JP4398349B2 - Electromagnetic shut-off valve for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、ソレノイド部の励磁作用下に連通室の内部を流通する反応ガス(水素)の連通状態を切り換える燃料電池用電磁遮断弁に関する。 The present invention relates to, for example, a fuel cell electromagnetic shut-off valve for switching a communication state of a reaction gas (hydrogen) flowing through a communication chamber under an excitation action of a solenoid portion in a fuel cell system.
本出願人は、流体通路に接続され、前記流体通路を流通する燃料ガス等の流体の連通状態をソレノイドの励磁作用下に切り換える遮断弁を含む燃料電池用レギュレータユニットを提案している(特許文献1参照)。 The present applicant has proposed a regulator unit for a fuel cell that includes a shut-off valve that is connected to a fluid passage and switches a communication state of a fluid such as fuel gas flowing through the fluid passage under the excitation action of a solenoid (Patent Document). 1).
この遮断弁は、ハウジングに固定鉄心が固定されると共に、前記固定鉄心と同軸にソレノイド部の励磁作用下に固定鉄心側に向かって変位するプランジャが設けられている。プランジャの一端部には弁体が連結され、前記弁体がばね部材の弾発力によってボディの弁座に着座することにより弁閉状態となる。前記弁体は、ボディの第1弁座に着座可能な第1弁と、前記プランジャの下端部に変位自在に保持される第2弁とを備え、前記第2弁が略C字状のクリップを介してプランジャに対して加締められることにより、前記弁体がプランジャの下端部に保持されている。 In this shut-off valve, a fixed iron core is fixed to a housing, and a plunger is provided coaxially with the fixed iron core and displaced toward the fixed iron core under the exciting action of a solenoid portion. A valve body is connected to one end of the plunger, and the valve body is closed by the seating of the valve body on the valve seat of the body by the elastic force of the spring member. The valve body includes a first valve that can be seated on a first valve seat of the body, and a second valve that is displaceably held at a lower end portion of the plunger, and the second valve is a substantially C-shaped clip. The valve body is held at the lower end portion of the plunger by being crimped to the plunger via.
そして、最初に、第2弁がプランジャの内部に設けられた第2弁座より離間することにより、前記第2弁の内部を通じて流体がポートへと導出されて前記第2弁の配設される弁室内の圧力が低下することにより、前記第1弁が第1弁座より離間してさらに大流量の流体が弁座を介してポートへと導出される。 First, when the second valve is separated from the second valve seat provided inside the plunger, fluid is led out to the port through the inside of the second valve, and the second valve is arranged. When the pressure in the valve chamber decreases, the first valve is separated from the first valve seat, and a larger amount of fluid is led out to the port through the valve seat.
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、弁体を変位させる際の応答性を向上させることが可能な燃料電池用電磁弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with the above proposal, and an object thereof is to provide a fuel cell electromagnetic valve capable of improving the responsiveness when the valve body is displaced.
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池における反応ガスの供給を遮断する燃料電池用電磁遮断弁において、
前記反応ガス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反応ガスが排出される導出ポートと、前記導入及び導出ポートと連通する連通室を有するバルブボディと、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、前記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可動部材と、
前記連通室の内部に設けられ、弁体に係着されて該弁体の変位動作に伴って撓曲すると共に、前記連通室を分割する可撓性部材と、
前記可動部材に装着される第1弁座部に対して着座・離間自在な第1弁部と、前記バルブボディに形成される第2弁座部に対して着座・離間自在な第2弁部とを有する弁体と、
前記バルブボディに形成され、前記可撓性部材によって分割された一方の連通室と他方の連通室とを連通する連通路と、
を備え、
前記第1弁部は、前記可撓性部材に対して前記可動部材側に配置され、前記第2弁部は、前記可撓性部材に隣接した前記バルブボディ側に配置され、前記弁体には、前記第2弁部より前記第2弁座部側に形成され、前記バルブボディに対して軸線方向に沿って変位自在に案内されるガイド部が形成され、前記ガイド部は、前記導出ポートに連通する通路内に設けられ、前記第2弁部と前記バルブボディとの間には、前記通路内において前記ガイド部の半径方向外側に、前記第2弁部を前記第2弁座部より離間させる方向に付勢する第1弾性部材が設けられると共に、前記第1弁部から前記導出ポートへと連通するパイロット通路が前記ガイド部の内部に形成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell electromagnetic shut-off valve for shutting off supply of a reaction gas in a fuel cell.
An introduction port through which the reaction gas is introduced, a discharge port through which the reaction gas introduced from the introduction port is discharged, and a valve body having a communication chamber communicating with the introduction and discharge ports;
A solenoid portion provided inside the housing connected to the valve body, and having an exciting action by an electric current;
A movable member provided so as to face a fixed member provided inside the solenoid part, and displaced along an axial direction under the excitation action of the solenoid part;
A flexible member that is provided inside the communication chamber, is attached to the valve body, bends as the valve body is displaced, and divides the communication chamber;
A first valve portion that can be seated / separated with respect to a first valve seat portion mounted on the movable member, and a second valve portion that can be seated / separated with respect to a second valve seat portion formed on the valve body. a valve body having a door,
A communication passage formed in the valve body and communicating with one communication chamber and the other communication chamber divided by the flexible member;
With
The first valve portion is disposed on the movable member side with respect to the flexible member, and the second valve portion is disposed on the valve body side adjacent to the flexible member , Is formed on the second valve seat portion side from the second valve portion, and is formed with a guide portion that is guided to be displaceable along the axial direction with respect to the valve body. Between the second valve portion and the valve body, and the second valve portion is disposed on the radially outer side of the guide portion with respect to the second valve seat portion between the second valve portion and the valve body. together with the first elastic member for urging in a direction to separate is provided, a pilot passage communicating to said outlet port from said first valve portion and said Rukoto formed inside the guide portion.
本発明によれば、弁体における第1弁部を可撓性部材より可動部材側に配置し、第2弁部を、前記可撓性部材のバルブボディ側に隣接して配置すると共に、前記第2弁部に対して第2弁座部側に形成され、バルブボディに対して変位自在に案内されるガイド部を設けている。また、ガイド部を、導出ポートに連通する通路内に設けると共に、弁体の第2弁部とバルブボディとの間に、通路内におけるガイド部の半径方向外側となる位置に、前記第2弁部を前記第2弁座部より離間させる方向に付勢する第1弾性部材を設け、且つ、前記ガイド部の内部に、弁体の第1弁部から導出ポートへと連通するパイロット通路を形成する。そして、第2弁部に隣接し、弁体に係着された可撓性部材を介して一方の連通室に導入される反応ガスの圧力と、他方の連通室に導入される反応ガスの圧力との間の圧力差で弁体を変位させると共に、前記ガイド部が前記バルブボディによって軸線方向に案内される。 According to the present invention, the first valve portion of the valve body is disposed closer to the movable member than the flexible member, the second valve portion is disposed adjacent to the valve body side of the flexible member, and A guide portion that is formed on the second valve seat portion side with respect to the second valve portion and is guided to be displaceable with respect to the valve body is provided. In addition, the guide portion is provided in a passage communicating with the outlet port, and the second valve is disposed between the second valve portion of the valve body and the valve body at a position on the radially outer side of the guide portion in the passage. Provided with a first elastic member that urges the portion in a direction away from the second valve seat portion, and a pilot passage communicating from the first valve portion of the valve body to the outlet port is formed in the guide portion To do. And the pressure of the reactive gas introduced into one communicating chamber via the flexible member which was adjacent to the 2nd valve part and was attached to the valve body, and the pressure of the reactive gas introduced into the other communicating chamber Rutotomoni displaces the valve body with a pressure difference between the guide portion is Ru is guided axially by the valve body.
