(57)【要約】【課題】  流体、特に極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量なボールバルブ、これを用いた接続具、及び極低温流体供給システムを提供することを目的とする。【解決手段】  極低温流体供給システム１を、水素タンクの口金と、水素供給ステーションの液体水素供給ノズルとの接続具として、本発明にかかる接続具６を用いる構成とする。接続具６を、互いの着脱を可能にして接続される雄部材７と雌部材８とを有する構成とする。雄部材７及び雌部材８には、互いの接続端に、接続端における流体の流通の制御を行うボールバルブ９をそれぞれ設ける。ボールバルブ９を、内部に複数の流路２２が形成されるハウジング２１と、流路２２上に設けられて流路２２を仕切る弁体２３とを有する構成とする。ハウジング２１に、大径の液体水素流路２２ａと、小径の水素ガス流路２２ｂとを並列に設ける。弁体２３には、各流路２２のそれぞれに対応する貫通孔２４を設ける。【選択図】      図３
2005133763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに形成された流路上に貫通孔を有する弁体が設けられて、該弁体を前記貫通孔に略直交する回転軸線回りに回転させて前記貫通孔と前記流路とを連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることによって前記流路の開閉を行うボールバルブであって、
前記ハウジングには、複数の流路が並列に設けられており、
前記弁体には、前記各流路のそれぞれに対応する貫通孔が設けられていることを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記各流路のうちのいくつかは、他の流路の周囲を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記弁体には、前記各貫通孔が、前記回転軸線方向における位置をずらせて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
前記貫通孔は、熱絶縁構造が設けられた管路によって構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記弁体は、内部に前記貫通孔とは独立した中空部を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のボールバルブ。
【請求項６】
ハウジングに形成された流路上に貫通孔を有する弁体が設けられて、該弁体を前記貫通孔に略直交する回転軸線回りに回転させて前記貫通孔と前記流路とを連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることによって前記流路の開閉を行うボールバルブであって、
前記弁体は、内部に前記流路とは独立した中空部を有していることを特徴とするボールバルブ。
【請求項７】
前記中空部の内部が真空に保たれていることを特徴とする請求項５または６に記載のボールバルブ。
【請求項８】
流体が流通される配管同士、もしくは該配管と容器とをそれぞれ着脱可能にして接続するとともに前記流体の流路の一部も構成する接続具であって、
接続する部材の一方に設けられる雄部材と、接続する部材の他方に設けられる雌部材とを有し、
前記雄部材と前記雌部材との接続部には、接続部における前記流体の流通の制御を行うボールバルブが設けられており、
該ボールバルブとして、請求項１から７のいずれかに記載のボールバルブが用いられていることを特徴とする接続具。
【請求項９】
前記雌部材は、前記雄部材が押し込まれた状態で該雄部材と係合される構成とされており、
該雄部材と前記雌部材との係合時と分離時とのうちの少なくともいずれかの際における前記雄部材と前記雌部材との相対移動を前記ボールバルブの弁体の回転動作に変換する動力変換装置が設けられていることを特徴とする請求項８記載の接続具。
【請求項１０】
流体が流通される配管同士、もしくは該配管と容器とをそれぞれ着脱可能にして接続するとともに前記流体の流路の一部も構成する接続具であって、
接続する部材の一方に設けられる雄部材と、接続する部材の他方に設けられる雌部材とを有し、
前記雄部材と前記雌部材との接続部には、接続部における前記流体の流通の制御を行うボールバルブが設けられており、
前記雌部材は、前記雄部材が押し込まれた状態で該雄部材と係合される構成とされており、
該雄部材と前記雌部材との係合時と分離時とのうちの少なくともいずれかの際における前記雄部材と前記雌部材との相対移動を前記ボールバルブの弁体の回転動作に変換する動力変換装置が設けられていることを特徴とする接続具。
【請求項１１】
前記雄部材と前記雌部材との係合構造が、ねじ結合構造とされていることを特徴とする請求項９または１０に記載の接続具。
【請求項１２】
前記雄部材と前記雌部材との係合構造が、前記雌部材に対して前記雄部材をねじ込むことによってこれらを係合させるバヨネット（Bayonet）構造とされていることを特徴とする請求項９または１０に記載の接続具。
【請求項１３】
前記動力変換装置が、ギア装置によって構成されており、
該ギア装置は、楕円歯車を有しており、前記ボールバルブの開け始めの段階と閉め始めの段階とのうちの少なくともいずれか一方の段階で前記弁体に加わる回転駆動力が他の段階での回転駆動力よりも増加するように設定されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の接続具。
【請求項１４】
極低温流体が流通される配管同士の間、もしくは該配管と容器との間での極低温流体供給システムであって、
前記配管同士または該配管と前記容器とを着脱可能に接続する接続具を有し、
該接続具として、請求項８から１３のいずれかに記載の接続具を用いることを特徴とする極低温流体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールバルブ、これを用いた接続具、及び極低温流体供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題に対する意識の高まりに伴い、有害な燃焼ガスを発生させる化石燃料に代わって、クリーンなエネルギーである水素を利用する技術について開発が進められている。
水素をエネルギー源として利用する装置としては、例えば、水素自動車や燃料電池車、発電装置としての燃料電池等がある。これらの装置では、エネルギー源である水素は、例えば液体の状態で水素タンク内に蓄えられて、順次利用される。
