JP2006003943A - 減圧装置および減圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧装置において、低圧時の流路抵抗の影響を低減して、流体の流通を確保することを可能とする。
【解決手段】 減圧装置は、減圧装置に流入する流体の圧力が所定の開放圧力より大きいときに流体を減圧して減圧装置から流出させる通常減圧状態と、減圧装置に流入する流体の圧力が所定の開放圧力以下のときに流体を減圧せずに減圧装置から流出させる非減圧状態と、の２つの状態を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、圧力の変動する流路内の流体を減圧する減圧装置および減圧システムに関する。

圧力の変動する流路内の流体を減圧する減圧装置が種々知られている（例えば特許文献１）。減圧装置は、例えば、水素ガスと酸素ガスとの反応により発電を行う燃料電池システムにおいて、水素タンク内の水素を減圧して燃料電池スタックに供給するために用いられている。

実開平６−８１００５号公報

一般に、燃料電池システムの水素タンク内には非常に高圧で水素が充填され、水素を消費するのに従って、タンク内の圧力は低下していく。従来の減圧装置では、水素タンク内の圧力が低下し、減圧装置に流入する流体の圧力が低下すると、同じ質量流量であっても体積流量が増加するため、減圧装置における流路抵抗の影響が増加する。そのため、低圧時に、流体が減圧装置を通過することができなくなり、相当の量の水素が水素タンク内に残留してしまうという問題があった。

なお、このような問題は、燃料電池システムに用いられる水素ガス用の減圧装置に限らず、圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧装置に共通する問題であった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧装置において、低圧時の流路抵抗の影響を低減して、流体の流通を確保することを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の減圧装置は、圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧装置であって、
前記減圧装置は、前記減圧装置に流入する前記流体の圧力が所定の開放圧力より大きいときに前記流体を減圧して前記減圧装置から流出させる通常減圧状態と、前記減圧装置に流入する前記流体の圧力が前記所定の開放圧力以下のときに前記流体を減圧せずに前記減圧装置から流出させる非減圧状態と、の２つの状態を有する。

この減圧装置では、減圧装置に流入する流体の圧力が所定の開放圧力より低いときに流体を減圧せずに減圧装置から流出させる非減圧状態を有するため、低圧時の流路抵抗の影響を低減して、流体の流通を確保することができる。

上記減圧装置は、前記通常減圧状態において、前記流体の前記減圧装置への流入圧力に対する前記減圧装置からの流出圧力の関係が、傾きが正の線形となるように構成されているとしてもよい。

また、上記減圧装置は、前記通常減圧状態において、前記流体の前記減圧装置からの流出時の圧力が、前記減圧装置への流入時の圧力の１／３倍以上１倍未満となるように構成されているとしてもよい。

また、上記減圧装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内の上流側に形成された高圧室と、
前記ハウジング内の下流側に形成された低圧室と、
前記ハウジング内の前記高圧室と前記低圧室とにわたって摺動可能に収納されたピストンであって、前記高圧室内の前記流体の圧力を受ける第１の受圧面と、前記低圧室内の前記流体の圧力を受ける受圧面であって前記第１の受圧面より面積の大きい第２の受圧面と、前記高圧室内の前記流体を前記低圧室へと導く貫通流路と、を有するピストンと、
前記ピストンの摺動に応じて、前記高圧室から前記低圧室への流路抵抗を増減する弁部と、
前記流路抵抗が減少する方向に前記ピストンを付勢する弾性体と、を備え、
前記通常減圧状態は、前記流路抵抗が増加して前記流体が減圧される状態であり、
前記非減圧状態は、前記流路抵抗が減少して前記流体が減圧されない状態であるとしてもよい。

このようにすれば、通常減圧状態と非減圧状態とを有する減圧装置を構成することができる。

また、上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の減圧システムは、上記減圧装置をｎ個（ｎは２以上の整数）直列に接続することにより構成された減圧システムであって、
各減圧装置は、前記所定の開放圧力がそれぞれ異なる値となるように、流入圧力と流出圧力との関係が設定されている。

この減圧システムでは、各減圧装置のシール部に作用する差圧を低減することができるため、流体の漏洩を抑制することができると共に、シール部の耐圧性能を低減し、圧力の変動に対する応答性を向上させて、減圧精度を向上させることができる。また、各減圧装置に流入する流体の圧力がそれぞれの減圧装置の開放圧力より低いときは、各減圧装置は非減圧状態となる。そのため、各減圧装置が通常減圧状態で動作する流入圧力の範囲は小さな範囲に限られると共に、各減圧装置における低圧時の流路抵抗の影響を低減することができる。従って、減圧システムの減圧精度をさらに向上させることができると共に、低圧時の流体の流通を確保することができる。

上記減圧システムにおいて、各減圧装置は、前記所定の開放圧力が、前記流路の上流側に近い前記減圧装置ほど高い値となるように、流入圧力と流出圧力との関係が設定されているとしてもよい。

この減圧システムでは、要求される耐圧性能が高く比較的減圧精度の低い上流側の減圧装置ほど、先に非減圧状態となるため、減圧システムの減圧精度を向上させることができる。

また、上記減圧システムにおいて、前記ｎ個の減圧装置の内、前記流路の下流側から数えてｍ番目（ｍは１以上ｎ以下の整数）の前記減圧装置は、前記流体の前記減圧システムへの流入時の圧力が最大のときに、前記流体の前記減圧装置からの流出時の圧力が、前記減圧装置への流入時の圧力の概ねｍ／（ｍ＋１）倍となるように構成されているとしてもよい。

この構成によれば、各減圧装置における減圧量の最大値を低減することができ、減圧精度をさらに向上させることができると共に、各減圧装置の耐久性の向上を図ることが可能となる。

また、上記減圧システムにおいて、さらに、
前記ｎ個の減圧装置よりも前記流路の下流側に配置された第２の減圧装置を備え、
前記第２の減圧装置は、前記第２の減圧装置に流入する前記流体を、概ね所定の圧力に減圧して流出させるように構成されているとしてもよい。

この構成によれば、減圧システムは、所定の圧力の流体を供給することができる。また、第２の減圧装置の上流側に減圧装置が設けられていることにより、第２の減圧装置への流入圧力の範囲を小さな範囲に限定することができ、第２の減圧装置の減圧精度を向上させることができる。また、第２の減圧装置のシール部に作用する差圧を低減することができ、流体の漏洩を抑制することができると共に、シール部の耐圧性能を低減し、圧力の変動に対する応答性を向上させて、減圧精度をさらに向上させることができる。

また、上記減圧システムにおいて、前記第１の受圧面の面積に対する前記第２の受圧面の面積の比は、前記流路の上流側に近い前記減圧装置ほど小さいとしてもよい。

この構成によれば、各減圧装置における減圧量の格差を低減することができ、減圧システムの減圧精度を向上させることができる。

また、上記減圧システムにおいて、各減圧装置は、さらに、前記高圧室および前記低圧室から隔離された空間であって、前記ハウジングの内側壁と前記ピストンの側壁との間に形成された中間室を備え、
前記中間室は、前記減圧装置よりも下流側に配置されている他の前記減圧装置の前記低圧室と連通しているとしてもよい。

