JPWO2022030340A5 - - Google Patents

Description

この発明は、火災時等、周辺温度が高温となったとき、流体機器内圧力が上昇し過ぎることを防止するため、機器内の流体を安全に外部放出するための安全弁及び外部に放出する流体の方向を規制する排出方向規制部材に関する。

このような安全弁として、高温時に融解する可溶体を有し、可溶体の融解に伴って可動栓体が移動することで、流体機器内のガスを開放する安全弁が知られている（特許文献１～２参照）。

これらの安全弁は、特に、内部に流体が流れる流体機器の流路から分岐した排出用流路の開放端に取り付けられ、火災発生時等、周辺の温度が上昇した場合に流体機器内のガス等の流体を外部（大気）へ開放するものである。

特許文献１に記載の安全弁は、流体機器内の流体通路から分岐した流路の外部への開放端の開口に取り付けられ、通常時においては内部の流体が外部に漏れ出すことがないようにシールし、温度が上昇した場合に流体機器内のガスを開放することによって、流体機器内の圧力が上昇し過ぎることを防止するように構成されている。

この安全弁は、頂壁および周壁からなりその周壁の下端部が流体機器の開口縁部に固定される円筒状本体と、本体内に移動可能に配置されたフランジ付き円柱状の移動部材と、移動部材を上向きに付勢する圧縮コイルばね（弾性部材）と、本体の頂壁下面と移動部材の上面との間に介在させられた安全弁用可溶体（可溶合金）とを備えている。本体内は、排出通路にとって外部と連通されている。

そして、周壁の下端部は、移動部材の先端で流体機器内との連通が遮断されている。この状態から火災等の高温時に可溶体が溶解したとき、移動部材が圧縮コイルばねの付勢力で頂壁側に移動することで安全弁の本体内部と流体機器内とが連通し、流体機器内の流体が本体の排出通路を介して外部に開放される。

特許文献１に記載の安全弁では、可溶体（可溶合金）に対して、圧縮コイルバネによる押圧に加え、容器内の圧力が、容器内流体の排出ポートへの流れを阻止する移動部材を介して加わることとなる。これによって、所定温度状態でも、可溶体は徐々に変形し、可溶体の排出口に向かって固体状態のまま流れる現象（クリープ現象）が生じることがある。本現象が過度に進行すると火災発生等が発生していないにも拘わらず、容器内の流体が外部に噴出する場合があるという問題があった。本明細書でいう「クリープ」又は「クリープ現象」とは、可溶合金に持続的な押圧力が加わることで、時間経過とともに可溶合金と接する面の凹部に、変形（歪）が生じた可溶合金が流れ込む現象をいうものとする。

係る問題に対処するため、特許文献２に記載の安全弁では、可溶体を押圧する移動体に対し、容器内流体の排出ポートへの流れを阻止する部材（弁部材）を別体とし、両者の移動方向を直交する方向としている。このように構成することで、弁部材は移動部材に係止され、温度上昇に伴い可溶体が溶融し移動体が没入することで、移動部材に対する弁部材の係止が解除され、容器内の流体を排出口に導くことができる。

特開２０１２－１３２４７５号公報 特開２０１６－０５６８２２号公報

しかし、特許文献２に記載の安全弁では、安全弁全体のサイズが大きくなり、部品点数が多く、製作コストが嵩むという問題があった。また、この問題の他、このような安全弁を取り付ける容器が、水素自動車の流体機器（水素搬送用機器）の場合、安全弁が作動し、機器内の流体（水素）を外部に排出する場合、安全面からその排出方向を所定の方向に規制する必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路を閉鎖する部材が直接可溶合金を押圧する安全弁であっても、可溶合金のクリープを最小限に抑制することができる安全弁を提供することにある。また、別の目的は、安全弁が作動したとき、流体機器から噴出する流体の排出方向を適切な方向に規制することができる排出方向規制部を提供することにある。

上記第１の課題を解決するためになされた本発明に係る安全弁は、
内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた流体機器に取り付ける安全弁であって、
前記流体機器の排出用通路の開放端に取り付けられ、前記排出用通路と連通する流入路及び該流入路と外部とを連通する排出路を形成した本体と、
前記流入路と排出路の流体の流れを阻止する閉塞部材とを備え、
前記流入路は、前記閉塞部材の先端部に形成したシール部と当接し、流体の流れを阻止する当接部分及び該当接部分より大径の開放部分へと連なり、
該開放部分は、前記排出路と連通するとともに、前記閉塞部材のシール部を当接部分に向かって付勢する押圧キャップの取付部分を形成し、
前記閉塞部材と前記押圧キャップとの間には可溶合金を配備し、前記閉塞部材及び前記押圧キャップの少なくとも一方には溶融した可溶合金が溜まる溜り部を形成し、
該溜り部と前記可溶合金の間には、穿孔位置が重なることのない複数枚の多孔板を配設するようにしている。

