双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置、及びそれを備える高圧ガス充填・出力システム
【課題】 ノーマル状態において流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止できる双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置を提供する。
【解決手段】 弁装置１６は、ハウジング３１を備えており、このハウジング３１内には、シート部材３２と、主弁体３３と、電磁ソレノイド３５と、逆止用弁体３６が設けられている。また、主弁体３３は、電磁ソレノイド３５の駆動力により開位置へと移動して弁通路３８を開き、流入ポート３１ａ側のガスによって閉位置に押されてシート部材３２に着座して弁通路３８を閉じるようになっている。逆止用弁体３６は、シート部材３２に着座する遮断位置と、前記シート部材３２から離れる許容位置との間で移動可能になっており、流出ポート３１ｂ側のガスから遮断位置に向かって押されて弁通路３８を閉じるようになっている。
【解決手段】 弁装置１６は、ハウジング３１を備えており、このハウジング３１内には、シート部材３２と、主弁体３３と、電磁ソレノイド３５と、逆止用弁体３６が設けられている。また、主弁体３３は、電磁ソレノイド３５の駆動力により開位置へと移動して弁通路３８を開き、流入ポート３１ａ側のガスによって閉位置に押されてシート部材３２に着座して弁通路３８を閉じるようになっている。逆止用弁体３６は、シート部材３２に着座する遮断位置と、前記シート部材３２から離れる許容位置との間で移動可能になっており、流出ポート３１ｂ側のガスから遮断位置に向かって押されて弁通路３８を閉じるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体駆動手段の駆動力が主弁体に作用していないノーマル状態で弁通路が閉じられているノーマルクローズ形ガス用弁装置、及びそれを備える高圧ガス充填・出力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンクには、タンクへの高圧ガスの充填、及びタンク内の高圧ガスの出力を可能にするべく高圧ガス充填・出力システムが設けられている。このような高圧ガス充填・出力システムとして、例えば特許文献１に記載のシステムが採用されている。特許文献１に記載のシステムは、高圧タンクに接続されている出力ラインと充填ラインとを備えている。出力ラインには、高圧タンク側から順に出力側フィルタ及び電磁開閉弁が介在しており、また充填ラインには、高圧タンク側から順に逆止弁及び充填側フィルタが介在している。出力ライン及び充填ラインは、高圧配管の本数を低減すべく互いに合流させて、外部接続ポートを１つにしている。このようなシステムでは、例えば特許文献２に記載の電磁開閉弁が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８１６５号公報
【特許文献２】特開２００５−８３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムでは、電磁弁によって出力ラインを開くと、高圧タンク内の高圧ガスが出力ラインを通って外部接続ポートから出力される。また、電磁弁によって出力ラインを閉じた状態で外部接続ポートから高圧ガスが注入されると、高圧ガスが充填ラインを通って高圧タンク内に充填されるようになっている。充填する際、外部接続ポートから入れられた高圧ガスは、充填ラインだけでなく出力ラインにも流れる。
【０００５】
このようなシステムにおいて採用される特許文献２に記載の電磁開閉弁は、弁体が軸線方向に動くパイロット直動形構造を採用している。しかし、パイロット直動形構造では、弁通路を開く方向に出力側のガスの圧力を弁体が受けているため、出力時に高圧ガスを出力させる流出ポートに高圧ガス充填時のように高圧タンクの内圧より高い圧力を有する高圧ガスが導かれた時、高圧ガスにより弁体が持ち上げられて弁通路が強制的に開かれる。それ故、充填時に流入ポートへと高圧ガスが流れると、その高圧ガスが出力側フィルタを通って高圧タンクへと逆流する。逆流することで、出力時に出力側フィルタに捕捉されたコンタミ（異物）が離脱し、離脱することによりフィルタエレメントが損傷する。また、フィルタエレメントの損傷により、新たなコンタミが発生する。
【０００６】
そこで本発明は、ノーマル状態において、流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止できる双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、ガスが流入する流入ポートとガスを流出させる流出ポートと、前記流入ポートと前記流出ポートとを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられるシート部材と、前記シート部材に着座して前記弁通路の上流側を閉じる閉位置と前記シート部材から離れて前記弁通路を開く開位置との間で移動可能に前記ハウジング内に設けられ、前記流入ポート側のガスから前記閉位置に向かう方向への作用力を受けている主弁体と、電流又は電圧を印加すると前記閉位置に向かう方向への作用力に抗する駆動力を前記主弁体に与えて前記主弁体を前記開位置へと移動させる弁体駆動手段と、前記シート部材に着座して流入ポートと流出ポートとの間を遮断する遮断位置と前記シート部材から離れて流入ポートから流出ポートへのガスの流れを許容する許容位置との間で移動可能にハウジング内に設けられ、前記弁通路の上流側から流れるガスから前記許容位置に向かう方向の押圧力を受け、且つ前記流出ポート側のガスから前記遮断位置に向かう方向の押圧力を受ける逆止用弁体と、前記遮断位置に向かう方向に付勢力を前記逆止用弁体に与える付勢部材とを備えるものである。
【０００８】
本発明に従えば、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加すると主弁体が開位置へ移動し弁通路が開かれ、流入ポートのガスが逆止用弁体の方へと導かれる。そうすると、逆止用弁体は、流入ポートからのガスから許容位置に向かう方向の押圧力を受けて許容位置に移動する。これにより、流入ポートから流出ポートにガスを流すことができる。
【０００９】
他方、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加しないノーマル状態では、主弁体により弁通路が閉じられており、流入ポートから流出ポートへのガスの流れが阻止されている。また、本発明では、流出ポートに高圧ガスが導かれると、逆止用弁体が遮断位置に向かう方向の押圧力をそのガスから受けて遮断位置へと移動する。これにより、流出ポートに導かれた高圧ガスが弁通路を通って流入ポートへと高圧ガスが逆流することを防ぐことができる。これにより、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加すると流入ポートから流出ポートへとガスを流すことができ、且つ電流又は電圧を遮断すると流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止することができる。
【００１０】
更に、主弁体と逆止用弁体とがシート部材を共有しているので、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の小型化を図ることができる。また、弁通路において主弁体と逆止用弁体との間を短くすることができる。これにより、弁通路の圧力損失を低減することができると共に、主弁体の開閉動作に対する逆止用弁体の応答性を向上させることができる。つまり、本発明は、コンパクトな構成でありながら、弁体駆動手段を操作しない限り、双方向のガスの流れ（流入ポートから流出ポートへのガスの流れ、及び、流出ポートから流入ポートへのガスの流れ）を遮断することができる構成となっている。
【００１１】
上記発明において、前記ハウジングは、前記ガスを貯蔵するタンクの開口部に設けられるバルブブロックであることが好ましい。
【００１２】
上記構成に従えば、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の少なくとも一部分をタンク内に配置することができ、タンク及び双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の全長を短くして小形化を図ることができる。
【００１３】
