CN103003607A - 气体用调压阀 - Google Patents

Abstract

提供即使是在高压的燃料气体环境下，也可将其二次侧压更加正确地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。电磁调压阀（1）具备阀体（14），通过使阀体（14）移动而调节阀通路（13）的开度，以此将二次侧压（p₂）可调节为目标压力。阀体（14）由轴承构件（18）滑动支持，轴承构件（18）的两侧被隔膜密封件（19）和低压密封构件（20）密封。隔膜密封件（19）从与二次侧端口（12c）连接的压力返回室（23）受到二次侧压（p₂）并使阀体（14）向关闭位置方向移动。通过插入于阀体（14）内的密封杆（29）形成与一次侧端口（12a）连接的背压室（30），在外壳（12）中形成有与二次侧端口（12c）连接的缓冲室（35）。用高压密封构件（32）密封缓冲室（35）和背压室（30）之间。

Description

气体用调压阀

技术领域

本发明涉及将高压燃料气体的压力调节为与外加的外加电压或外加电流相对应的压力的气体用调压阀。

背景技术

燃料电池汽车、氢气发动机汽车、及天然气汽车等使用氢气和天然气等的燃料气体的清洁能源汽车已被人们所知。这些清洁能源汽车具备高压箱及喷射器或电磁式调压阀，并且贮藏在高压箱内的燃料气体通过喷射器或电磁式调压阀供给到燃料电池和燃气发动机等，从而进行工作。喷射器及电磁式调压阀可调节供给到燃料电池和燃气发动机的燃料气体的流量（或者压力），通过喷射器或电磁式调压阀调节燃料气体的流量（或者压力），以此控制燃料电池和燃气发动机的输出。

喷射器设置为通过关闭或者打开其喷射孔可以调节燃料气体的流量，通过开闭喷射孔的时间之比、即通过占空比（duty ratio）改变燃料气体的流量。当喷射器的上游侧压力和输出侧压力的压差大时，打开喷射器的喷射孔时流过的燃料气体的流量极其增大，相对于喷射器的占空比的变化的燃料气体的流量变化增大。尤其是，在小流量区域（燃料电池或燃气发动机为低负荷状态）中，流量增益（燃料气体流量除以占空比的值）增大，控制变得困难。又，喷射器的上游侧压力增高时，存在由小流量至大流量的占空比控制跨度极其变窄的问题。

又，电磁式调压阀设置为通过调节阀通路的开度（开口面积）可以调节燃料气体的流量。因此，电磁式调压阀的上游侧压力增高时，该电磁式调压阀的前后的压差增大，仅仅略微扩大开度就能使流过的燃料气体的流量发生大的变化，相对于阀通路的开度变化的燃料气体的流量变化增大。因此，电磁式调压阀也与喷射器一样，使在小流量区域（低负荷状态）中的燃料气体的压力控制变得极其困难。

为了解决这样的困难的问题而在专利文献1中公开的燃料电池系统中，在喷射器的上游侧设置有两个调节器。两个调节器串联地配置，并用二阶段减压从高压箱供给的氢气。在燃料电池系统中，通过两个调节器将喷射器的上游压力维持在低压的一定压力以下，从而减小喷射器前后的压差，确保压力控制性。另外，在燃料电池系统中，在两个调节器的上游侧具备截止阀，通过截止阀阻断氢气箱和燃料电池之间，阻止氢气的供给。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开2007-188857号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

在专利文献1中记载的燃料电池系统中，为了用多阶段减压燃料气体的压力而需要多个调节器。但是，设置多个调节器时，构成要素增多，又需要用于设置调节器的空间。这样，整个系统变得大型化而成本提高，或者整个系统的重量增大。尤其是，由于构成要素的空间有限，因此在希望轻量化的汽车中，搭载上述的系统并不理想。

又，设置多个调节器会增大系统的压力损失，因此相对于燃料电池或燃气发动机的最低工作压力应该将高压箱的使用极限压力设定为较高值。这样，在高压箱内能够使用的燃料气体的量与不设置调节器的情况相比变少，缩短汽车的行驶续航距离。

像这样，增加多个调节器时，发生各种不理想的状况。又，如上所述，只用现有的喷射器及电磁式调压阀，在其上游侧压力较高时，在低负荷状态下进行燃料气体的压力控制是困难的。

此外，作为电磁式调压阀等的密封方式可以使用隔膜（diaphragm）方式，但是隔膜密封件一般耐压强度低，因此处理高压的燃料气体时，存在因隔膜的破损而使燃料气体泄漏至大气中的可能性。相对于此，O形环方式的情况下，存在高压时因没预想到的外部因素而使燃料气体泄漏至大气中的可能性。

因此，本发明的目的在于提供即使在高压的燃料气体环境下，也可以将其二次侧压更加正确地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。

