 1 bereitgestellten Regelventils zeigt und einen Zustand zeigt, in dem der Ventilkörper eine Brennstoffzuführleitung schließt;
  • 3 ist eine Ausschnittsansicht, die die Struktur des in dem Brennstoffzellensystem aus 1 bereitgestellten Regelventils zeigt und einen Zustand zeigt, in dem der Ventilkörper die Brennstoffzuführleitung öffnet; und
  • 4 ist eine Ausschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform des in dem Brennstoffzellensystem aus 1 bereitgestellten Regelventils zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Als Nächstes wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems beschrieben. Ein Fall, in dem dieses Brennstoffzellensystem an einem, an einem Fahrzeug befestigten Stromerzeugungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs angebracht ist, wird beschrieben. Dennoch ist die vorliegende Erfindung auf ein solches Anwendungsbeispiel beschränkt und kann an einem beliebigen Typ eines mobilen Körpers, wie einem Schiff, einem Flugzeug oder einem Zug oder an einem zweibeinigen Roboter angebracht werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung z. B. an einem stationären Stromerzeugungssystem angebracht werden, in dem eine Brennstoffzelle als Stromerzeugungsausrüstung für einen Aufbau (ein Gehäuse, ein Gebäude oder dergleichen) verwendet wird.
  • Als Erstes wird der gesamte Aufbau des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • In diesem Brennstoffzellensystem 100 wird Luft (Außenluft) als Oxidationsgas zu einer Luftzuführöffnung einer Brennstoffzelle 20 über eine Luftzuführleitung 71 zugeführt. Die Luftzuführleitung 71 wird mit einem Luftfilter A1 bereitgestellt, einem Kompressor A3, der Luft unter Druck setzt, einem Drucksensor P4, welcher den Zuführ-Luftdruck erfasst und einen Befeuchter A21, der der Luft einen gewünschten Wassergehalt zugibt. Der Kompressor A3 wird durch einen Motor angetrieben (eine Hilfsmaschine). Dieser Motor wird durch eine Steuereinheit 50, die später beschrieben wird, angetrieben und gesteuert. Es ist anzumerken, dass der Luftfilter A1 mit einem Luftmengenmesser (einem Durchflussmesser) (nicht gezeigt) bereitgestellt wird, welcher die Flussrate der Luft erfasst.
  • Ein aus der Brennstoffzelle 20 abgeführtes Luftabgas wird aus dem System über eine Abgasleitung 72 abgeführt. Die Abgasleitung 72 wird mit einem Drucksensor P1 bereitgestellt, welcher den Abgasdruck erfasst, einem Druckstellventil A4 und einem Wärmetauscher des Befeuchters A21. Der Drucksensor P1 wird in der Nähe der Luftab gasöffnung der Brennstoffzelle 20 bereitgestellt. Das Druckstellventil A4 wirkt als Druckeinsteller (ein Druckminderer), der den Druck der der Brennstoffzelle 20 zuzuführenden Luft festlegt.
  • Detektionssignale (nicht gezeigt) der Drucksensoren P4, P1 werden zu der Kontrolleinheit 50 geschickt. Die Kontrolleinheit 50 passt die Motordrehzahl des Kompressors A3 und den Öffnungswinkel des Druckstellventils A4 an, um den Druck und die Flussrate der der Brennstoffzelle 20 zuzuführenden Luft festzulegen.
  • Wasserstoffgas als Brenngas wird von einer Wasserstoffzuführquelle (eine Brenngaszuführquelle) 30 zu einer Wasserstoffzuführöffnung der Brennstoffzelle 20 über die Brennstoffzuführleitung (ein Flüssigkeitskanal, ein Gaskanal, ein Brenngaszuführkanal) 74 zugeführt. Die Wasserstoffzuführquelle entspricht z. B. einem Hochdruck-Wasserstoffbehälter, aber anstelle des Behälters kann ein Reformer, der ein wasserstoffreiches Reformationsgas aus einem Kraftstoff auf Kohlenwasserstoff-Basis erzeugt und ein Hochdruck-Gasbehälter, welcher das durch diesen Reformer erzeugte Reformationsgas in den Hochdruckzustand zum Anstauen des Drucks bringt, als Wasserstoffzuführquelle eingesetzt werden. Alternativ kann ein Behälter aus einer Wasserstoffgas absorbierenden Legierung als Wasserstoffzuführquelle eingesetzt werden.
