JP5458178B2 - 燃料電池システムの水素ガス供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料電池システムの水素ガス供給装置に関する。
特許文献１には、燃料電池スタックへの水素ガスの流量（又は圧力）を高精度で制御することができる電磁式調圧弁が開示されている。
特開２００２−２９５７１２号公報
特許文献１に記載の電磁式調圧弁は、１次ポートと圧力帰還室とを気密分離する摺動シール部を備え、上流側圧力による弁体への作用力が略全てキャンセルされるようになっている。そのため、電磁式調圧弁の上流側圧力の影響を受けることなく、燃料電池スタックへの水素の流量（又は圧力）を高精度で制御することができる。
しかしながら、摺動シール部にダイヤフラムシール方式を使用した場合、ダイヤフラムは一般的に十分な耐圧力強度を有していないため、上流側圧力が高圧になると破損に至る恐れがある。また、ダイヤフラムシール方式の代わりにＯリングシール方式を使用することも考えられる。この場合には、電磁式調圧弁作動中に上流側圧力が高圧になると、意図しない外的要因により水素漏れに至る恐れがある。
そこで本発明は、上流側圧力が高圧であっても燃料電池スタックへの水素の流量（又は圧力）を高精度で制御することができ、且つ大気中への水素ガス漏れを防止できる電磁式調圧弁を有する水素ガス供給装置を提供することを目的とする。
本発明の水素ガス供給装置は、燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料電池システムの水素ガス供給装置であり、高圧の水素ガスが貯蔵される水素タンクと低圧の水素ガスが消費される燃料電池スタックとを接続する水素ガス通路と、前記水素ガス通路に設けられ、前記水素タンクから流出する水素ガスの圧力を調圧して前記燃料電池スタックに供給する調圧弁とを備え、前記調圧弁は、前記水素タンクに接続される一次ポート及び前記燃料電池スタックに接続される二次ポートを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で移動して前記弁通路の開度を制御する弁体と、前記弁体の外周に配置される第１シール部材及び第２シール部材とを備え、前記弁体の一端側は、前記弁通路側に位置し、前記弁体の他端側は、前記ハウジング内に形成される圧力帰還室内に位置し、前記第１シール部材及び第２シール部材は、前記弁体の一端側から前記弁体の他端側に向ってこの順序で配置されており、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に形成された第１の空間と二次ポートとを繋ぐ第１の均圧通路を更に備え、前記弁通路は、一次ポートに繋がる弁空間を有し、第１シール部材は、前記弁空間と前記第１の空間との間に配置されているものである。
本発明に従えば、高圧の水素ガスは、水素タンクから水素ガス通路を通って燃料電池スタックに導かれ、燃料電池スタックにて消費される。水素ガス通路には、調圧弁が設けられており、この調圧弁により水素ガスの圧力が調圧される。調圧弁では、水素タンクの水素ガスが一次ポートに供給され、弁通路を通って二次ポートから排出されて燃料電池スタックに導かれる。この際、弁体が弁通路の開度を制御して水素ガスを低圧に調圧する。これにより、低圧に調圧された水素ガスが燃料電池スタックに導かれる。
このように水素ガスを調圧する調圧弁では、第１シール部材が一次ポート側に配置され、第２シール部材が圧力帰還室側に配置され、その間に第１の空間が形成されている。それ故、調圧弁作動中に、意図しない外的要因により一次ポート側にある高圧の水素ガスが第１シール部材から漏れ出ても第１の空間に流出するようになっている。この第１の空間は、均圧通路によって二次ポートに繋がっているので、第１の空間に流出した水素ガスは均圧通路を介して二次ポートに戻される。つまり、調圧弁は、第１の空間に流出した水素ガスが二次ポートから排出されて燃料電池スタックで消費されるという安全構造になっている。そのため、一次ポート側にある高圧の水素ガスが大気中に漏れることを防ぐことができる。
上記発明において、前記調圧弁は、前記二次ポートと前記圧力帰還室とを繋ぐ第２の均圧通路を備え、前記弁体は、前記弁体が開位置に向かう開位置方向に前記二次ポートの圧力が作用する二次側受圧部と、前記弁体が閉位置に向かう閉位置方向に前記圧力帰還室の圧力が作用する圧力帰還室側受圧部とを有することが好ましい。
上記構成に従えば、二次ポートの圧力、つまり二次圧を第２の均圧通路を介して圧力帰還室に導くことで、弁体の一端側から働く二次ポート内の圧力による力と弁体の他端側から働く圧力帰還室内の圧力による力を対抗させることができる。
上記発明において、前記調圧弁は、前記弁体の外周において、前記第２シール部材より前記弁体の他端側に配置される第３シール部材と、前記第３シール部材と前記第２シール部材との間に形成された第２の空間と、前記第２空間に収容される軸受部材と、前記第２空間と大気とを繋ぐ大気連通路とを更に有することが好ましい。
上記構成に従えば、大気連通路から軸受部材に潤滑剤を容易に供給することができる。また、潤滑剤が二次ポートに流れる水素ガスに混入することもないので、下流側の機器に影響を与えることがない。
上記発明において、前記圧力帰還室側受圧部の受圧面積は、前記二次側受圧部の受圧面積よりも大きいことが好ましい。
上記構成に従えば、弁体を閉方向に押し付けるように力が働くことにより、ノーマルクローズ形の弁となる。
上記発明において、前記第３シール部材は、ダイヤフラムシールであり、前記ダイヤフラムシールは、前記弁体の他端側に設けられ、該他端部と共に前記圧力帰還室側受圧部を構成することが好ましい。
上記構成に従えば、第３シール部材にダイヤフラムシールを採用することで、第３シール部材による摺動摩擦を無くすことができ、またダイヤフラムシールに作用する力を弁体に伝えることができる。
上記発明において、前記弁体は、前記一次ポートに導かれる一次圧を前記開位置方向に受圧する第１受圧面と前記一次圧を前記閉位置方向に受圧する第２受圧面とを有し、前記第１受圧面の受圧面積は、前記第２受圧面の受圧面積と同一であることが好ましい。
上記構成に従えば、弁体が第１受圧面で受ける一次圧を第２受圧面で受ける圧力により相殺することができる。これにより、一次圧の変動に起因する二次圧の変動を無くすことができ、二次圧の圧力制御性を更に向上させることができる。また、弁体を駆動する力を小さくすることが可能となり、調圧弁を小形化することができる。
上記発明において、前記弁体は、前記一次ポートに導かれる一次圧を前記開位置方向に受圧する第１受圧面と前記一次圧を前記閉位置方向に受圧する第２受圧面とを有し、前記第１受圧面の受圧面積は、前記第２受圧面の受圧面積より小さいことが好ましい。
上記構成に従えば、第１受圧面に作用する作用力よりも第２受圧面に作用する作用力の方が大きくなる。それ故、一次圧に応じた力が閉方向の方に弁体に作用し、一次圧が急激に変動して高くなっても、弁体が閉位置の方に押付けられる。それ故、不所望に弁通路が開くようなことがなく、一次側から二次側に水素ガスが漏れでないようにしっかりと弁通路を閉じることができる。
