JP4898865B2 - リリーフ弁 - Google Patents

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に設けた筒体の先端に出入り用弁を設け、壁に弾性体を押え板で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な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得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、小型では高い精度でリリーフ圧力の調整が難し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、容器は、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵されたボンベよりなり、前記ボンベの先端に接続された筒体にガス又は液体の出入り用弁を設け、前記筒体の壁に穴、弾性体及び押え板が設けられているリリーフ弁において、前記押え板を前記弾性体側へ付勢するため前記穴に連通するねじ穴又は溝付きねじ穴に螺合されたねじ体又は中空ねじ体又は溝付きねじ体が設けられ、前記ねじ体又は中空ねじ体又は溝付きねじ体により前記弾性体の圧縮状態を可変とする構成であり、また、前記押え板は、前記ガス又は液体の逃がし穴又は溝又は突部を有する構成であり、前記弾性体が収まるための前記穴に連通する凹部は、前記弾性体の外接円と同じか又は大きい内接円をもつ多角柱又は円柱であり、前記多角柱又は円柱の断面形状は前記弾性体と合同又は相似でない断面形状を有している構成であり、また、前記弾性体は、円柱、楕円柱、球体、多角柱、台形体、階段状体、外周に突条を有する円柱、楕円柱、多角柱、台形体、階段状体、外周に溝を有する円柱、楕円柱、多角柱、台形体、階段状体の何れかよりなる構成である。

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、次のような効果が得ることができる。
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、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵されたボンベの先端に接続された筒体の先端にガス又は液体の出入り用弁を設け、前記筒体の壁に穴、弾性体及び押え板が設けられているリリーフ弁において、押え板を弾性体側へ付勢するため穴に連通するねじ穴又は溝付きねじ穴に螺合されたねじ体又は中空ねじ体又は溝付きねじ体が設けられ、このねじ体又は中空ねじ体又は溝付きねじ体により弾性体の圧縮状態を可変とすることができる。
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、多角形の断面を有する弾性体を採用することで、又は、多角形の凹部に対してこの凹部と合同又は相似形ではない断面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又は凹部の対角で容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、隙間を減らした押え板などで弾性体を押さえつけ、弾性体を露出させないことで、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。尚、容器がある程度大きな場合は、設置した後に、弾性体の圧縮率を可変できるねじ体又は中空ねじ体又は溝付きねじ体の機構も組み込むことで、弾性体の熱履歴、設置箇所の寸法誤差、弾性体自体の寸法誤差などの因子に左右されることがなく、リリーフ弁の作動圧を調整できるようになった。
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、更に圧縮率も変えることで、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。

本発明によるリリーフ弁の断面図である。 図１における組合せ体３０の拡大断面図である。 図２の分解図である。 図１の弾性体の拡大平面図である。 図４の他の形態を示す平面図である。 図５の他の形態を示す平面図である。 図６の他の形態を示す平面図である。 図４の他の形態を示す平面図である。 図８の他の形態を示す平面図である。 図１の弾性体の他の形態を示す構成図である。 図１０の他の形態を示す図である。 図１１の他の形態を示す図である。 図１の弾性体の他の形態を示す構成図である。 図１３の他の形態を示す図である。 図１４の他の形態を示す図である。 図１の他の形態の溝付きねじ穴を示す立体図である。 図１の他の形態の溝付きねじ体を示す立体図である。 図１における中空ねじ体の立体図である。 図１の他の形態のねじ体を示す立体図である。 図１の押え板を示す拡大平面図である。 図２０の他の形態を示す平面図である。 図２１の他の形態を示す平面図である。 図２０の他の形態を示す平面図である。 図２０の他の形態を示す平面図である。 図２０の他の形態を示す平面図である。 図２５の他の形態を示す平面図である。 図２１の他の形態を示す平面図である。

本発明は、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵されたボンベに接続した筒体に出入り用弁とリリーフ弁用としての弾性体を設け、この弾性体の圧縮状態を可変とす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２３で示されるものは、容器としてのボンベであり、このボンベ２３の先端に接続された筒体２０には、出入り用弁２１が設けられ、この出入り用弁２１が保持された受け穴２２，２２ａ内には、水素供給用のボンベ２３の先端を挿入して筒体２０を介して水素ガスの吸放出を行うことができるように構成されている。