液体水素は、−２５３°Ｃ程度の極低温の流体であるので、その取り扱い作業には、断熱構造その他の特別な構造を有する装置が用いられる。例えば、水素タンクと水素供給配管との着脱可能な接続に用いられる継手には、断熱構造に加えて、切り離し時における大気中の水分等の継手内部への侵入を防止するための特別な構造が設けられる。
【０００３】
水素タンクへの液体水素の供給システムとしては、例えば、後記の特許文献１に記載の極低温配管継手を用いたものがある。
この極低温継手は、ロケットへの燃料の供給に用いられるものであって、一対のボールバルブと、これらボールバルブの開放時にこれらボールバルブ内を通じて嵌まり合う雌雄の継手とを有している。
この極低温継手は、配管の切離し時には、配管の接続部がボールバルブによって閉じられるので、継手内部への大気中の水分や異物等の侵入が防止される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１３９７３号公報（段落［００１７］〜［００２２］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素供給スタンド（化石燃料自動車に対するガソリンスタンドに相当する設備）での水素自動車への液体水素の供給などでは、水素自動車の水素タンクと水素供給配管との接続を作業者が手作業で行うことを想定しており、作業者による継手の取り回しを良くするために、より小型、軽量な継手を用いることが好ましい。
しかし、特許文献１に記載の極低温継手は、上記のように、ロケットへの燃料供給など、安全性と確実性とが重要視される用途に用いられるものであるため、構造が複雑である。このため、継手自体が大型となり、重量も重いので、取り扱いが容易ではなかった。
また、この極低温継手では、極低温継手を通じた流体の流通の許容と規制の切替を行うためには、ボールバルブと雌雄の継手とをそれぞれ操作しなければならず、取り扱いが容易ではなかった。
【０００６】
また、水素タンク内に液体水素を速やかに充填するには、液体水素の充填と並行して、水素タンク内の水素ガスの排出（以下「ガス抜き」という）を行う必要がある。
極低温継手が大型であれば、継手内で液体水素の流れと水素ガスの流れとがそれぞれ形成されてそれぞれがスムーズに流れるので、ガス抜きがスムーズに行われるが、極低温継手を小型化すると、継手内で液体水素の流れと水素ガスの流れとを分離しにくくなるので、ガス抜きが困難となり、水素タンクへの液体水素の速やかな充填が困難となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流体、特に極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量なボールバルブ、これを用いた接続具、及び極低温流体供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のボールバルブ、これを用いた接続具、及び極低温流体供給システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるボールバルブは、ハウジングに形成された流路上に貫通孔を有する弁体が設けられて、該弁体を前記貫通孔に略直交する回転軸線回りに回転させて前記貫通孔と前記流路とを連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることによって前記流路の開閉を行うボールバルブであって、前記ハウジングには、複数の流路が並列に設けられており、前記弁体には、前記各流路のそれぞれに対応する貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成されるボールバルブでは、ハウジングには、複数の流路が並列に設けられていて、複数の貫通孔を有する弁体を前記回転軸線回りに回転させて、各貫通孔をそれぞれ対応する流路と連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることで、これら複数の流路の開閉が行われる。
このボールバルブは、複数の独立した流路を有しているので、一つのボールバルブで複数の独立した流路での流体の流通を制御することができる。
【００１０】
また、このボールバルブは、各流路ごとに独立して流体を流通させることができ、ボールバルブを通じた流体の流通形態にバリエーションを持たせることができる。
例えば、一部の流路には液体を流通させ、他の流路には気体を流通させることで、液体と気体とを同時に流通させることができる。
具体的には、このボールバルブを、容器への流体供給管路に設けた場合には、一部の流路を通じて容器への液体（例えば液体水素）の供給を行いつつ、他の流路を通じて容器内の気体（例えば水素ガス）を排出させることで、容器のガス抜きを行って、容器への液体の供給を迅速に行うことができる。
【００１１】
本発明にかかるボールバルブは、請求項１記載のボールバルブであって、前記各流路のうちのいくつかは、他の流路の周囲を囲むように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成されるボールバルブでは、各流路のうちのいくつかが、他の流路の周囲を囲むように配置されている。
このため、周囲の流路内の流体は、ボールバルブ外と内側の流路との間での熱の伝達を緩衝する熱伝達緩衝材として作用する。これにより、このボールバルブでは、内側の流路内を流通する流体への外気温の影響が低減されてその温度が維持され、また内側の流路内を流通する流体の温度がボールバルブ外表面に伝達しにくくなりボールバルブ自体の温度変化も防止される。
【００１３】
すなわち、内側の流路に液体水素等の極低温流体を流通させた場合にも、この極低温流体の温度上昇を効果的に阻止することができ、また、ボールバルブ外表面の温度低下が防止されて、作業者への負担が低減される。
【００１４】
さらに、このボールバルブを配管の端部や容器の口金部分に設けた場合には、例えば、周囲の流路からパージガスを吐出することで、このパージガスによって内側の流路と外気との接触を防止して、内側の流路及び内側の流路を流通する流体の汚染を防止することができる。
また、例えば、周囲の流路を通じて周辺雰囲気の吸引を行うことで、内側の流路から吐出された流体を回収することができる。
【００１５】
