JP2013064440A - 燃料タンク用バルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】 燃料タンクへの燃料充填時における燃料ガス温度を正確に計測して監視できる燃料タンク用バルブを提供すること。
【解決手段】 タンク１００内に燃料ガスＧを充填する充填口６と、タンク１００内の燃料ガスＧを出力する出力口７とを有するバルブ本体５と、充填口６から充填される燃料ガスＧをタンク１００の軸方向に対して所定角度傾けて噴出する噴流偏向ピース１０とを備え、噴流偏向ピース１０は、燃料ガスＧをタンク１００内に噴出する噴出口１１を有する燃料噴出部１７と、タンク１００内に充填される燃料ガスＧの温度を計測する温度センサ２０が配置される温度計測部１３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料タンクに設けられる燃料タンク用バルブに関する。
従来、燃料タンクには、タンク内に燃料ガスを充填するとともに、ガス使用時には出力できるようにタンクに直接取付ける元弁形の燃料タンク用バルブが設けられている。
図６は、この種の燃料タンクを示す断面図であり、燃料タンク１００は、一般的に、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１０１と、軽量の高張力材を用いたタンクアウター部材１０２との二重構造となった略円筒形状に形成されている。そして、タンク１００の一端にバルブ１０３が設けられ、他端はプラグ１０４で塞がれている。
しかし、図６に示す構造の場合、燃料タンク１００に取り付けられたバルブ１０３を介してタンク内に高圧の燃料ガスＧを充填する際、燃料ガスＧの噴流が直接当たるタンク後端付近の温度が上昇し、高圧充填時には部分的な温度上昇による熱膨張によって燃料タンク１００に歪みを生じてしまう。
そこで、この種の先行技術として、図７に示すように、燃料ガスＧを燃料タンク１００内に充填する際に、バルブ１１３に設けた噴出口ユニット１１５の噴出口１１６から角度αを持たせて充填することで燃料ガスＧを拡散させ、燃料タンク１００の部分的な熱膨張による歪みを防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３８６４８１５号公報
ところで、燃料タンクに高圧の燃料ガスを充填する場合、充填時に燃料タンクの異常な温度上昇を防ぐために、燃料タンク内のガス温度を計測、及びその温度を監視しながら充填する要望が高くなっている。
そこで、本発明者は、燃料タンクに直接取り付けられるバルブに温度センサを内蔵させることを考えた。また、高圧の燃料ガスの充填時には、バルブに内蔵させた温度センサを燃料ガスで破損しないようにすることも考えた。
なお、上記特許文献１に記載のタンク構造には、温度センサをバルブに設けることについて何ら記載されていない。そのため、特許文献１のタンク構造では、高圧ガスの正確な温度計測及び監視が難しく、高圧の燃料ガスによる温度センサの破損を生じるおそれがある。
そこで、本発明は、燃料タンクへの燃料充填時における燃料ガス温度を正確に計測して監視できる燃料タンク用バルブを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、タンク内に燃料ガスを充填する充填口と前記タンク内の燃料ガスを出力する出力口とを有するバルブ本体と、前記充填口から充填される燃料ガスをタンクの軸方向に対して所定角度傾けて噴出する噴流偏向ピースと、を備えた燃料タンク用バルブであって、前記噴流偏向ピースは、燃料ガスを前記タンク内に噴出する噴出口を有する燃料噴出部と、前記タンク内に充填される燃料ガスの温度を計測する温度センサが配置される温度計測部と、を備えている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「燃料ガス」は、高圧の「水素ガス」、「天然ガス」等の燃料ガスをいう。この構成により、バルブ本体の充填口からタンク内に充填する燃料ガスを、噴流偏向ピースの噴出口でタンクの軸方向に対して所定角度傾けて偏向した状態で噴出して充填し、その充填する燃料ガスの温度を正確に計測して監視することができる。
