(57)【要約】【課題】開弁時の流量が過大とならないように制限し、しかも開弁のための設定圧力が経時的に変化することを防止する。【解決手段】ハウジング本体(７)と蓋体(８)との間にダイアフラム(９)を保密状に挟持して、このダイアフラム(９)とハウジング本体(７)との間に弁室(10)を形成する。弁室(10)内に開口する出口路(12)の周囲に弁座(13)を形成し、弁室(10)内に弁体(14)を弁座(13)に対面させて挿入する。弁体(14)をダイアフラム(９)に固定し、ダイアフラム(９)を閉弁ばね(17)で弾圧して弁体(14)を弁座(13)側へ付勢する。弁座(13)を、弁体(14)の移動方向に対しほぼ直交する環状平面の環状支持部と、環状支持部よりも弁体(14)側へ突出した環状突部とで構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング本体(７)と蓋体(８)との間にダイアフラム(９)を保密状に挟持して、このダイアフラム(９)とハウジング本体(７)との間に弁室(10)を形成し、
上記のハウジング本体内(７)に上記の弁室(10)へ連通する入口路(11)と出口路(12)とを形成し、
上記の弁室(10)内に開口する出口路(12)の周囲に弁座(13)を形成するとともに、この弁室(10)内に弁体(14)を上記の弁座(13)に対面させて挿入し、
上記の弁体(14)を上記のダイアフラム(９)に固定し、このダイアフラム(９)を閉弁ばね(17)で弾圧することにより上記の弁体(14)を弁座(13)側へ付勢し、
上記の入口路(11)から弁室(10)内へ流入する流体の所定以上の圧力により、上記のダイアフラム(９)を閉弁ばね(17)の弾圧力に抗して偏位させることで、上記の弁体(14)を弁座(13)から離隔させる背圧弁において、
上記の弁座(13)が、上記の弁体(14)の移動方向に対しほぼ直交する環状平面からなる環状支持部(20)と、この環状支持部(20)よりも弁体(14)側へ突出した環状突部(21)とを備えることを特徴とする、背圧弁。
【請求項２】
上記の環状支持部(20)の半径方向の幅(W1)を、弁座(13)全体の半径方向の幅(Ｗ)の３０％以上とした、請求項１に記載の背圧弁。
【請求項３】
上記の環状支持部(20)に対する環状突部(21)表面の傾斜角度(α)を、４０〜８０度に設定した、請求項１または請求項２に記載の背圧弁。
【請求項４】
上記の流体が水素ガスである、請求項１から３のいずれか１項に記載の背圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が所定圧力よりも小さいと遮断し、所定圧力以上になると開弁して流体を流通させる背圧弁に関し、開弁時の流量が過大とならないように制限でき、しかも開弁のための設定圧力が経時的に変化することを防止した背圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に燃料電池の燃料水素ガスを液体水素の状態で貯蔵する場合、この液体水素貯蔵容器内には、周囲からの入熱により液体水素が蒸発して、いわゆるボイルオフガスが発生する。このため、この貯蔵容器内が過剰に高圧とならないように上記のボイルオフガスが外部へ排出され、例えば水素ガス吸蔵容器内の水素吸蔵合金に貯蔵される。このとき、上記の水素ガス吸蔵容器と上記の液体水素貯蔵容器とを連結するガス取出路には、上記の液体水素貯蔵容器の内圧が所定圧力になると開弁する、背圧弁が配置されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
従来のこの種の背圧弁としては、例えば図４(ａ)に示すように、ハウジング本体(51)と蓋体(52)との間にダイアフラム(53)を保密状に挟持して、このダイアフラム(53)とハウジング本体(51)との間に弁室(54)を形成したものがある。上記のハウジング本体(51)内には上記の弁室(54)に連通する入口路(55)と出口路(56)とが形成してある。この弁室(54)内に開口する出口路(56)の周囲に弁座(57)が形成してあり、この弁座(57)に対面させて弁体(58)が上記の弁室(54)内に挿入してある。この弁体(58)は上記のダイアフラム(53)に固定してあり、このダイアフラム(53)を閉弁ばね(59)で弾圧することにより、この弁体(58)を弁座(57)側へ付勢してある。またこのダイアフラム(53)は、入口路(55)から弁室(54)へ流入する流体が所定以上の圧力になると、閉弁ばね(59)の弾圧力に抗して偏位し、これにより上記の弁体(58)が弁座(57)から離隔するようにしてある。なお、上記の弁体(58)には、弁座(57)との密着性を良好にするため合成樹脂製などのシール部材(60)が付設してある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の弁座(57)は、通常、弁体(58)の移動方向に対しほぼ直交する環状平面で構成してあり、上記の背圧弁(50)が開弁すると、弁座(57)と弁体(58)との間に、弁体(58)の移動寸法の間隙が形成される。