JP2006065586A - 減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体の動作不良を生じさせることなく、弁体による通気孔の閉塞状態で通気孔からの流体の漏れを効果的に防止できる減圧弁を得る。
【解決手段】 本減圧弁１０では、通気孔３０を介して二次圧室５４とは反対側に設けられた弁体３４には、通気孔３０を貫通して二次圧室５４に入り込んだロッド３６が設けられている。このロッド３６は弁加圧スプリング４４によりピストン５０側に付勢され、この付勢力と一次圧とにより弁体３４が通気孔３０側へ付勢される。弁体３４による通気孔３０の閉塞状態における通気孔３０からのガス漏れで二次圧が上昇すると、この二次圧によりピストン５０がロッドから離間する。これにより、ピストン５０からの干渉が解消されたロッド３６には、弁加圧スプリング４４の付勢力が打ち消されることなく作用し、これにより、弁体３４が更に通気孔３０に圧接する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス等の流体の二次圧を一次圧に対して減圧する減圧弁に関する。

近年、車両の動力用エネルギー源等として実用的な所謂燃料電池の開発が進められている。この燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電するシステムであり、その一例としては、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層することで構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォン酸基を有する固体高分子電解質膜が介在している。

アノードには水素を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス、一例として空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気化学反応を起す。この電気化学反応により発電される構成となっている。

ところで、燃料電池には、上記のように水素を含む燃料ガスが用いられるが、このような燃料を搭載するための燃料の形態には、液体、固体、気体等の各種形態が検討されている。このような形態のうち、最も簡便な方法としては、水素ガスを高圧で貯蔵する方法や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を高圧で貯蔵して更に改質して水素リッチの二酸化炭素との混合ガスとして燃料電池に供給する方法が考えられている。

上記のような水素ガスや圧縮天然ガスは、低圧では体積が大きくなってしまう。このため、限られた車両のスペースに搭載するにあたり、炭素繊維複合材料で製造したタンクに、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態で貯蔵される。

一方、高圧水素を燃料として用いる燃料電池システムでは、数十ミクロンの電解質膜を隔てて水素と空気とが供給される。このため、水素と空気との間の圧力差を小さくすることが要求される。これに応じて、仮に、空気の圧力を上げると圧縮動力が増加して総合した効率が低下する。このことから、固体高分子型燃料電池では水素の圧力を０．３ＭＰａまで低下させて作動させることが一般的である。

したがって、上記のように、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態でタンクに貯蔵された水素を減圧弁によって減圧して燃料電池に供給することになる。

また、上記の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いる場合でも、改質した混合ガスを低圧にすることで反応が進む傾向があるため、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）も水素と同様に、超高圧の状態でタンクに貯蔵して、減圧弁によって減圧して燃料改質システムひいては燃料電池に供給することが考えられている。

ところで、減圧弁の弁体は弁座の通気孔側へスプリングと流体の圧力とにより付勢され、これにより、通気孔を閉塞する構造である。このような弁体による通気孔の閉塞状態で、弁体と通気孔との間のシールが不完全であると、通気孔から弁座を介して弁体とは反対側の二次圧室側にガスが漏れる。

二次圧室側に漏れたガスにより二次圧が上昇すると、この二次圧は減圧弁において二次圧の調圧に用いられるピストン等を押し上げると共に、弁体を通気孔から離間させようとする。このようにして、通気孔から弁体が離間すると通気孔から更にガスが漏れ、これに伴い更に二次圧が上昇するため、更に、ガスが漏れ易くなってしまう。

このような問題点を解消するための一手段としては、例えば、下記特許文献１に開示されている減圧弁の技術を流用することが考えられる。

この特許文献１に開示されている減圧弁は、上記のピストンに代わりダイアフラムを備えている。ダイアフラムは弁本体内の作動流体室とポンプ室との間に設けられている。このダイアフラムの中央からは支持棒が突設されている。支持棒の先端側は弁座であるシートの通気孔を貫通し、シートを介してダイアフラムとは反対側に設けられた超硬球のボール弁に一体的に連結されている。

ボール弁はスプリングと一次圧によりシート側に付勢され、通気孔に圧接することで通気孔を閉塞できる構造となっている。
実開平５−６４９１１号公報

上記の特許文献１の構造であれば、通気孔からのガスの漏れにより二次圧が上昇すると、この二次圧によりダイアフラムがシートから離間する方向に変形させられる。このダイアフラムの変形に伴い支持棒を介して引っ張られたボール弁は、この引っ張り力に応じた大きさの圧力でシートの通気孔に圧接する。このため、ボール弁によるシール性が向上し、通気孔からのガスの漏れを防止することが可能になる。

