JP2012189108A - Tank valve with injector and fuel cell system - Google Patents

Tank valve with injector and fuel cell system Download PDF

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Koichi Takaku
晃一 高久
Hiroyasu Ozaki
浩靖 尾崎
Taneaki Miura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the miniaturization and weight reduction of a tank valve mounted directly on a tank.SOLUTION: A main stop valve 10 includes a body 11 which is inserted partially and fixed inside a hydrogen tank 2, a first passage 15 so formed inside the body 11 as to communicate with the inside of the hydrogen tank 2, a second passage 17 so formed inside the body 11 as to communicate with the outside of the hydrogen tank 2, a main valve 18 which communicates or shuts off the first passage 15 and the second passage 17, a spring 27 which urges the main valve 18 in the valve-closing direction, a back pressure chamber 25 which communicates with the inside of the hydrogen tank 2 to give a fluid pressure in the valve-closing direction to the main valve 18, a third passage 29 which communicates the second passage 17 with the back pressure chamber 25, and an injector 30 so arranged on the third passage 29 as to regulate the pressure of the back pressure chamber 25. The main valve 18 is opened and closed using a pressure in the first passage 15, an elastic force of the spring 27, a pressure of the back pressure chamber 25 regulated by the injector 30, and a pressure in the second passage 17.

Description

この発明は、タンクに直接設置されるインジェクタ付きタンク弁と、このタンク弁を有する燃料タンクを備えた燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a tank valve with an injector installed directly in a tank, and a fuel cell system including a fuel tank having the tank valve.

高圧の燃料タンクから燃料電池に燃料を供給して発電を行う燃料電池システムでは、一般に、燃料タンクの下流に遮断弁とレギュレータを設け、燃料タンクから流出した高圧の燃料ガスをレギュレータで減圧して燃料電池に供給している(例えば、特許文献1参照)。   In a fuel cell system that generates power by supplying fuel to a fuel cell from a high-pressure fuel tank, a shut-off valve and a regulator are generally provided downstream of the fuel tank, and the high-pressure fuel gas flowing out of the fuel tank is decompressed by the regulator. The fuel cell is supplied (for example, see Patent Document 1).

また、燃料タンクに貯蔵された高圧の燃料ガスの圧力を作動圧として作動するインジェクタを用いて、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を燃料電池の要求ガス流量に制御する燃料電池システムが知られている(例えば、特許文献2参照)。   There is also known a fuel cell system that controls the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell to the required gas flow rate of the fuel cell by using an injector that operates using the pressure of the high-pressure fuel gas stored in the fuel tank as an operating pressure. (For example, refer to Patent Document 2).

特開2005−216519号公報JP 2005-216519 A 特開2010−54035号公報JP 2010-54035 A

しかしながら、直接インジェクタにより燃料ガスの流量を制御しようとすると、作動圧力が高いため、耐圧の関係からインジェクタの開口面積を大きくすることが困難となり、開口面積を小さくせざるを得ない。ところが、開口面積の小さいインジェクタでは流通可能な燃料ガス流量が少なくなるため、大流量を流すためには多数のインジェクタを並列的に配置しなければならず、インジェクタの設置スペースが大きくなって不利であり、コストアップにもなる。   However, if the flow rate of the fuel gas is directly controlled by the injector, since the operating pressure is high, it is difficult to increase the opening area of the injector due to the pressure resistance, and the opening area must be reduced. However, since the flow rate of fuel gas that can be circulated is small in an injector having a small opening area, a large number of injectors must be arranged in parallel in order to flow a large flow rate, which disadvantageously increases the installation space for the injector. There is also a cost increase.

特に、燃料タンクの口元に直接、インジェクタ付きの口金を取り付ける場合には、複数のインジェクタを備えた口金が大きくなる。その結果、前記口金を取り付けるための開口部である燃料タンクの口元も大きくなって、燃料タンクの耐圧強度を確保するために燃料タンク自体の重量増を招くという課題もある。   In particular, when a base with an injector is attached directly to the mouth of the fuel tank, the base having a plurality of injectors becomes large. As a result, the mouth of the fuel tank, which is an opening for attaching the base, also becomes large, and there is a problem that the weight of the fuel tank itself is increased in order to ensure the pressure strength of the fuel tank.

そこで、この発明は、インジェクタを用いていながら、小型化が可能なタンク弁と、小型化が可能な燃料電池システムを提供するものである。   Therefore, the present invention provides a tank valve that can be reduced in size while using an injector, and a fuel cell system that can be reduced in size.

この発明に係るインジェクタ付きタンク弁では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、一部をタンク(例えば、後述する実施例における水素タンク2)の内部に挿入され該タンクに固定されるボディ(例えば、後述する実施例におけるボディ11)と、前記ボディ内に形成され前記タンクの内部に通じる第1通路(例えば、後述する実施例における第1通路15)と、前記ボディ内に形成され前記タンクの外部に通じる第2通路(例えば、後述する実施例における第2通路17)と、前記第1通路と前記第2通路との間に配置されてこれら通路を連通遮断するメインバルブ(例えば、後述する実施例におけるメインバルブ18)と、前記メインバルブを閉弁方向に付勢するスプリング(例えば、後述する実施例におけるスプリング27)と、前記タンクの内部に通じて前記メインバルブに閉弁方向の流体圧力を付与する背圧室(例えば、後述する実施例における背圧室25)と、前記第2通路と前記背圧室とを連通する第3通路(例えば、後述する実施例における第3通路29,29a,29b)と、前記第3通路上に配置され前記背圧室内の圧力を調圧可能なインジェクタ(例えば、後述する実施例におけるインジェクタ30)と、を備え、前記第1通路内の圧力と、前記スプリングの弾性力と、前記インジェクタにより調圧された前記背圧室内の圧力と、前記第2通路内の圧力を用いて前記メインバルブを開閉することを特徴とするインジェクタ付きタンク弁(例えば、後述する実施例における主止弁10)である。
The tank valve with an injector according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 includes a body (for example, a body 11 in an embodiment described later) that is partially inserted into a tank (for example, a hydrogen tank 2 in an embodiment described later) and fixed to the tank, A first passage formed in the body and communicating with the inside of the tank (for example, a first passage 15 in an embodiment described later), and a second passage formed in the body and communicating with the outside of the tank (for example, an embodiment described later). A second passage 17) in the example, a main valve (for example, a main valve 18 in an embodiment described later) disposed between the first passage and the second passage to cut off the passage, and the main valve A spring (for example, a spring 27 in an embodiment to be described later) for energizing the valve in the valve closing direction, and fluid in the valve closing direction to the main valve through the inside of the tank A back pressure chamber (for example, a back pressure chamber 25 in an embodiment described later) for applying force, and a third passage (for example, a third passage 29 in an embodiment described later) that communicates the second passage and the back pressure chamber. , 29a, 29b) and an injector (for example, an injector 30 in an embodiment to be described later) disposed on the third passage and capable of regulating the pressure in the back pressure chamber, the pressure in the first passage A tank valve with an injector that opens and closes the main valve using the elastic force of the spring, the pressure in the back pressure chamber regulated by the injector, and the pressure in the second passage ( For example, it is the main stop valve 10) in the Example mentioned later.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記インジェクタは、アクチュエータ部(例えば、後述する実施例におけるアクチュエータ部37)と流体吐出部(例えば、後述する実施例における流体吐出部36)とを備え、前記ボディにおいて前記タンクの内部を臨む端部に配置され、前記流体吐出部は前記ボディの内方に向けて配置され、前記アクチュエータ部は前記タンクの内方に向けて配置されることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the injector includes an actuator part (for example, an actuator part 37 in an embodiment described later) and a fluid discharge part (for example, a fluid discharge part in an embodiment described later). 36), disposed at an end of the body facing the inside of the tank, the fluid discharge portion disposed toward the inside of the body, and the actuator portion disposed toward the inside of the tank. It is characterized by being.

請求項3に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記インジェクタは、アクチュエータ部(例えば、後述する実施例におけるアクチュエータ部37)と流体吐出部(流体吐出部36)とを備え、前記ボディにおいて前記タンクの外部を臨む端部に配置され、前記流体吐出部は前記ボディの内方に向けて配置され、前記アクチュエータ部は前記タンクの外方に向けて配置されることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the injector includes an actuator part (for example, an actuator part 37 in an embodiment described later) and a fluid ejection part (fluid ejection part 36). The body is disposed at an end facing the outside of the tank, the fluid discharge section is disposed toward the inside of the body, and the actuator section is disposed toward the outside of the tank. .

また、この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項4に係る発明は、燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池スタック1)と、この燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料タンク(例えば、後述する実施例における水素タンク2)と、前記燃料タンクのタンク内圧力を検出するタンク圧センサ(例えば、後述する実施例におけるタンク圧センサ8)と、制御部(例えば、後述する実施例における制御装置100)とを備える燃料電池システムであって、前記燃料タンクに前記請求項1に記載のインジェクタ付きタンク弁(例えば、後述する実施例における主止弁10)が設置され、前記制御部は、前記燃料電池の要求発電量と前記タンク圧センサにより検出されたタンク内圧力とから、予め設定された要求発電量とタンク内圧力と前記インジェクタのデューティ比との関係値を用いて、前記インジェクタのデューティ比を決定し、該デューティ比で前記インジェクタをデューティ比制御することを特徴とする燃料電池システムである。
The fuel cell system according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 4 is a fuel cell (for example, a fuel cell stack 1 in an embodiment described later) and a fuel tank (for example, a hydrogen tank 2 in an embodiment described later) for storing fuel gas supplied to the fuel cell. And a tank pressure sensor (for example, a tank pressure sensor 8 in an embodiment described later) for detecting the pressure inside the tank of the fuel tank, and a control unit (for example, a control device 100 in the embodiment described later). The fuel tank is provided with the injector-equipped tank valve according to claim 1 (for example, a main stop valve 10 in an embodiment to be described later), and the control unit determines the required power generation amount of the fuel cell and the From the tank internal pressure detected by the tank pressure sensor, the preset required power generation amount, the tank internal pressure, and the duty ratio of the injector With engaging value to determine the duty ratio of the injector is a fuel cell system and controls the duty ratio of the injector with the duty ratio.

