JP7437911B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

本明細書は、流体制御装置に関する技術を開示する。

特許文献１に、複数のバルブ（定流量機能部、可変制御機能部）を備えている流体制御装置（流量制御弁）が開示されている。特許文献１の各バルブは、ハウジング内と外部空間を連通する連通路（呼吸穴）を備えている。連通路を設けることにより、温度変化等に起因してハウジング内の圧力が変化することを抑制することができる。換言すると、連通孔を設けることにより、ハウジング内の圧力が一定に保たれ、バルブを精度よく開閉することができる。

特開２０１５－１７２８１３号公報

上記したように、ハウジング内と外部空間を連通する連通路を設けることによって、ハウジング内の圧力変化を抑制することができる。しかしながら、連通路を設けることにより、外部空間からハウジング内に異物が侵入することが起こり得る。ハウジング内に異物が侵入すると、流体に異物が混入したり、バルブが劣化することが起こり得る。そのため、ハウジング内に異物が侵入することを抑制する技術が必要とされる。本明細書は、異物の侵入が抑制された新規な流体制御装置を実現する技術を提供する。

本明細書で開示する第１技術は、複数のバルブを備えている流体制御装置である。この流体制御装置では、複数のバルブのうちの少なくとも１個のバルブが、自身のハウジング内と外部空間を連通する第１連通路を有する第１バルブであり、第１バルブ以外のバルブが、自身のハウジング内と外部空間を連通する通路を有していない第２バルブであり、第１バルブのハウジング内と第２バルブのハウジング内が、第２連通路によって連通されていてよい。

本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術の流体制御装置であって、第１バルブのうちの少なくとも１個のバルブが、流体が移動する流体移動空間の圧力が上昇したときに流体移動空間と外部空間を連通して流体を外部空間に放出するリリーフバルブであってよい。リリーフバルブは、流体移動空間とハウジング内を連通する流体導入孔と、ハウジング内と外部空間を連通する流体排出孔と、ハウジング内を移動して流体導入孔を開閉する弁体を備えていてよい。また、第１連通路が流体排出孔を含んでおり、第２連通路が弁体が配置されている空間に開口していてよい。

本明細書で開示する第３技術は、上記第２技術の流体制御装置であって、第１バルブが全てリリーフバルブであり、流体排出孔に配管が接続されていてよい。

本明細書で開示する第４技術は、上記第２又は第３技術の流体制御装置であって、弁体は、ハウジングの内面に接触して摺動面を形成する大径部と、ハウジングの内面と非接触の小径部を有していてよい。また、小径部が、大径部よりも流体導入孔側に設けられおり、第２連通路が、小径部と対向する位置で第１バルブのハウジング内に開口していてよい。

本明細書で開示する第５技術は、上記第２から第４技術のいずれかの流体制御装置であって、リリーフバルブは、流体導入孔の周囲に設けられている弁座と、弁体の端部に設けられているとともに弁座と接触して流体導入孔をシールするシール部と、弁体を弁座に付勢する付勢部材を備えており、付勢部材がシール部に接触していてよい。

本明細書で開示する第６技術は、燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料供給源と、燃料電池と、燃料供給源と燃料電池を接続している燃料供給路と、燃料供給路上に配置されている上記第２から第５技術のいずれかの流体制御装置を備えていてよい。また、この燃料電池システムでは、第２バルブのうちの少なくとも１個が燃料供給路内の圧力を調整する減圧バルブであり、リリーフバルブが減圧バルブよりも燃料電池側に配置されていてよい。

第１技術によると、全てのバルブについて、ハウジング内の圧力を流体制御装置の外部空間の圧力（大気圧）に維持することができる。温度変化等に起因するハウジング内の圧力変動が抑制されるので、バルブが開閉する圧力が設定値からずれることが抑制される。また、第１技術によると、ハウジング内と外部空間を連通する通路（第１連通路）を全てのバルブが有している従来の流体制御装置と比較して、第１連通路の数を削減することができる。その結果、第１技術によると、従来の流体制御装置よりもバルブ内（ハウジング内）への異物の侵入を抑制することができる。

第２技術によると、第１連通路を形成するためのコストを削減することができる。典型的に、リリーフバルブは、ハウジング内の流体を外部空間に排出するための流体排出孔を有している。そのため、第１バルブのうちの少なくとも１個のバルブがリリーフバルブであれば、流体排出孔を流体制御装置の第１連通路として利用することができる。

