特許 6017986 タンクアッセンブリーと燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017986

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】タンクアッセンブリーと燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/04 20060101AFI20161020BHJP

   F16K 51/00 20060101ALI20161020BHJP

   F16K 1/34 20060101ALI20161020BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20161020BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20161020BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/04 301Z

   F16K51/00 C

   F16K1/34 H

   H01M8/04 J

   !H01M8/10

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-26428(P2013-26428)

(22)【出願日】2013年2月14日

(65)【公開番号】特開2014-156872(P2014-156872A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2015年12月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100097146

【弁理士】

【氏名又は名称】下出 隆史

(72)【発明者】

【氏名】稲木 秀介

(72)【発明者】

【氏名】山下 顕

(72)【発明者】

【氏名】内村 治弘

(72)【発明者】

【氏名】中村 昭夫

(72)【発明者】

【氏名】高橋 憲二

(72)【発明者】

【氏名】大槻 賢治

【審査官】 種子島 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３０１３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６４９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３００２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６８１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１９４２９４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １３／０４

Ｆ１６Ｋ １／３４

Ｆ１６Ｋ ５１／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンクアッセンブリーであって、
ガス供給源から供給されたガスを貯留し、該貯留したガスをガス消費機器に供給するタンクと、
該タンクの口金に装着されたバルブ機構とを備え、
該バルブ機構は、
前記ガス消費機器に到るガス配管に接続され、前記ガス消費機器の側において流路の開閉を図るガス消費機器側開閉弁を有する第１流路と、
前記ガス供給源からのガス配管に接続され、前記ガス供給源からのガスの流れのみを許容する逆止弁を有する第２流路と、
該第２流路と前記第１流路との接続箇所から延び、前記タンクの内部に到る第３流路と、
前記接続箇所に設けられ、前記ガス供給源から供給されて前記第２流路を通過したガスが衝突して該ガスの流れを前記第３流路の側に転換すると共に、前記ガスの流れが転換後のガスを前記第３流路に誘導するガス誘導部材とを備える
タンクアッセンブリー。

【請求項2】

前記第３流路に、流路の開閉を図る第３流路開閉弁を備える請求項１に記載のタンクアッセンブリー。

【請求項3】

前記ガス誘導部材は、接続箇所において前記第３流路の流路開口の開閉を図る先端部を備え、該先端部により前記第３流路開閉弁としての機能を図り、前記先端部が前記流路開口を開放した開弁位置にある時に、前記ガス供給源から前記第２流路にガスの流入があると、該流入したガスが前記先端部に衝突して前記流入したガスの流れを前記第３流路の側に転換する請求項２に記載のタンクアッセンブリー。

【請求項4】

前記ガス誘導部材は、前記先端部が前記流路開口を開放した開弁位置にある時に、前記第１流路の前記ガス消費機器側開閉弁が流路を開放すると、前記第３流路の側から前記第１流路の側へのガスの通過を許容する請求項３に記載のタンクアッセンブリー。

【請求項5】

ガス消費機器として燃料電池を有する燃料電池システムであって、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のタンクアッセンブリーを備え、該タンクアッセンブリーから前記燃料電池に燃料ガスを供給する
燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タンクアッセンブリーと燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

タンクアッセンブリーは、ガス消費機器へのガス供給を図るべく、種々のシステムに組み込まれている。例えば、水素と酸素の電気化学反応を利用して発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、タンクアッセンブリーは、いわゆる水素ステーションからタンクへの水素ガス充填と、タンクから燃料電池への水素ガス供給とを担っている（例えば、特許文献１）。燃料電池システムに限らず、ガス精製機能をタンクに持たせたシステムにタンクアッセンブリーを用いることも提案されている（例えば、特許文献２）。この他、ガス通過流路において、ガス中の水分を下流側に流れにくくするバルブ機構も提案されている（例えば、特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１６８１６６号公報

