WO2024256934A1

WO2024256934A1 - 逆止弁及び弁装置

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Publication number: WO2024256934A1
Application number: PCT/IB2024/055584
Authority: WO
Inventors: 将太藤井
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2024-06-07
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2025-12-15

Abstract

逆止弁におけるチャタリングの発生を抑制する。水素を貯蔵するためのタンク２０に装着された弁装置６０において使用される逆止弁９０であって、逆止弁９０は、弁装置６０のハウジング８１内に形成された、タンク２０へ充填される水素が通過する充填通路６１に配置され、逆止弁９０は、弁体８４と、ハウジング８１に形成された弁座８２と、弁体８４を弁座８２へ押圧する弁スプリング８０と、を含み、弁体８４は、本体部８４ｃと、閉弁時に弁座８２に着座する弁部８４ａと、本体部８４ｃと弁部８４ａとの間に形成され、本体部８４ｃよりも大きな外径をなす大径部８４ｂと、を含み、弁部８４ａは、閉弁時に弁座８２に当接するシート部８５よりも充填通路６１の上流側へ突出する突起である突起部８６を有し、開弁時に、突起部８６と充填通路６１との間に上流側絞り部９１を形成する、逆止弁９０。

Description

【書類名】明細書

【発明の名称】逆止弁及び弁装置

【技術分野】

【。 0 0 1】本発明は、水素が充填されるタンク装置に使用される逆止弁、及び、当該逆止弁を備える弁装置に関する。

【背景技術】

【。 0 0 2】従来、水素と酸素を化学反応させて発電する電気化学電池が知られている。燃料電池は電気化学電池の一例である。燃料電池の用途として、車両に搭載され、車両の走行用モータに電力供給を行う燃料電池システムがある。このような燃料電池システムでは、燃料ガスとしての水素を貯蔵するタンクが使用される。タンクへの水素の充填は、例えば、水素ステーションにおいて、水素充填装置から延びる水素供給ノズルを、燃料電池車両側の水素供給を受けるためのレセプタクルに嵌合装着させて、燃料電池車両のタンクへ向けて水素を供給することで行なわれる。水素の充填経路には、開弁時に、レセプタクルからタンク側へのみ水素が流れる様に作動する逆止弁が設けられる。

【〇 0 0 3】一方、タンクから燃料電池方向への水素の供給は開閉機構を有する制御弁等によって制御される。この制御弁や充填経路の弁は、タンクと外部を結ぶインターフェースとしてーつの弁装置にまとめられることが、取り付け性やコスト等の観点から有利である。 (例えば特許文献 1のバルブユニット参照)

【先行技術文献】

【特許文献】

【〇 0 0 4】

【特許文献 1】特開 2 0 1 9 — 1 1 6 9 2 9号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【〇 0 0 5】水素の充填経路に設けられる逆止弁においては、スプリングのセットカとタンク側の水素の圧力とにより、弁体が閉弁方向へ押圧される。一方、レセプタクルから水素が供給される際には、供給される水素の圧力により、弁体が開弁方向へ押圧される。そして、開弁方向への押圧力が閉弁方向への押圧力を上回った時に、逆止弁が開弁する。また、逆止弁の閉弁方向へ作用する水素の圧力は、タンク内の水素の充填度合により異なる。

【〇 0 0 6】ここで、レセプタクルから水素が供給される際、逆止弁が開弁した直後、水素が弁体の下流側へ急速に流れることにより、弁体の上流側における水素の圧力が急速に低下することがある。弁体の上流側における水素の圧力が急速に低下すると、弁体の上流側と下流側との圧力差が小さくなることから、スプリングによる荷重により、逆止弁が閉弁してしまうことがある。逆止弁が閉弁すると、弁体の上流側の圧力は再び上昇するため、逆止弁が再び開弁する。逆止弁が再び開弁した後、弁体の上流側の圧力が急速に低下することから、逆止弁が再び閉弁する。この様に、レセプタクルから水素が供給される際、逆止弁が開弁と閉弁とを繰り返す、いわゆるチャタリングと呼ばれる現象が起きることがある。

【〇 0 0 7】チャタリングが起きると、スムーズな水素の充填が妨げられる他、ノイズの発生、あるいは、接触部位における摩耗が促進される等の不都合が生じることがある。

【〇 0 0 8】本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、タンクへ水素を充填する際にチャタリングを起こすことのない逆止弁、及び、当該逆止弁を備える弁装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

