JP2017084061A - 減圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入口から導入される流体を二つの減圧弁により二段階に減圧して出口から導出するように構成した減圧装置につき、その軸線方向の体格を小型化すること。
【解決手段】減圧装置7は、直列に配置された第１減圧弁8と第２減圧弁9とにより、導入される水素ガスを二段階に減圧して導出する。第１減圧弁8は、第１弁体48、第１弁座49、第１弁室41c、第１ピストン53、第１開弁ばね56、第１圧力室51及び第２圧力室55を備え、それらが同一軸線に沿って配置される。第２減圧弁9は、第２弁体62、第２弁座63、第２弁室64、第２ピストン61、第２開弁ばね67及び第３圧力室66を備え、それらが同一軸線に沿って配置される。第１開弁ばね56が第１ピストン53を付勢する方向と、第２開弁ばね67が第２ピストン61を付勢する方向とが逆向きに設定され、第１開弁ばね56が大径に、第２開弁ばね67が小径に形成され、第２開弁ばね67が第１開弁ばね56の内側に配置される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、流体の圧力を減圧する減圧装置に係り、入口から導入される流体を、直列に配置された第１減圧弁と第２減圧弁により二段階に減圧して出口より導出するように構成した減圧装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される圧力調整器が知られている。図６に断面図に示すように、この圧力調整器１００は、ダイアフラム１０１を使用した直動式の第１段減圧装置（第１減圧弁）１０２と第２段減圧装置（第２減圧弁）１０３を同軸上にて直列に結合した二段式の圧力調整器として構成される。この圧力調整器１００は、高圧ガスの入口１０４を有する円盤状のキャップ１０５に円筒状の第１ハウジング１０６が嵌合されて接続され、その第１ハウジング１０６の他端に減圧ガスの出口１０７を有する円筒状の第２ハウジング１０８が嵌合されて接続される。第１ハウジング１０６又は第２ハウジング１０８に収容された第１減圧弁１０２及び第２減圧弁１０３は、ダイアフラム１０１とロードスプリング１０９からなる可動圧力調整機構１１０，１１１と、ポペット弁（弁体）１１２と弁座シート（弁座）１１３からなる流体の流れを選択的に調整するための流量調整機構１１４，１１５とを備える。そして、第１減圧弁１０２の入口１０４から導入された高圧ガスが、同減圧弁１０２の可動圧力調整機構１１０によって制御された流量調整機構１１４を通して所定の圧力まで減圧された後、第２減圧弁１０３に導入され、同減圧弁１０３の可動圧力調整機構１１１によって制御された流量調整機構１１５を通して所定の圧力まで減圧されて、同減圧弁１０３の低圧ガスの出口１０７より排出されるように構成される。

