JP4141810B2

JP4141810B2 - Valve seat structure

Info

Publication number: JP4141810B2
Application number: JP2002332184A
Authority: JP
Inventors: 克三佐保田; 貢次宮野; 寛士島貫; 一教福間
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP2004162878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バルブのシート構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を反応ガスとして発電する燃料電池では、発電に供された後に燃料電池から排出される燃料ガス、すなわちアノードオフガスには未反応の燃料ガスが含まれている。これをそのまま放出したのでは燃費が悪化してしまうので、燃費向上のため、このアノードオフガスをエゼクタやポンプ等の昇圧手段を用いて積極的に循環させ、新鮮な燃料ガスと混合して再度燃料電池に供給する燃料電池システムが考案されている。以下、このように燃料を循環再利用する燃料電池システムを循環式燃料電池システムと称す。
【０００３】
ところで、固体高分子電解質膜型の燃料電池の場合には、固体高分子電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低下し、発電出力が低下するため、良好な発電性能を保つために固体高分子電解質膜を所定の湿度に保つ必要がある。そこで、固体高分子電解質膜型の燃料電池では、燃料ガスを加湿してアノードに供給している。この場合、燃料電池から排出されるアノードオフガスも水分を含んでいる。
このように燃料電池のアノードに水分を供給しているのであるが、アノード側に水が溜まると燃料ガスの供給が阻害され、発電が不安定になる場合がある。
また、カソードに供給された空気中の窒素は微量ながら固体高分子電解質膜をアノード側に透過して燃料ガスに混入するので、燃料ガスのリサイクル利用により窒素の濃度が上昇すると発電が不安定になる場合がある。
【０００４】
このように燃料電池の発電が不安定になった場合には、燃料ガス循環流路から流体排出を行い、アノードに溜まった水や、燃料ガスに混入した窒素を排出して、発電状態を回復する。そのために、燃料ガス循環流路には排出弁が設けられている。
しかしながら、前述した固体高分子電解質膜型の燃料電池を備えた循環式燃料電池システムにおいては、氷点下の環境に燃料電池システムを停止させたときに排出弁の弁体とシート部の間に付着した水分が凍結して固着状態になると、排出弁を開けられなくなり、流体排出を行うことができなくなる。
したがって、排出弁には、低温時にも凍結による固着が起こりにくい構造が必要とされる。
【０００５】
なお、バルブを備えた凍結防止装置として、水が凍結する際の体積膨張を利用してバルブの弁体をシート部から離反させて開弁し、凍結による固着を回避する構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２８７３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記凍結防止装置のバルブは、凍結前に閉弁していたものを凍結時に開弁させることで固着を回避するものであり、前記排出弁をこのような構造にして凍結時の固着防止を図ろうとすると、凍結時に排出弁が開弁することとなって燃料が流出してしまう。したがって、前記排出弁にこのようなバルブ構造を採用することはできない。
なお、前記排出弁に限らず、凍結の虞がある場所で使用されるバルブには、例え凍結しても固着しにくい構造が必要とされる。
そこで、この発明は、簡単な構造ながら、凍結による固着を防止することができるバルブのシート構造を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、シート部（例えば、後述する実施の形態におけるシート部２０，３０）と、前記シート部の上方に配置され前記シート部に対して当接離反可能な弁体（例えば、後述する実施の形態における弁体１５）と、前記シート部の外側に連通しガスが流通するガス流体通路（例えば、後述する実施の形態における流体入口通路１７）とを備えたバルブ（例えば、後述する実施の形態における排出弁１）のシート構造において、前記シート部は前記ガス流体通路の下端（例えば、後述する実施の形態における下端１７ａ）よりも上方に設置され、前記シート部の周囲には前記ガス流体通路の下端よりも低い水溜用の溝（例えば、後述する実施の形態における水溜溝３６）が設けられ、前記弁体の下端には、前記シート部よりも外側に位置しシート部の上端よりも下方に延びる水切り突起（例えば、後述する実施の形態における水切り突起３８）が環状に設けられ、前記水切り突起は、前記水溜用の溝と重力の作用方向で同じ位置に設けられ、前記水切り突起の下端は、前記弁体が前記シート部に当接した状態において前記水溜用の溝に溜まった水の水面よりも上方に位置するように設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、前記ガス流体通路に水が溜まっても、この水が前記シート部に付着するのを防止することができ、氷点下の環境にバルブを閉弁状態で保持しても、凍結によるバルブの固着を防止することができる。
【０００９】
また、水の溜まる場所を前記シート部から離間した前記溝に特定することができる。
【００１０】
さらに、前記弁体に付着した水滴を水切り突起から落下させることができるので前記シート部に回り込まないようにすることができ、また、弁体から落下した水滴が前記シート部に付着しないようにすることができる。
【００１１】
また、前記弁体の水切り突起から落下する水滴を前記水溜用の溝で受けることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記シート部の上部が上端に進むにしたがって断面縮小することを特徴とする。
