JP2004019906A

JP2004019906A - 直動式電磁弁

Info

Publication number: JP2004019906A
Application number: JP2002179904A
Authority: JP
Inventors: Okiyoshi Fujisaki; 藤崎　興至; Mikiro Matsushima; 松島　幹郎
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】プランジャの最大ギャップ量と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量を設定する寸法精度をさほど厳格に管理しなくても正常な流路開閉を行えるようにすること。
【解決手段】プランジャ２６の最大ギャップ量αを弁体２１の弁リフト方向の最大ストローク量βより大きくし、プランジャ２６と連結棒３０（弁体２１）とは弁リフト方向に所定量だけ相対変位可能に連結し、プランジャ２６と連結棒３０（弁体２１）との間にプランジャ２６に対して弁体２１を弁閉方向に付勢する弁ばね３１を設ける。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直動式電磁弁に関し、特に、燃料電池システムの流路開閉、流路切換等に使用される直動式電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直動式電磁弁は、電磁ソレノイド装置のプランジャと連結された弁体を有し、弁体を弁座部に着座、離間させて弁ポートを開閉するものであり、これには、一つの弁ポートを開閉して流路の連通・遮断を行う開閉弁型のものと、２つの弁ポートを相反する関係で開閉して流路切換を行う切換弁型のものとがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
開閉弁型の直動式電磁弁（電磁開閉弁）において、弁開状態で使用される時間が弁閉状態で使用される時間より長いものや、弁開状態でフェールセーフが得られるものの場合には、消費電力の低減や、フェールセーフを確立するために、非通電で弁開状態が得られ、通電で弁閉状態が得られるように構成される。
【０００４】
この場合、プランジャの最大ギャップ量（非通電時のプランジャと吸引子との間隔）と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量との大小関係が問題になり、プランジャの最大ギャップ量が弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きいと、通電状態で、プランジャと吸引子とのギャップがゼロにならず、状態が安定せず、弁漏れを生じない安定した弁閉状態を得ることが難しい。また、弁体にゴム状弾性体製のＯリングが装着され、Ｏリングの外周面を弁座部に押し付けて弁締めシールを得る場合には、Ｏリングが過剰に圧縮され、Ｏリングの寿命を損ねる原因になる。これに対し、プランジャの最大ギャップ量が弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より小さいと、弁体が弁座部に着座できず、正常な弁閉状態を得ることができない。
【０００５】
このため、非通電で弁開状態が得られ、通電で弁閉状態が得られる電磁開閉弁では、プランジャの最大ギャップ量と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量を設定する寸法精度を厳格に管理しなくてはならず、このことを避けるために、多くの電磁開閉弁は、非通電で弁閉状態が得られ、通電で弁開状態が得られるように構成されている。
【０００６】
また、流路切換型の直動式電磁弁（電磁切換弁）では、通電状態、非通電状態で、上述した電磁開閉弁と同様の問題が必ず生じ、プランジャの最大ギャップ量と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量を設定する寸法精度に厳格に管理しなくてはならない。
【０００７】
上述したような問題は、燃料電池システム、特に、固体高分子燃料電池発電システムにおいて、電磁弁の１次側と２次側の圧力差が小さいと云う状況下で、弁漏れによるシステム効率の低下が生じることがなく、電磁弁駆動のための消費電力による発電効率の低下が少ないことを要求される場合に顕著なものになり、解決しなくてはならない課題になる。