この構成によれば、流体の外部への漏洩を抑制することができる。また、中間室と高圧室および低圧室との差圧を低減することができ、シール部材に作用する差圧を低減することができる。

また、上記減圧システムにおいて、前記減圧装置の前記低圧室は、前記減圧装置の１つ下流側に配置されている他の前記減圧装置の前記高圧室と同一の空間として形成されているとしてもよい。

この構成によれば、部品点数の削減や、装置の小型化、構造の単純化を図ることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、減圧装置、減圧システム、減圧方法および装置、減圧装置または減圧システムを用いた燃料電池システム等の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例の減圧システムを備えた車両用の燃料電池システムの構成を概略的に示す説明図である。この燃料電池システム１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電するシステムであり、発電した電力を車両の動力として使用している。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０と、エアライン３０と、燃料ライン４０とを備えている。

燃料電池スタック２０は、図示しないセルを複数重ね合わせた積層体として形成されている。セルは、セパレータと、水素極（以下「アノード」と呼ぶ）と、電解質膜と、酸素極（以下「カソード」と呼ぶ）と、セパレータとをこの順に重ね合わせることによって形成されている。セルは、セパレータに設けられた溝を介して供給される水素と空気に含まれる酸素との電気化学反応により発電する。

エアライン３０は、燃料電池スタック２０に空気を供給するための流路であり、フィルタ３２と、コンプレッサ３４と、加湿器３６と、これらの各機器を接続する配管３８とを備えている。外部からフィルタ３２を通して取り込まれた空気は、コンプレッサ３４により圧縮され、加湿器３６により加湿された状態で、燃料電池スタック２０を構成している複数のセルのそれぞれのカソードに供給される。なお、燃料電池スタック２０での反応に使用された後の排気は、燃料電池スタック２０の下流の排気管から外部へと排出される。

燃料ライン４０は、燃料電池スタック２０に燃料としての水素ガスを供給するための流路であり、水素タンク４２と、減圧システム４４と、シャットバルブ４６と、これらの各機器を接続する配管４８とを備えている。水素タンク４２内に貯留された水素ガスは、減圧システム４４により減圧され、燃料電池スタック２０を構成している複数のセルのそれぞれのアノードに供給される。水素タンク４２内の圧力は、水素ガス充填完了時には約７０ＭＰａと非常に高く、水素ガスが流出するに従い低下していく。減圧システム４４は、水素タンク４２から配管４８を経由して流入する水素ガスを、約０．３ＭＰａまで減圧し、燃料電池スタック２０内の電解質膜に過大な圧力が加わらないようにしている。なお、シャットバルブ４６は、配管４８を開閉することができる。また、燃料電池スタック２０での反応に使用された後の排気は、水素循環ポンプ５０により再び燃料ライン４０へ戻される。

燃料電池スタック２０により発電された電力は、インバータ６０に出力され、車両の走行モータ７０の駆動に使用される。また、車両の走行に必要な電力よりも発電量が大きくて電力が余る場合には、余った電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８０を介して蓄電池９０に蓄電し、急加速時などの電力不足時に使用する。

図２は、第１実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図である。図２には、減圧システム４４の縦断面を示している。減圧システム４４は、変圧減圧部２００と定圧減圧部３００との２つの部分が直列に接続された構成を有している。変圧減圧部２００は定圧減圧部３００よりも上流側（水素タンク４２に近い側）に配置されており、水素タンク４２から減圧システム４４に流入する水素は、まず変圧減圧部２００を通過し、その後定圧減圧部３００を通過して、燃料電池スタック２０へと流出される。

本実施例の変圧減圧部２００は、直列に接続された４つの変圧減圧弁として機能する。ここで、変圧減圧弁とは、流入圧力（１次圧）の変動に伴い流出圧力（２次圧）が変動する減圧弁を意味しており、また、流入圧力とは、変圧減圧弁に流入する水素の圧力を、流出圧力とは、変圧減圧弁から流出する水素の圧力を、それぞれ意味している。変圧減圧部２００は、１つずつの変圧減圧弁として機能する部分に明確に分割できるように構成されているわけではないが、以下の説明では便宜上、１つの変圧減圧弁として機能する部分を変圧減圧弁２９０と呼ぶものとする。そして、変圧減圧部２００に含まれる４つの変圧減圧弁２９０を、上流側（水素タンク４２に近い側）から順に、第１変圧減圧弁２９１、第２変圧減圧弁２９２、第３変圧減圧弁２９３、第４変圧減圧弁２９４とそれぞれ呼ぶものとする。

変圧減圧部２００は、ハウジング２１０と、弁部２２０と、ピストン２３０と、蓋部２４０とを備えている。ハウジング２１０は、４つの変圧減圧弁２９０に共通のものとして一体に形成されている。一方、弁部２２０と、ピストン２３０と、蓋部２４０とは１つの変圧減圧弁２９０に対して１つずつ設けられている。ただし、第４変圧減圧弁２９４には弁部２２０は設けられておらず、代わりに後述の定圧減圧部３００の弁部３２０がその機能を果たしている。なお、以下の説明では、単に「弁部２２０」と表現したときには、第４変圧減圧弁２９４における弁部３２０を含むものとする。

ハウジング２１０は、内部にピストン２３０を収納するための凹部２１１（「ピストン室」とも呼ぶ）を４つ有している。それぞれの凹部２１１は、小径円筒形状の小径凹部２１２と、小径凹部２１２よりも大径の円筒形状の大径凹部２１３とを、同一の中心軸に沿って上下に重ねた形状に形成されている。４つの凹部２１１の中心軸は、互いに平行となっている。上流側（図２の右側）から数えて１番目および３番目の２つの凹部２１１と、２番目および４番目の２つの凹部２１１とは、小径凹部２１２と大径凹部２１３との位置関係が上下逆になっている。なお、４つの凹部２１１の小径凹部２１２の径は互いに同一である必要はない。同様に、４つの凹部２１１の大径凹部２１３の径は互いに同一である必要はない。

また、ハウジング２１０は、それぞれの小径凹部２１２の大径凹部２１３とは反対側に、弁部２２０を取り付けるための穴部２１５を有している。穴部２１５は、外部と小径凹部２１２とを連通するような略円筒形状に形成されており、内周面には雌ネジが設けられている。ただし、最下流側（図２の最左側）の穴部２１５は、弁部２２０ではなく、後述の定圧減圧部３００の弁部３２０を挿入するためのものであり、内周面には雌ネジは設けられていない。

さらに、ハウジング２１０は、それぞれの大径凹部２１３の小径凹部２１２とは反対側に、凹部２１１内にピストン２３０を挿入するための開口部２１６を有している。開口部２１６は、外部と大径凹部２１３とを連通するような略円筒形状に形成されている。

弁部２２０は、略円柱形状の胴体部２２１と、胴体部２２１の先端に設けられた略円錐形状の先端部２２２とを有している。胴体部２２１の外周面には、穴部２１５の内周面に形成された雌ネジと係合する雄ネジが設けられている。

