JP6460240B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ装置に関する。

従来から、高圧ガスを貯蔵する高圧ガス容器内外へのガスの流通を制御するバルブ装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、燃料電池へ供給する燃料ガスを貯蔵する高圧ガス容器に装着されるバルブ装置が記載されている。

特許文献１に記載されたバルブ装置には、高圧ガス容器の内部に連通されるガス流路と、ガス流路の開放および遮断を切り替える電磁駆動式の開閉弁が備えられている。開閉弁を作動させる際には、駆動源となる電磁アクチュエータに駆動電流を供給し、開閉弁を開弁方向へ移動させる操作を行っている。

ところで、高圧ガス容器に装着されるバルブ装置には、高圧ガス容器内に貯蔵したガスの温度が上昇した際に、ガスの温度を感知して、当該ガスを高圧ガス容器の外部へ放出させる機械作動式の安全弁（ガス放出弁）を設置することがある。例えば、上述した電磁駆動式の弁体を備えるバルブ装置においても、このような安全弁を設置することにより、ガスの温度上昇に応じた適切なタイミングでガスを外部へ放出させることが可能になるとも考えられる。

特開２００５−２６４９６６号公報

しかしながら、電磁駆動式の弁体を備えるバルブ装置に上記のような安全弁を設置すると、電磁アクチュエータに供給される駆動電流によって発生する熱が安全弁まで伝わってしまい、安全弁が誤作動してしまう可能性が生じる。

また、高圧ガス容器は、設置スペースのコンパクト化や製造コストの削減を図るために小型化が要請される傾向にあり、同様に、高圧ガス容器に装着されるバルブ装置についても小型化が要請されている。しかしながら、バルブ装置を小型化すると、電磁アクチュエータに対して安全弁を近接して配置せざるを得なくなるため、電磁アクチュエータで発生した熱に反応して安全弁が誤作動してしまう可能性がさらに高くなってしまうという問題がある。

そこで本発明は、小型化した場合においても、電磁アクチュエータから発生した熱に反応してガス放出弁が誤作動するのを防止することができるバルブ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、高圧ガス容器に装着されるバルブ装置が提供される。バルブ装置は、高圧ガス容器の供給口とガスの供給対象となる所定の対象物との間をつなぐガス流路と、ガス流路の途上に配置され、ガス流路を介したガスの供給および供給の遮断を切り替える開閉弁と、開閉弁を駆動する電磁アクチュエータと、ガスの温度上昇に伴って作動する弁体を備え、ガスを高圧ガス容器の外部へ放出するガス放出弁と、を有している。そして、ガス放出弁の弁体は、供給口から対象物へ向けてガスが流れる経路上において、開閉弁よりもガス流路内の上流側に配置される。

上記の態様によれば、高圧ガス容器から所定の対象物へガスを供給する際にガスが流れるガス流路内にガス放出弁の弁体を配置しているため、ガス放出弁の弁体周辺のガスを流動させることができる。そして、開閉弁よりもガス流路の上流側にガス放出弁の弁体を配置しているため、開閉弁を作動させてガスを供給する際に、ガス放出弁の弁体周辺を通過するガスの流れを好適に形成することができる。これにより、高圧ガス容器内のガスの温度変化に対するガス放出弁の感度を向上させることができる。さらに、ガスの流れの中にガス放出弁の弁体を配置しているため、ガスの流れによる遮熱効果により、電磁アクチュエータから発生した熱がガス放出弁の弁体へ伝わるのを抑制することができる。よって、小型化した場合においても、電磁アクチュエータから発生した熱に反応してガス放出弁が誤作動するのを防止することができるバルブ装置を提供することができる。

本発明の実施形態によるバルブ装置の使用例を示す概略図である。 本発明の第１実施形態によるバルブ装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態によるバルブ装置の断面図である。 図３において一点鎖線で示す４Ａ部分を拡大した図であって、開閉弁が第１流路を閉鎖した状態を示す図である。 図３において一点鎖線で示す４Ａ部分を拡大した図であって、開閉弁が第１流路を開放した状態を示す図である。 本発明の第２実施形態によるバルブ装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態によるバルブ装置の断面図である。 本発明の第３実施形態によるバルブ装置の断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

＜第１実施形態＞
図１には、実施形態に係るバルブ装置１００の使用例を示している。この使用例では、燃料電池車に搭載される燃料電池システム１にバルブ装置１００を適用している。

バルブ装置１００は、燃料電池（燃料電池スタック）１０へ供給する燃料ガス（例えば、水素ガス）を貯蔵した高圧ガス容器２０に装着している。バルブ装置１００は、高圧ガス容器２０内外へのガスの供給と、ガスの供給の遮断とを切り替える遮断弁として利用している。

高圧ガス容器２０は、バルブ装置１００および第１配管６０ａを介してレセクタプル（燃料補給口）５０と連結している。

高圧ガス容器２０は、バルブ装置１００および第２配管６０ｂを介して燃料電池１０と連結している。第２配管６０ｂの途上には、燃料電池１０に供給するガスの流量調整を行うレギュレータ３０と、ガスの圧力調整を行う調圧弁４０を配置している。

高圧ガス容器２０は、内部にガスを貯蔵する容器本体部２１と、容器本体部２１の一端側の端部に設けられた供給口２３と、を有している。

高圧ガス容器２０は、例えば、燃料電池１０とともに燃料電池車に搭載される。

容器本体部２１は、例えば、合成樹脂製のライナーにガラス線維や炭素繊維などの補強層が形成された公知のものにより構成することができる。高圧ガス容器２０の供給口２３は、バルブ装置１００が着脱可能な装着用口金として構成している（図３を参照）。高圧ガス容器２０は、例えば、最大で７０ＭＰａの高圧ガスを貯蔵可能に構成される。

