JP6568783B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁装置に関する。

燃料電池で発電した電力により走行する車両には、前記燃料電池に用いられる燃料（例えば、水素ガス）を高圧状態で収容する高圧タンクが搭載されている。この高圧タンクの口金には、通常、ガスが流れる通路と、この通路に配置される各種バルブとを一体化した弁装置が取り付けられている（特許文献１）。

特許文献１の弁装置は、燃料電池等のガス消費機器側において流路の開閉を図る開閉弁を有する第１流路と、タンク内へのガス充填時にガス供給源からのガスの流れのみを許容する逆止弁を有する第２流路と、第２流路と第１流路との接続部位から延出されてタンクの口金に連通する第３流路とを有する。

従来の弁装置の第１流路、第２流路及び第３流路の配置を、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。
図４、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、タンク１１０の口金１１２に取付け固定された弁装置１２０の基部１２２は、第１流路１３０、第２流路１５０、及び第３流路１７０を有する。

第１流路１３０は、外端にアウトポート１３２を備え、内端１３３が第２流路１５０の内端に接続されている。アウトポート１３２には、図示しないガス供給系配管が接続されていて、アウトポート１３２からのガスはガス供給系配管を介して燃料電池に供給される。第１流路１３０には、電磁弁からなる開閉弁１３６が設けられていて、開閉弁１３６により、第１流路１３０の開閉を図る。また、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、第１流路１３０は圧抜き弁１３８を備え、開閉弁１３６が故障時には、手動操作により、タンク１１０のガス抜きが可能である。第２流路１５０は、第１流路１３０の軸心と同軸となるように配置されているとともに外端にインポート１５２を備えている。

インポート１５２には、図示しないガス充填系配管が接続されている。また、第２流路１５０は、逆止弁１５４を有する。逆止弁１５４は、前記ガス充填系配管を介して図示しない水素ガスステーションから流入する水素ガスの充填方向への流れのみを許容する。第３流路１７０は、第１流路１３０と第２流路１５０との両内端の流路接続部位から延びて、タンク１１０の口金１１２内の空間と連通されている。また、基部１２２は、第２流路１５０、第３流路１７０に連通する連通路１８０を備えている。連通路１８０は、手動弁１８２と、溶栓弁１８４を備えている。手動弁１８２は、第２流路１５０と第１流路１３０との間を遮断して水素ガスのタンク１１０からの流出を防止し、溶栓弁１８４は所定温度以上で弁が開き、タンク内のガスの放出する。

特開２０１４−１５６８７２号公報

上記図示した従来の弁装置は、タンク１１０にガスを充填する場合、ガスの充填圧が高いことや、ガス流量が多いこと等の理由及び第２流路１５０と第１流路１３０とは同軸となるように配置されているため、充填ガスに水分等の異物が入ると、流路下流の開閉弁１３６に入り込む。例えば、水素ガスに水分が混入している場合には、開閉弁内に水分が浸入し、この水分が通過する水素ガスにより冷却されると、凍結により弁駆動の信頼度が低下する虞がある。また、水分以外の異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）した場合も同様である。

なお、特許文献１では、第２流路と第１流路とは同軸となるように配置されていて、かつ、第２流路と第１流路との間には、流路規制弁機構が設けられていて、水素ガスの充填時に第２流路の水素ガスを第３流路に誘導することにより、開閉弁内での水分の凍結を防止するようにしている。

しかし、特許文献１では、第２流路と第１流路の間に流路規制弁機構を設ける必要があり、コストアップとなる。
本発明の目的は、簡単な構成により、ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）するのを抑制できる弁装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明は、タンクの口金に装着される基部を有する弁装置であって、前記基部には、ガスの消費機器に至るガス配管に接続されるとともに、開閉弁を備える第１流路と、ガス供給源から供給されるガス配管及び前記第１流路に接続される第２流路と、前記第１流路と前記第２流路との接続部位に連通するとともに、前記口金に連通する第３流路を備えた弁装置において、前記第２流路と前記第３流路が相互に連結される両部位は同軸となっており、前記第２流路と前記第１流路との間には、前記ガス供給源からガスが供給される際に前記第２流路から前記第３流路へのガスの流れよりも、前記第２流路から前記第１流路へのガスの流れを阻害する阻害手段を有するものである。

