減圧弁
【課題】リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応できる減圧弁を提供する。
【解決手段】減圧弁２６は、二次室５４の流体圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、ダイヤフラム６８の動作により二次室５４と外部とを連通させる連通手段８４を有する。この構成より、減圧弁２６は、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応することができる。
【解決手段】減圧弁２６は、二次室５４の流体圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、ダイヤフラム６８の動作により二次室５４と外部とを連通させる連通手段８４を有する。この構成より、減圧弁２６は、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は減圧弁に関し、特にリリーフ機能を有する減圧弁の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
減圧弁は、二次側の流体圧力を、一次側の流体圧力より下げ、かつ一定に保つ装置である。このような減圧弁には、二次側の流体圧力の異常な上昇を防止するためにリリーフ機能を有するものが知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、整圧器（減圧弁に相当）本体にリリーフ弁部を一体に備える整圧器が開示されている。整圧器本体は、流体流路の一次側と二次側とを仕切る隔壁を有し、この隔壁には一次側と二次側を連通する開口部が形成されている。そして、整圧器本体は、二次側の流体圧力の大きさに応じて開口部の開度を調整し、二次側の流体圧力の整圧を行う整圧部を有する。リリーフ弁部は、流体流路を間にして、整圧部に対向するように設けられている。リリーフ弁部は、二次側の流体圧力の異常な上昇が検知された場合、二次側の流体を外部に放出するリリーフ動作を行う。
【０００４】
下記特許文献２には、空気駆動弁を流れる空気の圧力を検出するセンサと、弁のストロークを検出するセンサと、弁を駆動させる駆動源の作動を検出するセンサと、弁に伝達される操作力を検出するセンサと、弁の開閉状態を監視するためのリミットスイッチの作動を検出するセンサとを有し、これらのセンサの検出結果に基づいて空気駆動弁の異常を診断する空気駆動弁の診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１００４０号公報
【特許文献２】特開平１１−２１０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されるような減圧弁は、流体圧力を減圧する機構である整圧部と、リリーフ機能を有する機構であるリリーフ弁部とが流体流路を間にして対向するように設けられている。このような構成とすることにより、減圧弁と安全弁が流体流路に直列に設置されるより、流路方向に対して省スペース化を図ることができる。しかしながら、装置類の設置スペースが限られる場所、例えば車両内に設置される減圧弁は、更なる小型化が要求される。また、減圧弁を保守点検又は修理する場合、その作業を簡略化するために、更なる部品点数の削減と組み立て工数の削減が要求される。
【０００７】
本発明は、リリーフ機能を有する減圧弁であって、簡易な構造で小型化に対応できる減圧弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一次側の管路から流体が流入する一次室と、この一次室に連通孔を介して連通するとともに二次側の管路に流体が流出する二次室と、外部に連通する大気室とを有するハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、二次室と大気室とを区画形成するダイヤフラムと、ダイヤフラムに接続され、二次室の流体圧力と大気室の大気圧との圧力差により弾性変形するダイヤフラムの動作により連通孔を開閉する弁体と、を有する減圧弁において、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムの動作により二次室と外部とを連通させる連通手段を有することを特徴とする。
【０００９】
また、連通手段は、ハウジングに形成され、大気室と外部とを連通する外部連通路と、ダイヤフラムの大気室側の表面に接して設けられ、外部連通路に嵌ってこれを封止する封止部材と、を有し、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムに押されて封止部材が潰れるように変形することにより外部連通路と二次室との間に隙間が形成され、二次室と外部とが連通することができる。
【００１０】
また、ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーを有し、ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有し、封止部材は、シール部の大気室側の表面に接して設けられることが好適である。
【００１１】
また、外部連通路は、ハウジングの接合部に形成されることができる。
【００１２】
また、ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーと、軸部がカバーにスライド可能に貫通するとともに軸部の先端がハウジング本体に螺合する締結ボルトとを有し、ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有するとともに、ハウジング本体の開口部を覆うことで、ハウジング本体側に二次室とカバー側に大気室とを区画形成し、連通手段は、締結ボルトの首部とカバーとの間に設けられ、カバーをハウジング本体の方向に付勢する弾性部材であり、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、カバーを介してダイヤフラムに押された弾性部材が縮むことによりシール部と接合部との間に隙間が形成されて、二次室と外部とが連通することができる。
【００１３】
また、大気室に設けられ、弁体に対して連通孔を開放する方向の付勢力をダイヤフラムに付勢するダイヤフラムばねと、ダイヤフラムばねの一端に当接してダイヤフラムばねの付勢力を受けるとともに、ダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部と、ダイヤフラム保持部の位置を検出する位置検出センサと、を有することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の減圧弁によれば、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の減圧弁の構成を示す断面図である。
【図３】二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【図４】二次側の流体圧力の異常を検出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【図５】別の態様の減圧弁の構成を示す断面図である。
【図６】二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る減圧弁の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを挙げ、この燃料電池システムの管路であって、燃料ガスが流れる燃料ガス管路に設置される減圧弁について説明する。なお、本発明は、燃料電池システムの燃料ガス管路に限らず、流体が流れる管路に設置される減圧弁にも適用することができる。
【００１７】
まず、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１０について図１を用いて説明する。燃料電池システム１０は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池１２を有する。なお、燃料電池システム１０に用いられる燃料ガスは水素であり、酸化ガスは空気である。
【００１８】
燃料電池１２には、これのアノード（図示せず）に燃料ガスを供給する燃料ガス管路１４と、燃料電池１２のカソード（図示せず）に酸化剤ガスを供給する酸化ガス管路１６とが接続されている。
