JP5772350B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の流路を連結する継ぎ手を備えた弁装置に関する。

従来、高圧のガス（例えば、水素ガス）が貯留されるガスタンクには、ガスタンクの内外を連通するガス流路が形成されたボディと、ガス流路を介したガスの流通を制御する弁機構とを備えた弁装置が設けられている。通常、こうした弁装置のガス流路には、継ぎ手を介して外部機器（例えば、ガスの供給源）に接続される配管が連結されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

図５に示す例では、ボディ１０２に、継ぎ手１０３が取着される取着穴１０４が形成され、ガスタンク内に高圧のガスを充填するための充填路（ガス流路）１０１が取着穴１０４の底面に開口している。また、充填路１０１には、ガスタンク内に充填されたガスの逆流を防止する逆止弁１０５が設けられている。

継ぎ手１０３は、略円柱状に形成されており、その一端部が取着穴１０４に螺着されるとともに、その他端部がガスの供給源に接続される配管１０６に螺着されるようになっている。そして、継ぎ手１０３には、軸方向両側に開口する導通路１０７が形成されており、導通路１０７を介して充填路１０１と配管１０６とが連通されている。

また、導通路１０７における充填路１０１側の端部には、他の部分よりも開口面積を小さくするオリフィス１０８が形成されている。そして、オリフィス１０８によって導通路１０７内を流れるガスの流量を制限することで、例えばガスタンクが搭載された車両の衝突等により、逆止弁１０５に異常が発生しても、ガスタンクから大量のガスが放出することを抑制する。

特開２００９−２８１５１０号公報

しかし、上記従来の構成では、オリフィス１０８によって導通路１０７内を流れるガスの流量を制限しているため、ガスタンクにガスを充填する場合にもその流量が制限され、充填時間が長くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、流体が一定の方向に流れる場合には、流体の流量が制限されないが、流体が逆方向に流れる場合には、流体の流量が制限される継ぎ手を備えた弁装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、第一流路に連結される第一連結部と、第二流路に連結される第二連結部と、前記第一連結部に連結された前記第一流路および前記第二連結部に連結された前記第二流路を導通する導通路と、前記導通路内に配置され、前記第二流路から前記第一流路へと流体が流れる場合の開口面積が、前記第一流路から前記第二流路へと流体が流れる場合の開口面積よりも小さくなる絞り弁と、を備える継ぎ手と、前記第二流路が形成された弁本体と、を備え、前記第二流路には、前記第二流路から前記第一流路への流体の流れを防止する逆止弁が設けられることを要旨とする。

上記構成によれば、第一流路側から第二流路側へ流れる流体は、第二流路側から第一流路側へ流れる流体に比べ、絞り弁の開口面積が大きいため、流量が制限されない。したがって、本発明により、流体が第一流路側から第二流路側へ流れる場合には、流体の流量が制限されないが、流体が第二流路側から第一流路側へ流れる場合には、流体の流量が制限される継ぎ手を備えた弁装置が提供される。
上記構成によれば、通常、第二流路から第一流路への流体の流れは、逆止弁により防止される。また、逆止弁に異常が生じても、絞り弁が作用するため、大量の流体が第二流路から第一流路に流れ込むのを抑制することができる。また、第二流路から第一流路に少量の流体が流れ込むことにより、逆止弁の異常を察知することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置において、前記絞り弁は、前記第一連結部よりも第二連結部側に配置され、前記第一連結部の機械的強度が、他の部分よりも低くなるように形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、第一連結部が他の部分よりも機械的強度が低くなるように形成されているため、継ぎ手に衝撃が加わって万が一破断するような場合であっても、第一連結部を優先的に破断させ、他の部分が破断するのが防止される。また、絞り弁は、第一連結部よりも第二連結部側に配置されているため、継ぎ手が第一連結部で破断した後も、その機能を維持し、第二流路側から第一流路側へ大量の流体が放出されることを抑制することができる。

