JP2015152165A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化が可能な過流防止機能付の弁装置を提供する。
【解決手段】弁装置１は、弁体空間３１を有するハウジング２と、弁体空間３１に挿入されて弁体５をガイドする筒状のブッシュ４と、ブッシュ４に嵌合する筒状の過流防止弁体６を含む。ブッシュ４は、弁体５との間に流出室３３を形成する周壁４３を有し、過流防止弁体６は、ハウジング２とブッシュ４の間で、一次通路３ａと連通する流入室３２と、流出室３３と連続するスプリング室３４と、を仕切っている。スプリング室３４内には、過流防止弁体６を規制位置から通常位置へ向かう方向に付勢するスプリング９１が配置されている。例えば、ハウジング２と過流防止弁体６の間の部分には、流入室３１と流出室３３の間で圧力差を生じさせる絞りが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主通路を開閉可能で、かつ、主通路に大量の流体が流れた際に主通路を自動的に閉じることができる過流防止機能付の弁装置に関する。

例えば、ガスエンジンや燃料電池では、圧力容器からガス消費器へ供給路を通じてガスが供給される。このような供給路には、種々の開閉弁が設けられる。また、供給路には、開閉弁や供給路が破損しても供給路に大量のガスが流れることを防止するために、過流防止弁が設けられる。例えば、特許文献１には、図６に示すような、複数の開閉弁および過流防止弁を含む弁装置１００が開示されている。

図６に示す弁装置１００は、圧力容器１５０の口部に取り付けられるものである。具体的に、弁装置１００では、主通路１１０上に、上流側から順に、過流防止弁１２０、手動開閉弁１３０および図略の電磁開閉弁が設けられている。過流防止弁１２０は、圧力容器１５０の内部に配置され、手動開閉弁１３０および電磁開閉弁は圧力容器１５０の外部に配置される。

過流防止弁１２０は、ポペット型の弁であり、主通路１１０の途中に設けられた弁座１２１に着座したり弁座１２１から離間したりする過流防止弁体１２２を含む。

特開２００２−１１５７９８号公報

図６に示すように、弁装置１００では、過流防止弁１２０および２つの開閉弁が互いに異なる位置に配置され、それらが流路により接続されている。従って、弁装置をコンパクトにすることができない。

そこで、本発明は、コンパクト化が可能な過流防止機能付の弁装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の弁装置は、一次通路および二次通路が形成された、前記一次通路と前記二次通路の間に弁体空間を有するハウジングと、前記二次通路の前記弁体空間に対する開口の周囲に形成された弁座に着座する閉位置と前記弁座から離間する開位置との間で移動する弁体と、前記弁体空間に挿入されて前記弁体をガイドする筒状のブッシュであって、前記ハウジングに固定される本体部、および前記弁体との間に流出室を形成するように前記本体部から前記弁座へ向かう方向に突出する、少なくとも１つの第１貫通穴が設けられた周壁、を有するブッシュと、前記ブッシュに摺動可能に嵌合し、前記ハウジングと前記ブッシュの間で、前記一次通路と連通する流入室と、前記流出室と連続するスプリング室と、を仕切る筒状の過流防止弁体であって、少なくとも１つの第２貫通穴が設けられ、前記流入室が前記第２貫通穴および前記第１貫通穴を介して前記流出室と連通する通常位置と、前記第２貫通穴が前記周壁における前記第１貫通穴よりも先端側の部分によって閉塞される規制位置と、の間で移動する過流防止弁体と、前記スプリング室内に配置された、前記過流防止弁体を前記規制位置から前記通常位置へ向かう方向に付勢するスプリングと、前記第２貫通穴の上流側である前記ハウジングと前記過流防止弁体の間の部分または前記第２貫通穴に形成された、前記流入室と前記流出室の間で圧力差を生じさせる絞りと、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、弁体により、一次通路および二次通路を含む主通路を開閉することができる。また、過流防止弁体には、流入室と流出室の圧力差によりスプリングの付勢力に抗する駆動力が作用する。この駆動力は、主通路に流れる流体の量に比例する。このため、主通路に大量の流体が流れたときに、過流防止弁体により、主通路を自動的に閉じることができる。しかも、弁体と過流防止弁体は同じ弁体空間内に配置されるため、弁装置をコンパクト化することができる。さらには、筒状の過流防止弁体をブッシュに嵌合させるという安価な構成で過流防止機能を実現できる。