［ 0 0 0 9］本発明によれば、水素を貯蔵するためのタンク ( 2 0) に装着された弁装置 ( 6 0 ) において使用される逆止弁 ( 9 0) であって、前記逆止弁 ( 9 0) は、前記弁装置 ( 6 0) のハウジング ( 8 1 ) 内に形成された、前記タンク ( 2 0) へ充填される前記水素が通過する充填通路 ( 6 1 ) に配置され、前記逆止弁 ( 9 0) は、弁体 (8 4) と、前記ハウジング ( 8 1 ) に形成された弁座 ( 8 2) と、前記弁体 (8 4 ) を前記弁座 (8 2) へ押圧する弁スプリング ( 8 〇) と、を含み、前記弁体 (8 4) は、本体部 (8 4 c ) と、閉弁時に前記弁座 (8 2) に着座する弁部 (8 4 a ) と、前記本体部 (8 4 c ) と前記弁部 ( 8 4 a ) との間に形成され、前記本体部 (8 4 c ) よりも大きな外径をなす大径部 ( 8 4 b ) と、を含み、前記弁部 (8 4 a ) は、閉弁時に前記弁座 (8 2) に当接するシート部 (8 5) よりも前記充填通路 ( 6 1 ) の上流側へ突出する突起である突起部 (8 6 ) を有し、前記逆止弁 ( 9 0 ) は、開弁時に、前記突起部 (8 6 ) と前記充填通路 ( 6 1 ) との間に上流側絞り部 ( 9 1 ) を形成する、逆止弁 ( 9 0) が提供される。

【発明の効果】

［ 0 0 1 0］本発明の逆止弁によれば、水素をタンクに充填する際の、逆止弁におけるチャタリングの発生が抑制される。

［図面の簡単な説明］

［ 0 0 1 1］

［図 1］本発明に係る逆止弁が使用される燃料電池システム 1の全体構成の一例を説明するための模式図である。

［図 2］本発明に係る逆止弁を備えた弁装置 6 〇を説明するための図である。

［図 3］本発明に係る充填側逆止弁 9 〇を模式的に示す図である。

［図 4］弁体 8 4の正面図である。

［図 5］図 4に示される弁体 8 4を Eで示される方向から見た側面図である。

［図 6］図 4の F - F線上の断面図である。

［図 7］本発明に係る充填側逆止弁 9〇が開弁した直後を示す図である。

［図 8］従来の充填側逆止弁 9 0 0を示す図である。

［図 9］従来の充填側逆止弁 9 0 0にチャタリングが発生した際の第 1通路 6 1 aの圧力 P hの挙動を説明するための図である。

［図 1 0］本発明に係る充填側逆止弁 9〇における第 1通路 6 1 aの圧力 P hの挙動を説明するための図である。

［発明を実施するための形態］

［ 0 0 1 2］以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しつつ説明する。尚、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また、それぞれの図中、同じ符号が付されているものは同一の要素を示しており、適宜説明が省略されている。また、各図において、詳細部分の図示が適宜簡略化または省略されている。また、重複する説明については、適宜簡略化または省略されている。

［ 0 0 1 3］図 1は、本発明に係る逆止弁が使用される燃料電池システム 1の全体構成の一例を説明するための模式図である。燃料電池システム 1は、タンク装置 2 1、燃料電池 1 0、エアコンプレッサ 3 0、補助機器 4 0、消費機器 5 0などを含んで構成されている。燃料電池システム 1は、例えば、燃料電池車両用の燃料電池システムである。

［ 0 0 1 4］燃料電池 1 〇は、例えば固体高分子形の燃料電池であり、 M E A (Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体) を一対の導電性のセパレータで挟持してなる単セルを複数積層したものである。

[ 0 0 1 5 ] タンク装置 2 1は、水素が圧縮充填される貯蔵器であるタンク 2 0と、弁装置 6 0と、を含んで構成されている。本発明に係る逆止弁は、弁装置 6 0に備えられる。

[ 0 0 1 6 ] タンク 2 0内の水素は、弁装置 6 0から出て配管 7 0、分岐 7 0 A及び配管 7 2を通り、補助機器 4 0を介して燃料電池 1 0に供給される。尚、図 1においてタンク装置 2 1は ! 個のみ記載されているが、複数個備えられていても良い。

[ 0 0 1 7 ] 分岐 7 0 Aから延びるもう一本の配管 7 1には水素をタンク装置 2 1に充填するためのレセプタクル 7 3が設けられている。レセプタクル 7 3は、例えば、水素ステーションにおいて水素充填装置からタンク装置 2 1に水素を充填する際に、水素充填装置のノズルと嵌合装着する接続器である。

[ 0 0 1 8 ] エアコンプレッサ 3 0は外部の空気を取り込んで圧縮し、配管 7 4、補助機器 4 0を介して燃料電池 1 〇に供給する。

[ 0 0 1 9 ] 補助機器 4 〇は、水素を減圧する減圧弁や、燃料電池 1 〇に供給する水素の量を調節するインジェクタなどを備える。また、補助機器 4 0は、エアコンプレッサ 3 0から供給された空気を加湿する加湿器や圧力を制御する背圧弁などを備える。補助機器 4〇が備える機器類はこれらに限られるものではない。また、補助機器 4 0が備える機器類は、補助機器 4 0としてまとめられず個別の箇所に備えられていても良い。

