JP2016184257A - 圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能を低下させることなく、容易に調圧値の設定を行うことができる圧力調整弁を提供すること。
【解決手段】調圧室２１内に配置されるピストン２４と、ピストン２４とともに軸方向に移動可能な弁体２４１と、弁体２４１の端部が配置される弁室２２と、弁体２４１が当接・離間する樹脂製の弁座２６と、弁体２４１が弁座部２６から離間する方向へピストン２４を付勢するコイルばね２５と、弁体２４１及び弁座２６を収容するボデー部材７とを有する圧力調整弁１０において、弁体２４１は、軸方向に延びる中空円筒形状をなしており、弁座２６から離間したときに弁室２２と調圧室２１とを連通させ、弁座２６は、軸方向に移動可能に配置されており、弁座２６を移動させて弁体２４１との当接位置を外部から調整する調整ねじ２８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧の気体燃料の圧力を減圧して所望の圧力に調整する圧力調整弁に関するものである。

気体燃料の圧力を調整する圧力調整弁として、軸方向に移動可能な弁体と、その弁体が当接・離間する弁座部材とを備え、弁体と弁座部材とを収容するボデー部材に形成された開口を、シール部材が設けられた蓋部材によって塞いでいるものがある。この種の圧力調整弁では、例えば、弁座部材が蓋部材に形成された凹部に嵌合されており、そのような蓋部材がボデー部材に対して、蓋部材の外壁に形成されたネジ溝がボデー部材の内壁に形成されたネジ溝に螺合することにより、組み付けられている。そして、蓋部材を移動（回転）させることにより、弁座部材の位置を調整して調圧値を設定するようになっている（特許文献１参照）。

特開昭６０−５４０２５号公報

しかしながら、上記の圧力調整弁では、調圧値を設定する際、弁座部材の位置を調整するために、弁座部材が嵌合された蓋部材を移動（回転）させる必要がある。そのため、蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させて、シール性能を低下させるおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、シール性能を低下させることなく、容易に調圧値の設定を行うことができる圧力調整弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、調圧室内に配置されるピストンと、前記ピストンとともに軸方向に移動可能な弁体と、前記弁体の端部が配置される弁室と、前記弁体が当接・離間する樹脂製の弁座部材と、前記弁体が前記弁座部材から離間する方向へ前記ピストンを付勢する付勢部材と、前記弁体及び前記弁座部材を収容するボデー部材とを有する圧力調整弁において、前記弁体は、軸方向に延びる中空円筒形状をなしており、前記弁座部材から離間したときに前記弁室と前記調圧室とを連通させ、前記弁座部材は、軸方向に移動可能に配置されており、前記弁座部材を移動させて前記弁体との当接位置を外部から調整する調整部材を備えることを特徴とする。

この圧力調整弁では、弁室（又は調圧室）に圧力をかけた状態で、調整部材によって、軸方向に移動可能に配置された弁座部材の位置の調整が行われて、調圧室内が所望の調圧値（最終圧力）となるように設定される。つまり、調圧室内が所望の調圧値（最終圧力）となったときに、弁体が弁座部材に当接するように弁座部材の位置（弁体との当接位置が調整される。このように調圧値を設定する際、弁座部材を保持している部材を移動（回転）させることなく、調整部材によって弁座部材の位置を調整することができる。これにより、シール部材を摩耗、変形させることがないため、シール性能を低下させることなく、弁座部材の位置を調整して調圧値を設定することができる。

そして、上記した圧力調整弁において、前記ボデー部材の端部に形成された開口を塞ぐとともに前記弁室を区画する蓋部材を備え、前記蓋部材には、前記弁座部材を軸方向に移動可能に収容して保持する凹部と、前記凹部に連通して調整部材が螺合するねじ穴とが形成されていれば良い。

