JP2016156474A

JP2016156474A - 安全弁

Info

Publication number: JP2016156474A
Application number: JP2015035555A
Authority: JP
Inventors: 森　大五郎; Daigoro Mori; 大五郎森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-01

Abstract

【課題】安全弁の誤作動を防止しつつ安全弁の応答性を高める。
【解決手段】圧力容器に取り付けられるのに適した安全弁１５は、弁組体本体３内に形成された逃がし通路１６と、逃がし通路内に移動可能に収容された、逃がし通路を閉鎖する弁要素１７であって、弁要素の温度があらかじめ定められた開放温度以上になると逃がし通路を開放する弁要素と、弁本体の外部であって弁要素を逃がし通路内に保持する保持位置に設けられた保持部材２６と、を備える。保持部材の温度が開放温度よりも低く設定された移動温度以上になると保持部材が保持位置から保持位置の外に移動し、それにより弁要素が逃がし通路を閉鎖しつつ弁本体から突出するよう逃がし通路内を移動する。
【選択図】図２

Description

本発明は安全弁に関する。

圧力容器に取り付けられるのに適した安全弁であって、本体と、本体内に形成された逃がし通路であって、圧力容器の内部に連通されるのに適した入口と、圧力容器の外部に連通されるのに適した出口とを有する逃がし通路と、本体内に設けられた溶栓弁であって、溶栓弁の温度が設定温度に達すると逃がし通路を開放する溶栓弁（４６）と、を備えた安全弁が公知である（例えば、特許文献１の段落００５５等参照）。この安全弁は例えば車両用の燃料電池システムに用いられる。

特開２００６−２４２２２５号公報

ところが、溶栓弁が本体内に設けられると、溶栓弁の温度が設定温度に達するまでに、すなわち逃がし通路が開放されるまでに、時間を要する。このため、例えば車両火災などにより圧力容器が熱せられ、圧力容器内の圧力が過度に高くなったにもかかわらず、逃がし通路が開放されないおそれがある。言い換えると、安全弁の応答性が低いおそれがある。

この点、溶栓弁を安全弁の本体の外部に設ければ、安全弁の応答性を高めることができると考えられる。ところが、この場合には、例えば車両事故などにより溶栓弁に外力が作用し、溶栓弁が変形又は破壊されるおそれがある。溶栓弁が変形又は破壊されると、安全弁が好ましくなく開弁するおそれがある。すなわち、安全弁が誤作動するおそれがある。

本発明よれば、圧力容器に取り付けられるのに適した安全弁であって、弁本体と、前記弁本体内に形成された逃がし通路であって、前記圧力容器の内部に連通されるのに適した入口と、前記圧力容器の外部に連通されるのに適した出口とを有する逃がし通路と、前記逃がし通路内に移動可能に収容された、前記逃がし通路を閉鎖する弁要素であって、前記弁要素の温度があらかじめ定められた開放温度以上になると前記逃がし通路を開放する弁要素と、前記弁本体の外部であって前記弁要素を前記逃がし通路内に保持する保持位置に設けられた保持部材と、を備え、前記保持部材の温度が前記開放温度よりも低く設定された移動温度以上になると前記保持部材が前記保持位置から前記保持位置の外に移動し、それにより前記弁要素が前記逃がし通路を閉鎖しつつ前記弁本体から突出するよう前記逃がし通路内を移動する、安全弁が提供される。

安全弁の誤作動を防止しつつ安全弁の応答性を高めることができる。

圧力容器及び弁組体を示す概略全体図である。本発明による実施例の安全弁の概略断面図である。弁組体の部分平面図である。安全弁の動作を説明する安全弁の概略断面図である。安全弁の動作を説明する安全弁の概略断面図である。本発明による別の実施例の安全弁の概略断面図である。

図１を参照すると、１は圧力容器、２は圧力容器１の開口に封密に取り付けられた弁組体をそれぞれ示す。圧力容器１内には気体又は液体が圧力下で収容されている。本発明による実施例では、圧力容器１は電動車両用燃料電池システムの水素ガスタンクから構成され、水素ガスタンク１内には水素ガスが圧力下で収容されている。

弁組体２は弁組体本体３を備える。弁組体本体３内には流入通路４が形成される。流入通路４の入口は流入管５を介して充填口６に連結される。充填口６は例えば電動車両のボディに設けられる。流入管５には充填口６から弁組体２に向けてのみ流通可能な逆止弁７が配置される。流入通路４の出口は水素ガスタンク１の内部に連通される。流入通路４内には手動式の遮断弁８が設けられる。また、弁組体本体３内には、流入通路４と分離された流出通路９が形成される。流出通路９の入口は水素ガスタンク１の内部に連通される。流出通路９の出口は流出管１０を介して供給先、例えば燃料電池スタック１１に連結される。流出管１０内には流出管１０内の水素ガスの圧力を調節するレギュレータ１２が配置される。流出通路９内には手動式の遮断弁１３が設けられ、遮断弁１３下流の流出通路９内には電磁式の遮断弁１４が配置される。手動式の遮断弁８，１３は通常は開弁状態に維持されている。