レギュレータ３０、調圧弁４０、および後述するバルブ装置１００の電磁アクチュエータ１４０の各々は、例えば、燃料電池車に搭載される制御部（コントローラ）により動作制御を行うことができる。制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種のインターフェース等を備える公知のマイクロコンピュータにより構成することができる。

高圧ガス容器２０内へガスを供給する際は、例えば、水素ステーションのような外部設備からレセクタプル５０を介して第１配管６０ａ内へガスを流入させる。ガスは、第１配管６０ａを経由して、バルブ装置１００内に流入する。ガスは、さらに、バルブ装置１００内を経由して高圧ガス容器２０内へ流入する。

燃料電池１０へガスを供給する際は、バルブ装置１００を介して、高圧ガス容器２０内のガスを第２配管６０ｂ内へ流入させる。ガスは、第２配管６０ｂを経由して、燃料電池１０に供給される。レギュレータ３０および調圧弁４０は、ガスが第２配管６０ｂを経由する際に、ガスを所望の流量および圧力に調整する。

以下、図２〜図５を参照して、バルブ装置１００の詳細について説明する。

図２は、バルブ装置１００の斜視図である。図３は、バルブ装置１００内部の構造を概略的に示す断面図である。図４および図５は、図３において一点鎖線で示す４Ａ部分を拡大した図であり、バルブ装置１００の動作を説明するための図である。なお、バルブ装置１００の構成は、図面ごとに一部簡略化して図示している。

図２を参照して、概説すると、バルブ装置１００は、高圧ガス容器２０の供給口２３（図３を参照）とガスの供給対象となる燃料電池１０との間をつなぐガス流路１２０と、ガス流路１２０の途上に配置され、ガス流路１２０を介したガスの供給および供給の遮断を切り替える開閉弁１３０と、開閉弁１３０を駆動する電磁アクチュエータ１４０と、ガスの温度上昇に伴って作動する弁体１６１を備え、ガスを高圧ガス容器２０の外部へ放出するガス放出弁１６０と、を有している。

図２に示すように、バルブ装置１００は、内部にガス流路１２０が形成されたハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０は、矩形状の箱型に形成されたハウジング本体部１１１と、ハウジング本体部１１１の一端側から突出する円筒形状に形成された挿入部１１３と、を有している。図中に付されたＸ軸は、ハウジング本体部１１１の幅方向を示し、Ｙ軸は、ハウジング本体部１１１の奥行方向を示し、Ｚ軸は、ハウジング本体部１１１の高さ方向を示している。

図３に示すように、ハウジング本体部１１１の内部および挿入部１１３の内部は、ガス流路１２０を介して相互に連通している。

挿入部１１３は、バルブ装置１００を高圧ガス容器２０に装着させる際に、供給口２３内に挿入される。挿入部１１３は、高圧ガス容器２０に対してバルブ装置１００を機械的に固定する固定部としての機能を有している。挿入部１１３には、高圧ガス容器２０の供給口２３の内面に形成された雌ネジ部２３ａに螺合自在な雄ネジ部１１３ａを形成している。高圧ガス容器２０とバルブ装置１００とは、各ネジ部２３ａ、１１３ａを介して相互に連結することができる。

ハウジング１１０（ハウジング本体部１１１、挿入部１１３）の材質は特に限定されないが、例えば、加工性や強度、製造コストの観点より、金属材料を用いことができる。本実施形態においては、ハウジング１１０はアルミニウムにより構成している。

図３に示すように、ハウジング１１０内に形成したガス流路１２０は、高圧ガス容器２０の供給口２３に連通される第１流入口１１４ａと、第１流入口１１４ａに連なる第１流路１２１と、を有している。第１流路１２１において後述する主弁１３１が配置された位置よりも上流側は、便宜的に「上流部１２１ａ」と称し、第１流路１２１において主弁１３１が配置された位置よりも下流側は、便宜的に「下流部１２１ｂ」と称する。

ガス流路１２０は、さらに、第１流入口１１４ａとは異なる位置で高圧ガス容器２０の供給口２３に連通される第２流入口１１４ｂと、第２流入口１１４ｂに連通するガス導入路１２２と、第１配管６０ａ（図１を参照）が連結される第１連結口１２３ａと第２配管６０ｂ（図１を参照）が連結される第２連結口１２３ｂとに連通する連通路１２３と、後述する弁室１１６とパイロット室１１７とを連通するパイロット流路１２４と、を有している。

第１流路１２１は、高圧ガス容器２０内へ充填するガス、および、燃料電池１０へ供給するガスを流通させるための流路である。連通路１２３は、その途上において、第１流路１２１の下流部１２１ｂと連通している。高圧ガス容器２０内へガスを充填する際は、第１配管６０ａ、第１連結口１２３ａ、連通路１２３、第１流路１２１、および第１流入口１１４ａを経由して高圧ガス容器２０内へガスを流入させる。一方、燃料電池１０へガスを供給する際は、第１流入口１１４ａ、第１流路１２１、連通路１２３、第２連結口１２３ｂ、および第２配管６０ｂを経由して燃料電池１０へガスを送り込む。なお、バルブ装置１００を作動させた際のガスの流通経路（ガスの流れ）の詳細は、後述する。

