JP2006214491A - ガス貯蔵装置、バルブ装置及びガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス貯蔵容器に高圧のガスを貯蔵する場合においても、ガス充填流路に配した逆止弁の誤作動を防止する。
【解決手段】 本発明のガス貯蔵装置１０は、外部ガス供給源から供給されるガスを加圧状態で貯蔵する。ガス貯蔵装置は、ガスを貯蔵するガス貯蔵容器２８と、一端がガス供給源に接続可能とされており、他端がガス貯蔵容器に接続されているガス充填流路１８と、ガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第１の逆止弁２２と、第１の逆止弁からガス貯蔵容器までの間のガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第２の逆止弁２４を備える。そして、第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部ガス供給源から供給されるガスを加圧状態で貯蔵するガス貯蔵装置に関する。詳しくは、外部ガス供給源とガス貯蔵容器とを接続するガス充填流路に配される逆止弁の改良に関する。

ガス使用装置で使用されるガスを圧縮状態で貯蔵するガス貯蔵装置が知られている。例えば、ガス燃料エンジン用の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を貯蔵するガス貯蔵装置や、燃料電池発電装置用の水素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置等が開発されている。
この種のガス貯蔵装置は、ガスを貯蔵するガス貯蔵容器を備え、ガス貯蔵容器に貯蔵しているガスをガス使用装置に供給する。ガス使用装置でガスが使用され、ガス貯蔵容器内のガスが減少すると、ガス貯蔵容器にガスを再充填しなければならない。このため、この種のガス貯蔵装置では、ガス貯蔵容器と外部ガス供給源（例えば、燃料電池発電装置用のガス貯蔵装置の場合においては水素ガスステーション）とを接続するためのガス充填流路と、このガス充填流路に配された逆止弁とを備えている。逆止弁は、通常、ガス通過口を開閉する弁体と、この弁体を閉じ側（ガス貯蔵容器側から外部ガス供給源側）に付勢する付勢手段によって構成されている。
かかるガス貯蔵装置にガスを充填する際は、ガス充填流路の一端に外部ガス供給源を接続する。ガス貯蔵容器のガス圧が低いときは（すなわち、ガス貯蔵容器へのガス充填開始初期）、外部ガス供給源から供給されるガスの圧力とガス貯蔵容器内のガス圧との差が大きく、逆止弁の弁体が付勢手段による付勢力に抗して開き側に移動する。このため、外部ガス供給源からガス充填流路を介してガス貯蔵容器内にガスが充填され、ガス貯蔵容器内のガス圧は徐々に高くなる。これによって、外部ガス供給源から供給されるガスの圧力とガス貯蔵容器内のガス圧との差が徐々に小さくなる。ガス貯蔵容器内のガス圧が設定値を超えると、逆止弁の弁体が閉じ側に移動し、ガス貯蔵容器へのガスの充填が完了するようになっている。
なお、この種のガス貯蔵装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開平６−９４１９６号公報

上述したガス貯蔵装置において、ガス貯蔵容器に貯蔵できるガス量を多くできれば、ガス充填を行う頻度を少なくでき、便利である。このため、ガス貯蔵容器の耐圧性を高め、充填完了時のガス貯蔵容器のガス圧を高くしている。例えば、燃料電池発電装置用の水素ガス貯蔵容器では、７０ＭＰａを超える高圧の水素ガスを貯蔵している。
しかしながら、ガス貯蔵容器に高圧のガスを貯蔵するためには、外部ガス供給源から供給されるガスの圧力も高くなる。したがって、ガス充填の初期においては、外部ガス供給源のガス圧とガス貯蔵容器内のガス圧の差が過大となり、ガス貯蔵容器に急激にガスが流入する。ガス貯蔵容器に急激にガスが流入すると、これによって、ガス充填流路に配置した逆止弁の誤作動が引き起こされることがあった。例えば、ガス貯蔵容器に水素ガスを充填する場合においては、水素ガスがガス貯蔵容器内に急激に流れると、ガス貯蔵容器内では水素ガス（すなわち、ガス貯蔵容器内に貯蔵されている水素ガス）の断熱圧縮による発熱と、水素ガス（すなわち、ガス貯蔵容器内に流入する水素ガス）の断熱膨張による発熱（いわゆる、ジュールトムソン効果）が生じる。これによって、ガス貯蔵容器内の温度が急激に上昇し、それに伴いガス貯蔵容器内のガス圧が上昇し、ガス貯蔵容器内にガスが充填される前に逆止弁が作動してしまう場合がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス貯蔵容器に高圧のガスを貯蔵する場合においても、ガス充填流路に配した逆止弁の誤作動を防止できるガス貯蔵装置を提供することである。