[ 0 0 2 0 ] 消費機器 5 0は、例えば、電動モータ、電子制御装置、センサ及びアクチュエータなどの電気を使って作動する機器である。電動モータは、例えば、車輪駆動用の電動機である。消費機器 5 0は直接的または間接的に燃料電池 1 〇から電力供給を受ける。

[ 0 0 2 1 ] 図 2は、本発明に係る逆止弁を備えた弁装置 6 0を説明するための図である。弁装置 6 〇は、ハウジング 8 1を有する。ハウジング 8 1は、水素が通過する通路として、共通通路 6 4と、充填通路 6 1 と、供給通路 6 2と、を有する。

[ 0 0 2 2 ] 弁装置 6 0は、タンク 2 0との間にタンク 2 0の内外を密封するシール部 (図示せず) を有する。弁装置 6 0のハウジング 8 1は、外接続部 6 0 Aと、充填側タンク接続部 6 0 C と、供給側タンク接続部 6 0 Dと、を有する。充填側タンク接続部 6 0 Cと供給側タンク接続部 6 0 Dとは、タンク 2 0内に開口する位置に設けられている。すなわち、充填側タンク接続部 6 0 Cと供給側タンク接続部 6 0 Dとはシール部に対してタンク 2〇の内側で、水素の貯蔵域に面する位置に形成されている。一方、外接続部 6 0 Aはシール部を挟んでタンク 2 〇の外側に開口するように設けられている。

[ 0 0 2 3 ] タンク装置 2 1の外側の配管 7 〇が、外接続部 6 0 Aにおいて弁装置 6 〇に接続する。弁装置 6 0の内部においては、共通通路 6 4が、一端が外接続部 6 0 Aに接続し、他端が分岐 6 0 Bに接続する。共通通路 6 4は、分岐 6 0 Bにおいて、充填通路 6 1 と供給通路 6 2とに分岐する。

[ 0 0 2 4 ] 充填通路 6 1は、一端が分岐 6 0 Bに接続し、他端が充填側タンク接続部 6 0 Cに接続する。充填通路 6 1には、充填側逆止弁 9 0が備えられている。充填側逆止弁 9 0が本発明における逆止弁である。充填側逆止弁 9 0は、開弁時に、分岐 6 0 Bから充填側タンク接続部 6 0 C側へのみ、水素の流れを許容する逆止弁である。

[ 0 0 2 5 ] 供給通路 6 2は、一端が分岐 6 0 Bに接続し、他端が供給側タンク接続部 6 0 Dに接続する。供給通路 6 2には、分岐 6 0 B側から、制御弁 6 7と、供給側逆止弁 6 8と、過流防止弁 6 5とが、この順に備えられている。

[ 0 0 2 6 ] 制御弁 6 7は、通電のオンオフにより開弁、閉弁が切り替えられるように構成された電磁弁である。制御弁 6 7は、タンク 2 0から燃料電池 1 0へ供給する水素の量を、補助機器 4 0内の減圧弁やインジェクタ等と協働して調節する。

[ 0 0 2 7 ] 供給側逆止弁 6 8は、開弁時に、供給側タンク接続部 6 0 Dから分岐 6 0 B側へのみ、水素の流れを許容する逆止弁である。

[ 0 0 2 8 ] 過流防止弁 6 5は、供給側タンク接続部 6 0 Dから分岐 6 0 B側へ流れる水素の流量が所定量を超える場合に流量を制限するように作動する。過流防止弁 6 5は、弁装置 6 0に従来使用されている公知の弁である。

[ 0 0 2 9 ] タンク 2 0から燃料電池 1 〇への水素の供給時における弁装置 6 〇の作動について、図 1 、図 2を用いて説明する。電磁弁である制御弁 6 7を開弁するように制御することにより、タンク 2 0内の水素は、供給側タンク接続部 6 0 D、過流防止弁 6 5、供給側逆止弁 6 8、制御弁 6 7、外接続部 6 0 A、配管 7 0、配管 7 2をこの順で通過し、補助機器 4 〇へ供給される。補助機器 4 0へ供給された水素は、補助機器 4 0に備えられた減圧弁やインジェクタで圧力が調節され、必要量が燃料電池 1 0に供給される。例えば、制御弁 6 7 、減圧弁、あるいはインジェクタが故障し所定量以上の流量が流れた場合には、過流防止弁 6 5が水素の流量を制限するように働く。尚、分岐 7 0 Aからレセプタクル 7 3方向へ水素が流れないように逆止弁が設けられているので、燃料電池 1 〇への水素の供給時にレセプタクル 7 3から水素が流出することはない。

