JP2005273704A - Valve device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively prevent a movable part from freezing and improve startability by a simple and economical structure. <P>SOLUTION: A valve device 48 is provided with a lead-in flow passage 56 leading in exhaust gas, a lead-out flow passage 60 leading out the exhaust gas, and a merging flow passage 62 merging the lead-in flow passage 56 and the lead-out flow passage 60. The merging flow passage 62 is provided with an open and close mechanism 64. A predetermined gap H is formed between a end part 68a of a valve element 68 and an upper part wall part 78 at a position where the valve element 68 constructing the open close mechanism 64 separates from a valve seat 66 and gets closest to the upper part wall part 78 constructing the merging flow passage 62. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、燃料電池の発電に使用された反応ガスを、排ガスとして前記燃料電池から排出する排ガスラインに設けられる弁装置に関する。   The present invention relates to, for example, a valve device provided in an exhaust gas line that discharges reaction gas used for power generation of a fuel cell as exhaust gas from the fuel cell.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合している。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane with a separator. Each of the anode side electrode and the cathode side electrode has a noble metal-based electrode catalyst layer bonded to a base material mainly composed of carbon.

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。   In this fuel cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

ところで、このような燃料電池では、発電状態が長時間継続されることで不純物が蓄積したり、アノード側電極面を水が覆い、反応ガスが十分に供給されないことにより、発電電圧が低下するという問題がある。従って、燃料電池の寿命を維持しつつ、効率的な発電状態を維持するため、燃料ガスや酸化剤ガスの流量及び圧力を適切に制御して供給するとともに、水を含む排ガスを適切なタイミングで外部に排出(所謂、パージ)する必要がある。   By the way, in such a fuel cell, the power generation state continues for a long time, so that impurities accumulate, the anode side electrode surface is covered with water, and the reaction gas is not sufficiently supplied, so that the power generation voltage decreases. There's a problem. Therefore, in order to maintain an efficient power generation state while maintaining the life of the fuel cell, the flow rate and pressure of the fuel gas and the oxidant gas are appropriately controlled and supplied, and the exhaust gas containing water is supplied at an appropriate timing. It is necessary to discharge (so-called purge) to the outside.

上記のパージに使用される弁機構は、排水を行うために水蒸気や水滴と常に接触しており、氷点下で使用する際に凍結するおそれがある。特に、弁機構の可動部が凍結すると、この弁機構が動作不能になってしまう。このため、可動部の解凍が行われるまで、弁機構の機能も停止しており、該解凍のために時間がかかって前記弁機構の起動が迅速に遂行されないという問題がある。   The valve mechanism used for the purge is always in contact with water vapor or water droplets for drainage, and may freeze when used below freezing. In particular, when the movable part of the valve mechanism freezes, the valve mechanism becomes inoperable. For this reason, the function of the valve mechanism is also stopped until the movable portion is thawed, and there is a problem that it takes time for the thaw to start the valve mechanism quickly.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている技術的思想を採用することが考えられる。特許文献1では、図5に示すように、バルブ1を構成するケース部2には、第1ポート部3aと第2ポート部3bとが上下に形成されるとともに、前記第1及び第2ポート部3a、3bは、空間部4より連通している。この空間部4の下部側には、テーパ部4aが連通している。   Therefore, for example, it is conceivable to adopt the technical idea disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, as shown in FIG. 5, a first port portion 3 a and a second port portion 3 b are formed on the case portion 2 constituting the valve 1 in the vertical direction, and the first and second ports are formed. The portions 3 a and 3 b communicate with the space portion 4. A tapered portion 4 a communicates with the lower side of the space portion 4.

空間部4には、弁体5が進退可能に配設されている。この弁体5の平坦形状の上流側端部5aは、第1ポート部3aを開閉自在であり、該弁体5の先細り形状の下流側端部5bは、テーパ部4aに密着して第2ポート部3bを開閉自在である。   A valve body 5 is disposed in the space 4 so as to be able to advance and retract. The flat upstream end portion 5a of the valve body 5 can freely open and close the first port portion 3a, and the tapered downstream end portion 5b of the valve body 5 is in close contact with the taper portion 4a to be second. The port 3b can be opened and closed freely.

