JP4017970B2

JP4017970B2 - Solenoid valve for fuel cell

Info

Publication number: JP4017970B2
Application number: JP2002348197A
Authority: JP
Inventors: 英喜佐々木; 勝一村井; 幸悦引地; 芳夫齋藤; 丘里糟谷; 一教福間
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004185840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、アノード側に対する水素の供給圧力を制御する圧力制御部へ供給されるパイロット流体の圧力を調圧することが可能な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部を備え、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パージ弁（電磁弁）によって所定圧に調圧して所定の発電効率を確保するとともに、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
そして、前記パージ弁は前記圧力制御部と連通するように設けられ、ソレノイドの励磁作用下に弁体の弁開・弁閉状態を切り換えて、例えば、信号圧としてボディの内部に導入されるパイロットエアーを大気開放することにより前記圧力制御部の圧力を低下させ、前記圧力制御部の圧力が所定圧となるように調圧している。この種のエアー切り換え用電磁弁としては、ソレノイド部の外径が大型化しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８２７５１号公報（第８頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係る電磁弁を燃料用電磁弁として用いる場合には、より一層小型化することが要求されている。
【０００７】
本発明は、前記の点を鑑みてなされたものであり、より一層小型化す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。
【０００８】
【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、燃料電池システムにおける圧力制御部へ供給されるパイロット流体の圧力を調圧する燃料電池用電磁弁において、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配設され、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ケーシングに連結されるとともに、前記パイロット流体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前記パイロット流体が導出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記ソレノイド部に配設される可動コアを介して該ソレノイド部の励磁作用下に軸線方向に沿って変位するシャフトと、
前記バルブボディの内部における前記導入ポート側に設けられ、前記シャフトおよび前記可動コアに対向するとともに該シャフトの端部に当接自在に配設され、前記シャフトの変位作用下に弁座に対して着座・離間自在に設けられる弁体と、
前記バルブボディと前記弁体との間に介装され、前記弁体を着座させる方向に付勢する第１スプリングと、
を備え、
前記ケーシングには、前記バルブボディ側に向かって突出する第１ヨークが形成され、前記第１ヨークは、前記バルブボディに装着される固定コアの第２ヨークと対向するように配置されるとともに、前記第１ヨークの内部には、前記可動コアが変位自在に設けられることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、導入ポートをバルブボディの弁体側に設けるとともに、前記弁体とバルブボディとの間に、前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１スプリングを介装する。従って、前記導入ポートからバルブボディの内部へと導入されるパイロット流体の流れ方向と、前記弁体が第１スプリングのばね力によって弁座方向へ変位する際の動作方向とが一致しているため、前記弁体を着座させる方向に付勢する第１スプリングは小さなばね力で十分となる。また、ケーシングにバルブボディ側に向かって突出する第１ヨークを形成し、前記第１ヨークを前記バルブボディに装着される固定コアの第２ヨークと対向するように配置するとともに、前記第１ヨークの内部に前記可動コアを変位自在に設けることにより、前記可動コアの軸線方向に沿ったストロークを大きくしつつ、ソレノイド部の励磁状態の初期においても可動コアの推力を大きくすることができる。
【００１０】
そのため、弁体を第１スプリングのばね力に抗して弁座より離間させる際にソレノイド部の励磁作用下にシャフトに付勢される推力もそれに伴って小さくすることができる。その結果、ソレノイド部を小型化することができる。
【００１１】
また、第１スプリングをケーシングと可動コアとの間に介装される第２スプリングと同軸上に設けることにより、前記第１スプリングおよび第２スプリングが介装されるケーシングおよびバルブボディの半径方向の寸法を抑制することができるため、燃料電池用電磁弁の全体構成を半径方向に小型化することができる。
【００１２】
さらに、弁体は、断面コ字状に形成されて前記バルブボディのシリンダ室に配設され、前記弁座に対向する端面に設けられた環状の着座部と、外周面に設けられて半径外方向に拡径し、前記シリンダ室に配設された円筒部材の内部を摺動する拡径部とを備え、前記拡径部の軸線方向の長さを、前記弁座における前記弁体の着座部の直径の１．５倍以上にすることにより、前記弁体が軸線方向に沿って摺動する際、前記拡径部の外周面が円筒部材の内周面によってガイドされる。そのため、弁体が着座する着座部の直径に対してガイドされる拡径部の長さを１．５倍以上大きくすることにより軸線方向に対する前記弁体のシート倒れが抑制され、より一層安定かつ確実に弁体を変位させることができる。
【００１３】
さらにまた、弁体をアルミニウム製材料から形成し、その外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すとともに、円筒部材をステンレス製材料から形成することによって、外周面に塗布されたフッ素樹脂により弁体の摺動抵抗が低減して前記弁体の耐久性が向上するとともに、弁体がアルミニウム製材料から形成されているため軽量化され、より一層円滑に弁体を変位させることができる。
【００１５】
また、シャフトに固定コアの貫通孔に挿通自在に設けられるガイド部を形成し、前記ガイド部の軸線方向の長さを前記貫通孔の軸線方向に沿った長さと同等に形成するとともに、前記シャフトの外周面にフッ素樹脂による表面処理を施す。その結果、前記シャフトのガイド部が貫通孔によって好適にガイドされるため、別個に軸受等を設けることなくシャフトを軸線方向に沿って高精度かつ安定して変位させることができる。また、シャフトの外周面に塗布されたフッ素樹脂によって前記シャフトと前記貫通孔との間に生じる摺動抵抗が低減され、シャフトの耐久性を向上させることができる。
【００１６】
さらに、前記可動コアの前記弁体側の端面に弾性材料からなる弾性部材を一体的に装着することにより、前記可動コアが変位して固定コアの一端面に当接した際の衝撃および衝撃音が低減される。
【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エアー排出弁（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、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。
【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とが設けられる。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、水分を前記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。
【００２７】
なお、燃料電池スタック２０２のエアー排出口２１０には、エアー排出部２０８が接続され、前記エアー排出部２０８に設けられた図示しない排出弁を通じてエアーが大気中に排気される。
【００２８】
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。
【００２９】
圧力制御部２２４（図２参照）は、バイパス通路２３２を介して供給される流体、例えば、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調整する空気式の圧力制御弁２２４ａと、前記圧力制御弁２２４ａへ供給されるパイロット圧を調圧する燃料電池用エアー排出弁１０とからなる。すなわち、燃料電池システム２００によって発電を必要としない場合（例えば、車両の減速状態）には、圧力制御弁へ供給されるパイロット圧を低下させて、前記圧力制御弁における水素の圧力を低下させることにより燃料電池スタック２０２による発電量を低下させている。
【００３０】
その際、前記燃料電池用エアー排出弁１０において、前記圧力制御弁へと供給されたパイロットエアー（パイロット流体）を外部へと導出することにより前記パイロット圧を低下させるように調整している。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
アノード加湿部２２８は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を前記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。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、前記燃料電池システム２００を構成する燃料電池用エアー排出弁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。
【００３６】
この燃料電池用エアー排出弁１０（以下、単にエアー排出弁１０という）は、図３および図４に示されるように、磁性金属製材料からなるケーシング１２と、前記ケーシング１２の内部に配設されるソレノイド部１４と、前記ケーシング１２とソレノイド部１４との間に係合されるように配設され、図示しない電源と接続されるコネクタ部１６を有するカバー体１８と、前記ケーシング１２に固定コア２０を介して連結される金属製材料からなるバルブボディ２２と、前記バルブボディ２２の内部に配設され、前記ソレノイド部１４の励磁作用下にパイロットエアーの連通状態を切り換える弁機構部２４とからなる。
【００３７】
ケーシング１２は、断面略コ字状に形成される円筒部２６と、前記円筒部２６の内部にバルブボディ２２側へと所定長だけ突出して環状に形成される第１ヨーク２７と、前記円筒部２６の側面に半径外方向へと突出して形成される略長方形状の取付部２８とからなる。なお、エアー排出弁１０は、前記取付部２８を介して図示しない他の装置等に連結される。
【００３８】
ソレノイド部１４は、前記第１ヨーク２７の略中央部に形成されるガイド穴３０に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア３２と、前記ガイド穴３０の外周側に環状に形成される装着穴３４に設けられるとともに、第１ヨーク２７の外周面に当接するように挿入されるコイル３６が巻回されたボビン３８と、前記可動コア３２をバルブボディ２２側へと付勢する第１ばね部材（第２スプリング）４０と、前記可動コア３２のバルブボディ２２側の端面に装着される緩衝部材（弾性部材）４２とからなる。