このような構成にすることにより、蓋部材に弁座部材を設けても、調圧値を設定する際、蓋部材を移動（回転）させることなく、調整部材によって弁座部材の位置を調整することができる。従って、蓋部材に設けるシール部材を摩耗、変形させることがないため、シール性能を低下させることなく、弁座部材の位置を調整して調圧値を設定することができる。

上記した圧力調整弁において、前記弁座部材と前記調整部材との間に金属板が配置されていることが望ましい。

このような構成にすることにより、樹脂製の弁座部材が調整部材と当接する部分で変形することを確実に防止することができる。これにより、調整後の弁座部材の位置が変化しなくなるため、調圧値がずれることを防止することができる。そのため、調圧室の圧力を精度良く所望の最終圧力（調圧値）に維持することができる。

上記した圧力調整弁において、前記弁体の軸方向への移動をガイドする軸受部を備えていると良い。

このような構成にすることにより、軸方向に延びる中空円筒形状をなす弁体が傾くことを防止することができる。これにより、弁座部材を小さく（弁座径を小さく）することができるため、弁座部材の受圧面積を小さくすることができる。その結果、調圧値を設定する際、弁座位置を調整するときに弁座部材に作用する差圧力が小さくなるため、弁座部材の位置調整を小さな力で行うことができる。従って、調圧値の設定が非常に容易となり生産性を向上させることができる。

また、上記した圧力調整弁において、前記軸受部は樹脂により形成されていることが好ましい。

このような構成にすることにより、軸受部の摺動性が向上するため、軸受部が摩耗することを防止することができる。これにより、長期にわたって安定して弁体のガイドを行うことができる。

さらに、上記した圧力調整弁において、前記弁体の外周縁と摺接して前記弁室をシールするシール部材を備え、前記軸受部は、前記シール部材よりも前記弁座部材側に配置されていると良い。

このような構成にすることにより、弁体をガイドするために設けた軸受部によって、弁体に設けられたシール部材のずれを防止することができ、そのシール部材からの漏れを防止することができる。

本発明に係る圧力調整弁によれば、シール性能を低下させることなく、弁座部材の位置を調整することができる。

本実施形態に係る圧力調整弁の断面図である。

本発明に係る実施形態である圧力調整弁について、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る圧力調整弁の断面図である。

＜圧力調整弁の全体構造＞
図１に示すように、本実施形態に係る圧力調整弁１０は、上流に位置する上流圧力調整弁１と、下流に位置する下流圧力調整弁２と、上流圧力調整弁１による減圧後であって下流圧力調整弁２による減圧前の燃料ガスＧが通過する中通路３と、当該中通路３に接続された逆止弁４とをボデー部材７に備え、燃料ガスＧを多段階に減圧しながら所望の圧力に調整する多段圧力調整弁である。本圧力調整弁１０は、アルミ合金製のボデー部材７の内部に、上流圧力調整弁１、下流圧力調整弁２、中通路３、逆止弁４等が形成されている。上流圧力調整弁１と下流圧力調整弁２とは、直列に接続されている。

なお、燃料ガスＧは、例えば、車両用燃料電池（ＦＣ）に供給される水素ガスであり、本圧力調整弁１０の上流側には、燃料タンクに貯留された燃料ガスＧを供給又は停止する主止弁が接続され、本圧力調整弁１０の下流側には、所望の圧力に調圧された燃料ガスＧを燃料電池に供給するインジェクタが接続されている（図示しない）。燃料タンクに貯留される燃料ガスＧは、充填設備によっては約８０〜９０ＭＰａ程度の圧力で充填される場合がある。一方、本圧力調整弁１０からインジェクタに供給される燃料ガスＧの圧力は、１．０〜１．５ＭＰａ程度の圧力まで減圧される。したがって、本圧力調整弁１０は、例えば、上流圧力調整弁１にて約８０〜９０ＭＰａ程度から約３．０〜２．５ＭＰａ程度まで減圧し、下流圧力調整弁２にて約３．０〜２．５ＭＰａ程度から約１．０〜１．５ＭＰａ程度まで減圧する。

