JP2011033165A - 高圧ガス充填用の継手機構と燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆止弁の機能維持と高圧ガス充填時の弁体のチャタリング抑制との簡便化を図る。
【解決手段】ノズル３５０からレセプタクル１５０が取り外されたガス非充填状態では、電磁石３６０の磁力を逆止弁１６０の弁体１５２に及ぼさないので、レセプタクル１５０は、その内蔵した逆止弁１６０の機能を何の支障もなく維持する。その一方、高圧水素ガスの充填のためのノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着が完了すれば、電磁石３６０は、通電により励磁してその磁力を、レセプタクル１５０の外部から逆止弁１６０の弁体１５２に及ぼして、弁体１５２をバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧ガス充填用の継手機構とこれを用いた燃料電池システムに関するものである。

従来、高圧ガスのタンク等への充填に際しては、その充填対象であるタンク側からのガス逆流を防止する逆止弁を用いた継手機構が採用されている（例えば、特許文献１）。

特開平８−２４０２７３号公報

上記の特許文献で提案された継手機構では、タンクへのガス充填の際に弁体がガス圧により開弁側に移動すると、その移動した弁体を逆止弁に内蔵した磁石の磁力により開弁状態に保持し、これにより、弁体が開弁と閉弁を繰り返すチャタリングを抑制している。しかしながら、逆止弁への磁石内蔵という特異構成が必要であると共に、ガス非充填時における逆止弁の機能維持の上からは、弁体が開弁側に移動した場合に限って磁力による弁体保持を図るための調整等が不可欠となり、煩雑さが指摘されるに至った。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、逆止弁の機能維持と高圧ガス充填時の弁体のチャタリング抑制との簡便化を図ることを目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。

[適用１：高圧ガス充填用の継手機構]
磁性体材料で形成された弁体を非磁性材料で形成されたケーシングに収容して、前記弁体をバネの付勢力にて閉弁側に付勢する逆止弁と、
該逆止弁を内蔵し、高圧ガスの充填対象から延びた管路の先端に設置されたレセプタクルと、
高圧ガスの充填元から延びた管路の先端に設置され、前記レセプタクルに対する嵌合装着と取り外しとにより、前記逆止弁の管路との管路連通と管路遮断とが可能なノズルと、
該ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着の完了状態において、前記弁体に作用する磁力を前記レセプタクルの外部から前記弁体に及ぼして、前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢する磁力作用手段とを備える
ことを要旨とする。

上記構成を備える高圧ガス充填用の継手機構では、弁体に作用する磁力を磁力作用手段により弁体に及ぼすタイミングを、ノズルへのレセプタクルの嵌合装着の完了状態に伴うタイミングとする。このため、ノズルからレセプタクルが取り外されたガス非充填状態では、磁力作用手段は、レセプタクルにおける逆止弁の弁体に磁力を及ぼすことはない。よって、ガス非充填状態では、レセプタクルは、その内蔵した逆止弁の機能を何の支障もなく維持する。その一方、高圧ガスの充填のためにノズルにレセプタクルを嵌合装着する場合には、レセプタクル嵌合装着の完了状態において、磁力作用手段は、レセプタクルの外部から磁力を逆止弁の弁体に及ぼして、弁体をバネの付勢力に抗して開弁側に付勢する。よって、ノズルへのレセプタクルの嵌合装着を経て行われる高圧ガスの充填元からのガス充填の際には、既に弁体は開弁側に移動していることから、高圧ガスの充填元からノズル・レセプタクルを経てガス充填対象に高圧ガスが速やかに充填される。そして、このガス充填の際、弁体は、充填元からのガス圧に加えて磁力作用手段の磁力を受けて開弁側に位置することから、チャタリングを抑制できる。

ガス充填が完了すれば、或いは何らかの事情でガス充填が停止されれば、通常、レセプタクルはノズルから取り外される。既述したように、磁力作用手段による弁体への磁力作用はノズルへのレセプタクルの嵌合装着の完了状態において行われることから、ガス充填停止に伴うノズルからのレセプタクルの取り外しに際して、磁力作用手段は弁体への磁力の作用を止めることになる。こうして磁力作用が無くなると、弁体はバネの付勢力を受けて閉弁側に移動して、レセプタクルの逆止弁は閉弁する。これ以降にあっては、改めてガス充填のためにノズルにレセプタクルが嵌合装着されるまで、逆止弁は閉弁状態のままとなり、この際には既述したように磁力が弁体に作用することはない。この結果、上記構成を備える高圧ガス充填用の継手機構によれば、逆止弁の機能維持と高圧ガス充填時の弁体のチャタリング抑制とを図るに当たり、弁体への磁力作用を逆止弁内蔵のレセプタクルの外側から図ればよいので、逆止弁には特段の部材追加が不要となり簡便である。しかも、レセプタクルには既存の弁構成の逆止弁を内蔵すればよいので、汎用性も高まる。

