| 【発明の名称】 |
圧力制御弁及びそれを用いた圧縮空気の除湿装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鉢巻 武
【氏名】岸本 正
|
| 【要約】 |
【課題】構成部品数の増加を抑制しながら、除湿効率の向上を図ることのできる圧力制御弁及びそれを用いた圧縮空気の除湿装置を提供すること。
【解決手段】一次側及び二次側への接続口を有する弁本体２２と、この弁本体内に設けられ、一次側圧力と二次側圧力との圧力差に基づいて一次側と二次側とを連通又は遮断する弁体３２と、この弁体と同一軸線上で摺動して弁体に対し接離可能に設けられ、二次側と大気圧室とを区画するピストン体３３と、前記大気圧室内に設けられ、前記ピストン体と前記弁体とが接した状態においてそのピストン体を介して前記弁体を閉じ方向に付勢する開圧力設定ばね４１、４２と、前記ピストン体又は前記弁本体と前記弁体との間に配され、前記弁体を閉じ方向に付勢する付勢ばね４３と、を有する圧力制御弁。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一次側及び二次側への接続口を有する弁本体と、この弁本体内に設けられ、一次側圧力と二次側圧力との圧力差に基づいて一次側と二次側とを連通又は遮断する弁体と、この弁体と同一軸線上で摺動して弁体に対し接離可能に設けられ、二次側と大気圧室とを区画するピストン体と、前記大気圧室内に設けられ、前記ピストン体と前記弁体とが接した状態においてそのピストン体を介して前記弁体を閉じ方向に付勢する開圧力設定ばねと、前記ピストン体又は前記弁本体と前記弁体との間に配され、前記弁体を閉じ方向に付勢する付勢ばねと、を有する圧力制御弁。
【請求項２】 前記弁本体に対し位置調整可能に設けられたばね受け部材によって前記開圧力設定ばねを支持する、請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項３】 前記ピストン体は環状であり、前記ばね受け部材は、前記ピストン体を貫通してそのピストン体の摺動を内側から案内する軸状部分を有する、請求項２記載の圧力制御弁。
【請求項４】 圧縮空気源と空気溜との間に配設される圧縮空気の除湿装置であって、前記圧縮空気源からの圧縮空気を除湿する除湿器と、この除湿器と前記空気溜との間に設けられ、除湿器側の圧力が所定圧に達したときに開弁する圧力制御弁とを備え、前記圧力制御弁は、一次側及び二次側への接続口を有する弁本体と、この弁本体内に設けられ、一次側圧力と二次側圧力との圧力差に基づいて一次側と二次側とを連通又は遮断する弁体と、この弁体と同一軸線上で摺動して弁体に対し接離可能に設けられ、二次側と大気圧室とを区画するピストン体と、前記大気圧室内に設けられ、前記ピストン体と前記弁体とが接した状態においてそのピストン体を介して前記弁体を閉じ方向に付勢する開圧力設定ばねと、前記ピストン体又は前記弁本体と前記弁体との間に配され、前記弁体を閉じ方向に付勢する付勢ばねとを有する、圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置。
【請求項５】 前記除湿器は吸着再生式の除湿器である、請求項４記載の圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置。
【請求項６】 前記除湿器は中空糸膜式の除湿器である、請求項４記載の圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両のブレーキ装置や自動扉開閉装置等の空気圧機器に圧縮空気を供給するための圧縮空気源装置に組み込まれる圧縮空気の除湿装置、並びにこの除湿装置に含まれる圧力制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、鉄道車両のブレーキ装置等の空気圧機器に圧縮空気を供給する圧縮空気源装置として、例えば、図７に示すものが知られている（実公昭62-45106号公報参照）。この装置では、圧縮空気が空気圧縮機１からアフタークーラー２、除湿装置３及び逆止弁４を介して元空気溜５に供給され、元空気溜５から上記空気圧機器（不図示）に圧縮空気が送られるようになっている。なお、元空気溜５の出口側には調圧器６が設けられている。