【０００８】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、プランジャの最大ギャップ量と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量を設定する寸法精度をさほど厳格に管理しなくても正常な流路開閉、流路切換を行い、消費電力が小さく、低差圧での耐弁漏れ性に優れ、しかも耐久性がある直動式電磁弁を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による直動式電磁弁は、電磁ソレノイド装置のプランジャと連結された弁体を有し、通電時には前記弁体を弁座部に着座させて弁ポートを閉じ、非通電時には前記弁体を前記弁座部より離間させて前記弁ポートを開く直動式電磁弁（電磁開閉弁）において、前記プランジャの最大ギャップ量が前記弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きく、前記プランジャと前記弁体とは弁リフト方向に所定量だけ相対変位可能に連結されて前記プランジャと前記弁体との間に前記プランジャに対して前記弁体を弁閉方向に付勢する弁ばねが設けられている。
【００１０】
この発明による直動式電磁弁によれば、通電で弁閉状態が得られ、非通電で弁開状態が得られ、プランジャの最大ギャップ量が弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きいから、通電状態時には、その差分だけ弁ばねを圧縮してプランジャと弁体との弁リフト方向の連結関係が伸び、弁ばねのばね力によって弁体が弁座部に押し付けられた状態で、プランジャギャップがゼロになる。
【００１１】
この発明による直動式電磁弁では、前記弁体が前記弁座部に着座する部分にゴム状弾性体製のＯリングが装着され、前記弁座部に前記Ｏリングの外周面が当接することにより弁締めシールが行われるように構成されていてよく、通電時、弁ばねの圧縮変形により、Ｏリングが過剰に圧縮されることがない。
【００１２】
また、上述の目的を達成するために、この発明による直動式電磁弁は、電磁ソレノイド装置のプランジャと連結された弁体を有し、前記弁体は弁リフト方向に対向配置された第１の弁座部と第２の弁座部との間に移動可能に設けられ、非通電時には前記弁体が前記第１の弁座部に着座して第１の弁ポートを閉じ且つ前記第２の弁座部より離間して第２の弁ポートを開いて第１の流路切換状態を確立し、通電時には前記弁体が前記第１の弁座部より離間して第１の弁ポートを開き且つ前記第２の弁座部に着座して第２の弁ポートを閉じて第１の流路切換状態を確立する直動式電磁弁（電磁切換弁）において、前記プランジャの最大ギャップ量が前記弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きく、前記プランジャと前記弁体とは弁リフト方向に所定量だけ相対変位可能に連結されて前記プランジャと前記弁体との間に前記プランジャに対して前記弁体を前記第２の弁座部に対する着座方向に付勢するばねが設けられている。
【００１３】
この発明による直動式電磁弁によれば、非通電で第１の流路切換状態が得られ通電で第２の流路切換状態が得られ、プランジャの最大ギャップ量が弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きいから、通電状態時には、その差分だけ弁ばねを圧縮してプランジャと弁体との弁リフト方向の連結関係が伸び、弁ばねのばね力によって弁体が第２の弁座部に押し付けられた状態で、プランジャギャップがゼロになる。
【００１４】
また、この発明による直動式電磁弁は、前記弁体が前記第１の弁座部に着座する部分と前記第２の弁座部に着座する部分の各々にゴム状弾性体製のＯリングが装着され、前記第１の弁座部あるいは前記第２の弁座部に前記Ｏリングの外周面が当接することにより弁締めシールが行われ、前記Ｏリングの外周面が前記第１の弁座部に当接した弁位置より更に前記第１の弁ポートを閉じる方向への前記弁体の移動を制限するストッパが設けられている。
【００１５】
また、この発明による直動式電磁弁によれば、通電時、弁ばねの圧縮変形により、第２の弁座部側のＯリングが過剰に圧縮されることがなく、非通電時にはストッパによって弁体の第１の弁ポートを閉じる方向への移動が制限されることにより、第１の弁座部側のＯリングが過剰に圧縮されることがない。
【００１６】
この場合、前記Ｏリングは前記第１の弁座部の内周側の角縁に当接し、前記ストッパは、当該角縁より前記第１の弁ポート側に形成されたストッパ面と、当該ストッパ面に対向する前記弁体の先端面とで構成され、前記弁体の先端面が前記ストッパ面に当接することにより前記弁体が前記第１の弁ポートを閉じる方向への移動を制限されるものとすることができる。
【００１７】
また、この発明による直動式電磁弁は、前記電磁ソレノイド装置の吸引子と前記プランジャとの間に、当該プランジャを前記吸引子より引き離す方向に付勢するプランジャばねが設けられており、通電時には前記プランジャばねのばね力に抗して前記プランジャがギャップゼロ状態で前記吸引子に吸着することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
