流体供給システム
【課題】弁装置を取り付けるタンク開口を小さくできる流体供給システムを提供する。
【解決手段】加圧水素ガスを内部に貯留可能な水素タンク１０，１０と、水素タンク１０に設けられる弁装置２０と、水素タンク１０の上流側に位置する充填口３０と、水素タンク１０の下流側に位置する減圧弁と、水素タンク１０に充填口３０から弁装置２０を介して水素を充填する際に水素が通流するガス充填流路と、水素タンク１０から弁装置２０を介して水素を減圧弁４０の方向に供給する際に水素が通流するガス供給流路と、を備え、弁装置２０は、水素充填時および水素供給時に開弁して水素の通流を調整するひとつの開閉弁と、開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、水素充填時と水素供給時とで水素の通流方向が相違する開閉弁流路と、ガス充填流路と前記ガス供給流路とがひとつの流体路に備えられる。
【解決手段】加圧水素ガスを内部に貯留可能な水素タンク１０，１０と、水素タンク１０に設けられる弁装置２０と、水素タンク１０の上流側に位置する充填口３０と、水素タンク１０の下流側に位置する減圧弁と、水素タンク１０に充填口３０から弁装置２０を介して水素を充填する際に水素が通流するガス充填流路と、水素タンク１０から弁装置２０を介して水素を減圧弁４０の方向に供給する際に水素が通流するガス供給流路と、を備え、弁装置２０は、水素充填時および水素供給時に開弁して水素の通流を調整するひとつの開閉弁と、開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、水素充填時と水素供給時とで水素の通流方向が相違する開閉弁流路と、ガス充填流路と前記ガス供給流路とがひとつの流体路に備えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体充填路と流体供給路とを備えた流体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体として、例えばガスをタンクに充填するガス充填路とタンク内のガスをガス消費機器に供給するガス供給路とを備えたガス供給システム（流体供給システム）が種々提案されている。特許文献１には、ガス充填路とガス供給路とが別々に設けられたシステムが記載されている。特許文献２には、ガス充填路とガス供給路とが共有であり、メイン弁とパイロット弁とが別々に配置されたシステムが記載されている。なお、メイン弁は、弁体の前後差圧を利用した背圧式にて作動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３０６４４号公報
【特許文献２】米国特許第７３０９１１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のようにガス充填路とガス供給路とが別々に配置されたシステムでは、タンクの弁装置に、ガス充填時に開弁する逆止弁と、ガス供給時に開弁するバルブ（電磁弁）とを別々に設けなければならず、弁装置を取り付けるタンク開口が大型化する問題があった。このようにタンク開口が大型化することによって、タンク内のガスが弁装置を押し出す推力が大きくなり、弁装置をタンクに強固に取り付ける構造が必要になる。
【０００５】
また、ガス充填路とガス供給路とが別々に配置されていると、タンクへのガス充填直後は弁装置下流の供給配管の圧力は低いままなので、弁装置の開弁時に弁装置下流の昇圧スピードが過大となり、減圧弁下流の圧力がオーバーシュートして、リリーフ弁の作動による起動の遅れや、燃費の悪化、弁装置のシール部へのインパルス圧印加による耐久性悪化という問題がある。
【０００６】
さらに、これら充填路と供給路とが別々に配置されていると、タンクへのガス充填完了直後は、弁装置の前後差圧が大きく、弁装置のシート部は、圧力差による弁押付け力で強く押さえられており高い耐久性が要求されるが、開弁時には、その押付け力に打ち勝つ推力で強制的に押し返されるため、弁装置のシート部の耐久性が悪化する問題がある。また、弁装置の作動に際して差圧力に打ち勝つ推力を確保しなければならないので、ソレノイドが大型化する問題がある。さらに、ガス充填路とガス供給路とがそれぞれ必要となるため、システムおよびバルブとも構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献２に記載のようにガス充填路とガス供給路とを共有したガス供給システムでは、前記した充填路と供給路との別配置に伴う問題を概ね解決できる。しかしながら、流路を共有していても弁装置のメイン弁（開閉弁）とパイロット弁とが別体で構成されているため、タンク開口が大型化する問題が残ってしまう。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、弁装置を取り付けるタンクの開口を小さくでき、しかも流体充填路と流体供給路との別配置に伴う種々の問題を解決できる流体供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧力を加えた流体を内部に貯留可能なタンクと、前記タンクに設けられる弁装置と、前記タンクの上流側に位置し充填時に開いて流体を通す充填口と、前記タンクの下流側に位置する減圧弁と、前記タンクに前記充填口から前記弁装置を介して流体を充填する際に流体が通流する流体充填路と、前記タンクから前記弁装置を介して流体を前記減圧弁の方向に供給する際に流体が通流する流体供給路と、を備え、前記弁装置は、流体充填時および流体供給時に開弁して流体の通流を調整するひとつの開閉弁と、前記開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、流体充填時と流体供給時とで流体の通流方向が相違する開閉弁流路と、を有し、前記流体充填路と前記流体供給路とがひとつの流体路に備えられることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、パイロット弁を開閉弁に対して同軸に設けたことにより、弁装置の径方向の寸法を短くすることが可能となり、弁装置を取り付けるためのタンク開口を小さくできる。このようにタンク開口を小さくできることにより、弁装置がタンク内の流体から受ける推力（弁装置を押し出す力）を減らすことができ、弁装置をタンクに取り付けるための構造を簡素化できる。つまり、タンクにねじ込む際の弁装置のねじ込み長さを短くでき、またタンクライナも薄くすることが可能になる。
【００１１】
また、充填口から減圧弁までの流体路において流体充填路と流体供給路とを共用化したので、タンクへの流体充填直後における開閉弁の下流圧はタンク内と同等であり、開閉弁の開弁時に、開閉弁下流の昇圧スピードが過大になることもなく、減圧弁下流のオーバーシュートを未然に防止できる。これにより、減圧弁の下流にリリーフ弁が設けられているシステムにおいて、リリーフ弁が作動するという問題を解決でき、リリーフ弁の作動による起動の遅れや、燃費の悪化、開閉弁のシール部へのインパルス圧印加による耐久性の悪化を防止できる。
【００１２】
また、背圧式を採用せずキックパイロット式を用いていることから、差圧による開弁機構を回避することで、開閉弁のシート部の耐久性が悪化したり、弁装置のソレノイド（後記する実施形態でのプランジャ、固定コア、電磁コイル）が大型化するのを防止できる。開閉弁のシート部を耐久性の低いものにできるので、シート部にゴム材等（例えば、シール性：良好、強度：低）の材質を選択することも可能になる。
【００１３】
また、タンクのメンテナンスの際などにおいて、開閉弁の前後差圧が過大となる場合であってもキックパイロット式の電磁弁を採用することで、過大な開弁力が必要でシート部に負荷の大きい開閉弁の差圧作動を回避することができる。
【００１４】
また、流体充填路と流体供給路とを共用化することにより、システム上においては配管の簡素化（削減）、弁装置においては、内部流路の簡素化、逆止弁機能の開閉弁への機能統合によるデバイス削減が可能となり、小型軽量化を達成できる。特に、搭載スペースが限られる車載用複数タンクシステムにおいて好適である。
【００１５】
このように、弁装置を小型化でき、タンク開口を小さくできるので、堅牢な燃料供給系を備えた流体供給システムを構成できる。
【００１６】
また、前記弁装置は、弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ前記開閉弁流路を開閉するための開閉弁弁座と、流体充填時に前記開閉弁弁座から離間する方向に流体圧力を受ける受圧面を備える開閉弁本体と、前記開閉弁本体に開設されたパイロット通路と、前記開閉弁本体の一端に設けられたパイロット弁座と、パイロット弁体と、前記パイロット弁体を一端に備えるプランジャと、前記開閉弁本体と前記プランジャとを所定の遊びを持って連動させる連動機構部と、前記プランジャの他端に一端が接し前記開閉弁本体を前記開閉弁弁座の方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材の他端が接する固定コアと、前記プランジャの周方向に巻回された電磁コイルと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、メンテナンス時など開閉弁の上流と下流との差圧（前後差圧）が大きくなる場合には、まずプランジャが駆動されてパイロット弁が開閉弁本体に形成されたパイロット弁座から離れてパイロット通路が開放されることにより、タンク内の流体がパイロット通路を通って流体路に放出される。このとき、開閉弁本体とプランジャとが所定の遊びを持って連動する連動機構部を備えているので、プランジャが駆動されたとしても、開閉弁本体は前後差圧によって開弁することがなく、パイロット弁のみが開弁する。その後、開閉弁本体の下流側と上流側とが均圧化したときに、プランジャがさらに駆動されて開閉弁本体が開閉弁弁座から離れ、開閉弁流路と流体路とが連通することで、タンク内の流体が開閉弁流路を通って流体路に放出される。流体充填時には、充填流体の圧力によって開閉弁本体が開弁することで、流体が開閉弁流路を流体供給時とは逆向きの流れとなって通過してタンク内に充填される。
【００１８】
また、前記付勢部材は、前記タンク内が予め設定された流体圧力に達した際に前記開閉弁本体を閉じるようにばね力が設定されていることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、タンク内が充填される流体の充填圧に達したとき開閉弁本体が閉じることで、タンク内に充填された流体が抜け出るのを防止できる。
【００２０】
また、前記充填口と前記タンクとの間には、前記充填口への流体の流れを妨げる逆止弁が配置されていることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、タンクから充填口への流体の逆流をより確実に防止し、充填口とタンクとの間の配管に流体が流れ込むことによる供給先への供給流量減少を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、弁装置を取り付けるタンク開口を小さくでき、しかも流体充填路と流体供給路との別配置に伴う種々の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。
