(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体バネを介して台座に支持された弁体が前記弁体バネの付勢力に抗して移動して弁座に着座することで流路を閉止する過流防止弁であって、
前記台座の前記弁座に対する相対位置を上流側の一次圧によって調整可能とした過流防止弁。
【請求項２】
請求項１記載の過流防止弁であって、
前記台座が移動可能であって前記弁体バネの支持部を前記弁座から離間させる方向に前記一次圧を受ける一次圧受圧部を有しており、
該台座を前記一次圧の受圧方向とは反対向きに付勢する台座バネを備えた過流防止弁。
【請求項３】
請求項２記載の過流防止弁であって、
前記台座が、前記一次圧の受圧方向とは反対向きに大気圧を受圧する大気圧受圧部を備えている過流防止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体に供給される燃料ガスの流量が所定以上となる過流時に弁体が弁体バネの付勢力に抗して移動して閉弁状態となる過流防止弁に関し、特にその作動特性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池の発電電力で走行用モータを駆動する燃料電池自動車や、天然ガス（ＣＮＧ）を内燃機関で燃焼させて走行用の駆動力を直接得る天然ガス自動車等においては、燃料ガスタンクからの燃料ガスの過流を防止するため、燃料ガスタンクの吐出流路に、燃料ガスの過流を自動的に防止する過流防止弁が設けられることになる。
【０００３】
この過流防止弁は、二次側（下流側）の圧力が正常範囲を超えて下がった場合に、弁体が一次側（上流側）と二次側との差圧で弁体バネの付勢力に抗して移動して弁座に着座することで流路を閉止するものである（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１０３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の過流防止弁においては、弁体バネが一次圧の高低にかかわらず弁体と弁座との距離を一定に保持する構造となっているため、図５にＸで示すように一次圧が高くなると閉作動時の質量流量が大きくなる閉作動特性がある。つまり、弁体と弁座との隙間を通過する燃料ガスの体積流量は一次圧の高低によらずにほぼ一定であるものの、一次圧が高圧であるほど燃料ガスの密度が高くなることから、閉作動時の質量流量は高くなってしまうのである。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制可能な過流防止弁の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る過流防止弁は、弁体バネを介して台座に支持された弁体が前記弁体バネの付勢力に抗して移動して弁座に着座することで流路を閉止する過流防止弁であって、前記台座の前記弁座に対する相対位置を上流側の一次圧によって調整可能としている。
【０００７】
この構成によれば、台座の弁座に対する相対位置を上流側の一次圧によって調整可能としているため、台座に弁体バネを介して支持された弁体と弁座との隙間を一次圧の高低に応じて可変にできる。したがって、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制可能となる。
【０００８】
この場合、前記台座が移動可能であって前記弁体バネの支持部を前記弁座から離間させる方向に前記一次圧を受ける一次圧受圧部を有しており、該台座を前記一次圧の受圧方向とは反対向きに付勢する台座バネを備えているのが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、上流側の一次圧が高いと台座バネの付勢力に抗して台座が弁体バネの支持部を弁座から離間させる方向に移動して、支持部に弁体バネを介して支持された弁体と弁座との隙間を小さくする。また、上流側の一次圧が低いと台座が弁体バネの支持部を弁座から離間させる方向に移動せず、弁体と弁座との隙間を大きくする。したがって、一次圧が高い場合に弁体と弁座との隙間を狭くして体積流量を減らすことで、質量流量の増大を抑制できるため、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制できる。
【００１０】
また、この場合、前記台座が、前記一次圧の受圧方向とは反対向きに大気圧を受圧する大気圧受圧部を備えているのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、台座が大気圧受圧部で一次圧の受圧方向とは反対向きに大気圧を受圧するため、二次圧を受圧する場合のように二次圧による影響つまり下流側の運転状況による影響を抑制して台座の位置を調整できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る過流防止弁の第１実施形態を図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１はガスタンク搭載車両１を示すもので、このガスタンク搭載車両１は、車体２に四つの走行車輪３を有する四輪自動車であり、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池システム（駆動手段）１０と、この燃料電池システム１０の発電電力により例えば前側の車輪３を駆動する走行モータ（駆動手段）１１とを車体２に搭載して構成されている。なお、図１において車両１の前方を矢印Ｆｒで車両１の後方を矢印Ｒｒで示している。
【００１５】
燃料電池システム１０は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池スタック１２を車体２に備えるとともに、この燃料電池スタック１２への酸化ガスとしての空気のガス供給を調整する酸化ガス配管系１３と、燃料ガスとしての水素ガスのガス供給を調整する燃料ガス配管系１４とを備えている。
