締切り機構付き減圧弁
【課題】内部構造の複雑化を招くことなく、受圧デバイス側への高圧流体の過大な漏れを防止することのできる締切り機構付き減圧弁を提供する。
【解決手段】高圧側の一次側圧力室１３と、受圧デバイス側の二次側圧力室１４を連通孔１７によって連通する。二次側圧力室１４の圧力を受けるダイヤフラム１９を設け、弁体１８をダイヤフラム１９に連結する。ダイヤフラム１９は開弁スプリング２０で開弁方向に付勢する。弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段２９を設ける。荷重操作手段２９は、弁体１８に対して離接可能なプランジャ２６と、プランジャ２６を付勢する閉弁スプリング２７と、プランジャ２６に、弁体１８から離間する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル２８と、によって構成する。
【解決手段】高圧側の一次側圧力室１３と、受圧デバイス側の二次側圧力室１４を連通孔１７によって連通する。二次側圧力室１４の圧力を受けるダイヤフラム１９を設け、弁体１８をダイヤフラム１９に連結する。ダイヤフラム１９は開弁スプリング２０で開弁方向に付勢する。弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段２９を設ける。荷重操作手段２９は、弁体１８に対して離接可能なプランジャ２６と、プランジャ２６を付勢する閉弁スプリング２７と、プランジャ２６に、弁体１８から離間する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル２８と、によって構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、供給源側の高圧流体を所定圧力に減圧して受圧デバイスの存在する低圧通路に供給する減圧弁に関し、とりわけ、受圧デバイスの停止時等に供給源側から低圧通路側への高圧流体の漏れを防止する機能を備えた締切り機構付き減圧弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、高圧水素を充填した水素タンクをアノード側の流体供給源として用いることがある。このような高圧流体を扱うシステムにおいては、高圧流体の供給源と受圧デバイスの間に減圧弁を介装し、流体供給源の高圧流体を減圧弁によって所定圧力に減圧して受圧デバイスに供給する。
【０００３】
このような用途で用いられる減圧弁として、受圧デバイス側の圧力に応動するダイヤフラムを設け、このダイヤフラムと一体に変位する弁体によって連通孔（ガス流路）を開閉するものが知られている。この減圧弁は、受圧デバイス側での流体使用によって下流側の圧力が低下すると、ダイヤフラムがその圧力低下に応動して弁体を開弁作動させ、上流側の高圧流体を、連通孔を通して所定圧力に減圧し、下流側に流入させるようになっている。
【０００４】
ところが、この種の減圧弁は、高圧流体の圧力調整（減圧）を目的としたものであるため、弁体と弁座（連通孔の周縁部）の間の密閉は完全なものではなく、受圧デバイス側での流体の流れが長時間停止する場合等には、上流側の高圧流体が弁体と弁座の隙間を通って受圧デバイスの存在する下流側に漏れてしまう。そして、この高圧流体の漏れによって下流側の圧力が増大し過ぎると、下流側の圧力が受圧デバイスの最大許容圧力を超えてしまう可能性が考えられる。
このため、この種の減圧弁を用いる場合には、減圧弁の上流側または下流側に遮断弁を設け、その遮断弁によって高圧流体の漏れを防止するようにしている。
【０００５】
ところで、このように減圧弁と遮断弁を配管中に直列に設ける場合、配管上の設置スペースが大きくなってシステムの大型化を余儀なくされ、また、設置部品の増加によって組み付け工数も増加してしまう。
このため、これに対処する減圧弁として、減圧弁ブロックの内部に遮断弁機能（締切り機構）を組み込んだものが案出されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１１７９７１号公報
【特許文献２】特許第３６０７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の減圧弁においては、減圧弁ブロックの内部に複数種の弁機構がそれぞれ組み込まれることになるため、内部構造が複雑になり、製品の大型化やコストの高騰を招いてしまう。
【０００８】
そこでこの発明は、内部構造の複雑化を招くことなく、受圧デバイス側への高圧流体の過大な漏れを防止することのできる締切り機構付き減圧弁を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る締切り機構付き減圧弁では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、高圧流体の供給源（例えば、実施形態の水素タンク２）側の通路に導通する一次側圧力室（例えば、実施形態の一次側圧力室１３）と、受圧デバイス（例えば、実施形態の受圧デバイス７）側の低圧通路に導通する二次側圧力室（例えば、実施形態の二次側圧力室１４）と、前記一次側圧力室と二次側圧力室とを連通する連通孔（例えば、実施形態の連通孔１７）と、前記二次側圧力室の圧力を受ける受圧面（例えば、実施形態の受圧面１９ａ）を有し、この受圧面に作用する前記二次側圧力室の圧力に応じて変位するダイヤフラム（例えば、実施形態のダイヤフラム１９）と、このダイヤフラムと一体変位可能に連結され、前記連通孔を前記一次側圧力室側から開閉する弁体（例えば、実施形態の弁体１８）と、前記ダイヤフラムを前記弁体が前記連通孔を開く方向に付勢する開弁スプリング（例えば、実施形態の開弁スプリング２０）と、を備え、前記二次側圧力室の圧力が所定圧力以下に低下したときに、前記弁体が連通孔を開口することによって、前記一次側圧力室から二次側圧力室に高圧流体を減圧して流入させる締切り機構付き減圧弁であって、前記弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段（例えば、実施形態の荷重操作手段２９）が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、荷重操作手段によって弁体に対する閉弁荷重を減少させることにより、弁体は、比較的低い閉弁荷重で連通孔を開くようになり、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力に応動し、一次側圧力室の高圧流体を減圧して二次側圧力室側に流入させるようになる。受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、荷重操作手段によって弁体に対する閉弁荷重を増大させる。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に対して進退自在に設けられたプランジャ（例えば、実施形態のプランジャ２６）と、このプランジャを介して前記弁体に閉弁荷重を付与する閉弁スプリング（例えば、実施形態の閉弁スプリング２７）と、前記プランジャに、前記弁体から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル（例えば、実施形態の電磁コイル２８）と、を備え、前記電磁コイルの励磁とその解除によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、電磁コイルを励磁することにより、閉弁スプリングの付勢力に抗してプランジャを後退させ、閉弁スプリングによる閉弁荷重が弁体に作用しないようにする。