リリーフ弁
【課題】流体圧力に基づいて外部への流体の放出量を変化させる機能を有しつつ、簡易な構造で小型化に対応できるリリーフ弁を提供する。
【解決手段】リリーフ弁２２は、一次室３６の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室３６と外部を連通させる連通手段５２を有する。この構成より、リリーフ弁３２は、流路の流体圧力が第１所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができるとともに、簡易な構造で小型化に対応することができる。
【解決手段】リリーフ弁２２は、一次室３６の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室３６と外部を連通させる連通手段５２を有する。この構成より、リリーフ弁３２は、流路の流体圧力が第１所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができるとともに、簡易な構造で小型化に対応することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリリーフ弁の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
リリーフ弁は、流路に設けられ、この流路の流体圧力が所定値を超えると、流路内の流体を外部に放出するバルブである。
【０００３】
従来のリリーフ弁は、流路から流体が流入する一次室と外部に開放された二次室とこれらの室を連通する連通孔とを有するハウジングと、二次室に設けられ、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するばね部材とを有する例がある。このように構成されるリリーフ弁においては、一次室の流体圧力が所定値以下の場合、弁体はばね部材の付勢力により連通孔を塞いで一次室と二次室とを遮断する。一方、一次室の流体圧力が所定値を超えてばね部材の付勢力より大きくなると、ばね部材が開弁方向に弾性変形するので、弁体が連通孔から離れて一次室と二次室を連通させる。この動作により、一次室側の流体が二次室を介して外部に放出され、一次室の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。
【０００４】
下記特許文献１には、圧力調整ハンドルにより押しねじを回動させて弁の開閉を行い、流路を流れる流体の圧力を調整する圧力調整弁が記載されている。この圧力調整弁においては、圧力調整ハンドルが弁本体の筒部を覆うキャップ状に形成されている。そして、その筒部には、圧力調整ハンドルの環状の裾縁の位置により弁の開閉状態が目視できるように着色マークが設けられている。
【０００５】
下記特許文献２には、パイロットバルブとこのバルブを閉弁方向に付勢する設定用スプリングとを内蔵したバルブボディを有するリリーフバルブが記載されている。このリリーフバルブにおいては、外部からのパイロット圧力を設定用スプリングに加え、このスプリングの圧縮度合いを変化させることにより、通常のリリーフバルブの圧力セット値とは異なる圧力セット値を設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−３６５１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のリリーフ弁は、流路の流体圧力が所定値を超えると、流路内の流体を外部に放出することができる。このようなリリーフ弁は、高圧の流体を収容する供給源と流体の供給先である装置とを接続する流路であって、流体圧力を減圧する減圧弁より二次側の流路に用いられる場合がある。この場合、リリーフ弁には二次側の流路内の許容圧力が所定値として設定されており、減圧弁の不具合により二次側の流路内の流体圧力が所定値を超えると、リリーフ弁は流体を外部に放出して流路内の流体圧力が許容圧力以下になるように流体圧力を調整する。
【０００８】
しかしながら、減圧弁の不具合とともに供給源の制御不良により、二次側の流路にその所定値より高い圧力の流体が供給された場合、従来のリリーフ弁では、放出量が限られているため流路の流体圧力を許容圧力より低下させるのに時間が掛かってしまい、装置などが損傷してしまう問題があった。
【０００９】
リリーフ弁の放出量を増大させるために、リリーフ弁内の開口面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、開口面積を単に増大しただけでは、リリーフ弁が大型化してしまう問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、リリーフ弁が流路内の流体を外部に放出しているにもかかわらず流路の流体圧力が所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができ、しかも簡易な構造で小型化に対応できるリリーフ弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、流路から流体が流入する一次室を有するハウジングと、ハウジングに収容された弁本体であって、外部に開放された二次室と、一次室と二次室とを連通する連通孔と、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するとともに、一次室の流体圧力が第１所定値を超えると開弁方向に弾性変形して一次室と二次室を連通させる弾性部材とを有する弁本体と、一次室の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室と外部を連通させる連通手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、連通手段は、ハウジングと弁本体の間に形成され、一次室と外部を連通する外部連通路と、外部連通路を封止する封止部材と、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジングに対して弁本体をスライドさせるスライド機構と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体がハウジングに対してスライドすることにより封止部材と弁本体またはハウジングとの間に隙間が形成され、一次室と外部が連通することができる。
【００１３】
また、スライド機構は、弁本体が所定の距離をスライドした場合、弁本体のスライドを規制する規制部を有することができる。
【００１４】
また、スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部と、弁本体またはハウジングに設けられ、固定部を係止する係止部と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部は係止部から外れ弁本体がスライドすることができる。
【００１５】
また、固定部は、弁本体またはハウジングの一方に形成された長穴であって、弁本体がスライドする方向に形成された長穴を貫通して、弁本体またはハウジングの他方に螺合するネジ部材であり、係止部は、前記長穴の開口部を絞るように形成された突起部であり、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ネジ部材が突起部を変形させることで、ネジ部材が前記長穴の延びる方向に沿って移動可能になることができる。
【００１６】
また、スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部を有し、固定部は、弁本体またはハウジングの一方に連結され、弁本体またはハウジングの他方の接触面に接触するように設けられ、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部と前記接触面の間には最大静止摩擦力を超える力が働いて弁本体がスライドすることができる。
【００１７】
また、規制部により弁本体のスライドを規制されたとき、弁本体の少なくとも一部がハウジングから突出することができる。
【００１８】
また、スライド機構は、さらに、封止部材より弁本体のスライド側に位置し、弁本体をハウジングに固定する固定部と、固定部と封止部材との間に、弁本体の筒部の一部になるように設けられ、所定の力が加わると塑性変形する塑性変形部と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部が弁体のスライド方向において縮むように変形し、塑性変形部より封止部材側にある弁本体がスライドすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のリリーフ弁によれば、リリーフ弁が流路内の流体を外部に放出しているにもかかわらず流路の流体圧力が所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができ、しかも簡易な構造で小型化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態のリリーフ弁の構造を示す断面図である。
【図３】弁体が開弁した状態を示す断面図である。
【図４】弁本体がスライドした状態を示す断面図である。
【図５】図２のＡ方向から見た図である。
【図６】図４のＢ方向から見た図である。
