JP2014095401A - 過流防止逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆止用弁体及び過流防止用弁体の耐久性を向上し、且つ不安定な挙動の発生を防止すると共に、簡素化及び省スペース化を図ること。
【解決手段】 入口ポート２６から流入するガスが出口ポート２７から流出する順方向のガスの流れを許容する開位置と、出口ポート２７から入口ポート２６に向かう逆方向のガスの流れを阻止する閉位置との間で移動自在に設けられている逆止用弁体２４と、逆止用弁体２４の順方向の移動を、ハウジング２８に設けられたストッパ部５５に当接して開位置で停止させるつば部２４ａと、入口ポート２６と出口ポート２７の差圧が予め定めた設定差圧以上となったときに、ガスの順方向の流れを阻止する過流防止用弁体２３と、過流防止用弁体２３を逆方向に付勢して逆止用弁体２４に押し付けると共に、逆止用弁体２４を閉位置に向かわせるばね部材３０とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガスの逆流を防止することができると共に、ガスの過流を防止することができる過流防止逆止弁に関する。

従来の上記過流防止逆止弁の一例として図６に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。この図６に示す過流防止逆止弁１は、容量の異なる複数の高圧ガスタンク（図示せず）から燃料電池に燃料ガスを供給する高圧ガス供給システムにおいて、低容量の高圧ガスタンクに接続される燃料供給路７に設けられたものである。そして、この燃料供給路７は、ハウジング５に形成されている。

この過流防止逆止弁１は、逆止弁２の逆止用弁体部２ａと、過流防止弁３の過流防止用弁体部３ａとを一体的に形成して、この一体的に形成した弁体６を１つの圧縮ばね４により開閉方向に摺動させるものである。

図６（ａ）は、過流防止逆止弁１の弁体６が、ハウジング５内に形成された収容空間に収容された状態を示している。この収容空間の右側には、ガスの入口ポート５ａが形成され、この入口ポート５ａは、低容量の高圧ガスタンクに接続されている。そして、収容空間の左側には、ガスの出口ポート５ｂが形成され、この出口ポート５ｂは、外部接続ポートに接続している。

図６（ａ）は、過流防止弁３が作動しない適切な流量の高圧ガスが入口ポート５ａから流入して出口ポート５ｂから流出する順方向に流れている通常時の弁の開閉状態を示している。この通常状態では、逆止用弁体部２ａが入口ポート５ａに対して開位置にあり、かつ、過流防止用弁体部３ａが出口ポート５ｂに対して開位置にある。

図６（ｂ）は、過流防止弁３が作動する過大流量の高圧ガスが入口ポート５ａから流入してきたために、過流防止弁３が作動している過流時の弁の開閉状態を示している。この過流状態では、逆止用弁体部２ａが入口ポート５ａに対して開位置にあり、かつ、過流防止用弁体部３ａが出口ポート５ｂに対して閉位置にあり、過流防止弁３は高圧ガスが出口ポート５ｂから流出することを阻止している。

図６（ｃ）は、高圧ガスが出口ポート５ｂから流入してきたために、逆止弁２が作動している逆流時の弁の開閉状態を示している。この逆流状態では、逆止用弁体部２ａが入口ポート５ａに対して閉位置にあり、かつ、過流防止用弁体部３ａが出口ポート５ｂに対して開位置にあり、逆止弁２が逆流してくる高圧ガスが入口ポート５ａからタンク内に流入することを阻止している。

特開２０１２−５７７８８号公報

しかし、図６に示す従来の過流防止逆止弁１では、図６（ａ）に示す通常状態において、弁体６は、ハウジング５のどこにも係止されておらず、弁体６が開閉方向に移動自在な状態（フロート状態）となっているために、例えば順方向に流れる高圧ガスの流量変動が原因して、弁体６が激しく往復移動するなど不安定な挙動を起こすことがある。このように、弁体６が不安定な挙動を起こすと、弁体６が、入口ポート５ａ又は出口ポート５ｂに形成されている弁シートに接触して接触音を発生したり、弁体６とハウジング５の内面との間で摩擦熱が発生するという問題が起こる。更に、弁体６とハウジング５の内面との間の摺動部の摩耗を促進し、この過流防止逆止弁１の耐久性が劣ることになる。

そして、弁体６が不安定な挙動を起こすと、弁体６の近傍で圧力変動が発生し、逆止用弁体部２ａ及び過流防止用弁体部３ａが誤動作することがあり、この誤動作が原因して、高圧ガスの順方向の流量が変動したり、高圧ガスの流れが停止することもある。