（電磁開閉弁）
図１、図２はこの発明による直動式電磁弁（電磁開閉弁）の実施形態１を示している。
【００２０】
電磁開閉弁１０はハウジング本体１１と下蓋１２とによる弁ハウジング１３を有している。弁ハウジング１３は、継手１９を接続された１次側ポート１４と、継手２０を接続された２次側ポート１５と、弁室１６と、弁室１６の上部に形成された弁ポート１７と、弁ポート１７の周りに画定された円環状の弁座部１８とを有している。１次側ポート１４は弁室１６に常時連通し、２次側ポート１５は弁ポート１７を経て弁室１６に連通している。
【００２１】
弁室１６には弁体２１が上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。弁体２１は、弁室１５の内周面に摺接するピストン形状部２１Ａを有し、上端外周にＯリング装着用の周溝２１Ｂを形成され、周溝２１Ｂにゴム状弾性体製のＯリング２２をはめ込み装着されている。
【００２２】
Ｏリング２２は、燃料電池システム等での使用で、電磁開閉弁１０が硫黄成分の混入源にならないよう、ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等、硫黄加硫していない非硫黄加硫ゴムにより構成されている。Ｏリング２２は、取り扱う流体の温度もしくは周囲温度が高い場合には、耐熱性を確保するために、フッ素ゴム製のものがよく、また、低差圧、弁開閉頻度が少なく、さほど高い耐久性を必要としない場合には、低硬度の軟らかいゴムが用いられることが好ましい。
【００２３】
弁体２１は、上昇移動によりＯリング２２の外周面をもって弁座部１８の内周側角部に着座することにより弁ポート１７を閉じ（図２参照）、降下移動によりＯリング２２が弁座部１８より離間することによって弁ポート１７を開く（図１参照）。弁ポート１７が開かれることにより、１次側ポート１４と２次側ポート１５とが連通する弁開状態になり、弁ポート１７が閉じられることにより、１次側ポート１４と２次側ポート１５との連通を遮断する弁閉状態になる。
【００２４】
弁体２１には連結棒３０の下端部３０Ａがかしめによって固定されており、弁体２１は後述する電磁ソレノイド装置２３によって上下方向（弁リフト方向）に駆動される。
【００２５】
弁ハウジング１３には弁体２１を開閉駆動する電磁ソレノイド装置２３が取り付けられている。電磁ソレノイド装置２３は、下端側をハウジング本体１１に固定されたプランジャチューブ２４と、プランジャチューブ２４の上端に固定されたプラグ状の吸引子２５と、プランジャチューブ２４内に上下動可能に設けられた円柱状のプランジャ２６と、プランジャ２６と吸引子２５との間に設けられてプランジャ２６を下方（プランジャ２６を吸引子２５より引き離す方向＝弁開方向）に付勢する圧縮コイルばねによるプランジャばね２７と、プランジャチューブ２４の外周に嵌合装着された電磁コイル２８とを有している。
【００２６】
電磁ソレノイド装置２３は、電磁コイル２８に通電が行われて電磁コイル２８が励磁することにより、プランジャ２６をプランジャばね２７のばね力に抗して吸引子２５の下端面２５Ａに磁気的に吸着する。換言すれば、電磁コイル２８は励磁することにより、プランジャ２６をプランジャばね２７のばね力に抗して弁閉方向に付勢する。
【００２７】
プランジャ２６の下端部には大径孔２６Ａが形成されており、大径孔２６Ａに連結棒３０の上端ヘッド部３０Ｂを軸線方向（弁リフト方向）に移動可能に受け入れている。プランジャ２６の下端部には連結棒３０が貫通するストッパリング２９が固定されている。
【００２８】
この構造により、連結棒３０は、上部ヘッド部３０Ｂの上面３０Ｃが大径孔２６Ａの天井面２６Ｂに当接する位置と、連結棒３０の上端近傍に形成された段差下面３０Ｄがストッパリング２９の上面２９Ａに当接する位置との間のみプランジャ２６に対して相対移動可能になっている。すなわち、プランジャ２６と弁体２１とが弁リフト方向に所定量γの範囲内で相対変位可能に連結されている。なお、所定量γは、後述する最大ギャップ量αより小さい値に設定されている。
【００２９】
連結棒３０の上部ヘッド部３０Ｂとストッパリング２９との間には圧縮コイルばねによる弁ばね３１が挟まれている。弁ばね３１はプランジャ２６に対して連結棒３０と弁体２１との連結体を弁閉方向（上方）に付勢している。
【００３０】
電磁コイル２８に通電が行われていない非通電時には、図１に示されているように、プランジャばね２７のばね力によって、プランジャ２６、連結棒３０、弁体２１が押し下げられ、弁体２１の下端面２１Ｃが弁室１６の下底面１６Ａに当接する弁開状態になる。
【００３１】