図２に示すように、第１流入口１１４ａおよび第２流入口１１４ｂは、ハウジング１１０の挿入部１１３の先端面１１３ｂに形成している。第１流入口１１４ａおよび第２流入口１１４ｂには、例えば、高圧ガス容器２０内に存在するコンタミなどがバルブ装置１００内へ流入するのを防止するフィルターを設置することが可能である。

図３に示すように、第１流路１２１の下流部１２１ｂには、第１流路１２１を流れるガスの流量を調整する（絞る）ためのマニュアルバルブ１８２を設置している。マニュアルバルブ１８２を手動で作動させることにより、開閉弁１３０を開閉させる操作とは独立した操作により、第１流路１２１を流通するガスの流量を調整することができる。

ガス導入路１２２には、高圧ガス容器２０内のガスを外部へ放出させるためのマニュアルバルブ１８１を設置している。マニュアルバルブ１８１を手動で作動させることにより、ガス放出弁１６０を作動させることなくガスを外部へ放出することが可能である。

開閉弁１３０は、パイロット式の電磁弁により構成している。開閉弁１３０は、第１流路１２１を閉鎖する閉弁方向に付勢力が付与された主弁１３１と、第１流路１２１を開放する開弁方向に主弁１３１を移動させるパイロット弁１４１と、を有している。

主弁１３１は、ハウジング１１０の本体部１１１内に形成した弁室１１６に配置している。弁室１１６は、第１流路１２１と連通している（図５を参照）。

主弁１３１は、その背面側（図３中の左側）から付勢部材１３５により前面側（図３中の右側）へ向けて付勢力が付与されている。主弁１３１は、付勢力が付与された状態で先端側が第１流路１２１に設置された弁座１９２に着座し、第１流路１２１を閉鎖する。付勢部材１３５は、例えば、スプリングのような公知の弾性部材で構成することができる。

付勢部材１３５は、主弁１３１の背面側に設置された支持部材１９１により支持されている。主弁１３１の内部には、流通口１３３を介してパイロット流路１２４と連通する内部空間１３２を形成している。付勢部材１３５は、一端側が支持部材１９１に固定された状態で、他端側が主弁１３１の内部空間１３２内に挿入されるとともに、他端側の端部が主弁１３１に固定されている。

主弁１３１の先端面は、例えば、図４に示すように、弁座１９２に着座した際のシール性が向上するように弁座１９２の通路部に対応した形状の平坦部１３４ａと、平坦部１３４ａから延びるテーパー部１３４ｂとを有した形状に形成することができる。

図３に示すように、電磁アクチュエータ１４０は、パイロット弁１４１と、ソレノイドコイル（コイル部）１４２と、パイロット弁１４１に対して閉弁方向（図中の下方向）の付勢力を付与するスプリング１４３と、固定鉄心を構成するプラグ１４４と、電磁アクチュエータ１４０を内部に収容したアクチュエータケース１４５と、ハウジング１１０の外部に配置される蓋部１４６と、を有している。

パイロット弁１４１は、可動鉄心を構成するプランジャ１４１ａと、プランジャ１４１ａの先端に配置されたシール部１４１ｂとにより構成している。シール部１４１ｂは、例えば、樹脂製の弾性部材（例えば、Ｏリング）などの公知のもので構成することができる。

図４に示すように、プランジャ１４１ａは、その前面側に形成されたパイロット室１１７に先端部が臨むように配置されている。プランジャ１４１ａは、アクチュエータケース１４５内において、弁座１９３に対して接近離間する方向（図３中の上下方向）に沿って進退移動可能に配置している。

プランジャ１４１ａは、スプリング１４３から付与される付勢力により、シール部１４１ｂを弁座１９３に着座させる。シール部１４１ｂが弁座１９３に着座した状態では、パイロット流路１２４と弁座１９３の前面側に形成された中継路１２５との連通が遮断される。

パイロット弁１４１を開弁させる際は、ソレノイドコイル１４２に駆動電流を供給して通電を行う。この通電により、プランジャ１４１ａをプラグ１４４側に引き付ける磁力が発生し、プランジャ１４１ａ、すなわちパイロット弁１４１が開弁方向（図３中の上方向）へ移動して、パイロット弁１４１が弁座１９３から離間する。図５に示すように、パイロット弁１４１が弁座１９３から離間すると、弁座１９３内に形成した通路部１９３ａとパイロット室１１７とが連通する。そして、主弁１３１が配置された弁室１１６と、第１流路１２１の下流部１２１ｂとが、パイロット流路１２４、パイロット室１１７、通路部１９３ａ、および中継路１２５を介して連通する。

ガス放出弁１６０は、高圧ガス容器２０内のガスの温度を感知して開弁する機械作動式の溶栓弁（以下、溶栓弁１６０とする）により構成している。

図２に示すように、溶栓弁１６０は、可溶部材からなる弁体１６１と、弁体１６１を収容するとともに底面に開口部１６５が形成された弁本体部１６２と、弁本体部１６２の内部と外部とに連通する通孔１６３と、ハウジング１１０の外部に配置される蓋部１６６と、を有している。

弁体１６１は、例えば、所定の温度に達した際に溶融する公知の可溶合金により構成することができる。弁本体部１６２は、例えば、耐熱ガラスなどにより構成することができる。弁本体部１６２の外周面には、例えば、ハウジング１１０に対する取り付けを可能にするネジ溝などを形成することが可能である。

図３に示すように、溶栓弁１６０の弁体１６１は、高圧ガス容器２０の供給口２３から燃料電池１０へ向けてガスが流れる経路上において、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に配置している。