充填ガン（図示しない）が充填口６に連結されると、水素ガスが流入管５及び流入通路４を順次介して水素ガスタンク１内に充填される。一方、電磁式の遮断弁１４が開弁されると水素ガスタンク１内の水素ガスが流出通路９及び流出管１０を順次介して燃料電池スタック１１に供給される。

弁組体２は安全弁１５も備えている。図１に加えて図２及び図３を参照すると、安全弁１５は弁組体本体３内に形成された逃がし通路１６と、逃がし通路１６内に軸線方向に移動可能に収容された弁要素１７とを備える。この場合、弁組体本体３は安全弁１５の本体を形成していると考えることができる。

本発明による実施例では、逃がし通路１６の入口１８は遮断弁８下流の流入通路４に連結され、したがって流入通路４を介して水素ガスタンク１の内部に連通される。図示しない別の実施例では逃がし通路１６の入口１８は、遮断弁８上流の流入通路４、流入管５、又は、電磁式の遮断弁１４上流の流出通路９に連結される。一方、逃がし通路１６の出口１９は弁組体本体３の外面３ａ上に開口し、水素ガスタンク１の外部、例えば大気に連通される。なお、例えば出口１９周りの逃がし通路１６の内周面には内向きの突起２０が形成される。

弁要素１７は、中空部２１を有する円筒状の弁要素本体２２と、弁要素本体２２の例えば先端に保持されて中空部２１を塞ぐ栓体２３とを含む。弁要素本体２２の外周面には環状突起２４が形成され、環状突起２４の外周面と逃がし通路１６の内周面との間にはＯリングのようなシール部材２５が設けられる。

更に、弁組体２の外部、例えば弁組体本体３の外面３ａ上には、保持部材２６が取り付けられる。保持部材２６の基端部分２６ｂは弁組体本体３の外面３ａに固定され、保持部材２６の先端部分２６ｔは逃がし通路１６の出口１９上に延びている。弁要素１７は水素ガスタンク１内の圧力により外向きに、すなわち逃がし通路１６から外部に突出する方向に付勢されている。このため、弁要素１７は保持部材２６の先端部分２６ｔに係合し、弁要素１７の全体が逃がし通路１６内に保持される。この場合、本発明による実施例では、弁要素１７の先端面と弁組体本体３の外面３ａとは互いに面一になっている。また、保持部材２６は、栓体２３と重ならないように弁要素本体２２に係合する。すなわち、栓体２３は外部に露出されている。なお、このように弁要素１７を逃がし通路１６内に保持する保持部材２６の位置を保持位置と称することにする。

本発明による実施例では、栓体２３は可溶合金から形成される。可溶合金は例えばビスマス（Ｂｉ）及びインジウム（Ｉｎ）の合金から形成され、溶融温度が例えば約１１０℃となるように組成比が定められている。

また、本発明による実施例では、保持部材２６は形状記憶合金から形成される。保持部材２６はＬ字状の記憶形状を有するが、直線状に変形されて弁組体本体３に取り付けられる。保持部材２６を形成する記憶形状合金の形状回復温度は栓体２３を形成する可溶合金の溶融温度１１０℃よりも低く設定されており、例えば８０から９０℃である。

図２及び図３は安全弁１５が常温（例えば２０℃）にある場合を示している。この場合、弁要素本体２２の中空部２１は栓体２３により閉鎖されており、逃がし通路１６は弁要素１７によって閉鎖されている。言い換えると、安全弁１５は閉弁されている。また、保持部材２６により、弁要素１７は逃がし通路１６内に保持されている。その結果、車両事故などにより弁要素１７に外力が作用するのが抑制されている。したがって、安全弁１５が誤作動するのが抑制されている。

一方、例えば車両火災等が生ずると、外側に配置された、すなわち熱源に近い保持部材２６の温度がまず上昇する。保持部材２６の温度が形状回復温度以上になると、図４に示されるように保持部材２６の形状がＬ字形状の記憶形状に戻る。その結果、保持部材２６は保持位置の外に移動する。このため、水素ガスタンク１の内圧により、弁要素１７が弁組体本体３から突出するよう移動される。次いで、弁要素本体２２の環状突起２４が逃がし通路１６の突起２０に衝突すると、弁要素１７の移動が停止される。この場合、逃がし通路１６は弁要素１７により閉鎖されたままである。

