(57)【要約】【課題】流体供給先に供給する流体が微少流量となるときの流量制御性を向上することができ、且つ、流体供給先での流体の脈動が大きいときのダイヤフラムの振れを抑制することができるレギュレータ及びエンジン駆動式空気調和装置を提供する。【解決手段】レギュレータ３０は、ハウジング４１及びカバー４２の内部空間を大気に開放された第１室３６ａ及びエンジンに連通する第２室３６ｂに区画するダイヤフラム４３と、燃料ガス供給源及び第２室３６ｂ間を開閉するポペットバルブ４７と、第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差に基づくダイヤフラム４３の変形量に応じた開度でポペットバルブ４７を開閉作動させるバルブレバー４６と、ポペットバルブ４７が閉鎖される側にバルブレバー４６を付勢する付勢手段４８とを備える。付勢手段４８のばね定数は、ダイヤフラム４３の変形量が小さいときよりも大きいときの方が大きくなるように設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体供給源から供給される流体の圧力を大気圧に調整して流体供給先に供給するレギュレータにおいて、
筐体の内部空間を大気に開放された第１室及び前記流体供給先に連通する第２室に区画するダイヤフラムと、
前記流体供給源及び前記第２室間を開閉するバルブと、
前記ダイヤフラム及び前記バルブに連係され、前記第１室及び前記第２室間の圧力差に基づく前記ダイヤフラムの変形量に応じた開度で前記バルブを開閉作動させるレバーと、
前記第２室に設けられ、前記バルブが閉鎖される側に前記レバーを付勢する付勢手段とを備え、
前記付勢手段のばね定数は、前記ダイヤフラムの変形量が小さいときよりも大きいときの方が大きくなるように設定されていることを特徴とするレギュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記付勢手段は、互いに異なる２つのピッチを有する２段ピッチコイルスプリングであることを特徴とするレギュレータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレギュレータが、前記流体供給先としてのエンジンに流体としての燃料ガスを供給する流路上に設けられていることを特徴とするエンジン駆動式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レギュレータ及びエンジン駆動式空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体供給源から供給される燃料ガス等の流体の圧力を大気圧に調整してエンジン（ガスエンジン）などの流体供給先に供給するレギュレータとして種々のものが提案されている。例えば特許文献１には、レギュレータの内部空間を２室に区画するダイヤフラムの制御をメインスプリング及びバランススプリングで行う、いわゆるバランス式レギュレータが記載されている。一方、特許文献２には、ダイヤフラムの制御を１本のスプリングで行う開閉弁付きレギュレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５７５４９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６６２３２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】尾見雅明、小長井源策、生田目利夫，「低圧レギュレータの微少流量制御に関する研究」，学術講演会前刷集，社団法人自動車技術会，２０００年５月，２０００５１７８  Ｎｏ．５５−００，ｐ．９−１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バランス式レギュレータは、非特許文献１に記載されるように、ダイヤフラムの変形量（２室間の圧力差）が小さく流体供給先に供給する流体が微少流量となるときに流量制御性に劣ることが確認されている。これは、バランススプリングのばね定数が比較的大きく設定されており、ダイヤフラムの変形量（変位）をバルブに伝えるポペットレバーがダイヤフラムの動きに追従しにくいことによる。
【０００６】
一方、特許文献２の開閉弁付きレギュレータは、ダイヤフラムを制御するスプリングのばね定数を比較的小さく設定可能であり、前述の流量制御性には優れている。しかしながら、この開閉弁付きレギュレータは、流体供給先での流体の脈動が大きいときに、ダイヤフラムの振れが増長されることが本出願人によって確認されている。すなわち、図５に流体供給先（エンジン）での流体の脈動に相関するエンジン負荷とダイヤフラムの振れとの関係を概略的に示したように、エンジン負荷が一定レベルを超えた段階でダイヤフラムの振れが急激に大きくなっていることが確認される。これは、開閉弁付きレギュレータの前述のスプリングのばね定数が比較的小さく設定されていることで、流体供給先での流体の大きな脈動に過敏に反応してダイヤフラムの振れ（ばたつき）が助長されることによる。
