JP2008052474A - 減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】一次圧の変化に伴う二次圧の変化を小さく抑えるうえ、各部材の加工や組み立ての簡易化ができるようにする。
【解決手段】減圧弁室(９)と二次圧力室(36)との間の隔壁(9a)に流路(13)を形成し、流路(13)の周囲に減圧弁座(12)を形成する。流路(13)へ挿通した小径ロッド(20)を介して、減圧部材(18)をピストン部材(３)と同行移動可能に連結する。ピストン部材(３)の背面に大径ロッド(28)を形成する。大径ロッド(28)と対面するシリンダ室(10)の内面からロッド支持部材(31)を突設する。ロッド支持部材(31)に大径ロッド(28)を保密摺動自在に嵌合し、大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との間に背圧力室(33)を形成する。背圧力室(33)のシール径は、減圧弁座(12)と略同じシール径とする。減圧弁室(９)と背圧力室(33)とを互いに連通する軸線方向流路(24)を貫通状に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの消費等により一次側圧力が変化しても、二次側圧力を略一定圧に維持できる減圧弁に関する。

一般に減圧弁は、ハウジング内に形成された減圧弁室と、この減圧弁室に設けられた減圧弁座と、この減圧弁室に挿入されて減圧弁座に対し進退移動できる減圧部材と、上記の減圧弁座よりも下流側に形成された二次圧力室と、この二次圧力室の圧力を受けて進退移動するとともに上記の減圧部材と連動連結されたピストン部材と、減圧部材を減圧弁座から離隔させる方向へ付勢する付勢手段とを備え、ピストン部材が受ける二次圧力室の圧力と上記の付勢手段とのバランスにより減圧部材が減圧弁座に接離して減圧弁室を通過するガス圧力が減圧される。しかし、上記の減圧部材は減圧弁室に流入するガスの一次側圧力(以下、「一次圧」という。)の影響を受けるため、例えばガスの消費によりガス容器から供給される一次圧が変化すると、これに応じて二次側圧力(以下、「二次圧」という。)も変化する。

通常、ガス消費機器においては一定圧力のガスが供給されるように、上記の二次圧の変化を小さく抑えることが好ましい。しかし、例えば車載用燃料電池などに用いられる水素ガス容器は、コンパクトで大容量にするため高圧化が望まれており、貯蔵圧力が高圧になるとガスの消費による一次圧の変化量が大きくなって、この影響を受ける二次圧の変化も大きくなる。この二次圧の変化を抑えるためには、例えばピストンの外径を大きくして一次圧の影響を相対的に小さくしたり、２つの減圧弁を直列に接続して２段階に減圧したりする方法などが考えられる。しかし、ピストンの外径を大きくすると減圧弁を小形化することが容易でなく、また二段階に減圧する場合は２つの減圧弁が必要となり、コスト高となる。

従来、一次圧の影響を抑えて二次圧の変化を小さくするため、一次圧を受ける背圧力室を設けて、この背圧力室の一次圧による付勢力と減圧部材が受ける一次圧による付勢力とを釣り合わせた減圧弁が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。

即ちこの減圧弁は、例えば図４に示すように、一次ポート(60)および二次ポート(61)が形成されるハウジング(62)内に、減圧弁室(63)を設けて減圧部材(64)を挿入し、この減圧部材(64)にピストン(65)を一体に設け、このピストン(65)を減圧弁室(63)の下流側に設けた二次圧力室(66)に挿入してある。このピストン(65)には、閉弁方向(X2)へ二次圧(P2)を作用させ、減圧ばね(67)によってピストン(65)に開弁方向(X1)のばね力を与えてある。さらにピストン(65)の内部には、ハウジング(62)に固定したロッド(68)を挿入して背圧力室(69)を形成してある。この背圧力室(69)は上記の一次ポート(60)に連通してあり、一次圧(P1)に保持され、ピストン(65)に閉弁方向(X2)へ一次圧(P1)を作用させて、減圧部材(64)に開弁方向(X1)へ作用する一次圧(P1)と釣り合わせるようにしてある。

この従来技術によれば、減圧部材(64)に働く一次圧による開弁方向(X1)への力と、ピストン(65)に働く一次圧による閉弁方向(X2)への力とを釣り合わせてあり、ピストン(65)の減圧作動に一次圧(P1)の影響を受け難くすることができ、一次圧の変化に起因する二次圧の変化量を大幅に低減することができる、というものである。