上記発明の高圧ガス充填・出力システムは、前述する双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置と、高圧ガスが充填されるタンクと外部接続ポートとに接続される出力ラインと、前記タンクとに接続され、前記出力ラインと合流している充填ラインと、前記充填ラインに介在し、前記タンク内へと流入する高圧ガスの流れを許容し、前記タンク内から流出する高圧ガスの流れを止める充填側逆止弁と、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点より前記タンク側に介在し、高圧ガスに含まれる異物を捕捉するフィルタとを備え、前記双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点と前記フィルタとの間に介在し、前記流入ポートを前記タンク側に位置させ、且つ前記流出ポートを前記外部接続ポート側に位置させているものである。
【００１４】
上記発明に従えば、開閉弁により出力ラインを開くと、タンクに充填された高圧ガスがフィルタ及び出力側逆止弁を通り、外部接続ポートを介して出力することができる。この際、高圧ガスがフィルタを通っているので、高圧ガスに含まれる異物をフィルタによって捕捉させることができる。
【００１５】
また、本発明では、外部接続ポートに高圧ガスを注入すると、注入された高圧ガスを充填側逆止弁を通してタンクに導くことができ、高圧タンクにガスを充填することができる。他方、出力ラインでは、タンク内へ流入する高圧ガスの流れが出力側逆止弁により止められているので、高圧ガスが出力ラインを逆流してフィルタに達することを防ぐことができる。これにより、出力時にフィルタに捕捉された異物がタンク側へと戻ることを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置を備える高圧ガス充填・出力システムを示す回路図である。
【図２】図１の双方向ノーマルクローズ形弁装置を示す断面図である。
【図３】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置の主弁体周辺を示す断面図である。
【図４】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置のパイロット弁体周辺を示す断面図である。
【図５】更に別の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置のパイロット弁体周辺を示す断面図である。
【図６】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置の逆止用弁体周辺を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る高圧ガス充填・出力システム（以下、単に「システム」ともいう）１について説明する。なお、実施形態における上下等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、システム１および弁装置１６の構造に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明するシステム１および弁装置１６の構造は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【００１９】
［第１実施形態］
システム１は、例えば圧縮天然ガス自動車、水素ガス自動車、及び燃料電池車等の車両に備わっている。圧縮天然ガス自動車及び水素ガス自動車は、ガスエンジンを有しており、このガスエンジンにて燃料ガス（圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素ガス等）を燃焼することによって駆動力を得て駆動輪を動かすようになっている。また、燃料電池自動車は、燃料電池スタックを有しており、この燃料電池スタックでは、燃料ガスを消費して発電し、発電した電力をモータに与えて駆動力を発生させるようになっている。ガスエンジンや燃料電池スタック等のように燃料ガスを消費して駆動力を発生させる燃料ガス消費器（図示せず）は、システム１を介して高圧タンク２に接続されている。高圧タンク２は、例えば３５〜７０ＭＰａ、又はそれ以上の高圧の燃料ガスを貯蔵することができるようになっており、システム１は、高圧タンク２に高圧ガスを充填し、またそこに貯蔵されている燃料ガスを燃料ガス消費器に出力するようになっている。以下では、システム１の構成について説明する。
【００２０】
＜高圧ガス充填・出力システム＞
システム１は、図１に示すように、バルブブロック１１を備えており、このバルブブロック１１には、充填側逆止弁１２と、出力側フィルタ１３と、双方向ノーマルクローズ形弁装置（以下、単に「弁装置」ともいう）１６とが形成されている。バルブブロック１１は、高圧タンク２の開口部に螺合されており、そこには高圧ガスを充填するための充填口と燃料ガス消費器とに繋がる外部接続ポート２０が形成されている。また、バルブブロック１１の内部には、この外部接続ポート２０と高圧タンク２内とを繋ぐ出力ライン２１が形成され、更にこの出力ライン２１とは別に充填ライン２２がバルブブロック１１の内部に形成されている。充填ライン２２の一端は、高圧タンク２内と接続され、また他端が出力ライン２１に合流している。これにより、充填ライン２２は、出力ライン２１を介して外部接続ポート２０に接続されている。
【００２１】
このように構成される充填ライン２２には、充填側逆止弁１２が介在している。充填側逆止弁１２は、充填ライン２２と出力ライン２１との合流点２３から充填ライン２２を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり高圧タンク２から充填ライン２２を通って合流点２３に流れる高圧ガスの流れを阻止するようになっている。他方、出力ライン２１には、合流点２３より高圧タンク２側に出力側フィルタ１３が介在している。
【００２２】
出力側フィルタ１３は、スポンジ状又は網目状に構成されており、高圧ガスに含まれるコンタミ（異物）を捕捉するようになっている。なお、この出力側フィルタ１３と同様に、合流点２３から充填ライン２２を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉するための充填側フィルタを合流点２３と充填側逆止弁１２との間に設けてもよい。また、出力ライン２１において、出力側フィルタ１３と合流点２３との間には、弁装置１６が介在している。
【００２３】
弁装置１６は、電磁弁１４と出力側逆止弁１５とが一体的に構成された弁装置である。この電磁弁１４は、電流（又は電圧）の印加の有無に応じて出力ライン２１を開閉するようになっている。また、出力側逆止弁１５は、高圧タンク２から出力ライン２１を通って外部接続ポート２０に流れる高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり外部接続ポート２０から出力ライン２１を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスの流れを阻止するようになっている。この弁装置１６によりシステム１の小形化を図ることができる。また、電磁弁１４と出力側逆止弁１５とを繋ぐ通路（後述する弁孔３２aに相当）を短くすることができ、出力ライン２１の圧力損失を低減し、また電磁弁１４の開閉動作に対する出力側逆止弁１５の応答性を向上させることができる。以下では、弁装置１６の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００２４】
＜双方向ノーマルクローズ形弁装置＞
弁装置１６は、ハウジング３１と、シート部材３２と、主弁体３３と、パイロット弁体３４と、電磁ソレノイド３５と、逆止用弁体３６と、逆止弁側ばね部材３７とを備えている。弁装置１６では、ハウジング３１と、シート部材３２と、主弁体３３と、パイロット弁体３４と、電磁ソレノイド３５によって電磁弁１４が構成され、ハウジング３１と、シート部材３２と、逆止用弁体３６と、逆止弁側ばね部材３７によって出力側逆止弁１５が構成されている。つまり、出力側逆止弁１５は、シート部材３２を電磁弁１４と共用することで電磁弁１４に組みつけられている。以下では、まず、電磁弁１４の構成及び動作について説明する。
【００２５】
＜電磁弁＞
電磁弁１４に備わるハウジング３１は、バルブブロック１１の一部であり、流入ポート３１ａと流出ポート３１ｂとが形成されている。流入ポート３１ａは、高圧タンク２内に繋がり、また流出ポート３１ｂは、合流点２３を介して外部接続ポート２０に繋がっている。また、ハウジング３１には、軸線Ｌ１に沿って延在する弁体孔３１ｃが形成されており、２つのポート３１ａ，３１ｂは、流入通路３１ｄ及び流出通路３１ｅを介して弁体孔３１ｃに夫々繋がっている。
【００２６】
