JP2011065762A - 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、燃料電池からガス及び/又は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 gas and / or water from the fuel cell to the outside, for example, in a fuel cell system.
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。 Conventionally, a solid polymer membrane fuel cell is a stack in which a plurality of cells are stacked on a cell formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode and a cathode from both sides (hereinafter referred to as a fuel cell). ), Hydrogen is supplied to the anode as fuel, air is supplied to the cathode as oxidant, and hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode move through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode. As a result, an electrochemical reaction occurs at the cathode to generate electricity.
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を供給するためのエアコンプレッサ等を備え、さらに、このエアの圧力を信号圧として、エア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共に、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。 Such a fuel cell device includes, for example, an air compressor 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, and a predetermined power generation efficiency is ensured. It is set so that a predetermined output can be obtained by controlling the flow rate of the reaction gas supplied to.
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエア流路及び/又は水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部にエア、水素又は水を排出する燃料電池用電磁弁を提案している(特許文献1参照)。 Therefore, the present applicant has proposed a fuel cell solenoid valve that is provided at an appropriate position of the air flow path and / or the hydrogen flow path in the fuel cell and discharges air, hydrogen, or water to the outside of the fuel cell. (See Patent Document 1).
かかる燃料電池用電磁弁は、エア等が流通可能な開弁状態と、エア等が流通不能な閉弁状態と、を切換可能な弁である。ところで、燃料電池システムが複雑化・高機能化するにつれて、燃料電池用電磁弁には様々な機能が望まれるようになってきている。例えば、燃料電池から排出された水素を希釈する希釈器に、希釈用のエアを供給する際に、供給されるエアの流量を調節したいという要望がある。 Such a solenoid valve for a fuel cell is a valve that can switch between a valve open state in which air or the like can flow and a valve closed state in which air or the like cannot flow. By the way, as the fuel cell system becomes complicated and highly functional, various functions have been desired for the fuel cell solenoid valve. For example, when supplying dilution air to a diluter that dilutes hydrogen discharged from a fuel cell, there is a desire to adjust the flow rate of the supplied air.
本発明は、前記要望を鑑みて創案されたものであり、エア等の流体の流量を調節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 view of the above-described demand, and an object thereof is to provide a fuel cell solenoid valve capable of adjusting the flow rate of a fluid such as air.
前記の目的を達成するために、本発明は、流体が導入される導入ポートと、前記流体が導出される導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、前記連通室と前記導出ポートとを連通させる連通路と、前記連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、を備え、前記連通路が、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、前記導出ポートから導出された前記流体が希釈用流体として希釈器へ供給される燃料電池用電磁弁であって、前記導入ポートと前記導出ポートとを直接連通させるリーク通路が、前記連通室及び前記連通路とは別個に設けられており、前記リーク通路は、前記導入ポートと前記導出ポートとが常に連通するように開放されていることを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention includes an introduction port into which a fluid is introduced, a derivation port from which the fluid is led out, a communication chamber provided between the introduction port and the derivation port, A communication passage for communicating the communication chamber and the outlet port; a valve seat provided in the communication chamber-side opening of the communication passage; and a seat that is housed in the communication chamber and separated from the valve seat. A valve portion provided so as to be seatable, and the communication path is opened and closed by the seating / seating of the valve portion with respect to the valve seat, and the fluid led out from the lead-out port is a diluter The fuel cell solenoid valve is provided with a leak passage that directly communicates the introduction port and the lead-out port, and is provided separately from the communication chamber and the communication passage. The introduction port and the lead Wherein the port and is open at all times so as to communicate.