このように構成することにより、閉弁状態で前記弁体と前記シート部が水の凍結により固着した場合にも、固着面積を小さくすることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記シート部と該シート部に当接する前記弁体の当接部のいずれか一方が撥水性を有する材料（例えば、後述する実施の形態におけるフッ素系樹脂）で構成され、他方が弾性材（例えば、後述する実施の形態におけるゴム）で構成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、撥水性の材料で構成された部材には水滴が付着しにくいので凍結によるバルブの固着をしにくくすることができ、弾性材で構成された部材との組み合わせによりシート性を確保することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、燃料電池システムにおける燃料循環経路内の流体排出に用いるバルブに設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、前記バルブを閉じた状態で外気温度が氷点下となり、前記バルブの内部に付着した水滴が凍結した場合があっても、凍結によるバルブの固着を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るバルブのシート構造の実施の形態を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態におけるバルブのシート構造は、燃料電池システムの燃料ガス循環流路（燃料循環経路）に設置される流体排出用の排出弁に設けられた態様であり、この排出弁は燃料電池システムの停止時には閉弁状態に保持されるものである。
【００１６】
〔参考例〕
初めに、この発明に関連する参考例のバルブのシート構造について、図１の図面を参照して説明する。
図１は参考例のシート構造を備えた排出弁１の断面図である。
排出弁１は、燃料ガス循環流路（図示せず）に接続される入口ノズル１１ａを備えた第１バルブ本体１１と、出口ノズル１２ａを備えた第２バルブ本体１２と、第２バルブ本体１２の上部に固定された蓋体１３と、第１バルブ本体１１と第２バルブ本体１２によって挟持され固定されたシート部材１４と、シート部材１４の上方に配置されてシート部材１４に当接離反する弁体１５と、第２バルブ本体１２に固定され弁体１５を上下動させる電磁アクチュエータ１６、を主要な構成とする。
【００１７】
この排出弁１の取付状態においては、電磁アクチュエータ１６はそのプランジャ１６ａが上下方向に移動可能に設置されており、入口ノズル１１ａと出口ノズル１２ａはプランジャ１６ａと直交するように水平に配置されている。
入口ノズル１１ａには流体入口通路１７がその軸心を略水平にして設けられており、出口ノズル１２ａには流体出口通路１８がその軸心を水平にして設けられている。
【００１８】
シート部材１４はステンレスなどで形成されており、その表面には撥水性に優れたフッ素系樹脂がコーティングされている。シート部材１４は、中央に連通孔１９を備え、連通孔１９の上端周囲を包囲するようにシート部２０が形成されている。さらに、シート部２０の上端は断面略半円形をなしており、これにより、シート部２０は上端に進むにしたがって断面縮小している。
シート部材１４において、シート部２０に連なる外周面は下方に広がるテーパ面２１とされており、このテーパ面２１の下端に水平面２２が連なっている。水平面２２は流体入口通路１７の下端１７ａと面一にされている。したがって、流体入口通路１７はシート部２０の外側に連通しており、シート部２０は流体入口通路１７の下端１７ａよりも上方に設置されている
シート部材１４において、シート部２０に連なる内周面はほぼ垂直に下降する垂直面２３とされており、この垂直面２３の下端に下方に広がるテーパ面２４が連なっている。
【００１９】
電磁アクチュエータ１６のプランジャ１６ａはシート部材１４の連通孔１９の中央を貫通し、連通孔１９を貫通したプランジャ１６ａの先端に弁体１５が固定されている。弁体１５はステンレスなどで形成されており、弁体１５の下面には環状の凹部が形成され、この凹部にゴム（弾性材）からなるシートリング（当接部）２５が焼き付け固定されていて、閉弁時にはシートリング２５がシート部２０に当接するようにされている。なお、シートリング２５には、ゴムを素材として架橋処理またはフッ素系樹脂コーティング処理をしたものを用いてもよい。
【００２０】
この排出弁１は入口ノズル１１ａを燃料ガス循環流路に接続した状態で使用され、通常は閉じていて、燃料ガス循環流路から燃料オフガスを排出すべきときに電磁アクチュエータ１６によって開き動作せしめられる。電磁アクチュエータ１６によって弁体１５を上方に移動させると、シートリング２５がシート部２０から離反して排出弁１が開き、燃料ガス循環流路を流れる燃料オフガスが流体入口通路１７から流入し、連通孔１９を通って、流体出口通路１８へと流出する。また、燃料電池システムを停止している間は排出弁１を閉弁状態に維持する。
【００２１】
ところで、燃料電池システムの運転中に排出した燃料オフガスには水分が含まれているので、燃料電池システムの運転中、排出弁１の内部に水滴が付着する場合がある。また、燃料電池システムの運転中に排出弁１の内部に水滴が付着していなくても、燃料電池システムの停止中に温度低下して燃料オフガス中に含まれていた水分が排出弁１の内部で凝結し、水滴となり付着する場合もある。
【００２２】
しかしながら、この排出弁１においては、例え排出弁１の内部に水滴が付着しても、シート部材１４の表面には撥水性に優れたフッ素系樹脂がコーティングされているので、水滴はシート部材１４に付着しにくい。特に、シート部２０の先端は断面略半円形をなしているので、水滴が滑落し易く、さらにシート部２０に連なる外面および内面がテーパ面２１、垂直面２３となっているので、水滴はこれらテーパ面２１および垂直面２３も滑落し易い。したがって、シート部２０およびその近傍に水滴が付着しにくい。
また、シート部２０が流体入口通路１７の下端１７ａよりも上方に設けられているので、流体入口通路１７に水が溜まっても、この水がシート部２０に付着することはない。
【００２３】
