JP4621195B2 - 逆止弁 - Google Patents

Description

本発明は、水素ガス等の高圧流体を貯蔵する高圧容器に搭載される逆止弁に関し、特に、シール性能に優れた逆止弁に関するものである。

従来、例えば、燃料電池電気自動車に用いられる水素ガス等の貯蔵を行う場合に、高圧容器が使用されている。燃料電池電気自動車に用いられる水素は、液体に比べて取り扱いが容易であることから気体の状態のものが用いられ、高圧容器のガス充填口には、水素ガスの逆流防止機能を備えた逆止弁が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一般的な従来の逆止弁は、充填口から水素ガスが充填されると、水素ガスのガス圧によって、閉弁方向に付勢されている弁体が開弁方向に押し開かれて、弁体が弁座から離座し、その隙間から水素ガスが流入するように構成されている。そして流入した水素ガスは、弁体から流出口に至り、流出口から高圧容器内に流出するようになっている。

また、水素ガスの充填が終了すると、弁体が閉弁方向に付勢されて移動し、弁体が弁座に着座して水素ガスが流入口に向かうのを遮断する。このようにして、逆止弁は、水素ガスが充填される方向の一方向のみに水素ガスが流通することを可能としている。
特開２００６−１４４８４１号公報

ところで、従来の高圧容器に用いられる逆止弁では、貯蔵した水素ガス等の高圧流体が逆流しないように、さらなるシール性の向上が望まれていた。
加えて、構造を複雑にせずに簡単な構造を採用することによって、シール性の向上を図ることが望まれていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であり、しかも優れたシール性能を発揮することができる逆止弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明のうち請求項１に係る記載の発明は、高圧容器に装着されて、当該高圧容器へ高圧流体を充填するための逆止弁であって、上流側に設けられた弁座と、この弁座の下流側に設けられ、高圧流体の非充填時に当該弁座に着座され、高圧流体の充填時に充填される高圧流体の圧力によって離座されて高圧流体を通流する弁体と、前記弁座と前記弁体との当接面の下流側端部に外嵌され、高圧流体の非充填時に前記下流側端部を封止するとともに、高圧流体の充填時に充填される高圧流体の圧力によって前記下流側端部から離れる側へ拡径可能な弾性を有する環状のシール部材と、前記下流側端部の周部に設けられ、当該下流側端部から離れる側へ拡径した前記シール部材を高圧流体が充填されている間収容するシール部材収容部と、前記高圧容器内に連通して当該高圧容器内に充填された高圧流体を導入する高圧流体導入路と、を備え、前記シール部材収容部に、前記高圧流体導入路の一端が開口していることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、弁座と弁体との当接面の下流側端部に弾性を有する環状のシール部材が外嵌され、このシール部材は、高圧流体の非充填時に下流側端部を封止するとともに、高圧流体の充填時に充填される高圧流体の圧力によって下流側端部から離れる側へ拡径可能であるので、高圧流体の非充填時の逆流防止および高圧流体の充填時におけるスムーズな充填を実現することができる。

しかも、高圧流体が充填されている間は、拡径したシール部材が、下流側端部の周部に設けられたシール部材収容部に収容されるようになっているので、シール部材が高圧流体の流入の邪魔にならず、高圧流体の通流が確保される。また、拡径したシール部材はシール部材収容部に収容されるので、シール部材の保形性を図ることができる。したがって、シール部材が変形し難くなり、シール性能が長期間にわたって維持されるようになる。

また、シール部材収容部には、高圧容器内に充填された高圧流体を導入する高圧流体導入路の一端が開口しているので、拡径したシール部材は高圧流体の充填後に、開口を通じて導入される高圧流体によってシール部材収容部から良好に離れ、縮径されて下流側端部へ戻され、下流側端部を封止する。
したがって、例えば、仮に、拡径したシール部材とシール部材収容部との間に、高圧流体の充填前の低い流体圧が残ったままとなって、シール部材がシール部材収容部から離れなくなるという事態が生じたとしても、開口を通じて導入される高圧流体によってシール部材がシール部材収容部から良好に引き離されることとなり、シール部材が下流側端部に確実に戻されることとなる。
これによって、シール性能に優れた逆止弁が得られる。

