JP4875005B2

JP4875005B2 - リリーフ弁

Info

Publication number: JP4875005B2
Application number: JP2008017735A
Authority: JP
Inventors: 恭平船津; 幸雄佐藤; 芳徳河原崎; 浩一渋川; 陽一郎渡辺; 雅司根本; 武生山下
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; Asahi Rubber Inc
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; Asahi Rubber Inc
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: WO2009096277A1; CN101952626A; JP2009180250A; CN101952626B; EP2249069A1; TW200940857A; EP2249069A4

Description

本発明は、リリーフ弁に関し、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された容器の穴に弾性体を押圧配置することにより、リリーフ弁機能を得るための新規な改良に関する。

従来、燃料電池を代表とする水素利用機器の水素源として、低圧でコンパクトに水素を貯蔵できる水素吸蔵合金を利用する技術が開発されてきた。また、水素貯蔵容器の圧力が高くなった際に、一般的な圧力容器と同様に、他の分野で用いられている圧力を逃がす装置を採用してきた。
例えば、ばねに加える押さえつけ力を変化させることで、圧力を逃がす量を調整するばね式のリリーフ弁が考案されており、水素貯蔵容器でも採用されてきた。
また、密閉型蓄電池に使用目的を限定している特許文献１及び２では、上部を少し大きくして拘束することで位置決めを容易にし、弾性体を２重にした構造で内部圧力のシールと圧力上昇に伴うリリーフ弁としての機能を兼ね備えた構造も存在した。

また、同じく密閉型の特許文献３の構成では、円筒形の弾性体を用いることで形状を簡単にし、周囲にゆとりを持った構造とすることで、圧力の逃げ道を確実に確保した構造となっていた。
また、非水電解質二次電池に関する特許文献４の構成では、圧力が低い際は押え板の周囲から圧力を逃がし、急激な圧力上昇の際は弾性体を放出することで、ガス排出能力に優れた構造となっている。
また、これらの弾性体を用いた従来特許では、設置する弾性体のサイズや圧力逃がし穴の大きさを変えることで、リリーフ圧を調整する手段としていた。
また、他の非水電解質二次電池では膜式を提案しているが、これは、所定の圧力を超えた場合に、肉薄部分から開裂することで内部の圧力を逃がすことを手段としていた。

特開２００５−３４７１３０号公報特開２００３−０４５３９３号公報特開２００１−１２６６９６号公報特開平０７−３７５６８号公報

従来のリリーフ弁は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
従来、水素貯蔵容器で採用されてきたリリーフ弁では、ばねに加える押さえつけ力を変化させることで、圧力を逃がす量を調整するばね式であるが、この装置では、構造が複雑のため、人が手で持ち運びできる大きさ若しくは携帯できる大きさ、特に携帯電話器の燃料電池用タンク若しくはポータブルな電源機用途の燃料電池用タンク等次第に小型化が要求されてきた水素貯蔵容器に対応させる程の小型化が非常に難しく、構造コストも低くならない、といった欠点がある。
また、特許文献１及び２の構成では、上部を少し大きくして位置決めしたり、弾性体を二重構造にしてシール性も兼ね備えた構造となっているが、弾性体自体や位置決めするための構造が複雑となり、小型化していく水素貯蔵容器に対応するための構造を維持することが困難である、といった課題がある。
また、特許文献３の構成では、円筒形の弾性体を用いることで形状を簡単にしているものの、圧力の逃げ道を確保するために周囲にゆとりを持った構造になっており、圧力の逃がし穴の大きさによって、穴を塞ぐための位置決めが困難である。更に、圧力の逃げ道を大きくとりすぎる構造であるために、リリーフ弁を外部にさらすことになり、ごみなどがリリーフ弁の周囲にたまることによりリリーフ弁のリリーフ圧力に影響を及ぼす可能性があった。もちろん、周囲にカバーをすれば、ごみ対策にはなるが、それでは、構造が複雑になってしまい、小型容器には不向きとなっていた。

また、特許文献４の構成では、ごみこそ入りにくく、圧力の放出に優れた構造であるが、急激な圧力上昇にも対応させるため弾性体が露出しており、弾性体を放出してしまうことで再利用が難しい、といった欠点がある。
尚、従来特許に開示のリリーフ弁では、圧力の調整範囲に精度は必要なく、成形の誤差が影響しえない程度に大型の弾性体で十分であったが、成形の誤差の影響が大きく出る小型の弾性体を使用した場合、高い精度で圧力調整が可能なリリーフ弁を得ることは難しかった。
また、薄膜式の場合、作動圧力の管理は容易なものの、一度作動したら、再利用ができない、といった課題があった。
従って、本発明においては、前述の小型化や弾性体の位置決めが難しい、リリーフ弁に外部からごみが入りやすい、再利用性が悪い、などの課題を解決するためになされたものであり、これらを兼ね備え、利便性が高い構造で再利用可能な容器に対応できるリリーフ弁を得ることである。

