JP6938053B2

JP6938053B2 - 呼吸弁

Info

Publication number: JP6938053B2
Application number: JP2019554142A
Authority: JP
Inventors: 和臣阿部
Original assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: JPWO2019097670A1; WO2019097670A1

Description

本発明は、容器の内圧と外圧との差に応じて弁体が弁座から離座することにより容器内の気体を開放する呼吸弁に関する。

一般に、可燃性流体等を収容する容器には、内圧が上昇した場合にその内側の気体を開放することができるように、容器の内圧と外圧との差に応じて弁体が弁座から離座する呼吸弁（ブリーザバルブ）が設けられる。このような呼吸弁では、所定の気圧差で弁開するように弁体に弁閉力が付与されており、弁体に生じる重力を弁閉力として利用したり、弁体を弁閉方向に付勢するばね部材を設けたりすることが知られている。

このような呼吸弁として、バルブシート部（弁体）を弁閉方向に付勢する圧縮コイルばね（ばね部材）が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成では、圧縮コイルばねを用いて弁閉力を付与することにより、重力のみを利用して弁閉する構成と比較して、高い弁閉力が得られるようになっている。

特開２０１０−２１６５８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたようにばね部材を用いる構成では、弁開するにしたがって（弁体が弁座から離れるほど）ばね部材の復元力（弁閉力）が大きくなるため、弁開度が大きくなりにくく、所望の流量特性が得られないことがあった。即ち、弁閉状態における弁閉力を向上させつつ弁開状態における弁開度を大きくすることは困難であった。

本発明の目的は、弁閉状態における弁閉力を向上させつつ弁開状態における弁開度を大きくすることができる呼吸弁を提供することにある。

本発明の呼吸弁は、容器の内圧と外圧との差に応じて弁体が弁座から離座することにより該容器内の気体を開放する呼吸弁であって、前記弁体に弁閉力を付与するばね部材と、前記弁体に対して弁閉力を付与する圧力付与空間を、該弁体における弁開閉方向の弁開側に形成する空間形成手段と、前記圧力付与空間と前記容器の内側空間とを連通させる連通手段と、前記弁体の弁開度が所定値未満である場合に前記圧力付与空間を前記容器の外側空間と区画するとともに前記所定値以上である場合に連通させる切換機構と、を備え、前記弁体は、前記弁座の弁ポートを塞ぐ板状の蓋部と、該蓋部から前記弁開側に向かって突出した第１筒部と、を有し、前記空間形成手段は、前記蓋部と、前記第１筒部と、該第１筒部の外側又は内側に配置される有底筒状の第２筒部と、で囲むようにして前記圧力付与空間を形成していることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、弁体に対して弁開側に圧力付与空間を形成されていることで、弁体には圧力付与空間の気圧に応じた弁閉力が作用する。また、連通手段によって圧力付与空間と容器の内側空間とが連通していることで、弁体の弁開度が所定値未満（弁閉状態を含む）であり切換機構によって圧力付与空間と容器の外側空間とが区画されている場合には、圧力付与空間の気圧は内側空間の気圧と略等しくなる。弁体の弁開度が所定値以上になると、切換機構によって圧力付与空間と外側空間とが連通し、圧力付与空間の気圧が低下する。従って、圧力付与空間によって弁体に作用する弁閉力が低下し、弁開度が大きくなる。このように、圧力付与空間が形成されるとともに切換機構が設けられることで、弁閉状態における弁閉力を向上させつつ弁開状態における弁開度を大きくすることができる。

この際、本発明の呼吸弁では、前記切換機構は、前記第１筒部および前記第２筒部のうち一方に設けられるとともにこれらの間に配置されるパッキンと、他方に形成されるとともに前記パッキンと接触可能な接触部と、前記他方に形成されるとともに前記パッキンと接触不能な非接触部と、を有し、前記パッキンは、前記弁開度が前記所定値未満である場合には前記接触部に対応するように位置し、前記弁開度が前記所定値以上である場合には前記非接触部に対応するように位置することが好ましい。