[ 0 0 3 0 ] 水素ステーションにおける水素充填装置 (図示せず) からタンク 2 0への水素の充填時における弁装置 6 0の作動について、図 1、図 2を用いて説明する。水素充填装置のノズル (図示せず) をレセプタクル 7 3に嵌合すると、水素充填装置内の水素が、配管 7 1、配管 7 0、外接続部 6 0 A、充填側逆止弁 9 0、充填側タンク接続部 6 0 Cをこの順で通過し、タンク 2 0へ充填される。この時、レセプタクル 7 3から流入する水素の圧力により、充填側逆止弁 9 0が開弁する様に、充填側逆止弁 9 0の弁スプリングがセットされている。

[ 0 0 3 1 ] 図 3は、本発明に係る充填側逆止弁 9 0を模式的に示す図である。充填側逆止弁 9 0は、弁装置 6 〇のハウジング 8 1に形成された充填通路 6 1に備えられる。充填側逆止弁 9 〇は、弁体 8 4と、弁座 8 2と、弁スプリング 8 0と、を含む。

[ 0 0 3 2 ] ハウジング 8 1は、複数の部材により構成される。ハウジング 8 1は、第 1ハウジング 8 1 a と第 2ハウジング 8 1 bとを含む。第 1ハウジング 8 1 aには、充填通路 6 1の一部をなす第 1通路 6 1 aが形成されている。第 2ハウジング 8 1 bには、充填通路 6 1の一部をなす第 2通路 6 1 bが形成されている。図 3に示される様に、第 1通路 6 1 a と第 2 通路 6 1 bとは、同軸に形成されている。尚、本実施の形態においては、第 1通路 6 1 a と第 2通路 6 1 bとは、同一の内径である。

[ 0 0 3 3 ] 水素がタンク 2〇へ充填される際、外接続部 6 〇 Aから弁装置 6 〇へ流入した水素が第 1 通路 6 1 aへ達し、当該水素の圧力により、充填側逆止弁 9 0が開弁する。充填側逆止弁 9〇が開弁すると、第 1通路 6 1 a内の水素は、充填側逆止弁 9〇、第 2通路 6 1 bを通過し、充填側タンク接続部 6 0 Cからタンク 2 0へ流入する。尚、以下の説明において、第 1通路 6 1 a側、換言すれば図 3の紙面下側を上流側、第 2通路 6 1 b側、換言すれば紙面上側を下流側、と称することがある。

[ 0 0 3 4 ] 第 1通路 6 1 aの第 2ハウジング 8 1 b側端部には、充填側逆止弁 9〇の閉弁時に弁体 8 4のシート部が着座する弁座 8 2が形成されている。

[ 0 0 3 5 ] 第 2通路 6 1 bの第 1ハウジング 8 1 a側端部には、段付きの円筒形状の空間である弁室 8 3が、第 2通路 6 1 bと同軸に形成されている。弁室 8 3には弁体 8 4が収容される。弁室 8 3は、上流側から、第 1弁室 8 3 a と、第 1弁室 8 3 aよりも大径の第 2弁室 8 3 bと、第 1弁室 8 3 aよりも小径であり第 2通路 6 1 bよりも大径の第 3弁室 8 3 c と、を有する。

[ 0 0 3 6 ] 第 1ハウジング 8 1 a と第 2ハウジング 8 1 bとの間には、図示せぬシール部材が配置され、水素の外部への流出が防止される。このため、充填側逆止弁 9 0の開弁時、第 1通路 6 1 a と第 2通路 6 1 bとが気密に接続される。

[ 0 0 3 7 ] 充填側逆止弁 9 0の弁体 8 4について、図 4〜図 6を参照しつつ説明する。図 4は、弁体 8 4の正面図である。図 5は、図 4に示される弁体 8 4を Eで示される方向から見た側面図である。図 6は、図 4の F - F線上の断面図である。

[ 0 0 3 8 ] 図 5に示される様に、弁体 8 4は、本体部 8 4 c と、充填側逆止弁 9 〇の閉弁時に弁座 8 2に着座する弁部 8 4 a と、本体部 8 4 c と弁部 8 4 a との間に形成された大径部 8 4 b と、を含む。大径部 8 4 bは、本体部 8 4 c及び弁部 8 4 aよりも大径に形成されている。

[ 0 0 3 9 ] 弁部 8 4 aは、大径部 8 4 とは反対側へ向かうにつれ小径となる様形成された、シー卜部 8 5を備える。充填側逆止弁 9〇の閉弁時、シート部 8 5が弁座 8 2に当接する。弁部 8 4 aは、シート部 8 5から見て大径部 8 4 bとは反対側へ突出する、突起部 8 6を備える。突起部 8 6は、円柱状に形成される。突起部 8 6は、シート部 8 5に連続して形成される。