上記構成により、タンクにガスを充填する際、第２流路からのガスは、第２流路と前記第３流路が相互に連結される両部位が同軸となっていることにより、第３流路を介してタンクに充填される。一方、第２流路と前記第１流路との間には、前記ガス供給源からガスが供給される際に前記第２流路から前記第３流路へのガスの流れよりも、前記第２流路から前記第１流路へのガス流れを阻害する阻害手段を有することにより、第２流路から第１流路へはガスの流れは、第３流路への流れに比して抑制される。

また、前記阻害手段は、前記第２流路と前記第１流路とが、相互に交差して連結された接続部位としてもよい。
上記構成により、第２流路と前記第１流路との接続は両者の軸心が相互に交差していることから、第２流路から第１流路へはガスの流れは、第３流路への流れに比して抑制される。

また、前記弁装置では、前記第２流路と前記第３流路は、それぞれ流路全体が同軸となっていてもよい。
第２流路と前記第３流路の全体が同軸に連結されていることにより、ガスの充填時の第２流路からのガスは、第２流路から第１流路へのガス流よりも流れが阻害されることなく第３流路を介してタンクに充填される。

また、前記弁装置では、前記第３流路は、前記口金に連通する通路と、前記第２流路の接続端部と同軸であって、前記口金に連通する通路と交差する連結路を有していてもよい。

上記構成により、ガスの充填時の第２流路からのガスは、第２流路から第１流路へのガス流よりも流れが阻害されることなく第３流路の連結路及び口金に連通する通路を介してタンクに充填される。

本発明によれば、簡単な構成により、ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）するのを抑制できる効果を奏する。

本発明の第１実施形態の弁装置の概略斜視図。 （ａ）は弁装置の図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は弁装置の図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 第２実施形態の弁装置の断面図。 従来の弁装置の概略斜視図。 （ａ）は従来の弁装置の図５（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は弁装置の図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。

以下、本発明の弁装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の弁装置は、水素ガスの消費機器としての燃料電池で発電した電力により走行する車両に搭載されたタンク（高圧タンク）に装着される。

図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、弁装置２０の基部２２は、タンク１０の口金１２に取付け固定されており、第１流路３０、第２流路５０、及び第３流路７０を有する。第１流路３０は、外端にアウトポート３２を備え、内端３３は第２流路５０の内端に接続されている。アウトポート３２には、図示しないガス供給系配管が接続されていて、アウトポート３２からの水素ガスは、ガス配管としてのガス供給系配管を介して燃料電池に供給される。

第１流路３０には、電磁弁からなる開閉弁３６が設けられていて、開閉弁３６により、第１流路３０の開閉を図る。また、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第１流路３０は圧抜き弁３８を備え、開閉弁３６が故障時には、手動操作により、タンク１０のガス抜きが可能となっている。

図１、図２（ｂ）に示すように第２流路５０は、全体が直線状に延出されているとともに、第１流路３０の内端３３の軸心とは直交するように配置されている。また、第２流路５０の外端にインポート５２を備えており、該インポート５２には、図示しないガス充填系配管が接続されている。

また、第２流路５０は、逆止弁５４を有する。逆止弁５４は、前記ガス充填系配管を介して図示しないガス供給源としての水素ガスステーションから流入する水素ガスの充填方向への流れのみを許容する。

第３流路７０は、第２流路５０の第１流路３０との接続部位において、第２流路５０と同軸となるように連結されている。すなわち、前記接続部位を境に、インポート５２側が第２流路５０、口金１２側が第３流路７０となっている。

