JP2008065727A

JP2008065727A - 減圧弁

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Publication number: JP2008065727A
Application number: JP2006245060A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Miyata; 和幸宮田
Original assignee: Neriki KK
Current assignee: Neriki KK
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

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、ハウジングやピストン部材など、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】ピストン部材(３)の一側に二次圧力室(15)を形成し、他側に減圧ばね(４)を配置し、ロッド挿入穴(16)を設ける。シリンダ室(９)内に向けて突設したロッド(11)をロッド挿入穴(16)へ挿入する。ロッド(11)の外面とロッド挿入穴(16)の内面との間を保密摺動部(27)で摺動自在にシールする。保密摺動部(27)より奥側に減圧弁室(17)を形成する。ロッド(11)の先端部に減圧弁座(12)を形成する。ロッド挿入穴(16)の奥壁に減圧弁室(17)と二次圧力室(15)及びガス流出口(７)とを連通する出口路(18)を設ける。出口路(18)の周囲に弁体(19)を設ける。減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径を、保密摺動部(27)でのシール径と略同一に設定する。
【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、この減圧弁座に対し進退移動できる弁体と、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弁体と連動連結されたピストン部材と、弁体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弁体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、上記の弁体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、減圧弁室をピストン部材に形成したロッド挿入穴の内部に設け、このロッド挿入穴に挿入されたロッドが、ロッド挿入穴内面との保密摺動部で受ける一次圧による付勢力と、上記の弁体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７に示すように、ハウジング(50)とピストン部材(53)と減圧ばね(54)とを備え、ハウジング(50)は有底円筒状のハウジング本体(51)と、このハウジング本体(51)の一端開口部を塞ぐ蓋部材(52)とを有する。このハウジング本体(51)には、内部にシリンダ室(56)が形成され、ハウジング本体(51)の底部にガス流入口(57)が形成してある。このハウジング本体(51)の底部内面から内方に、軸方向に細長い管状の第１ロッド(60)が突設してあり、この第１ロッド(60)内にはガス流入口(57)に連通する入口路(59)が形成してある。また蓋部材(52)にはガス流出口(58)が設けてある。この蓋部材(52)の内面から内方に、軸方向に細長い管状で上記の第１ロッド(60)よりも大径の第２ロッド(62)が、第１ロッド(60)と同軸上で向き合うように突設してある。この第２ロッド(62)内にはガス流出口(58)に連通する出口路(61)が形成してあり、この第２ロッド(62)の先端部に減圧弁座(63)が取り付けてある。

上記のピストン部材(53)は、シリンダ室(56)の内面に摺動自在に内嵌された拡張径部分(53ａ)と、この拡張径部分(53ａ)の一側に形成された縮小径部分(53ｂ)とを有しており、この拡張径部分(53ａ)の一側および縮小径部分(53ｂ)の外周とハウジング(50)の内側との間に二次圧力室(65)が形成してある。上記のピストン部材(53)の中心には、小径穴(64ａ)と大径穴(64ｂ)とが軸心方向に段付き状に貫通形成してある。この小径穴(64ａ)は上記の第１ロッド(60)に、大径穴(64ｂ)を上記の第２ロッド(62)にそれぞれシール部材(66・67)を介して保密摺動自在に外嵌してある。この小径穴(64ａ)と大径穴(64ｂ)の境界の段部には、ピストン部材(53)の往復動に伴い減圧弁座(63)に対し接近・離反する弁体(68)が設けてある。小径穴(64ａ)内に挿入された第１ロッド(60)の先端部とこれに対面する上記の減圧弁座(63)との間に減圧弁室(69)が形成されている。また、上記の減圧ばね(54)は蓋部材(52)とピストン部材(53)との間に配置され、この減圧ばね(54)によってピストン部材(53)に開弁方向(X1)のばね力が付与してある。