なお、図６（ａ）に示す通常状態において、弁体６がハウジング５のどこにも係止されておらず、弁体６が順方向及び逆方向に移動するフロート状態となっているのは、弁体６が、入口ポート５ａと出口ポート５ｂの圧力差に基づく同図の左方向（順方向）の力と、圧縮ばね４のばね力に基づく同図の右方向（逆方向）の力が釣り合う不安定な位置に保持される構成となっているからである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、逆止用弁体及び過流防止用弁体の耐久性を向上し、且つ不安定な挙動の発生を防止すると共に、簡素化及び省スペース化を図ることができる過流防止逆止弁を提供することを目的としている。

本発明に係る過流防止逆止弁は、入口と出口を有するハウジングを備える過流防止逆止弁において、前記入口から前記出口に向かう順方向のガスの流れを許容する開位置と、前記出口から前記入口に向かう逆方向のガスの流れを阻止する閉位置との間で移動自在に設けられている逆止用弁体と、前記逆止用弁体の前記順方向の移動を前記開位置で制限するために前記ハウジングに設けられたストッパ部と、前記入口の圧力と前記出口の圧力との差圧が予め定めた設定差圧以上となったときに、ガスの前記順方向の流れを阻止する過流防止用弁体と、前記過流防止用弁体を前記逆方向に付勢すると共に、前記逆止用弁体を閉位置に向かわせるよう前記逆方向に付勢する付勢部材とを備え、前記逆止用弁体と前記過流防止用弁体とは別体であることを特徴とするものである。

本発明に係る過流防止逆止弁によると、逆止用弁体及び過流防止用弁体の両方が開位置にあり、ガスが入口から流入して出口から流出する順方向に流れている通常時では、ガスの流れによって順方向に移動する逆止用弁体がハウジングのストッパ部に当接することによって、逆止用弁体が開位置で停止することができる。そして、過流防止用弁体は、この通常時において、付勢部材によって付勢されて逆止用弁体に押し付けられる。このように、通常時において、逆止用弁体及び過流防止用弁体が順方向及び逆方向に移動するフロート状態になっていないことによって、例えばガスの流量変動が原因して、逆止用弁体及び過流防止用弁体が激しく往復移動するなどの不安定な挙動の発生を防止できる。

この発明に係る過流防止逆止弁において、前記過流防止用弁体は、前記付勢部材を配置するためのフランジ部を有し、前記付勢部材は単一の部材から成り、前記過流防止用弁体を前記逆方向に付勢すると共に、前記過流防止用弁体を介して前記逆止用弁体を閉位置に向かわせるよう前記逆方向に付勢するようにするとよい。

このようにすると、単一の付勢部材によって、逆止用弁体と過流防止用弁体という独立した２つの弁体を夫々付勢することができる。したがって、過流防止逆止弁の構成をコンパクトにすることができる。

この発明に係る過流防止逆止弁において、前記逆止用弁体の受圧面積が前記過流防止用弁体の受圧面積より大きくするとよい。

このようにすると、過流防止用弁体が閉動作を開始する変位開始流量を、過流防止逆止弁の定格最大流量よりも大きくすることが容易となる。その結果、過流防止用弁体の誤動作を防止することができる。

この発明に係る過流防止逆止弁において、前記逆止用弁体は定格最大流量よりも少ない小流量時に前記ストッパ部に当接し、前記過流防止用弁体は定格最大流量よりも過剰に多い過流時にガスの前記順方向の流れを阻止するように、前記逆止用弁体の受圧面積、前記過流防止用弁体の受圧面積、及び前記付勢部材のばね定数が設定されるとよい。

このようにすると、逆止用弁体が小流量時にストッパ部に当接する結果、過流防止逆止弁の通常作動時に逆止用弁体がフロート状態になることを防止でき、摺動部の耐久性向上を図ることができ、且つ不安定な挙動による音、熱の発生を防止できる。また、過流防止用弁体が閉動作を開始する変位開始流量と過流防止用弁体が全閉する作動流量を近づけることができる。その結果、過流防止用弁体がフロート状態となるガスの流量範囲を狭くすることができ、過流防止弁としての作動流量精度、及び応答性が向上し、さらに過流防止用弁体の不安定な挙動を防止できる。

本発明に係る過流防止逆止弁によると、逆止用弁体及び過流防止用弁体が激しく往復運動するなどの不安定な挙動を防止することができる。これにより、各弁体とハウジングとの接触音の発生や、各弁体とハウジングとの摩擦熱の発生を防止又は抑制することができる。更に、各弁体とハウジングとの摩耗を低減し、この過流防止逆止弁の耐久性の向上を図ることができる。