請求項5に係る発明は、請求項4に記載の発明において、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量を計測する流量センサ(例えば、後述する実施例における流量センサ4)をさらに備え、前記制御部は、前記燃料電池の要求発電量から求められた要求ガス流量と、前記流量センサにより計測された実ガス流量との差に基づいて前記インジェクタのデューティ比を補正してフィードバック制御を行うことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, further comprising a flow rate sensor (for example, a flow rate sensor 4 in an embodiment described later) for measuring the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell, The control unit performs feedback control by correcting the duty ratio of the injector based on the difference between the required gas flow rate obtained from the required power generation amount of the fuel cell and the actual gas flow rate measured by the flow rate sensor. It is characterized by.

請求項1に係る発明によれば、インジェクタの作動によりメインバルブを開弁し、メインバルブで要求流量の流通を確保することができる。ここで、インジェクタの作動目的はインジェクタ自身で要求流量を確保するのではなく、背圧室内の圧力を調圧してメインバルブを開弁させることにあるので、高圧の流体圧力で作動するインジェクタが1つで済み、タンク弁を小型・軽量化することができる。また、タンク弁の小型・軽量化により、タンク弁の取付部となるタンクの開口部の内径を小さくすることができるので、タンクの耐圧強度上も有利であり、タンク自体の軽量化を図ることができる。また、インジェクタは背圧室内の圧力を調圧することにより、結果的に第2通路内の圧力を調整する機能があるので、第2通路よりも下流における減圧システムの簡素化が可能となる。   According to the first aspect of the invention, the main valve is opened by the operation of the injector, and the flow of the required flow rate can be ensured by the main valve. Here, the operation purpose of the injector is not to secure the required flow rate by the injector itself but to adjust the pressure in the back pressure chamber to open the main valve, so that there is one injector that operates with a high fluid pressure. The tank valve can be reduced in size and weight. In addition, because the tank valve can be made smaller and lighter, the inner diameter of the tank opening, which is the tank valve mounting part, can be reduced, which is advantageous in terms of pressure resistance of the tank and the weight of the tank itself can be reduced. Can do. Further, since the injector has a function of adjusting the pressure in the second passage by adjusting the pressure in the back pressure chamber, it is possible to simplify the decompression system downstream of the second passage.

請求項2に係る発明によれば、インジェクタのアクチュエータ部にもタンクの内圧を印加させることができるので、アクチュエータ部の耐圧構造付与に伴う大型化を防ぐことができる。   According to the invention which concerns on Claim 2, since the internal pressure of a tank can be applied also to the actuator part of an injector, the enlargement accompanying the pressure | voltage resistant structure provision of an actuator part can be prevented.

請求項3に係る発明によれば、インジェクタへのアクセスが容易となり、タンクからインジェクタ付きタンク弁を取り外さなくてもインジェクタのメンテナンスが可能となる。また、インジェクタの故障時にその交換を容易に行うことができる。   According to the invention of claim 3, access to the injector is facilitated, and the injector can be maintained without removing the tank valve with the injector from the tank. In addition, when an injector fails, it can be easily replaced.

請求項4に係る発明によれば、インジェクタ付きタンク弁の小型・軽量化、およびインジェクタの調圧機能に伴う下流の減圧システムの簡素化により、燃料電池システムをコンパクトにすることができる。また、インジェクタのデューティ比制御により、要求発電量に応じた燃料ガスの供給を実現することができる。   According to the invention which concerns on Claim 4, a fuel cell system can be made compact by the size reduction and weight reduction of a tank valve with an injector, and simplification of the downstream pressure reduction system accompanying the pressure regulation function of an injector. Further, the fuel gas can be supplied according to the required power generation amount by controlling the duty ratio of the injector.

請求項5に係る発明によれば、要求ガス流量に対する応答性が向上する。   According to the invention of claim 5, the responsiveness to the required gas flow rate is improved.

この発明に係るインジェクタ付きタンク弁を装着した水素タンクを備える燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a fuel cell system provided with a hydrogen tank equipped with a tank valve with an injector according to the present invention. この発明の実施例1におけるインジェクタ付きタンク弁の断面図である。It is sectional drawing of the tank valve with an injector in Example 1 of this invention. インジェクタの流体吐出部の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the fluid discharge part of an injector. メインバルブの拡大図である。It is an enlarged view of a main valve. タンク圧とインジェクタの出口圧とガス流量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a tank pressure, the exit pressure of an injector, and a gas flow rate. インジェクタの流量特性図である。It is a flow characteristic figure of an injector. インジェクタのデューティ比マップの一例である。It is an example of the duty ratio map of an injector. インジェクタのデューティ比のフィードバック制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the feedback control of the duty ratio of an injector. インジェクタのデューティ比をフィードバック制御した場合の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect at the time of carrying out feedback control of the duty ratio of an injector. この発明の実施例2におけるインジェクタ付きタンク弁の断面図である。It is sectional drawing of the tank valve with an injector in Example 2 of this invention.

以下、この発明に係るインジェクタ付きタンク弁と、そのタンク弁を装着した水素タンクを備える燃料電池システムの実施例を図1から図10の図面を参照して説明する。
<実施例1>
初めに、この発明のインジェクタ付きタンク弁(以下、タンク弁と略す)と燃料電池システムの実施例1を図1から図9の図面を参照して説明する。
図1は、燃料電池システムの概略構成図であり、この実施例1における燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載されて駆動源としてのモータ等に電力を供給する態様である。
図1において符号1は、燃料としての水素と酸化剤としての酸素が供給されて発電をする燃料電池スタック(燃料電池)を示している。燃料電池スタック1は、例えば固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)であり、MEA(Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体)をセパレータ(図示しない)で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system including a tank valve with an injector according to the present invention and a hydrogen tank equipped with the tank valve will be described with reference to the drawings of FIGS.
<Example 1>
First, a tank valve with an injector (hereinafter abbreviated as a tank valve) and a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system, and the fuel cell system according to the first embodiment is a mode that is mounted on a fuel cell vehicle and supplies electric power to a motor or the like as a drive source.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell stack (fuel cell) that generates electricity by being supplied with hydrogen as fuel and oxygen as oxidant. The fuel cell stack 1 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and includes a plurality of single cells in which an MEA (Membrane Electrode Assembly) is sandwiched between separators (not shown). It is configured by stacking.

燃料電池スタック1には、高圧の水素を貯蔵する水素タンク2から水素供給流路3を介して所定圧力および所定流量の水素が供給されるとともに、図示しない空気供給装置を介して酸素を含む空気が所定圧力および所定流量で供給される。
水素タンク2は、長手方向の両端が略半球状の筒状をなし、その長手方向の一端が開口し、この開口部2aは主止弁(インジェクタ付きタンク弁)10が取り付けられることで塞がれている。主止弁10は水素タンク2の内部と水素供給流路3とを連通・遮断する弁であり、主止弁10については後で詳述する。
The fuel cell stack 1 is supplied with hydrogen at a predetermined pressure and a predetermined flow rate from a hydrogen tank 2 that stores high-pressure hydrogen via a hydrogen supply flow path 3 and air containing oxygen via an air supply device (not shown). Is supplied at a predetermined pressure and a predetermined flow rate.
The hydrogen tank 2 has a substantially hemispherical cylindrical shape at both ends in the longitudinal direction, one end in the longitudinal direction opens, and the opening 2a is blocked by a main stop valve (tank valve with injector) 10 being attached. It is. The main stop valve 10 is a valve for communicating / blocking the inside of the hydrogen tank 2 and the hydrogen supply flow path 3. The main stop valve 10 will be described in detail later.

水素供給流路3には、その上流側から、減圧弁5、リリーフ弁6、中圧デバイス7が設けられている。水素タンク2から放出される高圧(例えば、35MPaあるいは70MPa等)の水素は、主止弁10および減圧弁5によって所定の圧力(例えば、1MPa以下)に減圧されて中圧デバイス7に供給される。ここで、中圧デバイス7とは、減圧弁5と燃料電池スタック1との間に配置されるデバイスの総称であり、エゼクタ、加湿器などが含まれる。エゼクタは、燃料電池スタック1から排出される水素オフガスを循環利用するために水素オフガスを再び水素供給流路3に戻すデバイスであり、加湿器は燃料電池スタック1に供給される水素を加湿するデバイスである。中圧デバイス7としていずれのデバイスが組み込まれるかは燃料電池システムの全体構成により決定される。   The hydrogen supply flow path 3 is provided with a pressure reducing valve 5, a relief valve 6, and an intermediate pressure device 7 from the upstream side. High-pressure (for example, 35 MPa or 70 MPa) hydrogen released from the hydrogen tank 2 is reduced to a predetermined pressure (for example, 1 MPa or less) by the main stop valve 10 and the pressure reducing valve 5 and supplied to the intermediate pressure device 7. . Here, the intermediate pressure device 7 is a general term for devices arranged between the pressure reducing valve 5 and the fuel cell stack 1, and includes an ejector, a humidifier, and the like. The ejector is a device that returns the hydrogen off gas to the hydrogen supply flow path 3 in order to circulate and use the hydrogen off gas discharged from the fuel cell stack 1, and the humidifier is a device that humidifies the hydrogen supplied to the fuel cell stack 1. It is. Which device is incorporated as the intermediate pressure device 7 is determined by the overall configuration of the fuel cell system.

