JP6415944B2 - 車両の燃料電池複合バルブ - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池車両の燃料電池スタックの前後端に設置される空気流入ラインおよび空気排出ラインを選択的に開閉するバルブを一体化することが可能な車両の燃料電池複合バルブに関する。
一般的に燃料電池車両には、空気供給系に2種類のバルブが存在する。
つまり、燃料電池車両の始動のオンオフ作動時に燃料電池車両の水素化学反応装置である燃料電池スタックの前後端の空気を選択的に遮断する空気遮断バルブと、燃料電池スタックの後端に設置され、排圧を調節する排圧調節バルブが設置される。
空気遮断バルブは、空気が流入されるバルブボアを開閉するオンオフ作動をし、排圧調節バルブは、空気が排出されるバルブボアを開閉して排圧を調節するように作動する。このような空気遮断バルブと排圧調節バルブは、駆動モーターにギヤ駆動によって選択的に作動する。しかし、空気遮断バルブと排圧調節バルブは、燃料電池スタックの前後端に離隔した状態でそれぞれ取り付けられ、これらのバルブを駆動する駆動モーターおよびギヤが共に設置されなければならないので、関連設備が過多に設置されて原価の上昇が発生し得るという問題点がある。
本発明の一実施例は、燃料電池スタックの空気供給系に使用されるバルブ構成を簡素化して、設備構成をコンパクトにし、原価節減が可能な車両の燃料電池複合バルブを提供することを目的とする。
本発明の一実施例は、水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の流入ラインと排出ラインを開閉する複合バルブにおいて、排出ラインが連結する第1ボアと流入ラインが連結する第2ボアとが形成される据置フレームと、据置フレームに設置される駆動モーターの駆動力の伝達を受けて回転し、第1ボアを開閉するように設置される第1回転バルブと、第1回転バルブに連結し、第2ボアを開閉するように設置される第2回転バルブと、第1回転バルブの一側回転中心位置に突き出し、突出した側面には第1扁平面を形成しながら突き出す第1カプラー突起と、第2回転バルブの一側回転中心位置で第1カプラー突起方向に突き出し、突出した側面には第1扁平面の面積より小さい面積の第2扁平面を形成し、第1カプラー突起に面接触する第2カプラー突起とを含むことができる。
第1カプラー突起は、半円形の断面を有し、側面には、第1扁平面を形成して第1回転バルブに突き出すことができる。
第2カプラー突起は、扇形状に突き出し、側面には、駆動モーターの駆動により第1扁平面に選択的に接触する2個の第2扁平面が形成されることができる。
第2扁平面は、隣接した2個の平面が互いに90度の角度をなすように形成されることができる。
第2扁平面のいずれか一つと第1扁平面との間は、90度の角度をなすことができる。
第1カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の第1扁平面を形成して第1回転バルブに突き出すことができる。
第2カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の第2扁平面を形成して第2回転バルブに突き出すことができる。
第1扁平面のいずれか一つと第2扁平面のいずれか一つとの間は、45度の角度をなすことができる。
第1扁平面と隣接した第2扁平面との間の角度の和は、90度であることができる。
水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の流入ラインと排出ラインを開閉する複合バルブにおいて、排出ラインが連結する第1ボアと前記流入ラインが連結する第2ボアとが形成される据置フレームと、据置フレームに設置される駆動モーターの駆動力の伝達を受けて回転し、第1ボアを開閉するように設置される第1回転バルブと、第1回転バルブに連結し、第2ボアを開閉するように設置される第2回転バルブと、第1回転バルブの一側回転中心位置に突き出し、突出した側面には第1扁平面を形成しながら突き出す第1カプラー突起と、第2回転バルブの一側回転中心位置で第1カプラー突起方向に突き出し、突出した側面には第1扁平面の面積より小さい面積の第2扁平面を形成し、前記第1カプラー突起に面接触する第2カプラー突起と、据置フレームに設置され、第2回転バルブの回転した状態を固定するストッパー部とが設置されることができる。
ストッパー部は、第2回転バルブの側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として複数個の固定ホールが放射状に形成された回転体と、据置フレームに設置される弾性スプリングと、弾性スプリングに設置され、固定ホールに選択的に挿入される固定突起とを含むことができる。