【図７】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図８】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【図９】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図１０】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【図１１】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図１２】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るリリーフ弁の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを挙げ、この燃料電池システムの流路であって、燃料ガスが流れる燃料ガス流路に設置されるリリーフ弁について説明する。なお、本発明は、燃料電池システムの燃料ガス流路に限らず、流体が流れる流路に設置されるリリーフ弁にも適用することができる。
【００２２】
まず、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１０について図１を用いて説明する。燃料電池システム１０は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池１２を有する。なお、燃料電池システム１０に用いられる燃料ガスは水素であり、酸化ガスは空気である。
【００２３】
燃料電池１２には、これのアノード（図示せず）に燃料ガスを供給する燃料ガス流路１４と、燃料電池１２のカソード（図示せず）に酸化剤ガスを供給する酸化ガス流路（図示せず）とが接続されている。
【００２４】
燃料電池１２は、例えばフッ素樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜を有する固体高分子型の燃料電池である。この電池の単位セル（図示せず）は、電解質膜をアノードとカソードとで挟んで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、二枚のセパレータでさらに挟んで構成される。この単位セルを複数積層することにより、燃料電池１２が構成される。
【００２５】
燃料電池システム１０は、燃料ガスを燃料電池１２に供給する供給源として、タンク１６を有する。タンク１６は、燃料ガスを高圧状態（例えば７０ＭＰａ）にして貯蔵する。タンク１６と燃料電池１２とは、燃料ガス流路１４で接続される。
【００２６】
燃料ガス流路１４には、タンク１６から燃料電池１２に向けて主止弁１８と減圧弁２０とリリーフ弁２２とが順に取り付けられている。また、減圧弁２０と燃料電池１２との間の燃料ガス流路１４には、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ２４が設けられている。
【００２７】
主止弁１８は、電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁１８は、自動車の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、自動車の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。また、主止弁１８は、圧力センサ２４からの電気信号により弁を開閉する。
【００２８】
減圧弁２０は、タンク１６から導入される燃料ガスの圧力（例えば７０ＭＰａ）を、燃料ガスの供給先である燃料電池１４に適した圧力（例えば１ＭＰａ）まで減圧する装置である。なお、減圧弁２０の減圧値は調整することができる。
【００２９】
圧力センサ２４は、燃料ガスの圧力が異常に上昇したことを検出すると、減圧弁２０に不具合が生じたものと判断し、主止弁１８へ閉弁するように電気信号を出力する。この信号が主止弁１８に入力されると、主止弁１８は閉状態となりタンク１６から燃料電池１２への燃料ガスの供給が遮断される。ここで、減圧弁２０に不具合、例えば調圧異常が生じたと判断される燃料ガスの圧力値のことを、以降、第１所定値（例えば２ＭＰａ）という。
【００３０】
リリーフ弁２２は、燃料ガス流路１４を流れる燃料ガスの圧力が異常に上昇した場合、燃料ガスを外部へ放出する装置である。具体的には、リリーフ弁２２は、燃料ガスの圧力が第１所定値を超えた場合、燃料ガスを外部へ放出する。これにより、減圧弁２０より下流に設けられる燃料ガス流路１４及び燃料電池１２などが、燃料ガスの圧力により損傷してしまうことを防ぐことができる。
【００３１】
通常、燃料電池システム１０においては、減圧弁２０の不具合とともに圧力センサ２４または主止弁１８が故障した場合、主止弁１８を閉弁させることができないので、リリーフ弁２２によってタンク１６の残圧を全て抜いている。しかしながら、従来のリリーフ弁では、放出量が限られているためシステム内の燃料ガスの圧力を低下させるのに時間が掛かってしまい、減圧弁の上流側に設けられる部材より耐圧性能が低い減圧弁の下流側の部材、例えば燃料ガス流路及び燃料電池などが損傷してしまう問題があった。
【００３２】
この問題を解決するために、本実施形態のリリーフ弁２２は、燃料ガスの圧力が第１所定値より大きい第２所定値（例えば１０ＭＰａ）を超えた場合、燃料ガスの放出量を増大させる構造を有する。これにより、リリーフ弁２２は、上述のように減圧弁２０の不具合とともに圧力センサ２４または主止弁１８が故障した場合であっても、タンク１６及び燃料ガス流路１４の燃料ガスの圧力を早期に低下させることができる。以下、リリーフ弁２２の具体的な構造について図を用いて説明する。
【００３３】
図２は、本実施形態のリリーフ弁２２の構造を示す断面図である。図３は、弁体が開弁した状態を示す断面図である。図４は、弁本体がスライドした状態を示す断面図である。図５は、図２のＡ方向から見た図である。そして、図６は、図４のＢ方向から見た図である。
【００３４】
リリーフ弁２２は、流路（図示せず）に接続されるハウジング３０と、ハウジング３０に収容される弁本体３２とを有する。
【００３５】
ハウジング３０は、弁本体３２を収容する収容室３４を有する。収容室３４の一端（図の上方）は流路に接続され、他端（図の下方）は外部に開放されている。収容室３４は、弁本体３２の外形より大きく形成されており、収容室３４の一端側にハウジング３０と弁本体３２で区画形成される一次室３６を有する。なお、収容室３４の一端側は、後述する弁体４４が閉弁する方向であり、この方向を以降、閉弁方向と記す。また、収容室３４の他端側は、弁体４４が開弁する方向であり、この方向を以降、開弁方向と記す。
【００３６】
弁本体３２には、これの内部に略円筒状の空間である二次室３８が形成されている。二次室３８は、開弁方向が外部に開放されている。また、弁本体３２には、一次室３６と二次室３８を連通する連通孔４０と、連通孔４０の二次室３８側の開口を縁取るように弁座４２とが形成されている。
【００３７】
二次室３８には、連通孔４０を開閉する弁体４４が設けられている。弁体４４は、弁座４２に対応するシール部４６を有する。シール部４６が弁座４２に密着すると、連通孔４０はシール部４６により覆われて閉弁状態となる。一方、シール部４６が弁座４２から離れると、一次室３６と二次室３８が連通して開弁状態となる。
【００３８】
また、二次室３８には、弾性部材であるばね４８とばね台座５０とを有する。ばね台座５０は、二次室３８の開弁方向端部に、例えばねじ結合により着脱可能に設けられる。ばね台座５０には貫通孔５０ａが形成されており、貫通孔５０ａを介して二次室３８が外部に連通する。ばね４８は、その一端がばね台座５０に当接し、他端が弁体４４に当接している。ばね４８により弁体４４には閉弁方向に付勢する付勢力が加えられている。この付勢力を発生させるばね４８の圧縮量は、一次室３６の流体圧力が第１所定値を超えると、ばね４８が開弁方向に弾性変形するように設定されている。なお、ばね台座５０を開弁方向または閉弁方向に移動させることにより、ばね４８の圧縮量を変化させることができ、弁本体３２の調圧を行うことができる。
【００３９】
弁本体３２が流路内の流体を外部に放出する動作について説明する。一次室３６は流路に接続されているので、一次室３６内は流路を流れる流体により満たされている。このため、一次室３６内の流体圧力は、流路を流れる流体の圧力と同一となっている。一次室３６の流体圧力が第１所定値を超えると、ばね４８が開弁方向に弾性変形して弁体４４が開弁方向に移動する。これにより、シール部４６が弁座４２から離れ、一次室３６と二次室３８が連通して開弁状態となる（図３に示される状態）。そうすると、一次室３６の流体が、図３に示される矢印のように二次室３８を通って外部に放出され、一次室３６の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。その後、一次室３６の流体圧力が第１所定値以下になると、ばね４８が閉弁方向に弾性変形して弁体４４が閉弁方向に移動する。これにより、シール部４６が弁座４２に密着し、一次室３６と二次室３８が遮断され開弁状態となる（図２に示される状態）。
【００４０】
