JP7213033B2

JP7213033B2 - 高圧用トラニオン型ボール弁及びこれを用いた水素ステーション

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Publication number: JP7213033B2
Application number: JP2018147538A
Authority: JP
Inventors: 耕治郎大谷地; 俊昭岩渕
Original assignee: Kitz SCT Corp
Current assignee: Kitz SCT Corp
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: JP2020023980A

Description

本発明は、ボール弁に関し、特に、水素等の高圧流体が流れる水素ステーションなどの設備に好適な高圧用トラニオン型ボール弁及びこれを用いた水素ステーションに関する。

例えば、燃料電池自動車用水素ステーション等の配管設備では、高圧流体の水素が使用され、この水素は約９８ＭＰａの高圧に達することもある。そのため、この種の高圧流体が流れる配管設備では、高圧流体の漏れを確実に防ぎつつ流路を開閉するために、高圧用トラニオン型バルブが用いられることが多い。

このような配管設備で用いられる高圧流体用のトラニオン型ボール弁として、例えば、図４に示す構造のボールバルブ１が一般に知られ、本出願人においても特許文献１の高圧用トラニオン型バルブを出願している。このようなボールバルブでは、図４において、弁座シール性を確保しつつボール弁体の回動により流路を開閉するために、シール用シートリテーナ部材３が複数の皿バネ４により強い力でボール弁体２に押圧シールされている。これに対して、低トルクでボール弁体２を回動させて操作性を向上しつつ、軸封性も確保して駆動操作側への高圧流体の外部漏れを防止することが要求されている。

そのため、図４のボールバルブでは、ステム部５に形成した凹状の平行二面溝６（又は凸状の平行二面突部）と、ボール弁体２に形成した凸状の平行二面突部７（又は凹状の平行二面溝）とが凹凸嵌合され、これらの嵌合を介してステム部５の回転がボール弁体２に伝達される。
そして、ステム部５の回転時のトルクを軽減するために、このステム部５におけるボール弁体２側による嵌合部位である拡径部８の上面に、図４のボール弁では２枚の円板状のスラストワッシャ９、一方、特許文献１では１つのスラストベアリングがそれぞれ軸受部材として装着され、これらによりスラスト荷重を抑えるようになっている。
さらに、ステム部５の軸封性を確保するために、ステム軸装方向において、軸受部材９よりも上側となる位置にステムシール用シール部材１０が装着されている。

これらのバルブを配管設備に設ける際には、高頻度で開閉動作をおこなって水素を供給・停止可能にするために、図４におけるアクチュエータ１１が搭載されていることが多い。アクチュエータ１１等の駆動によりバルブを安定して動作させるためには、弁体開閉時の動作トルクが安定していることが望ましく、そのためには軸受部材９を介して安定したステム部５の動作が必要になる。

特開２０１７－１１６１０５号公報

しかしながら、図４や特許文献１のボールバルブの場合、図４のステム部５の軸装方向において、ボール弁体２とシール部材１０との間にスラストワッシャ（軸受部材）９が装着されているため、この軸受部材９が流路１２側からキャビティ部１３に流れ込む水素の接触領域に位置し、この水素にさらされた状態になって水素による悪影響を受けやすくなる。これにより軸受部材９が劣化してその摺動抵抗が増加し、ステム部５回転時の動作トルクが増大するおそれがある。

これに対して、軸受部材の水素に対する耐性を向上させるために、水素に耐え得るステンレス等の材質により設けられた玉軸受を軸受部材として使用することが考えられる。しかし、この玉軸受は、一般に流通していないことから入手が困難であり、経済性も悪い。一方、軸受部材を一般に使用される玉軸受とし、この玉軸受にグリース等の潤滑剤を塗布して摺動性の低下を抑える場合があるが、この場合、軸受部材が水素に接する位置に配置されていることで、潤滑剤の不純物が水素に混入する可能性が生じる。