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と開弁スプリングの付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、電磁コイルの励磁を解除することにより、閉弁スプリングによる閉弁荷重を弁体に作用させる。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に対して前記一次側圧力室側から当接離反可能に設けられたシャフト（例えば、実施形態の操作シャフト３１）と、回転駆動力を発生するモータ（例えば、実施形態のモータ３２）と、このモータの回転軸と前記シャフトの間に設けられ、このモータの回転を前記シャフトの進退作動に変換する作動変換機構（例えば、実施形態の作動変換機構３３）と、を備え、前記モータの駆動によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、作動変換機構を介してモータの動力によってシャフトを後退させておくことにより、シャフトを通した閉弁荷重が弁体に作用しないようにする。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と開弁スプリングの付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、作動変換機構を介してモータの動力によってシャフトを前進させ、シャフトを通して弁体に閉弁荷重を印加する。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に連結されたピストン（例えば、実施形態のピストン４０）と、このピストンを介して前記弁体に流体圧による付勢力を閉弁方向に作用させるシリンダ（例えば、実施形態のシリンダ４１）と、このシリンダに対する流体圧の導入と導入停止を切換える流体圧操作機構（例えば、実施形態の油圧ポンプ４２）と、を備え、前記流体圧操作機構による流体圧の導入と導入停止の切換えによって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、流体圧操作機構によってシリンダに流体圧を導入することにより、流体圧による付勢力がピストンを介して弁体に作用する。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と、スプリングと流体圧による付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、流体圧操作機構によってシリンダに対する流体圧の導入を停止する。この結果、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力が開弁スプリングの付勢力に打ち勝ち、弁体は閉弁状態に維持される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段が設けられているため、通常使用時には、荷重操作手段によって弁体の閉弁荷重を減少させることにより、弁体を、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力に応動させることができるとともに、受圧デバイスを長時間停止する場合等には、荷重操作手段によって弁体の閉弁荷重を増加させることにより、弁体を確実に閉弁状態に維持することができる。そして、この発明においては、流路遮断のための専用の弁機構を追加することなく、受圧デバイス側への高圧流体の過大な漏れを防止することができる。したがって、この発明によれば、内部構造が複雑にならずに、製品の大型化やコストの高騰を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施形態の締切り機構付き減圧弁を採用した燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図５】この発明の第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図６】この発明の第３の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、燃料電池システムの概略構成図であり、符号１は、燃料としての水素と酸化剤としての酸素が供給されて発電をする燃料電池スタック（燃料電池）を示している。燃料電池スタック１は、例えば固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。
【００１６】
燃料電池スタック１には、高圧の水素を貯蔵する水素タンク２（高圧流体の供給源）から水素供給流路３を介して所定圧力および所定流量の水素が供給されるとともに、図示しない空気供給装置を介して酸素を含む空気が所定圧力および所定流量で供給される。
水素タンク２は、長手方向の両端が略半球状の筒状をなし、その長手方向の一端が開口している。この開口部２ａには、パイロット式電磁弁からなる主止弁１０が取り付けられている。水素タンク２から水素供給流路３には、主止弁１０を介して水素が供給される。
【００１７】
水素供給流路３には、締切り機構付き減圧弁５（以下、「減圧弁５」と呼ぶ。）と受圧デバイス７とが介装されている。水素タンク３から放出される高圧（例えば、３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａ等）の水素は、減圧弁５によって所定の圧力（例えば、１ＭＰａ以下）に減圧されて受圧デバイス７に供給される。ここで、受圧デバイス７とは、減圧弁５と燃料電池スタック１との間に配置されるデバイスの総称であり、エゼクタ、インジェクタ、加湿器などが含まれる。エゼクタは、燃料電池スタック１から排出される水素オフガスを循環利用するために水素オフガスを再び水素供給流路３に戻すデバイスであり、インジェクタは燃料電池スタック１に供給する水素流量を調整するデバイスであり、加湿器は燃料電池スタック１に供給される水素を加湿するデバイスである。受圧デバイス７としていずれのデバイスが組み込まれるかは燃料電池システムの全体構成により決定される。
【００１８】
図２，図３は、第１の実施形態の減圧弁５の詳細な構造を示す図である。
これらの図に示すように、減圧弁５は、弁ハウジング１１の内部に隔壁１２を挟んで一次側圧力室１３と二次側圧力室１４とが設けられている。一次側圧力室１３は、弁ハウジング１１の流入ポート１５を介して水素供給流路３の上流側３ａ（水素タンク１側）に接続され、二次側圧力室１４は、弁ハウジング１１の流出ポート１６を介して水素供給流路３の下流側３ｂ（受圧デバイス７側）に接続されている。隔壁１２には、一次側圧力室１３と二次側圧力室１４を連通する連通孔１７が設けられ、この連通孔１７が、後述する弁体１８によって一次側圧力室１３側から開閉されるようになっている。
【００１９】
また、弁ハウジング１１内には、二次側圧力室１４に臨むようにダイヤフラム１９が設置されている。ダイヤフラム１９は、二次側圧力室１４に臨む側の面が受圧面１９ａとされ、受圧面１９ａの背面側の空間部が大気に導通している。ダイヤフラム１９の中央部には、隔壁１２の連通孔１７を貫通する上記弁体１８の弁軸１８ｂが連結されている。弁体１８は、連通孔１７内を貫通する弁軸１８ｂと、弁軸１８ｂの端部に連設されて連通孔１７の一次側圧力室１３側の端部を開閉する弁頭部１８ａと、を備えている。また、ダイヤフラム１９の背面側には、弁体１８が連通孔１７を開口する方向にダイヤフラム１９を付勢する開弁スプリング２０が設けられている。
なお、この実施形態の場合、隔壁１２の一次側圧力室１３に臨む側の面のうちの、連通孔１７の周縁部には、円環状に隆起した弁座２３が設けられ、弁体１８の弁頭部１８ａがこの弁座２３に対して一次側圧力室１３側で離接するようになっている。
【００２０】