また、前記噴流偏向ピースは、前記燃料噴出部から充填する燃料ガスの一部を前記温度計測部に導く導通路を有していてもよい。このように構成すれば、充填する燃料ガスの温度をより正確に計測することができ、燃料ガスのより正確な温度監視をすることができる。
また、前記噴流偏向ピースは、前記温度計測部と前記燃料噴出部との間に隔壁部を有し、前記導通路は、前記燃料噴出部から充填する燃料ガスが前記温度センサに直接当らない位置に設けられていてもよい。このように構成すれば、隔壁部で高圧充填時の燃料ガスが温度センサに直接当ることがなく、燃料ガスによる温度センサの破損等を確実に防止しつつ燃料ガスの温度を正確に計測して監視することができる。
また、前記噴流偏向ピースは、前記タンクの内面に沿って燃料ガスを噴射するように噴流偏向ピースの側面に前記噴出口を有していてもよい。このように構成すれば、噴流偏向ピースの噴出口からタンクの内面に沿って燃料ガスが噴出されて充填されるため、タンクの局所的な温度上昇を抑制することができる。
また、前記噴出口は、前記タンクの軸方向と直交する方向に対して、前記充填口に通じる充填穴を中心に周方向に所定角度振って燃料ガスを噴出するように形成されていてもよい。このように構成すれば、噴流偏向ピースの噴出口からタンクの内面に沿って噴出される燃料ガスが所定の角度で螺旋状に流れて充填されるため、タンクの局所的な温度上昇を更に抑制することができる。
また、前記噴流偏向ピースは、前記出力口に通じる出力穴と、該出力穴から前記出力口に出力する燃料ガス中の異物を除去するフィルタを具備していてもよい。このように構成すれば、噴流偏向ピースを交換することでフィルタを容易に交換することができる。
また、前記バルブ本体は、前記噴流偏向ピースとの接合面に前記出力口に出力する燃料ガス中の異物を除去するフィルタを具備していてもよい。このように構成すれば、噴流偏向ピースを取外すことで、バルブ本体からフィルタを容易に取外して交換することができる。
また、前記バルブ本体は、前記タンクの内部に配置される開閉弁の弁取付部を有し、前記噴流偏向ピースは、前記弁取付部に取付けた開閉弁に外嵌する開口部を有していてもよい。このように構成すれば、タンク内に開閉弁を設ける構成の燃料タンク用バルブにおいて、燃料ガスを噴流偏向ピースの噴出口でタンクの軸方向から所定角度で偏向して充填し、その充填する燃料ガスの温度を温度センサで正確に計測して監視することができる。
本発明によれば、充填時の燃料タンクの温度上昇を抑制できるとともに、充填時に燃料ガスの温度を正確に計測して監視することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る燃料タンクのバルブ部分を示す断面図である。 図１に示すバルブ部分のII−II矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料タンクのバルブ部分を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料タンクのバルブ部分を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料タンクのバルブ部分を示す断面図である。 従来の燃料タンクを示す縦断面図である。 従来の燃料タンクのバルブ部分を示す断面図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、燃料タンク用バルブを拡大した断面図に基づいて説明する。燃料タンク１００は、上述した図６に示す燃料タンク１００と同様に略円筒形状に形成されており、同一の符号を付して説明する。また、充填する燃料ガスＧは実線矢印で示し、出力する燃料ガスＧは一点鎖線矢印で示す。
図１に示すように、第１実施形態の燃料タンク用バルブ１は、燃料タンク１００の一端に取付けられており、ネジ部２にねじ込んでシールリング３によってシールされた状態で取付けられている。燃料タンク用バルブ１のバルブ本体５には、図示する上部に充填口６が設けられ、下部に出力口７が設けられている。充填口６に通じる充填穴８及び出力口７に通じる出力穴９が、タンク１００の内部に通じるように設けられている。出力穴９はバルブ本体５の中心に設けられ、充填穴８は中心から一方に偏って設けられている。