主止弁10には、水素タンク2内の圧力を検出するタンク圧センサ8が設けられ、水素供給流路3には、減圧弁5とリリーフ弁6との間に圧力センサ9が設けられ、低圧デバイス7と燃料電池スタック1との間には、燃料電池スタック1に供給される水素ガス流量を計測する流量センサ4が設けられている。
これらセンサ4,8,9は検出値に応じた電気信号を制御装置(制御部)100に出力する。制御装置100は後述するように主止弁10のインジェクタ30のデューティ比制御を行い、燃料電池スタック1に供給する水素ガスの流量または圧力を制御する。
The main stop valve 10 is provided with a tank pressure sensor 8 for detecting the pressure in the hydrogen tank 2, and the hydrogen supply flow path 3 is provided with a pressure sensor 9 between the pressure reducing valve 5 and the relief valve 6, Between the low-pressure device 7 and the fuel cell stack 1, a flow rate sensor 4 that measures the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 1 is provided.
These sensors 4, 8, 9 output an electrical signal corresponding to the detected value to the control device (control unit) 100. The control device 100 controls the duty ratio of the injector 30 of the main stop valve 10 and controls the flow rate or pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 1 as will be described later.

次に、図2および図3を参照して、主止弁10について詳述する。なお、以下の説明において、上下方向は図2における図中上下方向とし、左右方向は図2における図中左右方向とする。
主止弁10は、水素タンク2の開口部2aに固定されるボディ11を備え、ボディ11は、水素タンク2の内部に挿入される部分(以下、内装部と称す)12と、水素タンク2の外部に露出する部分(以下、外装部と称す)13とを有している。内装部12は円柱状をなし、水素タンク2の円形の開口部2aに挿入され固定されている。外装部13は内装部12の外径よりも大きい。
Next, the main stop valve 10 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. In the following description, the vertical direction is the vertical direction in the drawing in FIG. 2, and the horizontal direction is the horizontal direction in the drawing in FIG.
The main stop valve 10 includes a body 11 fixed to the opening 2 a of the hydrogen tank 2, and the body 11 is inserted into the hydrogen tank 2 (hereinafter referred to as an interior portion) 12, and the hydrogen tank 2. Part (hereinafter referred to as an exterior part) 13 exposed to the outside. The interior portion 12 has a cylindrical shape, and is inserted into and fixed to the circular opening 2 a of the hydrogen tank 2. The exterior part 13 is larger than the outer diameter of the interior part 12.

ボディ11の内部には、水素タンク2の内部に通じる第1通路15と、水素タンク2の外部に通じる第2通路17とが形成されている。詳述すると、第1通路15は、内装部12において水素タンク2の内部中央に向けて配置される端面14に開口している。第2通路17は外装部13の右側端面13aに開口し、ここに水素供給流路3が接続される。第1通路15と第2通路17との間にこれら通路15,17を連通・遮断するメインバルブ18が設けられている。   A first passage 15 that communicates with the inside of the hydrogen tank 2 and a second passage 17 that communicates with the outside of the hydrogen tank 2 are formed inside the body 11. More specifically, the first passage 15 opens in the end surface 14 disposed toward the inner center of the hydrogen tank 2 in the interior portion 12. The second passage 17 opens to the right end surface 13a of the exterior portion 13, and the hydrogen supply flow path 3 is connected thereto. A main valve 18 is provided between the first passage 15 and the second passage 17 to communicate and block the passages 15 and 17.

メインバルブ18は、ボディ11内に形成された円筒状のバルブ室19と、バルブ室19内を上下方向に移動可能に収容された弁体20と、を備えて構成されている。
弁体20は略円柱状をなし、上面22が球殻の一部をなす凸曲面に形成されている。弁体20の外周部には、バルブ室19の内周面との間にリング状の隙間28を形成するオリフィスリング23が取り付けられている。オリフィスリング23は、バルブ室19の内周面との間にリング状の隙間28を保持しながら、弁体20と一体となってバルブ室19内を上下方向に移動する。バルブ室19はオリフィスリング23によって上下に区画されており、オリフィスリング23よりも上側は高圧室24、下側は背圧室25となっている。高圧室24と背圧室25とはリング状の隙間28によって連通している。
高圧室24に面するバルブ室19の天井壁部には第2通路17の一端が開口し、この開口の周縁は弁体20の上面が着座離反する弁座26となっている。
The main valve 18 includes a cylindrical valve chamber 19 formed in the body 11 and a valve body 20 accommodated in the valve chamber 19 so as to be movable in the vertical direction.
The valve body 20 has a substantially cylindrical shape, and the upper surface 22 is formed as a convex curved surface forming a part of a spherical shell. An orifice ring 23 that forms a ring-shaped gap 28 between the valve body 20 and the inner peripheral surface of the valve chamber 19 is attached to the outer peripheral portion of the valve body 20. The orifice ring 23 moves up and down in the valve chamber 19 integrally with the valve body 20 while holding a ring-shaped gap 28 between the orifice ring 23 and the inner peripheral surface of the valve chamber 19. The valve chamber 19 is partitioned vertically by an orifice ring 23, and a high pressure chamber 24 is above the orifice ring 23 and a back pressure chamber 25 is below the orifice ring 23. The high pressure chamber 24 and the back pressure chamber 25 communicate with each other through a ring-shaped gap 28.
One end of the second passage 17 opens in the ceiling wall portion of the valve chamber 19 facing the high-pressure chamber 24, and the periphery of this opening is a valve seat 26 in which the upper surface of the valve body 20 is seated and separated.

また、弁体20の上下移動に関わらず常に高圧室24の内周面となるバルブ室19の内周面の上端に、第1通路15の一端が開口している。つまり、第1通路15は水素タンク2の内部とメインバルブ18の高圧室24とを連通しており、弁体20が弁座26から離反したときに第1通路15と第2通路17がメインバルブ18を介して連通する。なお、図2では図示を省略するが、前述したタンク圧センサ8は第1通路15内の水素ガス圧力を検出可能に取り付けられている。水素タンク2内の圧力と第1通路15内のガス圧力とは等圧であるので、タンク圧センサ8は水素タンク2内の圧力を検出すると言える。
弁体20は背圧室25内に配置されたスプリング27によって弁座26に接近する方向(換言すると閉弁方向)に付勢されている。
Further, one end of the first passage 15 is opened at the upper end of the inner peripheral surface of the valve chamber 19 which is always the inner peripheral surface of the high pressure chamber 24 regardless of the vertical movement of the valve body 20. That is, the first passage 15 communicates the inside of the hydrogen tank 2 and the high pressure chamber 24 of the main valve 18, and the first passage 15 and the second passage 17 are main when the valve body 20 is separated from the valve seat 26. It communicates via the valve 18. Although not shown in FIG. 2, the tank pressure sensor 8 described above is attached so as to detect the hydrogen gas pressure in the first passage 15. Since the pressure in the hydrogen tank 2 and the gas pressure in the first passage 15 are equal, it can be said that the tank pressure sensor 8 detects the pressure in the hydrogen tank 2.
The valve body 20 is urged in a direction approaching the valve seat 26 (in other words, a valve closing direction) by a spring 27 disposed in the back pressure chamber 25.

また、ボディ11内には、背圧室25と第2通路17とを接続する第3通路29が形成されている。第3通路29は小流量の水素ガスが流れれば十分であるので、第3通路29の内径は第1通路15および第2通路17の内径よりも小径となっている。さらに、ボディ11には、外装部13の左側端面13bに開口するインジェクタ取付孔50がボディ11の内側に向かって凹設され、第3通路29に連なっている。
このインジェクタ取付孔50に、第3通路29上に配置されて背圧室25の圧力を調圧可能な電磁駆動式のインジェクタ30が固定されている。インジェクタ30は、ボディ31と、ニードル弁32と、プランジャ33と、ソレノイドを構成するコイル34と、スプリング35を主要構成としている。
A third passage 29 that connects the back pressure chamber 25 and the second passage 17 is formed in the body 11. Since it is sufficient that a small flow rate of hydrogen gas flows through the third passage 29, the inner diameter of the third passage 29 is smaller than the inner diameters of the first passage 15 and the second passage 17. Further, the body 11 has an injector mounting hole 50 opened in the left end surface 13 b of the exterior portion 13 that is recessed toward the inside of the body 11 and continues to the third passage 29.
An electromagnetically driven injector 30 disposed on the third passage 29 and capable of adjusting the pressure in the back pressure chamber 25 is fixed to the injector mounting hole 50. The injector 30 mainly includes a body 31, a needle valve 32, a plunger 33, a coil 34 constituting a solenoid, and a spring 35.

ボディ31は段付き円筒状をなし、先端側は小径の流体吐出部36,基部側が大径のアクチュエータ部37となっていて、流体吐出部36がインジェクタ取付孔50における小径孔50aに隙間なく挿入され、アクチュエータ部37がインジェクタ取付孔50の大径孔50bに隙間なく挿入されている。つまり、インジェクタ30は、主止弁10のボディ11において水素タンク2の外部を臨む外装部13の端部に配置されており、流体吐出部36をボディ11の内方(ボディ11の内部構造方向)に向け、アクチュエータ部37を水素タンク2の外方(水素タンク2から外側に離れる方向)に向けて配置されている。   The body 31 has a stepped cylindrical shape, the tip side is a small diameter fluid discharge portion 36, and the base side is a large diameter actuator portion 37, and the fluid discharge portion 36 is inserted into the small diameter hole 50a in the injector mounting hole 50 without a gap. The actuator portion 37 is inserted into the large-diameter hole 50b of the injector mounting hole 50 without a gap. That is, the injector 30 is disposed at the end of the exterior portion 13 facing the outside of the hydrogen tank 2 in the body 11 of the main stop valve 10, and the fluid discharge portion 36 is disposed inward of the body 11 (in the internal structure direction of the body 11). ), The actuator portion 37 is arranged to face outward of the hydrogen tank 2 (in a direction away from the hydrogen tank 2).

