KR20190132439A - 산소, 수소 및 물에 대한 내구성을 가지는 전자 밸브 - Google Patents

산소, 수소 및 물에 대한 내구성을 가지는 전자 밸브 Download PDF

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Abstract

밸브체의 주성분을, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하고, 밸브체의 JIS K 6253 경도를 50∼90으로 조정하고, 밸브체의 인장 강도를 10∼35MPa로 조정하고, 밸브체의 절단시 신장을 100∼500%로 조정해 둔다. 밸브시트를, 스테인리스 스틸로 구성해 둔다. 밸브시트의 내측 영역에 마련되는 가스 배출로의 내경에 대해서, 전자 코일부에 의해서 이동 코어가 이동하는 거리를 0.1배∼0.3배의 범위 내로 조정하고, 밸브체의 직경을 1.5배∼3.0배의 범위 내로 조정하고, 밸브체의 두께를 0.3배 이상으로 조정하고, 밸브시트의 돌출 높이를 0.3배 이상으로 조정하고, 고리모양의 가스 저류 공간의 내경을 2.0배∼5.0배로 조정해 둔다.

Description

산소, 수소 및 물에 대한 내구성을 가지는 전자 밸브
본 발명은, 유로 내를 흐르는 산소, 수소 및 물에 대한 내구성을 가지는 전자 밸브에 관한 것이다.
예를 들면 연료 전지용의 전자 밸브는, 유로 내를 흐르는 산소와 수소와 물에 대한 내구성을 가지고 있을 필요가 있다. 일본공개특허공보 특개2006－153223호는, 그러한 내구성을 담보하기 위해서, 밸브체(弁體)를 알루미늄으로 구성하는 것을 제안하고 있다.
또, 전자 밸브의 구조로서는, 일본공개특허공보 특개2006－153223호에 개시된 직동형의 구조(밸브체 주위가 가스 저류(貯留) 공간으로 되어 있다) 외에도, 일본공개특허공보 특개2002－195428호에 개시된 다이어프램형의 구조(밸브체 주위가 다이어프램부로 되어 있다)도 알려져 있다.
상술한 대로, 종래의 기술 문헌으로서는, 일본공개특허공보 특개2006－153223호, 특개2002－195428호를 들 수 있다.
특개2006－153223호 특개2002－195428호
본건 발명자에 의한 각종 실험의 결과, 밸브체를 알루미늄으로 구성하는 것보다도, 밸브체의 주성분을 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하는 편이, 산소와 수소와 물이 임의의 순서로 반복해서 통류(通流)하는 경우의 내구성이 높은 전자 밸브를 실현할 수 있을 가능성이 있다고 하는 것이 지견(知見)되었다.
그래서, 본건 발명자는, 산소와 수소와 물이 임의의 순서로 반복해서 통류한다고 하는 용도에 있어서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있는 전자 밸브의 상세한 설계에 대해서, 더욱더 검토를 거듭해 왔다.
그러한 시행 착오와 각종 실험을 반복하는 중에, 본건 발명자는,
[1] 밸브체의 주성분을, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하는 것
[2] 밸브체의 JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도를 50∼90으로 조정해 두는 것,
[3] 밸브체의 인장 강도를 10∼35MPa로 조정해 두는 것,
[4] 밸브체의 절단시 신장(elongation)을 100∼500%로 조정해 두는 것,
[5] 밸브시트(弁座)를, 스테인리스 스틸로 구성해 두는 것,
[6] 밸브시트의 내측 영역에 마련되는 가스 배출로의 내경에 대해서, 전자 코일부에 의해서 이동 코어가 이동하는 거리를 0.1배∼0.3배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[7] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 직경(다이어프램형의 경우, 다이어프램부에 대한 내측 영역의 직경)을 1.5배∼3.0배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[8] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 두께(다이어프램형의 경우, 다이어프램부에 대한 내측 영역의 두께)를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[9] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브시트의 돌출(盛上, protruding) 높이를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[10] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경을 2.0배∼5.0배로 조정해 두는 것
의 모든 조건을 만족시키는 경우에, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있는 것을 확인했다.
