JP2004183681A - 燃料電池用電磁弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池用排出弁10は、導入ポート12と導出ポート14とを有するバルブボディ16の上部にガイド部材20を一体的に連結し、前記ガイド部材20のフランジ部46の上方には、ソレノイド部26の内部に挿入され、その内部に可動部材18が変位自在に設けられるガイド部44が形成されるとともに、前記フランジ部46の下方には可動部材18の上方への変位を規制するストッパ部48が突出して形成されている。そして、可動部材18の弁体部94がソレノイド部26の励磁作用下に弁座部34から離間し、導入ポート12と導出ポート14とを連通させている。
【選択図】図2
Description
【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、燃料電池に供給される反応ガスおよび/または残留水を外部へと排出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】
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエアー流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部にエアーおよび残留水を排出するカソードドレンバルブと、燃料電池内における水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部に水素および残留水を排出するアノードドレンバルブを備えた燃料電池の残留水排出装置を提案している(特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−305017号公報(第4頁右欄、図5)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、部品点数を削減することにより組み付け作業性の向上を図るとともに、コストの低減を図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。
【0007】
【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、燃料電池における反応ガスおよび/または残留水を排出する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスおよび/または残留水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および/または残留水が排出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、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内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、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し、一端部側に形成される弁体部が弁座に対して着座・離間自在に設けられる可動部材と、
前記バルブボディと前記ソレノイド部との内部に配設されるとともに、前記可動部材が挿通自在に設けられ、前記弁体部が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部を有するガイド部材と、
を備えることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、ガイド部材に弁体部の弁座から離間する方向への変位を規制する係止部を設けている。従って、可動部材の弁体部が弁座から離間する方向に変位した際、前記弁体部の変位が係止部によって規制されるため前記可動部材がその変位作用下に固定部材に接触することが防止される。
【0009】
一方、前記係止部をガイド部材に対して一体的に形成しているため、それぞれを別体に設けた場合と比較して部品点数を削減することができ、コストを低減することができる。また、ガイド部材をバルブボディおよびソレノイド部の内部に組み付ける際の組み付け作業性を向上させることができるため、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【0010】
また、弁体部が当接する係止部の端面に、所定深さだけ窪んだ切欠部を設けることにより、前記弁体部の変位作用下に前記弁体部が係止部の端面に当接した際、前記切欠部によって前記弁体部と係止部の端面との貼り付きを防止することができる。そのため、弁体部を係止部から容易に離間させることができ、前記弁体を軸線方向に沿って円滑に変位させることができる。
【0011】
さらに、弁体部と前記ガイド部材との間に介装されるばね部材を、前記係止部の外周側に配設することにより、前記ばね部材を係止部によってガイドすることができる。そのため、前記ばね部材が伸縮した場合においても係止部のガイド作用下に該ばね部材を軸線方向に沿って確実に伸縮させることができる。
【0012】
さらにまた、ガイド部材に前記バルブボディ側に突出するインロー部を形成し、前記インロー部の外周面を前記バルブボディの内周面に当接するように挿入することにより、前記ガイド部材をバルブボディに対して確実に位置決めすることができる。
【0013】