解决问题的手段：

本发明的气体用调压阀是具备：具有连接一次侧端口和二次侧端口的阀通路的外壳；设置于所述外壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置和打开所述阀通路的打开位置之间移动以调节所述阀通路的开度的阀体；对该阀体向关闭位置方向施力的复位用弹簧；和与所述复位用弹簧的施力反抗地向所述阀体施加与外加的外加电压或外加电流相对应的驱动力以使所述阀体向所述打开位置方向移动的阀体驱动单元；并且将通过所述一次侧端口供给至所述阀通路的高压的燃料气体的压力调节为与所述阀体驱动单元的驱动力相对应的压力并从所述二次侧端口输出的调压阀，其中，具备：形成于所述外壳内，并与所述二次侧端口连接的压力返回室；介于所述阀体和所述外壳之间的间隙，并滑动支持所述阀体的轴承构件；分别设置于所述轴承构件的两侧，并分别密封所述间隙的两侧的第一密封构件及第二密封构件；和能相对移动地插入于所述阀体内，并在与所述阀体之间形成与所述一次侧端口连接的背压室的密封杆；所述第一密封构件设置为向与所述驱动力反抗的方向受到所述压力返回室的压力，根据所受到的所述压力使所述阀体向所述关闭位置方向移动；所述外壳具有与所述二次侧端口连接的缓冲室；并设置有密封所述背压室和所述缓冲室之间的第三密封构件。

根据本发明，通过改变阀体驱动单元的驱动力，可以改变阀通路的开度而调节二次侧压。该二次侧压导入至压力返回室，第一密封构件受到压力返回室的二次侧压并将阀体移动至关闭位置。从二次侧压、驱动力及因复位用弹簧引起的施加力等的作用于阀体的力相平衡的状态使二次侧压下降时，第一密封构件使阀体向打开位置侧移动并将阀通路的开度扩大而提升二次侧压。借助于此，作用于阀体的力回归到相平衡的状态。通过像这样回归到相平衡的状态，二次侧压回归到原来的压力。即，二次侧压回归到与阀体驱动单元的驱动力相对应的一定压力，并且不管一次侧压的变化而保持所述一定压力。因此，气体用调压阀的压力控制性高，可以将高压的燃料气体更加正确地可变调节为目标压力。

又，在本发明中，由于形成有与一次侧端口连接的背压室，因此可以通过背压室的压力消除作用于阀体的一次侧压，可以抑制因一次侧压的变化而引起的二次侧压的变化。借助于此，可以改善燃料气体的压力控制性，可以与现有的气体用调压阀相比更加正确地控制二次侧压。

又，在本发明中，相对于第三密封构件在密封杆的另一端侧形成有缓冲室，该缓冲室与压力返回室连接。因此，即使燃料气体通过密封杆和阀体之间并从背压室泄漏至缓冲室，也可以将泄漏的燃料气体导入至压力返回室等的二次侧。这样，气体用调压阀成为将从背压室泄漏的燃料气体导入至二次侧的安全结构，可以防止燃料气体释放到外部的情况。

此外，在本发明中，通过设置轴承构件，以此可以使阀体顺滑地移动，可以改善对于目标压力的追随性。而且，第一密封构件与第二密封构件一起密封轴承构件所介入的间隙的两侧。借助于此燃料气体不流入至间隙内，轴承构件不暴露在燃料气体中。借助于此，可以将对于燃料气体不具有耐腐蚀性的材料使用于轴承构件，从而增加可选择的材料。又，通过密封间隙，以此即使例如对轴承构件实施润滑油润滑，润滑油也不会从间隙流出。借助于此，可以实现阀体的顺滑的移动，并且可以防止润滑油混入至燃料气体中。

在上述发明中，优选的是所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面，所述第一受压面的受压面积与所述第二受压面的受压面积相同。

根据上述结构，可以通过背压室的压力抵消阀体所受到的一次侧压。借助于此，可以消除因一次侧压的变化而引起的二次侧压的变化，可以更加改善二次侧压的压力控制性。此外，可以减小阀体驱动单元的驱动力。因此，可以使气体用调压阀小型化。

在上述发明中，优选的是所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面，所述第一受压面的受压面积小于所述第二受压面的受压面积。

根据上述结构，阀体从背压室的压力受到的作用力大于阀体从一次侧压受到的作用力。由此，与一次侧压相对应的力向关闭方向作用于阀体，因此即使一次侧压急剧变化而增高，也不会出现阀体向打开位置侧移动而打开阀通路的情况。又，在阀体驱动单元不工作时，可以确实地关闭阀通路，从而不会使燃料气体从一次侧泄漏至二次侧。

在上述发明中，优选的是所述第一密封构件是隔膜密封件，所述第二密封构件是摩擦阻力小的低压密封件。

根据上述结构，通过使第一密封构件采用隔膜密封件，可以消除因第一密封构件引起的滑动摩擦。又，通过使第二密封构件采用摩擦阻力小的低压密封件，可以抑制滑动摩擦。通过像这样抑制作用于阀体的滑动摩擦，可以使阀体顺滑地运动。借助于此，在一次侧压变化时和驱动力变化时等，可以将二次侧压迅速地调节为与驱动力相对应的一定压力，改善二次侧压的响应性。