そして、逆止用弁体及び過流防止用弁体の不安定な挙動を防止できるので、逆止用弁体及び過流防止用弁体が誤動作することが無く、この誤動作が原因して起こるガスの順方向の流量が変動したり、ガスの流れが停止することを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る過流防止逆止弁を備える高圧ガス充填出力システムの構成を示す回路図である。 図１に示す過流防止逆止弁を説明するための図である。 図１の過流防止逆止弁を示す断面図であり、（ａ）は、逆止弁が開の状態、過流防止弁が開の状態を示す断面図、（ｂ）は、逆止弁が開の状態、過流防止弁が閉の状態を示す断面図、（ｃ）は、逆止弁が閉の状態、過流防止弁が開の状態を示す断面図である。 図１の過流防止逆止弁に設けられている逆止弁及び過流防止弁のガス流量と各弁の駆動力との関係を示す図である。 同発明の第２実施形態に係る過流防止逆止弁を示す断面図である。 従来の過流防止逆止弁を示す断面図であり、（ａ）は、逆止弁が開の状態、過流防止弁が開の状態を示す断面図、（ｂ）は、逆止弁が開の状態、過流防止弁が閉の状態を示す断面図、（ｃ）は、逆止弁が閉の状態、過流防止弁が開の状態を示す断面図である。

以下、本発明の第１及び第２実施形態に係る過流防止逆止弁、及びそれを備える高圧ガス充填出力システム（以下、単に「システム」と言うこともある。）１１について説明する。なお、以下に説明する過流防止逆止弁１５、５８、及びそれを備えるシステム１１は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

図１に示す第１実施形態に係る過流防止逆止弁１５を備えるシステム１１は、例えば圧縮天然ガス自動車、水素ガス自動車、及び燃料電池車等の車両が備えている。圧縮天然ガス自動車及び水素ガス自動車は、ガスエンジンを有しており、このガスエンジンにて燃料ガス（圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素ガス等）を燃焼することによって駆動力を得るようになっている。また、燃料電池自動車は、燃料電池スタックを有しており、この燃料電池スタックでは、燃料ガスを消費して発電し、発電した電力をモータに与えて駆動力を発生させるようになっている。ガスエンジンや燃料電池スタック等のように燃料ガスを消費して駆動力を発生させる燃料ガス消費器（図示せず）は、システム１１を介して高圧タンク２に接続されている。高圧タンク２は、例えば３５〜７０ＭＰａ、又はそれ以上の高圧の燃料ガスを貯蔵することができるようになっており、システム１１は、高圧タンク２に高圧ガスを充填し、また、高圧タンク２に貯蔵されている燃料ガスを燃料ガス消費器に出力（供給）するようになっている。

システム１１は、図１に示すように、バルブブロック１６を備えており、このバルブブロック１６には、充填側逆止弁１２と、出力側フィルタ１３と、電磁弁１４と、過流防止逆止弁（過流防止機能付き逆止弁）１５とが設けられている。バルブブロック１６は、高圧タンク２の開口部に螺合されており、当該バルブブロック１６には、外部接続ポート１７が設けられている。この外部接続ポート１７は、高圧ガスを充填するための充填口として使用することができ、かつ、燃料ガス消費器に接続する出力口として使用することができるものである。また、バルブブロック１６の内部には、この外部接続ポート１７と高圧タンク２内とを接続する出力ライン１８が設けられ、更に、この出力ライン１８とは別に充填ライン１９が設けられている。充填ライン１９の下流側の一端は、高圧タンク２内と接続され、また、その他端が出力ライン１８に合流している。この充填ライン１９が出力ライン１８に合流している部分が合流部２０である。これにより、充填ライン１９は、合流部２０と外部接続ポート１７とを互いに接続する出力ポート側ライン１８ａ（出力ライン１８の一部）を介して外部接続ポート１７に接続されている。

この充填ライン１９には、充填側逆止弁１２が設けられている。充填側逆止弁１２は、充填ライン１９と出力ライン１８との合流部２０から充填ライン１９を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり高圧タンク２から充填ライン１９を通って合流部２０に流れる高圧ガスの流れを阻止するようになっている。また、出力ライン１８には、合流部２０よりも高圧タンク２側に過流防止逆止弁１５及び出力側フィルタ１３が順に設けられている。

出力側フィルタ１３は、スポンジ状又は網目状に構成されたフィルタエレメントを有しており、高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉するようになっている。なお、この出力側フィルタ１３と同等の充填側フィルタ（図示せず）を、充填ライン１９における合流部２０と充填側逆止弁１２との間に設けてもよい。この充填側フィルタは、合流部２０から充填ライン１９を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉するためのものである。また、出力ライン１８において、出力側フィルタ１３と合流部２０との間には、過流防止逆止弁１５が設けられている。

過流防止逆止弁１５は、図２及び図３に示す過流防止機能付き逆止弁であり、過流防止弁２１が出力側逆止弁２２に組み込まれたものである。そして、この過流防止弁２１は、過流防止用弁体２３を有し、出力側逆止弁２２は、逆止用弁体２４を有している。

このように、過流防止逆止弁１５は、過流防止機能と、逆止弁機能とを備えているので、過流防止弁２１及び出力側逆止弁２２を別々に設けた場合と比較して、高圧ガス充填出力システム１１全体の小形化を図ることができる。