【００３９】
可動コア３２は断面略Ｈ字状に形成され、そのバルブボディ２２側の一端部には、軸線方向に沿って形成される挿入穴４４を介して長尺なシャフト４６の一端部側の挿入部４８が挿入されている。
【００４０】
前記シャフト４６は、一端部側に形成され、可動コア３２の挿入穴４４に挿入される挿入部４８と、軸線に沿った略中央部に前記挿入部４８より半径外方向に拡径して形成されるとともに、固定コア２０の後述する貫通孔６６に挿通自在に設けられるガイド部５０と、他端部側に挿入部４８よりさらに半径内方向へと縮径して形成され、その端面が後述する弁体８８に当接するように設けられるピン部５２とからなる。前記ガイド部５０の外周面には、フッ素コーティングが施されている。すなわち、ソレノイド部１４の励磁作用下にシャフト４６が軸線方向に沿って変位する際、ガイド部５０の外周面と貫通孔６６の内周面との間に生じる摺動抵抗を低減することができるため、前記シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
また、シャフト４６のガイド部５０は、貫通孔６６の内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、シャフト４６全体の軸線方向の長さＡに対するガイド部５０の軸線方向の長さＢを長くするのに比例して、前記固定コア２０の貫通孔６６によってガイドされるシャフト４６の部位が増大するため、より一層確実にシャフト４６が軸線方向に沿ってガイドされる。その結果、シャフト４６に対して別個に軸受等を設けることなく確実かつ高精度に軸線方向に沿って変位させることができる。
【００４２】
さらに、可動コア３２の他端部側には、所定長だけ窪んだばね受穴５４が形成され、第１ばね部材４０の一端部側が装着されるとともに、前記第１ばね部材４０の他端部側は、円筒部２６の略中央部に所定長だけ窪んで形成されるばね受凹部５６に装着されている。すなわち、第１ばね部材４０は、前記ばね受穴５４とばね受凹部５６との間に介装され、可動コア３２をバルブボディ２２側へ変位するように付勢している。
【００４３】
一方、前記可動コア３２の略中央部には、挿入穴４４とばね受穴５４とを連通する連通路５８が形成されている。
【００４４】
ボビン３８は略円筒状に形成され、その外周面にコイル３６が巻回された状態で装着穴３４の内周面に当接するように挿入されている。そして、装着穴３４に挿入された前記ボビン３８の外周側には、カバー体１８のカバー部６０（後述する）によって囲繞される。
【００４５】
緩衝部材４２は弾性材料によって環状に形成され、可動コア３２の後述する固定コア２０（後述する）側の端面に一体的に装着されている。すなわち、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に前記可動コア３２がバルブボディ２２側（矢印Ｘ２方向）へと変位して、前記緩衝部材４２が前記固定コア２０の端面に当接した際（図４参照）、前記可動コア３２に生じる衝撃が緩和されるとともに、当接時に発生する衝撃音を低減することができる。
【００４６】
カバー体１８は樹脂製材料からなり、円筒状に形成されるカバー部６０が円筒部２６の内部の装着穴３４に挿入され、コイル３６が巻回されたボビン３８の外周側を囲繞している。そして、前記カバー部６０には環状溝を介してシール部材６２が装着され、前記シール部材６２が装着穴３４の内壁面に当接することによりソレノイド部１４の内部の気密が保持される。
【００４７】
また、カバー体１８の側面には、図示しない電源よりソレノイド部１４に電流を供給するための図示しない電源に接続されるコネクタ部１６が設けられている。前記コネクタ部１６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６４が設けられ、前記端子６４はコネクタ部１６の内部で略直角に折曲してソレノイド部１４のボビン３８へと接続されている。なお、前記端子６４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。
【００４８】
固定コア２０は、略中央部に軸線方向に沿って貫通した貫通孔６６が形成され、その内部にはシャフト４６のガイド部５０が挿通自在に設けられている。
【００４９】
また、固定コア２０のケーシング１２側の一端部が、ボビン３８の内周面に当接するように挿入されるとともに、その一端面にはケーシング１２の第１ヨーク２７に対向するように先端がテーパ状の第２ヨーク６７がケーシング１２側（矢印Ｘ１方向）に環状に突出している。
【００５０】
一方、固定コア２０のバルブボディ２２側の他端部が、前記バルブボディ２２の穴部７０（後述する）に挿入されている。
【００５１】
さらに、軸線方向に沿った略中央部に半径外方向に拡径したフランジ部６８が形成され、前記フランジ部６８の一端面側にカバー体１８が当接するとともに、他端面側にバルブボディ２２が当接するようにして挟持されている。すなわち、固定コア２０はその一端部がボビン３８の内部に挿入され、その他端部が前記穴部７０に挿入されるとともに、フランジ部６８がカバー体１８とバルブボディ２２との間に挟持されているため、カバー体１８およびバルブボディ２２と一体的に連結されている状態にある。
【００５２】
そして、固定コア２０のケーシング１２側の外周面とカバー体１８の内周面との間には、環状のシール部材６２が挟持され、ソレノイド部１４の内部の気密を保持している。
【００５３】
略円筒状に形成されるバルブボディ２２は、固定コア２０と連結される一端部側に形成され、前記固定コア２０の他端部側が挿入される穴部７０と、前記バルブボディ２２の他端部側に形成され、その内部に後述する弁体８８が変位自在に設けられるシリンダ室７２と、前記穴部７０とシリンダ室７２とを連通する連通孔７４と、前記シリンダ室７２の連通孔７４側の端面より所定長だけ突出する弁座７６と、前記バルブボディ２２の外周側に形成され、パイロットエアーが供給される圧力制御弁２２４ａ（図２参照）の図示しない供給室と連通する導入ポート７８と、前記圧力制御弁から内部に導入された前記パイロットエアーを外部へと導出する導出ポート８０とからなる。
【００５４】
シリンダ室７２の内部には、有底円筒状の薄板材からなるカラー部材（円筒部材）８２が一体的に挿入されている。なお、前記カラー部材８２は、金属製材料（例えば、ステンレス鋼）から形成されている。
【００５５】
そして、バルブボディ２２の開口部８３側の内周面には、環状溝を介して断面略Ｃ字状のクリップ８４が係合されている。そのため、シリンダ室７２の内部にカラー部材８２を挿入した後、前記クリップ８４を環状溝に装着することにより前記カラー部材８２が軸線方向に係止される。なお、断面コ字状に形成されるカラー部材８２の軸線方向に沿った長さは、シリンダ室７２の内部に挿入して前記クリップ８４で係止した状態において、カラー部材８２が導入ポート７８を覆うことがない長さに設定されている。
【００５６】
また、カラー部材８２におけるケーシング１２側の略中央部には、所定長だけ突出したばね受部８６が形成され、後述する第２ばね部材９０の一端部が係合される。
【００５７】
さらに、弁座７６は、開口部８３に向かって突出した先端部が円弧状に丸みを帯びて形成されている。
【００５８】
さらにまた、前記導入ポート７８は、バルブボディ２２におけるシリンダ室７２の外周面に形成されている。そして、バイパス通路２３２（図１参照）を介してパイロット圧として機能する圧力流体（例えば、圧縮空気）が圧力制御弁２２４ａ（図２参照）の供給室の内部に導入され、前記導入ポート７８は、前記圧力制御弁２２４ａの供給室と連通するとともに、前記シリンダ室７２の内部と連通している。
【００５９】
導出ポート８０は、前記導入ポート７８から軸線方向に所定間隔離間した穴部７０の外周面に形成され、前記シリンダ室７２の内部に導入された圧力流体が連通孔７４および穴部７０を介して外部へと導出される。なお、前記導入ポート７８および導出ポート８０は、バルブボディ２２の外周面に周方向に２箇所ずつ一対となるように設けられている。
【００６０】
なお、バルブボディの外周面には、導出ポート８０からカバー体１８側および導入ポート７８側にそれぞれ所定間隔離間してシール部材６２が環状溝を介して装着され、図示しない圧力制御弁の挿入孔に挿入された際、その挿入孔の内壁面に当接することにより内部の気密を保持する。
【００６１】
また、バルブボディ２２の固定コア２０との当接面には、環状溝を介してシール部材６２が装着され、前記固定コア２０とバルブボディ２２との間の気密を保持している。
【００６２】
弁機構部２４は、シリンダ室７２に挿入されたカラー部材８２の内部を軸線方向に沿って挿通自在に設けられる弁体８８と、前記カラー部材８２と弁体８８の内部との間に介装され、前記弁体８８を弁座７６に着座させる方向に付勢する第２ばね部材（第１スプリング）９０とからなる。
【００６３】
なお、ケーシング１２の内部に介装される第１ばね部材４０と、前記第２ばね部材９０とは、略同軸上となるように設けられている。そのため、ケーシング１２およびバルブボディ２２の半径外方向の寸法を抑制することができ、エアー排出弁１０を半径方向へ小型化することができる。
【００６４】
弁体８８は金属製材料（例えば、アルミニウム材）から断面略コ字状に形成され、その弁座７６に対向する略平面状の端面には、環状溝を介して弾性材料からなるシート部材９２が装着されている。なお、前記弁体８８をアルミニウム製材料により形成することにより軽量化を図ることができるため、弁体８８をより一層円滑に変位させることができる。
【００６５】
また、前記弁体８８の外周面は、前記弁座７６より軸線方向に沿って所定長だけ離間した位置から半径外方向に拡径した拡径部９４が形成されている。そして、前記拡径部９４の外周面にフッ素コーティングを施している。その結果、前記拡径部９４の外周面をカラー部材８２の内周面に沿って摺動させることにより、前記弁体８８がカラー部材８２によって軸線方向に沿ってガイドされるとともに、フッ素コーティングによって弁体８８とカラー部材８２との間に生じる摺動抵抗を低減することができるため、前記弁体８８の耐久性を向上させることができる。
【００６６】
さらに、前記拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣは、弁体８８が着座する弁座７６の最も先端部における直径Ｄの１．５倍もしくはそれ以上となるように形成されている（Ｃ≧１．５Ｄ）。すなわち、弁体８８が着座する弁座７６の直径Ｄに対して軸線方向に沿ってガイドされる拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣを１．５倍以上大きく設定することにより、前記弁体８８がより一層確実に軸線方向に沿ってガイドされる。換言すると、弁体８８の軸線に対する傾き（倒れ）を防止することができる。その結果、前記弁体８８を確実かつ安定して弁座７６に着座させることができる。
【００６７】
また、第２ばね部材９０は、ケーシング１２側へと突出したカラー部材８２のばね受部８６に係合されているため、半径方向へ移動することがなく脱抜することが防止される。
【００６８】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用エアー排出弁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。
【００６９】
図１に示されるように、燃料電池システム２００において、エアー排出弁１０の導入ポート７８には、バイパス通路２３２を介してパイロットエアーが供給される図示しない圧力制御弁の図示しない供給室と接続されるとともに、導出ポート８０は、前記パイロットエアーを排気する際の排気音を低減するための図示しないサイレンサを介して外気と連通している。
【００７０】
