(57)【要約】【課題】レギュレータ本体をダイアフラムの径方向に小型化する。【解決手段】第１ダイアフラム１６と第２ダイアフラム２０とにより、レギュレータ本体１２内が調圧室２４と第１背圧室２６と第２背圧室２８に区画される。調圧室２４には流入口４０及び流出口４２が連通される。第１調圧スプリング１８が第１ダイアフラム１６と第２ダイアフラム２０との間に介装される。第２調圧スプリング２２を第２ダイアフラム２０を第１背圧室２６側へ付勢するように設ける。調圧バルブ１４は、連通路３２を開閉可能に設ける。調圧バルブ１４で調圧された調圧圧力を第２背圧室２８に作用させる連絡通路を設ける。調圧室２４内の調圧圧力と、両調圧スプリング１８，２２のスプリング荷重、第１背圧室２６の圧力、及び、第２背圧室２８の調圧圧力との釣り合いで、調圧バルブ１４のバルブストロークを調整する。【選択図】図１
2011241747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レギュレータ本体内に直列的に配置される調圧バルブと第１ダイアフラムと第１調圧スプリングと第２ダイアフラムと第２調圧スプリングとを備え、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとにより、前記レギュレータ本体内が調圧室と第１背圧室と第２背圧室に区画され、
前記調圧室には流体の流入口及び流出口が連通され、
前記第１背圧室において、前記第１調圧スプリングが前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとの間に介装され、
前記第２背圧室において、前記第２調圧スプリングが前記第２ダイアフラムを前記第１背圧室側へ付勢するように設けられ、
前記調圧バルブは、前記流入口から前記調圧室につながる通路を前記第１ダイアフラムの作動に連動して開閉可能に設けられ、
前記調圧バルブで調圧された調圧圧力を前記第２背圧室に作用させる連絡通路が設けられ、
前記調圧室内の調圧圧力と、前記第１調圧スプリングのスプリング荷重、前記第２調圧スプリングのスプリング荷重、前記第１背圧室の圧力、及び、前記第２背圧室の調圧圧力との釣り合いで、前記調圧バルブのバルブストロークを調整する構成とした
ことを特徴とする流体用レギュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の流体用レギュレータであって、
前記第１背圧室が大気に連通されていることを特徴とする流体用レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を調圧する流体用レギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体用レギュレータとしては、例えば圧縮天然ガス（以下、「ＣＮＧ」という）を自動車のエンジンの燃料として使用するために、自動車に搭載されたボンベ内の高圧のＣＮＧを所定圧に減圧いわゆる調圧するＣＮＧ用レギュレータがある。このようなＣＮＧ用レギュレータの従来例について説明する。なお、図３はＣＮＧ用レギュレータを模式的に示す断面図である。
【０００３】
図３に示すように、ＣＮＧ用レギュレータ１１０は、レギュレータ本体１１２内に直列的に配置された調圧バルブ１１４とダイアフラム１１６と調圧スプリング１１８とを備えている。レギュレータ本体１１２内に形成された中空円筒状の内部空間は、ダイアフラム１１６により上下２室に区画されている。すなわち、ダイアフラム１１６の下側に調圧室１２４が形成され、そのダイアフラム１１６の上側に背圧室１２６が形成されている。また、ダイアフラム１１６の中央部には、ダイアフラムホルダ１３０が同心状に装着されている。
【０００４】
前記レギュレータ本体１１２における調圧室１２４の下壁部には、調圧室１２４と同心状をなす連通路１３２とバルブ室１３４とバルブ背圧室１３６が形成されている。連通路１３２は、バルブ室１３４と調圧室１２４とを連通している。また、バルブ室１３４は、連通路１３２とバルブ背圧室１３６とを連通している。また、バルブ室１３４の上壁面における連通路１３２の下面口縁部にはバルブシート１３８が形成されている。また、レギュレータ本体１１２におけるバルブ室１３４の側壁にはＣＮＧの流入口１４０が形成されている。流入口１４０は、バルブ室１３４と外部とを連通している。また、レギュレータ本体１１２における調圧室１２４の下壁部には、前記調圧室１２４の下面から外部に連通する流出口１４２が形成されている。また、レギュレータ本体１１２の下端部には、流出口１４２と前記バルブ背圧室１３６の底部とを連通する補正通路１４４が形成されている。
