JP5409036B2 - 車両用高圧タンクのバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用高圧タンクのバルブ装置の配置構造の改良に関する。

従来、水素ガス等の燃料を燃料電池に供給し、その電池で発電した電力により走行する車両が知られている。このような車両においては、燃料電池に用いられる燃料を高圧状態で収容する円筒状の高圧タンクが搭載される。

下記特許文献１には、ガスボンベに取り付けられたバルブ装置であって、ガスの入口及びガスの出口と、これらとガスボンベとを接続する流路と、流路に配置されるバルブとを内蔵した弁箱を有するバルブ装置が開示されている。このバルブ装置の弁箱は、ガスボンベの径方向の長さを小さくし、ガスボンベの軸方向に伸びるように形成されている。よって、弁箱内には、ガスの入口及びガスの出口とバルブとが、ガスボンベの軸方向にずれて配置され、それらを流路が接続している。

特開平６−９４１９６号公報

上記特許文献１のように構成されるバルブ装置が、車両に搭載される高圧タンクに取り付けられると、一体化した装置は高圧タンクの軸方向において大型化してしまう。しかしながら、車両に搭載される高圧タンクは、一般的に、車幅方向に延在するように、言い換えれば高圧タンクの軸が車幅方向に向くようにして車体に固定されるので、高圧タンクの軸方向における設置スペースは限られており、バルブ装置の設置スペースに余裕はない。

本発明の目的は、簡易な構造により、限られた設置スペースを有効に活用することができる車両用高圧タンクのバルブ装置を提供することにある。

本発明は、高圧タンクに取り付けられ、ガスの入口及び出口と、これらと高圧タンクとを接続する流路と、流路に配置されるバルブとを内蔵した弁箱を有する車両用高圧タンクのバルブ装置において、ガスの入口及び出口と、流路と、バルブとが、高圧タンクの軸方向に対して垂直に交差する同一平面上に設けられることを特徴とする。

また、流路とバルブの側面とが接続するバルブ側面接続部は、その流路がバルブの軸に直交するように構成されることができる。

また、流路同士が接続する流路接続部は、互いの流路が直交するように構成されることができる。

また、バルブは、ガスの入口と高圧タンクとを接続する流路に配置され、手動により操作可能な操作部を有する入口手動バルブと、ガスの出口と高圧タンクとを接続する流路に配置され、手動により操作可能な操作部を有する出口手動バルブと、を含み、入口及び出口手動バルブは、これらの操作部が同一方向に向くように配置されることができる。

本発明の車両用高圧タンクのバルブ装置によれば、簡易な構造により、限られた設置スペースを有効に活用することができる。

本実施形態のバルブ装置の概略構成を示す図である。 バルブ装置の弁箱の構成を示す図である。 従来における流路とバルブの側面とが接続する接続部と、流路同士が接続する接続部とを示す図である。 本実施形態における流路とバルブの側面とが接続する接続部と、流路同士が接続する接続部とを示す図である。

本発明に係る車両用高圧タンクのバルブ装置の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池が発電した電力で走行する自動車、すなわち燃料電池自動車を挙げ、この自動車に搭載される高圧タンクのバルブ装置について説明する。なお、本発明は、燃料電池自動車に限らず、天然ガスなどの気体燃料を燃料源とする内燃機関を備えた自動車にも適用可能である。

図１は、本実施形態のバルブ装置の概略装置を示す図である。バルブ装置１０は、高圧タンク１２の軸方向の端部に取り付けられている。高圧タンク１２は、これの内部に収容されたガスの圧力が分散されるように円筒状、いわゆるシリンダ状に形成される。高圧タンク１２に貯蔵されるガスの圧力は、７０ＭＰａである。なお、高圧タンク１２に貯蔵されるガスの圧力は一例であり、本発明はこの数値に限定されない。

バルブ装置１０は、ガスの入口１４及び出口１６と、これらと高圧タンク１２とを接続する流路１８とを内蔵する弁箱２０を有する。また、バルブ装置１０は、弁箱２０と高圧タンク１２との間に設けられ、弁箱２０から高圧タンク１２に伸びる流路１８を内蔵する胴部２２を有する。

ガスの入口１４は、外部のガス源から高圧タンク１２にガスを充填するための入口である。ガスの入口１４は、これの端部が弁箱２０の表面から突出して設けられ、その端部に、外部のガス接続口（図示せず）が接続されて、ガスがガス源から高圧タンク１２に供給される。

一方、ガスの出口１６は、高圧タンク１２に貯蔵されたガスを燃料電池（図示せず）に供給するための出口である。ガスの出口１６は、これの端部が弁箱２０の表面から突出して設けられ、その端部に、ガスを燃料電池に導くガス供給路（図示せず）が接続されて、ガスが高圧タンク１２から燃料電池に供給される。

