提動閥的制作方法
【專利摘要】提動閥包括：薄片部(22)，其具有圓錐形狀的內(nèi)周面，該內(nèi)周面呈具有中心軸線(O)；以及圓錐部(61)，其在中心軸線方向上使薄片部(22)的內(nèi)側(cè)位移，且在該圓錐部(61)與薄片部(22)之間形成環(huán)狀截面的流路，該圓錐部(61)支承于與薄片部(22)同心的位置。由此，提高在流路中流動的流體的整流效果，防止噪音的產(chǎn)生。
【專利說明】提動閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于控制流體的壓力的提動閥的構(gòu)造。

【背景技術(shù)】
[0002] 在燃料電池系統(tǒng)中應(yīng)用有一種減壓閥，該減壓閥使自燃料箱引導(dǎo)的一次壓力的燃 料氣體降低到預(yù)定的二次壓力并供給于燃料電池。
[0003] 日本專利局在1998年發(fā)行的JP10-169792A中提出了一種閥，該閥作為以大流量 且高壓的燃料氣體為對象的減壓閥，交替地層疊多個板與彈性體間隔物且在板之間形成有 狹縫。
[0004] 日本專利局發(fā)行的JP2010-026825A提出有一種提動型的減壓閥。該減壓閥包括 使氣體通過的閥座、以及與該閥座對置的能夠提動的閥體，在閥座與閥體之間劃分有節(jié)流 流路。
[0005] 作為設(shè)于高壓且大流量的氣體的流路中的減壓閥，包含上述現(xiàn)有技術(shù)的減壓閥在 內(nèi)，在將高壓氣體的流動節(jié)流的部位的下游側(cè)產(chǎn)生渦流，由氣體流產(chǎn)生高頻的噪音。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的問是頁
[0007] 因而，本發(fā)明的目的在于防止由高壓氣體的流動而引起減壓閥產(chǎn)生噪音。
[0008] 用于解決問題的方案
[0009] 為了達(dá)成以上的目的，本發(fā)明的提動閥包括：薄片部，其具有內(nèi)周面，該內(nèi)周面呈 具有中心軸線的圓錐形狀；以及圓錐部，其在中心軸線方向上使薄片部的內(nèi)側(cè)位移，且在該 圓錐部與薄片部之間形成環(huán)狀截面的流路，該圓錐部支承于與薄片部同心位置。
[0010] 本發(fā)明的詳情及其他的特點、優(yōu)點在說明書的以下記載中進(jìn)行說明，并且在附圖 中示出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的實施方式的提動閥的縱剖視圖。
[0012] 圖2是放大了提動閥的主要部位的縱剖視圖。
[0013] 圖3是表示自提動閥產(chǎn)生的噪音等級的測量結(jié)果的特性的圖表。

【具體實施方式】
[0014] 參照附圖的圖1，在燃料電池系統(tǒng)中，提動閥1應(yīng)用于將燃料箱的例如30-70兆帕 斯卡（MPa)的燃料氣體減壓到數(shù)MPa的壓力且供給于燃料電池。燃料氣體中使用了氫氣。 提動閥1并不限定于氫氣，還能夠在使用其他氣體或液體的其他裝置、設(shè)備中用于調(diào)整流 體的壓力。
[0015] 提動閥1包括：閥座20,其橫截面為環(huán)狀，在中央部形成有供氣體通過的通孔；閥 體60,其通過在閥座20的通孔內(nèi)沿軸向位移來整流氣體的流動；活塞40,其利用比閥座20 靠下游側(cè)的氣體壓力驅(qū)動閥體60 ;彈簧11，其用于向開閥方向?qū)﹂y體60施力；以及彈簧 12,其克服彈簧11的作用力而向閉閥方向?qū)﹂y體60施力。活塞40與閥體60結(jié)合在一起， 且一體地位移。
[0016] 在提動閥1工作時，活塞40和閥體60根據(jù)自流體供給源引導(dǎo)的氣體壓力而沿圖 中的水平方向位移，閥體60通過在其與閥座20之間改變氣體的流路截面積，將向燃料電池 供給的燃料氣體的壓力減壓到設(shè)定壓力。
[0017] 提動閥1包括閥殼70和活塞殼80。在閥殼70內(nèi)配置有閥座20、閥體60和彈簧 12〇
[0018] 提動閥1包括：一次壓力口 71，其向閥殼70開口；提動閥通路30,其收裝有閥體 60 ;控制壓室45,其利用活塞40劃分而成；以及二次口 77,其向閥殼70開口。
