特開 2022-128557 圧力調整弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128557

(43)【公開日】2022-09-02

(54)【発明の名称】圧力調整弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 17/04 20060101AFI20220826BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20220826BHJP

【ＦＩ】

F16K17/04 D

F02M37/00 R

F02M37/00 311K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021026893

(22)【出願日】2021-02-23

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】福田 秀行

(72)【発明者】

【氏名】堀田 裕

【テーマコード（参考）】

3H059

【Ｆターム（参考）】

3H059AA05

3H059BB27

3H059CC01

3H059CD05

3H059CF06

3H059EE01

3H059FF05

(57)【要約】

【課題】高圧の流体が突入してもバルブが配置される圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる圧力調整弁を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、ボデー１１と、ボデー１１の内部に形成される１次圧室２１と、１次圧室２１に配置されるバルブ１３と、バルブ１３に当接可能に配置されるシート１４と、シート１４を挟んでバルブ１３に対向するピストン１５と、を有し、ガスＧの圧力を減圧する減圧弁１において、バルブ１３よりもガスＧの流れ方向の上流側の位置に配置され、１次圧室２１の圧力が急激に上昇することを抑制する過流防止機構１９を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボデーと、
前記ボデーの内部に形成される圧力室と、
前記圧力室に配置される第１バルブと、
前記第１バルブに当接可能に配置される第１シートと、
前記第１シートを挟んで前記第１バルブに対向するピストンと、
を有し、流体の圧力を調整する圧力調整弁において、
前記第１バルブよりも前記流体の流れ方向の上流側の位置に配置され、前記圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制する過流防止機構を有すること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項2】

請求項１の圧力調整弁において、
前記過流防止機構は、
第２バルブと、
前記第２バルブが当接する第２シートと、を備え、
前記第２バルブには、当該第２バルブにおける前記流体の流れ方向の上流側と下流側との間を貫通する貫通孔が設けられ、
前記第２バルブが前記第２シートに当接したときに前記貫通孔の一部が閉塞されること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項3】

請求項２の圧力調整弁において、
前記第２バルブを前記第２シートから離間させる方向に付勢する付勢部材を有すること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項4】

請求項２または３の圧力調整弁において、
前記貫通孔は、複数形成されており、
前記貫通孔として、少なくとも、第１貫通孔と、前記第１貫通孔よりも面積の大きい第２貫通孔と、を備え、
前記第２バルブが前記第２シートに当接したときに、前記第２貫通孔が閉塞されること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項5】

請求項４の圧力調整弁において、
前記第１貫通孔は、前記第２バルブの径方向の中央部の位置に設けられていること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項6】

請求項４または５の圧力調整弁において、
前記第２貫通孔は、前記圧力調整弁への前記流体の流入口よりも前記第２バルブの径方向の外側の位置に設けられていること、
を特徴とする圧力調整弁。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１つの圧力調整弁において、
前記過流防止機構は、前記ボデーの内部に設けられていること、
を特徴とする圧力調整弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧力調整弁に関し、例えば、高圧のガスの圧力を減圧して所望の圧力に調整する弁に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ボデーの内部の供給流路に配置される弁体と、当該弁体に当接可能に配置される弁座と、当該弁座を挟んで弁体と対向するピストンと、を有する弁装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０４２８３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に開示される弁装置において、高圧の流体が突入して供給流路の圧力が急激に上昇した場合には、弁体に高圧が作用して、弁体におけるピストンとの当接部に大きな荷重が作用する。そうすると、弁体におけるピストンとの当接部が変形するおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、高圧の流体が突入してもバルブが配置される圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる圧力調整弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、ボデーと、前記ボデーの内部に形成される圧力室と、前記圧力室に配置される第１バルブと、前記第１バルブに当接可能に配置される第１シートと、前記第１シートを挟んで前記第１バルブに対向するピストンと、を有し、流体の圧力を調整する圧力調整弁において、前記第１バルブよりも前記流体の流れ方向の上流側の位置に配置され、前記圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制する過流防止機構を有すること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、第１バルブよりも上流側の位置に過流防止機構が配置されている。そのため、圧力調整弁に第１バルブよりも上流側から高圧の流体が突入しても、過流防止機構により、圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる。したがって、第１バルブに高圧が作用して第１バルブにおけるピストンとの当接部に大きな荷重が作用することを抑制できる。ゆえに、第１バルブにおけるピストンとの当接部が変形することを防止できる。

