(57)【要約】【課題】一次側と二次側との差圧が大きい場合でも作動することができるガス遮断弁を提供すること。【解決手段】二次側流路９が負圧になるガス遮断弁１において、一次側流路５と二次側流路９とを連通する弁孔６が形成され、弁孔６が二次側流路９と連通する開口部に設けられた第１弁座１７に第１弁体１６を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第１弁部と、第１弁体１６を二次側から一次側に向かって付勢し、第１弁体１６を駆動させる第１駆動部とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次側流路が負圧になるガス遮断弁において、
一次側流路と前記二次側流路とを連通する弁孔が形成され、前記弁孔が前記二次側流路と連通する開口部に設けられた第１弁座に第１弁体を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第１弁部と、
前記第１弁体を二次側から一次側に向かって付勢し、前記第１弁体を駆動させる第１駆動部とを有することを特徴とするガス遮断弁。
【請求項２】
請求項１に記載するガス遮断弁において、
前記弁孔が前記一次側流路と連通する開口部に設けられた第２弁座に第２弁体を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第２弁部と、
前記第２弁体を一次側から二次側に向かって付勢し、前記第２弁体を駆動させる第２駆動部とを有することを特徴とするガス遮断弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するガス遮断弁において、
前記二次側流路が圧力上昇手段に接続されることを特徴とするガス遮断弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス回路に配設されるガス遮断弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、都市ガスが流れるガス回路では、図４に示すガス遮断弁１０２が使用される。ガス遮断弁１０２は、安全性を確保するために、２個のバルブ１０２Ａ，１０２Ｂをバルブボディ１２０の一端面にネジ固定して二連式にしている。バルブ１０２Ａ，１０２Ｂは、コイル１２１に通電することにより固定コア１２２を励磁し、プランジャ１２３を吸引するものであり、プランジャ１２３をバネ１２４で一次側から二次側に付勢することにより、プランジャ１２３の先端に取り付けた弁体１２５を弁座１２６に当接させている。
【０００３】
従って、ガス遮断弁１０２は、バルブ１０２Ａ，１０２Ｂのコイル１２１に通電すれば、バルブ１０２Ａ，１０２Ｂのプランジャ１２３をバネ１２４の付勢力に抗して持ち上げて弁体１２５を弁座１２６から離間させ、バルブボディ１２０の一次側流路１２７から二次側流路１２８に都市ガスを供給することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、近年、経済成長に伴ってエネルギー使用量が急速に増加し、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料ガスに含まれる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させ、直接電気エネルギーを取り出すものであり、熱変換や機械的変換などを用いる火力発電などと比較してエネルギー変換効率が非常に高く、また、大気汚染物質（ＮＯｘ、ＳＯｘなど）の排出量を削減できるなどのメリットがあるからである。かかる燃料電池は、例えば、家庭用や小型ビル用のコージェネレーションシステムに用いられ、都市ガスなどを燃料ガスとして使用する。この点、都市ガスには、メタンを主成分とする天然ガスが多く用いられ、そのままでは使用することができない。そのため、燃料電池は、都市ガスを水素の豊富な水素ガスに改質する改質器を備える（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
改質器は、都市ガスと水を気化器で熱を加えて蒸発させ、さらに蒸発した都市ガスと水に熱を加えて改質を促進するものであり、都市ガスの供給量を制御するため、図５に示すようなガス回路を内蔵する。このガス回路では、都市ガスのガス供給源１０１をガス遮断弁１０２の一次側流路１２７に接続する一方、ガス遮断弁１０２の二次側流路１２８にコンプレッサやブロアなどの昇圧機１０３を接続している。よって、ガス遮断弁１０２を通過した都市ガスは、昇圧機１０３で昇圧された後、改質器に供給され、改質効率の向上を図られている。
【０００６】
【非特許文献１】