従って、燃料電池用電磁弁が接続される流体通路における上流側及び下流側の圧力の影響を受けることなく、前記圧力差によって弁体を確実且つ迅速に変位させることが可能となり、従来の遮断弁と比較して前記弁体を第1及び第2弁座部に着座・離脱させる際の応答性を向上させることができると共に、前記弁体がガイド部によってバルブボディに対して軸線方向に沿って案内されるため、前記弁体の傾き(倒れ)や半径方向へずれが防止され、前記弁体の第1及び第2弁部が第1及び第2弁座部に着座する際の着座性を一層良好とすることができる。 Therefore, it is possible to reliably and quickly displace the valve body by the pressure difference without being affected by the upstream and downstream pressures in the fluid passage to which the fuel cell solenoid valve is connected. As compared with the valve body, the responsiveness when the valve body is seated on and removed from the first and second valve seat portions can be improved , and the valve body is guided along the axial direction with respect to the valve body by the guide portion. Since it is guided, the valve body is prevented from being tilted (tilted) or displaced in the radial direction, and the seating property when the first and second valve portions of the valve body are seated on the first and second valve seat portions is improved. It can be made even better.
また、第2弁部とバルブボディとの間に、通路内における前記ガイド部の半径方向外側に、前記第2弁部を前記第2弁座部より離間させる方向に付勢する第1弾性部材を設けているため、連通室の内部に弾性部材を設ける構成と比較して前記連通室を小型化することができると共に、前記第1弾性部材の弾発力が、弁体を可動部材側に押圧する方向に付勢されているため、前記弁体を前記可動部材の変位に追従させることができる。それに伴って、弁体が軸線方向に沿って変位する際の応答性を向上させることができる。 Also, a first elastic member that urges the second valve portion between the second valve portion and the valve body in the direction of separating the second valve portion from the second valve seat portion, radially outward of the guide portion in the passage. Therefore, the communication chamber can be reduced in size compared with the configuration in which the elastic member is provided inside the communication chamber, and the elastic force of the first elastic member causes the valve body to move toward the movable member. Since it is biased in the pressing direction, the valve body can follow the displacement of the movable member. Along with this, it is Rukoto improves the responsiveness when the valve body is displaced in the axial direction.
さらに、第1弾性部材を、テーパ状に形成することにより、前記第1弾性部材の弾発作用下に前記第2弁部が常に第2弁座部の中心(軸心)となるように半径方向に調整することができると共に、該第1弾性部材と弁体のガイド部とを半径方向に離間させることができ、前記ガイド部が軸線方向に沿って変位する際における接触を防止することができる。 Further , by forming the first elastic member in a tapered shape , the radius is such that the second valve portion is always at the center (axial center) of the second valve seat portion under the elastic action of the first elastic member. Rukoto to prevent it is possible to adjust the direction, and a guide portion of the first elastic member and the valve body can be radially spaced, contact at the time of the guide portion is displaced in the axial direction Can do.
さらにまた、バルブボディに、ガイド部を軸線方向に沿って変位自在に保持する円筒状のガイド部材を設けることにより、前記ガイド部をガイド部材によって確実に軸線方向に沿って変位させることが可能となるため、弁体の第1及び第2弁座部に対する着座性をより一層向上させることができる。 Furthermore, by providing the valve body with a cylindrical guide member that holds the guide portion so as to be displaceable along the axial direction, the guide portion can be reliably displaced along the axial direction by the guide member. Therefore, the seating property with respect to the first and second valve seat portions of the valve body can be further improved.
また、ガイド部材を、フッ素樹脂から形成し、バルブボディに対して嵌入させることにより、弁体のガイド部を前記ガイド部材に沿って変位させる際の摺動性を向上させることができる。 Further, by forming the guide member from fluororesin and fitting it into the valve body, it is possible to improve the slidability when the guide portion of the valve body is displaced along the guide member.
さらに、ガイド部材は、第2弁部と対向する端面をバルブボディに設けられた係止部材によって軸線方向に係止し、前記係止部材には前記第2弁部との間に前記第1弾性部材を介装するとよい。これにより、フッ素樹脂から形成されたガイド部材が、係止部材によって軸線方向に係止されるため、前記ガイド部材がバルブボディに対して脱抜することを防止できると共に、前記係止部材によって第1弾性部材の端部を保持することができる。また、前記第1弾性部材の弾発力によって前記係止部材をバルブボディに対して好適に保持することができる。 Further, the guide member locks an end surface facing the second valve portion in an axial direction by a locking member provided on the valve body, and the locking member has the first valve between the first valve portion and the second valve portion. It is good to interpose an elastic member. As a result, the guide member made of fluororesin is locked in the axial direction by the locking member, so that the guide member can be prevented from being pulled out from the valve body, and the locking member can The end of one elastic member can be held. Moreover, the said locking member can be suitably hold | maintained with respect to a valve body with the elastic force of a said 1st elastic member.
さらにまた、ガイド部材を、樹脂製材料から形成し、第2弁部と対向する端部に半径外方向に拡径した鍔部を形成することにより、前記ガイド部材をバルブボディに対して軽圧入又は嵌入し、前記鍔部でばね部材を保持することにより、前記ガイド部材が鍔部を介してばね部材の弾発力でバルブボディに対して保持される。そのため、従来のガイド部材を保持するための係止部材が不要となるため、部品点数を削減してコストを低減することができると共に、それに伴って、組み付け作業性を向上させることが可能となる。 Furthermore, the guide member is made of a resin material, and a flange portion having a radially increased diameter is formed at an end facing the second valve portion, so that the guide member is lightly press-fitted into the valve body. Alternatively, by inserting and holding the spring member with the flange, the guide member is held with respect to the valve body by the elastic force of the spring member via the flange. Therefore, since the conventional locking member for holding the guide member is not necessary, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced, and accordingly, the assembly workability can be improved. .
またさらに、連通路に、該連通路を流通する反応ガスの流量を絞る絞り部を備えることにより、可撓性部材によって分割された一方の連通室から他方の連通室へと流通する反応ガスの流量を抑制して前記連通室間に圧力差を容易に生じさせることができる。そのため、この連通室間の圧力差によって前記弁体を第1及び第2弁座部に着座・離脱させる際の応答性を向上させることができる。 Furthermore, by providing the communication passage with a throttle portion that restricts the flow rate of the reaction gas flowing through the communication passage, the reaction gas flowing from one communication chamber divided by the flexible member to the other communication chamber can be obtained. A flow rate can be suppressed and a pressure difference can be easily generated between the communication chambers. Therefore, it is possible to improve the responsiveness when the valve body is seated on and removed from the first and second valve seats due to the pressure difference between the communication chambers.
また、絞り部を、バルブボディにおける導入ポートと離間した位置に設けることにより、前記導入ポートから導入される反応ガスの流速に起因して該反応ガスの流量が不安定となることがなく、連通路及び絞り部を通じて連通室の内部に反応ガスを所望の流量で安定して供給することができると共に、前記連通室内の反応ガスの圧力を安定させることができる。 Further, by providing the throttle portion at a position separated from the introduction port in the valve body, the flow rate of the reaction gas does not become unstable due to the flow velocity of the reaction gas introduced from the introduction port, and the communication portion is connected. The reaction gas can be stably supplied at a desired flow rate into the communication chamber through the passage and the throttle, and the pressure of the reaction gas in the communication chamber can be stabilized.
