JP4815394B2 - 減圧用レギュレータおよび該減圧用レギュレータを用いる高圧ガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧のガスを減圧する際に使用される減圧用レギュレータおよび該減圧用レギュレータを用いる高圧ガス供給システムに関する。

図７(ａ)は、従来の減圧弁１００の要部断面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)に示す減圧弁１００の弁体１０１をＦ方向から見た矢視図である。
従来、減圧弁１００は、燃料に高圧ガスを用いる定置用高圧ガス供給システム等に使用されている。
この減圧弁１００は、図７に示すように、高圧ガス供給システムの元弁である図示しない遮断弁(図７(ａ)中の左側に配置される)よりも下流に配置され、減圧弁１００より上流の高圧のガスを、減圧弁１００より下流の低圧のガスに減圧するために使用されている。
減圧弁１００は、細径の円柱状の弁棒１０１ａおよび太径の円柱状の大径部１０１ｂを有する弁体１０１と、弁体１０１の弁棒１０１ａの廻りに配設される圧縮コイルバネ１０４と、該圧縮コイルバネ１０４および弁体１０１が収容されるとともに１次室１０８、２次室１０９、および減圧２次室１０３が画成される弁ケース１０２とを備え構成されている。

この弁体１０１は、高圧側の１次室１０８のガス圧力を受けるとともに、その中央部には、１次室１０８内の高圧ガスが低圧側の２次室１０９内へ通流するための連通孔１０１ｋが貫設されている。また、弁体１０１の一方端部には、１次室１０８からの高圧ガスの供給口１００ｐを開閉するための開閉部１０１ｔが形成されている。
なお、弁体１０１の弁棒１０１ａの外周部に凹部が輪状に形成され、該凹部にＯリングｏ1が配設され、このＯリングｏ1が１次室内壁１０８ａと弁体１０１の弁棒１０１ａ間をシールし、１次室１０８内の高圧ガスが低圧側の２次室１０９内へ漏出することを防止している。同様に、弁体１０１の大径部１０１ｂの外周部に凹部が輪状に形成され、該凹部にＯリングｏ2が配設され、このＯリングｏ2が減圧２次室内壁１０３ａと弁体１０１の大径部１０１ｂ間をシールし、低圧側の２次室１０９内のガスが１次室１０８側へ漏出することを防止している。

上述の構成の減圧弁１００の弁体１０１は、低圧側の２次室１０９のガス圧力が低い場合には、圧縮コイルバネ１０４の弾性力および弁体１０１が受ける１次室１０８のガス圧力が弁体１０１の受圧面１０１ｓに加わる低圧側の２次室１０９のガス圧力より大きく、矢印β方向に移動する。そして、２次室１０９のガス圧力が極度に低い場合には、弁体１０１の受圧面１０１ｓが２次室側壁１０９ａに密着している(図７(ａ)の状態)。
一方、低圧側の２次室１０９のガス圧力が高く、２次室１０９のガス圧力によって受圧面１０１ｓに加わる力が、圧縮コイルバネ１０４の弾性力および弁体１０１が受ける上流側の１次室１０８のガス圧力による力に打ち勝つ場合、矢印αのように、弁体１０１が高圧の１次室１０８側に移動する。そして、低圧側の２次室１０９のガス圧力が、予め設定したガス圧力値に至った場合、弁体１０１の開閉部１０１ｔが、１次室１０８からの高圧ガスの供給口１００ｐを閉塞し、１次室１０８からの高圧ガスの供給を停止する。

なお、この弁体１０１の減圧２次室１０３内の摺動運動により、Ｏリングｏ1が１次室内壁１０８ａに摺動するとともに、Ｏリングｏ2が減圧２次室内壁１０３ａに摺動するため、Ｏリングｏ1、ｏ2周辺には、潤滑剤としてグリスが塗布されている。
なお、本願に係わる文献公知発明として、下記の特許文献１がある。
実開昭６２−２０７８４号公報(明細書３頁９行目から４頁１１行目、図２等)

ところで、図７(ｂ)に示すように、弁体１０１の他方端面である受圧面１０１ｓは、表面粗さが細かい平面となっており、また、弁体１０１の受圧面１０１ｓに対向する減圧２次室１０３の２次室側壁１０９ａは、同様に、表面粗さが細かい平面となっている。
そのため、弁体１０１の受圧面１０１ｓと２次室側壁１０９ａとのメタルシール効果が発生し、或いは、潤滑剤として使用されるグリスが、弁体１０１の受圧面１０１ｓと２次室側壁１０９ａ間に侵入し、弁体１０１の受圧面１０１ｓが２次室側壁１０９ａに貼り付く現象が発生する。
このようなことから、弁体１０１の受圧面１０１ｓにおける２次室１０９のガス圧を受ける有効断面積が減少し、次式の関係、すなわち、

