JP2021085463A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクに接続される溶栓弁からのリークを抑制する。【解決手段】バルブ装置は、タンクの口金に接続されるバルブアセンブリと、バルブアセンブリに形成され、タンクの内部とバルブアセンブリの外部とを連通する第１通路と、バルブアセンブリに形成され、第１通路から分岐してバルブアセンブリの外部に連通する第２通路と、第１通路に挿入される弁体を有する溶栓弁であって、溶栓弁が閉弁状態のときには、弁体が第１通路から第２通路へのガスの移動を抑制し、溶栓弁の温度が作動温度以上になったとき、または手動により開弁された時には、弁体が移動して第１通路から第２通路へのガスの移動を可能にする溶栓弁と、第１通路におけるガスの移動を抑制するシール部材であって、溶栓弁が閉弁状態のときに、第２通路が前記第１通路から分岐する分岐部を挟んで、タンク側と前記溶栓弁側にそれぞれ少なくとも一つずつ位置するシール部材と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、バルブ装置に関し、特に車両用高圧タンクのバルブ装置に関する。

特許文献１には、溶栓弁とタンクとを連通する第１通路と、第１通路から分岐して外部と連通する第２通路とを含む、タンク内の水素をタンク外部に放出させるための放出通路と、シール部材を備え、第１通路に設けられた弁体を備えており、シール部材が第１通路における水素の流動を遮断し、またシール部材が第１通路と第１通路を遮断している車両用高圧タンクのバルブ装置が開示されている。

特開２０１９−４４８６３号公報

しかし、特許文献１に記載されたバルブ装置では、溶栓弁を手動で操作して第１通路から第２通路へガスを流す場合、第１通路と第２通路とが交差する位置をシール部材が通過するときに、溶栓弁側にガスリークが生じる場合があった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、バルブ装置が提供される。このバルブ装置は、タンクの口金に接続されるバルブアセンブリと、前記バルブアセンブリに形成され、前記タンクの内部と前記バルブアセンブリの外部とを連通する第１通路と、前記バルブアセンブリに形成され、前記第１通路から分岐して前記バルブアセンブリの外部に連通する第２通路と、前記第１通路に挿入される弁体を有する溶栓弁であって、前記溶栓弁が閉弁状態のときには、前記弁体が前記第１通路から前記第２通路へのガスの移動を抑制し、前記溶栓弁の温度が作動温度以上になったとき、または手動により開弁された時には、前記弁体が移動して前記第１通路から前記第２通路へのガスの移動を可能にする溶栓弁と、前記第１通路におけるガスの移動を抑制するシール部材であって、前記溶栓弁が閉弁状態のときに、前記第２通路が前記第１通路から分岐する分岐部を挟んで、前記タンク側と前記溶栓弁側にそれぞれ少なくとも一つずつ位置するシール部材と、を備える。この形態によれば、溶栓弁の開弁時にも、分岐部よりも溶栓弁側にシール部材が存在するので、弁体がどの位置にあってもガスが溶栓弁側にリークすることを抑制できる。
本開示は、バルブ装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、バルブ装置を備えたタンク、タンクにおけるリーク抑制方法等の形態で実現することができる。

水素タンクのバルブアセンブリ近傍の概略構成図である。 溶栓弁が閉弁状態のときの溶栓弁近傍の拡大図である。 弁体とシール部材を示す説明図である。 溶融体が溶融したときの溶栓弁近傍の拡大図である。 溶栓弁が開弁状態のときの溶栓弁近傍の拡大図である。 参考例における開弁時の溶栓弁近傍の拡大図である。

図１は、車両用高圧タンクとしての水素タンク２００のバルブアセンブリ１４０近傍を拡大して示す概略構成図である。水素タンク２００は、タンク本体１００と、タンク本体１００に設けられたバルブアセンブリ１４０とを備える。図示の便宜上、タンク本体１００は断面図で示しており、バルブアセンブリ１４０は内部構成を簡単に示す透視図で示している。水素タンク２００は、例えば高圧の水素を貯蔵し、燃料電池に水素を供給する供給源として利用される。