そして、この実施形態では、バルブ本体５の中心に対して上記充填穴８と対称位置に温度センサ２０が設けられている。この温度センサ２０は、バルブ本体５に固定されており、温度感知部分であるプローブ２１がタンク１００の内方に向けて突出している。図示する点線は電気線であり、温度センサ２０で検知した温度を計測及び監視する制御装置（図示略）に接続されている。
さらに、上記バルブ本体５のタンク内側部分には、噴流偏向ピース１０が設けられている。噴流偏向ピース１０は、上記充填穴８からタンク１００内に充填される燃料ガスＧを、タンク１００の軸方向から所定角度傾けて噴出する噴出口１１を有する燃料噴出部１７を具備する。この噴流偏向ピース１０には、上記バルブ本体５の出力穴９と連通する出力穴１２も設けられている。この実施形態の噴流偏向ピース１０は、ボルト１４でバルブ本体５に取付けられている。
図２にも示すように、この噴流偏向ピース１０に設けられた噴出口１１は、噴流偏向ピース１０の側面に設けられており、充填穴８から充填される燃料ガスＧをタンク１００の内面の曲線に沿うように軸方向に対して大きく傾けて噴出するようになっている。これにより、タンク１００に充填される燃料ガスＧは、タンク内面に沿ってタンク後端方向に拡散して充填される。
上記噴出口１１は、図２に示す状態で、タンク１００の軸方向に対して直交する径方向に燃料ガスＧを噴出するように設けられているが、軸方向と直交する方向に対して、上記充填穴８を中心に周方向に所定の角度β（図２に示す一点鎖線）で振って燃料ガスＧを噴出するように形成してもよい。角度βは、噴流偏向ピース１０の軸心と充填穴を結ぶ直線に対する傾き角度である。このように噴出口１１を振って形成することにより、噴出口１１からタンク１００の内面に沿って噴出される燃料ガスＧを所定の角度で螺旋状に流すことができ、タンク１００の局所的な温度上昇を更に抑制することができる。
また、噴流偏向ピース１０には、上記温度センサ２０が配置される所定の空間である温度計測部１３と燃料噴出部１７との間に隔壁部１６が形成されている。
このように噴流偏向ピース１０は、充填する燃料ガスＧを拡散させる燃料噴出部１７と温度センサ２０が取付けられている温度計測部１３との間に隔壁を備えることにより、燃料ガスＧの噴流が温度センサ２０のプローブ２１に直接当たることを防止している。
この実施形態では、燃料噴出部１７と温度計測部１３とを１８０°ずらした対称位置に設けることで、燃料ガスＧによる噴流偏向ピース１０の温度変化が温度計測部１３の温度変化に大きく影響しないようにしているが、燃料噴出部１７と温度計測部１３の位置は、燃料ガスＧが温度センサ２０に直接当らない位置であれば、９０°ずらした位置やその他の角度でずらした位置に設けてもよい。
さらに、この実施形態では、上記噴流偏向ピース１０に、燃料噴出部１７からタンク内に充填される燃料ガスＧの一部を上記温度センサ２０が設けられた温度計測部１３に導く導通路１５が設けられている。この導通路１５は、燃料噴出部１７から導いた燃料ガスＧが温度センサ２０のプローブ２１に直接当らないように設けられている。つまり、導通路１５の延長線上にプローブ２１が位置しないように設計される。導通路１５としては、実線で示す直線状の形態や、図２に二点鎖線で示す円弧状の形態等、燃料ガスＧが温度センサ２０に直接当らないような形状であればよい。
上記導通路１５は、噴流偏向ピース１０のバルブ本体５との接触面側に設けられており、噴流偏向ピース１０をバルブ本体５に固定することで溝状の導通路１５が形成されるようになっている。
以上のような燃料タンク用バルブ１によれば、充填口６から充填穴８及び噴出口１１を介してタンク１００内に充填される燃料ガスＧは、タンク１００の内面に沿って充填されるため、高圧の燃料ガスＧによる燃料タンク１００の局所的な温度上昇を抑制しながら安定して充填することができる。
また、バルブ本体５に設けられた温度センサ２０によって充填される燃料ガスＧの温度を正確に計測することができるので、充填する燃料ガスＧの温度を監視して安定した燃料ガス充填作業を行うことができる。しかも、この実施形態では、噴出口１１から導通路１５を介して温度センサ２０を設けた温度計測部１３に燃料ガスＧを導いているので、充填時におけるバルブ本体５近傍の燃料ガスＧの温度をより正確に計測して監視することができる。
その上、充填する燃料ガスＧが温度センサ２０に直接当らないようにしているので、高圧の燃料ガス充填時でも燃料ガスＧによる温度センサ２０の破損を確実に防止することができる。
