DE102016205025A1

DE102016205025A1 - Druckreduziereinrichtung

Info

Publication number: DE102016205025A1
Application number: DE102016205025.7A
Authority: DE
Inventors: Mamoru Yoshioka
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-09-29
Also published as: US20160281873A1; JP2016184259A

Abstract

Eine Druckreduziereinrichtung (7) ist konfiguriert, einen primärseitigen Gasdruck durch zwei in Reihe angeordnete Druckreduzierventile (8, 9) zu reduzieren und regulieren, um einen sekundärseitigen Gasdruck zu erzeugen. In einer Zwischenpassage (43) strömt das Gas nachdem es durch das erste Druckreduzierventil (8) druckgemindert wurde aber bevor des durch das zweite Druckreduzierventil (9) druckgemindert wird. Die Verbindungspassage (10) ermöglicht eine Verbindung zwischen der Zwischenpassage (43) und einer zweiten Druckregelkammer (77) des zweiten Druckreduzierventils (9). Ein Rückschlagventil (8), ist konfiguriert, sich zu öffnen, wenn der Gasdruck in der Zwischenpassage (43) höher als ein vorbestimmter Ventilöffnungsdruck wird, um es dabei dem Gas zu ermöglichen, von der Zwischenpassage (43) durch die Verbindungspassage (10) zu der zweiten Druckregelkammer (77) zu strömen, und eine Strömung eines Gases in eine entgegengesetzte Richtung zu blockieren. Die Verbindungspassage (10) hat zumindest einen Teil, der eine Passagenquerschnittsfläche (C2 bis C5) hat, die kleiner als eine Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) festgelegt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckreduziereinrichtung, die mit zwei in Reihe angeordneten Druckreduzierventilen versehen ist, und die konfiguriert ist, einen primärseitigen Fluiddruck unter Verwendung der zwei Druckreduzierventile in zwei Stufen zu reduzieren, um einen sekundärseitigen Fluiddruck zu erzeugen.
Bisher war die Technik von dem oben erwähnten Typ als eine beispielsweise in der Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-204441 ( JP-A-2013-204441 ) offenbarte Drucksteuerungseinrichtung für ein Brennstoffgas bekannt. Diese Einrichtung wird in einem Brennstoffgasversorgungssystem verwendet, um eine Strömung eines in einem Brennstofftank gespeicherten Brennstoffgases zu steuern und das Brennstoffgas durch eine Einspritzvorrichtung zu einem Verbrennungsmotor zuzuführen. Im Speziellen ist diese Einrichtung mit einer Brennstoffpassage versehen, um Brennstoffgas von dem Brennstofftank zu der Einspritzvorrichtung zuzuführen. In dieser Brennstoffpassage sind zwei Druckreduzierventile in Reihe angeordnet, um den Druck des Brennstoffgases in zwei Stufen zu reduzieren. Somit wird das Brennstoffgas in dem Brennstofftank der Einspritzvorrichtung zugeführt, nachdem es einer zweistufigen Druckreduzierung und Regulierung durch zwei Druckreduzierventile unterzogen wurde.
Die oben erwähnte Einrichtung enthält ein erstes Druckreduzierventil, um den Druck des Brennstoffgases in dem Brennstofftank auf einen vorbestimmten ersten Druck zu reduzieren, und ein zweites Druckreduzierventil, um den reduzierten Brennstoffgasdruck auf einen vorbestimmten zweiten Druck (niedriger als der erste Druck), mit dem die Einspritzvorrichtung das Brennstoffgas einspritzen kann, zu reduzieren, eine elektromagnetische Antriebseinheit, um einen Wert des mit dem zweiten Druckreduzierventil zusammenhängenden zweiten Drucks zu verändern, eine Zwischenpassage, in der das Brennstoffgas strömt, nachdem es durch das erste Druckreduzierventil druckreduziert wurde, aber bevor es durch das zweite Druckreduzierventil druckreduziert wird, und ein in der Zwischenpassage vorgesehenes Entlastungsventil. Die zwei in Reihe stromaufwärts von der Einspritzvorrichtung angeordneten Druckreduzierventile können den Druck des zu der Einspritzvorrichtung zuzuführenden Brennstoffgases wirksam reduzieren. Der mechanische Aufbau der Einspritzvorrichtung kann daher mit einer hohen Flexibilität gestaltet werden.
Jedoch steigt der Brennstoffgasdruck in der Zwischenpassage in der in JP-A-2013-204441 offenbarten Einrichtung stark an wenn durch ein Ventilelement des ersten Druckreduzierventils Fremdkörper eingeschlossen oder aufgefangen werden und somit das Ventilelement in einem geöffnet-verbleibenden Zustand steckenbleibt (Ventilöffnung-Fehler) oder das Ventilelement ein verzögertes Schließen hat (Ventil-Schließ-Verzögerung). Wenn in diesem Fall der Druck bei einem eingestellten Druck oder höher auf das Entlastungsventil wirkt, wird das Entlastungsventil veranlasst, sich zu öffnen, und somit wird auf eine Passage stromabwärts von dem Entlastungsventil eine übermäßige Last ausgeübt. Dementsprechend wird auf eine stromabwärtige Seite von dem zweiten Druckreduzierventil eine übermäßige Drucklast ausgeübt, und das Brennstoffgas kann in der Passage auf der stromabwärtigen Seite austreten. Um diese Brennstoffgasleckage zu verhindern, ist es notwendig, einen Aufbau für eine verbesserte Druckbeständigkeit der Passage stromabwärts von dem zweiten Druckreduzierventil vorzusehen. Dies führt nur durch diesen zusätzlichen Aufbau zu einem Kostenanstieg der Einrichtung.
Um die obigen Probleme zu lösen, wurde die vorliegende Erfindung hinsichtlich dieser Umstände getätigt, und sie hat die Aufgabe, eine Druckreduziereinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, zu verhindern, dass, selbst wenn ein Ventilöffnung-Fehler oder eine Ventil-Schließ-Verzögerung in einem ersten Druckreduzierventil auftritt, eine übermäßige Drucklast auf eine stromabwärtige Seite von einem zweiten Druckreduzierventil ausgeübt wird, und die Notwendigkeit für jeglichen zusätzlichen Aufbau zu beseitigen, um eine Druckbeständigkeit der stromabwärtigen Seite sicherzustellen.
Um den obigen Zweck zu erfüllen, stellt ein Aspekt der Erfindung eine Druckreduziereinrichtung bereit, die zwei in Reihe angeordnete Druckreduzierventile enthält, wobei die Druckreduziereinrichtung ausgebildet ist, unter Verwendung von zwei Druckreduzierventilen, einen primärseitigen Fluiddruck in zwei Stufen zu reduzieren und zu regulieren, um einen sekundärseitigen Fluiddruck zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Druckreduzierventile ein erstes auf einer stromaufwärtigen Seite platziertes Druckreduzierventil und ein zweites auf einer stromabwärtigen Seite platziertes Druckreduzierventil enthalten, wobei die Druckreduziereinrichtung ferner enthält: eine Zwischenpassage, in der das Fluid strömt, nachdem es durch das erste Druckreduzierventil druckreduziert wurde, aber bevor es durch das zweite Druckreduzierventil druckreduziert wird; eine Verbindungspassage, die eine Verbindung zwischen der Zwischenpassage und einem stromabwärtigen Teil in dem zweiten Druckreduzierventil ermöglicht; ein Rückschlagventil, das in der Verbindungspassage vorgesehen ist, und konfiguriert ist, sich zu öffnen, wenn ein Fluiddruck in der Zwischenpassage höher als ein vorbestimmter Ventilöffnungsdruck ist, um es dem Fluid zu ermöglichen, aus der Zwischenpassage durch die Verbindungspassage zu der stromabwärtigen Passage in dem zweiten Druckreduzierventil hin zu strömen, und konfiguriert ist, das Fluid daran zu hindern, in einer entgegengesetzten Richtung zu strömen, und die Verbindungspassage zumindest einen Teil hat, bei dem eine Passagenquerschnittsfläche der kleiner gewählt ist, als eine Passagenquerschnittsfläche der Zwischenpassage.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zu verhindern, dass auf eine stromabwärtige Seite von einem zweiten Druckreduzierventil eine übermäßige Drucklast ausgeübt wird, selbst wenn ein Ventilöffnung-Fehler oder eine Ventil-Schließ-Verzögerung in einem ersten Druckreduzierventil auftritt, und somit die Notwendigkeit für einen weiterführenden Aufbau, um eine Druckbeständigkeit der stromabwärtigen Seite sicherzustellen, zu beseitigen.
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht eines Brennstoffzellensystems in einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Hochdruckreglers in der ersten Ausführungsform;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zwischenpassage, eine Verbindungspassage und ein Rückschlagventil in dem Hochdruckregler in der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Zeittafel, die Verhalten von (a) einem Haupt-Stopp-Ventil-Öffnungsgrad, (b) einem Rückschlagventil-Öffnungsgrad, (c) einem Öffnungsgrad eines ersten Reglers und (d) einem Druck in der Zwischenpassage und einem Druck in der Auslasspassage in der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist eine Querschnittansicht eines Hochdruckreglers in einer zweiten Ausführungsform;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zwischenpassage, eine Verbindungspassage und ein Rückschlagventil in dem Hochdruckregler in der zweiten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht eines Hochdruckreglers in einer dritten Ausführungsform;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zwischenpassage, eine Verbindungspassage und ein Rückschlagventil in dem Hochdruckregler in der dritten Ausführungsform zeigt; und
9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zwischenpassage, eine Verbindungspassage und ein Rückschlagventil in einer vierten Ausführungsform zeigt.
