JP2010190294A - 弁装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】取り付けスペースの小型化を図るとともに組み付け性を向上させることができる弁装置を提供する。
【解決手段】弁装置２は、高圧水素ガスを貯蔵可能なガスタンク１に装着され、水素ガスの充填路３を開閉する。弁装置２は、内部に収容部４が設けられたハウジング１０と、ハウジング１０に取り付けられ、収容部４と充填路３とを連通する貫通孔を形成する第１逆止弁２１と弁抑え部材３０と備える。ハウジング１０には、外部と収容部４とを連通する充填口１１が形成される。収容部４には、ハウジング１０の充填口１１と通路部材２０の貫通孔２２ａとの間に配置されるフィルタ１７と、水素ガスの流れによって、フィルタ１７と充填口１１との間を移動可能な球弁１９とが収容される。ガスタンク１内の水素ガスが収容部４に流れ込んだ場合、充填口１１側に移動した球弁１９が弁座１３に着座して、充填口１１を閉蓋する。
【選択図】図１

Description

この発明は、高圧水素ガスを貯蔵するガスタンクに用いられる弁装置に関する。
一般に、高圧水素ガスを貯蔵するガスタンクには、ガスタンクの内部とその外部とを連通する流路内の水素ガスの流通を遮断する弁装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
近年、燃料電池車等に搭載される水素ガス用のガスタンクにおいては、貯蔵容量の増加を図るため一層の高圧化が進められており、その高圧化に応じたより高い信頼性、或いは高精度の調圧性能が望まれている。例えば、ガスタンク内に水素ガスを充填する充填路には、上記マニュアル弁の他、貯蔵水素ガスの逆流を防止する逆止弁が設けられるが、高圧化に応じた信頼性を確保するためには、この逆止弁を多重化して冗長性を持たせることが望ましい。そこで、逆止弁を多重化した弁装置が提案されている。
例えば、特許文献２に記載の弁装置では、栓体ハウジングの外側に開口する収容凹部を形成するとともに収容凹部にマニュアル弁が螺着されている。このマニュアル弁と収容凹部との間に複数の逆止弁が配置されているので小型化が図られている。このように逆止弁を栓体に配置するような弁装置では、これら逆止弁を栓体に組み付ける際に手間を要するため、逆止弁を充填路の充填口側に配置することが望ましい。
特開平９‐２１０２９６号公報 特開２００６‐１４４８４１号公報
ところが、充填路の充填口近傍には、水素ガスの充填時にごみ等が充填路及びガスタンクの内部へ進入することを防ぐフィルタが設けられている。従って、逆止弁及びフィルタを充填路の充填口側に各々配置するとなると、充填口の肥大化を招くことになる問題がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、取り付けスペースの小型化を図るとともに組み付け性を向上させることができる弁装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、高圧水素ガスを貯蔵可能なガスタンクに装着され、水素ガスの充填路を開閉する弁装置であって、内部に収容空間が設けられたハウジングと、前記ハウジングに取り付けられ、前記収容空間と前記充填路とを連通する貫通孔が形成された通路部材とを備えるとともに、前記ハウジングには、外部と前記収容空間とを連通する充填口が形成され、前記収容空間には、前記ハウジングの充填口と前記通路部材の貫通孔との間に配置され、前記充填口から前記ガスタンク内に充填される水素ガスを濾過するフィルタと、水素ガスの流れによって、前記フィルタと前記充填口との間を移動可能な弁体とが収容され、前記ガスタンク内の水素ガスが前記貫通孔から前記フィルタを通過して、前記収容空間に流れ込んだ場合、前記充填口側に移動した前記弁体が前記充填口の周囲に形成された弁座に着座して、前記充填口を閉蓋することをその要旨としている。