図３は、コイル３６に対してコネクタ部１６を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体８８に装着されたシート部材９２が弁座７６に着座して導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断されたオフ状態（弁閉状態）を示している。
【００７１】
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１６の端子６４を介してコイル３６に通電することにより前記コイル３６が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル３６から可動コア３２へと向かい、再びコイル３６へと復帰して周回するように発生する。
【００７２】
そして、図４に示されるように、可動コア３２が軸線に沿ったバルブボディ２２側（矢印Ｘ２方向）へと変位し、前記可動コア３２に挿入されたシャフト４６のピン部５２を介して弁体８８が押圧され、その押圧作用下に弁体８８が第２ばね部材９０のばね力に抗して弁座７６から離間する。
【００７３】
そして、可動コア３２がバルブボディ２２側へ変位し、前記可動コア３２の端面に装着された緩衝部材４２が固定コア２０の端面に当接することにより変位終端位置となる。その際、前記緩衝部材４２によって可動コア３２が固定コア２０の端面に当接した際に可動コア３２に生じる衝撃が緩和されるとともに、磁性金属製材料からなる可動コア３２と、同じく磁性金属製材料からなる固定コア２０とが当接した際に発生する衝撃音を低減することができる。
【００７４】
その結果、エアー排出弁１０がオフ状態からオン状態（弁開状態）に切り換わる。従って、バイパス通路２３２から図示しない圧力制御弁の供給室の内部に供給されていたパイロットエアーがエアー排出弁１０の導入ポート７８からシリンダ室７２、連通孔７４および穴部７０へと導入され、導出ポート８０を介して外部へと排出される。そのため、前記圧力制御弁へ供給されるパイロット圧をエアー排出弁１０によって低下させ、前記圧力制御弁によって供給される水素の流通量を調整することができる。
【００７５】
また、このようなオン状態において、燃料電池スタック２０２による発電状態を通常通り復帰させる場合には、再び弁体８８を弁座７６に着座させて導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断されたオフ状態とする。この場合には、図示しない電源からコイル３６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３６が非励磁状態となり、可動コア３２に付勢されていたバルブボディ２２側への付勢力がなくなる。
【００７６】
そのため、弁体８８が第２ばね部材９０のばね力によってケーシング１２側（矢印Ｘ１方向）へと押圧され、前記弁体８８に設けられたシート部材９２が弁座７６に着座することにより、導入ポート７８と導出ポート８０との連通が遮断された状態となる。その結果、バイパス通路２３２（図１参照）を介して図示しない圧力制御弁へと供給されるパイロットエアーがエアー排出弁１０によって外部に排気されることがないため、前記圧力制御弁によって通常通りの水素の流通を行うことができる。
【００７７】
その結果、燃料電池スタック２０２によって再び所望の発電量を得ることができる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態では、図示しない圧力制御弁からパイロットエアーが導入される導入ポート７８をバルブボディ２２の弁体８８が設けられるシリンダ室７２側に形成するとともに、前記バルブボディ２２と前記弁体８８との間に前記弁体８８を弁座７６に着座させる方向に付勢する第２ばね部材９０を介装している。
【００７９】
従って、導入ポート７８からシリンダ室７２の内部へと導入されるパイロットエアーの流れ方向と、弁体８８が第２ばね部材９０のばね力によって弁座７６の方向に変位する動作方向とが一致するため、前記弁体８８が弁座７６に着座する際には、前記弁体８８には第２ばね部材９０のばね力に加えて、導入ポート７８から導出ポート８０へと流通するパイロット圧の押圧力が付勢されている状態となる。
【００８０】
そのため、前記第２ばね部材９０は小さなばね力で十分となり、それに伴って弁体８８を弁座７６より離間させる際、前記弁体８８をシャフト４６の小さな押圧力によって離間させることができる。その結果、シャフト４６を変位させる押圧力を付勢するソレノイド部１４を小型化することができる。
【００８１】
また、ケーシング１２のばね受凹部５６と可動コア３２のばね受穴５４との間に介装される第１ばね部材４０と、弁体８８とカラー部材８２のばね受部８６との間に介装される第２ばね部材９０とを同軸上に設けることにより、前記第１および第２ばね部材９０が設けられるケーシング１２およびバルブボディ２２の半径方向の寸法を抑制することができる。そのため、エアー排出弁１０を半径方向に小型化することができる。
【００８２】
さらに、弁体８８の着座する弁座７６の直径Ｄに対して、軸線方向に沿ってガイドされる拡径部９４の軸線方向に沿った長さＣを１．５倍以上大きく設定することにより、前記弁体８８がカラー部材８２の内周面によってガイドされる部位が増大するため、より一層確実に前記弁体８８を軸線方向に沿ってガイドすることができるとともに、より一層確実に弁体８８のシート部材９２を弁座７６に着座させることができる。
【００８３】
さらにまた、前記弁体８８をアルミニウム製材料で形成することにより、前記弁体８８の軽量化を図ることができるため、前記弁体８８をより一層円滑に軸線方向に沿って変位させることができる。また、前記弁体８８の外周面にフッ素樹脂による表面処理を施すことにより、前記弁体８８が変位した際のバルブボディと弁体８８の外周面との間に生じる摺動抵抗を低減することができる。そのため、弁体８８の耐久性を向上させることができる。
【００８４】
またさらに、バルブボディ２２のシリンダ室７２の内部に配設されるカラー部材８２をアルミニウム製材料と比較して硬度が高いステンレス製材料で形成することにより、アルミニウム製材料からなる弁体８８の外周面がその内周面に摺動する場合にも、カラー部材８２が摩耗することが抑制される。
【００８５】
また、シャフト４６の略中央部に設けられるガイド部５０が、固定コア２０の貫通孔６６に挿通されることによって軸線方向にガイドされている。そのため、軸線方向に沿ったシャフト４６全体の長さに対するガイド部５０の軸線方向に沿った長さを長くするほど、前記シャフト４６のガイド部５０が貫通孔６６によって好適にガイドされる。
【００８６】
そのため、別個に軸受等を設けることなくシャフト４６を軸線方向に沿って高精度かつ安定して変位させることができる。また、シャフト４６の外周面にフッ素コーティングを施すことにより、前記貫通孔６６の内部を摺動する前記シャフト４６の摺動抵抗が低減され、シャフト４６の耐久性を向上させることができる。
【００８７】
さらに、ケーシング１２の円筒部２６の内部に、バルブボディ２２側に向かって突出した環状の第１ヨーク２７を形成し、固定コア２０のケーシング１２側に前記第１ヨーク２７と対向するように先端がテーパ状の第２ヨーク６７を形成する。そして、前記第１ヨーク２７の内部に前記可動コア３２を変位自在に設けることにより、前記可動コア３２の軸線方向に沿ったストロークを大きくしつつ、ソレノイド部１４の励磁状態の初期においても可動コア３２の推力を大きくすることができる。
【００８８】
さらにまた、前記可動コア３２の弁体８８側の端面に弾性材料からなる緩衝部材４２を一体的に装着することにより、前記可動コア３２がソレノイド部１４の励磁作用下にバルブボディ２２側へと変位し、前記緩衝部材４２が前記固定コア２０の一端面に当接した際に可動コア３２に生じる衝撃および可動コア３２と固定コア２０との間で発生する衝撃音が低減される。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００９０】
すなわち、導入ポートをバルブボディの弁体側に設けるとともに、前記弁体とバルブボディとの間に前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１スプリングを介装することにより、前記第１スプリングのばね力を小さく設定することができ、それに伴って前記弁体を介して前記第１スプリングを押圧するソレノイド部の推力も小さくすることができるため、前記ソレノイド部を小型化することができる。
【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】図１におけるエアー排出弁の配置を示す詳細構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るエアー排出弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
【図４】図３のエアー排出弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…エアー排出弁１２…ケーシング
１４…ソレノイド部１８…カバー体
２０…固定コア２２…バルブボディ
２４…弁機構部２６…円筒部
３０…ガイド穴３２…可動コア
３６…コイル３８…ボビン
４０…第１ばね部材４２…緩衝部材
４６…シャフト４８…挿入部
５０…ガイド部５２…ピン部
７２…シリンダ室７６…弁座
７８…導入ポート８０…導出ポート
８６…ばね受部８８…弁体
９０…第２ばね部材９２…シート部材
９４…拡径部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a fuel cell solenoid valve capable of adjusting the pressure of a pilot fluid supplied to a pressure control unit that controls the supply pressure of hydrogen to the anode side in a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
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 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.
[0003]
Such a fuel cell device includes, for example, an air compressor or the like for supplying air as a reaction gas to the cathode side of the fuel cell, and further uses the air pressure as a signal pressure at a pressure corresponding to the air pressure. A pressure control unit for supplying hydrogen as a reaction gas to the anode side of the fuel cell is provided, and the pressure of the reaction gas on the anode side with respect to the cathode side of the fuel cell is adjusted to a predetermined pressure by a purge valve (electromagnetic valve), and a predetermined power generation efficiency And a predetermined output can be obtained by controlling the flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell.
