JP2018077796A - High pressure fluid control valve and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high pressure fluid control valve having an opening and closing function and a pressure regulating function.SOLUTION: A high pressure chamber, a low pressure chamber, and an intermediate chamber are formed on a housing, with a cut-off sheet part formed between the high pressure chamber and the intermediate chamber, and a pressure regulating sheet part formed between the intermediate chamber and the low pressure chamber. A valve body is slidably inserted into a valve body guide hole of the housing while extending from the high pressure chamber to the intermediate chamber, and a sliding seal part is formed to seal the high pressure chamber. A cut-off part, which abuts on the cut-off sheet part when the valve is fully closed and blocks communication between the high pressure chamber and intermediate chamber, and a pressure regulating part, which abuts on the pressure regulating sheet part when the valve is fully closed and blocks communication between the intermediate chamber and low pressure chamber, are formed on the valve body. The pressure regulating sheet part follows the movement of the valve body only for a prescribed distance when the valve opens from fully closed, and is displaceable or deformable. The cut-off sheet part has a cut-off sheet diameter which is larger than a pressure regulating sheet diameter, which is the sheet diameter of the pressure regulating sheet part, and which is also larger than an outer diameter of the valve body on the sliding seal part.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、高圧流体に適した高圧流体制御弁およびこれを備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a high-pressure fluid control valve suitable for high-pressure fluid and a fuel cell system including the same.

特許文献1には、水素タンク2と、水素タンク2に貯蔵されている高圧の水素ガスを燃料電池1のアノード極に供給するための水素供給通路3と、水素供給通路3に介装された制御弁4と、を備える燃料電池システムが開示されている。制御弁4は、燃料電池1に供給される水素ガスの圧力を調整するためのものである。さらに、この燃料電池システムは、燃料電池1の発電停止時(電源オフ時)に水素タンク2の内部と水素供給通路3との連通を遮断する開閉弁5を備える(段落0013、0014)。   Patent Document 1 includes a hydrogen tank 2, a hydrogen supply passage 3 for supplying high-pressure hydrogen gas stored in the hydrogen tank 2 to the anode electrode of the fuel cell 1, and a hydrogen supply passage 3. A fuel cell system including a control valve 4 is disclosed. The control valve 4 is for adjusting the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 1. Further, the fuel cell system includes an on-off valve 5 that shuts off the communication between the inside of the hydrogen tank 2 and the hydrogen supply passage 3 when the power generation of the fuel cell 1 is stopped (when the power is off) (paragraphs 0013 and 0014).

特開2013−134687号公報JP2013-134687A

しかし、特許文献1では、制御弁4が水素供給通路3の途中、換言すれば、高圧配管3Aと低圧配管3Bとの間に配置される一方、開閉弁5が水素タンク2のガス取出部、換言すれば、水素タンク2と水素供給通路3の高圧配管3Aとの接続部に配置されており、制御弁4と開閉弁5とが個別に設けられている。ここで、開閉弁の機能と圧力制御弁の機能とを一体の制御弁に統合することができれば、配管等のレイアウト性が向上するとともに、部品数および製造コストの削減に繋がる。   However, in Patent Document 1, the control valve 4 is disposed in the middle of the hydrogen supply passage 3, in other words, between the high-pressure pipe 3 </ b> A and the low-pressure pipe 3 </ b> B, while the on-off valve 5 is a gas extraction part of the hydrogen tank 2, In other words, the control valve 4 and the on-off valve 5 are individually provided at the connection portion between the hydrogen tank 2 and the high-pressure pipe 3 </ b> A of the hydrogen supply passage 3. Here, if the function of the on-off valve and the function of the pressure control valve can be integrated into an integrated control valve, the layout of piping and the like can be improved, and the number of parts and the manufacturing cost can be reduced.

そこで、本発明は、開閉機能と調圧機能とを兼ね備える高圧流体制御弁およびそのような制御弁をアノード系に備える燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-pressure fluid control valve that has both an opening / closing function and a pressure regulation function, and a fuel cell system that includes such a control valve in an anode system.

本発明の一形態では、高圧側の第1ポートと低圧側の第2ポートとを有するハウジングに、第1ポートと連通する高圧室と、第2ポートと連通する低圧室と、高圧室および低圧室の間の中間室と、を形成するとともに、高圧室と中間室との間に遮断シート部を、中間室と低圧室との間に調圧シート部を、夫々形成する。弁体を高圧室から中間室にかけて延在させるようにハウジングに収容するとともに、ハウジングの弁体案内孔に摺動可能に挿入し、高圧室を外部に対して密封するための摺動シール部を形成する。さらに、弁体において、全閉時に遮断シート部と当接して高圧室と中間室との連通を遮断する遮断部と、全閉時に調圧シート部と当接して中間室と低圧室との連通を遮断する調圧部と、を形成する。調圧シート部は、全閉からの開弁動作時に弁体の移動に対して所定の距離だけ追従して変位または変形可能である。遮断シート部は、そのシート径である遮断シート径を、調圧シート部のシート径である調圧シート径よりも大きく、摺動シール部における弁体の外径よりも大きな値に設定する。   In one embodiment of the present invention, a housing having a first port on the high pressure side and a second port on the low pressure side, a high pressure chamber communicating with the first port, a low pressure chamber communicating with the second port, a high pressure chamber, and a low pressure An intermediate chamber between the chambers is formed, a blocking sheet portion is formed between the high pressure chamber and the intermediate chamber, and a pressure adjusting sheet portion is formed between the intermediate chamber and the low pressure chamber. The valve body is accommodated in the housing so as to extend from the high-pressure chamber to the intermediate chamber, and is slidably inserted into the valve body guide hole of the housing, and a sliding seal portion for sealing the high-pressure chamber to the outside is provided. Form. Further, in the valve body, when the valve is fully closed, a blocking portion that contacts the blocking sheet portion to block communication between the high pressure chamber and the intermediate chamber, and when fully closed, the valve body contacts the pressure adjusting sheet portion and communicates between the intermediate chamber and the low pressure chamber. And a pressure adjusting unit that blocks the pressure. The pressure adjusting sheet portion can be displaced or deformed by following a predetermined distance with respect to the movement of the valve body during the valve opening operation from the fully closed state. The blocking sheet portion sets the blocking sheet diameter, which is the sheet diameter, to a value larger than the pressure adjusting sheet diameter, which is the seat diameter of the pressure adjusting sheet portion, and larger than the outer diameter of the valve body in the sliding seal portion.

さらに、別の形態では、燃料電池システムにおいて、上記高圧流体制御弁を、燃料タンクに貯蔵されている燃料を第1ポートを通じて導入し、減圧後の燃料を第2ポートから送出するように配置する。   Furthermore, in another form, in the fuel cell system, the high-pressure fluid control valve is arranged so that the fuel stored in the fuel tank is introduced through the first port and the decompressed fuel is delivered from the second port. .

本発明によれば、開閉機能と調圧機能とを統合した高圧流体制御弁が提供され、配管等のレイアウト性が向上するとともに、部品数および製造コストを削減することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high pressure fluid control valve which integrated the opening / closing function and the pressure regulation function is provided, The layout property of piping etc. can be improved, and it becomes possible to reduce the number of parts and manufacturing cost.

図1は、本発明の一実施形態に係る高圧流体制御弁を適用した燃料電池システムの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which a high-pressure fluid control valve according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、同上高圧流体制御弁の全体構成を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the high pressure fluid control valve. 図3は、同上高圧流体制御弁の要部構成を示す拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a main part of the high pressure fluid control valve. 図4は、同上高圧流体制御弁の全閉からの開弁時の動作を概略的に示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the operation when the high pressure fluid control valve is opened from the fully closed state. 図5は、弁体の開方向位置に応じたシート面圧の変化を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in the seat pressure according to the position of the valve body in the opening direction. 図6は、開弁動作時にソレノイドに供給する駆動エネルギの変化を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing changes in drive energy supplied to the solenoid during the valve opening operation. 図7は、本発明の他の実施形態に係る遮断シート部の構成を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a configuration of a blocking sheet portion according to another embodiment of the present invention. 図8は、本発明のさらに別の実施形態に係る遮断シート部の構成を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing a configuration of a blocking sheet portion according to still another embodiment of the present invention. 図9は、本発明のさらに別の実施形態に係る調圧シート部の構成を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a pressure adjusting sheet portion according to still another embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(燃料電池システムの全体構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る高圧流体制御弁5を適用した燃料電池システム1の構成を、アノード系を中心に示している。
(Overall configuration of fuel cell system)
FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell system 1 to which a high-pressure fluid control valve 5 according to a first embodiment of the present invention is applied, focusing on an anode system.

本実施形態に係る燃料電池システム1は、大別すると、燃料電池10と、カソードガス給排機構12と、アノードガス給排機構14と、を備える。燃料電池10は、発電装置を構成する。カソードガス給排機構12は、燃料電池10のカソード極に酸化剤を供給し、発電反応後のカソードオフガスを燃料電池10から排出する機構である。アノードガス給排機構14は、燃料電池10のアノード極に燃料を供給し、発電反応後のアノードオフガスをアノード極に再度供給するとともに、アノードオフガスの一部を必要に応じて燃料電池システム1の外部に排出する機構である。   The fuel cell system 1 according to the present embodiment roughly includes a fuel cell 10, a cathode gas supply / discharge mechanism 12, and an anode gas supply / discharge mechanism 14. The fuel cell 10 constitutes a power generation device. The cathode gas supply / discharge mechanism 12 is a mechanism that supplies an oxidant to the cathode electrode of the fuel cell 10 and discharges the cathode off-gas after the power generation reaction from the fuel cell 10. The anode gas supply / discharge mechanism 14 supplies fuel to the anode electrode of the fuel cell 10, supplies the anode off-gas after the power generation reaction again to the anode electrode, and partially supplies the anode off-gas as needed in the fuel cell system 1. It is a mechanism for discharging to the outside.

燃料電池システム1は、さらに、図示しない負荷装置を備えるとともに、加熱/冷却機構等の燃料電池10の運転に必要な設備を適宜備える。本実施形態において、燃料電池システム1は、車両に搭載され、負荷装置は、具体的には、車両走行用の電動モータである。燃料電池10は、この燃料電池自動車の駆動源を構成し、電動モータに供給される電力のほか、車両の走行に必要な電力を発電する。   The fuel cell system 1 further includes a load device (not shown), and appropriately includes facilities necessary for the operation of the fuel cell 10 such as a heating / cooling mechanism. In the present embodiment, the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle, and the load device is specifically an electric motor for running the vehicle. The fuel cell 10 constitutes a drive source for the fuel cell vehicle, and generates electric power necessary for traveling of the vehicle in addition to electric power supplied to the electric motor.