  • Die Brennstoffzuführleitung 74 ist mit dem Abstellventil H100 bereitgestellt, welches Wasserstoff aus der Wasserstoffzuführquelle 30 zuführt oder welches das Zuführen stoppt, einem Drucksensor P6, welcher den Druck des aus der Wasserstoffzuführquelle 30 zuzuführenden Wasserstoffgases erfasst und einem Regelventil H9, welches den Druck des der Brennstoffzelle 20 zuzuführenden Wasserstoffgases verringert und anpasst, einem Drucksensor P9, welcher den Druck des Wasserstoffgases auf der stromabwärtigen Seite des Regelventils H9 erfasst, einem Abstellventil H21, welches zwischen der Wasserstoffzuführöffnung der Brennstoffzelle 20 und der Brennstoffzuführleitung 74 öffnet und schließt und einem Drucksensor P5, welcher den Druck des Wasserstoffgases beim Einlass der Brennstoffzelle 20 erfasst. Detektionssignale (nicht gezeigt) der Drucksensoren P5, P6 und P9 werden der Steuereinheit 50 zugeführt.
  • Das Wasserstoffgas, welches in der Brennstoffzelle 20 nicht verbraucht wurde, wird als Wasserstoffabgas zu einer Wasserstoffumlaufleitung 75 abgeführt und zu der stromabwärtigen Seite des Regelventils H9 der Kraftstoffzuführleitung 74 zurückgeführt. Die Wasserstoffumlaufleitung 75 wird mit einem Temperatursensor T31 bereitgestellt, welcher die Temperatur des Wasserstoffabgases erfasst, einem Abstellventil H22, welches die Brennstoffzelle 20 mit/von der Wasserstoffumlaufleitung 75 verbindet/absperrt, einem Gas-Flüssigkeitsab-scheider H42, welcher den Wassergehalt aus dem Wasserstoffabgas sammelt, einem Abführventil H41, welches das gebildete und gesammelte Wasser in dem Behälter (nicht gezeigt) oder dergleichen außerhalb der Wasserstoffumlaufleitung 75 sammelt und einer Wasserstoffpumpe H50, die Wasserstoffabgas unter Druck setzt.
  • Die Abstellventile H21, H22 schließen die Brennstoffzelle 20 auf der Anodenseite. Das Detektionssignal (nicht gezeigt) des Temperatursensors T31 wird der Steuereinheit 50 zugeführt. Der Betrieb der Wasserstoffpumpe H50 wird durch die Steuereinheit 50 gesteuert. Das Wasserstoffabgas wird mit dem Wasserstoffgas in der Brennstoffzuführleitung 74 vereinigt, der Brennstoffzelle 20 zugeführt und hierin wieder verwendet. Die Abstellventile H100, H21 und H22 werden in Antwort auf ein Signal von der Steuereinheit 50 angetrieben.
  • Die Wasserstoffumlaufleitung 75 ist mit der Abgasleitung 72 über ein Abführsteuerventil H51 und einen Spülkanal 76 verbunden. Das Abführsteuerventil H51 ist ein elektromagnetisches Abstellventil und arbeitet basierend auf einem Befehl der Steuereinheit 50, zum Abführen (Spülen) des Wasserstoffabgases aus dem System. Dieser Spülvorgang wird in Abständen zum Wiederholen des Umlaufes des Wasserstoffabgases durchgeführt, wobei einer Verringerung der Zellspannung aufgrund eines Anstiegs der Konzentration von Verunreinigungen in dem Wasserstoffgas auf der Brennstoff-Polseite vorgebeugt werden kann.
