CN114623273A - 减压阀 - Google Patents

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CN114623273A CN202111512123.XA CN202111512123A CN114623273A CN 114623273 A CN114623273 A CN 114623273A CN 202111512123 A CN202111512123 A CN 202111512123A CN 114623273 A CN114623273 A CN 114623273A
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沼崎一志
金子哲也
中野哲
高林和广
羽根田千生
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Abstract

减压阀(1)包括：本体(11)；阀座(12)；和阀元件(13)，阀元件根据在入口侧的压力和出口侧的压力之间的差异打开和关闭阀座(12)。作为在阀元件(13)和阀座(12)之间的空间部分的压力室(43A)被设置在阀元件(13)的入口侧。阀元件(13)包括：每一个均通向压力室(43A)的多个水平孔(86)；和使得水平孔(86)与阀元件(13)的出口侧相互连通的竖直孔(87)。水平孔(86)和竖直孔(87)被设置的方式使得竖直孔(87)的流动通道面积与作为水平孔(86)的流动通道面积的总和的总面积的比率的值超过1.16。

Description

减压阀
技术领域
本发明涉及一种减压阀。
背景技术
如在例如日本未审查专利申请公布特开2017-126269(JP2017-126269A)中描述，存在减小从入口端口供应的气体的压力并且将压力减小的气体配送到出口端口的减压阀。减压阀每一个均包括本体、阀座、阀元件和偏压部件。在本体的内部，设置了使得入口端口和出口端口相互连通的流动通道。阀座被设置在流动通道中。阀元件被以如下方式设置：能够与阀座接触和移动离开阀座。偏压部件在阀元件移动离开阀座的方向上偏压阀元件。阀元件根据在入口端口侧上的压力和出口端口侧上的压力之间的差压和偏压部件的偏压力移动。出口压力由根据阀元件的位置而改变的减压阀的开度调节。
在JP2017-126269A的减压阀中，存在以下担心。例如，在减压阀打开的状态中，当气体快速地从入口端口进入时，阀元件的入口端口上的压力快速地升高。因此，在阀元件的入口端口侧上的压力和出口端口上的压力之间的差异变大，这可能在阀元件的阀关闭操作中引起延迟。担心在阀关闭操作中的延迟引起出口压力超过对于压力的设定值。
发明内容
本发明提供一种能够更适当地调节气体的压力的减压阀。
根据本发明的一个方面的一种减压阀包括：本体，所述本体包括气体流动通道；阀座，所述阀座被设置在所述气体流动通道中；和阀元件，所述阀元件被设置在所述气体流动通道中，且被设置在所述阀座的下游，并且在所述阀元件移动离开所述阀座的方向上始终偏压所述阀元件，所述阀元件根据在入口侧的压力与出口侧的压力之间的差异打开和关闭所述阀座。在所述气体流动通道中在所述阀元件的所述入口侧设置压力室，所述压力室是在所述阀元件与所述阀座之间的空间部分。所述阀元件包括：多个水平孔，所述多个水平孔中的每一个水平孔在所述阀元件中靠近所述阀座的位置处沿着所述每一个水平孔与所述阀元件的轴线交叉的方向延伸，并且所述每一个水平孔通向所述压力室；和竖直孔，所述竖直孔沿着所述阀元件的所述轴线延伸，并且所述竖直孔使得所述多个水平孔与所述气体流动通道中所述阀元件的所述出口侧相互连通。所述多个水平孔和所述竖直孔被以如下方式设置，所述方式使得所述竖直孔的流动通道面积与作为所述多个水平孔的流动通道面积的总和的总面积的比率的值超过1.16。
根据这个方面，相对于作为水平孔的流动通道面积的总和的面积，竖直孔的流动通道面积被设定为更大的值。因此，经由水平孔从压力室流入到竖直孔中的气体更顺利地流动到气体流动通道中的阀元件的出口侧。因此，即便大量的气体被快速地供应到压力室，也能够抑制压力室中的压力的快速升高。因为在压力室中在阀元件的入口侧上的压力和在阀元件的出口侧上的压力之间，差异较小可能发生，所以阀元件随同阀元件的出口侧上的压力的升高一起在更适当的时刻执行阀关闭操作。因此，能够更适当地调节将被供应到阀元件的出口侧的气体的压力。
