JP6567077B2 - 継手部材 - Google Patents

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Description

本発明は、濾過部材を備える継手部材に関する。より詳細には、中を通る流体に含まれる塵の一部を濾過部材を通過する前に捕捉するための集塵用部を備える継手部材に関する。
例えば、燃料電池車においては、燃料となる水素を供給する水素ステーション側のノズル(雌型継手部材)に連結されるレセプタクル(雄型継手部材)が車体の燃料供給部に取り付けられている。レセプタクルは、水素供給を行わないときにはその上流側開口をキャップにより蓋いで塵や埃などのごみが内部に侵入しないようにしている。しかし、水素ステーションのノズルを連結する際にはキャップは外され上流側開口と流体通路とは外気にさらされた状態となるため、塵等が流体通路の内部に進入することがある。また同様に、水素ステーションのノズルにも多少の塵等が付着することがある。さらには、水素ステーションから供給される水素自体にも塵等が含まれている虞がある。従って、水素ステーションから当該継手本体(レセプタクル)を介して供給される水素内には、このような塵が含まれる可能性がある。そのため、このようなレセプタクルには通常、濾過部材が設けられていて、車体内に供給される水素から塵を除去するようにしている(特許文献1)。
特開2014−202254号公報
上述のような濾過部材を備える継手部材においては、使用を繰り返すうちに次第に塵が濾過部材の濾過材に詰まっていくことになるため、ある程度使用した段階で濾過部材を交換する必要が生じる。しかしながら、濾過部材を交換するためには通常継手部材を取り外した上で分解して行う必要があるため手間がかかるし、また新たな濾過部材が必要になるためコストもかかる。そのため、濾過部材の目詰まりを抑制して交換サイクルをできるだけ長くすることが望まれる。
本発明はこのような点に鑑み、流体中に含まれる塵や埃などのごみを濾過部材に至る前に捕捉して濾過部材の濾過材にまで到達する塵等の量を減らすようにした継手部材を提供することを目的とする。
すなわち本発明は、
流体を受け入れる上流側開口、受け入れた流体を排出する下流側開口、および該上流側開口から該下流側開口にまで長手軸線の方向に延在する流体通路を有する継手本体と、
該流体通路内に設定されて該流体通路を上流側の濾過前通路部分と、下流側の濾過後通路部分とに仕切る濾過部材であって、該長手軸線の方向に沿って延在し濾過部を有する筒状部を備え、該筒状部によって該濾過前通路部分の下流側部分と該濾過後通路部分の上流側部分とを該筒状部の半径方向で仕切り、該濾過前通路部分の該下流側部分に達した流体が該筒状部の該濾過部を該半径方向で通過して該濾過後通路部分の該上流側部分に流れるようにする濾過部材と、を備え、
該流体通路が、該濾過前通路部分の該下流側部分に連通し、該下流側部分から該濾過部材の該濾過部よりも該下流側開口側に該長手軸線の方向で延びて閉塞した集塵用部を有する、継手部材を提供する。
当該継手部材においては、上流側開口から供給された流体が濾過前通路部分の下流側部分から濾過部を通って濾過後通路部分の上流側部分に至る際にその流れの向きが長手軸線の方向から半径方向に変わるようになっているが、流体中に含まれる塵は下流側部分を慣性により長手軸線の方向に直線状に移動しようとする。そのため、比較的に大きな質量を有する塵については大きな慣性が作用して、流れの向きを変えた流体から濾過部に向かう方向の力を受けつつも濾過部に至ることなく長手軸線の方向にそのまま移動し、下流側部分の先にある集塵用部にまで至ることになる。すなわち、流体中に含まれる塵のうちのいくらかは濾過部を長手軸線の方向に通り過ぎて集塵用部に捕捉されることになる。したがって、濾過部に至る塵の量が低減されて濾過部が目詰まりしにくくなるため、濾過部材の交換サイクルを長くすることが可能となる。
好ましくは、