本実施形態のリリーフ弁３２は、一次室３６の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室３６と外部を連通させる連通手段５２を有する。この構成より、リリーフ弁３２は、流路の流体圧力が第１所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができるとともに、簡易な構造で小型化に対応することができる。以下、連通手段５２について詳述する。
【００４１】
連通手段５２は、一次室３６と外部を連通する外部連通路５４と、外部連通路５４を封止する封止部材５６と、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジング３０に対して弁本体３２をスライドさせるスライド機構５８と有する。
【００４２】
外部連通路５４は、ハウジング３０と弁本体３２の間に形成される。すなわち、外部連通路５４は、収容室３４の一部である。収容室３４は、開弁方向に向けて徐々に開口面積が大きくなるように形成されている。具体的には、収容室３４には、開弁方向に向けて第１内周面３４ａと第２内周面３４ｂと第３内周面３４ｃと第４内周面３４ｂとが順に形成され、第１内周面３４ａの内径より第２内周面３４ｂの内径のほうが大きく、第２内周面３４ｂの内径より第３内周面３４ｃの内径のほうが大きく、第３内周面３４ｃの内径より第４内周面３４ｄの内径のほうが大きく形成されている。なお、本実施形態の収容室３４は内径が異なる４種の内周面を有する場合について説明したが、この構成に限定されない。開弁方向に向けて徐々に開口面積が大きくなるのであれば、収容室３４は内径が異なる複数、例えば３種または５種の内周面を有することができる。または、収容室３４は１つの内周面であって、徐々に内径が変化する、すなわち円錐状の内周面のみを有することもできる。
【００４３】
そして、収容室３４に収容される弁本体３２は、開弁方向に向けて徐々に外形が大きくなるように形成される。具体的には、弁本体３２には、開弁方向に向けて第１外周面３２ａと第２外周面３２ｂとが順に形成され、第１外周面３２ａの外径より第２外周面３２ｂの外径のほうが大きく形成されている。そして、弁本体３２の第１外周面３２ａは、これの外径が収容室３４の第２内周面３４ｂの内径より小さくなるように形成され、弁本体３２の第２外周面３２ｂは、これの外径が収容室３４の第３内周面３４ｃの内径より僅かに小さくなるように形成されている。これにより、弁本体３２が収容室３４に収容されたとき、弁本体３２の第１外周面３２ａと第２外周面３２ｂと、これらの外周面に対向する収容室３４の第２内周面３４ｂと第３内周面３４ｃと第４内周面３４ｄとの間に隙間が形成される。この隙間が外部連通路５４であり、一次室３６と外部と連通する通路となる。なお、本実施形態の弁本体３２は外径が異なる２種の外周面を有する場合について説明したが、この構成に限定されない。開弁方向に向けて徐々に外形が大きくなるのであれば、弁本体３２は外径が異なる複数、例えば３種の外周面を有することができる。または、弁本体３２は１つの外周面であって、徐々に外径が変化する、すなわち円錐状の外周面のみを有することもできる。
【００４４】
封止部材５６は、弁本体３２の第２外周面３２ｂに、これの外側から環状に設けられる。封止部材５６は、例えばＯリングであり、弁本体３２が収容室３４に収容されるとき、収容室３４の第３内周面３４ｃに隙間なく嵌合し、第２外周面３２ｂと第３内周面３４ｃとの隙間を封止する。これにより、流体が、外部連通路５４を通って、一次室３６から外部に流出することを防止することができる。なお、本実施形態においては、封止部材５６が第２外周面３２ｂと第３内周面３４ｃとの隙間を封止する場合について説明したが、この構成に限定されない。外部連通路５４を封止することができるのであれば、封止部材５６は、弁本体３２と収容室３４が互いに対向する他の面の隙間を封止することもできる。なお、本実施形態においては、封止部材５６が弁本体３２に設けられる場合について説明したが、外部連通路５４を封止するのであればハウジング３０に設けられてもよい。
【００４５】
スライド機構５８は、弁本体３２をハウジング３０に固定するボルト６０を有する。ハウジング３０には、弁本体３２がスライドする方向、すなわち開弁方向に沿って延びる長穴６２が形成される。長穴６２は、ボルト６０の軸部６０ａが貫通したときに軸部６０ａに対して間隔が空くように形成される。そして、弁本体３２には、軸部６０ａに形成されるねじ山に係合する係合穴６４が形成される。これらの穴６２，６４にボルト６０の軸部６０ａを図２に示す矢印Ａ方向に向けて差し込むことにより、ボルト６０は、軸部６０ａがハウジング３０を貫通するとともに、軸部６０ａの先端が弁本体３２に螺合し、弁本体３２をハウジング３０に固定することができる。なお、本実施形態においては、長穴６２が収容室３４の第４内周面３４ｂに、係合穴６４が弁本体の第２外周面３２ｂにそれぞれ形成されているが、弁本体３２と収容室３４が互いに対向する他の面にそれぞれ形成されてもよい。
【００４６】
また、スライド機構５８は、ボルト６０を係止する係止部６６と、弁本体３２が所定の距離をスライドした場合、弁本体３２のスライドを規制する規制部６８とを有する。係止部６６と規制部６８は、長穴６２に形成される。図５に示されるように、長穴６２には、これの幅を、軸部６０ｂの直径Ｌ１より小さい長さＬ２まで絞る突起部が形成されており、この突起部が係止部６６に相当する。これにより、ボルト６０は長穴６２の閉弁方向端部に係止される。また、係止部６６は、これに所定値以上の荷重が加わると変形する特性を有する。この荷重は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときの、弁本体３２を介してボルト６０に伝達される荷重になるように予め設定されている。このため、図６に示されるように、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ボルト６０が係止部６６を変形させて開弁方向に移動、すなわち弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そして、ボルト６６は長穴６２の開弁方向端部に当接するので、弁本体３２も停止する。すなわち、長穴６２の開弁方向端部が、弁本体３２のスライドを規制する規制部６８に相当する。規制部６８が弁本体３２のスライドを規制することにより、弁本体３２が収容部３４から飛び抜けて他の装置に衝突してしまうことを防ぐことができる。また、弁本体３２が所定の距離をスライドすることにより、弁本体３２の一部がハウジング３０から突出するので、減圧弁２０や圧力センサ２４などの不具合により一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えていることを目視により確認することができる。なお、係止部６６の変形は、ボルト６０が係止部６６から外れて開弁方向に移動することができるのであれば、弾性変形であっても塑性変形であってもよい。
【００４７】
リリーフ弁２２が、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、流路内の流体を外部に放出する動作について説明する。一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えると、係止部６６がボルト６０からの荷重を受けて変形し、ボルト６０が係止部６６から外れて開弁方向に向かって規制部６８まで移動、すなわち弁本体３２が所定の距離を開弁方向に移動する。これにより、弁本体３２に設けられた封止部材５６も所定の距離を開弁方向に移動し、封止部材５６に対応する収容室３４の内周面が、第３内周面３４ｃから第４内周面３４ｄになる。第４内周面３４ｄの内径は第３内周面３４ｃの内径より大きいので、封止部材５６と第４内周面３４ｄの間に隙間が形成される。すなわち、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部が連通して開弁状態となる（図４に示される状態）。そうすると、一次室３６の流体が、図４に示される矢印のように二次室３８を通るとともに外部連通路５４を通って外部に放出されるので、流体の放出量が増加し、一次室３６の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。
【００４８】
次に、別の態様のスライド機構７０について、図７，８を用いて説明する。図７は、別の態様のスライド機構７０を示す断面図であり、図８は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構７０を示す断面図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４９】
スライド機構７０は、弁本体３２をハウジング３０に固定するボルト６０を有する。弁本体３２には、弁本体３２がスライドする方向、すなわち開弁方向に沿って延びる長穴７２が形成される。長穴７２は、ボルト６０の軸部６０ａが貫通したときに軸部６０ａに対して間隔が空くように形成される。そして、ハウジング３０には、軸部６０ａに形成されるねじ山に係合する係合穴７４が形成される。これらの穴７２，７４にボルト６０の軸部６０ａを差し込むと、ボルト６０は、軸部６０ａがハウジング３０に螺合するとともに、軸部６０ａの先端が弁本体３２を貫通する。そして、軸部６０ａの先端に、ナット等の嵌合部材７６をねじ込むことにより、弁本体３２をハウジング３０に固定することができる。