第３技術によると、流体排出孔（第１連通路）の外部空間への実質的な開口位置を調整することができる。すなわち、流体制御装置の配置場所を変更することなく、流体排出孔の実質的な開口位置（配管の開口位置）を異物が侵入し難い位置に調整することができる。その結果、流体制御装置のハウジング内、あるいは、流体が移動する流体移動空間に異物が侵入することをさらに抑制することができる。

第４技術によると、大径部によってハウジング内における弁体の動作を安定させることができ、小径部によって第２連通路とリリーフバルブのハウジング内を確実に常時連通させることができる。また、小径部を大径部よりも流体導入孔側に設けることにより、流体移動空間からハウジング内に流体がスムーズに移動することができる。

第５技術によると、リリーフバルブの軸方向（弁体が移動する方向）の長さを短くすることができる。典型的に、リリーフバルブは、弁体の端部（弁座側）に流体を流通させるための貫通孔を有している。そして、付勢部材を貫通孔が設けられている位置（弁体の端部）を避けて弁体に接触させることが多い。すなわち、一般的なリリーフバルブでは、付勢部材を、弁体の軸方向中間部分に接触させる。付勢部材をシール部（弁体の端部）に接触させることにより、付勢部材のサイズ（付勢部材の付勢力）を変化させることなく、リリーフバルブのサイズを小さくすることができる。その結果、流体制御装置のサイズを小さくすることができる。

第６技術によると、減圧バルブに異物が侵入することを抑制することができる。また、リリーフバルブを減圧バルブよりも下流（燃料電池側）に配置することにより、減圧バルブの状態に影響されることなく、流体移動空間（燃料供給路）の圧力に応じてリリーフバルブが作動することができる。

燃料電池ユニットのシステム図を示す。 第１実施例の流体制御装置において、流体を遮断している状態の断面図を示す。 第１実施例の流体制御装置において、流体が流通している状態の断面図を示す。 第１実施例の流体制御装置において、リリーフバルブが作動した状態の断面図を示す。 第２実施例の流体制御装置の断面図を示す。 第３実施例の流体制御装置の断面図を示す。 図６のVII－VII線に沿った断面図を示す。 図７のVIII－VIII線に沿った断面図を示す。 第４実施例の流体制御装置の断面図を示す。 第５実施例の流体制御装置の断面図を示す。

（燃料電池システム１００）
図１を参照して、流体制御装置６０を備えた燃料電池システム１００について説明する。燃料電池システム１００は、例えば車両に搭載され、車両に搭載されたモータ（図示省略）を駆動するための電力を発電する。燃料電池システム１００は、水素と酸素の化学反応を利用して電力を発電する。燃料電池システム１００は、燃料電池８０と、燃料電池８０に水素を供給する水素ガス供給路９０と、燃料電池８０から使用後の水素を排出する水素排出路８６と、燃料電池８０に空気（酸素）を供給する空気供給路８２と、燃料電池８０から使用後の空気（酸素）を排出する空気排出路８４を備えている。水素ガス供給路９０は、燃料供給路の一例であり、流体移動空間の一例でもある。

水素ガス供給路９０は、水素ボンベ９２に接続される。水素ボンベ９２は、燃料供給源の一例である。また、水素ガス供給路９０には、流体制御装置６０及び水素ガス供給器８８が配置されている。水素ガス供給器８８は、流体制御装置６０より下流（燃料電池８０側）に配置されている。流体制御装置６０は、水素ボンベ９２から排出された水素ガスの圧力を減圧するとともに、水素ガス供給路９０の圧力が上昇することを抑制する。流体制御装置６０は、減圧バルブ１０とリリーフバルブ５０を備えている。減圧バルブ１０で水素ガス供給路９０を流通する（水素ガス供給器８８に送り出す）水素ガスの圧力を調圧（減圧）し、リリーフバルブ５０は水素ガス供給路９０の圧力が所定値を超えたときに作動して水素ガス供給路９０内の圧力を低減する。なお、詳細は後述するが、リリーフバルブ５０は、減圧バルブ１０より下流（燃料電池８０側）に配置されている。

水素ガス供給器８８は、燃料電池８０に供給する水素ガスの圧力及び流量を調整する。水素ガス供給器８８内には、インジェクタ（図示省略）が配置されている。水素排出路８６には、第１バルブ８７が設けられている。第１バルブ８７を開弁することにより、燃料電池８０で使用された後の水素ガス（水素オフガス）が排出される。

