CN105393033A - 控制阀 - Google Patents

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Abstract

控制阀包括：座部，其供流体通过；提动阀的阀芯部，其沿座部的中心轴线方向移动；以及提动阀节流流路，其被划分在座部与阀芯部之间，提动阀节流流路形成为座部的与中心轴线正交的横截面的流路面积和阀芯部的与中心轴线正交的横截面的流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大。

Description

控制阀
技术领域
本发明涉及用于控制流体的流动的控制阀。
背景技术
在将燃料气体自高压燃料气体的供给源取出并填充到燃料箱的燃料填充系统中，在燃料气体在通路中高速流动的情况下，有时会从安装于通路内的单向阀等控制阀产生噪音。
作为其应对方法，在日本JP2001－99340A中公开有一种单向阀，该单向阀在阀芯的内部具有空气阻尼器，利用空气阻尼器所施加的阻力来抑制阀芯的振动。
在日本JP2011－80571A中公开有一种单向阀，该单向阀具有与阀芯的轴部滑动接触的导环，利用导环所施加的滑动阻力来抑制阀芯的振动。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在像这样的控制阀中，在高压且大流量的气体高速流动的情况下，有时会在阀芯的下游侧产生涡流，从气体流本身产生噪音。
用于解决问题的方案
本发明的目的在于降低控制阀的噪音。
采用本发明的实施方式，一种控制阀，其用于控制流体的流动，其中，该控制阀包括：
座部，其供流体通过；
提动阀的阀芯部，其相对于座部移动；以及
提动阀节流流路，其被划分在座部与阀芯部之间，
提动阀节流流路形成为座部的与中心轴线正交的横截面的流路面积和阀芯部的与中心轴线正交的横截面的流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的控制阀的剖视图。
图2是表示本发明的第1实施方式的控制阀的一部分的剖视图。
图3是表示本发明的第1实施方式的阀冲程与流路截面积的关系的图表。
图4是表示本发明的第2实施方式的控制阀的一部分的剖视图。
具体实施方式
以下，一边参照添附的附图一边说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图1所示的控制阀100被用作在将自供给源供给过来的高压的燃料气体(以下称作气体)填充到燃料箱的燃料填充系统中安装在燃料气体的通路中的单向阀。
控制阀100具有：阀壳体10，其具有供气体通过的座部11；提动阀50，其具有相对于座部11移动的阀芯部51；以及弹簧70，其向抵接于座部11的闭阀方向对阀芯部51施力。
在控制阀100进行开阀动作时，随着自供给源导入的气体压力升高，提动阀50克服弹簧70的作用力向图1中下方向移动。由此，阀芯部51离开座部11，自供给源导入的气体如图1中箭头所示那样地流动。
控制阀100作为其外壳具有的圆筒状的阀壳体10；以及用于堵塞阀壳体10的开口端的圆盘状的罩20。在阀壳体10与罩20之间收纳有提动阀50和弹簧70。
在阀壳体10的内侧，圆筒面状的入口孔13、圆锥面状的座部11和圆筒面状的内壁部15形成为分别以中心轴线O为中心的同轴状。入口孔13划分出自供给源导入气体的入口流路29。在座部11与阀芯部51之间划分出将气体引导至下游侧的提动阀节流流路30。内壁部15划分出在提动阀节流流路30的下游侧引导气体的提动阀下游流路31。
罩20形成为以中心轴线O为中心的圆盘状，并嵌合固定于阀壳体10的内壁部15的开口端。罩20具有在其中央部开口的引导孔25和多个划分出出口流路32的出口孔23。引导孔25形成为以中心轴线O为中心的圆筒面状。各出口孔23以均等的间隔设于以中心轴线O为中心的圆周上。
提动阀50具有：圆锥状的阀芯部51；连接于阀芯部51的下游侧而形成的圆盘状的弹簧座部55；以及连接于弹簧座部55的下游侧而形成的圆柱状的杆部69。阀芯部51、弹簧座部55和杆部69以中心轴线O为中心形成为同轴状。
