JP2005291409A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造、かつ、チャタリングの発生を効果的に抑制可能な逆止弁を提供する。
【解決手段】弁体３はスプリング９の反力に打ち勝って下流側に向かってスライドし始める。弁頭部３ｂが流出ポート５に達すると流出ポート５の閉塞が開放されて流入側と流出側が連通し、ガスは下流側の充填容器に流入する。チャタリングは弁の開き始め、すなわち、弁頭３ｂ位置が流出ポート５の近傍に移動したときに発生しやすい。弁体３はスプリング９の反力により押し戻され、流出ポート５が閉じられる方向に移動する。しかし、弁座までは一定距離があるため直ちにシールされず、流出ポート５が完全に閉塞される前に上流側ガス圧力が勝り、再度弁体が開こうとする力が働く。
【選択図】図１

Description

本発明は流体用逆止弁に関し、特に高圧ガスの充填装置用に好適な逆止弁に関する。

高圧ガス、例えば天然ガス自動車の燃料配管中には、天然ガス充填時にガスが逆流しないように逆止弁が用いられる。このような逆止弁の一例を図５に示す。同図において、逆止弁１００は内側がガス流路を構成し、互いに螺合する逆止弁本体１０５、ソケット１０６を備えている。本体１０５とソケット１０６は、Oリング１０９によりシールされている。本体１０５の上流側は、雄ねじ１１０により充填装置（図示せず）に至る配管に接続される。また、ソケット１０６の下流側は雄ねじ１１１により自動車本体（図示せず）に至る配管に接続されている。本体１０５の内側中央狭隘部には弁座１０８が形成されている。弁座１０８の下流側には弁体１０１が収容されている。弁体１０１の外周近傍にはOリング１０４が嵌合されており、弁体１０１が弁座１０８に当接したときにシール可能に構成されている。ソケット１０６内部にはスプリング１０２が収納されており、その下流側端部は支持部１１２で支持されている。ガス充填時以外は、弁体１０１は座金１０３を介してスプリング１０２からの反力を受け、弁座１０８に押し付けられている。

次に、ガス充填時に於ける逆止弁１００の作動は以下のとおりである。ガス充填時に供給装置（図示せず）側から高圧の天然ガスが流入すると、弁体１０１はスプリング１０２の反力に打ち勝って下流側（図面右側）に押される。これに伴いOリング１０４と弁座１０８により保たれていたシールが切れ、天然ガスは下流側（自動車本体側）に流出する。そして充填が完了し、供給装置側の弁（図示せず）が閉じられると、流入部側の圧力と流出部側の圧力が均衡し、弁体１０１はスプリング１０２の反力により弁座１０８側に押し付けられて再度シールされる。

しかし、充填中に上流側と下流側の圧力バランスが崩れたり、弁体自体の自励振動や流体の乱れによって、一旦開いた弁体１０１がバネの反力と下流側の圧力によって押し戻されてOリング１０４に衝突し、その反動で再度弁が開くことがある。この現象が反復されると弁体１０１は激しく振動（チャタリング）する。チャタリングは、騒音発生の原因となり、さらにシール部の磨耗や破壊等の原因となる。図6は、従来の逆止弁におけるガス充填時の弁体のストロークと流路開度の関係を示す図である。横軸は弁ストローク（距離）、縦軸は流路開口面積である。通常は、同図曲線のように弁体のストロークに伴って開口面積が増大し、最終的にフルストローク位置に達する。この場合、同図に示すようにチャタリングは弁体の開き始めの位置で発生しやすいが、従来の逆止弁においては弁体の開き始め位置がシール部であるため、チャタリングが発生すると容易にシール部を損傷するという問題がある。

このような問題を解消するため、チャタリング防止機構を備えた逆止弁が本出願人により提案されている（特許文献１）。この技術は、弁体に磁石を取り付けて充填時に弁体を下流側に吸着することによりバネの反発力をキャンセルし、チャタリングを防止するものである。この技術は、小型の磁石をうまく設置することにより、通常タイプの逆止弁と同様の流路が確保でき、大流量を流し易いという長所がある。また、磁力とバネ定数の組み合わせにより幅広い設定が可能（強磁力の磁石と強いバネを組み合わせる等）という特徴がある。
特開平８−２４０２７３号公報