【０００３】除湿装置３は、所定時間間隔毎に乾燥、再生処理の必要な吸着剤を含む吸着／再生式の除湿器７、元空気溜５方向の流通のみ許容する逆止弁８、圧力制御弁９及び再生空気溜１０がアフタークーラー２と逆止弁４間に直列に接続されるとともに、逆止弁８及び圧力制御弁９と並列に、除湿器７側へ戻る方向の流通のみを許容する逆止弁１１と絞り１２とが接続されてなる。また、除湿器７の入口側には吐出弁１３が接続されている。
【０００４】一般に除湿器７は、空気圧の低圧域では空気中の飽和水分量が高圧域よりも多くなるために除湿性能が低下する傾向にあるので、除湿装置３では、吐出弁１３を閉じた状態で空気圧縮機１から供給される圧縮空気の圧力が所定値に達するまで圧力制御弁９で除湿器７から元空気溜５方向への圧縮空気の流通を阻止している。
【０００５】そして、上記空気圧縮機１からの圧縮空気の圧力が所定値に達すると、圧力制御弁９が開いて圧縮空気が再生空気溜１０及び元空気溜５に供給され、これにより、再生空気溜１０及び元空気溜５内の圧力が次第に上昇する。その後、元空気溜５内の圧縮空気の圧力が所定の上限値に達すると、調圧器６が作動して空気圧縮機１が停止され、それと同時に吐出弁１３が開かれることにより、以下のように除湿器７の再生が行われる。
【０００６】すなわち、空気圧縮機１が停止すると、元空気溜５から再生空気溜１０方向への圧縮空気の逆流は逆止弁４により防止されるが、その間に再生空気溜１０から絞り１２及び逆止弁１１を介して除湿器７側に圧縮空気が徐々に逆流し、除湿器７を介して吐出弁１３から排出されることにより、除湿器７内の吸着剤が乾燥、再生される。
【０００７】その後、元空気溜５内の圧縮空気が前記空気圧機器で消費されることにより、元空気溜５内の圧力が所定の下限値まで低下すると、調圧器６が作動して吐出弁１３が閉じられると同時に空気圧縮機１が再度稼働され、上記の同様の手順で圧力制御弁９等を介して再生空気溜１０及び元空気溜５に圧縮空気が供給されるようになり、以下、上記と同様の操作が繰り返されて、元空気溜５内の圧力が上記上限値と下限値間の範囲となるように制御される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の除湿装置では、空気圧縮機１が停止された後、圧力制御弁９が閉じるまでの間に一定の時間遅れが生じるため、空気圧縮機１の停止直後における圧力制御弁９を介した圧縮空気の逆流を逆止弁８で防止し、再生空気溜１０内の圧縮空気が絞り１２及び逆止弁１１のみを通じて適正な速度で除湿器７に流れるようにして、除湿器７の再生作用の適正化を図っている。ところが、上記構成では、圧力制御弁９と逆止弁８とを別個に設けているため、構成部品数が増えるという不具合を生じていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決して、構成部品数の増加を抑制しながら、除湿効率の向上を図ることのできる圧力制御弁及びそれを用いた圧縮空気の除湿装置を提供することを目的としている。そのため、本発明の請求項１の圧力制御弁は、一次側及び二次側への接続口を有する弁本体と、この弁本体内に設けられ、一次側圧力と二次側圧力との圧力差に基づいて一次側と二次側とを連通又は遮断する弁体と、この弁体と同一軸線上で摺動して弁体に対し接離可能に設けられ、二次側と大気圧室とを区画するピストン体と、前記大気圧室内に設けられ、前記ピストン体と前記弁体とが接した状態においてそのピストン体を介して前記弁体を閉じ方向に付勢する開圧力設定ばねと、前記ピストン体又は前記弁本体と前記弁体との間に配され、前記弁体を閉じ方向に付勢する付勢ばねと、を有するものである。
