JP6989358B2

JP6989358B2 - 弁装置

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Publication number: JP6989358B2
Application number: JP2017217298A
Authority: JP
Inventors: 良輔堀; 大輔里屋; 洋樹矢橋; 浩司木田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: JP2019087516A

Description

本発明は、燃料電池システムを構成する弁装置に関する。

従来から、高圧ガスの供給を制御するための電磁弁に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された電磁弁は、シリンダと、ガス流路と、コイルと、プランジャと、弁体と、を備える。シリンダは、内部に弁室が形成されている。

ガス流路は、シリンダの内外を連通し高圧ガスを弁室に導入する導入路、および導入された高圧ガスを弁室から導出する導出路を含む。コイルは、シリンダの外周に巻回状態で配されている。プランジャは、弁室の内部に設けられてコイルへの通電により弁室内を移動する。弁体は、プランジャに連動してガス流路を開閉する。

プランジャは、第１の分割体と、第２の分割体と、を備えている。第１の分割体は、弁体が収容され、ガス流路を開く際に弁体の開弁方向と反対側の部分に当接する変位当接部を有する。第２の分割体は、変位当接部との間に弁体を収容した状態で第１の分割体に固定される。

この構成によれば、弁体が変位当接部に当接し、第１の分割体、すなわちプランジャと一体で移動することにより、ガス流路が開く。変位当接部は、第１の分割体の一部であるので、同第１の分割体と一体で変位する。これにより、従来の電磁弁と比較してこの構成を採用する電磁弁は、動作信頼性が高い。

特開２０１４−１１１９６６号公報

前記従来の電磁弁は、たとえば、水素ステーションにおいて燃料電池車の車載ガスタンクに水素ガスなどの高圧ガスを充填する用途にも使用可能である。このような用途では、電磁弁の内部に高圧ガスとともに水分が侵入するおそれがある。電磁弁の内部に浸入した水分は、たとえば、プランジャの周囲に膜状に滞留し、外気温度の低下によって凍結してプランジャを固着させるおそれがある。

本発明は、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができる弁装置を提供する。

本発明の一態様は、燃料電池システムを構成する弁装置であって、燃料ガスを燃料電池に供給するための供給流路と、該供給流路の途中に設けられて該供給流路を開閉する開閉機構を有する電磁弁と、前記開閉機構よりも前記燃料ガスの供給方向における上流側に配置されて前記燃料ガスを通過させる撥水性のフィルタと、を備えることを特徴とする弁装置である。

上記態様の弁装置は、たとえば、燃料電池システムの一部を構成する装置であり、燃料電池車に搭載される。弁装置は、たとえば、水素ステーションなどにおいて、高圧の水素ガスすなわち燃料ガスを貯蔵する高圧ガスタンクなどの貯蔵部から、燃料電池車に搭載された車載ガスタンクへ充填される燃料ガスの供給を制御する装置である。また、弁装置は、たとえば、燃料ガスが充填された車載ガスタンクから、燃料電池車に搭載された燃料電池への燃料ガスの供給を制御する装置である。

上記態様の弁装置は、たとえば、水素ステーションなどにおいて、貯蔵部に接続されて、弁装置の内部に設けられた供給流路に水素ガスなどの燃料ガスが導入される。このとき、弁装置に、水分を含まない燃料ガスが供給されることが望ましいが、場合によっては水分を含む燃料ガスが供給される可能性がある。燃料ガスに含まれる水分は、たとえば、弁装置の供給流路を開閉する電磁弁の内部に浸入すると、環境温度の低下によって凍結して開閉機構を固着させるなどの問題が生じるおそれがある。

ここで、上記態様の弁装置は、前述のように、開閉機構よりも燃料ガスの供給方向における上流側に配置されて燃料ガスを通過させる撥水性のフィルタを備えている。撥水性のフィルタは、ガスを通過させ、水分の通過を阻止する機能を有している。そのため、弁装置の供給流路に導入された水分を含む燃料ガスは、この燃料ガスの供給方向における上流側で撥水性のフィルタを通過し、水分が除去された状態で弁装置の開閉機構に到達する。