[ 0 0 4 0 ] 大径部 8 4 bの外周部には、傾斜部 8 7が形成されている。傾斜部 8 7は、大径部 8 4 b の外周面を削る様な形状として形成される。傾斜部 8 7は、弁部 8 4 aに近づくにつれ弁体 8 4の中心軸へ近づく様に形成される。本実施の形態においては、傾斜部 8 7は、軸方向視において 1 2 0度おきに 3個形成されているが、その数は 3個に限定されない。また、図 5において傾斜部 8 7は、平面として形成されているが、平面でなくとも構わない

[ 0 0 4 1 ] 図 6に示される様に、本体部 8 4 cは、充填側逆止弁 9 0の開弁時に水素が通過する通路である、軸方向通路 8 8と径方向通路 8 9とを備える。

[ 0 0 4 2 ] 軸方向通路 8 8は、本体部 8 4 cの中心軸を含む軸方向の孔として形成される。軸方向通路 8 8は、本体部 8 4 cにおける、大径部 8 4 bとは反対側の端部 8 4 dから軸方向に穿設される。本実施の形態における軸方向通路 8 8は、本体部 8 4 cの端部 8 4 dから、大径部 8 4 b付近まで穿設される。

[ 0 0 4 3 ] 径方向通路 8 9は、軸方向通路 8 8 と本体部 8 4 cの外周面とを連通する、径方向の孔として穿設される。本実施の形態においては、径方向通路 8 9は、 9 0度おきに 4本形成されているが、径方向通路 8 9の数は 4本に限定されない。また、本実施の形態においては、径方向通路 8 9は大径部 8 4 b付近に形成されているが、径方向通路 8 9の位置は、大径部 8 4 b付近に限定されるものではない。径方向通路 8 9は、弁体 8 4がハウジング 8 1内に配置された際、第 2ハウジング 8 1 bに形成される第 2弁室 8 3 bに開口する位置にあればよい。

[ 0 0 4 4 ] 図 3に示される様に、弁体 8 4は、弁部 8 4 aが上流側となる様に弁室 8 3内に収容される。弁体 8 4の大径部 8 4 bの下流側端面 8 4 f と第 2弁室 8 3 bの下流側端面 8 3 d との間には、弁スプリング 8 0が配置される。弁スプリング 8 0は、所定のセットカで弁体 8 4を閉弁方向へ押圧する。また、第 1弁室 8 3 aの内周面 8 3 f が、充填側逆止弁 9 〇の開弁時及び閉弁時に、弁体 8 4の大径部 8 4 bをガイドする。

[ 0 0 4 5 ] 充填側逆止弁 9〇の閉弁時、ハウジング 8 1内における弁体 8 4の位置は以下となる。弁体 8 4の大径部 8 4 bは、第 1弁室 8 3 a内に位置する。この時、大径部 8 4 bの下流側端面 8 4 f は、第 1弁室 8 3 a と第 2弁室 8 3 bの境界付近に位置する。また、本体部 8 4 cは、上流側の略半分の領域が第 2弁室 8 3 b内に位置し、下流側の略半分の領域が第 3弁室 8 3 c内に位置する。また、突起部 8 6は第 1通路 6 1 a内に位置する。

[ 0 0 4 6 ] 充填側逆止弁 9〇の閉弁時、弁体 8 4は、弁スプリング 8 〇のセットカと第 2通路 6 1 b 側の水素の圧力とにより閉弁方向へ押圧される。一方、水素ステーションにおいて水素がタンク装置 2 1に充填される際、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力が上昇し、弁体 8 4を開弁方向へ押圧する。そして、開弁方向への押圧力が閉弁方向への押圧力を上回った時、充填側逆止弁 9〇が開弁する。

[ 0 0 4 7 ] 図 7は充填側逆止弁 9〇が開弁した直後を示す図である。充填側逆止弁 9〇が開弁した後、弁体 8 4のストローク量が比較的小さい領域においては、弁体 8 4の突起部 8 6 と第 ! 通路 6 1 aの内周面 6 1 c との間隙が絞りとして機能する。当該間隙を上流側絞り部 9 ! と呼ぶ。

[ 0 0 4 8 ] また、この時、弁体 8 4の大径部 8 4 bに形成されている傾斜部 8 7と第 1弁室 8 3 a の内周面 8 3 f との間の間隙も絞りとして機能する。当該間隙を下流側絞り部 9 2と呼ぶ