【００１９】
また、燃料電池１２には、アノードから排出される排出燃料ガスを燃料ガス管路１４に戻し、その排出燃料ガスを燃料電池１２に循環させる循環管路１８と、カソードから排出される排出酸化ガスを外部へ放出する放出管路２０が接続されている。
【００２０】
燃料電池１２は、例えばフッ素樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜を有する固体高分子型の燃料電池である。この電池の単位セル（図示せず）は、電解質膜をアノードとカソードとで挟んで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、二枚のセパレータでさらに挟んで構成される。この単位セルを複数積層することにより、燃料電池１２が構成される。
【００２１】
燃料電池システム１０は、燃料ガスを燃料電池１２に供給する供給源として、タンク２２を有する。タンク２２は、燃料ガスを高圧状態にして貯蔵する。タンク２２と燃料電池１２とは、燃料ガス管路１４で接続される。
【００２２】
燃料ガス管路１４には、タンク２２から燃料電池１２に向けて主止弁２４と減圧弁２６が順に取り付けられている。
【００２３】
主止弁２４は、電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁２４は、自動車の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、自動車の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。また、後に詳述するが、主止弁２４は、減圧弁２６が内蔵する位置検出センサ２８（図３に示す）からの電気信号により弁を開閉する。
【００２４】
本実施形態の減圧弁２６は、タンク２２から燃料電池１２に供給される燃料ガスの圧力を減圧する減圧弁の機能とともに、燃料電池１２に供給される燃料ガスの圧力が異常に上昇した場合、燃料ガスを外部へ放出する安全弁の機能とを備えた弁装置である。この減圧弁２６の詳細な構造については後述する。
【００２５】
また、燃料ガス管路１４には、減圧弁２６の下流側に循環管路１８が接続されている。循環管路１８には、燃料電池１２から燃料ガス管路１４に接続する部分までの間に、気液分離装置３０とポンプ３２とが順に設けられている。燃料電池１２から排出される排出燃料ガスには、未反応の燃料ガスと、電気化学反応により生成される水（水蒸気も含む）とが含まれる。気液分離装置３０は、排出燃料ガスに含まれる水を分離する。気液分離装置３０には、分離された水を排水する排水弁３４が接続されており、この排水弁３４には、上述した放出管路２０が接続されている。ポンプ２０は、燃料電池１２から排出される排出燃料ガスを燃料ガス管路１４に送り出す。
【００２６】
燃料電池１２のカソードに接続する酸化ガス管路１６は、その端部を外部に開放している。酸化ガス管路１６には、その端部から燃料電池１２に向けフィルタ３６と空気ポンプ３８が順に設けられ、この空気ポンプ３８の動作により、外部の空気がフィルタ３６で清浄されて燃料電池１２に供給される。
【００２７】
次に、減圧弁２６の構成について、図２を用いて説明する。減圧弁２６は、ハウジング４０を有する。ハウジング４０は、ハウジング本体４２と、ハウジング本体４２に対し着脱可能なカバー４４とを有する。
【００２８】
ハウジング本体４２は、減圧弁２６の組み立て、または保守点検の作業性を考慮し、ハウジング本体４２の上面に開口部４６が形成されている。開口部４６の周囲には、その開口部４６を縁取るようにハウジング本体４２の端部の面がある。この面は、後述するようにカバー４４と接合する面であり、ここを以降、ハウジング本体接合面４２ａと記す。
【００２９】
ハウジング本体４２には、タンク２２に連通する燃料ガス管路１４（一次側の管路）に接続される一次側ポート４８と、燃料電池１２に連通する燃料ガス管路１４（二次側の管路）に接続される二次側ポート５０とが取り付けられている。ハウジング本体４２は、一次側ポート４８から燃料ガスが流入する一次室５２と、二次側ポート５０に燃料ガスが流出する二次室５４とを有する。そして、ハウジング本体４２には、一次室５２と二次室５４とを連通させる連通孔５６と、連通孔５６の開口部側に弁座５８とが形成されている。
【００３０】
一次室５２と二次室５４には、連通孔５６を貫通するように弁体６０が設けられている。弁体６０は、弁座５８に対応する形状を有しており、弁座５８に接触してこれを閉じる状態と、弁座５８から離れてこれを開く状態とに作動する。連通孔５６に対向する一次室５２の壁面には、弁ばね６２が設置されている。弁ばね６２の一端は、一次室５２の壁面に当接し、他端は、弁体６０に当接しており、弁ばね６２により弁体６０には弁座５８を閉じる方向、すなわち一次室５２から連通孔５６を介して二次室５４に向かう方向（図２の矢印Ｘ１方向）に付勢する付勢力が加えられている。
【００３１】
カバー４４は、ハウジング本体４２の開口部４６を覆う蓋である。カバー４４は、開口部４６に対応する部分が隆起した形状である。カバー４４の外周部には、ハウジング本体接合面４２ａに対向し、これに接合するカバー接合面４４ａが形成されている。カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａとを接合させ、カバー４４とハウジング本体４２とを締結ボルト６４で締め付けることにより、カバー４４がハウジング本体４２に固定されて開口部４６を覆う。ここで、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａが接合する部分、すなわちカバー４４とハウジング本体４２が接合する部分のことを、以降、接合部６６と記す。
【００３２】
ハウジング４０は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属を基材として膜状に形成されたダイヤフラム６８を有する。ダイヤフラム６８は、開口部４６を覆い、ハウジング本体４２とカバー４４とにより挟み付けられて装着される。上述したように開口部４６に対応する、カバー４４の部分が隆起しているので、開口部４６を覆う部分は、ダイヤフラム６８と、これに対し所定の間隔をあけて配置されたカバー４４とにより構成される。この構成により、カバー４４とダイヤフラム６８との間の間隔に空間が形成される。この空間は、カバー４４に形成された貫通孔７０により外部と連通し、常に大気圧の状態となるので、この空間のことを、以降、大気室７２と記す。このように、ダイヤフラム６８は、開口部４６を覆うことにより、ハウジング本体４２側の二次室５４とカバー４４側の大気室７２を区画形成する。
【００３３】
ダイヤフラム６８は、これの外周部にシール部７４を有し、シール部７４が接合部６６に挿入される。シール部７４は、締結ボルト６４の締め付けにより、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａに隙間なく密着するので、ハウジング４０の気密性が向上する。
【００３４】
ダイヤフラム６８の中央域には、これを保持するダイヤフラム保持部７６が設けられている。ダイヤフラム保持部７６は、大気室７２側に位置する第一保持部７８と、二次室５４側に位置する第二保持部８０とを有し、これらの保持部７８，８０がダイヤフラム６８を挟持する。本実施形態のダイヤフラム６８は、これの中央域に孔が形成され、この孔の縁にシール部８１を有する。シール部８１は、第一及び第二保持部７８，８０の間に挿入され、ボルト（図示せず）で第一及び第二保持部７８，８０を締め付けることにより、第一及び第二保持部７８，８０に隙間なく密着する。なお、ダイヤフラム６８の中央域の形成される孔の大きさは、第一及び第二保持部７８，８０を締結するボルトの軸部の径より大きく、かつ第一及び第二保持部７８，８０より小さければ、任意の大きさにすることができる。
【００３５】