在上述发明中，优选的是所述第三密封构件是摩擦阻力小，而且起动阻力和滑动阻力之差小的高压密封件。

根据上述结构，可以使阀体顺滑地运动，并且可以改善阀体的响应性。又，第三密封构件采用高压密封件，因此提高相对于一次侧压的耐压性能，可以提高从一次侧端口供给的一次侧压的极限压力。

在上述发明中，优选的是所述阀体驱动单元具备根据外加的外加电压或外加电流驱动的驱动部；容纳所述驱动部的壳体；与所述阀体连接，在驱动所述驱动部时，将所述驱动力施加到所述阀体以使该阀体向打开位置侧移动的可动构件；和固定于所述壳体，且能相对移动地插入于所述可动构件中，具有反抗所述背压室的压力并支持所述密封杆的支持面的基杆；所述基杆的支持面形成为部分球面状。

根据上述结构，由于分别独立地形成插入于阀体的密封杆和固定在壳体上的基杆，因此与将它们形成为一体物的情况相比可以降低密封杆及基杆的加工精度。借助于此，容易制造气体用调压阀。又，由于基杆的支持面形成为部分球面状，因此可以防止密封杆与基杆局部接触的情况，可以确实地支持密封杆。

在上述发明中，优选的是形成为在外加在所述阀体驱动单元上的外加电压或者外加电流为零时，通过所述复位用弹簧使所述阀体位于所述关闭位置的常闭型。

根据上述结构，通过切断外加在阀体驱动单元上的外加电压或者外加电流，可以紧急阻断阀通路。

发明效果：

通过本发明可以提供即使是在高压的燃料气体环境下，也可以将其二次侧压正确地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。

附图说明

图1是示出具备第一实施形态的电磁式调压阀的燃料气体供给系统的结构的回路图；

图2是示出第一实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图3是示出第二实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图4是示出第三实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图5是示出第四实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图6是示出第五实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图7是示出第六实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图8是示出第七实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图9是示出第八实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；

图10是局部地示出第九实施形态的调压阀的结构的剖视图；

图11是局部地示出第十实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图。

具体实施方式

以下，参照上述的附图说明根据本发明的第一实施形态～第十实施形态的调压阀1～1I、及具备该调压阀的燃料气体供给系统2。另外，实施形态中的上下、左右及前后等的方向的概念是便于说明而使用的，关于调压阀1、1A～1I及燃料气体供给系统2，并不是用于暗示将这些结构的配置及朝向等限定在该方向。又，以下说明的调压阀1、1A～1I及燃料气体供给系统2只是本发明的一个实施形态，本发明并不限于该实施形态，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行增加、删除、变更。

[燃料气体供给系统]

燃料气体供给系统2设置在以高压状态贮藏氢气和压缩天然气等的燃料气体的高压箱3上。燃料气体供给系统2与燃料电池和燃气发动机等的燃料气体消耗器连接，从而将高压的燃料气体调节为希望的低压而供给至燃料气体消耗器中。这样构成的燃料气体供给系统2具备容器阀4、压力传感器5以及运算控制器6。容器阀4形成为置于箱上的类型，从而设置于高压箱3的开口部上。另外，容器阀4并不限于置于箱上的类型，也可以是置于箱内的类型。容器阀4具有电磁式调压阀1和电磁式截止阀7。

电磁式截止阀7设置于从高压箱3连接至燃料气体消耗器的供给通路2a中。电磁式截止阀7是所谓的电磁开闭阀，具有根据发送至其上的信号开闭供给通路2a的功能。又，在供给通路2a中，在电磁式截止阀7的下游侧设置有电磁式调压阀1。电磁式调压阀1具有调节高压的燃料气体的压力的功能。此外，在供给通路2a中，在相对于电磁式调压阀1的下游侧设置有压力传感器5。压力传感器5检测流过供给通路2a的燃料气体的压力。压力传感器5通过信号线8与运算控制器6连接，与检测到的压力相对应的检测压力信号输入至运算控制器6中。又，与目标压力相对应的目标压力指令信号从未图示的输入装置和控制装置等输入至运算控制器6中。

运算控制器6运算目标压力指令信号和检测压力信号之间的差值，并使对应于该差值的大小的电流流过电磁式调压阀1。电磁式调压阀1将高压的燃料气体的压力调节为与流过的电流相对应的一定压力。以下详述设置于燃料气体供给系统2中的电磁式调压阀1。另外，第一实施形态的电磁式调压阀1仅仅是设置于燃料气体供给系统2中的电磁式调压阀的一个示例，除此之外还有各种实施形态。以下，接着第一实施形态的电磁式调压阀1，详述几个代表性的实施形态。

[第一实施形态]

＜电磁式调压阀的结构＞

图2中所示的第一实施形态的电磁式调压阀1具备外壳12。外壳12以达到密封的状态安装于高压箱3（参照图1）的开口部上。在外壳12上形成有一次侧端口12a、阀体孔12b以及二次侧端口12c。一次侧端口12a与电磁式截止阀7（参照图1）连接，并通过沿着在上下方向上延伸的轴线L1延伸的一次侧通路12d与阀体孔12b连接。

