JP5193174B2 - Fluid discharge valve - Google Patents
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Description
本発明は、流体排出弁に関するものである。 The present invention relates to a fluid discharge valve.
アノード側に燃料ガス(例えば、水素)、カソード側に酸化剤ガス(例えば、酸素あるいは空気)が供給されて発電する燃料電池を搭載した燃料電池自動車が知られている。このように構成された燃料電池は、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未反応の燃料ガスが含まれている。これをそのまま放出すると燃費が悪化するため、この問題を解消するために、アノードオフガスをエゼクタやポンプなどを用いて循環させ、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知られている。 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas (for example, hydrogen) on the anode side and an oxidant gas (for example, oxygen or air) on the cathode side. In the fuel cell configured as described above, unreacted fuel gas is contained in the fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation, that is, the anode off-gas. If this is released as it is, the fuel efficiency will deteriorate. To solve this problem, a fuel cell system that circulates anode off gas using an ejector, pump, etc., mixes it with fresh fuel gas, and supplies it to the fuel cell again. Are known.
ところで、固体高分子電解質膜型の燃料電池において、燃料電池が発電すると、カソード側で水蒸気(水)が生成され、その水の一部が電解質膜を介してアノード側に透過する。また、電解質膜の湿潤状態を保持するため、燃料電池に向かう燃料ガスおよび酸化剤ガスは、加湿器などによって加湿される。したがって、アノードオフガスは多湿となる。 By the way, in a solid polymer electrolyte membrane type fuel cell, when the fuel cell generates power, water vapor (water) is generated on the cathode side, and a part of the water permeates to the anode side through the electrolyte membrane. Further, in order to maintain the wet state of the electrolyte membrane, the fuel gas and the oxidant gas toward the fuel cell are humidified by a humidifier or the like. Therefore, the anode off gas becomes humid.
このように燃料電池の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、カソード側に供給された空気中に含まれる窒素は、微量ながら電解質膜を介してアノード側に透過して燃料ガスに混入するため、燃料ガスの循環利用により窒素の濃度が上昇することがあり、その結果、発電が不安定になる場合がある。
When water accumulates on the anode side of the fuel cell in this way, the supply of fuel gas is hindered and power generation may become unstable. In addition, since nitrogen contained in the air supplied to the cathode side permeates to the anode side through the electrolyte membrane though a minute amount, it mixes with the fuel gas, so that the concentration of nitrogen may increase due to the circulation use of the fuel gas. As a result, power generation may become unstable.
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、アノード側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流体排出弁が設けられている。 When the power generation of the fuel cell becomes unstable, fluid is discharged from the fuel gas circulation passage, and water mixed on the anode side and nitrogen mixed in the fuel gas are discharged to recover the power generation state. For this purpose, a fluid discharge valve is provided in the fuel gas circulation passage.
しかしながら、固体高分子電解質膜型の燃料電池においては、氷点下の環境で燃料電池システムが停止していると、流体排出弁の弁体とシート部との間に付着した水分が凍結して固着状態になると、流体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という問題がある。 However, in solid polymer electrolyte membrane type fuel cells, if the fuel cell system is stopped in a sub-freezing environment, the water adhering between the valve body of the fluid discharge valve and the seat is frozen and stuck. Then, there is a problem that the fluid discharge valve cannot be opened and the fluid cannot be discharged.
そこで、低温時にも流体の凍結による固着が起こりにくい構造を有する流体排出弁が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Therefore, a fluid discharge valve has been proposed that has a structure in which sticking due to fluid freezing hardly occurs even at low temperatures (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、特許文献1,2の流体排出弁においては、従来の排出弁よりは流体の凍結による固着が起こりにくい構造になっているものの、依然として、流体の流れのよどみ点には水が溜まったまま残ることがある。このように少量でも残った水が低温で凍結すると、弁体の動きを妨げる虞があるため、実際の燃料電池システムでは、燃料電池の発電を停止する際に、エアポンプを起動させて空気で流体排出弁内に残った水を吹き飛ばす制御(掃気制御)をしているため、NV性能の悪化を招く虞がある。 However, although the fluid discharge valves of Patent Documents 1 and 2 have a structure in which sticking due to freezing of the fluid is less likely to occur than in the conventional discharge valves, water still remains at the stagnation point of the fluid flow. May remain. In this way, in the actual fuel cell system, when stopping the power generation of the fuel cell, the air pump is activated and the fluid flows with air. Since control (scavenging control) is performed to blow off the water remaining in the discharge valve, there is a risk of deteriorating NV performance.