一方、この開弁初期に弁室(54)から流体が流出するまでは、出口路(56)内の圧力が低く、弁室(54)内との差圧が大きいことから、弁体(58)が弁座(57)から離隔する瞬間に、弁室(54)から出口路(56)へ流出する流量が過渡的に過大となり易い。特に水素ガスの場合は、弁座(57)と弁体(58)との間の狭い間隙を容易に流れるため、一層、その開弁初期の流量が過大となり易い。そしてこのように背圧弁からの水素ガス流量が過大になると、水素吸蔵合金の吸蔵速度を超えてしまい、ガス取出路の内圧が高まることになる。このため、例えばガス取出路に付設した圧力逃し弁が作動して、過剰の水素ガスが大気へ放出される問題があった。
【０００６】
また他の背圧弁には、例えば図４(ｂ)に示すように、弁座(57)を弁体(58)側へ突出させてその先端をシール部材(60)へ食い込ませたものや、例えば図４(ｃ)に示すように、弁座(57)を弁体(58)の移動方向に対し傾斜させたものがある。これらの場合は、いずれも弁体(58)の移動方向に対して傾斜した部位が弁座(57)に形成されることから、弁体(58)が弁座(57)から所定寸法離隔しても、この傾斜部位に形成される弁座(57)と弁体(58)との間の間隙が狭くなる。この結果、この間隙を流れる流体が制限されるので、開弁時の流量が過大となることが防止される。
【０００７】
しかしながら、弁座(57)の当接面を弁体(58)の移動方向に対し傾斜させてあると、上記のシール部材(60)は閉弁ばねの弾圧力で上記の弁座(57)へ押圧されているため、このシール部材(60)は弁座(57)が食い込むように変形し易い。そしてこのような変形を生じると、閉弁状態で弁座(57)に当接する弁体(58)や、この弁体(58)を固定したダイヤフラムの位置が偏位し、閉弁ばねの弾圧力が変化するので、開弁するための設定圧力が変化する問題を生じる。
【０００８】
本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、開弁時の流量が過大とならないように制限でき、しかも開弁のための設定圧力が経時的に変化することを防止した背圧弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するため、例えば本発明の実施の形態を示す図１から図３に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち本発明は背圧弁に関し、ハウジング本体(７)と蓋体(８)との間にダイアフラム(９)を保密状に挟持して、このダイアフラム(９)とハウジング本体(７)との間に弁室(10)を形成し、上記のハウジング本体内(７)に上記の弁室(10)へ連通する入口路(11)と出口路(12)とを形成し、上記の弁室(10)内に開口する出口路(12)の周囲に弁座(13)を形成するとともに、この弁室(10)内に弁体(14)を上記の弁座(13)に対面させて挿入し、上記の弁体(14)を上記のダイアフラム(９)に固定し、このダイアフラム(９)を閉弁ばね(17)で弾圧することにより上記の弁体(14)を弁座(13)側へ付勢し、上記の入口路(11)から弁室(10)内へ流入する流体の所定以上の圧力により、上記のダイアフラム(９)を閉弁ばね(17)の弾圧力に抗して偏位させることで、上記の弁体(14)を弁座(13)から離隔させる背圧弁において、上記の弁座(13)が、上記の弁体(14)の移動方向に対しほぼ直交する環状平面からなる環状支持部(20)と、この環状支持部(20)よりも弁体(14)側へ突出した環状突部(21)とを備えることを特徴とする。
【００１０】
入口路から弁室内へ流入する流体が設定圧力よりも低い状態にあっては、弁体は閉弁ばねの弾圧力によりダイアフラムを介して押圧され、弁座に当接した閉弁状態となる。このとき、弁体は合成樹脂製などのシール部材が上記の環状支持部に受け止められて弁座に確りと密着するが、この環状支持部は弁体の移動方向に対しほぼ直交する環状平面からなるので、上記のシール部材は弁座へ押圧されても経時的な変形、いわゆるヘタリ現象の発生が抑制される。
【００１１】
上記の入口路から弁室内へ流入する流体が設定圧力以上になると、上記のダイアフラムが閉弁ばねの弾圧力に抗して偏位し、このダイアフラムに固定した弁体が上記の弁座から離隔する。このとき、この弁座には上記の環状支持部よりも弁体側へ突出した環状突部を備えることから、この環状突部と弁体との間に環状支持部と弁体との間よりも狭い間隙が形成される。このため、開弁時に弁室から出口路へ流出する流体は、この狭い間隙が抵抗となって、流量が過大とならないように制限を受ける。
【００１２】
