(57)【要約】【課題】圧力容器用バルブアッセンブリ及び圧力容器において、ガスに対するシール性をより向上させることである。【解決手段】ガス貯蔵容器に設けられた開口に取り付けられる口金部２２と、口金部２２に着脱可能に挿入して配置され、ガス貯蔵容器に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部２４と、口金部２２とバルブ部２４との間に配置されるシール部材２６とを有する圧力容器用バルブアッセンブリ２０であって、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱収縮が大きい材料で成形されることを特徴とする。口金部２２は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で成形され、バルブ部２４は、ステンレス鋼等の鉄合金で成形されることが好ましい。また、圧力容器１０は、圧力容器用バルブアッセンブリ２０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス貯蔵容器に設けられた開口に取り付けられる口金部と、
口金部に着脱可能に挿入して配置され、ガス貯蔵容器に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部と、
口金部とバルブ部との間に配置されるシール部材と、
を有する圧力容器用バルブアッセンブリであって、
口金部は、バルブ部よりも熱収縮が大きい材料で成形されることを特徴とする圧力容器用バルブアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力容器用バルブアッセンブリであって、
口金部は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で成形され、バルブ部は鉄合金で成形されることを特徴とする圧力容器用バルブアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力容器用バルブアッセンブリであって、
鉄合金は、ステンレス鋼であることを特徴とする圧力容器用バルブアッセンブリ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の圧力容器用バルブアッセンブリを備えることを特徴とする圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器用バルブアッセンブリ及び圧力容器に係り、特に、ガス貯蔵容器に設けられた開口に取り付けられる口金部と、口金部に着脱可能に挿入して配置され、ガス貯蔵容器に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部と、口金部とバルブ部との間に配置されるシール部材とを有する圧力容器用バルブアッセンブリ及び圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を使用して走行する燃料電池自動車は、燃料である水素ガスを内部に高圧で貯蔵するガス貯蔵容器である圧力容器を備えている。図３は、燃料電池自動車を示す模式図である。燃料電池自動車に備えられている圧力容器は、圧力容器に高圧で貯蔵されている水素ガスを、圧力容器から水素ガス配管を通して燃料電池へ供給等するための圧力容器用バルブアッセンブリを備えている。
【０００３】
圧力容器用バルブアッセンブリは、図３に示すように、ガス貯蔵容器である圧力容器の開口に取り付けられる口金と、口金に着脱可能に挿入して、圧力容器に貯蔵される水素ガスの供給を調節するバルブと、口金とバルブとの間に配置されて、圧力容器に貯蔵される水素ガスをシールする合成ゴム製Ｏリング等のシール部材とを有している。
【０００４】
合成ゴム製Ｏリング等のシール部材は、圧力容器に貯蔵されている水素ガスの圧力により弾性変形して、口金とシール部材及びバルブとシール部材との間に所定の面圧を付与することにより、圧力容器に貯蔵されている水素ガスのシール効果を高めている。
【０００５】
特許文献１には、バルブが口金に締結されて開口が閉じられ、口金の外周部から内側へ突出した突出部とバルブとの間をＯリングがシールする水素やヘリウム等の気体を充填する高圧タンクが示されている。そして、上記高圧タンクによれば、口金とバルブとのＯリングによるシール部位においては、開口の径が大きくなることを抑制または防止でき、高圧タンクを長期間使用しても、口金とバルブとの間のシールを確保できることが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４８９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、燃料電池自動車が走行すると圧力容器から水素ガスが放出されて燃料電池へ供給されるため、圧力容器の温度が、水素ガスの断熱膨張による断熱冷却により、例えば、マイナス６０℃以下まで低下する場合がある。そして、圧力容器が冷却されることにより、圧力容器に備えられている圧力容器用バルブアッセンブリが低温に曝露され、圧力容器用バルブアッセンブリの口金とバルブと合成ゴム製Ｏリング等のシール部材とが冷却される。