第二保持部８０には、弁体６０が接続されている。大気室７２には、ダイヤフラムばね８２が設けられている。ダイヤフラムばね８２の一端は、連通孔５６に対向するカバー４４の壁面に当接し、他端は、第一保持部７８に当接しており、ダイヤフラムばね８２によりダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６を介して弁体６０には弁座５８を開ける方向、すなわち二次室５４から連通孔５６を介して一次室５２に向かう方向（図２の矢印Ｘ２方向）に付勢する付勢力が加えられている。つまり、ダイヤフラムばね８２は、弁ばね６２に対して逆向きの付勢力を発揮する。なお、ダイヤフラムばね８２のばね荷重は、弁ばね６２のばね荷重より大きく設定されている。このため、減圧弁２６に流体が導入されない状態においては、弁体６０がＸ２方向に移動し、連通孔５６は開放状態になっている。
【００３６】
減圧弁２６が流体圧力を減圧する動作について説明する。燃料ガス管路１４から一次側ポート４８を介して一次室５２に流入した燃料ガスは、連通孔５６を通過することにより減圧され二次室５４に流れ込む。これにより、二次室５４の燃料ガスの圧力と大気室７２の圧力との圧力差に基づいてダイヤフラム６８がＸ１方向に向かう力Ｆ１を受ける。このとき、ダイヤフラム６８は、弁ばね５２から弁体６０を介してＸ１方向に向かう力Ｆ２と、ダイヤフラムばね８２からＸ２方向に向かう力Ｆ３とを受ける。これらの力によりダイヤフラム６８がＸ１またはＸ２方向に弾性変形し、Ｘ１方向に向かう力Ｆ１とＦ２の合計と、Ｘ２方向に向かう力Ｆ３とが均衡した時点において、弁体６０が保持される。この均衡により、連通孔５６の開度が決定される。一方、Ｘ１方向に向かう力とＸ２に向かう力がそれぞれ変化すると、ダイヤフラム６８が弾性変形し、弁体６０の均衡する位置が変化するため、連通孔５６の開度が変化する。例えば、二次室５４の燃料ガスの圧力が大きくなるにつれてＸ１方向に向かう力Ｆ１が大きくなるので、ダイヤフラム６８はＸ１方向に動作し、弁体６０は連通孔５６を閉じる方向（Ｘ１方向）に移動する。一方、二次室５４の燃料ガスの圧力が小さくなるにつれてＸ１方向に向かう力Ｆ１が小さくなるので、ダイヤフラム６８はＸ２方向に動作し、弁体６０は連通孔５６を開ける方向（Ｘ２方向）に移動する。このようなダイヤフラム６８の動作により、減圧弁２６は流体圧力を減圧するとともに、二次側の流体圧力を一定に保つことができる。
【００３７】
本実施形態の減圧弁２６は、二次室５４の流体圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、ダイヤフラム６８の動作により二次室５４と外部とを連通させる連通手段８４を有する。この構成より、減圧弁２６は、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応することができる。以下、連通手段８４について詳述する。ここで、所定値Ｆ４とは、二次側の燃料ガスの圧力により二次側のシステムが破損するおそれがある値のことである。
【００３８】
連通手段８４は、ハウジング４０に形成され、大気室７２と外部とを連通する外部連通路８６と、ダイヤフラム６８の大気室７２側の表面に接して設けられ、外部連通路８６に嵌ってこれを封止する封止部材８８とを有する。
【００３９】
外部連通路８６は、ハウジング４０の接合部６６に形成されている。具体的には、カバー４４のカバー接合面４４ａに、外部から大気室７２に向けて溝が形成され、この溝の開口部をハウジング本体接合面４２ａが覆うことにより外部連通路８６が形成される。
【００４０】
封止部材８８は、所定の力Ｆ４を超える力が加わると潰れるように変形する変形部材９０と、変形部材９０とダイヤフラム６８との間に設けられ、ダイヤフラム６８と変形部材９０と間の均一の面圧を確保し、外部連通路８６を封止する板状部材９２とを有する。変形部材９０は、可塑性を有する部材であり、例えば金属からなるパイプである。板状部材９２は、ダイヤフラム６８のシール部７４の大気室７２側の表面に接して設けられている。なお、変形部材９０は、所定の力Ｆ４を超える力が加わると変形し、その力が所定に力Ｆ４以下になると元の形状に戻る弾性を有する例えば板ばねであってもよい。また、封止部材８８は、ダイヤフラム６８と変形部材９０との間で均一の面圧が確保され、変形部材９０が外部連通路８６を封止するのであれば、板状部材９２がなくてもよい。
【００４１】
次に、減圧弁２６が二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、その燃料ガスを外部に放出する動作について、図３を用いて説明する。図３は、二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁２６の要部を示す図である。
【００４２】
二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力がダイヤフラム６８にＸ１方向に加わり、同時に、その力がダイヤフラム６８を介して封止部材８８にも加わる。封止部材８８は、上述したように、所定の力Ｆ４を超える力が加わると潰れるように変形する変形部材９０を有する。このため、封止部材８８は、Ｘ１方向にダイヤフラム６８に押されてＸ１方向に潰れる。このとき、ダイヤフラム６８のシール部７４がＸ１方向に移動するため、シール部７４とハウジング本体接合面４２ａとの間に隙間が生じる。この隙間により、二次室５４と外部連通路８６とが連通し、二次室５４の燃料ガスが外部に放出される。
【００４３】
本実施形態の減圧弁２６によれば、減圧機能のみを有する従来の減圧弁の構造に連通手段８４という簡易な構造を加えることにより、二次側の燃料ガスの圧力の異常な上昇を確実に防止することができる。また、連通手段８４は、減圧機能のみを有する従来の減圧弁のハウジングの内部に取り付けられるため、小型化に対応することができる。また、連通手段８４は、部品点数も少ないため、減圧弁２６を保守点検又は修理する場合、組み立て工数を削減することができ、作業の簡略化を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態の減圧弁２６は、ダイヤフラム保持部７８の位置を検出する位置検出センサ２８を有する。位置検出センサ２８の構成について図４を用いて説明する。
【００４５】
位置検出センサ２８は、カバー４４の内壁に設けられる。位置検出センサ２８は、このセンサ本体から大気室５４側に伸び、Ｘ１またはＸ２方向に回動可能な棒状の接点２８ａを有する。接点２８ａは、この先端がダイヤフラム保持部７６の可動域にかかる長さを有しており、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４より低い所定値Ｆ５のときに、ダイヤフラム保持部７６に接触するように設定されている。ここで、所定値Ｆ５とは、二次側のシステムが許容可能な燃料ガスの圧力値、すなわち二次側の流体圧力の上限値のことである。
【００４６】
位置検出センサ２８の動作について説明する。二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５まで上昇するにつれて、ダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６はＸ１方向に移動する。そして、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５になると、ダイヤフラム保持部７６の第一保持部７８と接点２８ａとが接触し、接点２８ａがＸ１方向に回動する。この接点２８ａの動作により、位置検出センサ２８内の電気回路が閉回路となり、位置検出センサ２８は、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５の場合におけるダイヤフラム保持部７６の位置を検出することができる。すなわち、位置検出センサ２８は、予め設定された二次側の燃料ガスの圧力値を検出することができる。
【００４７】
このような構成によれば、位置検出センサ２８により二次側の燃料ガスの圧力値であって許容される上限値Ｆ５を検出することができるので、同様の上限値Ｆ５を検出するために二次側の燃料ガス管路１４に設置される圧力センサを省くことができる。そして、二次側の燃料ガスの圧力が上限値Ｆ５になると、位置検出センサ２８の検出信号に基づいて燃料電池システム１０の主止弁２４を閉動作させることにより、一次側の燃料ガス管路１４から減圧弁２６に流入する燃料ガスを停止させることができ、燃料電池システム１０の不具合を未然に防ぐことができる。
【００４８】
本実施形態においては、位置検出センサ２８の接点２８ａがダイヤフラム保持部７６に接触することにより、ダイヤフラム保持部７６の位置を検出する場合について説明したが、この構成に限定されない。コイルを内蔵した無接触式のポジションセンサを用い、検出される磁束の変化により、ダイヤフラム保持部７６の位置を検出することもできる。