Erste Ausführungsform
Eine detaillierte Beschreibung einer ersten Ausführungsform einer Druckreduziereinrichtung der vorliegenden Erfindung, die in einem Brennstoffzellensystem angewendet wird, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht des Brennstoffzellensystems in der ersten Ausführungsform. Dieses Brennstoffzellensystem wird in ein Elektroauto montiert und wird verwendet, um elektrische Energie zu einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) des Fahrzeugs zuzuführen. Das Brennstoffzellensystem ist mit einer Brennstoffzelle (FC) 1 und einem Wasserstoffzylinder 2 versehen. Die Brennstoffzelle 1 ist konfiguriert, elektrische Energie (Elektrizität) über ein Aufnehmen von Wasserstoffgas als Brennstoffgas und Luft als Oxidationsmittelgas zu erzeugen. Die in der Brennstoffzelle 1 erzeugte elektrische Energie wird dem Antriebsmotor durch einen Inverter (nicht gezeigt) zugeführt. Der Wasserstoffzylinder 2 speichert Hochdruck-Wasserstoffgas.
Auf einer Anodenseite der Brennstoffzelle 1 ist ein Wasserstoffversorgungssystem vorgesehen. Dieses Wasserstoffversorgungssystem enthält eine Wasserstoffzuführpassage 3 zum Zuführen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Brennstoffzelle 1, die ein Versorgungsziel ist, und eine Wasserstoffausstoßpassage 4 zum Ausstoßen von von der Brennstoffzelle 1 abgegebenem Wasserstoff. In der Wasserstoffzuführpassage 3 ist unmittelbar stromabwärts von dem Wasserstoffzylinder 2 ein Haupt-Stopp-Ventil 5 vorgesehen, das aus einem elektromagnetischen Ventil zum Umschalten zwischen einem Versorgen und einem Absperren von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Wasserstoffversorgungspassage 3 besteht. In der Wasserstoffausstoßpassage 4 ist ein erstes aus einem elektromagnetischen Ventil gebildetes Umschaltventil 6 vorgesehen.
Stromabwärts von dem Haupt-Stopp-Ventil 5 ist in der Wasserstoffversorgungspassage 3 ein Hochdruckregler 7 vorgesehen, um den Wasserstoffgasdruck zu reduzieren. In der Wasserstoffversorgungspassage 3, die zwischen dem Haupt-Stopp-Ventil 5 und dem Hochdruckregler 7 gelegen ist, ist ein Primärdrucksensor 31 vorgesehen, um den Druck in dieser Passage 3 als einen Primärdruck P1 zu erfassen. Diesem Primärdruck P1 kann ein Wert in einem Bereich von beispielsweise 0,1 bis 90 (MPa) zugeordnet werden.
Der Hochdruckregler 7 entspricht einem Beispiel einer Druckreduziereinrichtung der Erfindung. Dieser Hochdruckregler 7 enthält einen ersten Regler 8 und einen zweiten Regler 9, die in Reihe angeordnet sind, und ist konfiguriert, den Wasserstoffgasdruck auf einer Primärseite (”primärseitiger Wasserstoffgasdruck”) von dem Hochdruckregler 7 in zwei Stufen zu reduzieren und zu regulieren, um dabei den Wasserstoffgasdruck auf einer Sekundärseite (”sekundärseitiger Wasserstoffgasdruck”) von dem Hochdruckregler 7 zu erzeugen. Zusätzlich zu dem ersten Regler 8 und dem zweiten Regler 9 enthält der Hochdruckregler 7 ferner eine Verbindungspassage 10, die eine Verbindung zwischen einem stromaufwärtigen Teil und einem stromabwärtigen Teil von dem zweiten Regler 9 ermöglicht, und ein in der Verbindungspassage 10 platziertes Rückschlagventil 11. Diese Komponenten sind integral als eine einzelne Einheit ausgebildet. In dem Hochdruckregler 7 befindet sich der erste Regler 8 auf einer stromaufwärtigen Seite und der zweite Regler 9 befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite. Der erste Regler 8 und der zweite Regler 9 entsprechen jeweils einem Beispiel eines ersten Druckreduzierventils und eines zweiten Druckreduzierventils der Erfindung. In dem Hochdruckregler 7 wird der durch den ersten Regler 8 reduzierte Druck des Wasserstoffgases durch den zweiten Regler 9 weiter reduziert, d. h., dass der Wasserstoffgasdruck in zwei Stufen reduziert wird.
In der Wasserstoffversorgungspassage 3 ist stromabwärts von dem Hochdruckregler 7 eine Wasserstoffstromreguliereinrichtung 12 zum Regulieren einer Fließgeschwindigkeit von zu der Brennstoffzelle 1 zuzuführendem Wasserstoffgas vorgesehen. Diese Wasserstoffstromreguliereinrichtung 12 enthält eine Druckleitung 13 und eine Mehrzahl von Einspritzvorrichtungen 14, 15, 16 und 17. Die Druckleitung 13 ist angeordnet, um das Wasserstoffgas von der Wasserstoffversorgungspassage 3 zu der Mehrzahl von Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zuzuführen und hat somit ein vorbestimmtes Volumen. Bezüglich diese Druckleitung 13 sind die Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 parallel verbunden. Die Druckleitung 13 ist mit einem Zwischen-Druckentlastungsventil 18 versehen, das geöffnet wird, wenn der Druck in der Druckleitung 13 einen vorbestimmten Wert (z. B. 3 (MPa)) überschreitet, um den Druck freizusetzen. Die Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 enthalten die erste Einspritzvorrichtung 14, die zweite Einspritzvorrichtung 15 und die dritte Einspritzvorrichtung 16, von denen jede das Wasserstoffgas mit einer normalen Fließgeschwindigkeit einspritzen wird, und die vierte Einspritzvorrichtung 14, die das Wasserstoffgas mit einer geringeren Fließgeschwindigkeit als die normale Fließgeschwindigkeit einspritzen wird. Jede der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 ist mit einem Ventil-Öffnungsdruck eingestellt, der dem Wasserstoffgasdruck, der auf die jeweilige stromaufwärtige Seite wirkt, entspricht, um ein Ventilöffnen von jedem der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform sind die Ventilöffnungsdrücke der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 beispielsweise einzeln so eingestellt, dass der Ventilöffnungsdruck der ersten bis dritten Einspritzvorrichtungen 14 bis 16 3 (MPa), und der Ventilöffnungsdruck der vierten Einspritzvorrichtung 17 10 (MPa) ist. In der Wasserstoffzuführpassage 3 unmittelbar stromaufwärts von der Druckleitung 13 ist ein Sekundärdrucksensor 32 vorgesehen, um den Druck in der Passage 3 als einen Sekundärdruck P2 zu erfassen. Der Sekundärdruck P2 kann beispielsweise mit einem Wert in einem Bereich von 1,1 bis 1,6 (MPa) verwendet werden.
Eine stromabwärtige Seite von jeder Einspritzvorrichtung 14 bis 17 ist durch die Wasserstoffzuführpassage 3 mit der Brennstoffzelle 1 verbunden. In der Wasserstoffzuführpassage 3 ist an einer Position unmittelbar stromabwärts von jeder Einspritzvorrichtung 14 bis 17 ein Tertiärdrucksensor 33 vorgesehen, um den Innendruck der Passage an dieser Position als einen Tertiärdruck P3 zu erfassen. Dieser Tertiärdruck P3 kann beispielsweise mit einem Wert in den Bereich von 0,01 bis 0,3 (MPa) verwendet werden. In der Wasserstoffzuführpassage 3 ist stromabwärts von dem Tertiärdrucksensor 33 ein Niederdruckentlastungsventil 19 vorgesehen, das konfiguriert ist, zu öffnen und dabei den Druck freizusetzen, wenn der Innendruck der Passage 3 ein vorbestimmter Wert oder höher wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Druckleitung 13, jede Einspritzvorrichtung 14 bis 17, das Zwischendruck-Entlastungsventil 18, das Niederdruck-Entlastungsventil 19, der Sekundärdrucksensor 32, der Tertiärdrucksensor 33 und Rohre 20, die diese Komponenten verbinden, integral als eine einzelne Einheit konfiguriert.
Auf einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 1 ist andererseits eine Luftzuführeinrichtung 21 zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle 1 und eine Luftausstoßpassage 22 zum Ausstoßen von Luftabgas, das aus der Brennstoffzelle 1 weg geliefert werden muss, vorgesehen. In der Luftzuführpassage 21 ist eine Luftpumpe 23 vorgesehen, um eine Fließgeschwindigkeit von zu der Brennstoffzelle 1 zuzuführender Luft zu regulieren. In der Luftzuführpassage 21 stromabwärts von der Luftpumpe 23 ist ein Luftdrucksensor 34 vorgesehen, um einen Luftdruck P4 zu erfassen. In der Luftausstoßpassage 22 ist ein aus einem elektromagnetischen Ventil gebildetes zweites Umschaltventil 24 vorgesehen.