さらに、導入ポートの内部に、反応ガスに含有される塵埃を除去する網目状の除去部材を設け、前記除去部材の網目の開口径を、前記絞り部の通路径より小さく設定するとよい。これにより、除去部材を通じて絞り部の通路径より大きな塵埃等がバルブボディの内部へと進入することがないため、前記絞り部が前記塵埃等によって目詰まりすることがない。そのため、導入ポートから導入された反応ガスを絞り部を通じて連通室の内部へと確実且つ安定して流通させることができる。 Furthermore, it is preferable that a mesh-shaped removal member for removing dust contained in the reaction gas is provided inside the introduction port, and the opening diameter of the mesh of the removal member is set smaller than the passage diameter of the throttle portion. Accordingly, dust or the like larger than the passage diameter of the throttle portion does not enter the inside of the valve body through the removing member, and thus the throttle portion is not clogged with the dust or the like. Therefore, the reaction gas introduced from the introduction port can be reliably and stably circulated into the communication chamber through the throttle portion.
さらにまた、パイロット通路の通路径を、絞り部の通路径より大きく設定するとよい。これにより、一方の連通室から絞り部を通じて他方の連通室へと流通される流量に対して、前記第1弁部に形成されたパイロット通路を通じて前記他方の連通室から導出ポートへと導出される流量を大きくすることができる。そのため、他方の連通室の圧力を好適に低下させ、前記他方の連通室と一方の連通室との間に生じる圧力差を大きくすることができる。 Furthermore, the diameter of the pilot passage may be set larger than the diameter of the throttle portion. Accordingly, the flow rate flowing from one communication chamber to the other communication chamber through the throttle portion is led out from the other communication chamber to the lead-out port through the pilot passage formed in the first valve portion. The flow rate can be increased. Therefore, the pressure of the other communication chamber can be suitably reduced, and the pressure difference generated between the other communication chamber and the one communication chamber can be increased.
またさらに、可撓性部材は、該可撓性部材の周縁部をバルブボディを構成する第1ボディ部と第2ボディ部との間に挟持し、前記第1ボディ部と第2ボディ部の間に、前記周縁部が挟持される部位より半径外方向にシール部材を設けるとよい。これにより、前記可撓性部材の周縁部に加え、前記シール部材によって連通室の気密が確実に保持されるため、前記第1ボディ部と第2ボディ部との間からの反応ガスの漏出を確実に阻止することができる。 Still further, the flexible member sandwiches the peripheral portion of the flexible member between the first body portion and the second body portion constituting the valve body, and the first body portion and the second body portion are sandwiched between the first body portion and the second body portion. A seal member may be provided in a radially outward direction from a portion where the peripheral edge is sandwiched therebetween. Thereby, in addition to the peripheral part of the flexible member, the sealing member reliably holds the communication chamber so that leakage of the reaction gas from between the first body part and the second body part is prevented. It can be reliably prevented.
また、バルブボディに、可撓性部材の周縁部が挟持される部位とシール部材との間に連通路を形成することにより、前記可撓性部材の周縁部とシール部材とによって前記連通路を流通する反応ガスが漏出することが防止される。 Further, by forming a communication path between the seal member and the portion where the peripheral edge of the flexible member is sandwiched in the valve body, the communication path is defined by the peripheral edge of the flexible member and the seal member. The flowing reaction gas is prevented from leaking.
さらに、可動部材には、固定部材との間に弾性材料からなる第3弾性部材を設けるとよい。これにより、前記可動部材の変位作用下に該可動部材と固定部材とが接触した場合においても、第3弾性部材によって接触時における衝撃が緩衝されると共に、前記接触によって生じる接触音の発生を低減することができる。 Further, the movable member may be provided with a third elastic member made of an elastic material between the fixed member. Thereby, even when the movable member and the fixed member come into contact with each other under the displacement action of the movable member, the impact at the time of the contact is buffered by the third elastic member, and the generation of the contact sound caused by the contact is reduced. can do.
さらにまた、第1弁部が着座する第1弁座部を、弾性材料より形成することにより、前記第1弁部が前記第1弁座部に着座した際に発生する接触音を低減することができる。 Furthermore, by forming the first valve seat portion on which the first valve portion is seated from an elastic material, the contact sound generated when the first valve portion is seated on the first valve seat portion is reduced. Can do.
またさらに、第2弁部には、第2弁座部に着座する一端面側に弾性材料からなる第4弾性部材を設けることにより、前記第2弁部が前記第2弁座部に対して着座した際に該第2弁座部を好適に閉塞することができると共に、着座時における接触音を低減することができる。 Furthermore, the second valve portion is provided with a fourth elastic member made of an elastic material on one end surface side that is seated on the second valve seat portion, so that the second valve portion is located with respect to the second valve seat portion. When seated, the second valve seat portion can be suitably closed, and contact noise during seating can be reduced.
本発明によれば、以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
すなわち、第2弁部に隣接し、弁体に係着された可撓性部材を介して一方の連通室に導入される反応ガスの圧力と、他方の連通室に導入される反応ガスの圧力との間の圧力差で弁体を変位させることにより、燃料電池用電磁弁が接続される流体通路における上流側及び下流側の圧力の影響を受けることがない。そのため、前記弁体を確実且つ迅速に変位させることができ、従来の遮断弁と比較して前記弁体を弁開・弁閉させる際の応答性を向上させることができる。 That is, the pressure of the reaction gas introduced into one communication chamber via the flexible member that is adjacent to the second valve portion and is attached to the valve body, and the pressure of the reaction gas introduced into the other communication chamber Is not affected by upstream and downstream pressures in the fluid passage to which the fuel cell solenoid valve is connected. Therefore, the valve body can be displaced reliably and quickly, and the responsiveness when opening and closing the valve body can be improved as compared with the conventional shutoff valve.
また、弁体にガイド部を設けてバルブボディに対して軸線方向に沿って変位自在に案内させることにより、前記弁体の傾きや半径方向へずれを防止することができ、前記弁体が第1及び第2弁座部に着座する際の着座性を一層良好とすることができる。 Further, by providing a guide portion in the valve body and guiding the valve body so as to be displaceable along the axial direction, the valve body can be prevented from being inclined or displaced in the radial direction. The seating property when seated on the first and second valve seats can be further improved.
