JP2006153215A - Solenoid valve for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
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及び/又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。 The present invention relates to a solenoid valve for a fuel cell that discharges reaction gas and / or residual water supplied to the fuel cell to the outside, for example, in a fuel cell system.
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が複数個積層されたスタックを備えている。このように構成されたスタックを運転するに際しては、前記セルの各アノードに燃料として水素が供給される一方、各カソードに酸化剤としてエアーが供給される。そして、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。 A solid polymer membrane fuel cell includes a stack in which a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode and a cathode from both sides are stacked. When operating the stack thus configured, hydrogen is supplied as fuel to each anode of the cell, while air is supplied as oxidant to each cathode. Then, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode move through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode and cause an electrochemical reaction at the cathode to generate power.
このスタックを含む燃料電池システムは、例えば、カソード側に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、該エアーの圧力に応じた圧力でアノード側に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。 The fuel cell system including the stack includes, for example, an air compressor for supplying air to the cathode side, and further uses the air pressure as a signal pressure to supply hydrogen to the anode side at a pressure corresponding to the air pressure. A pressure control valve is provided to adjust the pressure of the reaction gas on the anode side relative to the cathode side of the fuel cell to a predetermined pressure to ensure a predetermined power generation efficiency and control the flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell By doing so, a predetermined output is set.
この技術に関連し、本出願人は、エアー排出口とエアー排出部とを接続するエアー排出用通路、又は、水素排出部と水素排出口との間の通路の適宜の位置に設けられ、反応ガス及び/又は残留水を排出するための燃料電池用排出弁を提案している(特許文献1参照)。 In connection with this technology, the present applicant is provided with an air discharge passage connecting the air discharge port and the air discharge portion or an appropriate position in the passage between the hydrogen discharge portion and the hydrogen discharge port. A fuel cell discharge valve for discharging gas and / or residual water has been proposed (see Patent Document 1).
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、耐久性に優れるとともに製造歩留まりが良好であり、しかも、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。 The present invention has been made in connection with the above proposal, and an object thereof is to provide a solenoid valve for a fuel cell that is excellent in durability, has a good manufacturing yield, and can reduce costs. And
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及び/又は残留水を排出する燃料電池用電磁弁であって、
前記反応ガス及び/又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及び/又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、
一端部が前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材に対向するとともに、前記ソレノイド部の励磁作用下に前記固定部材に接近する方向又は前記固定部材から離間する方向に変位する可動部材と、
前記可動部材の他端部に連結されるとともに、前記可動部材が変位することに伴って弁座に対して着座又は離間する弁体部材と、
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て前記可動部材が挿入され、前記弁体部材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。
To achieve the above object, the present invention provides a solenoid valve for a fuel cell that discharges a reaction gas and / or residual water in the fuel cell,
A valve body having an introduction port through which the reaction gas and / or residual water is introduced, and a lead-out port through which the reaction gas and / or residual water introduced from the introduction port is discharged;
A solenoid portion provided inside the housing connected to the valve body, and having an exciting action by an electric current;
One end portion faces a fixed member provided inside the solenoid portion, and a movable member that is displaced in a direction approaching the fixed member or a direction away from the fixed member under the excitation action of the solenoid portion,
A valve body member connected to the other end of the movable member and seated or separated from the valve seat as the movable member is displaced;
A guide member that is disposed inside the valve body and the solenoid part and has a locking part for restricting displacement in a direction in which the movable member is inserted and the valve body member is separated from the valve seat;
It is characterized by providing.
弁体は、通常、可動部材と同一部材として一体成形される。可動部材は、励磁によって変位可能とするべく磁性金属で構成されるので、必然的に、弁体も磁性金属で構成される。 The valve body is usually integrally formed as the same member as the movable member. Since the movable member is made of magnetic metal so as to be displaceable by excitation, the valve body is inevitably also made of magnetic metal.
これに対し、本発明においては、可動部材と弁体部材とが別部材として構成される。従って、弁体部材を安価な金属材で構成することができ、これによりコストを低廉化することができる。 On the other hand, in this invention, a movable member and a valve body member are comprised as a separate member. Therefore, the valve body member can be made of an inexpensive metal material, thereby reducing the cost.