ボデー部材７の左上端には、上方へ突設された円筒状凸部７３が形成されている。円筒状凸部７３には、六角柱状に形成された端子ブロック７４が上方から螺子止めされている。端子ブロック７４には、上方に開口し主止弁と接続される入口端子８が形成されている。また、ボデー部材７の上右端には、右方へ開口しインジェクタに接続される出口端子６が形成されている。

（上流圧力調整弁）
上流圧力調整弁１は、入口端子８と連通される弁室１２と、弁室１２内を上下動する弁体１３と、弁室１２の下端に形成され弁体１３と当接、離間する弁座１４と、弁座１４の下方に位置し弁体１３が上方へ移動したとき弁室１２と連通される調圧室１１と、調圧室１１内を上下動するピストン１５と、ピストン１５を上方へ付勢するコイルばね１６と、コイルばね１６の下端に当接してコイルばね１６を保持する保持部材１７と、保持部材１７を高さ調整可能にボデー部材７に螺子止する止め部材１８とを備えている。なお、ピストン１５は、弁体１３に対して弁ばね１３３の付勢方向の先に配置されている。

入口端子８と弁室１２との間には、入口端子通路８１が垂直状に形成されている。弁室１２と弁体１３との間には、弁体１３を下方（弁座１４側の方向）へ付勢する弁ばね１３３（付勢部材）が介装されている。弁体１３には、弁ばね１３３が装着された本体部１３４の下方に弁座１４と当接するテーパ部１３２が形成されている。テーパ部１３２の下方には、ニードル部１３１が形成されている。ニードル部１３１は、弁座１４に形成された通孔を貫通して調圧室１１まで延伸されている。ニードル部１３１の下端は、ピストン１５の本体部上端に突設された軸突部１５３の先端面に当接している。

ピストン１５の本体部外周縁には、調圧室１１の内周縁と摺接して調圧室１１をシールする環状シール部材１５１が嵌装されている。環状シール部材１５１は、上方へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン１５の下端には、コイルばね１６を保持するばね受座１５４が凹形成されている。ばね受座１５４は、水平状に形成され、コイルばね１６のコイル端部１６１と当接している。ばね受座１５４の外周壁には、フッ素系樹脂製の摺動部材１５２が装着されている。コイルばね１６の下端に当接する保持部材１７には、通気口１７１が形成され、止め部材１８には、通気口１７１を通して導入される外気に対するフィルタ部材１９が係止されている。調圧室１１は、後述するように中通路３（３１、３２、３３）を介して下流圧力調整弁２の弁室２２と連通されている。

（下流圧力調整弁）
下流圧力調整弁２は、出口端子６と連通される調圧室２１と、調圧室２１内を上下動するピストン２４と、ピストン２４を上方へ付勢するコイルばね２５と、調圧室２１の下方に形成された弁室２２と、ピストン２４の軸部に沿って弁室２２まで延設された略円筒状の弁体２４１と、弁室２２の下端に形成され弁体２４１の下端部が当接、離間する樹脂製の弁座２６と、弁座２６が内嵌されボデー部材７の右下端において開口７ｃを塞ぐともに、弁室２２を区画する蓋部材２７とを備えている。弁室２２は、蓋部材２７の上方で略円筒状に形成されており、弁体２４１の下端部が配置されている。なお、本実施形態では、蓋部材２７は、ボデー部材７に対して螺子止めされているが、圧入等によりボデー部材に固定することもできる。

蓋部材２７は、凹部２７ａと、凹部２７ａの下方に形成されたねじ穴２７ｂが形成されている。凹部２７ａには、弁座２６が軸方向に移動可能に収容されている。これにより、凹部２７ａ内の弁座２６は、その上面に圧力が作用すると下方へ移動するようになっている。ねじ穴２７ｂには、調整ねじ２８が螺合している。そして、弁座２６と調整ねじ２８との間に、金属板２９が配置されている。これにより、調整ねじ２８を回転させることにより、金属板２９を介して弁座２６の高さ位置を調整することができるようになっている。また、蓋部材２７には、ボデー部材７の開口７ｃをシールするシール部材２７１が設けられている。

