(57)【要約】【課題】圧力調整機能を維持できる圧力調整弁を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、燃料ガスＧを減圧する上流圧力調整弁１と、上流圧力調整弁１に対して燃料ガスＧの流れ方向の下流側の位置に配置され燃料ガスＧを減圧する下流圧力調整弁２と、上流圧力調整弁１による減圧後であって下流圧力調整弁２による減圧前の燃料ガスＧが流入する中通路３と、を有する多段圧力調整弁１０において、中通路３から分岐し、中通路３内の異物を捕捉可能なトラップ通路３２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を減圧する上流圧力調整弁と、前記上流圧力調整弁に対して前記流体の流れ方向の下流側の位置に配置され前記流体を減圧する下流圧力調整弁と、前記上流圧力調整弁による減圧後であって前記下流圧力調整弁による減圧前の前記流体が流入する中通路と、を有する圧力調整弁において、
前記中通路から分岐し、前記中通路内の異物を捕捉可能なトラップ通路を有すること、
を特徴とする圧力調整弁。
【請求項２】
請求項１の圧力調整弁において、
前記中通路の圧力を所定の設定圧未満に制御するリリーフ弁と、
前記中通路と前記リリーフ弁とを連通させるリリーフ通路と、を有し、
前記トラップ通路は、前記リリーフ通路と同軸上に形成されていること、
を特徴とする圧力調整弁。
【請求項３】
請求項１または２の圧力調整弁において、
前記上流圧力調整弁と前記下流圧力調整弁と前記中通路と前記トラップ通路とが形成されるボデー部材を有し、
前記トラップ通路における前記中通路側とは反対側の端部は、前記ボデー部材の外部に対して閉塞されていること、
を特徴とする圧力調整弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つの圧力調整弁において、
前記トラップ通路は、前記中通路から分岐して重力が作用する方向に向かって形成されていること、
を特徴とする圧力調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンクから供給先へ供給する燃料ガスの圧力を減圧しながら所望の圧力に調整する圧力調整弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１減圧弁と、第２減圧弁と、第１減圧弁による減圧後であって第２減圧弁による減圧前の気体燃料が通る接続通路とを有するレギュレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０４４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のレギュレータにおいて、第１減圧弁にて発生した摩耗粉などの異物が第２減圧弁に流入すると、第２減圧弁の摺動部分に異物が入って当該摺動部分における摺動が不安定になり、圧力調整機能が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、圧力調整機能を維持できる圧力調整弁を提供すること、を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、流体を減圧する上流圧力調整弁と、前記上流圧力調整弁に対して前記流体の流れ方向の下流側の位置に配置され前記流体を減圧する下流圧力調整弁と、前記上流圧力調整弁による減圧後であって前記下流圧力調整弁による減圧前の前記流体が流入する中通路と、を有する圧力調整弁において、前記中通路から分岐し、前記中通路内の異物を捕捉可能なトラップ通路を有すること、を特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、中通路を流れる流体中の異物は、トラップ通路内に捉えられて貯留されるので、下流圧力調整弁へ流入することが抑制される。そのため、下流圧力調整弁における摺動部分に異物が入り込むおそれが低減される。したがって、圧力調整弁の圧力調整機能が維持される。