[0004]
The purge valve is provided so as to communicate with the pressure controller, and switches the valve open / closed state of the valve body under the excitation action of the solenoid, for example, a pilot introduced into the body as a signal pressure By releasing the air to the atmosphere, the pressure of the pressure control unit is reduced, and the pressure of the pressure control unit is adjusted to a predetermined pressure. As this type of air switching solenoid valve, the outside diameter of the solenoid portion is generally increased (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-182751 A (page 8)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when using the solenoid valve concerning patent documents 1 as a solenoid valve for fuels, further miniaturization is demanded.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a fuel cell solenoid valve that can be further reduced in size.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, the present invention provides a solenoid valve for a fuel cell that regulates the pressure of a pilot fluid supplied to a pressure control unit in a fuel cell system.
  A casing,
  A solenoid portion disposed inside the casing and having an exciting action by an electric current;
  A valve body coupled to the casing and having an introduction port through which the pilot fluid is introduced and a lead-out port through which the pilot fluid introduced from the introduction port is led out;
  A shaft that is displaced along the axial direction under the excitation action of the solenoid part via a movable core disposed in the solenoid part;
  Provided on the introduction port side inside the valve body,in frontOpposite the shaft and the movable coreAlong with the end of the shaftA valve body that is disposed so as to be seated and separated with respect to the valve seat under the displacement action of the shaft;
  A first spring that is interposed between the valve body and the valve body and biases the valve body in a seating direction;
  With,
  A first yoke that protrudes toward the valve body is formed in the casing, and the first yoke is disposed to face a second yoke of a fixed core that is mounted on the valve body, The movable core is disposed in the first yoke so as to be freely displaceable.It is characterized by that.
[0009]
  According to the present invention, the introduction port is provided on the valve body side of the valve body, and the first spring for biasing the valve body in the direction of seating on the valve seat is interposed between the valve body and the valve body. . Therefore, the flow direction of the pilot fluid introduced from the introduction port into the valve body coincides with the operation direction when the valve body is displaced in the valve seat direction by the spring force of the first spring. A small spring force is sufficient for the first spring urging in the direction in which the valve body is seated.In addition, a first yoke that protrudes toward the valve body is formed in the casing, the first yoke is disposed so as to face a second yoke of a fixed core that is mounted on the valve body, and the first yoke By providing the movable core in a displaceable manner, the stroke of the movable core along the axial direction can be increased, and the thrust of the movable core can be increased even in the initial state of the solenoid portion in the excited state.
[0010]
Therefore, when the valve body is separated from the valve seat against the spring force of the first spring, the thrust force urged by the shaft under the excitation action of the solenoid portion can be reduced accordingly. As a result, the solenoid part can be reduced in size.
[0011]
  The first springThe-ThingAnd OKSecond spring interposed between the moving coreSame asBy providing on the shaft, the radial dimension of the casing and the valve body in which the first spring and the second spring are interposed can be suppressed, so the overall configuration of the fuel cell solenoid valve is reduced in the radial direction. Can be
[0012]
  In addition, the valveThe body is formed in a U-shaped cross section, is disposed in the cylinder chamber of the valve body, and is provided on the outer peripheral surface of the annular seating portion provided on the end surface facing the valve seat.The diameter is expanded outward.A cylindrical member disposed in the cylinder chamberExpanded part that slides insideAnd withWhen the valve body slides along the axial direction by setting the length in the axial direction of the enlarged diameter portion to 1.5 times or more the diameter of the seating portion of the valve body in the valve seat, The outer peripheral surface of the enlarged diameter portion is guided by the inner peripheral surface of the cylindrical member.Be. Therefore, the seat collapse of the valve body in the axial direction is suppressed by increasing the length of the enlarged diameter part guided by 1.5 times or more with respect to the diameter of the seating part on which the valve body is seated. The valve body can be surely displaced.
