JP2013151987A

JP2013151987A - 気体の流路の弁

Info

Publication number: JP2013151987A
Application number: JP2012013191A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Suzuki; 浩明鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-08-08

Abstract

【課題】弁が流路を流れる流体と直接接しないことで、定期的なメンテナンスを行わなくても、耐久性を維持した弁を提供する。
【解決手段】液圧室１３８ａを形成している固定部１２０ａの材質は弾性である。液圧室１３８ａと流路１４０とは、固定部１２０ａの変形部１２８ａで隔てられている。固定部１２０ａの変形部１２８ａは、液圧室１３８ａと流路１４０とを隔てている固定部１２０ａの中で最も肉厚が薄い部分である。そのため、作動用ネジ１３０を閉方向に回して液圧室１３８ａ内の油が加圧されると、固定部１２０ａの変形部１２８ａは、固定部１２０ａの他の部分よりも先に固定部１２０ａの中心軸ＯＬから外周方向に向かって変形して、流路１４０に干渉する。固定部１２０ａの変形部１２８ａは、一定以上変形すると、ボディー１１０と接触して、流路１４０が閉弁状態となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体の流路を開閉する弁に関する。

気体の流路を開閉する弁は、例えば、燃料電池における水素ガスの流路を開閉するような場合に使用されている。従来の弁では、流路を流れる気体と開閉を行う摺動部とが直接接しており、開閉操作によって摺動部が磨耗するので、耐久性を維持するために定期的にメンテナンスを行う必要があった。そこで、開閉のときに弁を駆動する摺動部にダイヤモンド状の炭素シリカコーティングを施すことで、摺動部の磨耗量を低減させた弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−５２６９７４号公報特開平７−０５５０２７号公報

上記弁では、開閉時における摺動部の磨耗量は低減するものの、流路を流れる気体と開閉を行う摺動部とが依然として直接接しているので、摺動部に磨耗が発生し、弁の耐久性を維持するために定期的なメンテナンスが必要となる場合があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、定期的なメンテナンスを行わなくても、耐久性を維持できる弁を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］弁であって、
気体が流れる流路を形成する流路形成部と、
前記流路の外側に配置され、液体で満たされた液圧室を形成する液圧室形成部と、
前記液体を加圧することで前記液圧室を少なくとも前記流路に干渉する側に変形させることにより前記流路を閉じる機構と、を備える、弁。

この弁では、流路形成部は、気体が流れる流路を形成している。液圧室形成部は、流路の外側に配置され、液体で満たされた液圧室を形成している。機構は、液圧室内の液体を加圧することで液圧室を変形させ、変形した液圧室と流路とを隔てている流路形成部を変形させることにより流路を閉じる。そのため、この流路の弁では、流路を流れる流体に直接接する摺動部を有していないため、流体によって劣化して磨耗する部分がなく、定期的なメンテナンスを行わなくても耐久性を維持することができる。また、この流路の弁では、開弁時に機構を誤って操作しても、機構が流路を流れる流体に直接接していないので流体の圧力によって機構が飛散することが無く、高い安全性を有することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、弁の製造方法、ガス流路を備えた装置、弁を備えた燃料電池等の態様で実現することができる。

本発明の実施例における弁１００を概略的に示す説明図である。本実施例の弁１００における流路１４０の開閉部分の詳細を示す説明図である。変形例における弁１００ａを概略的に示す説明図である。他の変形例における弁１００ｂを概略的に示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：

Ａ．実施例：
図１は、本発明の実施例における弁１００を概略的に示す説明図である。本実施例の弁１００は、例えば、燃料電池に高圧の水素ガスを供給する水素ガス供給路を開閉するための弁として使用される。図１には、弁１００の断面を示している。図１に示すように、本実施例の弁１００は、ボディー１１０と固定部１２０と流路１４０と固定シール１２５とを備える。

ボディー１１０は、ブロック状の形状をしている。ボディー１１０には、固定部１２０を挿入するための略円柱状の穴部と、燃料電池における水素ガスの流路とボディー１１０の穴部とを接続するボディー部流路１４５と、が形成されている。

固定部１２０は、略円柱形状である。固定部１２０の端部には、フランジ部１２６が設けられている。固定部１２０は、ボディー１１０の穴部に挿入され、ボディー１１０との間に所定の隙間が形成されるようにフランジ部１２６においてボディー１１０に接合されている。固定部１２０とボディー１１０との上記所定の隙間は、ボディー部流路１４５と連通して流路１４０となる。水素ガスは、流入口１４２から流路１４０に流入し、流出口１４４から排出される。

固定シール１２５は、断面が略円形状のＯリングである。固定シール１２５は、ボディー１１０と固定部１２０の溝部１２２との間に配置されている。固定部１２０の溝部１２２は、固定部１２０の中心軸ＯＬを中心として、固定部１２０の側面の所定の位置において外周全周にわたって形成されている。固定シール１２５は、固定部１２０の溝部１２２の外周全周にわたって接している。また、同時に、固定シール１２５は、ボディー１１０における穴部の側面にも接している。そのため、固定シール１２５は、水素ガスが流路１４０の外部に漏れないように流路１４０を密閉している。