本発明の第１のガス貯蔵装置は、外部ガス供給源から供給されるガスを加圧状態で貯蔵する。このガス貯蔵装置は、ガスを貯蔵するガス貯蔵容器と、一端がガス供給源に接続可能とされており、他端がガス貯蔵容器に接続されているガス充填流路と、ガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、第１の逆止弁からガス貯蔵容器までの間のガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備える。そして、第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されていることを特徴とする。
このガス貯蔵装置では、ガス充填流路に２つの逆止弁を直列に配している。したがって、外部ガス供給源からのガスは第１及び第２の逆止弁を通ってガス貯蔵容器に充填される。このため、外部ガス供給源から供給されるガスは、第１の逆止弁を通過する際の圧損によって圧力が低下し、圧力が低下した状態で第２の逆止弁を通ってガス貯蔵容器に充填される。したがって、第２の逆止弁の上流のガス圧とガス貯蔵容器内のガス圧の差を小さくでき、逆止弁の誤作動を防止することができる。なお、第１の逆止弁の誤作動については、第１の逆止弁から第２の逆止弁までのガス充填流路の容積が極めて小さく短時間でガスが充填されるため、その誤動作が問題となることはない。

上記のガス貯蔵装置においては、第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされていることが好ましい。
このような構成によると、第１の逆止弁の弁体は開きにくく、第２の逆止弁の弁体は開き易くなる。このため、第１の逆止弁による圧力損失が大きくなる一方で、第２の逆止弁による圧力損失は小さくなる。したがって、第１の逆止弁によってガス供給源から供給されるガスの圧力を十分に落とすことができ、また、第１の逆止弁によって圧力の落ちたガスを圧力損失の小さな第２の逆止弁を介してガス充填容器に導くため、第２の逆止弁の誤作動を防止しつつ、ガス充填容器へのガス充填時間を短くすることができる。

また、第１の逆止弁の弁体は、第２の逆止弁の弁体と比較して、ガス通過口下流のガス流路壁面とのクリアランスが大きくされていることが好ましい。
このような構成では、第１の逆止弁の弁体が開弁すると、その弁体とガス流路壁面とのクリアランスが大きいため、弁体には上流側のガス圧が効率的に作用せず、弁体は閉じ側に移動しやすくなる。一方、第２の逆止弁の弁体が開弁すると、その弁体とガス流路壁面とのクリアランスが小さいため、弁体には上流側のガス圧が効率的に作用し、弁体は開き側に移動しやすくなる。このため、第１の逆止弁は、第２の逆止弁と比較して大きな圧損を生じ、前述した構成と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１の逆止弁は、弁体を案内するガイドをさらに有し、弁体とガス通過口下流のガス流路壁面とが摺動しないことが好ましい。
このような構成によると、第１の逆止弁の弁体とガス通過口下流の壁面とのクリアランスが大きくなる。これにより、第１の逆止弁による圧力損失を大きくすることができる。
なお、弁体を上流側の無限遠から投影したときに、弁体のシール面（ガス通過口と当接する面）の投影面積の中に、弁体の摺動部（ガイドと摺動する部分）が位置することが好ましい。このような構成によると、弁体に上流側から流れるガス圧が作用し難くなるため、第１の逆止弁の圧損を大きくすることができる。

一方、第２の逆止弁の弁体は、ガス通過口の下流でガス流路壁面と摺動する摺動部を有することが好ましい。このような構成によると、上流から流れるガスによる力が弁体に作用し易くなるため、第２の逆止弁による圧力損失をより小さくすることができる、また、ガス充填流路の壁面によって弁体をガイドするため、部品点数を削減することができる。

なお、上記した各ガス貯蔵容器は、燃料電池（燃料電池発電システム）で使用される水素を貯蔵することができる。また、この燃料電池発電システムは燃料電池電気自動車に利用することができる。

