JP2013238280A - Valve device for high-pressure tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧タンク用のバルブ装置に関する。 The present invention relates to a valve device for a high-pressure tank.
下記特許文献1には、燃料電池車両に搭載され、高圧の燃料ガスを充填した高圧タンクに装着される高圧タンク用のバルブ装置が開示されている。このバルブ装置では、高圧タンクへの燃料ガスの充填と燃料電池への燃料ガスの供給とで共用する共通流路を設けることで、燃料ガスの充填系ラインと供給系ラインとを共通化し、部品数を削減している。 Patent Document 1 listed below discloses a valve device for a high-pressure tank that is mounted on a high-pressure tank that is mounted on a fuel cell vehicle and filled with high-pressure fuel gas. In this valve device, by providing a common flow path that is shared by the fuel gas filling to the high-pressure tank and the fuel gas supply to the fuel cell, the fuel gas filling system line and the supply system line are shared, and the parts The number has been reduced.
ところで、上述した特許文献1のバルブ装置では、燃料ガスを充填しているときに、充填時の圧力によって供給系にある電磁弁の弁体が浮いてしまい、電磁弁による供給側に対するシール性が失われ、高圧タンク内の燃料ガスが供給側にリークしてしまうおそれがある。 By the way, in the valve device of Patent Document 1 described above, when the fuel gas is filled, the valve body of the electromagnetic valve in the supply system floats due to the pressure at the time of filling, and the sealing performance against the supply side by the electromagnetic valve is provided. There is a risk that the fuel gas in the high-pressure tank leaks to the supply side.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、燃料ガスの充填時に、燃料ガスの供給側に燃料ガスがリークすることを防止できる高圧タンク用のバルブ装置およびこれを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and a valve device for a high-pressure tank capable of preventing the fuel gas from leaking to the fuel gas supply side when the fuel gas is filled, and An object is to provide a fuel cell system including the same.
上述した課題を解決するため、本発明に係る高圧タンク用のバルブ装置は、高圧の燃料ガスを貯留する高圧タンクに装着可能な高圧タンク用のバルブ装置であって、前記高圧タンク内に前記燃料ガスを流入させ、前記高圧タンク内から前記燃料ガスを流出させるためのガス流路と、前記燃料ガスの充填孔から前記ガス流路に向けて前記燃料ガスを流入させるための流入流路と、前記ガス流路から前記燃料ガスの供給孔に向けて前記燃料ガスを流出させるための流出流路と、前記流出流路に設けられ、前記高圧タンク内から前記高圧タンク外への前記燃料ガスの供給を遮断または許容する電磁弁と、を備え、前記電磁弁の閉弁圧が、前記高圧タンク外から前記高圧タンク内に前記燃料ガスを充填しているときに受ける圧力よりも大きい。 In order to solve the above-described problems, a valve device for a high-pressure tank according to the present invention is a valve device for a high-pressure tank that can be attached to a high-pressure tank that stores high-pressure fuel gas, and the fuel is contained in the high-pressure tank. A gas flow path for flowing gas into and out of the high-pressure tank; an inflow path for flowing the fuel gas from the fuel gas filling hole toward the gas flow path; An outflow passage for allowing the fuel gas to flow out from the gas passage toward the fuel gas supply hole; and an outflow passage provided in the outflow passage, and the fuel gas from inside the high pressure tank to outside the high pressure tank. An electromagnetic valve that cuts off or allows supply, and a closing pressure of the electromagnetic valve is larger than a pressure received when the fuel gas is filled from outside the high-pressure tank into the high-pressure tank.
この発明によれば、電磁弁の閉弁圧を、燃料ガス充填時に受ける圧力よりも大きくすることができるため、燃料ガス充填時に電磁弁が開弁する事態を防止することができる。 According to the present invention, since the valve closing pressure of the electromagnetic valve can be made larger than the pressure received when the fuel gas is filled, it is possible to prevent the electromagnetic valve from opening when the fuel gas is filled.