【図２】流体供給システムに用いられる弁装置を示す断面図である。
【図３】ガス充填時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＞Ｐ２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ２＝目標充填圧）である。
【図４】ガス供給時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）、（ｂ）は励磁時である。
【図５】メンテナンス時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時、（ｂ）は励磁時（Ｐ１＜Ｐ２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）である。
【図６】第２実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本実施形態に係る流体供給システム１Ａ，１Ｂについて図１ないし図６を参照して説明する。なお、以下では、流体供給システム１Ａ，１Ｂを適用した燃料電池システムＦ１を供えた車両（燃料電池自動車）を例に挙げて説明する。また、本実施形態に係る流体供給システム１Ａ，１Ｂは、流体として水素ガスを用いており、船舶用や航空機用などの燃料電池システム、または家庭用や業務用などの定置式の燃料電池システムなどにも適用できる。
【００２５】
（第１実施形態）
図１に示すように、流体供給システム１Ａは、水素タンク１０Ａ，１０Ｂ（１０、タンク）と、この水素タンク１０に設けられる弁装置２０と、水素タンク１０（１０Ａ）の上流側に位置する充填口３０と、水素タンク１０（１０Ｂ）の下流側に位置する減圧弁４０と、ガス配管５０（流体路）と、を備えている。
【００２６】
水素タンク１０は、燃料としての高純度の水素ガスが高圧で充填された容器である。また、水素タンク１０には、タンク内の水素の温度を検出する、サーミスタなどで構成された温度センサ（不図示）が設けられている。
【００２７】
水素タンク１０は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に水素ガスを高圧で貯留するライナー（タンク室）１０ａ（図２参照、一部のみ図示）を有し、そのライナー１０ａの周囲をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化プラスチック）等で形成されたカバー１０ｂ（図２参照、一部のみ図示）で覆って構成されている。
【００２８】
弁装置２０は、水素タンク１０に形成された開口部１０ｃ（図２参照）に取り付けられる、常閉式のキックパイロット式電磁弁であり、後記するＥＣＵ１００によって開閉制御される。なお、弁装置２０の詳細な構造については図２を参照して後記する。
【００２９】
充填口３０は、例えば水素充填ステーションに設けられたディスペンサから延びる水素供給ホースと連結自在に接続される。また、充填口３０には、第１逆止弁３０ａが設けられており、水素の充填が開始されると、第１逆止弁３０ａが充填時の水素の圧力（充填圧力）によって開弁する。
【００３０】
減圧弁４０は、水素タンク１０から供給された水素の圧力を所定圧に減圧し、燃料電池ＦＣに向けて供給する機能を有している。なお、減圧弁４０は、水素充填時、つまり燃料電池ＦＣで水素が消費されていない場合に閉弁する機能を有するものであってもよく、あるいは減圧弁４０の上流に常閉式の遮断弁（不図示）が設けられていてもよい。
【００３１】
ガス配管５０（流体路）は、充填口３０から減圧弁４０まで延びる配管５０ａと、前記配管５０ａから分岐して水素タンク１０Ａ（１０）の弁装置２０に接続される配管５０ｂと、前記配管５０ａから分岐して水素タンク１０Ｂ（１０）の弁装置２０に接続される配管５０ｃと、を含んで構成されている。
【００３２】
なお、配管５０ａにおいて、充填口３０から配管５０ｂの分岐部まで延びる部分を配管５０ａ１とし、配管５０ｂの分岐部と配管５０ｃの分岐部との間の部分を配管５０ａ２とし、配管５０ｃの分岐部と減圧弁４０との間の部分を配管５０ａ３とする。本実施形態では、水素タンク１０Ａに水素を充填する場合、配管５０ａ１，５０ｂがガス充填流路（流体充填路）に相当し、水素タンク１０Ｂに水素を充填する場合、配管５０ａ１，５０ａ２，５０ｃがガス充填流路（流体充填路）に相当する。また、水素タンク１０Ａから水素を減圧弁４０側に向けて供給する場合、配管５０ｂ，５０ａ２，５０ａ３がガス供給流路（流体供給路）に相当し、水素タンク１０Ｂから水素を減圧弁４０側に向けて供給する場合、配管５０ｃ，５０ａ３がガス供給流路（流体供給路）に相当する。
【００３３】
また、図１では、水素タンク１０Ａ，１０Ｂが配管５０ｂ，５０ｃを介して配管５０ａに対して別々の位置で接続されている場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、配管５０ｂと配管５０ｃとが途中で合流して１本の配管として、配管５０ａに接続される構成であってもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、２本の水素タンク１０Ａ，１０Ｂを備えた流体供給システム１Ａ（１Ｂ）を例に挙げて説明したが、水素タンク１０を１本のみ備えた流体供給システムでもあってもよく、水素タンク１０を３本以上備えた流体供給システムであってもよい。
【００３５】
このようにして構成された流体供給システム１Ａは、燃料電池システムＦ１を備えた車両（燃料電池自動車）に適用される。燃料電池システムＦ１は、流体供給システム１Ａとともに、燃料電池ＦＣ、リリーフ弁６０、エゼクタ６１、パージ弁６２、コンプレッサ７０などを備えている。
【００３６】
燃料電池ＦＣは、複数の固体高分子型の単セル（不図示）が積層されることで構成された燃料電池スタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、このＭＥＡを挟む導電性を有するアノードセパレータ（不図示）及びカソードセパレータ（不図示）と、を備えている。
【００３７】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００３８】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するための溝などで形成されたアノード流路１２が形成されている。カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するための溝などで形成されたカソード流路１３が形成されている。
【００３９】
そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されるとともに、カソード流路１３を介して各カソードに空気（酸素）が供給されると、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池ＦＣと外部負荷（走行モータなど）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池ＦＣが発電するようになっている。
【００４０】
リリーフ弁６０は、配管５０ｄの圧力が所定圧力を超えたときに開く逆止弁を備えて構成されている。なお、リリーフ弁６０は、機械的に開弁するものに限定されず、電気的な信号によって開弁するものであってもよい。
【００４１】
エゼクタ６１は、リリーフ弁６０より下流の配管５０ｄに配置され、燃料電池ＦＣのアノード流路１２から排出された未反応の水素を、配管５０ｅを介して燃料電池ＦＣのアノード流路１２に戻す機能を有している。なお、エゼクタ６１に替えて水素ポンプであってもよい。
【００４２】
パージ弁６２は、燃料電池ＦＣのアノード流路１２の出口側の配管５０ｆに配置され、開弁することにより、燃料電池ＦＣの発電時において水素循環流路（アノード流路１２、配管５０ｄ，５０ｅ）を循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出する機能を有している。なお、パージ弁を開弁して不純物を排出するタイミングとしては、例えば、燃料電池ＦＣの単セルの電圧を検出するセル電圧モニタ（不図示）から入力される最低セル電圧が所定セル電圧以下となったときである。
【００４３】
コンプレッサ７０は、燃料電池ＦＣのカソードに空気（酸素）を供給するものであり、モータで駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、配管５０ｇを介してカソード流路１３の入口と接続されている。コンプレッサ７０が駆動されると、車外からの空気が圧縮され、カソード流路１３に供給されるようになっている。コンプレッサ７０のモータの回転速度は、例えば、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するように、高められる設定となっている。
【００４４】
なお、燃料電池システムＦ１のカソード側には、それぞれ図示しない、加湿器、背圧弁、希釈器が設けられている。
【００４５】
加湿器は、水分交換可能な複数の中空糸膜を備えており、中空糸膜を介して、燃料電池ＦＣに供給される空気と、カソード流路１３から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換されて、燃料電池ＦＣに供給される空気が加湿されるように構成されている。
【００４６】
背圧弁は、バタフライ弁などで構成された開度調整可能な常開型の弁で構成され、配管５０ｈに設けられている。例えば、背圧弁の開度は、アクセルペダルの踏み込み量が大きくなると、ＥＣＵ１００によって、空気を高圧で供給するために、小さくなる（絞る）ように制御される。
【００４７】
希釈器は、背圧弁の下流の配管５０ｈに設けられており、パージ弁６２から配管５０ｆを介して排出されたアノードオフガスが導入され、このアノードオフガス中の水素をカソードオフガスで希釈した後、車外に排出するように構成されている。
【００４８】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、弁装置２０、パージ弁６２の開閉、コンプレッサ７０の回転速度を制御する。
【００４９】
図２に示すように、弁装置２０は、水素タンク１０に取り付けられ、弁箱２１、開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５（付勢部材）、連動機構部Ｍなどで構成されている。なお、図２は、説明を容易にするために、弁装置２０を簡略化して図示している。
【００５０】
弁箱２１は、内部に開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５、弁連動機構Ｍを収容する略円筒状の収容部２１ｓを有し、水素タンク１０の外部と連通する第１連通孔２１ａと、水素タンク１０内と連通する第２連通孔２１ｂ，２１ｂと、を備えている。なお、第２連通孔２１ｂは、２箇所に限定されるものではなく、１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。
【００５１】
