JP2005165667A - レギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 水素ガスの漏出を防止するとともに高い調圧特性を有するレギュレータを提供すること。
【解決手段】 レギュレータ１は、ハウジング２内を圧力調整室９と減圧室１０とに区画するとともに圧力調整室９側の圧力調整面３ａと減圧室１０側の受圧面３ｂとの圧力差に伴う弾性変形により弁体１７を弁座１８に対して着離するダイヤフラム３を備え、該ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７とゴム製ダイヤフラム８とが積層されてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レギュレータに関するものである。

燃料電池車両等に用いられる水素タンクにおいては、貯蔵容量の増加を図るべく高圧化が進められており、出口側のガス圧（二次圧）を高圧水素タンクから供給される入口側のガス圧（一次圧）よりも低い圧力に調圧するレギュレータにも高い調圧特性が求められている。

一般に、このようなレギュレータには、調圧部にピストンを用いるピストン式と、例えば、特許文献１に記載のレギュレータのようにダイヤフラムを用いるダイヤフラム式とがある。しかし、ピストン式レギュレータは、高圧力ガスに対応させた場合、摺動シールの摺動抵抗が高くなりピストンの応答性が悪化するため調圧精度が低下するという特性がある。従って、高い調圧精度が要求される上記燃料電池車両等の用途には、ダイヤフラム式レギュレータの方がより好適である。そして、ゴム性ダイヤフラムでは水素ガスが透過してしまうため、従来、水素ガス用レギュレータには金属製ダイヤフラムが採用されている。
特開２００２−１４７３１号公報

しかし、水素タンクが更に高圧化し減圧比が上昇した場合、従来の金属製ダイヤフラムでは、強度不足のため、要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量が確保できなくなるおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、水素ガスの漏出を防止するとともに高い調圧特性を有するレギュレータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内を圧力調整室と減圧室とに区画するとともに前記圧力調整室側の圧力調整面と前記減圧室側の受圧面との圧力差に伴う弾性変形により弁体を弁座に対して着離するダイヤフラムを備えた水素ガス用のレギュレータであって、前記ダイヤフラムは、ゴム層と該ゴム層の少なくとも一方の面に金属層を有する積層構造であることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記ダイヤフラムは、金属製ダイヤフラムとゴム製ダイヤフラムとが積層されてなることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、前記金属製ダイヤフラムは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌのうちの何れかにより形成されることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記ゴム製ダイヤフラムは、基布入りゴムにより形成されることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、前記金属層は蒸着により形成されることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、前記金属層は、少なくとも前記受圧面に形成されることを特徴とする。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ゴム層にて十分な強度を確保することにより要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量を確保し、金属層により減圧室側から圧力調整室側への水素ガスの透過を防止することが可能になる。従って、水素ガスの漏出を防止するとともに高い調圧特性を確保することが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、ゴム製ダイヤフラムにて十分な強度を確保することにより要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量を確保するとともに、金属製ダイヤフラムにより減圧室側から圧力調整室側への水素ガスの透過を防止することが可能になる。更に、仮に金属製ダイヤフラムが破断した場合であっても、ゴム製ダイヤフラムにて、水素ガスの急激な漏出を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、水素ガスの透過とともに金属製ダイヤフラムの水素脆化を防止することが可能になる。更に、高い強度と耐食性を確保することが可能になる。
請求項４に記載の発明によれば、十分な強度を確保し要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量を確保することができる。

請求項５に記載の発明によれば、簡便且つ低コストにて水素ガスの透過を防止するとともに高い調圧特性を確保しうるダイヤフラムを製造することが可能になる。
請求項６に記載の発明によれば、金属層とゴム層との間にゴム層を透過した水素ガスが充満することを防止することが可能になる。

本発明によれば、水素ガスの漏出を防止するとともに高い調圧特性を有するレギュレータを提供することができる。

以下、本発明を水素ガス用レギュレータに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、レギュレータ１は、ハウジング２と、ダイヤフラム３とを備えている。本実施形態では、ハウジング２は、一側面に凹部５ａを有するハウジング本体５と略有底円筒状に形成されたボンネット６とからなる。そして、ハウジング本体５及びボンネット６は、ハウジング本体５の凹部５ａとボンネット６の開口部６ａとを合わせるように固定されている。