ストッパー部は、第2回転バルブの側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として側面で突き出し、固定ホールが形成された突起部と、据置フレームに設置され、前記固定ホールに選択的に挿入されるように前後進するストッパー突起が設けられたソレノイドストッパーとを含むことができる。
第1カプラー突起は、半円形の断面を有し、側面には、第1扁平面を形成して第1回転バルブに突き出すことができる。
第2カプラー突起は、扇形状に突き出し、側面には、駆動モーターの駆動により第1扁平面に選択的に接触する2個の第2扁平面が形成されることができる。
第2扁平面は、隣接した2個の平面が互いに90度の角度をなすように形成されることができる。
第2扁平面のいずれか一つと第1扁平面との間は、90度の角度をなすことができる。
第1カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の前記第1扁平面が形成して第1回転バルブに突き出すことができる。
第2カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の第2扁平面が形成して第2回転バルブに突き出すことができる。
第1扁平面のいずれか一つと第2扁平面のいずれか一つとの間は、45度の角度をなすことができる。
第1扁平面と隣接した第2扁平面との間の角度の和は、90度であることができる。
本発明の一実施例によると、燃料電池車両の空気流入量を調節する第1回転バルブおよび排圧を調節する第2回転バルブ40が共に設置された構成で、コンパクトな構成の車両の燃料電池複合バルブを実現することが可能であり、製造原価の節減が可能である。
本発明の一実施例に係る車両の燃料電池複合バルブを概略的に示した図面である。 図1の車両の燃料電池複合バルブの第1カプラーと第2カプラーの部分を概略的に示した要部斜視図である。 図2の第1カプラーと第2カプラーのIII−III線に沿って切断してみた断面図である。 第1回転バルブの完全閉鎖状態と第2回転バルブの完全閉鎖固定状態で第1カプラー突起と第2カプラー突起の面接触した状態を概略的に示した図面である。 図4の第1カプラー突起および第2カプラー突起が時計方向(時計回り方向)に90度回転した状態を概略的に示した図面である。 図5の第2カプラー突起は停止した状態で、第1カプラー突起が単独で一定角度が反時計方向(反時計回り方向)に回転した状態を概略的に示した図面である。 図6の第2カプラー突起は停止した状態で、第1カプラー突起が単独で反時計方向にさらに回転して、第1扁平面が第2扁平面に面接触した状態を概略的に示した図面である。 図7の第1カプラー突起および第2カプラー突起が反時計方向に90度の角度が共に回転した状態を概略的に示した図面である。 図8の第1カプラー突起単独で反時計方向に回転した状態を概略的に示した図面である。 据置フレームと第2回転バルブとの間にストッパー部が設置された状態を概略的に示した図面である。 本発明の第2実施例に係るストッパー部を概略的に示した図面である。 本発明の第3実施例に係る第1カプラー突起と第2カプラー突起が連結された状態を概略的に示した要部斜視図である。 図12のXIII−XIII線に沿って切断してみた断面図である。
以下、添付の図面を参考として本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は、様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。図面で本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付けた。
図1は、本発明の一実施例に係る車両の燃料電池複合バルブを概略的に示した図面であり、図2は、図1の車両の燃料電池複合バルブの第1カプラーと第2カプラーの部分を概略的に示した要部斜視図である。
図1および図2に示すように、本発明の一実施例に係る車両の燃料電池複合バルブ100は、水素燃料電池車両用の水素化学反応装置である燃料電池スタックの前後端で流入ライン13と排出ライン11を選択的に開閉する複合バルブに関するものである。
このような車両の燃料電池複合バルブ100は、第1ボア12と第2ボア14が形成された据置フレーム10と、据置フレーム10に設置される駆動モーター20の駆動力の伝達を受けて回転し、第1ボア12を開閉するように設置される第1回転バルブ30と、第1回転バルブ30に連結し、第2ボア14を開閉するように設置される第2回転バルブ40と、第1回転バルブ30と第2回転バルブ40との間に設置される第1カプラー突起31および第2カプラー突起41とを含む。