２次室１０９側ガス圧力×弁体１０１の受圧面１０１ｓの面積＞圧縮コイルバネ１０４の弾性力＋弁体１０１が受ける１次室１０８のガス圧力による力
となっても、弁体１０１が２次室側壁１０９ａに密着したまま１次室１０８側、すなわち、矢印α方向へ移動せず、２次室１０９側のガス圧力がオーバーシュートして設定された圧力よりも高くなり、弁体１０１の開閉部１０１ｔに想定以上の荷重が加わり、異音が発生する場合がある。つまり、オーバーシュートにより、弁体１０１と２次室側壁１０９ａとの密着が解かれ、一気に弁体１０１が上流側に動いて、開閉部１０１ｔが便座１００Ａに打ち当たり、異音を発生する場合がある。
従って、異音の発生を防止するため、開閉部１０１ｔにゴム等の柔らかい材料を使用せねばならず、高圧用の減圧弁１００に適用するには、経年変化が進行する、また耐久性が劣る等の問題がある。
そこで、弁体１０１の受圧面１０１ｓの受圧面積を大きくする、すなわち、弁体１０１の大径部１０１ｂの径を大きくする対策が考えられるが、この対策では、減圧弁１００自体の体積が大きくなってしまう、或いは、減圧弁１００の減圧比が変わってしまい所望の減圧比を容易に得られない等の問題が発生する。
本発明は前記実状に鑑み、高圧ガス供給システムの運転時に、２次室側圧力のオーバーシュートと異音の発生を防止することが可能な減圧弁および該減圧弁を用いた高圧ガス供給システムの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の請求項１に関わる減圧用レギュレータは、１次側圧力室のガス圧力を受けるとともに１次側圧力室と２次側圧力室とを連通させる連通孔と前記２次側圧力室のガス圧力を受ける受圧部とを有するレギュレータピストン体と、該レギュレータピストン体を１次圧力室と２次側圧力室とを連通孔を介して連通させる方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段を収容するとともにレギュレータピストン体を可動可能に収容するケースとを備え、受圧部が受けるガス圧が所定圧に至った場合にレギュレータピストン体の動作によって１次側圧力室へのガスの流入を阻止する減圧用レギュレータであって、１次側圧力室に連通する配管と２次側圧力室に連通する配管とが連通状態となり、該レギュレータピストン体が１次側圧力室のガス圧力により移動しケースに接触し停止した場合に、受圧部が２次側圧力室の圧力を受ける受圧面積を確保するための凸状の突出部を、少なくともレギュレータピストン体のケースとの接触部またはケースのレギュレータピストン体との接触部の何れか一方に設け、凸状の突出部は、レギュレータピストン体の外周に沿う位置に複数形成されるとともに、該複数の凸状の突出部の間に、圧逃がしスリットが形成され、レギュレータピストン体は、その外周面をケースに対してシールするとともに潤滑剤が塗布されたシール部と、突出部の外側に周状の潤滑剤が収容される凹状のスペースが形成された逃げ部とを有している。

本発明の請求項２に関わる高圧ガス供給システムは、請求項１に記載の減圧用レギュレータを備えている。

本発明の請求項１の減圧用レギュレータは、２次側圧力室の圧力によるオーバーシュー卜と減圧用レギュレータからの異音の発生を防止できる。
また、レギュレータピストン体またはケースの突出部の外側に周状の潤滑剤が収容される凹状の逃げ部を有するので、レギュレータピストン体の摺動時、レギュレータピストン体外周廻りにある潤滑剤が周状の凹状の逃げ部に速やかに収容され、レギュレータピストン体が円滑に作動し、減圧用レギュレータの性能および信頼性が向上する。

本発明の請求項２の請求項１の減圧用レギュレータを用いる高圧ガス供給システムは、２次側圧力室の圧力によるオーバーシュー卜と減圧用レギュレータからの異音の発生を防止できる。
また、減圧用レギュレータのレギュレータピストン体またはケースの突出部の外側に周状の潤滑剤が収容される凹状の逃げ部を有するので、減圧用レギュレータのレギュレータピストン体の摺動時、レギュレータピストン体外周廻りにある潤滑剤が周状の凹状の逃げ部に速やかに収容され、レギュレータピストン体が円滑に作動し、減圧用レギュレータを用いる高圧ガス供給システムの性能および信頼性が向上する。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態の燃料電池システム(高圧ガス供給システム)１の全体構成および発電時の燃料ガスの水素と酸化剤ガスの流れを矢印で示した概念図である。
図１に示すように、燃料電池システム１は、車両に搭載されるものであり、その全体構成を表す概念図の図１に示すように、走行モータ等の外部負荷に電気エネルギーを供給する燃料電池２と、該燃料電池２のカソード電極(酸素極)２ｃに酸化剤ガスとしての空気中の酸素を供給するコンプレッサ３と、燃料電池２のアノード電極(水素極)２ｂに燃料ガスの水素を供給する高圧の水素タンク４と、燃料電池２のアノード電極(水素極)２ｂから排出された水素を燃料電池２のアノード電極直前の水素供給配管Ｈ３に循環させるエゼクタ５と、外部負荷回路、コンプレッサ３、後記の各種弁等を統括的に制御する制御装置９とを備え構成されている。

