JP2010247548A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単でレイアウトを最適化できる弁装置を提供する。
【解決手段】導入供給通路とその外側が接するとともに容器側通路とその内側とが接し、開口部２ａの開口方向に沿う軸を有する弁座１１ｄと、軸方向に移動可能とされて弁座１１ｄに押接されることにより燃料の流れを遮断する弁体２０と、弁体２０を弁座１１ｄに付勢するコイルばね３０と、弁体２０の軸方向に穿たれて形成された受圧室Ｑと、軸方向に移動可能で一端が弁体２０の壁部に当接可能なピン６０と、ピン６０の他端が接続されて軸方向に移動可能にされたプランジャ５３と、プランジャ５３を受圧室Ｑの方向へ移動させる電磁コイル５４と、を備え、弁座１１ｄの軸に直交する受圧室Ｑの内径は、弁座１１ｄの締切径よりも大きく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料容器に取り付けられる弁装置に関する。

ガスを燃料とする自動車には、例えば、燃料の充填時および放出時に作動させる弁と、気密検査時に作動させる弁とを備えた容器（燃料タンク）が搭載されている。この種の容器に取り付けられる弁としては、気密検査時に容器の外側から遮断する手動式の弁と、燃料の充填時／供給時に機能する主止弁と、この主止弁を電磁的に作動させるソレノイドとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７５７９７８号公報（図２）

しかしながら、特許文献１に記載の弁装置では、手動式の弁と主止弁とソレノイドとが軸線上に別々に配置されているため、構造が複雑で、ソレノイドが容器の内側に飛び出すなどレイアウト効率が悪いという課題があった。

また、特許文献１に記載の弁装置では、ごみ噛みや劣化などで弁部分のメンテナンスが必要になった場合、弁装置全体を容器から取り外す必要があるため、車載用の容器である場合、車体から容器を降ろした後に容器から弁装置を外してメンテナンス等を行い、また、メンテナンス等の後は、その逆の工程で搭載するため、多大な工数が必要であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、構造が簡単でレイアウトを最適化できる弁装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、燃料貯留容器の開口部に設置され、前記燃料貯留容器に対する燃料の充填および放出を行う弁装置であって、燃料の充填および放出のための通路と前記燃料貯留容器の内側との間に配置され、前記開口部の開口方向に沿う前記燃料貯留容器の外側からの、手動による推力により開閉可能、かつ、対向する前記燃料貯留容器の内側からの電磁的推力により開閉可能なひとつの弁部を備えたことを特徴とする。

これによれば、弁部に対して、手動による推力により開閉可能にできる機構を燃料貯留容器の外側に設け、弁部を挟んで対向する燃料貯留容器の内側に電磁的推力により弁部を開閉可能にできる機構を設けたので、従来のように複数の弁部ではなく、ひとつの弁部で構成することが可能になり、構造を簡単にすることができる。このように、ひとつの弁部で構成できるので、弁装置のレイアウトを最適化することが可能になる。

請求項２に係る発明は、前記燃料貯留容器は、前記開口部から前記燃料貯留容器の外側に突出した突出部を備え、前記電磁的推力により前記弁部を開閉させる電磁的推力発生機構が、前記突出部の内側に位置していることを特徴とする。

これによれば、電磁的推力発生機構（ソレノイド）を、燃料貯留容器に形成された突出部の内側に位置するように設計することにより、電磁的推力発生機構が燃料貯留容器の内側に飛び出すのを防止することができる。その結果、レイアウト効率が向上し、燃料貯留容器に充填される燃料の容量を増やすことが可能になる。

請求項３に係る発明は、前記弁部は、前記燃料貯留容器の外側に搬出可能に構成されていることを特徴とする。

これによれば、弁部を搬出可能に構成することにより、燃料貯留容器の外側から弁部にアプローチすることが可能になり、車載用として用いた場合、車体から燃料貯留容器を降ろした後に燃料貯留容器から弁装置を取り外すといった工程を不要にできる。よって、車体に搭載した状態でメンテナンスが可能になり、メンテナンス時の工数を大幅に削減できる。