据置フレーム10は、水素燃料電池車両に設置された車両用水素化学反応装置(図示せず)が設置された近接位置に設置される。据置フレーム10には、第1ボア12および第2ボア14が共に設置される。
第1ボア12は、内部に空気が移動する空間が形成され、水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の排出ライン11に連結される。そして、第2ボア14は、内部に空気が移動する空間が形成され、水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の流入ライン13に連結される。
このような据置フレーム10の側面には、駆動モーター20が設置される。駆動モーター20は、制御器21の制御により回転駆動され、駆動軸には駆動ギヤ(図示せず)および従動ギヤ(図示せず)の噛合駆動で駆動力を伝達し、後述する第1回転バルブ30および第2回転バルブ40を回転駆動することができる。
第1回転バルブ30は、駆動モーター20の駆動力の伝達を受けて据置フレーム10に回転可能に設置され、第1ボア12を開閉可能に設置される。つまり、第1回転バルブ30は、第1ボア12の内部で回転可能に設置され、第1回転バルブ30の回転した角度により第1ボア12の内部を選択的に開閉することができる。このように、第1回転バルブ30の回転により第1ボア12を開閉することで、排出ライン11の開閉作動がなされることができる。従って、燃料電池スタックなどの化学反応装置の内部に流入される空気量を選択的に制御することが可能である。
本実施例において、第1回転バルブ30の回転作動により第2回転バルブ40の回転作動が連動することができる。このため、第1回転バルブ30と第2回転バルブ40との間には、第1カプラー突起31および第2カプラー突起41がそれぞれ設置される。
第1カプラー突起31は、据置フレーム10の内部で第1回転バルブ30の一側回転中心位置で突出する。より具体的に説明すると、第1カプラー突起31は、半円形をなす断面を有するように形成される。この時、第1カプラー突起31の一側には、第1扁平面31aが形成される。このような第1扁平面31aは、第2カプラー突起41に形成された第2扁平面41aに接触し、以下でより具体的に説明する。
第2回転バルブ40は、駆動モーター20の駆動力の伝達を受けて据置フレーム10に回転可能に設置され、第2ボア14を開閉可能に設置される。つまり、第2回転バルブ40は、第2ボア14の内部で回転可能に設置され、第2回転バルブ40の回転した角度により第2ボア14の内部を選択的に開閉することができる。このように、第2回転バルブ40の回転により第2ボア14を開閉することで、排出ライン11の開閉作動がなされることができる。従って、燃料電池スタックなどの化学反応装置の外部に排出される空気量を選択的に制御することが可能であり、排圧を調節することが可能である。
一方、第2回転バルブ40には、第2カプラー突起41が突き出すことで、第1回転バルブ30の回転作動と連動して回転作動がなされることができる。
第2カプラー突起41は、第2回転バルブ40の回転中心位置で一側に突き出す。本実施例において、第2カプラー突起41は、扇形状をなし、第2回転バルブ40の側面に突き出す。このような第2カプラー突起41の側面には、隣接した位置に2個の第2扁平面41aが形成される。第2カプラー突起41に形成された2個の第2扁平面41aは、相互間に90度の角度をなすように形成される。このような第2カプラー突起41の第2扁平面41aは、第1カプラー突起31の第1扁平面31aに面接触する。
以下で、第1カプラー突起31と第2カプラー突起41との面接触により第1回転バルブ30の回転駆動力を第2回転バルブ40に伝達することでより具体的に説明する。
第1カプラー突起31の第1扁平面31aには、第2カプラー突起41の第2扁平面41aが接触する。ここで、第1扁平面31aと第2扁平面41aとの間には、90度の角度をなす空の空間が形成される。つまり、2個の第2扁平面41aのいずれか一つは第1扁平面31aに接触し、第2扁平面41aの他の一つは第1扁平面31aに接触しない状態をなすことで、第1回転バルブ30の回転作動が第2回転バルブ40に選択的に伝達されて、第1ボア12と第2ボア14との開放角度を選択的に調節することが可能である。
図4は、第1回転バルブの完全閉鎖状態と第2回転バルブの完全閉鎖固定状態で、第1カプラー突起と第2カプラー突起との面接触した状態を概略的に示した図面である。
図4に示すように、駆動モータ20の未駆動状態で、第1カプラー突起31の最初状態で第1回転バルブ30は完全閉鎖状態である。そして、第2カプラー突起41は、一つの第2扁平面41aが第1扁平面31aに接触した状態で、他の一つの第2扁平面41aと第1扁平面31aとの間は90度の角度をなす状態である。ここで、第2カプラー突起41の位置によって、第2回転バルブ40は第2ボア14を閉鎖する完全閉鎖状態である。