「ＨＡからＦＡ・ＯＡまで機能するコントロール機器」、シーケーディ株式会社、９５−９、ｐ．５４−５５
【非特許文献２】
池田宏之助編著、「燃料電池のすべて」、初版、株式会社日本実業出版社、２００１年８月２０日、１４−１５頁、１６２−１６３頁
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池に内蔵されるガス回路では、燃料電池を安全に作動させるために、昇圧機１０３を先に作動させた後、ガス遮断弁１０２を作動させるので、バルブ１０２Ｂが作動不良を起こすおそれがあった。
【０００８】
すなわち、ガス遮断弁１０２のバルブ１０２Ａ，１０２Ｂを閉弁した状態で昇圧機１０３を作動させると、バルブ１０２Ａでは、バルブ１０２Ｂが閉弁しているため、二次側が負圧にならないが、バルブ１０２Ｂでは、二次側が約−１０〜−３０ｋＰａまで負圧にされる。バルブ１０２Ｂは、一次側圧力が都市ガスの供給圧である約２ｋＰａであるため、一次側と二次側との差圧が約−１２〜−３２ｋＰａにも達する。そのため、バルブ１０２Ｂは、プランジャ１２３を持ち上げるために、数式１より求められる力が必要である。
【０００９】
（数式１）
Ｆ＝Ｓ×Ｐ１＋Ｓ×Ｐ２＋バネ力＋プランジャ自重
Ｆ：プランジャを持ち上げる力  Ｓ：弁孔面積  Ｐ１：一次側圧力  Ｐ２：二次側圧力
【００１０】
従って、バルブ１０２Ｂは、二次側流路１２８が−１０ｋＰａ〜−３０ｋＰａに負圧になる場合、二次側流路１２８が大気圧状態（０ｋＰａ）の場合と比較して約５〜１０倍の力がプランジャ１２３に作用する。これに対し、バルブ１０２Ｂは、一般に、二次側が大気圧状態の条件下で使用されることを前提とし、二次側流路１２８が負圧になる場合の対策を何ら講じていない。よって、単に従来のガス遮断弁１０２を燃料電池のガス回路に配設しただけでは、バルブ１０２Ｂは、コイル吸引力が不十分で適切に作動することができない。
【００１１】
この点、バルブ１０２Ｂの消費電力を上げたり、コイル１２１自身を大きくするなどして、コイル吸引力を増加させることも考えられるが、装置サイズが大きくなったり、ランニングコストがかかるなどの不具合を生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一次側と二次側との差圧が大きい場合でも作動することができるガス遮断弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガス遮断弁は、次のような構成を有している。
（１）二次側流路が負圧になるガス遮断弁において、一次側流路と二次側流路とを連通する弁孔が形成され、弁孔が二次側流路と連通する開口部に設けられた第１弁座に第１弁体を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第１弁部と、第１弁体を二次側から一次側に向かって付勢し、第１弁体を駆動させる第１駆動部とを有することを特徴とする。
【００１４】
（２）（１）に記載の発明において、弁孔が一次側流路と連通する開口部に設けられた第２弁座に第２弁体を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第２弁部と、第２弁体を一次側から二次側に向かって付勢し、第２弁体を駆動させる第２駆動部とを有することを特徴とする。
【００１５】
（３）（１）又は（２）に記載の発明において、二次側流路が圧力上昇手段に接続されることを特徴とする。
【００１６】
上記構成を有する発明では、例えば、ガス遮断弁の二次側流路に圧力上昇手段を接続する。そして、例えば、２ｋＰａの作用ガスが一次側流路に供給され、第１駆動部を駆動しない状態で圧力上昇手段を作動させる。第１駆動部は、第１弁体を第１弁座に当接させて流路を遮断するため、一次側流路と弁孔は負圧にならないが、二次側流路は負圧になる。その後、第１駆動部を駆動すると、弁孔の圧力が二次側流路の圧力より高圧であるため、第１弁体は、弁孔の圧力により第１駆動部の駆動方向と同じ方向に、すなわち、第１弁座から離間する方向に押圧される力を利用して、第１弁座から簡単に離間する。一方、第１駆動部を停止すると、第１弁体が付勢されて移動し、第１弁座に当接する。従って、本発明によれば、一次側と二次側との差圧が大きい場合でも、従来品と同様の駆動力で作動することができる。
【００１７】
