JP4895881B2

JP4895881B2 - 高圧流体用管継手部材

Info

Publication number: JP4895881B2
Application number: JP2007075506A
Authority: JP
Inventors: 拓也西尾; 邦彦後藤; 一憲青木; 修山本; 和義田代; 吾朗鈴木; 慎一野村; 公聖吉田
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: EP2131091A4; KR101128754B1; CA2681304A1; CA2681304C; EP2131091B1; CN101711323A; WO2008114816A1; JP2008232361A; US20100108162A1; US8342202B2; KR20090125123A; EP2131091A1; CN101711323B

Description

本発明は、水素ガスなどの高圧流体を扱うのに適した管継手部材に関する。

近年、水素ガスを使用した燃料電池を動力源とする車両が実用化されてきている。このような車両においては、現在主流のガソリン車両に対するガソリンスタンドと同様の水素ガス供給スタンドなどでの水素ガスの供給が必要となる。この場合、車両側の水素ガス貯留タンクの入口に取り付けられる管継手部材に対して、スタンド側の水素ガス貯留タンクからの水素ガスを排出供給するためのホースの出口に取り付けられた管継手部材を連結して、その供給が行われることになる。（特許文献１参照）

特開２００４−２９３５６８

この場合の水素ガスは、３０Ｍｐａ以上、通常は７０Ｍｐａ程度に加圧されている。従って、そのような水素ガスの供給手段に用いられる管継手は、水素ガスが漏れないように万全のものが要求される。各管継手部材は、内部に開閉弁を装着する必要があるために、２つの筒状部材を軸線方向で整合して相互に嵌合連結して構成されるのが一般的である。従って、相互に嵌合される筒状部材の嵌合面の間の隙間や水素ガス供給完了後、筒状部材先端部から水素ガスが外部に漏洩しないようにシールリングが設定されることになるが、水素ガスが極めて高い加圧状態にあるため、該シールリングの設定には特に注意が必要となる。

本発明は、このような点に鑑み、水素ガスのような高圧流体を扱う管継手部材において、シールリングを十全に機能させるようにして、高圧流体の漏洩が生じるのを阻止するようにした高圧流体用管継手部材を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明は、
高圧流体を受け入れる入口側から高圧流体タンクに連結される出口側に延びる流体通路、及び、該流体通路の壁面に該流体通路を囲むようにして設けられる弁座を有する筒状の高圧流体用管継手本体と、
該流体通路内に設定されて該弁座に対して係合・係合解除されて当該流体通路の開閉を行う弁部材と
を有する高圧流体用管継手部材であって、
該高圧流体用管継手本体は、該入口側から該出口側に向けて延びる第１筒状部材、及び、該第１筒状部材に対し、該第１筒状部材の該出口側から挿入されて固定される第２筒状部材を有し、
該第１筒状部材の内周面が、該入口側から該出口側に向けて延びて該流体通路の上流部分を画定する流体通路画定面と、該流体通路画定面の出口側端部縁から半径方向外側に延びる第１半径方向面と、該第１半径方向面よりも該出口側にあり該第１半径方向面の外周縁よりも大きい径で該流体通路の軸線に平行に延びる弁座設定面と、該弁座設定面の出口側端部縁から半径方向外側に延びる第２半径方向面と、該第２半径方向面の外周縁から該流体通路の軸線に平行に延びるシールリング設定面と、を有し、
該高圧流体用管継手部材が更に、
該弁座設定面に係合される上流側部分と該シールリング設定面に平行に延びる下流側部分とを有する筒状の外周面と、該外周面の入口側端部縁から半径方向内向きに延びる環状の入口側端面と、該外周面の出口側端部端縁から半径方向内向きに延びる環状の出口側端面と、該入口側端面及び出口側端面の間を延びる内周面とを有する弁座部材を有し、
該第２筒状部材が、該第１筒状部材の該シールリング設定面を接するように挿入された外周面を有する先端部分を有し、該先端部分の先端面が、該弁座部材の出口側端面に当接して、該弁座部材を該第１筒状部材の該第１半径方向面との間で保持するようにされており、
該第２筒状部材の該先端面と、該シールリング設定面と、第２半径方向面と、該弁座部材の外周面とによって筒状のシールリング設定空間が形成され、該シールリングが該シールリング設定空間内に設定されて、該弁座部材の外周面及び該シールリング設定面に密封係合するようになされ、
該弁部材は、該弁座部材に係合して該流体通路を閉じるようになされており、
該第２筒状部材の該先端部分が、該流体通路の下流部分を画定している該第２筒状部材の内周面から、該先端部分を半径方向で貫通して、該第１筒状部材のシールリング設定面に接している該先端部分の外周面に至る連通孔を有していることを特徴とする高圧流体用管継手部材を提供する。