図5は、図4の第1カプラー突起および第2カプラー突起が時計方向に90度回転した状態を概略的に示した図面である。図5に示すように、第1カプラー突起31は、時計方向に90度の角度で回転して第1ボア12を完全開放した状態である。そして、第2カプラー突起41は、第1カプラー突起31に面接触した状態で共に時計方向に90度回転することで、第2ボア14を完全開放した状態をなす。
図6は、図5の第2カプラー突起は停止した状態で、第1カプラー突起が単独で一定角度が反時計方向に回転した状態を概略的に示した図面である。
図6に示すように、第2カプラー突起41の位置によって、第2回転バルブ40は、第2ボア14を完全開放した状態である。そして、第1カプラー突起31は、反時計方向に一定角度回転した状態で位置することで、第1回転バルブ30は、第1ボア12を一部開放した状態で回転することができる。
図7は、図6の第2カプラー突起は停止した状態で、第1カプラー突起が単独で反時計方向にさらに回転して、第1扁平面が第2扁平面に面接触した状態を概略的に示した図面である。
図7に示すように、第2カプラー突起41の位置によって、第2回転バルブ40は、第2ボア14を完全開放した状態である。そして、第1カプラー突起31は、反時計方向にさらに回転して第1扁平面が第2扁平面に面接触した状態をなすことで、第1回転バルブ30は、第1ボア12を閉鎖した状態で回転する。
次に、図8は、図7の第1カプラー突起および第2カプラー突起が反時計方向に90度の角度で共に回転した状態を概略的に示した図面である。
図8に示すように、第1回転バルブ30は、第1ボア12を完全開放した状態であり、第2回転バルブ40は、第2ボア14を完全閉鎖した状態である。
次に、図9は、図8の第1カプラー突起の単独で反時計方向に回転した状態を概略的に示した図面である。
図9に示すように、第1回転バルブ30は、第1ボア12を閉鎖した状態であり、第2回転バルブ40は、第2回転バルブ40を閉鎖した状態である。
前述したように、本発明の一実施例に係る車両の燃料電池複合バルブは、排出ライン11と連結する第1ボア12および流入ライン13と連結する第2ボア14の開閉作動が、第1回転バルブ30および第2回転バルブ40の回転作動によって容易に開閉作動が可能となる。このように、第1回転バルブ30および第2回転バルブ40が共に設置された構成で、第1ボア12および第2ボア14の開閉作動が可能であることで、コンパクトな構成の車両の燃料電池複合バルブを実現することが可能であり、製造原価の節減が可能である。
一方、据置フレーム10には、第2回転バルブ40の回転した状態を固定するストッパー部50が設置される。
図10は、据置フレームと第2回転バルブとの間にストッパー部が設置された状態を概略的に示した図面である。
図10に示すように、ストッパー部50は、前記第2回転バルブ40の側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として複数個の固定ホール51が放射状に形成された回転体52と、据置フレーム10に設置される弾性スプリング54と、弾性スプリング54に設置され、固定ホール51に選択的に挿入される固定突起56とを含む。
回転体52は、第2回転バルブ40の回転中心位置に一体で設置され、回転中心を基準として複数個の固定ホール51が形成される。本実施例において、固定ホール51は、回転体52に3個で形成されることを例示的に説明するが、これに必ずしも限定されるものではなく、4個以上で形成されてもよい。
固定突起56は、据置フレーム10に弾性スプリング54によって設置され、回転体52の固定ホール51に選択的に挿入される。従って、回転体52の回転した状態で固定突起56が固定ホール51に挿入されることで、第1回転バルブ30および第2回転バルブ40の回転した状態の固定が可能である。
図11は、本発明の第2実施例に係るストッパー部を概略的に示した図面である。図1乃至図10と同一の参照番号は、同一機能の同一部材をいう。以下で、同一の参照番号についてはその詳しい説明を省略する。
図11に示すように、本発明の第2実施例に係るストッパー部150は、第2回転バルブ40の側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として側面に突き出し、固定ホールが形成された突起部151と、据置フレーム10に設置され、固定ホール51に選択的に挿入されるように前後進するストッパー突起153が設けられたソレノイドストッパー155とを含む。