上記発明において、前記調圧弁は、前記弁体を前記閉位置方向に付勢する復帰用ばねと、印加される印加電圧又は印加電流に応じた駆動力を前記復帰用ばねの付勢に抗するように前記弁体に与えて該弁体を前記開位置方向に移動させる弁体駆動手段とを有し、前記調圧弁は、前記弁体駆動手段への印加電圧又は印加電流の印加を止めると前記復帰用ばねにより前記弁体が前記閉位置方向へ移動するノーマルクローズ形の弁であることが好ましい。
上記構成に従えば、調圧弁への印加電圧又は印加電流の印加を止めることで、弁通路を緊急遮断することができる。
上記発明において、前記水素ガス通路において前記調圧弁より下流側に設けられ、前記燃料電池スタックに供給される前記水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出される圧力に応じて前記弁体駆動手段に印加する印加電圧又は印加電流を制御して二次圧を前記燃料電池スタックの目標圧力にする制御手段とを更に備えることが好ましい。
上記構成に従えば、制御手段は、圧力検出手段で検出された圧力に応じて弁体駆動手段に印加する印加電圧又は印加電流を制御し、燃料電池スタックに供給される水素ガスを目標圧力に調整する。これにより、水素ガス供給装置内における圧力損失に関係なく、目標圧力の水素ガスを燃料電池スタックに供給することができる。
上記発明において、前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出される圧力が予め定められた規定圧力以上になると、前記弁体駆動手段に印加する印加電圧又は印加電流を制御して前記弁体を前記閉位置に移動させることが好ましい。
上記構成に従えば、燃料電池スタックの水素ガスの圧力が急激に上昇した時に燃料電池スタックへの水素ガス供給を止めることができる。これにより、燃料電池スタックにおける水素ガスの圧力が規定圧力（常用の圧力よりも高く、燃料電池スタックの耐圧より低い圧力）以上の異常圧力に上昇することを防ぐことができる。
上記発明において、前記調圧弁は、前記弁体駆動手段が前記高圧タンクの供給口に設置されるインタンク型又はオンタンク型の容器元弁であることが好ましい。
上記構成に従えば、水素タンクの供給口に調圧弁が配置されるので、水素タンクからの出力圧力レベルが低圧になり、システムの安全性が向上する。
上記発明において、前記水素ガス通路において前記調圧弁より上流側に設けられ、前記調圧弁への水素ガスの供給を遮断可能な電磁式遮断弁を更に備えることが好ましい。
上記構成に従えば、水素タンクと燃料電池スタックとの間に、遮断機能を有する調圧弁及び電磁式遮断弁の２つの弁が設けられ、これら２つの弁により水素タンクと燃料電池スタックとの間を遮断することができる。これにより、システムの安全性が向上する。
上記発明において、前記水素ガス通路において前記調圧弁より下流側に設けられ、前記燃料電池スタックへの水素ガスの供給を遮断可能な電磁式遮断弁を更に備えることが好ましい。
上記構成に従えば、水素タンクと燃料電池スタックとの間に、遮断機能を有する調圧弁及び電磁式遮断弁の２つの弁が設けられ、これら２つの弁により水素タンクと燃料電池スタックとの間を遮断することができる。これにより、システムの安全性が向上する。また、電磁式遮断弁を調圧弁の下流側に設けることで、電磁式遮断弁は、低圧用の電磁弁とすることができ、上流側に設ける場合に比べて電磁式遮断弁の製造コストを安価にすることができる。
また、当該低圧用の電磁式遮断弁は、例えば、燃料電池スタックの圧力が前記の規定圧力以下でのみ開弁する製造コストが安価な直接駆動方式（電磁ソレノイドの推力を小さくして、燃料電池スタックの圧力が前記の規定圧力を超えた場合には弁体が開かないようになっている一段形の電磁弁）であることが望ましい。というのも、車両（燃料電池システム）停止中に仮に調圧弁に何らかの異常が発生し、調圧弁の作動中に意図しない外的要因により高圧の水素ガスが二次ポート側に漏れた場合、電磁式遮断弁の上流側圧力が高くなる。そして、その上流側圧力が燃料電池スタックの規定圧力を超えると、次回の車両起動時に電磁式遮断弁が開弁しなくなる。それ故、直接駆動方式の電磁式遮断弁を採用すると、規定圧力を超えた高圧の水素ガスが燃料電池スタックに流れることを防ぐことができる。これにより、燃料電池スタックを保護することが可能になる。また、電磁式遮断弁が開弁しなくなるため、圧力センサを使用しなくても調圧弁の異常を推測検知することができる。
本発明によれば、上流側圧力が高圧であっても燃料電池スタックへの水素の流量（又は圧力）を高精度で制御することができ、且つ大気中への水素ガス漏れを防止できる調圧弁を備える燃料電池システムの水素ガス供給装置を提供することができる。
第１及び第２実施形態の水素ガス供給装置を備える燃料電池システムの構成を示す回路図である。 第１実施形態の水素ガス供給装置に備わる電磁式調圧弁の構成を示す断面図である。 第２実施形態の水素ガス供給装置に備わる電磁式調圧弁の構成を示す断面図である。 第３実施形態の水素ガス供給装置を備える燃料電池システムの構成を示す回路図である。 第４実施形態の水素ガス供給装置を備える燃料電池システムの構成を示す回路図である。 第５実施形態の水素ガス供給装置を備える燃料電池システムの構成を示す回路図である。 第６実施形態の水素ガス供給装置を備える燃料電池システムの構成を示す回路図である。 第７実施形態の水素ガス供給装置に備わる調圧弁の構成の一部分を拡大して示す断面図である。 第８実施形態の水素ガス供給装置に備わる調圧弁の構成の一部分を拡大して示す断面図である。
以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の第１乃至第８実施形態に係る水素ガス供給装置１，１Ａ〜１Ｇ、及びそれを備える燃料電池システム２，２Ｂ〜２Ｇについて説明する。なお、以下に説明する水素ガス供給装置１，１Ａ〜１Ｇ及び燃料電池システム２，２Ｂ〜２Ｇは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
［第１実施形態］
＜燃料電池システム＞
燃料電池システム２は、燃料電池自動車等の車両に設けられており、車両の駆動輪を駆動する駆動源、例えばモータに電力を供給するようになっている。燃料電池システム２は、燃料電池スタック３と、エア供給装置４と、水素ガス供給装置１とを備えている。燃料電池スタック３は、カソード極３ａとアノード極３ｂとを有しており、カソード極３ａ及びアノード極３ｂにエア及び水素ガスが夫々供給されることで発電するようになっている。また、燃料電池スタック３は、アノード極３ｂに供給する水素ガスの供給圧を調圧することで、その発電量を調整することができるようになっている。このように構成される燃料電池スタック３のカソード極３ａには、エア供給装置４が接続され、アノード極３ｂには、水素ガス供給装置１が接続されている。
＜エア供給装置＞