かかる燃料電池用電磁弁は、弁部が弁座に着座した状態(第一の状態)では、連通路が閉塞され、常に導入ポートと導出ポートとが連通するように開放されているリーク通路のみを介して比較的小流量の流体を排出し、弁部が弁座から離座した状態(第二の状態)では、連通路及びリーク通路を介して比較的大流量の流体を排出する。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、希釈器へ供給される希釈用流体の流量を調節することができる。 In such a fuel cell solenoid valve, in a state where the valve portion is seated on the valve seat (first state), only the leak passage that is closed so that the communication passage is closed and the introduction port and the discharge port are always in communication is closed. When a relatively small flow rate fluid is discharged through the valve section and the valve portion is separated from the valve seat (second state), a relatively large flow rate fluid is discharged through the communication path and the leak path. Therefore, the fuel cell solenoid valve can adjust the flow rate of the dilution fluid supplied to the diluter.
また、前記リーク通路は、前記流体が流通するオリフィスを備えることが望ましい。 The leak passage preferably includes an orifice through which the fluid flows.
かかる燃料電池用電磁弁は、リーク通路における流体の流量を好適な量に精度よく設定することができる。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、弁部が弁座に着座した状態において、一定量の流体を排出することができる。 Such a fuel cell solenoid valve can accurately set the flow rate of the fluid in the leak passage to a suitable amount. Accordingly, the fuel cell solenoid valve can discharge a certain amount of fluid in a state where the valve portion is seated on the valve seat.
また、前記リーク通路は、前記連通路に対して垂直に設けられていることが望ましい。 Further, it is desirable that the leak passage is provided perpendicular to the communication passage.
かかる燃料電池用電磁弁は、リーク通路が連通路の出口近傍かつ連通路に対して垂直に設けられているので、導出ポートへ流れる流体が乱流となり、乱流となった流体が希釈用流体として希釈器へ供給されるため、希釈器内において希釈用流体による撹拌が生じ、より好適に希釈が行われるようになる。また、前記燃料電池用電磁弁は、リーク通路を導出ポートと一直線上に設けた場合には、連通路を通じて排出された流体が、リーク通路を通じて排出された流体と連通路の出口近傍で合流して導出ポート方向へ流れるようになるため、連通路を通じて排出された流体が導出ポートの内壁にぶつかることが少なくなり、圧力の損失を小さくすることができる。さらには、リーク通路を水平に配置し、オリフィスを別体構造とすることによって、リーク通路の加工性を向上させることができる。 In such a fuel cell solenoid valve, since the leak passage is provided near the outlet of the communication passage and perpendicular to the communication passage, the fluid flowing to the outlet port becomes a turbulent flow, and the turbulent fluid becomes the dilution fluid. Is supplied to the diluter, the agitation by the diluting fluid occurs in the diluter, and the dilution is more preferably performed. In the fuel cell solenoid valve, when the leak passage is provided in a straight line with the outlet port, the fluid discharged through the communication passage merges with the fluid discharged through the leak passage in the vicinity of the outlet of the communication passage. As a result, the fluid discharged through the communication path does not collide with the inner wall of the outlet port, and the pressure loss can be reduced. Furthermore, the workability of the leak passage can be improved by arranging the leak passage horizontally and making the orifice a separate structure.
本発明によれば、エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solenoid valve for fuel cells which can adjust the flow volume of fluids, such as air, can be provided.
続いて、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムの構成図である。かかる燃料電池システム200は、例えば、自動車等の車両に搭載される。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system including a fuel cell solenoid valve according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 200 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example.
図1に示すように、燃料電池システム200は、燃料電池211と、内部に高圧の水素ガスが充填されており、燃料電池211に対して燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素タンク212と、燃料電池211に対して酸化剤ガス(酸素)を含む圧縮エアを供給するエアコンプレッサ213と、燃料電池211から排出された水素ガスを、燃料電池211から排出されたエア及びエアコンプレッサ213から供給されたエアによって希釈する希釈器214と、を備えている。
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 200 includes a fuel cell 211, a
燃料電池211は、例えば、固体高分子電解質型燃料電池(PEFC)であり、図示しない燃料電池自動車等の車両に搭載される。この燃料電池211は、複数の単セルが積層して構成されたスタック本体(図示せず)を有しており、燃料ガスとして水素ガスが供給されるアノードと、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含むエアが供給されるカソードと、を備えている。 The fuel cell 211 is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and is mounted on a vehicle such as a fuel cell automobile (not shown). This fuel cell 211 has a stack body (not shown) formed by laminating a plurality of single cells, an anode supplied with hydrogen gas as a fuel gas, and an oxidant gas such as oxygen And a cathode to which air containing air is supplied.