【特許文献2】特開２００７−５４８２１号公報

【特許文献3】特開２００９−２６４４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高圧ガスタンクの口金に装着したバルブ機構にあっては、タンクへのガス流入流路とタンクからのガス排出流路とを分離すると、ガス流路が増える分だけ、バルブ機構の外郭が大きくなる。このため、例えば、燃料電池システムを搭載した車両では、重量増になり、コンパクト化や軽量化、低コスト化が阻害されかねない。その一方、特許文献１のようにガス流入とガス排出を一つの流路で賄えば、低コスト化やコンパクト化が可能となるものの、次のような問題点が指摘されるに到った。タンクへのガス充填を行う場合、その充填ガスは、当然にタンク内に入り込むが、充填圧が高いこと、流量も多い等の理由により、充填ガスに含有済みの水分がガス流に流されて、流路下流のレギュレーターや開閉弁等の弁内に入り込むことが有り得る。こうなると、低温環境下において弁内にて水分の凍結が起き、弁駆動の信頼性が低下する。こうした事態の回避には、特許文献３で提案されたバルブ機構をガス充填側の流路に組み込むことが有益であるが、タンクへのガス充填とタンクからのガス供給とを担うバルブ機構とは別のバルブ機構が必要となるので、コンパクト化や軽量化、低コスト化に反することになり、現実的な解決にはならない。こうしたことから、ガス中に含まれる水分の凍結に対する有効な対処を図ることが要請されるに到った。この他、タンクアッセンブリーのコンパクト化や軽量化、低コスト化を可能とすることも要請されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

【0006】

（１）本発明の一形態によれば、タンクアッセンブリーが提供される。このタンクアッセンブリーは、ガス供給源から供給されたガスを貯留し、該貯留したガスをガス消費機器に供給するタンクと、該タンクの口金に装着されたバルブ機構とを備え、該バルブ機構は、前記ガス消費機器に到るガス配管に接続され、前記ガス消費機器側において流路の開閉を図るガス消費機器側開閉弁を有する第１流路と、前記ガス供給源からのガス配管に接続され、前記ガス供給源からのガスの流れのみを許容する逆止弁を有する第２流路と、該第２流路と前記第１流路との接続箇所から延び、前記タンクの内部に到る第３流路と、前記接続箇所に設けられ、前記ガス供給源から供給されて前記第２流路を通過したガスが衝突して該ガスの流れを前記第３流路の側に転換すると共に、前記ガスの流れが転換後のガスを前記第３流路に誘導するガス誘導部材とを備える。上記形態のタンクアッセンブリーでは、ガス供給源から供給されて第２流路を通過したガスは、第２流路と第１流路との接続箇所に設けられたガス誘導部材に衝突してその流れが第３流路の側に転換される。よって、ガス供給源からのガスに水分が含まれていても、その水分は、ガス誘導部材によるガスの流れの転換により、その転換後のガスと共に第３流路の側に導かれるので、接続箇所より下流側の第１流路や当該流路の開閉弁には達しがたくなる。このため、上記形態のタンクアッセンブリーによれば、第１流路の開閉弁における弁内での水分の凍結を抑制できる。また、上記形態のタンクアッセンブリーでは、第３流路を、ガス供給源から供給されて第２流路を通過したガスの通過流路（以下、便宜上、充填流路、と称する）とできるほか、第３流路の末端からタンク内のガスの第１流路への通過流路（以下、便宜上、排出供給流路、と称する）ともできるので、流路増加をもたらさない。この点から、上記形態のタンクアッセンブリーによれば、バルブ機構の外郭を大きくする必要がないので、コンパクト化や軽量化、低コスト化を図ることができる。

【0007】

（２）上記した形態のタンクアッセンブリーにおいて、前記第３流路に、流路の開閉を図る第３流路開閉弁を備えるようにできる。こうすれば、ガス消費機器側開閉弁を有する第１流路と逆止弁を有する第２流路とを、接続箇所において繋がった一つの流路系としてリーク検査でき、簡便である。

【0008】

（３）上記した形態のタンクアッセンブリーにおいて、前記ガス誘導部材は、接続箇所において前記第３流路の流路開口の開閉を図る先端部を備え、該先端部により前記第３流路開閉弁としての機能を図り、前記先端部が前記流路開口を開放した開弁位置にある時に、前記ガス供給源から前記第２流路にガスの流入があると、該流入したガスの流れを前記第３流路の側に転換するようにできる。こうすれば、ガス誘導部材の先端部により第３流路開閉弁としての第３流路の開閉機能を図るので、より簡便となる。