特開２００６−５３７２７号公報

ところが、特許文献１に記載の圧力調整器１００では、ほぼ同一寸法で同一構成の第１減圧弁１０２と第２減圧弁１０３が、単に同軸上に直列に配置されて結合されているだけの構成となっていた。そのため、圧力調整器１００の体格（特に軸線方向の寸法）を更に小型化する要求には応えることができなかった。例えば、圧力調整器１００を、車両に搭載する場合、その体格が小さいほど搭載性を向上させることができる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、入口から導入される流体を第１減圧弁と第２減圧弁により二段階に減圧して出口から導出するように構成した減圧装置につき、その軸線方向の体格を小型化することを可能とした減圧装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１減圧弁と第２減圧弁とが直列に配置され、入口から導入される流体を第１減圧弁で減圧すると共に第２減圧弁で更に減圧して出口から導出するように構成した減圧装置であって、第１減圧弁は、第１弁体と、第１弁体と対をなす第１弁座と、第１弁体と第１弁座との当接部上流側に形成される第１弁室と、第１弁体を押圧するための第１ピストンと、第１弁体を第１ピストンを介して第１弁座から離れる開弁方向へ付勢するための第１開弁ばねと、入口から導入される流体が作用し、その流体の圧力により第１弁体が第１弁座に近付く閉弁方向へ付勢される第１圧力室と、第１弁室から第１弁体と第１弁座との間を流れた流体が収容される第２圧力室とを備え、少なくとも第１弁体、第１弁座、第１ピストン及び第１開弁ばねが同一軸線に沿って配置され、第２減圧弁は、第２弁体と、第２弁体と対をなす第２弁座と、第２弁体と第２弁座との当接部上流側に形成される第２弁室と、第２弁体を押圧するための第２ピストンと、第２弁体を第２ピストンを介して第２弁座から離れる開弁方向へ付勢するための第２開弁ばねと、第２弁室から第２弁体と第２弁座との間を流れた流体が収容されると共に、その流体の圧力により第２弁体が第２弁座に近付く閉弁方向へ付勢される第３圧力室とを備え、少なくとも第２弁体、第２弁座、第２ピストン及び第２開弁ばねが同一軸線に沿って配置され、第１開弁ばねが第１ピストンを付勢する方向と、第２開弁ばねが第２ピストンを付勢する方向とが逆向きに設定され、第１開弁ばねと第２開弁ばねのうち、一方が大径に他方が小径に形成され、小径のばねが大径のばねの内側に配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、第１減圧弁と第２減圧弁が直列に配置され、第１減圧弁の第１開弁ばねが第１ピストンを付勢する方向と、第２減圧弁の第２開弁ばねが第２ピストンを付勢する方向が逆向きに設定される。また、第１開弁ばねと第２開弁ばねのうち、一方が大径に他方が小径に形成され、小径のばねが大径のばねの内側に配置される。従って、第１減圧弁と第２減圧弁が、構造上それらの一部が重なるように配置されることになる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第２開弁ばねは、第１端と第２端を含み、第１端が第１ピストンに当接し、第２ピストンに付勢力を作用させるために第２端が第２ピストンに当接することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、第１ピストンが第２開弁ばねの土台としても機能することになる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、第１開弁ばねは、第１端と第２端を含み、第１ピストンの端面に第１開弁ばねの第１端が当接し、その端面と同一平面上にて第２開弁ばねの第１端が第１ピストンに当接することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、第１開弁ばねの第１端と第２開弁ばねの第１端が第１ピストンの端面にて同一平面上に位置するので、両ばねが同一平面を共通の基点として配置される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、第１開弁ばねが第２開弁ばねより大径に形成され、第２開弁ばねが第１開弁ばねの内側に配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明と同等の作用が得られる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、第１弁体の中心には、第１弁体の先端部に通じる流体の通路が形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の作用に加え、第１弁体に流体の通路が形成されるので、第１圧力室から第１弁室へ流体を流すための通路を別途形成する必要がない。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、第１減圧弁の中心と第２減圧弁の中心が同一軸線上に配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の作用に加え、第１減圧弁の中心と第２減圧弁の中心が同一軸線上に配置されるので、その軸線を中心にした半径方向における減圧装置の体格が最も小さくなる。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、第２圧力室の流体の圧力が必要以上に増大したときに、その圧力を外部へ逃がすためのリリーフ弁を更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の作用に加え、第１弁体と第１弁座との間で流体の漏れ故障が起きて第２圧力室の流体の圧力が必要以上に増大しても、リリーフ弁が作動してその圧力が外部へ逃がされる。

請求項１に記載の発明によれば、入口から導入される流体を第１減圧弁と第２減圧弁により二段階に減圧して出口から導出するように構成した減圧装置につき、その軸線方向の体格を小型化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、第２減圧弁の構成を簡素化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、第１開弁ばねと第２開弁ばねの軸線方向の長さが揃え易くなり、製造時における両ばねの組付け性が良くなる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明と同等の効果を得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、第１減圧弁の構成を簡素化することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、減圧装置を更にコンパクト化することができ、また、減圧装置の製造につき、軸加工、軸組み付けにより簡素化を図ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の効果に加え、第２圧力室に漏れ出た流体の圧力が過剰に増大することを防止することができ、第２圧力室に通じる箇所に設けられたシール部材のシール不良及び破損を防止することができる。

第１実施形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、減圧装置を示す断面図。 第１実施形態に係り、図２の主要部を拡大して示す断面図。 第２実施形態に係り、減圧装置を示す断面図。 第２実施形態に係り、図４の主要部を拡大して示す断面図。 従来例に係り、圧力調整器を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における減圧装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明の減圧装置を、燃料電池の水素供給システムに設けられる減圧装置に具体化して説明する。

図１に、この実施形態における燃料電池システムを概略構成図により示す。この燃料電池システムは、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。燃料電池システムは、燃料電池（ＦＣ）１と、水素ボンベ２とを備える。燃料電池１は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしてのエアの供給を受けて発電を行うようになっている。燃料電池１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に供給されるようになっている。水素ボンベ２には、高圧の水素ガスが蓄えられている。

燃料電池１のアノード側には、水素供給システムが設けられる。この水素供給システムは、水素ボンベ２から燃料電池１へ水素ガスを供給するための水素供給通路３と、燃料電池１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４とを備える。水素ボンベ２の直下流の水素供給通路３には、水素ボンベ２から水素供給通路３への水素ガスの供給と遮断を切り替える電磁弁よりなる主止弁５が設けられる。水素排出通路４には、電磁弁よりなる第１切換弁６が設けられる。