【００１０】これにより、従来、圧力制御弁と別個に設けていた逆止弁に相当する上記弁体を圧力制御弁内に組み込むことにより、圧縮空気源が作動を停止した直後における圧力制御弁を通じた圧縮空気の逆流を上記弁体で確実に防止しながら、構成部品数の増加を抑えることができる。
【００１１】請求項２の圧力制御弁は、請求項１の構成において、前記弁本体に対し位置調整可能に設けられたばね受け部材によって前記開圧力設定ばねを支持するものである。これにより、上記弁体の開圧力、つまり、本圧力制御弁からの圧縮空気の供給先である空気圧機器に圧縮空気の供給を開始する圧力を、上記ばね受け部材の位置調整によって調節できる。
【００１２】請求項３の圧力制御弁は、請求項２の構成において、前記ピストン体は環状であり、前記ばね受け部材は、前記ピストン体を貫通してそのピストン体の摺動を内側から案内する軸状部分を有するものである。これにより、簡単な構成で、かつ少ない部品点数でピストン体の摺動の案内を行うことができる。
【００１３】請求項４の圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置は、圧縮空気源と空気溜との間に配設される圧縮空気の除湿装置であって、前記圧縮空気源からの圧縮空気を除湿する除湿器と、この除湿器と前記空気溜との間に設けられ、除湿器側の圧力が所定圧に達したときに開弁する圧力制御弁とを備え、前記圧力制御弁は、一次側及び二次側への接続口を有する弁本体と、この弁本体内に設けられ、一次側圧力と二次側圧力との圧力差に基づいて一次側と二次側とを連通又は遮断する弁体と、この弁体と同一軸線上で摺動して弁体に対し接離可能に設けられ、二次側と大気圧室とを区画するピストン体と、前記大気圧室内に設けられ、前記ピストン体と前記弁体とが接した状態においてそのピストン体を介して前記弁体を閉じ方向に付勢する開圧力設定ばねと、前記ピストン体又は前記弁本体と前記弁体との間に配され、前記弁体を閉じ方向に付勢する付勢ばねとを有するものである。これにより、前記請求項１と同様に、除湿効率を向上させることができるとともに、部品点数の増加を抑えることができる利点がある。
【００１４】請求項５の圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置は、請求項４の構成において、前記除湿器を吸着再生式の除湿器としたものである。このように、上記圧力制御弁を吸着再生式の除湿器と再生空気溜との間に設けることにより、従来、圧力制御弁とは別個に設けていた逆止弁が不要となり、部品点数の増加を抑制できる。
【００１５】請求項６の圧力制御弁を用いた圧縮空気の除湿装置は、請求項４の構成において、前記除湿器を中空糸膜式の除湿器としたものである。このように、中空糸膜式の除湿器を用いることにより、吸着／再生式の除湿器に比べ構造の簡素化や小型化を図ることができるとともに、圧力制御弁と別体の逆止弁を省略することにより、部品点数の削減や省メンテナンス化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、鉄道車両のブレーキ装置や自動扉開閉装置等の空気圧機器に圧縮空気を供給するための、本実施の形態に係る圧縮空気源装置は、基本的に図７の従来例と同様の構成を有しており、前記従来例と同一構成要素に同一の参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００１７】本実施の形態の圧縮空気源装置に含まれる除湿装置２０も吸着／再生式の除湿器７を用いており、基本的には前記従来例の除湿装置３と同一構成である。すなわち、除湿装置２０は、空気圧縮器１（圧縮空気源）からの圧縮空気を除湿する除湿器７と、この除湿器７と再生空気溜１０との間に設けられ、除湿器７側の圧力が所定値に達したときに開弁する圧力制御弁２１とを備えているが、この圧力制御弁２１が従来の逆止弁８の機能を有する弁体３２を一体的に組み込んでいる点で前記従来例と相違している。
