JP2018133374A - 圧力リリーフ機構 - Google Patents

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小川 隆也
Takanari Ogawa
隆也 小川
洋昭 浅井
Hiroaki Asai
洋昭 浅井
啓太郎 日野
Keitaro Hino
啓太郎 日野
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Abstract

【課題】耐圧の低い防水ケースの非常時に発生する急激な内部体積の膨張時における、ケースの破裂を防止することができる圧力リリーフ機構を提供することが課題である。
【解決手段】実施形態の圧力リリーフ機構は、内部が密閉された防水ケースのケース本体の装着孔に装着される圧力リリーフ機構の本体を有する。前記圧力リリーフ機構の本体は、挿入部と、台座部と、係止部と、通気経路と、リング状のシール部材とを有する。リング状のシール部材は、前記装着孔の周囲の前記ケース本体の壁部と前記台座部との間に介設され、前記装着孔の周囲を囲み、前記通気経路を閉塞する状態で装着される弾性部材からなる。そして、前記ケース本体の内部で急激な体積膨張があった場合に前記ケース本体の内圧によって前記シール部材を変形させて前記ケース本体の圧力を解放する解放部を有する。
【選択図】 図6

Description

本発明の実施形態は、圧力リリーフ機構に関する。
バッテリケースなどの、大型薄肉軽量の防水ケースには、防水ケースの内圧上昇による破裂防止のための安全装置が装着されている。一般的な安全装置としては、圧力リリーフバルブやラプチャディスクがある。ただし、これらは、圧力を受ける部分がケースに対して小型であるため、ある程度の圧力がないと、安全装置として動作しない。
耐圧の低い気密ケースの場合、圧力リリーフバルブのばね力は極端に小さく、またラプチャディスクの膜厚は、極端に薄くなる。そのため、使用中の圧力以外の外乱(例えば、振動、衝撃などの加速度、砂塵などの飛来物)や、経年劣化(腐食や、紫外線などによる材質劣化)によって、耐えなければならない圧力以下で、圧力リリーフして、防水性が失われることが懸念される。
一方で、耐圧の低い防水ケースでは、内外気圧差によるケースの損傷や、リークを防止するため、防水呼吸フィルタ(多孔質PTFE膜)を用いることが多い。ただし、この防水呼吸フィルタは、気体透過に伴う圧力損失が高いため、気体透過速度に限界がある。そのため、内部気体の急激な体積変化には、対応できず、限界を超えると、ケースが耐圧を超えて破裂してしまう可能性がある。さらに、上記の耐圧の低い気密ケースの場合と同様、フィルタは小型なものが多く、フィルタ自体の破裂圧力は、ケース耐圧に比べて高いことが多い。
また、小型の呼吸栓が何らかの事情、例えば、砂塵による目詰まり、氷結、油による汚損などにより、外部をふさがれてしまうこともある。その時も同様に、小型の呼吸栓は、呼吸できずケース耐圧を超えてしまうことがある。
特開平11−111519号公報
実施形態は、耐圧の低い防水ケースの非常時に発生する急激な内部体積の膨張時における、ケースの破裂を防止することができる圧力リリーフ機構を提供することが課題である。
実施形態の圧力リリーフ機構は、内部が密閉された防水ケースのケース本体の装着孔に装着される圧力リリーフ機構の本体を有する。前記圧力リリーフ機構の本体は、挿入部と、台座部と、係止部と、通気経路と、リング状のシール部材とを有する。挿入部は、前記装着孔に挿入される。台座部は、前記ケース本体の外部に配置される前記挿入部の外端部に形成される。係止部は、前記ケース本体の内部に挿入された前記挿入部の内端部に形成され、前記圧力リリーフ機構の本体を前記装着孔の内端縁部に係止する。通気経路は、前記挿入部の軸心部に形成される。リング状のシール部材は、前記装着孔の周囲の前記ケース本体の壁部と前記台座部との間に介設され、前記装着孔の周囲を囲み、前記通気経路を閉塞する状態で装着される弾性部材からなる。そして、前記ケース本体の内部で急激な体積膨張があった場合に前記ケース本体の内圧によって前記シール部材を変形させて前記ケース本体の圧力を解放する解放部を有する。