弁体5には、上流側端部5a側の外周部に突部6が設けられている。この突部6の一端側とケース部2との間には、スプリング7が介装される一方、前記突部6の他端部と前記ケース部2との間には、形状記憶合金スプリング8が介装されている。形状記憶合金スプリング8の外周には、ケース部2を周回してヒータコイル9が配設されている。   The valve body 5 is provided with a protrusion 6 on the outer peripheral portion on the upstream end portion 5a side. A spring 7 is interposed between one end side of the protrusion 6 and the case part 2, while a shape memory alloy spring 8 is interposed between the other end part of the protrusion 6 and the case part 2. Is intervening. On the outer periphery of the shape memory alloy spring 8, a heater coil 9 is disposed around the case portion 2.

形状記憶合金スプリング8は、設定温度以下、例えば、0℃以下では、スプリング7の付勢力に抗して第1ポート部3aと第2ポート部3bとを連通し、バルブ1内に水が溜まることを阻止している。そして、バルブ1を駆動する際には、ヒータコイル9が通電されて発熱し、形状記憶合金スプリング8が設定温度以上に加熱されることにより、前記バルブ1が正常動作を行うことができる、としている。   The shape memory alloy spring 8 communicates the first port portion 3a and the second port portion 3b against the urging force of the spring 7 at a set temperature or lower, for example, 0 ° C. or lower, and water accumulates in the valve 1. It is preventing that. When the valve 1 is driven, the heater coil 9 is energized to generate heat, and the shape memory alloy spring 8 is heated to a set temperature or higher so that the valve 1 can operate normally. Yes.

実開平2−63015号公報(図1)Japanese Utility Model Publication No. 2-63015 (FIG. 1)

しかしながら、上記の特許文献1では、形状記憶合金スプリング8を設定温度以上に加熱するために、ヒータコイル9に通電しなければならない。これにより、相当の熱量が必要となって経済的ではなく、しかも始動性が低下するという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, the heater coil 9 must be energized in order to heat the shape memory alloy spring 8 to a set temperature or higher. Accordingly, there is a problem that a considerable amount of heat is required, which is not economical and the startability is deteriorated.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、可動部の凍結を有効に阻止することができ、始動性に優れる弁装置を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a valve device that can effectively prevent freezing of a movable part with a simple and economical configuration and is excellent in startability.

本発明に係る弁装置は、ガスが導入される導入流路と、前記ガスが導出される導出流路と、前記導入流路と前記導出流路とが合流する合流流路と、前記合流流路に設けられ、該合流流路を開放及び閉塞自在な開閉機構とを備えている。   The valve device according to the present invention includes an introduction channel into which a gas is introduced, a derivation channel from which the gas is derived, a merging channel in which the introduction channel and the derivation channel merge, and the merging flow And an opening / closing mechanism that is provided in the passage and can freely open and close the merging passage.

そして、開閉機構は、駆動部の作用下に進退可能な弁体と、前記弁体が着座して合流流路を閉塞する弁座とを設けるとともに、前記弁体が前記弁座から離間して前記合流流路を構成する壁部に最接近する位置で、前記弁体の端部と前記壁部との間に隙間が形成されている。   The opening / closing mechanism includes a valve body that can advance and retreat under the action of the drive unit, and a valve seat that the valve body is seated to close the merging flow path, and the valve body is separated from the valve seat. A gap is formed between the end portion of the valve body and the wall portion at a position closest to the wall portion constituting the merge channel.

また、駆動部は、合流流路から液密に保持されるとともに、前記駆動部には、弁体が壁部に最接近する位置で該弁体を停止させるストッパが設けられることが好ましい。   Further, it is preferable that the driving unit is held in a liquid-tight manner from the merging channel, and the driving unit is provided with a stopper for stopping the valve body at a position where the valve body is closest to the wall portion.

さらに、壁部は、弁体の上方に設けられるとともに、前記壁部に対向する前記弁体の端部は、下方に向かって傾斜する傾斜上端面を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the wall portion is provided above the valve body, and the end portion of the valve body facing the wall portion has an inclined upper end surface that is inclined downward.

さらにまた、弁装置は、燃料電池から使用済みの燃料ガスを排出する排ガスラインである燃料ガス排出ラインに配設されるパージ弁を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the valve device includes a purge valve disposed in a fuel gas discharge line which is an exhaust gas line for discharging used fuel gas from the fuel cell.

