(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを放出するガス放出孔を備える弁座と、
前記ガス放出孔へのガスの流入を開閉する弁体と、
異常高温時に溶融する素材からなる可溶体と、
を備え、
非異常高温時には、前記可溶体が前記弁体の変位を規制することにより、前記ガス放出孔へのガスの流入が閉止され、
異常高温時には、前記可溶体が溶融することにより、前記弁体が変位し、前記ガス放出孔からガスが放出される可溶式安全弁であって、
前記弁座は、
前記弁体に向けて突出かつ前記弁体と接触し、非異常高温時には、前記弁座と前記弁体との間に配置した前記可溶体と共に、前記弁体の変位を規制する突起部を備える、
ことを特徴とする可溶式安全弁。
【請求項２】
前記可溶体を、
前記弁座と前記弁体の間の前記突起部の周囲における前記ガス放出孔を塞ぐ位置に配置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の可溶式安全弁。
【請求項３】
前記可溶体が溶融するときに、前記弁座と前記弁体の間に空隙部が形成され、
前記弁体が、
前記突起部を支点として、前記空隙部に向けて傾倒されて前記ガス放出孔からガスが放出される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可溶式安全弁。
【請求項４】
前記弁座は、
前記可溶体に対面する側の端部において前記ガスが流通可能なガス流通孔が形成され、
選択した前記ガス放出孔に前記ガス流通孔を連通させることによって、
前記ガスの放出方向を変更する放出孔選択部材を備える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可溶式安全弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可溶式安全弁の技術に関し、より詳しくは、所定の異常高温下で溶融する可溶体を備えた安全弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力容器内の温度が異常高温となった際に、容器内圧力が過度に上昇することを防止するための安全装置として、可溶式安全弁が知られている。
可溶式安全弁では、異常高温時に溶融する可溶体を備え、通常温度時においては可溶体により弁体の変位を規制し、異常高温時においては、可溶体を溶融させて弁体の規制を解除するとともに、弁体を変位させることによって、外部へと通じる流路を開放して、容器内圧力を低減させる構成としている。
このような構成の可溶式安全弁としては、例えば、以下に示す特許文献１に開示された安全弁用可溶栓を備えたものがある。
【０００３】
特許文献１に開示された従来の可溶式安全弁は、略円柱状である可溶体を備え、可溶体の軸心周りの部位（中心部）の強度を低くするとともに、中心部の周りの強度を高くする構成により、可溶体の溶解性を維持しつつ、可溶体の強度を高めるようにしている。
そして、特許文献１に係る可溶式安全弁では、可溶体の強度を高めることで、（異常高温時以外の）通常使用時における可溶体の破損を抑制し、可溶式安全弁の誤作動を防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３２４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された従来の可溶式安全弁では、圧力容器内の圧力が弁体を介して可溶体に作用しており、クリープ現象による可溶体の破損が依然として懸念される。このような構成で、更なる高温高圧化に対応し得る可溶式安全弁にするためには、可溶体の更なる強度の向上が必要になってくる。
しかしながら、一般的に可溶体自体の強度は低いため、従来の可溶式安全弁では、更なる高温高圧に対応することが困難であった。
【０００６】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、高温高圧下における誤作動防止を実現する可溶式安全弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、本発明の第一の態様は、ガスを放出するガス放出孔を備える弁座と、前記ガス放出孔へのガスの流入を開閉する弁体と、異常高温時に溶融する素材からなる可溶体と、を備え、非異常高温時には、前記可溶体が前記弁体の変位を規制することにより、ガス放出孔へのガスの流入が閉止され、異常高温時には、前記可溶体が溶融することにより、前記弁体が変位し、前記ガス放出孔からガスが放出される可溶式安全弁であって、前記弁座は、前記弁体に向けて突出する突起部を備えるものである。
【０００９】
