JP2005291411A - 過流防止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 一次側の供給圧力が変動しても、流体が所望の流量以上流れるのを防止すると共に、汎用性の高い過流防止弁を提供する。
【解決手段】 過流防止弁１０に、流路を開閉する弁体１２と、弁体１２を開状態に保持するソレノイド１４と、弁体１２の一次側の圧力を検知する圧力検知手段１６と、圧力検知手段１６の検知した圧力に応じて、弁体１２に供給される流量が所定以上となると、弁体１２が閉状態となるようにソレノイド１４への通電量を制御する制御手段１７とを具備させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過流防止弁に関するもので、特に、一次側の圧力が変動しても、流体が予め定められた所定流量以上流れるのを防止することのできる過流防止弁に関するものである。

従来より、高圧タンクなどから供給される圧力流体を利用する際に、その流体により作動したりする機器の破損や、機器の破損による流体の流出を防止するために、過流防止弁が用いられている。この過流防止弁は、予め設定された流量以上の流体が供給された場合や、その下流側の圧力が異常に低下した場合などに、その流路を閉鎖するものである。

従来の過流防止弁としては、例えば、図３に示すようなものが知られている。この過流防止弁１００は、流路１０１を開閉する弁体１０２と、弁体１０２を開状態に保持するバネ１０３と、弁体１０２が着座する弁座１０４を備えると共に、弁体１０２とバネ１０３とを支持するハウジング１０５とから構成されている。

弁体１０２は、円盤状の基端部１０６と、基端部１０６から図中右方向に延びると共に基端部１０６より小径で筒状のガイド部１０７と、ガイド部１０７の外周面に設けられた開口１０８と、基端部１０６から左方向に突設された複数の突起１０９とを備えている。

過流防止弁１００は、図示するように通常の状態では、バネ１０３の付勢力により、ハウジング１０５内の弁体収容部１１０の左側端面に弁体１０２が当接した状態となっており、突起１０９により形成された隙間と、ガイド部１０７の開口１０８を通って、流体が図中左側（一次側）から右側（二次側）へ流通するようになっている。

この過流防止弁１００は、一次側から供給される流体の流量が所定以上の流量となると、その流れの力（流速）により弁体１０２がバネ１０３の付勢力に抗して、図中右方向に移動し、弁座１０４に着座することで流路１０１を閉鎖して、過剰な流量が流れるのを遮断することができる。

また、通常の状態では、弁体１０２の一次側と二次側とでは殆ど圧力の変化がなく、バネ１０３の付勢力により弁体１０２が開状態に保持されているが、何らかの理由で、二次側の圧力が所定圧以下に低下すると、弁体１０２は、バネ１０３の付勢力に抗して図中右方向に移動し、弁座１０４に着座することで流路１０１を閉鎖するようになっている。

上記の背景技術は、一般的な事項であり、本願出願人は、出願時において、この背景技術を特定する記載がなされた文献を特に知見していない。

しかしながら、従来の過流防止弁１００では、バネ１０３の付勢力が同じ場合、一次側の供給圧力によって、弁体１０２が作動して閉状態となる流体の流量が変化していた。詳述すると、一般に流体では、圧力と流速の関係は、流量が同じであれば、圧力が高くなるほど流速が遅くなる関係となっている。一方、弁体１０２は、流量により作動するようになっており、この流量は、断面積×流速で表される。これらにより、一次側の圧力が高くなると、同じ流量でも流速が遅くなるので、弁体１０２に作用する力が弱くなり閉状態とならなくなる。そして、圧力をそのままにして弁体１０２を閉状態とするためには流速を速くしなければならず、必然的に一次側の圧力が高いほど流量が増加することとなる。

このことから、従来の過流防止弁１００は、その使用する一次側の供給圧力に応じて、所望の流量で閉状態となる付勢力を備えたバネを選択し組み込む必要があり、手間がかかり汎用性の低いものとなっていた。

加えて、一次側の供給圧力が変化するようなものに用いた場合、一次側の供給圧力によって弁体１０２が閉状態となる流量が変化してしまい、常に一定流量以上流れないようにすることができなかった。