水素タンク212と燃料電池211との間には、水素供給通路201が設けられており、水素供給通路201中には、エゼクタ215が配設されている。このエゼクタ215には、燃料電池211から排出された燃料オフガスである未反応の水素(以下、水素オフガスという)をフィードバックさせる循環通路202が接続されており、燃料電池211からフィードバックされた水素オフガスを水素タンク212から供給される水素ガスに混合させて、燃料電池211のアノードに供給する装置である。
A
エアコンプレッサ213と燃料電池211との間には、エア供給通路203が設けられており、エア供給通路203中には、エアコンプレッサ213から供給されたエアを加湿する加湿器216が配設されている。加湿器216によって加湿されたエアは、エア供給通路203を介して燃料電池211のカソードに供給される。
An
燃料電池211と希釈器214との間には、燃料電池211のアノードから排出された水素オフガスを希釈器214に送る水素ガス排出通路204が設けられている。なお、水素ガス排出通路204において、循環通路202との分岐の下流側には、図示しないパージ弁が設けられており、かかるパージ弁によって水素ガス排出通路204を開閉することによって、水素オフガスの流れる方向を切り替えることが可能である。
A hydrogen
燃料電池211と希釈器214との間には、燃料電池211のカソードから排出されたエアを希釈器214に送るエア排出通路205が設けられている。エアコンプレッサ213と希釈器214との間には、エアコンプレッサ213からのエアを希釈用流体として希釈器214へ供給するエア供給通路206が設けられている。エア供給通路206中には、当該エア供給通路206を部分的に開閉する燃料電池用電磁弁1が設けられている。
An
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電磁弁1の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図2は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。図3は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、(a)は閉弁状態を示す図、(b)は開弁状態を示す図である。
Next, an embodiment of the fuel
この燃料電池用電磁弁1は、エアコンプレッサ213で圧縮されたエアを希釈器214に供給するための弁であり、図2に示すように、バルブボディ10と、ガイドボディ20と、カラーガイド30と、樹脂封止体40と、ハウジング50と、ソレノイド部60と、弾性部材80を有する弁体70と、弁座部材90と、を備えている。
The
<バルブボディ10>
図2に示すように、バルブボディ10は、エアコンプレッサ213(図1参照)で圧縮されたエアが導入される導入ポート10aと、導入されたエアが外部へと導出される導出ポート10bと、を有する。バルブボディ10は、金属製材料(例えば、ステンレス鋼)から形成されており、その内部に弁体70が変位自在(ここでは、図の上下方向に変位自在)に設けられている。
<Valve
As shown in FIG. 2, the
導入ポート10aは、エアコンプレッサ213で圧縮されたエアが供給される通路であり、バルブボディ10の内部に形成される連通室10cと、当該連通室10cの側壁10c1にて連通している。本実施形態において、導入ポート10aは、エアが上から供給される通路であり、縦方向に延設された第一の通路10a1と、第一の通路10a1の下流側端部と連通室10cとを連通させるように斜め上方向に向けて延設された第二の通路10a2と、を備える。
導出ポート10bは、連通室10c内のエアが導出される通路であり、連通室10cの底壁10c2に形成された孔部10dに圧入された弁座部材90内の連通路R1を介して、連通室10cと連通している。この連通路R1が開口する弁座部材90の上面は、後記する弁体70の着座部81が着座・離座する弁座面(弁座)91aとして機能している。本実施形態において、連通路R1は、縦方向に延びる通路であり、導出ポート10bは、横方向に延びる通路である。
バルブボディ10は、導入ポート10aと導出ポート10bとを直接連通させるリーク通路10eをさらに有する。このリーク通路10eは、連通室10c及び連通路R1とは別個に形成されており、導入ポート10aと導出ポート10bとが常に連通するように開放されている。また、リーク通路10eには、別体構造であるオリフィス10e1が設けられており、このリーク通路10eを流通するエアの量が一定に設定されている。本実施形態において、リーク通路10eは、第一の通路10a1の下流側端部と導出ポート10bとを連通させるように、導出ポート10bと同じ高さ位置において横方向に延設されており、リーク通路10eと導出ポート10bとは、一直線の通路を構成している。
The
<ガイドボディ20及びカラーガイド30>
