(57)【要約】【課題】  フロート室内の液体の凍結に起因する気体の洩れを防止あるいは低減することのできるフロート弁を提供する。【解決手段】  水を貯留するフロート室３０を形成するボディ２０と、フロート室３０内の水の液面に浮くフロート本体４２を有するフロート４０と、フロート４０に連動して開閉されるバルブ３６とを備える。フロート室３０に貯留される水の貯留量が一定量以上になったときに、前記フロート本体４２が浮力により上昇することにより、バルブ３６が開かれて一定量を越える水が排出されるように構成される。フロート本体４２に、フロート室３０内の水の凍結による膨張分を逃がすための空間部４４が設けられる。空間部４４は、フロート本体４２を上下方向に貫通する貫通孔４３によって形成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するフロート室を形成するボディと、
前記フロート室内の液体の液面に浮くフロート本体を有するフロートと、
前記フロートに連動して開閉されるバルブとを備え、
前記フロート室に貯留される液体の貯留量が一定量以上になったときに、前記フロート本体が浮力により上昇することにより、前記バルブが開かれて一定量を越える液体が排出されるように構成されたフロート弁であって、
前記フロート本体に、前記フロート室内の液体の凍結による膨張分を逃がすための空間部が設けられていることを特徴とするフロート弁。
【請求項２】
請求項１に記載のフロート弁であって、
前記空間部は、前記フロート本体を上下方向に貫通する貫通孔によって形成されていることを特徴とするフロート弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフロート弁であって、
前記フロート室内に貯留された液体の液面内において、外気に対する温度抵抗が、前記フロート本体の存在する領域と比べて高い領域に、前記空間部を設けたことを特徴とするフロート弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガストラップ、水抜き弁等と呼ばれるフロート弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロート弁の従来例を説明する。フロート弁は、図４に示すように、ボディ１２０とバルブシート１３４とバルブ１３６とフロート１４０とを備えている。ボディ１２０は、水、例えば水を貯留するフロート室１３０を形成している。
ボディ１２０には、フロート室１３０の上面に開口する液体流入口１３１が形成されている。液体流入口１３１には、気液分離器１０１の液体排出口（図示省略）が連通されている。気液分離器１０１は、例えば、高圧気体（例えば、水素ガス）と、その高圧気体に含まれる液体（例えば、水）との気液混合流を気体と水とに分離し、その水を液体排出口から排出する。したがって、フロート室１３０には、気液分離器１０１から液体流入口１３１を通じて流下してくる水が貯留される。
また、バルブシート１３４には、フロート室１３０内に貯留された水を排出可能な排液口１３５が形成されている。
また、ボディ１２０には、排液口１３５から大気に連通する排液通路１３３が形成されているとともに、その排液通路１３３からの逆流を阻止する逆止弁１３２が組込まれている。
また、バルブ１３６は、バルブシート１３４内に上下動可能に組込まれている。バルブ１３６は、上動時にはバルブシート１３４の排液口１３５を開き、また、下動時にはその排液口１３５を閉じる。
また、フロート１４０は、フロート室１３０内の水の水面Ｓに浮かぶフロート本体１４２と、そのフロート本体１４２に一体的に設けられたフロートレバー１４１とを有している。フロートレバー１４１は、前記ボディ１２０にピン１４５により回動可能に支持されているとともに、バルブ１３６に連動可能に連結されている。
【０００３】
したがって、フロート室１３０内に貯留された水の水面Ｓが高くなると、フロート本体１４２が浮力により上昇するにともない、フロートレバー１４１に連動してバルブ１３６が上動されて開かれることにより、フロート室１３０内の水が排液口１３５から排液通路１３３を通じて排出される。
また、フロート室１３０内の水の水面Ｓが低くなると、フロート本体１４２が下降するにともない、フロートレバー１４１に連動してバルブ１３６が下動されて閉じられることにより、フロート室１３０内の水の排出が停止される。