ダイヤフラム１９には、開弁スプリング２０の付勢力と二次側圧力室１４の圧力とが作用し、弁体１８は、これらの力のバランスに応じて連通孔１７を開閉する。具体的には、受圧デバイス７側での水素ガスの消費（流れ）によって二次側圧力室１４の圧力が所定圧力以下に低下すると、その圧力低下によってダイヤフラム１９が応動し、それによって弁体１８の弁頭部１８ａが連通孔１７を開口し、一次側圧力室１３から二次側圧力室１４に高圧の水素ガスを減圧して流入させる。
【００２１】
また、弁ハウジング１１の一次側圧力室１３側で連通孔１７に対向する位置には、一次側圧力室１３側に向かって開口するプランジャ収容穴２５が設けられている。このプランジャ収容穴２５には、磁性材料から成る円柱状のプランジャ２６が進退自在に収容されている。プランジャ収容穴２５の底面とプランジャ２６の間には、プランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａ方向に向けて付勢する閉弁スプリング２７が介装されている。プランジャ２６は、弁体１８と同軸に、かつ弁頭部１８ａに対して当接可能に配置されており、閉弁スプリング２７は、プランジャ２６を介して弁体１８に閉弁荷重を付与するようになっている。また、プランジャ収容穴２５の外周側には、プランジャ２６に対して、弁体１８から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル２８が配置されている。
この実施形態においては、プランジャ２６と、閉弁スプリング２７と、電磁コイル２８とが、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２９を構成している。
【００２２】
以上のように構成された減圧弁５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、荷重操作手段２９の電磁コイル２８を励磁することにより、図３に示すように、閉弁スプリング２７の力に抗してプランジャ２６を後退させ、そのプランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａから離間させる。これにより、弁体１８に作用する閉弁スプリング２７の閉弁荷重がキャンセルされ、弁体１８には、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と開弁スプリング２０の付勢力のみが作用することになる。したがって、この減圧弁５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００２３】
また、この減圧弁５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段２９の電磁コイル２８の励磁を解除することにより、図２に示すように、閉弁スプリング２７の力によってプランジャ２６を前進させ、そのプランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａに当接させる。これにより、弁体１８には閉弁スプリング２７の付勢力が閉弁荷重として作用し、弁体１８は、その閉弁スプリング２７による大きな閉弁荷重を受けて閉弁状態に維持される。
【００２４】
以上のように、この減圧弁５においては、荷重操作手段２９の電磁コイル２８の励磁とその解除によって、弁体１８に作用する閉弁スプリング２７の閉弁荷重を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、電磁コイル２８の励磁解除によって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
そして、この減圧弁５においては、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００２５】
また、この実施形態の減圧弁５の場合、荷重操作手段２９がプランジャ２６と、閉弁スプリング２７と、電磁コイル２８とによって構成されているため、構造が簡単で低コストでの製造が可能であるとともに、電磁コイル２８の励磁とその解除によって弁体１８に対する閉弁荷重を瞬時に増減切り換えできるという利点もある。
【００２６】
つづいて、図４，図５に示す第２の実施形態について説明する。なお、この第２の実施形態も含め、以下で説明する各実施形態においては、第１の実施形態と同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略するものとする。
この第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁１０５（以下、「減圧弁１０５」と呼ぶ。）は、基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様であるが、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段１２９の構成が第1の実施形態のものと異なっている。
【００２７】
この減圧弁１０５の荷重操作手段１２９は、弁ハウジング１１内の一次側圧力室１３側において、弁体１８と同軸となるように配置された操作シャフト３１（シャフト）と、回転駆動力を発生するモータ３２と、モータ３２の回転作動を操作シャフト３１の軸方向に沿う進退作動に変換する作動変換機構３３と、を備え、操作シャフト３１が弁体１８の弁頭部１８ａに対して当接離反可能とされている。
【００２８】
操作シャフト３１は、弁ハウジング３１に設けられた支持ブロック３４に回転可能に支持されている。支持ブロック３４の一次側圧力室１３に臨む一端部は、操作シャフト３１を、進退自在に、かつシールリング３５を介して気密状態で保持している。また、支持ブロック３４の他端部には、内面に雌ねじが切られたガイド孔３６が設けられ、このガイド孔３６の雌ねじに操作シャフト３１の外面に設けられた雄ねじ３７が螺合している。また、支持ブロック３４の他端から突出した支持シャフト３１の雄ねじ３７には、モータ３２の回転軸に設けられた駆動ねじ３８が螺合されている。モータ３２は、駆動ねじ３８を介して操作シャフト３１を回転させる。操作シャフト３１の回転は、操作シャフト３１と支持ブロック３４の間の螺合部を通して操作シャフト３１の軸方向の進退作動に変換される。
したがって、この実施形態では、操作シャフト３１と支持ブロック３４の螺合部が作動変換機構３３を構成している。
【００２９】
この減圧弁１０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、荷重操作手段１２９のモータ３２を正転方向に回転駆動することにより、図５に示すように、作動変換機構３３を介して操作シャフト３１を後退させ、その操作シャフト３１を弁体１８の弁頭部１８ａから離間させる。これにより、操作シャフト３１から弁体１８には閉弁荷重が付与されなくなる。これにより、弁体１８には、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と開弁スプリング２０の付勢力のみが作用することになる。したがって、この減圧弁１０５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００３０】
また、この減圧弁１０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段１２９のモータ３２を逆転方向に回転駆動することにより、図４に示すように、作動変換機構３３を介して操作シャフト３１を前進させ、その操作シャフト３１を弁体１８の弁頭部１８ａに当接させる。これにより、弁体１８が操作シャフト３１によって弁座２３に押し付けられ、この後、モータ３２を停止させた後にも、螺合部のフリクションによって弁体１８には閉弁荷重が付与され続ける。この結果、弁体１８は、操作シャフト３１から大きな閉弁荷重を受けて閉弁状態に維持される。