インジェクタ30のボディ31には、円筒状の弁室39と、弁室39と同心上にその外側に配置されたリング状のコイル収納部40が形成されている。弁室39とコイル収納部40はいずれも、水素タンク2の外部に向けて配置されるボディ31の端面38に開口しているが、弁室39は蓋体45で封止されている。弁室39は流体吐出部36の右端近くまで直線的に延びており、コイル収納部40はアクチュエータ部37の右端近くまで直線的に延びている。弁室39とコイル収納部40は隔壁44によって離隔されている。   The body 31 of the injector 30 is formed with a cylindrical valve chamber 39 and a ring-shaped coil housing portion 40 that is concentric with the valve chamber 39 and disposed outside thereof. Both the valve chamber 39 and the coil storage portion 40 open to the end surface 38 of the body 31 arranged toward the outside of the hydrogen tank 2, but the valve chamber 39 is sealed with a lid 45. The valve chamber 39 extends linearly to the vicinity of the right end of the fluid discharge portion 36, and the coil storage portion 40 extends linearly to the vicinity of the right end of the actuator portion 37. The valve chamber 39 and the coil storage part 40 are separated by a partition wall 44.

流体吐出部36には、その外周部に入口孔41が、右端部に噴孔42が形成されており、いずれも弁室39に連通している。入口孔41は、インジェクタ30よりも上流側の第3通路(以下、上流側第3通路という)29aを介して背圧室25に接続されており、噴孔42は、インジェクタ30よりも下流側の第3通路(以下、下流側第3通路という)29bを介して第2通路17に接続されている。図3に示すように、弁室39は、流体吐出部36の右端近くに、先端に接近するにしたがって断面縮小するテーパ部43を備えており、このテーパ部43の先端が噴孔42に連なっている。   An inlet hole 41 is formed in the outer periphery of the fluid discharge part 36, and an injection hole 42 is formed in the right end part, both of which communicate with the valve chamber 39. The inlet hole 41 is connected to the back pressure chamber 25 via a third passage (hereinafter referred to as an upstream third passage) 29 a upstream of the injector 30, and the injection hole 42 is downstream of the injector 30. Is connected to the second passage 17 through a third passage (hereinafter referred to as a downstream third passage) 29b. As shown in FIG. 3, the valve chamber 39 is provided with a taper portion 43 that is reduced in cross section as it approaches the tip near the right end of the fluid discharge portion 36, and the tip of the taper 43 is continuous with the injection hole 42. ing.

弁室39には、直列に連結され一体とされたニードル弁32とプランジャ33が左右方向に移動可能に収容されている。図3に示すように、ニードル弁32の先部には、先端に接近するにしたがって断面縮小するテーパ部46と、テーパー部46の先端からさらに前方に突出する棒状のピントル47とを備えている。ニードル弁32のテーパ部46は弁室39のテーパ部43に当接離反可能となっており、テーパ部46がテーパ部43に当接したときに上流側第3通路29aと下流側第3通路29bは遮断され、テーパ部46がテーパ部43から離反したときに上流側第3通路29aと下流側第3通路29bが連通する。ピントル47は噴孔42に隙間を有して挿通されており、ニードル弁32のテーパ部46が弁室39のテーパ部43に当接したときにピントル47の先端が噴孔42から前方に若干突出する。
ニードル弁32とプランジャ33は、弁室39に収容されたスプリング35によって弁室39のテーパ部43に接近する方向(換言すると閉弁方向)に付勢されている。なお、スプリング35は弁室39の蓋体45によって支持されている。
In the valve chamber 39, a needle valve 32 and a plunger 33 which are connected in series and integrated are accommodated so as to be movable in the left-right direction. As shown in FIG. 3, the tip portion of the needle valve 32 includes a tapered portion 46 whose cross section is reduced as it approaches the tip, and a rod-like pintle 47 that protrudes further forward from the tip of the tapered portion 46. . The tapered portion 46 of the needle valve 32 can be brought into contact with and separated from the tapered portion 43 of the valve chamber 39, and the upstream third passage 29 a and the downstream third passage when the tapered portion 46 comes into contact with the tapered portion 43. 29b is blocked, and when the taper portion 46 is separated from the taper portion 43, the upstream third passage 29a and the downstream third passage 29b communicate with each other. The pintle 47 is inserted into the nozzle hole 42 with a gap, and the tip of the pintle 47 is slightly forward from the nozzle hole 42 when the tapered portion 46 of the needle valve 32 contacts the tapered portion 43 of the valve chamber 39. Protruding.
The needle valve 32 and the plunger 33 are urged in a direction approaching the taper portion 43 of the valve chamber 39 (in other words, the valve closing direction) by a spring 35 accommodated in the valve chamber 39. The spring 35 is supported by a lid body 45 of the valve chamber 39.

アクチュエータ部37のコイル収納部40にはソレノイドを構成するコイル34が配置されており、コイル34に電流を流すとプランジャ33が電磁的吸引力により左方に引き付けられ、ニードル弁32がテーパ部43から離反し、上流側第3通路29aと下流側第3通路29bが連通する。このとき、水素タンク2の内部と第2通路17とが、第1通路15、メインバルブ18の高圧室24、リング状の隙間28、背圧室25、第3通路29、インジェクタ30の弁室39を介して連通する。   A coil 34 that constitutes a solenoid is disposed in the coil housing portion 40 of the actuator portion 37, and when a current is passed through the coil 34, the plunger 33 is attracted to the left by an electromagnetic attractive force, and the needle valve 32 is tapered. The upstream third passage 29a and the downstream third passage 29b communicate with each other. At this time, the inside of the hydrogen tank 2 and the second passage 17 are connected to the first passage 15, the high pressure chamber 24 of the main valve 18, the ring-shaped gap 28, the back pressure chamber 25, the third passage 29, and the valve chamber of the injector 30. 39 to communicate.

このように構成された主止弁10の開弁動作を説明する。
閉弁時の主止弁10は、インジェクタ30のコイル34に電流が流れていないので、スプリング35によって付勢されたインジェクタ30のニードル弁32が弁室39のテーパ部43に当接し、上流側第3通路29aと下流側第3通路29bとの間が遮断される。また、メインバルブ18もスプリング27によって付勢されたニードル弁20が弁座26に着座して閉じている。このとき、水素タンク2内の圧力が、第1通路15、メインバルブ18の高圧室24、リング状の隙間28を介して背圧室25に導通し、さらに上流側第3通路29aを介してインジェクタ30の弁室39に導通し、これらの領域は水素タンク2内の圧力と同圧となり、高圧となっている。一方、メインバルブ18とインジェクタ30が閉弁しているので、下流側第3通路29bと第2通路17には水素タンク2内の圧力が印加せず、低圧となっている。
The valve opening operation of the main stop valve 10 configured as described above will be described.
When the main stop valve 10 is closed, no current flows through the coil 34 of the injector 30, so that the needle valve 32 of the injector 30 urged by the spring 35 abuts against the tapered portion 43 of the valve chamber 39, and the upstream side The third passage 29a is blocked from the downstream third passage 29b. The main valve 18 is also closed by the needle valve 20 biased by the spring 27 seated on the valve seat 26. At this time, the pressure in the hydrogen tank 2 is conducted to the back pressure chamber 25 via the first passage 15, the high pressure chamber 24 of the main valve 18, and the ring-shaped gap 28, and further via the upstream third passage 29 a. The region is electrically connected to the valve chamber 39 of the injector 30, and these regions have the same pressure as the pressure in the hydrogen tank 2 and are at a high pressure. On the other hand, since the main valve 18 and the injector 30 are closed, the pressure in the hydrogen tank 2 is not applied to the downstream side third passage 29b and the second passage 17, and the pressure is low.

この閉弁状態の主止弁10を開弁するときには、インジェクタ30のコイル34に電流を流す。すると、コイル34への通電により発生する電磁的吸引力により、プランジャ33とともにニードル弁32が左方に引き付けられる結果、ニードル弁32が弁室39のテーパ部43から離反し、上流側第3通路29aと下流側第3通路29bが連通し、メインバルブ18の背圧室25の水素ガスが第3通路29を通って第2通路17に排出され、第2通路17内の圧力が上昇する。一方、背圧室25内の圧力は第2通路17への水素ガス流出により低下するが、背圧室25は、オリフィスリング23と弁室19の内周面との間のリング状の隙間28を介して高圧室24に連通しているので、水素タンク2に貯留されている水素ガスが第1通路15、高圧室24、隙間28を通って背圧室25に流れ込み、背圧室25内の圧力を上昇させる。しかしながら、隙間28の開口面積は小さいので、背圧室25の圧力低下分の全てを補充することはできない。その結果、背圧室25内の圧力P2は、圧力室24内の圧力(すなわち、水素タンク2内の圧力)P1よりも小さく、且つ、第2通路17内の圧力P3よりも大きい値となる(P1>P2>P3)。   When the main stop valve 10 in the closed state is opened, a current is passed through the coil 34 of the injector 30. Then, as a result of the needle valve 32 being attracted to the left together with the plunger 33 by the electromagnetic attractive force generated by energizing the coil 34, the needle valve 32 is separated from the tapered portion 43 of the valve chamber 39, and the upstream third passage 29a communicates with the downstream third passage 29b, the hydrogen gas in the back pressure chamber 25 of the main valve 18 is discharged to the second passage 17 through the third passage 29, and the pressure in the second passage 17 rises. On the other hand, the pressure in the back pressure chamber 25 decreases due to the outflow of hydrogen gas to the second passage 17, but the back pressure chamber 25 has a ring-shaped gap 28 between the orifice ring 23 and the inner peripheral surface of the valve chamber 19. Since the hydrogen gas stored in the hydrogen tank 2 flows into the back pressure chamber 25 through the first passage 15, the high pressure chamber 24, and the gap 28, the hydrogen pressure stored in the hydrogen tank 2 flows into the back pressure chamber 25. Increase the pressure. However, since the opening area of the gap 28 is small, it is not possible to replenish all of the pressure drop in the back pressure chamber 25. As a result, the pressure P2 in the back pressure chamber 25 is smaller than the pressure P1 in the pressure chamber 24 (that is, the pressure in the hydrogen tank 2) P1 and larger than the pressure P3 in the second passage 17. (P1> P2> P3).