【０００８】
上記の態様においては、前記中通路の圧力を所定の設定圧未満に制御するリリーフ弁と、前記中通路と前記リリーフ弁とを連通させるリリーフ通路と、を有し、前記トラップ通路は、前記リリーフ通路と同軸上に形成されていること、が好ましい。
【０００９】
この態様によれば、トラップ通路を、リリーフ通路と同時に形成することができる。そのため、加工が容易となり、加工コストが低減される。
【００１０】
上記の態様においては、前記上流圧力調整弁と前記下流圧力調整弁と前記中通路と前記トラップ通路とが形成されるボデー部材を有し、前記トラップ通路における前記中通路側とは反対側の端部は、前記ボデー部材の外部に対して閉塞されていること、が好ましい。
【００１１】
この態様によれば、トラップ通路を封止するための部品や作業工数が不要となるので、より効果的に、加工コストが低減される。
【００１２】
上記の態様においては、前記トラップ通路は、前記中通路から分岐して重力が作用する方向に向かって形成されていること、が好ましい。
【００１３】
この態様によれば、より効果的に、中通路を流れる流体中の異物は、トラップ通路内に捉えられて貯留される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧力調整弁によれば、圧力調整機能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の多段圧力調整弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜多段圧力調整弁の構成＞
まず、本実施形態の多段圧力調整弁１０の構成について説明する。図１に示すように、多段圧力調整弁１０は、燃料ガスＧを多段階に減圧しながら所望の圧力に調整する圧力調整弁である。多段圧力調整弁１０は、アルミ合金製のボデー部材７を有する。このボデー部材７には、上流圧力調整弁１の一部と下流圧力調整弁２と中通路３と逆止弁４が形成されている。
【００１７】
上流圧力調整弁１は、下流圧力調整弁２に対して燃料ガスＧの流れ方向（図１に示す矢印の方向）の上流側の位置に配置されている。下流圧力調整弁２は、上流圧力調整弁１に対して燃料ガスＧの流れ方向の下流側の位置に配置されている。このような上流圧力調整弁１と下流圧力調整弁２は、中通路３を介して、直列に接続されている。中通路３は、上流圧力調整弁１による減圧後であって下流圧力調整弁２による減圧前の燃料ガスＧが流入して通過する通路である。逆止弁４（リリーフ弁）は、中通路３に接続し、中通路３の圧力を所定の設定圧未満に制御する。
【００１８】
なお、燃料ガスＧは、例えば、燃料電池（不図示）に供給される水素ガスである。そして、多段圧力調整弁１０の上流側には、燃料タンク（不図示）に貯留された燃料ガスＧを供給又は停止する主止弁（不図示）が接続されている。また、多段圧力調整弁１０の下流側には、所望の圧力に調圧された燃料ガスＧを燃料電池に供給するインジェクタ（不図示）が接続されている。燃料タンクに貯留される燃料ガスＧは、充填設備によっては約８０〜９０ＭＰａ程度の圧力で充填される場合がある。一方、多段圧力調整弁１０からインジェクタに供給される燃料ガスＧの圧力は、１．０〜１．５ＭＰａ程度の圧力まで減圧される。したがって、多段圧力調整弁１０は、燃料ガスＧを、例えば、上流圧力調整弁１にて約８０〜９０ＭＰａ程度から約３．０〜５．０ＭＰａ程度まで減圧し、下流圧力調整弁２にて約３．０〜５．０ＭＰａ程度から約１．０〜１．５ＭＰａ程度まで減圧する。
【００１９】
（上流圧力調整弁）
上流圧力調整弁１は、調圧室１１と、弁室１２と、弁体１３と、弁座１４と、ピストン１５と、コイルばね１６と、保持部材１７と、止め部材１８などを備えている。
【００２０】