【００１８】以下、この圧力制御弁２１の内部構造につき説明すると、図２に示すように、圧力制御弁２１は弁本体の一部を形成する本体ケース２２を備え、この本体ケース２２には、図示しない一次側及び二次側の各配管の端部外周がねじ込まれる各テーパ雌ねじ２３ａ、２４ａが形成された一次側及び二次側への接続口２３、２４が両側部の対応位置に設けられている。一次側接続口２３は不図示の配管を介して図１の除湿器７の出口側に接続される一方、二次側接続口２４は再生空気溜１０に接続されるようになっている。
【００１９】本体ケース２２内の中央部に図中上下方向に設けた一次側と二次側の連通口２５には、円筒状の弁座２６が嵌合、固定されている。弁座２６の上方において、本体ケース２２には円形のねじ孔２７が連通口２５と同芯に形成され、このねじ孔２７には、上底部２８を有する大略円筒状の補助ケース２９が下端部外周の雄ねじ２９ａでねじ込まれている。そして、雄ねじ２９ａの上方に隣接する大径フランジ２９ｂが本体ケース２２の上部に当接して軸方向の位置決めがなされている。弁本体は、本体ケース２２と補助ケース２９とで構成されている。
【００２０】補助ケース２９内の下部には円筒状のスリーブ３１が弁座２６と同芯に嵌合、固定されている。そして、スリーブ３１の内周には、弁体３２における円筒状摺動部部分３２ｂが摺動自在に嵌合している。円筒状摺動部分３２ｂには、その円周方向に沿って複数の貫通孔３２ｃが形成されている。弁体３２は、従来例における逆止弁８に相当する部材であり、圧力制御弁２１内に組み込まれている。
【００２１】円筒状摺動部分３２ｂの上方であって、スリーブ３１内には、環状のピストン体３３が摺動自在に嵌合されている。ピストン体３３の内周には段付に形成されたばね受け部材３４が中径部３４ｂ（軸状部分）で摺動自在に嵌合されている。中径部３４ｂの下方に位置する受け部材３４の小径部３４ａには、ピストン体３３の抜け止め用のナット３５が螺合されている。
【００２２】ピストン体３３の外周及び内周には各々リング溝が形成され、ピストン体３３とスリーブ３１間及びピストン体３３とばね受け部材３４間の気密を保持するための各Ｏリング３６、３７が上記各リング溝に嵌合されている。
【００２３】補助ケース２９の上底部２８の中央にはねじ孔２８ａが形成され、このねじ孔２８ａには、ばね力調整用ねじ３８が上方から螺合され、上底部２８の上面側において、ばね力調整用ねじ３８には、更に止めナット３９が螺合されている。そして、補助ケース２９内に突出したばね力調整用ねじ３８の下端に前記ばね受け部材３４の上端のばね受け用フランジ部３４ｄの上面側が当接している。なお、３４ｃは、ばね受け部材３４における中径部３４ｂとばね受け用フランジ部３４ｄとの間に位置する大径部である。
【００２４】上記ばね受け用フランジ部３４ｄとピストン体３３の上面との間には、内外１対の開圧力設定ばね４１、４２が縮設され、ピストン体３３を下方へ付勢している。これら開圧力設定ばね４１、４２の付勢力は、ばね力調整用ねじ３８を回して当該調整用ねじ３８を補助ケース２９に対して上下動させることにより変更できるようになっている。
【００２５】補助ケース２９の上底部２８近傍には空気孔２９ｃが形成され、補助ケース２９内は大気圧室とされている。なお、ピストン体３３の下面側と弁体３２の弁本体３２ａの上面側との間には、弁体３２を下方、つまり、弁体３２が弁座２６上に着座して閉弁状態となる方向へ付勢する付勢ばね４３が配置されている。
【００２６】以下、上記圧力制御弁２１及びこの圧力制御弁２１を含む除湿装置２０の動作を説明する。運転開始前に、再生空気溜１０内及び元空気溜５内の圧力は共に大気圧に保持されており、この際、圧力制御弁２１の弁体３２の一次側及び二次側は共に大気圧に保持されているので、弁体３２は開圧力設定ばね４１、４２の付勢力により弁座２６上に着座している。
