CN211599686U - 氢压力控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种氢压力控制阀，即使在气体消耗量变动、下游侧流量变化的情况以及上游侧压力变化的情况下，也能够将下游侧的控制压力控制为任意的值。氢压力控制阀具备：阀体，具备一次室、二次室以及使它们连通的阀孔；阀芯，配置于二次室并从二次室侧对阀孔进行开闭；螺线管，对阀芯向使阀孔开阀的方向施加电磁驱动力；阀杆，从一次室侧贯通阀孔，一端连接于阀芯，另一端连接于螺线管的驱动杆；波纹管，一端气密连接于阀杆，并沿轴向延伸设置，另一端气密连接于阀体侧；以及弹簧，配置于二次室内并向使阀芯闭阀的方向对阀芯施力，阀芯的受压面积与波纹管的受压面积设定为相等，弹簧的力与螺线管的推力设定为力的梯度正负相反且绝对值大致相等。

Description

氢压力控制阀

技术领域

本实用新型涉及压力控制阀，特别涉及为了控制向燃料电池车等的燃料电池供给的氢气的压力而使用的压力控制阀。

背景技术

以往，作为能够进行高精度的比例流量控制的电磁控制阀，如图4所示，已知有如下电磁控制阀，其具备：划分出第一出入口端口50、第二出入口端口51、阀室52、阀端口53、弹簧收容室54等的阀壳体55；设置于所述阀室52内并对所述阀端口53进行开闭的阀芯56、柱塞57、吸引件58、线圈部59等；并包括：位于所述阀芯56的一侧且对所述阀芯56进行开闭驱动的电磁螺线管装置60；以及在所述阀芯56的另一侧收容于所述弹簧收容室54内的弹簧机构61，该弹簧机构61向与所述电磁螺线管装置60的阀驱动力对抗的方向对所述阀芯56施力。在该电磁控制阀中，所述第一出入口端口50与所述阀室52直接连通，所述第二出入口端口51经由所述阀端口53与所述阀室52连通，通过气密连接于所述阀芯56的挠性的隔膜密封部件62将所述阀室52与所述弹簧收容室54气密分离，所述弹簧收容室54通过均压通路63与所述第二出入口端口51连通，使所述隔膜密封部件62的有效受压直径与规定所述阀芯56的有效受压直径的所述阀端口53的内径相等(以下，称为“现有技术1”。例如参照专利文献1。)。

另外，作为用于燃料电池发电系统的气体控制阀，如图5所示，已知有如下气体控制阀，具备：初级侧通路70，被供给气体；次级侧通路71，被排出气体；波纹部件73，伴随着对次级侧通路71的气体的压力进行受压而变形；可动阀芯75，具有设置于所述初级侧通路70与所述次级侧通路71之间的节流孔74，利用所述节流孔74对所述初级侧通路70的气体流量进行节流而向所述次级侧通路71供给，并且伴随着所述波纹部件73的受压调整所述节流孔74的开度；弹性部件76，向关闭节流孔74的方向对可动阀芯75施力；弹性部件77，发挥向使所述节流孔74的开度增加或减少的方向对所述波纹部件73施力的作用力；以及促动器78，调整弹性部件77的作用力(以下，称为“现有技术2”。例如参照专利文献2。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－295712号公报

专利文献2：日本特开2005－195145号公报

实用新型内容

实用新型要解决的课题

在上述现有技术1中构造为，通过将第二出入口端口51的压力施加于隔膜密封部件62的背面，将阀芯56的有效受压直径与隔膜密封部件62的有效受压直径设定为相等，从而通过第一出入口端口50的压力与第二出入口端口51的压力的差压抵消施加于阀芯56的力，因此能够以一定的电流值保持一定的开口面积，但也存有在第一出入口端口50的压力发生了变动时第二出入口端口51的压力·流量发生变动的问题。另外，由于使用橡胶部件作为隔膜密封部件62，因此会由于气体透过而产生泄漏。而且，由于材质为橡胶，因此也存在隔膜密封部件62的耐压限度低、无法将第一出入口端口50的压力设定得较高的问题。另外，由于是螺线管内部的滑动部件与气体接触的构造，因此存在污染物混入气体中的可能性。