上記のようにして、フロート弁は、フロート室１３０内の水の貯留量が一定量以上になったときにその一定量を越える水を排出させることにより、フロート室１３０内の水の貯留量をほぼ一定量に保つ。
なお、フロート形式のフロート弁には、例えば特許文献１、２、３等に記載されたものがある。
【特許文献１】特開昭６２−７５３９３号公報
【特許文献２】特開平９−３２９２７１号公報
【特許文献３】特開昭６３−１８６１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来のフロート弁において、冬期、寒冷地等の気温の低いときには、ボディ１２０のフロート室１３０内の水が凍結することがある。そして、フロート室１３０内の水は、ボディ１２０の内壁面側すなわちフロート室１３０の壁面側から凍り始め、その内部に向かって凍っていく。
このとき、図５に示すように、凍り始めた水の膨張により、フロート本体１４２が上昇されるにともないバルブ１３６が開かれ、その水の凍結によりバルブ１３６が開かれたままとなる。その後、フロート室１３０内の凍結した氷が解凍される時には、そのフロート室１３０の壁面側より徐々に解け始める。このとき、バルブシート１３４及びバルブ１３６に沿う気道が確保されると、バルブ１３６が開弁状態にあるため、フロート室１３０の上部空間内の高圧気体がバルブシート１３４の排液口１３５、排液通路１３３を通じて外部へ洩れ出てしまうことが予測された。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、フロート室内の液体の凍結に起因する気体の洩れを防止あるいは低減することのできるフロート弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、本発明の特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とするフロート弁により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載されたフロート弁によると、ボディのフロート室内の液体の液面の高さ変化に連動してフロートが上下動するにともないバルブが開閉される。そして、フロート室に貯留される液体の貯留量が一定量以上になったときには、フロート本体が浮力により上昇することにより、バルブが開かれて一定量を越える液体が排出される。
ところで、フロート室内の液体が凍結するときには、その液体の凍結による膨張分がフロート本体の空間部へ逃がされる。このため、液体の凍結によるフロート本体の上昇が防止あるいは低減されるため、バルブの閉弁状態を維持することができる。したがって、フロート室内の凍結した氷が解凍される時に、バルブシート及びバルブに沿う気道が確保された場合でも、バルブが閉弁状態を維持しているため、フロート室内の気体が外部へ洩れ出ることを防止あるいは低減することができる。
【０００７】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載されたフロート弁によると、液体の凍結による膨張分を逃がす空間部がフロート本体を上下方向に貫通する貫通孔によって形成されるため、その空間部を容易に形成することができる。
【０００８】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載されたフロート弁によると、前記フロート室内に貯留された液体の液面内において、外気に対する温度抵抗が、前記フロート本体の存在する領域と比べて高い領域に前記空間部を設けている。このため、液体の凍結による膨張分をフロート本体の空間部内に合理的に逃がすことができ、フロート本体の上昇を合理的に防止あるいは低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明のフロート弁によれば、フロート室内の液体の凍結による膨張分をフロート本体の空間部へ逃がすことにより、フロート室内の液体の凍結に起因する気体の洩れを防止あるいは低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例を参照して説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例を説明する。本実施例では、例えば水素ガスを使用する燃料電池システムの水素循環系に生成される水を排出するためのトラップ装置に用いられるフロート弁を例示する。このトラップ装置は、図１に示すように、気液分離器１とフロート弁２とを備えている。