在以上方面中，所述多个水平孔的相应的内径可以全部被设定为相同的值。在以上方面中，所述多个水平孔可以在所述阀元件的周向方向上被以规则的间隔设置。
这些构造允许压力室内部的气体更均匀地且顺利地流动到水平孔中并且以有利的方式经由竖直孔流动到气体流动通道中的阀元件的出口侧。
以上方面使得能够更适当地调节气体的压力。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中同样的附图标记表示同样的元件，并且其中：
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中同样的附图标记表示同样的元件，并且其中：
图1是沿着其轴线截取的减压阀的实施例的剖视图；并且
图2是在一个实施例中在阀元件和阀座附近的区域的放大剖视图。
具体实施方式
将在下面描述减压阀的实施例。如在图1中示意，作为一个实例，减压阀1被设置在连接氢气的气体罐2和安装在燃料电池车辆中的燃料电池3的流体回路中。减压阀1将入口压力减小到等于或者低于设定压力的压力，并且经由出口端口5将压力减小的气体供应到燃料电池3，该入口压力是经由入口端口4从气体罐2供应的氢气的压力。从入口端口4供应的气体的入口压力例如是约87.5MPa的高压。作为用于出口压力的目标值的设定压力例如是约1.2MPa，该出口压力是被减压阀1减小的压力。
减压阀1包括本体11、阀座12、阀元件13、偏压部件14、第一密封部件15和第二密封部件16。本体11包括使得入口端口4和出口端口5相互连通的气体流动通道17，高压气体在气体流动通道17中流动。阀座12被设置在气体流动通道17中。阀元件13在气体流动通道17中被设置在阀座12的下游。偏压部件14在阀元件13移动离开阀座12的方向上偏压阀元件13。第一密封部件15和第二密封部件16每一个均被附接到阀元件13的外周表面。阀元件13根据在入口压力和出口压力之间的差压和偏压部件14的偏压力与阀座12接触和移动离开阀座12。出口压力被根据阀元件13的位置而改变的减压阀1的开度调节为等于或者低于设定值的压力。
本体11包括接头部件21、第一外壳部件22和第二外壳部件23。接头部件21、第一外壳部件22和第二外壳部件23每一个均由金属制成。通过从在氢气流动的方向上的上游侧起将接头部件21、第一外壳部件22和第二外壳部件23以提及的顺序联接来组装本体11。在组装的本体11中，接头部件21、第一外壳部件22和第二外壳部件23被设置在公共轴线L上。
接头部件21具有基本阶梯形的柱状形状。接头部件21的大直径部31的外周表面包括阳螺纹。接头部件21包括作为气体流动通道17的一部分的接头流动通道32。接头流动通道32沿着轴线L线性地延伸并且在接头部件21的两个相反端处打开。在接头流动通道32的上游侧上的开口用作入口端口4。接头部件21包括过滤器33。过滤器33在接头流动通道32的下游侧上被设置在开口中。
第一外壳部件22具有基本柱状形状。第一外壳部件22的外径大于接头部件21的外径。第一外壳部件22包括第一安装孔41和第二安装孔42，该第一安装孔42和该第二安装孔42形成气体流动通道17的一部分。第一安装孔41和第二安装孔42每一个均具有圆孔形状。第一安装孔41在第一外壳部件22的上游侧上的端表面中开口。第二安装孔42与第一安装孔41的下游侧连续。第一安装孔41和第二安装孔42每一个均被设置在相同轴线L上。第一安装孔41的内周表面包括阴螺纹。通过将大直径部31紧固到第一安装孔41，接头部件21被联接到第一外壳部件22。第二安装孔42的内径小于第一安装孔41的内径。阀座12安装在第二安装孔42中。换言之，阀座12被设置在气体流动通道17中。
第一外壳部件22包括作为气体流动通道17的一部分的接收孔43。接收孔43具有基本圆孔形状。接收孔43与第二安装孔42连通并且在第一外壳部件22的下游侧上的端表面中开口。接收孔43被设置在轴线L上。第一外壳部件22包括分隔壁44，该分隔壁将接收孔43和第二安装孔42相互分离。分隔壁44被设置为在沿着轴线L的方向上观察时具有环形形状。分隔壁44被设置为使得在接收孔43的上游侧上的部分中的内径朝向上游侧逐渐降低。阀元件13的一部分被接收在接收孔43的内部。换言之，阀元件13在气体流动通道17中设置在阀座12下游。