【００３１】
この減圧弁１０５においては、荷重操作手段１２９のモータ３２の作動によって弁体１８に作用する閉弁荷重を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、モータ３２による操作シャフト３１の前進操作によって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
この実施形態の減圧弁１０５の場合も、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段１２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００３２】
さらに、この実施形態の減圧弁１０５においては、螺合部のフリクションによって操作シャフト３１の進退位置を保持することができるため、モータ３２に常に電流を流し続ける必要がなく、消費電力の低減を図ることができるという利点がある。
【００３３】
次に、図６に示す第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態の締切り機構付き減圧弁２０５（以下、「減圧弁２０５」と呼ぶ。）は、基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様であり、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２２９の構成のみが第1の実施形態のものと異なっている。
【００３４】
この減圧弁２０５の荷重操作手段２２９は、二次側圧力室１４内において、弁体１８の弁軸１８ｂに先端部が同軸に連結されたピストン４０と、このピストン４０の基端が摺動自在に挿入され、ピストン４０の基端にオイル（流体）の圧力による付勢力を作用させるシリンダ４１と、このシリンダ４１に対するオイルの導入と導入停止を切り換える油圧ポンプ４２（流体圧操作機構）と、を備えている。
【００３５】
この減圧弁２０５は、通常使用時には、油圧ポンプ４２からシリンダ４１にオイルが導入され、そのオイルの圧力による付勢力がピストン４０を介して弁体１８に開弁方向の力として作用している。即ち、通常使用時には、弁体１８には、開弁スプリング２０の付勢力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力に加えて、ピストン４０を介した油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力が作用しており、弁体１８は、開弁スプリング２０付勢力と油圧ポンプ４２による付勢力を合わせた力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力とのバランスに応じて開弁作動するようになっている。なお、シリンダ４１には、オイルに代えて気体をポンプによって導入することも可能である。
【００３６】
この減圧弁２０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、油圧ポンプ４２が作動して油圧ポンプ４２からシリンダ４１にオイルが供給され、上述のように弁体１８には、開弁スプリング２０の付勢力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と、ピストン４０を介した油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力とが作用する。したがって、この減圧弁２０５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００３７】
また、この減圧弁２０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段２２９の油圧ポンプ４２が停止し、ピストン４０を介して弁体１８に作用する油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力がキャンセルされることになる。これにより、弁体１８が、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力によって弁座２３に押し付けられる。この結果、弁体１８は、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力によって閉弁状態に維持される。
【００３８】
この減圧弁２０５においては、荷重操作手段２２９の油圧ポンプ４２の作動と作動停止の切り換えによって弁体１８に作用する開弁荷重（閉弁荷重）を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、油圧ポンプ４２を停止させることによって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
また、この実施形態の減圧弁２０５についても、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００３９】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
２…水素タンク（高圧ガスの供給源）
５，１０５，２０５…減圧弁（締切り機構付き減圧弁）
７…受圧デバイス
１３…一次側圧力室
１４…二次側圧力室
１７…連通孔
１８…弁体
１９…ダイヤフラム
１９ａ…受圧面
２０…開弁スプリング
２６…プランジャ
２７…閉弁スプリング
２８…電磁コイル
２９，１２９，２２９…荷重操作手段
３１…操作シャフト（シャフト）
３２…モータ
３３…作動変換機構
４０…ピストン
４１…シリンダ
４２…油圧ポンプ（流体圧操作機構）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、供給源側の高圧流体を所定圧力に減圧して受圧デバイスの存在する低圧通路に供給する減圧弁に関し、とりわけ、受圧デバイスの停止時等に供給源側から低圧通路側への高圧流体の漏れを防止する機能を備えた締切り機構付き減圧弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、高圧水素を充填した水素タンクをアノード側の流体供給源として用いることがある。このような高圧流体を扱うシステムにおいては、高圧流体の供給源と受圧デバイスの間に減圧弁を介装し、流体供給源の高圧流体を減圧弁によって所定圧力に減圧して受圧デバイスに供給する。
【０００３】
このような用途で用いられる減圧弁として、受圧デバイス側の圧力に応動するダイヤフラムを設け、このダイヤフラムと一体に変位する弁体によって連通孔（ガス流路）を開閉するものが知られている。この減圧弁は、受圧デバイス側での流体使用によって下流側の圧力が低下すると、ダイヤフラムがその圧力低下に応動して弁体を開弁作動させ、上流側の高圧流体を、連通孔を通して所定圧力に減圧し、下流側に流入させるようになっている。
【０００４】
ところが、この種の減圧弁は、高圧流体の圧力調整（減圧）を目的としたものであるため、弁体と弁座（連通孔の周縁部）の間の密閉は完全なものではなく、受圧デバイス側での流体の流れが長時間停止する場合等には、上流側の高圧流体が弁体と弁座の隙間を通って受圧デバイスの存在する下流側に漏れてしまう。そして、この高圧流体の漏れによって下流側の圧力が増大し過ぎると、下流側の圧力が受圧デバイスの最大許容圧力を超えてしまう可能性が考えられる。
このため、この種の減圧弁を用いる場合には、減圧弁の上流側または下流側に遮断弁を設け、その遮断弁によって高圧流体の漏れを防止するようにしている。
【０００５】
ところで、このように減圧弁と遮断弁を配管中に直列に設ける場合、配管上の設置スペースが大きくなってシステムの大型化を余儀なくされ、また、設置部品の増加によって組み付け工数も増加してしまう。