例えば、前記周壁は、先端が前記ハウジングに到達するように延びており、前記周壁には、前記スプリング室を前記流出室と連続させる少なくとも１つの連通穴が設けられていてもよい。

前記弁装置は、圧力容器の口部に取り付けられるものであり、前記ハウジングは、前記圧力容器内に挿入される軸部を有し、この軸部に、前記弁体空間が形成されていてもよい。この構成によれば、圧力容器を利用して弁体の保護を図ることができる。

例えば、前記弁体には、当該弁体によって前記流出室と隔てられたパイロット室から前記二次通路まで延びる、絞りを有するパイロット通路が設けられており、上記の弁装置は、前記パイロット室内に配置された、前記パイロット通路を開閉するプランジャと、前記プランジャを駆動するソレノイドと、をさらに備えてもよい。

本発明によれば、過流防止機能付の弁装置をコンパクト化することができる。

本発明の一実施形態に係る弁装置の断面図である。 図１の要部の拡大図である。 弁体が開位置にあり、かつ、過流防止弁体が通常位置にある状態を示す図である。 弁体が開位置にあり、かつ、過流防止弁体が規制位置にある状態を示す図である。 変形例の弁装置の要部の拡大断面図である。 従来の弁装置の断面図である。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る弁装置１を示す。本実施形態の弁装置１は、高圧ガスを貯留する圧力容器１０の口部に取り付けられるものである。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の弁装置は配管の途中に配置されるものであってもよい。また、弁装置１が対象とする流体は、必ずしも高圧ガスである必要はなく、低圧ガスであってもよい。

具体的に、弁装置１は、圧力容器１０の口部と係合するハウジング２と、圧力容器１０内に配置されたソレノイド８と、ハウジング２とソレノイド８の間に配置された環状のスペーサ１４を含む。ハウジング２は、スペーサ１４の内部空間と連続する弁体空間３１を有しており、この弁体空間３１内に弁体５が配置されている。また、弁体５とソレノイド８との間には、プランジャ７が配置されている。

弁体５およびプランジャ７は共に断面円形状の棒状部材であり、それらの中心軸は同一直線上に位置している。換言すれば、弁体５とプランジャ７は同軸上に配置されている。以下では、説明の便宜上、弁体５とプランジャ７が並ぶ方向（弁体５およびプランジャ７の軸方向）を上下方向（プランジャ７側を上方、弁体５側を下方）という。ただし、弁体５とプランジャ７が並ぶ方向は、水平方向や斜め方向であってもよいことは言うまでもない。

ハウジング２は、圧力容器１０の外側に位置する基部２１と、基部２１から突出して圧力容器１０内に挿入される円筒状の軸部２２を含む。軸部２２の中心軸は、弁体５の中心軸と同一直線上に位置している。上述した弁体空間３１は、軸部２２に形成されており、軸部２２の上側端面から窪む凹部を構成している。

軸部２２の外周面には、圧力容器１０の口部と螺合するネジ山が形成されている。また、軸部２２には、ネジ山の上方に、圧力容器１０との隙間をシールするシール部材１１が装着されている。

ハウジング２には、一次通路３ａおよび二次通路３ｂが形成されており、弁体空間３１が一次通路３ａと二次通路３ｂの間に位置している。一次通路３ａ、二次通路３ｂおよび弁体空間３１の一部は、主通路３を構成する。

本実施形態では、一次通路３ａが、弁体空間３１から横向き（軸部２２の径方向）に延びて圧力容器１０の内部空間に開口しており、二次通路３ｂが、弁体空間３１から下向きに延びて圧力容器１０の外部に開口している。より詳しくは、一次通路３ａは、軸部２２の外周面に形成された環状溝３０を介して圧力容器１０の内部空間に開口している。環状溝３０は、フィルタ１３で覆われている。また、二次通路３ｂの弁体空間３１に対する開口の周囲には、弁座２４が形成されている。