ガイドボディ20は、バルブボディ10の上部に連結され、その内部に後記する可動コア64が軸線方向に沿って変位自在に設けられる。ガイドボディ20は、筒状に形成され、内部に可動コア64が変位自在に設けられる円筒部21と、当該円筒部21より半径外方向に突出し、バルブボディ10の上部に連結ボルトB1を介して連結されるフランジ部22と、を備えている。なお、フランジ部22には、周方向に所定間隔離間して形成される複数の孔部(図示せず)を介して連結ボルトB1が挿通され、当該連結ボルトB1がバルブボディ10の上面に螺合されることにより、ガイドボディ20とバルブボディ10とが一体的に連結されている。
<
The
円筒部21の下部は、バルブボディ10の内部に挿入され、前記円筒部21とフランジ部22とが接合する角部とバルブボディ10との間には、シール部材S1が装着されている。これにより、円筒部21が挿入されるバルブボディ10の内部の気密が確実に保持される。
A lower portion of the
また、円筒部21の内部には、略同一直径から筒状に形成されるカラーガイド30の一端部側が挿入され、当該カラーガイド30の一端部に形成される鍔部31が円筒部21の下部に装着されている。このカラーガイド30は、後記する可動コア64を上下方向に沿って案内するガイド機能を有しており、金属製材料から薄板円筒状に形成され、半径外方向に突出した鍔部31の上面が、円筒部21の下面に当接した状態でレーザ溶接等によって強固に固着されている。これにより、円筒部21の内周面がカラーガイド30によって覆われる。
Also, inside the
また、カラーガイド30の鍔部31は、弁体70がガイドボディ20側に向かって変位した際の変位を規制するストッパ機能を備えている。鍔部31の下面(弾性部材80と対向する面)は、平面形状を呈している。また、カラーガイド30の表面は、フッ素コーティング被膜(図示せず)によって被覆されている。
Further, the
また、カラーガイド30の他端部は、ガイドボディ20の円筒部21から突出するように上方に向かって所定長だけ延在し、ソレノイド部60のボビン62(後記する)の内部に挿通されている。
The other end portion of the
<樹脂封止体40>
樹脂封止体40は、後記するコイル61及びボビン62からなるコイル巻線体が樹脂製材料によってモールドされることによって形成され、ガイドボディ20の上部に連結されている。この樹脂封止体40の側面には、ソレノイド部60に電流を供給するための電源(図示せず)に接続されるコネクタ部41が設けられ、当該コネクタ部41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(図示せず)が設けられている。そして、かかる端子は、樹脂封止体40の内部を介してソレノイド部60のコイル61へと接続されている。なお、端子は、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。
<
The
樹脂封止体40の上面には、半径内方向に張り出した張出部42が形成され、当該張出部42の上面に形成された環状溝を介してOリングA1が装着されている。そして、OリングA1が樹脂封止体40と後記するハウジング50との間で挟持されることにより、樹脂封止体40とハウジング50との間の気密が保持される。
On the upper surface of the
<ハウジング50>
ハウジング50は、磁性体からなる金属製材料より断面略U字状に形成され、樹脂封止体40及びガイドボディ20の一部を上部から覆うように装着されている。ハウジング50の上部には、略中央部に孔部51が形成されており、孔部51には、後記する固定コア63の上面に設けられるねじ部63aが挿通されている。このように、ハウジング50を断面略U字状に形成することにより、軽量化を図ることができると共に、使用される材料の量を削減することができるためコストの低減を図ることも可能である。
<
The
また、ハウジング50には、軸線方向に沿って略長方形状に切り欠かれた開口部52が形成されており、コネクタ部41は、かかる開口部52を介してハウジング50の外側に突出している。
The
<ソレノイド部60>
ソレノイド部60は、図2に示すように、樹脂封止体40の内部に配設され、外周面にコイル61が巻回されたボビン62と、樹脂封止体40の上部にキャップナットC1を介して一体的に連結される固定コア63と、固定コア63と対向し、ボビン62の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア64と、固定コア63と可動コア64との間に介装されるリターンスプリング65と、を備えている。
<
As shown in FIG. 2, the
ボビン62は、樹脂封止体40の内周面に当接するように設けられ、その上端部及び下端部には半径外方向へと拡径した第1拡径部62a及び第2拡径部62bがそれぞれ形成されている。そして、ボビン62は、第1拡径部62aと第2拡径部62bとの間にコイル61が巻回された状態で樹脂封止体40の内部にモールドされている。