固定部１２０の内部には空間としての液圧室１３８が設けられている。液圧室１３８は、中心軸ＯＬを中心とした略円筒状の空間と、当該円筒状の空間に連通する空間と、から構成されている。当該円筒状の空間に連通する空間は、作動用ネジ１３０と接している。液圧室１３８は、作動用ネジ１３０と摺動シール１３５とによって密閉されている。液圧室１３８は、油で満たされている。

作動用ネジ１３０は、断面積の異なる略円柱が同軸上で組み合わさった形状をしていて、断面はＴ字型の形状をしている。作動用ネジ１３０の一方の大きな略円柱の側面全周には、おねじ部分１３１が形成されている。作動用ネジ１３０は、おねじ部分１３１が固定部１２０に形成されためねじ部分１２１と接触することで、中心軸ＯＬに沿った相対位置が決まる。なお、作動用ネジ１３０の中心軸は、固定部１２０の中心軸ＯＬと同軸である。作動用ネジ１３０を回すことで、作動用ネジ１３０の固定部１２０に対する中心軸ＯＬに沿った相対位置が変更できる。例えば、作動用ネジ１３０は、中心軸ＯＬを中心として固定部１２０から見て時計回りの方向（「閉方向」と呼ぶ）に回されると、中心軸ＯＬに沿って液圧室１３８の容積を小さくする方向に移動して、液圧室１３８内の油を加圧する。逆に、作動用ネジ１３０は、中心軸ＯＬを中心として固定部１２０から見て時計回りの逆方向（「開方向」と呼ぶ）に回されると、中心軸ＯＬに沿って液圧室１３８の容積を大きくする方向に移動して、液圧室１３８内の油の加圧状態が緩和される。作動用ネジ１３０を開方向に回し続けると、作動用ネジ１３０は最終的に固定部１２０から外れる。作動用ネジ１３０が固定部１２０から外れると、液圧室１３８内に収容されている油は排出可能となる。

摺動シール１３５は、断面が略円形状のＯリングである。摺動シール１３５は、固定部１２０と作動用ネジ１３０の溝部１３２との間に配置されている。作動用ネジ１３０の溝部１３２は、作動用ネジ１３０の中心軸ＯＬを中心として、作動用ネジ１３０の側面の所定の位置において外周全周にわたって形成されている。摺動シール１３５は、作動用ネジ１３０の溝部１３２の外周全周にわたって接している。また、同時に、摺動シール１３５は、固定部１２０の内部に設けられた空間の側面にも接している。そのため、液圧室１３８内の油が液圧室１３８の外部に漏れないように液圧室１３８を密閉している。

図２は、本実施例の弁１００における流路１４０の開閉部分の詳細を示す説明図である。図２には、図１におけるＸ１部を拡大して示している。図２（ａ）では、流路１４０が開いている状態（開弁状態）を示している。図２（ｂ）では、流路１４０が閉じている状態（閉弁状態）を示している。

液圧室１３８を形成している固定部１２０の材質は弾性である。液圧室１３８と流路１４０とは、固定部１２０の変形部１２８で隔てられている。固定部１２０の変形部１２８は、液圧室１３８と流路１４０とを隔てている固定部１２０の中で最も肉厚が薄い部分である。そのため、作動用ネジ１３０を閉方向に回して液圧室１３８内の油が加圧されると、固定部１２０の変形部１２８は、固定部１２０の他の部分よりも先に固定部１２０の中心軸ＯＬから外周方向に向かって変形して、流路１４０に干渉する。図２（ｂ）に示すように、固定部１２０の変形部１２８は、一定以上変形すると、ボディー１１０と接触して、流路１４０が閉弁状態となる。

流路１４０が閉弁状態のときに、作動用ネジ１３０を開方向に回すと、液圧室１３８内の油の加圧状態が徐々に緩和され、中心軸ＯＬから外周方向に変形している固定部１２０の変形部１２８の変形量が徐々に小さくなり、図２（ａ）に示すように流路１４０が開弁状態となる。

