JP2018018374A - Decompressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体燃料の圧力を減圧して所望の圧力に調整する減圧装置に関するものである。 The present invention relates to a pressure reducing device that reduces the pressure of a gaseous fuel to adjust it to a desired pressure.
減圧装置として、例えば、特許文献１には、弁座と、第２の弁に対して当接および離間する第１の弁と、弁座に対して当接および離間する第２の弁と、圧力調整室内に設けられた封止部材と、封止部材を付勢するバネと、第１の弁を付勢するバルブスプリングを有する減圧装置が開示されている。
As a decompression device, for example,
特許文献１に開示された減圧装置は、圧力調整室内の圧力が低くなって開弁する必要があるときには、封止部材により第１の弁と第２の弁を開く方向に押す構造となっている。そのため、弁座の中央に形成されたオリフィス（シート穴）を貫き第１の弁と第２の弁を押し開くための棒状の構造物が必要である。すると、オリフィスを介して圧力調整室内に流体を流入させる際に必要な流量を確保するためには、棒状の構造物の断面積分大きくしたオリフィスが必要である。そのため、オリフィスの径が大きくなるので、第１の弁と第２の弁を介してピストンに作用する上流側の流体の圧力と圧力調整室内の圧力との差圧により発生する力（（オリフィスの面積）×（差圧））が大きくなる。したがって、圧力調整室内の圧力を調整する調圧時において前記の差圧の影響を受け易くなるので、調圧値は前記の差圧の大きさにより高くなったり低くなったりする。ゆえに、調圧値のばらつきが大きくなってしまう。
The pressure reducing device disclosed in
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、調圧値のばらつきを小さくできる減圧装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a decompression device that can reduce variations in pressure regulation values.
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、減圧装置において、流体の流入口に連通するシート穴を備えるシートと、前記シートに対して下流側に設けられ、前記シートに対して当接および離間して前記シート穴を開閉する第１バルブと、前記第１バルブに対して下流側に設けられ、前記第１バルブと共に移動可能なピストンと、前記ピストンの上流側の先端部に設けられる第２バルブと、前記ピストンに対して下流側に設けられる調圧室と、前記ピストンを下流方向に付勢する第１スプリングと、前記第１バルブを前記第２バルブから離れる方向に付勢する第２スプリングと、を有し、前記ピストンは、前記調圧室に連通する穴を備え、前記第１バルブは、前記シート側の端部と前記第２バルブ側の端部との間を貫通する貫通穴を備え、前記第２バルブは、前記第１バルブに対して当接および離間することにより、前記貫通穴を開閉し、前記シート穴と前記調圧室との間が遮断される閉弁状態では、前記シート穴と前記貫通穴とが連通した状態で前記第１バルブが前記シートに接し、かつ、前記第２バルブが前記第１バルブに接することにより前記貫通穴と前記調圧室との間が遮断されており、前記貫通穴における前記第２バルブ側の径は、前記シート穴における前記第１バルブ側の径よりも小さいこと、を特徴とする。 One form of the present invention made to solve the above-mentioned problems is a decompression device, in which a sheet having a sheet hole communicating with a fluid inlet is provided on the downstream side with respect to the sheet. A first valve that opens and closes the seat hole by contact and separation, a piston that is provided downstream of the first valve and that can move together with the first valve, and an upstream end of the piston A second valve provided; a pressure regulating chamber provided downstream of the piston; a first spring that urges the piston in the downstream direction; and the first valve attached in a direction away from the second valve. The piston has a hole communicating with the pressure regulating chamber, and the first valve is between the end on the seat side and the end on the second valve side. Through-holes The second valve opens and closes the through hole by contacting and separating from the first valve, and in a closed state in which the seat hole and the pressure regulating chamber are blocked. The first valve is in contact with the seat in a state where the seat hole and the through hole communicate with each other, and the second valve is in contact with the first valve, whereby the space between the through hole and the pressure regulating chamber is established. The second valve side diameter of the through hole is smaller than the diameter of the seat hole on the first valve side.
この態様によれば、閉弁状態から調圧室内の圧力が低下してピストンが第１スプリングの付勢力により下流方向に移動したときに、第２スプリングにより第２バルブから離れる方向に付勢される第１バルブをシートに当接させた状態のままとする一方で、ピストンの上流側の先端部に設けられる第２バルブを第１バルブから離して貫通穴を開けることにより、貫通穴を介してシート穴を調圧室に連通させることができる。すなわち、第１バルブをシートから離してシート穴を開けるよりも前に、第２バルブを第１バルブから離して貫通穴を開けることにより、貫通穴を介してシート穴を調圧室に連通させることができる。そして、シート穴から貫通穴を介して調圧室に流体を流入させることにより、ピストンに作用する力を釣り合わせて、調圧室内の圧力を調整することができる。 According to this aspect, when the pressure in the pressure adjusting chamber decreases from the closed state and the piston moves in the downstream direction by the biasing force of the first spring, the second spring is biased in the direction away from the second valve. While the first valve is kept in contact with the seat, the second valve provided at the tip on the upstream side of the piston is separated from the first valve to open the through hole, thereby allowing the first valve to pass through the through hole. Thus, the sheet hole can be communicated with the pressure adjusting chamber. That is, before the first valve is separated from the seat and the seat hole is opened, the second valve is separated from the first valve and the through hole is opened, thereby allowing the seat hole to communicate with the pressure regulating chamber through the through hole. be able to. Then, by flowing the fluid from the seat hole into the pressure adjusting chamber through the through hole, the force acting on the piston can be balanced and the pressure in the pressure adjusting chamber can be adjusted.