特開２００３−１５０２４９号公報

しかしながら、図４に示す上記の減圧弁では、ピストン(65)は軸線方向に長尺の有底円筒状に形成され、このピストン(65)の内部には軸線方向に長尺のロッド(68)が挿入され、ピストン(65)がロッド(68)に対し軸線方向に摺動する構造である。これらロッド(68)の軸線方向一端部(68ａ)とピストン(65)の内面との間には、背圧力室(69)を形成するのみならず、ロッド(68)の外周部とピストン(65)の内周との間に二次圧力室(66)や二次ポート(61)と連通するピストン内空間(73)をも形成する必要がある。このため、ピストン(65)及びロッド(68)の加工に手間がかかり、加工コストが高くなり、またピストン(65)とロッド(68)を高精度に同心状に組み立てる必要があるが、この組み立てが容易でないという問題がある。

また、長尺のピストン(65)は減圧弁室(63)内の減圧部材(64)と一体に形成され、減圧弁室(63)から離隔した二次圧力室(66)に挿入され、減圧弁室(63)の入口側に形成した減圧弁座(72)から離隔する方向に減圧ばね(67)で付勢してある。このため、減圧弁室(63)と二次圧力室(66)との間でピストン(65)の周囲に減圧ばね(67)が配置してあり、ピストン(65)はその軸線方向一端部と中間部との２箇所にそれぞれシール部材(74・75)を配置してハウジング(62)内に保密摺動させてある。さらに、上記の背圧力室(69)に一次圧を受けるため、ロッド(68)の軸線方向一端部(68ａ)の外周とピストン(65)の内周との間にもシール部材(76)を配置して保密摺動自在にしてある。このためピストン(65)はハウジング(62)やロッド(68)との保密摺動箇所が多く、この点でも加工が容易でないうえ、組み立てが厄介である問題がある。

さらに、上記の減圧部材(64)の端面部分に弁シート(70)が形成され、この弁シート(70)がキャップ部材(71)に設けた上記の減圧弁座(72)に対面させてある。この減圧弁座(72)は減圧弁室(63)の入口側に形成してあるため、弁シート(70)は一次ポート(60)から流入するガスの噴流に直接曝されることとなり、この弁シート(70)が早期に劣化し易く、耐久性に劣り、減圧性能に悪影響を及ぼす虞もあった。

本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、一次圧の変化に伴う二次圧の変化を小さく抑えることができるうえ、各部材の加工や組み立ての簡易化を図ることができ、さらには弁シートの耐久性の向上も図ることができる、減圧弁を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、例えば、本発明の実施の形態を示す図１から図３に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち、本発明は減圧弁に関し、ハウジング(２)内に形成された減圧弁室(９)と、この減圧弁室(９)に設けられた減圧弁座(12)と、この減圧弁室(９)に挿入されて減圧弁座(12)に対し進退移動できる減圧部材(18)と、上記の減圧弁座(12)よりも下流側に形成された二次圧力室(36)と、この二次圧力室(36)の圧力を受けて進退移動するとともに上記の減圧部材と連動連結されたピストン部材(３)と、減圧部材(18)を減圧弁座(12)から離隔させる方向へ付勢する減圧ばね(４)とを備え、上記の減圧弁室(９)に連通するガス流入口(14)と二次圧力室(36)に連通するガス流出口(15)とをハウジング(２)の外面に開口した減圧弁であって、
上記のハウジング(２)内にシリンダ室(10)を形成して、このシリンダ室(10)に上記のピストン部材(３)を保密摺動自在に挿入するとともに、このピストン部材(３)の一側に上記の二次圧力室(36)を形成し、上記の減圧弁室(９)と二次圧力室(36)との間の隔壁(9a)に、上記のガス流出口(15)と連通する流路(13)を形成するとともに、この流路(13)の全周を囲む状態に上記の減圧弁座(12)を形成し、上記の減圧部材(18)は、上記の流路(13)へ挿通した小径ロッド(20)を介して上記のピストン部材(３)と同行移動可能に連結し、上記のピストン部材(３)は、二次圧力室(36)とは反対側に大径ロッド(28)を備え、上記の大径ロッド(28)と対面するシリンダ室(10)の内面からロッド支持部材(31)を突設し、このロッド支持部材(31)に上記の大径ロッド(28)を保密摺動自在に嵌合して、この大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との間に背圧力室(33)を形成し、上記の大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との間のシール径は、上記の減圧弁座(12)と略同じシール径とし、上記の小径ロッド(20)とピストン部材(３)と大径ロッド(28)とに亙って、上記の減圧弁室(９)と上記の背圧力室(33)とを互いに連通する軸線方向流路(24)を貫通状に設けたことを特徴とする。