このように構成された減圧弁によれば、ガス流入口(57)から流入するガスは、第１ロッド(60)内の入口路(59)を経て減圧弁室(69)に流入し、減圧弁座(63)と弁体(68)との間に形成されるオリフィスを通過することによって減圧されたのち、大径穴(64ｂ)と第２ロッド(62)内の出口路(61)とを順に経てガス流出口(58)から取り出される。このとき、ピストン部材(53)は、二次圧力室(65)から受ける二次圧と減圧ばね(54)の弾圧力とのバランスで、弁体(68)を減圧弁座(63)に対し接近・離反する方向に移動させ、これにより二次圧が所定圧力に減圧される。

上記の第１ロッド(60)と小径穴(64ａ)との間を摺動自在にシールするシール部材(66)のシール径は、減圧弁座(63)に当接した弁体(68)と略同じシール径にしてある。このため、減圧弁室(69)内においてピストン部材(53)に働く一次圧は、開弁方向(X1)への力と閉弁方向(X2)への力とが釣り合うこととなり、ピストン部材(53)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低減することができるようにしてある。

特開２００４−３８９８２号公報

しかしながら、図７に示す上記従来の減圧弁では、シリンダ室(56)内において、ハウジング本体(51)と蓋部材(52)のそれぞれから第１ロッド(60)と第２ロッド(62)を互いに同軸上で向き合うべく突設し、この第１ロッド(60)と第２ロッド(62)との双方にピストン部材(53)を摺動自在に外嵌させてあるが、ハウジング本体(51)に蓋部材(52)を螺着固定する際に、上記の第１ロッド(60)と第２ロッド(62)とを正確に同軸上に配置することが容易でない。このため、ハウジング本体(51)、蓋部材(52)、およびピストン部材(53)の加工やこれらの組付作業に困難を来たし、加工コストの高騰を招く問題がある。
また、ピストン部材(53)はシリンダ室(56)の内面と拡張径部分(53ａ)との間、ハウジング本体(51)側の第１ロッド(60)の外周と小径穴(64ａ)との間、及び蓋部材(52)側の第２ロッド(62)の外周と大径穴(64ｂ)との間の３箇所を、それぞれシール部材(70・66・67)により摺動自在にシールする必要があり、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得ることが容易でない。

さらに、上記の第２ロッド(62)の先端部に付設させた減圧弁座(63)は、この第２ロッド(62)と同軸上で向き合う第１ロッド(60)に形成された入口路(59)の端部開口と対面しているため、この減圧弁座(63)が入口路(59)から減圧弁室(69)に流入するガスの噴流に直接曝されることとなり、この減圧弁座(63)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、さらには減圧弁座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６に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
すなわち、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(17)と、この減圧弁室(17)に設けられた減圧弁座(12)と、この減圧弁座(12)に対し進退移動できる弁体(19)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(15)と、この二次圧力室(15)の圧力を受けて進退移動するとともに上記の弁体(19)と連動連結されたピストン部材(３)と、上記の弁体(19)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(17)に連通するガス流入口(10)と二次圧力室(15)に連通するガス流出口(７)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(９)を形成して、このシリンダ室(９)の内面に上記のピストン部材(３)を保密摺動自在に挿入し、このピストン部材(３)の一側に上記の二次圧力室(15)を形成するとともに、ピストン部材(３)の他側にロッド挿入穴(16)をシリンダ室(９)の軸線方向に沿って設け、上記のハウジング(２)からシリンダ室(９)内に向けてロッド(11)を突設し、このロッド(11)を上記のロッド挿入穴(16)へ挿入して、このロッド(11)の外面とロッド挿入穴(16)の内面との間を保密摺動部(27)で摺動自在にシールし、ロッド挿入穴(16)内のこの保密摺動部(27)よりも奥側に上記の減圧弁室(17)を形成し、この減圧弁室(17)と上記のガス流入口(10)とを連通する入口路(25)を上記のロッド(11)内に形成し、上記の減圧弁室(17)に挿入されたロッド(11)の先端部に上記の減圧弁座(12)を形成し、上記のロッド挿入穴(16)の奥壁でこの減圧弁座(12)と対面する位置に、減圧弁室(17)と上記の二次圧力室(15)及びガス流出口(７)とを連通する出口路(18)を設け、この出口路(18)の減圧弁室(17)側開口を取り囲む状態に上記の弁体(19)を設け、上記のピストン部材(３)の進退移動によりこの弁体(19)が上記の減圧弁座(12)に対し接近・離反するように構成し、この減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径を、上記の保密摺動部(27)でのシール径と略同一に設定し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(10)から入口路(25)を経て減圧弁室(17)に流入するガスは、減圧弁座(12)と弁体(19)との間を通過することにより減圧され、出口路(18)を経て二次圧力室(15)へ流入するとともにガス流出口(7)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)が移動して弁体(19)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(15)内の二次圧が高くなると、ピストン部材(３)が減圧ばね(４)の弾圧力に抗して弁体(19)が減圧弁座(12)に近接する方向に移動する。これにより、減圧弁座(12)と弁体(19)との間を通過するガス量が少なくなり、二次圧が低下する。反対に、二次圧力室(15)内の二次圧が低下すると、ピストン部材(３)が減圧ばね(４)に弾圧されて弁体(19)が減圧弁座(12)から離れる方向に移動する。これにより、減圧弁座(12)と弁体(19)との間を通過するガス量が多くなり、二次圧が上昇する。