このため、これに対処する減圧弁として、減圧弁ブロックの内部に遮断弁機能（締切り機構）を組み込んだものが案出されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１１７９７１号公報
【特許文献２】特許第３６０７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の減圧弁においては、減圧弁ブロックの内部に複数種の弁機構がそれぞれ組み込まれることになるため、内部構造が複雑になり、製品の大型化やコストの高騰を招いてしまう。
【０００８】
そこでこの発明は、内部構造の複雑化を招くことなく、受圧デバイス側への高圧流体の過大な漏れを防止することのできる締切り機構付き減圧弁を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る締切り機構付き減圧弁では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、高圧流体の供給源（例えば、実施形態の水素タンク２）側の通路に導通する一次側圧力室（例えば、実施形態の一次側圧力室１３）と、受圧デバイス（例えば、実施形態の受圧デバイス７）側の低圧通路に導通する二次側圧力室（例えば、実施形態の二次側圧力室１４）と、前記一次側圧力室と二次側圧力室とを連通する連通孔（例えば、実施形態の連通孔１７）と、前記二次側圧力室の圧力を受ける受圧面（例えば、実施形態の受圧面１９ａ）を有し、この受圧面に作用する前記二次側圧力室の圧力に応じて変位するダイヤフラム（例えば、実施形態のダイヤフラム１９）と、このダイヤフラムと一体変位可能に連結され、前記連通孔を前記一次側圧力室側から開閉する弁体（例えば、実施形態の弁体１８）と、前記ダイヤフラムを前記弁体が前記連通孔を開く方向に付勢する開弁スプリング（例えば、実施形態の開弁スプリング２０）と、を備え、前記二次側圧力室の圧力が所定圧力以下に低下したときに、前記弁体が連通孔を開口することによって、前記一次側圧力室から二次側圧力室に高圧流体を減圧して流入させる締切り機構付き減圧弁であって、前記弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段（例えば、実施形態の荷重操作手段２９）が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、荷重操作手段によって弁体に対する閉弁荷重を減少させることにより、弁体は、比較的低い閉弁荷重で連通孔を開くようになり、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力に応動し、一次側圧力室の高圧流体を減圧して二次側圧力室側に流入させるようになる。受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、荷重操作手段によって弁体に対する閉弁荷重を増大させる。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に対して進退自在に設けられたプランジャ（例えば、実施形態のプランジャ２６）と、このプランジャを介して前記弁体に閉弁荷重を付与する閉弁スプリング（例えば、実施形態の閉弁スプリング２７）と、前記プランジャに、前記弁体から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル（例えば、実施形態の電磁コイル２８）と、を備え、前記電磁コイルの励磁とその解除によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、電磁コイルを励磁することにより、閉弁スプリングの付勢力に抗してプランジャを後退させ、閉弁スプリングによる閉弁荷重が弁体に作用しないようにする。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と開弁スプリングの付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、電磁コイルの励磁を解除することにより、閉弁スプリングによる閉弁荷重を弁体に作用させる。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に対して前記一次側圧力室側から当接離反可能に設けられたシャフト（例えば、実施形態の操作シャフト３１）と、回転駆動力を発生するモータ（例えば、実施形態のモータ３２）と、このモータの回転軸と前記シャフトの間に設けられ、このモータの回転を前記シャフトの進退作動に変換する作動変換機構（例えば、実施形態の作動変換機構３３）と、を備え、前記モータの駆動によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、作動変換機構を介してモータの動力によってシャフトを後退させておくことにより、シャフトを通した閉弁荷重が弁体に作用しないようにする。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と開弁スプリングの付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、作動変換機構を介してモータの動力によってシャフトを前進させ、シャフトを通して弁体に閉弁荷重を印加する。この結果、弁体は閉弁状態に維持される。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る締切り機構付き減圧弁において、前記荷重操作手段は、前記弁体に連結されたピストン（例えば、実施形態のピストン４０）と、このピストンを介して前記弁体に流体圧による付勢力を閉弁方向に作用させるシリンダ（例えば、実施形態のシリンダ４１）と、このシリンダに対する流体圧の導入と導入停止を切換える流体圧操作機構（例えば、実施形態の油圧ポンプ４２）と、を備え、前記流体圧操作機構による流体圧の導入と導入停止の切換えによって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とするものである。
これにより、通常使用時には、流体圧操作機構によってシリンダに流体圧を導入することにより、流体圧による付勢力がピストンを介して弁体に作用する。この結果、弁体は、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力と、スプリングと流体圧による付勢力とのバランスに応じて作動する。また、受圧デバイスを長時間停止させる場合等には、流体圧操作機構によってシリンダに対する流体圧の導入を停止する。この結果、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力が開弁スプリングの付勢力に打ち勝ち、弁体は閉弁状態に維持される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段が設けられているため、通常使用時には、荷重操作手段によって弁体の閉弁荷重を減少させることにより、弁体を、ダイヤフラムに作用する二次側圧力室の圧力に応動させることができるとともに、受圧デバイスを長時間停止する場合等には、荷重操作手段によって弁体の閉弁荷重を増加させることにより、弁体を確実に閉弁状態に維持することができる。そして、この発明においては、流路遮断のための専用の弁機構を追加することなく、受圧デバイス側への高圧流体の過大な漏れを防止することができる。したがって、この発明によれば、内部構造が複雑にならずに、製品の大型化やコストの高騰を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施形態の締切り機構付き減圧弁を採用した燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図５】この発明の第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【図６】この発明の第３の実施形態の締切り機構付き減圧弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、燃料電池システムの概略構成図であり、符号１は、燃料としての水素と酸化剤としての酸素が供給されて発電をする燃料電池スタック（燃料電池）を示している。燃料電池スタック１は、例えば固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。