上記した高圧ガス充填用の継手機構は、次のような態様とすることができる。例えば、前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢可能な磁力を発する電磁石を用い、この電磁石を前記ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着の完了状態において前記弁体が開弁する側に位置させて備えた上で、前記ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着に伴って前記電磁石に通電して、電磁石の励磁磁力を前記弁体に及ぼすようにすることもできる。この態様の高圧ガス充填用の継手機構によれば、逆止弁の構成はそのままで電磁石の装着とその装着位置規定と、上記した単純な通電制御だけで済むことから、簡便である。なお、電磁石への通電は、ノズルへのレセプタクルの嵌合装着に伴ってなされるので、ガス充填停止に伴うレセプタクルの取り外しに際しては、電磁石への通電は停止される。

上記したように電磁石を用いるに当たり、前記電磁石を前記ノズルの先端側に備えるようにできる。こうすれば、ノズルへのレセプタクルの嵌合装着に伴う電磁石通電により、ノズル先端側の電磁石は、弁体が開弁する側の位置から弁体にレセプタクルの外部から磁力を及ぼして弁体をバネの付勢力に抗して開弁側に付勢し、チャタリングを抑制する。つまり、この態様の高圧ガス充填用の継手機構によっても、逆止弁の構成はそのままでノズルへの電磁石装着だけで済むことから、より簡便である。

また、前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢可能な磁力を発する永久磁石を用い、この永久磁石を前記ノズルの先端側に備えた上で、前記ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着の完了状態において、前記永久磁石を前記弁体が開弁する側に位置させるようにできる。こうすれば、ノズルへのレセプタクルの嵌合装着に伴って、ノズル先端側の永久磁石は、弁体が開弁する側の位置から弁体にレセプタクルの外部から磁力を及ぼして弁体をバネの付勢力に抗して開弁側に付勢し、チャタリングを抑制する。つまり、この態様の高圧ガス充填用の継手機構によれば、逆止弁の構成はそのままでノズルへの永久磁石装着だけで済むことから、より簡便である。この場合、永久磁石を前記レセプタクルの挿入が可能な環状の磁石とすれば、弁体に対してその周囲から磁力を及ぼすことができ、弁体の開弁側移動の実効性が高まる。

また、継手部位装着カバーを前記嵌合装着の完了状態にある前記ノズルと前記レセプタクルの少なくとも一方に対して装着するようにした上で、この継手部位装着カバーで前記嵌合装着の完了状態にある前記レセプタクルを外部から覆い、この前記継手部位装着カバーの側から前記弁体に作用する磁力を前記弁体に及ぼすようにすることもできる。こうすれば、逆止弁のみならずレセプタクルおよびノズルについても既存のものが使用でき、より汎用性が高まる。

[適用２：燃料電池システム]
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
該燃料電池での電気化学反応に供される燃料ガスを貯蔵するタンクと、
上記したいずれかの高圧ガス充填用の継手機構とを備え、
前記継手機構が有する前記レセプタクルを、前記タンクへの燃料ガス充填のために前記タンクから延びた管路の先端に有し、
前記継手機構が有する前記ノズルを、高圧ガスの充填元から延びた管路の先端に有する
ことを要旨とする。

上記構成を備える燃料電池システムによれば、ノズルへのレセプタクル非装着時における逆止弁の機能維持とノズルへのレセプタクル嵌合装着を経た高圧ガス充填時の弁体のチャタリング抑制とを図るに当たり、弁体への磁力作用を逆止弁内蔵のレセプタクルの外側から図ればよいので、逆止弁には特段の部材追加が不要となり簡便である。

本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。 レセプタクル１５０とノズル３５０の構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。 燃料電池搭載車両２０の水素ガスタンク１１０へのガス充填処置の処理を示すフローチャートである。 図２相当図であり他の実施例のレセプタクル１５０Ａとノズル３５０Ａの構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。 図２相当図であり他の実施例のレセプタクル１５０Ｂとノズル３５０Ｂの構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。

図示するように、この燃料電池システム１０は、燃料電池搭載車両２０に水素ガス充填部３００から高圧水素ガスを充填供給するよう構成される。燃料電池搭載車両２０は、燃料電池１００と、水素ガスタンク１１０を含む水素ガス供給系１２０と、モータ駆動のコンプレッサ１３０を含む空気供給系１４０と、図示しない冷却系と、制御装置２００とを備える。燃料電池１００は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置する。そして、この燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０と空気供給系１４０から供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を起こして発電し、その発電電力にて前後輪の図示しない駆動用モータ等の負荷を駆動する。