ここで、上記の減圧弁室(17)はピストン部材(３)のロッド挿入穴(16)内に形成され、従って減圧弁室(17)の周壁を構成するピストン部材(３)は、この減圧弁室(17)に流入する一次圧を受ける。しかし、減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径を、ロッド(11)の外面とロッド挿入穴(16)の内面との間の保密摺動部(27)でのシール径と略同一に設定してあるので、ピストン部材(３)に作用する一次圧は、弁体(19)が減圧弁座(12)から離れる開弁方向への力と、弁体(19)が減圧弁座(12)に接近する閉弁方向への力とが釣り合うこととなる。

上記の減圧弁は、上記の減圧弁室(17)の内周とロッド(11)の先端部外周との間に迂回路(24)を形成し、この迂回路(24)を介して、上記の入口路(25)を上記の減圧弁座(12)と弁体(19)間に連通させることができる。この場合は、ガス流入口(10)から流入するガスが入口路(25)から上記の迂回路(24)を経て弁体(19)に辿り着くこととなり、減圧弁室(17)に流入するガスの噴流が直接弁体(19)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体(19)の劣化を防止でき、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。

上記の減圧弁は、上記の出口路(18)を直線状に形成して、この出口路(18)を上記のガス流出口(７)へ直接に臨ませ、この出口路(18)から下流側を上記の二次圧力室(15)に連通し、このガス流出口(７)へ装着した充填治具(30)の先端をこの出口路(18)へ保密状に挿入可能に構成するとともに、この充填治具(30)の充填路(36)をこの出口路(18)内へ連通可能に構成することができる。こ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、空になったガス容器内へフレッシュガスを充填する際、ガス流出口(７)に充填治具(30)を取り付けると、この充填治具(30)の先端が出口路(18)へ保密状に挿入され、出口路(18)とその下流側の二次圧力室(15)との連通が遮断される。これにより、充填治具(30)の充填路(36)から供給されるフレッシュガスが二次圧力室(15)へ流入しないので、二次圧力室(15)内は圧力が上昇せず、この二次圧力室(15)の内圧でピストン部材(３)を閉弁方向へ押圧することが防止される。この結果、ピストン部材(３)は減圧ばね(４)に弾圧されて弁体(19)を減圧弁座(12)から離隔した開弁状態に保持され、フレッシュガスは、充填路から減圧弁室(17)と入口路(25)とガス流入口(10)を順に経てガス容器内へ充填される。従って、減圧弁からのガス取出路をガス充填経路に兼用することができ、バルブ装置に充填用接続口を別途設ける必要がないので、バルブ装置全体を簡略にすることができる。

