控制閥的制作方法
【專利摘要】一種控制通過的流體的壓力的控制閥，該控制閥包括：閥座(20)，其具有使流體通過的座部(22)；提動閥(60)，其插入于閥座(20)，在該提動閥(60)與座部(22)之間調(diào)整流體的壓力；以及流體整流部，其設(shè)置于閥座(20)，對被提動閥(60)調(diào)整壓力后的流體進(jìn)行整流。
【專利說明】控制閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對從氣體供給源向氣體供給目標(biāo)引導(dǎo)的氣體的壓力進(jìn)行控制的控制閥。

【背景技術(shù)】
[0002]例如在燃料電池系統(tǒng)中使用有控制閥，其用于將從燃料箱引導(dǎo)來的高壓(一次壓力)的燃料氣體控制為預(yù)定的低壓(二次壓力)后供給至燃料電池。
[0003]作為設(shè)置于燃料電池系統(tǒng)等中的供高壓、大流量的氣體流動的回路中的控制閥，在JP1998 - 169792A中公開的控制閥包括多個板與彈性體隔離件交替層疊而在板之間形成有狹縫的閥。
[0004]另外，在JP2010 - 026825A中公開了一種提動型減壓閥。該提動型減壓閥包括使氣體通過的座部和與該座部相對的提動閥，在兩者之間劃分成提動節(jié)流流路。
[0005]這種設(shè)置于供高壓、大流量的氣體流動的回路的控制閥，存在在對高壓氣體流進(jìn)行節(jié)流的部位的下游側(cè)產(chǎn)生渦流，自氣體流產(chǎn)生高頻噪聲的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

_6] 發(fā)明要解決的問題
[0007]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于減少控制閥的噪聲。
[0008]用于解決問題的方案
[0009]本發(fā)明的某方案提供一種控制閥，其控制通過該控制閥的流體的壓力，該控制閥包括:閥座，其具有使流體通過的座部；提動閥，其插入閥座，在該提動閥與座部之間調(diào)整流體的壓力；流體整流部，其設(shè)置于閥座，對利用提動閥調(diào)整壓力后的流體進(jìn)行整流。
[0010]發(fā)明的效果
[0011]關(guān)于本發(fā)明的實施方式以及優(yōu)點，參照附圖如下進(jìn)行詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明的第I實施方式的控制閥的縱剖視圖。
[0013]圖2是放大了圖1局部的縱剖視圖。
[0014]圖3是沿著圖2的II1-1II線的剖視圖。
[0015]圖4是表示本發(fā)明的第2實施方式的控制閥的縱剖視圖。

【具體實施方式】
[0016]以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。
[0017](第I實施方式)
[0018]圖1中示出的控制閥I使用于燃料電池系統(tǒng)?？刂崎yI用于將從燃料箱(以下稱作氣體供給源)引導(dǎo)來的例如30MPa?70MPa的燃料氣體(以下稱作氣體)控制為幾MPa的規(guī)定值后供給至燃料電池(以下稱作氣體供給目標(biāo))。此外，控制閥I雖引導(dǎo)用作燃料氣體的氫氣，但并不局限于此，也可以設(shè)置于引導(dǎo)其他氣體或者液體的其他裝置、設(shè)備等中的供高壓、大流量的流體流動的回路中。
[0019]控制閥I包括:閥座20，其具有使氣體通過的座部22 ;提動閥60，在其與該座部22之間對氣體的流動進(jìn)行節(jié)流；以及活塞40，其在比閥座20靠下游側(cè)的氣體壓力的作用下驅(qū)動提動閥60。并且，控制閥I包括:彈簧11，其設(shè)置于活塞40的背面，沿開閥方向?qū)μ釀娱y60施力；以及彈簧12，其克服該彈簧11的作用力而沿閉閥方向?qū)μ釀娱y60施力。