본 발명은, 이상의 지견에 근거해서 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 산소와 수소와 물이 임의의 순서로 반복해서 통류한다고 하는 용도에 있어서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있는 전자 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명은, 고정 코어와, 전자력의 작용을 받으면 상기 고정 코어에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어와, 상기 이동 코어의 상기 고정 코어측과는 반대측 단부(端部)에 마련된 밸브체와, 상기 고정 코어에 대해서 고정됨과 동시에, 상기 이동 코어의 이동을 안내하도록 되어 있는 통모양부와, 상기 통모양부의 상기 고정 코어측과는 반대측에 접속되고, 상기 밸브체가 착좌(着座) 가능한 고리모양으로 돌출된 밸브시트를 가지는 가스 유로 형성 부재와, 상기 고정 코어에 대해서 상기 이동 코어를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압(urging)해서, 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대해서 착좌시키는 것이 가능한 탄성체와, 상기 이동 코어에 상기 전자력을 작용시켜, 상기 탄성체의 가압력에 대항하여 상기 이동 코어를 상기 고정 코어에 접근시킴으로써, 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부를 구비하고, 상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 이동 코어의 상기 밸브체 주위에, 고리모양의 가스 저류 공간을 가지고 있으며, 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 내측 영역에, 가스 도입로를 가지고 있으며, 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 외측 영역에, 가스 배출로를 가지고 있으며, 상기 고리모양의 가스 저류 공간과 상기 가스 배출로는, 상기 고정 코어와 상기 이동 코어와의 상대 위치에 관계없이 연통 상태를 유지하도록 되어 있고, 상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 주성분으로서 가지고 있으며, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 50∼90이고, 인장 강도가 10∼35MPa이고, 절단시 신장이 100∼500%이고, 상기 밸브시트는, 스테인리스 스틸로 이루어지고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 전자 코일부에 의해서 상기 이동 코어가 이동하는 거리는, 0.1배∼0.3배의 범위 내이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 직경은, 1.5배∼3.0배의 범위 내이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 두께는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브시트의 돌출 높이는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경은, 2.0배∼4.0배의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전자 밸브이다.
본 발명에 의하면,
[1] 밸브체의 주성분을, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하는 것
[2] 밸브체의 JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도를 50∼90으로 조정해 두는 것,
[3] 밸브체의 인장 강도를 10∼35MPa로 조정해 두는 것,
[4] 밸브체의 절단시 신장을 100∼500%로 조정해 두는 것,
[5] 밸브시트를, 스테인리스 스틸로 구성해 두는 것,
[6] 밸브시트의 내측 영역에 마련되는 가스 배출로의 내경에 대해서, 전자 코일부에 의해서 이동 코어가 이동하는 거리를 0.1배∼0.3배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[7] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 직경을 1.5배∼3.0배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[8] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 두께를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[9] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브시트의 돌출 높이를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[10] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경을 2.0배∼5.0배로 조정해 두는 것
의 모든 조건을 만족시키는 것에 의해서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있다.
또한, 본건 발명자에 의한 지견에 의하면, 상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 100부로 해서, 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 것인 것이 바람직하다. 이 경우, 내구성이 보다 높아진다.
또한, 본건 발명자에 의한 지견에 의하면, 상기 밸브체는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 60∼70인 것이 바람직하다. 이 경우, 내구성이 보다 높아진다.
혹은, 본 발명은, 고정 코어와, 전자력의 작용을 받으면 상기 고정 코어에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어와, 상기 이동 코어의 상기 고정 코어측과는 반대측 단부에 마련된 밸브체와, 상기 고정 코어에 대해서 고정됨과 동시에, 상기 이동 코어의 이동을 안내하도록 되어 있는 통모양부와, 상기 통모양부의 상기 고정 코어측과는 반대측에 접속되고, 상기 밸브체가 착좌 가능한 고리모양으로 돌출된 밸브시트를 가지는 가스 유로 형성 부재와, 상기 고정 코어에 대해서 상기 이동 코어를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압해서, 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대해서 착좌시키는 것이 가능한 탄성체와, 상기 이동 코어에 상기 전자력을 작용시켜, 상기 탄성체의 가압력에 대항하여 상기 이동 코어를 상기 고정 코어에 접근시킴으로써, 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부를 구비하고, 상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재에는, 상기 밸브체의 외주부에 마련된 다이어프램부의 둘레가장자리부가 고정되어 있고, 상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 고리모양으로 돌출된 밸브시트 주위에, 고리모양의 가스 저류 공간을 가지고 있으며, 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 내측 영역에, 가스 도입로를 가지고 있으며, 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 외측 영역에, 가스 배출로를 가지고 있으며, 상기 고리모양의 가스 저류 공간과 상기 가스 배출로는, 상기 고정 코어와 상기 이동 코어와의 상대 위치에 관계없이 연통 상태를 유지하도록 되어 있고, 상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 주성분으로서 가지고 있으며, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 50∼90이고, 인장 강도가 10∼35MPa이고, 절단시 신장이 100∼500%이고, 상기 밸브시트는, 스테인리스 스틸로 이루어지고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 전자 코일부에 의해서 상기 이동 코어가 이동하는 거리는, 0.1배∼0.3배의 범위 내이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 직경은, 1.5배∼3.0배의 범위 내이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 두께는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브시트의 돌출 높이는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경은, 2.0배∼5.0배의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전자 밸브이다.