そして、この圧力差に基づきメインバルブ18の弁体20には、弁体20を下方へ押す力が作用し、この力がスプリング27による閉弁方向への付勢力に勝ると、弁体20が弁座26から離反し、メインバルブ18が開弁する。
メインバルブ18が開弁すると、水素タンク2内の水素ガスは第1通路15から高圧室24を介して第2通路17へと流れていく。なお、メインバルブ18が開弁したときにメインバルブ18を流れる水素ガスの流量は、インジェクタ30を通って背圧室25から第2通路17へ流れていく水素ガスの流量よりも極めて大きい。
Based on this pressure difference, a force that pushes the valve body 20 downward acts on the valve body 20 of the main valve 18. When this force exceeds the urging force of the spring 27 in the valve closing direction, the valve body 20 The main valve 18 opens after separating from the valve seat 26.
When the main valve 18 is opened, the hydrogen gas in the hydrogen tank 2 flows from the first passage 15 to the second passage 17 via the high pressure chamber 24. The flow rate of the hydrogen gas flowing through the main valve 18 when the main valve 18 is opened is much larger than the flow rate of the hydrogen gas flowing from the back pressure chamber 25 to the second passage 17 through the injector 30.

メインバルブ18の作動原理について詳述すると、図4に示すように、メインバルブ18の弁体20の背圧室25側の受圧面積をS1、弁体20の第2通路17内における受圧面積をS2とすると、次の式(1)の不等式が成立したときに、メインバルブ18が開弁する。なお、Fはスプリング27の弾性力である。
(S1−S2)・P1+S2・P3>S1・P2+F ・・・ 式(1)
The operating principle of the main valve 18 will be described in detail. As shown in FIG. 4, the pressure receiving area on the back pressure chamber 25 side of the valve body 20 of the main valve 18 is S1, and the pressure receiving area in the second passage 17 of the valve body 20 is Assuming S2, the main valve 18 is opened when the following inequality (1) is established. Note that F S is the elastic force of the spring 27.
(S1-S2) · P1 + S2 · P3> S1 · P2 + F S (1)

そして、弁体20が弁座26から離反した後、次の式(2)が成立したところで、弁体20の開弁方向への移動が停止し、弁体20のストローク量が決まる。
(S1−S2)・P1+S2・P3=S1・P2+F ・・・ 式(2)
したがって、水素タンク2内の圧力P1と、背圧室25内の圧力P2と、第2通路17内の圧力P3によってメインバルブ18の弁開時のストローク量が決まり、その結果、メインバルブ18の弁開時の開口面積が決まって、メインバルブ18を流通する水素ガスの流量が決まることとなる。
Then, after the valve body 20 is separated from the valve seat 26, when the following equation (2) is established, the movement of the valve body 20 in the valve opening direction is stopped, and the stroke amount of the valve body 20 is determined.
(S1−S2) · P1 + S2 · P3 = S1 · P2 + F S (2)
Therefore, the stroke amount when the main valve 18 is opened is determined by the pressure P 1 in the hydrogen tank 2, the pressure P 2 in the back pressure chamber 25, and the pressure P 3 in the second passage 17. The opening area when the valve is opened is determined, and the flow rate of the hydrogen gas flowing through the main valve 18 is determined.

ところで、この主止弁10では、インジェクタ30のコイル34への通電をデューティ比制御することによって、背圧室25の圧力を調整することができる。したがって、インジェクタ30のコイル34への通電をデューティ比制御することによって、燃料電池スタック1への水素ガスの供給量を制御することが可能となる。
例えば、燃料電池スタック1への水素ガスの供給量が少なくてよい場合、換言すると水素ガスの消費量が小さい場合には、インジェクタ30のデューティ比を低く制御することで、背圧室25の圧力P2を水素タンク2内の圧力P1に近い値とし、メインバルブ18の開弁ストロークを小さくして(ゼロも含む)、メインバルブ18の開口面積を小さくする。
一方、燃料電池スタック1への水素ガスの供給量が多い場合、換言すると水素ガスの消費量が大きい場合には、インジェクタ30のデューティ比を高く制御することで、背圧室25の圧力P2を水素タンク2内の圧力P1よりも十分に低い値とし、メインバルブ18の開弁ストロークを大きくして、必要な開口面積を確保する。
By the way, in this main stop valve 10, the pressure in the back pressure chamber 25 can be adjusted by controlling the duty ratio of the energization to the coil 34 of the injector 30. Therefore, it is possible to control the supply amount of hydrogen gas to the fuel cell stack 1 by controlling the duty ratio of energization to the coil 34 of the injector 30.
For example, when the supply amount of hydrogen gas to the fuel cell stack 1 may be small, in other words, when the consumption amount of hydrogen gas is small, the pressure of the back pressure chamber 25 is controlled by controlling the duty ratio of the injector 30 to be low. P2 is set to a value close to the pressure P1 in the hydrogen tank 2, the opening stroke of the main valve 18 is reduced (including zero), and the opening area of the main valve 18 is reduced.
On the other hand, when the supply amount of hydrogen gas to the fuel cell stack 1 is large, in other words, when the consumption amount of hydrogen gas is large, the pressure P2 of the back pressure chamber 25 is controlled by controlling the duty ratio of the injector 30 high. A value sufficiently lower than the pressure P1 in the hydrogen tank 2 is set, and the opening stroke of the main valve 18 is increased to ensure a necessary opening area.

なお、燃料電池スタック1に要求される水素ガス流量(以下、要求流量という)は、燃料電池スタック1に対する要求発電量から決定することができるが、これに燃料電池スタック1から系外に排出される水素ガスのパージ量を加算すると、水素ガスの要求流量をより正確に決定することができる。   The hydrogen gas flow rate required for the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as the required flow rate) can be determined from the required power generation amount for the fuel cell stack 1, but is discharged from the fuel cell stack 1 to the outside of the system. If the hydrogen gas purge amount is added, the required flow rate of hydrogen gas can be determined more accurately.

次に、水素ガスの要求流量と、水素タンク2内の圧力(以下、タンク圧と略す)P1と、インジェクタ30のデューティ比との関係を予めマップに記憶しておき、このマップを用いてインジェクタ30のデューティ比を決定する方法を説明する。
まず、実験により、タンク圧P1毎に、第2通路17内の圧力(以下、出口圧と略す)P3と、主止弁10を流通するガス流量の関係を求める。図5は、タンク圧P1と出口圧P3とガス流量の関係の一例を示したものである。同じガス流量で比較すると、タンク圧P1が高いほど出口圧P3を高圧にすることができる。
Next, the relationship between the required flow rate of hydrogen gas, the pressure in the hydrogen tank 2 (hereinafter referred to as tank pressure) P1, and the duty ratio of the injector 30 is stored in advance in a map, and the injector is used using this map. A method for determining the duty ratio of 30 will be described.
First, the relationship between the pressure in the second passage 17 (hereinafter, abbreviated as the outlet pressure) P3 and the flow rate of the gas flowing through the main stop valve 10 is obtained for each tank pressure P1 by experiment. FIG. 5 shows an example of the relationship between the tank pressure P1, the outlet pressure P3, and the gas flow rate. When compared at the same gas flow rate, the outlet pressure P3 can be increased as the tank pressure P1 increases.

ところで、主止弁10の下流には減圧弁5や中圧デバイス7などが設けられているため、出口圧P3はこれら下流デバイスの圧力条件の制約を受ける。つまり、出口圧P3は下流デバイスの下限圧力から上限圧力の間になければならない。そこで、この圧力範囲から外れないように、タンク圧P1毎にインジェクタ30のデューティ比の範囲を決定する。
例えば、タンク圧P1が高いときであって、ガス流量を小さくしていくと出口圧P3が前記上限圧力を越えてしまうときがある場合には、そのタンク圧P1では出口圧P3が上限圧力を超えない範囲でガス流量を制御することとし、出口圧P3が上限圧力と等圧となったときのガス流量を該タンク圧P1での最少流量として、そのときのインジェクタ30のデューティ比をデューティ比の下限値とする。
同様に、タンク圧P1が低いときであって、ガス流量を大きくしていくと出口圧P3が前記下限圧力を下回ってしまうときがある場合には、そのタンク圧P1では出口圧P3が下限圧力を下回らない範囲でガス流量を制御することとし、出口圧P3が下限圧力と等圧となったときのガス流量を該タンク圧P1での最大流量として、そのときのインジェクタ30のデューティ比をデューティ比の上限値とする。
By the way, since the pressure reducing valve 5 and the intermediate pressure device 7 are provided downstream of the main stop valve 10, the outlet pressure P3 is restricted by the pressure conditions of these downstream devices. That is, the outlet pressure P3 must be between the lower limit pressure and the upper limit pressure of the downstream device. Therefore, the range of the duty ratio of the injector 30 is determined for each tank pressure P1 so as not to deviate from this pressure range.
For example, when the tank pressure P1 is high and the outlet pressure P3 sometimes exceeds the upper limit pressure when the gas flow rate is decreased, the outlet pressure P3 at the tank pressure P1 has the upper limit pressure. The gas flow rate is controlled within a range not exceeding, the gas flow rate when the outlet pressure P3 becomes equal to the upper limit pressure is set as the minimum flow rate at the tank pressure P1, and the duty ratio of the injector 30 at that time is set as the duty ratio. The lower limit value of.
Similarly, when the tank pressure P1 is low and the outlet pressure P3 may fall below the lower limit pressure when the gas flow rate is increased, the outlet pressure P3 is lower than the lower limit pressure at the tank pressure P1. The gas flow rate is controlled within a range that does not fall below, the gas flow rate when the outlet pressure P3 becomes equal to the lower limit pressure is set as the maximum flow rate at the tank pressure P1, and the duty ratio of the injector 30 at that time is set to the duty rate The upper limit of the ratio.