この高圧流体用管継手部材においては、第２筒状部材の先端部分を貫通する上記の如き連通孔を設けたことを特徴としている。

すなわち、本願発明者が、上記のような連通孔がない点を除いては、上記のものと同じ高圧流体用管継手部材を用意し、水素ガスの供給実験を行ったが、水素ガスの供給後に、高圧流体管継手部材内の弁部材を閉止し、水素ガス供給側の管継手部材を当該高圧流体管継手部材から外した状態においたところ、シールリングが上記のような状態で設定されているにもかかわらず、弁部材より下流側に封入された水素ガスが、このシールリングが設定されている部分を通して、当該高圧流体管継手部材の上流側に漏洩することがわかった。

この点を、本願発明者が種々の検討を行った結果、次のような推測に至った。すなわち、水素ガス供給側及び受入れ側の管継手部材が相互に連結されて水素ガスの供給が行われると、その供給開始瞬間の段階では、受入れ側の管継手部材内の弁部材が閉止されているために、弁部材よりも上流側の水素ガスの圧力が、当該受入れ側の管継手部材の構成エレメント間の微小な隙間を通してシールリングにかかり、一方、該弁部材よりも下流側からはそのような圧力が該シールリングにかからない。このために、該シールリングは、それが設定されているシールリング設定空間内で水素ガスの極めて高い圧力により当該管継手部材の出口側に押圧される。これにより、該シールリングは、同シールリング設定空間の出口側壁面を画定している第１筒状部材の内周面（具体的には、シールリング設定面）と第２筒状部材の先端部分の外周面との間の隙間（この隙間は、当該管継手部材部材の外周面に至る）に部分的に圧入されて挟み込まれる。そのため、その後に、弁部材が開放されて、該弁部材よりも下流側からシールリング設定空間に至る微小間隙を介して水素ガスの圧力がシールリングにかけられたとしても、上記隙間に部分的に圧入されたシールリングは、そのままの状態となる。このため、水素ガスの供給が終了後に弁部材が閉じられた場合、弁部材よりも下流側で閉じ込められた水素ガスは、上記微小隙間を介してシールリング設定空間に至るが、当該シールリングの機能が不完全となっているために、該シールリングを通り、上流側へ漏洩する。

このような推測のもと、本願発明者は、第２筒状部材の先端部分に上記の通りの連通孔を設けた結果、このような水素ガスの漏洩を防止することに成功した。これは、この連通孔及び第１筒状部材の内周面と第２筒状部材の先端部分の外周面との間の隙間を通して封入された水素ガスの圧力がシールリングにかかり、該シールリングの上記の如き不完全な状態のシールリングがもとに完全な状態に戻されるからと考えられる。

上記管継手部材においては、シールリング設定空間内において、シールリングの入口側及び出口側に設定され、弁座部材の外周面と該シールリング設定面との間で設定されるバックアップリングを設けることが好ましい。

入口側のバックアップリングは、供給後の高圧流体がシールリングを高圧流体用管継手部材の入口側に押圧して、該シールリングが第１筒状部材の弁座部材設定面と弁座部材の外周面との間の隙間に押込まれて損傷が生じるのを防止するためである。出口側のバックアップリングは、該管継手部材の出口側に連結されているタンクのメンテナンスのために、該タンクを除圧した場合に、シールリングがタンク側に引き付けられて弁部材の外周面と第２筒状部材との間の隙間に吸引されて損傷するのを防止するためである。なお、本願発明者は、これら２つのバックアップリングを設定しただけでは、上述した第２筒状部材の先端に連通孔を設けて防止することができた水素ガスの漏洩を、十分には防止することができないことを確認している。