空気供給路８２には、ポンプ８３が配置されている。ポンプ８３は、燃料電池８０に供給する空気の流量を調整する。空気排出路８４には、第２バルブ８５が設けられている。第２バルブ８５を開弁することにより、燃料電池８０で使用された後の空気（空気オフガス）が排出される。リリーフバルブ５０から排出された水素ガス、水素オフガス及び空気オフガスは、希釈器（図示省略）に導入された後に流体制御装置６０の外部（大気）に放出されることもある。なお、燃料電池８０の構造は特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、燃料電池８０の発電メカニズムについても公知のため、説明を省略する。

（第１実施例：流体制御装置６０）
図２から図４を参照し、流体制御装置６０について説明する。なお、図２は、燃料電池８０が発電を行っていない（燃料電池８０に水素ガスが供給されていない）ときの流体制御装置６０を示している。図３は、燃料電池８０が発電を行っている（燃料電池８０に水素ガスが供給されている）ときの流体制御装置６０を示している。図４は、水素ガス供給路９０内の圧力が所定値を超えたときの流体制御装置６０を示している。

図２に示すように、流体制御装置６０は、減圧バルブ１０とリリーフバルブ５０を備えている。減圧バルブ１０は第２バルブの一例であり、リリーフバルブ５０は第１バルブの一例である。減圧バルブ１０は、ハウジング２５と、弁体１２と、ピストン２０を備えている。弁体１２及びピストン２０は、ハウジング２５内に配置されており、ハウジング２５内を第１室４，第２室２８，水素ガス流通路６４に区画している。弁体１２が第１室４内に配置されており、ピストン２０が第２室２８内に配置されている。詳細は後述するが、水素ガス流通路６４は水素ガス供給路９０（図１も参照）に接続されており、燃料供給路の一例であるとともに流体移動空間の一例である。

第１室４は、水素ガス流入孔２と水素ガス流出孔１６を備えている。水素ガス流入孔２は、配管９０ａ（水素ガス供給路９０の一部）を介して、水素ボンベ９２（図１を参照）に接続されている。水素ガス流出孔１６は、弁体１２によって塞がれている。弁体１２は、コイルばね６によって水素ガス流出孔１６が設けられている壁面（弁座）に付勢されている。弁体１２が水素ガス流出孔１６を塞いでいるときは、燃料電池８０に水素ガスが供給されない。水素ガス流出孔１６が設けられている壁面（弁座）にはシール材（ゴムシート）１４が配置されている。弁体１２がシール材１４を介して弁座に接することにより、水素ガス流出孔１６が確実に塞がれる。なお、弁体１２とハウジング２５の間には隙間８が設けられている。水素ガス流入孔２から流入した水素ガスは、隙間８を通じて水素ガス流出孔１６に移動する。

第２室２８は、ハウジング２５とプレート２６とピストン２０によって画定されている。プレート２６は、ハウジング２５に固定されている。ピストン２０は、ハウジング２５内に配置されている。ピストン２０は、ハウジング２５に固定されておらず、コイルばね２４によってプレート２６に支持されている。すなわち、コイルばね２４は、ハウジング２５とピストン２０に接続されている。ピストン２０とハウジング２５の間にはピストンシール（Ｏリング）１８が配置されている。ピストン２０は、第２室２８と水素ガス流通路６４を区画している。第２室２８内は、大気圧に維持されている。但し、第２室２８は、流体制御装置６０の外部空間（大気）と直接連通する通路を有していない。詳細は後述するが、第２室２８は、ハウジング連通路３０を通じてリリーフバルブ５０内の空間と連通しており、リリーフバルブ５０を介して外部空間と連通している。ハウジング連通路３０は、第２連通路の一例である。なお、ピストン２０は、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差に応じて、ハウジング２５内で移動する（ハウジング２５に対して摺動する）。具体的には、ピストン２０は、ハウジング２５内において、コイルばね２４の圧縮又は伸張力と、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差とがバランスする場所に位置する。

水素ガス流通路６４は、水素ガス供給孔６２を備えている。水素ガス供給孔６２は、配管９０ｂ（水素ガス供給路９０の一部）を介して、水素ガス供給器８８（図１を参照）に接続されている。また、水素ガス流通路６４には、リリーフバルブ５０が接続されている。なお、水素ガス流通路６４は、第１室４及び第２室２８より水素ガス流路の下流側に位置している。すなわち、リリーフバルブ５０は、第１室４及び第２室２８（減圧バルブ１０の主要部品である弁体１２及びピストン２０が配置されている空間）よりもガス流路の下流側（燃料電池８０側）に配置されている。