燃料電池２は、イオン導電性を有する固体高分子電解質膜２ａの一方の片面を触媒を含んでなるアノード電極２ｂと他方の片面を触媒を含んでなるカソード電極２ｃとで挟んだ膜電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の両面を導電性のセパレータ(図示せず)で挟んだセルが、多数、例えばセルが２００枚直列に積層された構造を有している。前記セパレータには水素の通路、空気の通路、冷却水の通路が形成されており、コンプレッサ３、水素タンク４および冷却水循環装置(図示せず)からそれぞれ供給される空気、水素、水が混合しないように通流されている。
この燃料電池２は、水素タンク４から燃料電池２のアノード電極２ｂに水素が供給されるとともにコンプレッサ３からカソード電極２ｃに空気中の酸素が供給され、供給された水素と酸素との電気化学反応が進行し水素及び酸素が消費され、燃料電池２から負荷へ電流が取り出される。なお、供給された水素及び酸素は、燃料電池２の発電に使用されなかった場合には、消費されることなく、そのまま燃料電池２から、排水素、排空気として排出される。また、燃費を改善するため等の理由により、燃料電池２から排出された水素を、循環配管Ｊを用いてエゼクタ５を介して燃料電池２のアノード電極２ｂ直前の水素供給配管Ｈ３に循環して再使用している。循環配管Ｊには、排水素に含まれる水蒸気を冷却し凝縮し貯留するキャッチタンクＣＴ、キャッチタンクＣＴ内の水等を排出するドレーン弁ｂ１、および、水素パージ処理によって水素中に溜まった窒素などの不純物を水素とともに排出するためのパージ弁ｂ２等が配設されている。

図１に示すように、前記燃料電池システム１の発電時、燃料ガスである水素の燃料電池２のアノード電極(水素極)２ｂへの供給は、供給源の水素タンク４内の高圧の水素が、水素供給配管Ｈ０、水素の供給の有無を開閉弁制御する遮断弁ｂ０、水素供給配管(１次側圧力室に連通する配管)Ｈ１を通して減圧弁(減圧用レギュレータ)１０に送られ、この減圧弁１０にて高圧の水素が減圧された後、水素供給配管(２次側圧力室に連通する配管)Ｈ２、エゼクタ５、水素供給配管Ｈ３を通して、アノード電極(水素極)２ｂに供給されている。

＜＜参考例１＞＞
次に、参考例１の燃料電池システム１における減圧弁１０について、図２を用いて説明する。
図２(ａ)は、参考例１の減圧弁１０の要部断面図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)に示す減圧弁１０の弁体１１をＡ方向から見た矢視図である。
減圧弁１０は、図２(ａ)に示す高圧側の１次室(１次側圧力室)１８が図１に示す上流の水素供給配管Ｈ１に挿通されるとともに、低圧側の２次室(２次側圧力室)１９が下流の水素供給配管Ｈ２に挿通され、燃料電池２の発電時、低圧側の２次室１９(図２(ａ)参照)の圧力が所定圧に満たない場合、高圧側の水素供給配管Ｈ１から減圧弁１０を介して低圧側の水素供給配管Ｈ２に高圧の水素が供給されている。

そして、低圧側の２次室１９内の圧力が所定圧に達すると、減圧弁１０が水素供給口１０ｐを閉塞して水素供給配管Ｈ１内の高圧の水素が水素供給配管Ｈ２へ流れることを阻止し、水素供給配管Ｈ２内の水素を所定圧以下に減圧している。
例えば、図１に示す水素供給配管Ｈ２に挿通する低圧側の２次室１９(図２(ａ)参照)の圧力が、上昇し所定圧に至った場合、弁体(レギュレータピストン体)１１が、圧縮コイルバネ(付勢手段)１４の弾性力および弁体１１に加わる上流の１次室１８内の水素の圧力に抗して、図２(ａ)の矢印αのように高圧の１次室１８側に移動する。そして、減圧弁１０の水素供給口１０pを弁体１１の開閉部１１ｔで閉塞し、高圧側の１次室１８への水素供給配管Ｈ１からの水素の流入を阻止し、低圧側の２次室１９への弁体１１の連通孔１１ｋを介しての高圧の水素の供給を停止する。