エア供給装置４は、カソード極３ａに大気中のエアを供給するようになっており、コンプレッサ５と、エア供給通路６と、エア排出通路７と、エア調圧弁８とを備えている。コンプレッサ５は、エア供給通路６を介してカソード極３ａに繋がっており、大気中のエアを加圧してカソード極３ａに供給するようになっている。また、カソード極３ａには、エア排出通路７が繋がっており、このエア排出通路７は、エア調圧弁８を介して大気に開放されている。エア調圧弁８は、エアコンプレッサ５と連動してカソード極３ａに供給するエアの供給圧を調圧する機能を有している。またエア供給通路６及びエア排出通路７には、加湿器９が設けられており、加湿器９は、エア排出通路７を流れるエアから吸湿し、その吸湿によって得た水分によりエア供給通路６を流れるエアを加湿するようになっている。
＜水素ガス供給装置＞
水素ガス供給装置１は、アノード極３ｂに水素ガスを供給するようになっており、水素タンク１１と、水素ガス通路１２と、タンク用圧力センサ１３と、電磁式調圧弁１４と、電磁式遮断弁１５と、安全リリーフ弁１６と、通路用圧力センサ１７と、制御器１８とを備えている。水素タンク１１は、いわゆる高圧タンクであり、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの高圧の水素ガスを貯蔵できるようになっており、その内圧に応じた信号がタンク用圧力センサ１３から出力されている。また、水素タンク１１は、水素ガス通路１２を介してアノード極３ｂに繋がっており、この水素ガス通路１２には、電磁式調圧弁１４が介在している。電磁式調圧弁１４の具体的な構成については後述するが、電磁式調圧弁１４は、水素タンク１１から流出する高圧の水素ガスを低圧に調圧して燃料電池スタック３に供給する機能を有している。また、水素ガス通路１２の電磁式調圧弁１４より上流側には、電磁式遮断弁１５が介在している。
電磁式遮断弁１５は、水素ガス通路１２を開閉する機能を有しており、図示しない操作手段で操作されると、水素ガス通路１２を開閉するようになっている。また、電磁式遮断弁１５は、電磁式調圧弁１４の下流側の圧力が規定圧力（例えば、常用の圧力よりも高く燃料電池スタック３の耐圧より低い圧力）になると、そこに流れる電流が遮断されて水素ガス通路１２を遮断するようになっている。このように、電磁式調圧弁１４の上流側に電磁式遮断弁１５を設けることで、遮断機能を有する２つの弁１４，１５によって水素タンク１１と燃料電池スタック３との間が遮断される。それ故、水素ガス通路１２が遮断され、水素ガス供給装置１の安全性を更に向上させることができる。
また、水素ガス通路１２には、電磁式調圧弁１４より下流側に安全リリーフ弁１６が繋がっている。安全リリーフ弁１６は、いわゆるリリーフ弁であり、水素ガス通路１２における電磁式調圧弁１４より下流側の圧力が前記規定圧力より高くなると、安全リリーフ弁１６が作動するようになっている。更に、水素ガス通路１２には、安全リリーフ弁１６より下流側に通路用圧力センサ１７が設けられている。通路用圧力センサ１７は、水素ガス通路１２を流れる水素ガスの圧力を検出するように構成されており、水素ガス通路１２において燃料電池スタック３の近くに設けられることが好ましい。通路用圧力センサ１７は、制御器１８に電気的に接続され、検出された圧力を制御器１８に送信するようになっている。
制御手段である制御器１８は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control unit）に接続されており、このＥＣＵから車両に備わる操作手段、例えばアクセルペダルの開度（踏み込み量）に応じて決まる目標圧力を受信するようになっている。制御器１８は、目標圧力と検出された圧力とに基づいて電流を後述する電磁式調圧弁１４の電磁比例ソレノイド３７に流し、目標圧力になるように検出された圧力をフィードバック制御するようになっている。それ故、燃料電池スタック３の近くに通路用圧力センサ１７を設けることで、水素ガス通路１２において圧力損失が生じても目標圧の水素ガスを燃料電池スタックに供給することができる。
また、制御器１８は、検出された圧力が前記規定圧力になると、電磁式調圧弁１４を作動させて水素ガス通路１２を遮断するようになっている。なお、本実施形態の場合、後述するように電磁式調圧弁１４がノーマルクローズ形の弁であるので、制御器１８から電磁式調圧弁１４への電流を遮断することで水素ガス通路１２が遮断される。これにより、燃料電池スタック３に耐圧を超えた高圧の水素ガスが流れることを防ぐことができる。
以下では、このように制御されている電磁式調圧弁１４の構成について、詳述する。なお、以下の説明における上下、左右、及び前後等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、電磁式調圧弁１４に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下で説明する電磁式調圧弁１４は、電磁式調圧弁の一実施形態に過ぎず、後述する形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
＜電磁式調圧弁＞
電磁式調圧弁１４は、図２に示すようにハウジング２１を備えている。ハウジング２１には、一次ポート２１ａ、弁体孔２１ｂ、及び二次ポート２１ｃが形成されている。一次ポート２１ａは、電磁式遮断弁１５（図１参照）に繋がっており、ハウジング２１に形成されている一次側通路２１ｄを介して弁体孔２１ｂに繋がっている。
弁体孔２１ｂは、上下に延在する軸線Ｌ１に沿って延在している。弁体孔２１ｂは、その断面が円形状になっており、その中間部分に残余部より大径に形成された弁空間２１ｅを有している。一次側通路２１ｄは、この弁空間２１ｅに繋がっている。また、弁体孔２１ｂは、ハウジング２１に形成されている二次側通路２１ｆを介して二次ポート２１ｃに繋がっている。二次側通路２１ｆは、前記弁空間２１ｅより上側の二次側領域２１ｇにて前記弁体孔２１ｂと繋がっている。そして、二次ポート２１ｃは、水素ガス通路１２（図１参照）を介して燃料電池スタック３と繋がっている。このように一次ポート２１ａと二次ポート２１ｃとは、一次側通路２１ｄ、弁空間２１ｅ、二次側領域２１ｇ及び二次側通路２１ｆを介して繋がっている。これら一次側通路２１ｄ、弁空間２１ｅ、二次側領域２１ｇ及び二次側通路２１ｆによって、一次ポート２１ａと二次ポート２１ｃとを繋ぐ弁通路２２が構成されている。
また、ハウジング２１は、座部２３を有している。座部２３は、二次側領域２１ｇと弁空間２１ｅとを繋ぐ開口付近に位置しており、この開口を外囲するように形成されている。また、ハウジング２１には、弁体孔２１ｂの軸線Ｌ１に沿って弁体２４が挿入されており、弁体２４は、その一端部である上端部２４ａを二次側領域２１ｇに挿入した状態で座部２３に着座している。弁体２４は、大略的に円柱状になっており、上端部２４ａが弁通路２２側、つまり弁通路２２の二次ポート２１ａ側にある二次側通路２１ｆに位置している。また、弁体２４は、その上端部２４ａ側にテーパ部２４ｂを有している。テーパ部２４ｂは、上側に向かって先細りのテーパ形状になっており、弁体２４が図２に示すような閉位置に位置しているときに座部２３に着座し、弁通路２２を塞いでいる。
また、ハウジング２１は、弁空間２１ｅの下側にシール取付部２５を有している。シール取付部２５は、ハウジング２１の内面に周方向全周にわたって形成されている。シール取付部２５の内径は、二次側領域２１ｇの孔径及び弁体２４の外径と略一致している。また、ハウジング２１のシール取付部２５より下側の内径は、シール取付部２５の内径より大径になっている。これにより、ハウジング２１と弁体２４との間には、大略円環状の軸受部材収容空間２６が形成され、軸受部材収容空間２６には、軸受部材２７が収容されている。