しかしながら、燃料電池システム用の燃料ガスタンクに用いられる減圧弁では、一次圧の変化が１０倍以上あり、このような一次圧の影響を二次圧が受けないようにするため、上記のダイアフラムに代わるピストンにおける二次圧の受圧面積は、弁体の受圧面積の１００倍以上になるように設定されている。このため、特許文献１に開示された減圧弁のようにダイアフラムやダイアフラムに代わるピストンと、弁体とを一体的に連結することで、弁にはピストンの受圧面積に応じた過剰な力がかかる可能性が生じ、このため、弁体の動作不良が生じる可能性がある。

本発明は、上記事実を考慮して、弁体の動作不良を生じさせることなく、弁体による通気孔の閉塞状態で通気孔からの流体の漏れを効果的に防止できる減圧弁を得ることを目的としている。

請求項１に記載の本発明に係る減圧弁は、流体が通過する通気孔よりも前記流体の上流側で前記通気孔に対して接離移動可能に設けられて、前記通気孔へ向かう流体の圧力である一次圧により前記通気孔に接近移動する方向へ押圧され、前記通気孔に接近移動することで前記通気孔を閉塞可能な弁体と、前記弁体から前記通気孔側で前記弁体に一体的に設けられると共に、前記通気孔を貫通したロッドと、前記通気孔を介して前記弁体とは反対側の二次圧室に設けられて、前記通気孔を介して前記弁体とは反対側へ向けて前記ロッドを付勢する弁付勢手段と、前記二次圧室で前記通気孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通気孔を通過した前記ロッドに当接可能な調圧部材と、前記調圧部材を前記通気孔側に付勢する調圧付勢手段と、を備えている。

請求項１に記載の本発明に係る減圧弁では、通気孔に対して接離移動可能な弁体は通気孔に向かう流体の圧力である一次圧によって弁体が通気孔に接近する方向へ押圧される。さらに、弁体に一体的に設けられたロッドは、通気孔を貫通して二次圧室内に入り込んでおり、二次圧室内にて弁付勢手段の付勢力により通気孔を介して弁体とは反対側に付勢される。

上記のように、ロッドは弁体に一体的に設けられるため、弁付勢手段の付勢力はロッドを介して間接的に弁体に作用し、弁体を通気孔へ接近させる方向へ弁体を付勢する。

すなわち、弁体には上記の一次圧と弁付勢手段の付勢力の双方が作用しており、これらの合力により通気孔側へ付勢され、これらの合力により通気孔に接近移動した弁体によって通気孔が閉塞される。

一方、通気孔を介して弁体とは反対側には、調圧部材が通気孔に対して接離移動可能に設けられている。調圧部材は調圧付勢手段により通気孔に接近する方向へ付勢されており、この付勢力で通気孔に接近した調圧部材が上記のロッドに当接すると、ロッドには調圧付勢手段の付勢力に基づく押圧力が調圧部材から付与される。

調圧部材から付与された押圧力は、弁付勢手段の付勢力や一次圧とは反対方向に作用するため、弁付勢手段の付勢力と一次圧との合力が調圧部材からの押圧力に抗しきれなくなると、ロッド及び弁体が弁付勢手段の付勢力と一次圧との合力に抗して移動し、これにより、弁体が通気孔から離間し、通気孔が開放される。

通気孔が開放されることで、通気孔を介して二次圧室側に流体が流れ込み、二次圧室から外部の流路に流体が送給される。さらに、通気孔が開放されることで、通気孔を介して二次圧室側に流体が流れ込むと、二次圧室側に流れ込んだ流体の圧力である二次圧が調圧部材に作用する。

二次圧は調圧付勢手段の付勢方向とは反対方向に作用するため、調圧付勢手段の付勢力と二次圧との差を上記の弁付勢手段の付勢力と一次圧との合力が上回ると、調圧付勢手段の付勢力に抗して弁体が通気孔に接近移動して通気孔を閉塞する。

すなわち、本発明に係る減圧弁は、二次圧が所定の大きさ未満の場合にのみ弁体による通気孔の閉塞が解除されるため、通気孔を通過して送給される流体の圧力が所定の大きさ未満になる。

一方、本減圧弁よりも下流側で流体の流れを停止させ、更に、弁体が通気孔を閉塞した状態で通気孔から流体が漏れると、二次圧室内の二次圧が上昇する。上記のように、二次圧は調圧部材を通気孔から離間させる方向に作用するため、二次圧の上昇により調圧付勢手段の付勢力に抗して調圧部材が移動する。通気孔から離間する方向への調圧部材の移動は、ロッドから離間する方向への移動でもあるため、通気孔から離間する方向へ調圧部材が移動することで、調圧部材とロッドとの当接状態が解除される。