このように構成された減圧弁によれば、ガス流入口(14)から減圧弁室(９)に流入するガスは、減圧弁座(12)と減圧部材(18)との間を通過することによって減圧され、流路(13)を経て二次圧力室(36)へ流入し、ガス流出口(15)から取り出される。このとき、ピストン部材(３)が受ける二次圧と、減圧ばね(４)の弾圧力とのバランスで、ピストン部材(３)に連動連結した減圧部材(18)が減圧弁座(12)に接近・離反し、これにより二次圧が所定圧力に減圧される。

即ち二次圧力室(36)の内圧が高くなると、ピストン部材(３)が減圧ばね(４)の弾圧力に抗して移動し、減圧部材(18)が減圧弁座(12)に近接する。これにより、減圧弁座(12)と減圧部材(18)との間を通過したガスの圧力、即ち二次圧が低下する。反対に、二次圧力室(36)の内圧が低下すると、ピストン部材(３)が減圧ばね(４)に弾圧されて移動し、減圧部材(18)が減圧弁座(12)から離隔する。これにより、減圧弁座(12)と減圧部材(18)との間を通過したガスの二次圧が上昇する。

上記の減圧部材(18)は、減圧弁室(９)内に流入するガスの一次圧により減圧弁座(12)へ近接する方向の力を受ける。一方、上記の背圧力室(33)には軸線方向流路(24)を介して減圧弁室(９)からガスが流入し、大径ロッド(28)は背圧力室(33)内の一次圧により、ピストン部材(３)を介して減圧部材(18)を減圧弁座(12)から離隔させる方向の力を受ける。この背圧力室(33)のシール径は減圧弁座(12)のシール径と略同じであるため、減圧部材(18)が受ける上記の一次圧の影響は、大径ロッド(28)が背圧力室(33)で受ける一次圧の力により相殺される。

上記の大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との嵌合は、いずれを他方に外嵌あるいは内嵌してもよいが、例えば上記のロッド支持部材(31)の先端にシリンダ部(30)を形成し、このシリンダ部(30)に上記の大径ロッド(28)を保密摺動自在に内嵌して、この大径ロッド(28)との間に上記の背圧力室(33)を形成すると、ピストン部材(３)の構造を簡略にでき、容易に精度よく加工できるので好ましい。

上記の減圧部材(18)は、減圧弁室(９)の内部に摺動する拡張径部分(18a)と、これよりも小径の縮小径部分(18b)とを備え、この縮小径部分(18b)の外周と減圧弁室(９)の内周との間に迂回路(21)を環状に形成し、上記の拡張径部分(18a)の端面に上記のガス流入口(14)と連通するガス受入口(22)を設け、このガス受入口(22)と上記の迂回路(21)とを連通する径方向流路(23)を前記の縮小径部分(18b)に直径方向へ貫通し、上記の縮小径部分(18b)の上記のガス受入口(22)とは反対側に、上記の減圧弁座(12)に離接することで上記の流路(13)を開閉する弁シート(25)を設けることができる。

このように構成すると、弁シート(25)は減圧部材(18)のガス受入口(22)とは反対側に設けてあり、ガス流入口(14)から減圧弁室(９)に流入するガスは、上記のガス受入口(22)と径方向流路(23)と縮小径部分(18ｂ)の外周の迂回路(21)とを順に経て弁シート(25)に辿り着くこととなり、ガス流入口(14)から流入するガスの噴流が直接弁シート(25)に吹き付けられることがない。この結果、ガス噴流に曝されることによる弁シート(25)の劣化を防止して耐久性を向上できるので、長期に亙って減圧性能を高く維持することができる。

上記の減圧部材(18)とピストン部材(３)とは軸線方向へ相対移動可能に連結し、減圧弁室(９)内面と減圧部材(18)との間に、前記減圧ばね(４)よりも小さいばね力で上記の減圧部材(18)をピストン部材(３)側へ付勢する付勢ばね(41)を設けることができる。

この構成によれば、正常に減圧作動している状態にあっては、減圧部材(18)は減圧弁室(９)内の一次圧と付勢ばね(41)の弾圧力でピストン部材(３)側へ付勢されており、ピストン部材(３)は背圧力室(33)内の一次圧により減圧部材(18)側へ付勢されているので、減圧部材(18)とピストン部材(３)とは同行移動する。
しかし、この減圧部材(18)とピストン部材(３)とは軸線方向へ相対移動可能であることから、二次圧力室(36)内の圧力が減圧弁室(９)内の圧力よりも高くなると、ピストン部材(３)が減圧ばね(４)の弾圧力に抗して閉弁方向へ移動するにもかかわらず、減圧部材(18)が減圧弁座から離隔する方向へ移動し、これにより、ガスをガス流出口(15)側からガス流入口(14)側へ逆流させることができる。