【０００７】
本発明の目的は、流体供給先に供給する流体が微少流量となるときの流量制御性を向上することができ、且つ、流体供給先での流体の脈動が大きいときのダイヤフラムの振れを抑制することができるレギュレータ及びエンジン駆動式空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、流体供給源から供給される流体の圧力を大気圧に調整して流体供給先に供給するレギュレータにおいて、筐体の内部空間を大気に開放された第１室及び前記流体供給先に連通する第２室に区画するダイヤフラムと、前記流体供給源及び前記第２室間を開閉するバルブと、前記ダイヤフラム及び前記バルブに連係され、前記第１室及び前記第２室間の圧力差に基づく前記ダイヤフラムの変形量（変位）に応じた開度で前記バルブを開閉作動させるレバーと、前記第２室に設けられ、前記バルブが閉鎖される側に前記レバーを付勢する付勢手段とを備え、前記付勢手段のばね定数は、前記ダイヤフラムの変形量が小さいときよりも大きいときの方が大きくなるように設定されていることを要旨とする。
【０００９】
同構成によれば、前記付勢手段のばね定数は、前記ダイヤフラムの変形量（第１室及び第２室間の圧力差）が小さいときに小さくなるように設定される。従って、前記ダイヤフラムの変形量（第１室及び第２室間の圧力差）が小さく前記流体供給先に供給する流体が微少流量となっても、前記レバーは、前記ダイヤフラムの変形量を前記バルブに容易に伝えることができ、流量制御性に優れている。一方、前記付勢手段のばね定数は、前記ダイヤフラムの変形量（第１室及び第２室間の圧力差）が大きいときに大きくなるように設定される。従って、前記流体供給先（第２室）での流体の大きな脈動に反応して前記ダイヤフラムが振れようとしても、前記付勢手段によりその振れを堅固に抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレギュレータにおいて、前記付勢手段は、互いに異なる２つのピッチを有する２段ピッチコイルスプリングであることを要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、前記付勢手段は、一部品である２段ピッチコイルスプリングのみでそのばね定数を変更できるため、部品点数の増加を抑制することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレギュレータが、前記流体供給先としてのエンジンに流体としての燃料ガスを供給する流路上に設けられていることを特徴とすることを要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、前記エンジンの低負荷時など、該エンジンに供給する燃料ガスが微少流量となっても、その流量制御性に優れていることで、前記エンジンの低負荷時において該エンジンに燃料ガスをより効率的に供給することができる。一方、前記エンジンの高負荷時など、該エンジン（第２室）での燃料ガスの脈動が大きくても、前記ダイヤフラムの振れを抑制することで、前記エンジンに燃料ガスを容易に供給することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、流体供給先に供給する流体が微少流量となるときの流量制御性を向上することができ、且つ、流体供給先での流体の脈動が大きいときのダイヤフラムの振れを抑制することができるレギュレータ及びエンジン駆動式空気調和装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態を示す断面図。
【図２】（ａ）は付勢手段の側面図であり、（ｂ）はその荷重特性を示すグラフ。
【図３】同実施形態を示す概略構成図。
【図４】（ａ）はエンジン負荷とダイヤフラムの平均変位との関係を、（ｂ）はエンジン負荷とダイヤフラムの振れとの関係をそれぞれ示すグラフ。
【図５】従来形態のエンジン負荷とダイヤフラムの振れとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図３は、本実施形態に係るレギュレータを備えたエンジン駆動式空気調和装置を示す概略構成図である。同図に示されるように、エンジン駆動式空気調和装置は、流体供給源としての燃料ガス供給源（例えば燃料タンク）に接続された燃料管路１１を備える。この燃料管路１１は、レギュレータ３０の入口部３１（図１参照）に接続されるとともに、レギュレータ３０の出口部３２（図１参照）は、燃料管路１２を介してミキサー１３に接続されている。そして、ミキサー１３には、燃料管路１１、レギュレータ３０及び燃料管路１２を介して燃料ガス供給源からの流体としての燃料ガス（例えばプロパンガス、天然ガス等）が供給される。この際、レギュレータ３０において、ミキサー１３に供給される燃料ガスが大気圧に調整される。