したがって、上記態様の弁装置によれば、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができ、開閉機構に水分が膜状に滞留することが防止され、水分の凍結による開閉機構の固着を防止することができる。

上記態様の弁装置は、撥水性のフィルタの周囲に、体積が０．２［ｃｍ^３］以上である空間を有していることが好ましい。たとえば、撥水性のフィルタの周囲の燃料ガスの供給方向における上流側に体積が０．２［ｃｍ^３］以上である空間を有していることで、撥水性のフィルタが、フィルタの表面に付着した水分によって閉塞されるのを防止できる。

上記態様の弁装置において、前記撥水性のフィルタは、前記電磁弁の前記開閉機構に連通する流路の入口に設けられていてもよい。これにより、電磁弁の開閉機構に連通する流路の入口でガスに含まれる水分を除去し、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができる。

上記態様の弁装置において、前記撥水性のフィルタは、前記電磁弁の前記開閉機構に連通する流路の出口に設けられていてもよい。これにより、電磁弁の開閉機構に連通する流路の出口でガスに含まれる水分を除去し、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができる。

上記態様の弁装置において、前記撥水性のフィルタは、前記電磁弁の前記開閉機構に連通する流路の入口と出口に設けられていてもよい。これにより、電磁弁の開閉機構に連通する流路の入口と出口でガスに含まれる水分を除去し、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができる。

上記態様の弁装置によれば、電磁弁の内部の開閉機構にガスとともに水分が侵入するのを防止することができ、電磁弁の開閉機構が侵入した水分の凍結によって固着するのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る弁装置の概略的な断面図。図１に示す弁装置の電磁弁の拡大断面図。図２に示す撥水性のフィルタの外周面の状態を示す模式的な拡大図。親水性のフィルタの外周面の状態を示す図３に対応する模式的な拡大図。

以下、図面を参照して本発明に係る弁装置の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る弁装置１００の概略的な断面図である。本実施形態の弁装置１００は、燃料電池システムの一部を構成する装置であり、たとえば、燃料電池自動車に搭載され、水素ステーションなどにおいて、水素ガスなどの高圧の燃料ガスＧが貯蔵されたガスタンクなどの貯蔵部に接続される。本実施形態の弁装置１００は、このような貯蔵部から、たとえば燃料電池自動に搭載されたガスタンクや燃料電池など、燃料ガスＧの供給を受ける需用部への燃料ガスＧの供給を制御する。

本実施形態の弁装置１００は、たとえば、本体１０と、この本体１０に設けられたガス流路２０と、このガス流路２０を開閉する複数の弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と、を備えている。詳細は後述するが、本実施形態の弁装置１００は、燃料電池システムの一部であり、燃料ガスＧを燃料電池に供給するための供給流路２２と、この供給流路２２の途中に設けられて供給流路２２を開閉する開閉機構Ｖ４ｚを有する電磁弁Ｖ４と、開閉機構Ｖ４ｚよりも燃料ガスＧの供給方向における上流側に配置されて燃料ガスＧを通過させる撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３（図２を参照。）と、を備えることを特徴とする。以下、本実施形態の弁装置１００の各部の構成を詳細に説明する。

以下では、図示を省略する貯蔵部から弁装置１００に燃料ガスＧが流入する方向を横方向とし、この横方向に直交する方向を縦方向とし、これら縦方向および横方向に直交する方向を高さ方向として、弁装置１００の各部を説明する。なお、これらの方向は、単に本実施形態の弁装置１００の各部を説明するための便宜的な方向であり、必ずしも水平方向や鉛直方向に一致するものではない。各図に、本実施形態の弁装置１００の横方向、縦方向および高さ方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする直交座標系を示す。

弁装置１００の本体１０は、たとえば、鍛造したアルミ合金等の金属材料により構成されている。本体１０は、横方向（Ｘ方向）の一側に第１の凹部１０ａを有し、縦方向（Ｙ方向）の一側に第２の凹部１０ｂと第３の凹部１０ｃを有し、横方向の他側に第４の凹部１０ｄを有し、縦方向の他側に第５の凹部１０ｅを有している。本体１０は、第１の凹部１０ａの底部に、ガス入口１１を有している。