【００１６】
燃料電池スタック１には、高圧の水素を貯蔵する水素タンク２（高圧流体の供給源）から水素供給流路３を介して所定圧力および所定流量の水素が供給されるとともに、図示しない空気供給装置を介して酸素を含む空気が所定圧力および所定流量で供給される。
水素タンク２は、長手方向の両端が略半球状の筒状をなし、その長手方向の一端が開口している。この開口部２ａには、パイロット式電磁弁からなる主止弁１０が取り付けられている。水素タンク２から水素供給流路３には、主止弁１０を介して水素が供給される。
【００１７】
水素供給流路３には、締切り機構付き減圧弁５（以下、「減圧弁５」と呼ぶ。）と受圧デバイス７とが介装されている。水素タンク３から放出される高圧（例えば、３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａ等）の水素は、減圧弁５によって所定の圧力（例えば、１ＭＰａ以下）に減圧されて受圧デバイス７に供給される。ここで、受圧デバイス７とは、減圧弁５と燃料電池スタック１との間に配置されるデバイスの総称であり、エゼクタ、インジェクタ、加湿器などが含まれる。エゼクタは、燃料電池スタック１から排出される水素オフガスを循環利用するために水素オフガスを再び水素供給流路３に戻すデバイスであり、インジェクタは燃料電池スタック１に供給する水素流量を調整するデバイスであり、加湿器は燃料電池スタック１に供給される水素を加湿するデバイスである。受圧デバイス７としていずれのデバイスが組み込まれるかは燃料電池システムの全体構成により決定される。
【００１８】
図２，図３は、第１の実施形態の減圧弁５の詳細な構造を示す図である。
これらの図に示すように、減圧弁５は、弁ハウジング１１の内部に隔壁１２を挟んで一次側圧力室１３と二次側圧力室１４とが設けられている。一次側圧力室１３は、弁ハウジング１１の流入ポート１５を介して水素供給流路３の上流側３ａ（水素タンク１側）に接続され、二次側圧力室１４は、弁ハウジング１１の流出ポート１６を介して水素供給流路３の下流側３ｂ（受圧デバイス７側）に接続されている。隔壁１２には、一次側圧力室１３と二次側圧力室１４を連通する連通孔１７が設けられ、この連通孔１７が、後述する弁体１８によって一次側圧力室１３側から開閉されるようになっている。
【００１９】
また、弁ハウジング１１内には、二次側圧力室１４に臨むようにダイヤフラム１９が設置されている。ダイヤフラム１９は、二次側圧力室１４に臨む側の面が受圧面１９ａとされ、受圧面１９ａの背面側の空間部が大気に導通している。ダイヤフラム１９の中央部には、隔壁１２の連通孔１７を貫通する上記弁体１８の弁軸１８ｂが連結されている。弁体１８は、連通孔１７内を貫通する弁軸１８ｂと、弁軸１８ｂの端部に連設されて連通孔１７の一次側圧力室１３側の端部を開閉する弁頭部１８ａと、を備えている。また、ダイヤフラム１９の背面側には、弁体１８が連通孔１７を開口する方向にダイヤフラム１９を付勢する開弁スプリング２０が設けられている。
なお、この実施形態の場合、隔壁１２の一次側圧力室１３に臨む側の面のうちの、連通孔１７の周縁部には、円環状に隆起した弁座２３が設けられ、弁体１８の弁頭部１８ａがこの弁座２３に対して一次側圧力室１３側で離接するようになっている。
【００２０】
ダイヤフラム１９には、開弁スプリング２０の付勢力と二次側圧力室１４の圧力とが作用し、弁体１８は、これらの力のバランスに応じて連通孔１７を開閉する。具体的には、受圧デバイス７側での水素ガスの消費（流れ）によって二次側圧力室１４の圧力が所定圧力以下に低下すると、その圧力低下によってダイヤフラム１９が応動し、それによって弁体１８の弁頭部１８ａが連通孔１７を開口し、一次側圧力室１３から二次側圧力室１４に高圧の水素ガスを減圧して流入させる。
【００２１】
また、弁ハウジング１１の一次側圧力室１３側で連通孔１７に対向する位置には、一次側圧力室１３側に向かって開口するプランジャ収容穴２５が設けられている。このプランジャ収容穴２５には、磁性材料から成る円柱状のプランジャ２６が進退自在に収容されている。プランジャ収容穴２５の底面とプランジャ２６の間には、プランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａ方向に向けて付勢する閉弁スプリング２７が介装されている。プランジャ２６は、弁体１８と同軸に、かつ弁頭部１８ａに対して当接可能に配置されており、閉弁スプリング２７は、プランジャ２６を介して弁体１８に閉弁荷重を付与するようになっている。また、プランジャ収容穴２５の外周側には、プランジャ２６に対して、弁体１８から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイル２８が配置されている。
この実施形態においては、プランジャ２６と、閉弁スプリング２７と、電磁コイル２８とが、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２９を構成している。
【００２２】
以上のように構成された減圧弁５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、荷重操作手段２９の電磁コイル２８を励磁することにより、図３に示すように、閉弁スプリング２７の力に抗してプランジャ２６を後退させ、そのプランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａから離間させる。これにより、弁体１８に作用する閉弁スプリング２７の閉弁荷重がキャンセルされ、弁体１８には、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と開弁スプリング２０の付勢力のみが作用することになる。したがって、この減圧弁５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００２３】
また、この減圧弁５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段２９の電磁コイル２８の励磁を解除することにより、図２に示すように、閉弁スプリング２７の力によってプランジャ２６を前進させ、そのプランジャ２６を弁体１８の弁頭部１８ａに当接させる。これにより、弁体１８には閉弁スプリング２７の付勢力が閉弁荷重として作用し、弁体１８は、その閉弁スプリング２７による大きな閉弁荷重を受けて閉弁状態に維持される。
【００２４】
以上のように、この減圧弁５においては、荷重操作手段２９の電磁コイル２８の励磁とその解除によって、弁体１８に作用する閉弁スプリング２７の閉弁荷重を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、電磁コイル２８の励磁解除によって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
そして、この減圧弁５においては、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００２５】