主止弁５より下流の水素供給通路３には、水素ガスの圧力を減圧するための減圧装置７が設けられる。減圧装置７は、直列に配置された第１減圧弁８及び第２減圧弁９と、高圧リリーフ弁１０と、１次圧センサ３１等を備え、それらが一つのユニットとして一体的に構成される。減圧装置７では、第１減圧弁８により減圧された水素ガスの圧力が、第２減圧弁９により更に減圧される、すなわち、水素ガスの圧力が２段階に減圧されるようになっている。高圧リリーフ弁１０は、逃し通路１１を介して水素排出通路４に接続される。減圧装置７において、主止弁５と第１減圧弁８との間に設けられた１次圧センサ３１は、その中の圧力を１次圧Ｐ１として検出するようになっている。この１次圧Ｐ１として、例えば「０.１〜９０（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。

減圧装置７より下流の水素供給通路３には、燃料電池１へ供給される水素ガス流量を調節するための水素流量調節装置１２が設けられる。水素流量調節装置１２は、デリバリパイプ１３と４つのインジェクタ１４，１５，１６，１７を含む。デリバリパイプ１３は、所定の容積を有し、水素供給通路３の水素ガスを、並列に接続された複数のインジェクタ１４〜１７へ分配するようになっている。デリバリパイプ１３には、その中の圧力が所定値（例えば「３（ＭＰａ）」）以上になったときに開弁して圧力を抜くための中圧リリーフ弁１８が設けられる。第１〜第３のインジェクタ１４〜１６は、通常流量を噴射し、第４インジェクタ１７は、通常流量より少ない小流量を噴射するようになっている。この実施形態で、各インジェクタ１４〜１７の開弁圧力は、例えば、第１〜第３のインジェクタ１４〜１６の開弁圧力が「３（ＭＰａ）」に設定され、第４インジェクタ１７の開弁圧力が「１０（ＭＰａ）」に設定される。デリバリパイプ１３の直上流の水素供給通路３には、その中の圧力を２次圧Ｐ２として検出するための２次圧センサ３２が設けられる。２次圧Ｐ２として、例えば「１.１〜１.６（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。

各インジェクタ１４〜１７の下流側は、それぞれ水素供給通路３を介して燃料電池１に接続される。各インジェクタ１４〜１７の直下流の水素供給通路３には、その中の圧力を３次圧Ｐ３として検出するための３次圧センサ３３が設けられる。この３次圧Ｐ３として、例えば「０.１〜０.３（ＭＰａ）」の範囲の値を当てはめることができる。３次圧センサ３３より下流の水素供給通路３には、その中の圧力が所定値以上になったときに開弁して圧力を抜くための低圧リリーフ弁１９が設けられる。

この実施形態では、水素流量調節装置１２を構成するデリバリパイプ１３、各インジェクタ１４〜１７、中圧リリーフ弁１８、低圧リリーフ弁１９、２次圧センサ３２、３次圧センサ３３及びそれらをつなぐ配管２０は、一つのユニットとして一体的に構成される。

一方、燃料電池１のカソード側には、燃料電池１にエアを供給するためのエア供給通路２１と、燃料電池１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２２とが設けられる。エア供給通路２１には、燃料電池１に供給されるエア流量を調節するためのエアポンプ２３が設けられる。エアポンプ２３より下流のエア供給通路２１には、エア圧Ｐ４を検出するためのエア圧センサ３４が設けられる。エア排出通路２２には、電磁弁よりなる第２切換弁２４が設けられる。

上記構成において、水素ボンベ２から導出される水素ガスは、水素供給通路３を通り、主止弁５、減圧装置７、水素流量調節装置１２を介して燃料電池１に供給される。燃料電池１に供給された水素ガスは、同電池１にて発電に使用された後、同電池１から水素オフガスとして水素排出通路４及び第１切換弁６を介して排出される。

また、上記構成において、エアポンプ２３によりエア供給通路２１へ吐出されたエアは燃料電池１に供給される。燃料電池１に供給されたエアは、同電池１にて発電に使用された後、同電池１からエアオフガスとしてエア排出通路２２及び第２切換弁２４を介して排出される。

この燃料電池システムは、システムの制御を司るコントローラ３５を更に備える。コントローラ３５は、燃料電池１へ供給される水素ガスの流れを制御するために、１次圧センサ３１、２次圧センサ３２及び３次圧センサ３３の検出値に基づき、主止弁５、各インジェクタ１４〜１７を制御するようになっている。また、コントローラ３５は、水素排出通路４の水素オフガスの流れを制御するために、第１切換弁６を制御するようになっている。一方、コントローラ３５は、燃料電池１へ供給されるエアの流れを制御するために、エア圧センサ３４の検出値に基づきエアポンプ２３を制御するようになっている。また、コントローラ３５は、エア排出通路２２のエアオフガスの流れを制御するために、第２切換弁２４を制御するようになっている。また、コントローラ３５は、燃料電池１の発電に係る電圧値及び電流値をそれぞれ入力するようになっている。コントローラ３５は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、燃料電池１へ供給される水素ガス量及びエア量を制御するために、メモリに記憶された所定の制御プログラムに基づいて各インジェクタ１４〜１７及びエアポンプ２３等を制御するようになっている。