また、弁孔の一次側には、第２弁部と第２駆動部が設けられている。圧力上昇手段を作動させるときに、第２駆動部が第２弁体を第２弁座に当接させていても、第１弁座が第１弁体に当接していれば、一次側流路と弁孔とは略同圧を維持する。そのため、第２駆動部は、従来品と同様の駆動力で第２弁体を第２弁座から離間させることができる。一方、第２駆動部を停止すると、第２弁体が付勢されて移動し、第２弁座に当接する。よって、本発明によれば、第１弁部と第２弁部とを弁孔を介して連設することにより簡単な流路構成で作用ガスを二重に遮断することができ、装置サイズをコンパクトにしてガス回路を短縮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るガス遮断弁の実施形態について図面を参照して説明する。図１〜図３は、ガス遮断弁１の断面図である。
ガス遮断弁１は、１個のボディ２に第１遮断部１０と第２遮断部２０を内蔵している。ボディ２には、入力ポート３と弁室４とからなる一次側流路５と、弁室７と出力ポート８とからなる二次側流路９とが、弁孔６を介して連通している。
【００１９】
第１遮断部１０は、第１駆動部が第１弁体１６を弁室７に収納するようにボディ２にネジ固定されている。第１駆動部は、コイル１１を巻回されたボビン１２を備え、ボビン１２の一端に固定コア１３を装填して固定している。プランジャ１４は、ボビン１２の他端から摺動可能に挿通され、バネ１５により二次側から一次側に向かって付勢されている。プランジャ１４の先端部には、第１弁体１６が取り付けられている。弁孔６が二次側流路９と連通する開口部には、第１弁座１７が設けられ、第１弁座１７に第１弁体１６を当接又は離間することにより都市ガスを制御する第１弁部が設けられている。
【００２０】
また、第２遮断部２０は、第２駆動部が第２弁体２６を弁室４に収納するようにボディ２にネジ固定されている。第２駆動部は、コイル２１を巻回されたボビン２２を備え、ボビン２２の一端に固定コア２３を装填して固定している。プランジャ２４は、ボビン２２の他端から摺動可能に挿通され、バネ２５により一次側から二次側に向かって付勢されている。弁孔６が一次側流路５と連通する開口部には、第２弁座２７が設けられ、第２弁座２７に第２弁体２６を当接又は離間することにより都市ガスを制御する第１弁部が設けられている。
【００２１】
このようなガス遮断弁１は、従来のガス遮断弁１０２と同様に燃料電池に設けられたガス回路（図５参照）に配設され、一次側流路５の入力ポート３に都市ガスのガス供給源１０１が接続される一方、二次側流路９の出力ポート８にコンプレッサやブロアなどの昇圧機１０３が接続される。
【００２２】
上記構成を有するガス遮断弁１では、都市ガスを燃料電池に供給する場合、ガス管を流れる約２ｋＰａの都市ガスを一次側流路５に供給しておき、第１遮断部１０のコイル１１及び第２遮断部２０のコイル２１に通電しない状態で昇圧機１０３を作動させる。ここで、第１，第２遮断部１０，２０は、ガス遮断時に、第１遮断部１０の第１弁体１６を第１弁座１７に当接させた後に、第２遮断部２０の第２弁体２６を第２弁座２７に当接させている。そのため、第１，第２遮断部１０，２０は、図１に示すように、一次側流路５と弁孔６は、都市ガスの圧力である約２ｋＰａに維持される一方、二次側流路９は、約−１０〜−３０ｋＰａまで負圧にされる。
【００２３】
その後、第２遮断部２０のコイル２１に通電すると、固定コア２３が従来のガス遮断弁１０２のバルブ１０２Ａ（図４参照）と同様の吸引力を発生する。このとき、一次側流路５と弁孔６との圧力が略同圧であるため、第２遮断部２０は、従来と同様の吸引力でも、図２に示すように、固定コア２３がバネ２５の付勢力に抗してプランジャ２４を吸引し、第２弁体２６を第２弁座２７から離間させることができる。尚、この時点では、第１遮断部１０のコイル１１に通電していないので、第１遮断部１０の第１弁体１６はバネ１５の付勢力で第１弁座１７に当接している。従って、都市ガスは、一次側流路５から弁孔６まで流れる。
【００２４】
その後、第１遮断部１０のコイル１１に通電すると、固定コア１３が従来のガス遮断弁１０２のバルブ１０２Ｂ（図４参照）と同様の吸引力を発生する。このとき、弁孔６の圧力が約２ｋＰａであるのに対して、二次側流路９の圧力が約−１０〜−３０ｋＰａであり、弁孔６の圧力が二次側流路９の圧力より高圧になる。そのため、第１遮断部１０は、従来と同様の吸引力でも、第１弁体１が弁孔６の圧力によりプランジャ１５の吸引方向と同じ方向に、すなわち、第１弁座１７から離間する方向に押圧される力を利用して、図３に示すように、第１弁体１６を第１弁座１７から簡単に離間させることができる。これにより、都市ガスが、一次側流路５から弁孔６を介して二次側流路９へと流れ、昇圧機１０３に供給される。
【００２５】
一方、都市ガスの供給を遮断するときには、まず、第１遮断部１０のコイル１１への通電を停止し、固定コア１３の吸引力を解除する。このとき、二次側流路９が、都市ガスを供給されて一次側流路５や弁孔６と略同圧である。そのため、プランジャ１４は、バネ１５の付勢力により第１弁座１７方向に円滑に移動し、図２に示すように、第１弁体１６を第１弁座１７に当接させて流路を遮断する。