【００４９】
次に、別の態様の減圧弁２６の構成について、図５を用いて説明する。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
ハウジング本体４２には、軸部６４ａに形成されるねじ山に係合する締結ボルト６４用の孔４２ｂが形成される。そして、カバー４４には、軸部６４ａが貫通したときに軸部６４ａに対して間隔が空くように締結ボルト６４用の孔４４ｂが形成される。また、これらの孔４２ｂ，４４ｂは、これらの長さの合計が締結ボルト６４の軸部６４ａの長さより短くなるように形成される。このように構成される孔４２ｂ，４４ｂに締結ボルト６４の軸部６４ａをＸ２方向に向けて差し込むことにより、締結ボルト６４は、軸部６４ａがカバー４４にスライド可能に貫通するとともに、軸部６４ａの先端がハウジング本体４２に螺合するように設けられる。このとき、締結ボルト６４の首部６４ｂは、カバー４４の表面に対して間隔を空けて位置する。
【００５１】
この実施形態における連通手段９４は、締結ボルト６４の首部６４ｂとカバー４４との間に設けられ、カバー４４をハウジング本体４２の方向（Ｘ２方向）に向けて付勢する弾性部材である。この弾性部材は、例えば、軸部６４ｂの外周に間隔を空けて巻回されたコイルばねであり、このコイルばねの一端が首部６４ｂに当接し、他端がカバー４４に当接するように設けられる。このコイルばねは、上述した所定の力Ｆ４を超える力が加わると軸方向に縮む特性を有する。通常時においては、このコイルばねの付勢力により、カバー４４はハウジング本体４２に押し付けられ、カバー４４はハウジング本体４２に固定される。このとき、接合部６６に挿入されたダイヤフラム６８のシール部７４が、連通手段９４の付勢力により、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａに隙間なく密着するので、ハウジング４０の気密性が向上する。
【００５２】
次に、減圧弁２６が二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、その燃料ガスを外部に放出する動作について、図６を用いて説明する。図６は、二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁２６の要部を示す図である。
【００５３】
二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力がダイヤフラム６８にＸ１方向に加わり、同時に、その力がダイヤフラム６８からカバー４４を介して連通手段９４にも加わる。具体的には、図に示されるように、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力を受けたダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６がＸ１方向に移動し、ダイヤフラム保持部７６の第一保持部７８の端部がカバー４４の内壁に当接する。そして、ダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６に受ける力がカバー４４を介して連通手段９４に加わる。
【００５４】
連通手段９４は、上述したように、所定の力Ｆ４を超える力が加わると縮むように変形するコイルばねである。このため、連通手段９４は、ダイヤフラム６８に押されたカバー４４によりＸ１方向に押されて縮む。このとき、ダイヤフラム６８のシール部７４がＸ１方向に移動するため、シール部７４とハウジング本体接合面４２ａとの間に隙間が生じるとともに、ハウジング本体接合面４２ａとカバー接合面４４ａとの間にも隙間が生じる。これらの隙間により、二次室５４と外部とが連通し、二次室５４の燃料ガスが外部に放出される。
【００５５】
この実施形態の減圧弁２６によれば、減圧機能のみを有する従来の減圧弁の構造に、上述した実施形態の連通手段８４よりも少なく、簡易な構造である連通手段９４を加えることにより、二次側の燃料ガスの圧力の異常な上昇を確実に防止することができる。また、連通手段９４は、締結ボルト６４の首部６４ｂとカバー４４との間に取り付けられるため、小型化に対応することができる。また、連通手段９４は、部品点数も少ないため、減圧弁２６を保守点検又は修理する場合、組み立て工数を削減することができ、作業の簡略化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 燃料ガス管路、２２ タンク、２４ 主止弁、２６ 減圧弁、２８ 位置検出センサ、４０ ハウジング、４２ ハウジング本体、４４ カバー、５２ 一次室、５４ 二次室、５６ 連通孔、６０ 弁体、６４ 締結ボルト、６６ 接合部、６８ ダイヤフラム、７２ 大気室、７４ シール部、７６ ダイヤフラム保持部、８２ ダイヤフラムばね、８４，９４ 連通手段、８６ 外部連通路、８８ 封止部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は減圧弁に関し、特にリリーフ機能を有する減圧弁の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
減圧弁は、二次側の流体圧力を、一次側の流体圧力より下げ、かつ一定に保つ装置である。このような減圧弁には、二次側の流体圧力の異常な上昇を防止するためにリリーフ機能を有するものが知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、整圧器（減圧弁に相当）本体にリリーフ弁部を一体に備える整圧器が開示されている。整圧器本体は、流体流路の一次側と二次側とを仕切る隔壁を有し、この隔壁には一次側と二次側を連通する開口部が形成されている。そして、整圧器本体は、二次側の流体圧力の大きさに応じて開口部の開度を調整し、二次側の流体圧力の整圧を行う整圧部を有する。リリーフ弁部は、流体流路を間にして、整圧部に対向するように設けられている。リリーフ弁部は、二次側の流体圧力の異常な上昇が検知された場合、二次側の流体を外部に放出するリリーフ動作を行う。
【０００４】
下記特許文献２には、空気駆動弁を流れる空気の圧力を検出するセンサと、弁のストロークを検出するセンサと、弁を駆動させる駆動源の作動を検出するセンサと、弁に伝達される操作力を検出するセンサと、弁の開閉状態を監視するためのリミットスイッチの作動を検出するセンサとを有し、これらのセンサの検出結果に基づいて空気駆動弁の異常を診断する空気駆動弁の診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１００４０号公報
【特許文献２】特開平１１−２１０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されるような減圧弁は、流体圧力を減圧する機構である整圧部と、リリーフ機能を有する機構であるリリーフ弁部とが流体流路を間にして対向するように設けられている。このような構成とすることにより、減圧弁と安全弁が流体流路に直列に設置されるより、流路方向に対して省スペース化を図ることができる。しかしながら、装置類の設置スペースが限られる場所、例えば車両内に設置される減圧弁は、更なる小型化が要求される。また、減圧弁を保守点検又は修理する場合、その作業を簡略化するために、更なる部品点数の削減と組み立て工数の削減が要求される。
【０００７】
本発明は、リリーフ機能を有する減圧弁であって、簡易な構造で小型化に対応できる減圧弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一次側の管路から流体が流入する一次室と、この一次室に連通孔を介して連通するとともに二次側の管路に流体が流出する二次室と、外部に連通する大気室とを有するハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、二次室と大気室とを区画形成するダイヤフラムと、ダイヤフラムに接続され、二次室の流体圧力と大気室の大気圧との圧力差により弾性変形するダイヤフラムの動作により連通孔を開閉する弁体と、を有する減圧弁において、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムの動作により二次室と外部とを連通させる連通手段を有することを特徴とする。