上述现有技术2是通过以树脂或金属材料为基材的波纹部件73来从二次侧通路71将促动器78侧隔断的构造，但其特点在于，通过使波纹部件73形成能够在伴随着受压而变形的方向上进行伸缩的构造，能够实现小型化，但由于并未进行与初级侧通路70的压力的变动对应的考虑，因此存有在初级侧通路70的压力发生了变动时二次侧通路71的压力·流量发生变动的问题。

本实用新型是为了解决上述现有技术1以及2所具有的问题点而完成的，且目的在于提供一种压力控制阀，其通过采用使基于作用于阀芯的下游侧的控制压力的闭阀方向的力与基于螺线管的开阀方向的力对抗的构造，使得即使在气体的消耗量变动、流量变化的情况以及上游侧的压力变化的情况下，也能够通过向螺线管通电的电流将下游侧的控制压力控制为任意的值。

另外，目的在于提供一种压力控制阀，其通过隔断螺线管内部的滑动部分与控制气体，能够防止污染物混入控制气体。

另外，目的在于提供一种压力控制阀，其通过使波纹管为不锈钢制，能够将上游侧压力设定得较高且设定在较广的范围内，并且气体泄漏较少。

另外，目的在于提供一种压力控制阀，其通过使波纹管的受压面积与阀芯的受压面积相等，能够抵消因上游侧的压力对阀芯产生的力。

用于解决课题的手段

为实现上述目的，本实用新型的氢压力控制阀的第一特征在于，具备：阀体，具备从上游侧供给氢气的一次室、向下游侧的燃料电池供给被控制的压力的氢气的二次室以及使所述一次室与二次室连通的阀孔；

阀芯，配置于所述二次室并从二次室侧对所述阀孔进行开闭；

螺线管，对所述阀芯向使所述阀孔开阀的方向施加电磁驱动力；

阀杆，从所述一次室侧贯通所述阀孔，一端连接于所述阀芯，另一端连接于向所述一次室内突出的所述螺线管的驱动杆；

波纹管，一端气密连接于所述阀杆，并以覆盖所述驱动杆的方式沿轴向延伸设置，另一端气密连接于所述阀体侧；以及

弹簧，配置于所述二次室内并使所述阀芯向闭阀的方向施力，

所述阀芯的受压面积与所述波纹管的受压面积被设定为相等，

所述弹簧的力F4与所述螺线管的推力F5被设定为，力的梯度正负相反且绝对值大致相等。

通过第一特征，即使在气体的消耗量变动、流量变化的情况以及上游侧的压力变化的情况下，也能够通过向螺线管通电的电流将下游侧的控制压力控制为任意的值。另外，由于隔断螺线管内部的滑动部分与控制气体，因此能够防止污染物混入控制气体。

另外，本实用新型的氢压力控制阀的第二特征在于，在第一特征中，波纹管为不锈钢制。

通过第二特征，能够将上游侧压力设定得较高且设定在较广的范围内，并且能够减少气体泄漏的量。

另外，本实用新型的氢压力控制阀的第三特征在于，在第一或第二特征中，将波纹管的有效直径与阀孔的直径设定为相等。

通过第三特征，能够抵消因上游侧的压力对阀芯产生的力。

实用新型效果

本实用新型起到以下那样的优异的效果。

(1)通过具备：阀体，具备从上游侧供给气体的一次室、向下游侧供给被控制的压力的气体的二次室以及使所述一次室与二次室连通的阀孔；

阀芯，配置于所述二次室并从二次室侧对所述阀孔进行开闭；

螺线管，对所述阀芯向使所述阀孔开阀的方向施加电磁驱动力；

阀杆，从所述一次室侧贯通所述阀孔，一端连接于所述阀芯，另一端连接于向所述一次室内突出的所述螺线管的驱动杆；

波纹管，一端气密连接于所述阀杆，并以覆盖所述驱动杆的方式沿轴向延伸设置，另一端气密连接于所述阀体侧；以及

弹簧，配置于所述二次室内并使所述阀芯向闭阀的方向施力，

使得即使在气体的消耗量变动、流量变化的情况以及上游侧的压力变化的情况下，也能够通过向螺线管通电的电流将下游侧的控制压力控制为任意的值。另外，由于隔断螺线管内部的滑动部分与控制气体，因此能够防止污染物混入控制气体。