具体的には、
該弁座部材と該第１半径方向面との間に設定される筒状の固定部材を設け、該弁座部材が該固定部材を介して該第１半径方向面と該第２筒状部材の先端面との間に当接されるようにすることができる。

この場合、
該弁座部材に接する該固定部材の出口側端面が、該弁座部材設定面に接して該弁座部材の該入口側端面の外周縁に当接する位置から、該入口側端面の内周縁を越えて半径方向内側の位置まで延び、該弁座部材の入口側端面の全面と当接するようにすることが好ましい。また、該固定部材の内周面は弁座部材の内周面よりも小さくすることが好ましい。

弁座部材の入口側端面を、その全面で支持することにより、該弁座部材の損傷を少なくするものである。

より具体的には、
該第１半径方向面が該弁座部材設定面よりも小さい直径とされ、該第１半径方向面の外周縁から該出口側に向けて該流体通路の軸線方向に平行に延びて、該固定部材が嵌合される固定部材設定面と、該固定部材設定面から該弁座部材設定面に向けて傾斜する環状傾斜面とを有し、該固定部材は、その外周面が、該固定部材設定面に接する上流側面、及び、該上流側面より該出口側にあって該弁座部材設定面に接する下流側面を有し、該上流側面には、その入口側端部縁及び出口側端部縁の中間位置に設けられた環状のシールリング嵌合溝を有し、該シールリング嵌合溝にシールリングが設定されて、該固定部材設定面に密封係合するようにすることができる。

このようにすることにより、シールリング嵌合溝に嵌合されるシールリングを固定部材設定面に密封係合するように設定する際に、環状傾斜面のあることによって、該シールリングが損傷されないようにすることができる。

また、好ましくは、固定部材が、該固定部材の外周面から該流体通路まで至る封入圧除去手段を有するようにする。これは、高圧流体がタンクに供給された後は、タンク内に供給された高圧流体の圧力によって、弁座部材及び固定部材が入口側に押圧され、第１筒状部材の内周面との強固な密封係合が生じ、該弁部材及び固定部材と該内周面との間に高圧流体が封入されてしまい、高圧流体供給側の管継手部材を外した後に、該封入された高圧流体が長い時間にわたって少しずつ漏れ出し、当該管継手部材にトラブルが生じたのではないかとの懸念が生じるのを防ぐためである。

この封入圧除去手段は、第１半径方向面に当接される固定部材の入口側端面に設けられた溝とすることができる。

また、固定部材にはフィルタを固定することができ、このフィルタは、固定部材から流体通路内を入口側に延びる筒状フィルタ部分と該筒状フィルタ部分の入口側端面を覆うように設定される端面フィルタ部分とを有するものとすることできる。

以下、本発明に係る高圧流体用管継手部材の実施形態につき、添付図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る高圧流体用管継手部材１２を示しており、該高圧流体管継手部材は、一点差線で一部を示す液体水素供給用の雌型管継手部材１０に連結されて、水素ガスを受け入れるためのものとして示してある。

すなわち、高圧流体用管継手部材１２は、全体として筒状とされ、水素ガスを受け入れる入口側（図１において左側端部開口側）から高圧流体タンクに連結される出口側（右側端部開口側）に延びる流体通路１４を有している。具体的には、該高圧流体用管継手本体１２は、その主要部品として、第１筒状部材２０と、第１筒状部材２０に対し、第１筒状部材の出口側開口から挿入されて固定される第２筒状部材２２と、弁座部材２４と、該弁座部材２４を第１及び第２筒状部材２０，２２の間に固定するための固定部材２６と、逆止弁形式の弁部材２７を有している。