また、弁体部材を、例えば、耐食性に優れる金属材から構成することにより、この燃料電池用電磁弁を燃料電池システムから残留水を排出する用途に用いた場合であっても、十分な耐久性を確保することができる。すなわち、燃料電池用電磁弁の寿命を長期化させることができる。 In addition, by configuring the valve body member from, for example, a metal material having excellent corrosion resistance, even when this fuel cell solenoid valve is used for the purpose of discharging residual water from the fuel cell system, sufficient durability is achieved. Can be secured. That is, the life of the fuel cell solenoid valve can be extended.
なお、このような金属材の好適な例としてはステンレス鋼が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。 In addition, although a stainless steel is mentioned as a suitable example of such a metal material, it is not specifically limited to this.
しかも、可動部材は、例えば、円柱体形状等の比較的単純な形状をなし、このため、複雑な形状の弁体部と同一部材として一体成形された従来からの可動部材に比してハンドリングが容易である。従って、例えば、可動部材の側周壁にフッ素コーティングを行う場合等、打痕や傷が発生することを回避することが容易となる。このため、燃料電池用電磁弁の製造歩留まりも向上する。 In addition, the movable member has a relatively simple shape, such as a cylindrical body, and is therefore handled more easily than a conventional movable member integrally formed as the same member as the valve body portion having a complicated shape. Easy. Therefore, for example, when the side peripheral wall of the movable member is coated with fluorine, it becomes easy to avoid the occurrence of dents and scratches. For this reason, the manufacturing yield of the fuel cell solenoid valve is also improved.
可動部材と弁体部材とは、ねじを介して連結することが好ましい。この場合、弁体部材に経年変化が生じて該弁体部材の交換が必要になった際、交換を容易に行うことができるからである。 The movable member and the valve body member are preferably connected via a screw. In this case, when the valve body member changes over time and the valve body member needs to be replaced, the replacement can be easily performed.
また、可動部材の側周壁に、該可動部材の軸線方向に沿って溝を設けることが好ましい。これにより、可動部材が固定部材に接近する方向に変位する際には、可動部材と固定部材の間のクリアランスに存在する流体が溝を介して迅速に導出される。その一方で、可動部材が固定部材から離間する方向に変位する際には、可動部材と固定部材の間のクリアランスに流体が溝を介して迅速に導入される。このため、可動部材の変位速度が大きくなり、結局、燃料電池用電磁弁の応答速度を大きくすることができる。 Moreover, it is preferable to provide a groove in the side wall of the movable member along the axial direction of the movable member. Thereby, when the movable member is displaced in the direction approaching the fixed member, the fluid existing in the clearance between the movable member and the fixed member is quickly led out through the groove. On the other hand, when the movable member is displaced in a direction away from the fixed member, the fluid is rapidly introduced into the clearance between the movable member and the fixed member via the groove. For this reason, the displacement speed of the movable member is increased, and eventually the response speed of the fuel cell solenoid valve can be increased.
本発明によれば、可動部材と弁体部材とが別部材として構成される。従って、弁体部材を、例えば、安価で耐食性に優れる金属材で構成することができ、これにより、十分な耐久性を示す燃料電池用電磁弁を低コストで得ることができる。 According to the present invention, the movable member and the valve body member are configured as separate members. Therefore, the valve body member can be made of, for example, a metal material that is inexpensive and excellent in corrosion resistance, and thus a fuel cell electromagnetic valve exhibiting sufficient durability can be obtained at low cost.
また、弁体部材が可動部材と別体であるので、弁体部材に経時変化が生じたとしても、該弁体部材のみを交換することができる。このため、ランニングコストも低廉化することができる。 Further, since the valve body member is separate from the movable member, even if the valve body member changes with time, only the valve body member can be replaced. For this reason, running cost can also be reduced.