水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０から燃料電池１００に到る水素供給管路１２１と、当該管路の流量調整バルブ１２２と、水素供給管路１２１から分岐したガス充填用の充填管路１２３と、燃料電池１００の手前の開閉バルブ１２４と、未消費の水素ガス（アノードオフガス）を大気放出する放出管路１２５と、当該管路の排出流量調整バルブ１２６とを備える。この水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０からの水素ガスを、水素供給管路１２１の流量調整バルブ１２２にて流量調整した上で燃料電池１００のアノードに供給しつつ、放出管路１２５の排出流量調整バルブ１２６で調整された流量で、カソードオフガスを後述の放出管路１４２から大気放出する。本実施例では、流量調整バルブ１２２は、ガス流量を流量ゼロから調整可能であり、流量ゼロとすることで水素供給管路１２１の閉塞を図る。

また、水素ガス供給系１２０は、高圧水素ガス充填のためのレセプタクル１５０を備える。このレセプタクル１５０は、高圧水素ガスの充填対象である水素ガスタンク１１０から延びた充填管路１２３の先端に設置され、車両側方のガス充填箇所に位置する。このガス充填箇所は、既存のガソリン車両における燃料給油箇所に相当し、設置されたレセプタクル１５０を車両外販側カバーにて覆っている。レセプタクル１５０の構成については後述する。

空気供給系１４０は、コンプレッサ１３０を経て燃料電池１００に到る酸素供給管路１４１と、未消費の空気（カソードオフガス）を大気放出する放出管路１４２と、当該管路の排出流量調整バルブ１４３とを備える。この空気供給系１４０は、酸素供給管路１４１の開口端から取り込んだ空気を、コンプレッサ１３０にて流量調整した上で燃料電池１００のカソードに供給しつつ、放出管路１４２の排出流量調整バルブ１４３で調整された流量でカソードオフガスを放出管路１４２を経て大気放出する。

制御装置２００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、アクセル等のセンサー入力やガス充填作業に伴うセンサー入力を受けて、バルブ制御を含む燃料電池１００の種々の制御を司る。

水素ガス充填部３００は、水素ガスを高圧下で貯留するガス充填元タンク３１０と、開閉バルブ３１２を介在させて繋がった上流側管路３１４と下流側管路３１６と、下流側管路３１６の先端に設置されたノズル３５０と、ガス充填制御装置３８０とを備える。ノズル３５０は、燃料電池搭載車両２０の側のレセプタクル１５０に対する嵌合装着と取り外しとにより、レセプタクル１５０の管路（詳しくは後述の逆止弁の管路）との管路連通と管路遮断とを行う。下流側管路３１６、或いは上流側管路３１４の両者は、ノズル３５０を用いたガス充填の便宜のため、耐高圧性のフレキシブルホースとされ、レセプタクル１５０へのノズル３５０の嵌合装着および取り外しに追従する。ガス充填制御装置３８０は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、ガス充填・停止のためのノズル３５０の操作に伴うセンサー入力を受けて、バルブ制御を含むガス充填に関しての制御を司る。

この水素ガス充填部３００は、燃料電池搭載車両２０の水素ガスタンク１１０への高圧水素ガス充填に供することから、既存のガソリン車両に対するガソリン給油ステーションに相当する。仮に、水素ガスタンク１１０と燃料電池１００とが住居や店舗、工場などに設置される据え置き形態のものであれば、水素ガス充填部３００は、トラックなどの車両に設置されてガス配送の形態のものとなる。

次に、レセプタクル１５０とノズル３５０の構成とその機能について説明する。図２はレセプタクル１５０とノズル３５０の構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。

図示するように、レセプタクル１５０は、逆止弁１６０を内蔵し、そのケーシング１５４をノズル３５０への嵌合装着部位とする。逆止弁１６０は、磁性体材料で形成された鋼球の弁体１５２を非磁性材料であるプラスチック製のケーシング１５４の弁室１５６に収容して、弁体１５２をバネ１５８の付勢力にて閉弁側に付勢する。これにより、レセプタクル１５０は、逆止弁１６０の弁機能により、ガス非充填時においては、ガス入口側管路１６２を、ケーシング１５４の弁座１５５への弁体１５２の当接を経て閉塞し、充填管路１２３の側からのガス流を逆止する。つまり、レセプタクル１５０は、既存構成と何ら変わることのない逆止弁１６０を内蔵する。この他、レセプタクル１５０は、ケーシング１５４の先端側外周に嵌合装着用の凹所１６４を備え、弁室１５６の後端側ケーシング外周に近接スイッチ１６６を備える。凹所１６４と近接スイッチ１６６については、ノズル３５０と関連付けて後述する。