ここで、貫通穴における第２バルブ側の径は、シート穴における第１バルブ側の径よりも小さい。そのため、シート穴と調圧室の間の開口面積が小さくなるので、前記のように調圧室内の圧力を調整するときに、シート穴と調圧室との間の差圧により第２バルブを介してピストンに作用する力は、小さくなる。したがって、シート穴と調圧室との間の差圧により第２バルブを介してピストンに作用する力による影響を抑制しながら、スプリングの付勢力と調圧室内の圧力との釣り合いにより、調圧室内の圧力を調整できる。ゆえに、調圧値のばらつきを小さくできる。 Here, the diameter on the second valve side in the through hole is smaller than the diameter on the first valve side in the seat hole. Therefore, since the opening area between the seat hole and the pressure regulating chamber is reduced, when adjusting the pressure in the pressure regulating chamber as described above, the second valve is controlled by the differential pressure between the seat hole and the pressure regulating chamber. Thus, the force acting on the piston is reduced. Therefore, the pressure regulation by the balance between the biasing force of the spring and the pressure in the pressure regulation chamber while suppressing the influence of the force acting on the piston via the second valve due to the differential pressure between the seat hole and the pressure regulation chamber. The pressure in the room can be adjusted. Therefore, the variation in the pressure regulation value can be reduced.
上記の態様においては、前記第１バルブは、前記ピストンの上流側の端部にて前記ピストンに対して軸方向に移動可能な状態でピンにより取り付けられていること、が好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the first valve is attached by a pin in an axially movable state with respect to the piston at an upstream end portion of the piston.
この態様によれば、第１バルブをピストンに対して軸方向に移動させることにより、第１バルブを第２バルブに対して軸方向に相対的に移動させることができる。そのため、ピストンが下流方向に移動したときに、第１バルブをシートに当接させた状態のままとする一方で、第２バルブを第１バルブから離して貫通穴を開けることができる。また、第１バルブはピンによりピストンに保持されているので、第１バルブをピストンと共に軸方向に移動させることもできる。そのため、ピストンを軸方向に移動させることにより、第１バルブをシートに対して当接および離間させてシート穴を開閉することができる。 According to this aspect, the first valve can be moved relative to the second valve in the axial direction by moving the first valve in the axial direction relative to the piston. Therefore, when the piston moves in the downstream direction, the first valve remains in contact with the seat, while the second valve can be separated from the first valve and a through hole can be opened. Further, since the first valve is held by the piston by the pin, the first valve can be moved in the axial direction together with the piston. Therefore, by moving the piston in the axial direction, the seat valve can be opened and closed by bringing the first valve into contact with and separating from the seat.
上記の態様においては、前記貫通穴は、前記第１バルブの中心軸上に形成されていること、が好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the through hole is formed on a central axis of the first valve.
この態様によれば、第１バルブの重量バランスが良くなるので、第１バルブをシートに当接させたときに、確実にシート穴と貫通穴とを連通させた状態にすることができる。そのため、ピストンが下流方向に移動するときに、第１バルブをシートに当接させた状態のままとする一方で、第２バルブを第１バルブから離して貫通穴を開けることにより、確実に貫通穴を介してシート穴を調圧室に連通させることができる。 According to this aspect, since the weight balance of the first valve is improved, the seat hole and the through hole can be surely communicated with each other when the first valve is brought into contact with the seat. Therefore, when the piston moves in the downstream direction, the first valve is kept in contact with the seat, while the second valve is separated from the first valve and the through hole is opened to ensure penetration. The sheet hole can be communicated with the pressure adjusting chamber through the hole.
本発明の減圧装置によれば、調圧値のばらつきを小さくできる。 According to the decompression device of the present invention, variations in pressure regulation values can be reduced.
本発明に係る実施形態である減圧弁について詳細に説明する。はじめに、本実施形態に係る減圧弁の全体構造とその動作方法を説明し、その後、調圧値のばらつき等について説明する。なお、以下の説明において、「上流」とは燃料ガスの流れ方向の上流であり、「下流」とは燃料ガスの流れ方向の下流である。 A pressure reducing valve which is an embodiment according to the present invention will be described in detail. First, the overall structure and operation method of the pressure reducing valve according to the present embodiment will be described, and then variations in pressure regulation values and the like will be described. In the following description, “upstream” is upstream in the flow direction of fuel gas, and “downstream” is downstream in the flow direction of fuel gas.