そして、図１に示す水素供給配管Ｈ２に挿通される低圧側の２次室１９の水素の圧力が所定圧未満になった場合には、圧縮コイルバネ１４の弾性力および開閉部１１ｔに加わる水素供給配管Ｈ１内の圧力(＝水素供給口１０ｐ断面積×水素供給配管Ｈ１内の圧力)が、所定圧未満の低圧側の２次室１９の水素の圧力による力より大きくなり、弁体１１が、図２(ａ)の矢印βのように２次室１９側へ移動を開始し、弁体１１の開閉部１１ｔ(図１参照)が水素供給配管Ｈ１に挿通される水素供給口１０pを開放し、水素供給配管Ｈ１内の高圧の水素を高圧側の１次室１８へ流入させる。そして、高圧側の１次室１８内に供給された高圧の水素が、弁体１１の連通孔１１ｋを通して、矢印ｃのように、低圧側の２次室１９へ流れ、水素供給配管Ｈ２に供給される。
以下、減圧弁１０の詳細構成について説明する。
図２(ａ)に示すように、減圧弁１０は、細径の円柱状の弁棒１１ａおよび太径の円柱状の大径部１１ｂを有する弁体１１と、この弁体１１が収容される中空の断面積が大きい減圧２次室１３および減圧２次室１３より断面積が小さい中空の低圧側の２次室１９および高圧側の１次室１８が画成される弁ケース１２と、弁体１１の弁棒１１ａの廻りに配設される圧縮コイルバネ１４とを備え構成されている。

減圧弁１０は、水素供給配管Ｈ１(図１参照)に連通する水素の供給口１０pを弁体１１の移動によって開閉する開閉部１１ｔを一方端部側に有するとともに他方端部に２次室１９の水素の圧力を受ける後記の受圧面(受圧部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)１１ｓを有している。なお、減圧弁１０には、水素供給配管Ｈ１(図１参照)に連通する水素の供給口１０pが設けられている。
また、減圧弁１０は、弁体１１の中央部に連通孔１１ｋが貫設され、この連通孔１１ｋを介して、１次室１８内の水素が、矢印ｃに示すように、低圧側の２次室１９内へ通流している。また、図２(ａ)、図２(ａ)の弁体１１のＡ方向矢視図の図２(ｂ)に示すように、弁体１１は、その大径部１１ｂの受圧面１１ｓが、平面状の中央部１１ｓ１と、その外周部に所定の幅を有して該中央部１１ｓ１から２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)１９ａ側に突出して形成された円筒状の突出部１１ｓ2とを有して構成されている。

この受圧面１１ｓにおける平面状の中央部１１ｓ１とその外周に続く円筒状の突出部１１ｓ2により形成される空間により、図２(ａ)に示すように、弁体１１の大径部１１ｂが２次室側壁１９ａに密着している場合にも、低圧側の２次室１９内の水素の圧力を、２次室側壁１９ａに非接触となる中央部１１ｓ１で確実に受けることができる。
また、弁体１１の弁棒１１ａの外周部に凹部が輪状に形成され、該凹部にＯリングｏ11が配設され、このＯリングｏ11が１次室内壁１８ａと弁体１１の弁棒１１ａ間をシールし、１次室１８内の高圧水素が低圧側の２次室１９内へ漏出することを防いでいる。同様に、弁体１１の大径部１１ｂの外周部に凹部が輪状に形成され、該凹部にＯリングｏ12が配設され、このＯリングｏ12が減圧２次室内壁１３ａと弁体１１の大径部１１ｂ間をシールし、低圧側の２次室１９内の水素が１次室１８側へ漏出することを防止している。
このＯリングｏ11と１次室内壁１８ａとの接触部周辺およびＯリングｏ12と減圧２次室内壁１３ａとの接触部周辺には、潤滑剤としてグリスが塗布され、この塗布されたグリスによって、図２(ａ)の矢印α、βに示す弁体１１の往復運動によるＯリングｏ11と１次室内壁１８ａとの摺動およびＯリングｏ12と減圧２次室内壁１３ａとの摺動を円滑にしている。

上述の構成の減圧弁１０は、下流の水素供給配管Ｈ２に挿通される低圧側の２次室１９が所定圧に満たない場合には、水素供給口１０ｐが、弁体１１の開閉部１１ｔ(図１参照)によって開放され、水素供給配管Ｈ１内の高圧の水素が、水素供給口１０ｐを介して高圧側の１次室１８に流入し、高圧側の１次室１８から、弁体１１の連通孔１１ｋを通して、矢印ｃに示すように、低圧側の２次室１９に流され、この２次室１９を通して、水素供給配管Ｈ２に供給されている。
そして、低圧側の２次室１９の水素の圧力が低い場合には、圧縮コイルバネ１４の弾性力および弁体１１に加わる１次室１８内の水素の圧力が、受圧面１１ｓに加わる２次室１９内の水素の圧力より大きく、矢印βに示すように、２次室１９側に移動する。そして、低圧側の２次室１９の水素の圧力が極度に低い場合には、圧縮コイルバネ１４の弾性力および弁体１１に加わる１次室１８内の水素の圧力によって、受圧面１１ｓが２次室側壁１９ａに接触する(図２(ａ)の状態)。

