JP2004179118A - Solenoid valve for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize stability and durability of a solenoid valve for fuel cell that carries out discharge of the reaction gas generated inside the fuel cell in the fuel cell system. <P>SOLUTION: A diaphragm 92 is arranged so as to be interposed between a solenoid part 14 arranged inside a casing 12 and a second valve body 18 into which hydrogen is introduced, and a valve body 126 is provided at the top end part of a shaft 46 displacing along the axial line direction under the excitation action of the solenoid part 14. Then, a first and a second elastic members 132, 136 made of elastic material are installed on the upper face and lower face of the valve body 126. Then, by the separation of the valve body 126 from the seating part 106, the reaction gas introduced from a first port 20 of a first valve body 22 is led out of a second port 16 of the second valve body 18. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、燃料電池から反応ガスを排気する燃料電池用電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤としてエアーが供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとしてエアーを供給するためのエアーコンプレッサ等を備え、さらに、このエアーの圧力を信号圧として、エアーの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保するとともに、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
そして、前記圧力制御弁によって燃料電池の内部に供給している水素が、前記燃料電池の内部で余剰した際、この余剰水素を循環再利用している。しかしながら、運転時間の経過に伴って発電電圧の低下が生じるため、パージ弁を弁開状態として前記燃料電池の内部で余剰した水素を外部へと排気するとともに、燃料電池の内部へ新しい水素のみをパージしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９３４３８号公報（第３頁左欄）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係るパージ弁においては、燃料電池より排気される水素は、該燃料電池の内部において加湿された状態であるため、前記パージ弁の内部に前記水素を流通させる際に前記パージ弁の内部に水分が付着して溜まることがある。
【０００７】
一方、前記燃料電池は、寒冷地等の低温状況下で使用する場合が考えられるため、前記パージ弁の内部に付着または溜まった水分が凍結するおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、低温状況下においても安定かつ円滑に開閉動作を行って反応ガスを外部へと排気させることが可能な燃料電池用電磁弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池から反応ガスを排気する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスが導入される導入ポートと、前記導入ポートから導入された反応ガスが排気される導出ポートとを有する本体部と、
前記本体部と連結されるケーシングの内部に配設され、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトと、
前記ケーシングに連結される前記本体部の内部に配設され、前記シャフトの一端部に係合される弁体と、
前記弁体が前記シャフトの変位作用下に着座・離間する弁座と、
前記ケーシングと前記本体部との間に設けられ、前記シャフトに係着されて該シャフトの変位動作に伴って撓曲するとともに、前記ケーシングの内部に配設される前記ソレノイド部と前記本体部とを隔離して該ソレノイド部に対する前記反応ガスの漏出を防止する漏出防止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ソレノイド部が内部に配設されるケーシングと本体部との間に漏出防止手段を設けている。本体部の内部を流通する反応ガスは加湿されて水分を含有しているため、前記本体部の内部に水分が付着または溜まることがある。その際、本体部とソレノイド部との間に設けられる漏出防止手段によって前記水分がソレノイド部の内部に進入することがなく、前記ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトに前記水分が付着することがない。その結果、寒冷地等の低温状況下においても、前記シャフトが前記水分によって凍結することがなくシャフトを円滑に変位させることができるため、前記シャフトの変位作用下に前記弁体を円滑に開閉させて反応ガスを外部へと排気することができる。
【００１１】
また、前記シャフトがソレノイド部の励磁作用下に変位した際に発生する摩耗粉等の塵埃が、前記漏出防止手段によって本体部の内部に進入することが防止される。その結果、前記塵埃が弁体または弁座に付着して前記弁体が弁閉状態において反応ガスの漏れが生じることや、前記塵埃が本体部を介して導出ポートより燃料電池の下流側へと流出することが防止される。
【００１２】
さらに、導入ポートの内部に反応ガスに含有される塵埃を除去するフィルタを設けることにより、前記塵埃が本体部の内部に導入されることが防止され、弁体およびシャフトの円滑な動作が妨げられることがない。
【００１３】
さらにまた、漏出防止手段を弾性材料による可撓性部材とし、その可撓性部材をダイヤフラムとする。そして、前記ダイヤフラムを前記シャフトに一体的に装着される連結部と、前記連結部より半径外方向に延在するスカート部と、前記スカート部の外周に形成され、前記本体部と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に挟持される周縁部とから構成する。
【００１４】
そして、弁体が前記弁座に着座した際、前記シャフトと前記連結部との連結部位を、前記導出ポートの前記ソレノイド部側の内周面下側より前記弁体側に配設することによって、本体部の内部に溜まった水分が低温状況下に凍結した場合においても前記可撓性部材およびシャフトを確実に変位させることができ、その円滑な動作が妨げられることがない。なお、ダイヤフラムの周縁部を本体部の半径内方向に突出した押え部によって保持することにより前記可撓性部材の直径を小型化できるため、受圧面積が小さくなり耐久性を向上させることができる。
【００１５】
またさらに、弁体をソレノイド部の軸線と同軸上で前記本体部の内部に設けることにより、前記弁体を介して本体部の内部に導入される反応ガスに含有される塵埃が可撓性部材によってソレノイド部の内部に進入することを防止することができる。
【００１６】
また、弁体を可撓性部材より前記導入ポートから前記導出ポートへと流通する反応ガスの上流側へ設けることによって、前記可撓性部材を前記弁体より低圧に配設されるため可撓性部材に付勢される圧力の影響を抑制することができる。そのため、可動コアを介してシャフトを変位させるソレノイド部を小型化することができる。
【００１７】
さらに、弁体に形成される係合孔とその内部に係合されるシャフトとの間にクリアランスを設け、前記弁体をシャフト方向へ付勢するばね部材によって常に弁体がシャフトに押圧されているため、前記シャフトまたは弁体が軸線に対して傾斜した場合においても前記クリアランスによって前記シャフトまたは弁体の傾きを吸収して確実に変位させることができる。
【００１８】
さらにまた、前記シャフトには、前記ソレノイド部の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コアに挿通される他端部より可撓性部材側に半径外方向に拡径した拡径部が形成されている。そのため、前記シャフトの拡径部に可動コアを当接させることにより簡便に可動コアをシャフトに対して組み付けることができる。また、シャフトの他端部の外周面と前記可動コアの内周面との間に設けられるクリアランスによって可動コアの組み付け性を向上させることができる。
【００１９】
またさらに、可撓性部材とソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に画成される空間は、前記固定コアの内部に形成される流体通路と、前記本体部の内部に形成される連通路と、前記連通路および前記本体部の外部に連通するエア抜きポートを介してそれぞれ連通している。その結果、前記空間の内部の流体が、前記エア抜き通路を介して本体部の外部へと排気されるため、ソレノイド部の発熱作用下に前記空間部で圧力膨張が生じることを防止することができる。
【００２０】
また、弁体の弁座に着座する一端面側に弾性材料からなる弾性部材を装着し、前記一端面とは軸線方向において反対となる他端面側に弾性材料からなる弾性部材を装着することにより、前記弁体の一端面が弁座に着座した際に確実に気密を保持することができるとともに、前記弁体の他端面が本体部に当接した際に生じる衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【００２１】
そして、弾性部材は、前記弁体の一端面側に装着される一方と、前記弁体の他端面側に装着される他方とを弁体の内部の成形通路を介して一体的に形成することにより製造工程を短縮化することができ、コストの低減にもつながる。前記弾性部材を、前記弁体の一端面および／または他端面より所定長突出させてより一層確実に気密を保持するとともに、衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【００２２】
さらに、可動コアの固定コア側に凸部を設け、前記凸部に対向する位置に前記固定コアの凹部を設け、前記ケーシングの他端部に所定長突出した薄肉円筒部を形成して可動コアに対するサイドギャップを形成している。この際、前記可動コアの他端部の一部が前記薄肉円筒部に重なるようになっている。
【００２３】
このように、可動コアの一端部側と固定コアの対向する端面をそれぞれに対応する凹凸形状とし、前記可動コアの他端部側にサイドギャップを設けることにより、磁路構成部材に多少のばらつきが生じた際においても安定かつ大きな推力を得ることができる。
【００２４】
また、前記薄肉円筒部を形成し、可動コアの他端部の一部がその変位作用下に前記薄肉円筒部の内部に重なるように設けられている。そのため、前記薄肉円筒部へ磁束が流れることが規制される。その結果、可動コアが固定コアから離間する方向に付勢される推力を低減することができる。
【００２５】
すなわち、磁路構成を設けることにより、大きな推力が必要とされる弁開時のみに推力を付勢することができる出力特性とすることができるとともに、弁閉状態とする際に付勢される推力を低減することにより小型化することができる。
【００２６】
さらに、シャフトにフッ素樹脂によって表面処理を施すことにより前記シャフトが軸線方向に沿って変位する際の固定コアの内周面との摺動抵抗が軽減するため耐久性を向上させることができるとともに、前記シャフトの外周面と前記固定コアの内周面との離間距離を１０〜５０μｍの範囲として前記シャフトを高精度に変位させることができる。これにより、弁体の低温時における再着座性を良好とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池用水素パージ弁（燃料電池用電磁弁）１０が含まれる燃料電池システム２００の構成図である。なお、燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。まず、前記燃料電池システム２００の構成について説明する。
【００２８】
図１に示すように、この燃料電池システム２００は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数枚積層して設けた燃料電池スタック２０２を含む。前記燃料電池スタック２０２には、燃料として、例えば、水素が供給されるアノードと、酸化剤として、例えば、酸素を含むエアーが供給されるカソードとが設けられる。なお、本実施の形態で用いられる反応ガスは、水素、エアー、余剰水素を含むものとする。
【００２９】
前記カソードには、酸化剤供給部２０４からエアーが供給されるエアー供給口２０６と、前記カソード内のエアーを外部に排出するためのエアー排出部２０８が接続されたエアー排出口２１０が設けられる。一方、アノードには、燃料供給部２１２から水素が供給される水素供給口２１４と、前記水素排出部２１６が接続された水素排出口２１８とが設けられる。
【００３０】
前記燃料電池スタック２０２では、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するように設定されている。
【００３１】
前記エアー供給口２０６には、エアー供給用通路を介して酸化剤供給部２０４、放熱部２２０、カソード加湿部２２２がそれぞれ接続され、また、前記エアー排出口２１０には、エアー排出用通路を介してエアー排出部２０８が接続される。
【００３２】
前記水素供給口２１４には、水素供給通路を介して燃料供給部２１２、圧力制御部２２４、エゼクタ２２６、アノード加湿部２２８がそれぞれ接続され、また、前記水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して水素排出部２１６が接続される。
【００３３】
酸化剤供給部２０４は、例えば、図示しないスーパーチャージャ（圧縮機）およびこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック２０２で酸化剤ガスとして使用される供給エアーを断熱圧縮して燃料電池スタック２０２に圧送する。この断熱圧縮の際に供給エアーが加熱される。このように加熱された供給エアーが、燃料電池スタック２０２の暖機に貢献する。
【００３４】
また、前記酸化剤供給部２０４から供給されるエアーは、例えば、燃料電池スタック２０２の負荷や図示しないアクセルペダルの操作量等に応じて所定の圧力に設定されて燃料電池スタック２０２に導入されるとともに、後述する放熱部２２０によって冷却された後、バイパス通路２３２を介して圧力制御部２２４にパイロット圧として供給される。
【００３５】
放熱部２２０は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成され、流路に沿って流通する冷却水と熱交換することによって、燃料電池スタック２０２の通常運転時において前記酸化剤供給部２０４から供給される供給エアーを冷却する。このため、供給エアーは、所定温度に冷却された後、カソード加湿部２２２に導入される。
【００３６】
前記カソード加湿部２２２は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を水透過膜の一方側から他方側へと透過させることにより、前記放熱部２２０によって所定の温度に冷却されたエアーを所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６へと供給している。前記加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００３７】
なお、燃料電池スタック２０２のエアー排出口２１０には、エアー排出部２０８が接続され、前記エアー排出部２０８に設けられた図示しない排出弁を通じてエアーが大気中に排気される。
【００３８】
燃料供給部２１２は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック２０２のアノード側に供給する供給水素が貯蔵される。
【００３９】
圧力制御部２２４は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなり、バイパス通路２３２を介して供給されるエアーの圧力をパイロット圧（パイロット信号圧）として、前記圧力制御部２２４の出口側圧力である２次側圧力を前記パイロット圧に対応した所定範囲の圧力に設定している。
【００４０】
エゼクタ２２６は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部２２４から供給された燃料（水素）はノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。前記ノズル部からディフューザ部に向かって燃料が高速で流通する際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、循環用通路２３０を介してアノード側の排出燃料が吸引される。前記エゼクタ２２６で混合された燃料および排出燃料はアノード加湿部２２８へと供給され、燃料電池スタック２０２から排出された排出燃料は、前記エゼクタ２２６を介して循環するように設けられている。
【００４１】
従って、燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から排出された未反応の排出ガスは、循環用通路２３０を介してエゼクタ２２６に導入され、圧力制御部２２４から供給された水素と、燃料電池スタック２０２から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池スタック２０２に再び供給されるように設けられている。
【００４２】
アノード加湿部２２８は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を水透過膜の一方側から他方側へと透過させることにより、エゼクタ２２６から導出された燃料を所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４へと供給している。前記加湿された水素は燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００４３】
燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して前記燃料電池スタック２０２の内部で余剰した水素を外部へと排気する水素排出部２１６が接続される。前記水素排出部２１６には、燃料電池スタック２０２の運転状態に応じて開閉動作が制御され、前記燃料電池スタック２０２の内部の水素を外部へと排気する燃料電池用水素パージ弁１０が設けられ、前記燃料電池用水素パージ弁１０より反応ガスが排気される。
【００４４】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用水素パージ弁１０について好適な実施の形態を挙げ、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００４５】
この燃料電池用水素パージ弁１０（以下、単に水素パージ弁１０という）は、図３〜図５に示されるように、水素が導入される第１ポート（導入ポート）２０と、前記水素が導出される第２ポート（導出ポート）１６とを有する本体部１１と、前記本体部１１の下部に一体的に連結され、金属製材料からなる薄板材によって形成されるケーシング１２と、前記ケーシング１２の内部に配設されるソレノイド部１４と、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に第１ポート２０と第２ポート１６との連通状態を切り換える弁機構部２４とを有する。
【００４６】
本体部１１は、前記ケーシング１２の上部に一体的に連結され、水素が導入される第１ポート２０が側面に形成される第１バルブボディ２２と、前記第１ポート２０より内部に導入された水素を導出する第２ポート１６を有する第２バルブボディ１８とからなる。
【００４７】
第１バルブボディ２２は、略中央部に水素が導入される第１連通室１１６と、第１バルブボディ２２の側面に形成され、前記第１連通室１１６の内部に水素を導入する第１ポート２０とからなる。
【００４８】
第１バルブボディ２２の上部には、ねじ部材８２およびワッシャ１１８を介して蓋部材１２０が装着され、第１バルブボディ２２の上部を閉塞している。その際、第１バルブボディ２２の上面の環状溝に装着されるシール部材６０によって第１連通室１１６の内部の気密が保持される。
【００４９】
前記蓋部材１２０の下面の略中央部には、下方に向かって突出したストッパ部１２２が形成されている。前記ストッパ部１２２には後述する弁体１２６が上方に変位した際、前記弁体１２６の上面がストッパ部１２２に当接することによりその変位を係止する機能を有する。
【００５０】
また、第１ポート２０の内部の第１通路１２３には、網目状のフィルタ１２４が装着されている。前記フィルタ１２４の網目の開口径は、例えば、１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下とするとよい。
【００５１】
そして、前記フィルタ１２４はその開口部が半径外方向へと拡径し、前記開口部が第１通路１２３の環状溝に係合しているため、前記フィルタ１２４が第１通路１２３の内部で係止された状態となる。その結果、フィルタ１２４が第１通路１２３においてさらに内部側へと変位することが防止される。すなわち、第１ポート２０の内部にフィルタ１２４を装着することにより、第１連通室１１６の内部に塵埃等が進入することが防止される。
【００５２】
その結果、第１ポート２０より水素パージ弁１０の内部に進入した塵埃等が第１連通室１１６の内部に配設される弁体１２６（後述する）の当接面もしくは後述する弁座１０４の着座部１０６に付着して弁体１２６が着座部１０６に着座した際の気密性が低下することが防止され、前記塵埃等がシャフト４６の摺動部位へと進入することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがなく、また、水素パージ弁１０の第２ポート１６から図示しないチューブを介して燃料電池システム２００における下流側へと流出することが防止される。
【００５３】
第１ポート２０の外周面には、環状溝を介してシール部材６０が装着されている。前記第１ポート２０に図示しないチューブを装着した際、前記シール部材６０が前記チューブの内周面との間に挟持され、前記チューブの内部を流通する水素の気密を保持する。
【００５４】
第２バルブボディ１８は、図３および図４に示されるように、第１バルブボディ２２の下部にねじ部材８２およびワッシャ１１８を介して一体的に連結される。また、図３〜図５に示されるように、第２バルブボディ１８には、略中央部に水素が導入される第２連通室８４と、第２バルブボディ１８の側面に形成され、前記第２連通室８４の内部に導入された前記水素が導出される第２ポート１６と、前記第２ポート１６と略直交するように第２バルブボディ１８の側面に形成され（図２参照）、ダイヤフラム９２（後述する）の内部の流体を排気するエア抜きポート８６（図５参照）とからなる。
【００５５】
第２ポート１６は、第２バルブボディ１８の側面から半径外方向へと突出するように形成され、その内部に形成される第２通路８８を介して第２連通室８４と連通している。
【００５６】
第２連通室８４の下部には、半径内方向へと突出した押え部９０が形成され、前記押え部９０とソレノイド部１４のシャフトガイド４０（後述する）との間に弾性材料（例えば、ゴム）からなるダイヤフラム９２が挟持されている。
【００５７】
ダイヤフラム９２は、シャフト４６（後述する）の装着部５４に一体的に装着される連結部９４と、前記連結部９４より半径外方向へと延在する薄肉状のスカート部９６と、前記スカート部９６の外周端に形成される周縁部９８とからなり、前記周縁部９８が押え部９０の環状溝に装着され、前記シャフトガイド４０の上面との間に挟持されている。そして、ダイヤフラム９２によって第２連通室８４の内部の気密を保持している。なお、前記スカート部９６は、薄肉状に形成されているため連結部９４に一体的に連結されるシャフト４６の変位作用下に撓曲自在に形成されている。
【００５８】
すなわち、ダイヤフラム９２の周縁部９８を半径内方向へと張り出した押え部９０によって保持することにより、前記押え部９０がない場合と比較してダイヤフラム９２の外径を小さくすることができる。そのため、ダイヤフラム９２で圧力を受ける受圧面積が小さくなり、前記ダイヤフラム９２に付勢される圧力が低減するため、耐久性を向上させることができる。
【００５９】
また、前記連結部９４は、その内周側がシャフト４６の装着部５４に係合された状態で加熱して焼き付けられている。なお、ダイヤフラム９２の連結部９４をシャフト４６に対して一体的に連結する手段は、焼き付けに限定されるものではない。
【００６０】
さらに、前記ダイヤフラム９２は、後述する弁体１２６が弁座１０４に着座した状態において、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位が、第２ポート１６の第２通路８８における内周面の下側（ソレノイド部１４側）より軸線方向で上側となるように設けている。
【００６１】
そして、燃料電池スタック２０２（図１参照）から第２連通室８４の内部に導入される水素は、加湿されているため水分が含有されており、前記水分が第２連通室８４の内部に溜まる場合がある。その際、第２連通室８４の内部に溜まった前記水分の水面位置は、第２通路８８における下側の内周面と略同一高さ、もしくはそれ以下となる。換言すると、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位が溜まった水分の内部に進入することがない位置に設けられている。
【００６２】
そのため、前記水分が寒冷地等の低温状況下に第２連通室８４の内部で凍結した際、前記ダイヤフラム９２の可動部位となる連結部９４とスカート部９６との接続部位が、前記水分によって凍結することがないため、低温状況下においてもシャフト４６の変位作用下にダイヤフラム９２を確実に変位させることができる。
【００６３】
すなわち、ソレノイド部１４と第１および第２バルブボディ２２、１８とを隔離するように前記ダイヤフラム９２を設けることにより、第２連通室８４の内部に進入した塵埃等がソレノイド部１４の内部に進入することを防止することができる。その結果、シャフト４６とシャフトガイド４０の挿通孔６６との間に塵埃等が進入することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがない。
【００６４】
また、第２連通室８４の内部には、燃料電池スタック２０２（図１参照）から導入される加湿された水素が水分を含有しているため、第２連通室８４の内部に水分が進入する場合がある。その際においても、前記水分が前記ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４の内部へ進入することが防止されるため、シャフトガイド４０とシャフト４６との間に付着した水分が寒冷地等の低温状況下において凍結することがなく、また前記水分が凍結することによってシャフト４６の円滑な動作が妨げられることがない。
【００６５】
さらに、第２連通室８４の内部の水分が、ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４の内部へと進入することが防止されるため、磁性金属製材料からなる可動コア３６およびシャフト４６に錆びが生じることがなく耐久性を向上させることができる。
【００６６】
さらにまた、シャフト４６がシャフトガイド４０の挿通孔６６の内部を摺動して摩耗粉が発生した際、その摩耗粉等の塵埃がダイヤフラム９２によって第２連通室８４の内部へと進入することが防止される。その結果、前記摩耗粉が第２連通室８４から第２ポート１６を介して燃料電池システム２００（図１参照）における下流側へ流出することがない。
【００６７】
また、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間の空間は、第２連通路７４を介して流体通路７０と連通している。
【００６８】
第２バルブボディ１８の上部には、環状凹部１０２を介して断面略ハ字状の弁座１０４が装着され、その周縁部が第１バルブボディ２２の下面との間に挟持されている。その際、弁座１０４の上面の環状溝に装着されたシール部材６０によって第１バルブボディ２２の内部の気密が保持される。
【００６９】
弁座１０４は、上方に向かって段階的に縮径するように形成され、その上端面には、前記弁体１２６が着座する着座部１０６が略水平に形成されている。
【００７０】
また、前記環状凹部１０２の下面には、環状溝を介してシール部材６０が装着され、弁座１０４の下面が当接することにより弁座１０４の内部と連通する第２連通室８４の内部の気密を保持している。
【００７１】
さらに、前記着座部１０６は、その上面が第１ポート２０の第１通路１２３における内周面の下側よりも上側となるように設けられている。
【００７２】
そして、燃料電池スタック２０２（図１参照）から第１連通室１１６の内部に導入される水素は、加湿されているため水分が含有されており、前記水分が第１連通室１１６の内部に溜まる場合がある。その際、第１連通室１１６の内部に溜まった前記水分の水面位置は、第１通路１２３における下側の内周面と略同一高さとなる。換言すると、第１連通室１１６の内部に溜まった水分が、着座部１０６に着座する弁体１２６と接触することがない。
【００７３】
そのため、寒冷地等の低温状況下に前記水分が第１連通室１１６の内部で凍結した際、前記弁体１２６および着座部１０６が前記水分によって凍結することがなく、低温状況下においてもシャフト４６の変位作用下に確実に弁体１２６を変位させることができる。
【００７４】
一方、図５に示されるように、第２バルブボディ１８の側面に形成されるエア抜きポート８６には、図示しないチューブが接続される継手部材１０８が外部より装着されている。
【００７５】
エア抜きポート８６の内部には、前記エア抜きポート８６と略直交し、かつフランジ部６２に形成される第１連通路７２と対向する位置に第３連通路１１０が形成される。前記第３連通路１１０は第１連通路７２と連通するように形成されている。
【００７６】
すなわち、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間の空間は、第２連通路７４、流体通路７０、第１連通路７２および第３連通路１１０を介して継手部材１０８の内部と連通している。
【００７７】
継手部材１０８は金属製材料からなり、エア抜きポート８６に装着される接続部１１２が略水平に形成されるとともに、前記接続部１１２より上方に向かって所定角度傾斜するように傾斜部１１４が形成されている。継手部材１０８は、その内部に形成される通路１１５を介してエア抜きポート８６と連通している。なお、前記継手部材１０８は、前記傾斜部１１４に接続される図示しないチューブを介して大気開放されている。
【００７８】
そして、図３〜図５に示されるように、ソレノイド部１４のコイル３２に電流が供給されて該コイル３２が励磁状態になる際に前記コイル３２が発熱する。その場合、ダイヤフラム９２のスカート部９６とフランジ部６２の上面との間に画成される空間の内部の流体がコイル３２の発熱作用下に温度上昇して膨張し、その体積が増大する。
【００７９】
その際、前記空間は、第２連通路７４、流体通路７０、第１および第３連通路７２、１１０、継手部材１０８を介して大気と連通しているため、前記空間の内部で膨張した流体が外部へと排気される。
【００８０】
その結果、空間の内部で膨張した流体の圧力作用下にダイヤフラム９２が上方へと変位し、それに伴ってシャフト４６が上方へと変位することにより弁体１２６が着座部１０６から離間して弁開状態となることを防止することができる。
【００８１】
断面略コ字状に形成される磁性金属製材料からなるケーシング１２は、第２バルブボディ１８の下部に一体的に連結され、その略中央部には下方に向かって所定長だけ突出した薄肉円筒部２６が設けられている。そして、前記薄肉円筒部２６の内周径は、後述する可動コア３６の外周径よりも大きく形成される。この場合、前記可動コア３６がソレノイド部１４の励磁作用下に変位する際、前記可動コア３６が薄肉円筒部２６の内部を軸線方向に沿って変位可能な直径に形成されている。
【００８２】
すなわち、ケーシング１２の内部を軸線方向に沿って変位する可動コア３６の直径に対応した薄肉円筒部２６のみを下方に突出させることにより、前記ケーシング１２全体を下方に突出させた場合と比較して小型化することができる。
【００８３】
また、薄肉円筒部２６の内部には、その略中央部に上方に向かって突出したばねガイド部２８が形成されている。前記ばねガイド部２８には、後述する第１ばね部材４２の一端部が係合される。
【００８４】
さらに、ケーシング１２の側面には、図示しない電源よりソレノイド部１４に電流を供給するための図示しないリード線が接続されるコネクタ部３０（図２および図５参照）が設けられている。
【００８５】
ソレノイド部１４は、前記ケーシング１２の内部に配設され、コイル３２が巻回されたボビン３４と、前記コイル３２の励磁作用下に軸線方向に沿って変位自在に設けられる円筒状の可動コア３６と、前記コイル３２が巻回されたボビン３４を囲繞するカバー部材３８と、前記ケーシング１２の上端部を閉塞するように配設されるシャフトガイド（固定コア）４０と、前記可動コア３６とケーシング１２のばねガイド部２８との間に介装され、前記可動コア３６を前記薄肉円筒部２６から離間する方向に付勢する第１ばね部材４２とからなる。
【００８６】
ボビン３４の下面が、ケーシング１２の下部に載置されるように配設されるとともに、前記ボビン３４の内周径は、ケーシング１２における薄肉円筒部２６の内周径と略同等となるように形成されている。
【００８７】
ボビン３４の内部には、磁性金属製材料からなる円筒状の可動コア３６が軸線方向に沿って挿通自在に設けられている。そして、可動コア３６の外周面は、ボビン３４の内周面と所定間隔離間するように設けられている。すなわち、可動コア３６が軸線方向に沿って変位する際、該可動コア３６の外周面がボビン３４の内周面に接触することがなく摩耗が防止される。
【００８８】
そして、可動コア３６の略中央部には、軸線方向に沿って形成された貫通孔４４を介して長尺のシャフト４６の一端部が挿通されている。
【００８９】
前記シャフト４６は、その一端部側に形成され、可動コア３６の内部に挿通される第１軸部４８と、他端部側に形成され、弁体１２６に係合される第２軸部５０と、前記第１軸部４８と第２軸部５０との間に形成され、シャフトガイド４０の内部を挿通する第３軸部５２とからなる。そして、第３軸部５２の第２軸部５０側には、半径外方向へと拡径して環状に形成される一対の装着部５４が形成されている。なお、シャフト４６の直径は、第２軸部５０、第１軸部４８、第３軸部５２の順番に大きくなるように形成されている。
【００９０】
なお、前記貫通孔４４の内周径は、該貫通孔４４の内部に挿通される第１軸部４８の軸径よりも若干大きく形成されている。そのため、シャフト４６に対して可動コア３６を組み付ける際、前記可動コア３６の貫通孔４４を第１軸部４８へと挿通し、該可動コア３６の上端面を第３軸部５２の下面に当接させる。
【００９１】
そして、ばね受孔５６とばねガイド部２８との間に第１ばね部材４２を介装することにより、前記可動コア３６の上端面が第１ばね部材４２のばね力によってシャフト４６の第３軸部５２の下面へと押圧された状態で組み付けられる。すなわち、可動コア３６をシャフト４６に対して簡便に組み付けることができる。
【００９２】
また、シャフト４６の外周面には、フッ素コーティングが施されている。その結果、前記シャフト４６が変位する際、前記第３軸部５２が摺動するシャフトガイド４０の挿通孔６６との摺動抵抗が低減するため、シャフト４６およびシャフトガイド４０の摩耗が低減し、耐久性を向上させることができる。また同時に、シャフト４６が前記挿通孔６６の内部を摺動する際に発生する摩耗粉の発生を抑制することができる。
【００９３】
さらに、シャフト４６の外周面に施されたフッ素コーティングには、水分をはじく撥水効果があるため、シャフト４６の外周面に水分が付着することがなくシャフト４６の錆びを防止し、前記シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００９４】
一方、可動コア３６の貫通孔４４の下方には、ケーシング１２のばねガイド部２８と対向する位置にばね受孔５６が形成されている。前記ばね受孔５６は、貫通孔４４より半径外方向に拡径し、下方に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成される。前記ばね受孔５６には、ケーシング１２のばねガイド部２８に係合される第１ばね部材４２の他端部側が係合されている。
【００９５】
また、可動コア３６の上部には、その略中央部に所定長だけ突出した凸部５８が形成されている。