軸受部材２７は、大略的に円筒状に形成されており、例えばボールガイド、ボール軸受、又はすべり軸受によって構成されている。軸受部材２７は、弁体２４に外装されて弁体２４とハウジング２１との間に介在し、弁体２４を支持している。この軸受部材２７により、弁体２４は、ハウジング２１内を軸線Ｌ１に沿って上下方向に円滑に移動できるようになっている。なお、軸受部材２７は、弁体２４の動きを更に滑らかにし、且つ耐久性を向上させるべくグリス潤滑されている。
このように軸受部材２７が配置された軸受部材収容空間２６の上側には、そこを塞ぐべく、高圧シール部材２８が設けられている。第１シール部材である高圧シール部材２８は、摩擦抵抗が少なく、始動抵抗と摺動抵抗との差が小さい高圧シールであり、例えば、フッ素樹脂等により表面処理されたＯリングである。高圧シール部材２８は、シール取付部２５の内周部に嵌め込むように取付けられ、弁体２４の外周に配置されている。このように配置された高圧シール部材２８は、弁体２４とシール取付部２５との間隙を封止している。また、シール取付部２５には、低圧シール部材２９が設けられている。
第２シール部材である低圧シール部材２９は、大略円環状のＯリングであり、摩擦抵抗を小さくすべく樹脂等により表面処理がされている。低圧シール部材２９は、高圧シール部材２８より軸受部材２７側に位置し、シール取付部２５の内周部に嵌め込むように取付けられている。これにより、高圧シール部材２８及び低圧シール部材２９は、弁体２４の上端側から下端側（つまり、一端側から他端側）に向ってこの順で弁体２４の外周に配置される。低圧シール部材２９は、シール取付部２５と弁体２４との間隙を封止し、高圧シール部材２８と低圧シール部材２９との間にバッファ室３０を形成している。第１の空間であるバッファ室３０には、高圧シール部材２８のところから漏れ出た水素ガスが導かれるようになっている。なお、高圧シール部材２８及び低圧シール部材２９は、弁体２４の外周部に嵌め込むように取り付けてもよい。
また、軸受部材収容空間２６の下側には、そこを塞ぐべく、ダイヤフラムシール３１が設けられている。第３シール部材であるダイヤフラムシール３１は、大略的に円環状に形成されたダイヤフラムであり、弁体２４の外周に配置されている。ダイヤフラムシール３１の内縁部は弁体２４に取付けられ、外縁部はハウジング２１に取付けられている。詳述すると、ダイヤフラムシール３１の内縁部は、弁体２４の下端部とそこに取り付けられた取付け部材２４ｃとで挟むことで、弁体２４に取付けられている。また、ハウジング２１は、上下に２つに分割可能に構成されており、それら２つの部分の間にダイヤフラムシール３１の外縁部が挟まれることでハウジング２１に取付けられている。
このように上下両側が塞がれた軸受部材収容空間２６は、２つのシール部材３１，２９によってハウジング２１内に形成されている他の空間（例えば、弁空間２１ｅや二次側領域２１ｇ等）から遮断されて隔てられている。第２の空間である軸受部材収容空間２６は、ハウジング２１に形成された大気連通路３２により大気に開放されている。それ故、軸受部材２７を潤滑するグリスは、水素ガスに曝されることがなく、また、ハウジング２１内の他の空間、例えば弁空間２１ｅや二次ポート２１ｃに漏れることがない。従って、グリスが水素ガスに混入することを防いで下流側の機器に及ぼす影響を防ぐことができると共に、グリスの枯渇を抑制し、軸受部材２７の潤滑状態を維持することができる。これにより、軸受部材２７の耐久性を向上させ得ると共に、弁体２４を円滑に移動させることができる。
また、弁体孔２１ｂのダイヤフラムシール３１より下側には、圧力帰還室３３が形成されている。圧力帰還室３３は、ハウジング２１の底部、及びダイヤフラムシール３１によって囲まれた大略円板状の空間である。このようにハウジング２１内に形成される圧力帰還室３３内には、弁体２４の他端部である下端部が位置している。この圧力帰還室３３と軸受部材収容空間２６との間は、ダイヤフラムシール３１によって塞がれており、圧力帰還室３３は、ハウジング２１に形成されているハウジング側均圧通路３４（第２の均圧通路）によって二次側通路２１ｆに繋がっている。
また、弁体２４内には、弁側均圧通路３５が形成されている。第１の均圧通路である弁側均圧通路３５は、二次側連通部３５ａと、帰還部３５ｂと、連通部３５ｃとを有している。二次側連通部３５ａは、弁体２４の上端部２４ａにその半径方向に貫通するように延在しており、その両端が二次側領域２１ｇに開口している。また、帰還部３５ｂは、弁体２４を半径方向に貫通するように延在し、その両端がバッファ室３０に開口している。これら二次側連通部３５ａ及び帰還部３５ｂは、弁体２４の軸線（本実施形態では、軸線Ｌ１に略一致）に沿って形成される連通部３５ｃによって繋がっている。これによりバッファ室３０は、弁側均圧通路３５を介し二次側領域２１ｇに繋がっている。
このように、ハウジング側均圧通路３４は、二次ポート２１ｃと圧力帰還室３３とを繋ぎ、二次ポート２１ｃに導かれる二次圧ｐ２を圧力帰還室３３に導入する。また、弁側均圧通路３５は、二次ポート２１ｃとバッファ室３０とを繋ぎ、バッファ室３０に漏れ出た水素ガスを二次ポート２１ｃに導くようになっている。これにより、電磁式調圧弁１４は、一次側から漏れた水素ガスを外側へ漏れさせることなく二次側へと戻す安全構造の調圧弁となっている。
また、弁体２４は、フランジ２４ｅを有している。フランジ２４ｅは、テーパ部２４ｂより下側に周方向全周にわたって形成されており、テーパ部２４ｂから更に半径方向外方に向かって突出している。フランジ２４ｅは、シール取付部２５の上端に対向するように位置している。フランジ２４ｅとシール取付部２５の上端との間には、復帰用ばね３６が配置されている。復帰用ばね３６は、いわゆる圧縮コイルばねであり、圧縮された状態で弁体２４に外装され、弁体２４を閉位置方向（弁体２４が閉位置に向かう方向）に付勢している。付勢された弁体２４は、座部２３に着座し、弁通路２２を塞いでいる。ハウジング２１の開口端部（即ち、上端部）には、復帰用ばね３６の付勢に抗する力を弁体２４に与えるべく、電磁比例ソレノイド３７が設けられている。
弁体駆動手段である電磁比例ソレノイド３７は、ハウジング２１の開口端部の外周に螺合して固定されている。電磁比例ソレノイド３７は、ソレノイドコイル３８を有している。ソレノイドコイル３８は、大略的に円筒状に形成され、その下端側にハウジング２１が螺合されている。ソレノイドコイル３８は、大略円筒状のケース３８ａを有し、その中にボビン３８ｂとコイル線３８ｃとが設けられている。ボビン３８ｂもまた大略円筒状に形成され、このボビン３８ｂにコイル線３８ｃに巻きつけることによってソレノイドコイル３８が構成されている。コイル線３８ｃは、制御器１８に電気的に接続されている。また、ソレノイドコイル３８内には、下端部にヨーク３９が設けられ、上端部がカバー４０によって塞がれている。そして、ヨーク３９とカバー４０との間に可動部材４１が設けられている。