該濾過部材が該筒状部の上流側端を閉塞する上流側閉塞部を有し、
該濾過前通路部分の該下流側部分が、該濾過部材の該筒状部の外周面と該流体通路の周壁面との間に位置する横断面環状の通路とされ、該濾過後通路部分の該上流側部分が該濾過部材の該筒状部の内側に位置するようにされており、
該集塵用部が該継手本体に形成された環状の凹部とされているようにすることができる。
さらに好ましくは、該集塵用部が、該濾過前通路部分の該下流側部分に連通し半径方向での幅が狭い環状の入口部と、該入口部に連続して設けられ該入口部よりも半径方向での幅が広い環状の貯塵部とを有するようにすることができる。
このように集塵用部が幅の狭い入口部とその先にある幅の広い貯塵部とを有することにより、一旦貯塵部にまで至った塵が逆流して入口部を通って集塵用部から出ることを抑制して、塵を集塵用部内に捕捉しておくことが可能となる。
好ましくは、
該継手本体が、該上流側開口および該上流側開口に連通する濾過部材収納空所を有する筒状の第1本体部材と、該濾過部材を支持して該第1本体部材の該濾過部材収納空所内に少なくとも部分的に配置され、該濾過部材を該濾過部材収納空所内に設定する第2本体部材と、を有し、
該集塵用部が、該第1本体部材の該濾過部材収納空所の周壁面と、該第2本体部材の外周面との間に形成されるようにすることができる。
または、
該濾過部材が、該筒状部の上流側端で開口して該上流側開口に連通する入口開口部と、該筒状部の下流側端を閉塞する下流側閉塞部とを有し、
該濾過前通路部分の該下流側部分が該濾過部材の該筒状部の内側に位置し、該濾過後通路部分の該上流側部分が該濾過部材の該筒状部の外側に位置するようにされ、
該集塵用部が、該筒状部の内側において該下流側部分に連通し、該濾過部よりも該下流側開口側の位置において該下流側閉塞部に形成されているようにすることもできる。
以下、本発明に係る継手部材の実施形態を添付図面に基づき説明する。
本発明の第1の実施形態に係る継手部材の断面図である。 図1の継手部材が水素ステーションのノズルに連結されて、水素ステーションから水素が供給されている状態を示す図である。 図1の継手部材の集塵用部の拡大図である。 本発明の第2の実施形態に係る継手部材の断面図である。
本発明の第1の実施形態に係る継手部材10は、図1に示すように、上流側開口12から下流側開口14にまで長手軸線Lの方向に延在する流体通路16を有する筒状の継手本体18と、流体通路16内に設定された濾過部材20とを備える。当該継手部材10は、燃料電池車に取り付けられて水素供給口として使用されるレセプタクル(雄型継手部材)であり、下流側開口14に形成された配管接続部22には車体内部に配置された水素タンクから延びる水素配管が接続される。また、図2に示すように、上流側開口12には水素ステーションにおける水素供給ホースの先端に設けられたノズル(雌型継手部材)1が嵌合されるようになっており、ノズル1のノズル先端部2が上流側開口12のノズル挿入口24に挿入されるとともにノズル1の施錠子3が継手本体18の外周面18aに形成された施錠子係合溝26に係合して、ノズル1と連結されるようになっている。
継手本体18は、上流側開口12、ノズル挿入口24、及び上流側開口12に連通している濾過部材収納空所28を有する筒状の第1本体部材31と、濾過部材20を支持して濾過部材収納空所28内に部分的に配置され濾過部材20を濾過部材収納空所28内に設定する第2本体部材32と、下流側開口14を有していて第1本体部材31に螺合されている第3本体部材33とからなる。第2本体部材32は、半径方向外側に突出した固定フランジ部34を有し、この固定フランジ部34が第1本体部材31の係止面36と第3本体部材33の係止面38との間に挟まれることにより第1及び第3本体部材31、33に対して固定されている。なお、ノズル挿入口24には、ノズル1のノズル先端部2の外周面と密封係合するように配置された複数のシールリング40が取り付けられている。