また、弁箱２１の外周面には、ねじ溝２１ｄが形成されており、このねじ溝２１ｄと、水素タンク１０の開口部１０ｃに形成されたねじ溝１０ｄとが、螺合することにより弁装置２０が水素タンク１０に取り付けられている。なお、水素タンク１０と弁装置２０とは、オーリングなどのシール部材（不図示）を介して互いに接合され、水素タンク１０内の水素が外部に漏れ出ないように構成されている。
【００５２】
また、弁箱２１の内部には、開閉弁本体２２が当接することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを遮断し、開閉弁本体２２が離間することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを連通する開閉弁弁座２１ｃが設けられている。この開閉弁弁座２１ｃは、例えば、弁箱２１内において凹面が図示下側を向くように形成された凹部２１ｅが周方向にリング状に形成されるとともに、この凹部２１ｅにゴム製や樹脂製のシール部材２１ｆが嵌合されて構成されている。このように、開閉弁本体２２の先端（図示上端）の周縁部がシール部材２１ｆに当接することで、第１連通孔２１ａと水素タンク１０内との連通が遮断される。
【００５３】
開閉弁本体２２は、弁装置２０のメイン弁として動作するものであり、例えば、断面視略Ｔ字状に形成され、収容部２１ｓ内に収容されている。開閉弁本体２２の先部（図示上部）は、第１連通孔２１ａの開口径よりも大きく、かつ、シール部材２１ｆに当接可能な径となる大径部２２ａ１となっている。なお、本実施形態では、第１連通孔２１ａと対向する開閉弁本体２２（大径部２２ａ１）の上面が、ガス充填時に水素の圧力（ガス圧力）を受ける受圧面２２ｐとなっている。また、開閉弁本体２２の基端部（図示下部）は、大径部２２ａ１より径の小さい小径部２２ａ２となっている。
【００５４】
また、開閉弁本体２２には、大径部２２ａ１および小径部２２ａ２の径方向の中心部に軸Ｏ方向に沿って貫通するパイロット通路２２ｂが形成されている。また、開閉弁本体２２の基端（一端、図示下端）は、後記するパイロット弁体２３のパイロット弁座２２ｃとして機能するように構成されている。
【００５５】
パイロット弁体２３は、開閉弁本体２２と同軸Ｏとなるように配置され、開閉弁本体２２に形成されたパイロット通路２２ｂと対向する位置に配置されるように構成されている。また、パイロット弁体２３は、ゴムや樹脂などの弾性材料で形成され、パイロット通路２２ｂの通路径よりも大径に形成されている。このように、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが互いに同軸Ｏに配置されることにより、弁装置２０の径方向の寸法を短くすることが可能になる。
【００５６】
なお、パイロット弁体２３側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられてパイロット弁が構成されていてもよく、また開閉弁弁座２１ｃ側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられて開閉弁が構成されていてもよい。
【００５７】
ソレノイド２４は、開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３を開弁させる際の駆動力を発生させるものであり、プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃなどで構成されている。
【００５８】
プランジャ２４ａは、磁性材料で形成され、軸Ｏ方向に棒状に延びる略円柱形状を呈している。また、プランジャ２４ａの先端（一端、図示上端）には、パイロット弁体２３が嵌め込まれている。なお、プランジャ２４ａも、開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３と互いに同軸なるように配置されている。
【００５９】
固定コア２４ｂは、磁性材料で形成され、弁箱２１に形成された収容部２１ｓの底部に固定されている。また、固定コア２４ｂは、略円柱形状を呈し、プランジャ２４ａと同軸Ｏとなるように、プランジャ２４ａの基端（図示下端）と対向して配置されている。
【００６０】
電磁コイル２４ｃは、図示しないボビンに巻回されて構成され、プランジャ２４ａおよび固定コア２４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。
【００６１】
コイルばね２５は、一端がプランジャ２４ａの基端（他端）に接し、かつ、他端が固定コア２４ｂに接するように配置され、プランジャ２４ａを押圧して、開閉弁本体２２を開閉弁弁座２１ｃの方向に付勢するように構成されている。なお、コイルばね２５のばね力は、水素充填時（ガス充填時）に、水素タンク１０内が予め設定された充填目標圧力（タンク内が予め設定された流体圧力）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるように設定されている。充填目標圧力とは、例えば、水素タンク１０内が満タンとなる圧力である。
【００６２】
連動機構部Ｍは、開閉弁本体２２とプランジャ２４ａとを所定の遊びを持って連動させるものであり、支持部材２６ａと、係合ピン２６ｂと、プランジャ２４ａに形成された連結孔２４ｓと、で構成されている。
【００６３】
支持部材２６ａは、軸方向に延びる略円筒状に形成され、開閉弁本体２２側（上側）に位置する第１円筒部２６ａ１と、この第１円筒部２６ａ１よりも拡径し、かつ、プランジャ２４ａよりも大径に形成された第２円筒部２６ａ２と、を有している。第２円筒部２６ａ２は、第２連通孔２１ｂの途中の高さ位置まで延びて形成されている。
【００６４】
これにより、第１円筒部２６ａ１が、開閉弁本体２２の大径部２２ａ１の下面に当接するとともに、小径部２２ａ２に外嵌することで、開閉弁本体２２に固定されている。また、第２円筒部２６ａ２には、開閉弁本体２２の基端の一部が突出し、かつ、プランジャ２４ａの一部（図示上部）が挿入され、第２円筒部２６ａ２とプランジャ２４ａとの間に水素の通流を可能にするガス通流部Ｑ１が形成されている。
【００６５】
係合ピン２６ｂは、軸Ｏ方向に直交する方向に延びて配置され、第２円筒部２６ａ２に形成された取付孔２６ａ３，２６ａ３に固定されている。一方、プランジャ２４ａには、係合ピン２６の高さ位置において、係合ピン２６が挿通される連結孔２４ｓが貫通して形成されている。この連結孔２４ｓは、内部で係合ピン２６が移動可能となる幅（高さ）で形成されるとともに、係合ピン２６の上部（開閉弁本体２２側、パイロット弁体２３側）に隙間（遊び）Ｓが形成されるように構成されている。なお、図２では、係合ピン２６の図示上下に隙間が形成されている構造を図示しているが、弁装置２０（開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３）が図２に示すように閉じているときに、係合ピン２６の図示上側のみに隙間Ｓが形成されているものであればよい。
【００６６】
また、本実施形態に係る弁装置２０では、弁箱２１と、開閉弁本体２２および支持部材２６ａとの間に、開閉弁本体２２が開弁したときに水素が通流する開閉弁流路Ｑ２が形成されている。この開閉弁流路Ｑ２は、ガス充填時に、第１連通孔２１ａから水素が導入された後に第２連通孔２１ｂから水素が導出されるように通流し、ガス供給時に、第２連通孔２１ｂから水素が導入された後に第１連通孔２１ａから水素が導出されるように通流する。このように本実施形態における開閉弁流路Ｑ２は、ガス充填時とガス供給時とで水素が通流する方向が相違している（反対になっている）。
【００６７】
なお、本実施形態では、開閉弁弁座２１ｃ、開閉弁本体２２、ソレノイド２４および連動機構部Ｍにより開閉弁が構成され、パイロット通路２２ｂ、パイロット弁体２３およびソレノイド２４によりパイロット弁が構成されている。
【００６８】
次に、第１実施形態に係る流体供給システム１Ａの動作について図３ないし図５を参照して説明する。図３はガス充填時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＞Ｐ２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ２＝目標充填圧）、図４はガス供給時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）、（ｂ）は励磁時、図５はメンテナンス時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時、（ｂ）は励磁時（Ｐ１＜Ｐ２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）である。
【００６９】
まず、水素タンク１０Ａに水素を充填する場合には、ソレノイド２４が非励磁（消磁）の状態にあり、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが双方とも、コイルばね２５の付勢力によって、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃを押圧する方向、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃを押圧する方向に閉弁している（図２に示す状態）。
【００７０】
そして、充填口３０から水素の充填を開始することにより、充填口３０の第１逆止弁３０ａ（図１参照）が開弁し、配管５０ａ１，５０ｂを介して弁装置２０に向けて水素の充填が開始される。
【００７１】
このとき、図３（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の上流側（弁装置２０の外側）の圧力をＰ１とし、開閉弁本体２２の下流側（水素タンク１０Ａ（図１参照）内）の圧力をＰ２とすると、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも大きいので（Ｐ１＞Ｐ２）、充填口３０側の圧力Ｐ１によって、開閉弁本体２２の受圧面２２ｐが押圧され、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｑ２を介して連通し、開閉弁流路Ｑ２において水素が矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０に充填される。
【００７２】
そして、図３（ｂ）に示すように、水素タンク１０内の圧力Ｐ２が予め設定された所定圧（例えば、目標充填圧、水素タンク１０が満タンになる圧力）に達すると、圧力Ｐ１＝圧力Ｐ２となり、コイルばね２５の付勢力によって開閉弁本体２２がパイロット弁体２３とともに押圧されて、開閉弁本体２２が閉弁し、第１連通孔２１ａと開閉弁流路Ｑ２との通流が遮断され、水素の充填が完了する。
【００７３】