弁体孔３１ｃは、大略断面円形状に形成されており、この弁体孔３１ｃを規定するハウジング３１の内周部の中間部分には、シート部材３２がシールされた状態で嵌合されている。また、前記中間部分には、段差３１ｆが形成されており、この段差３１ｆにより弁体孔３１ｃの開口側部分（図２の上側部分）の孔径がその底側部分（図２の下側部分）の孔径に比べて大きくなっている。シート部材３２は、この段差３１ｆの上側に位置してその下端を段差３１ｆに当接させて支持させている。このように支持されているシート部材３２は、大略円筒状に形成なっており、その軸線に沿って延在する弁孔３２ａを有している。シート部材３２の一端部には、弁孔３２ａの一方の開口を外囲する円環状の突起片４１が形成されており、この突起片４１に対向するように弁体孔３１ｃのシート部材３２より上側に主弁体３３が挿入されている。
【００２７】
主弁体３３は、大略有底円筒状に形成されており、その底部を突起片４１に着座させて弁孔３２ａを塞ぐ閉位置と、突起片４１から離れて弁孔３２ａを開く開位置との間で軸線方向に移動可能にハウジング３１内に設けられている。また、主弁体３３は、その底部側の外周部が開口端側の外周部より小径になっており、その外周部とハウジング３１の内周部との間には、円環状の弁空間４３が形成されている。この弁空間４３は、流入通路３１ｄと繋がっており、また主弁体３３が開位置に位置する際、突起片４１と主弁体３３の底部との間に形成されるオリフィス（図示せず）を介して弁孔３２ａと繋がるようになっている。なお、弁孔３２ａ、弁空間４３、及び流入通路３１ｄによって弁通路３８の電磁弁側部分が構成されている。
【００２８】
また、主弁体３３の基端側部分の外周部には、その軸線方向に延在する溝（図示せず）が形成されており、この溝によって弁空間４３が主弁体３３内にある内孔３３ｂに繋がっている。更に、主弁体３３の底部には、連通路３３ａが形成されている。連通路３３ａは、主弁体３３の内外を連通するように主弁体３３の軸線に沿って延在しており、この連通路３３ａによって、主弁体３３が閉位置に位置する際であっても主弁体３３の内孔３３ｂが弁孔３２ａに接続できるようになっている。また、主弁体３３の内孔３３ｂには、パイロット弁体３４の先端側部分が軸線方向に相対移動可能に挿入されている。
【００２９】
パイロット弁体３４は、大略円筒状に形成されており、その先端にテーパ部３４ａを有している。テーパ部３４ａは、主弁体３３に向かって突起するテーパ状になっており、連通路３３ａの内側の開口（つまり、上側の開口）の周りに形成されている座部３３ｃに着座して連通路３３ａを閉じるようになっている。また、パイロット弁体３４の先端側部分には、その半径方向に延在する貫通孔３４ｂが形成されており、この貫通孔３４ｂには、連結ピン４４が挿通されている。連結ピン４４は、パイロット弁体３４の半径方向に延在しており、その両端部が主弁体３３に嵌合されて固定されている。これにより、主弁体３３とパイロット弁体３４とは、連結ピン４４によって連結されている。
【００３０】
また、連結ピン４４は、貫通孔３４ｂよりも小径に形成されており、パイロット弁体３４は、主弁体３３に対して軸線方向に相対移動することができるようになっている。これにより、パイロット弁体３４が主弁体３３に対して上側に相対移動して、テーパ部３４ａが座部３３ｃから離脱して連通路３３ａが開くようになっている。このように構成されているパイロット弁体３４の残余部は、先端側部分より大径に形成されており、その基端側部分がハウジング３１からとび出ている。そして、このとび出た基端側部分の外周部には、電磁ソレノイド３５が外装されている。
【００３１】
弁体駆動手段である電磁ソレノイド３５は、パイロット弁体３４に励磁力（駆動力）を与えて、パイロット弁体３４を開位置方向（図２の上方向）に引張るようになっており、ハウジング３１に固定されている。更に詳細に説明すると、電磁ソレノイド３５は、ソレノイドケース５１と、ボビン５２と、コイル線５３と、ガイド部材５４と、固定磁極５５とを備えている。ソレノイドケース５１は、大略円筒状に形成されており、その一方の開口が弁体孔３１ｃに繋がるようにハウジング３１に固定されている。また、ソレノイドケース５１の両側の開口部には、その半径方向内方に延在する内向きフランジ５１ａ，５１ｂが周方向全周にわたって形成されている。この内向きフランジ５１ａ，５１ｂの間には、大略円筒状のコイル収納空間５１ｃが形成されており、このコイル収納空間５１ｃにボビン５２が収納されている。ボビン５２は、大略円筒状に形成されており、その外周面には、コイル線５３が巻き付けられている。コイル線５３は、図示しない制御器に電気的に接続されている。また、ボビン５２の内周部には、パイロット弁体３４の基端部分が内挿されており、このパイロット弁体３４の基端部分とボビン５２の内周部との間には、ガイド部材５４が介在している。
【００３２】
ガイド部材５４は、大略円筒状の部材である。ガイド部材５４の一端側は、ソレノイドケース５１の一方の開口部からとび出して弁体孔３１ｃまで延在しており、その中に挿入されているパイロット弁体３４は、このガイド部材５４内を軸線方向に移動できるようになっている。また、ソレノイドケース５１の他方の開口部には、固定磁極５５が嵌挿されている。固定磁極５５は、磁性材料から成る大略円板状の部材であり、ソレノイドケース５１の他方の開口を塞ぐように他方の開口部に固定されている。この固定磁極５５は、パイロット弁体３４の基端と対向しており、パイロット弁体３４と固定磁極５５との間には、電磁弁側ばね部材５６が介在している。電磁弁側ばね部材５６は、パイロット弁体３４を介して主弁体３３を閉位置方向に付勢している。
【００３３】
このように構成される電磁弁１４は、制御器によりコイル線５３に電流を印加すると、パイロット弁体３４が励磁されて固定磁極５５に吸引され、上側（つまり、固定磁極５５側）に移動する。即ち、コイル線５３に電流を印加することで、電磁弁側ばね部材５６の付勢力に抗した励磁力を発生させて、パイロット弁体３４を固定磁極５５側に移動する。この際、主弁体３３の内孔３３ｂの内圧に対して弁孔３２ａの内圧が低く、主弁体３３は圧力により突起片４１に押し付けられているため、主弁体３３に対して相対移動可能なパイロット弁体３４だけが固定磁極５５側へと移動する。移動することで、パイロット弁体３４のテーパ部３４ａが座部３３ｃから離れて連通路３３ａが開く。これにより、弁空間４３、主弁体３３の外周部の溝、主弁体３３の内孔３３ｂ及び連通路３３ａを介して流入通路３１ｄと弁孔３２ａとが繋がり、弁孔３２ａに高圧タンク２からの高圧ガスが導かれてそこの内圧が上昇する。
【００３４】
パイロット弁体３４が固定磁極５５側に更に移動すると、パイロット弁体３４が連結ピン４４に当り、この連結ピン４４を介して主弁体３３を開位置方向へと引張る。この際、弁孔３２ａの内圧が上昇してるため、小さな励磁力により主弁体３３を引張ることができる。開位置方向に引張られることで、主弁体３３が突起片４１から離れて弁孔３２ａの一方の開口が開かれる、つまり弁通路３８の電磁弁側部分が開かれる。これにより、流入ポート３１ａを介して高圧タンク２から導かれている高圧ガスが流入通路３１ｄ及び弁空間４３を通って弁孔３２ａへと流れる。
【００３５】
他方、コイル線５３に印加する電流を止めると、電磁弁側ばね部材５６によって付勢されているため、パイロット弁体３４が下側（つまり、シート部材３２側）に移動し、それに伴って主弁体３３が閉位置方向に移動する。やがて主弁体３３が突起片４１に着座し、またパイロット弁体３４が座部３３ｃに着座し、弁孔３２ａの一方の開口及び連通路３３ａが閉じられる。つまり、弁通路３８の電磁弁側部分が閉じられる。このように、弁孔３２ａの一方の開口は、電磁ソレノイド３５への電流の印加の有無に応じて開閉されるようになっている。このように開閉される一方の開口とは反対側にある弁孔３２ａの他方の開口付近には、出力側逆止弁１５が設けられており、この出力側逆止弁１５の逆止用弁体３６によって弁孔３２ａの他方の開口を塞ぐことができるようになっている。以下では、出力側逆止弁１５の構成及び動作について詳述する。
【００３６】
＜出力側逆止弁＞
出力側逆止弁１５の逆止用弁体３６は、大略的に有底筒状になっており、底部の側面部分がテーパ状になっている。弁孔３２ａの他方の開口の周りには、弁座３２ｂが形成されており、逆止用弁体３６の底部３６ａは、その側面部分を弁座３２ｂに着座させて弁孔３２ａの他方の開口を塞ぐ遮断位置と弁座３２ｂから離れて弁孔３２ａを開く許容位置との間を移動できるように弁体孔３１ｃに挿入されてハウジング３１内に設けられている。
【００３７】