本発明では、弁体が合流流路を構成する壁部に最接近する位置で、前記弁体の端部と前記壁部との間に隙間が形成されるため、前記弁体の端部と前記壁部との間に水分が滞留することがない。これにより、滞留した水分が凍結して弁体が壁部に固着されることを確実に阻止することができる。従って、弁装置は、簡単且つ経済的に構成することが可能になるとともに、凍結を阻止して始動性の向上が容易に図られる。   In the present invention, a gap is formed between the end portion of the valve body and the wall portion at a position where the valve body is closest to the wall portion constituting the merging flow path. Moisture does not stay between the walls. Thereby, it can prevent reliably that the water | moisture content which stayed freezes and a valve body adheres to a wall part. Therefore, the valve device can be configured simply and economically, and freezing is prevented to easily improve startability.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る弁装置が組み込まれる燃料電池システム20の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 20 in which a valve device according to a first embodiment of the present invention is incorporated.

燃料電池システム20は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、燃料電池スタック22を備える。この燃料電池スタック22は、複数の燃料電池24を矢印A方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート26a、26bが配置されており、前記エンドプレート26a、26bが図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられている。   The fuel cell system 20 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, and includes a fuel cell stack 22. In the fuel cell stack 22, a plurality of fuel cells 24 are stacked in the direction of arrow A, and end plates 26a and 26b are disposed at both ends in the stacking direction. It is tightened to.

燃料電池24は、例えば、固体高分子電解質膜28aの両側にアノード側電極28bとカソード側電極28cとを配置した電解質膜・電極構造体28と、前記電解質膜・電極構造体28を挟持する一対のセパレータ30、32とを備える。アノード側電極28bには、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが供給される一方、カソード側電極28cには、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含む空気が供給される。   The fuel cell 24 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure 28 in which an anode side electrode 28b and a cathode side electrode 28c are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane 28a, and a pair sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 28. Separators 30 and 32. For example, hydrogen gas is supplied to the anode side electrode 28b as a fuel gas, while air containing oxygen, for example, is supplied to the cathode side electrode 28c as an oxidant gas.

エンドプレート26aには、燃料電池24に水素ガスを供給するための水素供給口34aと、反応(発電)に使用された水素ガスを、排ガスとして前記燃料電池24から排出するための水素排出口34bとが設けられる。エンドプレート26bには、燃料電池24に空気を供給するための空気供給口36aと、反応に使用された空気を、排ガスとして前記燃料電池24から排出するための空気排出口36bとが設けられる。   The end plate 26a has a hydrogen supply port 34a for supplying hydrogen gas to the fuel cell 24, and a hydrogen discharge port 34b for discharging the hydrogen gas used for the reaction (power generation) from the fuel cell 24 as exhaust gas. And are provided. The end plate 26b is provided with an air supply port 36a for supplying air to the fuel cell 24 and an air discharge port 36b for discharging the air used for the reaction from the fuel cell 24 as exhaust gas.

燃料電池システム20は、燃料電池スタック22に水素含有ガスを供給する水素供給流路38と、前記燃料電池スタック22から排出される排ガスをパージするための排ガスラインである水素排出流路(燃料ガス排出ライン)40とを備える。水素供給流路38には、高圧水素を貯留する水素タンク42と、前記水素タンク42から供給される水素ガスの圧力を減圧するレギュレータ44とが配設される。   The fuel cell system 20 includes a hydrogen supply passage 38 for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel cell stack 22 and a hydrogen discharge passage (fuel gas) that is an exhaust gas line for purging the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 22. Discharge line) 40. The hydrogen supply channel 38 is provided with a hydrogen tank 42 for storing high-pressure hydrogen and a regulator 44 for reducing the pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 42.

水素排出流路40には、第1の実施形態に係る弁装置48が配設される。弁装置48は、図2に示すように、本体部52と駆動部54とを備える。本体部52には、排ガスが導入される導入流路56と、前記排ガスを廃棄するためのパージ流路58に該排ガスを排出する導出流路60と、前記導入流路56と前記導出流路60とが合流する合流流路62とが設けられる。導入流路56には、網目状のフィルタ63が装着されている。   A valve device 48 according to the first embodiment is disposed in the hydrogen discharge channel 40. As shown in FIG. 2, the valve device 48 includes a main body portion 52 and a drive portion 54. The main body 52 has an introduction flow path 56 for introducing exhaust gas, a discharge flow path 60 for discharging the exhaust gas to a purge flow path 58 for discarding the exhaust gas, the introduction flow path 56 and the discharge flow path. A merging flow path 62 that merges with 60 is provided. A mesh-like filter 63 is attached to the introduction channel 56.