図４の場合、表面が耐水素性を有するフッ素樹脂でコーティングされた無潤滑のスラストワッシャ９が用いられ、このスラストワッシャ９が２枚重ねされてスラストベアリングの機能が発揮されている。しかし、このように樹脂材料等でコーティングした軸受部材９を用いた場合、バルブの動作回数の増加に伴ってコーティング部の摩耗が激しくなり、その結果、ステム部５との摺動抵抗が徐々に増大して十分なトルク軽減機能を発揮できなくなる場合がある。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、特に高圧流体に適しており、弁体操作時のスラスト荷重を抑えた状態でバルブを開閉して高圧流体を流すことができ、バルブの回転動作回数が増加した場合にも、低トルク性を維持して操作性を確保した高圧用トラニオン型ボール弁並びに水素ステーション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に係る発明は、両側にシートリテーナが接続された状態でボデー内に回転自在に設けられたボールと、このボールに接続されて回転力を伝達するステムとを有するトラニオン型ボール弁であって、ステムの外周に設けた環状鍔部の上面にスラストベアリングを載置し、かつ、環状鍔部の下面に隙間を形成した状態で、ステムの収容部を閉じるグランドでスラストベアリングがボデー内に固定され、環状鍔部がスラスト方向においてスラストベアリングに接触した状態でステムの回転が伝達されると共に、スラストベアリングの上流側にステムの軸回りに流体漏れ防止用の軸封部が装着されて高圧流体を封止し、スラストベアリングをボデー内に流れる水素を含有する高圧流体に接触しない非接触領域に配置した高圧用トラニオン型ボール弁である。

請求項２に係る発明は、スラストベアリングは玉軸受よりなり、この玉軸受が、ステム回りに設けられた流体漏れ封止用の軸封部よりも上側に配置されている高圧用トラニオン型ボール弁である。

請求項３に係る発明は、高圧水素の供給ラインに高圧用トラニオン型ボール弁が用いられている水素ステーションである。

請求項１に係る発明によると、特に水素を含有する高圧流体に適しており、ステムにスラストベアリングを装着することでバルブ開閉時のスラスト荷重を抑えた状態で、バルブを開閉して高圧流体を流すことができる。この場合、流体漏れ防止用の軸封部により高圧流体を封止し、スラストベアリングを流体の非接触領域に配置していることにより、水素等の高圧流体のスラストベアリングへの接触を回避し、このスラストベアリングにコーティングを施すことなく、汎用の玉軸受をスラストベアリングとして利用できる。しかも、環状鍔部の下面に隙間を形成した状態で、この環状鍔部がスラスト方向においてスラストベアリングに接触した状態でステムの回転を伝達しているので、ステムを高効率で回転してステム回転時のトルクを低く抑えて操作性を向上でき、バルブの回転動作回数が増加した場合にもその摺動性を維持し、ステム回転時の低トルク性と軸封性とを確保して操作性を向上できる。グランドでスラストベアリングをボデー内に固定しているので、スラストベアリングの位置ずれを防止し、このスラストベアリングによるステム回転時のトルク軽減機能を発揮できる。

請求項２に係る発明によると、スラストベアリングを玉軸受とすることで汎用の玉軸受を用いることができ、この玉軸受にグリース等の潤滑剤を塗布して摺動性を高めてステム回転時のトルクを軽減し、ステムトルクの増加も回避した状態で安定した開閉動作を継続できる。玉軸受をステムの軸封部よりも上側に配置したことで、この軸封部によりステムの軸封性を確保して上側への流体漏れを阻止し、玉軸受への流体の接触を防ぐことにより流体への潤滑剤の混入を回避する。

請求項３に係る発明によると、特に高圧流体に適し、高圧下においても軸装部分の密封性を維持しながら、ステムへのスラスト荷重を抑えて低トルク性を実現し、略一定の安定した操作トルクにより開閉操作可能な高圧用トラニオンボール弁を備え、このボール弁により高圧流体の漏れを確実に防止しつつ、優れたトルク性により自動や手動で弁体を操作して所定量の水素を供給又は停止できる。

本発明の高圧用トラニオン型ボール弁の一実施形態を示した斜視図である。図１の高圧用トラニオン型ボール弁の拡大縦断面図である。水素ステーションを示したブロック図である。従来の高圧流体用のトラニオン型ボール弁を示した縦断面図である。

以下に、本発明における高圧用トラニオン型ボール弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の高圧用トラニオン型ボール弁の実施形態における斜視図、図２においては、図１の拡大縦断面図を示している。