第一外壳部件22包括环形安设沟槽46。安设沟槽46位于接收孔43的外周侧上。类似于接收孔43，安设沟槽46通向第一外壳部件22的下游侧。安设沟槽46被设置为在被设置在第一外壳部件22处的筒形内壁47和筒形外壁48之间的间隙。内壁47限定安设沟槽46的内边缘。外壁48限定安设沟槽46的外边缘。外壁48向内壁47的下游伸出。外壁48的外周表面构成第一外壳部件22的外周表面的一部分。阳螺纹被设置在外壁48的外周表面处。阳螺纹被设置在对应于安设沟槽46的位置的位置处。注意第一外壳部件22包括连通通道49，该连通通道49使得安设沟槽46的内部和本体11的外部相互连通。
第二外壳部件23具有基本柱状形状。第二外壳部件23的外径稍微大于第一外壳部件22的外径。第二外壳部件23包括连接孔51。连接孔51在第二外壳部件23的上游侧上的端表面中开口。连接孔51具有圆孔形状。阴螺纹被设置在连接孔51的内周表面处。阴螺纹位于靠近连接孔51的开口端的位置处。通过将外壁48插入并且紧固到连接孔51，第一外壳部件22被联接到第二外壳部件23。注意第三密封部件52(例如O环)被装配在外壁48的外周表面上。
而且，第二外壳部件23包括外壳流动通道53，该外壳流动通道53是气体流动通道17的一部分。外壳流动通道53沿着轴线L线性地延伸。外壳流动通道53包括在连接孔51的底表面中的上游侧开口和在第二外壳部件23的下游侧上的端表面中的下游侧开口。在外壳流动通道53的下游侧上的开口用作出口端口5。
阀座12由树脂制成。阀座12具有环形形状。阀座12被设置在第一外壳部件22的第二安装孔42中。然后，阀座12被安装在第一安装孔41中的接头部件21推靠第二安装孔42的底表面。阀座12包括阀孔61。阀孔61沿着轴线L线性地延伸并且在阀座12的轴线L上的相对的端表面中开口。在阀孔61的下游侧上的区域中，阀孔61的内周表面倾斜，使得内径朝向下游侧增大。
阀元件13由金属制成。如在图2中示意，阀元件13包括头部71、本体部72和压力接收部73。头部71、本体部72和压力接收部73从上游侧以提及的顺序以一体方式形成。头部71和本体部72被接收在第一外壳部件22的接收孔43中。压力接收部73从内壁47向下游侧伸出且被接收在外壁48的内侧。阀元件13能够在本体11的内部沿着轴线L移动。而且，阀元件13能够与阀座12接触和移动离开阀座12。
头部71具有基本柱状形状。头部71具有朝向远端侧(即上游侧)渐缩的渐缩形状。头部71的渐缩形状倾斜，以对应于在阀孔61的下游侧上的区域上的倾斜。
本体部72具有基本阶梯形的柱状形状。本体部72包括远端部81、中间部82和近端部83。远端部81、中间部82和近端部83从上游侧以提及的顺序以一体方式形成。头部71被设置在远端部81的上游侧上的端表面处。本体部72的外径的值被设定为按照远端部81、中间部82和近端部83的顺序变大。近端部83的外周表面包括第一装配沟槽84。第一装配沟槽84被设置为在近端部83的全周上延伸的环形形状。
远端部81的外径小于第一外壳部件22的分隔壁44的内径并且在远端部81和分隔壁44之间的间隙用作气体流动通道17的一部分。中间部82的外径大于远端部81的外径。近端部83的外径稍微小于接收孔43的内径。近端部83的外周表面能够相对于接收孔43的内周表面滑动。
而且，本体部72包括多个(例如，四个)水平孔86和一个竖直孔87。每一个水平孔86沿着正交于轴线L的方向线性地延伸。每一个水平孔86在中间部82的外周表面中开口。水平孔86在本体部72的周向方向上被等角度地设置。竖直孔87沿着轴线L线性地延伸。竖直孔87在本体部72从头部71的相反侧上的端表面中开口。换言之，在竖直孔87的下游侧上的端部通向气体流动通道17中的阀元件13的下游侧(出口侧)。在竖直孔87的上游侧上的端部与水平孔86中的每一个连通。水平孔86和竖直孔87构造阀元件流动通道。
压力接收部73具有基本阶梯形的环形形状。压力接收部73从本体部72的下游侧上的端部沿径向向外延伸。压力接收部73的外径稍微小于第一外壳部件22的外壁48的内径。压力接收部73的外周表面能够相对于外壁48的内周表面滑动。压力接收部73在沿着轴线L的方向上的厚度在径向外部中比在径向内部中大。压力接收部73的外周表面包括第二装配沟槽88。第二装配沟槽88被设置为在压力接收部73的全周上延伸的环形形状。