また、逆止用弁体３６の底部側部分は、開口端側の部分より小径に形成されており、底部側部分の周りには、円筒状の弁空間６１が形成されている。この弁空間６１は、逆止用弁体３６が許容位置に位置する際に弁孔３２ａに繋がるようになっている。また、弁空間６１は、逆止用弁体３６内部に形成される連通路６２に繋がっており、この連通路６２は、逆止用弁体３６の内孔３６ｂに繋がっている。内孔３６ｂは、弁体孔３１ｃを介して流出通路３１ｅに繋がっている。つまり、弁空間６１は、連通路６２及び内孔３６ｂを介して流出通路３１ｅに繋がっており、弁孔３２ａと、弁空間６１と、連通路６２と、内孔３６ｂと、流出通路３１ｅとによって弁通路３８の逆止弁側部分が構成されている。また、逆止用弁体３６の内孔３６ｂには、逆止弁側ばね部材３７が収容されている。付勢部材である逆止弁側ばね部材３７は、逆止用弁体３６を遮断位置に向かって付勢している。
【００３８】
このように構成されている出力側逆止弁１５は、逆止弁側ばね部材３７の付勢力に抗する作用力をシート部材３２の弁孔３２ａに導かれる高圧ガス（弁通路３８の上流側のガス）から受けるようになっている。そのため、弁孔３２ａの内圧が上昇して前記作用力が逆止弁側ばね部材３７の付勢力より大きくなると、逆止用弁体３６が弁座３２ｂから離れて許容位置に移動して弁孔３２ａの他方の開口が開く、つまり弁通路３８の逆止弁側部分が開く。これにより、弁孔３２ａに導かれた高圧ガスが弁空間６１及び内孔３６ｂを通って流出通路３１ｅに導かれる。つまり、電磁弁１４に電流を印加することで弁通路３８全体が開かれ、高圧タンク２の高圧ガスが弁通路３８を通って外部接続ポート２０に導かれる。
【００３９】
また、高圧ガスを充填する際、高圧ガスが外部接続ポート２０から流出通路３１ｅに導かれて内孔３６ｂの内圧が弁孔３２ａの内圧より高くなる。この内孔３６ｂの内圧は、遮断位置に向かう方向の作用力を逆止用弁体３６に与えており、内孔３６ｂの内圧が弁孔３２ａの内圧より高くなると、逆止用弁体３６が遮断位置に移動し、弁座３２ｂに着座して弁孔３２ａを閉じるようになっている。それ故、充填時に流出通路３１ｅに導かれた高圧ガスが弁孔３２ａへ逆流することを防ぐことができ、逆流した高圧ガスが更に主弁体３３を開位置へと押して弁通路３８を開いて流入ポート３１ａに逆流するということを防ぐことができる。つまり、充填時に高圧ガスが出力ライン２１を逆流することを防ぐことができる。
【００４０】
このように弁装置１６は、電磁ソレノイド３５に電流が印加されていないノーマル状態において、流入ポート３１ａから流出ポート３１ｂへの方向及び流出ポート３１ｂから流入ポート３１ａへの方向の双方向の流れを阻止することができる。他方、電磁ソレノイド３５に電流が印加されると、弁装置１６は、流入ポート３１ａから流出ポート３１ｂへの方向の流れを許容し、流出ポート３１ｂから流入ポート３１ａへの方向の逆流を阻止するようになっている。このような弁装置１６を用いたシステム１では、以下のように動作する。
【００４１】
＜高圧ガス充填・出力システムの動作について＞
システム１では、制御器が電磁弁１４に電流を印加することで弁装置１６の弁通路３８が開かれる。これにより、出力ライン２１における弁装置１６の前後が繋がり、出力ライン２１が開く。出力ライン２１が開くことで高圧タンク２に貯蔵された高圧ガスは、出力側フィルタ１３を通って外部接続ポート２０に導かれ、更にこの外部接続ポート２０を介して燃料消費器へと出力されて燃料消費器で消費される。このように、高圧ガスを出力側フィルタ１３に通すことで高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉し、コンタミが燃料消費器まで達することを防ぐことができる。なお、充填ライン２２には充填側逆止弁１２が介在しているので、充填ライン２２から高圧ガスが出力されないようになっている。
【００４２】
他方、充填口に高圧ガスが供給されると、その高圧ガスが外部接続ポート２０を介して充填ライン２２及び出力ライン２１に導かれる。充填ライン２２に導かれた高圧ガスは、充填側逆止弁１２を作動させて充填ライン２２を開き、高圧タンク２に流れる。これにより、高圧タンク２に高圧ガスが充填される。他方、出力ライン２１に導かれる高圧ガスは、出力側逆止弁１５の流出ポート３１ｂに導かれ、逆止用弁体３６を遮断位置に保持する。これにより、電磁弁１４の手前で弁通路３８を閉じることができ、充填時に高圧ガスが電磁弁１４に逆流することを防ぐことができる。つまり、充填時に電磁弁１４の出力側である弁孔３２ａが高圧になって主弁体３３を強制的に移動させられることを防ぐことができ、電磁弁１４の耐用年数を向上させることができる。
【００４３】
また、弁通路３８が閉じられることにより出力ライン２１が閉じられ、出力ライン２１を高圧タンク２の方へと逆流する高圧ガスの流れを阻止することができる。これにより、高圧ガスが出力ライン２１を逆流して出力側フィルタ１３に達し、出力側フィルタ１３に捕捉されたコンタミが脱落してタンク側へと戻ることを抑えることができる。これにより、捕捉されたコンタミの脱落によって出力側フィルタ１３が損傷して更なるコンタミが生じることや、脱落して新たに生じたコンタミによって高圧タンク２が損傷することを抑えることができる。
【００４４】
［その他の実施形態］
弁装置１６は、前述するような形状に限定されず、図３乃至図６に示すような形状であってもよい。即ち、弁装置１６は、図３に示すように主弁体３３Ａの先端部がテーパ状に形成され、その先端部がシート部材３２Ａの弁孔３２ａの開口端部に部分的に嵌って着座することで主弁体３３Ａが弁孔３２ａを塞ぐように構成されていてもよい。また、図４に示すように、弁装置１６は、連通路３３ａのパイロット弁体３４Ｂ側の開口の周りに突起片３３ｄが形成され、この突起片３３ｄにパイロット弁体３４Ｂが着座するように構成されていてもよい。図５に示すように、弁装置１６は、パイロット弁体３４Ｃのテーパ部の外径が連通路３３ａの孔径より大径に形成され、パイロット弁体３４Ｃが連通路３３ａの開口の周りに着座するように構成されていてもよい。また、弁装置１６は、図６に示すようにシート部材３２Ｄにおいて弁孔３２ａの逆止用弁体３６Ｄ側の開口の周りに突起片４１Ｄが形成され、この突起片４１Ｃに逆止用弁体３６Ｄの底部３６ａが着座して弁孔３２ａを塞ぐように構成されていてもよい。
【００４５】
システム１では、電磁ソレノイド３５によって弁体３３を駆動させる電磁弁１４が採用されているが、弁体３３を駆動させるアクチュエータは電磁ソレノイド３５に限られない。例えば、フォースモータであってもよく、また電圧を印加すると駆動力を発生する圧電アクチュエータであってもよく、弁体３３をその軸線方向に直動可能なアクチュエータであればよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ システム
２ 高圧タンク（タンク）
１１ バルブブロック
１２ 充填側逆止弁
１３ 出力側フィルタ（フィルタ）
１６ 弁装置
２０ 外部接続ポート
２１ 出力ライン
２２ 充填ライン
２３ 合流点
３１ ハウジング
３１ａ 流入ポート
３１ｂ 流出ポート
３２，３２Ａ，３２Ｄ シート部材
３３，３３Ａ 主弁体
３５ 電磁ソレノイド
３６ 逆止用弁体
３７ 逆止弁側ばね部材
３８ 弁通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体駆動手段の駆動力が主弁体に作用していないノーマル状態で弁通路が閉じられているノーマルクローズ形ガス用弁装置、及びそれを備える高圧ガス充填・出力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンクには、タンクへの高圧ガスの充填、及びタンク内の高圧ガスの出力を可能にするべく高圧ガス充填・出力システムが設けられている。このような高圧ガス充填・出力システムとして、例えば特許文献１に記載のシステムが採用されている。特許文献１に記載のシステムは、高圧タンクに接続されている出力ラインと充填ラインとを備えている。出力ラインには、高圧タンク側から順に出力側フィルタ及び電磁開閉弁が介在しており、また充填ラインには、高圧タンク側から順に逆止弁及び充填側フィルタが介在している。出力ライン及び充填ラインは、高圧配管の本数を低減すべく互いに合流させて、外部接続ポートを１つにしている。このようなシステムでは、例えば特許文献２に記載の電磁開閉弁が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８１６５号公報
【特許文献２】特開２００５−８３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムでは、電磁弁によって出力ラインを開くと、高圧タンク内の高圧ガスが出力ラインを通って外部接続ポートから出力される。また、電磁弁によって出力ラインを閉じた状態で外部接続ポートから高圧ガスが注入されると、高圧ガスが充填ラインを通って高圧タンク内に充填されるようになっている。充填する際、外部接続ポートから入れられた高圧ガスは、充填ラインだけでなく出力ラインにも流れる。