本実施形態では、第３流路７０の流路全体が、第２流路５０の流路全体と同軸となるように配置され、タンク１０の口金１２内の空間と連通されている。一方、前記第２流路５０と第１流路３０の内端とは相互に交差して連結されている。交差角は、本実施形態で直角としているが、交差角は限定するものではなく、斜状に交差していてもよい。本実施形態では、第２流路５０と第１流路３０とが相互に交差して連結された接続部位として、阻害手段を構成している。

また、図２（ａ）に示すように、基部２２は、第１流路３０の内端３３に連通する連通路８０を備えている。図１、図２（ａ）に示すように、連通路８０には、手動弁８２と、溶栓弁８４を備えている。

手動弁８２は、非メンテンナンス時には、手動により開弁された状態を維持し、メンテナンス時においては手動により閉弁されて、第１流路３０を遮断して水素ガスのタンク１０からの流出を防止する。溶栓弁８４は、所定温度以上で弁が開き、タンク１０内のガスの放出が可能となっている。

（実施形態の作用）
上記のように構成された弁装置２０の作用を説明する。
タンク１０に水素ガスを充填する場合、手動弁８２を開弁し、かつ、開閉弁３６を閉弁して第１流路３０を遮断しておく。この状態で、インポート５２から水素ガスをタンク１０内に充填する。第３流路７０が第２流路５０と同軸に配置されているため、インポート５２及び逆止弁５４を介して流れる水素ガスは、第２流路５０及び第３流路７０を、第１流路３０に比して円滑に流れてタンク１０に流入する。すなわち、水素ガスに含まれている水分等の異物が含まれていても、水分等の異物はタンク１０内に水素ガスとともに導かれる。一方、第１流路３０は、その内端が、第２流路５０に対して直交して配置されているため、第２流路５０を流れる水素ガスに含まれる水分等の異物は、開閉弁３６側に達しがたくできる。すなわち、開閉弁３６に浸入（或いは侵入）しにくくなる。この結果、本実施形態では、水素ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）するのを抑制できる。

なお、タンク１０から図示しない燃料電池への供給は、開閉弁３６を開弁することによって行われる。この場合、第２流路５０側では、逆止弁５４があるため、逆止弁５４からインポート５２側へ水素ガスが流れることはない。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態の弁装置２０では、基部２２には、燃料電池（消費機器）に至るガス供給系配管（ガス配管）に接続されるとともに、開閉弁３６を備える第１流路３０を備えている。また、基部２２は、水素ガスステーション（ガス供給源）から供給されるガス充填系配管（ガス配管）及び第１流路３０に接続される第２流路５０を有している。また、基部２２は、第１流路３０と第２流路５０との接続部位に連通するとともに、口金１２に連通する第３流路７０を備えている。そして、第２流路５０と第３流路７０が相互に連結される両部位は同軸となっている。第２流路５０と第１流路３０との間は、ガス供給源からガスが供給される際に第２流路５０から第３流路７０へのガスの流れよりも、第２流路５０から第１流路３０へのガスの流れを阻害する阻害手段として、第２流路５０と第１流路３０とを交差させて連結している。この結果、本実施形態によれば、簡単な構成により、ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入するのを抑制でき、弁装置の製品品質の向上を図ることができる。また、ガスステーション（本実施形態では、水素ガスステーション）に対するロバスト性が向上し、弁装置の信頼度を向上することができる。

（２）本実施形態の第２流路５０と第３流路７０は、それぞれ流路全体が同軸となっている。従って、第２流路５０、第３流路７０の一部同士が同軸となっている場合に比して、より簡単な構成により、ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）するのを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の弁装置２０を図３を参照して説明する。なお、前記実施形態の弁装置と同一または相当する構成については同一符号を付して、その説明を省略し、異なる構成について説明する。

前記実施形態では、第２流路５０の全体流路と第３流路７０の全体流路を同軸に配置したが、本実施形態では、下記のように異なっている。第２流路５０はインポート５２を備える通路５０ａと、第１流路３０の内端３３に接続される通路５０ｂとを有しており、通路５０ａと通路５０ｂとは直交するようにして連結されている。