上記のガスが流れる経路とは、高圧ガス容器２０の供給口２３および第１流入口１１４ａから第２連結口１２３ｂへ至る経路である。また、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側とは、第１流路１２１を開放および閉鎖する主弁１３１から見たガスの流れの上流側である。本実施形態においては、主弁１３１が配置された位置よりも上流側となる第１流路１２１の上流部１２１ａ（第１流入口１１４ａから主弁１３１に至る第１流路１２１内の流路）が、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に相当する。

図２に示すように、溶栓弁１６０の弁本体部１６２に形成した開口部１６５は、第１流路１２１の上流部１２１ａに臨むように配置している。弁本体部１６２の内部は、開口部１６５を介して第１流路１２１の上流部１２１ａに連通される。このため、弁本体部１６２内に収容された弁体１６１の底部は、上流部１２１ａの内部に臨んで配置されており、上流部１２１ａ内に存在するガスに常時晒される。

図２に示すように、溶栓弁１６０の弁本体部１６２に形成した通孔１６３は、ハウジング１１０内に形成したガス放出路１２２ａに連通している。ガス放出路１２２ａは、ハウジング１１０の外部と連通するガス放出ポート１１５につながっている。

高圧ガス容器２０内のガスの温度上昇が発生すると、ガスの熱が第１流路１２１の上流部１２１ａを介して溶栓弁１６０の弁体１６１に伝わる。弁体１６１が温められて所定の温度に達すると、弁体１６１が溶融する。弁体１６１が溶融すると、弁本体部１６２に形成した開口部１６５が開いた状態となる。ガスは、第１流路１２１の上流部１２１ａを経由して開口部１６５から弁本体部１６２の内部に流入する。そして、ガスは、弁本体部１６２に形成した通孔１６３を経由してガス放出路１２２ａ内へ流れ込む。その後、ガスは、ガス放出路１２２ａに連通するガス放出ポート１１５を介してハウジング１１０の外部へ放出される。

図４および図５を参照して、開閉弁１３０（主弁１３１、パイロット弁１４１）の動作を説明する。

図４には、開閉弁１３０が第１流路１２１を閉じた状態を示している。

高圧ガス容器２０内へガスを充填する際、レセクタプル５０からバルブ装置１００内へガスが送り込まれると、ガスは、連通路１２３（図３を参照）を介して第１流路１２１の下流部１２１ｂ内に流入する。高圧ガス容器２０へガスが供給される初期段階においては、付勢部材１３５が主弁１３１を弁座１９２に向けて付勢する力により、弁座１９２に主弁１３１が着座した状態が維持される。なお、高圧ガス容器２０内へガスを充填する際は、第２配管６０ｂに配置したレギュレータ３０および調圧弁４０（図１を参照）は、閉じた状態にする。

ガスの供給が継続して行われると、第１流路１２１の下流部１２１ｂおよび連通路１２３内のガス圧が次第に大きくなる。このガス圧の増加に応じて、主弁１３１が付勢部材１３５の付勢力に抗して背面側へ後退する。主弁１３１が弁座１９２から離間すると、弁座１９２と主弁１３１との間にガスが流通可能な隙間が形成される。第１流路１２１が開放されることにより、第１流路１２１の下流部１２１ｂ側へガスが流れ込む。そして、ガスは、第１流入口１１４ａおよび高圧ガス容器２０の供給口２３を経由して、高圧ガス容器２０内に充填される。

高圧ガス容器２０内にガスが充填された始めた後、ガスの供給を継続すると、高圧ガス容器２０の内圧が次第に高まる。高圧ガス容器２０の内圧とガスの充填圧力（第１流路１２１の下流部１２１ｂ内および連通路１２３内のガス圧）との間に差圧が無くなると、主弁１３１は、付勢部材１３５が付与する付勢力によって閉弁方向に移動し、図４に示すように、再び弁座１９２に着座する。主弁１３１は、付勢部材１３５に付勢された状態で弁座１９２に着座するため、ガスの充填が終了した後に高圧ガス容器２０内から第１流路１２１側へガスが逆流するのを防止する。

燃料電池１０へガスを供給する際は、まず、第２配管６０ｂに配置したレギュレータ３０および調圧弁４０を開いた状態にする。次に、電磁アクチュエータ１４０のソレノイドコイル１４２に駆動電流を供給して、図５に示すように、パイロット弁１４１を開弁する。

パイロット弁１４１を開弁させると、パイロット流路１２４を介して、主弁１３１が配置された弁室１１６と、パイロット弁１４１が配置されたパイロット室１１７とが連通する。さらに、主弁１３１の内部空間１３２が流通口１３３を介してパイロット流路１２４と連通する。主弁１３１の内部空間１３２は、主弁１３１の背面側において弁室１１６と連通しているため、主弁１３１の背圧は、第１流路１２１の下流部１２１ｂ、および連通路１２３における圧力（下流圧）まで低下する。その結果、主弁１３１の背圧に対して高圧ガス容器２０の内圧の方が高くなる。そして、主弁１３１の背圧と高圧ガス容器２０の内圧との間の差圧により、付勢部材１３５が主弁１３１に対して付与する付勢力に抗して主弁１３１を開弁方向へ移動させる力が発生し、主弁１３１が弁座１９２から離間する。主弁１３１が弁座１９２から離間すると、弁座１９２と主弁１３１との間にガスが流通可能な隙間が形成されて、燃料電池１０へのガスの供給が開始される。

