JP6331645B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁装置に関する。

燃料電池車には、ガスタンクから燃料電池への水素ガスの供給及び停止を制御するための弁装置が搭載されている。このような弁装置としては、特許文献１に記載の弁装置がある。特許文献１に記載の弁装置は、ガスタンクに連通される供給路を有するボディと、ボディ内に収容される電磁弁とを備えている。電磁弁は、ボディの供給路に通じる流路を内部に有する筒状のスリーブと、スリーブ内の流路を開閉する開閉部と、開閉部を開閉駆動させる駆動部とを有している。スリーブにおける流路の下流側の開口部はボディの内部に位置している。ボディの内部には、スリーブの開口部からボディの外面に貫通する送出路が形成されている。すなわち、ガスタンク内に充填された高圧水素ガスはボディの供給路を介して電磁弁に導入される。そして、電磁弁の開閉部を通過したガスは、スリーブの流路及びボディの送出路を介してボディの外面開口部から送出され、燃料電池に供給される。また、スリーブの外壁とボディの内壁との間にはシール部材が配置されている。このシール部材は、供給路内のガスが電磁弁のスリーブとボディとの間の隙間を介して送出路へと流入するのを抑制する。

特開２０１１−８９５６９号公報

特許文献１に記載の弁装置では、通常、ボディの供給路内のガス圧の方が送出路内のガス圧よりも高いため、その状態に応じた圧力（正圧）がシール部材に加わる。しかしながら、送出路内のガス圧の変動によっては、正圧と異なる圧力がシール部材に加わる場合もある。正圧と異なる圧力としては、例えば送出路内のガス圧の方が供給路内のガス圧よりも高くなることにより生じる圧力（逆圧）や、送出路内のガス圧が供給路内のガス圧よりも急激に減少することにより生じる圧力（急減圧）等がある。このような逆圧や急減圧に応じた圧力がシール部材に付与されると、シール部材に大きな負荷が加わる。これがシール部材の寿命の低下を招く要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁弁のスリーブとボディとの間に配置されるシール部材の負担を軽減することのできる弁装置を提供することにある。

上記課題を解決する弁装置は、ガスの供給路を有するボディと、前記ボディに収容される電磁弁と、を備え、前記電磁弁は、前記供給路に通じる流路を内部に有する筒状のスリーブと、前記流路を開閉する開閉部と、前記開閉部を開閉駆動させる駆動部と、を有し、前記スリーブの外壁と前記ボディの内壁との間にはシール部材が配置され、前記スリーブにおける前記開閉部の下流側の先端部が前記ボディから露出している。

この構成によれば、ボディから露出しているスリーブの先端部に配管を連結することができる。これにより、スリーブ及び配管の連結部分はボディの外部に位置するため、スリーブの先端部を通過したガスがスリーブの外壁とボディの内壁との間の隙間から入り込み難くなる。したがって、スリーブとボディとの間に設けられるシール部材に上記のような逆圧や急減圧が加わり難くなるため、シール部材の負担を軽減することができる。

上記弁装置について、前記スリーブの先端部には、配管を接続可能な継手機能部が設けられることが好ましい。
この構成によれば、継手機能部を介してスリーブと配管とを容易に連結することができる。

上記弁装置について、前記継手機能部は、前記スリーブの先端部の外周面に形成されたねじ溝からなり、前記配管には、前記ねじ溝に締結可能な締結部材が設けられることが好ましい。

この構成によれば、スリーブのねじ溝に配管の締結部材を締め付けることで、スリーブと配管とを確実に連結することができる。

本発明によれば、電磁弁のスリーブとボディとの間に配置されるシール部材の負担を軽減することができる。

弁装置の一実施形態についてその断面構造を示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 実施形態の弁装置についてそのスリーブの先端部に配管が連結された状態を示す断面図。 弁装置の変形例についてそのスリーブの先端部周辺の断面構造を示す断面図。 弁装置の変形例についてそのスリーブの先端部周辺の断面構造を示す断面図。