【０００５】
前記背圧室１２６において、前記調圧スプリング１１８は、前記ダイアフラム１１６のダイアフラムホルダ１３０を下方すなわち背圧室１２６側へ付勢するように設けられている。
また、前記レギュレータ本体１１２における背圧室１２６の側壁には、背圧室１２６を大気に連通する大気連通路１４６が形成されている。
【０００６】
前記調圧バルブ１１４は、その下半部が前記バルブ背圧室１３６に対して昇降可能に嵌合されている。また、調圧バルブ１１４と、前記ダイアフラム１１６のダイアフラムホルダ１３０とは、連結ロッド１５６を介して連結されている。したがって、ダイアフラム１１６の作動（上下方向の変位）に連動して調圧バルブ１１４が昇降される。また、調圧バルブ１１４の下降時には、調圧バルブ１１４がバルブシート１３８から離座することにより連通路１３２が開かれる。また、調圧バルブ１１４の上昇時には、調圧バルブ１１４がバルブシート１３８に着座することにより連通路１３２が閉じられる。
【０００７】
前記ＣＮＧ用レギュレータ１１０において、調圧バルブ１１４が下降位置にある開弁状態において、高圧のＣＮＧが流入口１４０からバルブ室１３４及び連通路１３２を介して調圧室１２４内に導入される。そして、調圧室１２４内の圧力（調圧圧力）と、調圧スプリング１１８のスプリング荷重及び背圧室１４６の圧力（大気圧）との釣り合いで、調圧バルブ１１４のバルブストロークが調整される。これにより、ＣＮＧの入口圧力の変動にかかわらず調圧圧力が一定となるように調圧（減圧）される。調圧（減圧）されたＣＮＧは、流出口１４２から外部（例えば、エンジン）へ流出される。このとき、調圧圧力が補正通路１４４を介して調圧バルブ１１４に背圧として作用される。
なお、前記したようなＣＮＧ用レギュレータとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２４８９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記ＣＮＧ用レギュレータ１１０によると、ダイアフラム１１６に作用する調圧圧力と調圧スプリング１１８のスプリング荷重からダイアフラム１１６の有効面積（有効径）が決まることから、レギュレータ本体１１２の大きさ（特に、ダイアフラム１１６の径方向に関する大きさ）もほぼ決まることになる。したがって、レギュレータ本体１１２の小型化が困難で、大型化を余儀なくされるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、レギュレータ本体をダイアフラムの径方向に小型化することのできる流体用レギュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする流体用レギュレータにより解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された流体用レギュレータによると、レギュレータ本体内に直列的に配置される調圧バルブと第１ダイアフラムと第１調圧スプリングと第２ダイアフラムと第２調圧スプリングとを備え、前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとにより、前記レギュレータ本体内が調圧室と第１背圧室と第２背圧室に区画され、前記調圧室には流体の流入口及び流出口が連通され、前記第１背圧室において、前記第１調圧スプリングが前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとの間に介装され、前記第２背圧室において、前記第２調圧スプリングが前記第２ダイアフラムを前記第１背圧室側へ付勢するように設けられ、前記調圧バルブは、前記流入口から前記調圧室につながる通路を前記第１ダイアフラムの作動に連動して開閉可能に設けられ、前記調圧バルブで調圧された調圧圧力を前記第２背圧室に作用させる連絡通路が設けられ、前記調圧室内の調圧圧力と、前記第１調圧スプリングのスプリング荷重、前記第２調圧スプリングのスプリング荷重、前記第１背圧室の圧力、及び、前記第２背圧室の調圧圧力との釣り合いで、前記調圧バルブのバルブストロークを調整する構成としたものである。したがって、従来例と比べて、調圧圧力を変えることなく、ダイアフラムを小径化することができ、レギュレータ本体をダイアフラムの径方向に小型化することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載された流体用レギュレータによると、第１背圧室が大気に連通されている。したがって、第１背圧室を大気開放室とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるＣＮＧ用レギュレータを模式的に示す断面図である。