【００９６】
カバー部材３８は樹脂製材料からなり、その上部側がボビン３４の上部とシャフトガイド４０との間に挟持され、その下部側がケーシング１２とボビン３４の下部との間に挟持され、そして、その外周側がボビン３４とケーシング１２の内周面との間に挟持されている。そのため、カバー部材３８によってコイル３２が巻回されたボビン３４が囲繞される。
【００９７】
また、カバー部材３８の下面には、環状溝を介してシール部材６０が装着され、そのシール部材６０がケーシング１２に当接することにより前記ケーシング１２の内部の気密が保持されるとともに、カバー部材３８の上部側の内周側端部とシャフトガイド４０のフランジ部６２との間に装着されるシール部材６０によってケーシング１２の内部の気密を保持している。
【００９８】
シャフトガイド４０は、磁性金属製材料により断面略Ｔ字状に形成され、その上部側に半径外方向に拡径して形成されるフランジ部６２によってケーシング１２の上部を閉塞するように配設されている。また、前記フランジ部６２の下方側には、前記フランジ部６２より半径内方向に縮径したガイド部６４が形成され、前記ガイド部６４はボビン３４の内部に挿入されている。
【００９９】
前記シャフトガイド４０の略中央部には、軸線方向に沿って形成される挿通孔６６を介してシャフト４６の第３軸部５２が変位自在にガイドされている。
【０１００】
その際、第３軸部５２の外周面と挿通孔６６の内周面との間に画成されるクリアランスを微小（例えば、１０〜５０μｍの範囲内とする。なお、１０μｍ未満でシャフト４６の作動限界となる。）とすることにより、一層確実にシャフト４６を軸線方向に沿って変位させることができる。そのため、弁体１２６を着座部１０６に対してより一層確実に着座させることができるとともに、前記弁体１２６の着座部１０６への着座位置を安定させることができる。これにより、弁体１２６の低温状況下における再着座性を良好とすることができる。
【０１０１】
また、前記シャフトガイド４０の下面には、前記可動コア３６の凸部５８に対向する位置に凹部６８が形成されている。前記凹部６８の軸線方向に沿った高さは、前記凸部５８の軸線方向に沿った高さと略同等もしくは若干高くなるように形成されている。そして、前記凹部６８の直径を凸部５８の直径よりも大きく形成することにより、可動コア３６の上方への変位作用下に凸部５８が凹部６８へと挿入される。
【０１０２】
フランジ部６２の内部には、図５に示されるように、その側面から半径内方向に向かって略水平方向に延在する流体通路７０が形成されている。
【０１０３】
また、フランジ部６２の外周側には、前記流体通路７０と略直交するように第１連通路７２が上方へ向かって形成されるとともに、内周には、前記流体通路７０と略直交するように第２連通路７４が上方に向かって形成されている。そして前記第１および第２連通路７２、７４は、それぞれ流体通路７０と連通している。
【０１０４】
前記流体通路７０には、フランジ部６２の外周側より球状の閉塞プラグ７６が内部へと圧入されている。すなわち、前記閉塞プラグ７６の直径は、前記流体通路７０の直径よりも若干大きく形成されているため、前記閉塞プラグ７６を流体通路７０の内部へと圧入することによって流体通路７０の外部との連通状態が遮断され、流体が前記流体通路７０を介してフランジ部６２の側面から外部へと漏出することが防止される。なお、前記閉塞プラグ７６は、流体通路７０において第１連通路７２よりフランジ部６２の外周側に圧入される。
【０１０５】
また、フランジ部６２には、軸線方向に沿って貫通した孔部７８ａが形成され、前記孔部７８ａには円柱状の係止ピン８０が装着されている。そして、前記孔部７８ａに装着された前記係止ピン８０の上部が、第１バルブボディ１８の下面に形成される孔部７８ｂに挿入される。その結果、フランジ部６２に対する第１バルブボディ１８の位置決めが確実に行われる。
【０１０６】
弁機構部２４は、第２バルブボディ１８の第１連通室１１６の内部に配設され、シャフト４６の軸線方向に沿った変位作用下に変位する弁体１２６と、前記弁体１２６の上面と蓋部材１２０との間に介装される第２ばね部材１２８とからなる。なお、第２ばね部材１２８は、弁体１２６を蓋部材１２０から離間する方向に付勢するとともに、蓋部材１２０の下面から弁体１２６に向かって徐々に縮径するテーパ状に形成されている。
【０１０７】
弁体１２６は、その下面の着座部１０６と対向する位置に所定深さだけ窪んだ第１溝部１３０が形成され、前記第１溝部１３０には弾性材料から環状に形成される第１弾性部材１３２が装着されている。第１弾性部材１３２に採用される弾性材料は、低温状況下（例えば、氷点下２０℃）においてもその弾性特性が保持される。
【０１０８】
そして、弁体１２６がシャフト４６の変位作用下に下方へと変位し、第１弾性部材１３２が着座部１０６に着座した際、第１弾性部材１３２が弾性材料で形成されているため、着座部１０６に着座して確実にシールすることができる。なお、前記第１弾性部材１３２は、寒冷地等の低温状況下においてもその弾性機能が低下することがないため、低温状況下においても確実にシールすることができる。
【０１０９】
また、弁体１２６の上面の略中央部には、所定深さだけ窪んだ第２溝部１３４を介して弾性材料からなる第２弾性部材１３６が装着される。
【０１１０】
すなわち、シャフト４６の変位作用下に弁体１２６が上方へと変位した際、前記弁体１２６の上面に設けられた第２弾性部材１３６がストッパ部１２２に当接することにより、該第２弾性部材１３６によって弁体１２６が当接した際の衝撃を緩和し、弁体１２６がストッパ部１２２に当接した際に発生する衝撃音を低減することができる。換言すると、第２弾性部材１３６は、弁体１２６がストッパ部１２２に当接した際の衝撃を吸収するアブソーバ機能を有している。
【０１１１】
さらに、前記第１および第２弾性部材１３２、１３６は、それぞれ弁体１２６の下面および上面から軸線方向に若干突出するように設けられている。すなわち、第１弾性部材１３２を所定長だけ下面から突出させることにより、一層確実に着座部１０６に着座させてシールすることができる。なお、第１弾性部材１３２を予め下面から突出するように成形した後、切削等の後加工によって着座部１０６に着座する第１弾性部材１３２の当接面を略平面状となるように加工してもよい。
【０１１２】
すなわち、弾性材料により成形された第１弾性部材１３２の当接面の状態にかかわらず、後加工によって前記当接面を略平面状とすることにより、略平面状に加工された当接面によって一層確実にシールすることができる。そのため、第１弾性部材１３２の当接面が着座部１０６に確実に着座し、第１連通室１１６の内部を流通する水素の漏出を防止することができる。
【０１１３】
一方、第１弾性部材１３２の着座部１０６との当接面および第２弾性部材１３６のストッパ部１２２との当接面には、フッ素コーティングが施されている。すなわち、弾性材料からなる第１および第２弾性部材１３２、１３６の表面にフッ素コーティングを施すことにより、その変位作用下に第１および第２弾性部材１３２、１３６の当接面がそれぞれストッパ部１２２および着座部１０６に当接した際に貼着することを防止することができる。
【０１１４】
また、第１および第２弾性部材１３２、１３６に施されたフッ素コーティングには、水分をはじく撥水効果を有するため、第１および第２弾性部材１３２、１３６に水分が付着することを防止することができる。すなわち、水素パージ弁１０を寒冷地等の低温状況下で使用した場合においても、第１および第２弾性部材１３２、１３６に水分が付着して凍結することがないため、凍結によって弁体１２６の円滑な動作が妨げられることがない。
【０１１５】
なお、前記フッ素コーティングは、第１および第２弾性部材１３２、１３６の当接面にのみ施される場合に限定されるものではなく、前記第１および第２弾性部材１３２、１３６の表面全体にフッ素コーティングを施してもよいし、第１および第２弾性部材１３２、１３６の全体をフッ素系のゴム材料で形成するようにしてもよい。
【０１１６】
さらに、弁体１２６の上面に形成される第１溝部１３０と、前記弁体１２６の下面に形成される第２溝部１３４とは、図３および図４に示されるように、前記弁体１２６の軸線方向に沿って形成される成形通路１３８を介して連通している。すなわち、第１および第２弾性部材１３２、１３６を成形する際、第１溝部１３０または第２溝部１３４のいずれか一方に弾性材料を充填することにより、前記弾性材料が成形通路１３８を介して第２または第１溝部１３０にも充填される。その結果、第１および第２弾性部材１３２、１３６を成形通路１３８を介して一体的に成形することができるため、コストを低減することができるとともに、第１および第２弾性部材１３２、１３６の成形工程を短縮化することができる。
【０１１７】
そして、第１および第２弾性部材１３２、１３６は、成形通路１３８の内部に充填された弾性材料によって連結された状態にあるため、前記連結部位によって第１および第２弾性部材１３２、１３６がそれぞれ第１溝部１３０および第２溝部１３４から脱落することが防止される。
【０１１８】
また、弁体１２６の下面には、その略中央部に係合孔１４０が形成され、前記係合孔１４０には、シャフト４６の他端部側に形成される第２軸部５０が挿入されている。なお、係合孔１４０の直径は、前記第２軸部５０の軸径よりも大きく形成されているため、前記第２軸部５０の外周面と係合孔１４０の内周面との間に半径方向のクリアランスを有する状態で係合されている。
【０１１９】
その際、第２ばね部材１２８が、蓋部材１２０から弁体１２６に向かって縮径するテーパ状に形成されているため、前記第２ばね部材１２８のばね力は、弁体１２６をシャフト４６の上部へと押圧する方向と、弁体１２６を外周側から半径内方向へと押圧する方向とが合わされた状態で付勢されている。
【０１２０】
そして、弁体１２６には、第２ばね部材１２８によって係合孔１４０を介して常にシャフト４６の上部に押圧力が付勢されるとともに、常に半径内方向へと押圧されているため略中央部に係合されたシャフト４６の上部が係合孔１４０の内部に好適に保持される。そのため、係合孔１４０の内部に係合されたシャフト４６の上部が該係合孔１４０より脱抜することがない。
【０１２１】
その結果、ソレノイド部１４の励磁作用下に変位するシャフト４６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、前記弁体１２６は係合孔１４０とシャフト４６との間に画成されたクリアランスによって前記シャフト４６の傾きを吸収することができる。そのため、シャフト４６が傾斜した際、前記シャフト４６の傾斜の影響を受けることなく第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６を着座部１０６に確実に着座させることができる。
【０１２２】
また同様に、弁体１２６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、係合孔１４０とシャフト４６との間に画成されたクリアランスによって弁体１２６の傾きを吸収することができる。そのため、シャフト４６が軸線方向に変位する際に前記弁体１２６の傾斜の影響を受けることなく軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【０１２３】
本発明の実施の形態に係る水素パージ弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【０１２４】
図１に示されるように、燃料電池システム２００において、水素パージ弁１０の第１ポート２０には、図示しないチューブを介して燃料電池スタック２０２の内部の水素を排気するための水素排出口２１８（図１参照）に接続される。
【０１２５】
図３は、コイル３２に対してコネクタ部３０より電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体１２６の第１弾性部材１３２が着座部１０６に着座して第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断されたオフ状態（弁閉状態）を示している。
【０１２６】
このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してコイル３２に通電することにより前記コイル３２が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル３２から可動コア３６へと向かい、再びコイル３２に復帰して周回するように発生する。
【０１２７】
そして、図４に示されるように、可動コア３６が軸線方向に沿った上方へと変位し、前記可動コア３６に挿通されたシャフト４６を介して弁体１２６が第２ばね部材１２８のばね力に抗して着座部１０６から離間する。
【０１２８】
その際、弁体１２６が上方へ変位して第２弾性部材１３６がストッパ部１２２へと当接することにより、前記第２弾性部材１３６によって弁体１２６への衝撃が緩衝されるとともに、当接時に発生する衝撃音が低減される。
【０１２９】
その結果、水素パージ弁１０がオフ状態からオン状態（弁開状態）に切り換わる。従って、燃料電池スタック２０２の内部において余剰した水素が前記燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から導出され、前記水素が図示しないチューブを介して第１ポート２０から導入される。そして、前記第１ポート２０から導入された水素が第１連通室１１６から弁座１０４の内部を介して第２連通室８４へと流通して第２ポート１６から導出される。
【０１３０】
また、このようなオン状態において、再び弁体１２６が着座部１０６に着座して第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断されたオフ状態とする場合には、図示しない電源よりコイル３２に通電されていた電流を停止することにより前記コイル３２が非励磁状態となり、可動コア３６が下方へと変位する。また略同時に、前記弁体１２６が第２ばね部材１２８のばね力によって下方へと押圧される。そして、前記第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６が着座部１０６へと着座することにより、第２連通室８４と第１連通室１１６との連通が遮断される。すなわち、第２ポート１６と第１ポート２０との連通が遮断された状態となる。
【０１３１】
以上のように、本実施の形態では、第１ポート２０の第１通路１２３における下面より弁体１２６の着座部１０６が上方となるように形成することにより、第１ポート２０から導入される加湿された水素に含有される水分が第１連通室１１６の内部に溜まって低温状況下において凍結した場合においても、弁体１２６および着座部１０６が凍結することがない。そのため、凍結によって前記弁体１２６の円滑な動作が妨げられることがなく、低温状況下においても弁体１２６を着座部１０６に対して安定かつ確実に着座・離間させることができる。
【０１３２】
また、ダイヤフラム９２の連結部９４とスカート部９６との接続部位を第２ポート１６の第２通路８８における下面から上方となるように形成することにより、第１ポート２０から導入される加湿された水素に含有される水分が第２連通室８４の内部に溜まり、低温状況下において凍結した場合においても、ダイヤフラム９２の可動部位が凍結することがない。そのため、凍結によって前記ダイヤフラム９２の円滑な動作が妨げられることがなく、低温状況下においてもダイヤフラム９２をシャフト４６の変位作用下に軸線方向に変位させることができる。
【０１３３】
すなわち、第１および第１連通室１１６の内部に水分が溜まり、寒冷地等の低温状況下において前記水分が凍結した場合においても、弁体１２６およびダイヤフラム９２の円滑な動作が妨げられることがなく確実に変位させることができるため、低温状況下においても水素を確実に排気させることができる。
【０１３４】
また、第２バルブボディ１８とソレノイド部１４とを隔離するように弾性材料からなるダイヤフラム９２を設けることにより、加湿された水素が第２連通室８４の内部に導入した際に前記水分がソレノイド部１４の内部に進入することを防止することができる。そのため、低温状況下においてもシャフト４６および可動コア３６の円滑な動作が妨げられることがなく、円滑かつ確実に変位させることができる。また、磁性金属製材料からなるシャフト４６および可動コア３６が前記水分によって錆びることが防止されるため耐久性が低下することがない。
【０１３５】
一方、ソレノイド部１４でシャフト４６がシャフトガイド４０の挿通孔６６の内部を摺動する際に発生する摩耗粉等の塵埃がダイヤフラム９２によって第２連通室８４へと進入することが防止される。そのため、第２連通室８４から第１連通室１１６へと進入した塵埃が着座部１０６等に付着することにより弁体１２６による気密性が低下することがなく、前記塵埃が第２ポート１６を介して燃料電池システム２００の下流側へと流出することがない。
【０１３６】
すなわち、第２バルブボディ１８とソレノイド部１４とを隔離するように弾性材料からなるダイヤフラム９２を設けることにより、ソレノイド部１４の内部に第１および第１連通室１１６から水分が進入することが防止されるとともに、第１および第１連通室１１６の内部にソレノイド部１４で発生した塵埃が進入することが防止される。
【０１３７】
さらにまた、弁体１２６の第１および第２溝部１３０、１３４に弾性材料からなる第１および第２弾性部材１３２、１３６を設けることにより、弁体１２６が下方へと変位した際に第１弾性部材１３２を着座部１０６に当接させ、一層確実に第２連通室８４と第１連通室１１６との気密を保持することができる。また、弁体１２６の上部に設けられた第２弾性部材１３６によって、弁体１２６が上方へと変位してストッパ部１２２に当接した際の前記弁体１２６に生じる衝撃を緩和するとともに、衝撃音を低減することができる。
【０１３８】
さらに、第１および第２弾性部材１３２、１３６を弾性材料によって一体成形することにより、製造工程を短縮することができるとともに、コストを低減することができる。
【０１３９】
さらにまた、ダイヤフラム９２を弁体１２６より軸線方向に沿った下方に設けることにより、第１および第２連通室１１６、８４の内部に導入される水素に塵埃が含まれていた場合、前記塵埃は重力の作用下に下方へと落下する。その際、下方へと落下した塵埃は、ダイヤフラム９２によってソレノイド部１４に進入することが防止される。
【０１４０】
またさらに、可動コア３６の貫通孔４４の内周面とシャフト４６の第１軸部４８の外周面との間のクリアランスを小さくすることにより、貫通孔４４の内部におけるシャフト４６の軸線に対する傾き量を低減させることができる。そのため、シャフト４６を軸線方向に沿ってより一層確実に変位させることができる。その結果、弁体１２６を着座部１０６に対してより一層確実に着座させることができるとともに、前記弁体１２６の着座部１０６への着座位置を安定させることができる。
【０１４１】