[0013]
  Furthermore,valveThe body is made of an aluminum material, and the outer peripheral surface is surface treated with a fluororesin,CircleBy forming the cylindrical member from a stainless steel material, the fluorine resin applied to the outer peripheral surface reduces the sliding resistance of the valve body, improving the durability of the valve body, and forming the valve body from an aluminum material. Therefore, the weight is reduced and the valve body can be displaced more smoothly.
[0015]
  Also shaftHardA guide portion is provided that can be inserted into the through hole of the constant core, and the length of the guide portion in the axial direction is the length along the axial direction of the through hole.Same asIn addition, the outer peripheral surface of the shaft is subjected to a surface treatment with a fluororesin. As a result, since the guide portion of the shaft is suitably guided by the through hole, the shaft can be displaced with high accuracy and stability along the axial direction without separately providing a bearing or the like. Further, the sliding resistance generated between the shaft and the through hole is reduced by the fluororesin applied to the outer peripheral surface of the shaft, and the durability of the shaft can be improved.
[0016]
Furthermore, by integrally mounting an elastic member made of an elastic material on the end surface of the movable core on the valve body side, impact and impact sound when the movable core is displaced and comes into contact with one end surface of the fixed core are generated. Reduced.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system 200 including a fuel cell air discharge valve (fuel cell electromagnetic valve) 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 200 is mounted on a vehicle such as an automobile.
[0018]
As shown in FIG. 1, this fuel cell system 200 includes a plurality of cells compared to a cell formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of a solid polymer ion exchange membrane or the like from both sides with an anode and a cathode. A fuel cell stack 202 provided in a stacked manner is included. The fuel cell stack 202 is provided with, for example, an anode supplied with hydrogen as a fuel and a cathode supplied with air containing oxygen as an oxidant.
[0019]
The cathode is provided with an air supply port 206 to which air is supplied from the oxidant supply unit 204 and an air discharge port 210 to which an air discharge unit 208 for discharging the air in the cathode to the outside is connected. . On the other hand, the anode is provided with a hydrogen supply port 214 to which hydrogen is supplied from the fuel supply unit 212 and a hydrogen discharge port 218 to which the hydrogen discharge unit 216 is connected.
[0020]
In the fuel cell stack 202, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode, and cause an electrochemical reaction with oxygen at the cathode to generate electricity. .
[0021]
The air supply port 206 is connected to an oxidant supply unit 204, a heat radiating unit 220, and a cathode humidification unit 222 via an air supply passage, and the air discharge port 210 is connected to an air discharge passage. Then, the air discharge unit 208 is connected.
[0022]
A fuel supply unit 212, a pressure control unit 224, an ejector 226, and an anode humidification unit 228 are connected to the hydrogen supply port 214 through a hydrogen supply passage, respectively, and a circulation passage 230 is connected to the hydrogen discharge port 218. A hydrogen discharger 216 is connected via
[0023]
The oxidant supply unit 204 includes, for example, a supercharger (compressor) (not shown), a motor that drives the oxidant, and the like. The fuel cell stack 202 adiabatically compresses supply air used as an oxidant gas in the fuel cell stack 202. Pump to 202. Supply air is heated during the adiabatic compression. The supply air thus heated contributes to warming up the fuel cell stack 202.
[0024]
In addition, the air supplied from the oxidant supply unit 204 is set to a predetermined pressure according to the load of the fuel cell stack 202, the operation amount of an accelerator pedal (not shown), and the like, and is introduced into the fuel cell stack 202. At the same time, after being cooled by a heat radiating section 220 described later, it is supplied as a pilot pressure to the pressure control section 224 via the bypass passage 232.
[0025]
The heat radiating unit 220 is constituted by, for example, an intercooler (not shown), and is supplied from the oxidant supply unit 204 during normal operation of the fuel cell stack 202 by exchanging heat with cooling water flowing along the flow path. Cool the supplied air. For this reason, the supply air is cooled to a predetermined temperature and then introduced into the cathode humidification unit 222.
[0026]
The cathode humidification unit 222 includes, for example, a water permeable membrane, and allows air that has been cooled to a predetermined temperature by the heat radiating unit 220 by allowing moisture to pass from one side to the other side of the water permeable membrane. The air is humidified to a predetermined humidity and supplied to the air supply port 206 of the fuel cell stack 202. The humidified air is supplied to the fuel cell stack 202, and the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell stack 202 is ensured in a predetermined state.
[0027]
An air discharge unit 208 is connected to the air discharge port 210 of the fuel cell stack 202, and air is exhausted to the atmosphere through a discharge valve (not shown) provided in the air discharge unit 208.
[0028]
The fuel supply unit 212 includes, for example, a hydrogen gas cylinder (not shown) that supplies hydrogen as fuel to the fuel cell, and stores supply hydrogen to be supplied to the anode side of the fuel cell stack 202.
[0029]
The pressure control unit 224 (see FIG. 2) is a secondary fluid that is the pressure on the outlet side of the pressure control unit 224 using the pressure of the fluid supplied through the bypass passage 232, for example, air as the pilot pressure (pilot signal pressure). The air pressure control valve 224a adjusts the side pressure to a pressure within a predetermined range corresponding to the pilot pressure, and the fuel cell air discharge valve 10 adjusts the pilot pressure supplied to the pressure control valve 224a. That is, when the fuel cell system 200 does not require power generation (for example, in a vehicle deceleration state), the pilot pressure supplied to the pressure control valve is reduced to reduce the hydrogen pressure in the pressure control valve. As a result, the amount of power generated by the fuel cell stack 202 is reduced.
[0030]
At that time, in the fuel cell air discharge valve 10, the pilot pressure supplied to the pressure control valve is led out to adjust the pilot pressure to be lowered.
[0031]
The ejector 226 includes a nozzle unit and a diffuser unit (not shown), and fuel (hydrogen) supplied from the pressure control unit 224 is accelerated and injected toward the diffuser unit when passing through the nozzle unit. When fuel flows from the nozzle portion toward the diffuser portion at a high speed, negative pressure is generated in the side flow chamber provided between the nozzle portion and the diffuser portion, and the anode side discharge is performed via the circulation passage 230. Fuel is aspirated. The fuel mixed in the ejector 226 and the discharged fuel are supplied to the anode humidifying unit 228, and the discharged fuel discharged from the fuel cell stack 202 is provided so as to circulate through the ejector 226.
[0032]
Accordingly, the unreacted exhaust gas discharged from the hydrogen discharge port 218 of the fuel cell stack 202 is introduced into the ejector 226 through the circulation passage 230, and the hydrogen supplied from the pressure control unit 224 and the fuel cell stack 202. The exhaust gas discharged from the fuel cell is mixed and supplied to the fuel cell stack 202 again.
[0033]
The anode humidifying unit 228 is configured to include, for example, a water permeable membrane, and humidifies the fuel derived from the ejector 226 to a predetermined humidity by allowing moisture to permeate from one side to the other side of the water permeable membrane. This is supplied to the hydrogen supply port 214 of the fuel cell stack 202. The humidified hydrogen is supplied to the fuel cell stack 202, and the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell stack 202 is ensured in a predetermined state.
[0034]
For example, a hydrogen discharge portion 216 having a discharge control valve (not shown) is connected to the hydrogen discharge port 218 of the fuel cell stack 202 via a circulation passage 230. The discharge control valve is controlled to open and close in accordance with the operating state of the fuel cell stack 202. For example, excessive moisture (mainly liquid water) in the exhaust gas separated by a storage tank (not shown) is external to the vehicle. To be discharged.
[0035]
Next, a preferred embodiment of the fuel cell air discharge valve 10 constituting the fuel cell system 200 will be described and described in detail below with reference to the drawings.