この安全弁は、閉塞部材が流体機器内の流体圧力によって押圧され、溶融はしないものの、クリープした可溶合金は、可溶合金に接する１枚目の多孔板の小孔にのみ流れ込む。

また、上記第２の課題を解決するためになされた本発明に係る排出方向規制部材は、
内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた流体機器に取り付ける円筒状本体の安全弁から排出される流体の排出方向を規制する排出方向規制部材であって、
前記安全弁の円筒状本体に、前記排出用通路と連通する流入路及び該流入路と外部とを連通する排出路が形成され、該本体の排出路を覆う環状体からなり、
前記排出路と対応する内周面に周状の溝部を備えるとともに、該溝部と連通する環状体の中心軸に対して所定の角度をもって開口し外部と連通する規制排出口を形成するようにしている。

環状体からなる排出方向規制部材は、円筒状本体に対して回動し、また、内側の環状溝から環状体の中心軸に対して所望の角度をもって規制排出口を形成していることから、排出する流体は、任意の決められた方向に排出することが可能となる。

本発明の溶栓型の安全弁によれば、クリープした可溶合金は、可溶合金に当接する１枚目の多孔板の小孔より先に進むことがないので、流体機器内の流体圧によって生じる押圧によるクリープによって安全弁が誤作動するという不具合が発生することのない安全弁を提供することができる。

本第１の発明の実施の形態に係る安全弁を示し、（ａ）所定温度内の正体を示す正面断面図、（ｂ）は安全弁差動温度を越えた状態を示す正面断面図である。 同安全弁に使用する多孔板を示し、（ａ－１）１の多孔板の平面図、（ａ－２）は１の多孔板と重ね合わせたときに小孔の位置が一致しない多孔板の平面図、（ｂ－１）は２枚の多孔板を重ね合わせた状態を示す平面図（ｂ－２）は（ｂ－１）のＡ－Ａ断面図である。 同安全弁に使用する多孔板を示し、（ａ）は取り付け直後の一部切り欠きの正面図、（ｂ）は所定温度で一定時間が過ぎクリープ状態が生じた一部切り欠きの正面図である。 本第１の発明の別の実施の形態に係る安全弁を示し、（ａ）所定温度内の正体を示す正面断面図、（ｂ）は安全弁差動温度を越えた状態を示す正面断面図である。 同安全弁の溜り部を押圧キャップ側に形成した例を示し、（ａ）は所定温度内の正体を示す正面断面図、（ｂ）は同底面図である。 本第２発明の排出方向規制部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１乃至図３に、本第１の発明の安全弁の実施形態を示す。

［安全弁］
図１に示す安全弁１は、内部に流体用通路９０を有し、この流体用通路９０から分岐される排出用通路９１を備えた流体機器９に取り付ける安全弁である。この流体機器９は、特に限定するものではないが、例えば、燃料電池自動車の燃料水素を蓄えるタンク等が挙げられる。

そして、この安全弁１は、流体機器９の排出用通路９１の開放端に取り付けられ、排出用通路９１と連通する流入路２０及び流入路２０と外部とを連通する排出路２３を形成した本体２と、流入路２０から排出路２３への流体の流れを阻止する閉塞部材３とを備えている。流入路２０は、閉塞部材３の先端部３０に形成したシール部３１と当接し、流体機器９の排出用通路９１からの流体の流れを阻止する当接部分２１及び当接部分２１より大径の開放部分２２へと連なる。閉塞部材３の先端部３０に形成されるシール部３１は、本実施形態においては、Ｏリング３１ａとバックアップリング３１ｂで構成しているが、先端部３０を円錐台形状にし、流入路２０と当接部分２１との段差部を弁座として流体のシールをすることもできる。また、閉塞部材３はスプリング等の弾性部材３２によって流入路２０と当接部分２１とが連通する方向に付勢されている。

流入路２０に連なる開放部分２２は、排出路２３と連通されるとともに、閉塞部材３のシール部３１を当接部分２１に固定する押圧キャップ４の取付部分２５を形成する。排出路２３は、流入路２０、当接部分２１及び開放部分２２が円筒状の本体２の軸心と同心であるのに対し、本体２の軸心に対して略直交する方向に開口されている。