【0008】

上記の態様においては、前記過流防止機構は、第２バルブと、前記第２バルブが当接する第２シートと、を備え、前記第２バルブには、当該第２バルブにおける前記流体の流れ方向の上流側と下流側との間を貫通する貫通孔が設けられ、前記第２バルブが前記第２シートに当接したときに前記貫通孔の一部が閉塞されること、が好ましい。

【0009】

この態様によれば、圧力調整弁に対して第１バルブよりも上流側から高圧の流体が突入したときでも、貫通孔の一部を閉塞させることにより、貫通孔を通って圧力室に流れる流体の量を少なくできるので、より確実に、圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる。

【0010】

上記の態様においては、前記第２バルブを前記第２シートから離間させる方向に付勢する付勢部材を有すること、が好ましい。

【0011】

この態様によれば、第２バルブが第２シートに当接した後に圧力室の圧力と第２バルブよりも上流側の圧力とが平衡状態に近づいたときに、付勢部材の付勢力により第２バルブが第２シートから離れて元の位置に自動的に復帰することができる。そのため、閉塞していた一部の貫通孔が開放されて、通常に流体の圧力を調整することができる。

【0012】

上記の態様においては、前記貫通孔は、複数形成されており、前記貫通孔として、少なくとも、第１貫通孔と、前記第１貫通孔よりも面積の大きい第２貫通孔と、を備え、前記第２バルブが前記第２シートに当接したときに、前記第２貫通孔が閉塞されること、が好ましい。

【0013】

この態様によれば、圧力調整弁に高圧の流体が突入したときに、第２バルブが第２シートに当接して第２貫通孔が閉塞されても、流体を第２貫通孔よりも面積の小さい第１貫通孔を通して圧力室へ絞りながら流すことができるので、流体をその圧力を低下させながら圧力室へ流すことができる。

【0014】

上記の態様においては、前記第１貫通孔は、前記第２バルブの径方向の中央部の位置に設けられていること、が好ましい。

【0015】

この態様によれば、第２バルブの径方向の中央部の位置に設けられている第１貫通孔を通して流体を圧力室に流すことができるので、圧力室に流れる流体の流れに偏りが発生し難くなり、圧力室に配置される第１バルブが傾くことを抑制できる。

【0016】

上記の態様においては、前記第２貫通孔は、前記圧力調整弁への前記流体の流入口よりも前記第２バルブの径方向の外側の位置に設けられていること、が好ましい。

【0017】

この態様によれば、圧力調整弁に高圧の流体が突入したときに、第２バルブが第２シートに当接して第２貫通孔が閉塞される前であっても、流体の圧力が第２貫通孔を通って圧力室に直接的に作用し難いので、圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる。

【0018】

上記の態様においては、前記過流防止機構は、前記ボデーの内部に設けられていること、が好ましい。

【0019】

この態様によれば、圧力調整弁を小型化できる。

【発明の効果】

【0020】

本開示の圧力調整弁によれば、高圧の流体が突入してもバルブ（詳しくは、第１バルブ）が配置される圧力室の圧力が急激に上昇することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施形態の減圧弁の断面図である。

【図2】過流防止弁をその中心軸方向から見た図である。

【図3】減圧弁に高圧のガスが突入したときの図である。

【図4】変形例の過流防止弁をその中心軸方向から見た図である。

【図5】従来の減圧弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本開示の圧力調整弁の実施形態の１つである減圧弁１について説明する。

【0023】

＜減圧弁の全体の概要説明＞
本実施形態の減圧弁１は、ガスＧの圧力を減圧して所望の圧力に調整する圧力調整弁である。なお、ガスＧは、本開示の「流体」の一例であり、例えば、気体燃料であり、より具体的には、車両用燃料電池（ＦＣ）（不図示）に供給される水素ガスや、内燃機関（不図示）に供給される圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などである。すなわち、減圧弁１は、車両用燃料電池に供給される水素ガスの圧力を調整する弁として、あるいは、内燃機関に供給される圧縮天然ガスの圧力を調整する弁として利用される。

【0024】

図１に示すように、減圧弁１は、ボデー１１と、カバー１２と、バルブ１３と、シート１４と、ピストン１５と、スプリング１６と、スプリング１７と、Ｏリング１８と、過流防止機構１９などを有する。

