JP2016184490A - Hydrogen fuel supply system - Google Patents

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吉岡 衛
Mamoru Yoshioka
衛 吉岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen fuel supply system that can avoid crush of a filter in the regulator, overshoot of pressure regulator and occurrence of leakage from a lip seal portion by suppressing rapid pressure increase on the upstream side of a regulator when hydrogen supply is started.SOLUTION: A hydrogen fuel supply system 301 for supplying hydrogen gas to a fuel battery 310 through a hydrogen supply passage 314 from a hydrogen tank 312, includes: a main stop valve 318 for switching supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 312 to the hydrogen supply passage 314 and cutoff of the supply of hydrogen gas; a high-pressure regulator 322 for reducing the pressure of the hydrogen gas; and an injector 354 for adjusting the flow rate of the hydrogen gas to be supplied to the fuel battery 310. The main stop valve 318, the high-pressure regulator 322, and the fuel supply device 354 are arranged on the hydrogen supply passage 314 from the side of the hydrogen tank 312 in this order, and a throttle portion 302 is provided between the main stop valve 318 and the high-pressure regulator 322.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素を燃料電池に供給するための水素燃料供給システムに関するものである。   The present invention relates to a hydrogen fuel supply system for supplying hydrogen to a fuel cell.

水素燃料供給システムにおいては、高圧の水素ガスを所定の圧力まで減圧して燃料電池に供給している。このような水素燃料供給システムとして、例えば、燃料電池と、水素供給源(水素タンク)から供給される水素ガスを燃料電池へと流すための燃料ガス供給通路と、燃料ガス供給通路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、可変ガス供給装置よりも上流側の燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガス供給路における水素ガス圧の変動を抑えるサージタンクとを備え、サージタンクの流入ポートにオリフィスが設けられているものがある。また、この水素燃料供給システムには、可変ガス供給装置の上流側に、水素供給源側から遮断弁と水素調圧弁(レギュレータ)が設けられている。   In the hydrogen fuel supply system, high-pressure hydrogen gas is decompressed to a predetermined pressure and supplied to the fuel cell. Examples of such a hydrogen fuel supply system include a fuel cell, a fuel gas supply passage for flowing hydrogen gas supplied from a hydrogen supply source (hydrogen tank) to the fuel cell, and an upstream side of the fuel gas supply passage. A variable gas supply device that adjusts the gas state and supplies the gas downstream, and a surge tank that is provided in the fuel gas supply flow channel upstream of the variable gas supply device and suppresses fluctuations in hydrogen gas pressure in the fuel gas supply channel; And an orifice is provided at the inflow port of the surge tank. Further, in this hydrogen fuel supply system, a shutoff valve and a hydrogen pressure regulating valve (regulator) are provided on the upstream side of the variable gas supply device from the hydrogen supply source side.

そして、この水素燃料供給システムでは、オリフィスにより水素ガスの脈動の衝撃を吸収し、サージタンクによる脈動抑制の効果を高めて、燃料ガス供給通路中の水素ガスに脈動が生じないようにし、水素ガスの脈動に起因する振動や騒音の発生を抑えるようにしている(特許文献1参照)。   In this hydrogen fuel supply system, the impact of the pulsation of hydrogen gas is absorbed by the orifice, the effect of suppressing the pulsation by the surge tank is enhanced, and the pulsation is not generated in the hydrogen gas in the fuel gas supply passage. The generation of vibration and noise due to the pulsation of the noise is suppressed (see Patent Document 1).

特開2008−130492号公報JP 2008-130492 A

しかしながら、上記の水素燃料供給システムでは、水素タンクから水素ガスの供給を開始したとき、水素ガスが燃料供給通路内に一気に浸入し、急激な圧力上昇が生じてしまう場合がある。そして、レギュレータの上流側で急激な圧力上昇が生じると、レギュレータに備わるフィルタが潰れる、レギュレータの調圧にオーバーシュートが生じる、レギュレータのリップシール部からの漏れが生じる等の問題が発生するおそれがあった。   However, in the hydrogen fuel supply system described above, when the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank is started, the hydrogen gas may intrude into the fuel supply passage at once and a sudden pressure increase may occur. If a sudden pressure rise occurs upstream of the regulator, problems such as collapse of the filter provided in the regulator, overshooting of the regulator pressure regulation, and leakage from the lip seal portion of the regulator may occur. there were.

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、水素の供給開始時に、レギュレータ上流側における急激な圧力上昇を抑制して、レギュレータにおけるフィルタ潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部からの漏れの発生を回避することができる水素燃料供給システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses a rapid pressure increase on the upstream side of the regulator at the start of supply of hydrogen, filter collapse in the regulator, overshoot of pressure regulation, An object of the present invention is to provide a hydrogen fuel supply system that can avoid the occurrence of leakage from the lip seal portion.