しかも、高圧流体導入路の一端をシール部材収容部に設けるだけでシール部材が下流側端部に確実に戻されることとなるので、構成が簡単であるとともに、低コストであるという利点が得られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の逆止弁において、前記シール部材収容部は、環状の周壁部とこの周壁部に連続する底部と、を備え、前記高圧流体導入路の前記開口は、前記周壁部から前記底部に亘る部分に形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、シール部材収容部が、環状の周壁部とこの周壁部に連続する底部と、を備え、高圧流体導入路の開口は、周壁部から底部に亘る部分に形成されているので、前記のように、高圧流体の充填前の低い流体圧が、周壁部から底部に亘る角部等に残ったままとなっても、開口を通じて導入される高圧流体によってシール部材がシール部材収容部から良好に引き離されることとなり、シール部材が下流側端部に確実に戻されることとなる。
これによって、シール性能に優れた逆止弁が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の逆止弁において、前記弁座と前記弁体と前記シール部材収容部とを含んで形成される空間部には、前記高圧容器内に連通して当該高圧容器内に充填された高圧流体を導入する他の高圧流体導入路の一端が開口していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、弁座と弁体とシール部材収容部とを含んで形成される空間部に、高圧容器内に連通して高圧容器内に充填された高圧流体を導入する他の高圧流体導入路の一端が開口しているので、高圧流体の充填後に他の高圧流体導入路を通じて空間部に導入される高圧流体によって、シール部材が下流側端部に良好に戻されるとともに、下流側端部が良好に封止される。これによってシール性能に優れた逆止弁が得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の逆止弁において、前記シール部材がＯリングであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、下流側端部の封止をＯリングによって簡単に行うことができ、優れたシール性能を確実に、しかも安価に実現することができる。

本発明によれば、構造が簡単であり、しかも優れたシール性能を発揮することができる逆止弁が得られる。

以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る逆止弁を示す断面図、図２（ａ）（ｂ）は要部の拡大断面図である。なお、本実施形態では、燃料電池電気自動車に搭載された水素ガスの高圧容器に適用した例を示すが、これに限定される意味ではなく、その他の高圧流体の高圧容器に対しても適用することができる。また、以下では、「左右」，「上下」は、逆止弁を高圧容器に取り付けた状態を基準としている。

図１に示すように、逆止弁１は、高圧容器５０に装着されて、この高圧容器５０へ高圧流体としての水素ガスを充填するためのものであり、円筒状のケーシング１０と、このケーシング１０の上部内空に装着される段付き円筒状の上流側部材２０と、ケーシング１０の下部内空に装着される下流側部材３０と、を備えて構成され、ケーシング１０内の上流側部材２０と下流側部材３０との間の内空に配置された弁体１５と、この弁体１５を保持する摺動部材１６と、環状のシール部材としてのＯリング１７と、摺動部材１６を上流側部材２０へ向けて付勢するスプリング１８と、を備えている。

ケーシング１０は、上部内壁に、上流側部材２０が装着されるねじ部１０Ａが形成され、また、下部内壁に、下流側部材３０が装着されるねじ部１０Ｂが形成されている。ケーシング１０の周壁には、Ｏリング１７が配置される空間部Ｓに通じる、他の高圧ガス導入路（高圧流体導入路）Ｈ１と、同じく空間部Ｓの後記するＯリング収容部Ｓ１に通じる高圧ガス導入路（高圧流体導入路）Ｈ２とが形成されている。これらの他の高圧ガス導入路Ｈ１および高圧ガス導入路Ｈ２の詳細な説明は後記する。

上流側部材２０は、小径の円筒状に形成された上部２１と大径の円筒状に形成された下部２２とからなり、軸線に沿うガス流入路２０Ａ，２０Ｂが形成されている。上部２１には、上端部にガス流入路２０Ａの開口となる流入口２１ａが形成され、図示しない水素ガス充填装置からの充填ノズルが装着されるねじ部２１ｃが周壁に形成されている。また、上部２１の流入口２１ａの近傍には、図示しないシール部が形成されている。下部２２には、高圧容器５０の逆止弁装着孔５１に螺合される固定ねじ部２２ａが形成されているとともに、ケーシング１０のねじ部１０Ａに螺合されるねじ部２２Ａが形成されている。下部２２の内壁２４の下端には、下流側へ向けてテーパ状に拡径する弁座２３が形成されている。また、下部２２の下端には、後記する空間部Ｓを構成する天部２２ｂ（図２（ａ）参照）と、同じく空間部Ｓを構成する側部２２ｃ（図２（ａ）参照）が形成されている。