【0025】

ボデー１１の内部には、１次圧室２１と上流側圧力室２２と１次圧入口２３が形成されている。

【0026】

１次圧室２１には、バルブ１３が配置されている。なお、１次圧室２１は、本開示の「圧力室」の一例である。

【0027】

上流側圧力室２２は、１次圧室２１よりも上流側（詳しくは、ガスＧの流れ方向の上流側）の位置に設けられ、１次圧室２１と連通している。そして、この上流側圧力室２２に、過流防止機構１９が設けられている。

【0028】

１次圧入口２３は、上流側圧力室２２よりも上流側の位置に設けられ、上流側圧力室２２と連通している。そして、この１次圧入口２３から減圧弁１にガスＧが流れ、その後、ガスＧは、上流側圧力室２２を通って１次圧室２１に流れる。なお、１次圧入口２３は、本開示の「流体の流入口」の一例である。

【0029】

カバー１２の内部には、２次圧室２４が形成されている。２次圧室２４は、１次圧室２１よりも内圧が低く設定される。また、カバー１２は、２次圧室２４内からガスＧを減圧弁１の外部へ流出させるための２次圧出口２５を備えている。

【0030】

バルブ１３は、軸状（略円柱状）に形成されており、１次圧室２１内とシート１４の内周面の内側に亘って配置されている。このようなバルブ１３は、ピストン１５に押されてシート１４から離れることにより、１次圧室２１と２次圧室２４との間を連通させる。このとき、減圧弁１は、開弁状態となる（図１参照）。また、バルブ１３はシート１４に当接することにより、１次圧室２１と２次圧室２４との間を遮断する。このとき、減圧弁１は、閉弁状態となる。なお、バルブ１３は、本開示の「第１バルブ」の一例である。

【0031】

シート１４は、バルブ１３に当接可能な状態で、１次圧室２１と２次圧室２４の間に配置されている。シート１４は、円環状に形成されている。なお、シート１４は、本開示の「第１シート」の一例である。

【0032】

ピストン１５は、略円柱状（中空の円柱状）に形成されており、カバー１２の内部に配置されている。そして、ピストン１５は、シート１４を挟んでバルブ１３に対向するようにして、バルブ１３に当接しており、バルブ１３とともに移動する。すなわち、ピストン１５は、カバー１２に対して相対的に移動可能である。

【0033】

スプリング１６は、バルブ１３をピストン１５に向かう方向に付勢している。また、本実施形態では、スプリング１６は、後述する過流防止弁３１をバルブ１３（詳しくは、後述するシート部３２）から離間させる方向に付勢している。また、スプリング１７は、ピストン１５をバルブ１３に向かう方向に付勢している。なお、スプリング１６は、本開示の「付勢部材」の一例である。

【0034】

このような構成の減圧弁１は、以下のように作用する。まず、図１に示すように、減圧弁１が開弁状態であるときに、高圧のガスＧが、不図示のガス供給源から１次圧入口２３を通って、上流側圧力室２２を介して、１次圧室２１に流れる。そして、ガスＧは、バルブ１３とシート１４の間を通って２次圧室２４に流れ、２次圧出口２５から減圧弁１の外部に流れる。このとき、２次圧室２４内のガスＧの圧力が上昇するので、２次圧室２４内のガスＧの圧力によってピストン１５はスプリング１７の付勢力に抗して上昇する。そして、バルブ１３がシート１４に当接する。これにより、減圧弁１は閉弁状態になる。

【0035】

そして、減圧弁１の外部でガスＧが消費されて２次圧出口２５から減圧弁１の外部へガスＧが流れると、２次圧室２４の圧力が低下する。これにより、ピストン１５がスプリング１７の付勢力によって下降してバルブ１３が押し下げられるので、バルブ１３がシート１４から離れて、図１に示すように減圧弁１が開弁状態になる。そして、再び、高圧のガスＧが、不図示のガス供給源から１次圧室２１を介して２次圧室２４に流れ、２次圧出口２５から減圧弁１の外部に流れる。このとき、再び、２次圧室２４の圧力が上昇してピストン１５が上昇する。そして、バルブ１３がシート１４に当接する。これにより、減圧弁１は閉弁状態になる。そして、減圧弁１は、このような動作を繰り返すことにより、高圧のガスＧの圧力を減圧して所望の圧力に調整することができる。

【0036】

そして、このような減圧弁１を例えば燃料電池システムに使用することにより、上流にある不図示の水素タンクからの高圧の水素ガスを減圧弁１で調圧して、下流に配置した不図示のインジェクタ（燃料噴射装置）に導き、インジェクタの開閉時間を調整することで、燃料電池に供給する水素ガスの量を制御することができる。