調圧室２１は、ボデー部材７の右上端から嵌装される蓋部材２３によってシールされている。蓋部材２３の軸下方には、ピストン２４の上端部に当接して、ピストン２４の上方への移動を規制する円柱状凸部が形成されている。円柱状凸部がピストン２４の上端部に当接した時には、調圧室２１には円環状空間が形成される。なお、圧力調整弁１０に圧力がかかっていない状態では、ピストン２４の上端面が蓋部材２３の円柱状凸部に当接した状態となる。そして、調圧室２１と出口端子６との間には、両者を連通させる出口端子通路６１が水平状に形成されている。

ピストン２４及び弁体２４１の軸中心には、円柱状の貫通孔２４１１がピストン２４の上端部から弁体の下端部まで形成されている。つまり、弁体２４１は、軸方向に延びる中空円筒形状をなしている。このような形状の弁体２４１（貫通孔２４１１）により、弁体２４１が弁座２６から離間したときに、調圧室２１と弁室２２とが連通するようになっている。ピストン２４の本体部外周縁には、調圧室２１の内周縁と摺接して調圧室２１をシールする環状シール部材２４２が嵌装されている。環状シール部材２４２は、上方へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン２４の下端には、コイルばね２５を保持するばね受座２４６が凹形成されている。コイルばね２５は、円筒状の圧縮ばねである。コイルばね２５の下端は、ボデー部材７と一体に形成された保持部２４７によって位置規制されている。

保持部２４７の下方には、弁体２４１の外周縁と摺接して弁室２２をシールする環状シール部材２４３が嵌装されている。環状シール部材２４３は、下方（弁室側）へＶ字状に開くリップ状断面を有する。環状シール部材２４３の下方には、弁体２４１の軸方向への移動（上下動）をガイドするための軸受部２４５が装着されている。軸受部２４５は、樹脂により形成されている。これにより、軸受部２４５の摺動性が向上するため、軸受部２４５が摩耗することを防止することができ、長期にわたって安定して弁体２４１のガイドを行うことができる。そして、この軸受部２４５は、環状シール部材２４３の下方に配置されるため、環状シール部材２４３のずれ（落下）を防止している。これにより、環状シール部材２４３からの漏れを防止することができる。

ここで、圧力調整弁１０の調圧値（調圧室２１の最終圧力）の設定について説明する。調圧値の設定は、製造工場において、弁室２２（調圧室２１）に調圧値の圧力をかけて、ピストン２４に作用する圧力とコイルばね２５のばね力とが釣り合う状態にする。つまり、ピストン２４の上端部が蓋部材２３の円柱状凸部に当接せず、かつ弁体２４１が弁座２６に当接しない状態にする。そして、その状態で、調整ねじ２８により弁座２６を移動させて弁体２４１に当接させる。これにより、調圧室２１の圧力が調圧値になると、弁体２４１が弁座２６に当接して弁室２２と調圧室２１との連通が遮断され、調圧室２１の圧力が調圧値より小さくなると、ピストン２４が上昇し弁体２４１が弁座２６から離間して弁室２２と調圧室２１とが連通するため、調圧室２１の圧力を調圧値に維持することができる。

調整ねじ２８により弁座２６を移動させるとき、弁座２６には差圧力（調圧値の圧力と大気圧との差圧）が作用している。しかしながら、本実施形態では、軸受部２４５によって軸状の弁体２４１が傾くことが防止されているため、弁座２６を小さく（弁座径を小さく）することができる。そのため、弁座２６の受圧面積を小さくすることができる。その結果として、調圧値を設定する際、弁座２６の位置を調整するときに弁座２６に作用する差圧力が小さくなるため、調整ねじ２８による弁座２６の位置調整を小さな力で行うことができる。従って、調圧値の設定が非常に容易となり生産性を向上させることができる。