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、水素タンクから燃料供給通路を介して燃料電池へ水素ガスの供給を行う水素燃料供給システムにおいて、前記水素タンクから前記燃料供給通路への水素ガスの供給と遮断を切り換える主止弁と、水素ガスの圧力を減圧する高圧レギュレータと、燃料電池へ供給する水素ガスの流量を調節する燃料供給装置とを有し、前記主止弁、前記高圧レギュレータ、前記燃料供給装置は、この順番で前記水素タンク側から燃料供給通路上に配置されており、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間には、絞り部が設けられていることを特徴とする。   One aspect of the present invention made to solve the above problems is a hydrogen fuel supply system that supplies hydrogen gas from a hydrogen tank to a fuel cell via a fuel supply passage. A main stop valve that switches between supply and cutoff of hydrogen gas, a high-pressure regulator that reduces the pressure of hydrogen gas, and a fuel supply device that adjusts the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell, the main stop valve, The high-pressure regulator and the fuel supply device are arranged in this order on the fuel supply passage from the hydrogen tank side, and a throttle part is provided between the main stop valve and the high-pressure regulator. Features.

この水素燃料供給システムでは、主止弁と高圧レギュレータとの間に絞り部が設けられているため、絞り部で水素ガスの流量が絞られるため、主止弁が開弁されて水素タンクから水素ガスが供給される際に、水素ガスが燃料供給通路内に一気に浸入することを抑制することができる。また、絞り部で大きな圧力損失が生じるため、水素ガスの圧力も低減される。これらにより、高圧レギュレータの上流側での急激な圧力上昇の発生を抑制することができるので、高圧レギュレータにおけるフィルタ潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部からの漏れの発生を回避することができる。   In this hydrogen fuel supply system, since the throttle part is provided between the main stop valve and the high-pressure regulator, the flow rate of hydrogen gas is throttled at the throttle part, so the main stop valve is opened and hydrogen is supplied from the hydrogen tank. When gas is supplied, hydrogen gas can be prevented from entering the fuel supply passage at once. Further, since a large pressure loss occurs at the throttle portion, the pressure of hydrogen gas is also reduced. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a sudden pressure increase upstream of the high-pressure regulator, so that it is possible to avoid filter collapse, pressure regulation overshoot, and leakage from the lip seal portion in the high-pressure regulator. .

そして、上記した水素燃料供給システムにおいて、前記高圧レギュレータはニードル部を備えており、前記ニードル部の開口面積は、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間における前記燃料供給通路の通路断面積より小さく、前記絞り部の開口面積は、前記ニードル部の開口面積以上であって前記燃料供給通路の通路断面積未満であることが望ましい。   In the hydrogen fuel supply system described above, the high-pressure regulator includes a needle portion, and an opening area of the needle portion is determined by a cross-sectional area of the fuel supply passage between the main stop valve and the high-pressure regulator. The opening area of the throttle portion is preferably equal to or larger than the opening area of the needle portion and smaller than the cross-sectional area of the fuel supply passage.

このように設定することにより、絞り部の開口面積を、水素燃料供給システムにおいて流路断面積が最小となる高圧レギュレータにおけるニードル部の開口面積以上にすることができるため、水素供給の追従性を悪化させることなく、高圧レギュレータの上流側での急激な圧力上昇の発生を確実に抑制することができる。   By setting in this way, the opening area of the throttle part can be made larger than the opening area of the needle part in the high-pressure regulator that minimizes the cross-sectional area of the flow path in the hydrogen fuel supply system. It is possible to reliably suppress the occurrence of a sudden pressure increase on the upstream side of the high pressure regulator without deteriorating.

また、上記した水素燃料供給システムにおいて、前記絞り部は、前記主止弁に近接して配置されていることが好ましい。   In the hydrogen fuel supply system described above, it is preferable that the throttle portion is disposed in the vicinity of the main stop valve.

このような構成にすることにより、水素ガスが主止弁から流出した後、直ちに絞り部を通過するとともに、絞り部の下流側において高圧レギュレータまでの燃料供給通路の体積をより多く確保することができる。これらにより、水素ガスの圧力低減効果を高めることができるため、高圧レギュレータの上流側での急激な圧力上昇の発生を効果的に抑制することができる。   By adopting such a configuration, after hydrogen gas flows out from the main stop valve, the hydrogen gas immediately passes through the throttle part, and a larger volume of the fuel supply passage to the high-pressure regulator is secured on the downstream side of the throttle part. it can. By these, since the pressure reduction effect of hydrogen gas can be heightened, generation | occurrence | production of the rapid pressure rise in the upstream of a high voltage | pressure regulator can be suppressed effectively.

上記課題を解決するためになされた本発明の別形態は、水素タンクから燃料供給通路を介して燃料電池へ水素ガスの供給を行う水素燃料供給システムにおいて、前記水素タンクから前記燃料供給通路への水素ガスの供給と遮断を切り換える主止弁と、水素ガスの圧力を減圧する高圧レギュレータと、前記燃料電池へ供給する水素ガスの流量を調節する燃料供給装置とを有し、前記主止弁、前記高圧レギュレータ、前記燃料供給装置は、この順番で燃料供給通路上に前記水素タンク側から配置され、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間には、チャンバが設けられており、前記チャンバの体積が、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間における前記燃料供給通路の体積の2倍以上であることを特徴とする。   Another aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a hydrogen fuel supply system that supplies hydrogen gas from a hydrogen tank to a fuel cell via a fuel supply passage, from the hydrogen tank to the fuel supply passage. A main stop valve that switches between supply and cutoff of hydrogen gas, a high-pressure regulator that reduces the pressure of hydrogen gas, and a fuel supply device that adjusts the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell, the main stop valve, The high-pressure regulator and the fuel supply device are arranged in this order on the fuel supply passage from the hydrogen tank side, and a chamber is provided between the main stop valve and the high-pressure regulator. The volume is at least twice the volume of the fuel supply passage between the main stop valve and the high pressure regulator.