【0037】

＜過流防止機構の説明＞
次に、過流防止機構１９について説明する。

【0038】

図５に示すような従来の減圧弁１０１において、メンテナンス等で圧力を開放した状態で、ガスＧを貯留するタンク（不図示）から１次圧入口１２３を通って高圧のガスＧが突入すると、１次圧室１２１の圧力が急激に上昇して、バルブ１１３に高圧が作用し、バルブ１１３におけるピストン１１５との当接部１１３ａに急激に大きな荷重が作用する。ここで、当接部１１３ａは、小さな径に形成されているので、大きな荷重が作用すると変形（潰れる、曲がる）するおそれがある。

【0039】

そこで、本実施形態では、減圧弁１の構造を工夫して、減圧弁１に対して高圧のガスＧが突入しても、バルブ１３が配置される１次圧室２１にて圧力が急激に上昇することを抑制できるようにしている。

【0040】

具体的には、減圧弁１は、図１に示すように、ボデー１１の内部において、バルブ１３よりも上流側（図１の下側）の位置に配置される過流防止機構１９を有する。この過流防止機構１９は、１次圧室２１にてガスＧの圧力が急激に上昇することを抑制する。

【0041】

より具体的には、過流防止機構１９は、過流防止弁３１と、シート部３２を備えている。

【0042】

過流防止弁３１は、上流側圧力室２２の内部に配置されている。そして、図１と図２に示すように、過流防止弁３１は、有底円筒状に形成されており、その底部に、ブリードベント３３（小型貫通孔）と大型貫通孔３４が設けられている。このブリードベント３３と大型貫通孔３４は、過流防止弁３１における上流側（図１の下側）と下流側（詳しくはガスＧの流れ方向の下流側、図１の上側）との間を貫通する貫通孔である。なお、過流防止弁３１は、本開示の「第２バルブ」の一例である。

【0043】

ブリードベント３３は、過流防止弁３１の径方向（図１の左右方向）の中央部の位置に設けられている。このブリードベント３３は、その面積（すなわち、開口面積）が大型貫通孔３４の面積（すなわち、開口面積）よりも小さく形成されている。なお、ブリードベント３３は、本開示の「貫通孔」や「第１貫通孔」の一例である。

【0044】

大型貫通孔３４は、過流防止弁３１の径方向について、ブリードベント３３よりも外側の位置に設けられている。この大型貫通孔３４は、その面積がブリードベント３３の面積よりも大きく形成されている。また、大型貫通孔３４は、図２に示すように、過流防止弁３１の中心軸を中心とする周方向に等間隔を空けて複数設けられており、１次圧入口２３よりも過流防止弁３１の径方向の外側の位置に設けられている。なお、大型貫通孔３４は、本開示の「貫通孔」や「第２貫通孔」の一例である。

【0045】

なお、変形例として、大型貫通孔３４は、図４に示すように、過流防止弁３１の周方向に沿って細長く（例えば、円弧状に）形成されていてもよい。

【0046】

シート部３２は、上流側圧力室２２を形成するボデー１１の内壁面に形成されており、過流防止弁３１が当接することにより大型貫通孔３４を閉塞させる。なお、シート部３２は、本開示の「第２シート」の一例である。

【0047】

このように、貫通孔として、ブリードベント３３と、ブリードベント３３よりも面積の大きい大型貫通孔３４と、を備え、過流防止弁３１がシート部３２に当接したときに大型貫通孔３４が閉塞されるようになっている。

【0048】

また、本実施形態では、スプリング１６が、過流防止弁３１をシート部３２から離間させる方向に付勢している。

【0049】

そして、減圧弁１は、このような構成の過流防止機構１９を有することにより、以下のように、作用する。

【0050】

メンテなどで減圧弁１が開放されているときに、１次圧入口２３から減圧弁１に対して高圧のガスＧが突入すると、図３に示すように、過流防止弁３１が作動してシート部３２に当接する。このとき、大型貫通孔３４がシート部３２により閉塞される一方で、ブリードベント３３は閉塞されない。これにより、ガスＧは、面積の小さいブリードベント３３を通って１次圧室２１に流れるので、単位時間あたりに１次圧室２１に流れ込むガスＧの量が抑えられて、１次圧室２１にて圧力が急激に上昇することを抑制できる。そのため、バルブ１３におけるピストン１５との当接部１３ａに大きな荷重が作用しない。