燃料電池10は、膜電極接合体を一対のセパレータにより挟持して構成される燃料電池セルを積層して構成され、カソードガス給排機構12を介して空気の供給を受けるとともに、アノードガス給排機構14を介して水素ガスの供給を受け、空気中の酸素と水素との化学反応により発電する。本実施形態では、水素が燃料であり、空気中の酸素が酸化剤である。水素ガスは、後に述べる高圧水素タンク141から供給され、空気は、大気中から図示しないコンプレッサ等を介して取り込まれる。発電により生じた電気は、車両走行用の電動モータに供給され、この電動モータの駆動に用いられる。   The fuel cell 10 is configured by laminating fuel cell cells that are configured by sandwiching a membrane electrode assembly between a pair of separators, and is supplied with air through a cathode gas supply / exhaust mechanism 12 and also supplied with an anode gas. Hydrogen gas is supplied through the mechanism 14, and power is generated by a chemical reaction between oxygen and hydrogen in the air. In this embodiment, hydrogen is the fuel and oxygen in the air is the oxidant. Hydrogen gas is supplied from a high-pressure hydrogen tank 141 described later, and air is taken from the atmosphere through a compressor (not shown) or the like. Electricity generated by the power generation is supplied to an electric motor for running the vehicle and used for driving the electric motor.

カソードガス給排機構12は、カソードガス供給通路121と、カソードガス排出通路122と、を備える。カソードガス供給通路121は、燃料電池10のカソード極に供給される空気が流れる通路であり、カソードガス排出通路122は、燃料電池10から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス供給通路121を介して大気中の空気が燃料電池10のカソード極に供給され、カソードガス排出通路122を介してカソードオフガスが燃料電池システム1の外部に放出される。   The cathode gas supply / discharge mechanism 12 includes a cathode gas supply passage 121 and a cathode gas discharge passage 122. The cathode gas supply passage 121 is a passage through which air supplied to the cathode electrode of the fuel cell 10 flows, and the cathode gas discharge passage 122 is a passage through which cathode off-gas discharged from the fuel cell 10 flows. Air in the atmosphere is supplied to the cathode electrode of the fuel cell 10 via the cathode gas supply passage 121, and cathode off-gas is released to the outside of the fuel cell system 1 via the cathode gas discharge passage 122.

アノードガス給排機構14は、高圧水素タンク141と、アノードガス供給通路142と、アノードオフガス循環通路143と、を備える。高圧水素タンク141は、燃料電池10のアノード極に供給される水素ガスを高圧状態に保って貯蔵する高圧ガス容器であり、本実施形態に係る「燃料タンク」を構成する。アノードガス供給通路142は、燃料電池10のアノード極に供給される水素ガスが流れる通路であり、高圧水素タンク141のガス取出口と、燃料電池10のアノード極のガス流入口と、の間に接続されている。アノードガス供給通路142は、本実施形態に係る「燃料供給管」を構成し、後に述べるエゼクタ145よりも上流側の第1燃料供給管142aと、エゼクタ145よりも下流側の第2燃料供給管142bと、からなる。アノードオフガス循環通路143は、燃料電池10から排出されたアノードオフガスをアノード極に再度供給するための通路であり、燃料電池10のアノード極のガス流出口と、アノードガス供給通路142と、の間に接続されている。   The anode gas supply / discharge mechanism 14 includes a high-pressure hydrogen tank 141, an anode gas supply passage 142, and an anode off-gas circulation passage 143. The high-pressure hydrogen tank 141 is a high-pressure gas container that stores hydrogen gas supplied to the anode electrode of the fuel cell 10 while maintaining a high pressure state, and constitutes a “fuel tank” according to the present embodiment. The anode gas supply passage 142 is a passage through which hydrogen gas supplied to the anode electrode of the fuel cell 10 flows. Between the gas outlet of the high-pressure hydrogen tank 141 and the gas inlet of the anode electrode of the fuel cell 10. It is connected. The anode gas supply passage 142 constitutes a “fuel supply pipe” according to the present embodiment, and a first fuel supply pipe 142 a upstream from the ejector 145 described later and a second fuel supply pipe downstream from the ejector 145. 142b. The anode off gas circulation passage 143 is a passage for supplying again the anode off gas discharged from the fuel cell 10 to the anode electrode, and is provided between the gas outlet of the anode electrode of the fuel cell 10 and the anode gas supply passage 142. It is connected to the.

高圧水素タンク141のガス取出口には、本実施形態に係る「高圧流体制御弁」である統合主止弁5が取り付けられている。統合主止弁5は、高圧水素タンク141の内部とアノードガス供給通路142との連通を遮断する開閉機能と、アノードガス供給通路142に送り出す水素ガスの圧力を制御する減圧ないし調圧機能とを兼ね備えるものである。高圧水素タンク141に貯蔵されている水素ガスは、統合主止弁5の開放中に、統合主止弁5による制御を受けてアノードガス供給通路142に送出され、アノードガス供給通路142を介して燃料電池10のアノード極に供給される。   An integrated main stop valve 5, which is a “high pressure fluid control valve” according to the present embodiment, is attached to the gas outlet of the high pressure hydrogen tank 141. The integrated main stop valve 5 has an opening / closing function for blocking communication between the inside of the high-pressure hydrogen tank 141 and the anode gas supply passage 142, and a pressure reducing or pressure regulating function for controlling the pressure of hydrogen gas sent to the anode gas supply passage 142. It is what you have. The hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen tank 141 is sent to the anode gas supply passage 142 under the control of the integrated main stop valve 5 during the opening of the integrated main stop valve 5, and passes through the anode gas supply passage 142. It is supplied to the anode electrode of the fuel cell 10.

さらに、アノードガス供給通路142とアノードオフガス循環通路143との接続部にエゼクタ145が設置されており、アノードガス供給通路142に送出された水素ガスは、エゼクタ145のノズル部に供給される。他方で、燃料電池10のアノード極における発電反応に寄与せずに残った水素と、発電反応に際してカソード極からアノード極に漏洩した水分および窒素等の不純物と、を含んだアノードオフガスが、アノードオフガス循環通路143を介してエゼクタ145に供給される。アノードオフガスは、エゼクタ145の内部でノズル部を通じた水素ガスの噴流により形成される負圧の作用を受けてアノードガス供給通路142に吸入され、この水素ガスとともに燃料電池10のアノード極に循環される。   Further, an ejector 145 is installed at a connection portion between the anode gas supply passage 142 and the anode off-gas circulation passage 143, and the hydrogen gas sent to the anode gas supply passage 142 is supplied to the nozzle portion of the ejector 145. On the other hand, the anode offgas containing hydrogen remaining without contributing to the power generation reaction at the anode electrode of the fuel cell 10 and impurities such as moisture and nitrogen leaked from the cathode electrode to the anode electrode during the power generation reaction is the anode offgas. It is supplied to the ejector 145 through the circulation passage 143. The anode off gas is sucked into the anode gas supply passage 142 under the action of a negative pressure formed by the jet of hydrogen gas through the nozzle portion inside the ejector 145, and is circulated to the anode electrode of the fuel cell 10 together with this hydrogen gas. The

本実施形態では、アノードオフガス循環通路143にアノードオフガス排出通路144が接続されている。アノードオフガスの一部は、燃料電池システム1からの不純物の排出等の必要に応じ、アノードオフガス循環通路143からアノードオフガス排出通路144に流入し、アノードオフガス排出通路144を介して燃料電池システム1の外部に排出される。   In the present embodiment, an anode offgas discharge passage 144 is connected to the anode offgas circulation passage 143. A part of the anode off-gas flows into the anode off-gas discharge passage 144 from the anode off-gas circulation passage 143 as required for discharging impurities from the fuel cell system 1, and the fuel cell system 1 passes through the anode off-gas discharge passage 144. It is discharged outside.

(制御システムの基本構成)
本実施形態において、燃料電池10の運転は、コントロールユニット101により制御される。コントロールユニット101は、中央演算装置、記憶装置および入出力インターフェース等を備えた電子制御ユニットとして構成され、燃料電池10の運転制御のため、燃料電池システム1に対する運転要求および燃料電池10の実際の運転状態を検出する各種センサ111〜117等から信号を入力する。
(Basic configuration of control system)
In the present embodiment, the operation of the fuel cell 10 is controlled by the control unit 101. The control unit 101 is configured as an electronic control unit including a central processing unit, a storage device, an input / output interface, and the like, and for operation control of the fuel cell 10, an operation request to the fuel cell system 1 and an actual operation of the fuel cell 10 Signals are input from various sensors 111 to 117 that detect the state.

アクセルセンサ111は、当該車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量を示す信号を出力する。HFR測定装置112は、燃料電池10のセルを構成する電解質膜の湿潤度(HFR測定値)を示す信号を出力する。スタック電流センサ113は、燃料電池10が実際に生じさせている電流を示す信号を出力する。さらに、起動スイッチ114は、運転者のキー操作に応じて燃料電池システム1に対する起動および停止指令を示す信号を出力する。   The accelerator sensor 111 outputs a signal indicating the amount of depression of the accelerator pedal by the driver of the vehicle. The HFR measuring device 112 outputs a signal indicating the degree of wetness (HFR measured value) of the electrolyte membrane constituting the cell of the fuel cell 10. The stack current sensor 113 outputs a signal indicating the current actually generated by the fuel cell 10. Furthermore, the start switch 114 outputs a signal indicating start and stop commands for the fuel cell system 1 in accordance with a driver's key operation.

タンク圧力センサ115は、高圧水素タンク141に設置され、高圧水素タンク141内部の圧力、換言すれば、高圧水素タンク141に貯蔵されている水素ガスの圧力を検出する。上流側圧力センサ116は、アノードガス供給通路142の第1燃料供給管142aに設置され、エゼクタ145に供給される水素ガスの圧力を検出する。下流側圧力センサ117は、アノードガス供給通路142の第2燃料供給管142bに設置され、エゼクタ145から送出されたアノードガス、換言すれば、水素ガスとアノードオフガスとの混合ガスの圧力を検出する。   The tank pressure sensor 115 is installed in the high-pressure hydrogen tank 141 and detects the pressure inside the high-pressure hydrogen tank 141, in other words, the pressure of hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen tank 141. The upstream pressure sensor 116 is installed in the first fuel supply pipe 142 a of the anode gas supply passage 142 and detects the pressure of hydrogen gas supplied to the ejector 145. The downstream pressure sensor 117 is installed in the second fuel supply pipe 142b of the anode gas supply passage 142, and detects the pressure of the anode gas sent from the ejector 145, in other words, the mixed gas of hydrogen gas and anode off gas. .