例えば図２に示すように、上記の減圧弁(１)とその下流側に設けた電磁弁(42)とによる減圧弁ユニット(43)がガス容器(44)の容器弁(45)と配管を介して接続されている場合に、仮に電磁弁(42)が故障すると、減圧弁ユニット(43)を交換する必要がある。この場合、電磁弁(42)の故障により減圧弁(1)の二次圧が高くなっており、ピストン部材(３)は減圧ばね(４)に抗して閉弁方向に移動して、減圧部材(18)と減圧弁座(12)との間を閉じている。 減圧弁ユニット(43)の交換時に、先ず、ガス容器(44)の容器弁(45)を閉じ、次いで減圧弁(１)と容器弁(45)との間に配設されている排出用バルブ(46)を開いて減圧弁(１)の一次圧を抜き出す。すると、減圧弁室(９)内の圧力が二次圧力室(36)内の圧力よりも低くなり、減圧部材(18)が開弁方向に移動するため、同時に二次圧も抜き出すことができる。したがって、減圧弁ユニット(43)の交換作業を安全に行うことができる。

また、上記の減圧弁をガス容器に取り付けた容器弁として用いている場合、ガス容器が空になり、フレッシュガスをガス容器に充填する際、フレッシュガスをガス流出口へ流入させると、そのガス圧によりピストン部材は閉弁方向に移動するが、減圧部材は開弁方向に移動して減圧弁座から離間する。これにより、フレッシュガスは減圧部材と減圧弁座との間を通ってガス流入口側へ流れ、ガス容器内へ充填される。充填後は、充填装置を取外すと、減圧部材は付勢ばねで閉弁方向に復位する。従ってバルブ装置に充填用接続口を別途設ける必要がなく、バルブ装置全体を簡略にすることができる。

本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
(１) 減圧部材が減圧弁室内で受ける一次圧の力は、大径ロッドが背圧力室で受ける一次圧の力と釣り合って相殺されることから、ピストン部材の減圧作動に一次圧の影響を受け難くすることができ、この結果、一次圧の変化に起因する二次圧の変化量を大幅に低減することができる。
例えば、燃料電池自動車は、搭載の水素ガス容器に超高圧の状態で貯蔵された水素ガスを減圧弁によって減圧して燃料電池に供給するが、その燃料電池用の減圧弁に求められる性能としては大流量(例えば1000NL/min以上など)でかつ安定した一定圧力を満たすものが要求される。本発明の減圧弁は、こうした燃料電池用の減圧弁に使用すると超高圧の水素ガスを安定した一定圧力に減圧して燃料電池に供給できるので、好適である。

(２) ピストン部材は、小径ロッドを介して減圧部材と同行移動可能に連結してあり、このピストン部材に突設した大径ロッドをロッド支持部材に嵌合することで、両者間に背圧力室を形成するものであるから、前記の従来技術と異なって、ピストン部材やロッド支持部材を長尺に形成したり複雑形状に加工する必要がなく、容易に加工でき、しかも簡単に組み立てることができる。

(３) ピストン部材はシリンダ室の内面と一箇所で保密摺動すればよく、背圧力室を封止する大径ロッドとロッド支持部材のシリンダ部との間を併せて二箇所のみを保密摺動可能にシールすることで足りるため、前記の従来技術と異なって保密摺動可能にシールする箇所が少なく済み、この点からも加工や組み付けを簡単にすることができるうえ、ピストン部材の摺動性と保密性を両立させて良好な減圧性能を容易に得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す、減圧弁の断面図である。
図１に示すように、この減圧弁(１)は、ガス容器に取り付ける容器弁や配管に取り付ける配管弁などに使用され、ハウジング(２)、減圧部材(18)、ピストン部材(３)、減圧ばね(４)を備える。

ハウジング(２)は、有底円筒状のハウジング本体(５)と、ハウジング本体(５)の開口端部(5a)を塞ぐ蓋部材(６)とを有する。蓋部材(６)はハウジング本体の開口端部(5a)に保密状に螺着固定してある。

上記のハウジング(２)において、ハウジング本体(５)の底部(5b)寄り部分の内側には減圧弁室(９)を設け、ハウジング本体(５)の開口端部(5a)寄り部分の内側には減圧弁室(９)よりも内径の大きいシリンダ室(10)を減圧弁室(９)と連通状に設けている。
減圧弁室(９)は、図示例では、上記の減圧部材(18)の組み込みを容易にするため、ハウジング本体(５)とは別体に有底円筒状の弁座部材(11)を形成し、これの開放端側をハウジング本体(５)の内側にねじ込み嵌合して、その弁座部材(11)の円筒部(11ａ)の内周に形成してある。ただし本発明ではこれに限られず、減圧弁室(９)はハウジング本体(５)の内側に直接形成することもできる。