過流防止逆止弁１５の出力側逆止弁２２としての機能は、出力ライン１８において、高圧タンク２から流出する高圧ガスの順方向の流れを許容し、その逆方向、つまり高圧タンク２内に流入する高圧ガスの逆方向の流れを阻止する機能である。

過流防止逆止弁１５の過流防止弁２１としての機能は、高圧タンク２側の入口ポート２６の圧力Ｐ１と、外部接続ポート１７側の出口ポート２７の圧力Ｐ２との差圧ＰＳ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、予め定めた設定差圧ＰＴ以上になったときに、出力ライン１８を開放する開状態から出力ライン１８を閉塞する閉状態に切換えるように作動する機能である。

図１に示す電磁弁（開閉弁）１４は、例えばノーマルクローズ形であり、制御器（図示せず）により電流をＯＮ、ＯＦＦすることによって開閉動作するものである。電磁弁１４は、閉状態では、出力ライン１８の外部接続ポート１７と合流部２０との間に形成されている出力ポート側ライン１８ａにおいて、外部接続ポート１７から流入する高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり高圧タンク２側から流出する高圧ガスの流れを阻止する状態となり、逆止弁の機能を果たす。そして、電磁弁１４が開状態では、出力ポート側ライン１８ａが解放される。

次に、上記のように構成されたシステム１１の作用を説明する。このシステム１１を使用して、高圧タンク２内の高圧ガスを出力するときは、例えばオペレータが制御器を操作して、この制御器により電磁弁１４に電流を印加させる。これによって、電磁弁１４が開状態となり出力ライン１８が開く。出力ライン１８が開くことで高圧タンク２に貯蔵された高圧ガスは、出力側フィルタ１３、過流防止逆止弁１５、及び電磁弁１４を通って外部接続ポート１７に導かれ、更に、この外部接続ポート１７を介して燃料消費器へと出力される。そして、この出力された高圧ガスは、燃料消費器で消費される。このように、高圧ガスを出力側フィルタ１３に通すことで高圧ガスに含まれるコンタミを出力側フィルタ１３によって捕捉し、コンタミが燃料消費器まで達することを防ぐことができる。なお、充填ライン１９には充填側逆止弁１２が設けられているので、充填ライン１９から高圧ガスが出力されないようになっている。

次に、高圧ガスを高圧タンク２内に充填するときは、電磁弁１４を閉状態にしておき、高圧ガスを外部接続ポート１７に供給する。この外部接続ポート１７に供給される高圧ガスは、出力ライン１８及び充填ライン１９に導かれる。充填ライン１９に導かれた高圧ガスは、充填側逆止弁１２を開弁させて充填ライン１９を開き、高圧タンク２内に流入する。これにより、高圧タンク２に高圧ガスが充填される。

また、出力ライン１８に導かれる高圧ガスは、過流防止逆止弁１５の出口ポート２７に導かれ、逆止用弁体部２４を逆止弁シート２９（図３（ｃ）参照）上に押し付けるので、過流防止逆止弁１５は、出力ライン１８を閉じることができる。よって、出力ライン１８では、高圧タンク２内に逆流しようとする高圧ガスの流れが過流防止逆止弁１５により止められているので、高圧ガスが出力ライン１８を逆流して出力側フィルタ１３を通過することを防ぐことができる。これにより、高圧ガスの出力時にフィルタに捕捉されたコンタミが、高圧ガスを充填するときに高圧タンク２側に戻ることを防止することができる。

このように、高圧ガスの出力時にフィルタに捕捉されたコンタミが、高圧ガスを充填するときに、フィルタから離脱することを防止できるので、このコンタミの離脱によるフィルタエレメントの損傷を防止でき、しかも、フィルタエレメントの損傷による新たなコンタミの発生を防止することができる。

次に、本発明に係る過流防止逆止弁１５について詳細に説明する。この過流防止逆止弁１５は、図３（ａ）に示すように、ハウジング２８と、過流防止用弁体２３と、過流防止弁シート２５と、逆止用弁体２４と、逆止弁シート２９と、ばね部材（付勢部材）３０とを備えている。

図３（ａ）に示す過流防止逆止弁１５のハウジング２８は、バルブブロック１６の一部であり、入口ポート２６と出口ポート２７とが形成されている。入口ポート２６は、高圧タンク２内に接続し、また、出口ポート２７は、合流部２０及び電磁弁１４を介して外部接続ポート１７に接続している。また、ハウジング２８には、所定の軸線に沿って延びる弁体孔３１が形成されており、この弁体孔３１の両端に入口ポート２６及び出口ポート２７が夫々形成されている。