請求項４に係る発明は、ボディと、前記ボディに開設されて燃料を外部と出入りさせる導入供給通路と、燃料を前記燃料貯留容器に出入りさせる容器側通路と、前記導入供給通路とその外側が接するとともに前記容器側通路とその内側とが接し、前記開口部の開口方向に沿う軸を有する弁座と、軸方向に移動可能とされ、前記弁座に押接されることにより燃料の流れを遮断する弁体と、前記ボディと前記弁体とに係止され前記弁体を前記弁座に付勢する付勢手段と、前記弁体に対して、前記弁体の軸方向に穿たれて形成された受圧室と、前記軸方向に移動可能とされ、一端が弁体の壁部に当接可能なピンと、前記ピンの他端が接続され、前記軸方向に移動可能にされたプランジャと、前記プランジャを取り巻き、通電により発生する電磁力で前記プランジャを前記受圧室の方向へ移動させる電磁コイルと、を備え、前記弁座の軸に直交する受圧室の内径は、前記弁座の締切径よりも大きく形成されていることを特徴とする。

これによれば、燃料貯留容器の内部と通じる受圧室の内径を、締切径よりも大きくしたので、容器側通路の圧力がその下流の導入供給通路の圧力よりも高い場合には、受圧部の内径で形成される流路断面積と弁座の締切径で形成される流路断面積との断面積差の領域において作用する容器側通路側の圧力によって、弁体を弁座に押し付ける方向に作用して、容器側通路と導入供給通路とを遮断できる。

また、燃料貯留容器への燃料の充填時には、断面積差において導入供給通路の圧力が容器側通路の圧力よりも高くなるので、弁体を弁座から離す方向に作用して、容器側通路と導入供給通路とを連通させることができる。

また、燃料貯留容器からの燃料の供給時には、電磁コイルへの通電によりプランジャが吸引されてピンが移動することによって、弁体が弁座から離れ、容器側通路と導入供給通路とを連通させることができる。

請求項５に係る発明は、前記ボディに螺合され、回動可能な軸力手段と、前記軸力手段の軸力により前記弁体を前記弁座方向に押し付けるスピンドルと、を備え、前記手動による推力は、前記軸力手段の回動で得られる軸力であることを特徴とする。

これによれば、燃料の気密検査時に、軸力手段の手動による推力によって、スピンドルを介して弁体を弁座に押し付けることが可能になる。

請求項６に係る発明は、燃料電池車両の燃料タンクに用いられることを特徴とする。

これによれば、弁装置のレイアウトを最適化できるので、燃料タンクをコンパクトに構成することができる。また、燃料タンクの突出部の内側に電磁的推力発生機構が位置するように構成することにより、燃料貯留容器内への電磁的推力発生機構の突出を防止できるので、燃料貯留容器内への燃料の充填量を増やすことが可能になり、走行距離の向上を図ることが可能になる。

本発明によれば、構造が簡単でレイアウトを最適化できる弁装置を提供できる。

本実施形態の弁装置が燃料タンクに取り付けられた状態を示す断面図である。 本実施形態の弁装置の主要部を示す拡大断面図である。 本実施形態の弁装置における通常遮断時の状態を示す断面図である。 通常遮断時における弁装置の動作を説明する図である。 本実施形態の弁装置における燃料充填時の状態を示す断面図である。 燃料充填時における弁装置の動作を説明する図である。 本実施形態の弁装置における燃料供給時の状態を示す断面図である。 本実施形態の弁装置における気密検査時の状態を示す断面図である。 本実施形態の弁装置におけるメンテナンス時の状態を示す断面図である。 本実施形態の弁装置を燃料電池自動車に搭載した状態を示す透視斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る弁装置１について図１ないし図１０を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の弁装置１は、燃料タンク（燃料貯留容器）２に形成（開設）された開口部２ａに取り付けられるものであり、ボディ１０、弁体２０、コイルばね（付勢手段）３０、スピンドル４０、ソレノイド（電磁的推力発生機構）５０、ピン６０などで構成されている。

燃料タンク２は、例えば、水素ガス（燃料）を圧縮して充填されるものであり、燃料電池自動車Ｖ（図１０参照）に用いられる。なお、燃料電池自動車Ｖに限定されるものではなく、天然ガスを圧縮して充填される、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）車用の燃料タンクに適用することもできる。