ピストン２３０は、小径円柱形状の小径ピストン部２３１と、小径ピストン部２３１よりも大径の円柱形状の大径ピストン部２３２とを、同一の中心軸に沿って上下に重ねた形状に形成されている。４つのピストン２３０の小径ピストン部２３１の径は、それぞれが収納される凹部２１１の小径凹部２１２の径と略同一であり、同様に、大径ピストン部２３２の径は、それぞれが収納される凹部２１１の大径凹部２１３の径と略同一である。また、ピストン２３０は、小径ピストン部２３１および大径ピストン部２３２の中心軸に沿って内部を上下に貫通する貫通流路２３３を有している。小径ピストン部２３１および大径ピストン部２３２の外周面には、Ｏリングを係合するための溝が形成されている。

蓋部２４０は、開口部２１６と略同径の円柱形状であって、一方の円形平面の外周線に沿ってテーパー部２４１が形成されている。また、蓋部２４０の外周面にはＯリングを係合するための溝が形成されている。

変圧減圧部２００は、以下のように組み立てられる。まず、弁部２２０を、その先端部２２２がハウジング２１０の小径凹部２１２内に突出するように、ハウジング２１０の外側から穴部２１５（最下流側のものを除く）内にねじ込んで固定する。次に、小径ピストン部２３１と大径ピストン部２３２とのそれぞれの溝にＯリングが装着されたピストン２３０を、開口部２１６から挿入し、ハウジング２１０の凹部２１１内に摺動可能に収納する。このとき、大径凹部２１３内において、小径ピストン部２３１の外周面と大径凹部２１３の内周面との間に挟まれた円環状の空間（以下「中間室２０１」と呼ぶ）が形成される。この中間室２０１は、ピストン２３０の摺動を可能とするために確保された空間である。中間室２０１内にはスプリング２５０が配置され、配置されたスプリング２５０は、ピストン２３０を開口部２１６の方向に付勢する。最後に、溝にＯリングが装着された蓋部２４０を、テーパー部２４１の設けられた面を外側にして開口部２１６内に嵌め込み、その周囲にあるハウジング２１０の部材の一部をかしめることによって固定する。

組み立てられた変圧減圧部２００において、小径ピストン部２３１の底面と弁部２２０との間に高圧室２０２が、大径ピストン部２３２の底面と蓋部２４０との間に低圧室２０３が、それぞれ形成される。高圧室２０２と低圧室２０３とは、ピストン２３０の貫通流路２３３によって連通される。１つの変圧減圧弁２９０は、この高圧室２０２および低圧室２０３と、上述のピストン２３０と、弁部２２０と、中間室２０１と、スプリング２５０とから構成される。

それぞれの変圧減圧弁２９０の低圧室２０３は、連通流路２０８によって、その１つ下流側の変圧減圧弁２９０の高圧室２０２と連通している。ただし第４変圧減圧弁２９４については、高圧室２０２と貫通流路２３３とが連通し、貫通流路２３３は低圧室２０３および後述の定圧減圧部３００の流入流路３２３と連通している。また、ハウジング２１０には、燃料ライン４０の配管４８を接続するための流入ポート２１７が、第１変圧減圧弁２９１の高圧室２０２に連通するように形成されている。このように、変圧減圧部２００には、流入ポート２１７から始まり、各変圧減圧弁２９０の高圧室２０２および低圧室２０３を上流側から下流側へと順々に通って、定圧減圧部３００の流入流路３２３へとつながる流路が形成されている。なお、流入ポート２１７には、配管４８を接続するためのテーパネジが形成されている。

また、それぞれの変圧減圧弁２９０の中間室２０１は、中間流路２０９によって、その１つ下流側の変圧減圧弁２９０の低圧室２０３と連通している。従って、各変圧減圧弁２９０の中間室２０１には、その１つ下流側の変圧減圧弁２９０の低圧室２０３の圧力が導入される。なお、第４変圧減圧弁２９４の中間室２０１は、後述の中間流路４３０および中継部材４２０によって、後述の定圧減圧部３００の第１低圧室３０３と連通している。

本実施例の定圧減圧部３００は、定圧減圧弁として機能する。ここで、定圧減圧弁とは、流入圧力（１次圧）の大きさにかかわらず流出圧力（２次圧）が概ね一定である減圧弁を意味しており、また、流入圧力とは、低圧減圧弁に流入する水素の圧力を、流出圧力とは、低圧減圧弁から流出する水素の圧力を、それぞれ意味している。定圧減圧部３００は、ハウジング３１０と、ピストン３３０と、蓋部３４０とを有している。

ハウジング３１０は、内部にピストン３３０を収納するための凹部３１１（以下「ピストン室」とも呼ぶ）を有している。凹部３１１は、小径円筒形状の小径凹部３１２と、小径凹部３１２より大径の円筒形状の大径凹部３１３とを、同一の中心軸に沿って上下に重ねた形状に形成されている。

また、ハウジング３１０は、小径凹部３１２を取り囲むように形成された、スプリング３５０を収納するための円環状の空間であるスプリング収納部３１４を有している。また、ハウジング３１０は、大径凹部３１３の小径凹部３１２とは反対側に、凹部３１１内にピストン３３０を挿入するための略円筒形状の開口部３１６を有している。

さらに、ハウジング３１０は、小径凹部３１２の大径凹部３１３とは反対側に、弁部３２０を有している。この弁部３２０は、上述したように、変圧減圧部２００の第４変圧減圧弁２９４に対して弁部２２０と同様の機能を果たすものであり、略円柱形状の胴体部３２１と、胴体部３２１の先端に設けられた略円錐形状の先端部３２２とを有している。胴体部３２１の外周には、Ｏリングを係合するための溝が形成されている。また、弁部３２０の中心軸に沿って、先端部３２２の円錐形状の頂点に形成された開口と小径凹部３１２とを連通する流入流路３２３が形成されている。

ピストン３３０は、小径円柱形状の小径ピストン部３３１と、小径ピストン部３３１よりも大径の円柱形状の大径ピストン部３３２とを上下に重ね、さらに、略円錐形状の先端部３３４を小径ピストン部３３１の大径ピストン部３３２とは反対側に設けた形状に形成されている。小径ピストン部３３１と大径ピストン部３３２と先端部３３４とは、同一の中心軸に沿って重ねられている。また、ピストン３３０は、先端部３３４の側面に設けられた開口と、大径ピストン部３３２の底面に設けられた開口とを連通する連通流路３３３を有している。小径ピストン部３３１および大径ピストン部３３２の外周面には、Ｏリングを係合するための溝が形成されている。

蓋部３４０は、開口部３１６と略同径の円柱形状であって、一方の円形平面の外周線に沿ってテーパー部３４１が形成されている。また、蓋部３４０の外周面にはＯリングを係合するための溝が形成されている。

