KR20160049490A - 감압 밸브 - Google Patents

Abstract

감압 밸브의 밸브체(12)는, 밸브 구멍(31)의 내주면에 착좌하는 1단 테이퍼부(23)를 갖는다. 밸브 구멍(31)의 내주면에는, 제1 영역(33), 제2 영역(34), 제3 영역(35)이 상기 유체의 유통 방향의 상류측으로부터 차례로 형성되어 있다. 제1 영역(33)은, 밸브 개방시에, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)와의 사이의 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하도록 형성되어 있다. 제2 영역(34)은, 밸브 개방시에 유로 높이가 일정함과 함께 밸브 폐쇄시에는 그 전체 영역이 상기 1단 테이퍼부에 접촉하도록 형성되어 있다. 또한, 제3 영역(35)은, 밸브 개방시에, 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증하도록 형성되어 있다.

Description

감압 밸브 {PRESSURE REDUCING VALVE}

본 발명은, 감압 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 감압 밸브(레귤레이터)는, 고압 가스가 유입되는 1차 포트와 외부 공급측의 2차 포트 사이에 개폐 밸브(포핏)를 구비하고 있다. 이 개폐 밸브가 개폐됨으로써, 1차 포트로부터 2차 포트로 유입되는 고압 가스의 압력을 감압하여 외부로 공급한다.

이러한 감압 밸브로서는, 연료 전지 시스템에 사용되는 감압 밸브가 있다. 이 연료 전지 시스템에 사용되는 감압 밸브의 개폐 밸브(포핏)는, 가변 스로틀부를 갖고 있고, 상기 1차 포트로부터 유입된 고압의 수소 가스를, 상기 가변 스로틀부에서 좁아지는 유로를 통과시킴으로써 수소 가스가 급격하게 감압되어 2차 포트로 보내진다.

즉, 수소 가스가 흐르는 유로는 가변 스로틀부의 직전의 부분에서 급격하게 좁아지도록 형성되어 있고, 상기 가변 스로틀부의 가장 유로가 좁은 부분의 하류에서는, 급격하게 유로 단면적이 커지도록 형성되어 있다.

이 가변 스로틀부에 접속되어 유로 단면적이 변화되는 부분에서는, 수소 가스가 급격하게 압축되거나, 및 급격하게 팽창된다고 하는 변화를 각각 일으킨다. 이로 인해, 종래, 팽창되는 부분에서는, 이음의 발생의 원인으로 되는 난류가 발생한다.

일본 특허 공개 제2013-196053호에서는, 상기한 바와 같은 난류에 의한 이음의 발생을 억제하기 위해, 밸브 시트의 하류 단부에 유체 정류부를 설치하여, 밸브 시트와 포핏 밸브를 통과하여 유체에 발생하는 난류(와류)를 정류하도록 하고 있다.

그러나, 일본 특허 공개 제2013-1960531호에서는, 밸브 시트의 하류 단부에 유체 정류부를 형성하는 부품을 별체 또는 일체로 설치할 필요가 있다. 이로 인해, 부품 개수의 증대, 조립 공정수의 증가, 혹은 유체 정류부를 형성하므로 가공수가 증가하는 문제가 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2013-196053호에서는, 난류가 발생한 후, 그 난류를 유체 정류부에서 정류하고 있으므로, 난류 자체의 억제로는 되어 있지 않다.

본 발명은, 난류의 발생 자체를 억제하여, 난류에 의한 이음의 발생을 억제할 수 있는 감압 밸브를 제공한다.