しかも、可動部材と弁体部材とが別体であるので可動部材のハンドリングが容易であり、このため、例えば、可動部材の側周壁にフッ素コーティング等を行う場合、同一部材内に弁体部が設けられた可動部材に比して、打痕や傷が発生することを容易に回避することができる。このため、燃料電池用電磁弁の製造歩留まりも向上する。 In addition, since the movable member and the valve body member are separate, the movable member is easy to handle.For this reason, for example, when fluorine coating or the like is performed on the side peripheral wall of the movable member, the valve body portion is provided in the same member. As compared with the provided movable member, it is possible to easily avoid the occurrence of dents and scratches. For this reason, the manufacturing yield of the solenoid valve for fuel cells is also improved.
以下、本発明に係る燃料電池用電磁弁につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a solenoid valve for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に、本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁が組み込まれた燃料電池システム200を示す。なお、この燃料電池システム200は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
FIG. 1 shows a
燃料電池システム200は、例えば、高分子を素材とした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むことによって形成されたセルが複数個積層されることによって設けられた燃料電池スタック202を含む。
The
前記セルの各カソードには、酸化剤として酸素を含むエアーが供給され、一方、各アノードには、燃料として水素が供給される。すなわち、カソード側には、酸化剤供給部204からのエアーが供給されるエアー供給口206と、該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。その一方で、アノード側には、燃料供給部212からの水素が供給される水素供給口214と、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。なお、本実施の形態で用いられる反応ガスには、水素、エアー、余剰水素が含まれるものとする。
Each cathode of the cell is supplied with air containing oxygen as an oxidant, while each anode is supplied with hydrogen as a fuel. That is, on the cathode side, there is an
エアー供給口206に接続されたエアー供給用通路219においては、前記酸化剤供給部204と、放熱部220と、カソード加湿部222とが上流側からこの順序で介装されている。
In the
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)及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酸素を含有するエアーを断熱圧縮して圧送する。この断熱圧縮の際にエアーが加熱される。このように加熱された圧縮エアーが、燃料電池スタック202の暖機に貢献する。
The
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る。酸化剤供給部204から供給されたエアーは、該放熱部220に設けられた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冷却される。すなわち、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。
The
カソード加湿部222は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を透過させることにより、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へと供給する。加湿されたエアーは燃料電池スタック202に供給され、これに伴って該燃料電池スタック202の固体高分子電解質膜に水分が付与されることによって、該膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
The
一方、前記水素供給口214に接続された水素供給通路223には、前記燃料供給部212と、圧力制御部224と、エゼクタ226と、アノード加湿部228とが上流側からこの順序で介装されている。また、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。
On the other hand, in the hydrogen supply passage 223 connected to the
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される水素が貯蔵される。
The
圧力制御部224は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなる。
The