[0020]在控制閥I工作時，活塞40與提動閥60根據(jù)從氣體供給源引導(dǎo)來的氣體壓力相應(yīng)地在圖1的左右方向上移動，提動閥60在其自身與座部22之間對氣體流進(jìn)行節(jié)流。由此，向氣體供給目標(biāo)引導(dǎo)的氣體壓力被調(diào)整為設(shè)定值。
[0021]控制閥I包括閥殼體70與活塞殼體80。在閥殼體70中容納有閥座20、提動閥60以及彈簧12。
[0022]控制閥I包括開口于閥殼體70的一次端口 71、提動通路30、由活塞40劃分出的控制壓室45以及開口于閥殼體70的二次端口 77，提動閥60安裝于該提動通路30。
[0023]從氣體供給源供給的氣體如圖中箭頭所示那樣流入一次端口 71，通過通孔72而流入提動通路30。通過提動通路30的氣體在座部22與提動閥60之間被節(jié)流而調(diào)整其流量(壓力)。通過提動通路30后下降了的氣體壓力被引導(dǎo)至控制壓室45，活塞40驅(qū)動提動閥60，以使得該氣體壓力成為預(yù)定值。通過控制壓室45后的氣體通過通孔76、二次端口77被引導(dǎo)向氣體供給目標(biāo)。
[0024]提動通路30包括與一次端口 71連通的提動上游路31、在座部22與提動閥60之間被劃分出的提動節(jié)流流路32、在提動節(jié)流流路32的下游側(cè)被劃分出的提動下游路33、以及使提動下游路33與控制壓室45連通的連通路34。
[0025]提動閥60具有與座部22相對的提動閥體61。另一方面，如圖2所示，作為劃分提動通路30的部位，閥座20具有隨著朝向下游側(cè)縮徑的圓錐臺狀(線性錐狀)的座部22、圓筒狀的連通路23、以及隨著朝向下游側(cè)擴(kuò)徑的圓錐臺狀(線性錐狀)的出口部24。
[0026]在座部22與提動閥體61之間劃分出環(huán)狀的提動節(jié)流流路32。提動閥60向圖1以及圖2中的左方向移動而離開座部22，從而使得提動節(jié)流流路32的流路截面積擴(kuò)大。
[0027]座部22的內(nèi)周面與提動閥體61的外周面形成為分別在中心線O上同心地延伸的圓錐臺狀(線性錐狀)。在包含座部22以及提動閥體61的中心線O的縱剖面中，沿著座部22的內(nèi)周面的未圖示的兩條假想線(直線)之間的角度形成為以規(guī)定的角度差小于沿著提動閥體61的外周面的兩條假想線(直線)之間的角度。由此，在閉閥時，提動閥體61落座于形成在座部22的基端的座邊緣部27，確保了密封性。
[0028]提動閥60具有從提動閥體61的前端延伸并連結(jié)于活塞40的桿62。提動閥60經(jīng)由桿62與活塞40連結(jié)，與活塞40成為一體地移動。
[0029]劃分提動上游路31的通路孔73和開設(shè)于其端面75的螺紋孔74以在中心線O上同心的方式形成于閥殼體70。
[0030]閥座20具有嵌合于通路孔73的圓筒狀的引導(dǎo)缸體部25和落座于螺紋孔74的底部的圓盤狀的分隔部21，且該閥座20安裝于閥殼體70。
[0031]提動閥60具有在提動閥體61的基端側(cè)向徑向突出的環(huán)狀的引導(dǎo)部63。該引導(dǎo)部63以能夠滑動的方式插入到閥座20的引導(dǎo)缸體部25。提動閥60借助引導(dǎo)部63被在閥座20的中心線O上同心地支承。圓錐臺狀的提動節(jié)流流路32在其周方向上具有均勻的間隙(流路寬度)。
[0032]在圓筒狀的引導(dǎo)缸體部25形成有切口部26。利用該切口部26連通引導(dǎo)部63的上游側(cè)與下游側(cè)。此外，并不局限于此，也可以采用在引導(dǎo)部63形成通孔并連通其上游側(cè)與下游側(cè)的結(jié)構(gòu)。