図1は、第1の実施形態の防爆防水ケースの全体の概略構成を示す斜視図である。 図2は、第1の実施形態の防爆防水ケースの天井板に取り付けられた第1の圧力リリーフ機構の取付け状態を示す断面斜視図である。 図3は、第1の実施形態の第1の圧力リリーフ機構の概略構成を示す分解斜視図である。 図4は、図3の第1の圧力リリーフ機構を裏側から見た分解斜視図である。 図5は、第1の実施形態の防爆防水ケースの側板に取り付けられた第2の圧力リリーフ機構の取付け状態を示す断面斜視図である。 図6は、第1の実施形態の第1の圧力リリーフ機構の作動前の状態を示す縦断面図である。 図7は、第1の実施形態の第1の圧力リリーフ機構の作動後の状態を示す縦断面図である。 図8は、第1の実施形態の第1の圧力リリーフ機構の変形例を示す縦断面図である。
図1乃至図7は、第1の実施形態を示す。図1は、例えば、二次電池のバッテリケースなどの防爆防水ケース1の全体の概略構成を示す斜視図である。図2は、図1の防爆防水ケース1の天井板2に取り付けられた本実施形態の第1の圧力リリーフ機構11の取付け状態を示す断面斜視図である。図3は、図2の第1の圧力リリーフ機構11の概略構成を示す分解斜視図である。図4は、図3の第1の圧力リリーフ機構11を裏側から見た分解斜視図である。図5は、防爆防水ケース1の側壁部4に取り付けられた第2の圧力リリーフ機構12の取付け状態を示す断面斜視図である。
本実施形態の防爆防水ケース1は、矩形平板状の天井板2と、矩形平板状の底板3と、前後左右の4面の側壁部4と、後述する2つの圧力リリーフ機構(第1の圧力リリーフ機構11と、第2の圧力リリーフ機構12)とを有する矩形箱形の筺体である。本実施形態の防爆防水ケース1は、バッテリケースなどの、大型薄肉軽量の防水ケースについて適用される。防爆防水ケース1の内部には、図示しない複数の電池セルが並設された組電池と、この組電池の上面側に配置された基板、バスバ、その他の構造材などが収容されている。電池セルは、セル缶(またはラミネート膜)などに収容されている。
防爆防水ケース1のケース本体1aには、防爆防水ケース1の天井板2に第1の圧力リリーフ機構11を装着する円孔である装着孔5(図2参照)が形成されている。第1の圧力リリーフ機構11の本体11aは、この装着孔5に装着されている。同様に、防爆防水ケース1の1つの側壁部4には、第2の圧力リリーフ機構12を装着する円孔である装着孔6(図5参照)が形成されている。第2の圧力リリーフ機構12の本体12aは、この装着孔6に装着されている。
図3に示すように第1の圧力リリーフ機構11の本体11aは、挿入部13と、台座部14と、係止部15と、通気経路16と、リング状のシール部材17とを有する。挿入部13は、装着孔5に挿入される。台座部14は、ケース本体1aの外部に配置される挿入部13の外端部に形成される。係止部15は、ケース本体1aの内部に挿入された挿入部13の内端部に形成され、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを装着孔5の内端縁部に係止する。通気経路16は、挿入部13の軸心部に形成される。リング状のシール部材17は、例えばOリングなどの弾性部材によって形成されている。このシール部材17は、装着孔5の周囲のケース本体1aの壁部と台座部14との間に介設され、装着孔5の周囲を囲み、通気経路16を閉塞する状態で装着される。
台座部14は、円板状のベース部材18を有する。このベース部材18の中央部には、通気経路16となる円孔18aが形成されている。図4に示すようにこのベース部材18の下面には、円孔18aの周囲に複数、本実施形態では3本の弾性変形可能な脚部19が形成されている。これら3本の脚部19の各先端部(図4中で上端部)には外向きに突出された爪部20が形成されている。これら3本の脚部19によって前記挿入部13が形成されている。さらに、3つの爪部20によって前記係止部15が形成されている。
また、図5に示すようにケース本体1aは、装着孔5の外端部に外向きに突出されたリング状の突出部21を有する。この突出部21の外周面には、先端部に向かうにしたがって外径が徐々に小さくなるテーパー面21aが形成されている。そして、図6に示すようにシール部材17は、突出部21のテーパー面21aに圧接された状態で装着されている。これにより、シール部材17が突出部21のテーパー面21aに押さえつけられてケース本体1aの内部の水密を維持する。そして、外部から防爆防水ケース1に水圧がかかった時に、シール部材17が突出部21のテーパー面21aに食い込むので、高い水密性が実現できる。