次に、減圧装置７について詳しく説明する。図２に、減圧装置７を断面図により示す。図３に、図２の主要部を拡大して示す。減圧装置７は、ケーシング４０を備え、そのケーシング４０に、第１減圧弁８、第２減圧弁９及び高圧リリーフ弁１０等が一体的に設けられて構成される。ケーシング４０は、主として第１〜第５のブロック４１，４２，４３，４４，４５により略筒状に構成される。これらブロック４１〜４５は、互いに一部が嵌め合されてケーシング４０として一体的に構成される。第１〜第５のブロック４１〜４５は、略直列に接続される。第１ブロック４１は、水素ガスが導入される上流側のブロックであり、第５ブロック４５は、水素ガスが導出される下流側のブロックである。この実施形態において、例えば、第１ブロック４１、第２ブロック４２、第４ブロック４４及び第５ブロック４５をそれぞれＳＵＳ鍛造で製造したり、第３ブロック４３をアルミ押し出しで製造したりすることができる。

第１ブロック４１には、その上流側から順に、継手孔４１ａ、ストレーナ孔４１ｂ、第１弁室４１ｃ及びセンサ穴４１ｄが設けられる。これらの孔等４１ａ〜４１ｄは互いに連通する。継手孔４１ａには、水素ガスの入口４６ａを有する入口管継手４６が設けられる。ストレーナ孔４１ｂには、ストレーナ４７が設けられる。第１弁室４１ｃには、第１弁体４８が設けられる。センサ穴４１ｄには、１次圧センサ３１が設けられる。センサ穴４１ｄは、ストレーナ孔４１ｂに連通する。

第１弁体４８は軸状をなし、図面右側の先端部がテーパ状に収束し、先端がピン状をなしている。第１弁体４８の先端部に対応して、第１ブロック４１と第２ブロック４２との間には、第１弁体４８と対をなす第１弁座４９が設けられる。第１弁体４８は、その中心に水素ガスの通路４８ａが形成され、その通路４８ａが先端部のテーパ面に連通する。第１弁体４８は、図面左側の基端に凹部４８ｂが形成され、その凹部４８ｂには、第１ブロック４１との間に第１閉弁ばね５０が設けられる。第１閉弁ばね５０は、コイルばねであり、第１弁体４８の先端部が第１弁座４９に近付く方向、すなわち閉弁方向へ付勢する。第１弁体４８と第１弁座４９との当接部上流側には、第１弁室４１ｃの空間が形成される。第１弁室４１ｃは、第１弁体４８の基端側に対応する部分が第１圧力室５１となっている。第１圧力室５１には、入口４６ａから導入される水素ガスがそのまま作用し、その水素ガスの圧力により第１弁体４８が第１弁座４９に近付く方向、すなわち閉弁方向へ付勢されるようになっている。

第２ブロック４２と第３ブロック４３と第４ブロック４４との間には、略円筒状のシリンダ室５２が形成される。このシリンダ室５２の上流側（図面左側）には、第１弁体４８を押圧するための第１ピストン５３が移動可能に設けられ、その下流側（図面右側）には、第２ピストン６１が移動可能に設けられる。第１ピストン５３は、先端側の小径部５３ａと基端側の大径部５３ｂを含み、大径部５３ｂには、凹部５３ｃが形成される。この凹部５３ｃは、別部材の円盤５４が嵌め込まれて固定される。第１ピストン５３の小径部５３ａは、第２ブロック４２の凹部に摺動可能に嵌め込まれる。大径部５３ｂは、第３ブロック４３の内周に摺動可能に嵌め込まれる。小径部５３ａの先端中央には、先端へ突出する突出部５３ｄが形成される。この突出部５３ｄは、先端へテーパ状に収束し、先端がピン状をなしている。このピンが、第１弁体４８の先端のピンと同軸上で突き合わされている。これら第１弁体４８、第１ピストン５３及び第２ブロック４２の間には、第１弁室４１ｃから第１弁体４８と第１弁座４９との間を流れた水素ガスが収容される容積可変な第２圧力室５５が形成される。また、第３ブロック４３の中空であってシリンダ室５２には、第１弁体４８を第１ピストン５３を介して第１弁座４９から離れる方向、すなわち開弁方向へ付勢するための第１開弁ばね５６が設けられる。第１開弁ばね５６は、コイルばねであり、第１ピストン５３の大径部５３ｂの端面周縁と第４ブロック４４の端面との間に介在される。この実施形態では、ケーシング４０、第１弁体４８、第１弁座４９、第１閉弁ばね５０、第１ピストン５３及び第１開弁ばね５６等により、第１減圧弁８が構成される。そして、これら第１圧力室５１、第１弁体４８、第１弁座４９、第２圧力室５５、第１ピストン５３及び第１開弁ばね５６が同一軸線上をその軸線に沿って配置される。