ガスは、高圧ガス容器２０の供給口２３から第１流入口１１４ａを経由して、第１流路１２１の上流部１２１ａへ流入する。そして、ガスは、第１流路１２１の上流部１２１ａに配置された溶栓弁１６０の弁体１６１の周囲を経由して第１流路１２１の下流部１２１ｂへ向けて流れる。この際、溶栓弁１６０の弁体１６１は、高圧ガス容器２０から第１流路１２１の上流部１２１ａ内へ流れ込むガスと直接接触するため、ガスの温度変化に対する弁体１６１の感度が向上する。さらに、溶栓弁１６０の弁体１６１の周囲を流れるガスは、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が弁体１６１へ伝わるのを抑制する遮熱効果を有するため、電磁アクチュエータ１４０のソレノイドコイル１４２に駆動電流が供給されている間、弁体１６１へ熱が伝わるのを防止することができる。この際、ガスにより弁体１６１を冷却する効果も得られるため、弁体１６１の温度上昇をより効果的に抑制することが可能になる。

例えば、電磁アクチュエータ１４０を冷却するための冷却回路等をバルブ装置１００に付加することにより、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が溶栓弁１６０に伝わってしまうのを防止することも可能である。ただし、このような設備を付加すると、その分、バルブ装置１００の大型化を招いてしまう。バルブ装置１００においては、溶栓弁１６０の弁体１６１を開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に配置することにより、溶栓弁１６０の誤作動が生じるのを未然に防止することができ、併せて装置の小型化を図ることが可能となっている。

燃料電池１０へのガスの供給を停止する場合は、レギュレータ３０、調圧弁４０、パイロット弁１４１を閉じる操作を行う。この操作により、主弁１３１は、付勢部材１３５が付与する付勢力によって閉弁方向に移動し、弁座１９２に着座して第１流路１２１を閉鎖する。

本実施形態においては、溶栓弁１６０の弁体１６１は、主弁１３１よりも上流側に位置する第１流路１２１の上流部１２１ａに配置している。このため、主弁１３１の開閉状態に関わらず、溶栓弁１６０の弁体１６１は第１流路１２１の上流部１２１ａ内に存在するガスに晒された状態となる。したがって、主弁１３１が閉じている状態で高圧ガス容器２０内のガスの温度が上昇した場合においても溶栓弁１６０を作動させることができ、高圧ガス容器２０内のガスを外部へ適切に排出させることができる。

以上のように本実施形態では、バルブ装置１００が備えるガス流路１２０の途上に開閉弁１３０を配置した。そして、高圧ガス容器２０の供給口２３から燃料電池１０へ向けてガスが流れる経路上において、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置した。

これにより、高圧ガス容器２０から燃料電池１０へガスを供給している最中に、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺のガスを流動させることができる。そして、開閉弁１３０よりもガス流路１２０の上流側に弁体１６１を配置しているため、開閉弁１３０を作動させてガスを供給する際に、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺を通過するガスの流れを好適に形成することができる。よって、高圧ガス容器２０内のガスの温度変化に対する溶栓弁１６０の感度を向上させることができる。さらに、ガスの流れの中に溶栓弁１６０の弁体１６１が配置されるため、ガスの流れによる遮熱効果により、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が溶栓弁１６０へ伝わるのを抑制することができる。したがって、小型化した場合においても、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱に反応して溶栓弁１６０が誤作動するのを防止することができるバルブ装置１００を提供することができる。

また、本実施形態では、開閉弁１３０は、ガス流路１２０の第１流路１２１に配置される主弁１３１と、第１流路１２１を開放する開弁方向に主弁１３１を移動させるパイロット弁１４１と、を有している。そして、溶栓弁１６０の弁体１６１は、主弁１３１よりもガス流路１２０内の上流側に配置している。

このため、主弁１３１が開弁方向に移動して第１流路１２１が開かれ、高圧ガス容器２０の供給口２３、第１流入口１１４ａ、および第１流路１２１を経由して燃料電池１０へガスが供給される際、ガスは、主弁１３１の上流側に位置する溶栓弁１６０周辺を経由して下流側に向けて流れる。したがって、主弁１３１の動作に合わせて、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺にガスの流れを好適に形成することができる。さらに、主弁１３１が開いてガスが供給されている間は、溶栓弁１６０の弁体１６１がその周辺を流れるガスにより遮熱されるため、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が溶栓弁１６０の弁体１６１に伝わるのを効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、溶栓弁１６０の弁体１６１は、第１流入口１１４ａから主弁１３１の上流側に至る第１流路１２１の上流部１２１ａに配置している。つまり、高圧ガス容器２０から燃料電池１０へガスを供給する際にガスが必然的に流通する第１流路１２１に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置した構成としている。このように構成することにより、流路を増設することなく、溶栓弁１６０の弁体１６１をガスの流れの経路上に配置することができるため、簡便な構造のバルブ装置１００を提供することが可能になる。

また、本実施形態では、ガス放出弁は、弁体１６１が可溶部材からなる溶栓弁１６０で構成している。このため、高圧ガス容器２０内のガスの温度上昇に追従させて弁体１６１を作動させることができ、高圧ガス容器２０の外部へ迅速にガスを排出することが可能になる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るバルブ装置２００を説明する。本実施形態の説明において特に説明のない構成等については、前述した第１実施形態に係るバルブ装置１００と同様のものとすることができる。また、同一の機能を備える部材については、同一の部材番号を付して説明を省略する。

図６および図７は、第２実施形態に係るバルブ装置２００を示す図である。図６は、バルブ装置２００の斜視図であり、図７は、バルブ装置２００内部の構造を概略的に示す断面図である。