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、低温環境下において弁体が固着するのを防止することができる流体排出弁を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fluid discharge valve that can prevent the valve body from sticking in a low temperature environment.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、流体が導入される一次室(例えば、実施形態における一次室110a)が形成された一次室ボディ(例えば、実施形態における一次室ボディ110)と、前記流体が導出される二次室(例えば、実施形態における二次室120a)が形成された二次室ボディ(例えば、実施形態における二次室ボディ120)と、前記一次室に前記流体を導入する導入路(例えば、実施形態における導入路111)と、前記二次室から前記流体を導出する導出路(例えば、実施形態における導出路121)と、前記一次室と前記二次室との間を連通または遮断するとともに、駆動機構(例えば、実施形態におけるソレノイド150)により駆動される弁体(例えば、実施形態における弁体130)と、を備えた流体排出弁(例えば、実施形態におけるパージ弁50)において、前記弁体が前記一次室および前記二次室の中心軸(例えば、実施形態におけるシャフト140の中心軸)に相当する位置に配され、前記一次室と前記二次室とが上下方向に配されているとともに、前記一次室および前記二次室の壁面(例えば、実施形態における壁面110b,120b)が、前記中心軸を中心に円形に形成されており、前記導入路は上り傾斜状とされ、前記一次室に導入される前記流体に含まれる水分が前記導入路に流れ込み、排出可能に構成され、平面視した際に、前記導入路および前記導出路がともに前記弁体の中心軸を通る線分から前記弁体の径方向に所定量だけオフセットされて設けられているとともに、前記導出路の内面と前記二次室の壁面とが接して形成される角部のうち、前記二次室から導出する流体からみて下流側の角部が鋭角となるように前記導出路が配置されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is directed to a primary chamber body (for example, the primary chamber in the embodiment) in which a primary chamber into which a fluid is introduced (for example, the
請求項1に記載した発明によれば、導入路および導出路を中心軸に直交する径方向からオフセットすることにより、一次室および二次室内において旋回流れが発生する。したがって、一次室および二次室に供給された流体は旋回流れにより押し出されるように導出路から排出される。つまり、低温環境下において弁体が固着するのをより確実に防止することができる。
また、導入路および導出路の配設位置をずらすという簡易な方法で、弁体が固着するのを防止することができる。
According to the first aspect of the invention, the swirling flow is generated in the primary chamber and the secondary chamber by offsetting the introduction path and the lead-out path from the radial direction orthogonal to the central axis. Therefore, the fluid supplied to the primary chamber and the secondary chamber is discharged from the outlet path so as to be pushed out by the swirling flow. That is, it is possible to more reliably prevent the valve body from sticking in a low temperature environment.
Further, it is possible to prevent the valve body from sticking by a simple method of shifting the arrangement positions of the introduction path and the lead-out path .
また、一次室に供給された流体は室内を旋回しながらスムーズに二次室へと供給することができる。したがって、流体をスムーズに導出路から排出させることができる。 Further , the fluid supplied to the primary chamber can be smoothly supplied to the secondary chamber while swirling in the chamber. Therefore, the fluid can be smoothly discharged from the outlet path.
さらに、一次室および二次室に供給された流体は壁面を沿うように旋回流れを発生させることができ、流体をよりスムーズに導出路から排出させることができる。 Furthermore , the fluid supplied to the primary chamber and the secondary chamber can generate a swirl flow along the wall surface, and the fluid can be discharged from the outlet channel more smoothly.
そして、一次室および二次室に供給された流体は壁面を沿うように旋回流れを発生させることができ、その流れ方向に沿うように導出路が配されているため、流体をより確実に、かつスムーズに導出路から排出させることができる。 And the fluid supplied to the primary chamber and the secondary chamber can generate a swirl flow along the wall surface, and since the outlet path is arranged along the flow direction, the fluid is more reliably And it can be smoothly discharged from the outlet path.
次に、本発明の実施形態を図1〜図8に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池自動車における燃料電池システムの配管に取り付けた流体排出弁(パージ弁)について説明をする。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a fluid discharge valve (purge valve) attached to piping of a fuel cell system in a fuel cell vehicle will be described.