本実施形態では、ハウジング２が、弁座２４の近傍部分を規定するシートピース２５と、ハウジング２のそれ以外の部分を規定するバルブブロック２３とで構成されている。すなわち、バルブブロック２３には、弁体空間３１の下方に窪みが設けられており、この窪みに管状のシートピース２５が嵌め込まれている。シートピース２５の外周面には、バルブブロック２３との隙間をシールするシール部材１２が装着されている。

弁体５は、弁座２４に着座する閉位置と弁座２４から上方に離間する開位置との間で移動する。弁体５は、弁体空間３１に挿入される筒状のブッシュ４によって、上下方向に摺動可能にガイドされている。

ブッシュ４は、弁体空間３１内でハウジング２に固定される本体部４２と、本体部４２の上方に配置された大径部４１と、本体部４２から下向き（すなわち、弁座２４へ向かう方向）に突出する周壁４３と、を含む。本体部４２の外周面には、ハウジング２における弁体空間３１を取り囲む内周面の上側部分と螺合するねじ山が形成されている。周壁４３は、先端がハウジング２のシートピース２５に到達するように延びている。図例では、周壁４３の下側約１／３で周壁４３の内周面が径方向に広がっている。ただし、周壁４３は、上端から下端まで一定の厚さを有していてもよい。

弁体５は、弁座２４に当接する軸部５１と、軸部５１の上側の周縁部から上向きに延びる、軸部５１の直径よりも大きな外径の筒状部５２を有する。筒状部５２は、ブッシュ４に摺動可能にガイドされる部分である。軸部５１とブッシュ４の周壁４３との間には、流出室３３が形成されている。

ブッシュ４の大径部４１の上端部からは、薄肉管状のガイド１８がソレノイド７の後述する固定磁極８１まで上向きに延びている。弁体５は、ブッシュ４、ガイド１８および固定磁極８１と共にパイロット室７０を規定する。換言すれば、パイロット室７０は、弁体５によって流出室３３から隔てられている。例えば、ブッシュ４、ガイド１８および固定磁極８１は、溶接によって互いに接合される。

弁体５の筒状部５２の外周面には、流出室３３とパイロット室７０を連通させる複数の溝５４が形成されている。本実施形態では、溝５４が、流出室３３とパイロット室７０の間で圧力差を生じさせる絞りとして機能する。なお、溝５４に代えて、筒状部５２の外周面とブッシュ４の内周面との間に微小な環状隙間を設け、この環状隙間を流出室３３とパイロット室７０の間で圧力差を生じさせる絞りとして機能させてもよい。

弁体５には、パイロット室７０から二次通路３ｂまで延びるパイロット通路５５が設けられている。パイロット通路５５は弁体５の中心軸上に位置しており、パイロット通路５５の一端は軸部５１の上面に開口し、他端は軸部５１の先端面に開口している。パイロット通路５５には、パイロット室７０側の端部に絞り５６が設けられている。

プランジャ７は、パイロット室７０内に配置されており、パイロット通路５５を開閉する。具体的に、プランジャ７は、上述したガイド１８に上下方向に摺動可能にガイドされる大径部７１と、弁体５の筒状部５２内に挿入される小径部７３と、大径部７１と小径部７３の間に位置する中径部７２を含む。また、プランジャ７には、中心軸上の縦穴７４と、この縦穴７４と交わる横穴７５が形成されており、これらの縦穴７４および横穴７５により、パイロット室７０におけるプランジャ７の上側空間と下側空間とが連通している。

パイロット室７０におけるプランジャ７の上側空間には、プランジャ７を下向きに付勢するスプリング９２が配置されている。すなわち、プランジャ７は、スプリング９２の付勢力により弁体５に押し付けられてパイロット通路５５を閉じる。