なお上記の弁体(19)は、例えば上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に固定したパッキンやＯリングで構成することができる。これ等の場合は、弾性材料からなるパッキンやＯリングを弁体に容易に取り付けできる利点がある。

また、上記の弁体(19)を、上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に出口路(18)へ向けて窄まるテーパー状の金属面で構成し、上記の減圧弁座(12)を、上記のロッド(11)の先端部に固定されたパッキンで構成したり、この減圧弁座(12)を、上記のロッド(11)の先端部に形成された先窄まりのテーパー面を有する金属面で構成したりすることも可能である。これ等の場合は、シリンダ室(９)内で摺動するピストン部材(３)にパッキン等を固定するためのねじ構造が不要であり、ねじ部の弛みによる不具合を発生する虞がない。

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) ピストン部材に作用する一次圧は、弁体が減圧弁座から離れる開弁方向への力と、弁体が減圧弁座に接近する閉弁方向への力とが釣り合うので、このピストン部材の減圧作動に一次圧の影響を受けにくくすることができ、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) ピストン部材をハウジングのシリンダ室内へ保密摺動自在に挿入するとともに、このピストン部材内のロッド挿入穴に、ハウジング内面から突設した１つのロッドを挿入するだけでよく、ピストン内へ２つのロッド部材を両側から同軸上に挿入する前記の従来技術と異なって、ハウジングやピストン部材などの各部材の加工が容易であるうえ、しかも簡単に組み付けることができる。

(３) ピストン部材は、シリンダ室の内周との間、およびロッド挿入穴の内周とロッドとの間の２箇所のみを摺動自在にシールすればよく、３箇所を摺動自在にシールする前記の従来技術と異なって、保密摺動自在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と図２は本発明の第１実施形態を示し、図１は減圧弁の断面図、図２は充填治具を取り付けた状態の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、例えば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)とピストン部材(３)と減圧ばね(４)とを備える。

上記のハウジング(２)は、円筒状のハウジング本体(５)と、このハウジング本体(５)の一端開口部(5a)を塞ぐ蓋部材(６)とを有する。この蓋部材(６)は上記の一端開口部(5a)に螺着固定してある。但し本発明では、他の固定手段で蓋部材をハウジング本体に固定してもよい。上記のハウジング本体(５)の他端開口部にはガス流出口(７)が形成してあり、このガス流出口(７)と蓋部材(６)の内面との間にシリンダ室(９)が設けてある。上記の蓋部材(６)の外側端面の中央にはガス流入口(10)が設けてある。そしてこの蓋部材(６)の内面中央に、上記のシリンダ室(９)内に向けてロッド(11)が一体に突設してある。

上記のピストン部材(３)は、上記のシリンダ室(９)に軸線方向へ往復動自在に内嵌してあり、シリンダ室(９)の内周面に摺動する拡張径部分(3a)と、この拡張径部分(3a)の蓋部材(６)側の一側の中央から蓋部材(６)側に向けて突設された小径の縮小径部分(3b)とを有する。ピストン部材(３)の拡張径部分(3a)の外周とシリンダ室(９)の内周との間は、拡張径部分(3a)に付設されたシール部材(14)で保密摺動自在にシールしてある。このピストン部材(３)の他側には、上記のガス流出口(７)との間に二次圧力室(15)が形成してある。

上記のピストン部材(３)の縮小径部分(3b)の中心にはロッド挿入穴(16)が設けてあり、上記のロッド(11)はこのロッド挿入穴(16)に、軸線方向へ往復動可能に挿入してある。このロッド(11)の外周とロッド挿入穴(16)の内周との間は、ロッド挿入穴(16)に付設されたシール部材からなる保密摺動部(27)で摺動自在にシールしてある。