In dem obigen Aufbau wird das von dem Wasserstoffzylinder 2 ausgelieferte Wasserstoffgas durch ein Passieren durch die Wasserstoffzuführpassage 3 über das Haupt-Stopp-Ventil 5, den Hochdruckregler 7 und die Wasserstoffstromreguliereinrichtung 12 zu der Brennstoffzelle 1 zugeführt. Das zu der Brennstoffzelle 1 zugeführte Wasserstoffgas wird für eine Energieerzeugung in dieser Zelle 1 verwendet und dann als Wasserstoffabgas durch die Wasserstoffausstoßpassage 4 und das erste Umschaltventil 6 von der Zelle 1 ausgestoßen.
In der obigen Konfiguration wird die von der Luftpumpe 23 zu der Luftzuführpassage 21 ausgestoßene Luft zu der Brennstoffzelle 1 zugeführt. Die zu der Brennstoffzelle 1 zugeführte Luft wird für eine Energieerzeugung in der Zelle 1 verwendet und dann durch die Luftausstoßpassage 22 und das zweite Umschaltventil 24 von der Brennstoffzelle 1 als Luftabgas ausgestoßen.
Das obige Brennstoffzellensystem enthält ferner eine Steuerungseinrichtung 40, die arbeitet, um das System zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 40 ist konfiguriert, das Haupt-Stopp-Ventil 5 und jede der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 basierend auf Erfassungswerten des Primärdrucksensors 31, des Sekundärdrucksensors 32 und des Tertiärdrucksensors 33 zu steuern, um eine Strömung des zu der Brennstoffzelle 1 zuzuführenden Wasserstoffgases zu steuern. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 40 auch konfiguriert, das erste Umschaltventil 6 zu steuern, um eine Strömung des Wasserstoffabgases in der Wasserstoffausstoßpassage 4 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 40 ist auch angeordnet, die Luftpumpe 23 basierend auf einem Erfassungswert des Luftdrucksensors 34 zu steuern, um eine Strömung von zu der Brennstoffzelle 1 zuzuführender Luft zu steuern. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 40 konfiguriert, das zweite Umschaltventil 24 zu steuern, um eine Strömung von Luftabgas in der Luftausstoßpassage 22 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 40 ist ferner konfiguriert, sowohl einen Spannungswert als auch einen Stromwert bezüglich der Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 1 zu aufzunehmen. Die Steuerungseinrichtung 40 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher, und ist konfiguriert, jede von den Einspritzvorrichtungen 14 bis 16, die Luftpumpe 23 und anderes basierend auf einem in dem Speicher gespeicherten vorbestimmten Steuerungsprogramm zu steuern, um eine Wasserstoffgasmenge und eine Luftmenge, die zu der Brennstoffzelle 1 zuzuführen sind, zu steuern.
Hier werden die Details des Hochdruckreglers 7 erklärt. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Hochdruckreglers 7. In 2 stellen ein Buchstabe ”G” und dicke Pfeile und unterbrochene Pfeile Wasserstoffgas und seine Strömungsrichtungen dar. Dieser Hochdruckregler 7 ist mit einem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Gehäuse 41 versehen, und enthält in diesem Gehäuse 41 integral den ersten Regler 8, den zweiten Regler 9, eine Einlasspassage 42, eine Zwischenpassage 43, eine Auslasspassage 44, die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11. Die Einlasspassage 42 ist eine Passage, in der Wasserstoffgas strömt, bevor es durch den ersten Regler 8 druckreduziert wird. Die Zwischenpassage 43 ist eine Passage, in der das Wasserstoffgas strömt, nachdem es durch den ersten Regler 8 druckreduziert wurde aber bevor es durch den zweiten Regler 9 druckreduziert wird. Die Auslasspassage 44 ist eine Passage, die stromabwärts von dem zweiten Regler 9 gelegen ist, und in der das Wasserstoffgas strömt, nachdem es durch den zweiten Regler 9 druckreduziert wurde. Die Verbindungspassage 10 ermöglicht eine Verbindung zwischen der Zwischenpassage 43 und einem stromabwärtigen Teil (einer zweiten Druckregelkammer 77, die später erwähnt wird) von dem zweiten Regler 9.
In 2 ist in dem Gehäuse 41 der erste Regler 8 auf der linken (stromaufwärtigen) Seite platziert und der zweite Regler 9 ist auf der rechten (stromabwärtigen) Seite platziert, und die Verbindungspassage 10 und das Innenluft-Rückschlagventil 11 sind zwischen dem ersten Regler 8 und dem zweiten Regler 9 angeordnet. Das Rückschlagventil 11 ist konfiguriert, sich zu öffnen, wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 einen vorbestimmten Ventilöffnungsdruck überschreitet, so dass es dem Wasserstoffgas ermöglicht wird, in eine Richtung, von der Zwischenpassage 43 durch die Verbindungspassage 10 zu dem stromabwärtigen Teil von dem zweiten Reglers 9, hin zu strömen, und das Wasserstoffgas daran zu hindern, in eine umgekehrte Richtung zu strömen. Hierbei ist der Ventil-Öffnungsdruck des Rückschlagventils 11 auf einen eingestellten Druck (z. B. 6 (MPa)) eingestellt, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts (z. B. 1 (MPa)) zu einem maximalen Einstelldruck (z. B. 5 (MPa)) von Wasserstoffgas in der Zwischenpassage 43 erhalten wird. Wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 den vorangehend eingestellten Druck überschreitet, fungieren die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 in der vorliegenden Ausführungsform, um Wasserstoffgas von der Zwischenpassage 43 zu dem stromabwärtigen Teil von dem zweiten Regler 9 und weiter zu einer Seite stromabwärts von dem zweiten Regler 9 freizusetzen.
Der erste Regler 8 enthält einen ersten Zylinder 51, der in dem Gehäuse 41 gebildet ist, einen ersten Kolben 52, der platziert ist, um innerhalb des ersten Zylinders 51 beweglich zu sein, eine Stange 52a, die sich von dem ersten Kolben 52 aus nach oben erstreckt, ein erstes Ventilelement 53, das so vorgesehen ist, dass es mit einem oberen Ende der Stange 52a in Kontakt gebracht wird, eine erste Ventilkammer 54, in der das erste Ventilelement 53 aufgenommen ist, und einen ersten Ventilsitz 55, der in der ersten Ventilkammer 54 vorgesehen ist. In der ersten Ventilkammer 54 ist eine Ventil-Schließ-Feder 56, die eine Spulenform hat, vorgesehen, um das erste Ventilelement 53 in eine Richtung zu drängen, um auf dem ersten Ventilsitz 55 aufzusitzen (Ventilschließen). Das Innere des ersten Zylinders 51 ist durch den ersten Kolben 52 in eine erste Druckregelkammer 58 und eine erste atmosphärische Kammer 68 unterteilt. Im Speziellen ist die erste Druckregelkammer 58 in dem ersten Zylinder 51 über dem ersten Kolben 52 vorgesehen, um den Wasserstoffgasdruck zu regulieren. In der ersten atmosphärischen Kammer 68 ist eine Ventil-Öffnungs-Feder 57, die eine Spulenform hat, vorgesehen, um den ersten Kolben 52 und die Stange 52a zu der ersten Druckregelkammer 58 hin zu drängen. Spezieller ist die Ventil-Öffnungs-Feder 57 in der ersten atmosphärischen Kammer 68 platziert, um das erste Ventilelement 53 durch den ersten Kolben 52 und die Stange 52a in eine Richtung zu drängen, um das erste Ventilelement 53 von dem ersten Ventilsitz 55 zu trennen (Ventilöffnen).
Die Einlasspassage 42 ist mit der ersten Ventilkammer 54 verbunden. Das erste Ventilelement 53 hat eine nadelartige Form und ist angeordnet, um in der ersten Ventilkammer 54 auf- und abbeweglich zu sein. Der erste Ventilsitz 55 ist an einem unteren Ende der ersten Ventilkammer 54 platziert. Die erste Druckregelkammer 58 ist unter dem ersten Ventilsitz 55 platziert und wird mit der ersten Ventilkammer 54 verbunden, wenn das erste Ventilelement 53 in eine geöffnete Position bewegt wird. In dem Gehäuse 41 sind ein Feder-Halter 59, der in Kontakt mit einem unteren Ende der Ventil-Öffnungs-Feder 57 platziert ist, um diese Feder 57 aufzunehmen, und ein Verschlusselement 60, das in dem Gehäuse 41 eingeschraubt ist, um den Feder-Halter 59 in einer einstellbaren Höhe festzuhalten, vorgesehen.
Für den ersten Regler 8 ist das Gehäuse 41 mit einem zylindrischen vorstehenden Teil 41a, der nach oben vorsteht, gebildet. Der erste Ventilsitz 55 ist an einem oberen Ende von diesem vorstehenden Teil 41a gebildet. Der vorstehende Teil 41a ist mit einem von oben darauf geschraubten sechseckigen Verbindungsblock 61 verbunden. Die Einlasspassage 42 und die erste Ventilkammer 54 sind in diesem Verbindungsblock 61 gebildet. Die Ventil-Schließ-Feder 56 ist zwischen dem Verbindungsblock 61 und dem ersten Ventilelement 53 vorgesehen. Das erste Ventilelement 53 enthält einen kegelförmigen Abschnitt 53a, der einen kegelförmigen äußeren Umfang hat, und einen Nadelabschnitt 53b unterhalb des kegelförmigen Abschnitts 53a. Der Nadelabschnitt 53b ist platziert, um durch ein Ventilloch 55a der ersten Ventilsitzes 55 durchzudringen. Ein unteres Ende des Nadelabschnitts 53b ist mit dem oberen Ende der Stange 52a in Kontakt. Hierbei werden die erste Ventilkammer 54 und die Einlasspassage 42 durch das Ventilloch 55a mit der ersten Druckregelkammer 58 verbunden.