同構成によれば、ガスタンクの外部に取着されるハウジング内にフィルタの収容空間を形成することで、ガスタンク側の構造を簡素なものとすることができる。また、その収容空間内に固定されたフィルタと充填口との間に弁体を配置するとともに同充填口の周囲に弁座を形成することにより、フィルタ収容部を逆止弁として機能させることができる。すなわち、通常時には弁体がフィルタ側に移動して充填口の弁座から離間し、水素ガスの逆流時には弁体が弁座に押し付けられ着座して充填口が閉蓋される。この結果、弁装置を簡素化及び小型化することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置において、前記弁体は球弁であって、前記フィルタの充填口側の端部に同球弁を保持する凹部が形成されることをその要旨としている。
同構成によれば、球弁をハウジングの収容空間に収容するとともに、フィルタの端部に保持用の凹部を形成することで、充填時等に球弁がフィルタ側に移動した際に保持して球弁の不必要な移動を抑制することができる。また、球弁を保持する部材を新たに設けず、フィルタに設けたことで取付スペースの小型化を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置において、前記弁体は外形が円錐状で中空の蓋体であって、前記フィルタの充填口側の端部に同蓋体を保持する円錐状の円錐部が形成されることをその要旨としている。
同構成によれば、円錐状の蓋体をハウジングの内部に収容するとともに、フィルタの端部に円錐状の円錐部を形成することで、充填時等に蓋体がフィルタ側に移動した際に保持して蓋体の不必要な移動を抑制することができる。また、蓋体を保持する部材を新たに設けず、フィルタに設けたことで取付スペースの小型化を図ることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の弁装置において、前記蓋体のフィルタ側端部に前記フィルタの外周に遊嵌する円筒部が形成されることをその要旨としている。
同構成によれば、円錐状の蓋体の下端部にフィルタの外周に遊嵌する円筒部が形成されるため、蓋体が充填時にガスの流入によってフィルタ側に移動する際に、円筒部がガイドとなって、円筒部がフィルタの外周に沿って移動することになり、蓋体が円滑に移動できる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁装置において、前記ハウジングは、前記充填路に連通する取付凹部に螺着され、前記通路部材は、前記取付凹部に螺着される前記ハウジングにより同取付凹部に押圧固定されることをその要旨としている。
同構成によれば、通路部材がハウジングによって押圧固定されるので、通路部材を確実に充填路に接続できるとともに、シール性を向上させることができる。また、ハウジングを取付凹部に螺着により取り付けられるため、容易に締め付けることができる。そして、通路部材が充填口と充填路とを連通するように取付凹部に接続されて、フィルタと弁体とが通路部材に取り付けられた状態でハウジングが取付凹部に取着される。このため、順番に組み付けてガスタンクに組み付けられた弁装置はガスタンクの外部に１ユニットとして構成される。よって、取付スペースの小型化を図るとともに組み付け性を向上させることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁装置において、前記通路部材内に前記貫通孔における水素ガスの逆流を防止する逆止弁を配置することをその要旨としている。
同構成によれば、通路部材内に逆止弁を配置することによって、逆止弁として機能するフィルタ収容部と同逆止弁との二重にすることで水素ガスの逆流時に備えて弁装置を冗長化させることができる。また、組み付けは通路部材を固定するのみでよいため、組み付け性も高い。
本発明によれば、フィルタと逆止弁との取り付けスペースの小型化を図るとともに組み付け性を向上させることができる弁装置を提供することができる。
弁装置の構造を示す断面図。 弁装置の構造を示す断面図。 弁装置の構造を示す断面図。 弁装置の構造を示す断面図。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