【００２７】すなわち、ピストン体３３が開圧力設定ばね４１、４２により図２中下方へ押圧され、このピストン体３３の下面が弁体３２の円筒状摺動部分３２ｂの上端面に当接して弁体３２を下方へ押圧することにより、弁体３２を弁座２６上に着座させている。
【００２８】その後、空気圧縮機１が運転を開始すると、圧縮空気が空気圧縮機１からアフタークーラー２、除湿器７を介して圧力制御弁２１の一次側に流入するが、当初は一次側から弁体３２を上方へ押圧する圧力が開圧力設定ばね４１、４２の付勢力より小さいため、弁体３２は閉弁状態を維持する。
【００２９】圧力制御弁２１の一次側の圧力が、予め定めた所定値に達して、この一次側の圧力が開圧力設定ばね４１、４２の付勢力より大きくなると、図３に示すように、弁体３２及びピストン体３３が開圧力設定ばね４１、４２の付勢力に抗して上方へ移動し、弁体３２、つまり、圧力制御弁２１が開弁状態となって、一次側と二次側、具体的には、図１の除湿器７と再生空気溜１０とが連通状態となる。なお、ピストン体３３の上動時に、ピストン体３３はその内周でばね受け部材３４の中径部３４ｂに対して摺動する。
【００３０】上記所定値、つまり、弁体３２が開く時点での圧力制御弁２１の一次側の圧力は、元空気溜５内の圧力の上限値（例えば、９ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）と等しくなるように設定しておくことが好ましい。これは、前述したように、除湿器７における除湿効率を高めるためには、除湿器７を通過する圧縮空気の圧力を出来るだけ高くすることが好適なためである。
【００３１】圧力制御弁２１が開弁状態となると、除湿器７を通過した圧縮空気が圧力制御弁２１、再生空気溜１０、逆止弁４から元空気溜５へと流れ、再生空気溜１０及び元空気溜５内の圧力が次第に上昇する。そして、元空気溜５内の圧力が所定の上限値（例えば、前記した９ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）に達すると、調圧器６が作動して空気圧縮機１の駆動が停止されると同時に吐出弁１３が開弁状態となる。
【００３２】上記空気圧縮機１の駆動が停止されると、圧力制御弁２１の一次側及び二次側の圧力差がなくなるので、図４に示すように、弁体３２は付勢ばね４３の付勢力によって速やかに下動し、弁座２６上に着座して弁体３２、つまり、圧力制御弁２１が閉弁状態となる。
【００３３】これに対して、ピストン体３３は、再生空気溜１０内の圧縮空気の圧力が貫通孔３２ｃを介してピストン体３３の下面に作用するとともに、Ｏリング３６とスリーブ３１間の摩擦力や、Ｏリング３７と前記中径部３４ｂとの間の摩擦力が存在するため、弁体３２と共に直ちに下動することはないが、弁体３２が連通口２５を閉塞するため、再生空気溜１０側の圧縮空気が圧力制御弁２１を介して逆流することが防止される。
【００３４】上記のように、元空気溜５内の圧力が上限値に達して空気圧縮機１が停止され、かつ吐出弁１３が開弁されると、再生空気溜１０内の圧縮空気が絞り１２及び逆止弁１１を介して徐々に逆流し、除湿器７を通過して吐出弁１３から排出されることにより、除湿器７内の吸着剤が乾燥、再生される。
【００３５】また、再生空気溜１０内の圧縮空気が逆流することにより、再生空気溜１０内の圧力が次第に低下すると、ピストン体３３は開圧力設定ばね４１、４２の付勢力により下動し、図２のように再度弁体３２の円筒状摺動部分３２ｂの上面に当接する。
【００３６】その後、元空気溜５内の圧縮空気が不図示の空気圧機器で消費されることにより、元空気溜５内の圧力が所定の下限値（例えば、８ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）まで低下すると、調圧器６が作動して空気圧縮機１が再稼働されると共に、吐出弁１３が閉弁状態とされる。