本発明にかかるボールバルブは、請求項１または２に記載のボールバルブであって、前記弁体には、前記各貫通孔が、前記回転軸線方向における位置をずらせて設けられていることを特徴とする。
【００１６】
ボールバルブにおいてハウジング内には、流路内面と弁体の表面との間を封止するシールリングが設けられる。このシールリングは、弁体が回転することで、弁体の貫通孔のエッジと干渉する。このため、ボールバルブを長期間使用すると、シールリングが貫通孔のエッジによって削られて次第に損傷するので、適宜時期にシールリングの交換を行う必要がある。
そして、弁体の回転軸線方向における同一位置に複数の貫通孔が設けられていると、貫通孔が一つだけである場合に較べてシールリングが貫通孔のエッジと干渉する回数が増加するため、シールリングの寿命が短くなってしまう。
【００１７】
本発明にかかるボールバルブでは、弁体に設けられる各貫通孔は、弁体の回転軸線方向における位置をずらせて設けられている。すなわち、シールリングにおいて各貫通孔のエッジと干渉する領域がずらされているので、シールリングに加わる負担が低減され、貫通孔を複数設けた構成としながら、シールリングの寿命低下が防止される。
ここで、シールリングの寿命低下をより効果的に防止するためには、シールリングにおいて各貫通孔のエッジとの干渉による損傷が局所的に進行しないよう（すなわち各貫通孔のエッジと干渉する領域が重複しないよう）、貫通孔は、弁体の回転軸線方向に沿って離間させて設けることが好ましい。
【００１８】
本発明にかかるボールバルブは、請求項１から３のいずれかに記載のボールバルブであって、前記貫通孔は、熱絶縁構造が設けられた管路によって構成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように構成されるボールバルブでは、貫通孔が、熱絶縁構造が設けられた管路によって構成されているので、貫通孔内外での熱伝達が防止されて、貫通孔内を流通する流体への外気温の影響が低減され、また貫通孔内を流通する流体の温度がボールバルブ外表面に伝達されにくい。
ここで、熱絶縁構造が設けられた管路としては、例えば、内面または外面に断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重管を設けたものや、管路自体を断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重管によって構成したものが用いられる。
【００２０】
本発明にかかるボールバルブは、請求項１から４のいずれかに記載のボールバルブであって、前記弁体は、内部に前記貫通孔とは独立した中空部を有していることを特徴とする。
【００２１】
このように構成されるボールバルブは、弁体の内部に中空部が設けられているので、弁体自体の熱容量が小さい。これにより、弁体を通じた熱伝導が低減されて、貫通孔内を流通する流体への外気温の影響が低減され、また貫通孔内を流通する流体の温度がボールバルブ外表面に伝達しにくい。
ここで、中空部内に熱容量の小さい気体を充填することで、弁体を通じた熱伝導をさらに低減することができる。
【００２２】
本発明にかかるボールバルブは、ハウジングに形成された流路上に貫通孔を有する弁体が設けられて、該弁体を前記回転軸線回りに回転させて前記貫通孔と前記流路とを連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることによって前記流路の開閉を行うボールバルブであって、前記弁体は、内部に前記流路とは独立した中空部を有していることを特徴とする。
【００２３】
このように構成されるボールバルブは、弁体の内部に中空部が設けられているので、弁体自体の熱容量が小さい。これにより、弁体を通じた熱伝導が低減されて、流路内を流通する流体への外気温の影響が低減され、また流路内を流通する流体の温度がボールバルブ外表面に伝達しにくい。
ここで、中空部内に熱容量の小さい気体を充填することで、弁体を通じた熱伝導をさらに低減することができる。
【００２４】
本発明にかかるボールバルブは、請求項５または６に記載のボールバルブであって、前記中空部の内部が真空に保たれていることを特徴とする。
【００２５】
このように構成されるボールバルブは、弁体の中空部内が真空に保たれているので、弁体を通じた熱伝導をさらに低減することができる。
【００２６】
本発明にかかる接続具は、流体が流通される配管同士、もしくは該配管と容器とをそれぞれ着脱可能にして接続するとともに前記流体の流路の一部も構成する接続具であって、接続する部材の一方に設けられる雄部材と、接続する部材の他方に設けられる雌部材とを有し、前記雄部材と前記雌部材との接続部には、接続部における前記流体の流通の制御を行う前記ボールバルブが設けられており、該ボールバルブとして、請求項１から７のいずれかに記載のボールバルブが用いられていることを特徴とする。
【００２７】
このように構成される接続具では、流体、特に極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量なボールバルブによって流体の流通を制御するので、流体の取り扱いを良好に行うことができる。また、この構成では、接続具自体も小型、軽量となる。
【００２８】
本発明にかかる接続具は、請求項８に記載の接続具であって、前記雌部材は、前記雄部材が押し込まれた状態で該雄部材と係合される構成とされており、該雄部材と前記雌部材との係合時と分離時とのうちの少なくともいずれかの際における前記雄部材と前記雌部材との相対移動を前記ボールバルブの弁体の回転動作に変換する動力変換装置が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
このように構成される接続具では、作業者が雄部材と雌部材とを係合または分離させるためにこれらを相対的に移動させることで、その力が、動力変換装置によってボールバルブの弁体の回転動作に変換される。すなわち、雄部材と雌部材との係合動作と分離動作とのうちの少なくとも一方と連動して、ボールバルブの開閉動作が自動的に行われる。
このため、作業者は、雄部材と雌部材とを係合させる際と分離させる際とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、ボールバルブの開閉動作を行う必要がない。
【００３０】