この水素燃料供給システムでは、主止弁と高圧レギュレータとの間における燃料供給通路の体積の2倍以上であるチャンバが、主止弁と高圧レギュレータとの間に設けられているので、チャンバ内で水素ガスが膨張するため、チャンバを通過した水素ガスの圧力が低減(半減より大きく低減)される。そのため、高圧レギュレータの上流側での急激な圧力上昇の発生を抑制することができるので、高圧レギュレータにおけるフィルタ潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部からの漏れの発生を回避することができる。   In this hydrogen fuel supply system, a chamber that is at least twice the volume of the fuel supply passage between the main stop valve and the high pressure regulator is provided between the main stop valve and the high pressure regulator. Since the hydrogen gas expands, the pressure of the hydrogen gas that has passed through the chamber is reduced (reduced by more than half). Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a sudden pressure increase on the upstream side of the high pressure regulator, so that it is possible to avoid the occurrence of filter collapse, pressure regulation overshoot, and leakage from the lip seal portion in the high pressure regulator.

そして、上記した水素燃料供給システムにおいて、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間に、絞り部が設けられていることが望ましい。
なお、絞り部は、チャンバの上流側あるいは下流側のいずれに配置されても良い。
In the hydrogen fuel supply system described above, it is desirable that a throttle portion be provided between the main stop valve and the high pressure regulator.
Note that the throttle portion may be disposed either upstream or downstream of the chamber.

このような構成にすることにより、絞り部による水素ガスの圧力低減効果も得ることができるため、水素ガスの圧力低減効果を一層高めることができる。そのため、高圧レギュレータの上流側での急激な圧力上昇の発生をより効果的に抑制することができる。   By adopting such a configuration, the effect of reducing the pressure of hydrogen gas by the throttle portion can be obtained, so that the effect of reducing the pressure of hydrogen gas can be further enhanced. Therefore, it is possible to more effectively suppress the occurrence of a sudden pressure increase on the upstream side of the high pressure regulator.

本発明に係る水素燃料供給システムによれば、水素の供給開始時に、レギュレータ上流側における急激な圧力上昇を抑制して、レギュレータにおけるフィルタ潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部からの漏れの発生を回避することができる。   According to the hydrogen fuel supply system of the present invention, at the start of hydrogen supply, a sudden pressure rise on the upstream side of the regulator is suppressed, and filter collapse, pressure regulation overshoot, and leakage from the lip seal portion occur in the regulator. Can be avoided.

本実施形態に係る水素供給ユニットを適用した燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system to which the hydrogen supply unit which concerns on this embodiment is applied. 高圧レギュレータの断面図である。It is sectional drawing of a high voltage | pressure regulator. ニードル部の開口面積を示す図である。It is a figure which shows the opening area of a needle part.

以下、本発明の水素供給ユニットを具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、車両に搭載される燃料電池システムに、本発明を適用したものを例示する。   Hereinafter, an embodiment in which the hydrogen supply unit of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings. Here, an example in which the present invention is applied to a fuel cell system mounted on a vehicle is illustrated.

まず、本実施形態に係る水素供給ユニットを適用した燃料電池システムについて、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る水素供給ユニットを適用した燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池システム300は、図1に示すように、燃料電池(FC)310、水素タンク312、水素供給通路314、水素排出通路316、主止弁318、第1切換弁320、高圧レギュレータ322、水素供給ユニット324などを有している。
First, a fuel cell system to which a hydrogen supply unit according to this embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system to which a hydrogen supply unit according to this embodiment is applied.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 300 includes a fuel cell (FC) 310, a hydrogen tank 312, a hydrogen supply passage 314, a hydrogen discharge passage 316, a main stop valve 318, a first switching valve 320, a high pressure regulator 322, hydrogen A supply unit 324 and the like are included.

この燃料電池システム300は、電動自動車に搭載され、その駆動用モータ(図示略)に電力を供給するために使用される。燃料電池310は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしてのエアの供給を受けて発電を行う。燃料電池310で発電した電力は、インバータ(図示略)を介して駆動用モータ(図示略)に供給される。水素タンク312には、高圧(例えば、80〜90Mpa程度)の水素ガスが蓄えられる。   The fuel cell system 300 is mounted on an electric vehicle and used to supply electric power to a driving motor (not shown). The fuel cell 310 generates power by receiving supply of hydrogen as a fuel gas and air as an oxidant gas. The electric power generated by the fuel cell 310 is supplied to a drive motor (not shown) via an inverter (not shown). The hydrogen tank 312 stores high-pressure (for example, about 80 to 90 MPa) hydrogen gas.