次に、このようにしてタンク圧P1毎に決定したインジェクタ30のデューティ比範囲内で、図6に示すように、タンク圧P1毎に、ガス流量を変化させたときの各ガス流量に対応するインジェクタ30のデューティ比を測定する。図6は、タンク圧P1毎に求めたガス流量とデューティ比との関係の一例を示している。
次に、この測定結果に基づいて、図7に示されるように、タンク圧P1と、ガス流量と、インジェクタ30のデューティ比とを対応させたデューティ比マップを作成する。
Next, within the duty ratio range of the injector 30 determined for each tank pressure P1 in this way, as shown in FIG. 6, it corresponds to each gas flow rate when the gas flow rate is changed for each tank pressure P1. The duty ratio of the injector 30 is measured. FIG. 6 shows an example of the relationship between the gas flow rate obtained for each tank pressure P1 and the duty ratio.
Next, based on the measurement result, as shown in FIG. 7, a duty ratio map in which the tank pressure P1, the gas flow rate, and the duty ratio of the injector 30 are associated with each other is created.

このようなデューティ比マップを制御装置100に記憶させておくと、タンク圧センサ8により検出したタンク圧P1と、燃料電池スタック1の要求発電量から算出される水素ガスの要求流量に基づいて、インジェクタ30のデューティ比を決定することができる。なお、要求流量が、図7に示されるデューティ比マップに記載されているガス流量値とガス流量値の間である場合には、補間法等を用いてデューティ比を決定する。また、この実施例1における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載された態様であることから、要求発電量はアクセルペダル(図示略)の踏み込み量等に基づいて制御装置100によって算出される。   When such a duty ratio map is stored in the control device 100, based on the tank pressure P1 detected by the tank pressure sensor 8 and the required flow rate of hydrogen gas calculated from the required power generation amount of the fuel cell stack 1, The duty ratio of the injector 30 can be determined. When the required flow rate is between the gas flow rate value and the gas flow rate value described in the duty ratio map shown in FIG. 7, the duty ratio is determined using an interpolation method or the like. Further, since the fuel cell system in the first embodiment is mounted on the fuel cell vehicle, the required power generation amount is calculated by the control device 100 based on the depression amount of an accelerator pedal (not shown).

ところで、このようにタンク圧P1と水素ガスの要求流量に基づき図7のデューティ比マップを用いてインジェクタ30のデューティ比を決定し、インジェクタ30のデューティ比制御を行うと、図9(a)に示すように水素ガスの要求流量が急激に変化した場合に、主止弁10の応答遅れにより、図9(b)に示すように主止弁10を実際に流通する水素ガスの実流量と要求流量との間に大きな誤差が生じることがある。特に、車両に搭載された燃料電池システムでは、要求発電量の急激な変化は車両の加減速要求などにより多いに起こり得る事象である。なお、図9(a)は要求流量と実流量の変化を示す図であり、図9(b)は要求流量と実流量との差の時間的変化を示す図であり、図9(b)において破線は差が0を示し、一点鎖線は許容上下限を示す。
そこで、要求流量と実流量との間の差分に基づいてインジェクタ30のデューティ比の補正を行いフィードバック制御を行うと、要求流量に対する応答性を向上させることができる。
By the way, when the duty ratio of the injector 30 is determined by using the duty ratio map of FIG. 7 based on the tank pressure P1 and the required flow rate of hydrogen gas and controlling the duty ratio of the injector 30 as shown in FIG. As shown in FIG. 9B, when the required flow rate of the hydrogen gas changes rapidly, the actual flow rate and the required flow rate of the hydrogen gas actually flowing through the main stop valve 10 as shown in FIG. A large error may occur between the flow rate. In particular, in a fuel cell system mounted on a vehicle, a sudden change in required power generation is an event that can occur more frequently due to a vehicle acceleration / deceleration request or the like. 9A is a diagram showing a change in the required flow rate and the actual flow rate, and FIG. 9B is a diagram showing a temporal change in the difference between the required flow rate and the actual flow rate, and FIG. The broken line indicates a difference of 0, and the alternate long and short dash line indicates an allowable upper and lower limit.
Accordingly, if feedback control is performed by correcting the duty ratio of the injector 30 based on the difference between the required flow rate and the actual flow rate, the responsiveness to the required flow rate can be improved.

次に、インジェクタ30のデューティ比のフィードバック制御を図8に示すフローチャートにしたがって説明する。このデューティ比のフィードバック制御は、制御装置100により一定時間毎に繰り返し行われる。   Next, feedback control of the duty ratio of the injector 30 will be described according to the flowchart shown in FIG. This feedback control of the duty ratio is repeatedly performed by the control device 100 at regular intervals.

まず、ステップS101において、タンク圧センサ8により検出された水素タンク2のタンク圧P1と、燃料電池スタック1に要求される水素ガスの要求流量に基づき、図7に示すデューティ比マップを用いてインジェクタ30のデューティ比指令値を決定する。なお、水素ガスの要求流量は燃料電池スタック1に対する要求発電量に基づいて算出する。   First, in step S101, based on the tank pressure P1 of the hydrogen tank 2 detected by the tank pressure sensor 8 and the required flow rate of hydrogen gas required for the fuel cell stack 1, an injector is used using the duty ratio map shown in FIG. A duty ratio command value of 30 is determined. The required flow rate of hydrogen gas is calculated based on the required power generation amount for the fuel cell stack 1.

次に、ステップS102に進み、流量センサ4により計測された実流量と要求流量との差の絶対値が所定値(許容範囲)を越えているか否かを判定する。
ステップS102における判定結果が「NO」(差が許容範囲内)である場合には、デューティ比は適正であるので補正を行わず、リターンする。
Next, proceeding to step S102, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the actual flow rate measured by the flow rate sensor 4 and the required flow rate exceeds a predetermined value (allowable range).
If the determination result in step S102 is “NO” (difference is within the allowable range), the duty ratio is appropriate and the process returns without correction.

一方、ステップS102における判定結果が「YES」(差が許容範囲外)である場合には、ステップS103に進み、デューティ比の補正量を算出し、ステップS101において設定したデューティ比指令値に対してこの補正量分だけ補正して、補正後のデューティ比指令値(デューティ比補正指令値)を決定し、リターンする。
なお、デューティ比の補正量は、次の式(3)に示すように、実流量と要求流量との差に、主止弁10から燃料電池スタック1までの配管容積やインジェクタ30の応答性能等によって決まる定数Aを乗じて算出することができる。
デューティ比補正量=A・(実流量−要求流量) ・・・式(3)
On the other hand, if the determination result in step S102 is “YES” (difference is outside the allowable range), the process proceeds to step S103, the correction amount of the duty ratio is calculated, and the duty ratio command value set in step S101 is calculated. Correction is made by this correction amount, a corrected duty ratio command value (duty ratio correction command value) is determined, and the process returns.
As shown in the following equation (3), the duty ratio correction amount depends on the difference between the actual flow rate and the required flow rate, the pipe volume from the main stop valve 10 to the fuel cell stack 1, the response performance of the injector 30, and the like. It can be calculated by multiplying by a constant A determined by.
Duty ratio correction amount = A · (Actual flow rate-Required flow rate) (3)

図9(c)は、インジェクタ30のデューティ比の時間的変化を補正前後で比較した図であり、図9(d)は要求流量と実流量との差の時間的変化を示す図であり、図9(d)において破線は差が0を示し、一点鎖線は許容上下限を示す。このようにデューティ比を補正すると、水素ガスの要求流量が急激に変化した場合にも、要求流量と実流量との差を許容範囲内に収めることができる。   FIG. 9C is a diagram comparing temporal changes in the duty ratio of the injector 30 before and after correction, and FIG. 9D is a diagram showing temporal changes in the difference between the required flow rate and the actual flow rate. In FIG. 9D, the broken line indicates a difference of 0, and the alternate long and short dash line indicates an allowable upper and lower limit. When the duty ratio is corrected in this manner, the difference between the required flow rate and the actual flow rate can be kept within an allowable range even when the required flow rate of hydrogen gas changes abruptly.