本発明の第二の態様は、前記可溶体を、前記弁座と前記弁体の間の前記突起部の周囲における前記ガス放出孔を塞ぐ位置に配置するものである。
【００１０】
本発明の第三の態様は、前記可溶体が溶融するときに、前記弁座と前記弁体の間に空隙部が形成され、前記弁体が、前記突起部を支点として、前記空隙部に向けて傾倒されて前記ガス放出孔からガスが放出されるものである。
【００１１】
本発明の第四の態様は、前記弁座は、前記可溶体に対面する側の端部において前記ガスが流通可能なガス流通孔が形成され、選択した前記ガス放出孔に前記ガス流通孔を連通させることによって、前記ガスの放出方向を変更する放出孔選択部材を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第一の態様によれば、可溶体に作用する圧力を抑制することによって、高温高圧下における誤作動が防止できる。
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、簡易な構成としながら、可溶体に作用する圧力を抑制することができる。
【００１４】
本発明の第三の態様によれば、構成の簡易化を図りつつ、弁体を傾倒させることで、容易かつ確実に、ガス放出孔を開放することができる。
【００１５】
本発明の第四の態様によれば、簡易な構成としながら、ガスの放出方向を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁の全体構成を示す断面模式図。
【図２】可溶式安全弁の取付け対象たる圧力容器を示す模式図。
【図３】圧力容器の口金を示す部分模式図。
【図４】口金に対する可溶式安全弁の配置状況を示す断面模式図。
【図５】口金に配置される可溶式安全弁の構成を説明するための斜視模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁を構成する放出孔選択部材の他の実施形態を示す模式図、（ａ）突起部の先端を尖らせた形態、（ｂ）複数の突起部を形成した形態、（ｃ）突起部が板状である形態。
【図７】放出孔選択部材によるガス放出孔の選択方法を説明するための模式図、（ａ）放出孔選択部材におけるガス流通孔の形成状況を示す模式図、（ｂ）弁座本体におけるガス放出孔をガス流通孔に対して位置決めした状況を示す模式図。
【図８】本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁の作動状況を説明するための断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁の全体構成について、図１〜図５を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１は、例えば、燃料電池の水素ガスタンクの安全弁として用いられるものであり、弁座１０、弁体２０、可溶体３０等により構成される。
可溶式安全弁１は、図２に示すような圧力容器４０に付設して用いるものであり、圧力容器４０が意図せず加熱されたような場合に、内圧が過度に上昇することを防止するために、圧力容器４０の温度が異常な高温になったときに、圧力容器４０の内部と外部を連通させて、容器内部のガスを放出するために設けられる。
【００１８】
可溶式安全弁１は、図３に示すような圧力容器４０に設けられた口金４１に対して付設され、口金４１における開口部４２を封止するように配置される。例えば、図２に示す圧力容器４０であれば、２箇所の口金４１・４１を備えているため、２個の可溶式安全弁１・１を使用する。また、一方の口金４１をプラグ等で封止して、１箇所の口金４１のみに可溶式安全弁１を設ける構成としてもよい。
【００１９】
図３には、口金４１の一部分を拡大して示している。
口金４１には、ガスの流路となる開口部４２が形成されており、また、開口部４２の内周面においては、可溶式安全弁１を螺合させるための雌ネジ４３が形成されている。
口金４１におけるガスの放出方向は、図３に示す矢印Ｘの方向となっており、圧力容器４０の内部から外部に向けてガスが放出される。
【００２０】
図１に示す如く、弁座１０は、弁座本体１１、放出孔選択部材１２、ボルト１３、Ｏリング１４等によって構成される。
弁座本体１１には、ボルト孔１１ａが形成されており、また、放出孔選択部材１２には、雌ネジ１２ａが形成されている。
弁座１０は、弁座本体１１のボルト孔１１ａにボルト１３の雄ネジ部を挿通した状態で、ボルト１３の雄ネジ部を、放出孔選択部材１２の雌ネジ１２ａに螺合させることで、弁座本体１１と放出孔選択部材１２を締結し、一体化することによって構成される。
また、弁座１０では、弁座本体１１と放出孔選択部材１２にＯリング１４が介設され、弁座本体１１と放出孔選択部材１２の間からのガスの漏出を防止している。
【００２１】