濾過部材20は、長手軸線Lの方向に沿って延在する筒状部20aと、筒状部20aの上流側端を閉塞する上流側閉塞部20bと、下流側端の出口開口部20cとを有する筒状の部材であり、その下流側端の雄ねじ部20dが第2本体部材32に螺合されることにより、第2本体部材32に着脱可能に取り付けられている。筒状部20aには、半径方向に延在する複数の濾過孔20eと、これら濾過孔20eを半径方向外側から覆う円筒状の濾過シート20fとからなる濾過部20gが設けられている。このような濾過部材20により、継手本体18の流体通路16は上流側の濾過前通路部分16aと、下流側の濾過後通路部分16bとに仕切られる。また、濾過前通路部分16aの下流側部分16cと濾過後通路部分16bの上流側部分16dとは半径方向で仕切られて、濾過前通路部分16aの下流側部分16cは、濾過部材20の筒状部20aの外周面20hと流体通路16の周壁面42との間に形成される横断面環状の通路となり、濾過後通路部分16bの上流側部分16dは、濾過部材20の筒状部20aの内側に位置する流路となる。このようにして濾過前通路部分16aの下流側部分16cと濾過後通路部分16bの上流側部分16dとは、筒状部20aの濾過部20gを介して半径方向で連通される。したがって、上流側開口12から受け入れられた流体は、濾過前通路部分16aの下流側部分16cを長手軸線Lの方向に流れ、下流側部分16cの途中で向きを半径方向内側に変えて濾過部20gを半径方向に通過し、濾過後通路部分16bの上流側部分16dに至り、長手軸線Lの方向に流れて下流側開口14にまで至るようになる。濾過部20gを通過する流体中に含まれる塵は、濾過部20gを通過する際に濾過シート20f内に捕捉されて取り除かれる。なお、当該実施形態においては、濾過シート20fは金属ワイヤをシート状に編み込んだ部材からなるが、多孔質材などの他の濾過材料により構成することもできる。
濾過前通路部分16aは、図3に示すように、下流側部分16cのさらに下流側の端部に設けられた集塵用部44を有する。集塵用部44は、第1本体部材31の濾過部材収納空所28の周壁面42と、第2本体部材32の外周面46との間に形成された環状の凹部とされている。集塵用部44は、濾過前通路部分16aの下流側部分16cに連通した半径方向での幅が狭い環状の入口部44aと、この入口部44aに連続して設けられ半径方向での幅が入口部44aよりも広い環状の貯塵部44bとを有する。この集塵用部44には、後述するように、流体内に含まれる塵が捕捉されるようになっている。当該継手部材10においては、第2本体部材32の外周面46に環状の溝47を形成することにより幅の広い貯塵部44bを形成するようにしているが、第1継手本体18の周壁面42に溝を形成するなどして貯塵部44bを形成するようにしてもよい。
継手本体18の第2本体部材32には、図1に示すように、さらに逆止弁48が設けられている。この逆止弁48は、長手軸線Lの方向に変位可能に保持され、スプリング50により上流側(図で見て左側)に付勢されて、その前端閉止面48aが第2本体部材32の弁座面52に押しつけられるようになっている。図1に示すように前端閉止面48aが弁座面52に押しつけられて流体通路16の中間開口54を閉じることにより流体通路16は閉止される。図2に示すように、当該継手部材10が水素ステーションのノズル1に連結されて水素が供給され、上流側に所定以上の大きさの圧力が加わると、逆止弁48はスプリング50の付勢力に抗して下流側(図で見て右側)に変位する。第2本体部材32には半径方向に開口した側方開口56が複数形成されており、逆止弁48の側方閉止部48bが側方開口56を越えて下流側にまで変位することで中間開口54と側方開口56とが連通した状態となり、流体通路16が上流側開口12と下流側開口14との間で連通して、上流側開口12から受け入れた流体が下流側開口14にまで流れるようになる。第2本体部材32には、さらに、下流側端部58に形成された背圧開口60を有しており、この背圧開口60を介して下流側開口14における圧力が逆止弁48の後端面48cに加わるようにされている。これにより、上流側開口12における圧力よりも下流側開口14における圧力の方が高い状態においては、逆止弁48にはスプリング50の付勢力に加えて、上流側開口12と下流側開口14との間の差圧により生じる押圧力も加わり、中間開口54が閉止された状態となり、下流側開口14から上流側開口12への逆流が阻止される。