リリーフバルブ５０は、ハウジング５２と、プレート５１と、コイルばね４０と、弁体４４を備えている。ハウジング５２には、水素ガス流通路６４と連通している水素ガス導入孔５４と、外部空間（大気）と連通している水素ガス排出孔５５が設けられている。水素ガス導入孔５４は流体導入孔の一例であり、水素ガス排出孔５５は流体排出孔の一例である。プレート５１は、ハウジング５２に固定されている。なお、プレート５１は、開口を有しており、水素ガス排出孔５５を塞いでいない。プレート５１は、コイルばね４０を位置決めしている。弁体４４は、水素ガス導入孔５４を塞いでいる。具体的には、弁体４４は、コイルばね４０によって水素ガス導入孔５４が設けられている壁面（弁座５６）に付勢されている。コイルばね４０は、付勢部材の一例である。弁体４４の端部にはシール材（ゴムシート）４８が固定されている。シール材４８が水素ガス導入孔５４の周囲に設けられている弁座５６に接することにより、水素ガス導入孔５４が確実に塞がれる。

弁体４４は、大径部４４ａと小径部４４ｂを有する有底筒状であり、小径部４４ｂの端部が塞がれている。小径部４４ｂは、大径部４４ａよりも水素ガス導入孔５４側に設けられている。シール材４８は、小径部４４ｂの端部（底部の外面）に固定されている。小径部４４ｂの端部及びシール材４８が、水素ガス導入孔５４を塞ぐ（シールする）シール部を構成している。大径部４４ａは、ハウジング５２の内面と接触している。大径部４４ａの外面は、ハウジング５２に対する摺動面として機能する。一方、小径部４４ｂは、ハウジング５２と非接触である。そのため、小径部４４ｂとハウジング５２の間には隙間が設けられている。小径部４４ｂとハウジング５２の隙間は、ハウジング連通路３０を介して第２室２８と連通している。すなわち、ハウジング連通路３０の開口は、弁体４４の小径部４４ｂに対向している。また、小径部４４ｂの側面（周面）には、貫通孔４６が設けられている。貫通孔４６によって、小径部４４ｂの外側空間（小径部４４ｂとハウジング５２の隙間）と小径部４４ｂの内側のハウジング内空間３２が連通している。ハウジング内空間３２は、貫通孔４６及びハウジング連通路３０を介して第２室２８と連通している。

水素ガス排出孔５５には配管７０が圧入されている。配管７０の他端（図示省略）は、大気に開放されている。そのため、ハウジング内空間３２は大気と連通しており、ハウジング内空間３２は大気圧に維持される。水素ガス排出孔５５及び配管７０は、第１連通路の一例である。上記したように、ハウジング内空間３２は、第２室２８と連通している。その結果、流体制御装置６０では、ハウジング内空間３２及び第２室２８が大気圧に維持される。なお、配管７０を用いることにより、大気に対するリリーフバルブ５０の開口の向きを変化させることができる。具体的には、配管７０の形状を調整することにより、例えば水素ガス排出孔５５の開口が重力方向下向きの場合であっても、配管７０の他端の開口（実質的に、大気に対するリリーフバルブ５０の開口）を重力方向上向き等に変化させることができる。あるいは、異物が混入する可能性が低い場所に配管７０の他端の開口が位置するように、配管７０を伸張させることもできる。

（減圧バルブ１０の動作）
図３を参照し、燃料電池８０に水素ガスが供給されているときの減圧バルブ１０の動作（流体制御装置６０の状態）を説明する。水素ガス供給器８８が燃料電池８０に水素ガスの供給を開始すると、水素ガス流通路６４内の圧力が低下する。水素ガス流通路６４内の圧力が低下すると、ピストン２０が、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差に応じて、弁体１２に向けて移動する。ピストン２０が弁体１２を弁座（シール材１４）から離反させ、水素ガス流出孔１６を介して第１室４と水素ガス流通路６４が連通する。その結果、矢印３に示すように、水素ガスが水素ガス流通路６４に流通する。

なお、ピストン２０は、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差に応じて移動量が変化する。第２室２８内の圧力は一定（大気圧）なので、燃料電池８０に供給する水素ガス必要量が増加して水素ガス流通路６４内の圧力が低下する程、ピストン２０は、弁体１２側に移動する。その結果、水素ガス流出孔１６の開度が増大し、水素ガス流通路６４に供給される水素ガス量が増加し、燃料電池８０に必要量の水素ガスを供給することができる。一方、燃料電池８０に供給する水素ガス必要量が減少すると、水素ガス流出孔１６の開度が低下し、水素ガス流通路６４に供給される水素ガス量が減少し、水素ガス流通路６４内の圧力が過大に上昇することを防止することができる。減圧バルブ１０（ピストン２０及び弁体１２）は、水素ガス流通路６４内の圧力を適値に調整する圧力調整バルブと捉えることもできる。