ここで、この圧力制御部224には、圧力制御用バイパス通路232を介してエアーが供給される。すなわち、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。これに伴い、水素の圧力を調整する必要が生じる。このため、圧力制御用バイパス通路232からのエアーの圧力をパイロット圧(信号圧)として、圧力制御部224の出口側圧力である二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。
Here, air is supplied to the
なお、図1から諒解されるように、圧力制御部224には、放熱部220によって冷却されたエアーが供給される。
As understood from FIG. 1, the air cooled by the
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。ノズル部からディフューザ部に向かって水素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水素が吸引される。エゼクタ226で混合された水素及び排出水素はアノード加湿部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水素は、エゼクタ226を介して循環するように設けられている。
The
このように、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水素は、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水素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。
As described above, the unreacted discharged hydrogen discharged from the
アノード加湿部228は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を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。すなわち、水素もエアー同様に加湿された状態で燃料電池スタック202に供給され、これにより、前記固体高分子電解質膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
The
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)等が車両外部に排出される。
For example, a
このように構成された燃料電池スタック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。
In the
そして、本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁は、以上のような構成の燃料電池システム200において、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、及び/又は、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接続され、反応ガス及び/又は残留水を排出する。勿論、エアー排出部208及び/又は水素排出部216に組み込んでもよい。
In the
本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁(以下、排出弁ともいう)の概略全体縦断面図を図2に示す。この排出弁10は、導入ポート12及び導出ポート14が設けられたバルブボディ16と、該バルブボディ16の上部にガイド部材18、プレート部材20、カバー部材22を介して連結された断面略逆U字状のハウジング24と、該ハウジング24の内部に設けられたソレノイド部26と、このソレノイド部26の内部に設けられた固定部材28と、該固定部材28に対して接近又は離間するとともに前記ガイド部材18に変位自在に挿入された可動部材30と、該可動部材30の一端部に連結された弁体部材32とを有する。このうち、ガイド部材18は、後述するように、弁体部材32の変位量を規制する。
FIG. 2 shows a schematic overall vertical cross-sectional view of a fuel cell solenoid valve (hereinafter also referred to as a discharge valve) according to the present embodiment. The
バルブボディ16は金属製材料から形成され、上流側の前記導入ポート12から下流側の前記導出ポート14に至るまでの間に、これら導入ポート12と導出ポート14とを連通する連通室34と、弁座部36とが設けられている。カソード加湿部222又はアノード加湿部228(図1参照)のエアー供給用通路又は水素供給通路を通過した反応ガス及び/又は残留水は、導入ポート12から連通室34を経由して、導出ポート14から外部へと排出される。
The
導入ポート12は、バルブボディ16の側面に半径方向外方へ突出するように形成され、該導入ポート12の内部には、底部が連通室34側を臨むようにしてフィルタ38が装着されている。導入ポート12から導入される反応ガス及び/又は残留水に塵埃等が含まれていた場合、フィルタ38によって塵埃等が除去され、これにより、該塵埃等が排出弁10の連通室34に進入することが防止される。
The
導出ポート14は、前記導入ポート12に対して略180°離間する位置でバルブボディ16の側面に突出するように形成される。この導出ポート14には、例えば、継手部材を介してチューブ(いずれも図示せず)等が接続される。
The lead-out
弁座部36は、連通室34の下面から上方に向かって所定長だけ突出するように形成されている。この弁座部36に対しては、後述するように、前記弁体部材32を構成する円盤部40が着座・離間する。
The
