JP5385512B2

JP5385512B2 - ガス燃料用レギュレータ

Info

Publication number: JP5385512B2
Application number: JP2007152434A
Authority: JP
Inventors: 啓輔原田; 秀知小池
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-08
Also published as: KR101414533B1; KR20080107980A; JP2008303807A

Description

本発明は、ガス燃料を所定圧力に調整して送出するためのガス燃料用レギュレータに関する。

ガス燃料を所定圧力に調整して送出するガス燃料用レギュレータとして、例えば特開２００１−９９０１１号公報に記載されたものが知られている。この公報に提示されているガス燃料用レギュレータは、図１の縦断面図に示すように、金属製の弁体４Ｂを動作させて弁シート７と構成する調圧弁の開閉を繰り返すことによりガス圧力・流量の制御を行うものであり、エンジン停止時において上流からのガス燃料の流れを遮断するために弁体４Ｂのシート面と弁シート７とを密着させて流路を確実に閉止できる機能が要求される。

そこで、耐久性向上の目的で弁体４Ｂに硬質クロムメッキ処理等を行うことが考えられているが、メッキ表面に微小クラックが発生することがある。また、調圧のために弁の開閉を繰り返すうちに弁体４Ｂのシート面に微小なクラックが生じたり、偏摩耗が生じたりすることもある。そのため、長時間の閉弁を維持する場合には調圧弁のシート部を介してガス燃料が継続的にリークし、レギュレータ下流側の圧力が上昇し続けるという問題が生じやすい。

また、弁体４Ｂの作動回数が極めて多い使用状況においては、弁体の摩耗が短期間に進行して燃料リークの問題が一層顕著になる。さらに、ＬＰＧ（液化天然ガス）やＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の比較的分子量の大きなガス燃料であれば、少ないリーク量に抑えてシール可能な場合も多いが、近年普及している水素等の分子量が非常に小さいガス燃料を使用する場合には、充分なシール性を確保することが一層困難となりやすい。
特開２００１−９９０１１号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、金属製の弁体を備えたガス燃料用レギュレータについて、調圧弁のシール性能を長期間に亘って充分に確保できるようにすることを課題とする。

そこで、前記課題を解決するために本発明は、少なくとも水素燃料に対応可能なＣＮＧなどのガス燃料用レギュレータであって、ガス燃料通路に配設されて、調圧室内の圧力変動に応じて金属製の弁体を摺動させて弁開閉動作を行うポペット式の調圧弁を備えており、ガス燃料を所定圧力に調整しながら下流側に送出するガス燃料用レギュレータにおいて、前記ポペット式の調圧弁の弁体表面に、メッキ中のＰＴＦＥ含有量が１０乃至３０重量％であるＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理を施したことを特徴とする。

尚、ＰＴＦＥ含有無電解メッキ処理とは、部品等の表面に無電解処理でＮｉ−Ｐ（ニッケル−リン）合金母材に微細分子構造のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を複合してメッキ層を形成するというもので、例えば特公昭５６−４５２号公報、特開２００１−３３０１６６号公報等に提示されている。

これにより、弁体表面の平滑性が確保されやすくなることに加え、弁体表面の潤滑性が向上して摺動部分の摩擦抵抗が低減されるため、調圧弁の繰り返し作動に対し耐摩耗性に優れたものとなる。

また、そのＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理は、メッキ中のＰＴＦＥ含有量が１０乃至３０重量％であるものとすれば、摩擦抵抗の低減作用と表面硬質皮膜の形成作用との両立が可能なものとなる。

さらに、上述したガス燃料用レギュレータにおいて、そのＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理は、平均粒径１μｍ以下のＰＴＦＥ粉末をメッキ中に分散させたものによるものとすれば、ＰＴＦＥの粒体がメッキ層から脱落した部分があっても耐久性を損なうことなく弁体の性能低下を最小限に抑えやすい。

金属製の弁体表面にＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施した本発明によると、ガス燃料用レギュレータにおける調圧弁のシール性能を長期間に亘って充分に確保できるものである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、本発明において、ＰＴＦＥの平均粒径は顕微鏡で実際に測定した複数のＰＴＦＥ粒体の長径を平均した値を指すものとする。

図１の縦断面図を参照して、本実施の形態のガス燃料用レギュレータは、本体ボディ２に高圧のガス燃料を導入する燃料入口１０と調圧後のガス燃料を送り出す燃料出口１１が開口し、これらの間に入口側に調圧弁を備えた調圧室８が形成されている。

調圧室８の一部を構成するダイヤフラム５は、リテーナ５０及びダイヤフラムプラグ５１をナット５２で連結されており、金属製の弁体４Ａは、ナットバルブ４１を介してプラグバルブ４２により締結され、ダイヤフラム５側と連結されている。一方、弁シート７は、プラグシート７１にネジ固定されている。