また、本発明は、ガス貯蔵容器に取り付けられるバルブ装置を提供する。本発明に係るバルブ装置は、ガス貯蔵容器に取付けられ、外部ガス供給源から供給されるガスをガス貯蔵容器内に導く一方で、ガス貯蔵容器内のガスをガス貯蔵容器外に排出することを規制する。このバルブ装置は、ガス入口と、ガス出口と、ガス入口とガス出口を連通するガス流路とを有し、ガス入口が外部ガス供給源に接続可能とされると共にガス出口がガス貯蔵容器内に連通されるハウジングと、前記ガス流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、第１の逆止弁からガス貯蔵容器までの間のガス流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備える。そして、第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されており、第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされている。
このバルブ装置によると、ガス充填完了時のガス貯蔵容器内のガス圧力を高くしても、逆止弁の誤作動を防止しつつ、ガス充填時間を短縮することができる。

さらに、本発明は、ガス貯蔵容器に加圧状態で貯蔵されているガスをガス使用装置に供給するガス供給システムに適用することもできる。すなわち、本発明のガス供給システムは、ガス貯蔵容器に加圧状態で貯蔵されているガスをガス使用装置に供給してガス使用装置にガスを充填する。このガス供給システムは、ガスボンベからガス使用装置まで伸びているガス供給流路と、ガス供給流路に配置され、ガス使用装置側からガス貯蔵容器側へのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、第１の逆止弁からガス使用装置までの間のガス供給流路に配置され、ガス使用装置側からガス貯蔵容器側へのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備えている。そして、第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されており、第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされている。
このガス供給システムによると、逆止弁の誤作動を防止しつつ、ガス使用装置にガスを短時間で供給することができる。

ここでは下記の実施例に記載の技術の主要な特徴について述べておく。
（形態１） 水素ガス貯蔵装置は、水素ガスを貯めるボンベ（ガス貯蔵容器）と、そのボンベのガス出口に取り付けられたバルブ装置を備える。この水素ガス貯蔵装置は、燃料電池発電システムに装備される。燃料電池発電システムは、水素ガス貯蔵装置からの水素ガスを使用して発電する燃料電池を備える。この燃料電池発電システムは、燃料電池で発電した電力を利用して駆動（走行）する燃料電池自動車に備えられる。
（形態２）ボンベは、最大で約７０ＭＰａの高圧ガス（例えば水素ガス）を貯めることができる。
（形態３）バルブ装置は、元弁と、元弁の下流に配置されている第１逆止弁と、第１逆止弁の下流に配置されている第２逆止弁を備えている。
（形態４）第１逆止弁は、ガス通過口を開閉する弁体と、弁体を案内するガイドと、弁体を閉じ側に付勢するバネを有する。
弁体は、ガス通過口を開閉するシール面と、ガイドに摺動する摺動部を備えている。シール面とガス通過口下流のガス流路との間には、比較的大きなクリアランスが設けられている。また、弁体を上流側から投影したときに、シール面の投影面積の中に摺動部が配置されている。
ガイドは、弁体の摺動部を案内する案内部と、ガイドをガス流路に固定するための固定部と、固定部と案内部を連結する連結部とを有する。案内部と固定部は同心円状に配置されており、固定部の内側に案内部が配されている。案内部と固定部の間を水素ガスが流れる。案内部と弁体のシール面の裏側との間に圧縮状態のバネが配置される。
（形態５）第２逆止弁は、ガス通過口を開閉する弁体と、弁体を閉じ側に付勢するバネを有する。
弁体は、ガス通過口を開閉するシール面と、ガス通過口の下流のガス流路壁面に摺動する摺動部を備えている。弁体の摺動部がガス流路壁面に摺動することで、弁体がガス流路壁面に案内されて軸方向に円滑に移動することができる。
（形態６）第１逆止弁のバネ力（弁体を閉じ側に付勢する力）と、第２逆止弁のバネ力（弁体を閉じ側に付勢する力）は、同一に設定されている。

図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。図１は、本実施例の水素ガス貯蔵装置１０を示している。水素ガス貯蔵装置１０は、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池発電装置に供給する水素ガスを貯蔵するために用いられる。水素ガス貯蔵装置１０は、ボンベ２８と、ボンベ２８に取付けられたプラグ２６を有している。
ボンベ２８は、超高圧の水素ガスを貯蔵する容器である。本実施例では、最大で７０ＭＰａの水素を貯蔵することができる。ボンベ２８の材質は、ポリエチレン等のプラスチックをファイバで補強した、いわゆるＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）が用いられている。