また、弁座本体１１には、ガス放出孔１５が形成されており、放出孔選択部材１２には、ガス放出孔１５に向けてガスを流通させるための孔であるガス流通孔１６・１６・・・が形成されている。
ガス放出孔１５は、少なくとも一つのガス流通孔１６と連通しており、弁座１０の内部において、圧力容器４０の内部から外部まで至るガスの放出経路が形成されている。
【００２２】
放出孔選択部材１２は、弁座１０における可溶体３０に対面する側の端部を構成しており、弁座本体１１と接する側と反対側の面（即ち、弁座１０における可溶体３０に対面する側の端部）において、突起部１７が形成されている。
突起部１７は、弁体２０に向けて突出するように形成される。
非異常温度時において、突起部１７の先端は、弁体２０に当接させておくことが好ましい。これにより、非異常温度時において、突起部１７によって弁体２０を支持することができる。
さらに、放出孔選択部材１２の周側面には、弁座１０と口金４１を螺合させるために用いる雄ネジ１８を形成している。
弁体２０に対する突起部１７の形成位置は、弁体２０が変位可能であれば、どの様な位置であっても良い。例えば、弁体２０の重心位置に突起部１７が設計上配置されていたとしても、製造誤差や使用環境等により重心位置からのズレが生じることが考えられ、そのような場合には弁体２０を変位させることが可能である。より好ましくは、設計上、弁体２０の重心からずれた位置に突起部１７は配置される。
【００２３】
弁体２０は、開口部４２を閉止または開放するための弁としての役割を担う略円筒状の部材であり、円形である開口部４２の内径に比して小さい外径を有している。
そして、弁体２０の周側面には、Ｏリング２１とバックアップリング２２を嵌装するためのリング溝２０ａが形成されている。バックアップリング２２は、リング溝２０ａにおけるＯリング２１の変位を規制するための部材である。
弾性体からなるＯリング２１の外径は、開口部４２の内径に比して大きく構成され、弁体２０およびＯリング２１を開口部４２に圧入することによって、弁体２０の周囲と開口部４２の間のシール性を確保する構成としている。
【００２４】
弁体２０には、圧力容器４０内に充満するガスによって、弁体２０を開口部４２から外部に押し出す方向への応力が作用するが、このような応力には、可溶体３０および突起部１７（即ち、弁座１０）のうち少なくとも１つの支持によって、抗することができる。
【００２５】
可溶式安全弁１における弁座１０と弁体２０の間には、弁座１０と弁体２０の間に存在する空隙を埋めるようにして可溶体３０を配置している。
可溶体３０は、圧力容器４０における異常高温に該当する温度で溶融する性質を有する素材からなる部材である。可溶体３０を構成する素材としては、ビスマス／インジウム系合金やガリウム／インジウム系合金等を採用することができる。
可溶体３０は、貫通孔３０ａを備えており、該貫通孔３０ａに突起部１７を挿通させることで、突起部１７を取り囲むようにして配置され、弁座１０と弁体２０の間に存在する空隙を埋めるとともに、可溶体３０によって、放出孔選択部材１２に形成されたガス流通孔１６・１６・・・を塞いでいる。
このように、可溶体３０は、圧力容器４０の非異常高温時（例えば常温時）には、弁座１０と弁体２０の間に存在する空隙を埋めて、弁体２０の変位を規制するとともに、放出孔選択部材１２に形成されたガス流通孔１６・１６・・・を塞ぐように構成されている。
また、可溶体３０は、圧力容器４０の異常高温時には、溶融して、弁体２０の規制を解除するとともに、放出孔選択部材１２のガス流通孔１６・１６・・・を開放するように構成されている。
【００２６】
図４および図５に示す如く、可溶式安全弁１は、まず口金４１の開口部４２に対して、Ｏリング２１を嵌装した状態の弁体２０を挿入しておき、その後、弁座１０の雄ネジ１８を開口部４２に形成された雌ネジ４３に螺合させることで、弁座１０を固定する。
尚、開口部４２に弁座１０を固定するに際し、弁座１０の弁体２０側の開口部４２には可溶体３０を挿入しておき、弁座１０と弁体２０で挟むようにして、可溶体３０を固定する。
尚、可溶式安全弁１を開口部４２に取付けた状態において、可溶体３０は、弁座１０および弁体２０と接触するが、弁体２０に作用する応力が、主として弁座１０に作用するように、厚みを調整しておく。
可溶体３０の厚みについては限定されず、どのような厚みであってもよいが、好ましくは、可溶体３０の厚みと突起部１７の突設高さを等しくする。可溶体３０の厚みが突起部１７の高さより大きい場合、突起部１７の高さを超えた部分が破損されたとしても、突起部１７の高さより下の部分は、突起部１７が弁体２０に当接することにより破損が防止される。可溶体３０の厚みが突起部１７の高さ以下の場合、突起部１７が弁体２０に当接することにより可溶体３０の破損を防止できる。
【００２７】