【０００８】
上記の合成ゴム製Ｏリング等のシール部材は、上述したような低温環境下に曝されると、合成ゴムの脆化により、シール部材の弾性力が低下する場合がある。シール部材の弾性力が低下すると、口金とシール部材及びバルブとシール部材との間における面圧の低下が生じて、圧力容器に貯蔵されている水素ガス等のガスに対するシール部材のシール効果が低下する場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、低温環境下において、圧力容器に貯蔵されたガスに対するシール効果をより向上させた圧力容器用バルブアッセンブリ及び圧力容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る圧力容器用バルブアッセンブリは、ガス貯蔵容器に設けられた開口に取り付けられる口金部と、口金部に着脱可能に挿入して配置され、ガス貯蔵容器に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部と、口金部とバルブ部との間に配置されるシール部材とを有する圧力容器用バルブアッセンブリであって、口金部は、バルブ部よりも熱収縮が大きい材料で成形されることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る圧力容器用バルブアッセンブリにおいて、口金部は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で成形され、バルブ部は、鉄合金で成形されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る圧力容器用バルブアッセンブリにおいて、鉄合金は、ステンレス鋼であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る圧力容器は、ガス貯蔵容器に設けられた開口に取り付けられる口金部と、口金部に着脱可能に挿入して配置され、ガス貯蔵容器に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部と、口金部とバルブ部との間に配置されるシール部材とを有する圧力容器用バルブアッセンブリであって、口金部は、バルブ部よりも熱収縮が大きい材料で成形される圧力容器用バルブアッセンブリを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る圧力容器において、口金部は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で成形され、バルブ部は、鉄合金で成形されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る圧力容器において、鉄合金は、ステンレス鋼であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記圧力容器用バルブアッセンブリ及び圧力容器によれば、低温環境下において、口金とシール部材及びバルブとシール部材との間における面圧の低下を抑制することにより、圧力容器に貯蔵されたガスに対するシール効果をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、圧力容器１０の断面を示す模式図である。圧力容器１０は、例えば、高圧のガスを貯蔵するために、圧力容器１０の強度や剛性を確保するための外殻１２と、圧力容器１０からガスの透過を抑えるための内殻であるライナ１４とを含んで構成される。また、外殻１２の外周面には、外部からの衝撃を緩衝するための緩衝材１６を設けることもできる。
【００１８】
外殻１２には、圧力容器１０の軽量化のために繊維強化樹脂複合材料（ＦＲＰ）を用いることができる。強化繊維材料としては、高強度繊維や高弾性繊維等が用いられ、例えば、炭素繊維やアラミド繊維等を使用することができる。そして、合成樹脂材料には、例えば、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等を使用することができる。
【００１９】
繊維強化樹脂複合材料の成形は、例えば、強化繊維材料に予めエポキシ樹脂等の合成樹脂材料を含浸させて半硬化させたプリプレグを、冶具にフィラメントワインディング法等により巻きつけて所定の形状に予備成形した後、予備成形体を樹脂硬化炉等で硬化させて行なわれる。勿論、他の条件次第では、外殻１２には、繊維強化樹脂複合材料に限定されることはなく、金属材料等を用いてもよい。
【００２０】
ライナ１４には、合成樹脂材料を用いることができる。合成樹脂材料としては、圧力容器１０に貯蔵されたガスの透過を抑えるため、ガス透過性の小さい合成樹脂材料を用いることが好ましい。ガス透過性の小さい合成樹脂材料には、例えば、ポリアミド樹脂等を使用することができる。ライナ１４は、一般的なプラスチックスの射出成形等により、所定の形状に成形される。勿論、他の条件次第では、ライナ１４には、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料を用いることができる。
【００２１】