上記のように、ロッドには弁付勢手段の付勢力と一次圧との合力が作用しているが、調圧部材の当接状態では調圧部材からの干渉を受ける。しかしながら、調圧部材がロッドから離間することで調圧部材からの干渉が解消される。これにより、弁付勢手段の付勢力と一次圧との合力が更にロッドを調圧部材に接近する方向へ移動させようとする。このため、本発明に係る減圧弁では、弁体は更に強い力で通気孔に密着して、より一層確実に通気孔を閉塞する。これにより、弁体による通気孔の閉塞状態での通気孔からの流体の漏れを確実に防止できる。

しかも、本発明に係る減圧弁では、上記のように二次圧の上昇により調圧付勢手段の付勢力に抗して調圧部材が移動することで、調圧部材がロッドから離間し、言わば、調圧部材と弁体とが切り離された状態になる。このため、弁体の受圧面積に対する調圧部材の受圧面積の比率が大きくても、弁体に過剰な圧力がかかることがなく、弁体の動作不良を防止できる。

請求項２に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１に記載の本発明において、前記通気孔から前記調圧部材が所定距離離間した状態で前記調圧部材に干渉し、前記通気孔から離間する方向への前記調圧部材の変位を規制する規制手段を備える、ことを特徴としている。

請求項２に記載の本発明に係る減圧弁では、通気孔から調圧部材が所定距離離間すると、規制手段によって調圧部材が干渉される。この状態で、例えば、二次圧が上昇して更に調圧部材が通気孔から離間しようとすると、調圧部材に干渉している規制手段によって通気孔から離間する方向への調圧部材の移動が規制される。

このように、通気孔から離間する方向への調圧部材の移動が規制されることで、通気孔から離間する方向へ調圧部材が移動した際の調圧部材に接近する方向へのロッドの移動許容量が限定されることになる。このため、弁体が通気孔を閉塞した状態で弁体が通気孔の内周部や周囲に付与する面圧の上限値は、規制手段に調圧部材が干渉された状態で、調圧部材にロッドが当接するまでの移動に応じた値に限定される。

これにより、本発明に係る減圧弁では、上記の面圧の上限値を設定できる。

請求項３に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１又は請求項２に記載の本発明において、前記二次圧室を外部の大気中に直接又は間接的に連通するリリース部と、前記リリース部を閉止すると共に、前記通気孔から離間する方向へ所定距離移動した前記調圧部材に係合され、当該係合状態で更に前記通気孔から離間する方向へ移動する前記調圧部材によって前記リリース部を開放する方向に移動するリリース弁と、を備えることを特徴としている。

請求項３に記載の本発明に係る減圧弁にはリリース部が形成されており、このリリース部を介して二次圧室と、本減圧弁の外部とが連通される。但し、基本的にリリース部はリリース弁に閉止されているため、二次圧室と本減圧弁の外部との連通は遮断される。

一方で、二次圧の上昇等によって調圧部材は通気孔から離間する方向へ移動する。通気孔から離間する方向へ調圧部材が所定距離移動すると、調圧部材がリリース弁に係合する。この状態で更に二次圧が上昇して調圧部材が通気孔から離間する方向へ移動すると、調圧部材によってリリース弁がリリース孔を開放する方向へ移動させられる。

このように、リリース部が開放されることで、二次圧室と本減圧弁の外部とが連通し、流体が二次圧室からリリース部を介して本減圧弁の外部へ流れ出る。これによって、二次圧が減少する。

このように、本発明に係る減圧弁では、リリース弁に調圧部材が係合した状態から更に二次圧が上昇すると、リリース部が開放されるため、リリース弁に調圧部材が係合した状態よりも二次圧が大きくなることはない。これにより、二次圧の異常上昇を防止できる。

請求項４に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項３に記載の本発明において、前記リリース部を開放する方向へ前記リリース弁を強制的に移動させる強制開放手段を備える、ことを特徴としている。

請求項４に記載の本発明に係る減圧弁には強制開放手段が設けられており、強制開放手段が作動すると、二次圧の大きさに関係なくリリース弁が強制的に移動させられ、リリース部が開放される。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る減圧弁では、弁体の動作不良を生じさせることなく、弁体による通気孔の閉塞状態で通気孔からの流体の漏れを効果的に防止できる。

また、請求項２に記載の本発明に係る減圧弁では、弁体が通気孔を閉塞した状態で弁体が通気孔の内周部や周囲に付与する面圧の上限値を設定できる。

さらに、請求項３に記載の本発明に係る減圧弁では、二次圧の異常上昇を防止できる。

また、請求項４に記載の本発明に係る減圧弁では、二次圧の大きさに関係なくリリース弁を強制的に移動させてリリース部を開放できるため、メンテナンス等において流体を放出する際の作業性等を向上できる。