高圧水素ガスを貯蔵するガスタンク１には、ガスタンク１の内部とその外部とを連通する複数の流路、及び各流路内の水素ガスの流通を制御する複数の弁装置が設けられている。本実施形態では、上記流路のうちガスタンク１の内部に水素ガスを充填するための充填路３に設けられた弁装置２について説明する。なお、水素ガスの充填時における水素ガス及び弁体を二点差線で図示し、水素ガスの逆流時における水素ガス及び弁体を実線で図示する。
図１に示されるように、ガスタンク１には、取付凹部４が外側面１ａに凹設されている。取付凹部４には、充填路３が連通されるとともに、筒状のハウジング１０が螺着されている。ハウジング１０内には、該ハウジング１０に形成された充填口１１と充填路３とを接続する通路部材２０が備えられている。通路部材２０とハウジング１０の充填口１１との間には、充填口１１からガスタンク１の内部へごみが進入することを防止するフィルタ１７を収容する収容空間としての収容部１４が形成されている。フィルタ１７は収容部１４に収容されている。該フィルタ１７と充填口１１との間には、弁体としての球弁１９が配置されている。収容部１４の充填口１１の周囲には、球弁１９が着座することにより充填口１１を閉蓋する弁座１３が形成されている。
取付凹部４は、ガスタンク１の外側面１ａに開口する第１凹部５と、第１凹部５の底面５ａに凹設された第２凹部６とからなる。第２凹部６の側面６ａには、タンク内部に連通する充填路３が開口されている。そして、第１凹部５の側面５ｂには、ハウジング１０の外面に形成される雄螺子部１５と螺合する雌螺子部５ｃが形成されている。
通路部材２０は、第１逆止弁２１と、この第１逆止弁２１を組み付け時に抑える弁抑え部材３０とを備えている。
第１逆止弁２１は、有底筒状をなす弁体ハウジング２２と、弁体ハウジング２２の開口部を閉蓋する蓋体２７と、弁体ハウジング２２内にその軸線方向に沿って移動可能に収容された弁体２６とを備えている。弁体ハウジング２２は、第２凹部６の内径に一致する小径部２３と、小径部２３の外径より大きく第１凹部の内径より小さい大径部２４とからなる。
弁体ハウジング２２及び蓋体２７には、弁体ハウジング２２内と外部とを連通する貫通孔２２ａ，２７ａが形成されており、これら貫通孔２２ａ，２７ａは、弁体ハウジング２２内に収容された弁体２６と同軸となる位置に形成されている。そして、蓋体２７に設けられた貫通孔２７ａの周縁には、弁体２６が接離する弁座２８が形成されている。弁体ハウジング２２の小径部２３の外周２３ａにはシール部材としてＯリング２５が嵌装されている。
充填路３と第１逆止弁２１の貫通孔２２ａとが連通され、ガスタンク１の内部の水素ガスが逆流した際にはガス圧によって弁体２６が弁座２８に着座することにより、第１逆止弁２１から充填口１１への水素ガスの逆流が防止されるようになっている。
弁抑え部材３０は、弁体ハウジング２２の大径部２４の外径と同径であるとともに、第１逆止弁２１の蓋体２７を弁体ハウジング２２側へ抑える押圧部３１と、ハウジング１０内に嵌装される嵌装部３２とからなる。弁抑え部材３０には貫通孔３０ａが形成されており、第１逆止弁２１の貫通孔２２ａに連通されている。嵌装部３２の外周３２ａにはシール部材としてＯリング３３が嵌装されている。弁抑え部材３０の充填口１１側の端部３２ｂには、有底円筒状の例えば金網で形成されたフィルタ１７が溶接固定されている。そして、フィルタ１７と充填口１１との間には、球弁１９が配置されている。フィルタ１７の充填口１１側の端部１７ａには、水素ガスの充填時に球弁１９を保持する凹部１８が形成されている。
ハウジング１０の内部には、弁抑え部材３０の嵌装部３２が嵌装されるとともに、フィルタ１７と球弁１９とを収容する収容部１４が形成されている。収容部１４の充填口１１側は、充填口１１に向かってすり鉢状に傾斜している。また、弁体ハウジング２２の外側に位置するハウジング１０の外周には、第１凹部５の内径と一致して螺合する雄螺子部１５とが形成されている。ハウジング１０の先端側の外周には、充填時に図示しない供給ノズル等を螺着する雄螺子部１６が形成されている。また、充填口１１の内側には、球弁１９が接離する弁座１３が形成されている。水素ガスの逆流時に、フィルタ１７を通過した水素ガスは球弁１９が弁座１３に着座することにより、充填口１１からのガス漏れが防止されるようになっている。すなわち、球弁１９、弁座１３、及び収容部１４が逆止弁として機能する（便宜上、これを第２逆止弁という）。