ハウジング本体(５)の内側であって減圧弁室(９)とシリンダ室(10)との隔壁(9a)は、図示例では、上記有底円筒状の弁座部材(11)の底部(11ｂ)で構成されるが、この隔壁(9a)の中央に流路(13)を開口し、その流路(13)の内側開口端の全周を囲むように、減圧弁座(12)を内向きに突出形成してある。なお本発明では、上記の隔壁(9a)は、弁座部材(11)で構成するに代えて、ハウジング本体(５)の減圧弁室(９)とシリンダ室(10)との間部分でハウジング本体(５)に一体に設けることもできる。

上記のハウジング本体(５)の底部(5b)には、ハウジング本体(５)の外面に減圧弁室(９)の内側と連通するガス流入口(14)を開口してあり、また、ハウジング本体(５)の周壁(5c)の一側部には、ハウジング本体(５)の外面とシリンダ室(10)の内側とを連通するガス流出口(15)を開口してある。

上記の減圧部材(18)は、上記の減圧弁室(９)に軸線方向へ往復動自在に挿入してあり、上記の減圧弁座(12)に対し進退移動できる。この減圧部材(18)は、減圧弁室(９)の内部に摺動する拡張径部分(18ａ)と、減圧弁室(９)の内径よりも小径の縮小径部分(18ｂ)とからなり、縮小径部分(18ｂ)の端面の中央から一体に突設した小径ロッド(20)を有する。なおこの拡張径部分(18ａ)の外周面には、減圧部材(18)が過敏に進退移動しないように、摺動抵抗部材(19)としてのＯリングが付設してある。

上記の減圧部材(18)の縮小径部分(18ｂ)の外周と減圧弁室(９)の内周との間には、環状の迂回路(21)が形成してある。また、減圧部材(18)の拡張径部分(18ａ)には、ガス流入口(14)に臨む端面の中央にガス流入口(14)と連通するガス受入口(22)が凹設してあり、縮小径部分(18ｂ)にはガス受入口(22)の内奥と迂回路(21)とを連通する径方向流路(23)が直径方向に貫通形成してある。縮小径部分(18ｂ)の中心および小径ロッド(20)の中心には径方向流路(23)と直交状に連通する第１の軸線方向流路(24ａ)を軸線方向に沿って貫通状に設けてある。

上記の縮小径部分(18ｂ)の上記のガス受入口(22)とは反対側、即ち、減圧弁座(12)に向き合う背面側には、減圧弁座(12)の内側の流路(13)を開閉する弁シート(25)が固定してある。減圧弁座(12)と弁シート(25)との間には減圧用のオリフィスが形成される。

上記の減圧弁座(12)よりも下流側で、上記の弁座部材(11)の底部(11ｂ)に横穴(39)が設けてあり、この横穴(39)を介して前記の流路(13)とガス流出口(15)とを連通させてある。これにより、ピストン部材(３)のストロークが少ない場合でも大流量のガスをガス流出口(15)から供給することができる。

上記のピストン部材(３)は、シリンダ室(10)に軸線方向に保密摺動自在に内嵌され、このピストン部材(３)の外周とシリンダ室(10)の内周との間は、ピストン部材(３)の外周に付設したシール部材(27)で摺動自在にシールしてある。このピストン部材(３)の前記の隔壁(9a)側の一側に二次圧力室(36)が形成される。この隔壁(9a)の中央に透設された前記の流路(13)は、この二次圧力室(36)を介して前記のガス流出口(15)に連通している。

上記のピストン部材(３)の二次圧力室(36)側の端面中央には、前記の小径ロッド(20)の端部が連結してある。このピストン部材(３)と上記の減圧部材とは、小径ロッド(20)を介して同行移動可能であればよく、例えば両者を互いに固定することも可能である。
しかしこの実施形態では、上記の小径ロッド(20)の端部は、ピストン部材(３)の端面中央に設けた凹部(40)に軸線方向に保密摺動自在に嵌合してあり、これにより減圧部材(18)とピストン部材(３)とを軸線方向に相対移動可能に連結してある。ただし、減圧弁室(９)の底部と減圧部材(18)との間には、減圧部材(18)をピストン部材(３)側に付勢し、減圧ばね(４)よりもばね力の小さい付勢ばね(41)を設けてある。このため、減圧弁室(９)内の圧力が二次圧力室(36)内の圧力よりも高い平常状態にあっては、上記の減圧部材(18)は付勢ばね(41)の弾圧力と減圧弁室(９)内の一次圧により、ピストン部材(３)と同行移動する。これに対し、減圧弁室(９)内の圧力が二次圧力室(36)内の圧力よりも低くなると、ピストン部材(３)は閉弁方向(X2)に移動するが、減圧部材(18)は二次圧力室(36)内の圧力によりピストン部材(３)に対して相対移動し、開弁方向(X1)に移動することができる。