上記高圧タンク用のバルブ装置において、前記電磁弁は、プランジャと、前記プランジャの閉弁方向に付勢力を作用させるスプリングと、を含み、前記高圧タンク外から前記高圧タンク内に前記燃料ガスを充填しているときに前記プランジャにかかる圧力が、前記プランジャが前記スプリングから受ける力よりも小さくなるように、前記プランジャの断面積が設定されている、こととしてもよい。 In the valve device for the high-pressure tank, the solenoid valve includes a plunger and a spring that applies a biasing force in a valve closing direction of the plunger, and the fuel gas is filled into the high-pressure tank from outside the high-pressure tank. The cross-sectional area of the plunger may be set so that the pressure applied to the plunger during the operation is smaller than the force that the plunger receives from the spring.
これにより、燃料ガス充填時にプランジャにかかる圧力が、プランジャがスプリングから受ける力よりも小さくなるように、プランジャの断面積を設定することができるため、燃料ガス充填時にプランジャにかかる圧力によって電磁弁が開弁する事態を防止することができる。 As a result, since the cross-sectional area of the plunger can be set so that the pressure applied to the plunger during fuel gas filling is smaller than the force received by the plunger from the spring, A situation where the valve is opened can be prevented.
上記高圧タンク用のバルブ装置において、前記プランジャには、前記プランジャの周縁から中心軸方向に向けて切り欠いた溝部が設けられている、こととしてもよい。これにより、プランジャが傾くことを防止することができる。 In the above-described valve device for a high-pressure tank, the plunger may be provided with a groove portion that is notched from the periphery of the plunger toward the central axis. Thereby, it can prevent that a plunger inclines.
本発明によれば、燃料ガスの充填時に、燃料ガスの供給側に燃料ガスがリークすることを防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the fuel gas from leaking to the fuel gas supply side when the fuel gas is filled.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る高圧タンク用のバルブ装置の好適な実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a valve device for a high-pressure tank according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1を参照して、本実施形態における高圧タンク用のバルブ装置の構成について説明する。図1は、高圧タンク用のバルブ装置を模式的に示した構成図である。 With reference to FIG. 1, the structure of the valve apparatus for high pressure tanks in this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a valve device for a high-pressure tank.
高圧タンク用のバルブ装置1は、高圧の燃料ガス(水素ガス)を貯留する高圧タンク2に装着される。高圧タンク用のバルブ装置1は、ガス流路10と、ガス流入流路11と、ガス流出流路12と、ガス充填孔13と、ガス供給孔14と、電磁弁15と、マニュアル弁16と、逆止弁17、18と、安全弁19と、を含んで構成される。
A valve device 1 for a high-pressure tank is mounted on a high-pressure tank 2 that stores high-pressure fuel gas (hydrogen gas). A valve device 1 for a high-pressure tank includes a
ガス流路10は、高圧タンク2内に燃料ガスを流入させ、高圧タンク2内から燃料ガスを流出させるための流路である。このガス流路10が、高圧タンク2への燃料ガスの充填と燃料電池(不図示)側への燃料ガスの供給とで共用する共通流路となる。燃料電池は、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する電池であり、例えば燃料電池車両に搭載される。
The
ガス流路10には、マニュアル弁16が設けられている。マニュアル弁16は、点検時等に燃料ガスの流出を遮断させるための手動式の弁である。ガス流路10には、安全弁19に繋がる流路が接続されている。安全弁19は、高圧タンク2内の温度が所定温度以上に上昇した場合に開弁させる弁である。
A
ガス充填孔13には、充填手段(不図示)から流入される燃料ガスを高圧タンク2側に流入させるための充填用流路が接続される。ガス供給孔14には、高圧タンク2に貯留された燃料ガスを燃料電池側に供給するための燃料供給用流路が接続される。
The
ガス流入流路11は、ガス充填孔13からガス流路10に向けて燃料ガスを流入させるための流路である。ガス流入流路11には、逆止弁17、18が設けられている。逆止弁17、18は、高圧タンク2内側から高圧タンク2外側に向けて燃料ガスが逆流することを阻止するための弁である。
The