本発明によれば、流体が一定の方向に流れる場合には、流体の流量が制限されないが、流体が逆方向に流れる場合には、流体の流量が制限される継ぎ手を備えた弁装置を提供することができる。

本発明が適用される弁装置の概略構成図。 本実施形態のボディと供給側継ぎ手との連結部分を示す拡大断面図。 本実施形態の供給側継ぎ手を示す拡大断面図。 （ａ）ガスタンク内に水素ガスを充填する際の絞り弁を示す模式図、（ｂ）水素ガスが外部に放出される際の絞り弁を示す模式図。 従来のボディと継ぎ手との連結部分を示す拡大断面図。

以下、本発明を燃料電池車に搭載されたガスタンクに取着される弁装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、弁装置１は、高圧（例えば、７０ＭＰａ）の水素ガスが貯留されたガスタンク５の取着口６に取り付けられる。弁装置１は、内部にガス流路８が形成されたアルミ合金製のボディ２（弁本体）に、複数の弁機構が配置され、ガス流路８の水素ガスの流れを制御する。ボディ２には、供給側継ぎ手１０と送出側継ぎ手１２とが取り付けられる。供給側継ぎ手１０には、水素ガスの充填口（図示略）と弁装置１のガス流路８とを繋ぐ供給配管９（第一流路）が接続され、送出側継ぎ手１２には、燃料ガス等の水素ガスの送出先（図示略）と弁装置１のガス流路８とを繋ぐ送出配管１１が接続される。

ボディ２は、ガスタンク５の外部に配置される略扁平箱形の本体部３と、本体部３の底面３ａに対して略直交する方向（図１における下側）に延設された略円柱状の取着部４とを備える。取着部４は、ガスタンク５の取着口６に取り付けられる部分である。

ガス流路８は、供給側継ぎ手１０を介して供給配管９とガスタンク５内とを繋ぐ充填路２１（第二流路）と、送出側継ぎ手１２を介して送出配管１１とガスタンク５内とを繋ぐ送出路２２とを有する。なお、本実施形態のガス流路８は、取着部４の内部を、取着部４の軸線方向に沿って貫通する接続路２５が、充填路２１及び送出路２２の一部を兼ねるように形成されている。また、充填路２１の途中には、ガスタンク５内に充填された水素ガスの逆流を防止する逆止弁２３が設けられ、送出路２２の途中には、送出配管１１への水素ガスの供給を制御する電磁弁２４が設けられる。

次に、ボディの本体部と供給側継ぎ手との連結部分近傍の構成について説明する。
図１に示すように、本体部３には、底面３ａに垂直な側面３ｂが形成されている。図２に示すように、本体部３の側面３ｂには、側面３ｂに対して略直交する方向（図２における左右方向）に延びる円柱状の取着穴３１が形成されており、取着穴３１の内周面には雌ネジ３２が形成されている。

供給側継ぎ手１０側の充填路２１は、取着穴３１の軸心に沿って直線状に形成される。充填路２１は、供給側継ぎ手１０側の端部に形成される最も大径の拡径部５７と、拡径部５７に隣接して形成される弁収容部４１とを有する。弁収容部４１は、拡径部５７よりは小径であるが、充填路２１の他の部分よりも大径に形成され、逆止弁２３が収容される弁室として機能する。また、弁収容部４１の内周面にはアルマイト処理が施される。

逆止弁２３は、中央を弁口４２が貫通する略円環状の弁座４３と、弁収容部４１内を弁座４３に接離する方向に移動して弁口４２を開閉する弁体４４と、弁体４４を弁座４３側に付勢する付勢手段としてのコイルバネ４５とを備えている。

弁座４３は、ポリイミド樹脂により形成され、軸方向の一端に、他の部分よりも大径のフランジ部５６が形成される。なお、フランジ部５６は、軸方向幅が、充填路２１に形成された拡径部５７の軸方向幅よりも大きくなるように形成される。