（リリーフバルブ５０の動作）
図４を参照し、水素ガス流通路６４内の圧力が所定値を超えたときのリリーフバルブ５０の動作（流体制御装置６０の状態）を説明する。水素ガス流通路６４内の圧力が所定値を超えると、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差に応じてピストン２０が弁体１２から離れる方向に移動する。その結果、水素ボンベ９２から水素ガス流通路６４内への水素ガスの供給が遮断される。また、ハウジング内空間３２と水素ガス流通路６４の圧力差によって、弁体４４が弁座５６から離れる方向に移動する。その結果、水素ガス導入孔５４及び貫通孔４６を通じて水素ガス流通路６４とハウジング内空間３２が連通する。水素ガス流通路６４内の水素ガスは、水素ガス導入孔５４．貫通孔４６，ハウジング内空間３２，水素ガス排出孔５５，配管７０を通じて大気に放出される。その結果、水素ガス流通路６４内の圧力が低下する。なお、水素ガス流通路６４内の圧力が所定値以下に低下すると、コイルばね４０の付勢力によって、弁体４４（シール材４８）が弁座５６に接する。すなわち、リリーフバルブ５０が閉じて、水素ガス導入孔５４が塞がれる。

（流体制御装置６０の利点）
上記したように、減圧バルブ１０は、第２室２８と水素ガス流通路６４の圧力差に応じて水素ガス流通路６４に供給する水素ガス量を調整する。また、リリーフバルブ５０は、ハウジング内空間３２と水素ガス流通路６４の圧力差によって開閉する。流体制御装置６０では、第２室２８及びハウジング内空間３２が大気と連通しており、内部圧力が一定（大気圧）に維持される。そのため、水素ガス流通路６４内の圧力変化に応じて予め設定した圧力で駆動することができる。なお、例えば、第２室２８、及び／又は、ハウジング内空間３２が大気と連通しておらず、閉鎖空間である場合、温度変化等によって第２室２８内、及び／又は、ハウジング内空間３２内の圧力が変動する。第２室２８内、及び／又は、ハウジング内空間３２内の圧力が変動すると、減圧バルブ１０、及び／又は、リリーフバルブ５０が正確に駆動できなくなることがある。

流体制御装置６０では、減圧バルブ１０（第２室２８）は、直接大気と連通する通路（第１連通路）を有していない。第２室２８は、リリーフバルブ５０を介して大気と連通している。流体制御装置６０は、各バルブ（減圧バルブ及びリリーフバルブ）に大気連通路（第１連通路）を設ける形態と比較して、大気連通路の数を少なくすることができる。その結果、大気連通路を通じてバルブ（減圧バルブ及びリリーフバルブ）内に異物が侵入する現象を起こり難くすることができる。

また、流体制御装置６０では、減圧バルブ１０に第１連通路を設けず、リリーフバルブ５０に第１連通路を設けている。一般的なリリーフバルブは、その機能より、第１連通路（直接大気と連通する通路）が標準的に設けられる。すなわち、流体制御装置６０は、新たな通路を設けることなく、減圧バルブ１０（第２室２８）とリリーフバルブ５０をバルブ連通孔（第２連通孔）３０で接続するだけで、第２室２８とハウジング内空間３２の双方を一定（大気圧）に維持することができる。

（第２～第５実施例）
図５から図１０を参照し、流体制御装置２６０，３６０，４６０，５６０について説明する。流体制御装置２６０～５６０は、流体制御装置６０の変形例であり、何れも図１に示す燃料電池システム１００の流体制御装置６０に代えて利用することができる。以下の説明において、流体制御装置２６０～５６０において流体制御装置６０と実質的に同じ構成については、流体制御装置６０と同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより説明を省略することがある。

（第２実施例：流体制御装置２６０）
図５に示すように、流体制御装置２６０は、減圧バルブ１０とリリーフバルブ２５０を備えている。減圧バルブ１０とリリーフバルブ２５０は、共通のハウジング２２５によって構成されている。リリーフバルブ２５０は、ハウジング２２５，プレート２５１，コイルばね４０，弁体２４４によって構成されている。ハウジング２２５には、水素ガス流通路６４と連通する連通孔（水素ガス導入孔）２５４と、外部空間（大気）と連通する水素ガス排出孔２５５が形成されている。プレート２５１は、ハウジング２２５に固定され、コイルばね４０を位置決めしている。なお、プレート２５１には大気と連通する孔が設けられていない。