図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁遮断弁10(以下、単に遮断弁10という)が含まれる燃料電池システム200の構成図である。なお、前記燃料電池システム200は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
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。なお、本実施の形態で用いられる反応ガスは、水素、エアー、余剰水素を含むものとする。
As shown in FIG. 1, this
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。
The cathode is provided with an
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。
In the
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。
The
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。
A
酸化剤供給部204は、例えば、図示しないコンプレッサ(圧縮機)及びこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック202で酸化剤ガスとして使用される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。
The
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に導入されると共に、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。
In addition, the air supplied from the
放熱部220は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成され、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。
The
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。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が接続されている。
The
燃料供給部212は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック202のアノード側に供給される水素が貯蔵される。
The
圧力制御部224は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなり、バイパス通路232を介して供給される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設定している。
The
エゼクタ226は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部224から供給された燃料(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で混合された燃料及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。
The
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。
Accordingly, the unreacted exhaust gas discharged from the
アノード加湿部228は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を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。
The
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。
For example, a
次に、燃料電池システム200における燃料供給部212と圧力制御部224との間に設けられた本実施の形態に係る燃料電池用電磁遮断弁10を図2〜図6に示す。
Next, the fuel cell electromagnetic shut-off
この燃料電池用電磁遮断弁10(以下、単に遮断弁10という)は、図2及び図3に示されるように、導入ポート12及び導出ポート14を通じて供給水素(以下、単に流体という)が導入・導出されるバルブボディ(第1ボディ部)16と、前記バルブボディ16の上部に連結されるサブボディ(第2ボディ部)18と、前記サブボディ18の上部に設けられ、その内部に可動部材20が軸線方向に沿って変位自在に設けられるガイドボディ22と、前記ガイドボディ22の上部にエンドプレート24を介して連結されるハウジング26と、前記ハウジング26の内部に配設されるソレノイド部28と、前記ハウジング26の外部を覆うように装着されるカバー部材30と、前記バルブボディ16の弁座部(第2弁座部)32に着座・離間することにより、流体の流通状態を切り換える弁体34とからなる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell electromagnetic shut-off valve 10 (hereinafter simply referred to as the shut-off valve 10) is supplied with hydrogen (hereinafter simply referred to as fluid) through the
バルブボディ16は金属製材料(例えば、アルミニウム)から形成され、その一側面には開口した導入ポート12が形成され、前記一側面と反対側となる他側面には導出ポート14が開口して形成されている。また、バルブボディの内部には、サブボディ18との間に跨るように連通室36が形成され、前記連通室36には弁体34が軸線方向に沿って変位自在に設けられている。この連通室36と導入ポート12との間には第1通路38が形成され、前記連通室36と導出ポート14との間には同様に第2通路40が形成されている。そして、連通室36の内部には、弁体34側に向かって環状に突出し、前記弁体34が着座する弁座部32が形成され、前記弁座部32は第2通路40と連通するように形成されている。
The
前記導入ポート12の端部には、配管等に接続された継手部材(図示せず)が接続され、前記継手部材の内部に形成される通路を通じて導入ポート12の内部と連通している。
A joint member (not shown) connected to a pipe or the like is connected to the end portion of the
また、第1通路38は、導入ポート12からバルブボディ16の中央部に向かって略水平に延在した後、上方に向かって所定角度傾斜して延在することにより前記連通室36の下部側に接続されている。前記第1通路38の内部には、断面略U字状のフィルタ(除去部材)42が一体的に装着されている。すなわち、導入ポート12から導入される流体に塵埃等が含まれていた場合、網目状に形成されるフィルタ42の有底部位を連通室36側となるように装着することにより前記塵埃等が除去され、前記塵埃等が連通室36の内部へと進入することを防止できる。
The
詳細には、網目状に形成されるフィルタ42の網目の開口径を、サブボディ18に形成されるオリフィス(絞り部)66(後述する)の通路径より小さく設定する。これにより、オリフィス66の通路径より大きな塵埃等が導入ポート12からバルブボディ16の内部へと進入することが阻止されるため、前記オリフィス66が前記塵埃等によって目詰まりすることがない。そのため、導入ポート12から導入された流体をオリフィス66を通じて連通室36の内部へと確実且つ安定して流通させることができる。
Specifically, the opening diameter of the mesh of the
第2通路40は、弁座部32よりバルブボディ16の下方に向かって略鉛直方向に所定長さだけ延在した後、半径外方向に延在して導出ポート14に連通している。この略鉛直方向に延在する第2通路40の下部には、該第2通路40の通路径より縮径した装着穴44が下方に向かって形成され、前記装着穴44にはフッ素樹脂(例えば、テフロン(登録商標))から円筒状に形成されるガイド部材46が軽圧入若しくは嵌入されている。
The
また、第2通路40と装着穴44との境界部位には、段部48を介してリング状の平ワッシャ(係止部材)50が装着され、前記平ワッシャ50の孔部52に前記ガイド部材46の端部が係合されている。これにより、前記ガイド部材46は、平ワッシャ50によって軸線方向への変位が規制された状態となるため、前記ガイド部材46が装着穴44より脱抜することがない。すなわち、この平ワッシャ50は、後述するバルブスプリング(第1弾性部材)158の受けと、前記ガイド部材46の装着穴44からの抜け止め機能とを兼ね備えている。
Further, a ring-shaped flat washer (locking member) 50 is attached to a boundary portion between the
一方、バルブボディには、導出ポート14の近傍に連通室36と連通する第1連通路54が形成されている。換言すると、第1連通路54は、バルブボディ16の導入ポート12側に形成されることがない。この第1連通路54は、連通室36の内側面から若干だけ下方に傾斜するように延在した後、鉛直上方向に向かって延在して前記サブボディ18の内部に貫通している。
On the other hand, a
また、バルブボディ16のサブボディ18と対向する端面には、環状溝を介してOリング(シール部材)56が装着され、前記Oリング56によって前記バルブボディ16とサブボディとを連結した際の連通室36の気密が確実に保持される。
Further, an O-ring (seal member) 56 is attached to an end face of the
さらに、バルブボディ16の端面には、前記環状溝より半径内方向に環状の凹部58が形成されている。この凹部58には、後述するダイヤフラム(可撓性部材)60の周縁部62が装着され、前記凹部58とサブボディ18の端面とによって挟持される。
Further, an
このように、環状溝に設けられるOリング56を、ダイヤフラム60の周縁部62が挟持される凹部58より半径外方向に配置することによって、前記ダイヤフラム60の周縁部62に加え、前記Oリング56によって連通室36の気密が確実に保持される。そのため、バルブボディ16とサブボディとの間からの流体の漏出を阻止することができる。
In this way, by arranging the O-
詳細には、ダイヤフラム60の周縁部62は、凹部58に対してその上面がバルブボディ16の端面と略同一平面となるように装着されているため、前記周縁部62とサブボディ18の端面との当接のみではシール性が比較的小さいが、該周縁部62より半径外方向にOリング56を設けることによりダブルシール構造として連通室36の気密を確実に保持することが可能となる。
Specifically, since the
一方、第1連通路54における略鉛直方向に延在する部位は、ダイヤフラム60の周縁部62が装着される凹部58と前記Oリング56との間となるように形成されている(図1参照)。これにより、前記第1連通路54を流通する流体がバルブボディ16とサブボディ18との間を通じて漏出した際においても、前記凹部58に装着された周縁部62とOリング56とによって前記流体の外部への漏出を阻止することができる。
On the other hand, a portion extending in a substantially vertical direction in the