본 발명에 의하면,
[1] 밸브체의 주성분을, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하는 것
[2] 밸브체의 JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도를 50∼90으로 조정해 두는 것,
[3] 밸브체의 인장 강도를 10∼35MPa로 조정해 두는 것,
[4] 밸브체의 절단시 신장을 100∼500%로 조정해 두는 것,
[5] 밸브시트를, 스테인리스 스틸로 구성해 두는 것,
[6] 밸브시트의 내측 영역에 마련되는 가스 배출로의 내경에 대해서, 전자 코일부에 의해서 이동 코어가 이동하는 거리를 0.1배∼0.3배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[7] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 직경을 1.5배∼3.0배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[8] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 두께를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[9] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브시트의 돌출 높이를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[10] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경을 2.0배∼5.0배로 조정해 두는 것
의 모든 조건을 만족시키는 것에 의해서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있다.
이 경우도, 또한, 상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 100부로 해서, 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 것인 것이 바람직하다. 이 경우, 내구성이 보다 높아진다.
또, 이 경우도, 상기 밸브체는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 60∼70인 것이 바람직하다. 이 경우, 내구성이 보다 높아진다.
본 발명에 의하면,
[1] 밸브체의 주성분을, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무로 하는 것
[2] 밸브체의 JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도를 50∼90으로 조정해 두는 것,
[3] 밸브체의 인장 강도를 10∼35MPa로 조정해 두는 것,
[4] 밸브체의 절단시 신장을 100∼500%로 조정해 두는 것,
[5] 밸브시트를, 스테인리스 스틸로 구성해 두는 것,
[6] 밸브시트의 내측 영역에 마련되는 가스 배출로의 내경에 대해서, 전자 코일부에 의해서 이동 코어가 이동하는 거리를 0.1배∼0.3배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[7] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 직경(다이어프램형의 경우, 다이어프램부에 대한 내측 영역의 직경)을 1.5배∼3.0배의 범위 내로 조정해 두는 것,
[8] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브체의 두께(다이어프램형의 경우, 다이어프램부에 대한 내측 영역의 두께)를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[9] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 밸브시트의 돌출 높이를 0.3배 이상으로 조정해 두는 것,
[10] 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경을 2.0배∼5.0배로 조정해 두는 것
의 모든 조건을 만족시키는 것에 의해서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브폐색(閉弁) 상태의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브개방(開弁) 상태의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브폐색 상태의 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브개방 상태의 개략 단면도이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.　
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브폐색 상태의 개략 단면도이고, 도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브개방 상태의 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 전자 밸브(1)는, 고정 코어(10)와, 전자력의 작용을 받으면 고정 코어(10)에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어(20)를 구비하고 있다. 이동 코어(20)의 고정 코어(10)와는 반대측 단부에, 밸브체(25)가 장착되어 있다.
본 실시형태의 밸브체(25)는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무(구체적으로는, 상품명 「다이 엘 G－902」)를 주성분으로 하고 있으며, 당해 삼원계 불소 고무를 100부로 해서 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 후, 가황(加硫) 처리가 실시된 것이다.