そのため、ガイド部材の内部を軸線方向に沿って変位する可動部材の弁体部の軸心と、バルブボディにおいて前記弁体部に対向する位置に形成される弁座との軸心を容易に一致させて組み付け精度を向上させることができる。また、ガイド部材に対してインロー部を一体的に形成しているため、インロー部を別体で設ける場合と比較して部品点数を削減することができ、それに伴ってコストを低減することができるとともに、組み付け作業性を向上させることができる。
【0014】
またさらに、ソレノイド部の内部に挿入され、前記可動部材が前記ソレノイド部の励磁作用下に変位する際に軸線方向に沿ってガイドするガイド部を前記ガイド部材に設けることにより、前記ガイド部によるガイド作用下に前記可動部材を軸線方向に沿ってより一層確実かつ精度よく変位させることができる。また、前記ガイド部材に対してガイド部を一体的に形成しているため、ガイド部を別体で設ける場合と比較して部品点数を削減することができ、それに伴ってコストを低減することができるとともに、組み付け作業性を向上させることができる。
【0015】
さらに、弁体部の弁座に着座する一端面側および前記弁体部の一端面の反対側となる他端面に弾性材料からなる弾性部材を装着することにより、前記弁体部の一端面が弁座に当接した際に確実にバルブボディの内部の気密を保持することができるとともに、前記弁座の他端面側が係止部に当接した際に弁体部に生じる衝撃および衝撃音を緩和することができる。
【0016】
そして、前記弾性部材の前記弁体部の一端面側に装着される一方と、前記弁体部の他端面側に装着される他方とを弁体部の内部に形成される連通孔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、それに伴ってコストを低減することができる。
【0017】
【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排出弁(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、前記燃料電池システム200は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【0018】
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に対し、複数のセルを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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。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が接続されている。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
燃料電池スタック202の水素排出口218には、例えば、図示しない排出制御弁を有する水素排出部216が循環用通路230を介して接続される。前記排出制御弁は、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、例えば、図示しない貯留タンクによって分離された排出ガス中の過剰な水分(主に液体水)等が車両の外部に排出される。
【0033】
また、エアー排出口210とエアー排出部208とを接続するエアー排出用通路、または、水素排出部216と水素排出口218との間の通路の適宜の位置には、反応ガスおよび/または残留水を排出するための燃料電池用排出弁10が接続されている。
【0034】
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排出弁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。
【0035】
この燃料電池用排出弁10(以下、単に排出弁10という)は、図2および図3に示されるように、図示しない通路を介して水素、エアー(以下、単に流体という)および/または残留水が導入される導入ポート12と、前記流体および/または残留水が外部へと導出される導出ポート14とを有するバルブボディ16と、前記バルブボディ16の上部に連結され、その内部に可動部材18が軸線方向に沿って変位自在に設けられるガイド部材20と、前記ガイド部材20の上部にプレート部材22を介して連結されるカバー部材24と、前記カバー部材24の内部に配設されるソレノイド部26と、前記カバー部材24の外部を覆うように装着される断面略U字状のハウジング28とからなる。
【0036】
バルブボディ16は金属製材料から形成され、カソード加湿部222、アノード加湿部228(図1参照)からそれぞれエアー供給用通路または水素供給通路を介して流体(水素、エアー)および/または残留水が導入される導入ポート12と、前記導入ポート12と連通し、その内部に弁体部94(後述する)が軸線方向に向かって変位自在に設けられる連通室30と、前記連通室30の内部に導入された流体および/または残留水を外部へと排出する導出ポート14と、前記連通室30と導出ポート14との間に形成される連通路32と、前記連通室30の略中央部で上方に向かって突出し、その上面に弁体部94が着座する弁座部(弁座)34とからなる。
【0037】