サブボディ18は略円筒状に形成され、図示しない連結ボルトを介してバルブボディ16の端面に一体的に連結されている。
The
また、サブボディ18には、バルブボディ16に形成される第1連通路54の近傍に連通室36の内部に開口して半径外方向に向かって延在する第2連通路64が形成されている。前記第2連通路64とサブボディ18に形成される第1連通路54との間には、前記第1及び第2連通路54、64より通路径が絞られたオリフィス66が形成されている。すなわち、第1連通路54と第2連通路64とは、オリフィス66を介して連通している。
Further, in the
また、オリフィス66の通路径を変更することにより、該オリフィス66を介して第1連通室36aから第2連通室36bへと流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
Further, by changing the passage diameter of the
なお、この第1及び第2連通路54、64、オリフィス66は、導入ポート12の近傍となる位置から離れた位置に形成するとよい。さらには、前記導入ポート12と最も離れた位置が好ましい。例えば、図3においては、バルブボディ16及びサブボディ18の内部において導出ポート14(図2参照)の近傍となる位置に形成すると良好である。これにより、導入ポート12から導入される流体の流速に起因して流量が不安定となることがなく、第1及び第2連通路54、64、オリフィス66を通じて第2連通室36bへと流体を所望の流量で安定して供給することができ、前記第2連通室36bの圧力を安定させることができる。
The first and
ガイドボディ22は、金属製材料(例えば、ステンレス鋼)から形成され、サブボディ18の上部に一体的に連結されている。このガイドボディ22は、該ガイドボディ22の上部に軸線方向に沿って円筒状に延在し、後述するボビン76の内部に挿入される円筒部68と、前記円筒部68の下部に半径外方向に拡径して形成され、前記サブボディ18の端部に装着されるフランジ部70と、前記フランジ部70からサブボディ18側に向かって円筒状に延在し、前記サブボディ18の内部に挿入される挿入部72とからなる。
The
円筒部68は薄板円筒状に形成され、その内部には可動部材20が軸線方向に沿って変位自在に支持される支持孔74が形成されている。そして、前記円筒部68が、後述するボビン76の挿入孔及びエンドプレート24の貫通孔86(後述する)に当接するように挿入されると共に、前記円筒部68の上端部が、例えば、レーザ溶接等によって固定部材104(後述する)に固定されている。
The
また、円筒部68の外周面、前記円筒部68が挿通されるハウジング26の挿通孔80及びエンドプレート24の上面とによって囲繞される空間には、環状のシール部材82が装着されている。すなわち、前記シール部材82によってソレノイド部28の内部の気密を保持している。
An
挿入部72は、前記円筒部68よりも若干拡径して形成され、前記挿入部72は、サブボディ18の挿入孔84に挿入されて一体的に連結されている。その際、前記挿入部72の外周面には、環状溝を介してOリング56が装着されているため、前記Oリング56がサブボディ18の内壁面に当接することにより、前記ガイドボディ22と前記サブボディ18との間の気密が保持される。
The
エンドプレート24は、磁性体からなる金属製材料によって環状に形成され、ガイドボディ22におけるフランジ部70の上部に一体的に配設されている。そして、前記エンドプレート24の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔86が形成され、ガイドボディ22の円筒部68が挿通されている。
The
ハウジング26は、樹脂製材料から一体成形によって形成され、エンドプレート24の上部に連結されている。このハウジング26の側面には、ソレノイド部28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88が設けられ、前記コネクタ部88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90が設けられている。そして、前記端子90は、ハウジング26の内部を介してソレノイド部28のボビン76へと接続されている。なお、端子90は、図示しないリード線を介して前記電源と接続されている。
The
また、前記ハウジング26の上面には、半径内方向に張り出した張出部92が形成され、前記張出部92の上面に形成された環状溝を介してOリング56が装着されている。そして、前記Oリング56がハウジング26と後述するカバー部材30との間に挟持されることにより、ハウジング26とカバー部材30との間の気密が保持される。
In addition, a protruding
カバー部材30は、磁性体からなる金属製材料より断面略U字状に形成され、ハウジング26及びエンドプレート24を上部から囲繞するように装着されている。これにより、エンドプレート24が、ガイド部材46とハウジング26との間から脱落することを防止できる。前記カバー部材30の上部には、略中央部に孔部96が形成され、前記孔部96には固定部材104(後述する)の上面に設けられるねじ部98が挿通されている。
The
ソレノイド部28は、ハウジング26の内部に囲繞されるように配設され、外周面にコイル100が巻回されたボビン76と、前記ボビン76の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動部材20と、前記ハウジング26の上部にキャップナット102を介して一体的に連結され、可動部材20と対向するように配設される固定部材104とからなる。
The
ボビン76は、前記ハウジング26の内周面に当接するように設けられ、その上端部及び下端部には半径外方向へと拡径した第1及び第2拡径部106、108がそれぞれ形成されている。そして、第1拡径部106と第2拡径部108との間にコイル100が巻回された状態でハウジング26に一体成形されている。
The
第1拡径部106は、ハウジング26の張出部92の下面側に当接するように設けられ、第2拡径部108の下面は、環状の溝部110を介してハウジング26の凸部112と係合している。すなわち、ハウジング26の内部には、コイル100が巻回されたボビン76が一体的に係合され、前記ボビン76の全体が囲繞されている状態にある。
The first
また、ボビン76の内部には、磁性体からなる金属製材料によって円筒状に形成される固定部材104が挿入されると共に、前記固定部材104の下方には、ガイドボディ22の円筒部68を介して可動部材20が挿入されている。
A fixing
前記固定部材104の上部に形成されたねじ部98が、カバー部材30の孔部96に挿通された後に、ワッシャ114が挿通されてキャップナット102が螺合されることにより、前記固定部材104がハウジング26に一体的に連結される。
After the
さらに、固定部材104の下面には、可動部材20から離間する上方に向かって所定深さだけ窪んだ窪み部116が形成されている。
Further, a recessed
可動部材20は、磁性体からなる金属製材料によって形成され、円筒部68の内部に沿って変位自在に設けられる略円柱状の本体部118と、前記本体部118の固定部材104側に突出して形成される突部120とからなる。
The
本体部118の下端部には、半径外方向に突出したスプリング受部122が形成され、前記スプリング受部122とガイドボディ22との間にリターンスプリング(第2弾性部材)124が介装されている。このリターンスプリング124の弾発力は、可動部材20をバルブボディ16の弁座部32側に向かって変位させる方向(矢印B方向)に付勢されている。
A
また、前記弁座部32と対向する本体部118の略中央部には、所定深さで窪んだ穴部126を介してゴム等の弾性材料からなるパイロット弁座部(第1弁座部)128が装着されている。なお、パイロット弁座部128は、可動部材20の下端面より固定部材104側に所定深さだけ窪んだ位置に配設されている。このように、弾性材料から形成されるパイロット弁座部128は、パイロット弁部(第1弁部)132が着座した際にパイロットポート(通路)140を閉塞するシート機能と、金属製材料からなるパイロット弁部132が着座した際に接触音の発生を防止する消音機能とを兼ね備えている。
A pilot valve seat portion (first valve seat portion) made of an elastic material such as rubber is provided at a substantially central portion of the
一方、可動部材20の突部120は、本体部118よりも半径内方向に縮径して形成されると共に、前記可動部材20が上方へ変位した際、固定部材104の窪み部116の内部に挿入される。前記突部120には、前記窪み部116と対向する端面に所定厚さの弾性部材(第3弾性部材)130が装着されている。前記弾性部材130は、例えば、ゴム等の弾性材料から形成され、前記可動部材20の変位作用下に突部120が窪み部116に挿入されて接触した際に、その衝撃を緩衝すると共に、接触によって生じる接触音の発生を防止することができる。
On the other hand, the projecting
弁体34は、例えば、ステンレス鋼等の金属製材料から略十字状に形成されている。この弁体34は、可動部材20側に形成され、該可動部材20のパイロット弁座部128に着座するパイロット弁部132と、前記パイロット弁部132より半径外方向に拡径し、バルブボディ16の弁座部32に着座する主弁部(第2弁部)134と、前記バルブボディ16の装着穴44に装着されたガイド部材46に変位自在にガイドされるガイドシャフト部(ガイド部)136とからなる。
The
前記弁体34の内部には、軸線方向に沿って貫通したパイロット通路138が形成されると共に、パイロット弁部132には、前記パイロット通路138と連通し、該パイロット通路138より通路径が小さなパイロットポート140が形成されている。また、前記パイロットポート140の通路径は、サブボディ18に形成されるオリフィス66の通路径より大きく形成されている。
A
パイロット弁部132は、その軸線方向に沿った変位作用下に可動部材20に装着されたパイロット弁座部128に対して着座・離間自在に設けられ、前記パイロット弁座部128に対向する上面が、パイロットポート140が開口した略中央部より半径外方向に向かって徐々に下方に傾斜している。
The
このパイロット弁部132と主弁部134との間には、その周面に沿ってねじ142が刻設され、樹脂製材料からなる薄膜状のダイヤフラム60が挿通されている。そして、前記ダイヤフラム60が主弁部134の上面に当接した状態でリテーナ144及びワッシャ114を介して固定ナット146を螺合することにより、前記ダイヤフラム60が弁体34に対して一体的に設けられる。
A
前記ダイヤフラム60は、弁体34に固定された略中央部より半径外方向に延在して撓曲自在なスカート部148が形成されると共に、前記スカート部148の周縁部62が、バルブボディ16の端面に形成された凹部58に挿入され、前記バルブボディ16とサブボディとによって挟持されている。これにより、バルブボディ16及びサブボディ18の内部に形成される連通室36が、ダイヤフラム60によってバルブボディ16側に形成される第1連通室36aと、サブボディ18側に形成される第2連通室36bとに分割される。
The
また、リテーナ144は、金属製材料から薄板状に形成され、その周縁部はダイヤフラム60から離間する方向に湾曲して形成されている。
The
主弁部134は、パイロット弁部132より半径外方向に拡径して形成され、バルブボディ16における第1連通室36aの内部に配設される。なお、主弁部134の外周径は、バルブボディ16に形成される弁座部32の直径より大きく設定される。