このように可溶式安全弁１は、開口部４２において、ガスの放出方向Ｘにおける上流側に弁体２０を配置し、下流側に弁座１０を配置するとともに、弁座１０と弁体２０の間に可溶体３０を配置する構成としている。
【００２８】
そして、可溶式安全弁１は、圧力容器４０における内圧の上昇によって弁体２０に作用する圧力を、弁座１０で負担する構成としており、圧力容器４０の内圧が上昇した場合であっても、加圧によって可溶体３０が破損されることがなく、高温高圧下でも、可溶体３０の破損による誤作動が生じにくくなっている。
【００２９】
また、可溶式安全弁１では、可溶体３０に過度な圧力が作用しないため、強度よりも、温度特性を重視して、可溶体３０の素材を選択することができる。
即ち、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１によれば、従来からある素材で可溶体３０を構成しながら、従来に比してより高温高圧の条件に対応でき、かつ、誤作動も少なくすることができる。
【００３０】
尚、図１、図４、図５に示す可溶式安全弁１の実施形態においては、弁座１０（放出孔選択部材１２）において、先端部が半球状の態様である突起部１７を一つだけ備える構成を例示しているが、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１の態様をこれに限定するものではない。
【００３１】
ここで、可溶式安全弁１を構成する放出孔選択部材１２の他の実施形態について、図６を用いて説明をする。
図６（ａ）に示す如く、放出孔選択部材１２に形成する突起部１７は、先端を円錐状に尖らせた形態としてもよい。
【００３２】
また、図６（ｂ）に示す如く、放出孔選択部材１２には、複数の突起部１７・１７・１７を設けてもよい。
尚、ここでは、３個の突起部１７・１７・１７を備える形態の放出孔選択部材１２を例示したが、放出孔選択部材１２に形成する突起部１７の個数はこれに限定されない。
【００３３】
さらに、放出孔選択部材１２に形成する突起部１７は、図６（ａ）（ｂ）に示すような略円柱状の形態だけではなく、図６（ｃ）に示すように、略平板状の形態を有する突起部１７を採用してもよい。
尚、ここでは、平板状の突起部１７を備える形態の放出孔選択部材１２を例示したが、放出孔選択部材１２において形成する突起部１７の形状はこれに限定されず、種々の形状を採用し得る。
【００３４】
放出孔選択部材１２に形成する突起部１７は、弁体２０との当接位置が、弁体２０の中心（軸心上）からオフセットした位置となるように配置することが好ましい。
このような構成により、弁体２０の傾倒を容易にし、かつ、弁体２０の傾倒方向を制御することが可能になる。
【００３５】
ここで、放出孔選択部材１２によるガス放出孔１５の選択状況について、図７を用いて説明をする。
図７（ａ）に示す如く、本実施形態で示す放出孔選択部材１２には、４箇所のガス流通孔１６・１６・１６・１６が形成されている。
尚、ここでは、各ガス流通孔１６・１６・１６・１６をそれぞれ区別するために、ガス流通孔１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・１６ｄと表示して説明を行う。
【００３６】
弁座本体１１は、図７（ｂ）に示すように、ボルト孔１１ａ（ボルト１３）の軸心を中心として回転可能に構成されており、弁座本体１１を回転させることによって、ガス放出孔１５に連通させるガス流通孔１６を選択することができる。
図７（ｂ）に示す状態では、ガス流通孔１６ａを選択し、ガス放出孔１５をガス流通孔１６ａと連通させている。
また、その他のガス流通孔１６ｂ・１６ｃ・１６ｄは、弁座本体１１によって封止され、ガスが流通しない状況となっている。
【００３７】
可溶式安全弁１では、弁座本体１１の回転角度を変えて、どのガス流通孔１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・１６ｄとガス放出孔１５を連通させるかを選択することができ、選択したガス流通孔１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・１６ｄに応じて、ガスの放出方向を選択（変更）することができる。
【００３８】
尚、図１、図４、図５、図７においては、弁座本体１１に形成されるガス放出孔１５が１個であり、放出孔選択部材１２に形成されるガス流通孔１６が４個である場合を例示しているが、可溶式安全弁１を構成する弁座１０の構成をこれに限定するものではない。
即ち、可溶式安全弁１を構成する弁座１０では、弁座本体１１に形成されるガス放出孔１５の個数および放出孔選択部材１２に形成されるガス流通孔１６の個数は、適宜選択することができる。