弁体孔３１は、大略断面円形状に形成されており、この弁体孔３１は、入口ポート２６側の大径孔３１ａと、出口ポート２７側の小径孔３１ｂとを有している。そして、この大径孔３１ａと小径孔３１ｂとの間に中径孔３１ｃが形成されている。この大径孔３１ａと入口ポート２６との間のハウジング２８の内面に逆止弁シート２９が形成され、大径孔３１ａ内に逆止用弁体２４が装着されている。そして、逆止用弁体２４が逆止弁シート２９から離隔することによって形成される隙間は、出力流量に応じた絞りとして機能し、この部分は、逆止弁用絞り部５３として形成されている。

そして、中径孔３１ｃ及び小径孔３１ｂ内に過流防止用弁体２３が装着されている。更に、小径孔３１ｂと出口ポート２７との間のハウジング２８の内面に過流防止弁シート２５が形成され、この小径孔３１ｂ内に過流防止用弁体２３の端部が配置されている。そして、過流防止用弁体２３の外径と小径孔３１ｂの間に形成される隙間は、出力流量に応じた絞りとして機能し、この部分は、過流防止弁用絞り部５４として形成されている。

逆止用弁体２４は、図３の各図に示すように、大径孔３１ａの軸方向に沿って進退移動自在にこの大径孔３１ａに装着されている。また、この逆止用弁体２４は、図３（ａ）に示すように、断面形状が円形であり、上流側の先端部が円錐状に形成され、中間部が円柱状に形成され、そして下流側部が中間部よりも大径のつば部２４ａとして形成されている。このつば部２４ａは、図３（ａ）に示すように、逆止用弁体２４の順方向の移動を所定の開位置で制限するためのものである。

このように、逆止用弁体２４の順方向の移動が所定の開位置で制限されるのは、大径孔３１ａと中径孔３１ｃとの間のハウジング２８の内面に形成されたストッパ部（段部）５５に、つば部２４ａが当接するからである。そして、順方向とは、入口ポート２６から出口ポート２７に向かう方向である。

そして、逆止用弁体２４には、第１連通孔５６が形成され、この第１連通孔５６は、例えば１又は２以上の径方向孔５６ａと、この径方向孔５６ａと連通する軸方向孔５６ｂとを有している。

径方向孔５６ａは、逆止用弁体２４の径方向に延びるように形成され、当該逆止用弁体２４の側面で開口している。軸方向孔５６ｂは、逆止用弁体２４の軸方向に延びるように形成され、当該逆止用弁体２４の下流側の端面で開口している。

過流防止用弁体２３は、図３の各図に示すように、中径孔３１ｃ及び小径孔３１ｂの軸方向に沿って進退移動自在にこの中径孔３１ｃ及び小径孔３１ｂに装着されている。また、図３（ａ）に示すこの過流防止用弁体２３は、断面形状が円形であり、上流側の先端部が大径部として形成され、中間部が円柱状の小径部として形成され、そして下流側部が円錐状に形成されている。

そして、過流防止用弁体２３には、第２連通孔３２が形成され、この第２連通孔３２は、例えば１又は２以上の径方向孔３２ａと、この径方向孔３２ａと連通する軸方向孔３２ｂとを有している。

径方向孔３２ａは、過流防止用弁体２３の径方向に延びるように形成され、当該過流防止用弁体２３小径部の側面で開口している。軸方向孔３２ｂは、過流防止用弁体２３の軸方向に延びるように形成され、当該過流防止用弁体２３の上流側の端面で開口している。そして、図３に示すように、第１連通孔５６と第２連通孔３２は、互いに連通する位置に形成されている。

そして、図３（ａ）に示すように、過流防止用弁体２３の下流側の小径部には、ばね部材３０がその外側に装着されている。このばね部材３０は、例えば圧縮コイルばねであり、過流防止用弁体２３を入口ポート２６に向かう方向にばね力で付勢している。このばね部材３０の一端が過流防止用弁体２３の大径部に当接し、その他端がハウジング２８の出口ポート２７側に形成されている段部３４に当接している。

次に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、過流防止逆止弁１５の作用を説明する。図３（ａ）は、電磁弁１４が開いており、高圧タンク２内の高圧ガスが外部接続ポート１７から出力されている状態を示している。この出力状態では、逆止用弁体２４は、逆止弁シート２９から離れている開弁状態となっている。そして、過流防止用弁体２３は、過流防止弁シート２５から離れている開弁状態となっている。

なお、図３（ａ）に示す通常状態（出力状態）では、ばね部材３０のばね力Ｆ２と、入口ポート圧Ｐ１と出力ポートＰ２との差圧に基づくＷ１方向の力Ｆ１との力関係によって、逆止用弁体２４が逆止弁シート２９から引き離されている。

また、この通常状態では、入口ポート２６から流入した高圧ガスは、矢印３５で示すように、第１連通孔５６、第２連通孔３２、出口ポート２７、及び電磁弁１４を通って外部接続ポート１７から出力される状態となっている。