以下、弁装置の一実施形態について説明する。本実施形態の弁装置は燃料電池車に搭載され、燃料電池への水素ガスの供給及び停止を制御するものである。
図１に示すように、弁装置１はガスタンク２に取り付けられている。ガスタンク２には高圧（例えば、７０ＭＰａ程度）の水素ガスが充填されている。弁装置１は、電磁弁３と、電磁弁３を収容するボディ５とを備えている。電磁弁３の一部はボディ５の一側面５０から露出している。ボディ５から露出した電磁弁３の一部はカバー４により覆われている。カバー４はボルト６によってボディ５に固定されている。

図１に破線で示すように、ボディ５の外面には、ガスタンク２の取付口（図示略）に挿入される円柱状の取付部５１が形成されている。ボディ５の内部には、電磁弁３を収容する収容孔５２と、収容孔５２及び取付部５１を連通する供給路５３とが形成されている。収容孔５２は、ボディ５におけるカバー４の当接する一側面５０からその反対側の他側面５４に貫通しており、他側面５４に開口部５５を有している。収容孔５２は、ボディ５の一側面５０から他側面５４に向かうほど内径が徐々に小さくなるように形成された段付きの丸穴からなる。供給路５３は、取付部５１に連通される接続路５３ａと、接続路５３ａ及び収容孔５２を連通する連通路５３ｂとから構成される。すなわち、ガスタンク２内の水素ガスは取付部５１、接続路５３ａ、及び連通路５３ｂを介して収容孔５２へと導かれる。

電磁弁３は、円筒状のスリーブ３０と、スリーブ３０の内部に収容される可動鉄心３１と、可動鉄心３１に一体的に設けられる弁体３２と、可動鉄心３１に対してカバー４側に対向配置される固定鉄心３４と、スリーブ３０の周囲に配置されるソレノイド３５とを備えている。ソレノイド３５の外周はケース３６により覆われている。

スリーブ３０の外周は、収容孔５２の内周に合わせて段付きの形状をなしている。スリーブ３０は、その先端部３０ａがボディ５の開口部５５から突出するかたちで収容孔５２に収容されている。図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を図２に示すように、収容孔５２の内壁の一部及びスリーブ３０の外壁の一部は略長円状（スロット状）にそれぞれ形成されており、スリーブ３０の外周部分と収容孔５２の内周部分とはスリーブ３０の周方向において互いに係合している。この係合構造によりスリーブ３０の周方向の回り止めがなされている。

図１に示すように、スリーブ３０内には、可動鉄心３１を収容する有底円筒状の鉄心収容部３０ｂと、鉄心収容部３０ｂの底面からスリーブ３０の先端部３０ａに貫通する流路３０ｃとが形成されている。鉄心収容部３０ｂの底面における流路３０ｃの開口部分には円環状の弁座３７が嵌め込まれている。スリーブ３０の外周面における供給路５３の開口部５３ｃに対向する部分には凹状の連通溝３８が形成されている。連通溝３８は、スリーブ３０の外周面における供給路５３の開口部５３ｃに対向する部分から、同部分とスリーブ３０の中心軸ｍを挟んで反対側の外周部分までスリーブ３０の外周面に沿って環状に形成されている。またスリーブ３０の内部には、供給路５３の開口部５３ｃと反対側の位置において連通溝３８に連通するとともに鉄心収容部３０ｂの底面に開口する導入路３９が形成されている。すなわち、供給路５３は連通溝３８及び導入路３９を介して鉄心収容部３０ｂ及び流路３０ｃに通じている。スリーブ３０の外周面における連通溝３８の開口部分には、軸方向両端をシール部材４０，４０により挟み込まれたフィルタ４１が配置されている。したがって、供給路５３から連通溝３８に水素ガスが導入される際、水素ガスに含まれるダストがフィルタ４１により捕集されるため、清浄な水素ガスを電磁弁３に供給することができる。