Auf einer äußeren Umfangsfläche des ersten Kolbens 52 ist eine ringförmige Dichtung 62 angebracht, um zwischen dem ersten Kolben 52 und der inneren Wand des ersten Zylinders 51 abzudichten. Die Dichtung 62 hat einen lippenförmigen Querschnitt, der sich in einer V-Form nach oben öffnet. Ein oberes Ende der Ventil-Öffnungs-Feder 57 wird an einer unteren Fläche des ersten Kolbens 52 gehalten. Auf einem äußeren Umfang eines unteren Teils des ersten Kolbens 52 ist ein Schleißring 63 montiert, der aus einem Fluor-enthaltenden Harz hergestellt ist. Das Halteelement 59, das mit dem unteren Ende der Ventil-Öffnungs-Feder 57 in Kontakt ist, ist mit einem Lüftungsloch 59a gebildet. Das Verschlusselement 60 ist mit einem Filterelement 64 zum Filtern der durch das Lüftungsloch 59a einzuziehenden Außenluft versehen. Die erste atmosphärische Kammer 68 ist durch das Lüftungsloch 59a und das Filterelement 64 mit der Atmosphäre verbunden. Die erste Druckregelkammer 58 ist durch die Zwischenpassage 43 mit einem stromaufwärtigen Teil (einer zweiten Ventilkammer 78) des zweiten Reglers 9 verbunden.
Dementsprechend wird der erste Regler durch das Gleichgewicht zwischen dem Druck von zu der Einlasspassage 42 zugeführtem Wasserstoffgas, dem Wasserstoffgasdruck in der ersten Druckregelkammer 58, der drängenden Kraft der Ventil-Schließ-Feder 56 und der drängenden Kraft der Ventil-Öffnungs-Feder 57 angetrieben, und dabei reduziert sich der Druck des zu der Einlasspassage 42 zuzuführenden Wasserstoffgases.
Der zweite Regler 9 enthält einen in dem Gehäuse 41 gebildeten zweiten Zylinder 71, einen zweiten Kolben 72, der innerhalb des zweiten Zylinders 71 beweglich platziert ist, ein rohrförmiges zweites Ventilelement 72a, das sich von dem zweiten Kolben 72 nach unten erstreckt, und einen zweiten Ventilsitz 73, der in Übereinstimmung mit einem unteren Ende des zweiten Ventilelements 72a platziert ist. Das Innere des zweiten Zylinders 71 wird durch den zweiten Kolben 72 in eine zweite Druckregelkammer 77 und eine zweite atmosphärische Kammer 88 unterteilt. Im Speziellen ist die zweite Druckregelkammer 77 in dem zweiten Zylinder 71 über dem zweiten Kolben 72 vorgesehen, um den Wasserstoffgasdruck zu regulieren. In der zweiten atmosphärischen Kammer 88 ist darüber hinaus eine Ventil-Öffnungs-Feder 74, die eine Spulenform hat, vorgesehen, um den zweiten Kolben 72 und das zweite Ventilelement 72a zu der zweiten Druckregelkammer 77 hin zu drängen. Genauer ist die Ventil-Öffnungs-Feder 74 in der zweiten atmosphärischen Kammer 88 platziert, um das zweite Ventilelement 72a durch den zweiten Kolben 72 in eine Richtung zu drängen, um es von dem zweiten Ventilsitz 73 zu trennen (Ventilöffnen). Der zweite Zylinder 71 ist in Verbindung mit der zweiten atmosphärischen Kammer 88 mit einem Lüftungsloch 89 gebildet. In diesem Lüftungsloch 89 ist ein Filterelement 90 befestigt, um die Außenluft zu filtern. Die zweite atmosphärische Kammer 88 ist durch das Lüftungsloch 89 und das Filterelement 90 mit der Atmosphäre verbunden. Der zweite Kolben 72 ist hohl und mit einem hohlen Abschnitt geformt, der sich in einem hohlen Abschnitt 72c des zweiten Ventilelements 72a fortsetzt. Auf dem äußeren Umfang des zweiten Kolbens 72 ist eine ringförmige Dichtung 75, die einen lippenförmigen Querschnitt hat, angebracht, um zwischen dem zweiten Kolben 72 und der inneren Wand des zweiten Zylinders 71 abzudichten. Auf dem äußeren Umfang eines unteren Teils des zweiten Kolbens 72 ist ein Schleißring 83 montiert, der aus Fluor-enthaltenden Harz hergestellt ist. In dem zweiten Zylinder 71 ist die zweite Druckregelkammer 77 über dem zweiten Kolben 72 vorgesehen, um den Wasserstoffgasdruck zu regulieren. Die zweite Druckregelkammer 77 entspricht dem stromabwärtigen Teil von dem zweiten Regler 9.
In dem zweiten Regler 9 ist die Auslasspassage 44 mit der zweiten Druckregelkammer 77 verbunden. Unter dem zweiten Zylinder 71 ist die zweite Ventilkammer 78 in Verbindung mit dem zweiten Ventilelement 72a und dem zweiten Ventilsitz 73 vorgesehen. Unter der zweiten Ventilkammer 78 ist ein Verschlusselement 79 in das Gehäuse 41 eingeschraubt. Der zweite Ventilsitz 73 ist in einer Vertiefung montiert, die an dem oberen Ende des Verschlusselements 79 gebildet ist. Dieses Verschlusselement 79 ist mit einer Einstellschraube 80 versehen, um die Höhe (vertikale Position) des zweiten Ventilsitzes 73 einzustellen.
Die zweite Druckregelkammer 77 ist durch ein von oben in das Gehäuse 71 montiertes Deckelelement 81 dichtend verschlossen. Das Deckelelement 81 ist an seinem Boden mit einem Vorsprung 81a, mit dem ein oberes Ende des zweiten Kolbens 72 in Kontakt kommen kann, geformt. Eine untere Stirnfläche dieses Vorsprungs 81a dient als Anschlagteil 81b, um eine Aufwärtsbewegung des zweiten Kolbens 72 zu begrenzen, d. h. einen Bewegungsbereich des zweiten Kolbens 72 zu begrenzen. Wenn das obere Ende des zweiten Kolbens 72 mit dem Anschlagteil 81b in Kontakt kommt, wird ein ringförmiger Raum in der zweiten Druckregelkammer 77 erzeugt. Die zweite Druckregelkammer 77 ist immer mit der Auslasspassage 44 verbunden.
Der durch den zweiten Kolben 72 und das zweite Ventilelement 72a gebildete hohle Abschnitt 72c hat in einer axialen Richtung an beiden Enden Öffnungen. Ein oberes Ende der Ventil-Öffnungs-Feder 74 wird auf einer unteren Fläche des zweiten Kolbens 72 gehalten. Ein unteres Ende der Ventil-Öffnungs-Feder 74 wird an dem Boden des zweiten Zylinders 71 in einer Position, die einen an dem Boden gebildeten Vorsprung 71a umgibt, gehalten.
Innerhalb dieses Vorsprungs 71a ist eine ringförmige Dichtung 76, die einen lippenförmigen Querschnitt hat und in einem gleitenden Kontakt mit dem äußeren Umfang des zweiten Ventilelements 72a platziert ist, vorgesehen, um die zweite Ventilkammer 78 abzudichten. Unter der Dichtung 76 ist ein Lager 82 in einem gleitenden Kontakt mit dem zweiten Ventilelement 72a vorgesehen, um dieses zweite Ventilelement 72a zu lagern. Das Lager 82 dient auch als ein Verschluss, um zu verhindern, dass die Dichtung 76 herausfällt. Das zweite Ventilelement 78 ist in einer annähernd zylindrischen Form unter dem Lager 82 gebildet und ist mit der Zwischenpassage 43 verbunden.
Die Zwischenpassage 43 enthält eine erste Zwischenpassage 43a, die sich von der ersten Druckregelkammer 58 des ersten Reglers 8 horizontal erstreckt, eine zweite Zwischenpassage 43b, die sich von der zweiten Ventilkammer 78 des zweiten Reglers 9 horizontal erstreckt, und eine dritte Zwischenpassage 43c, die sich vertikal erstreckt und die erste Zwischenpassage 43a und die zweite Zwischenpassage 43b verbindet. Das Gehäuse 41 ist mit einem Bearbeitungsloch 45, das zu dem Zeitpunkt der Anfertigung der ersten Zwischenpassage 43a gebildet wird, und einem Bearbeitungsloch 46, das zu dem Zeitpunkt eines Anfertigens der zweiten Zwischenpassage 43a gebildet wird, versehen. Das Gehäuse 41 ist ferner mit Stopfen 47, die die Bearbeitungslöcher 45 und 46 einzeln abdichten, versehen. Ein oberes Ende der dritten Zwischenpassage 43c ist mit der Verbindungspassage 10 verbunden.