したがって、排出弁１を閉じた状態で燃料電池システムを停止したときに、停止中に外気温度が氷点下となり、排出弁１の内部に付着した水滴が凍結した場合があっても、シート部２０には水滴が殆ど付着していないので、凍結により弁体１５がシート部２０に固着するのを防止することができる。
また、万一、シート部２０に水滴が付着することがあったとしても、シート部２０は上端に進むにしたがって断面縮小しているので固着面積を小さくすることができ、シート部２０に付着した水滴が凍結しても凍結による張り付き荷重を低減することができる。これにより、凍結時にも排出弁１を容易に開閉することが可能になる。
したがって、凍結しても排出弁１を確実に開閉することが可能になり、燃料電池システムの低温始動時に燃料オフガスを排出する必要がある場合に、燃料オフガスの排出を確実に実行することができる。
なお、シート部２０に当接する弁体１５のシートリング２５がゴムで構成されているので、閉弁時にシート部２０のシート性を十分に確保することができる。
【００２４】
シート部２０の先端は、シート性の確保と固着面積の低減の観点から、ゴム製のシートリング２５の耐久性を損なわない範囲で、極力小さい曲率半径の断面形状とするのが好ましい。また、シート部２０の内径も、固着面積の低減の観点から、必要流量を確保できる範囲で最小寸法にするのが好ましい。
また、テーパ面２１の傾斜角度は水滴が滑落し易いように極力垂直に近くするのが好ましい。
【００２５】
また、流体入口通路１７に水が溜まらないように、流体入口通路１７の下端１７ａには段差を設けないのが好ましく、また、入口ノズル１１ａの入口端側に向かって下り勾配の傾斜を付けるのが好ましい。あるいは、流体入口通路１７の下端１７ａが水平である場合には、排出弁１の取付姿勢を流体入口通路１７の入口端側を若干下がるようにすることで、水が溜まりにくくしてもよい。
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
次に、この発明に係るバルブのシート構造の第１の実施の形態を図２の図面を参照して説明する。
図２は、第１の実施の形態における排出弁１の要部断面図である。前述した参考例の排出弁１と同一態様部分には同一符号を付して説明を省略し、参考例のものと相違する点について以下に説明する。
第１バルブ本体１１にはシート取付座３１が設けられており、このシート取付座３１にシート部３０が固定されている。シート部３０はフッ素系樹脂からなり、上端に断面半円形をなす突曲部３２が形成され、突曲部３２に連なる内面がテーパ面３３とされ、さらにこのテーパ面３３に連なる内面が垂直面３４とされている。この垂直面３４は、シート取付座３１の内周面である垂直面３５に面一に連なっている。そして、シート部３０の内側およびシート取付座３１の内側が連通孔１９にされている。
【００２７】
また、第１バルブ本体１１のシート取付座３１には、断面半円形の水溜用の溝（以下、水溜溝という）３６がシート部３０を包囲するように環状に設けられている。そして、この水溜溝３６の内側上端がシート部３０の突曲部３２の外側下端に連なっており、水溜溝３６の外側上端が流体入口通路１７の下端１７ａに連なっている。この第１実施の形態においても、シート部３０の上端は流体入口通路１７の下端１７ａよりも上方に設置されている。
【００２８】
弁体１５には前記参考例と同様にゴム製のシートリング２５が焼き付け固定されている。
弁体１５の外周部はシート部３０よりも外側に張り出しており、弁体１５の外周面は下方に進むにしたがって径方向内側に傾斜するテーパ面３７にされている。また、シートリング２５よりも外側に位置する弁体１５の下面外周部には下方に尖った水切り突起３８が全周に亘って設けられており、水切り突起３８の外周面はテーパ面３７と連続して一体となっている。この水切り突起３８は水溜溝３６の真上に位置している。
【００２９】
この第１の実施の形態の排出弁１においても、シート部３０が撥水性に優れたフッ素系樹脂で形成されているので水滴が付着しにくく、シート部３０の突曲部３２が断面半円形に形成されているので水滴が滑落し易く、シート部３０のテーパ面３３も水滴が滑落し易い。したがって、シート部３０およびその近傍に水滴が付着しにくい。
また、シート部３０の突曲部３２が流体入口通路１７の下端１７ａよりも上方に設けられているので、流体入口通路１７に水が溜まっても、この水がシート部３０の上端に付着することはない。
【００３０】
また、弁体１５に水滴が付着した場合にも、その水滴は弁体１５の外周のテーパ面３７を伝わって流れ落ち、さらに水切り突起３８から水溜溝３６に落下して水溜溝３６に溜まる。したがって、閉弁している間に弁体１５に付着した水滴がシート部３０に回り込まないようにすることができ、また、弁体１５から落下する水の留まる場所を水溜溝３６に特定することができる。そして、水溜溝３６はシート部３０の突曲部３２よりも下方に位置しているので、水溜溝３６に溜まった水が突曲部３２に付着することはない。
【００３１】
したがって、第１の実施の形態における排出弁１においても、凍結により弁体１５がシート部３０に固着するのを防止することができる。また、万一、シート部３０に水滴が付着することがあったとしても、シート部３０の突曲部３２は上端に進むにしたがって断面縮小しているので固着面積を小さくすることができ、シート部３０に付着した水滴が凍結しても凍結による張り付き荷重を低減することができる。よって、この排出弁１の場合も、凍結しても排出弁１を確実に開閉することができる。
【００３２】
なお、第１の実施の形態排出弁１では、シートリング２５をゴムで形成し、シート部３０をフッ素系樹脂で形成したが、この組み合わせを逆にして、シートリング２５をフッ素系樹脂で形成し、シート部３０をゴムで形成することも可能である。図３は、このように材料の組み合わせを逆にした場合の変形例を示す図である。
【００３３】
この図３に示す変形例のバルブのシート構造が図２に示す第１の実施の形態のものと相違する点は以下の通りである。
図３に示す排出弁１の場合には、弁体１５の全体がフッ素系樹脂で形成されており、シートリング２５がない。また、シート部３０はゴムで形成されている。
このように構成された排出弁１においては、弁体１５が撥水性を有しているので弁体１５に水滴を付着しにくくなり、また、付着してもその水滴を落下し易くすることができる。