また、弁体１２６の係合孔１４０とその内部に挿入されるシャフト４６の第３軸部５２の端部の外周面との間にクリアランスを設けることにより、シャフト４６または弁体１２６が何らかの原因により軸線に対して傾斜した場合においても、前記クリアランスによって前記シャフト４６または弁体１２６の傾きを吸収することができる。
【０１４２】
そのため、シャフト４６が傾斜した際、その影響を受けることなく第２ばね部材１２８のばね力によって弁体１２６を着座部１０６に確実に着座させることができるとともに、弁体１２６が傾斜した際、その影響を受けることなくシャフト４６を軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【０１４３】
このように、可動コア３６の一端部側とシャフトガイド４０の対向する端面をそれぞれ対応する凹凸形状とし、前記可動コア３６の他端部側にサイドギャップを設けることにより、磁路構成部材に多少のばらつきが生じた際においても安定かつ大きな推力を得ることができる。
【０１４４】
また、前記薄肉円筒部２６を形成し、可動コア３６の他端部の一部がその変位作用下に前記薄肉円筒部２６の内部に重なるように設けられている。そのため、前記薄肉円筒部２６へ磁束が流れることが規制される。その結果、可動コア３６がシャフトガイド４０から離間する方向に付勢される推力を低減することができる。
【０１４５】
すなわち、磁路構成を設けることにより、大きな推力が必要とされる弁開時のみに推力を付勢する出力特性とすることができるとともに、弁閉状態とする際に付勢される推力を低減することにより小型化することができる。
【０１４６】
なお、本発明の実施の形態に係る水素パージ弁１０においては、反応ガスとして水素排出部２１６から排気される余剰水素に用いるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、エアー排出部２０８から排気されるエアーに用いるようにしてもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【０１４８】
すなわち、ソレノイド部が内部に配設されるケーシングと本体部との間に漏出防止手段を設けることにより、反応ガスに含有される水分がソレノイド部の内部に進入することがないため、寒冷地等の低温状況下においても、前記シャフトが前記水分によって凍結することがなく円滑に変位させることができ、前記シャフトの変位作用下に前記弁体を円滑に開閉させて反応ガスを外部へと排気することができる。
【０１４９】
また、前記シャフトが軸線方向に変位した際に発生する摩耗粉等の塵埃が、前記漏出防止手段によって本体部の内部に進入することが防止されるため、前記塵埃が弁体または弁座に付着して弁閉状態において反応ガスの漏れが発生することや、前記塵埃が本体部を介して導出ポートより燃料電池の下流側へと流出することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水素パージ弁の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図４】図３における水素パージ弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
１０…水素パージ弁 １２…ケーシング
１４…ソレノイド部 ２４…弁機構部
３２…コイル ３４…ボビン
３６…可動コア ４０…シャフトガイド
４２…第１ばね部材 ４６…シャフト
６２…フランジ部 ７０…流体通路
８６…エア抜きポート ９０…押え部
９２…ダイヤフラム １０４…弁座
１０６…着座部 １０８…継手部材
１２２…ストッパ部 １２４…フィルタ
１２６…弁体 １２８…第２ばね部材
１３２…第１弾性部材 １３６…第２弾性部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a fuel cell solenoid valve for exhausting a reaction gas from a fuel cell in a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a polymer electrolyte membrane fuel cell has a stack (hereinafter, referred to as a fuel cell) formed by stacking a plurality of cells with respect to a cell formed by sandwiching a polymer electrolyte membrane between an anode and a cathode from both sides. ), Hydrogen is supplied to the anode as fuel, and air is supplied to the cathode as an oxidant. Hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode pass through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode. Thus, an electrochemical reaction occurs at the cathode to generate power.
[0003]
Such a fuel cell device includes, for example, an air compressor or the like for supplying air as a reaction gas to the cathode side of the fuel cell, and further uses the pressure of the air as a signal pressure, at a pressure corresponding to the pressure of the air. A pressure control valve for supplying hydrogen as a reaction gas to the anode side of the fuel cell is provided. The pressure of the reaction gas on the anode side with respect to the cathode side of the fuel cell is regulated to a predetermined pressure to secure a predetermined power generation efficiency, and the fuel cell It is set so that a predetermined output can be obtained by controlling the flow rate of the reactant gas supplied to the device.
[0004]
When the hydrogen supplied to the inside of the fuel cell by the pressure control valve becomes excessive inside the fuel cell, the excess hydrogen is circulated and reused. However, since the power generation voltage decreases with the elapse of the operation time, the purge valve is opened to exhaust excess hydrogen inside the fuel cell to the outside, and only new hydrogen enters the fuel cell. Purging is performed (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-93438 (page 3, left column)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the purge valve according to Patent Document 1, since the hydrogen exhausted from the fuel cell is in a humidified state inside the fuel cell, the hydrogen is exhausted when flowing the hydrogen inside the purge valve. Moisture may adhere to and accumulate inside the valve.
[0007]
On the other hand, since the fuel cell may be used in a low-temperature situation such as a cold region, there is a possibility that moisture attached or accumulated inside the purge valve may freeze.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and provides a fuel cell solenoid valve capable of performing a stable and smooth opening and closing operation to exhaust a reaction gas to the outside even under a low temperature condition. The purpose is to:
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell solenoid valve for exhausting a reaction gas from a fuel cell,
A main body having an introduction port into which the reaction gas is introduced, and an outlet port from which the reaction gas introduced from the introduction port is exhausted;
A solenoid portion disposed inside a casing connected to the main body portion and having an exciting action by an electric current;
A shaft that is displaced along an axial direction under an exciting action of the solenoid portion,
A valve body disposed inside the main body connected to the casing and engaged with one end of the shaft;
A valve seat in which the valve body is seated and separated under the displacement action of the shaft,
The solenoid unit and the main unit are provided between the casing and the main unit, are engaged with the shaft, bend with the displacement operation of the shaft, and are disposed inside the casing. Leakage prevention means for isolating the reaction gas to prevent leakage of the reaction gas to the solenoid portion,
It is characterized by having.
[0010]
According to the present invention, the leakage prevention means is provided between the casing in which the solenoid portion is disposed and the main body. Since the reaction gas flowing inside the main body is humidified and contains water, the water may adhere or accumulate inside the main body. At this time, the water does not enter the inside of the solenoid part by the leakage prevention means provided between the main body part and the solenoid part, and the shaft is displaced along the axial direction under the excitation action of the solenoid part. No water adheres. As a result, even in a low temperature condition such as a cold region, the shaft can be smoothly displaced without being frozen by the moisture, so that the valve body can be smoothly opened and closed under the displacing action of the shaft. The reaction gas can be exhausted to the outside.
[0011]
Further, dust such as abrasion powder generated when the shaft is displaced under the exciting action of the solenoid is prevented from entering the inside of the main body by the leak preventing means. As a result, the dust adheres to the valve body or the valve seat to cause a leakage of the reaction gas when the valve body is in the valve closed state, or the dust flows to the downstream side of the fuel cell from the outlet port via the main body. Outflow is prevented.
[0012]
Further, by providing a filter for removing dust contained in the reaction gas inside the introduction port, the dust is prevented from being introduced into the main body, and the smooth operation of the valve body and the shaft is hindered. Nothing.
[0013]
Furthermore, the leakage preventing means is a flexible member made of an elastic material, and the flexible member is a diaphragm. A connecting portion for integrally attaching the diaphragm to the shaft; a skirt portion extending radially outward from the connecting portion; and a skirt portion formed on an outer periphery of the skirt portion, the main body portion and the solenoid portion. And a peripheral portion sandwiched between a fixed core disposed therein.
[0014]
Then, when the valve body is seated on the valve seat, by disposing a connection portion between the shaft and the connection portion from the lower side of the inner peripheral surface of the outlet port on the solenoid portion side, on the valve body side, Even when moisture accumulated inside the main body freezes in a low temperature condition, the flexible member and the shaft can be displaced reliably, and the smooth operation thereof is not hindered. The diameter of the flexible member can be reduced by holding the peripheral portion of the diaphragm with a pressing portion protruding inward in the radial direction of the main body, so that the pressure receiving area can be reduced and the durability can be improved.