(燃料電池システム)
図1は燃料電池システムの概略構成図である。
図1に示すように、燃料電池システム10の燃料電池11は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池11に形成されたアノードガス供給用連通孔13(アノードガス流路21の入口側)にはアノードガス供給配管23が連結され、その上流端部には水素タンク30が接続されている。また、燃料電池11に形成されたカソードガス供給用連通孔15(カソードガス流路22の入口側)にはカソードガス供給配管24が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ33が接続されている。なお、燃料電池11に形成されたアノードオフガス排出用連通孔14(アノードガス流路21の出口側)にはアノードオフガス排出配管35が連結され、カソードオフガス排出用連通孔16(カソードガス流路22の出口側)にはカソードオフガス排出配管38が連結されている。
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in FIG. 1, the fuel cell 11 of the
また、水素タンク30からアノードガス供給配管23に供給された水素ガスは、レギュレータ(不図示)により減圧された後、エゼクタ26を通り、燃料電池11のアノードガス流路21に供給される。また、水素タンク30の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁25が設けられており、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
Further, the hydrogen gas supplied from the
また、アノードオフガス排出配管35は、エゼクタ26に接続され、燃料電池11を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池11のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管35には、途中で2本の配管が分岐して設けられており、一方はドレイン排出配管36であり、他方はパージガス排出配管37である。ドレイン排出配管36およびパージガス排出配管37は、それらの下流でともに希釈ボックス31に接続されている。そして、ドレイン排出配管36には電磁駆動式のドレイン弁51が設けられており、パージガス排出配管37には電磁駆動式のパージ弁50が設けられている。また、アノードオフガス排出配管35とドレイン排出配管36との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク53が設けられている。
The anode off
空気(カソードガス)はエアコンプレッサ33によって加圧され、カソードガス供給配管24を通過した後、燃料電池11のカソードガス流路22に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池11からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管38に排出される。カソードオフガス排出配管38は希釈ボックス31に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管38には背圧弁34が設けられている。また、カソードガス供給配管24とカソードオフガス排出配管38との間には加湿器39が架け渡して設けられている。加湿器39によりカソードガスはカソードオフガスに含まれる水分の移動により加湿されるようになっている。
Air (cathode gas) is pressurized by the air compressor 33, passes through the cathode
また、エアコンプレッサ33と燃料電池11との間を繋ぐカソードガス供給配管24において、配管が分岐され掃気ガス導入配管54の一端が接続されている。掃気ガス導入配管54は、アノードガス供給配管23におけるエゼクタ26と燃料電池11との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ33にて加圧された空気を燃料電池11のアノードガス流路21に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管54には電磁駆動式の電磁弁55が設けられており、エアコンプレッサ33からの空気の供給を遮断できるように構成されている。
Further, in the cathode
(パージ弁)
次に、パージ弁50の構成について説明する。
パージ弁50は、常閉型の電磁弁であり、燃料電池11の発電時において、アノードオフガス排出配管35を循環するアノードオフガス(水素)に含まれる不純物(水蒸気、窒素など)を排出(パージ)する場合に、ECU45からの指示により開かれる弁である。パージ弁50の上流側は、上流側パージガス排出配管37aを介してアノードオフガス排出配管35に接続され、下流側は、下流側パージガス排出配管37bを介して希釈ボックス31に接続されている。
(Purge valve)
Next, the configuration of the
The
本実施形態では、パージ弁50の後述する導入路111に接続される上流側パージガス排出配管37aが、導入路111に向けて上り傾斜状に設けられている。なお、後述するパージ弁50の導出路121に接続される下流側パージガス排出配管37bは、希釈ボックス31に向けて水平または下り傾斜状となるように設けられている。
In the present embodiment, an upstream side purge
ECU45は、例えば、燃料電池11を構成する単セルの電圧(セル電圧)が所定セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁50を開弁するように設定されている。セル電圧は、例えば、単セルの電圧を検出する電圧センサ(セル電圧モニタ)を介して検出され、ECU45に入力される。