【０００９】
また、連通手段は、ハウジングに形成され、大気室と外部とを連通する外部連通路と、ダイヤフラムの大気室側の表面に接して設けられ、外部連通路に嵌ってこれを封止する封止部材と、を有し、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムに押されて封止部材が潰れるように変形することにより外部連通路と二次室との間に隙間が形成され、二次室と外部とが連通することができる。
【００１０】
また、ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーを有し、ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有し、封止部材は、シール部の大気室側の表面に接して設けられることが好適である。
【００１１】
また、外部連通路は、ハウジングの接合部に形成されることができる。
【００１２】
また、ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーと、軸部がカバーにスライド可能に貫通するとともに軸部の先端がハウジング本体に螺合する締結ボルトとを有し、ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有するとともに、ハウジング本体の開口部を覆うことで、ハウジング本体側に二次室とカバー側に大気室とを区画形成し、連通手段は、締結ボルトの首部とカバーとの間に設けられ、カバーをハウジング本体の方向に付勢する弾性部材であり、二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、カバーを介してダイヤフラムに押された弾性部材が縮むことによりシール部と接合部との間に隙間が形成されて、二次室と外部とが連通することができる。
【００１３】
また、大気室に設けられ、弁体に対して連通孔を開放する方向の付勢力をダイヤフラムに付勢するダイヤフラムばねと、ダイヤフラムばねの一端に当接してダイヤフラムばねの付勢力を受けるとともに、ダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部と、ダイヤフラム保持部の位置を検出する位置検出センサと、を有することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の減圧弁によれば、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の減圧弁の構成を示す断面図である。
【図３】二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【図４】二次側の流体圧力の異常を検出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【図５】別の態様の減圧弁の構成を示す断面図である。
【図６】二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る減圧弁の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを挙げ、この燃料電池システムの管路であって、燃料ガスが流れる燃料ガス管路に設置される減圧弁について説明する。なお、本発明は、燃料電池システムの燃料ガス管路に限らず、流体が流れる管路に設置される減圧弁にも適用することができる。
【００１７】
まず、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１０について図１を用いて説明する。燃料電池システム１０は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池１２を有する。なお、燃料電池システム１０に用いられる燃料ガスは水素であり、酸化ガスは空気である。
【００１８】
燃料電池１２には、これのアノード（図示せず）に燃料ガスを供給する燃料ガス管路１４と、燃料電池１２のカソード（図示せず）に酸化剤ガスを供給する酸化ガス管路１６とが接続されている。
【００１９】
また、燃料電池１２には、アノードから排出される排出燃料ガスを燃料ガス管路１４に戻し、その排出燃料ガスを燃料電池１２に循環させる循環管路１８と、カソードから排出される排出酸化ガスを外部へ放出する放出管路２０が接続されている。
【００２０】
燃料電池１２は、例えばフッ素樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜を有する固体高分子型の燃料電池である。この電池の単位セル（図示せず）は、電解質膜をアノードとカソードとで挟んで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、二枚のセパレータでさらに挟んで構成される。この単位セルを複数積層することにより、燃料電池１２が構成される。
【００２１】
燃料電池システム１０は、燃料ガスを燃料電池１２に供給する供給源として、タンク２２を有する。タンク２２は、燃料ガスを高圧状態にして貯蔵する。タンク２２と燃料電池１２とは、燃料ガス管路１４で接続される。
【００２２】
燃料ガス管路１４には、タンク２２から燃料電池１２に向けて主止弁２４と減圧弁２６が順に取り付けられている。
【００２３】
主止弁２４は、電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁２４は、自動車の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、自動車の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。また、後に詳述するが、主止弁２４は、減圧弁２６が内蔵する位置検出センサ２８（図３に示す）からの電気信号により弁を開閉する。
【００２４】
本実施形態の減圧弁２６は、タンク２２から燃料電池１２に供給される燃料ガスの圧力を減圧する減圧弁の機能とともに、燃料電池１２に供給される燃料ガスの圧力が異常に上昇した場合、燃料ガスを外部へ放出する安全弁の機能とを備えた弁装置である。この減圧弁２６の詳細な構造については後述する。
【００２５】
また、燃料ガス管路１４には、減圧弁２６の下流側に循環管路１８が接続されている。循環管路１８には、燃料電池１２から燃料ガス管路１４に接続する部分までの間に、気液分離装置３０とポンプ３２とが順に設けられている。燃料電池１２から排出される排出燃料ガスには、未反応の燃料ガスと、電気化学反応により生成される水（水蒸気も含む）とが含まれる。気液分離装置３０は、排出燃料ガスに含まれる水を分離する。気液分離装置３０には、分離された水を排水する排水弁３４が接続されており、この排水弁３４には、上述した放出管路２０が接続されている。ポンプ２０は、燃料電池１２から排出される排出燃料ガスを燃料ガス管路１４に送り出す。
【００２６】
燃料電池１２のカソードに接続する酸化ガス管路１６は、その端部を外部に開放している。酸化ガス管路１６には、その端部から燃料電池１２に向けフィルタ３６と空気ポンプ３８が順に設けられ、この空気ポンプ３８の動作により、外部の空気がフィルタ３６で清浄されて燃料電池１２に供給される。
【００２７】
次に、減圧弁２６の構成について、図２を用いて説明する。減圧弁２６は、ハウジング４０を有する。ハウジング４０は、ハウジング本体４２と、ハウジング本体４２に対し着脱可能なカバー４４とを有する。
【００２８】
ハウジング本体４２は、減圧弁２６の組み立て、または保守点検の作業性を考慮し、ハウジング本体４２の上面に開口部４６が形成されている。開口部４６の周囲には、その開口部４６を縁取るようにハウジング本体４２の端部の面がある。この面は、後述するようにカバー４４と接合する面であり、ここを以降、ハウジング本体接合面４２ａと記す。
【００２９】
ハウジング本体４２には、タンク２２に連通する燃料ガス管路１４（一次側の管路）に接続される一次側ポート４８と、燃料電池１２に連通する燃料ガス管路１４（二次側の管路）に接続される二次側ポート５０とが取り付けられている。ハウジング本体４２は、一次側ポート４８から燃料ガスが流入する一次室５２と、二次側ポート５０に燃料ガスが流出する二次室５４とを有する。そして、ハウジング本体４２には、一次室５２と二次室５４とを連通させる連通孔５６と、連通孔５６の開口部側に弁座５８とが形成されている。
