CN100458264C - 高压罐以及阀门组件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够适当地提高调压阀的操作处理性的高压罐以及阀门组件。本发明的高压罐(1)是设置了一体地包括截止阀(11)和调压阀(12)的阀门组件(10)的高压罐(1)，阀门组件(10)包括插入到高压罐(1)内部的第一区域(15)以及露出到高压罐(1)外部的第二区域(16)。截止阀(11)被配置在第一区域(15)，调压阀(12)的至少一部分被配置在第二区域(16)。

Description

高压罐以及阀门组件
技术领域
本发明涉及将一体地具有截止阀和调压阀的阀门组件设置在高压罐上的高压罐用阀门组件构造，尤其涉及规定了截止阀和调压阀相对高压罐的配置的高压罐以及阀门组件。
背景技术
高压贮存氢气等气体的高压罐，被搭载在例如燃料电池车辆等移动体上。通过气体供给管将高压罐内的气体供给至燃料电池等。在设置于气体供给管上的各种阀中，从高压罐开始将截止阀和调压阀一体地串联连接而构成阀门组件，并将该阀门组件设置在高压罐的接头部上的构造是已知的。
例如，作为这种高压罐用阀门组件构造，已知有将截止阀和调压阀两者配置在高压罐内部的构造(例如参照专利文献1)或将调压阀配置在高压罐内而将截止阀配置在高压罐外的构造(例如参照专利文献2和3)。
专利文献1 日本特开2003-90499号公报(图1)
专利文献2 日本特开2003-166700号公报(图1)
专利文献3 美国专利第6041762号说明书(图3)
发明内容
这样的以往的高压罐用阀门组件构造，因为能够至少将一个阀收纳在高压罐内，所以从移动体上的设置空间(例如车辆安装空间)受制约的方面来看是有用的。但是，因为阀门组件中的调压阀位于高压罐内，所以难以进行调压阀的二次侧压力(调压特性)的调整作业。
本发明的目的在于提供一种能够适当提高调压阀的操作处理性的高压罐以及阀门组件。
为了实现所述目的，本发明的高压罐，是设置有一体地具有截止阀和调压阀的阀门组件的高压罐，阀门组件具有插入到高压罐内部的第一区域以及露出到高压罐外部的第二区域。截止阀被配置在第一区域，调压阀的至少一部分被配置在第二区域。
根据这样的构成，能够经由露出高压罐外部的调压阀的至少一部分，进行调压阀的二次侧压力的调整等，能够适当提高其操作处理性以及维护性。另外，因为截止阀被配置在高压罐内部，所以能够减少向高压罐外侧伸出的部分，能够提高高压罐的搭载性。
在此，作为在高压罐内所贮存的高压气体，例如包括氢气、天然气、氧气、空气等各种气体。阀门组件，相对于壳体(本体)，除了截止阀和调压阀以外，还可以一体地具备安全阀等其它的阀。截止阀一般来说只要由电磁阀构成即可。调压阀可以使用直动式以及引导(pilot)式中的任意一种。另外，调压阀既可以是机械式地控制压力的构成，也可以是例如作为电-气调节器(电-气调压阀)而构成。
根据本发明的高压罐的一个形态，优选为高压罐具有用于将第一区域插入到高压罐的内部的口部、且是具备内螺纹的口部，第一区域具有与内螺纹拧合的外螺纹。
本发明的另一高压罐，是设置有一体地具有截止阀和调压阀的阀门组件的高压罐，阀门组件跨过高压罐的内外而设置，截止阀被配置在高压罐内部，调压阀的至少其一部分被配置为露出到高压罐外部。
根据这样的构成，与上述相同，因为调压阀的至少一部分露出到高压罐外，所以能够适当地提高调压阀的操作处理性。另外，通过将截止阀配置在高压罐内，能够减少向高压罐外侧伸出的部分。
优选所述阀门组件被构成得能够旋入连接在所述高压罐的接头部上。
通过这样构成，能够将阀门组件以足够的强度简单地连接在高压罐上。
另外，如果从阀门组件的观点来看本发明，则如以下所述。
即，本发明的阀门组件，是设置在高压罐上并一体地具有截止阀以及调压阀的阀门组件，具有被插入到高压罐内部的第一区域、和露出到高压罐外部的第二区域。截止阀被配置在第一区域，调压阀的至少一部分被配置在第二区域。
另外，本发明的另一阀门组件，是设置在高压罐上并一体地具有截止阀以及调压阀的阀门组件，截止阀被配置在高压罐内部，调压阀的至少一部分被配置为露出到高压罐外部。
根据这样的构成，如上所述，能够适当地提高调压阀的操作处理性，并提高高压罐的搭载性。