調圧室１１は、弁座１４の下方（弁座１４に対して燃料ガスＧの流れ方向の下流側の方向）の位置に形成され、弁体１３が上方（弁座１４とは反対側の方向）へ移動したときに弁室１２と連通する。弁室１２は、入口８と連通している。弁体１３は、弁室１２内を上下動する。弁座１４は、弁室１２の下端に形成され、弁体１３と当接および離間する。ピストン１５は、弁体１３に対して弁ばね１３３の付勢方向の先に配置され、調圧室１１内を上下動する。コイルばね１６は、ピストン１５を上方（弁体１３側の方向）へ付勢している。保持部材１７は、コイルばね１６の下端に当接してコイルばね１６を保持している。止め部材１８は、保持部材１７の高さを調整可能な状態で、ボデー部材７に螺子止めされている。
【００２１】
入口８と弁室１２との間には、入口通路８１が形成されている。この入口通路８１の上流側にフィルタ３０が設けられている。フィルタ３０は、下流側の端部（図１の右側端部）が開口する中空円筒状に形成されており、多段圧力調整弁１０内への異物侵入を阻止する部材である。このフィルタ３０は、抑えばね３１により固定されている。入口８から流入する燃料ガスＧは、フィルタ３０の外側から内側へ通過して入口通路８１を介して弁室１２へ流出するようになっている。
【００２２】
弁室１２と弁体１３との間には、弁体１３を下方（弁座１４側の方向）へ付勢する弁ばね１３３が配置されている。弁体１３は、円筒状の本体部１３４と、円錐状のテーパ部１３２と、針状のニードル部１３１とを備えている。本体部１３４には、弁ばね１３３が装着されている。テーパ部１３２は、本体部１３４の下方（弁座１４側の方向）に形成されており、弁座１４と当接する部分である。ニードル部１３１は、テーパ部１３２の下方（ピストン１５側の方向）に形成されており、弁座１４に形成された貫通孔１４１を貫通して調圧室１１まで延伸されている。このニードル部１３１の下端は、ピストン１５の本体部の上端（弁体１３側の端部）にて突き出た状態で設けられた軸突部１５３の先端面に当接している。
【００２３】
このような弁体１３には、環状の摺動部材１３５ａ，１３５ｂが装着されている。そして、これらの摺動部材１３５ａ，１３５ｂが弁室１２の内周面に接触した状態で、弁体１３が弁室１２内に配置されている。これにより、弁体１３の外周面が弁室１２の内周面に接触することなく、摺動部材１３５ａ，１３５ｂと弁室１２の内周面とが摺動して、弁体１３が傾くことなく弁室１２内を上下動するようになっている。なお、摺動部材１３５ａ，１３５ｂとしては、例えば、ＰＴＦＥ等の樹脂材を使用することができる。
【００２４】
また、弁体１３には、弁室１２における弁体１３に対して上流側の位置に形成される部分と、弁室１２における弁体１３に対して下流側の位置に形成される部分とを連通させる内部通路１３６が形成されている。
【００２５】
ピストン１５の本体部の外周面には、調圧室１１の内周面と接触して調圧室１１をシールする環状シール部材１５１が配置されている。環状シール部材１５１は、上方（調圧室１１側の方向）へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン１５の下端には、コイルばね１６を保持するばね受座１５４が凹状に形成されている。ばね受座１５４の外周面には、フッ素系樹脂製の摺動部材１５２が装着されている。止め部材１８には、フィルタ部材１９が係止されている。調圧室１１は、後述するように中通路３を介して下流圧力調整弁２の弁室２２と連通されている。
【００２６】
（下流圧力調整弁）
下流圧力調整弁２は、調圧室２１と、弁室２２と、ピストン２４と、弁体２４１と、コイルばね２５と、弁座２６と、止め部材２７と、調整ねじ２８などを備えている。
【００２７】