そして、逆止用弁体２４が逆止弁シート２９から離隔することによって形成される隙間（逆止弁用絞り部５３）は、出力流量に応じた絞りとして機能する。従って、この逆止弁用絞り部５３で圧力損失ΔＰ１が生じ、この圧力損失により、逆止用弁体２４は、Ｗ１方向への駆動力を受ける。

また、図３（ａ）に示すように、高圧ガスが入口ポート２６から流入して出口ポート２７から流出する順方向Ｗ１に流れている通常時では、逆止用弁体２４は、高圧ガスの流れによって順方向に移動するが、つば部２４ａがハウジング２８のストッパ部５５に当接することによって、逆止用弁体２４を開位置で停止させることができる。そして、過流防止用弁体２３は、この通常時において、ばね部材３０によって付勢されて逆止用弁体２４の下流側の端面に押し付けられている。このように、通常時において、逆止用弁体２４がハウジング２８と当接した状態となっており、各弁体２４、２３が順方向及び逆方向に移動できるフロート状態になっていないことによって、例えば高圧ガスの流量変動に起因する逆止用弁体２４及び過流防止用弁体２３の不安定な挙動を防止することができる。

よって、この過流防止逆止弁１５によると、逆止用弁体２４及び過流防止用弁体２３の不安定な挙動を防止することができるので、各弁体２４、２３が、逆止弁シート２９及び過流防止弁シート２５に接触するときの接触音の発生や、各弁体２４、２３とハウジング２８の内面との間の摩擦熱の発生を防止、又は抑制することができる。更に、逆止用弁体２４及び過流防止用弁体２３と、ハウジング２８の内面との間の摺動部の摩耗を低減し、この過流防止逆止弁１５の耐久性の向上を図ることができる。

そして、逆止用弁体２４及び過流防止用弁体２３の不安定な挙動を防止できるので、逆止用弁体２４及び過流防止用弁体２３が誤動作することが無く、この誤動作が原因して起こる高圧ガスの順方向Ｗ１の流量が変動したり、高圧ガスの流れが停止することを防止できる。

また、図３（ａ）に示すように、ばね部材３０は、過流防止用弁体２３を付勢して逆止用弁体２４に押し付けると共に、逆止用弁体２４を閉位置に向かわせる構成としたことによって、ばね部材３０を過流防止用弁体２３及び逆止用弁体２４に使用される共用部品とすることができる。これによって、過流防止逆止弁１５の部品点数及びコストの削減を図ることができ、この過流防止逆止弁１５の簡素化及び省スペース化を図ることができる。

更に、逆止用弁体２４に第１連通孔５６を設け、過流防止用弁体２３に第２連通孔３２を設けることによって、ガスの流路を弁体の外側に設けたものと比較して、過流防止逆止弁１５の小型化を図ることができる。

そして、図３（ａ）に示す過流防止逆止弁１５によると、過流防止弁２１が出力側逆止弁２２に組み込まれたものであり、過流防止弁２１が有する過流防止用弁体２３と、出力側逆止弁２２が有する逆止用弁体２４とが互いに背接するように配置されているので、一体的な空間に収容でき、この過流防止逆止弁１５及び高圧ガス充填出力システム１１全体の小形化を図ることができる。また、過流防止用弁体２３と逆止用弁体２４との間の通路の役割を大径孔３１ａで果たすことができるので、その通路の長さを短くすることができる。これにより、出力ライン１８の圧力損失を低減することができる。

また、過流防止用弁体２３と逆止用弁体２４とが互いに背接する状態で配置されているので、流出流量に対する過流防止用弁体２３の応答性を向上させることができる。これにより、過流防止弁２１が閉じるまでの間の高圧ガスの流出量の低減を図ることができる。

図３（ｂ）は、例えば出力ライン１８の過流防止逆止弁１５よりも下流側の部分が機械的に破損して、この破損部分から高圧タンク２内の高圧ガスが外部に流出する状態となった場合であって、この過流防止逆止弁１５における入口ポート２６から流入する高圧ガスの流量が予め定める設定流量以上になった過流時の状態を示している。この過流時の状態では、差圧ＰＳが予め定める設定差圧ＰＴ以上になり、差圧ＰＳに基づくＷ１方向（過流防止用弁体２３が過流防止弁シート２５に向かう閉弁方向）の力Ｆ１が、ばね部材３０等によるＷ２方向（過流防止用弁体２３が過流防止弁シート２５から離れる開弁方向）の力Ｆ２に打ち勝つこととなる。

つまり、この過流防止用弁体２３の外径と小径孔３１ｂとの間に形成される隙間（過流防止弁用絞り部５４）は、流量に応じた圧力損失を発生させる絞りとして機能する。従って、過流防止弁用絞り部５４で圧力損失ΔＰ２が生じる。この圧力損失ΔＰ２によって、過流防止用弁体２３は、Ｗ１方向への駆動力を受ける。