この弁開状態で得られるプランジャ２６の上端面２６Ｃと吸引子２５の下端面２５Ａとのギャップ量、すなわち、最大ギャップ量αが、この状態（弁開状態）での弁体２１の上端面２１Ｄと弁座部１８と先端面１８Ａとの間隔、すなわち弁リフト方向の最大ストローク量βより大きく設定されている。
【００３２】
電磁コイル２８に通電が行われると、電磁コイル２８が励磁し、プランジャ２６が、まず、ストッパリング２９の上面２９Ａが連結棒３０の段差下面３０Ｄに当接するまで、プランジャばね２７のばね力に抗して吸引子２５に接近する側に瞬間的に引き上げられる。この移動は、プランジャばね２７のばね力と弁ばね３１のばね力に打ち勝つだけの推進力でよく、流体の圧力差の影響を受けないので、大きい磁気吸着力を必要としない。
【００３３】
プランジャ２６が所定量γだけ吸引子２５に接近する側に瞬間的に引き上げられると、プランジャ２６と吸引子２５とのギャップは（α−γ）で表される小さいものになり、引き続き、電磁コイル２５に通電されていることにより、プランジャ２６が吸引子２５の下端面２５Ａに強い磁気吸着力をもって磁気的吸着する。この（α−γ）のプランジャ移動により、ストッパリング２９の上面２９Ａが連結棒３０の段差下面３０Ｄを蹴り上げ、弁体１８をキック式に弁閉移動させる。
【００３４】
プランジャ２６が吸引子２５の下端面２５Ａに磁気的に吸着したプランジャギャップゼロの静止状態になると、磁気回路が安定し、図２に示されているように、最大ギャップ量αと最大ストローク量βとの差分α−βだけ弁ばね３１を圧縮してプランジャ２６と連結棒３０、弁体２１との弁リフト方向の連結関係が伸び、弁ばね３１のばね力によって弁体２１のＯリング２２が弁座部１８に押し付けられた弁閉状態になる。弁ばね３１はＯリング２２が弁座部１８に着座する際の衝撃吸収を行う。
【００３５】
これにより、プランジャ２６の最大ギャップ量αと弁体２１の弁リフト方向の最大ストローク量βを設定する寸法精度がさほど厳格に管理されなくても正常な流路開閉が行われ、大きい弁閉力を必要とすることなく高い気密シール性が得られる。また、電磁開閉弁１０の１次側と２次側の圧力差が小さくても弁漏れを生じることがなく、Ｏリング２２の過剰変形防止も適切に行われ、Ｏリング２２の耐久性を充分確保でき、しかも、キック方式で弁閉するので、大きい起磁力が必要でなく、消費電力がすくなくて済む。
【００３６】
なお、弁体２１は、ピストン形状部２１Ａが弁室１６の内周面に摺接した状態で移動するから、プランジャ２６の軸ずれ等の影響を受けることがなく、Ｏリング２２が心ずれを生ずることなく弁座部１８に適切に着座する。
【００３７】
図３、図４は上述の構成による電磁開閉弁１０を固体高分子型燃料電池発電システムに組み込んだ使用例を示されている。
【００３８】
図３に示されている使用例では、アノード１００Ａ、カソード１００Ｂ、冷却器１００Ｃによるセルスタック１００のアノード１００Ａに改質器１０１より改質ガスを供給する流路と、改質器１０１より改質ガスをバーナ１０２に供給する流路に、上述の構成による電磁開閉弁１０Ａと１０Ｂとが設けられている。
【００３９】
改質器１０１によって生成された改質ガスのＣＯ濃度を監視し、改質ガスのＣＯ濃度が既定値以下である場合には、電磁開閉弁１０Ｂを閉じて電磁開閉弁１０Ａを開いて改質ガスをアノード１００Ａに供給する。これに対し、始動時等、改質ガスのＣＯ濃度が既定値以下にならない不安定運転状態では、電磁開閉弁１０Ａを閉じて電磁開閉弁１０Ｂを開いて改質ガスをバーナ１０２に供給する。
【００４０】
図４に示されている使用例では、セルスタック１００のアノード１００Ａに対して供給する改質ガスのアノード１００Ａにおける流れ方向を正方向ａと、逆方向ｂとに反転させるために、アノード１００Ａの前後に上述の構成による４個の電磁開閉弁１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆが設けられている。
【００４１】
この場合、電磁開閉弁１０Ｃと１０Ｄが弁開で、電磁開閉弁１０Ｅと１０Ｆが弁閉になることにより、アノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向は正方向ａになり、これに対し、電磁開閉弁１０Ｃと１０Ｄが弁閉で、電磁開閉弁１０Ｅと１０Ｆが弁開になることにより、アノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向は逆方向ｂになる。
【００４２】
セルスタック１００内の湿度は改質ガスの入口側が高く、出口側が低くなるので、上述の組み合わせによる電磁開閉弁１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆの開閉によってアノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向を正方向ａと逆方向ｂとに周期的に反転させてルスタック１００の改質ガスの入口側と出口側とを周期的に変更することにより、セルスタック１００内の湿度の均一化を図ることができる。
