CN111684198A - 填充装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制喷嘴的杆状构件(连接销)在半径方向上移动，并且防止该连接销的外周面发生损伤、变形(凹陷等)的填充装置。本发明的填充装置(100)具备氢燃料储存罐和从该储存罐经由燃料填充系统向车辆的车载用氢气填充罐填充氢气的填充喷嘴(10)，填充喷嘴(10)具备杆状构件(2：连接销)和主体部(1)，在主体部(1)(的杆状构件半径方向外周部)配置有密封构件(3：层叠型的密封件)，在与杆状构件(2)的顶端侧(车载用氢气填充罐的接收器20侧)分离(向所述燃料填充系统侧)的部位设有向半径方向内侧突出的引导构件(4：压件)，具有在与引导构件(4)的滑动中保护杆状构件(2)的外周面的结构。

Description

填充装置
技术领域
本发明涉及用于填充例如作为燃料使用的氢气等气体的填充装置。
背景技术
例如以氢为燃料行驶的车辆，如图4所示，在具备氢气储存罐50、燃料填充系统(分配器60、填充软管45等)的加氢站，将填充喷嘴30与接收器40(车辆侧的接收口：填充口)连结而填充氢气。图4中，标记51表示从氢气储存罐50向分配器60供给氢气的配管系统。作为这样的氢气填充装置，例如存在由本申请人提出的氢气填充装置(例如参照专利文献1)，该氢气填充装置是有用的。
以往的氢气填充装置，在将氢气填充装置的喷嘴与接收器结合时，喷嘴侧的连接销被接收器按压而打开阀，使氢气向接收器侧流动。并且，为了防止氢气从连接销的外周面漏出，设有层叠型的密封件(杯型密封件)。在此，为了抑制喷嘴侧的连接销在半径方向上移动(所谓的“晃动”)并使喷嘴与接收器适当地结合，以往的氢气填充装置中，在喷嘴侧的主体部设置向半径方向内侧突出的引导构件，通过所述连接销在该引导构件的内周面滑动，抑制所述连接销在半径方向上移动。
但是，所述连接销与所述引导构件的半径方向内周面滑动，因此如果反复进行阀的开闭，则会在所述滑动的部位发生损伤或变形(凹陷等)。并且，如果发生损伤或变形的部位位于上述层叠型密封件的半径方向内侧区域，则存在要填充的氢气经由发生损伤或变形的部位而漏出到喷嘴外的问题。在上述氢气填充装置(参照专利文献1)中对于该问题的解决没有任何公开。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2014-109350号公报
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的，目的是提供一种能够抑制喷嘴的连接销在半径方向上移动，并且防止氢气由于在该连接销的外周面产生的损伤或变形(凹陷等)而漏出的填充装置。
本发明的填充装置(100)具备用于储存氢燃料的储存罐、和用于从该储存罐经由燃料填充系统向搭载于车辆的车载用氢气填充罐填充氢气的填充喷嘴(10)，其特征在于，填充喷嘴(10)具备杆状构件(2：连接销)和主体部(1)，在主体部(1)(的杆状构件半径方向外周部)配置有密封构件(3：层叠型的密封件)，在与杆状构件(2)的顶端侧(车载用氢气填充罐的接收器20侧)分离(向所述燃料填充系统侧)的部位设有向半径方向内侧突出的引导构件(4：压件)，具有在与引导构件(4)的滑动中保护杆状构件(2)的外周面的机构。
在此，可以在引导构件(4)的半径方向内侧面涂布与杆状构件(2)的材料(例如不锈钢)相比硬度低的材料(例如树脂、Al、Cu等)，构成用于在与引导构件(4：压件)的滑动中保护杆状构件(2)的外周面的所述机构。或者，也可以在杆状构件(2)的表面涂布与引导构件(4)的材料(例如不锈钢)相比硬度高的材料(例如玻璃、碳系材料等)，构成所述机构。
本发明中，优选在杆状构件(2：连接销)的所述燃料填充系统侧端部设置阀体(2A)，并设有对阀体(2A)向封闭侧施力的弹性件(5)。
在本发明的实施时，优选具备用于将填充喷嘴(10)与车辆用填充口(20)维持连结状态的离合器机构(12)。