For example, when the voltage (cell voltage) of a single cell constituting the fuel cell 11 is equal to or lower than a predetermined cell voltage, the
図2に示すように、パージ弁50は、アノードオフガスが導入される一次室110aが形成された一次室ボディ110と、該一次室ボディ110の下部に隣接して設けられ、アノードオフガスが導出される二次室120aが形成された二次室ボディ120と、を備えており、二次室ボディ120(二次室120a)の下部側に配置された駆動機構としてのソレノイド150によって弁体130が駆動されることで、一次室110aと二次室120aとの連通状態を切り替えるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
つまり、パージ弁50は、パージを実行する際に開弁して、図1に示すように、アノードオフガス排出配管35から送られてくるアノードオフガスを希釈ボックス31に排出するための弁として機能するようになっている。本実施形態では、アノードオフガスが導入される側となる一次室110aが上部側に配置され、また、アノードオフガスを導出する側となる二次室120aが下部側に配置され、さらに、弁体130を駆動するためのソレノイド150が、二次室120aの下側に配置される構造となっている。
That is, the
そして、一次室110aにアノードオフガスを導入する導入路111が、一次室ボディ110の底壁112に接続(開口)されている。導入路111には、オリフィス113が設けられており、このオリフィス113は、底壁112よりも下側に位置するようになっている。
An
以下、各部について詳細に説明する。
一次室ボディ110には、底壁112にアノードオフガスを導入する導入路111が接続されている。この例では、導入路111が上り傾斜状とされており、その上端が底壁112に接続されて連通可能に開口している。つまり、導入路111は、底壁112よりも下側となる低い位置に設けられており、これによって、アノードオフガスに水分が混入されているときに、この水分が一次室110a内に溜まったとしても、この水分は導入路111の開口111aを通じて導入路111内に流れ込み、その自重によって上流側のキャッチタンク53に排出されることとなる。
Hereinafter, each part will be described in detail.
An
導入路111には、オリフィス113が設けられており、このオリフィス113によって、導入路111から一次室110aに向かって流通するアノードオフガスの流量を制限する役割をなしている。つまり、オリフィス113は、一次室110aに導入されるアノードオフガスの圧力を減圧する作用をなし、二次室120aに配置されるダイヤフラム160に付与される荷重を減圧する。これにより、ダイヤフラム160の許容範囲以上の変形を阻止することができ、ダイヤフラム160の耐久性を向上させることができる。
The
一次室110a内には、弁体130が上下方向(弁の開閉方向)に変位可能に配置されており、この弁体130の底面側には、弁座116が設けられている。
A
弁体130は、一次室110aを形成する一次室ボディ110の上壁114に向けて変位することで開弁するように構成されており、その頂部を形成する面は、上壁114に対して傾斜している。つまり、弁体130の頂部は、平坦面のない尖状とされており、本実施形態では、弁体130が、上壁114側に向かって徐々に縮径する断面山形状のテーパ状部130aを含んで形成されている。
The
なお、テーパ状部130aの表面に、フッ素コーティングを施してもよい。フッ素コーティングには、水分をはじく撥水効果があるため、弁体130の頂部や上部に水分が滞留し難くなり、排水性を向上させることができる。
In addition, you may give a fluorine coating to the surface of the taper-shaped
弁座116は、一次室110aと二次室120aとの間を仕切る仕切壁115に一体的に設けられており、仕切壁115(一次室ボディ110の底部)から上壁114へ向けて突出形成されている。弁座116は、略円筒状を呈しており、上端部へ向けてテーパ状に縮径するように形成されている。弁座116の先端部には、弁体130が着座する円環状の弁座部117が形成されている。弁座部117は、弁体130に形成された平らな底面132に密着するように、平らに形成されている。また、弁座部117は、密着性を向上させるために、例えば、R形状に形成されていてもよい。
The
一次室110aの上壁114には、凹部114aが形成されており、この凹部114aには弁体130を弁座部117へ向けて付勢する戻しばね135の上端が保持される。戻しばね135は、弁体130と凹部114aとの間に縮設されており、弁体130が閉弁された状態で、弁体130のフランジ部134の底面132が弁座部117に気密性よく着座するように付勢している。このような戻しばね135の付勢によって、一次室110aと二次室120aとの間は、連通不能に遮断される。
A
なお、凹部114aと弁体130との間には、弁体130が駆動されて上方に変位した際に、所定のクリアランスが形成されるようになっている。また、一次室110aの側部は、閉塞部材118によって塞がれている。
A predetermined clearance is formed between the
二次室120aは、一次室110aの下部に仕切壁115を介して連設されており、希釈ボックス31へ通じる下流側パージガス排出配管37bに接続可能な導出路121が形成されている。つまり、弁体130が駆動されて開弁し、弁体130を介して一次室110aから二次室120aにアノードオフガスが流入すると、二次室120aに流入したアノードオフガスは、導出路121から下流側パージガス排出配管37bを通じて希釈ボックス31に送られるようになっている。本実施形態では、導出路121が、平面視において導入路111とは反対の側、つまり、希釈ボックス31へ通じる下流側パージガス排出配管37bが接続可能となる側に形成されている。