図１、図２において、本発明におけるボール弁（以下、弁本体２０という）は、特に、水素を含有する高圧流体を流す場合に好適な高圧用トラニオン型ボール弁からなっている。弁本体２０は、ボデー２１、ボール２２、ステム２３、スラストベアリング２４、ジョイント２５、ホルダ２６、軸封部２７、グランド２８、キャップ部材２９、シートリテーナ３０、カバー３１を有し、ボール２２の両側にシートリテーナ３０がシール接続された状態でこのボール２２がボデー２１内に回転自在に設けられ、このボール２２にステム２３がジョイント２５を介して接続されて回転力を伝達するように設けられる。
本実施形態における高圧とは、例えば、２１ＭＰａ程度の高圧や、或は３５ＭＰａ以上の高圧であり、水素ステーションの配管設備用バルブとして用いる場合には、７０～１０５ＭＰａ、具体的には、９８ＭＰａ程度の高圧を想定している。

弁本体２０のボデー２１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成され、このボデー２１の内部には、ボール２２並びにステム２３が軸装される方向（図２における鉛直方向）に収容部４０が形成される。収容部４０における底部側は縮径状に設けられ、ボール２２と、このボール２２に形成された後述の上ステム２２ａ、下ステム２２ｂ付近が収容される小径収容部４１が設けられる。収容部４０の小径収容部４１よりも上方には、やや拡径した中径収容部４２が設けられ、さらにこの中径収容部４２の上方には、さらに拡径した大径収容部４３が設けられ、この大径収容部４３の内部には雌螺子４４が形成されている。
ボデー２１の両側には、収容部４０と直交する方向（図２における水平方向）に、ボデー内部に連通するめねじ部４５が形成される。

ボール２２は、ＳＵＳなどのステンレス鋼により形成され、このボール２２の上下位置には同一径の上ステム２２ａ、下ステム２２ｂがそれぞれ形成され、さらに上ステム２２ａの上部には、凸状の平行二面構造を有する二面突部５０が形成される。ボール２２内部には、流体流路である貫通穴５１が形成され、この貫通穴５１と直交する向きに上ステム２２ａ内部に連通孔５２が形成される。連通孔５２は、貫通穴５１から上ステム２２ａの上面に連通するように形成され、この連通孔５２を介して弁開時のキャビティＣａ内の圧力を貫通穴５１側に抜くことが可能になっている。
ボール２２は、上ステム２２ａ、下ステム２２ｂの外周にラジアル軸受５３、５３がそれぞれ装着された状態で小径収容部４１内に回転自在に収容され、この状態で二面突部５０を介してステム２３に接続されて回転操作されることでバルブが開閉可能に設けられている。

ボール２２に接続されるステム２３は、ＳＵＳなどのステンレス鋼により形成され、その中間付近の外周に拡径状の環状鍔部６０が形成される。鍔部６０は、後述するスラストベアリング２４の外径と略同径の外径に形成され、この鍔部６０の上面６１にスラストベアリング２４が載置状態で装着される。ステム２３の外径は、前述のボールの上ステム２２ａの外径と略同じに設けられる。

ステム２３の下部には、ボール２２の上ステム２２ａと同様に、凸状の平行二面構造を有する二面突部６２が形成され、この二面突部６２に対してジョイント２５が接続可能に設けられる。ステム２３の上部には、図示しないアクチュエータ或は手動ハンドルが接続される。

ジョイント２５は、中径収容部４２内に挿入可能な外径の略円筒状に設けられ、その中央部には、凹状の平行二面構造を有する上部の二面穴部６３、下部の二面穴部６４が連通して形成される。上部の二面穴部６３は、ステム２３の二面突部６２が嵌合可能な大きさに形成され、一方、下部の二面穴部６４は、ボール２２の二面突部５０が嵌合可能な大きさに形成される。