【００４３】
（電磁切換弁）
図５〜図１０はこの発明による直動式電磁弁（電磁切換弁）の実施形態２を示している。
【００４４】
電磁開閉弁５０は、ハウジング本体５１と上蓋５２とによる弁ハウジング５３を有している。弁ハウジング５３は、継手５４を接続されたＡポート５５と、継手５６を接続されたＢポート５７と、継手５８を接続されたＣポート５９と、弁室６０と、弁室６０の下端部に形成された第１の弁ポート６１と、弁室６０の上端部に形成された第２の弁ポート６２と、第１の弁ポート６１の周りに画定された円環状の第１の弁座部６３と、第２の弁ポート６２の周りに画定された円環状の第２の弁座部６４とを有している。
【００４５】
第１の弁ポート６１と第２の弁ポート６２は、弁室６０の上下両端において上下方向（弁リフト方向）に対向配置されている。Ａポート５５は弁室６０の中間部に開口して弁室６０に常時連通し、Ｂポート５７は第１の弁ポート６１を経て弁室６０に連通し、Ｃポート５９は第２の弁ポート６２を経て弁室６０に連通している。
【００４６】
弁室６０には弁体６５が上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。弁体６５は、弁室６０の内周面に摺接する流体通過可能な間欠フランジ形状（十文字形、図６参照）のガイドフランジ部６５Ａを上下に有し、下端外周と上端外周に各々Ｏリング装着用の周溝６５Ｂ、６５Ｃを形成され、周溝６５Ｂ、６５Ｃの各々にゴム状弾性体製のＯリング６７Ａ、６７Ｂをはめ込み装着されている。
【００４７】
Ｏリング６７Ａ、６７Ｂは、燃料電池システム等での使用で、電磁切換弁５０が硫黄成分の混入源にならないよう、ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等、硫黄加硫していない非硫黄加硫ゴムにより構成されている。この場合も、Ｏリング６７Ａ、６７Ｂは、取り扱う流体の温度もしくは周囲温度が高い場合には、耐熱性を確保するために、フッ素ゴム製のものがよく、また、低差圧、弁開閉頻度が少なく、さほど高い耐久性を必要としない場合には、低硬度の軟らかいゴムが用いられることが好ましい。
【００４８】
弁体６５は、降下移動により下側のＯリング６７Ａの外周面をもって第１の弁座部６３の内周側角部６３Ａ（図７参照）に着座して第１の弁ポート６１を閉じ、上側のＯリング６７Ｂが第２の弁座部６４より離間することによって第２の弁ポート６２を開いてＡ−Ｃ連通の第１の流路切換状態（図８参照）を確立し、上昇移動によりＯリング６７Ａが第１の弁座部６３より離間して第１の弁ポート６１を開き、Ｏリング６７Ｂの外周面をもって第２の弁座部６４の内周側角部６４Ａ（図７参照）に着座して第２の弁ポート６２を閉じてＡ−Ｂ連通の第２の流路切換状態（図１０参照）を確立する。
【００４９】
第１の弁座部６３は、図７によく示されているように、弁室６０の下底部に円環状突条として形成され、内周側角部６３Ａより第１の弁ポート６１側には、弁体６５の降下移動（第１の弁ポート６１を閉じる方向の移動）を規制するストッパ面６３Ｂが弁座部６３の上面６３Ｃより一段低い位置に段差を設けて形成されている。
【００５０】
弁体６５の下端面６５Ｄはストッパ面６３Ｄに対向しており、弁体６５の下端面６５Ｄがストッパ面６３Ｂに当接することにより、弁体６５の降下移動が制限される。これにより、Ｏリング６７Ａの外周面が第１の弁座部６３の内周側角部６３Ａに当接した弁位置（図７に示されている位置）より更に第１の弁ポート６１を閉じる方向への弁体６５の移動量を制限するストッパが構成される。
【００５１】
連結棒６６が通っている第２の弁ポート６２の口径をＤａ、連結棒６６の外径をＤｂとすると、第２の弁ポート６２の実口径Ｄｃは下式で表される。
Ｄｃ＝２｛（Ｄａ／２）^２　−（Ｄｂ／２）^２　｝^１／２
【００５２】
したがって、第１の弁ポート６１の口径がＤｄであれば、第１の弁座部６１の内周側角部６３Ａによる口径ＤｅをＤｅ＝Ｄａとし、ストッパ面６３ＢによってＤｄ＝Ｄｃとなるよう、各部の寸法設定を行うことにより、両弁ポートの口径（流量）を同じにして同サイズのＯリング６７Ａ、６７Ｂを使用することができる。
【００５３】
弁体６５には連結棒６６の下端部６６Ａがかしめによって固定されており、弁体６５は後述する電磁ソレノイド装置７５によって上下方向（弁リフト方向）に駆動される。
【００５４】
弁ハウジング５３には弁体６５を開閉駆動する電磁ソレノイド装置７５が取り付けられている。電磁ソレノイド装置７５は、下端側を上蓋６２に固定されたプランジャチューブ６８と、プランジャチューブ６８の上端に固定されたプラグ状の吸引子６９と、プランジャチューブ６８内に上下動可能に設けられた円柱状のプランジャ７０と、プランジャ７０と吸引子６９との間に設けられてプランジャ７０を下方（プランジャ７０を吸引子６９より引き離す方向）に付勢する圧縮コイルばねによるプランジャばね７１と、プランジャチューブ６８の外周に嵌合装着された電磁コイル７２とを有している。