[0036]
As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel cell air exhaust valve 10 (hereinafter simply referred to as an air exhaust valve 10) is disposed inside a casing 12 made of a magnetic metal material and inside the casing 12. A solenoid member 14, a cover body 18 having a connector portion 16 which is disposed so as to be engaged between the casing 12 and the solenoid portion 14 and is connected to a power source (not shown), and a core fixed to the casing 12. A valve body 22 made of a metal material connected via 20 and a valve mechanism portion 24 which is disposed inside the valve body 22 and switches the communication state of pilot air under the excitation action of the solenoid portion 14. Become.
[0037]
The casing 12 includes a cylindrical portion 26 having a substantially U-shaped cross section, a first yoke 27 formed in an annular shape by projecting a predetermined length toward the valve body 22 inside the cylindrical portion 26, and the cylindrical portion. 26, a substantially rectangular attachment portion 28 formed on the side surface of 26 to protrude radially outward. The air discharge valve 10 is connected to another device (not shown) or the like via the mounting portion 28.
[0038]
The solenoid portion 14 is formed in an annular shape on the outer peripheral side of the guide hole 30 and a movable core 32 that is provided in a guide hole 30 formed substantially at the center of the first yoke 27 so as to be displaceable along the axial direction. A bobbin 38 around which a coil 36 inserted so as to come into contact with the outer peripheral surface of the first yoke 27 is provided, and the movable core 32 is urged toward the valve body 22 side. A spring member (second spring) 40 and a buffer member (elastic member) 42 attached to the end face of the movable core 32 on the valve body 22 side.
[0039]
The movable core 32 is formed in a substantially H-shaped cross section, and at one end portion on the valve body 22 side, an insertion portion on one end portion side of a long shaft 46 is inserted through an insertion hole 44 formed along the axial direction. 48 is inserted.
[0040]
The shaft 46 is formed on one end side, and is formed with an insertion portion 48 inserted into the insertion hole 44 of the movable core 32, and with a diameter extending radially outward from the insertion portion 48 at a substantially central portion along the axis. In addition, the guide portion 50 is provided so as to be freely inserted into a through-hole 66 (described later) of the fixed core 20, and the other end portion is formed with a diameter that is further reduced radially inward from the insertion portion 48. And a pin portion 52 provided so as to be in contact with the valve body 88. The outer peripheral surface of the guide portion 50 is coated with fluorine. That is, when the shaft 46 is displaced along the axial direction under the excitation action of the solenoid portion 14, sliding resistance generated between the outer peripheral surface of the guide portion 50 and the inner peripheral surface of the through hole 66 can be reduced. Therefore, the durability of the shaft 46 can be improved.
[0041]
The guide portion 50 of the shaft 46 is guided along the axial direction by the inner peripheral surface of the through hole 66. Therefore, the portion of the shaft 46 guided by the through-hole 66 of the fixed core 20 increases in proportion to increasing the axial length B of the guide portion 50 with respect to the axial length A of the entire shaft 46. Therefore, the shaft 46 is guided along the axial direction more reliably. As a result, the shaft 46 can be reliably displaced along the axial direction without providing a bearing or the like separately.
[0042]
Further, a spring receiving hole 54 that is depressed by a predetermined length is formed on the other end portion side of the movable core 32, and one end portion side of the first spring member 40 is attached, and the other end portion of the first spring member 40 is mounted. The side is attached to a spring receiving recess 56 formed in a substantially central portion of the cylindrical portion 26 so as to be depressed by a predetermined length. That is, the first spring member 40 is interposed between the spring receiving hole 54 and the spring receiving recessed portion 56 and urges the movable core 32 to be displaced toward the valve body 22 side.
[0043]
On the other hand, a communication passage 58 that connects the insertion hole 44 and the spring receiving hole 54 is formed at a substantially central portion of the movable core 32.
[0044]
The bobbin 38 is formed in a substantially cylindrical shape, and is inserted so as to contact the inner peripheral surface of the mounting hole 34 in a state where the coil 36 is wound around the outer peripheral surface. The outer periphery of the bobbin 38 inserted into the mounting hole 34 is surrounded by a cover portion 60 (described later) of the cover body 18.
[0045]
The buffer member 42 is formed in an annular shape by an elastic material, and is integrally attached to the end surface of the movable core 32 on the fixed core 20 (described later) side described later. That is, when the movable core 32 is displaced toward the valve body 22 (in the direction of the arrow X2) under the excitation action of the solenoid unit 14, the buffer member 42 comes into contact with the end surface of the fixed core 20 (FIG. 4). Reference), the impact generated in the movable core 32 is alleviated, and the impact sound generated at the time of contact can be reduced.
[0046]
The cover body 18 is made of a resin material, and a cover portion 60 formed in a cylindrical shape is inserted into the mounting hole 34 inside the cylindrical portion 26 and surrounds the outer peripheral side of the bobbin 38 around which the coil 36 is wound. . A seal member 62 is attached to the cover portion 60 via an annular groove, and the seal member 62 abuts against the inner wall surface of the attachment hole 34 to maintain the airtightness inside the solenoid portion 14.
[0047]
Further, a connector portion 16 connected to a power source (not shown) for supplying a current to the solenoid portion 14 from a power source (not shown) is provided on the side surface of the cover body 18. The connector portion 16 is provided with a terminal 64 made of a metal material so that one end portion is exposed inside the connector portion 16, and the terminal 64 is bent at a substantially right angle inside the connector portion 16 to be a bobbin of the solenoid portion 14. 38. The terminal 64 is connected to the power supply via a lead wire (not shown).
[0048]
The fixed core 20 is formed with a through hole 66 penetrating along the axial direction in a substantially central portion, and a guide portion 50 of the shaft 46 is provided in the inside thereof so as to be freely inserted.
[0049]
In addition, one end of the fixed core 20 on the casing 12 side is inserted so as to contact the inner peripheral surface of the bobbin 38, and the tip of the one end surface is tapered so as to face the first yoke 27 of the casing 12. A second yoke 67 is annularly projected toward the casing 12 (in the direction of the arrow X1).
[0050]
On the other hand, the other end of the fixed core 20 on the valve body 22 side is inserted into a hole 70 (described later) of the valve body 22.
[0051]
Further, a flange portion 68 having a radially increased diameter is formed at a substantially central portion along the axial direction, the cover body 18 abuts on one end surface side of the flange portion 68, and the valve body 22 is disposed on the other end surface side. It is clamped so as to abut. That is, one end of the fixed core 20 is inserted into the bobbin 38, the other end is inserted into the hole 70, and the flange 68 is sandwiched between the cover body 18 and the valve body 22. Therefore, the cover body 18 and the valve body 22 are integrally connected.
[0052]
An annular seal member 62 is sandwiched between the outer peripheral surface of the fixed core 20 on the casing 12 side and the inner peripheral surface of the cover body 18 to maintain the airtightness inside the solenoid portion 14.
[0053]
The valve body 22 formed in a substantially cylindrical shape is formed on one end side connected to the fixed core 20, a hole portion 70 into which the other end side of the fixed core 20 is inserted, and the other end of the valve body 22. A cylinder chamber 72 formed on the side of the cylinder chamber 72 in which a valve body 88 (described later) is movably disposed, a communication hole 74 that communicates the hole 70 and the cylinder chamber 72, and a communication hole 74 of the cylinder chamber 72. A valve seat 76 protruding from the end face on the side by a predetermined length, and an introduction port formed on the outer peripheral side of the valve body 22 and communicating with a supply chamber (not shown) of a pressure control valve 224a (see FIG. 2) to which pilot air is supplied 78 and a lead-out port 80 for leading the pilot air introduced from the pressure control valve to the outside.
[0054]
A collar member (cylindrical member) 82 made of a bottomed cylindrical thin plate material is integrally inserted into the cylinder chamber 72. The collar member 82 is made of a metal material (for example, stainless steel).