【図２】ＣＮＧ用レギュレータの調整圧力とダイアフラムの有効面積との関係を示す説明図である。
【図３】従来例にかかるＣＮＧ用レギュレータを模式的に示す断面図である。
【図４】ＣＮＧ用レギュレータの調整圧力とダイアフラムの有効面積との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。本実施の形態では、流体用レギュレータの一例としてＣＮＧ用レギュレータを例示する。図１はＣＮＧ用レギュレータを模式的に示す断面図である。
図１に示すように、ＣＮＧ用レギュレータ１０は、レギュレータ本体１２内に対して下から上へ向かって直列的に配置された調圧バルブ１４と第１ダイアフラム１６と第１調圧スプリング１８と第２ダイアフラム２０と第２調圧スプリング２２とを備えている。
【００１４】
前記レギュレータ本体１２内に形成された中空円筒状の内部空間は、前記第１ダイアフラム１６と前記第２ダイアフラム２０とにより上下方向（縦方向）に並ぶ３室に区画されている。すなわち、第１ダイアフラム１６の下側に調圧室２４が形成されている。また、第１ダイアフラム１６と第２ダイアフラム２０との間に第１背圧室２６が形成されている。また、第２ダイアフラム２０の上側に第２背圧室２８が形成されている。また、各ダイアフラム１６，２０の中央部には、それぞれ円板状のダイアフラムホルダ３０が同心状に装着されている。なお、ダイアフラムホルダ３０は上下一対をなすホルダプレート（符号省略）を結合することによって構成されており、両ホルダプレートの間にダイアフラム１６，２０が挟着されている。また、レギュレータ本体１２の内部空間は上下方向に３分割された分割体の結合によって構成されており、その上下に隣り合う分割体の相互間に各ダイアフラム１６，２０の外周部がそれぞれ挟持されている。
【００１５】
前記レギュレータ本体１２における調圧室２４の下壁部には、調圧室２４と同心状をなす連通路３２とバルブ室３４とバルブ背圧室３６が形成されている。連通路３２は、中空円筒状に形成されており、バルブ室３４と調圧室２４とを連通している。また、バルブ室３４は、連通路３２により大径の中空円筒状に形成されており、連通路３２とバルブ背圧室３６とを連通している。また、バルブ背圧室３６は、連通路３２と同径の有底円筒状に形成されている。また、バルブ室３４の上壁面における連通路３２の下面口縁部には、円環状のバルブシート３８が形成されている。また、レギュレータ本体１２におけるバルブ室３４の側壁（図１において左側壁）には、径方向外方へ延びるＣＮＧの流入口４０が形成されている。流入口４０は、調圧室２４に連通するバルブ室３４と外部とを連通している。なお連通路３２は、流入口４０から調圧室２４につながる通路を構成している。
【００１６】
前記レギュレータ本体１２における調圧室２４の下壁部の側壁（図１において右側壁）には、前記調圧室２４の下面から外部に連通するＬ字状の流出口４２が形成されている。また、レギュレータ本体１２の下端部には、流出口４２と前記バルブ背圧室３６の底部とを連通する補正通路４４が形成されている。また、レギュレータ本体１２には、流出口４２における補正通路４４の分岐部よりも下流側において外部に連通する接続口４５が形成されている。
【００１７】
前記第１背圧室２６において、前記第１ダイアフラム１６のダイアフラムホルダ３０と前記第２ダイアフラム２０のダイアフラムホルダ３０との対向面間には、前記第１調圧スプリング１８が介装されている。
また、前記レギュレータ本体１２における第１背圧室２６の側壁（図１において左側壁）には、第１背圧室２６を大気に連通する大気連通路４６が形成されている。
【００１８】
