JP7381011B2 - 安全弁 - Google Patents

Description

この発明は、火災時等、周辺温度が高温となったとき、容器内圧力が上昇し過ぎることを防止するため、機器内の流体を安全に外部放出するための安全弁に関する。

このような安全弁として、高温時に融解する可溶体を有し、可溶体の融解に伴って可動栓体が移動することで、容器内のガスを開放する安全弁が知られている（特許文献１～２参照）。

これらの安全弁は、内部に流体が流れる容器の流路から分岐した排出用流路の開放端に取り付けられ、火災発生時等、周辺の温度が上昇した場合に容器内のガス等の流体を外部（大気）へ開放するものである。

特許文献１に記載の安全弁は、容器内の流体通路から分岐した流路の外部への開放端の開口に取り付けられ、通常時においては内部の流体が外部に漏れ出すことがないようにシールし、温度が上昇した場合に容器内のガスを開放することによって、容器内の圧力が上昇し過ぎることを防止するように構成されている。

この安全弁は、頂壁および周壁からなりその周壁の下端部が容器の開口縁部に固定される円筒状本体と、本体内に移動可能に配置されたフランジ付き円柱状の移動部材と、移動部材を上向きに付勢する圧縮コイルばね（弾性部材）と、本体の頂壁下面と移動部材の上面との間に介在させられた安全弁用可溶体（可溶合金）とを備えている。本体内は、排出通路にとって外部と連通されている。

そして、周壁の下端部は、移動部材の先端で容器内との連通が遮断されておいる。この状態から火災等の高温時に可溶体が溶解したとき、移動部材が圧縮コイルばねの付勢力で頂壁側に移動することで安全弁の本体内部と容器内とが連通し、容器内の流体が本体の排出通路を介して外部に開放される。

特開２０１２－１３２４７５号公報 特開２００４－２６３７８６号公報

しかし、このような可溶合金を使った安全弁は火災等の災害が発生した時に作動するもので、作動後に繰り返し使用するものではない。そのため、この種の安全弁を使用する場合、製品コストを抑えることが望まれるが、特許文献１～２に記載の安全弁は部品点数が多く、製作コストが嵩むという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を減らし、簡単な構造で火災時等の災害時に容器内の流体を確実に大気に開放することができる安全弁を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本第１の発明に係る安全弁は、
内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた容器に取り付ける安全弁であって、
前記容器の排出用通路の開放端に取り付けられ、前記排出用通路を外部と連通する排出路を形成した本体と、
前記排出用通路を塞ぐ閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、板状の多孔質部材であり内部の空隙内に溶融性金属が充填され、前記容器の排出用通路開放端の周縁に配設されるシール部材との当接面を、算術粗さ０．８Ｒａ以下としている。

この安全弁は、本体の排出路と容器の排出用通路を遮断する閉塞部材が溶融性金属を充填した多孔質部材とし、火災等の発生により周辺温度が高温となったとき多孔質部材の孔に充填される溶融性金属が溶けだし容器の排出用通路と安全弁の本体の排出路とが連通する。

この場合において、前記多孔質部材を、焼結金属とすることができる。

また、同じ課題を解決するためになされた本第２の発明に係る安全弁は、
内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた容器に取り付ける安全弁であって、
前記容器の排出用通路の開放端に取り付けられ、前記排出用通路を外部と連通する排出路を形成した本体と、
前記排出用通路を塞ぐ閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、内部に液体を封入した両端部が半球状のグラスバルブであり、前記容器の排出用通路開放端に弁座機構形成し、該弁座機構に前記グラスバルブの半球状端部が当接するようにしている。

この場合において、前記グラスバルブを、容器側に付勢する弾性部材を配設することができる。

更にこれらの場合において、前記弁座機構の前記安全弁の本体側に前記グラスバルブの筒状部と当接するシール機構を配設することができる。

本発明によれば、部品点数を減らし、簡単な構造で火災時等の災害時に容器内の流体を確実に大気に開放することができる安全弁を提供することができる。

本第１の発明の実施の形態に係る安全弁を示し、（ａ）平面図、（ｂ）は容器に取り付けた一部切欠きの正面断面図、（ｃ）は安全弁の本体とシール部材と容器の断面斜視図、（ｄ）は閉鎖部材の底面図である。 本第２の発明の実施の形態に係る安全弁を示し、（ａ）平面図、（ｂ）は容器に取り付けた一部切欠きの正面断面図、（ｃ）は安全弁の本体の断面斜視図（ｄ）は閉鎖部材としてのグラスバルブの断面斜視図である。 同安全弁の別の実施例を示し、（ａ）平面図、（ｂ）は容器に取り付けた一部切欠きの正面断面図、（ｃ）は安全弁を取り付ける部分の容器の断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１に、本第１の発明の安全弁の実施形態を示す。