これによって、過流防止用弁体２３は、Ｗ１方向へ変位して過流防止弁シート２５に着座することによって、出口ポート２７を閉じることができる。その結果、高圧タンク２内の高圧ガスが出力ライン１８を通って外部に流出することを短時間で確実に止めることができ、外部へのガス流出量を少なくすることができる。よって、高圧タンク２内の高圧ガスの流出による損失を低減することができ、その高圧ガスの流出が周囲環境に影響を及ぼすものである場合は、周囲環境に対する影響を防ぐことができる。

図３（ｃ）は、電磁弁１４が閉じており、外部接続ポート１７から高圧ガスが充填されている逆流時の状態（充填状態）を示している。この逆流時の状態では、逆止用弁体２４は、逆止弁シート２９に当接する閉弁状態となっている。そして、過流防止用弁体２３は、過流防止弁シート２５から離隔して出口ポート２７が開口する開弁状態となっている。つまり、この逆流時の状態では、出口ポート圧Ｐ２が入口ポート圧Ｐ１よりも大きく、この差圧ＰＳ（＝Ｐ２−Ｐ１）に基づく力とばね部材３０のばね力との合計の力Ｆ２によって、過流防止用弁体２３及び逆止用弁体２４が逆止弁シート２９側（Ｗ２方向）に付勢されて、この逆止用弁体２４が逆止弁シート２９に押し付けられている。これによって、出口ポート２７側に流入する充填ガスが入口ポート２６側に流れないように阻止している状態となっている。

また、図３（ｂ）に示すように、過流防止用弁体２３は、過流防止弁シート２５に着座することによって、過流防止弁シート２５に形成された出口ポート２７（第１弁孔）を閉じることができる。そして、図３（ｃ）に示すように、逆止用弁体２４は、逆止弁シート２９に着座することによって、逆止弁シート２９に形成された入口ポート２６（第２弁孔）を閉じることができる。これによって、過流防止弁シート２５に形成された出口ポート２７、及び逆止弁シート２９に形成された出口ポート２７を高い気密性で閉じることができる。

図４に示すように、逆止用弁体２４の駆動力は、逆止弁用絞り部５３での圧力損失ΔＰ１と逆止用弁体２４の受圧面積Ａ１との積となり、過流防止用弁体２３の駆動力は、過流防止弁用絞り部５４での圧力損失ΔＰ２と、過流防止用弁体２３の受圧面積Ａ２との積である。したがって、逆止用弁体２４の受圧面積が過流防止用弁体２３の受圧面積より大きくすると、過流防止用弁体２３が閉動作を開始する変位開始流量を、過流防止逆止弁５８の定格最大流量よりも大きくすることが容易となる。その結果、過流防止用弁体２３の誤動作を防止することができる。

また、逆止用弁体２４は過流防止逆止弁５８の定格最大流量Ｑｍａｘよりも少ない小流量時にストッパ部５５に当接し、過流防止用弁体２３は過流防止逆止弁５８の定格最大流量Ｑｍａｘよりも過剰に多い過流時にガスの順方向の流れを阻止するように、逆止用弁体２４の受圧面積、逆止弁用絞り部５３の流路面積、過流防止用弁体２３の受圧面積、過流防止弁用絞り部５４の流路面積、及びばね部材３０のばね定数、付勢力を設定することにより、以下の効果が得られる。

つまり、逆止用弁体２４が小流量時にストッパ部５５に当接する結果、過流防止逆止弁２３の通常作動時に逆止用弁体２４がフロート状態になることを防止でき、耐久性の向上を図れ、且つ不安定な挙動による音、熱の発生を防止できる。更に、過流防止用弁体２３が閉動作を開始する変位開始流量Ｑｅｘｆ１と過流防止用弁体２３が全閉する作動流量Ｑｅｘｆ２を近づけることができる。その結果、過流防止用弁体２３がフロート状態となるガスの流量範囲を狭くすることができ、過流防止弁としての作動流量精度、及び応答性が向上し、さらに過流防止用弁体２３の不安定な挙動を防止できる。

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る過流防止逆止弁５８を説明する。この図５に示す第２実施形態に係る過流防止逆止弁５８と、図３に示す第１実施形態の過流防止逆止弁１５とが相違するところは、図３に示す第１実施形態では、小径孔３１ｂと出口ポート２７との間のハウジング２８の内面に過流防止弁シート２５を形成したのに対して、図５に示す第２実施形態では、小径孔３１ｂを省略して、中径孔３１ｃと出口ポート２７との間のハウジング２８の内面に過流防止弁シート２５を形成したところである。

このようにしても、過流防止用弁体２３が過流防止弁シート２５から離隔することによって形成される隙間を過流防止弁用絞り部５４とすることで、第一実施形態と同じ機能を果たす。また、過流防止用弁体２３の第２連通孔３２を過流防止弁用絞り部５４としてもよい。

