JP2005042859A - Differential pressure control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気やガス等の気体を取り込んで、この取り込んだ気体圧力に応じて弁の開度を操作し得る差圧制御バルブに関するものである。 The present invention relates to a differential pressure control valve capable of taking in a gas such as air or gas and operating the opening of the valve in accordance with the taken-in gas pressure.
従来から、隔離用の膜板であるダイアフラムをバルブ内に設け、バルブ内部の気体や液体と作動流体とを完全に隔離するとともに、このダイアフラムに直接あるいは間接に弁軸を取り付けて、ダイアフラムの歪み量に応じて弁軸が変位するダイアフラム弁が知られている。ダイアフラム弁は、ダイアフラムに加わる空気圧等と弁軸の変位が比例することを利用したもので、空気圧等の信号を受けて弁の開度が操作されるものである。ダイアフラムは、主に合成ゴムとナイロン、麻、ガラス繊維などを組み合わせたものや、合成樹脂、金属などの薄い板などで構成される。 Conventionally, a diaphragm, which is a membrane plate for isolation, has been provided in the valve to completely isolate the gas and liquid inside the valve from the working fluid, and a valve shaft is attached directly or indirectly to this diaphragm, thereby distorting the diaphragm. A diaphragm valve in which the valve shaft is displaced according to the amount is known. The diaphragm valve utilizes the fact that the air pressure applied to the diaphragm is proportional to the displacement of the valve shaft, and the opening of the valve is operated in response to a signal such as air pressure. The diaphragm is mainly composed of a combination of synthetic rubber and nylon, hemp, glass fiber, or a thin plate made of synthetic resin or metal.
ところで、この種のダイアフラム弁として、例えば図18に示すものがある(特許文献1参照)。 By the way, as this kind of diaphragm valve, there exists a thing shown in FIG. 18, for example (refer patent document 1).
これについて説明すると、ダイアフラム弁30は、入口32から出口33まで流体流動のための流路を持つハウジング(弁胴)31を有し、ハウジング31内の流路に弁座40が交差して設けられている。弁座40の下方には弁体39があり、この弁体39は弁棒(弁軸)38を介して支持体37およびダイアフラム36に接続されている。支持体37およびダイアフラム36によって区画されたダイアフラムチャンバ41は圧力調整源35に接続されていて、圧力調整源35から供給される圧力と流体室42における流体圧力とのバランスによってダイアフラム36が変位するように構成されている。したがって、ダイアフラム36の変位に伴って弁体39が上下して、弁体39と弁座40とは接離する。
Explaining this, the
図19は、このダイアフラム弁30が適用される例を示したもので、トイレットタンク50の液位を制御するためのものである。
FIG. 19 shows an example in which the
ダイアフラム弁30は(トイレット)タンク50内における所望の液位よりも僅かに下の高さに配置されるとともに、ダイアフラム弁30の出口33から吸込管53がタンク50の底部付近まで伸びている。また、ダイアフラムチャンバ41は大気と開放されている。
The
このようなシステムにおいて、例えば、タンク50内に流体が充填されている場合、吸込管53を介して弁体39に作用する流体の圧力はダイアフラムチャンバ41内の大気圧を上回っているので、ダイアフラム36がダイアフラムチャンバ41側に歪み、弁体39が閉じられている。
In such a system, for example, when the
ところが、タンク50内の流体が減少していき、タンク50が空、もしくはそれに近い状態になると、今度は吸込管53内の圧力が大気圧よりも低下して、ダイアフラム36が流体室42側に歪み、弁体39が開かれる。弁体39が開かれると、入口32から入り込んだ流体が流体室42を通過して出口33からタンク50内に流れ込み、タンク50内に流体を補充するようになる。液体がタンク50内に流れ込んで、吸込管53内の圧力が上昇し始めると、ダイアフラム36がダイアフラムチャンバ41側に歪んで弁体39が再び閉じられる。タンク50内に液体が充填されると、すなわちタンク50内の液位が所望の高さに近づくと、弁体39が完全に閉じられて、流体がタンク50へ流入するのを遮断するようになる。
However, when the fluid in the
以上のように、このダイアフラム弁30は、ダイアフラムチャンバ41内の大気圧を基準とし、この大気圧に応じて弁の開度を操作することで、タンク50内の液位を制御するものである。
As described above, the
なお、タンク50には蓋52を貫通してタンク50の底部の弁54まで棒が伸びていて、この棒が上昇することで弁54が開口して、タンク50内の液体が排出される。
前記の如く、ダイアフラム弁はダイアフラムの変位あるいは歪み量に基づいて弁軸を動作させるものであるが、ダイアフラムは合成樹脂や合成ゴム等の膜板であることからして、その変位あるいは歪み量はそれほど大きなものではない。すなわち、ダイアフラムの変位量がそれほど大きくないということは、ダイアフラムに比例して動作する弁軸のストローク範囲も極めて制限されたものになる。 As described above, the diaphragm valve operates the valve shaft based on the displacement or strain amount of the diaphragm, but since the diaphragm is a membrane plate made of synthetic resin or synthetic rubber, the displacement or strain amount is It's not that big. That is, the fact that the amount of displacement of the diaphragm is not so large means that the stroke range of the valve shaft that operates in proportion to the diaphragm is extremely limited.