The
また、主弁部134の下面となる着座面150には、該着座面150から所定深さだけ窪んだ環状の装着溝152を介してゴム等の弾性材料からなるシート部(第4弾性部材)154が設けられている。一方、主弁部134の上面には、装着溝152と連通した環状溝156を介して前記シート部154と連結された弾性材料が充填されている。
In addition, a seat portion (fourth elastic member) made of an elastic material such as rubber is formed on the
シート部154は、主弁部134が弁座部32側(矢印B方向)に変位した際に、前記弁座部32に当接する位置に装着されている。前記シート部154は、弾性材料を装着溝152に充填して固化させることにより形成されている。その際、例えば、装着溝152に弾性材料を充填することにより前記弾性材料が環状溝156にも充填されるため、シート部154を容易に一体成形して簡便かつ効率的に装着することができる。
The
このように弾性材料から形成されるシート部154は、主弁部134が弁座部32に着座した際に弁座部32を閉塞するシート機能と、金属製材料からなる弁座部32に着座した際の接触音を防止する消音機能とを兼ね備えている。
Thus, the
一方、バルブボディ16に装着された平ワッシャ50と主弁部134との間には、バルブスプリング158が介装されている。このバルブスプリング158は、主弁部134側に係合される一端部側から平ワッシャ50側に係合される他端部側に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成され、前記バルブスプリング158の弾発力は、主弁部134を含む弁体34を弁座部32より離間させる方向(矢印A方向)に付勢している。
On the other hand, a
詳細には、バルブスプリング158の一端部が、主弁部134の着座面150とガイドシャフト部136とが接合された角部に係合され、他端部が平ワッシャ50の上面とバルブボディ16の段部48の内壁面とからなる角部に係合されている。
Specifically, one end portion of the
このように、バルブスプリング158を、一端部となる主弁部134側が縮径するようにテーパ状に形成することにより、前記バルブスプリング158の弾発作用下に前記主弁部134が常に弁座部32の中心(軸心)となるように半径方向に調整される。
In this way, the
また、バルブスプリング158をテーパ状に拡径させることにより、該バルブスプリング158と弁体34のガイドシャフト部136とを半径方向に所定間隔離間させることができるため、前記ガイドシャフト部136が軸線方向に沿って変位する際のバルブスプリング158との接触を防止することが可能となる。
Further, by expanding the
さらに、バルブスプリング158の弾発力によって平ワッシャ50の外周部位をバルブボディ16の段部48へと押圧しているため、前記平ワッシャ50が段部48より脱落することがない。
Further, since the outer peripheral portion of the
ガイドシャフト部136は、主弁部134より下方に向かって所定長だけ延在し、その軸線方向に沿った略中央部には、該ガイドシャフト部136の内部に形成されるパイロット通路138と略直交する連通孔160が形成されている。前記連通孔160は、ガイドシャフト部136の外周面を貫通するように形成され、前記パイロット通路138と連通孔160と連通している。前記ガイドシャフト部136は、樹脂製材料からなるガイド部材46のガイド孔162の内部に挿通されることにより軸線方向に沿って変位自在にガイドされる。
The
なお、図4に示されるように、バルブボディ16に装着されるガイド部材46及び平ワッシャ50の代わりに、一端部側に半径外方向に突出した鍔部164を有する円筒状のガイド部材166を設けるようにしてもよい。このガイド部材166は樹脂製材料から形成され、金属製材料からなるバルブボディ16の装着穴44に対して軽圧入若しくは嵌入することが可能である。この際、鍔部164は、バルブボディ16の装着穴44に形成された段部48に係合される。
As shown in FIG. 4, instead of the
これにより、鍔部164を介してガイド部材166でバルブスプリング158の他端部を保持することが可能となると共に、前記ガイド部材166をバルブスプリング158の弾発力によってバルブボディ16の装着穴44に保持することが可能となる。そのため、上述したガイド部材46で必要とされていた平ワッシャ50が不要となり、部品点数を削減してコストを低減することができると共に、それに伴って、組み付け作業性を向上させることが可能となる。また、ガイド部材46を金属製材料から形成することにより(例えば、DUブッシュ)、前記ガイド部材46をバルブボディ16に対して圧入することが可能となるため、前記ガイド部材46が装着穴44より脱抜することがない。このため、平ワッシャ50及び鍔部164を設ける必要がなく、部品点数等の削減を図ることができる。
As a result, the other end portion of the
本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁遮断弁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。なお、図2及び図3は、ソレノイド部28のコイル100に電流が供給されていない非励磁状態にあり、弁体34のパイロット弁部132がパイロット弁座部128に着座し、且つ、主弁部134が弁座部32に着座して導入ポート12と導出ポート14との間の流体の流通を遮断しているオフ状態を示している。
The fuel cell electromagnetic shut-off
先ず、このようなオフ状態において、導入ポート12より流体を導入することにより、前記流体が第1通路38を通じて第1連通室36aの内部に導入される。その際、前記流体が第1通路38に装着されたフィルタ42を通過することにより、前記流体に含有されている塵埃等がフィルタ42によって確実に除去され、前記第1連通室36aの内部に塵埃等が進入することを防止できる。
First, in such an off state, by introducing a fluid from the
また、第1連通室36aに導入された流体の一部が、第1連通路54からオリフィス66及び第2連通路64を通じて第2連通室36bへと導入される。すなわち、導入ポート12よりバルブボディ16へと導入された流体は、第1及び第2連通路54、64を介して第1連通室36aと第2連通室36bとにそれぞれ供給されている。そのため、ダイヤフラム60を介して第1連通室36aの圧力と第2連通室36bの圧力とが略同等となる。換言すると、第1連通室36a内の圧力と第2連通室36b内の圧力との間に圧力差が生じていない。
In addition, a part of the fluid introduced into the
次に、図示しない電源よりコネクタ部88の端子90を介してコイル100に通電することにより前記コイル100が励磁され、該コイル100の励磁作用下に磁束が前記コイル100から可動部材20の本体部118へと向かい、再びコイル100へと復帰して周回するように発生する。
Next, when the
そして、図5に示されるように、可動部材20が、コイル100の励磁作用下にリターンスプリング124の弾発力に抗して固定部材104側(矢印A方向)に向かって変位することにより、パイロット弁部132の端面に着座していたパイロット弁座部128が該パイロット弁部132より離間する。なお、この場合、弁体34の主弁部134は、弁座部32に着座している状態にある。
Then, as shown in FIG. 5, the
これにより、第2連通室36bに導入されている流体が、パイロット弁部132のパイロットポート140及びパイロット通路138を通じて連通孔160から第2通路40へと流通し、導出ポート14から外部に排出される。この際、第2連通室36bの圧力が、第1連通室36aの圧力に対して低下し、前記第2連通室36b内の圧力と前記第1連通室36a内の圧力との間に圧力差が生じる。
As a result, the fluid introduced into the
詳細には、流体が第1連通路54と第2連通路64との間に設けられたオリフィス66を介して第2連通室36bへと導入される構成としているため、前記オリフィス66の通路径より大きな通路径のパイロットポート140を通じて前記第2連通室36bから導出される流体の流量は、前記オリフィス66を介して前記第2連通室36bに導入される流体の流量より大きくなる。すなわち、オリフィス66を設けることにより第2連通室36b内の圧力が徐々に低下するように設定されている。
Specifically, since the fluid is introduced into the
その結果、図6に示されるように、第1連通室36aと第2連通室36bとの圧力差分によって生じる押圧力が、ダイヤフラム60に対して下方から上方(矢印A方向)に向かって付与されると共に、それに加えて、バルブスプリング158の弾発力が弁体34に対して付与されることにより、前記弁体34が可動部材20側に向かって変位し、前記弁体34における主弁部134の着座面150が弁座部32より離間する。
As a result, as shown in FIG. 6, the pressing force generated by the pressure difference between the
これにより、主弁部134による第1連通室36aと導出ポート14との連通遮断状態が解除され、導入ポート12から第1連通室36aへと導入されていた流体が弁座部32から第2通路40を通じて導出ポート14へと流通して外部へと排出される。
As a result, the communication cut-off state between the
なお、この場合、リターンスプリング124の弾発力Prは、可動部材20の自重Wに対して遮断弁10が使用される環境で該遮断弁10に生じる振動加速度Gの最大値Gmaxを積算した値(W×Gmax)は、ソレノイド部28の電磁力によってキャンセル(相殺)され、第1連通室36aと第2連通室36bとの圧力差に起因してダイヤフラム60に付与される押圧力Pdと、バルブスプリング158の弾発力Psとの合力が、主弁部134の振動加速度Gの最大値Gmaxと自重Wとを積算した値より大きくなるように設定されている((W×Gmax)<Pd+Ps)。
In this case, the elastic force Pr of the
これにより、主弁部134が弁座部32より離間した際には、前記第1及び第2連通室36a、36bの圧力差によるダイヤフラム60への押圧力Pdと、バルブスプリング158の弾発力Psとの合力が打ち勝って弁開状態が好適に維持される。
Thus, when the
また、反対に、前記主弁部134が弁座部32に着座した際には、リターンスプリング124の弾発力Prが、前記第1及び第2連通室36a、36bの圧力差によるダイヤフラム60への押圧力Pdと、バルブスプリング158の弾発力Psとに打ち勝って弁閉状態が好適に維持される。さらに、それに可動部材20と主弁部134の自重Wに対して遮断弁10が使用される環境で該遮断弁10に生じる振動加速度Gの最大値Gmaxを積算した値(W×Gmax)を加えることにより、前記遮断弁10が振動加速度Gの最大値Gmaxで振動した際にも、弁体34の弁開・弁閉状態が確実に維持されると共に、前記弁体34を自在に変位させることが可能である。
On the other hand, when the