根据具备上述结构的本发明，除了主体部(1)中的杆状构件(2)贯穿的部位的周边之外，还能够通过所述引导构件(4：压件)的内周面来防止杆状构件(2)在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。并且，通过用于在与引导构件(4)的滑动中保护杆状构件(2)的外周面的机构，即使反复进行填充喷嘴(10)内的阀的开闭，在杆状构件(2)与引导构件(4)滑动的部位也不会发生损伤或变形(凹陷等)，即使杆状构件(2)与引导构件(4)滑动的部位位于所述层叠型密封件(3)的半径方向内侧区域，在杆状构件(2)的表面也不会存在损伤或变形，因此气体(例如氢气)不会漏出到喷嘴外。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的填充喷嘴的管接头主体部的剖视图。
图2是表示在实施方式中填充喷嘴与车辆侧填充口连结的状态的剖视图。
图3是图2中的标记F3部分的放大图。
图4是现有技术涉及的氢气填充装置的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图示的实施方式中示出了填充氢气的情况。图1中，填充装置100的填充喷嘴整体用标记10表示。填充喷嘴10用于从未图示的氢燃料储存罐经由燃料填充系统(分配器60、填充软管45等，参照图4)向车载用氢气填充罐(未图示)填充氢气。填充喷嘴10具有管接头主体1(主体部1)，在主体部1的氢气供给源侧(燃料填充系统侧：图1中的右侧)端部的中央部(图1的上下方向中央部)设有氢气导入口1B。在主体部1的接收器侧(车辆用填充口侧：图1中的左侧)端部设有用于插入接收器20的开口1C，在填充氢气时，接收器20嵌合到接收器插入空间1D。
在主体部1的上下方向中央部形成有主体内流路1A，主体内流路1A从氢气导入口1B延伸到接收器插入空间1D。在主体内流路1A收纳有杆状构件2(连接销)。在杆状构件2的氢气供给源侧(图1中的右侧)端部设有阀体2A，阀体2A被收纳于主体内流路1A的阀体收纳部1E。在阀体收纳部1E内，在阀体2A的氢气供给源侧(图1中的右侧)配置有作为弹性件的弹簧5。由阀体2A、阀座1M、弹簧5构成阀机构。在此，阀座1M由阀体收纳部1E的端部(图1中的左端部)的台阶部构成。
杆状构件2在主体内流路1A内沿着图1中的左右方向自由滑动，在未与接收器20连结的状态(图1的状态)下，阀体2A被弹簧5的弹性反作用力向接收器20侧(图1中的左侧)施力而落到阀座1M，阀机构关闭。杆状构件2(连接销)具有粗径部2C、与阀体2A连结的细径部2D、形成有开口2E的直径尺寸变化部2F，在杆状构件2的内部形成有杆内流路2B(中空部分)。在填充氢气时(参照图2)，氢气从分配器(参照图4)经由阀机构(阀体2A等)流过主体内流路1A，并经由杆状构件2的直径尺寸变化部2F的开口2E流过杆内流路2B。
图1中，在杆状构件2的粗径部2C的接收器20侧(图1中的左侧)一体地形成有向半径方向外侧突出的杆扩径部2T。杆扩径部2T的外径被设定为能够相对于主体部1的内周面滑动，并且能够抑制杆扩径部2T在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。杆扩径部2T也可以与杆状构件2分体构成。另外，在杆状构件2的粗径部2C形成有台阶部2G，在填充氢气时(参照图2)，台阶部2G位于与主体部1的台阶部1F接近的位置。在杆状构件2的细径部2D固定有螺母部件2H，通过螺母部件2H与主体部1的凸部1G抵接，防止在填充氢气时(参照图2)杆状构件2在接收器侧(图1中的左侧)脱离。
图1中，在杆状构件2的粗径部2C的半径方向外侧配置有密封构件3(层叠型的密封件：所谓的“杯型密封件”)。杯型密封件3的内周径被设定为与杆状构件2的粗径部2C(比台阶部2G靠接收器侧(图1中的左侧))的外径大致相等。
在与杆状构件2的顶端分离的(图1中右侧的)部位，与杯型密封件3的接收器20侧(图1中的左侧)相邻地设有引导构件4(压件)。引导构件4通过螺钉等固定在主体部1的半径方向内侧，向半径方向内侧突出而构成。图1中，标记4A表示形成于引导构件4的外螺纹。引导构件4的内径尺寸被设定为能够使杆状构件2的不是杆扩径部2T的部分滑动，并且能够抑制杆状构件2在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。在图1所示的非填充时，杆状构件2的杆扩径部2T位于从引导构件4在杆轴方向上(向氢气供给源侧)偏离的位置，而在图2所示的填充氢气时，杆扩径部2T与引导构件4(的接收器20侧端部)抵接。引导构件4具有以下功能：在顶端侧(接收器20侧：图1中的左侧)支承杆状构件2的功能，限制杆状构件2的轴向位置以使杯型密封件3不向接收器20侧移动的功能，在填充氢气时限制杆状构件2向氢气供给源侧(图1、图2中的右侧)移动而进行定位的功能。