［安全弁］
図１に示す安全弁１は、内部に流体用通路を有し、この流体用通路から分岐される排出用通路２０を備えた容器２に取り付ける安全弁である。この容器２は、特に限定するものではないが、例えば、燃料電池自動車の燃料水素を蓄えるタンク等が挙げられる。そして、この安全弁１は排出用通路２９の開放端に取り付けられ、排出用通路２０を外部（大気）と連通する排出路１１を形成した本体１０と、容器２の排出用通路２０を塞ぐ閉塞部材３と、容器２の排出用通路２０開放端の周縁に形成されるシール溝２１に配設されるシール部材５とから構成されている。

本体１０は、内部に排出路１１と排出路１１と連なる閉塞部材３を保持する保持空間１２とを有している。また、安全弁１を容器２に取り付けるためのボルト等の締結部材４の挿通口１３を開口している。この挿通口１３の数は、複数であれば特に限定するものではないが、本実施形態では中止から周上等間隔で３箇所に形成している。

保持空間１２は、閉塞部材３の形状に合わせた円筒状の窪みで、本体１０の底面中心に形成されている。排出路１１は、その数を特に限定するものではないが、本実施形態では本体１０の表面から保持空間１２に貫通するように５箇所に形成している。

閉塞部材３は、板状の多孔質部材であり内部の空隙内に溶融性金属が充填され、容器２の排出用通路２０開放端の周縁に形成されるシール溝２１に配設されるシール部材５との当接面３０を、算術粗さ０．８Ｒａ以下となるように研磨されている。この研磨は、シール部材５との当接面３０に限られず、シール部材５との当接側の面全体を研磨するようにしても構わない。

閉塞部材３は、多孔質部材であって、内部の空隙内に溶融性金属が充填されるものであれば、特に限定するものではない。多孔質部材となる多孔質材料は、細孔が非常に多く空いている材料であって、例えば、活性炭やゼオライト等のミクロポーラス材料、ＭＣＭやＦＣＭ等のメソポーラス材料等があるが、本実施形態では、焼結金属を採用する。

焼結金属は、金属製の粉体を溶融点前後の温度で焼き固めたもので、樹脂やセラミック、ガラス等と比べ、耐久性に優れ、金属粉体の大きさで内部の空隙サイズが調整でき使用する溶融性金属を選択することができる。本発明で使用する溶融性金属とは融点が２００℃以下の金属をいい、例えば、低融点合金（低温アロイ、錫合金、低温半田等）であって、焼結金属の融点（ＳＵＳ球体粉の場合、１４００～１５００℃、ブロンズ球体粉の場合、１０００℃前後）よりも低く、安全弁として求められる溶融温度では焼結金属が溶融することはない。

通常、焼結金属は、不純物を含む流体が流れる流路に配設され、不純物を濾過する役割を果たすもので、分子レベルの流体の通過を許容する。本発明の閉塞部材３としての焼結金属は、内部の空隙に所定の溶融金属を充填するもので、内部の空隙全域に亘って充填しても構わないが、容器２の排出用通路２０の開放端を塞ぐ面側の細孔を確実に塞ぐように溶融金属を充填すればよい。

これは、閉塞部材３の容器２の排出用通路２０の開放端を塞ぐ面側は、容器２のシール溝２１に配設されるシール部材５と接触する環状の面３０がシール部材５との間で隙間が生じることがないように算術粗さ０．８Ｒａ以下に仕上げる必要がるが、その前提として表面の細孔が、確実に溶融性金属で充填されている必要があるからである。

上記構成において、常時は、容器２の排出用通路２０内は容器２を流れる流体で満たされており、容器２に取り付けた安全弁１の閉塞部材３の底面には流体の圧力がかかっている。そして、火災等が発生し、容器２の周辺温度が所定温度（溶融金属の溶融温度）を越えると、閉塞部材３としての焼結金属内の溶融金属が溶け始める。

溶融し始めた溶融金属は、排出用通路２０側に流れるか排出路１１がに噴き出され、容器２内の流体は閉塞部材３の空議を通過し外部に放出される。

＜実施形態２＞
図２に、本第２発明の安全弁の実施形態を示す。

［安全弁］
図２に示す安全弁１は、実施形態１と同様、内部に流体用通路を有し、この流体用通路から分岐される排出用通路２０を備えた容器２に取り付ける安全弁である。この容器２の排出用通路２０の開放端に取り付けられ、排出用通路２０を外部（大気）と連通する排出路１１を形成した本体１０と、排出用通路２０を塞ぐ閉塞部材６とを備えている。

閉塞部材６は、内部に液体を封入した両端部が半球状のグラスバルブ６０であり、容器２の排出用通路２０開放端に形成した弁座機構２３にグラスバルブ６０の半球状端部６０ａが当接する。この弁座機構２３は、容器２の排出用流路２０の開放端縁部をＲ状又は円錐台状（Ｃ面取状）に加工することで構成されている。

本体１０は、容器に取り付けられる大径部１０Ａと、大径部１０Ａと同心の小径部１０Ｂかなる断面視Ｔ字状をしており、大径部１０Ａには安全弁１を容器２に取り付けるためのボルト等の締結部材４の挿通口１３を開口している。この挿通口１３の数は、複数であれば特に限定するものではないが、本実施形態では中止から周上等間隔で４箇所に形成している。