このように弁要素１７が弁組体本体３から突出すると、弁要素１７、特に栓体２３が熱源に近づけられる。次いで、栓体２３の温度が栓体２３を形成する可溶合金の溶融温度以上になると、図５に示されるように栓体２３が溶融し、中空部２１が開放される。すなわち、逃がし通路１６が開放され、あるいは、安全弁１５が開弁される。その結果、水素ガスタンク１内の水素ガスが外部に放出される。

このように栓体２３が熱源に近づけられるので、安全弁１５の応答性が高められる。

したがって、一般化して表現すると、弁要素１７は、弁要素１７の温度があらかじめ定められた開放温度以上になると逃がし通路１６を開放する、ということになる。また、保持部材２６の温度が上述の開放温度よりも低く設定された移動温度以上になると保持部材２６が保持位置から保持位置の外に移動し、それにより弁要素１７が逃がし通路１６を閉鎖しつつ弁本体から突出するよう逃がし通路１６内を移動する、ということになる。本発明による実施例では、開放温度は栓体２３を形成する可溶合金の溶融温度であり、移動温度は保持部材２６を形成する形状記憶合金の形状回復温度である。

図６は本発明による別の実施例を示している。この別の実施例では、保持部材２６が、栓体２３とは別の可溶合金から形成される。別の可溶合金の溶融温度は、上述の実施例において保持部材２６を形成する形状記憶合金の形状回復温度と同程度に設定される。その結果、別の可溶合金の温度がその溶融温度よりも低いときには、保持部材２６は保持位置に位置し、したがって弁要素１７が逃がし通路１６内に保持される。別の可溶合金の温度がその溶融温度以上になると、保持部材２６が溶融することにより保持位置の外に移動し、したがって弁要素１７が逃がし通路１６内を移動する。

これまで述べてきた実施例では、保持部材２６の全体が形状記憶合金又は可溶合金から形成される。図示しない別の実施例では、保持部材２６の一部が形状記憶合金又は可溶合金から形成される。

また、これまで述べてきた実施例では、弁要素本体２２の環状突起２４が逃がし通路１６の突起２０に当接することにより弁要素１７の外向きの移動が停止される。図示しない別の実施例では、弁要素１７が、保持位置の外に移動した保持部材２６に当接することにより、弁要素１７の移動が停止される。この場合、保持部材２６の温度が上述の移動温度以上になると、保持部材２６は、保持位置から、弁要素１７の外向き移動を停止する停止位置まで移動する、ということになる。

更に、これまで述べてきた実施例では、弁要素１７は水素ガスタンク１内の圧力によって外向きに付勢されている。図示しない別の実施例では、弁要素１７は、圧縮バネのような弾性体により外向きに付勢される。

１圧力容器
２弁組体
３弁組体本体
１５安全弁
１６逃がし通路
１７弁要素
２６保持部材

Claims

圧力容器に取り付けられるのに適した安全弁であって、
弁本体と、
前記弁本体内に形成された逃がし通路であって、前記圧力容器の内部に連通されるのに適した入口と、前記圧力容器の外部に連通されるのに適した出口とを有する逃がし通路と、
前記逃がし通路内に移動可能に収容された、前記逃がし通路を閉鎖する弁要素であって、前記弁要素の温度があらかじめ定められた開放温度以上になると前記逃がし通路を開放する弁要素と、
前記弁本体の外部であって前記弁要素を前記逃がし通路内に保持する保持位置に設けられた保持部材と、
を備え、
前記保持部材の温度が前記開放温度よりも低く設定された移動温度以上になると前記保持部材が前記保持位置から前記保持位置の外に移動し、それにより前記弁要素が前記逃がし通路を閉鎖しつつ前記弁本体から突出するよう前記逃がし通路内を移動する、
安全弁。
前記保持部材が形状記憶合金を含み、前記移動温度が前記形状記憶合金の形状回復温度であり、前記形状記憶合金の温度が前記移動温度以上になると前記形状記憶合金が記憶形状に変形し、それにより前記保持部材が前記保持位置の外に移動する、請求項１に記載の安全弁。
前記保持部材が可溶合金を含み、前記移動温度が前記可溶合金の溶融温度であり、前記可溶合金の温度が前記移動温度以上になると前記可溶合金が溶融し、それにより前記保持部材が前記保持位置の外に移動する、請求項１に記載の安全弁。
前記弁要素が別の可溶合金から形成された栓体を備え、前記開放温度が前記別の可溶合金の溶融温度であり、前記別の可溶合金の温度が前記開放温度以上になると前記別の可溶合金が溶融し、それにより前記弁要素が前記逃がし通路を開放する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の安全弁。