タンク本体１００は、ライナ１１０と、補強層１２０と、口金１３０とを有する。ライナ１１０は、タンク本体１００の内層を成し、中空の円筒部１１１と、円筒部１１１の両側の開口端を塞ぐ２つの蓋部１１２とを有する。２つの蓋部１１２のうちの一方は、開口部１１３を有する。補強層１２０は、ライナ１１０の外周面上に形成された外層である。補強層１２０は、例えば繊維強化樹脂により形成されており、ライナ１１０を補強する。口金１３０は、ライナ１１０の蓋部１１２の開口部１１３に配置され、補強層１２０によってライナ１１０と一体に固定されている。口金１３０は、ライナ１１０の内部に導通する貫通孔１３１を有する略円筒状体である。水素は内層であるライナ１１０内に貯蔵される。

口金１３０には、バルブ装置１０が接続される。バルブ装置１０は、バルブアセンブリ１４０と、溶栓弁３４とを備える。バルブアセンブリ１４０は、タンク本体１００への水素の充填、タンク本体１００からの水素の放出の為に用いられる部材であり、口金１３０に挿入され、取り付けされている。バルブアセンブリ１４０は、大径部１４５と小径部１４６とを有する略円柱状体である。バルブアセンブリ１４０は、小径部１４６の雄ねじ（図示せず）が切られており、口金１３０の貫通孔１３１に切られた雌ねじ（図示せず）と螺合することによって、タンク本体１００に固定される。

バルブアセンブリ１４０は、導入部１２と、流入通路１４と、流出通路１６と、排出部１８と、放出通路３２と、を有する。導入部１２は、外部の水素源からタンク本体１００に水素を充填するための配管（図示せず）が接続される。流入通路１４は、導入部１２をタンク本体１００に連通する。排出部１８は、タンク本体１００内の水素を燃料電池（図示せず）に供給するための配管（図示せず）が接続される。流出通路１６は、タンク本体１００内と排出部１８とを連通する。また、流入通路１４及び流出通路１６には、図示しない主止弁や手動弁、逆止弁等が設けられている。流入通路１４には、タンク本体１００から水素をタンク外部に放出させるための放出通路３２が接続されている。タンク外部と連通する放出通路３２の開口部には、溶栓弁３４が接続されている。

図２は、溶栓弁３４が閉弁状態のときの溶栓弁３４近傍の拡大図である。溶栓弁３４は、バルブアッセンブリ１４０に接続される。図１で説明したバルブアセンブリ１４０に形成された放出通路３２は、第１通路３２ａと、第２通路３２ｂと、分岐部３２ｃと、を備える。第１通路３２ａは、流入通路１４とバルブアセンブリ１４０の外部とを連通する直線状の通路である。第１通路３２ａには、後述する溶栓弁３４の弁体５４が挿入されている。第２通路３２ｂは、分岐部３２ｃにおいて、第１通路３２ａから分岐し、バルブアセンブリ１４０の外部に連通している。

溶栓弁３４は、弁ハウジング４０と、手動操作部４２と、弁体５４と、を備える、弁ハウジング４０は、円筒形を有しており、円筒形の１つの底面（図２では上側の底面）が開口している。弁ハウジング４０は、内側に収容室４１を備える。手動操作部４２は、円筒形を有しており、円筒形の１つの底面（図２では下側の底面）が開口している。手動操作部４２の他方の底面には、開口４２ａが形成されている。手動操作部４２の外径は、弁ハウジング４０の内径と等しい。なお、手動操作部４２の外側側面には、図示を省略したが、雄ネジが切られ、弁ハウジング４０の内側側面には雌ネジが切られており、手動操作部４２と弁ハウジング４０とは、螺合している。手動操作部４２を回転させることで、手動操作部４２を、弁ハウジング４０に対し、円筒の軸Ｏに沿ってｘ方向に移動させることができる。

手動操作部４２の内側には、開口４２ａ側から溶融体４４と、弁体駆動部４６とが設けられている。溶融体４４は、周囲の温度が作動温度（例えば１１０℃）を超えると溶融する材料、例えば鉛やスズなどの金属で形成されている。弁体駆動部４６は、溶融体４４側の円筒部４６ａと、溶融体４４と反対側の円錐台部４６ｂとを備える。円錐台部４６ｂの頂部と弁ハウジング４０の底面との間には、バネ部材４８が配置されている。バネ部材４８は、手動操作部４２を開弁方向（図２では上方向）に押している。