ガス流出流路12は、ガス流路10からガス供給孔14に向けて燃料ガスを流出させるための流路である。ガス流出流路12には、電磁弁15が設けられている。電磁弁15は、高圧タンク2内から高圧タンク2外への燃料ガスの供給を遮断または許容する弁である。
The
図2を参照して、電磁弁15の構成について説明する。図2(A)は、電磁弁15の概略断面図であり、図2(B)は、図2(A)に示すプランジャ151のI−I断面を模式的に示す図である。
The configuration of the
電磁弁15は、スリーブ150と、プランジャ151と、ポペット152と、ポペット着座部155と、スプリング154と、ボール153と、ボール着座部158と、高圧タンク2側の流入孔156と、燃料電池側の流出孔157と、電磁石(ソレノイドコイル)159と、を含んで構成される。
The
プランジャ151およびポペット152は、軸線方向にそれぞれ移動可能にスリーブ150内に収容される。プランジャ151にはボール153が固定されており、このボール153にはスプリング154の付勢力が作用する。したがって、プランジャ151には、スプリング154の付勢力がボール153を介して閉弁方向に作用することになる。また、ポペット152には、スプリング154の付勢力がボール153およびボール着座部158を介して閉弁方向に作用することになる。
Plunger 151 and
プランジャ151およびポペット152が軸線方向に移動することで電磁弁15の開閉が行われる。プランジャ151は、電磁石159による電磁力を利用して移動させられる。具体的には、駆動源(不図示)から電磁石159に印加される電圧を制御することで、プランジャ151を移動させる。
The
ここで、図2(B)に示すように、本実施形態におけるプランジャ151は、その軸線と垂直方向の断面形状が、円形の一部をDカット状に削り落した形状になっている。このDカット状に削った部分(以下、「Dカット部」という。)を形成することで、プランジャ151とスリーブ150との間に、隙間を設けることができる。このプランジャ151とスリーブ150との間の隙間については、後述する。
Here, as shown in FIG. 2 (B), the
図3を参照して、電磁石159による電磁力を利用して電磁弁15の閉弁状態および開弁状態を制御するしくみについて説明する。図3(A)は閉弁状態の電磁弁15を示す模式図であり、図3(B)は閉弁状態から開弁状態に移行する途中の電磁弁15を示す模式図であり、図3(C)は開弁状態の電磁弁15を示す模式図である。
With reference to FIG. 3, a mechanism for controlling the valve closing state and the valve opening state of the
図3(A)に示すように、電磁石159に電圧が印加されていないときには、閉弁方向に作用するスプリング154の付勢力によってポペット152の先端がポペット着座部155に押し付けられ、電磁弁15は閉弁状態となる。閉弁状態時には、ポペット152とプランジャ151のポペット支持部151aとの間には隙間がある。
As shown in FIG. 3A, when no voltage is applied to the
図3(B)に示すように、電磁石159に電圧の印加が開始されると、電磁石159の電磁力がプランジャ151の開弁方向に作用し始める。このプランジャ151の開弁方向に作用する力が、スプリング154の付勢によりプランジャ151の閉弁方向に作用する力を上回ったときに、プランジャ151の開弁方向への移動が開始する。プランジャ151が、ポペット152とポペット支持部151aとの間の隙間分開弁方向に移動するまでは、ポペット152の先端がポペット着座部155に接触したままとなり、ポペット152の閉弁状態が維持される。このとき、ボール153がボール着座部158から離脱し、高圧タンク2側からの燃料ガスが流出孔157に向けて流れ込む。
As shown in FIG. 3B, when application of voltage to the
これにより、高圧タンク2側と燃料電池側との間の圧力差を小さくしてから、ポペット152を引き上げて、電磁弁15を開弁させることが可能となる。
Thus, after the pressure difference between the high-pressure tank 2 side and the fuel cell side is reduced, the
図3(C)に示すように、プランジャ151のポペット支持部151aに支持されたポペット152が、プランジャ151と一体となり開弁方向に移動する。これにより、ポペット152の先端がポペット着座部155から離れ、電磁弁15が開弁状態となる。
As shown in FIG. 3C, the
ここで、電磁弁15は、スプリング154の付勢力を利用して閉弁状態を維持している。したがって、燃料ガスの充填時に、閉弁状態の電磁弁15に高圧タンク2側から大きな圧力が加えられると、スプリング154の付勢力では閉弁状態を維持することができなくなり、燃料ガスが燃料電池側にリークしてしまう可能性がある。このような現象を繰り返すと、電磁弁15の寿命が短くなる等の不具合を生ずるおそれもある。
Here, the
そこで、本実施形態における電磁弁15は、Dカット部の面積を大きくすることで、プランジャ151とスリーブ150との間に設けられる隙間を大きくしている。この隙間を大きくすることで、燃料ガス充填時の圧力によって、図3(B)に示すように、プランジャ151が開弁方向に押し上げられようとしても、高圧タンク2側からの燃料ガスを上記隙間からプランジャ151の上側端面に作用させることで、閉弁状態を維持することが可能となり、燃料電池側へのリークを防止することが可能となる。
Therefore, in the
一方、Dカット部の面積を大きくし過ぎると、磁力線が減少してしまうため、吸引力が低下してしまう。したがって、燃料電池側へのリークを防止し、かつ、吸引力の低下を防止可能な範囲に収まるように、Dカット部の面積を調整することが望ましい。 On the other hand, if the area of the D-cut portion is increased too much, the lines of magnetic force are reduced, so that the attractive force is reduced. Therefore, it is desirable to adjust the area of the D-cut portion so that the leakage to the fuel cell side is prevented and the fall of the suction force can be prevented.