The
なお、導入路111と上流側パージガス排出配管37aとの接続部位、および導出路121と下流側パージガス排出配管37bとの接続部位には、図示しないシール部材が介装されており、通流するアノードオフガスの気密が保持されている。
In addition, a sealing member (not shown) is interposed at a connection portion between the
また、一次室110aおよび二次室120aの内部に撥水性のあるコーティング、例えばフッ素コーティングを施してもよい。フッ素コーティングにより、一次室110aおよび二次室120aの内部に水分が滞留し難くなり、排水性を向上させることができる。
Further, a water-repellent coating such as a fluorine coating may be applied to the inside of the
特に、一次室110aにおいては、一次室110a内に残留する水滴などの水分が一次室ボディ110の底壁112から導入路111に戻されるようになり、一次室110a内に水分が残留し難くなる。
In particular, in the
さらに、図3に示すように、本実施形態では、一次室110aは弁体130(シャフト140上端140b)を中心軸とした平面視円形の壁面110bを有している。また、導入路111は、上記中心軸に直交する径方向からオフセットされた位置に設けられている。つまり、導入路111から供給されたアノードオフガスは、一次室110a内の中心軸に真っ直ぐ向かって行かずに、一次室110a内で旋回流が発生するように構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the
また、図4に示すように、二次室120aも弁体130を中心軸とした平面視円形の壁面120bを有している。また、導出路121は、弁体130(シャフト140)の中心軸に直交する径方向からオフセットされた位置に設けられている。つまり、一次室110aから開弁された弁体130の隙間を介して二次室120aに供給されたアノードオフガスは、二次室120aの壁面120bに沿って流れ、二次室120a内で旋回流が発生するように構成されている。さらに、その流れに沿う方向に導出路121が配置されているため、スムーズに、かつ確実に、二次室120aから導出路121へとアノードオフガスを排出することができるように構成されている。
As shown in FIG. 4, the
図2に戻り、二次室120aには、ソレノイド150により駆動されて、先端が弁体130の取付穴133に固定されるシャフト140が貫通しており、二次室120aとシャフト140との間には、シャフト140に係止されてシャフト140の変位動作に追従して撓む弾性部材(例えば、ゴムなどの材料)からなるダイヤフラム160が設けられている。
Returning to FIG. 2, a
ダイヤフラム160は、シャフト140の周囲を取り囲む円環状の部材であり、シャフト140のフランジ部141に装着される内周縁部161と、該内周縁部161から径方向外側へと延在する薄肉状のスカート部162(湾曲凸部)と、該スカート部162の外周部に形成される外周縁部163と、を有している。
The
内周縁部161は、フランジ部141と、シャフト140に装着される有底円筒状の押え部材142と、の間に挟持されることでシャフト140に係止されている。
The inner
スカート部162は、シャフト140の変位動作に追従して撓曲自在に構成されている。
The
また、外周縁部163は、二次室120aの底壁122と、ソレノイド150の固定コア151との間に挟持されている。
Further, the outer
このようなダイヤフラム160を設けることによって、二次室120aとシャフト140との間がシールされるようになり、二次室120aの内部の気密が好適に保持されるようになる。
By providing such a
ソレノイド150は、ケーシング154の内部に配設され、コイル155aが巻回されたボビン155と、ケーシング154の上端部を閉塞するように配設される固定コア151と、コイル155aの励磁作用によってシャフト140の軸線方向に変位する円筒状の可動コア156と、ケーシング154の下端部に設けられた開口を覆うキャップ部157と、を備えている。
The
可動コア156は、磁性金属材料からなる円筒状の部材であり、ボビン155の内壁面に沿って挿通自在に配置され、コイル155aの励磁作用によってシャフト140の軸線方向に移動可能となっている。すなわち、可動コア156は、コイル155aを励磁したときに、固定コア151に引き寄せられ、戻しばね135の付勢力に抗して上方向に移動する。これにより、弁体130が上方向に押動される。
The
可動コア156の平面視略中央部には軸線方向に沿って貫通孔156aが形成されており、この貫通孔156aにシャフト140の下端140aが挿通されて固定されている。
A through
シャフト140は、その下端140a側が可動コア156の中空部に嵌め込まれて固定され、上端140b側が弁体130の下部に開口する取付穴133に挿入されて固定されている。シャフト140の軸線方向の略中央部には、ダイヤフラム160の内周縁部161を押え部材142との間に固定するためのフランジ部141が形成されている。
The
なお、シャフト140の外周面に、フッ素コーティングなどを施して、シャフト140が変位する際の摺動抵抗が低減するように構成してもよい。このようにすることで、シャフト140の摩耗が低減し、耐久性を向上させることができる。また、シャフト140が変位動作する際に摩耗粉が発生するのを抑制することができる。フッ素コーティングを施すことにより、シャフト140の外周面に水分が付着するのを抑制でき、シャフト140の錆びを防止することができる。したがって、シャフト140の耐久性を向上させることができる。