第１通路３２ａには、弁体５４が配置されている。弁体５４は、溶栓弁３４の開閉動作により第１通路３２ａの中を移動する部材である。図３は、弁体５４とシール部材を示す説明図である。弁体５４は、略棒形状を有しており、２つの端部５４ａ、５４ｂを有し、２つの端部５４ａ、５４ｂの間の側面に凹部５４ｃを設け２つのシール部材５６、５８を収納している。端部５４ａは、図２に示すように、円錐台部４６ｂの側面４６ｃと略平行な斜面形状を有しており、側面４６ｃと接している。２つのシール部材５６、５８は、例えばＯリングにより形成されている。

図２に示すように、溶栓弁３４が閉弁状態のとき、弁体５４の端部５４ａは、側面４６ｃにおける直径が最も大きな部分、すなわち円筒部４６ａに近い側に接している。このとき、２つのシール部材５６、５８は、第２通路３２ｂが第１通路３２ａから分岐する分岐部３２ｃを挟む位置にある。端部５４ｂは、分岐部３２ｃよりも流入通路１４側に位置している。この状態では、第１シール部材５６が、溶栓弁３４あるいは第２通路３２ｂへの水素のリークを抑制する。

図４は、溶融体４４が溶融したときの溶栓弁近傍の拡大図である。上述したように、周囲の温度が作動温度（例えば１１０℃）を超えると、溶融体４４が溶融する。弁体駆動部４６は、バネ部材４８により、開口４２ａ方向に押されているため、開口４２ａ方向に移動する。このとき、溶融した溶融体４４の材料は開口４２ａから外部に排出される。弁体駆動部４６が開口４２ａ方向に移動すると、円錐台部４６ｂの側面４６ｃも開口４２ａ方向に移動する。その結果、弁体５４と側面４６ｃの間に隙間が開く。しかし、弁体５４は、タンク本体１００内部の圧力を受けている。そのため、弁体５４と側面４６ｃの間の隙間を埋めるように図４の溶栓弁３４の軸Ｏ方向に移動する。ここで、弁体５４の端部５４ｂが、分岐部３２ｃの位置まで移動すると、第１通路３２ａと第２通路３２ｂとが連通し、水素は、第１通路３２ａから第２通路３２ｂを経て排出される。

図５は、溶栓弁３４を手動で開弁状態にするときの溶栓弁３４近傍の拡大図である。溶栓弁３４を検査等のために手動で開弁する場合には、第２通路３２ｂの分岐部３２ｃと反対側に、コネクタ７０を介してフレキシブルチューブ７２が接続される。フレキシブルチューブ７２には、外付け減圧レギュレータ７４が設けられている。なお、フレキシブルチューブ７２には、減圧レギュレータ７４とともに、あるいは、減圧レギュレータ７４に代えて手動バルブや内圧確認用の圧力計を接続しても良い。フレキシブルチューブ７２は、図示しない排気ラインに接続されている。

本実施形態では、溶栓弁３４を手動で開弁することで、タンク本体１００の内部から水素を放出させることができる。具体的には、手動操作部４２を回転させることで、手動操作部４２を、弁ハウジング４０に対し、円筒の軸Ｏに沿って図５の上方に移動させることができる。このとき、溶融体４４と弁体駆動部４６も手動操作部４２とともに図５の上方に移動する。溶融体４４が溶融したときと同様に、弁体５４が図５の溶栓弁３４の軸Ｏ方向に移動する。弁体５４の端部が、分岐部３２ｃの位置まで移動すると、第１通路３２ａと第２通路３２ｂとが連通し、水素は、第１通路３２ａから第２通路３２ｂを経て排出される。このとき、分岐部３２ｃよりも溶栓弁３４側には、第２シール部材５８がある。そのため、第２シール部材５８が、タンク本体１００の内部から、溶栓弁３４あるいは第２通路３２ｂへの水素のリークを抑制する。

図６は、参考例における溶栓弁３４の開弁時の溶栓弁３４近傍の拡大図である。参考例のバルブ装置１１は、弁体５４が、第２シール部材５８を備えないことを除いて、本実施形態のバルブ装置１０と同様の構成を有する。以下、本実施形態との動作の違いを説明する。溶栓弁３４を開弁するとき、第１シール部材５６がちょうど分岐部３２ｃに位置する場合が生じ得る。このとき、水素は、第１通路３２ａから第２通路３２ｂを経て排出される。参考例では、分岐部３２ｃより溶栓弁３４側にシール部材が存在しない。そのため、図６の破線で示したリークパスｌｐを通り、水素が溶栓弁３４側にリークする。溶融体４４が溶融した場合も同様である。