[0033]提動閥60具有從引導(dǎo)部63向軸向突出的導(dǎo)銷部64。另一方面，在閥殼體70形成有供導(dǎo)銷部64以能夠滑動的方式插入的引導(dǎo)孔78。提動閥60通過導(dǎo)銷部64以能夠滑動的方式插入至引導(dǎo)孔78而被在閥座20的中心線O上與閥座20同心地支承。
[0034]在提動通路30中流動的氣體被提動閥體61調(diào)整壓力。在提動通路30中，伴隨著流速增高而產(chǎn)生渦流。
[0035]為了應(yīng)對該情況，在閥座20的活塞40側(cè)設(shè)置有流體整流部50，該流體整流部50對被提動閥體61調(diào)整壓力后的流體進(jìn)行整流。
[0036]流體整流部50設(shè)置于閥座20的端部，且以座部22與流體整流部50在提動閥60的軸向上并列的方式配置。
[0037]流體整流部50螺合安裝于閥殼體70的螺紋孔74。在流體整流部50的外周面53形成有與螺紋孔74螺合的外螺紋。在流體整流部50與閥殼體70之間夾持閥座20。
[0038]在流體整流部50的內(nèi)周形成有內(nèi)螺紋51，插銷90螺合組裝于該內(nèi)螺紋51。
[0039]插銷90具有螺合于流體整流部50的內(nèi)螺紋51的圓筒部91和抵接于流體整流部50的端面56的凸緣部95。
[0040]在本發(fā)明中，雖然流體整流部50與閥座20獨立地形成，但也可以采用將流體整流部50 —體地形成于閥座20的結(jié)構(gòu)。
[0041]提動閥60的桿62具有:小徑桿部65，其連接于提動閥體61的前端；以及大徑桿部66，其以從該小徑桿部65擴(kuò)徑的方式形成且連接于活塞40。大徑桿部66以能夠滑動的方式插入插銷90的內(nèi)周面92。
[0042]在流體整流部50與提動閥60之間設(shè)置有提動下游路33。在小徑桿部65與插銷90的內(nèi)周面92之間劃分出環(huán)狀的間隙13。在插銷90的外周面93與流體整流部50的內(nèi)周面52之間劃分出環(huán)狀的間隙14。在插銷90形成有多個用于連通間隙13與間隙14的通孔96，利用以上這些構(gòu)造構(gòu)成提動下游路33。
[0043]流體整流部50的筒狀端部構(gòu)成用于將通過提動節(jié)流流路32后的氣體導(dǎo)入至連通路34的提動下游路壁部59。提動下游路壁部59劃分出提動下游路33，在提動下游路壁部59開口有連通路34。
[0044]連通路34從提動下游路33沿提動閥60的徑向(中心線S方向)延伸。
[0045]連通路34利用槽57構(gòu)成整流路，該槽57利用對流體整流部50的端面56實施沖壓加工或者切削加工而形成。槽57的深度任意(例如0.1?0.2mm)設(shè)定。由于只要根據(jù)所要求的特性改變槽57的形狀、深度即可，因此能夠容易地調(diào)整控制閥I的氣體壓力的設(shè)定。此外，槽57也可以設(shè)置于插銷90的端面97。
[0046]圖3是沿著圖2的II1-1II線的流體整流部50的剖視圖。如圖3所示，在流體整流部50形成有三條槽57。此外，槽57的數(shù)量不局限于三條，能夠根據(jù)所要求的性能任意設(shè)定。
[0047]槽57的各條槽以槽57的中心線S沿以中心線O作為中心的徑向延伸的方式形成為放射狀。槽57的各條槽以在周方向上具有均勻的間隔的方式形成。
[0048]槽57的橫截面形成為扇形。槽57的與中心線S正交的開口寬度形成為隨著朝向以中心線O為中心的徑向外側(cè)去而逐漸增大。由此，連通路34的流路截面積構(gòu)成為隨著從連通路34的上游側(cè)朝向下游側(cè)去而逐漸增大。
[0049]流體整流部50具有截面為六邊形的內(nèi)周面52和截面為圓形的外周面53。在槽57中，其一端開口于內(nèi)周面52，其另一端開口于外周面53。由此，連通路34的一端面對提動下游路33，其另一端面對控制壓室45。