ここで、低圧側の２次室１９の水素の圧力が極度に低く、受圧面１１ｓが２次室側壁１９ａに密着している場合においても、弁体１１の受圧面１１ｓに突出部１１ｓ2が形成され、受圧面１１ｓ全面が２次室側壁１９ａと密着しないので、受圧面１１ｓと２次室側壁１９ａとの密着度が低い。そのため、受圧面１１ｓと２次室側壁１９ａとのメタルシール効果が低減されるとともに、Ｏリングｏ12の周辺に塗布されるグリスによる受圧面１１ｓと２次室側壁１９ａとの貼り付きが防止され、低圧側の２次室１９の水素の圧力が、受圧面１１ｓの凹状となった平面状の中央部１１ｓ１に確実に加わるとともに突出部１１ｓ2と２次室側壁１９ａ間に働き、低圧側の２次室１９の水素の圧力を弁体１１に充分に加えることができる。

一方、受圧面１１ｓに加わる低圧側の２次室１９の圧力が高く、受圧面１１ｓに加わる２次室１９の圧力による力が、圧縮コイルバネ１４の弾性力および弁体１１に加わる上流の１次室１８内の水素の圧力に打ち勝つ場合、弁体１１が、矢印αに示すように、高圧の１次室１８側に移動する。
そして、低圧側の２次室１９の圧力が、予め設定した所定圧に至ると、弁体１１の先端側にある開閉部１１ｔが、水素供給口１０ｐを閉塞し、水素供給配管Ｈ１内の高圧の水素の水素供給口１０ｐを介しての高圧側の１次室１８への供給を停止する。こうして、２次室１９の圧力が所定圧を超えることが防止されている。そして、時間が経過し低圧側の２次室１９の圧力が、所定圧未満になった場合には、圧縮コイルバネ１４の弾性力および開閉部１１ｔに加わる水素供給配管Ｈ１内の圧力(＝水素供給口１０ｐ断面積×水素供給配管Ｈ１内の圧力)が、所定圧未満の低圧側の２次室１９の水素の圧力による力より大きくなり、弁体１１が、図２(ａ)の矢印βのように２次室１９側へ移動を開始し、弁体１１の開閉部１１ｔが水素供給配管Ｈ１に挿通される水素供給口１０pを開放する。そして、水素供給配管Ｈ１内の高圧の水素が高圧側の１次室１８へ流入し、高圧側の１次室１８内に供給された高圧の水素が、弁体１１の連通孔１１ｋを通して、矢印ｃのように、低圧側の２次室１９へ流れ、水素供給配管Ｈ２に供給される。
このようにして、水素供給配管Ｈ１を流れる高圧の水素が、減圧弁１０にて減圧され、２次室１９から水素供給配管Ｈ２へ送られている。

なお、弁体１１の受圧面１１ｓに設けた凸部の突出部１１ｓ2は、受圧面１１ｓに代えて、減圧２次室１３の２次室側壁１９ａに形成することも可能であり、或いは、両方に形成することも可能である。すなわち、凸部の突出部１１ｓ2は、少なくとも弁体１１の受圧面１１ｓまたは２次室側壁１９ａの何れかに形成することができる。
参考例１によれば、２次室１９側の弁体１１または２次室側壁１９ａに凸部の突出部１１ｓ2を設置することにより、２次室１９側の弁体１１と２次室側壁１９ａとの密着面積が狭くなり、２次室１９側の弁体１１のメタルシール効果が防止され、２次室１９側の圧力によるオーバーシュートを解消し、該オーバーシュートが起因となる異音の発生を防止できる。このため、開閉部１１ｔにゴム等を用いないで異音を生じさせないで済む。
また、２次室１９側の弁体１１または２次室側壁１９ａに凸部の突出部１１ｓ2を設置することにより、２次室１９内の水素の圧力が、弁体１１の受圧面１１ｓに確実に働くとともに突出部１１ｓ2、２次室側壁１９ａ間に働き、弁体１１が２次室１９内の水素の圧力により良好に移動し減圧弁１０が円滑に作動する。そのため、減圧弁１０の性能向上および信頼性向上を図れる。
従って、この減圧弁１０を用いる燃料電池システム１の性能向上および信頼性向上を図れる。

＜＜参考例２＞＞
次に、参考例２の燃料電池システム１における減圧弁(減圧用レギュレータ)２０について、図３を用いて説明する。
図３(ａ)は、参考例２の減圧弁２０の要部断面図であり、図３(ｂ)は、図３(ａ)に示す減圧弁２０の弁体２１をＢ方向から見た矢視図である。
参考例２の減圧弁２０は、参考例１の減圧弁１０における弁体１１の受圧面１１ｓの形状を変更したものであり、これ以外の構成要素は同様であるから、同様な構成要素には１０の位の符号を２０の位の符号に変更して示し、詳細な説明は省略する。
図３に示すように、減圧弁２０における弁体(レギュレータピストン体)２１の受圧面(受圧部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)２１ｓは、平面状の中央部２１ｓ１と、該中央部２１ｓ１の外周部に所定の幅を有して２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)２９ａ側に突出した円筒状の分割された分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24とを有している。この分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22間には、圧逃がしスリットｓが形成され、同様に、分割突出部２１ｓ22、２１ｓ23間、分割突出部２１ｓ23、２１ｓ24間、および分割突出部２１ｓ24、２１ｓ21間に、それぞれ圧逃がしスリットｓが形成されている。