プラグ２６は、ボンベ２８の開口に取付けられ、その開口を密閉する。プラグ２６には、貯蔵されている水素ガスを図示しない燃料電池発電装置に供給するための供給用バルブ装置１１と、高圧の水素ガスをボンベ２８に充填するための充填用バルブ装置１９が取付けられている。

供給用バルブ装置１１は、遮断弁１２と、その下流に配置された過流防止弁１４とから構成されている。供給用バルブ装置１１には供給用ガス流路１６が接続されており、供給用ガス流路１６の下流には燃料電池発電装置が接続されている。ボンベ２８に貯蔵されている水素ガスは、供給用バルブ装置１１及び供給用ガス流路１６を通って燃料電池発電装置に供給される。燃料電池発電装置は、水素ガスと酸素ガスを反応させて発電を行う。発電された電力は、燃料電池自動車のモータを駆動するために用いられる。
遮断弁１２は、ボンベ２８のガス出口を開閉する電磁弁であり、例えば、直動式遮断弁やパイロット式遮断弁を用いることができる。遮断弁１２は、図示しない制御装置によって制御され、燃料電池発電装置において水素ガスを使用するときだけ開かれ、燃料電池発電装置において水素ガスを使用しないときは閉じられる。過流防止弁１４は、過流防止弁１４を流れるガス流量が設定値以下のときは開いており、過流防止弁を流れるガス流量が設定値を超えると閉じられる。

充填用バルブ装置１９は、元弁２０と、その下流に配された第１逆止弁２２及び第２逆止弁２４とから構成されている。充填用バルブ装置１９の構成は後で詳しく説明する。
充填用バルブ装置１９には充填用ガス流路１８が接続されている。充填用ガス流路１８の上流端には、図示しない高圧ガス供給装置（例えば、ガソリンスタンドのような水素ガスステーションに設置された水素ガス供給源）が接続できるようになっている。高圧ガス供給装置から供給される水素ガスは、充填用ガス流路１８及び充填用バルブ装置１９を通ってボンベ２８に充填される。

充填用バルブ装置１９の詳細な構成について説明する。図２は充填用バルブ装置１９の断面図を示している。充填用バルブ装置１９は、プラグ２６に形成された貫通孔８６に取付けられるボディ３０と、ボディ３０に組み付けられた元弁２０、第１逆止弁２２及び第２逆止弁２４を備えている。
ボディ３０は、上流端側から順に、第１ボディ３１、第２ボディ８４、第３ボディ４４及び第４ボディ５４を備えている。第１〜第４ボディ３１，８４，４４，５４は、一体に結合されている。第１ボディ３１の外周には雄ネジが形成されている。この雄ネジは、プラグ２６の貫通孔８６に形成された雌ネジに螺合している。これにより、ボディ３０が貫通孔８６に固定されている。なお、貫通孔８６の雌ネジは、プラグ２６の表面近傍にのみ形成されている。

第１ボディ３１の中央には、第１ボディ３１を軸方向に貫通する貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４の内壁面には雌ネジが形成されている。貫通孔３４にはスクリュウ３２が螺合している。スクリュウ３２の上端にはドライバが挿し込まれる差込穴が形成されている。スクリュウ３２の上端にドライバを挿し込み、ドライバを回転させると、第１ボディ３１に対してスクリュウ３２が軸方向に進退動するようになっている。スクリュウ２３の下端には凹所が形成され、この凹所にバルブ３６の上端が嵌合している。

第１ボディ３１の下端面（下流側）には第２ボディ８４が配設されている。第２ボディ８４は、バルブ３６が挿通する貫通孔８３が形成されている。バルブ３６が軸方向に移動する際は、バルブ３６の外周面が第２ボディ８４の貫通孔８３の内壁面に摺動する。したがって、バルブ３６は第２ボディ８４に案内されて、軸方向に安定した状態で進退動することができる。
なお、バルブ３６と第２ボディ８４との間にはゴムＯリング３８，８２が配設され、また、第２ボディ３６とプラグ２６（すなわち、貫通孔８６の内壁面）との間にもゴムＯリング４２が配設されている。ゴムＯリング３８，８２，４２は配設された部材間のシールを行っている。以降に説明するゴムＯリングも配設された部材間のシールを行っている。