本発明にかかる接続具は、流体が流通される配管同士、もしくは該配管と容器とをそれぞれ着脱可能にして接続するとともに前記流体の流路の一部も構成する接続具であって、接続する部材の一方に設けられる雄部材と、接続する部材の他方に設けられる雌部材とを有し、前記雄部材と前記雌部材との接続部には、接続部における前記流体の流通の制御を行う前記ボールバルブが設けられており、前記雌部材は、前記雄部材が押し込まれた状態で該雄部材と係合される構成とされており、該雄部材と前記雌部材との係合時と分離時とのうちの少なくともいずれかの際における前記雄部材と前記雌部材との相対移動を前記ボールバルブの弁体の回転動作に変換する動力変換装置が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
このように構成される接続具では、作業者が雄部材と雌部材とを係合または分離させるためにこれらを相対的に移動させることで、その力が、動力変換装置によってボールバルブの弁体の回転動作に変換される。すなわち、雄部材と雌部材との係合動作と分離動作とのうちの少なくとも一方と連動して、ボールバルブの開閉動作が自動的に行われる。
このため、作業者は、雄部材と雌部材とを係合させる際と分離させる際とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、ボールバルブの開閉動作を行う必要がない。
【００３２】
本発明にかかる接続具は、請求項９または１０に記載の接続具であって、前記雄部材と前記雌部材との係合構造が、ねじ結合構造とされていることを特徴とする。
【００３３】
このように構成される接続具は、雌部材に対して雄部材をねじ込むことによってこれらが係合され、また逆方向にねじることによって係合が解除される。
すなわち、作業者が雄部材を回す力が、雄部材と雌部材とを係合または分離させる力、及び動力変換装置を介してボールバルブの弁体を回転させる力として作用する。
人間は、押す力よりもねじる力のほうが強いので、このように作業者が雄部材を回す力を利用することで、雄部材と雌部材とを係合させる際の押込力、または雄部材と雌部材とを分離させる際の引抜力がそれほど必要でなくなり、雄部材と雌部材との係合や分離を容易に行うことができる。
【００３４】
本発明にかかる接続具は、請求項９または１０に記載の接続具であって、前記雄部材と前記雌部材との係合構造が、前記雌部材に対して前記雄部材をねじ込むことによってこれらを係合させるバヨネット（Bayonet）構造とされていることを特徴とする。
【００３５】
このように構成される接続具は、雌部材に対して雄部材をねじ込むことによってこれらが係合され、また逆方向にねじることによって係合が解除される。すなわち、作業者が雄部材を回す力が、雄部材と雌部材とを係合または分離させる力、及び動力変換装置を介してボールバルブの弁体を回転させる力として作用する。
そして、このバヨネット構造では、ねじ結合構造に比べて、雄部材と雌部材との係合や分離の際に雄部材を回す角度が少なくて済むので、雄部材と雌部材との係合や分離をさらに容易に行うことができる。
【００３６】
本発明にかかる接続具は、請求項９から１２のいずれかに記載の接続具であって、前記動力変換装置が、ギア装置によって構成されており、該ギア装置は、楕円歯車を有しており、前記ボールバルブの開け始めの段階と閉め始めの段階とのうちの少なくともいずれか一方の段階で前記弁体に加わる回転駆動力が他の段階での回転駆動力よりも増加するように設定されていることを特徴とする。
【００３７】
ボールバルブは、開け始めの段階や閉め始めの段階では、他の段階に較べてより大きな力が必要となる。
本発明にかかる接続具では、ギア装置が楕円歯車を有していて、ボールバルブの開け始めの段階と閉め始めの段階とのうちの少なくともいずれか一方の段階で前記弁体に加わる回転駆動力が他の段階で加わる回転駆動力よりも増加させられるので、ボールバルブの開閉動作を最初から最後までスムーズに行うことができる。
【００３８】
本発明にかかる極低温流体供給システムは、極低温流体が流通される配管同士の間、もしくは該配管と容器との間での極低温流体供給システムであって、前記配管同士または該配管と前記容器とを着脱可能に接続する接続具を有し、該接続具として、請求項８から１３のいずれかに記載の接続具を用いることを特徴とする。
【００３９】
このように構成される極低温流体供給システムでは、流体、特に極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量な接続具を用いているので、作業者の負担を大幅に低減される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明にかかるボールバルブは、複数の独立した流路を有しているので、一つのボールバルブで複数の独立した流路での流体の流通を制御することができる。これにより、流体の流通路を複数設けてそれぞれにボールバルブを設けた構成に較べて、流体を扱う装置構成の小型化、軽量化が可能となる。
【００４１】
また、本発明にかかるボールバルブは、弁体の内部に中空部が設けられているので、弁体自体の熱容量が小さい。これにより、弁体を通じた熱伝導が低減されて、流路内を流通する流体への外気温の影響が低減され、また流路内を流通する流体の温度にボールバルブ外表面に伝達しにくくなる。
【００４２】
本発明にかかる接続具では、流体、特に極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量なボールバルブによって流体の流通を制御するので、流体の取り扱いを良好に行うことができ、また、接続具自体も小型、軽量となる。
【００４３】
また、本発明にかかる接続具では、作業者は、雄部材と雌部材とを係合させる際と分離させる際とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、ボールバルブの開閉動作を行う必要がないので、作業者の負担が低減される。
【００４４】
本発明にかかる極低温流体供給システムでは、接続具として小型、軽量なものを用いているので、作業者の負担が大幅に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図を用いて説明する。
本実施形態では、本発明にかかる極低温流体供給システムを、水素燃料ステーションにおける水素燃料自動車への水素燃料の供給システムに適用した例を示す。
この極低温流体供給システム１は、図１に示す、水素燃料自動車に搭載された水素タンク２の口金２ａと、水素供給ステーションの液体水素供給ノズル３との接続構造に主たる特徴を有している。