燃料電池310のアノード側には、水素燃料供給システム301が設けられている。この水素燃料供給システム301は、水素タンク312から供給先の燃料電池310へ水素ガスを供給するための水素供給通路314と、燃料電池310から導出される水素オフガスを排出するための水素排出通路316とを備えている。水素タンク312の直下流の水素供給通路314には、水素タンク312から水素供給通路314への水素ガスの供給と遮断を切り換える主止弁318が設けられる。水素排出通路316には、電磁弁よりなる第1切換弁320が設けられる。   A hydrogen fuel supply system 301 is provided on the anode side of the fuel cell 310. The hydrogen fuel supply system 301 includes a hydrogen supply passage 314 for supplying hydrogen gas from the hydrogen tank 312 to the fuel cell 310 to which the hydrogen fuel is supplied, and a hydrogen discharge passage 316 for discharging hydrogen off-gas derived from the fuel cell 310. And. A hydrogen supply passage 314 immediately downstream of the hydrogen tank 312 is provided with a main stop valve 318 that switches between supply and shutoff of hydrogen gas from the hydrogen tank 312 to the hydrogen supply passage 314. The hydrogen discharge passage 316 is provided with a first switching valve 320 made of an electromagnetic valve.

主止弁318より下流の水素供給通路314には、水素ガスの圧力を減圧するための高圧レギュレータ322が設けられる。主止弁318と高圧レギュレータ322との間の水素供給通路314には、絞り部302と、チャンバ303とが設けられている。本実施形態では、絞り部302がチャンバ303より上流側に配置されているが、両者の配置関係はこれに限定されず、チャンバ303が絞り部302より上流側に配置されても良い。   A hydrogen supply passage 314 downstream from the main stop valve 318 is provided with a high pressure regulator 322 for reducing the pressure of the hydrogen gas. The hydrogen supply passage 314 between the main stop valve 318 and the high-pressure regulator 322 is provided with a throttle portion 302 and a chamber 303. In the present embodiment, the throttle unit 302 is disposed on the upstream side of the chamber 303, but the arrangement relationship between them is not limited thereto, and the chamber 303 may be disposed on the upstream side of the throttle unit 302.

絞り部302は、その開口面積が後述する高圧レギュレータ322におけるニードル部131の開口面積以上であって、主止弁318と高圧レギュレータ322との間における水素供給通路314の通路断面積未満に設定されている。なお、本実施形態では、絞り部302の開口面積は、ニードル部131の開口面積とほぼ同じである。   The throttle portion 302 has an opening area that is equal to or larger than an opening area of a needle portion 131 in a high pressure regulator 322, which will be described later, and is set to be smaller than a passage cross-sectional area of the hydrogen supply passage 314 between the main stop valve 318 and the high pressure regulator 322. ing. In the present embodiment, the opening area of the throttle portion 302 is substantially the same as the opening area of the needle portion 131.

そして、本実施形態のように絞り部302がチャンバ303より上流側に配置されている場合には、絞り部302は、主止弁318に近接して配置されていると良い。水素ガスが主止弁318から流出した後、直ちに絞り部302を通過するとともに、絞り部302の下流側において高圧レギュレータ322までの水素供給通路314の体積をより多く確保することができるからである。   And when the throttle part 302 is arrange | positioned upstream from the chamber 303 like this embodiment, the throttle part 302 is good to arrange | position near the main stop valve 318. This is because, after hydrogen gas flows out of the main stop valve 318, it immediately passes through the throttle portion 302, and a larger volume of the hydrogen supply passage 314 to the high pressure regulator 322 can be secured on the downstream side of the throttle portion 302. .

チャンバ303は、その体積が主止弁318と高圧レギュレータ322との間における水素供給通路314の体積の2倍以上に設定されている。
なお、本実施形態では、絞り部302とチャンバ303とが設けられているが、いずれか一方だけが設けられても良い。
The volume of the chamber 303 is set to be not less than twice the volume of the hydrogen supply passage 314 between the main stop valve 318 and the high pressure regulator 322.
In the present embodiment, the throttle unit 302 and the chamber 303 are provided, but only one of them may be provided.

そして、このチャンバ303の下流側に、水素供給通路314内の圧力(高圧レギュレータ322の上流側圧力)を1次圧P1として検出するための1次圧センサ338が設けられている。なお、高圧レギュレータ322の詳細については後述する。   A primary pressure sensor 338 for detecting the pressure in the hydrogen supply passage 314 (the upstream pressure of the high pressure regulator 322) as the primary pressure P1 is provided on the downstream side of the chamber 303. Details of the high voltage regulator 322 will be described later.

高圧レギュレータ322より下流の水素供給通路314には、燃料電池310へ供給される水素ガスの流量及び圧力を調節するための水素供給ユニット324が設けられる。この水素供給ユニット324は、導入通路350と、導出通路352と、インジェクタ354(本実施形態では3つ)と、2次圧センサ356と、3次圧センサ358などを備えている。   A hydrogen supply unit 324 for adjusting the flow rate and pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell 310 is provided in the hydrogen supply passage 314 downstream from the high-pressure regulator 322. The hydrogen supply unit 324 includes an introduction passage 350, a discharge passage 352, injectors 354 (three in this embodiment), a secondary pressure sensor 356, a tertiary pressure sensor 358, and the like.