導入ポート12は、バルブボディ16の側面に半径外方向へと突出するように形成され、その内部には、断面略U字状のフィルタ36が一体的に装着されている。すなわち、導入ポート12から導入される流体および/または残留水に塵埃等が含まれていた場合、網目状に形成されるフィルタ36の有底部位が連通室30側となるように装着することにより塵埃等が除去され、前記塵埃等が排出弁10の連通室30の内部へと進入することを防止できる。
【0038】
また、導出ポート14は、前記導入ポート12とは略反対側となるバルブボディ16の側面に突出するように形成されるとともに、その内部には図示しないチューブ等に接続される略円筒状の継手部材38が一体的に螺合されている。なお、継手部材38は、その内部に形成される流体通路40を介して導出ポート14の内部と連通している。
【0039】
連通路32は、一方側が連通室30の下部の略中央部に軸線方向に沿って形成されるとともに、他方側が前記導出ポート14と同軸上となるように略水平に形成され、バルブボディ16の内部で互いに略直交するように交差して連通している。
【0040】
弁座部34は、連通室30の下面より上方に向かって所定長だけ突出するように形成され、その略中央部には前記連通路32の一方が形成されている。
【0041】
また、バルブボディ16の上面には、環状溝を介してシール部材42が装着され、前記ガイド部材20のフランジ部46(後述する)との間に挟持されることにより連通室30の内部の気密を保持している。
【0042】
ガイド部材20はバルブボディ16の上部に一体的に連結され、その上部側に軸線方向に沿って円筒状に延在し、後述するボビン66の内部に挿入されるガイド部44と、前記ガイド部44の下部に半径外方向に拡径して形成され、前記バルブボディ16とプレート部材22との間に挟持されるフランジ部46と、前記フランジ部46の下面から下方に向かって円筒状に延在し、前記連通室30の内部に配設されるストッパ部(係止部)48と、前記ストッパ部48より半径外方向に所定間隔離間して環状に形成されるとともに、下方に向かって突出するインロー部50とからなる。なお、前記インロー部50の下方への突出量は、前記ストッパ部48の突出量よりも小さく形成されている。
【0043】
ガイド部44は薄板円筒状に形成され、その内部には可動部材18が軸線方向に沿って変位自在にガイドされるガイド孔52が形成されている。そして、前記ガイド部44がボビン66の内周面およびプレート部材22の後述する貫通孔56に当接するように挿入されるとともに、前記ガイド部44の上端が後述する固定部材70に当接している。
【0044】
また、ガイド部44の外周面、前記ガイド部44が挿通されるカバー部材24の装着孔53およびプレート部材22の上面とによって囲繞される空間には、環状のシール部材42が装着されている。すなわち、前記シール部材42によってソレノイド部26の内部の気密を保持している。
【0045】
フランジ部46の下面のストッパ部48とインロー部50との間には、前記ガイド部材20と弁体部94との間に介装されるばね部材98の一端部が装着されている。なお、インロー部50の外周径は、バルブボディ16の連通室30の内周径と略同一径となるように形成されている。
【0046】
すなわち、ガイド部材20をバルブボディ16の上部へと組み付ける際、前記インロー部50を連通室30の内周面に当接するように挿入することにより、ガイド部材20をバルブボディ16に対して容易に位置決めして組み付けることができる。また、ガイド部材20の内部に設けられる可動部材18とバルブボディ16の弁座部34との軸心を容易に一致させることができる。
【0047】
ストッパ部48は、フランジ部46の下面側に下方に向かって延在するように形成され、前記ガイド部44よりも若干拡径して形成されている。そして、可動部材18の弁体部94がソレノイド部26の変位作用下に軸線方向に沿って上方へと変位した際、前記弁体部94の上面がストッパ部48の下端面に当接して係止され、変位終端位置となる。なお、前記ストッパ部48の軸線方向に沿った長さは、可動部材18の弁体部94の上面がストッパ部48の下面に当接した際、可動部材18の突出部90が挿入される固定部材70の凹部86の上面に接触しないように設定される。
【0048】
また、前記ストッパ部48の下端部には、上方に所定深さだけ窪んだ切欠部54が設けられ、前記切欠部54は、ストッパ部48の周方向に沿って所定角度離間して複数設けられている。
【0049】
すなわち、前記弁体部94が上方へと変位してストッパ部48に当接した際、ストッパ部48の下端面と弁体部94の上面に設けられた第2シート部106(後述する)とが当接して密着した状態となる。そして、弁体部94を再び軸線方向に沿った下方へと変位させる場合、前記第2シート部106は弾性材料から形成されているため、前記弁体部94の第2シート部106が前記ストッパ部48の下面に貼り付くことがある。
【0050】
そのような場合においても、ストッパ部48の下端面に形成された切欠部54によって弁体部94の第2シート部106の上面とストッパ部48の下面との間に部分的に非接触部分(空間)ができるため、前記弁体部94の第2シート部106とストッパ部48とが貼り付くことが防止される。そのため、弁体部94を変位終端位置から軸線方向に沿った下方に向かって容易に離間させることができ、前記弁体部94を円滑に変位させることができる。
【0051】
プレート部材22は磁性金属製材料によって環状に形成され、ガイド部材20の上部に一体的に連結されている。そして、前記プレート部材22の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔56が形成され、ガイド部材20のガイド部44が挿通されている。