对于偏压部件14例如采用螺旋压缩弹簧。偏压部件14被接收在安设沟槽46中。偏压部件14在安设沟槽46的底表面和安设沟槽46中的阀元件13的压力接收部73之间被沿着轴线L压缩。偏压部件14在阀元件13移动离开阀座12的阀打开方向上即朝向在氢气流动方向上的下游侧偏压阀元件13。
对于第一密封部件15和第二密封部件16中的每一个，采用唇形密封。第一密封部件15被装配在第一装配沟槽84中，并且第二密封部件16被装配在第二装配沟槽88中。第一密封部件15在本体部72的外周表面和接收孔43的内周表面之间提供密封。第二密封部件16在压力接收部73的外周表面和外壁48的内周表面之间提供密封。因此，抑制压力减小的氢气经由安设沟槽46和连通通道49向外部的释放。
接着，将描述减压阀1的操作。在从入口端口4供应高压氢气之前的初始状态中，阀元件13维持在由偏压部件14的偏压力移动到下游侧的状态中。换言之，减压阀1被维持在阀元件13离开阀座12的阀打开状态中。
从入口端口4供应的具有入口压力的氢气穿过包括在气体流动通道17中的接头流动通道32，并且经由阀元件13的阀孔61和头部71流动到接收孔43中。当氢气穿过在阀孔61和头部71之间的间隙时，氢气的压力根据间隙的尺寸而被减小。压力减小的氢气经由水平孔86和竖直孔87流动到包括在气体流动通道17中的外壳流动通道53中并且被从出口端口5配送。由于经由阀孔61流入的氢气的量以此方式增加，因此出口压力升高。
阀元件13由偏压部件14的偏压力和对应于由头部71经由阀孔61接收的入口压力的偏压力在阀打开方向上被偏压，该阀打开方向是朝向下游侧的方向。在另一方面，阀元件13由对应于主要由压力接收部73接收的出口压力的偏压力在阀关闭方向上被偏压，该阀关闭方向是朝向上游侧的方向。阀元件13根据朝向上游侧的偏压力和朝向下游侧的偏压力之间的大小关系移动。
阀元件13根据出口压力的升高靠近阀座12移动，并且在出口压力达到设定压力时，阀元件13被安置在阀座12上。换言之，减压阀1关闭。随后，在由于氢气在燃料电池3中被消耗而出口压力降低时，阀元件13随同出口压力降低一起朝向下游侧移动。然后，在减压阀1最后被再次打开时，氢气从入口端口4流入。由于阀元件13根据在入口压力和出口压力之间的差压以此方式移动，因此被调节为具有设定压力的氢气被从减压阀1供应到燃料电池3。
在如上构造的减压阀1中存在以下担心。例如，在减压阀1打开的状态中，当大量的氢气从入口端口4快速地流入时，可设想阀元件13的入口端口4侧上的压力，更具体地，作为在接收孔43中相对于近端部83的上游侧(入口侧)上的空间部分的压力室43A中的压力快速地升高。在此情形中，在阀元件13的入口端口4侧上的压力和出口端口5侧上的压力之间的差异的增大可能在阀元件13的阀关闭操作中引起延迟。担心在阀元件13的阀关闭操作中的延迟引起出口压力超过设定压力的值。
因此，在本实施例中，对于阀元件13采用以下构造。换言之，竖直孔87的内径和每一个水平孔86的内径被设定为使得竖直孔87的流动通道面积与作为水平孔86的流动通道面积的总和的总面积的比率的值满足以下表达式(1)。
Figure BDA0003396042510000091
其中“S2”是竖直孔87的流动通道面积，并且“S1”是每一个水平孔86的流动通道面积。“N”是压力室43A中的水平孔86的开口的计数。
Figure BDA0003396042510000092
是竖直孔87的内径并且
Figure BDA0003396042510000093
是每一个水平孔86的内径。“π”是圆周率。
例如，在水平孔86的开口计数N为“4”的情况下，竖直孔87的内径
Figure BDA0003396042510000094
被设定为“6.5mm”，并且水平孔86的内径
Figure BDA0003396042510000095
被设定为“3.0mm”。在此情形中，竖直孔87的流动通道面积S2与作为水平孔86的流动通道面积S1的总和的总面积的比率的值为近似“1.17”并且因此满足表达式(1)。作为模拟的结果，作为阀元件13的入口侧的压力室43A中的压力为“1.6Mpa”，并且阀元件13的出口侧上的压力为“1.5Mpa”，并且因此已经确认无显著的压力差发生。
另外，在水平孔86的开口计数N为“4”的情况下，如果竖直孔87的内径