これ以外は、第１実施形態と同等の構成であり同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。

ただし、上記各実施形態では、例えば図３に示すように、過流防止用弁体２３が過流防止弁シート２５に対して着脱することによって、出口ポート２７を開閉する構成としたが、これに代えて、過流防止用弁体が、図３（ｂ）に示すようにＷ１方向に変位したときに、第２連通孔３２の径方向孔３２ａの開口が例えばハウジング２８の内面によって塞がれた閉状態になり、過流防止用弁体が、図３（ａ）、（ｃ）に示すようにＷ２方向に変位したときに、第２連通孔３２の径方向孔３２ａの開口が例えばハウジング２８の内面から離隔して開状態に切換わり、このようにして出口ポート２７を開閉する構成としてもよい。

そして、上記と同様に、上記各実施形態では、例えば図３に示すように、逆止用弁体２４が逆止弁シート２９に対して着脱することによって、入口ポート２６を開閉する構成としたが、これに代えて、逆止用弁体が、図３（ｃ）に示すようにＷ２方向に変位したときに、第１連通孔５６の径方向孔５６ａの開口が例えばハウジング２８の内面によって塞がれた閉状態になり、逆止用弁体が、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにＷ１方向に変位したときに、第１連通孔５６の径方向孔５６ａの開口が例えばハウジング２８の内面から離隔して開状態に切換わり、このようにして、入口ポート２６を開閉する構成としてもよい。

また、上記各実施形態では、過流防止逆止弁を、図１に示す高圧ガス充填出力システム１１に設けたものを例に挙げたが、これ以外の装置に設けて使用することができる。

以上のように、本発明に係る過流防止逆止弁は、逆止用弁体及び過流防止用弁体の耐久性を向上し、且つ不安定な挙動の発生を防止すると共に、簡素化及び省スペース化を図ることができる優れた効果を有し、このような過流防止逆止弁に適用するのに適している。

２ 高圧タンク
１１ 高圧ガス充填出力システム
１２ 充填側逆止弁
１３ 出力側フィルタ
１４ 電磁弁（開閉弁）
１５ 過流防止逆止弁
１６ バルブブロック
１７ 外部接続ポート
１８ 出力ライン
１８ａ 出力ポート側ライン
１９ 充填ライン
２０ 合流点
２１ 過流防止弁
２２ 出力側逆止弁
２３ 過流防止用弁体
２４ 逆止用弁体
２４ａ つば部
２５ 過流防止弁シート
２６ 入口ポート
２７ 出口ポート
２８ ハウジング
２９ 逆止弁シート
３０ ばね部材
３１ 弁体孔
３１ａ 大径孔
３１ｂ 小径孔
３１ｃ 中径孔
３２ 第２連通孔
３２ａ 径方向孔
３２ｂ 軸方向孔
３４ 段部
３５ 矢印
５３ 逆止弁用絞り部
５４ 過流防止弁用絞り部
５５ ストッパ部
５６ 第１連通孔
５６ａ 径方向孔
５６ｂ 軸方向孔
５８ 過流防止逆止弁

Claims (4)

1. 入口と出口を有するハウジングを備える過流防止逆止弁において、
   前記入口から前記出口に向かう順方向のガスの流れを許容する開位置と、前記出口から前記入口に向かう逆方向のガスの流れを阻止する閉位置との間で移動自在に設けられている逆止用弁体と、
   前記逆止用弁体の前記順方向の移動を前記開位置で制限するために前記ハウジングに設けられたストッパ部と、
   前記入口の圧力と前記出口の圧力との差圧が予め定めた設定差圧以上となったときに、ガスの前記順方向の流れを阻止する過流防止用弁体と、
   前記過流防止用弁体を前記逆方向に付勢すると共に、前記逆止用弁体を閉位置に向かわせるよう前記逆方向に付勢する付勢部材とを備え、
   前記逆止用弁体と前記過流防止用弁体とは別体であることを特徴とする過流防止逆止弁。
2. 前記過流防止用弁体は、前記付勢部材を配置するためのフランジ部を有し、
   前記付勢部材は単一の部材から成り、前記過流防止用弁体を前記逆方向に付勢すると共に、前記過流防止用弁体を介して前記逆止用弁体を閉位置に向かわせるよう前記逆方向に付勢することを特徴とする請求項１に記載の過流防止逆止弁。
3. 前記逆止用弁体の受圧面積が前記過流防止用弁体の受圧面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の過流防止逆止弁。
4. 前記逆止用弁体は定格最大流量よりも少ない小流量時に前記ストッパ部に当接し、前記過流防止用弁体は定格最大流量よりも過剰に多い過流時にガスの前記順方向の流れを阻止するように、前記逆止用弁体の受圧面積、前記過流防止用弁体の受圧面積、及び前記付勢部材のばね定数が設定される請求項１又は２に記載の過流防止逆止弁。

Images