（中通路）
中通路３は、上流圧力調整弁１の調圧室１１から水平状に形成された第１中通路３１と、下流圧力調整弁２の弁室２２から水平状に形成された第２中通路３２と、第１中通路３１と第２中通路３２とを上下方向に連通する第３中通路３３とを備えている。ボデー部材７には、第１中通路３１を加工するための中通路用加工孔７２と、第２中通路３２を加工するための中通路用加工孔７２が形成されている。ボデー部材７の外壁面７１には、各中通路用加工孔７２、７２を封止する封止部材９、９が締結されている。第３中通路３３の上方には、後述する逆止弁４が配設されている。逆止弁４の入口部４２と第３中通路３３との間には、両者を連通させる逆止弁入口通路５２が上下方向に形成されている。

（逆止弁）
逆止弁４は、内気逆止弁であって、弁室４１と、弁室４１の入口部４２と、弁室４１内に収容され入口部４２と当接、離間するボール弁４３と、ボール弁４３を入口部４２へ付勢する押圧ばね４４と、押圧ばね４４を保持するとともに弁室４１をボデー部材７に対して封止する封止部材４６と、弁室４１の出口部４７とを備えている。そして、出口部４７と下流圧力調整弁２の調圧室２１との間には、両者を連通させる逆止弁出口通路５１が水平状に形成されている。逆止弁出口通路５１は、出口端子通路６１と同軸上に形成されている。

＜圧力調整弁の動作方法＞
次に、本実施形態に係る圧力調整弁の動作方法を、図１を用いて説明する。
図１に示すように、例えば、車両用の燃料電池への燃料ガスＧの供給が開始され、出口端子６から燃料ガスＧが矢印の方向へ流出すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下する。調圧室２１内の燃料ガスＧの圧力が低下するとピストン２４が上昇し、ピストン２４及び弁体２４１に形成された貫通孔２４１１を経由して、弁室２２内の燃料ガスＧが調圧室２１内に供給され、調圧室２１内の圧力を上昇させる。調圧室２１内の圧力が所望の圧力に到達すると、ピストン２４がコイルばね２５を押し下げて、弁体２４１の下端部を弁座２６に当接させ、弁室２２内からの燃料ガスＧの供給が、停止する。

かくして、調圧室２１の圧力が、上記のように調整ねじ２８によって設定された調圧値に維持される。そして、調整ねじ２８の先端は、金属板２９を介して弁座２６に接触している。そのため、樹脂製の弁座２６が調整ねじ２８の先端と直接、当接しないため、弁座２６が変形することを確実に防止することができる。従って、調圧値を設定した後の弁座２６の位置が変化しなくなるため、調圧値がずれることを防止することができる。これにより、調圧室２１の圧力を所望の調圧値に精度良く維持することができる。つまり、圧力調整弁１０によれば、調圧値の調整を非常に容易に行うことができる上、所望の調圧値に精度良く調圧することができる。

弁室２２内の燃料ガスＧの圧力が低下すると、下流圧力調整弁２の弁室２２と上流圧力調整弁１の調圧室１１とは、中通路３（３１、３２、３３）によって連通されているので、上流圧力調整弁１の調圧室１１内に貯留された燃料ガスＧが矢印の方向に流入して、下流圧力調整弁２の弁室２２内の圧力を上昇させる。このとき、上流圧力調整弁１の調圧室１１内の圧力が低下するので、ピストン１５を付勢するコイルばね１６の付勢力によって、上流圧力調整弁１の弁体１３が上方へ移動する。弁体１３が上方へ移動して弁座１４と離間すると、燃料タンクから入口端子８に供給される高圧の燃料ガスＧが、入口端子通路８１、弁室１２を経由して、調圧室１１内に供給される。これによって、調圧室１１内の燃料ガスＧの圧力は、所定の値（中間圧力）に維持される。なお、予め、止め部材１８のねじ込み量を調整することによって、調圧室１１内の圧力を所定の値（中間圧力）に設定する。