弁体４４は、ステンレス鋼により形成された略円筒状の部材であり、弁座４３側から順に、閉塞部５３、小径筒部５２、大径筒部５１、及び支持部５５に区分される。閉塞部５３は、弁体４４の弁座４３側の端部を閉塞し、外周面がテーパ状に形成されている。小径筒部５２は、外径が弁収容部４１の内径よりも小径に形成され、径方向に形成された複数の横孔５４によって内外が連通されている。大径筒部５１は、弁収容部４１の内周面に案内されて摺動する部分であり、外径が弁収容部４１の内径と略等しくなるように形成される。支持部５５は、外径が大径筒部５１よりも小さくなるように形成される。

コイルバネ４５は、弁座４３側の一端が弁体４４の支持部５５に装着され、圧縮された状態で、弁体４４とともに弁収容部４１に収容される。これにより、弁体４４は、コイルバネ４５によって弁座４３側に付勢される。また、コイルバネ４５に付勢された弁体４４は、閉塞部５３に形成されたテーパ状の先端が弁口４２内に挿入されて弁座４３に着座することにより弁口４２を閉塞する。

弁座４３は、フランジ部５６を充填路２１の拡径部５７に嵌合させた状態で、本体部３と、本体部３に取り付けられた供給側継ぎ手１０との間に挟み込まれることで、本体部３に固定される。このとき、本体部３に形成された充填路２１と、供給側継ぎ手１０に形成された導通路３３とは、弁座４３の弁口４２を介して連通する。また、本体部３と供給側継ぎ手１０との間に弁座４３を挟み込むにより、本体部３（拡径部５７）と弁座４３とが密着するとともに、弁座４３と供給側継ぎ手１０とが密着する。その結果、本体部３と供給側継ぎ手１０との間は、弁座４３により気密に封止された状態になる。

このように構成された逆止弁２３は、ガスタンク５に水素ガスを充填しない場合には、弁体４４がガスタンク５（充填路２１）内の水素ガスの圧力及びコイルバネ４５の付勢力により弁座４３側に付勢されて弁座４３に着座する。これにより、弁座４３の弁口４２が閉じられ、ガスタンク５から水素ガスが逆流することを防止する。一方、逆止弁２３は、ガスタンク５に水素ガスを充填する場合には、供給配管９から供給側継ぎ手１０の導通路３３を介して供給される水素ガスの圧力によって、弁体４４が弁座４３から離座することにより弁口４２を開く。これにより、供給配管９、導通路３３、及び弁口４２を通過した水素ガスが、充填路２１内に流入し、横孔５４から弁体４４内を通って、ガスタンク５内に水素ガスが充填される。

次に、供給側継ぎ手の構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態の供給側継ぎ手１０は、継ぎ手本体６１に、絞り弁６２、フィルタ６３、及び支持部材７０が取り付けられて構成される。

詳述すると、図３に示すように、継ぎ手本体６１は、工具等により把持される把持部６５と、把持部６５から一端側（図２における左側）に延出された略円筒状のボディ側連結部６６（第二連結部）と、把持部６５から他端側（図２における右側）に延出された略円筒状の配管側連結部６７（第一連結部）とを有する。配管側連結部６７の外径は、把持部６５及びボディ側連結部６６の外径よりも小さくなるように形成される。把持部６５は、外周面の一部が面取りされ、軸直交断面が略六角形となるように形成される。ボディ側連結部６６の外周面には、取着穴３１の雌ネジ３２に螺合する雄ネジ７１が形成され、配管側連結部６７の外周面には、供給配管９の内周面に形成された雌ネジ（図示略）が螺合する雄ネジ７２が形成される。また、供給側継ぎ手１０には、ボディ側連結部６６、把持部６５、及び配管側連結部６７を軸方向に直線状に貫通する貫通孔６８が形成される。

貫通孔６８は、ボディ側連結部６６から配管側連結部６７に向けて順に、大径部７３、テーパ部７５、及び小径部７４に区分される。大径部７３、テーパ部７５、及び小径部７４は、同軸上に配置される。大径部７３は、ボディ側連結部６６側の端面６６ａから把持部６５の略中央付近までの範囲に亘って形成される。小径部７４は、内径が大径部７３よりも小さく、配管側連結部６７側の端部６７ａから把持部６５に至るまでの範囲に亘って形成される。テーパ部７５は、大径部７３と小径部７４とをつなぐ部分であり、大径部７３から小径部７４に向かうにつれて内径が小さくなるように形成される。

