JP2014096094A - 減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧弁において、静粛性を向上させることにある。
【解決手段】減圧弁３０においてばね収容室３７が密閉される。よって、ピストン３２の作動音が外部に伝わることが抑制される。これにより、減圧弁３０における静粛性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、減圧弁に関する。

近年、環境に対する配慮から二酸化炭素を排出しない燃料電池車両が注目されている。この燃料電池車両は、燃料である水素を供給する燃料供給システムを備える。この燃料供給システムにおいて、高圧のガス（水素）を減圧する減圧弁を備える。

図５に示すように、減圧弁１００は、シリンダ１１０と、そのシリンダ１１０内を上下移動可能な円柱状のピストン１２０と、そのピストン１２０を下側に付勢するコイルばね１３０と、ピストン１２０の上下動に応じて開閉する弁１６０と、を備える。

弁１６０の開閉に応じてピストン１２０の下側に形成される減圧室１５０への水素（高圧ガス）の流入量が制御される。シリンダ１１０の上面には、大気へと連通する連通孔１２５が形成されている。

シリンダ１１０は、大気圧による力及びコイルばね１３０からの力（上側からの力）と、減圧室１５０内の圧力Ｐによる力（下側からの力）とのバランスに応じて上下動する。
例えば、減圧室１５０の圧力Ｐが一定値より高くなった場合、ピストン１２０が上側に移動することで弁１６０が閉じる。これにより、減圧室１５０内への水素の流入が抑制されて、減圧室１５０内の圧力上昇が抑制される。

また、減圧室１５０の圧力Ｐが一定値より低くなった場合、ピストン１２０が下側に移動することで弁１６０が開く。これにより、弁１６０を通じて減圧室１５０内へ水素が流入して、減圧室１５０内の圧力が上昇する（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００４−１９２４６２号公報 特開２００６−１６４２１０号公報 特開２００１−９９０１１号公報

上記減圧弁１００においては、ピストン１２０の上下動に伴う作動音が連通孔１２５を通じて外部に伝播する。よって、減圧弁１００の静粛性が損なわれるおそれがある。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、静粛性を向上させた減圧弁を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決するために、シリンダ内を高圧側空間及び低圧側空間に区画し、前記低圧側空間に位置するばねを通じて前記高圧側空間へ付勢されたピストンを備え、前記高圧側空間内の圧力に応じて前記ピストンが移動することで開閉する減圧弁において、前記低圧側空間を密閉した。

この構成によれば、低圧側空間が密閉される。よって、ピストンの作動音が外部に伝わることが抑制される。これにより、減圧弁における静粛性を向上させることができる。
上記減圧弁について、前記シリンダにおいて前記低圧側空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、その貫通孔に、前記低圧側空間の圧力に基づき開閉する逆止弁が設けられることで、前記低圧側空間を密閉可能とすることが好ましい。

この構成によれば、逆止弁が閉じることで低圧側空間を密閉させ、逆止弁が開くことで低圧側空間を外部と連通させることができる。
上記減圧弁について、前記逆止弁の外部側には、負の圧力を発生させる負圧発生装置が接続され、前記低圧側空間が真空状態にあるとき前記逆止弁が閉じた状態となって、前記低圧側空間が真空状態から圧力上昇したとき前記逆止弁が開いた状態となって、前記負圧発生装置は開いた前記逆止弁を通じて前記低圧側空間を真空状態とすることが好ましい。

この構成によれば、負圧発生装置及び逆止弁を通じて、低圧側空間を真空状態に保つことができる。真空状態においては、音波を伝播させる媒体（空気）が存在しないため、ピストンの作動音が伝わらない。よって、減圧弁における静粛性をいっそう向上させることができる。

本発明によれば、減圧弁において、静粛性を向上させることができる。

本発明の一実施形態における燃料電池車両の燃料供給システムの構成を示したブロック図。 本発明の一実施形態における減圧弁の断面図。 本発明の一実施形態における逆止弁が閉じたときの断面図。 本発明の一実施形態における逆止弁が開いたときの断面図。 背景技術における減圧弁の断面図。

以下、本発明にかかる減圧弁を燃料電池車両の燃料供給システムに具体化した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、燃料供給システムは、燃料となる水素が貯蔵される水素タンク５２と、水素及び酸素を化学反応させるスタック５１と、を備える。これら水素タンク５２及びスタック５１間には、スタック５１への水素の供給を調整するインジェクタ５３と、スタック５１へ供給する圧力を所定値に低減する高圧水素タンク用の減圧弁３０とが設けられている。

