JP2011085166A - 車両用高圧タンクのバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の手動圧抜き弁の機能を確保しつつ、簡易な構造により、小型化と保守性の向上に対応することができる車両用高圧タンクのバルブ装置を提供する。
【解決手段】車両用高圧タンクのバルブ装置は、高圧タンクに連通し、主止弁に接続される配線が通る配線通路と、配線通路を封止する封止部材と、封止手段を移動させる移動機構とを有する。移動機構による封止部材の移動により、配線通路と封止部材との間に隙間が形成され、高圧タンクと外部とが連通する。この構成により、従来の手動圧抜き弁の機能を確保しつつ、簡易な構造により、小型化と保守性の向上に対応することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用高圧タンクのバルブ装置の構造の改良に関する。

従来から、水素ガス等の燃料を燃料電池に供給し、その電池で発電した電力により走行する車両が知られている。この車両には、通常、燃料電池に用いられる燃料を高圧状態で収容する高圧タンクが搭載される。この高圧タンクの口金には、ガスが流れる通路と、この通路に配置される各種バルブとを一体化したバルブ装置が取り付けられる例がある。

下記特許文献１には、ガス容器と外部とを連通する通路として、ガス容器にガスを流入させる第１の通路と、ガス容器からガスを流出させる第２の通路とを有するガス容器用のバルブ装置が記載されている。このバルブ装置は、さらに、第１の通路と第２の通路を接続する連通路と、連通路に配置された遮断弁とを有する。この遮断弁は、平常時、閉状態である。しかし、第２の通路であって、この通路と連通路とが接続する接続部よりガス容器側の第２の通路に配置されたバルブが故障等で開かなくなった場合には、緊急事態として遮断弁が開弁される。これにより、第１の通路、連通路そして第２の通路の順にガス容器内のガスを流して、ガス容器内のガス圧を抜くことができる。

下記特許文献２には、高温時に弁内部の溶栓部が溶解することで弁体を移動させて開弁し、ガスを排出する機能と、手動によりその弁体を移動させて開弁し、ガスを排出する機能とを有する高圧ガス容器の安全弁が記載されている。この安全弁は、弁体と溶栓部とを収容する本体部と、本体部をねじ結合して収容するバルブハウジングとを有する。このように構成される安全弁によれば、工具を用いて手動により本体部を回転させることにより、本体部とこれに収容される弁体と溶栓部とが一体にバルブハウジングの外側へ移動して開弁し、ガスを排出することができる。

特開２００６−２４２２２５号公報 特開２００８−２３２４０８号公報

従来の車両用高圧タンクのバルブ装置は、上記特許文献１のバルブ装置のように、高圧タンクからガスを外部に放出させる放出通路（リリーフ通路）に配置され、高温時に高圧タンク内のガスを外部に放出する溶栓弁を有する。さらに、従来の車両用高圧タンクのバルブ装置は、上記特許文献１のバルブ装置のように、高圧タンクにガスを流入させる流入通路（第１の通路）と高圧タンクからガスを流出させる流出通路（第２の通路）とを連通する連通路に配置されたバルブを有する。このバルブは、例えば、流出通路に配置された主止弁の故障時、具体的には閉弁固着時に、手動による開動作で高圧タンク内のガスを流出させて高圧タンク内のガス圧を抜く手動圧抜き弁として機能する。

このように、従来の車両用高圧タンクのバルブ装置には、緊急時に動作するバルブとして、溶栓弁のほかに手動圧抜き弁が設けられている。しかも、このバルブ装置には、手動圧抜き弁を設けるために、流入通路と流出通路とを連通する連通路が設けられている。よって、バルブ装置本体が大型化してしまう傾向にあった。しかしながら、車両に搭載される高圧タンクの設置スペースは限られており、バルブ装置の設置スペースについても当然余裕はない。

また、従来の車両用高圧タンクのバルブ装置においては、車両搭載時におけるメンテナンススペースも制限される。これを考慮して、溶栓弁は、メンテナンスが容易であり、且つ、ガス放出時に客室や荷室に直接ガスを放出させないような位置または方向、すなわち車両搭載時におけるバルブ装置の下側に優先的に配置される。一方、手動圧抜き弁は、機能の優先順位が低いため、操作が困難な位置、例えば車両搭載時におけるバルブ装置の上側に配置されてしまう。このため、手動圧抜き弁の操作には、例えばタンクを車両から取り外さなければならず、その作業に手間がかかってしまうという問題がある。

上記特許文献２には、溶栓弁と手動弁とを一体化した安全弁が記載されている。この安全弁を、車両用高圧タンクのバルブ装置に採用することで、このバルブ装置の小型化を図ることができ、さらに車両搭載における手動弁の操作性の向上を図ることが考えられる。