阀体孔12b沿着轴线L1延伸，并在其下端配置有一次侧通路12d，其上侧开口。阀体孔12b的断面形成为圆形状，并且形成为其直径大于一次侧通路12d的直径。又，阀体孔12b的下端侧与二次侧通路12e连接。二次侧通路12e在与轴线L1正交的方向上延伸，并与二次侧端口12c相连接，并通过供给通路2a（参照图1）与燃料气体消耗器相连接。

这样配置的二次侧端口12c与一次侧端口12a成直角配置，电磁式调压阀1为角式调压阀。一次侧端口12a和二次侧端口12c通过一次侧通路12d、下述的阀体孔12b的二次侧区域12f及二次侧通路12e相连接，由这些一次侧通路12d、二次侧区域12f及二次侧通路12e构成阀通路13。

又，在外壳12中，一次侧通路12d和阀体孔12b相连接的开口部分形成座部15，在阀体孔12b中沿着轴线L1插通有阀体14以使梢端部14a就坐于该座部15上。阀体14大致形成为有底圆筒状，梢端部14a形成为锥体状。阀体14如图2所示位于关闭位置上时，使梢端部14a的一部分插入于一次侧通路12d中并就坐于座部15上，从而堵住阀通路13。

又，阀体14在其基端侧的外周部上具有法兰14b。法兰14b在阀体14的外周部上，在周方向全周上形成。另一方面，外壳12在与法兰14b相对的位置上在内周部具有密封件安装部16。密封件安装部16向半径方向内方突出，并且在二次侧通路12e的上侧，在周方向全周上形成。 密封件安装部16和法兰14b在上下方向上相互分离，在它们之间形成有大致圆环状的轴承构件容纳空间17。在该轴承构件容纳空间17中容纳轴承构件18。

轴承构件18大致形成为圆筒状，并且外设在阀体14上以介于阀体14和外壳12之间。轴承构件18例如由滚珠导具、滚珠轴承、或者滑动轴承构成，支持阀体14以使阀体14能够相对于外壳12沿着轴线L1在上下方向上移动。另外，用润滑油润滑轴承构件18，以使阀体14的运动变得顺滑，且改善耐久性。又，在轴承构件18的上下两侧上设置有隔膜密封件19和低压密封构件20。

作为第一密封构件的隔膜密封件19是所谓的隔膜，大致形成为圆环状。隔膜密封件19的外边缘部安装于外壳12，内边缘部安装于阀体14的法兰14b上。详细地说，外壳12形成为可分割成上下两个的结构，在上下分割成两个的部分上夹住隔膜密封件19的外边缘部，以此使隔膜密封件19安装于外壳12上。又，隔膜密封件19设置为其内边缘部由法兰14b和下述的动铁芯21的法兰21a夹住，从而安装于阀体14上。这样安装的隔膜密封件19经过外壳12和阀体14，从而堵住下述的压力返回室23和轴承构件容纳空间17之间。

作为第二密封构件的低压密封构件20是大致圆环状的O形环，并由树脂等实施表面处理以减小摩擦阻力而形成。低压密封构件20安装于密封件安装部16上以密封外壳12和阀体14之间，从而密封阀体孔12b中位于密封件安装部16的下侧的二次侧区域12f和轴承构件容纳空间17之间。

像这样，隔膜密封件19及低压密封构件20堵住轴承构件容纳空间17的上侧及下侧，并将轴承构件容纳空间17与形成在外壳12内的其他空间隔开。在外壳12上形成有连接于该轴承构件容纳空间17的大气连通路22，轴承构件容纳空间17通过大气连通路22向大气开放。

像这样，轴承构件容纳空间17与外壳12内的其他空间隔开，向大气开放，因此轴承构件18的润滑油不会暴露在燃料气体中，润滑油不会泄漏至外壳12内的其他空间、例如一次侧通路12d和二次侧通路12e等。因此，可以防止轴承构件容纳空间17内的润滑油耗尽的情况，可以维持轴承构件18被润滑的状态。借助于此，能够改善轴承构件18的耐久性，并且可以使阀体14顺滑地移动。又，也可以防止润滑油泄漏而混入到燃料气体中。

又，动铁芯21插入于阀体14的基端部（即，上端部）中并螺纹结合。动铁芯21由磁性材料形成，大致形成为圆筒状。动铁芯21沿着轴线L1在上下方向上延伸，在上下方向上可移动地支持于外壳12的上部开口侧的内周部。动铁芯21在阀体14侧的端部上具有法兰21a。法兰21a向半径方向外方突出，并且在动铁芯21的外周部，在周方向全周上形成。法兰21a与阀体14的法兰14b一起夹持隔膜密封件19的内边缘部。又，法兰21a延伸至外壳12的内周部附近并与隔膜密封件19相对，在与隔膜密封件19之间形成压力返回室23。

另一方面，外壳12在法兰21a的上方具有弹簧支撑部12g，在弹簧支撑部12g和法兰21a之间形成有弹簧容纳空间24。弹簧容纳空间24形成为圆环状以包围动铁芯21的外周部，在其中以压缩状态容纳复位用弹簧25。复位用弹簧25由压缩螺旋弹簧构成，并外设在动铁芯21上。复位用弹簧25的下端由法兰21a支撑，上端由弹簧支撑部12g支撑。像这样配置的复位用弹簧25通过动铁芯21对阀体14向关闭位置侧施力。