[ 0 0 4 9 ] 本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、開弁した後、弁体 8 4のストローク量が比較的小さい領域においては、上流側絞り部 9 1が機能するため、開弁直後に第 1通路 6 1 a 内の水素の圧力が急速に低下することがない。よって、充填側逆止弁 9 0が一旦開弁した後閉弁と開弁を繰り返す、いわゆるチャタリングが回避される。

[ 0 0 5 0 ] また、本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、下流側絞り部 9 2の開口面積が上流側絞り部 9 1の開口面積よりも小さくなる様、各部の寸法が設定されている。この関係により、充填側逆止弁 9 0の開弁後、第 1弁室 8 3 a内の圧力が上昇するため、第 1通路 6 1 a内の圧力低下がさらに緩やかとなり、チャタリング回避に対し、さらに有利となる。

[ 0 0 5 1 ] また、本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、弁体 8 4のストローク量が増加し、上流側絞り部 9 1が機能する状態が終了した後も、換言すれば、突起部 8 6が第 1通路 6 l aから抜け出した後も、下流側絞り部 9 2が機能する。この時、弁体 8 4の傾斜部 8 7 が、弁部 8 4 aへ向かうにつれ弁体 8 4の中心軸へ近づく様に形成されていることから、弁体 8 4のストローク量が増加するにつれ下流側絞り部 9 2の開口面積が大きくなり、絞り特性が緩やかとなる。この特性により、第 1弁室 8 3 a内の水素の圧力上昇がさらに緩やかとなり、チャタリング回避に対し、さらに有利となる。

[ 0 0 5 2 ] 図 8は、比較例としての、従来の充填側逆止弁 9 0 0を示す図である。以下、図 8を参照しつつ、従来の充填側逆止弁 9 0 0の構成について説明する。従来の充填側逆止弁 9 0 〇の説明については、本発明に係る充填側逆止弁 9 〇と異なる部分について主に説明し、本発明に係る充填側逆止弁 9〇と同一の部分については説明を省略する。

[ 0 0 5 3 ] 従来の充填側逆止弁 9 0 0においては、閉弁時、弁体 8 4 0は、弁スプリング 8 0のセットカと第 2通路 6 1 b側の水素の圧力とにより閉弁方向へ押圧される。一方、水素ステーションにおいて水素がタンク装置 2 1に充填される際、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力が上昇し、弁体 8 4 0を開弁方向へ押圧する。そして、開弁方向への押圧力が閉弁方向への押圧力を上回った時、充填側逆止弁 9〇〇が開弁する。

[ 0 0 5 4 ] 従来の充填側逆止弁 9 0 0の弁体 8 4〇においては、弁部 8 4 0 aに突起部 8 6が形成されてなく、また大径部 8 4 0 bに傾斜部 8 7が形成されていない。また、ハウジング 8 1 〇における、第 1ハウジング 8 1 〇 a及び第 2ハウジング 8 1 0 bにより形成される弁室 8 3 0の内径部は、弁体 8 4〇の大径部 8 4 0 の外径部に対し、本発明に比べ大きな間隔が空く様形成されている。すなわち、従来の充填側逆止弁 9 0 0には、開弁時に、上流側絞り部 9 1及び下流側絞り部 9 2が形成されない。

[ 0 0 5 5 ] よって、従来の充填側逆止弁 9 0 0においては、開弁後、第 1通路 6 1 a側の水素が急速に弁室 8 3〇へ流れ込むことから、第 1通路 6 1 a内の圧力が急速に低下する。この時、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力と弁室 8 3〇内の水素の圧力の差が急速に小さくなることから、弁スプリング 8 0による荷重により、一度開いた充填側逆止弁 9 0 0が閉弁する。充填側逆止弁 9 0 0が閉弁すると、弁体 8 4 0の上流側の水素の圧力が再び上昇し、充填側逆止弁 9 0 0が再び開弁することとなり、従来の充填側逆止弁 9 0 0においては、チヤタリングが発生しやすい。

[ 0 0 5 6 ] 以下、従来の充填側逆止弁 9 0 0の開弁時の挙動と本発明に係る充填側逆止弁 9〇の開弁時挙動とについて、さらに詳しく説明する。

[ 0 0 5 7 ] まず、従来の充填側逆止弁 9 0 0の開弁時の挙動について説明する。従来の充填側逆止弁 9 0 0においては、レセプタクル 7 3側から水素が供給されると、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力により、弁体 8 4 0が弁座 8 2から離座する。

[ 0 0 5 8 ] この時、弁体 8 4 0と弁座 8 2とにより形成されるシート径を A p hとし、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力を P h、弁室 8 3 〇内の水素の圧力を P 1 とすると、 P hと P 1 との差分に A p hを乗じた値が弁スプリング 8 〇のセットカ F sを超えた時に充填側逆止弁 9 〇〇は開弁する。