ここで、高圧レギュレータ322の構造について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、高圧レギュレータの断面図である。図3は、ニードル部の開口面積を示す図である。
高圧レギュレータ322は、上流に位置する上流圧力調整弁1と、下流に位置する下流圧力調整弁2と、上流圧力調整弁1による減圧後であって下流圧力調整弁2による減圧前の水素ガスが通過する中通路3と、当該中通路3に接続された逆止弁4とをボデー部材7に備え、水素ガスを多段階に減圧しながら所望の圧力に調整する多段圧力調整弁である。高圧レギュレータ322は、アルミ合金製のボデー部材7の内部に、上流圧力調整弁1、下流圧力調整弁2、中通路3、逆止弁4等が形成されている。上流圧力調整弁1と下流圧力調整弁2とは、直列に接続されている。
Here, the structure of the high voltage regulator 322 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of the high-pressure regulator. FIG. 3 is a diagram illustrating an opening area of the needle portion.
The high pressure regulator 322 includes an upstream pressure regulating valve 1 located upstream, a downstream pressure regulating valve 2 located downstream, and hydrogen gas after being decompressed by the upstream pressure regulating valve 1 and before being decompressed by the downstream pressure regulating valve 2. The body member 7 is provided with a passing middle passage 3 and a check valve 4 connected to the middle passage 3, and is a multistage pressure regulating valve that regulates hydrogen gas to a desired pressure while reducing the pressure in multiple stages. The high pressure regulator 322 is formed with an upstream pressure regulating valve 1, a downstream pressure regulating valve 2, an intermediate passage 3, a check valve 4 and the like inside a body member 7 made of aluminum alloy. The upstream pressure regulating valve 1 and the downstream pressure regulating valve 2 are connected in series.

上流圧力調整弁1は、入口8と連通される弁室12と、弁室12内を上下動する弁体13と、弁室12の下端に形成され弁体13と当接、離間する弁座14と、弁座14の下方に位置し弁体13が上方へ移動したとき弁室12と連通される調圧室11と、調圧室11内を上下動するピストン15と、ピストン15を上方へ付勢するコイルばね16と、を備えている。   The upstream pressure regulating valve 1 includes a valve chamber 12 that communicates with an inlet 8, a valve body 13 that moves up and down in the valve chamber 12, and a valve seat that is formed at the lower end of the valve chamber 12 and contacts and separates from the valve body 13. 14, a pressure regulating chamber 11 that is located below the valve seat 14 and communicates with the valve chamber 12 when the valve body 13 moves upward, a piston 15 that moves up and down in the pressure regulating chamber 11, and a piston 15 that moves upward And a coil spring 16 for biasing.

入口8と弁室12との間には、入口通路81が垂直状に形成されている。この入口通路81の上流側にフィルタ30が設けられている。フィルタ30は、下流端(下端)が開口している中空円筒状をなしており、高圧レギュレータ322内への異物侵入を阻止する部材である。このフィルタ30は、抑えばね31により固定されている。入口8から流入する水素ガスは、フィルタ30の外側から内側へ通過して入口通路81へ流出するようになっている。   An inlet passage 81 is formed vertically between the inlet 8 and the valve chamber 12. A filter 30 is provided on the upstream side of the inlet passage 81. The filter 30 has a hollow cylindrical shape with an open downstream end (lower end), and is a member that prevents foreign matter from entering the high-pressure regulator 322. The filter 30 is fixed by a holding spring 31. The hydrogen gas flowing in from the inlet 8 passes from the outside to the inside of the filter 30 and flows out to the inlet passage 81.

弁室12と弁体13との間には、弁体13を下方へ付勢する弁ばね133が介装されている。弁体13には、弁ばね133が装着された本体部の下方に弁座14と当接するテーパ部132が形成されている。テーパ部132の下方には、ニードル部131が形成されている。ニードル部131は、弁座14に形成された貫通孔14aを貫通して調圧室11まで延伸されている。そのため、ニードル部131の開口部は、貫通孔14aの内周とニードル部131の外周とで形成される円環状の部分となり、その開口面積は図3に示す斜線領域となる。この開口面積は、主止弁318と高圧レギュレータ322との間における水素供給通路314の通路断面積よりも小さい。そして、ニードル部131の下端は、ピストン15の本体部上端に突設された軸突部153の上端に当接している。   A valve spring 133 that biases the valve body 13 downward is interposed between the valve chamber 12 and the valve body 13. The valve body 13 is formed with a tapered portion 132 that comes into contact with the valve seat 14 below the main body portion on which the valve spring 133 is mounted. A needle portion 131 is formed below the taper portion 132. The needle portion 131 extends through the through hole 14 a formed in the valve seat 14 to the pressure regulating chamber 11. Therefore, the opening part of the needle part 131 becomes an annular part formed by the inner periphery of the through-hole 14a and the outer periphery of the needle part 131, and the opening area is a hatched area shown in FIG. This opening area is smaller than the passage sectional area of the hydrogen supply passage 314 between the main stop valve 318 and the high pressure regulator 322. The lower end of the needle portion 131 is in contact with the upper end of the shaft protrusion 153 that protrudes from the upper end of the main body of the piston 15.

ピストン15の本体部外周縁には、調圧室11の内周縁と摺接して調圧室11をシールするリップシール部材151が嵌装されている。リップシール部材151は、上方へV字状に開くリップ状断面を有する。   A lip seal member 151 that slides in contact with the inner peripheral edge of the pressure adjusting chamber 11 and seals the pressure adjusting chamber 11 is fitted to the outer peripheral edge of the piston 15. The lip seal member 151 has a lip-shaped cross section that opens upward in a V shape.