  • Ein Kühlwasserauslass/-einlass der Brennstoffzelle 20 wird mit einer Kühlleitung 73 zum Zirkulieren von Kühlwasser bereitgestellt. Die Kühlleitung 73 wird mit einem Temperatursensor T1 bereitgestellt, welcher die Temperatur des aus der Brennstof fzelle 20 abgeführten Kühlwassers erfasst, einem Kühler (ein Wärmetauscher) C2, welcher Wärme aus dem Kühlwasser frei setzt, einer Kühlpumpe C1 zum unter Druck setzen des Kühlwassers, um das Wasser zu zirkulieren, und einem Temperatursensor T2, welcher die Temperatur des der Brennstoffzelle 20 zuzuführenden Kühlwassers erfasst. Der Kühler C2 wird mit einem Kühlgebläse C13 bereitgestellt, welches von einem Motor gedreht und angetrieben wird.
  • Die Brennstoffzelle 20 ist als Brennstoffzellenstapel ausgebildet, in dem eine vorherbestimmte Anzahl an einheitlichen Zellen zum Erhalt der Zuführung des Brenngases und des Oxidationsgases zur Stromerzeugung laminiert sind.
  • Der durch die Brennstoffzelle 20 erzeugte Strom wird einer Stromsteuereinheit (nicht gezeigt) zugeführt. Die Stromsteuereinheit schließt einen Stromrichter ein, welcher den Strom einem Antriebsmotor eines Fahrzeugs zuführt, einen Stromrichter, welcher den Strom verschiedenen Hilfsmaschinen wie dem Kompressormotor und dem Motor für die Wasserstoffpumpe zuführt, einen DC-DC-Konverter, welcher Stromspeichergeräte wie eine zweite Zelle lädt oder welcher den Strom aus den Stromspeichermitteln den Motoren und dergleichen zuführt.
  • Die Steuereinheit 50 erfasst die Betriebsmenge einer Beschleunigungs-Bedienelementvorrichtung (ein Beschleuniger oder dergleichen), die in dem Fahrzeug bereitgestellt wird und erhält Steuerinformationen wie einen erforderten Beschleunigungswert (z. B. eine erforderte Stromerzeugungsmenge von einer Lastvorrichtung wie dem Antriebsmotor eines Fahrzeugs), um Abläufe der in dem System bereitgestellten Einheiten zu steuern.
  • Es ist anzumerken, dass die Lastvorrichtung eine allgemeine Leistungsverbrauchsvorrichtung ist, einschließlich dem Antriebsmotor eines Fahrzeugs, zusätzlich eine Hilfsvorrichtung (z. B. der Motor des Kompressors A3, die Wasserstoffpumpe H50 oder die Kühlpumpe C1), die für den Betrieb der Brennstoffzelle 20 erforderlich ist, ein Aktuator zur Verwendung in einem beliebigen Typ von Vorrichtung (eine Gangschaltung, eine Reifensteuervorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Einhängevorrichtung oder dergleichen), die mit dem Betrieb des Fahrzeugs verbunden ist, eine Klimaanlagenvorrichtung (eine Klimaanlage) des Passagierraums, Beleuchtung oder eine Audio-Anwendung.
  • Die Steuereinheit 50 wird aus einem Steuercomputersystem (nicht gezeigt) gebildet. Dieses Steuercomputersystem ist aus einem kommerziell erhältlichen Computersystem zum Steuern gebildet und besitzt einen bekannten Aufbau einschließlich einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem Festplattenlaufwerk, einem Ein-/Ausgabewerk, einer Anzeigeeinrichtung und dergleichen
  • Als Nächstes wird der Aufbau und die Funktion des Regelventils H9 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ausführlich unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
  • Das Regelventil H9 schließt einen Zylinder 110 ein, in dem Wasserstoffgas aus der Wasserstoffzuführquelle eingeleitet wird, eine innere Trennwand 111, die das Innere des Zylinders 110 in zwei Räume S1, S2 teilt, die in Längsichtung angeordnet sind, einen Zylinderkörper 112, welcher ein in der inneren Trennwand 111 gebildetes Durchgangsloch 111a öffnet/schließt, einen ersten Federkörper 113, welcher den Ventilkörper in Richtung einer Seite (die Richtung, in der der Ventilöffnungswinkel verringert wird) des Zylinders 110 in die Längsrichtung drängt, einen Kolben 112, welcher in der longitudinalen Richtung des Zylinders 110 in dem Raum S2 gleitet, und einen zweiten Federkörper 115, welcher den Kolben 114 in Richtung der anderen Seite (die Richtung, in der der Ventilöffnungsgrad vergrößert wird) des Zylinders 110 in der Längsrichtung drängt, um den Ventilkörper 112 zu verlagern.