合流流路62には、この合流流路62を開放及び閉塞自在な開閉機構64が設けられる。合流流路62には、弁座66が設けられるとともに、前記弁座66には、開閉機構64を構成する駆動部54の作用下に、矢印B方向に進退自在な弁体68が着座する。   The merging channel 62 is provided with an opening / closing mechanism 64 that can freely open and close the merging channel 62. A valve seat 66 is provided in the merging flow path 62, and a valve body 68 that can move forward and backward in the direction of arrow B is seated on the valve seat 66 under the action of the drive unit 54 that constitutes the opening / closing mechanism 64.

駆動部54は、例えば、ソレノイド部69を備え、このソレノイド部69の励磁作用下にシャフト70が軸線方向(矢印B方向)に進退変位する。シャフト70は、コア部材71に挿入されており、このシャフト70の端部には、プランジャ72が係合する。シャフト70の途上には、駆動部54と合流流路62とを液体の透過を許容することなく液密に仕切るダイヤフラム(隔膜部材)74が装着される。プランジャ72は、スプリング75を介して矢印B2方向に付勢されている。   The drive unit 54 includes, for example, a solenoid unit 69, and the shaft 70 moves forward and backward in the axial direction (arrow B direction) under the excitation action of the solenoid unit 69. The shaft 70 is inserted into the core member 71, and a plunger 72 is engaged with the end portion of the shaft 70. A diaphragm (diaphragm member) 74 that partitions the drive unit 54 and the merging flow path 62 in a liquid-tight manner without allowing liquid to pass therethrough is mounted on the shaft 70. The plunger 72 is urged in the direction of arrow B <b> 2 via a spring 75.

シャフト70の小径端部70aには、弁体68が装着される。弁体68の下面には、環状の弾性部材76が固着され、この弾性部材76は、弁座66に着座した際に弾性変形して確実なシールを行う。   A valve body 68 is attached to the small diameter end portion 70 a of the shaft 70. An annular elastic member 76 is fixed to the lower surface of the valve body 68, and this elastic member 76 is elastically deformed when seated on the valve seat 66 to provide a reliable seal.

図3に示すように、合流流路62の上流側において、弁体68が弁座66から離間して前記合流流路62を構成する上部壁部78に最接近する位置(矢印B2方向のストロークエンド)で、前記弁体68の端部68aと前記上部壁部78との間には、所定の隙間(クリアランス)Hが形成される。弁体68の上部と上部壁部78との間には、スプリング80が介装される。   As shown in FIG. 3, on the upstream side of the merging channel 62, the valve body 68 is separated from the valve seat 66 and is closest to the upper wall portion 78 constituting the merging channel 62 (stroke in the direction of arrow B2). A predetermined gap (clearance) H is formed between the end 68 a of the valve body 68 and the upper wall 78. A spring 80 is interposed between the upper portion of the valve body 68 and the upper wall portion 78.

駆動部54には、弁体68が上部壁部78に最接近する位置で該弁体68を停止させるために、ゴム等の絶縁体製ストッパ81が設けられる。このストッパ81は、プランジャ72の上端面に取り付けられる。   In order to stop the valve element 68 at the position where the valve element 68 is closest to the upper wall part 78, the drive unit 54 is provided with an insulating stopper 81 made of rubber or the like. The stopper 81 is attached to the upper end surface of the plunger 72.

合流流路62の下流側を構成する下部壁部82には、開閉機構64の可動部であるシャフト70に連結されるダイヤフラム74と、前記ダイヤフラム74を囲繞するとともに、該ダイヤフラム74の高さよりも低い周回溝部84とが設けられる。   A lower wall 82 that forms the downstream side of the merging channel 62 surrounds the diaphragm 74 that is connected to the shaft 70 that is a movable part of the opening / closing mechanism 64, and surrounds the diaphragm 74 and is higher than the height of the diaphragm 74. A low circumferential groove 84 is provided.