本実施形態に係る減圧弁１は、燃料ガスＧを減圧しながら所望の圧力に調整する減圧装置である。なお、燃料ガスＧは、例えば、車両用燃料電池（ＦＣ）（不図示）に供給される水素ガスである。また、減圧弁１の上流側には、燃料タンク（不図示）に貯留された燃料ガスＧを供給又は停止する主止弁（不図示）が接続され、減圧弁１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（不図示）が接続されている。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、減圧弁１からインジェクタに供給される燃料ガスＧの圧力は、例えば１．０〜１．５ＭＰａ程度の圧力まで減圧される。
The
図１〜図４に示すように、減圧弁１は、入口部材１１と、シート（弁座）１２と、ハウジング１３と、第１バルブ１４−１と、第２バルブ１４−２と、ピストン１５と、第１スプリング１６−１と、第２スプリング１６−２などを有する。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
入口部材１１は、入口３１と入口通路３２などを備えている。入口３１は、減圧弁１への燃料ガスＧの流入口である。入口通路３２は、入口３１とシート１２のシート穴３３に連通する通路である。また、入口通路３２には、燃料ガスＧ中の異物を除去しながら燃料ガスＧを通すことができるフィルタ３４が配置されている。さらに、フィルタ３４とシート１２との間には、ブッシュ３５が配置されている。なお、入口部材１１の材質は、例えばステンレスである。
The
シート１２は、樹脂製であり、所定量だけ潰された状態で、入口部材１１とハウジング１３に挟まれて保持されている。シート１２は、略円環状に形成されている。シート１２は、その中心にて、中心軸方向に貫通するシート穴３３を備えている。シート穴３３は、入口３１に連通している。
The
ハウジング１３は、減圧弁１の筐体であり、その内側に、第１バルブ１４−１と第２バルブ１４−２とピストン１５と第１スプリング１６−１と第２スプリング１６−２と蓋部材１７の一部を収容している。なお、ハウジング１３の材質は、例えば、アルミニウムである。
The
第１バルブ１４−１は、シート１２に対して下流側の位置に設けられている。第１バルブ１４−１は、ピストン１５と共に移動して、シート１２に対して当接および離間する。そして、第１バルブ１４−１は、シート１２に接することにより、貫通穴６１の部分を除いて、シート穴３３を閉じる。すなわち、第１バルブ１４−１がシート１２に接した状態では、シート穴３３と貫通穴６１が連通している。一方、第１バルブ１４−１は、シート１２から離れることにより、シート穴３３を開ける。なお、第１バルブ１４−１の材質は、例えばステンレスである。
The first valve 14-1 is provided at a downstream position with respect to the
第１バルブ１４−１は、シート１２側から順に、シート１２に当接可能なシール部５１と、ピストン１５に保持される保持部５２を備えている。シール部５１には、当該シール部５１を軸方向（図１〜図４の上下方向）に貫通する貫通穴６１が形成されている。貫通穴６１は、シート１２側の端部と第２バルブ１４−２側の端部との間を貫通して形成されている。そして、この貫通穴６１の径は、シート穴３３の径よりも小さく形成されている。例えば、貫通穴６１の径は、シート穴３３の径の半分以下に形成されている。また、この貫通穴６１は、第１バルブ１４−１の中心軸上に形成されている。
The first valve 14-1 includes, in order from the
保持部５２は、シール部５１よりもピストン１５側の位置に形成されている。保持部５２には、２つの穴６２が形成されている。そして、この２つの穴６２にピン６３が挿入されている。また、穴６２の径は、ピン６３の径よりも大きく形成されている。ピン６３は、第１バルブ１４−１がシート１２から離れてピストン１５と共に移動するときに穴６２の下流側の壁面６２ａに接する。このようにして、第１バルブ１４−１は、ピストン１５の上流側の端部にてピストン１５に対して軸方向に移動可能な状態でピン６３により取り付けられている。なお、例えば穴６２の径を調整することにより、穴６２の上流側の壁面６２ｂについてはピン６３が接することがないようにしてもよい。
The holding
第２バルブ１４−２は、ピストン１５の上流側の端部に設けられている。このようにして、上流側から下流側に向かって順に、第１バルブ１４−１と第２バルブ１４−２とピストン１５が配置されている。第２バルブ１４−２は、第１バルブ１４−１に対して当接および離間することにより、貫通穴６１を開閉する。なお、第２バルブ１４−２の材質は、樹脂である。
The second valve 14-2 is provided at the upstream end of the
ピストン１５は、第１バルブ１４−１に対して下流側に設けられ、第１バルブ１４−１と共に移動可能である。ピストン１５は、ハウジング１３内において、調圧室２２内の圧力Ｐ２に応じて軸方向に移動可能である。ピストン１５は、本体部３６と、軸状部３７と、縦穴３８などを備えている。本体部３６は、円筒状に形成されている。本体部３６は、軸状部３７に対して下流側の位置に配置されている。本体部３６は、その第１スプリング１６−１側の面において、第１スプリング１６−１が当接するばね受座３９（第１スプリング１６−１との当接部）を備えている。なお、本体部３６の外周面には、シール部材であるパッキン４１と摺動部材４３が配置されている。また、ピストン１５の材質は、例えばアルミニウムである。
The
軸状部３７は、円筒状に形成されている。軸状部３７は、本体部３６に対して上流側の位置に配置されている。軸状部３７は、横穴４２を備えている。縦穴３８は、軸方向に形成されている。そして、縦穴３８は、横穴４２と調圧室２２に連通している。このようにして、縦穴３８と横穴４２は、ピストン１５の上流側の空間（シート１２に対して下流側の空間）と調圧室２２との間を連通させている。また、軸状部３７の上流側（シート１２側、第１バルブ１４−１側）の端部において、第２バルブ１４−２が設けられている。また、軸状部３７の外周面には、パッキン４４と摺動部材４５が配置されている。
The