【００３０】
一次室５２と二次室５４には、連通孔５６を貫通するように弁体６０が設けられている。弁体６０は、弁座５８に対応する形状を有しており、弁座５８に接触してこれを閉じる状態と、弁座５８から離れてこれを開く状態とに作動する。連通孔５６に対向する一次室５２の壁面には、弁ばね６２が設置されている。弁ばね６２の一端は、一次室５２の壁面に当接し、他端は、弁体６０に当接しており、弁ばね６２により弁体６０には弁座５８を閉じる方向、すなわち一次室５２から連通孔５６を介して二次室５４に向かう方向（図２の矢印Ｘ１方向）に付勢する付勢力が加えられている。
【００３１】
カバー４４は、ハウジング本体４２の開口部４６を覆う蓋である。カバー４４は、開口部４６に対応する部分が隆起した形状である。カバー４４の外周部には、ハウジング本体接合面４２ａに対向し、これに接合するカバー接合面４４ａが形成されている。カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａとを接合させ、カバー４４とハウジング本体４２とを締結ボルト６４で締め付けることにより、カバー４４がハウジング本体４２に固定されて開口部４６を覆う。ここで、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａが接合する部分、すなわちカバー４４とハウジング本体４２が接合する部分のことを、以降、接合部６６と記す。
【００３２】
ハウジング４０は、ゴムや軟質樹脂等の弾性材料または金属を基材として膜状に形成されたダイヤフラム６８を有する。ダイヤフラム６８は、開口部４６を覆い、ハウジング本体４２とカバー４４とにより挟み付けられて装着される。上述したように開口部４６に対応する、カバー４４の部分が隆起しているので、開口部４６を覆う部分は、ダイヤフラム６８と、これに対し所定の間隔をあけて配置されたカバー４４とにより構成される。この構成により、カバー４４とダイヤフラム６８との間の間隔に空間が形成される。この空間は、カバー４４に形成された貫通孔７０により外部と連通し、常に大気圧の状態となるので、この空間のことを、以降、大気室７２と記す。このように、ダイヤフラム６８は、開口部４６を覆うことにより、ハウジング本体４２側の二次室５４とカバー４４側の大気室７２を区画形成する。
【００３３】
ダイヤフラム６８は、これの外周部にシール部７４を有し、シール部７４が接合部６６に挿入される。シール部７４は、締結ボルト６４の締め付けにより、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａに隙間なく密着するので、ハウジング４０の気密性が向上する。
【００３４】
ダイヤフラム６８の中央域には、これを保持するダイヤフラム保持部７６が設けられている。ダイヤフラム保持部７６は、大気室７２側に位置する第一保持部７８と、二次室５４側に位置する第二保持部８０とを有し、これらの保持部７８，８０がダイヤフラム６８を挟持する。本実施形態のダイヤフラム６８は、これの中央域に孔が形成され、この孔の縁にシール部８１を有する。シール部８１は、第一及び第二保持部７８，８０の間に挿入され、ボルト（図示せず）で第一及び第二保持部７８，８０を締め付けることにより、第一及び第二保持部７８，８０に隙間なく密着する。なお、ダイヤフラム６８の中央域の形成される孔の大きさは、第一及び第二保持部７８，８０を締結するボルトの軸部の径より大きく、かつ第一及び第二保持部７８，８０より小さければ、任意の大きさにすることができる。
【００３５】
第二保持部８０には、弁体６０が接続されている。大気室７２には、ダイヤフラムばね８２が設けられている。ダイヤフラムばね８２の一端は、連通孔５６に対向するカバー４４の壁面に当接し、他端は、第一保持部７８に当接しており、ダイヤフラムばね８２によりダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６を介して弁体６０には弁座５８を開ける方向、すなわち二次室５４から連通孔５６を介して一次室５２に向かう方向（図２の矢印Ｘ２方向）に付勢する付勢力が加えられている。つまり、ダイヤフラムばね８２は、弁ばね６２に対して逆向きの付勢力を発揮する。なお、ダイヤフラムばね８２のばね荷重は、弁ばね６２のばね荷重より大きく設定されている。このため、減圧弁２６に流体が導入されない状態においては、弁体６０がＸ２方向に移動し、連通孔５６は開放状態になっている。
【００３６】
減圧弁２６が流体圧力を減圧する動作について説明する。燃料ガス管路１４から一次側ポート４８を介して一次室５２に流入した燃料ガスは、連通孔５６を通過することにより減圧され二次室５４に流れ込む。これにより、二次室５４の燃料ガスの圧力と大気室７２の圧力との圧力差に基づいてダイヤフラム６８がＸ１方向に向かう力Ｆ１を受ける。このとき、ダイヤフラム６８は、弁ばね５２から弁体６０を介してＸ１方向に向かう力Ｆ２と、ダイヤフラムばね８２からＸ２方向に向かう力Ｆ３とを受ける。これらの力によりダイヤフラム６８がＸ１またはＸ２方向に弾性変形し、Ｘ１方向に向かう力Ｆ１とＦ２の合計と、Ｘ２方向に向かう力Ｆ３とが均衡した時点において、弁体６０が保持される。この均衡により、連通孔５６の開度が決定される。一方、Ｘ１方向に向かう力とＸ２に向かう力がそれぞれ変化すると、ダイヤフラム６８が弾性変形し、弁体６０の均衡する位置が変化するため、連通孔５６の開度が変化する。例えば、二次室５４の燃料ガスの圧力が大きくなるにつれてＸ１方向に向かう力Ｆ１が大きくなるので、ダイヤフラム６８はＸ１方向に動作し、弁体６０は連通孔５６を閉じる方向（Ｘ１方向）に移動する。一方、二次室５４の燃料ガスの圧力が小さくなるにつれてＸ１方向に向かう力Ｆ１が小さくなるので、ダイヤフラム６８はＸ２方向に動作し、弁体６０は連通孔５６を開ける方向（Ｘ２方向）に移動する。このようなダイヤフラム６８の動作により、減圧弁２６は流体圧力を減圧するとともに、二次側の流体圧力を一定に保つことができる。
【００３７】
本実施形態の減圧弁２６は、二次室５４の流体圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、ダイヤフラム６８の動作により二次室５４と外部とを連通させる連通手段８４を有する。この構成より、減圧弁２６は、リリーフ機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応することができる。以下、連通手段８４について詳述する。ここで、所定値Ｆ４とは、二次側の燃料ガスの圧力により二次側のシステムが破損するおそれがある値のことである。
【００３８】
連通手段８４は、ハウジング４０に形成され、大気室７２と外部とを連通する外部連通路８６と、ダイヤフラム６８の大気室７２側の表面に接して設けられ、外部連通路８６に嵌ってこれを封止する封止部材８８とを有する。
【００３９】
外部連通路８６は、ハウジング４０の接合部６６に形成されている。具体的には、カバー４４のカバー接合面４４ａに、外部から大気室７２に向けて溝が形成され、この溝の開口部をハウジング本体接合面４２ａが覆うことにより外部連通路８６が形成される。
【００４０】
封止部材８８は、所定の力Ｆ４を超える力が加わると潰れるように変形する変形部材９０と、変形部材９０とダイヤフラム６８との間に設けられ、ダイヤフラム６８と変形部材９０と間の均一の面圧を確保し、外部連通路８６を封止する板状部材９２とを有する。変形部材９０は、可塑性を有する部材であり、例えば金属からなるパイプである。板状部材９２は、ダイヤフラム６８のシール部７４の大気室７２側の表面に接して設けられている。なお、変形部材９０は、所定の力Ｆ４を超える力が加わると変形し、その力が所定に力Ｆ４以下になると元の形状に戻る弾性を有する例えば板ばねであってもよい。また、封止部材８８は、ダイヤフラム６８と変形部材９０との間で均一の面圧が確保され、変形部材９０が外部連通路８６を封止するのであれば、板状部材９２がなくてもよい。
【００４１】
次に、減圧弁２６が二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、その燃料ガスを外部に放出する動作について、図３を用いて説明する。図３は、二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁２６の要部を示す図である。