本願発明者が実験を試行したところ、Dカット部を形成しない略円形状のプランジャの断面積に対するDカット部の面積の割合が、0.3%のときにはリークが発生し、2.8%のときにはリークが発生しないことが判明した。一方、上記割合が2.8%のときには、磁力線が減少し、吸引力が低下してしまうことが判明した。これらの結果を踏まえると、上記割合が2%前後になるように、Dカット部の面積を調整することが好ましい。 When the inventors of the present application tried an experiment, when the ratio of the area of the D-cut portion to the cross-sectional area of the substantially circular plunger that does not form the D-cut portion is 0.3%, leakage occurs and 2.8%. Sometimes it was found that no leaks occurred. On the other hand, when the ratio is 2.8%, it has been found that the lines of magnetic force decrease and the attractive force decreases. Considering these results, it is preferable to adjust the area of the D-cut portion so that the ratio is around 2%.
上述してきたように、実施形態における高圧タンク用のバルブ装置1によれば、燃料ガスの充填時にプランジャ151にかかる圧力が、プランジャ151がスプリング154から受ける力よりも小さくなるように、プランジャ151の断面積を設定することができるため、燃料ガス充填時にプランジャ151にかかる圧力によって電磁弁15が開弁する事態を防止することができる。それゆえに、燃料ガスの充填時に、燃料ガスの供給側に燃料ガスがリークすることを防止できる。
As described above, according to the valve device 1 for a high-pressure tank in the embodiment, the pressure applied to the
なお、上述した実施形態では、プランジャの断面形状が、図2(B)に示すように、円形の一部をDカット状に削り落した形状である場合について説明しているが、プランジャの断面形状は、これに限定されない。燃料ガスの充填時にプランジャにかかる圧力が、プランジャがスプリングから受ける力よりも小さくなるように、プランジャの断面積を設定できれば、他の形状であってもよい。 In the embodiment described above, the case where the cross-sectional shape of the plunger is a shape obtained by scraping a part of a circle into a D-cut shape as shown in FIG. The shape is not limited to this. Other shapes may be used as long as the cross-sectional area of the plunger can be set so that the pressure applied to the plunger during the fuel gas filling is smaller than the force received by the plunger from the spring.
例えば、図4に示すように、プランジャの断面形状が、円形の一部をその周縁から中心部に向けて凹状に切り欠いた形状であってもよい。つまり、プランジャ151の側面に、プランジャ151の周縁から中心軸方向に向けて切り欠いた溝部を形成することとしてもよい。
For example, as shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of the plunger may be a shape in which a part of a circle is cut out in a concave shape from its peripheral edge toward the center. That is, it is good also as forming the groove part notched toward the central-axis direction from the periphery of the
凹状に切り欠いた形状にすることで、Dカット状に削り落した形状に比べて、プランジャがスリーブ内で傾く可能性を低減することができる。プランジャが傾くと、樹脂シールの面辺り分布が悪化する要因になる。したがって、凹状に切り欠いた形状にすることで、プランジャの傾きを抑え、シール性を確保することができる。 By making the shape cut into a concave shape, it is possible to reduce the possibility that the plunger is inclined in the sleeve as compared with the shape cut into a D-cut shape. When the plunger is inclined, the distribution around the surface of the resin seal becomes a factor. Therefore, by making the shape cut into a concave shape, the inclination of the plunger can be suppressed and the sealing performance can be ensured.