The
また、ボビン62の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿通孔62cが形成されており、当該挿通孔62cには、ガイドボディ20の円筒部21に固着されたカラーガイド30が挿通されると共に、挿通孔62cの上部には磁性体からなる金属製材料により円柱状に形成された固定コア63が挿入されている。なお、挿通孔62cの内周径は、前記カラーガイド30の外周径と略同等となるように形成されている。
Further, an
固定コア63は、その上部に形成されたねじ部63aが、ハウジング50の孔部51に挿通された後に、ワッシャW1が挿通されてキャップナットC1が螺合される。これにより、固定コア63が樹脂封止体40に一体的に連結される。
The fixed
また、固定コア63の外周面の可動コア64側には、縮径した縮径部63bが形成されており、縮径部63bには、ガイドボディ20に固着されたカラーガイド30の他端部が装着される。詳細には、カラーガイド30は、固定コア63に対してレーザ溶接で溶着されることにより、固定コア63に対して強固に固着されている。
Further, a reduced
これにより、固定コア63、ガイドボディ20及びカラーガイド30という3部品をレーザ溶接等によって一体化することができるため、予め一体化された固定コア63、ガイドボディ20及びカラーガイド30を他部品に組み付けることが可能となり、組み付ける際の組付工数の低減及び作業性の向上を図ることが可能となる。
As a result, the three parts of the fixed
さらに、固定コア63の縮径部63bは、カラーガイド30の厚さ分だけ半径内方向に縮径して形成されているため、縮径部63bに装着されたカラーガイド30の外周面が、固定コア63の外周面と略面一となる。そして、固定コア63の下方には、カラーガイド30を介して可動コア64が挿入されている。
Furthermore, since the reduced
固定コア63の下面には、その略中央部に可動コア64側に向かって突出した凸部63cが形成されており、可動コア64との間に介装されるリターンスプリング65の一端部が係着されている。
On the lower surface of the fixed
可動コア64は、磁性体からなる金属製材料によって円筒状に形成され、固定コア63側となる一端部には所定深さで窪んだスプリング受穴64aが形成されている。スプリング受穴64aと当該スプリング受穴64aと対向する固定コア63の凸部63cとの間には、リターンスプリング65が介装されており、リターンスプリング65の弾発力は、可動コア64を固定コア63から離間させる方向に付勢している。
The
また、可動コア64の外周面には、複数の溝部64bが軸線方向に沿って形成されており、これらの溝部64bは、可動コア63の周方向に沿って所定間隔離間して形成されている。溝部64bは、例えば、断面略V字状となるように形成されている。
A plurality of
このように、可動コア64の外周面に沿って溝部64bを形成することにより、可動コア64が軸線方向に沿って変位する際に、可動コア64と固定コア63との間に存在するエアを、溝部64bを通じて弁体70側へと通気させることができる。そのため、可動コア64と固定コア63との間のエアによって可動コア64の変位抵抗が生じることがなく、可動コア64を円滑に変位させることが可能となる。
Thus, by forming the
一方、可動コア64の内部には、その他端部側に弁体70が連結される小径孔64cと、小径孔64cよりも拡径して形成される大径孔64dとが形成されている。なお、リターンスプリング65が介装されるスプリング受穴64aと小径孔64c及び大径孔64dとは連通している。
On the other hand, inside the
<弁体70及び弁座部材90>
弁体70は、可動コア64に連結されるシャフト部(軸部)71と、当該シャフト部71の下部に形成され、弁座部材91の弁座面91aに着座・離座自在に設けられる弁部72と、を備えている。
<
The
シャフト部71は、金属製材料から形成されており、可動コア64の小径孔64cに圧入される第1軸71aと、当該第1軸71aよりも拡径して可動コア64の大径孔64dに挿入される第2軸71bと、当該第2軸71bよりもさらに拡径して形成され、可動コア64の下端面に係止される第3軸71cと、を備えている。このように、シャフト部71の第1軸71aが可動コア64の小径孔64cに対して圧入されているため、弁体70と可動コア64とが強固に連結された状態となる。
The
弁部72は、バルブボディ10の連通室10cに配設され、シャフト部71の第3軸71cの下部に形成されて当該第3軸71cよりも拡径した拡径部(弁基部)72aと、当該拡径部72aを取り囲むように外装された弾性材料(例えば、フッ素ゴム)からなる弾性部材(弾性体部)80と、を備えている。
The