まず、気液分離器１を説明する。気液分離器１は、ほぼ円筒状をなしかつ内部にサイクロン室１２を形成するサイクロン１０を主体として構成されている。サイクロン１０の上部の側面には、接線方向に延びる気液流入口１３が形成されている。サイクロン１０の下端部には、下方に延びる液体排出口１４が形成されている。サイクロン１０の上端面には、上方に延びる気体排出路１８が形成されている。
【００１２】
前記気液分離器１に送り込まれる気液混合流Ｍは、高圧気体（例えば、水素ガス）と、その高圧気体に含まれる液体（例えば、水）との混合流である。気液混合流Ｍは、サイクロン１０の気液流入口１３を通じてそのサイクロン１０の接線方向からサイクロン室１２内に高圧で送り込まれ、そのサイクロン室１２の壁面に沿って渦巻き状に旋回させられることによって、遠心力を利用して水と水素ガスとに分離される。そして、分離された水は、サイクロン１０の液体排出口１４からフロート弁２（後述する）のフロート室３０へ流下される。また、分離された水素ガスは、サイクロン１０の気体排出路１８から排出される。
【００１３】
次に、フロート弁２について説明する。図１に示すように、フロート弁２は、ボディ２０とバルブシート３４とバルブ３６とフロート４０とを備えている。以下、順に説明する。
ボディ２０から説明する。ボディ２０は、上面を開口する槽状のボディ本体２１と、そのボディ本体２１の上面を閉塞する蓋体２２と、ボディ本体２１の下面に重合されたスペーサ部材２４と、そのスペーサ部材２４の下面に重合されたエンドプレート２５とにより構成されている。
ボディ本体２１の上面には、蓋体２２がボルト・ナット等の締結手段２６により一体的に結合されている。また、ボディ本体２１の下面には、スペーサ部材２４およびエンドプレート２５がボルト・ナット等の締結手段２７により一体的に結合されている。また、蓋体２２の上面には、接続板２３がボルト・ナット等の締結手段２９により一体的に結合されている。
なお、蓋体２２に対するボディ本体２１の接合面には、両者間の気密を保持するためのシールリング２８ａが配設されている。また、ボディ本体２１に対するスペーサ部材２４の接合面には、両者間の気密を保持するためのシールリング２８ｂが配設されている。また、スペーサ部材２４に対するエンドプレート２５の接合面には、両者間の気密を保持するためのシールリング２８ｃが配設されている。また、接続板２３に対する蓋体２２の接合面には、両者間の気密を保持するためのシールリング２８ｄが配設されている。
【００１４】
前記ボディ本体２１と前記蓋体２２とにより、液体、例えば水を貯留するフロート室３０が形成されている。また、蓋体２２に対するボディ本体２１の接合面上には、その蓋体２２内に突出するピン支持部２１ａが突出されている。
また、蓋体２２および接続板２３には、前記フロート室３０の上面に一連状に開口する液体流入口３１が形成されている。液体流入口３１には、前記気液分離器１の液体排出口１４が連通されている。したがって、フロート室３０には、気液分離器１の液体排出口１４から液体流入口３１を通じて流下してくる水が貯留される。また、フロート室３０の上部空間部には高圧気体が充満する。
【００１５】
図２に示すように、前記スペーサ部材２４の上面には凹所２４ａが形成されている。スペーサ部材２４には、凹所２４ａの底面部の内外を連通する連通孔２４ｂが形成されている。さらに、スペーサ部材２４には、連通孔２４ｂを開閉可能なゴム製等の弾性材からなる逆止弁３２がその弾性変形を利用して取付けられている。逆止弁３２は、凹所２４ａ内の圧力が所定値以上に高くなったときに弾性変形を利用して連通孔２４ｂを開き、また、凹所２４ａ内の圧力が所定値以下に低くなったときに弾性復元力により連通孔２４ｂを閉じる。また、逆止弁３２は、逆バイアス圧力が作用したときの逆流を阻止する。
【００１６】
前記エンドプレート２５の上面には、前記逆止弁３２を取り囲みかつその逆止弁３２が開いたときに、前記連通孔２４ｂに連通可能な凹部２５ａが形成されている。エンドプレート２５には、凹部２５ａを大気に開放する排液ポート２５ｂが形成されている。なお、スペーサ部材２４の凹所２４ａおよび連通孔２４ｂとエンドプレート２５の凹部２５ａおよび排液ポート２５ｂとにより、一連の排液通路３３が形成されている。