また、ケース本体1aの内部で急激な体積膨張があった場合には、図7に示すようにケース本体1aの内圧によってシール部材17を変形させてケース本体1aの圧力を解放する。これにより、シール部材17は、非常時に発生するケース本体1aの急激な内部体積の膨張時にケース本体1aの圧力を解放する解放部の機能を有する。このようにケース本体1aの内圧がかかった時には、シール部材17のOリングは外に広がる方向に弾性変形する。このとき、突出部21のテーパー面21aによって、シール部材17とテーパー面21aとの間におおきな開口(すきま)が広がり、内部の気体を効率よく放出し、圧力のリリーフができる。
図3に示すように台座部14のベース部材18の上面には、外周部側に上向きに突設された複数、本実施形態では4個のスペーサ22が形成されている。4個のスペーサ22は、同じ高さに形成されている。さらに、ベース部材18の上面には、4個のスペーサ22間の内部スペースに防水通気フィルタ23(圧力リリーフ部、防水呼吸フィルタとも称する場合もある)が配置されている。この防水通気フィルタ23は、台座部14の通気経路16を閉塞する状態で円孔18aの周囲に貼り付けて装着されている。この防水通気フィルタ23は、例えば多孔質PTFE膜によって形成され、ケース本体1aの内部の防水性を保持しながら、ケース本体1aの内外気を通気させる。これにより、防爆防水ケース1の周囲大気の気圧変化や、温度上昇などによる内部圧力の変化に対しては、防水性を保持しながら、ケース本体1aの内外気を通気させて(入れ替えて)、ケース本体1aに内外気圧差をかけない。なお、防水通気フィルタ23は、ケース本体1aの内部圧力を解放する作動圧力がシール部材17の解放部よりも低い状態に設定されている。
これにより、本実施形態では、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aは、内部圧力を解放する作動圧力が異なる2段の圧力リリーフ部を有する。すなわち、通常時(低圧時)に作用している防水通気フィルタ23と、非常時(高圧時)に発生するケース本体1aの急激な内部体積の膨張時にケース本体1aの圧力を解放するシール部材17とを有する。
さらに、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aは、台座部14の外側(図2中で台座部14の上側)に配置された円板状のカバー部材24を有する。また、ケース本体1aは、外面に第1の圧力リリーフ機構11の本体11aの外周部を囲み、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを保護する円筒状のバリア25を有する。
カバー部材24は、外周面に複数、本実施形態では3個の振れ止め用の突起部24aを有する。突起部24aをバリア25の内周面に突き当てることで第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを振れ止めするようにしている。
さらに、カバー部材24の内面には、通気経路となる凹部24bが形成されている。これにより、図6中に矢印で示すように台座部14の通気経路16から防水通気フィルタ23を透過して、カバー部材24側に流れたガス流は、カバー部材24の凹部24bを通り、バリア25とカバー部材24の突起部24aとの間を通り、防爆防水ケース1の外部に流出する。
また、ケース本体1aは、バリア25の周壁に水抜き用の切欠部26を有する。さらに、リング状の突出部21の下面の高さは、バリア25の外側のケース本体1aの外面の高さよりも高く形成されている。これにより、ケース本体1aのバリア25の内部に溜まった水や、ほこりをバリア25の外側に排出することを促すことができる。このとき、バリア25の内部に溜まった水や、ほこりは、水抜き用の切欠部26からバリア25の外側に流出することで、バリア25の内部に溜った水が抜けるようにしている。
そして、本実施形態の第1の圧力リリーフ機構11を装着孔5に装着する作業時には、脚部19を縮径する方向に弾性変形させた状態で装着孔5内に挿入させる。続いて、装着孔5から爪部20の先端がケース本体1a内に突出した状態で脚部19が弾性復帰する形状変化により爪部20を装着孔5の内端縁部に係止する。これにより、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを装着孔5に押し込む操作により、ワンタッチで簡単にケース本体1aに組み付けることができる。