また、この実施形態の減圧弁５の場合、荷重操作手段２９がプランジャ２６と、閉弁スプリング２７と、電磁コイル２８とによって構成されているため、構造が簡単で低コストでの製造が可能であるとともに、電磁コイル２８の励磁とその解除によって弁体１８に対する閉弁荷重を瞬時に増減切り換えできるという利点もある。
【００２６】
つづいて、図４，図５に示す第２の実施形態について説明する。なお、この第２の実施形態も含め、以下で説明する各実施形態においては、第１の実施形態と同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略するものとする。
この第２の実施形態の締切り機構付き減圧弁１０５（以下、「減圧弁１０５」と呼ぶ。）は、基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様であるが、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段１２９の構成が第1の実施形態のものと異なっている。
【００２７】
この減圧弁１０５の荷重操作手段１２９は、弁ハウジング１１内の一次側圧力室１３側において、弁体１８と同軸となるように配置された操作シャフト３１（シャフト）と、回転駆動力を発生するモータ３２と、モータ３２の回転作動を操作シャフト３１の軸方向に沿う進退作動に変換する作動変換機構３３と、を備え、操作シャフト３１が弁体１８の弁頭部１８ａに対して当接離反可能とされている。
【００２８】
操作シャフト３１は、弁ハウジング３１に設けられた支持ブロック３４に回転可能に支持されている。支持ブロック３４の一次側圧力室１３に臨む一端部は、操作シャフト３１を、進退自在に、かつシールリング３５を介して気密状態で保持している。また、支持ブロック３４の他端部には、内面に雌ねじが切られたガイド孔３６が設けられ、このガイド孔３６の雌ねじに操作シャフト３１の外面に設けられた雄ねじ３７が螺合している。また、支持ブロック３４の他端から突出した支持シャフト３１の雄ねじ３７には、モータ３２の回転軸に設けられた駆動ねじ３８が螺合されている。モータ３２は、駆動ねじ３８を介して操作シャフト３１を回転させる。操作シャフト３１の回転は、操作シャフト３１と支持ブロック３４の間の螺合部を通して操作シャフト３１の軸方向の進退作動に変換される。
したがって、この実施形態では、操作シャフト３１と支持ブロック３４の螺合部が作動変換機構３３を構成している。
【００２９】
この減圧弁１０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、荷重操作手段１２９のモータ３２を正転方向に回転駆動することにより、図５に示すように、作動変換機構３３を介して操作シャフト３１を後退させ、その操作シャフト３１を弁体１８の弁頭部１８ａから離間させる。これにより、操作シャフト３１から弁体１８には閉弁荷重が付与されなくなる。これにより、弁体１８には、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と開弁スプリング２０の付勢力のみが作用することになる。したがって、この減圧弁１０５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００３０】
また、この減圧弁１０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段１２９のモータ３２を逆転方向に回転駆動することにより、図４に示すように、作動変換機構３３を介して操作シャフト３１を前進させ、その操作シャフト３１を弁体１８の弁頭部１８ａに当接させる。これにより、弁体１８が操作シャフト３１によって弁座２３に押し付けられ、この後、モータ３２を停止させた後にも、螺合部のフリクションによって弁体１８には閉弁荷重が付与され続ける。この結果、弁体１８は、操作シャフト３１から大きな閉弁荷重を受けて閉弁状態に維持される。
【００３１】
この減圧弁１０５においては、荷重操作手段１２９のモータ３２の作動によって弁体１８に作用する閉弁荷重を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、モータ３２による操作シャフト３１の前進操作によって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
この実施形態の減圧弁１０５の場合も、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段１２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００３２】
さらに、この実施形態の減圧弁１０５においては、螺合部のフリクションによって操作シャフト３１の進退位置を保持することができるため、モータ３２に常に電流を流し続ける必要がなく、消費電力の低減を図ることができるという利点がある。
【００３３】
次に、図６に示す第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態の締切り機構付き減圧弁２０５（以下、「減圧弁２０５」と呼ぶ。）は、基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様であり、弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２２９の構成のみが第1の実施形態のものと異なっている。
【００３４】
この減圧弁２０５の荷重操作手段２２９は、二次側圧力室１４内において、弁体１８の弁軸１８ｂに先端部が同軸に連結されたピストン４０と、このピストン４０の基端が摺動自在に挿入され、ピストン４０の基端にオイル（流体）の圧力による付勢力を作用させるシリンダ４１と、このシリンダ４１に対するオイルの導入と導入停止を切り換える油圧ポンプ４２（流体圧操作機構）と、を備えている。
【００３５】
この減圧弁２０５は、通常使用時には、油圧ポンプ４２からシリンダ４１にオイルが導入され、そのオイルの圧力による付勢力がピストン４０を介して弁体１８に開弁方向の力として作用している。即ち、通常使用時には、弁体１８には、開弁スプリング２０の付勢力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力に加えて、ピストン４０を介した油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力が作用しており、弁体１８は、開弁スプリング２０付勢力と油圧ポンプ４２による付勢力を合わせた力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力とのバランスに応じて開弁作動するようになっている。なお、シリンダ４１には、オイルに代えて気体をポンプによって導入することも可能である。
【００３６】
この減圧弁２０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が作動している間は、油圧ポンプ４２が作動して油圧ポンプ４２からシリンダ４１にオイルが供給され、上述のように弁体１８には、開弁スプリング２０の付勢力と、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力と、ピストン４０を介した油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力とが作用する。したがって、この減圧弁２０５では、受圧デバイス７側の水素ガスの消費に応じて弁体１８が連通孔１７を開き、一次側圧力室１３の高圧の水素ガスを所定圧に減圧して二次側圧力室１４側に流出させる。
【００３７】