[0055]
A clip 84 having a substantially C-shaped cross section is engaged with the inner peripheral surface of the valve body 22 on the opening 83 side through an annular groove. Therefore, after inserting the collar member 82 into the cylinder chamber 72, the collar member 82 is locked in the axial direction by mounting the clip 84 in the annular groove. The length of the collar member 82 formed in a U-shaped cross-section along the axial direction is such that the collar member 82 inserts the introduction port 78 into the cylinder chamber 72 and is locked by the clip 84. The length is set so as not to cover.
[0056]
Further, a spring receiving portion 86 protruding by a predetermined length is formed at a substantially central portion of the collar member 82 on the casing 12 side, and one end portion of a second spring member 90 described later is engaged.
[0057]
Further, the valve seat 76 is formed such that a tip portion protruding toward the opening 83 is rounded in an arc shape.
[0058]
Furthermore, the introduction port 78 is formed on the outer peripheral surface of the cylinder chamber 72 in the valve body 22. A pressure fluid (for example, compressed air) functioning as a pilot pressure is introduced into the supply chamber of the pressure control valve 224a (see FIG. 2) via the bypass passage 232 (see FIG. 1), and the introduction port 78 is The pressure control valve 224 a communicates with the supply chamber and communicates with the cylinder chamber 72.
[0059]
The lead-out port 80 is formed on the outer peripheral surface of the hole portion 70 spaced apart from the introduction port 78 in the axial direction by a predetermined distance, and the pressure fluid introduced into the cylinder chamber 72 passes through the communication hole 74 and the hole portion 70. Derived outside. The introduction port 78 and the lead-out port 80 are provided on the outer peripheral surface of the valve body 22 so as to form a pair at two locations in the circumferential direction.
[0060]
A seal member 62 is mounted on the outer peripheral surface of the valve body through the annular groove at a predetermined interval from the outlet port 80 to the cover body 18 side and the introduction port 78 side, and an insertion hole for a pressure control valve (not shown). When it is inserted into the housing, the inner airtightness is maintained by contacting the inner wall surface of the insertion hole.
[0061]
Further, a sealing member 62 is mounted on the contact surface of the valve body 22 with the fixed core 20 via an annular groove to maintain airtightness between the fixed core 20 and the valve body 22.
[0062]
The valve mechanism portion 24 includes a valve body 88 provided so as to be freely inserted along the axial direction of the collar member 82 inserted into the cylinder chamber 72, and interposed between the collar member 82 and the inside of the valve body 88. And a second spring member (first spring) 90 that urges the valve body 88 in a direction in which the valve body 88 is seated on the valve seat 76.
[0063]
The first spring member 40 interposed in the casing 12 and the second spring member 90 are provided so as to be substantially coaxial. Therefore, the dimension of the casing 12 and the valve body 22 in the radial direction can be suppressed, and the air discharge valve 10 can be downsized in the radial direction.
[0064]
The valve body 88 is formed from a metal material (for example, aluminum material) in a substantially U-shaped cross section, and a sheet member 92 made of an elastic material is formed on the substantially planar end surface facing the valve seat 76 via an annular groove. Is installed. In addition, since weight reduction can be achieved by forming the said valve body 88 with an aluminum-made material, the valve body 88 can be displaced much more smoothly.
[0065]
Further, the outer peripheral surface of the valve body 88 is formed with an enlarged diameter portion 94 that is expanded radially outward from a position separated from the valve seat 76 by a predetermined length along the axial direction. A fluorine coating is applied to the outer peripheral surface of the enlarged diameter portion 94. As a result, the valve body 88 is guided along the axial direction by the collar member 82 by sliding the outer peripheral surface of the enlarged diameter portion 94 along the inner peripheral surface of the collar member 82, and by fluorine coating. Since the sliding resistance generated between the valve body 88 and the collar member 82 can be reduced, the durability of the valve body 88 can be improved.
[0066]
Further, the length C along the axial direction of the enlarged diameter portion 94 is formed to be 1.5 times or more than the diameter D at the most distal end portion of the valve seat 76 on which the valve body 88 is seated. (C ≧ 1.5D). That is, by setting the length C along the axial direction of the enlarged diameter portion 94 guided along the axial direction with respect to the diameter D of the valve seat 76 on which the valve body 88 is seated, by 1.5 times or more, The valve body 88 is more reliably guided along the axial direction. In other words, the inclination (falling) of the valve body 88 with respect to the axis can be prevented. As a result, the valve body 88 can be seated on the valve seat 76 reliably and stably.
[0067]
Further, since the second spring member 90 is engaged with the spring receiving portion 86 of the collar member 82 that protrudes toward the casing 12, the second spring member 90 is prevented from being pulled out without moving in the radial direction.
[0068]
The fuel cell air exhaust 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.
[0069]
As shown in FIG. 1, in the fuel cell system 200, the introduction port 78 of the air discharge valve 10 is connected to a supply chamber (not shown) of a pressure control valve (not shown) to which pilot air is supplied via a bypass passage 232. In addition, the outlet port 80 communicates with the outside air via a silencer (not shown) for reducing exhaust noise when the pilot air is exhausted.
[0070]
FIG. 3 shows a non-excited state in which no current is supplied to the coil 36 via the connector portion 16, and the seat member 92 mounted on the valve body 88 is seated on the valve seat 76 and is led out from the introduction port 78. An off state (valve closed state) in which communication with the port 80 is blocked is shown.
[0071]
In such an off state, a power source (not shown) is energized to energize the coil 36 through the terminal 64 of the connector portion 16, thereby exciting the coil 36, and magnetic flux from the coil 36 to the movable core under the excitation action. It is generated so that it goes to 32, returns to the coil 36 again, and goes around.
[0072]
Then, as shown in FIG. 4, the movable core 32 is displaced toward the valve body 22 (in the direction of the arrow X2) along the axis, and the valve is connected via the pin portion 52 of the shaft 46 inserted into the movable core 32. The body 88 is pressed, and the valve body 88 separates from the valve seat 76 against the spring force of the second spring member 90 under the pressing action.
[0073]
Then, the movable core 32 is displaced toward the valve body 22, and the buffer member 42 mounted on the end surface of the movable core 32 comes into contact with the end surface of the fixed core 20 to reach the displacement end position. At that time, when the movable core 32 comes into contact with the end face of the fixed core 20 by the buffer member 42, the impact generated on the movable core 32 is reduced, and the movable core 32 made of a magnetic metal material is also made of the same magnetic metal. The impact sound generated when the fixed core 20 made of the material comes into contact can be reduced.
[0074]
As a result, the air discharge valve 10 is switched from the off state to the on state (valve open state). Accordingly, the pilot air supplied from the bypass passage 232 to the inside of the supply chamber of the pressure control valve (not shown) is introduced from the introduction port 78 of the air discharge valve 10 to the cylinder chamber 72, the communication hole 74, and the hole 70, and is led out. It is discharged to the outside through the port 80. Therefore, the pilot pressure supplied to the pressure control valve can be reduced by the air discharge valve 10 to adjust the flow rate of hydrogen supplied by the pressure control valve.
[0075]
Further, in such an ON state, when the power generation state by the fuel cell stack 202 is restored as usual, the valve body 88 is again seated on the valve seat 76 and the communication between the introduction port 78 and the outlet port 80 is cut off. Off. In this case, the current applied to the coil 36 from a power source (not shown) is stopped, so that the coil 36 is brought into a non-excited state, and the urging force toward the valve body 22 urged by the movable core 32 is lost. .
[0076]
Therefore, the valve body 88 is pressed toward the casing 12 (in the direction of the arrow X1) by the spring force of the second spring member 90, and the seat member 92 provided on the valve body 88 is seated on the valve seat 76, thereby introducing the valve body 88. The communication between the port 78 and the outlet port 80 is cut off. As a result, pilot air supplied to a pressure control valve (not shown) via the bypass passage 232 (see FIG. 1) is not exhausted to the outside by the air discharge valve 10, and thus the pressure control valve performs normal operation. Hydrogen can be circulated.
[0077]
As a result, a desired power generation amount can be obtained again by the fuel cell stack 202.