ここで、燃料電池への燃料ガスＧの供給が停止すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下しない。そのため、上流圧力調整弁１から中通路３（３１、３２、３３）へ漏れ出た燃料ガスＧの逃げ場がなくなり、中通路３内の圧力が上昇する。中通路３内の燃料ガスＧの圧力が既定値以上になると、逆止弁４のボール弁４３が入口部４２から離間して、逆止弁４が作動する。このとき、第３中通路３３から逆止弁入口通路５２を経由して、逆止弁４の弁室４１内に燃料ガスＧが放出される。そのため、中通路３（３１、３２、３３）に面した上流圧力調整弁１の調圧室１１をシールする環状シール部材１５１や下流圧力調整弁２の弁室２２をシールする環状シール部材２４３に対する燃料ガスＧの過負荷を回避させることができる。なお、逆止弁４の弁室４１内に放出された燃料ガスＧは、下流圧力調整弁２の調圧室２１、出口端子通路６１を経由して出口端子６に供給される。そのため、燃料ガスＧの外部への放出による無駄を低減できる。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る圧力調整弁１０によれば、弁座２６が蓋部材２７の凹部２７ａに上下動可能に収容・保持されており、調圧室２１内が所望の調圧値（最終圧力）になるときに、弁体２４１が弁座２６に当接するように、弁座２６の位置（弁体２４１との当接位置）が、調整ねじ２８により調整される。そのため、弁座２６を保持している蓋部材２７を移動（回転）させることなく、調整ねじ２８によって弁座２６の位置を調整することができる。従って、シール部材２７１を摩耗、変形させることがないため、シール性能を低下させることなく、弁座２６の位置を調整して調圧値を設定することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 上流圧力調整弁
２ 下流圧力調整弁
７ ボデー部材
７ｃ 開口
１０ 圧力調整弁
２１ 調圧室
２２ 弁室
２４ ピストン
２５ コイルばね
２６ 弁座
２７ 蓋部材
２７ａ 凹部
２７ｂ ねじ穴
２８ 調整ねじ
２９ 金属板
２４１ 弁体
２４３ 環状シール部材
２４５ 軸受部
２７１ シール部材

Claims (6)

1. 調圧室内に配置されるピストンと、前記ピストンとともに軸方向に移動可能な弁体と、前記弁体の端部が配置される弁室と、前記弁体が当接・離間する樹脂製の弁座部材と、前記弁体が前記弁座部材から離間する方向へ前記ピストンを付勢する付勢部材と、前記弁体及び前記弁座部材を収容するボデー部材とを有する圧力調整弁において、
   前記弁体は、軸方向に延びる中空円筒形状をなしており、前記弁座部材から離間したときに前記弁室と前記調圧室とを連通させ、
   前記弁座部材は、軸方向に移動可能に配置されており、
   前記弁座部材を移動させて前記弁体との当接位置を外部から調整する調整部材を備える
   ことを特徴とする圧力調整弁。
2. 請求項１に記載する圧力調整弁において、
   前記ボデー部材の端部に形成された開口を塞ぐとともに前記弁室を区画する蓋部材を備え、
   前記蓋部材には、
   前記弁座部材を軸方向に移動可能に収容して保持する凹部と、
   前記凹部に連通して調整部材が螺合するねじ穴とが形成されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する圧力調整弁において、
   前記弁座部材と前記調整部材との間に金属板が配置されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
4. 請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの圧力調整弁において、
   前記弁体の軸方向への移動をガイドする軸受部を備えている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
5. 請求項４に記載する圧力調整弁において、
   前記軸受部は樹脂により形成されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
6. 請求項４又は請求項５に記載する圧力調整弁において、
   前記弁体の外周縁と摺接して前記弁室をシールするシール部材を備え、
   前記軸受部は、前記シール部材よりも前記弁座部材側に配置されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。

Images