しかし、上記特許文献２の安全弁を、車両用高圧タンクのバルブ装置に単に採用するだけでは、以下の問題が発生する。すなわち、上記特許文献２の安全弁は、閉弁時に常時、ガス圧が弁体を介して溶栓部に加わるように構成されている。このように構成される安全弁を、車両用高圧タンクのバルブ装置に採用すると、高圧タンク内の高いガス圧（例えば７０ＭＰａ）が加わると、溶栓部にバネ力を付与するバネが変形し、その結果開弁してしまい、通常温度にもかかわらず、高圧タンクのガスを外部に放出してしまう可能性がある。また、安全弁の構造の複雑化により、そのコストがかかってしまうという問題がある。

本発明の目的は、従来の手動圧抜き弁の機能を確保しつつ、簡易な構造により、小型化と保守性の向上に対応することができる車両用高圧タンクのバルブ装置を提供することにある。

本発明は、高圧タンクに取り付けられるバルブ装置本体と、バルブ装置本体に形成され、高圧タンクに連通する通路と、通路に設けられる主止弁と、を有する車両用高圧タンクのバルブ装置において、高圧タンクに連通し、主止弁に接続される配線が通る配線通路と、配線通路を封止する封止部材と、封止部材を移動させる移動機構と、を有し、移動機構による封止部材の移動により、配線通路と封止部材との間に隙間が形成され、高圧タンクと外部とが連通することを特徴とする。

また、配線通路は、バルブ装置本体に形成されており、移動機構は、封止部材を支持する支持部材と、支持部をバルブ装置本体に締結する締結部材と、を有し、締結部材を緩めることにより、封止部材を配線通路の外部方向へ移動させることができる。

また、配線通路は、高圧タンクに形成されており、移動機構は、封止部材を支持する支持部材と、支持部を高圧タンクに締結する締結部材と、を有し、締結部材を緩めることにより、封止部材を配線通路の外部方向へ移動させることができる。

また、移動機構は、封止部材が所定の距離を移動した場合、封止部材の移動を規制する規制部材を有することができる。

また、規制部材は、締結部材の取り外し方向への移動を規制することができる。

また、支持部材の締結対象となる構造体に、締結部材に嵌り合う第一の孔と、この第一の孔より径が大きい第二の孔とが形成され、規制部材は、締結時に第二の孔に位置し、締結部材の先端部に張り出して設けられた張り出し部を有し、規制部材は、締結部材の取り外し方向への移動により張り出し部が第一の孔の縁に引っ掛かることにより、締結部材の移動を規制することができる。

また、封止部材は、配線通路に隙間なく嵌まるハーメチックコネクタであることが好適である。

本発明の車両用高圧タンクのバルブ装置によれば、従来の手動圧抜き弁の機能を確保しつつ、簡易な構造により、小型化と保守性の向上に対応することができる。

本実施形態の車両用高圧タンクのバルブ装置の構成を示す図である。 図１のＡ部を示す詳細図である。 移動機構の動作を示す図である。

以下、本発明に係る車両用高圧タンクのバルブ装置の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池が発電した電力で走行する自動車、すなわち燃料電池自動車を挙げ、この自動車に搭載される高圧タンクのバルブ装置について説明する。なお、本発明は、燃料電池自動車に限らず、天然ガスなどの気体燃料を燃料源とする内燃機関を備えた自動車にも適用可能である。

図１は、本実施形態の車両用高圧タンクのバルブ装置の構成を示す図である。バルブ装置１０は、高圧タンク１２の軸方向における高圧タンク１２の端部に取り付けられている。高圧タンク１２は、これの内部に収容されたガスの圧力が分散されるように円筒状、いわゆるシリンダ状に形成される。高圧タンク１２に貯蔵されるガスの圧力は、例えば７０ＭＰａである。なお、高圧タンク１２に貯蔵されるガスの圧力は一例であり、本発明はこの数値に限定されない。

バルブ装置１０は、ガスの入口１４及び出口１６と、入口１４から高圧タンク１２にガスを流入させる流入通路１８と、高圧タンク１２から出口１６にガスを流出させる流出通路２０と、これら１４，１６，１８，２０が形成されるバルブ装置本体２２とを有する。

ガスの入口１４は、外部のガス源から高圧タンク１２にガスを充填するための入口である。ガスの入口１２は、これの端部がバルブ装置本体２２の表面から露出して設けられ、その端部に、外部のガス接続口（図示せず）が接続されて、ガスが外部のガス源から高圧タンク１２に供給される。