又，在外壳12的上部开口侧上设置有电磁比例螺线管26。作为阀体驱动手段的电磁比例螺线管26固定在外壳12的外周部上，并具有螺线管线圈27和固定磁极28。螺线管线圈27大致形成为圆筒状，从其下端侧嵌插有外壳12。螺线管线圈27具有大致圆筒状的壳体27a，在其中设置有线轴27b和线圈线27c。线轴27b也大致形成为圆筒状，在该线轴27b上卷绕线圈线27c而构成螺线管线圈27。螺线管线圈27设置为通过电流流过线圈线27c以磁化动铁芯21。而且，在螺线管线圈27的上端侧嵌插有固定磁极28。

固定磁极28由磁性体形成，并大致形成为圆筒状。固定磁极28配置为其下端侧与动铁芯21相对。固定磁极28位于远离动铁芯21的位置上，并通过与在螺线管线圈27中流过的电流相对应的励磁力（驱动力）吸引被螺线管线圈27磁化的动铁芯21。通过吸引，动铁芯21及阀体14向打开位置侧移动，阀通路13被打开。另外，打开位置是指动铁芯21向固定磁极28侧被吸引的状态下的阀体14的位置。

在阀体14中嵌插有密封杆29。密封杆29大致形成为圆柱状，并堵住阀体14的基端侧的开口以在阀体14内形成背压室30。在阀体14的梢端部14a中沿着轴线L1形成有连通路31，背压室30通过连通路31与一次侧通路12d连接。又，在密封杆29的梢端侧的外周部上形成有在其周方向全周上延伸的密封用槽29a。在密封用槽29a中嵌入圆环状的高压密封构件32。作为第三密封构件的高压密封构件32是摩擦阻力小且起动阻力和滑动阻力之差小的高压密封件，例如是由氟树脂等进行表面处理而形成的O形环。高压密封构件32密封阀体14和密封杆29之间，防止背压室30内的燃料气体从阀体14内泄漏。

又、密封杆29在其基端侧的外周部具有弹簧支撑部29b。弹簧支撑部29b向半径方向外方突出，并且在密封杆29的外周部，在其周方向全周上形成。弹簧支撑部29b与阀体14的基端部相对，并且密封杆用弹簧33以外设在密封杆29上的状态下配置在弹簧支撑部29b与阀体14的基端部之间。密封杆用弹簧33被压缩，并对密封杆29向上方施力。又，在密封杆29上设置有基杆34以反抗上述施力而支持密封杆29。

基杆34大致形成为圆柱状，其梢端部形成为部分球面状。基杆34从外侧插通于固定磁极28中，以达到密封的状态与固定磁极28螺纹结合。即，基杆34通过固定磁极28固定在壳体27a上。又，基杆34延伸至动铁芯21内，并使其梢端接触到密封杆29的上端以从上方支持密封杆29。密封杆29的上端形成为随着向下方行进而梢部越来越细的形状的锥体状，密封杆29形成为通过基杆34可自动调整轴心的结构。

基杆34延伸至动铁芯21内的下端侧。动铁芯21内的下端侧设置为其直径大于上端侧的直径，并构成缓冲室35。密封杆29从该缓冲室35嵌插于阀体14中，其上端侧位于缓冲室35，下端侧位于背压室30。这两个室35、30之间由设置于密封杆29的高压密封构件32堵住，从而不会使燃料气体从背压室30泄漏至缓冲室35。

又，在动铁芯21上形成有连接缓冲室35和弹簧容纳空间24的多个连通路36，在外壳12上形成有连接弹簧容纳空间24和阀体孔12b的二次侧区域12f的压力返回通路37。即，缓冲室35通过连通路36、弹簧容纳空间24及压力返回通路37与二次侧区域12f及在其上的二次侧端口12c相连接，并设置为假设燃料气体从背压室30泄漏至缓冲室35也能够返回至二次侧区域12f。即，电磁式调压阀1成为不会使从一次侧泄漏的燃料气体向外侧泄漏而返回至二次侧的安全结构的阀。

又，缓冲室35通过动铁芯21和基杆34之间的间隙，也与动铁芯21和固定磁极28之间的空间连接。借助于此，二次侧压导入至动铁芯21和固定磁极28之间，并抵消作用于阀体14的二次侧压。又，弹簧容纳空间24通过动铁芯21的法兰21a和外壳12之间的间隙与压力返回室23相连接，并且二次侧压p₂导入至压力返回室23中。隔膜密封件19受到导入至压力返回室23的二次侧压p₂，并利用与受到的二次侧压p₂相对应的力使阀体14向关闭方向移动。