上記のピストン部材(３)は、拡張径部分(3a)がシリンダ室(９)の内周面に摺動自在に内嵌され、縮小径部分(3b)に形成したロッド挿入穴(16)がロッド(11)の外周面に摺動自在に外嵌されるだけであり、しかも保密摺動自在にシールする箇所は、拡張径部分(3a)とシリンダ室(９)内周面との間と、保密摺動部(27)との２箇所のみであるので、加工や組付が簡単であり、ピストン部材の摺動性と保密性を容易に両立させて良好な減圧性能を得ることができる。

上記のロッド挿入穴(16)内には、この保密摺動部(27)よりも奥側に、ロッド(11)の外径よりも大きい内径の減圧弁室(17)が形成してある。上記のロッド(11)内には、この減圧弁室(17)と上記のガス流入口(10)とを互いに連通する入口路(25)が形成してあり、減圧弁室(17)に挿入されたこのロッド(11)の先端部に減圧弁座(12)が設けてある。一方、ロッド挿入穴(16)の奥壁でこの減圧弁座(12)と対面する位置に、減圧弁室(17)と上記の二次圧力室(15)及びガス流出口(７)とを連通する出口路(18)が設けてある。そしてこの出口路(18)の減圧弁室(17)側端部には、その開口全体を取り囲む状態にパッキンからなる弁体(19)が設けてある。なお、この出口路(18)は直線状に形成してあり、その下流側開口は上記の二次圧力室(15)を介して上記のガス流出口(７)へ直接に臨ませてある。

上記の弁体(19)は、ピストン部材(３)とは別体に形成される弁体押さえ部材(20)を使用することで、ピストン部材(３)内へ簡易に設置される。すなわち、ピストン部材(３)の減圧弁室(17)とは反対側の端面に、この減圧弁室(17)よりも大きい内径の弁体装着穴(21)を減圧弁室(17)と連通状に設ける一方、弁体押さえ部材(20)に上記の出口路(18)を貫通状に設け、この出口路(18)の一端側にその全周を囲むよう環状のパッキンからなる弁体(19)を嵌め込む。そしてこの弁体押さえ部材(20)をピストン部材(３)の弁体装着穴(21)へ螺着等により固定し、弁体(19)を弁体装着穴(21)の内底に押し付けて減圧弁室(17)に臨ませる。この構造によれば、弁体(19)が弁体押さえ部材(20)により確実に固定され、またこの弁体押さえ部材(20)をピストン部材(３)に対し着脱することで、弁体(19)を容易に交換することができる。

上記の弁体(19)はピストン部材(３)に固定されているので、このピストン部材(３)の進退移動により上記の減圧弁座(12)に対し接近・離反する。この減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径は、上記の保密摺動部(27)でのシール径と実質的に同一径に形成してある。ここで両シール径が実質的に同一径であるとは、両者の受圧面積がほぼ同一であり、減圧弁室(17)内の一次圧でピストン部材(３)に加わる開弁方向(X1)への力と閉弁方向(X2)への力が同等になることをいう。

上記の減圧弁室(17)内には、この減圧弁室(17)の内周とロッド(11)の先端部の外周との間に環状の迂回路(24)が形成してある。ロッド(11)に形成された前記の入口路(25)は、この迂回路(24)を介して、上記の減圧弁座(12)と弁体(19)間に連通させてある。即ち、この入口路(25)は、ガス流入口(10)と連通するようロッド(11)の軸線方向に設けた軸線方向流路(25ａ)と、軸線方向流路(25ａ)の内奥と上記の迂回路(24)とが連通するよう直径方向に設けた径方向流路(25ｂ)からなる。