(2)通过使波纹管为不锈钢制，能够将上游侧压力设定得较高且设定在较广的范围内，并且能够减少气体泄漏的量。

(3)通过将波纹管的有效直径与阀孔的直径设定为相等，能够抵消因上游侧的压力对阀芯产生的力。

附图说明

图1是表示本实用新型的压力控制阀安装于歧管部件的状态的正面剖面图；

图2是图1所示的压力控制阀的阀芯部的放大剖面图；

图3是对本实用新型的压力控制阀中的螺线管的控制电流与控制压力的关系进行说明的图；

图4是用于说明现有技术1的正面剖面图；

图5是用于说明现有技术2的正面剖面图。

具体实施方式

参照附图，对用于实施本实用新型的压力控制阀的方式进行详细说明，但本实用新型并不限定于此而进行解释，只要在不脱离本实用新型的范围内，能够基于本领域技术人员的知识施加各种变更、修正、改进。

图1是表示本实用新型的实施方式的压力控制阀1安装于歧管部件2的状态的正面剖面图，且压力控制阀1被插入歧管部件2的收容室3，通过螺栓4而固定。

在本实施方式中，为了调整向燃料电池供给的氢气的流量，压力控制阀1被用于控制喷嘴部的气体压力。

在歧管部件2中，具备从气体供给源供给氢气的入口侧通路5、以及向燃料电池的喷嘴部供给被控制的压力的氢气的出口侧通路6。入口侧通路5的气体压力Po约为1～2MPa，出口侧通路6的气体压力Pc为从出口侧的最小压力(通常为0)至1MPa左右。

压力控制阀1具有：阀体10，具备从入口侧通路5供给氢气的一次室7、向出口侧通路6供给被控制的压力的氢气的二次室8、以及使一次室7与二次室8连通的阀孔9；阀芯11，配置于二次室8并从二次室侧对阀孔9进行开闭；以及螺线管12，对阀芯11向使阀孔9开阀的方向施加电磁驱动力。

使所述一次室7与二次室8连通的阀孔9由位于一次室7与二次室8之间的隔壁13形成，在隔壁13的二次室8侧的面上形成有阀座14。

在二次室8内，在远离阀芯11的背后位置，通过螺钉等调整自如地安装有保持器15，在该保持器15与阀芯11之间设置有使阀芯11向闭阀的方向施力的弹簧16。阀芯11以及保持器15的相对置的一侧，成为位于弹簧16的内侧的部分突出的形状，以使弹簧16容易安装。关于弹簧16的安装的方法并不限定于此，例如也可以从外侧保持弹簧16。

另外，在保持器15的轴心形成有成为气体的通路的孔21。

螺线管12的驱动杆18以突出到一次室7内的方式配置，连结该驱动杆18与配置于二次室8内的阀芯11的阀杆17，以从一次室7侧贯通阀孔9的方式设置。在本例中，阀杆17的阀芯11侧的端部嵌合于形成于阀芯11的中心的凹部22，并且驱动杆18侧的端部具有能够收容驱动杆18的前端的套筒部23，在该套筒部23插入有驱动杆18的端部。

另外，也可以在阀芯11的凹部22形成内螺纹，并在嵌合于该凹部22的阀杆17的端部形成外螺纹而使两者螺合。

螺线管12由壳体24、励磁线圈25、可动铁芯26、弹簧27、固定铁芯28以及所述驱动杆18等构成。在本例中，阀芯11的控制压力以波纹管19的内侧、即螺线管12的内部的压力为基准而设定。例如，在螺线管12的内部通过未图示的孔与外部连通，并保持为大气压的情况下，控制压力以大气压基准(表压)被控制。另外，在螺线管12的内部与外部不连通的情况下，通过将螺线管12的内部设定为真空，控制压力以真空基准(绝对压力)被控制。

而且，在一次室7内，波纹状的波纹管19的一端通过焊接等与阀杆17的套筒部23气密连接，并以覆盖驱动杆18的方式沿轴向延伸设置，另一端通过焊接等与基座20气密连接而设置，该基座20在一次室7的螺线管12侧经由O型环29与阀体10气密地嵌合而设置。这样，通过设置波纹管19，一次室7与螺线管12的可动部分处于气密地分离的状态，能够防止污染物从螺线管侧混入气体中。该波纹管19受到一次室7内的气体的压力，产生向其长度收缩的方向、即使阀芯11闭阀的方向的力F2。作为波纹管19的材料，优选气体透过性小的不锈钢，作为氢气用特别优选SUS316L，在该情况下，除了防止污染物混入之外也能够减少泄漏气体量。