上記のピストン部材(３)には、二次圧力室(36)側とは反対側の背面中央から大径ロッド(28)を一体に突設している。この大径ロッド(28)の外径は、減圧弁座(12)のシール径と実質的に同一に形成している。ここで、実質的に同一径とは、両者の受圧面積がほぼ同一であることをいう。上記のピストン部材(３)と大径ロッド(28)の中心には、第２の軸線方向流路(24ｂ)が前記の第１の軸線方向流路(24ａ)と連通するよう貫通状に設けてある。

前記の蓋部材(６)の内面側には、先端部にシリンダ部(30)を有するロッド支持部材(31)が、シリンダ部(30)を内方へ突出するように設けてある。このロッド部材(31)のシリンダ部(30)には、前記の大径ロッド(28)の端部が摺動自在に内嵌され、この大径ロッド(28)の端部との間に背圧力室(33)を形成している。このシリンダ部(30)の内周と大径ロッド(28)の端部外周との間は、大径ロッド(28)の端部の外周に設けたシール部材(34)で保密摺動可能にシールしてある。上記の背圧力室(33)は、前記の両軸線方向流路(24ａ・24ｂ)からなる軸線方向流路(24)を介して前記の減圧弁室(９)と連通している。なお、本発明ではロッド支持部材(31)を蓋部材(６)と一体に形成することもできる。

上記のピストン部材(３)の背面側、即ち二次圧力室(36)とは反対側には、上記の蓋部材(６)の内面との間にばね手段収容空間(37)が形成してある。このばね手段収容空間(37)は、ロッド支持部材(31)に形成された大気連通路(38)によって大気に開放されている。
前記の減圧ばね(４)は圧縮コイルばね等により構成され、上記のばね手段収容空間(37)内で、蓋部材(６)の内面に支持される上記のロッド支持部材(31)と、上記のピストン部材(３)との間に配置してあり、減圧部材(18)が減圧弁座(12)から離隔する開弁方向にピストン部材(３)を付勢している。なおこの実施形態では２本のコイルばねを用いてあるが、本発明では１本のコイルばねで構成してもよいことはいうまでもない。

次に、上記構成の減圧弁１の作動について説明する。

ガス流入口(14)から減圧弁室(９)に流入したガスは、ガス受入口(22)、径方向流路(23)を経て迂回路(21)に流入し、減圧弁座(12)と弁シート(25)との間のオリフィスを通過して流路(13)から二次圧力室(36)に流入し、ガス流出口(15)から取り出される。ガスは、減圧弁室(９)から減圧弁座(12)と弁シート(25)間のオリフィスを通過することによって減圧されて二次圧力室(36)に流下する。このとき、ピストン部材(３)が受ける二次圧と、減圧ばね(４)の弾圧力とのバランスで、ピストン部材(３)が、減圧部材(18)を減圧弁座(12)に対し接近・離反する方向、即ち閉弁方向(X2)・開弁方向(X1)に移動することで、二次圧が所定の圧力に減圧される。

ガス流入口(14)から流入するガスは、ガス受入口(22)と軸線方向流路(24)を順に経て背圧力室(33)に流入し、大径ロッド(28)の端面(28ａ)は背圧力室(33)から一次圧を受ける。その大径ロッド(28)の端面(28ａ)の外径は、減圧弁座(12)のシール径と同一に形成してある。従って、ピストン部材(３)に減圧部材(18)が減圧弁座(12)から離れる開弁方向(X1)に働く力と、減圧部材(18)が減圧弁座(12)に接近する閉弁方向(X2)に働く力とを釣り合わせることができるため、ピストン部材(３)や減圧部材(18)の減圧作動に、一次圧の影響を受け難くすることができ、一次圧の変化に起因する二次圧の変化量を、大幅に低減することができる。これにより、例えば、車載用燃料電池に搭載した超高圧の水素ガス容器から、燃料水素ガスを安定した一定圧力に減圧して供給する場合に有効に使用できる。

ピストン部材(３)の最外周とシリンダ室(10)の内周との間、および大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)のシリンダ部(30)との間の二箇所のみを保密摺動可能にシールすることで足りるため、簡単に組み付けることができる。
またピストン部材(３)は小径ロッド(20)を介して減圧部材(18)と同行移動可能に連結したものであるので、このピストン部材(３)は、前記の従来技術の軸線方向に長尺で有底円筒状のピストンに比べ、容易に加工することができる。また、ピストン部材(３)の背面中央から突設した大径ロッド(28)はロッド支持部材(31)のシリンダ部(30)に内嵌するだけの簡単な組み立てにより背圧力室(33)を容易に形成することができる。