一方、車両のイグニッションスイッチがＯＮにされると、ＥＣＵ１００は、燃料電池ＦＣへの水素の供給を開始する。すなわち、ガス供給時（水素供給時）には、ＥＣＵ１００が弁装置２０のソレノイド２４を励磁する指令を出力する。このとき、図４（ａ）に示すように、ガス充填完了直後においては、弁装置２０が閉弁したときに圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とがほぼ同等であるので、図４（ｂ）に示すように、ソレノイド２４が励磁されることにより、パイロット弁体２３が開弁せずに、直ちに開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、開閉弁本体２２が開弁する。開閉弁本体２２が開弁することにより、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｑ２を介して連通し、開閉弁流路Ｑ２において水素が図４（ｂ）の矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０から減圧弁４０の方向に向けて供給される。
【００７４】
水素タンク１０から弁装置２０を介して供給された水素は、減圧弁４０により減圧された後に燃料電池ＦＣのアノードに供給される。また、ガス供給とともに、ＥＣＵ１００によってコンプレッサ７０の駆動が開始され、車外から取り込まれた空気が圧縮された後に加湿器（不図示）で加湿され、燃料電池ＦＣのカソードに供給される。燃料電池ＦＣの発電電力は、走行モータ（不図示）などの外部負荷に供給される。
【００７５】
ところで、水素タンク１０の点検などのメンテナンス（気密検査、耐圧検査など）時には、図５（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の下流側の圧力Ｐ１は低く、水素タンク１０内の圧力Ｐ２は高くなり、開閉弁本体２２の上流と下流との間での圧力差（前後差圧）が非常に大きくなる。
【００７６】
このようにメンテナンス時において、ＥＣＵ１００によってソレノイド２４が励磁されると、図５（ｂ）に示すように、プランジャ２４ａが図示下向きに吸引され、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃから離間し、パイロット弁体２３が開弁する。なお、このとき開閉弁本体２２の前後差圧は非常に大きいので、ソレノイド２４を励磁したとしても開閉弁体２２は開弁することがない。よって、図５（ｂ）において矢印で示すように、水素タンク１０内の水素は、第２連通孔２１ｂ、ガス通流部Ｑ１、パイロット通路２２ｂ、第１連通孔２１ａを通って、水素タンク１０から流出する。
【００７７】
このように、水素がパイロット通路２２ｂを通って流出して、開閉弁本体２２の下流側（減圧弁４０側、燃料電池ＦＣ側）の圧力Ｐ１が、開閉弁本体２２の上流側（水素タンク１０側）の圧力Ｐ２に徐々に近づいて、図５（ｃ）に示すように、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同等になったときに、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間する。つまり、図５（ｂ）に示す状態において、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同等になったときに、ソレノイド２４の吸引力によってプランジャ２４ａが図示下方に吸引される。このとき、係合ピン２６ｂが連結孔２４ｓ内の上面２４ｓ１にすでに当接しているので、プランジャ２４ａがさらに吸引されることにより、係合ピン２６ｂが引き下げられて、それと同時に開閉弁本体２２も引き下げられ、図５（ｃ）に示すように、開閉弁本体２２が開弁する。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係る流体供給システム１Ａによれば、パイロット弁体２３（パイロット弁））を開閉弁本体２２（開閉弁）に対して同軸Ｏに設けたことにより、弁装置２０の径方向の寸法Ｒ（図２参照）を短くすることができ、弁装置２０を取り付けるための水素タンク１０のタンク開口を小さくできる。このようにタンク開口を小さくできることにより、弁装置２０が水素タンク１０内のガスから受ける推力（弁装置２０を押し出す力）を減らすことができ、水素タンク１０にねじ込む際の弁装置２０のねじ込み長さＬ（図２参照）を短くでき、また水素タンク１０のライナー１０ａ（図２参照）やカバー１０ｂ（図２参照）の厚みＤも薄くすることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、充填口３０から減圧弁４０までの流体路においてガス充填流路（流体充填路）とガス供給流路（流体供給路）とを共用化する（ひとつの流体路に備えられる）ことにより、水素タンク１０へのガス充填直後において開閉弁本体２２の下流圧（Ｐ１）は水素タンク１０内の圧力Ｐ２と同等になっているので、開閉弁本体２２の開弁時に、開閉弁本体２２下流の昇圧スピードが過大になることもなく、減圧弁４０下流のオーバーシュートを未然に防止できる。これにより、減圧弁４０の下流にリリーフ弁６０（図１参照）が設けられている流体供給システム１Ａにおいて、リリーフ弁６０が作動するという問題を解決できる。
【００８０】
また、本実施形態では、開閉弁本体２２下流の昇圧スピードが過大になることはないので、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆへのインパルス圧印加によって耐久性が悪化するのを防止できる。
【００８１】
また、本実施形態では、従来のように背圧式（特許文献２）を採用せずキックパイロット式を採用しているので、差圧による作動機構を回避することで、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆの耐久性が悪化したり、弁装置２０のソレノイド２４（プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃ）が大型化するのを防止できる。これにより、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆを過大に耐久性の大きいものにする必要がないので、シール部材２１ｆにゴム材等（例えば、シール性：良好、強度：低）の材質を選択することも可能になる。また、必要となる開閉弁本体２２のシール部材２１ｆへの荷重を低減できるので、必要となる開閉弁本体２２の開弁力を小さくすることができ、ソレノイドの小型化が可能となる。
【００８２】
また、本実施形態では、水素タンク１０のメンテナンス時などに、一時的に開閉弁本体２２の前後差圧が過大になる場合においても、キックパイロット式の電磁弁（弁装置２０）を採用することで、過大な開弁力が必要でシール部材２１ｆに負荷の大きい開閉弁の差圧作動を避けることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、ガス充填流路（流体充填路）とガス供給流路（流体供給路）とを共用化することにより、流体供給システム１上においては配管の簡素化（削減）、弁装置２０においては、内部流路の簡素化、逆止弁機能の開閉弁本体２２への機能統合によるデバイス削減が可能となり、小型軽量化を達成できる。特に、搭載スペースが限られる車載用複数タンクシステムにおいて好適である。
【００８４】
このようにして、弁装置２０および水素タンク１０のタンク開口をそれぞれ小さくできることで、堅牢な燃料供給系を備えた流体供給システム１Ａを構成できる。
【００８５】
また、本実施形態では、ガス充填時に、水素タンク１０内が予め設定されたガス圧力（目標充填圧）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるようにコイルばね２５のばね力が設定されている。これにより、ガス充填時に、水素タンク１０に充填された水素が抜け出るのを防止できる。
【００８６】
図６は第２実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。第２実施形態に係る流体供給システム１Ｂは、第１実施形態に係る流体供給システム１Ａに第２逆止弁８０を追加した構成である。なお、第２逆止弁８０が特許請求の範囲に記載の逆止弁に相当する。また、その他の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００８７】
流体供給システム１Ｂに設けられた第２逆止弁８０は、充填口３０と水素タンク１０Ａ（１０）との間の配管５０ａ１（５０ａ）に設けられ、水素タンク１０側から充填口３０への水素（ガス）の通流を遮断する機能を有するものである。
【００８８】
第２実施形態に係る流体供給システム１Ｂによれば、第１実施形態により得られる効果に加えて、図６に示す位置に第２逆止弁８０を設けることにより、ガス供給時に、水素タンク１０Ａ，１０Ｂ内の水素が充填口３０から漏れ出るのをより確実に防止し、充填口３０と水素タンク１０Ａ，１０Ｂとの間の配管５０ａ１に水素ガスが流れ込むことによる、供給先（燃料電池ＦＣ）への供給流量減少を抑制することができる。
【００８９】
前記した２つの実施形態では、流体として水素ガスを記載したが、水素以外のガスや液体燃料、気液混合体等の流体であっても、もちろん良い。
【符号の説明】
【００９０】
１Ａ，１Ｂ 流体供給システム
１０（１０Ａ，１０Ｂ） 水素タンク
２０ 弁装置
２１ 弁箱
２１ａ 第１連通孔
２１ｂ 第２連通孔
２１ｃ 開閉弁弁座
２１ｅ 凹部
２１ｆ シール部材
２１ｓ 収容部
２２ 開閉弁本体
２２ａ１ 大径部
２２ａ２ 小径部
２２ｂ パイロット通路
２２ｃ パイロット弁座
２２ｐ 受圧面
２３ パイロット弁体
２４ ソレノイド
２４ａ プランジャ
２４ｂ 固定コア
２４ｃ 電磁コイル
２４ｓ 連結孔
２５ コイルばね（付勢部材）
２６ａ 支持部材
２６ａ１ 第１円筒部
２６ａ２ 第２円筒部
２６ｂ 係合ピン
３０ 充填口
４０ 減圧弁
５０ａ（５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３），５０ｂ，５０ｃ 配管（流体路）
８０ 第２逆止弁（逆止弁）
ＦＣ 燃料電池
Ｑ２ 開閉弁流路
Ｍ 連動機構部
Ｏ 軸
Ｓ 隙間（遊び）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体充填路と流体供給路とを備えた流体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体として、例えばガスをタンクに充填するガス充填路とタンク内のガスをガス消費機器に供給するガス供給路とを備えたガス供給システム（流体供給システム）が種々提案されている。特許文献１には、ガス充填路とガス供給路とが別々に設けられたシステムが記載されている。特許文献２には、ガス充填路とガス供給路とが共有であり、メイン弁とパイロット弁とが別々に配置されたシステムが記載されている。なお、メイン弁は、弁体の前後差圧を利用した背圧式にて作動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３０６４４号公報
【特許文献２】米国特許第７３０９１１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のようにガス充填路とガス供給路とが別々に配置されたシステムでは、タンクの弁装置に、ガス充填時に開弁する逆止弁と、ガス供給時に開弁するバルブ（電磁弁）とを別々に設けなければならず、弁装置を取り付けるタンク開口が大型化する問題があった。このようにタンク開口が大型化することによって、タンク内のガスが弁装置を押し出す推力が大きくなり、弁装置をタンクに強固に取り付ける構造が必要になる。