＜第１の実施の形態の構成＞
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁１０の構成が断面図によって示されている。

図１に示されるように、減圧弁１０はボディ１２を備えている。ボディ１２は、上端が開口して下端が閉止された有底円筒形状に形成されている。
ボディ１２の上下方向中間部における外周部からはフランジ部１４が延出されている。フランジ部１４よりも下側におけるボディ１２の外周部には雄ねじ１６が形成されいる。

雄ねじ１６は、例えば、高圧のガス（一例としては水素ガス）を貯蔵するタンク１８の口金部２０に形成された雌ねじ２２に螺合可能とされており、雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させることで、口金部２０の開口端を閉塞できる。また、フランジ部１４の下面にはフランジ部１４と同心の環状溝２４が形成されている。

環状溝２４にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材２６が嵌め込まれている。上記の雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させてボディ１２をその下端側から口金部２０の内側に所定量嵌め込むと、封止部材２６が口金部２０の上端面と環状溝２４の底部に密着する。これにより、口金部２０とボディ１２との間を封止する構造となっている。

さらに、フランジ部１４の一部には供給部２８が形成されている。供給部２８はフランジ部１４の径方向にボディ１２の貫通してボディ１２の内外を連通する孔とされており、ボディ１２内を通過したガス（水素ガス）は供給部２８を通過して本減圧弁１０の外部に送給される。

また、ボディ１２の下端部である下壁の略中央には通気孔３０が形成されている。通気孔３０は、上方、すなわち、ボディ１２の下壁の下側から上側へ向けて漸次開口径寸法が小さくなる円錐（又は円錐台）形状とされている。通気孔３０に対応してボディ１２の下壁の下方には弁体３４が設けられている。

弁体３４は通気孔３０の開口形状に対応して全体的に円錐（又は円錐台）形状とされており、ボディ１２の下壁の下側から弁体３４が通気孔３０に嵌まり込み、その外周面が通気孔３０の内周面に当接することで、弁体３４が通気孔３０を閉塞する。

また、弁体３４にはロッド３６が一体的に設けられている。ロッド３６は、上下方向に沿って長手方向とされた棒状部材で、その下端には雄ねじ３８が形成されている。ロッド３６の雄ねじ３８は弁体３４の中央部で上下方向に貫通した雌ねじ４０に螺合しており、雌ねじ４０に雄ねじ３８が螺合することでロッド３６が弁体３４に同軸的且つ一体的に連結され、且つ、雌ねじ４０も封止される構造となっている。

ロッド３６は、通気孔３０を貫通してボディ１２内に入り込んでいる。さらに、ロッド３６の先端部にはロッド３６の本体部分よりも大径の係合片４２が一体形成されている。係合片４２の下側には弁付勢手段としての弁加圧スプリング４４が配置されている。

弁加圧スプリング４４は、ボディ１２の内側でボディ１２に一体的に形成された載置部４６上に載置されている。載置部４６には透孔４８が形成されており、透孔４８を通過したロッド３６に対して弁加圧スプリング４４は係合片４２の下側面に当接し、その付勢力（以下、便宜上、弁加圧スプリング４４の付勢力を「第１付勢力」と称する）で係合片４２（すなわち、ロッド３６）、ひいては弁体３４を上方へ付勢している。

また、ボディ１２の内側には調圧部材としてのピストン５０が収容されている。ピストン５０はボディ１２をシリンダとして上下方向に摺動可能に設けられている。また、ピストン５０は下方へ向けて開口した有底円筒形状に形成されており、上記の弁加圧スプリング４４及びロッド３６はピストン５０の内側に入り込んでいる。

さらに、ピストン５０の軸方向中間部には連通孔５２が形成されている。連通孔５２はその一端がピストン５０の内周部にて開口している。これに対して連通孔５２の他端側は漸次開口径寸法が大きくなり、他端部はピストン５０の外周部にて開口し、上記の供給部２８と対向している。これにより、ボディ１２の内部空間のうち、ピストン５０の下面よりも下方の空間である二次圧室５４が、ピストン５０の内部空間及び連通孔５２を介して供給部２８に連通している。

さらに、連通孔５２のよりも上側におけるピストン５０の外周部には環状溝５６が形成されている。環状溝５６にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材５８が嵌め込まれている。封止部材５８は弾性変形して環状溝５６の底部とボディ１２の内周部の双方に密着して、ピストン５０よりも下方の二次圧室５４と、ピストン５０よりも上側でのボディ１２の内部空間とを遮断している。