また、上記の弁シート(25)は減圧部材(18)のガス受入口(22)とは反対側の背面中央に固定されており、ガス流入口(14)から流入するガスは、減圧部材(18)の縮小径部分(18ｂ)の外周の迂回路(21)を経て弁シート(25)に辿り着くようにしてあるので、ガス流入口(14)から流入するガスの噴流は直接弁シート(25)に吹き付けられるようなことがなく、ガス噴流に曝されることによる弁シート(25)の劣化を防止できる。

上記のピストン部材(３)と減圧部材(18)とは、減圧弁室(９)内の圧力が二次圧力室(36)内の圧力よりも低くなると、相対移動可能に構成してある。
例えば図２のように、この減圧弁(１)とその下流側に設けられた電磁弁(42)とによる減圧弁ユニット(43)がガス容器(44)の容器弁(45)と接続されている配管弁において、電磁弁(42)が故障すると、減圧弁ユニット(43)を交換する必要がある。この場合、電磁弁(42)の故障により減圧弁(１)の二次圧が高くなっており、ピストン部材(３)は減圧ばね(４)に抗して閉弁方向に移動しており、減圧部材(18)と減圧弁座(12)との間を閉じている。減圧弁ユニット(43)の交換時には、先ず、ガス容器(44)の容器弁(45)を閉じ、次いで減圧弁(１)と容器弁(45)との間に配設されている排出用バルブ(46)を開いて減圧弁(１)の一次圧を抜き出す。すると、減圧弁室(９)内の圧力が低下し、二次圧力室(36)内の圧力により減圧部材(18)が開弁方向に移動する。この結果、減圧弁座(12)よりも下流側の二次圧も同時に抜き出すことができ、減圧弁ユニット４３の交換作業を安全に行うことができる。

また、上記の減圧弁(１)をガス容器に取り付けた容器弁として用いている場合、空になったガス容器内にフレッシュガスを充填する際、フレッシュガスをガス流出口(15)へ流入させると、この充填ガスのガス圧により減圧部材(18)が開弁方向に移動して減圧弁座(12)から離間する。この結果、フレッシュガスは減圧部材(18)と減圧弁座(12)との間を通ってガス流入口(14)側へ流れ、ガス容器へ充填させることができる。充填後に充填装置を取外すと、減圧部材(18)は付勢ばね(40)で閉弁方向に復位する。従って、減圧弁(１)のガス流出口(15)は充填口を兼ねることができる。

図３は本発明の第２実施形態を示す、減圧弁の断面図である。
この第２実施形態では、ハウジング(２)が上記の第１実施形態と同様、ハウジング本体(５)と蓋部材(６)とを有する。減圧弁室(９)の内側と連通するガス流入口(14)は、このハウジング本体(５)の底部(5b)の一側部に開口してあり、シリンダ室(10)の内側とを連通するガス流出口(15)は、ハウジング本体(５)の周壁(5c)の一側部に開口してある。また、ハウジング本体(５)の底部(5b)の他側部には、一次圧力計が取り付けられる一次圧検知ポート(16)をガス流入口(14)と連通するよう対向状に開口している。ハウジング本体５の周壁(5c)の他側部には二次圧力計が取り付けられる二次圧検知ポート(17)をガス流出口(15)と連通するよう対向状に開口している。

上記のハウジング本体(５)に対し、上記の蓋部材(６)はボルト(７)で締め付け固定されている。ハウジング本体(５)と蓋部材(６)との重合面間にはシール部材(８)を介在させてシールしている。前記の第１実施形態では、蓋部材(６)をハウジング本体(５)に螺着固定したので、蓋部材(６)を簡単に固定することができるが、この蓋部材(６)とピストン部材(３)との間に配置される減圧ばね(４)が、組付時の回転に影響を受けないよう配慮する必要がある。これに対しこの第２実施形態では、蓋部材(６)をボルトで固定することから、組付時に上記の減圧ばね(４)を回転させる虞がない。

上記の蓋部材(６)の中央には、先端部にシリンダ部(30)を有するロッド支持部材(31)がシリンダ部(30)が内方へ突出するように挿通してあり、このロッド支持部材(31)をナット(32)で蓋部材(６)に締め付け固定している。

上記の各実施形態で説明した減圧弁は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、ハウジングや減圧部材、ピストン部材、減圧ばねなど、各部材の形状や構造、材質、配置等を、これらの実施形態等に限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものであり、また、取り扱う流体も特定の種類に限定されないことはいうまでもない。