また、燃料タンク２は、開口部２ａを有し、かつ、燃料タンク２の外側に突出した円筒状の突出部２ｂを有している。突出部２ｂの内壁には、後記するボディ１０と螺合する雌ねじ部２ｂ１が形成されている。なお、燃料タンク２は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に高純度の水素ガスを高圧で貯留するタンク室（図示せず）を有し、そのタンク室の周囲をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化プラスチック）等で形成されたカバー（図示せず）で被覆して構成されている。

ボディ１０は、開口部２ａの開口径よりも大きく形成された本体部１１と、外周面に前記雌ねじ部２ｂ１と螺合される雄ねじ部１２ａが形成された取付部１２とが一体に形成されて構成されている。

雌ねじ部２ｂ１と雄ねじ部１２ａとを介してボディ１０を燃料タンク２に取り付けたときに、本体部１１の燃料タンク２の開口部２ａ側の面１１ａが突出部２ｂの開口縁部の面２ｂ２に当接した状態で固定される。なお、燃料タンク２とボディ１０とは、オーリング１３を介して取り付けられ、気密性が確保されている。

図２に示すように、ボディ１０の本体部１１には、開口部２ａ（図１参照）の開口方向に沿って収容穴１１ｂが形成されている。この収容穴１１ｂは、弁体２０、シート２１、コイルばね３０、スピンドル４０などが収容される弁収容部１１ｂ１と、弁収容部１１ｂ１よりも大径に形成された固定部１１ｂ２とが、開口方向の内側から弁収容部１１ｂ１、固定部１１ｂ２となるように、開口方向に沿って連続して形成されている。固定部１１ｂ２の内部の周壁には、後記するナット４５が螺合される雌ねじ部１１ｂ３が形成されている。

本体部１１には、弁収容部１１ｂ１と連通し、弁収容部１１ｂ１の軸方向（開口方向）に対して直交する方向に延びる通路Ｌ１が形成されている。この通路Ｌ１は、燃料電池自動車Ｖであれば、燃料電池スタック４（図１０参照）と所定の配管を介して接続される。なお、図示していないが、通路Ｌ１と接続される配管は、燃料電池スタック４と接続される水素供給配管と、水素ガス（燃料）を燃料タンク２に充填するための充填配管とを備え、充填配管が水素供給配管に分岐して接続されて構成されている。

取付部１２（図１参照）には、後記するソレノイド５０（図１参照）が収容されるソレノイド収容凹部１２ｂ（図１参照）が形成されている。

また、前記した収容穴１１ｂ（図２参照）とソレノイド収容凹部１２ｂ（図１参照）とは、弁収容部１１ｂ１よりも小径の連通孔１１ｃを介して連通している。連通孔１１ｃの弁収容部１１ｂ１側の開口縁部には、開口方向に沿う軸からなる弁座１１ｄが形成されている。弁座１１ｄは、弁体２０側に突出する凸形状であり、連通孔１１ｃの開口縁部の周方向に沿う環状の軸（突起）によって構成されている。

弁体２０は、弁座１１ｄに押接されることにより燃料の流れを遮断するものであり、側断面視において略Ｕ字型に形成されている。また、弁体２０は、弁収容部１１ｂ１よりも小径に形成され、弁体２０と弁収容部１１ｂ１との間に燃料が通流可能な流路が形成されている。

また、弁体２０には、後記するスピンドル４０が挿入され、弁体２０を摺動可能に支持する弁支持凹部２０ａが形成されている。また、弁支持凹部２０ａの底壁２０ｂには、弁体２０の外部と連通する小孔２０ｂ１が複数形成されている。なお、弁体２０の底壁２０ｂの中心部には、後記するピン６０の先端が当接するピン当接部２０ｂ２が形成されている。

また、弁体２０には、弁座１１ｄと対向する位置にシート２１が設けられている。このシート２１は、ゴムなどの弾性材料によって環状に形成され、弁体２０の下端面に形成された凹状のシート取付凹部２０ｃに収容されて固定されている。これにより、弁体２０が押し下げられたときに、弁座１１ｄにシート２１が押し当てられることにより、燃料の流れが遮断されるようになっている。