【００１６】
また、エンジン駆動式空気調和装置は、大気に開放された空気管路１４を備える。この空気管路１４は、エアクリーナ１５に接続されるとともに、該エアクリーナ１５は、空気管路１６を介して前記ミキサー１３に接続されている。そして、ミキサー１３には、空気管路１４、エアクリーナ１５及び空気管路１６を介して大気圧の空気が供給される。この際、エアクリーナ１５において、ミキサー１３に供給される空気が清浄化される。
【００１７】
ミキサー１３は、流体供給先としてのエンジン２１の吸気口に接続されており、供給された燃料ガス及び空気を混合する。エンジン２１はガスエンジンであって、その吸入行程においてミキサー１３で混合された燃料ガス及び空気の混合気を吸入するとともに、その燃焼行程において該混合気に点火することでその出力軸であるクランク軸を回転させる。
【００１８】
エンジン２１は、クランク軸に連結されたプーリ２２を備える。このプーリ２２は、コンプレッサ２３の回転軸に連結されたプーリ２４にベルト２５を介して駆動連結されており、エンジン２１のクランク軸の回転がプーリ２２、ベルト２５及びプーリ２４を介してコンプレッサ２３の回転軸に伝達されるようになっている。
【００１９】
そして、エンジン駆動式空気調和装置は、エンジン２１の動力によりコンプレッサ２３を動かしてヒートポンプ機能を働かせる。なお、図３では、コンプレッサ２３と図示しない室内機との接続構造が冷媒管２６だけで描かれているが、実際はヒートポンプ機能に必要な一般に知られている機器（各種熱交換器等）が付属している。また、エンジン駆動式空気調和装置は、室内を設定温度に制御する空気調和制御に際し、エンジン２１の排熱を利用する（エンジン２１の排熱を利用に係る構造は図示略）。
【００２０】
次に、図１（ａ）（ｂ）に基づいて、前記レギュレータ３０について説明する。なお、図１（ａ）（ｂ）は、図１（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
同図に示されるように、レギュレータ３０は、前記入口部３１及び前記出口部３２と、その外形をなす本体部３３とを備える。そして、本体部３３は、第１電磁開閉弁３４、第２電磁開閉弁３５及び圧力調整部３６を備えて構成される。
【００２１】
第１電磁開閉弁３４は、弁体３４ａ及びソレノイド３４ｂを有するとともに、前記入口部３１に連通する弁室３４ｃを有し、更に第２電磁開閉弁３５との間を仕切る壁部３７に形成された弁口３４ｄを有する。第１電磁開閉弁３４は、ソレノイド３４ｂの駆動により弁体３４ａを進退させることで弁口３４ｄを開閉する。
【００２２】
第２電磁開閉弁３５は、弁体３５ａ及びソレノイド３５ｂを有するとともに、前記弁口３４ｄに連通する弁室３５ｃを有し、更に圧力調整部３６との間を仕切る壁部３８に形成された弁口３５ｄを有する。第２電磁開閉弁３５は、ソレノイド３５ｂの駆動により弁体３５ａを進退させることで弁口３５ｄを開閉する。
【００２３】
圧力調整部３６は、筐体を構成する箱状のハウジング４１及びカバー４２を備えており、これらの開口端同士が嵌着されることで形成される内部空間は、これらハウジング４１及びカバー４２間に設けられたダイヤフラム４３によって区画されている。そして、圧力調整部３６は、ダイヤフラム４３を挟んでカバー４２側に第１室３６ａを形成するとともに、同じくハウジング４１側に第２室３６ｂを形成する。なお、第１室３６ａは、カバー４２に形成された通気口４２ａを介して大気に開放されている。一方、第２室３６ｂは、前記出口部３２に連通するとともに、ハウジング４１に形成された室入口４１ａを介して弁口３５ｄに連通可能となっている。
【００２４】
また、ハウジング４１には、ダイヤフラム４３の中央部に設けられたレバー連結部４４に対向して柱状の突起部４１ｂが突設されている。そして、ハウジング４１には、室入口４１ａ及び突起部４１ｂ間に配置された支持部４５において、軸４５ａを中心に回動自在に連結されたレバーとしてのバルブレバー４６が設けられている。このバルブレバー４６は、その回動中心となる中間部分から突起部４１ｂ側に延出する一方の先端部においてレバー連結部４４に連結されており、室入口４１ａ側に延出する他方の先端部に該室入口４１ａを開閉するバルブとしてのゴム製のポペットバルブ４７が連結されている。バルブレバー４６は、ポペットバルブ４７が室入口４１ａの開口部に圧接してこれを全閉するまでの範囲で軸４５ａを中心とする一側方向（図１（ａ）の反時計回転方向）への回動が許容されており、他側方向（図１（ａ）の時計回転方向）への回動に伴いその回動量が大きくなるに従って開度が大きくなるようにポペットバルブ４７を開閉作動させる。