【0051】

その後、上流側圧力室２２の圧力と１次圧室２１の圧力とが平衡状態に近づいたときに、スプリング１６の付勢力により過流防止弁３１がシート部３２から離れて、図１に示すように元の位置に自動的に復帰する。そして、その後、ガスＧは、面積の大きい大型貫通孔３４を通って１次圧室２１に流れる。

【0052】

＜本実施形態の作用効果＞
以上のように、本実施形態の減圧弁１は、バルブ１３よりも上流側の位置に配置される過流防止機構１９を有する。

【0053】

このようにして、本実施形態では、バルブ１３よりも上流側の位置に過流防止機構１９が配置されている。そのため、減圧弁１に対してバルブ１３よりも上流側から高圧のガスＧが突入しても、過流防止機構１９により、１次圧室２１の圧力が急激に上昇することを抑制できる。したがって、バルブ１３に高圧が作用することが抑制されるので、バルブ１３におけるピストン１５との当接部１３ａに大きな荷重が作用することを抑制できる。ゆえに、バルブ１３におけるピストン１５との当接部１３ａが変形することを防止できる。

【0054】

また、過流防止機構１９は、ブリードベント３３と大型貫通孔３４が設けられる過流防止弁３１と、シート部３２と、を備えている。そして、過流防止弁３１がシート部３２に当接したときに大型貫通孔３４が閉塞される。

【0055】

これにより、減圧弁１に対してバルブ１３よりも上流側から高圧のガスＧが突入したときでも、大型貫通孔３４を閉塞させることにより、ブリードベント３３を通って１次圧室２１に流れるガスＧの量を少なくできるので、１次圧室２１の圧力が急激に上昇することを抑制できる。すなわち、減圧弁１に対してバルブ１３よりも上流側から高圧のガスＧが突入したときに、過流防止弁３１がシート部３２に当接して大型貫通孔３４が閉塞されても、大型貫通孔３４よりも面積の小さいブリードベント３３を通ってガスＧを１次圧室２１へ絞りながら流すことができるので、ガスＧをその圧力を低下させながら１次圧室２１へ流すことができる。

【0056】

また、減圧弁１は、過流防止弁３１をシート部３２から離間させる方向に付勢するスプリング１６を有する。

【0057】

これにより、過流防止弁３１がシート部３２に当接した後に１次圧室２１の圧力と過流防止弁３１よりも上流側の圧力とが平衡状態に近づいたときに、スプリング１６の付勢力により過流防止弁３１がシート部３２から離れて元の位置に自動的に復帰することができる。そのため、閉塞していた大型貫通孔３４が開放されて、安定してガスＧの圧力を減圧することができる。

【0058】

また、ブリードベント３３は、過流防止弁３１の径方向の中央部の位置に設けられている。

【0059】

これにより、過流防止弁３１の径方向の中央部の位置に設けられているブリードベント３３を通してガスＧを１次圧室２１に流すことができるので、１次圧室２１に流れるガスＧの流れに偏りが発生し難くなり、１次圧室２１に配置されるバルブ１３がその中心軸に対して径方向に傾くことを抑制できる。

【0060】

また、大型貫通孔３４は、１次圧入口２３よりも過流防止弁３１の径方向の外側の位置に設けられている。

【0061】

これにより、減圧弁１に対して高圧のガスＧが突入したときに、過流防止弁３１がシート部３２に当接して大型貫通孔３４が閉塞される前であっても、ガスＧの圧力が大型貫通孔３４を通って１次圧室２１に直接的に作用し難いので、１次圧室２１の圧力が急激に上昇することを抑制できる。

【0062】

また、過流防止機構１９はボデー１１の内部に設けられているので、過流防止機構１９がボデー１１の外部に設けられている場合よりも、減圧弁１を小型化できる。

【0063】

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

【0064】

例えば、過流防止弁３１は、ブリードベント３３と大型貫通孔３４の他に、さらに貫通孔を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 減圧弁
１１ ボデー
１３ バルブ
１３ａ 当接部
１５ ピストン
１６ スプリング
１９ 過流防止機構
２１ １次圧室
２２ 上流側圧力室
２３ １次圧入口
３１ 過流防止弁
３２ シート部
３３ ブリードベント
３４ 大型貫通孔
Ｇ ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】