一方、ボディ１２の上端開口部には、蓋体６０が設けられている。蓋体６０は、図１の上下方向に沿って厚さ方向とされた円板形状の底板６２を備えている。底板６２の下面には外周形状が円形で内周形状が非円形の筒状部６４が一体形成されている。筒状部６４の外周部には雄ねじ６６が形成されており、ボディ１２の内周部のうち、ボディ１２の上端開口部近傍に形成された雌ねじ６８に螺合している。これにより、ボディ１２の上端開口部が蓋体６０によって閉止されている。

また、蓋体６０の略中央には透孔７０が形成されており、シャフト７２が貫通配置されている。シャフト７２の上端部には把持部７４が設けられており、把持部７４を把持した状態で上下方向を軸方向とする軸周りの回転力を把持部７４に付与することで、シャフト７２がその軸周りに回転する。

さらに、筒状部６４内にはスプリング受板７６が設けられている。スプリング受板７６は、筒状部６４の内周部をガイドとして上下方向にスライド可能とされている。さらに、スプリング受板７６には雌ねじ７８が形成されている。

雌ねじ７８にはシャフト７２の下端部近傍に形成された雄ねじ８０が螺合しており、これにより、スプリング受板７６がシャフト７２に支持されていると共に、シャフト７２の自らの軸周りの回転によりスプリング受板７６が上下にスライドする構造となっている。

さらに、上記のピストン５０の内底部とスプリング受板７６との間には調圧付勢手段としての調圧スプリング８２が設けられている。調圧スプリング８２は、その下端がピストン５０の内底部に当接していると共に、上端がスプリング受板７６に当接し、その付勢力（以下、調圧スプリング８２の付勢力を「第２付勢力」と称する）によってピストン５０を下方、すなわち、通気孔３０が形成されたボディ１２の下壁へ接近する方向へ付勢している。

＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、本実施の形態の作用並びに効果について説明する。

本減圧弁１０では、通気孔３０から外部へ流出しようとするガスの圧力が一次圧として弁体３４に作用し、弁体３４を下方から押し上げる。また、弁体３４にはロッド３６を介して弁加圧スプリング４４の第１付勢力が作用しており、この第１付勢力が弁体３４を引き上げる。すなわち、弁体３４には、上記の一次圧と第１付勢力との合力が作用し、この合力によって弁体３４の外周部が通気孔３０の内周部に押し付けられ、これにより、通気孔３０が弁体３４により閉塞される。

一方、ピストン５０には調圧スプリング８２の第２付勢力が作用しており、この第２付勢力によって下方に押し下げられる。図１に示されるように、ピストン５０が第２付勢力によって押し下げられることで、ピストン５０の内底部とロッド３６の係合片４２の上面とが当接する。

この状態で、調圧スプリング８２の第２付勢力に基づいてピストン５０が係合片４２に付与する押圧力が、弁加圧スプリング４４の第１付勢力と一次圧との合力よりも大きければ、ピストン５０によりロッド３６、ひいては弁体３４が押し下げられる。このようにして弁体３４が押し下げられることで、通気孔３０が開放され、タンク１８内のガスは通気孔３０から二次圧室５４、ピストン５０の内部空間、連通孔５２を介して供給部２８に流れ込んで外部に送給される。

このようにして、通気孔３０から二次圧室５４内にガスが流れ込むと、二次圧室５４内にてガスの圧力が二次圧としてピストン５０に作用する。二次圧は調圧スプリング８２の第２付勢力に抗してピストン５０を押し上げるように作用するため、ピストン５０がロッド３６の係合片４２を押し下げる押圧力が減少する。

このように、ピストン５０から係合片４２に付与される押圧力が減少すると、この押圧力に抗して第１付勢力と一次圧との合力が弁体３４を押し上げる。これにより、通気孔３０が弁体３４によって閉塞される。通気孔３０が弁体３４により閉塞されることで通気孔３０から二次圧室５４内へのガスの流出が遮断されると二次圧が低下する。

このように二次圧が低下すると、調圧スプリング８２の第２付勢力に基づいてピストン５０がロッド３６の係合片４２に付与する押圧力が増大し、これにより、弁体３４が押し下げられて通気孔３０が開放される。このようにして、一次圧に対して十分に減圧された二次圧でガスが外部に送給される。

ところで、本減圧弁１０よりもガスの下流側のバルブ等を閉じてガスの送給を停止すると、二次圧室５４内からガスが流出しなくなるため、二次圧が上昇する。二次圧が上昇すると、上記のように係合片４２に付与される押圧力が減少するため、一次圧と第１付勢力との合力により弁体３４が上昇して通気孔３０を閉塞する。