提动阀50的杆部69以滑动自如的方式插入罩20的引导孔25。由此，提动阀50以相对于阀壳体10沿着中心轴线O的延伸方向即提动阀50的轴向移动的方式被阀壳体10支承。因此，确保阀芯部51的相对于座部11的同轴度。
线圈状的弹簧70以被压缩的方式被夹设在弹簧座部55与罩20之间，并将提动阀50按压于阀壳体10的座部11。
在控制阀100中，伴随着提动阀50沿着中心轴线O方向位移，划分在座部11与阀芯部51之间的提动阀节流流路30的流路截面积增加或减少，从而控制通过提动阀节流流路30的气体的流量。
座部11和阀芯部51的各自的纵截面形成为以中心轴线O为中心的锥形状，并以自上游侧朝向下游侧扩径的方式形成。
座部11以在其纵截面中以比提动阀50的阀芯部51的角度大的角度自中心轴线O倾斜地扩径的方式形成。在连接于入口孔13的座部11的上游端形成有环状的座部上游端12。
在控制阀100闭阀时，阀芯部51落座于座部上游端12，从而入口流路29与提动阀节流流路30被闭塞。在控制阀100开阀时，阀芯部51离开座部11，从而自供给源导入的气体被导入提动阀节流流路30。
在此，通常在控制阀中，在导入高压且大流量的气体的情况下，通过提动阀的阀芯部的气体的流动产生紊乱，在阀芯部的下游侧产生含有涡流的喷流。有时会从这样的喷流产生高频的噪音，或者，因涡流使阀芯部反复碰撞座部而产生噪音。
作为其应对方法，提动阀节流流路30形成为座部11和提动阀50的阀芯部51的与中心轴线O正交的横截面的流路面积自上游侧到下游侧逐渐变大。在提动阀节流流路30中流动的气体通过沿着座部11的内周面和阀芯部51的外周面流动而被整流。如此，提动阀节流流路30作为对通过的气体进行整流的整流流路而发挥功能。
在图2所示的包含中心轴线O在内的纵剖视图上，两条沿着座部11的内周面延伸的假想线A11之间的阀座角度θ1形成得比两条沿着阀芯部51的外周面延伸的假想线A51之间的阀芯角度θ2大。由此，提动阀节流流路30的与中心轴线O正交的流路宽度和流路截面积形成为从上游侧到下游侧逐渐变大。
图3是表示发挥整流流路的功能的提动阀节流流路30中的与中心轴线O正交的方向上的流路面积与作为提动阀50的沿轴向(中心轴线O方向)的移动量的阀冲程X之间的关系的图表。将提动阀节流流路30中的上游端(入口)的流路面积设为流路面积A，将下游端(出口)的流路面积设为流路面积B1。
在图3中，虚线表示作为比较例的以座部的阀座角度θ1与阀芯部的阀芯角度θ2相等的方式形成的提动阀节流流路中的下游端的流路面积B2。因而，作为比较例的提动阀节流流路不具有作为整流流路的功能。如图3所示，在比较例中，上游端的流路面积A相对于提动阀节流流路的下游端的流路面积B2的比率(A/B2)在阀冲程X较小的开度区域内比较小。在该比较例的情况下，在阀冲程X较小的开度区域内，在从提动阀节流流路到提动阀下游流路的范围内易于产生涡流。
相对于此，如图3所示，在控制阀100中，在整个冲程域内，提动阀节流流路30的上游端(入口)的流路面积A小于提动阀节流流路30的下游端(出口)的流路面积B1。而且，与比较例相比，在阀冲程X较小的开度区域内，提动阀节流流路30的上游端的流路面积A相对于下游端的流路面积B1的比率(A/B1)变大。
与在阀冲程X较大的开度区域内相比，在阀冲程X较小的开度区域内，通过控制阀100的气体的流动较大程度地被节流。因此，在阀冲程X较小的开度区域内，自提动阀节流流路30流向提动阀下游流路31的气体容易成为含有涡流的喷流。在控制阀100中，如上述那样，与比较例相比，在阀冲程X较小的开度区域内，上游端的流路面积A相对于提动阀节流流路30的下游端的流路面积B1的比率(A/B1)变大。因此，在阀冲程X较小的开度区域内，在提动阀节流流路30中流动的气体的压力从上游侧到下游侧适度地下降，从而抑制在从提动阀节流流路30到提动阀下游流路31的范围内产生涡流。