본 발명의 실시 형태의 감압 밸브는, 하우징에 설치됨과 함께 유체가 도입되는 밸브실과, 상기 하우징에 설치된 감압실이며, 상기 밸브실과의 사이에 설치된 밸브 시트의 밸브 구멍을 통해 상기 밸브실과 연통하는 감압실과, 상기 밸브실 내에 배치됨과 함께 상기 밸브 구멍의 내주면에 대해 착좌 가능하게 설치된 밸브체를 구비하고, 상기 밸브체가 밸브 개방시에, 상기 유체를 상기 밸브 구멍을 통해 상기 감압실로 이동시킴으로써 상기 유체의 압력을 감압하는 감압 밸브에 있어서, 상기 밸브체는, 상기 밸브 구멍의 내주면에 착좌하는 1단 테이퍼부를 갖고, 상기 밸브 구멍의 내주면에는, 밸브 개방시에, 상기 밸브체의 상기 1단 테이퍼부와의 사이의 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하는 제1 영역과, 밸브 개방시에 상기 유로 높이가 일정함과 함께 밸브 폐쇄시에는 그 전체 영역이 상기 1단 테이퍼부에 접촉하는 제2 영역과, 밸브 개방시에, 상기 유로 높이가 상기 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증하는 제3 영역을 포함하도록, 상기 유통 방향의 상류측으로부터 차례로 형성되어 있는 것이다.

상기 구성에 의해, 유로의 급격한 축소가 행해지는 제1 영역과, 유로의 급격한 확대가 행해지는 제3 영역 사이에, 유로 높이가 일정, 즉, 유로 단면적이 일정하게 유지되는 제2 영역을 형성함으로써, 유체의 팽창시에 난류가 발생하는 것이 억제된다.

또한, 밸브 폐쇄시에는, 밸브체의 1단 테이퍼부와 밸브 구멍의 제2 영역이 면 접촉함으로써, 밸브체의 자세가 안정되고, 유로의 불균일도 발생하는 일이 없다. 따라서, 유로의 불균일에 의해 난류가 발생하는 일은 없고, 이음도 발생하는 일이 없다. 또한, 종래는, 밸브 폐쇄시에 밸브체가 밸브 시트에 대해 면 접촉하지 않으므로, 밸브체의 자세가 안정되지 않는 경우가 있다. 이 경우는, 밸브 폐쇄 상태에 있음에도 불구하고, 유체가 통과하는 유로가 형성되어 있으므로, 난류가 발생하여, 이음이 발생한다.

또한, 상기 밸브 시트는, 탄성 변형 가능한 경질 수지에 의해 형성되어 있어도 된다. 상기 구성에 의해, 밸브 폐쇄시에 있어서, 제2 영역은 밸브체가 면 접촉할 때, 탄성 변형된 상태로 되어, 확실하게 밸브 폐쇄 상태를 유지한다.

상기 실시 형태에 따르면, 난류의 발생 자체를 억제하여, 난류에 의한 이음의 발생을 억제할 수 있는 효과를 발휘한다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 현저성은 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 감압 밸브의 단면도.
도 2는 도 1의 II-II선에 있어서의 상면도.
도 3은 도 1의 III-III선에 있어서의 단면도.
도 4는 일 실시 형태의 밸브 시트와 밸브체의 개략 단면도.
도 5의 좌반부는 비교예의 밸브 시트의 밸브 구멍을 수소 가스가 통과할 때의 상태를 나타내는 밸브 시트와 밸브체의 개략 한쪽 단면도, 우반부는 일 실시 형태의 밸브 시트의 밸브 구멍을 수소 가스가 통과할 때의 상태를 나타내는 개략 한쪽 단면도.
도 6은 비교예의 감압 밸브의 밸브 시트와 밸브체의 단면도.

이하, 본 발명을, 고압의 수소 가스를 감압하는 감압 밸브에 구체화한 일 실시 형태를, 도 1∼도 5를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 감압 밸브(10)는, 도시하지 않은 1차 포트와 2차 포트 사이를 접속하는 하우징(11)과, 하우징(11) 내에 수용되는 밸브체(12), 밸브 시트(13), 밸브 시트 고정 부재(14), 밸브 스템(15) 및 피스톤(16) 등을 구비하고 있다.

하우징(11)의 내부에는, 제1∼제3 원통부(111∼113) 및 실린더(114)가 하측으로부터 차례로 동축으로 형성되어 있다. 이들 제1∼제3 원통부(111∼113) 및 실린더(114)의 내경은, 이 순서로 커지도록 설정되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 제1 원통부(111)는 도시하지 않은 밸브를 통해 고압 가스의 공급원(예를 들어, 수소 탱크)인 1차 포트와 접속되어 있다. 또한, 실린더(114)는, 도시하지 않은 인젝터를 통해 2차 포트와 접속되어 있다.