図３は、上記噴流偏向ピース１０に、出力穴９から出力口７に出力する燃料ガス中の異物を除去するフィルタ３０を設けた例である。なお、フィルタ３０以外の構成は上記燃料タンク用バルブ１と同一であるため、同一の構成には同一符号を付して、その説明は省略する。
この例のフィルタ３０は、噴流偏向ピース１０の出力穴１２のタンク内側部分にフィルタ配設部３１を形成し、このフィルタ配設部３１にフィルタ３０を配設してＣリング３２で固定している。
このように噴流偏向ピース１０にフィルタ３０を設ければ、フィルタ３０に目詰まりや破損等を生じたとしても、噴流偏向ピース１０を交換することでフィルタ３０を容易に交換することができる。
また、図４に示すように、フィルタ３５は、バルブ本体５の噴流偏向ピース１０との接触面の出力穴９の部分にフィルタ配設部３６を形成し、このフィルタ配設部３６にフィルタ３５とフィルタ押え３７（例えば、ゴム等の弾性部材）とを配設して噴流偏向ピース１０でバルブ本体５に押圧して取付けるようにしてもよい。このようにしてフィルタ３５を取付ければ、噴流偏向ピース１０を外すことでフィルタ３５を容易に交換することができる。
このように、バルブ本体５とは別体の噴流偏向ピース１０を設ける部分には、出力ライン用のフィルタ３０，３５など、別の構成要素が取り付けられてもよく、フィルタ３０，３５のような別の構成要素をバルブ本体５に直接固定する場合に比べて、噴流偏向ピース１０ごと交換すれば、容易にその構成要素を交換することが可能となる。
図５に示すように、第２実施形態の燃料タンク用バルブ４０は、タンク１００の内部に出力穴９を開閉する開閉弁６０を設けた実施形態である。なお、上記第１実施形態における燃料タンク用バルブ１と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
この実施形態のバルブ本体４５には、タンク内側部分に開閉弁６０の弁取付部４６が設けられている。この弁取付部４６は、開閉弁６０の形式等に応じて形成されるが、この例では、開閉弁６０の固定部材６１を固定するネジ部４７が設けられている。
また、噴流偏向ピース５０には、上記弁取付部４６に取付けられる開閉弁６０に外嵌する開口部５１が設けられている。噴流偏向ピース５０には図示しない略円筒状の突起がバルブ本体４５に向かって突出して形成されており、その突起をバルブ本体４５に設けられた穴に挿入することで、噴流偏向ピース５０がバルブ本体４５の軸心位置に位置決めされるようになっている。この噴流偏向ピース５０にも、噴出口１１と開口部５１との間に隔壁部５２が設けられている。
さらに、上記開閉弁６０は、上記固定部材６１に設けられた筒状のガイド６２の外周に励磁コイル６３が設けられ、この励磁コイル６３の内側に固定磁極６４と可動鉄心６５とが設けられている。励磁コイル６３が励磁されて可動鉄心６５が軸方向に移動させられると、この可動鉄心６５とロッド６６で連結された先端部材６７の先端に設けられたシート部６８がバルブ本体４５から離間させられるようになっている。
そして、開閉弁６０の固定部材６１をバルブ本体４５の弁取付部４６に固定し、噴流偏向ピース５０のバルブ本体４５側の面に設けられた突起をバルブ本体４５の穴に挿入しながら、開口部５１をこの固定部材６１の位置に配置することにより、噴流偏向ピース５０がバルブ本体４５の中心に配置される。その後、開閉弁６０の励磁コイル６３によって噴流偏向ピース５０がバルブ本体４５との間に挟まれ、この励磁コイル６３をナット６９で固定することにより、噴流偏向ピース５０が励磁コイル６３とバルブ本体４５との間に固定されている。
また、この実施形態の噴流偏向ピース５０も、充填する燃料ガスＧの噴出口１１と、その温度を計測する温度センサ２０を配置する温度計測部１３が形成されている。この実施形態の場合、バルブ本体４５のタンク内側部分に大きな開閉弁６０を設けているため、噴出口１１から一部の燃料ガスＧを温度計測部１３に導く導通路１５は、図２に二点鎖線で示すように、開口部５１の外側に円弧状に形成される。
以上のような燃料タンク用バルブ４０によれば、タンク１００の内部に開閉弁６０を設けるインタンク構成の燃料タンク用バルブ４０において、タンク内に充填される燃料ガスＧはタンク１００の内面に沿って充填されるため、高圧の燃料ガスＧによる燃料タンク１００の局所的な温度上昇を抑制しながら安定して高圧充填することができる。