なお、弁体２１の受圧面２１ｓに設けた凸部である分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24は、受圧面２１ｓに代えて、減圧２次室２３の２次室側壁２９ａに形成することも可能であり、或いは、両方に形成することも可能である。すなわち、弁体２１の受圧面２１ｓと２次室側壁２９ａ間の分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24は、少なくとも弁体２１の受圧面２１ｓまたは２次室側壁２９ａの何れかに形成することができる。
また、参考例２では、分割突出部が４つに分割されるとともに、４つの圧逃がしスリットｓを形成した場合を例示したが、分割突出部を幾つにするかは適宜、選択可能であり、同様に任意の数の圧逃がしスリットｓを形成できる。

参考例２によれば、２次室(２次側圧力室)２９側の弁体２１または２次室側壁２９ａに凸部の分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24を設置するとともに、分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24間に１箇所以上の圧逃がしスリットｓを設けることで、図３(ａ)に示すように、弁体２１の大径部２１ｂが２次室側壁２９ａに密着している場合においても、受圧面２１ｓと２次室側壁２９ａとの密着面積が減少するとともに、２次室２９内の水素が、１箇所以上の圧逃がしスリットｓから２次室側壁２９ａと分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24間に働き、２次室２９側の弁体２１のメタルシール効果をさらに効果的に阻止できる。そのため、２次室２９側の圧力のオーバーシュートを無くし異音の発生を防止できる。

また、２次室側の弁体２１または２次室側壁２９ａに凸部の分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24を設置することにより、２次室２９内の水素の圧力が、弁体２１の受圧面２１ｓおよび圧逃がしスリットｓに確実に働くとともに２次室側壁２９ａと分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24間に侵入するので、弁体２１が２次室２９内の水素の圧力により良好に移動し、減圧弁２０が円滑に作動する。そのため、減圧弁２０の性能向上および信頼性向上を図れる。
従って、この減圧弁２０を用いる燃料電池システム１の性能向上および信頼性向上を図れる。

＜＜実施形態＞＞
次に、実施形態の燃料電池システム１における減圧弁(請求項２の減圧用レギュレータ)３０について、図４を用いて説明する。
図４(ａ)は、実施形態の減圧弁３０の要部断面図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)に示す減圧弁３０の弁体３１をＣ方向から見た矢視図である。
実施形態の減圧弁３０は、参考例２の減圧弁２０における弁体２１の分割突出部２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24の外側に潤滑剤のグリスの逃げとなるグリストラップを形成したものであり、これ以外の構成要素は同様であるから、同様な構成要素には２０の位の符号を３０の位の符号に変更して示し、詳細な説明は省略する。
実施形態の減圧弁３０の弁体(レギュレータピストン体)３１は、図４に示すように、その大径部３１ｂの受圧面(受圧部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)３１ｓの最外周部に潤滑剤のグリスＧの逃げとなる円筒状の凹部スペースであるグリストラップ(逃げ部)３１s3を形成している。

すなわち、減圧弁３０における弁体３１の受圧面３１ｓは、その最外周部のグリストラップ３１s3と、受圧面３１ｓ中央に配置される平面状の中央部３１ｓ１と、該中央部３１ｓ１とグリストラップ３１s3との間に所定の幅を有して２次室側壁３９ａ側に突出して形成され円筒状の分割された分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24とを有している。そして、分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22間には圧逃がしスリットｓが形成され、同様に、分割突出部３１ｓ22、３１ｓ23間、分割突出部３１ｓ23、３１ｓ24間、および分割突出部３１ｓ24、３１ｓ21間にそれぞれ圧逃がしスリットｓが形成されている。
なお、弁体３１の受圧面３１ｓに設けたグリストラップ３１s3および凸部である分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24は、受圧面３１ｓに代えて、減圧２次室３３の２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)３９ａに形成することも可能であり、或いは、両方に形成することも可能である。すなわち、弁体２１の受圧面２１ｓと２次室側壁３９ａ間の凸部である分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24は、少なくとも弁体３１の受圧面３１ｓまたは２次室側壁３９ａの何れかに形成することができる。

また、実施形態では、分割突出部を４つ形成するとともに４つの圧逃がしスリットｓを形成した場合を例示したが、分割突出部を幾つに分割するかは適宜、選択可能であって任意の数の圧逃がしスリットｓを形成できる。また、グリストラップ３１s3は、連続した凹状スペースの場合を例示したが、非連続であって分割した態様で形成してもよい。
実施形態によれば、減圧弁３０の弁体３１の受圧面３１ｓの最外周部にグリスＧの逃げとなるグリストラップ３１s3を形成したので、減圧２次室１３内で弁体３１が摺動運動する際に、弁体３１の大径部３１ｂ、減圧２次室内壁１３ａ間に塗布されたグリスＧが容易にグリストラップ３１s3内に逃げられるので、弁体３１の摺動運動を円滑に行うことが可能である。