【０００５】
また、ガス充填路とガス供給路とが別々に配置されていると、タンクへのガス充填直後は弁装置下流の供給配管の圧力は低いままなので、弁装置の開弁時に弁装置下流の昇圧スピードが過大となり、減圧弁下流の圧力がオーバーシュートして、リリーフ弁の作動による起動の遅れや、燃費の悪化、弁装置のシール部へのインパルス圧印加による耐久性悪化という問題がある。
【０００６】
さらに、これら充填路と供給路とが別々に配置されていると、タンクへのガス充填完了直後は、弁装置の前後差圧が大きく、弁装置のシート部は、圧力差による弁押付け力で強く押さえられており高い耐久性が要求されるが、開弁時には、その押付け力に打ち勝つ推力で強制的に押し返されるため、弁装置のシート部の耐久性が悪化する問題がある。また、弁装置の作動に際して差圧力に打ち勝つ推力を確保しなければならないので、ソレノイドが大型化する問題がある。さらに、ガス充填路とガス供給路とがそれぞれ必要となるため、システムおよびバルブとも構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献２に記載のようにガス充填路とガス供給路とを共有したガス供給システムでは、前記した充填路と供給路との別配置に伴う問題を概ね解決できる。しかしながら、流路を共有していても弁装置のメイン弁（開閉弁）とパイロット弁とが別体で構成されているため、タンク開口が大型化する問題が残ってしまう。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、弁装置を取り付けるタンクの開口を小さくでき、しかも流体充填路と流体供給路との別配置に伴う種々の問題を解決できる流体供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧力を加えた流体を内部に貯留可能なタンクと、前記タンクに設けられる弁装置と、前記タンクの上流側に位置し充填時に開いて流体を通す充填口と、前記タンクの下流側に位置する減圧弁と、前記タンクに前記充填口から前記弁装置を介して流体を充填する際に流体が通流する流体充填路と、前記タンクから前記弁装置を介して流体を前記減圧弁の方向に供給する際に流体が通流する流体供給路と、を備え、前記弁装置は、流体充填時および流体供給時に開弁して流体の通流を調整するひとつの開閉弁と、前記開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、流体充填時と流体供給時とで流体の通流方向が相違する開閉弁流路と、を有し、前記流体充填路と前記流体供給路とがひとつの流体路に備えられることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、パイロット弁を開閉弁に対して同軸に設けたことにより、弁装置の径方向の寸法を短くすることが可能となり、弁装置を取り付けるためのタンク開口を小さくできる。このようにタンク開口を小さくできることにより、弁装置がタンク内の流体から受ける推力（弁装置を押し出す力）を減らすことができ、弁装置をタンクに取り付けるための構造を簡素化できる。つまり、タンクにねじ込む際の弁装置のねじ込み長さを短くでき、またタンクライナも薄くすることが可能になる。
【００１１】
また、充填口から減圧弁までの流体路において流体充填路と流体供給路とを共用化したので、タンクへの流体充填直後における開閉弁の下流圧はタンク内と同等であり、開閉弁の開弁時に、開閉弁下流の昇圧スピードが過大になることもなく、減圧弁下流のオーバーシュートを未然に防止できる。これにより、減圧弁の下流にリリーフ弁が設けられているシステムにおいて、リリーフ弁が作動するという問題を解決でき、リリーフ弁の作動による起動の遅れや、燃費の悪化、開閉弁のシール部へのインパルス圧印加による耐久性の悪化を防止できる。
【００１２】
また、背圧式を採用せずキックパイロット式を用いていることから、差圧による開弁機構を回避することで、開閉弁のシート部の耐久性が悪化したり、弁装置のソレノイド（後記する実施形態でのプランジャ、固定コア、電磁コイル）が大型化するのを防止できる。開閉弁のシート部を耐久性の低いものにできるので、シート部にゴム材等（例えば、シール性：良好、強度：低）の材質を選択することも可能になる。
【００１３】
また、タンクのメンテナンスの際などにおいて、開閉弁の前後差圧が過大となる場合であってもキックパイロット式の電磁弁を採用することで、過大な開弁力が必要でシート部に負荷の大きい開閉弁の差圧作動を回避することができる。
【００１４】
また、流体充填路と流体供給路とを共用化することにより、システム上においては配管の簡素化（削減）、弁装置においては、内部流路の簡素化、逆止弁機能の開閉弁への機能統合によるデバイス削減が可能となり、小型軽量化を達成できる。特に、搭載スペースが限られる車載用複数タンクシステムにおいて好適である。
【００１５】
このように、弁装置を小型化でき、タンク開口を小さくできるので、堅牢な燃料供給系を備えた流体供給システムを構成できる。
【００１６】
また、前記弁装置は、弁箱と、前記弁箱の内部に設けられ前記開閉弁流路を開閉するための開閉弁弁座と、流体充填時に前記開閉弁弁座から離間する方向に流体圧力を受ける受圧面を備える開閉弁本体と、前記開閉弁本体に開設されたパイロット通路と、前記開閉弁本体の一端に設けられたパイロット弁座と、パイロット弁体と、前記パイロット弁体を一端に備えるプランジャと、前記開閉弁本体と前記プランジャとを所定の遊びを持って連動させる連動機構部と、前記プランジャの他端に一端が接し前記開閉弁本体を前記開閉弁弁座の方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材の他端が接する固定コアと、前記プランジャの周方向に巻回された電磁コイルと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、メンテナンス時など開閉弁の上流と下流との差圧（前後差圧）が大きくなる場合には、まずプランジャが駆動されてパイロット弁が開閉弁本体に形成されたパイロット弁座から離れてパイロット通路が開放されることにより、タンク内の流体がパイロット通路を通って流体路に放出される。このとき、開閉弁本体とプランジャとが所定の遊びを持って連動する連動機構部を備えているので、プランジャが駆動されたとしても、開閉弁本体は前後差圧によって開弁することがなく、パイロット弁のみが開弁する。その後、開閉弁本体の下流側と上流側とが均圧化したときに、プランジャがさらに駆動されて開閉弁本体が開閉弁弁座から離れ、開閉弁流路と流体路とが連通することで、タンク内の流体が開閉弁流路を通って流体路に放出される。流体充填時には、充填流体の圧力によって開閉弁本体が開弁することで、流体が開閉弁流路を流体供給時とは逆向きの流れとなって通過してタンク内に充填される。
【００１８】
また、前記付勢部材は、前記タンク内が予め設定された流体圧力に達した際に前記開閉弁本体を閉じるようにばね力が設定されていることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、タンク内が充填される流体の充填圧に達したとき開閉弁本体が閉じることで、タンク内に充填された流体が抜け出るのを防止できる。
【００２０】
また、前記充填口と前記タンクとの間には、前記充填口への流体の流れを妨げる逆止弁が配置されていることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、タンクから充填口への流体の逆流をより確実に防止し、充填口とタンクとの間の配管に流体が流れ込むことによる供給先への供給流量減少を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、弁装置を取り付けるタンク開口を小さくでき、しかも流体充填路と流体供給路との別配置に伴う種々の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。
【図２】流体供給システムに用いられる弁装置を示す断面図である。
【図３】ガス充填時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＞Ｐ２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ２＝目標充填圧）である。
【図４】ガス供給時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）、（ｂ）は励磁時である。
【図５】メンテナンス時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時、（ｂ）は励磁時（Ｐ１＜Ｐ２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）である。
【図６】第２実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本実施形態に係る流体供給システム１Ａ，１Ｂについて図１ないし図６を参照して説明する。なお、以下では、流体供給システム１Ａ，１Ｂを適用した燃料電池システムＦ１を供えた車両（燃料電池自動車）を例に挙げて説明する。また、本実施形態に係る流体供給システム１Ａ，１Ｂは、流体として水素ガスを用いており、船舶用や航空機用などの燃料電池システム、または家庭用や業務用などの定置式の燃料電池システムなどにも適用できる。
【００２５】
（第１実施形態）
図１に示すように、流体供給システム１Ａは、水素タンク１０Ａ，１０Ｂ（１０、タンク）と、この水素タンク１０に設けられる弁装置２０と、水素タンク１０（１０Ａ）の上流側に位置する充填口３０と、水素タンク１０（１０Ｂ）の下流側に位置する減圧弁４０と、ガス配管５０（流体路）と、を備えている。
【００２６】
水素タンク１０は、燃料としての高純度の水素ガスが高圧で充填された容器である。また、水素タンク１０には、タンク内の水素の温度を検出する、サーミスタなどで構成された温度センサ（不図示）が設けられている。
【００２７】
水素タンク１０は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に水素ガスを高圧で貯留するライナー（タンク室）１０ａ（図２参照、一部のみ図示）を有し、そのライナー１０ａの周囲をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化プラスチック）等で形成されたカバー１０ｂ（図２参照、一部のみ図示）で覆って構成されている。
【００２８】
弁装置２０は、水素タンク１０に形成された開口部１０ｃ（図２参照）に取り付けられる、常閉式のキックパイロット式電磁弁であり、後記するＥＣＵ１００によって開閉制御される。なお、弁装置２０の詳細な構造については図２を参照して後記する。
【００２９】
充填口３０は、例えば水素充填ステーションに設けられたディスペンサから延びる水素供給ホースと連結自在に接続される。また、充填口３０には、第１逆止弁３０ａが設けられており、水素の充填が開始されると、第１逆止弁３０ａが充填時の水素の圧力（充填圧力）によって開弁する。
【００３０】