第１スプリング１６−１は、ハウジング１３とピストン１５との間に配置されている。第１スプリング１６−１は、ピストン１５を、下流方向、すなわち、第１バルブ１４−１がシート１２から離れる方向へ付勢している。
The first spring 16-1 is disposed between the
第２スプリング１６−２は、第１バルブ１４−１とピストン１５の間に設けられている。この第２スプリング１６−２は、第１バルブ１４−１をピストン１５に対して上流方向に付勢している。そして、このようにして、第２スプリング１６−２は、第１バルブ１４−１を第２バルブ１４−２から離れる方向に付勢している。なお、第２スプリング１６−２の付勢力の大きさは、第１バルブ１４−１がシート１２に接しているときに、（シート穴３３の面積）×（圧力Ｐ１の最大値）で表される力が第１バルブ１４−１に作用したときであっても、第１バルブ１４−１がシート１２から離れない大きさである。
The second spring 16-2 is provided between the first valve 14-1 and the
蓋部材１７は、減圧弁１からの燃料ガスＧの流出口（不図示）に接続する通路７１を備えている。
The
調圧室２２は、ピストン１５の下流側の位置に形成されている。調圧室２２は、ハウジング１３とピストン１５と蓋部材１７とに区画されるようにして形成されている。この調圧室２２において、燃料ガスＧの圧力が調整されるようになっている。
The
以上のような構成の減圧弁１は、以下のように作用する。ここで、調圧値とは、減圧された後の圧力の調整値である。そして、本実施形態における調圧値とは、燃料ガスＧの圧力を減圧して調整したとき（調圧後）の調圧室２２内の圧力Ｐ２の値である。また、設定調圧値とは、設定すべき調圧値である。
The
まず、調圧室２２内の圧力Ｐ２が設定調圧値より低い（あるいは、燃料ガスＧが流入していない）とき、例えば、圧力Ｐ２が大気圧のときには、図１に示すように、ピストン１５は、第１スプリング１６−１により下流方向に付勢され、蓋部材１７に突き当たっている。このとき、第１バルブ１４−１は、ピストン１５と共に移動して、シート１２から離れており、シート穴３３を開けている。
First, when the pressure P2 in the
そこで、入口部材１１の入口３１から燃料ガスＧが流入すると、燃料ガスＧは、入口通路３２と、フィルタ３４と、シート穴３３を通り、第１バルブ１４−１とハウジング１３の隙間を通り、ピストン１５の横穴４２と縦穴３８を通って調圧室２２に流入する。そして、このように燃料ガスＧが調圧室２２内に流入して、調圧室２２内の圧力が上昇すると、第１スプリング１６−１のスプリング付勢力Ｐｓに抗して、ピストン１５が上流方向（シート１２に向かう方向）に移動する。それに伴い、第１バルブ１４−１がシート１２に向かう方向へ移動して、第１バルブ１４−１とシート１２との間の開口部の面積、すなわち、シート穴３３の開口面積を減少させ、調圧室２２内に流入する燃料ガスＧの量を低減させる。
Therefore, when the fuel gas G flows from the
そして、調圧室２２内の圧力Ｐ２が設定調圧値近くになると、まず、第１バルブ１４−１がシート１２に接することにより、貫通穴６１の部分を除いて、シート穴３３を閉じる。そして、その後、調圧室２２内の圧力Ｐ２が設定調圧値になると、第２バルブ１４−２が第１バルブ１４−１に接することにより、貫通穴６１を閉じる。このようにして、第１バルブ１４−１がシート穴３３を閉じるタイミングと、第２バルブ１４−２が貫通穴６１を閉じるタイミングとに差を設けている。そして、これにより、図２に示すように、減圧弁１は、シート穴３３と調圧室２２との間が遮断される閉弁状態になる。すなわち、閉弁状態では、シート穴３３と貫通穴６１とが連通した状態で第１バルブ１４−１がシート１２に接し、かつ、第２バルブ１４−２が第１バルブ１４−１に接することにより貫通穴６１と調圧室２２との間が遮断されている。
When the pressure P2 in the
次に、このように減圧弁１が閉弁している状態（図２参照）から、調圧室２２内の燃料ガスＧが減圧弁１の外部へ流出して、調圧室２２内の圧力Ｐ２が低下したとする。すると、第１スプリング１６−１のスプリング付勢力Ｐｓに抗する力が弱くなるので、ピストン１５が第１スプリング１６−１に付勢されて下流方向、すなわち、シート１２から離れる方向に移動する。そして、図３に示すように、第２バルブ１４−２が、第１バルブ１４−１から離れることにより、貫通穴６１を開ける。一方、このとき、第１バルブ１４−１は、第２スプリング１６−２により上流方向に付勢されているので、シート１２に接したままであり、貫通穴６１の部分を除いて、シート穴３３を閉じている。
Next, from the state in which the
このようにして、第１バルブ１４−１がシート穴３３を開けるタイミングと、第２バルブ１４−２が貫通穴６１を開けるタイミングとに差を設けている。すなわち、閉弁状態から開弁するときに、第１バルブ１４−１をシート１２から離してシート穴３３を開けるよりも前に、第２バルブ１４−２を第１バルブ１４−１から離して貫通穴６１を開ける。これにより、燃料ガスＧは、シート穴３３から貫通穴６１を通って、さらに、第１バルブ１４−１と第２バルブ１４−２の隙間と、第１バルブ１４−１とピストン１５の隙間と、横穴４２と、縦穴３８を通って、調圧室２２へ流れる。
In this way, a difference is provided between the timing at which the first valve 14-1 opens the
ここで流入した燃料ガスＧの圧力Ｐ１が高い（所定圧以上である）場合においては、第２バルブ１４−２により開けられた貫通穴６１の開口面積（シート穴３３よりも小さい開口面積）であっても、十分な燃料ガスＧが調圧室２２に流入する。そのため、ピストン１５に作用するスプリング付勢力Ｐｓとの釣り合いにより、調圧室２２内の圧力Ｐ２を設定調圧値に調整できる。なお、この調整後、ピストン１５は上流方向、すなわち、シート１２に向かう方向に移動して、第２バルブ１４−２は第１バルブ１４−１に接することにより、貫通穴６１を閉じる。これにより、減圧弁１は、閉弁状態になる（図２参照）。
When the pressure P1 of the fuel gas G flowing in here is high (above a predetermined pressure), the opening area of the through
