JP2006177543A - 高圧ガス用弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁座と該弁座が収容された弁座収容凹部との間のシール性を確保することができる高圧ガス用弁装置を提供する。
【解決手段】 減圧弁の弁室２２と減圧室とは、連通孔１６にて連通されている。連通孔１６において、減圧室よりも高圧の水素ガスが流入する弁室２２側の開口部には、弁室２２側に開口する弁座収容凹部４１が形成されている。そして、この弁座収容凹部４１には、弁体３１が着離する弁座４２が嵌着されている。弁座４２は、弁室２２側に開口する弁座収容凹部４１に嵌着されていることから、弁室２２内の水素ガスによって弁座収容凹部４１の底面４１ａ側に押圧される。
【選択図】 図２

Description

本発明は高圧ガス用弁装置に係り、詳しくは燃料電池車用水素ガス等の高圧ガスが充填されるガスタンクに取着され、前記高圧ガスが通る連通孔を開閉する高圧ガス用弁装置に関するものである。

一般に、高圧ガスを減圧して供給する際に用いられる減圧弁は、高圧ガスが流入する一次圧力室と外部供給側の二次圧力室との間に設けられた開閉弁（高圧ガス用弁装置）を備え、この開閉弁が開閉することにより、一次圧力室から二次圧力室に流入する高圧ガスが減圧されて外部へと供給される。このような減圧弁に備えられる開閉弁としては、例えば特許文献１にて開示されているものが知られている。

特許文献１にて開示されている開閉弁は、一次圧力室と二次圧力室とを連通する連通孔に設けられた金属製の弁座と、該弁座に着離する金属製の弁体とから構成されている。詳しくは、連通孔の二次圧力室側の開口部に、該開口部よりも内径が大きい弁座収容凹部が形成されおり、該弁座収容凹部に円筒状をなす前記弁座が嵌着されている。この時、弁座の一次圧力室側の端面と弁座収容凹部の底面とが当接すると共に、弁座の外周面と弁座収容凹部の内周面とが当接している。前記弁体は二次圧力室に収容されている。そして、弁体が弁座から離座すると、連通孔及び弁座の内側を通って高圧ガスが一次圧力室から二次圧力室に流入する。
特開平８−３３４２８０号公報

しかしながら、上記のような開閉弁では、二次圧力室内の圧力よりも一次圧力室内の圧力の方が高いために、弁座は、弁座の一次圧力室側の端面と弁座収容凹部の底面とが離間する方向に圧力を受けることになる。従って、弁座の一次圧力室側の端面と弁座収容凹部の底面との間のシール性が損なわれ、一次圧力室内の高圧ガスが、弁座収容凹部の底面と該底面に当接する弁座の端面との間に進入し、更には弁座の外周面と弁座収容凹部の内周面との間を通って二次圧力室に漏れてしまう虞がある。

ところで、近年、燃料電池車両等に用いられる水素タンクにおいては、その貯溜容量の増加を図るべく一層の高圧化（例えば、７０ＭＰａ）が進められている。従って、特許文献１にて開示されている開閉弁を備えた減圧弁を用いて、このように高圧な水素ガスの減圧を行った場合、より一層、弁座収容凹部の底面と該底面に当接する弁座の端面との間に水素ガスが進入しやすいものとなる。即ち、弁座と弁座収容凹部との間のシール性を確保できない虞がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、弁座と該弁座が収容された弁座収容凹部との間のシール性を確保することができる高圧ガス用弁装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、高圧ガスが流入される一次圧力室と前記一次圧力室よりも低圧となる二次圧力室とを連通する連通孔に設けられた弁座と、前記弁座に着離して前記連通孔の開閉を行う弁体とを備えた高圧ガス用弁装置であって、前記弁座は、前記連通孔の一次圧力室側の開口部に形成されると共に前記一次圧力室側に開口する弁座収容凹部に嵌着されている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ガス用弁装置において、前記一次圧力室の内面に固定され、前記弁座における前記弁座収容凹部の開口部側の端面に当接する弁座固定用スリーブを備えた。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、一次圧力室側に開口する弁座収容凹部に収容された弁座は、一次圧力室の高圧ガスによって、弁座収容凹部の底面側に押圧される。従って、弁座収容凹部の底面と該底面に当接する弁座の端面との密着性が向上し、弁座収容凹部と弁座との間のシール性が確保される。