このジョイント２５は、中径収容部４２と小径収容部４１との間に形成される環状段部面６５を介して小径収容部４１への移動が規制された状態で装着され、上述したように下部の二面穴部６４に二面突部５０、上部の二面穴部６３に二面突部６２がそれぞれ挿し込まれる。これにより、ジョイント２５を介してボール２２とステム２３とが同軸に接続され、ボール２２の上部にステム２３が配置された状態でこれらが収容部４０に収容される。このとき、ジョイント２５の下面が環状段部面６５、上面が後述のホルダ２６側にそれぞれ接触しないように、これらの間にそれぞれ隙間Ｇ１、Ｇ２が設けられ、さらに、ジョイント２５外周面と中径収容部４２内周との接触を防ぐために、これらの間に隙間Ｇ３が設けられている。

上記ジョイント２５を設けることにより、アクチュエータ或は手動ハンドルによりステム２３を軸線回りに回転させたときに、このステム２３の回転がジョイント２５からボール２２に伝達され、ボール２２がステム２３と一体に回転するようになっている。

スラストベアリング２４は玉軸受よりなり、この玉軸受２４を介してボール２２側からのスラスト荷重が鍔部６０に伝わってステム２３操作時の回転トルクが低減される。この場合、ステム２３は、鍔部６０の上面６１側のみがスラスト方向において玉軸受２４に接触した状態で装着され、鍔部６０の下面とホルダ２６上面との間には隙間Ｇ４が設けられる。これにより、鍔部６０がホルダ２６に非接触の状態で玉軸受２４を介してステム２３側の回転が伝達される。

ジョイント２５の上方外周には、上部に拡径環状部７０を有する略円筒状のホルダ２６が配置され、このホルダ２６は、拡径環状部７０の底面側が大径収容部４３と中径収容部４２との間の環状段部面７１に載置されて位置決めされている。

ホルダ２６の内周面とステム２３外周面との間には、環状の保持リング７２を介してパッキン７５が装着される。
パッキン７５は、いわゆるＵリングシール（リップパッキン）からなり、ポリエチレン製のシール部位と、このシール部位に内装されるスプリングよりなる芯金とを有し、その内径がステム２３の外径よりもやや小さく、外径がホルダ２６の内径よりもやや大きくなるように設けられる。

パッキン７５は、汎用のＵリングシールを用いることができ、シール部位の外周がリップ部となって、このリップ部が流体圧により広がってステム２３とホルダ２３との間をシールするようになっている。このため、Ｏリングのように押圧力を加えてシール力を発揮するシール部材に比較してシール領域を小さくし、ステム２３回転時の摺動抵抗を抑えることが可能になっている。
上記のパッキン７５と保持リング７２とにより、ステム２３回りに流体漏れ防止用の軸封部２７が構成され、この軸封部２７により、ステム２３の軸回りで高圧流体が確実に封止される。

一方、ホルダ２６の下部外周面と中径収容部４２との間には、環状のシール部材７６と、このシール部材７６を保持する保持用リング７７とが装着され、これによりホルダ２６外周側において高圧流体が封止される。
軸封部２７を構成する各部品、及びシール部材７６や保持用リング７７は、例えば、耐水素性を有する樹脂材料により形成され、これらによりステム回り並びにホルダ回りよりも上部への高圧流体の流出を防ぎつつ、キャビティＣａ内に浸入した流体への不純物の混入を防いでいる。

前述したステム２３の鍔部６０は、上記の軸封部２７よりも上側に設けられ、これにより、鍔部６０に載置される玉軸受（スラストベアリング）２４も、軸封部２７よりも上側に配置されている。
このことから、玉軸受２４は、軸封部２７を介してボデー２１内を流れる水素を含有する流体に対して非接触領域Ｒに配置されている。

グランド２８は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により略筒状に形成され、その外周には大径収容部４３の雌螺子４４に螺合する雄螺子８０が形成される。グランド２８内部の上部側には縮径状の収納凹部８１が形成され、この収納凹部８１の下部側には、より拡径した環状の嵌合凹部８２が形成されている。

グランド２８は、雄螺子８０と雌螺子４４との螺合により、大径収容部４３内に形成された締付穴部２８ａを介して図示しない所定工具でねじ込まれて、収容部４０が閉じられた状態でボデー２１に固着される。このとき、収納凹部８１には、鍔部６０とこの鍔部６０に載置された状態の玉軸受２４が収納され、嵌合凹部８２にはホルダ２６の拡径環状部７０が嵌合状態で挿入される。