下流側部材３０には、軸線に沿うガス流出路３０が形成され、ケーシング１０のねじ部１０Ｂに螺合されるねじ部３２Ｂが形成されている。また、下流側部材３０の上端部には、スプリング１８が嵌め入れられる突部３１が形成されている。

弁体１５は、弁座２３に着座する傾斜部１５ｂを備えた先端部１５ａと、摺動部材１６に挿入される棒状の挿入部１５ｅとを備えている。先端部１５ａは、流線型を呈しており、上流側部材２０の下部２２に形成されたガス流入路２０Ｂ内に上部側が配置されるようになっている。図２（ａ）に示すように、弁体１５と弁座２３との当接面の下流側端部１５ｃには、Ｏリング１７が外嵌されるようになっている。

ここで、Ｏリング１７は、ゴム等の弾性を有する部材からなり、前記のように、弁体１５と弁座２３との当接面の下流側端部１５ｃに外嵌されて、水素ガスの非充填時に下流側端部１５ｃを封止するとともに、水素ガスの充填時に充填される水素ガスの圧力によって下流側端部１５ｃから離れる側へ拡径可能となっている（図２（ｂ）参照）。

このようなＯリング１７が配置される空間部Ｓは、下流側端部１５ｃの周りに環状を呈して形成されており、前記した天部２２ｂと、側部２２ｃと、弁体１５の肩部１５ｄと、ケーシング１０に形成された周壁部１０ａと、この周壁部１０ａに連続する底部１０ｂとによって囲まれてなる。本実施形態では、空間部Ｓを構成している前記ケーシング１０の周壁部１０ａと底部１０ｂとで囲まれる空間（空間部Ｓの一部）を、シール部材収容部としてのＯリング収容部Ｓ１としており、図２（ｂ）に示すように、このＯリング収容部Ｓ１に、水素ガスの充填時に拡径されたＯリング１７が収容されるようになっている。

このＯリング収容部Ｓ１には、周壁部１０ａから底部１０ｂに亘る部分、つまり周壁部１０ａと底部１０ｂとが交差する角部周りに、高圧容器５０内に連通して高圧容器５０内に充填された水素ガスを導入する高圧ガス導入路Ｈ２が開口している。
また、このＯリング収容部Ｓ１の上方には、同じく、高圧容器５０内に連通して高圧容器５０内に充填された水素ガスを導入する他の高圧ガス導入路Ｈ１が開口している。本実施形態では、他の高圧ガス導入路Ｈ１が高圧ガス導入路Ｈ２に比べて幅広（大径）に形成されている。

再び図１を参照して説明すると、摺動部材１６は、弁体１５の棒状の挿入部１５ｅが挿入されて保持される保持孔１６ａを備えており、下端の突部１６ｃに嵌め入れられるスプリング１８の付勢力によって、弁体１５を弁座２３へ向けて付勢するようになっている。また、水素ガスの充填時に、弁体１５にかかる水素ガスの圧力がスプリング１８の付勢力を上回ると、スプリング１８を圧縮する方向へ摺動し、弁体１５を弁座２３から離座させるようになっている。
摺動部材１６には、充填時に流入してきた水素ガスを下流側部材３０のガス流出路３０Ａに導く連通溝１６ｂ（図中破線で図示）が設けられている。

次に、水素ガスを充填する際の作用について図１〜図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、水素ガスの非充填時は、弁体１５が弁座２３に着座しており、下流側端部１５ｃをＯリング１７が封止している。この場合、図中矢印で示すように、Ｏリング１７には、他の高圧ガス導入路Ｈ１および高圧ガス導入路Ｈ２を通じて空間部Ｓに導入された高圧容器５０内の水素ガスの圧力、あるいは、図１に示すように、流出口３１ａ、ガス流出路３０Ａおよび摺動部材１６の連通溝１６ｂを通じて空間部Ｓに逆流入してきた高圧容器５０内の水素ガスの圧力がそれぞれかかっており、これによって、図３（ａ）に示すように、下流側端部１５ｃがＯリング１７で良好に封止された状態となっている。