上記の環状支持部の半径方向の幅は、弁座が確りと受け止めるシール部材に経時的な変形が生じない程度の幅であればよく、特定の寸法範囲に限定されないが、この環状支持部は広幅であるほどシール部材に変形が生じ難いので、好ましくは弁座の半径方向の幅の３０％以上に形成され、より好ましくは弁座の半径方向の幅の５０％以上に形成される。
【００１３】
また上記の環状突部は、流体の流量が過大とならない程度の幅と高さがあればよく、特定の寸法範囲に限定されないが、上記の環状支持部に対するこの環状突部の表面の傾斜角度が大きいほど、開弁時におけるこの環状突部と弁体との間隙を狭くすることができる。このため、上記の傾斜角度は、流体の種類によっても異なるが、好ましくは、４０〜８０度に設定され、より好ましくは４５〜７５度に設定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
（１）上記の弁座は環状支持部よりも弁体側へ突出した環状突部を備えるので、この弁座から弁体が離隔した開弁状態にあっては、この環状突部と弁体との間に弁体の移動寸法よりも狭い間隙が形成される。この結果、開弁時に流体が弁室から出口路へ過大な流量で流出することを防止できる。
（２）  しかも、弁座が備える環状支持部は、弁体の移動方向に対しほぼ直交する環状平面からなるので、閉弁状態にこの環状支持部に確りと受け止めた弁体に経時的な変形が生じることを抑制でき、開弁のための設定圧力が上記の変形に起因して変化することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１から図３は本発明の実施形態を示し、図１は本発明の背圧弁を用いたボイルオフガスの回収システムの概略構成を示すフロー図、図２は背圧弁の断面図、図３は背圧弁の作動を示し、図３(ａ)は閉弁時の弁座近傍の拡大断面図、図３(ｂ)は開弁時の弁座近傍の拡大断面図である。
【００１６】
図１に示すように、このボイルオフガス回収システム(１)は液体水素貯蔵容器(２)と、その気相部(2a)に連結されたガス取出路(３)と、このガス取出路(３)に連結された水素ガス吸蔵容器(４)とを備え、このガス取出路(３)に背圧弁(５)と圧力逃し弁(６)とが付設してある。上記の水素ガス吸蔵容器(４)内には水素吸蔵合金が収容してあり、液体水素貯蔵容器(２)内で発生したボイルオフガスは、例えば０.６MPaなどの所定圧力以上になると、上記のガス取出路(３)を介して水素ガス吸蔵容器(４)に案内され、上記の水素吸蔵合金に吸蔵される。
【００１７】
図２に示すように、上記の背圧弁(５)はハウジング本体(７)と蓋体(８)との間にダイアフラム(９)を保密状に挟持してあり、このダイアフラム(９)とハウジング本体(７)との間に弁室(10)を形成してある。上記のハウジング本体内(７)には、上記の弁室(10)へ連通する入口路(11)と出口路(12)とが形成してあり、この弁室(10)内に開口する出口路(12)の周囲に弁座(13)が形成してある。上記の入口路(11)は、前記のガス取出路(３)を介して液体水素貯蔵容器(２)の気相部(2a)に連通され、上記の出口路(12)は前記の水素ガス吸蔵容器(４)に連通される。
【００１８】
上記の弁室(10)内には弁体(14)が上記の弁座(13)に対面させて挿入してあり、この弁体(14)を上記のダイアフラム(９)に固定してある。上記のダイアフラム(９)の上面にはばね受(15)が付設してあり、蓋体(８)内に配置したばね押え(16)との間に閉弁ばね(17)が配置してある。上記のダイアフラム(９)は、この閉弁ばね(17)の弾圧力で弁室(10)側へ付勢され、これにより上記の弁体(14)が弁座(13)側へ押圧されて、弁体(14)に付設した合成樹脂製のシール部材(18)が弁座(13)に密着し、弁室(10)と出口路(12)との連通が遮断される。なお、上記のばね押え(16)と蓋体(８)との間に調整ボルト(19)が付設してあり、この調整ボルト(19)を進退させることで、上記のダイアフラム(９)を押圧する閉弁ばね(17)の弾圧力が所定の値に調整される。
【００１９】
図３(ａ)と図３(ｂ)に示すように、上記の弁座(13)は、外周側の環状支持部(20)とこの環状支持部(20)よりも弁体(14)側へ突出した中心側の環状突部(21)とからなる。上記の環状支持部(20)は、上記の弁体(14)の移動方向に対しほぼ直交する環状平面からなり、その半径方向の幅(W1)は、弁座(13)全体の半径方向の幅(Ｗ)の半分よりも広く形成してある。また上記の環状突部(21)は、環状支持部(20)に対する表面の傾斜角度(α)が、中心側(a1)で約７０度、外周側(a2)で約４５度となるように形成してある。
【００２０】