第１筒状部材２０の内壁面は、入口側から出口側に向けて延びて該流体通路１４の上流側部分を画定する流体通路画定面２５と、該流体通路画定面２５の出口側端縁２６から半径方向外側に延びる第１半径方向面２８と、該第１半径方向面２８の外周縁から当該流体通路１４の軸線に対して平行に延びて固定部材２６の外周面に接する固定部材設定面３０と、該固定部材設定面３０よりも大きい径を有し、傾斜面３２により固定部材設定面３０に接続されている弁座部材設定面３４と、該弁座部材設定面３４の出口側端縁から半径方向外側に延びる第２半径方向面３６と、該第２半径方向面３６の外周縁から当該流体通路の軸線に平行に延びるシールリング設定面３８と、該シールリング設定面よりも出口側にあり、第２筒状部材２２のオネジ面４０にネジ係合されるメネジ面４２と、を有している。

第２筒状部材２２は、その先端部分の外周面がシールリング設定面３８とほぼ同径とされて、その先端面により、弁座部材２４及び固定部材２６を第１筒状部材２０の第１半径方向面２８との間に挟着固定するようになっている。

弁座部材２４は、全体として環状とされ、その外周面４４が弁座部材設定面３４と同径とされて、その上流側部分が該弁座部材設定面３４に接するようにされ、下流側部分がシールリング設定面３８から間隔をあけて平行に延びるように設定される。該弁座部材２４は、外周面４４の入口側端縁から半径方向内向きに延びる環状の入口側端面４６と、該外周面４４の出口側端縁から半径方向内向きに延びる環状の出口側端面４８と、入口側端面４６と出口側端面４８との間で延びる内周面５０とを有しており、該内周面５０は、当該流体通路の軸線に平行に延びる入口側部分、及び、該入口側部分から後方に向けて広がり出口側端面４８まで延びる出口側部分を有し、該入口側部分と出口側部分との間に弁座面５２を形成している。

固定部材２６は、全体として環状とされ、その外周面５６のほぼ全体が固定部材設定面３０に接するようにされ、同外周面の出口側端部において径が大きくされて弁座部材設定面３４に接するようにされている。該固定部材２６は断面がほぼ矩形状とされ、その入口側端面５８が第１半径方向面２８と、出口側端面６０が弁座部材２４の入口側端面と当接するようになされている。該固定部材の出口側端面６０は弁座部材の入口側端面４６よりも半径方向寸法が大とされ、該弁座部材の入口側端面４６の全体が該固定部材の出口側端面６０に当接するようにされている。

固定部材２６には、その外周面に環状のシールリング嵌合溝６４が形成され、該シールリング嵌合溝６４に嵌合されたシールリング６６が、固定部材設定面３０に密封係合されるようになされている。該固定部材２６には、該固定部材の外周面と第１筒状部材の内周面との間の微小な隙間に封入される可能性のある圧力を流体通路に逃すためまた、シールリング６６を封入された圧力により破損することを防止するための封入圧除去手段が設けられるが、図示の例では、シールリング嵌合溝６４より入口側にある該固定部材の入口側端面に形成される溝６８と、同嵌合溝６４より出口側において該固定部材を半径方向に延びている貫通孔７０とにより当該封入圧除去手段が構成されている。

弁座部材２４の外周面と、第２半径方向面３６と、シールリング設定面３８と、第２筒状部材２２の先端面によって断面矩形状のシールリング設定空間が画定されており、該シールリング設定空間内にシールリング７２が設定されて、該弁座部材２４の外周面とシールリング設定面３８との間で密封されている。また、該シールリング設定空間内における該シールリング７２の入口側及び出口側には、バックアップリング７４，７６がそれぞれ設定されている。該バックアップリングは、弁座部材２４の外周面とシールリング設定面３８との間に設定されており、第１及び第２筒状部材の相互接触面間の隙間や、第２筒状部材と弁座部材２４の外周面との間の接触面間の隙間にシールリングが食い込むのを防止するためのものである。図示の例では、同様のシールリング７８、及び一対のバックアップリング８０，８２が第１及び第２筒状部材の間に設定されている。

第２筒状部材２２の先端部分には、半径方向に延びる連通孔８４が設けられている。すなわち、この連通孔８４は、当該第２筒状部材の内周面８６、すなわち、当該高圧流体用管継手部材の流体通路１４における下流部分を画定している面から、第１筒状部材のシールリング設定面３８と接触している第２筒状部材の外周面８８まで延びており、流体通路の圧力を該連通孔８４、及び、第１筒状部材のシールリング設定面３８と第２筒状部材２２の外周面との間の微小な隙間を通して、シールリング設定空間に通じることができるようにしている。