  • Der Zylinder 110 auf der Seite des Raums S1 wird mit einer Primäröffnung P1 bereitgestellt, welche mit der Primärseite der Kraftstoffzuführleitung 74 in Verbindung steht, d. h., die Seite der Wasserstoffzuführquelle 30. Andererseits wird der Zylinder auf der Seite des Raums S2 mit einer Sekundäröffnung P2 bereitgestellt, welche mit der Sekundärseite der Kraftstoffzuführleitung 74 in Verbindung steht, d. h., die Seite der Brennstoffzelle 20, und einer Luftdurchflussöffnung P3, welche den Gegendruck des Kolbens 114 löst. Ein Raum des Kolbens 114 auf der Seite der Rückseite 114c in dem Zylinder 110 öffnet sich zur Atmosphäre durch die Luftdurchflussöffnung P3.
  • Die innere Trennwand 111 ist in rechten Winkeln mit Bezug auf die Längsrichtung des Zylinders 110 angeordnet. Das Durchgangsloch 111a ist in der Dickenausrichtung der inneren Trennwand 111 in der Mute der inneren Trennwand 111 ausgebildet.
  • Der Zylinderkörper 112 besitzt einen kreisförmigen stabähnlichen Abschnitt, und der Durchmesser des einen Endes 112a und des anderen Endes 112b wird größer ausgebildet als der Durchmesser des Zwischenstücks 112c, das zwischen den gegenüberliegenden Enden 112a und 112b positioniert ist. Ein konisches Stück 112d wird zwischen dem einen Ende 112a und dem Zwischenstück 112c ausgebildet und ein konisches Stück 112e wird zwischen dem anderen Ende 112b und dem Zwischenstück 112c ausgebildet.
  • Der Ventilkörper 112 wird durch das Durchgangsloch 111a eingeführt, so dass das eine Ende 112a auf der Seite des Raums S1 angeordnet ist und das andere Ende 112b auf der Seite des Raums S2. Zusätzlich ist das Durchgangsloch 111a größer als der Durchmesser des Zwischenstücks 112c des Ventilkörpers 112, ist aber kleiner als der Durchmesser der gegenüberliegenden Enden 112a, 112b. In der inneren Trennwand 111 bildet der Umfang des einen Endes 112a, an den der konische Teil 112d grenzt, den Ventilsitz.
  • Der erste Federkörper 113 ist zwischen einer Endwand 110a des Zylinders 110 und dem einen Ende 112a des Ventilkörpers 112 eingefügt und drängt den Ventilkörper 112 von dem Raum S1 in Richtung des Raums S2.
  • Der Kolben 114 ist eine dicke Scheibe mit einem kleineren Durchmesser als der innere Durchmesser des Zylinders 110 und wird in dem Raum S2 so angeordnet, dass die Mitte des Kolbens mit der des Zylinders 110 übereinstimmt. Ein O-Ring 114a wird an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 114 angebracht. Der O-Ring 114 kommt unter Druck verschiebbar mit der inneren Wand des Zylinders 110 in Kontakt und nimmt das Wasserstoffgas auf, um eine Undichtigkeit gegen die Luftdurchflussöffnung P3 zu verhindern. Der Kolben 114 kann entlang der Innenseite der Oberfläche des Zylinders 110 entlang geführt werden, um zusammen mit dem O-Ring 114a in der Längsrichtung des Zylinders 110 zu gleiten.
  • Der zweite Federkörper 115 ist zwischen der anderen Endwand 110b des Zylinders 110 und der Rückseite 114c des Kolbens 114 angeordnet und drängt den Kolben 114 von dem Raum S2 in Richtung des Raums S1.
  • Die Endfläche 114b des Kolbens 114, die dem Ventilkörper 112 gegenüber liegt, und die Endfläche 112f des anderen Endes 112b des Ventilkörpers 112, welche dem Kolben 114 gegenüber liegt, wird so angeordnet, dass rechte Winkel mit Bezug auf die Längsrichtung des Zylinders 110 auf dieselbe Weise wie in der inneren Trennwand 111 gebildet werden. Das heißt, die Endfläche 114b des Kolbens 114 ist parallel zu der Endfläche 112f des Ventilkörpers 112 angeordnet.