【００４２】
二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力がダイヤフラム６８にＸ１方向に加わり、同時に、その力がダイヤフラム６８を介して封止部材８８にも加わる。封止部材８８は、上述したように、所定の力Ｆ４を超える力が加わると潰れるように変形する変形部材９０を有する。このため、封止部材８８は、Ｘ１方向にダイヤフラム６８に押されてＸ１方向に潰れる。このとき、ダイヤフラム６８のシール部７４がＸ１方向に移動するため、シール部７４とハウジング本体接合面４２ａとの間に隙間が生じる。この隙間により、二次室５４と外部連通路８６とが連通し、二次室５４の燃料ガスが外部に放出される。
【００４３】
本実施形態の減圧弁２６によれば、減圧機能のみを有する従来の減圧弁の構造に連通手段８４という簡易な構造を加えることにより、二次側の燃料ガスの圧力の異常な上昇を確実に防止することができる。また、連通手段８４は、減圧機能のみを有する従来の減圧弁のハウジングの内部に取り付けられるため、小型化に対応することができる。また、連通手段８４は、部品点数も少ないため、減圧弁２６を保守点検又は修理する場合、組み立て工数を削減することができ、作業の簡略化を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態の減圧弁２６は、ダイヤフラム保持部７８の位置を検出する位置検出センサ２８を有する。位置検出センサ２８の構成について図４を用いて説明する。
【００４５】
位置検出センサ２８は、カバー４４の内壁に設けられる。位置検出センサ２８は、このセンサ本体から大気室５４側に伸び、Ｘ１またはＸ２方向に回動可能な棒状の接点２８ａを有する。接点２８ａは、この先端がダイヤフラム保持部７６の可動域にかかる長さを有しており、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４より低い所定値Ｆ５のときに、ダイヤフラム保持部７６に接触するように設定されている。ここで、所定値Ｆ５とは、二次側のシステムが許容可能な燃料ガスの圧力値、すなわち二次側の流体圧力の上限値のことである。
【００４６】
位置検出センサ２８の動作について説明する。二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５まで上昇するにつれて、ダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６はＸ１方向に移動する。そして、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５になると、ダイヤフラム保持部７６の第一保持部７８と接点２８ａとが接触し、接点２８ａがＸ１方向に回動する。この接点２８ａの動作により、位置検出センサ２８内の電気回路が閉回路となり、位置検出センサ２８は、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ５の場合におけるダイヤフラム保持部７６の位置を検出することができる。すなわち、位置検出センサ２８は、予め設定された二次側の燃料ガスの圧力値を検出することができる。
【００４７】
このような構成によれば、位置検出センサ２８により二次側の燃料ガスの圧力値であって許容される上限値Ｆ５を検出することができるので、同様の上限値Ｆ５を検出するために二次側の燃料ガス管路１４に設置される圧力センサを省くことができる。そして、二次側の燃料ガスの圧力が上限値Ｆ５になると、位置検出センサ２８の検出信号に基づいて燃料電池システム１０の主止弁２４を閉動作させることにより、一次側の燃料ガス管路１４から減圧弁２６に流入する燃料ガスを停止させることができ、燃料電池システム１０の不具合を未然に防ぐことができる。
【００４８】
本実施形態においては、位置検出センサ２８の接点２８ａがダイヤフラム保持部７６に接触することにより、ダイヤフラム保持部７６の位置を検出する場合について説明したが、この構成に限定されない。コイルを内蔵した無接触式のポジションセンサを用い、検出される磁束の変化により、ダイヤフラム保持部７６の位置を検出することもできる。
【００４９】
次に、別の態様の減圧弁２６の構成について、図５を用いて説明する。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
ハウジング本体４２には、軸部６４ａに形成されるねじ山に係合する締結ボルト６４用の孔４２ｂが形成される。そして、カバー４４には、軸部６４ａが貫通したときに軸部６４ａに対して間隔が空くように締結ボルト６４用の孔４４ｂが形成される。また、これらの孔４２ｂ，４４ｂは、これらの長さの合計が締結ボルト６４の軸部６４ａの長さより短くなるように形成される。このように構成される孔４２ｂ，４４ｂに締結ボルト６４の軸部６４ａをＸ２方向に向けて差し込むことにより、締結ボルト６４は、軸部６４ａがカバー４４にスライド可能に貫通するとともに、軸部６４ａの先端がハウジング本体４２に螺合するように設けられる。このとき、締結ボルト６４の首部６４ｂは、カバー４４の表面に対して間隔を空けて位置する。
【００５１】
この実施形態における連通手段９４は、締結ボルト６４の首部６４ｂとカバー４４との間に設けられ、カバー４４をハウジング本体４２の方向（Ｘ２方向）に向けて付勢する弾性部材である。この弾性部材は、例えば、軸部６４ｂの外周に間隔を空けて巻回されたコイルばねであり、このコイルばねの一端が首部６４ｂに当接し、他端がカバー４４に当接するように設けられる。このコイルばねは、上述した所定の力Ｆ４を超える力が加わると軸方向に縮む特性を有する。通常時においては、このコイルばねの付勢力により、カバー４４はハウジング本体４２に押し付けられ、カバー４４はハウジング本体４２に固定される。このとき、接合部６６に挿入されたダイヤフラム６８のシール部７４が、連通手段９４の付勢力により、カバー接合面４４ａとハウジング本体接合面４２ａに隙間なく密着するので、ハウジング４０の気密性が向上する。
【００５２】
次に、減圧弁２６が二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えた場合、その燃料ガスを外部に放出する動作について、図６を用いて説明する。図６は、二次側の流体を外部に放出するときの減圧弁２６の要部を示す図である。
【００５３】
二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力がダイヤフラム６８にＸ１方向に加わり、同時に、その力がダイヤフラム６８からカバー４４を介して連通手段９４にも加わる。具体的には、図に示されるように、二次室５４の燃料ガスの圧力が所定値Ｆ４を超えたとき、その力を受けたダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６がＸ１方向に移動し、ダイヤフラム保持部７６の第一保持部７８の端部がカバー４４の内壁に当接する。そして、ダイヤフラム６８とダイヤフラム保持部７６に受ける力がカバー４４を介して連通手段９４に加わる。
【００５４】
連通手段９４は、上述したように、所定の力Ｆ４を超える力が加わると縮むように変形するコイルばねである。このため、連通手段９４は、ダイヤフラム６８に押されたカバー４４によりＸ１方向に押されて縮む。このとき、ダイヤフラム６８のシール部７４がＸ１方向に移動するため、シール部７４とハウジング本体接合面４２ａとの間に隙間が生じるとともに、ハウジング本体接合面４２ａとカバー接合面４４ａとの間にも隙間が生じる。これらの隙間により、二次室５４と外部とが連通し、二次室５４の燃料ガスが外部に放出される。
【００５５】