そこで、ソレノイドストッパー155の作動でストッパー突起153が前後進作動して固定ホールに選択的に挿入されることで、第1回転バルブ30および第2回転バルブ40の回転した状態の固定が可能である。
図12は、本発明の第3実施例に係る第1カプラー突起と第2カプラー突起が連結された状態を概略的に示した要部斜視図であり、図13は、図12のXIII−XIII線に沿って切断してみた断面図である。図1乃至図11と同一の参照番号は、同一機能の同一部材をいう。以下で、同一の参照番号についてはその詳しい説明を省略する。
図12および図13に示すように、本発明の第3実施例に係る第1カプラー突起231は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の第1扁平面を形成して第1回転バルブ30に突き出す。
そして、第2カプラー突起241は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の第2扁平面を形成して第2回転バルブ40に突き出す。
このように、第1カプラー突起231と第2カプラー突起241との間は、空の空間の余裕角度が形成されることで、第1回転バルブ30および第2回転バルブ40の相対回転および同時回転が共に可能である。これについては、前述した第1実施例の第1回転バルブおよび第2回転バルブ40の回転作動と対応するので、その詳しい説明は省略する。
以上、本発明を図面に示した実施例を参照して説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明と均等な範囲に属する多様な変形例または他の実施例が可能である。
10:据置フレーム
11:排出ライン
12:第1ボア
13:流入ライン
14:第2ボア
20:駆動モーター
21:制御器
30:第1回転バルブ
31:第1カプラー突起
40:第2回転バルブ
41:第2カプラー突起
50:ストッパー部
51:固定ホール
52:回転体
54:弾性スプリング
56:固定突起

Claims (20)

  1. 水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の空気の流入ラインと排出ラインを開閉する複合バルブにおいて、
    前記排出ラインが連結する第1ボアと前記流入ラインが連結する第2ボアとが形成される据置フレームと、
    前記据置フレームに設置される駆動モーターの駆動力の伝達を受けて回転し、前記第1ボアを開閉するように設置される第1回転バルブと、
    前記第1回転バルブに連結し、前記第2ボアを開閉するように設置される第2回転バルブと、
    前記第1回転バルブの一側回転中心位置に突き出し、突出した側面には第1扁平面を形成しながら突き出す第1カプラー突起と、
    前記第2回転バルブの一側回転中心位置で前記第1カプラー突起方向に突き出し、突出した側面には前記第1扁平面の面積より小さい面積の第2扁平面を形成し、前記第1カプラー突起に面接触する第2カプラー突起と、
    を含む車両の燃料電池複合バルブ。
  2. 前記第1カプラー突起は、半円形の断面を有し、側面には、前記第1扁平面を形成して前記第1回転バルブに突き出す請求項1に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  3. 前記第2カプラー突起は、扇形状に突き出し、側面には、前記駆動モーターの駆動により前記第1扁平面に選択的に接触する2個の第2扁平面が形成される請求項2に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  4. 前記第2扁平面は、隣接した2個の平面が互いに90度の角度をなすように形成される請求項3に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  5. 前記第2扁平面のいずれか一つと前記第1扁平面との間は、90度の角度をなす請求項4に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  6. 前記第1カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の前記第1扁平面を形成して前記第1回転バルブに突き出す請求項1に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  7. 前記第2カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の前記第2扁平面を形成し、前記第2回転バルブに突き出す請求項6に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  8. 前記第1扁平面のいずれか一つと前記第2扁平面のいずれか一つとの間は、45度の角度をなす請求項7に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  9. 前記第1扁平面と隣接した前記第2扁平面との間の角度の和は、90度である請求項8に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  10. 水素燃料電池車両用の水素化学反応装置の空気の流入ラインと排出ラインを開閉する複合バルブにおいて、