プランジャ７の小径部７３と弁体５の筒状部５２とは、プランジャ７および弁体５の軸方向と直交する方向に延びるピン７６によって連結されている。プランジャ７の小径部７３には、ピン７６に挿通される横穴７７が形成されており、弁体５の筒状部５２には、ピン７６の両端部を支持する支持穴５３が形成されている。本実施形態では、横穴７７がピン７６と隙間なく嵌合しており、支持穴５３の内周面とピン７６の間に隙間が形成されている。このため、プランジャ７は、その隙間分だけ弁体５から離間することができる。なお、本実施形態とは逆に、支持穴５３がピン７６と隙間なく嵌合しており、横穴７７の内周面とピン７６の間に隙間が形成されていてもよい。

ソレノイド８は、プランジャ７を駆動する駆動手段の一例である。駆動手段としては、ソレノイド８以外にも、例えば、圧電アクチュエータやフォースモータなどを使用してもよい。圧電アクチュエータは、圧電素子（例えば、ピエゾ素子）を含み、印加される電圧に応じた駆動力を発生する。フォースモータは、円筒状の永久磁石の中に可動コイルが挿入されており、可動コイルに電流を流すと電流に応じた励磁力が発生し、この励磁力により可動コイルが動くようになっている。

ソレノイド８は、後述するコイル８３に電流が流れたときに励磁力を発生し、プランジャ７をスプリング９２の付勢力に抗して上向きに移動させる。これにより、パイロット通路５５が開かれる。すなわち、プランジャ７は、ソレノイド８により駆動される可動鉄心としても機能する。ソレノイド８は、プランジャ７を吸引する固定磁極８１と、固定磁極８１の周囲に配置されたボビン８２と、ボビン８２に巻き回されたコイル８３を含む。さらに、ソレノイド８は、ボビン８２と上述したスペーサ１４の間に配置された継鉄部材８４と、固定磁極８１、ボビン８２、コイル８３および継鉄部材８４を収容するケース８５を含む。なお、ケース８５は、ボルト１９により固定磁極８１に固定されている。

ハウジング２には気密端子１６が埋め込まれており、この気密端子１６からソレノイド８まで、配線用通路１７が延びている。配線用通路１７内には、リード線１５が挿通されている。リード線１５の一端は、気密端子１６の貫通電極１６ａに接続されており、他端は、ソレノイド８のコイル８３に接続されている。このため、気密端子１６およびリード線１５を通じて外部からソレノイド８に電力が供給可能である。

次に、図２を参照して、弁座２４の回りの構成を詳細に説明する。

ブッシュ４の周壁４３には、筒状の過流防止弁体６が上下方向に摺動可能に嵌合している。過流防止弁体６は、ハウジング２とブッシュ４の間で、一次通路３ａと連通する流入室３２と、流出室３３と連続するスプリング室３４と、を仕切っている。

本実施形態では、上述したように、周壁４３の先端がハウジング２のシートピース２５に到達している。従って、周壁４３の下部には、スプリング室３４を流出室３３と連続させる少なくとも１つ（本実施形態では複数）の連通穴４６が設けられている。

過流防止弁体６は、ブッシュ４の本体部４２によって上向きの移動が拘束される通常位置と、ハウジング２によって下向きの移動が拘束される規制位置との間で移動する。スプリング室３４内には、過流防止弁体６を規制位置から通常位置へ向かう方向に付勢するスプリング９１が配置されている。

ブッシュ４の周壁４３の中間部（正確には、過流防止弁体６と常に重なり合う部分）には、少なくとも１つ（本実施形態では複数）の第１貫通穴４４が設けられている。本実施形態では、周壁４３の外周面に環状溝４５が設けられており、この環状溝４５の底面に第１貫通穴４４が開口している。なお、環状溝４５は、過流防止弁体６の内周面に設けられていてもよい。