しかしながら、外部環境である大気の圧力に応じて流体圧力を制御するような場合であって、例えば、数kPa程度の低い圧力下における高精度な制御が必要となる場合に、ダイアフラムあるいは弁軸のストローク範囲が極めて制限されたものとなると、圧力損失が大きくなって高精度な制御が困難になる。前記の例で言えば、タンク内の液位を高精度に制御することが難しくなる。 However, when the fluid pressure is controlled according to the atmospheric pressure as the external environment, for example, when high-precision control is required under a low pressure of about several kPa, the diaphragm or valve shaft If the stroke range is extremely limited, the pressure loss becomes large and high-precision control becomes difficult. In the above example, it becomes difficult to control the liquid level in the tank with high accuracy.
そこで本発明では、大気等の参照圧を取り込んで、この参照圧に応じて流体の圧力を高精度に制御し得る差圧制御バルブを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a differential pressure control valve that takes in a reference pressure such as the atmosphere and can control the pressure of a fluid with high accuracy in accordance with the reference pressure.
前記課題を解決するために、本発明は、参照圧ポートと、制御圧ポートと、排出ポートとを有するハウジングと、このハウジング内を、参照圧ポートと連通する参照圧室と制御圧ポートと排出ポートとを繋ぐ通路の一部に構成された制御圧室とに区画するベローズを設けたことを特徴とする。そして、ベローズの先端には弁体が支持されており、ベローズの伸縮に伴って弁体も変位するように構成される。すなわち、ベローズの伸縮に伴って弁の開度が操作される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a housing having a reference pressure port, a control pressure port, and a discharge port, and a reference pressure chamber, a control pressure port, and a discharge that communicate with the reference pressure port in the housing. A bellows that divides into a control pressure chamber formed in a part of a passage connecting the port is provided. And the valve body is supported at the front-end | tip of a bellows, and it is comprised so that a valve body may also be displaced with expansion / contraction of a bellows. That is, the opening degree of the valve is operated with the expansion and contraction of the bellows.
このように、ハウジング内の参照圧室と制御圧室とをベローズおよび弁体によって完全に分離し、しかも、弁の開度をベローズの伸縮によって制御するようにしたので、弁体の変位する範囲(ストローク範囲)を大きくとることができ、作動流体の圧力を制御するにあたって、圧力損失を小さくすることができることで、高精度な制御が可能となる。 As described above, the reference pressure chamber and the control pressure chamber in the housing are completely separated by the bellows and the valve body, and the opening degree of the valve is controlled by the expansion and contraction of the bellows. (Stroke range) can be increased, and in controlling the pressure of the working fluid, the pressure loss can be reduced, so that highly accurate control is possible.
さらに、この発明は、ベローズの伸縮範囲(弁体のストローク範囲)を規制するストローク規制ロッドおよび弁体ピンを設けたことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that a stroke regulating rod and a valve body pin for regulating the expansion / contraction range of the bellows (the stroke range of the valve body) are provided.
ベローズの伸縮範囲を規制することで、弁体の応答性を向上させることができるとともに、ベローズの座屈や塑性変形も防止できる。 By regulating the expansion / contraction range of the bellows, the responsiveness of the valve body can be improved, and buckling and plastic deformation of the bellows can be prevented.
さらにまた、この発明は、弁体と弁体ピンとが嵌入する部分に流体が流動するための所定の隙間を設けたことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that a predetermined gap for allowing fluid to flow is provided in a portion where the valve body and the valve body pin are fitted.
これにより、この隙間部分が一種のオリフィスの役割を果たすようになり、よりきめ細かい減衰力制御が可能となる。 As a result, the gap portion serves as a kind of orifice, and finer damping force control is possible.
本発明に係る差圧制御バルブは、ベローズによってハウジング内を参照圧室と制御圧室とに区画し、ベローズの先端に弁体を支持することで、ベローズの伸縮によって弁の開度を操作するようにしたので、弁体のストローク範囲を大きくとることができ、圧力損失を低減させて、より高精度な制御が可能となる。また、参照圧に基づいてベローズの伸縮が行われるので、流体の微小な圧力制御を安定的に行うことができる。 The differential pressure control valve according to the present invention divides the inside of a housing into a reference pressure chamber and a control pressure chamber by a bellows, and supports the valve body at the tip of the bellows, thereby operating the opening of the valve by the expansion and contraction of the bellows. Since it did in this way, the stroke range of a valve body can be taken large, pressure loss can be reduced, and more highly accurate control is attained. Further, since the bellows is expanded and contracted based on the reference pressure, minute pressure control of the fluid can be stably performed.
また、ストローク規制ロッドや弁体ピンを設けて、ベローズの伸縮範囲を規制することで、バルブの応答性を向上させることができるとともに、ベローズの座屈や塑性変形が防止できる。 Further, by providing a stroke restricting rod and a valve body pin and restricting the expansion / contraction range of the bellows, the responsiveness of the valve can be improved, and buckling and plastic deformation of the bellows can be prevented.