さらに、この状態で、通気孔３０からガスが漏れて二次圧が上昇すると、二次圧が調圧スプリング８２の第２付勢力に抗してピストン５０を押し上げる。これにより、図２に示されるように、ピストン５０が上昇すると、ピストン５０の内底部が係合片４２から離間する。

係合片４２からピストン５０の内底部が離間することでロッド３６の上昇が可能になり、弁体３４が第１付勢力と一次圧との合力を受けることで弁体３４及びロッド３６は上昇しようとし、これにより、更に大きな面圧で弁体３４の外周部が通気孔３０の内周部に圧接する。これにより、通気孔３０からのガス漏れを確実に防止でき、それ以上の二次圧の上昇を防止できる。

このように、本減圧弁１０はガスの送給停止状態における不用意な二次圧の上昇を防止できることで、ガスの送給を再開した際に、過剰な圧力でガスが送給されることがなく、過剰な圧力でガスが供給されることに起因する機器等の故障を防止できる。

また、このように本減圧弁１０は、ガスの送給停止状態での二次圧の上昇を防止できるにも拘わらず、弁体３４とピストン５０とが別体で構成され、上記のように弁体３４と一体のロッド３６の係合片４２に対してピストン５０の内底部は離間できる。このため、ピストン５０の下面に作用する二次圧が、弁体３４に作用することがなく、二次圧が弁体３４に作用することに起因した弁体３４の動作不良が生じることがない。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するうえで、前記第１の実施の形態を含めて説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位に関しては、同一の符号を付与してその説明を省略する。

図３には、本発明の第２の実施の形態に係る減圧弁９０の構成が断面図によって示されている。

図３に示されるように、減圧弁９０はボディ９２を備えている。ボディ９２は、下端が開口して上端が閉止された有底円筒形状に形成されている。ボディ９２の下端近傍における内周部には雌ねじ９４が形成されており、蓋体９６に形成された雄ねじ９８が螺合している。これにより、ボディ９２の下側開口端が閉止されている。また、蓋体９６に略中央には通気孔３０が形成されている。

一方、ボディ１２の内側空間のうち、フランジ部１４よりも上側の所定位置よりも上側の空間は、非円形のガイド部１００とされており、その内側にはスプリング受板７６がガイド部１００の内周面に案内されて上下にスライドする可能な構造となっている。

また、ガイド部１００の内径寸法はピストン５０を収容した部分におけるボディ９２の内径寸法よりも十分に小さく、このため、ボディ１２のピストン５０を収容する部分とガイド部１００との境には、規制手段としての中底１０２が形成されている。この中底１０２は上下方向に沿ってピストン５０と対向しており、図４に示されるように、ピストン５０の上端面が中底に当接した状態では、それ以上のピストン５０の上昇が規制される構成となっている。

このように、本減圧弁９０では、ピストン５０の上昇は中底１０２に当接する位置までに限定される。したがって、ロッド３６の上昇量も中底１０２にピストン５０が当接した状態で、ピストン５０の内底部に係合片４２が当接するまでに限定される。

このため、ピストン５０が中底１０２に当接して、ピストン５０の内底部に係合片４２が当接した状態では、通気孔３０の内周部に弁体３４の外周部が押し付けられた際の弁体３４の面圧が上昇しない。

すなわち、本減圧弁９０では、弁体３４の面圧の上限値が設定でき、不用意に弁体３４の面圧が上昇することに起因する弁体３４の破損等を防止できる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

図５には、実施の形態に係る減圧弁１１０の構成が断面図によって示されている。

図５に示されるように、減圧弁１１０ではボディ１２のフランジ部１４にリリース孔１１２が形成されている。リリース孔１１２はその一端が二次圧室５４におけるボディ１２の内周部にて開口しており、他端はフランジ部１４の外周部にて開口している。リリース孔１１２よりも下側のボディ１２の内周部には中底１１４が形成されている。中底１１４にはボディ１２と同心の環状溝１１６が形成されており、Ｏリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材１１８が嵌め込まれている。

また、ボディ１２の内側にはリリース弁としてのピストン１２０が収容されている。ピストン１２０は下端が開口した有底円筒形状に形成されており、ボディ１２をシリンダとして上下に摺動可能とされている。ピストン１２０の上底部にはスプリング１２２が配置されている。

スプリング１２２は上端が蓋体６０に係合しており、その付勢力（以下、スプリング１２２の付勢力を「第３付勢力」と称する）でピストン１２０を下方へ付勢している。ピストン１２０はスプリング１２２の第３付勢力で下方に付勢されることで、下端部が上記の封止部材１１８に圧接する。この封止部材１１８に対するピストン１２０の圧接状態では、封止部材１１８が弾性変形してピストン１２０の下端部と環状溝１１６の底部に密着する。これにより、リリース孔１１２と二次圧室５４とが遮断される構成となっている。