    前記排出ラインが連結する第1ボアと前記流入ラインが連結する第2ボアとが形成される据置フレームと、
    前記据置フレームに設置される駆動モーターの駆動力の伝達を受けて回転し、前記第1ボアを開閉するように設置される第1回転バルブと、
    前記第1回転バルブに連結し、前記第2ボアを開閉するように設置される第2回転バルブと、
    前記第1回転バルブの一側回転中心位置に突き出し、突出した側面には第1扁平面を形成しながら突き出す第1カプラー突起と、
    前記第2回転バルブの一側回転中心位置で前記第1カプラー突起方向に突き出し、突出した側面には前記第1扁平面の面積より小さい面積の第2扁平面を形成し、前記第1カプラー突起に面接触する第2カプラー突起と、
    前記据置フレームに設置され、前記第2回転バルブの回転した状態を固定するストッパー部とが設置される車両の燃料電池複合バルブ。
  11. 前記ストッパー部は、
    前記第2回転バルブの側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として複数個の固定ホールが放射状に形成された回転体と、
    前記据置フレームに設置される弾性スプリングと、
    前記弾性スプリングに設置され、前記固定ホールに選択的に挿入される固定突起と、
    を含む請求項10に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  12. 前記ストッパー部は、
    前記第2回転バルブの側面に設置されて共に回転し、回転中心を基準として側面に突き出し、固定ホールが形成された突起部と、
    前記据置フレームに設置され、前記固定ホールに選択的に挿入されるように前後進するストッパー突起が設けられたソレノイドストッパーと、
    を含む請求項10に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  13. 前記第1カプラー突起は、半円形の断面を有し、側面には、前記第1扁平面を形成して前記第1回転バルブに突き出す請求項10に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  14. 前記第2カプラー突起は、扇形状に突き出し、側面には、前記駆動モーターの駆動により前記第1扁平面に選択的に接触する2個の第2扁平面が形成される請求項13に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  15. 前記第2扁平面は、隣接した2個の平面が互いに90度の角度をなすように形成される請求項14に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  16. 前記第2扁平面のいずれか一つと前記第1扁平面との間は、90度の角度をなす請求項15に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  17. 前記第1カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の前記第1扁平面が形成して前記第1回転バルブに突き出す請求項10に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  18. 前記第2カプラー突起は、扇形状の断面を有し、側面には、2個の前記第2扁平面が形成して前記第2回転バルブに突き出す請求項17に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  19. 前記第1扁平面のいずれか一つと前記第2扁平面のいずれか一つとの間は、45度の角度をなす請求項18に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
  20. 前記第1扁平面と隣接した前記第2扁平面との間の角度の和は、90度である請求項19に記載の車両の燃料電池複合バルブ。
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