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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil und ein Brennstoffzellensystem.
Insbesondere betrifft sie eine Technologie, die zum Verbessern der Haltbarkeit
eines Regelventils wirksam ist.
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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.
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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.
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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 ).
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Zusammenfassung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Regelventil kann in einem Brenngaszuführkanal angebracht
werden, der z. B. der Brennstoffzelle ein Brenngas in dem Gaskanal
zuführt.
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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.
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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.
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Daher
kann die Erzeugung von Verschleiß und Deformation des Ventilkörpers
verhindert werden.
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Beschreibung der Figuren
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1 ist
ein Diagramm des Systemaufbaus, das schematisch eine erfindungsgemäße
Ausführungsform des Brennstoffzellensystems zeigt;
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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;
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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
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4 ist
eine Ausschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform
des in dem Brennstoffzellensystem aus 1 bereitgestellten
Regelventils zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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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.
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Als
Erstes wird der gesamte Aufbau des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Als
Nächstes wird der Aufbau und die Funktion des Regelventils
H9 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ausführlich
unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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Regelventil und Brennstoffzellensystem
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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