次に、弁装置２のガスタンク１への組み付けについて説明する。
まず、ガスタンク１の外側面１ａに形成された取付凹部４の第２凹部６に第１逆止弁２１の小径部２３を嵌着する。このとき、小径部２３の外周に設けられたＯリング２５が第２凹部６の内壁に密着することによってシール性が確保される。
次に、ハウジング１０の収容部１４に球弁１９を挿入し、フィルタ１７と弁抑え部材３０とが一体となったものをフィルタ１７が充填口１１側になるように挿入する。このとき、嵌装部３２の外周に設けられたＯリング３３が収容部１４の内壁に密着することによってシール性が確保される。
そして、球弁１９、フィルタ１７、及び弁抑え部材３０を収容したハウジング１０を取付凹部４の第１凹部５の側面５ｂに形成された雌螺子部５ｃにハウジング１０の第１逆止弁２１側の外周に形成された雄螺子部１５を螺合させ、ハウジング１０を締め付けることによって通路部材２０である第１逆止弁２１及び弁抑え部材３０が押圧固定される。
このように組み付けられた弁装置２は、ガスタンク１の外部に１ユニットとして配置されるため、取付スペースの小型化を図るとともに、組み付け性が高い。
次に、前述のように構成された弁装置２の動作について説明する。
充填口１１に供給用のノズルが螺合され、充填口１１から水素ガスが充填される、すなわち充填路３に水素ガスが流入する際には、球弁１９は流入するガス圧によってフィルタ１７の凹部１８に保持される。充填口１１から流入する水素ガスは、球弁１９を迂回してフィルタ１７を通過して弁抑え部材３０の貫通孔３０ａを通過し、第１逆止弁２１を通過し、弁体ハウジング２２の貫通孔２２ａから充填路３を介してガスタンク１の内部へ充填される。
一方、例えば衝突等によってガスタンク１に過度の圧力が発生した際には、ガスタンク１の水素ガスが第１逆止弁２１を通過して第２逆止弁が設けられるハウジング１０の収容部１４に進入すると、逆流した水素ガスはフィルタ１７の中央から充填口１１へ向かい、球弁１９を充填口１１の弁座１３に押し付ける。よって、球弁１９が充填口１１を閉蓋するため、逆流した水素ガスが充填口１１から外部へ漏れることを防止できる。
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）ガスタンク１の外部に取着されるハウジング１０内にフィルタ１７の収容空間として収容部１４を形成することで、ガスタンク１側の構造を簡素なものとすることができる。また、その収容部１４内に固定されたフィルタ１７と充填口１１との間に弁体を配置するとともに同充填口１１に弁座１３を形成することにより、収容部１４を第２逆止弁として機能させることができる。すなわち、通常時には弁体がフィルタ１７側に移動して充填口１１の弁座１３から離間し、水素ガスの逆流時には弁体が弁座１３に押し付けられ着座して充填口１１が閉蓋される。この結果、弁装置を簡素化及び小型化することができる。また、通路部材２０として第１逆止弁２１及び弁抑え部材３０が充填口１１と充填路３とを連通するように取付凹部４に接続されて、フィルタ１７と弁体とが通路部材２０として弁抑え部材３０に取り付けられた状態でハウジング１０が取付凹部４に取着される。このため、順番に組み付けてガスタンク１に組み付けられた弁装置２はガスタンク１の外部に１ユニットとして構成される。よって、取付スペースの小型化を図るとともに組み付け性を向上させることができる。
（２）球弁１９をハウジング１０の収容部１４に収容するとともに、フィルタ１７の端部１７ａに保持用の凹部１８を形成することで、水素ガスの充填時等に球弁１９がフィルタ１７側に移動した際に保持して球弁１９の不必要な移動を抑制することができる。また、球弁１９を保持する部材を新たに設けず、フィルタ１７に設けたことで取付スペースの小型化を図ることができる。