ここで、水素タンク２の口金２ａは、液体水素通路２ｂ及び水素ガス通路２ｃと接続されている。また、液体水素供給ノズル３には、液体水素供給源４及び水素ガス回収装置５が接続されている。
【００４６】
水素タンク２の口金２ａと、液体水素供給ノズル３の先端とは、接続具６を構成している。
接続具６は、互いの着脱を可能にして接続される雄部材７と雌部材８とを有している。
また、雄部材７及び雌部材８には、互いの接続端に、接続端における流体の流通の制御を行うボールバルブ９がそれぞれ設けられている。
【００４７】
本実施形態では、雄部材７は液体水素供給ノズル３の先端に設けられており、雌部材８は水素タンク２の口金２ａに設けられている。
雄部材７は、液体水素供給ノズル３と同軸の円柱形状をなしており、雌部材８は、図２に示すように、口金２ａの端部を構成する円筒状の外筒８ａ内に雄部材７が押し込まれた状態で雄部材７と係合される構成とされている。
【００４８】
具体的には、雄部材７の先端部近傍の外周面には、軸線を挟んで対称にして、一対の係合突起７ａが設けられている。一方、雌部材８の外筒８ａの端部内面には、端部から内部に向けて、軸線を挟んで対称にして、一対の螺旋溝８ｂが形成されている。また、螺旋溝８ｂの終端の端部側の側面には、係止用凹部８ｃが設けられている。
【００４９】
雄部材７は、先端部を雌部材８の外筒８ａ内に差し込んで、係合突起７ａを雌部材８の螺旋溝８ｂの先端部内に位置させた状態で、係合突起７ａが螺旋溝８ｂに沿って移動するように回転させて雌部材８内にねじ込むことによって、雌部材８内に前進する。
そして、さらに雄部材７をねじ込んで、係合突起７ａを螺旋溝８ｂの係止用凹部８ｃに係合させることで、雄部材７と雌部材８とが係合する。
すなわち、雄部材７と雌部材８との係合構造は、バヨネット（Bayonet）構造とされている。
【００５０】
また、雌部材８の外筒８ａ内には、ボールバルブ９と、雄部材７と雌部材８との係合時及び分離時における雄部材７と雌部材８との相対移動をボールバルブ９の弁体２３（後述）の回転動作に変換する動力変換装置１１が設けられている。
ここで、雌部材８に設けられるボールバルブ９は、弁体２３の回転軸１２を、外筒８ａの軸線に交差する方向に向けて配置されている。また、雄部材７と雌部材８とが係合していない状態では、ボールバルブ９は閉塞された状態とされる。
【００５１】
動力変換装置１１は、弁体２３の回転軸１２に同軸かつ固定的に設けられる従動ギア１３と、従動ギア１３に噛み合った状態にして外筒８ａの軸線方向に移動可能にして設けられるラック部材１４とを有している。
すなわち、従動ギア１３とラック部材１４とは、ラック部材１４の前記軸線方向の移動を従動ギア１３の回転に変換するギア装置１６を構成している。
また、動力変換装置１１は、ラック部材１４を外筒８ａの先端に向けて付勢するコイルスプリング等の付勢部材１７を有している。
【００５２】
ラック部材１４は、外筒８ａ内に雄部材７が挿入されることで、雄部材７の先端によって外筒８ａの基端側（水素タンク２内側）に押し込まれるものである（図２（ｂ）参照）。
このようにラック部材１４が押し込まれて前記軸線方向基端側に移動することで、ラック部材１４に噛み合う従動ギア１３が回転させられて、弁体２３の回転軸１２が回転させられることとなり、ボールバルブ９が開放される。同時に、ラック部材１４によって付勢部材１７が圧縮されて、付勢部材１７に弾性エネルギーが蓄えられる。
【００５３】
一方、雄部材７が外筒８ａから引き出された場合には、付勢部材１７によってラック部材１４が外筒８ａの先端に向けて押し戻される（図２（ａ）参照）。
このようにラック部材１４が押し戻されて前記軸線方向先端側に移動することで、ラック部材１４に噛み合う従動ギア１３が回転させられて、弁体２３の回転軸１２が回転させられることとなり、ボールバルブ９が閉塞される。
【００５４】
ここで、従動ギア１３及びラック部材１４は、回転軸１２の両端にそれぞれ一組ずつ設けられている。これにより、回転軸１２は両端に均等に荷重が加わることとなり、ギア装置１６による回転軸１２の回転がスムーズに行われる。
また、従動ギア１３の径は、ボールバルブ９を開閉させるために必要なラック部材１４の移動量（すなわち雄部材７を回転させる角度）と、ラック部材１４を移動させるのに必要な力（すなわち雄部材７を回す力）とを決定するものである。
例えば、従動ギア１３の径を小さくすれば、雄部材７を回す角度を低減することができる代わりに、雄部材７をねじ込むためにはより大きな力が必要となる。一方、従動ギア１３の径を大きくすれば、雄部材７をねじ込むために要する力を小さくすることができる代わりに、雄部材７を回す角度が大きくなる。
この従動ギア１３の径は、接続具６の使い勝手が最適となるように設定される。
【００５５】
次に、この接続具６に用いられるボールバルブ９の構成について詳細に説明する。
図３の縦断面図及び図４の平断面図に示すように、ボールバルブ９は、内部に複数の流路２２が形成されるハウジング２１と、流路２２上に設けられて流路２２を仕切る弁体２３とを有している。
【００５６】
弁体２３は、貫通孔２４を有しており、流路２２上に、貫通孔２４に略直交する回転軸線Ｃ回りに回転可能にして設けられている。ボールバルブ９は、弁体２３を回転軸線Ｃ回りに回転させて、貫通孔２４と流路２２とを連通させた状態と連通させない状態とを切り替えることによって、流路２２の開閉を行うものである。
ここで、図３では、雄部材７に設けられるボールバルブ９について図示している。
【００５７】
後述するように、雄部材７に設けられるボールバルブ９では、ハウジング２１の一端（図３及び図４中に示す左端）は、雌部材８に設けられるボールバルブ９との接続端を構成している。また、雌部材８に設けられるボールバルブ９では、ハウジング２１の一端は、雄部材７に設けられるボールバルブ９との接続端を構成している。
【００５８】
ここで、ハウジング２１は、熱絶縁体構造を有していてもよい。例えば、内面または外面に断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重構造を設けたものや、ハウジング２１自体を断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重構造によって構成することができる。
ハウジング２１の内面や外面に設けられる断熱材や低熱伝導率体としては、例えばスーパーインシュレーション（多層断熱層）、発泡体、グラスウール等のウール材料、セラミックス、プラスチック等の樹脂等がある。一方、ハウジング２１自体を構成するための断熱材（または低熱伝導率体）としては、プラスチック等の樹脂のほか、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂等の複合材料などがある。