さらにまた、弁体ピンと弁体等の凹部との嵌入部分に所定の隙間を設け、この隙間部分に流体が流動するようにすることで、ここで減衰力を発生させるようにしたので、よりきめ細かい制御が可能となる。 Furthermore, since a predetermined gap is provided in a fitting portion between the valve body pin and the concave portion such as the valve body, and a fluid flows in this gap portion, a damping force is generated here, so that finer details are obtained. Control becomes possible.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る差圧制御バルブは、図1に示すように、少なくとも3つのポートを有するハウジング2と、ハウジング2内を2つの室に区画するベローズ6とを有する。ベローズ6によって区画される一方の室3には、前記3つのポートのうちの1つのポート(参照圧ポート)9が連通し、もう一方の室4aには、残り2つのポート(制御圧ポートおよび排出ポート)10、11が連通されている。
As shown in FIG. 1, the differential pressure control valve according to the present invention includes a
参照圧ポート9に連通する一方の室3は専ら大気等の気体と開放された気体室を形成し、この室を参照圧室3と称する。また、制御圧ポート10および排出ポート11と連通するもう一方の室4aは、制御圧ポート10と排出ポート11を繋ぐ通路の一部に形成された流体室であって、この室を制御圧室4aと称する。
One
ベローズ6は、基端部がハウジング2の内壁に支持されて、先端部がハウジング2と同軸方向に伸縮する柔軟性を有するじゃばら(ベロー形)である。ベローズ6の先端部分には、弁体7が固定支持されており、この弁体7がベローズ6の伸縮に伴って図面上下方向に変位する。したがって、このベローズ6は一種の弁軸の役割を果たす。
The
ところで、ベローズ6は先端部分が弁体7によって閉塞されているため密封性を有する。このため、ベローズ6の内側(ベローズ6に対して図面上側)に構成された参照圧室3とベローズの外側(弁体7の図面下側)に構成された流体圧室4aとはこのベローズ6によって完全に隔離される。したがって、参照圧ポート9から侵入してきた大気等の気体はベローズ6内部に蓄積し、この圧力が弁体7を介してベローズ6を伸張させる方向に作用する。一方、制御圧ポート10から侵入してきた制御圧室4aの流体の圧力は弁体7を介してベローズ6を収縮させる方向に作用する。すなわち、参照圧室3側から弁体7に作用する圧力と制御圧室4a側から弁体7に作用する圧力とが一定の差圧をもって均衡し、弁体7はその均衡位置に保持される。
By the way, since the front-end | tip part is obstruct | occluded with the
このように、この差圧制御バルブによれば、ベローズ6内部から弁体7に作用する気体の圧力に応じて弁の開度が操作されることになる。
Thus, according to this differential pressure control valve, the opening degree of the valve is operated in accordance with the pressure of the gas acting on the
なお、ベローズ6の材質としては、りん青銅製のものが多いが、これに限らず、銅、アルミ青銅、ステンレス青銅、純鉄などでもよい。
The material of the
以上が本発明に係る差圧制御バルブの構成であるが、次に作用について説明する。 The above is the configuration of the differential pressure control valve according to the present invention. Next, the operation will be described.
例えば、参照圧室3が参照圧ポート9を介して大気に開放されている場合、取り込まれた大気は参照圧室3を経由してベローズ6内に入り込む。一方、制御圧ポート10から侵入してきた作動流体は制御圧室4aを経由して排出ポート11から排出される。参照圧室3と流体圧室4aはベローズ6によって完全に分離されているため、ベローズ6内に入り込んだ大気圧はベローズ6の内側から弁体7に作用し、制御圧室4a内の流体はベローズ6の外側(制御圧室4a側)から弁体7に作用する。
For example, when the
したがって、参照圧室3の大気圧による力およびベローズ6によるバネ力が流体圧室4aの流体圧による力を上回ると、ベローズ6が伸張し始め、それに伴って弁体7が下降(図面下方向に変位)する。逆に制御圧室4aの流体圧による力およびベローズ6によるバネ力が参照圧室3の大気圧を上回ると、今度はベローズ6が収縮して弁体7が上昇(図面上方向に変位)する。このように、弁体7は大気圧と流体圧相互の力ならびにベローズ6のバネ力が均衡する位置に維持される。つまり、参照圧室3内の大気圧に応じて、制御圧室4a内を流れる流体圧が制御されることになるから、参照圧室3内の大気圧はいわゆる参照(基準)圧力として機能することになる。
Accordingly, when the force due to the atmospheric pressure in the
なお、以上は、参照圧室3が大気と開放されている場合を説明したが、参照圧室3は必ずしも大気と開放されている必要はなく、例えば、圧力調整源等によって人為的に気体を送り込むようにしてもよい。この場合、参照圧として機能する気体は、空気のみならずガス等の場合もあり得る。
In the above, the case where the
このように、本差圧制御バルブ1は、参照圧に応じて流体の圧力が制御されるものであるから、作動流体の圧力はベローズ6のバネ特性で一義的に決まり、参照圧の変化に応じて流体圧を変化させることができるようになり、参照圧と流体圧との差圧を一定に保持できるようになる。また、ベローズ6の特性によって、弁体7のストローク範囲を大きくとることができるため、前記のダイアフラム弁に比べて圧力損失が小さく、例えば低圧力下における高精度の制御が可能となる。