【００５０】
長穴７２には、図には示さないが、上記実施形態と同様の係止部６６と規制部６８とが形成されている。この構成により、この態様も上記実施形態と同様に、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ボルト６０が係止部６６から外れて弁本体３２が所定の距離を開弁方向にスライドすることができ、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５１】
次に、さらに別の態様のスライド機構７８について、図９，１０を用いて説明する。図９は、別の態様のスライド機構７８を示す断面図であり、図１０は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構７８を示す断面図である。なお、上述した実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
スライド機構７８は、弁本体３２をハウジング３０に固定する固定部８０を有する。固定部８０は、外部連通路５４と外部を連通する貫通穴８０ａを有する。固定部７６は、ハウジング３０に連結され、弁本体３２の接触面に接触するように設けられる。具体的には、固定部７６は、ねじ接合により収容室３４の第４内周面３４ｄに連結され、弁本体３２の第２外周面３２ｂに接するように設けられる。固定部７６と第２外周面３２ｂとに働く摩擦力により、弁本体３２はハウジング３０に固定される。固定部７６と第２外周面３２ｂの接触面の摩擦力は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときに、最大静止摩擦力になるように予め設定されている。このため、図１０に示されるように、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部７６と第２外周面３２ｂに働く摩擦力が最大静止摩擦力を超えるため、弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そして、弁本体３２が所定の距離を移動すると、固定部８０が弁本体３２に形成される段部８２に当接するので、弁本体３２が停止して弁本体３２の飛び抜けを防止する。すなわち、段部８２が、上述した実施形態の規制部６８に相当する。
【００５３】
この構成により、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体３２が固定部８０に対してスライドすることができ、図１０に示されるように、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５４】
次に、さらに別の態様のスライド機構８４について、図１１，１２を用いて説明する。図１１は、別の態様のスライド機構８４を示す断面図であり、図１２は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構８４を示す断面図である。なお、上述した実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５５】
スライド機構８４は、封止部材５２より弁本体３２のスライド側、すなわち開弁方向に位置し、弁本体３２をハウジング３０に固定する固定部８６を有する。固定部８６は、弁本体３２に一体に設けられ、収容部３４の第４内周面３４ｄにねじ接合される。また、固定部８６は、外部連通路５４と外部を連通する貫通穴８６ａを有する。
【００５６】
また、スライド機構８４は、固定部８６と封止部材５２との間に、弁本体３２の筒部の一部になるように設けられる塑性変形部８８を有する。具体的には、塑性変形部８８は、弁本体３２の第２外周面に環状に設けられる。塑性変形部８８は、所定の荷重が加わると塑性変形する特性を有する。この荷重は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときの、弁本体３２に伝達される荷重になるように予め設定されている。
【００５７】
この構成により、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部材９０が開弁方向において縮むように変形するので、塑性変形部材９０より閉弁方向側にある弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そうすると、図１２に示されるように、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５８】
これらの実施形態においては、リリーフ弁２２が燃料ガス流路１４に単体で配置される場合について説明したが、この構成に限定されない。リリーフ弁２２が他の装置、例えばリリーフ機能付き減圧弁に一体に設けられてもよい。この場合、上述した実施形態のハウジング３０を減圧弁のハウジングとすることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 燃料ガス流路、１６ タンク、１８ 主止弁、２０ 減圧弁、２２ リリーフ弁、２４ 圧力センサ、３０ ハウジング、３２ 弁本体、３４ 収容室、３６ 一次室、３８ 二次室、４０ 連通孔、４４ 弁体、４６ シール部、４８ ばね、５２ 連通手段、５４ 外部連通路、５６ 封止部材、５８，７０，７８，８４ スライド機構、６０ ボルト、６２，７２ 長穴、６６ 係止部、６８ 規制部、８０，８６ 固定部、８８ 塑性変形部。
【技術分野】
【０００１】
本発明はリリーフ弁の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
リリーフ弁は、流路に設けられ、この流路の流体圧力が所定値を超えると、流路内の流体を外部に放出するバルブである。
【０００３】
従来のリリーフ弁は、流路から流体が流入する一次室と外部に開放された二次室とこれらの室を連通する連通孔とを有するハウジングと、二次室に設けられ、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するばね部材とを有する例がある。このように構成されるリリーフ弁においては、一次室の流体圧力が所定値以下の場合、弁体はばね部材の付勢力により連通孔を塞いで一次室と二次室とを遮断する。一方、一次室の流体圧力が所定値を超えてばね部材の付勢力より大きくなると、ばね部材が開弁方向に弾性変形するので、弁体が連通孔から離れて一次室と二次室を連通させる。この動作により、一次室側の流体が二次室を介して外部に放出され、一次室の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。
【０００４】
下記特許文献１には、圧力調整ハンドルにより押しねじを回動させて弁の開閉を行い、流路を流れる流体の圧力を調整する圧力調整弁が記載されている。この圧力調整弁においては、圧力調整ハンドルが弁本体の筒部を覆うキャップ状に形成されている。そして、その筒部には、圧力調整ハンドルの環状の裾縁の位置により弁の開閉状態が目視できるように着色マークが設けられている。
【０００５】
下記特許文献２には、パイロットバルブとこのバルブを閉弁方向に付勢する設定用スプリングとを内蔵したバルブボディを有するリリーフバルブが記載されている。このリリーフバルブにおいては、外部からのパイロット圧力を設定用スプリングに加え、このスプリングの圧縮度合いを変化させることにより、通常のリリーフバルブの圧力セット値とは異なる圧力セット値を設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−３６５１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のリリーフ弁は、流路の流体圧力が所定値を超えると、流路内の流体を外部に放出することができる。このようなリリーフ弁は、高圧の流体を収容する供給源と流体の供給先である装置とを接続する流路であって、流体圧力を減圧する減圧弁より二次側の流路に用いられる場合がある。この場合、リリーフ弁には二次側の流路内の許容圧力が所定値として設定されており、減圧弁の不具合により二次側の流路内の流体圧力が所定値を超えると、リリーフ弁は流体を外部に放出して流路内の流体圧力が許容圧力以下になるように流体圧力を調整する。
【０００８】
しかしながら、減圧弁の不具合とともに供給源の制御不良により、二次側の流路にその所定値より高い圧力の流体が供給された場合、従来のリリーフ弁では、放出量が限られているため流路の流体圧力を許容圧力より低下させるのに時間が掛かってしまい、装置などが損傷してしまう問題があった。
【０００９】