【００５９】
ハウジング２１には、大径の液体水素流路２２ａと、小径の水素ガス流路２２ｂとが並列に設けられている。水素ガス流路２２ｂは、液体水素流路２２ａの周囲を囲むように複数本配置されている。本実施形態では、図５の端面図に示すように、ハウジング２１には、液体水素流路２２ａが一本設けられており、液体水素流路２２ａの両脇には、水素ガス流路２２ｂがそれぞれ５本ずつ設けられている。
【００６０】
また、ハウジング２１において、液体水素流路２２ａの弁体２３側の端部周縁には、流路内面と弁体２３の表面との間を封止するシールリングＲが、液体水素流路２２ａと同軸にして設けられている。同様に、ハウジング２１において、液体水素流路２２ａの弁体２３側の端部周縁には、流路内面と弁体２３の表面との間を封止するシールリングＲが、液体水素流路２２ａと同軸にして設けられている。
このシールリングＲにより、ハウジング２１に対する弁体２３の回転を許容しながら、各流路内面と弁体２３の外表面との間が気密、液密に封止されている。
【００６１】
雄部材７に設けられるボールバルブ９では、ハウジング２１の他端には、液体水素流路２２ａと液体水素供給源４とを接続する第一配管２６、及び水素ガス流路２２ｂと及び水素ガス回収装置５とを接続する第二配管２７が接続されている。また、雌部材８に設けられるボールバルブ９では、ハウジング２１の他端には、液体水素流路２２ａと水素タンク２の液体水素通路２ｂとを接続する第三配管２８、及び水素ガス流路２２ｂと水素タンク２の水素ガス通路２ｃとを接続する第四配管２９が接続されている。
これら第一〜第四配管２６〜２９は、それぞれ断熱構造を有している。
【００６２】
雄部材７において、液体水素流路２２ａと液体水素供給源４とを接続する第一配管２６は、水素ガス流路２２ｂと水素ガス回収装置５とを接続する第二配管２７内に設けられている。すなわち、これら第一、第二配管２６，２７は、二重配管を構成している。また、雌部材８において、液体水素流路２２ａと水素タンク２の液体水素通路２ｂとを接続する第三配管２８は、水素ガス流路２２ｂと水素タンク２の水素ガス通路２ｃとを接続する第四配管２９内に設けられている。すなわち、これら第三、第四配管２８，２９は、二重配管を構成している。
このような二重配管構造では、内部の配管の周囲が外部の配管によって囲まれているので、内部の配管が外部と断熱される。
【００６３】
弁体２３は、回転軸線Ｃ方向に突出させて回転軸１２が設けられており、回転軸１２を軸線回りに回転させることで、回転軸線Ｃ回りに回転させられるようになっている。なお、雄部材７に設けられるボールバルブ９では、弁体２３の回転軸１２には、回転軸線Ｃに交差する方向に延びるハンドルＨが設けられていて、手動でハンドルＨを操作することで、回転軸１２を回転させることができるようになっている。
ここで、弁体２３は、回転軸線Ｃ回りに形成される回転体であればその形状は任意である。本実施形態では、弁体２３を、回転軸線Ｃ方向の両端部が切り取られた中空球体形状としている。この弁体２３は、両端部がない分だけ肉が少なくなるので、弁体２３の熱容量が小さくなる。
【００６４】
また、弁体２３には、各流路２２のそれぞれに対応する貫通孔２４が設けられている。
具体的には、弁体２３には、液体水素流路２２ａに対応する主貫通孔２４ａが一本設けられており、主貫通孔２４ａの両脇には、主貫通孔２４ａを囲むようにしてそれぞれ５本ずつ副貫通孔２４ｂが設けられている。
主貫通孔２４ａは、弁体２３の回転軸Ｃに直交しかつ弁体２３の中心を貫いて設けられている。また、各副貫通孔２４ｂは、主貫通孔２４ａと平行にして設けられている。
【００６５】
各貫通孔２４は、熱絶縁構造が設けられた管路によって構成されている。具体的には、各貫通孔２４は、弁体２３に設けた下地穴内に、熱絶縁構造が設けられた管路Ｐを挿入することによって、各貫通孔２４を構成している。
熱絶縁体構造を有する管路としては、例えば、内面または外面に断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重管を設けたものや、管路自体を断熱材や低熱伝導率体、もしくは真空二重管によって構成したものが用いられる。
【００６６】
また、弁体２３は、内部に各貫通孔２４とは独立した中空部Ｓを有している。中空部Ｓ内には、熱容量の小さい気体を充填してもよく、中空部Ｓ内を真空にしてもよい。
ここで、弁体２３の内面にも、熱絶縁構造を設けてもよく、弁体２３自体を断熱材もしくは低熱伝導率体によって構成してもよい。
【００６７】
以下、本実施形態にかかる極低温流体供給システム１を用いた、水素自動車の水素タンク２への液体水素の供給手順について説明する。
まず、接続具６の雄部材７と雌部材８とを、前述の手順で接続する。
これにより、図６に示すように、雄部材７に設けられるボールバルブ９のハウジング２１の接続端面と、雌部材８に設けられるボールバルブ９のハウジング２１の接続端面とが、面接触させられ、これら接続端面間が気密、液密に封止される。
【００６８】
この状態では、雄部材７に設けられるボールバルブ９の液体水素流路２２ａと雌部材８に設けられるボールバルブ９の液体水素流路２２ａとが接続され、雄部材７に設けられるボールバルブ９の水素ガス流路２２ｂと雌部材８に設けられるボールバルブ９の水素ガス流路２２ｂとが接続される。また、この状態では、前述のように雌部材８に設けられるボールバルブ９は開放されている。
そして、作業者が雄部材７のボールバルブ９のハンドルＨを操作して、雄部材７のボールバルブ９を開放することで、雄部材７のボールバルブ９の液体水素流路２２ａ、及び雌部材８のボールバルブ９の液体水素流路２２ａを通じて、液体水素供給源４から水素タンク２への液体水素の供給が行われる。
【００６９】
このようにして液体水素流路２２ａを通じて水素タンク２内に液体水素が供給されると、水素タンク２内で液体水素が気化して生じた水素ガスが、水素タンク２内から押し出されて、雌部材８のボールバルブ９の水素ガス流路２２ｂ、及び雄部材７のボールバルブ９の水素ガス流路２２ｂを通じて、水素ガス回収装置５に送り込まれる。
すなわち、この極低温流体供給システム１では、水素タンク２内に液体水素を供給する際に、水素タンク２内の水素ガスがスムーズに取り出されるので、水素タンク２内への液体水素の充填がスムーズに行われる。
【００７０】