  • Die Endfläche (ein angrenzender Teilbereich) 114b des Kolbens 114 wird mit einem Gummielement (ein Aufprall absorbierendes Element) 120 bereitgestellt. Das Gummielement 120 wird in einen in der Mitte der Endfläche 114b auf derselben Ebene wie die der Endfläche 114b ausgesparten Teilbereich eingepasst. Der Bereich, in dem das Gummielement 120 angeordnet wird, wird so eingestellt, dass er größer als der Bereich ist, welcher an die Endfläche 112f des Ventilkörpers 112 angrenzt. Als Gummielement 120 wird ein Material (z. B. ein Ethylenpropylengummi (EPDM), Silicium oder dergleichen) ausgewählt, welches sich nicht leicht verschlechtert, selbst in einem Wasserstoffgas bei einer außergewöhnlich tiefen Temperatur.
  • In dem Regelventil H9 mit dem obigen Aufbau werden der innere Druck (d. h., der Druck des Wasserstoffgases auf der Primärseite der Brennstoffzuführleitung 74) des Raums S1, der innere Druck (d. h., der Druck des Wasserstoffgases auf der Sekundärseite der Brennstoffzuführleitung 74) des Raums S2, die Triebkraft des ersten Federkörpers 113 und die Triebkraft des zweiten Federkörpers 115 ausgeglichen, wobei der Ventilkörper 112 das von der Wasserstoffzuführquelle 30 zugeführte Wasserstoffgas auf einen vorherbestimmten Druck anpasst.
  • Wenn der innere Druck des Raums S2 geringer als der vorherbestimmte Druck ist, wird die Kraft (der Druck des Wasserstoffgases x ein Bereich der Endfläche 114b) mit dem das Wasserstoffgas in dem Raum S2 die Endfläche 114b des Kolbens 114 schiebt geringer als die Triebkraft des zweiten Federkörpers 115, so dass der Kolben 114 von dem Raum S2 in Richtung des Raums S1 verlagert wird, um am anderen Ende 112b des Ventilkörpers 112 anzugrenzen, wobei der Ventilkörper 112 in dieselbe Richtung verlagert wird. Das heißt, dass, wie in 3 gezeigt, wenn der innere Druck des Raums S2 geringer als der vorherbestimmte Druck ist, der Ventilkörper 112 das konische Stück 112d an dem einen Ende 112a von dem Durchgangsloch 111a der inneren Trennwand 111 entfernt angeordnet, um das Durchgangsloch 111a zu öffnen.
  • Andererseits wird, wenn der innere Druck des Raums S2 höher als der vorherbestimmte Druck ist, die Kraft mit der das Wasserstoffgas in dem Raum S2 die Endfläche 114b des Kolbens 114 schiebt, größer als die Triebkraft des zweiten Federkörpers 115, so dass der Kolben 114 von dem Raum S1 in Richtung des Raums S2 verlagert wird, um von dem anderen Ende 112b des Ventilkörpers 112 weg zu kommen. Das heißt, wie in 2 gezeigt, wenn der innere Druck des Raums S2 höher als der vorherbestimmte Druck ist, drückt der Ventilkörper 112 den konischen Teil 112d auf der Seite des einen Endes 112a auf das Durchgangsloch 111a der inneren Trennwand 111, um das Durchgangsloch 111a zu schließen.
  • Zusätzlich steigt in dem Regelventil H9 der Verbrauch des Wasserstoffgases in der Brennstoffzelle 20 schnell an und der Druck des Wasserstoffgases in der Brennstoffzuführleitung 74, die auf der stromabwärtigen Seite des Regelventils H9 angeordnet ist, d. h. auf der Seite der Brennstoffzelle 20, sinkt. In diesem Fall wird der Kolben 114 durch den zweiten Federkörper 115 gedrängt und wird schnell in Richtung des Ventilkörpers 112 verlagert, wobei das andere Ende 112b des Ventilkörpers 112 manchmal mit dem Kolben 114 kollidiert.