弁体２４４は、コイルばね４０に付勢され、弁座５６に接触し、連通孔２５４を塞いでいる。弁体２４４は、大径部２４４ａと小径部２４４ｂと底部２４５を有する有底筒状である。底部２４５は、小径部２４４ｂの端部を塞いでいる。底部２４５には、シール材２４８が固定されている。底部２４５とシール材２４８が、連通孔（水素ガス導入孔）２５４を塞ぐシール部として機能している。また、リリーフバルブ２５０では、コイルばね４０は、底部２４５に接している。すなわち、コイルばね４０は、シール部（小径部２４４ｂの端部）に接している。大径部２４４ａの外面は、ハウジング２２５に対する摺動面として機能する。また、小径部２４４ｂはハウジング２２５と非接触であり、小径部２４４ｂとハウジング２２５の間には隙間２３３が設けられている。なお、リリーフバルブ２５０では、弁体２４４の周面に貫通孔が設けられていない（図２を比較参照）。

隙間２３３は、水素ガス排出孔２５５を通じて大気と連通している。流体制御装置２６０では、水素ガス排出孔２５５が第１連通孔の一例である。また、隙間２３３は、ハウジング連通路３０を介して第２室２８と連通している。第２室２８は、ハウジング連通路３０，隙間２３３及び水素ガス排出孔２５５を介して大気と連通している。リリーフバルブ２５０では、水素ガス流通路６４内の圧力が所定値を超えると、弁体２４４が弁座２５６から離れる方向に移動し、水素ガス流通路６４内の水素ガスが隙間２３３，水素ガス排出孔２５５を通じて大気に放出される。なお、水素ガス排出孔２５５に配管（図２～図４も参照）を接続してもよい。

流体制御装置２６０では、コイルばね４０が、弁体２４４の底部２４５に接している。そのため、流体制御装置２６０は、コイルばねが弁体の中間部分（例えば、流体制御装置６０における弁体２４４の大径部２４４ａと小径部２４４ｂの境界部分の段差面）に接する形態と比較して、リリーフバルブ２５０の軸方向サイズ（弁体２４４が移動する方向のサイズ）を小さくすることができる。その結果、流体制御装置２６０は、例えば流体制御装置６０と比較して、流体制御装置全体のサイズを小さくすることができる。また、水素ガス排出孔２５５を小径部２４４ｂの周面に対向する位置に設けることにより、弁体２４４の周面に貫通孔を設ける必要がなく、弁体２４４の加工コストを低減することもできる。

（第３実施例：流体制御装置３６０）
図６から図８を参照し、流体制御装置３６０について説明する。図６に示すように、流体制御装置３６０は、減圧バルブ１０とリリーフバルブ３５０を備えている。減圧バルブ１０とリリーフバルブ２５０は、共通のハウジング３２５によって構成されている。リリーフバルブ３５０は、ハウジング３２５，プレート３５１，コイルばね４０，弁体３４４によって構成されている。ハウジング３２５には、水素ガス流通路６４と連通する連通孔（水素ガス導入孔）３５４が形成されている。プレート３５１は、ハウジング２２５に固定され、コイルばね４０を位置決めしている。プレート３５１には大気と連通する水素ガス排出孔３５５が設けられている。

弁体３４４は、コイルばね４０に付勢され、弁座５６に接触し、連通孔３５４を塞いでいる。弁体３４４の底部３４５には、シール材３４８が固定されている。コイルばね４０は、弁体３４４の底部３４５（シール部）に接している。図７に示すように、弁体３４４の外周面は、円の一部（弁体３４４では４箇所）を切り取った形状であり、ハウジング３２５に接触する接触部３４４ａと、ハウジング３２５に接触しない非接触部３４４ｂを有している。接触部３４４ａは、ハウジング３２５に対する摺動面として機能する。非接触部３４４ｂとハウジング３２５の間には隙間３３３が形成される。また、非接触部３４４ｂには貫通孔３４４ｃが設けられている。貫通孔３４４ｃによって、隙間３３３とハウジング内空間３３２が連通している。