（３）通路部材２０として第１逆止弁２１及び弁抑え部材３０がハウジング１０によって押圧固定されるので、第１逆止弁２１及び弁抑え部材３０を確実に充填路３に接続できるとともに、シール性を向上させることができる。また、ハウジング１０を取付凹部４に螺着により取り付けられるため、容易に締め付けることができる。
（４）通路部材２０内に第１逆止弁２１を配置することによって、第２逆止弁として機能する収容部１４と同第１逆止弁２１との二重にすることで水素ガスの逆流時に備えて弁装置を冗長化させることができる。また、組み付けは第１逆止弁２１及び弁抑え部材３０を固定するのみでよいため、組み付け性も高い。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図２を参照して説明する。この実施形態の弁装置は、第２逆止弁の弁体とフィルタ１７の端部１７ａとが上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の弁装置は、図１に示す第１の実施形態の弁装置とほぼ同様の構成を備えている。水素ガスの充填時における水素ガス及び弁体を二点差線で図示し、水素ガスの逆流時における水素ガス及び弁体を実線で図示する。
第２逆止弁の弁体は、外形が円錐状の円錐部３９ａと、その下部に円筒部３９ｂとが接続された蓋体３９である。円筒部３９ｂは、フィルタ１７の外周に遊嵌するように内径が設定されている。ガス圧によって蓋体３９が移動する際には、円筒部３９ｂがガイドとなって、蓋体３９はフィルタ１７の外周に沿って移動することができる。
フィルタ１７の充填口１１側の端部１７ａには、水素ガスの充填時に蓋体３９を保持する円錐保持部３８が形成されている。このフィルタ１７の円錐保持部３８の外形は、蓋体３９の円錐部３９ａの内側に一致する。水素ガスの逆流時に、フィルタ１７を通過した水素ガスは蓋体３９が充填口１１の弁座１３に着座することにより、充填口１１からのガス漏れが防止されるようになっている。
弁装置２の組み付けは、蓋体３９をフィルタ１７に被せた状態で弁抑え部材３０及びフィルタ１７をハウジング１０の内部へ挿入して、ハウジング１０を取付凹部４の第１凹部５に螺着させる。
次に、前述のように構成された弁装置の操作態様について説明する。
充填口１１に供給用のノズルが螺合され、充填口１１から水素ガスが充填される、すなわち充填路３に水素ガスが流入する際には、蓋体３９は流入するガス圧によってフィルタ１７の円錐保持部３８に保持される。充填口１１から流入する水素ガスは、蓋体３９を迂回してフィルタ１７を通過して弁抑え部材３０の貫通孔３０ａを通過し、第１逆止弁２１を通過し、弁体ハウジング２２の貫通孔２２ａから充填路３を通過してガスタンク１の内部へ充填される。
一方、例えば衝突等によってガスタンク１に過度の圧力が発生した際には、ガスタンク１の水素ガスが第１逆止弁２１を通過して第２逆止弁が設けられるハウジング１０の収容部１４に進入すると、逆流した水素ガスはフィルタ１７から充填口１１へ向かい、蓋体３９を充填口１１の弁座１３に押し付ける。よって、蓋体３９が充填口１１を閉蓋するため、逆流した水素ガスが充填口１１から外部へ漏れることを防止できる。
以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（３）、及び（４）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（５）円錐状の蓋体３９をハウジング１０の内部に収容するとともに、フィルタ１７の端部１７ａに円錐状の円錐保持部３８を形成することで、水素ガスの充填時等に蓋体３９がフィルタ１７側に移動した際に蓋体３９を保持して蓋体３９の不必要な移動を抑制することができる。また、蓋体３９を保持する部材を新たに設けず、フィルタ１７に設けたことで取付スペースの小型化を図ることができる。
（６）円錐状の蓋体３９の下端部にフィルタ１７の外周に遊嵌する円筒部３９ｂが形成されるため、蓋体３９が充填時に水素ガスの流入によってフィルタ１７側に移動する際に、円筒部３９ｂがガイドとなって、円筒部３９ｂがフィルタ１７の外周に沿って移動することになり、蓋体３９が円滑に移動できる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記構成において、図３及び図４に示されるように、第１逆止弁２１を省略した構成を採用してもよい。詳しくは、第１逆止弁２１の弁体２６をなくし、弁体ハウジング２２と弁抑え部材３０とを一体とした通路部材２０を設け、この部材の内部に収容部１４と充填路３とを連通する貫通孔２０ａを形成する。このようにすれば、更に構成を簡略化することができる。