コントロールユニット101は、入力した各種信号をもとに燃料電池10の運転制御に関する所定の演算を実行する。具体的には、燃料電池システム1に対する起動および停止指令を検出するとともに、燃料電池10の目標発電電力を算出し、統合主止弁5に駆動信号を出力する。   The control unit 101 executes a predetermined calculation related to the operation control of the fuel cell 10 based on various input signals. Specifically, a start and stop command for the fuel cell system 1 is detected, a target generated power of the fuel cell 10 is calculated, and a drive signal is output to the integrated main stop valve 5.

(高圧流体制御弁の全体構成)
図2は、本実施形態に係る高圧流体制御弁である統合主止弁5の全体構成を示す断面図である。統合主止弁5は、開閉機能と調圧機能とを兼ね備えており、高圧水素タンク141のガス取出口に取り付けられる。図2を参照して、統合主止弁5の全体的な構成について説明する。
(Overall configuration of high-pressure fluid control valve)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the integrated main stop valve 5 which is a high-pressure fluid control valve according to the present embodiment. The integrated main stop valve 5 has both an opening / closing function and a pressure adjusting function, and is attached to the gas outlet of the high-pressure hydrogen tank 141. The overall configuration of the integrated main stop valve 5 will be described with reference to FIG.

統合主止弁5は、大別すると、ハウジング51と、弁体52と、ソレノイド53と、を備える。   The integrated main stop valve 5 includes a housing 51, a valve body 52, and a solenoid 53.

ハウジング51は、高圧側の第1ポートp1と、低圧側の第2ポートp2と、を有し、第1ポートp1は、高圧水素タンク141の内部に、第2ポートp2は、アノードガス供給通路142に、夫々流体接続される。高圧水素タンク141に貯蔵されている水素ガスは、第1ポートp1から統合主止弁5に導入され、ハウジング51の内部で弁体52の位置に応じた減圧ないし調圧作用を受けた後、第2ポートp2からアノードガス供給通路142に送出される。本実施形態において、高圧水素タンク141に貯蔵されている水素ガスの圧力は、数MPaから数十MPa(例えば、1〜70MPa)に設定され、調圧の結果、第2ポートp2では、数kPaから1MPa程度(エゼクタ145がない場合は、例えば、0.005〜0.2MPa)にまで減圧される。第1ポートp1における水素ガスの圧力を「一次圧」といい、第2ポートp2における圧力を「二次圧」という。   The housing 51 has a first port p1 on the high pressure side and a second port p2 on the low pressure side. The first port p1 is inside the high pressure hydrogen tank 141, and the second port p2 is the anode gas supply passage. 142 are each fluidly connected. The hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen tank 141 is introduced into the integrated main stop valve 5 from the first port p1, and after being subjected to a pressure reducing or pressure adjusting action corresponding to the position of the valve body 52 inside the housing 51, The gas is sent from the second port p2 to the anode gas supply passage 142. In the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen tank 141 is set to several MPa to several tens of MPa (for example, 1 to 70 MPa). To about 1 MPa (for example, 0.005 to 0.2 MPa when there is no ejector 145). The pressure of hydrogen gas at the first port p1 is referred to as “primary pressure”, and the pressure at the second port p2 is referred to as “secondary pressure”.

ハウジング51の内部には、統合主止弁5の動作に関して異なる圧力を規定する空間として、水素ガスが流れる方向に対して上流側から順に、高圧室Ch、中間室Cmおよび低圧室Clが形成されている。高圧室Chは、第1ポートp1と連通し、一次圧P1の水素ガスが導入される空間である。ここで、高圧室Chの圧力を、一次圧に等しい圧力P1とする。低圧室Clは、第2ポートp2と連通し、減圧後の二次圧P2の水素ガスを通過させる空間であり、低圧室Clの圧力を、二次圧に等しい圧力P3とする。中間室Cmは、高圧室Chと低圧室Clとの間に介在する空間である。ハウジング51の内部には、さらに、高圧室Chと中間室Cmとの間に遮断シート部511が、中間室Cmと低圧室Clとの間に調圧シート部512が、夫々形成されている。   A high pressure chamber Ch, an intermediate chamber Cm, and a low pressure chamber Cl are formed in the housing 51 in order from the upstream side with respect to the direction in which the hydrogen gas flows, as spaces that define different pressures regarding the operation of the integrated main stop valve 5. ing. The high pressure chamber Ch communicates with the first port p1 and is a space into which hydrogen gas having a primary pressure P1 is introduced. Here, the pressure in the high pressure chamber Ch is set to a pressure P1 equal to the primary pressure. The low pressure chamber Cl is a space that communicates with the second port p2 and allows the hydrogen gas having the reduced secondary pressure P2 to pass through. The pressure of the low pressure chamber Cl is set to a pressure P3 equal to the secondary pressure. The intermediate chamber Cm is a space interposed between the high pressure chamber Ch and the low pressure chamber Cl. Inside the housing 51, a blocking sheet portion 511 is further formed between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm, and a pressure adjusting sheet portion 512 is formed between the intermediate chamber Cm and the low pressure chamber Cl.

弁体52は、第1ポートp1から第2ポートp2へ向かう水素ガスの流れを規制するものであり、ハウジング51の内部に、軸方向に往復移動可能に収容されている。本実施形態において、弁体52は、軸方向に摺動するスプール状の弁体として具現され、図2に示す全閉時の状態で、高圧室Chと中間室Cmとの連通を遮断するとともに、中間室Cmと低圧室Clとの連通を遮断する。   The valve body 52 regulates the flow of hydrogen gas from the first port p1 to the second port p2, and is accommodated inside the housing 51 so as to be capable of reciprocating in the axial direction. In the present embodiment, the valve body 52 is embodied as a spool-like valve body that slides in the axial direction, and shuts off the communication between the high-pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm in the fully closed state shown in FIG. The communication between the intermediate chamber Cm and the low pressure chamber Cl is blocked.

弁体52は、円筒状に形成された主軸部521と、主軸部521の一端から軸方向に延設された第1棒状部522と、主軸部521の他端から第1棒状部522とは逆方向に延設された第2棒状部523と、を有する。弁体52は、さらに、主軸部521の中間部付近から径方向に延設された遮断部524と、主軸部521の基端部付近から径方向に延設された調圧部525と、を備える。   The valve body 52 includes a main shaft portion 521 formed in a cylindrical shape, a first rod-shaped portion 522 extending in the axial direction from one end of the main shaft portion 521, and a first rod-shaped portion 522 from the other end of the main shaft portion 521. A second rod-shaped portion 523 extending in the reverse direction. The valve body 52 further includes a blocking portion 524 extending in the radial direction from the vicinity of the middle portion of the main shaft portion 521, and a pressure adjusting portion 525 extending in the radial direction from the vicinity of the proximal end portion of the main shaft portion 521. Prepare.

主軸部521は、一端側で高圧室Chから中間室Cmにかけて延在するとともに、他端側でハウジング51の弁体案内孔51aに延伸する長さに設定されている。第1棒状部522は、主軸部521の一端から先端側に延び、ハウジング51の一方の側壁を貫通する長さに設定され、第2棒状部523は、主軸部521の他端から基端側に延び、ハウジング51の他方の側壁を貫通する長さに設定されている。第1棒状部522および第2棒状部523がハウジング51の内壁に設置された環状シール部材に対して摺動自在に支持されることで、弁体52全体がハウジング51に対して支持されている。さらに、弁体案内孔51aを形成するハウジング51の内壁に環状シール部材526が設置されており、この環状シール部材526に対して主軸部521が摺動自在に支持されることで、ハウジング51に対する追加の支持部が弁体52に形成される。ここで、環状シール部材526とこれに摺接する主軸部521とにより、高圧室Chをハウジング51の外部に対して密封する「摺動シール部」が形成される。   The main shaft portion 521 extends from the high-pressure chamber Ch to the intermediate chamber Cm on one end side, and is set to a length that extends to the valve body guide hole 51a of the housing 51 on the other end side. The first rod-shaped portion 522 extends from one end of the main shaft portion 521 to the distal end side and is set to a length penetrating one side wall of the housing 51, and the second rod-shaped portion 523 is proximal to the other end of the main shaft portion 521. And is set to a length penetrating the other side wall of the housing 51. The first rod-like portion 522 and the second rod-like portion 523 are slidably supported with respect to the annular seal member installed on the inner wall of the housing 51, so that the entire valve body 52 is supported with respect to the housing 51. . Further, an annular seal member 526 is installed on the inner wall of the housing 51 that forms the valve element guide hole 51a, and the main shaft portion 521 is slidably supported by the annular seal member 526. An additional support is formed on the valve body 52. Here, the annular seal member 526 and the main shaft portion 521 slidably in contact therewith form a “sliding seal portion” that seals the high-pressure chamber Ch from the outside of the housing 51.

遮断部524は、弁体52の中心軸に垂直な断面において円環状に形成されており、ハウジング51に対して全閉時に遮断シート部511に当接する関係にある。調圧部525は、遮断部524よりも基端側に設けられ、弁体52の中心軸に垂直な断面で遮断部524よりも幅の狭い円環状に形成されている。そして、調圧部525は、ハウジング51に対して全閉時に調圧シート部512に当接する関係にある。遮断部524が遮断シート部511と当接することで、高圧室Chと中間室Cmとの連通が遮断され、調圧部525が調圧シート部512と当接することで、中間室Cmと低圧室Clとの連通が遮断される。   The blocking portion 524 is formed in an annular shape in a cross section perpendicular to the central axis of the valve body 52, and is in contact with the blocking sheet portion 511 when fully closed with respect to the housing 51. The pressure adjusting unit 525 is provided on the base end side with respect to the blocking unit 524, and is formed in an annular shape having a narrower width than the blocking unit 524 in a cross section perpendicular to the central axis of the valve body 52. The pressure adjusting unit 525 is in contact with the pressure adjusting sheet portion 512 when the housing 51 is fully closed. When the blocking portion 524 contacts the blocking sheet portion 511, the communication between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm is blocked, and when the pressure adjusting portion 525 contacts the pressure adjusting sheet portion 512, the intermediate chamber Cm and the low pressure chamber Communication with Cl is blocked.

ソレノイド53は、弁体52を電磁的に駆動するものであり、ハウジング51に対し、弁体52の基端側に隣接して配置されている。   The solenoid 53 electromagnetically drives the valve body 52, and is disposed adjacent to the proximal end side of the valve body 52 with respect to the housing 51.

