JP5140487B2

JP5140487B2 - 安全弁

Info

Publication number: JP5140487B2
Application number: JP2008129216A
Authority: JP
Inventors: 圭介佐藤; 隆一井戸口; 薫野道; 豊鈴木; 誠二宮
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: JP2009275861A

Description

この発明は、周囲環境に応じて圧力容器内の圧力を逃がす安全弁に関する。

車両に搭載される圧力容器が、車両火災などの異常環境に曝されたときに、圧力容器内の圧力を逃がす安全弁が提案されている。たとえば特許文献１の安全弁は、ハウジングの圧力通路を閉塞する弁体を、その圧力通路から開く方向にコイルスプリングで押圧しておく。そしてコイルスプリングの押圧力に抗して弁体を圧力通路に保持するように可溶材を配置するとともに、その可溶材を多孔質材で受けている。このような構成にしておけば、車両火災などの異常環境に曝されたときに、可溶材が溶け、多孔質材の孔を介して外部に逃げる。すると弁体が圧力通路を開放するので、圧力容器の内圧の異常上昇を防止できるのである。
特開平９−１１９５３９号公報

しかしながら、特許文献１の安全弁では、粉塵や泥水などの付着・堆積によって多孔質材の孔が目詰まりを生じる可能性がある。また多孔質材は、孔径が大きいほど可溶材が排出されやすくなり、圧力容器内の異常圧力が逃げやすくなるので望ましい。ところが多孔質材の孔径を大きくすると、可溶材の多孔質材に対する接触面積が減ってしまい可溶材に作用する応力が大きくなる。すると可溶材のクリープ変形が生じやすくなってしまう。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、粉塵や泥水などの付着・堆積による目詰まりを生じることなく、また多孔質材の孔径を大きくすることが可能な安全弁を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、周囲環境に応じて圧力容器内の圧力を逃がす安全弁であって、圧力容器(１００)に連通する圧力通路(１１ａ)及び外部に連通する圧力逃がし通路(１１ｂ)を備えるハウジング(１１)と、前記ハウジング(１１)を閉塞するように設けられ、外部と連通する孔(１２ａ)を有するキャップ(１２)と、前記圧力通路(１１ａ)を塞ぐ弁体(１３)と、前記弁体(１３)を前記圧力通路(１１ａ)から開く方向に前記弁体(１３)を押圧する押圧材(１４)と、前記押圧材(１４)の押圧力に抗して前記弁体(１３)を前記圧力通路(１１ａ)に保持するように位置決めする溶融材(１５)と、前記溶融材(１５)と前記キャップ(１２)との間に設けられ、多孔質のベース材と、そのベース材の孔が封孔されるように浸漬され、融点が、溶融材の融点よりも高く周囲環境に応じて溶融する浸漬材と、を含み、予め定められた周囲環境になるまでは溶融材(１５)からキャップ(１２)の連通孔(１２ａ)までの流路を閉塞しておいて溶融材(１５)を封止する流路開放材(１６)と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、溶融材で、押圧材の押圧力に抗して弁体を圧力通路に保持するように位置決めする。そして、予め定められた周囲環境になるまでは溶融材からキャップの連通孔までの流路を閉塞しておいて溶融材を封止する流路開放材を配置した。このようにしたので、溶融材の流路開放材に対する接触面積を確保でき、溶融材に作用する面圧(応力)が高まることを防止できる。したがって溶融材のクリープ変形を防止できる。また流路開放材を、多孔質のベース材と、そのベース材の孔が封孔されるように浸漬され、周囲環境に応じて溶融する浸漬材と、で構成すれば、多孔質ベース材が粉塵や泥水などの付着・堆積による目詰まりを生じることない。また多孔質ベース材の孔径を大きくすることができ、異常環境時に圧力容器内の異常圧力を一層逃がしやすくなる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本実施形態による安全弁を圧力容器に取り付けた様子を示す縦断面図である。

安全弁１０は、圧縮天然ガス車の燃料である圧縮天然ガス(Compressed Natural Gas；ＣＮＧ)や燃料電池車の燃料である水素ガスなどを貯蔵する圧力容器１００に取り付けられる。安全弁１０は、周囲環境(たとえば圧力容器１００が高温状態に曝される状態)によって圧力容器１００の内圧が過剰に上昇するおそれがある場合に開弁して、圧力通路１１ａと圧力逃がし通路１１ｂとを連通させることで、圧力容器１００の内圧の異常上昇を防止する。