【0009】

（４）上記した形態のタンクアッセンブリーにおいて、前記ガス誘導部材は、前記先端部が前記流路開口を開放した開弁位置にある時に、前記第１流路の前記ガス消費機器側開閉弁が流路を開放すると、前記第３流路の側から前記第１流路の側へのタンク内のガスの通過を許容するようにできる。こうすれば、ガス誘導部材の先端部を流路開口を開放した開弁位置としておくだけで、第３流路を、ガス供給源からのガスの充填流路と、タンク内のガスの排出供給流路とに確実に兼用できるので、簡便であると共に、コンパクト化や軽量化、低コスト化の実効性が高まる。

【0010】

（５）本発明の他の形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、ガス消費機器として燃料電池を有する燃料電池システムであって、上記したいずれかの形態のタンクアッセンブリーを備え、該タンクアッセンブリーから前記燃料電池に燃料ガスを供給する。上記形態の燃料電池システムによれば、タンクの口金に装着したバルブ機構の第３流路を、ガス供給源から供給されたガスの充填流路と、タンク内のガスの燃料電池への排出供給流路とに確実に兼用できるので、タンクアッセンブリーとしてのコンパクト化や軽量化、低コスト化を通して、システム全体のコンパクト化等を図ることができる。これに加え、ガス供給源からタンク内にガス充填を図る際には、ガス供給源からのガスに含まれている水分を、第３流路を経てタンク内に導くので、第１流路のガス消費機器側開閉弁および燃料電池の上流側の流路に設けられた各種弁、例えば減圧弁やインジェクター等における弁内での水分の凍結を抑制できる。

【0011】

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンクの口金に装着されるバルブ機構としての形態の他、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。

【図2】流路規制弁機構３００の構成を断面視して示す説明図である。

【図3】流路規制弁機構３００の構成部品の分解斜視図である。

【図4】流路規制弁機構３００の要部をなす転換シャフト３１０の全体斜視図である。

【図5】転換シャフト３１０の先端部の他の角度からの斜視図である。

【図6】図２における６−６線断面図である。

【図7】本発明の他の実施形態としての燃料電池システム１０Ａを概略的に示す説明図である。

【図8】他の実施形態における流路規制弁機構３００Ａの構成を断面視して示す説明図である。

【図9】流路規制弁機構３００の構成を組み込み形態を変更した状態で断面視して示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。

【0014】

図示するように、この燃料電池システム１０は、燃料電池搭載車両２０に、燃料電池１００と、タンクアッセンブリー１０２と、水素ガス供給系１２０と、モータ駆動のコンプレッサ１５０を含む空気供給系１６０と、図示しない冷却系と、制御装置２００とを備える。燃料電池１００は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置する。そして、この燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０と空気供給系１６０から供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を起こして発電し、その発電電力にて前後輪の図示しない駆動用モータ等の負荷を駆動する。

【0015】

水素ガス供給系１２０は、燃料電池１００に供給する燃料ガスとしての水素ガスを高圧貯留するタンクアッセンブリー１０２と、燃料電池１００に到る燃料ガス供給管路１２０Ｆと、当該流路末端の供給側マニホールド１２１と、レセプタクル１２２から充填側マニホールド１２３に到る水素充填管路１２０Ｒと、未消費の水素ガス（アノードオフガス）を大気放出する放出管路１２４とを備える他、燃料ガス供給管路１２０Ｆには、燃料電池１００の側からインジェクター１２５と減圧バルブ１２６を備え、放出管路１２４には排出流量調整バルブ１２７を備える。減圧バルブ１２６は、後述の制御装置２００の制御を受けて駆動し、減圧後の水素ガスをインジェクター１２５に流す。インジェクター１２５は、後述の制御装置２００の制御を受けて駆動し、水素ガスの流量を調整した上で、燃料電池１００に水素ガスを噴出供給する。