在杆状构件2的顶端侧(接收器20侧)端部设有顶端构件6。顶端构件6通过螺钉等固定在主体部1内周，向半径方向内侧突出。图1中的标记6A表示形成在顶端构件6的外螺纹。顶端构件6的内径尺寸被设定为能够使杆状构件2的不是杆扩径部2T的部分滑动，并且能够抑制杆状构件2在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。在图1所示的非填充时，杆状构件2的杆扩径部2T位于与顶端构件6的氢气供给源侧(图1中的右侧)相邻的位置，而在图2所示的填充氢气时，杆扩径部2T与顶端构件6分离而与引导构件4抵接。
顶端构件6具有在接收器20侧支承杆状构件2的功能和在非填充时限制杆状构件2向接收器20侧(图1、图2中的左侧)移动的功能。再者，图1中由标记S表示的空间是非填充时(图1)和填充氢气时(图2)的杆扩径部2T的(或杆状构件2的)移动量，是阀机构(阀体2A等)的开闭时的杆扩径部2T的移动量。
如图2所示，在将主体部1(喷嘴10)与接收器20连结的状态下，杆状构件2的顶端(接收器20侧)的卡合部2I(图1)与接收器20的顶端侧(喷嘴10侧)的卡合部20C抵接，杆状构件2整体从图1所示的状态向图1和图2的右方(从接收器20分离的方向)移动。图2中的标记21表示O型环，O型环21具有在喷嘴10与接收器20连结时防止从杆内流路2B向接收器内流路20B流动的氢气漏出的功能。在杆状构件2整体从图1所示的状态向图1和图2的右方移动时，杆状构件2的杆扩径部2T移动到与引导构件4抵接的位置。
随着杆状构件2向右方移动，杆状构件2顶端的阀体2A抵抗弹簧5的弹性反作用力而从阀座1M离开，阀机构开阀。然后，高压的氢气经由开阀的阀机构从(与填充软管侧连接的)氢气导入口1B流入主体内流路1A。流入主体内流路1A的氢气经由杆状构件2的开口2E和杆内流路2B，流过接收器内流路20B，供给到图2中未图示的车载用氢气填充罐41(图4)内。
图2中，氢气流过主体内流路1A、杆内流路2B时，氢气不从杆状构件2的开口2E流经杆内流路2B，而是在杆状构件2的外周面与主体内流路1A的内周面之间的间隙δ流动，有可能向主体部1外漏出。为了防止氢气经由间隙δ向主体部1外漏出，配置有杯型密封件3。在此，每当由杆状构件2的阀体2A、阀座1M等构成的阀机构开闭时(每次填充氢气)，杆状构件2在引导构件4的半径方向内侧的区域(内周部)滑动。通过反复进行该滑动，在杆状构件2的滑动部位R的外周面会发生损伤、变形(凹陷等)。如果发生该损伤、变形(凹陷等)，则在填充氢气时，杆状构件2的该损伤、变形部位位于杯型密封件3的半径方向内侧的区域(内周部)，氢气经由该损伤、变形部位从杯型密封件3与杆状构件2之间漏出，并向主体部1(喷嘴10)外漏出。
为了防止氢气经由所述损伤、变形部位从杯型密封件3与杆状构件2之间漏出的情况，在图示的填充装置100中，具有用于在引导构件4与杆状构件2的滑动中保护杆状构件2的外周面的机构。作为该保护机构，例如在引导构件4的半径方向内侧面涂布与杆状构件2的材料(例如不锈钢)相比硬度低的材料(例如树脂、Al、Cu等)而构成所述保护机构。或者，也可以在杆状构件2的至少部位R的表面涂布与引导构件4的材料(例如不锈钢)相比硬度高的材料(例如玻璃、碳系材料等)而构成所述保护机构。
由于具有上述保护机构，因此即使反复进行填充喷嘴10内的阀机构(阀体2A等)的开闭，也能够防止在杆状构件2(的外周面)与引导构件4滑动的部位R发生损伤、变形(凹陷等)。所以，即使部位R位于杯型密封件3的半径方向内侧的区域，由于在部位R不存在损伤、变形，因此能够防止氢气从杯型密封件3与杆状构件2之间向主体部1(喷嘴10)外漏出。再者，在杆状构件2的外周面，与顶端构件6的半径方向内侧(内周部)滑动的区域(未标记)，在填充氢气时(阀机构开放时)，不位于杯型密封件3的半径方向内侧的区域。因此，在杆状构件2的外周面上的与顶端构件6的半径方向内侧滑动的区域，没有设置用于在该滑动中保护杆状构件2的外周面的机构。