なお、シート２１は、シート取付凹部２０ｃの開口縁部が、カシメられることによって、シート２１が弁体２０から落下するのを防止するように構成されている（図４参照）。また、シート取付凹部２０ｃの底面（図２では天井面）には、環状の突起部２０ｃ１が形成され、この突起部２０ｃ１にシート２１の上面が当接している。また、環状の突起部２０ｃ１の径（直径）は、前記弁座１１ｄの締切径φ２よりも小さく形成されている（図４参照）。すなわち、突起部２０ｃ１とシート２１との当接位置は、弁座１１ｄとシート２１との当接位置よりも内側（中心側）に位置している。

弁支持凹部２０ａの外周面には、外挿されるコイルばね３０の一端（下端）が当接するフランジ部２０ｄが形成されている。コイルばね３０の他端（上端）は、スピンドル４０に当接している。なお、コイルばね３０は、弁体２０を弁座１１ｄに押し付ける方向に付勢する付勢力を発生させるようになっている。

スピンドル４０は、弁体２０の弁支持凹部２０ａに挿入される軸部４０ａと、弁収容部１１ｂ１と摺動可能に支持される摺動部４０ｂとを有している。軸部４０ａと摺動部４０ｂとの間にはつば部４０ｃが形成され、このつば部４０ｃに前記コイルばね３０の他端が当接することで、弁体２０を押し下げる付勢力を発生するように構成されている。

軸部４０ａの外周面には、周方向に沿って凹状の溝部４０ｄが形成され、この溝部４０ｄ内にオーリング４１が設けられている。このオーリング４１を設けることによって、軸部４０ａと弁支持凹部２０ａとの隙間に燃料が流れるのを防止している。

さらに、溝部４０ｄには、オーリング４１の軸方向の両側にバックアップリング４２，４２が設けられている。これらバックアップリング４２，４２を設けることにより、オーリング４１の移動を制限して、オーリング４１が、軸部４０ａと弁支持凹部２０ａとの隙間に噛み込まないようになっている。

また、摺動部４０ｂの外周面には、周方向に沿って凹状の溝部４０ｅが形成され、この溝部４０ｅ内にゴムなどの弾性部材で形成されたオーリング４３が設けられている。これにより、スピンドル４０と弁収容部１１ｂ１との隙間から固定部１１ｂ２を介してボディ１０の外側に燃料が漏れるのを防止している。

また、溝部４０ｅには、オーリング４３とともにバックアップリング４４が、オーリング４３の軸方向（開口方向）の一方側（固定部１１ｂ２側）に設けられている。これにより、オーリング４３の移動を制限して、オーリング４３が、スピンドル４０と弁収容部１１ｂ１との隙間に噛み込まないようになっている。

このように、スピンドル４０の軸部４０ａが弁支持凹部２０ａに挿入されることによって、軸部４０ａの先端と弁支持凹部２０ａの底部に形成された空間が受圧室Ｑとなっている。

図２に示すように、固定部１１ｂ２の内周壁には、後記するナット４５が螺合される雌ねじ部１１ｂ３が形成されている。すなわち、固定部１１ｂ２の雌ねじ部１１ｂ３に、ナット４５の外周面に形成された雄ねじ部４５ａが螺合することにより、ナット４５がスピンドル４０の上面に当接し、スピンドル４０の位置が規定されるようになっている。

ナット４５には、外周面に前記雌ねじ部１１ｂ３と螺合する雄ねじ部４５ａが形成されている。また、ナット４５の中央部には、後記する六角穴付ねじ４６を挿通可能な凹部４５ｂが形成されている。この凹部４５ｂの底壁面には、後記する六角穴付ねじ４６が螺合される雌ねじ部４５ｃが軸方向（開口方向）に貫通して形成されている。

なお、六角穴付ねじ４６は、外周面に雄ねじ部４６ａが形成されるとともに、軸方向（開口方向）外側の端面に六角穴４６ｂが形成されている。また、ナット４５は、ボディ１０（本体部１１）から開口方向の外側に突出して形成されている。