【０００５】
このようなシステムにおいて採用される特許文献２に記載の電磁開閉弁は、弁体が軸線方向に動くパイロット直動形構造を採用している。しかし、パイロット直動形構造では、弁通路を開く方向に出力側のガスの圧力を弁体が受けているため、出力時に高圧ガスを出力させる流出ポートに高圧ガス充填時のように高圧タンクの内圧より高い圧力を有する高圧ガスが導かれた時、高圧ガスにより弁体が持ち上げられて弁通路が強制的に開かれる。それ故、充填時に流入ポートへと高圧ガスが流れると、その高圧ガスが出力側フィルタを通って高圧タンクへと逆流する。逆流することで、出力時に出力側フィルタに捕捉されたコンタミ（異物）が離脱し、離脱することによりフィルタエレメントが損傷する。また、フィルタエレメントの損傷により、新たなコンタミが発生する。
【０００６】
そこで本発明は、ノーマル状態において、流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止できる双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、ガスが流入する流入ポートとガスを流出させる流出ポートと、前記流入ポートと前記流出ポートとを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられるシート部材と、前記シート部材に着座して前記弁通路の上流側を閉じる閉位置と前記シート部材から離れて前記弁通路を開く開位置との間で移動可能に前記ハウジング内に設けられ、前記流入ポート側のガスから前記閉位置に向かう方向への作用力を受けている主弁体と、電流又は電圧を印加すると前記閉位置に向かう方向への作用力に抗する駆動力を前記主弁体に与えて前記主弁体を前記開位置へと移動させる弁体駆動手段と、前記シート部材に着座して流入ポートと流出ポートとの間を遮断する遮断位置と前記シート部材から離れて流入ポートから流出ポートへのガスの流れを許容する許容位置との間で移動可能にハウジング内に設けられ、前記弁通路の上流側から流れるガスから前記許容位置に向かう方向の押圧力を受け、且つ前記流出ポート側のガスから前記遮断位置に向かう方向の押圧力を受ける逆止用弁体と、前記遮断位置に向かう方向に付勢力を前記逆止用弁体に与える付勢部材とを備えるものである。
【０００８】
本発明に従えば、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加すると主弁体が開位置へ移動し弁通路が開かれ、流入ポートのガスが逆止用弁体の方へと導かれる。そうすると、逆止用弁体は、流入ポートからのガスから許容位置に向かう方向の押圧力を受けて許容位置に移動する。これにより、流入ポートから流出ポートにガスを流すことができる。
【０００９】
他方、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加しないノーマル状態では、主弁体により弁通路が閉じられており、流入ポートから流出ポートへのガスの流れが阻止されている。また、本発明では、流出ポートに高圧ガスが導かれると、逆止用弁体が遮断位置に向かう方向の押圧力をそのガスから受けて遮断位置へと移動する。これにより、流出ポートに導かれた高圧ガスが弁通路を通って流入ポートへと高圧ガスが逆流することを防ぐことができる。これにより、電流又は電圧を弁体駆動手段に印加すると流入ポートから流出ポートへとガスを流すことができ、且つ電流又は電圧を遮断すると流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止することができる。
【００１０】
更に、主弁体と逆止用弁体とがシート部材を共有しているので、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の小型化を図ることができる。また、弁通路において主弁体と逆止用弁体との間を短くすることができる。これにより、弁通路の圧力損失を低減することができると共に、主弁体の開閉動作に対する逆止用弁体の応答性を向上させることができる。つまり、本発明は、コンパクトな構成でありながら、弁体駆動手段を操作しない限り、双方向のガスの流れ（流入ポートから流出ポートへのガスの流れ、及び、流出ポートから流入ポートへのガスの流れ）を遮断することができる構成となっている。
【００１１】
上記発明において、前記ハウジングは、前記ガスを貯蔵するタンクの開口部に設けられるバルブブロックであることが好ましい。
【００１２】
上記構成に従えば、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の少なくとも一部分をタンク内に配置することができ、タンク及び双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置の全長を短くして小形化を図ることができる。
【００１３】
上記発明の高圧ガス充填・出力システムは、前述する双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置と、高圧ガスが充填されるタンクと外部接続ポートとに接続される出力ラインと、前記タンクとに接続され、前記出力ラインと合流している充填ラインと、前記充填ラインに介在し、前記タンク内へと流入する高圧ガスの流れを許容し、前記タンク内から流出する高圧ガスの流れを止める充填側逆止弁と、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点より前記タンク側に介在し、高圧ガスに含まれる異物を捕捉するフィルタとを備え、前記双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点と前記フィルタとの間に介在し、前記流入ポートを前記タンク側に位置させ、且つ前記流出ポートを前記外部接続ポート側に位置させているものである。
【００１４】
上記発明に従えば、開閉弁により出力ラインを開くと、タンクに充填された高圧ガスがフィルタ及び出力側逆止弁を通り、外部接続ポートを介して出力することができる。この際、高圧ガスがフィルタを通っているので、高圧ガスに含まれる異物をフィルタによって捕捉させることができる。
【００１５】
また、本発明では、外部接続ポートに高圧ガスを注入すると、注入された高圧ガスを充填側逆止弁を通してタンクに導くことができ、高圧タンクにガスを充填することができる。他方、出力ラインでは、タンク内へ流入する高圧ガスの流れが出力側逆止弁により止められているので、高圧ガスが出力ラインを逆流してフィルタに達することを防ぐことができる。これにより、出力時にフィルタに捕捉された異物がタンク側へと戻ることを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流入ポートから流出ポート及び流出ポートから流入ポートの双方向の高圧ガスの流れを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置を備える高圧ガス充填・出力システムを示す回路図である。
【図２】図１の双方向ノーマルクローズ形弁装置を示す断面図である。
【図３】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置の主弁体周辺を示す断面図である。
【図４】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置のパイロット弁体周辺を示す断面図である。
【図５】更に別の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置のパイロット弁体周辺を示す断面図である。
【図６】他の実施形態に係る双方向ノーマルクローズ形弁装置の逆止用弁体周辺を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る高圧ガス充填・出力システム（以下、単に「システム」ともいう）１について説明する。なお、実施形態における上下等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、システム１および弁装置１６の構造に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明するシステム１および弁装置１６の構造は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【００１９】
［第１実施形態］