[0019] 如圖中箭頭所示，自流體供給源供給的燃料氣體流入一次口 71。燃料氣體在提動 閥1內(nèi)自一次口 71經(jīng)由通孔72而流入提動閥通路30。通過在閥座20與閥體60之間將流 路節(jié)流而使經(jīng)過提動閥通路30的燃料氣體的氣壓降低。經(jīng)過了提動閥通路30的燃料氣體 流入控制壓室45。活塞40使閥體60位移，以使控制壓室45的氣壓成為設(shè)定壓力。經(jīng)過了 控制壓室45的燃料氣體經(jīng)由通孔76自二次口 77供給于燃料電池。
[0020] 提動閥通路30包括：提動閥上游流路31，其與一次口 71連通；節(jié)流流路32,其在 閥座20與閥體60之間被劃分出來；以及提動閥下游流路33,其連通節(jié)流流路32和控制壓 室45。
[0021] 參照圖2,閥體60具有圓錐部61。另一方面，閥座20作為用于劃分提動閥通路30 的部位包括：薄片部22,其具有與圓錐部61對置的圓錐形狀的內(nèi)周面；通路部23,其為圓 筒狀；出口部24,其具有使直徑自通路部23朝向提動閥下游流路33逐漸增加的圓錐形狀 的內(nèi)周面。
[0022] 閥體60具有活塞桿62,該活塞桿62自圓錐部61的頂端延伸至與活塞40連結(jié)。 活塞桿62與閥座20的通路部23及出口部24之間的空間構(gòu)成提動閥下游流路33的上游 部分。
[0023] 在薄片部22與圓錐部61之間形成有節(jié)流流路32。節(jié)流流路32通過圓錐部61落 座于薄片部22而關(guān)閉，通過閥體60向附圖中的左方位移使得圓錐部61自薄片部22離開 而打開。
[0024] 薄片部22的內(nèi)周面與圓錐部61的外周面具有共用的中心軸線0。
[0025] 圖1和圖2表示將提動閥1利用包含中心軸線0在內(nèi)的平面剖切而成的提動閥1 的縱截面。在這些縱截面上，表示薄片部22的內(nèi)周面的兩根直線A22所成的角度Θ 22相 當(dāng)于薄片部22的圓錐形狀的內(nèi)周面的頂角。同樣地，表示圓錐部61的外周面的兩根直線 A61所成的角度Θ 61相當(dāng)于圓錐部61的外周面的頂角。在此，將角度Θ 61形成為比角度 Θ 22大預(yù)定角度以上。預(yù)定角度設(shè)定為使節(jié)流流路32的截面積朝向下游逐漸增加所需的 值。
[0026] 通過以上的設(shè)定，形成于薄片部22的內(nèi)周面與圓錐部61的外周面之間的節(jié)流流 路32自上游朝向下游地漸擴大流路寬度。節(jié)流流路32的流路截面積也自上游側(cè)朝向下游 側(cè)逐漸增大。
[0027] 薄片部22所指的是自相當(dāng)于上游端的邊緣部27到相當(dāng)于下游端的端部28為止 的區(qū)間。通過圓錐部61落座于邊緣部27,提動閥上游流路31與節(jié)流流路32的連通被切 斷。端部28為通路部23與薄片部22的邊界。
[0028] 薄片部22形成為在提動閥1的最小開度、即閥關(guān)閉時，端部28在中心軸線0方向 上在與圓錐部61的頂端65大致相同的位置與頂端65對置。圓錐部61的頂端65為圓錐 部61與活塞桿62的邊界。通過該設(shè)定，節(jié)流流路32在燃燒氣體能夠流通的狀態(tài)、即圓錐 部61至少略微向附圖中的左側(cè)位移后的狀態(tài)下，始終位于活塞桿62的附近。通過該設(shè)定， 能夠確保提動閥1作為減壓閥而運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的節(jié)流流路32的流路長度。
[0029] 薄片部22的長度S22形為最大半徑R22的預(yù)定比例以上。薄片部22的長度S22 為自閥體60的薄片部22的邊緣部27到端部28為止的部分在中心軸線0方向上的長度。 薄片部22的最大半徑R22為自中心軸線0到邊緣部27為止的距離。
[0030] 發(fā)明人們通過改變薄片部22的長度S22與薄片部22的最大半徑R22的比例S22/ R22而測量了提動閥1所產(chǎn)生的噪音的變化。所獲得的測量結(jié)果為圖3所示的圖表。從圖 表中得知：當(dāng)將比例S22/R22設(shè)定在1以上時，能夠有效地降低提動閥1所產(chǎn)生的噪音的等 級。而且，若考慮該實驗結(jié)果與提動閥1的尺寸，則優(yōu)選將比例S22/R22設(shè)定在從1到4的 范圍內(nèi)。