ノズル３５０は、レセプタクル１５０が嵌合装着される有底の嵌合孔３５２を備え、孔周壁に等ピッチで鋼球３５４を嵌合孔半径方向に進退可能に備える。よって、ノズル３５０は、嵌合孔３５２にレセプタクル１５０がその先端から嵌合されると、鋼球３５４をレセプタクル１５０の凹所１６４に入り込ませてレセプタクル１５０の嵌合装着を図る。この嵌合装着状態において、レセプタクル１５０の先端とノズル３５０における嵌合孔３５２の底面とは気密に接合すると共に、レセプタクル１５０のガス入口側管路１６２は、ノズル３５０のガス通気管路３５６、延いてはこれに繋がる下流側管路３１６と連通する。レセプタクル１５０の取り外しに際しては、ノズル３５０は、図示しない鋼球ロック機構を解除して嵌合孔３５２の孔内からの鋼球３５４の退避を許容するので、レセプタクル１５０は嵌合孔３５２から容易に取り外せる。この場合、ノズル３５０は、レセプタクル１５０が嵌合装着されていないガス非充填時においてガス通気管路３５６を閉鎖状態とし、レセプタクル１５０が嵌合装着されたガス充填時においてガス通気管路３５６を解放するよう、構成されている。

この他、ノズル３５０は、嵌合孔３５２の開口端側の孔周壁に電磁石３６０を備え、開口端端面に近接スイッチ３６２を備える。電磁石３６０は、レセプタクル１５０のケーシング外周を取り囲むよう設置されており、水素ガス充填部３００におけるガス充填制御装置３８０から後述の所定タイミングで発せられる制御信号を受けて励磁する。近接スイッチ３６２は、レセプタクル１５０の近接スイッチ１６６と近接すると、そのセンサー信号をガス充填制御装置３８０に出力する。次に、電磁石３６０の設置位置と励磁磁力の作用の様子、近接スイッチ３６２のセンサー信号出力タイミングについて、レセプタクル１５０の嵌合装着動作と合わせて説明する。

ノズル３５０は、磁力を発する電磁石３６０を有するものの、レセプタクル１５０が取り外された状態（図２（Ａ））、およびレセプタクル１５０の嵌合装着当初にあっては（図２（Ｂ））、仮に電磁石３６０が例示していてもその磁力を弁体１５２に及ぼすことはない。後述するように、電磁石３６０の励磁タイミングは、レセプタクル１５０の装着完了時であるので、図２（Ａ）〜（Ｂ）の状態では、そもそも電磁石３６０の磁力が発生しないことから、レセプタクル１５０は、既述したように逆止弁１６０の機能を適正に果たす。

レセプタクル１５０の嵌合装着が進むと、その嵌合装着に伴ってレセプタクル１５０とノズル３５０との相対位置は変化し、図２（Ｃ）に示す嵌合装着完了状態では、電磁石３６０は、弁座１５５に当接している弁体１５２よりもレセプタクル後端側、即ちバネ１５８のバネ力により弁座１５５に当接するよう付勢されている弁体１５２が開弁する側に位置する。レセプタクル１５０の嵌合装着が完了したこの状態において、電磁石３６０は後述するようにガス充填制御装置３８０から制御信号を受けて励磁するので、励磁した電磁石３６０は、その磁力をレセプタクル１５０の外部から弁体１５２に及ぼして、弁体１５２をバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に付勢する。また、ノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着が完了すると、ノズル３５０の近接スイッチ３６２は、レセプタクル１５０の近接スイッチ１６６と近接してセンサー信号をガス充填制御装置３８０に出力する。

次に、上記したレセプタクル１５０の嵌合装着動作に伴うガス充填処置について説明する。図３は燃料電池搭載車両２０の水素ガスタンク１１０へのガス充填処置の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、水素ガス充填部３００の側のガス充填制御装置３８０にて実行され、まず、レセプタクル１５０の近接スイッチ１６６にノズル３５０の近接スイッチ３６２が近接すること、即ち既述したようにレセプタクル嵌合装着に伴うセンサー信号の状態を判定する（ステップＳ１００）。ここで否定判定すれば、図２（Ａ）や（Ｂ）に示したようにレセプタクル１５０が取り外し済み、レセプタクル１５０の未嵌合装着或いは嵌合装着完了前であることから、何の処理を行うことなく本ルーチンを終了する。

通常、燃料電池搭載車両２０においてその水素ガスタンク１１０に高圧水素ガスを充填する場合、燃料電池搭載車両２０の制御装置２００は、燃料電池１００を運転停止状態に置くべく、図１における水素供給管路１２１の流量調整バルブ１２２を流量ゼロにして管路閉鎖状態とすると共に、水素ガスタンク１１０の手前の開閉バルブ１２４を開弁状態とする。よって、燃料電池搭載車両２０では、ノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着を経たガス充填に備えて、水素ガスタンク１１０からレセプタクル１５０までの充填管路１２３が開放される。そして、レセプタクル１５０の嵌合装着に伴うガス充填がなされるまで（ガス非充填時）、レセプタクル１５０はその有する逆止弁１６０にて充填管路１２３の側からのガス逆流を防止する。