以上説明したように、本実施形態によれば、溶栓弁３４が閉弁状態のときに、第２通路３２ｂが第１通路３２ａから分岐する分岐部３２ｃを挟んで、タンク本体１００側と溶栓弁３４側にそれぞれ少なくとも一つずつ位置するシール部材５６、５８を備える。そのため、溶栓弁３４の開弁時にも、分岐部３２ｃよりも溶栓弁３４側に第２シール部材５８が存在するので、水素が溶栓弁３４側にリークすることを抑制できる。

上記実施形態において、放出通路３２は、流入通路１４に接続され、流入通路１４を介してタンク本体１００の内部に連通しているが、タンク本体１００の内部に直接連通する構成であってもよい。

上記実施形態において、シール部材５８は、弁体５４に設けられた凹部５４ｃに収納されているが、バルブアセンブリ１４０の第１通路３２ａの分岐部３２ｃよりも溶栓弁３４側に凹部を設け、シール部を収納しても良い。

上記実施形態において、溶融体４４は、周囲の温度が作動温度を超えると溶融する材料を用いて形成されているとしたが、周囲の温度が作動温度を超えると昇華する材料であってもよい。また、不可逆的に変形等を引きおこすものであれば、破断その他の構成であってもよい。

上記実施形態において、弁体駆動部４６は、円筒部４６ａと円錐台部４６ｂを備える構成であるが、手動操作部４２を操作することで、弁体５４を移動させ、溶栓弁３４を閉弁できる形状であれば、他の構成であってもよい。

上記実施形態において、弁体５４の端部５４ａは、円錐台部４６ｂの側面４６ｃと略平行な斜面形状を有しているとしたが、円錐台部４６ｂの側面４６ｃと接触できる形状であれば、他の形状、例えば、円筒部４６ａよりも小径の円柱形状であってもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…バルブ装置、１１…バルブ装置、１２…導入部、１４…流入通路、１６…流出通路、１８…排出部、３２…放出通路、３２ａ…第１通路、３２ｂ…第２通路、３２ｃ…分岐部、３４…溶栓弁、４０…弁ハウジング、４１…収容室、４２…手動操作部、４２ａ…開口、４４…溶融体、４６…弁体駆動部、４６ａ…円筒部、４６ｂ…円錐台部、４６ｃ…側面、４８…バネ部材、５４…弁体、５４ａ…端部、５４ｂ…端部、５４ｃ…凹部、５６…第１シール部材、５８…第２シール部材、７０…コネクタ、７２…フレキシブルチューブ、７４…減圧レギュレータ、１００…タンク本体、１１０…ライナ、１１１…円筒部、１１２…蓋部、１１３…開口部、１２０…補強層、１３０…口金、１３１…貫通孔、１４０…バルブアセンブリ、１４５…大径部、１４６…小径部、２００…水素タンク

Claims (1)

1. バルブ装置であって、
   タンクの口金に接続されるバルブアセンブリと、
   前記バルブアセンブリに形成され、前記タンクの内部と前記バルブアセンブリの外部とを連通する第１通路と、
   前記バルブアセンブリに形成され、前記第１通路から分岐して前記バルブアセンブリの外部に連通する第２通路と、
   前記第１通路に挿入される弁体を有する溶栓弁であって、前記溶栓弁が閉弁状態のときには、前記弁体が前記第１通路から前記第２通路へのガスの移動を抑制し、前記溶栓弁の温度が作動温度以上になったとき、または手動により開弁された時には、前記弁体が移動して前記第１通路から前記第２通路へのガスの移動を可能にする溶栓弁と、
   前記第１通路におけるガスの移動を抑制するシール部材であって、前記溶栓弁が閉弁状態のときに、前記第２通路が前記第１通路から分岐する分岐部を挟んで、前記タンク側と前記溶栓弁側にそれぞれ少なくとも一つずつ位置するシール部材と、
   を備えるバルブ装置。

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