定圧減圧部３００は、以下のように組み立てられる。まず、小径ピストン部３３１と大径ピストン部３３２とのそれぞれの溝にＯリングが装着されたピストン３３０を、開口部３１６から挿入し、ハウジング３１０の凹部３１１内に摺動可能に収納する。このとき、大径凹部３１３の内、大径ピストン部３３２よりも小径凹部３１２側（図の下側）に位置する部分と、スプリング収納部３１４とが一体となって形成する空間（以下「中間室３０１」と呼ぶ）内にはスプリング３５０が配置され、配置されたスプリング３５０は、ピストン３３０を開口部３１６の方向に付勢する。最後に、溝にＯリングが装着された蓋部３４０を、テーパー部３４１の設けられた面を外側にして開口部３１６内に嵌め込み、その周囲にあるハウジング３１０の部材の一部をかしめることによって固定する。

組み立てられた定圧減圧部３００において、小径凹部３１２内の空間の内、ピストン３３０の小径ピストン部３３１および先端部３３４に占有されていない空間である第１低圧室３０３が形成される。また、大径凹部３１３内の空間の内、ピストン３３０と蓋部３４０とに挟まれた空間である第２低圧室３０４が形成される。第１低圧室３０３と第２低圧室３０４とは、ピストン３３０の連通流路３３３によって連通している。

ハウジング３１０には、燃料ライン４０の配管４８を接続するための流出ポート３１７が、第２低圧室３０４に連通するように形成されている。流出ポート３１７には、配管４８を接続するためのテーパネジが形成されている。また、中間室３０１は、中間流路３０９によって外部と連通しており、中間室３０１には大気圧が導入される。

変圧減圧部２００と定圧減圧部３００とは、締結ボルト４１０によって結合することにより一体化される。このとき、定圧減圧部３００の弁部３２０が、変圧減圧部２００の最下流側（図２の最左側）の穴部２１５に挿入されるような位置関係となっている。弁部３２０の先端部３２２に形成された流入流路３２３の開口は、第４変圧減圧弁２９４のピストン２３０内の貫通流路２３３に面することとなる。

なお、上述したように、第４変圧減圧弁２９４の中間室２０１は、中間流路４３０によって、第１低圧室３０３と連通している。中間流路４３０の気密を保持するために、変圧減圧部２００と定圧減圧部３００との接合面付近の中間流路４３０内に略中空円柱形状で２つのＯリングが係合した中継部材４２０が挿入されている。

水素タンク４２から減圧システム４４に流入する水素ガスは、流入ポート２１７から変圧減圧部２００の第１変圧減圧弁２９１に流入し、その後、第２変圧減圧弁２９２、第３変圧減圧弁２９３、第４変圧減圧弁２９４を通過して、流入流路３２３から定圧減圧部３００に流入し、流出ポート３１７から流出する。減圧システム４４の変圧減圧部２００内の各変圧減圧弁２９０と定圧減圧部３００とは、それぞれ水素ガスを減圧する減圧作用を行うことができる。

図３は、変圧減圧弁の減圧作用について説明する説明図である。図３（ａ）には、ある１つの変圧減圧弁２９０の減圧作用のしくみを表しており、図３（ｂ）には、ある１つの変圧減圧弁２９０の減圧作用の特性を表している。

図３（ａ）に示すように、変圧減圧弁２９０において、弁部２２０の先端部２２２の中心軸と、ピストン２３０の貫通流路２３３の中心軸とは一致しており、ピストン２３０が弁部２２０に近づくと、弁部２２０の先端部２２２が貫通流路２３３内に挿入されるような位置関係に設定されている。そのため、ピストン２３０の移動に応じて、水素ガスが高圧室２０２から貫通流路２３３内へと流入する流路の断面積（以下「弁部流路面積」と呼ぶ）は増減し、それに伴って流路抵抗は増減する。

ピストン２３０が弁部２２０に近づくに従い、弁部流路面積は減少し、流路抵抗は増加する。変圧減圧弁２９０において、ピストン２３０が弁部２２０に近づく方向（図３（ａ）の下方向）を「閉弁方向」と呼ぶ。ピストン２３０が弁部２２０に接触する位置まで近づくと、貫通流路２３３の高圧室２０２に面する開口（以下「流路口２３４」と呼ぶ）が先端部２２２によって閉鎖され、弁部流路面積はゼロとなり、流路抵抗は最大となる。このとき、高圧室２０２から貫通流路２３３内への流体の移動は遮られる。

反対に、ピストン２３０が弁部２２０から遠ざかるに従い、弁部流路面積は増加し、流路抵抗は減少する。変圧減圧弁２９０において、ピストン２３０が弁部２２０から遠ざかる方向（図３（ａ）の上方向）を「開弁方向」と呼ぶ。

変圧減圧弁２９０のピストン２３０には、開弁方向の力として、高圧室２０２内の水素ガスの圧力（以下「１次圧」と呼ぶ）と、中間室２０１内の水素ガスの圧力と、スプリング２５０の力とが作用する。一方、閉弁方向の力として、低圧室２０３内の水素ガスの圧力（以下「２次圧」と呼ぶ）が作用する。変圧減圧弁２９０は、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うように、ピストン２３０が移動しながら、減圧作用を行うことができる。

１次圧が大きいときには、スプリング２５０の力は、１次圧による開弁方向の力および２次圧による閉弁方向の力と比較して十分小さい値となるように設定されている。また、中間室２０１内の圧力は、１つ下流側の変圧減圧弁２９０の低圧室２０３内の圧力と同じ大きさであり、小さい値である。さらに、ピストン２３０の高圧室２０２に面する受圧面（以下「１次側受圧面」と呼ぶ）の面積は、低圧室２０３に面する受圧面（以下「２次側受圧面」と呼ぶ）の面積より小さい。従って、このとき１次圧と２次圧とが等しいとすると、両受圧面の面積差のため閉弁方向の力の合計が大きくなって、ピストン２３０は閉弁方向に移動する。ピストン２３０が閉弁方向に移動すると、弁部流路面積が減少して流路抵抗が増加するため、水素ガスが高圧室２０２から貫通流路２３３内へ移動する時に減圧され、２次圧は小さくなる。この２次圧の大きさは、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うような大きさである。変圧減圧弁２９０は、１次圧が変動しても、同様に、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うように、ピストン２３０が移動して弁部流路面積を増減させ（すなわち流路抵抗を増減させ）、減圧作用を行う。このように、変圧減圧弁２９０が減圧作用を行っている状態を「通常減圧状態」と呼ぶ。

図３（ｂ）では、横軸に１次圧を、縦軸に２次圧をそれぞれ取り、変圧減圧弁２９０の１次圧の変動に伴う２次圧の変動の様子を表している。図中に一点鎖線で示した等圧線は、１次圧と２次圧とが等しい状態を表す線である。例えば、１次圧がＰＩｓのとき、変圧減圧弁２９０の減圧作用により２次圧はＰＯｓとなる。１次圧が低下していくと、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とのつり合いを保ちながら、２次圧も低下していく。図３（ｂ）に示すように、１次圧が後述の開放１次圧ＰＩｋより大きいときは、変圧減圧弁２９０は通常減圧状態にある。変圧減圧弁２９０が通常減圧状態にあるとき、１次圧に対する２次圧の関係は、傾きが正の線形となっている。そして、１次圧に対する２次圧の比（以下「減圧比」と呼ぶ）は、主に、ピストン２３０の１次側受圧面積に対する２次側受圧面積の比（以下「受圧面積比」と呼ぶ）によって定まる。