提动阀节流流路30中的座部11的中心轴线O方向上的长度L形成为比座部11的最小开口径D大。如此，提动阀节流流路30具有足够的流路长度L，从而确保气体沿着座部11的内周面和阀芯部51的外周面流动的流路长度，获得抑制气体产生涡流的整流作用。
以下，说明控制阀100的工作。
在自供给源导入入口流路29的气体的压力比设定的开阀压力低的状态下，阀芯部51在弹簧70的作用力的作用下抵接于座部11，闭塞入口流路29与提动阀节流流路30之间。
当自供给源导入入口流路29的气体的压力上升超过开阀压力时，阀芯部51克服弹簧70的作用力而离开座部11，入口流路29和提动阀节流流路30开通。由此，自供给源导入的气体如图1中箭头所示那样，经由入口流路29、提动阀节流流路30、提动阀下游流路31、出口流路32地进行流动。
在提动阀节流流路30中，座部11与阀芯部51之间的流路宽度和流路截面积从上游侧到下游侧逐渐变大。因此，在提动阀节流流路30中流动的气体的压力从上游侧到下游侧逐渐下降，从而抑制在从提动阀节流流路30到提动阀下游流路31的范围内产生涡流。
在提动阀50的阀冲程X较小的开度区域内，在提动阀节流流路30中流动的气体的流速提高而容易产生涡流。对此，在控制阀100中，确保上游端的流路面积A相对于提动阀节流流路30的下游端的流路面积B1的比率充分大，因此，能够抑制在自提动阀节流流路30向提动阀下游流路31流出的喷流中产生涡流。
此外，进行了如下实验：改变角度差(θ1－θ2)，测量了从控制阀100产生的噪音等级。作为该实验的结果，得知在角度差(θ1－θ2)为1.5度以下的范围内，噪音等级被抑制得较小。另一方面，得知当角度差(θ1－θ2)比1.5度大时，噪音等级显著上升。基于该实验的结果，角度差(θ1－θ2)被设定在1.5度以下的范围内。
采用以上的第1实施方式，能够起到以下所示的作用效果。
〔1〕控制阀100具有：供气体(流体)通过的圆锥面状的座部11；沿着座部11的中心轴线O方向移动的提动阀50的阀芯部51；以及在座部11与阀芯部51之间被划分出的提动阀节流流路30，提动阀节流流路30形成为座部11和阀芯部51的与中心轴线O正交的横截面的流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大。
基于上述结构，在控制阀100中，在流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大的提动阀节流流路30中，气体通过沿着座部11的内周面和提动阀50的阀芯部51的外周面流动而被整流。因而，能够抑制在自提动阀节流流路30向下游侧流出的喷流中产生涡流。
由此，能够防止自提动阀节流流路30向下游侧流出的喷流产生高频的声音。此外，能够抑制在因涡流引起的压力变动的作用下提动阀50发生振动，能够抑制阀芯部51反复碰撞座部11而产生噪音。如此，能够降低控制阀100的噪音。
〔2〕提动阀节流流路30形成为：在座部11和提动阀50的阀芯部51的包含中心轴线O在内的纵截面上，两条沿着座部11的内周面延伸的假想线A11之间的阀座角度θ1比两条沿着阀芯部51的外周面延伸的假想线A51之间的阀芯角度θ2大。
基于上述结构，在控制阀100中，在提动阀节流流路30中流动的气体的压力逐渐下降，从而对气体的流动进行整流的效果提高，并且，能够抑制对气体的流动施加的阻力。
〔3〕提动阀节流流路30形成为阀座角度θ1与阀芯角度θ2的角度差(θ1－θ2)在1.5度以下的范围内。
基于上述结构，在控制阀100中，提动阀节流流路30的流路宽度和流路截面积随着从上游侧朝向下游侧适度地发生变化。因此，在提动阀节流流路30中流动的气体的压力缓慢下降而能够获得对气体的流动进行整流的作用，从而抑制在从提动阀节流流路30向下游侧流出的喷流中产生涡流。
〔4〕座部11的提动阀节流流路30中的中心轴线O方向上的长度L形成得比座部11的最小开口径D大。
基于上述结构，在控制阀100中，能够确保为了使在提动阀节流流路30中流动的气体在沿着座部11的内周面和阀芯部51的外周面流动的过程中进行整流所必需的流路长度。因而，能够抑制在自提动阀节流流路30向下游侧流出的喷流中产生涡流。