また、第３流路７０は、第２流路５０の通路５０ｂと同軸に配置された連結路７０ａと、口金１２に連通する通路７０ｂとを有し、連結路７０ａと通路７０ｂとは直交するように交差して連結されている。図３では、通路７０ｂは、紙面に直交状態で配置されている。第２流路５０の通路５０ｂと第３流路７０の連結路７０ａは、第２流路と前記第３流路が相互に連結される両部位に相当する。

本実施形態においても、インポート５２から水素ガスをタンク１０内に充填する場合、第３流路７０の連結路７０ａが第２流路５０の通路５０ｂと同軸に配置されている。このため、インポート５２及び逆止弁５４を介して流れる水素ガスは、第２流路５０の通路５０ｂ及び第３流路７０の連結路７０ａを、内端３３が交差して通路５０ｂに連通している第１流路３０に比して円滑に流れてタンク１０に流入する。また、水素ガスに含まれている水分等の異物が含まれていても、水分等の異物をタンク１０内に水素ガスとともに導くことができる。

また、前記実施形態と同様に第１流路３０は、その内端が、第２流路５０に対して直交して配置されているため、第２流路５０を流れる水素ガスに含まれる水分等の異物は、開閉弁３６側に達しがたくでき、開閉弁３６に浸入（或いは侵入）しにくくなる。この結果、本実施形態でも、水素ガスに混入した異物が開閉弁内に浸入（或いは侵入）するのを抑制できる。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更してもよい。
・各実施形態において、阻害手段は、第２流路５０と第１流路３０とを交差している構成としたが、阻害手段は、上記構成に限定するものではなく、オリフィス等を設けてもよい。

・各実施形態において、基部２２の外形形状については説明をしていないが、基部２２の外形形状は限定するものではなく、前記各種弁の収納及び配置に応じて、或いは、各種の流路の配置に応じた適宜の形状でよい。

・各実施形態において、逆止弁５４、手動弁８２、圧抜き弁３８、溶栓弁８４のうち、少なくともいずれか１つの弁を省略してもよい。
・水素ガス以外の他のガスが充填され、充填したガスを消費機器に排出するタンクに装着する弁装置に具体化してもよい。

１０…タンク、１２…口金、２０…弁装置、２２…基部、
３０…第１流路、３２…アウトポート、３３…内端、
３６…開閉弁、３８…圧抜き弁、５０…第２流路、５０ａ、５０ｂ…通路、
５２…インポート、５４…逆止弁、
７０…第３流路、７０ａ…連結路、７０ｂ…通路、
８０…連通路、８２…手動弁、８４…溶栓弁。

Claims (2)

1. タンクの口金に装着される基部を有する弁装置であって、前記基部には、ガスの消費機器に至るガス配管に接続されるとともに、開閉弁を備える第１流路と、
   ガス供給源から供給されるガス配管及び前記第１流路に接続される第２流路と、
   前記第１流路と前記第２流路との接続部位に連通するとともに、前記口金に連通する第３流路を備えた弁装置において、
   前記第２流路と前記第３流路が相互に連結される両部位は同軸となっており、
   前記第２流路と前記第１流路との間には、前記ガス供給源からガスが供給される際に前記第２流路から前記第３流路へのガスの流れよりも、前記第２流路から前記第１流路へのガスの流れを阻害する阻害手段を有し、
   前記阻害手段は、前記第２流路と前記第１流路とが、相互に交差して連結された接続部位であり、
   前記第２流路は、前記ガス供給源から供給されるガス配管に接続される通路と、前記第１流路に接続される通路とを有し、これら二つの通路が直交するようにして連結されており、
   前記ガス供給源から供給されるガス配管に接続される通路、前記第１流路に接続される通路及び前記第１流路がクランク状に連続するよう、前記ガス供給源から供給されるガス配管に接続される通路の延在方向を設定した弁装置。
2. 前記第３流路は、前記口金に連通する通路と、前記第２流路の接続端部と同軸であって、前記口金に連通する通路と交差する連結路を有する請求項１に記載の弁装置。

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