可動部材４１は、磁性材料から成り、大略円柱状に形成されており、軸線Ｌ１に沿って配置されている。可動部材４１の外径は、ソレノイドコイル３８の内径より小さくなっている。可動部材４１とソレノイドコイル３８との間には、円環状のガイド部材４２が介在している。ガイド部材４２は、非磁性体から成り、可動部材４１を軸線Ｌ１に沿って上下方向に摺動可能に支持している。ヨーク３９は、可動部材４１の下端部に上下方向に対向し、互いに間隔をあけた状態で位置している。ヨーク３９は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、大略円環状に形成されている。ヨーク３９と可動部材４１は、ソレノイドコイル３８に電流を流すことで磁化し、ヨーク３９は、可動部材４１を吸引するようになっている。
また、可動部材４１の上端部とカバー４０との間には、圧縮コイルばね４３が設けられており、圧縮コイルばね４３により可動部材４１が弁体２４側へと付勢されている。可動部材４１の下端部には、押圧部材４４が設けられている。押圧部材４４は、軸線Ｌ１に沿って延在し、ヨーク３９内に挿通されている。押圧部材４４の基端部は、可動部材４１に固定されている。押圧部材４４の先端は、部分球面状に形成されており、可動部材４１を介して圧縮コイルばね４３により付勢されて弁体２４の上端部２４ａに押し付けられている。このように配置されている押圧部材４４は、ソレノイドコイル３８に電流を流して可動部材４１をヨーク３９の方に吸引させることで電流に応じた力で弁体２４を開位置方向に押して弁通路２２を開くようになっている。
このように構成されている電磁式調圧弁１４は、弁体２４のテーパ部２４ｂ及びフランジ２４ｅの上面（第１受圧面に相当する受圧面Ｐ１）で水素タンク１１から弁空間２１ｅに導かれた一次圧ｐ１を開位置方向に受圧し、フランジ２４ｅの下面（第２受圧面に相当する受圧面Ｐ２）において、前記一次圧ｐ１を閉位置方向に受圧している。なお、受圧面Ｐ１は、テーパ面の一部分の領域であって、平面視で二次側領域２１ｇより半径方向外側の領域である。各受圧面Ｐ１，Ｐ２において、一次圧ｐ１は、互いに抗する方向に作用しており、互いに打ち消し合っている。受圧面Ｐ１，Ｐ２の受圧面積は、弁体２４のフランジ２４ｅより下端２４ｄ側と二次側領域２１ｇの内径（つまり、シート径）とが略同じ外径を有しているので、略同一になっている。それ故、受圧面Ｐ１で受ける一次圧ｐ１による作用力と、受圧面Ｐ２で受ける一次圧ｐ１による作用力とが互いに相殺され、弁体２４における一次圧ｐ１の変動による影響を防ぐことができる。
また、電磁式調圧弁１４は、弁体２４の上端及びテーパ部２４ｂのテーパ面（受圧面Ｐ３）において二次側領域２１ｇを流れる二次圧ｐ２を開位置方向に受圧し、ダイヤフラムシール３１及び弁体２４の下端２４ｄ（受圧面Ｐ４）において圧力帰還室３３に導かれた二次圧ｐ２を閉位置方向に受圧する。なお、受圧面Ｐ４は、平面視で二次側領域２１ｇに重なる領域である。受圧面Ｐ３，Ｐ４で受圧する二次圧ｐ２は、互いに抗する方向に作用している。
しかし、弁体２４がシート径ｒ１と略同じ外径ｒ２を有しているのに対して、ダイヤフラムシール３１の有効径ｒ３が前記シート径ｒ１及び弁体２４の外径ｒ２より大きくなっている。それ故、受圧面Ｐ３に比べて受圧面Ｐ４の方がダイヤフラムシール３１の有効面積の分だけ受圧面積が大きくなっている。これにより、弁体２４には、各受圧面Ｐ３，Ｐ４で受ける二次圧ｐ２による作用力が完全に相殺されず、各受圧面Ｐ３，Ｐ４における受圧面積の差に応じた作用力が閉位置方向に作用している。また、弁体２４は、復帰用ばね３６に閉位置方向に付勢されて座部２３に着座している。このように弁体２４が二次圧ｐ２による作用力及び復帰用ばね３６によって閉位置方向に付勢されており、電磁式調圧弁１４は、ノーマルクローズド型の弁として構成されている。これにより、ソレノイドコイル３８流す電流を遮断することで弁通路２２を緊急遮断することができるようになっている。
＜電磁式調圧弁の動作＞
以下では、図２を参照しながら電磁式調圧弁１４の動作について説明する。車両のアクセルペダルが操作されると、その操作量に応じた電流（つまり、目標圧力に応じた電流）が制御器１８からソレノイドコイル３８に流される。そうすると、可動部材４１に励磁力が作用し、可動部材４１がヨーク３９の方へ吸引される。これにより、押圧部材４４によって弁体２４が開位置方向に押されて座部２３から離れる。そうすると、弁通路２２が開かれ、弁空間２１ｅの水素ガスが二次側領域２１ｇへと流れる。この際、弁体２４と座部２３との間に形成されるオリフィス（図示せず）により弁空間２１ｅから二次側領域２１ｇに流れる水素ガスが二次圧ｐ２に減圧される。このように、電磁式調圧弁１４は、ソレノイドコイル３８に電流を流すと、弁体２４が押圧部材４４によって押されて弁通路が開くように構成されている（つまり、プッシュ型の電磁式調圧弁である）。
二次側領域２１ｇの水素ガスは、二次側通路２１ｆを通って二次ポート２１ｃから排出されると共に、ハウジング側均圧通路３４を通って圧力帰還室３３に導かれる。ダイヤフラムシール３１は、圧力帰還室３３に導かれた水素ガスの二次圧ｐ２を受圧する。弁体２４は、可動部材４１が受ける励磁力、受圧面Ｐ３，Ｐ４で夫々受ける二次圧ｐ２による作用力、圧縮コイルばね４３のばね力、及び復帰用ばね３６のばね力が釣り合う位置まで移動する。つまり、前記力が釣り合うように弁通路２２の開度（つまり、オリフィスの開度）を調整して二次側領域２１ｇに流れる水素ガスの二次圧ｐ２を調整する。これにより、二次圧ｐ２がアクセルペダルの操作量に応じた圧力、つまり目標圧力に制御される。
二次圧ｐ２を調整する場合について具体的に説明すると、例えば、二次圧ｐ２が目標圧力より低い場合、励磁力が二次圧ｐ２による作用力より大きくなり、弁体２４が座部２３から離れるように開位置方向に移動する。弁体２４は、二次圧ｐ２による作用力、励磁力、圧縮コイルばね４３のばね力、及び復帰用ばね３６のばね力が釣り合う位置まで移動し、それに伴って弁通路２２の開度が広がって二次圧ｐ２が上昇する。これにより、二次圧ｐ２が目標圧力まで調圧される。それ故、電磁式調圧弁１４は、一次圧ｐ１が変動してもそれに合わせて弁通路２２の開度を制御し、二次圧ｐ２を目標圧力に調圧することができる。そのため、電磁式調圧弁１４単体で、高圧の水素ガスを低圧の目標圧力まで高精度で調圧することができる。
また、アクセルペダルが操作されてその操作量が変化し、制御器１８が受け取る目標圧力が変化した場合も同様である。つまり、目標圧力が変化して制御器１８がソレノイドコイル３８に流す電流が増減して励磁力が増減し、その励磁力に二次圧ｐ２による作用力、圧縮コイルばね４３のばね力、及び復帰用ばね３６のばね力が釣り合う位置まで弁体２４が移動して弁通路２２の開度を調整する。これにより、二次圧ｐ２が変化した目標圧力に合うように調圧される。このように、電磁式調圧弁１４は、二次圧ｐ２を変動する目標圧力に追従して調圧し、さらに目標圧力に保持することができる。
このように構成される電磁式調圧弁１４では、受圧面Ｐ１及び受圧面Ｐ２の受圧面積を略同一にしているので、弁体２４が一次圧ｐ１から受ける作用力を相殺されている。これにより、一次圧ｐ１の変動に起因する二次圧ｐ２の変動を抑えることができる。それ故、高圧の水素ガスに対する圧力制御性を向上させることができ、二次圧ｐ２を従来の電磁式調圧弁と同様に高精度で制御することができる。また、一次圧ｐ１から受ける作用力を相殺することで、電磁比例ソレノイド３７の励磁力を小さくすることができ、電磁式調圧弁１４を小形化することができる。
