JP2017501348A - 加圧ガス容器用バルブ装置 - Google Patents

Abstract

バルブハウジングと、バルブハウジングに導入される複数の機能部とを有する加圧ガス容器（２）用バルブ装置（４）。複数の機能部の一つは、開位置と閉位置との間で移動可能な弁体（５）を有する抽気弁（６）である。手動式作動部（１２）は、弁体（５）を少なくとも部分的な開位置に移動させるために設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル部においてより詳細に定義されるタイプの加圧ガス容器用バルブ装置に関する。

いわゆるオンタンクバルブ（ＯＴＶ：on-tank valve）ともいう加圧ガス容器用バルブ装置は、先行技術から公知である。例えば、ＵＳ２００５／０１０３３８２Ａ１公報を参照すればよい。さらに、弁体としてのピストンが開位置と閉位置との間で前後に移動する電磁弁は、ＥＰ１６８２８０１Ｂ１から公知である。

本発明の目的は、ガスを抜くための電磁制御に加え、例えば、メンテナンスや安全上の理由などのために,必要ならば、加圧ガス容器から手動でガスを排出するためのオプション（選択肢）を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴部分における特徴を有するバルブ装置による本発明において達成される。有利な実施形態及び改良点は、請求項１に従属する従属請求項によって生じる。さらに、本発明に係るバルブ装置の特に好ましい使用は、請求項１０で明らかにされる。

本発明に係るバルブ装置のために、この少なくとも一つの抽気弁は、開位置と閉位置との間で移動可能な弁体を有する。少なくとも部分的に開位置に弁体を移動可能な方法で設計される手動式作動部が設けられる。これにより、空にするためのバルブ装置を手動で作動させる極めて簡単で効率的なオプションを提供する。また、いずれにしても存在し、手動式作動部を介して開位置に移動される弁体の結果として、特に、いずれにしても存在し、弁体のための弁座をシール（封止）する機構として利用されればよい。したがって、バルブ装置内に追加の開口を有する追加の弁座は必要ない。追加の開口は、バルブを機械的に弱くしてしまう封止しなければならない追加のインタフェースを示すであろう。むしろ、いずれにしても存在する弁体のために、手動により作動するパージ弁の機能と同様に、抽気弁としての機能性も利用すればよい。

その概念の別の非常に有利な実施形態では、弁体が、電磁作動装置と、閉位置に弁体を移動する復元バネとを有することを提供する。弁体が電磁作動装置を介して移動されるこの設計は、それ自体公知である。さらに、弁体は、ここに示したものと変形実施形態では、閉位置に弁体を移動させる復元バネを有する。そして、抽気弁は、通常閉弁している。本事例では、復元バネの力により閉弁しているノーマルクローズ弁体は、開位置又は部分的に開位置において、ガスが弁体に沿って漏れ出すことができ、他の方法で、通常運転中、ガスを回収するために設けられる通常の空にするための通路を介して流れることができるように、手動式作動部により、開位置又は少なくとも部分的に開位置に移動されてもよい。

本発明に係るバルブ装置の一つの非常に有利な実施形態では、弁体は、抽気弁のピストンとして設計されてもよい。開位置と閉位置との間を移動可能なピストンやシャットオフピストンは、例えば、ＥＰ１６８２８０１Ｂ１の形式で最初に引用した先行技術から公知である。この設計は、７００バールの公称圧力で貯蔵される水素用高圧タンクに用いられるバルブ装置にとって、特に有利である。そして、任意の弁体を参照して記載される本発明に係るバルブ装置の機能性は、特に、弁体などのピストンやシャットオフピストンを用いて達成されればよい。これは、いずれにしても存在する複雑な設計が機械式作動装置によってのみ拡張される必要があるが、ピストンもこの目的のために用いられるので、手動で空にするために、追加の弁体や弁座を必要としないという大きな利点を有する。

また、本発明に係るバルブ装置の一つの有利な改良点では、回転運動を弁体方向の作動部の軸方向運動に変換するように、手動式作動部がネジ山を有することが提供されてもよい。作動部の回転運動が、例えば、メカニカルインタフェースと、六角穴、ドライバなどの適切なツールとを介してなされてもよいので、そのような作動は、特に簡単で効果的である。