図８に示すように、ハウジング連通路３０は、非接触部３４４ｂに対向する位置で、ハウジング３２５内（隙間３３３）に開口している。そのため、第２室２８は、ハウジング連通路３０，隙間３３３，貫通孔３４４ｃ，ハウジング内空間３３２及び水素ガス排出孔３５５を通じて大気と連通している。また、水素ガス流通路６４内の圧力が所定値を超えると、弁体３４４が弁座５６から離れる方向に移動し、水素ガス流通路６４内の水素ガスが連通孔３５４，隙間３３３，貫通孔３４４ｃ，ハウジング内空間３３２及び水素ガス排出孔３５５を通じて大気に放出される。なお、水素ガス排出孔３５５に配管（図２～図４も参照）を接続してもよい。

流体制御装置３６０では、流体制御装置２６０（図５を参照）と同様に、コイルばね４０が、弁体３４４の底部３４５に接しているので、リリーフバルブ３５０の軸方向サイズ（弁体３４４が移動する方向のサイズ）を小さくすることができる。また、弁体３４４が移動する方向（軸方向）に直交する面内に、接触部３４４ａと非接触部３４４ｂの双方が設けられている。例えば、軸方向に接触部（大径部４４ａ）と非接触部（小径部４４ｂ）が並んでいる弁体４４（図２を参照）と比較して、弁体３４４の軸方向サイズをさらに小さくすることができる。

（第４実施例：流体制御装置４６０）
図９に示すように、流体制御装置４６０は、減圧バルブ１０とリリーフバルブ５０を備えている。リリーフバルブ５０は、実質的に流体制御装置６０のリリーフバルブ５０と同一である（図２を参照）。但し、流体制御装置４６０は、流体制御装置６０と比較して、水素ガス排出孔５５に配管７０が圧入されていない点が異なる。流体制御装置４６０では、水素ガス排出孔５５にフィルタ４７０が取り付けられている。流体制御装置４６０では、水素ガス排出孔５５にフィルタ４７０を取り付けることにより、リリーフバルブ５０内に異物が侵入することを防止している。

（第５実施例：流体制御装置５６０）
図１０に示すように、流体制御装置５６０は、減圧バルブ５１０とリリーフバルブ５５０を備えている。減圧バルブ５１０は、減圧バルブ１０（図２を参照）と比較して、水素ガス排出孔５５５を有するプレート５２６がハウジング２５に固定されている点が異なる。減圧バルブ５１０では、水素ガス排出孔５５５によって、第２室２８が外部空間（大気）と連通している。リリーフバルブ５５０は、リリーフバルブ５０と比較して、大気連通孔が設けられていないプレート５７０がハウジング５２に固定されている点が異なる。すなわち、流体制御装置５６０は、減圧バルブ５１０が大気に直接連通する水素ガス排出孔５５５を有しており、リリーフバルブ５５０は大気に直接連通する通路を有していない。

流体制御装置５６０では、リリーフバルブ５５０が作動すると（弁体４４が弁座５６から離れると）、水素ガス流通路６４内の水素ガスは、水素ガス導入孔５４．ハウジング連通路３０，第２室２８及び水素ガス排出孔５５５を通じて大気に放出される。なお、流体制御装置５６０は、第２室２８及びハウジング内空間３２内の圧力を一定（大気圧）に維持することができる。また、流体制御装置５６０は、各バルブに大気連通路を設ける形態と比較して、バルブ内に異物が侵入する現象を起こり難くすることができる。

（他の実施形態）
上記実施例では、流体制御装置を車両に搭載される燃料電池システムで利用する例について説明した。しかしながら、本明細書で開示する流体制御装置は、車両以外に搭載される燃料電池システム（例えば定置型の燃料電池発電機）で利用することもできる。また、本明細書で開示する流体制御装置は、燃料電池システム以外の流体制御装置（例えば、内燃機関を有する車両の燃料供給路における燃料制御装置）として利用することもできる。

また、上記実施例では、１個の減圧バルブと１個のリリーフバルブ（合計２個）を備えた流体制御装置について説明した。しかしながら、本明細書で開示する技術は、複数のバルブを備えた流体制御装置であれば、バルブの種類及び個数は任意である。重要なことは、流体制御装置を構成する複数のバルブのうちの少なくとも１個のバルブがハウジング内と外部空間を連通する通路（第１連通路）を有する第１バルブであって、他のバルブが第１連通路を有していいない第２バルブであって、第１バルブのハウジング内と第２バルブのハウジング内が、第２連通路によって連通されていればよい。異物がバルブ内に侵入する現象の抑制効果を十分に得るために、第１バルブの数よりも第２バルブの数が多い方が好ましいが、流路抵抗等を考慮し、第２バルブの数よりも第１バルブの数を多くしてもよい。例えば、２個の減圧バルブと１個のリリーフバルブを備えた流体制御装置において、１個の減圧バルブが第１バルブであり、他の２個のバルブが第２バルブであってもよい。