また、このようなオン状態において、前記流体の流通を停止する場合には、図示しない電源よりコイル100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100が非励磁状態となり、可動部材20の本体部118に付勢されていた固定部材104側への変位力が滅勢する。そのため、可動部材20がスプリングの弾発力によって弁座部32側(矢印B方向)に押圧されることにより、該可動部材20に設けられたパイロット弁座部128が弁体34のパイロット弁部132に対して着座する。これにより、パイロット通路138を通じて第2連通室36bから導出ポート14へと導出されていた流体の流通が遮断され、それに伴って、第1連通室36aと第2連通室36bとの間に生じていた圧力差がなくなる。その結果、弁体34が主弁部134の着座面150を介してバルブボディ16の弁座部32に着座する。これにより、連通室36と導出ポート14との連通状態が遮断されたオフ状態となる。その結果、導入ポート12から導入されていた流体の導出ポート14からの導出が停止される。
Further, in order to stop the flow of the fluid in such an on state, the
以上のように、本実施の形態に係る遮断弁10では、弁体34における主弁部134とパイロット弁部132との間にダイヤフラム60を装着し、前記ダイヤフラム60の周縁部62をバルブボディ16とサブボディ18との間に挟持することにより、前記バルブボディ16及びサブボディ18の内部に形成される連通室36を、前記バルブボディ16側の第1連通室36aと、サブボディ18側の第2連通室36bとに分割している。
As described above, in the
そして、ソレノイド部28の励磁作用下に可動部材20が上方に変位した際、第1連通室36aに導入された流体が、第1及び第2連通路54、64を通じて第2連通室36bへと流通するが、前記第2連通室36bでは弁体34のパイロット弁部132がパイロット弁座部128より離間しているため、前記流体がパイロット通路138を介して導出ポート14へと導出される。その結果、第2連通室36bの圧力が第1連通室36aの圧力に対して低下するため、ダイヤフラム60に対して圧力差によって生じる上方に向かった押圧力が付与され、前記ダイヤフラム60を介して弁体34を弁座部32より離間させることができる。
When the
このように、遮断弁10の内部に第1及び第2連通室36a、36bを設け、該第1及び第2連通室36a、36bにおいて流体の圧力差を生じさせることにより、例えば、遮断弁10が接続される流体通路(図示せず)における上流側及び下流側の圧力の影響を受けることなく、前記第1連通室36aと第2連通室36bとの間に生じる圧力差によって弁体34を確実且つ迅速に変位させることが可能となる。そのため、従来の遮断弁と比較して前記弁体34を弁座部32に着座・離脱させる際の応答性を向上させることができる。
As described above, the first and
また、パイロット弁部132に形成されるパイロットポート140の通路径を、サブボディ18に形成されるオリフィス66の通路径より大きく設定することにより、第1連通室36aからオリフィス66を通じて第2連通室36bへと流通される流量に対して前記パイロットポート140からパイロット通路138を介して導出ポート14へと流通する流量を大きくすることができる。そのため、第2連通室36bの圧力を好適に低下させ、前記第2連通室36bと第1連通室36aとの間に生じる圧力差を大きくすることが可能となる。
Further, by setting the passage diameter of the
さらに、バルブスプリング158を、主弁部134の着座面150とバルブボディ16に装着された平ワッシャ50との間で導出ポート14に臨むように設けることにより、連通室36の内部にスプリングを設ける構成と比較して前記連通室36を小型化することができる。また、前記バルブスプリング158の弾発力が、弁体34を可動部材20側に押圧する方向に付勢されているため、前記弁体34を可動部材20の変位に追従させることができる。その結果、連通室36を小型化することにより、該連通室36に対して流体を迅速に充填・排気することができるため、それに伴って、弁体34が軸線方向に沿って変位する際の応答性を向上させることができる。
Furthermore, a spring is provided inside the
さらにまた、バルブボディ16の装着穴44に円筒状のガイド部材46を設け、該ガイド部材46のガイド孔162に弁体34のガイドシャフト部136を挿通させている。そして、ガイドシャフト部136を介して前記弁体34を軸線方向に沿って変位自在にガイドすることにより、前記弁体34の主弁部134の傾き(倒れ)及び半径方向へずれを防止することができる。そのため、主弁部134が弁座部32に着座する際のより一層の着座効果が得られると共に、パイロット弁部132がパイロット弁座部128に着座する際の着座効果がより一層得られる。
Furthermore, a
またさらに、ガイド部材46を、例えば、テフロン(登録商標)等のフッ素樹脂から形成することにより、前記ガイド部材46のガイド孔162に沿って弁体34のガイドシャフト部136を変位自在にガイドする際の摺動性を向上させることができる。
Furthermore, the
また、ガイド部材46の上端部には、バルブボディ16に形成される段部48を介して平ワッシャ50が装着されているため、前記平ワッシャ50によってバルブボディ16の装着穴44に軽圧入若しくは嵌入されるガイド部材46が脱抜することを防止できる。
Further, since a
10…燃料電池用電磁遮断弁 12…導入ポート
14…導出ポート 16…バルブボディ
18…サブボディ 20…可動部材
22…ガイドボディ 24…エンドプレート
26…ハウジング 28…ソレノイド部
30…カバー部材 32…弁座部
34…弁体 36…連通室
36a…第1連通室 36b…第2連通室
42…フィルタ 46、166…ガイド部材
50…平ワッシャ 54…第1連通路
60…ダイヤフラム 64…第2連通路
66…オリフィス 68…円筒部
76…ボビン 88…コネクタ部
100…コイル 104…固定部材
122…スプリング受部 124…リターンスプリング
128…パイロット弁座部 130…弾性部材
132…パイロット弁部 134…主弁部
136…ガイドシャフト部 138…パイロット通路
150…着座面 158…バルブスプリング
160…連通孔 164…鍔部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記反応ガス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反応ガスが排出される導出ポートと、前記導入及び導出ポートと連通する連通室を有するバルブボディと、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材と対向するように設けられ、前記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可動部材と、
前記連通室の内部に設けられ、弁体に係着されて該弁体の変位動作に伴って撓曲すると共に、前記連通室を分割する可撓性部材と、
前記可動部材に装着される第1弁座部に対して着座・離間自在な第1弁部と、前記バルブボディに形成される第2弁座部に対して着座・離間自在な第2弁部とを有する弁体と、
前記バルブボディに形成され、前記可撓性部材によって分割された一方の連通室と他方の連通室とを連通する連通路と、
を備え、
前記第1弁部は、前記可撓性部材に対して前記可動部材側に配置され、前記第2弁部は、前記可撓性部材に隣接した前記バルブボディ側に配置され、前記弁体には、前記第2弁部より前記第2弁座部側に形成され、前記バルブボディに対して軸線方向に沿って変位自在に案内されるガイド部が形成され、前記ガイド部は、前記導出ポートに連通する通路内に設けられ、前記第2弁部と前記バルブボディとの間には、前記通路内において前記ガイド部の半径方向外側に、前記第2弁部を前記第2弁座部より離間させる方向に付勢する第1弾性部材が設けられると共に、前記第1弁部から前記導出ポートへと連通するパイロット通路が前記ガイド部の内部に形成されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 In an electromagnetic shut-off valve for a fuel cell that shuts off the supply of reactant gas in the fuel cell,
An introduction port through which the reaction gas is introduced, a discharge port through which the reaction gas introduced from the introduction port is discharged, and a valve body having a communication chamber communicating with the introduction and discharge ports;
A solenoid portion provided inside the housing connected to the valve body, and having an exciting action by an electric current;
A movable member provided so as to face a fixed member provided inside the solenoid part, and displaced along an axial direction under the excitation action of the solenoid part;
A flexible member that is provided inside the communication chamber, is attached to the valve body, bends as the valve body is displaced, and divides the communication chamber;
A first valve portion that can be seated / separated with respect to a first valve seat portion mounted on the movable member, and a second valve portion that can be seated / separated with respect to a second valve seat portion formed on the valve body. a valve body having a door,
A communication passage formed in the valve body and communicating with one communication chamber and the other communication chamber divided by the flexible member;
With