１次圧の値が低下していくと、ある時点で１次圧と２次圧とが同じ大きさとなる。この状態は、１次圧の低下およびそれに従う２次圧の低下によってスプリング２５０の力が相対的に大きくなり、１次圧と２次圧とが同じ値であっても開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とがつり合っている状態である。このときの１次圧を「開放１次圧ＰＩｋ」と呼ぶ。１次圧の値が開放１次圧ＰＩｋ以下のときには、変圧減圧弁２９０のピストン２３０は、弁部流路面積が十分大きく、従って水素ガスの高圧室２０２から貫通流路２３３内への移動時の流路抵抗がほとんど無いような位置に移動する。そのため、変圧減圧弁２９０は減圧作用を行わず、１次圧と２次圧とがほぼ同じ値となる。変圧減圧弁２９０のこのような状態を「非減圧状態」と呼ぶ。なお、非減圧状態は、水素ガスが高圧室２０２から貫通流路２３３内へと移動するときに、最低限の圧力損失が発生している状態を含むものとする。

変圧減圧弁２９０の通常減圧状態における減圧比および開放１次圧ＰＩｋは、受圧面積比とスプリング２５０の力とを調整することによって、任意に設定可能である。例えば、受圧面積比を大きくすることによって、減圧比を大きくすることができる。また、スプリング２５０の力を大きくすることによって、開放１次圧ＰＩｋを大きくすることができる。

図４は、定圧減圧部の減圧作用について説明する説明図である。図４（ａ）には、定圧減圧部３００の減圧作用のしくみを表しており、図４（ｂ）には、定圧減圧部３００の減圧作用の特性を表している。

図４（ａ）に示すように、定圧減圧部３００において、ピストン３３０の先端部３３４の中心軸と、流入流路３２３の中心軸とは一致しており、ピストン３３０が流入流路３２３に近づくと、ピストン３３０の先端部３３４が流入流路３２３内に挿入されるような位置関係に設定されている。そのため、ピストン３３０の移動に応じて、水素ガスが流入流路３２３内から第１低圧室３０３内へと流入する流路面積（以下「弁部流路面積」と呼ぶ）は、増減し、それに伴って流路抵抗は増減する。

ピストン３３０が流入流路３２３に近づくに従い、弁部流路面積は減少し、流路抵抗は増加する。定圧減圧部３００において、ピストン３３０が流入流路３２３に近づく方向（図４（ａ）の下方向）を「閉弁方向」と呼ぶ。ピストン３３０が流入流路３２３に接触する位置まで近づくと、流入流路３２３の第１低圧室３０３に面する開口（以下「流路口３２４」と呼ぶ）が先端部３３４によって閉鎖され、弁部流路面積はゼロとなり、流路抵抗は最大となる。このとき、流入流路３２３から第１低圧室３０３内への流体の移動は遮られる。

反対に、ピストン３３０が流入流路３２３から遠ざかるに従い、弁部流路面積は増加し、流路抵抗は減少する。定圧減圧部３００において、ピストン３３０が流入流路３２３から遠ざかる方向（図４（ａ）の上方向）を「開弁方向」と呼ぶ。

定圧減圧部３００のピストン３３０には、開弁方向の力として、流入流路３２３内の水素ガスの圧力（以下「１次圧」と呼ぶ）と、第１低圧室３０３内の水素ガスの圧力と、中間室３０１内の大気の圧力と、スプリング３５０の力とが作用する。一方、閉弁方向の力として、第２低圧室３０４内の水素ガスの圧力（以下「２次圧」と呼ぶ）が作用する。定圧減圧部３００は、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うように、ピストン３３０が移動しながら、減圧作用を行うことができる。なお、第１低圧室３０３から連通流路３３３を経た第２低圧室３０４までの流路抵抗は非常に小さいため、第１低圧室３０３の圧力は第２低圧室３０４の圧力（すなわち２次圧）と同じである。

ここで、定圧減圧部３００では、ピストン３３０に作用する開弁方向の力は、スプリング３５０の力が支配的となっている。これは、ピストン３３０の流入流路３２３に面する受圧面および第１低圧室３０３に面する受圧面は非常に小さいため、流入流路３２３内の圧力および第１低圧室３０３内の圧力によりピストン３３０に作用する力は非常に小さいからである。また中間室３０１内の圧力は大気圧であるため、中間室３０１内の圧力によりピストン３３０に作用する力も非常に小さいからである。

従って、定圧減圧部３００は、スプリング２５０の力と、２次圧（第２低圧室３０４内の圧力）とが釣り合うように、ピストン３３０が移動して弁部流路面積を増減させ（すなわち流路抵抗を増減させ）、減圧作用を行うこととなる。スプリング２５０の力は変動しないため、２次圧はほぼ変動しない所定の値となる。

図４（ｂ）では、横軸に１次圧を、縦軸に２次圧をそれぞれ取り、定圧減圧部３００の１次圧の変動に伴う２次圧の変動の様子を表している。１次圧がＰＩｔから低下していっても２次圧は、ほぼ変動のない所定の圧力ＰＯｔとなる。定圧減圧部３００の２次圧は、ピストン３３０の第２低圧室３０４に面する受圧面の面積と、スプリング３５０の力とを調整することによって、任意に設定可能である。

図５は、減圧システムの減圧特性を表す説明図である。図５では、横軸に水素タンク４２内の圧力を、縦軸に減圧システム４４の各減圧部の２次圧をそれぞれ取り、水素タンク４２内の圧力の変動に伴う、各減圧部の２次圧の変動の様子を表している。ここで、減圧システム４４の各減圧部とは、変圧減圧部２００内の各変圧減圧弁２９０と定圧減圧部３００とを意味している。図５において、Ｖ１は第１変圧減圧弁２９１を、Ｖ２は第２変圧減圧弁２９２を、Ｖ３は第３変圧減圧弁２９３を、Ｖ４は第４変圧減圧弁２９４を、Ｃは定圧減圧部３００を、それぞれ表している。なお、第１変圧減圧弁２９１の１次圧は、水素タンク４２内の圧力と等しいため、図５中に一点鎖線で示した等圧線によって表されることとなる。また、その他の各減圧部の１次圧は、当該減圧部の１つ上流側の減圧部の２次圧と等しい。従って、例えば、第２変圧減圧弁２９２の１次圧は、Ｖ１によって表されることとなる。

図５に示すように、減圧システム４４内に流入する水素ガスの圧力は、各減圧部により順次減圧される。例えば、水素タンク４２内の圧力が最大値ＰＴｍａｘのとき、水素ガスの圧力は、第１変圧減圧弁２９１によってＰＯ１に減圧され、以下同様に、第２変圧減圧弁２９２によってＰＯ２に、第３変圧減圧弁２９３によってＰＯ３に、第４変圧減圧弁２９４によってＰＯ４に、定圧減圧部３００によってＰＯｃに、減圧される。

変圧減圧弁２９０の１次圧に対する２次圧の関係は、傾きが正の線形となっているため、水素タンク４２内の圧力の低下に伴い、各変圧減圧弁２９０の２次圧は低下する。一方、定圧減圧部３００の２次圧は、水素タンク４２内の圧力が低下してもほぼ所定の値ＰＯｃとなる。