[0050]開口于流體整流部50的內(nèi)周面52的槽57的截面積成為連通路34的最小流路截面積。該連通路34的最小流路截面積設(shè)定為比提動節(jié)流流路32的最大流路截面積大。由此，對于通過提動通路30的氣體流，提動節(jié)流流路32所施加的阻力(壓力損失)比連通路34所施加的阻力大。因此，能夠靠改變提動節(jié)流流路32的流路截面積而以更高的響應(yīng)性控制導(dǎo)入到控制壓室45的氣體的壓力。
[0051]如圖1所示，控制壓室45作為流體整流部50與插銷90的周圍的環(huán)狀空間被劃分出。在活塞40形成有用于劃分控制壓室45的凹部42。在該凹部42的內(nèi)側(cè)配置流體整流部50與插銷90。由此，同時兼顧充分確?？刂茐菏?5的容積和謀求控制閥I的小型化。
[0052]筒狀的活塞殼體80緊固于閥殼體70的一端?；钊?0經(jīng)由O型環(huán)41以能夠滑動的方式插入到活塞殼體80。
[0053]蓋85緊固于活塞殼體80的一端。在活塞40與蓋85之間以壓縮的方式安裝有螺旋狀的彈簧11。
[0054]在活塞40與蓋85之間劃分出背壓室46。沿開閥方向?qū)μ釀娱y60施力的彈簧11容納于該背壓室46，并且，作為先導(dǎo)壓力的大氣壓力從外部經(jīng)由通孔(未圖示)引導(dǎo)至該背壓室46。
[0055]以下，對控制閥I的工作進(jìn)行說明。如圖1以及圖2中箭頭所示，從氣體供給源供給至一次端口 71的氣體在提動通路30中按順序通過提動上游路31、提動節(jié)流流路32、提動下游路33、連通路34被引導(dǎo)向控制壓室45。然后，從控制壓室45通過通孔76、二次端口77被引導(dǎo)向氣體供給目標(biāo)。
[0056]在圖1以及圖2中，來自一次端口 71的氣體沿著提動閥60向右方向流動，之后在連通路34以及控制壓室45中折返，通過通孔76向左方向流動。由此，能夠?qū)⒁淮味丝?71與二次端口 77 —并配置于閥殼體70的一端,避免控制閥I的大型化。
[0057]在提動閥60中，彈簧11以及彈簧12的彈力差所帶來的作用力沿開閥方向作用，并且，控制壓室45與背壓室46的壓力差所帶來的作用力沿閉閥方向作用。提動閥60移動到這些作用力相互平衡的位置，提動節(jié)流流路32的流路截面積增減。由此，施加于通過提動節(jié)流流路32的氣體流的阻力變化，控制壓室45以及二次端口 77的壓力保持在設(shè)定值。
[0058]若控制壓室45的壓力比設(shè)定值低，則提動閥60向圖1的左方向移動。由此，提動節(jié)流流路32的流路截面積擴(kuò)大，控制壓室45的壓力上升并接近設(shè)定值?；钊?0的凹部42的底面43即刻與插銷90的端面99抵接，從而提動閥60的移動受到限制，控制閥I的開度達(dá)到最大。此外，即使活塞40的凹部42的底面43抵接于流體整流部50的端面56，也在兩者之間確保了供氣體流動的流路(未圖示)。
[0059]另一方面，若控制壓室45的壓力上升得比設(shè)定值高，則提動閥60向圖1中的右方向移動。由此，提動節(jié)流流路32的流路截面積減少，控制壓室45的壓力降低并接近設(shè)定值。提動閥體61即刻與座部22抵接，從而提動閥60的移動受到限制，控制閥I的開度達(dá)到最小(零)，氣體的流動被阻止。
[0060]在提動通路30中流動的氣體被提動閥60調(diào)整壓力，在提動節(jié)流流路32的前后差壓較高的條件下，在提動節(jié)流流路32的下游側(cè)產(chǎn)生渦流。
[0061 ] 該渦流所產(chǎn)生的氣體通過從提動下游路33流入形成于流體整流部50的連通路34而對其流動進(jìn)行整流。對在提動節(jié)流流路32的下游側(cè)產(chǎn)生的渦流進(jìn)行整流，從而能夠防止從控制閥I產(chǎn)生噪聲。