一方、シート部３０はゴム製であるが、上端の突曲部３２が断面半円形であることから、水滴が付着しても落下し易く、また、固着面積を小さくすることができる。したがって、この変形例においても、凍結しても排出弁１を確実に開閉することができる。
【００３４】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、このバルブのシート構造を採用可能なバルブは燃料電池システムの排出弁に限るものではなく、他の用途のバルブにも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、氷点下の環境にバルブを閉弁状態で保持しても凍結によるバルブの固着を防止することができるので、氷点下の環境でも確実にバルブを開閉することができるという優れた効果が奏される。
また、水の溜まる場所をシート部から離間した水溜用の溝に特定することができるので、水がシート部に付着するのを確実に防止することができるという効果がある。
【００３６】
さらに、弁体に付着した水滴をシート部に回り込まないようにすることができ、また、弁体から落下した水滴がシート部に付着しないようにすることができるので、氷点下の環境にバルブを閉弁状態で保持しても凍結によるバルブの固着を防止することができ、氷点下の環境でも確実にバルブを開閉することができるという効果がある。
また、弁体の水切り突起から落下する水滴を水溜用の溝で受けることができる。
【００３７】
請求項２に係る発明によれば、閉弁状態で弁体とシート部が水の凍結により固着した場合にも、固着面積を小さくすることができるので、万が一に凍結した場合であっても、凍結による張り付き荷重を低減することができ、凍結時の開弁が容易になるという効果がある。
請求項３に係る発明によれば、撥水性の材料で構成された部材には水滴が付着しにくいので凍結によるバルブの固着をしにくくすることができ、弾性材で構成された部材との組み合わせによりシート性を確保することができるという効果がある。
【００３８】
請求項４に係る発明によれば、燃料循環経路内の流体排出用のバルブを閉じた状態で外気温度が氷点下となり、前記バルブの内部に付着した水滴が凍結した場合があっても、凍結によるバルブの固着を防止することができるので、燃料循環経路内の流体排出を実行する必要があるときに確実にバルブを開いて流体排出を実行することができるという効果がある。特に、燃料電池システムの低温始動時に前記バルブを開き流体排出を行う必要が生じた時にも確実にバルブを開くことができるので、低温始動性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のシート構造を備えたバルブの断面図である。
【図２】この発明に係るシート構造を備えたバルブの第１の実施の形態における要部断面図である。
【図３】前記第１の実施の形態におけるバルブの変形例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１排出弁（バルブ）
１５弁体
２０，３０シート部
１７流体入口通路（流体通路）
１７ａ下端
３６水溜溝（水溜用の溝）
３８水切り突起
２５シートリング（弁体の当接部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve seat structure.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell that generates power using a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, oxygen or air) as a reactive gas, the fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation, that is, the anode off-gas is an unreacted fuel. Contains gas. If this is released as it is, the fuel efficiency will deteriorate, so to improve fuel efficiency, this anode off gas is actively circulated using a boosting means such as an ejector or pump, mixed with fresh fuel gas, and re-fueled. A fuel cell system for supplying batteries has been devised. Hereinafter, a fuel cell system that circulates and reuses fuel in this way is referred to as a circulating fuel cell system.
[0003]
By the way, in the case of a solid polymer electrolyte membrane type fuel cell, if the solid polymer electrolyte membrane is dried, the ionic conductivity is lowered and the power generation output is lowered. It is necessary to keep the solid polymer electrolyte membrane at a predetermined humidity. Therefore, in the polymer electrolyte membrane type fuel cell, the fuel gas is humidified and supplied to the anode. In this case, the anode off gas discharged from the fuel cell also contains moisture.