本発明によるリリーフ弁は、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された容器と、前記容器の端面に形成され平面でみて円形の収容凹部と、前記収容凹部の底面の中央部に形成され開口を有する円柱状の凹部と、前記凹部の凹部底面に形成され前記容器の内部と連通する穴と、前記凹部内に設けられ前記穴を塞ぐための四角柱又は六角柱をなす弾性体と、前記容器の前記収容凹部内に対して嵌着され前記弾性体を前記穴側へ付勢すると共に複数の逃がし穴を有する平板状の押え板と、を備え、前記凹部の軸方向断面における内径は前記収容凹部の内径より小であり、前記容器の端面と押え板の外面が面一とされ、前記弾性体の軸方向断面の長寸法が前記凹部の内径と等しいかやや小さく、前記凹部の前記内径より大なる外径を有する前記押え板を用いることにより、前記弾性体は前記凹部底面及び前記弾性体を付勢する前記押え板の面に圧縮状態で固定され、前記ガス又は液体は前記穴から前記弾性体を外側へ押圧するため、前記ガス又は液体は前記凹部の凹部底面と前記弾性体との間に隙間を形成すると共にこの隙間から前記凹部内に案内され、前記逃がし穴を経て外部へ放出され、前記逃がし穴は、前記弾性体の軸方向断面の短寸法より外側の位置に複数設けられ、前記逃がし穴の何れかは前記弾性体の長寸法部で塞がれても短寸法部に近い前記逃がし穴は前記凹部の空間と連通している構成であり、また、前記容器には、ガス又は液体の出入り用弁と、前記穴、弾性体及び押え板からなる組合せ体と、が設けられ、前記出入り用弁と前記組合せ体とは、前記容器の同一端に共に設けられるか又は別端に別々に設けられている構成であり、また、前記容器は、前記容器とは別体の水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された別容器に取付ける継手又はバルブに固定され、前記継手又はバルブに設けられ外部と連通する導通口を通じて前記水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された前記別容器内の圧力を逃がすようにした構成である。

本発明によるリリーフ弁は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本発明では、従来から使用してきたばね式とは異なる弾性体を用いると共に、収容凹部に嵌着した押え板によって弾性体を押圧する構成を採用して構造を簡単にしたことで、容器の小型化と低コスト化に対応した安全機能を有する効果がある。
また、円筒形の凹部に対して円筒形などの断面が円状の弾性体ではなく、四角柱又は六角柱を有する弾性体を採用することで、弾性体を設置する際に弾性体対角で安易に位置決めできるようになり、圧力の逃がし穴を作業者が意識することなく確実に塞ぐことが可能となり、生産性が向上した。更に、凹部と弾性体との間に隙間ができることで、圧力の逃げ道も確保する効果も得られる。
また、極力、隙間を減らし弾性体を収容する凹部の内径より大なる外径の押え板などで弾性体を押さえつけ、弾性体自体へのごみなどによる外部環境の関与が少なくなり、弁の作動への影響が減少しただけでなく、弁が作動した際にごみなどが弾性体と容器或いは押え板の隙間のシール面に入り込む可能性が少なくなり、作動の繰返時のリリーフ圧の再現性も増すこととなった。
また、水素吸蔵合金が内蔵された容器におけるリリーフ弁の作動圧を、例えば３.５〜４.０ＭＰaのように、０.５ＭＰａ以下といった狭い範囲で適切に調整できるようになった。具体的には、弾性体の配合や形状、寸法、硬さ等を調整し弾性体のバネ定数を変えることで、リリーフ弁の適切な作動圧を調整できるようになった。
また、従来の薄膜式ではなく、弾性体を弁体として採用したことで、再現性を有した安全機能を設けることができた。

本発明は、水素吸蔵合金などが内蔵された容器の穴に弾性体を押圧配置することにより、安全な弁機能を得るようにしたリリーフ弁を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるリリーフ弁の好適な実施の形態について説明する。
図１において、符号１で示されるものは水素吸蔵合金（図示せず）が内蔵された容器であり、この容器１は、アルミニウム、各種スチールなどの適当な強度と靭性を有する金属であればよい。また、ガスの種類に応じて強度と靭性を満足するナイロン等のエンプラやプラスチックと金属を複合した容器であっても良い。