また、第2の圧力リリーフ機構12の本体12aは、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aの防水通気フィルタ23は、設けられていない。これ以外は、第2の圧力リリーフ機構12の本体12aは、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aとほぼ同じ構造である。そのため、ここでは、第2の圧力リリーフ機構12の本体12aについて第1の圧力リリーフ機構11の本体11aと同一部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように防爆防水ケース1の1つの側壁部4の外面には、第2の圧力リリーフ機構12の本体12aを装着する円形状の凹陥部27が形成されている。この凹陥部27の内底部には、前記装着孔6が形成されている。さらに、凹陥部27の内底部には、装着孔6の外端部の周囲に外向きに突出されたリング状の突出部21が形成されている。シール部材17は、突出部21のテーパー面21aに圧接された状態で装着されている。これにより、シール部材17は、装着孔6の周囲のケース本体1aの壁部と台座部14との間に介設され、装着孔6の周囲を囲み、通気経路16を閉塞する状態で装着される。
次に、上記構成の本実施形態の防爆防水ケース1の第1の圧力リリーフ機構11の作用について説明する。本実施形態の防爆防水ケース1の使用時には、第1の圧力リリーフ機構11の通気経路16は、シール部材17によって閉塞されている。そして、通常時にはシール部材17によってケース本体1aの内部の防水性を保持しながら、低圧側の防水通気フィルタ23によってケース本体1aの内外気を通気させている。このとき、ケース本体1aの内部の作動流体は、図6中に矢印で示すように台座部14の通気経路16から防水通気フィルタ23を透過して、カバー部材24側に流れる。続いて、作動流体の流れは、カバー部材24の凹部24bを通り、バリア25とカバー部材24の突起部24aとの間の隙間や、バリア25の周壁の切欠部26を通り、防爆防水ケース1の外部に流出する。そのため、防爆防水ケース1の周囲大気の気圧変化や、温度上昇などによる内部圧力の変化に対しては、防水通気フィルタ23によってケース本体1aの内外気を通気させて(入れ替えて)、ケース本体1aに内外気圧差をかけない状態で保持される。これにより、通常時の防爆防水ケース1の内圧上昇による破裂防止が行われている。
また、防爆防水ケース1の内部気体の急激な体積変化時(防水通気フィルタ23の気体透過許容量(速度)を上回るケース本体1aの内部の急激な体積膨張時)には、図7に示すようにケース本体1aの内圧によってシール部材17のOリングは外に広がる方向に弾性変形する。このとき、突出部21のテーパー面21aによって、シール部材17とテーパー面21aとの間におおきな開口(隙間)が広がる。そのため、ケース本体1aの内部の作動流体は、図7中に矢印で示すように台座部14の通気経路16からシール部材17とテーパー面21aとの間の隙間を通り、さらにバリア25とカバー部材24の突起部24aとの間の隙間や、バリア25の周壁の切欠部26を通り、防爆防水ケース1の外部に急速に流出する。これにより、ケース本体1aの内部の気体を効率よく放出し、ケース本体1aの内部の圧力を解放することができる。
なお、防爆防水ケース1の内部気体の急激な体積変化時(防水通気フィルタ23の気体透過許容量(速度)を上回るケース本体1aの内部の急激な体積膨張時)には、第2の圧力リリーフ機構12でも第1の圧力リリーフ機構11のシール部材17と同様の作用により、ケース本体1aの内部の圧力を解放することができる。
そこで、上記構成の本実施形態の第1の圧力リリーフ機構11では、防水通気フィルタ23の気体透過許容量(速度)を上回る内部の急激な体積膨張があった場合には、シール部材17の弾性変形によりケース本体1aの内部圧力を安全に解放して、ケース本体1aの爆発を防止することができる。これは、防水通気フィルタ23が詰まるなど故障した場合にも動作して、ケース本体1aの破裂を防止することができる。
