JP5112109B2 - 流体制御弁 - Google Patents
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Description
なお、制御対象である高温流体としては、例えば、燃料電池用の水素ガスが考えられる。この水素ガスは、水素吸蔵合金から放出されるが、水素吸蔵合金は、低温になると水素の放出能力が落ちてしまう性質がある。そこで、水素吸蔵合金から水素ガスを効率的に放出させるためには、水素吸蔵合金の加熱が不可欠である。この加熱温度は、合金の種類によって異なるが、現実には、80℃〜300℃に加熱して用いている。このように加熱された水素吸蔵合金から放出される水素は当然高温となる。
この発明の目的は、上記熱交換器を不要にした流体制御弁を提供することである。
第3の発明は、導入ポートと流入ポートとの間を接続する複数の上記迂回路を形成した点に特徴を有する。
第4の発明は、上記ボディの外周に、放熱手段を設けた点を特徴とする。
第5の発明は、上記ボディは、内部に空間を有する本体と、蓋部と、基台とからなり、上記本体には、上記流入ポートと上記流出ポートとを設け、上記蓋部には、上記導入ポートを設けた点に特徴を有する。
第6の発明は、上記弁部材が、ポペットと、ピストンとからなり、上記本体内に、第1スプリング室を形成し、上記本体内であって、上記流入ポートと上記流出ポートとの間には、第2スプリング室とシート部とを形成し、このシート部を開閉する位置に、上記ポペットを組み込み、上記ピストンは、上記本体の内周に軸方向に移動可能に組み込まれ、このピストンと上記第1スプリング室の端面との間に第1スプリングを介在させ、この第1スプリングによって、上記ピストンに上記ポペット方向への弾性力を作用させる一方、上記第2スプリング室では、上記ポペットと上記基台との間に上記第2スプリングを介在させ、この第2スプリングによって上記ポペットに上記シート部を閉じる方向の弾性力を作用させる構成にした点に特徴を有する。
第7の発明は、上記ポペットが、上記第2スプリング室側に位置するポペット部と、このポペット部の両側に、当該ポペット部と一体的に設けた第1ロッド部及び第2ロッド部とを備え、上記ピストンを、上記本体内であって、上記ポペットの第2ロッド部の先端側に組み込み、上記基台側の第1ロッド部の先端側を、上記基台に形成した支持凹部内に摺動自在に挿入し、上記第1ロッド部とは反対側の第2ロッド部を、上記シート部から上記ピストン側に向かって突出させ、上記第2スプリング室では、上記ポペットのポペット部と上記基台との間に第2スプリングを介在させ、この第2スプリングによって上記ポペット部にシート部を閉じる方向の弾性力を作用させる構成にした点に特徴を有する。
第8の発明は、上記第1スプリングの弾性力を、上記第2スプリングの弾性力より大きくし、上記ポペットおよび上記ピストンに流体圧が作用していないとき、上記ポペットが、上記シート部より、上記基台に形成した支持凹部の底面側へ移動し、上記シート部を全開状態にする構成にした点に特徴を有する。
従って、圧力流体の圧力や流量を精度よく制御するために、熱交換機を必要としない。つまり、システムが大型化しない。
また、流体制御弁において、弁部材などの部品を構成する材料の耐熱性のレベルを下げることができるので、材料選択の自由度が高まる。そのため、安価な材料を選択して、材料コストを下げることもできる。さらに、樹脂など、加工しやすい材料を用いることにより、加工コストを下げることも可能になる。
この第1実施形態は、内部に円柱状の空間を有する第1本体2、第2本体3、蓋部4及び基台5によって、ボディ1を構成するとともに、ボディ1内に弁部材を組み込み、その作用によって、流体供給源から供給される圧力流体を減圧してから流出させるための減圧弁である。