拡径部72aは、略円盤状に形成され、その外周径は、連通室10cの内周径より小さく形成される。また、拡径部72aには、その上下面間を貫通する複数の連通孔72bが所定間隔離間して形成されている。
The
一方、弾性部材80は、前記拡径部72aを図示しない成形型の内部に載置し、前記成形型に弾性材料を充填させて固化させることにより、拡径部72aの全体を覆うように形成される(弾性材料の連通孔72bへの充填を含む)。
On the other hand, the
この弾性部材80は、拡径部72aの外周面及び下面側に略一定の厚さとなるように形成されている。弾性部材80は、拡径部72aの上面と下面とを連通する複数の連通孔72bに充填されているため、弾性部材80が拡径部72aから脱落することが防止される。このように、弁体70は、拡径部72aが弾性部材80の中心に設けられる構造としているため、弾性材料からなる弾性部材80の強度を向上させることができる。
The
また、弾性部材80の下部には、その略中央部に環状に突出した着座部(環状突部)81が形成されており、着座部81の直径は、弁座部材90に開口した連通路R1の内径よりも大きく形成される。すなわち、着座部81が弁座部材90の弁座面91aに当接し、弁座面91aに開口する連通路R1の外周部位を覆うことにより、連通路R1における連通室10cと導出ポート10bとの連通状態が遮断される。
In addition, a seating portion (annular projection) 81 projecting in an annular shape is formed at a substantially central portion of the lower portion of the
弾性部材80の着座部81よりも内周側において、拡径部72aの底面は、弾性部材80によって覆われずに露出している。
On the inner peripheral side of the
弾性部材80は、鍔部31と対向する上面側に、鍔部31と当接可能な当接部と、当接部82が鍔部31と当接した状態において鍔部から離間している凹部と、を備える。この弾性部材80において、凹部は、弾性部材80の軸中心に対して周方向に等間隔となるように複数設けられており、放射状に延びている(例えば、90度ごとに計4個)。
The
弁座部材90は、図2に示すように、バルブボディ10の孔部10dに圧入される金属製(例えば、SUS製)部材であり、円筒部91と、フランジ部92と、を備えている。円筒部91は、その内部に連通路R1を備えるとともに、その上面が弁座面91aとなっている。フランジ部92は、円筒部91の上端部近傍に設けられており、弁座部材90をバルブボディ10の孔部10dに圧入した状態において、バルブボディ10の底壁10c2と当接する。また、弁座部材90の表面は、フッ素コーティング被膜(図示せず)によって被覆されている。
As shown in FIG. 2, the
本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁1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
図1及び図2に示すように、燃料電池システム200において燃料電池用電磁弁1は、エア供給路206中に設けられており、燃料電池用電磁弁1の導入ポート10aは、パイプP1を介してエア供給路206の上流側と接続されている。そして、導出ポート10bは、パイプP2を介してエア供給路206の下流側と接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the fuel cell system 200, the fuel
図3(a)は、燃料電池用電磁弁1の部分拡大図であり、コイル61に対してコネクタ部41を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体70の着座部81が、弁座部材90の上面に形成された弁座面91aに着座して、連通路R1における導入ポート10aと導出ポート10bとの連通が遮断されたオフ状態(第一の状態)を示している。なお、かかるオフ状態においても、導入ポート10aから導入されたエアは、リーク通路10eを介して導出ポート10bへと流通可能である。
FIG. 3A is a partially enlarged view of the fuel
このようなオフ状態において、図示しないECU(Electronic Control Unit、電子制御装置)による駆動制御によって、図示しない電源を付勢してコネクタ部41の端子を介してコイル61に通電することによりコイル61が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル61から可動コア64へと向かい、再びコイル61へと復帰して周回するように発生する。
In such an off state, the
そして、図3(b)に示すように、可動コア64がリターンスプリング65の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、弁体70の着座部81が弁座部材90の弁座面91aから離座する。