また、別の非常に有利な実施形態では、ネジ山が、回動可能ピン内部を有するスリーブの外側に形成され、回動可能ピンが、軸方向ストッパを介してネジ状スリーブに接続されることを提供する。特に、軸方向運動と回転運動とのデカップリング（分離）が生じるので、この設計は大きな利点である。そして、スリーブは、ネジ山の中及び外から容易に、そして効果的にネジで取り付けられる。機械式作動部として弁体に接続されるピンは、共に回転する必要がなく、その代わりに、スリーブ内で回転してもよい。結果として、ピンは、弁体との接触面で回転して移動せず、その接触面は、理想的に、丸い先端と、この先端を収容するための鍵形状のくぼみとにより形成される。したがって、特に、作動部と弁体とで異なる材料の相互作用中には、過度に大きい力や磨耗が避けられる。

また、本発明に係るバルブ装置の一つの有利な改良点では、１つの所定の軸方向通路のみが可能となるように、手動式作動部がストッパを有することが提供されてもよい。これは、手動式作動部の一体部品設計と同様に、ネジ状スリーブを有する設計においても可能である。この改良点は、弁体があまりにも遠くに移動することをストッパが安全確実に防止し得るという大きな利点を有する。そのような移動は、抽気弁やそのアクチュエータシステムの周りのダメージをもたらす可能性がある。

また、別の非常に有利な実施形態では、所定の軸方向通路が、弁体の１ストロークのみを可能にし、そのストロークが、ガスを抜くための弁体の通常開弁中のストロークよりも小さく、特に１ｍｍ未満であることを提供する。一方では、特に、１ｍｍ未満、好ましくはおよそ０．５ｍｍの弁体のそのように小さいストロークは、手動で空にするのに必要なストロークが各場合に達成され得ることを保障し、他方では、手動排出中は、絞り（スロットル）機能を自動的に達成するように、弁体の手動作動を介して、一定の抽気弁を部分的に開弁するのみのために、流れが通り過ぎる比較的小さい断面のみを開けることを保証する。それは、例えば、およそ直径２ｍｍ（公称直径）相当のボアホールに対応する。したがって、加圧ガス容器を手動で空にすることが非常に制御された方法で起こり得るので、これは大きな利点である。

また、本発明に係るバルブ装置の一つの有利な改良点では、機械式作動部が、ラジアルシールによりバルブハウジングからシール（封止）されることを提供する。そのようなラジアルシールを介した封止は、特に、シールがシールリング及びサポートリングを有するとき、非常に容易に、高いレベルのシール気密性で達成され得る。したがって、弁体のピストン及び作動装置のピストンに応じて、作動装置の領域が圧力で作用されるので、一方では、機械式作動装置をスムーズに操作することができ、他方では、各場合における周囲とのシールを補償することができる。原則として考えられる軸シールに比べて、ラジアルシールは、軸シールの場合ほど回転運動により強く影響されないので、簡単な設置と長期間の耐久性という利点を有する。

加圧ガス容器用の本発明に係るバルブ装置の特に好ましい使用は、水素が６００バール（bar）以上の公称圧力で貯蔵される加圧ガス容器においての使用である。本発明に係るバルブ装置は、低密度の欠点を補償するために、非常に高い公称圧力下で水素を貯蔵する水素貯蔵にとって特に有利である。バルブ装置は、必要な安全面を効果的に満足すればよく、同時に、バルブ装置が抽気弁の弁体に係合し、それ自身の弁座との専用のシールを必要としないという事実のために、システムの高いレベルのシール気密性を可能とする。これは、構成要素の最小経費、及び、シールすべき最小数のインタフェースで達成され得る。これにより、相応して圧縮が困難である水素にとって大きな利点をもたらす。

好ましくは、本発明によるバルブ装置は、車両用適用、特に、燃料電池車両において水素を貯蔵するために用いられる加圧ガス容器内で利用されればよい。

本発明に係るバルブ装置の更なる有利な実施形態は、他の従属請求項により生じ、図面を参照して以下でより詳細に記述される典型的な実施形態に基づいて、明らかにされる。

加圧ガス容器とバルブ装置とを有する車両を示す。 抽気弁の開状態におけるバルブ装置の一つの可能な実施形態を示す。 抽気弁を閉弁したときの図２の例示における図を示す。 抽気弁を手動で開弁したときの図２における例示を示す。 手動式作動部の代わりの実施形態を示す。