調圧室２１は、ボデー部材７に形成される出口６と連通している。弁室２２は、調圧室２１の下方（調圧室２１に対して燃料ガスＧの流れ方向の上流側）の位置に形成されている。ピストン２４は、調圧室２１内を上下動する。弁体２４１は、略円筒状に形成され、ピストン２４の中心軸方向に沿って弁室２２まで設けられている。コイルばね２５は、ピストン２４を上方（蓋部材２３側の方向）へ付勢する。弁座２６は、弁室２２の下端に形成され弁体２４１の下端部２４１４が当接および離間する。止め部材２７は、ボデー部材７の右下端の位置にて、ボデー部材７内に嵌め込まれている。そして、止め部材２７の内周面の内側に、弁座２６が嵌め込まれている。調整ねじ２８は、止め部材２７の内周面の内側にねじ込まれて取り付けられている。そして、調整ねじ２８により、弁座２６の高さ調整ができるようになっている。
【００２８】
調圧室２１は、ボデー部材７内に嵌め込まれる蓋部材２３によって封じられている。蓋部材２３の下方（ピストン２４側の方向）には、ピストン２４の上端部に当接して、ピストン２４の上方への移動を規制する円柱状凸部２３１が形成されている。円柱状凸部２３１がピストン２４の上端部に当接した時には、調圧室２１には円環状空間が形成される。調圧室２１と出口６との間には、両者を連通させる出口通路６１が水平状に形成されている。
【００２９】
ピストン２４及び弁体２４１の軸中心には、円柱状の貫通孔２４１１がピストン２４の上端部から弁体２４１の下端部まで形成されている。ピストン２４の本体部の外周面には、調圧室２１の内周面と接触して調圧室２１をシールする環状シール部材２４２が配置されている。環状シール部材２４２は、上方（調圧室２１側の方向）へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン２４の下端には、コイルばね２５を保持するばね受座２４６が凹状に形成されている。コイルばね２５は、円筒状の圧縮ばねである。コイルばね２５の下端は、ボデー部材７と一体に形成された保持部２４７によって、その位置が規制されている。
【００３０】
保持部２４７の下方には、弁体２４１の外周面と接触して弁室２２をシールする環状シール部材２４３が配置されている。環状シール部材２４３は、下方（弁室２２側の方向）へＶ字状に開くリップ状断面を有する。環状シール部材２４３の下方には、弁体２４１を上下方向に移動可能に支持する軸受部２４５が装着されている。軸受部２４５は、環状シール部材２４３の落下止めを兼ねている。弁室２２は、軸受部２４５の下方で略円筒状に形成されている。
【００３１】
（中通路）
中通路３は、上流圧力調整弁１の調圧室１１と下流圧力調整弁２の弁室２２との間で直線状に形成されている。中通路３は、全体に亘って同一の内径により形成されている。ボデー部材７には、中通路３を加工するための中通路用加工孔７２が形成されている。ボデー部材７の外壁面７１には、中通路用加工孔７２を封止する封止部材９が締結されている。中通路３の上方には、後述する逆止弁４が設けられている。
【００３２】
中通路３と逆止弁４との間には、中通路３と逆止弁４とを連通させる逆止弁入口通路５２（リリーフ通路）が上下方向に形成されている。本実施形態では、逆止弁入口通路５２は、その中心軸方向が中通路３の中心軸方向に直交するように形成されている。また、逆止弁入口通路５２の内径は、中通路３の内径と同一である。
【００３３】
また、本実施形態では、中通路３から分岐するトラップ通路３２が形成されている。トラップ通路３２は、その中心軸方向が中通路３の中心軸方向に直交するように形成されている。そして、トラップ通路３２は、逆止弁入口通路５２と同軸上に形成されている。すなわち、トラップ通路３２の中心軸は、逆止弁入口通路５２の中心軸と一致している。また、トラップ通路３２における中通路３側とは反対側の端部３２ａは、ボデー部材７の外部に対して閉塞されている。すなわち、トラップ通路３２は、ボデー部材７を貫通していない。このように形成されるトラップ通路３２は、後述するように、中通路３内の異物を捕捉することができる。なお、トラップ通路３２は、中通路３から分岐して重力が作用する方向に向かって形成されていることが望ましい。
【００３４】