【0052】
カバー部材24はプレート部材22の上部に連結され、その側面にはソレノイド部26に電流を供給するための図示しない電源に接続されるコネクタ部58が設けられている。前記コネクタ部58には、その内部に一端部が露呈するように金属製材料からなる端子60が設けられ、前記端子60はカバー部材24の内部を介してソレノイド部26のボビン66(後述する)へと接続されている。なお、端子60は、図示しないリード線を介して前記電源と接続されている。
【0053】
また、前記カバー部材24の上面には、半径内方向に張り出した張出部62が形成され、前記張出部62の上面に形成された環状溝を介してシール部材42が装着されている。そして、前記シール部材42がカバー部材24とハウジング28との間に挟持されることにより、ハウジング28の内部の気密が保持される。
【0054】
ソレノイド部26はカバー部材24の内部に囲繞されるように配設され、その外周面にコイル64が巻回されたボビン66と、前記ボビン66の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動部材18と、前記ハウジング28の上部にキャップナット68を介して一体的に連結され、可動部材18と対向するように配設される固定部材70とからなる。
【0055】
ボビン66は、前記カバー部材24の内周面に当接するように設けられ、その上端部および下端部には半径外方向へと拡径した第1および第2拡径部72、74がそれぞれ形成されている。
【0056】
第1拡径部72はカバー部材24の張出部62の下面側に当接している。また、第2拡径部74の下面には環状の溝部76を介してカバー部材24の凸部78と係合している。すなわち、カバー部材24の内部には、コイル64が巻回されたボビン66が一体的に係合され、ボビン66全体が囲繞されている状態にある。
【0057】
また、ボビン66の略中央部には軸線方向に沿って貫通した挿入孔80が形成され、前記挿入孔80の上部には磁性金属製材料によって円筒状に形成される固定部材70が挿入されるとともに、前記固定部材70の下方には、ガイド部材20のガイド部44が挿入されている。
【0058】
前記固定部材70は、その上部の略中央部にねじ部82が上方に向かって突出するように形成されている。そして、前記ねじ部82がハウジング28の孔部112(後述する)に挿通され、前記ねじ部82の上方からワッシャ84を介してキャップナット68が螺合されることにより固定部材70がハウジング28に対して一体的に連結されている。
【0059】
また、固定部材70の下面の略中央部には、上方に向かって所定深さだけ窪んだ凹部86が形成されている。
【0060】
可動部材18は磁性金属製材料によって形成され、ガイド部44の内部を変位自在に設けられる略円柱状の本体部88と、前記本体部88の上面略中央部に突出して形成される突出部90と、前記本体部88の下方に形成されるシャフト部92と、前記シャフト部92の下方に半径外方向に拡径して形成され、弁座部34に着座・離間自在に設けられる弁体部94とからなる。
【0061】
前記突出部90は、本体部88よりも縮径して形成されるとともに、可動部材18が上方へ変位した際、固定部材70の凹部86の内部に挿入される。なお、前記突出部90の軸線方向に沿った高さは、前記凹部86の軸線方向に沿った深さと略同等もしくは若干小さくなるように形成されている。
【0062】
シャフト部92は前記突出部90よりもさらに縮径して形成され、前記シャフト部92の下部から下方に向かって徐々に拡径したテーパ状となり、その下端に円盤状の弁体部94が形成されている。
【0063】
前記弁体部94は、連通室30の内周面に沿って摺動自在に設けられ、その外周側の上面から上方に向かって所定長だけ突出したばね受部96が形成されている。なお、弁体部94の外周面と連通室30の内周面との間には、所定間隔離間したクリアランスが形成されている。
【0064】
弁体部94の上面とガイド部材20のフランジ部46との間にはばね部材98が介装され、前記ばね部材98は、そのばね力によって可動部材18の弁体部94を弁座部34に着座させる方向に付勢している。なお、前記ばね部材98は、ガイド部材20のストッパ部48の外周面によって軸線方向に沿ってガイドされている。そのため、ばね部材98が軸線方向に沿って伸縮する際、前記ストッパ部48によるガイド作用下に前記ばね部材98を軸線方向に沿ってより一層確実に伸縮させることができる。
【0065】
また、弁体部94の上面とガイド部材20のフランジ部46との間に介装されるばね部材98は、その一端部がフランジ部46の内周側に形成されるストッパ部48と前記フランジ部46の外周側に形成されるインロー部50との間に装着されているため、フランジ部46の下面から脱抜することが防止されるとともに、その他端部が弁体部94のばね受部96によって弁体部94から脱抜することが防止される。
【0066】
さらに、弁体部94の下面には、その下面から所定深さだけ窪んだ環状の第1装着溝100を介して第1シート部(弾性部材)102が装着されるとともに、前記弁体部94の上面には、その上面より所定深さだけ窪んだ環状の第2装着溝104を介して第2シート部(弾性部材)106が装着されている。前記第1および第2シート部102、106は弾性材料(例えば、ゴム)から形成されている。
【0067】