Thus, since the differential pressure control valve 1 controls the pressure of the fluid according to the reference pressure, the pressure of the working fluid is uniquely determined by the spring characteristics of the
図2に示す実施例は、ベローズ6を支持し、かつハウジング2内を仕切る隔壁5が設けられたものである。
The embodiment shown in FIG. 2 is provided with a
隔壁5は、ハウジング2内を参照圧室3と制御圧室4aとに区画する平板状の壁であって、ハウジング2内においてハウジング2内壁と固定支持あるいは一体形成される。また、隔壁5には孔5aが形成されており、この孔5aは制御圧室4a側からベローズ6によって覆われて、参照圧室3とベローズ6内部がこの孔5aを介して連通するようになっている。したがって、参照圧室3内の気体は隔壁5の孔5aを通って、ベローズ6内に侵入するが、先端部分を弁体7によって塞がれた(閉塞支持された)ベローズ6は前記の如く密封性を有するため、参照圧室3と制御圧室4aとは、この隔壁5とベローズ6によって完全に隔離される。
The
なお、隔壁5に形成された孔5aはベローズ6の内径よりも小さい径で形成されていることを条件とするが、この条件を満たせば、孔5aの大きさは特に特定の大きさに限定されるものではない。ただ、孔5aの大きさを使用状況等に応じて調整することで、より細かな制御が可能となることは言うまでもない。また、孔5aの形状は例えば円形等に限る必要はなく、矩形等その他の形状であってもよい。
The
図3に示す実施例は、ベローズ6の先端に支持された弁体7と対向する位置に弁座8が設けられたものである。
In the embodiment shown in FIG. 3, a
弁座8は、ハウジング2の内壁に取り付けられて、ハウジング2の径方向内側に向って環状に突出するよう形成された弁体7のすわる座である。そして、弁座8は弁体7の下側(弁体7に対して図面下側)かつ弁体7と対向する位置に設けられるので、ベローズ6が伸張して弁体7が下降すると、弁体7と弁座8間の距離が縮まって、弁の開度が閉じられる。一方、ベローズ6が収縮することによって弁体7が上昇すると、弁体7と弁座8間の距離が拡がって、弁の開度が開かれる。
なお、本実施の形態では、平板状の弁体7とともに、弁座8は平面座となっているが、例えば、円錐座、球面座、植込座等であってもよく、これに併せて、弁体7の形状も種々のものが考えられる。
The
In the present embodiment, the
本実施例に係る差圧制御バルブによれば、例えばある動作点において参照圧室3内の大気圧が流体圧室4aの流体圧を上回ると、ベローズ6が伸張し、これに伴い弁体7が下降する。弁体7が下降すると、弁体7が弁座8に接近し、排出ポート11から排出される流体の流量が絞られる。一方、流体圧室4aの流体圧が参照圧室3内の大気圧を上回ると、ベローズ6が収縮し、これに伴い弁体7が上昇する。弁体7が上昇すると、弁体7が弁座8から離れ、排出ポート11から排出される流体の流量が増加する。すなわち、ベローズ6が伸張することによって弁体7が閉じられると、制御圧ポート10と弁座8との間に形成された制御圧室4a内の流体圧が上昇し、ベローズ6が収縮することによって弁体7が開かれると、制御圧室4a内の流体圧が減少する。
According to the differential pressure control valve according to the present embodiment, for example, when the atmospheric pressure in the
以上の如く、本実施例は、ベローズ6の伸縮によって弁体7が変位する構成としたことで、弁体7のストローク範囲を大きくとることができるとともに、弁体7と対向する位置に弁座8を設け、弁の開度を弁体7と弁座8間の距離の大小によって調整するようにしたので、前記実施例に比べて流体圧力の制御の自由度が大きいというメリットがある。
As described above, in this embodiment, since the
図4に示す実施例は、参照圧室3と排圧室4bおよび制御圧室4aとを区画する隔壁5が設けられたものである。
The embodiment shown in FIG. 4 is provided with a
排圧室4bとは、ベローズ6および弁体7と、弁座8とに囲まれた室であって、弁座8を介して、ちょうど制御圧室4aの上方に位置する。本差圧制御バルブでは、ベローズ6の伸縮によって制御圧ポート10と弁座8との間に形成された制御圧室4a内の流体圧力を制御するものであるから、制御圧室4aの上方に形成された排圧室4bと制御圧室4aとは機能上明確に区別される。
The
隔壁5は、ハウジング2内を参照圧室3と排圧室4bとに区画する平板状の壁であって、ハウジング2内においてハウジング2内壁と固定支持あるいは一体形成される。また、隔壁5には孔5aが形成されており、この孔5aは排圧室4b側からベローズ6によって覆われて、参照圧室3とベローズ6内部がこの孔5aを介して連通するようになっている。したがって、参照圧室3内の気体は隔壁5の孔5aを通って、ベローズ6内に侵入するが、先端部分を弁体7によって塞がれたベローズ6は前記の如く密封性を有するため、参照圧室3と排圧室4bおよび制御圧室4aとは、この隔壁5とベローズ6によって完全に隔離される。
The
なお、隔壁5に形成された孔5aはベローズ6の内径よりも小さい径で形成されていることを条件し、この条件を満たせば、孔5aの大きさは特に特定の大きさに限定されるものではないことは前記と同じである。
Note that the
図5から図10は、ストローク規制ロッド12a、12b、12c、12d、12e、12fそれぞれのいずれかが設けられた場合の実施例を示したものである。
5 to 10 show an embodiment in which any one of the