なお、配管側連結部６７の径方向における内周面から外周面までの肉厚は、把持部６５及びボディ側連結部６６の径方向における内周面から外周面までの肉厚よりも薄くなるように形成されている。そのため、配管側連結部６７は、把持部６５及びボディ側連結部６６よりも機械的強度が低くなるように形成されている。

図２及び図３に示すように、供給側継ぎ手１０のボディ側連結部６６側の端面６６ａには、支持部材７０が取り付けられている。支持部材７０は、略円筒状の部材であり、その軸心を貫通するように軸孔６９が形成されている。支持部材７０は、供給側継ぎ手１０の大径部７３の内径と略同径に形成された挿入部７９と、挿入部７９の軸方向における一端に形成された外向きフランジ状の規制部７６と、他方端部に形成された挿入部よりも小径の支持部７７とを有する。また、挿入部７９の外周面にはＯリング７８を配置するための溝７９ａが形成される。

図３に示すように、絞り弁６２は、絞り弁座８１に対して接離可能に設けられる絞り弁体８３と、絞り弁体８３が収容される弁室を形成する弁室形成部材８４と、絞り弁体８３を絞り弁座８１側に付勢するコイルバネ８５（付勢手段）とを備える。なお、本実施形態では、貫通孔６８を形成するテーパ部７５が絞り弁座８１として機能し、小径部７４のテーパ部７５側の開口が絞り弁座８１の絞り弁口８２となる。

絞り弁体８３は、略円柱状の軸部８７と、軸部８７の端部に一体的に形成された弁部８８とを有している。弁部８８は、軸部８７側の端部が軸部８７の外径及び絞り弁口８２の内径よりも大きな外径を有しているとともに、軸部８７から離れるにつれて先細となるテーパ面８８ａが形成されている。テーパ面８８ａは、テーパ部７５（絞り弁座８１）と略同一の傾斜に形成されている。本実施形態では、テーパ面８８ａは、微小な凹凸（図示略）を有する粗い面とされており、絞り弁体８３が絞り弁座８１に着座した状態で、絞り弁口８２の開口面積がゼロにならないように形成されている。すなわち、絞り弁体８３が絞り弁座８１に着座した状態で、絞り弁体８３と絞り弁座８１との間には微小な隙間（開口）が形成されており、水素ガスの流通が完全には遮断されず、充填路２１から供給配管９への微量の水素ガスの流通が可能となっている。

弁室形成部材８４は、略有底円筒状に形成されており、底面側から小筒部９１と、小筒部９１よりも大径の大筒部９２とに区分される。小筒部９１は、コイルバネ８５の外径よりも大きな内径を有するとともに、支持部材７０の支持部７７の外径と略等しい外径を有している。一方、大筒部９２は、弁部８８の最大の外径よりもやや大きな内径を有するとともに、貫通孔６８における大径部７３の内径と略等しい外径を有している。また、大筒部９２には、内外、及びその軸方向両端を連通する複数のスリット９３が形成されている。

フィルタ６３は、円筒状に形成されており、その内径が支持部材７０の支持部７７及び弁室形成部材８４の小筒部９１の外径と略等しく形成されるとともに、その外径が大径部７３の内径よりも小さく形成されている。なお、本実施形態のフィルタ６３は、金網により構成されている。また、フィルタ６３の軸方向両端部と支持部材７０及び弁室形成部材８４との間には、それぞれガスケット９４が圧縮された状態で配置されている。