しかも、この実施形態でも、導通路１５によって噴出口１１から燃料ガスＧの一部を温度計測部１３に導いているので、バルブ本体４５に設けられた温度センサ２０によって充填時におけるバルブ本体４５近傍の燃料ガスＧの温度を正確に計測することができ、充填する燃料ガスＧの温度及び速度を監視して安定した燃料ガス充填作業を行うことができる。
なお、上記実施形態における温度センサ２０及び導通路１５は一例であり、温度センサ２０の形式等に応じて適した導通路１５を設ければよく、これらの構成は上記実施形態に限定されるものではない。
また、上記実施形態では噴流偏向ピース１０，５０を所定高さの円柱体で形成しているが、多角柱体や他の形態であってもよく、上述した噴出口１１、温度計測部１３及び導通路１５を有していれば、形態は上記実施形態に限定されるものではない。
さらに、上記実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
本発明に係る燃料タンク用バルブは、高圧のガスを充填する燃料タンク用のバルブとして利用できる。
１ 燃料タンク用バルブ
５ バルブ本体
６ 充填口
７ 出力口
８ 充填穴
９ 出力穴
１０ 噴流偏向ピース
１１ 噴出口
１２ 出力穴
１３ 温度計測部
１４ ボルト
１５ 導通路
１６ 隔壁部
１７ 燃料噴出部
２０ 温度センサ
２１ プローブ
３０ フィルタ
３１ フィルタ配設部
３５ フィルタ
３６ フィルタ配設部
４０ 燃料タンク用バルブ
４５ バルブ本体
４６ 弁取付部
５０ 噴流偏向ピース
５１ 開口部
５２ 隔壁部
６０ 開閉弁
６１ 固定部材
１００ 燃料タンク
Ｇ 燃料ガス

Claims (8)

  1. タンク内に燃料ガスを充填する充填口と前記タンク内の燃料ガスを出力する出力口とを有するバルブ本体と、
    前記充填口から充填される燃料ガスをタンクの軸方向に対して所定角度傾けて噴出する噴流偏向ピースと、を備えた燃料タンク用バルブであって、
    前記噴流偏向ピースは、燃料ガスを前記タンク内に噴出する噴出口を有する燃料噴出部と、前記タンク内に充填される燃料ガスの温度を計測する温度センサが配置される温度計測部と、を備えていることを特徴とする燃料タンク用バルブ。
  2. 前記噴流偏向ピースは、前記燃料噴出部から充填する燃料ガスの一部を前記温度計測部に導く導通路を有している請求項１に記載の燃料タンク用バルブ。
  3. 前記噴流偏向ピースは、前記温度計測部と前記燃料噴出部との間に隔壁部を有し、
    前記導通路は、前記燃料噴出部から充填する燃料ガスが前記温度センサに直接当らない位置に設けられている請求項２に記載の燃料タンク用バルブ。
  4. 前記噴流偏向ピースは、前記タンクの内面に沿って燃料ガスを噴射するように噴流偏向ピースの側面に前記噴出口を有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料タンク用バルブ。
  5. 前記噴出口は、前記タンクの軸方向と直交する方向に対して、前記充填口に通じる充填穴を中心に周方向に所定角度振って燃料ガスを噴出するように形成されている請求項４に記載の燃料タンク用バルブ。
  6. 前記噴流偏向ピースは、前記出力口に通じる出力穴と、該出力穴から前記出力口に出力する燃料ガス中の異物を除去するフィルタを具備している請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料タンク用バルブ。
  7. 前記バルブ本体は、前記噴流偏向ピースとの接合面に前記出力口に出力する燃料ガス中の異物を除去するフィルタを具備している請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料タンク用バルブ。
  8. 前記バルブ本体は、前記タンクの内部に配置される開閉弁の弁取付部を有し、
    前記噴流偏向ピースは、前記弁取付部に取付けた開閉弁に外嵌する開口部を有している請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料タンク用バルブ。
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