減圧弁４０は、水素タンク１０から供給された水素の圧力を所定圧に減圧し、燃料電池ＦＣに向けて供給する機能を有している。なお、減圧弁４０は、水素充填時、つまり燃料電池ＦＣで水素が消費されていない場合に閉弁する機能を有するものであってもよく、あるいは減圧弁４０の上流に常閉式の遮断弁（不図示）が設けられていてもよい。
【００３１】
ガス配管５０（流体路）は、充填口３０から減圧弁４０まで延びる配管５０ａと、前記配管５０ａから分岐して水素タンク１０Ａ（１０）の弁装置２０に接続される配管５０ｂと、前記配管５０ａから分岐して水素タンク１０Ｂ（１０）の弁装置２０に接続される配管５０ｃと、を含んで構成されている。
【００３２】
なお、配管５０ａにおいて、充填口３０から配管５０ｂの分岐部まで延びる部分を配管５０ａ１とし、配管５０ｂの分岐部と配管５０ｃの分岐部との間の部分を配管５０ａ２とし、配管５０ｃの分岐部と減圧弁４０との間の部分を配管５０ａ３とする。本実施形態では、水素タンク１０Ａに水素を充填する場合、配管５０ａ１，５０ｂがガス充填流路（流体充填路）に相当し、水素タンク１０Ｂに水素を充填する場合、配管５０ａ１，５０ａ２，５０ｃがガス充填流路（流体充填路）に相当する。また、水素タンク１０Ａから水素を減圧弁４０側に向けて供給する場合、配管５０ｂ，５０ａ２，５０ａ３がガス供給流路（流体供給路）に相当し、水素タンク１０Ｂから水素を減圧弁４０側に向けて供給する場合、配管５０ｃ，５０ａ３がガス供給流路（流体供給路）に相当する。
【００３３】
また、図１では、水素タンク１０Ａ，１０Ｂが配管５０ｂ，５０ｃを介して配管５０ａに対して別々の位置で接続されている場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、配管５０ｂと配管５０ｃとが途中で合流して１本の配管として、配管５０ａに接続される構成であってもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、２本の水素タンク１０Ａ，１０Ｂを備えた流体供給システム１Ａ（１Ｂ）を例に挙げて説明したが、水素タンク１０を１本のみ備えた流体供給システムでもあってもよく、水素タンク１０を３本以上備えた流体供給システムであってもよい。
【００３５】
このようにして構成された流体供給システム１Ａは、燃料電池システムＦ１を備えた車両（燃料電池自動車）に適用される。燃料電池システムＦ１は、流体供給システム１Ａとともに、燃料電池ＦＣ、リリーフ弁６０、エゼクタ６１、パージ弁６２、コンプレッサ７０などを備えている。
【００３６】
燃料電池ＦＣは、複数の固体高分子型の単セル（不図示）が積層されることで構成された燃料電池スタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、このＭＥＡを挟む導電性を有するアノードセパレータ（不図示）及びカソードセパレータ（不図示）と、を備えている。
【００３７】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００３８】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するための溝などで形成されたアノード流路１２が形成されている。カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するための溝などで形成されたカソード流路１３が形成されている。
【００３９】
そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されるとともに、カソード流路１３を介して各カソードに空気（酸素）が供給されると、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池ＦＣと外部負荷（走行モータなど）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池ＦＣが発電するようになっている。
【００４０】
リリーフ弁６０は、配管５０ｄの圧力が所定圧力を超えたときに開く逆止弁を備えて構成されている。なお、リリーフ弁６０は、機械的に開弁するものに限定されず、電気的な信号によって開弁するものであってもよい。
【００４１】
エゼクタ６１は、リリーフ弁６０より下流の配管５０ｄに配置され、燃料電池ＦＣのアノード流路１２から排出された未反応の水素を、配管５０ｅを介して燃料電池ＦＣのアノード流路１２に戻す機能を有している。なお、エゼクタ６１に替えて水素ポンプであってもよい。
【００４２】
パージ弁６２は、燃料電池ＦＣのアノード流路１２の出口側の配管５０ｆに配置され、開弁することにより、燃料電池ＦＣの発電時において水素循環流路（アノード流路１２、配管５０ｄ，５０ｅ）を循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出する機能を有している。なお、パージ弁を開弁して不純物を排出するタイミングとしては、例えば、燃料電池ＦＣの単セルの電圧を検出するセル電圧モニタ（不図示）から入力される最低セル電圧が所定セル電圧以下となったときである。
【００４３】
コンプレッサ７０は、燃料電池ＦＣのカソードに空気（酸素）を供給するものであり、モータで駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、配管５０ｇを介してカソード流路１３の入口と接続されている。コンプレッサ７０が駆動されると、車外からの空気が圧縮され、カソード流路１３に供給されるようになっている。コンプレッサ７０のモータの回転速度は、例えば、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するように、高められる設定となっている。
【００４４】
なお、燃料電池システムＦ１のカソード側には、それぞれ図示しない、加湿器、背圧弁、希釈器が設けられている。
【００４５】
加湿器は、水分交換可能な複数の中空糸膜を備えており、中空糸膜を介して、燃料電池ＦＣに供給される空気と、カソード流路１３から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換されて、燃料電池ＦＣに供給される空気が加湿されるように構成されている。
【００４６】
背圧弁は、バタフライ弁などで構成された開度調整可能な常開型の弁で構成され、配管５０ｈに設けられている。例えば、背圧弁の開度は、アクセルペダルの踏み込み量が大きくなると、ＥＣＵ１００によって、空気を高圧で供給するために、小さくなる（絞る）ように制御される。
【００４７】
希釈器は、背圧弁の下流の配管５０ｈに設けられており、パージ弁６２から配管５０ｆを介して排出されたアノードオフガスが導入され、このアノードオフガス中の水素をカソードオフガスで希釈した後、車外に排出するように構成されている。
【００４８】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、弁装置２０、パージ弁６２の開閉、コンプレッサ７０の回転速度を制御する。
【００４９】
図２に示すように、弁装置２０は、水素タンク１０に取り付けられ、弁箱２１、開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５（付勢部材）、連動機構部Ｍなどで構成されている。なお、図２は、説明を容易にするために、弁装置２０を簡略化して図示している。
【００５０】
弁箱２１は、内部に開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５、弁連動機構Ｍを収容する略円筒状の収容部２１ｓを有し、水素タンク１０の外部と連通する第１連通孔２１ａと、水素タンク１０内と連通する第２連通孔２１ｂ，２１ｂと、を備えている。なお、第２連通孔２１ｂは、２箇所に限定されるものではなく、１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。
【００５１】
また、弁箱２１の外周面には、ねじ溝２１ｄが形成されており、このねじ溝２１ｄと、水素タンク１０の開口部１０ｃに形成されたねじ溝１０ｄとが、螺合することにより弁装置２０が水素タンク１０に取り付けられている。なお、水素タンク１０と弁装置２０とは、オーリングなどのシール部材（不図示）を介して互いに接合され、水素タンク１０内の水素が外部に漏れ出ないように構成されている。
【００５２】
また、弁箱２１の内部には、開閉弁本体２２が当接することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを遮断し、開閉弁本体２２が離間することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを連通する開閉弁弁座２１ｃが設けられている。この開閉弁弁座２１ｃは、例えば、弁箱２１内において凹面が図示下側を向くように形成された凹部２１ｅが周方向にリング状に形成されるとともに、この凹部２１ｅにゴム製や樹脂製のシール部材２１ｆが嵌合されて構成されている。このように、開閉弁本体２２の先端（図示上端）の周縁部がシール部材２１ｆに当接することで、第１連通孔２１ａと水素タンク１０内との連通が遮断される。
【００５３】
開閉弁本体２２は、弁装置２０のメイン弁として動作するものであり、例えば、断面視略Ｔ字状に形成され、収容部２１ｓ内に収容されている。開閉弁本体２２の先部（図示上部）は、第１連通孔２１ａの開口径よりも大きく、かつ、シール部材２１ｆに当接可能な径となる大径部２２ａ１となっている。なお、本実施形態では、第１連通孔２１ａと対向する開閉弁本体２２（大径部２２ａ１）の上面が、ガス充填時に水素の圧力（ガス圧力）を受ける受圧面２２ｐとなっている。また、開閉弁本体２２の基端部（図示下部）は、大径部２２ａ１より径の小さい小径部２２ａ２となっている。
【００５４】
また、開閉弁本体２２には、大径部２２ａ１および小径部２２ａ２の径方向の中心部に軸Ｏ方向に沿って貫通するパイロット通路２２ｂが形成されている。また、開閉弁本体２２の基端（一端、図示下端）は、後記するパイロット弁体２３のパイロット弁座２２ｃとして機能するように構成されている。
【００５５】
パイロット弁体２３は、開閉弁本体２２と同軸Ｏとなるように配置され、開閉弁本体２２に形成されたパイロット通路２２ｂと対向する位置に配置されるように構成されている。また、パイロット弁体２３は、ゴムや樹脂などの弾性材料で形成され、パイロット通路２２ｂの通路径よりも大径に形成されている。このように、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが互いに同軸Ｏに配置されることにより、弁装置２０の径方向の寸法を短くすることが可能になる。
【００５６】
なお、パイロット弁体２３側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられてパイロット弁が構成されていてもよく、また開閉弁弁座２１ｃ側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられて開閉弁が構成されていてもよい。
【００５７】
ソレノイド２４は、開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３を開弁させる際の駆動力を発生させるものであり、プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃなどで構成されている。