第２ボディ８４の下流側には、スペースを空けて第３ボディ４４が配設されている。第３ボディ４４とプラグ２６との間にもゴムＯリング４８が配設されている。第２ボディ８４と第３ボディ４４の間の空間８１には充填孔８０の一端が連通している。充填孔８０はプラグ２６を貫通し、充填用ガス流路１８に接続されている。

第３ボディ４４には、軸方向に貫通するガス流路４６が形成されている。ガス流路４６の上端は空間８１に連通している。このため、充填用ガス流路１８を通って空間８１に流入した水素ガスは、第３ボディ４４のガス流路４６を通って下流に流れることとなる。
ガス流路４６の上端のガス通過口４６ａは、バルブ３６の下端３６ａによって開閉されるようになっている。すなわち、スクリュウ３２が回転してバルブ３６が下方に移動すると、その下端３６ａがガス通過口４６ａを閉じる。スクリュウ３２が逆方向に回転してバルブ３６が上方に移動すると、ガス通過口４６ａが開放される。なお、バルブ３６は、通常時はガス通過口４６ａを開放し、ボンベ２８の交換時等においてのみ閉じられる。
上述したことから明らかなように、本実施例では、スクリュウ３２、バルブ３６等によって元弁２０が構成されている。

第３ボディ４４の下端には凹所４４ａが形成され、凹所４４ａにシート７６が嵌合している。第３ボディ４４とシート７６との間にもゴムＯリング７８が配設されている。
また、第３ボディ４４の下流にはスペーサ７４を介して第４ボディ５４が配設されている。第４ボディ５４とプラグ２６（すなわち、貫通孔８６の内壁面）との間にもゴムＯリング５６が配設されている。第４ボディ５４には、軸方向に貫通するガス流路５２が形成され、このガス流路５２内に第１逆止弁２２が収容されている。

図３には第１逆止弁２２を拡大した図が示されている。第１逆止弁２２は、シート７６のガス通過口を開閉するバルブ５０と、バルブ５０を案内するガイド７０と、バルブ５０とガイド７０との間に介装されたコイルバネ７２を有する。コイルバネ７２は、圧縮状態で介装されており、これによってバルブ５０はシート７６側に付勢されている。
バルブ５０は、シート７６に当接するシール部５１と、シール部５１の下流側に形成された摺動部５３を備えている。シール部５１は、略円錐状（詳しくは、円錐の頂点部分を切り落とした形状）を呈している。シール部５１の下端の外径は、シート７６に形成されたガス通過口の径よりもわずかに大きく、かつ、ガス流路５２の径よりも小さくされている。このため、バルブ５０の受圧面（ガスの圧力を受ける面）はガス流路５２の断面より小さく、かつ、シール部５１とガス流路５２の間には大きなクリアランスが形成されている。
摺動部５３は、円柱状に形成され、シール部５１の下端面中央から下方（下流側）に略垂直に延びている。図より明らかなように、摺動部５３の直径は、シール部５１の下端直径より小さい。このため、バルブ５０を上流側の無限遠方から投影すると、投影面積内に摺動部５３が位置することとなる。

ガイド７０は、バルブ５０の摺動部５３を案内する案内部７０ａと、ガイド７０を第４ボディ５４に係止する係止部７０ｂと、案内部７０ａと係止部７０ｂを連結する連結部（ただし、図示省略）によって構成されている。
案内部７０ａには、軸方向に貫通する貫通孔７０ｃが形成されている。貫通孔７０ｃには、バルブ５０の摺動部５３が軸方向に移動可能に挿し込まれている。
係止部７０ｂは、第４ボディ５４に形成されたガス流路５２の内壁面に当接し、かつ、その下端が第４ボディ５４に形成された係止面５４ａに当接している。ガイド７０は、コイルバネ７２によって下方に付勢されており、係止部７０ｂと第４ボディ５４の係止面５４ａが当接することで、ガイド７０の下方（下流側）への移動が規制されている。
案内部７０ａと係止部７０ｂは、図示しない連結部によって周方向複数箇所で結合されている。このため、第４ボディ５４のガス流路５２を流れる水素ガスは、案内部７０ａと係止部７０ｂの間を流れてゆくことになる。