これにより、所定の工具を六角穴４６ｂに挿入して、六角穴付ねじ４６を回動させることにより、六角穴付ねじ４６がナット４５に対して螺合しながら軸方向（開口方向）に移動するようになっている。

また、ナット４５の凹部４５ｂには、止め輪４７が設けられており、六角穴付ねじ４６がナット４５から脱落するのを防止している。また、ボディ１０（本体部１１）から突出したナット４５には、防塵キャップ４８が被せられ、内部への塵や水などの侵入を防止している。

図１に戻って、ソレノイド５０（電磁的推力発生機構）は、ケース５１、コア５２、プランジャ５３、電磁コイル５４、ボビン５５で構成されている。

ケース５１は、磁性材料で形成され、略有底円筒状を呈し、前記したソレノイド収容凹部１２ｂ内にケース５１の全体が収容される容積（形状）を有している。

コア５２は、磁性材料で形成され、ボディ１０とケース５１の内壁面とに接するつば部５２ａと、つば部５２ａから軸方向（開口方向）に延びる円筒部５２ｂとを有している。つば部５２ａの部分において、コア５２がボルトＢ，Ｂを介してボディ１０の本体部１１に固定されている。また、コア５２には、円筒部５２ｂ内と連通孔１１ｃとを連通させ、ピン６０が挿通される挿通孔５２ｃが形成されている。

円筒部５２ｂは、その開口部（下端部）がケース５１の底部に形成された貫通孔５１ａから突出して形成されている。ケース５１から突出した円筒部５２ｂの外周面には、後記するナット７０と螺合される雄ねじ部５２ｂ１が形成されている。

プランジャ５３は、磁性材料で形成され、円柱形状を呈し、前記した円筒部５２ｂ内に摺動可能に挿入されている。また、プランジャ５３の中心には、軸方向（開口方向）に貫通する流路５３ａが形成されている。また、流路５３ａ内には、後記するピン６０の基端部が螺合して固定されるねじ溝５３ｂが形成されている。

また、プランジャ５３には、円筒部５２ｂの天井面に対向する面に、ストッパゴム５６が設けられている。ストッパゴム５６を設けることにより、プランジャ５３の作動時にプランジャ５３がコア５２の円筒部５２ｂ内に当接する際の衝撃が緩和されるようになっている。

電磁コイル５４は、プランジャ５３を取り巻くように形成され、ボビン５５に巻回されて構成されている。このボビン５５に巻回された電磁コイル５４は、ケース５１とコア５２との間に形成された空間内に設けられている。なお、電磁コイル５４は、図示しない電線を介して制御部と接続され、適宜通電が行われるようになっている。

ピン６０は、挿通孔５２ｃおよび連通孔１１ｃの径（直径）よりも小径に形成され、挿通孔５２ｃおよび連通孔１１ｃに挿通されている。また、ピン６０の先端部６０ａは、シート２１の孔２１ａ（図２参照）よりも小径で、かつ、小孔２０ｂ１（図２参照）を閉塞しない径となるように細く形成されている。

また、ケース５１から突出したコア５２にはナット７０が取り付けられて、ソレノイド５０がボディ１０の取付部１２に固定されている。このナット７０の中心部には、前記した雄ねじ部５２ｂ１と螺合する雌ねじ部７０ａ１が形成された凹部７０ａと、凹部７０ａの底面に形成されて燃料タンク２の内部と連通する連通路７０ｂとを有している。

連通路７０ｂには、コイルばね７１をプランジャ５３との間で支持するばね支持部７０ｂ１が形成されている。このコイルばね７１は、プランジャ５３を押し上げる方向（開口方向の外側）に付勢する付勢力を発生させている。コイルばね７１の付勢力によって、ピン６０が弁体２０のピン当接部２０ｂ２（図２参照）の下面に当接するようになっている。

また、ナット７０の連通路７０ｂには、フィルタ７２と、フィルタ７２の脱落を防止する止め輪７３とが設けられている。なお、フィルタ７２は、燃料タンク２内の塵などが弁装置１内に侵入するのを防止している。

次に、本実施形態の弁装置１の動作について図３ないし図９を参照して説明する。なお、図３および図４は通常遮断時であり、図５および図６は燃料充填時であり、図７は燃料供給時であり、図８は気密検査時であり、図９はメンテナンス時である。