제1 원통부(111)에는, 제1 원통부(111)의 내경보다도 약간 작은 외경을 갖는 금속제의 밸브체(12)가 수용되어 있다. 제1 원통부(111)는 밸브실에 상당한다. 밸브체(12)는 제1 원통부(111) 내를 상하 이동 가능하게 되어 있고, 밸브 스프링(71)에 의해 상방을 향해 상시 가압되고 있다.

밸브체(12)는, 포핏형 밸브이며, 원기둥 형상의 밸브체 본체부(21)와, 밸브체 본체부(21)의 상부에 연속하여 상기 밸브체 본체부(21)보다도 작은 외경을 갖는 밸브체 선단부(22)와, 밸브체 본체부(21)와 밸브체 선단부(22) 사이에 형성된 1단 테이퍼부(23)를 갖는다. 1단 테이퍼부(23)는 밸브체 본체부(21)와 밸브체 선단부(22) 사이에 있어서, 밸브체 선단부(22)측을 향함에 따라서 직선적으로 서서히 외경이 작아지는 테이퍼면을 갖고 있고, 가변 스로틀부를 구성하고 있다. 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼면의 테이퍼각은 2β로 되어 있다. 또한, 테이퍼각 2β에 대해서는, 후술한다. 밸브체 선단부(22)는, 제2 원통부(112)를 통과하여 제3 원통부(113) 내에 침입하고 있다. 즉, 밸브체 선단부(22)는 후술하는 밸브 구멍(31) 내를 삽입 관통되어 있다.

제2 원통부(112)에는, 탄성 변형 가능한 경질 수지로 이루어지는 고리 형상의 밸브 시트(13)가 수용되어 있다. 상기 경질 수지는, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있고, 예를 들어 베스펠(등록 상표: 듀퐁사)이 있지만, 이들 수지에 한정되는 것은 아니다. 또한, 밸브 시트(13)의 두께(상하 방향 길이)는, 제2 원통부(112)의 깊이(상하 방향 길이)보다도 약간 두껍게(길게) 형성되어 있다.

밸브 시트(13)의 밸브 구멍(31)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 수소 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향해 차례로, 제1 영역(33), 제2 영역(34), 제3 영역(35) 및 제4 영역(36)이 형성되어 있다. 또한, 도 4는 밸브 구멍(31)의 확대도이며, 일부의 구성은 생략되어 있다.

제1 영역(33)은, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼각 2β보다도 큰 테이퍼각 2α의 테이퍼면을 갖고 있다. 이 결과, 밸브체(12)가 밸브 개방되었을 때에 있어서, 제1 영역(33)과 1단 테이퍼부(23)가 형성하는 유로의 유로 높이는, 상기 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하도록 되어 있다. 또한, 유로 높이는, 밸브 구멍(31)의 내주면에 대해 직교하는 선이, 대향하는 1단 테이퍼부(23)에 도달할 때까지의 밸브 구멍(31)의 내주면으로부터의 상기 선의 길이를 말하는 것으로 한다.

제2 영역(34)은, 제1 영역(33)의 테이퍼각보다도 작은 테이퍼각 2β(＜2α)의 테이퍼면을 갖고 있다. 제2 영역(34)의 테이퍼면의 테이퍼각은, 1단 테이퍼부(23)와 동일한 테이퍼각 2β이므로, 밸브체(12)의 밸브 폐쇄시에 제2 영역(34)은 그 전체 영역에 있어서, 1단 테이퍼부(23)의 일부의 면이 접촉 가능하다. 따라서, 밸브체(12)가 밸브 개방되었을 때에 있어서, 제2 영역(34)과 1단 테이퍼부(23)가 형성하는 유로의 유로 높이는, 밸브 개방량(즉, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 방향으로 이동하였을 때의 밸브체 이동량)에 따른 수치로 됨과 함께, 그 전체 영역에 있어서 일정하게 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 밸브 시트(13)가, 탄성 변형 가능한 경질 수지에 의해 형성되어 있으므로, 제2 영역(34)에 1단 테이퍼부(23)가 접촉하였을 때, 제2 영역(34)은 1단 테이퍼부(23)의 압박력에 따라서 압박되는 방향으로 탄성 변형된다. 이에 의해, 밸브 폐쇄시에 있어서의 밸브체(12)의 접촉시의 충격을 완화한다.