一方、上記の弁体(14)に付設されたシール部材(18)には、弁座(13)との当接面に環状の凹溝(22)が形成してある。弁体(14)が前記の閉弁ばね(17)に付勢されて上記の弁座(13)に当接した状態では、このシール部材(18)が上記の環状支持部(20)に確りと受け止められるとともに、この凹溝(22)に上記の環状突部(21)が嵌合する。
【００２１】
次に、上記の背圧弁の作動について説明する。
前記の液体水素貯蔵容器(２)内でのボイルオフガスの発生が少なく、ガス取出路(３)へ流出する水素ガスが所定の設定圧力、例えば０.６MPaに達しない状態では、この水素ガスが上記の背圧弁(５)の入口路(11)から弁室(10)内に流入しても、上記のダイアフラム(９)は閉弁ばね(17)の弾圧力により、弁室(10)内のガス圧力に抗して弁座(13)側へ付勢され、上記の弁体(14)が弁座(13)に当接した図３(ａ)に示す閉弁状態となっている。この結果、上記の弁室(10)と出口路(12)との連通は遮断されており、弁室(10)内の水素ガスは、出口路(12)や背圧弁(５)よりも下流側のガス取出路(３)へ流出しない。
【００２２】
上記の液体水素貯蔵容器(２)内でボイルオフガスの発生量が増加し、この水素ガスが所定の設定圧力以上に高くなると、上記の入口路(11)から弁室(10)内へ流入する水素ガス圧力が上昇し、上記のダイアフラム(９)は上記の閉弁ばね(17)の弾圧力に抗して押し上げられる。この結果、上記の弁体(14)は、弁座(13)から離隔した図３(ｂ)に示す開弁状態となり、上記の弁室(10)内の水素ガスは、弁座(13)と弁体(14)との間を通過して出口路(12)へ流出する。
【００２３】
このとき、弁座(13)の環状突部(21)は、その先端側がシール部材(18)に形成された凹溝(22)内に入り込んでおり、この環状突部(21)と上記の凹溝(22)との間に、弁体(14)の移動寸法(Ｌ)よりも狭い間隙(Ｇ)が形成される。この間隙(Ｇ)は、上記の環状突部(21)表面の傾斜角度(α)が大きいほど狭く形成され、例えば傾斜角度(α)が７０度であると弁体(14)の移動寸法(Ｌ)の約３４％の寸法となる。この結果、弁室(10)と出口路(12)との差圧が大きい開弁初期においても、上記の弁室(10)内の水素ガスは流量が過大になることなく上記の狭い間隙(Ｇ)を経て出口路(12)へ緩やかに流出し、ガス取出路(３)の下流部を経て水素ガス吸蔵容器(４)へ案内され、水素吸蔵合金に吸蔵される。
【００２４】
上記の実施形態で説明した背圧弁は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、ハウジング本体や蓋体、ダイアフラム、閉弁ばね、弁体、弁座など、各部材の形状や構造、材質、配置等を、これらの実施形態等に限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものであり、また、取り扱う流体も特定の種類に限定されないことはいうまでもない。
【００２５】
例えば上記の各実施形態では、環状支持部を弁座の外周側に形成したので容易に広く形成でき、シール部材を広い面積で確りと受け止めることができるので好ましい。しかしながら本発明では、この環状支持部の外側に環状突部を形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の背圧弁は、開弁時の流量が過大とならないように制限でき、しかも開弁のための設定圧力が経時的に変化することを防止できるので、液体水素貯蔵容器からのボイルオフガスを水素吸蔵合金へ案内する配管に特に好適に用いられるが、他の流体を扱う配管の背圧弁としても好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す、背圧弁を用いたボイルオフガス回収システムの概略構成を示すフロー図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す、背圧弁の断面図である。
【図３】第１実施形態の背圧弁の作動を示し、図３(ａ)は閉弁時の弁座近傍の拡大断面図、図３(ｂ)は開弁時の弁座近傍の拡大断面図である。
【図４】従来技術を示し、図４(ａ)は背圧弁の要部の断面図、図４(ｂ)は他の例の背圧弁の弁座近傍の拡大断面図、図４(ｃ)はさらに他の例の背圧弁の弁座近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
５…背圧弁
７…ハウジング本体
８…蓋体
９…ダイアフラム
10…弁室
11…入口路
12…出口路
13…弁座
14…弁体
17…閉弁ばね
20…環状支持部
21…環状突部
Ｗ…弁座(13)全体の半径方向の幅
W1…環状支持部(20)の半径方向の幅
α…環状突部(21)表面の傾斜角度
【図１】
2008151156.tif 000003
【図２】
2008151156.tif 000004
【図３】
2008151156.tif 000005
【図４】
2008151156.tif 000006