このような構成によれば、弁開度が所定値以上となることで、パッキンが相手方の筒部と接触しなくなり、これらの隙間が圧力付与空間と外側空間との連通路となる。これにより、上記のように圧力付与空間の気圧を低下させることができる。

また、本発明の呼吸弁では、前記連通手段は、前記蓋部に形成された１又は複数の貫通孔であることが好ましい。このような構成によれば、パイプ等を用いて圧力付与空間と内側区間とを連通させる構成と比較して、部品点数を削減することができる。

また、本発明の呼吸弁では、前記パッキンと前記非接触部との隙間の合計面積が、前記貫通孔の合計面積よりも大きいことが好ましい。このような構成によれば、圧力付与空間が外側空間と連通した際に、内側空間から圧力付与空間に気体が流入するよりも、圧力付与空間から外側空間に気体が流出しやすく、圧力付与空間の気圧を低下させて外側空間の気圧に近づけることができる。従って、弁開度が所定値以上となった場合に弁閉力を低下させやすい。

また、本発明の呼吸弁では、前記ばね部材は、前記第１筒部の内側に配置されていることが好ましい。このような構成によれば、第１筒部の内側の空間を利用することができ、弁全体を小型化することができる。

以上のような本発明の呼吸弁によれば、弁体の弁開度が所定値以上となった際に圧力付与空間を容器の外側空間と連通させる切換機構を備えることで、弁閉状態における弁閉力を向上させつつ弁開状態における弁開度を大きくすることができる。

本発明の実施形態に係る呼吸弁を示す断面図である。前記呼吸弁において弁体が弁開した様子を示す断面図である。前記弁体がさらに弁開した様子を示す断面図である。前記弁体の位置と弁閉力との関係を模式的に示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の呼吸弁１は、例えば可燃性流体を収容する容器１００に取り付けられるものであって、図１に示すように、ボディ本体２と、ボディ蓋体３と、弁体４と、ばね部材５と、付勢力調節手段６と、を備える。本実施形態では、容器のうち開口が形成された面に沿った２方向をＸ方向およびＹ方向とし、面直方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向において、呼吸弁１から見て容器１００側を弁閉側とし、その反対側を弁開側とする。

ボディ本体２は、例えばステンレス等の金属材料によって構成され、容器１００に固定されるフランジ部２１と、容器１００の開口に連続してＺ方向に沿って筒状に延びるポート部２２と、フランジ部２１よりも弁開側においてＺ方向に沿って筒状に延びるとともに弁開側に開口した弁体収容部２３と、を一体に有する。

フランジ部２１は、例えばボルト締結によって容器１００のうち開口の周辺部に固定される。ポート部２２の弁開側端縁が弁座２２１となり、ポート部２２の弁開側の開口が弁ポート２２２となる。弁体収容部２３の側面には開口部２３１が形成されており、弁座２２１は弁体収容部２３の内側に配置されている。

ボディ蓋体３は、例えばステンレス等の金属材料によって構成され、弁体収容部２３の開口を塞ぐ板部３１と、板部３１から弁閉側に向かってＺ方向に沿って延びる第２筒部３２と、を一体に有する。

板部３１は、ＸＹ平面に沿って延び、例えば溶接によって弁体収容部２３の弁開側端縁に固定される。また、板部３１の略中央部には、付勢力調節手段６を設けるための貫通孔３１１が形成されている。

第２筒部３２は、弁体収容部２３の内側に配置され、その内面に、小径部３２１と、小径部３２１よりも弁開側に形成された大径部３２２と、小径部３２１と大径部３２２との間に形成された段差部３２３と、を有する。

弁体４は、例えば樹脂や金属材料によって構成され、ＸＹ平面に沿って延びる板状の蓋部４１と、蓋部４１から弁開側に向かって突出した第１筒部４２と、を一体に有し、弁体収容部２３に収容される。