【００１６】
燃料ガス配管系１４は、高圧（例えば３５〜７０ＭＰａ）の燃料ガスをそれぞれ貯留可能な複数、具体的には４本の燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄを備えている。これら燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄは車体２に搭載されている。
【００１７】
上記のように車載されたすべての燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄは燃料ガスを吐出させる吐出口を備え、これらの吐出口には燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄ内の燃料ガスを吐出させる個別の吐出流路２２ａ〜２２ｄが接続されている。これらの吐出流路２２ａ〜２２ｄは、同じ流路断面積とされており、共通の供給流路２３に接続され、この供給流路２３を介して燃料電池スタック１２に連通している。
【００１８】
すべての燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄには、制御装置１５で制御されて吐出流路２２ａ〜２２ｄのうち接続されたものへの燃料ガスの供給及び供給停止を切り替える主止弁２４ａ〜２４ｄが内部に設けられている。また、供給流路２３にはすべての燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄよりも下流となる位置に圧力センサ２５が設けられており、この圧力センサ２５よりも下流側に減圧弁２６が設けられている。
【００１９】
制御装置１５には、図示は略すが運転者によって操作されるアクセルペダルの開度を検出するペダルセンサを含む種々のセンサが接続されており、ペダルセンサにより検出されるペダル開度及び圧力センサ２５により検出される供給圧力を含む複数のセンサの検出信号等に基づいて主止弁２４ａ〜２４ｄを制御して、燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄから燃料電池スタック１２への燃料ガスの供給を制御する。
【００２０】
そして、すべての燃料ガスタンク２０ａ〜２０ｄ用の吐出流路２２ａ〜２２ｄそれぞれに、一次側（上流側つまり燃料ガスタンク側）の圧力に対して二次側（下流側つまり燃料電池スタック側）の圧力が下がって差圧が大きくなると、機械的に閉じる第１実施形態の過流防止弁（ＥＦＶ：Ｅｘｃｅｓｓ  ｆｌｏｗ  ｖａｌｖｅ）２７ａ〜２７ｄが設けられている。
【００２１】
これらの過流防止弁２７ａ〜２７ｄは、同一のものであるため、過流防止弁２７ａを例にとり図２を参照してさらに説明する。
【００２２】
過流防止弁２７ａは、その外側部分を構成するケーシング３１を有しており、このケーシング３１には、燃料ガスタンク２０ａへの連通側（図２左側）に第１穴部３２が形成され、この第１穴部３２の燃料ガスタンク２０ａとは反対側にこの第１穴部３２よりも小径の第２穴部３３が形成されている。
【００２３】
また、このケーシング３１には、第２穴部３３の第１穴部３２とは反対側にこの第２穴部３３よりも小径の第３穴部３４が形成されており、この第３穴部３４の第２穴部３３とは反対側にこの第３穴部３４よりも大径の第４穴部３５が形成されている。
【００２４】
さらに、ケーシング３１には、この第４穴部３５の第３穴部３４とは反対側にこの第４穴部３５よりも小径で燃料電池スタック１２へ連通する第５穴部３６が形成されている。ここで、これら第１穴部３２〜第５穴部３６は同一軸線上に形成されている。
【００２５】
加えて、ケーシング３１には、これら第１穴部３２〜第５穴部３６と同心の円筒状の収容空間部３８が第４穴部３５を囲むように外側に形成されており、第４穴部３５及び収容空間部３８の軸線方向中間部分は全周にわたって連通空間部３９で連通している。さらに、ケーシング３１には、収容空間部３８の軸線方向における第１穴部３２側の端面と第１穴部３２とを連通させる分岐流路４１が形成されており、また、収容空間部３８の軸線方向の連通空間部３９を挟んで両側の内径側それぞれに円環状のシール溝４２，４３が形成されている。加えて、ケーシング３１には収容空間部３８の第５穴部３６側に大気開放の大気圧ポート４４が形成されている。
【００２６】
また、過流防止弁２７ａは、第２穴部３３の内周面に嵌合される円環状のシート部材４６を有しており、このシート部材４６には、第１穴部３２側の内周側に面取りされた弁座４７が形成されている。
【００２７】
過流防止弁２７ａは、上記したケーシング３１内に摺動可能に設けられる台座４９を有している。この台座４９はケーシング３１の収容空間部３８に摺動可能に設けられる円筒状の摺動ベース部５０と、この摺動ベース部５０の軸線方向中間部から内側に円環状に延出し主として連通空間部３９内に配置される内フランジ部５１とを有しており、この内フランジ部５１の内周部は、第４穴部３５内まで延出している。また、この台座４９の摺動ベース部５０の外周面には円環状のシール溝５２が形成されている。
【００２８】
ここで、ケーシング３１の第１穴部３２側のシール溝４２には台座４９の摺動位置にかかわらず常に台座４９との隙間をシールするシールリング５３が配設され、第５穴部３６側のシール溝４３にも台座４９の摺動位置にかかわらず常に台座４９との隙間をシールするシールリング５４が配設され、台座４９のシール溝５２にも台座４９の位置にかかわらずケーシング３１との隙間をシールするシールリング５５が配設されている。
【００２９】
加えて、過流防止弁２７ａは、ケーシング３１の収容空間部３８内に、その軸線方向における第５穴部３６側の端面と台座４９の摺動ベース部５０との間に介装されるコイルスプリングからなる台座バネ５８が設けられている。この台座バネ５８は、台座４９を軸線方向における第１穴部３２側に付勢する。
【００３０】