The first valve portion is disposed on the movable member side with respect to the flexible member, and the second valve portion is disposed on the valve body side adjacent to the flexible member , Is formed on the second valve seat portion side from the second valve portion, and is formed with a guide portion that is guided to be displaceable along the axial direction with respect to the valve body. Between the second valve portion and the valve body, and the second valve portion is disposed on the radially outer side of the guide portion in the passage from the second valve seat portion. together with the first elastic member for urging in a direction to separate is provided an electromagnetic fuel cell pilot passage communicating to said outlet port from said first valve portion and said Rukoto formed inside the guide portion Shut-off valve.
前記第1弾性部材が、テーパ状に形成されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1 ,
Before Symbol first elastic member, the electromagnetic cut-off valve for a fuel cell characterized by being formed in a tapered shape.
前記バルブボディには、前記ガイド部を軸線方向に沿って変位自在に保持する円筒状のガイド部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the valve body is provided with a cylindrical guide member that holds the guide portion movably along the axial direction.
前記ガイド部材は、フッ素樹脂から形成され、前記バルブボディに対して嵌入されていることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 3,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the guide member is made of a fluororesin and is fitted into the valve body.
前記ガイド部材は、前記第2弁部と対向する端面が前記バルブボディに設けられた係止部材によって軸線方向に係止され、前記係止部材には前記第2弁部との間に前記第1弾性部材が介装されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic cutoff valve for a fuel cell according to claim 3 or 4,
The guide member has an end surface facing the second valve portion locked in an axial direction by a locking member provided on the valve body, and the locking member is interposed between the second valve portion and the second valve portion. An electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein one elastic member is interposed.
前記ガイド部材は、樹脂製材料から形成され、前記第2弁部と対向する端部に半径外方向に拡径した鍔部が形成されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 3,
The fuel shut-off solenoid valve according to claim 1, wherein the guide member is formed of a resin material, and a flange portion having a diameter increased radially outward is formed at an end portion facing the second valve portion.
前記連通路には、該連通路を流通する反応ガスの流量を絞る絞り部を備えることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
An electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, characterized in that the communication passage is provided with a throttle portion for restricting the flow rate of the reaction gas flowing through the communication passage.
前記絞り部は、前記バルブボディにおける前記導入ポートと離間した位置に設けられることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic cutoff valve for a fuel cell according to claim 7,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the throttle portion is provided at a position separated from the introduction port in the valve body.
前記導入ポートの内部には、前記反応ガスに含有される塵埃を除去する網目状の除去部材が設けられ、前記除去部材の網目の開口径は、前記絞り部の通路径より小さく設定されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic cutoff valve for a fuel cell according to claim 8,
A mesh-like removal member for removing dust contained in the reaction gas is provided inside the introduction port, and the opening diameter of the mesh of the removal member is set smaller than the passage diameter of the throttle portion. An electromagnetic shut-off valve for fuel cells.
前記パイロット通路の通路径が、前記絞り部の通路径より大きく設定されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic cutoff valve for a fuel cell according to claim 7,
An electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein a passage diameter of the pilot passage is set larger than a passage diameter of the throttle portion.
前記可撓性部材は、該可撓性部材の周縁部が前記バルブボディを構成する第1ボディ部と第2ボディ部との間に挟持され、前記第1ボディ部と第2ボディ部の間には、前記周縁部が挟持される部位より半径外方向にシール部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
The flexible member is sandwiched between a first body part and a second body part, the peripheral part of the flexible member constituting the valve body, and between the first body part and the second body part. The fuel cell electromagnetic shut-off valve is characterized in that a seal member is provided radially outward from a portion where the peripheral edge is sandwiched.
前記バルブボディには、前記可撓性部材の周縁部が挟持される部位と前記シール部材との間に前記連通路が形成されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic cutoff valve for a fuel cell according to claim 11,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the communication path is formed in the valve body between a portion where a peripheral edge of the flexible member is sandwiched and the seal member.
前記可動部材には、前記固定部材との間に弾性材料からなる第3弾性部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
The fuel cell electromagnetic shut-off valve, wherein the movable member is provided with a third elastic member made of an elastic material between the movable member and the fixed member.
前記第1弁部が着座する第1弁座部は、弾性材料より形成されることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the first valve seat portion on which the first valve portion is seated is made of an elastic material.
前記第2弁部には、前記第2弁座部に着座する一端面側に弾性材料からなる第4弾性部材が設けられることを特徴とする燃料電池用電磁遮断弁。 The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell according to claim 1,
The electromagnetic shut-off valve for a fuel cell, wherein the second valve portion is provided with a fourth elastic member made of an elastic material on one end surface side seated on the second valve seat portion.
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