In this way, moisture is supplied to the anode of the fuel cell, but if water accumulates on the anode side, the supply of fuel gas may be hindered and power generation may become unstable.
In addition, since the nitrogen in the air supplied to the cathode passes through the solid polymer electrolyte membrane to the anode side and is mixed into the fuel gas, a small amount of nitrogen is mixed into the fuel gas. There is a case.
[0004]
In this way, when the power generation of the fuel cell becomes unstable, fluid is discharged from the fuel gas circulation flow path, and water accumulated in the anode and nitrogen mixed in the fuel gas are discharged to recover the power generation state. To do. For this purpose, a discharge valve is provided in the fuel gas circulation passage.
However, in the circulation type fuel cell system provided with the above-described solid polymer electrolyte membrane type fuel cell, the fuel cell system was adhered between the valve body of the discharge valve and the seat portion when the fuel cell system was stopped in an environment below freezing point. If the water freezes and becomes fixed, the discharge valve cannot be opened and the fluid cannot be discharged.
Therefore, the discharge valve is required to have a structure that does not easily stick due to freezing even at low temperatures.
[0005]
In addition, as a freeze prevention apparatus provided with a valve, there is a structure that avoids sticking due to freezing by opening the valve body by separating the valve body from the seat portion by utilizing volume expansion when water freezes ( For example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-28732 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the valve of the anti-freezing device avoids sticking by opening the valve that was closed before freezing at the time of freezing, and the discharge valve has such a structure to prevent sticking at the time of freezing. If it is going to try, a discharge valve will open at the time of freezing, and fuel will flow out. Therefore, such a valve structure cannot be adopted for the discharge valve.
It should be noted that not only the discharge valve but also a valve that is used in a place where there is a risk of freezing needs a structure that is difficult to be fixed even if it is frozen.
Accordingly, the present invention provides a valve seat structure capable of preventing sticking due to freezing while having a simple structure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a seat portion (for example, the seat portions 20 and 30 in the embodiments described later) and the seat portion disposed above the seat portion. A contactable / separable valve body (for example, a valve body 15 in an embodiment to be described later) and a gas fluid passage (for example, a fluid inlet passage 17 in an embodiment to be described later) through which the gas communicates with the outside of the seat portion. In the seat structure of a valve (for example, a discharge valve 1 in an embodiment described later), the seat portion is installed above a lower end of the gas fluid passage (for example, a lower end 17a in an embodiment described later). A water reservoir groove (for example, a water reservoir groove 36 in an embodiment to be described later) lower than the lower end of the gas fluid passage is provided around the seat portion, and the lower end of the valve body , The seat draining projection extending below the upper end of the positioned outside the seat portion than (e.g., draining projection 38 in the embodiment described below) is provided annularly, the draining projection, for the basin Provided at the same position in the direction of action of the groove and gravity, the lower end of the draining projection is located above the water surface of the water accumulated in the water reservoir groove when the valve body is in contact with the seat portion It is provided as follows.
With this configuration, even when water is collected in the gas fluid passage, it is possible to prevent the water from adhering to the seat portion, and even if the valve is held in a sub-freezing environment in a closed state. Further, the sticking of the valve due to freezing can be prevented.
[0009]
Moreover, the place where water accumulates can be specified in the groove separated from the sheet portion.
[0010]
Further, since the water droplets adhering to the valve body can be dropped from the draining projection , it is possible to prevent the water droplets from flowing into the seat portion and to prevent the water droplets falling from the valve body from adhering to the seat portion. be able to.
[0011]
Moreover , the water droplet which falls from the draining protrusion of the said valve body can be received in the said groove | channel for water reservoirs.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the invention described in claim 1, the upper portion of the seat portion, characterized in that cross-sectional reduction according to the process proceeds to the upper end.
By comprising in this way, even when the said valve body and the said sheet | seat part adhere by freezing of water in a valve closing state, an adhering area can be made small.
[0013]
The invention according to claim 3 is the material according to claim 1 or 2 , wherein either one of the seat part and the contact part of the valve body contacting the sheet part has water repellency (for example, The other is made of an elastic material (for example, rubber in an embodiment to be described later).
With this configuration, water droplets are less likely to adhere to a member made of a water-repellent material, making it difficult to fix the valve due to freezing, and the seat can be combined with a member made of an elastic material. Sex can be secured.
[0014]
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the valve is used for discharging the fluid in the fuel circulation path in the fuel cell system.
With such a configuration, even when the outside air temperature becomes below freezing point with the valve closed, water droplets adhering to the inside of the valve may freeze, thereby preventing the valve from sticking due to freezing.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a valve seat structure according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The seat structure of the valve in the embodiment described below is an aspect provided in a discharge valve for fluid discharge installed in a fuel gas circulation passage (fuel circulation passage) of the fuel cell system. The valve is kept closed when the fuel cell system is stopped.