구체적인 특성값의 1예는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 69이고, 인장 강도가 22.7MPa이고, 절단시 신장이 375%이다. 본건 발명자에 의한 각종 실험 결과에 의하면, 밸브체(25)의 JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도는 50∼90, 특히 바람직하게는 60∼70, 밸브체(25)의 인장 강도는 10∼35MPa, 밸브체(25)의 절단시 신장은 100∼500%의 범위인 것이 호적(好適)하다.
그리고, 고정 코어(10)에는, 이동 코어(20)의 이동을 안내하는 통모양부(31)가 고정되어 있다. 통모양부(31)의 고정 코어(10)와는 반대측에, 밸브체(25)가 착좌하는 고리모양의 밸브시트(33)를 가지는 가스 유로 형성 부재(30)가 접속되어 있다. 밸브시트(33)는, 스테인리스 스틸제로서, 당해 밸브시트(33)의 외측 영역으로부터 고정 코어(10)측으로 돌출되어 있다.
본 실시형태에서는, 통모양부(31)와 가스 유로 형성 부재(30)는, 2개의 스페이서 부재(36a, 36b), 링 코어 부재(37), 링 부재(38), 및, O링(39)을 거쳐 접속되어 있다. 당연히, 양자의 접속의 구체적 양태는 특별히 한정되지 않는다.
그리고, 밸브시트(33)의 내측 영역에, 단면(斷面)이 원형인 가스 도입구멍(32)(가스 도입로)이 마련되어 있다. 가스 도입구멍(32)은, 밸브체(25)가 밸브시트(33)에 착좌함으로써, 통상시에는 폐색되어 있다. 본 실시형태의 가스 도입구멍(32)에는, 당해 가스 도입구멍(32)에 수소, 산소, 및, 물을 임의의 순서로 공급하는 공급 기구가 접속되어 있다. 한편, 밸브시트(33)의 외측 영역에, 가스 배출구멍(35)(가스 배출로)이 마련되어 있다.
고정 코어(10)와 이동 코어(20) 사이에는, 고정 코어(10)에 대해서 이동 코어(20)를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압해서 밸브체(25)를 밸브시트(33)에 착좌시키는 스프링(15)이 마련되어 있다. 스프링(15)은, 마찬가지 기능을 하는 다른 종류의 탄성체로 치환될 수 있다.
한편, 이동 코어(20)에 전자력을 작용시켜, 스프링(15)의 가압력에 대항하여 이동 코어(20)를 고정 코어(10)에 접근시킴으로써, 밸브체(25)를 밸브시트(33)(가스 도입구멍(32))로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부(23)가 마련되어 있다. 전자 코일부(23)는, 배선을 거쳐, 제어 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
통모양부(31) 및 가스 유로 형성 부재(30)는, 이동 코어(20)의 밸브체(25) 주위에 고리모양의 가스 저류 공간(34)을 가지고 있다. 가스 저류 공간(34)은, 밸브시트(33)의 축선 둘레로 회전 대칭인 원통모양을 가지고 있다. 가스 저류 공간(34)의 고정 코어(10)측과는 반대측 단부면(端面)은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브시트(33)를 제외하고 평탄하며, 밸브시트(33)의 돌출 높이를 규정하고 있다.
또, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 저류 공간(34)과 가스 배출구멍(35)은, 고정 코어(10)와 이동 코어(20)와의 상대 위치에 관계없이(즉, 스프링(15)의 신축 상태의 여하에 관계없이), 서로의 연통 상태를 유지하도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 가스 도입구멍(32)의 내경이, 2.3㎜로 되어 있지만, 예를 들면 2.0∼4.0㎜ 정도의 범위에서 선택 가능하다.
그리고, 본 실시형태에서는, 당해 가스 도입구멍(32)의 내경을 기준으로 해서, 각 부재의 치수가 조정되고 있다. 구체적으로는, 밸브체(25)의 직경은, 가스 도입구멍(32)의 내경의 2.0배(1.5배∼3.0배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 밸브체(25)의 두께는, 가스 도입구멍(32)의 내경의 0.7배(0.3배 이상의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 밸브시트(33)의 돌출 높이는, 가스 도입구멍(32)의 내경의 0.7배(0.3배 이상의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 고리모양의 가스 저류 공간(34)의 내경은, 4.0배(2.0배∼5.0배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 전자 코일부(23)에 의해서 이동 코어(20)가 이동하는 거리는, 가스 도입구멍(32)의 내경의 0.2배(0.1배∼0.3배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고 있다.