一方、ガスの出口１６は、高圧タンク１２に貯蔵されたガスを燃料電池（図示せず）に供給するための出口である。ガスの出口１６は、これの端部がバルブ装置本体２２の表面から露出して設けられ、その端部に、ガスを燃料電池に導くガス供給路（図示せず）が接続されて、ガスが高圧タンク１２から燃料電池に供給される。

流入通路１８には、ガスの入口１４から高圧タンク１２に向けて順に、入口手動弁２４と逆止弁２６とが配置される。これらの弁２４，２６は、バルブ装置本体２２に収容される。

入口手動弁２４は、手動により操作可能な操作部２４ａを有し、操作部２４ａの操作により、入口手動弁２４の弁体（図示せず）が開閉（オン・オフ）される。また、入口手動弁２４は、操作部２４ａの操作により、弁体の弁開度を調整することで、ガスの流量を調整することができる。入口手動弁２４は、通常時、開状態である。

逆止弁２６は、ガスが一方から他方へ流れることを許容するが、ガスが他方から一方へ流れることを防止するバルブである。本実施形態の逆止弁２６は、ガスの入口１４から高圧タンク１２へガスが流れることを許容するが、ガスが高圧タンク１２からガスの入口１４へ流れることを防止するように配置される。

また、流入通路１８であって、逆止弁２６と高圧タンク１２の間にある流入通路１８には、高圧タンク１２からガスを外部に放出させる放出通路２８が接続されている。放出通路２８には、溶栓弁３０が配置される。溶栓弁３０は、その一部がバルブ装置本体２２の表面から突出するように設けられる。

溶栓弁３０は、周囲の温度により作動する安全弁である。溶栓弁３０は、周囲の温度が所定の温度（例えば１１０℃）を超えると、弁内部の溶栓部（図示せず）が溶解して開弁する。この動作により、高圧タンクのガスが外部へと放出され、周囲の火災等によって高圧タンク１２が爆発してしまうことを防止する。

一方、流出通路２０には、高圧タンク１２からガスの出口１６に向けて順に、主止弁３２と出口手動弁３３とが配置される。これらの弁３２，３３は、バルブ装置本体２２に収容される。

出口手動弁３３は、手動により操作可能な操作部３３ａを有し、操作部３３ａの操作により、出口手動弁３３の弁体（図示せず）が開閉（オン・オフ）される。また、出口手動弁３３は、操作部３３ａの操作により、弁体の弁開度を調整することで、ガスの流量を調整することができる。出口手動弁３３は、通常時、開状態である。

主止弁３２は、この主止弁３２に接続される配線３４を介して入力される電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁３２は、車両の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、車両の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。また、主止弁３２は、ガスの出口１６に接続されるガス供給路に配置される圧力センサ（図示せず）が設定値以上の圧力値を検出した場合、そのセンサからの電気信号により弁体を閉じる。

バルブ装置本体２２には、主止弁３２の配線３４が２本通る配線通路３６が形成される。配線通路３６は、高圧タンク１２と外部とが連通するように形成される。配線通路３６の外部側の開放端部は、溶栓弁３０が設けられるバルブ装置本体２２の側面、すなわち、車両搭載時にメンテナンスが容易な位置であるバルブ装置１０の下側面に形成される。本実施形態においては、配線通路３６に配線３４が２本通る場合について説明したが、この構成に限定されず、配線通路３６内の配線３４が２本より少ない１本であっても、２本より多い本数、例えば３本であってもよい。

本実施形態におけるバルブ装置１０は、配線通路３６を封止する封止部材３８と、配線通路３６を移動させる移動機構４０とを有する。そして、バルブ装置１０は、移動機構４０が封止部材３８を移動させることにより、配線通路３６と封止部材３８との間に隙間が形成され、配線通路３６を介して高圧タンク１２と外部とが連通するように構成される。

このような簡易な構成により、バルブ装置１０は、従来の手動圧抜き弁と同様の機能を有することができる。すなわち、主止弁３２の故障、例えば閉弁固着時に、移動機構４０を動作させることで、配線通路３６を介して高圧タンク１２内のガスを外部に排出して、高圧タンク１２内のガス圧を抜くという機能を有することができる。しかも、本実施形態のバルブ装置１０においては、従来の手動圧抜き弁と、この弁が配置される連通路とを設ける必要がないので、バルブ装置１０の小型化に対応することができる。