【００５５】
電磁ソレノイド装置７５は、電磁コイル７２に通電が行われて電磁コイル７２が励磁することにより、プランジャ７０をプランジャばね７１のばね力に抗して吸引子６９の下端面６９Ａに磁気的に吸着する。換言すれば、電磁コイル７２は励磁することにより、プランジャ７０をプランジャばね７１のばね力に抗して弁開方向に付勢する。
【００５６】
プランジャ７０の下端部には大径孔７０Ａが形成されており、大径孔７０Ａに連結棒６６の上端ヘッド部６６Ｂを軸線方向（弁リフト方向）に移動可能に受け入れている。プランジャ７０の下端部には連結棒６６が貫通するストッパリング７３が固定されている。
【００５７】
この構造により、連結棒６６は、上部ヘッド部６６Ｂの上面６６Ｃが大径孔７０Ａの天井面７０Ｂに当接する位置と、連結棒６６の上端近傍の段差下面６６Ｄがストッパリング７３の上面７３Ａに当接する位置との間のみプランジャ７０に対して相対移動可能になっている。すなわち、プランジャ７０と弁体６５とが弁リフト方向に所定量γの範囲内で相対変位可能に連結されている。なお、この場合も、所定量γは、後述する最大ギャップ量αより小さい値に設定されている。
【００５８】
連結棒６６の上部ヘッド部６６Ｂとストッパリング７３との間には圧縮コイルばねによる弁ばね７４が挟まれている。弁ばね７４はプランジャ７０に対して連結棒６６と弁体６５との連結体を第２の弁座部６４に着座する方向（上方）に付勢している。
【００５９】
Ａポート５５の圧力をＰＡ、Ｂポート５７の圧力をＰＢ、Ｃポート５９の圧力をＰＣ、Ｂポート５７の有効面積をＳＢ、Ｃポート５９の有効面積をＳＣとすると、弁体６５が第２の弁座部６４に着座している時の弁ばね７４のばね力は、｛（ＰＣ−ＰＡ）ＳＣ｝＋（Ｏリング６７Ｂを適切に圧縮するのに必要な力）より大きく、しかも最長時のばね力が弁体６５の組立品（弁体６５＋連結棒６６＋Ｏリング６７Ａ、６７Ｂ）の自重より大きく、弁体６５が第１の弁座部６３に着座している時のプランジャばね７１のばね力は、｛（ＰＢ−ＰＡ）ＳＢ｝＋（Ｏリング６７Ａを適切に圧縮するのに必要な力）より大きい値に設定される。
【００６０】
電磁コイル７２に通電が行われていない非通電時には、図５および図８に示されているように、プランジャばね７１のばね力によって、プランジャ７０、連結棒６６、弁体６５が押し下げられ、弁体６５がＯリング６７Ａをもって第１の弁座部６３に着座し、第１の弁ポート６１が閉じられて第２の弁ポート６２が開かれた第１の流路切換状態（Ａ−Ｃ連通）になる。
【００６１】
この第１の流路切換状態においては、図７に示されているように、Ｏリングわほ６７Ａの外周面が第１の弁座部６３の内周側角部６３Ａに当接した弁位置より弁体６６が更に下方へ移動する移動量は、弁体６６の下端面６５Ｄがストッパ面６３Ｂと当接することにより制限されるから、Ｏリング６７Ａが過剰に圧縮されて過剰変形することが防止される。これにより、Ｏリング６７Ａの耐久性が確保される。
【００６２】
この第１の流路切換状態で得られるプランジャ７０の上端面７０Ｃと吸引子６９の下端面６９Ａとのギャップ量、すなわち、最大ギャップ量αが、この状態での弁体６５の上端面６５Ｅと第２の弁座部６４と先端面６４Ｂとの間隔、すなわち弁リフト方向の最大ストローク量βより大きく設定されている。
【００６３】
電磁コイル７２に通電が行われると、電磁コイル７２が励磁し、プランジャ７０が、まず、ストッパリング７３の上面７３Ａが連結棒６６の段差下面６６Ｄに当接するまで、プランジャばね７１のばね力に抗して吸引子６９に接近する側に瞬間的に引き上げられる。この移動は、プランジャばね７１のばね力と弁ばね７４のばね力に打ち勝つだけの推進力でよく、流体の圧力差の影響を受けないので、大きい磁気吸着力を必要としない。
【００６４】
プランジャ７０が所定量γだけ吸引子６９に接近する側に瞬間的に引き上げられると、図９に示されているように、プランジャ７０と吸引子６９とのギャップは（α−γ）で表される小さいものになり、引き続き、電磁コイル７２に通電されていることにより、プランジャ７０が吸引子６９の下端面６９Ａに強い磁気磁気吸着力をもって磁気的吸着する。この（α−γ）のプランジャ移動により、ストッパリング７３の上面７３Ａが連結棒６６の段差下面６６Ｄを蹴り上げ、弁体６６をキック式に第２の弁座部６４の側に上昇移動させる。
【００６５】