例えば、燃料電池車両などの車両１は、図１の例示で明らかになる。この車両は、少なくとも一つの燃料電池、特に、複数のＰＥＭ燃料電池のスタックが設けられた燃料電池システムを含むことができる。これらの燃料電池には、酸素供給手段としての空気がカソード側に供給され、水素がアノード側に供給される。この水素は、車両１に概略的に示す加圧ガス容器２から出てくる。加圧ガス容器は、例えば、それ自身公知で慣習的な設計を有する。その設計では、閉鎖要素（closing element）、いわゆるＢＯＳＳは、少なくとも加圧ガス容器の一方側に位置する。参照符号３により示されるこの閉鎖要素の領域では、多数の機能を含むことができるバルブ装置４が存在する。特に、抽気弁は、機能的要素として設けられればよい。また、圧力リリーフ弁、手動閉止弁、温度センサ、圧力センサなどの複数の機能部が考えられ、一般的な先行技術から公知である。これらの要素は、本発明の機能性において役割を果たさない。そのため、より詳細には記載しない。

バルブ装置４の詳細は、図２の例示で明らかになる。ここに示すバルブハウジングの詳細では、抽気弁６の弁体５は、電磁アクチュエータ７を介して制御される装置である。電磁アクチュエータ７に加え、電磁アクチュエータ７により力が加えられていないとき、図３に示す閉位置に弁体５を移動させる復元バネ８も明らかである。弁体５の一方側、例えば、図２の左上に示す供給ライン９は、加圧ガス容器の内部に接続される。ガスは、弁体５の他方側の排気ガスライン１０を介して、例えば、既に述べた燃料電池システムや圧力調整及び調量装置に案内される。この設計は、厳密に例として理解すべきである。また、弁体５の代わりに、例えば、ＥＰ１６８２８０１Ｂ１の形式で初めに引用した先行技術において上述のように、ピストンを抽気弁６内に設けることができる。これは、本発明の機能性の二番目に重要なものである。

図３の例示は、閉弁状態における上述と同じ設計を示す。弁体５は、弁座１１とシール係合する。弁体５と弁座１１との間の金属接触は、厳密に例としてここで示される。その代わりに、シールが存在する方がよい。これも、本発明の基本的機能性の二番目に重要なものである。その理由のために、弁座１１と弁体５の間の領域におけるシールの詳細な例示を省略した。さらに、プランジャ１３及びネジ山１４を有する手動式作動部１２は、図２及び図３において明らかになる。回転運動がネジ山１４を介して軸方向運動に変換されるように、手動式作動部１２は、ツールのためのメカニカルインタフェース１５を介して、回転移動され得る。結果として、手動式作動部１２及びそのプランジャ１３は、弁体５の方向に移動されればよい。プランジャ１３の先端を介して、手動式作動部１２が、弁体５の対応する受入キャビティ１６に接触すると、手動式作動部１２の更なる回転に伴って、特に、手動式作動部１２の作動が停止するか、作動部がストッパとして用いられるハウジング突起１７に衝突するまで、弁体５は、復元バネ８の力に抗って弁座１１から持ち上げられる。このピストンは、弁体５が閉位置から開位置の方向に部分的に移動したことを明らかにする図４に示される。これは、弁体５と弁座１１との間にギャップを開ける。ガスは、このギャップを通して、流入開口（供給ライン）９の領域から流出開口（排気ガスライン）１０の領域に通過することができ、このように、ガスは、加圧ガス容器２から流出することができる。したがって、復元バネ８を介して通常閉弁している抽気弁６のピストンは、ピストンが少なくとも部分的に開くような方法で、手動式作動部１２により変更され得る。このように、バルブ装置４の手動で空にする機能を達成することができる。この機能は、いずれにしてもその位置に存在するシール機構と同様に、シールの障害に関して最小努力及び最小リスクにより、手動で空にする機能をバルブ装置４に統合可能にするように、抽気弁６内にいずれにしても存在する弁体５を利用する。

バルブ装置４が開のとき、手動式作動部１２が設けられる領域も圧力がかけられるので、シールリング及びサポートリングを有するラジアルシール１８は、例えば、手動式作動部１２の領域に設けられる。ラジアルシールは、手動式作動部１２の頻繁な作動でさえ、発生するラジアル方向回転にかかわらず、非常に良好なシール気密性を保証することができる。特に、この場合のために、ラジアルシール１８が漏れの更なるリスクをもたらさないように、ラジアルシール１８は、弁体５を閉弁したときには圧力がかけられていない。