像这样根据二次侧压p₂向关闭方向移动的阀体14在其梢端部14a的受压面P1上向上方（从关闭位置向打开位置的方向）受到一次侧通路12d的一次侧压p₁，在阀体14内部的受压面P2上向下方（从打开位置向关闭位置的方向）受到导入至背压室30中的一次侧压p₁。因此，在受压面P1上所受到的作用力与在受压面P2上所受到的作用力相互抵消。又，受压面P1的受压面积A1根据座部15的内径、即根据座径决定，又，受压面P2的受压面积A2根据背压室30的孔径决定。在本实施形态中，外壳12及阀体14形成为座径和孔径相等。因此，在本实施形态的电磁式调压阀1中在受压面P1上所受到的作用力与在受压面P2上所受到的作用力相互抵消。

又，隔膜密封件19的受压面积A3大于受压面积A1、A2，充分受到二次侧压p₂。因此，位于阀体14的基端侧向关闭位置方向受到二次侧压p₂的受压面P3的受压面积大于位于阀体14的梢端侧向打开位置方向受到二次侧压p₂的受压面P4的受压面积。因此，通过二次侧压p₂及复位用弹簧25将阀体14向关闭位置侧按压，在电流不流过螺线管线圈27的状态下，阀体14位于关闭位置。即，电磁式调压阀1形成为常闭型的阀的结构。因此，通过切断流过螺线管线圈27的电流可以紧急阻断阀通路13。

＜电磁式调压阀的动作＞

以下参照图2说明电磁式调压阀1的动作。电流流过电磁比例螺线管26的螺线管线圈27时，励磁力作用于动铁芯21，动铁芯21被吸引至固定磁极28侧。借助于此，阀体14从座部15分离而向打开位置侧移动，打开阀通路13。通过打开阀通路13，在阀体14和座部15之间形成孔（未图示），燃料气体通过该孔减压为二次侧压p₂并流入二次侧区域12f。

二次侧区域12f的燃料气体通过二次侧通路12e从二次侧端口12c排出，并且通过压力返回通路37及弹簧容纳空间24导入至压力返回室23。隔膜密封件19受到导入至压力返回室23的燃料气体的二次侧压p₂。阀体14向关闭位置或打开位置的一侧移动直至到达动铁芯21受到的励磁力和由在受压面P3上受到的二次侧压p₂引起的作用力以及复位用弹簧25的弹簧力相平衡的位置为止。即，调节阀通路13的开度（即，孔的开度）以使上述力相平衡，以此调节流过二次侧区域12f的燃料气体的二次侧压p₂。借助于此，二次侧压p₂达到与流过螺线管线圈27的电流相对应的压力（即，目标压力）。

例如，二次侧压p₂低于目标压力时，励磁力大于由二次侧压p₂引起的作用力，阀体14向远离座部15的方向、（即、打开位置方向）移动。此时，阀通路13的开度变宽，二次侧压p₂上升。阀体14在励磁力和由二次侧压p₂引起的作用力以及复位用弹簧25的弹簧力相平衡的位置（开度）上将二次侧压p₂调节为目标压力。因此，电磁式调压阀1即使在一次侧压p₁变化时，也可以与此相应地控制阀通路13的开度，将二次侧压p₂调节为目标压力。因此，即使不将一次侧压p₁预先减压为一定压力，也可以通过单个电磁式调压阀1将高压的燃料气体减压并调节至规定的低压、即目标压力。因此，电磁式调压阀1的压力控制性高。

在电磁式调压阀1中，通过将一次侧压p₁导入至背压室30中，以此在受压面P1及受压面P2上由一次侧压p₁所受到的作用力相抵消。借助于此，可以抑制因一次侧压p₁的变化而引起的二次侧压p₂的变化。因此，可以改善针对高压的燃料气体的压力控制性，并且与现有的电磁式调压阀相比，可以正确地控制二次侧压p₂。又，通过抵消由一次侧压p₁所受到的作用力，可以减小电磁比例螺线管26的励磁力，可以使电磁式调压阀1小型化。

又，在电磁式调压阀1中，一次侧压p₁和二次侧压p₂之间的压差大，因此阀体14移动时燃料气体有可能从背压室30稍微泄漏至缓冲室35。但是，电磁式调压阀1设置为使泄漏到缓冲室35的燃料气体返回至弹簧容纳空间24、压力返回室23和二次侧区域12f等二次侧的安全结构，因此燃料气体不会释放到电磁式调压阀1的外部。即，燃料气体不会泄漏至大气中。

又，通过采用隔膜密封件19，可以消除阀体14移动时的滑动摩擦。又，通过采用摩擦阻力小的低压密封构件20，可以尽量抑制滑动摩擦。通过抑制像这样作用于阀体14的滑动摩擦，可以使阀体14顺滑地运动。借助于此，可以将二次侧压p₂快速地调节为目标压力，改善二次侧压p₂的响应性。此外，通过采用高压密封构件32，可以改善相对于电磁式调压阀1的一次侧压p₁的耐压性能，从而可以提高从一次侧端口12a供给的一次侧压的极限压力。

又，分别独立地形成插入于阀体14中的密封杆29和基杆34，因此与将它们形成为一体物的情况相比可以降低密封杆29及基杆34的加工精度。借助于此，电磁式调压阀1的制造变得容易。又，基杆34的梢端形成为部分球面状，因此可以防止密封杆29与基杆34局部接触的情况，可以很好地支持密封杆29。