前記第２背圧室２８において、前記第２調圧スプリング２２が前記第２ダイアフラム２０を下方すなわち前記第１背圧室２６側へ付勢するように設けられている。すなわち、第２調圧スプリング２２は、第２ダイアフラム２０のダイアフラムホルダ３０とそれに対向するように同心状に配置されたスプリングシート４８との間に介装されている。また、前記レギュレータ本体１２における第２背圧室２８の上壁部には、第２背圧室２８と同心状をなす調整ねじ５０が螺合されている。調整ねじ５０の先端部（下端部）がスプリングシート４８の中央部の凹溝部に当接されている。したがって、調整ねじ５０を螺進又は螺退させることにより、第２ダイアフラム２０に対する第２調圧スプリング２２のスプリング力を調整することができる。また、調整ねじ５０の上部の外周面には、Ｏリングからなるシール部材５１が装着されている。シール部材５１は、調整ねじ５０の外周面とねじ孔（符号省略）の内周面との間をシールしている。
【００１９】
前記レギュレータ本体１２における第２背圧室２８の側壁（図１において右側壁）には、第２背圧室２８を外部に連通する接続口５２が形成されている。接続口５２と前記流出口４２の接続口４５とは、配管部材５４を介して連通されている。なお、両接続口４５，５２及び配管部材５４は、本明細書でいう「連絡通路」を構成している。
【００２０】
前記調圧バルブ１４は、円柱状をなし、その下半部が前記バルブ背圧室３６に対して上下方向に摺動可能すなわち昇降可能に嵌合されている。調圧バルブ１４の上半部は、前記バルブ室３４に突出されている。また、調圧バルブ１４と、前記第１ダイアフラム１６のダイアフラムホルダ３０とは、連結ロッド５６を介して連結されている。連結ロッド５６は、前記連通路３２内を同心状にかつ遊嵌状に貫通している。したがって、第１ダイアフラム１６の作動（上下方向の変位）に連動して調圧バルブ１４が昇降される。
【００２１】
前記調圧バルブ１４の上面部は、前記バルブシート３８に対応するバルブ部５８となっている。調圧バルブ１４の下降時には、バルブ部５８がバルブシート３８から離座することにより連通路３２が開かれる。また、調圧バルブ１４の上昇時には、バルブ部５８がバルブシート３８に着座することにより連通路３２が閉じられる。また、調圧バルブ１４の下部の外周面には、Ｏリングからなるシール部材６０が装着されている。シール部材６０は、調圧バルブ１４の外周面とバルブ背圧室３６の内周面との間をシールしている。
【００２２】
次に、前記ＣＮＧ用レギュレータ１０の作用について説明する。いま、調圧バルブ１４が下降位置にある開弁状態において、ＣＮＧボンベ（図示省略）から供給される高圧のＣＮＧが流入口４０からバルブ室３４、連通路３２（詳しくは、連通路３２の内周面と連結ロッド５６との間の筒状の隙間）を介して調圧室２４内に流入される。そして、調圧室２４内におけるＣＮＧの圧力が所定圧以上になると、その圧力によって第１ダイアフラム１６及び第２ダイアフラム２０が第１調圧スプリング１８及び第２調圧スプリング２２の弾性変形を介して押し上げられるにともない、調圧バルブ１４が閉じられる。また、調圧室２４内におけるＣＮＧの圧力が所定圧以下になると、両調圧スプリング１８，２２のスプリング荷重及び両背圧室２６，２８に作用する圧力によって、両ダイアフラム１６，２０が下降されるにともない、調圧バルブ１４が開かれる。また、調圧（減圧）されたＣＮＧが流出口４２から外部（例えば、エンジン）へ流出される。このとき、調圧室２４で調圧された調圧圧力が、補正通路４４を介してバルブ背圧室３６に作用される。このため、調圧室２４で調圧された調圧圧力が調圧バルブ１４に対する背圧として作用される。これにより、入口圧力の変化に対する調圧圧力の変化をなくすことができる。また、調圧バルブ１４で調圧された調圧圧力が、接続口４５から配管部材５４、接続口５２を介して第２背圧室２８に作用される。したがって、調圧室２４内の調圧圧力と、第１調圧スプリング１８のスプリング荷重、第２調圧スプリング２２のスプリング荷重、第１背圧室２６の圧力（本実施の形態では大気圧）、及び、第２背圧室２８の圧力（調圧圧力）との釣り合いで、調圧バルブ１４のバルブストローク（昇降ストローク）が調整（減圧）される。これにより、流入口４０に対するＣＮＧの入口圧力の変動にかかわらず調圧圧力が一定となるように調圧（減圧）される。
【００２３】
前記したＣＮＧ用レギュレータ１０（図１参照）によると、従来例（図３参照）と比べて、調圧圧力を変えることなく、両ダイアフラム１６，２０を小径化することができる。したがって、レギュレータ本体１２を両ダイアフラム１６，２０の径方向（図１において横方向）に小型化することができる。
【００２４】