ガイド部材18は、バルブボディ16の上部に連結されたフランジ部42を有し、該フランジ部42の下端面には、ストッパ部(係止部)44とインロー部46が内周側からこの順序で設けられている。これらストッパ部44及びインロー部46は、所定間隔で互いに離間した円筒体であり、下方に向かって突出形成されている。
The
ここで、ストッパ部44は、フランジ部42の下面側に下方に向かって延在するように形成され、弁体部材32が可動部材30とともにソレノイド部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、前記円盤部40の上面がストッパ部44の下端面に当接して係止され、変位終端位置となる。なお、ストッパ部44の軸線方向に沿う長さは、円盤部40の上面がストッパ部44の下面に当接した際、固定部材28の凹部48に挿入される可動部材30の突出部50が、該凹部48の天井面に接触しないように設定される。
Here, the
インロー部46の外周径は、バルブボディ16の連通室34の内周径と略同一径となるように形成されている。このため、ガイド部材18をバルブボディ16の上部へと組み付ける際、インロー部46を連通室34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18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18の内部に設けられる可動部材30とバルブボディ16の弁座部36との軸心を容易に一致させることができる。
The outer diameter of the
このように構成されたストッパ部44とインロー部46との間には、前記ガイド部材18と、弁体部材32の円盤部40との間に介装されるコイルスプリング52の一端部が挟持されている。
One end portion of a
なお、バルブボディ16の上面には環状溝が設けられており、該環状溝にはシール部材54aが挿入されている。このシール部材54aにより、バルブボディ16とフランジ部42との間がシールされている。
An annular groove is provided on the upper surface of the
フランジ部42の上端面には、軸線方向に沿って薄板円筒状に延在するとともに、後述するボビン56の内部に挿入される比較的長尺なガイド部58が設けられている。このガイド部58は、前記ストッパ部44に比して若干小径に形成されている。
A relatively
このガイド部58の内部には、前記可動部材30が軸線方向に沿って変位する際にガイドするガイド孔60が形成されている。また、ガイド部58は、外周壁面がボビン56の内周面及びプレート部材20の貫通孔62に当接するように挿入されるとともに、先端部が固定部材28に設けられた大径部64の下端面に当接している。
A
また、プレート部材20の上面、ガイド部58が挿入されるカバー部材22の装着孔66、及びガイド部58の外周壁面によって囲繞される空間には、環状のシール部材54bが装着されている。このシール部材54bによって、ソレノイド部26の内部の気密が保持されている。
An
プレート部材20は磁性金属製材料によって環状に形成され、ガイド部材18の上部に一体的に連結されている。そして、プレート部材20の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔62が形成され、該貫通孔62には、ガイド部材18のガイド部58が挿通されている。
The
プレート部材20の上部に連結されたカバー部材22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70が設けられている。前記コネクタ部70には、その内部に一端部が露呈するように金属材からなる端子72が設けられ、該端子72は、カバー部材22の内部を介してソレノイド部26のボビン56に接続されている。なお、この端子72は、図示しないリード線を介して前記電源に接続されている。
On the side surface of the
また、カバー部材22の上端面には、半径方向内側に突出した張出部74が形成され、該張出部74の上端面に形成された環状溝には、シール部材54cが装着されている。このシール部材54cにより、カバー部材22とハウジング24との間のシールがなされる。換言すれば、ハウジング24の内部の気密が保持される。
Further, a protruding
ソレノイド部26は、その外周面にコイル76が巻回されるとともにカバー部材22の内周壁に当接するように環状に配設された前記ボビン56と、該ボビン56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30と、前記ハウジング24の上部にキャップナット78を介して一体的に連結され、可動部材30と対向するように配設される固定部材28とを有する。
The
ボビン56の下端部及び上端部には、それぞれ、半径方向外方へと拡径するように第1拡径部80及び第2拡径部82が形成されている。
A first enlarged-
第1拡径部80には環状溝84が設けられており、該環状溝84には、カバー部材22の下端面に設けられた凸部86が係合されている。一方、第2拡径部82の上端面は、前記張出部74の下端面に当接している。すなわち、カバー部材22の内部においては、コイル76が巻回されたボビン56が一体的に係合されており、これによりボビン56全体がカバー部材22によって囲繞されている状態にある。
An
ボビン56の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿入孔88が形成されている。この挿入孔88には、その上部に前記固定部材28が挿入されるとともに、下部にガイド部材18のガイド部58が挿入される。上記したように、ガイド部58の先端部は、固定部材28に設けられた大径部64の下端面に当接している。
An
固定部材28は、磁性金属製材料によって円筒状に形成されており、上部の略中央部には、ねじ部90が上方に向かって突出するように形成されている。ハウジング24の上方略中央部に設けられた孔部92に挿通されるとともに突出したこのねじ部90の上方には、ワッシャ94を介して前記キャップナット78が螺合される。これにより、固定部材28がハウジング24に対して一体的に連結される。