Then, as shown in FIG. 3B, the
そして、弁体70の拡径部72aに装着された弾性部材80の上面が、カラーガイド30の鍔部31に当接して変位終端位置となる。なお、その際、弾性材料からなる弾性部材80によって弁体70が変位終端位置まで変位した際の衝撃が緩和されると共に、その当接音が低減される。その結果、燃料電池用電磁弁1がオフ状態からオン状態(第二の状態)へと切り換わる。かかるオン状態においては、導入ポート10aから導入されたエアは、リーク通路10eと、連通室10c及び連通路R1を介したルートと、の両方から導出ポート10bへと流通可能である。
Then, the upper surface of the
このように、開弁状態である第二の状態では、導入ポート10aから導入されたエアが、リーク通路10eと、連通室10c及び連通路R1を介したルートと、の両方から導出ポート10bを通じて外部へと排出されるので、リーク通路10eのみを介してエアが排出される閉弁状態である第一の状態と比べて、より多くのエアが排出可能、すなわち、希釈器214へ供給可能である。
Thus, in the second state, which is the valve open state, the air introduced from the
また、このようなオン状態において、エアの排出量を抑制したい場合には、再び弁体70の着座部81を弁座部材90の弁座面91aに着座させて、連通路R1における導入ポート10aと導出ポート10bとの連通が遮断されたオフ状態とする。
Further, when it is desired to suppress the amount of air discharged in such an on state, the seating
この場合には、図示しない電源からコイル61に通電されていた電流の供給を停止することにより当該コイル61が非励磁状態となり、可動コア64に付勢されていた上方への変位力が滅勢される。
In this case, by stopping the supply of current supplied to the
そのため、可動コア64がリターンスプリング65の弾発力によって下方へと押圧され、弁体70における弾性部材80の上面が鍔部31の下面から離間する。その際、弾性部材80の上面には、鍔部31の下面と当接した状態において、当該弾性部材80の上面に形成された凹部によって弾性部材80の上面と鍔部31の下面との間に予め非接触部分(空間)が設けられる。そのため、弁体70の弾性部材80と鍔部31とが貼り付くことが防止され、弁体70を下方へと変位させる際、弾性部材80を鍔部31から確実かつ容易に離間させることができる。また、固定側の鍔部31ではなく可動側の弁部72側に凹部を設け、可動側が凹部の分だけ軽量化されるので、弁体72の動作がより円滑となり、弾性部材80を鍔部31から確実かつ容易に離間させることができる。
Therefore, the
そして、弁体70の着座部81が、弁座部材90の弁座面91aに着座し、環状の着座部81によって連通路R1の外周部位が閉塞されることにより、連通路R1を介した導入ポート10aから導出ポート10bへのエアの流通が遮断される。その結果、燃料電池用電磁弁1から希釈器214側へのエアの排出は、リーク通路10eのみを介して行われることになり、エアの排出量が低減される。
Then, the seating
また、前記燃料電池用電磁弁1は、リーク通路10eにオリフィス10e1が設けられているので、リーク通路10eにおけるエアの流量を好適な量に精度よく設定することができる。したがって、前記燃料電池用電磁弁1は、弁部72が弁座面91aに着座した状態において、一定量のエアを排出することができる。
In addition, since the fuel
かかる燃料電池用電磁弁1は、リーク通路10eが連通路R1の出口近傍かつ連通路R1に対して垂直に設けられているので、導出ポート10bへ流れるエアが乱流となり、乱流となったエアが希釈用エアとして希釈器214へ供給されるため、希釈器214内において希釈用エアによる撹拌が生じ、燃料電池211のアノードから排出されて希釈器214へ供給された水素オフガスをより好適に希釈することができる。また、燃料電池用電磁弁1は、リーク通路10eが導出ポート10bと一直線上に設けられているので、連通路R1を通じて排出されたエアが、リーク通路10eを通じて排出されたエアと連通路R1の出口近傍で合流して導出ポート10b方向へ流れるため、連通路R1を通じて排出されたエアが導出ポート10bの内壁にぶつかることが少なくなり、圧力の損失を小さくすることができる。さらには、リーク通路10eを水平に配置し、オリフィス10e1を別体構造とすることによって、リーク通路10eの加工性を向上させることができる。
In this fuel