また、この減圧弁２０５は、燃料電池システムの受圧デバイス７が長時間作動を停止する場合には、荷重操作手段２２９の油圧ポンプ４２が停止し、ピストン４０を介して弁体１８に作用する油圧ポンプ４２による開弁方向の付勢力がキャンセルされることになる。これにより、弁体１８が、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力によって弁座２３に押し付けられる。この結果、弁体１８は、ダイヤフラム１９に作用する二次側圧力室１４の圧力によって閉弁状態に維持される。
【００３８】
この減圧弁２０５においては、荷重操作手段２２９の油圧ポンプ４２の作動と作動停止の切り換えによって弁体１８に作用する開弁荷重（閉弁荷重）を増減させる（印加または印加解除する）構造とされているため、受圧デバイス７の長時間の停止時等には、油圧ポンプ４２を停止させることによって弁体１８によって連通孔１７を確実に閉じ状態に維持することができる。
また、この実施形態の減圧弁２０５についても、流路を締切るための専用の弁体や弁座を設けるのではなく、減圧用の弁体１８に対する閉弁荷重の増減切り換えを行う荷重操作手段２２９を付加したものであるため、製品の大型化やコストの高騰を招くことなく、不使用時における受圧デバイス７側への高圧ガスの漏れを確実に抑制することができる。
【００３９】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
２…水素タンク（高圧ガスの供給源）
５，１０５，２０５…減圧弁（締切り機構付き減圧弁）
７…受圧デバイス
１３…一次側圧力室
１４…二次側圧力室
１７…連通孔
１８…弁体
１９…ダイヤフラム
１９ａ…受圧面
２０…開弁スプリング
２６…プランジャ
２７…閉弁スプリング
２８…電磁コイル
２９，１２９，２２９…荷重操作手段
３１…操作シャフト（シャフト）
３２…モータ
３３…作動変換機構
４０…ピストン
４１…シリンダ
４２…油圧ポンプ（流体圧操作機構）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体の供給源側の通路に導通する一次側圧力室と、
受圧デバイス側の低圧通路に導通する二次側圧力室と、
前記一次側圧力室と二次側圧力室とを連通する連通孔と、
前記二次側圧力室の圧力を受ける受圧面を有し、この受圧面に作用する前記二次側圧力室の圧力に応じて変位するダイヤフラムと、
このダイヤフラムと一体変位可能に連結され、前記連通孔を前記一次側圧力室側から開閉する弁体と、
前記ダイヤフラムを前記弁体が前記連通孔を開く方向に付勢する開弁スプリングと、を備え、
前記二次側圧力室の圧力が所定圧力以下に低下したときに、前記弁体が連通孔を開口することによって、前記一次側圧力室から二次側圧力室に高圧流体を減圧して流入させる締切り機構付き減圧弁であって、
前記弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段が設けられていることを特徴とする締切り機構付き減圧弁。
【請求項２】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に対して進退自在に設けられたプランジャと、
このプランジャを介して前記弁体に閉弁荷重を付与する閉弁スプリングと、
前記プランジャに、前記弁体から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイルと、
を備え、
前記電磁コイルの励磁とその解除によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【請求項３】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に対して前記一次側圧力室側から当接離反可能に設けられたシャフトと、
回転駆動力を発生するモータと、
このモータの回転軸と前記シャフトの間に設けられ、このモータの回転を前記シャフトの進退作動に変換する作動変換機構と、
を備え、
前記モータの駆動によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【請求項４】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に連結されたピストンと、
このピストンを介して前記弁体に流体圧による付勢力を閉弁方向に作用させるシリンダと、
このシリンダに対する流体圧の導入と導入停止を切換える流体圧操作機構と、
を備え、
前記流体圧操作機構による流体圧の導入と導入停止の切換えによって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【請求項１】
高圧流体の供給源側の通路に導通する一次側圧力室と、
受圧デバイス側の低圧通路に導通する二次側圧力室と、
前記一次側圧力室と二次側圧力室とを連通する連通孔と、
前記二次側圧力室の圧力を受ける受圧面を有し、この受圧面に作用する前記二次側圧力室の圧力に応じて変位するダイヤフラムと、
このダイヤフラムと一体変位可能に連結され、前記連通孔を前記一次側圧力室側から開閉する弁体と、
前記ダイヤフラムを前記弁体が前記連通孔を開く方向に付勢する開弁スプリングと、を備え、
前記二次側圧力室の圧力が所定圧力以下に低下したときに、前記弁体が連通孔を開口することによって、前記一次側圧力室から二次側圧力室に高圧流体を減圧して流入させる締切り機構付き減圧弁であって、
前記弁体に対する閉弁荷重の増減切り換えが可能な荷重操作手段が設けられていることを特徴とする締切り機構付き減圧弁。
【請求項２】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に対して進退自在に設けられたプランジャと、
このプランジャを介して前記弁体に閉弁荷重を付与する閉弁スプリングと、
前記プランジャに、前記弁体から離反する方向の磁気推力を作用させる電磁コイルと、
を備え、
前記電磁コイルの励磁とその解除によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【請求項３】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に対して前記一次側圧力室側から当接離反可能に設けられたシャフトと、
回転駆動力を発生するモータと、
このモータの回転軸と前記シャフトの間に設けられ、このモータの回転を前記シャフトの進退作動に変換する作動変換機構と、
を備え、
前記モータの駆動によって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【請求項４】
前記荷重操作手段は、
前記弁体に連結されたピストンと、
このピストンを介して前記弁体に流体圧による付勢力を閉弁方向に作用させるシリンダと、
このシリンダに対する流体圧の導入と導入停止を切換える流体圧操作機構と、
を備え、
前記流体圧操作機構による流体圧の導入と導入停止の切換えによって前記閉弁荷重の増減切り換えを行うことを特徴とする請求項１に記載の締切り機構付き減圧弁。
【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２０１２−２０８８０２（Ｐ２０１２−２０８８０２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４８２５（Ｐ２０１１−７４８２５）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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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