本発明の減圧弁は、一次圧の変化に伴う二次圧の変化を小さく抑えることができるうえ、各部材の加工や組み立ての簡易化を図ることができ、さらには弁シートの耐久性の向上も図ることができるので、特に燃料電池用水素ガス供給装置に用いられる減圧弁に特に好適であるが、他の流体を扱う配管弁や容器弁などにも好適に用いられる。

本発明の第１実施形態を示す減圧弁の断面図である。 減圧弁を配管に取り付けた一使用例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態を示す減圧弁の断面図である。 従来例の減圧弁の断面図である。

符号の説明

１…減圧弁
２…ハウジング
３…ピストン部材
４…減圧ばね
９…減圧弁室
9a…減圧弁室(９)とシリンダ室(10)との隔壁
10…シリンダ室
12…減圧弁座
13…流路
14…ガス流入口
15…ガス流出口
18…減圧部材
18ａ…拡張径部分
18ｂ…縮小径部分
20…小径ロッド
21…迂回路
22…ガス受入口
23…径方向流路
24…軸線方向流路
25…弁シート
28…大径ロッド
30…シリンダ部
31…ロッド支持部材
33…背圧力室
36…二次圧力室
41…付勢ばね

Claims (4)

1. ハウジング(２)内に形成された減圧弁室(９)と、この減圧弁室(９)に設けられた減圧弁座(12)と、この減圧弁室(９)に挿入されて減圧弁座(12)に対し進退移動できる減圧部材(18)と、上記の減圧弁座(12)よりも下流側に形成された二次圧力室(36)と、この二次圧力室(36)の圧力を受けて進退移動するとともに上記の減圧部材と連動連結されたピストン部材(３)と、減圧部材(18)を減圧弁座(12)から離隔させる方向へ付勢する減圧ばね(４)とを備え、上記の減圧弁室(９)に連通するガス流入口(14)と二次圧力室(36)に連通するガス流出口(15)とをハウジング(２)の外面に開口した減圧弁であって、
   上記のハウジング(２)内にシリンダ室(10)を形成して、このシリンダ室(10)に上記のピストン部材(３)を保密摺動自在に挿入するとともに、このピストン部材(３)の一側に上記の二次圧力室(36)を形成し、
   上記の減圧弁室(９)と二次圧力室(36)との間の隔壁(9a)に、上記のガス流出口(15)と連通する流路(13)を形成して、この流路(13)の全周を囲む状態に上記の減圧弁座(12)を形成し、
   上記の減圧部材(18)は、上記の流路(13)へ挿通した小径ロッド(20)を介して上記のピストン部材(３)と同行移動可能に連結し、
   上記のピストン部材(３)は、二次圧力室(36)とは反対側に大径ロッド(28)を備え、
   上記の大径ロッド(28)と対面するシリンダ室(10)の内面からロッド支持部材(31)を突設し、このロッド支持部材(31)に上記の大径ロッド(28)を保密摺動自在に嵌合して、この大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との間に背圧力室(33)を形成し、
   上記の大径ロッド(28)とロッド支持部材(31)との間のシール径は、上記の減圧弁座(12)と略同じシール径とし、
   上記の小径ロッド(20)とピストン部材(３)と大径ロッド(28)とに亙って、上記の減圧弁室(９)と上記の背圧力室(33)とを互いに連通する軸線方向流路(24)を貫通状に設けたことを特徴とする、減圧弁。
2. 上記のロッド支持部材(31)の先端にシリンダ部(30)を形成し、このシリンダ部(30)に上記の大径ロッド(28)を保密摺動自在に内嵌して、この大径ロッド(28)との間に上記の背圧力室(33)を形成した、請求項１に記載の減圧弁。
3. 上記の減圧部材(18)は、減圧弁室(９)の内部に摺動する拡張径部分(18a)と、これよりも小径の縮小径部分(18b)とを備え、この縮小径部分(18b)の外周と減圧弁室(９)の内周との間に迂回路(21)を環状に形成し、
   上記の拡張径部分(18a)の端面に上記のガス流入口(14)と連通するガス受入口(22)を設け、このガス受入口(22)と上記の迂回路(21)とを連通する径方向流路(23)を前記の縮小径部分(18b)に直径方向へ貫通し、
   上記の縮小径部分(18b)の上記のガス受入口(22)とは反対側に、上記の減圧弁座(12)に離接することで上記の流路(13)を開閉する弁シート(25)を設けた、請求項１または請求項２に記載の減圧弁。
4. 上記の減圧部材(18)とピストン部材(３)とは軸線方向へ相対移動可能に連結し、減圧弁室(９)内面と減圧部材(18)との間に、前記減圧ばね(４)よりも小さいばね力で上記の減圧部材(18)をピストン部材(３)側へ付勢する付勢ばね(41)を設けている、請求項１から３のいずれか１項に記載の減圧弁。

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