Dementsprechend wird der zweite Regler 9 durch das Gleichgewicht zwischen dem Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43, der auf die zweite Ventilkammer 78 wirkt (der Druck des Wasserstoffgases nachdem er durch den ersten Regler 8 druckreduziert ist), den Wasserstoffgasdruck in der Auslasspassage 44, der auf die zweite Druckregelkammer 77 wirkt, und der drängenden Kraft der Ventil-Öffnungs-Feder 74 angetrieben, und dabei reduziert sich der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 weiter.
Das Rückschlagventil 11 ist mit einer Ventilkammer 91, einem an einem Eingang der Ventilkammer 91 gebildeten Ventilsitz 92, einem kugelförmigen Ventilelement 93, das in der Ventilkammer 91 aufgenommen ist, um so mit dem Ventilsitz 92 in Kontakt gebracht zu werden oder davon getrennt zu werden, einer Ventil-Schließ-Feder 94, die eine Spulenform hat und die das Ventilelement 93 in einer Ventil-Schließ-Richtung zu dem Ventilsitz 92 hin drängt, einem Stopfen 95, der die Ventil-Schließ-Feder 94 hält und die Ventilkammer 91 abdichtet, und einer Halterplatte 96, um den Stopfen 95 und das Deckelelement 81 daran zu hindern, aus dem Gehäuse 41 herauszufallen, versehen. Hierbei ist die Ventilkammer 91 durch eine stromabwärtige Verbindungspassage 10b mit der zweiten Druckregelkammer 77 verbunden. Die stromabwärtige Verbindungspassage 10b ist koaxial zu der Auslasspassage 44 gebildet.
Dementsprechend öffnet dieses Rückschlagventil 11, wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 höher als ein vorbestimmter Ventil-Öffnungsdruck wird, um es dem Wasserstoffgas zu ermöglichen, von der Zwischenpassage 43 durch die Verbindungspassage 10 zu der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 hin zu strömen, aber das Rückschlagventil 11 versperrt einen Wasserstoffgasstrom in einer entgegengesetzten Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventil-Öffnungsdruck des Rückschlagventils 11 höher eingestellt als ein Druckwert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu einem normalen Wasserstoffgas-Einstelldruck in der Zwischenpassage 43 erhalten wird. Im Speziellen sind die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 konfiguriert, es dem Wasserstoffgas nur zu ermöglichen, durch die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 zu der Auslasspassage 44 auszutreten, wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 übermäßig wird.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zwischenpassage 43, die Verbindungspassage 10 und ein Rückschlagventil 11 in dem Hochdruckregler 7 zeigt. Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält die Verbindungspassage 10 eine stromaufwärtige Verbindungspassage 10a, die sich vertikal erstreckt, um mit der dritten Zwischenpassage 43c verbunden zu sein, und eine stromabwärtige Verbindungspassage 10b, die sich horizontal erstreckt, um mit einem oberen Teil der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a und der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 verbunden zu sein. Die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a entspricht einem Teil der Verbindungspassage 10, der stromaufwärts von dem Rückschlagventil 11 gelegen ist. Die stromabwärtige Verbindungspassage 10b entspricht einem Teil der Verbindungspassage 10, der stromabwärts von dem Rückschlagventil 11 gelegen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der gesamte Bereich der Zwischenpassage 43, d. h. alle von der ersten Zwischenpassage 43a, der zweiten Zwischenpassage 43b und der dritten Zwischenpassage 43c, durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser gebildet. Ferner ist eine erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 (der ersten Zwischenpassage 43a, zweiten Zwischenpassage 43b und dritten Zwischenpassage 43c) auf eine Passagenquerschnittsfläche festgelegt, um eine maximale Fließgeschwindigkeit bereitzustellen, wenn der primärseitige Wasserstoffgasdruck in der Einlasspassage 42 ein kleinster eingestellter Wert (z. B. 2,1 (MPa)) des vorliegenden Wasserstoffversorgungssystems ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt, der gesamte Bereich der Verbindungspassage 10, ausgenommen dem Rückschlagventil 11, d. h. sowohl die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a als auch die stromabwärtige Verbindungspassage 10b, durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser gebildet. Eine zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 und eine dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der Verbindungspassage 10 (die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a und die stromabwärtige Verbindungspassage 10b) sind kleiner festgelegt als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43. Darüber hinaus sind sowohl die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a als auch die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der stromabwärtigen Verbindungspassage 10b auf eine vorbestimmte Passagenquerschnittsfläche festgelegt, die adäquat ist, um zu verhindern, dass der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 den durch ein Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem normalen Einstelldruck erhaltenen festgelegten Wert überschreitet.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nachstehend ein Verfahren zum Herstellen der Zwischenpassage 43, der Ventilkammer 91 und der Verbindungspassage 10 beschrieben. Jede von der Zwischenpassage 43, der Ventilkammer 91 und der Verbindungspassage 10 werden in dem Gehäuse 41 durch einen Bohrer oder dergleichen nach einer Herstellung des Gehäuses 41 gebildet. Um genau zu sein, wird die Zwischenpassage 43 durch ein Bearbeiten des Gehäuses 41 durch einen. Bohrer oder dergleichen in drei Richtungen, die durch dicke Pfeile A1, A2 und A3 angegeben sind, hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Bohrer, der zum Bearbeiten in den Richtungen der Pfeile A1 bis A3 verwendet wird, denselben Durchmesser. Hierbei wird, wenn das Gehäuse 41 mit dem Bohrer oder dergleichen in der Richtung des Pfeils A3 bearbeitet wird, um die dritte Zwischenpassage 43c zu bilden, aufgrund des Bohrers oder dergleichen eine Öffnung 43ca in dem Gehäuse 41 gebildet. Somit wird diese Öffnung 43ca danach mit einem Stopfen 48 (nicht in 2 gezeigt) versperrt. Das Gehäuse 41 wird ferner durch einen Bohrer oder dergleichen in der Richtung eines Pfeils A4 bearbeitet, um die Ventilkammer 91 zu bilden. Der zu diesem Zeitpunkt verwendete Bohrer oder dergleichen hat einen größeren Durchmesser als der des Bohrers oder dergleichen, der verwendet wird, um die Zwischenpassage 43 zu bilden. Nachfolgend wird das Gehäuse 41 durch einen Bohrer oder dergleichen in der Richtung bearbeitet, die durch einen Pfeil A5 angegeben ist, um die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a zu bilden. Der zu diesem Zeitpunkt verwendete Bohrer oder dergleichen hat einen kleineren Durchmesser als der des Bohrers oder dergleichen, der verwendet wird, um die Zwischenpassage 43 zu formen. Danach wird das Gehäuse 41 durch einen Bohrer oder dergleichen in der Richtung weiter bearbeitet, die durch einen Pfeil A6 angegeben ist, um die stromabwärtige Verbindungspassage 10b zu bilden. Der zu dieser Zeit verwendete Bohrer oder dergleichen hat denselben Durchmesser wie der Bohrer oder dergleichen, der verwendet wird, um die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a zu bilden.
Der Hochdruckregler 7 in der vorliegenden oben beschriebenen Ausführungsform wird wie in der folgenden Weise betrieben. In 1 beginnt, wenn das Haupt-Stopp-Ventil 5 geöffnet wird, das Wasserstoffgas von dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Brennstoffzelle 1 zugeführt zu werden. Dann strömt, wie in 2 gezeigt, das Wasserstoffgas in dem Hochdruckregler 7 von der Auslasspassage 44 in eine Richtung, die mit dicken Pfeilen angegeben ist, und verursacht einen Abfall des Wasserstoffgasdrucks in der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9. Dabei werden der zweite Kolben 72 und das zweite Ventilelement 72a nach oben bewegt und somit trennt sich das zweite Ventilelement 72a von dem zweiten Ventilsitz 73 in einen geöffneten Ventilzustand. Dementsprechend wird es dem Wasserstoffgas in der zweiten Ventilkammer 78 ermöglicht, über den hohlen Abschnitt 72c des zweiten Ventilelements 72a und des zweiten Kolbens 72 in die zweite Druckregelkammer 77 zu strömen, was einen Anstieg des Wasserstoffgasdrucks in der zweiten Druckregelkammer 77 verursacht. Wenn der Wasserstoffgasdruck in der zweiten Druckregelkammer 77 einen vorbestimmten Druck erreicht, werden der zweite Kolben 72 und das zweite Ventilelement 72a gegen die drängende Kraft der Ventil-Öffnungs-Feder 74 nach unten gedrückt, und bringen dabei die Öffnung 72b am unteren Ende des zweiten Ventilelements 72a mit dem zweiten Ventilsitz 73 in einem Ventil-Schließ-Zustand in Kontakt. Dies hindert das Wasserstoffgas daran, von der zweiten Ventilkammer 78 zu der zweiten Druckregelkammer 77 hin zu strömen. Es ist zu beachten, dass eine Einschraubhöhe der Einstellschraube 80 im Voraus eingestellt werden kann, um den Wasserstoffgasdruck in der zweiten Druckregelkammer 77 auf einen vorbestimmten Enddruck einzustellen.