根据本发明的高压罐或本发明的阀门组件的一个形态，优选为所述调压阀的至少一部分由用于设定该调压阀的调压特性的部分构成。
根据该构成，能够适当地进行调压阀的二次侧压力(调压特性)的调整。在此，所谓用于设定调压阀的调压特性的部分，例如在由隔膜式构成的情况下，是指能够设定作用在隔膜的两面上的推力的部分。作为该部分，例如可以列举隔膜、对隔膜直接或间接地进行加载的调压弹簧、用于压缩或拉伸调压弹簧的手柄以及直接或间接地与隔膜连结的阀体。
根据本发明的高压罐或本发明的阀门组件的一个形态，优选为调压阀的尺寸比截止阀的尺寸大。
根据这样的构成，例如在上述旋入连接的情况下，能够很好地有助于其螺纹部的成本降低以及调压阀的耐久性提高。
根据本发明的高压罐或本发明的阀门组件的一个形态，优选为调压阀的阀杆的轴线方向是与高压罐的轴线方向交叉的方向。更优选为调压阀的阀杆的轴线方向是与高压罐的轴线方向垂直的方向。
一般来说，调压阀作为整体来看通常沿其阀杆的轴线方向使长度伸长，所以如果使其轴线方向与高压罐的轴线方向一致，则设置了阀门组件的高压罐的全长容易变长。因此如上所述，通过使这两者的轴线方向交叉或是垂直，能够使设置了阀门组件的高压罐的全长变得比较短。由此，高压罐以及阀门组件不用大量地占有设置它们的设置空间也可以。
根据本发明的高压罐或本发明的阀门组件的一个形态，优选为调压阀的阀杆的轴线方向与截止阀的阀杆的轴线方向交叉。更优选为调压阀的阀杆的轴线方向与截止阀的阀杆的轴线方向垂直。
与上述同样地，能够避免大量占用设置空间，可适当地配置截止阀以及调压阀。
另外，鉴于达成本发明的过程，若从其他的几个观点来看本发明，则如下所述。
本发明的高压罐用阀门组件构造，是将一体地具有截止阀和调压阀的阀门组件设置在高压罐上的高压罐用阀门组件构造，截止阀被配置在高压罐内，调压阀被配置在高压罐外。
根据该构成，因为调压阀被配置在高压罐外，所以能够适当提高调压阀的二次侧压力的调整等的操作处理性以及维护性。另外，因为截止阀被配置在高压罐内，所以能够减少向高压罐外伸出的部分，也能够提高高压罐的搭载性。
在此，所谓的高压罐内和高压罐外，可以以罐外壳的外周面为基准解释为内侧、外侧。另外，调压阀只要是能够从高压罐的外部进行其调整的构造，则即使调压阀的构造体的一部分被包括在高压罐的内部也可以。例如，只要能够从高压罐外进行调压阀的调整，则即便配置使得调压阀的主要部分高达一半左右地比罐外壳的外周面没入到罐内部也可以。通过将调压阀的构造体的一部分包含在高压罐的内部，能够更进一步削减整体的空间。
优选为阀门组件被构成得能够旋入连接在所述高压罐的接头部中。
优选为调压阀的尺寸比截止阀的尺寸大。
优选为调压阀的阀杆的轴线方向是与高压罐的轴线垂直的方向。
优选为调压阀的阀杆的轴线方向与截止阀的阀杆的轴线方向垂直。
另外，能够提供一种搭载了上述的本发明的高压罐用阀门组件构造的移动体。据此，能够提供一种调压阀的操作处理性高的移动体。另外，一般来说移动体是高压罐以及阀门组件的设置空间受到制约的装置，但能够将它们很好地配置在该受到制约的设置空间中。在此，作为移动体，例如可以列举车辆、航空机器船舶等，以高压罐为动力源来使用的运输机械。
根据以上说明的本发明的高压罐以及阀门组件，能够适当提高调压阀的操作处理性。另外，能够提高高压罐的搭载性。
附图说明
图1是简略表示实施例所涉及的高压罐的构成的构造图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例的高压罐用阀门组件构造进行说明。该高压罐用阀门组件构造，是能够良好地搭载在燃料电池车辆等移动体上的，通过将截止阀配置在高压罐内并将调压阀配置在高压罐外，从而提高了调压阀的操作处理性的构造。
如图1所示，高压罐1具有整体呈密闭圆筒状的罐本体2、和设置在罐本体2的长度方向的一端部上的接头部3。罐本体2的内部成为以高压贮存天然气或者氢气等各种气体的贮存空间4。在将高压罐适用于燃料电池系统的情况下，将例如35MPa或者70MPa的氢气、或者20MPa的CNG气体(压缩天然气)贮存在贮存空间4的内部。
罐本体2的外壳是由具有气体阻挡性的内侧的内衬层和覆盖该内衬层的外侧的由FRP构成的外壳这样的双层构造构成的。内衬层是由例如高密度聚乙烯等树脂构成的。这样一来，也可以将罐本体2设置成树脂制，但显然罐本体2也可以是由铝合金等金属制的结构。