下流圧力調整弁2は、出口6と連通される調圧室21と、調圧室21内を上下動するピストン24と、ピストン24を上方へ付勢するコイルばね25と、調圧室21の下方に形成された弁室22と、ピストン24の軸部に沿って弁室22まで延設された略円筒状の弁体241と、を備えている。   The downstream pressure regulating valve 2 includes a pressure regulating chamber 21 that communicates with the outlet 6, a piston 24 that moves up and down in the pressure regulating chamber 21, a coil spring 25 that biases the piston 24 upward, and a pressure regulating chamber 21. A valve chamber 22 formed below, and a substantially cylindrical valve body 241 extending to the valve chamber 22 along the shaft portion of the piston 24 are provided.

調圧室21は、ボデー部材7の右上端から嵌装される蓋部材23によってシールされている。蓋部材23の軸下方には、ピストン24の上端部に当接して、ピストン24の上方への移動を規制する円柱状凸部が形成されている。円柱状凸部がピストン24の上端部に当接した時には、調圧室21には円環状空間が形成される。   The pressure regulating chamber 21 is sealed by a lid member 23 fitted from the upper right end of the body member 7. Below the axis of the lid member 23, a columnar convex portion is formed that contacts the upper end portion of the piston 24 and restricts the upward movement of the piston 24. An annular space is formed in the pressure regulating chamber 21 when the columnar convex portion comes into contact with the upper end portion of the piston 24.

ピストン24及び弁体241の軸中心には、円柱状の貫通孔2411がピストン24の上端部から弁体の下端部まで形成されている。ピストン24の本体部外周縁には、調圧室21の内周縁と摺接して調圧室21をシールするリップシール部材242が嵌装されている。リップシール部材242は、上方へV字状に開くリップ状断面を有する。   A cylindrical through hole 2411 is formed at the axial center of the piston 24 and the valve body 241 from the upper end of the piston 24 to the lower end of the valve body. A lip seal member 242 that slidably contacts the inner peripheral edge of the pressure regulating chamber 21 and seals the pressure regulating chamber 21 is fitted to the outer peripheral edge of the piston 24. The lip seal member 242 has a lip-shaped cross section that opens upward in a V shape.

このような構成の高圧レギュレータ322により、水素タンク312から供給される水素ガスを、例えば、上流圧力調整弁1にて約3.0〜2.5Mpa程度まで減圧し、下流圧力調整弁2にて約3.0〜2.5Mpa程度から約1.0〜1.5Mpa程度まで減圧する。これにより、インジェクタ348には、1.0〜1.5Mpa程度の水素ガスが供給される。   With the high pressure regulator 322 having such a configuration, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 312 is reduced to about 3.0 to 2.5 Mpa, for example, by the upstream pressure regulating valve 1, and then the downstream pressure regulating valve 2 The pressure is reduced from about 3.0 to 2.5 Mpa to about 1.0 to 1.5 Mpa. As a result, hydrogen gas of about 1.0 to 1.5 MPa is supplied to the injector 348.

一方、燃料電池310のカソード側には、燃料電池310にエアを供給するためのエア供給通路330と、燃料電池310から導出されるエアオフガスを排出するためのエア排出通路332とが設けられている。エア供給通路330には、燃料電池310に供給されるエア流量を調節するためのエアポンプ334が設けられている。エアポンプ334より下流のエア供給通路330には、エア圧力P4を検出するためのエア圧センサ340が設けられる。エア排出通路332には、電磁弁よりなる第2切換弁336が設けられる。   On the other hand, on the cathode side of the fuel cell 310, an air supply passage 330 for supplying air to the fuel cell 310 and an air discharge passage 332 for discharging the air off gas led out from the fuel cell 310 are provided. . An air pump 334 for adjusting the flow rate of air supplied to the fuel cell 310 is provided in the air supply passage 330. An air pressure sensor 340 for detecting the air pressure P4 is provided in the air supply passage 330 downstream of the air pump 334. The air discharge passage 332 is provided with a second switching valve 336 made of an electromagnetic valve.

このような燃料電池システム300では、水素タンク312から導出される水素ガスは、水素供給通路314を通り、主止弁318、高圧レギュレータ322、水素供給ユニット324を介して燃料電池310に供給される。この際、高圧レギュレータ322には、非常に高圧の水素ガスが供給される。例えば、水素タンク312に水素ガスが充填された後に主止弁318が開弁されたとき等に、非常に高圧の水素ガスが一気に水素供給通路314に浸入し、急激な圧力上昇が生じてしまう。そして、高圧レギュレータ322では、レギュレータ上流側で生じた急激な圧力上昇により、フィルタ30が潰れる、調圧にオーバーシュートが生じる、リップシール部材151の上下で圧力差がなくなってリップシール部材151から漏れが生じる等の問題が発生するおそれがある。   In such a fuel cell system 300, the hydrogen gas led out from the hydrogen tank 312 passes through the hydrogen supply passage 314 and is supplied to the fuel cell 310 via the main stop valve 318, the high pressure regulator 322, and the hydrogen supply unit 324. . At this time, a very high pressure hydrogen gas is supplied to the high pressure regulator 322. For example, when the main stop valve 318 is opened after the hydrogen gas is filled in the hydrogen tank 312, very high-pressure hydrogen gas enters the hydrogen supply passage 314 at a stretch, and a rapid pressure increase occurs. . In the high-pressure regulator 322, the filter 30 is crushed due to a sudden pressure rise generated on the upstream side of the regulator, overshooting occurs in pressure regulation, and the pressure difference between the top and bottom of the lip seal member 151 disappears and the lip seal member 151 leaks. May cause problems such as