  • Gemäß dem Regelventil H9 der vorliegenden Ausführungsform wird das Gummielement 120 als Aufprall absorbierendes Element in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Ventilkörper 112 und dem Kolben 114 bereitgestellt, so dass der Aufprall zu dem Zeitpunkt, zu dem das andere Ende 112b des Ventilkörpers 112 mit dem Kolben 114 kollidiert, abgeschwächt wird. Daher können die Erzeugung von Verschleiß und Deformation des Ventilkörpers 112 verhindert werden. Zusätzlich können Lärm und Vibration, die zu dem Zeitpunkt, wenn der Ventilkörper 112 mit dem Kolben 114 kollidiert, abgeschwächt werden.
  • Das obige Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Erläuterung, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Aufbaukomponenten können entsprechend gestaltet werden, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt, anstelle des Kolbens 114, die Spitze (ein angrenzender Teilbereich) des anderen Endes 112b des Ventilkörpers 112 mit einem Gummielement 130 als Aufprall absorbierendes Element bereitgestellt werden. Alternativ kann der Kolben 114 mit einem Gummielement 120 bereitgestellt werden und der Ventilkörper 112 kann mit dem Gummielement 130 bereitgestellt werden.
  • Darüber hinaus kann ein Regelventil mit derselben Funktion wie der des Regelventils H9 nicht nur in der Brennstoffzuführleitung 74 bereitgestellt werden, sondern ebenso in der zwischen dem Befeuchter A21 und der Brennstoffzelle 20 positionierten Luftzuführleitung 71, der zwischen der Brennstoffzelle 20 und dem Befeuchter A21 positionierten Abgasleitung 72 und der zwischen der Brennstoffzelle 20 und dem Gas-Flüssigkeitsabscheider H42 positionierten Wasserstoffumlaufleitung 75.
  • Zusammenfassung
  • Regelventil und Brennstoffzellensystem
  • Das Regelventil H9, schließt einen Zylinder 110 ein, einen Kolben 114, der innerhalb des Zylinders 110 angebracht ist und der, wenn der Druck des Wasserstoffgases, der auf der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzuführleitung 74 vorliegt, kleiner ist als ein vorherbestimmter Druck, in eine vorherbestimmte Richtung verlagert wird, und einen Ventilkörper 112, der innerhalb des Zylinders 110 bereitgestellt wird und der an den Kolben 114 angrenzt und der von dem Kolben 114 zum Öffnen der Brennstoffzuführleitung 74 zu einem Zeitpunkt geschoben und verlagert wird, zu dem der Kolben 114 in die vorherbestimmte Richtung verlagert wird, wobei der Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Kolben 114 und dem Ventilkörper 112 mit einem Gummielement 120 als Aufprall absorbierendes Element bereitgestellt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 9-112731 [0004]

Claims (3)

  1. Regelventil, das zum Anpassen eines Flüssigkeitsdrucks in einem Flüssigkeitskanal angebracht ist, umfassend, in einem Zylinder, in den eine Flüssigkeit eingeleitet wird: einen Kolben, der zu einem Zeitpunkt in eine vorherbestimmte Richtung verlagert wird, zu dem der Flüssigkeitsdruck auf der stromabwärtigen Seite des Zylinders kleiner als ein vorherbestimmter Druck wird; einen Ventilkörper, der an den Kolben zu einem Zeitpunkt angrenzt, zu dem der Kolben in die vorherbestimmte Richtung verlagert wird, wobei der Ventilkörper von dem Kolben geschoben wird und verlagert wird, um den Ventilöffnungswinkel zu verändern; und ein Aufprall absorbierendes Element, das in dem Teilbereich des Angrenzens zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper bereitgestellt wird.
  2. Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die eine Zuführung von Gas zum Erzeugen von Strom erhält; und einen Gaskanal, durch den das zu- oder abzuführende Gas aus der Brennstoffzelle strömt, wobei das Regelventil nach Anspruch 1 in beliebiger Position entlang dem Gaskanal angebracht wird.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei das Regelventil in dem Gaszuführkanal angebracht ist, der der Brennstoffzelle das Brenngas in dem Gaskanal zuführt.
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