图示的实施方式中，在主体部1中，通过与杆状构件2的粗径部2C的外周面相对的部分、与杆状构件2的螺母部件2H的外周面相对的部分、以及引导构件4的内周面，抑制杆状构件2在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。与此同时，在主体部1中，在杆状构件2的接收器20侧端部(顶端部)支承的顶端构件6的内周面、和与杆扩径部2T的外周面相对的部分，抑制杆状构件2在半径方向上移动。
图示的实施方式中，具备将填充喷嘴10与作为车辆用填充口的接收器20维持连结状态的离合器机构12。图1中，在主体内流路1A的半径方向外侧且接收器20侧(图1中的左侧)，设有中空圆筒形状的离合器13。在离合器13中，形成在氢气供给源侧(图1中的右侧)的端部的卡合部13A与形成在主体部1的离合器嵌合槽1J嵌合而固定。在离合器13的接收器侧端部(图1中的左侧)设有突起13B，在填充喷嘴10与接收器20连结时(供给氢气时：参照图2)，突起13B嵌入接收器20的嵌合槽20A。
在离合器13的半径方向外侧设有杆14。杆14与杆用把持部14A一体形成，未图示的操作员握持杆用把持部14A使杆14向箭头H方向左侧移动，由此使杆14的接收器侧端部(图1中的左端)位于离合器13的突起13B的半径方向外侧，能够防止离合器13的突起13B从接收器20的嵌合槽20A脱离。然后，将杆14的接收器侧端部向箭头H方向右侧移动，定位在从离合器13的突起13B的半径方向外侧偏离的位置，从而允许离合器13的突起13B从接收器20的嵌合槽20A脱离。图1、图2中，在主体部1形成有杆用开口部1K和杆移动通路1L，允许杆14向箭头H方向移动。
在图2所示的填充喷嘴10与接收器20的连结时(供给氢气时)，离合器结构12中，杆14的接收器20侧端部(图2中的左端部)被保持在离合器13的突起13B的半径方向外侧位置，由此，离合器13的突起13B不会从接收器20的嵌合槽20A脱离。图2中，离合器机构12具有突起14B(杆的突起)和环状的弹性构件15(例如O型环)。突起14B位于杆14的接收器20侧(图2中的左侧)的端部，并向半径方向内侧突出。弹性构件15配置在比突起14B更远离接收器20的一侧(图2中的右侧)，与形成在杆14的接收器侧端部附近的弹性体用槽14C嵌合。
在图2的填充氢气时，氢气以非常高的压力(例如70MPa)被填充，通过该压力使得将主体部1从接收器20剥离的拉伸力F1发挥作用。其结果，通过离合器13的突起13B的氢气供给侧(图2中的右侧)的倾斜面13BA和接收器嵌合槽20A的氢气供给侧(图2中的右侧)的倾斜面20AA的作用，作为拉伸力F1的分力，朝向半径方向外侧的力RO作用于离合器13，离合器13向半径方向外侧移动。但是，如上所述，杆14位于突起13B的半径方向外侧，因此离合器13不会移动到比杆14更靠半径方向外侧。
在将图2中的F3部分放大的图3中，如果通过朝向半径方向外侧的力RO使离合器13向半径方向外侧移动，则成为弹性体15在半径方向上被挤压的状态。其结果，在区域FT，离合器13的突起13B的端面13BB与杆14的突起14B的端面14BA抵接，杆14无法从图3所示的状态向氢气供给侧(图2、图3中的右方)移动。因此，杆14持续位于离合器13的突起13B的半径方向外侧，抑制离合器13向半径方向外侧移动，所以突起13B不会从接收器20的嵌合槽20A脱离，防止主体部1与接收器20的连结被解除。通过适当设计弹性体15的弹性系数、向离合器侧的突出量、杆14的突起14B向离合器侧的突出量、突起13B的倾斜面13BA的倾斜角度(图2、图3)、接收器嵌合槽20A的倾斜面20AA(图2、图3)的倾斜角度等，能够发挥上述作用效果。图1、图2中，标记16表示在填充喷嘴10与接收器20连结时，使杆14位于离合器机构12的接收器20侧顶端的半径方向外侧的杆位置移动机构。