図１に戻って、第４ボディ５４の下流には、第４ボディ５４の下端面と当接するようにシート５８が配設されている。第４ボディ５４とシート５８の間にもゴムＯリング６８が配されている。
シート５８の先端は貫通孔８６の壁面８６ａと当接している。シート５８の下流では、プラグ２６の貫通孔８６によってガス流路６６が形成されている。ガス流路６６内には第２逆止弁２４が収容されている。なお、ガス流路６６の下流には、ガス流路６６より小径のガス流路６２が連設されており、ガス流路６２の他端がボンベ２８に連通している。

図４には第２逆止弁２４を拡大した図が示されている。第２逆止弁２４は、シート５８のガス通過口を開閉するバルブ６０と、バルブ６０をシート５８方向に付勢するコイルバネ６４を有する。
バルブ６０は、シート５８に当接するシール部６１と、シール部６１の下流に形成された小径部６７と、小径部６７の下流に形成された摺動部６５を有する。
シール部６１は、中空で、かつ、略円錐状に形成されている。シール部６１の下端（下流側の端部）は、ガス流路６６の内壁面に近接している。したがって、バルブ６０の受圧面（ガスの圧力を受ける面）はガス流路６６の断面と略同一とされ、第１逆止弁２２（バルブ５０）の受圧面より大きくなっている。また、シール部６１とガス流路６６とのクリアランスもわずかであり、第１逆止弁２２のシール部５１とガス流路５２とのクリアランスと比較して小さくされている。

小径部６７は、円筒状に形成されており、その壁面には半径方向に貫通する貫通孔６３が形成されている。貫通孔６３は、周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられている。本実施例では、周方向に９０度間隔で４個の貫通孔６３が設けられている。

摺動部６５は、上端で小径部６７に結合され、その外壁面がガス流路６６の内壁面に当接している。したがって、バルブ６０が軸方向に移動すると、バルブ６０の摺動部６５がガス流路６６の内壁面と摺動することとなる。摺動部６５の内部は水素ガスが流れる空間６５ａとされ、その空間６５ａ内にコイルバネ６４が配されている。コイルバネ６４は、バルブ６０とバネ受け面６６ａとの間に圧縮された状態で介装されている。これによって、バルブ６０はシート５８のガス通過口を閉じる方向に付勢されている。なお、コイルバネ６４がバルブ６０を付勢する力は、第１逆止弁２２のコイルバネ７２がバルブ５０を付勢する力と同一となるように設定されている。

次に、上述した水素ガス貯蔵装置１０に水素ガスを充填する手順について説明する。ボンベ２８に貯蔵されている水素ガスの圧力が所定値以下となると、自動車のインストルメントパネル等に警告灯が点灯する。このため、運転者は、水素ガスステーションでボンベ２８への水素ガスの再充填を行う。
水素ガスを再充填するためには、まず、充填用ガス流路１８に水素ガスステーションに設置された水素ガス供給源（水素ガス供給装置）を接続する。そして、水素ガス供給源側の供給用バルブを開放して、充填用ガス流路１８に水素ガスを導入する。充填用ガス流路１８に導入された水素ガスの圧力は十分に高いため、まず、充填用バルブ装置１９の第１逆止弁２２が開き、次いで、第２逆止弁２４が開く。これによって、充填用ガス流路１８から充填用バルブ装置１９を介してボンベ２８へ水素ガスが流れ、ボンベ２８内へ水素ガスが充填される。

ここで、ボンベ２８へ水素ガスを充填している時は、第１逆止弁２２で圧損が生じ、さらに、第２逆止弁２４で圧損が生じることとなる。このため、第１逆止弁２２のガス通過口上流の圧力をＰ１とし、第１逆止弁２２のガス通過口下流の圧力（第２逆止弁２４のガス通過口上流の圧力でもある）をＰ２とし、第２逆止弁２４のガス通過口下流の圧力（ボンベ２８のガス圧力でもある）をＰ３とすると、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる（すなわち、図５に示すグラフで表されるようになる。）。したがって、第１逆止弁２２と第２逆止弁２４を直列で接続することで、第２逆止弁２４のガス通過口上流の圧力Ｐ２とボンベ２８の圧力Ｐ３との差が小さくなり、ボンベ２８への水素ガスの急激な流入を防止することができる。