接头部3(口部)，例如由不锈钢等金属形成，被设置在罐本体2的呈球面状的端壁部的中心。在接头部3的内周表面，形成有用于旋入连接阀门组件10的内螺纹6。另外，图1以局部剖视图展示了接头部3的内螺纹6周围的部分。高压罐1内的气体，经由连接在接头部3上的阀门组件10而被向外部的气体供给管供给。
阀门组件10以跨及高压罐1的内外的方式设置。阀门组件10，一体地具有被配置在罐本体2内的贮存空间4中的截止阀11和被配置在罐本体2外的调压阀12。
阀门组件10例如具有单一的外壳13，在外壳13上串联地组装着截止阀11以及调压阀12。换言之，外壳13，在插入到高压罐1内部的第一区域15上组装着截止阀11，同时在露出于高压罐1外部的第二区域16上组装着调压阀12。
在第一区域15的外周表面形成有与接头部3的内螺纹螺合的外螺纹14，通过该螺纹部分可以将阀门组件10旋入连接在接头部3上。在被旋入连接的阀门组件10和接头部3之间，被图未示的多个密封部件气密密封。
外壳13既可以是其自身由单一部件构成，也可以是由多个部件组合而成。另外，外壳13也可以兼作截止阀11及调压阀12的阀体，但是显然也可以分别形成各阀11、12的阀体，再将各阀体组装到外壳13上。
即，如果将阀门组件10作为整体来看，既包括将单独构成的截止阀11以及调压阀12一体地组装到外壳13上的状态，也包括阀门组件10“一体地具有”截止阀11以及调压阀12的状态。另外，阀门组件10，除了截止阀11以及调压阀12以外，还可以一体地具有安全阀(溢流阀、溶栓阀)、止回阀等其它的阀。
在阀门组件10的外壳13内形成有连通贮存空间4和外部的气体供给管的阀内流路20。阀内流路20是从贮存空间4侧开始顺次连接第一流路21、第二流路21以及第三流路23而构成的。第一流路21和第二流路22之间由截止阀11连通或者截止。第二流路22成为调压阀12的一次侧流路，第三流路23成为调压阀12的二次侧流路，与外部的气体供给管连接。
截止阀11(开闭阀)例如由电磁阀构成，被构成为通过借助电磁线圈的驱动而进退的阀杆31(可动件、阀体)来开闭阀内流路20。截止阀11对高压罐1起到主阀的作用，是关闭从高压罐1内向气体供给管的流体(气体)的部件。截止阀11，例如通过电磁线圈的励磁，阀杆31向其轴方向前进，设在阀杆31的前端部的阀体32与阀座33接触，从而阀内流路20截止。另一方面，通过电磁线圈的消磁，阀杆31向其轴方向后退，阀体31从阀座33离开，从而阀内流路20连通。在这种情况下，阀杆31的轴线方向X-X与高压罐1的轴线方向一致。
调压阀12位于由罐本体2的外壳形成的外周表面的外侧。调压阀12，由例如直动式的调节器(regulator)构成，将从贮存空间4送到气体供给管的气体减压至规定压力。调压阀12，通过具有与阀座41相对峙的阀体42的阀杆43根据二次侧压力在轴线方向上进退，从而将气体减压到规定压力。在这种情况下，阀杆43的轴线方向Y-Y与高压罐1的轴线方向X-X(截止阀11的阀杆31的轴线方向)垂直。
另外，例如，调压阀12的阀杆43的进退，根据作用在隔膜(diaphragm)44的两面上的压力差以及调压弹簧而进行。调压阀12的调压特性(开阀特性)，可以通过对阀体42或隔膜44的受压面积、形状或刚性、以及调压弹簧的形状、材料特性或者弹性系数中的至少一个的性状进行变更来设定。因为本实施例中的调压阀12被配置在高压罐1的外侧，所以可以作业性良好地进行该调压特性的调整。另外，调压阀12可以是以引导式动作的阀，或者是作为电-气调节器来构成的。
在此，详细说明调压阀12相对高压罐1的配置。如果考虑只要能够从高压罐1外部操作性良好地向调压阀12接近即可，则没有必要必须将调压阀12的全部构造体都配置在罐本体2的外壳的外周表面的外侧。即，调压阀12，只要配置使得确保其调压特性或操作处理性等所必需的构造露出到高压罐1外部即可，对于确保其调压特性或操作处理性等而言没有必要的构造，即使配置为没入在高压罐1内或者从高压罐1外部不能看到也可以。
例如，可以将用于设定调压阀12的调压特性的部分(调整要素)配置在第二领域16内，将其它部分配置在第一领域15内。这样一来，操作员或使用者能够从高压罐1的罐外壁面的外侧适当地进行调压阀12的二次侧压力的调整。另外，因为调压阀12的一部分被包含在高压罐1的内部，所以能够削减整体的空间。