図３に示すように、弁装置１の通常遮断時には、弁体２０に設けられたシート２１が弁座１１ｄに押接されることで、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３との間が遮断される。なお、通常遮断時における「通常」とは、タンク（燃料タンク２）として使われている状態を意味している。

通常遮断時には、コイルばね３０の付勢力によって弁体２０が押し下げられ、シート２１が弁座１１ｄに接し、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが遮断されている。ところで、容器側通路Ｌ３の圧力（燃料タンク２内部の圧力）が導入供給通路Ｌ２の圧力よりも高い場合には、シート２１をより強い力で弁座１１ｄに押し当てる必要がある。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、受圧室Ｑと容器側通路Ｌ３とが小孔２０ｂ１によって連通しているので、受圧室Ｑの圧力と容器側通路Ｌ３（連通孔１１ｃおよび挿通孔５２ｃ）の圧力とが同圧になる。また、受圧室Ｑの内径をφ１とし、容器側通路Ｌ３の締切径（内径）をφ２とすると、内径φ１が締切径φ２よりも大きく形成されているので、両矢印で示す断面積差ΔＳが形成されることになる。この内径φ１と締切径φ２との差によって得られる断面積差ΔＳの領域において、弁体２０を押し下げる圧力Ｐ１（大きい矢印）は、弁体２０を押し上げる圧力Ｐ２（小さい矢印）よりも高いので、このときの圧力差（Ｐ２−Ｐ１）とコイルばね３０の押し下げ力とによって、弁体２０を強固に押し下げる力が発生することになる。

図５に示すように、弁装置１の燃料充填時には、コイルばね３０の付勢力（押し下げ力）に抗して弁体２０が押し上げられ、弁体２０に設けられたシート２１が弁座１１ｄから離れることで、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが連通している。燃料充填時には、燃料タンク２内の圧力よりも高い圧力で充填する必要があるので、図５に示されているように、導入供給通路Ｌ２側の圧力が容器側通路Ｌ３の圧力よりも高くなる。これにより、弁体２０を押し上げる力が生じる。

燃料充填時には、図６に示すように、断面積差ΔＳの領域において、弁体２０を押し上げる圧力Ｐ３（大きい矢印）が、弁体２０を押し下げる圧力Ｐ４（小さい矢印）およびコイルばね３０の付勢力（押し下げ力）よりも高くなるので、弁体２０が押し上げられ、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが連通する。

なお、充填が完了して導入供給通路Ｌ２側の圧力を下げることにより、図３および図４で説明したように、断面積差ΔＳにおける圧力差およびコイルばね３０の付勢力（押し下げ力）が弁体２０を押し上げる力に打ち勝って、弁体２０のシート２１が弁座１１ｄに押接され、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが遮断される。

図７に示すように、弁装置１の燃料供給時（燃料放出時）には、電磁コイル５４が通電されることで、プランジャ５３が上方に吸引されて押し上げられるとともに、ピン６０が押し上げられる。同時に、ピン６０の先端部６０ａが弁体２０のピン当接部２０ｂ２を押圧して、弁体２０を押し上げることで、燃料タンク２内の燃料が、容器側通路Ｌ３、導入供給通路Ｌ２および通路Ｌ１を通って下流へ供給される。

ところで、後記するメンテナンス時や部品交換後にシール部の気密検査（ガス漏れ検査）を実施する場合には、燃料ガスを用いずに不燃ガス（ヘリウムガスなど）を使用して気密検査を行う必要がある。このとき、燃料タンク２内にヘリウムガスが混入しないように、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とを遮断する必要がある。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、弁装置１の気密検査時には、防塵キャップ４８を取り外して、所定の工具を六角穴４６ｂに嵌めこんで、手動で六角穴付ねじ４６を所定の方向へ回動させて六角穴付ねじ４６を締め込むことにより、六角穴付ねじ４６が下降し、六角穴付ねじ４６の軸力によってスピンドル４０が押し下げられる。スピンドル４０が押し下げられることで、スピンドル４０が弁体２０に当接し、弁体２０が押し下げられ、シート２１が弁座１１ｄに押接されて、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが遮断される。