水素タンク２と液体水素供給源４とを切り離す際には、まず、雄部材７のボールバルブ９のハンドルＨを操作して、雄部材７のボールバルブ９を閉塞する。
この状態で、接続具６の雄部材７と雌部材８とを、前述の手順で分離することにより、雌部材８に設けられるボールバルブ９も閉塞される。
【００７１】
ここで、ボールバルブ９は、水素ガス流路２２ｂが、液体水素流路２２ａの周囲を囲むように配置されている。
このため、水素ガス流路２２ｂ内を流通する水素ガスが、ボールバルブ９外と液体水素流路２２ａとの間での熱の伝達を緩衝する熱伝達緩衝材として作用する。
これにより、このボールバルブ９では、液体水素流路２２ａ内を流通する液体水素への外気温の影響が低減されてその温度が維持され、また、液体水素流路２２ａ内を流通する液体水素の温度がボールバルブ９の外表面に伝達しにくくなり、ボールバルブ９自体の温度変化も防止される。
すなわち、液体水素流路２２ａに極低温流体である液体水素を流通させても、液体水素の温度上昇を効果的に阻止することができ、また、ボールバルブ９外表面の温度低下が防止されて、作業者への負担が低減される。
【００７２】
また、このボールバルブ９では、主貫通孔２４ａ及び副貫通孔２４ｂが、熱絶縁構造が設けられた管路Ｐによって構成されているので、これら貫通孔内外での熱伝達が防止されて、これら貫通孔内を流通する流体への外気温の影響が低減され、またこれら貫通孔内を流通する流体の温度がボールバルブ９の外表面に伝達されにくい。
【００７３】
さらに、このボールバルブ９では、弁体２３は、内部に各貫通孔とは独立した中空部Ｓを有しているので、弁体２３自体の熱容量が小さい。
これにより、弁体２３を通じた熱伝導が低減されて、各貫通孔内を流通する流体への外気温の影響が低減され、また各貫通孔内を流通する流体の温度がボールバルブ９の外表面に伝達しにくい。
ここで、中空部Ｓ内に熱容量の小さい気体を充填したり、中空部Ｓ内を真空にすることで、弁体２３を通じた熱伝導をさらに低減することができる。
【００７４】
また、雄部材７に接続される第一、第二配管２６，２７は、二重配管を構成しており、雌部材８に接続される第三、第四配管２８，２９も、二重配管を構成している。
これにより、第一配管２６及び第三配管２８が外部と断熱されることとなり、第一、第三配管２６，２８内を流通する液体水素の温度上昇を防止することができる。
また、第一配管２６内を液体水素が流通しても、その冷気が第二配管２７の表面に伝わりにくいので、作業者の負担が低減される。
【００７５】
本実施形態にかかるボールバルブ９は、一つのボールバルブ９で、液体水素流路２２ａと水素ガス流路２２ｂとのそれぞれを通じた流体の流通を制御することができる。これにより、このボールバルブ９を用いた接続具６では、液体水素流路２２ａと水素ガス流路２２ｂとのそれぞれにボールバルブを設けた構成の接続具に較べて、小型、軽量である。
本実施形態にかかる接続具６では、上記のように極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量なボールバルブによって液体水素や水素ガスの流通を制御するので、これら流体の取り扱いを良好に行うことができる。また、接続具６自体も小型、軽量であるので、作業者の負担が低減される。
【００７６】
また、本実施形態にかかる接続具６では、雄部材７と雌部材８との係合時及び分離時における雄部材７と雌部材８との相対移動を、雌部材８のボールバルブ９の弁体２３の回転動作に変換する動力変換装置１１が設けられている。
これにより、雄部材７と雌部材８との係合動作及び分離動作と連動して、雌部材８のボールバルブの開閉動作が自動的に行われる。
このため、作業者は、雄部材７と雌部材８とを係合させる際及び分離させる際には、雌部材８側のボールバルブ９の開閉動作を行う必要がなくなり、作業者の負担が低減される。
【００７７】
また、本実施形態にかかる接続具６は、雄部材７と雌部材８との係合構造として、バヨネット構造を採用しているので、作業者が雄部材７を回す力を利用して、雄部材７と雌部材８とを係合させる際の押込力や、雄部材７と雌部材８とを分離させる際の引抜力がそれほど必要でなくなり、雄部材７と雌部材８との係合や分離を容易に行うことができる。
【００７８】
本実施形態にかかる極低温流体供給システム１は、上記のように、極低温流体の取り扱いに適した小型、軽量な接続具６を用いているので、作業者の負担が大幅に低減される。
【００７９】
ここで、本実施の形態では、接続具６の雌部材８に設けられるギア装置１６を、従動ギア１３とラック部材１４とによって構成した例を示したが、これに限られることなく、図７に示す接続具３１のように、従動ギア１３とラック部材１４との間に、伝達ギア３２を介装したギア装置３３を用いてもよい。
【００８０】
また、本実施の形態では、ボールバルブ９に、水素ガス回収装置５に接続される水素ガス流路２２ｂを設けた例を示したが、これに限られることなく、水素ガス流路２２ｂを、他の装置または流体供給源に接続される構成とすることで、ボールバルブ９を通じた流体の流通形態にバリエーションを持たせることができる。
例えば、水素ガス流路２２ｂをパージガス供給源と接続して、雄部材７と雌部材８とが分離している状態では水素ガス流路２２ｂからパージガスを吐出し続ける構成とすることで、このパージガスによって液体水素流路２２ａと外気との接触を防止して、液体水素流路２２ａ及び液体水素流路２２ａ内を流通する液体水素の汚染を防止することができる。
また、例えば、水素ガス流路２２ｂを吸気設備に接続して、雄部材７と雌部材８との接続時または分離時に、水素ガス流路２２ｂを通じて周辺雰囲気の吸引を行うことで、接続時または分離時に液体水素流路２２ａから吐出された流体を回収することができる。
【００８１】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態にかかる極低温流体供給システム３６は、第一実施形態に示した極低温流体供給システム１において、接続具６の代わりに、本実施形態にかかる接続具３７を用いたものである。以下、第一実施形態で示した部材と同一または同様の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
【００８２】
本実施形態にかかる接続具３７は、従動ギア１３の代わりに、従動楕円ギア３８を設け、従動楕円ギア３８とラック部材１４との間に、軸直交平面上をフローティング移動可能な伝達楕円ギア３９を介装したギア装置４０を用いたものである。
【００８３】