また、電磁式調圧弁１４では、一次圧ｐ１と二次圧ｐ２との差圧が大きいので、電磁式調圧弁１４作動中、意図しない外的要因により高圧シール部材２８において弁空間２１ｅからバッファ室３０に水素ガスに僅かに漏れ出ることがある。しかし、バッファ室３０が弁側均圧通路３５を介して二次側領域２１ｇに繋がっており、電磁式調圧弁１４が高圧シール部材２８で漏れ出た水素ガスを二次ポートから排出して燃料電池スタックへ導く安全構造となっている。また、電磁式調圧弁１４は、バッファ室３０が二次側領域２１ｇに繋がっているので、バッファ室３０の内圧が低くなっている。それ故、高圧シール部材２８からバッファ室３０に水素ガスが漏れても、バッファ室３０の内圧が上昇しにくくなっている。それ故、一次側からバッファ室３０に水素ガスが漏れても、その水素ガスが軸受部材収容空間２６に漏れることを低圧シール部材２９で十分防ぐことができる。つまり、軸受部材収容空間２６を介して水素ガスが大気に漏れ出ることを防ぐことができる。
また、ダイヤフラムシール３１を採用することで、弁体２４移動時の摺動摩擦を無くすことができる。また、摩擦抵抗の少ない低圧シール部材２９を採用することで、極力、摺動摩擦を抑えることができる。このように弁体２４に作用する摺動摩擦を抑えることで弁体２４を滑らかに動かすことができる。これにより、目標圧力に二次圧を素早く調圧することができるようになり、二次圧の応答性が向上する。更に、高圧シール部材２８を採用することで、電磁式調圧弁１４の一次圧ｐ１に対する耐圧性能が向上する。
［第２実施形態］
第２実施形態に係る水素ガス供給装置１Ａは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と構成が類似しているが、水素ガス供給装置１Ａは、そこに備わる電磁式調圧弁１４の受圧面積Ａ１及び受圧面積Ａ２が図３に示すように異なっているという点で第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と異なっている。以下では、その点について詳述する。
第２実施形態に係る水素ガス供給装置１Ａの電磁式調圧弁１４Ａでは、弁体１４Ａの外径ｒ２がシート径ｒ１より小さくなっている。それ故、受圧面Ｐ１の受圧面積が受圧面Ｐ２の受圧面積より小さくなっている。それ故、弁体２４には、受圧面Ｐ１の受圧面積と受圧面Ｐ２の受圧面積との差に応じた一次圧ｐ１による作用力が閉位置に向かって作用する。それ故、ソレノイドコイル３８に流す電流を遮断した時の弁体２４Ａの閉位置に向かう速度が速くなり、遮断性能が向上する。
また、一次圧ｐ１による作用力が閉位置に向かって作用しているので、弁体２４Ａと座部２３の着座部分のシール面圧が高くなる。それ故、電磁式調圧弁１４Ａは、一次側から二次側へと燃料ガスが漏れ出ないようにしっかりと弁通路２２を閉じることができる。
その他、第２実施形態に係る水素ガス供給装置１Ａは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と同様の作用効果を奏する。
［第３実施形態］
第３実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｂは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と構成が類似している。従って、第３実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｂの構成について、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と異なる点についてだけ説明する。
燃料電池システム２Ｂに備わる水素ガス供給装置１Ｂは、電磁式調圧弁１４Ｂを備えている。電磁式調圧弁１４Ｂは、オンタンク型の調圧弁であり、水素タンク１１の開口部に配置されている。電磁式調圧弁１４Ｂは、第１実施形態の電磁式調圧弁１４と同じ構成を有しており、バルブブロック５０と一体的に成型されているハウジング２１（図２参照）を備えている。バルブブロック５０は、水素タンク１１（図４参照）の開口部内にシールを達成した状態で取付けられている。
電磁式調圧弁１４Ｂは、第１実施形態の電磁式調圧弁１４と同様に、水素タンク１１から流出する高圧の水素ガスを低圧に調圧して燃料電池スタック３に供給する機能を有している。それ故、水素タンク１１の開口部に設けることで水素タンク１１からの出力圧力レベルが低圧になり、水素ガス供給装置１Ｂの安全性が大幅に向上する。
電磁式調圧弁１４Ｂの上流側には、電磁式遮断弁１５が設けられている。電磁式遮断弁１５は、電磁式調圧弁１４Ｂと共にバルブブロック５０に一体的に設けられており、電磁式遮断弁１５と電磁式調圧弁１４Ｂとによって電磁式容器元弁５１を構成している。また、電磁式調圧弁１４Ｂの下流側には、電磁式遮断弁１５Ｂが設けられている。電磁式遮断弁１５Ｂは、電磁式遮断弁１５と同様に水素ガス通路１２を開閉する機能を有する低圧用の電磁弁である。電磁式遮断弁１５Ｂに低圧用の電磁弁を採用することができるので、電磁式遮断弁１５Ｂの製造コストを電磁式遮断弁１５に比べて安価にすることができる。
更に、電磁式遮断弁１５Ｂは、例えば規定圧力以下でのみ開弁する製造コストが安価な直接駆動方式の電磁弁（電磁ソレノイドの推力を小さくして、規定圧力を越える圧力になると、開弁しない一段形の電磁弁）であることが望ましい。というのも、車両（燃料電池システム２Ｂ）の停止中、電磁式調圧弁１４Ｂに何らかの異常（例えば、作動中の意図しない外的要因による高圧の水素ガスの漏れ）が発生すると、電磁式調圧弁１５Ｂの上流側の圧力が高くなり、その上流側の圧力が前記規定圧力を超えると、次回の車両起動時に電磁式遮断弁１５Ｂが開弁しなくなる。それ故、電磁式遮断弁１５Ｂに直接駆動方式の電磁弁を用いた場合、規定圧力を越えた圧力の水素ガスが燃料電池スタック３に流れることを防ぐことができる。これにより、燃料電池スタック３を保護することができる。また、電磁式遮断弁１５Ｂが開弁しないため、圧力センサを使用しなくても電磁式調圧弁の異常を推測検知することができる。
その他、第３実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｂは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と同様の作用効果を奏する。
［第４実施形態］
第４実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｃは、第３実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｂと構成が類似している。従って、第４実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｃの構成について、第３実施形態の水素ガス供給装置１Ｂと異なる点についてだけ説明する。