図２に示すように、減圧弁３０は、シリンダ３１と、ピストン３２と、コイルばね３３と、弁機構３６とを備える。
シリンダ３１は、円柱状のピストン３２を収納可能に略円筒状に構成される。ピストン３２の上面には凹状のばね収納穴３２ａが形成されている。コイルばね３３は、シリンダ３１とばね収納穴３２ａとで区画されるばね収容室３７に収容される。コイルばね３３は、自身の弾性力によりピストン３２を下側に押圧する。ばね収容室３７は低圧側空間の一例である。

ピストン３２の外周面には樹脂製のウェアリング３５及びシール部材３８が嵌め込まれている。ピストン３２がシリンダ３１内を上下移動する際には、ウェアリング３５及びシール部材３８がシリンダ３１の内周面に摺動する。これにより、ピストン３２の往復移動がスムーズとなる。

また、シリンダ３１内において、ピストン３２に対して下側に離間する位置には区画部１４が形成されている。ピストン３２及び区画部１４間には減圧室１５が形成されている。この減圧室１５は高圧側空間の一例である。

弁機構３６は、ピン２０と、ポペット１８とを備える。区画部１４には貫通孔１４ａが形成されている。この貫通孔１４ａは、区画部１４の厚さ方向において、減圧室１５側から区画部１４の中央まで円径が同一に形成されるとともに、区画部１４の中央から下端面までその円径が徐々に大きくなるテーパ面１４ｂが形成されている。

区画部１４と一体でピン２０の外周を覆うピンプラグ１９が減圧室１５側に形成されている。
ポペット１８は、円柱状の本体部１８ａと、その本体部１８ａより直径の小さい円柱状の先端部１８ｂと、これら本体部１８ａ及び先端部１８ｂを連結するテーパ部１８ｃと、を有する。

ポペット１８のテーパ部１８ｃはテーパ面１４ｂに面接触可能に形成されている。ポペット１８の先端部１８ｂは区画部１４の貫通孔１４ａを通じて減圧室１５側に突出している。また、先端部１８ｂの先端面にはピン２０の下面が接触している。

また、シリンダ３１の上部には、貫通孔３１ａが形成されている。この貫通孔３１ａには逆止弁４０が設けられている。この逆止弁４０の構成及び作用については後述する。
次に、減圧弁３０の作用について説明する。

減圧室１５の圧力Ｐが一定値より高くなった場合、その圧力Ｐによりピストン３２はコイルばね３３の付勢力に抗しつつ上側に移動する。このピストン３２の移動に伴い、ピン２０ひいてはポペット１８が上側に移動する。よって、ポペット１８のテーパ部１８ｃが貫通孔１４ａのテーパ面１４ｂに面接触する。これが弁機構３６が閉じた状態である。この状態においては、減圧室１５内への水素の流入が抑制されて、減圧室１５内の圧力上昇が抑制される。

また、減圧室１５の圧力Ｐが一定値より低くなった場合、ピストン３２はコイルばね３３の付勢力に従い下側に移動する。このピストン３２の移動に伴い、ピン２０ひいてはポペット１８が下側に移動する。よって、ポペット１８のテーパ部１８ｃが貫通孔１４ａのテーパ面１４ｂと離間する。これが弁機構３６が開いた状態である。この状態においては、ポペット１８及び区画部１４の隙間から減圧室１５内へ水素が流入して、減圧室１５内の圧力が上昇する。以上により、減圧室１５の圧力Ｐが一定値に保たれる。

次に、逆止弁４０の構成について説明する。
図３に示すように、逆止弁４０は、可動部材４１と、シール部材４２と、逆止弁用ばね４３と、上蓋部４４と、継手４５と、を備える。

上蓋部４４は、貫通孔３１ａを上側から塞ぐとともに、その上面中央に上側に突出する筒状の継手４５が形成されている。上蓋部４４の下面には、逆止弁用ばね４３が収納可能に凹部４４ａが形成されている。

この逆止弁用ばね４３の下端側には可動部材４１が設けられている。ここで、貫通孔３１ａの下側には、その貫通孔３１ａより径が小さい貫通孔３１ｂが形成されている。この可動部材４１は、ばね収容室３７へと繋がる貫通孔３１ｂを塞ぐことが可能に設けられている。可動部材４１の下面には円環状のシール部材４２が装着されている。可動部材４１が貫通孔３１ｂを塞いだ状態で、シール部材４２は貫通孔３１ｂの周縁部に当接する。これにより、減圧室１５が密閉された状態とされる。