さらに、過流防止弁２７ａは、台座４９の内フランジ部５１の内周側の支持部６０に一端側が固定され他端側がシート部材４６の内側を通過して第１穴部３２側まで延出するコイルスプリングからなる弁体バネ６１と、第１穴部３２内でこの弁体バネ６１の他端側に固定される球形状の弁体６２とを有している。
【００３１】
このような構造の過流防止弁２７ａは、ケーシング３１の第１穴部３２が燃料ガスタンク２０ａへ、第５穴部３６が燃料電池スタック１２側に向けた状態で吐出流路２２ａに配置されることになる。この状態で、過流防止弁２７ａは、弁体バネ６１を介して台座４９に支持された弁体６２が弁体バネ６１の付勢力に抗して移動して弁座４７に着座することで流路を閉止することになる。
【００３２】
また、このとき、一次圧が分岐流路４１を介して台座４９の摺動ベース部５０の第１穴部３２側の端面に、台座４９を台座バネ５８の方向に移動させるように作用することになり、その結果、この端面が、弁体バネ６１の支持部６０を弁座４７から離間させる方向に一次圧を受ける一次圧受圧部６３となっている。
【００３３】
さらに、台座４９の摺動ベース部５０の一次圧受圧部６３とは反対の端面が一次圧の受圧方向とは反対向きに大気圧を受圧する大気圧受圧部６４となっている。そして、台座バネ５８は、この台座４９を一次圧の受圧方向とは反対向きに付勢する。
【００３４】
以上の構造の過流防止弁２７ａによれば、台座４９の弁座４７に対する相対位置を上流側の一次圧によって調整可能としているため、台座４９に弁体バネ６１を介して支持された弁体６２と弁座４７との隙間を一次圧の高低に応じて可変にできる。
【００３５】
具体的には、上流側の一次圧が高いと、図２に示すように、分岐流路４１を介して一次圧受圧部６３に加わる圧力で台座４９が台座バネ５８の付勢力に抗して支持部６０を弁座４７から離間させる方向に移動することになり、支持部６０に弁体バネ６１を介して支持された弁体６２を軸線方向に沿って下流側に移動させて弁体６２と弁座４７との隙間を小さくする。
【００３６】
また、上流側の一次圧が低いと、分岐流路４１を介して一次圧受圧部６３に圧力が加わっても、台座４９が台座バネ５８の付勢力で移動せず、弁体６２と弁座４７との隙間を大きくすることになる。したがって、一次圧が高い場合に弁体６２と弁座４７との隙間を狭くして体積流量を減らすことで、質量流量の増大を抑制できるため、図３にＸ１で示すように、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制でき、一定に制御できる。
【００３７】
しかも、台座４９が大気圧受圧部６４で一次圧の受圧方向とは反対向きに大気圧を受圧するため、二次圧を受圧する場合のように二次圧による影響つまり下流側の燃料電池スタック１２の運転状況による影響を抑制して台座４９の位置を調整できる。
【００３８】
なお、以上においては、弁座４７を位置固定で台座４９を一次圧に応じて移動可能にしたが、台座４９の弁座４７に対する相対位置を上流側の一次圧によって調整可能にできれば良く、台座４９を位置固定で弁座４７を一次圧に応じて移動可能にすることも可能である。
【００３９】
次に、本発明に係る過流防止弁の第２実施形態を図４を参照しつつ第１実施形態との相違部分を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。
【００４０】
第２実施形態においても、過流防止弁２７ａ〜２７ｄは、同一のものであるため、過流防止弁２７ａを例にとり説明する。
【００４１】
第２実施形態の過流防止弁２７ａは、ケーシング３１が第１大気圧ポート４４を有しておらず、また、収容空間部３８の第５穴部３６側のシール溝４３及びシールリング５４を有していない。このため、台座４９の一次圧受圧部６３とは反対の端面が一次圧の受圧方向とは反対向きに下流側の二次圧を受圧する二次圧受圧部６５となっている。
【００４２】
このような第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、一次圧の高低によって生じる質量流量に対する閉作動特性の変動を抑制できることになり、これに加えて、大気圧ポート、シールリング及びシール溝を減らすことができるため、製造コスト及び部品点数を低減できる。
【００４３】
なお、以上においては、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池システム１０を備え、その発電電力で走行用モータ１１を駆動する燃料電池自動車を例にとり説明したが、天然ガス（ＣＮＧ）を内燃機関で燃焼させて走行用の駆動力を直接得る天然ガス自動車等の種々の燃料ガスタンク搭載車両にも適用可能である。勿論、燃料ガスタンク搭載車両用に限らず、他の種々の流体回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る過流防止弁が適用されたガスタンク搭載車両の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る過流防止弁の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る過流防止弁の閉作動特性を示す特性線図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る過流防止弁の断面図である。
【図５】過流防止弁の閉作動特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４５】
２７ａ〜２７ｄ…過流防止弁、４９…台座、５８…台座バネ、６０…支持部、６１…弁体バネ、６２…弁体、６３…一次圧受圧部、６４…大気圧受圧部。
【図１】
0004666225.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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