従って、第１減圧弁８は、このような構成によって、第１圧力室５１に作用する水素ガスの１次圧Ｐ１と、第２圧力室５５における水素ガスの圧力と、第１閉弁ばね５０の付勢力と、第１開弁ばね５６の付勢力とのバランスにより作動し、第１圧力室５１に作用する水素ガスの１次圧Ｐ１を減圧して第２圧力室５５に導出するようになっている。

一方、第２ピストン６１は、第４ブロック４４の内周に摺動可能に嵌め込まれる。第２ピストン６１の中心には、長軸状をなし中心に通路６２ａを有する第２弁体６２が、同ピストン６１を貫通して固定される。中心の通路６２ａは、第２弁体６２の両端に開口する。この実施形態において、第２弁体６２を第２ピストン６１に対し、例えば、調圧ネジにより固定することができる。第２ピストン６１は、第２弁体６２を押圧するために設けられる。第２弁体６２は、図面左側の先端部が小径をなし、その先端部が第１ピストン５３の円盤５４を貫通し、円盤５４に対し摺動可能に設けられる。第１ピストン５３には、第２弁体６２と対をなす第２弁座６３が、第２弁体６２の先端に当接可能に設けられる。第１ピストン５３と円盤５４との間には、第２弁体６２と第２弁座６３との当接部分を内包するようにその当接部の上流側に位置する第２弁室６４が形成される。第２弁室６４は、第１ピストン５３に形成された連通孔５３ｅを介して第２圧力室５５に連通する。

第５ブロック４５には、継手孔４５ａが形成される。この継手孔４５ａには、出口６５ａを有する出口管継手６５が設けられる。第２ピストン６１と第５ブロック４５と第２弁体６２と出口管継手６５との間には、容積可変な第３圧力室６６が形成される。この第３圧力室６６には、第２弁室６４から、第２弁体６２の先端と第２弁座６３との間を流れた水素ガスが第２弁体６２の通路６２ａを介して流入し収容される。そして、第３圧力室６６における水素ガスの圧力により第２ピストン６１を介して第２弁体６２が第２弁座６３に近付く方向、すなわち閉弁方向へ付勢されるようになっている。第２弁体６２は、この第３圧力室６６の圧力により、第２ピストン６１を介して、第２弁座６３に近付く閉弁方向へ付勢される。また、第２弁体６２の周囲には、第２弁体６２を第２ピストン６１を介して第２弁座６３から離れる方向、すなわち開弁方向へ付勢するための第２開弁ばね６７が設けられる。第２開弁ばね６７は、コイルばねであり、第２ピストン６１と第１ピストン５３の円盤５４との間に介在される。この実施形態では、ケーシング４０、第２弁体６２、第２弁座６３、第２ピストン６１及び第２開弁ばね６７等により、第２減圧弁９が構成される。そして、これら第２弁座６３、第２弁体６２、第２弁室６４、第２開弁ばね６７、第２ピストン６１及び第３圧力室６６が同一軸線上をその軸線に沿って配置される。

従って、第２減圧弁９は、このような構成によって、第２圧力室５５から連通孔５３ｅを介して第２弁室６４に流入する減圧後の水素ガスの圧力と、第３圧力室６６における水素ガスの圧力と、第２開弁ばね６７の付勢力とのバランスにより作動し、第２弁室６４における水素ガスの圧力を更に減圧するようになっている。すなわち、この減圧装置７では、入口４６ａから導入される水素を第１減圧弁８により減圧すると共に、第２減圧弁９により更に減圧して出口６５ａから導出するようになっている。

加えて、第３ブロック４３には、シリンダ室５２と平行にリリーフ孔４３ａが形成される。このリリーフ孔４３ａには、高圧リリーフ弁１０が組み込まれる。リリーフ孔４３ａの開口部は、逃し通路１１を介して水素排出通路４に連通する。これにより、第２圧力室５５における水素ガスの圧力が過剰に増大したときに、その圧力を高圧リリーフ弁１０から逃し通路１１及び水素排出通路４を介して外部へ逃がすようになっている。第２ブロック４２には、高圧リリーフ弁１０と第２圧力室５５とを連通する連通孔４２ａが形成される。この他、各ブロック４１〜４５の間には、シール用のＯリング７１が設けられる。また、第１弁体４８、第２弁体６２、第１ピストン５３及び第２ピストン６１の摺動面には、シール用のパッキン７２とウェアリング７３がそれぞれ設けられる。