ダイヤフラム３は、ハウジング本体５とボンネット６との間に配設されており、その周縁は、ハウジング本体５とボンネット６の開口端６ｂに挟持されている。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、ダイヤフラム３は、金属層としての金属製ダイヤフラム７とゴム層としてのゴム製ダイヤフラム８とが積層されてなる。そして、図１（ａ）に示すように、ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７がハウジング本体５の凹部５ａ側に、ゴム製ダイヤフラム８がボンネット６側に面するように配設されている。尚、金属製ダイヤフラム７とハウジング本体５との間にはＯリング１１が配設されている。また、本実施形態では、金属製ダイヤフラム７は、ＳＵＳ３１６Ｌにて形成され、ゴム製ダイヤフラム８は、繊維にて強化された基布入りゴムにより形成されている。

そして、本実施形態では、ダイヤフラム３に閉塞されたボンネット６の内部空間により圧力調整室９が形成され、ダイヤフラム３にてボンネット６の内部空間と区画された凹部５ａにより減圧室１０が形成されている。そして、凹部５ａには減圧室１０と二次側ポート１２とを連通する排出孔１３が形成されている。

また、ハウジング本体５は、一次側ポート１４に連通された弁室１５を備えており、凹部５ａには減圧室１０とを弁室１５と連通する連通孔１６が形成されている。弁室１５には、弁体１７が配設されており、連通孔１６の弁室１５側端部には、弁座１８が形成されている。そして、弁体１７は、弁バネ１９にて弁座１８に着座する方向に付勢されている。また、弁体１７は、連通孔１６に挿通されたバルブステム２１を備えている。そして、該バルブステム２１は、弁バネ１９にて付勢されることによりダイヤフラム３の中央部に形成されたバネ受け２２に当接している。

一方、バネ受け２２の圧力調整室９側の面２２ａには、調節バネ２３の一端が固着されており、該調節バネ２３の他端には、第２バネ受け２４が固着されている。そして、該第２バネ受け２４には、ボンネット６の底部中央に貫設された調節螺子２５の先端が当接している。

さて、本実施形態のレギュレータ１では、圧力調整室９は、ボンネット６に形成された貫通孔２６により外部と連通されており、調節バネ２３が圧縮されていない状態では、ダイヤフラム３の圧力調整室９側の面、即ち圧力調整面３ａにかかる圧力は大気圧となっている。そして、弁体１７は、調節バネ２３の非圧縮時においては、弁バネ１９の弾性力により弁座１８に着座するよう設定されている。

レギュレータ１の使用時には、調節螺子２５を操作し調節バネ２３を圧縮することにより圧力調整面３ａにかかる圧力を設定する。すると、ダイヤフラム３は、調節バネ２３の弾性力により減圧室１０側に凸となるよう弾性変形する。そして、弁体１７がバルブステム２１を介して押し下げられ弁座１８から離間することにより、減圧室１０内に一次側ポート１４から供給されたガス（水素）が流入する。

また、減圧室１０内の圧力が上昇し、ダイヤフラム３の減圧室１０側の面、即ち受圧面３ｂにかかる圧力と圧力調整面３ａにかかる圧力とが平衡する場合には、ダイヤフラム３は圧力調整室９側に弾性変形して弁体１７が弁座１８に着座することにより閉弁状態となる。そして、減圧室１０内のガスが二次側ポート１２から流出し、減圧室１０内の圧力が下がると、先述のように再び弁体１７が弁座１８から離間し開弁状態となる。そして、レギュレータ１は、上記のようにダイヤフラム３に駆動され弁体１７が弁座１８に対して着離することにより、一次側ポート１４から供給されたガスの圧力を減圧して二次側ポート１２から排出する。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）レギュレータ１は、ハウジング２内を圧力調整室９と減圧室１０とに区画するとともに圧力調整室９側の圧力調整面３ａと減圧室１０側の受圧面３ｂとの圧力差に伴う弾性変形により弁体１７を弁座１８に対して着離するダイヤフラム３を備え、該ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７とゴム製ダイヤフラム８とが積層されてなる。