また、ピストン１２０の周壁には連通孔１２４が形成されている。連通孔１２４は一端がピストン１２０の内周部で開口していると共に、他端が供給部２８に対向してピストン１２０の外周部で開口して内周部で開口している。

さらに、ピストン１２０の内側にはピストン５０が上下方向に摺動可能に配置されていると共に、封止部材５８がピストン５０の外周部とピストン１２０の内周部との間を封止している。また、ピストン１２０の上底部には円孔１２６が形成されており、調圧スプリング８２が貫通配置されている。

本実施の形態では、ガスの送給停止状態で通気孔３０からのガス漏れに起因して二次圧が上昇し、これにより、調圧スプリング８２の第２付勢力に抗してピストン５０が所定量上昇すると、ピストン５０の上底部がピストン１２０の上底部に当接する。この状態で、二次圧がスプリング１２２の第３付勢力に抗しきれなければ、ピストン５０はその上端がピストン１２０の内底部に当接し、ピストン１２０の内底部にピストン１２０の上昇が規制される（この意味では、ピストン１２０は前記第２の実施の形態に係る中底１０２と同じく規制手段としての機能を有している）。

一方、ピストン５０の上底部がピストン１２０の上底部に当接した状態で二次圧が更に上昇し、図６に示されるように、スプリング１２２の第３付勢力に抗してピストン５０がピストン１２０を押し上げると、リリース孔１１２の一端（ボディ１２の内周部での開口端）が開放される。このように、リリース孔１１２が開放されると、二次圧室５４と本減圧弁１１０の外部とが連通し、二次圧室５４内のガスが大気中に放出される。

これにより、二次圧が減少し、二次圧が調圧スプリング８２の第２付勢力とスプリング１２２の第３付勢力とに抗することができなくなると、調圧スプリング８２の第２付勢力によってピストン５０が下降すると共に、スプリング１２２の第３付勢力によってピストン１２０が下降する。ピストン１２０が下降することで、再度リリース孔１１２が閉塞され、二次圧室５４と本減圧弁１１０とが遮断される。

このように、本減圧弁１１０では、通気孔３０からのガス漏れに起因して、スプリング１２２の第３付勢力に抗するまで二次圧が上昇するとリリース孔１１２を開放し、二次圧を下げることができる。このため、二次圧の異常な上昇を確実に防止できる。

＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。

図７には、本実施の形態に係る減圧弁１４０の構成が断面図によって示されている。

図７に示されるように、減圧弁１４０ではボディ１４２を備えている。ボディ１４２は基本的にボディ１２と同じであるが、下端が開口している点でボディ１２とは構成が異なる。ボディ１４２の下端からは強制開放手段としてのソレノイド１４４のハウジング１４６が嵌挿されている。

ハウジング１４６の内側にはソレノイド本体１４８が設けられている。ソレノイド本体１４８は通電されることで周囲に磁界を形成するコイルで、その形状を円筒形状とみなした場合には、その軸方向が上下方向を向く。ソレノイド本体１４８の内側には鉄心１５０が配置されている。

鉄心１５０は鉄等の強磁性体により形成されており、ソレノイド本体１４８が形成した磁界により磁化されると、ソレノイド本体１４８の軸方向に磁極が向く磁石になる。また、ソレノイド本体１４８の内側で且つ鉄心１５０の上側にはプランジャ１５２が設けられている。プランジャ１５２の上端部はハウジング１４６の上壁から突出して弁体３４に対して同軸的且つ一体的に連結されている。

本減圧弁１４０では、ソレノイド本体１４８が通電されて、ソレノイド本体１４８の周囲及び内側に磁界が形成されると、鉄心１５０が磁化されてプランジャ１５２が吸引される。プランジャ１５２の先端に固定された弁体３４には、一次圧と弁加圧スプリング４４の第１付勢力が作用しているが、図８に示されるように、これらの磁化された鉄心１５０の磁力が一次圧と弁加圧スプリング４４の第１付勢力に抗してプランジャ１５２を吸引して下降させると、通気孔３０が強制的に開放される。

このように通気孔３０が開放されることで、二次圧室５４側にガスが流れ込んで二次圧が上昇する。通常であれば二次圧が上昇すると、これに伴い、弁体３４が上昇して通気孔３０を閉塞するが、この場合には、プランジャ１５２が磁化された鉄心１５０に吸引されて強制的に弁体３４が下降しているため、二次圧が上昇しても通気孔３０が弁体３４に閉塞されない。