押圧キャップ４は周面に雄ねじ部４１を形成し天面に押圧キャップ４を回動するための治工具を係合する係合部４２が形成されている。本体２の取付部分２５は、押圧キャップに形成した雄ねじ部４１が螺合する雌ねじを刻設するようにしている。

閉塞部材３と押圧キャップ４との間には所定温度に達すると溶融する可溶合金６を配備される。閉塞部材３及び押圧キャップ４の少なくとも一方には溶融した可溶合金６が溜まる溜り部８を形成する。本実施形態では、溜り部８は閉塞部材３側に形成されている。そして、この溜り部８と可溶合金６の間には、穿孔位置が重なることのない二枚の多孔板５Ａ、５Ｂを配設するようにしている。

［多孔板］
多孔板５は、図２に示すように、薄板（例えば、０．１乃至０．５ｍｍの金属板）に多数の小孔５０を穿孔している。２枚の多孔板５Ａ、５Ｂの外径は同じで、小穴５０の穿孔位置が異なり、重ね合わせ、相対的に回転移動させても多孔板５Ａの小孔５０ａ、多孔板５Ｂの小孔５０ｂが重なることがないように構成されている。

本実施形態では、多孔板５Ａ、５Ｂの２枚を重ね合わせて使用する例を示すが、例えば、多孔板５Ａ、５Ｂ、５Ａの順に３枚の多孔板を利用しても構わない。

上記構成において、流体機器９に安全弁１を取り付け、流体機器９を作動すると、流体圧とスプリングの押圧力が閉塞部材３にかかり、閉塞部材３の後端側が多孔板５Ａ、５Ｂを介し可溶合金６を押圧する。

長時間、この状態が続くと可溶合金６は、溶融はしないものの、多孔板５Ａとの間でクリープが進行し、図３（ａ）の状態から多孔板５Ａの小孔５０ａに流れ込む（図３（ｂ）参照）。

しかし、クリープ現象によって、当接する多孔板５Ａの小孔５０ａに流れ込んだ可溶合金６は、２枚目の多孔板５Ｂの小孔５０ｂ以外の面と当接しており、クリープ現象による流れ込みは１枚目の多孔板５Ａの小孔５０ａ内に留まることとなる。

上記構成において、常時は、流体機器９の流体用通路９０と流体用通路９０から分岐される排出用通路９１内は流体機器９を流れる流体で満たされており、流体機器９に取り付けた安全弁１の閉塞部材３の先端部３０には流体の圧力がかかっている。この圧力によって可溶合金６は可溶合金６と当接する多孔板５Ａの小孔５０ａにクリープ現象によって流れ込むが、多孔板５Ｂの小孔５０ｂ以外の面に堰き止められる。そして、火災等が発生し、流体機器９の周辺温度が所定温度（可溶合金６の溶融温度）を越えると、可溶合金６が溶け始める。

溶融し始めた可溶合金６は、液状となり、多孔板５Ａの小孔５０ａ、多孔板５Ａと多孔板５Ｂの合わせ面の隙間、多孔板５Ｂの小孔５０ｂ、多孔板５Ｂと閉塞部材３の当接面の隙間（中央部分では直接溜り部８に流れ込む）を介して、溜り部８に流れ込む。

可溶合金６が、所定量だけ溜り部８に流れ込むことで、可溶合金６側に弾性部材３２によって付勢されている閉塞部材３が可溶合金６側に移動し、先端部３０に形成したシール部３１が本体２の当接部２１から外れる。これによって流体機器９内の流体は、安全弁１の流入路２０から排出路２３に向かって放出される（図１（ｂ）参照）。

＜実施形態２＞
図４乃至図５に、本第１の発明の安全弁の別の実施形態を示す。この実施形態は、図６に示す、本第２の発明の排出方向規制部材を安全弁の本体に取り付けて構成されている。

［安全弁］
図４に示す安全弁１は、実施形態１と同様、内部に流体用通路９０を有し、この流体用通路９０から分岐される排出用通路９１を備えた流体機器９に取り付ける安全弁である。この流体機器９の排出用通路９１の開放端に取り付けられ、排出用通路９１を外部（大気）と連通する流入路２０、排出路２３を形成した本体２と、両流路を遮断・連通する閉塞部材３とを備えている点は実施形態１と同様であり説明を省略する。