そして、上記蓋部4には、図示しない流体供給源から供給される高温の圧力流体を導く導入ポート6を開口させるとともに、上記第2本体3には、上記導入ポート6から導入される一次流体を、減圧機構に導く一次側ポート7と、減圧された流体を排出する二次側ポート8とを形成している。これら一次側ポート7がこの発明の流入ポートであり、二次側ポート8がこの発明の流出ポートである。
また、第2本体3において、一次側ポート7と二次側ポート8との間には、スプリング室3aとシート部10を形成し、このシート部10を開閉する位置にポペット11を組み込んでいる。このポペット11は、上記スプリング室3a側に位置するポペット部11aと、このポペット部11aの両側にポペット部11aと一体的に設けた第1ロッド部11bと第2ロッド部11cとを備えている。そして、上記基台5側の第1ロッド部11bの先端側を、基台5に形成した支持凹部5a内に摺動自在に挿入し、この第1ロッド部11bと反対側の第2ロッド部11cを上記シート部10から第1本体2側に向かって突出させている。また、上記スプリング室3aでは、ポペット部11aと基台5との間にスプリング12を介在させ、このスプリング12によってポペット11にシート部10を閉じる方向の弾性力を作用させている。
なお、上記ピストン13側のスプリング14の弾性力を、ポペット11側のスプリング12より大きくし、ポペット11及びピストン13に流体圧が作用していないとき、ポペット11が、シート部10より、図1の下方へ移動し、シート部10を全開状態にするようにしている。但し、上記スプリング14の弾性力を、図示しない調整手段によって調整可能にすることもできる。
上記ポペット11とピストン13とには、図1において上方に向かう力として、ポペット11側のスプリング12の弾性力、一次側ポート7から導入される一次圧及び二次側ポート8の二次圧が作用し、図中下方に向かう力として、ピストン13側のスプリング14の弾性力が作用する。従って、これらの力のバランスによって、上記ポペット11及びピストン13が上下方向に移動してシート部10の開度を調整する。
反対に、二次圧が低くなって、ピストン13に作用する上向きの力が小さくなれば、スプリング14の弾性力の作用によってピストン13が押し下げられる。このとき、ポペット11はピストン13によって押し下げられるので、ポペット部11aがシート部10から離れて開度を大きくし、二次圧の低下を抑える。
この冷却用迂回路9は、図1に示すように、上記導入ポート6に連通する流体室16と第2本体3に形成した一次側ポート7とを接続する通路である。上記流体室16は、ボディ1の蓋部4と第1本体2との間に形成された円盤状の流体室であり、この流体室16の外周に沿って、複数の冷却用迂回路9を形成している(図2参照)。そして、この流体室16の外周に沿って冷却用迂回路9を形成した位置が、この発明の弁部材よりも外側におけるボディ1内に相当する。
そして、図示していないが、上記スプリング室3aには、上記冷却用迂回路9と同数の一次側ポート7を開口させ、上記複数の冷却用迂回路9は、上記流体室16と反対側の端部で、それぞれ一次側ポート7に接続している。
言い換えれば、上記第1実施形態の減圧弁は、ボディ1に冷却用迂回路9を設けたので、減圧弁のボディ1の外部に、別個に熱交換器を設けなくても、流体供給源から供給される圧力流体の高温の影響を受け難くなり、二次圧を精度よく制御できる。そして、減圧弁の外部に熱交換器を必要としない分、システムを小型化することができる。
また、この第2実施形態の減圧弁としての作用も第1実施形態と同様なので、その説明も省略する。
従って、流体供給源から高温の圧力流体が導入ポート6に導入されても、ポペット11及びピストン13からなる弁部材が熱膨張の影響を受け難く、二次圧を精度よく制御することができる。そして、減圧弁の外部に熱交換器を必要としない分、システムを小型化することができる。
また、上記冷却用迂回路9を、ボディ1の外壁側に近づけて形成することも、熱交換効率を高めるために有効である。