ソレノイド53は、電磁コイル531と、電磁コイル531と内側で、同心に配置されたプランジャ532と、を備え、プランジャ532は、電磁コイル531が生じさせる電磁力を受けて直線的に移動する。電磁コイル531およびプランジャ532は、ソレノイドケース533に収容され、ソレノイドケース533は、ホルダ534を介してハウジング51に固定されている。ソレノイド53は、電磁コイル531への通電がオンされることで電磁力を生じ、プランジャ532を駆動する。プランジャ532の運動が第2棒状部523を介して弁体52に伝達され、弁体52を開方向に駆動する。そして、弁体52の移動量、換言すれば、弁体52の開方向位置に応じて遮断シート部511および調圧シート部512が開放される。   The solenoid 53 includes an electromagnetic coil 531, and a plunger 532 arranged concentrically on the inner side of the electromagnetic coil 531, and the plunger 532 receives the electromagnetic force generated by the electromagnetic coil 531 and moves linearly. The electromagnetic coil 531 and the plunger 532 are accommodated in a solenoid case 533, and the solenoid case 533 is fixed to the housing 51 via a holder 534. The solenoid 53 generates electromagnetic force when the energization of the electromagnetic coil 531 is turned on, and drives the plunger 532. The movement of the plunger 532 is transmitted to the valve body 52 via the second rod-shaped portion 523, and the valve body 52 is driven in the opening direction. Then, the blocking sheet portion 511 and the pressure regulating sheet portion 512 are opened according to the amount of movement of the valve body 52, in other words, the position of the valve body 52 in the opening direction.

本実施形態では、ハウジング51に対し、弁体52の先端側に隣接して弁戻し機構54が設けられている。弁戻し機構54は、弁体52をソレノイド53とは反対側から弾性的に付勢するものであり、電磁コイル531への通電がオフされた場合に、弁体52を閉方向に駆動し、全閉時の位置に復帰させる。   In the present embodiment, a valve return mechanism 54 is provided adjacent to the distal end side of the valve body 52 with respect to the housing 51. The valve return mechanism 54 elastically biases the valve body 52 from the side opposite to the solenoid 53, and when the energization to the electromagnetic coil 531 is turned off, the valve body 52 is driven in the closing direction. Return to the fully closed position.

弁戻し機構54は、スプリング541と、弁体52の先端部に取り付けられたリテーナ542と、リテーナ542に対してスプリング541の反対側に設置されたホルダ543と、を備える。スプリング541は、リテーナ542およびホルダ543とともにスプリングケース544に収容され、スプリングケース544は、ハウジング51に対して直に固定されている。スプリングケース544がハウジング51に固定された状態で、スプリング541は、リテーナ542およびホルダ543の間で圧縮状態にある。さらに、弁体52とリテーナ542とで挟み込むようにして円盤状のダイヤフラム545が設置されており、ダイヤフラム545は、ハウジング51とスプリングケース543とによりその外周部が挟持されている。低圧室Clの圧力P3ないし二次圧が圧力帰還通路513を介して弁戻し機構54の圧力室Cpに導入され、この帰還圧がダイヤフラム545を介して弁体52に作用することで、弁体52に対する閉方向の駆動力が補助される。本実施形態では、弁体52を全閉時の位置に復帰させる駆動力の発生源としてスプリング541を採用したが、スプリング541に代えてゴム等、他の弾性体を採用してもよく、弾性体ばかりでなく、永久磁石を採用することも可能である。   The valve return mechanism 54 includes a spring 541, a retainer 542 attached to the tip of the valve body 52, and a holder 543 installed on the opposite side of the spring 541 with respect to the retainer 542. The spring 541 is accommodated in the spring case 544 together with the retainer 542 and the holder 543, and the spring case 544 is directly fixed to the housing 51. With the spring case 544 fixed to the housing 51, the spring 541 is in a compressed state between the retainer 542 and the holder 543. Further, a disc-shaped diaphragm 545 is provided so as to be sandwiched between the valve body 52 and the retainer 542, and the outer periphery of the diaphragm 545 is sandwiched between the housing 51 and the spring case 543. The pressure P3 or the secondary pressure of the low pressure chamber Cl is introduced into the pressure chamber Cp of the valve return mechanism 54 through the pressure feedback passage 513, and this feedback pressure acts on the valve body 52 through the diaphragm 545. The driving force in the closing direction for 52 is assisted. In the present embodiment, the spring 541 is employed as a generation source of the driving force for returning the valve body 52 to the fully closed position. However, other elastic bodies such as rubber may be employed instead of the spring 541. Not only the body but also permanent magnets can be used.

電磁コイル531に対する通電のオンおよびオフは、コントロールユニット101により制御される。   On / off of energization to the electromagnetic coil 531 is controlled by the control unit 101.

(高圧流体制御弁の要部構成)
図3は、統合主止弁5の要部構成を弁体52の中心軸に平行な断面で示しており、図4は、統合主止弁5の全閉からの開弁動作を、図3と同じ断面により概略的に示している。図3および4を参照して、本実施形態で採用する遮断シート部511および調圧シート部512についてさらに説明する。
(Main part of high pressure fluid control valve)
FIG. 3 shows a configuration of a main part of the integrated main stop valve 5 in a cross section parallel to the central axis of the valve body 52, and FIG. 4 shows a valve opening operation from the fully closed state of the integrated main stop valve 5. It is schematically shown by the same cross section. With reference to FIG. 3 and 4, the shielding sheet part 511 and the pressure regulation sheet part 512 employ | adopted by this embodiment are further demonstrated.

先に述べたように、本実施形態では、スプール状の1つの弁体52に、開閉機能を実現するための遮断部524と、調圧機能を実現するための調圧部525と、を形成する一方、ハウジング51に、遮断部524を受ける遮断シート部511と、調圧部525を受ける調圧シート部512と、を形成する。   As described above, in this embodiment, the spool-shaped single valve body 52 is formed with the blocking portion 524 for realizing the opening / closing function and the pressure adjusting portion 525 for realizing the pressure adjusting function. On the other hand, a blocking sheet portion 511 that receives the blocking portion 524 and a pressure adjusting sheet portion 512 that receives the pressure adjusting portion 525 are formed in the housing 51.

遮断シート部511は、摺動シール部における弁体52の外径、換言すれば、先に述べた摺動シール部を形成する主軸部521の直径(以下「摺動シール径」という)d1よりも大きなシート径(以下「遮断シート径」という)d3を有する。ここで、「遮断シート径」とは、弁体52の遮断部524と遮断シート部511との当接部の直径をいい、弁体52に対して一次圧P1が作用する受圧面を定める際の基準となる寸法である。よって、遮断部524と遮断シート部511とが線ではなく、実質的に面で接触する場合は、「遮断シート径」とは、接触面の外縁部の直径、換言すれば、最大径をいう。   The blocking sheet portion 511 is based on the outer diameter of the valve body 52 in the sliding seal portion, in other words, the diameter (hereinafter referred to as “sliding seal diameter”) d1 of the main shaft portion 521 forming the sliding seal portion described above. Has a large sheet diameter (hereinafter referred to as “blocking sheet diameter”) d3. Here, the “blocking sheet diameter” refers to the diameter of the contact portion between the blocking portion 524 and the blocking sheet portion 511 of the valve body 52, and when the pressure receiving surface on which the primary pressure P 1 acts on the valve body 52 is determined. This is the standard size. Therefore, when the blocking portion 524 and the blocking sheet portion 511 are substantially in contact with each other instead of a line, the “blocking sheet diameter” refers to the diameter of the outer edge portion of the contact surface, in other words, the maximum diameter. .

遮断シート部511は、例えば、所定の遮断面圧を確保し得る硬質な樹脂材から形成することができ、本実施形態では、そのような樹脂材を円環状に成形し、これをハウジング51の内壁に形成した凹状部に嵌合させ、固定ないし固着させることで設けられている。   The blocking sheet portion 511 can be formed from, for example, a hard resin material that can ensure a predetermined blocking surface pressure. In this embodiment, such a resin material is formed into an annular shape, and this is formed into the housing 51. It is provided by being fitted to a concave part formed on the inner wall and fixed or fixed.

調圧シート部512は、遮断シート径d3よりも小さなシート径(以下「調圧シート径」という)d2を有する。換言すれば、遮断シート径d3は、調圧シート径d2よりも大きな値に設定されている。本実施形態において、調圧シート部512は、ハウジング51自体ではなく、ハウジング51の付帯部品、具体的には、「可動体」である円筒状のスライド体515と、スライド体515とハウジング51の内壁との間に圧縮状態で設置されたバネ体516と、により形成される。バネ体516は、「弾性体」を構成するものであり、所定の閉弁面圧を達成し得る弾性を呈するように設定されている。   The pressure adjusting sheet portion 512 has a sheet diameter (hereinafter referred to as “pressure adjusting sheet diameter”) d2 smaller than the blocking sheet diameter d3. In other words, the blocking sheet diameter d3 is set to a value larger than the pressure regulating sheet diameter d2. In the present embodiment, the pressure adjusting sheet portion 512 is not the housing 51 itself, but an accessory component of the housing 51, specifically, a cylindrical slide body 515 that is a “movable body”, and the slide body 515 and the housing 51. And a spring body 516 installed in a compressed state between the inner wall and the inner wall. The spring body 516 constitutes an “elastic body” and is set to exhibit elasticity that can achieve a predetermined valve closing surface pressure.

スライド体515がバネ体516により開方向に付勢されて、その先端部が弁体52の調圧部512に当接し、このスライド体515と調圧部512との当接部として調圧シート部512が形成されている。当接部におけるスライド体515の直径d2を遮断シート径d3よりも小さな値に設定することで、上記関係(d3>d2)を規定する調圧シート径d2を設定することが可能である。低圧室Clを画成するハウジング51の内壁に凹状案内部を形成し、スライド体515の基端側に設けられた拡径部をこの凹状案内部に収容することで、スライド体515が弁体52の開方向に移動自在な状態で低圧室Clに設置されている。スライド体515とハウジング51の内壁との間には、全閉時の状態で所定の間隔gが形成されている。ここで、スライド体515は、バネ体516により弁体52の開方向に付勢されているため、開弁動作時における弁体52の移動に対し、この所定の間隔gに相当する距離だけ、弁体52に追従して移動可能である。   The slide body 515 is urged in the opening direction by the spring body 516, and its tip end abuts on the pressure regulating portion 512 of the valve body 52, and the pressure regulating sheet serves as an abutting portion between the slide body 515 and the pressure regulating portion 512. A portion 512 is formed. By setting the diameter d2 of the slide body 515 at the contact portion to a value smaller than the blocking sheet diameter d3, it is possible to set the pressure regulating sheet diameter d2 that defines the relationship (d3> d2). A concave guide portion is formed on the inner wall of the housing 51 that defines the low-pressure chamber Cl, and the enlarged diameter portion provided on the proximal end side of the slide body 515 is accommodated in the concave guide portion, so that the slide body 515 is a valve body. 52 is installed in the low pressure chamber Cl so as to be movable in the opening direction. A predetermined gap g is formed between the slide body 515 and the inner wall of the housing 51 in a fully closed state. Here, since the slide body 515 is urged in the opening direction of the valve body 52 by the spring body 516, the movement of the valve body 52 during the valve opening operation is a distance corresponding to the predetermined interval g. It can move following the valve body 52.