[0062]由于連通路34的流路截面積隨著朝向下游側(cè)去而逐漸增大，因此在連通路34中流動的氣體的壓力逐漸降低，對氣體流進(jìn)行整流的效果增高，并且抑制了向氣體的流動施加的阻力。
[0063]此外，連通路34設(shè)置于控制壓室45的上游側(cè)。因此，利用提動節(jié)流流路32與連通路34與分別對氣體的流動施加的阻力控制控制壓室45的壓力，抑制了引導(dǎo)至二次端口77的氣體的壓力因連通路34對氣體的流動施加的阻力而改變的情況。
[0064](第2實施方式)
[0065]接下來，對本發(fā)明的第2實施方式進(jìn)行說明。圖4是控制閥I的剖視圖。由于該控制閥I的結(jié)構(gòu)與第I實施方式基本相同，因此以下僅對與第I實施方式不同的方面進(jìn)行說明。此外，對與第I實施方式相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。
[0066]設(shè)置于控制閥I的流體整流部50包括劃分出提動下游路33的提動下游路壁部59、以及多條開口于該提動下游路壁部59而將提動下游路33與控制壓室45之間連通的連通路35。連通路35利用形成于流體整流部50的多個孔55構(gòu)成。
[0067]在各孔55中，其一端開口于提動下游路壁部59的內(nèi)周面，并面對提動下游路33，另一端開口于提動下游路壁部59的外周面，并面對控制壓室45。
[0068]各孔55的各自的中心線以沿將中心線O作為中心的徑向延伸的方式形成為放射狀(直線狀)。各孔55以在周方向保持均等的間隔的方式形成。
[0069]在提動通路30中流動的氣體被提動閥體61調(diào)整壓力，在提動節(jié)流流路32的下游側(cè)產(chǎn)生渦流。該渦流所產(chǎn)生的氣體通過從提動下游路33流入連通路35而被整流。在提動節(jié)流流路32的下游側(cè)產(chǎn)生的渦流被整流，從而能夠防止從控制閥I產(chǎn)生噪聲。
[0070]根據(jù)以上實施方式，發(fā)揮了以下所示的作用、效果。
[0071](I)在閥座20設(shè)置有對利用提動閥60調(diào)整壓力后的流體進(jìn)行整流的流體整流部50。因此，通過閥座20的座部22與提動閥60之間并產(chǎn)生于流體(氣體)的渦流通過經(jīng)過流體整流部50而被整流。由此，能夠降低因流體的渦流而導(dǎo)致的控制閥I的噪聲。
[0072](2)流體整流部50設(shè)置于閥座20的端部。因此，能夠使流體整流部50靠近閥座20的座部22，通過閥座20的座部22與提動閥60之間并產(chǎn)生于流體(氣體)的渦流被流體整流部50有效地整流。
[0073](3)控制閥I包括:提動下游路33，其設(shè)置于提動閥60與流體整流部50之間；以及控制壓室45，其設(shè)置于流體整流部50的下游側(cè)，且被驅(qū)動提動閥60的活塞40劃分出來。由于流體整流部50包括使提動下游路33與控制壓室45之間連通的連通路34，因此抑制了流體的渦流被引導(dǎo)至控制壓室45，能夠防止從控制閥I產(chǎn)生噪聲。并且，由于連通路34設(shè)置于控制壓室45的上游側(cè)，因此抑制了朝向流體供給目標(biāo)引導(dǎo)的流體的壓力因連通路34對流體的流動施加的阻力而變動。
[0074]此外，對提動閥60進(jìn)行開閉驅(qū)動的方法不限定于利用流體的壓力而工作的活塞40，也可以使用其他促動器。
[0075](4)由于利用設(shè)置于流體整流部50的槽57形成連通路34，因此，能夠使通過連通路34的流體沿著槽57流動來對渦流進(jìn)行整流。
[0076]另外，由于連通路35利用槽57形成，因此連通路35的加工比較容易。因此，通過根據(jù)控制閥I所要求的特性改變槽57的形狀、深度，能夠容易地改變控制閥I的設(shè)定。