【0016】

タンクアッセンブリー１０２は、車両前方側と後方側とに搭載され、それぞれ、水素ガスタンク１１０と、タンク口金に装着されたバルブ機構１１１とを備える。水素ガスタンク１１０は、樹脂製ライナーの外周に熱硬化性樹脂含有の繊維を巻回した繊維強化層を有する樹脂製タンクであり、図示しない水素ガスステーションから高圧で充填供給された水素ガスを貯留する。バルブ機構１１１は、開閉バルブ１１２と、逆止弁１１３と、タンク内温度を検出する温度センサー１１４と、流路規制弁機構３００の機器に加え、供給側タンク流路１１５と、充填側タンク流路１１６と、タンク到達流路１１７とを備える。開閉バルブ１１２は、後述の制御装置２００の制御下で供給側タンク流路１１５の流路の開閉を図る。逆止弁１１３は、充填側タンク流路１１６において、図示しない水素ガスステーションからの水素ガスの流れのみを許容する。充填側タンク流路１１６は、バルブ機構１１１の接続ポート１１６ｐ（図２参照）からバルブ外流路を延ばして充填側マニホールド１２３に至り、水素ガス供給系１２０の水素充填管路１２０Ｒと繋がる。供給側タンク流路１１５は、充填側タンク流路１１６と同様に図示しない接続ポートからバルブ該流路を延ばして供給側マニホールド１２１に至り、水素ガス供給系１２０の燃料ガス供給管路１２０Ｆと繋がる。タンク到達流路１１７は、供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６との流路接続ポイント１１９から延びて、水素ガスタンク１１０の内部に到る。流路規制弁機構３００は、この流路接続ポイント１１９に設けられ、充填側タンク流路１１６を介した水素ガス充填と、供給側タンク流路１１５を介した燃料電池１００への水素ガス供給に関与する。こうした流路構成により、水素ガスタンク１１０は、タンク内の水素ガスを、タンク到達流路１１７と供給側タンク流路１１５および供給側マニホールド１２１を経由して燃料ガス供給管路１２０Ｆに送り出し、インジェクター１２５を経て燃料電池１００に供給する。

【0017】

上記管路構成を備える水素ガス供給系１２０は、後述の制御装置２００にて供給タンクとして選択された車両前方側または後方側のタンクアッセンブリー１０２の水素ガスタンク１１０のいずれか、もしくは両者の水素ガスタンクからの水素ガスを、制御装置２００の制御下でなされるインジェクター１２５での流量調整と減圧バルブ１２６での減圧（調圧）とを経た上で、燃料電池１００のアノードに供給しつつ、放出管路１２４の排出流量調整バルブ１２７で調整された流量で、アノードオフガスを後述の放出管路１６２から大気放出する。インジェクター１２５は、ガス流量を流量ゼロから調整可能であり、流量ゼロとすることで燃料ガス供給管路１２０Ｆの閉塞を図る。なお、インジェクター１２５の上流側に、流量調整バルブを設けることもでき、インジェクター１２５を水素ガスの噴出供給用とすることもできる。また、タンクアッセンブリー１０２にあっては、一つ、或いは三つ以上とすることもできる。

【0018】

水素ガス供給系１２０におけるレセプタクル１２２は、既存のガソリン車両における車両側方の燃料給油箇所に相当するガス充填箇所に位置し、車両外装側カバーで覆われている。そして、図示しない水素ガスステーションでの水素ガス充填に際しては、レセプタクル１２２は、当該ステーションのガス充填ノズルＧｓに装着され、高圧で充填供給された水素ガスを、水素充填管路１２０Ｒ、充填側マニホールド１２３および充填側タンク流路１１６を経て、水素ガスタンク１１０に導く。こうしたガス充填に際して、水素ガスタンク１１０ごとの温度センサー１１４は、タンク内温度を制御装置２００およびステーション内制御装置に出力し、充填ガス量や充填圧の確認に用いられる。

【0019】

空気供給系１６０は、コンプレッサ１５０を経て燃料電池１００に到る酸素供給管路１６１と、未消費の空気（カソードオフガス）を大気放出する放出管路１６２と、当該管路の排出流量調整バルブ１６３とを備える。この空気供給系１６０は、酸素供給管路１６１の開口端から取り込んだ空気を、コンプレッサ１５０にて流量調整した上で燃料電池１００のカソードに供給しつつ、放出管路１６２の排出流量調整バルブ１６３で調整された流量でカソードオフガスを放出管路１６２を経て大気放出する。

【0020】

制御装置２００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、アクセル等のセンサー入力やガス充填に伴うセンサー入力、温度センサー１１４のセンサー入力等を受けて、インジェクター１２５や上記の各種のバルブの開閉制御を含む燃料電池１００の種々の制御を司る。