다음에, 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.
통상시에 있어서는, 고정 코어(10)와 이동 코어(20) 사이에 마련된 스프링(15)의 가압력에 의해서, 고정 코어(10)에 대해서 이동 코어(20)가 멀리 떼어놓아지는 방향으로 가압되고 있으며, 밸브체(25)가 밸브시트(33)에 착좌해서 가스 도입구멍(32)은 닫혀 있다.
밸브개방 지령이 입력되면, 도시하지 않은 제어 장치를 거쳐 전자 코일부(23)가 구동된다.
이것에 의해, 전자 코일부(23)는, 이동 코어(20)에 전자력을 작용시켜, 스프링(15)의 가압력에 대항하여 이동 코어(20)를 고정 코어(10)에 접근시킨다. 이것에 의해서, 밸브체(25)가 가스 도입구멍(32)으로부터 떨어지고, 전자 밸브(1)가 개방된다.
그 다음에, 밸브폐색 지령이 입력되어, 전자 코일부(23)의 구동이 정지되면, 전자력이 소실되기 때문에 이동 코어(20)는 다시 스프링(15)의 가압력에 의해서 고정 코어(10)로부터 떼어놓아진다. 이것에 의해, 밸브체(25)가 다시 밸브시트(33)에 착좌해서 가스 배출구멍(32)이 닫혀진다.
통류 매체의 흐름에 주목하면, 통상시에 있어서 가스 도입구멍(32) 내에 공급되고 있는 가스(수소 내지는 산소)나 물은, 가스 도입구멍(32)이 밸브체(25)에 의해서 폐색되어 있는 경우, 가스 배출구멍(32)으로 통류할 수가 없다.
밸브개방 지령이 입력되어, 전자 코일부(23)가 구동되는 것에 의해서, 밸브체(25)가 밸브시트(33)로부터 떨어지면, 가스 도입구멍(32) 내에 공급되고 있던 가스(수소 내지는 산소)나 물이, 가스 저류 공간(34)를 거쳐 가스 배출구멍(35)으로 통류한다.
그리고, 본 실시형태에 의하면, 전술한 바와 같은 전자 밸브(1)의 각 부의 치수 상의 조정과, 전술한 바와 같은 밸브체(25)의 재료 선택 내지는 특성값의 조정이 합치어(서로 어울려서), 특히 산소와 수소와 물이 임의의 순서로 반복해서 통류한다고 하는 용도(예를 들면 연료 전지용의 전자 밸브)에 있어서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있는 것이 확인되었다.
다음에, 도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브폐색 상태의 개략 단면도이고, 도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 전자 밸브의 밸브개방 상태의 개략 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 전자 밸브(101)도, 고정 코어(110)와, 전자력의 작용을 받으면 고정 코어(110)에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어(120)를 구비하고 있다. 이동 코어(120)의 고정 코어(110)와는 반대측 단부에, 밸브체(125)가 장착되어 있다.
본 실시형태의 밸브체(125)도, 제1 실시형태의 밸브체(25)와 마찬가지로, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무(구체적으로는, 「다이 엘 G－902」)를 주성분으로 하고 있으며, 당해 삼원계 불소 고무를 100부로 해서 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 후, 가황 처리가 실시된 것이다.
구체적인 특성값의 1예는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 69이고, 인장 강도가 22.7MPa이고, 절단시 신장이 375%이다. 본건 발명자에 의한 각종 실험 결과에 의하면, 밸브체(125)에 대해서도, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도는 50∼90, 특히 바람직하게는 60∼70, 인장 강도는 10∼35MPa, 절단시 신장은 100∼500%의 범위인 것이 호적하다. (이들 특성값은, 밸브체(125)의 성형 전의 상태(소재의 상태)와 성형 후의 상태에서, 실질적으로 상위(相違)하지 않다.)
한편, 본 실시형태의 밸브체(125)는, 외주부에 다이어프램부(125d)가 마련되어 있고, 당해 다이어프램부(125d)의 둘레가장자리부가, 후술하는 가스 유로 형성 부재(130) 및 링 부재(138)에 고정되어 있다.