图2、图3中，如果氢气的填充结束，预定的脱压作业结束，则由氢气的高压引起的拉伸力F1消失。与此相伴，作用于离合器13的朝向半径方向外侧的力RO也消失，离合器13恢复到半径方向内侧的位置(填充氢气前的位置)。因此，设置在杆14的顶端附近的环状弹性构件15从图3所示的被挤压的状态恢复到截面为圆形的状态，成为端面13BB与端面14BA不抵接的状态，杆14能够向氢气供给侧(图2、图3中的右方)移动。如果杆14向氢气供给侧(图2、图3中的右方)移动，则杆14不位于离合器13的突起13B的半径方向外侧，因此离合器13的突起13B能够向半径方向外侧移动而从接收器20的嵌合槽20A脱离，能够解除主体部1(填充喷嘴10)与接收器20的连结。
根据图示的实施方式涉及的填充装置100，在杆状构件2可在内侧部自由滑动的主体部1中，通过与杆状构件2的粗径部2C的外周面相对的部分、与螺母构件2H的外周面相对的部分、引导构件4的内周面、顶端部材6的内周面、以及与杆扩径部2T的外周面相对的部分，能够防止杆状构件2在半径方向上移动(所谓的“晃动”)。另外，图示的实施方式中，具有用于在与引导构件4的滑动中保护杆状构件2的外周面的机构，该机构例如在引导构件4的半径方向内侧面涂布与杆状构件2的材料(例如不锈钢)相比硬度低的材料(例如树脂、Al、Cu等)而构成。或者在杆状构件2的至少部位R(图2中与引导构件4滑动的部位)的表面涂布与引导构件4的材料(例如不锈钢)相比硬度高的材料(例如玻璃、碳系材料等)而构成。因此，即使使用填充喷嘴10进行多次氢气填充，反复进行阀机构(阀体2A、阀座1M等)的开闭，在杆状构件2的外周面与引导构件4滑动的部位R也不会发生损伤、变形(凹陷等)，即使部位R位于杯型密封件3的半径方向内侧的区域，也能够防止氢气向主体部1(喷嘴10)外漏出。
另外，图示的实施方式中，在将填充喷嘴10与接收器20(车辆侧填充口)连接的状态下，杆状构件2的阀体2A从阀座1M分离，将阀机构开阀，打开从氢气导入口1B向接收器20侧(车辆用填充口侧)的流路，由此氢气才能够填充，是安全的。另外，具备用于将填充喷嘴10与接收器20(车辆用充填口)维持连结状态的离合器机构12，在填充氢气时，由于氢气的压力的分力RO，离合器13将弹性构件15沿半径方向挤压，离合器13的突起13B的端面13BB与杆14的突起14B的端面14BA抵接，杆14无法向从接收器20分离的方向移动，因此在填充氢气时无法将填充喷嘴10从接收器20取下，是安全的。该离合器机构12是机械式机构，不使用氢气等的流体使其工作，因此不需要额外设置用于该动作的流体回路或工作流体的密封结构。所以，不用担心工作气体(氢气等)泄漏，能够切实地进行工作。
图示的实施方式只是例示，并不限定本发明的技术方案。例如，图示的实施方式说明了填充氢气的情况，但本发明也能够适用于CNG填充装置。
附图标记说明
1…主体部
2…杆状构件(连接销)
2A…阀体
2T…杆扩径部
3…杯型环(密封构件)
4…引导构件(压件)
5…弹簧(弹性件)
6…顶端构件(压件)
10…填充喷嘴
12…离合器机构
20…接收器
100…填充装置

Claims (4)

1.一种填充装置，具备储存罐和填充喷嘴，所述储存罐用于储存氢燃料，所述填充喷嘴用于从该储存罐经由燃料填充系统向搭载于车辆的车载用氢气填充罐填充氢气，
所述填充装置的特征在于，
填充喷嘴具备杆状构件和主体部，
在主体部配置有密封构件，
在与杆状构件的顶端侧分离的部位设有向半径方向内侧突出的引导构件，所述填充装置具有用于在与引导构件的滑动中保护杆状构件的外周面的机构。
2.根据权利要求1所述的填充装置，
在引导构件的半径方向内侧面涂布与杆状构件的材料相比硬度低的材料，构成用于在与引导构件的滑动中保护杆状构件的外周面的所述机构。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的填充装置，
在杆状构件的所述燃料填充系统侧端部设有阀体，所述填充装置设有对阀体向封闭侧施力的弹性件。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的填充装置，
具备用于将填充喷嘴与车辆用填充口维持连结状态的离合器机构。
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