また、ボンベ２８へ水素ガスを充填するためには、第１逆止弁２２と第２逆止弁２４が開かなければならない。第１逆止弁２２が開いた状態となるためには、次の関係式（１）が成立しなければならない。関係式（１）において、Ｓ１は第１逆止弁２２の受圧面の面積、Ｆはコイルバネ７２の付勢力を表している。
（Ｐ１−Ｐ２）・Ｓ１＞Ｆ （１）
また、第２逆止弁２４が開いた状態となるためには、次の関係式（２）が成立しなければならない。関係式（２）において、Ｓ２は第２逆止弁２４の受圧面の面積を表している。既に説明したように、コイルバネ６４の付勢力は、コイルバネ７２の付勢力と同一である。
（Ｐ２−Ｐ３）・Ｓ２＞Ｆ （２）
上述した説明から明らかなように、第１逆止弁２２の受圧面Ｓ１は、第２逆止弁２４の受圧面Ｓ２より小さい（Ｓ１＜Ｓ２）。したがって、上記（１），（２）から明らかなように、第１逆止弁２２を開いた状態とするために必要な圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は、第２逆止弁２４を開いた状態とするために必要な圧力差（Ｐ２−Ｐ３）より大きくなる。すなわち、第１逆止弁２２のバルブ５０は開きにくく、第２逆止弁２４のバルブ６０は開き易い。このため、第１逆止弁２２の圧損は第２逆止弁２４の圧損より大きく、第１逆止弁２２によって水素ガスの圧力を効率的に下げることができる、これによって、ボンベ２８への水素ガスの流入速度を低く抑えることができる。

ボンベ２８へ水素ガスが充填され、ボンベ２８のガス圧が上昇すると、第１逆止弁２２の上流・下流の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と、第２逆止弁２４の上流・下流の圧力差（Ｐ２−Ｐ３）も小さくなる。既に説明したように、第１逆止弁２２は開き難く、第２逆止弁２４は開き易いため、まず、第１逆止弁２２から閉じ、次いで、第２逆止弁２４が閉じる。すなわち、まず、第１逆止弁２２の上流・下流の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が第１設定値未満となり、第１逆止弁２２が閉じられる。第１逆止弁２２が閉じられた後も、第２逆止弁２４は開いた状態を維持するため、ガス流路５５からボンベ２８内に水素ガスが流れる。そして、第２逆止弁２４の上流・下流の圧力差（Ｐ２−Ｐ３）が第２設定値未満となると、第２逆止弁２４が閉じられる。これによってボンベ２８への水素ガスの再充填が完了する。ボンベ２８への水素ガスの充填が完了すると、充填用ガス流路１８と水素ガス供給源との接続が切り離される。そして、充填用ガス流路１８が大気に開放され、充填用ガス流路１８内の水素ガスが大気に排気される。
なお、ボンベ２８への水素ガスの再充填が完了すると、第１逆止弁２２の上・下流の圧力と第２逆止弁２４の上・下流の圧力は、図６に示すようになる。図６から明らかなように、第１逆止弁２２と第２逆止弁２４の間のガス流路５５に圧力が作用しているが、これはガス流路５５に水素ガスが残るためである。

本実施例の水素ガス貯蔵装置１０では、充填用バルブ装置１９に第１逆止弁２２と第２逆止弁２４を直列に配置している。このため、水素ガス供給源から供給される水素ガスは、第１逆止弁２２でガス圧が減少し、次いで、第２逆止弁２４を流れてボンベ２８に充填される。したがって、水素ガス充填開始初期等においてボンベ２８内へ水素ガスが急激に流れ込むことが抑制され、第２逆止弁２４の誤作動を防止することができる。さらに、第１逆止弁２２に高圧損型の構造を採用し、第２逆止弁２４に低圧損型の構造を採用することで、第２逆止弁２４の誤作動を防止ししつつボンベ２８へのガス充填時間の短縮化を図ることができる。
また、充填完了時には第１逆止弁２２と第２逆止弁２４の間のガス流路５５に水素ガスが残り、第２逆止弁２４のバルブ６０には、ガス流路５５内のガス圧が下方に向かって作用し、ボンベ２８内のガス圧が上方に向かって作用する。このため、バルブ60からシート５８に作用する力（上向きの力）が減少し、シート５８のクリープによる変形を低減することができる。シート５８は、ボンベ２８への充填性能を決める重要な部品であるため、シート５８の変形を防止する意義は大きい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、ボンベ２８に取付けられる充填用バルブ装置１９に本発明に係る技術を適用した例であったが、本発明はこのような例に限られず、例えば、ボンベ２８に取付けられる供給用バルブ装置に適用することができる。すなわち、供給用バルブ装置のガス流路に、２つの逆止弁を直列に配置することができる。かかる構成は、ボンベ下流のガス流路の容量が大きく、ボンベからボンベ下流のガス流路に高圧ガスが急激に流れるような場合に有効である。
また、上述した実施例では、充填用バルブ装置１９に配置される２つの逆止弁２２，２４の構造を異なるものとしたが、本発明はこのような例に限られず、同一構造の逆止弁を用いることもできる。その場合には、２つの逆止弁の受圧面の面積を変えて、上流側の逆止弁の圧損を、下流側の逆止弁の圧損より大きくすることが好ましい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