ここで、上記した減圧装置７の特徴的な構成について整理する。図２、図３に示すように、先ず、第１減圧弁８の中心と第２減圧弁９の中心とが同一軸線上に直列に配置される。また、第１開弁ばね５６は、第１ピストン５３を図面左側へ付勢するように構成される。これに対し、第２開弁ばね６７は、第２ピストン６１を図面右側へ付勢するように構成される。すなわち、第１開弁ばね５６が第１ピストン５３を付勢する方向と、第２開弁ばね６７が第２ピストン６１を付勢する方向とが逆向き設定される。また、第１開弁ばね５６は、第２開弁ばね６７よりも大径に形成される。そして、小径の第２開弁ばね６７が、大径の第１開弁ばね５６の内側に配置される。

また、この実施形態では、第２開弁ばね６７が、第１ピストン５３を土台とするように、第１ピストン５３と第２ピストン６１との間に設けられる。すなわち、第２開弁ばね６７は、第１端６７ａ（図上の左端）と第２端６７ｂ（図上の右端）を含み、第１端６７ａが第１ピストン５３に当接し、第２ピストン６１に付勢力を作用させるために第２端６７ｂが第２ピストン６１に当接する。この構成によれば、第１ピストン５３と第２ピストン６１は連動することになる。

更に、この実施形態では、第１開弁ばね５６が、第１端５６ａ（図上の左端）と第２端 ５６ｂ（図上の右端）を含み、第１ピストン５３の端面（図上の右端）に第１開弁ばね５６の第１端５６ａが当接し、その端面と同一平面上にて第２開弁ばね６７の第１端６７ａ（図上の左端）が第１ピストン５３に当接する。

加えて、この実施形態では、図２、図３に示すように、第１減圧弁８と第２減圧弁９とが近付いて配置され、ケーシング４０を構成する各ブロック４１〜４５には、後で加工されるような通路が形成されていない。特に、交差する孔加工がない。

以上説明したこの実施形態の水素供給システムにおける減圧装置７によれば、第１減圧弁８と第２減圧弁９が直列に配置され、第１減圧弁８の第１開弁ばね５６が第１ピストン５３を付勢する方向と、第２減圧弁９の第２開弁ばね６７が第２ピストン６１を付勢する方向が逆向きに設定される。また、第１開弁ばね５６と第２開弁ばね６７のうち、第１開弁ばね５６が大径に第２開弁ばね６７が小径に形成され、小径の第２開弁ばね６７が大径の第１開弁ばね５６の内側に配置される。従って、第１減圧弁８と第２減圧弁９が、構造上それらの一部が重なるように配置されることになる。このため、入口４６ａから導入される水素ガスを第１減圧弁８と第２減圧弁９により二段階に減圧して出口６５ａから導出するように構成した減圧装置７につき、その軸線方向の体格を従来例に比べて更に小型化することができる。換言すると、減圧装置７を、細長く、かつ軸線方向に比較的短い無駄のない体格とすることができる。これにより、水素供給システムにおいて減圧装置７が占めるスペースを縮小することができ、水素供給システムをコンパクト化することができ、延いては電動自動車に対する水素供給システムの搭載性を向上させることができる。

この実施形態では、図２、図３に示すように、第１減圧弁８と第２減圧弁９とが近付いて配置され、ケーシング４０を構成する各ブロック４１〜４５には、特に、後で加工されるような通路が形成されていない。このため、減圧装置７の中における水素ガスの通路を簡素化することができる。これにより、通路に関連したシール部品を削減することもできる。また、各ブロック４１〜４５に通路が後加工されることがないことから、各ブロック４１〜４５の加工性を向上させることができ、加工上のバリの発生を抑えることができ、延いては、第１減圧弁８及び第２減圧弁９のバリによる動作不良の発生を抑えることができる。

この実施形態では、第１ピストン５３が第２開弁ばね６７の土台としても機能することになる。このため、第２減圧弁９の構成を簡素化することができる。また、第１開弁ばね５６の第１端５６ａ（図上の左端）と第２開弁ばね６７の第２端６７ｂ（図上の左端）が第１ピストン５３の端面にて同一平面上に位置するので、両ばね５６，６７が同一平面を共通の基点として配置されることになる。このため、両ばね５６，６７の軸線方向の長さが揃え易くなり、製造時における両ばね５６，６７の組付け性が良くなる。

この実施形態では、第１減圧弁８を構成する第１弁体４８に水素ガスの通路４８ａが形成されるので、第１圧力室５１から第１弁室４１ｃへ水素ガスを流すための通路を第１ブロック４１に別途形成する必要がない。このため、第１減圧弁８の構成を簡素化することができる。