供給側継ぎ手１０の組み立てについて説明する。
先ず、絞り弁体８３が、継ぎ手本体６１の貫通孔６８の大径部７３側から、弁部８８が絞り弁座８１に着座するように挿入される。このとき、絞り弁体８３の軸部８７の外周にはコイルバネ８５が配置される。次に、弁室形成部材８４が、大筒部９２を絞り弁体８３側に向けた状態で、貫通孔６８の大径部７３に挿入される。このとき、コイルバネ８５は、ボディ側連結部６６側の端部が小筒部９１内に収容された状態になる。さらに、ガスケット９４及びフィルタ６３が、大径部７３内に配置される。このとき、フィルタ６３の絞り弁６２側の端部には、弁室形成部材８４の小筒部９１が嵌合され、フィルタ６３と弁室形成部材８４との間にはガスケット９４が配置される。次に、ガスケット９４及び支持部材７０が取り付けられる。支持部材７０は、支持部７７を絞り弁６２側に向けた状態で、挿入部７９が貫通孔６８の大径部７３内に挿入される。このとき、支持部７７は、フィルタ６３のボディ側連結部６６側の端部に嵌合され、フィルタ６３と支持部７７との間にはガスケット９４が配置される。また、支持部材７０は、規制部７６がボディ側連結部６６の端面６６ａに当接することで、継ぎ手本体６１に対する支持部材７０の位置決めを行う。支持部材７０が継ぎ手本体６１に取り付けられると、絞り弁体８３は、コイルバネ８５により絞り弁座８１側に付勢され、ガスケット９４，９４は、それぞれ圧縮された状態になる。また、継ぎ手本体６１の貫通孔６８と、支持部材７０の軸孔６９により供給側継ぎ手１０の導通路３３が構成される。

このように構成された供給側継ぎ手１０は、ボディ側連結部６６の雄ネジ７１を取着穴３１の雌ネジ３２に螺合させて、ボディ２に取り付けられる。そして、供給側継ぎ手１０がボディ２に取り付けられると、導通路３３は充填路２１と同軸上に配置され、逆止弁２３の弁座４３がボディ２と供給側継ぎ手１０との間に挟み込まれて固定される。

このように構成された弁装置１では、供給側継ぎ手１０を介して供給配管９から充填路２１に水素ガスが供給される。このとき、供給側継ぎ手１０では、図４（ａ）に示すように、絞り弁体８３が導通路３３内における充填路２１側に設けられているため、供給配管９側から充填路２１側へ流れる水素ガスの圧力によって絞り弁体８３は絞り弁座８１から離座し、絞り弁口８２の開口面積が大きくなる。これにより、供給配管９側から充填路２１側に大量の水素ガスが流通可能となるため、速やかに水素ガスがガスタンク５に充填されるようになる。

ここで、車両衝突等により逆止弁２３に異常が発生した場合を想定する。このような場合であっても、本実施形態の弁装置１では、充填路２１側から供給配管９側へ流れる水素ガスの圧力及びコイルバネ８５の付勢力によって絞り弁体８３は絞り弁座８１に着座する。これにより、充填路２１側から供給配管９側へ流れる水素ガスの流量が制限されるため、大量の水素ガスがガスタンク５から放出されることが抑制される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）供給側継ぎ手１０は、充填路２１から供給配管９へと水素ガスが流れる場合の開口面積が、供給配管９から充填路２１へと水素ガスが流れる場合の開口面積よりも小さくなる絞り弁６２を備えた。そのため、供給配管９側から充填路２１側へ流れる水素ガスは、充填路２１側から供給配管９側へ流れる水素ガスに比べ、流量が制限されない。したがって、ガスタンク５から大量の水素ガスが放出されることを抑制するとともに水素ガスの充填時間を短縮することができる。

（２）絞り弁６２は、導通路３３内に設けられる絞り弁座８１と、絞り弁座８１に対して接離することにより絞り弁口８２の開口面積を変更する絞り弁体８３とを備えた。そして、絞り弁体８３が絞り弁座８１に着座した状態で絞り弁口８２を介した水素ガスの流通を許容するようにした。これにより、充填路２１側から供給配管９側への水素ガスの流通が確認できるため、逆止弁２３に異常が発生して充填路２１内を水素ガスが逆流する状態であるか否かを作業者が判別できるようになる。