水素タンク４２内の圧力がＰＴ１まで低下すると、第１変圧減圧弁２９１の１次圧は開放１次圧ＰＩｋに達し、第１変圧減圧弁２９１は非減圧状態となる。すなわち、第１変圧減圧弁２９１の開放１次圧ＰＩｋの値は、ＰＴ１に設定されている。水素タンク４２内の圧力がＰＴ１以下のとき、第１変圧減圧弁２９１は減圧作用を行わないため、減圧システム４４内に流入した水素ガスは、そのままの圧力で第２変圧減圧弁２９２の高圧室２０２に流入することとなり、第２変圧減圧弁２９２およびそれより下流側の各減圧部において減圧される。

以降、同様に、水素タンク４２内の圧力がＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４まで低下すると、それぞれ第２変圧減圧弁２９２、第３変圧減圧弁２９３、第４変圧減圧弁２９４は非減圧状態となる。すなわち、第２変圧減圧弁２９２、第３変圧減圧弁２９３、第４変圧減圧弁２９４の開放１次圧ＰＩｋの値は、それぞれＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４に設定されている。

このように、本実施例の減圧システム４４では、各変圧減圧弁２９０は、１次圧の値が設定された開放１次圧ＰＩｋ以下のときに、非減圧状態となる。そのため、各変圧減圧弁２９０が通常減圧状態で動作する１次圧の範囲は小さな範囲に限られる。例えば、図５に示すように、第１変圧減圧弁２９１が通常減圧状態で動作する範囲ΔＰＩ１は、１次圧がＰＴｍａｘからＰＴ１までの範囲であり、小さな範囲となっている。同様に、第２変圧減圧弁２９２、第３変圧減圧弁２９３および第４変圧減圧弁２９４が通常減圧状態で動作する範囲ΔＰＩ２、ΔＰＩ３およびΔＰＩ４も、小さな範囲となっている。一般に、減圧動作を行う１次圧の範囲が小さいほど減圧精度は向上するため、本実施例の減圧システム４４では、各変圧減圧弁２９０の精度を向上させることができ、従って変圧減圧部２００全体の減圧精度も向上させることができる。また、各変圧減圧弁２９０が通常減圧状態で動作する１次圧の範囲は、低圧部分が除外された範囲となる。そのため、低圧時の流路抵抗の影響を低減することができ、各変圧減圧弁２９０の精度をさらに向上させることができると共に、水素の流通を確保して水素タンク４２内の水素残量を低減することができる。

また、本実施例の減圧システム４４では、各変圧減圧弁２９０の開放１次圧ＰＩｋが、上流側に近い変圧減圧弁２９０ほど高い値となるように、１次圧と２次圧との関係が設定されている。ここで、一般に、減圧装置に要求される耐圧性能が高いほど、１次圧の変動に対する応答性が悪くなるため、減圧精度は低下する。本実施例の減圧システム４４では、最も耐圧性能の高い第１変圧減圧弁２９１から耐圧性能の高い順に、順次非減圧状態となる。すなわち、減圧精度のより低い変圧減圧弁２９０ほど、より早期に減圧作用を行わせなくすることができる。そのため、減圧精度をさらに向上させることができる。

また、本実施例の減圧システム４４では、上述したように、各変圧減圧弁２９０の１次圧に対する２次圧の関係は、傾きが正の線形となっているため、図５に示すように、各変圧減圧弁２９０の１次圧の低下に伴い、２次圧は低下する。そのため、各変圧減圧弁２９０および定圧減圧部３００における減圧量の格差を低減することができる。従って、各変圧減圧弁２９０および定圧減圧部３００のシール部に作用する差圧を低減することができるため、水素の漏洩を抑制することができると共に、シール部の耐圧性能を低減し、圧力の変動に対する応答性を向上させて、減圧精度を向上させることができる。

また、本実施例の減圧システム４４では、定圧減圧部３００の２次圧は、水素タンク４２内の圧力が低下してもほぼ所定の値ＰＯｃとなるため、燃料電池スタック２０に、所定の圧力の水素ガスを供給することができる。また、定圧減圧部３００の上流側に変圧減圧弁２９０が設けられていることにより、定圧減圧部３００への流入圧力の範囲を小さな範囲に限定することができ、定圧減圧部３００の減圧精度を向上させることができる。また、定圧減圧部３００のシール部に作用する差圧を低減することができ、水素の漏洩を抑制することができると共に、シール部の耐圧性能を低減し、圧力の変動に対する応答性を向上させて、減圧精度をさらに向上させることができる。

なお、本実施例の減圧システム４４において、各変圧減圧弁２９０の減圧比（通常減圧状態における１次圧に対する２次圧の比）は、１／３以上１未満であることが好ましく、１／２以上１未満であることがさらに好ましい。なお、減圧比が大きいほど２次圧も大きくなる（すなわち減圧量が小さくなる）傾向にある。また、各変圧減圧弁２９０減圧比は、上流側の変圧減圧弁２９０ほど大きくなっていることが好ましく、そのためには、上流側の変圧減圧弁２９０ほど受圧面積比（ピストン２３０の１次側受圧面積に対する２次側受圧面積の比）が小さくなっていることが好ましい。このようにすれば、各変圧減圧弁２９０における減圧量の格差を低減して減圧精度の向上を図ることができる。

さらに、本実施例の減圧システム４４において、水素タンク４２内の圧力が最大の時、減圧システム４４の各減圧部における減圧量（図５におけるΔＰ１ｍａｘ、ΔＰ２ｍａｘ、ΔＰ３ｍａｘ、ΔＰ４ｍａｘ、ΔＰｃｍａｘ）が、ほぼ同じ値（例えばその差が±２０％以内）となっていることが好ましい。水素タンク４２内の圧力が最大の時、減圧システム４４の減圧量は最大となる。そのため、このときの各減圧部における減圧量がほぼ同じ値であれば、各減圧部における減圧量の最大値を低減することができる。このようにすれば、減圧精度をさらに向上させることができると共に、各減圧部の耐久性の向上を図ることが可能となる。なお、各減圧部における減圧量を同じ値とするには、下流側から数えてｍ（ｍは１以上の整数）番目の変圧減圧弁２９０の２次圧を、１次圧のｍ／（ｍ＋１）倍とすればよい。従って、例えば、下流側から数えてｍ（ｍは１以上の整数）番目の変圧減圧弁２９０の２次圧を、１次圧のｍ／（ｍ＋１）倍±２０％の範囲内に納めることが好ましい。

また、本実施例の減圧システム４４では、第４変圧減圧弁２９４を除く変圧減圧弁２９０の中間室２０１は、その１つ下流側の変圧減圧弁２９０の低圧室２０３と連通している。また、第４変圧減圧弁２９４の中間室２０１は、定圧減圧部３００の第１低圧室３０３と連通している。このように、変圧減圧弁２９０の中間室２０１を減圧システム４４の外部と連通するのではなく、内部の室と連通することにより、変圧減圧弁２９０内の水素ガスの外部への漏洩を抑制することができる。また、中間室２０１を外部と連通する場合と比較して、中間室２０１と高圧室２０２および低圧室２０３との差圧を低減することができ、Ｏリング等のシール部材に作用する差圧を低減することができる。さらに、中間室２０１内に空気が導入されず、水素と酸素とが近接しないため、変圧減圧弁２９０内における水素と酸素との反応の可能性を抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図である。図６には、減圧システム４４ａの縦断面を示している。図２に示した第１実施例との違いは、変圧減圧部２００ａの構成だけであり、その他の点は第１実施例と同じである。