Die zweite Ventilkammer 78 des zweiten Reglers 9 und die erste Druckregelkammer 58 des ersten Reglers 8 sind durch die Zwischenpassage 43 miteinander verbunden. Somit strömt, wenn sich der Wasserstoffgasdruck in der zweiten Ventilkammer 78 verringert, das Wasserstoffgas in der ersten Druckregelkammer 58 durch die Zwischenpassage 43 in die zweite Ventilkammer 78, und somit steigt der Wasserstoffgasdruck in dieser Ventilkammer 78 an. Dementsprechend verringert sich der Wasserstoffgasdruck in der ersten Druckregelkammer 58 in dem ersten Regler 8, und somit wird der erste Kolben 52 durch die drängende Kraft der Ventil-Öffnungs-Feder 57 nach oben gedrängt, und dabei das Ventilelement 53 nach oben gedrückt, wobei das erste Ventilelement 53 von dem ersten Ventilsitz 55 in einen Ventil-Öffnungs-Zustand getrennt wird. Dies ermöglicht es, dass das zu der Einlasspassage 42 zugeführte Hochdruck-Wasserstoffgas durch die erste Ventilkammer 54 in die erste Druckregelkammer 58 strömt, so dass der Wasserstoffgasdruck in der ersten Druckregelkammer 58 bei einem vorbestimmten Zwischendruck beibehalten wird. Es ist zu beachten, dass die Einschraubhöhe des Verschlusselements 60 im Voraus eingestellt werden kann, um den Druck der ersten Druckregelkammer 58 auf den vorbestimmten Zwischendruck einzustellen.
Hierbei wird, wenn das Haupt-Stopp-Ventil 5 geschlossen wird, eine Wasserstoffgaszufuhr von dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Brennstoffzelle 1 gestoppt, so dass der Wasserstoffgasdruck in der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 aufhört, abzufallen. Zu diesem Zeitpunkt können Fremdkörper oder dergleichen in dem ersten Regler 8 zwischen dem ersten Ventilelement 53 und dem ersten Ventilsitz 55 eingeschlossen oder gefangen werden, was verursacht, dass das erste Ventilelement 53 offen-bleibend feststeckt (Ventilöffnung-Fehler) oder verursacht, dass das erste Ventilelement 53 verspätet schließt (Ventil-Schließ-Verzögerung). In einem solchen Zustand tritt das Hochdruckwasserstoffgas in der Einlasspassage 42 in die Zwischenpassage 43 aus, aber dem Wasserstoffgas in der Zwischenpassage 43 ist es nicht möglich, daraus auszutreten, was in einem starken Anstieg des Wasserstoffgasdrucks in der Zwischenpassage 43 resultiert.
Hierbei wird, gerade wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 mehr als notwendig ansteigt, das Rückschlagventil 11 geöffnet, um es zu ermöglichen, dass das Wasserstoffgas durch die Verbindungspassage 10 zu der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 hin strömt und weiter zu der Seite stromabwärts von dem zweiten Regler strömt. Somit wird das Wasserstoffgas in der Zwischenpassage 43 druckreduziert. Da die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 und die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der Verbindungspassage 10 kleiner festgelegt sind als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43, wird, selbst wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 übermäßig wird, der auf die Verbindungspassage 10 aufgebrachte Wasserstoffgasdruck hinsichtlich des übermäßigen Wasserstoffgasdrucks unterdrückt, und dabei wird der auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 und weiter auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufzubringende Wasserstoffgasdruck reduziert. Im Speziellen wird der Druck des Wasserstoffgases, der niedriger als der übermäßige Wasserstoffgasdruck ist, der auf die Zwischenpassage 43 wirkt, auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 und die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufgebracht. Dementsprechend wird es, selbst wenn der Ventilöffnung-Fehler oder die Ventil-Schließ-Verzögerung in dem ersten Regler 8 auftritt, weniger wahrscheinlich, dass ein übermäßiger Druck auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler wirkt, und somit ist es unnötig, jeglichen Aufbau zum Sicherstellen einer Druckbeständigkeit der stromabwärtigen Seite bereitzustellen. Hierbei hat das Gehäuse 41 in dem Hochdruckregler 7 selbst eine Druckbeständigkeit. Daher ist es nicht notwendig, dass dem Hochdruckregler 7 irgendein Aufbau zum Sicherstellen einer Druckbeständigkeit hinzugefügt wird. Ferner muss zu der Wasserstoffzuführpassage 3, die mit der Auslasspassage 44 des Hochdruckreglers 7 verbunden ist, auch keine separate Struktur als eine Verrohrungskonfiguration hinzugefügt werden, um eine Druckbeständigkeit sicherzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der stromabwärts von dem Rückschlagventil 11 gelegenen stromabwärtigen Verbindungspassage 10b kleiner festgelegt als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43. Dementsprechend wird, selbst wenn das Rückschlagventil 11 geöffnet ist wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 übermäßig wird, der auf die stromabwärtige Verbindungspassage 10b aufzubringende Wasserstoffgasdruck reduziert, und der auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers und auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufzubringende Wasserstoffgasdruck wird auch unterdrückt. Folglich ist es wenig wahrscheinlich, dass eine übermäßige Drucklast auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 wirkt und es ist daher unnötig, irgendeinen zusätzlichen Aufbau zum Sicherstellen einer Druckbeständigkeit der stromabwärtigen Seite bereitzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 der stromaufwärts von dem Rückschlagventil 11 gelegenen stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a kleiner festgelegt als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43. Dementsprechend ist, selbst wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage übermäßig wird, der auf die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a aufzubringende Wasserstoffgasdruck reduziert, und der auf das Rückschlagventil 11 aufzubringende Wasserstoffgasdruck ist auch unterdrückt. Daher wird, selbst wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 über den Ventilöffnungsdruck des Rückschlagventils ansteigt, das Rückschlagventil 11 daran gehindert, zu wirken, um ein Ventil zu öffnen. Im Speziellen ist ein tatsächlicher Ventilöffnungsdruck des Rückschlagventils 11 höher als der eingestellte Ventilöffnungsdruck. Dies kann den Druck, bei dem das Rückschlagventil 11 geöffnet wird, auf einen höheren Druck als den eingestellten Ventilöffnungsdruck erhöhen. Nachfolgend wird, selbst wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 weitergehend übermäßig wird, um das Rückschlagventil 11 zu veranlassen, sich zu öffnen, der auf die stromabwärtige Verbindungspassage 10b aufzubringende Wasserstoffgasdruck reduziert und auch der auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 und die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufzubringende Wasserstoffgasdruck wird unterdrückt. Somit kann die auf die stromabwärtige Seite von der stromabwärtigen Verbindungspassage 10b und nachfolgende Abschnitte aufzubringende übermäßige Drucklast in zwei Stufen unterdrückt werden, und die Notwendigkeit für einen Aufbau zum Sicherstellen einer Druckbeständigkeit auf der stromabwärtigen Seite kann beseitigt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 auf eine Querschnittspassagenfläche festgelegt, die ausreicht, um eine maximale Strömungsgeschwindigkeit bereitzustellen wenn der primärseitige Wasserstoffgasdruck bezüglich des Hochdruckreglers 7 ein kleinster eingestellter Wert wird. Selbst wenn der primärseitige Wasserstoffgasdruck der kleinste eingestellte Wert wird, ist es daher möglich, dass das Wasserstoffgas mit der maximalen Fließgeschwindigkeit in der Zwischenpassage 43 strömt. Dies ermöglicht es, eine notwendige Fließgeschwindigkeit des Wasserstoffgases, um in die stromabwärtige Seite von dem zweiten Druckregler 9, d. h. die stromabwärtige Seite von dem Hochdruckregler 7, zu strömen, sicherzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 und die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der Verbindungspassage 10 auf die Passagenquerschnittsflächen festgelegt, die geeignet sind, es zu verhindern, dass der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 den durch Addieren des vorbestimmten Werts zu dem normalen Einstelldruck erhaltenen Wert überschreitet. Dementsprechend übersteigt der Druck des Wasserstoffgases, das von der Verbindungspassage 10 strömt und auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 und die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 wirkt, nicht den eingestellten Wert, der durch Addieren des vorbestimmten Werts zu dem normalen Einstelldruck in der Zwischenpassage erhalten wird. Selbst wenn das Rückschlagventil 11 geöffnet wird, ist es daher möglich, es zu verhindern, dass ein übermäßiger Wasserstoffgasdruck auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Druckregler 9 aufgebracht wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wirkt, wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 übermäßig wird, dieser Druck durch die Verbindungspassage 10 auf das Rückschlagventil 11 und bringt das Rückschlagventil 11 in den geöffneten Ventilzustand. Dementsprechend wird das Wasserstoffgas in der Zwischenpassage 43 freigesetzt und entweicht durch die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 zu der zweiten Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9. Dies kann verhindern, dass jegliche übermäßige Drucklast, die von dem Wasserstoffgas kommt, auf die Dichtungen 62 und 76, die der ersten Druckregelkammer 58 oder der zweiten Ventilkammer 78, die beide mit der Zwischenpassage 43 verbunden sind, zugewandt sind oder dazu benachbart sind, aufgebracht wird. Folglich kann ein Dichtfehler oder ein Bruch der Dichtungen 62 und 76 verhindert werden. Das Wasserstoffgas, dem es ermöglicht wird, durch die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 in die zweite Druckregelkammer 77 zu entweichen, strömt dann über die Auslasspassage 44 in die Wasserstoffzuführpassage 3 auf der stromabwärtigen Seite. Aus diesem Grund wird das Wasserstoffgas von dem Hochdruckregulator 7 nicht zu dem Äußeren des Wasserstoffversorgungssystems freigesetzt, so dass jeglicher verschwendende Verbrauch von Wasserstoffgas verringert werden kann.