蓋部４１は、弁座２２１に着座することで弁ポート２２２を塞ぎ、弁座２２１から離座することで弁ポート２２２を開く。蓋部４１の略中央部には、Ｚ方向に沿って延びてその弁閉側と弁開側とを連通させる１つの貫通孔４１１が形成されている。

第１筒部４２は、第２筒部３２に挿入されることにより、第２筒部３２の内側に配置される。第１筒部４２の外面には、弁開側の端部近傍に、パッキン４３を設けるための凹部が形成されている。パッキン４３は、例えばゴムや軟質な樹脂によって構成されている。第１筒部４２のパッキン４３を含まない外径は、第２筒部３２の小径部３２１の内径よりも小さい。また、第１筒部４２のパッキン４３を含む外径は、第２筒部３２の小径部３２１の内径と同程度または若干大きい。

ばね部材５は、第１筒部４２および第２筒部３２の内側に配置されるとともにＺ方向に沿って延びる圧縮コイルばねである。ばね部材５は、弁閉側端部において蓋部４１に当接し、弁開側端部において後述するリテーナ６１に当接し、弁体４が弁座２２１に着座した状態（弁閉状態）において自然状態よりも圧縮されている。これにより、ばね部材５は弁体４に対して弁閉力を付与するようになっている。

付勢力調節手段６は、第２筒部３２の内側に配置されるリテーナ６１と、Ｚ方向に沿って延びてボディ蓋体３の貫通孔３１１に挿通される調節ボルト６２と、ボディ蓋体３に固定されるロックナット６３と、を有する。調節ボルト６２はロックナット６３と螺合しており、ボディ蓋体３の外側に配置された頭部を回転操作することにより、弁開側または弁閉側に移動するようになっている。これにより、調節ボルト６２の先端に固定されたリテーナ６１も弁開側または弁閉側に移動し、ばね部材５の圧縮量を調節することができるようになっている。付勢力調節手段６が設けられることにより、ボディ蓋体３の貫通孔３１１が塞がれるようになっている。尚、調節ボルト６２は、意図せずに回転してしまわないように、その頭部がキャップ７によって覆われている。また、キャップ７はシール機能も有している。即ち、貫通孔３１１と調節ボルト６２との間には、多少の隙間が形成されており、キャップ７を設けることにより、後述する圧力付与空間Ｓ１と外側空間とが連通しないようになっている。

ここで、呼吸弁１の各部に形成される空間およびその気圧について説明する。まず、ポート部２２は、常に容器１００の内側空間と連通しており、その気圧は容器１００の内圧Ｐ０と略等しい。また、第１筒部４２が第２筒部３２に挿入されることにより、蓋部４１と第１筒部４２と板部３１と第２筒部３２とに囲まれた圧力付与空間Ｓ１が形成される。即ち、蓋部４１と第１筒部４２と板部３１と第２筒部３２とが空間形成手段として機能する。

圧力付与空間Ｓ１は、弁体４に対して弁開側に形成されている。また、弁体４に貫通孔４１１が形成されていることで、圧力付与空間Ｓ１とポート部２２の内側とが連通している。図１に示す弁閉状態では、パッキン４３は、第２筒部３２の小径部３２１に対応するように位置し、これらは互いに接触している。従って、圧力付与空間Ｓ１が外側空間に対して区画され、圧力付与空間Ｓ１の気圧Ｐ１は、弁閉状態において容器１００の内圧Ｐ０と略等しい。貫通孔４１１は、ポート部２２を介して圧力付与空間Ｓ１と容器１００の内側区間とを連通させており、連通手段として機能する。

弁体収容部２３に開口部２３１が形成されていることにより、弁体収容部２３の内側且つ筒部３２、４２の外側の空間は、容器１００の外側空間と連通しており、その気圧は、外側空間の気圧（外圧）Ｐ２と略等しい。従って、本実施形態では、弁体収容部２３の内側且つ筒部３２、４２の外側の空間を、外側空間の一部として取り扱う。尚、本実施形態では、弁体収容部２３は大気中に配置されており、外圧Ｐ２は大気圧であるものとする。