[0031] 再次參照圖1，在閥殼70上，在中心軸線0上同心地形成有用于劃分提動閥上游流 路31的通路孔73、以及與通路孔73連續(xù)地向閥殼70的端面75開口的大徑的螺孔74。
[0032] 再次參照圖2,閥座20包括：引導(dǎo)套筒25,其為圓筒狀，與通路孔73嵌合；以及分 隔部21，其為圓盤狀，落座在螺孔74的底部。閥座20利用與螺孔74螺合的插頭50固定于 閥殼70。
[0033] 在閥體60的圓錐部61的上游側(cè)形成有大徑的圓盤狀的引導(dǎo)部63。引導(dǎo)部63與 圓錐部61的基端鄰接且沿徑向方向突出，將其外周面以能夠滑動的狀態(tài)與閥座20的引導(dǎo) 套筒25嵌合。通過引導(dǎo)部63與引導(dǎo)套筒25的嵌合，能夠確保閥體60和閥座20在中心軸 線〇上的同心性。
[0034] 在引導(dǎo)套筒25上形成有缺口 26。引導(dǎo)部63的上游側(cè)與下游側(cè)利用缺口 26連通。 替代缺口 26,還能夠通過形成貫穿引導(dǎo)部63的通孔而使引導(dǎo)部63的上游側(cè)與下游側(cè)連通。
[0035] 再次參照圖1，在閥體60上還包括引導(dǎo)銷64,該引導(dǎo)銷64自引導(dǎo)部63朝向上游 突出。在閥殼70上，在相當(dāng)于通路孔73的底面的部位形成有引導(dǎo)孔78。引導(dǎo)銷64自引導(dǎo) 部63貫穿通路孔73從而以能夠滑動的方式將頂端與引導(dǎo)孔78嵌合。引導(dǎo)銷64發(fā)揮使閥 體60和閥座20在中心軸線0上的同心性更可靠的作用。
[0036] 圓筒狀的插頭50的外周與閥殼70的螺孔74螺合。
[0037] 控制壓室45利用插頭50的周圍的環(huán)狀的空間構(gòu)成。在活塞40上形成有用于劃 分控制壓室45的圓錐形狀的凹部42。插頭50進(jìn)入凹部42的內(nèi)側(cè)。通過形成凹部42,能 夠充分地確?？刂茐菏?5的容積，并且能夠謀求提動閥1的小型化。
[0038] 活塞殼80形成為圓筒狀，并與閥殼70的外周螺合?；钊?0借助0型環(huán)41以能 夠滑動的方式與活塞殼80的內(nèi)周面嵌合。在活塞殼80的一端上組裝有罩85。在活塞40 與罩85之間以壓縮狀態(tài)安裝有線圈狀的彈簧11。
[0039] 容納彈簧11的活塞40與罩85之間的空間作為背壓室46發(fā)揮功能。大氣壓作為 先導(dǎo)壓力自外部借助未圖示的通孔引導(dǎo)至背壓室46內(nèi)。
[0040] 接著，說明提動閥1的動作。如圖1的箭頭所示，自流體供給源向一次口 71供給 的燃料氣體如圖2的箭頭所示那樣經(jīng)由構(gòu)成提動閥通路30的提動閥上游流路31、節(jié)流流路 32、提動閥下游流路33流入控制壓室45。燃料氣體還自控制壓室45經(jīng)由通孔76、二次口 77供給于燃料電池。在該過程中，燃料氣體在閥體60的周圍向圖1和圖2的右方流動，在 控制壓室45中轉(zhuǎn)變流動的方向，經(jīng)由通孔76向圖1和圖2中的左方流動。通過這樣的流 路的設(shè)定，能夠?qū)⒁淮慰?71和二次口 77 -起配置在閥殼70的一端，能夠避免提動閥1的 大型化。
[0041] 與彈簧11和彈簧12之間的彈簧力差相當(dāng)?shù)淖饔昧υ陂_閥方向上作用于閥體60。 另外，在閉閥方向上作用有因控制壓室45和背壓室46之間的壓力差而產(chǎn)生的作用力。閥 體60通過向這些作用力相平衡的位置位移，來增加或減少節(jié)流流路32的流路截面積。其 結(jié)果，對通過節(jié)流流路32的燃料氣體流施加的阻力變化，而能夠?qū)⒅茐菏?5和二次口 77 的壓力調(diào)整為設(shè)定值。
[0042] 例如，若控制壓室45的壓力低于設(shè)定值，則閥體60向圖1的左方移動。由此，節(jié) 流流路32的流路截面積擴大，控制壓室45的壓力上升且接近設(shè)定值。若活塞40的凹部42 的底面43與插頭50的端面相抵接，則閥體60的進(jìn)一步的位移被限制，提動閥1的開度成 為最大。另外，在活塞40的凹部42的底面43抵接到插頭50的端面的狀態(tài)下，為了能夠確 保插頭50的內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間的連通，在它們之間預(yù)先設(shè)有未圖示的燃料氣體的流路。