제3 영역(35) 및 제4 영역(36)은, 모두 동축 및 동일한 직경의 단면 원 형상의 내주면을 갖고 있고, 밸브체 선단부(22)의 외경보다도 약간 큰 내경으로 되어 있다. 제3 영역(35) 및 제4 영역(36)은, 밸브체(12)의 밸브 개방량에 따라서 그 상하 길이가 가변하는 영역이다. 즉, 밸브체(12)가 밸브 폐쇄시에는, 제3 영역(35)은 도 4에 있어서, 상하 방향 길이가 최대로 되고, 반대로 제4 영역(36)의 상하 방향 길이는 최소로 된다. 또한, 밸브 개방량이 최대인 밸브 개방 상태에서는, 제3 영역(35)은, 도 4에 있어서 상하 방향 길이가 최소로 되고, 반대로 제4 영역(36)은 최대로 된다.

밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)의 선단부는, 밸브 폐쇄시에는, 밸브 구멍(31)에 있어서, 상기 단면 원 형상이며 동일한 직경을 갖는 내주면으로 둘러싸이는 공간 영역에 배치되는 크기로 형성되어 있다. 그리고, 밸브 개방시에는, 제3 영역(35)과 1단 테이퍼부(23)가 형성하는 유로의 유로 높이가, 상기 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증하도록 밸브체(12)가 배치되어 있다. 한편, 제4 영역(36)에서는, 제4 영역(36)과 밸브체 선단부(22)의 외주면 사이에 형성되는 유로의 유로 높이는, 제4 영역의 전체 영역에 걸쳐 동일하게 되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이 제3 원통부(113)의 내벽에는, 나사 홈(113a)이 형성되어 있다. 상기 제3 원통부(113)에는, 외면에 나사산(14a)이 형성된 원통의 밸브 시트 고정 부재(14)가 나사 장착되어 있다. 밸브 시트 고정 부재(14)는, 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 밸브 시트 고정 부재(14)의 저면은, 밸브 시트(13)의 상면과 접촉한다. 밸브 시트 고정 부재(14)의 나사 삽입에 수반하여, 밸브 시트(13)는 하방을 향해 압박된다. 따라서, 밸브 시트(13)는 밸브 시트 고정 부재(14)와 제2 원통부(112)의 저부 사이에서 끼움 지지된다. 이에 의해, 제2 원통부(112)의 저부와 밸브 시트(13) 사이의 기밀이 확보된다.

또한, 도 1에 있어서 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 밸브 시트(13)는 밸브 스프링(71)에 의해 가압되어 있는 밸브체(12)와 밸브 시트 고정 부재(14) 사이에서 끼움 지지되는 경우가 있다. 이 경우, 제2 영역(34)과 1단 테이퍼부(23)가 접촉하여, 이들 양자간의 기밀이 확보된다.