圧力容器１０の外殻１２とライナ１４とは、ライナ１４にフィラメントワインディング法等を用いて上述したプリプレグを巻きつけて所定の形状に予備成形した後、予備成形体を樹脂硬化炉等で加熱することにより硬化させて一体成形することができる。また、圧力容器１０の外殻１２とライナ１４とは、例えば、エポキシ樹脂系接着剤等の接合材を用いて接合してもよい。
【００２２】
更に、外殻１２の外周面に緩衝材１６を設ける場合には、緩衝材１６として、例えば、ガラス繊維の織物等を用いることができる。そして、緩衝材１６であるガラス繊維の織物を、外殻１２の外周面に、例えば、エポキシ樹脂系接着剤等の接合材を用いて接合することができる。
【００２３】
圧力容器１０は、圧力容器１０に充填貯蔵されたガスを供給等するための圧力容器用バルブアッセンブリ２０を備えている。そして、圧力容器用バルブアッセンブリ２０は、ガス貯蔵容器である圧力容器１０に設けられた開口に取り付けられる口金部２２と、口金部２２に着脱可能に挿入して配置され、圧力容器１０に貯蔵されるガスの供給を調節するバルブ部２４と、口金部２２とバルブ部２４との間に配置されるシール部材２６とを有している。
【００２４】
口金部２２は、圧力容器１０の外殻１２に設けられた開口に挿入されて取り付けられる。口金部２２は、バルブ部２４を挿入するために中空状の形状を有している。口金部２２には、シール部材２６を嵌め込むためのシール溝を設けることができる。シール部材２６を嵌め込むためのシール溝は、口金部２２の内周面の全周に、シール部材２６を嵌め込むことができるように所定の幅で設けられる。また、口金部２２の内周面には、バルブ部２４と締結するためのねじ部を有している。
【００２５】
口金部２２は、圧力容器１０の外殻１２とライナ１４との間に嵌め込んで固定することができる。また、口金部２２の外周面と、外殻１２と、ライナ１４とを、例えば、エポキシ樹脂系接着剤等の接合材を用いて接合してもよい。
【００２６】
口金部２２を成形するための材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鉄、鉄合金等の金属材料等を用いることが好ましい。そして、口金部２２の加工は、一般的な金属材料における機械加工により行うことができる。勿論、他の条件次第では、口金部２２を成形するための材料は、金属材料に限定されることなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂またはポリアミド樹脂等の合成樹脂材料や無機材料等の非金属材料を用いることができる。
【００２７】
バルブ部２４は、圧力容器１０から図示されないガス配管に、圧力容器１０に貯蔵されたガスを送り出すために、口金部２２に着脱可能に挿入して配置される。ここで、バルブ部２４が口金部２２に着脱可能に挿入されるのは、バルブ部２４の点検、修理または交換等を容易に行うためである。バルブ部２４には、シール部材２６を嵌め込むためのシール溝を設けることができる。シール部材２６を嵌め込むシール溝は、バルブ部２４における外周面の全周に、シール部材２６を嵌め込むことができるように所定の幅で設けられる。また、バルブ部２４の外周面は、口金部２２と内周面と締結するためのねじ部を有している。
【００２８】
バルブ部２４には、回路の開閉によりガスの流れを制御する図示されない方向制御弁（シャットオフ弁）が設けられる。そして、バルブ部２４の外側には、圧力容器１０に高圧に貯蔵されたガスの圧力を調整して、ガス配管に所定の圧力でガスを供給するための図示されない圧力調整弁（減圧弁）を設けることができる。
【００２９】
バルブ部２４を成形するための材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鉄、鉄合金等の金属材料等を用いることが好ましい。そして、バルブ部２４の加工は、一般的な金属材料における機械加工により行うことができる。勿論、他の条件次第では、バルブ部２４を成形するための材料は、金属材料に限定されることなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂またはポリアミド樹脂等の合成樹脂材料や無機材料等の非金属材料を用いることができる。
【００３０】
ここで、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱収縮が大きい材料で成形される。口金部２２をバルブ部２４よりも熱収縮が大きくなるようにすることにより、圧力容器１０が冷却されることにより圧力容器用バルブアッセンブリ２０が低温に曝露された場合に、口金部２２とバルブ部２４との間隔（クリアランス）を常温時よりも狭くなるようにすることができる。これにより、後述する合成ゴム等のシール部材２６が低温に曝露されることにより脆化して弾性力が低下した場合でも、口金部２２とバルブ部２４とによりシール部材２６が加圧されて、口金部２２とシール部材２６との間、及びバルブ部２４とシール部材２６との間における面圧の低下を抑制することができる。そして、口金部２２とシール部材２６との間、及びバルブ部２４とシール部材２６との間における面圧の低下を抑制することにより、圧力容器１０に充填貯蔵されているガスのシール効果をより向上させることができる。
【００３１】