Note that a fluorine coating or the like may be applied to the outer peripheral surface of the
キャップ部157には、可動コア156に通じる透孔158を覆うように取り付けられており、内部には空気の出入りを許容しつつ水の出入りを阻止できる透湿防水素材157aが装着されている。なお、透湿防水素材157aは、例えば、ゴアテックス(登録商標)などで構成されている。このような透湿防水素材157aを配置すれば、ソレノイド150内への水や埃などの浸入を防ぐことができる。
The
次に、パージ弁50の作用を説明する。
燃料電池11を構成する単セルの電圧(セル電圧)が所定セル電圧以下となった場合、ECU45が不純物を排出する必要があると判定し、ECU45の指令によってパージ弁50が開弁される。
Next, the operation of the
When the voltage (cell voltage) of the single cell constituting the fuel cell 11 becomes equal to or lower than the predetermined cell voltage, the
パージ弁50が開弁すると、アノードガス流路21から導出されて不純物を含むアノードオフガスが、アノードオフガス排出配管35、キャッチタンク53、上流側パージガス排出配管37aおよび導入路111を通じてパージ弁50の一次室110aに導入される。この際、導入路111に導入されたアノードオフガスは、オリフィス113によって所定の流量に絞られて減圧された後、一次室110a内において中心軸まわりの旋回流を発生し、一次室110aから弁体130と弁座117との間を通じて二次室120aに流入する。二次室120a内に流入したアノードオフガスは、二次室120a内においても壁面120bに沿うように旋回流を発生しながら、二次室120aから導出路121へ導出される。導出路121から導出されたアノードオフガスは、下流側パージガス排出配管37bを通じて希釈ボックス31へ送られる。
When the
また、パージ終了時に、ESU45によってソレノイド150のコイル155aへの通電がオフ状態にされると、コイル155aが非励磁状態となり、可動コア156が軸線方向に沿って下方へと変位する。略同時に、弁体130が戻しばね135の付勢力によって下方へと押圧され、戻しばね135の付勢力によって弁体130が弁座部117へと着座する。これにより、一次室110aと二次室120aとの連通が遮断され、導入路111と導出路121との連通が遮断される。
Further, when the energization of the
本実施形態によれば、導入路111および導出路121を弁体130(シャフト140)の中心軸に直交する径方向からオフセットして設けることにより、一次室110aおよび二次室120a内において旋回流れが発生する。したがって、一次室110aおよび二次室120aに供給された流体(アノードオフガス)は旋回流れにより押し出されるように導出路121から排出される。つまり、低温環境下において二次室120a内に水が残るのを防止することができ、弁体130が固着するのを確実に防止することができる。
また、導入路111および導出路121の配設位置をずらすという簡易な方法で、弁体130が固着するのを防止することができる。
According to the present embodiment, the
Further, the
また、一次室110aを上側に、二次室120aを下側に配置したため、一次室110aに供給されたアノードオフガスは一次室110a内を旋回しながら重力方向に沿ってスムーズに二次室120aへと供給される。したがって、アノードオフガスをスムーズに導出路121から排出させることができる。
In addition, since the
さらに、一次室110aの壁面110bおよび二次室120aの壁面120bが弁体130(シャフト140)の中心軸を中心に円形になるように形成したため、一次室110aおよび二次室120aに供給されたアノードオフガスは壁面110b,120bを沿うように容易に旋回流れを発生させることができ、二次室120a内に水を残すことなくアノードオフガスをよりスムーズに導出路121から排出させることができる。
Furthermore, since the
そして、導入路111および導出路121がともに弁体130(シャフト140)の中心軸に直交する径方向からオフセットするように配置するとともに、導出路121がアノードオフガスの流れ方向に沿う方向に配置することで、アノードオフガスをより確実に、かつスムーズに導出路121から排出させることができる。つまり、二次室120a内にアノードオフガスの水が残ってしまうのを防止することができ、低温環境下において弁体130が固着するのを防止することができる。
The
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、導出路が下り傾斜状になるように設けた場合の説明をしたが、必ずしも傾斜させる必要はなく、水平方向に導出路を設けてもよい。
また、導入路および導出路の配置は本実施形態の構成に限らず、図5〜図6に示すような配置にしてもよい。
さらに、本実施形態では、燃料電池システムに用いるパージ弁の場合について説明したが、他の用途に用いる流体排出弁に採用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and shape described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
For example, in the present embodiment, the guide Detchi has been described in the case of providing such that the downward inclined, need not always be inclined, it may be provided in the horizontal direction optical Detchi.