システム１は、例えば圧縮天然ガス自動車、水素ガス自動車、及び燃料電池車等の車両に備わっている。圧縮天然ガス自動車及び水素ガス自動車は、ガスエンジンを有しており、このガスエンジンにて燃料ガス（圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素ガス等）を燃焼することによって駆動力を得て駆動輪を動かすようになっている。また、燃料電池自動車は、燃料電池スタックを有しており、この燃料電池スタックでは、燃料ガスを消費して発電し、発電した電力をモータに与えて駆動力を発生させるようになっている。ガスエンジンや燃料電池スタック等のように燃料ガスを消費して駆動力を発生させる燃料ガス消費器（図示せず）は、システム１を介して高圧タンク２に接続されている。高圧タンク２は、例えば３５〜７０ＭＰａ、又はそれ以上の高圧の燃料ガスを貯蔵することができるようになっており、システム１は、高圧タンク２に高圧ガスを充填し、またそこに貯蔵されている燃料ガスを燃料ガス消費器に出力するようになっている。以下では、システム１の構成について説明する。
【００２０】
＜高圧ガス充填・出力システム＞
システム１は、図１に示すように、バルブブロック１１を備えており、このバルブブロック１１には、充填側逆止弁１２と、出力側フィルタ１３と、双方向ノーマルクローズ形弁装置（以下、単に「弁装置」ともいう）１６とが形成されている。バルブブロック１１は、高圧タンク２の開口部に螺合されており、そこには高圧ガスを充填するための充填口と燃料ガス消費器とに繋がる外部接続ポート２０が形成されている。また、バルブブロック１１の内部には、この外部接続ポート２０と高圧タンク２内とを繋ぐ出力ライン２１が形成され、更にこの出力ライン２１とは別に充填ライン２２がバルブブロック１１の内部に形成されている。充填ライン２２の一端は、高圧タンク２内と接続され、また他端が出力ライン２１に合流している。これにより、充填ライン２２は、出力ライン２１を介して外部接続ポート２０に接続されている。
【００２１】
このように構成される充填ライン２２には、充填側逆止弁１２が介在している。充填側逆止弁１２は、充填ライン２２と出力ライン２１との合流点２３から充填ライン２２を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり高圧タンク２から充填ライン２２を通って合流点２３に流れる高圧ガスの流れを阻止するようになっている。他方、出力ライン２１には、合流点２３より高圧タンク２側に出力側フィルタ１３が介在している。
【００２２】
出力側フィルタ１３は、スポンジ状又は網目状に構成されており、高圧ガスに含まれるコンタミ（異物）を捕捉するようになっている。なお、この出力側フィルタ１３と同様に、合流点２３から充填ライン２２を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉するための充填側フィルタを合流点２３と充填側逆止弁１２との間に設けてもよい。また、出力ライン２１において、出力側フィルタ１３と合流点２３との間には、弁装置１６が介在している。
【００２３】
弁装置１６は、電磁弁１４と出力側逆止弁１５とが一体的に構成された弁装置である。この電磁弁１４は、電流（又は電圧）の印加の有無に応じて出力ライン２１を開閉するようになっている。また、出力側逆止弁１５は、高圧タンク２から出力ライン２１を通って外部接続ポート２０に流れる高圧ガスの流れを許容し、その逆方向、つまり外部接続ポート２０から出力ライン２１を通って高圧タンク２に流れる高圧ガスの流れを阻止するようになっている。この弁装置１６によりシステム１の小形化を図ることができる。また、電磁弁１４と出力側逆止弁１５とを繋ぐ通路（後述する弁孔３２aに相当）を短くすることができ、出力ライン２１の圧力損失を低減し、また電磁弁１４の開閉動作に対する出力側逆止弁１５の応答性を向上させることができる。以下では、弁装置１６の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００２４】
＜双方向ノーマルクローズ形弁装置＞
弁装置１６は、ハウジング３１と、シート部材３２と、主弁体３３と、パイロット弁体３４と、電磁ソレノイド３５と、逆止用弁体３６と、逆止弁側ばね部材３７とを備えている。弁装置１６では、ハウジング３１と、シート部材３２と、主弁体３３と、パイロット弁体３４と、電磁ソレノイド３５によって電磁弁１４が構成され、ハウジング３１と、シート部材３２と、逆止用弁体３６と、逆止弁側ばね部材３７によって出力側逆止弁１５が構成されている。つまり、出力側逆止弁１５は、シート部材３２を電磁弁１４と共用することで電磁弁１４に組みつけられている。以下では、まず、電磁弁１４の構成及び動作について説明する。
【００２５】
＜電磁弁＞
電磁弁１４に備わるハウジング３１は、バルブブロック１１の一部であり、流入ポート３１ａと流出ポート３１ｂとが形成されている。流入ポート３１ａは、高圧タンク２内に繋がり、また流出ポート３１ｂは、合流点２３を介して外部接続ポート２０に繋がっている。また、ハウジング３１には、軸線Ｌ１に沿って延在する弁体孔３１ｃが形成されており、２つのポート３１ａ，３１ｂは、流入通路３１ｄ及び流出通路３１ｅを介して弁体孔３１ｃに夫々繋がっている。
【００２６】
弁体孔３１ｃは、大略断面円形状に形成されており、この弁体孔３１ｃを規定するハウジング３１の内周部の中間部分には、シート部材３２がシールされた状態で嵌合されている。また、前記中間部分には、段差３１ｆが形成されており、この段差３１ｆにより弁体孔３１ｃの開口側部分（図２の上側部分）の孔径がその底側部分（図２の下側部分）の孔径に比べて大きくなっている。シート部材３２は、この段差３１ｆの上側に位置してその下端を段差３１ｆに当接させて支持させている。このように支持されているシート部材３２は、大略円筒状に形成なっており、その軸線に沿って延在する弁孔３２ａを有している。シート部材３２の一端部には、弁孔３２ａの一方の開口を外囲する円環状の突起片４１が形成されており、この突起片４１に対向するように弁体孔３１ｃのシート部材３２より上側に主弁体３３が挿入されている。
【００２７】
主弁体３３は、大略有底円筒状に形成されており、その底部を突起片４１に着座させて弁孔３２ａを塞ぐ閉位置と、突起片４１から離れて弁孔３２ａを開く開位置との間で軸線方向に移動可能にハウジング３１内に設けられている。また、主弁体３３は、その底部側の外周部が開口端側の外周部より小径になっており、その外周部とハウジング３１の内周部との間には、円環状の弁空間４３が形成されている。この弁空間４３は、流入通路３１ｄと繋がっており、また主弁体３３が開位置に位置する際、突起片４１と主弁体３３の底部との間に形成されるオリフィス（図示せず）を介して弁孔３２ａと繋がるようになっている。なお、弁孔３２ａ、弁空間４３、及び流入通路３１ｄによって弁通路３８の電磁弁側部分が構成されている。
【００２８】
また、主弁体３３の基端側部分の外周部には、その軸線方向に延在する溝（図示せず）が形成されており、この溝によって弁空間４３が主弁体３３内にある内孔３３ｂに繋がっている。更に、主弁体３３の底部には、連通路３３ａが形成されている。連通路３３ａは、主弁体３３の内外を連通するように主弁体３３の軸線に沿って延在しており、この連通路３３ａによって、主弁体３３が閉位置に位置する際であっても主弁体３３の内孔３３ｂが弁孔３２ａに接続できるようになっている。また、主弁体３３の内孔３３ｂには、パイロット弁体３４の先端側部分が軸線方向に相対移動可能に挿入されている。
【００２９】
パイロット弁体３４は、大略円筒状に形成されており、その先端にテーパ部３４ａを有している。テーパ部３４ａは、主弁体３３に向かって突起するテーパ状になっており、連通路３３ａの内側の開口（つまり、上側の開口）の周りに形成されている座部３３ｃに着座して連通路３３ａを閉じるようになっている。また、パイロット弁体３４の先端側部分には、その半径方向に延在する貫通孔３４ｂが形成されており、この貫通孔３４ｂには、連結ピン４４が挿通されている。連結ピン４４は、パイロット弁体３４の半径方向に延在しており、その両端部が主弁体３３に嵌合されて固定されている。これにより、主弁体３３とパイロット弁体３４とは、連結ピン４４によって連結されている。
【００３０】
また、連結ピン４４は、貫通孔３４ｂよりも小径に形成されており、パイロット弁体３４は、主弁体３３に対して軸線方向に相対移動することができるようになっている。これにより、パイロット弁体３４が主弁体３３に対して上側に相対移動して、テーパ部３４ａが座部３３ｃから離脱して連通路３３ａが開くようになっている。このように構成されているパイロット弁体３４の残余部は、先端側部分より大径に形成されており、その基端側部分がハウジング３１からとび出ている。そして、このとび出た基端側部分の外周部には、電磁ソレノイド３５が外装されている。
【００３１】