前記受け穴２２に連通するように筒体２０の壁２０ａに形成された穴３は外方へ向けて開放するねじ穴２４又は溝付きねじ穴２６と連通して形成されている。
前記穴３に連通する凹部２にはゴム等からなる前記弾性体４が設けられ、前記押え板６で押圧され、この押え板６は前記ねじ穴２４に螺合される中空ねじ体２５によって前記穴３側へ押圧され、この中空ねじ体２５の螺入状態により、穴３に対する弾性体４の押圧による圧縮状態を可変とすることができるように構成されている。
尚、前述の構成は、図２、図３に拡大して示されている。
また、中空ねじ体２５の中空穴２５ａを通じてガスを放出する代わりに、図１６においては、ねじ穴２４に穴の軸方向に沿って十分な深さの溝２６ａを切った溝付きねじ穴２６により通常のねじ体２８を螺合しても同様のガスの導出機能を持たせることができる。図１７においては、前記中空ねじ体２５の代わりとして側面にねじの進行方向に沿って十分な深さの溝２７ａを切った溝付きねじ体２７により通常のねじ穴２４であっても同様のガス導出機能を持たせることができる。
また、前記中空ねじ体２５の代わりに溝付きねじ体２７又は通常のねじ体２８であっても、螺入状態により、穴３に対する弾性体４の押圧による圧縮状態を可変とすることができる。

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８から図９及び図１０から図１５で示されるように、図１０の円柱、図１１の楕円柱、図１２の球体、図１３の多角柱、図１４の台形体、図１５の階段状体、図８の外周の突条４ｄを有する円柱、あるいは図９の外周に溝４ｂを有する円柱等のように多様な形状としてもよい。なお、図１３の多角柱は、図４の四角柱、図５の五角柱、図６の六角柱、図７の三角柱、のような形状が例として挙げられ、図８と９は円柱だけでなく、楕円柱、多角柱、台形体、階段状体（図は省略）等に適用可能である。

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とボンベ２３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ープロピレンー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２０から図２６及び図２７で示されるように構成され、図２０では、円板形で２個のガス逃がし穴５を有し、図２１では、外周に一対の突部６ｂを有し、図２２では、外周に４個の突部６ｂを有し、図２４では４個のガス逃がし穴５を有し、図２３では十字状の溝６ｃを有し、必要に応じて溝６ｃと交わる押え板６の側面にも同様の溝を有し、図２５では直線状の２本の溝６ｃと外周に３個の突部６ｂを有し、図２６では格子状の溝６ｃと外周に４個の突部６ｂを有し、図２７では外周に２個の突部６ｂを有し、ガスは前記ガス逃がし穴５又は溝６ｃ又は押え板６と容器１との隙間７を経て外部に導出される。
また、図２１、図２２、図２５、図２６及び図２７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。
尚、図２７のように押え板６にガス逃がし穴５又は溝６ｃを設けずに押え板６と容器１との結合部に、わずかにガスが導出される隙間を設けることにより同一の作用を得てもよいし、図２０〜２６を含めこれらを組み合わせてもよい。

従って、図１の構成において、ボンベ２３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、このガスは穴３と弾性体４との間に隙間を形成し、その隙間から外部へ放出されることにより、ボンベ２３内のタンク内水素圧力は低下し、ボンベ２３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。

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。

３ 穴
４ 弾性体
６ 押え板
６ｂ 突部
６ｃ 溝
７ 隙間
２０ 筒体
２０ａ 壁
２１ 出入り用弁
２２ 受け穴
２２ａ 受け穴
２３ ボンベ
２４ ねじ穴
２５ 中空ねじ体
２５ａ 中空穴
２６ 溝付きねじ穴
２６ａ 溝
２７ 溝付きねじ体
２７ａ 溝
２８ ねじ体
３０ 組合せ体

Claims (4)

1. 容器(1)は、水素吸蔵合金又はガス又は液体が内蔵されたボンベ(23)よりなり、前記ボンベ(23)の先端に接続された筒体(20)にガス又は液体の出入り用弁(21)を設け、前記筒体(20)の壁(20a)に穴(3)、弾性体(4)及び押え板(6)が設けられているリリーフ弁において、前記押え板(6)を前記弾性体(4)側へ付勢するため前記穴(3)に連通するねじ穴(24)又は溝付きねじ穴(26)に螺合されたねじ体(28)又は中空ねじ体(25)又は溝付きねじ体(27)が設けられ、前記ねじ体(28)又は中空ねじ体(25)又は溝付きねじ体(27)により前記弾性体(4)の圧縮状態を可変とすることを特徴とするリリーフ弁。
2. 前記押え板(6)は、前記ガス又は液体の逃がし穴(5)又は溝(6c)又は突部(6b)を有することを特徴とする請求項１記載のリリーフ弁。
3. 前記弾性体(4)が収まるための前記穴(3)に連通する凹部(2)は、前記弾性体(4)の外接円と同じか又は大きい内接円をもつ多角柱又は円柱であり、前記多角柱又は円柱の断面形状は前記弾性体(4)と合同又は相似でない断面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のリリーフ弁。
4. 前記弾性体(4)は、円柱、楕円柱、球体、多角柱、台形体、階段状体、外周に突条(4d)を有する円柱、楕円柱、多角柱、台形体、階段状体、外周に溝(4b)を有する円柱、楕円柱、多角柱、台形体、階段状体の何れかよりなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のリリーフ弁。

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