口金部２２は、バルブ部２４よりも熱膨張係数が大きい材料で成形することができる。口金部２２をバルブ部２４よりも熱膨張係数の大きい材料で成形することにより、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱収縮を大きくすることができるからである。口金部２２とバルブ部２４とが金属材料により成形される場合には、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱膨張係数が大きい金属材料で成形される。また、口金部２２とバルブ部２４とが合成樹脂材料により成形される場合には、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱膨張係数が大きい合成樹脂材料で成形される。
【００３２】
口金部２２が合成樹脂材料で成形されて、バルブ部２４が金属材料で成形される場合には、口金部２２には、バルブ部２４に用いられる金属材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する合成樹脂材料が用いられる。また、口金部２２が金属材料で成形されて、バルブ部２４が合成樹脂材料で成形される場合には、口金部２２には、バルブ部２４に用いられる合成樹脂材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する金属材料が用いられる。
【００３３】
口金部２２は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で成形され、バルブ部２４は、鉄合金で成形されることが好ましい。また、バルブ部２４を成形するための鉄合金には、ステンレス鋼を用いることがより好ましい。アルミニウムの熱膨張係数は、２３．４×１０-6/℃程度であり、銅の熱膨張係数は、１６．８×１０-6/℃程度であり、鉄合金であるステンレス鋼の熱膨張係数は、１４．８×１０-6/℃程度であるので、アルミニウムや銅の熱膨張係数は、鉄合金の熱膨張係数よりも大きいからである。
【００３４】
そして、口金部２２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で成形され、バルブ部２４は、ステンレス鋼等の鉄合金で成形されることがより好ましい。口金部２２とバルブ部２４とを、上記熱膨張係数の差を有する材料を用いて成形することにより、低温時における口金部２２とバルブ部２４との間隔（クリアランス）をより狭くして、シール部材２６を更に加圧することができるからである。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金は、比重が他の金属材料よりも小さいため、圧力容器用バルブアッセンブリ２０や圧力容器１０をより軽量化できるからである。
【００３５】
口金部２２を成形する材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金には、Ａ５０５２、Ａ５０５６などのＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金や、Ａ６０６１、Ａ６０６３などのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金等の耐食アルミニウム合金を使用することができる。また、口金部２２を成形するアルミニウムまたはアルミニウム合金には、Ａ２０２４などのＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系アルミニウム合金や、Ａ７０７５などのＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金等の高力アルミニウム合金等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、アルミニウムまたはアルミニウム合金は、上記アルミニウム合金等に限定されることはない。
【００３６】
また、口金部を成形する材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる場合には、防食を目的として、アルミニウムまたはアルミニウム合金を陽極としてシュウ酸や硫酸中で電解し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面に保護皮膜である酸化皮膜を形成する陽極酸化処理を行ってもよいし、リン酸等の溶液にアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸漬して防食処理するアロジン処理等を行なってもよい。
【００３７】
口金部２２を成形する材料である銅または銅合金には、無酸素銅、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金である黄銅、Ｃｕ−Ａｌ系銅合金であるアルミニウム青銅等を使用することができる。勿論、他の条件次第では、銅または銅合金は、上記銅合金等に限定されることはない。また、上述した銅または銅合金に防食を目的としてめっき等の表面処理を行なうこともできる。
【００３８】