さらに、過流防止弁１００におけるバネ１０３の付勢力を、例えば、一次側の供給圧力が高圧の状態で所望の流量で閉状態となるように設定した場合、供給圧力が低下するのに伴って、所望の流量よりも少ない流量で閉状態となってしまい、二次側において必要な流量が得られなくなる問題もあった。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、一次側の供給圧力が変動しても、流体が所望の流量以上流れるのを防止すると共に、汎用性の高い過流防止弁の提供を課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る過流防止弁は、「流路を開閉する弁体と、該弁体を開状態に保持する保持手段と、前記弁体の一次側の圧力を検知する圧力検知手段と、該圧力検知手段の検知した圧力に応じて、前記弁体に供給される流量が所定以上となると、該弁体が閉状態となるように前記保持手段を制御する制御手段とを具備する」構成とするものである。

ここで、保持手段としては、例えば、バネやゴムなど弾性体の付勢力を用いたもの、永久磁石や電磁石など磁力を用いたもの、などとすることができる。また、制御手段としては、弾性体の圧縮量を制御するもの、磁石の位置を制御するもの、電磁石への通電量を制御するもの、などを例示することができる。なお、制御手段は、一次側の圧力が高くなれば磁力や付勢力を低くし、一次側の圧力が低くなれば磁力や付勢力を高くするように制御することが望ましい。また、圧力検知手段としては公知のものを用いれば良い。

本発明の過流防止弁によると、圧力検知手段で検知した一次側の圧力に応じて、制御手段により、弁体を開状態に保持する保持手段を制御して、所定流量以上流れないようにするもので、これにより、従来の過流防止弁１００のように一次側の圧力に応じて付勢力の異なるバネに変更する必要がなく、過流防止弁の汎用性を高めることもできる。

また、本発明によると、一次側の流体の供給圧力が変動しても、その圧力に応じて保持手段を制御することができるので、常に所望以上の流量となった時に、弁体が閉状態となるようにすることができ、一次側の供給圧力が変化するようなものに好適に用いることができる。なお、供給圧力が変化するものとしては、ガスなど圧縮した状態でタンクに貯蔵したものや、タンク内に貯蔵された流体の自重により供給されるものなどが例示できる。

さらに、本発明によると、常に所望以上の流量となった時に、弁体を閉状態とすることができるので、二次側に接続された機器が破損したり、流量が足りなくてその機器の機能が充分に発揮できなくなるのを防止することができる。

本発明に係る過流防止弁は、上記の構成に加えて、「前記保持手段は、ソレノイドを備え、該ソレノイドに通電することで発生する磁力により、前記弁体を開状態に保持する」構成としても良い。

本発明によると、保持手段にソレノイドを備えたことで、ソレノイドへの通電量を制御することで容易に弁体を保持する磁力を変化させることが可能となり、機械的な機構を用いなくても良いので、過流防止弁を簡単な構造で実現することができる。なお、ソレノイドへの通電量を制御する代わりに、ソレノイドの位置を制御することで、弁体を保持する磁力を変化させるようにしても良い。

本発明に係る過流防止弁は、上記の構成に加えて、「前記制御手段は、前記ソレノイドに通電する電流または電圧を制御することで、前記保持手段を制御する」構成としても良い。

本発明によると、ソレノイドに通電する電流または電圧を制御して、弁体を保持する磁力を制御するもので、電流または電圧の制御は、容易に行うことができるので、磁力を容易に制御することが可能となり、簡単且つ安価に過流防止弁を実現することができる。

上述の通り、本発明によれば、一次側の供給圧力が変動しても、流体が所望の流量以上流れるのを防止すると共に、汎用性の高い過流防止弁を提供することができる。

次に、本発明に係る過流防止弁の一実施形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である過流防止弁を機能的構成と共に示す断面図である。本例の過流防止弁は、水素ガスなどを高圧（本例では、約７０ＭＰａ）で貯蔵する高圧タンクから供給される圧力流体が過剰に流れたり、二次側の圧力が急激に所定の圧力以下に低下した時に、流路を遮断するものである。

図１に示すように、過流防止弁１０は、圧力流体の流路１１を開閉する弁体１２と、弁体１２をプランジャ１３を介して開状態に保持するためのソレノイド１４と、圧力流体の流路１１を有し弁体１２、プランジャ１３およびソレノイド１４などを支持するケーシング１５と、弁体１２の一次側の圧力を検知する圧力検知手段１６と、圧力検知手段１６の検知圧力を基にソレノイド１４への通電量を制御する制御手段１７とを備えている。ケーシング１５は、その一端側（図中右側）が圧力流体を貯蔵する高圧タンク１８に穿設された取付孔１９に気密に挿入されると共に、他端側において図示しない固定具によりタンク１８に固定されている。