ところが、本実施形態では、主止弁318が開弁されて水素タンク312から高圧の水素ガスが高圧レギュレータに322に供給される前に、絞り部302を通過する。この絞り部302により、水素ガスの流量が絞られるため、水素ガスが水素供給通路314内に一気に浸入することが抑制される。また、絞り部302において大きな圧力損失が生じるため、水素ガスの圧力が低減される。なお、絞り部302の開口面積がニードル部131の開口面積以上が確保されているため、絞り部302を設けることにより水素供給の追従性が悪化することはない。   However, in the present embodiment, before the main stop valve 318 is opened and high-pressure hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 312 to the high-pressure regulator 322, it passes through the throttle portion 302. Since the flow rate of the hydrogen gas is reduced by the throttle 302, the hydrogen gas is prevented from entering the hydrogen supply passage 314 at a stretch. Further, since a large pressure loss occurs in the throttle portion 302, the pressure of the hydrogen gas is reduced. In addition, since the opening area of the throttle part 302 is ensured more than the opening area of the needle part 131, the followability of hydrogen supply does not deteriorate by providing the throttle part 302.

そして、絞り部302を通過した水素ガスは、チャンバ303を通過して高圧レギュレータ322に流入する。ここで、チャンバ303の体積が、主止弁318と高圧レギュレータ322との間における水素供給通路314の体積の2倍以上であるため、チャンバ303によって水素ガスの圧力が十分に低減(半減よりも大きく低減)される。そのため、高圧レギュレータ322の上流側での急激な圧力上昇の発生を確実に抑制することができる。従って、高圧レギュレータ322におけるフィルタ30の潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部材151からの漏れの発生を確実に回避することができる。   Then, the hydrogen gas that has passed through the throttle 302 passes through the chamber 303 and flows into the high-pressure regulator 322. Here, since the volume of the chamber 303 is more than twice the volume of the hydrogen supply passage 314 between the main stop valve 318 and the high pressure regulator 322, the pressure of the hydrogen gas is sufficiently reduced by the chamber 303 (less than half). Greatly reduced). Therefore, it is possible to reliably suppress the occurrence of a rapid pressure increase on the upstream side of the high-pressure regulator 322. Therefore, the filter 30 in the high-pressure regulator 322 can be reliably prevented from being crushed, pressure regulation overshoot, and leakage from the lip seal member 151.

その後、高圧レギュレータ322により所定圧に調圧(減圧)された水素ガスは、水素供給ユニット324に供給されて、インジェクタ354によって燃料電池310に供給される。燃料電池310に供給された水素ガスは、燃料電池310にて発電に使用された後、燃料電池310から水素オフガスとして水素排出通路316及び第1切換弁320を介して排出される。   Thereafter, the hydrogen gas adjusted (depressurized) to a predetermined pressure by the high pressure regulator 322 is supplied to the hydrogen supply unit 324 and supplied to the fuel cell 310 by the injector 354. The hydrogen gas supplied to the fuel cell 310 is used for power generation in the fuel cell 310 and then discharged from the fuel cell 310 as a hydrogen off-gas through the hydrogen discharge passage 316 and the first switching valve 320.

また、エアポンプ334によりエア供給通路330へ吐出されたエアは燃料電池310に供給される。燃料電池310に供給されたエアは、燃料電池310にて発電に使用された後、燃料電池310からエアオフガスとしてエア排出通路332及び第2切換弁336を介して排出される。   Air discharged to the air supply passage 330 by the air pump 334 is supplied to the fuel cell 310. The air supplied to the fuel cell 310 is used for power generation in the fuel cell 310 and then discharged from the fuel cell 310 as an air off gas through the air discharge passage 332 and the second switching valve 336.

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る水素燃料供給システム301によれば、主止弁318と高圧レギュレータ322との間に設けられた絞り部302とチャンバ303とにより、主止弁318が開弁されて水素タンク312から高圧レギュレータ322に供給されるまでに、水素ガスの流量が絞られるとともに圧力が低減される。従って、高圧レギュレータ322の上流側での急激な圧力上昇の発生を確実に抑制することができ、高圧レギュレータ322におけるフィルタ30の潰れ、調圧のオーバーシュート、リップシール部材151からの漏れの発生を確実に回避することができる。   As described above in detail, according to the hydrogen fuel supply system 301 according to this embodiment, the main stop valve 318 includes the throttle portion 302 and the chamber 303 provided between the main stop valve 318 and the high pressure regulator 322. Until the valve is opened and supplied from the hydrogen tank 312 to the high pressure regulator 322, the flow rate of hydrogen gas is reduced and the pressure is reduced. Therefore, it is possible to reliably suppress the occurrence of a sudden pressure increase upstream of the high-pressure regulator 322, and to prevent the filter 30 from being crushed in the high-pressure regulator 322, pressure regulation overshoot, and leakage from the lip seal member 151. It can be avoided reliably.

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。   It should be noted that the above-described embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention.