リリーフ弁の放出量を増大させるために、リリーフ弁内の開口面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、開口面積を単に増大しただけでは、リリーフ弁が大型化してしまう問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、リリーフ弁が流路内の流体を外部に放出しているにもかかわらず流路の流体圧力が所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができ、しかも簡易な構造で小型化に対応できるリリーフ弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、流路から流体が流入する一次室を有するハウジングと、ハウジングに収容された弁本体であって、外部に開放された二次室と、一次室と二次室とを連通する連通孔と、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するとともに、一次室の流体圧力が第１所定値を超えると開弁方向に弾性変形して一次室と二次室を連通させる弾性部材とを有する弁本体と、一次室の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室と外部を連通させる連通手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、連通手段は、ハウジングと弁本体の間に形成され、一次室と外部を連通する外部連通路と、外部連通路を封止する封止部材と、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジングに対して弁本体をスライドさせるスライド機構と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体がハウジングに対してスライドすることにより封止部材と弁本体またはハウジングとの間に隙間が形成され、一次室と外部が連通することができる。
【００１３】
また、スライド機構は、弁本体が所定の距離をスライドした場合、弁本体のスライドを規制する規制部を有することができる。
【００１４】
また、スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部と、弁本体またはハウジングに設けられ、固定部を係止する係止部と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部は係止部から外れ弁本体がスライドすることができる。
【００１５】
また、固定部は、弁本体またはハウジングの一方に形成された長穴であって、弁本体がスライドする方向に形成された長穴を貫通して、弁本体またはハウジングの他方に螺合するネジ部材であり、係止部は、前記長穴の開口部を絞るように形成された突起部であり、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ネジ部材が突起部を変形させることで、ネジ部材が前記長穴の延びる方向に沿って移動可能になることができる。
【００１６】
また、スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部を有し、固定部は、弁本体またはハウジングの一方に連結され、弁本体またはハウジングの他方の接触面に接触するように設けられ、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部と前記接触面の間には最大静止摩擦力を超える力が働いて弁本体がスライドすることができる。
【００１７】
また、規制部により弁本体のスライドを規制されたとき、弁本体の少なくとも一部がハウジングから突出することができる。
【００１８】
また、スライド機構は、さらに、封止部材より弁本体のスライド側に位置し、弁本体をハウジングに固定する固定部と、固定部と封止部材との間に、弁本体の筒部の一部になるように設けられ、所定の力が加わると塑性変形する塑性変形部と、を有し、一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部が弁体のスライド方向において縮むように変形し、塑性変形部より封止部材側にある弁本体がスライドすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のリリーフ弁によれば、リリーフ弁が流路内の流体を外部に放出しているにもかかわらず流路の流体圧力が所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができ、しかも簡易な構造で小型化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態のリリーフ弁の構造を示す断面図である。
【図３】弁体が開弁した状態を示す断面図である。
【図４】弁本体がスライドした状態を示す断面図である。
【図５】図２のＡ方向から見た図である。
【図６】図４のＢ方向から見た図である。
【図７】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図８】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【図９】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図１０】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【図１１】別の態様のスライド機構を示す断面図である。
【図１２】弁本体がスライドしたときの、スライド機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るリリーフ弁の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを挙げ、この燃料電池システムの流路であって、燃料ガスが流れる燃料ガス流路に設置されるリリーフ弁について説明する。なお、本発明は、燃料電池システムの燃料ガス流路に限らず、流体が流れる流路に設置されるリリーフ弁にも適用することができる。
【００２２】
まず、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１０について図１を用いて説明する。燃料電池システム１０は、燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池１２を有する。なお、燃料電池システム１０に用いられる燃料ガスは水素であり、酸化ガスは空気である。
【００２３】
燃料電池１２には、これのアノード（図示せず）に燃料ガスを供給する燃料ガス流路１４と、燃料電池１２のカソード（図示せず）に酸化剤ガスを供給する酸化ガス流路（図示せず）とが接続されている。
【００２４】
燃料電池１２は、例えばフッ素樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜を有する固体高分子型の燃料電池である。この電池の単位セル（図示せず）は、電解質膜をアノードとカソードとで挟んで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、二枚のセパレータでさらに挟んで構成される。この単位セルを複数積層することにより、燃料電池１２が構成される。
【００２５】
燃料電池システム１０は、燃料ガスを燃料電池１２に供給する供給源として、タンク１６を有する。タンク１６は、燃料ガスを高圧状態（例えば７０ＭＰａ）にして貯蔵する。タンク１６と燃料電池１２とは、燃料ガス流路１４で接続される。
【００２６】
燃料ガス流路１４には、タンク１６から燃料電池１２に向けて主止弁１８と減圧弁２０とリリーフ弁２２とが順に取り付けられている。また、減圧弁２０と燃料電池１２との間の燃料ガス流路１４には、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ２４が設けられている。
【００２７】
主止弁１８は、電気信号により電磁石を駆動して弁を開閉する電磁弁である。主止弁１８は、自動車の停止時、具体的にはイグニッションスイッチがオフである場合、閉状態となり、自動車の運転時、具体的にはイグニッションスイッチがオンである場合、開状態となるように制御される。また、主止弁１８は、圧力センサ２４からの電気信号により弁を開閉する。
【００２８】
減圧弁２０は、タンク１６から導入される燃料ガスの圧力（例えば７０ＭＰａ）を、燃料ガスの供給先である燃料電池１４に適した圧力（例えば１ＭＰａ）まで減圧する装置である。なお、減圧弁２０の減圧値は調整することができる。
【００２９】
圧力センサ２４は、燃料ガスの圧力が異常に上昇したことを検出すると、減圧弁２０に不具合が生じたものと判断し、主止弁１８へ閉弁するように電気信号を出力する。この信号が主止弁１８に入力されると、主止弁１８は閉状態となりタンク１６から燃料電池１２への燃料ガスの供給が遮断される。ここで、減圧弁２０に不具合、例えば調圧異常が生じたと判断される燃料ガスの圧力値のことを、以降、第１所定値（例えば２ＭＰａ）という。
【００３０】
リリーフ弁２２は、燃料ガス流路１４を流れる燃料ガスの圧力が異常に上昇した場合、燃料ガスを外部へ放出する装置である。具体的には、リリーフ弁２２は、燃料ガスの圧力が第１所定値を超えた場合、燃料ガスを外部へ放出する。これにより、減圧弁２０より下流に設けられる燃料ガス流路１４及び燃料電池１２などが、燃料ガスの圧力により損傷してしまうことを防ぐことができる。
【００３１】
通常、燃料電池システム１０においては、減圧弁２０の不具合とともに圧力センサ２４または主止弁１８が故障した場合、主止弁１８を閉弁させることができないので、リリーフ弁２２によってタンク１６の残圧を全て抜いている。しかしながら、従来のリリーフ弁では、放出量が限られているためシステム内の燃料ガスの圧力を低下させるのに時間が掛かってしまい、減圧弁の上流側に設けられる部材より耐圧性能が低い減圧弁の下流側の部材、例えば燃料ガス流路及び燃料電池などが損傷してしまう問題があった。