一方、過流防止弁体６には、当該過流防止弁体６が通常位置に位置するときに、環状溝４５と対応する高さ位置に、少なくとも１つ（本実施形態では複数）の第２貫通穴６１が設けられている。すなわち、過流防止弁体６が通常位置に位置するときは、流入室３２が第２貫通穴６１および第１貫通穴４４を介して流出室３３と連通する。一方、過流防止弁体６が規制位置に位置するときは、第２貫通穴６１が周壁４３における第１貫通穴４４よりも先端側の部分によって閉塞される。

さらに、本実施形態では、流入室３２と流出室３３の間で圧力差を生じさせる絞り６２として、第２貫通穴６１の上流側であるハウジング２と過流防止弁体６の間の部分に円筒状の隙間が形成されている。

次に、図３および図４を参照して、弁装置１の動作を説明する。

ソレノイド８に電力が供給されていないときは、主弁体５が閉位置に位置するとともに、プランジャ７がパイロット通路５５を閉じている。このため、パイロット室７０の圧力は、流出室３３の圧力と等しい。

ソレノイド８に電力が供給されると、まず、プランジャ７が支持穴５３の内周面とピン７６の間の隙間分だけ弁体５から離間する。これにより、流出室３３、溝５４、パイロット室７０およびパイロット通路５５の順にガスが流れる。溝５４は絞りとして機能するため、パイロット室７０の圧力は流出室３３の圧力よりも低くなる。このパイロット室７０と流出室３３の圧力差によって弁体５が上向きの力を受け、弁体５がプランジャ７の移動開始とほぼ同時に開位置へ移動する（図３に示す状態）。これにより、ガスが、一次通路３ａから二次通路３ｂまで、流入室３２、絞り６２、第２貫通穴６１、第１貫通穴４４および流出室３３をこの順に通過して流れる。

ソレノイド８への電力の供給が停止されると、スプリング９２の付勢力によってプランジャ７がパイロット通路５５を閉じる。これにより、パイロット室７０の圧力が流出室３３の圧力と等しくなり、パイロット室７０と二次通路３ｂの圧力差により弁体５が下向きの力を受けて閉位置へ移動する。このようにして、弁体５が主通路３を開閉する。

ところで、主弁体５が開位置に位置するときは、過流防止弁体６に、流入室３２と流出室３３の圧力差によりスプリング９１の付勢力に抗する駆動力が作用する。この駆動力は、主通路３に流れる流体の量に比例する。このため、主通路３に大量の流体が流れて上記の圧力差による駆動力がスプリング９１の付勢力を上回ると、過流防止弁体６により、主通路３が自動的に閉じられる（図４に示す状態）。

以上説明したように、本実施形態の弁装置１では、弁体５をガイドするブッシュ４と、ブッシュ４に嵌合する筒状の過流防止弁体６が用いられているので、弁体５と過流防止弁体６を同じ弁体空間３１内に配置することができる。これにより、弁装置１をコンパクト化することができる。しかも、筒状の過流防止弁体６をブッシュ４に嵌合させるという安価な構成で過流防止機能を実現できる。

さらに、本実施形態では、弁体空間３１がハウジング２の軸部２２に形成されているので、圧力容器１０を利用して弁体５の保護を図ることができる。また、本実施形態では、ソレノイド８も圧力容器１０内に収容されている。このため、事故等により圧力容器１０に外部からの衝撃が加わった場合に、弁装置１の主要部（弁体５、プランジャ７およびソレノイド８）が直接外力を受け弁装置１が開状態となるような損傷を受けることがない。すなわち、圧力容器１０内のガスが外部に流出することを防止することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、前記実施形態では、弁体５の筒状部５２の外周面に設けられた溝５４が、流出室３３とパイロット室７０の間で圧力差を生じさせる絞りとして機能したが、溝５４の断面積が大きく設定されることにより、溝５４が絞りとして機能しなくてもよい。この場合、パイロット室７０の圧力は流出室３３の圧力と同じになるが、プランジャ７によりパイロット通路５５が開かれた後に二次通路３ｂとパイロット室７０との圧力差が小さくなれば、ソレノイド８の励磁力によって弁体５を開位置に移動させることができる。