또한, 밸브 시트 고정 부재(14)의 내부, 즉 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(41)은 밸브 시트(13)의 밸브 구멍(31)과 연속한다. 이에 의해, 밸브체 선단부(22)는 밸브 시트 고정 부재(14) 내에 침입하고 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브 시트 고정 부재(14)의 상부(42)의 외형은, 육각형으로 되어 있다. 이에 의해, 상부(42)는, 장착 공구에 상당하는 도시하지 않은 육각 소켓과 결합 가능하게 되어 있다. 밸브 시트 고정 부재(14)는 상부(42)와 결합되는 도시하지 않은 육각 소켓을 통해 회전됨으로써, 제3 원통부(113)에 나사 장착되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 밸브 시트 고정 부재(14)의 상부(42)에는, 직경 방향으로 연장되는 4개의 유로 구멍(43)이 형성되어 있다. 4개의 유로 구멍(43)은, 동일한 각도 간격(여기서는 90°간격)으로 형성되어 있다. 또한, 4개의 유로 구멍(43)은 상부(42)의 코너부(42a)를 피하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 상부(42)의 코너부(42a)에 있어서의 도시하지 않은 육각 소켓과의 결합 강도가 확보되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(41)과 실린더(114) 사이는, 4개의 유로 구멍(43)에 의해 접속되어 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)은 요철이 없는 균일면으로 되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 밸브 시트 고정 부재(14)의 두께(상하 방향 길이)는, 제3 원통부(113)의 깊이(상하 방향 길이)보다도 두껍게 형성되어 있다. 이로 인해, 밸브 시트 고정 부재(14)의 상부(42)는 실린더(114) 내에 침입하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(41)에는, 금속제의 밸브 스템(15)이 수용되어 있다. 밸브 스템(15)은, 원뿔대 형상의 밸브 스템 하단부(51)와, 그 상측에 연속되는 밸브 스템 본체부(52)와, 또한 그 상측에 연속되는 원기둥 형상의 밸브 스템 상단부(53)를 구비하고 있다. 밸브 스템(15)은, 밸브 스템 하단부(51)가 관통 구멍(41)에 침입하고 있는 밸브체 선단부(22)와 접촉하고 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브 스템 본체부(52)는, 직경 방향으로 연장되는 4개의 블레이드(52a)를 구비하고 있다. 4개의 블레이드(52a)는 동일한 각도 간격(여기서는 90°간격)으로 설치되어 있다. 또한, 인접하는 블레이드(52a) 및 밸브 시트 고정 부재(14)의 내벽에 의해 둘러싸인 4개의 공간은, 유로(18)로서 기능한다.

도 1에 있어서 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 1단 테이퍼부(23)가 제2 영역(34)과 접촉한 밸브 폐쇄 상태에 있을 때, 밸브 스템 상단부(53)는 밸브 시트 고정 부재(14)의 상부로부터 돌출되어, 실린더(114) 내에 침입한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실린더(114)에는, 피스톤(16)이 상하 이동 가능하게 수용되어 있다. 피스톤(16)은 금속 재료에 의해 원통 형상으로 형성되어 있다. 실린더(114)의 내벽과 피스톤(16) 사이에는 각종 시일 부재(80)가 개재되어 있고, 시일 부재(80)에 의해, 실린더(114)의 내벽과 피스톤(16) 사이의 기밀이 확보되어 있다. 실린더(114) 내는, 피스톤(16)에 의해 2개의 공간으로 구획되어 있고, 피스톤(16)의 상방에 설치되는 공간은 압력 조정실(91)로 되고, 피스톤(16)의 하방에 설치되는 공간은 감압실(92)로 되어 있다.

피스톤(16)은, 그 내부에 수용된 피스톤 스프링(72)에 의해 하방을 향해 상시 가압되고 있다. 피스톤 스프링(72)의 가압력은, 밸브 스프링(71)의 가압력보다도 강하게 설정되어 있다. 이에 의해, 피스톤(16)의 하단부면(61)은, 밸브 스템 상단부(53)와 상시 접촉한다. 또한, 피스톤(16)의 하단부면(61)은, 요철이 없는 균일면으로 되어 있다. 또한, 피스톤(16)의 하단부면(61)은 그 직경이 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)의 외경보다도 크게 설정되고, 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)과 접촉 가능하게 되어 있다. 이로 인해, 피스톤(16)의 하방으로 변위는, 하단부면(61)이 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)과 접촉함으로써 규제된다.

도 1에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 피스톤(16)의 하단부면(61)과 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)이 접촉하는 상태에 있을 때, 1단 테이퍼부(23)와, 제2 영역(34)이 이격되어 있다. 즉, 밸브체(12)는 밸브 개방량이 최대인 완전 개방으로 된다.