前記容器１の上部である端面１ａには、平面でみて円形の収容凹部６Ａが形成され、この収容凹部６Ａの底面２Ａの中央部には開口２ａを有する円柱状の凹部２が前記収容凹部６Ａと連通するように形成されていると共に、この凹部２の底部中心位置には貫通状の穴３が形成されており、この穴３上にはゴム等の弾性材料からなると共に四角柱又は六角柱をなす弾性体４がこの穴３を塞ぐ状態で設けられている。

前記凹部２上には、平板状をなし複数の逃がし穴５を有すると共に前記収容凹部６Ａ内に対して嵌着される押え板６が、この凹部２を覆う状態で設けられており、前記弾性体４の上面４ａがこの押え板６によって押圧されることにより、前記弾性体４は穴３を塞ぐように付勢されている。尚、この逃がし穴５の代わりに容器１と押え板６との間に圧力が逃げるわずかな第１隙間７を設ける構造にしても良い。尚、弾性体４の上面４ａと底面４Ｂは平面で形成されている。
尚、前記凹部２の軸方向断面における内径は前記収容凹部６Ａの内径より小であり、前記押え板６の外径は前記凹部２の内径より大である。

前記弾性体４は、ゴム等の成形加工品で形成されているが、実際には、図６、図７、図８で示されるように、四角柱又は六角柱が用いられている。
また、図１に示されているように、前記凹部２の軸方向断面と弾性体４の軸方向断面とを互いに異なる断面形状とすることで、凹部２の側壁と弾性体４とが互いに密着することなく、ガス圧力の逃げ道を確保することができるように構成され、押え板６に開けられた逃がし穴５は、弾性体４の断面の長寸法部では塞がってしまうが、短寸法より外側（短寸法の半径より大きな半径の位置）にあるので、複数有する逃がし穴５の何れかは弾性体４の長寸法部で塞がれても短寸法部に近いガス逃がし穴は凹部２の空間と連通している。
また、弾性体４の軸方向断面の長寸法が収容穴の凹部２の内径とほぼ等しいかやや小さくすることにより、弾性体４の組み入れ作業の際、位置決めが容易になり、能率よく組立てることができる。弾性体４の大きさは所望の容器１の大きさに対応して決定できるが、小型容器に対応できる大きさとして、縦、横、高さは、それぞれ縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍから縦２．０ｍｍ、横２．０ｍｍ、高さ２．０ｍｍの範囲でも、高い精度で圧力調整が可能なリリーフ弁を得ることが出来る。
前記弾性体４は、ガス又は液体に対し化学的に安定で、押え板６と容器１との間においてこれらを遮断でき、押え板６の押圧により圧縮弾性を生じる材料であれば特に限定しないが、ゴムとしては、天然ゴム又はエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴムが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等が挙げられ、好ましくは、夏冬の温度差や熱帯又は寒冷地域でも使用できる広い使用温度範囲で安定した弾性率と圧縮永久ひずみ特性を持ち、かつ成形加工精度の高いシリコーンゴムを主成分としている。

前記押え板６は、図２から図５で示されるように構成され、図２では、平板状で２個のガス逃がし穴５を有し、図３では、外周に一対の突部６ｂを有し、図４では、外周に４個の突部６ｂを有し、図５では４個のガスの逃がし穴５を有し、ガスは前記逃がし穴５又は押え板６と容器１との間の第１隙間７を経て外部に導出される。
また、図３、図４において突部６ｂを設けることにより、押え板６の上面と容器１の表面との高さを一致させるように容器１に押え板６を嵌着する場合、押え板６の側面と容器１との隙間７を形成すると同時に押え板６を所定位置に設置し易くなる。すなわち、図１のように、容器１の端面１ａと押え板６の外面６ａが面一となる。

従って、図１の構成において、容器１内のタンク内水素圧力が上昇すると、高圧化したガスは穴３から弾性体４を外側へ押圧するため、このガスは凹部２の凹部底面２Ｂと弾性体４との間に隙間を形成し、その隙間から凹部２内に案内され、逃がし穴５又は押え板６の下面及び外周と容器１の前記収容凹部６Ａとの間の前記第１隙間７を経て外部へ放出されることにより、容器１内のタンク内水素圧力は低下し、容器１の破損等が防止されると共に、再び、弾性体４が穴３を塞いで密着し、ガスの放出が停止し、次の圧力上昇に備えることとなる。