本体１０は、第１の凹部１０ａと第３の凹部１０ｃにそれぞれ逆止弁Ｖ１，Ｖ３が設けられ、本体１０の第２の凹部１０ｂと第５の凹部１０ｅにそれぞれ開閉弁Ｖ２と電磁弁Ｖ４が設けられている。第４の凹部１０ｄは、たとえば、凹部１０ｄにねじにより締結された閉鎖部材１３によって閉鎖されている。第５の凹部１０ｅは、たとえば、本体１０にボルト１４によって締結されたカバー１５によって閉鎖されている。

本体１０の第１の凹部１０ａに設けられた第１の逆止弁Ｖ１は、一端に第１の凹部１０ａの外側に突出したコネクタ部Ｖ１ａを有し、他端が第１の凹部１０ａに挿入されて第１の凹部１０ａの底部に開口するガス入口１１に接続されている。第１の逆止弁Ｖ１のコネクタ部Ｖ１ａは、たとえば、貯蔵部に貯蔵された高圧の燃料ガスＧを弁装置１００に供給するためのガス供給管に接続される。第１の逆止弁Ｖ１は、コネクタ部Ｖ１ａの端部の開口から流入した燃料ガスＧを、本体１０のガス入口１１へ向けて通過させ、逆方向の燃料ガスＧの流れを遮断するように構成されている。

本体１０の内部に設けられたガス流路２０は、たとえば車載ガスタンクに燃料ガスＧを充填するための充填流路２１と、たとえば車載ガスタンクから燃料電池に燃料ガスＧを供給するための供給流路２２とを有している。また、ガス流路２０は、たとえば、第２の凹部１０ｂの高さ方向（Ｚ方向）を向く壁面に開口して高さ方向に延びる充填／供給流路２３と、第４の凹部１０ｄの底部に開口して横方向（Ｘ方向）に延び、第５の凹部１０ｅの底部の側壁に開口する予備流路２５とを有している。

充填流路２１は、一端がガス入口１１に接続され、ガス入口１１から燃料ガスＧの流入方向である横方向に延び、そこからおおむね直角に屈曲して縦方向に延び、他端が本体１０の第２の凹部１０ｂの底部に開口している。本体１０の第２の凹部１０ｂに設けられた開閉弁Ｖ２は、縦方向に移動可能に設けられて充填流路２１の他端の開口を開閉する弁体Ｖ２ａを有している。

充填流路２１は、縦方向に延びる部分の途中に、供給流路２２の分岐点２１ｂを有している。ここで、充填流路２１の分岐点２１ｂとは、たとえば、縦方向に延びる充填流路２１の中心線Ｌ１と、横方向に延びる供給流路２２の中心線Ｌ２との交点、または、その交点近傍の領域である。交点近傍の領域とは、たとえば、交点を含み、その交点からの距離が充填流路２１の半径以下の領域である。

供給流路２２は、車載ガスタンクから供給される燃料ガスＧの供給方向における最上流部分として、たとえば、充填／供給流路２３の全体と、第２の凹部１０ｂと、分岐点２１ｂと充填／供給流路２３との間の充填流路２１の一部とを、含んでいる。また、供給流路２２は、この最上流部分に連通する上流部分２２ａと、第３の凹部１０ｃの底部および第５の凹部１０ｅの底部に開口して縦方向（Ｙ方向）に延びる下流部分２２ｂとを含んでいる。

供給流路２２の上流部分２２ａは、充填流路２１の分岐点２１ｂから分岐され、横方向に延びて第５の凹部１０ｅの底部の側壁に開口している。第５の凹部１０ｅの底部の側壁において、供給流路２２の上流部分２２ａの開口に対向する位置に、予備流路２５が開口している。図１に示す例において、供給流路２２の上流部分２２ａの中心線Ｌ２と予備流路２５の中心線Ｌ５は一致している。