収容孔５２の内周面における供給路５３の開口部５３ｃよりもカバー４側の部分には、スリーブ３０の外周面との間をシールするＯリングからなるシール部材４２が設けられている。このシール部材４２は、供給路５３からカバー４側へのガス漏れを抑制する。また、収容孔５２の内周面における供給路５３の開口部５３ｃよりもボディ５の開口部５５側の部分にも、スリーブ３０の外周面との間をシールするＯリングからなるシール部材４３が設けられている。このシール部材４３は、供給路５３からボディ５の開口部５５を介した外部へのガス漏れを抑制する。

可動鉄心３１は円筒状の部材からなり、スリーブ３０の鉄心収容部３０ｂ内に隙間を有して収容されている。可動鉄心３１とスリーブ３０の鉄心収容部３０ｂとの間の隙間は、導入路３９からの水素ガスが滞留する滞留室４４を構成する。可動鉄心３１には周知のパイロット弁機構が組み込まれている。なお、パイロット弁機構の説明は割愛する。可動鉄心３１の内部には弁体３２及びコイルスプリング３３が収容されている。弁体３２の先端部は、可動鉄心３１の弁座３７側の端面から突出している。コイルスプリング３３は可動鉄心３１に対して弁座３７に向かう方向の付勢力を付与している。この付勢力により弁体３２が弁座３７に着座している。弁体３２及び弁座３７は、スリーブ３０の流路３０ｃを開閉する開閉部を構成する。

固定鉄心３４はスリーブ３０の鉄心収容部３０ｂ内に圧入されることによりスリーブ３０に固定されている。固定鉄心３４の外周面とスリーブ３０の鉄心収容部３０ｂの内周面との間には、それらの間をシールするシール部材４５が設けられている。

ソレノイド３５は、スリーブ３０の外周面に嵌合されるボビン３５ａと、ボビン３５ａに収容されるコイル３５ｂと、弁体３２の径方向外側の位置でスリーブ３０の外周面に嵌合されるヨーク３５ｃとを備えている。コイル３５ｂへの給電は、カバー４の内部から外部に導出された配線４６を介して行われる。可動鉄心３１、コイルスプリング３３、固定鉄心３４、及びソレノイド３５は、弁体３２を開閉駆動させる駆動部を構成する。

図３に示すように、スリーブ３０の先端部３０ａには配管７が連結される。詳しくは、スリーブ３０の先端部３０ａの外周面には、継手機能部を構成するねじ溝３０ｄが形成されている。また、スリーブ３０の先端内周面にはテーパ面３０ｅが形成されている。一方、配管７にはフランジ部７０が形成されるとともに、フランジ部７０よりも先端側の部分７１が円錐台状に形成されている。フランジ部７０には筒状の締結部材７２が装着されている。締結部材７２の先端部内周には雌ねじ部７３が形成されている。この締結部材７２の雌ねじ部７３がスリーブ３０の先端部３０ａのねじ溝３０ｄにねじ込まれることにより、締結部材７２を介して配管７がスリーブ３０に連結されている。締結部材７２の雌ねじ部７３をスリーブ３０の先端部３０ａのねじ溝３０ｄにねじ込む際、配管７の先端部７１における円錐台状の外周部分がスリーブ３０のテーパ面３０ｅに押し付けられることで、配管７の先端部７１とスリーブ３０のテーパ面３０ｅとの間がメタルシールされる。この配管７を通じて弁装置１から燃料電池８に水素ガスが供給される。

次に、本実施形態の弁装置１の動作について説明する。
弁装置１では、電磁弁３のコイル３５ｂに駆動電流が供給されていない場合、コイルスプリング３３の付勢力及び水素ガスの圧力により弁体３２が弁座３７に着座している。したがって、スリーブ３０の流路３０ｃは閉じた状態となるため、スリーブ３０の先端部３０ａから水素ガスが送出されない。