また、スピンドル４０が押し下げられることによって、スピンドル４０のつば部４０ｃが弁体２０に当接した状態でシート２１が弁座１１ｄに押接されている。したがって、弁体２０がスピンドル４０によって上方（外側）へ移動するのが規制されるので、気密検査時に、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３との間における遮断が解除されることはない。

図８に示す気密検査時の遮断状態において、通路Ｌ１側から導入供給通路Ｌ２に高圧（所定の圧力）のヘリウムガスを供給する。その後、導入供給通路Ｌ２側の圧力が低下するか否かを確認して、メンテナンスや部品交換後の組立てが正しく行われているかどうかを確認する。ヘリウムガスの圧力が低下する場合には、部品交換等を行う工程に移行する。

気密検査終了後は、ヘリウムガスを抜いて圧力を低下させ、その後、所定の工具を用いて六角穴付ねじ４６を前記とは反対方向に回動させて、六角穴付ねじ４６を上昇させて初期位置まで戻し、防塵キャップ４８を被せる。

また、図９に示すように、弁装置１のメンテナンス時や部品交換時には、燃料タンク２内に残留している燃料を抜き取った後、防塵キャップ４８を取り外し、ナット４５を所定の工具を用いて所定の方向へ回動させることによってナット４５および六角穴付ねじ４６を固定部１１ｂ２から取り外し、そして、弁体２０およびスピンドル４０を弁収容部１１ｂ１から抜き取る。

そして、シート２１、コイルばね３０、オーリング４１，４３、バックアップリング４２，４４を検査、または必要に応じて交換した後、前記とは逆の手順に従って組み付ける。その後、図８に示すように、ヘリウムガスを用いて気密検査を行う。

図１０に示す燃料電池自動車Ｖは、本実施形態の弁装置１が装着された燃料タンク２、エアコンプレッサ３、燃料電池スタック４、補機５などを含んで構成されている。

燃料タンク２は、高純度の水素が圧縮充填されたものであり、図示しないＥＣＵによって電磁コイル５４（図１参照）が通電され、弁体２０が開弁することにより、補機５を介して燃料電池スタック４に水素が供給される。エアコンプレッサ３は、外部（車外）の空気を取り込んで圧縮し、補機５を介して燃料電池スタック４に供給する。

燃料電池スタック４は、例えば固体高分子形の燃料電池であり、ＭＥＡ（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。ＭＥＡは、電解質膜を、触媒を含むアノードとカソードとで挟持してなるものである。

補機５は、燃料電池スタック４用の補機であり、アノード系であれば、燃料タンク２からの高圧の水素を減圧する減圧弁、燃料電池スタック４のアノード側の出口から排出された未反応の水素を再びアノード側の入口に戻す水素循環系などで構成され、カソード系であれば、空気を加湿する加湿器、カソードの圧力を制御する背圧弁、水素循環系から排出された水素を希釈する希釈器などで構成されている。

燃料電池自動車Ｖのイグニッションスイッチがオンにされると、弁装置１の電磁コイル５４が通電され、図７で説明したように弁体２０が動作して、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが連通する。これにより、燃料タンク２から水素ガスが燃料電池スタック４に供給され、またエアコンプレッサ３１から圧縮空気が燃料電池スタック４に供給されることで、燃料電池スタック４が発電する。燃料電池スタック４の発電電力は、走行モータなどの外部負荷に供給される。なお、イグニッションスイッチがオフされることにより、弁装置１の電磁コイル５４が非通電状態となり、導入供給通路Ｌ２と容器側通路Ｌ３とが遮断される。

以上説明したように、本実施形態の弁装置１によれば、弁体２０を挟んで開口方向に沿って燃料タンク２の外側に、手動で弁体２０およびシート２１を遮断する六角穴付ねじ４６を設け、かつ、弁体２０を挟んで六角穴付ねじ４６に対向する燃料タンク２の内側に電磁的推力によって弁体２０を開閉させるソレノイド５０を設けたので、ひとつの弁体２０で構成することができ、構造を簡単にすることが可能になる。