図１に示すように、第５の凹部１０ｅに設けられた電磁弁Ｖ４は、たとえば、スリーブＶ４ａと、可動鉄心Ｖ４ｂと、固定鉄心Ｖ４ｃと、ソレノイドＶ４ｄと、ソレノイドＶ４ｄを覆うケースＶ４ｅとを備えている。

図２は、図１に示す弁装置１００の電磁弁Ｖ４の拡大断面図である。スリーブＶ４ａは、内部に流路を有する筒状に形成されている。スリーブＶ４ａは、外周面に、スリーブＶ４ａの周方向に延びて供給流路２２の上流部分２２ａおよび予備流路２５に連通する円環状の連通溝Ｖ４ｆと、スリーブＶ４ａの軸方向に延びて連通溝Ｖ４ｆとスリーブＶ４ａ内の弁室Ｖ４ｈとを連通する直線状の導入路Ｖ４ｇとを有している。

スリーブＶ４ａは、導入路Ｖ４ｇに連通する弁室Ｖ４ｈと、弁室Ｖ４ｈおよび供給流路２２の下流部分２２ｂに連通する導出路Ｖ４ｉと、弁室Ｖ４ｈと導出路Ｖ４ｉとの間に設けられた弁座Ｖ４ｊとを有している。本実施形態の弁装置１００において、電磁弁のスリーブＶ４ａに設けられた連通溝Ｖ４ｆ、導入路Ｖ４ｇ、弁室Ｖ４ｈ、および導出路Ｖ４ｉは、燃料ガスＧを燃料電池に供給するための供給流路２２の一部を構成している。

可動鉄心Ｖ４ｂは、スリーブＶ４ａの内径とほぼ等しい外径を有し、軸方向に移動可能にスリーブＶ４ａ内に収容され、先端部に弁座Ｖ４ｊを開閉する弁体Ｖ４ｋを有している。可動鉄心Ｖ４ｂは、固定鉄心Ｖ４ｃとの間に配置されたコイルバネＶ４ｌにより縦方向に延びる軸方向に弁座Ｖ４ｊへ向けて付勢されている。本実施形態の弁装置１００において、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚは、主に、可動鉄心Ｖ４ｂと、スリーブＶ４ａの内部の弁座Ｖ４ｊによって構成されている。

弁装置１００は、前述のように、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚよりも燃料ガスＧの供給方向における上流側に配置されて燃料ガスＧを通過させる撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３を備えている。図２に示す例において、弁装置１００は、供給流路２２の上流部分２２ａの途中で、電磁弁Ｖ４よりも燃料ガスＧの供給方向における上流側に、第１の撥水性のフィルタＦ１が設けられている。

また、図２に示す例において、弁装置１００は、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚに連通する流路である導入路Ｖ４ｇの入口に、環状の第２の撥水性のフィルタＦ２が設けられていている。より詳細には、第２の撥水性のフィルタＦ２は、供給流路２２の上流部分２２ａの燃料ガスＧの供給方向における下流側の端部に設けられている。第２の撥水性のフィルタＦ２は、たとえば、電磁弁Ｖ４のスリーブＶ４ａの外周面に設けられた凹部にはめ込まれ、上流部分２２ａの第５の凹部１０ｅの側壁における開口と、電磁弁Ｖ４のスリーブＶ４ａに設けられた連通溝Ｖ４ｆとの間に配置されている。

さらに、図２に示す例において、弁装置１００は、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚに連通する流路である導入路Ｖ４ｇの出口に、環状の第３の撥水性のフィルタＦ３が設けられていている。より詳細には、第３の撥水性のフィルタＦ３は、スリーブＶ４ａの内側で、可動鉄心Ｖ４ｂと弁座Ｖ４ｊとの間に配置されている。なお、弁装置１００は、必ずしも第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３のすべてを備えている必要はなく、第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３のうち、いずれか一以上を備えていればよい。

撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３の素材としては、たとえば、ポリアミド、ポリエステル、アクリル系重合体、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフルオロカーボン、ポリウレタン、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、油脂、パラフィンなどの撥水性材料を使用することができる。