또한, 상술한 밸브체(12)가 완전 개방의 밸브 개방 상태로부터, 피스톤(16)이 상방으로 변위됨에 따라, 1단 테이퍼부(23)와 제2 영역(34)이 근접한다. 그리고, 도 1에 있어서 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 피스톤(16)의 하단부면(61)과 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)이 이격된 상태에 있을 때, 1단 테이퍼부(23)와 제2 영역(34)이 접촉한다. 이에 의해, 밸브체(12)가 밸브 폐쇄된다.

상기한 바와 같이 구성된 감압 밸브(10)의 작용에 대해 설명한다. 또한, 피스톤(16)에는, 압력 조정실(91)로부터 감압실(92)을 향하는 방향으로 피스톤 스프링(72)의 가압력이 작용하고 있다. 또한, 피스톤(16)에는, 감압실(92)로부터 압력 조정실(91)을 향하는 방향으로 피스톤 스프링(72)의 가압력보다도 작은 가압력을 갖는 밸브 스프링(71)의 가압력이 작용하고 있다.

설명의 편의상, 여기서는, 피스톤(16)은, 밸브체(12)가 완전 개방으로 되는 위치, 즉, 피스톤(16)의 하단부면(61)이 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)과 접촉하는 위치로 되어 있는 상태로부터 설명을 개시한다.

먼저, 개략적으로, 감압 밸브(10)에 있어서의 가스의 흐름 및 밸브체(12), 피스톤(16)의 작동을 설명한다. 고압 가스가 감압 밸브(10)에 공급되면, 당해 고압 가스는, 제1 원통부(111)(밸브실), 완전 개방된 밸브체(12), 밸브 시트 고정 부재(14)의 내부[정확하게는 관통 구멍(41)], 및 유로 구멍(43)을 통해 감압실(92)에 도입되는 과정에서 감압되어, 2차 포트에 공급된다. 이에 의해, 피스톤(16)은 감압실(92)에 도입된 가스의 압력에 의해 감압실(92)로부터 압력 조정실(91)을 향하는 방향으로 압박된다. 즉, 피스톤(16)은 가스의 압력에 의한 압박력 및 밸브 스프링(71)의 가압력의 총합과 피스톤 스프링(72)의 가압력의 대소 관계에 의해 변위된다.

상세하게는, 가스의 압력에 의한 압박력 및 밸브 스프링(71)의 가압력의 총합보다도 피스톤 스프링(72)의 가압력이 작은 경우에는, 피스톤(16)은 상방[압력 조정실(91)측]으로 변위된다. 이에 의해, 밸브 스템(15) 및 밸브체(12)가 상방으로 변위되어, 도 4에 도시하는 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)가 제2 영역(34)의 테이퍼면에 접촉하여 밸브체(12)가 밸브 폐쇄된다.

이 밸브 폐쇄시에는, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼면이, 제2 영역(34)의 테이퍼면에 면 접촉하므로, 센터링하기 쉬워진다. 도 6은 비교예를 나타낸다. 도 6의 비교예에서는 제2 영역(34)이 생략되고, 제1 영역(33)의 하류에 제3 영역(35), 제4 영역(36)이 형성되어 있다. 비교예에서는, 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼각 2β가, 제1 영역(33)의 테이퍼각 2α보다도 작으므로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밸브 폐쇄시에는, 1단 테이퍼부(23)는 제1 영역(33)과 제3 영역(35)의 능선에서 선 접촉으로 된다. 이 결과, 비교예에서는, 이 선 접촉에 의해, 밸브체(12)의 자세가 불안정해지는 문제가 있다. 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 밸브체(12)와 밸브 시트(13)는 면 접촉으로 되므로, 밸브체(12)의 자세가 불안정해지는 일은 없다.

또한, 밸브 시트(13)가, 탄성 변형 가능한 경질 수지에 의해 형성되어 있으므로, 제2 영역(34)에 1단 테이퍼부(23)가 접촉하였을 때, 제2 영역(34)은 1단 테이퍼부(23)의 압박력에 따라서 후퇴되는 방향으로 탄성 변형되어, 밸브 폐쇄시에 있어서의 밸브체(12)의 접촉시의 충격을 완화한다.