一方、流入した燃料ガスＧの圧力Ｐ１が低い（所定圧未満である）場合においては、第２バルブ１４−２により開けられた貫通穴６１の開口面積だけでは、十分な燃料ガスＧが調圧室２２内に流入しない。そのため、調圧室２２内の圧力Ｐ２は設定調圧値に至らないので、図４に示すように、ピストン１５はさらに第１バルブ１４−１と共に下流方向に移動して、第１バルブ１４−１がシート１２から離れてシート穴３３を開ける。これにより、燃料ガスＧは、シート穴３３から貫通穴６１を通って調圧室２２へ流れる他に、シート穴３３から第１バルブ１４−１とハウジング１３の隙間と、横穴４２と、縦穴３８を通って、調圧室２２へ流れる。
On the other hand, when the pressure P1 of the inflowing fuel gas G is low (below the predetermined pressure), sufficient fuel gas G is regulated by the opening area of the through
そして、このようにして、貫通穴６１の開口面積よりも大きいシート穴３３の開口面積が得られるので、十分な燃料ガスＧが調圧室２２内に流入する。そして、これにより、ピストン１５に作用するスプリング付勢力Ｐｓとの釣り合いにより、調圧室２２内の圧力Ｐ２を設定調圧値に調整できる。なお、この調整後、ピストン１５は上流方向、すなわち、シート１２に向かう方向に移動して、第１バルブ１４−１はシート１２に接してシート穴３３を閉じ、第２バルブ１４−２は第１バルブ１４−１に接して貫通穴６１を閉じる。これにより、減圧弁１は、閉弁状態になる（図２参照）。
In this way, since the opening area of the
以上のように、本実施形態の減圧弁１は、２つのバルブ（第１バルブ１４−１と第２バルブ１４−２）について、第１バルブ１４−１がシート穴３３を開閉するタイミング（時期）と、第２バルブ１４−２が貫通穴６１を開閉するタイミングに差を設けている。そして、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１の大きさに応じて、シート穴３３を閉じる一方で貫通穴６１を開けたり、シート穴３３と貫通穴６１を共に開けたりすることで、シート穴３３と調圧室２２の間の開口面積（シート穴３３において調圧室２２と連通する開口部分の面積）の大きさを変えることができる。
As described above, the
次に、調圧値のばらつきに関して説明する。まず、図５に示すような比較例の減圧弁１０１を想定する。この減圧弁１０１は、バルブ１１４が一つのみ設けられている。
Next, the variation in the pressure regulation value will be described. First, a
すると、比較例の減圧弁１０１において、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１の影響により調圧値がばらつくおそれがある。すなわち、調圧時（ピストン１５によりバルブ１１４を開弁させて圧力Ｐ１の燃料ガスＧを調圧室２２内に流入させることにより調圧室２２内の圧力Ｐ２を調整するとき）において、（シート穴３３の面積）×（圧力Ｐ１−圧力Ｐ２）により表される発生力Ｐｖが、バルブ１１４を介してピストン１５を押す方向に作用する（図６参照）。なお、「シート穴３３の面積」とは、シート穴３３における中心軸に直交する断面の面積である。また、「圧力Ｐ１−圧力Ｐ２」は、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差圧である。
Then, in the
そうすると、図６に示すように、ピストン１５において、調圧室２２内の圧力Ｐ２によりピストン１５を押す方向に作用する力（圧力Ｐ２×ピストン面積）に抗して、スプリング付勢力Ｐｓの他に、前記の発生力Ｐｖが作用することになる。なお、「ピストン面積」は、ピストン１５における調圧室２２側の面の面積である。そして、これらのピストン１５に作用する力の釣り合いにより、調圧室２２内の圧力Ｐ２が調整されて、減圧弁１０１の調圧値が決まる。
Then, as shown in FIG. 6, in addition to the spring biasing force Ps, the
すると、スプリング付勢力Ｐｓは一定であるところ、圧力Ｐ１が高い場合には、前記の発生力Ｐｖが大きくなるので、圧力Ｐ２によりピストン１５を押す方向に作用する力が大きくならないと、すなわち、圧力Ｐ２が高くならないと、ピストン１５に作用する力が釣り合わないことになる。そのため、図７に示すように、圧力Ｐ１が高い場合には、調圧値が大きくなる（上昇する）。なお、逆に、図７に示すように、圧力Ｐ１が低い場合には、調圧値が小さくなる（低下する）。このように、比較例の減圧弁１０１において、調圧値は、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１の大きさによりばらつき易い。
Then, the spring urging force Ps is constant, but when the pressure P1 is high, the generated force Pv increases, so that the force acting in the direction of pushing the
これに対して、本実施形態の減圧弁１においては、シート１２に対して当接および離間してシート穴３３を開閉する第１バルブ１４−１と、第１バルブ１４−１に対して当接および離間して第１バルブ１４の貫通穴６１を開閉する第２バルブ１４−２の２つのバルブが設けられている。そして、本実施形態の減圧弁１においては、第１バルブ１４−１がシート穴３３を開閉するタイミングと、第２バルブ１４−２が貫通穴６１を開閉するタイミングに差を設けている。これにより、本実施形態の減圧弁１においては、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１の大きさに応じて、開弁状態におけるシート穴３３と調圧室２２の間の開口面積を調整できるようになっている。
In contrast, in the