【００２６】
その後、第２遮断部２０のコイル２１への通電を停止し、固定コア２３の吸引力を解除する。このとき、一次側流路５と弁孔６との圧力が略同圧である。そのため、プランジャ２４は、バネ２５の付勢力と自重により第２弁座２７方向に円滑に移動し、図１に示すように、第２弁体２６を第２弁座２７に当接させて流路を遮断する。
【００２７】
これにより、ガス遮断弁１は、一次側流路５と弁孔６とが略同圧になり、また、二次側流路９が残存する都市ガスを燃料電池に供給してほぼ大気圧状態になって、待機する。
【００２８】
従って、本発明のガス遮断弁１によれば、二次側流路９が負圧になるものにおいて、一次側流路５と二次側流路９とを連通する弁孔６が形成され、弁孔６が二次側流路９と連通する開口部に設けられた第１弁座１７に第１弁体１６を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第１弁部と、第１弁体１６を二次側から一次側に向かって付勢し、第１弁体１６を駆動させる第１駆動部とを有しているので、一次側と二次側との差圧が大きい場合でも、従来のガス遮断弁１０２のバルブ１０２Ｂ（図４参照）と同様の駆動力で作動することができる。
【００２９】
また、弁孔６が一次側流路５と連通する開口部に設けられた第２弁座２７に第２弁体２６を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第２弁部と、第２弁体２６を一次側から二次側に向かって付勢し、第２弁体２６を駆動させる第２駆動部とを有しているので、第１遮断部１０と第２遮断部２０とを弁孔６を介して連設することにより簡単な流路構成で都市ガスを二重に遮断することができ、装置サイズをコンパクトにしてガス回路を短縮することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
【００３１】
（１）例えば、上記実施の形態では、１個のボディ２に第１，第２遮断部１０，２０を弁孔６を介して連設した。それに対して、第１遮断部１０のみをボディ２に設けた一連式にしてもよい。また、従来のガス遮断弁１０２で用いるバルブ１０２Ｂに変えて、第１遮断部１０をバルブボディ１２０の下方から取り付けるようにして二連式にしてもよい。
【００３２】
（２）例えば、上記実施の形態では、都市ガス供給時には、第２遮断部２０を作動させた後に、第１遮断部１０を作動させ、都市ガス遮断時には、第１遮断部１０を作動させた後に、第２遮断部１０を作動させている。それに対して、第１，第２遮断部１０，２０を同時に作動させ、都市ガスの供給又は遮断を行うようにしてもよい。この場合、例えば、ガス遮断時に弁孔６と二次側流路９との差圧が小さくても、ガス供給時に第２遮断部２０にまず通電して、一次側流路５と弁孔６とを同圧とした後、第１遮断部１０に通電すれば、弁孔６の圧力を利用して第１遮断部１０を確実に作動させることができる。
【００３３】
（３）例えば、上記実施の形態では、ガス遮断弁１を燃料電池に使用し、二次側を昇圧機１０３で負圧にする場合について説明した。それに対して、二次側圧力が一次側圧力より低圧で差圧があるものであれば、使用用途は燃料電池に限定されず、また、二次側圧力も−１０ｋＰａ〜−３０ｋＰａに制限されない。また、必ずしも昇圧機１０３を用いて二次側を負圧にする必要もない。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のガス遮断弁によれば、二次側流路が負圧になるガス遮断弁において、一次側流路と二次側流路とを連通する弁孔が形成され、弁孔が二次側流路と連通する開口部に設けられた第１弁座に第１弁体を当接又は離間することにより作用ガスを制御する第１弁部と、第１弁体を二次側から一次側に向かって付勢し、第１弁体を駆動させる第１駆動部とを有しているので、一次側と二次側との差圧が大きい場合でも、従来品と同様の駆動力で作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、ガス遮断弁の断面図である。
【図２】同じく、ガス遮断弁の断面図である。
【図３】同じく、ガス遮断弁の断面図である。
【図４】従来のガス遮断弁の断面図である。
【図５】従来のガス回路を示す概念図である。
【符号の説明】
１  ガス遮断弁
５  一次側流路
６  弁孔
９  二次側流路
１６  第２弁体
１７  第２弁座
２６  第１弁体
２７  第１弁座
１０３  昇圧機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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