그리고, 고정 코어(110)에는, 이동 코어(120)의 이동을 안내하는 통모양부(131)가 고정되어 있고, 통모양부(131)의 고정 코어(110)와는 반대측에, 밸브체(125)가 착좌하는 고리모양의 밸브시트(133)를 가지는 가스 유로 형성 부재(130)가 접속되어 있다. 밸브시트(133)는, 스테인리스 스틸제로서, 당해 밸브시트(133)의 외측 영역으로부터 고정 코어(110)측으로 돌출되어 있다.
본 실시형태에서는, 통모양부(131)와 가스 유로 형성 부재(130)는, 스페이서 부재(136), 링 코어 부재(137), 및, 링 부재(138)를 거쳐 접속되어 있다. 당연히, 양자의 접속의 구체적 양태는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태에 있어서도, 밸브시트(133)의 내측 영역에, 단면이 원형인 가스 도입구멍(132)(가스 도입로)이 마련되어 있다. 가스 도입구멍(132)은, 밸브체(125)가 밸브시트(133)에 착좌함으로써, 통상시에는 폐색되어 있다. 본 실시형태의 가스 도입구멍(132)에는, 당해 가스 도입구멍(132)에 수소, 산소, 및, 물을 임의의 순서로 공급하는 공급 기구가 접속되어 있다. 한편, 밸브시트(133)의 외측 영역에, 가스 배출구멍(135)(가스 배출로)이 마련되어 있다.
또, 본 실시형태에 있어서도, 고정 코어(110)와 이동 코어(120) 사이에는, 고정 코어(110)에 대해서 이동 코어(120)를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압해서 밸브체(125)를 밸브시트(133)에 착좌시키는 스프링(115)이 마련되어 있다. 스프링(115)은, 마찬가지 기능을 하는 다른 종류의 탄성체로 치환될 수 있다.
한편, 이동 코어(120)에 전자력을 작용시켜, 스프링(115)의 가압력에 대항하여 이동 코어(120)를 고정 코어(110)에 접근시킴으로써, 밸브체(125)를 밸브시트(133)(가스 도입구멍(132))로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부(123)가 마련되어 있다. 전자 코일부(123)는, 배선을 거쳐, 제어 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
통모양부(131) 및 가스 유로 형성 부재(130)는, 밸브시트(133) 주위에 고리모양의 가스 저류 공간(134)을 가지고 있다. 가스 저류 공간(134)은, 밸브시트(133)의 축선 둘레로 회전 대칭인 원통모양을 가지고 있다. 가스 저류 공간(134)의 고정 코어(110)측과는 반대측 단부면은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 밸브시트(133)를 제외하고 평탄하며, 밸브시트(133)의 돌출 높이를 규정하고 있다.
또, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 가스 저류 공간(134)과 가스 배출구멍(135)은, 고정 코어(110)와 이동 코어(120)와의 상대 위치에 관계없이(즉, 스프링(115)의 신축 상태의 여하에 관계없이), 서로 연통 상태를 유지하도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 가스 도입구멍(132)의 내경이, 2.3㎜로 되어 있지만, 예를 들면 2.0∼4.0㎜ 정도의 범위에서 선택 가능하다.
그리고, 본 실시형태에서도, 당해 가스 도입구멍(132)의 내경을 기준으로 해서, 각 부재의 치수가 조정되고 있다. 구체적으로는, 밸브체(125)의 다이어프램부(125d)의 내측 영역의 직경은, 가스 도입로(132)의 내경의 2.0배(1.5배∼3.0배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 밸브체(125)의 다이어프램부(125d)의 내측 영역의 두께는, 가스 도입구멍(132)의 내경의 0.7배(0.3배 이상의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 밸브시트(133)의 돌출 높이는, 가스 도입구멍(132)의 내경의 2.0배(0.3배 이상의 범위에서 선택 가능)로 조정되고, 고리모양의 가스 저류 공간(134)의 내경은, 4.0배(2.0배∼5.0배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 전자 코일부(123)에 의해서 이동 코어(120)가 이동하는 거리는, 가스 도입구멍(132)의 내경의 0.2배(0.1배∼0.3배의 범위에서 선택 가능)로 조정되고 있다.
다음에, 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.