あるいは、弁体５の筒状部５２の外周面を全周に亘ってブッシュ４の内周面に面接触させるとともに、例えば、ブッシュ４に、流入室３２とパイロット室７０を連通させるパイロット通路を設けてもよい。このパイロット通路は、絞りを有していてもよいし、絞りを有していなくてもよい。

また、パイロット室７０およびプランジャ７は必ずしも必要ではなく、弁体５がソレノイド８によって直接的に駆動されてもよい。あるいは、弁体５は、手動で操作されるものであってもよい。

また、流入室３２と流出室３３の間で圧力差を生じさせる絞り６２は必ずしも第２貫通穴６１の上流側であるハウジング２と過流防止弁体６の間の部分に形成されている必要はない。例えば、図５に示すように、第２貫通穴６１の直径が小さく設定されることにより、第２貫通穴６１に絞り６２が形成されていてもよい。

また、周壁４３の先端は、必ずしもハウジング２のシートピース２５に到達している必要はなく、周壁４３の先端とハウジング２のシートピース２５の間に隙間が確保されていてもよい。この場合、連通穴４６は不要である。

本発明は、種々の用途の弁装置に広く適用可能である。ただし、本発明は、弁装置の主要部が圧力容器内に配置されるインタンク型の弁装置に特に有用である。

１ 弁装置
２ ハウジング
２２ 軸部
３ 主通路
３ａ 一次通路
３ｂ 二次通路
３１ 弁体空間
３２ 流入室
３３ 流出室
３４ スプリング室
４ ブッシュ
４２ 本体部
４３ 周壁
４４ 第１貫通穴
４６ 連通穴
５５ パイロット通路
５６ 絞り
６ 過流防止弁体
７ プランジャ
７０ パイロット室
８ ソレノイド
９１，９２ スプリング
１０ 圧力容器

Claims (4)

1. 一次通路および二次通路が形成された、前記一次通路と前記二次通路の間に弁体空間を有するハウジングと、
   前記二次通路の前記弁体空間に対する開口の周囲に形成された弁座に着座する閉位置と前記弁座から離間する開位置との間で移動する弁体と、
   前記弁体空間に挿入されて前記弁体をガイドする筒状のブッシュであって、前記ハウジングに固定される本体部、および前記弁体との間に流出室を形成するように前記本体部から前記弁座へ向かう方向に突出する、少なくとも１つの第１貫通穴が設けられた周壁、を有するブッシュと、
   前記ブッシュに摺動可能に嵌合し、前記ハウジングと前記ブッシュの間で、前記一次通路と連通する流入室と、前記流出室と連続するスプリング室と、を仕切る筒状の過流防止弁体であって、少なくとも１つの第２貫通穴が設けられ、前記流入室が前記第２貫通穴および前記第１貫通穴を介して前記流出室と連通する通常位置と、前記第２貫通穴が前記周壁における前記第１貫通穴よりも先端側の部分によって閉塞される規制位置と、の間で移動する過流防止弁体と、
   前記スプリング室内に配置された、前記過流防止弁体を前記規制位置から前記通常位置へ向かう方向に付勢するスプリングと、
   前記第２貫通穴の上流側である前記ハウジングと前記過流防止弁体の間の部分または前記第２貫通穴に形成された、前記流入室と前記流出室の間で圧力差を生じさせる絞りと、
   を備える、弁装置。
2. 前記周壁は、先端が前記ハウジングに到達するように延びており、前記周壁には、前記スプリング室を前記流出室と連続させる少なくとも１つの連通穴が設けられている、請求項１に記載の弁装置。
3. 前記弁装置は、圧力容器の口部に取り付けられるものであり、
   前記ハウジングは、前記圧力容器内に挿入される軸部を有し、この軸部に、前記弁体空間が形成されている、請求項１または２に記載の弁装置。
4. 前記弁体には、当該弁体によって前記流出室と隔てられたパイロット室から前記二次通路まで延びる、絞りを有するパイロット通路が設けられており、
   前記パイロット室内に配置された、前記パイロット通路を開閉するプランジャと、
   前記プランジャを駆動するソレノイドと、をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の弁装置。
   

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