この実施形態の減圧弁２６によれば、減圧機能のみを有する従来の減圧弁の構造に、上述した実施形態の連通手段８４よりも少なく、簡易な構造である連通手段９４を加えることにより、二次側の燃料ガスの圧力の異常な上昇を確実に防止することができる。また、連通手段９４は、締結ボルト６４の首部６４ｂとカバー４４との間に取り付けられるため、小型化に対応することができる。また、連通手段９４は、部品点数も少ないため、減圧弁２６を保守点検又は修理する場合、組み立て工数を削減することができ、作業の簡略化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 燃料ガス管路、２２ タンク、２４ 主止弁、２６ 減圧弁、２８ 位置検出センサ、４０ ハウジング、４２ ハウジング本体、４４ カバー、５２ 一次室、５４ 二次室、５６ 連通孔、６０ 弁体、６４ 締結ボルト、６６ 接合部、６８ ダイヤフラム、７２ 大気室、７４ シール部、７６ ダイヤフラム保持部、８２ ダイヤフラムばね、８４，９４ 連通手段、８６ 外部連通路、８８ 封止部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側の管路から流体が流入する一次室と、この一次室に連通孔を介して連通するとともに二次側の管路に流体が流出する二次室と、外部に連通する大気室とを有するハウジングと、
ハウジングの内部に設けられ、二次室と大気室とを区画形成するダイヤフラムと、
ダイヤフラムに接続され、二次室の流体圧力と大気室の大気圧との圧力差により弾性変形するダイヤフラムの動作により連通孔を開閉する弁体と、
を有する減圧弁において、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムの動作により二次室と外部とを連通させる連通手段を有することを特徴とする減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧弁において、
連通手段は、
ハウジングに形成され、大気室と外部とを連通する外部連通路と、
ダイヤフラムの大気室側の表面に接して設けられ、外部連通路に嵌ってこれを封止する封止部材と、
を有し、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムに押されて封止部材が潰れるように変形することにより外部連通路と二次室との間に隙間が形成され、二次室と外部とが連通する、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項３】
請求項２に記載の減圧弁において、
ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーを有し、
ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有し、
封止部材は、シール部の大気室側の表面に接して設けられる、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項４】
請求項３に記載の減圧弁において、
外部連通路は、ハウジングの接合部に形成される、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項５】
請求項１に記載の減圧弁において、
ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーと、軸部がカバーにスライド可能に貫通するとともに軸部の先端がハウジング本体に螺合する締結ボルトとを有し、
ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有するとともに、ハウジング本体の開口部を覆うことで、ハウジング本体側に二次室とカバー側に大気室とを区画形成し、
連通手段は、締結ボルトの首部とカバーとの間に設けられ、カバーをハウジング本体の方向に付勢する弾性部材であり、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、カバーを介してダイヤフラムに押された弾性部材が縮むことによりシール部と接合部との間に隙間が形成されて、二次室と外部とが連通する、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の減圧弁において、
大気室に設けられ、弁体に対して連通孔を開放する方向の付勢力をダイヤフラムに付勢するダイヤフラムばねと、
ダイヤフラムばねの一端に当接してダイヤフラムばねの付勢力を受けるとともに、ダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部と、
ダイヤフラム保持部の位置を検出する位置検出センサと、
を有する、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項１】
一次側の管路から流体が流入する一次室と、この一次室に連通孔を介して連通するとともに二次側の管路に流体が流出する二次室と、外部に連通する大気室とを有するハウジングと、
ハウジングの内部に設けられ、二次室と大気室とを区画形成するダイヤフラムと、
ダイヤフラムに接続され、二次室の流体圧力と大気室の大気圧との圧力差により弾性変形するダイヤフラムの動作により連通孔を開閉する弁体と、
を有する減圧弁において、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムの動作により二次室と外部とを連通させる連通手段を有することを特徴とする減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧弁において、
連通手段は、
ハウジングに形成され、大気室と外部とを連通する外部連通路と、
ダイヤフラムの大気室側の表面に接して設けられ、外部連通路に嵌ってこれを封止する封止部材と、
を有し、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、ダイヤフラムに押されて封止部材が潰れるように変形することにより外部連通路と二次室との間に隙間が形成され、二次室と外部とが連通する、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項３】
請求項２に記載の減圧弁において、
ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーを有し、
ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有し、
封止部材は、シール部の大気室側の表面に接して設けられる、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項４】
請求項３に記載の減圧弁において、
外部連通路は、ハウジングの接合部に形成される、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項５】
請求項１に記載の減圧弁において、
ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の開口部を覆うカバーと、軸部がカバーにスライド可能に貫通するとともに軸部の先端がハウジング本体に螺合する締結ボルトとを有し、
ダイヤフラムは、ハウジング本体とカバーとが接合する接合部に挿入され、ハウジング内の気密性を向上させるシール部を有するとともに、ハウジング本体の開口部を覆うことで、ハウジング本体側に二次室とカバー側に大気室とを区画形成し、
連通手段は、締結ボルトの首部とカバーとの間に設けられ、カバーをハウジング本体の方向に付勢する弾性部材であり、
二次室の流体圧力が所定値を超えた場合、カバーを介してダイヤフラムに押された弾性部材が縮むことによりシール部と接合部との間に隙間が形成されて、二次室と外部とが連通する、
ことを特徴とする減圧弁。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の減圧弁において、
大気室に設けられ、弁体に対して連通孔を開放する方向の付勢力をダイヤフラムに付勢するダイヤフラムばねと、
ダイヤフラムばねの一端に当接してダイヤフラムばねの付勢力を受けるとともに、ダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部と、
ダイヤフラム保持部の位置を検出する位置検出センサと、
を有する、
ことを特徴とする減圧弁。
【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２０１０−２４４３６２（Ｐ２０１０−２４４３６２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３３８８（Ｐ２００９−９３３８８）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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