【0021】

次に、流路規制弁機構３００について説明する。図２は流路規制弁機構３００の構成を断面視して示す説明図、図３は流路規制弁機構３００の構成部品の分解斜視図、図４は流路規制弁機構３００の要部をなす転換シャフト３１０の全体斜視図、図５は転換シャフト３１０の先端部の他の角度からの斜視図、図６は図２における６−６線断面図である。

【0022】

図示するように、流路規制弁機構３００は、転換シャフト３１０と、保持スリーブ３２０と、コイルバネ３３０と、調整コマ３４０と、コマ案内体３５０とを備える。転換シャフト３１０は、バルブ機構１１１に形成された案内孔１１１ｐ１に挿入され、その先端側の円錐状のテーパ凸部３１２を、案内孔１１１ｐ１の案内孔ボトム１１１ｐｂに位置させる。案内孔１１１ｐ１は、バルブ機構１１１の上面から、既述した供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６との流路接続ポイント１１９に掛けて穿孔され、案内孔ボトム１１１ｐｂが流路接続ポイント１１９に達するように形成されている。

【0023】

保持スリーブ３２０は、キャップ状をなし、バルブ機構１１１に案内孔１１１ｐ１と同心でこれより大径に形成された固定孔１１１ｐ２に挿入されている。そして、この保持スリーブ３２０は、図示しない突起や当該突起が入り込む図示しない凹部とにより固定孔１１１ｐ２に位置決めされた上で、当該固定孔に保持される。コイルバネ３３０は、保持スリーブ３２０の内部に組み込まれ、転換シャフト３１０のフランジ部３１５に、図２における上向きにバネ付勢力を及ぼす。この他、保持スリーブ３２０は、その周壁に案内切欠３２４を備え、この案内切欠３２４にフランジ突起３１６を挿入させた転換シャフト３１０を、回転させることなく進退可能とする。転換シャフト３１０は、Ｏリング３１４により案内孔１１１ｐ１に対してガスシールされ、案内孔１１１ｐ１に沿って進退し、テーパ凸部３１２の基部側に設けた二面幅部３１３の各平面を供給側タンク流路１１５の開口と充填側タンク流路１１６の開口に対向させる。転換シャフト３１０のテーパ凸部３１２は、タンク到達流路１１７の開口テーパ面１１７ｋと傾斜を合わせて形成され、開口テーパ面１１７ｋに当接することで、タンク到達流路１１７をその流路開口において閉鎖する。

【0024】

コマ案内体３５０は、固定孔１１１ｐ２の開口側に螺合して固定され、調整コマ３４０は、このコマ案内体３５０の内周壁の雌ネジと螺合している。そして、この調整コマ３４０は、図示しない六角レンチやハンドルにて、締め付け側或いは開放側に回転されて、図２における上下に移動する。この調整コマ３４０の上下移動により、転換シャフト３１０は、図２に示すタンク到達流路１１７の開放位置とテーパ凸部３１２にて既述したようにタンク到達流路１１７を閉鎖した閉弁位置との間を、案内孔１１１ｐ１に沿って進退する。この転換シャフト３１０の進退は、位置決め固定済みの保持スリーブ３２０における案内切欠３２４へのフランジ突起３１６の挿入により、転換シャフト３１０が回転することなく起きるので、転換シャフト３１０の進退の過程において、二面幅部３１３の各平面は、供給側タンク流路１１５の開口と充填側タンク流路１１６の開口に対向したままとなる。二面幅部３１３は、転換シャフト３１０が図２に示すタンク到達流路１１７の開放位置にある時に、案内孔ボトム１１１ｐｂの内周壁面と二面幅部３１３で囲まれた領域をガス流路とする。このガス流路のガス通過面積Ｓｂは、図６に示すように、供給側タンク流路１１５の流路面積Ｓｒ、充填側タンク流路１１６の流路面積Ｓｒと少なくとも同じとされ、本実施形態では、ガス通過面積Ｓｂを流路面積Ｓｒよりやや大きくした。

【0025】

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、次のようにして、水素ガスステーションからのガス充填と、燃料電池１００へのタンク内の水素ガス供給とを行う。流路規制弁機構３００は、図２に示すようにタンク到達流路１１７の開口側を転換シャフト３１０のテーパ凸部３１２が開放させている位置を原位置とし、バルブ機構１１１に上記各部材が組み込まれる。転換シャフト３１０がこの原位置を取る状態で、水素ガスステーションからのガス充填がなされる。このガス充填の際には、制御装置２００により供給側タンク流路１１５の開閉バルブ１１２が閉弁制御され、その後、レセプタクル１２２がガス充填ノズルＧｓに装着される。レセプタクル１２２の装着後は、水素ガスステーションから水素ガスが高圧で供給され、その供給された水素ガスは、水素充填管路１２０Ｒと充填側マニホールド１２３を経て、流路規制弁機構３００の充填側タンク流路１１６に流入する。