このギア装置４０は、ボールバルブ９の開け始めの段階と閉め始めの段階とのうちの少なくともいずれか一方の段階で弁体２３の回転軸１２に加わる回転駆動力が他の段階での回転駆動力よりも増加するように設定されている。
【００８４】
ボールバルブ９は、開け始めの段階や閉め始めの段階では、他の段階に較べてより大きな力が必要となる。
本実施形態にかかる接続具３７では、ギア装置４０が従動楕円ギア３８及び伝達楕円ギア３９を有していて、ボールバルブ９の開け始めの段階と閉め始めの段階とのうちの少なくともいずれか一方の段階で弁体２３の回転軸１２に加わる回転駆動力が他の段階で加わる回転駆動力よりも増加させられるので、ボールバルブ９の開閉動作を最初から最後までスムーズに行うことができる。
これにより、この接続具３７を採用した極低温流体供給システム３６では、作業者の負担が低減される。
【００８５】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図９を用いて説明する。
本実施形態にかかる極低温流体供給システム４１は、第一実施形態に示した極低温流体供給システム１において、本実施形態にかかる接続具４２を用いたことを主たる特徴とするものである。以下、第一実施形態で示した部材と同一または同様の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
【００８６】
本実施形態にかかる接続具４２は、接続具６において、ボールバルブ９の代わりに、本実施形態にかかるボールバルブ４３を用いたものである。以下、第一実施形態で示した部材と同一または同様の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
【００８７】
本実施形態にかかるボールバルブ４３は、弁体２３に、主貫通孔２４ａ及び副貫通孔２４ｂが、回転軸線Ｃ方向に離間させて設けた構成とされている。
また、このボールバルブ４３においても、ハウジング２１に設けられる液体水素流路２２ａの弁体２３側の端部周縁には、流路内面と弁体２３の表面との間を封止するシールリングＲが、液体水素流路２２ａと同軸にして設けられている。同様に、ハウジング２１において、液体水素流路２２ａの弁体２３側の端部周縁には、流路内面と弁体２３の表面との間を封止するシールリングＲが、液体水素流路２２ａと同軸にして設けられている。
【００８８】
また、本実施形態では、各流路ごとに設けられるシールリングＲに加えて、全流路の周囲を囲って全流路に対するシールを行うグランドシールリングＲｇを設けており、これによって各流路内面と弁体２３表面との間の封止を確実にするとともに、弁体２３とハウジング４４との間での流体の移動を規制して、これらの間での熱伝達を低減している。
【００８９】
ボールバルブのケーシングに設けられるシールリングは、弁体が回転することで、弁体の貫通孔のエッジと干渉する。このため、ボールバルブを長期間使用すると、シールリングが貫通孔のエッジによって削られて次第に損傷するので、適宜時期にシールリングの交換を行う必要がある。
そして、弁体の回転軸線方向における同一位置に複数の貫通孔が設けられていると、貫通孔が一つだけである場合に較べてシールリングが貫通孔のエッジと干渉する回数が増加するため、シールリングの寿命が短くなってしまう。
【００９０】
本実施形態にかかるボールバルブ４３では、弁体２３に設けられる各貫通孔は、弁体２３の回転軸線Ｃ方向にずらせて設けられている。すなわち、シールリングＲにおいて各貫通孔のエッジと干渉する領域が重複しないので、シールリングＲに加わる負担が低減され、貫通孔を複数設けた構成としながら、シールリングＲの寿命低下が防止される。
【００９１】
ここで、上記各実施の形態では、雄部材７と雌部材８との係合構造として、バヨネット構造を用いた例を示したが、雄部材７と雌部材８との係合構造はこれに限られるものではない。
例えば、雄部材７の外周面におねじを形成し、雌部材８の外筒８ａの内面にめねじを形成して、雄部材７と雌部材８とを、おねじとめねじとを螺合させることによって係合する構成（すなわちねじ結合する構成）としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる極低温流体供給システムを示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる接続具の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態にかかるボールバルブの構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態にかかるボールバルブの構成を示す平断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態にかかるボールバルブの構成を示す端面図である。
【図６】本発明の接続具の雄部材と雌部材との係合時の様子を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第一実施形態にかかる接続具の他の構成例を示す平断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態にかかる接続具を示す平断面図である。
【図９】本発明の第三実施形態にかかるボールバルブの構成を示す端面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１，３６，４１  極低温流体供給システム
２  水素タンク（容器）
６，３１，３７，４２  接続具
７  雄部材
８  雌部材
９，４３  ボールバルブ
１１  動力変換装置
１６，３３，４０  ギア装置
２１  ハウジング
２２  流路
２２ａ  液体水素流路
２２ｂ  水素ガス流路
２３  弁体
２４  貫通孔
２４ａ  主貫通孔
２４ｂ  副貫通孔
２６〜２９  第一〜第四配管
Ｃ  回転軸線
Ｓ  中空部
【図１】
2005133763.tif 000003
【図２】
2005133763.tif 000004
【図３】
2005133763.tif 000005
【図４】
2005133763.tif 000006
【図５】
2005133763.tif 000007
【図６】
2005133763.tif 000008
【図７】
2005133763.tif 000009
【図８】
2005133763.tif 000010
【図９】
2005133763.tif 000011