【００５８】
プランジャ２４ａは、磁性材料で形成され、軸Ｏ方向に棒状に延びる略円柱形状を呈している。また、プランジャ２４ａの先端（一端、図示上端）には、パイロット弁体２３が嵌め込まれている。なお、プランジャ２４ａも、開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３と互いに同軸なるように配置されている。
【００５９】
固定コア２４ｂは、磁性材料で形成され、弁箱２１に形成された収容部２１ｓの底部に固定されている。また、固定コア２４ｂは、略円柱形状を呈し、プランジャ２４ａと同軸Ｏとなるように、プランジャ２４ａの基端（図示下端）と対向して配置されている。
【００６０】
電磁コイル２４ｃは、図示しないボビンに巻回されて構成され、プランジャ２４ａおよび固定コア２４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。
【００６１】
コイルばね２５は、一端がプランジャ２４ａの基端（他端）に接し、かつ、他端が固定コア２４ｂに接するように配置され、プランジャ２４ａを押圧して、開閉弁本体２２を開閉弁弁座２１ｃの方向に付勢するように構成されている。なお、コイルばね２５のばね力は、水素充填時（ガス充填時）に、水素タンク１０内が予め設定された充填目標圧力（タンク内が予め設定された流体圧力）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるように設定されている。充填目標圧力とは、例えば、水素タンク１０内が満タンとなる圧力である。
【００６２】
連動機構部Ｍは、開閉弁本体２２とプランジャ２４ａとを所定の遊びを持って連動させるものであり、支持部材２６ａと、係合ピン２６ｂと、プランジャ２４ａに形成された連結孔２４ｓと、で構成されている。
【００６３】
支持部材２６ａは、軸方向に延びる略円筒状に形成され、開閉弁本体２２側（上側）に位置する第１円筒部２６ａ１と、この第１円筒部２６ａ１よりも拡径し、かつ、プランジャ２４ａよりも大径に形成された第２円筒部２６ａ２と、を有している。第２円筒部２６ａ２は、第２連通孔２１ｂの途中の高さ位置まで延びて形成されている。
【００６４】
これにより、第１円筒部２６ａ１が、開閉弁本体２２の大径部２２ａ１の下面に当接するとともに、小径部２２ａ２に外嵌することで、開閉弁本体２２に固定されている。また、第２円筒部２６ａ２には、開閉弁本体２２の基端の一部が突出し、かつ、プランジャ２４ａの一部（図示上部）が挿入され、第２円筒部２６ａ２とプランジャ２４ａとの間に水素の通流を可能にするガス通流部Ｑ１が形成されている。
【００６５】
係合ピン２６ｂは、軸Ｏ方向に直交する方向に延びて配置され、第２円筒部２６ａ２に形成された取付孔２６ａ３，２６ａ３に固定されている。一方、プランジャ２４ａには、係合ピン２６の高さ位置において、係合ピン２６が挿通される連結孔２４ｓが貫通して形成されている。この連結孔２４ｓは、内部で係合ピン２６が移動可能となる幅（高さ）で形成されるとともに、係合ピン２６の上部（開閉弁本体２２側、パイロット弁体２３側）に隙間（遊び）Ｓが形成されるように構成されている。なお、図２では、係合ピン２６の図示上下に隙間が形成されている構造を図示しているが、弁装置２０（開閉弁本体２２およびパイロット弁体２３）が図２に示すように閉じているときに、係合ピン２６の図示上側のみに隙間Ｓが形成されているものであればよい。
【００６６】
また、本実施形態に係る弁装置２０では、弁箱２１と、開閉弁本体２２および支持部材２６ａとの間に、開閉弁本体２２が開弁したときに水素が通流する開閉弁流路Ｑ２が形成されている。この開閉弁流路Ｑ２は、ガス充填時に、第１連通孔２１ａから水素が導入された後に第２連通孔２１ｂから水素が導出されるように通流し、ガス供給時に、第２連通孔２１ｂから水素が導入された後に第１連通孔２１ａから水素が導出されるように通流する。このように本実施形態における開閉弁流路Ｑ２は、ガス充填時とガス供給時とで水素が通流する方向が相違している（反対になっている）。
【００６７】
なお、本実施形態では、開閉弁弁座２１ｃ、開閉弁本体２２、ソレノイド２４および連動機構部Ｍにより開閉弁が構成され、パイロット通路２２ｂ、パイロット弁体２３およびソレノイド２４によりパイロット弁が構成されている。
【００６８】
次に、第１実施形態に係る流体供給システム１Ａの動作について図３ないし図５を参照して説明する。図３はガス充填時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＞Ｐ２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ２＝目標充填圧）、図４はガス供給時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）、（ｂ）は励磁時、図５はメンテナンス時における弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時、（ｂ）は励磁時（Ｐ１＜Ｐ２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１＝Ｐ２）である。
【００６９】
まず、水素タンク１０Ａに水素を充填する場合には、ソレノイド２４が非励磁（消磁）の状態にあり、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが双方とも、コイルばね２５の付勢力によって、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃを押圧する方向、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃを押圧する方向に閉弁している（図２に示す状態）。
【００７０】
そして、充填口３０から水素の充填を開始することにより、充填口３０の第１逆止弁３０ａ（図１参照）が開弁し、配管５０ａ１，５０ｂを介して弁装置２０に向けて水素の充填が開始される。
【００７１】
このとき、図３（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の上流側（弁装置２０の外側）の圧力をＰ１とし、開閉弁本体２２の下流側（水素タンク１０Ａ（図１参照）内）の圧力をＰ２とすると、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも大きいので（Ｐ１＞Ｐ２）、充填口３０側の圧力Ｐ１によって、開閉弁本体２２の受圧面２２ｐが押圧され、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｑ２を介して連通し、開閉弁流路Ｑ２において水素が矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０に充填される。
【００７２】
そして、図３（ｂ）に示すように、水素タンク１０内の圧力Ｐ２が予め設定された所定圧（例えば、目標充填圧、水素タンク１０が満タンになる圧力）に達すると、圧力Ｐ１＝圧力Ｐ２となり、コイルばね２５の付勢力によって開閉弁本体２２がパイロット弁体２３とともに押圧されて、開閉弁本体２２が閉弁し、第１連通孔２１ａと開閉弁流路Ｑ２との通流が遮断され、水素の充填が完了する。
【００７３】
一方、車両のイグニッションスイッチがＯＮにされると、ＥＣＵ１００は、燃料電池ＦＣへの水素の供給を開始する。すなわち、ガス供給時（水素供給時）には、ＥＣＵ１００が弁装置２０のソレノイド２４を励磁する指令を出力する。このとき、図４（ａ）に示すように、ガス充填完了直後においては、弁装置２０が閉弁したときに圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とがほぼ同等であるので、図４（ｂ）に示すように、ソレノイド２４が励磁されることにより、パイロット弁体２３が開弁せずに、直ちに開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、開閉弁本体２２が開弁する。開閉弁本体２２が開弁することにより、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｑ２を介して連通し、開閉弁流路Ｑ２において水素が図４（ｂ）の矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０から減圧弁４０の方向に向けて供給される。
【００７４】
水素タンク１０から弁装置２０を介して供給された水素は、減圧弁４０により減圧された後に燃料電池ＦＣのアノードに供給される。また、ガス供給とともに、ＥＣＵ１００によってコンプレッサ７０の駆動が開始され、車外から取り込まれた空気が圧縮された後に加湿器（不図示）で加湿され、燃料電池ＦＣのカソードに供給される。燃料電池ＦＣの発電電力は、走行モータ（不図示）などの外部負荷に供給される。
【００７５】
ところで、水素タンク１０の点検などのメンテナンス（気密検査、耐圧検査など）時には、図５（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の下流側の圧力Ｐ１は低く、水素タンク１０内の圧力Ｐ２は高くなり、開閉弁本体２２の上流と下流との間での圧力差（前後差圧）が非常に大きくなる。
【００７６】
このようにメンテナンス時において、ＥＣＵ１００によってソレノイド２４が励磁されると、図５（ｂ）に示すように、プランジャ２４ａが図示下向きに吸引され、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃから離間し、パイロット弁体２３が開弁する。なお、このとき開閉弁本体２２の前後差圧は非常に大きいので、ソレノイド２４を励磁したとしても開閉弁体２２は開弁することがない。よって、図５（ｂ）において矢印で示すように、水素タンク１０内の水素は、第２連通孔２１ｂ、ガス通流部Ｑ１、パイロット通路２２ｂ、第１連通孔２１ａを通って、水素タンク１０から流出する。
【００７７】