この状態から、図１に示す上流側部材２０の流入口２１ａを通じて図示しない水素ガス充填装置のノズルからガス流入路２０Ａ，２０Ｂに水素ガスが充填されると、図３（ｂ）に示すように、その圧力が弁体１５に作用して弁体１５が弁座２３から離座する。そうすると、弁体１５と弁座２３との隙間を通って、図中太い矢印で示すように、水素ガスが下流側へ向けて流入する。これと同時に、流入してきた水素ガスの圧力によって、下流側端部１５ｃを封止していたＯリング１７が、空間部Ｓ内で拡径して下流側端部１５ｃから離れ、Ｏリング収容部Ｓ１に収納される。このとき、空間部Ｓから他の高圧ガス導入路Ｈ１へ、充填された水素ガスが通流し、Ｏリング１７がＯリング収容部Ｓ１へ向けてスムーズに拡径してここへ収容される。したがって、Ｏリング１７が、流入してくる水素ガスの流れの妨げとならず、Ｏリング１７で下流側端部１５ｃが封止される構造であるにもかかわらず、水素ガスの良好な流入が実現され、充填にかかる時間が短縮されるようになる。

次に、水素ガスの充填を終了すると、弁体１５がスプリング１８（図１参照）の付勢力によって押し上げられ、図３（ｃ）に示すように、弁体１５の傾斜部１５ｂが弁座２３に着座するとともに、他の高圧ガス導入路Ｈ１および高圧ガス導入路Ｈ２を通じて高圧容器５０内の水素ガスの圧力が空間部Ｓに導入される。これによって、Ｏリング収容部Ｓ１からＯリング１７が好適に離れ、下流側端部１５ｃを封止する状態に縮径する（図３（ａ）参照）。ここで、Ｏリング収容部Ｓ１は、周壁部１０ａと底部１０ｂとからなるため、水素ガスの充填終了直後に、この周壁部１０ａと底部１０ｂとの間に形成される角部に、拡径したＯリング１７が密着することがある（図３（ｃ）に示すＯリングの状態）。このとき、仮に、この角部とＯリング１７との間に、水素ガスの充填前における低いガス圧が残ったままとなっていても、高圧ガス導入路Ｈ２を通じてこの部分に高圧ガスが導入されるので、Ｏリング１７がＯリング収容部Ｓ１から良好に引き離され、Ｏリング１７が下流側端部１５ｃに確実に戻されることとなる。

つまり、図３（ｃ）に示すＯリング１７の状態が維持されることはなく、高圧ガス導入路Ｈ２により空間部ＳとＯリング収容部Ｓ１との均圧化が図られて、Ｏリング１７の縮径が促され、容易に図３（ａ）に示すＯリング１７の状態に移行して、下流側端部１５ｃがシールされる。

以上説明した実施形態によれば、下流側端部１５ｃにＯリング１７が外嵌され、このＯリング１７は、高圧ガスの非充填時に下流側端部１５ｃを封止するとともに、高圧ガスの充填時に充填される高圧ガスの圧力によって下流側端部１５ｃから離れる側へ拡径可能であるので、高圧ガスの非充填時の逆流防止および高圧ガスの充填時のスムーズな充填を実現することができる。

しかも、水素ガスが充填されている間は、Ｏリング１７が拡径して下流側端部１５ｃの周部に設けられたＯリング収容部Ｓ１に収容されるようになっているので、Ｏリング１７が水素ガスの流入の邪魔にならず、水素ガス通流が確保される。また、拡径したＯリング１７がＯリング収容部Ｓ１に保持されて保形性を有するものとなる。したがって、Ｏリング１７が変形し難くなり、シール性能が長期間にわたって維持されるようになる。

また、Ｏリング収容部Ｓ１には、高圧容器５０内に充填された水素ガスを導入する高圧ガス導入路Ｈ２の一端が開口しているので、拡径したＯリング１７は水素ガスの充填後に、開口を通じて導入される水素ガスによってＯリング収容部Ｓ１から良好に離れ、下流側端部１５ｃに縮径されて戻されてこれを封止する。
したがって、例えば、仮に、拡径したＯリング１７とＯリング収容部Ｓ１との間に、水素ガス充填前の低いガス圧（高圧容器５０の残圧）が残ったままとなって、Ｏリング１７がＯリング収容部Ｓ１から離れなくなるという事態が生じたとしても、開口を通じて導入される高圧の水素ガスによってＯリング１７がＯリング収容部Ｓ１から良好に引き離されることとなり、Ｏリング１７が下流側端部１５ｃに確実に戻されることとなる。
これによって、シール性能に優れた逆止弁１が得られる。