【００１７】
次に、バルブシート３４を説明する。バルブシート３４は、ほぼ筒状に形成されており、その中空部が排液口３５となっている。バルブシート３４は、その下部内にシート面（符号省略）を有している。また、バルブシート３４には、シート面の上方に隣接して径方向に貫通する適数個の開口孔３４ａが形成されている。また、バルブシート３４は、その下端部を前記ボディ２０の底面部にねじ付けることにより、前記フロート室３０内に直立状に設けられている。また、排液口３５は、フロート室３０内とスペーサ部材２４の凹所２４ａ内とを連通している。これにより、フロート室３０内に貯留された水が排液口３５を通じて排液通路３３へ排出可能になっている。
【００１８】
次に、バルブ３６を説明する。バルブ３６は、バルブ体３７とニードル３８とコイルスプリング３９とを備えて構成されている。バルブ体３７には、ニードル３８がコイルスプリング３９によってフローティング支持されかつコイルスプリング３９の弾性を利用して所定のスライド量だけスライド可能に組付けられている。
バルブ３６は、バルブシート３４内に上下動可能に組込まれている。バルブ３６の下動時には、バルブシート３４のシート面（符号省略）にバルブ体３７が着座することにより排液口３５が閉じられる。また、バルブ３６の上動時には、バルブシート３４のシート面からバルブ体３７が離れることにより排液口３５が開かれる。なお、図２はバルブ３６が閉じた状態を示している。
【００１９】
次に、フロート４０を説明する。フロート４０は、フロートレバー４１と、フロートレバー４１に一体的に設けられたフロート本体４２とを有している。
フロートレバー４１は、フロート本体４２の一側部（図２において左側部）に突出されている。フロートレバー４１は、前記ボディ２０のピン支持部２１ａに対してピン４５により回動可能に連結されている。フロートレバー４１には、前記バルブ３６のニードル３８がクリップ４８を介して連動可能に連結されている。
【００２０】
前記フロート本体４２は、前記フロート室３０内に貯留された水の水面Ｓに浮かぶもので、例えば独立発泡のゴム材によってほぼ直方体状に形成されている。
フロート本体４２には、上下方向に貫通する貫通孔４３が形成されている。この貫通孔４３は、フロート室３０内の水の凍結による膨張分を逃がす空間部４４を形成している。貫通孔４３は、例えば、丸孔、楕円孔、長円孔、三角形孔、四角形孔、五角形孔、多角形孔等により形成されている。また、貫通孔４３は、上下方向に同一の開口断面積で形成されている。
さらに、前記空間部４４は、前記フロート室３０内に貯留された水の水面Ｓ内において、外気に対する温度抵抗が、フロート本体４２の存在する領域と比べて高い領域に設けられている。なお、図２において、外気に対する温度抵抗が、フロート本体４２の存在する領域と比べて高い領域の中心点に符号、Ｃを付した。
【００２１】
また、前記フロート本体４２には、金属製の板ばね材により形成された防振プレート５０がその弾性変形を利用して装着されている。防振プレート５０は、フロート本体４２の振動を低減する。
また、前記フロート室３０の底面上には、マグネット５２が取付けられている。マグネット５２は、フロート室３０内の水に含まれる鉄粉を吸着する。
【００２２】
上記したトラップ装置（図１参照）において、気液分離器１のサイクロン１０の気液流入口１３には、気液混合流Ｍがレギュレータ（図示省略）によって所定の供給圧力に調整された状態で供給される。気液混合流Ｍは、サイクロン１０の気液流入口１３を通じてそのサイクロン１０の接線方向からサイクロン室１２内に高圧で送り込まれ、そのサイクロン室１２の壁面に沿って渦巻き状に旋回させられることによって、遠心力を利用して水と水素ガスとに分離される。サイクロン室１２で分離された水は、液体排出口１４からフロート弁２の液体流入口３１を通じてフロート室３０へ流下して貯留される。また、サイクロン室１２で分離された水素ガスは、気体排出路１８に設けた吸引ポンプ（図示省略）の作動によって、該気体排出路１８に吸引されて気体供給路（図示省略）へ戻される。
【００２３】
また、フロート弁２のフロート室３０内に貯留された水の水面Ｓが高くなると、フロート４０のフロート本体４２が浮力によって上昇されるにともない、フロートレバー４１に連動してバルブ３６が上動されて開かれる。これにより、フロート室３０内の水が、バルブシート３４の排液口３５を通じて排液通路３３へ流出される。