弁部材２７は、全体として筒状とされ、その入口側端部９０がテーパ状の閉止端とされており、そのテーパ面が図示のように、弁座部材２４の内周面に形成された弁座面５２と係合可能とされており、また、その筒状側壁にはそれを貫通する貫通孔９２が設けられている。該弁部材２７は、圧縮バネ９４により、弁部材２７を入口側に付勢され、入口側端部９０のテーパ面が弁座面５２に押圧係合されるようになされている。

図示の実施形態においては、固定部材２６の入口側に筒状のフィルタ９６が取り付けられている。すなわち、該フィルタ９６は、固定部材から延びる筒状フィルタ部と、その先端の端部金属部とから構成されている。

高圧流体用管継手部材１２に高圧流体供給用の管継手部材１０が連結されて、該管継手部材１０から高圧流体の供給が始まると、該弁部材２７が圧縮バネ９４の付勢力に抗して動かされ、弁座面から離れて、流体通路が開かれ流体の供給が行われる。

高圧流体の供給の開始瞬間の段階では、弁部材２７が開いておらず、このため、流体通路１４の弁部材よりも上流側が高圧となり、その圧力は、弁座部材２４と固定部材２６との当接面の間、弁座部材２４と弁座部材設定面３４との接触面の間を通りシールリング設定空間にかかる。このため、シールリング７２及びバックアップリング７４，７６が出口側の方へ押圧され変形され、このとき、出口側のバックアップリング７６とシールリング設定面との間、出口側のバックアップリング７６と弁座部材２４の外周面との間に隙間が生じ、シールリング７２がそれらの隙間に食い込む可能性がある。

しかし、本発明では、第２筒状部材の先端部分に連通孔８４が設けられているために、その後に開かれる弁座面よりも下流側に達する高圧流体の圧力が、弁座部材と第２筒状部材の先端面との間の隙間のほかに、第２筒状部材の先端部分外周面とシールリング設定面との間の隙間を通して、シールリング設定用空間に加えられ、上記のようなシールリングの食い込みがあったとしても、それを是正することが出来る。このため、弁部材が閉じられて、供給側の管継手部材が外されたときに、シールリング７２は適正な状態でそのシール機能を奏することが可能となり、該シールリング設定空間を通して、流体通路の上流側に高圧流体が漏洩することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る高圧流体用管継手部材を雄型管継手部材として示したが、これを雌型管継手部材とすることもできる。

本発明に係る高圧流体用管継手部材の一実施形態を示す縦断側面図である。

符号の説明

高圧流体用管継手部材１２；水素ガス供給用の雌型管継手部材１０；流体通路１４；
第１筒状部材２０；第２筒状部材２２；弁座部材２４；固定部材２６；
弁部材２７；流体通路画定面２５；第１半径方向面２８；固定部材設定面３０；
傾斜面３２；弁座部材設定面３４；第２半径方向面３６；
シールリング設定面３８；オネジ面４０；メネジ面４２；外周面４４；
入口側端面４６；出口側端面４８；内周面５０；弁座面５２；外周面５６；
出口側端面６０；シールリング嵌合溝６４；シールリング６６；溝６８；
貫通孔７０；シールリング７２；バックアップリング７４，７６；
シールリング７８；バックアップリング８０，８２；連通孔８４；内周面８６；
外周面８８；入口側端部９０；貫通孔９２；圧縮バネ９４；フィルタ９６；