次に、弁体４の動作に伴う弁閉力の変化について説明する。まず、弁体４には、弁ポート２２２に面した部分に対し、内圧Ｐ０に応じた弁開力が作用するとともに、蓋部４１のうち弁座２２１よりも外側の部分に対し、外圧Ｐ０に応じた弁開力が作用する。さらに、弁体４には、ばね部材５の復元力Ｆ１と、弁体４に生じる重力と、圧力付与空間Ｓ１の気圧Ｐ１に応じた力Ｆ２と、外圧Ｐ２に応じた力と、が弁閉力として作用する。気圧Ｐ１に応じた力Ｆ２は、弁体４のうち第１筒部４２およびその内側に作用する力であり、外圧Ｐ２に応じた力は、弁体４のうち第１筒部４２よりも外側の部分に作用する力である。

容器の内圧Ｐ０が上昇することにより、上記の弁開力の合計が弁閉力の合計を上回ると、図２に示すように弁体４が弁開側に移動する。図２に示す状態では、弁体４が弁座２２１から離座しているものの、パッキン４３は弁閉状態と同様に第２筒部３２の小径部３２１に対応するように位置している。このような状態を第１弁開状態とする。第１弁開状態では、圧力付与空間Ｓ１は外側空間に対して区画されており、気圧Ｐ１は内圧Ｐ０と略等しい。尚、弁体４が離座することで内圧Ｐ０は多少低下するものの、弁開初期においては容器１００からの気体の流出量は少なく、この低下は無視できるものとする。

第１弁開状態では、弁体４が弁開側に移動することによってばね部材５が圧縮されていき、移動距離に応じて復元力Ｆ１が上昇していく。また、その他の弁閉力は、弁体４の移動に関わらず略一定に保たれる。従って、図４に示すように、第１弁開状態においては、弁開度に対して弁閉力が一次の関係を有して上昇する。尚、図４の横軸である弁開度は、弁閉状態において０であり、弁体４が弁開側に移動するほど値が大きくなるものとする。

弁体４がさらに弁開側に移動すると、パッキン４３が段差部３２３を通過して大径部３２２に対応するように位置する。このとき、パッキン４３は大径部３２２と接触せず、これらの間には隙間が形成される。従って、第１筒部４２の内面と第２筒部３２の外面との間に、圧力付与空間Ｓ１と外側空間とを連通させる連通路が形成される。これにより、圧力付与空間Ｓ１内の気体が外側空間に向かって流れ、気圧Ｐ１が低下する。このようにパッキン４３が大径部３２２に対応するように位置した状態を第２弁開状態とする。

このとき、パッキン４３と大径部３２２との隙間の合計面積（Ｚ方向から見た面積）は、貫通孔４１１の面積よりも大きく、５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。従って、容器１００内の気体が圧力付与空間Ｓ１に流入するよりも、圧力付与空間Ｓ１内の気体が外側空間に流出しやすい。本実施形態では、第２弁開状態において気体の流入よりも流出の方が充分に生じやすく、圧力付与空間Ｓ１の気圧Ｐ１が外圧Ｐ２に略等しくなるものとする。

このように気圧Ｐ１が低下することにより、気圧Ｐ１に応じた力Ｆ２が低下し、弁閉力が低下する。パッキン４３が段差部３２３に位置する際の弁開度をＡ０とすると、図４に示すように、Ａ０において弁閉力が急激に低下する。第２弁開状態では第１弁開状態と同様に、弁体４が弁開側に移動することによってばね部材５が圧縮され、弁開度に対して弁閉力が一次の関係を有して上昇する。