한편, 가스의 압력에 의한 압박력 및 밸브 스프링(71)의 가압력의 총합보다도 피스톤 스프링(72)의 가압력이 큰 경우에는, 피스톤(16)은 하방[감압실(92)측]으로 변위된다. 이에 의해, 밸브 스템(15) 및 밸브체(12)가 하방으로 변위되어 제2 영역(34)의 테이퍼면으로부터 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)가 이격되어 밸브체(12)가 개방된다.

다음으로, 밸브체(12)가 밸브 개방되어 있는 상태에서의 밸브체(12)와 밸브 구멍(31) 사이의 유로에서의 가스의 유통 상태를 이하에 설명한다. 도 5의 우반부에 도시하는 바와 같이, 밸브체(12)가 밸브 개방되어 있는 상태에서는, 가스는, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)와 제1 영역(33)의 양 테이퍼면 사이에 형성된 유로를 통과한다. 이 유로에서는 유로 높이가, 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하므로, 가스는 압축된다. 그리고, 압축된 가스는, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)와 제2 영역(34)의 양 테이퍼면 사이에 형성된 유로를 통과한다. 이 유로에서는, 유로 높이가 제2 영역(34)의 전체 영역에서 일정하게 되어 있다. 이로 인해, 이 유로에서는 가스는 동일한 압축 상태가 유지되어, 즉, 가스에 난류가 발생하는 것이 억제된 상태에서 하류의 제3 영역(35)으로 이동한다. 계속해서, 압축된 가스는, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)와 제3 영역(35) 사이에 형성된 유로로 들어간다. 이 유로는 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증한다. 이로 인해, 이 유로에 들어간 가스는 팽창되어, 제4 영역(36)과 밸브체 선단부(22)의 외주면 사이에 형성된 유로를 이동한다.

도 5의 좌반부는, 비교예를 나타내고 있다. 도 5의 비교예(좌반부)에 있어서, 상기 실시 형태에 상당하는 구성에 대해서는, 동일 부호를 부여하고 있다. 도 5의 비교예에서는, 제2 영역(34)이 생략되고, 제1 영역(33)의 하류에 제3 영역(35), 제4 영역(36)이 형성되어 있다. 이 비교예에서는, 밸브 개방되어 있는 경우, 제1 영역(33)과 1단 테이퍼부(23) 사이의 유로에서 압축된 가스가, 제3 영역(35)과 1단 테이퍼부(23) 사이의 유로에서 단숨에 팽창되므로, 난류가 발생하고, 이 난류에 의해 이음이 발생한다.

본 실시 형태로 되돌아가, 가스의 감압 밸브(10)로의 공급을 정지한 경우, 가스의 압력에 의한 압박력 및 밸브 스프링(71)의 가압력의 총합보다도 피스톤 스프링(72)의 가압력이 커지므로, 피스톤(16)은 하방[감압실(92)측]으로 변위된다. 그리고, 최종적으로는, 당해 피스톤(16)의 하단부면(61)과 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)이 접촉한다. 이들 피스톤(16)의 하단부면(61) 및 밸브 시트 고정 부재(14)의 상단부면(45)은 모두 균일면으로 되어 있으므로, 이 접촉은, 면끼리가 충돌하는 이른바 면 접촉으로 된다. 면 접촉으로 됨으로써 접촉의 충격은, 면 전체에 분산된다.

이상 상세하게 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과가 얻어진다.

(1) 본 실시 형태의 감압 밸브(10)에서는, 밸브체(12)는, 밸브 구멍(31)의 내주면에 착좌하는 1단 테이퍼부(23)를 갖는다. 또한, 밸브 구멍(31)의 내주면에는, 제1 영역(33), 제2 영역(34), 제3 영역(35)이 상기 유체의 유통 방향의 상류측으로부터 차례로 형성되어 있다. 또한, 제1 영역(33)은, 밸브 개방시에, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)와의 사이의 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하도록 형성되어 있다. 또한, 제2 영역(34)은 밸브 개방시에 유로 높이가 일정함과 함께 밸브 폐쇄시에는 그 전체 영역이 상기 1단 테이퍼부에 접촉하도록 형성되어 있다. 또한, 제3 영역(35)은, 밸브 개방시에, 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증하도록 형성되어 있다. 이 결과, 본 실시 형태에 따르면, 난류의 발생 자체를 억제하여, 난류에 의한 이음의 발생을 억제할 수 있는 효과를 발휘한다.