さらに、本実施形態では、調圧シート径d2が摺動シール径d1と等しい値に設定されている。   Further, in the present embodiment, the pressure adjusting sheet diameter d2 is set to a value equal to the sliding seal diameter d1.

図4の説明に移り、図4(A)は、統合主止弁5の「全閉時」における状態を、図4(B)は、全閉からの開弁動作の過程において、遮断シート部511が開放されたものの、調圧シート部512が遮断されたままである「閉弁時」における状態を、図4(C)は、開弁動作がさらに進み、遮断シート部511および調圧シート部512の双方が開放された「開弁時」における状態を、夫々示している。   Turning to the description of FIG. 4, FIG. 4A shows the state of the integrated main stop valve 5 when it is “fully closed”, and FIG. 4B shows the shut-off seat portion in the process of opening the valve from the fully closed state. FIG. 4 (C) shows the state in the “valve closing” state in which the pressure adjustment sheet portion 512 remains blocked even though 511 is opened. FIG. The state at the time of “valve opening” in which both 512 are opened is shown.

統合主止弁5は、ソレノイド53に供給する電気エネルギ(以下「駆動エネルギ」という)を制御することで弁体52を開方向および閉方向に移動させ、高圧室Chと中間室Cmとの間の流路面積(以下「遮断シート部の開度」という)を制御するとともに、中間室Cmと低圧室Clとの間の流路面積(以下「調圧シート部の開度」という)を制御する。弁体52の開方向の駆動は、電磁コイル531の電磁力により、閉方向の駆動は、スプリング541の弾性に基づく復元力による。   The integrated main stop valve 5 controls the electric energy supplied to the solenoid 53 (hereinafter referred to as “driving energy”) to move the valve body 52 in the opening direction and the closing direction, and between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm. The flow area (hereinafter referred to as “opening degree of the shut-off sheet part”) is controlled, and the flow area (hereinafter referred to as “opening degree of the pressure regulating sheet part”) between the intermediate chamber Cm and the low pressure chamber Cl is controlled. To do. Driving in the opening direction of the valve body 52 is based on electromagnetic force of the electromagnetic coil 531, and driving in the closing direction is based on restoring force based on the elasticity of the spring 541.

図4(A)に示す全閉時では、弁体52の遮断部524が遮断シート部511に、調圧部525が調圧シート部512(スライド体515の先端部)に夫々当接することで、遮断シート部511および調圧シート部512が閉塞された状態にあり、これらの開度は、いずれも0(ゼロ)である。高圧室Chには、第1ポートp1を通じて高圧水素タンク141内部の圧力が導入され、高い圧力(一次圧)P1が作用する。これに対し、低圧室Clに作用する圧力(二次圧)P3は、第2ポートp2がアノードガス供給通路142に接続されていることで、一次圧に比べて極めて低い。中間室Cmには、一次圧P1および二次圧P3の間の圧力P2が作用する。遮断シート部511には、全閉時に完全な流体遮断が求められるのに対し、調圧シート部512には、全閉時であっても安全性の観点から支障のない範囲で僅かな漏れが許容される。よって、システム1の前回停止時から充分な時間が経過している場合に、中間室Cmの圧力P2は、停止直後の圧力から大幅に低下し、一次圧P1よりも寧ろ二次圧P3に近い状態にある。遮断シート径d3が摺動シール径d1よりも大きいことで、弁体52には、一次圧P1に基づき、遮断シート径d3と摺動シール径d1との差分に応じた力が閉方向に作用する(以下、弁体52に対して閉方向に作用する力を「閉弁力」といい、反対に、開方向に作用する力を「開弁力」という)。全閉状態にある弁体52を開方向に移動させるには、一次圧P1に基づく閉弁力に打ち勝つだけの電磁力を電磁コイル531により生じさせる必要がある。   In the fully closed state shown in FIG. 4A, the blocking portion 524 of the valve body 52 comes into contact with the blocking sheet portion 511 and the pressure adjusting portion 525 comes into contact with the pressure adjusting sheet portion 512 (the tip portion of the slide body 515). The blocking sheet portion 511 and the pressure adjusting sheet portion 512 are in a closed state, and their opening degrees are all 0 (zero). The high pressure chamber Ch receives the pressure inside the high pressure hydrogen tank 141 through the first port p1, and a high pressure (primary pressure) P1 acts on the high pressure chamber Ch. On the other hand, the pressure (secondary pressure) P3 acting on the low pressure chamber Cl is extremely lower than the primary pressure because the second port p2 is connected to the anode gas supply passage 142. A pressure P2 between the primary pressure P1 and the secondary pressure P3 acts on the intermediate chamber Cm. The shut-off sheet portion 511 is required to completely shut off the fluid when fully closed, whereas the pressure-adjusting sheet portion 512 has a slight leak within a range that does not hinder the safety from the viewpoint of safety. Permissible. Therefore, when a sufficient time has elapsed since the previous stop of the system 1, the pressure P2 in the intermediate chamber Cm greatly decreases from the pressure immediately after the stop, and is closer to the secondary pressure P3 than the primary pressure P1. Is in a state. Since the blocking sheet diameter d3 is larger than the sliding seal diameter d1, a force corresponding to the difference between the blocking sheet diameter d3 and the sliding seal diameter d1 acts on the valve body 52 in the closing direction based on the primary pressure P1. (Hereinafter, the force acting on the valve body 52 in the closing direction is referred to as “valve closing force”, and conversely, the force acting in the opening direction is referred to as “valve opening force”). In order to move the valve body 52 in the fully closed state in the opening direction, the electromagnetic coil 531 needs to generate an electromagnetic force that can overcome the valve closing force based on the primary pressure P1.

図4(B)に示す閉弁時では、弁体52の遮断部524が遮断シート部511から離間し、遮断シート部511が開放される一方、調圧部525が調圧シート部512に当接したままであることで、調圧シート部512の開度は、依然として0である。遮断シート部511が開放されることで、高圧室Chから中間室Cmへの流れ生じ、高圧室Chと中間室Cmとで圧力P1、P2が均衡する(P1=P2)。調圧シート径(スライド体515の外径)d2が摺動シール径d1と等しいことで、弁体52に対する一次圧P1の影響が相殺される。閉弁時では、スライド体515の拡径部がハウジング51の内壁に当接した状態にあり、弁体52には、バネ体516の弾性力も働いておらず、弁体52に作用する閉弁力は、実質的にスプリング541の弾性力のみである。よって、弁体52を開方向にさらに移動させるには、この比較的小さな閉弁力に打ち勝つ程度の電磁力を生じさせればよい。   When the valve shown in FIG. 4B is closed, the shut-off portion 524 of the valve body 52 is separated from the shut-off sheet portion 511 and the shut-off sheet portion 511 is opened, while the pressure regulating portion 525 is in contact with the pressure regulating seat portion 512. The opening degree of the pressure regulation sheet part 512 is still 0 by staying in contact. By opening the blocking sheet portion 511, a flow from the high pressure chamber Ch to the intermediate chamber Cm occurs, and the pressures P1 and P2 are balanced in the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm (P1 = P2). Since the pressure regulating sheet diameter (outer diameter of the slide body 515) d2 is equal to the sliding seal diameter d1, the influence of the primary pressure P1 on the valve body 52 is offset. When the valve is closed, the diameter-enlarged portion of the slide body 515 is in contact with the inner wall of the housing 51, and the valve body 52 is not affected by the elastic force of the spring body 516, so that the valve body 52 acts on the valve body 52. The force is substantially only the elastic force of the spring 541. Therefore, in order to further move the valve body 52 in the opening direction, an electromagnetic force that overcomes this relatively small valve closing force may be generated.

図4(C)に示す開弁時では、閉弁時の状態からさらに調圧部525が調圧シート部512から離間し、遮断シート部511および調圧シート部512の双方が開放される。これにより、中間室Cmから低圧室Clに水素ガスが流入し、統合主止弁5の下流側に備わる部品(例えば、エゼクタ145)への水素ガスの供給が開始される。調圧シート部512の開度を調節することで、下流部品に供給される水素ガスの圧力を制御する。遮断シート部511の開放後、弁体52に対する一次圧P1の影響が相殺されているため、比較的小さな駆動エネルギで弁体52を移動させることが可能である。   At the time of valve opening shown in FIG. 4C, the pressure adjusting unit 525 is further separated from the pressure adjusting sheet unit 512 from the closed state, and both the blocking sheet unit 511 and the pressure adjusting sheet unit 512 are opened. As a result, hydrogen gas flows into the low pressure chamber Cl from the intermediate chamber Cm, and supply of hydrogen gas to the components (for example, the ejector 145) provided on the downstream side of the integrated main stop valve 5 is started. The pressure of the hydrogen gas supplied to the downstream part is controlled by adjusting the opening of the pressure regulating sheet portion 512. Since the influence of the primary pressure P1 on the valve body 52 is canceled after the blocking sheet portion 511 is opened, the valve body 52 can be moved with relatively small driving energy.

図5は、全閉からの開弁動作時に遮断シート部511および調圧シート部512に作用する面圧の変化を示している。   FIG. 5 shows changes in surface pressure acting on the blocking sheet portion 511 and the pressure regulating sheet portion 512 during the valve opening operation from the fully closed state.

本実施形態では、開弁動作時に、スライド体515が弁体52の移動に対して間隔gに相当する所定の距離だけ追従するので、図5に示すように、弁体52が移動を開始した後、遮断シート部511がまず開放され、その後、スライド体515の拡径部がハウジング51の内壁に当接した時点で、調圧シート部512が開放される。弁体52の遮断部524および調圧部525が遮断シート部511、調圧シート部512から離間する弁位置を、夫々「着座点」として示している。   In the present embodiment, during the valve opening operation, the slide body 515 follows the movement of the valve body 52 by a predetermined distance corresponding to the interval g, so that the valve body 52 starts moving as shown in FIG. Thereafter, the blocking sheet portion 511 is first opened, and then the pressure regulating sheet portion 512 is opened when the diameter-expanded portion of the slide body 515 comes into contact with the inner wall of the housing 51. The valve positions at which the blocking portion 524 and the pressure adjusting portion 525 of the valve body 52 are separated from the blocking sheet portion 511 and the pressure adjusting sheet portion 512 are indicated as “sitting points”, respectively.