前記容器１は、他の形態として、例えば、図９に示されるように、全体形状が円筒又は角筒で構成された容器１の一端４１に水素の吸放出用の出入り用弁２１が設けられ、この一端４１に対して長手方向に沿って対向する他端４２には、図１に示した穴３、弾性体４及び押え板６からなる組合せ体３０が設けられ、一端４１側で水素の吸放出、他端４２側でガス逃がしができるように一端４１、他端４２に別々に設けられている。また、図示していないが、出入り用弁２１と組合せ体３０とは、一端４１又は他端４２に共に設けることができる。

また、図１０に示される構成は、本発明の他の形態を示すもので、前記容器１とは別体で、かつ、大型の水素貯蔵容器等からなる別容器５０に取付けられた継手５１又はバルブ５２に図９の容器１が接続して固定され、前記継手５１又はバルブ５２に設けられ外部と連通する導通口５３を通じて前記水素貯蔵容器５０内のガス圧力を容器１の前記穴３、弾性体４及び押え板６の逃がし穴５などを介して外部に放出することができるように構成されている。

尚、本発明のリリーフ弁は水素吸蔵合金を収容する容器だけではなく、他のガス又は液化プロパンガス、液体窒素、液体二酸化炭素等の気化性のある液化ガス類の液体やメタノール、エタノール、ブチルアルコール、ガソリン等の燃料として用いられる体積膨張の大きい揮発性液体が内蔵された容器にも同様に利用することができる。

本発明によるリリーフ弁を示す断面図である。図１の押え板の拡大平面図である。図２の他の形態の平面図である。図３の他の形態の平面図である。図２の他の形態の平面図である。図１の弾性体の拡大平面図である。図６の他の形態を示す平面図である。図７の拡大立体図である。図１の他の形態を示す構成図である。図９の他の形態を示す構成図である。

１容器
１ａ端面
２凹部
２ａ開口
２Ａ底面
２Ｂ凹部底面
３穴
３ａ外面
４弾性体
４ａ上面
４Ｂ底面
５逃がし穴
６押え板
６ｂ突部
７第１隙間
３０組合せ体
４１一端
４２他端
５０別容器
５１継手
５２バルブ
５３導通口

Claims

水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された容器(1)と、前記容器(1)の端面(1a)に形成され平面でみて円形の収容凹部(6A)と、前記収容凹部(6A)の底面(2A)の中央部に形成され開口(2a)を有する円柱状の凹部(2)と、前記凹部(2)の凹部底面(2B)に形成され前記容器(1)の内部と連通する穴(3)と、前記凹部(2)内に設けられ前記穴(3)を塞ぐための四角柱又は六角柱をなす弾性体(4)と、前記容器(1)の前記収容凹部(6A)内に対して嵌着され前記弾性体(4)を前記穴(3)側へ付勢すると共に複数の逃がし穴(5)を有する平板状の押え板(6)と、を備え、
前記凹部(2)の軸方向断面における内径は前記収容凹部(6A)の内径より小であり、前記容器(1)の端面(1a)と前記押え板(6)の外面(6a)が面一とされ、前記弾性体(4)の軸方向断面の長寸法が前記凹部(2)の内径と等しいかやや小さく、前記凹部(2)の前記内径より大なる外径を有する前記押え板(6)を用いることにより、前記弾性体(4)は前記凹部底面(2B)及び前記弾性体(4)を付勢する前記押え板(6)の面に圧縮状態で固定され、
前記ガス又は液体は前記穴(3)から前記弾性体(4)を外側へ押圧するため、前記ガス又は液体は前記凹部(2)の凹部底面(2B)と前記弾性体(4)との間に隙間を形成すると共にこの隙間から前記凹部(2)内に案内され、前記逃がし穴(5)を経て外部へ放出され、前記逃がし穴(5)は、前記弾性体(4)の軸方向断面の短寸法より外側の位置に複数設けられ、前記逃がし穴(5)の何れかは前記弾性体(4)の軸方向断面の長寸法部で塞がれても短寸法部に近い前記逃がし穴(5)は前記凹部(2)の空間と連通している構成としたことを特徴とするリリーフ弁。
前記容器(1)には、ガス又は液体の出入り用弁(21)と、前記穴(3)、弾性体(4)及び押え板(6)からなる組合せ体(30)と、が設けられ、前記出入り用弁(21)と前記組合せ体(30)とは、前記容器(1)の同一端(41又は42)に共に設けられるか又は別端(41,42)に別々に設けられていることを特徴とする請求項１記載のリリーフ弁。
前記容器(1)は、前記容器(1)とは別体の水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された別容器(50)に取付ける継手(51)又はバルブ(52)に固定され、前記継手(51)又はバルブ(52)に設けられ外部と連通する導通口(53)を通じて前記水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵された前記別容器(50)内の圧力を逃がす構成としたことを特徴とする請求項１記載のリリーフ弁。