第２実施形態に係るバルブ装置２００は、前述した第１実施形態に係るバルブ装置１００と同様に、溶栓弁１６０の弁体１６１を、開閉弁１３０が備える主弁１３１よりもガス流路１２０内の上流側に配置している。ただし、第１実施形態に係るバルブ装置１００では、溶栓弁１６０の弁体１６１は、第１流路１２１の上流部１２１ａ（第１流入口１１４ａから主弁１３１に至る流路）に配置していた。一方、第２実施形態に係るバルブ装置２００では、溶栓弁１６０の弁体１６１は、第１流路１２１の上流部１２１ａと連通するように増設された第１サブ流路２２２に配置している。

図６および図７に示すように、ハウジング２１０は、ハウジング本体部２１１と、挿入部２１３とにより構成している。主弁１３１は、挿入部２１３の内部に取り付けている。

第１サブ流路２２２は、第１流入口１１４ａとは異なる位置に形成された第２流入口１１４ｂを介して高圧ガス容器２０の供給口２３（図示省略）に連通される。第１サブ流路２２２は、溶栓弁１６０の弁体１６１が配置された上流部２２２ａと、この上流部２２２ａと第１流路１２１の上流部１２１ａとを連通する下流部２２２ｂと、を有している。

溶栓弁１６０の弁本体部１６２に形成した開口部１６５は、第１サブ流路２２２の上流部２２２ａに臨むように配置している。弁本体部１６２の内部は、開口部１６５を介して第２サブ流路２２２の上流部２２２ａに連通される。このため、弁本体部１６２内に収容された弁体１６１の底部は、上流部２２２ａの内部に臨んで配置されており、上流部２２２ａに存在するガスに常時晒される。

第２サブ流路２２２の上流部２２２ａには、高圧ガス容器２０内のガスを外部へ放出させるためのマニュアルバルブ１８１を配置している。

図７に示すように、燃料電池１０へガスを供給するにあたり、開閉弁１３０（主弁１３１、パイロット弁１４１）を開くと、高圧ガス容器２０内のガスは、第１流入口１１４ａを介して第１流路１２１の上流部１２１ａ内へ流入するとともに、第２流入口１１４ｂを介して第１サブ流路２２２の上流部２２２ａ内へ流入する。第１サブ流路２２２の上流部２２２ａ内へ流入したガスは、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺を通過した後、第１流路１２１の上流部１２１ａ内へ流入する。このように開閉弁１３０を作動させて燃料電池１０へのガスの供給を開始させることにより、第１サブ流路２２２の上流部２２２ａ内に配置した溶栓弁１６０の弁体１６１周辺にガスの流れを好適に形成させることが可能になる。

以上のように、本実施形態では、バルブ装置１００が備えるガス流路１２０の途上に開閉弁１３０を配置した。そして、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置した。より具体的には、第１流路１２１の上流部１２１ａと連通する第１サブ流路２２２を増設し、第１サブ流路２２２に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置した。

これにより、前述した第１実施形態に係るバルブ装置１００と同様に、高圧ガス容器２０内のガスの温度変化に対する弁体１６１の感度を向上させつつ、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が弁体１６１へ伝わるのを抑制することができる。さらに、第１流路１２１のレイアウトの影響を受けて溶栓弁１６０の取り付け位置に制約が課されるのを防止することができるため、バルブ装置１００の設計自由度を高めることができる。

なお、溶栓弁１６０の弁体１６１を配置する位置は、第１サブ流路２２２内であれば特に限定されず、下流部２２２ｂとして図示した位置に配置することも可能である。この場合においても、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱に反応して溶栓弁１６０が誤作動するのを好適に防止することが可能となる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るバルブ装置３００を説明する。本実施形態の説明において特に説明のない構成等については、前述した各実施形態に係るバルブ装置１００、２００と同様のものとすることができる。また、同一の機能を備える部材については、同一の部材番号を付して説明を省略する。

図８は、バルブ装置３００内部の構造を概略的に示す断面図である。

第３実施形態に係るバルブ装置３００は、前述した各実施形態に係るバルブ装置１００、２００と同様に、溶栓弁１６０の弁体１６１を、開閉弁１３０よりもガス流路１２０内の上流側に配置している。ただし、前述した各実施形態に係るバルブ装置１００、２００では、溶栓弁１６０の弁体１６１は、開閉弁１３０が備える主弁１３１を基準にして、主弁１３１よりもガス流路１２０内の上流側に配置していた。一方、第３実施形態に係るバルブ装置３００では、溶栓弁１６０の弁体１６１は、開閉弁１３０が備えるパイロット弁１４１を基準にして、パイロット弁１４１よりもガス流路１２０内の上流側に配置している。

図８に示すように、ハウジング３１０は、ハウジング本体部３１１と、挿入部３１３とにより構成している。主弁１３１は、挿入部３１３の内部に取り付けている。

ガス流路１２０は、第２サブ流路３２２を有している。第２サブ流路３２２は、第１流入口１１４ａとは異なる位置に形成された第２流入口１１４ｂとパイロット流路１２４とを、パイロット室１１７よりも上流側でつなぐ流路として構成している。

第２サブ流路３２２は、溶栓弁１６０の弁体１６１が配置された上流部３２２ａと、この上流部３２２ａとパイロット流路１２４とを連通する下流部３２２ｂと、を有している。

溶栓弁１６０の弁体１６１が配置された位置よりも下流側における第２サブ流路３２２の流路径（下流部３２２ｂの流路径）は、パイロット流路１２４の流路径以下となるように形成している。下流部３２２ｂの流路径をこのような大きさに設定することにより、下流部３２２ｂからパイロット流路１２４内へ流入するガスの流量をある程度小さな範囲に収めることを可能にしている。