弁体駆動手段である電磁ソレノイド３５は、パイロット弁体３４に励磁力（駆動力）を与えて、パイロット弁体３４を開位置方向（図２の上方向）に引張るようになっており、ハウジング３１に固定されている。更に詳細に説明すると、電磁ソレノイド３５は、ソレノイドケース５１と、ボビン５２と、コイル線５３と、ガイド部材５４と、固定磁極５５とを備えている。ソレノイドケース５１は、大略円筒状に形成されており、その一方の開口が弁体孔３１ｃに繋がるようにハウジング３１に固定されている。また、ソレノイドケース５１の両側の開口部には、その半径方向内方に延在する内向きフランジ５１ａ，５１ｂが周方向全周にわたって形成されている。この内向きフランジ５１ａ，５１ｂの間には、大略円筒状のコイル収納空間５１ｃが形成されており、このコイル収納空間５１ｃにボビン５２が収納されている。ボビン５２は、大略円筒状に形成されており、その外周面には、コイル線５３が巻き付けられている。コイル線５３は、図示しない制御器に電気的に接続されている。また、ボビン５２の内周部には、パイロット弁体３４の基端部分が内挿されており、このパイロット弁体３４の基端部分とボビン５２の内周部との間には、ガイド部材５４が介在している。
【００３２】
ガイド部材５４は、大略円筒状の部材である。ガイド部材５４の一端側は、ソレノイドケース５１の一方の開口部からとび出して弁体孔３１ｃまで延在しており、その中に挿入されているパイロット弁体３４は、このガイド部材５４内を軸線方向に移動できるようになっている。また、ソレノイドケース５１の他方の開口部には、固定磁極５５が嵌挿されている。固定磁極５５は、磁性材料から成る大略円板状の部材であり、ソレノイドケース５１の他方の開口を塞ぐように他方の開口部に固定されている。この固定磁極５５は、パイロット弁体３４の基端と対向しており、パイロット弁体３４と固定磁極５５との間には、電磁弁側ばね部材５６が介在している。電磁弁側ばね部材５６は、パイロット弁体３４を介して主弁体３３を閉位置方向に付勢している。
【００３３】
このように構成される電磁弁１４は、制御器によりコイル線５３に電流を印加すると、パイロット弁体３４が励磁されて固定磁極５５に吸引され、上側（つまり、固定磁極５５側）に移動する。即ち、コイル線５３に電流を印加することで、電磁弁側ばね部材５６の付勢力に抗した励磁力を発生させて、パイロット弁体３４を固定磁極５５側に移動する。この際、主弁体３３の内孔３３ｂの内圧に対して弁孔３２ａの内圧が低く、主弁体３３は圧力により突起片４１に押し付けられているため、主弁体３３に対して相対移動可能なパイロット弁体３４だけが固定磁極５５側へと移動する。移動することで、パイロット弁体３４のテーパ部３４ａが座部３３ｃから離れて連通路３３ａが開く。これにより、弁空間４３、主弁体３３の外周部の溝、主弁体３３の内孔３３ｂ及び連通路３３ａを介して流入通路３１ｄと弁孔３２ａとが繋がり、弁孔３２ａに高圧タンク２からの高圧ガスが導かれてそこの内圧が上昇する。
【００３４】
パイロット弁体３４が固定磁極５５側に更に移動すると、パイロット弁体３４が連結ピン４４に当り、この連結ピン４４を介して主弁体３３を開位置方向へと引張る。この際、弁孔３２ａの内圧が上昇してるため、小さな励磁力により主弁体３３を引張ることができる。開位置方向に引張られることで、主弁体３３が突起片４１から離れて弁孔３２ａの一方の開口が開かれる、つまり弁通路３８の電磁弁側部分が開かれる。これにより、流入ポート３１ａを介して高圧タンク２から導かれている高圧ガスが流入通路３１ｄ及び弁空間４３を通って弁孔３２ａへと流れる。
【００３５】
他方、コイル線５３に印加する電流を止めると、電磁弁側ばね部材５６によって付勢されているため、パイロット弁体３４が下側（つまり、シート部材３２側）に移動し、それに伴って主弁体３３が閉位置方向に移動する。やがて主弁体３３が突起片４１に着座し、またパイロット弁体３４が座部３３ｃに着座し、弁孔３２ａの一方の開口及び連通路３３ａが閉じられる。つまり、弁通路３８の電磁弁側部分が閉じられる。このように、弁孔３２ａの一方の開口は、電磁ソレノイド３５への電流の印加の有無に応じて開閉されるようになっている。このように開閉される一方の開口とは反対側にある弁孔３２ａの他方の開口付近には、出力側逆止弁１５が設けられており、この出力側逆止弁１５の逆止用弁体３６によって弁孔３２ａの他方の開口を塞ぐことができるようになっている。以下では、出力側逆止弁１５の構成及び動作について詳述する。
【００３６】
＜出力側逆止弁＞
出力側逆止弁１５の逆止用弁体３６は、大略的に有底筒状になっており、底部の側面部分がテーパ状になっている。弁孔３２ａの他方の開口の周りには、弁座３２ｂが形成されており、逆止用弁体３６の底部３６ａは、その側面部分を弁座３２ｂに着座させて弁孔３２ａの他方の開口を塞ぐ遮断位置と弁座３２ｂから離れて弁孔３２ａを開く許容位置との間を移動できるように弁体孔３１ｃに挿入されてハウジング３１内に設けられている。
【００３７】
また、逆止用弁体３６の底部側部分は、開口端側の部分より小径に形成されており、底部側部分の周りには、円筒状の弁空間６１が形成されている。この弁空間６１は、逆止用弁体３６が許容位置に位置する際に弁孔３２ａに繋がるようになっている。また、弁空間６１は、逆止用弁体３６内部に形成される連通路６２に繋がっており、この連通路６２は、逆止用弁体３６の内孔３６ｂに繋がっている。内孔３６ｂは、弁体孔３１ｃを介して流出通路３１ｅに繋がっている。つまり、弁空間６１は、連通路６２及び内孔３６ｂを介して流出通路３１ｅに繋がっており、弁孔３２ａと、弁空間６１と、連通路６２と、内孔３６ｂと、流出通路３１ｅとによって弁通路３８の逆止弁側部分が構成されている。また、逆止用弁体３６の内孔３６ｂには、逆止弁側ばね部材３７が収容されている。付勢部材である逆止弁側ばね部材３７は、逆止用弁体３６を遮断位置に向かって付勢している。
【００３８】
このように構成されている出力側逆止弁１５は、逆止弁側ばね部材３７の付勢力に抗する作用力をシート部材３２の弁孔３２ａに導かれる高圧ガス（弁通路３８の上流側のガス）から受けるようになっている。そのため、弁孔３２ａの内圧が上昇して前記作用力が逆止弁側ばね部材３７の付勢力より大きくなると、逆止用弁体３６が弁座３２ｂから離れて許容位置に移動して弁孔３２ａの他方の開口が開く、つまり弁通路３８の逆止弁側部分が開く。これにより、弁孔３２ａに導かれた高圧ガスが弁空間６１及び内孔３６ｂを通って流出通路３１ｅに導かれる。つまり、電磁弁１４に電流を印加することで弁通路３８全体が開かれ、高圧タンク２の高圧ガスが弁通路３８を通って外部接続ポート２０に導かれる。
【００３９】
また、高圧ガスを充填する際、高圧ガスが外部接続ポート２０から流出通路３１ｅに導かれて内孔３６ｂの内圧が弁孔３２ａの内圧より高くなる。この内孔３６ｂの内圧は、遮断位置に向かう方向の作用力を逆止用弁体３６に与えており、内孔３６ｂの内圧が弁孔３２ａの内圧より高くなると、逆止用弁体３６が遮断位置に移動し、弁座３２ｂに着座して弁孔３２ａを閉じるようになっている。それ故、充填時に流出通路３１ｅに導かれた高圧ガスが弁孔３２ａへ逆流することを防ぐことができ、逆流した高圧ガスが更に主弁体３３を開位置へと押して弁通路３８を開いて流入ポート３１ａに逆流するということを防ぐことができる。つまり、充填時に高圧ガスが出力ライン２１を逆流することを防ぐことができる。
【００４０】
このように弁装置１６は、電磁ソレノイド３５に電流が印加されていないノーマル状態において、流入ポート３１ａから流出ポート３１ｂへの方向及び流出ポート３１ｂから流入ポート３１ａへの方向の双方向の流れを阻止することができる。他方、電磁ソレノイド３５に電流が印加されると、弁装置１６は、流入ポート３１ａから流出ポート３１ｂへの方向の流れを許容し、流出ポート３１ｂから流入ポート３１ａへの方向の逆流を阻止するようになっている。このような弁装置１６を用いたシステム１では、以下のように動作する。
【００４１】
＜高圧ガス充填・出力システムの動作について＞
システム１では、制御器が電磁弁１４に電流を印加することで弁装置１６の弁通路３８が開かれる。これにより、出力ライン２１における弁装置１６の前後が繋がり、出力ライン２１が開く。出力ライン２１が開くことで高圧タンク２に貯蔵された高圧ガスは、出力側フィルタ１３を通って外部接続ポート２０に導かれ、更にこの外部接続ポート２０を介して燃料消費器へと出力されて燃料消費器で消費される。このように、高圧ガスを出力側フィルタ１３に通すことで高圧ガスに含まれるコンタミを捕捉し、コンタミが燃料消費器まで達することを防ぐことができる。なお、充填ライン２２には充填側逆止弁１２が介在しているので、充填ライン２２から高圧ガスが出力されないようになっている。
【００４２】