このように、水素がパイロット通路２２ｂを通って流出して、開閉弁本体２２の下流側（減圧弁４０側、燃料電池ＦＣ側）の圧力Ｐ１が、開閉弁本体２２の上流側（水素タンク１０側）の圧力Ｐ２に徐々に近づいて、図５（ｃ）に示すように、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同等になったときに、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間する。つまり、図５（ｂ）に示す状態において、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同等になったときに、ソレノイド２４の吸引力によってプランジャ２４ａが図示下方に吸引される。このとき、係合ピン２６ｂが連結孔２４ｓ内の上面２４ｓ１にすでに当接しているので、プランジャ２４ａがさらに吸引されることにより、係合ピン２６ｂが引き下げられて、それと同時に開閉弁本体２２も引き下げられ、図５（ｃ）に示すように、開閉弁本体２２が開弁する。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係る流体供給システム１Ａによれば、パイロット弁体２３（パイロット弁））を開閉弁本体２２（開閉弁）に対して同軸Ｏに設けたことにより、弁装置２０の径方向の寸法Ｒ（図２参照）を短くすることができ、弁装置２０を取り付けるための水素タンク１０のタンク開口を小さくできる。このようにタンク開口を小さくできることにより、弁装置２０が水素タンク１０内のガスから受ける推力（弁装置２０を押し出す力）を減らすことができ、水素タンク１０にねじ込む際の弁装置２０のねじ込み長さＬ（図２参照）を短くでき、また水素タンク１０のライナー１０ａ（図２参照）やカバー１０ｂ（図２参照）の厚みＤも薄くすることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、充填口３０から減圧弁４０までの流体路においてガス充填流路（流体充填路）とガス供給流路（流体供給路）とを共用化する（ひとつの流体路に備えられる）ことにより、水素タンク１０へのガス充填直後において開閉弁本体２２の下流圧（Ｐ１）は水素タンク１０内の圧力Ｐ２と同等になっているので、開閉弁本体２２の開弁時に、開閉弁本体２２下流の昇圧スピードが過大になることもなく、減圧弁４０下流のオーバーシュートを未然に防止できる。これにより、減圧弁４０の下流にリリーフ弁６０（図１参照）が設けられている流体供給システム１Ａにおいて、リリーフ弁６０が作動するという問題を解決できる。
【００８０】
また、本実施形態では、開閉弁本体２２下流の昇圧スピードが過大になることはないので、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆへのインパルス圧印加によって耐久性が悪化するのを防止できる。
【００８１】
また、本実施形態では、従来のように背圧式（特許文献２）を採用せずキックパイロット式を採用しているので、差圧による作動機構を回避することで、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆの耐久性が悪化したり、弁装置２０のソレノイド２４（プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃ）が大型化するのを防止できる。これにより、開閉弁本体２２のシール部材２１ｆを過大に耐久性の大きいものにする必要がないので、シール部材２１ｆにゴム材等（例えば、シール性：良好、強度：低）の材質を選択することも可能になる。また、必要となる開閉弁本体２２のシール部材２１ｆへの荷重を低減できるので、必要となる開閉弁本体２２の開弁力を小さくすることができ、ソレノイドの小型化が可能となる。
【００８２】
また、本実施形態では、水素タンク１０のメンテナンス時などに、一時的に開閉弁本体２２の前後差圧が過大になる場合においても、キックパイロット式の電磁弁（弁装置２０）を採用することで、過大な開弁力が必要でシール部材２１ｆに負荷の大きい開閉弁の差圧作動を避けることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、ガス充填流路（流体充填路）とガス供給流路（流体供給路）とを共用化することにより、流体供給システム１上においては配管の簡素化（削減）、弁装置２０においては、内部流路の簡素化、逆止弁機能の開閉弁本体２２への機能統合によるデバイス削減が可能となり、小型軽量化を達成できる。特に、搭載スペースが限られる車載用複数タンクシステムにおいて好適である。
【００８４】
このようにして、弁装置２０および水素タンク１０のタンク開口をそれぞれ小さくできることで、堅牢な燃料供給系を備えた流体供給システム１Ａを構成できる。
【００８５】
また、本実施形態では、ガス充填時に、水素タンク１０内が予め設定されたガス圧力（目標充填圧）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるようにコイルばね２５のばね力が設定されている。これにより、ガス充填時に、水素タンク１０に充填された水素が抜け出るのを防止できる。
【００８６】
図６は第２実施形態に係る流体供給システムを示す全体構成図である。第２実施形態に係る流体供給システム１Ｂは、第１実施形態に係る流体供給システム１Ａに第２逆止弁８０を追加した構成である。なお、第２逆止弁８０が特許請求の範囲に記載の逆止弁に相当する。また、その他の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００８７】
流体供給システム１Ｂに設けられた第２逆止弁８０は、充填口３０と水素タンク１０Ａ（１０）との間の配管５０ａ１（５０ａ）に設けられ、水素タンク１０側から充填口３０への水素（ガス）の通流を遮断する機能を有するものである。
【００８８】
第２実施形態に係る流体供給システム１Ｂによれば、第１実施形態により得られる効果に加えて、図６に示す位置に第２逆止弁８０を設けることにより、ガス供給時に、水素タンク１０Ａ，１０Ｂ内の水素が充填口３０から漏れ出るのをより確実に防止し、充填口３０と水素タンク１０Ａ，１０Ｂとの間の配管５０ａ１に水素ガスが流れ込むことによる、供給先（燃料電池ＦＣ）への供給流量減少を抑制することができる。
【００８９】
前記した２つの実施形態では、流体として水素ガスを記載したが、水素以外のガスや液体燃料、気液混合体等の流体であっても、もちろん良い。
【符号の説明】
【００９０】
１Ａ，１Ｂ 流体供給システム
１０（１０Ａ，１０Ｂ） 水素タンク
２０ 弁装置
２１ 弁箱
２１ａ 第１連通孔
２１ｂ 第２連通孔
２１ｃ 開閉弁弁座
２１ｅ 凹部
２１ｆ シール部材
２１ｓ 収容部
２２ 開閉弁本体
２２ａ１ 大径部
２２ａ２ 小径部
２２ｂ パイロット通路
２２ｃ パイロット弁座
２２ｐ 受圧面
２３ パイロット弁体
２４ ソレノイド
２４ａ プランジャ
２４ｂ 固定コア
２４ｃ 電磁コイル
２４ｓ 連結孔
２５ コイルばね（付勢部材）
２６ａ 支持部材
２６ａ１ 第１円筒部
２６ａ２ 第２円筒部
２６ｂ 係合ピン
３０ 充填口
４０ 減圧弁
５０ａ（５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３），５０ｂ，５０ｃ 配管（流体路）
８０ 第２逆止弁（逆止弁）
ＦＣ 燃料電池
Ｑ２ 開閉弁流路
Ｍ 連動機構部
Ｏ 軸
Ｓ 隙間（遊び）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を加えた流体を内部に貯留可能なタンクと、
前記タンクに設けられる弁装置と、
前記タンクの上流側に位置し前記タンクの充填時に開いて流体を通す充填口と、
前記タンクの下流側に位置する減圧弁と、
前記タンクに前記充填口から前記弁装置を介して流体を充填する際に流体が通流する流体充填路と、
前記タンクから前記弁装置を介して流体を前記減圧弁の方向に供給する際に流体が通流する流体供給路と、を備え、
前記弁装置は、
流体充填時および流体供給時に開弁して流体の通流を調整するひとつの開閉弁と、
前記開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、
流体充填時と流体供給時とで流体の通流方向が相違する開閉弁流路と、を有し、
前記流体充填路と前記流体供給路とがひとつの流体路に備えられることを特徴とする流体供給システム。
【請求項２】
前記弁装置は、
弁箱と、
前記弁箱の内部に設けられ前記開閉弁流路を開閉するための開閉弁弁座と、
流体充填時に前記開閉弁弁座から離間する方向に流体圧力を受ける受圧面を備える開閉弁本体と、
前記開閉弁本体に開設されたパイロット通路と、
前記開閉弁本体の一端に設けられたパイロット弁座と、
パイロット弁体と、
前記パイロット弁体を一端に備えるプランジャと、
前記開閉弁本体と前記プランジャとを所定の遊びを持って連動させる連動機構部と、
前記プランジャの他端に一端が接し前記開閉弁本体を前記開閉弁弁座の方向に付勢する付勢部材と、
前記付勢部材の他端が接する固定コアと、
前記プランジャの周方向に巻回された電磁コイルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記タンク内が予め設定された流体圧力に達した際に前記開閉弁本体を閉じるようにばね力が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の流体供給システム。
【請求項４】
前記充填口と前記タンクとの間には、前記充填口への流体の流れを妨げる逆止弁が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流体供給システム。
【請求項１】
圧力を加えた流体を内部に貯留可能なタンクと、
前記タンクに設けられる弁装置と、
前記タンクの上流側に位置し前記タンクの充填時に開いて流体を通す充填口と、
前記タンクの下流側に位置する減圧弁と、
前記タンクに前記充填口から前記弁装置を介して流体を充填する際に流体が通流する流体充填路と、
前記タンクから前記弁装置を介して流体を前記減圧弁の方向に供給する際に流体が通流する流体供給路と、を備え、
前記弁装置は、
流体充填時および流体供給時に開弁して流体の通流を調整するひとつの開閉弁と、
前記開閉弁と同軸に配置され、当該開閉弁の上流および下流に付与される圧力を調整するパイロット弁と、
流体充填時と流体供給時とで流体の通流方向が相違する開閉弁流路と、を有し、
前記流体充填路と前記流体供給路とがひとつの流体路に備えられることを特徴とする流体供給システム。
【請求項２】
前記弁装置は、
弁箱と、
前記弁箱の内部に設けられ前記開閉弁流路を開閉するための開閉弁弁座と、
流体充填時に前記開閉弁弁座から離間する方向に流体圧力を受ける受圧面を備える開閉弁本体と、
前記開閉弁本体に開設されたパイロット通路と、
前記開閉弁本体の一端に設けられたパイロット弁座と、
パイロット弁体と、
前記パイロット弁体を一端に備えるプランジャと、
前記開閉弁本体と前記プランジャとを所定の遊びを持って連動させる連動機構部と、
前記プランジャの他端に一端が接し前記開閉弁本体を前記開閉弁弁座の方向に付勢する付勢部材と、
前記付勢部材の他端が接する固定コアと、
前記プランジャの周方向に巻回された電磁コイルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記タンク内が予め設定された流体圧力に達した際に前記開閉弁本体を閉じるようにばね力が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の流体供給システム。
【請求項４】
前記充填口と前記タンクとの間には、前記充填口への流体の流れを妨げる逆止弁が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流体供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１９９４９（Ｐ２０１２−２１９９４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８０４１（Ｐ２０１１−８８０４１）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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