以上説明したように、本実施例の弁１００では、固定部１２０は、ボディー１１０の穴部に挿入され、ボディー１１０との間に流路１４０が形成されるように接合されている。固定部１２０の内部には油で満たされた液圧室１３８が形成されている。作動用ネジ１３０を閉方向に回して液圧室１３８内の油が加圧されると、固定部１２０の変形部１２８は、固定部１２０の中心軸ＯＬから外周方向に向かって変形して流路１４０に干渉し、ボディー１１０と接触して、流路１４０が閉弁状態となる。そのため、本実施例の弁１００では、流路１４０を流れる高圧の水素ガスに直接接する部分を有していないため、水素ガスによって劣化して磨耗する部分がない。また、弁１００における作動用ネジ１３０を開方向に回し過ぎたとしても、作動用ネジ１３０は、流路１４０を流れる高圧の水素ガスに直接接していないので、水素ガスの圧力によって飛散することがなく、液圧室１３８内の油が外に漏れるだけである。よって、本実施例の弁１００では、定期的なメンテナンスを行わなくても耐久性を維持することができ、かつ、作動用ネジ１３０を誤って操作しても高い安全性を有することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
図３は、変形例における弁１００ａを概略的に示す説明図である。図３（ａ）では、流路１４０の開弁状態を示し、図３（ｂ）では、流路１４０の閉弁状態を示している。上記実施例では、作動用ネジ１３０を閉方向に回すと、固定部１２０の変形部１２８は固定部１２０の中心軸ＯＬから外周方向に向かって変形したが、この変形例では、図３（ｂ）に示すように、固定部１２０ａの変形部１２８ａは固定部１２０の中心軸ＯＬに沿って変形して、流路１４０が閉弁状態となる。よって、この変形例の弁１００ａでも、上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｂ２：変形例２：
図４は、他の変形例における弁１００ｂを概略的に示す説明図である。図４（ａ）では、流路１４０の開弁状態を示し、図４（ｂ）では、流路１４０の閉弁状態を示している。上記実施例では、液圧室１３８を固定部１２０に形成したが、この変形例では、液圧室１３８ｂをボディー１１０ｂに形成している。図４に示すように、作動用ネジ１３０ｂは、側面に形成されたおねじ部分１３１とボディー１１０ｂに形成されためねじ部分１２１ｂとが接触することで、固定部１２０ｂの中心軸ＯＬに略垂直な断面方向に沿った位置が決まる。図４（ａ）に示す断面Ｂ−Ｂにおける液圧室１３８ｂの形状は、固定部１２０ｂの中心軸ＯＬを中心として固定部１２０ｂを取り囲むような中空の円形状、すなわちドーナツ状の形状である。また、この変形例におけるボディー１１０ｂの材質は弾性である。そのため、作動用ネジ１３０ｂを閉方向に回すことにより、液圧室１３８ｂ内の油を加圧させると、ボディー１１０ｂの変形部１１８は、図４（ｂ）に示すように、固定部１２０ｂの中心軸ＯＬに向かった内周方向に変形して、流路１４０が閉弁状態となる。よって、この変形例の弁１００ｂでも、上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｂ３：変形例３：
上記実施例では、流路１４０に流れる気体を高圧の水素ガスとしたが、高圧でなくてもよいし、水素ガス以外の気体であってもよい。流路１４０を流れる気体は種々変形可能である。また、流入口１４２および流出口１４４の位置は上記実施例の態様に限られず、種々変形可能である。

上記実施例における固定部１２０および変形例におけるボディー１１０に形成される液圧室１３８の形状は、種々変形可能である。例えば、上記実施例においては、中心軸ＯＬに沿った液圧室１３８の断面積は、中心軸ＯＬに沿って作動用ネジ１３０から最も遠い位置にある中空状の略円形状と最も近い位置にある略円形状とで異なるが、一定になるように形成されてもよいし、略円形状でなくてもよい。また、液圧室１３８の形成される位置についても上記実施例の態様に限られず、種々変形可能である。

上記実施例における固定部１２０および変形例におけるボディー１１０ｂの材質を弾性として変形部１２８および変形部１１８を変形させたが、固定部１２０およびボディー１１０ｂの材質は種々変形可能である。例えば、上記実施例において、固定部１２０の変形部１２８のみの材質を弾性とし、固定部１２０における変形部１２８以外の部分の材質は非弾性としてもよい。

上記実施例では、液圧室１３８を満たす液体を油としたが、液圧室１３８内の液体は種々変形可能である。例えば、弁１００の使用温度条件において、固体または気体への状態変化を生じない液体を選択して液圧室１３８を満たすことも可能である。

上記実施例では、固定部１２０は、フランジ部１２６においてボディー１１０と接合されているとしたが、固定部１２０とボディー１１０との接合方法は種々変形可能である。例えば、上記実施例において、ボディー１１０にめねじ部分を形成し、固定部１２０におねじ部分を形成することで、ねじ部によってボディー１１０と固定部１２０とを接合してもよい。

上記実施例では、弁１００の作動用ネジ１３０のネジを回すことによって液圧室１３８を加圧するとしたが、弁１００における液圧室１３８の加圧方法は種々変形可能である。例えば、作動用ネジ１３０に代えて、ある一定以上まで押下すると、固定部１２０に設けられた係止部に引っかかり、液圧室１３８内の液体を加圧するＯＮ／ＯＦＦ型の機構を備えた弁１００としてもよい。

上述した実施形態、実施例および変形例における構成要素のうち、請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。

１００…弁
１１０…ボディー
１１８…変形部
１２０…固定部
１２１…めねじ部分
１２２…溝部
１２５…固定シール
１２６…フランジ部
１２８…変形部
１３０…作動用ネジ
１３１…おねじ部分
１３２…溝部
１３５…摺動シール
１３８…液圧室
１４０…流路
１４２…流入口
１４４…流出口
１４５…ボディー部流路
ＯＬ…中心軸

Claims

弁であって、
気体が流れる流路を形成する流路形成部と、
前記流路の外側に配置され、液体で満たされた液圧室を形成する液圧室形成部と、
前記液体を加圧することで前記液圧室を少なくとも前記流路に干渉する側に変形させることにより前記流路を閉じる機構と、を備える、弁。