前記第1シート部102は、弁体部94が弁座部34に着座した際に、前記弁座部34に当接する位置に装着され、第2シート部106は弁体部94が上方に変位してその上面がストッパ部48に当接した際に、前記ストッパ部48の下面に当接する位置に装着されている。
【0068】
また、前記第1および第2装着溝100、104は、弁体部94の内部に軸線方向に沿って形成される連通孔108を介して連通している。そして、第1および第2シート部102、106は、前記連通孔108の内部に装填される弾性材料からなる連結部110によって一体的に連結されている。すなわち、第1および第2シート部102、106は、弾性材料を第1および第2装着溝100、104に充填して固化させることにより形成されている。その際、例えば、第1装着溝100に弾性材料を充填することにより前記弾性材料が連通孔108を介して第2装着溝104にも充填されるため、第1および第2シート部102、106を容易に一体成形して簡便かつ効率的に装着することができる。
【0069】
ハウジング28は磁性金属製材料により形成され、カバー部材24を上部から囲繞するように装着されている。前記ハウジング28の上方の略中央部には孔部112が形成され、前記孔部112には固定部材70(後述する)の上面に設けられるねじ部82が挿通され、前記ねじ部82にはワッシャ84を介してキャップナット68が螺合されている。そして、前記固定部材70がハウジング28に対して一体的に連結される。
【0070】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用排出弁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。
【0071】
図1に示されるように、燃料電池システム200において排出弁10は、エアー排出口210とエアー排出部208とを接続するエアー排出用通路、または水素排出口218と水素排出部216との間の通路の適宜の位置に設けられ、排出弁10の導入ポート12(図2および図3参照)には、前記エアー排出用通路または前記通路に接続されている。そして、導出ポート14(図2および図3参照)は、図示しないチューブ等と接続されている。
【0072】
図2は、コイル64に対してコネクタ部58を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、可動部材18の弁体部94の第1シート部102が弁座部34に着座して導入ポート12と導出ポート14との連通が遮断されたオフ状態(弁閉状態)を示している。
【0073】
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ネクタ部58の端子60を介してコイル64に通電することにより前記コイル64が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル64から可動部材18の本体部88へと向かい、再びコイル64へと復帰して周回するように発生する。
【0074】
そして、図3に示されるように、可動部材18がばね部材98のばね力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、前記可動部材18の下部に形成された弁体部94の第1シート部102が弁座部34より離間する。
【0075】
そして、弁体部94に装着された第2シート部106がガイド部材20のストッパ部48に当接して変位終端位置となる。なお、その際、弾性材料からなる第2シート部106によって弁体部94が変位終端位置まで変位した際の衝撃が緩和されるとともに、その衝撃音が低減される。
【0076】
その結果、排出弁10がオフ状態からオン状態(弁開状態)へと切り換わる。従って、導入ポート12から導入される水素、エアー等の流体および/または残留水が導入ポート12から弁体部94と連通室30の内周面との間のクリアランスを介して前記連通室30の内部へと挿入され、導出ポート14を介して継手部材38から外部へと排出される。
【0077】
また、このようなオン状態において、前記流体および/または残留水の外部への排出を停止する場合には、再び可動部材18の弁体部94を弁座部34に着座させて導入ポート12と導出ポート14との連通が遮断されたオフ状態とする。
【0078】
この場合には、図示しない電源よりコイル64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64が非励磁状態となり、可動部材18の本体部88に付勢されていた上方への変位力がなくなる。
【0079】
そのため、可動部材18がばね部材98のばね力によって下方へと押圧され、前記可動部材18の弁体部94における第2シート部106がストッパ部48の下面から離間する。その際、前記ストッパ部48の下面に弁体部94の第2シート部106が当接した状態において、ストッパ部48の下面に形成された切欠部54によって弁体部94の第2シート部106の上面とストッパ部48の下面との間に予め非接触部分(空間)が設けられるため、前記弁体部94の第2シート部106とストッパ部48とが貼り付くことが防止される。そのため、弁体部94を下方へと変位させる際、第2シート部106をストッパ部48の下面から確実かつ容易に離間させることができ、前記可動部材18を下方に向かって円滑に変位させることができる。
【0080】