遮断シート部511は、硬質の樹脂材から形成されており、全閉時には、一次圧P1に基づく閉弁力が弁体52の遮断部524に作用して、所定の遮断面圧を上回る面圧をもって遮断部524と当接した状態にある。電磁コイル531に対する通電がオンされ、弁体52に作用する開弁力が一次圧P1に基づく閉弁力を超えると、弁体52が移動を開始し、これに伴い、遮断シート部511の面圧が急激に減少する。着座点以降、遮断シート部511の面圧は、0(ゼロ)となる。   The shut-off sheet portion 511 is formed of a hard resin material, and when fully closed, a valve closing force based on the primary pressure P1 acts on the shut-off portion 524 of the valve body 52 to exceed a predetermined shut-off surface pressure. Is in contact with the blocking portion 524. When energization to the electromagnetic coil 531 is turned on and the valve opening force acting on the valve body 52 exceeds the valve closing force based on the primary pressure P1, the valve body 52 starts to move, and accordingly, the surface of the blocking sheet portion 511 Pressure decreases rapidly. After the seating point, the surface pressure of the blocking sheet portion 511 is 0 (zero).

調圧シート部512は、スライド体515およびバネ体516により構成され、バネ体516は、所定の閉弁面圧を達成し得る弾性を呈するように設定されている。よって、全閉時には、スライド体515は、バネ体516の弾性力により、所定の閉弁面圧を上回る面圧をもって弁体52の調圧部525に押し付けられた状態にある。弁体52に追従してスライド体515が移動するのに伴い、バネ体516の変位量が減少し、弾性力が減少するため、調圧シート部512の面圧も減少する。調圧シート部512の面圧の減少は、遮断シート部511よりも緩やかである。着座点以降、調圧シート部512の面圧も、遮断シート部511と同様に0となる。本実施形態では、弁体52の調圧部525が調圧シート部512に着座した直後または離間する直前の面圧を閉弁面圧とする。   The pressure adjusting sheet portion 512 includes a slide body 515 and a spring body 516, and the spring body 516 is set to exhibit elasticity that can achieve a predetermined valve closing surface pressure. Therefore, when fully closed, the slide body 515 is pressed against the pressure adjusting portion 525 of the valve body 52 with a surface pressure exceeding a predetermined valve closing surface pressure by the elastic force of the spring body 516. As the slide body 515 moves following the valve body 52, the amount of displacement of the spring body 516 decreases and the elastic force decreases, so the surface pressure of the pressure adjusting sheet portion 512 also decreases. The decrease in the surface pressure of the pressure adjusting sheet portion 512 is more gradual than that of the blocking sheet portion 511. After the seating point, the surface pressure of the pressure-adjusting sheet portion 512 is also zero as with the blocking sheet portion 511. In the present embodiment, the surface pressure immediately after the pressure adjusting portion 525 of the valve body 52 is seated on the pressure adjusting seat portion 512 or immediately before being separated is defined as the valve closing surface pressure.

開弁からの閉弁動作時では、遮断シート部511および調圧シート部512の面圧は、開弁動作時とは逆の変化を示す。ただし、弁戻し機構54のスプリング541によっては遮断シート部511の反発力に抗するだけの閉弁力を生じさせることができないので、遮断部524が遮断シート部511に着座した後の面圧の上昇は、高圧室Chと中間室Cmとの差圧の増大に応じたものとなる。   During the valve closing operation from the valve opening, the surface pressures of the shut-off sheet portion 511 and the pressure regulating sheet portion 512 exhibit changes opposite to those during the valve opening operation. However, since the spring 541 of the valve return mechanism 54 cannot generate a valve closing force that resists the repulsive force of the blocking sheet portion 511, the surface pressure after the blocking portion 524 is seated on the blocking sheet portion 511 is reduced. The increase corresponds to an increase in the differential pressure between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm.

図6は、全閉からの開弁動作時にソレノイド53に供給する駆動エネルギの変化を示している。   FIG. 6 shows a change in drive energy supplied to the solenoid 53 during the valve opening operation from the fully closed state.

本実施形態では、動作開始後の期間A(時間t0〜t1)において、一次圧P1に基づく閉弁力に打ち勝つだけの大きな開弁力を生じさせるため、駆動エネルギを急減に増大させ、ソレノイド53に対して大きな開弁エネルギE1を供給する。開弁エネルギE1の大きさは、一次圧P1、換言すれば、高圧水素タンク141内部の圧力に応じて変更する。具体的には、高圧水素タンク141の貯蔵量ないし残容量が多く、一次圧P1が高いときほど、開弁エネルギE1を増大させる。   In the present embodiment, in the period A (time t0 to t1) after the operation is started, a large valve opening force that can overcome the valve closing force based on the primary pressure P1 is generated. Is supplied with a large valve opening energy E1. The magnitude of the valve opening energy E1 is changed according to the primary pressure P1, in other words, the pressure inside the high-pressure hydrogen tank 141. Specifically, the valve opening energy E1 is increased as the storage amount or remaining capacity of the high-pressure hydrogen tank 141 is larger and the primary pressure P1 is higher.

弁体52が移動を開始し、遮断部524と遮断シート部511との間に僅かな隙間が生じると、高圧室Chから中間室Cmへの流れが生じ、中間室Cmの圧力P2が上昇する。高圧室Chと中間室Cmとの差圧が減少するのに従い、閉弁力が減少する。高圧室Chと中間室Cmとで圧力が均衡した状態(P1=P2)では、弁体52に対する一次圧P1の影響が相殺され、弁体52は、スプリング541の弾性力に打ち勝つ程度の比較的小さな開弁力で移動させることが可能である。よって、本実施形態では、弁体52が移動を開始し、遮断部524が遮断シート部511から離間し始めたのに合わせて駆動エネルギを減少させ、開弁エネルギE1よりも大幅に低い調圧エネルギE2に切り換える(時間t2)。   When the valve body 52 starts moving and a slight gap is generated between the blocking portion 524 and the blocking sheet portion 511, a flow from the high pressure chamber Ch to the intermediate chamber Cm occurs, and the pressure P2 in the intermediate chamber Cm increases. . As the pressure difference between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm decreases, the valve closing force decreases. In a state where the pressure is balanced between the high-pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm (P1 = P2), the influence of the primary pressure P1 on the valve body 52 is canceled out, and the valve body 52 is relatively large enough to overcome the elastic force of the spring 541. It can be moved with a small opening force. Therefore, in this embodiment, the valve body 52 starts to move and the drive energy is reduced as the shut-off portion 524 starts to move away from the shut-off sheet portion 511, and the pressure regulation is significantly lower than the valve opening energy E1. Switch to energy E2 (time t2).

切換後、調圧エネルギE2を増大させたり(時間t3、t5)、減少させたりすることで(時間t4、t6)、燃料電池10に対する水素ガスの供給流量を制御する。燃料電池システム1を停止する場合は、駆動エネルギを0として、電磁コイル531に対する通電を停止する(時間t7)。   After the switching, the pressure regulation energy E2 is increased (time t3, t5) or decreased (time t4, t6) to control the hydrogen gas supply flow rate to the fuel cell 10. When the fuel cell system 1 is stopped, the drive energy is set to 0 and the energization to the electromagnetic coil 531 is stopped (time t7).

(作用効果の説明)
以上が統合主止弁5に関する説明であり、以下、本実施形態により得られる効果をまとめる。
(Explanation of effects)
The above is the description regarding the integrated main stop valve 5, and the effects obtained by this embodiment will be summarized below.

第1に、開閉機能と調圧機能とを1つの制御弁(統合主止弁5)に統合することができる。   First, the opening / closing function and the pressure regulating function can be integrated into one control valve (integrated main stop valve 5).

遮断シート部511のシート径(遮断シート径)d3を摺動シール部における弁体52の外径(摺動シール径)d1よりも大きくしたことで、これらの差分に相当する面を一次圧の受圧面として機能させ、この受圧面に作用する圧力(一次圧)P1により、全閉時の遮断機能を確保することができる。   By making the sheet diameter (blocking sheet diameter) d3 of the blocking sheet portion 511 larger than the outer diameter (sliding seal diameter) d1 of the valve body 52 in the sliding seal portion, the surface corresponding to these differences is reduced to the primary pressure. The blocking function when fully closed can be secured by the pressure (primary pressure) P1 that functions as a pressure receiving surface and acts on the pressure receiving surface.

さらに、遮断シート径d3を調圧シート部512のシート径(調圧シート径)d2よりも大きく、換言すれば、調圧シート径d2を遮断シート径d3よりも小さくしたことで、遮断シート部511の開放後、弁体52に対する一次圧P1の影響を低減し、比較的小さな開弁力(ソレノイド53の電磁力)で弁体52を駆動することが可能となる。これにより、調圧時における弁体52の制御性を確保するとともに、電力の消費を抑制することができる。   Furthermore, the blocking sheet diameter d3 is larger than the sheet diameter (pressure adjusting sheet diameter) d2 of the pressure adjusting sheet portion 512, in other words, the pressure adjusting sheet diameter d2 is smaller than the blocking sheet diameter d3, so that the blocking sheet portion After opening 511, the influence of the primary pressure P1 on the valve body 52 is reduced, and the valve body 52 can be driven with a relatively small valve opening force (electromagnetic force of the solenoid 53). Thereby, controllability of the valve body 52 at the time of pressure regulation can be ensured, and power consumption can be suppressed.

そして、開閉機能と調圧機能との統合を通じて配管等のレイアウト性が向上するとともに、部品数および製造コストを削減することが可能となる。   And, by integrating the opening / closing function and the pressure adjusting function, the layout of piping and the like can be improved, and the number of parts and the manufacturing cost can be reduced.

第2に、調圧シート径d2が摺動シール径d1と等しいことで、遮断シート部511が開放されたものの、調圧シート部512が依然として閉塞されたままの状態にある閉弁時に(図4(B))、高圧室Chの圧力P1と中間室Cmの圧力P2(=P1)とが弁体52に対して閉方向に作用させる力と、開方向に作用させる力と、が互いに均衡する。このように、遮断シート部511の開放後、一次圧P1の影響を相殺することが可能となり、調圧時における弁体52の制御性をさらに高めることができる。   Second, when the pressure regulating sheet diameter d2 is equal to the sliding seal diameter d1, the shut-off sheet portion 511 is opened, but the pressure regulating sheet portion 512 is still closed (see FIG. 4 (B)), the force that the pressure P1 of the high-pressure chamber Ch and the pressure P2 (= P1) of the intermediate chamber Cm act on the valve body 52 in the closing direction and the force that acts in the opening direction are balanced with each other. To do. Thus, after the blocking sheet portion 511 is opened, it becomes possible to cancel the influence of the primary pressure P1, and the controllability of the valve body 52 during pressure regulation can be further enhanced.

