JP6321128B2 - 水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造 - Google Patents
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Description
本発明は、水素燃料電池車両用レギュレータに関し、より詳しくは、入口圧力の変化による出口圧力の変化を最小化するための水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造に関する。
通常、調圧用レギュレータは、入力側の圧力変動によらず、出力側の圧力を一定の範囲に維持するものであって、化学・精油・ガスなどの様々な産業分野で活用されている。一例として、燃料電池自動車の場合、走行距離の増加のために高圧タンクを使用するので、燃料圧力を減圧するために、高圧用レギュレータが必須的に搭載される。特に、自動車用高圧レギュレータは、軽薄短小の構造を基にしながら、入口圧力の変化による出口圧力の変化を最小化するための構造が重要である。
これに関連する先行技術文献として、韓国登録特許公報第０９３８１５１号(先行文献１)、及び韓国公開特許公報第２００８−０１０７９８０号(先行文献２)などを参照することができる。
先行文献１は、中間連結通路とバイパス通路が形成された本体と、前記本体内に形成された中間連結通路により互いに連通する第１の減圧室と第２の減圧室と、前記第１の減圧室の入口側にガス漏れを遮断するように設けられるチェック弁と、第１の減圧室と第２の減圧室に設けられるピストンとばねなどを含む。これに、過度な圧力のガスを減圧させて、適正圧力に供給するという効果を期待する。
先行文献２は、ガス燃料通路に設けられ、調圧室内の圧力変動によって弁体を摺動して、開閉動作を行う調圧バルブを備え、ガス燃料を所定の圧力で調整しながら、下流側に送出するレギュレータであって、前記調圧バルブの弁体の表面に、ＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を施す。これに、調圧バルブのシール性能を長期間に亘って、十分確保するという効果を期待する。
しかし、先行文献１において、バルブ軸の上下にばねを設ける構造や、先行文献２において、弁体の表面をめっきする構造だけでは、圧力変動が激しい水素燃料電池自動車に適用して作動の信頼性を維持するには限界があった。
前記のような従来の問題点を解決するための本発明の目的は、高圧の水素燃料を減圧する過程において、付勢式のシールを基にして、入口圧力の変化による出口圧力の変化を最小化するための水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明は、車両の燃料供給の圧力を低圧に減圧する高圧レギュレータであって、出口ポートに連通されるバランス溝を介して、スプールの下部に低圧を形成するボディーと、前記スプールの低圧が維持されるように、ボディー上に収容され、ばね付勢式のシールに気密力強化のための補助部を有するシール部材とを含む、ことを特徴とする 。
本発明の細部構成として、前記シール部材の補助部は、胴部の一側に挿入されるＯ−リング、又は胴部の底面に収容されるバックアップリングを用いることを特徴とする。
本発明の細部構成として、前記シール部材の補助部は、羽部の外周面に多段の段差を備えることを特徴とする。
本発明の細部構成として、前記シール部材の補助部は、胴部の底面から側面に延在するフランジを備えることを特徴とする。
本発明の変形例として、前記シール部材の羽部に収容される弾性部は、Ｗ字状断面のばねを用いることを特徴とする。
本発明によれば、水素燃料電池車両で高圧水素を減圧する過程において、付勢式のシールを基に、入口圧力の変化による出口圧力の変化を最小化して、作動の信頼性を向上することができる。
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明は、車両の燃料供給圧力を低圧に減圧する高圧レギュレータについて提案する。特に、水素燃料電池自動車において、最高８７.５ＭＰаに達する高圧の水素を減圧して、設定した圧力で供給するレギュレータを対象としているが、これに限定されない。
本発明によると、ボディー１０が出口ポート１２に連通されるバランス溝２８を介して、スプール２５の下端に低圧を形成する構造である。図１において、ボディー１０は、中心に、上下の軸方向に中空１５と、下端の弁ポート１４とを備え、側面に、半径方向に入口ポート１１と、出口ポート１２と、センサポート１３とを備える。入口ポート１１の水素(ガス)圧力は、２.０〜８７.５ＭＰаに変動されるが、出口ポート１２において、１.６ＭＰаの安定した維持が可能である。
ここで、スプール２５は、上部でピストン２１に支持され、下部で自由端であり、中間に下ばね２６を有する。ピストン２１は、上ばね２２による弾性力で、設定した減圧圧力を維持する。バランス溝２８は、出口ポート１２と弁ポート１４を連通するように設けられ、上下動可能に設けられるスプール２５の下部に低圧を形成する。これに、スプール２５の緩衝性が向上して、入口ポート１１の入口圧力の変化による出口ポート１２の出口圧力の変化を最小化することができる。
また、本発明によると、ばね付勢式のシールに気密力強化のための補助部を有するシール部材３０が、前記スプール２５の低圧が維持されるように、ボディー１０上に収容される構造を特徴とする。ばね付勢式のシールは、可変的な圧力範囲で常時シールを維持するために、円弧状の樹脂材胴部３１の羽部３２上に、ＳＵＳ系の薄いばねである弾性部３５を収容した構造である。これに、シール部材３０が、ボディー１０とスプール２５に同時に加圧状態に密着して、スプール２５の殆どの領域で作用する高圧と下端の低圧間のシールが維持されるようにする。