[0015]
Further, by providing the valve body inside the main body part coaxially with the axis of the solenoid part, dust contained in the reaction gas introduced into the inside of the main body part through the valve body is a flexible member. Accordingly, it is possible to prevent entry into the inside of the solenoid portion.
[0016]
In addition, since the valve member is provided on the upstream side of the reaction gas flowing from the inlet port to the outlet port from the flexible member, the flexible member is disposed at a lower pressure than the valve member. The effect of the pressure urged on the elastic member can be suppressed. Therefore, the size of the solenoid that displaces the shaft via the movable core can be reduced.
[0017]
Further, a clearance is provided between an engagement hole formed in the valve body and a shaft engaged therein, and the valve body is constantly pressed against the shaft by a spring member for urging the valve body in the shaft direction. Therefore, even when the shaft or the valve body is inclined with respect to the axis, the clearance can absorb the inclination of the shaft or the valve body and be surely displaced.
[0018]
Still further, the shaft has a radially enlarged portion radially outwardly expanded toward the flexible member from the other end inserted through a movable core provided in the solenoid portion so as to be displaceable along the axial direction inside the solenoid portion. Is formed. Therefore, by bringing the movable core into contact with the enlarged diameter portion of the shaft, the movable core can be easily assembled to the shaft. Also, the clearance provided between the outer peripheral surface of the other end of the shaft and the inner peripheral surface of the movable core can improve the assemblability of the movable core.
[0019]
Still further, a space defined between the flexible member and the fixed core disposed inside the solenoid portion includes a fluid passage formed inside the fixed core, and a space formed inside the main body portion. And an air vent port that communicates with the outside of the communication passage and the main body. As a result, since the fluid inside the space is exhausted to the outside of the main body through the air vent passage, it is possible to prevent pressure expansion from occurring in the space under the heat generation action of the solenoid. it can.
[0020]
Also, by mounting an elastic member made of an elastic material on one end surface side seated on the valve seat of the valve body, and mounting an elastic member made of an elastic material on the other end surface side opposite to the one end surface in the axial direction. It is possible to reliably maintain airtightness when one end surface of the valve body is seated on a valve seat, and to reduce an impact and an impact sound generated when the other end surface of the valve body comes into contact with a main body. Can be.
[0021]
The elastic member is formed integrally with the one mounted on one end surface side of the valve body and the other mounted on the other end surface side of the valve body via a molding passage inside the valve body. As a result, the manufacturing process can be shortened, which leads to cost reduction. The elastic member is protruded from the one end face and / or the other end face of the valve body by a predetermined length to maintain airtightness more reliably and reduce impact and impact noise.
[0022]
Further, a convex portion is provided on the fixed core side of the movable core, a concave portion of the fixed core is provided at a position opposed to the convex portion, and a thin cylindrical portion protruding a predetermined length is formed at the other end of the casing. To form a side gap. At this time, a part of the other end of the movable core overlaps the thin cylindrical portion.
[0023]
As described above, the one end side of the movable core and the opposing end face of the fixed core are formed in a corresponding uneven shape, and the side gap is provided on the other end side of the movable core. , A stable and large thrust can be obtained.
[0024]
Further, the thin cylindrical portion is formed, and a part of the other end portion of the movable core is provided so as to overlap the inside of the thin cylindrical portion under the displacement action. Therefore, the flow of the magnetic flux to the thin cylindrical portion is restricted. As a result, it is possible to reduce the thrust for urging the movable core away from the fixed core.
[0025]
That is, by providing the magnetic path configuration, it is possible to obtain an output characteristic capable of energizing the thrust only when the valve that requires a large thrust is opened, and to be energized when the valve is closed. The size can be reduced by reducing the thrust.
[0026]
Furthermore, by performing a surface treatment on the shaft with a fluororesin, the sliding resistance with the inner peripheral surface of the fixed core when the shaft is displaced along the axial direction is reduced, so that the durability can be improved. The distance between the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the fixed core is in the range of 10 to 50 μm, and the shaft can be displaced with high precision. Thereby, the reseatability of the valve element at a low temperature can be improved.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system 200 including a fuel cell hydrogen purge valve (fuel cell solenoid valve) 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 200 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example. First, the configuration of the fuel cell system 200 will be described.
[0028]
As shown in FIG. 1, this fuel cell system 200 is provided by stacking a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode and a cathode from both sides. Fuel cell stack 202. The fuel cell stack 202 is provided with an anode to which, for example, hydrogen is supplied as a fuel, and a cathode to which, for example, air containing oxygen is supplied as an oxidant. Note that the reaction gas used in this embodiment includes hydrogen, air, and excess hydrogen.
[0029]
The cathode is provided with an air supply port 206 to which air is supplied from an oxidant supply unit 204 and an air discharge port 210 to which an air discharge unit 208 for discharging air in the cathode to the outside is connected. On the other hand, the anode is provided with a hydrogen supply port 214 to which hydrogen is supplied from the fuel supply section 212 and a hydrogen discharge port 218 to which the hydrogen discharge section 216 is connected.
[0030]
In the fuel cell stack 202, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode move through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode, and are set to generate an electrochemical reaction with oxygen at the cathode to generate power. .
[0031]
The air supply port 206 is connected to an oxidant supply unit 204, a heat radiating unit 220, and a cathode humidifying unit 222 via an air supply passage, and the air discharge port 210 is connected to an air discharge passage via an air discharge passage. The air discharge unit 208 is connected.
[0032]
The hydrogen supply port 214 is connected to a fuel supply section 212, a pressure control section 224, an ejector 226, and an anode humidification section 228 via a hydrogen supply path, and the hydrogen discharge port 218 is connected to a circulation path 230. The hydrogen discharge unit 216 is connected via the.
[0033]
The oxidant supply unit 204 includes, for example, a supercharger (compressor) (not shown) and a motor for driving the supercharger, and adiabatically compresses supply air used as an oxidant gas in the fuel cell stack 202 to perform fuel cell stack To 202. During the adiabatic compression, the supply air is heated. The supply air heated in this way contributes to warm-up of the fuel cell stack 202.
[0034]
The air supplied from the oxidant supply unit 204 is set to a predetermined pressure in accordance with, for example, the load on the fuel cell stack 202 and the operation amount of an unillustrated accelerator pedal, and is introduced into the fuel cell stack 202. At the same time, after being cooled by the heat radiating unit 220 described later, the pressure is supplied to the pressure control unit 224 via the bypass passage 232 as pilot pressure.
[0035]
The heat dissipating section 220 is formed of, for example, an intercooler (not shown), and is supplied from the oxidant supplying section 204 during normal operation of the fuel cell stack 202 by performing heat exchange with cooling water flowing along the flow path. Cool the supply air. For this reason, the supply air is introduced into the cathode humidifying section 222 after being cooled to a predetermined temperature.
[0036]
The cathode humidifying unit 222 includes, for example, a water-permeable membrane, and transmits air cooled to a predetermined temperature by the heat-radiating unit 220 by transmitting moisture from one side of the water-permeable membrane to the other side. The fuel is supplied to the air supply port 206 of the fuel cell stack 202 after being humidified to a predetermined humidity. The humidified air is supplied to the fuel cell stack 202, and the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell stack 202 is maintained in a predetermined state.
[0037]
An air discharge port 208 of the fuel cell stack 202 is connected to an air discharge port 208, and air is discharged into the atmosphere through a discharge valve (not shown) provided in the air discharge port 208.
[0038]
The fuel supply unit 212 includes, for example, a hydrogen gas cylinder (not shown) that supplies hydrogen as fuel to the fuel cell, and stores the supply hydrogen supplied to the anode side of the fuel cell stack 202.
[0039]
The pressure control unit 224 includes, for example, a pneumatic proportional pressure control valve. The pressure of the air supplied through the bypass passage 232 is used as a pilot pressure (pilot signal pressure). A certain secondary pressure is set to a pressure within a predetermined range corresponding to the pilot pressure.
[0040]
The ejector 226 includes a nozzle unit and a diffuser unit (not shown). The fuel (hydrogen) supplied from the pressure control unit 224 is accelerated when passing through the nozzle unit, and is injected toward the diffuser unit. When fuel flows from the nozzle portion toward the diffuser portion at a high speed, a negative pressure is generated in the sub-flow chamber provided between the nozzle portion and the diffuser portion, and the anode-side discharge is performed via the circulation passage 230. Fuel is aspirated. The fuel mixed with the ejector 226 and the discharged fuel are supplied to an anode humidifier 228, and the discharged fuel discharged from the fuel cell stack 202 is provided to circulate through the ejector 226.
[0041]
Therefore, the unreacted exhaust gas discharged from the hydrogen discharge port 218 of the fuel cell stack 202 is introduced into the ejector 226 through the circulation passage 230, and the hydrogen supplied from the pressure control unit 224 and the fuel cell stack 202 The exhaust gas discharged from the fuel cell stack is mixed and supplied to the fuel cell stack 202 again.
[0042]
The anode humidifying unit 228 includes, for example, a water permeable membrane, and humidifies the fuel derived from the ejector 226 to a predetermined humidity by transmitting moisture from one side of the water permeable membrane to the other side. The fuel is supplied to the hydrogen supply port 214 of the fuel cell stack 202. The humidified hydrogen is supplied to the fuel cell stack 202, and the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell stack 202 is maintained in a predetermined state.
[0043]
A hydrogen discharge portion 216 for discharging excess hydrogen inside the fuel cell stack 202 to the outside through a circulation passage 230 is connected to a hydrogen discharge port 218 of the fuel cell stack 202. The hydrogen discharge unit 216 is provided with a fuel cell hydrogen purge valve 10 whose opening / closing operation is controlled in accordance with the operation state of the fuel cell stack 202 and which discharges hydrogen inside the fuel cell stack 202 to the outside. The reaction gas is exhausted from the fuel cell hydrogen purge valve 10.
[0044]
Next, a preferred embodiment of the fuel cell hydrogen purge valve 10 incorporated in the fuel cell system 200 will be described in detail with reference to the drawings.
[0045]
As shown in FIGS. 3 to 5, the hydrogen purge valve 10 for a fuel cell (hereinafter simply referred to as a hydrogen purge valve 10) has a first port (introduction port) 20 into which hydrogen is introduced, and a hydrogen outlet port. A main body 11 having a second port (outlet port) 16 to be connected, a casing 12 integrally connected to a lower portion of the main body 11, and formed of a thin plate made of a metal material; It has a solenoid portion 14 disposed therein, and a valve mechanism portion 24 for switching a communication state between the first port 20 and the second port 16 under the excitation of the solenoid portion 14.
[0046]
The main body 11 is integrally connected to an upper portion of the casing 12, and has a first valve body 22 having a first port 20 through which hydrogen is introduced formed on a side surface, and is introduced into the inside from the first port 20. A second valve body 18 having a second port 16 for leading out hydrogen.
[0047]
The first valve body 22 has a first communication chamber 116 into which hydrogen is introduced at a substantially central portion, and a first port formed on a side surface of the first valve body 22 to introduce hydrogen into the first communication chamber 116. 20.
[0048]
A lid member 120 is mounted on an upper portion of the first valve body 22 via a screw member 82 and a washer 118, and closes an upper portion of the first valve body 22. At this time, the inside of the first communication chamber 116 is kept airtight by the seal member 60 mounted in the annular groove on the upper surface of the first valve body 22.
[0049]
At a substantially central portion of the lower surface of the lid member 120, a stopper portion 122 protruding downward is formed. The stopper portion 122 has a function of locking the displacement by the upper surface of the valve member 126 coming into contact with the stopper portion 122 when the valve member 126 described later is displaced upward.
[0050]
Further, a mesh filter 124 is mounted in the first passage 123 inside the first port 20. The opening diameter of the mesh of the filter 124 is, for example, 100 μm or less, preferably 80 μm or less.
[0051]
The opening of the filter 124 expands outward in the radial direction, and the opening engages with the annular groove of the first passage 123, so that the filter 124 engages inside the first passage 123. It will be in a stopped state. As a result, the filter 124 is prevented from being further displaced inward in the first passage 123. That is, by mounting the filter 124 inside the first port 20, dust and the like are prevented from entering the inside of the first communication chamber 116.
[0052]
As a result, dust or the like that has entered the inside of the hydrogen purge valve 10 from the first port 20 is in contact with a contact surface of a valve element 126 (described later) or a valve seat 104 described later that is disposed inside the first communication chamber 116. The airtightness when the valve element 126 is seated on the seating portion 106 by being attached to the seating portion 106 is prevented from being reduced, and the dust and the like enter the sliding portion of the shaft 46 so that the shaft 46 can be smoothly moved. The operation is not hindered, and is prevented from flowing out of the second port 16 of the hydrogen purge valve 10 to the downstream side of the fuel cell system 200 via a tube (not shown).
[0053]
A seal member 60 is mounted on the outer peripheral surface of the first port 20 via an annular groove. When a tube (not shown) is attached to the first port 20, the seal member 60 is sandwiched between the first port 20 and the inner peripheral surface of the tube to keep the hydrogen flowing through the tube airtight.
[0054]
The second valve body 18 is integrally connected to a lower portion of the first valve body 22 via a screw member 82 and a washer 118, as shown in FIGS. As shown in FIGS. 3 to 5, the second valve body 18 has a second communication chamber 84 into which hydrogen is introduced at a substantially central portion, and a second communication chamber 84 formed on a side surface of the second valve body 18. A second port 16 from which the hydrogen introduced into the two communication chamber 84 is led out, and a side surface of the second valve body 18 formed substantially orthogonal to the second port 16 (see FIG. 2), and a diaphragm 92 (described later) and an air vent port 86 (see FIG. 5) for exhausting the fluid inside.