小径部１０Ｂには、開口部はなく、大径部１０Ａの底面中央から閉塞部材６が配備される円筒状の空間１５が形成されている。この空間１５はグラスバルブ６０の筒状部６０ｂの外径よりも若干大径をなし、小径部１０Ｂ側にグラスバルブブ６０を、容器２側に付勢する弾性部材８を収納する収納空間１６を形成している。この収納空間１６は、空間１５の内径と同じであっても構わないが、グラスバルブ６０の一方の側の半球状端部６０ａに製造上形成される突起部分６０ｃの部分に嵌める弾性部材８としてのスプリングの外径よりも若干大径となる程度の内径とし、空間１５よりも小径とすることが好ましい。これにより弾性部材８としてのスプリングの設置が容易となる。本実施形態では、弾性部材８としてスプリングを使った例を示すが、弾性部材８はこれに限られるものではなく、例えば高度の低い樹脂材料等を用いることもできる。

排出路１１は、空間１５と連通され、容器２の排出用流路２０とは閉塞部材６によって遮断されている。

上記構成において、常時は、容器２の排出用通路２０内は容器２を流れる流体で満たされており、容器２に取り付けた安全弁１の閉塞部材６としてのグラスバルブ６０の半球状端部６０ａが弁体となって、弁座機構２３となる排出用流路２０の開放端縁部に当接し、容器２内の流体の外部への漏洩を防止している。そして、火災等が発生し、容器２の周辺温度が所定温度（グラスバルブ６０内の液体が膨張し硝子が破裂する温度）を越えると、閉塞部材６としてのグラスバルブ６０が破裂し、排気用流路２０と排出路１１が連通し、容器２内の流体が外部へ放出される。

＜変形例＞
図３に、本第２発明の安全弁の実施形態の変形例を示す。

［安全弁］
図３に示す安全弁１は、実施形態２と同様、内部に流体用通路を有し、この流体用通路から分岐される排出用通路２０を備えた容器２に取り付ける安全弁である。この容器２の排出用通路２０の開放端に取り付けられ、排出用通路２０を外部（大気）と連通する排出路１１を形成した本体１０と、排出用通路２０を塞ぐ閉塞部材６とを備えている。

閉塞部材６も実施形態２と同様、内部に液体を封入した両端部が半球状のグラスバルブ６０であり、容器２の排出用通路２０開放端に形成した弁座機構２３にグラスバルブ６０の半球状端部６０ａが当接する。

本実施形態の弁座機構２３は、実施形態２が容器２の排出用流路２０の開放端縁部をＲ状又は円錐台状（Ｃ面取状）に加工することで構成したものと異なり、開放端よりも奥側で排出用流路２０の内径よりも若干大径の中径部２０ａを形成し、排出用流路２０の中径部２０ａ底部の開放端縁部にＲ状又は円錐台状（Ｃ面取状）に加工することで構成する。

そして、中径部２０ａよりも容器２の開放端側に、中径部２０ａよりも大径の大径部２０ｂを形成し、この大径部２０ｂにグラスバルブ６０の筒状部６０ｂに当接するシール機構２４を配設する。

シール機構２４は、グラスバルブ６０の筒状部６０ｂの周面と、大径部２０ｂの側面底面と当接し、容器２内の流体が外部に漏洩することを防止することができるものであれば、特に限定するものではないが、本実施形態では、Ｏリング２４ａとバックアップリング２４ｂから構成されている。

このシール機構２４を配設することで、グラスバルブ６０の半球状端部６０ａが弁体となって、弁座機構２３となる排出用流路２０の開放端縁部に当接して容器２内の流体の外部への漏洩を防止機構から、振動などで位置ずれが生じて流体が漏洩した場合でも、流体が排出路１１を介して外部に放出されることを有効に防止することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態及び変形例は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

以上説明したように、本発明の安全弁は、火災の発生等周辺の温度が急激に上昇し、容器内の流体を外部に放出する必要があるシステムに好適に用いることができる。

１ 安全弁
１０ 本体
１１ 排出路
２ 容器
２０ 排出用流路
２３ 弁座機構
２４ シール機構
３ 閉塞部材（多孔質部材）
５ シール部材
６ 閉塞部材
６０ グラスバルブ
６０ａ 半球状端部
６０ｂ 筒状部

Claims (3)

1. 内部に流体用通路を有し、該流体用通路から分岐される排出用通路を備えた容器に取り付ける安全弁であって、
   前記容器の排出用通路の開放端に取り付けられ、前記排出用通路を外部と連通する排出路を形成した本体と、
   前記排出用通路を塞ぐ閉塞部材とを備え、
   該閉塞部材は、内部に液体を封入した両端部が半球状のグラスバルブであり、前記容器の排出用通路開放端に形成した弁座機構に前記グラスバルブの半球状端部が当接する安全弁。
2. 前記グラスバルブを、容器側に付勢する弾性部材を配設した請求項１に記載の安全弁。
3. 前記弁座機構の本体側に前記グラスバルブの筒状部に当接するシール機構を配設した請求項１又は２に記載の安全弁。
   

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