プランジャ７０が吸引子６９の下端面６９Ａに磁気的に吸着したプランジャギャップゼロの静止状態になると、磁気回路が安定し、図８（ｃ）に示されているように、最大ギャップ量αと最大ストローク量βとの差分α−βだけ弁ばね７４を圧縮してプランジャ７０と連結棒６６、弁体６５との弁リフト方向の連結関係が伸び、弁ばね７４のばね力によって弁体６５のＯリング６７Ｂが第２の弁座部６４に押し付けられ、第２の弁ポート６２が閉じられて第１の弁ポート６１が開かれた第２の流路切換状態（Ａ−Ｂ連通）になる。弁ばね７４はＯリング６７Ｂが第２の弁座部６４に着座する際の衝撃吸収を行う。
【００６６】
これにより、プランジャ７０の最大ギャップ量αと弁体６５の弁リフト方向の最大ストローク量βを設定する寸法精度をさほど厳格に管理しなくても正常な流路切換が行われ、大きい弁閉力を必要とすることなく高い気密シール性が得られる。また、電磁開閉弁５０の１次側（Ａポート５５）と２次側（Ｂポート５７、Ｃポート５９）の圧力差が小さくても弁漏れを生じることがなく、Ｏリング６７Ｂの過剰変形防止も適切に行われ、Ｏリング６７Ｂも耐久性を充分確保でき、しかも、キック方式で弁閉するので、大きい起磁力が必要でなく、消費電力がすくなくて済む。
【００６７】
弁体６５は、ガイドフランジ部６５Ａが弁室６０の内周面に摺接した状態で移動するから、プランジャ７０の軸ずれ等の影響を受けることがなく、Ｏリング６７Ａ、６７Ｂが心ずれを生ずることなく第１、第２の弁座部６３、６４に適切に着座する。
【００６８】
なお、第１の流路切換状態によるＡ−Ｃ連通時には、第２の弁ポート６２において連結棒６５が流路の妨げになるが、第２の弁座部６４の側には、ストッパ面を設けなくてよいので、その分、第１の弁ポート６１に比して流路の妨げを軽減できる。また、プランジャばね７１、弁ばね７４のばね力を、逆方向流れを想定した値に設定すると、流体の流れ方向を限定せず、双方向対応になる。
【００６９】
図１１、図１２は上述の構成による電磁切換弁５０を固体高分子型燃料電池発電システムに組み込んだ使用例を示されている。
【００７０】
図１１に示されている使用例では、アノード１００Ａ、カソード１００Ｂ、冷却器１００Ｃによるセルスタック１００のアノード１００Ａに改質器１０１より改質ガスを供給する流路と、改質器１０１より改質ガスをバーナ１０２に供給する流路との分岐部に電磁切換弁５０が設けられている。
【００７１】
改質器１０１によって生成された改質ガスのＣＯ濃度を監視し、改質ガスのＣＯ濃度が既定値以下である場合には、電磁切換弁５０を第１の流路切換状態によるＡ−Ｃ連通とし、改質ガスをアノード１００Ａに供給する。これに対し、始動時等、改質ガスのＣＯ濃度が既定値以下にならない不安定運転状態では、電磁切換弁５０を第２の流路切換状態によるＡ−Ｂ連通とし、改質ガスをバーナ１０２に供給する。
【００７２】
図１２に示されている使用例では、セルスタック１００のアノード１００Ａに対して供給する改質ガスのアノード１００Ａにおける流れ方向を正方向ａと、逆方向ｂとに反転させるために、アノード１００Ａの前後に上述の構成による電磁切換弁５０Ａ、５０Ｂが設けられている。
【００７３】
この場合、電磁切換弁５０Ａ、５０Ｂを、ともに第２の流路切換状態によるＡ−Ｂ連通とすることにより、アノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向は正方向ａになり、これに対し、電磁切換弁５０Ａ、５０Ｂを、ともに第１の流路切換状態によるＡ−Ｃ連通とすることにより、アノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向は逆方向ｂになる。
【００７４】
電磁切換弁５０Ａ、５０Ｂによる上述の流路切換によってアノード１００Ａにおける改質ガスの流れ方向を正方向ａと逆方向ｂとに周期的に反転させてルスタック１００の改質ガスの入口側と出口側とを周期的に変更することにより、セルスタック１００内の湿度の均一化を図ることができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による直動式電磁弁によれば、プランジャの最大ギャップ量が弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きいから、通電状態時には、その差分だけ弁ばねを圧縮してプランジャと弁体との弁リフト方向の連結関係が伸び、弁ばねのばね力によって弁体が弁座部に押し付けられた状態で、プランジャギャップがゼロになるから、プランジャの最大ギャップ量と弁体の弁リフト方向の最大ストローク量を設定する寸法精度をさほど厳格に管理しなくても正常な流路開閉、流路切換を行うことができ、しかも、消費電力が小さく、低差圧での耐弁漏れ性に優れ、優れた耐久性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による直動式電磁弁の実施形態１を示す弁開状態の縦断面図である。
【図２】この発明による直動式電磁弁の実施形態１を示す弁閉状態の縦断面図である。