当該継手部材10においては、上流側開口12から供給される流体中に塵が含まれている場合には、この塵は流体とともに濾過前通路部分16a内を移動し、長手軸線Lの方向に延在する環状の下流側部分16cに至る。ここで流体はその流れの方向を半径方向内側に変えて濾過部材20の濾過部20gを半径方向で通過して濾過後通路部分16bに至る。一方で、流体内に含まれている塵には慣性が作用して、その塵は下流側部分16cを長手軸線Lの方向で下流側開口14側(図で見て右側)に直線状に移動しようとする。比較的に大きな塵は、大きな慣性が作用して、流れの向きを変えた流体から濾過部20gに向かう方向の力を受けながらも、下流側部分16cを長手軸線Lの方向に通過して集塵用部44にまで到達し、集塵用部44に捕捉されることになる。集塵用部44は、上述のように幅の狭い入口部44aと幅の広い貯塵部44bとからなっており、一旦貯塵部44bにまで至った塵が幅の狭い入口部44aから再び下流側部分16cにまで戻りにくくなっている。
本発明の第2の実施形態に係る継手部材110においては、図4に示すように、第1本体部材131が内側部材171と外側部材172とからなっている。内側部材171は外側部材172の内側に同軸状に配置されており、外側部材172に対して螺合されて、上流側(図で見て左側)から着脱可能となっている。また濾過部材120は、筒状部120aの上流端側で開口して上流側開口112に連通する入口開口部120cと、筒状部120aの下流側端を閉塞する下流側閉塞部120bと、筒状部120aに形成された濾過孔120eを内側から覆うようにして配置された濾過シート120fとを有している。濾過部材120は、上流側端の雄ねじ部120dにより第1本体部材131の内側部材171に螺合されることにより、第1本体部材131に着脱可能に固定されている。この濾過部材120により、流体通路116は濾過前通路部分116aと濾過後通路部分116bとに仕切られ、濾過前通路部分116aの下流側部分116cは濾過部材120の筒状部120aの内側に位置し、濾過後通路部分116bの上流側部分116dは濾過部材120の筒状部120aの外側に位置する環状の流路となる。また、集塵用部144は、筒状部120aの内側において下流側部分116cに連通し、濾過部120gよりも下流側開口114の位置において下流側閉塞部120bに形成された凹部として形成されている。濾過部材120はさらに、筒状部120aから半径方向外側に突出するフランジ部120iを有している。このフランジ部120iは、外側部材172の周壁面142から半径方向内側に延びる受部174と長手軸線Lの方向で対向しており、濾過部材120が下流側開口114側に変位するのを抑制している。例えば当該継手部材110内を高圧水素が通過する場合には、濾過部材120には長手軸線Lの方向で下流側開口114に向かう方向への大きな力が作用するため、使用を繰り返すうちに雄ねじ部分120dにおける内側部材171との間の螺合が緩み下流側に移動する虞があるが、このフランジ部120iがあることにより、仮に螺合が緩んだとしてもフランジ部120iが外側部材172の受部174に当接するため、濾過部材120は下流側にそれ以上変位しない。なお、フランジ部120iには、受部174よりも半径方向内側の位置に長手軸線Lの方向で貫通する複数の貫通孔120jが設けられており、これら貫通孔120jを通って流体が流れる。