【００２５】
さらに、突起部４１ｂ及びレバー連結部４４間には、コイルスプリングからなる付勢手段４８が介在されている。この付勢手段４８は、ポペットバルブ４７が閉作動する側にバルブレバー４６を常時付勢する。そして、第１室３６ａ及び第２室３６ｂの圧力が等しいとき（共に大気圧であるとき）、付勢手段４８により一側方向に回動する側に付勢されるバルブレバー４６は、ポペットバルブ４７にて室入口４１ａを閉鎖する。一方、第１室３６ａの圧力（大気圧）よりも第２室３６ｂの圧力の方が低いとき、ダイヤフラム４３の変形に伴って該ダイヤフラム４３に押圧されるバルブレバー４６は、付勢手段４８の付勢力に抗して他側方向に回動し、ポペットバルブ４７にて室入口４１ａを開放する。この際、第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差が大きいほどダイヤフラム４３の変形量が大きくなることで、バルブレバー４６の他側方向への回動量、即ちポペットバルブ４７の開度が大きくなる。
【００２６】
このような構成にあって、第１及び第２電磁開閉弁３４，３５が弁口３４ｄ，３５ｄを開放している状態でエンジン２１をクランキングすると、該エンジン２１の吸気口側である出口部３２が第２室３６ｂともども大気圧より低い圧力（以下、「負圧」ともいう）になる。一方、第１室３６ａは通気口４２ａを介して大気に開放されているため、常に大気圧である。従って、ダイヤフラム４３は、第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差により、付勢手段４８の付勢力に抗してその中央部（レバー連結部４４）が第１室３６ａ側から第２室３６ｂ側に移動するように変形する。このとき、レバー連結部４４に押圧されるバルブレバー４６が軸４５ａを中心に回動することで、ポペットバルブ４７は、第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差に応じた開度で室入口４１ａを開放する。そして、入口部３１から供給された燃料ガスは、ポペットバルブ４７の開度に応じた流量で第２室３６ｂに供給される（吸い込まれる）。
【００２７】
これにより、第２室３６ｂの燃料ガスの圧力が増加するため、ダイヤフラム４３は、付勢手段４８に付勢されてその中央部（レバー連結部４４）が第２室３６ｂ側から第１室３６ａ側に移動するように変形する。このとき、レバー連結部４４に引かれるバルブレバー４６が軸４５ａを中心に回動（戻り回動）することで、ポペットバルブ４７が室入口４１ａを再び閉鎖する。これに伴い、第２室３６ｂが再び負圧になることで、前述の態様でポペットバルブ４７が室入口４１ａを再び開放する。
【００２８】
レギュレータ３０は、本体部３３においてこのような動作が繰り返すことで、出口部３２からエンジン２１の吸気口側（ミキサー１３）に供給する燃料ガスの圧力を大気圧に調整する。このようなレギュレータ３０による燃料ガスの圧力調整は、ミキサー１３における燃料ガス及び空気の混合比のずれを抑制してエンジン性能が最も発揮できる混合比でエンジン２１を運転し、エンジン駆動式空気調和装置を高効率で運転するためである。なお、エンジン２１を停止するときは、第１及び第２電磁開閉弁３４，３５が共に閉鎖される。
【００２９】
ここで、図２（ａ）に示されるように、本実施形態の付勢手段４８は、２つのピッチを有する、いわゆる２段ピッチコイルスプリングとなっている。すなわち、この付勢手段４８は、ピッチの小さい第１コイル部４８ａ及びピッチの大きい第２コイル部４８ｂを有しており、第１及び第２コイル部４８ａ，４８ｂにおいてばね定数Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１＜Ｋ２）を有する。従って、図２（ｂ）に付勢手段４８の変形量（撓み量）と荷重との関係を示したように、付勢手段４８は、変形量が小さいとき（例えばポペットバルブ４７が室入口４１ａを閉鎖する初期位置を含む適正な変形量までの範囲）にはばね定数Ｋ１の支配的な荷重の変化を示しており、変形量が大きいとき（前述の適正な変形量を超えた範囲）にはばね定数Ｋ２の支配的な荷重の変化を示している。
【００３０】
これにより、例えば第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差が小さくミキサー１３（エンジン２１）に供給する燃料ガスが微少流量となるときは、ダイヤフラム４３の変形量が小さくなって付勢手段４８の小さい方のばね定数Ｋ１が支配的になることで、バルブレバー４６がダイヤフラム４３の動きに追従しやすくなる。図４（ａ）は、第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差に相関するエンジン負荷と、平滑化したダイヤフラム４３の変形量（バルブレバー４６の平均変位）との関係を示すもので、全長に亘ってばね定数Ｋ２を有する従来形態のコイルスプリングでの推移を２点鎖線にて併せて図示している。同図から明らかなように、本実施形態では、エンジン負荷が小さく燃料ガスが微少流量となっても、小さい方のばね定数Ｋ１が支配的になることで、流量制御性には優れていることが確認される。