また、気液分離室のサイクロン室１２に気液混合流Ｍが所定の供給圧力をもって供給されることにより、そのサイクロン室１２に連通したフロート室３０内にも所定の圧力が加わっている。このため、前記バルブ３６が開かれたときには、フロート室３０の圧力によって、排液通路３３の逆止弁３２が開かれことにより、その排液通路３３の水は排液ポート２５ｂを通じて大気に放出される。
【００２４】
また、これにともない、フロート室３０内の水の水面Ｓが低くなると、フロート４０のフロート本体４２が下降するにともない、フロートレバー４１に連動してバルブ３６が下動されて閉じられる。これにより、フロート室３０内の水の排出が停止されるとともに、排液通路３３の逆止弁３２が閉じられる（図２参照）。
上記のようにして、フロート弁２は、フロート室３０内の水の貯留量が一定量以上になったときにその一定量を越える水を排出させることによって、フロート室３０内の水の貯留量をほぼ一定量に保つ。
【００２５】
上記したフロート本体４２を有するフロート４０を備えたフロート弁２において、燃料電池システムの運転停止により、バルブ３６が閉弁状態におかれたまま（図２参照）、フロート室３０内の水が凍結することがある。このような場合には、図３に示すように、フロート室３０内の水の凍結による膨張分Ａがフロート本体４２の空間部４４へ逃がされる。このため、水の凍結によるフロート本体４２の上昇が防止あるいは低減されるため、バルブ３６の閉弁状態を維持することができる（図３参照）。したがって、フロート室３０内の凍結した氷が解凍される時に、バルブシート３４及びバルブ３６に沿う気道が確保された場合でも、バルブ３６が閉弁状態を維持しているため、フロート室３０内の水素ガスが外部へ洩れ出ることを防止あるいは低減することができる。
【００２６】
また、水の凍結による膨張分Ａを逃がす空間部４４がフロート本体４２を上下方向に貫通する貫通孔４３によって形成される（図３参照）。このため、その空間部４４を容易に形成することができる。
【００２７】
また、前記フロート室３０内に貯留された水の水面Ｓ内において、外気に対する温度抵抗が、前記フロート本体４２の存在する領域と比べて高い領域に前記空間部４４を設けている。すなわち、水面Ｓ内において、外気に対する温度抵抗が、フロート本体４２の存在する領域と比べて高い領域とは、凍結しにくい領域であり、その領域の中心点Ｃが最終凍結点となる。その領域の中心点Ｃは、水の水面Ｓの中心点に限らず、フロート室３０の設置状態、フロート室３０の壁部の熱伝導状態等の諸条件によって変化する。例えば、フロート室３０の一側面が断熱性を有する部材と接している場合、前記最終凍結点Ｃは、断熱性を有する部材のない場合に比べて、断熱性を有する部材に近づく方向へずれることになる。
したがって、水の凍結による膨張分Ａ（図３参照）をフロート本体４２の空間部４４内に合理的に逃がすことができ、フロート本体４２の上昇を合理的に防止あるいは低減することができる。
【００２８】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、フロート室３０に流入する液体と高圧気体は、実施例の水と水素ガスに限定されるものではなく、種々の組合せが考えられる。また、フロート本体４２の貫通孔４３は、適宜の形状や個数をもって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例にかかるフロート弁を備えるトラップ装置を示す断面図である。
【図２】フロート弁を示す断面図である。
【図３】凍結時におけるフロート弁を示す断面図である。
【図４】従来例にかかるフロート弁を示す断面図である。
【図５】凍結時におけるフロート弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２  フロート弁
２０  ボディ
３０  フロート室
３６  バルブ
４０  フロート
４２  フロート本体
４３  貫通孔
４４  空間部
【図１】
2005155790.tif 000003
【図２】
2005155790.tif 000004
【図３】
2005155790.tif 000005
【図４】
2005155790.tif 000006
【図５】
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