一方、配線４６を介してコイル３５ｂに駆動電流が供給されると、可動鉄心３１が固定鉄心３４に吸引される。これにより、コイルスプリング３３の付勢力に抗して弁体３２が弁座３７から離れると、滞留室４４とスリーブ３０の流路３０ｃとが繋がる。すなわち、流路３０ｃが開いた状態となる。この状態では、供給路５３内の水素ガスは、連通溝３８、導入路３９、滞留室４４、及び流路３０ｃを介して配管７に送出され、燃料電池８に供給される。

以上説明した本実施形態の弁装置１によれば、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態の弁装置１では、スリーブ３０における弁体３２の下流側の先端部３０ａがボディ５から露出しているため、スリーブ３０の先端部３０ａに配管７を連結することができる。これにより、スリーブ３０及び配管７の連結部分をボディ５の外部に位置させることができる。よって、スリーブ３０の先端部３０ａを通過した水素ガスがボディ５の開口部５５とスリーブ３０との間の隙間から入り込み難くなるため、スリーブ３０とボディ５との間に設けられるシール部材４３に逆圧や急減圧が加わり難くなる。結果的に、シール部材４３に加わる負担を軽減することができる。

（２）スリーブ３０の先端部３０ａの外周面にはねじ溝３０ｄを形成した。また、配管７には、スリーブ３０のねじ溝３０ｄに締結可能な締結部材７２を設けた。これにより、スリーブ３０と配管７とを容易且つ確実に連結することができる。

（３）図２に示したスリーブ３０とボディ５との係合構造によりスリーブ３０の周方向の回り止めがなされているため、スリーブ３０の先端部３０ａに配管７の締結部材７２をねじ込む際、スリーブ３０がボディ５に対して相対回転し難くなる。よって、締結作業を容易に行うことができる。

（４）例えば燃料電池車を長期間使用した場合、水素ガスに含まれる僅かな水分が徐々にボディ５の供給路５３内に水滴として溜まることがある。この水滴がスリーブ３０の滞留室４４内に進入して可動鉄心３１に付着すると、可動鉄心３１が錆び付くおそれがある。この点、本実施形態では、供給路５３及び連通溝３８が連通される位置と、連通溝３８及び導入路３９が連通される位置とがスリーブ３０の中心軸ｍを挟んで反対側に配置されているため、供給路５３内の水滴が導入路３９まで到達し難くなっている。すなわち、供給路５３内の水滴が滞留室４４内に進入し難くなっているため、可動鉄心３１の錆び付きを抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、スリーブ３０の回り止めを行うべく、収容孔５２の内壁の一部及びスリーブ３０の外壁の一部を長円状に形成したが、それらを多角状（例えば六角状）等に形成してもよい。要は、収容孔５２の内壁及びスリーブ３０の外壁がスリーブ３０の周方向において互いに係合可能な形状をそれぞれ有していればよい。

・スリーブ３０の回り止めのための構造は、収容孔５２の内壁及びスリーブ３０の外壁の係合構造に限定されない。例えば図４に示すように、スリーブ３０の先端部３０ａに形成されたねじ溝３０ｄをボディ５の開口部５５まで延長し、このねじ溝３０ｄにロックナット９をねじ込む。このロックナット９の締結によりスリーブ３０をボディ５に固定することで、スリーブ３０の回り止めを行ってもよい。

・上記実施形態では、供給路５３及び連通溝３８が連通される位置と、連通溝３８及び導入路３９が連通される位置とをスリーブ３０の中心軸ｍを挟んで反対側に配置したが、前者の位置からスリーブ３０の周方向に１８０°よりも小さい角度だけずれた位置に後者の位置を配置してもよい。また、スリーブ３０の外周面における導入路３９の開口位置を供給路５３の開口部５３ｃに対向させてもよい。この構成によれば、スリーブ３０に連通溝３８を形成する必要がなくなるため、スリーブ３０の構造を簡素化することができる。

・上記実施形態では、スリーブ３０と配管７とを接続する継手構造として、スリーブ３０のねじ溝３０ｄ及び締結部材７２の雌ねじ部７３からなるねじ構造を採用したが、例えばクイック継手に準じた構造等を採用してもよい。要は、スリーブ３０の先端部３０ａに、配管７を接続可能な継手機能部が設けられていればよい。