詳しくは、本実施形態では、調圧時において、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１が高い場合には、前記のように第１バルブ１４−１がシート１２に接することにより貫通穴６１の部分を除いてシート穴３３を閉じる一方で、第２バルブ１４−２が第１バルブ１４−１から離れることにより貫通穴６１を開ける。そのため、（貫通穴６１の面積）×（圧力Ｐ１−圧力Ｐ２）により表される発生力Ｐｖが、第２バルブ１４−２を介してピストン１５を押す方向に作用する。なお、「貫通穴６１の面積」とは、貫通穴６１の面積における中心軸に直交する断面の面積である。
Specifically, in the present embodiment, when the pressure P1 of the inflowing fuel gas G is high at the time of pressure adjustment, the first valve 14-1 contacts the
そうすると、前記のようにピストン１５に作用する力の釣り合いにより調圧室２２内の圧力Ｐ２が調整されて減圧弁１の調圧値が決まるが、第１バルブ１４−１の貫通穴６１の径（断面積）は、シート穴３３の径（断面積）よりも小さいので、比較例の減圧弁１０１に比べて発生力Ｐｖが小さくなる。そのため、発生力Ｐｖによる影響を抑制しながら、スプリング付勢力Ｐｓと調圧室２２内の圧力Ｐ２との釣り合いにより、調圧室２２内の圧力Ｐ２を調整できる。したがって、調圧室２２内の圧力Ｐ２を比較例の減圧弁１０１のときよりも低く調整することにより、ピストン１５に作用する力を釣り合わせることができる。したがって、圧力Ｐ１が高い場合において、発生力Ｐｖによる影響により調圧値が上昇することが抑制される。
Then, as described above, the pressure P2 in the
なお、調圧時において、流入する燃料ガスＧの圧力Ｐ１が低い場合には、前記のように第２バルブ１４−２が第１バルブ１４−１から離れて貫通穴６１を開けるとともに、第１バルブ１４−１がシート１２から離れてシート穴３３を開けるので、（シート穴３３の面積）×（圧力Ｐ１−圧力Ｐ２）により表される発生力Ｐｖが、第１のバルブ１４−１と第２のバルブ１４−２を介してピストン１５を押す方向に作用する。そうすると、前記のようにピストン１５に作用する力の釣り合いにより調圧室２２内の圧力Ｐ２が調整されて減圧弁１の調圧値が決まるが、発生力Ｐｖは比較例の減圧弁１０１のときと同じ大きさになる。そのため、ピストン１５に作用する力の釣り合い状態は、比較例の減圧弁１０１のときと同じになる。したがって、圧力Ｐ１が低い場合においては、前記の比較例の減圧弁１０１と同様に調圧値が低下しうる。
When the pressure P1 of the inflowing fuel gas G is low during the pressure adjustment, the second valve 14-2 is separated from the first valve 14-1 and opens the through
以上のように本実施形態によれば、特に圧力Ｐ１が高い場合において調圧値の上昇が抑制されるので、比較例の減圧弁１０１よりも、調圧値のばらつきが小さくなる（例えば、図７に示す「δ」のように小さくなる）。
As described above, according to the present embodiment, since the increase in the pressure regulation value is suppressed particularly when the pressure P1 is high, the variation in the pressure regulation value is smaller than that of the
なお、調圧値のばらつきは、ピストン１５の径とも関係している。ピストン１５は、調圧時において、（ピストンの面積）×（調圧値）で表される力の作用を受ける。ここで、前記においては、本実施形態の減圧弁１は比較例の減圧弁１０１に比べ調圧値のばらつきが小さくなることを示したが、調圧値のばらつきを比較例の減圧弁１０１と同じ大きさに設定してもよい。これにより、ピストン１５の径を小さくしてピストン１５の面積を小さくすることができる。このようにすれば、減圧弁１を小型化できる。
Note that the variation in the pressure regulation value is also related to the diameter of the
以上のように、本実施形態の減圧弁１は、第１バルブ１４−１に対して下流側に設けられ、第１バルブ１４−１と一体的に移動可能なピストン１５と、ピストン１５の上流側の端部に設けられる第２バルブ１４−２と、第１バルブ１４−１を第２バルブ１４−２から離れる方向に付勢する第２スプリング１６−２と、を有する。また、第１バルブ１４−１は、シート１２側の端部と第２バルブ１４−２の端部との間を貫通する貫通穴６１を備えている。そして、第２バルブ１４−２は、第１バルブ１４−１に対して当接および離間することにより、貫通穴６１を開閉可能である。
As described above, the
そして、このような減圧弁１は、閉弁状態では、シート穴３３と貫通穴６１とが連通した状態で第１バルブ１４−１がシート１２に接し、かつ、第２バルブ１４−２が第１バルブ１４−１に接することにより貫通穴６１と調圧室２２との間が遮断されており、これにより、シート穴３３と調圧室２２との間が遮断されている。そして、本実施形態では、貫通穴６１の径は、シート穴３３の径よりも小さく形成されている。
When the
これにより、閉弁状態から調圧室２２内の圧力が低下してピストン１５が第１スプリング１６−１の付勢力により下流方向に移動したときにおいて、第２スプリング１６−２により第２バルブ１４−２から離れる方向に付勢される第１バルブ１４−１をシート１２に接した状態のままとする一方で、ピストン１５の上流側の先端部に設けられる第２バルブ１４−２を第１バルブ１４−１から離して貫通穴６１を開けることにより、貫通穴６１を介してシート穴３３を調圧室２２に連通させることができる。
Thereby, when the pressure in the