【0026】

こうして充填側タンク流路１１６に流入した水素ガス（以下、充填水素ガスと称する）は、充填側タンク流路１１６と供給側タンク流路１１５との流路接続ポイント１１９に設けられた転換シャフト３１０の二面幅部３１３に衝突して、そのガスの流れがタンク到達流路１１７の側に転換される。このガスの流れの転換を詳しく述べると、充填側タンク流路１１６を流れる充填水素ガスは、二面幅部３１３に衝突した後、この二面幅部３１３の平面および二面幅部３１３より下端側のテーパ凸部３１２のテーパ状側面に案内されることで、ガスの流れの転換を起こし、タンク到達流路１１７に流れ込むことになる。よって、水素ガスステーションからの充填水素ガスに水分が含まれていても、その水分は、転換シャフト３１０の二面幅部３１３による充填水素ガスの流れの転換により、詳しくは二面幅部３１３への充填水素ガスの衝突により、タンク到達流路１１７の側に充填水素ガスと共に導かれる。このため、本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２によれば、充填水素ガス中の水分を、流路接続ポイント１１９より下流側の供給側タンク流路１１５や当該流路の開閉バルブ１１２および減圧バルブ１２６、インジェクター１２５に達しがたくできるので、供給側タンク流路１１５の開閉バルブ１１２における弁内での水分の凍結を抑制できる。減圧バルブ１２６やインジェクター１２５についても、弁内での水分凍結を抑制できる。よって、本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２によれば、開閉バルブ１１２等の上記各機器を低温環境下でも高い信頼性で駆動できるので、低温環境下における燃料電池１００の発電性能を確保できる。

【0027】

上記のように水素ガス充填を行う場合、充填側タンク流路１１６を流れる充填水素ガスの一部は、転換シャフト３１０のテーパ凸部３１２の頂上を越えて供給側タンク流路１１５の側に流れ込み得る。しかしながら、充填側タンク流路１１６の側で既にガスの流れの転換が起きているので、供給側タンク流路１１５の側に流れ込んだ水素ガスには、そもそもごく少量の水分しか含まれていない。また、テーパ凸部３１２の頂上を越えて供給側タンク流路１１５の側に流れ込む水素ガスの流量事態もごく少量であるので、供給側タンク流路１１５の開閉バルブ１１２に水分が到達しがたいことに変わりはない。

【0028】

水素ガス充填の完了後における燃料電池１００への水素ガス供給は、次のようになる。図１に示す制御装置２００は、アクセル踏込量等で定まる供給量で、水素ガスタンク１１０に充填済みの水素ガス（以下、タンク内水素ガスと称する）を、燃料電池１００に供給する。この際、制御装置２００は、供給側タンク流路１１５の開閉バルブ１１２を開弁制御すると共に、インジェクター１２５についてもガス吹出量を調整する。こうしたタンク内水素ガスの供給の際には、タンク内水素ガスは、タンク到達流路１１７から転換シャフト３１０のテーパ凸部３１２に到達し、テーパ凸部３１２のテーパ状側面に案内されて供給側タンク流路１１５に導かれ、供給側タンク流路１１５を経て燃料電池１００に支障なく供給される。この場合、充填側タンク流路１１６では、その有する逆止弁１１３までタンク内水素ガスは浸入するものの、逆止弁１１３の上流側には流れない。

【0029】

本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２では、タンク到達流路１１７を、水素ガスステーションから供給されて充填側タンク流路１１６に流入した充填水素ガスの充填流路とできるほか、タンク内水素ガスを供給側タンク流路１１５に至らしめる排出供給流路ともできる。このため、本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２によれば、バルブ機構１１１における流路増加をもたらさないので、バルブ機構外郭を大きくする必要がなくなり、コンパクト化や軽量化、低コスト化を図ることができる。