上記のシリンダ(９)内には、ピストン部材(３)を挟んで二次圧力室(15)とは反対側に減圧ばね収容空間(28)が形成してある。減圧ばね(４)は圧縮コイルばね等により構成され、この減圧ばね収容空間(28)内で、蓋部材(６)の内面とピストン部材(３)の拡張径部分(3a)との間に配置してあり、弁体(19)が減圧弁座(12)から離反する開弁方向(X1)にピストン部材(３)を付勢している。なお、この実施形態では減圧ばね(４)を２本の圧縮コイルばねで構成してあるが、１本の圧縮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(10)から流入するガスは入口路(25)を経て減圧弁室(17)に流入し、減圧弁座(12)と弁体(19)との間から出口路(18)を経てガス流出口(７)から取出される。このとき、入口路(25)から減圧弁室(17)に流入する噴流は、迂回路(24)を経て弁体(19)に辿り着くので、直接弁体(19)に吹き付けられることがない。従ってこの弁体(19)は、上記のガス噴流に曝されることによる劣化が防止される。

上記の減圧弁室(17)に流入したガスの圧力、即ち一次圧は、減圧弁室(17)の周壁を構成しているピストン部材(３)に加わる。しかし、減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径を、上記の保密摺動部(27)でのシール径と略同一に設定してあるので、このピストン部材(３)に加わる一次圧は、弁体(19)が減圧弁座(12)から離れる開弁方向(X1)に働く力と、弁体(19)が減圧弁座(12)に接近する閉弁方向(X2)に働く力とが、互いに釣り合って相殺される。

上記の減圧弁室(17)内のガスは、減圧弁座(12)と弁体(19)との間を通過することで減圧され、出口路(18)から二次圧力室(15)に流入し、ガス流出口(７)へ案内される。この二次圧力室(15)に流入したガスは、上記の減圧された圧力(二次圧)により、上記のピストン部材(３)を弁体(19)が減圧弁座(12)に接近する閉弁方向(X2)へ押圧する。一方、このピストン部材(３)は、前記の減圧ばね(４)の弾圧力で弁体(19)が減圧弁座(12)から離反する開弁方向(X1)へ押圧されており、この結果、弁体(19)は、このピストン部材(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開閉移動し、これにより二次圧力が所定の圧力に減圧される。

このとき、上記の減圧弁室(17)内の一次圧が弁体(19)に作用する力は、前述のとおり開弁方向(X1)に働く力と閉弁方向(X2)に働く力とが互いに釣り合っているので、ピストン部材(３)や弁体(19)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。

次に、上記の減圧弁(１)がガス容器に付設された容器弁に組み込まれており、貯蔵ガスが消費されて空になった場合に、この減圧弁を通してガス容器へフレッシュガスを充填する手順について説明する。
図２に示すように、この減圧弁(１)を通してフレッシュガスを充填する場合は、上記のガス流出口(７)に充填治具(30)が螺着等により装着される。この充填治具(30)は、ガス流出口(７)に螺着固定される治具本体(33)と、この治具本体(33)の先端に突設した細径の差込突起部(34)とを備えており、この治具本体(33)と差込突起部(34)とを貫通する状態に充填路(36)が形成してある。

上記の出口路(18)は直線状に形成されて上記のガス流出口(７)へ直接に臨ませてあり、上記の充填治具(30)をガス流出口(７)へ装着することにより、上記の差込突起部(34)がこの出口路(18)内に保密状に挿入される。この結果、上記の充填路(36)は出口路(18)内を介して減圧弁室(17)に連通するが、この出口路(18)とその下流側の二次圧力室(15)との連通は遮断される。

上記の充填治具(30)の充填路(36)からフレッシュガスを供給すると、このフレッシュガスは出口路(18)には流入するが、二次圧力室(15)へは流入しない。このため、ピストン部材(３)はフレッシュガスの高圧で閉弁方向(X2)へ押圧されることがなく、弁体(19)は減圧ばね(４)の弾圧力で開弁方向(X1)へ押圧されて、開弁状態に保持される。この結果、上記の出口路(18)に流入したフレッシュガスは、弁体(19)と減圧弁座(12)との間を通って減圧弁室(17)へ流入し、入口路(25)とガス流入口(10)とを順に経て、図外のガス容器内へ案内され、円滑に充填される。従って、上記の減圧弁(１)からのガスの取出路をフレッシュガスの充填経路に兼用することができ、バルブ装置に充填用接続口を別途設ける必要がないので、バルブ装置全体を簡略にすることができる。