Figure BDA0003396042510000101
被设定为“3.5mm”，并且每一个水平孔86的内径
Figure BDA0003396042510000102
被设定为“1.7mm”，则竖直孔87的流动通道面积S2与作为水平孔86的流动通道面积S1的总和的总面积的比率的值为近似“1.06”，并且因此不满足表达式(1)。作为模拟的结果，作为阀元件13的入口侧的压力室43A中的压力为“3.2Mpa”，并且阀元件13的出口侧上的压力为“1.5Mpa”，并且因此已经确认压力差发生。
采用以上构造提供以下操作和效果。在减压阀1打开的状态中，从入口端口4供应的氢气经由阀元件13的阀座12和头部71流入到接收孔43的内部中，更具体地，流入到作为相对于接收孔43中的近端部83在上游侧上的空间部分的压力室43A中。流入到接收孔43的内部中的氢气经由水平孔86流入到竖直孔87的内部中。
这里，竖直孔87和水平孔86被设置为使得竖直孔87的流动通道面积与作为水平孔86的流动通道面积的总和的面积的比率的值变大。换言之，相对于作为水平孔86的流动通道面积的总和的面积，竖直孔87的流动通道面积被设定为更大的值。因此，从相应的水平孔86从压力室43A流入到竖直孔87中的氢气更顺利地流动到气体流动通道17中的阀元件13的出口侧。因此，即便在减压阀1打开的状态中，大量的氢气从入口端口4快速地流入，也能够抑制压力室43A中的压力的快速升高。因为在压力室43A中的压力和阀元件13的出口端口5侧上的压力之间，差异较小可能发生，所以阀元件13随同阀元件13的出口端口5侧上的压力升高一起在更适当的时刻开始阀关闭操作。因此，例如，抑制了阀元件13的出口端口5侧上的压力超过设定压力。以此方式，减压阀1使得能够更适当地调节氢气的压力。
其它实施例
本实施例可以被如下更改。虽然在本实施例中，螺旋压缩弹簧用于偏压部件14，但是本发明不限于该实例，并且例如可以采用另一个弹性部件，诸如盘簧。
虽然在本实施例中，水平孔86的内径
Figure BDA0003396042510000111
全部具有相同的值，但是水平孔86可以包括具有不同内径的水平孔86。虽然在本实施例中，在阀元件13的周向方向上以规则的间隔设置水平孔86，但是可以以不规则的间隔设置水平孔86。
虽然在本实施例中，减压阀1用于减小高压氢气的压力的目的，但是本发明不限于该实例，而是减压阀1可以用于减小除了氢气之外的高压气体的压力的目的。

Claims (3)

1.一种减压阀(1)，其特征在于包括：
本体(11)，所述本体(11)包括气体流动通道(17)；
阀座(12)，所述阀座(12)被设置在所述气体流动通道(17)中；和
阀元件(13)，所述阀元件(13)被设置在所述气体流动通道(17)中，且被设置在所述阀座(12)的下游，并且在所述阀元件(13)移动离开所述阀座(12)的方向上始终偏压所述阀元件(13)，所述阀元件(13)根据在入口侧的压力与出口侧的压力之间的差异打开和关闭所述阀座(12)，其中
在所述气体流动通道(17)中在所述阀元件(13)的所述入口侧设置压力室(43A)，所述压力室(43A)是在所述阀元件(13)与所述阀座(12)之间的空间部分，
所述阀元件(13)包括：多个水平孔(86)，所述多个水平孔(86)中的每一个水平孔(86)在所述阀元件(13)中靠近所述阀座(12)的位置处沿着所述每一个水平孔(86)与所述阀元件(13)的轴线交叉的方向延伸，并且所述每一个水平孔(86)通向所述压力室(43A)；和竖直孔(87)，所述竖直孔(87)沿着所述阀元件(13)的所述轴线延伸，并且所述竖直孔(87)使得所述多个水平孔(86)与所述气体流动通道(17)中所述阀元件(13)的所述出口侧相互连通，并且
所述多个水平孔(86)和所述竖直孔(87)被以如下方式设置，所述方式使得所述竖直孔(87)的流动通道面积与作为所述多个水平孔(86)的流动通道面积的总和的总面积的比率的值超过1.16。
2.根据权利要求1所述的减压阀(1)，其特征在于所述多个水平孔(86)的相应的内径全部被设定为相同的值。
3.根据权利要求1或2所述的减压阀(1)，其特征在于所述多个水平孔(86)在所述阀元件(13)的周向方向上被以规则的间隔设置。
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