【００３１】
一方、エンジン２１（第２室３６ｂ）での燃料ガスの脈動が大きいときは、付勢手段４８の変形量が適正な変形量を超えてその大きい方のばね定数Ｋ２が支配的になることで、ダイヤフラム４３の振れが抑制される。図４（ｂ）は、ミキサー１３（エンジン２１）での燃料ガスの脈動に相関するエンジン負荷と、ダイヤフラム４３の振れとの関係を概略的に示すものである。同図から明らかなように、本実施形態では、エンジン負荷が一定レベルを超え燃料ガスの脈動が大きくなっても、大きい方のばね定数Ｋ２が支配的になることで、ダイヤフラム４３の振れが堅固に抑制されていることが確認される。
【００３２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、付勢手段４８のばね定数は、ダイヤフラム４３の変形量（第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差）が小さいときに小さい方のばね定数Ｋ１に設定される。従って、ダイヤフラム４３の変形量（第１室３６ａ及び第２室３６ｂ間の圧力差）が小さくエンジン２１に供給する燃料ガスが微少流量となっても、バルブレバー４６は、ダイヤフラム４３の変形量をポペットバルブ４７に容易に伝えることができ、流量制御性に優れている。一方、付勢手段４８のばね定数は、ダイヤフラム４３の変形量が大きいときに大きい方のばね定数Ｋ２に設定される。従って、エンジン２１（第２室３６ｂ）での燃料ガスの大きな脈動に反応してダイヤフラム４３が振れようとしても、付勢手段４８によりその振れを堅固に抑制することができる。
【００３３】
（２）本実施形態では、付勢手段４８は、一部品である２段ピッチコイルスプリングのみでそのばね定数を変更できるため、部品点数の増加を抑制することができ、ひいては配置スペース及びコストを削減することができる。
【００３４】
（３）本実施形態では、エンジン２１の低負荷時など、該エンジン２１に供給する燃料ガスが微少流量となっても、その流量制御性に優れていることで、エンジン２１の低負荷時において該エンジン２１に燃料ガスをより効率的に供給することができる。一方、エンジン２１の高負荷時など、該エンジン２１（第２室３６ｂ）での燃料ガスの脈動が大きくても、ダイヤフラム４３の振れを抑制することで、エンジン２１に燃料ガスを容易に供給することができる。そして、燃料ガス及び空気の混合比の制御に及ぼす影響を抑制することができる。
【００３５】
（４）本実施形態では、ダイヤフラム４３の振れを抑制することで、バルブレバー４６の軸４５ａ周りの揺動を抑制することができ、該軸４５ａ等の磨耗を低減することができる。そして、軸４５ａ等の磨耗に起因するダイヤフラム４３の振れを抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、付勢手段４８は、ダイヤフラム４３の変形量が小さいときよりも大きいときの方がばね定数が大きくなるように設定されるのであれば、２段ピッチコイルスプリング以外のばね（例えば３段ピッチ以上のコイルスプリングや円錐ばねなど）であってもよい。
【００３７】
・また、付勢手段４８は、ダイヤフラム４３の変形に伴う弾性変形のタイミングが異なる複数のコイルスプリングで構成してもよい。この場合、ダイヤフラム４３の変形量が小さいときにはいずれか一つのコイルスプリングのみが弾性変形するように設定しておくことで全体としてのばね定数が小さくなり、ダイヤフラム４３の変形量が大きいときには全てのコイルスプリングが弾性変形するように設定しておくことで全体としてのばね定数が大きくなる。
【００３８】
・前記実施形態において、レギュレータ３０をエンジン駆動式空気調和装置以外のエンジン装置に搭載してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
２１…エンジン（流体供給先）、３０…レギュレータ、３６ａ…第１室、３６ｂ…第２室、４１…ハウジング（筐体）、４２…カバー（筐体）、４３…ダイヤフラム、４４…レバー連結部、４５…支持部、４６…バルブレバー（レバー）、４７…ポペットバルブ（バルブ）、４８…付勢手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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