そして、高圧のガス燃料は燃料入口１０から流入し、弁体４Ａと弁シート７で構成される調圧弁を介して調圧室（圧力室）８に導入される。調圧室８内の圧力はダイヤフラム５が感受し、その圧力と調圧バネ６の荷重とがバランスした位置にダイヤフラム５は変位する。それにより、ダイヤフラム５に連結された弁体４Ａがプラグシート７１にガイドされて上下に往復変位し、弁体４Ａのシート面と弁シート７との間のガス燃料通路が開閉して、調圧制御が行われるようになっている。

以上の構成は、前述した従来のガス燃料用レギュレータと共通したものであるが、本発明では、前記調圧弁を構成する弁体４Ａが、ＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキで表面処理されている。

前記弁体４ＡのＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理においては、ＰＴＦＥは粒径１μｍ以下の粉体を用いてメッキ中に分散させることが好ましく、その含有率は後述するように１０〜３０重量％とすることが好ましい。これにより、メッキ層からＰＴＦＥの粒体が脱落しても弁体４Ａの地肌が露出しにくいものとなって（メッキ層の厚さを１μｍ以上とした場合）耐蝕性を維持しやすいことに加え、摩擦抵抗の低減と充分な硬質皮膜形成の両立を実現しやすいものとなる。

調圧弁の作動回数とガス燃料のリーク量の関係について従来例と本実施の形態を比較した図２のグラフ、及び図２のＢ点における両者のリーク量を比較した図３のグラフを参照して、一般的な硬質クロムメッキにより表面処理を行った従来例においては、少ない作動回数でリーク量が急激に増大しているのに対し、本実施の形態によるＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理例では、いったんリーク量が増大した後に穏やかに下降し続ける。

また、Ｂ点でのリーク量を比較した場合、本実施の形態では従来例と比較してリーク量が顕著に少ないことが分かる。従って、本実施の形態の弁体は従来例の弁体よりも明らかに耐久性に優れており、調圧弁のシール性能をより長期間に亘り充分に確保しやすいものであることが分かる。

その要因として、ＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理を行ったことにより、表面処理時に従来例のようなメッキ表面の欠損が生じにくくなり、また繰り返し作動により弁シートに接触して荷重が加わっても表面にクラックが発生しにくくなっているものと考えられる。さらに、ＰＴＦＥ粒子をメッキ層に含有したことによる潤滑性の向上により、摺動して接触する弁体と弁シート間の摩擦を減少させてその摩耗を大幅に低減させたことが挙げられる。

従って、このような特徴のある弁体を備えた本実施の形態のガス燃料用レギュレータは、ＬＰＧやＣＮＧと比べて分子量の小さな水素等のガス燃料用として使用した場合でも、調圧弁のシール性能をより確保しやすいものとなっている。

図４は、ＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理による本実施の形態において、メッキ全量に対するＰＴＦＥの含有量を０〜３０重量％として一定回数作動させた場合の、ＰＴＦＥ含有率とガス燃料のリーク量の関係を示すグラフである。グラフから分かるように、全体的に従来例と比較して顕著に低いリーク量であるが、殊に１０重量％以上の場合にリーク量が低いレベルで安定している。

そのため、１０重量％よりも含有量が少ない場合はリーク量低減効果が不充分になりやすくなることが分かる。一方、３０重量％を超えた場合は、本願発明者らの経験上、硬質皮膜の形成が妨げられやすくなることが分かっており、表面処理による耐久性向上の効果が不充分となりやすいものとなる。従って、本実施の形態において、ＰＴＦＥの含有量は１０〜３０重量％の範囲に設定することが好ましいと言える。

以上、述べたように、金属製の弁体を備えたガス燃料用レギュレータについて、本発明により調圧弁のシール性能を長期間に亘って充分に確保できるようになった。

本発明の実施の形態を示す縦断面図。作動回数とリーク量の関係について、本実施の形態と従来例を比較したグラフ。図２のＢ点において本実施の形態と従来例のリーク量を比較したグラフ。本実施の形態におけるＰＴＦＥ含有量とリーク量の関係を示すグラフ。

符号の説明

４Ａ弁体、５ダイヤフラム、７弁シート、８調圧室、１０燃料入口、１１燃料出口

Claims

少なくとも水素燃料に対応可能なＣＮＧなどのガス燃料用レギュレータであって、ガス燃料通路に配設されて、調圧室内の圧力変動に応じて金属製の弁体を摺動させて弁開閉動作を行うポペット式の調圧弁を備えており、ガス燃料を所定圧力に調整しながら下流側に送出するガス燃料用レギュレータにおいて、前記ポペット式の調圧弁の弁体表面に、メッキ中のＰＴＦＥ含有量が１０乃至３０重量％であるＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理を施したことを特徴とするガス燃料用レギュレータ。
前記ＰＴＦＥ含有無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理は、平均粒径１μｍ以下のＰＴＦＥ粉末をメッキ中に分散させたものによる、ことを特徴とする請求項１に記載したガス燃料用レギュレータ。