図２は、本実施形態による安全弁の拡大断面図である。

安全弁１０は、ハウジング１１と、キャップ１２と、弁体１３と、コイルスプリング１４と、溶融材１５と、流路開放材１６と、を備える。

ハウジング１１は、図１に示すように先端に雄ネジが形成されている。その雄ネジが圧力容器１００の雌ネジと螺合し、圧力容器１００に取り付けられる。ハウジング１１は、圧力容器１００に連通する圧力通路１１ａと、外部に連通する圧力逃がし通路１１ｂと、を含む。

キャップ１２は、先端に雄ネジが形成されている。その雄ネジがハウジング１１の雌ネジと螺合し、ハウジング１１を閉塞するように設けられる。キャップ１２は、外部との連通孔１２ａを含む。

弁体１３は、通常はハウジング１１の圧力通路１１ａを塞ぐ。そして後述のように周囲環境によって移動し、ハウジング１１の圧力通路１１ａと圧力逃がし通路１１ｂとを連通することで、圧力容器１００の内圧の異常上昇を防止する。弁体１３は、先端側が細径であり、後端側が太径である。このため後端面１３ｂの受ける面圧は、先端面１３ａが受ける面圧よりも低い。弁体１３は、先端側及び後端側にシール１３ｃを有する。

コイルスプリング１４は、ハウジング１１及び弁体１３の間に配置される。コイルスプリング１４は、弁体１３をハウジング１１の圧力通路１１ａから開く方向に前記弁体を押圧する押圧材である。

溶融材１５は、コイルスプリング１４の押圧力に抗して弁体１３をハウジング１１の圧力通路１１ａにとどめるように位置決めする。溶融材１５は通常の使用状態では固体であって温度によって可溶である。たとえば共晶合金(ハンダ合金，Sn-Ag合金，Sn-Zn合金など)や熱可塑性樹脂などである。

流路開放材１６は、キャップ１２と溶融材１５との間に設けられる。なお溶融材１５のキャップ底部側の表面全体が流路開放材１６によって支持されている。また流路開放材１６は、ベースとなる多孔質材の無数の微細な孔が封孔されるように、周囲環境に応じて状態変化する部材が浸漬された構成である。そのような浸漬材としてはたとえば温度によって溶融する部材が好適であり、共晶合金(ハンダ合金，Sn-Ag合金，Sn-Zn合金など)や熱可塑性樹脂などである。この場合は溶融材１５と同等又は高温で溶融することが望ましい。また圧力によって破壊し溶融材１５からキャップ１２の連通孔１２ａまでの流路を開放するラプチャーディスクなどであってもよい。流路開放材１６は、このような構成であるので、予め定められた周囲環境になるまでは流路(微細孔)が閉塞されており溶融材１５を封止可能であり、予め定められた周囲環境(異常環境)になったら流路(微細孔)が開放するので溶融材１５がキャップ１２の連通孔１２ａへ逃げる流路開放材である。また上記実施形態において流路開放材１６は、所定の圧力によって破壊し溶融材１５からキャップ１２の連通孔１２ａまでの流路を開放するラプチャーディスクなどであってもよい。ラプチャーディスクは、圧力容器１００の内圧を受ける弁体１３により溶融材１５を介して押圧される。ラプチャーディスクが受ける押圧力は、圧力容器１００の温度上昇に伴って上昇し、前記押圧力が所定の圧力に達すると、ラプチャーディスクが破壊される。この破壊された部分を通って、溶融した溶融材１５がキャップ１２の連通孔１２ａへと逃げるように形成される。

図３は、本実施形態による安全弁の動作を説明する図である。

通常の状態では、溶融材１５は固体である。また流路開放材１６の浸漬材も固まっており流路(多孔質材の微細孔)が閉塞されている。この状態が図２の状態であり、弁体１３は、ハウジング１１の圧力通路１１ａを填塞している。

そして車両火災などによって圧力容器が異常高温環境に曝されると、溶融材１５が溶融する。そして流路開放材１６の浸漬材も溶融する。すると流路開放材１６の流路(多孔質材の微細孔)が開放することとなり、溶融材１５が流路(多孔質材の微細孔)を介してキャップ１２の連通孔１２ａへ逃げる。そうすると図３のようにコイルスプリング１４の押圧力によって弁体１３が、ハウジング１１の圧力通路１１ａから引き抜かれ、ハウジング１１の圧力通路１１ａと、圧力逃がし通路１１ｂと、が連通する。そして圧力容器内の圧力が逃げる。そのため圧力容器の内圧の異常上昇を防止できるのである。