ケーシング１５は、その一端側が円筒形状とされ、その内面形状は、一端側端部から図中左方向に延び大径でソレノイド１４を収容するソレノイド収容部２０と、ソレノイド収容部２０に続きそれよりも小径で弁体１２を収容する弁体収容部２１と、弁体収容部２１に続いてさらに小径の通路２２とを備えている。また、ソレノイド収容部２０の開口端の一部を閉鎖すると共に、一端側の外周に外嵌されるカバー２３をさらに備えている。

ソレノイド１４は、円筒状に形成されたコイルからなりその内側にはコア２４が挿入されると共に、外側には外筒部材２５が装着されており、コア２４および外筒部材２５と共に一体に組み立てられ、その状態でソレノイド収容部２０内に挿入されると共に、ボルト２６を介してカバー２３すなわちケーシング１５に固定されている。なお、このソレノイド１４を含む組み立て体は、気密には組み立てられておらず、その内部を圧力流体が流通可能となっている。

プランジャ１３は、ソレノイド１４の下流側（図中左側）に配置され、ソレノイド収容部２０に位置する大径部２７と、大径部２７から弁体収容部２１内に延びだす小径部２８とから構成されている。プランジャ１３の小径部２８先端には、一対の支持片２９がプランジャ１３の軸方向に突設されており、一対の支持片２９によりその軸直角方向に向けてピン３０が支持されている。

プランジャ１３は、その軸方向に摺動可能に遊嵌されていると共に、プランジャ１３およびコア２４の対向した面の略中心に、夫々対向するように所定深さの孔３１が設けられていると共に、その孔３１にバネ３２が収容されており、このバネ３２により、プランジャ１３とコア２４とが互いに離反する方向に付勢されている。つまり、プランジャ１３は、バネ３２により図中左方向に付勢されている。本例では、ソレノイド１４とバネ３２が、本発明の保持手段に相当している。

弁体１２は、弁体収容部２１に設けられた主弁座３３に着座し軸方向に貫通するパイロット孔３４を有した主弁体３５と、主弁体３５のパイロット孔３４を開閉するパイロット弁３６とから構成されている。主弁体３５のパイロット弁３６側には、パイロット弁３６およびプランジャ１３先端の支持片２９を収容可能な大きさの円筒部３７が形成されており、その円筒部３７には、プランジャ１３のピン３０の両端部を挿入するための軸方向に延びる長孔３８が穿設されている。また、パイロット弁３６は、プランジャ１３先端における一対の支持片２９の間に配置され、ピン３０を挿通する軸方向に延びる長孔３９が形成されている。

本例では、プランジャ１３先端のピン３０は、主弁体３５の長孔３８およびパイロット弁３６の長孔３９内に遊嵌されると共に、パイロット弁３６の長孔３９の長さは、主弁体３５の長孔３８の長さよりも短い長さとされている。これにより、プランジャ１３が図１の状態から右方向に移動すると、初めにパイロット弁３６が右方向に移動し、続いて主弁体３５が右方向に移動するようになっている。

本例の弁体１２は、上記の構成としたことにより、一次側と二次側の圧力差が大きくても、まずパイロット弁３６により一次側と二次側との圧力差を解消して主弁体３５にかかる圧力差を小さくしてから主弁体３５を移動させて開状態とするもので、ソレノイド１４からの磁力が比較的弱くても主弁体３５やパイロット弁３６を移動させることができるので、低い通電量により作動させたり、ソレノイド１４を小さいものとすることが可能となり、省エネ化や小型化することができる。

次に、本例の過流防止弁１０の作用について詳細に説明する。図１に示す状態は、流路１１が閉状態であるのを示しており、この状態では、主弁体３５は、パイロット弁３６、プランジャ１３を介してバネ３２により主弁座３３側に付勢されていると共に、二次側の圧力が一次側の圧力よりも低いため、その圧力差によっても主弁座３３側に押圧されている。

この状態で制御手段１７からソレノイド１４に通電されると磁力（吸着力）が発生し、バネ３２の付勢力に抗してプランジャ１３が図中右方向に移動する。続いて、プランジャ１３の移動により、まず、パイロット弁３６が右方向に移動することで、パイロット弁３６が主弁体３５のパイロット孔３４を開放し、主弁体３５の一次側と二次側の圧力が略同圧となる。そして、圧力差により主弁体３５に係っていた押圧力が弱くなり、プランジャ１３の移動と共に主弁体３５も右側に移動して流路１１が開状態となる。