また、弁装置１００は、撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３の周囲に、体積が０．２［ｃｍ^３］以上である空間を有していることが好ましい。図２に示す例において、弁装置１００は、撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３の周囲の燃料ガスＧの供給方向における上流側に、それぞれ、断面積が０．２［ｃｍ^３］以上である空間を有している。

電磁弁Ｖ４は、ソレノイドＶ４ｄのコイルが消磁している状態では、コイルバネＶ４ｌの付勢力および燃料ガスＧの圧力によって可動鉄心Ｖ４ｂが弁座Ｖ４ｊへ向けて付勢されて弁体Ｖ４ｋが弁座Ｖ４ｊに着座する。これにより、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚが、供給流路２２の一部である導出路Ｖ４ｉの一端を閉じた状態になる。この状態では、供給流路２２の上流部分２２ａから供給される燃料ガスＧは、供給流路２２の一部を構成する連通溝Ｖ４ｆ、導入路Ｖ４ｇ、および弁室Ｖ４ｈまでは到達するが、供給流路２２の下流部分２２ｂには到達しない。

電磁弁Ｖ４は、ソレノイドＶ４ｄのコイルが励磁されると、固定鉄心Ｖ４ｃに吸引されることによって可動鉄心Ｖ４ｂがコイルバネＶ４ｌの付勢力に抗して弁座Ｖ４ｊから離れる方向に移動して弁体Ｖ４ｋが弁座Ｖ４ｊから離座する。これにより、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚが、供給流路２２の一部である導出路Ｖ４ｉの一端を開いた状態になる。この状態では、供給流路２２の上流部分２２ａから供給される燃料ガスＧは、供給流路２２の一部を構成する連通溝Ｖ４ｆ、導入路Ｖ４ｇ、弁室Ｖ４ｈおよび導出路Ｖ４ｉを通して、供給流路２２の下流部分２２ｂに到達する。

図１に示すように、本体１０の第３の凹部１０ｃに設けられた第２の逆止弁Ｖ３は、一端に第３の凹部１０ｃの外側に突出したコネクタ部Ｖ３ａを有し、他端が第３の凹部１０ｃに挿入されて第３の凹部１０ｃの底部に開口する供給流路２２の下流部分２２ｂに接続されている。第２の逆止弁Ｖ３のコネクタ部Ｖ３ａは、たとえば、燃料電池車に搭載された燃料電池に燃料ガスＧを供給するための燃料ガス供給管に接続される。第２の逆止弁Ｖ３は、供給流路２２の下流部分２２ｂから流入した燃料ガスＧを、コネクタ部Ｖ３ａの端部の開口へ向けて通過させ、逆方向の燃料ガスＧの流れを遮断するように構成されている。

充填／供給流路２３は、第２の凹部１０ｂの高さ方向（Ｚ方向）を向く壁面に開口して高さ方向に延び、図示を省略する本体１０の高さ方向の一側に開口している。この図示を省略する充填／供給流路２３の開口は、図示を省略する車載ガスタンクなどの需用部に接続されている。ガス入口１１に供給された燃料ガスＧを、充填／供給流路２３の図示を省略する開口を介して車載ガスタンクに充填するときには、この充填／供給流路２３の図示を省略する開口が、本体１０のガス出口１２となる。

充填／供給流路２３は、第２の凹部１０ｂに設けられた開閉弁Ｖ２が充填流路２１の開口を開いたときに、第２の凹部１０ｂを介して充填流路２１に連通する。また、充填／供給流路２３は、開閉弁Ｖ２が充填流路２１の開口を閉じたときに開閉弁Ｖ２の弁体Ｖ２ａによって充填流路２１および供給流路２２から遮断される。