本実施形態によれば、流路開放材１６は、浸漬材で、ベースとなる多孔質材の無数の微細な孔が封孔された構成である。したがって、粉塵や泥水などの付着・堆積による目詰まりを生じることがない。

また圧力容器内には、自動車が寿命に至るまで５〜３５ＭＰａの圧力が常時作用し続けるので、特許文献１のような構造では、孔の径の大きさによっては、その圧力及びコイルスプリング１４の押圧力によって溶融材１５にクリープ変形が生じてしまうおそれがあった。しかしながら本実施形態によれば、流路開放材１６は、浸漬材で、ベースとなる多孔質材の無数の微細な孔が封孔された構成であるので、多孔質材の孔径が大きくなっても、通常時の流路開放材１６に対する可溶材１５の接触面積には影響せず、クリープ変形のおそれがない。そして多孔質材の孔径を大きくできるので、異常環境時には流路開放材１６の浸漬材が溶融し、圧力容器内の異常圧力が逃げやすくなる。

特に流路開放材１６の浸漬材の融点を、溶融材１５の融点と同等又は高温にしておくことで、クリープ変形の防止を一層確実なものにすることができるのである。

詳述すると、ガス充填時においては、断熱圧縮効果により容器内ガスは高温・高圧となる。そのため、充填のたびに溶融材１５は容器内ガス温度に直接接する弁体からの熱伝達・応力負荷を受けるので、常温環境下に対してクリープ変形してしまう可能性が高い。したがって特にガス充填時においてクリープ変形を防止する必要がある。また溶融材の歪速度は温度に応じて大きく変わる。

ここで、本実施形態では、実際に開弁するタイミングを浸漬材に持たせている。

ガス充填時に直接高温の容器内ガスに触れる弁体と溶融材１５と流路開放材１６との間には温度勾配ができる。そのため、仮に溶融材１５がクリープ変形を起こしやすい温度条件に至っても浸漬材の到達温度は溶融材１５の温度以上とはならない。よって浸漬材の融点が溶融材１５の融点以上であれば浸漬材はクリープ変形を生じにくい。

また、浸漬材は多孔質材の内部に充填されており、溶融材１５から加わる応力負荷を多孔質体が受けるため、直接応力を受けない。そのため、溶融材１５と比較して浸漬材はクリープ変形を起こしにくい。したがって作動温度(溶融温度)まで溶融材１５を格納空間を一層確実に保持することができ、クリープ変形によって弁体が開弁してしまうことを一層抑制することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記実施形態では、キャップ１２の連通孔１２ａは、弁体１３のストローク方向に貫通するように形成された場合を例示して説明したが、図４に示すように、弁体１３のストローク方向に直交する方向に貫通するように形成されていてもよい。

本実施形態による安全弁を圧力容器に取り付けた様子を示す縦断面図である。本実施形態による安全弁の拡大断面図である。本実施形態による安全弁の動作を説明する図である。本実施形態による安全弁の他の構造を例示する拡大断面図である。

符号の説明

１０安全弁
１１ハウジング
１１ａ圧力通路
１１ｂ圧力逃がし通路
１２キャップ
１２ａ連通孔
１３弁体
１４コイルスプリング(押圧材)
１５溶融材
１６流路開放材
１００圧力容器

Claims

周囲環境に応じて圧力容器内の圧力を逃がす安全弁であって、
圧力容器に連通する圧力通路及び外部に連通する圧力逃がし通路を備えるハウジングと、
前記ハウジングを閉塞するように設けられ、外部と連通する孔を有するキャップと、
前記圧力通路を塞ぐ弁体と、
前記弁体を前記圧力通路から開く方向に前記弁体を押圧する押圧材と、
前記押圧材の押圧力に抗して前記弁体を前記圧力通路に保持するように位置決めする溶融材と、
前記溶融材と前記キャップとの間に設けられ、多孔質のベース材と、そのベース材の孔が封孔されるように浸漬され、融点が、溶融材の融点よりも高く周囲環境に応じて溶融する浸漬材と、を含み、予め定められた周囲環境になるまでは溶融材からキャップの連通孔までの流路を閉塞しておいて溶融材を封止する流路開放材と、
を有する安全弁。
前記流路開放材は、温度に応じて状態変化して流路を開放して溶融材をキャップの連通孔へ逃がす、
ことを特徴とする請求項１に記載の安全弁。