[0043] 另一方面，若控制壓室45的壓力高于設(shè)定值，則閥體60向圖1的右方移動。由此， 節(jié)流流路32的流路截面積減少，控制壓室45的壓力降低且接近設(shè)定值。若圓錐部61與薄 片部22相抵接，則閥體60的進(jìn)一步的位移移動被限制，提動閥1的開度成為最小值的零， 燃料氣體的流動被阻斷。
[0044] 在閥體60位移到了圖1的最左方的提動閥1的最大開度時，薄片部22的端部28 位于圓錐部61的頂端65的略靠圖中的右側(cè)。另一方面，在閥體60移動到了圖1中的最右 方的提動閥1的最小開度時、即閥關(guān)閉時，薄片部22的端部28位于圓錐部61的頂端65的 略左側(cè)。
[0045] 在以往的提動閥中，通過燃料氣體經(jīng)由節(jié)流流路能夠提高流速，在節(jié)流流路的前 后壓差較高的條件下，可能自節(jié)流流路朝向其下游側(cè)產(chǎn)生渦流。
[0046] 相對于此，通過在薄片部22與圓錐部61之間形成圓錐筒狀的節(jié)流流路32,經(jīng)由提 動閥1的燃料氣體在沿薄片部22的內(nèi)周面與圓錐部61的外周面流動的過程中被整流。通 過該整流能夠抑制渦流的產(chǎn)生。
[0047] 如上所述，根據(jù)圖3所示的實驗結(jié)果，通過將薄片部22的長度S22與薄片部22的 半徑R22的比例S22/R22設(shè)定在1以上，能夠有效地降低從提動閥1產(chǎn)生的噪音等級。
[0048] 節(jié)流流路32的流路寬度自上游朝向下游逐漸擴大，使在節(jié)流流路32中流動的燃 料氣體的壓力逐漸降低。這在提高燃料氣體的流動的整流效果的基礎(chǔ)上是優(yōu)選的，還能夠 抑制節(jié)流流路32對燃料氣體的流動施加的阻力。
[0049] 該提動閥1起到以下所示的作用效果。
[0050] (1)提動閥1包括：薄片部22,其使流體通過；以及圓錐部61，在該圓錐部61與薄 片部22之間形成節(jié)流流路32 ;由于將劃分節(jié)流流路32的薄片部22的內(nèi)周面與圓錐部61 的外周面在中心軸線0上形成為同心的圓錐形狀，因此，能夠?qū)⒐?jié)流流路32設(shè)定地較長。因 而，節(jié)流流路32能夠?qū)θ剂蠚怏w的流動施加足夠的整流作用，從而能夠抑制渦流的產(chǎn)生。 由此，能夠防止由流體的渦流引起自提動閥1產(chǎn)生噪音。
[0051] (2)由于將薄片部22的長度S22與薄片部22的最大半徑R22的比例S22/R22設(shè) 定在1以上，因此，供通過提動閥1的燃料氣體沿薄片部22的內(nèi)周面與圓錐部61的外周面 流動的節(jié)流流路32形成為能夠充分地發(fā)揮整流作用的長度。由于能夠有效地發(fā)揮整流作 用，因此，能夠抑制渦流的產(chǎn)生。因而，能夠防止因流體的渦流引起提動閥1產(chǎn)生噪音的現(xiàn) 象。
[0052] (3)在薄片部22和圓錐部61的包括中心軸線0在內(nèi)的縱截面上，相當(dāng)于圓錐部 61的外周面的兩條直線Α61之間的角度Θ 61設(shè)定為比相當(dāng)于薄片部22的內(nèi)周面的兩條直 線Α22之間的角度Θ 22大預(yù)定角度以上。由此，由于節(jié)流流路32的流路截面積朝向下游 側(cè)逐漸變大，因此，在節(jié)流流路32中流動的燃料氣體的壓力逐漸降低，能夠提高整流燃料 氣體的流動的效果。另外，還能夠抑制節(jié)流流路32對流體的流動施加的阻力。
[0053] (4)由于薄片部22的端部28至少在最小開度時形成于與圓錐部61的頂端65大 致對置的位置，因此，節(jié)流流路32構(gòu)成為對直到圓錐部61的頂端65為止有效。這樣的設(shè) 定有助于確保節(jié)流流路32的流路長度，并且在提動閥1的小型化方面是優(yōu)選的。
[0054] (5)由于節(jié)流流路32延伸至上述活塞桿62的附近，因此，能夠確保節(jié)流流路32的 流路長度。其結(jié)果，經(jīng)過節(jié)流流路32朝向控制壓室45流動的流體通過沿薄片部22的內(nèi)周 面和圓錐部61的外周面流動而被充分地整流，而能夠抑制渦流的產(chǎn)生。