しかしながら、小型の逆止弁の内部に磁石を組み込むことは必ずしも容易ではなく、また、磁力をバネの反発力より強くすると弁体が戻らなくなってしまうため、磁力をあまり強くできないという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためのものであって、簡単な構造、かつ、チャタリングの発生を効果的に抑制可能な逆止弁を提供するものである。

本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、
（１）流体流入部と流体流出部を備えた本体と、本体内に収容され、一又は複数の流出ポートを備えたスリーブと、スリーブ内をスライドする弁体と、弁体を当接させて気密を維持するシール部と、前記本体と前記スリーブの間隙に形成され、流出部と連通する連通流路と、を備え、前記流出ポートを、前記弁体が前記シール部に当接した位置では弁体により閉塞され、弁体がスリーブ内を所定の距離スライドした位置では前記流入部と前記連通流路とが連通するように設けて成る、ことを特徴とする逆止弁。

従来の逆止弁では、上流側の圧力が高まって弁体の移動開始と同時に流路が開き、上下流の圧力差がなくなって弁が閉まると同時に流路も閉じる。これに対して本発明によれば、弁体が動き始めても流路(ポート)は直ちには開かず、弁体が一定距離移動した後にポートが開く。逆に、下流側の圧力の高まりや流体の乱れによって弁体が押し戻されてポートが閉じられても、直ちに弁体は閉止位置に達しない。このため、弁体が本体シール部に衝突する前に上流側の圧力により再度弁体が開こうとする力が働き、弁体のチャタリングを抑止することができる。また、たとえ、チャタリングが発生したとしても、流出ポート位置近傍で起こるため弁体が本体シール部に衝突することは稀になり、騒音発生やシール部の磨耗・破損を効果的に防止できる。

（２）前記弁体がフルストロークス分スライドした位置で、前記流出ポートが全開に達しないように構成して成ることを特徴とする（１）に記載の逆止弁。

本発明によれば、ポートが全開になる前に、弁体がフルストローク位置に達するようにできる。このため、流体が流れている間は上流側の圧力によって弁体がフルストローク位置に常時押し付けられることになり、チャタリング防止効果が更に増す。

本発明によれば、弁体のチャタリング発生を減少させることができる。また、チャタリングを起こしたとしても弁体がシール部に衝突することが減少するため、騒音発生やシール部の磨耗、破損を防止することが可能となる。

以下、本発明に係る逆止弁の実施形態について、図１乃至４を参照してさらに詳細に説明する。重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態であるＣＮＧ（圧縮天然ガス）車充填容器用逆止弁１の構成を示す図である。同図は閉止状態における断面構造を示している。図２は、逆止弁１のガス充填時の弁体位置を示す図である。図３は、図１のＡ−Ａ’断面を示す図である。図４は、ガス充填時における弁体３のストロークと流路開口面積の関係を示す図である。

図１を参照して、逆止弁１は、内側がガス流路である略円筒形状の本体２、本体２の内側に収容されるスリーブ４、スリーブ４内側をスライドする弁体３、スリーブ４及び弁体３内に収容されるスプリング９を主要構成とする。本体１の下流側には、本体１と螺合するソケット７が接続されている。本体１とソケット７とはＯリング２０によりシールされている。本体２の流入部１９はカプラー（図示せず）が嵌合するように構成されており、カプラーに接続する上流側配管（図示せず）を経由して天然ガスが流入部１９に供給される。

図３をも参照して、スリーブ４は筒状体をなし、側面円周方向に複数の流出ポート５を備えている。スリーブ４の下流側端部には４個の支持柱４ｂが十字状に設けられている。スリーブ４は、前端部は本体２と、後端部は支持柱４ｂが本体２の内側面及びソケット７と当接して位置固定されている。本体２とスリーブ４の前端部との空間に円周状溝部１５が形成され、ここに弁座としてのＯリング６が嵌合されている。本体２とスリーブ４との外径差により円周状空間が形成され、これがガス流路８を構成している。スプリング９は、一端が弁体３の受け部３ａに、他端がスリーブ４の受け部４ａに当接して支持されており、反力により弁体３の閉弁方向に付勢されている。従って、充填時以外は、弁体３の弁頭部３ｂはスプリング９により弁座であるＯリング６に押し付けられ、これにより気密が維持されている。また、この状態において流出ポート５は弁体３の外側面により閉塞されており、流入側と流出側は連通していない。