本実施形態の安全弁１は、安全弁１の円筒状の本体２の排出路２３を覆う環状体７０からなり、排出路２３と対応する内周面に周状の溝部７１を備えるとともに、この溝部７１と連通する環状体７０の中心軸Ｓ１に対して所定の角度θをもって開口し、外部と連通する規制排出口７２を形成した排出方向規制部材７を本体２に嵌入して構成されている。また、本実施形態では、溜り部８は実施形態１と同様、閉塞部材３側に形成されているが、図５に示すように、押圧キャップ４側に形成しても構わない。この場合、溜り部８の形状は、長孔（小判型）等、押圧キャップ４を本体２に締結するための治工具が係合可能な形状とする。また、本体２への締結後に、ベントフィルタ４３等の封止部材で溜り部８を封止する。

［排出方向規制部材］
排出方向規制部材７を図６に示す。この排出方向規制部材７は、筒状の環状体７０で、本体２の排出路２３が開口する部分の外径よりも若干大きい内径部分７０ａと、この内径部分７０ａのうち、本体２に取り付けたときに排出路２３と対応する位置に内径部分７０ａよりも大径となる溝部７１を形成する。

内径部分７０ａと本体２の外周面の間には環状の弾性部材、例えばＯリングを配備し、取り付けた排出方向規制部材７を容易に抜け落ちない程度に固定する。このように取り付けることで、排出方向規制部材７は、安全弁１に対して自由に回動することができ、安全弁１から排出する流体の周状の方向を自由に決定することができる。

また、溝部７１と連通する規制排出口７２は、環状体７０の中心軸Ｓ１に対して所定の角度θを設けるようにしているから、安全弁１から排出する流体の軸方向の方向の角度を自由に決定することができる。

上記構成において、例えば、安全弁１の取付箇所が水素用自動車の流体機器９（水素搬送用機器）の場合、安全弁１は流体機器９の底面に配設される。水素用自動車の場合、火災等の事故が発生した場合、内部の流体（水素）の排出は後方の下側に向かって排出するように要請される。係る要請に対応するため、本発明の安全弁１では排出方向規制部材７の規制排出口７２を下側（環状体７０の中心軸Ｓ１に対してθが３０～５０°程度となるように開口する。そして、安全弁１を流体機器９に取り付けた後、排出方向規制部材７を本体２に対して回動させ、規制排出口７２が後方を向くようにセットする。これによって火災等、周辺温度が高温となる事故が発生し、安全弁１が作動したとき、流体機器９内の流体（水素）は、後方下側に向かって噴出される。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態及び変形例は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明の安全弁は、火災の発生等周辺の温度が急激に上昇し、流体機器内の流体を外部に放出する必要があるシステムに好適に用いることができる他、排出方向規制部材を利用することで、火災等の発生時に噴出させる流体の排出方向を規制し、二次災害の発生を防止する必要がある環境機器に好適に用いることができる。

１ 安全弁
２ 本体
２０ 流入路
２１ 当接部分
２２ 開放部分
２３ 排出路
２５ 取付部分
３ 閉塞部材
３０ 先端部
３１ シール部
４ 押圧キャップ
５ 多孔板
５０ 小孔
６ 可溶合金
７ 排出方向規制部材
７０ 環状体
７１ 溝部
７２ 規制排出口
８ 溜り部
９ 流体機器
９０ 流体用通路
９１ 排出用通路

Claims (3)

1. 内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた流体機器に取り付ける安全弁であって、
   前記流体機器の排出用通路の開放端に取り付けられ、前記排出用通路と連通する流入路及び該流入路と外部とを連通する排出路を形成した本体と、
   前記流入路から排出路への流体の流れを阻止する閉塞部材とを備え、
   前記流入路は、前記閉塞部材の先端部に形成したシール部と当接し、流体の流れを阻止する当接部分及び該当接部分より大径の開放部分へと連なり、
   該開放部分は、前記排出路と連通するとともに、前記閉塞部材のシール部を当接部分に向かって付勢する押圧キャップの取付部分を形成し、
   前記閉塞部材と前記押圧キャップとの間には可溶合金を配備し、前記閉塞部材及び前記押圧キャップの少なくとも一方には溶融した可溶合金が溜まる溜り部を形成し、
   該溜り部と前記可溶合金の間には、穿孔位置が重なることのない複数枚の多孔板を配設した安全弁。
2. 内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた流体機器に取り付ける円筒状本体の安全弁から排出される流体の排出方向を規制する排出方向規制部材であって、
   前記安全弁の本体に、前記排出用通路と連通する流入路及び該流入路と外部とを連通する排出路が形成され、該本体の排出路を覆う環状体からなり、
   前記排出路と対応する内周面に周状の溝部を備えるとともに、該溝部と連通する環状体の中心軸に対して所定の角度をもって開口し外部と連通する規制排出口を形成した排出方向規制部材。
3. 請求項２に記載の排出方向規制部材を備えた、請求項１に記載の安全弁。