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。例えば、本発明の燃料電池用電磁弁1は、エアを排出するための弁だけではなく、水や、水素等の流体(圧力流体を含む)を排出するための弁にも適用可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the fuel
1 燃料電池用電磁弁 10e1 オリフィス
10a 導入ポート 72 弁部
10b 導出ポート 91a 弁座面(弁座)
10c 連通室 R1 連通路
10e リーク通路 214 希釈器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solenoid valve for
10c Communication room
Claims (3)
前記流体が導出される導出ポートと、
前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、
前記連通室と前記導出ポートとを連通させる連通路と、
前記連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、
前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、
を備え、
前記連通路が、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、前記導出ポートから導出された前記流体が希釈用流体として希釈器へ供給される燃料電池用電磁弁であって、
前記導入ポートと前記導出ポートとを直接連通させるリーク通路が、前記連通室及び前記連通路とは別個に設けられており、
前記リーク通路は、前記導入ポートと前記導出ポートとが常に連通するように開放されている
ことを特徴とする燃料電池用電磁弁。 An introduction port through which fluid is introduced;
An outlet port from which the fluid is derived;
A communication chamber provided between the introduction port and the outlet port;
A communication path for communicating the communication chamber and the outlet port;
A valve seat provided in the communication chamber side opening of the communication path;
A valve portion that is housed in the communication chamber and that can be separated from and seated on the valve seat;
With
The communication path is opened and closed by the seating / seating of the valve portion with respect to the valve seat, and the fluid valve derived from the outlet port is supplied to the diluter as a diluent fluid,
A leak passage for directly communicating the introduction port and the outlet port is provided separately from the communication chamber and the communication passage,
The fuel cell electromagnetic valve, wherein the leak passage is opened so that the introduction port and the outlet port are always in communication.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電磁弁。 The electromagnetic valve for a fuel cell according to claim 1, wherein the leak passage includes an orifice through which the fluid flows.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池用電磁弁。 The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the leak passage is provided perpendicular to the communication passage.
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