Hierbei kann das in dem Wasserstoffzylinder 2 gespeicherte Wasserstoffgas entsprechend den Füllanlagen mit einem Druck im Bereich von ungefähr 80–90 MPa gefüllt werden. Andererseits wird der Druck des von dem Hochdruckregler 7 zu jeder der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zuzuführenden Wasserstoffgases auf den Bereich von 0,1 bis 0,5 MPa herunterreduziert. Dementsprechend ist der Hochdruckregler 7 beispielsweise so konfiguriert, dass der erste Regler 8 den Wasserstoffgasdruck in dem Bereich von ungefähr 80 bis 90 MPa auf den Bereich von ungefähr 3,0 bis 2,5 MPa reduziert und der zweite Regler 9 den Wasserstoffgasdruck von dem Bereich von ungefähr 3,0 bis 2,5 MPa auf den Bereich von ungefähr 0,1–1,5 MPa reduziert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, selbst wenn ein Öffnung-Fehler des ersten Reglers 8 aufgrund von aufgefangenen Fremdkörpern oder dergleichen in dem modularen Hochdruckregler 7 auftritt, was verursacht, dass ein übermäßiger Wasserstoffgasdruck auf die Zwischenpassage 43 wirkt, das Rückschlagventil 11 geöffnet, um es dem Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 zu ermöglichen, durch die Verbindungspassage 10 und die zweite Druckregelkammer 77 in die Auslasspassage 44 auszutreten. Daher kann das Rückschlagventil 11 auch als ein Entlastungsventil des Hochdruckreglers 7 funktionieren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 in einem freien Raum zwischen dem ersten Regler 8 und dem zweiten Regler 9 platziert. Es ist nicht nötig, einen speziellen Platz in dem als eine Einheit ausgebildeten Hochdruckregler 7 hinzuzufügen. Somit kann verhindert werden, dass die Abmessung des Hochdruckreglers 7 einschließlich des ersten Reglers 8 und des zweiten Reglers 9 ansteigt, selbst wenn die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 vorgesehen sind.
4 ist eine Zeittafel, die ein Verhalten von (a) dem Öffnungsgrad des Haupt-Stopp-Ventils, (b) dem Öffnungsgrad des Rückschlagventils, (c) dem Öffnungsgrad des ersten Reglers, (d) dem Druck [Pm] in der Zwischenpassage und dem Druck [Po] der Auslasspassage zeigt. In 4(a) bis (c) geben dicke Linien jeden Öffnungsgrad während eines Normalzustands an, und dünne Linien geben jeden Öffnungsgrad während eines abnormalen Zustands an. In 4(d) stellen dicke Linien jeden Druck während eines normalen Zustands, und dünne Linien und Zweipunkt-Strichpunktlinien stellen jeden Druck während des abnormalen Zustands dar. In 4(d) geben ferner die dünnen Linien die vorliegende Ausführungsform an und die Zweipunkt-Strichpunktlinien geben eine konventionelle Technik an.
Wenn das Haupt-Stopp-Ventil 5 zum Zeitpunkt t1 geöffnet wird, um ein Zuführen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Wasserstoffzuführpassage 3, wie in 4(a) gezeigt, zu beginnen, startet, wie in 4(c) gezeigt, der erste Regler 8 zu einem Zeitpunkt t2 von einem geöffneten Ventilzustand aus geschlossen zu werden. Hierbei verbleibt, bis ein Ventilöffnung-Fehler in dem ersten Regler 8 auftritt, das Rückschlagventil 11 in einem vollständig geschlossenen Zustand und der Regler 8 ist in einem annähernd vollständig geschlossenen Zustand geschlossen, wie durch die dicken Linien in 4(b) bis (d) angegeben, so dass der Druck Pm in der Zwischenpassage 43 bei 4 MPa konstant wird und der Druck Po in der Auslasspassage 44 bei 1,3 MPa konstant wird.
Wenn, wie durch die dünne Linie in 4(c) angegeben, ein Ventilöffnung-Fehler in dem ersten Regler 8 auftritt, strömt, wie durch die dünnen Linien in 4(d) angegeben, andererseits bei einem Hub das Hochdruck-Wasserstoffgas in die Zwischenpassage 43. Ferner steigt, wie durch die dünne Linie in 4(d) angegeben, wenn das Rückschlagventil 11 beim Ventilschließen verzögert, der Druck Pm in der Zwischenpassage 43 sofort auf 6 MPa oder höher an (Überschwingt). Dieser Druckanstieg ist größer als ein durch die Zweipunkt-Strichpunktlinie angegebener Druckanstieg mit der konventionellen Technik. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zwischenpassage 43 jedoch in dem aus Metall hergestellten Gehäuse 41 gebildet, und somit ist ein einfaches Erreichen einer Beständigkeit gegen einen solchen plötzlichen Druckanstieg möglich. Der in der vorliegenden Ausführungsform durch die dünne Linie in 4(d) angegebene Druck Po in der Auslasspassage 44 zu dem Zeitpunkt ist niedriger als der durch die Zweipunkt-Strichpunktlinie angegebene Druck Po mit der konventionellen Technik. Im Speziellen ist es möglich, den auf die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufzubringenden Wasserstoffgasdruck zu reduzieren, da die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 und die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 von der Verbindungspassage 10 kleiner festgelegt sind als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 in der Zwischenpassage 43. Folglich kann ein Druckwiderstand der Rohrausrüstung stromabwärts von dem Hochdruckregler 7 reduziert werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird nachstehend eine zweite Ausführungsform der Druckreduziereinrichtung der Erfindung, die als ein Brennstoffzellensystem verkörpert ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder identische Komponenten zu denen in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Details werden nicht wiederholt beschrieben. Die folgende Beschreibung wird daher mit einem Fokus auf Unterschiede von der ersten Ausführungsform gegeben.
Der Hochdruckregler 7 in der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der Verbindungspassage 10 von dem in der ersten Ausführungsform. 5 ist eine Querschnittsansicht des Hochdruckreglers 7. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zwischenpassage 43, die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 6 gezeigt, der gesamte Bereich der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a mit demselben Innendurchmesser ausgebildet wie der der Zwischenpassage 43. Eine vierte-Passage-Querschnittsfläche C4 von der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a ist festgelegt, gleich der erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 zu sein.
Zusätzlich ist die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a darin mit einem Drosselelement (einem Verengungselement) 50 versehen, um die vierte-Passage-Querschnittsfläche C4 teilweise zu verringern. Das Drosselelement 50 ist durch Einpressen in die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a fixiert. Hierbei ist eine fünfte-Passage-Querschnittsfläche C5 des Drosselelements 50 gleich der dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 von der stromabwärtigen Verbindungspassage 10b festgelegt.
Da die vierte-Passage-Querschnittsfläche C4 der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a festgelegt ist, gleich der erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 zu sein, können in der vorliegenden Ausführungsform folglich die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a und die Zwischenpassage 43 (die dritte Zwischenpassage 43c) durch denselben Bohrer oder dergleichen zusammen in einer Operation hergestellt werden. Im Speziellen ist es nicht notwendig, das Gehäuse 41 unter Verwendung des Bohrers in einer wie in 3 mit einem Pfeil A3 angegebenen Richtung zu bearbeiten. Dies kann die Anzahl von Bearbeitungsoperationen zum Herstellen der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a verringern. Da die mit dem Pfeil A3 gezeigte Bearbeitungsoperation unnötig ist, kann ferner das Loch 43ca unnötig sein und der Stopfen 48 kann weggelassen werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Innendurchmesser des Ventilsitzes 92 in dem Rückschlagventil 11 größer als in der ersten Ausführungsform gemacht werden. Dies kann eine Bearbeitungsgenauigkeit des Ventillochs verbessern und dabei Schwankungen in der Druckeinstellung des Wasserstoffgases durch das Rückschlagventil 11 reduzieren. Ferner kann die fünfte-Passage-Querschnittsfläche C5 von einem Teil der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a durch ein einfaches Vorsehen des Drosselelements 50 ohne zusätzliche separate Bearbeitung der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a kleiner festgelegt werden als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der der Zwischenpassage 43. Folglich ist es nicht notwendig, die Arten von Werkzeugen, wie etwa einen Bohrer, zu vermehren, um die Passagenquerschnittsfläche der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a kleiner als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 herzustellen. Zusätzlich können dieselben Operationen und vorteilhaften Effekte der Verbindungspassage 10 wie diese in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Andere Operationen und vorteilhafte Effekte sind auch die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird nachstehend eine dritte Ausführungsform der Druckreduziereinrichtung der Erfindung, die als ein Brennstoffzellensystem verkörpert ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Der Hochdruckregler 7 in der dritten Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der Verbindungspassage 10 von dem in der zweiten Ausführungsform. 7 ist eine Querschnittsansicht des Hochdruckreglers 7. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zwischenpassage 43, die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 zeigt. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass das Drosselelement 50 in der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a weggelassen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist im Speziellen die Verbindungspassage 10 so ausgebildet, dass die vierte-Passage-Querschnittsfläche C4 der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a gleich der erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 festgelegt ist und die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 der stromabwärtigen Verbindungspassage 10b kleiner als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 festgelegt ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird dementsprechend, wenn der Wasserstoffgasdruck in der Zwischenpassage 43 übermäßig wird und durch die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a direkt auf das Rückschlagventil 11 wirkt, dabei das Rückschlagventil 11 dazu veranlasst, sich zu öffnen, der auf die stromabwärtige Verbindungspassage 10 aufzubringende Wasserstoffgasdruck wird unterdrückt und auch der auf die zweite Druckregelkammer 77 des zweiten Reglers 9 und die stromabwärtige Seite von dem zweiten Regler 9 aufzubringende Wasserstoffgasdruck wird unterdrückt. Ferner ist es möglich, die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a und die Zwischenpassage 43 in einer Operation durch denselben Bohrer oder dergleichen zusammen herzustellen. Dies kann die Anzahl von Bearbeitungsoperationen zum Herstellender stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a herabsetzen. Andere Operationen und vorteilhafte Effekte sind auch dieselben wie die in der ersten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Als nächstes wird nachstehend eine vierte Ausführungsform der Druckreduziereinrichtung der Erfindung, die als ein Brennstoffzellensystem verkörpert ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Der Hochdruckregler 7 in der vierten Ausführungsform unterscheidet sich im Aufbau der Verbindungspassage 10 von der dritten Ausführungsform. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zwischenpassage 43, die Verbindungspassage 10 und das Rückschlagventil 11 zeigt. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, dass die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a der Verbindungspassage 10 weggelassen ist. Im Speziellen ist die Verbindungspassage 10 nur durch die stromabwärtige Verbindungspassage 10b ausgebildet. Dementsprechend ist das Rückschlagventil 11 mit einem Eingang, der sich direkt in die Zwischenpassage 43 öffnet, vorgesehen.