しかも、高圧ガス導入路Ｈ２の一端をＯリング収容部Ｓ１に設けるだけでＯリング１７が下流側端部１５ｃに確実に戻されることとなるので、構成が簡単であるとともに、低コストであるという利点が得られる。

高圧ガス導入路Ｈ２の開口は、Ｏリング収容部Ｓ１の周壁部１０ａから底部１０ｂに亘る部分に形成されているので、水素ガスの充填前の低いガス圧が、周壁部１０ａから底部１０ｂに亘る角部等に残ったままとなっても、開口を通じて導入される高圧の水素ガスによってＯリング１７がＯリング収容部Ｓ１から良好に引き離されることとなり、Ｏリング１７が下流側端部１５ｃに確実に戻されることとなる。
これによって、シール性能に優れた逆止弁１が得られる。

また、弁体１５と弁座２３とＯリング収容部Ｓ１とを含んで形成される空間部Ｓに、他の高圧ガス導入路Ｈ１の一端が開口していので、水素ガスの充填後に他の高圧ガス導入路Ｈ１を通じて空間部Ｓに導入される高圧ガスによって、Ｏリング１７が下流側端部１５ｃに良好に戻されるとともに、下流側端部１５ｃを良好に封止する。これによってシール性能に優れた逆止弁１が得られる。

また、下流側端部１５ｃの封止をＯリング１７によって簡単に行うことができ、優れたシール性能を確実にしかも安価に実現することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、発明の主旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。例えば、弁体１５や弁座２３の形状は任意に設定することができる。また、他の高圧ガス導入路Ｈ１および高圧ガス導入路Ｈ２の形成位置やその形成個数は、任意に選択して設定することができる。

本発明の一実施の形態に係る逆止弁を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は要部の拡大断面図である。 Ｏリングの状態を示す図であり、（ａ）は高圧ガスの非充填時を示す断面図、（ｂ）は高圧ガスの充填時を示す断面図、（ｃ）は高圧ガスの充填直後を示す断面図である。

符号の説明

１ 逆止弁
１０ ケーシング
１０ａ 周壁部
１０ｂ 底部
１５ 弁体
１５ｃ 下流側端部
１７ Ｏリング（シール部材）
２０ 上流側部材
２３ 弁座
３０ 下流側部材
５０ 高圧容器
５１ 逆止弁装着孔
Ｈ１ 高圧ガス導入路（高圧流体導入路）
Ｈ２ 高圧ガス導入路（高圧流体導入路）
Ｓ 空間部
Ｓ１ Ｏリング収容部（シール部材収容部）

Claims (4)

1. 高圧容器に装着されて、当該高圧容器へ高圧流体を充填するための逆止弁であって、
   上流側に設けられた弁座と、
   この弁座の下流側に設けられ、高圧流体の非充填時に当該弁座に着座され、高圧流体の充填時に充填される高圧流体の圧力によって離座されて高圧流体を通流する弁体と、
   前記弁座と前記弁体との当接面の下流側端部に外嵌され、高圧流体の非充填時に前記下流側端部を封止するとともに、高圧流体の充填時に充填される高圧流体の圧力によって前記下流側端部から離れる側へ拡径可能な弾性を有する環状のシール部材と、
   前記下流側端部の周部に設けられ、当該下流側端部から離れる側へ拡径した前記シール部材を高圧流体が充填されている間収容するシール部材収容部と、
   前記高圧容器内に連通して当該高圧容器内に充填された高圧流体を導入する高圧流体導入路と、を備え、
   前記シール部材収容部に、前記高圧流体導入路の一端が開口していることを特徴とする逆止弁。
2. 前記シール部材収容部は、環状の周壁部とこの周壁部に連続する底部と、を備え、前記高圧流体導入路の前記開口は、前記周壁部から前記底部に亘る部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記弁座と前記弁体と前記シール部材収容部とを含んで形成される空間部には、前記高圧容器内に連通して当該高圧容器内に充填された高圧流体を導入する他の高圧流体導入路の一端が開口していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の逆止弁。
4. 前記シール部材がＯリングであ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項に記載の逆止弁。

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