他方、充填口に高圧ガスが供給されると、その高圧ガスが外部接続ポート２０を介して充填ライン２２及び出力ライン２１に導かれる。充填ライン２２に導かれた高圧ガスは、充填側逆止弁１２を作動させて充填ライン２２を開き、高圧タンク２に流れる。これにより、高圧タンク２に高圧ガスが充填される。他方、出力ライン２１に導かれる高圧ガスは、出力側逆止弁１５の流出ポート３１ｂに導かれ、逆止用弁体３６を遮断位置に保持する。これにより、電磁弁１４の手前で弁通路３８を閉じることができ、充填時に高圧ガスが電磁弁１４に逆流することを防ぐことができる。つまり、充填時に電磁弁１４の出力側である弁孔３２ａが高圧になって主弁体３３を強制的に移動させられることを防ぐことができ、電磁弁１４の耐用年数を向上させることができる。
【００４３】
また、弁通路３８が閉じられることにより出力ライン２１が閉じられ、出力ライン２１を高圧タンク２の方へと逆流する高圧ガスの流れを阻止することができる。これにより、高圧ガスが出力ライン２１を逆流して出力側フィルタ１３に達し、出力側フィルタ１３に捕捉されたコンタミが脱落してタンク側へと戻ることを抑えることができる。これにより、捕捉されたコンタミの脱落によって出力側フィルタ１３が損傷して更なるコンタミが生じることや、脱落して新たに生じたコンタミによって高圧タンク２が損傷することを抑えることができる。
【００４４】
［その他の実施形態］
弁装置１６は、前述するような形状に限定されず、図３乃至図６に示すような形状であってもよい。即ち、弁装置１６は、図３に示すように主弁体３３Ａの先端部がテーパ状に形成され、その先端部がシート部材３２Ａの弁孔３２ａの開口端部に部分的に嵌って着座することで主弁体３３Ａが弁孔３２ａを塞ぐように構成されていてもよい。また、図４に示すように、弁装置１６は、連通路３３ａのパイロット弁体３４Ｂ側の開口の周りに突起片３３ｄが形成され、この突起片３３ｄにパイロット弁体３４Ｂが着座するように構成されていてもよい。図５に示すように、弁装置１６は、パイロット弁体３４Ｃのテーパ部の外径が連通路３３ａの孔径より大径に形成され、パイロット弁体３４Ｃが連通路３３ａの開口の周りに着座するように構成されていてもよい。また、弁装置１６は、図６に示すようにシート部材３２Ｄにおいて弁孔３２ａの逆止用弁体３６Ｄ側の開口の周りに突起片４１Ｄが形成され、この突起片４１Ｃに逆止用弁体３６Ｄの底部３６ａが着座して弁孔３２ａを塞ぐように構成されていてもよい。
【００４５】
システム１では、電磁ソレノイド３５によって弁体３３を駆動させる電磁弁１４が採用されているが、弁体３３を駆動させるアクチュエータは電磁ソレノイド３５に限られない。例えば、フォースモータであってもよく、また電圧を印加すると駆動力を発生する圧電アクチュエータであってもよく、弁体３３をその軸線方向に直動可能なアクチュエータであればよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ システム
２ 高圧タンク（タンク）
１１ バルブブロック
１２ 充填側逆止弁
１３ 出力側フィルタ（フィルタ）
１６ 弁装置
２０ 外部接続ポート
２１ 出力ライン
２２ 充填ライン
２３ 合流点
３１ ハウジング
３１ａ 流入ポート
３１ｂ 流出ポート
３２，３２Ａ，３２Ｄ シート部材
３３，３３Ａ 主弁体
３５ 電磁ソレノイド
３６ 逆止用弁体
３７ 逆止弁側ばね部材
３８ 弁通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流入する流入ポートとガスを流出させる流出ポートと、前記流入ポートと前記流出ポートとを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられるシート部材と、
前記シート部材に着座して前記弁通路の上流側を閉じる閉位置と前記シート部材から離れて前記弁通路を開く開位置との間で移動可能に前記ハウジング内に設けられ、前記流入ポート側のガスから前記閉位置に向かう方向への作用力を受けている主弁体と、
電流又は電圧を印加すると前記閉位置に向かう方向への作用力に抗する駆動力を前記主弁体に与えて前記主弁体を前記開位置へと移動させる弁体駆動手段と、
前記シート部材に着座して流入ポートと流出ポートとの間を遮断する遮断位置と前記シート部材から離れて流入ポートから流出ポートへのガスの流れを許容する許容位置との間で移動可能にハウジング内に設けられ、前記弁通路の上流側から流れるガスから前記許容位置に向かう方向の押圧力を受け、且つ前記流出ポート側のガスから前記遮断位置に向かう方向の押圧力を受ける逆止用弁体と、
前記遮断位置に向かう方向に付勢力を前記逆止用弁体に与える付勢部材とを備える、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記ガスを貯蔵するタンクの開口部に設けられるバルブブロックに組み込まれている、請求項１に記載の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置と、
高圧ガスが充填されるタンクと外部接続ポートとに接続される出力ラインと、
前記タンクとに接続され、前記出力ラインと合流している充填ラインと、
前記充填ラインに介在し、前記タンク内へと流入する高圧ガスの流れを許容し、前記タンク内から流出する高圧ガスの流れを止める充填側逆止弁と、
前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点より前記タンク側に介在し、高圧ガスに含まれる異物を捕捉するフィルタとを備え、
前記双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点と前記フィルタとの間に介在し、前記流入ポートを前記タンク側に位置させ、且つ前記流出ポートを前記外部接続ポート側に位置させている、高圧ガス充填・出力システム。
【請求項１】
ガスが流入する流入ポートとガスを流出させる流出ポートと、前記流入ポートと前記流出ポートとを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられるシート部材と、
前記シート部材に着座して前記弁通路の上流側を閉じる閉位置と前記シート部材から離れて前記弁通路を開く開位置との間で移動可能に前記ハウジング内に設けられ、前記流入ポート側のガスから前記閉位置に向かう方向への作用力を受けている主弁体と、
電流又は電圧を印加すると前記閉位置に向かう方向への作用力に抗する駆動力を前記主弁体に与えて前記主弁体を前記開位置へと移動させる弁体駆動手段と、
前記シート部材に着座して流入ポートと流出ポートとの間を遮断する遮断位置と前記シート部材から離れて流入ポートから流出ポートへのガスの流れを許容する許容位置との間で移動可能にハウジング内に設けられ、前記弁通路の上流側から流れるガスから前記許容位置に向かう方向の押圧力を受け、且つ前記流出ポート側のガスから前記遮断位置に向かう方向の押圧力を受ける逆止用弁体と、
前記遮断位置に向かう方向に付勢力を前記逆止用弁体に与える付勢部材とを備える、双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記ガスを貯蔵するタンクの開口部に設けられるバルブブロックに組み込まれている、請求項１に記載の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置と、
高圧ガスが充填されるタンクと外部接続ポートとに接続される出力ラインと、
前記タンクとに接続され、前記出力ラインと合流している充填ラインと、
前記充填ラインに介在し、前記タンク内へと流入する高圧ガスの流れを許容し、前記タンク内から流出する高圧ガスの流れを止める充填側逆止弁と、
前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点より前記タンク側に介在し、高圧ガスに含まれる異物を捕捉するフィルタとを備え、
前記双方向ノーマルクローズ形ガス用弁装置は、前記出力ラインにおいて前記充填ラインとの合流点と前記フィルタとの間に介在し、前記流入ポートを前記タンク側に位置させ、且つ前記流出ポートを前記外部接続ポート側に位置させている、高圧ガス充填・出力システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５３６６０（Ｐ２０１３−５３６６０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１８０９（Ｐ２０１１−１９１８０９）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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