このように二次圧が上昇すると、ピストン５０が上昇してピストン１２０を上方へ押圧する。さらに、この状態から二次圧が上昇するとピストン５０がピストン１２０を押し上げてリリース孔１１２の一端を開放する。これにより、二次圧室５４と本減圧弁１４０の外部とが連通して、ガスが大気中に放出される。

このようにして、本減圧弁１４０では、二次圧の状態に関係なくソレノイド本体１４８に電流を流すことで、強制的に通気孔３０を開放でき、これにより上昇した二次圧によってリリース孔１１２を開放できる。このため、例えば、タンク１８内のガス抜きを容易に行なうことができ、ガス抜きを必要とするメンテナンス等における作業性を向上できる。

なお、これまでに説明した各実施の形態に係る減圧弁１０〜１４０は、何れもタンク１８の口金部２０に装着する所謂「インタンクタイプ」の減圧弁としたが、本発明に係る減圧弁がこのようなインタンクタイプの減圧弁に限定されるものではなく、ガスが流れる流路の中間部に設ける構成の減圧弁に本発明を適用しても構わない。その一例を次の第５の実施の形態として簡単に説明する。

＜第５の実施の形態＞
図９には本発明の第５の実施の形態に係る減圧弁１７０の構成が断面図により示されている。

この図に示されるように、本減圧弁１７０はボディ１７２を備えている。ボディ１７２の内側には弁座１７４が形成されており、この弁座１７４の略中央に通気孔３０が形成されている。弁座１７４を介して二次圧室５４とは反対側は一次圧室１７６とされ、この一次圧室１７６の内側に弁体３４が設けられている。

一次圧室１７６の内周面では流入孔１７８の一端が開口している。流入孔１７８の他端はフランジ部１４に形成された装着部１８０にて開口しており、装着部１８０に直接又は間接的に接続されたパイプやチューブ等の接続部材を介してタンク１８に接続され、このような接続部材を介して流入孔１７８に流れ込んだガスが一次圧室１７６に供給される構成となっている。

このように、本実施の形態に係る減圧弁１７０は、これまでの実施の形態とは異なり、タンク１８に直接装着されず、ガスの流路中に設けられる構造である。しかしながら、ボディ１７２の内部の構成は基本的に前記第１の実施の形態と同様の構成であるため、本減圧弁１７０は、基本的に前記第１の実施の形態に係る減圧弁１０と同様の作用を奏し、同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。 調圧部材がロッドから離間した状態を示す図１に対応した断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。 規制手段により調圧部材の移動が規制された状態を示す図３に対応した断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。 リリース弁がリリース孔を開放した状態を示す図５に対応した断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。 強制開放手段が作動した状態を示す図７に対応した断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 減圧弁
３０ 通気孔
３４ 弁体
３６ ロッド
４４ 弁加圧スプリング（弁付勢手段）
５０ ピストン（調圧部材）
５４ 二次圧室
８２ 調圧スプリング（調圧付勢手段）
９０ 減圧弁
１０２ 中底（規制手段）
１１０ 減圧弁
１１２ リリース孔
１２０ ピストン（リリース弁）
１４０ 減圧弁
１４４ ソレノイド（強制開放手段）
１７０ 減圧弁

Claims (4)

1. 流体が通過する通気孔よりも前記流体の上流側で前記通気孔に対して接離移動可能に設けられて、前記通気孔へ向かう流体の圧力である一次圧により前記通気孔に接近移動する方向へ押圧され、前記通気孔に接近移動することで前記通気孔を閉塞可能な弁体と、
   前記弁体から前記通気孔側で前記弁体に一体的に設けられると共に、前記通気孔を貫通したロッドと、
   前記通気孔を介して前記弁体とは反対側の二次圧室に設けられて、前記通気孔を介して前記弁体とは反対側へ向けて前記ロッドを付勢する弁付勢手段と、
   前記二次圧室で前記通気孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通気孔を通過した前記ロッドに当接可能な調圧部材と、
   前記調圧部材を前記通気孔側に付勢する調圧付勢手段と、
   を備える減圧弁。
2. 前記通気孔から前記調圧部材が所定距離離間した状態で前記調圧部材に干渉し、前記通気孔から離間する方向への前記調圧部材の変位を規制する規制手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
3. 前記二次圧室を外部の大気中に直接又は間接的に連通するリリース部と、
   前記リリース部を閉止すると共に、前記通気孔から離間する方向へ所定距離移動した前記調圧部材に係合され、当該係合状態で更に前記通気孔から離間する方向へ移動する前記調圧部材によって前記リリース部を開放する方向に移動するリリース弁と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減圧弁。
4. 前記リリース部を開放する方向へ前記リリース弁を強制的に移動させる強制開放手段を備える、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の減圧弁。

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