なお、図１では、一例として、トラップ通路３２の内径は、中通路３の内径と同一となっている。また、トラップ通路３２の深さ（中心軸方向の長さ）は、中通路３の内径に対して１．３倍〜１．７倍の大きさとなっている。
【００３５】
（逆止弁）
逆止弁４は、弁室４１と、弁室４１の入口部４２と、弁室４１内に収容され入口部４２と当接および離間する弁体４３と、弁体４３を入口部４２へ付勢する押圧ばね４４と、押圧ばね４４を保持する保持部材４６を備えている。弁室４１と下流圧力調整弁２の調圧室２１との間には、弁室４１と調圧室２１とを連通させる逆止弁出口空間部５０と逆止弁出口通路５１が形成されている。逆止弁出口通路５１は、出口通路６１と同軸上に形成されている。また、弁体４３には、弁室１２の上流側と下流側とを連通させる内部通路４３１が形成されている。
【００３６】
＜多段圧力調整弁の作用＞
次に、本実施形態の多段圧力調整弁１０の作用（動作方法）について説明する。図１に示すように、例えば、車両用の燃料電池への燃料ガスＧの供給が開始され、出口６から燃料ガスＧが矢印の方向へ流出すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下する。調圧室２１内の燃料ガスＧの圧力が低下すると、ピストン２４及び弁体２４１に形成された貫通孔２４１１を経由して、弁室２２内の燃料ガスＧが調圧室２１内に供給され、調圧室２１内の圧力が上昇する。調圧室２１内の圧力が所望の圧力に到達すると、ピストン２４がコイルばね２５を押し下げて、弁体２４１の下端部２４１４が弁座２６に当接し、弁室２２内からの燃料ガスＧの供給が停止する。なお、予め、調整ねじ２８のねじ込み量を調整することによって、調圧室２１内の圧力を所望の値（最終圧力）に設定することができる。
【００３７】
弁室２２内の燃料ガスＧの圧力が低下すると、弁室２２と調圧室１１とは中通路３によって連通されているので、調圧室１１内に貯留された燃料ガスＧが矢印の方向に沿って中通路３に流入する。
【００３８】
このとき、本実施形態では、中通路３を流れる燃料ガスＧに異物が含まれている場合には、当該異物は、トラップ通路３２の内部に移動してトラップ通路３２に貯留されることにより、トラップ通路３２内に捕捉される。なお、中通路３を流れる燃料ガスＧ中の異物としては、例えば、上流圧力調整弁１における弁体１３やピストン１５の摺動部分の摩耗粉や、燃料タンク内の異物などが考えられる。また、弁体１３の摺動部分とは、摺動部材１３５ａ，１３５ｂと弁室１２の内周面との接触部分である。さらに、ピストン１５の摺動部分とは、環状シール部材１５１と調圧室１１の内周面との接触部分である。
【００３９】
前記のように、調圧室１１内に貯留された燃料ガスＧが中通路３に流入すると、弁室２２内の圧力が上昇する。このとき、上流圧力調整弁１の調圧室１１内の圧力が低下するので、ピストン１５を付勢するコイルばね１６の付勢力によって、上流圧力調整弁１の弁体１３が上方へ移動する。
【００４０】
弁体１３が上方へ移動して弁座１４と離間すると、燃料タンクから入口８に供給される高圧の燃料ガスＧが、入口通路８１、内部通路１３６及び弁室１２を経由して、調圧室１１内に供給される。このようにして調圧室１１内に燃料ガスＧが供給されることにより、調圧室１１内の燃料ガスＧの圧力は、所定の値に維持される。なお、予め、止め部材１８のねじ込み量を調整することによって、調圧室１１内の圧力を所定の値に設定することができる。
【００４１】
一方、燃料電池への燃料ガスＧの供給が停止すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下しない。そのため、上流圧力調整弁１から中通路３へ漏れ出た燃料ガスＧの逃げ場がなくなり、中通路３内の圧力が上昇する。そして、中通路３内の燃料ガスＧの圧力が所定の設定圧以上になると、逆止弁４の弁体４３が入口部４２から離間して、逆止弁４が作動する。このとき、中通路３から逆止弁入口通路５２を経由して、逆止弁４の弁室４１内に燃料ガスＧが放出される。そのため、中通路３に面した上流圧力調整弁１の調圧室１１をシールする環状シール部材１５１や下流圧力調整弁２の弁室２２をシールする環状シール部材２４３に対する燃料ガスＧの過負荷を回避させることができる。なお、逆止弁４の弁室４１内に放出された燃料ガスＧは、弁体４３の内部通路４３１、逆止弁出口空間部５０、逆止弁出口通路５１、下流圧力調整弁２の調圧室２１、出口通路６１を経由して出口６に供給される。