图2是图1所示的压力控制阀的阀芯部的放大剖面图，且将一次室7内的氢气压力设为一次室压力Po，并且将二次室8内的被控制的氢气压力设为二次室压力Pc。另外，将阀孔9的面积设为A1，将波纹管19的有效受压面积设为A2。

阀芯11因一次室压力Po而从一次室7侧受到打开阀芯的方向的力F1＝A1×Po。同时，经由阀杆17，受到由一次室压力Po作用于波纹管19的关闭阀芯的方向的力F2＝A2×Po。此时，通过将A1与A2设定为相等，能够使得F1＝F2，并通过一次室压力Po来抵消作用于阀芯11的力。由此，即使向一次室7供给的上游侧的气体的压力变动，也能够尽量抑制对阀芯的工作的影响。

另一方面，阀芯11因二次室压力Pc而受到关闭阀芯方向的力F3＝A1×Pc。详细来说，其原因在于，由于二次室压力Pc环绕在阀芯11与阀座14的金属接触部(比A1靠径向外侧的部分)，因此作为结果，在A1的范围内作用于阀芯11的背后的二次室压力Pc在关闭阀芯的方向产生力F3＝A1×Pc。

另外，阀芯11因弹簧16而初始受到关闭方向的力F4。

并且，从螺线管12，经由驱动杆18以及阀杆17向阀芯11传递打开阀芯的方向的推力F5。

弹簧力F4以及螺线管推力F5根据阀芯11的位置而变化，但能够将这些力的梯度设定为正负相反且绝对值大致相等。若这样设定，则弹簧力F4与螺线管推力F5的合成推力F对阀芯11的位置的影响较小，能够通过对螺线管12通电的电流值来取得任意的值。

图3是对本实用新型的压力控制阀中的螺线管的控制电流与控制压力Pc的关系进行说明的图。

当前，若对螺线管12通电，而合成推力F超过0，则阀芯11打开，气体从一次室7向二次室8流入，二次室压力Pc上升。由此，产生关闭阀芯11的方向的力F3，在成为F＝F3(＝A1×Pc)的阀芯的位置处力的平衡成立。因而，通过设定向螺线管12的电流值，能够将二次室压力Pc控制为任意的值。

即使在连接于出口侧通路6的设备的气体消耗量变化、流量变化的情况下，通过使上述的平衡成立的阀芯位置变化，也能够保持二次室压力Pc。另外，即使在向入口侧通路5供给的气体供给源的压力变化的情况下，同样也能够保持二次室压力Pc保持。

附图标记说明

1 压力控制阀

2 歧管部件

3 收容室

4 螺栓

5 入口侧通路

6 出口侧通路

7 一次室

8 二次室

9 阀孔

10 阀体

11 阀芯

12 螺线管

13 隔壁

14 阀座

15 保持器

16 弹簧

17 阀杆

18 驱动杆

19 波纹管

20 基座

21 孔

22 凹部

23 套筒部

24 壳体

25 励磁线圈

26 可动铁芯

27 弹簧

28 固定铁芯

29 O型环

Claims (3)

1.一种氢压力控制阀，其特征在于，包括：

阀体，具有从上游侧供给氢气的一次室、向下游侧的燃料电池供给被控制的压力的氢气的二次室以及使所述一次室与二次室连通的阀孔；

阀芯，配置于所述二次室并从二次室侧对所述阀孔进行开闭；

螺线管，对所述阀芯向使所述阀孔开阀的方向施加电磁驱动力；

阀杆，从所述一次室侧贯通所述阀孔，一端连接于所述阀芯，另一端连接于向所述一次室内突出的所述螺线管的驱动杆；

波纹管，一端气密连接于所述阀杆，并以覆盖所述驱动杆的方式沿轴向延伸设置，另一端气密连接于所述阀体侧；以及

弹簧，配置于所述二次室内并向使所述阀芯闭阀的方向对所述阀芯施力，

所述阀芯的受压面积与所述波纹管的受压面积被设定为相等，

所述弹簧的力(F4)与所述螺线管的推力(F5)被设定为，力的梯度正负相反且绝对值大致相等。

2.如权利要求1所述的氢压力控制阀，其特征在于，

所述波纹管为不锈钢制。

3.如权利要求1或2所述的氢压力控制阀，其特征在于，

将所述波纹管的有效直径与所述阀孔的直径设定为相等。

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