（３）供給側継ぎ手１０は、継ぎ手本体６１の配管側連結部６７を、把持部６５及びボディ側連結部６６よりも機械的強度が低くなるように形成し、絞り弁６２を導通路３３内における把持部６５と対応する部分に配置した。これにより、供給側継ぎ手１０は、車両の衝突等により衝撃が加わって万が一破断するような場合であっても、配管側連結部６７を優先的に破断させ、把持部６５やボディ側連結部６６が破断するのを防止する。その結果、把持部６５に配置された絞り弁６２の機能が維持されるため、より確実に大量の水素ガスが外部に放出されることを抑制することができる。

（４）弁装置１は、供給側継ぎ手１０と、充填路２１が形成されたボディ２と、を備え、充填路２１に逆止弁２３を設けたため、通常、充填路２１から供給配管９側への水素ガスの流れは、逆止弁２３により防止される。また、逆止弁２３に異常が生じても、絞り弁６２が作用するため、大量の水素ガスが充填路２１から供給配管９に流れ込むのを抑制することができる。また、充填路２１から供給配管９に少量の水素ガスが流れ込むことにより、逆止弁２３の異常を察知することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、絞り弁体８３の弁部８８における絞り弁座８１との接触面を粗い面とすることで、絞り弁座８１に着座した状態で絞り弁口８２を介した水素ガスの流通を許容するようにしたが、これに限らず、例えば接触面に弁部８８の径方向に延びる溝を形成する等の構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、絞り弁６２を導通路３３における把持部６５と対応する部分に配置したが、これに限らず、導通路３３におけるボディ側連結部６６又は配管側連結部６７と対応する部分に配置してもよい。

・上記実施形態では、継ぎ手本体６１のテーパ部７５を絞り弁座８１として構成したが、これに限らず、絞り弁座８１を継ぎ手本体６１とは別部材により構成してもよい。
・上記実施形態では、付勢手段をコイルバネ８５としたが、絞り弁体８３を絞り弁座８１側に付勢できればこのような形態に限られない。例えば、皿バネや弾性体等により、絞り弁体８３を付勢してもよい。また、水素ガスの圧力により絞り弁体８３を絞り弁座８１側に付勢することが可能な場合には、付勢手段を設けなくともよい。

・上記実施形態では、水素ガスの供給を制御するための弁装置１に設けられる継ぎ手に本発明を適用したが、これに限らず、水素ガス以外のガスを供給するための弁装置に設けられる継ぎ手に適用してもよい。

１…弁装置、２…ボディ、５…ガスタンク、８…ガス流路、９…供給配管、１０…供給側継ぎ手、２１…充填路、２３…逆止弁、３３…導通路、６１…継ぎ手本体、６２…絞り弁、６３…フィルタ、６５…把持部、６６…ボディ側連結部、６７…配管側連結部、６８…貫通孔、６９…軸孔、７０…支持部材、７３…大径部、７４…小径部、７５…テーパ部、８１…絞り弁座、８２…絞り弁口、８３…絞り弁体、８４…弁室形成部材、８５…コイルバネ。

Claims (2)

1. 第一流路に連結される第一連結部と、
   第二流路に連結される第二連結部と、
   前記第一連結部に連結された前記第一流路および前記第二連結部に連結された前記第二流路を導通する導通路と、
   前記導通路内に配置され、前記第二流路から前記第一流路へと流体が流れる場合の開口面積が、前記第一流路から前記第二流路へと流体が流れる場合の開口面積よりも小さくなる絞り弁と、を備える継ぎ手と、
   前記第二流路が形成された弁本体と、を備え、
   前記第二流路には、前記第二流路から前記第一流路への流体の流れを防止する逆止弁が設けられることを特徴とする弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、
   前記絞り弁は、前記第一連結部よりも第二連結部側に配置され、
   前記第一連結部の機械的強度が、他の部分よりも低くなるように形成されたことを特徴とする弁装置。

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