一方、ステップＳ１００で肯定判定すると、図２（Ｃ）に示したようにレセプタクル１５０の嵌合装着は完了していることになるので、ガス充填制御装置３８０は、ノズル３５０の電磁石３６０に通電する（ステップＳ１１０）。電磁石３６０は、既述したようにバネ１５８のバネ力により弁座１５５に当接するよう付勢されている弁体１５２が開弁する側に位置することから、通電により励磁した電磁石３６０は、その磁力をレセプタクル１５０の外部から弁体１５２に及ぼして、この弁体１５２をバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に付勢する。これにより、弁体１５２は、弁座１５５から離れて開弁側に移動し、充填管路１２３と下流側管路３１６は、ガス入口側管路１６２とガス通気管路３５６を経て連通する。このステップＳ１１０での電磁石通電量は、バネ１５８の付勢力に抗して弁体１５２を開弁側に付勢して移動させることのできる磁力発生に足りるよう、逆止弁１６０の設計緒言から決定される。また、ガス充填制御装置３８０は、ステップＳ１１０での電磁石通電の開始に伴って、図１における開閉バルブ３１２を開弁制御する。これにより、ステップＳ１１０での電磁石通電による弁体１５２の開弁側移動に伴い、ガス充填元タンク３１０から水素ガスタンク１１０への高圧水素ガス充填が開始される。

ガス充填制御装置３８０は、図示しないガス流量計や上流側管路３１４の圧力計からのガス流量推移や圧力推移を監視し、水素ガスタンク１１０へのガス充填状況を充填開始から把握する。そして、ガス充填制御装置３８０は、水素ガスタンク１１０へのガス充填が完了したか否かを判定し（ステップＳ１２０）、充填完了まで電磁石３６０への通電を継続する。一方、ステップＳ１２０にてガス充填完了と判定すると、ガス充填制御装置３８０は、電磁石３６０への通電を停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。この場合、ガス充填制御装置３８０は、電磁石３６０への通電停止に伴い、開閉バルブ３１２を閉弁制御する。このため、ガス充填完了に伴い、それまで弁体１５２に作用していた電磁石３６０の磁力は消失すると共に、下流側管路３１６の側から弁体１５２に掛かっていたガス充填元タンク３１０のガス圧も低下する。よって、レセプタクル１５０では、内蔵する逆止弁１６０において弁体１５２はバネ１５８のバネ力を受けて弁座１５５に当接し、逆止弁１６０は、ガス充填完了以降において充填管路１２３の側からの逆流を回避する。また、ガス充填完了に伴いレセプタクル１５０はノズル３５０から取り外され、この際、電磁石３６０への通電は既に停止されていることになる。

以上説明したように、本実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池搭載車両２０の水素ガスタンク１１０に高圧水素ガスを充填するに当たり、ノズル３５０にレセプタクル１５０を嵌合装着させ、この嵌合装着が完了したタイミングで電磁石３６０への通電を行う（ステップＳ１１０）。このため、ノズル３５０からレセプタクル１５０が取り外されたガス非充填状態（図２（Ａ）〜（Ｂ））では、電磁石３６０の磁力をレセプタクル１５０における逆止弁１６０の弁体１５２に及ぼすことはない。よって、ガス非充填状態では、レセプタクル１５０は、その内蔵した逆止弁１６０の機能を何の支障もなく維持する。その一方、高圧水素ガスの充填のためのノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着が完了すれば、電磁石３６０は、通電により励磁してその磁力を、レセプタクル１５０の外部から逆止弁１６０の弁体１５２に及ぼす（ステップＳ１１０）。このため、弁体１５２は、この磁力を受けてバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に移動するので（図２（Ｃ））、ノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着を経て行われるガス充填元タンク３１０から水素ガスタンク１１０へのガス充填の際には、既に弁体１５２は開弁側に移動していることになり、水素ガスタンク１１０へは高圧水素ガスが速やかに充填される。そして、このガス充填の間に亘って、弁体１５２は、ガス充填元タンク３１０からのガス圧に加えて電磁石３６０の磁力を受けて開弁側に位置することから、チャタリングを抑制できる。

ガス充填が完了すれば（ステップＳ１２０）、或いはガス圧推移や流量推移に不用意な変動が起きてガス充填が停止されれば、通常、レセプタクル１５０はノズル３５０から取り外される。既述したように、電磁石３６０による弁体１５２への磁力作用はノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着完了に伴って行われることから、ガス充填停止に伴うノズル３５０からのレセプタクル１５０の取り外しに際して、電磁石３６０は通電停止により弁体１５２への磁力の作用を止めることになる。こうして磁力作用が無くなると、弁体１５２はバネ１５８の付勢力を受けて閉弁側に移動して、レセプタクル１５０の逆止弁１６０は閉弁する。これ以降にあっては、改めてガス充填のためにノズル３５０にレセプタクル１５０が嵌合装着されるまで、逆止弁１６０は閉弁状態のままとなり、この際には既述したように磁力が弁体に作用することはない。この結果、本実施例の燃料電池システム１０では、逆止弁１６０の機能維持と高圧ガス充填時の弁体１５２のチャタリング抑制とを図るに当たり、弁体１５２への磁力作用を逆止弁内蔵のレセプタクル１５０の外側から電磁石３６０の通電を経て図ればよいことになる。この結果、本実施例の燃料電池システム１０によれば、逆止弁１６０には特段の部材追加が不要となり簡便である。しかも、レセプタクル１５０には既存の弁構成の逆止弁を内蔵すればよいので、汎用性も高まる。