当該継手部材110においては、上流側開口112から供給された流体は、濾過前通路部分116aを長手軸線Lの方向に進み濾過部材120の内側に形成された濾過前通路部分116aの下流側部分116cに至り、その中で流れの向きを径方向外側に変えて濾過部材120の濾過部120gを通過して濾過後通路部分116bの上流側部分116dに至る。このとき、流体内に塵が含まれていると、塵は流体の流れに乗って濾過前通路部分116a内を長手軸線Lの方向に移動し、慣性によりそのまま長手軸線Lの方向に直線状に移動しようとする。比較的に大きな塵には大きな慣性が作用するため、下流側部分116cを長手軸線Lの方向に通過して集塵用部144にまで到達し、集塵用部144を構成する下流側閉塞部120bに衝突して捕捉されることになる。
当該継手部材110においては、内側部材171を外側部材172から取り外すことで濾過部材120も一緒に取り外すことができるようになっている。継手本体110の全体を車体等から取り外すことなく濾過部材120を取り外すことができるため、濾過部材120の清掃や交換が容易に行える。また、ノズル挿入口124に配置されたシールリング140は、ノズル1の着脱を繰り返すことで摩耗したり損傷したりして交換が必要になることがあるが、このシールリング140も内側部材171と共に取り外されるため、その交換が容易に行える。
上記実施形態における継手部材10、110においては、流体内に含まれる塵の一部が濾過部材20、120にではなく集塵用部44、144に捕捉されるようになるため、濾過部材20、120に捕捉される塵の量がその分だけ低減されるようになる。そのため、濾過部材20、120が塵によって目詰まりするまでの期間が長くなり濾過部材20、120の交換サイクルを従来のものに比べて長くすることが可能となる。
本実施形態に係る継手部材10、110は、上述のように燃料電池車の水素供給口に使用されるものであるが、水素ステーションからの水素は通常70MPaもの超高圧で供給されるため、当該継手部材10、100内を通過する水素の速度は音速程度にまで加速される。そうすると数マイクロメートル程度の小さな塵であっても慣性により集塵用部44、144にまで到達するようになり、より多くの塵が集塵用部44、144に集められることになる。当該継手部材10、110は、このように流体通路16、116内を通過する流体の流速が速い場合に特に有効である。
なお、上記実施形態においては、本発明に係る継手部材を、燃料電池車の水素供給用のレセプタクルとして説明をしてきたが、当該継手部材は他の用途のための継手部材として構成することも当然にできる。また、雄型継手部材ではなく雌型継手部材として構成することもできる。
ノズル1;ノズル先端部2:施錠子3;
継手部材10;上流側開口12;下流側開口14;流体通路16;濾過前通路部分16a;濾過後通路部分16b;下流側部分16c;上流側部分16d;継手本体18;外周面18a;濾過部材20;筒状部20a;上流側閉塞部20b;出口開口部20c;雄ねじ部20d;濾過孔20e;濾過シート20f;濾過部20g;外周面20h;配管接続部22;ノズル挿入口24;施錠子係合溝26;濾過部材収納空所28;第1本体部材31;第2本体部材32;第3本体部材33;固定フランジ部34;(第1本体部材31の)係止面36;(第3本体部材33の)係止面38;シールリング40;周壁面42;集塵用部44;入口部44a;貯塵部44b;外周面46;環状の溝47;逆止弁48;前端閉止面48a;側方閉止部48b;後端面48c;スプリング50;弁座面52;中間開口54;側方開口56;下流側端部58;背圧開口60;
継手部材110;上流側開口112;下流側開口114;流体通路116;濾過前通路部分116a;濾過後通路部分116b;下流側部分116c;上流側部分116d;濾過部材120;筒状部120a;下流側閉塞部120b;入口開口部120c;雄ねじ部120d;濾過孔120e;濾過シート120f;濾過部120g;フランジ部120i;貫通孔120j;ノズル挿入口124;第1本体部材131;シールリング140;周壁面142;集塵用部144;内側部材171;外側部材172;受部174;