継手４５には負圧発生装置４８が接続されている。負圧発生装置４８は大気圧より小さい負圧を発生させることで、継手４５を通じて逆止弁４０における可動部材４１より上側の減圧空間４７を真空状態とする。

負圧発生装置４８及び逆止弁４０は、ばね収容室３７を真空に保つべく作用する。以下、逆止弁４０の作用について説明する。
例えば、ばね収容室３７が真空状態にあるとき、そのばね収容室３７と減圧空間４７との圧力の平衡が保たれている。このため、図３に示すように、逆止弁用ばね４３からの付勢力を通じて可動部材４１が貫通孔３１ａを塞ぐことで、ばね収容室３７を密閉した状態にある。

ばね収容室３７の圧力が上昇すると、その圧力が減圧空間４７の圧力より大きくなる。図４に示すように、この圧力差を通じて、可動部材４１には上側への力が作用する。これにより、可動部材４１は、逆止弁用ばね４３を圧縮させつつ上側に移動して貫通孔３１ｂを開放する。従って、ばね収容室３７と減圧空間４７とが連通した状態となって、図４の矢印で示すように、空気がばね収容室３７から減圧空間４７に流れることになる。よって、ばね収容室３７の圧力が低下して、再び真空状態とすることができる。ばね収容室３７が真空状態となると、再び可動部材４１が貫通孔３１ａを塞ぐことでばね収容室３７を密閉した状態となる。よって、ばね収容室３７を真空状態で、かつ密閉状態に保つことができる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）減圧弁３０においてばね収容室３７は密閉される。よって、ピストン３２の作動音が外部に伝わることが抑制される。これにより、減圧弁３０における静粛性を向上させることができる。

（２）負圧発生装置４８及び逆止弁４０を通じて、ばね収容室３７を真空状態に保つことができる。真空状態においては、ピストン３２の作動音が伝わらない。よって、減圧弁３０における静粛性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、減圧弁３０は燃料電池車両の燃料供給システムに適用されていた。しかし、減圧弁３０をその他減圧が必要な構成に適用してもよい。

・上記実施形態においては、減圧弁３０には逆止弁４０が設けられていたが、この減圧弁３０を省略してもよい。この場合であっても、シリンダ３１に形成される貫通孔３１ａ，３１ｂを省略することで、ばね収容室３７を密閉する。これにより、ピストン３２の作動音の外部への伝達が抑制される。よって、従来に比べて、減圧弁３０の静粛性を向上させることができる。

・上記実施形態におけるウェアリング３５の数及び位置はシール部材３８の位置に対して適宜変更可能である。

１４…区画部、１５…減圧室、１８…ポペット、２０…ピン、３０…減圧弁、３１…シリンダ、３２…ピストン、３２ａ…ばね収納穴、３３…コイルばね、３５…ウェアリング、３７…ばね収容室、３８…シール部材、４０…逆止弁、４１…可動部材、４２…シール部材、４３…逆止弁用ばね、４４…上蓋部、４４ａ…凹部、４５…継手、４７…減圧空間、４８…負圧発生装置。

Claims (3)

1. シリンダ内を高圧側空間及び低圧側空間に区画し、前記低圧側空間に位置するばねを通じて前記高圧側空間へ付勢されたピストンを備え、前記高圧側空間内の圧力に応じて前記ピストンが移動することで開閉する減圧弁において、
   前記低圧側空間を密閉した
   ことを特徴とする減圧弁。
2. 請求項１に記載の減圧弁において、
   前記シリンダにおいて前記低圧側空間と外部とを連通する貫通孔が形成され、その貫通孔に、前記低圧側空間の圧力に基づき開閉する逆止弁が設けられることで、前記低圧側空間を密閉可能となる
   ことを特徴とする減圧弁。
3. 請求項２に記載の減圧弁において、
   前記逆止弁の外部側には、負の圧力を発生させる負圧発生装置が接続され、
   前記低圧側空間が真空状態にあるとき前記逆止弁が閉じた状態となって、前記低圧側空間が真空状態から圧力上昇したとき前記逆止弁が開いた状態となって、
   前記負圧発生装置は開いた前記逆止弁を通じて前記低圧側空間を真空状態とする
   ことを特徴とする減圧弁。