しかも、本実施例の燃料電池システム１０では、バネ１５８の付勢力に抗して弁体１５２を開弁側に付勢するための磁力作用を起こすに当たり、ノズル３５０への電磁石３６０の装着と、ノズル３５０へのレセプタクル１５０の嵌合装着完了状態での弁体１５２に対する電磁石３６０の装着位置規定と、電磁石３６０の単純な通電制御だけで済むことから、簡便である。

次に、他の実施例について説明する。図４は図２相当図であり他の実施例のレセプタクル１５０Ａとノズル３５０Ａの構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。この実施例では、弁体１５２に及ぼす磁力を生成する電磁石３６０Ａをレセプタクル１５０Ａの側に設けた点に特徴がある。

図示するように、レセプタクル１５０Ａは、既述した構成と同一の逆止弁１６０を内蔵する点についてはレセプタクル１５０と同一であり、電磁石３６０Ａをケーシング１５４の外周壁に備える。この電磁石３６０Ａの装着位置は、既述したレセプタクル１５０とノズル３５０とが嵌合装着状態にある場合に電磁石３６０が位置する位置と同一である。つまり、電磁石３６０Ａは、弁体１５２が開弁する側にケーシング外周壁において位置して、通電に伴う磁力を弁体１５２に既述したように及ぼす。また、レセプタクル１５０Ａは、電磁石３６０Ａを備えた都合上、近接スイッチ１６６を弁体１５２の側に備える。ノズル３５０Ａは、電磁石３６０を備えない点以外は上記したノズル３５０と同一であり、近接スイッチ１６６が弁体１５２の側に位置することに対応して、嵌合孔３５２はその分だけ浅くされている。

この実施例においても、図４（Ａ）〜（Ｂ）に示すレセプタクル取り外し状態やレセプタクル嵌合装着の当初にあっては、弁体１５２に電磁石磁力は及ばず、ガス非充填時では、レセプタクル１５０Ａは、既述したように逆止弁１６０の機能を適正に果たす。図４（Ｃ）に示すレセプタクル１５０Ａの嵌合装着完了状態となると、電磁石３６０Ａは、弁体１５２が開弁する側に位置した上で通電されることになる。この嵌合装着完了状態において、近接スイッチ３６２と近接スイッチ１６６との近接により、そのセンサー信号が出力される。

図４に示す実施例におけるガス充填処置の処理は、図３にて説明した手順と変わるものではなく、ステップＳ１１０での電磁石３６０Ａへの通電からステップＳ１３０での通電停止までの処理は、燃料電池搭載車両２０の側の制御装置２００にて実行される。つまり、制御装置２００は、レセプタクル１５０Ａの近接スイッチ１６６のセンサー信号（ＯＮ信号）を受けて電磁石３６０Ａに通電を開始し、水素ガスタンク１１０に繋がる充填管路１２３のガス流量推移や圧力推移により充填完了と判定するまで通電を継続する。そして、充填完了に伴い、制御装置２００は、電磁石３６０Ａへの通電を停止する。こうした制御装置２００の側での電磁石の通電制御と並行して、水素ガス充填部３００のガス充填制御装置３８０は、近接スイッチ３６２からのセンサー信号（ＯＮ信号）を受けて開閉バルブ３１２の開弁制御を実行し、上流側管路３１４のガス流量推移や圧力推移により充填完了と判定すると開閉バルブ３１２を閉弁制御する。なお、ノズル３５０Ａへのレセプタクル１５０Ａの嵌合装着完了に伴い、電磁石３６０Ａを水素ガス充填部３００の側の電圧源やガス充填制御装置３８０と接続するように構成して、ガス充填制御装置３８０にてレセプタクル１５０Ａの電磁石３６０Ａを通電制御するようにすることもできる。

そして、図４に示す実施例のレセプタクル１５０Ａとノズル３５０Ａとを用いた場合であっても、図２〜図３で説明したように燃料電池システム１０と同様の効果を奏することができる。

次に、弁体１５２への磁力作用をノズル・レセプタクルとは別の部材にて行うまた別の実施例について説明する。図５は図２相当図でありまた別の実施例のレセプタクル１５０Ｂとノズル３５０Ｂの構成を模式的に断面視様に示しつつガス充填に伴う作動状況をも示す説明図である。