請求項２に記載の発明によれば、弁座は、弁座固定用スリーブによって弁座収容凹部から脱落することが防止される。

本発明によれば、弁座と該弁座が収容された弁座収容凹部との間のシール性が確保される高圧ガス用弁装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す減圧弁１は、高圧の水素ガスを充填するタンクに設けられるものである。このタンクは、例えば、燃料電池車に搭載される。減圧弁１は、前記タンクの開口部を閉塞する栓体ハウジング２に配設されており、該栓体ハウジング２内に設けられた弁機構３と、栓体ハウジング２の開口部を閉塞するアウタハウジング５とを備えて構成されている。

栓体ハウジング２には、第１凹部６と、該第１凹部６中心部において第１凹部６よりも深い第２凹部７と、該第２凹部７の中心部において第２凹部７よりも深い第３凹部８が形成されている。そして、第３凹部８の底面８ａ近傍の側壁にはタンク内部に連通する流入流路９が形成され、第１凹部６の底面には、外部供給ポート（図示略）に連通する流出流路１０が形成されている。

第２凹部７には円筒状の蓋体１１が固定されている。また、第３凹部８の底部近傍には底体１２が設けられている。蓋体１１の径方向中央部には、軸方向に沿って、第２凹部７の底面側から順に、弁収容孔１５、連通孔１６、伝達部材収容孔１７が形成されている。そして、底体１２と第３凹部８の底面８ａとの間の空間により流入室２１が構成され、連通孔１６と底体１２との間の空間により弁室２２が構成されている。流入室２１と弁室２２とは底体１２の径方向中央部に形成された貫通孔１２ａによって連通されており、流入流路９から流入室２１に流入した水素ガスは、貫通孔１２ａを通って弁室２２に流入する。

弁室２２内には、金属製の弁体３１が収容されている。弁体３１は、円柱状をなすばね収容部３２と、該ばね収容部３２の連通孔１６側の端面から軸方向に沿って突出形成された弁部３３と、該弁部３３の先端に形成された当接部３４とから構成されている。ばね収容部３２は底体１２側に開口する凹部を有しており、その外径は弁収容孔１５の内径よりも若干小さく形成されている。弁体３１は、ばね収容部３２と底体１２との間に介在されたコイルばね３６によって連通孔１６側（図１においては上側）に付勢されている。図２に示すように、前記弁部３３は、ばね収容部３２の外径よりも小さい外径を有する略円柱状をなしている。弁部３３の先端部は、円錐台形状に形成され、テーパ面３８を備えている。前記当接部３４は、この弁部３３の先端から軸方向に沿って突出形成され、弁部３３の外径よりも小さい外径を有する円柱状をなしている。

前記連通孔１６は、その内径が、弁収容孔１５の内径よりも小さく且つ当接部３４の外径よりも大きく形成されている。この連通孔１６の弁室２２側の開口部には、該連通孔１６よりも拡径して形成され、弁室２２側に開口する弁座収容凹部４１が形成されている。弁座収容凹部４１は、その内径が弁収容孔１５の内径よりも小さく形成されている。この弁座収容凹部４１には、弁体３１が着離する弁座４２が嵌着されている。弁座４２は合成樹脂よりなり、本実施形態では、弾性変形可能なポリイミド樹脂にて成形されている。そのため、弁座４２に対する弁体３１の食いつきが抑制される。弁座４２は、円環状をなしており、軸方向の長さが弁座収容凹部４１の深さと等しく形成されている。また、弁座４２の外径は弁座収容凹部４１の内径と等しく形成されている。そして弁座４２が弁座収容凹部４１に嵌着された状態では、弁座４２の弁室２２とは反対側の端面４２ａと弁座収容凹部４１の底面４１ａとが当接すると共に、弁座４２の外周面４２ｂと弁座収容凹部４１の内周面４１ｂとが当接している。また、弁座４２は、弁室２２側に開口する弁座収容凹部４１に嵌着されていることから、弁室２２内の水素ガスによって弁座収容凹部４１の底面４１ａ側に押圧されている。

弁座４２の径方向中央部に形成された流入孔４３は、その内径が前記連通孔１６の内径と等しく形成されている。この流入孔４３の弁室２２側の開口部には、前記弁部３３のテーパ面３８と面接触可能となるように弁室２２側に向かうに連れて徐々に内径が大きくなるテーパ面４４が形成されている。本実施形態では、上記のように構成された弁体３１と弁座４２とにより開閉弁（高圧ガス用弁装置）が構成されている。