上記の第１実施形態では、弁体(19)を環状のパッキンで形成した。しかし本発明では、例えば図３から図５に示すように、この弁体を他の形状や構造にすることができる。

即ち、図３に示す第２実施形態では、弁体(19)がＯリングで構成してあり、このＯリングからなる弁体(19)は、ピストン部材(３)とは別体に形成された弁体保持部材(37)の先端部の外周に付設してある。そしてこの弁体保持部材(37)をピストン部材(３)の弁体装着穴(21)に螺着することで、この弁体(19)を減圧弁室(17)に臨ませてある。この場合、減圧弁座(12)はロッド(11)の先端部に形成された環状突起で構成してある。その他の構成は上記の第１実施形態と同様であり、同様に作用するので説明を省略する。

図４に示す第３実施形態では、弁体(19)が、金属製のピストン部材(３)のロッド挿入穴(16)の内奥部に、出口路(18)へ向けて窄まるテーパー状の平滑な金属面（コーティングを含む）で構成してある。この弁体(19)と対面する減圧弁座(12)は、ロッド(11)の先端部にかしめ等で固定された、例えば先窄まりのテーパー面を有する截頭円錐形状のパッキンで構成してある。

図５に示す第４実施形態では、上記の第３実施形態と同様、弁体(19)が、金属製のピストン部材(３)のロッド挿入穴(16)の内奥部に、出口路(18)に向けて窄まるテーパー状の平滑な金属面（コーティングを含む）で構成してある。但し上記の第３実施形態と異なり、この第４実施形態では、弁体(19)と減圧弁座(12)とに、いわゆるメタルシール方式を採用してある。即ち、上記の弁体(19)と対面する減圧弁座(12)は、金属製のロッド(11)の先端部に形成された、先窄まりのテーパー面を有する截頭円錐形状に形成された平滑な金属面で構成してある。

なお、上記の第３実施形態や第４実施形態では、上記の第１実施形態と異なって出口路(18)がピストン部材(３)自体に形成してある。また、ロッド(11)は蓋部材(６)と一体に形成するに代えて、蓋部材(６)とは別体に形成し、蓋部材(６)の内面にガス流入口(10)と連通すように設けたロッド装着穴(40)へ、この別体のロッド(11)を螺着固定してある。
但し本発明ではこの第３実施形態においても、上記の出口路(18)をピストン部材(３)とは別の部材に形成して、これをピストン部材(３)に固定してもよく、また、上記のロッド(11)を蓋部材(６)と一体に形成してもよい。さらに、上記の第１実施形態や第２実施形態においても、出口路(18)をピストン部材(３)に直接形成してもよく、また、ロッド(11)を蓋部材(６)と別体に形成してもよい。

図６は本発明の第５実施形態を示す、減圧弁の断面図である。
上記の各実施形態では、上記の出口路(18)をガス流出口(７)に直接に臨ませたが、この第５実施形態では、出口路(18)とガス流出口(７)との間をＬ字状のガス流出路(41)で接続してあり、このガス流出路(41)の中間部にガス逃し路(42)を分岐し、このガス逃し路(42)に二次安全弁(43)が付設してある。なお、上記の二次安全弁(43)は、上記の第１実施形態と同様、この減圧弁(１)のハウジング(２)から省略してもよい。また、上記の第１実施形態などにおいても、出口路とガス流出口との間の流路や二次圧力室などに連通するガス逃し路を設け、このガス逃し路に二次安全弁を付設してもよい。