図示するように、レセプタクル１５０Ｂは、既述した構成と同一の逆止弁１６０を内蔵する点についてはレセプタクル１５０Ａと同一であり、電磁石についてはこれを有しない。ノズル３５０Ｂは、ノズル３５０Ａと同一であり、ノズル３５０Ｂへのレセプタクル１５０Ｂの嵌合装着動作は、既述したレセプタクル１５０Ａおよびノズル３５０Ａと同様である。そして、この実施例では、嵌合装着の完了状態にあるノズル３５０Ｂとレセプタクル１５０Ｂの両者を外側から覆う継手部位装着カバー１８０、１９０を用いる。この両カバーは、ノズル３５０Ｂやレセプタクル１５０Ｂとは別体に構成され、ノズル３５０Ｂにレセプタクル１５０Ｂが嵌合装着されると装着される。なお、ノズル３５０Ｂへのレセプタクル１５０Ｂの嵌合装着は、ガス入口側管路１６２への鋼球３５４の入り込みにより完了するので、この鋼球入り込みを待って、使用者が継手部位装着カバー１８０、１９０を装着するようにすればよい。

継手部位装着カバー１８０は、レセプタクル１５０Ｂとノズル３５０Ｂの円柱状外形に倣った凹所１８２、１８４を備え、図示しない係合機構により継手部位装着カバー１９０に対して係合・解除可能とされている。継手部位装着カバー１９０も同様である。よって、継手部位装着カバー１８０、継手部位装着カバー１９０を装着すると、それぞれの凹所周壁は、レセプタクル１５０Ｂとノズル３５０Ｂの外周壁と向き合うことになる。また、継手部位装着カバー１８０、１９０は電磁石３６０Ｂを凹所１８２、１９２に備え、継手部位装着カバー１８０にあっては近接スイッチ１６６を凹所１８４に備える。この場合、近接スイッチ１６６は、レセプタクル嵌合装着の完了状態においてカバー装着を行った際に、ノズル３５０Ｂの近接スイッチ３６２に検知される箇所に設置されている。電磁石３６０Ｂの装着位置は、既述したレセプタクル１５０Ａとノズル３５０Ａとが嵌合装着状態にある場合に電磁石３６０Ａが位置する位置と同一である。つまり、電磁石３６０Ｂは、継手部位装着カバー１８０、１９０に設置されているとはいえ、レセプタクル嵌合装着の完了状態においてカバー装着がなされた状況では、弁体１５２が開弁する側にケーシング外周壁において位置して、通電に伴う磁力を弁体１５２に既述したように及ぼす。

この実施例においても、図５（Ａ）〜（Ｂ）に示すレセプタクル取り外し状態やレセプタクル嵌合装着の当初にあっては、カバー装着がなされることはないので、弁体１５２に電磁石磁力は及ばず、ガス非充填時では、レセプタクル１５０Ｂは、既述したように逆止弁１６０の機能を適正に果たす。図５（Ｃ）に示すレセプタクル１５０Ｂの嵌合装着完了状態となると、カバー装着を経て電磁石３６０Ｂは、弁体１５２が開弁する側に位置した上で通電されるので、弁体１５２には開弁側に移動するよう電磁石磁力が及ぶことになる。この嵌合装着完了状態において、近接スイッチ３６２と近接スイッチ１６６との近接により、そのセンサー信号が出力される。

図５に示す実施例におけるガス充填処置の処理は、図３にて説明した手順と変わるものではなく、ステップＳ１１０での電磁石３６０Ｂへの通電からステップＳ１３０での通電停止までの処理は、水素ガス充填部３００の側のガス充填制御装置３８０にて実行される。そして、図５に示す実施例のレセプタクル１５０Ｂとノズル３５０Ｂとこれらを外部から覆う継手部位装着カバー１８０、１９０を用いた場合であっても、図２〜図３で説明したように燃料電池システム１０と同様の効果を奏することができる。しかも、この実施例では、逆止弁１６０のみならずレセプタクル１５０Ｂおよびノズル３５０Ｂについても既存のものが使用できるので、より汎用性が高まる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、図２に示したノズル３５０において、レセプタクル１５０のケーシング外周を取り囲むよう設置した電磁石３６０を、環状の永久磁石、或いは、ケーシング外周を取り囲むよう等ピッチで点在配置された永久磁石とすることもできる。このように永久磁石を用いた場合にあっては、図２（Ｂ）に示すレセプタクル１５０の嵌合装着当初から図２（Ｃ）に示す嵌合装着完了状態に至る間において、レセプタクル嵌合装着に伴って永久磁石の磁力がレセプタクル１５０の外周から弁体１５２に及ぶ。そして、図２（Ｃ）に示す嵌合装着完了状態では、弁体１５２は、永久磁石の磁力を受けてバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に移動するので、チャタリング抑制と逆止弁機能維持が可能である。よって、永久磁石を用いた場合には、電磁石の通電制御が不要となると共に、逆止弁１６０の構成はそのままでノズル３５０への永久磁石装着だけで済むことから、より簡便である。