図5に示す実施例では、ストローク規制ロッド12aの基端部分がハウジング2上部内壁面(図面上方向)に支持されて、先端部分が隔壁5の孔5aを通って、ベローズ6内を弁体7に向って(図面下方向)突出している。
In the embodiment shown in FIG. 5, the base end portion of the
ストローク規制ロッド12aはベローズ6の収縮範囲を規制するもので、ベローズ6が一定以上収縮してしまわないように設けられたものである。したがって、例えば制御圧室4aの流体圧が参照圧を上回ると、ベローズ6が収縮し始めるが、ベローズ6がある収縮位置にきたときに、ストローク規制ロッド12aの先端部分が弁体7に当接し、ベローズ6がこれ以上収縮しないようになっている。よって、ストローク規制ロッド12aは、ベローズ6(弁体7)が予め定められた所定の最収縮位置にきたときに、弁体7がその位置に止まるようにその長さが決められる。
The
以上の構成により、この実施例によれば、例えば、ベローズ6が収縮しても、所定の収縮位置にくると、ストローク規制ロッド12aによって、これ以上ベローズ6が収縮しないようになり、ベローズ6の収縮範囲(弁体7の上昇範囲)を規制できる。
With the above configuration, according to this embodiment, for example, even if the
ストローク規制ロッド12aによって、ベローズ6の収縮範囲を規制することで、ベローズ6の座屈や塑性変形等を防ぐことができるとともに、バルブの応答性も向上させることができる。
By regulating the contraction range of the
図6は、ストローク規制ロッド12bの基端部分がハウジング2上部内壁面に支持され、先端部分が隔壁5を貫通して、ベローズ6内を弁体7に向って突出している例を示したものである。
FIG. 6 shows an example in which the base end portion of the stroke regulating rod 12b is supported by the upper inner wall surface of the
この実施例においても、ある動作点において制御圧室4aの流体圧が参照圧を上回ることによって、ベローズ6が収縮し始めるが、ベローズ6がある収縮位置にきたときに、ストローク規制ロッド12bの先端部分が弁体7に当接し、ベローズ6がこれ以上収縮しないようになる。
Also in this embodiment, when the fluid pressure in the
これにより、ベローズ6の座屈や塑性変形等を防ぐことができるとともに、バルブの応答性が向上する。また、ストローク規制ロッド12bが隔壁5によっても支持されるので、ストローク規制ロッド12bの支持がより強固なものとなる。
Thereby, buckling, plastic deformation, etc. of the
図7は、ストローク規制ロッド12cの基端部分が隔壁5に支持されて、先端部分がベローズ6内において、弁体7に向って突出している場合の例を、図8は、ストローク規制ロッド12dの基端部分が弁体7に支持されて、先端部分がベローズ6内において、隔壁5に向って突出している場合の例を示したものである。
FIG. 7 shows an example in which the base end portion of the
いずれの実施例も、ベローズ6がある収縮位置にきたときに、ストローク規制ロッド12cまたは12dが弁体7に当接し、その収縮が規制されるので、ベローズ6の座屈や塑性変形等を防ぐことができることはもちろん、バルブの応答性を向上させることができる。
In any of the embodiments, when the
なお、以上の実施例において、ストローク規制ロッド12cまたは12dは、棒状のほか、板状のものであってもよい。
In the above-described embodiment, the
また、図8に示す実施例に適用されるストローク規制ロッド12dは、隔壁5が設けられていない前記図1または図2に示した実施例についても適用できる。この場合、ストローク規制ロッド12dは、先端部分がベローズ6内において、隔壁5ではなく、ハウジング6の上部内壁面に向って伸びることになる。
Further, the
図9は、ストローク規制ロッド12eの基端部分が隔壁5に支持され、先端部分がベローズ6の外(外周)において、弁体7に向って突出している例を、図10は、ストローク規制ロッド12fの基端部分が弁体7に支持され、先端部分がベローズ6の外(外周)において、隔壁5に向って突出している例を示したものである。
FIG. 9 shows an example in which the base end portion of the
この場合のストローク規制ロッド12eまたは12fは、棒状、板状のものを複数本設けてもよいし、ベローズ6周りを環状に覆うような筒状のものであってもよい。
In this case, the
これらの実施例によれば、ベローズ6がある収縮位置にきたときに、ストローク規制ロッド12eが弁体7に、またはストローク規制ロッド12fが隔壁5に当接し、その収縮が規制されるので、ベローズ6の座屈や塑性変形等を防ぐことができることはもちろん、バルブの応答性を向上させることができる。また、ベローズ6の外周周りに複数のストローク規制ロッド12eまたは12fを、あるいは環状のストローク規制ロッド12eまたは12fを設けたので、ストローク規制ロッド12eまたは12fの耐久性の向上はもちろんのこと、ストロークの規制をより確実に行うことができる。
According to these embodiments, when the
図11から図14は、弁体ピン13a、13b、13c、13dそれぞれのいずれかが設けられた場合の実施例を示したものである。
弁体ピン13aから13dは、ベローズ6の伸張範囲(弁体7の下降範囲)を規制するためのものである。
11 to 14 show an embodiment in which any one of the valve body pins 13a, 13b, 13c, and 13d is provided.
The valve body pins 13a to 13d are for regulating the extension range of the bellows 6 (the descending range of the valve body 7).