【００３２】
この問題を解決するために、本実施形態のリリーフ弁２２は、燃料ガスの圧力が第１所定値より大きい第２所定値（例えば１０ＭＰａ）を超えた場合、燃料ガスの放出量を増大させる構造を有する。これにより、リリーフ弁２２は、上述のように減圧弁２０の不具合とともに圧力センサ２４または主止弁１８が故障した場合であっても、タンク１６及び燃料ガス流路１４の燃料ガスの圧力を早期に低下させることができる。以下、リリーフ弁２２の具体的な構造について図を用いて説明する。
【００３３】
図２は、本実施形態のリリーフ弁２２の構造を示す断面図である。図３は、弁体が開弁した状態を示す断面図である。図４は、弁本体がスライドした状態を示す断面図である。図５は、図２のＡ方向から見た図である。そして、図６は、図４のＢ方向から見た図である。
【００３４】
リリーフ弁２２は、流路（図示せず）に接続されるハウジング３０と、ハウジング３０に収容される弁本体３２とを有する。
【００３５】
ハウジング３０は、弁本体３２を収容する収容室３４を有する。収容室３４の一端（図の上方）は流路に接続され、他端（図の下方）は外部に開放されている。収容室３４は、弁本体３２の外形より大きく形成されており、収容室３４の一端側にハウジング３０と弁本体３２で区画形成される一次室３６を有する。なお、収容室３４の一端側は、後述する弁体４４が閉弁する方向であり、この方向を以降、閉弁方向と記す。また、収容室３４の他端側は、弁体４４が開弁する方向であり、この方向を以降、開弁方向と記す。
【００３６】
弁本体３２には、これの内部に略円筒状の空間である二次室３８が形成されている。二次室３８は、開弁方向が外部に開放されている。また、弁本体３２には、一次室３６と二次室３８を連通する連通孔４０と、連通孔４０の二次室３８側の開口を縁取るように弁座４２とが形成されている。
【００３７】
二次室３８には、連通孔４０を開閉する弁体４４が設けられている。弁体４４は、弁座４２に対応するシール部４６を有する。シール部４６が弁座４２に密着すると、連通孔４０はシール部４６により覆われて閉弁状態となる。一方、シール部４６が弁座４２から離れると、一次室３６と二次室３８が連通して開弁状態となる。
【００３８】
また、二次室３８には、弾性部材であるばね４８とばね台座５０とを有する。ばね台座５０は、二次室３８の開弁方向端部に、例えばねじ結合により着脱可能に設けられる。ばね台座５０には貫通孔５０ａが形成されており、貫通孔５０ａを介して二次室３８が外部に連通する。ばね４８は、その一端がばね台座５０に当接し、他端が弁体４４に当接している。ばね４８により弁体４４には閉弁方向に付勢する付勢力が加えられている。この付勢力を発生させるばね４８の圧縮量は、一次室３６の流体圧力が第１所定値を超えると、ばね４８が開弁方向に弾性変形するように設定されている。なお、ばね台座５０を開弁方向または閉弁方向に移動させることにより、ばね４８の圧縮量を変化させることができ、弁本体３２の調圧を行うことができる。
【００３９】
弁本体３２が流路内の流体を外部に放出する動作について説明する。一次室３６は流路に接続されているので、一次室３６内は流路を流れる流体により満たされている。このため、一次室３６内の流体圧力は、流路を流れる流体の圧力と同一となっている。一次室３６の流体圧力が第１所定値を超えると、ばね４８が開弁方向に弾性変形して弁体４４が開弁方向に移動する。これにより、シール部４６が弁座４２から離れ、一次室３６と二次室３８が連通して開弁状態となる（図３に示される状態）。そうすると、一次室３６の流体が、図３に示される矢印のように二次室３８を通って外部に放出され、一次室３６の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。その後、一次室３６の流体圧力が第１所定値以下になると、ばね４８が閉弁方向に弾性変形して弁体４４が閉弁方向に移動する。これにより、シール部４６が弁座４２に密着し、一次室３６と二次室３８が遮断され開弁状態となる（図２に示される状態）。
【００４０】
本実施形態のリリーフ弁３２は、一次室３６の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室３６と外部を連通させる連通手段５２を有する。この構成より、リリーフ弁３２は、流路の流体圧力が第１所定値より大きくなった場合、外部への流体の放出量を更に増加させて流路の流体圧力を低下させることができるとともに、簡易な構造で小型化に対応することができる。以下、連通手段５２について詳述する。
【００４１】
連通手段５２は、一次室３６と外部を連通する外部連通路５４と、外部連通路５４を封止する封止部材５６と、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジング３０に対して弁本体３２をスライドさせるスライド機構５８と有する。
【００４２】
外部連通路５４は、ハウジング３０と弁本体３２の間に形成される。すなわち、外部連通路５４は、収容室３４の一部である。収容室３４は、開弁方向に向けて徐々に開口面積が大きくなるように形成されている。具体的には、収容室３４には、開弁方向に向けて第１内周面３４ａと第２内周面３４ｂと第３内周面３４ｃと第４内周面３４ｂとが順に形成され、第１内周面３４ａの内径より第２内周面３４ｂの内径のほうが大きく、第２内周面３４ｂの内径より第３内周面３４ｃの内径のほうが大きく、第３内周面３４ｃの内径より第４内周面３４ｄの内径のほうが大きく形成されている。なお、本実施形態の収容室３４は内径が異なる４種の内周面を有する場合について説明したが、この構成に限定されない。開弁方向に向けて徐々に開口面積が大きくなるのであれば、収容室３４は内径が異なる複数、例えば３種または５種の内周面を有することができる。または、収容室３４は１つの内周面であって、徐々に内径が変化する、すなわち円錐状の内周面のみを有することもできる。
【００４３】
そして、収容室３４に収容される弁本体３２は、開弁方向に向けて徐々に外形が大きくなるように形成される。具体的には、弁本体３２には、開弁方向に向けて第１外周面３２ａと第２外周面３２ｂとが順に形成され、第１外周面３２ａの外径より第２外周面３２ｂの外径のほうが大きく形成されている。そして、弁本体３２の第１外周面３２ａは、これの外径が収容室３４の第２内周面３４ｂの内径より小さくなるように形成され、弁本体３２の第２外周面３２ｂは、これの外径が収容室３４の第３内周面３４ｃの内径より僅かに小さくなるように形成されている。これにより、弁本体３２が収容室３４に収容されたとき、弁本体３２の第１外周面３２ａと第２外周面３２ｂと、これらの外周面に対向する収容室３４の第２内周面３４ｂと第３内周面３４ｃと第４内周面３４ｄとの間に隙間が形成される。この隙間が外部連通路５４であり、一次室３６と外部と連通する通路となる。なお、本実施形態の弁本体３２は外径が異なる２種の外周面を有する場合について説明したが、この構成に限定されない。開弁方向に向けて徐々に外形が大きくなるのであれば、弁本体３２は外径が異なる複数、例えば３種の外周面を有することができる。または、弁本体３２は１つの外周面であって、徐々に外径が変化する、すなわち円錐状の外周面のみを有することもできる。
【００４４】
封止部材５６は、弁本体３２の第２外周面３２ｂに、これの外側から環状に設けられる。封止部材５６は、例えばＯリングであり、弁本体３２が収容室３４に収容されるとき、収容室３４の第３内周面３４ｃに隙間なく嵌合し、第２外周面３２ｂと第３内周面３４ｃとの隙間を封止する。これにより、流体が、外部連通路５４を通って、一次室３６から外部に流出することを防止することができる。なお、本実施形態においては、封止部材５６が第２外周面３２ｂと第３内周面３４ｃとの隙間を封止する場合について説明したが、この構成に限定されない。外部連通路５４を封止することができるのであれば、封止部材５６は、弁本体３２と収容室３４が互いに対向する他の面の隙間を封止することもできる。なお、本実施形態においては、封止部材５６が弁本体３２に設けられる場合について説明したが、外部連通路５４を封止するのであればハウジング３０に設けられてもよい。
【００４５】
スライド機構５８は、弁本体３２をハウジング３０に固定するボルト６０を有する。ハウジング３０には、弁本体３２がスライドする方向、すなわち開弁方向に沿って延びる長穴６２が形成される。長穴６２は、ボルト６０の軸部６０ａが貫通したときに軸部６０ａに対して間隔が空くように形成される。そして、弁本体３２には、軸部６０ａに形成されるねじ山に係合する係合穴６４が形成される。これらの穴６２，６４にボルト６０の軸部６０ａを図２に示す矢印Ａ方向に向けて差し込むことにより、ボルト６０は、軸部６０ａがハウジング３０を貫通するとともに、軸部６０ａの先端が弁本体３２に螺合し、弁本体３２をハウジング３０に固定することができる。なお、本実施形態においては、長穴６２が収容室３４の第４内周面３４ｂに、係合穴６４が弁本体の第２外周面３２ｂにそれぞれ形成されているが、弁本体３２と収容室３４が互いに対向する他の面にそれぞれ形成されてもよい。
【００４６】