[ 0 0 5 9 ] すなわち、 ( P h — P l ) x A p h > F s となった時に充填側逆止弁 9 0 0は開弁する

〇

[ 0 0 6 0 ] 充填側逆止弁 9 0 0は上流側絞り部 9 1及び下流側絞り部 9 2を備えないことから、充填側逆止弁 9 0 0の開弁後、第 1通路 6 1 a内の圧力が急速に低下する。換言すると、 P h と P 1 との差が急速に小さくなる。すると、 P hと P 1 との差分に A p hを乗じた値が弁スプリング 8 〇のセットカ F sを下回ることとなり、充填側逆止弁 9 0 0は閉弁する。

[ 0 0 6 1 ] すなわち、 ( P h — P l ) x A p hく F s となり、充填側逆止弁 9 0 0は閉弁する。

[ 0 0 6 2 ] 図 9は従来の充填側逆止弁 9〇〇にチャタリングが発生した際の第 1通路 6 1 a内の圧力 P hの挙動を説明するための図である。図 9において、横軸は時間、縦軸は第 1通路 6 l a内の圧力 P hを示し、時刻〇の時点は、レセプタクル 7 3側からの水素の供給が開始された時点を示す。図 9の実線は、従来の充填側逆止弁 9 0 0においてチャタリングが発生した時の第 1通路 6 1 a内の圧力 P hの挙動を示す。また、図 9の P 1は、レセプタクル 7 3における水素の圧力を示す。

[ 0 0 6 3 ] レセプタクル 7 3側からの水素の供給が開始されると、第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが上昇する。そして、時刻 t 1において第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが P oとなり、従来の充填側逆止弁 9 0 0が開弁する。従来の充填側逆止弁 9 0 0が時刻 t 1において開弁した後、上述した理由により、第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが急速に低下する。その後、時刻 t 2において第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが P c となり、従来の充填側逆止弁 9 0 0が閉弁する。時刻 t 2において充填側逆止弁 9 0 0が閉弁すると、第 1通路 6 1 a内の圧力が再び上昇する。そして、時刻 t 3において充填側逆止弁 9 0 0が再び開弁する。この様に、従来の充填側逆止弁 9 0 0においては、開弁と閉弁とを繰り返すチャタリングを起こすことがある。

[ 0 0 6 4 ] 次に、本発明に係る充填側逆止弁 9 0の開弁時の挙動について説明する。本発明に係る充填側逆止弁 9 0においても、従来の充填側逆止弁 9 0 0同様、レセプタクル 7 3側から水素が供給されると、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力により、弁体 8 4が弁座 8 2から離座する。

[ 0 0 6 5 ] この時、弁体 8 4と弁座 8 2とにより形成されるシート部の面積を A p hとし、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力を P h、第 1弁室 8 3 a内の水素の圧力を P 1 とすると、 P hと P 1 との差分に A p hを乗じた値が弁スプリング 8 0のセットカ F sを超えた時に充填側逆止弁 9 0は開弁する (図 7参照) 。

[ 0 0 6 6 ] すなわち、 ( P h — P l ) x A p h > F s となった時に充填側逆止弁 9 0は開弁する。

[ 0 0 6 7 ] 本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、開弁後、上流側絞り部 9 1及び下流側絞り部 9 2が機能するため、従来の充填側逆止弁 9 0 0に比べ、第 1通路 6 1 aの圧力の急速な低下が起こらない。

[ 0 0 6 8 ] よって、開弁後、第 1通路 6 1 a内の水素の圧力 P hと弁室 8 3内の水素の圧力 P 1 との差が急速に小さくなることが避けられ、開弁後すぐに閉弁することがない。

[ 0 0 6 9 ] さらに、弁体 8 4のストローク量が増加し、上流側絞り部 9 1が機能する状態が終了した後も、下流側絞り部 9 2が機能するため、第 1弁室 8 3 a内の圧力が第 1通路 6 1 a内の圧力 P hとなる。よって、この時の充填側逆止弁 9 0の閉弁条件は、第 2弁室 8 3 b内の圧力が P 1であるため、 ( P h — P l ) x A p cく F s となる。ここで、 A p cは、弁体 8 4の大径部 8 4 の軸方向の投影面積、換言すれば、大径部 8 4 bの下流側端面 8 4 f の軸方向の投影面積となる。

[ 0 0 7 0 ] 従来の充填側逆止弁 9 〇〇の閉弁条件である ( P h — P l ) x A p h < F s と、本発明に係る充填側逆止弁 9 0の閉弁条件である ( P h — P l ) x A p c < F s と、を比較すると、 A p hく A p cであることから、 P hと P 1 との差が小さくなった際に、本発明に係る充填側逆止弁 9 〇の方がより閉弁しづらいことが分かる。