したがって、耐圧の低い防水ケースの非常時に発生する急激な内部体積の膨張時における、ケース本体1aの破裂を防止することができる圧力リリーフ機構を提供することができる。
また、本実施形態では、ケース本体1aは、装着孔5の外端部に外向きに突出されたリング状の突出部21を有し、この突出部21の外周面に、先端部に向かうにしたがって外径が徐々に小さくなるテーパー面21aを形成している。そのため、外部から防爆防水ケース1に水圧がかかった時に、シール部材17が突出部21のテーパー面21aに食い込むので、高い水密性が実現できる。
さらに、ケース本体1aの内圧がかかった時に、シール部材17のOリングが外に広がる方向に弾性変形する。このとき、突出部21のテーパー面21aによって、シール部材17とテーパー面21aとの間に大きな開口(隙間)が広がり、内部の気体を効率よく放出し、圧力のリリーフができる。
さらに、本実施形態の第1の圧力リリーフ機構11では、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aの組み付け時に突出部21のテーパー面21aによってシール部材17の組み付け作業性を高めることができる。
また、ケース本体1aの外面に第1の圧力リリーフ機構11の本体11aの外周部を囲み、第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを保護する円筒状のバリア25を設けている。さらに、カバー部材24の外周面に3個の振れ止め用の突起部24aを設けている。そして、突起部24aをバリア25の内周面に突き当てることで第1の圧力リリーフ機構11の本体11aを振れ止めすることができる。
また、ケース本体1aは、バリア25の周壁に水抜き用の切欠部26を設けている。さらに、リング状の突出部21の下面の高さは、バリア25の外側のケース本体1aの外面の高さよりも高く形成されている。これにより、ケース本体1aのバリア25の内部に溜まった水や、ほこりをバリア25の外側に排出することを促すことができる。このとき、バリア25の内部に溜まった水や、ほこりは、水抜き用の切欠部26からバリア25の外側に流出することで、バリア25の内部に溜った水が抜けやすくすることができる。
さらに、本実施形態の第1の圧力リリーフ機構11では、内部圧力を解放する作動圧力が異なる2段の圧力リリーフ部を有する。すなわち、通常時(低圧時)に作用している防水通気フィルタ23と、非常時(高圧時)に発生するケース本体1aの急激な内部体積の膨張時にケース本体1aの圧力を解放するシール部材17とを有する。そのため、これらを別々に設ける場合に比べて構成を簡素化することができ、装置全体の小型化を図ることができる。
図8は、第1の実施形態の第1の圧力リリーフ機構11の変形例を示す縦断面図である。なお、図8中で、図1乃至図7と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。本変形例は、第1の圧力リリーフ機構11の台座部14のベース部材18の下面に通気経路16を囲む状態で下向きに突出されたリング状の突出部31を設けたものである。この突出部31の外周面には、先端部に向かうにしたがって外径が徐々に小さくなるテーパー面31aが形成されている。そして、シール部材17は、装着孔5の周囲のケース本体1aの壁部と台座部14との間に介設され、装着孔5の周囲を囲み、通気経路16を閉塞する状態で装着される。シール部材17は、突出部31のテーパー面31aに圧接された状態で装着されている。これにより、シール部材17が突出部31のテーパー面31aに押さえつけられてケース本体1aの内部の水密を維持することができる。
また、第1の実施形態では、防爆防水ケース1の一例として二次電池のバッテリケースに適用した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池のバッテリケースや、燃料タンクなどに適用することも可能である。