すなわち、閉弁状態から開弁するときに、第１バルブ１４−１をシート１２から離してシート穴３３を開けるよりも前に、第２バルブ１４−２を第１バルブ１４−１から離して貫通穴６１を開けることにより、貫通穴６１を介してシート穴３３を調圧室２２に連通させることができる。そして、シート穴３３から貫通穴６１を介して調圧室２２に燃料ガスＧを流入させることにより、ピストン１５に作用する力を釣り合わせて、調圧室２２内の圧力を設定調圧値に調整することができる。
That is, when the valve is opened from the closed state, the second valve 14-2 is separated from the first valve 14-1 before the first valve 14-1 is separated from the
すると、シート穴３３に流入する燃料ガスＧの圧力が高い場合には、このようにして貫通穴６１を介してシート穴３３を調圧室２２に連通させた状態で、十分な燃料ガスＧが調圧室２２内に流入するので、ピストン１５に作用する力の釣り合いにより、調圧室２２内の圧力を設定調圧値に調整できる。そして、このように、貫通穴６１を開けるだけで、調圧室２２内の圧力を設定調圧値に調整できる。
Then, when the pressure of the fuel gas G flowing into the
ここで、貫通穴６１の径は、シート穴３３の径よりも小さい。そのため、調圧室２２内の圧力を調整するときに、シート穴３３と調圧室２２との間の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により第２バルブ１４−２を介してピストン１５に作用する発生力Ｐｖは、小さくなる。本実施形態では、このようにして、シート穴３３と調圧室２２の間の開口面積を貫通穴６１の開口面積に調整して小さくすることにより、発生力Ｐｖを小さくできる。そのため、発生力Ｐｖによる影響を抑制しながら、スプリング付勢力Ｐｓと調圧室２２内の圧力Ｐ２との釣り合いにより、調圧室２２内の圧力Ｐ２を調整できる。したがって、シート穴３３に流入する燃料ガスＧの圧力が高い場合において、発生力Ｐｖによる影響により調圧値が上昇することが抑制される。ゆえに、調圧値のばらつきを小さくできる。
Here, the diameter of the through
なお、図１〜図４に示す例では、貫通穴６１の全体の径がシート穴３３の全体の径よりも小さく形成されている。しかしながら、本実施形態は、これに限定されず、少なくとも貫通穴６１における第２バルブ１４−２側の径が、シート穴３３における第１バルブ１４−１側の径よりも小さく形成されていればよい。
In the example shown in FIGS. 1 to 4, the entire diameter of the through
また、前記の特許文献１では、圧力を調整する室内の圧力が低くなって開弁する必要があるときには、封止部材により第１の弁と第２の弁を開く方向に押す構造となっている。そのため、弁座の中央に形成されたオリフィス（シート穴）を貫き第１の弁と第２の弁を押し開くための棒状の構造物が必要である。これに対し、本実施形態においては、調圧室２２内の圧力が低くなって開弁する必要があるときには、第１バルブ１４−１や第２バルブ１４−２がシート１２から離れる構造であるので、シート穴３３を貫く構造物は不要である。そのため、シート穴３３の径を小さくすることができる。
Moreover, in the said
また、本実施形態では、第１バルブ１４−１は、ピストン１５の上流側の端部にてピストン１５に対して軸方向に移動可能な状態でピン６３により取り付けられている。これにより、第１バルブ１４−１をピストン１５に対して軸方向に移動させることにより、第１バルブ１４−１を第２バルブ１４−２に対して軸方向に相対的に移動させることができる。そのため、ピストンが下流方向に移動したときに、第１バルブをシートに当接させた状態のままとする一方で、第２バルブを第１バルブから離して貫通穴を開けることができる。また、第１バルブ１４−１はピン６３によりピストン１５に保持されているので、第１バルブ１４−１をピストン１５と共に軸方向に移動させることもできる。そのため、ピストン１５を軸方向に移動させることにより、第１バルブ１４−１をシート１２に対して当接および離間させてシート穴３３を開閉することができる。
In the present embodiment, the first valve 14-1 is attached by a
また、本実施形態では、貫通穴６１は、第１バルブ１４−１の中心軸上に形成されている。これにより、第１バルブ１４−１の重量バランスが良くなるので、第１バルブ１４−１をシート１２に当接させたときに、確実にシート穴３３と貫通穴６１とを連通させた状態にすることができる。そのため、ピストン１５が下流方向に移動するときに、第１バルブ１４−１をシート１２に当接させた状態のままとする一方で、第２バルブ１４−２を第１バルブ１４−１から離して貫通穴６１を開けることにより、確実に貫通穴６１を介してシート穴３３を調圧室２２に連通させることができる。
In the present embodiment, the through
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。 It should be noted that the above-described embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
１ 減圧弁
１２ シート
１４−１ 第１バルブ
１４−２ 第２バルブ
１５ ピストン
１６−１ 第１スプリング
１６−２ 第２スプリング
２２ 調圧室
３１ 入口
３３ シート穴
３８ 縦穴
４２ 横穴
５１ シール部
５２ 保持部
６１ 貫通穴
６２ 穴
６３ ピン
Ｇ 燃料ガス
Ｐ１ （燃料ガスの）圧力
Ｐ２ （調圧室内の）圧力
Ｐｓ スプリング付勢力
Ｐｖ 発生力
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記シートに対して下流側に設けられ、前記シートに対して当接および離間して前記シート穴を開閉する第１バルブと、
前記第１バルブに対して下流側に設けられ、前記第１バルブと共に移動可能なピストンと、
前記ピストンの上流側の先端部に設けられる第２バルブと、
前記ピストンに対して下流側に設けられる調圧室と、