(第2实施方式)
接下来，参照图4说明本发明的第2实施方式。以下，以与上述第1实施方式不同的方面为中心进行说明，对与上述第1实施方式的控制阀100相同的结构标注相同的附图标记并省略其说明。
在上述第1实施方式的控制阀100中，在座部11的上游端形成有供提动阀50的阀芯部51落座的座部上游端12。相对于此，第2实施方式的控制阀具有：密封圈76，其安装于阀芯部61的外周；以及整流壁部71，其具有座部73和设于座部73的上游侧并抵接于密封圈76的阀座部72。
阀芯部61形成有在其外周开口的环状的收纳槽62。收纳槽62收纳有密封圈76。
整流壁部71具有座部73和在座部73的上游侧抵接于密封圈76的阀座部72。在控制阀闭阀时，密封圈76抵接于阀座部72，从而提高控制阀的密封性。
两条沿着座部73的内周面延伸的假想线A73之间的阀座角度θ3形成得比两条沿着阀芯部61的外周面延伸的假想线A61之间的阀芯角度θ4大。在整流壁部71的座部73与阀芯部61之间划分出提动阀节流流路35。
提动阀节流流路35形成为与中心轴线O正交的流路宽度和流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大。由此，在提动阀节流流路35中流动的气体通过沿着座部73的内周面和阀芯部61的外周面流动而被整流，从而抑制涡流的产生。
采用以上的第2实施方式，与第1实施方式同样地起到上述〔1〕～〔4〕的作用效果，并且，起到以下所示的作用效果。
〔5〕控制阀在座部73的上游侧具有阀座部72，在阀芯部61的外周安装有密封圈76，密封圈76能够抵接于阀座部72。
基于上述结构，控制阀借助密封圈76来确保闭阀时的密封性，并且，抑制开阀时在自提动阀节流流路35向下游侧流出的喷流中产生涡流，抑制产生因涡流引起的噪音。
以上，说明了本发明的实施方式，但是，上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，宗旨并不在于将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体的结构。
例如，在上述各实施方式中，提动阀节流流路30、35设在提动阀50、60的整周的范围内。并不限于此，也可以在提动阀上设有多个狭缝状的提动阀节流流路。
而且，上述各实施方式的控制阀100被用作在燃料填充系统中安装在燃料气体的通路中的单向阀。并不限于此，也可以被用作在其它机械、设备中安装在供高压且大流量的气体流动的回路中的单向阀或溢流阀。此外，在控制阀100中流动的流体是燃料气体，但是，并不限于此，也可以是其它气体、液体。
本申请基于2013年7月23日向日本国特许厅提出申请的特愿2013－152595主张优先权，该申请的所有内容通过参照被编入本申请说明书中。

Claims (5)

1.一种控制阀，其用于控制流体的流动，其中，
该控制阀包括：
座部，其供流体通过；
提动阀的阀芯部，其相对于上述座部移动；以及
提动阀节流流路，其被划分在上述座部与上述阀芯部之间，
上述提动阀节流流路形成为上述座部的与中心轴线正交的横截面的流路面积和上述阀芯部的与中心轴线正交的横截面的流路面积从上游侧到下游侧逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其中，
在上述座部和上述阀芯部的包含中心轴线在内的纵截面中，两条沿着上述座部的内周面延伸的假想线之间的阀座角度比两条沿着上述阀芯部的外周面延伸的假想线之间的阀芯角度大。
3.根据权利要求2所述的控制阀，其中，
上述阀座角度与上述阀芯角度的角度差在1.5度以下的范围内。
4.根据权利要求1所述的控制阀，其中，
上述座部的上述提动阀节流流路中的中心轴线方向上的长度比上述座部的最小开口径大。
5.根据权利要求1所述的控制阀，其中，
在上述座部的上游侧具有阀座部，
上述阀芯部的外周安装有密封圈，
上述密封圈能够抵接于上述阀座部。
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