통상시에 있어서는, 고정 코어(110)와 이동 코어(120) 사이에 마련된 스프링(115)의 가압력에 의해서, 고정 코어(110)에 대해서 이동 코어(120)가 멀리 떼어놓아지는 방향으로 가압되고 있으며, 밸브체(125)가 밸브시트(133)에 착좌해서 가스 도입구멍(132)은 닫혀 있다.
밸브개방 지령이 입력되면, 도시하지 않은 제어 장치를 거쳐 전자 코일부(123)가 구동된다. 이것에 의해, 전자 코일부(123)는, 이동 코어(120)에 전자력을 작용시켜, 스프링(115)의 가압력에 대항하여 이동 코어(120)를 고정 코어(110)에 접근시킨다. 이것에 의해서, 밸브체(125)의 다이어프램부(125d)가 변형해서, 밸브체(125)가 가스 도입구멍(132)으로부터 떨어지고, 전자 밸브(101)가 개방된다.
그 다음에, 밸브폐색 지령이 입력되어, 전자 코일부(123)의 구동이 정지되면, 전자력이 소실되기 위해 이동 코어(120)는 다시 스프링(115)의 가압력에 의해서 고정 코어(110)로부터 멀리 떼어놓아진다. 이것에 의해, 밸브체(125)의 다이어프램부(125d)가 변형해서, 밸브체(125)가 다시 밸브시트(133)에 착좌하여 가스 배출구멍(132)이 닫혀진다.
통류 매체의 흐름에 주목하면, 통상시에 있어서 가스 도입구멍(132) 내에 공급되고 있는 가스(수소 내지는 산소)나 물은, 가스 도입구멍(132)이 밸브체(125)에 의해서 폐색되어 있는 경우, 가스 배출구멍(132)으로 통류할 수가 없다.
밸브개방 지령이 입력되어, 전자 코일부(123)가 구동되는 것에 의해서, 밸브체(125)가 밸브시트(133)로부터 떨어지면, 가스 도입구멍(132) 내에 공급되고 있던 가스(수소 내지는 산소)나 물이, 가스 저류 공간(134)을 거쳐 가스 배출구멍(135)으로 통류한다.
그리고, 본 실시형태에 의하면, 전술한 바와 같은 전자 밸브(101)의 각 부의 치수 상의 조정과, 전술한 바와 같은 밸브체(125)의 재료 선택 내지는 특성값의 조정이 합치어(서로 어울려서), 특히 산소와 수소와 물이 임의의 순서로 반복해서 통류한다고 하는 용도(예를 들면 연료 전지용의 전자 밸브)에 있어서, 수백 시간 이상이라고 하는 매우 긴 연속 동작시의 내구성을 보증할 수 있는 것이 확인되었다.
1: 전자 밸브
10: 고정 코어
15: 스프링
20: 이동 코어
23: 전자 코일부
25:　밸브체
30: 가스 유로 형성 부재
31: 통모양부
32: 가스 도입구멍
33:　밸브시트
34:　가스 저류 공간
35:　가스 배출구멍
36a, 36b:　스페이서 부재
37:　코어 링 부재
38:　링 부재
39:　O링
101:　전자 밸브
110:　고정 코어
115:　스프링
120:　이동 코어
123:　전자 코일부
125:　밸브체
125d:　다이어프램부
130:　가스 유로 형성 부재
131:　통모양부
132:　가스 도입구멍
133:　밸브시트
134:　가스 저류 공간
135:　가스 배출구멍
136:　스페이서 부재
137:　코어 링 부재
138:　링 부재

Claims (8)

  1. 고정 코어와,
    전자력의 작용을 받으면 상기 고정 코어에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어와,
    상기 이동 코어의 상기 고정 코어측과는 반대측 단부에 마련된 밸브체와,
    상기 고정 코어에 대해서 고정됨과 동시에, 상기 이동 코어의 이동을 안내하도록 되어 있는 통모양부와,
    상기 통모양부의 상기 고정 코어측과는 반대측에 접속되고, 상기 밸브체가 착좌 가능한 고리모양으로 돌출된 밸브시트를 가지는 가스 유로 형성 부재와,
    상기 고정 코어에 대해서 상기 이동 코어를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압(urging)해서, 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대해서 착좌시키는 것이 가능한 탄성체와,
    상기 이동 코어에 상기 전자력을 작용시켜, 상기 탄성체의 가압력에 대항하여 상기 이동 코어를 상기 고정 코어에 접근시킴으로써, 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부
    를 구비하고,
    상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 이동 코어의 상기 밸브체 주위에, 고리모양의 가스 저류 공간을 가지고 있으며,
    상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 내측 영역에, 가스 도입로를 가지고 있으며,
    상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 외측 영역에, 가스 배출로를 가지고 있으며,
    상기 고리모양의 가스 저류 공간과 상기 가스 배출로는, 상기 고정 코어와 상기 이동 코어와의 상대 위치에 관계없이 연통 상태를 유지하도록 되어 있고,
    상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 주성분으로서 가지고 있으며, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 50∼90이고, 인장 강도가 10∼35MPa이고, 절단시 신장(elongation)이 100∼500%이고,