前記ピストンを下流方向に付勢する第１スプリングと、
前記第１バルブを前記第２バルブから離れる方向に付勢する第２スプリングと、を有し、
前記ピストンは、前記調圧室に連通する穴を備え、
前記第１バルブは、前記シート側の端部と前記第２バルブ側の端部との間を貫通する貫通穴を備え、
前記第２バルブは、前記第１バルブに対して当接および離間することにより、前記貫通穴を開閉し、
前記シート穴と前記調圧室との間が遮断される閉弁状態では、前記シート穴と前記貫通穴とが連通した状態で前記第１バルブが前記シートに接し、かつ、前記第２バルブが前記第１バルブに接することにより前記貫通穴と前記調圧室との間が遮断されており、
前記貫通穴における前記第２バルブ側の径は、前記シート穴における前記第１バルブ側の径よりも小さいこと、
を特徴とする減圧装置。 A sheet having a sheet hole communicating with the fluid inlet;
A first valve provided on the downstream side with respect to the seat and opening and closing the seat hole in contact with and away from the seat;
A piston provided downstream of the first valve and movable with the first valve;
A second valve provided at the upstream end of the piston;
A pressure regulating chamber provided downstream of the piston;
A first spring that biases the piston in a downstream direction;
A second spring that biases the first valve in a direction away from the second valve;
The piston includes a hole communicating with the pressure regulating chamber,
The first valve includes a through hole penetrating between an end on the seat side and an end on the second valve side,
The second valve opens and closes the through hole by abutting and separating from the first valve,
In a closed state where the seat hole and the pressure regulating chamber are blocked, the first valve is in contact with the seat in a state where the seat hole and the through hole communicate with each other, and the second valve is The contact between the through hole and the pressure regulating chamber is interrupted by contacting the first valve,
The diameter on the second valve side in the through hole is smaller than the diameter on the first valve side in the seat hole;
A decompression device characterized by.
前記第１バルブは、前記ピストンの上流側の端部にて前記ピストンに対して軸方向に移動可能な状態でピンにより取り付けられていること、
を特徴とする減圧装置。 The decompression device of claim 1,
The first valve is attached by a pin in an axially movable state with respect to the piston at an upstream end of the piston;
A decompression device characterized by.
前記貫通穴は、前記第１バルブの中心軸上に形成されていること、
を特徴とする減圧装置。 The decompression device according to claim 1 or 2,
The through hole is formed on a central axis of the first valve;
A decompression device characterized by.
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| JP2016149536A JP2018018374A (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | Decompressor |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3699719A1 (en) | 2019-02-25 | 2020-08-26 | Jtekt Corporation | Pressure reducing valve |
-
2016
- 2016-07-29 JP JP2016149536A patent/JP2018018374A/en active Pending
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| US11067186B2 (en) | 2019-02-25 | 2021-07-20 | Jtekt Corporation | Pressure reducing valve |
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