また、図５に示した継手部位装着カバー１８０、１９０を、嵌合装着完了状態にあるレセプタクル１５０Ｂだけを覆うようにしたり、両カバーに設置した電磁石３６０Ｂを、環状の永久磁石、或いは、ケーシング外周を取り囲むよう等ピッチで点在配置された永久磁石とすることもできる。このように永久磁石を用いた場合にあっても、図５（Ｃ）に示す嵌合装着完了の上でのカバー装着を経ることで、弁体１５２は、永久磁石の磁力を受けてバネ１５８の付勢力に抗して開弁側に移動してチャタリング抑制と逆止弁機能維持が可能である。よって、このように永久磁石をカバーに設置しても、既述したように簡便である。

１０…燃料電池システム
２０…燃料電池搭載車両
１００…燃料電池
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給管路
１２２…流量調整バルブ
１２３…充填管路
１２４…開閉バルブ
１２５…放出管路
１２６…排出流量調整バルブ
１３０…コンプレッサ
１４０…空気供給系
１４１…酸素供給管路
１４２…放出管路
１４３…排出流量調整バルブ
１５０…レセプタクル
１５０Ａ…レセプタクル
１５２…弁体
１５４…ケーシング
１５５…弁座
１５６…弁室
１５８…バネ
１６０…逆止弁
１６２…ガス入口側管路
１６４…凹所
１６６…近接スイッチ
２００…制御装置
３００…水素ガス充填部
３１０…ガス充填元タンク
３１２…開閉バルブ
３１４…上流側管路
３１６…下流側管路
３５０…ノズル
３５０Ａ…ノズル
３５２…嵌合孔
３５４…鋼球
３５６…ガス通気管路
３６０…電磁石
３６０Ａ…電磁石
３６２…近接スイッチ
３８０…ガス充填制御装置
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪

Claims (7)

1. 高圧ガス充填用の継手機構であって、
   磁性体材料で形成された弁体を非磁性材料で形成されたケーシングに収容して、前記弁体をバネの付勢力にて閉弁側に付勢する逆止弁と、
   該逆止弁を内蔵し、高圧ガスの充填対象から延びた管路の先端に設置されたレセプタクルと、
   高圧ガスの充填元から延びた管路の先端に設置され、前記レセプタクルに対する嵌合装着と取り外しとにより、前記逆止弁の管路との管路連通と管路遮断とが可能なノズルと、
   該ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着の完了状態において、前記弁体に作用する磁力を前記レセプタクルの外部から前記弁体に及ぼして、前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢する磁力作用手段とを備える
   高圧ガス充填用の継手機構。
2. 請求項１に記載の高圧ガス充填用の継手機構であって、
   前記磁力作用手段は、
   前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢可能な磁力を発する電磁石を、前記嵌合装着の完了状態において前記弁体が開弁する側に位置させて備え、
   前記ノズルへの前記レセプタクルの嵌合装着に伴って前記電磁石に通電して、電磁石の励磁磁力を前記弁体に及ぼす通電制御部を有する
   高圧ガス充填用の継手機構。
3. 前記電磁石を前記ノズルの先端側に備える請求項２に記載の高圧ガス充填用の継手機構。
4. 請求項１に記載の高圧ガス充填用の継手機構であって、
   前記磁力作用手段は、前記弁体を前記バネの付勢力に抗して開弁側に付勢可能な磁力を発する永久磁石を前記ノズルの先端側に備え、
   前記ノズルの先端側の前記永久磁石は、前記嵌合装着の完了状態において、前記弁体が開弁する側に位置する
   高圧ガス充填用の継手機構。
5. 前記永久磁石は、前記レセプタクルの挿入が可能な環状の磁石とされている請求項４に記載の高圧ガス充填用の継手機構。
6. 請求項１に記載の高圧ガス充填用の継手機構であって、
   前記磁力作用手段は、
   前記嵌合装着の完了状態にある前記レセプタクルを外部から覆うよう前記嵌合装着の完了状態にある前記ノズルと前記レセプタクルの少なくとも一方に対して外部から装着される継手部位装着カバーを備え、前記レセプタクルを外部から覆う前記継手部位装着カバーの側から前記弁体に作用する磁力を前記弁体に及ぼす
   高圧ガス充填用の継手機構。
7. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   該燃料電池での電気化学反応に供される燃料ガスを貯蔵するタンクと、
   請求項１ないし請求項６いずれかに記載の高圧ガス充填用の継手機構とを備え、
   前記継手機構が有する前記レセプタクルを、前記タンクへの燃料ガス充填のために前記タンクから延びた管路の先端に有し、
   前記継手機構が有する前記ノズルを、高圧ガスの充填元から延びた管路の先端に有する
   燃料電池システム。

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