・上記実施形態では、スリーブ３０の先端部３０ａをボディ５の開口部５５から突出させるかたちでスリーブ３０を収容孔５２に収容した。しかし、これに限らず、図５に示すように、ボディ５の開口部５５に、配管７の締結部材７２を挿入可能な大きさの凹部５６を形成し、スリーブ３０の先端部３０ａを凹部５６内に突出させ、且つボディ５の開口部５５の開口縁部からは後退させるかたちで、スリーブ３０の先端部３０ａをボディ５から露出させてもよい。

・上記実施形態では、スリーブ３０を円筒状に形成したが、スリーブ３０の形状としては、例えば四角筒状などの適宜の筒形状を採用することができる。
・シール部材４２，４３にはＯリング以外のシール部材を用いてもよい。

・弁装置１の開閉部の構成は、上記実施形態の弁体３２及び弁座３７からなる構成に限らず、適宜変更可能である。また、弁装置１の駆動部の構成は、可動鉄心３１、固定鉄心３４、及びソレノイド３５からなる構成に限らず、適宜変更可能である。

・上記実施形態の弁装置１は燃料電池車に搭載されるものであったが、弁装置１を燃料電池車以外に搭載してもよい。この場合、水素ガス以外のガスの供給及び停止を制御するための弁装置として上記実施形態の弁装置１を適用してもよい。

（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）前記ボディにおける前記スリーブの収容される収容孔の内壁及び前記スリーブの外壁は、前記スリーブの周方向において互いに係合可能な形状をそれぞれ有している弁装置。この構成によれば、スリーブのねじ溝に配管の締結部材を締め付ける際にスリーブがボディに対して相対回転し難くなるため、締結作業を容易に行うことができる。

（ロ）前記スリーブの先端部の外周面にねじ込まれるロックナットを備え、前記スリーブは、前記ロックナットの締結により前記ボディに固定されている弁装置。この構成によれば、スリーブのねじ溝に配管の締結部材を締め付ける際にスリーブがボディに対して相対回転し難くなるため、締結作業を容易に行うことができる。

（ハ）前記スリーブは、同スリーブの外周面に形成されて前記供給路に連通される凹状の連通溝と、前記連通溝と前記スリーブ内の流路とを連通する導入路と、を有し、前記連通溝は、前記供給路に連通される部分から前記スリーブの中心軸を挟んで反対側の位置まで前記スリーブの外周面に沿って形成されて前記導入路に連通されている弁装置。この構成によれば、供給路内に発生する水がスリーブ内に進入し難くなるため、駆動部の錆び付きを抑制することができる。

ｍ…中心軸、１…弁装置、３…電磁弁、５…ボディ、７…配管、９…ロックナット、３０…スリーブ、３０ａ…先端部、３０ｃ…流路、３０ｄ…ねじ溝、３１…可動鉄心（駆動部）、３２…弁体（開閉部）、３３…コイルスプリング（駆動部）、３４…固定鉄心（駆動部）、３５…ソレノイド（駆動部）、３７…弁座（開閉部）、３８…連通溝、３９…導入路、４３…シール部材、５３…供給路、７２…締結部材。

Claims (2)

1. ガスの供給路を有するボディと、
   前記ボディに収容される電磁弁と、を備え、
   前記電磁弁は、
   前記供給路に通じる流路を内部に有する筒状のスリーブと、
   前記流路を開閉する開閉部と、
   前記開閉部を開閉駆動させる駆動部と、を有し、
   前記スリーブの外壁と前記ボディの内壁との間にはシール部材が配置され、
   前記スリーブにおける前記開閉部の下流側の先端部が前記ボディから露出しており、
   前記先端部には、配管を接続可能な継手機能部が設けられている弁装置。
2. 前記継手機能部は、前記スリーブの先端部の外周面に形成されたねじ溝からなり、
   前記ねじ溝は、前記配管に設けられる締結部材を締結可能に構成される
   請求項１に記載の弁装置。