[0055]
The second port 16 is formed to protrude radially outward from a side surface of the second valve body 18 and communicates with the second communication chamber 84 via a second passage 88 formed therein.
[0056]
At a lower portion of the second communication chamber 84, a pressing portion 90 protruding inward in the radius is formed, and an elastic material (for example, rubber) is provided between the pressing portion 90 and a shaft guide 40 (described later) of the solenoid portion 14. ) Is sandwiched.
[0057]
The diaphragm 92 includes a connecting portion 94 integrally mounted on the mounting portion 54 of the shaft 46 (described later), a thin skirt portion 96 extending radially outward from the connecting portion 94, and the skirt portion. A peripheral portion 98 is formed at an outer peripheral end of the shaft 96, and the peripheral portion 98 is mounted in an annular groove of the holding portion 90 and is sandwiched between the upper surface of the shaft guide 40. The inside of the second communication chamber 84 is kept airtight by the diaphragm 92. Since the skirt portion 96 is formed in a thin shape, the skirt portion 96 is formed to be freely bendable under the displacement action of the shaft 46 integrally connected to the connecting portion 94.
[0058]
That is, by holding the peripheral portion 98 of the diaphragm 92 by the pressing portion 90 projecting inward in the radial direction, the outer diameter of the diaphragm 92 can be reduced as compared with the case where the pressing portion 90 is not provided. Therefore, the pressure receiving area receiving the pressure by the diaphragm 92 is reduced, and the pressure applied to the diaphragm 92 is reduced, so that the durability can be improved.
[0059]
The connecting portion 94 is baked by heating while the inner peripheral side thereof is engaged with the mounting portion 54 of the shaft 46. The means for integrally connecting the connecting portion 94 of the diaphragm 92 to the shaft 46 is not limited to printing.
[0060]
Further, when the valve body 126 described later is seated on the valve seat 104, the connecting portion between the connecting portion 94 of the diaphragm 92 and the skirt portion 96 is formed on the inner periphery of the second passage 88 of the second port 16. It is provided so as to be axially above the lower side of the surface (on the side of the solenoid portion 14).
[0061]
The hydrogen introduced from the fuel cell stack 202 (see FIG. 1) into the second communication chamber 84 contains moisture because it is humidified, and the water accumulates inside the second communication chamber 84. There are cases. At this time, the water surface position of the water accumulated inside the second communication chamber 84 is substantially the same as or lower than the lower inner peripheral surface of the second passage 88. In other words, the connecting portion between the connecting portion 94 and the skirt portion 96 of the diaphragm 92 is provided at a position where the connecting portion does not enter the accumulated moisture.
[0062]
Therefore, when the moisture freezes inside the second communication chamber 84 under a low-temperature condition such as a cold region, the connection portion between the connecting portion 94 and the skirt portion 96 that is a movable portion of the diaphragm 92 is frozen by the moisture. Therefore, the diaphragm 92 can be reliably displaced under the action of displacing the shaft 46 even under a low temperature condition.
[0063]
That is, by providing the diaphragm 92 so as to isolate the solenoid portion 14 from the first and second valve bodies 22 and 18, dust and the like entering the inside of the second communication chamber 84 enter the inside of the solenoid portion 14. Can be prevented. As a result, the smooth operation of the shaft 46 is not hindered by dust or the like entering between the shaft 46 and the insertion hole 66 of the shaft guide 40.
[0064]
Further, since the humidified hydrogen introduced from the fuel cell stack 202 (see FIG. 1) contains moisture inside the second communication chamber 84, moisture enters the second communication chamber 84. There are cases. Also at this time, since the water is prevented from entering the inside of the solenoid portion 14 by the diaphragm 92, the water adhering between the shaft guide 40 and the shaft 46 freezes in a low temperature condition such as a cold region. And the freezing of the water does not hinder the smooth operation of the shaft 46.
[0065]
Further, since the water inside the second communication chamber 84 is prevented from entering the inside of the solenoid portion 14 by the diaphragm 92, rust may be generated on the movable core 36 and the shaft 46 made of a magnetic metal material. And the durability can be improved.
[0066]
Further, when the shaft 46 slides inside the insertion hole 66 of the shaft guide 40 to generate wear powder, dust such as the wear powder may enter the second communication chamber 84 by the diaphragm 92. Is prevented. As a result, the abrasion powder does not flow from the second communication chamber 84 to the downstream side of the fuel cell system 200 (see FIG. 1) via the second port 16.
[0067]
The space between the skirt 96 of the diaphragm 92 and the upper surface of the flange 62 communicates with the fluid passage 70 via the second communication passage 74.
[0068]
A valve seat 104 having a substantially C-shaped cross section is mounted on an upper portion of the second valve body 18 via an annular concave portion 102, and a peripheral portion thereof is sandwiched between the lower surface of the first valve body 22. At this time, the inside of the first valve body 22 is kept airtight by the seal member 60 mounted in the annular groove on the upper surface of the valve seat 104.
[0069]
The valve seat 104 is formed so as to gradually decrease in diameter upward, and a seat portion 106 on which the valve body 126 is seated is formed substantially horizontally on the upper end surface.
[0070]
A seal member 60 is mounted on the lower surface of the annular concave portion 102 via an annular groove, and the lower surface of the valve seat 104 abuts on the lower surface of the valve seat 104 so that the inside of the second communication chamber 84 communicates with the inside of the valve seat 104. Holding.
[0071]
Further, the seating portion 106 is provided such that its upper surface is higher than the lower side of the inner peripheral surface of the first passage 123 of the first port 20.
[0072]
The hydrogen introduced from the fuel cell stack 202 (see FIG. 1) into the first communication chamber 116 contains moisture because it is humidified, and the water accumulates inside the first communication chamber 116. There are cases. At this time, the level of the water accumulated in the first communication chamber 116 is substantially the same as the lower inner peripheral surface of the first passage 123. In other words, the water accumulated inside the first communication chamber 116 does not come into contact with the valve element 126 seated on the seating section 106.
[0073]
Therefore, when the moisture freezes inside the first communication chamber 116 in a low-temperature condition such as a cold region, the valve 126 and the seat 106 do not freeze due to the moisture, and the shaft 46 does not freeze even in a low-temperature condition. The valve element 126 can be reliably displaced under the displacing action of.
[0074]
On the other hand, as shown in FIG. 5, a joint member 108 to which a tube (not shown) is connected is externally attached to the air vent port 86 formed on the side surface of the second valve body 18.
[0075]
Inside the air vent port 86, a third communication passage 110 is formed at a position substantially orthogonal to the air vent port 86 and opposed to the first communication passage 72 formed in the flange portion 62. The third communication passage 110 is formed so as to communicate with the first communication passage 72.
[0076]
That is, the space between the skirt portion 96 of the diaphragm 92 and the upper surface of the flange portion 62 is formed inside the joint member 108 via the second communication passage 74, the fluid passage 70, the first communication passage 72, and the third communication passage 110. Is in communication with
[0077]
The joint member 108 is made of a metal material, and a connecting portion 112 to be attached to the air vent port 86 is formed substantially horizontally, and an inclined portion 114 is formed to incline at a predetermined angle upward from the connecting portion 112. Have been. The joint member 108 communicates with the air vent port 86 via a passage 115 formed therein. The joint member 108 is open to the atmosphere via a tube (not shown) connected to the inclined portion 114.
[0078]
Then, as shown in FIGS. 3 to 5, when a current is supplied to the coil 32 of the solenoid unit 14 and the coil 32 is excited, the coil 32 generates heat. In this case, the temperature of the fluid inside the space defined between the skirt portion 96 of the diaphragm 92 and the upper surface of the flange portion 62 rises due to the heat generated by the coil 32 and expands, thereby increasing the volume.
[0079]
At this time, since the space communicates with the atmosphere via the second communication passage 74, the fluid passage 70, the first and third communication passages 72 and 110, and the joint member 108, the fluid expanded inside the space. Is exhausted to the outside.
[0080]
As a result, the diaphragm 92 is displaced upward under the pressure of the fluid expanded inside the space, and the shaft 46 is displaced upward accordingly, whereby the valve element 126 is separated from the seat 106 and the valve is opened. The state can be prevented.
[0081]
A casing 12 made of a magnetic metal material having a substantially U-shaped cross section is integrally connected to a lower portion of the second valve body 18, and has a thin-walled cylinder protruding downward by a predetermined length at a substantially central portion thereof. A part 26 is provided. The inner diameter of the thin cylindrical portion 26 is formed larger than the outer diameter of a movable core 36 described later. In this case, when the movable core 36 is displaced under the excitation action of the solenoid portion 14, the movable core 36 is formed to have a diameter capable of displacing the inside of the thin cylindrical portion 26 along the axial direction.
[0082]
That is, by projecting only the thin cylindrical portion 26 corresponding to the diameter of the movable core 36 that displaces the inside of the casing 12 along the axial direction downward, compared to a case where the entire casing 12 projects downward. The size can be reduced.
[0083]
Further, inside the thin cylindrical portion 26, a spring guide portion 28 protruding upward is formed at a substantially central portion thereof. One end of a first spring member 42 described later is engaged with the spring guide portion 28.
[0084]
Further, on the side surface of the casing 12, a connector portion 30 (see FIGS. 2 and 5) to which a lead wire (not shown) for supplying a current from a power source (not shown) to the solenoid portion 14 is provided.
[0085]
The solenoid portion 14 is disposed inside the casing 12 and has a bobbin 34 around which a coil 32 is wound, and a cylindrical movable core 36 provided to be displaceable along the axial direction under the exciting action of the coil 32. A cover member 38 surrounding the bobbin 34 around which the coil 32 is wound; a shaft guide (fixed core) 40 disposed so as to close the upper end of the casing 12; And a first spring member 42 interposed between the thin spring portion 28 and the spring guide portion 28 for urging the movable core 36 in a direction away from the thin cylindrical portion 26.
[0086]
The lower surface of the bobbin 34 is disposed so as to be placed on the lower portion of the casing 12, and the inner peripheral diameter of the bobbin 34 is substantially equal to the inner peripheral diameter of the thin cylindrical portion 26 of the casing 12. Is formed.
[0087]
Inside the bobbin 34, a cylindrical movable core 36 made of a magnetic metal material is provided so as to be freely inserted along the axial direction. The outer peripheral surface of the movable core 36 is provided so as to be separated from the inner peripheral surface of the bobbin 34 by a predetermined distance. That is, when the movable core 36 is displaced along the axial direction, the outer peripheral surface of the movable core 36 does not contact the inner peripheral surface of the bobbin 34, and wear is prevented.
[0088]
One end of a long shaft 46 is inserted through a substantially central portion of the movable core 36 through a through hole 44 formed along the axial direction.
[0089]
The shaft 46 has a first shaft 48 formed at one end thereof and inserted into the movable core 36, and a second shaft 50 formed at the other end thereof and engaged with the valve 126. And a third shaft portion 52 formed between the first shaft portion 48 and the second shaft portion 50 and inserted through the inside of the shaft guide 40. A pair of mounting portions 54 are formed on the second shaft portion 50 side of the third shaft portion 52, and the pair of mounting portions 54 are formed so as to expand in a radially outward direction and to be formed in an annular shape. In addition, the diameter of the shaft 46 is formed such that the second shaft portion 50, the first shaft portion 48, and the third shaft portion 52 increase in this order.
[0090]
The inner diameter of the through hole 44 is formed to be slightly larger than the diameter of the first shaft portion 48 inserted into the through hole 44. Therefore, when assembling the movable core 36 to the shaft 46, the through hole 44 of the movable core 36 is inserted into the first shaft portion 48, and the upper end surface of the movable core 36 contacts the lower surface of the third shaft portion 52. Contact
[0091]
By interposing the first spring member 42 between the spring receiving hole 56 and the spring guide portion 28, the upper end surface of the movable core 36 is moved to the third axis of the shaft 46 by the spring force of the first spring member 42. It is assembled in a state where it is pressed against the lower surface of the part 52. That is, the movable core 36 can be easily assembled to the shaft 46.
[0092]
The outer peripheral surface of the shaft 46 is coated with fluorine. As a result, when the shaft 46 is displaced, the sliding resistance of the shaft guide 40 with which the third shaft portion 52 slides with the insertion hole 66 is reduced, so that the wear of the shaft 46 and the shaft guide 40 is reduced, Durability can be improved. At the same time, it is possible to suppress the generation of wear powder generated when the shaft 46 slides inside the insertion hole 66.
[0093]
Further, since the fluorine coating applied to the outer peripheral surface of the shaft 46 has a water repellent effect of repelling moisture, moisture does not adhere to the outer peripheral surface of the shaft 46, thereby preventing rust of the shaft 46 and preventing the shaft 46 from being rusted. Can be improved in durability.
[0094]
On the other hand, a spring receiving hole 56 is formed below the through hole 44 of the movable core 36 at a position facing the spring guide portion 28 of the casing 12. The spring receiving hole 56 is formed in a tapered shape that expands radially outward from the through hole 44 and gradually expands downward. The other end of the first spring member 42 engaged with the spring guide portion 28 of the casing 12 is engaged with the spring receiving hole 56.
[0095]
In the upper part of the movable core 36, a convex part 58 protruding by a predetermined length is formed at a substantially central part thereof.
[0096]
The cover member 38 is made of a resin material, and its upper side is sandwiched between the upper part of the bobbin 34 and the shaft guide 40, its lower side is sandwiched between the casing 12 and the lower part of the bobbin 34, and its outer peripheral side is formed. It is sandwiched between the bobbin 34 and the inner peripheral surface of the casing 12. Therefore, the bobbin 34 around which the coil 32 is wound is surrounded by the cover member 38.
[0097]
A seal member 60 is mounted on the lower surface of the cover member 38 via an annular groove, and the seal member 60 abuts on the casing 12 so that the inside of the casing 12 is kept airtight. The inside of the casing 12 is kept airtight by a seal member 60 mounted between an inner peripheral end on the upper side of the shaft guide and the flange portion 62 of the shaft guide 40.