これらの実施形態によれば、耐圧の低い防水ケースの非常時に発生する急激な内部体積の膨張時における、ケースの破裂を防止することができる圧力リリーフ機構を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…防爆防水ケース、1a…ケース本体、2…天井板、3…底板、4…側壁部、5…装着孔、6…装着孔、11…第1の圧力リリーフ機構、11a…第1の圧力リリーフ機構の本体、12…第2の圧力リリーフ機構、12a…第2の圧力リリーフ機構の本体、13…挿入部、14…台座部、15…係止部、16…通気経路、17…シール部材、18…ベース部材、18a…円孔、19…脚部、20…爪部、21…突出部、21a…テーパー面、22…スペーサ、23…防水通気フィルタ、24…カバー部材、24a…突起部、24b…凹部、25…バリア、26…切欠部、27…凹陥部、31…突出部、31a…テーパー面。

Claims (8)

  1. 内部が密閉された防水ケースのケース本体の装着孔に装着される圧力リリーフ機構の本体を有し、
    前記圧力リリーフ機構の本体は、前記装着孔に挿入される挿入部と、
    前記ケース本体の外部に配置される前記挿入部の外端部に形成された台座部と、
    前記ケース本体の内部に挿入された前記挿入部の内端部に形成され、前記圧力リリーフ機構の本体を前記装着孔の内端縁部に係止する係止部と、
    前記挿入部の軸心部に形成された通気経路と、
    前記装着孔の周囲の前記ケース本体の壁部と前記台座部との間に介設され、前記装着孔の周囲を囲み、前記通気経路を閉塞する状態で装着される弾性部材からなるリング状のシール部材とを有し、
    前記ケース本体の内部で急激な体積膨張があった場合に前記ケース本体の内圧によって前記シール部材を変形させて前記ケース本体の圧力を解放する解放部を有する圧力リリーフ機構。
  2. 前記圧力リリーフ機構の本体は、前記台座部の前記通気経路を閉塞する状態で装着され、前記ケース本体の内部の防水性を保持しながら、前記ケース本体の内外気を通気させる防水通気フィルタによって形成された圧力リリーフ部を有し、
    前記圧力リリーフ部は、前記ケース本体の内部圧力を解放する作動圧力が前記シール部材の解放部よりも低い請求項1に記載の圧力リリーフ機構。
  3. 前記ケース本体は、前記装着孔の外端部に外向きに突出され、外周面に先端部に向かうにしたがって外径が徐々に小さくなるテーパー面が形成されているリング状の突出部を有し、
    前記シール部材は、前記突出部のテーパー面に装着されている請求項1または2に記載の圧力リリーフ機構。
  4. 前記圧力リリーフ機構の本体は、前記台座部の外側に配置された円板状のカバー部材を有し、
    前記台座部は、前記カバー部材を支持する複数の突起部を有し、前記突起部の内側に前記圧力リリーフ部が配置され、
    前記ケース本体は、外面に前記圧力リリーフ機構の本体の外周部を囲み、前記圧力リリーフ機構の本体を保護する筒状のバリアを有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧力リリーフ機構。
  5. 前記カバー部材は、外周面に複数の振れ止め用の突起部を有し、
    前記突起部を前記バリアの内周面に突き当てることで前記圧力リリーフ機構の本体を振れ止めする請求項4に記載の圧力リリーフ機構。
  6. 前記ケース本体は、前記バリアの周壁に水抜き用の切欠部を有し、
    前記リング状の突出部の下面の高さは、前記バリアの外側の前記ケース本体の外面の高さよりも高い請求項4または5に記載の圧力リリーフ機構。
  7. 前記係止部は、弾性変改可能な複数の脚部と、前記脚部の先端に形成された爪部とを有し、
    前記爪部は、前記ケース本体の前記装着孔の外側に突出する係止凸部を有し、
    前記圧力リリーフ機構の本体は、前記脚部を縮径する方向に弾性変形させた状態で前記装着孔内に挿入され、
    前記装着孔から前記爪部の先端が前記装着孔から前記ケース本体内に突出した状態で前記脚部が弾性復帰する形状変化により前記係止凸部を前記装着孔の内端縁部に係止する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の圧力リリーフ機構。
  8. 前記ケース本体は、前記台座部に前記リング状の突出部が形成されている請求項3に記載の圧力リリーフ機構。
JP2017024354A 2016-10-04 2017-02-13 圧力リリーフ機構 Pending JP2018133374A (ja)

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