    상기 밸브시트는, 스테인리스 스틸로 이루어지고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 전자 코일부에 의해서 상기 이동 코어가 이동하는 거리는, 0.1배∼0.3배의 범위 내이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 직경은, 1.5배∼3.0배의 범위 내이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 두께는, 0.3배 이상이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브시트의 돌출 높이는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경은, 2.0배∼5.0배의 범위 내인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 100부로 해서, 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 것인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브체는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 60∼70인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 도입로에 대해서, 수소, 산소, 및, 물을 공급하는 공급 기구가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  5. 고정 코어와,
    전자력의 작용을 받으면 상기 고정 코어에 대해서 접근하는 것이 가능한 이동 코어와,
    상기 이동 코어의 상기 고정 코어측과는 반대측 단부에 마련된 밸브체와,
    상기 고정 코어에 대해서 고정됨과 동시에, 상기 이동 코어의 이동을 안내하도록 되어 있는 통모양부와,
    상기 통모양부의 상기 고정 코어측과는 반대측에 접속되고, 상기 밸브체가 착좌 가능한 고리모양으로 돌출된 밸브시트를 가지는 가스 유로 형성 부재와,
    상기 고정 코어에 대해서 상기 이동 코어를 멀리 떼어놓는 방향으로 가압해서, 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대해서 착좌시키는 것이 가능한 탄성체와,
    상기 이동 코어에 상기 전자력을 작용시켜, 상기 탄성체의 가압력에 대항하여 상기 이동 코어를 상기 고정 코어에 접근시킴으로써, 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 개방하는 것이 가능한 전자 코일부
    를 구비하고,
    상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재에는, 상기 밸브체의 외주부에 마련된 다이어프램부의 둘레가장자리부가 고정되어 있고,
    상기 통모양부 및/또는 상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 고리모양으로 돌출된 밸브시트 주위에, 고리모양의 가스 저류 공간을 가지고 있으며,
    상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 내측 영역에, 가스 도입로를 가지고 있으며,
    상기 가스 유로 형성 부재는, 상기 밸브시트의 외측 영역에, 가스 배출로를 가지고 있으며,
    상기 고리모양의 가스 저류 공간과 상기 가스 배출로는, 상기 고정 코어와 상기 이동 코어와의 상대 위치에 관계없이 연통 상태를 유지하도록 되어 있고,
    상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 주성분으로서 가지고 있으며, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 50∼90이고, 인장 강도가 10∼35MPa이고, 절단시 신장이 100∼500%이고,
    상기 밸브시트는, 스테인리스 스틸로 이루어지고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 전자 코일부에 의해서 상기 이동 코어가 이동하는 거리는, 0.1배∼0.3배의 범위 내이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 직경은, 1.5배∼3.0배의 범위 내이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브체의 상기 다이어프램부에 대한 내측 영역의 두께는, 0.3배 이상이고,
    상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 밸브시트의 돌출 높이는, 0.3배 이상이고, 상기 가스 배출로의 내경에 대해서, 상기 고리모양의 가스 저류 공간의 내경은, 2.0배∼5.0배의 범위 내인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브체는, 비닐리덴 플루오로라이드/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체의 삼원계 불소 고무를 100부로 해서, 5∼30부의 MT 카본 블랙이 첨가 배합된 것인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브체는, JIS K 6253에서 규정하는 듀로미터 타입 A에 의해 측정되는 경도가 60∼70인
    것을 특징으로 하는 전자 밸브.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 도입로에 대해서, 수소, 산소, 및, 물을 공급하는 공급 기구가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
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