又，在燃料气体供给系统2中，通过在电磁式调压阀1的上游侧设置电磁式截止阀7，以此通过具有阻断功能的两个阀1、7可以阻断高压箱3和燃料气体消耗器之间。借助于此，改善燃料气体供给系统2的安全性。又，通过在高压箱2的开口部上配置电磁式调压阀1，以此使来自于高压箱3的输出压力水平达到低压，大幅度改善燃料气体供给系统2的安全性。

[第二实施形态]

根据本发明的第二实施形态的电磁式调压阀1A与根据第一实施形态的电磁式调压阀1结构类似。因此，关于根据第二实施形态的电磁式调压阀1A的结构，仅说明不同于第一实施形态的电磁式调压阀1的结构，对于相同的结构，标以相同的符号并省略其说明。对于第三实施形态以后的实施形态也是一样的。

根据本发明的第二实施形态的电磁式调压阀1A设置为如图3所示密封杆29A延伸至固定磁极28，并固定在固定磁极28上。即，形成为使第一实施形态的密封杆29和基杆34一体化的结构。通过设置为这样的结构，可以减少部件数量，可以降低制造成本。

除此之外，第二实施形态的电磁式调压阀1A发挥与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的作用效果。

[第三实施形态]

根据第三实施形态的电磁式调压阀1B设置为如图4所示压力返回通路37B形成在阀体14内。具体地说，在电磁式调压阀1B中，密封杆29B的下端部延伸至阀体14内的底面附近，相对于密封用槽29a的上端侧与剩余的部分相比形成为小直径。借助于此，在阀体14的内周部和密封杆29B的内周部之间形成有通路41。又，在阀体14的梢端部14a侧形成有连接该通路41和二次侧区域12f的连接通路42，连接通路42和通路41构成压力返回通路37B。压力返回通路37B设置为连接二次侧区域12f和缓冲室35，并使泄漏至缓冲室35的燃料气体返回至二次侧区域12f。像这样，通过在阀体14内形成压力返回通路37B，以此在外壳12中无需形成压力返回通路37，外壳12的加工变得容易。

又，轴承构件45介于基杆34和动铁芯21之间。动铁芯21通过该轴承构件45由基杆34引导而沿着轴线L1顺滑地移动。

除此之外，第三实施形态的电磁式调压阀1B发挥与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的作用效果。

[第四实施形态]

在根据本发明的第四实施形态的电磁式调压阀1C中，与第三实施形态的电磁式调压阀1B相同地如图5所示在阀体14内形成有压力返回通路37B。又，在电磁式调压阀1C中，在基杆34C上形成有二次侧端口34a，为了连接该二次侧端口34a和压力返回通路37B，而在基杆34C及密封杆29C上形成有二次侧通路44。二次侧通路44沿着轴线L1贯通基杆34C而延伸至密封杆29C的中间部分。二次侧通路44在下端具有向半径方向延伸的连接通路部44a，通过该连接通路部44a连接于压力返回通路37B。

电磁式调压阀1C直线配置一次侧端口12a和二次侧端口34a，并构成直线型（直列型）的调压阀。由于是直线型的调压阀，因此可以沿着轴线L1配置输入及输出的配管等。

除此之外，第四实施形态的电磁式调压阀1C发挥与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的作用效果。

[第五实施形态～第八实施形态]

根据本发明的第五实施形态～第八实施形态的电磁式调压阀1D～1G如图6～图9所示，除了受压面积A1及受压面积A2不相同这一点之外，与根据第一实施形态～第四实施形态的电磁式调压阀1～1C相同。以下仅说明这一点。

在电磁式调压阀1D～1G中，阀体14及外壳12形成为使座径小于背压室30的孔径，受压面积A1小于受压面积A2。因此，在阀体14上向关闭位置作用着由与受压面积A1和受压面积A2的面积差相对应的一次侧压p₁而引起的作用力。因此，阻断流过螺线管线圈27的电流时阀体14向关闭位置的速度变快，提高阻断性能。

又，由于向关闭位置作用着因一次侧压p₁而引起的作用力，因此阀体14和座部15的就坐部分的密封面压力增高。因此，电磁式调压阀1D～1G可以确实地关闭阀通路13，从而不会使燃料气体从一次侧泄漏至二次侧。

除此之外，第五实施形态～第八实施形态的电磁式调压阀1D～1G发挥与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的作用效果。

[第九实施形态]

根据第九实施形态的调压阀1H，如图10所示，代替电磁比例螺线管26而具备压电执行器26H。作为阀体驱动手段的压电执行器26H具有压电元件（piezoelectric element）26a（例如，压电元件（piezo element）），压电元件26a设置为根据外加的外加电压而收缩并产生驱动力的结构。像这样，通过压电元件26a收缩，阀体14通过可动构件21H向打开位置方向（上方向）移动，打开阀通路13。此时，以与产生的驱动力相对应的开度打开阀通路13，调压阀1H也可以将二次侧压p₂调节为与外加至压电执行器26H的外加电压相对应的压力。