また、スライド機構５８は、ボルト６０を係止する係止部６６と、弁本体３２が所定の距離をスライドした場合、弁本体３２のスライドを規制する規制部６８とを有する。係止部６６と規制部６８は、長穴６２に形成される。図５に示されるように、長穴６２には、これの幅を、軸部６０ｂの直径Ｌ１より小さい長さＬ２まで絞る突起部が形成されており、この突起部が係止部６６に相当する。これにより、ボルト６０は長穴６２の閉弁方向端部に係止される。また、係止部６６は、これに所定値以上の荷重が加わると変形する特性を有する。この荷重は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときの、弁本体３２を介してボルト６０に伝達される荷重になるように予め設定されている。このため、図６に示されるように、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ボルト６０が係止部６６を変形させて開弁方向に移動、すなわち弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そして、ボルト６６は長穴６２の開弁方向端部に当接するので、弁本体３２も停止する。すなわち、長穴６２の開弁方向端部が、弁本体３２のスライドを規制する規制部６８に相当する。規制部６８が弁本体３２のスライドを規制することにより、弁本体３２が収容部３４から飛び抜けて他の装置に衝突してしまうことを防ぐことができる。また、弁本体３２が所定の距離をスライドすることにより、弁本体３２の一部がハウジング３０から突出するので、減圧弁２０や圧力センサ２４などの不具合により一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えていることを目視により確認することができる。なお、係止部６６の変形は、ボルト６０が係止部６６から外れて開弁方向に移動することができるのであれば、弾性変形であっても塑性変形であってもよい。
【００４７】
リリーフ弁２２が、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、流路内の流体を外部に放出する動作について説明する。一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えると、係止部６６がボルト６０からの荷重を受けて変形し、ボルト６０が係止部６６から外れて開弁方向に向かって規制部６８まで移動、すなわち弁本体３２が所定の距離を開弁方向に移動する。これにより、弁本体３２に設けられた封止部材５６も所定の距離を開弁方向に移動し、封止部材５６に対応する収容室３４の内周面が、第３内周面３４ｃから第４内周面３４ｄになる。第４内周面３４ｄの内径は第３内周面３４ｃの内径より大きいので、封止部材５６と第４内周面３４ｄの間に隙間が形成される。すなわち、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部が連通して開弁状態となる（図４に示される状態）。そうすると、一次室３６の流体が、図４に示される矢印のように二次室３８を通るとともに外部連通路５４を通って外部に放出されるので、流体の放出量が増加し、一次室３６の流体圧力、すなわち流路の流体圧力を低下させることができる。
【００４８】
次に、別の態様のスライド機構７０について、図７，８を用いて説明する。図７は、別の態様のスライド機構７０を示す断面図であり、図８は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構７０を示す断面図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４９】
スライド機構７０は、弁本体３２をハウジング３０に固定するボルト６０を有する。弁本体３２には、弁本体３２がスライドする方向、すなわち開弁方向に沿って延びる長穴７２が形成される。長穴７２は、ボルト６０の軸部６０ａが貫通したときに軸部６０ａに対して間隔が空くように形成される。そして、ハウジング３０には、軸部６０ａに形成されるねじ山に係合する係合穴７４が形成される。これらの穴７２，７４にボルト６０の軸部６０ａを差し込むと、ボルト６０は、軸部６０ａがハウジング３０に螺合するとともに、軸部６０ａの先端が弁本体３２を貫通する。そして、軸部６０ａの先端に、ナット等の嵌合部材７６をねじ込むことにより、弁本体３２をハウジング３０に固定することができる。
【００５０】
長穴７２には、図には示さないが、上記実施形態と同様の係止部６６と規制部６８とが形成されている。この構成により、この態様も上記実施形態と同様に、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ボルト６０が係止部６６から外れて弁本体３２が所定の距離を開弁方向にスライドすることができ、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５１】
次に、さらに別の態様のスライド機構７８について、図９，１０を用いて説明する。図９は、別の態様のスライド機構７８を示す断面図であり、図１０は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構７８を示す断面図である。なお、上述した実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
スライド機構７８は、弁本体３２をハウジング３０に固定する固定部８０を有する。固定部８０は、外部連通路５４と外部を連通する貫通穴８０ａを有する。固定部７６は、ハウジング３０に連結され、弁本体３２の接触面に接触するように設けられる。具体的には、固定部７６は、ねじ接合により収容室３４の第４内周面３４ｄに連結され、弁本体３２の第２外周面３２ｂに接するように設けられる。固定部７６と第２外周面３２ｂとに働く摩擦力により、弁本体３２はハウジング３０に固定される。固定部７６と第２外周面３２ｂの接触面の摩擦力は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときに、最大静止摩擦力になるように予め設定されている。このため、図１０に示されるように、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部７６と第２外周面３２ｂに働く摩擦力が最大静止摩擦力を超えるため、弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そして、弁本体３２が所定の距離を移動すると、固定部８０が弁本体３２に形成される段部８２に当接するので、弁本体３２が停止して弁本体３２の飛び抜けを防止する。すなわち、段部８２が、上述した実施形態の規制部６８に相当する。
【００５３】
この構成により、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体３２が固定部８０に対してスライドすることができ、図１０に示されるように、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５４】
次に、さらに別の態様のスライド機構８４について、図１１，１２を用いて説明する。図１１は、別の態様のスライド機構８４を示す断面図であり、図１２は、弁本体３２がスライドしたときの、スライド機構８４を示す断面図である。なお、上述した実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５５】
スライド機構８４は、封止部材５２より弁本体３２のスライド側、すなわち開弁方向に位置し、弁本体３２をハウジング３０に固定する固定部８６を有する。固定部８６は、弁本体３２に一体に設けられ、収容部３４の第４内周面３４ｄにねじ接合される。また、固定部８６は、外部連通路５４と外部を連通する貫通穴８６ａを有する。
【００５６】
また、スライド機構８４は、固定部８６と封止部材５２との間に、弁本体３２の筒部の一部になるように設けられる塑性変形部８８を有する。具体的には、塑性変形部８８は、弁本体３２の第２外周面に環状に設けられる。塑性変形部８８は、所定の荷重が加わると塑性変形する特性を有する。この荷重は、一次室３６の流体圧力が第２所定値であるときの、弁本体３２に伝達される荷重になるように予め設定されている。
【００５７】
この構成により、一次室３６の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部材９０が開弁方向において縮むように変形するので、塑性変形部材９０より閉弁方向側にある弁本体３２が開弁方向にスライドすることができる。そうすると、図１２に示されるように、封止部材５６とハウジング３０との間に隙間が形成され、一次室３６と外部を連通させることができる。
【００５８】
これらの実施形態においては、リリーフ弁２２が燃料ガス流路１４に単体で配置される場合について説明したが、この構成に限定されない。リリーフ弁２２が他の装置、例えばリリーフ機能付き減圧弁に一体に設けられてもよい。この場合、上述した実施形態のハウジング３０を減圧弁のハウジングとすることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ 燃料ガス流路、１６ タンク、１８ 主止弁、２０ 減圧弁、２２ リリーフ弁、２４ 圧力センサ、３０ ハウジング、３２ 弁本体、３４ 収容室、３６ 一次室、３８ 二次室、４０ 連通孔、４４ 弁体、４６ シール部、４８ ばね、５２ 連通手段、５４ 外部連通路、５６ 封止部材、５８，７０，７８，８４ スライド機構、６０ ボルト、６２，７２ 長穴、６６ 係止部、６８ 規制部、８０，８６ 固定部、８８ 塑性変形部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路から流体が流入する一次室を有するハウジングと、