[ 0 0 7 1 ] 図 1 0は、本発明に係る充填側逆止弁 9〇における第 1通路 6 1 a内の圧力 P hの挙動を説明するための図である。図 1 〇において、横軸は時間、縦軸は第 1通路 6 1 a内の圧力 P hを示し、時刻〇の時点は、レセプタクル 7 3側からの水素の供給が開始された時点を示す。図 1 〇の実線は、本発明に係る充填側逆止弁 9〇における第 1通路 6 1 a内の圧力 P hの挙動を示す。

[ 0 0 7 2 ] レセプタクル 7 3側からの水素の供給が開始されると、第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが上昇する。そして、時刻 t 1において第 1通路 6 1 a内の圧力 P hが P o となり、充填側逆止弁 9〇が開弁する。

[ 0 0 7 3 ] 充填側逆止弁 9〇が開弁した後、第 1通路 6 1 a内の水素が第 1弁室 8 3 a内へ流出するため、第 1通路 6 1 a内の圧力 P hの上昇速度は鈍る。しかし、本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、上流側絞り部 9 1及び下流側絞り部 9 2の効果により、第 1通路 6 1 a内の圧力 P hは低下することなく、緩やかな上昇を続けることとなる。その後、第 1 通路 6 1 a内の圧力はレセプタクル 7 3における水素の圧力 P iに達する。

[ 0 0 7 4 ] よって、本発明に係る充填側逆止弁 9 0においては、開弁した後、第 1通路 6 1 a内の圧力が低下することがないので、チャタリングが発生することがない。

[ 0 0 7 5 ] 以上、説明した様に、本発明に係る充填側逆止弁 9 0によれば、水素ステーションにおいてタンク装置 2 1に水素が充填される際に、チャタリングの発生が回避される。

[符号の説明]

[ 0 0 7 6 ]

2 〇 : タンク、 2 1 : タンク装置、 6 〇：弁装置、 6 1 : 充填通路、 8 〇 :弁スプリング、 8 1 ：ハウジング、 8 2 :弁座、 8 4 ：弁体、 8 4 a ：弁部、 8 4 b : 大径部、 8 4 c ：本体部、 8 5 ：シート部、 8 6 ：突起部、 8 7 :傾斜部、 9〇 : 逆止弁、 9 1 : 上流側絞り部、 9 2 ：下流側絞り部

Claims

【書類名】請求の範囲

【請求項 1】水素を貯蔵するためのタンク ( 2 0) に装着された弁装置 ( 6 0) において使用される逆止弁 ( 9 0) であって、前記逆止弁 ( 9 0) は、前記弁装置 ( 6 0) のハウジング ( 8 1 ) 内に形成された、前記タンク ( 2 0) へ充填される前記水素が通過する充填通路 ( 6 1 ) に配置され、前記逆止弁 ( 9 0) は、弁体 ( 8 4) と、前記ハウジング (8 1 ) に形成された弁座 (

8 2 ) と、前記弁体 ( 8 4) を前記弁座 ( 8 2 ) へ押圧する弁スプリング ( 8 〇 ) と、を含み、前記弁体 ( 8 4) は、本体部 ( 8 4 c ) と、閉弁時に前記弁座 (8 2) に着座する弁部

(8 4 a ) と、前記本体部 (8 4 c ) と前記弁部 (8 4 a ) との間に形成され、前記本体部 (8 4 c ) よりも大きな外径をなす大径部 ( 8 4 b ) と、を含み、前記弁部 ( 8 4 a ) は、閉弁時に前記弁座 ( 8 2) に当接するシート部 (8 5 ) よりも前記充填通路 ( 6 1 ) の上流側へ突出する突起である突起部 (8 6 ) を有し、前記逆止弁 ( 9 0 ) は、開弁時に、前記突起部 (8 6 ) と前記充填通路 ( 6 1 ) との間に上流側絞り部 ( 9 1 ) を形成する、逆止弁 ( 9 0) 。

【請求項 2】前記大径部 (8 4 b ) は、外周部において、前記弁部 (8 4 a ) に近づくにつれ前記弁体 (8 4) の中心軸へ近づく傾斜をなす複数の傾斜部 (8 7 ) を備え、前記逆止弁 ( 9 0 ) は、開弁時に、前記大径部 (8 4 b ) と前記充填通路 ( 6 1 ) との間に下流側絞り部 ( 9 2 ) を形成する、請求項 1に記載の逆止弁 ( 9 0) 。

【請求項 3】前記下流側絞り部 ( 9 2 ) の開口面積は、前記上流側絞り部 ( 9 1 ) の開口面積よりも小さい、請求項 2に記載の逆止弁 ( 9 0) 。

【請求項 4 ] 請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の逆止弁 ( 9 0 ) を備えた弁装置 ( 6 0) 。