The arrangement of the introduction path and outlet path is not limited to the configuration of the present embodiment may be arranged as shown in FIGS. 5-6.
Furthermore, in this embodiment, the case of the purge valve used in the fuel cell system has been described. However, the purge valve may be employed in other applications.
50…パージ弁(流体排出弁) 110…一次室ボディ 110a…一次室 110b…壁面 111…導入路 120…二次室ボディ 120a…二次室 120b…壁面 121…導出路 130…弁体 140…シャフト 150…ソレノイド(駆動機構)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記流体が導出される二次室が形成された二次室ボディと、
前記一次室に前記流体を導入する導入路と、
前記二次室から前記流体を導出する導出路と、
前記一次室と前記二次室との間を連通または遮断するとともに、駆動機構により駆動される弁体と、を備えた流体排出弁において、
前記弁体が前記一次室および前記二次室の中心軸に相当する位置に配され、
前記一次室と前記二次室とが上下方向に配されているとともに、前記一次室および前記二次室の壁面が、前記中心軸を中心に円形に形成されており、
前記導入路は上り傾斜状とされ、前記一次室に導入される前記流体に含まれる水分が前記導入路に流れ込み、排出可能に構成され、
平面視した際に、前記導入路および前記導出路がともに前記弁体の中心軸を通る線分から前記弁体の径方向に所定量だけオフセットされて設けられているとともに、前記導出路の内面と前記二次室の壁面とが接して形成される角部のうち、前記二次室から導出する流体からみて下流側の角部が鋭角となるように前記導出路が配置されていることを特徴とする流体排出弁。 A primary chamber body in which a primary chamber into which a fluid is introduced is formed;
A secondary chamber body in which a secondary chamber from which the fluid is derived is formed;
An introduction path for introducing the fluid into the primary chamber;
A lead-out path for leading the fluid from the secondary chamber;
In the fluid discharge valve comprising: a valve body that communicates or blocks between the primary chamber and the secondary chamber and is driven by a drive mechanism;
The valve body is disposed at a position corresponding to a central axis of the primary chamber and the secondary chamber;
The primary chamber and the secondary chamber are arranged in the vertical direction, and the wall surfaces of the primary chamber and the secondary chamber are formed in a circle around the central axis,
The introduction path has an upward slope, and moisture contained in the fluid introduced into the primary chamber flows into the introduction path and is configured to be discharged.
When viewed in plan, with are provided with a predetermined amount offset in the radial direction of the valve body from the line segment passing through the center axis of the introducing path and the outlet path both the valve body, the inner surface of the front Symbol outlet passage and among the corners and the wall surface of the secondary chamber is formed in contact, the outlet passage is arranged Tei Rukoto as corner portion on the downstream side as viewed from the fluid derived from the secondary chamber is an acute angle Fluid discharge valve featuring.
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