このようにしてグランド２８が玉軸受２４の上からボデー２１に装着されると、玉軸受２４並びにホルダ２６がそれぞれグランド２８上部に形成された縮径鍔部８３により押さえ付けられ、玉軸受２４がこの縮径鍔部８３と鍔部上面６１との間に位置決めされた状態でボデー２１内の軸装方向に固定される。

グランド２８とボデー２１との上面側には、枠状に形成されたカバー３１が設けられ、このカバー３１によりこれら上部が被覆される。カバー３１は、ネジ８４によりボデー２１に取付けられ、これによりグランド２８が所定箇所に位置決めされつつ、その抜け出しが防止される。

前述したボデー２１の両側には、キャップ部材２９が装着される。キャップ部材２９は、ＳＵＳなどのステンレス鋼により略円筒状に形成され、その中央にはシートリテーナ３０装着用の装着穴９０が形成される。キャップ部材２９の外周にはめねじ部４５に螺着可能なおねじ部９１が形成され、これらおねじ部９１とめねじ部４５との螺着を介して各キャップ部材２９、２９がボデー２１に固着される。この場合、キャップ部材２９の先端側とボデー２１の被挿入側との間には環状のガスケット９２が装着され、このガスケット９２によりボデー２１と各キャップ部材２９、２９との間がシールされて流体の漏れが防がれている。

キャップ部材２９の装着穴９０には、皿ばねよりなる複数のばね部材９３、ゴム製のＯリング９４、Ｏリング９４保持用として両側に設けられるスペーサリング９５を介して、シートリテーナ３０が装着される。キャップ部材２９のシートリテーナ３０装着側との他方側には接続部９６が設けられ、この接続部９６に図示しない外部の継手が接続可能になっている。キャップ部材２９は、接着や溶着等によりボデー２１に一体化されていてもよい。

シートリテーナ３０は、ベリリウム銅などの銅合金により形成され、ボール２２側に配置される拡径部１００と、この拡径部１００よりも縮径した筒状部１０１とを有している。拡径部１００のボール２２との対向側にはシール面１０２が設けられ、このシール面１０２には適宜のコーティング層が施され、ボール２２とのシール性が高められている。シートリテーナ３０は、筒状部１０１の外周に上記したばね部材９３、Ｏリング９４、スペーサリング９５が装着された状態で、キャップ部材２９が固着されたボデー２１内に取付けられ、Ｏリング９４により筒状部１０１の外周がシールされつつ、ばね部材９３によりボール２２方向に弾発されてシール接続される。

上述した弁本体２０の内部構造により、ステム２３を回転操作したときには、このステム２３の回転に伴ってジョイント２５を介してボール２２が一体に回転してバルブ開閉可能となる。このとき、グランド２８がボデー２１に螺着され、このグランド２８の嵌合凹部８２に拡径環状部７０を介してホルダ２６が固定されていることより、これらグランド２８とホルダ２６とが、ステム２３と共に回転することはない。

ステム２３の装着後には、前述したように、ジョイント２５下面と環状段部面６５との間に隙間Ｇ１、ジョイント２５上面とホルダ２６側との間に隙間Ｇ２、ジョイント２５外周面と中径収容部４２との間に隙間Ｇ３がそれぞれ設けられ、これに加えて、鍔部６０の下面とホルダ２６上面との間にも隙間Ｇ４が設けられる。

これらのことから、ステム２３及びジョイント２５の回転時において、これらがスラスト方向で接触している部分は、鍔部上面６１と玉軸受２４との接触面のみとなる。この場合、玉軸受２４は、上下面に接している部材を相対的に回転させる機能を有していることから、ステム２３が回転するときの回転力が、グランド２８に伝達されることが防止される。これにより、ステム２３及びこのステム２３と共に回転するジョイント２５は、それぞれの上下に位置する部品に対して、その対向面の摺動が防がれてスラスト荷重が最小限に抑えられる。

なお、上記実施形態において、非接触領域Ｒは必ずしも軸封部２７の上側に設けられることでなされている必要はなく、高圧流体の接触を回避する位置であれば、ボデー２１内の別の位置に設けることもできる。