なお、この発明の流体制御弁は、上記第1、第2実施形態の減圧弁に限らない。この発明の流体制御弁としては、導入ポートと流入ポートとを弁部材の外側におけるボディ内に設けた冷却用迂回路9によって接続し、弁部材を用いて圧力流体の圧力や流量を制御するものであれば、その他の構造はどのようなものでもよい。
また、上記流体制御弁の制御対象となる圧力流体は、液体でもガスでもよい。例えば、水素吸蔵合金を、水素ガス供給源として用いる場合にも、この発明の流体制御弁を用いれば、水素吸蔵金属を加熱して水素の放出効率を高めながら、燃料電池への供給圧力もしくは流量を正確に制御する際に、冷却用の熱交換器を不要にすることができる。
2 第1本体
3 第2本体
4 蓋部
5 基台
6 導入ポート
7 (流入ポートである)一次側ポート
8 (流出ポートである)二次側ポート
9 冷却用迂回路
10 シート部
11 ポペット
13 ピストン
Claims (8)
- ボディと、このボディ内部に設けられて圧力流体の圧力または流量を制御する弁部材とを備え、上記ボディは、流体供給源から圧力流体を内部に導く導入ポートと、導入ポートに導かれた圧力流体を弁部材に導く流入ポートと、圧力または流量を弁部材によって制御された圧力流体を外部に排出する流出ポートと、弁部材よりも外側に設けられ、導入ポートと流入ポートとを連通して、導入ポートから流入ポートに圧力流体を通過させる間に、圧力流体を上記ボディの外部と熱交換させる迂回路とを有する流体制御弁。
- 上記迂回路を、ボディ外周に沿って螺旋状に形成した請求項1に記載の流体制御弁。
- 上記導入ポートと流入ポートとの間を接続する複数の上記迂回路を形成した請求項1または2に記載の流体制御弁。
- 上記ボディの外周に、放熱手段を設けた請求項1〜3のいずれか1に記載の流体制御弁。
- 上記ボディは、内部に空間を有する本体と、蓋部と、基台とからなり、上記本体には、上記流入ポートと上記流出ポートとを設け、上記蓋部には、上記導入ポートを設けた請求項1〜4のいずれか1に記載の流体制御弁。
- 上記弁部材は、ポペットと、ピストンとからなり、上記本体内に、第1スプリング室を形成し、上記本体内であって、上記流入ポートと上記流出ポートとの間には、第2スプリング室とシート部とを形成し、このシート部を開閉する位置に、上記ポペットを組み込み、上記ピストンは、上記本体の内周に軸方向に移動可能に組み込まれ、上記ピストンと上記第1スプリング室の端面との間に第1スプリングを介在させ、この第1スプリングによって、上記ピストンに上記ポペット方向への弾性力を作用させる一方、上記第2スプリング室では、上記ポペットと上記基台との間に上記第2スプリングを介在させ、この第2スプリングによって上記ポペットに上記シート部を閉じる方向の弾性力を作用させる構成にした請求項5に記載の流体制御弁。
- 上記ポペットは、上記第2スプリング室側に位置するポペット部と、このポペット部の両側に、当該ポペット部と一体的に設けた第1ロッド部及び第2ロッド部とを備え、上記ピストンを、上記本体内であって、上記ポペットの第2ロッド部の先端側に組み込み、上記基台側の第1ロッド部の先端側を、上記基台に形成した支持凹部内に摺動自在に挿入し、上記第1ロッド部とは反対側の第2ロッド部を、上記シート部から上記ピストン側に向かって突出させ、上記第2スプリング室では、上記ポペットのポペット部と上記基台との間に第2スプリングを介在させ、この第2スプリングによって上記ポペット部にシート部を閉じる方向の弾性力を作用させる構成にした請求項6に記載の流体制御弁。
- 上記第1スプリングの弾性力を、上記第2スプリングの弾性力より大きくし、上記ポペットおよび上記ピストンに流体圧が作用していないとき、上記ポペットが、上記シート部より、上記基台に形成した支持凹部の底面側へ移動し、上記シート部を全開状態にする構成にした請求項6または7に記載の流体制御弁。
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