[0016]
[Reference example]
First , a seat structure of a valve of a reference example related to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a discharge valve 1 having a seat structure of a reference example .
The discharge valve 1 includes a first valve body 11 having an inlet nozzle 11a connected to a fuel gas circulation channel (not shown), a second valve body 12 having an outlet nozzle 12a, and a second valve body 12. A lid 13 fixed to the upper portion of the sheet member, a seat member 14 sandwiched and fixed by the first valve body 11 and the second valve body 12, and a seat member 14 disposed above the seat member 14 so as to come into contact with and separate from the seat member 14. The valve body 15 and the electromagnetic actuator 16 that is fixed to the second valve body 12 and moves the valve body 15 up and down are the main components.
[0017]
In the attached state of the discharge valve 1, the electromagnetic actuator 16 is installed such that its plunger 16a is movable in the vertical direction, and the inlet nozzle 11a and the outlet nozzle 12a are horizontally arranged so as to be orthogonal to the plunger 16a. .
The inlet nozzle 11a is provided with a fluid inlet passage 17 with its axis substantially horizontal, and the outlet nozzle 12a is provided with a fluid outlet passage 18 with its axis central.
[0018]
The sheet member 14 is formed of stainless steel or the like, and the surface thereof is coated with a fluorine resin having excellent water repellency. The sheet member 14 includes a communication hole 19 at the center, and a sheet portion 20 is formed so as to surround the periphery of the upper end of the communication hole 19. Furthermore, the upper end of the sheet portion 20 has a substantially semicircular cross section, and as a result, the cross section of the sheet portion 20 is reduced as it goes to the upper end.
In the sheet member 14, an outer peripheral surface continuous with the sheet portion 20 is a tapered surface 21 that extends downward, and a horizontal surface 22 is continuous with a lower end of the tapered surface 21. The horizontal surface 22 is flush with the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17. Therefore, the fluid inlet passage 17 communicates with the outside of the seat portion 20, and the seat portion 20 is an inner peripheral surface continuous with the seat portion 20 in the sheet member 14 installed above the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17. Is a vertical surface 23 that descends substantially vertically, and a tapered surface 24 that extends downward is connected to the lower end of the vertical surface 23.
[0019]
The plunger 16 a of the electromagnetic actuator 16 passes through the center of the communication hole 19 of the seat member 14, and the valve body 15 is fixed to the tip of the plunger 16 a that passes through the communication hole 19. The valve body 15 is formed of stainless steel or the like, and an annular recess is formed on the lower surface of the valve body 15, and a seat ring (contact portion) 25 made of rubber (elastic material) is baked and fixed to the recess. When the valve is closed, the seat ring 25 comes into contact with the seat portion 20. In addition, you may use for the seat ring 25 what carried out the bridge | crosslinking process or the fluororesin coating process using rubber | gum as a raw material.
[0020]
The discharge valve 1 is used in a state where the inlet nozzle 11a is connected to the fuel gas circulation passage, and is normally closed, and is opened by the electromagnetic actuator 16 when the fuel off-gas should be discharged from the fuel gas circulation passage. . When the valve body 15 is moved upward by the electromagnetic actuator 16, the seat ring 25 is separated from the seat portion 20, the discharge valve 1 is opened, and the fuel off-gas flowing through the fuel gas circulation passage flows in from the fluid inlet passage 17 and communicates. It flows through the hole 19 to the fluid outlet passage 18. Further, the discharge valve 1 is kept closed while the fuel cell system is stopped.
[0021]
By the way, since the fuel off-gas discharged during operation of the fuel cell system contains moisture, water droplets may adhere to the inside of the discharge valve 1 during operation of the fuel cell system. Even if water droplets do not adhere to the inside of the discharge valve 1 during operation of the fuel cell system, the water that has fallen in temperature during the stoppage of the fuel cell system and is contained in the fuel off-gas May condense and form water droplets.
[0022]
However, in this discharge valve 1, even if water droplets adhere to the inside of the discharge valve 1, the surface of the sheet member 14 is coated with a fluorine-based resin having excellent water repellency. It is hard to adhere to. In particular, since the tip of the sheet portion 20 has a substantially semicircular cross section, the water droplets are easy to slide down, and the outer surface and the inner surface connected to the sheet portion 20 are the tapered surface 21 and the vertical surface 23. The tapered surface 21 and the vertical surface 23 are also likely to slide down. Therefore, it is difficult for water droplets to adhere to the sheet portion 20 and the vicinity thereof.
In addition, since the seat portion 20 is provided above the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17, even if water accumulates in the fluid inlet passage 17, this water does not adhere to the seat portion 20.
[0023]
Therefore, when the fuel cell system is stopped with the discharge valve 1 closed, even if the outside air temperature becomes below freezing point during the stop and water droplets adhering to the inside of the discharge valve 1 may freeze, Since water droplets are hardly attached, the valve body 15 can be prevented from adhering to the seat portion 20 due to freezing.