[0078]
As described above, in the present embodiment, the introduction port 78 into which pilot air is introduced from a pressure control valve (not shown) is formed on the cylinder chamber 72 side where the valve body 88 of the valve body 22 is provided, and the valve body 22 And a second spring member 90 that urges the valve body 88 in a direction in which the valve body 88 is seated on the valve seat 76.
[0079]
Therefore, the flow direction of pilot air introduced from the introduction port 78 into the cylinder chamber 72 coincides with the operation direction in which the valve body 88 is displaced in the direction of the valve seat 76 by the spring force of the second spring member 90. Therefore, when the valve body 88 is seated on the valve seat 76, in addition to the spring force of the second spring member 90, the valve body 88 is pushed by a pilot pressure flowing from the introduction port 78 to the outlet port 80. The pressure is energized.
[0080]
Therefore, a small spring force is sufficient for the second spring member 90, and accordingly, when the valve body 88 is separated from the valve seat 76, the valve body 88 can be separated by a small pressing force of the shaft 46. As a result, it is possible to reduce the size of the solenoid portion 14 that biases the pressing force that displaces the shaft 46.
[0081]
Further, the first spring member 40 is interposed between the spring receiving recess 56 of the casing 12 and the spring receiving hole 54 of the movable core 32, and is interposed between the valve body 88 and the spring receiving portion 86 of the collar member 82. By providing the mounted second spring member 90 coaxially, the radial dimension of the casing 12 and the valve body 22 in which the first and second spring members 90 are provided can be suppressed. Therefore, the air discharge valve 10 can be downsized in the radial direction.
[0082]
Furthermore, by setting the length C along the axial direction of the enlarged diameter portion 94 guided along the axial direction to be 1.5 times or more larger than the diameter D of the valve seat 76 on which the valve body 88 is seated. Further, since the portion where the valve body 88 is guided by the inner peripheral surface of the collar member 82 is increased, the valve body 88 can be guided more reliably along the axial direction, and the valve body can be more reliably performed. 88 seat members 92 can be seated on the valve seat 76.
[0083]
Furthermore, since the valve body 88 can be made lighter by forming the valve body 88 from an aluminum material, the valve body 88 can be displaced more smoothly along the axial direction. . Further, by applying a surface treatment with a fluororesin to the outer peripheral surface of the valve body 88, the sliding resistance generated between the valve body and the outer peripheral surface of the valve body 88 when the valve body 88 is displaced is reduced. Can do. Therefore, the durability of the valve body 88 can be improved.
[0084]
Furthermore, the outer periphery of the valve body 88 made of an aluminum material is formed by forming the collar member 82 disposed in the cylinder chamber 72 of the valve body 22 from a stainless steel material having a hardness higher than that of the aluminum material. Even when the surface slides on the inner peripheral surface, the collar member 82 is prevented from being worn.
[0085]
Further, the guide portion 50 provided at the substantially central portion of the shaft 46 is guided in the axial direction by being inserted through the through hole 66 of the fixed core 20. Therefore, the guide portion 50 of the shaft 46 is more suitably guided by the through hole 66 as the length along the axial direction of the guide portion 50 with respect to the entire length of the shaft 46 along the axial direction is increased.
[0086]
Therefore, the shaft 46 can be displaced with high accuracy and stability along the axial direction without providing a separate bearing or the like. Further, by applying fluorine coating on the outer peripheral surface of the shaft 46, the sliding resistance of the shaft 46 sliding inside the through hole 66 is reduced, and the durability of the shaft 46 can be improved.
[0087]
Further, an annular first yoke 27 that protrudes toward the valve body 22 is formed inside the cylindrical portion 26 of the casing 12, and the tip of the stationary core 20 is opposed to the first yoke 27 on the casing 12 side. Forms a tapered second yoke 67. The movable core 32 is displaceably provided in the first yoke 27 so that the stroke along the axial direction of the movable core 32 is increased, and the movable core 32 is also in the initial excitation state of the solenoid unit 14. The thrust of 32 can be increased.
[0088]
Furthermore, by integrally mounting a buffer member 42 made of an elastic material on the end surface of the movable core 32 on the valve body 88 side, the movable core 32 moves toward the valve body 22 under the excitation action of the solenoid unit 14. When the cushioning member 42 is displaced and abuts against one end surface of the fixed core 20, the impact generated in the movable core 32 and the impact sound generated between the movable core 32 and the fixed core 20 are reduced.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0090]
That is, the introduction port is provided on the valve body side of the valve body, and the first spring that biases the valve body in a direction to seat the valve body on the valve seat is interposed between the valve body and the valve body. Since the spring force of one spring can be set small, and accordingly, the thrust of the solenoid portion that presses the first spring via the valve body can be reduced, the size of the solenoid portion can be reduced. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed configuration diagram showing an arrangement of air discharge valves in FIG. 1;
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a valve closed state of the air discharge valve according to the embodiment of the present invention.
4 is a longitudinal sectional view showing a valve open state of the air discharge valve of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
10 ... Air discharge valve 12 ... Casing
14 ... Solenoid part 18 ... Cover body
20 ... Fixed core 22 ... Valve body
24 ... Valve mechanism 26 ... Cylindrical part
30 ... Guide hole 32 ... Movable core
36 ... Coil 38 ... Bobbin
40 ... first spring member 42 ... buffer member
46 ... Shaft 48 ... Insertion
50 ... Guide part 52 ... Pin part
72 ... Cylinder chamber 76 ... Valve seat
78 ... Introducing port 80 ... Deriving port
86 ... Spring receiving portion 88 ... Valve
90 ... second spring member 92 ... sheet member
94 ... Diameter expansion part

Claims

In a fuel cell solenoid valve for regulating the pressure of a pilot fluid supplied to a pressure control unit in a fuel cell system,
A casing,
A solenoid portion disposed inside the casing and having an exciting action by an electric current;
A valve body coupled to the casing and having an introduction port into which the pilot fluid is introduced and a lead-out port from which the pilot fluid introduced from the introduction port is led;
A shaft that is displaced along the axial direction under the exciting action of the solenoid part via a movable core disposed in the solenoid part;
Provided in the introduction port side of the interior of the valve body abuts against freely disposed at an end of the shaft as well as opposed to prior Symbol shaft and the movable core, a valve seat under a displacement action of said shaft with respect to A valve body that can be freely seated and separated,
A first spring that is interposed between the valve body and the valve body and biases the valve body in a seating direction;
Equipped with a,
A first yoke that protrudes toward the valve body is formed in the casing, and the first yoke is disposed to face a second yoke of a fixed core that is mounted on the valve body, the inside of the first yoke, the solenoid valve for a fuel cell in which the movable core is characterized Rukoto is disposed displaceably.

The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The first spring, the casing and the fuel cell solenoid valve, characterized in that provided on the second spring and the shaft is interposed between the movable core.

The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1,
The valve body is formed in a U-shaped cross section and is disposed in a cylinder chamber of the valve body, and an annular seating portion provided on an end surface facing the valve seat;
A diameter-enlarged portion that is provided on the outer peripheral surface and expands radially outward, and slides inside a cylindrical member disposed in the cylinder chamber ;
With
The fuel cell solenoid valve characterized in that an axial length of the enlarged diameter portion is 1.5 times or more of a diameter of a seating portion of the valve body in the valve seat.

The solenoid valve for a fuel cell according to claim 3,
The valve body was formed from an aluminum material, the surface treatment with a fluorine resin with applied on the outer peripheral surface thereof, prior Kien tubular member the solenoid valve for a fuel cell and forming a stainless steel material.

The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1 ,
Said shaft, said guide portion being inserted freely disposed in the through hole of the stationary core is formed, the axial length of the guide portion, formed in the through length along the axial direction of the hole and the like And a fuel cell electromagnetic valve, wherein the outer peripheral surface of the shaft is subjected to a surface treatment with a fluororesin.

The solenoid valve for a fuel cell according to claim 1 ,
The movable core is a solenoid valve for a fuel cell, wherein an elastic member made of an elastic material is integrally attached to an end face of the movable core on the valve body side.