水素ガス貯蔵装置の構成を示す断面図である。 充填用バルブ装置の断面図である。 第１逆止弁の拡大図である。 第２逆止弁の断面図である。 ガス充填時におけるガス流路のガス圧の状態を示す模式図である。 ガス充填完了時におけるガス流路のガス圧の状態を示す模式図である。

符号の説明

１０：水素ガス貯蔵装置
１２：遮断弁
１４：過流防止弁
１６：供給用ガス流路
１８：充填用ガス流路
２０：元弁
２２：第１逆止弁
２４：第２逆止弁
２６：プラグ
２８：ボンベ

Claims (8)

1. 外部ガス供給源から供給されるガスを加圧状態で貯蔵するガス貯蔵装置であり、
   ガスを貯蔵するガス貯蔵容器と、
   一端がガス供給源に接続可能とされており、他端がガス貯蔵容器に接続されているガス充填流路と、
   ガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、
   第１の逆止弁からガス貯蔵容器までの間のガス充填流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備え、
   第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されていることを特徴とするガス貯蔵装置。
2. 第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされていることを特徴とする請求項１に記載のガス貯蔵装置。
3. 第１の逆止弁の弁体は、第２の逆止弁の弁体と比較して、そのガス通過口下流のガス流路壁面とのクリアランスが大きくされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス貯蔵装置。
4. 第１の逆止弁は、弁体を案内するガイドをさらに有し、弁体とガス通過口下流のガス流路壁面とが摺動しないことを特徴とする請求項２又は３に記載のガス貯蔵装置。
5. 第２の逆止弁の弁体は、ガス通過口の下流でガス流路壁面と摺動する摺動部を有することを特徴とする請求項４に記載のガス貯蔵装置。
6. ガス貯蔵容器は燃料電池で使用される水素を貯蔵するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガス貯蔵装置。
7. ガス貯蔵容器に取付けられ、外部ガス供給源から供給されるガスをガス貯蔵容器内に導く一方で、ガス貯蔵容器内のガスをガス貯蔵容器外に排出することを規制するバルブ装置であり、
   ガス入口と、ガス出口と、ガス入口とガス出口を連通するガス流路とを有し、ガス入口が外部ガス供給源に接続可能とされると共にガス出口がガス貯蔵容器内に連通されるハウジングと、
   前記ガス流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、
   第１の逆止弁からガス貯蔵容器までの間のガス流路に配置され、ガス貯蔵容器からのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備え、
   第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されており、
   第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされていることを特徴とするバルブ装置。
8. ガス貯蔵容器に加圧状態で貯蔵されているガスをガス使用装置に供給してガス使用装置にガスを充填するガス供給システムであり、
   ガスボンベからガス使用装置まで伸びているガス供給流路と、
   ガス供給流路に配置され、ガス使用装置側からガス貯蔵容器側へのガスの逆流を防止する第１の逆止弁と、
   第１の逆止弁からガス使用装置までの間のガス供給流路に配置され、ガス使用装置側からガス貯蔵容器側へのガスの逆流を防止する第２の逆止弁と、を備え、
   第１の逆止弁と第２の逆止弁が直列に接続されており、
   第１の逆止弁の弁体の受圧面の面積が、第２の逆止弁の弁体の受圧面の面積と比較して小さくされていることを特徴とするガス供給システム。

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