燃料電池システム２Ｃに備わる水素ガス供給装置１Ｃでは、図５に示すように電磁式遮断弁１５Ｂが取外されている。電磁式調圧弁１４Ｂは、ノーマルクローズ形の弁であり、その下流側の圧力が規定圧力以上になると、水素ガス通路１２を遮断するようになっている。それ故、水素ガス供給装置１Ｃのように電磁式遮断弁１５Ｂが取外された構成であっても、に規定圧力を越えた圧力の水素ガスが燃料電池スタック３流れることを防ぐことができる。
その他、第４実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｃは、第３実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｂと同様の作用効果を奏する。
［第５実施形態］
第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｄは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と構成が類似している。従って、第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｄの構成について、第１実施形態の水素ガス供給装置１と異なる点についてだけ説明する。
燃料電池システム２Ｄに備わる水素ガス供給装置１Ｄは、図６に示すように電磁式調圧弁１４Ｄを備えている。電磁式調圧弁１４Ｄは、インタンク型の調圧弁であり、水素タンク１１の開口部内に設けられている。電磁式調圧弁１４Ｄは、第１実施形態の電磁式調圧弁１４と同様に、水素タンク１１から流出する高圧の水素ガスを低圧に調圧して燃料電池スタック３に供給する機能を有している。電磁式調圧弁１４Ｄの水素タンク１１へのインタンク化と水素タンク１１からの出力圧力レベルが低圧になり、水素ガス供給装置１Ｄの安全性が更に大幅に向上する。また、水素ガス供給装置１Ｄにおいて、電磁式調圧弁１４Ｄより下流側には、電磁式遮断弁１５Ｄが配置されている。それ故、電磁式遮断弁１５Ｄは、低圧用の電磁式遮断弁を使用することができる。
従って、第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｄは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と同様の作用効果を奏する。
［第６実施形態］
第６実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｅは、第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｄと構成が類似している。従って、第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｅの構成について、第５実施形態の水素ガス供給装置１Ｄと異なる点についてだけ説明する。
燃料電池システム２Ｅに備わる水素ガス供給装置１Ｅでは、図７に示すように電磁式遮断弁１５Ｄが取外されている。電磁式調圧弁１４Ｄは、ノーマルクローズ形の弁であり、その下流側の圧力が規定圧力以上になると、水素ガス通路１２を遮断するようになっている。それ故、水素ガス供給装置１Ｅのように電磁式遮断弁１５Ｂが取外された構成であっても、規定圧力を越えた圧力の水素ガスが燃料電池スタック３に流れることを防ぐことができる。
その他、第６実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｅは、第５実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｄと同様の作用効果を奏する。
［第７実施形態］
第７実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｆは、図８に示すような調圧弁１４Ｆを有している。調圧弁１４Ｆは、電磁比例ソレノイド３７に代えて圧電アクチュエータ３７Ｆを備えている。圧電アクチュエータ３７Ｆは、圧電素子（例えば、ピエゾ素子）から成り、印加される印加電圧に応じた駆動力を発生し、押圧部材４４を介して弁体２４を開位置方向に動かして弁通路２２を開くようになっている。この際、弁通路２２は、発生する駆動力に応じた開度で開き、電磁式調圧弁１４Ｆもまた、圧電アクチュエータ３７Ｆに印加される印加電圧に応じた圧力に二次圧ｐ２を調圧できるようになっている。
その他、第７実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｆは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と同様の構成を有しており、同様の作用効果を奏する。
［第８実施形態］
第８実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｇは、図９に示すような調圧弁１４Ｇを有している。調圧弁１４Ｇは、電磁比例ソレノイド３７に代えてフォースモータ３７Ｇを備えている。フォースモータ３７Ｇは、円筒状の永久磁石６１の中に可動コイル６２が挿入されており、可動コイル６２に電流を流すと電流に応じた励磁力が発生し、この励磁力により可動コイル６２がヨーク６３内を下方に動くようになっている。可動コイル６２が下方に動くことでそれに一体的に設けられている押圧部材４４によって弁体２４が開位置方向に押されて弁通路２２が開く。この際、弁通路２２は、発生する励磁力に応じた開度で開き、調圧弁１４Ｇもまたフォースモータ３７Ｇに流される電流に応じた圧力に二次圧ｐ２を調圧できるようになっている。
その他、第８実施形態に係る水素ガス供給装置１Ｇは、第１実施形態に係る水素ガス供給装置１と同様の構成を有しており、同様の作用効果を奏する。
［その他の形態について］
本実施形態では、圧力帰還室３３の二次圧ｐ２をダイヤフラムシール３１で受圧しているが、必ずしもダイヤフラムシールでなくてもよく、Ｏリングなどの低圧シール部材であってもよい。この場合、弁体２４の下端側の外径をシート径より大きくすることによって、第１実施形態の電磁式調圧弁１４と同様の作用効果を達成することができる。
また、本実施形態の電磁式調圧弁１４は、プッシュ型の電磁式調圧弁であるが、プル型の電磁式調圧弁であってもよい。また、本実施形態では、２つの均圧通路３４，３５がハウジング２１及び弁体２４に別々に形成されているが、２つの均圧通路３４，３５が弁体２４及びハウジング２１の何れか一方に纏めて形成されていてもよい
また、電磁式調圧弁１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄは、弁体駆動手段である電磁比例ソレノイド３７に流す電流を調整することにより弁通路２２の開度を制御できるようになっているが、電磁比例ソレノイド３７に印加する電圧を調整することにより弁通路２２の開度を制御してもよい。他の弁体駆動手段の場合も同様である。
本発明は、燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料電池システムの水素ガス供給装置に適用することができる。
１，１Ａ〜１Ｇ 水素ガス供給装置
２，２Ｂ〜２Ｇ 燃料電池システム
３ 燃料電池スタック
１１ 水素タンク
１２ 水素ガス通路