[0077](5)由于連通路34的流路截面積形成為隨著朝向下游側(cè)去而逐漸增大，因此在連通路34中流動的流體的壓力逐漸降低，提高了對流體的流動進(jìn)行整流的效果，并且抑制了對流體的流動施加的阻力。
[0078](6)由于連通路34從提動下游路33向提動閥60的徑向(中心線S方向)延伸，因此流體的流動方向從提動閥60的軸向朝向徑向變換，能夠以在連通路34折返的方式引導(dǎo)流體。由此，抑制了提動通路30的通路長度在提動閥60的軸向上增大，避免控制閥I的大型化。
[0079](7)在第2實施方式中，由于連通路35被設(shè)置于流體整流部50的孔55劃分出來，因此流體沿著孔55的內(nèi)周面流動而被整流。此外，各孔55不限定于上述結(jié)構(gòu)，也可以將其內(nèi)周面形成為隨著朝向下游側(cè)去而縮徑的圓錐臺狀(線性錐狀)。
[0080]由此，連通路35的流路截面積形成為隨著朝向下游側(cè)去而逐漸增大，因此在連通路35中流動的流體的壓力逐漸降低，提高了對流體的流動進(jìn)行整流的效果，并且抑制了對流體的流動付與的阻力。
[0081]以上，雖說明了本發(fā)明的實施方式，但上述實施方式僅示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，其宗旨并不在于將本發(fā)明的技術(shù)的范圍限定為上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0082]本申請以2012年3月15日向日本國專利廳申請的特愿2012 — 059443為基礎(chǔ)要求優(yōu)先權(quán)，該申請的全部的內(nèi)容作為參考而引用于本說明書。
【權(quán)利要求】
1.一種控制閥，其控制通過的流體的壓力，包括:閥座，其具有供上述流體通過的座部；提動閥，其插入于上述閥座，在該提動閥與上述座部之間調(diào)整上述流體的壓力；以及流體整流部，其設(shè)置于上述閥座，對被上述提動閥調(diào)整壓力后的流體進(jìn)行整流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥，其中，上述流體整流部設(shè)置于閥座的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥，其中，該控制閥還包括:提動下游路，其設(shè)置于上述提動閥與上述流體整流部之間；以及控制壓室，其設(shè)置于上述流體整流部的下游側(cè)，被驅(qū)動上述提動閥的活塞劃分出來，上述流體整流部包括使上述提動下游路與上述控制壓室連通的連通路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制閥，其中，上述連通路被設(shè)置于上述流體整流部的槽劃分出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制閥，其中，上述連通路由設(shè)置于上述流體整流部的孔構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制閥，其中，上述連通路形成為流路截面積隨著朝向下游側(cè)去而逐漸增大。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制閥，其中，上述連通路從上述提動下游路沿上述提動閥的徑向延伸。
【文檔編號】G05D16/10GK104137015SQ201380011059
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】中村善也, 永田精一 申請人:萱場工業(yè)株式會社