Further, even if water droplets may adhere to the sheet portion 20, the sheet portion 20 is reduced in cross section as it goes to the upper end, so that the fixing area can be reduced and attached to the sheet portion 20. Even if the water droplet freezes, the sticking load due to freezing can be reduced. As a result, the discharge valve 1 can be easily opened and closed even during freezing.
Accordingly, even if the fuel cell system is frozen, the discharge valve 1 can be reliably opened and closed, and when it is necessary to discharge the fuel off gas when the fuel cell system is started at a low temperature, the fuel off gas can be reliably discharged. .
In addition, since the seat ring 25 of the valve body 15 that contacts the seat portion 20 is made of rubber, the seat property of the seat portion 20 can be sufficiently ensured when the valve is closed.
[0024]
From the viewpoint of securing sheet properties and reducing the fixing area, it is preferable that the front end of the sheet portion 20 has a cross-sectional shape with a radius of curvature as small as possible within a range that does not impair the durability of the rubber seat ring 25. In addition, the inner diameter of the sheet portion 20 is preferably set to a minimum dimension within a range in which a necessary flow rate can be secured from the viewpoint of reducing the fixing area.
In addition, it is preferable that the inclination angle of the tapered surface 21 be as close to vertical as possible so that water drops can easily slide down.
[0025]
Further, it is preferable not to provide a step at the lower end 17a of the fluid inlet passage 17 so that water does not accumulate in the fluid inlet passage 17, and a downward slope is provided toward the inlet end side of the inlet nozzle 11a. Is preferred. Alternatively, when the lower end 17a of the fluid inlet passage 17 is horizontal, the attachment posture of the discharge valve 1 may be slightly lowered from the inlet end side of the fluid inlet passage 17 so that water does not easily accumulate.
[0026]
First Embodiment
Next, a first embodiment of a valve seat structure according to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG.
Figure 2 is a fragmentary cross-sectional view of the discharge valve 1 in the first embodiment. The same reference numerals are given to the same aspects as the discharge valve 1 of the reference example described above, the description thereof will be omitted, and differences from the reference example will be described below.
The first valve body 11 is provided with a seat mounting seat 31, and the seat portion 30 is fixed to the seat mounting seat 31. The sheet portion 30 is made of a fluorine-based resin, and a projecting portion 32 having a semicircular cross section is formed at the upper end. An inner surface continuous with the projecting portion 32 is a tapered surface 33, and an inner surface continuous with the tapered surface 33 is a vertical surface. 34. The vertical surface 34 is flush with a vertical surface 35 that is an inner peripheral surface of the seat mounting seat 31. The inside of the seat portion 30 and the inside of the seat mounting seat 31 are formed as communication holes 19.
[0027]
Further, the seat mounting seat 31 of the first valve main body 11 is provided with a water reservoir groove (hereinafter referred to as a water reservoir groove) 36 having a semicircular cross section so as to surround the seat portion 30. The inner upper end of the water reservoir groove 36 is continuous with the lower outer end of the bent portion 32 of the seat portion 30, and the outer upper end of the water reservoir groove 36 is continuous with the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17. Also in the first embodiment, the upper end of the seat portion 30 is installed above the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17.
[0028]
A rubber seat ring 25 is baked and fixed to the valve body 15 as in the above-described reference example .
The outer peripheral portion of the valve body 15 projects outward from the seat portion 30, and the outer peripheral surface of the valve body 15 has a tapered surface 37 that inclines radially inward as it proceeds downward. Further, a draining projection 38 pointed downward is provided on the outer peripheral portion of the lower surface of the valve body 15 located outside the seat ring 25, and the outer peripheral surface of the draining projection 38 is continuous with the tapered surface 37. And united. The draining protrusion 38 is located directly above the water reservoir groove 36.
[0029]
Also in the discharge valve 1 of the first embodiment, water droplets are unlikely to adhere because the seat portion 30 is formed with excellent fluororesin repellent, projectingly bent portion 32 of the seat portion 30 is a semicircular cross section The water droplets are easy to slide down, and the water droplets are also likely to slide down on the tapered surface 33 of the seat portion 30. Therefore, it is difficult for water droplets to adhere to the sheet portion 30 and the vicinity thereof.
Further, since the bent portion 32 of the seat portion 30 is provided above the lower end 17 a of the fluid inlet passage 17, even if water accumulates in the fluid inlet passage 17, this water adheres to the upper end of the seat portion 30. There is nothing.
[0030]
In addition, even when water droplets adhere to the valve body 15, the water droplets flow down along the tapered surface 37 on the outer periphery of the valve body 15, and further drop from the draining protrusion 38 to the water reservoir groove 36 and accumulate in the water reservoir groove 36. Therefore, it is possible to prevent water droplets attached to the valve body 15 from flowing into the seat portion 30 while the valve is closed, and to specify the place where the water falling from the valve body 15 stays in the water reservoir groove 36. Can do. Since the water reservoir groove 36 is located below the curved portion 32 of the sheet portion 30, the water accumulated in the water reservoir groove 36 does not adhere to the curved portion 32.