そして、可動部材18の弁体部94の第1シート部102を弁座部34に着座させることにより、導入ポート12と導出ポート14の連通が遮断された状態となる。その結果、エアー供給用通路または水素供給通路を介して排出弁10へと導入される水素、エアー等の流体および/または残留水の排出弁10からの排出が停止される。
【0081】
以上のように、本実施の形態では、ガイド部材20のフランジ部46の下面には、下方に向かって延在するストッパ部48が形成され、可動部材18がソレノイド部26の励磁作用下に上方へと変位した際、その上面に当接することにより前記可動部材18と一体的に形成された弁体部94の変位を規制している。そのため、前記可動部材18が上方に変位した場合においても、前記可動部材18がストッパ部48によって軸線方向への変位が規制されて、可動部材18がその上方に配設された固定部材70に接触することが防止される。
【0082】
また、前記ストッパ部48をガイド部材20におけるフランジ部46およびガイド部44と一体的に形成しているため、それぞれを別体に設けた場合と比較して部品点数を削減することができるとともに、ガイド部材20をカバー部材24、バルブボディ16およびプレート部材22の内部に組み付ける際の組み付け作業性を向上させることができ、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【0083】
さらに、ガイド部材20のストッパ部48の下面に所定深さだけ窪んだ切欠部54を設け、前記切欠部54を周方向に沿って所定角度離間して複数設けることにより、可動部材18が上方へと変位して、前記可動部材18の弁体部94の上面に装着された第2シート部106がストッパ部48の下面に当接した場合においても、前記切欠部54によって弁体部94の第2シート部106の上面とストッパ部48の下面との間に非接触部分(空間)ができる。換言すると、前記切欠部54によって前記第2シート部106の上面とストッパ部48の下面とが、その接触面全体で接触することを防止している。
【0084】
そのため、前記弁体部94の第2シート部106とストッパ部48とが貼り付くことが防止され、弁体部94を下方へと変位させる際、第2シート部106をストッパ部48の下面から確実かつ容易に離間させることができ、前記可動部材18を下方に向かって円滑に変位させることができる。
【0085】
さらにまた、可動部材18の弁体部94の上面とガイド部材20のフランジ部46との間にばね部材98を介装し、前記ばね部材98の内周側をストッパ部48の外周面に当接するように配設することにより、前記ストッパ部48は、弁体部94の上方への変位を規制する機能を有するとともに、ばね部材98のガイド機能を兼ね備えている。そのため、別個にばね部材98をガイドする部材を設けることがないため部品点数が増大することがない。
【0086】
またさらに、ガイド部材20のフランジ部46の下面にインロー部50を一体的に設け、その外周面をバルブボディ16の内部に形成される連通室30の内周面に当接するように挿入することにより、バルブボディ16に対するガイド部材20の位置決めを確実に行うことができる。そのため、ガイド部材20の内部を軸線方向に沿って変位する弁体部94を有する可動部材18の軸心と、バルブボディ16において前記弁体部94に対向する位置に形成される弁座部34の軸心とを容易に一致させて組み付け精度を向上させることができる。
【0087】
そして、前記インロー部50をガイド部材20に一体的に設けているため、部品点数を削減することができるとともに、前記連通室30の内周面に当接するようにガイド部材20のインロー部50を挿入することにより、ガイド部材20をバルブボディ16に対して簡便に組み付けることができる。その結果、組み付け作業性を向上させることができ、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【0088】
また、ガイド部材20のフランジ部46の上部に、ボビン66の内部に挿入される円筒状のガイド部44が形成され、その内部のガイド孔52に可動部材18の本体部88を挿通自在に設けている。そのため、前記ガイド孔52によって可動部材18の本体部88が軸線方向に沿ってガイドされ、前記可動部材18の本体部88をより一層確実に軸線方向に沿って変位させることができる。
【0089】
また、前記ガイド部44をガイド部材20におけるフランジ部46およびストッパ部48と一体的に形成しているため、それぞれを別体に設けた場合と比較して部品点数を削減することができるとともに、ガイド部材20をカバー部材24、バルブボディ16およびプレート部材22の内部に組み付ける際の組み付け作業性を向上させることができ、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【0090】
さらに、可動部材18の第1装着溝100に弾性材料からなる第1シート部102を装着することにより、弁体部94が下方に変位して弁座部34に着座した際、前記第1シート部102が弁座部34の上面に密着することにより一層確実に連通室30の内部の気密を保持することができる。
【0091】
さらにまた、前記弁体部94の上面に第2装着溝104を介して弾性材料からなる第2シート部106を装着することによって、弁体部94が上方に変位してストッパ部48に当接した際の弁体部94に生じる衝撃を緩和するとともに、当接した時に発生する衝撃音を低減することができる。
【0092】