次に、制御手段１７は、圧力検知手段１６の検知圧力に基づいて、ソレノイド１４へ所定量の通電を行う。ここでは、電圧や電流により制御を行う。これにより、ソレノイド１４では所定量の磁力が発生し、その磁力によりプランジャ１３が図中右方向に引張られた状態で維持される。この状態で、過流防止弁１０内を圧力流体が流通することとなる。そして、一次側から所定流量以上の圧力流体が供給されると、その圧力流体の流速による流れの力が、プランジャ１３や主弁体３５などにかかり、ソレノイド１４からの磁力に抗して、プランジャ１３すなわち主弁体３５が左側へ移動し、流路１１が閉状態となる。

一方、流路１１が開状態において、二次側の圧力が急激に所定圧力以下に低下すると、主弁体３５やプランジャ１３の前後において圧力差が生じ、その圧力差により主弁体３５が、ソレノイド１４からの磁力に抗して左側へ移動し、流路１１が閉状態となる。

その後、流路１１を開状態とするには、ソレノイド１４への通電量を多くすることで、上記の開動作を行わせる。

ところで、タンク１８の圧力流体は、その使用に伴って、圧力が低下する。すなわち、一次側の圧力が低下するので、制御手段１７は、圧力検知手段１６の検知圧力に応じてソレノイド１４への通電量を制御して、常に一定以上の流量が流れないように制御している。本例では、相対的に、高圧では通電量を少なくして磁力を弱くし、低圧では通電量を多くして磁力を強くする制御を行っている。

このように、本実施形態の過流防止弁１０によると、従来の過流防止弁１００のように一次側の圧力に応じて付勢力の異なるバネに変更する必要がなく、過流防止弁１０の汎用性を高めることもできる。また、ソレノイド１４への通電量の制御は、容易に行うことができるので、磁力を容易に制御することが可能となり、簡単且つ安価に実現することができる。さらに、常に所望以上の流量となった時に、弁体１２を閉状態とすることができるので、二次側に接続された機器が破損したり、流量が足りなくてその機能が充分に発揮できなくなるのを防止することができる。

以上、本発明を実施するための最良の実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、本例の過流防止弁１０では、弁体１２として、主弁体３５とパイロット弁３６とを備えたものを示したが、主弁体或いはパイロット弁のみのものでも良い。

また、ソレノイド１４からの磁力において、その吸着力を用いたものを示したが、これに限定するものではなく、反発力を用いても良い。例えば、図２に示すような過流防止弁でも良い。なお、上記の実施例と同様の構成のものについては、同一の符号を付すと共に詳細な説明を省略する。この過流防止弁５０は、図３に示す従来の過流防止弁１００に本発明を適用したものである。

この過流防止弁５０は、弁体１２を開状態に保持するバネ５１により、図中左方向（一次側）に弁体１２が付勢され、このバネ５１の弁体１２とは反対側の端部は、プランジャ５２が当接している。そして、プランジャ５２の右側にはソレノイド５３が配置されており、制御手段１７からソレノイド５３に通電されると、プランジャ５２がソレノイド５３からの磁力に反発することでバネ５１を左側へと押圧する。これにより、バネ５１の付勢力を変化させることが可能となり、圧力検知手段１６による検知圧力に応じて、バネ５１の付勢力を変化させ、上記の実施例と同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施形態である過流防止弁を機能的構成と共に示す断面図である。 図１とは異なる形態の過流防止弁を示す断面図である。 従来の過流防止弁を示す断面図である。

符号の説明

１０ 過流防止弁
１１ 流路
１２ 弁体
１４ ソレノイド（保持手段）
１６ 圧力検知手段
１７ 制御手段
３２ バネ（保持手段）
３５ 主弁体
３６ パイロット弁
５０ 過流防止弁
５１ バネ（保持手段）
５３ ソレノイド（保持手段）

Claims (3)

1. 流路を開閉する弁体と、
   該弁体を開状態に保持する保持手段と、
   前記弁体の一次側の圧力を検知する圧力検知手段と、
   該圧力検知手段の検知した圧力に応じて、前記弁体に供給される流量が所定以上となると、該弁体が閉状態となるように前記保持手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする過流防止弁。
2. 前記保持手段は、ソレノイドを備え、
   該ソレノイドに通電することで発生する磁力により、前記弁体を開状態に保持することを特徴とする請求項１に記載の過流防止弁。
3. 前記制御手段は、
   前記ソレノイドに通電する電流または電圧を制御することで、前記保持手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の過流防止弁。

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