また、ガス放出孔１５は、例えば、２本のガス放出孔１５・１５を弁座本体１１の内部で合流させて、ガスの放出方向を１箇所にまとめた態様であってもよい。
【００３９】
即ち、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１を構成する弁座１０は、可溶体３０に対面する側の端部においてガスが流通可能なガス流通孔１６が形成され、選択したガス放出孔１５にガス流通孔１６を連通させることによって、ガスの放出方向を変更する放出孔選択部材１２を備えるものである。
このような構成により、簡易な構成としながら、ガスの放出方向を容易に調整することができる。
【００４０】
尚、本実施形態で示した可溶式安全弁１では、放出孔選択部材１２を用いて弁座１０を構成しているが、放出孔選択部材１２を省略してもよい。
この場合は、弁座本体１１に複数のガス放出孔１５・１５・・・を形成するとともに、ガスを放出させたくないガス放出孔１５があれば、そのガス放出孔１５をかしめ等することによって外部から塞ぎ、ガスの放出方向を選択する構成としてもよい。
【００４１】
次に、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１の作動状況について、図８を用いて説明をする。
異常高温下に置かれた可溶式安全弁１は、図８に示す如く、可溶体３０が溶融して、弁座１０と弁体２０の間の可溶体３０が存在していた範囲で、空隙部Ｙが形成される。
弁体２０は、空隙部Ｙが形成されると、突起部１７の当接位置Ｍを支点として、傾倒するように変位することが可能になる。
弁体２０には、圧力が作用しているため、この圧力によって、弁体２０は傾倒され、Ｏリング２１によるシール性が失われる（Ｏリング２１が開口部４２から離間する）。このとき、当接位置Ｍを弁体２０の中心からオフセットさせておけば、弁体２０は、ガスの圧力によって自然に傾倒する。
【００４２】
そして、Ｏリング２１と開口部４２の間に隙間が生じ、かつ、可溶体３０で封止されていたガス流通孔１６が露出するようになると、該ガス流通孔１６とガス放出孔１５によって形成されるガスの放出経路が開放され、圧力容器４０の内部から、外部にガスが放出される。
圧力容器４０が異常高温になった場合には、可溶式安全弁１は確実に作動し、可溶式安全弁１によって、圧力容器４０内の圧力が過度に上昇することが防止される。
【００４３】
即ち、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１は、ガスを放出するガス放出孔１５を備える弁座１０と、ガス放出孔１５へのガスの流入を開閉する弁体２０と、異常高温時に溶融する素材からなる可溶体３０と、を備え、非異常高温時には、可溶体３０が弁体２０の変位を規制することにより、ガス放出孔１５へのガスの流入が閉止され、異常高温時には、可溶体３０が溶融することにより、弁体２０が変位し、ガス放出孔１５からガスが放出されるものであって、弁座１０は、弁体２０に向けて突出する突起部１７を備えるものである。
このような構成により、可溶体３０に作用する圧力を抑制することによって、高温高圧下における可溶式安全弁１の誤作動が防止できる。
【００４４】
また、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１は、可溶体３０を、弁座１０と弁体２０の間の突起部１７の周囲におけるガス放出孔１５を塞ぐ位置に配置するものである。
このような構成により、簡易な構成の可溶式安全弁１としながら、可溶体３０に作用する圧力を抑制することができる。
【００４５】
さらに、本発明の一実施形態に係る可溶式安全弁１は、可溶体３０が溶融するときに、弁座１０と弁体２０の間に空隙部Ｙが形成され、弁体２０が、突起部１７を支点として、空隙部Ｙに向けて傾倒されてガス放出孔１５からガスが放出される。
このような構成により、構成の簡易化を図りつつ、弁体２０を傾倒させることで、容易かつ確実に、ガス放出孔１５を開放することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    可溶式安全弁
１０  弁座
１１  弁座本体
１２  放出孔選択部材
１５  ガス放出孔
１６  ガス流通孔
１７  突起部
２０  弁体
２１  Ｏリング
３０  可溶体
４０  圧力容器
４２  開口部
【図１】
0006011566.tif 000002
【図２】
0006011566.tif 000003
【図３】
0006011566.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006011566.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006011566.tif 000009