・上記第２の実施形態において、蓋体３９の円筒部３９ｂを省略した構成を採用することもできる。
・上記第２の実施形態において、フィルタ１７の円錐保持部３８をフィルタ１７と別部材としたが、フィルタ１７と一体として形成してもよい。
・上記実施形態において、弁体として第１の実施形態では球弁１９を、第２の実施形態では蓋体３９を収容部１４に設けるようにしたが、フィルタ１７と充填口１１との間に設けることができ、水素ガスが逆流した際に充填口１１を閉蓋するものであれば、他の形状のものを弁体として用いてもよい。また、弁体の形状に合わせてフィルタ１７の端部１７ａの形状も変更するのが望ましい。
・上記実施形態の弁装置では、ガスタンク１の取付凹部４にハウジング１０等を設けるようにしたが、ガスタンク１に栓体ハウジングを設け、この栓体ハウジングに上記の充填路を含む複数の弁装置を設けるようにしてもよい。
１…ガスタンク、２…弁装置、３…充填路、４…取付凹部、５…第１凹部、６…第２凹部、１０…ハウジング、１１…充填口、１３…弁座、１４…収容部、１５，１６…雄螺子部、１７…フィルタ、１８…凹部、１９…球弁、２０…通路部材、２１…第１逆止弁、２２…弁体ハウジング、２３…小径部、２４…大径部、２５…Ｏリング、２６…弁体、２７…蓋体、２８…弁座、３０…弁抑え部材、３１…押圧部、３２…嵌装部、３３…Ｏリング、３８…円錐保持部、３９…蓋体、３９ａ…円錐部、３９ｂ…円筒部。

Claims (6)

  1. 高圧水素ガスを貯蔵可能なガスタンクに装着され、水素ガスの充填路を開閉する弁装置であって、
    内部に収容空間が設けられたハウジングと、
    前記ハウジングに取り付けられ、前記収容空間と前記充填路とを連通する貫通孔が形成された通路部材とを備えるとともに、
    前記ハウジングには、外部と前記収容空間とを連通する充填口が形成され、
    前記収容空間には、前記ハウジングの充填口と前記通路部材の貫通孔との間に配置され、前記充填口から前記ガスタンク内に充填される水素ガスを濾過するフィルタと、水素ガスの流れによって、前記フィルタと前記充填口との間を移動可能な弁体とが収容され、
    前記ガスタンク内の水素ガスが前記貫通孔から前記フィルタを通過して、前記収容空間に流れ込んだ場合、前記充填口側に移動した前記弁体が前記充填口の周囲に形成された弁座に着座して、前記充填口を閉蓋すること、を特徴とする弁装置。
  2. 請求項１に記載の弁装置において、
    前記弁体は球弁であって、前記フィルタの充填口側の端部に同球弁を保持する凹部が形成されること、を特徴とする弁装置。
  3. 請求項１に記載の弁装置において、
    前記弁体は外形が円錐状で中空の蓋体であって、前記フィルタの充填口側の端部に同蓋体を保持する円錐状の円錐部が形成されること、を特徴とする弁装置。
  4. 請求項３に記載の弁装置において、
    前記蓋体のフィルタ側端部に前記フィルタの外周に遊嵌する円筒部が形成されること、
    を特徴とする弁装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁装置において、
    前記ハウジングは、前記充填路に連通する取付凹部に螺着され、
    前記通路部材は、前記取付凹部に螺着される前記ハウジングにより同取付凹部に押圧固定されること、を特徴とする弁装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁装置において、
    前記通路部材内に前記貫通孔における水素ガスの逆流を防止する逆止弁を配置すること、を特徴とする弁装置。
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