また、弁体３１または２次室側壁３９ａに凸部の分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24を設置し、さらに凸部の分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24間に１箇所以上の圧逃がしスリットｓを設けることで、弁体３１と２次室側壁３９ａとの密着面積が狭いとともに、１箇所以上の圧逃がしスリットｓから２次室(２次側圧力室)３９内の水素が２次室側壁３９ａと分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24間に働き、弁体３１と２次室側壁３９ａ間のメタルシール効果を効果的に阻止できる。そのため、２次室３９側の圧力によるオーバーシュートを無くし、異音の発生を防止できる。
また、弁体３１または２次室側壁３９ａに凸部の分割突出部３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24を設置することにより、２次室３９内の水素の圧力が、弁体３１の受圧面３１ｓに確実に働くとともに、グリスＧが容易にグリストラップ３１s3内に逃げられるので、弁体３１が２次室３９内の水素の圧力によって良好に移動する。
そのため、減圧弁３０がより円滑に作動し、減圧弁３０の更なる性能向上および信頼性向上を図れる。
従って、この減圧弁３０を用いる燃料電池システム１の更なる性能向上および信頼性向上を図れる。

＜＜参考例３＞＞
次に、参考例３の燃料電池システム１における減圧弁(減圧用レギュレータ)４０について、図５を用いて説明する。
図５(ａ)は、参考例３の減圧弁４０の要部断面図であり、図５(ｂ)は、図５(ａ)に示す減圧弁４０の弁体４１をＤ方向から見た矢視図である。
参考例３の減圧弁４０は、参考例１の減圧弁１０における弁体１１の受圧面１１ｓの表面粗さを粗く形成したものであり、これ以外の構成要素は同様であるから、同様な構成要素には１０の位の符号を４０の位の符号に変更して示し、詳細な説明は省略する。
参考例３の減圧弁４０の弁体(レギュレータピストン体)４１は、図５に示すように、受圧面(受圧部、レギュレータピストン体のケースとの接触部、突出部)４１ｓが、受圧面４１ｓと２次室側壁４９ａとが密着しメタルシール効果が発生しないレベルまで、表面粗さを粗く構成している。

参考例３によれば、２次室４９側の弁体４１の受圧面４１ｓまたは２次室側壁４９ａの表面粗さをメタルシール効果が発生しないレベルまで粗く構成したので、メタルシール効果が解消し、２次室(２次側圧力室)４９側の圧力のオーバーシュートを無くし、異音の発生を防止できる。
従って、弁体４１が２次室４９内の水素の圧力により良好に移動し、減圧弁４０が円滑に作動し、減圧弁４０の性能向上および信頼性向上を図れる。
また、この減圧弁４０を用いる燃料電池システム１の性能向上および信頼性向上を図れる。

なお、参考例３では、受圧面４１ｓの表面粗さをメタルシール効果が発生しないレベルまで粗く構成したが、受圧面４１ｓの代わりに２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)４９ａの表面粗さを粗く構成することも可能であり、或いは、両方の表面粗さをメタルシール効果が発生しないレベルまで粗く構成することも可能である。すなわち、少なくとも、受圧面４１ｓまたは２次室側壁４９ａの何れか一方の表面粗さをメタルシール効果が発生しないレベルまで粗く構成すれば良い。なお、両方の表面粗さを粗く構成すれば、２次室４９内の水素の圧力がより効果的に弁体４１の受圧面４１ｓに働く作用効果が得られる。

＜＜参考例４＞＞
次に、参考例４の燃料電池システム１における減圧弁(減圧用レギュレータ)５０について、図６を用いて説明する。
図６(ａ)は、参考例４の減圧弁５０の要部断面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)に示す減圧弁５０の弁体５１をＥ方向から見た矢視図である。
参考例４の減圧弁５０は、参考例１の減圧弁１０における弁体１１の受圧面１１ｓに圧逃がしスリットを形成したものであり、これ以外の構成要素は同様であるから、同様な構成要素には１０の位の符号を５０の位の符号に変更して示し、詳細な説明は省略する。
参考例４の減圧弁５０の弁体(レギュレータピストン体)５１は、図６に示すように、受圧面(受圧部、突出部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)５１ｓに螺旋状であって凹部の圧逃がしスリットｓ５が複数形成されている。
なお、参考例４では、受圧面５１ｓに螺旋状の複数の圧逃がしスリットｓ５を形成する場合を例示したが、受圧面５１ｓの代わりに２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)５９ａに螺旋状の複数の圧逃がしスリットｓ５を形成することも可能であり、少なくとも、受圧面５１ｓまたは２次室側壁５９ａの何れか一方に任意の数の圧逃がしスリットｓ５を形成することが可能である。