実施例１～４では、リリーフバルブが第１バルブ（第１連通路を有するバルブ）である流体制御装置について説明した。実施例１～４のリリーフバルブは、弁体がハウジングに接触する部分（大径部，接触部）と弁体がハウジングに接触しない部分（小径部，非接触部）を有している。そして、第２連通路は、小径部又は非接触部に対向する位置で開口している。すなわち、第２連通路は、弁体とハウジングの間に隙間が設けられている部分で開口している。しかしながら、第２連通路は、弁体がハウジングに接触している部分以外であれば、例えば、弁体に対向しない位置で開口していてもよい。すなわち、第１バルブのハウジング内と第２バルブのハウジング内が連通する位置であれば、第２連通路の開口位置は任意に変更することができる。

上記実施例では、大気連通孔に配管が圧入されている形態（第１実施例）、大気連通孔にフィルタが取り付けられている形態（第４実施例）、大気連通孔が直接大気に開口している形態（第２，第３及び第５実施例）について説明した。第１～第５実施例の何れの流体制御装置においても、配管を圧入してもよいし、フィルタを取り付けてもよいし、何も取り付けなくて（直接大気に開口していて）もよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：第２バルブ
２５：第２バルブのハウジング
３０：第２連通路
５０：第１バルブ
５２：第１バルブのハウジング
５５，７０：第１連通路
６０：流体制御装置

Claims (7)

1. 複数のバルブを備えている流体制御装置であって、
   複数のバルブのうちの少なくとも１個のバルブが、自身のハウジング内と外部空間を連通する第１連通路を有する第１バルブであり、
   第１バルブ以外のバルブが、自身のハウジング内と外部空間を直接連通する通路を有しておらず、第１連通孔を介して間接的に外部空間と連通している第２バルブであり、
   第１バルブのハウジング内と第２バルブのハウジング内が、第２連通路によって連通されており、
   第１バルブは、有底筒状の弁体を含んでおり、
   前記弁体の側面に貫通孔が設けられており、
   前記貫通孔によって、第２連通路、前記弁体の内部、及び外部空間を連通する流路が形成されている流体制御装置。
2. 請求項１に記載の流体制御装置であって、
   前記弁体は、円筒状の外周面の円の一部を切り取った形状であり、前記外周面の切取り部分に前記貫通孔が設けられている流体制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の流体制御装置であって、
   第１バルブのうちの少なくとも１個のバルブが、流体が移動する流体移動空間の圧力が上昇したときに流体移動空間と外部空間を連通して流体を外部空間に放出するリリーフバルブであり、
   リリーフバルブは、流体移動空間とハウジング内を連通する流体導入孔と、ハウジング内と外部空間を連通する流体排出孔と、ハウジング内を移動して流体導入孔を開閉する弁体とを備えており、
   第１連通路が流体排出孔を含んでおり、第２連通路が弁体が配置されている空間に開口している流体制御装置。
4. 請求項３に記載の流体制御装置であって、
   第１バルブが全てリリーフバルブであり、
   流体排出孔に配管が接続されている流体制御装置。
5. 請求項３又は４に記載の流体制御装置であって、
   弁体は、ハウジングの内面に接触して摺動面を形成する大径部と、ハウジングの内面と非接触の小径部を有しており、
   小径部が、大径部よりも流体導入孔側に設けられており、
   第２連通路が、小径部と対向する位置で第１バルブのハウジング内に開口している流体制御装置。
6. 請求項３から５のいずれか一項に記載の流体制御装置であって、
   リリーフバルブは、流体導入孔の周囲に設けられている弁座と、弁体の端部に設けられているとともに弁座と接触して流体導入孔をシールするシール部と、弁体を弁座に付勢する付勢部材と、を備えており、
   付勢部材がシール部に接触している流体制御装置。
7. 燃料供給源と、燃料電池と、燃料供給源と燃料電池を接続している燃料供給路と、燃料供給路上に配置されている請求項３から６のいずれか一項に記載の流体制御装置と、を備えており、
   第２バルブのうちの少なくとも１個が、燃料供給路内の圧力を調整する減圧バルブであり、
   リリーフバルブが、減圧バルブよりも燃料電池側に配置されている燃料電池システム。

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