前記弁収容孔１５の内周面１５ａには、金属製の弁座固定用スリーブ４６が圧入固定されている。弁座固定用スリーブ４６は、円筒状をなしており、その内径は弁部３３の外径より若干大きく形成されている。また、弁座固定用スリーブ４６の軸方向の長さは、弁部３３の軸方向の長さより短く形成されている。この弁座固定用スリーブ４６は、その弁座４２側の端面４６ａが弁座４２の弁室２２側（弁座収容凹部４１の開口部側）の端面４２ｃと当接しており、弁座４２が弁座収容凹部４１から脱落することを防止している。

前記伝達部材収容孔１７は、連通孔１６よりも内径が大きく形成されている。そして、伝達部材収容孔１７の連通孔１６側の端部は、連通孔１６と同径になるまで連通孔１６に向かうに連れて縮径されている。この伝達部材収容孔１７には、伝達部材５１が収容されている。伝達部材５１は、伝達部材収容孔１７の内径（縮径されていない部分）よりも若干小さい外径を有する円柱部５２を備えている。円柱部５２の連通孔１６側の端部は円錐台形状に形成されており、その先端には、円柱部５２の外径よりも小さい外径を有する当接部５３が軸方向に沿って突設されている。当接部５３の外径は、前記弁体３１の当接部３４の外径と等しい。そして、当接部５３は、連通孔１６の内部にまで軸方向沿って延びており、弁体３１の当接部３４と当接している。

一方、図１に示すように、アウタハウジング５は有底円筒状に形成されており、その開口部には、径方向外側に向かってフランジ部６２が延設されている。アウタハウジング５は、フランジ部６２が栓体ハウジング２の外側面２ａに締結されることにより、第１凹部６の開口部を閉塞している。

また、アウタハウジング５の開口部近傍には、シリンダ６３が、蓋体１１と同軸となるように形成されている。シリンダ６３内には、同シリンダ６３内を摺動可能に設けられたピストン６４が配設されている。このピストン６４により、アウタハウジング５の内部空間と、同アウタハウジング５により閉塞された第１凹部６とが区画されている。本実施形態では、アウタハウジング５により閉塞されると共にピストン６４によりアウタハウジング５の内部空間と区画された第１凹部６が減圧室６５を構成している。この減圧室６５は、減圧弁１の作動時には、前記弁室２２よりも低圧となる。そして、弁室２２内の水素ガスは、弁座４２に形成された流入孔４３及び蓋体１１に形成された連通孔１６を介してこの減圧室６５内に流入し、同減圧室６５を構成する第１凹部６の底面に形成された流出流路１０を介して外部へと供給される。

一方、ピストン６４により区画されたアウタハウジング５の内部空間には、コイルばね６６が配設されている。コイルばね６６の一端はピストン６４に当接し、他端はアウタハウジング５の内部空間に収容されたばね受け６８に当接している。ばね受け６８には、アウタハウジング５の底部６９に貫設された調節ねじ７０の先端が当接している。ピストン６４は、このコイルばね６６の弾性力により減圧室６５に向かって付勢されている。そして、本実施形態では、ピストン６４により区画されたアウタハウジング５の内部空間が圧力調整室７１を構成している。ピストン６４は、この圧力調整室７１と前記減圧室６５との圧力差に応じてシリンダ６３内を摺動する。ピストン６４の減圧室６５側の面には、前記伝達部材５１の当接部５３とは反対側の端面５１ａが当接しており、ピストン６４の移動は伝達部材５１を介して弁体３１に伝達される。これにより弁体３１は弁座４２に着離し、連通孔１６を開閉する。

上記のように構成された減圧弁１において、減圧室６５内のガス圧が、圧力調整室７１内の圧力（圧力調整室７１内のガス圧、及びコイルばね６６がピストン６４を押圧することにより加えられる圧力）よりも高い場合には、ピストン６４が圧力調整室７１側に移動する。ピストン６４の移動に伴い、弁体３１はコイルばね３６に付勢されつつ弁座４２に着座する（弁体３１のテーパ面３８が弁座４２のテーパ面４４に当接した状態になる）。即ち、開閉弁が閉弁する。これにより、弁室２２から減圧室６５への水素ガスの流入が遮断される。

また、減圧室６５内のガス圧が圧力調整室７１内の圧力よりも低い場合には、ピストン６４は減圧室６５側に移動する。弁体３１はピストン６４によって伝達部材５１を介して底体１２側に押圧され、弁座４２から離座する（弁体３１のテーパ面３８と弁座４２のテーパ面４４との間に間隙が形成された状態になる）。即ち、開閉弁が開弁する。これにより、弁室２２内の水素ガスが流入孔４３及び連通孔１６を通って減圧室６５に流入する。