【００４２】
＜作用効果＞
以上のような本実施形態の多段圧力調整弁１０は、中通路３から分岐し、中通路３内の異物を捕捉可能なトラップ通路３２を有する。
【００４３】
これにより、中通路３を流れる燃料ガスＧ中の異物は、トラップ通路３２内に捉えられて貯留されるので、下流圧力調整弁２へ流入することが抑制される。そのため、下流圧力調整弁２における摺動部分（例えば、調圧室２１の内周面と環状シール部材２４２との接触部分）に異物が入り込むおそれが低減される。したがって、ピストン２４の動きが安定するので、多段圧力調整弁１０の圧力調整機能が維持される。
【００４４】
また、上流圧力調整弁１の調圧室１１と下流圧力調整弁２の弁室２２との間の通路において、中通路３の容積にさらにトラップ通路３２の容積が追加されている。そのため、インジェクタの作動時に発生し得る圧力の脈動は、中通路３およびトラップ通路３２で抑制されるので、調圧室１１へ伝わり難くなる。したがって、上流圧力調整弁１において、調圧室１１や弁室１２における圧力の脈動の発生が抑制されるので、弁体１３やピストン１５の動きが安定して、弁体１３やピストン１５の摺動部分の摩耗が抑制される。ゆえに、上流圧力調整弁１における耐久信頼性が向上する。
【００４５】
さらに、弁体１３が弁座１４に当接する閉弁時に、弁体１３と弁座１４との間において、弁室１２側から調圧室１１側への燃料ガスＧの微少な漏れが有る場合を想定する。すると、この場合、インジェクタが停止していると、中通路３の圧力が徐々に増加していく。そして、中通路３の圧力が所定の設定圧以上に増加すると、燃料ガスＧが中通路３から逆止弁４を介して放出される。ここで、本実施形態では、中通路３の容積にさらにトラップ通路３２の容積が追加されているので、中通路３の圧力が所定の設定圧以上に増加するまでに時間を要する。そのため、逆止弁４から燃料ガスＧが放出されるまでの時間が遅延される。
【００４６】
また、トラップ通路３２は、逆止弁入口通路５２と同軸上に形成されている。これにより、トラップ通路３２は、逆止弁入口通路５２と同時に形成されることが可能になる。さらに、逆止弁入口通路５２の加工時において、中通路３への加工具（例えば、ドリル）の突き出し量の精度の管理が緩和される。そのため、加工が容易となり、加工コストが低減される。
【００４７】
また、トラップ通路３２における中通路３側とは反対側の端部３２ａは、ボデー部材７の外部に対して閉塞されている。これにより、トラップ通路３２を封止するための部品や作業工数が不要となるので、より効果的に、加工コストが低減される。
【００４８】
また、トラップ通路３２は、中通路３から分岐して重力が作用する方向に向かって形成されていることが望ましい。これにより、より効果的に、中通路３を流れる燃料ガスＧ中の異物は、トラップ通路３２内に捉えられて貯留される。
【００４９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５０】
１  上流圧力調整弁
２  下流圧力調整弁
３  中通路
４  逆止弁
７  ボデー部材
１０  多段圧力調整弁
１１  調圧室
１３  弁体
１５  ピストン
２２  弁室
２４  ピストン
３２  トラップ通路
３２ａ  端部
５２  逆止弁入口通路
１３５ａ，１３５ｂ  摺動部材
１５１  環状シール部材
１５２  摺動部材
２４２  環状シール部材
Ｇ  燃料ガス
【図１】
2017045176.tif 000003