図1に示すように、燃料電池システム20は、燃料電池スタック22に空気を供給する空気供給流路90と、前記燃料電池スタック22から排出される未使用の空気を含む排ガスを、外部に廃棄するための空気排出流路92とを備える。空気供給流路90には、空気を圧縮して供給するためにスーパーチャージャ(又はポンプ)94が設けられる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 20 disposes an air supply flow path 90 for supplying air to the fuel cell stack 22 and exhaust gas containing unused air discharged from the fuel cell stack 22 to the outside. And an air discharge channel 92. The air supply channel 90 is provided with a supercharger (or pump) 94 for compressing and supplying air.

このように構成される燃料電池システム20の動作について、弁装置48との関連で以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 20 configured as described above will be described below in relation to the valve device 48.

図1に示すように、水素タンク42から水素供給流路38に供給される水素ガスは、レギュレータ44を介して所定の圧力に減圧されて燃料電池スタック22の水素供給口34aに供給される。水素供給口34aに供給された水素は、各燃料電池24を構成するアノード側電極28bに沿って移動した後、未使用の水素を含む排ガスが、水素排出口34bから水素排出流路40に排出される。   As shown in FIG. 1, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 42 to the hydrogen supply channel 38 is reduced to a predetermined pressure via the regulator 44 and supplied to the hydrogen supply port 34 a of the fuel cell stack 22. After the hydrogen supplied to the hydrogen supply port 34a moves along the anode side electrode 28b constituting each fuel cell 24, the exhaust gas containing unused hydrogen is discharged from the hydrogen discharge port 34b to the hydrogen discharge channel 40. Is done.

一方、スーパーチャージャ94を介して空気供給流路90に空気が供給される。この空気は、空気供給口36aから各燃料電池24のカソード側電極28cに供給され、未使用の空気を含む排ガスが、空気排出口36bから空気排出流路92に排出される。これにより、各燃料電池24では、アノード側電極28bに供給される水素と、カソード側電極28cに供給される空気中の酸素とが反応して発電が行われる。   On the other hand, air is supplied to the air supply channel 90 via the supercharger 94. This air is supplied from the air supply port 36 a to the cathode side electrode 28 c of each fuel cell 24, and exhaust gas containing unused air is discharged from the air discharge port 36 b to the air discharge channel 92. Thereby, in each fuel cell 24, the hydrogen supplied to the anode side electrode 28b and the oxygen in the air supplied to the cathode side electrode 28c react to generate power.

水素排出流路40に排出された排ガスは、弁装置48の導入流路56に導入される。弁装置48では、図2に示すように、ソレノイド部69が滅勢されており、弁体68が矢印B1方向に付勢されて、弾性部材76が弁座66に着座している。従って、導入流路56と導出流路60とは、互いに閉塞されている。   The exhaust gas discharged into the hydrogen discharge channel 40 is introduced into the introduction channel 56 of the valve device 48. In the valve device 48, as shown in FIG. 2, the solenoid portion 69 is deenergized, the valve body 68 is urged in the direction of the arrow B1, and the elastic member 76 is seated on the valve seat 66. Therefore, the introduction channel 56 and the outlet channel 60 are closed with each other.

そこで、水素排出流路40に進入した窒素や過剰な水分をこの水素排出流路40から排出(パージ)する際には、開閉機構64を構成する駆動部54が付勢される。すなわち、図3に示すように、ソレノイド部69の励磁作用下に、シャフト70が矢印B2方向に変位する。これにより、シャフト70の小径端部70aに装着されている弁体68が矢印B2方向に移動し、弾性部材76が弁座66から離間する一方、プランジャ72のストッパ81がコア部材71に当接する。   Therefore, when nitrogen or excess water that has entered the hydrogen discharge flow path 40 is discharged (purged) from the hydrogen discharge flow path 40, the drive unit 54 constituting the opening / closing mechanism 64 is energized. That is, as shown in FIG. 3, the shaft 70 is displaced in the direction of the arrow B <b> 2 under the excitation action of the solenoid unit 69. As a result, the valve body 68 attached to the small-diameter end portion 70a of the shaft 70 moves in the arrow B2 direction, and the elastic member 76 is separated from the valve seat 66, while the stopper 81 of the plunger 72 contacts the core member 71. .