バルブ部２４を成形する材料である鉄合金には、耐食性に優れるステンレス鋼を使用することが好ましい。ステンレス鋼には、ＳＵＳ４１０等のマルテンサイト系ステンレス鋼であるＣｒ系ステンレス鋼や、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼であるＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼を使用することができる。勿論、他の条件次第では、鉄合金は、上記鉄合金等に限定されることはなく、構造用炭素鋼等を用いることができる。
【００３９】
シール部材２６は、圧力容器１０に貯蔵されているガスをシールするために、口金部２２とバルブ部２４との間に配置される。そして、シール部材２６は、口金部２２またはバルブ部２４に設けられたシール溝に嵌め込むことができる。また、シール部材２６は、圧力容器１０に貯蔵されているガスに対するシール効果を高めるために、口金部２２とバルブ部２４との間に２重に配置することができる。
【００４０】
シール部材２６には、合成ゴム製のシール部材２６を使用することが好ましい。合成ゴム製のシール部材２６を使用するのは、圧力容器１０に高圧で貯蔵されているガスの圧力によりシール部材２６が弾性変形して、口金部２２とシール部材２６との間、及びバルブ部２４とシール部材２６との間に高い面圧が生じることにより、圧力容器１０に貯蔵されているガスをシールすることができるからである。
【００４１】
合成ゴムには、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等を用いることができる。また、合成ゴムには、低温における使用温度範囲が広いことからエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、シール部材２６は、上記合成ゴム等に限定されることはない。
【００４２】
次に、上記構成の作用について説明する。図２は、圧力容器用バルブアッセンブリ２０の作用を示す図であり、図２（Ａ）は、圧力容器用バルブアッセンブリ２０における常温時のシール部３０を示す図であり、図２（Ｂ）は、圧力容器用バルブアッセンブリ２０における低温時のシール部３０を示す図である。
【００４３】
合成ゴム製のシール部材２６は、常温時では図２（Ａ）に示すように、口金部２２とバルブ部２４との間に配置されて、圧力容器１０に貯蔵されているガスをシールしている。ここで、口金部２２とバルブ部２４とは、所定の間隔（クリアランス）を有している。
【００４４】
そして、圧力容器１０からガスが放出されるとガスの断熱膨張による断熱冷却により、圧力容器１０の温度が低下する。圧力容器１０の温度が低下するに伴って、圧力容器用バルブアッセンブリ２０が低温に曝露されて、口金部２２とバルブ部２４と合成ゴム製のシール部材２６との温度が低下する。ここで、合成ゴム製のシール部材２６は、温度が低下することにより合成ゴムが脆化し、合成ゴム製のシール部材２６の弾性力が常温時よりも低下する。
【００４５】
低温時では、口金部２２はバルブ部２４よりも熱収縮が大きい材料で成形されているため、口金部２２はバルブ部２４よりも熱収縮量が大きくなる。これにより、低温時では、図２（Ｂ）に示すように、常温時よりも口金部２２とバルブ部２４との間隔（クリアランス）が小さくなり、合成ゴム製のシール部材２６は、常温時よりも口金部２２とバルブ部２４とにより締め付けられて変形する。
【００４６】
このように、合成ゴム製のシール部材２６が低温に曝露されることにより、合成ゴム脆化して合成ゴム製のシール部材２６の弾性力が低下した場合でも、常温時よりも口金部２２とバルブ部２４とにより締め付けて、口金部２２と合成ゴム製のシール部材２６との間、及びバルブ部２４と合成ゴム製のシール部材２６との間の面圧の低下を抑制することにより、圧力容器１０に貯蔵されているガスをシールすることができる。
【００４７】
以上、上記構成によれば、口金部２２は、バルブ部２４よりも熱収縮が大きい材料で成形されることにより、低温環境下において、口金部２２はバルブ部２４よりも熱収縮量を大きくして、常温時よりも口金部２２とバルブ部２４とによりシール部材２６を締め付けることができる。それにより、口金部２２とシール部材２６及びバルブ部２４とシール部材２６との間における面圧の低下を抑制して、圧力容器１０に貯蔵されているガスに対するシール効果をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態において、圧力容器１０の断面を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態において、圧力容器用バルブアッセンブリ２０の作用を示す図である。
【図３】燃料電池自動車を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  圧力容器、１２  外殻、１４  ライナ、１６  緩衝材、２０  圧力容器用バルブアッセンブリ、２２  口金部、２４  バルブ部、２６  シール部材。
【図１】
2007292235.tif 000003
【図２】
2007292235.tif 000004
【図３】
2007292235.tif 000005