図11に示す実施例は、弁体ピン13aの基端部分がハウジング2の底部内壁面(図面下方向)に支持されて、先端部分が弁体7の下部(弁体7のベローズ6内部側の面に対して制御圧室4a側の面)に形成された凹部7aに嵌入された場合の例である。
In the embodiment shown in FIG. 11, the base end portion of the
弁体ピン13aは凹部7aに隙間無く嵌め込まれて固定支持されるのではなく、弁体7が弁体ピン13aに沿って上下方向に可動可能なように軸方向(凹部深さ方向)および径方向に所定の隙間をもって嵌入されている。すなわち、凹部7aの内径が弁体ピン13aの外径よりも大きく形成され(凹部7aの内周面と弁体ピン13aの外周面との間に隙間が形成される。)、さらに、凹部7aの軸方向の深さも、弁体7が最下降したとき、凹部7aの最深部と弁体ピン13aの先端部分とが当接する(凹部7aの最深部と弁体ピン13aの先端部(頂部)との間に隙間が形成される。)ように構成される。
The
以上のように構成された弁体ピン13aは、弁体7の位置決め、すなわち弁体7の下降範囲を規制するもので、弁体7あるいはベローズ6がある所定位置以上に下降あるいは伸張してしまわないようにするためのものである。したがって、ベローズ6は弁体ピン13aにそって伸縮し、ベローズ6がある位置まで収縮すると、弁体ピン13aと凹部7aの最深部とが当接し、ベローズ6がこれ以上伸張してしまわないようになっている。つまり、弁体ピン13aの長さや凹部7aの深さは、ベローズ6が予め定められた所定の最伸張位置にきたときに、その位置で止まるように決められる。
The
このように、弁体ピン13aによって弁体7の下降範囲を規制することで、弁体ピン13aに沿ってベローズ6が伸縮するため、例えば、バルブ本体を横向きに設置するような場合であっても、ベローズ6が自重で傾く(倒れる)ことを防止できる。
In this way, by restricting the descending range of the
また、例えば、本差圧制御バルブが双方向バルブとして機能する場合、すなわち、流体が排出ポート11から流入して制御圧ポート10に排出されるような逆流を許容するような場合には、弁体7が完全に閉じてしまうのを弁体ピン13aで規制することもできる。この場合、弁体7と弁座8とが閉じる前に、弁体7と弁体ピン13aが当接するようにする。
Further, for example, when the differential pressure control valve functions as a bidirectional valve, that is, when a reverse flow in which fluid flows from the
ところで、前記では、弁体凹部7aと弁体ピン13aの嵌入部分には隙間が形成されるということを述べたが、この隙間部分には図16に示すように、制御圧室4aおよび排圧室4bを流れる流体の一部が通過することをも意図している。すなわち、流体が隙間を通過するに際して、この隙間がいわゆるダンピング効果を生み、流体の流れに一定の抵抗を付与するようになっている。弁体凹部7aと弁体ピン13aとの嵌入部分におけるこの隙間に流体の一部が流動することによって、所定の減衰力を発生させ、よりきめ細かい制御を可能とするとともに、振動の抑制等にも寄与することができる。
In the above description, it has been described that a gap is formed in the fitting portion of the
図12は、弁体ピン13bの基端部分が弁体7の下部に固定支持され、先端部分がハウジング2の底部内壁面に形成された凹部7bと摺動自在に可動するようにしたものである。したがって、弁体ピン13bは凹部7b内を図面上下方向に沿って摺動するとともに、このハウジング2底面における凹部7bにおいて所定の減衰力が発生する。
この実施例の場合も、前記実施例と同様に、バルブ本体の横向き設置が可能となるとともに、弁体ピン13bの長さを調整することで、双方向バルブとして使用することができる。
なお、弁体ピン13aまたは13bも必ずしも棒状のものに限る必要はなく、例えば板状のものであってもよい。
In FIG. 12, the base end portion of the valve body pin 13 b is fixedly supported on the lower portion of the
In the case of this embodiment as well, the valve body can be installed sideways in the same manner as in the previous embodiment, and it can be used as a bidirectional valve by adjusting the length of the valve body pin 13b.
In addition, the
図13は、弁体ピン13cの基端部分が弁座8に支持されて、先端部分が弁体7の下部に形成された凹部7cに嵌入された場合を、図14は、弁体ピン13dの基端部分が弁体7の下部に支持されて、先端部分が弁座8に形成された凹部7dに嵌入された場合を示したものである。
FIG. 13 shows a case where the base end portion of the
図13に示す実施例では、環状の弁座8上に2つ、あるいは複数の棒状または板状の弁体ピン13cを支持し、図14に示す実施例では、弁体7から2つ、あるいは複数の棒状または板状の弁体ピン13が突出する。なお、棒状や板状の弁体ピンを用いるのではなく、環状の弁座8あるいは弁体7の面に沿った形で環状かつ筒状の弁体ピン13cまたは13dを用いてもよい。この場合、弁体7の下部や弁座8に形成された凹部7cや7dも環状に刻まれる。
In the embodiment shown in FIG. 13, two or a plurality of rod-like or plate-like valve body pins 13c are supported on the
以上の実施例においても、弁体ピン13cまたは13dと凹部7cまたは7dとの嵌入部分に所定の隙間が形成されて、弁体7は弁体ピン13cまたは13dに沿って摺動するとともに、この隙間部分で減衰力が発生する。
Also in the above embodiment, a predetermined gap is formed in the fitting portion between the
この実施例によれば、弁体7を複数の、あるいは環状の弁体ピン13cまたは13dで支持できるので、機器の剛性を向上させることができるとともに、ベローズ6の所定位置以上の伸張を確実に防止することができる。
According to this embodiment, the
図15は、前記ストローク規制ロッド12bおよび弁体ピン13aの両方を設けた場合の実施例である。
FIG. 15 shows an embodiment in which both the stroke regulating rod 12b and the
同図によれば、本実施例に係る差圧制御バルブは、参照圧室3と排圧室4bおよび制御圧室4aとを区画する隔壁5と、隔壁5に形成された孔5aを覆うように取り付けられたベローズ6と、ベローズ6の先端に支持された弁体7と対向する位置に設けられた弁座8とを有する差圧制御バルブにおいて、基端部分がハウジング2上部内壁面に支持され、先端部分が隔壁5を貫通して、ベローズ6内を弁体7に向って突出するストローク規制ロッド12bと、基端部分がハウジング2の底部内壁面に支持されて、先端部分が弁体7の下部に設けた凹部7aに嵌入された弁体ピン13aとを設けたものである。弁体ピン13aは、弁体7が弁体ピン13aに沿って上下方向に可動可能なように軸方向(凹部深さ方向)および径方向に所定の隙間をもって嵌入されている。すなわち、凹部7aの内周面と弁体ピン13aの外周面との間および凹部7aの最深部と弁体ピン13aの先端部との間に所定の隙間が形成される。
According to the figure, the differential pressure control valve according to this embodiment covers the
以上の構成により、本実施例によれば次の作用を有する。 With the above configuration, the present embodiment has the following effects.