一方、本発明において、シール部材３０の胴部３１と羽部３２は、高温用超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE; Aloymer)を用いるのが好ましい。これにより、摩擦係数が低くて、スプール２５の円滑な上下動を保障しながら、良好な加工性と高い耐久性を発揮することができる。
本発明の詳細構成として、前記シール部材３０の補助部は、胴部３１の一側に挿入されるＯ−リング４２、又は胴部３１の底面に収容されるバックアップリング４４を用いることを特徴とする。図２いおいて、Ｏ−リング４２は、胴部３１の下側に延在部３３を形成した後、ボディー１０に接する外側面に設置する。Ｏ−リング４２は、シール部材３０と同様な物性を有したものを用いるが、低価の標準品を排除することではない。図３(а)において、バックアップリング４４は、テフロン素材を用い、耐久性の向上のために、Ｏ−リング４２と共に設けることもできる。バックアップリング４４を三角形断面に形成し、２つを重ねて設けると、スプール２５の上下動が円滑となる。
本発明の詳細構成として、前記シール部材３０の補助部は、羽部３２の外周面に多段の段差４６を備えることを特徴とする。シール部材３０のスプール２５と接する部分における照度は、６.３ｓ(Ｒｍａｘ)以下、硬度は、４０ＨＲｃ以上に設定するのが望ましい。これと共に、接触部において、面接触よりも線接触が好ましいが、耐磨耗性が弱くなるので、線接触を多段の段差４６に具現して、異物の固着を防止する。図３(а)において、多段の段差４６は、２〜３つの環状の縞模様に突出する構造で示されている。もちろん、多段の段差４６は、対向する羽部３２の一側にのみ設けることができ、一側と他側の数量を異ならせて設けることもできる。
本発明の詳細構成として、前記シール部材３０の補助部は、胴部３１の底面から側面に延在するフランジ４８を備えることを特徴とする。図３(ｂ)において、フランジ４８は、スプール２５と接する反対方向に、ボディー１０に収容されるように延在する構造で示されている。これは、多少広い装着空間を要するが、シール部材３０の流動を防止する側面で有利である。
一方、ボディー１０は、中空１５上で下ばね２６が支持される段差に、Ｒ０.１以下の丸み１６を形成するのが望ましい。丸み１６は、シール部材３０を装着するに当たり、作業の容易性を高くし、胴部３１などの損傷を防止する。丸み１６の代わりに、加工が容易な面取りを形成することもできる。
本発明の変形例として、前記シール部材３０の羽部３２に収容される弾性部３５は、Ｗ字状断面のばねを用いることを特徴とする。図面には、弾性部３５として、Ｕ字状断面のばねを示しているが、場合によって、Ｗ字状断面のばねを適用することもできる。Ｕ字状断面のばねは、上端と下端で伸縮性(弾性)が比較的大きい差を示すが、Ｗ字状断面のばねは、上端と下端の伸縮性の差を減らす用途に有用である。Ｗ字状断面のばねを適用する場合も、シール部材３０の胴部３１と羽部３２は、前記の構造と同様である。
本発明においては、シール部材３０のＯ−リング４２、多段の段差４６、フランジ４８を別個として説明したが、用途によっては、前記の要素を２以上複合的に混用する構成も適用することができる。
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、様々に修正及び変形が可能であることは、当該技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。そこで、そのような変形例又は修正例は、本発明の特許請求の範囲に属すると言える。
１０: ボディー
１１: 入口ポート
１２: 出口ポート
１５: 中空
１６: 丸み
２１: ピストン
２２、２６: ばね
２４: シート
２５: スプール
２８: バランス溝
３０: シール部材
３１: 本体部
３２: 羽部
３３: 延在部
３５: 弾性部
４２: Ｏ−リング
４４: バックアップリング
４６: 多段の段差
４８: フランジ
１１: 入口ポート
１２: 出口ポート
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４２: Ｏ−リング
４４: バックアップリング
４６: 多段の段差
４８: フランジ
Claims (3)
- 車両の燃料供給の圧力を低圧に減圧する高圧レギュレータであって、
出口ポート１２に連通されるバランス溝２８を介して、スプール２５の下部に低圧を形成するボディー１０と、
前記スプール２５の低圧が維持されるように、ボディー１０上に収容され、ばね付勢式のシールに気密力強化のための補助部を有するシール部材３０とを含み、
前記シール部材３０は、胴部３１と、胴部３１の上方で、弾性部３５を収容するように、胴部３１の上方に延在する羽部３２とを備えた構造であり、
前記シール部材３０の前記補助部は、前記ボディー１０に接するように前記胴部３１の一側に挿入されているＯ−リング４２と、前記胴部３１の底面に収容される、重ねて設けられた２つのバックアップリング４４とを含んでおり、
前記シール部材３０の羽部３２に収容される弾性部３５は、Ｗ字状断面のばねを用いる、
ことを特徴とする水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造。 - 前記シール部材３０の補助部は、羽部３２の外周面に多段の段差４６を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造。
- 前記シール部材３０の補助部は、胴部３１の底面から側面に延在するフランジ４８を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の水素燃料電池車両用レギュレータのシーリング構造。
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