従って、合流流路62が開放されて導入流路56と導出流路60とが連通する。このため、導入流路56に導入された排ガスは、合流流路62から導出流路60を介してパージ流路58に排出され、この排ガスに混在する窒素や水分が廃棄される。   Therefore, the merging channel 62 is opened, and the introduction channel 56 and the outlet channel 60 communicate with each other. For this reason, the exhaust gas introduced into the introduction flow path 56 is discharged from the merge flow path 62 to the purge flow path 58 via the discharge flow path 60, and nitrogen and moisture mixed in the exhaust gas are discarded.

この場合、第1の実施形態では、弁体68が上部壁部78に最接近する位置に至る際、前記弁体68の端部68aと前記上部壁部78との間には、所定の隙間Hが形成されている(図3参照)。これにより、弁体68の端部68aと上部壁部78との間には、水分が滞留することがなく、滞留した水分が凍結して前記弁体68が前記上部壁部78に固着されることを確実に阻止することができる。   In this case, in the first embodiment, when the valve body 68 reaches the position closest to the upper wall portion 78, a predetermined gap is provided between the end 68 a of the valve body 68 and the upper wall portion 78. H is formed (see FIG. 3). As a result, moisture does not stay between the end portion 68 a of the valve body 68 and the upper wall portion 78, and the retained water freezes and the valve body 68 is fixed to the upper wall portion 78. This can be reliably prevented.

さらに、駆動部54と合流流路62とは、ダイヤフラム74を介して液密に仕切られるとともに、この駆動部54には、弁体68が上部壁部78に最接近する位置で該弁体68を停止させるために、ストッパ81が設けられている。従って、合流流路62内で可動部と固定部とが接触する部位がなく、前記可動部と前記固定部とが凍結することを可及的に阻止することが可能になる。   Furthermore, the drive unit 54 and the merging channel 62 are liquid-tightly partitioned via a diaphragm 74, and the valve body 68 is located at a position where the valve body 68 is closest to the upper wall portion 78. In order to stop the operation, a stopper 81 is provided. Therefore, there is no portion where the movable portion and the fixed portion are in contact with each other in the merge channel 62, and it is possible to prevent the movable portion and the fixed portion from freezing as much as possible.

これにより、第1の実施形態では、開閉機構64の可動部における凍結を確実に防止することができ、簡単且つ経済的な構成で、始動性の向上を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。   Thereby, in 1st Embodiment, the freezing in the movable part of the opening-and-closing mechanism 64 can be prevented reliably, and the startability can be easily improved with a simple and economical configuration. Is obtained.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る弁装置100の断面図である。なお、第1の実施形態に係る弁装置48と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the valve device 100 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the valve device 48 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

合流流路62には、開閉機構102が設けられるとともに、この開閉機構102は、弁座66に着座する弁体104を備える。上部壁部78に対向する弁体104の上端部は、下方に向かって傾斜する略円錐形状部(傾斜上端面)106を構成している。   The confluence channel 62 is provided with an opening / closing mechanism 102, and the opening / closing mechanism 102 includes a valve body 104 seated on the valve seat 66. The upper end portion of the valve body 104 facing the upper wall portion 78 constitutes a substantially conical portion (inclined upper end surface) 106 that is inclined downward.

このように構成される第2の実施形態では、弁体104の上端部に略円錐形状部106が設けられており、この上端部に水が滞留することを確実に阻止することができる。従って、弁体104の凍結が一層確実に防止され、弁装置100の始動が円滑に遂行されるという効果が得られる。   In the second embodiment configured as described above, the substantially conical portion 106 is provided at the upper end of the valve body 104, and water can be reliably prevented from staying at the upper end. Therefore, freezing of the valve body 104 can be prevented more reliably, and the valve device 100 can be started smoothly.

なお、第2の実施形態では、傾斜上端部として略円錐形状部106を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、片側にのみ傾斜するカッター形状の傾斜上部に設定してもよい。   In addition, in 2nd Embodiment, although the substantially cone-shaped part 106 is employ | adopted as an inclination upper end part, it is not limited to this, For example, it sets to the inclination upper part of the cutter shape which inclines only to one side. Also good.

また、第1及び第2の実施形態では、弁装置48、100が燃料電池システム20に組み込まれているが、これに限定されるものではない。   In the first and second embodiments, the valve devices 48 and 100 are incorporated in the fuel cell system 20, but the present invention is not limited to this.