The fixing
また、固定部材28の下面の略中央部には、上方に向かって所定深さだけ陥没した凹部48が形成されている。
In addition, a
可動部材30は略円柱体形状であり、側周壁には、軸線方向に沿って2本のV溝96が互いに180°離間する位置に設けられている。該V溝96が存在することにより、可動部材30と固定部材28の間のクリアランスと、連通室34とが連通する。
The
この可動部材30も、固定部材28と同様に磁性金属製材料によって形成されており、ガイド部58の内部を変位自在である。なお、この可動部材30において、固定部材28側を臨む上端面略中央部には、突出部50が突出形成されている。
The
この突出部50は、可動部材30の本体に比して若干小径に形成されるとともに、可動部材30が上方へ変位した際、固定部材28の凹部48に挿入される。なお、突出部50の軸線方向に沿った高さは、凹部48の軸線方向に沿った深さと略同等もしくは若干小さい程度に設定されている。
The protruding
また、可動部材30の下端部側には小径部100が設けられており、この小径部100の先端面(可動部材30の下端面)からプレート部材20の軸線方向略中央に至るまで、ねじ孔102が設けられている。
Further, a small diameter portion 100 is provided on the lower end portion side of the
弁体部材32は、可動部材30に比して小径のシャフト部104を有し、該シャフト部104には、ねじ部106が形成されている。このねじ部106が前記ねじ孔102に螺合されることにより、弁体部材32が可動部材30に連結されている。
The
また、弁体部材32は、シャフト部104の下部から下方に向かって徐々に拡径するテーパ部108を有し、前記円盤部40は、該テーパ部108の先端(図2における下端)に形成されている。上記したように、この円盤部40の下端面が、弁座部36に対して着座又は離間する。なお、円盤部40は、連通室34の内周面との間に所定のクリアランスが生じた状態で該連通室34に挿入されている。
Further, the
また、円盤部40の上端面には、上方に向かって所定長だけ突出したばね受部110が形成されている。
Further, the upper end surface of the
このように構成される弁体部材32は、例えば、ステンレス鋼等の安価で耐食性に優れる金属材から作製されている。
The
円盤部40の下面には、該下面から所定深さだけ窪んだ環状の第1装着溝112が設けられており、該第1装着溝112には、弾性部材からなる第1シート114が装着される。円盤部40の上面にも同様に、該上面から所定深さだけ窪んだ環状の第2装着溝116が設けられ、この第2装着溝116に弾性部材からなる第2シート118が装着される。これら第1シート114及び第2シート118の好適な材質としては、ゴムが例示される。
An annular first mounting
第1シート114は、円盤部40が弁座部36に着座した際に該弁座部36に当接する位置に装着され、一方、第2シート118は円盤部40が上方に変位して上端面がストッパ部44に当接した際に、前記ストッパ部44の先端面に当接する位置に装着されている。
The
第1装着溝112及び第2装着溝116は、円盤部40の内部に軸線方向に沿って形成される連通孔120を介して連通している。そして、第1シート114及び第2シート118は、連通孔120の内部に装填される弾性材料からなる連結シート122によって一体的に連結されている。すなわち、第1シート114及び第2シート118は、第1装着溝112及び第2装着溝116に弾性材料を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112に弾性材料を充填することによって、該弾性材料が連通孔120を介して第2装着溝116にも充填される。このため、第1シート114、連結シート122、及び第2シート118を容易に一体成形して簡便且つ効率的に装着することができる。
The
また、この一体形成により、第1シート114及び第2シート118がそれぞれ第1装着溝112及び第2装着溝116から脱落することが防止される。
In addition, the integral formation prevents the
円盤部40の上端面とガイド部材18のフランジ部42の下端面との間に介装された前記コイルスプリング52は、その弾発力によって弁体部材32を弁座部36に着座させる方向に付勢している。なお、コイルスプリング52は、ガイド部材18のストッパ部44の外周面によって軸線方向に沿ってガイドされている。このため、コイルスプリング52は、ストッパ部44によって確実にガイドされながら、換言すれば、位置ずれを起こすことなく、軸線方向に沿って伸縮する。
The
また、コイルスプリング52は、一端部がストッパ部44とインロー部46との間に挟持されることにより、フランジ部42の下端面から脱落することが防止されている。その一方で、他端部が円盤部40の上端面に設けられたばね受部110に堰止されており、これにより、コイルスプリング52が円盤部40から脱落することが防止される。
The
ハウジング24は、磁性金属製材料により形成され、カバー部材22を上部から囲繞するように装着されている。
The
本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁(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。 The fuel cell solenoid valve (discharge valve) 10 according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Next, the operation and effects thereof will be described.