例えば、参照圧室3の大気圧が制御圧室4aの流体圧を上回り、ベローズ6が伸張し始めると、これに伴い弁体7も下降する。そして、弁体7がある所定の位置に下降すると、弁体ピン13(の先端部分)と弁体7の凹部7aとが当接し、弁体7の下降が規制される。一方、制御圧室4の流体圧が参照圧室3の大気圧を上回り、ベローズ6が収縮し始めると弁体7が上昇するが、弁体7がある所定の位置まで上昇すると、今度はストローク規制ロッド12b(の先端部分)と弁体7が当接し、弁体7の上昇が規制される。つまり、弁体7の変位あるいはベローズ6の伸縮はストローク規制ロッド12bおよび弁体ピン13aによって、ある所定の範囲内で行われる。
For example, when the atmospheric pressure in the
また、弁体7と弁体ピン13aの嵌入部分に形成された隙間に制御圧室4aおよび排圧室4bを流れる流体の一部が流れ込むようになっているのは、図11に示した実施例の場合と同様で、この部分において所定の減衰力が発生するようになっている。これにより、よりきめ細かい制御を可能とするとともに、振動の抑制等にも寄与することができる。
In addition, part of the fluid flowing in the
以上のように、ストローク規制ロッド12bおよび弁体ピン13aの双方を設けることによって、ベローズ6の収縮方向のみならず伸張方向の規制も行われ、より一層の応答性の向上が期待できる他、弁体ピン13aに摺動可能に嵌入された弁体7の抜けも防止することができる。
As described above, by providing both the stroke regulating rod 12b and the
なお、この実施例では、ストローク規制ロッド12bの基端部分がハウジング2上部内壁面に支持されるとともに、先端部分が隔壁5を貫通して、ベローズ6内を弁体7に向って突出している場合および弁体ピン13aの基端部分がハウジング2の底部内壁面に支持されて、先端部分が弁体7の下部に設けた凹部7aに嵌入している場合を示したが、必ずしもこの構成に限る必要はなく、ストローク規制ロッドについては、図7から図10に示すいずれの実施形態(ストローク規制ロッド12a、12c〜12f)であってもよく、また、弁体ピンについても図12から図14に示したいずれの形態(弁体ピン13b〜13d)であってもよい。
In this embodiment, the base end portion of the stroke regulating rod 12b is supported by the upper inner wall surface of the
ストローク規制ロッド12aから12fおよび弁体ピン13aから13dの双方を設けることによって、ベローズ6の収縮方向のみならず伸張方向の規制も行われ、より一層の応答性の向上が期待できる他、弁体ピン13aから13dに摺動可能に嵌入された弁体7の抜けも防止することができる。
By providing both the
なお、図示しないが、ベローズ6と併せて、別途バネ等を追加してもよい。例えば、ベローズ6の内部であって、ベローズ6の伸縮方向にバネを設けることで、ベローズ6のバネ定数のみで差圧を設定できない場合などに、設定可能な差圧範囲を拡大することができる。
Although not shown, a spring or the like may be added together with the
次に本差圧制御バルブが適用される場合の例について説明する。本差圧制御バルブは、参照圧力と流体圧力との差圧を一定に保持することで、作動流体の圧力を高精度に制御するものであるから、例えば、図17に示すような燃料電池システムに適用することができる。 Next, an example in which this differential pressure control valve is applied will be described. Since this differential pressure control valve maintains the differential pressure between the reference pressure and the fluid pressure constant and controls the pressure of the working fluid with high accuracy, for example, a fuel cell system as shown in FIG. Can be applied to.