このようにピストン６４が圧力調整室７１と減圧室６５との圧力差に応じて摺動し、開閉弁を構成する弁体３１及び弁座４２が着離（開閉）することにより、減圧室６５内のガス圧は、圧力調整室７１内の圧力と均衡する。これにより、流出流路１０を介して外部へと供給される水素ガスの圧力が、水素タンク内における水素ガスの圧力（例えば７０ＭＰａ）から圧力調整室７１内の圧力として設定された所定の圧力（例えば１ＭＰａ以下）まで減圧される。

上記したように、本実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
（１）弁座収容凹部４１は、減圧室６５よりも高圧の水素ガスが流入する弁室２２側に開口している。そのため、この弁座収容凹部４１に嵌着された弁座４２は、弁室２２内の水素ガスによって弁座収容凹部４１の底面４１ａ側に押圧される。従って、弁座収容凹部４１の底面４１ａと、該底面４１ａと当接する弁座４２の端面４２ａ（弁座４２の弁室２２とは反対側の端面）との密着性が向上する。その結果、弁室２２内の水素ガスが、弁座収容凹部４１の底面４１ａと該底面４１ａに当接する弁座４２の端面４２ａとの間から減圧室６５側に漏れることが防止される。即ち、弁座収容凹部４１と弁座４２との間のシール性を確保することができる。また、本実施形態では、水素ガスは、７０ＭＰａと高圧であるため、弁座４２は、弁室２２内の水素ガスからより大きな圧力が加えられる。従って、弁座収容凹部４１の底面４１ａと、該底面４１ａに当接する弁座４２の端面４２ａとの密着性がより一層向上し、弁座４２と弁座収容凹部４１との間のシール性をより一層向上させることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態の弁座４２は、ポリイミド樹脂以外の合成樹脂にて成形されてもよい。また、弁座４２は金属製であってもよい。

○上記実施形態では、減圧弁１は、弁座固定用スリーブ４６が設けられているが、弁座固定用スリーブ４６が無い構成であってもよい。このように構成すると、部品点数を減らして製造コストを低減させることができる。

○上記実施形態では、ピストン６４の移動により弁体３１が移動されるが、ダイヤフラムの移動により弁体３１が移動されるように構成してもよい。
○上記実施形態では、減圧弁１は、高圧の水素ガスを充填するタンクに設けられているが、水素ガス以外の高圧ガスを充填するタンクに備えてもよい。また、弁座４２と弁体３１とを備えて構成される開閉弁は、減圧弁１以外のもの（電磁弁等）に備えてもよい。

上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）請求項１又は請求項２に記載の高圧ガス用弁装置において、水素ガスを充填するタンクに設けられていることを特徴とする高圧ガス用弁装置。

（ロ）請求項１、請求項２、及び前記（イ）のいずれか１項に記載の高圧ガス用弁装置において、前記弁座は合成樹脂よりなることを特徴とする高圧ガス用弁装置。
（ハ）請求項１、請求項２、前記（イ）、及び前記（ロ）のいずれか１項に記載の高圧ガス用弁装置において、前記弁体は、前記二次圧力室と区画された圧力調整室と前記二次圧力室との圧力差に応じて前記連通孔の開閉を行うことを特徴とする高圧ガス用弁装置。

（ニ）前記（ハ）に記載の高圧ガス用弁装置を備え、前記一次圧力室に流入される前記高圧ガスを減圧して前記二次圧力室から外部側に供給する減圧弁。

減圧弁の断面図。 減圧弁における弁座付近の部分拡大図。

符号の説明

１５ａ…一次圧力室の内面を構成する内周面、１６…連通孔、２２…一次圧力室としての弁室、３１…弁体、４１…弁座収容凹部、４２…弁座、４２ａ，４２ｃ…端面、４６…弁座固定用スリーブ、６５…二次圧力室としての減圧室。

Claims (2)

1. 高圧ガスが流入される一次圧力室と前記一次圧力室よりも低圧となる二次圧力室とを連通する連通孔に設けられた弁座と、
   前記弁座に着離して前記連通孔の開閉を行う弁体と
   を備えた高圧ガス用弁装置であって、
   前記弁座は、前記連通孔の一次圧力室側の開口部に形成されると共に前記一次圧力室側に開口する弁座収容凹部に嵌着されていることを特徴とする高圧ガス用弁装置。
2. 請求項１に記載の高圧ガス用弁装置において、
   前記一次圧力室の内面に固定され、前記弁座における前記弁座収容凹部の開口部側の端面に当接する弁座固定用スリーブを備えたことを特徴とする高圧ガス用弁装置。

Images