【0030】

本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２は、調整コマ３４０の操作により、転換シャフト３１０のテーパ凸部３１２を、タンク到達流路１１７の流路開口の開口テーパ面１１７ｋに当接させて、タンク到達流路１１７をその流路開口において閉鎖する。供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６についても、転換シャフト３１０により、流路接続ポイント１１９にて閉鎖する。よって、本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２によれば、タンク到達流路１１７を閉鎖した状態で、供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６とを、それぞれ個別にリーク検査できるので、流路からのガスリークの回避の上から有益となる。

【0031】

本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２は、流路規制弁機構３００の転換シャフト３１０にて、既述したようにタンク到達流路１１７の閉鎖と開放を図るので、タンク到達流路１１７に流路開閉のための開閉弁を別途設ける必要がなく、構成の簡略化、部品点数の削減等が可能となる。

【0032】

本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２は、タンク到達流路１１７を開放した図２に示す原位置に転換シャフト３１０を位置させておくだけで、タンク到達流路１１７を、充填水素ガスのガス充填流路とタンク内水素ガスの排出供給流路とに確実に兼用できるので、簡便であると共に、コンパクト化や軽量化、低コスト化の実効性が高まる。

【0033】

本実施形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２では、充填水素ガスの流れの転換を図る転換シャフト３１０の二面幅部３１３と案内孔ボトム１１１ｐｂで形成するガス流路のガス通過面積Ｓｂを、供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６の流路面積Ｓｒよりやや大きくした。よって、本実施形態のタンクアッセンブリー１０２を有するタンクアッセンブリー１０２によれば、水素ガスタンク１１０への水素ガス充填の際および燃料電池１００へのタンク内水素ガスの供給の際に、不用意な圧力上昇を招かないので、ガス充填およびガス供給に支承を来さないようにできる。

【0034】

本実施形態のバルブ機構１１１を有するタンクアッセンブリー１０２では、供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６とを、流路接続ポイント１１９において直線状に接続する。よって、バルブ機構１１１における流路形成が容易となり、低コスト化を図ることができる。

【0035】

本実施形態のタンクアッセンブリー１０２を有する燃料電池システム１０によれば、既述したようなタンクアッセンブリー１０２としてのコンパクト化や軽量化、低コスト化を通して、システム全体のコンパクト化、軽量化等を図ることができる。これに加え、供給側タンク流路１１５の開閉バルブ１１２および減圧バルブ１２６、インジェクター１２５に水分を達しがたくして、これら機器での水分の凍結を抑制できるので、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、開閉バルブ１１２等の上記各機器を低温環境下でも高い信頼性で駆動できるので、低温環境下における燃料電池１００の発電性能を確保できる。

【0036】

次に、他の実施形態について説明する。図７は本発明の他の実施形態としての燃料電池システム１０Ａを概略的に示す説明図である。この実施形態では、図７に示すように、バルブ機構１１１は、タンク到達流路１１７に流路を開閉するタンク側開閉弁１１８を備え、流路規制弁機構３００Ａについては、次の構成とする。図８は他の実施形態における流路規制弁機構３００Ａの構成を断面視して示す説明図である。

【0037】

図８に示すように、バルブ機構１１１は、案内孔１１１ｐ１に転換シャフト３１０Ａを挿入して備える。この転換シャフト３１０Ａは、先の実施形態の転換シャフト３１０と異なり、案内孔１１１ｐ１において進退することはなく、フランジ部３１５にて、回転方向および案内孔軸方向に位置決めされている。そして、バルブ機構１１１は、ネジキャップ３６０にて転換シャフト３１０Ａを押し付け固定している。このように固定されている転換シャフト３１０Ａは、その先端のテーパ凸部３１２を、先の実施形態における転換シャフト３１０と同様、流路接続ポイント１１９における案内孔ボトム１１１ｐｂに位置させ、タンク到達流路１１７を開放したままとする。そして、この転換シャフト３１０Ａにあっても、二面幅部３１３の各平面を、供給側タンク流路１１５の開口と充填側タンク流路１１６の開口に対向させる。これにより、充填側タンク流路１１６から流れ込んだ充填水素ガスは、二面幅部３１３にてガスの流れの転換を受けてタンク到達流路１１７に導かれ、水素ガスタンク１１０に貯留される。また、水素ガスタンク１１０のタンク内水素ガスは、タンク到達流路１１７の開口を通過した後に、テーパ凸部３１２のテーパ状側面に案内されて供給側タンク流路１１５に入り込み、インジェクター１２５から燃料電池１００に供給される。