またさらに、第1および第2シート部102、106を連通孔108を介して一体的に成形することにより、製造工程を短縮するとともに、コストを低減することができる。また、第1および第2シート部102、106は、連通孔108の内部に充填されて固化された連結部110によって一体的に連結されているため、第1および第2シート部102、106がそれぞれ第1および第2装着溝100、104から脱抜することが防止される。
【0093】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【0094】
すなわち、ガイド部材に弁体部の弁座から離間する方向への変位を規制する係止部を設けることにより、可動部材の弁体部が弁座から離間する方向に変位した際、前記可動部材が変位作用下に固定部材に接触することが防止される。
【0095】
また、前記係止部をガイド部材に対して一体的に形成しているため、部品点数を削減することができ、コストを低減することができるとともに、ガイド部材を組み付ける際の組み付け作業性を向上することができる。
【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排出弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
【図3】図2の排出弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
10…排出弁 12…導入ポート
14…導出ポート 16…バルブボディ
18…可動部材 20…ガイド部材
22…プレート部材 24…カバー部材
26…ソレノイド部 28…ハウジング
44…ガイド部 46…フランジ部
48…ストッパ部 54…切欠部
66…ボビン 70…固定部材
88…本体部 92…シャフト部
94…弁体部 98…ばね部材
100…第1装着溝 102…第1シート部
104…第2装着溝 106…第2シート部
110…連結部
Claims (8)
- 燃料電池における反応ガスおよび/または残留水を排出する燃料電池用電磁弁において、
前記反応ガスおよび/または残留水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および/または残留水が排出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、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内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、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し、一端部側に形成される弁体部が弁座に対して着座・離間自在に設けられる可動部材と、
前記バルブボディと前記ソレノイド部との内部に配設されるとともに、前記可動部材が挿通自在に設けられ、前記弁体部が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部を有するガイド部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項1記載の燃料電池用電磁弁において、
前記係止部には、前記弁体部が当接する端面に所定深さだけ窪んだ切欠部が形成されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項1記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体部と前記ガイド部材との間には、前記弁体部を前記弁座の方向に付勢するばね部材が介装され、前記ばね部材が前記係止部の外周側に配設されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項1記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ガイド部材には、前記バルブボディ側に突出するインロー部が形成され、前記インロー部の外周面が前記バルブボディの内周面に当接するように挿入されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項1記載の燃料電池用電磁弁において、
前記ガイド部材には、前記ソレノイド部の内部に挿入され、前記可動部材が前記ソレノイド部の励磁作用下に変位する際、前記可動部材を軸線方向に沿ってガイドするガイド部を有することを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項1記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弁体部には、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。 - 請求項6記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体部の一端面の反対側となる他端面に装着されることを特徴とする燃料電池用電磁弁。 - 請求項7記載の燃料電池用電磁弁において、
前記弾性部材は、前記弁体部の一端面側に装着される一方と、前記弁体部の他端面側に装着される他方とが、前記弁体部の内部に形成される連通孔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。
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