ここで、図２に示した本実施形態における弁本体２０の供試品、図４の従来のボールバルブ１の比較品について、それぞれのステム部５、ステム２３を繰り返し開閉操作し、この開閉回数に対するステム回動トルクＴの変化を測定する実験を実施した。このステム開閉トルク実験の測定結果を表１に示す。

ステム開閉回数が２０００回程度になったときに、比較品に異音が発生した。これは、この段階で既に比較品の軸受部材９に摩耗が発生していたためと考えられる。さらに５０００回まで開閉を繰り返したときには、トルク上昇が激しくなったため、そこで比較品については試験を中止した。

一方、供試品については、ステム開閉回数が５０００回に達したときにも変化はみられなかったため、引き続きステム開閉を繰り返し、ステム開閉回数が４００００回に達するまで実施した。

表１の結果より、供試品と比較品とにおいて、ステム２３の開閉回数に対するステム開閉トルクＴの変化を比較すると、初期状態のステム開閉トルクＴについては、比較品が３．２Ｎ・ｍ、供試品が３．０Ｎ・ｍとなり、双方でほぼ同等となった。
しかし、比較品のステム開閉回数が５０００回に達すると、ステム開閉トルクＴが９．５Ｎ・ｍまで増加していることに対して、供試品では、ステム開閉回数が４００００回に達したときにも、ステム開閉トルクＴが初期状態と同じ３．０Ｎ・ｍに抑えられた。
これらの結果より、供試品は、比較品に比べてステムを繰り返し開閉操作した場合でも、玉軸受（スラストベアリング）２４の劣化を抑えることができ、この玉軸受２４による摺動性を長期に渡って維持して低トルク性を維持できることが確認された。

次に、本発明における高圧用トラニオン型ボール弁の上記実施形態における作用を説明する。
本発明の弁本体２０は、ボール２２に接続されるステム２３に回転トルクを低減するスラストベアリング２４を装着し、このスラストベアリング２４をボデー２１内を流れる水素を含有する高圧流体に対して非接触領域Ｒに配置しているので、スラストベアリング２４がキャビティＣａ内の水素にさらされることがない。そのため、軸受として、水素に対する耐性を有する特殊な材質のスラストベアリング、或は耐水素性の樹脂などでコーティングされたスラストベアリングを使用することなく、汎用の玉軸受をスラストベアリング２４として利用してステム２３操作時の摺動性を発揮できる。

この場合、玉軸受２４を軸封部２７よりも上側に配置していることにより、玉軸受２４にグリース等の潤滑剤を塗布することで、玉軸受２４の劣化を抑えて摺動性を維持し、ステム回転時のトルクを低く抑えて操作性を向上できる。

しかも、軸封部２７に、Ｕリングシールからなるパッキン７５を設けていることにより、このＵリングシール７５に水素の圧力が加わった際に、この高圧力で内外周側のシール部位がそれぞれ内径及び外径側に広がってステム２３及びホルダ２６をシールする。このため、ステム２３軸回りから上側への流体漏れを確実に防止し、玉軸受２４に塗布された潤滑剤の水素への混入を防いでいる。

ステム２３の環状鍔部６０のみをスラスト方向において玉軸受２４に接触させた状態で、この玉軸受２４を介してステム２３の回転を伝達しているので、ステム２３のスラスト荷重が他の部品に働くことを阻止できる。このため、玉軸受２４による高い摺動性を確保し、低トルク性を発揮した状態でステム２３からの回転をボール２２に伝達可能になる。

図３においては、本発明の高圧用トラニオン型ボール弁が用いられた水素ステーションの一例を示している。
水素ステーションは、例えば、蓄圧器１１０、圧縮機１１１、ディスペンサ１１２、プレクール熱交換器１１３、迅速継手１１４、充填ホース１１５、充填ノズル１１６、車載タンク１１７を有し、これらを用いて高圧水素の供給ライン１２２が構成される。この水素ステーションに対して、図２の弁本体２０を用いることが可能になっている。