流路１８は、ガスの入口１４と高圧タンク１２を接続するガス入口流路２４と、ガスの出口１６と高圧タンク１２を接続するガス出口流路２６と、ガス入口流路２４とガス出口流路２６を接続するバイパス流路２８とから構成される。

ガス入口流路２４には、ガスの入口１４から高圧タンク１２に向けて順に、逆止弁３０と入口手動弁３２と溶栓弁３４とが配置される。これらの弁３０，３２，３４は、弁箱２０に内蔵される。逆止弁３０は、ガスが一方から他方へ流れることを許容するが、ガスが他方から一方へ流れることを防止するバルブである。本実施形態の逆止弁３０は、ガスの入口１４から高圧タンク１２へガスが流れることを許容するが、ガスが高圧タンク１２からガスの入口１４へ流れることを防止するように配置される。入口手動弁３２は、手動により操作可能な操作部３２ａを有し、操作部３２ａの操作により、入口手動弁３２の弁（図示せず）が開閉（オン・オフ）される。また、入口手動弁３２はガスの流量を調整することもできる。入口手動弁３２は、通常時、開状態である。溶栓弁３４は、周囲の温度により作動する安全弁である。本実施形態の溶栓弁３４は、例えば１１０℃になると内部のパッキン部（図示せず）が溶解して、ガスを外部へ放出する。この溶栓弁３４の動作により、周囲の火災等によって高圧タンク１２が爆発してしまうことを防止する。

ガス出口流路２６には、高圧タンク１２からガスの出口１６に向けて順に、主止弁３６と出口手動弁３８とが配置される。主止弁３６は胴部２２に内蔵され、出口手動弁３８は弁箱２０に内蔵される。主止弁３６は、電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁３６は、車両の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、車両の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。出口手動弁３８は、手動により操作可能な操作部３８ａを有し、操作部３８ａの操作により、出口手動弁３８の弁（図示せず）が開閉（オン・オフ）される。また、出口手動弁３８はガスの流量を調整することもできる。出口手動弁３８は、通常時、開状態である。

バイパス流路２８には、バイパス手動弁４０が配置される。バイパス手動弁４０は弁箱２０に内蔵される。バイパス手動弁４０は、手動により操作可能な操作部４０ａを有し、操作部４０ａの操作により、バイパス手動弁４０の弁（図示せず）が開閉（オン・オフ）される。バイパス手動弁４０は、通常時、閉状態である。しかし、主止弁３６が閉状態で故障した場合、バイパス手動弁４０を開いて高圧タンク１２に貯蔵されたガスを、ガス入口流路２４からバイパス流路２８を介してガス出口流路２６へと流し、ガスの出口１６から外部に放出する。

本発明のバルブ装置１０は、弁箱２０に内蔵された、ガスの入口１４及び出口１６と、流路１８と、バルブとが、高圧タンク１２の軸方向に対して垂直に交差する同一平面上に設けられることを特徴とする。ここで、バルブとは、逆止弁３０、入口手動弁３２、溶栓弁３４、出口手動弁３８およびバイパス手動弁４０のことである。以下、図２を用いて具体的に説明する。

図２は、バルブ装置１０の弁箱２０の構成を示す図である。この図は、弁箱２０内における、高圧タンク１２の軸方向に対して垂直に交差する平面を示す。よって、高圧タンク１２の軸は、紙面に対して垂直方向に伸び、紙面を突き抜けた裏側に胴部２２と高圧タンク１２とが位置するものとする。

図２に示されるように、同一平面上に、ガスの入口１４及び出口１６が配置される。また、各バルブ、すなわち逆止弁３０、入口手動弁３２、溶栓弁３４、出口手動弁３８およびバイパス手動弁４０も同一平面上に配置される。ここで、バルブが同一平面上に配置されるとは、バルブの軸、例えばバルブ内の弁軸または弁室の軸がその平面に含まれるように配置されることである。

そして、ガスの入口１４と逆止弁３０と入口手動弁３２と溶栓弁３４とを接続するようにガス入口流路２４が同一平面上に形成される。また、ガスの出口１６と出口手動弁３８とを接続するようにガス出口流路２６が同一平面上に形成される。そして、ガス入口流路２４とガス出口流路２６とを、バイパス手動弁４０を介して接続するようにバイパス流路２８が同一平面上に形成される。なお、ガス入口流路２４は、符号Ａの地点から紙面裏側に向かって伸び胴部２２を通って高圧タンク１２に接続する。また、ガス出口流路２６は、符号Ｂの地点から紙面裏側に向かって伸び胴部２２を通って高圧タンク１２に接続する。

このように、弁箱２０において、ガスの入口１４及び出口１６、各バルブおよび流路１８の各構成要素が同一平面上に設けられることにより、バルブ装置１０を、高圧タンク１２の軸方向において小型化することができる。バルブ装置１０の小型化により、高圧タンク１２を車幅方向に延在するように車両に搭載する場合であっても、限られた設置スペースを有効に活用することができる。また、バルブ装置１０の小型化により、設置スペースに余裕ができるため、高圧タンク１２の大型化を図ることができる。