また、本実施形態の弁装置１によれば、燃料タンク２の突出部２ｂの内側にソレノイド５０の全体が位置するように配置したので、ソレノイド５０が燃料タンク２の内側に大きく飛び出すことがない。その結果、レイアウト効率が向上し、燃料タンク２に充填することができる水素ガスの容量を増やすことが可能になる。

また、本実施形態の弁装置１によれば、ボディ１０からナット４５などを取り外すことにより、弁体２０およびシート２１の可動部分を搬出可能にできるので、燃料タンク２の外側から弁体２０等にアプローチすることが可能になり、燃料電池自動車Ｖ用（車載用）として用いた場合、車体から燃料タンク２を降ろした後に燃料タンク２から弁装置１を取り外すといった工程を不要にできる。よって、弁装置１を備えた燃料タンク２を車体に搭載した状態でメンテナンスが可能になり、メンテナンス時の工数を大幅に削減できる。

また、本実施形態の弁装置１を燃料電池自動車Ｖの燃料タンクに適用する場合、燃料タンク２の突出部２ｂの内側にソレノイド５０が位置するように構成して、燃料タンク２内へのソレノイド５０の飛び出しを防止することにより、燃料タンク２内への水素ガスの充填量を増やすことが可能になり、１回の充填で走行できる距離を延ばすことが可能になる。

１ 弁装置
２ 燃料タンク（燃料貯留容器）
２ａ 開口部
２ｂ 突出部
１０ ボディ
１１ｄ 弁座
２０ 弁体（弁部）
２１ シート（弁部）
３０ コイルばね（付勢手段）
４６ 六角穴付ねじ（軸力手段）
５０ ソレノイド（電磁的推力発生機構）
５３ プランジャ
５４ 電磁コイル
６０ ピン
Ｌ１ 通路
Ｌ２ 導入供給通路
Ｌ３ 容器側通路
Ｑ 受圧室
Ｖ 燃料電池自動車（燃料電池車両）
φ１ 内径
φ２ 締切径

Claims (6)

1. 燃料貯留容器の開口部に設置され、前記燃料貯留容器に対する燃料の充填および放出を行う弁装置であって、
   燃料の充填および放出のための通路と前記燃料貯留容器の内側との間に配置され、前記開口部の開口方向に沿う前記燃料貯留容器の外側からの、手動による推力により開閉可能、かつ、対向する前記燃料貯留容器の内側からの電磁的推力により開閉可能なひとつの弁部を備えたことを特徴とする弁装置。
2. 前記燃料貯留容器は、前記開口部から前記燃料貯留容器の外側に突出した突出部を備え、
   前記電磁的推力により前記弁部を開閉させる電磁的推力発生機構が、前記突出部の内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記弁部は、前記燃料貯留容器の外側に搬出可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁装置。
4. ボディと、
   前記ボディに開設されて燃料を外部と出入りさせる導入供給通路と、
   燃料を前記燃料貯留容器に出入りさせる容器側通路と、
   前記導入供給通路とその外側が接するとともに前記容器側通路とその内側とが接し、前記開口部の開口方向に沿う軸を有する弁座と、
   軸方向に移動可能とされ、前記弁座に押接されることにより燃料の流れを遮断する弁体と、
   前記ボディと前記弁体とに係止され前記弁体を前記弁座に付勢する付勢手段と、
   前記弁体に対して、前記弁体の軸方向に穿たれて形成された受圧室と、
   前記軸方向に移動可能とされ、一端が弁体の壁部に当接可能なピンと、
   前記ピンの他端が接続され、前記軸方向に移動可能にされたプランジャと、
   前記プランジャを取り巻き、通電により発生する電磁力で前記プランジャを前記受圧室の方向へ移動させる電磁コイルと、を備え、
   前記弁座の軸に直交する受圧室の内径は、前記弁座の締切径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弁装置。
5. 前記ボディに螺合され、回動可能な軸力手段と、
   前記軸力手段の軸力により前記弁体を前記弁座方向に押し付けるスピンドルと、を備え、
   前記手動による推力は、前記軸力手段の回動で得られる軸力であることを特徴とする請求項４に記載の弁装置。
6. 燃料電池車両の燃料タンクに用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の弁装置。

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