この実施形態では、第２減圧弁９を構成する第２弁体６２に水素ガスの通路６２ａが形成されるので、第２弁室６４から第３圧力室６６へ水素ガスを流すための通路を第３ブロック４３等に別途形成する必要がない。このため、第２減圧弁９の構成を簡素化することができる。

この実施形態では、第１減圧弁８の中心と第２減圧弁９の中心が同一軸線上に配置されるので、その軸線を中心にした半径方向における減圧装置７の体格が最も小さくなる。このため、減圧装置７を更にコンパクト化することができる。また、減圧装置７の製造につき、軸加工、軸組み付けにより簡素化を図ることができる。

この実施形態では、第１弁体４８と第１弁座４９との間で水素ガスの漏れ故障が起きて第２圧力室５５の水素ガスの圧力が必要以上に増大しても、高圧リリーフ弁１０が作動してその圧力が外部へ逃がされる。例えば、燃料電池システムの停止中に、第１弁体４８と第１弁座４９との間から第２圧力室５５に水素ガスが漏れ、第２圧力室５５における水素ガスの圧力が必要以上に増大したとする。このとき、第２圧力室５５の圧力は、連通孔４２ａを介して高圧リリーフ弁１０に作用する。この圧力により高圧リリーフ弁１０が作動し、その圧力が逃し通路１１へ逃がされて第２圧力室５５が減圧される。このため、第２圧力室５５に漏れ出た水素ガスの圧力が過剰に増大することを防止することができ、第２圧力室５５に通じる箇所に設けられたパッキン７２のシール不良及び破損を防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における減圧装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。

図４に、この実施形態における減圧装置８０を断面図により示す。図５に、図４の主要部を拡大して示す。図４、図５に示すように、この減圧装置８０では、主として、第４ブロック４４が、第１実施形態の円盤５４と第４ブロック４４とが一体をなすように有底筒状に形成されることと、第２弁体６２が、第１実施形態の第２弁体６２より大径に形成されて、第４ブロック４４の内側に配置されることの点で第１実施形態の減圧装置７と構成が異なる。

詳しく説明すると、図４、図５に示すように、第４ブロック４４は、図面左側の先端側から順に小径部４４ａ、中径部４４ｂ及び大径部４４ｃの三段階に外径及び内径が異なるように形成される。小径部４４ａは、第１ピストン５３の大径部５３ｂの凹部５３ｃに嵌め入れられて、第１ピストン５３が摺動可能に構成される。小径部４４ａの内底には、第２弁座６３が設けられ、第２弁体６２の先端が第２弁座６３に当接可能となっている。中径部４４ｂの外周と第３ブロック４３の内周との間には、第１開弁ばね５６が配置される。中径部４４ｂの内側には、第２弁体６２との間に第２開弁ばね６７が設けられる。この第２開弁ばね６７は、中径部４４ｂの段部と第２ピストン６１との間に介在される。また、第２弁室６４は、第４ブロック４４の内底近傍に形成され、第４ブロック４４の小径部４４ａには、第１ピストン５３の連通孔５３ｅに連通する連通孔４４ｄが形成される。

ここで、上記した減圧装置８０の特徴的な構成について整理する。図４、図５に示すように、先ず、第１減圧弁８の中心と第２減圧弁９の中心とが同一軸線上に直列に配置される。また、第１開弁ばね５６は、第１ピストン５３を図上左側へ付勢するように構成される。これに対し、第２開弁ばね６７は、第２ピストン６１を図上右側へ付勢するように構成される。すなわち、第１開弁ばね５６が第１ピストン５３を付勢する方向と、第２開弁ばね６７が第２ピストン６１を付勢する方向とが逆向きに設定される。また、第１開弁ばね５６は、第２開弁ばね６７よりも大径に形成される。そして、小径の第２開弁ばね６７の一部が、大径の第１開弁ばね５６の内側に配置される。

更に、この実施形態では、第１開弁ばね５６が、第４ブロック４４を土台とするように、第４ブロック４４と第１ピストン５３との間に設けられる。すなわち、第１開弁ばね５６は、第１端５６ａ（図上の左端）と第２端５６ｂ（図上の右端）を含み、第１端５６ａが第１ピストン５３に当接し、第１ピストン５３に付勢力を作用させるために第２端５６ｂが第４ブロック４４に当接する。また、第２開弁ばね６７は、第１端６７ａ（図上の左端）と第２端６７ｂ（図上の右端）を含み、第１端６７ａが第４ブロック４４の段部に当接し、第２ピストン６１に付勢力を作用させるために第２端６７ｂが第２ピストン６１に当接する。この構成によれば、第１ピストン５３と第２ピストン６１は連動することなく、それぞれ単独で動作（分離動作）することになる。