以下、本実施形態に係る弁装置１００の作用を説明する。

たとえば、水素ステーションにおいて、ガスタンクなどの貯蔵部に貯蔵された高圧の燃料ガスＧを、燃料電池車に搭載された車載ガスタンクに充填する場合には、貯蔵部に接続された供給管を弁装置１００の第１の逆止弁Ｖ１のコネクタ部Ｖ１ａに接続する。そして、弁装置１００の開閉弁Ｖ２によって充填流路２１の端部の開口を開いて充填流路２１と充填／供給流路２３を連通させ、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚを閉じて供給流路２２の上流部分２２ａと下流部分２２ｂとの間で供給流路２２を遮断する。この状態で、弁装置１００のガス入口１１に、第１の逆止弁Ｖ１を介して貯蔵部から高圧の燃料ガスＧを供給する。

貯蔵部から第１の逆止弁Ｖ１を介して弁装置１００へ供給された燃料ガスＧは、第１の逆止弁Ｖ１を通過して本体１０のガス入口１１から本体１０の内部のガス流路２０に流入する。ガス流路２０に流入した燃料ガスＧは、充填流路２１の横方向に延びる部分を流れて縦方向へ向けて屈曲された屈曲部を通過し、さらに縦方向に延びる部分を通過し、分岐点２１ｂにおいて充填流路２１と供給流路２２の上流部分２２ａに分配される。

ここで、供給流路２２は、弁装置１００の電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚによって上流部分２２ａと下流部分２２ｂの間が閉じられている。そのため、分岐点２１ｂを通過して供給流路２２の上流部分２２ａに分配された燃料ガスＧは、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚよりも下流の供給流路２２の下流部分２２ｂまでは到達しない。

また、弁装置１００の開閉弁Ｖ２によって、第１の凹部１０ａの底部の充填流路２１の開口が開かれているので、分岐点２１ｂを通過した燃料ガスＧは、充填流路２１の開口を通過して、本体１０の第２の凹部１０ｂに流入する。本体１０の第２の凹部１０ｂに流入した燃料ガスＧは、第２の凹部１０ｂの壁面に開口する充填／供給流路２３および本体１０の一側に開口するガス出口１２に接続されたガス配管を介して、図示を省略する車載ガスタンクに充填される。

たとえば、水素ステーションにおいて、燃料電池車に搭載された車載ガスタンクに燃料ガスＧの充填が完了したら、図１に示す開閉弁Ｖ２を閉じ、ガス入口１１に接続された逆止弁Ｖ１のコネクタ部Ｖ１ａから燃料ガス供給用の供給管を取り外す。そして、電磁弁Ｖ４の開閉機構４Ｖｚを開いて供給流路２２の上流部分２２ａと下流部分２２ｂを連通させ、さらに、開閉弁Ｖ２を開いて充填／供給流路２３と充填流路２１を連通させる。

これにより、車載ガスタンクから充填／供給流路２３へ供給した燃料ガスＧを、供給流路２２を構成する充填流路２１の一部、上流部分２２ａ、連通溝Ｖ４ｆ、導入路Ｖ４ｇ、弁室Ｖ４ｈ、導出路Ｖ４ｉ、および下流部分２２ｂを介して、燃料電池車に搭載された燃料電池に供給することができる。

現在普及している水素ステーションにおいて供給される燃料ガスＧとしての水素ガスは、純度が高く、含まれる水分も微量である。しかし、今後、水素ステーションがさらに普及すると、純度が低く、水分が多く含まれる水素ガスが供給される可能性がある。なお、燃料電池システムの燃料ガスＧとしての水素ガスは、たとえば、１［ｍｏｌ］の水素ガス中に含まれる水分が５［μｍｏｌ］以下となるように定められている。

したがって、弁装置１００が撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３を有しない場合、電磁弁Ｖ４を介して５ｋｇの燃料ガスＧを燃料電池に供給する場合、電磁弁Ｖ４の内部に最大で０．２［ｃｍ^３］の水が浸入する可能性がある。電磁弁Ｖ４の内部に浸入した水は、たとえば、開閉機構Ｖ４ｚを構成する可動鉄心Ｖ４ｂの周囲に膜状に滞留して低温環境下で凍結し、可動鉄心Ｖ４ｂがスリーブ４ａに固着して開閉機構Ｖ４ｚの開閉動作を妨げるおそれがある。