溶栓弁１６０の弁本体部１６２に形成した開口部１６５は、第２サブ流路３２２の上流部３２２ａに臨むように配置している。弁本体部１６２の内部は、開口部１６５を介して第２サブ流路３２２の上流部３２２ａに連通される。このため、弁本体部１６２内に収容された弁体１６１の底部は、上流部３２２ａの内部に臨んで配置されており、上流部３２２ａに存在するガスと常時接触する。なお、弁本体部１６２の内部は、図示省略するガス放出路１２２ａを介してガス放出ポート１１５と連通している。

図８に示すように、燃料電池１０へガスを供給するにあたり、開閉弁１３０（主弁１３１、パイロット弁１４１）を開くと、高圧ガス容器２０内のガスは、第１流入口１１４ａを介して第１流路１２１の上流部１２１ａ内へ流入するとともに、第２流入口１１４ｂを介して第２サブ流路３２２の上流部３２２ａ内へ流入する。第２サブ流路３２２の上流部３２２ａ内へ流入したガスは、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺を通過した後、第２サブ流路３２２の下流部３２２ｂへ流れる。このように開閉弁１３０を作動させて燃料電池１０へのガスの供給を開始させることにより、第２サブ流路３２２の上流部３２２ａ内に配置した溶栓弁１６０の弁体１６１周辺にガスの流れを好適に形成させることが可能になる。

第２サブ流路３２２の下流部３２２ｂ内に流入したガスは、パイロット流路１２４、パイロット室１１７、弁座１９３の通路部１９３ａ、および中継路１２５を経由して第１流路１２１の下流部１２１ｂに流れ込む。

第２サブ流路３２２の下流部３２２ｂの流路径は、パイロット流路１２４の流路径よりも小さく形成されている。このため、パイロット流路１２４およびパイロット室１１７を経由して第１流路１２１の下流部１２１ｂに流れ込むガスの流量は、主弁１３１側を経由して第１流路１２１の下流部１２１ｂに流れ込むガスの流量と比較して、少量に抑えられる。

以上のように、本実施形態では、バルブ装置１００が備えるガス流路１２０の途上に開閉弁１３０を配置した。そして、開閉弁１３０が備えるパイロット弁１４１よりもガス流路１２０内の上流側に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置した。具体的には、溶栓弁１６０の弁体１６１は、第２流入口１１４ｂとパイロット流路１２４とを、パイロット室１１７よりも上流側でつなぐ第２サブ流路３２２に配置した。

これにより、パイロット弁１４１が動作して、高圧ガス容器２０の供給口２３、第２流入口１１４ｂ、第２サブ流路３２２、およびパイロット室１１７を経由するガスの流れが発生した際、ガスは、パイロット弁１４１の上流側に位置する溶栓弁１６０の弁体１６１周辺を経由しつつ、下流側に向けて流れる。したがって、パイロット弁１４１の動作に合わせて、溶栓弁１６０の弁体１６１周辺にガスの流れを好適に形成することができる。さらに、開閉弁１３０が開いてガスが供給されている間は、溶栓弁１６０の弁体１６１がその周辺を流れるガスにより遮熱されるため、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱が溶栓弁１６０の弁体１６１に伝わるのを効果的に抑制できる。これらに加えて、第２流入口１１４ｂとパイロット流路１２４とをつなぐ第２サブ流路３２２を増設し、当該第２サブ流路３２２に溶栓弁１６０の弁体１６１を配置しているため、溶栓弁１６０の取り付け位置に制約が課されるのを防止することができ、バルブ装置３００の設計自由度を高めることができる。

また、本実施形態では、第２サブ流路３２２の下流部３２２ｂの流路径は、パイロット流路１２４の流路径以下に形成している。このため、パイロット流路１２４およびパイロット室１１７を経由して第１流路１２１内へ流れ込むガスの流量は、主弁１３１側を経由して第１流路１２１の下流部１２１ｂに流れ込むガスの流量と比較して、少量に抑えられる。よって、パイロット流路１２４につながる第２サブ流路３２２の増設に伴ってパイロット弁１４１の耐久性（例えば、シール部１４１ｂの耐久性）が低下したり、弁機能が損なわれたりするのを好適に防止することができる。

なお、溶栓弁１６０の弁体１６１を配置する位置は、第２サブ流路３２２内であれば特に限定されず、下流部３２２ｂとして図示した位置に配置することも可能である。この場合においても、電磁アクチュエータ１４０から発生した熱に反応して溶栓弁１６０が誤作動するのを好適に防止することが可能となる。

以上、実施形態を通じて本発明に係るバルブ装置を説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、ガス放出弁は、高圧ガス容器内のガスの温度を感知して開弁する機械作動式の弁であればよく、溶栓弁に限定されない。例えば、ガス放出弁として、ガスの温度に応じて可逆的に開閉する弁体を備える感温式の弁を使用することが可能である。また、実施形態の説明においては、ガス放出弁として、ハウジングに形成した流路（ガス放出路）およびポート（ガス放出ポート）を介して外部へガスを放出させる構成のものを示した。ただし、ガス放出弁は、これらの流路やポートを介さずに、当該ガス放出弁の内部にガスを通過させて、ガスを外部へ直接的に放出するように構成されたものであってもよい。

また、例えば、バルブ装置は、車載用の燃料電池へ供給する燃料ガスを貯蔵する高圧ガス容器以外に装着させて使用することも可能である。例えば、バルブ装置は、天然ガスを貯蔵する高圧ガス容器に装着して使用することが可能である。