1 上流圧力調整弁
2 下流圧力調整弁
3 中通路
30 フィルタ
151 リップシール部材
300 燃料電池システム
301 水素燃料供給システム
302 絞り部
303 チャンバ
310 燃料電池
312 水素タンク
314 水素供給通路
318 主止弁
322 高圧レギュレータ
1 upstream pressure regulating valve 2 downstream pressure regulating valve 3 middle passage 30 filter 151 lip seal member 300 fuel cell system 301 hydrogen fuel supply system 302 throttle portion 303 chamber 310 fuel cell 312 hydrogen tank 314 hydrogen supply passage 318 main stop valve 322 high pressure regulator

Claims (5)

水素タンクから燃料供給通路を介して燃料電池へ水素ガスの供給を行う水素燃料供給システムにおいて、
前記水素タンクから前記燃料供給通路への水素ガスの供給と遮断を切り換える主止弁と、
水素ガスの圧力を減圧する高圧レギュレータと、
燃料電池へ供給する水素ガスの流量を調節する燃料供給装置とを有し、
前記主止弁、前記高圧レギュレータ、前記燃料供給装置は、この順番で前記水素タンク側から燃料供給通路上に配置されており、
前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間には、絞り部が設けられている
ことを特徴とする水素燃料供給システム。
In a hydrogen fuel supply system for supplying hydrogen gas from a hydrogen tank to a fuel cell via a fuel supply passage,
A main stop valve for switching between supply and shutoff of hydrogen gas from the hydrogen tank to the fuel supply passage;
A high-pressure regulator for reducing the pressure of hydrogen gas;
A fuel supply device for adjusting a flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell;
The main stop valve, the high-pressure regulator, and the fuel supply device are arranged in this order on the fuel supply passage from the hydrogen tank side,
A hydrogen fuel supply system, wherein a throttle portion is provided between the main stop valve and the high pressure regulator.
請求項1に記載する水素燃料供給システムにおいて、
前記高圧レギュレータはニードル部を備えており、
前記ニードル部の開口面積は、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間における前記燃料供給通路の通路断面積より小さく、
前記絞り部の開口面積は、前記ニードル部の開口面積以上であって前記燃料供給通路の通路断面積未満である
ことを特徴とする水素燃料供給システム。
The hydrogen fuel supply system according to claim 1,
The high pressure regulator includes a needle portion,
An opening area of the needle portion is smaller than a passage cross-sectional area of the fuel supply passage between the main stop valve and the high pressure regulator,
2. The hydrogen fuel supply system according to claim 1, wherein an opening area of the throttle portion is equal to or larger than an opening area of the needle portion and less than a passage sectional area of the fuel supply passage.
請求項1又は請求項2に記載する水素燃料供給システムにおいて、
前記絞り部は、前記主止弁に近接して配置されている
ことを特徴とする水素燃料供給システム。
In the hydrogen fuel supply system according to claim 1 or 2,
2. The hydrogen fuel supply system according to claim 1, wherein the throttle portion is disposed in proximity to the main stop valve.
水素タンクから燃料供給通路を介して燃料電池へ水素ガスの供給を行う水素燃料供給システムにおいて、
前記水素タンクから前記燃料供給通路への水素ガスの供給と遮断を切り換える主止弁と、
水素ガスの圧力を減圧する高圧レギュレータと、
前記燃料電池へ供給する水素ガスの流量を調節する燃料供給装置とを有し、
前記主止弁、前記高圧レギュレータ、前記燃料供給装置は、この順番で前記燃料供給通路上に前記水素タンク側から配置され、
前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間には、チャンバが設けられており、
前記チャンバの体積が、前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間における前記燃料供給通路の体積の2倍以上である
ことを特徴とする水素燃料供給システム。
In a hydrogen fuel supply system for supplying hydrogen gas from a hydrogen tank to a fuel cell via a fuel supply passage,
A main stop valve for switching between supply and shutoff of hydrogen gas from the hydrogen tank to the fuel supply passage;
A high-pressure regulator for reducing the pressure of hydrogen gas;
A fuel supply device for adjusting a flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell;
The main stop valve, the high pressure regulator, and the fuel supply device are arranged in this order from the hydrogen tank side on the fuel supply passage,
A chamber is provided between the main stop valve and the high pressure regulator,
The hydrogen fuel supply system, wherein the volume of the chamber is at least twice the volume of the fuel supply passage between the main stop valve and the high pressure regulator.
請求項4に記載する水素燃料供給システムにおいて、
前記主止弁と前記高圧レギュレータとの間に、絞り部が設けられている
ことを特徴とする水素燃料供給システム。
The hydrogen fuel supply system according to claim 4, wherein
A hydrogen fuel supply system, wherein a throttle portion is provided between the main stop valve and the high pressure regulator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087411A (en) * 2018-11-15 2020-06-04 モートニック コーポレイション Pressure control method for high-pressure regulator to prevent internal leak, and high-pressure shut-off valve
JP2022117627A (en) * 2021-02-01 2022-08-12 本田技研工業株式会社 Fuel gas injection device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020087411A (en) * 2018-11-15 2020-06-04 モートニック コーポレイション Pressure control method for high-pressure regulator to prevent internal leak, and high-pressure shut-off valve
JP2022117627A (en) * 2021-02-01 2022-08-12 本田技研工業株式会社 Fuel gas injection device
US11600834B2 (en) 2021-02-01 2023-03-07 Honda Motor Co., Ltd. Fuel gas injection apparatus
JP7266050B2 (en) 2021-02-01 2023-04-27 本田技研工業株式会社 fuel gas injector

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