加圧ガス容器２を手動で空にするためにのみ用いられる手動式作動部１２は、典型的に、ガスを抜いている間、パルス的に移動され、連続的に開閉される弁体５自身の移動よりもずっと小さい周期で設計される。それにもかかわらず、プランジャ１３の先端と弁体５内のキャビティ１６との接触位置で、望ましくない摩擦が長い間起こり得る。これは、おそらく材料磨耗をもたらす。これを打ち消すために、軸方向運動が回転運動から分離されるような方法で手動式作動部１２が設計されることを提供してもよい。これは、スリーブ１９が設けられる図５の例示において、例として明らかにされる。スリーブ１９は、外側にはネジ山１４が設けられ、内側にはボアホール２０を有する。ボアホール２０内で回動可能なピン２１は、このボアホール２０に延びる。スリーブ１９の上方への回転運動の場合には、ピン２１が軸方向に沿って運ばれ、スリーブ１９の下方への回転運動の場合には、ピン２１が重力により移動され、特に、復元バネ８が弁体５の手動開位置から弁体５を介して間接的に移動されるように、ボアホール２０の下端は、ピン２１用の一種のストッパとして用いられる。ピン２１は、プランジャ１３、例として、ラジアルシール１８をその上端に有する。そして、弁体５は、上述の変形実施形態と同様に、必要に応じて、プランジャ１３を介して弁座１１から持ち上げられる。少なくともプランジャ１３が弁体５に置かれているとき、スリーブ１９とピン２１との間に起こる回転運動の結果として、適切な潤滑や材料ペアリングにより、磨耗や摩擦を最小化することができる。そして、弁体５のキャビティ１６の領域内におけるプランジャ１３の先端の接触は、理想的に、回転運動なしに起こる。したがって、摩擦や磨耗を低減する。

弁体５の手動開状態を示す図４の例示から明らかなように、弁体５と弁座１１との間のギャップは、図２に示す抽気弁６の開状態におけるものよりもずっと小さい。特に、１ｍｍ未満である弁体５の移動とともに、これは意図される。このように、弁体５と弁座１１との間には、比較的小さいギャップのみが開けられる。これにより、利用可能な断面が相応して小さいので、加圧ガス容器２を手動で空にする間、絞り効果を結果としてもたらす。したがって、空にすることは、非常に的を絞った方法で起こさせることができ、特に、７００バールの公称圧力で貯蔵される水素などの高圧下のガスに有利である。

Claims (11)

1. バルブハウジングと、前記バルブハウジングに導入される複数の機能部とを備え、前記複数の機能部の一つが、開位置と閉位置との間で移動可能な弁体（５）を有する抽気弁（６）である加圧ガス容器（２）用のバルブ装置（４）であって、
   少なくとも部分的に前記弁体（５）を開位置に移動する手動式作動部（１２）が設けられることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記弁体（５）は、電磁式作動装置（７）と、前記閉位置に前記弁体（５）を移動させる復元バネ（８）とを有することを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記弁体（５）は、前記抽気弁（６）のピストンとして設計されることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１、請求項２及び請求項３のいずれか１項に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記手動式作動部（１２）はネジ山（１４）を有し、回転運動は、弁体（５）の方向における前記手動式作動部（１２）の軸方向運動に変換されることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項４に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記ネジ山（１４）は、その内部に回動可能ピン（２１）を有するスリーブ（１９）の外側に形成され、前記ピン（２１）は、軸方向ストッパを介して前記スリーブ（１９）に連結されることを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記手動式作動部（１２）はストッパ（１７）を有し、１つの所定の軸方向通路のみが可能となることを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項６に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記１つの所定の軸方向通路は、前記弁体（５）の１ストロークのみを可能とし、該１ストロークは、ガスを抜くための前記弁体（５）の通常開弁中のストロークよりも小さく、特に１ｍｍ未満であることを特徴とするバルブ装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記手動式作動部（１２）は、ツールを収容するためのメカニカルインタフェース（１５）を有することを特徴とするバルブ装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のバルブ装置（４）であって、
   前記手動式作動部（１２）は、ラジアルシール（１８）により前記バルブハウジングから封止されることを特徴とするバルブ装置。
10. ６００バールよりも大きい公称圧力で水素を貯蔵する加圧ガス容器（２）用のバルブ装置（４）の使用。
11. 請求項１０に記載のバルブ装置（４）の使用であって、
    前記加圧ガス容器（２）は、燃料電池車両（１）内に水素を貯蔵するために用いられることを特徴とするバルブ装置。

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