또한, 밸브 폐쇄시에는, 밸브체(12)의 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼면이, 제2 영역(34)의 테이퍼면에 면 접촉하므로, 센터링을 하기 쉬워진다. 이 결과, 밸브 폐쇄시의 밸브체(12)의 자세가 불안정해지는 일이 없음과 함께, 밸브 개방 직후에 있어서의 유로의 불균일도 발생하는 일이 없어, 난류에 의해 이음이 발생하는 일이 없어진다.

(2) 본 실시 형태의 감압 밸브(10)에서는, 밸브 시트(13)는, 탄성 변형 가능한 경질 수지에 의해 형성되어 있다. 이 결과, 본 실시 형태에 따르면, 밸브 폐쇄시에 제2 영역(34)에 1단 테이퍼부(23)가 접촉하였을 때, 제2 영역(34)은 1단 테이퍼부(23)의 압박력에 따라서 후퇴되는 방향으로 탄성 변형된다. 이에 의해, 밸브 폐쇄시에 있어서의 밸브체(12)의 접촉시의 충격을 완화할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태는 이하와 같이 변경해도 된다. 상기 실시 형태에서는, 밸브체를 포핏형으로 하였지만, 니들 밸브로 해도 된다. 상기 실시 형태의 감압 밸브가 감압하는 가스는 수소였지만, 예를 들어 산소나 질소 등의 수소 이외의 기체여도 된다. 또한 가스를 구성하는 원소는, 단일의 기체에 한정되지 않는다. 즉, 감압되는 가스는, 복수의 원소로 구성되어 있어도 된다.

또한, 기체 이외의 유체, 예를 들어 증기, 혹은 물, 오일 등의 액체로 해도 된다.

Claims (3)

1. 하우징에 설치됨과 함께 유체가 도입되는 밸브실과,
   상기 하우징에 설치된 감압실이며, 상기 밸브실과 상기 감압실 사이에 설치된 밸브 시트의 밸브 구멍을 통해 상기 밸브실과 연통하는 감압실과,
   상기 밸브실 내에 배치됨과 함께 상기 밸브 구멍의 내주면에 대해 착좌 가능하게 설치된 밸브체와,
   상기 밸브체가 밸브 개방시에, 상기 유체를 상기 밸브 구멍을 통해 상기 감압실로 이동시킴으로써 상기 유체의 압력을 감압하는 감압 밸브에 있어서,
   상기 밸브체는, 상기 밸브 구멍의 내주면에 착좌하는 1단 테이퍼부(23)를 갖고,
   상기 밸브 구멍의 내주면에는, 밸브 개방시에, 상기 밸브체의 상기 1단 테이퍼부와의 사이의 유로 높이가 유통 방향의 하류측을 향할수록 점감하는 제1 영역(33)과,
   밸브 개방시에 상기 유로 높이가 일정함과 함께 밸브 폐쇄시에는 그 전체 영역이 상기 1단 테이퍼부에 접촉하는 제2 영역(34)과,
   밸브 개방시에, 상기 유로 높이가 상기 유통 방향의 하류측을 향할수록 점증하는 제3 영역(35)을 포함하도록, 상기 유통 방향의 상류측으로부터 차례로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 감압 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 시트는, 탄성 변형 가능한 경질 수지에 의해 형성되어 있는, 감압 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 1단 테이퍼부(23)의 테이퍼각과, 상기 제2 영역(34)의 테이퍼면의 테이퍼각은 동등하고,
   상기 제2 영역(34)의 테이퍼면의 테이퍼각은, 상기 제1 영역(33)의 테이퍼면의 테이퍼각보다도 작은, 감압 밸브.

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