なお、図5からも明らかなように、主止弁10を流通するガス流量と出口圧(第2通路17内の圧力)P3との間には、ガス流量が大きくなるほど出口圧P3が小さくなり、ガス流量が小さくなるほど出口圧P3が大きくなるという相関関係がある。そこで、要求流量を目標出口圧と置き換え、実流量を実出口圧と置き換えて、目標出口圧と実出口圧の差分に基づいてインジェクタ30のデューティ比の補正を行いフィードバック制御を行うことも可能である。その場合には、ステップS102における処理を、目標出口圧と実出口圧の差の絶対値が所定値(許容範囲)を越えているか否かに置き換えればよい。   As is apparent from FIG. 5, the outlet pressure P3 decreases as the gas flow rate increases between the gas flow rate flowing through the main stop valve 10 and the outlet pressure (pressure in the second passage 17) P3. There is a correlation that the outlet pressure P3 increases as the gas flow rate decreases. Therefore, it is also possible to perform feedback control by replacing the required flow rate with the target outlet pressure, replacing the actual flow rate with the actual outlet pressure, and correcting the duty ratio of the injector 30 based on the difference between the target outlet pressure and the actual outlet pressure. is there. In that case, the process in step S102 may be replaced with whether or not the absolute value of the difference between the target outlet pressure and the actual outlet pressure exceeds a predetermined value (allowable range).

この主止弁10においては、インジェクタ30の作動によりメインバルブ18を開弁し、メインバルブ18で要求流量の流通を確保することができる。ここで、インジェクタ30の作動目的はインジェクタ30自身で要求流量を確保するのではなく、メインバルブ18の背圧室25の圧力を調圧してメインバルブ18を開弁させることにあるので、高圧の流体圧力で作動するインジェクタ30が1つで済む。したがって、タンク弁である主止弁10を小型・軽量化することができる。   In the main stop valve 10, the main valve 18 is opened by the operation of the injector 30, and the flow of the required flow rate can be secured by the main valve 18. Here, the operation purpose of the injector 30 is not to secure the required flow rate by the injector 30 itself, but to adjust the pressure of the back pressure chamber 25 of the main valve 18 to open the main valve 18. Only one injector 30 is required to operate with fluid pressure. Therefore, the main stop valve 10 which is a tank valve can be reduced in size and weight.

また、主止弁10の小型・軽量化により、主止弁10の取付部となる水素タンク2の開口部2aの内径を小さくすることができる。特に、実施例1の主止弁10では、インジェクタ30をボディ11の外装部13に設けているので、水素タンク2の開口部2aに挿入される部分である内装部12をより小径にすることができ、その結果、水素タンク2の開口部2aの内径をより小径にすることができる。開口部2aの小径化は水素タンク2の耐圧強度上も有利であり、水素タンク2の軽量化を図ることができる。   Moreover, the internal diameter of the opening part 2a of the hydrogen tank 2 used as the attachment part of the main stop valve 10 can be made small by size reduction and weight reduction of the main stop valve 10. FIG. In particular, in the main stop valve 10 of the first embodiment, since the injector 30 is provided in the exterior portion 13 of the body 11, the interior portion 12 that is a portion inserted into the opening 2a of the hydrogen tank 2 is made to have a smaller diameter. As a result, the inner diameter of the opening 2a of the hydrogen tank 2 can be made smaller. The reduction in the diameter of the opening 2a is advantageous in terms of pressure resistance of the hydrogen tank 2, and the weight of the hydrogen tank 2 can be reduced.

さらに、インジェクタ30は背圧室25の圧力を調圧することにより、結果的に第2通路17内の圧力を調整する機能があるので、第2通路17よりも下流の減圧システムの簡素化が可能となる。具体的には、減圧弁5の一次側圧力の低圧化、あるいは減圧弁5を削減することが可能となる。   Furthermore, since the injector 30 has a function of adjusting the pressure in the second passage 17 as a result of adjusting the pressure in the back pressure chamber 25, the pressure reducing system downstream of the second passage 17 can be simplified. It becomes. Specifically, the primary pressure of the pressure reducing valve 5 can be reduced or the pressure reducing valve 5 can be reduced.

また、インジェクタ30は、主止弁10のボディ11における外装部13の端部に配置されていて、流体吐出部36をボディ11の内方に向け、アクチュエータ部37を水素タンク2の外方に向けて配置しているので、インジェクタ30へのアクセスが容易となり、水素タンク2から主止弁10を取り外さなくてもインジェクタ30のメンテナンスが可能となる。また、インジェクタ30の故障時にその交換を容易に行うことができる。   The injector 30 is disposed at the end of the exterior portion 13 of the body 11 of the main stop valve 10, with the fluid discharge portion 36 facing inward of the body 11 and the actuator portion 37 facing outward of the hydrogen tank 2. Therefore, the injector 30 can be easily accessed, and maintenance of the injector 30 can be performed without removing the main stop valve 10 from the hydrogen tank 2. Further, it is possible to easily replace the injector 30 when it fails.

また、この燃料電池システムにおいては、主止弁の小型・軽量化、およびインジェクタ30の調圧機能に伴う下流の減圧システムの簡素化により、燃料電池システムをコンパクトにすることができ、コストダウンを図ることができる。さらに、インジェクタ30のデューティ比制御により、要求発電量に応じた燃料ガスの供給を実現することができる。特に、要求流量と実流量との間の差分に基づいてインジェクタ30のデューティ比の補正を行いフィードバック制御を行った場合には、要求流量に対する応答性を向上させることができる。   Further, in this fuel cell system, the fuel cell system can be made compact by reducing the size and weight of the main stop valve, and simplifying the downstream pressure reducing system associated with the pressure adjusting function of the injector 30, thereby reducing the cost. Can be planned. Furthermore, the supply of fuel gas according to the required power generation amount can be realized by the duty ratio control of the injector 30. In particular, when feedback control is performed by correcting the duty ratio of the injector 30 based on the difference between the required flow rate and the actual flow rate, the responsiveness to the required flow rate can be improved.

<実施例2>
次に、この発明のインジェクタ付きタンク弁の実施例2を図10の図面を参照して説明する。
実施例2の主止弁(インジェクタ付きタンク弁)10が実施例1の主止弁10と相違する点は、インジェクタ30の取り付け位置にある。実施例1の主止弁10では、インジェクタ30を主止弁10のボディ11の外装部13に設置しているが、実施例2の主止弁10では、インジェクタ30を主止弁10のボディ11における内装部12に設置している。
以下、実施例2の主止弁10について、実施例1の主止弁10と同一態様部分には同一符号を付して説明を省略し、相違点について詳述する。
<Example 2>
Next, a second embodiment of the tank valve with an injector of the present invention will be described with reference to the drawing of FIG.
The main stop valve (tank valve with an injector) 10 of the second embodiment is different from the main stop valve 10 of the first embodiment in the attachment position of the injector 30. In the main stop valve 10 of the first embodiment, the injector 30 is installed in the exterior portion 13 of the body 11 of the main stop valve 10. However, in the main stop valve 10 of the second embodiment, the injector 30 is the body of the main stop valve 10. 11 is installed in the interior part 12.
Hereinafter, with respect to the main stop valve 10 of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same aspects as the main stop valve 10 of the first embodiment, the description thereof will be omitted, and differences will be described in detail.

実施例2の主止弁においては、インジェクタ取付孔60が、内装部12の端面14に開口し、ボディ11の内側に向かって凹設されており、このインジェクタ取付孔60に、流体吐出部36がインジェクタ取付孔60に隙間なく挿入され固定されている。実施例2では、アクチュエータ部37は内装部12の端面14から水素タンク2の内部に突出している。つまり、インジェクタ30は、主止弁10のボディ11において水素タンク2の内部を臨む内装部12の端部に配置されており、流体吐出部36をボディ11の内方に向け、アクチュエータ部37を水素タンク2の内方(水素タンク2の内部空間方向)に向けて配置されている。インジェクタ30が、第3通路29上に配置され、背圧室25の圧力を調圧可能であることは、実施例1と同じである。なお、アクチュエータ部37は、内装部12の径方向内側に収まるように設定されている。   In the main stop valve of the second embodiment, an injector mounting hole 60 is opened in the end surface 14 of the interior portion 12 and is recessed toward the inside of the body 11. The fluid discharge portion 36 is provided in the injector mounting hole 60. Is inserted and fixed in the injector mounting hole 60 without a gap. In the second embodiment, the actuator portion 37 protrudes from the end surface 14 of the interior portion 12 into the hydrogen tank 2. That is, the injector 30 is disposed at the end of the interior portion 12 facing the inside of the hydrogen tank 2 in the body 11 of the main stop valve 10, and the actuator portion 37 is directed toward the inside of the body 11. It is arranged toward the inside of the hydrogen tank 2 (in the direction of the internal space of the hydrogen tank 2). The injector 30 is disposed on the third passage 29 and can adjust the pressure in the back pressure chamber 25 as in the first embodiment. The actuator portion 37 is set so as to fit inside the interior portion 12 in the radial direction.

また、アクチュエータ部37におけるコイル収納部40は水素タンク2の内部に臨んで開口し、コイル収納部40内に水素タンク2内の圧力が印加されるようになっている。したがって、アクチュエータ部37の内外、換言すればアクチュエータ部37の全体が水素タンク2内の圧力を受圧する。一方、インジェクタ30の弁室39内には、主止弁10の開閉状態に関わらず、水素タンク2内の圧力と等しいか、あるいはこれに近い圧力が加わっている。その結果、アクチュエータ部37の内外の差圧を小さくすることができ、アクチュエータ部37の耐圧構造付与に伴う大型化を防ぐことができる。また、アクチュエータ部37においてコイル収納部40と弁室39とを離隔している隔壁44の肉厚を薄くしてコイル34とプランジャ33との離間寸法を小さくすることができ、プランジャ33に対する電磁的吸引力(推力)を大きくすることができる。したがって、アクチュエータ部37を小型化することができる。   In addition, the coil storage portion 40 in the actuator portion 37 opens toward the inside of the hydrogen tank 2, and the pressure in the hydrogen tank 2 is applied to the coil storage portion 40. Therefore, the inside and outside of the actuator unit 37, in other words, the entire actuator unit 37 receives the pressure in the hydrogen tank 2. On the other hand, a pressure equal to or close to the pressure in the hydrogen tank 2 is applied to the valve chamber 39 of the injector 30 regardless of the open / closed state of the main stop valve 10. As a result, the pressure difference between the inside and outside of the actuator portion 37 can be reduced, and an increase in size associated with the provision of a pressure resistant structure of the actuator portion 37 can be prevented. Further, the thickness of the partition wall 44 that separates the coil housing portion 40 and the valve chamber 39 in the actuator portion 37 can be reduced, and the separation dimension between the coil 34 and the plunger 33 can be reduced. The suction force (thrust) can be increased. Therefore, the actuator part 37 can be reduced in size.