【図３】実施形態１の直動式電磁弁の固体高分子型燃料電池発電システムにおける使用例１を示すブロック図である。
【図４】実施形態１の直動式電磁弁の固体高分子型燃料電池発電システムにおける使用例２を示すブロック図である。
【図５】この発明による直動式電磁弁の実施形態２を示す縦断面図である。
【図６】図５の線Ｉ−Ｉに沿った横断面図である。
【図７】実施形態２の直動式電磁弁の弁体−弁座部分の拡大縦断面図である。
【図８】実施形態２の直動式電磁弁の流路切換動作を示す縦断面図である。
【図９】実施形態２の直動式電磁弁の流路切換動作を示す縦断面図である。
【図１０】実施形態２の直動式電磁弁の流路切換動作を示す縦断面図である。
【図１１】実施形態２の直動式電磁弁の固体高分子型燃料電池発電システムにおける使用例１を示すブロック図である。
【図１２】実施形態２の直動式電磁弁の固体高分子型燃料電池発電システムにおける使用例２を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　電磁開閉弁
１３　弁ハウジング
１４　１次側ポート
１５　２次側ポート
１７　弁ポート
１８　弁座部
２１　弁体
２２　Ｏリング
２３　電磁ソレノイド装置
２５　吸引子
２６　プランジャ
２７　プランジャばね
２８　電磁コイル
３０　連結棒
３１　弁ばね
５３　弁ハウジング
５５　Ａポート
５７　Ｂポート
５９　Ｃポート
６０　弁室
６１　第１の弁ポート
６２　第２の弁ポート
６３　第１の弁座部
６４　第２の弁座部
６５　弁体
６７Ａ、６７Ｂ　Ｏリング
６９　吸引子
７０　プランジャ
７１　プランジャばね
７２　電磁コイル
７４　弁ばね
７５　電磁ソレノイド装置
１００　セルスタック
１０１　改質器
１０２　バーナ

Claims

電磁ソレノイド装置のプランジャと連結された弁体を有し、通電時には前記弁体を弁座部に着座させて弁ポートを閉じ、非通電時には前記弁体を前記弁座部より離間させて前記弁ポートを開く直動式電磁弁において、
前記プランジャの最大ギャップ量が前記弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きく、
前記プランジャと前記弁体とは弁リフト方向に所定量だけ相対変位可能に連結されて前記プランジャと前記弁体との間に前記プランジャに対して前記弁体を弁閉方向に付勢する弁ばねが設けられていること、
を特徴とする直動式電磁弁。
前記弁体が前記弁座部に着座する部分にゴム状弾性体製のＯリングが装着され、前記弁座部に前記Ｏリングの外周面が当接することにより弁締めシールが行われることを特徴とする請求項１記載の直動式電磁弁。
電磁ソレノイド装置のプランジャと連結された弁体を有し、前記弁体は弁リフト方向に対向配置された第１の弁座部と第２の弁座部との間に移動可能に設けられ、非通電時には前記弁体が前記第１の弁座部に着座して第１の弁ポートを閉じ且つ前記第２の弁座部より離間して第２の弁ポートを開いて第１の流路切換状態を確立し、通電時には前記弁体が前記第１の弁座部より離間して第１の弁ポートを開き且つ前記第２の弁座部に着座して第２の弁ポートを閉じて第２の流路切換状態を確立する直動式電磁弁において、
前記プランジャの最大ギャップ量が前記弁体の弁リフト方向の最大ストローク量より大きく、
前記プランジャと前記弁体とは弁リフト方向に所定量だけ相対変位可能に連結されて前記プランジャと前記弁体との間に前記プランジャに対して前記弁体を前記第２の弁座部に対する着座方向に付勢する弁ばねが設けられていること、
を特徴とする直動式電磁弁。
前記弁体が前記第１の弁座部に着座する部分と前記第２の弁座部に着座する部分の各々にゴム状弾性体製のＯリングが装着され、前記第１の弁座部あるいは前記第２の弁座部に前記Ｏリングの外周面が当接することにより弁締めシールが行われ、前記Ｏリングの外周面が前記第１の弁座部に当接した弁位置より更に前記第１の弁ポートを閉じる方向への前記弁体の移動を制限するストッパが設けられていることを特徴とする請求項３記載の直動式電磁弁。
前記Ｏリングは前記第１の弁座部の内周側の角縁に当接し、前記ストッパは、当該角縁より前記第１の弁ポート側に形成されたストッパ面と、当該ストッパ面に対向する前記弁体の先端面とで構成され、前記弁体の先端面が前記ストッパ面に当接することにより前記弁体が前記第１の弁ポートを閉じる方向への移動を制限されることを特徴とする請求項４記載の直動式電磁弁。
前記電磁ソレノイド装置の吸引子と前記プランジャとの間に、当該プランジャを前記吸引子より引き離す方向に付勢するプランジャばねが設けられており、通電時には前記プランジャばねのばね力に抗して前記プランジャがギャップゼロ状態で前記吸引子に吸着することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の直動式電磁弁。