此外，在调压阀1H中，基杆34H螺纹结合并固定在压电执行器26H的壳体26b上。该基杆34H贯通壳体26b及压电元件26a，此外还贯通可动构件21H。而且，基杆34H的梢端与密封杆29的上端接触，从上方支持密封杆29。

除此之外，根据第九实施形态的调压阀1H具有与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的结构，发挥相同的作用效果。

[第十实施形态]

根据第十实施形态的调压阀1I，如图11所示，代替电磁比例螺线管26而具备力马达26I。作为阀体驱动手段的力马达26I设置为在圆筒状的永久磁铁61中插入有可动线圈62，电流流过可动线圈62时产生与电流相对应的励磁力，通过该励磁力可动线圈62在磁轭63内向上方运动。在可动线圈62上一体地设置有可动构件21I，通过可动线圈62的移动阀体14向打开位置方向移动，从而打开阀通路13。此时，以与产生的励磁力相对应的开度打开阀通路13，调压阀1I也可以将二次侧压p₂调节为与流过力马达26I的电流相对应的压力。

此外，在调压阀1I中，基杆34I螺纹结合并固定在力马达26I的壳体64上。该基杆34I贯通壳体64及可动线圈62，此外还贯通可动构件21I。而且，基杆34I的梢端与密封杆29的上端接触，从上方支持密封杆29。

除此之外，根据第十实施形态的调压阀1I具有与根据第一实施形态的电磁式调压阀1相同的结构，并发挥相同的作用效果。

[其他的实施形态]

在本实施形态中，由隔膜密封件19受到压力返回室23的二次侧压p₂，但是并不一定是隔膜密封件，也可以是O形环等的低压密封构件。

工业应用性：

本发明可以适用于将高压的燃料气体的压力调节为与外加的外加电压或外加电流相对应的压力的气体用调压阀。

符号说明：

1～1G       电磁式调压阀；

1H、1I      调压阀；

2           燃料气体供给系统；

7           电磁式截止阀；

12          外壳；

12a         一次侧端口；

12c         二次侧端口；

13          阀通路；

14          阀体；

18          轴承构件；

19          隔膜密封件；

20          低压密封构件；

23          压力返回室；

25          复位用弹簧；

26          电磁比例螺线管；

26H         压电执行器；

26I          力马达；

29～29C     密封杆；

30          背压室；

32          高压密封构件；

34～34C、34H、34I   基杆；

35          缓冲室。 

Claims (7)

1.一种气体用调压阀，具备：具有连接一次侧端口和二次侧端口的阀通路的外壳；

设置于所述外壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置和打开所述阀通路的打开位置之间移动以调节所述阀通路的开度的阀体；

对所述阀体向关闭位置方向施力的复位用弹簧；和

与所述复位用弹簧的施力反抗地向所述阀体施加与外加的外加电压或外加电流相对应的驱动力以使所述阀体向所述打开位置方向移动的阀体驱动单元；

并且将通过所述一次侧端口供给至所述阀通路的高压的燃料气体的压力调节为与所述阀体驱动单元的驱动力相对应的压力并从所述二次侧端口输出，

其特征在于，具备：

形成于所述外壳内，并与所述二次侧端口连接的压力返回室；

介于所述阀体和所述外壳之间的间隙，并滑动支持所述阀体的轴承构件；

分别设置于所述轴承构件的两侧，并分别密封所述间隙的两侧的第一密封构件及第二密封构件；和

能相对移动地插入于所述阀体内，并在与所述阀体之间形成与所述一次侧端口连接的背压室的密封杆；

所述第一密封构件形成为向与所述驱动力反抗的方向受到所述压力返回室的压力，根据所受到的所述压力使所述阀体向所述关闭位置方向移动的结构；

所述外壳具有与所述二次侧端口连接的缓冲室；

并设置有密封所述背压室和所述缓冲室之间的所述第三密封构件。

2.根据权利要求1所述的气体用调压阀，其特征在于，

所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面；

所述第一受压面的受压面积与所述第二受压面的受压面积相同。

3.根据权利要求1所述的气体用调压阀，其特征在于，

所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面；

所述第一受压面的受压面积小于所述第二受压面的受压面积。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，

所述第一密封构件是隔膜密封件；

所述第二密封构件是摩擦阻力小的低压密封件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，

所述第三密封构件是摩擦阻力小，而且起动阻力和滑动阻力之差小的高压密封件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，

所述阀体驱动单元具备：

根据外加的外加电压或外加电流驱动的驱动部；

容纳所述驱动部的壳体；

与所述阀体连接，在驱动所述驱动部时，将所述驱动力施加到所述阀体以使该阀体向打开位置侧移动的可动构件；和

固定于所述壳体，且能相对移动地插入于所述可动构件中，具有反抗所述背压室的压力并支持所述密封杆的支持面的基杆；

所述基杆的支持面形成为部分球面状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，形成为在外加在所述阀体驱动单元上的外加电压或者外加电流为零时，通过所述复位用弹簧使所述阀体位于所述关闭位置的常闭型。

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