これに対し、本実施形態の弁装置１００は、前述のように、電磁弁Ｖ４の開閉機構Ｖ４ｚよりも燃料ガスＧの供給方向における上流側に配置されて燃料ガスＧを通過させる撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３を備えている。そのため、撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３によって、電磁弁Ｖ４の内部の開閉機構Ｖ４ｚに水が浸入するのを防止することができる。したがって、開閉機構Ｖ４ｚを構成する可動鉄心Ｖ４ｂの周囲に水が膜状に滞留することが防止され、低温環境下における開閉機構Ｖ４ｚの固着を防止することができる。

なお、弁装置１００は、前述のように、必ずしも第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３のすべてを備えている必要はなく、第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３のうち、いずれか一つを備えていればよい。これにより、電磁弁Ｖ４の内部の開閉機構Ｖ４ｚに水が浸入するのを防止することができる。しかし、第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３のうち、いずれか二つを備えることで、開閉機構Ｖ４ｚへの水の浸入を防止する効果が向上する。また、第１から第３のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３すべてを備えることで、開閉機構Ｖ４ｚへの水の浸入を防止する効果がさらに向上する。

図４は、図３に示す撥水性のフィルタＦ２に代えて親水性のフィルタＦＸを使用した場合のフィルタＦＸの外周面の状態を示す模式的な拡大図である。親水性のフィルタＦＸの外周面に付着した水Ｗは、親水性のフィルタＦＸの外周面で濡れ拡がり、親水性のフィルタＦＸの外周面を覆うように水Ｗが膜状に滞留するおそれがある。親水性のフィルタＦＸの外周面を覆う膜状の水Ｗは、低温環境下で凍結し、親水性のフィルタＦＸを通した燃料ガスＧの供給を妨げるおそれがある。

図３は、図２に示される第２の撥水性のフィルタＦ２の外周面の状態を示す模式的な拡大図である。図４に示す親水性のフィルタＦＸとは異なり、撥水性のフィルタＦ２の外周面に付着した水Ｗは、撥水性のフィルタＦ２の外周面で弾かれて液滴となり、撥水性のフィルタＦ２の外周面が膜状の水Ｗによって覆われるのを防止することができる。

したがって、撥水性のフィルタＦ２に付着した水Ｗが、低温環境下で凍結した場合でも、撥水性のフィルタＦ２の水Ｗが付着していない部分を通して、燃料ガスＧの供給を行うことができる。なお、第１および第３の撥水性のフィルタＦ１，Ｆ３においても同様の効果を得ることができる。

前述のように、電磁弁Ｖ４の内部には、たとえば、最大で０．２［ｃｍ^３］の水が浸入する可能性がある。そのため、撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３の周囲の燃料ガスＧの供給方向における上流側に体積が０．２［ｃｍ^３］以上である空間を有している場合には、撥水性のフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３が、フィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３の表面に付着した水分によって閉塞されるのをより確実に防止することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電磁弁Ｖ４の内部の開閉機構Ｖ４ｚに燃料ガスＧとともに水分が侵入するのを防止することができる弁装置１００を提供することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

２２供給流路
２２ａ上流部分（供給流路）
２２ｂ下流部分（供給流路）
１００弁装置
Ｆ１撥水性のフィルタ
Ｆ２撥水性のフィルタ
Ｆ３撥水性のフィルタ
Ｇ燃料ガス
Ｖ４電磁弁
Ｖ４ｚ開閉機構

Claims

燃料電池システムを構成する弁装置であって、
燃料ガスを燃料電池に供給するための供給流路と、該供給流路の途中に設けられて該供給流路を開閉する開閉機構を有する電磁弁と、前記開閉機構よりも前記燃料ガスの供給方向における上流側に配置されて前記燃料ガスを通過させる撥水性のフィルタと、を備え、
前記撥水性のフィルタは、前記電磁弁の前記開閉機構に連通する流路の入口と出口に設けられ、
前記撥水性のフィルタの周囲に、体積が０．２［ｃｍ ^３］以上である空間を有していることを特徴とする弁装置。