参考例４によれば、２次室５９側の弁体５１の受圧面５１ｓまたは２次室側壁５９ａに任意の数の圧逃がしスリットｓ５を形成したので、メタルシール効果が解消し、２次室５９側の圧力によるオーバーシュートを無くし、異音の発生を防止できる。
従って、弁体５１が２次室５９内の水素の圧力により良好に移動し、減圧弁５０が円滑に作動し、減圧弁５０の性能向上および信頼性向上を図れる。
また、この減圧弁５０を用いる燃料電池システム１の性能向上および信頼性向上を図れる。
なお、参考例４においては、圧逃がしスリットｓ５を螺旋状に形成した場合を例示したが、２次室５９内の水素の圧力を逃がして、弁体５１の受圧面５１ｓと２次室側壁５９ａとの貼り付きを防止できる形状ならば、圧逃がしスリットｓ５の形状は螺旋状以外の形状も適宜、選択可能であり、螺旋状に限定されるものではない。
以上、前記実施形態においては、高圧ガス供給システムとして自動車用高圧ガス供給システムを例示して説明したが、燃料に高圧ガスを用いる高圧ガス供給システムであれば、定置用高圧ガス供給システム等に広汎に適用可能である。

本発明の実施形態に関わる燃料電池システムの全体構成および発電時の燃料ガスの水素と酸化剤ガスの流れを矢印で示した概念図。 (ａ)および(ｂ)は、参考例１の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＡ方向から見た矢視図。 (ａ)および(ｂ)は、参考例２の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＢ方向から見た矢視図。 (ａ)および(ｂ)は、実施形態の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＣ方向から見た矢視図。 (ａ)および(ｂ)は、参考例３の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＤ方向から見た矢視図。 (ａ)および(ｂ)は、参考例４の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＥ方向から見た矢視図。 (ａ)および(ｂ)は、従来の減圧弁の要部断面図、および(ａ)図の弁体をＦ方向から見た矢視図。

符号の説明

１…燃料電池システム(高圧ガス供給システム)、
１０、２０、３０、４０、５０…減圧弁(減圧用レギュレータ)、
１１、２１、３１、４１、５１…弁体(レギュレータピストン体)、
１２、２２，３２、４２、５２…弁ケース(ケース)、
１４、２４、３４、４４、５４…圧縮コイルバネ(付勢手段)、
１８、２８、３８、４８、５８…１次室(１次側圧力室)、
１９、２９、３９、４９、５９…２次室(２次側圧力室)、
１９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａ、５９ａ…２次室側壁(ケースのレギュレータピストン体との接触部)、
１１ｋ、２１ｋ、３１ｋ、４１ｋ、５１ｋ…連通孔、
１１ｓ、２１ｓ、３１ｓ…受圧面(受圧部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)、
１１ｓ2…突出部、
２１ｓ21、２１ｓ22、２１ｓ23、２１ｓ24、３１ｓ21、３１ｓ22、３１ｓ23、３１ｓ24…分割突出部(突出部)、
３１s3…グリストラップ(逃げ部)、
３３ａ…減圧２次室内壁(シール部)、
４１ｓ…受圧面(受圧部、突出部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)、
５１ｓ…受圧面(受圧部、突出部、レギュレータピストン体のケースとの接触部)、
Ｈ１…水素供給配管(１次側圧力室に連通する配管)、
Ｈ２…水素供給配管(２次側圧力室に連通する配管)、
Ｇ…グリス(潤滑剤)、
ｏ32…Ｏリング(シール部)

Claims (2)

1. １次側圧力室のガス圧力を受けるとともに前記１次側圧力室と２次側圧力室とを連通させる連通孔と前記２次側圧力室のガス圧力を受ける受圧部とを有するレギュレータピストン体と、該レギュレータピストン体を前記１次圧力室と前記２次側圧力室とを前記連通孔を介して連通させる方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段を収容するとともに前記レギュレータピストン体を可動可能に収容するケースとを備え、前記受圧部が受けるガス圧が所定圧に至った場合に前記レギュレータピストン体の動作によって前記１次側圧力室へのガスの流入を阻止する減圧用レギュレータであって、
   前記１次側圧力室に連通する配管と前記２次側圧力室に連通する配管とが連通状態となり、該レギュレータピストン体が１次側圧力室のガス圧力により移動し前記ケースに接触し停止した場合に、前記受圧部が２次側圧力室の圧力を受ける受圧面積を確保するための凸状の突出部を、少なくとも前記レギュレータピストン体の前記ケースとの接触部または前記ケースの前記レギュレータピストン体との接触部の何れか一方に設け、
   前記凸状の突出部は、前記レギュレータピストン体の外周に沿う位置に複数形成されるとともに、該複数の凸状の突出部の間に、圧逃がしスリットが形成され、
   前記レギュレータピストン体は、その外周面を前記ケースに対してシールするとともに潤滑剤が塗布されたシール部と、前記突出部の外側に周状の前記潤滑剤が収容される凹状のスペースが形成された逃げ部とを有する
   ことを特徴とする減圧用レギュレータ。
2. 請求項１に記載の減圧用レギュレータを備えることを特徴とする減圧用レギュレータを用いる高圧ガス供給システム。

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