図1に示される燃料電池システム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、又は水素排出口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2参照)には、前記エアー排出用通路又は前記通路に接続されている。そして、導出ポート14(図2参照)には、図示しないチューブ等が接続されている。
In the
図2は、コイル76に対して電流を供給していない状態、すなわち、非励磁状態にあり、可動部材30の先端部に連結された弁体部材32の円盤部40(第1シート114)が弁座部36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弁閉状態を示している。
FIG. 2 shows a state in which no current is supplied to the
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70の端子72を介してコイル76に通電することにより該コイル76が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル76から可動部材30へと向かい、再びコイル76へと復帰して周回するように発生する。
In such an off state, a power source (not shown) is energized to energize the
これにより、可動部材30がコイルスプリング52の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、これに伴い、該可動部材30の先端部に連結された弁体部材32も上方に変位して、最終的に、弁体部材32を構成する円盤部40(第1シート114)が弁座部36から離間する。
As a result, the
そして、円盤部40に装着された第2シート118がガイド部材18のストッパ部44に当接して変位終端位置となる。なお、この際、弾性材料からなる第2シート118によって円盤部40が変位終端位置まで変位した際の当接が緩和されるとともに、その当接音が低減される。
Then, the
同時に、可動部材30の突出部50が固定部材28の凹部48に挿入される。
At the same time, the
このようにして円盤部40が弁座部36から離間することにより、排出弁10が弁開状態となる。これに伴って反応ガス及び/又は残留水が導入ポート12から導入され、円盤部40と連通室34の内周面との間のクリアランスを介してバルブボディ16の内部に進入し、導出ポート14を介して外部へと排出される。
Thus, when the
反応ガス及び/又は残留水の外部への排出を停止する場合には、図示しない電源からコイル76への通電を停止することにより、該コイル76を非励磁状態とする。これにより可動部材30に付勢されていた上方への変位力が喪失し、同時に、可動部材30がコイルスプリング52によって下方へと弾発付勢され、弁体部材32の円盤部40における第2シート118がストッパ部44の下端面から離間する。その結果、円盤部40が弁座部36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る。すなわち、図2に示す状態に戻る。
When stopping the discharge of the reaction gas and / or residual water to the outside, the
この際、円盤部40の第1装着溝112に装着された第1シート114が弁座部36の上面に密着し、これにより、連通室34の気密が一層確実に保持される。
At this time, the
以上により、エアー供給用通路又は水素供給通路からの反応ガス及び/又は残留水の排出弁10を介しての排出が停止される。
Thus, the discharge of the reaction gas and / or the residual water from the air supply passage or the hydrogen supply passage through the
可動部材30及び弁体部材32が上方に変位する間、固定部材28と可動部材30の間のクリアランスに存在する流体は、可動部材30の側周壁に設けられたV溝96を介して連通室34へと速やかに流通する。このため、流体が固定部材28と可動部材30との間のクリアランスに滞留することがなく、従って、滞留した気体によって可動部材30が押圧されて変位が抑制されることもない。
While the
一方、可動部材30及び弁体部材32が下方に変位する間、固定部材28と可動部材30の間のクリアランスには、連通室34から、可動部材30の側周壁に設けられたV溝96を介して流体が速やかに流通する。このため、可動部材30及び弁体部材32は、前記クリアランスに導入された流体に押圧されて下方に迅速に変位する。
On the other hand, while the
すなわち、可動部材30の側周壁にV溝96を設けることによって可動部材30及び弁体部材32の変位、ひいては弁体部材32の円盤部40の弁座部36への着座・離間が迅速に行われる。結局、排出弁10の応答速度を向上させることができる。
That is, by providing the V-
ここで、本実施の形態においては、弁体部材32を可動部材30と別部材とするとともに、該弁体部材32を、例えば、ステンレス鋼等の耐食性に優れた材質で構成するようにしている。従って、排出弁10が上記のように動作することに伴い、該排出弁10の内部に湿潤反応ガスや残留水が通過しても、弁体部材32が腐食することが著しく抑制される。このため、排出弁10の耐久性が向上し、寿命が長期化する。
Here, in the present embodiment, the
また、弁体部材32を安価なステンレス鋼等で構成することができるので、コスト的に有利である。
Moreover, since the
さらに、長期間にわたる運転によって弁体部材32が経年変化し、交換が必要となった場合であっても、ねじを介して弁体部材32と可動部材30とを連結しているので、交換を著しく容易に行うことができる。しかも、弁体部材32のみを交換すればよいので、弁体部が一体成形された可動部材を交換する場合に比して、排出弁10のランニングコストが低廉化する。
Furthermore, even if the
その上、この場合、可動部材30は、比較的単純な円柱体形状であり、このため、弁体部材32と同様の複雑な形状の弁体部と同一部材である従来からの可動部材に比してハンドリングが著しく容易となる。従って、例えば、可動部材30の側周壁にフッ素コーティングを行う場合等において、可動部材30に打痕や傷が発生することを容易に回避することができる。
In addition, in this case, the
また、本実施の形態では、ストッパ部44、インロー部46、フランジ部42及びガイド部58をガイド部材18、すなわち、同一部材と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るとともに、ガイド部材18をカバー部材22、バルブボディ16及びプレート部材20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。
In the present embodiment, since the
そして、弁体部材32の円盤部40の上端面とガイド部材18のフランジ部42との間にコイルスプリング52を介装し、該コイルスプリング52の内周側をストッパ部44の外周面に当接するように配設することにより、このストッパ部44がコイルスプリング52をガイドする役割を営む。このため、別個にコイルスプリング52をガイドする部材を設ける必要がないので、部品点数が増大することもない。