Folglich kann die vorliegende Ausführungsform auch dieselben Operationen und vorteilhaften Effekte wie in der dritten Ausführungsform bereitstellen. Zusätzlich kann eine Bearbeitung des Hochdruckreglers 7 aufgrund des Fehlens der stromaufwärtigen Verbindungspassage 10a vereinfacht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf jegliche der vorangehenden Ausführungsformen beschränkt und kann modifiziert oder in andere spezifische Formen geändert werden, ohne sich von den wesentlichen Eigenschaften davon zu entfernen.
Beispielsweise ist der gesamte Bereich der Verbindungspassage 10 (sowohl die stromaufwärtige Verbindungspassage 10a als auch die stromabwärtige Verbindungspassage 10b) in der ersten Ausführungsform durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser geformt, so dass die zweite-Passage-Querschnittsfläche C2 und die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 kleiner festgelegt sind als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43. Als eine Alternative kann es so angelegt sein, dass der gesamte Bereich der Verbindungspassage durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser gebildet ist, und ferner ein Drosselelement in jeder von der stromaufwärtigen Verbindungspassage und der stromabwärtigen Verbindungspassage vorgesehen ist, so dass ihre Passagenquerschnittsflächen teilweise kleiner als die Passagenquerschnittsfläche der Zwischenpassage festgelegt ist.
In der zweiten bis vierten Ausführungsform ist der gesamte Bereich der stromabwärtigen Verbindungspassage 10b durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser gebildet, so dass die dritte-Passage-Querschnittsfläche C3 kleiner als die erste-Passage-Querschnittsfläche C1 der Zwischenpassage 43 festgelegt ist. Als eine Alternative kann es so angelegt sein, dass der gesamte Bereich der stromabwärtigen Verbindungspassage durch einen Bohrer oder dergleichen mit demselben Innendurchmesser wie die Zwischenpassage gebildet ist, und ferner ein Drosselelement in der stromabwärtigen Verbindungspassage vorgesehen ist, so dass die Passagenquerschnittsfläche der stromabwärtigen Verbindungspassage teilweise kleiner festgelegt ist als die Passagenquerschnittsfläche der Zwischenpassage.
In jeder der vorangehenden Ausführungsformen ist die Druckreduziereinrichtung der Erfindung als das Brennstoffzellensystem verkörpert und wird für das Wasserstoffversorgungssystem verwendet. Als eine andere Ausführungsform kann die Druckreduziereinrichtung als ein Brennstoffversorgungssystem eines Zwei-Treibstoff-Motorsystems, das Diesel und verdichtetes Erdgas (CNG) verwendet, oder als ein Ein-Treibstoff-Motorsystem unter Verwendung von nur CNG verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist in Systemen, die ein Hochdruckfluid, wie etwa ein Brennstoffzellensystem oder ein Flüssig-Erdgassystem verwenden, anwendbar.
Bezugszeichenliste

7: Hochdruckregler (Druckreduziereinrichtung)
8: erster Regler (erstes Druckreduzierventil)
9: zweiter Regler (zweites Druckreduzierventil)
10: Verbindungspassage
10a: stromaufwärtige Verbindungspassage
10b: stromabwärtige Verbindungspassage
11: Rückschlagventil
43: Zwischenpassage
43a: erste Zwischenpassage
43b: zweite Zwischenpassage
43c: dritte Zwischenpassage
77: zweite Druckregelkammer (stromabwärtiger Teil)
C1: Zwischenpassagen-Passagenquerschnittsfläche
C2: Passagenquerschnittsfläche einer stromaufwärtigen Verbindungspassage
C3: Passagenquerschnittsfläche einer stromabwärtigen Verbindungspassage
C4: Passagenquerschnittsfläche einer stromaufwärtigen Verbindungspassage
C5: Passagenquerschnittsfläche eines Drosselelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-204441 [0002]
JP 2013-204441 A [0002, 0004]

Claims

Druckreduziereinrichtung, die zwei in Reihe angeordnete Druckreduzierventile (8, 9) enthält, wobei die Druckreduziereinrichtung konfiguriert ist, einen primärseitigen Druck eines Fluids unter Verwendung der zwei Druckreduzierventile (8, 9) in zwei Stufen zu reduzieren und zu regulieren, um einen sekundärseitigen Druck des Fluids zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Druckreduzierventile (8, 9) ein erstes Druckreduzierventil (8), das auf einer stromaufwärtigen Seite platziert ist, und ein zweites Druckreduzierventil (9), das auf einer stromabwärtigen Seite platziert ist, enthalten; die Druckreduziereinrichtung ferner enthält: eine Zwischenpassage (43), in der das Fluid strömt, nachdem es durch das erste Druckreduzierventil (8) druckreduziert wurde, aber bevor es durch das zweite Druckreduzierventil (9) druckreduziert wird; eine Verbindungspassage (10), die eine Verbindung zwischen der Zwischenpassage (43) und einem stromabwärtigen Teil (77) in dem zweiten Druckreduzierventil (9) ermöglicht; und ein Rückschlagventil (11), das in der Verbindungspassage (10) vorgesehen ist, und konfiguriert ist, sich zu öffnen, wenn ein Druck des Fluids in der Zwischenpassage (43) höher als ein vorbestimmter Ventilöffnungsdruck wird, um es dem Fluid zu ermöglichen, von der Zwischenpassage (43) durch die Verbindungspassage (10) zu dem stromabwärtigen Teil (77) in dem zweiten Druckreduzierventil (9) hin zu strömen, und konfiguriert ist, das Fluid daran zu hindern, in eine entgegengesetzte Richtung zu strömen, und die Verbindungspassage (10) zumindest einen Teil hat, der eine Passagenquerschnittsfläche (C2–C5) hat, die kleiner als eine Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) festgelegt ist.
Druckreduziereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Verbindungspassage (10) eine stromabwärtige Verbindungspassage (10b) enthält, die stromabwärts von dem Rückschlagventil (11) platziert ist, und die stromabwärtige Verbindungspassage (10b) zumindest einen Teil hat, der eine Passagenquerschnittsfläche (C3) hat, die kleiner als die Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) festgelegt ist.
Druckreduziereinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Verbindungspassage (10) ferner eine stromaufwärtige Verbindungspassage (10a) enthält, die stromaufwärts von dem Rückschlagventil (11) gelegen ist, und die stromaufwärtige Verbindungspassage (10a) eine Passagenquerschnittfläche (C4) hat, die gleich der Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) festgelegt ist.
Druckreduziereinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die stromaufwärtige Verbindungspassage (10a) mit einem Drosselelement (50) versehen ist, das konfiguriert ist, die Passagenquerschnittsfläche (C4) der stromaufwärtigen Verbindungspassage (10a) teilweise zu verringern.
Druckreduziereinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Verbindungspassage (10) ferner eine stromaufwärtige Verbindungspassage (10a) enthält, die stromaufwärts von dem Rückschlagventil (11) platziert ist, und die stromaufwärtige Verbindungspassage (10a) zumindest einen Teil hat, der eine Passagenquerschnittsfläche (C2) hat, der kleiner als die Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) festgelegt ist.
Druckreduziereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Passagenquerschnittsfläche (C1) der Zwischenpassage (43) auf eine Passagenquerschnittsfläche zum Bereitstellen einer maximalen Fließgeschwindigkeit wenn der primärseitige Druck des Fluids ein kleinster eingestellter Wert ist festgelegt ist.
Druckreduziereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Passagenquerschnittsfläche (C2 bis C5) von dem zumindest einen Teil der Verbindungspassage (10) auf eine vorbestimmte Passagenquerschnittsfläche festgelegt ist, um zu verhindern, dass der Fluiddruck in der Zwischenpassage (43) einen eingestellten Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu einem normalen Regeldruck erhalten wird, überschreitet.