弁体４の移動は、弁開力と弁閉力とがつり合った際に停止する。容器１００内の気体が外側空間に流出することにより内圧Ｐ０が低下すると、弁開力が低下して弁閉力よりも小さくなる。これにより、弁体４が弁閉側に移動し、第２弁開状態から第１弁開状態を経由して再び弁閉状態となる。このとき、圧力付与空間Ｓ１は再び外側空間と区画され、気圧Ｐ１が内圧Ｐ０と略等しくなる。

以上のように、本実施形態の呼吸弁１では、弁体４の弁開度が所定値Ａ０未満である場合に圧力付与空間Ｓ１と容器の外側空間とが区画され、弁開度が所定値であるＡ０以上である場合に連通するようになっている。即ち、第２筒部３２の小径部３２１がパッキン４３と接触可能な接触部として機能するとともに、大径部３２２がパッキン４３と接触不能な非接触部として機能する。さらに、パッキン４３と小径部３２１と大径部３２２とが、圧力付与空間Ｓ１と容器の外側空間とを連通させる切換機構を構成する。

ここで、容器１００の内圧が所定の値となり、弁開力とつり合う弁閉力の大きさがＢ１となった場合について図４に基づいて説明する。本実施形態の呼吸弁１では、このような弁閉力Ｂ１に対応する弁開度はＡ１となる。一方、圧力付与空間Ｓ１と外側空間とが常に区画されている構成では、弁開度と弁閉力とは、図４に二点鎖線で示すような関係を有する。このとき、弁閉力Ｂ１に対応する弁開度はＡ２となり、弁開度Ａ２は弁開度Ａ１よりも小さい。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、呼吸弁１に切換機構が設けられ、弁体４の弁開度が所定値Ａ０未満である場合に圧力付与空間Ｓ１と容器１００の外側空間とが区画されるとともに所定値Ａ０以上である場合に連通することで、弁閉状態における弁開力を向上させつつ、第２弁開状態における弁閉力を小さくして弁開度を大きくすることができる。

また、弁体４の蓋部４１に形成された貫通孔４１１が、圧力付与空間Ｓ１と内側区間とを連通させる連通手段として機能することで、パイプ等を用いて圧力付与空間Ｓ１と内側区間とを連通させる構成と比較して、部品点数を削減することができる。

また、パッキン４３と大径部３２２との隙間の合計面積が、貫通孔４１１の面積よりも大きいことで、第２弁開状態において圧力付与空間Ｓ１の気圧を低下させて外圧Ｐ２に近づけることができ、弁開度が所定値Ａ０以上となった場合に弁閉力を小さくしやすい。

また、ばね部材５が第１筒部４２の内側に配置されていることで、第１筒部４２の内側の空間を利用することができ、弁全体を小型化することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、内側に配置される第１筒部４２の外面にパッキン４３が設けられ、外側に配置される第２筒部３２の内面に小径部３２１および大径部３２２が形成されるものとしたが、外側に配置される第２筒部の内面にパッキンを設けてもよい。この場合、内側に配置される第１筒部の外面に、弁閉側に小径部（非接触部）を形成するとともに弁開側に大径部（接触部）を形成すればよい。

また、前記実施形態では、弁体４の第１筒部４２がボディ蓋体３の第２筒部３２の内側に配置されるものとしたが、弁体の第１筒部が蓋部材の第２筒部の外側に配置される構成としてもよい。このとき、一方の筒部にパッキンを設け、他方の筒部に接触部および非接触部を形成すればよい。

また、前記実施形態では、切換機構が、２つの筒部に設けられるパッキンと接触部と非接触部とによって構成されるものとしたが、切換機構は、弁体の開動作によって圧力付与空間を外側空間と連通させるものであれば、他の機構であってもよい。例えば、ボディ蓋体３の板部３１に貫通孔を形成するとともに、この貫通孔を塞ぐ方向（弁閉側）に付勢された蓋を設け、弁体の弁開方向への移動に伴って蓋も移動する構成としてもよい。即ち、弁体が弁開方向に移動することで板部３１の貫通孔が開放され、圧力付与空間と外側空間とが連通する構成としてもよい。