在此，所谓调压阀12的调整要素，在上述隔膜式调压阀的例子中是指能够设定作用在隔膜44的两面上的推力的部分。具体来说，阀体42、阀杆43、隔膜44、调压弹簧、以及设定调压弹簧的弹力的用于压缩或拉伸调压弹簧的手柄(未图示)中的至少一个构造体，相当于调压阀12的调整要素，以露出高压罐1外侧的方式配置。另外，在由电-气调节器来构成调压阀12的情况下，可以将电系统的部分配置在第二区域16内。
如上所述，根据将阀门组件10设置在高压罐1的接头部3上的高压罐用阀门组件构造，因为将调压阀12配置在高压罐1的外侧，所以能够适当提高调压阀12的操作处理性或维护性。另外，根据这样的配置构成，因为调压阀12与外界气体的热交换变得容易，所以能够减轻气体排出时的高压罐1的温度降低的影响。另一方面，因为将截止阀配置在高压罐1的内部，所以能够减少向高压罐1外侧伸出的部分。由此，相对于搭载高压罐1或各种阀的燃料电池车辆等移动体，可以提高高压罐1的搭载性。
特别是，在配置调压阀12时，因为使其阀杆43的轴线方向Y-Y与高压罐1的轴线方向X-X垂直，所以与使它们的方向在相同方向上相一致的情况相比，能够使设置了阀门组件10的高压罐1的全长比较短。因此，能够相应程度地减小由高压罐1以及阀门组件10产生的设置空间的占有区域。对于上述的效果若从另外一个角度来看，则虽然是相对的，但是能够通过使高压罐1的罐本体2在长度方向上伸长，增加罐本体2的容量。另外，关于截止阀11的阀杆31的轴线方向X-X，通过使其与高压罐1的轴线方向一致，截止阀11也能够在罐本体12内很好地配置。
另外，即使阀杆43的轴线方向Y-Y与高压罐1或者截止阀11的轴线方向X-X不垂直，但只要使其交叉，就能够与上述一样地提高空间效率、或增加罐容量。
在此，关于与本实施例相反的构成的情况(以往技术的情况)，即将调压阀12配置在高压罐1内部的情况，考察与阀门组件10的外螺纹14的径的关系。在这种情况下，因为与截止阀(11)相比调压阀12的使用频率高，所以为了确保耐压强度，有必要加大调压阀12的尺寸。这样的话，与调压阀12的长度方向同轴的外螺纹14，其直径就有必要加大。但是，当螺纹的直径增大时，虽然螺纹强度以直径的一次方提高，但是受压面积却与直径的平方成比例地增加，因此其结果是，使螺纹部的强度降低。即，在将调压阀12配置在高压罐1内部的情况下，因为加大螺纹的直径会增加螺纹部的负荷，所以就必须使螺纹部变得高强度，增加部件的成本。
与此相对，如本实施例，如果将与调压阀12相比即使不增大尺寸也可的截止阀11配置在高压罐1的内部，则不使螺纹的直径变得比较大也可以。由此，通过采用本实施例那样的阀的配置构造，即便与截止阀11相比调压阀12的尺寸增大，也能够有助于阀门组件10和接头部3之间的螺纹部的成本降低。另外，截止阀11以及调压阀12的尺寸，既可以将例如各阀11、12的整体大小作为基准，或者也可以如图所示将从各阀杆31、43的延伸方向上看的各阀11、12的外径φ(截止阀：d1；调压阀：d2)作为基准。

Claims (26)

1.一种高压罐，其是设置了一体地包括截止阀和调压阀的阀门组件的高压罐，其中，所述阀门组件包括被插入于该高压罐内部的第一区域、和露出于该高压罐外部的第二区域，所述截止阀被配置在所述第一区域，所述调压阀的至少一部分被配置在所述第二区域，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线交叉的方向。
2.根据权利要求1所述的高压罐，其中，该高压罐具备用于将所述第一区域插入于该高压罐的内部、且具有内螺纹的口部，所述第一区域具有与所述内螺纹螺合的外螺纹。
3.一种高压罐，其是设置了一体地包括截止阀和调压阀的阀门组件的高压罐，其中，所述阀门组件跨过该高压罐的内外而设置，所述截止阀被配置在该高压罐内，所述调压阀的至少一部分被配置为露出于该高压罐外部，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线交叉的方向。