[0031]
Therefore, also in the discharge valve 1 in the first embodiment, it is possible to prevent the valve body 15 from adhering to the seat portion 30 due to freezing. In addition, even if water droplets may adhere to the sheet portion 30, the protruding portion 32 of the sheet portion 30 is reduced in cross section as it goes to the upper end, so that the fixing area can be reduced. Even if water droplets adhering to the portion 30 freeze, the sticking load due to freezing can be reduced. Therefore, also in the case of this discharge valve 1, even if it freezes, the discharge valve 1 can be opened and closed reliably.
[0032]
In the first embodiment of the discharge valve 1, the seat ring 25 is made of rubber and the seat portion 30 is made of fluorine resin. However, the combination is reversed and the seat ring 25 is made of fluorine resin. In addition, the sheet portion 30 can be formed of rubber. FIG. 3 is a diagram showing a modification when the combination of materials is reversed in this way.
[0033]
The valve seat structure of the modified example shown in FIG. 3 is different from that of the first embodiment shown in FIG. 2 as follows.
In the case of the discharge valve 1 shown in FIG. 3, the entire valve body 15 is formed of a fluorine-based resin, and there is no seat ring 25. The sheet part 30 is made of rubber.
In the discharge valve 1 configured as described above, since the valve body 15 has water repellency, it is difficult for water droplets to adhere to the valve body 15, and even if it adheres, the water drops can be easily dropped. it can.
On the other hand, although the sheet portion 30 is made of rubber, the bent portion 32 at the upper end has a semicircular cross section, so that even if a water droplet adheres, the sheet portion 30 is easily dropped and the fixing area can be reduced. Therefore, also in this modification, the discharge valve 1 can be reliably opened and closed even if it is frozen.
[0034]
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, a valve that can adopt the seat structure of this valve is not limited to the exhaust valve of the fuel cell system, but can be applied to valves for other purposes.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the valve can be prevented from sticking due to freezing even if the valve is held in a sub-freezing environment in a closed state, the valve can be reliably opened and closed even in a sub-freezing environment. An excellent effect is achieved.
Moreover , since the place where water accumulates can be specified in the groove for water reservoir separated from the sheet portion, there is an effect that water can be reliably prevented from adhering to the sheet portion.
[0036]
Furthermore, it is possible to prevent water droplets adhering to the valve body from flowing into the seat portion, and it is also possible to prevent water droplets falling from the valve body from adhering to the seat portion, so that the valve is closed in an environment below freezing point. Even if held in the valve state, sticking of the valve due to freezing can be prevented, and the valve can be reliably opened and closed even in an environment below freezing point.
Moreover , the water droplet which falls from the draining protrusion of a valve body can be received in the groove | channel for water reservoirs.
[0037]
According to the invention according to claim 2 , even when the valve body and the seat portion are fixed by freezing water in the closed state, the fixing area can be reduced, so even if it is frozen by any chance, The sticking load due to freezing can be reduced, and the valve opening at the time of freezing is easy.
According to the invention of claim 3 , since water droplets are difficult to adhere to a member made of a water repellent material, it is possible to make it difficult to fix the valve by freezing, and a combination with a member made of an elastic material Therefore, there is an effect that the sheet property can be secured.
[0038]
According to the invention of claim 4 , even if the outside air temperature becomes below freezing point with the fluid discharge valve in the fuel circulation path closed, water droplets adhering to the inside of the valve may be frozen. Since the sticking of the valve can be prevented, there is an effect that when the fluid discharge in the fuel circulation path needs to be executed, the valve can be surely opened and the fluid discharge can be executed. In particular, the low-temperature startability is improved because the valve can be opened reliably even when it is necessary to open the valve and discharge the fluid at the low-temperature start of the fuel cell system.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of the valve with the seat structure of the embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part in the first embodiment of the valve having the seat structure according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing a modification of the valve in the first embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Discharge valve
15 Valve body 20, 30 Seat part 17 Fluid inlet passage (fluid passage)
17a Lower end 36 Water retention groove (recessed groove)
38 Draining projection 25 Seat ring (valve contact part)

Claims

A valve seat structure comprising: a seat portion; a valve body disposed above the seat portion and capable of coming into contact with and separating from the seat portion; and a gas fluid passage through which gas is communicated to the outside of the seat portion In
The seat portion is installed above the lower end of the gas fluid passage, a groove for water pool lower than the lower end of the gas fluid passage is provided around the seat portion, and the lower end of the valve body has the A draining projection that is located outside the seat portion and extends downward from the upper end of the seat portion is provided in an annular shape, and the draining projection is provided at the same position in the direction of action of gravity as the groove for the water reservoir. The lower end of the valve seat is provided so as to be positioned above the water surface of the water accumulated in the water reservoir groove when the valve body is in contact with the seat portion .

2. The valve seat structure according to claim 1, wherein the seat portion is reduced in cross section as the upper portion of the seat portion advances toward the upper end .

Either of the seat part and the contact part of the valve body that contacts the sheet part is made of a material having water repellency, and the other is made of an elastic material. Item 3. The valve seat structure according to Item 2.

The valve seat structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the valve seat structure is provided in a valve used for discharging fluid in a fuel circulation path in the fuel cell system .