ハウジングに収容された弁本体であって、外部に開放された二次室と、一次室と二次室とを連通する連通孔と、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するとともに、一次室の流体圧力が第１所定値を超えると開弁方向に弾性変形して一次室と二次室を連通させる弾性部材とを有する弁本体と、
一次室の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室と外部を連通させる連通手段と、
を有することを特徴とするリリーフ弁。
【請求項２】
請求項１に記載のリリーフ弁において、
連通手段は、
ハウジングと弁本体の間に形成され、一次室と外部を連通する外部連通路と、
外部連通路を封止する封止部材と、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジングに対して弁本体をスライドさせるスライド機構と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体がハウジングに対してスライドすることにより封止部材と弁本体またはハウジングとの間に隙間が形成され、一次室と外部が連通する、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項３】
請求項２に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、弁本体が所定の距離をスライドした場合、弁本体のスライドを規制する規制部を有する、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項４】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、
弁本体をハウジングに固定する固定部と、
弁本体またはハウジングに設けられ、固定部を係止する係止部と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部は係止部から外れ弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項５】
請求項４に記載のリリーフ弁において、
固定部は、弁本体またはハウジングの一方に形成された長穴であって、弁本体がスライドする方向に形成された長穴を貫通して、弁本体またはハウジングの他方に螺合するネジ部材であり、
係止部は、前記長穴の開口部を絞るように形成された突起部であり、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ネジ部材が突起部を変形させることで、ネジ部材が前記長穴の延びる方向に沿って移動可能になる、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項６】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部を有し、
固定部は、弁本体またはハウジングの一方に連結され、弁本体またはハウジングの他方の接触面に接触するように設けられ、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部と前記接触面の間には最大静止摩擦力を超える力が働いて弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１つに記載のリリーフ弁において、
規制部により弁本体のスライドを規制されたとき、弁本体の少なくとも一部がハウジングから突出することを特徴とするリリーフ弁。
【請求項８】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、
封止部材より弁本体のスライド側に位置し、弁本体をハウジングに固定する固定部と、
固定部と封止部材との間に、弁本体の筒部の一部になるように設けられ、所定の力が加わると塑性変形する塑性変形部と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部が弁体のスライド方向において縮むように変形し、塑性変形部より封止部材側にある弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項１】
流路から流体が流入する一次室を有するハウジングと、
ハウジングに収容された弁本体であって、外部に開放された二次室と、一次室と二次室とを連通する連通孔と、連通孔を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するとともに、一次室の流体圧力が第１所定値を超えると開弁方向に弾性変形して一次室と二次室を連通させる弾性部材とを有する弁本体と、
一次室の流体圧力が第１所定値より大きい第２所定値を超えた場合、一次室と外部を連通させる連通手段と、
を有することを特徴とするリリーフ弁。
【請求項２】
請求項１に記載のリリーフ弁において、
連通手段は、
ハウジングと弁本体の間に形成され、一次室と外部を連通する外部連通路と、
外部連通路を封止する封止部材と、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ハウジングに対して弁本体をスライドさせるスライド機構と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、弁本体がハウジングに対してスライドすることにより封止部材と弁本体またはハウジングとの間に隙間が形成され、一次室と外部が連通する、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項３】
請求項２に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、弁本体が所定の距離をスライドした場合、弁本体のスライドを規制する規制部を有する、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項４】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、
弁本体をハウジングに固定する固定部と、
弁本体またはハウジングに設けられ、固定部を係止する係止部と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部は係止部から外れ弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項５】
請求項４に記載のリリーフ弁において、
固定部は、弁本体またはハウジングの一方に形成された長穴であって、弁本体がスライドする方向に形成された長穴を貫通して、弁本体またはハウジングの他方に螺合するネジ部材であり、
係止部は、前記長穴の開口部を絞るように形成された突起部であり、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、ネジ部材が突起部を変形させることで、ネジ部材が前記長穴の延びる方向に沿って移動可能になる、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項６】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、弁本体をハウジングに固定する固定部を有し、
固定部は、弁本体またはハウジングの一方に連結され、弁本体またはハウジングの他方の接触面に接触するように設けられ、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、固定部と前記接触面の間には最大静止摩擦力を超える力が働いて弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１つに記載のリリーフ弁において、
規制部により弁本体のスライドを規制されたとき、弁本体の少なくとも一部がハウジングから突出することを特徴とするリリーフ弁。
【請求項８】
請求項３に記載のリリーフ弁において、
スライド機構は、さらに、
封止部材より弁本体のスライド側に位置し、弁本体をハウジングに固定する固定部と、
固定部と封止部材との間に、弁本体の筒部の一部になるように設けられ、所定の力が加わると塑性変形する塑性変形部と、
を有し、
一次室の流体圧力が第２所定値を超えた場合、塑性変形部が弁体のスライド方向において縮むように変形し、塑性変形部より封止部材側にある弁本体がスライドする、
ことを特徴とするリリーフ弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２７６０７３（Ｐ２０１０−２７６０７３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７４４７（Ｐ２００９−１２７４４７）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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