[0098]
The shaft guide 40 is formed of a magnetic metal material and has a substantially T-shaped cross section, and is disposed on an upper side thereof so as to close an upper portion of the casing 12 with a flange portion 62 formed to expand in a radially outward direction. ing. Further, a guide portion 64 whose diameter is reduced in a radially inward direction from the flange portion 62 is formed below the flange portion 62, and the guide portion 64 is inserted into the bobbin 34.
[0099]
At a substantially central portion of the shaft guide 40, a third shaft portion 52 of the shaft 46 is displaceably guided through an insertion hole 66 formed along the axial direction.
[0100]
At this time, the clearance defined between the outer peripheral surface of the third shaft portion 52 and the inner peripheral surface of the insertion hole 66 is minute (for example, in the range of 10 to 50 μm. The operation limit is reached.), Whereby the shaft 46 can be more reliably displaced in the axial direction. Therefore, the valve element 126 can be more reliably seated on the seating section 106, and the seating position of the valve element 126 on the seating section 106 can be stabilized. Thereby, the reseatability of the valve element 126 under a low temperature condition can be improved.
[0101]
A concave portion 68 is formed on the lower surface of the shaft guide 40 at a position facing the convex portion 58 of the movable core 36. The height of the concave portion 68 in the axial direction is substantially equal to or slightly higher than the height of the convex portion 58 in the axial direction. Then, by forming the diameter of the concave portion 68 larger than the diameter of the convex portion 58, the convex portion 58 is inserted into the concave portion 68 under the action of displacing the movable core 36 upward.
[0102]
As shown in FIG. 5, a fluid passage 70 extending in a substantially horizontal direction from the side surface in a radially inward direction is formed inside the flange portion 62.
[0103]
A first communication passage 72 is formed upward on the outer peripheral side of the flange portion 62 so as to be substantially perpendicular to the fluid passage 70, and is formed on the inner periphery so as to be substantially perpendicular to the fluid passage 70. A second communication path 74 is formed upward. The first and second communication passages 72 and 74 communicate with the fluid passage 70, respectively.
[0104]
A spherical plug 76 is press-fitted into the fluid passage 70 from the outer peripheral side of the flange portion 62. That is, since the diameter of the closing plug 76 is formed slightly larger than the diameter of the fluid passage 70, the closing plug 76 is press-fitted into the inside of the fluid passage 70 to communicate with the outside of the fluid passage 70. The state is shut off, and the fluid is prevented from leaking outside from the side surface of the flange portion 62 through the fluid passage 70. The closing plug 76 is pressed into the fluid passage 70 from the first communication passage 72 to the outer peripheral side of the flange portion 62.
[0105]
A hole 78a is formed in the flange 62 along the axial direction, and a columnar locking pin 80 is mounted in the hole 78a. Then, the upper part of the locking pin 80 attached to the hole 78a is inserted into the hole 78b formed on the lower surface of the first valve body 18. As a result, the positioning of the first valve body 18 with respect to the flange portion 62 is reliably performed.
[0106]
The valve mechanism portion 24 is disposed inside the first communication chamber 116 of the second valve body 18, and is displaced under a displacement action along the axial direction of the shaft 46. A second spring member 128 interposed between the cover member 120 and the second spring member 128. The second spring member 128 is formed in a tapered shape that urges the valve element 126 in a direction away from the lid member 120 and that gradually decreases in diameter from the lower surface of the lid member 120 toward the valve element 126. .
[0107]
The valve body 126 has a first groove portion 130 which is recessed by a predetermined depth at a position facing the seat portion 106 on the lower surface thereof, and the first groove portion 130 has a first elastic member 132 formed in an annular shape from an elastic material. Is installed. The elastic material used for the first elastic member 132 retains its elastic characteristics even under a low temperature condition (for example, at 20 ° C. below freezing).
[0108]
When the valve element 126 is displaced downward under the displacement action of the shaft 46 and the first elastic member 132 is seated on the seat 106, the first elastic member 132 is formed of an elastic material. The seat 106 can be seated and securely sealed. The elastic function of the first elastic member 132 does not decrease even in a low temperature condition such as a cold region, so that the first elastic member 132 can be reliably sealed even in a low temperature condition.
[0109]
In addition, a second elastic member 136 made of an elastic material is attached to a substantially central portion of the upper surface of the valve element 126 via a second groove 134 that is recessed by a predetermined depth.
[0110]
That is, when the valve element 126 is displaced upward under the displacement action of the shaft 46, the second elastic member 136 provided on the upper surface of the valve element 126 comes into contact with the stopper portion 122, so that the second elastic member The impact at the time when the valve element 126 abuts can be reduced by the 136, and the impact noise generated when the valve element 126 abuts against the stopper portion 122 can be reduced. In other words, the second elastic member 136 has an absorber function of absorbing an impact when the valve 126 contacts the stopper 122.
[0111]
Further, the first and second elastic members 132 and 136 are provided so as to slightly project in the axial direction from the lower surface and the upper surface of the valve element 126, respectively. That is, by protruding the first elastic member 132 from the lower surface by a predetermined length, the first elastic member 132 can be more securely seated on the seat portion 106 and sealed. After the first elastic member 132 is formed so as to protrude from the lower surface in advance, the contact surface of the first elastic member 132 seated on the seat portion 106 by post-processing such as cutting is processed so as to be substantially planar. You may.
[0112]
That is, irrespective of the state of the contact surface of the first elastic member 132 formed of an elastic material, by making the contact surface substantially flat by post-processing, Sealing can be performed more reliably. Therefore, the contact surface of the first elastic member 132 is securely seated on the seating portion 106, and leakage of hydrogen flowing inside the first communication chamber 116 can be prevented.
[0113]
On the other hand, the contact surface of the first elastic member 132 with the seat portion 106 and the contact surface of the second elastic member 136 with the stopper portion 122 are coated with fluorine. That is, by applying a fluorine coating to the surfaces of the first and second elastic members 132 and 136 made of an elastic material, the abutting surfaces of the first and second elastic members 132 and 136 are respectively brought into contact with the stopper portions 122 under the action of displacement. In addition, it is possible to prevent sticking when coming into contact with the seat portion 106.
[0114]
Further, since the fluorine coating applied to the first and second elastic members 132 and 136 has a water-repellent effect to repel water, it prevents moisture from adhering to the first and second elastic members 132 and 136. be able to. That is, even when the hydrogen purge valve 10 is used in a low-temperature condition such as a cold region, moisture does not adhere to the first and second elastic members 132 and 136 and does not freeze. There is no hindrance to smooth operation.
[0115]
The fluorine coating is not limited to being applied only to the contact surfaces of the first and second elastic members 132 and 136, but is applied to the entire surfaces of the first and second elastic members 132 and 136. A fluorine coating may be applied, or the entire first and second elastic members 132 and 136 may be formed of a fluorine-based rubber material.
[0116]
Further, the first groove 130 formed on the upper surface of the valve element 126 and the second groove 134 formed on the lower surface of the valve element 126, as shown in FIGS. It communicates via a molding passage 138 formed along the axial direction. That is, when forming the first and second elastic members 132 and 136, by filling one of the first groove portion 130 and the second groove portion 134 with an elastic material, the elastic material is formed through the molding passage 138. The second or first groove 130 is also filled. As a result, the first and second elastic members 132 and 136 can be integrally molded via the molding passage 138, so that the cost can be reduced and the first and second elastic members 132 and 136 can be formed. The molding process can be shortened.
[0117]
Since the first and second elastic members 132 and 136 are connected by the elastic material filled in the molding passage 138, the first and second elastic members 132 and 136 are respectively connected by the connection portions. The first groove 130 and the second groove 134 are prevented from falling off.
[0118]
An engagement hole 140 is formed at a substantially central portion of the lower surface of the valve element 126, and a second shaft portion 50 formed at the other end of the shaft 46 is inserted into the engagement hole 140. ing. Since the diameter of the engagement hole 140 is formed to be larger than the diameter of the second shaft portion 50, the diameter between the outer peripheral surface of the second shaft portion 50 and the inner peripheral surface of the engagement hole 140 is larger. Engaged with radial clearance.
[0119]
At this time, since the second spring member 128 is formed in a tapered shape whose diameter decreases from the lid member 120 toward the valve body 126, the spring force of the second spring member 128 causes the valve body 126 to The direction in which the valve body 126 is pressed upward and the direction in which the valve body 126 is pressed radially inward from the outer peripheral side are urged together.
[0120]
Further, the pressing force is constantly applied to the upper portion of the shaft 46 through the engagement hole 140 by the second spring member 128 and the valve body 126 is constantly pressed inward in the radial direction. The upper part of the shaft 46 engaged with the hole is suitably held inside the engagement hole 140. Therefore, the upper portion of the shaft 46 engaged inside the engagement hole 140 does not come off from the engagement hole 140.
[0121]
As a result, even when the shaft 46 that is displaced under the excitation action of the solenoid portion 14 is inclined with respect to the axis for some reason, the valve element 126 can maintain the clearance defined between the engagement hole 140 and the shaft 46. Thereby, the inclination of the shaft 46 can be absorbed. Therefore, when the shaft 46 is inclined, the valve element 126 can be reliably seated on the seat 106 by the spring force of the second spring member 128 without being affected by the inclination of the shaft 46.
[0122]
Similarly, even when the valve element 126 is inclined with respect to the axis for some reason, the inclination of the valve element 126 can be absorbed by the clearance defined between the engagement hole 140 and the shaft 46. Therefore, when the shaft 46 is displaced in the axial direction, the shaft 46 can be displaced smoothly along the axial direction without being affected by the inclination of the valve element 126.
[0123]
The hydrogen purge valve 10 according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Next, the operation and effect of the hydrogen purge valve 10 will be described.
[0124]
As shown in FIG. 1, in the fuel cell system 200, the first port 20 of the hydrogen purge valve 10 has a hydrogen outlet 218 (for discharging hydrogen inside the fuel cell stack 202 via a tube (not shown)). (See FIG. 1).
[0125]
FIG. 3 shows a non-excited state in which current is not supplied from the connector section 30 to the coil 32, and the first elastic member 132 of the valve element 126 is seated on the seating section 106 and the second port 16 and the first port 20 shows an OFF state (a valve closed state) in which communication with 20 is interrupted.
[0126]
In such an off state, the coil 32 is excited by energizing a power supply (not shown) to energize the coil 32, and the magnetic flux moves from the coil 32 to the movable core 36 under the exciting action, and is again applied to the coil 32. It occurs so that it returns and goes around.
[0127]
Then, as shown in FIG. 4, the movable core 36 is displaced upward along the axial direction, and the valve element 126 is moved by the spring force of the second spring member 128 via the shaft 46 inserted through the movable core 36. Away from the seating portion 106 in response to the pressure.
[0128]
At this time, the valve element 126 is displaced upward and the second elastic member 136 comes into contact with the stopper portion 122, so that the impact on the valve element 126 is buffered by the second elastic member 136 and at the time of contact. The generated impact noise is reduced.
[0129]
As a result, the hydrogen purge valve 10 switches from the off state to the on state (valve open state). Therefore, excess hydrogen inside the fuel cell stack 202 is led out from the hydrogen outlet 218 of the fuel cell stack 202, and the hydrogen is introduced from the first port 20 through a tube (not shown). Then, the hydrogen introduced from the first port 20 flows from the first communication chamber 116 to the second communication chamber 84 via the inside of the valve seat 104 and is drawn out from the second port 16.
[0130]
Further, in such an ON state, when the valve element 126 is again seated on the seating portion 106 and the communication between the second port 16 and the first port 20 is cut off, the coil power is supplied from a power source (not shown). By stopping the current supplied to the coil 32, the coil 32 is de-energized, and the movable core 36 is displaced downward. At substantially the same time, the valve element 126 is pressed downward by the spring force of the second spring member 128. The valve element 126 is seated on the seat 106 by the spring force of the second spring member 128, so that the communication between the second communication chamber 84 and the first communication chamber 116 is interrupted. That is, the communication between the second port 16 and the first port 20 is interrupted.
[0131]
As described above, in the present embodiment, the humidification introduced from the first port 20 is formed by forming the seat portion 106 of the valve element 126 above the lower surface of the first passage 123 of the first port 20. Even when the moisture contained in the collected hydrogen accumulates inside the first communication chamber 116 and freezes under a low-temperature condition, the valve element 126 and the seat 106 do not freeze. Therefore, the smooth operation of the valve element 126 is not hindered by freezing, and the valve element 126 can be seated and separated from the seating portion 106 stably and reliably even in a low temperature condition.
[0132]
Further, by forming the connection portion between the connecting portion 94 of the diaphragm 92 and the skirt portion 96 so as to be higher than the lower surface of the second passage 88 of the second port 16, the humidified air introduced from the first port 20 is provided. Even when moisture contained in hydrogen accumulates in the second communication chamber 84 and freezes under a low temperature condition, the movable portion of the diaphragm 92 does not freeze. Therefore, the smooth operation of the diaphragm 92 is not hindered by freezing, and the diaphragm 92 can be displaced in the axial direction under the displacing action of the shaft 46 even in a low-temperature condition.
[0133]
That is, even when moisture accumulates in the first and first communication chambers 116 and the moisture freezes in a low-temperature condition such as a cold region, the smooth operation of the valve element 126 and the diaphragm 92 is not hindered. Since the displacement can be reliably performed, hydrogen can be reliably discharged even under a low temperature condition.
[0134]
Further, by providing a diaphragm 92 made of an elastic material so as to isolate the second valve body 18 from the solenoid portion 14, when the humidified hydrogen is introduced into the second communication chamber 84, the water is removed. 14 can be prevented from entering. Therefore, even under a low temperature condition, the smooth operation of the shaft 46 and the movable core 36 is not hindered, and the displacement can be performed smoothly and reliably. Further, since the shaft 46 and the movable core 36 made of a magnetic metal material are prevented from being rusted by the moisture, the durability is not reduced.