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実施形態の、減圧弁の断面図である。充填治具を取り付けた状態の、減圧弁の断面図である。本発明の第２実施形態の、減圧弁の断面図である。本発明の第３実施形態の、減圧弁の断面図である。本発明の第４実施形態の、減圧弁の断面図である。本発明の第５実施形態の、減圧弁の断面図である。従来技術を示す、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
７…ガス流出口
９…シリンダ室
10…ガス流入口
11…ロッド
12…減圧弁座
15…二次圧力室
16…ロッド挿入穴
17…減圧弁室
18…出口路
19…弁体
24…迂回路
25…入口路
25ａ…軸線方向流路
25ｂ…径方向流路
27…保密摺動部
30…充填治具
36…充填路

Claims

ハウジング(２)内に形成された減圧弁室(17)と、この減圧弁室(17)に設けられた減圧弁座(12)と、この減圧弁座(12)に対し進退移動できる弁体(19)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(15)と、この二次圧力室(15)の圧力を受けて進退移動するとともに上記の弁体(19)と連動連結されたピストン部材(３)と、上記の弁体(19)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(17)に連通するガス流入口(10)と二次圧力室(15)に連通するガス流出口(７)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(９)を形成して、このシリンダ室(９)の内面に上記のピストン部材(３)を保密摺動自在に挿入し、このピストン部材(３)の一側に上記の二次圧力室(15)を形成するとともに、ピストン部材(３)の他側にロッド挿入穴(16)をシリンダ室(９)の軸線方向に沿って設け、
上記のハウジング(２)からシリンダ室(９)内に向けてロッド(11)を突設し、このロッド(11)を上記のロッド挿入穴(16)へ挿入して、このロッド(11)の外面とロッド挿入穴(16)の内面との間を保密摺動部(27)で摺動自在にシールし、ロッド挿入穴(16)内のこの保密摺動部(27)よりも奥側に上記の減圧弁室(17)を形成し、この減圧弁室(17)と上記のガス流入口(10)とを連通する入口路(25)を上記のロッド(11)内に形成し、
上記の減圧弁室(17)に挿入されたロッド(11)の先端部に上記の減圧弁座(12)を形成し、上記のロッド挿入穴(16)の奥壁でこの減圧弁座(12)と対面する位置に、減圧弁室(17)と上記の二次圧力室(15)及びガス流出口(７)とを連通する出口路(18)を設け、
この出口路(18)の減圧弁室(17)側開口を取り囲む状態に上記の弁体(19)を設け、上記のピストン部材(３)の進退移動によりこの弁体(19)が上記の減圧弁座(12)に対し接近・離反するように構成し、この減圧弁座(12)に当接した弁体(19)のシール径を、上記の保密摺動部(27)でのシール径と略同一に設定したことを特徴とする、減圧弁。
上記の減圧弁室(17)の内周とロッド(11)の先端部外周との間に迂回路(24)を形成し、この迂回路(24)を介して、上記の入口路(25)を上記の減圧弁座(12)と弁体(19)間に連通させた、請求項１に記載の減圧弁。
上記の出口路(18)を直線状に形成して、この出口路(18)を上記のガス流出口(７)へ直接に臨ませ、この出口路(18)から下流側を上記の二次圧力室(15)に連通し、このガス流出口(７)へ装着した充填治具(30)の先端をこの出口路(18)へ保密状に挿入可能に構成するとともに、この充填治具(30)の充填路(36)をこの出口路(18)内へ連通可能に構成した、請求項１または請求項２に記載の減圧弁。
上記の弁体(19)は、上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に固定したパッキンで構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の減圧弁。
上記の弁体(19)は、上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に固定したＯリングで構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の減圧弁。
上記の弁体(19)は、上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に出口路(18)へ向けて窄まるテーパー状の金属面で構成され、上記の減圧弁座(12)は、上記のロッド(11)の先端部に固定されたパッキンで構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の減圧弁。
上記の弁体(19)は、上記のロッド挿入穴(16)の内奥部に出口路(18)へ向けて窄まるテーパー状の金属面で構成され、上記の減圧弁座(12)は、上記のロッド(11)の先端部に形成された先窄まりのテーパー面を有する金属面で構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の減圧弁。