このような構成とすれば、ゴム製ダイヤフラム８にて十分な強度を確保することにより要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量を確保するとともに、金属製ダイヤフラム７により減圧室１０側から圧力調整室９側への水素ガスの透過を防止することができる。これにより、２５ＭＰａ以上の高圧水素ガス用のレギュレータにも適用することができる。更に、仮に金属製ダイヤフラム７が破断した場合であっても、ゴム製ダイヤフラム８があるため、水素ガスの急激な漏出を防止することができる。

（２）ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７が減圧室１０側に、ゴム製ダイヤフラム８が圧力調整室９側に面するように配設される。従って、金属製ダイヤフラム７とゴム製ダイヤフラム８との間にゴム製ダイヤフラム８を透過した水素ガスが充満することを防止することができる。

（３）金属製ダイヤフラム７は、ＳＵＳ３１６Ｌにて形成される。これにより、水素ガスの透過とともに金属製ダイヤフラム７の水素脆化を防止することができる。更に、高い強度と耐食性を確保することができる。

（４）ゴム製ダイヤフラム８は、繊維にて強化された基布入りゴムにより形成される。これにより、十分な強度を確保し要求される調圧精度を満たすために必要な受圧面積及び変形量を確保することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７とゴム製ダイヤフラム８とが積層されてなることとした。しかし、これに限らず、ダイヤフラム３は、蒸着によりゴム製ダイヤフラム表面に金属層を形成したものであってもよい。尚、蒸着する金属は、金やアルミ等、非水素透過性の金属であればよい。

・本実施形態では、金属製ダイヤフラム７は、ＳＵＳ３１６Ｌにて形成されることとした。しかし、これに限らず、金属製ダイヤフラム７は、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ等、水素脆化に強いオーステナイト系ステンレス鋼にて形成してもよい。

・本実施形態では、基布入りゴムにより形成されることとしたが、基布が入らないゴム素材にて形成してもよい。
・本実施形態では、ダイヤフラム３は、金属製ダイヤフラム７が減圧室１０側に、ゴム製ダイヤフラム８が圧力調整室９側に面するように配設される。しかし、これに限らず、ゴム製ダイヤフラム８が減圧室１０側となるように配設してもよい。また、ゴム製ダイヤフラム８を２層の金属製ダイヤフラムにて挟む積層構造としてもよい。

・また、上記別例のように蒸着によりゴム製ダイヤフラム８表面に金属層を形成する場合には、ゴム製ダイヤフラム８の減圧室１０側となる面に金属層を形成することが好ましいが、少なくともゴム製ダイヤフラム８の一面に金属層を形成すればよい。従って、ゴム製ダイヤフラムの両面に金属層を形成してもよい。

（ａ）本実施形態のレギュレータの断面図、（ｂ）ダイヤフラムの拡大断面図。

符号の説明

１…レギュレータ、２…ハウジング、３…ダイヤフラム、３ａ…圧力調整面、３ｂ…受圧面、７…金属製ダイヤフラム、８…ゴム製ダイヤフラム、９…圧力調整室、１０…減圧室、１７…弁体、１８…弁座。

Claims (6)

1. ハウジング内を圧力調整室と減圧室とに区画するとともに前記圧力調整室側の圧力調整面と前記減圧室側の受圧面との圧力差に伴う弾性変形により弁体を弁座に対して着離するダイヤフラムを備えた水素ガス用のレギュレータであって、
   前記ダイヤフラムは、ゴム層と該ゴム層の少なくとも一方の面に金属層を有する積層構造であること、を特徴とするレギュレータ。
2. 請求項１に記載のレギュレータにおいて、
   前記ダイヤフラムは、金属性ダイヤフラムとゴム製ダイヤフラムとが積層されてなること、を特徴とするレギュレータ。
3. 請求項２に記載のレギュレータにおいて、
   前記金属性ダイヤフラムは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌのうちの何れかにより形成されること、を特徴とするレギュレータ。
4. 請求項２又は請求項３に記載のレギュレータにおいて、
   前記ゴム製ダイヤフラムは、基布入りゴムにより形成されること、
   を特徴とするレギュレータ。
5. 請求項１に記載のレギュレータにおいて、
   前記金属層は蒸着により形成されること、を特徴とするレギュレータ。
6. 請求項１〜５に記載のレギュレータにおいて、
   前記金属層は、少なくとも前記受圧面に形成されること、
   を特徴とするレギュレータ。

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