長手軸線L;

Claims (3)

  1. 流体を受け入れる上流側開口、受け入れた流体を排出する下流側開口、および該上流側開口から該下流側開口にまで長手軸線の方向に延在する流体通路を有する継手本体と、
    該流体通路内に設定されて該流体通路を上流側の濾過前通路部分と、下流側の濾過後通路部分とに仕切る濾過部材であって、該長手軸線の方向に沿って延在し濾過部を有する筒状部を備え、該筒状部によって該濾過前通路部分の下流側部分と該濾過後通路部分の上流側部分とを該筒状部の半径方向で仕切り、該濾過前通路部分の該下流側部分に達した流体が該筒状部の該濾過部を該半径方向で通過して該濾過後通路部分の該上流側部分に流れるようにする濾過部材と、を備え、
    該流体通路が、該濾過前通路部分の該下流側部分に連通し、該下流側部分から該濾過部材の該濾過部よりも該下流側開口側に該長手軸線の方向で延びて閉塞した集塵用部を有
    該濾過部材が該筒状部の上流側端を閉塞する上流側閉塞部を有し、
    該濾過前通路部分の該下流側部分が、該濾過部材の該筒状部の外周面と該流体通路の周壁面との間に位置する横断面環状の通路とされ、該濾過後通路部分の該上流側部分が該濾過部材の該筒状部の内側に位置するようにされており、
    該集塵用部が、該濾過前通路部分の該下流側部分に連通し半径方向での幅が狭い環状の入口部と、該入口部に連続して設けられ該入口部よりも半径方向での幅が広い環状の貯塵部とを有する、継手部材。
  2. 該継手本体が、該上流側開口および該上流側開口に連通する濾過部材収納空所を有する筒状の第1本体部材と、該濾過部材を支持して該第1本体部材の該濾過部材収納空所内に少なくとも部分的に配置され、該濾過部材を該濾過部材収納空所内に設定する第2本体部材と、を有し、
    該集塵用部が、該第1本体部材の該濾過部材収納空所の周壁面と、該第2本体部材の外周面との間に形成されるようにされた、請求項に記載の継手部材。
  3. 流体を受け入れる上流側開口、受け入れた流体を排出する下流側開口、および該上流側開口から該下流側開口にまで長手軸線の方向に延在する流体通路を有する継手本体と、
    該流体通路内に設定されて該流体通路を上流側の濾過前通路部分と、下流側の濾過後通路部分とに仕切る濾過部材であって、該長手軸線の方向に沿って延在し濾過部を有する筒状部を備え、該筒状部によって該濾過前通路部分の下流側部分と該濾過後通路部分の上流側部分とを該筒状部の半径方向で仕切り、該濾過前通路部分の該下流側部分に達した流体が該筒状部の該濾過部を該半径方向で通過して該濾過後通路部分の該上流側部分に流れるようにする濾過部材と、を備え、
    該流体通路が、該濾過前通路部分の該下流側部分に連通し、該下流側部分から該濾過部材の該濾過部よりも該下流側開口側に該長手軸線の方向で延びて閉塞した集塵用部を有し、
    該濾過部材が該筒状部の上流側端を閉塞する上流側閉塞部を有し、
    該濾過前通路部分の該下流側部分が、該濾過部材の該筒状部の外周面と該流体通路の周壁面との間に位置する横断面環状の通路とされ、該濾過後通路部分の該上流側部分が該濾過部材の該筒状部の内側に位置するようにされており、
    該集塵用部が該継手本体に形成された環状の凹部とされており、
    該継手本体が、該上流側開口および該上流側開口に連通する濾過部材収納空所を有する筒状の第1本体部材と、該濾過部材を支持して該第1本体部材の該濾過部材収納空所内に少なくとも部分的に配置され、該濾過部材を該濾過部材収納空所内に設定する第2本体部材と、を有し、
    該集塵用部が、該第1本体部材の該濾過部材収納空所の周壁面と、該第2本体部材の外周面との間に形成されるようにされた、継手部材。
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