第２実施例の減圧システム４４ａにおける変圧減圧部２００ａは、第１実施例と同様に、４つの変圧減圧弁２９０ａとして機能する部分を有している。図６には、図示の便宜上、第３変圧減圧弁２９３ａと第４変圧減圧弁２９４ａとの２つの変圧減圧弁２９０ａのみを示しているが、変圧減圧部２００ａは、第３変圧減圧弁２９３ａの上流側に第２変圧減圧弁２９２ａを、さらに上流側に第１変圧減圧弁２９１ａを備えており、第１変圧減圧弁２９１ａの高圧室２０２ａは流入ポート２１７ａ（図示せず）によって外部と連通している。

第２実施例の変圧減圧弁２９０ａは、高圧室２０２ａと、第１低圧室２０４ａと、第２低圧室２０５ａと、中間室２０１ａと、ピストン２３０ａと、スプリング２５０ａとを有している。ピストン２３０ａは、高圧室２０２ａ側に、略円錐形状の先端部２３４ａを有しており、ピストン２３０ａが高圧室２０２ａ側に近づくと、先端部２３４ａが略円筒形状の高圧室２０２ａ内に挿入されるような位置関係となっている。そのため、ピストン２３０ａの摺動に応じて、水素ガスが高圧室２０２ａから第１低圧室２０４ａ内へと流入する流路の断面積は増減し、従って流路抵抗は増減する。なお、第１低圧室２０４ａと第２低圧室２０５ａとは、ピストン２３０ａに設けられた貫通流路２３３ａによって連通している。また、第１低圧室２０４ａと、１つ下流側の変圧減圧弁２９０ａの高圧室２０２ａとは、連通流路２０６ａおよび連通口２０７ａによって連通している。

そのため、第２実施例の変圧減圧弁２９０ａでは、水素ガスの高圧室２０２ａから第１低圧室２０４ａ内への移動時の流路抵抗を利用して、水素ガスを減圧している点が第１実施例と異なる。また、ピストン２３０ａに作用する開弁方向の力として、高圧室２０２ａ内の圧力と、中間室２０１ａ内の圧力と、スプリング２５０ａの力との他に、第１低圧室２０４ａ内の圧力も作用する点も第１実施例と異なる点である。その他の点は、第１実施例と同じであり、第２実施例の変圧減圧弁２９０ａにおいても、開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うように、ピストン２３０ａが移動して弁部流路面積を増減させ（すなわち流路抵抗を増減させ）、減圧作用を行っている。また、各減圧部の減圧特性は、図５に示した第１実施例と同じである。従って、第２実施例の減圧システム４４ａでも、第１実施例の減圧システム４４と同様に、減圧精度の向上を図ることができる。

Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図である。図７には、減圧システム４４ｂの縦断面を示している。図２に示した第１実施例との違いは、変圧減圧部２００ｂの構成だけであり、その他の点は第１実施例と同じである。

第３実施例の変圧減圧部２００ｂでは、第１実施例におけるある変圧減圧弁２９０の低圧室２０３と、その１つ下流側の変圧減圧弁２９０の高圧室２０２とを同一の空間として形成している点が異なっている。すなわち、例えば、第１変圧減圧弁２９１ｂと第２変圧減圧弁２９２ｂとの間に形成された中圧室２８０ｂは、第１変圧減圧弁２９１ｂにとっての低圧室として、かつ第２変圧減圧弁２９２ｂにとっての高圧室として機能している。

第３実施例の変圧減圧部２００ｂでは、上記のような構成とするために、ピストン２３０ｂが同一の中心軸に沿って多段に設置されている。また、ピストン２３０ｂは下流側に略円錐形状の先端部２３７ｂを有しており、隣接するピストン２３０ｂ同士が近づくと、先端部２３７ｂがピストン２３０ｂの貫通流路２３３ｂ内に挿入されるような位置関係となっている。そのため、ピストン２３０ｂの相対的な移動に応じて、水素ガスが高圧室２０２ｂまたは中圧室２８０ｂから貫通流路２３３ｂ内へと流入する流路の断面積は増減し、従って流路抵抗は増減する。なお、スプリング２５０ｂは、高圧室２０２ｂ内または中圧室２８０ｂ内に設置されている。

第３実施例の変圧減圧部２００ｂにおいても、各変圧減圧弁２９０ｂの開弁方向の力の合計と閉弁方向の力の合計とが釣り合うように、各ピストン２３０ｂが相対的に移動して弁部流路面積を増減させ（すなわち流路抵抗を増減させ）、減圧作用を行っている。また、各減圧部の減圧特性は、図５に示した第１実施例と同じである。従って、第３実施例の減圧システム４４ｂでも、第１実施例の減圧システム４４と同様に、減圧精度の向上を図ることができる。

さらに、第３実施例の減圧システム４４ｂでは、部品点数の削減や、装置の小型化、構造の単純化を図ることができる。

また、第３実施例の減圧システム４４ｂでは、各変圧減圧弁２９０ｂのピストン２３０ｂの大径ピストン部２３２ｂの径は、１つ下流側の変圧減圧弁２９０ｂのピストン２３０ｂの小径ピストン部２３１ｂの径と略同一となっている。そのため、ハウジング２１０ｂの構造の単純化を図ることができる。

また、第３実施例の減圧システム４４ｂでは、中間室２０１ｂと１つ下流側の低圧室２０３ｂ（中圧室２８０ｂ）とを、ピストン２３０ｂ内部に設けられた中間流路２３８ｂによって連通している。これにより、ハウジング２１０ｂの構造のさらなる単純化を図ることができると共に、装置の小型化を図ることができる。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
本実施例では、減圧システム４４を変圧減圧部２００と定圧減圧部３００とを直列に接続して構成しているが、減圧システム４４を他の構成とすることも可能である。例えば、減圧システム４４を変圧減圧部２００単独で構成することも可能である。

また、本実施例では、減圧システム４４の変圧減圧部２００は、４つの変圧減圧弁２９０として機能する部分を有するとしているが、その数は任意に設定することが可能である。また、減圧システム４４を単独の変圧減圧弁２９０として構成することも可能である。

さらに、各実施例の変圧減圧弁２９０および定圧減圧部３００の構成はあくまで一例であり、変圧減圧弁２９０および定圧減圧部３００を他の構成とすることも可能である。

Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、減圧システムが車両用の燃料電池システムに用いられている例を用いて説明したが、本発明は、圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧システムであれば、定置式の燃料電池システムなどの他の燃料電池システムや、燃料電池システム以外に用いられる減圧システムにも適用することが可能である。

Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、ピストン２３０を開弁方向に付勢するためにスプリング２５０を用いているが、ピストン２３０を開弁方向に付勢するために、例えば、ゴム等の他の弾性体を用いてもよい。また、第１実施例および第２実施例では、スプリング２５０は中間室２０１内に設置されているが、スプリング２５０は他の場所に設置することも可能である。

Ｄ４．変形例４：
上記実施例における減圧システムの特性を表す説明図は、あくまで一例であり、減圧システムを他の特性とすることも可能である。

本発明の第１実施例の減圧システムを備えた車両用の燃料電池システムの構成を概略的に示す説明図。 第１実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図。 変圧減圧弁の減圧作用について説明する説明図。 定圧減圧部の減圧作用について説明する説明図。 減圧システムの減圧特性を表す説明図。 第２実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図。 第３実施例の減圧システムの構成を概略的に示す説明図。

符号の説明

１０...燃料電池システム
２０...燃料電池スタック
３０...エアライン
３２...フィルタ
３４...コンプレッサ
３６...加湿器
３８...配管
４０...燃料ライン
４２...水素タンク
４４...減圧システム
４６...シャットバルブ
４８...配管
５０...水素循環ポンプ
６０...インバータ
７０...走行モータ
８０...ＤＣ／ＤＣコンバータ
９０...蓄電池
２００...変圧減圧部
２０１...中間室
２０２...高圧室
２０３...低圧室
２０４ａ...第１低圧室
２０５ａ...第２低圧室
２０６ａ...連通流路
２０７ａ...連通口
２０８...連通流路
２０９...中間流路
２１０...ハウジング
２１１...凹部
２１２...小径凹部
２１３...大径凹部
２１５...穴部
２１６...開口部
２１７...流入ポート
２２０...弁部
２２１...胴体部
２２２...先端部
２３０...ピストン
２３１...小径ピストン部
２３２...大径ピストン部
２３３...貫通流路
２３４ａ...先端部
２３７ｂ...先端部
２３８ｂ...中間流路
２４０...蓋部
２４１...テーパー部
２５０...スプリング
２８０ｂ...中圧室
２９０...変圧減圧弁
２９１...第１変圧減圧弁
２９２...第２変圧減圧弁
２９３...第３変圧減圧弁
２９４...第４変圧減圧弁
３００...定圧減圧部
３０１...中間室
３０３...第１低圧室
３０４...第２低圧室
３０９...中間流路
３１０...ハウジング
３１１...凹部
３１２...小径凹部
３１３...大径凹部
３１４...スプリング収納部
３１６...開口部
３１７...流出ポート
３２０...弁部
３２１...胴体部
３２２...先端部
３２３...流入流路
３３０...ピストン
３３１...小径ピストン部
３３２...大径ピストン部
３３３...連通流路
３３４...先端部
３４０...蓋部
３４１...テーパー部
３５０...スプリング
４１０...締結ボルト
４２０...中継部材
４３０...中間流路

Claims (11)

1. 圧力の変動する流路内の流体を減圧可能な減圧装置であって、
   前記減圧装置は、前記減圧装置に流入する前記流体の圧力が所定の開放圧力より大きいときに前記流体を減圧して前記減圧装置から流出させる通常減圧状態と、前記減圧装置に流入する前記流体の圧力が前記所定の開放圧力以下のときに前記流体を減圧せずに前記減圧装置から流出させる非減圧状態と、の２つの状態を有する、減圧装置。
2. 請求項１記載の減圧装置であって、
   前記減圧装置は、前記通常減圧状態において、前記流体の前記減圧装置への流入圧力に対する前記減圧装置からの流出圧力の関係が、傾きが正の線形となるように構成されている、減圧装置。
3. 請求項２記載の減圧装置であって、
   前記減圧装置は、前記通常減圧状態において、前記流体の前記減圧装置からの流出時の圧力が、前記減圧装置への流入時の圧力の１／３倍以上１倍未満となるように構成されている、減圧装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の減圧装置であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内の上流側に形成された高圧室と、
   前記ハウジング内の下流側に形成された低圧室と、
   前記ハウジング内の前記高圧室と前記低圧室とにわたって摺動可能に収納されたピストンであって、前記高圧室内の前記流体の圧力を受ける第１の受圧面と、前記低圧室内の前記流体の圧力を受ける受圧面であって前記第１の受圧面より面積の大きい第２の受圧面と、前記高圧室内の前記流体を前記低圧室へと導く貫通流路と、を有するピストンと、
   前記ピストンの摺動に応じて、前記高圧室から前記低圧室への流路抵抗を増減する弁部と、
   前記流路抵抗が減少する方向に前記ピストンを付勢する弾性体と、を備え、
   前記通常減圧状態は、前記流路抵抗が増加して前記流体が減圧される状態であり、
   前記非減圧状態は、前記流路抵抗が減少して前記流体が減圧されない状態である、減圧装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の減圧装置をｎ個（ｎは２以上の整数）直列に接続することにより構成された減圧システムであって、
   各減圧装置は、前記所定の開放圧力がそれぞれ異なる値となるように、流入圧力と流出圧力との関係が設定されている、減圧システム。
6. 請求項５記載の減圧システムであって、
   各減圧装置は、前記所定の開放圧力が、前記流路の上流側に近い前記減圧装置ほど高い値となるように、流入圧力と流出圧力との関係が設定されている、減圧システム。
7. 請求項６記載の減圧システムであって、
   前記ｎ個の減圧装置の内、前記流路の下流側から数えてｍ番目（ｍは１以上ｎ以下の整数）の前記減圧装置は、前記流体の前記減圧システムへの流入時の圧力が最大のときに、前記流体の前記減圧装置からの流出時の圧力が、前記減圧装置への流入時の圧力の概ねｍ／（ｍ＋１）倍となるように構成されている、減圧システム。
8. 請求項５ないし請求項７記載の減圧システムであって、さらに、
   前記ｎ個の減圧装置よりも前記流路の下流側に配置された第２の減圧装置を備え、
   前記第２の減圧装置は、前記第２の減圧装置に流入する前記流体を、概ね所定の圧力に減圧して流出させるように構成されている、減圧システム。
9. 請求項４記載の減圧装置をｎ個（ｎは２以上の整数）直列に接続することにより構成された減圧システムであって、
   前記第１の受圧面の面積に対する前記第２の受圧面の面積の比は、前記流路の上流側に近い前記減圧装置ほど小さい、減圧システム。
10. 請求項４記載の減圧装置をｎ個（ｎは２以上の整数）直列に接続することにより構成された減圧システムであって、
    各減圧装置は、さらに、前記高圧室および前記低圧室から隔離された空間であって、前記ハウジングの内側壁と前記ピストンの側壁との間に形成された中間室を備え、
    前記中間室は、前記減圧装置よりも下流側に配置されている他の前記減圧装置の前記低圧室と連通している、減圧システム。
11. 請求項４記載の減圧装置をｎ個（ｎは２以上の整数）直列に接続することにより構成された減圧システムであって、
    前記減圧装置の前記低圧室は、前記減圧装置の１つ下流側に配置されている他の前記減圧装置の前記高圧室と同一の空間として形成されている、減圧システム。

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