次に、図４をも参照して、ガス充填時における弁体３のストロークと流路開口面積の関係について説明する。導入される天然ガスの圧力により、弁体３はスプリング９の反力に打ち勝って下流側に向かってスライドし始める。これに伴い弁体３は弁座であるＯリング６から離れ、シールが解除される。しかし、開き始めの段階では流出ポート５は依然として弁体３の外側面によって閉塞されているため、流出ポート５からガス流路８に漏出するガスは僅かである。さらに弁体３が下流側にスライドし、弁頭部３ｂが流出ポート５に達すると流出ポート５の閉塞が開放されて流入側と流出側が連通するため、ガスは流出ポート５、ガス流路８、流出部１６を経由して下流側の充填容器に流入する。図２は、弁体３がフルストローク（距離Ｌ）位置まで押された状態を示す図であり、弁体３の右端部がスリーブ４の端部４ｃに達した位置で弁体３は停止する。このときの弁開度は約９０％である。この状態で充填が完了し、供給装置側の弁（図示せず）が閉じられると、流入部圧力と流出部圧力が均衡し、弁体３はスプリング９の反力によって上流側に移動し、Ｏリング６側に押し付けられることにより再度シールされることになる。

次に、逆止弁１においてチャタリングが発生したときの弁体ストロークと流出ポート開度との関係について説明する。チャタリングは図４に示すように弁の開き始め、すなわち、弁頭３ｂ位置が流出ポート５の近傍に移動したときに発生しやすい。この場合、弁体３はスプリング９の反力により押し戻され、流出ポート５が閉じられる方向に移動する。しかし、弁座までは一定距離があるため直ちにシールされず、流出ポート５が完全に閉塞される前に上流側ガス圧力が勝り、再度弁体が開こうとする力が働く。このため、弁体３が本体シール部に衝突することは極めて稀になる。図６とのチャタリング発生位置の違いを比較することにより、本実施形態におけるチャタリング防止機構を容易に確認することができる。

なお、本実施形態では、閉止状態において弁体３はスリーブ４側に収納される形態としたが、これに限らず、閉止状態では本体２側に収納され、ガス導入時にスライドしてスリーブ４に収納される形態とすることも可能である。

また、図４に示す曲線は例示であって、流入部、流出部、流出ポート等の形状や口径、スプリング強度等、種々の因子により曲線形状は変化する。チャタリング発生領域についても同様に変化する。

また、本実施形態では、天然ガス充填用逆止弁に適用した例を示したが、これに限らず一般的な流体用逆止弁としても適用可能である。

本発明は、気体、液体を問わず、高圧流体の逆止弁として広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る逆止弁１の側断面を示す図である。 逆止弁１のガス充填時の弁体位置を示す図である。 図１のＡ−Ａ‘断面を示す図である。 逆止弁１の弁体ストロークと流出ポート開口面積の関係を示す図である。 従来の逆止弁１００の側断面を示す図である。 従来の逆止弁１００における弁体ストロークと流出ポート開口面積の関係を示す図である。

符号の説明

１ 逆止弁

２ 本体

３ 弁体

３ｂ 弁頭部

４ スリーブ

５ 流出ポート

６ Ｏリング

８ ガス流路

９ スプリング
１６ 流出部
１９ 流入部

Claims (2)

1. 流体流入部と流体流出部を備えた本体と、本体内に収容され、一又は複数の流出ポートを備えたスリーブと、スリーブ内をスライドする弁体と、弁体を当接させて気密を維持するシール部と、前記本体と前記スリーブの間隙に形成され、流出部と連通する連通流路と、を備え、
   前記流出ポートを、前記弁体が前記シール部に当接した位置では弁体により閉塞され、弁体がスリーブ内を所定の距離スライドした位置では前記流入部と前記連通流路とが連通するように設けて成る、ことを特徴とする逆止弁。
2. 前記弁体がフルストロークス分スライドした位置で、前記流出ポートが全開に達しないように構成して成ることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
   

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