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ 電磁式調圧弁
１４Ｆ，１４Ｇ 調圧弁
１５，１５Ｂ，１５Ｄ 電磁式遮断弁
１７ 通路用圧力センサ
１８ 制御器
２１ ハウジング
２１ａ 一次ポート
２１ｃ 二次ポート
２２ 弁通路
２４，２４Ａ 弁体
２４ａ 上端部
２６ 軸受部材収容空間
２８ 高圧シール部材
２９ 低圧シール部材
３０ バッファ室
３１ ダイヤフラムシール
３２ 大気連通路
３３ 圧力帰還室
３４ ハウジング側均圧通路
３５ 弁側均圧通路
３７ 電磁比例ソレノイド
３７Ｆ 圧電アクチュエータ
３７Ｇ フォースモータ

Claims (13)

  1. 燃料電池スタックに水素ガスを供給する燃料電池システムの水素ガス供給装置において、
    高圧の水素ガスが貯蔵される水素タンクと低圧の水素ガスが消費される燃料電池スタックとを接続する水素ガス通路と、
    前記水素ガス通路に設けられ、前記水素タンクから流出する水素ガスの圧力を調圧して前記燃料電池スタックに供給する調圧弁とを備え、
    前記調圧弁は、
    前記水素タンクに接続される一次ポート及び前記燃料電池スタックに接続される二次ポートを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、
    前記ハウジング内に設けられ、前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で移動して前記弁通路の開度を制御する弁体と、
    前記弁体の外周に配置される第１シール部材及び第２シール部材とを備え、
    前記弁体の一端側は、前記弁通路側に位置し、前記弁体の他端側は、前記ハウジング内に形成される圧力帰還室内に位置し、
    前記第１シール部材及び第２シール部材は、前記弁体の一端側から前記弁体の他端側に向ってこの順序で配置されており、
    前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に形成された第１の空間と二次ポートとを繋ぐ第１の均圧通路を更に備え、
    前記弁通路は、一次ポートに繋がる弁空間を有し、
    第１シール部材は、前記弁空間と前記第１の空間との間に配置されている、燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  2. 前記調圧弁は、前記二次ポートと前記圧力帰還室とを繋ぐ第２の均圧通路を備え、
    前記弁体は、前記弁体が開位置に向かう開位置方向に前記二次ポートの圧力が作用する二次側受圧部と、前記弁体が閉位置に向かう閉位置方向に前記圧力帰還室の圧力が作用する圧力帰還室側受圧部とを有する、請求項１に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  3. 前記調圧弁は、
    前記弁体の外周において、前記第２シール部材より前記弁体の他端側に配置される第３シール部材と、
    前記第３シール部材と前記第２シール部材との間にされた第２の空間と、
    前記第２空間に収容される軸受部材と、
    前記第２空間と大気とを繋ぐ大気連通路とを更に有する、請求項２に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  4. 前記圧力帰還室側受圧部の受圧面積は、前記二次側受圧部の受圧面積よりも大きい、請求項３に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  5. 前記第３シール部材は、ダイヤフラムシールであり、
    前記ダイヤフラムシールは、前記弁体の他端側に設けられ、該他端部と共に前記圧力帰還室側受圧部を構成する、請求項３又は４に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  6. 前記弁体は、前記一次ポートに導かれる一次圧を前記開位置方向に受圧する第１受圧面と前記一次圧を前記閉位置方向に受圧する第２受圧面とを有し、
    前記第１受圧面の受圧面積は、前記第２受圧面の受圧面積と同一である、請求項３乃至５の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  7. 前記弁体は、前記一次ポートに導かれる一次圧を前記開位置方向に受圧する第１受圧面と前記一次圧を前記閉位置方向に受圧する第２受圧面とを有し、
    前記第１受圧面の受圧面積は、前記第２受圧面の受圧面積より小さい、請求項３乃至５の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  8. 前記調圧弁は、
    前記弁体を前記閉位置方向に付勢する復帰用ばねと、
    印加される印加電圧又は印加電流に応じた駆動力を前記復帰用ばねの付勢に抗するように前記弁体に与えて該弁体を前記開位置方向に移動させる弁体駆動手段とを有し、
    前記調圧弁は、前記弁体駆動手段への印加電圧又は印加電流の印加を止めると前記復帰用ばねにより前記弁体が前記閉位置方向へ移動するノーマルクローズ形の弁である、請求項３乃至７の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  9. 前記水素ガス通路において前記調圧弁より下流側に設けられ、前記燃料電池スタックに供給される前記水素ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記圧力検出手段で検出される圧力に応じて前記弁体駆動手段に印加する印加電圧又は印加電流を制御して二次圧を前記燃料電池スタックの目標圧力にする制御手段とを更に備える、請求項８に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  10. 前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出される圧力が予め定められた規定圧力以上になると、前記弁体駆動手段に印加する印加電圧又は印加電流を制御して前記弁体を前記閉位置に移動させる、請求項９に記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  11. 前記調圧弁は、前記弁体駆動手段が前記高圧タンクの供給口に設置されるインタンク型又はオンタンク型の容器元弁である、請求項８乃至１０の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  12. 前記水素ガス通路において前記調圧弁より上流側に設けられ、前記調圧弁への水素ガスの供給を遮断可能な電磁式遮断弁を更に備える、請求項１乃至１１の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
  13. 前記水素ガス通路において前記調圧弁より下流側に設けられ、前記燃料電池スタックへの水素ガスの供給を遮断可能な電磁式遮断弁を更に備える、請求項１乃至１１の何れか１つに記載の燃料電池システムの水素ガス供給装置。
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