【００３７】これにより、空気圧縮機１からアフタークーラー２、除湿装置３を介して圧力制御弁２１に圧縮空気が供給され始め、以下、前述したと同様の過程が繰り返されることにより、元空気溜５内の圧力が常時所定の上限値と下限値間の範囲となるように制御される。このように、本実施の形態では、圧力制御弁２１内に圧力制御弁の手前側に設けていた従来の逆止弁と同様の働きをする弁体３２を組み込んだので、部品点数を削減することができる。
【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５に示すように、この圧縮空気源装置は、空気圧縮機１からドレン分離器５０、除湿装置５１を介して元空気溜５に圧縮空気が送られるようになっている。ここでは、除湿装置５１が中空糸膜式の除湿器５２と第１の実施の形態と同一の圧力制御弁２１とからなる。
【００３９】中空糸膜式の除湿器５２は、図６に示すように、ケース５３内の入口部５３ａと出口部５３ｂ間に、高分子材料からなる多数の中空糸膜５４を配置したものである。各中空糸膜５４は、圧縮空気中の水蒸気のみを厚み方向へ透過させて中空糸膜５４外へ排出させる一方、空気は透過させずに入口部５３ａから出口部５３ｂへ送るようになっている。
【００４０】また、出口部５３ｂには絞り５５が設けられて、出口部５３ｂに達した圧縮空気中の一部が絞り５５を通過して通路５３ｃを介して中空糸膜５４の外側の空間に送られ、この空気がパージ空気として作用して、上記中空糸膜５４外へ透過した水蒸気をパージ空気出口５４ｄから排出するようになっている。
【００４１】以下、上記圧縮空気源装置の動作につき説明する。空気圧縮機１が作動すると、圧縮空気が空気圧縮機１からドレン分離器５０、除湿器５２を介して圧力制御弁２１に供給される。そして、圧力制御弁２１の一次側の圧力が所定値、例えば、元空気溜５内の圧力の上限値に達すると、前述と同様に弁体３２が開き（図３）、圧力制御弁２１を通過した圧縮空気が元空気溜５に供給されることにより、元空気溜５内の圧力が次第に上昇する。
【００４２】そして、この実施の形態では、空気圧縮機１から元空気溜５に圧縮空気が供給されている段階で、前記のように、除湿器５２の出口部５３ｂの圧縮空気の一部が絞り５５を通過して逆流し、中空糸膜５４外に透過した水蒸気をパージ空気出口５４ｄから排出させるので、元空気溜５への圧縮空気の供給と除湿器５２の再生作用（水蒸気を排出させる作用）とを同時に行うことができる。
【００４３】元空気溜５内の圧力が所定の上限値に達すると、調圧器６が作動して空気圧縮機１が停止されるが、前記のように、元空気溜５への圧縮空気の供給中に除湿器５２の再生を行っているので、空気圧縮機１の停止時に改めて除湿器５２の再生を行う必要はない。
【００４４】そのため、第１の実施の形態と異なり、除湿装置５１内に再生空気溜１０や、絞り１２、逆止弁１１等を設ける必要がなく、かつ、第１の実施の形態における再生空気溜１０と元空気溜５間の逆止弁４も不要となるので、圧縮空気源装置の部品点数を大幅に削減することができ、除湿器５２のメンテナンスの手間も省けるようになる。
【００４５】なお、圧力制御弁２１内の弁体３２は、ここでは、元空気溜５からの圧縮空気の逆流を防止する働きをするが、従来、圧力制御弁２１と別個に設けていた逆止弁と同等の機能を有する弁体３２を圧力制御弁２１内に組み込んでいるので、一層の部品点数の削減を図ることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４０１９
【氏名又は名称】株式会社ナブコ
|
| 【出願日】 |
平成１１年８月３１日（１９９９．８．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０１８２
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 三彦
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−６５７２１（Ｐ２００１−６５７２１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４５３２６ |
|