以上説明したこの実施形態の減圧装置８０でも、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

（１）前記各実施形態では、減圧装置７，８０に高圧リリーフ弁１０を設けたが、この高圧リリーフ弁１０を省略することもできる。

（２）前記各実施形態では、減圧装置７，８０に１次圧センサ３１を設けたが、この１次圧センサ３１を省略することもできる。

（３）前記各実施形態では、第１減圧弁８の中心と第２減圧弁９の中心を同一軸線上に配置したが、これらの中心を多少偏心して配置することもできる。
（４）前記各実施形態では、本発明を燃料電池システムを構成する水素供給システムの減圧装置７，８０に具体化したが、これに限られるものではなく、ＬＰＧ供給システムの減圧装置に具体化したり、その他の高圧流体のための供給システムに具体化したりすることができる。

この発明は、水素供給システムやＬＰＧ供給システム等、高圧流体のための供給システムに利用することができる。

７ 減圧装置
８ 第１減圧弁
９ 第２減圧弁
１０ 高圧リリーフ弁
４１ｃ 第１弁室
４６ａ 入口
４８ 第１弁体
４８ａ 通路
４９ 第１弁座
５１ 第１圧力室
５３ 第１ピストン
５５ 第２圧力室
５６ 第１開弁ばね
５６ａ 第１端
５６ｂ 第２端
６１ 第２ピストン
６２ 第２弁体
６３ 第２弁座
６４ 第２弁室
６６ 第３圧力室
６７ 第２開弁ばね
６７ａ 第１端
６７ｂ 第２端
８０ 減圧装置

Claims (7)

1. 第１減圧弁と第２減圧弁とが直列に配置され、入口から導入される流体を前記第１減圧弁で減圧すると共に前記第２減圧弁で更に減圧して出口から導出するように構成した減圧装置であって、
   前記第１減圧弁は、第１弁体と、前記第１弁体と対をなす第１弁座と、前記第１弁体と前記第１弁座との当接部上流側に形成される第１弁室と、前記第１弁体を押圧するための第１ピストンと、前記第１弁体を前記第１ピストンを介して前記第１弁座から離れる開弁方向へ付勢するための第１開弁ばねと、前記入口から導入される流体が作用し、その流体の圧力により前記第１弁体が前記第１弁座に近付く閉弁方向へ付勢される第１圧力室と、前記第１弁室から前記第１弁体と前記第１弁座との間を流れた流体が収容される第２圧力室とを備え、少なくとも前記第１弁体、前記第１弁座、前記第１ピストン及び前記第１開弁ばねが同一軸線に沿って配置され、
   前記第２減圧弁は、第２弁体と、前記第２弁体と対をなす第２弁座と、前記第２弁体と前記第２弁座との当接部上流側に形成される第２弁室と、前記第２弁体を押圧するための第２ピストンと、前記第２弁体を前記第２ピストンを介して前記第２弁座から離れる開弁方向へ付勢するための第２開弁ばねと、前記第２弁室から前記第２弁体と前記第２弁座との間を流れた流体が収容されると共に、その流体の圧力により前記第２弁体が前記第２弁座に近付く閉弁方向へ付勢される第３圧力室とを備え、少なくとも前記第２弁体、前記第２弁座、前記第２ピストン及び前記第２開弁ばねが同一軸線に沿って配置され、
   前記第１開弁ばねが前記第１ピストンを付勢する方向と、前記第２開弁ばねが前記第２ピストンを付勢する方向とが逆向きに設定され、
   前記第１開弁ばねと前記第２開弁ばねのうち、一方が大径に他方が小径に形成され、小径のばねが大径のばねの内側に配置される
   ことを特徴とする減圧装置。
2. 前記第２開弁ばねは、第１端と第２端を含み、前記第１端が前記第１ピストンに当接し、前記第２ピストンに付勢力を作用させるために前記第２端が前記第２ピストンに当接することを特徴とする請求項１に記載の減圧装置。
3. 前記第１開弁ばねは、第１端と第２端を含み、前記第１ピストンの端面に前記第１開弁ばねの前記第１端が当接し、前記端面と同一平面上にて前記第２開弁ばねの前記第１端が前記第１ピストンに当接することを特徴とする請求項２に記載の減圧装置。
4. 前記第１開弁ばねが前記第２開弁ばねより大径に形成され、前記第２開弁ばねが前記第１開弁ばねの内側に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の減圧装置。
5. 前記第１弁体の中心には、前記第１弁体の先端部に通じる流体の通路が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減圧装置。
6. 前記第１減圧弁の中心と前記第２減圧弁の中心が同一軸線上に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の減圧装置。
7. 前記第２圧力室の流体の圧力が必要以上に増大したときに、その圧力を外部へ逃がすためのリリーフ弁を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の減圧装置。

Images