また、前記実施形態では、弁体４の蓋部４１に形成された１つの貫通孔４１１が連通手段として機能するものとしたが、蓋部４１には、複数の貫通孔が形成されていてもよい。また、可撓管等を連通手段として用いて容器１００の内側空間と圧力付与空間とを連通させてもよい。

また、前記実施形態では、パッキン４３と大径部３２２との隙間の合計面積が、貫通孔４１１の面積よりも大きいものとしたが、これらの面積は、他の目的に応じて適宜な大きさに設定されてもよい。例えば、圧力付与空間Ｓ１と外側空間とが連通して気体が流出する際、騒音が発生することがある。この騒音の大きさや周波数は隙間の合計面積によって変化することから、騒音の低減を目的として隙間の合計面積を設定してもよい。

また、前記実施形態では、ばね部材５が第１筒部４２の内側に配置されているものとしたが、ばね部材は、弁体に弁閉力を付与することができる適宜な位置に設けられればよい。例えば、ばね部材を第１筒部および第２筒部の外側に設けてもよい。

また、前記実施形態では、外圧Ｐ２が大気圧であり、容器１００の内圧Ｐ０の上昇によって弁開するものとしたが、このような構成に限定されない。例えば、容器１００に収容された流体を直接大気に放出しないように、呼吸弁にフィルタ等が取り付けられることがあり、この場合、外圧は大気圧よりも高くてもよいし低くてもよい。また、外圧が変化する場合には、外圧の低下によって弁開する構成としてもよい。

また、前記実施形態では、弁体４に対して弁開側に配置された圧縮コイルばねをばね部材として用いるものとしたが、弁体４に対して弁閉側に引きばねを配置してもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１呼吸弁
３２第２筒部
３２１小径部（接触部）
３２２大径部（非接触部）
４弁体
４１蓋部
４１１貫通孔（連通手段）
４２第１筒部
４３パッキン
５ばね部材
１００容器

Claims

容器の内圧と外圧との差に応じて弁体が弁座から離座することにより該容器内の気体を開放する呼吸弁であって、
前記弁体に弁閉力を付与するばね部材と、
前記弁体に対して弁閉力を付与する圧力付与空間を、該弁体における弁開閉方向の弁開側に形成する空間形成手段と、
前記圧力付与空間と前記容器の内側空間とを連通させる連通手段と、
前記弁体の弁開度が所定値未満である場合に前記圧力付与空間を前記容器の外側空間と区画するとともに前記所定値以上である場合に連通させる切換機構と、を備え、
前記弁体は、前記弁座の弁ポートを塞ぐ板状の蓋部と、該蓋部から前記弁開側に向かって突出した第１筒部と、を有し、
前記空間形成手段は、前記蓋部と、前記第１筒部と、該第１筒部の外側又は内側に配置される有底筒状の第２筒部と、で囲むようにして前記圧力付与空間を形成していることを特徴とする呼吸弁。
前記切換機構は、前記第１筒部および前記第２筒部のうち一方に設けられるとともにこれらの間に配置されるパッキンと、他方に形成されるとともに前記パッキンと接触可能な接触部と、前記他方に形成されるとともに前記パッキンと接触不能な非接触部と、を有し、
前記パッキンは、前記弁開度が前記所定値未満である場合には前記接触部に対応するように位置し、前記弁開度が前記所定値以上である場合には前記非接触部に対応するように位置することを特徴とする請求項１に記載の呼吸弁。
前記連通手段は、前記蓋部に形成された１又は複数の貫通孔であることを特徴とする請求項２に記載の呼吸弁。
前記パッキンと前記非接触部との隙間の合計面積が、前記貫通孔の合計面積よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の呼吸弁。
前記ばね部材は、前記第１筒部の内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の呼吸弁。