A
さらにまた、ガイド部材18のフランジ部42の下端面にインロー部46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34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18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18の内部を軸線方向に沿って変位する可動部材30の軸心と、バルブボディ16において円盤部40に対向する位置に形成される弁座部36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。従って、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。しかも、このインロー部46もガイド部材18に一体的に設けられているので、部品点数を一層削減することができる。
Furthermore, an
また、ガイド部材18のフランジ部42の上部に、ボビン56の内部に挿入される円筒状のガイド部58が形成され、その内部のガイド孔60に可動部材30を変位自在に挿入している。このため、ガイド孔60で可動部材30が軸線方向に沿ってガイドされるので、可動部材30の変位を確実に軸線方向とすることができる。
Further, a
なお、上記した実施の形態においては、可動部材30の側周壁にV溝96を設けるようにしているが、溝の形状は特にこれに限定されないことはいうまでもない。
In the above-described embodiment, the V-
また、V溝96等の溝の本数も2本に限定されるものではなく、1本であってもよいし、3本以上であってもよい。
Further, the number of grooves such as the
10…燃料電池用電磁弁(排出弁) 12…導入ポート
14…導出ポート 16…バルブボディ
18…ガイド部材 20…プレート部材
22…カバー部材 24…ハウジング
26…ソレノイド部 28…固定部材
30…可動部材 32…弁体部材
34…連通室 36…弁座部
40…円盤部 42…フランジ部
44…ストッパ部(係止部) 46…インロー部
52…コイルスプリング 56…ボビン
58…ガイド部 70…コネクタ部
72…端子 76…コイル
96…V溝 98…緩衝材
102…ねじ孔 106…ねじ部
114、118、122…シート
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反応ガス及び/又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及び/又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、
一端部が前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材に対向するとともに、前記ソレノイド部の励磁作用下に前記固定部材に接近する方向又は前記固定部材から離間する方向に変位する可動部材と、
前記可動部材の他端部に連結されるとともに、前記可動部材が変位することに伴って弁座に対して着座又は離間する弁体部材と、
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て前記可動部材が挿入され、前記弁体部材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。 A fuel cell solenoid valve for discharging a reaction gas and / or residual water in a fuel cell,
A valve body having an introduction port through which the reaction gas and / or residual water is introduced, and a lead-out port through which the reaction gas and / or residual water introduced from the introduction port is discharged;
A solenoid portion provided inside the housing connected to the valve body, and having an exciting action by an electric current;
One end portion faces a fixed member provided inside the solenoid portion, and a movable member that is displaced in a direction approaching the fixed member or a direction away from the fixed member under the excitation action of the solenoid portion,
A valve body member connected to the other end of the movable member and seated or separated from the valve seat as the movable member is displaced;
A guide member that is disposed inside the valve body and the solenoid part and has a locking part for restricting displacement in a direction in which the movable member is inserted and the valve body member is separated from the valve seat;
A solenoid valve for a fuel cell, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004347455A JP2006153215A (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | Solenoid valve for fuel cell |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014122701A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Mac Valves Inc | Multi-port normally open modular valve with thread-in seat |
CN116906608A (en) * | 2023-09-06 | 2023-10-20 | 深圳市瑞能实业股份有限公司 | Battery formation negative pressure control box and battery formation negative pressure system |
-
2004
- 2004-11-30 JP JP2004347455A patent/JP2006153215A/en active Pending
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