また、例えば、開閉弁は、電磁アクチュエータにより駆動されるものであれば特に限定されず、直動式の電磁弁やキックパイロット式の電磁弁であってもよい。

また、実施形態の説明においては、開閉弁として、電磁アクチュエータへ駆動電流が供給されている間はガス流路を開放してガスの供給を実施し、電磁アクチュエータへの駆動電流の供給が停止している間はガス流路を閉鎖してガスの供給を停止するように構成されたものを示した。ただし、開閉弁は、電磁アクチュエータへ駆動電流が供給されている間はガス流路を閉鎖してガスの供給を停止し、電磁アクチュエータへの駆動電流の供給が停止している間はガス流路を開放してガスの供給を行うように作動するもので構成してもよい。

また、ガス放出弁の弁体は、ガス流路の途上に配置されるとともにガスの供給および遮断を切り替える開閉弁よりも、ガスが流れる経路上における上流側に配置されている限りにおいて特に限定されない。例えば、実施形態において示したように、開閉弁が主弁とパイロット弁を備えるパイロット式の弁で構成される場合は、主弁およびパイロット弁のいずれか一方に対して上流側となる位置にガス放出弁が配置されていればよい。また、パイロット式以外の弁で開閉弁が構成される場合（例えば、直動式の弁の場合）は、開閉弁よりも上流側の位置であればガス放出弁が配置される位置は、特に限定されない。

また、バルブ装置の各部の構成や各流路のレイアウト等は、図示により説明したものに限定されない。実施形態において示した付加的な部材の使用の省略や、実施形態において示さなかった他の付加的な部材の使用等も適宜に行い得る。

１０ 燃料電池（所定の対象物）、
２０ 高圧ガス容器、
２３ ガス供給口、
１００ バルブ装置、
１１４ａ 第１流入口、
１１４ｂ 第２流入口、
１１６ 弁室、
１１７ パイロット室、
１２０ ガス流路、
１２１ 第１流路、
１２１ａ 第１流路の上流部、
１２１ｂ 第２流路の下流側、
１２４ パイロット流路、
１３０ 開閉弁、
１３１ 主弁、
１４０ 電磁アクチュエータ、
１４１ パイロット弁、
１４１ａ プランジャ、
１６０ 溶栓弁（ガス放出弁）、
１６１ 弁体（可溶部材）、
２００ バルブ装置、
２２２ 第１サブ流路、
２２２ａ 第１サブ流路の上流部、
２２２ｂ 第１サブ流路の下流部、
３００ バルブ装置、
３２２ 第２サブ流路、
３２２ａ 第２サブ流路の上流部、
３２２ｂ 第２サブ流路の下流部。

Claims (7)

1. 高圧ガス容器に装着されるバルブ装置であって、
   前記高圧ガス容器の供給口と前記ガスの供給対象となる所定の対象物との間をつなぐガス流路と、
   前記ガス流路の途上に配置され、前記ガス流路を介した前記ガスの供給および供給の遮断を切り替える開閉弁と、
   前記開閉弁を駆動する電磁アクチュエータと、
   前記ガスの温度上昇に伴って作動する弁体を備え、前記ガスを前記高圧ガス容器の外部へ放出するガス放出弁と、を有し、
   前記ガス放出弁の弁体は、前記供給口から前記対象物へ向けて前記ガスが流れる経路上において、前記開閉弁よりも前記ガス流路内の上流側に配置される、バルブ装置。
2. 前記ガス流路は、
   前記供給口に連通される第１流入口と、
   前記第１流入口に連なる第１流路と、を有し、
   前記開閉弁は、
   前記第１流路を閉鎖する閉弁方向に付勢力が付与された主弁と、
   前記電磁アクチュエータが備えるプランジャの動作に伴って前記付勢力に抗する力を発生し、前記第１流路を開放する開弁方向に前記主弁を移動させるパイロット弁と、を有し、
   前記ガス放出弁の弁体は、前記主弁よりも前記ガス流路内の上流側に配置される、請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記ガス放出弁の弁体は、前記第１流入口から前記主弁の上流側に至る前記第１流路に配置される、請求項２に記載のバルブ装置。
4. 前記ガス流路は、
   前記第１流入口とは異なる位置で前記供給口に連通される第２流入口と、
   前記第２流入口と前記第１流路とを、前記主弁が配置された位置よりも上流側でつなぐ第１サブ流路と、を有し、
   前記ガス放出弁の弁体は、前記第１サブ流路に配置される、請求項２に記載のバルブ装置。
5. 前記ガス流路は、
   前記供給口に連通される第１流入口と、
   前記第１流入口に連なる第１流路と、を有し、
   前記開閉弁は、
   前記第１流路を閉鎖する閉弁方向に付勢力が付与された主弁と、
   前記電磁アクチュエータが備えるプランジャの動作に伴って前記付勢力に抗する力を発生し、前記第１流路を開放する開弁方向に前記主弁を移動させるパイロット弁と、を有し、
   前記ガス流路は、さらに、
   前記第１流入口とは異なる位置で前記供給口に連通される第２流入口と、
   前記パイロット弁が配置されるとともに前記第１流路に連通されるパイロット室と、前記主弁が配置された弁室とをつなぐパイロット流路と、
   前記第２流入口と前記パイロット流路とを、前記パイロット室よりも上流側でつなぐ第２サブ流路と、を有し、
   前記ガス放出弁の弁体は、前記第２サブ流路に配置される、請求項１に記載のバルブ装置。
6. 前記ガス放出弁の弁体が配置された位置よりも下流側における前記第２サブ流路の流路径は、前記パイロット流路の流路径以下である、請求項５に記載のバルブ装置。
7. 前記ガス放出弁は、前記弁体が可溶部材からなる溶栓弁である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ装置。