[0055] (6)提動閥1包括：引導(dǎo)部63,其與圓錐部61的基端側(cè)相連接且沿徑向突出；以 及引導(dǎo)套筒25,其與薄片部22相連接且沿圓錐部61的軸向延伸；由于引導(dǎo)部63以能夠滑 動的方式插入于引導(dǎo)套筒25,因此，圓錐部61借助引導(dǎo)部63保持于與薄片部22同心的位 置，圓錐筒狀的節(jié)流流路32在徑向方向上的寬度跨過整周地維持為均等。其結(jié)果，由于能 夠獲得在節(jié)流流路32中流動的燃料氣體的流動難以產(chǎn)生湍流的環(huán)境，因此，能夠更可靠地 防止提動閥1的噪音產(chǎn)生。
[0056] 關(guān)于以上的說明，結(jié)合了引用至該說明中的以2012年3月15日為申請日的日本 國特愿2012-59446號的內(nèi)容。
[0057] 以上，通過特定的實施方式說明了本發(fā)明，本發(fā)明并不限定于上述的實施方式。對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員，能夠在權(quán)利要求的技術(shù)范圍內(nèi)對實施方式施加各種修正或變更。
[0058] 例如，用于開閉驅(qū)動圓錐部61的部件不限定于利用燃料氣體的壓力而工作的活 塞40,還可以使用其他的驅(qū)動器。
[0059] 另外，成為利用提動閥進(jìn)行減壓的對象的流體不限定于燃燒氣體，可以是任何流 體。
[0060] 產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0061] 本發(fā)明的提動閥特別是對防止燃料電池系統(tǒng)的燃料氣體的減壓閥的噪音起到較 佳的效果。
[〇〇62] 本發(fā)明的實施例所包含的排他性或特征以所附權(quán)利要求書要求保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種提動閥，包括： 薄片部，其具有內(nèi)周面，該內(nèi)周面呈具有中心軸線的圓錐形狀；以及圓錐部，其在中心 軸線方向上使薄片部的內(nèi)側(cè)位移，且在該圓錐部與薄片部之間形成環(huán)狀截面的流路，該圓 錐部支承于與薄片部同心的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所屬的提動閥，其中， 薄片部的中心軸線方向上的長度與薄片部的最大半徑的比設(shè)定為1以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提動閥，其中， 將圓錐部的頂角設(shè)定為大于薄片部的內(nèi)周面的頂角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提動閥，其中， 在提動閥內(nèi)流動的流體設(shè)定為在流路內(nèi)向圓錐部的直徑變小的方向流動，流路的截面 積朝向下游逐漸增大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提動閥，其中， 在圓錐部落座在薄片部的狀態(tài)下，薄片部的下游側(cè)的頂端位于圓錐部的頂端的附近。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提動閥，其中， 在提動閥內(nèi)流動的流體在流路內(nèi)向圓錐部的直徑變小的方向流動，該提動閥還包括： 控制壓室，其形成于節(jié)流流路的下游側(cè)；活塞，其在控制壓室內(nèi)的流體壓力作用下沿中心軸 線方向位移；以及活塞桿，其連結(jié)圓錐部和活塞。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提動閥，其中， 該提動閥還包括：引導(dǎo)部，其自圓錐部的大徑側(cè)的端部向徑向方向突出；以及引導(dǎo)套 筒，其以與中心軸線平行的方式自薄片部突出，且該引導(dǎo)套筒保持引導(dǎo)部的外周并使之滑 動自如。
【文檔編號】H01M8/04GK104115084SQ201380009888
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年3月15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, 香川利春, 尹鐘晧 申請人:萱場工業(yè)株式會社, 國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)