第3に、スライド体515とバネ体516とを用いた簡易な構造により、調圧シート部512を実現することができる。そして、開弁動作時にスライド体515が弁体52の移動に追従する間、バネ体516により調圧シート部512を通じた過大な漏れを抑えるのに必要な面圧を維持することが可能であるとともに、弾性力の調整により、漏れの抑制に必要な面圧を容易に設定し、確保することができる。   Third, the pressure regulating sheet portion 512 can be realized by a simple structure using the slide body 515 and the spring body 516. Then, while the slide body 515 follows the movement of the valve body 52 during the valve opening operation, it is possible to maintain the surface pressure necessary to suppress excessive leakage through the pressure adjusting sheet portion 512 by the spring body 516. At the same time, by adjusting the elastic force, it is possible to easily set and ensure the surface pressure necessary for suppressing the leakage.

(他の実施形態の説明)
図7は、本発明の第2実施形態に係る統合主止弁5の構成を、遮断シート部511を中心に示している。
(Description of other embodiments)
FIG. 7 shows the configuration of the integrated main stop valve 5 according to the second embodiment of the present invention, centering on the blocking sheet portion 511.

先に示した第1実施形態では、遮断シート部511を、弁体52の遮断部524に対して線で接触させた(例えば、図3)。線接触による場合は、閉弁動作時に、弁体52の遮断部524が遮断シート部511に当接した後、短時間のうちに弁体52を再度開弁させる際に必要となる駆動エネルギを小さく抑えることができる。中間室Cmの圧力P2がP1からそれほど減少していないため、一次圧P1に基づく閉弁力と開弁力とが依然として近い状態にあるからである。しかし、遮断シート部511と遮断部524とは、径方向に幅を有する面で接触させてもよい。   In 1st Embodiment shown previously, the interruption | blocking sheet | seat part 511 was made to contact with the interruption | blocking part 524 of the valve body 52 with a line | wire (for example, FIG. 3). In the case of line contact, the drive energy required for reopening the valve body 52 within a short time after the shut-off portion 524 of the valve body 52 contacts the shut-off sheet portion 511 during the valve closing operation. It can be kept small. This is because the valve closing force and the valve opening force based on the primary pressure P1 are still close to each other because the pressure P2 in the intermediate chamber Cm has not decreased so much from P1. However, the blocking sheet portion 511 and the blocking portion 524 may be brought into contact with a surface having a width in the radial direction.

本実施形態において、弁体52の遮断部524は、中心軸ないし開方向に対して傾斜して形成され、遮断シート部511は、全閉時にこの傾斜面に対して面接触する。遮断シート部511は、第1実施形態と同様に、所定の遮断面圧を確保し得るほどの硬質な樹脂材からなり、図7(a)に示す全閉時の状態において、最大径d3maxおよび最小径d3minを有する。同図から明らかなように、最大径d3maxは、弁体52に対して一次圧P1が作用する受圧面を定める際の基準となる寸法であることから、遮断シート径d3に相当し、摺動シール径d1および調圧シート径d2よりも大きな値に設定されている。これに対し、最小径d3minは、摺動シール径d1および調圧シート径d2に等しい値に設定されている。   In the present embodiment, the blocking portion 524 of the valve body 52 is formed to be inclined with respect to the central axis or the opening direction, and the blocking sheet portion 511 is in surface contact with the inclined surface when fully closed. As in the first embodiment, the blocking sheet portion 511 is made of a hard resin material that can secure a predetermined blocking surface pressure. In the fully closed state shown in FIG. 7A, the maximum diameter d3max and It has a minimum diameter d3min. As is clear from the figure, the maximum diameter d3max is a reference dimension for determining the pressure-receiving surface on which the primary pressure P1 acts on the valve body 52, and therefore corresponds to the blocking sheet diameter d3, and slides. It is set to a value larger than the seal diameter d1 and the pressure regulating sheet diameter d2. On the other hand, the minimum diameter d3min is set to a value equal to the sliding seal diameter d1 and the pressure regulating sheet diameter d2.

このように、遮断シート部511が弁体52の遮断部524に対して面接触するとともに、接触面の最大径d3max(換言すれば、遮断シート径d3)が摺動シール径d1よりも大きいことで、全閉直後から一次圧P1による遮断機能を発揮させることが可能となる。仮に線接触によるならば、全閉直後は、中間室Cmの圧力P2が一次圧P1に等しく、一次圧P1に基づく閉弁力と開弁力とが互いに均衡した状態となる。中間室Cmの圧力P2が時間の経過とともに低下し、高圧室Chと中間室Cmとの差圧が拡大するのに従い、閉弁力が開弁力に対して相対的に増大し、所望の遮断面圧が形成され、遮断機能が発揮されることとなる。これに対し、面接触を採用し、最大径d3maxを摺動シール径d1よりも大きくした場合は、接触面の分だけ一次圧P1の受圧面が閉弁側で大きくなり、その分だけ、開弁力よりも大きな閉弁力を確保することができる。   Thus, the blocking sheet portion 511 is in surface contact with the blocking portion 524 of the valve body 52, and the maximum diameter d3max of the contact surface (in other words, the blocking sheet diameter d3) is larger than the sliding seal diameter d1. Thus, it is possible to exert a blocking function by the primary pressure P1 immediately after the fully closed state. If it is due to line contact, immediately after the full closure, the pressure P2 in the intermediate chamber Cm is equal to the primary pressure P1, and the valve closing force and the valve opening force based on the primary pressure P1 are in balance with each other. As the pressure P2 in the intermediate chamber Cm decreases with time and the differential pressure between the high pressure chamber Ch and the intermediate chamber Cm increases, the valve closing force increases relative to the valve opening force, and the desired cutoff A surface pressure is formed, and a blocking function is exhibited. On the other hand, when the surface contact is adopted and the maximum diameter d3max is made larger than the sliding seal diameter d1, the pressure receiving surface of the primary pressure P1 becomes larger on the valve closing side by the amount of the contact surface, and is opened by that much. A valve closing force larger than the valve force can be secured.

そして、接触面の最小径d3minが調圧シート径d2と等しいことで、全閉時に中間室Cmの圧力P2の影響を相殺することができる。   And since the minimum diameter d3min of a contact surface is equal to the pressure regulation sheet diameter d2, the influence of the pressure P2 of the intermediate chamber Cm can be canceled when fully closed.

図8は、本発明の第3実施形態に係る統合主止弁5の遮断シート部511の構成を示している。   FIG. 8 shows the configuration of the blocking sheet portion 511 of the integrated main stop valve 5 according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態では、第2実施形態と同様に、遮断シート部511と弁体52の遮断部524とを面接触させることに加え、遮断シート部511を所定の長さlだけ開方向に突出させている。これにより、遮断シート部511は、所定の長さlに亘って接触面と等しい開方向の投影面積を有し、最大径d3maxがこの長さlの範囲で一定となる。このようにすれば、遮断シート部511を形成する材料の摩耗に対し、最大径d3maxの変化を抑制し、一次圧P1に基づく閉弁力を安定して生じさせることができる。   In this embodiment, as in the second embodiment, in addition to bringing the blocking sheet portion 511 and the blocking portion 524 of the valve body 52 into surface contact, the blocking sheet portion 511 is protruded in the opening direction by a predetermined length l. ing. Thereby, the blocking sheet portion 511 has a projection area in the opening direction equal to the contact surface over a predetermined length l, and the maximum diameter d3max is constant within the range of the length l. In this way, the change in the maximum diameter d3max can be suppressed against the wear of the material forming the blocking sheet portion 511, and the valve closing force based on the primary pressure P1 can be stably generated.

図9は、本発明の第4実施形態に係る統合主止弁5の構成を、調圧シート部512を中心に示している。   FIG. 9 shows the configuration of the integrated main stop valve 5 according to the fourth embodiment of the present invention, centering on the pressure regulating seat portion 512.

第1実施形態では、調圧シート部512を、ハウジング51自体ではなく、ハウジング51の付帯部品であるスライド体515およびバネ体516により構成した。しかし、調圧シート部512は、ハウジング51自体により、換言すれば、ハウジング51の一部として構成することも可能である。   In the first embodiment, the pressure adjusting sheet portion 512 is configured not by the housing 51 itself but by the slide body 515 and the spring body 516 which are incidental parts of the housing 51. However, the pressure adjusting sheet portion 512 can be configured by the housing 51 itself, in other words, as a part of the housing 51.

本実施形態において、調圧シート部512は、例えば、所定の閉弁面圧を確保し得るだけの弾性を呈する樹脂材から形成され、遮断シート部511と同様に、そのような樹脂材を円環状に成形し、これをハウジング51の内壁に形成した凹状部に固定ないし固着させることで設けられている。   In the present embodiment, the pressure adjusting sheet portion 512 is formed of, for example, a resin material exhibiting sufficient elasticity to ensure a predetermined valve closing surface pressure, and like the blocking sheet portion 511, such a resin material is circular. It is formed in an annular shape and fixed or fixed to a concave portion formed on the inner wall of the housing 51.

調圧シート部512は、図9(a)に示す全閉時の状態で圧縮変形されており、弁体52の調圧部525に面接触する。この接触面は、径方向に一定の幅を有し、外縁部により定められる最大径d2maxが遮断シート径d3と等しく、内縁部により定められる最小径d2minが摺動シール径d1と等しい。よって、本実施形態でも、遮断シート径d3は、摺動シール径d1よりも大きな値を有する。全閉からの開弁動作時に、調圧シート部512は、弁体52の移動に伴って徐々に形状を復元し、調圧部525が調圧シート部512から離間する直前に(図9(b))、調圧部525は、調圧シート部512に対してその内縁部で当接した状態にある。   The pressure regulation sheet portion 512 is compressed and deformed in the fully closed state shown in FIG. 9A, and comes into surface contact with the pressure regulation portion 525 of the valve body 52. The contact surface has a certain width in the radial direction, the maximum diameter d2max defined by the outer edge portion is equal to the blocking sheet diameter d3, and the minimum diameter d2min defined by the inner edge portion is equal to the sliding seal diameter d1. Therefore, also in this embodiment, the blocking sheet diameter d3 has a larger value than the sliding seal diameter d1. During the valve opening operation from the fully closed state, the pressure adjusting sheet portion 512 gradually recovers its shape as the valve body 52 moves, and immediately before the pressure adjusting portion 525 is separated from the pressure adjusting sheet portion 512 (FIG. 9 ( b)), the pressure adjusting part 525 is in contact with the pressure adjusting sheet part 512 at its inner edge.