図17は固体高分子燃料電池システムの概略構成図である。同図に示すように、燃料電池システムは、高分子電解質膜23を燃料極21と酸化剤極22との間に配置したセル(単電池)を複数積層した燃料電池本体20と、燃料電池本体20に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系25と、空気等の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系26、さらには発電中に生じる熱を除去する冷却水系27とから構成される。
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a solid polymer fuel cell system. As shown in the figure, the fuel cell system includes a fuel cell
以上の構成により、例えば燃料極21に燃料ガスが供給されると、燃料極21より水素イオンがプロトンの形態で電解質膜23を酸化剤極22側に移動するとともに、電子が外部負荷を通って酸化剤極21側に移動し、この水素イオンと電子の移動により、酸化ガス中の酸素とこれらが反応して水を生成する。そして、このような一連の電気化学反応により発生した電気エネルギを取り出して動力として使用するのが燃料電池システムである。
With the above configuration, for example, when fuel gas is supplied to the
ところで、例えば、負荷変動の大きい車輌用の燃料電池システムでは、要求される負荷に応じて酸化剤ガス供給量を変化させることが行われている。このため、酸化剤ガス供給量に応じて冷却量も変化させなければならない。そこで、図17に示すように、冷却水系27に差圧制御バルブ1を設け、酸化剤ガス圧力に応じて冷却板24における冷却水の圧力を調整する構成とした。
By the way, for example, in a fuel cell system for a vehicle having a large load fluctuation, an oxidant gas supply amount is changed according to a required load. For this reason, the cooling amount must be changed according to the supply amount of the oxidant gas. Therefore, as shown in FIG. 17, the cooling
具体的には、酸化剤ガス供給系27からの酸化剤ガスの一部を参照圧ポート9を介して参照圧室3に取り込むようにするとともに、冷却板24からの冷却水が差圧制御バルブ1内を通過(制御圧ポート10から流入し、排出ポート11から排出される)する構成とした。なお、差圧制御バルブ1を通過した冷却水はタンク28内に導かれる。
Specifically, a part of the oxidant gas from the oxidant
以上の構成により、例えば、酸化剤ガス供給量(酸化剤ガス圧力)が増加すると、差圧制御バルブ1内のベローズ6が伸張し、差圧制御バブル1の弁開度が閉じられる。弁開度が閉じられると、制御圧室4a内の流体圧力、すなわち冷却水の圧力が上昇し、例えば、蒸発潜熱(水が蒸発するときに燃料電池本体から奪う熱)による冷却量が増加する。
With the above configuration, for example, when the oxidant gas supply amount (oxidant gas pressure) increases, the
一方、空気供給量が減少すると、今度は差圧制御バルブ1の弁開度が開かれる方向に作用して、制御圧室4a内の流体圧力、すなわち冷却水の圧力が減少し、例えば蒸発潜熱による冷却量も減少する。
On the other hand, when the air supply amount decreases, this time, the valve opening degree of the differential pressure control valve 1 acts to open the fluid pressure in the
このように、本差圧制御バルブ1を適用することによって、酸化剤ガス供給量に応じて冷却水の圧力を調整することができ、冷却量を制御することができる。 In this way, by applying the differential pressure control valve 1, the pressure of the cooling water can be adjusted according to the supply amount of the oxidant gas, and the cooling amount can be controlled.
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
本発明の差圧制御バルブは、前記燃料電池システムに適用できるとともに、これに限らず気体圧力に応じて弁の開度を操作する他の装置にも利用できる。 The differential pressure control valve of the present invention can be applied to the fuel cell system, and is not limited to this, and can also be used for other devices that operate the opening of the valve in accordance with the gas pressure.
1 差圧制御バルブ
2 ハウジング
3 参照圧室
4a 制御圧室
4b 排圧室
5 隔壁
5a 孔
6 ベローズ
7 弁体
7a〜7d 凹部
8 弁座
9 参照圧ポート
10 制御圧ポート
11 排出ポート
12a〜12f ストローク規制ロッド
13a〜13d 弁体ピン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Differential
Claims (14)
前記ハウジング内を前記参照圧ポートと連通する参照圧室と前記制御圧ポートと排出ポートとを繋ぐ通路の一部に構成された制御圧室とに区画するベローズと、
前記ベローズの先端に支持された弁体とを有することを特徴とする差圧制御バルブ。 A housing having a reference pressure port, a control pressure port, and a discharge port;
A bellows that divides the housing into a reference pressure chamber that communicates with the reference pressure port and a control pressure chamber that is configured as a part of a passage that connects the control pressure port and the discharge port;
A differential pressure control valve having a valve body supported at a tip of the bellows.
前記隔壁に形成された孔と、
前記隔壁に支持されたベローズとを有し、
前記ベローズは前記孔を覆うように前記隔壁に取り付けられるとともに、
前記制御圧室に向って前記ハウジングと同軸方向に伸縮するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の差圧制御バルブ。 A partition partitioning the inside of the housing;
Holes formed in the partition;
A bellows supported by the partition;
The bellows is attached to the partition so as to cover the hole,
The differential pressure control valve according to claim 1, wherein the differential pressure control valve is configured to expand and contract in a direction coaxial with the housing toward the control pressure chamber.
前記制御圧ポートと前記弁座との間に形成された制御圧室内の圧力を前記弁体と前記弁座とが接離することによって制御する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の差圧制御バルブ。 A valve seat is provided inside the housing at a position facing the valve body,
The pressure in a control pressure chamber formed between the control pressure port and the valve seat is controlled by contacting and separating the valve body and the valve seat. The differential pressure control valve.
前記隔壁に形成された孔と、
前記隔壁に支持されたベローズとを有し、
前記ベローズは前記孔を覆うように前記隔壁に取り付けられるとともに、
前記ベローズおよび弁体と前記弁座とに囲まれた排圧室内において、前記制御圧室に
向って前記ハウジングと同軸方向に伸縮するよう構成されたことを特徴とする請求項2に記載の差圧制御バルブ。 A partition partitioning the inside of the housing;
Holes formed in the partition;
A bellows supported by the partition;
The bellows is attached to the partition so as to cover the hole,
3. The difference according to claim 2, wherein in the exhaust pressure chamber surrounded by the bellows, the valve body, and the valve seat, the difference is configured to expand and contract in a direction coaxial with the housing toward the control pressure chamber. Pressure control valve.
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