【0038】

この実施形態の流路規制弁機構３００Ａを有するタンクアッセンブリー１０２Ａによっても、転換シャフト３１０Ａの二面幅部３１３にて充填水素ガスの流れの転換を図るので、既述した効果を奏することができる。そして、この実施形態の流路規制弁機構３００Ａを有するタンクアッセンブリー１０２Ａでは、タンク到達流路１１７に設けたタンク側開閉弁１１８によりタンク到達流路１１７を閉鎖することで、供給側タンク流路１１５と充填側タンク流路１１６とを流路接続ポイント１１９において繋がった一つの流路系として、両流路のリーク検査を同時にでき、簡便である。タンク側開閉弁１１８については、手動操作とできるほか、制御装置２００にて駆動制御される電動式の開閉弁としてもよい。

【0039】

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0040】

上記の実施形態では、流路規制弁機構３００を、バルブ機構１１１の上面側から組み込んだが、バルブ機構１１１の側面側から組み込むようにしてもよい。図９は流路規制弁機構３００の構成を組み込み形態を変更した状態で断面視して示す説明図である。図示するように、この実施形態では、水素ガスタンク１１０に到るタンク到達流路１１７は、屈曲流路とされ、案内孔ボトム１１１ｐｂから延びる上流側流路の奥側に水分貯まり１１７ｗを備える。供給側タンク流路１１５は、例えば図における紙面奥側から水平に延びて流路接続ポイント１１９にて充填側タンク流路１１６と接続し、充填側タンク流路１１６は、流路接続ポイント１１９から紙面手前に水平に延びる。そして、転換シャフト３１０は、案内孔ボトム１１１ｐｂにおいて、二面幅部３１３を既述したように供給側タンク流路１１５の開口と充填側タンク流路１１６の開口に対向させる。このような組み付け形態の流路規制弁機構３００を有するタンクアッセンブリー１０２によっても、既述した効果を奏することができる。通常、水素ガスタンク１１０は、車両において横置き搭載されるので、図９に示す流路規制弁機構３００は、タンク到達流路１１７をその流路開口で閉鎖する際の操作対象である調整コマ３４０を、車両床下から操作できるようにする。よって、供給側タンク流路１１５や充填側タンク流路１１６のリーク検査に当たり、図１に示した燃料電池搭載車両２０をジャッキアップすれば、保守作業員は、車両床下側から容易に調整コマ３４０を操作できるので、作業性が高まる。

【符号の説明】

【0041】

１０、１０Ａ…燃料電池システム
２０…燃料電池搭載車両
１００…燃料電池
１０２、１０２Ａ…タンクアッセンブリー
１１０…水素ガスタンク
１１１…バルブ機構
１１１ｐ１…案内孔
１１１ｐ２…固定孔
１１１ｐｂ…案内孔ボトム
１１２…開閉バルブ
１１３…逆止弁
１１４…温度センサー
１１５…供給側タンク流路
１１６…充填側タンク流路
１１６ｐ…接続ポート
１１７…タンク到達流路
１１７ｋ…開口テーパ面
１１７ｗ…水分貯まり
１１８…タンク側開閉弁
１１９…流路接続ポイント
１２０…水素ガス供給系
１２０Ｆ…燃料ガス供給管路
１２０Ｒ…水素充填管路
１２１…供給側マニホールド
１２２…レセプタクル
１２３…充填側マニホールド
１２４…放出管路
１２５…インジェクター
１２６…減圧バルブ
１２７…排出流量調整バルブ
１５０…コンプレッサ
１６０…空気供給系
１６１…酸素供給管路
１６２…放出管路
１６３…排出流量調整バルブ
２００…制御装置
３００、３００Ａ…流路規制弁機構
３１０、３１０Ａ…転換シャフト
３１２…テーパ凸部
３１３…二面幅部
３１４…Ｏリング
３１５…フランジ部
３１６…フランジ突起
３２０…保持スリーブ
３２４…案内切欠
３３０…コイルバネ
３４０…調整コマ
３５０…コマ案内体
３６０…ネジキャップ
Ｓｂ…ガス通過面積
Ｓｒ…流路面積
Ｇｓ…ガス充填ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】