[0135]
On the other hand, dust such as abrasion powder generated when the shaft 46 slides inside the insertion hole 66 of the shaft guide 40 by the solenoid portion 14 is prevented from entering the second communication chamber 84 by the diaphragm 92. Therefore, the dust that has entered the first communication chamber 116 from the second communication chamber 84 does not lower the airtightness of the valve element 126 due to the attachment to the seating portion 106 or the like, and the dust passes through the second port 16. As a result, it does not flow out to the downstream side of the fuel cell system 200.
[0136]
That is, by providing the diaphragm 92 made of an elastic material so as to isolate the second valve body 18 from the solenoid portion 14, it is possible to prevent moisture from entering the inside of the solenoid portion 14 from the first and first communication chambers 116. At the same time, dust generated in the solenoid portion 14 is prevented from entering the first and first communication chambers 116.
[0137]
Furthermore, by providing the first and second elastic members 132 and 136 made of an elastic material in the first and second groove portions 130 and 134 of the valve element 126, the first elastic member 132 is displaced downward when the valve element 126 is displaced downward. The member 132 is brought into contact with the seat portion 106, so that the airtightness between the second communication chamber 84 and the first communication chamber 116 can be maintained more reliably. In addition, the second elastic member 136 provided on the upper part of the valve element 126 alleviates the shock generated on the valve element 126 when the valve element 126 is displaced upward and comes into contact with the stopper 122, Sound can be reduced.
[0138]
Furthermore, by integrally molding the first and second elastic members 132 and 136 with an elastic material, the manufacturing process can be shortened and the cost can be reduced.
[0139]
Furthermore, by providing the diaphragm 92 below the valve element 126 along the axial direction, when the hydrogen introduced into the first and second communication chambers 116 and 84 contains dust, the dust is removed. It falls down under the action of gravity. At this time, the dust that has fallen downward is prevented from entering the solenoid portion 14 by the diaphragm 92.
[0140]
Further, by reducing the clearance between the inner peripheral surface of the through hole 44 of the movable core 36 and the outer peripheral surface of the first shaft portion 48 of the shaft 46, the amount of inclination of the shaft 46 with respect to the axis inside the through hole 44 is reduced. Can be reduced. Therefore, the shaft 46 can be more reliably displaced along the axial direction. As a result, the valve element 126 can be more reliably seated on the seating section 106, and the seating position of the valve element 126 on the seating section 106 can be stabilized.
[0141]
Further, by providing a clearance between the engagement hole 140 of the valve body 126 and the outer peripheral surface of the end of the third shaft portion 52 of the shaft 46 inserted therein, the shaft 46 or the valve body 126 Accordingly, even when the shaft 46 is inclined with respect to the axis, the clearance can absorb the inclination of the shaft 46 or the valve element 126.
[0142]
Therefore, when the shaft 46 is inclined, the valve body 126 can be reliably seated on the seat portion 106 by the spring force of the second spring member 128 without being affected by the inclination, and when the valve body 126 is inclined, The shaft 46 can be smoothly displaced along the axial direction without being affected.
[0143]
As described above, the one end side of the movable core 36 and the opposing end face of the shaft guide 40 have the corresponding uneven shape, and the side gap is provided on the other end side of the movable core 36, so that the magnetic path constituting member is slightly shaped. , And a stable and large thrust can be obtained.
[0144]
Further, the thin cylindrical portion 26 is formed, and a part of the other end of the movable core 36 is provided so as to overlap the inside of the thin cylindrical portion 26 under the displacement action. Therefore, the flow of the magnetic flux to the thin cylindrical portion 26 is restricted. As a result, it is possible to reduce the thrust for urging the movable core 36 away from the shaft guide 40.
[0145]
In other words, by providing the magnetic path configuration, it is possible to obtain an output characteristic in which the thrust is applied only when the valve requires a large thrust and the thrust to be applied when the valve is closed is reduced. By doing so, the size can be reduced.
[0146]
In addition, in the hydrogen purge valve 10 according to the embodiment of the present invention, surplus hydrogen exhausted from the hydrogen discharge unit 216 is used as a reaction gas. However, the present invention is not limited to this. The air discharged from the discharge unit 208 may be used.
[0147]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0148]
That is, since the leakage prevention means is provided between the casing in which the solenoid portion is disposed and the main body portion, the moisture contained in the reaction gas does not enter the inside of the solenoid portion. Even under a low temperature condition, the shaft can be smoothly displaced without being frozen by the moisture, and the valve body is smoothly opened and closed under the displacing action of the shaft to exhaust the reaction gas to the outside. be able to.
[0149]
Further, dust such as abrasion powder generated when the shaft is displaced in the axial direction is prevented from entering the inside of the main body by the leak preventing means, so that the dust adheres to the valve body or the valve seat. This prevents the reaction gas from leaking when the valve is closed, and prevents the dust from flowing out of the outlet port to the downstream side of the fuel cell via the main body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the hydrogen purge valve according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along the line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a valve open state of the hydrogen purge valve in FIG. 3;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line VV of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
10: hydrogen purge valve 12: casing
14 ... solenoid part 24 ... valve mechanism part
32 ... coil 34 ... bobbin
36 ... movable core 40 ... shaft guide
42 ... first spring member 46 ... shaft
62: Flange part 70: Fluid passage
86 ... air release port 90 ... holding part
92: Diaphragm 104: Valve seat
106: seating portion 108: joint member
122: stopper part 124: filter
126: valve element 128: second spring member
132: first elastic member 136: second elastic member

Claims (18)

燃料電池から反応ガスを排気する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスが導入される導入ポートと、前記導入ポートから導入された反応ガスが排気される導出ポートとを有する本体部と、
前記本体部と連結されるケーシングの内部に配設され、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトと、
前記ケーシングに連結される前記本体部の内部に配設され、前記シャフトの一端部に係合される弁体と、
前記弁体が前記シャフトの変位作用下に着座・離間する弁座と、
前記ケーシングと前記本体部との間に設けられ、前記シャフトに係着されて該シャフトの変位動作に伴って撓曲するとともに、前記ケーシングの内部に配設される前記ソレノイド部と前記本体部とを隔離して該ソレノイド部に対する前記反応ガスの漏出を防止する漏出防止手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池用電磁弁。In a fuel cell solenoid valve for exhausting a reaction gas from a fuel cell,
A main body having an introduction port into which the reaction gas is introduced, and an outlet port from which the reaction gas introduced from the introduction port is exhausted;
A solenoid portion disposed inside a casing connected to the main body portion and having an exciting action by an electric current;
A shaft that is displaced along an axial direction under an exciting action of the solenoid portion,
A valve body disposed inside the main body connected to the casing and engaged with one end of the shaft;
A valve seat in which the valve body is seated and separated under the displacement action of the shaft,
The solenoid unit and the main unit are provided between the casing and the main unit, are engaged with the shaft, bend with the displacement operation of the shaft, and are disposed inside the casing. Leakage prevention means for isolating the reaction gas to prevent leakage of the reaction gas to the solenoid portion,
An electromagnetic valve for a fuel cell, comprising: 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記漏出防止手段は、弾性材料による可撓性部材からなることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The electromagnetic valve for a fuel cell according to claim 1, wherein said leakage preventing means is made of a flexible member made of an elastic material. 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記導入ポートの内部には、前記反応ガスに含有される塵埃を除去するフィルタが装着されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
A solenoid valve for a fuel cell, wherein a filter for removing dust contained in the reaction gas is mounted inside the introduction port. 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、前記ソレノイド部の軸線と同軸上で前記本体部の内部に設けられるとともに、前記弁体を前記可撓性部材より前記導入ポートから前記導出ポートへと流通する反応ガスの上流側へ設けることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The valve body is provided inside the main body on the same axis as the axis of the solenoid portion, and the valve body is provided on the upstream side of the reaction gas flowing from the flexible member to the outlet port from the flexible member. An electromagnetic valve for a fuel cell, comprising: 請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可撓性部材は、ダイヤフラムからなり、
前記ダイヤフラムは、前記シャフトに一体的に装着される連結部と、
前記連結部より半径外方向に延在するスカート部と、
前記スカート部の外周に形成され、前記本体部と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に挟持される周縁部と、
を備え、
前記弁体が前記弁座に着座した際、前記シャフトと前記連結部との連結部位が、前記導出ポートの前記ソレノイド部側の内周面下側より前記弁体側に配設されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 4,
The flexible member is made of a diaphragm,
The diaphragm has a connecting portion integrally mounted on the shaft,
A skirt portion extending radially outward from the connection portion;
A peripheral portion formed on the outer periphery of the skirt portion and sandwiched between the main body portion and a fixed core disposed inside the solenoid portion;
With
When the valve body is seated on the valve seat, a connection portion between the shaft and the connection portion is disposed on the valve body side below the inner peripheral surface of the outlet port on the solenoid portion side. Solenoid valve for a fuel cell. 請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトには、前記ソレノイド部の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コアに挿通される他端部より前記可撓性部材側に半径外方向に拡径した拡径部が形成され、前記可動コアの一端面が前記拡径部に当接して係止されるとともに、前記シャフトの他端部の外周面と前記可動コアの内周面との間にクリアランスが設けられることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 4,
The shaft has a radially expanded portion radially outwardly expanded toward the flexible member from the other end inserted through a movable core provided in the solenoid portion so as to be displaceable along an axial direction inside the solenoid portion. The movable core has one end surface in contact with the enlarged diameter portion and is locked, and a clearance is provided between an outer peripheral surface of the other end of the shaft and an inner peripheral surface of the movable core. Characteristic solenoid valve for fuel cell. 請求項５記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ダイヤフラムの周縁部は、前記本体部の半径内方向に突出して形成される押え部によって保持されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 5,
A solenoid valve for a fuel cell, wherein a peripheral portion of the diaphragm is held by a pressing portion formed to project in a radially inward direction of the main body. 請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可撓性部材と前記ソレノイド部の内部に配設される固定コアとの間に画成される空間は、その内部と前記本体部の外部とを連通する通路を介して前記空間の内部の流体が前記本体部の外部へと排気されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 4,
A space defined between the flexible member and a fixed core disposed inside the solenoid portion is formed inside the space via a passage communicating the inside thereof and the outside of the main body portion. A solenoid valve for a fuel cell, wherein a fluid is exhausted to the outside of the main body. 請求項８記載の燃料電池用電磁弁において、
前記通路は、前記固定コアの内部に形成される流体通路と、
前記流体通路と連通し、前記本体部の内部に形成される連通路と、
前記連通路および前記本体部の外部に連通するエア抜きポートと、
を備えることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 8,
A fluid passage formed inside the fixed core,
A communication passage communicating with the fluid passage and formed inside the main body;
An air vent port communicating with the outside of the communication passage and the main body;
An electromagnetic valve for a fuel cell, comprising: 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体には、前記シャフトの一端部側が係合される係合孔が形成され、前記シャフトの外周面と前記係合孔の内周面との間にクリアランスが設けられるとともに、前記弁体を前記シャフト方向へと付勢するばね部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The valve body has an engagement hole with which one end of the shaft is engaged, and a clearance is provided between an outer peripheral surface of the shaft and an inner peripheral surface of the engagement hole. A solenoid member for urging the fuel cell in the shaft direction. 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、前記弁座に着座する一端面側に弾性材料からなる弾性部材が装着されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
An electromagnetic valve for a fuel cell, wherein the valve body is provided with an elastic member made of an elastic material on one end surface side seated on the valve seat. 請求項１１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体は、前記一端面とは軸線方向において反対となる他端面側に弾性材料からなる弾性部材が装着されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 11,
An electromagnetic valve for a fuel cell, wherein an elastic member made of an elastic material is attached to the other end surface of the valve body which is opposite to the one end surface in the axial direction. 請求項１２記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の一端面側に装着される一方と、前記弁体の他端面側に装着される他方とが、前記弁体の内部の成形通路を介して一体的に形成されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The fuel cell solenoid valve according to claim 12,
One of the elastic members mounted on one end surface side of the valve body and the other mounted on the other end surface side of the valve body are integrally formed via a molding passage inside the valve body. An electromagnetic valve for a fuel cell, comprising: 請求項１１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の一端面より前記弁座側に向かって所定長突出することを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 11,
The solenoid valve for a fuel cell, wherein the elastic member projects a predetermined length from one end surface of the valve body toward the valve seat. 請求項１２記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体の他端面から前記弁座より離間する方向に所定長突出することを特徴とする燃料電池用電磁弁。The fuel cell solenoid valve according to claim 12,
The solenoid valve for a fuel cell, wherein the elastic member protrudes from the other end surface of the valve body by a predetermined length in a direction away from the valve seat. 請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、
前記可動コアには、前記固定コア側に突出した凸部が形成され、前記凸部に対向する位置に前記固定コアの凹部が形成され、前記ケーシングの他端部には、所定長突出した薄肉円筒部が形成されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The movable core has a convex portion protruding toward the fixed core, a concave portion of the fixed core is formed at a position facing the convex portion, and a thin wall protruding a predetermined length at the other end of the casing. An electromagnetic valve for a fuel cell, wherein a cylindrical portion is formed. 請求項１６記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトは、フッ素樹脂によって表面処理が施されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The fuel cell solenoid valve according to claim 16,
The electromagnetic valve for a fuel cell, wherein the shaft is subjected to a surface treatment with a fluororesin. 請求項１７記載の燃料電池用電磁弁において、
前記シャフトは、その外周面と前記固定コアの内周面との離間距離を１０〜５０μｍの範囲とすることを特徴とする燃料電池用電磁弁。The fuel cell solenoid valve according to claim 17,
A solenoid valve for a fuel cell, wherein a distance between an outer peripheral surface of the shaft and an inner peripheral surface of the fixed core is in a range of 10 to 50 μm.
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