4.根据权利要求3所述的高压罐，其中，所述阀门组件被构成为能够旋入连接在所述高压罐的接头部中。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀的至少一部分由用于设定该调压阀的调压特性的部分构成。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀的尺寸比所述截止阀的尺寸大。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀中露出到该高压罐外的部分，位于由该高压罐的外周面划定的、与该高压罐的轴线平行地延伸的分界面的内侧。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线垂直的方向。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向交叉。
10.根据权利要求1至4中任意一项所述的高压罐，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向垂直。
11.一种阀门组件，其是被设置在高压罐上的阀门组件，在一体地包括截止阀和调压阀的阀门组件中，包括被插入于所述高压罐内部的第一区域、和露出于所述高压罐外部的第二区域，所述截止阀被配置在所述第一区域，所述调压阀的至少一部分被配置在所述第二区域，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线交叉的方向。
12.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，所述调压阀的至少一部分由用于设定该调压阀的调压特性的部分构成。
13.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，该阀门组件被构成为能够旋入连接在所述高压罐的接头部中。
14.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，所述调压阀的尺寸比所述截止阀的尺寸大。
15.根据权利要求11至14中任意一项所述的阀门组件，其中，所述调压阀中露出到该高压罐外的部分，位于由该高压罐的外周面划定的、与该高压罐的轴线平行地延伸的分界面的内侧。
16.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线垂直的方向。
17.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向垂直。
18.根据权利要求11所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向交叉。
19.一种阀门组件，其是被设置在高压罐上的阀门组件，在一体地包括截止阀和调压阀的阀门组件中，所述截止阀被配置在所述高压罐内，所述调压阀的至少一部分被配置为露出于该高压罐外部，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线交叉的方向。
20.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，所述调压阀的至少一部分由用于设定该调压阀的调压特性的部分构成。
21.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，该阀门组件被构成为能够旋入连接在所述高压罐的接头部中。
22.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，所述调压阀的尺寸比所述截止阀的尺寸大。
23.根据权利要求19至22中任意一项所述的阀门组件，其中，所述调压阀中露出到该高压罐外的部分，位于由该高压罐的外周面划定的、与该高压罐的轴线平行地延伸的分界面的内侧。
24.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向是与所述高压罐的轴线垂直的方向。
25.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向垂直。
26.根据权利要求19所述的阀门组件，其中，所述调压阀的阀杆的轴线方向与所述截止阀的阀杆的轴线方向交叉。
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