また、図5に示すように、プランジャ151にDカット部や溝部を形成せずに、貫通孔を形成することとしてもよい。
Moreover, as shown in FIG. 5, it is good also as forming a through-hole, without forming D cut part and a groove part in the
また、上述した実施形態では、プランジャの断面積を調整することで、燃料電池側へのリークを防止しているが、リークを防止する手法は、これに限定されない。電磁弁の閉弁圧を、燃料ガスの充填時に受ける圧力よりも大きくすることができれば、他の手法であってもよい。例えば、スプリングの付勢力が、燃料ガス充填時に受ける圧力よりも大きくなるように調整してもよい。 Moreover, in embodiment mentioned above, although the leak to the fuel cell side is prevented by adjusting the cross-sectional area of a plunger, the method of preventing a leak is not limited to this. Other methods may be used as long as the valve closing pressure of the solenoid valve can be made larger than the pressure received when the fuel gas is charged. For example, the biasing force of the spring may be adjusted so as to be larger than the pressure received when the fuel gas is charged.
1…高圧タンク用のバルブ装置、2…高圧タンク、10…ガス流路、11…ガス流入流路、12…ガス流出流路、13…ガス充填孔、14…ガス供給孔、15…電磁弁、16…マニュアル弁、17、18…逆止弁、19…安全弁、150…スリーブ、151…プランジャ、151a…プランジャのポペット支持部、152…ポペット、153…ボール、154…スプリング、155…ポペット着座部、156…流入孔、157…流出孔、158…ボール着座部、159…電磁石。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Valve apparatus for high pressure tanks, 2 ... High pressure tank, 10 ... Gas flow path, 11 ... Gas inflow path, 12 ... Gas outflow path, 13 ... Gas filling hole, 14 ... Gas supply hole, 15 ... Solenoid valve , 16 ... Manual valve, 17, 18 ... Check valve, 19 ... Safety valve, 150 ... Sleeve, 151 ... Plunger, 151a ... Plunger poppet support, 152 ... Poppet, 153 ... Ball, 154 ... Spring, 155 ... Poppet seating 156 ... inflow hole, 157 ... outflow hole, 158 ... ball seating part, 159 ... electromagnet.
Claims (3)
前記高圧タンク内に前記燃料ガスを流入させ、前記高圧タンク内から前記燃料ガスを流出させるためのガス流路と、
前記燃料ガスの充填孔から前記ガス流路に向けて前記燃料ガスを流入させるための流入流路と、
前記ガス流路から前記燃料ガスの供給孔に向けて前記燃料ガスを流出させるための流出流路と、
前記流出流路に設けられ、前記高圧タンク内から前記高圧タンク外への前記燃料ガスの供給を遮断または許容する電磁弁と、
を備え、
前記電磁弁の閉弁圧が、前記高圧タンク外から前記高圧タンク内に前記燃料ガスを充填しているときに受ける圧力よりも大きいことを特徴とする高圧タンク用のバルブ装置。 A valve device for a high-pressure tank that can be attached to a high-pressure tank that stores high-pressure fuel gas,
A gas flow path for allowing the fuel gas to flow into the high-pressure tank and for allowing the fuel gas to flow out of the high-pressure tank;
An inflow channel for allowing the fuel gas to flow from the filling hole of the fuel gas toward the gas channel;
An outflow channel for flowing out the fuel gas from the gas channel toward the fuel gas supply hole;
An electromagnetic valve that is provided in the outflow passage and shuts off or allows the supply of the fuel gas from the high-pressure tank to the outside of the high-pressure tank;
With
A valve device for a high-pressure tank, wherein a closing pressure of the electromagnetic valve is larger than a pressure received when the fuel gas is filled from outside the high-pressure tank into the high-pressure tank.
前記高圧タンク外から前記高圧タンク内に前記燃料ガスを充填しているときに前記プランジャにかかる圧力が、前記プランジャが前記スプリングから受ける力よりも小さくなるように、前記プランジャの断面積が設定されている、ことを特徴とする請求項1記載の高圧タンク用のバルブ装置。 The electromagnetic valve includes a plunger and a spring that applies a biasing force in a valve closing direction of the plunger,
The cross-sectional area of the plunger is set so that the pressure applied to the plunger when the fuel gas is filled into the high-pressure tank from outside the high-pressure tank is smaller than the force that the plunger receives from the spring. The valve device for a high-pressure tank according to claim 1, wherein
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