そして、この小型化されたアクチュエータ部37をボディ11における内装部12の端面14に取り付け、内装部12の径方向内側に収まるように設置しているので、主止弁10において水素タンク2内に挿入する部分(すなわち、内装部12とアクチュエータ部37)の径方向寸法を小さくすることができる。その結果、主止弁10の取付部となる水素タンク2の開口部2aの内径を小さくすることができる。これにより、開口部2aでの水素ガスの受圧面積を小さくすることができ、水素タンク2に螺合させるねじ長さが大きくならずに済むこととあわせ、主止弁10の小型・軽量化を図ることができる。また、水素タンク2の開口部2aの小径化は耐圧強度上も有利であり、タンク自体の軽量化を図ることができる。   And since this reduced-sized actuator part 37 is attached to the end surface 14 of the interior part 12 in the body 11 and installed so that it may fit in the radial inside of the interior part 12, it is in the hydrogen tank 2 in the main stop valve 10. The radial dimension of the portion to be inserted (that is, the interior portion 12 and the actuator portion 37) can be reduced. As a result, the inner diameter of the opening 2a of the hydrogen tank 2 that is the mounting portion of the main stop valve 10 can be reduced. Thereby, the pressure receiving area of the hydrogen gas at the opening 2a can be reduced, the screw length to be screwed into the hydrogen tank 2 is not increased, and the main stop valve 10 is reduced in size and weight. Can be planned. Further, the diameter reduction of the opening 2a of the hydrogen tank 2 is advantageous in terms of pressure resistance, and the weight of the tank itself can be reduced.

また、インジェクタ30は、主止弁10のボディ11における内装部12の端部に配置されており、流体吐出部36だけをボディ11の内部に収容し、アクチュエータ部37を内装部12の端面14から水素タンク2の内部に露出させているので、インジェクタ30のボディ11への取り付けが容易である。
この実施例2の主止弁10を備えた水素タンク2を、図1に示される燃料電池システムに適用することができることは勿論である。
The injector 30 is disposed at the end of the interior part 12 in the body 11 of the main stop valve 10, and only the fluid discharge part 36 is accommodated in the body 11, and the actuator part 37 is accommodated in the end surface 14 of the interior part 12. Therefore, it is easy to attach the injector 30 to the body 11.
Of course, the hydrogen tank 2 having the main stop valve 10 of the second embodiment can be applied to the fuel cell system shown in FIG.

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、燃料電池システムは車両用に限るものではなく、定置用であってもよい。
また、インジェクタ30の構造は前述した実施例のものに限るものではない。
前述した実施例では、インジェクタ30のデューティ比制御においてタイムインターバルを一定としているが、タイムインターバルを可変としてもよい。このタイムインターバルを短くすると、制御性を向上させることができるが、一方で作動回数が増大するため、耐久性に留意が必要となる。そこで、燃料電池の発電状態(発電モード)に応じて、例えば燃料電池の出力が大きく変動する場合はタイムインターバルを短くし、出力が安定している場合はタイムインターバルを長くすると、制御性と耐久性を両立した燃料電池システムを構成することができる。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, the fuel cell system is not limited to a vehicle and may be a stationary one.
Further, the structure of the injector 30 is not limited to that of the above-described embodiment.
In the embodiment described above, the time interval is constant in the duty ratio control of the injector 30, but the time interval may be variable. If this time interval is shortened, controllability can be improved, but on the other hand, since the number of operations increases, attention must be paid to durability. Therefore, depending on the power generation state (power generation mode) of the fuel cell, for example, when the output of the fuel cell fluctuates greatly, the time interval is shortened, and when the output is stable, the time interval is lengthened to increase controllability and durability. Thus, a fuel cell system that achieves compatibility can be configured.

1 燃料電池スタック(燃料電池)
2 水素タンク(タンク)
4 流量センサ
8 タンク圧センサ
10 主止弁(インジェクタ付きタンク弁)
11 ボディ
15 第1通路
17 第2通路
18 メインバルブ
25 背圧室
27 スプリング
29,29a,29b 第3通路
30 インジェクタ
36 流体吐出部
37 アクチュエータ部
100 制御装置(制御部)
1 Fuel cell stack (fuel cell)
2 Hydrogen tank (tank)
4 Flow sensor 8 Tank pressure sensor 10 Main stop valve (tank valve with injector)
11 Body 15 1st passage 17 2nd passage 18 Main valve 25 Back pressure chamber 27 Spring 29, 29a, 29b 3rd passage 30 Injector 36 Fluid discharge part 37 Actuator part 100 Control device (control part)

Claims (5)

一部をタンクの内部に挿入され該タンクに固定されるボディと、
前記ボディ内に形成され前記タンクの内部に通じる第1通路と、
前記ボディ内に形成され前記タンクの外部に通じる第2通路と、
前記第1通路と前記第2通路との間に配置されてこれら通路を連通遮断するメインバルブと、
前記メインバルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、
前記タンクの内部に通じて前記メインバルブに閉弁方向の流体圧力を付与する背圧室と、
前記第2通路と前記背圧室とを連通する第3通路と、
前記第3通路上に配置され前記背圧室内の圧力を調圧可能なインジェクタと、
を備え、前記第1通路内の圧力と、前記スプリングの弾性力と、前記インジェクタにより調圧された前記背圧室内の圧力と、前記第2通路内の圧力を用いて前記メインバルブを開閉することを特徴とするインジェクタ付きタンク弁。
A body that is partially inserted into the tank and fixed to the tank;
A first passage formed in the body and leading to the inside of the tank;
A second passage formed in the body and leading to the outside of the tank;
A main valve disposed between the first passage and the second passage to cut off communication between the passages;
A spring for urging the main valve in the valve closing direction;
A back pressure chamber that passes through the inside of the tank and applies a fluid pressure in the valve closing direction to the main valve;
A third passage communicating the second passage and the back pressure chamber;
An injector disposed on the third passage and capable of regulating the pressure in the back pressure chamber;
The main valve is opened and closed using the pressure in the first passage, the elastic force of the spring, the pressure in the back pressure chamber regulated by the injector, and the pressure in the second passage. A tank valve with an injector.
前記インジェクタは、アクチュエータ部と流体吐出部とを備え、前記ボディにおいて前記タンクの内部を臨む端部に配置され、前記流体吐出部は前記ボディの内方に向けて配置され、前記アクチュエータ部は前記タンクの内方に向けて配置されることを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ付きタンク弁。   The injector includes an actuator portion and a fluid discharge portion, and is disposed at an end portion of the body facing the inside of the tank. The fluid discharge portion is disposed toward the inside of the body. The tank valve with an injector according to claim 1, wherein the tank valve is disposed toward an inner side of the tank. 前記インジェクタは、アクチュエータ部と流体吐出部とを備え、前記ボディにおいて前記タンクの外部を臨む端部に配置され、前記流体吐出部は前記ボディの内方に向けて配置され、前記アクチュエータ部は前記タンクの外方に向けて配置されることを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ付きタンク弁。   The injector includes an actuator portion and a fluid discharge portion, and is disposed at an end of the body facing the outside of the tank, the fluid discharge portion is disposed toward the inside of the body, and the actuator portion is The tank valve with an injector according to claim 1, wherein the tank valve is disposed toward the outside of the tank. 燃料電池と、この燃料電池に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクのタンク内圧力を検出するタンク圧センサと、制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料タンクに前記請求項1に記載のインジェクタ付きタンク弁が設置され、
前記制御部は、前記燃料電池の要求発電量と前記タンク圧センサにより検出されたタンク内圧力とから、予め設定された要求発電量とタンク内圧力と前記インジェクタのデューティ比との関係値を用いて、前記インジェクタのデューティ比を決定し、該デューティ比で前記インジェクタをデューティ比制御することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system comprising a fuel cell, a fuel tank for storing fuel gas to be supplied to the fuel cell, a tank pressure sensor for detecting a tank internal pressure of the fuel tank, and a control unit,
The tank valve with an injector according to claim 1 is installed in the fuel tank,
The control unit uses a predetermined relationship between the required power generation amount, the tank internal pressure, and the duty ratio of the injector from the required power generation amount of the fuel cell and the tank internal pressure detected by the tank pressure sensor. Then, a duty ratio of the injector is determined, and the duty ratio of the injector is controlled by the duty ratio.
前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量を計測する流量センサをさらに備え、
前記制御部は、前記燃料電池の要求発電量から求められた要求ガス流量と、前記流量センサにより計測された実ガス流量との差に基づいて前記インジェクタのデューティ比を補正してフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
A flow rate sensor for measuring a flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell;
The control unit performs feedback control by correcting the duty ratio of the injector based on the difference between the required gas flow rate obtained from the required power generation amount of the fuel cell and the actual gas flow rate measured by the flow rate sensor. The fuel cell system according to claim 4.
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