従来の弁箱においても、各構成要素の配置を考慮することにより、小型化が図られてきた。しかし、各構成要素間の配置間隔を単に狭めることで小型化を図ろうとすると、耐久性が悪化してしまうという問題があった。具体的には、図３を用いて説明する。図３は、従来の弁箱１１０における、流路１１２とバルブ１１４とが接続する接続部１１６と、流路１１２同士が接続する接続部１１８とを示す図である。接続部１１６は、流路１１２がバルブ１１４の軸に対して斜めに交差するように構成されており、接続部１１８は、流路１１２同士が斜めに交差するように構成されている。このように構成される接続部１１６，１１８に高圧のガスが流れると、鈍角部１１６ｂ,１１８ｂより鋭角部１１６ａ，１１８ａのほうに大きな引張応力が集中して発生してしまい、この引張応力により接続部１１６，１１８の疲労寿命が低下してしまうという問題があった。

そこで、この問題を解決するために、本発明のバルブ装置１０においては、流路１８がバルブの側面に接続する場合、流路１８がバルブの軸に直交するように接続し、流路１８同士が接続する場合、互いの流路１８が直交して接続している。

具体的な構成の一例を図４に示す。図４は、図２に示される出口手動弁３８廻りを拡大した図であり、ガス出口流路２６と出口手動弁３８の側面とが接続するバルブ側面接続部５０と、ガス出口流路２６とバイパス流路２８とが接続する流路接続部５２とを示す図である。バルブ側面接続部５０は、ガス出口流路２６が出口手動弁３８の軸に対して直交するように構成されており、流路接続部５２は、ガス出口流路２６とバイパス流路２８とが直交するように構成されている。このように構成されるバルブ側面接続部５０と流路接続部５２に高圧のガスが流れると、局部的に引張応力が集中して発生することなく、均一に引張応力が発生するので、耐久年数の向上を図ることができる。なお、本実施形態においては、出口手動弁３８廻りの構成について説明したが、弁箱２０内のほかの接続部も同様の構成とすることができる。

また、本実施形態のバルブ装置１０は、入口手動弁３２の操作部３２ａと、出口手動弁３８の操作部３８ａとが同一方向に向くように配置されることを特徴とする。図２に示されるように、両操作部３２ａ，３８ａは、互いに紙面下側に向いて配置される。この構成により、車両に搭載されたバルブ装置１０の一側面のみを目視および操作可能な状態でメンテナンスを行うことができるので、作業効率が向上する。本実施形態のバイパス手動弁４０は、バルブ装置１０が車両に搭載された状態で操作されることはないため、バイパス手動弁４０の操作部４０ａが他の手動弁３２，３８の操作部３２ａ，３８ａと同じ方向に向くように配置されていない。しかし、この構成に限定されず、バイパス手動弁４０の操作部４０ａが他の手動弁３２，３８の操作部３２ａ，３８ａと同じ方向に向くように配置することもできる。

本実施形態においては、弁箱２０に内蔵されるバルブが、逆止弁３０、入口手動弁３２、溶栓弁３４、出口手動弁３８およびバイパス手動弁４０である場合について説明したが、この構成に限定されず、他のバルブが内蔵されてもよい。また、主止弁３６が胴部２２に内蔵される場合について説明したが、弁箱２０に内蔵されてもよい。

１０ バルブ装置、１２ 高圧タンク、１４ ガスの入口、１６ ガスの出口、１８ 流路、２０ 弁箱、２２ 胴部、２４ ガス入口流路、２６ ガス出口流路、２８ バイパス流路、３０ 逆止弁、３２ 入口手動弁、３４ 溶栓弁、３６ 主止弁、３８ 出口手動弁、４０ バイパス手動弁、５０ バルブ側面接続部、５２ 流路接続部。

Claims (4)

1. 高圧タンクに取り付けられ、ガスの入口及び出口と、これらと高圧タンクとを接続する流路と、流路に配置されるバルブとを内蔵した弁箱を有する車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   ガスの入口及び出口と、流路と、バルブとが、高圧タンクの軸方向に対して垂直に交差する同一平面上に設けられる、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
2. 請求項１に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   流路とバルブの側面とが接続するバルブ側面接続部は、その流路がバルブの軸に直交するように構成される、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
3. 請求項２に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   流路同士が接続する流路接続部は、互いの流路が直交するように構成される、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。
4. 請求項１に記載の車両用高圧タンクのバルブ装置において、
   バルブは、
   ガスの入口と高圧タンクとを接続する流路に配置され、手動により操作可能な操作部を有する入口手動バルブと、
   ガスの出口と高圧タンクとを接続する流路に配置され、手動により操作可能な操作部を有する出口手動バルブと、
   を含み、
   入口及び出口手動バルブは、これらの操作部が同一方向に向くように配置される、
   ことを特徴とする車両用高圧タンクのバルブ装置。

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