以下、封止部材３８と移動機構４０の構成について、図を用いて詳述する。図２は、図１のＡ部を示す詳細図である。図３は、移動機構４０の動作を示す図である。

封止部材３８は、配線通路３６に隙間なく嵌るハーメチックコネクタである。ハーメチックコネクタは、このコネクタを貫通し、それぞれの端部に配線３４が接続される導電性部材（図示せず）と、導電性部材の周囲に充填される絶縁性部材３８ａとを有する。絶縁性部材３８ａは、セラミックまたはガラス粉末を焼成して形成され、導電性部材をシールする。また、絶縁性部材３８ａの外周面に、これの外側から環状のＯリング３８ｂが設けられる。Ｏリング３８ｂは、封止部材３８が配線通路３６に嵌り合うとき、封止部材３８と配線通路３６の隙間を封止する。

移動機構４０は、封止部材３８を支持する支持部材４２と、支持部材４２をバルブ装置本体２２に締結する締結部材４４とを有し、締結部材４４を緩めることにより、封止部材３８を配線通路３６の外部方向へ移動させるように構成される。支持部４２は、バルブ装置本体２２の表面に配置される。支持部材４２は、バルブ装置本体２２の表面に接するフランジ部４６と、フランジ部４６の中央に位置し、封止部材３８に接続する接続部４８とを有する。接続部４８には、封止部材３８から外部に向けての配線３４が通る配線孔５０が形成されている。締結部材４４は、締結ボルトであり、これの軸部４４ａにはねじ山が形成されている。

フランジ部４６には、軸部４４ａが貫通したとき、軸部４４ａに対して間隔が空くように形成された貫通孔５２が形成される。そして、バルブ装置本体２２には、軸部４４ａにねじ結合して嵌り合う第一の孔５４と、嵌合孔５４より径が大きいが第二の孔５６とが形成される。貫通孔５２と第一の孔５４は、これらの長さの合計が軸部４４ａの長さより短くなるように形成される。このように構成される孔５２，５４，５６に締結部材４４の軸部４４ａを差し込むことにより、締結部材４４は、軸部４４ａがフランジ部４６にスライド可能に貫通するとともに、軸部４４ａの一部が第一の孔５４にねじ結合し、支持部４２をバルブ装置本体２２に締結することができる。このとき、軸部４４の先端部は第二の孔５６に位置する。

また、移動機構４０は、封止部材３８が所定の距離Ｌを移動した場合、封止部材３８の移動を規制する規制部材５８を有する。ここで、所定の距離Ｌは、配線通路３６と封止部材４２と間に隙間が形成され、かつその隙間によりガス流路の面積が適切に確保されるのであれば、任意に設定可能である。この構成により、高圧タンク１２内のガスを外部に排出するとき、排出されるガスの圧力により封止部材３８、支持部材４２等が吹き飛ばされてしまうことを防止することができる。

規制部材５８は、締結部材４４の取り外し方向への移動を規制するように、締結部材４４の軸部４４ａの先端部に設けられる。すなわち、規制部材５８は、締結部材４４により支持部材４２がバルブ装置本体２２に締結されたとき、第二の孔５６内に位置する。この構成により、高圧タンク１２内のガスを外部に排出するとき、締結部材４４を過不足無く緩めることができる。規制部材５８の具体的な構成を次に説明する。

規制部材５８は、張り出して設けられた張り出し部６０を有する。張り出し部６０は、軸部４４ａより径方向に張り出して形成される。また、張り出し部６０は、径方向に進退可能な構成である。具体的には、規制部材５８の内部に弾性部材が設けられ、径方向における弾性部材の伸縮により張り出し部６０が径方向に張り出し、または引っ込む。このような構成によれば、締結部材４４の締結作業時において、軸部４４ａの先端部に設けられた規制部材５８が第一の孔５４を通過するとき、張り出し部６０は第一の孔５４の内周面に押されて引っ込む。そして、規則部材５８が第二の孔５６に入ると、弾性部材の弾性力により張り出し部６０が径方向に張り出し、その状態が保持される。締結作業時における第一の孔５４に対する規制部材５８の通過をスムーズにするため、張り出し部６０が軸方向において断面くさび状に形成されることが好適である。

上述の構成により、規制部材５８は、バルブ装置本体２２から締結部材４４を取り外そうとして所定の距離Ｌ移動した場合、張り出し部６０が第一の孔５４の縁に引っ掛かる。この引っ掛かりにより、締結部材４４の移動、すなわち締結部材４４の取り外し方向への移動が規制される。このような規制部材５８による締結部材４４の移動の規制により、支持部材４２の移動が規制され、結果として封止部材３８の移動も規制される。