この点について説明する。図２はＣＮＧ用レギュレータの調整圧力とダイアフラムの有効面積との関係を示す説明図である。
図２に示すように、ＣＮＧ用レギュレータ１０において、ＣＮＧの入口圧力をＰ１（ＭＰａ）、ＣＮＧの調圧圧力をＰ２（ＭＰａ）、第１ダイアフラム１６の有効面積をＡ（ｍｍ2）、流入口４０から調圧室２４につながる連通路３２の通路面積（連結ロッド５６を除く）をＢ（ｍｍ2）、バルブ背圧室３６の通路面積をＣ（ｍｍ2）、第２ダイアフラム２０の有効面積をＤ（ｍｍ2）、調圧バルブ１４のバルブストローク量をＬ（ｍｍ2）、第１調圧スプリング１８のばね定数をＫ１（Ｎ／ｍｍ）、第２調圧スプリング２２のばね定数をＫ２（Ｎ／ｍｍ）としたとき、調圧圧力Ｐ２は、次の数式１により求められる。なお、Ｗ（Ｎ）は、調圧バルブ１４の閉弁時において第１ダイアフラム１６に作用する両調圧スプリング１８，２２のスプリング荷重である。また、Ｋ（Ｎ／ｍｍ）は、両調圧スプリング１８，２２の合成ばね定数である。
【００２５】
【数１】
2011241747.tif 000003
ここで、Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）＝Ｋ
また、Ｂ＝Ｃとすれば、次の数式２が得られる。
【００２６】
【数２】
2011241747.tif 000004
【００２７】
図４は前記従来例（図３参照）にかかるＣＮＧ用レギュレータの調整圧力とダイアフラムの有効面積との関係を示す説明図である。
図４に示すように、ＣＮＧ用レギュレータ１１０において、ＣＮＧの入口圧力をＰ１（ＭＰａ）、ＣＮＧの調圧圧力をＰ２（ＭＰａ）、ダイアフラム１１６の有効面積をＡ（ｍｍ2）、流入口１４０から調圧室１２４につながる連通路１３２の通路面積（連結ロッド１５６を除く）をＢ（ｍｍ2）、バルブ背圧室１３６の通路面積をＣ（ｍｍ2）、調圧バルブ１１４のバルブストローク量をＬ（ｍｍ2）、調圧スプリング１１８のばね定数をＫ（Ｎ／ｍｍ）としたとき、調圧圧力Ｐ２は、次の数式３により求められる。なお、Ｗ（Ｎ）は、調圧バルブ１１４の閉弁時における調圧スプリング１１８のスプリング荷重である。
【００２８】
【数３】
2011241747.tif 000005
ここで、Ｂ＝Ｃとすれば、次の数式４が得られる。
【００２９】
【数４】
2011241747.tif 000006
【００３０】
前記した本実施の形態にかかる［数式２］と従来例にかかる［数式４］とを比較すると、従来例のＣＮＧ用レギュレータ１１０（図４参照）と比べて、本実施の形態におけるＣＮＧ用レギュレータ１０によれば、第１ダイアフラム１６の有効面積Ａ、及び、第２ダイアフラム２０の有効面積Ｄを減少することができることがわかる。すなわち、本実施の形態におけるＣＮＧ用レギュレータ１０によれば、従来例のＣＮＧ用レギュレータ１１０と比べて、調圧圧力Ｐ２を変えることなく、第１ダイアフラム１６及び第２ダイアフラム２０を小径化することができる。したがって、両ダイアフラム１６，２０の径方向（図１において横方向）に関するＣＮＧ用レギュレータ１０の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、第１背圧室２６が大気連通路４６を介して大気に連通されている。したがって、第１背圧室２６を大気開放室とすることができる。
【００３２】
本発明は上記した実施の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における変更が可能である。例えば、本発明は、ＣＮＧに限らず、窒素、水素、酸素等の流体用レギュレータとしても適用することができる。また、第１背圧室２６は、大気に代え、エンジンの吸気負圧を作用させることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…ＣＮＧ用レギュレータ（流体用レギュレータ）
１２…レギュレータ本体
１４…調圧バルブ
１６…第１ダイアフラム
１８…第１調圧スプリング
２０…第２ダイアフラム
２２…第２調圧スプリング
２４…調圧室
２６…第１背圧室
２８…第２背圧室
３２…連通路（流入口から調圧室２４につながる通路）
４０…流入口
４２…流出口
５４…配管部材（連絡通路を構成する一部）
【図１】
2011241747.tif 000007
【図２】
2011241747.tif 000008
【図３】
2011241747.tif 000009
【図４】
2011241747.tif 000010