Claims

高圧流体を受け入れる入口側から高圧流体タンクに連結される出口側に延びる流体通路、及び、該流体通路の壁面に該流体通路を囲むようにして設けられる弁座を有する筒状の高圧流体用管継手本体と、
該流体通路内に設定されて該弁座に対して係合・係合解除されて当該流体通路の開閉を行う弁部材と
を有する高圧流体用管継手部材であって、
該高圧流体用管継手本体は、第１筒状部材、及び、該第１筒状部材に対し、該第１筒状部材の該出口側から挿入されて固定される第２筒状部材を有し、
該第１筒状部材の内周面が、該入口側から該出口側に向けて延びて該流体通路の上流部分を画定する流体通路画定面と、該流体通路画定面の出口側端部縁から半径方向外側に延びる第１半径方向面と、該第１半径方向面よりも該出口側にあり該第１半径方向面の外周縁よりも大きい径で該流体通路の軸線に平行に延びる弁座設定面と、該弁座設定面の出口側端部縁から半径方向外側に延びる第２半径方向面と、該第２半径方向面の外周縁から該流体通路の軸線に平行に延びるシールリング設定面と、を有し、
該高圧流体用管継手部材が更に、
該弁座設定面に係合される上流側部分と該シールリング設定面に平行に延びる下流側部分とを有する筒状の外周面と、該外周面の入口側端部縁から半径方向内向きに延びる環状の入口側端面と、該外周面の出口側端縁から半径方向内向きに延びる環状の出口側端面と、該入口側端面及び出口側端面の間を延びる筒状の内周面とを有する弁座部材を有し、
該第２筒状部材が、該第１筒状部材の該シールリング設定面を接するように挿入された外周面を有する先端部分を有し、該先端部分の先端面が、該弁座部材の出口側端面に当接して、該弁座部材を第１筒状部材の第１半径方向面との間で保持するようにされており、
該第２筒状部材の先端面と、該シールリング設定面と、第２半径方向面と、該弁座部材の外周面とによって筒状のシールリング設定空間が形成され、該シールリングが該シールリング設定空間内に設定されて、該弁座部材の外周面及び該シールリング設定面に密封係合するようになされ、
該弁部材は、該弁座部材に係合して該流体通路を閉じるようになされており、
該第２筒状部材の該先端部分が、該流体通路の下流部分を画定している該第２筒状部材の内周面から、該先端部分を半径方向で貫通して、該第１筒状部材のシールリング設定面に接している該先端部分の外周面に至る連通孔を有していることを特徴とする高圧流体用管継手部材。
該シールリング設定空間内において、該シールリングの該入口側及び該出口側に設定され、該弁座部材の外周面と該シールリング設定面との間で設定されるバックアップリングを有することを特徴とする請求項１に記載の高圧流体用管継手部材。
該流体通路の軸線方向において該弁座部材と該第１半径方向面との間に設定される筒状の固定部材を有し、該弁座部材が該固定部材を介して該第１半径方向面と該第２筒状部材の先端面との間に当接固定されるようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の高圧流体用管継手部材。
該弁座部材に接する該固定部材の出口側端面が、該シールリング設定面に接して該弁座部材の該入口側端面の外周縁に当接する位置から、該入口側端面の内周縁を越えて半径方向内側の位置まで延び、該弁座部材の入口側端面の全面と当接するようにされていることを特徴とする請求項３に記載の高圧流体用管継手部材。
該第１半径方向面が該弁座部材設定面よりも小さい直径とされ、該第１半径方向面の外周縁から該出口側に向けて該流体通路の軸線方向に平行に延びて、該固定部材が嵌合される固定部材設定面と、該固定部材設定面から該弁座部材設定面に向けて傾斜する環状傾斜面とを有し、該固定部材は、その外周面が、該固定部材設定面に接する上流側面、及び、該上流側面より該出口側にあって該弁座部材設定面に接する下流側面を有し、該上流側面には、その入口側端部縁及び出口側端部縁の中間位置に設けられた環状のシールリング嵌合溝を有し、該シールリング嵌合溝にシールリングが設定されて、該固定部材設定面に密封係合するようにされていることを特徴とする請求項４に記載の高圧流体用管継手部材。
該固定部材が、該固定部材の外周面から該流体通路まで至る封入圧除去手段を有することを特徴とする請求項５に記載の高圧流体用管継手部材。
該封入圧除去手段が、第１半径方向面に当接される該固定部材の入口側端部面に設けられた溝とされていることを特徴とする請求項６に記載の高圧流体用管継手部材。
該固定部材に固定されたフィルタを有し、該フィルタは該流体通路内を該入口側に延びる筒状フィルタ部分と該筒状フィルタ部分の入口側端面を覆うように設定される端面フィルタ部分とを有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の高圧流体用管継手部材。