この場合、弁本体２０は圧力損失が小さい特性を有していることから、特に、供給ライン１２２のうちの圧縮機１１１内部の非圧縮流体の供給ライン、蓄圧器１１０の二次側などに設けるようにするとよく、これらの供給ラインに弁本体２０を設けることで、全体の圧力損失を抑えることが可能となる。

弁本体２０を設ける場合、手動操作用の手動弁１２０、或は自動操作用の自動弁１２１として供給ライン１２２の適宜位置に配設され、これら手動弁１２０又は自動弁１２１を手動或は自動で開閉制御して水素を供給或は停止することが可能になる。

これにより、供給ライン１２２において、車載タンク１１７への水素供給量などに応じて所定のプログラムで弁本体２０を開閉し、適宜量の水素の供給或は停止の制御が可能になる。

例えば、供給ライン１２２における蓄圧器１１０、圧縮機１１１、ディスペンサ１１２付近の水素の供給や停止を制御する際には、蓄圧器１１０の内部が複数のタンクに分かれていることから、各タンクの切り替えが必要になる。この場合、蓄圧器１１０内の各タンク、圧縮機１１１、ディスペンサ１１２の流路の間に手動弁１２０、自動弁１２１を適宜配設する。

そして、これら手動弁１２０、自動弁１２１の開閉制御により、蓄圧器１１０内のタンクに圧縮機１１１から水素を所定圧力に達するまで充填し、所定圧力に達したタンクからディスペンサ１１２に供給するように適宜切替えるようにすればよい。

上記のように水素ステーションの供給ライン１２２に本発明の弁本体２０を設けることにより、この弁本体２０を繰り返し手動或は自動により操作し、供給ライン１２２の流路を開閉して高圧水素を供給・停止したとしても、弁本体２０内の玉軸受２４への高圧水素の接触を防いでスラストベアリングとしての機能を維持し、安定した低トルク性により優れた操作性を発揮して所定量の水素を正確に供給可能となる。この場合、軸封部２７により弁本体２０からの水素の外部漏れを確実に防止しているため安全に使用できる。

なお、図の水素ステーションは、本体側を自動車側よりも高圧にし、自動車接続側との差圧のみで水素充填をおこなう、いわゆる差圧充填式であるが、これ以外にも、蓄圧することなく圧縮機から自動車に直接水素を充填する、いわゆる直充填式の水素ステーションを設け、この水素ステーションに弁本体を用いることもできる（図示せず）。

本発明は、特に、燃料電池で使用される高圧流体の水素等が流れる水素ステーションなどの配管設備に好適であるが、高圧流体が流れる管路であれば優れたシール性とトルク性とを発揮でき、例えば、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）ステーションにおけるバルブや、或は、パイプライン用バルブなどの各種の高圧流体の流れる場所で使用される高圧用ボール弁としても適している。

２０弁本体
２１ボデー
２２ボール
２３ステム
２４玉軸受（スラストベアリング）
２７軸封部
２８グランド
３０シートリテーナ
４０収容部
６０環状鍔部
１２２供給ライン
Ｒ非接触領域

Claims

両側にシートリテーナが接続された状態でボデー内に回転自在に設けられたボールと、このボールに接続されて回転力を伝達するステムとを有するトラニオン型ボール弁であって、前記ステムの外周に設けた環状鍔部の上面にスラストベアリングを載置し、かつ、前記環状鍔部の下面に隙間を形成した状態で、前記ステムの収容部を閉じるグランドで前記スラストベアリングが前記ボデー内に固定され、前記環状鍔部がスラスト方向において前記スラストベアリングに接触した状態で前記ステムの回転が伝達されると共に、前記スラストベアリングの上流側に前記ステムの軸回りに流体漏れ防止用の軸封部が装着されて高圧流体を封止し、前記スラストベアリングを前記ボデー内に流れる水素を含有する高圧流体に接触しない非接触領域に配置したことを特徴とする高圧用トラニオン型ボール弁。
前記スラストベアリングは玉軸受よりなり、この玉軸受が、前記ステム回りに設けられた流体漏れ封止用の軸封部よりも上側に配置されている請求項１に記載の高圧用トラニオン型ボール弁。
高圧水素の供給ラインに請求項１又は２に記載の高圧用トラニオン型ボール弁が用いられていることを特徴とする水素ステーション。