次に、本実施形態のバルブ装置１０の動作、具体的には主止弁３２の閉弁固着時における動作ついて説明する。

まず、工具により締結部材４４を取り外す方向へ緩める。そうすると、締結部材４４によりバルブ装置本体２２に締結されている支持部材４２と、支持部材４２に支持される封止部材３８とが締結部材４４と同じ方向へ移動する。具体的には、配線通路３６は高圧タンク１２と連通しているので、封止部材３８にはガス圧がかかっている。このガス圧により封止部材３８が締結部材４４と同じ方向へ移動する。なお、締結部材４４を緩めても封止部材３８が配線通路３６に密着して移動しない場合、外部側の配線３４を引っ張ることにより、封止部材３８を移動させることができる。

そして、締結部材４４を所定の距離Ｌだけ移動させると、規制部材５８の張り出し部６０が第一の孔５４の縁に引っ掛かり、締結部材４４の移動が規制される。このとき、図３に示されるように、配線通路３６と封止部材３８との間には隙間が形成されており、この隙間から高圧タンク１２のガスが排出される。

本実施形態においては、配線通路３６がバルブ装置本体２２に形成される場合について説明したが、この構成に限定されない。車載時における移動機構の操作性が容易であり、主止弁３２の配線３４を外部へ通ることができるのであれば、配線通路３６が高圧タンク１２に形成されてもよい。この場合、支持部材４２に締結対象となる構造体も高圧タンク１２になり、高圧タンク１２に第一及び第二の孔５４，５６に相当する孔が形成される。

また、本実施形態では、規制部材５８の内部に設けられた弾性部材より、張り出し部６０が径方向へ進退可能である場合について説明したが、この構成に限定されない。締結時において、規制部材５８が第一の孔５４を通過するときに、張り出し部６０が引っ込み、規制部材５８が第二の孔５６に位置するとき、張り出し部６０が張り出し、その状態を保持することができるのであれば、弾性部材を用いなくてもよい。例えば、弾性部材の代わりに規制部材５８に挿入される挿入部材を用いることができる。挿入部材は、第二の孔５６の内壁面に着脱可能に設けられている。締結部材５８の締結時に規制部材５８が第二の孔５６に位置するとき、挿入部材が規制部材５８に挿入され、この挿入された挿入部材により規制部材５８の内部から押し出された張り出し部６０が径方向へ張り出す。そして、締結部材４４を緩めるとき、挿入部材は第二の孔５６の内壁面から離れて規制部材５８と一体に移動する。これにより、規制部材５８が第二の孔５６に位置するとき、張り出し部６０が常に張り出し、その状態を保持することができる。

１０ バルブ装置、１２ 高圧タンク、２２ バルブ装置本体、３２ 主止弁、３４ 配線、３６ 配線通路、３８ 封止部材、４０ 移動機構、４２ 支持部材、４４ 締結部材、５４ 第一の孔、５６ 第二の孔、５８ 規制部材、６０ 張り出し部材。

Claims (7)

1. 高圧タンクに取り付けられるバルブ装置本体と、バルブ装置本体に形成され、高圧タンクに連通する通路と、通路に設けられる主止弁と、を有する車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   高圧タンクに連通し、主止弁に接続される配線が通る配線通路と、
   配線通路を封止する封止部材と、
   封止部材を移動させる移動機構と、
   を有し、
   移動機構による封止部材の移動により、配線通路と封止部材との間に隙間が形成され、高圧タンクと外部とが連通する、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
2. 請求項１に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   配線通路は、バルブ装置本体に形成されており、
   移動機構は、
   封止部材を支持する支持部材と、
   支持部をバルブ装置本体に締結する締結部材と、
   を有し、
   締結部材を緩めることにより、封止部材を配線通路の外部方向へ移動させる、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
3. 請求項１に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   配線通路は、高圧タンクに形成されており、
   移動機構は、
   封止部材を支持する支持部材と、
   支持部を高圧タンクに締結する締結部材と、
   を有し、
   締結部材を緩めることにより、封止部材を配線通路の外部方向へ移動させる、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   移動機構は、封止部材が所定の距離を移動した場合、封止部材の移動を規制する規制部材を有する、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
5. 請求項４に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   規制部材は、締結部材の取り外し方向への移動を規制する、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
6. 請求項５に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   支持部材の締結対象となる構造体に、締結部材に嵌り合う第一の孔と、この第一の孔より径が大きい第二の孔とが形成され、
   規制部材は、締結時に第二の孔に位置し、締結部材の先端部に張り出して設けられた張り出し部を有し、
   規制部材は、締結部材の取り外し方向への移動により張り出し部が第一の孔の縁に引っ掛かることにより、締結部材の移動を規制する、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   封止部材は、配線通路に隙間なく嵌まるハーメチックコネクタである、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。

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