このような構成によれば、遮断シート径d3が摺動シール径d1よりも大きいことで、これらの差分に相当する面を一次圧の受圧面として一次圧P1を閉方向に作用させ、全閉時の遮断機能を確保することができる。   According to such a configuration, since the blocking sheet diameter d3 is larger than the sliding seal diameter d1, the primary pressure P1 acts in the closing direction with the surface corresponding to these differences as the pressure receiving surface of the primary pressure, and is fully closed. It is possible to ensure a time-off function.

さらに、調圧シート部512の最小径d2minが遮断シート径d3よりも小さいことで、遮断シート部511の開放後、弁体52に対する一次圧P1の影響を低減し、調圧時における弁体52の制御性を確保するとともに、電力の消費を抑制することができる。最小径d2minが摺動シール径d1と等しいことで、一次圧P1に基づく閉弁力と開弁力とが均衡し、より小さな電磁力で弁体52を移動させることが可能となるので、弁体52の制御性をさらに高めることができる。   Further, since the minimum diameter d2min of the pressure adjusting sheet portion 512 is smaller than the blocking sheet diameter d3, the influence of the primary pressure P1 on the valve body 52 is reduced after the blocking sheet portion 511 is opened, and the valve body 52 during pressure adjustment is reduced. As well as ensuring controllability, power consumption can be suppressed. Since the minimum diameter d2min is equal to the sliding seal diameter d1, the valve closing force based on the primary pressure P1 and the valve opening force are balanced, and the valve body 52 can be moved with a smaller electromagnetic force. The controllability of the body 52 can be further enhanced.

このように、スライド体515等の付帯部品によらず、ハウジング51自体によっても調圧シート部512を実現することが可能であり、開閉機能と調圧機能との統合を通じて配管等のレイアウト性を向上させ、部品数および製造コストを削減することができる。   In this way, the pressure regulating sheet portion 512 can be realized by the housing 51 itself regardless of the accessory parts such as the slide body 515, and the layout of piping and the like can be improved by integrating the opening / closing function and the pressure regulating function. The number of parts and manufacturing cost can be reduced.

以上の説明では、本発明を燃料電池自動車に適用した場合を例に説明したが、本発明は、これに限らず、天然ガス自動車に対し、調圧弁の機能を兼ね備えた統合主止弁として適用することも可能である。   In the above description, the case where the present invention is applied to a fuel cell vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is applied to a natural gas vehicle as an integrated main stop valve having a pressure regulating valve function. It is also possible to do.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において、様々な変更および修正が可能であることはいうまでもない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various changes and modifications can be made within the scope of the matters described in the claims. Not too long.

1…燃料電池システム
5…統合主止弁(高圧流体制御弁)
51…ハウジング
51a…弁体案内孔
511…遮断シート部
512…調圧シート部
Ch…高圧室
Cm…中間室
Cl…低圧室
52…弁体
521…主軸部
524…遮断部
525…調圧部
526…環状シール部材
53…ソレノイド
531…電磁コイル
532…プランジャ
54…弁戻し機構
p1…第1ポート
p2…第2ポート
12…カソードガス給排機構
121…カソードガス供給通路
122…カソードオフガス排出通路
14…アノードガス給排機構
141…高圧水素タンク(燃料タンク)
142…アノードガス供給通路
143…アノードオフガス循環通路
101…コントロールユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 5 ... Integrated main stop valve (high pressure fluid control valve)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Housing 51a ... Valve body guide hole 511 ... Blocking sheet part 512 ... Pressure regulation sheet part Ch ... High pressure chamber Cm ... Intermediate | middle chamber Cl ... Low pressure chamber 52 ... Valve body 521 ... Main shaft part 524 ... Blocking part 525 ... Pressure regulation part 526 ... annular seal member 53 ... solenoid 531 ... electromagnetic coil 532 ... plunger 54 ... valve return mechanism p1 ... first port p2 ... second port 12 ... cathode gas supply / discharge mechanism 121 ... cathode gas supply passage 122 ... cathode off-gas discharge passage 14 ... Anode gas supply / exhaust mechanism 141 High-pressure hydrogen tank (fuel tank)
142 ... Anode gas supply passage 143 ... Anode off gas circulation passage 101 ... Control unit

Claims (6)

高圧側の第1ポートと、低圧側の第2ポートと、を有し、
前記第1ポートを通じて導入した高圧流体を減圧して、前記第2ポートから送出する高圧流体制御弁であって、
ハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記第1ポートから前記第2ポートへ向かう前記高圧流体の流れを制御する弁体と、前記弁体を駆動するソレノイドと、を備え、
前記ハウジングは、前記第1ポートと連通する高圧室と、前記第2ポートと連通する低圧室と、前記高圧室および前記低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、
前記高圧室と前記中間室との間に形成された遮断シート部と、前記中間室と前記低圧室との間に形成された調圧シート部と、を有し、
前記弁体は、前記高圧室から前記中間室にかけて延在する一方、前記ハウジングの弁体案内孔に摺動可能に挿入されて、前記高圧室を外部に対して密封するための摺動シール部を形成し、さらに、全閉時に前記遮断シート部と当接し、前記高圧室と前記中間室との連通を遮断する遮断部と、全閉時に前記調圧シート部と当接し、前記中間室と前記低圧室との連通を遮断する調圧部と、を有し、
前記調圧シート部は、全閉からの開弁動作時に前記弁体の移動に対して所定の距離だけ追従して変位または変形可能であり、
前記遮断シート部は、そのシート径である遮断シート径が、前記調圧シート部のシート径である調圧シート径よりも大きく、前記摺動シール部における前記弁体の外径よりも大きい、
高圧流体制御弁。
A first port on the high pressure side and a second port on the low pressure side,
A high-pressure fluid control valve that depressurizes the high-pressure fluid introduced through the first port and sends it out from the second port;
A housing, a valve body that is housed in the housing and controls the flow of the high-pressure fluid from the first port toward the second port, and a solenoid that drives the valve body,
The housing is formed with a high-pressure chamber communicating with the first port, a low-pressure chamber communicating with the second port, and an intermediate chamber between the high-pressure chamber and the low-pressure chamber,
A blocking sheet portion formed between the high pressure chamber and the intermediate chamber, and a pressure adjusting sheet portion formed between the intermediate chamber and the low pressure chamber,
The valve body extends from the high-pressure chamber to the intermediate chamber, and is slidably inserted into the valve body guide hole of the housing to seal the high-pressure chamber from the outside. And a contact portion that contacts the blocking sheet portion when fully closed and blocks communication between the high pressure chamber and the intermediate chamber, and a contact portion that contacts the pressure adjusting sheet portion when fully closed, and the intermediate chamber, A pressure adjusting unit that blocks communication with the low-pressure chamber,
The pressure adjusting sheet portion can be displaced or deformed by following a predetermined distance with respect to the movement of the valve body during the valve opening operation from the fully closed state,
The blocking sheet portion has a blocking sheet diameter that is a sheet diameter larger than a pressure adjusting sheet diameter that is a sheet diameter of the pressure adjusting sheet portion, and is larger than an outer diameter of the valve body in the sliding seal portion,
High pressure fluid control valve.
前記調圧シート径は、前記摺動シール部における前記弁体の外径と等しい、請求項1に記載の高圧流体制御弁。   The high pressure fluid control valve according to claim 1, wherein the pressure regulating seat diameter is equal to an outer diameter of the valve body in the sliding seal portion. 全閉時に前記弁体の調圧部に当接するとともに、前記ハウジングに対して前記所定の距離に相当する隙間が形成されるように、前記低圧室に配置された可動体と、前記可動体を前記弁体の開方向に付勢する弾性体と、をさらに備え、
前記調圧シート部は、前記可動体の前記調圧部に対する当接部として形成される、請求項1または2に記載の高圧流体制御弁。
A movable body disposed in the low-pressure chamber and the movable body so as to abut against the pressure regulating portion of the valve body when fully closed and to form a gap corresponding to the predetermined distance with respect to the housing. An elastic body biasing in the opening direction of the valve body,
The high-pressure fluid control valve according to claim 1, wherein the pressure adjusting sheet portion is formed as a contact portion of the movable body with respect to the pressure adjusting portion.
前記弁体の遮断部は、開方向に対して傾斜して形成され、
前記遮断シート部は、前記遮断部に対して全閉時に面接触し、
前記遮断シート部の接触面は、最大径が前記摺動シール部における前記弁体の外径よりも大きく、最小径が前記調圧シート径に等しい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁。
The blocking portion of the valve body is formed to be inclined with respect to the opening direction,
The blocking sheet portion is in surface contact with the blocking portion when fully closed,
The contact surface of the said interruption | blocking sheet | seat part is larger than the outer diameter of the said valve body in the said sliding seal | sticker part, and the minimum diameter is any one of Claims 1-3 equal to the said pressure regulation sheet | seat diameter. The high-pressure fluid control valve described.
前記遮断シート部は、開方向に凸の形状を有し、開方向の投影面積が所定の長さに亘って前記接触面と等しい、請求項4に記載の高圧流体制御弁。   The high-pressure fluid control valve according to claim 4, wherein the blocking sheet portion has a convex shape in the opening direction, and a projected area in the opening direction is equal to the contact surface over a predetermined length. 燃料と酸化剤との供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンクと前記燃料電池との間に介装され、前記第1ポートを通じて前記燃料を導入し、減圧後の燃料を前記第2ポートから送出する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁と、
前記高圧流体制御弁の前記第2ポートと前記燃料電池のアノード極とを接続する燃料供給管と、
前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態センサと、
前記運転状態センサの出力信号を入力し、前記ソレノイドに対する駆動信号を出力するコントローラと、
を備える、燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by receiving fuel and an oxidant; and
A fuel tank for storing the fuel;
6. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel tank is interposed between the fuel tank and the fuel cell, introduces the fuel through the first port, and delivers the decompressed fuel from the second port. The high-pressure fluid control valve described,
A fuel supply pipe connecting the second port of the high pressure fluid control valve and the anode electrode of the fuel cell;
An operation state sensor for detecting an operation state of the fuel cell;
A controller for inputting an output signal of the operation state sensor and outputting a drive signal for the solenoid;
A fuel cell system comprising:
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