本発明の第1の実施形態に係る弁装置が組み込まれる燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in which a valve device according to a first embodiment of the present invention is incorporated. 前記弁装置の断面図である。It is sectional drawing of the said valve apparatus. 前記弁装置の動作を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining operation | movement of the said valve apparatus. 本発明の第2の実施形態に係る弁装置の断面図である。It is sectional drawing of the valve apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1に係るバルブの断面図である。It is sectional drawing of the valve | bulb which concerns on patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

20…燃料電池システム 22…燃料電池スタック
24…燃料電池 26a、26b…エンドプレート
28…電解質膜・電極構造体 30、32…セパレータ
34a…水素供給口 34b…水素排出口
38…水素供給流路 40…水素排出流路
42…水素タンク 44…レギュレータ
48、100…弁装置 52…本体部
54…駆動部 56…導入流路
58…パージ流路 60…導出流路
62…合流流路 64、102…開閉機構
66…弁座 68、104…弁体
76…弾性部材 78…上部壁部
81…ストッパ 106…略円錐形状部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell system 22 ... Fuel cell stack 24 ... Fuel cell 26a, 26b ... End plate 28 ... Electrolyte membrane and electrode structure 30, 32 ... Separator 34a ... Hydrogen supply port 34b ... Hydrogen discharge port 38 ... Hydrogen supply flow path 40 ... Hydraulic discharge passage 42 ... Hydrogen tank 44 ... Regulator 48, 100 ... Valve device 52 ... Main body 54 ... Driver 56 ... Introduction passage 58 ... Purge passage 60 ... Outlet passage 62 ... Merging passage 64, 102 ... Opening / closing mechanism 66 ... valve seat 68, 104 ... valve body 76 ... elastic member 78 ... upper wall part 81 ... stopper 106 ... substantially conical shape part

Claims (4)

ガスが導入される導入流路と、
前記ガスが導出される導出流路と、
前記導入流路と前記導出流路とが合流する合流流路と、
前記合流流路に設けられ、該合流流路を開放及び閉塞自在な開閉機構と、
を備え、
前記開閉機構は、駆動部の作用下に進退可能な弁体と、
前記弁体が着座して前記合流流路を閉塞する弁座と、
を設けるとともに、
前記弁体が前記弁座から離間して前記合流流路を構成する壁部に最接近する位置で、前記弁体の端部と前記壁部との間に隙間が形成されることを特徴とする弁装置。
An introduction channel through which gas is introduced;
An outlet channel through which the gas is derived;
A merging channel where the introduction channel and the derivation channel merge;
An opening / closing mechanism that is provided in the merging channel and is capable of opening and closing the merging channel;
With
The opening / closing mechanism includes a valve body that can be advanced and retracted under the action of a drive unit;
A valve seat on which the valve body is seated to close the merging flow path;
And providing
A gap is formed between an end portion of the valve body and the wall portion at a position where the valve body is separated from the valve seat and is closest to a wall portion constituting the merging flow path. Valve device to do.
請求項1記載の弁装置において、前記駆動部は、前記合流流路から液密に保持されるとともに、
前記駆動部には、前記弁体が前記壁部に最接近する位置で該弁体を停止させるストッパが設けられることを特徴とする弁装置。
The valve device according to claim 1, wherein the drive unit is liquid-tightly held from the merging channel,
The drive device is provided with a stopper for stopping the valve body at a position where the valve body is closest to the wall portion.
請求項1又は2記載の弁装置において、前記壁部は、弁体の上方に設けられるとともに、
前記壁部に対向する前記弁体の端部は、下方に向かって傾斜する傾斜上端面を有することを特徴とする弁装置。
The valve device according to claim 1 or 2, wherein the wall portion is provided above the valve body,
An end portion of the valve body facing the wall portion has an inclined upper end surface inclined downward.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の弁装置において、前記弁装置は、燃料電池から使用済みの燃料ガスを排出する燃料ガス排出ラインに配設されるパージ弁を備えることを特徴とする弁装置。

4. The valve device according to claim 1, wherein the valve device includes a purge valve disposed in a fuel gas discharge line for discharging used fuel gas from the fuel cell. 5. Valve device to do.

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