(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体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流体が排出される導出ポートとを有するバルブボディと、
前記バルブボディの弁座面に対して着座または離座可能に設けられ、前記導入ポートと前記導出ポートとの間の連通状態と遮断状態とを切り替える弁体と、
を備え、燃料電池で生成された生成水を排出するための燃料電池用電磁弁であって、
前記弁座面は、前記バルブボディの軸線と直交する水平面または半径内方向に向かうにつれて下側に傾斜するテーパ状の面で前記バルブボディの底部に形成され、
前記弁体の下端には、閉弁時に前記弁座面に当接する環状に突出したシート部が形成され、
前記導入ポートの軸線は、前記バルブボディの軸線からオフセットされているとともに、前記バルブボディの軸線に対して交差し、
前記導入ポートは、前記バルブボディの側部に前記弁座面とほぼ平行に設けられるとともに、前記弁座面よりも高い位置で且つ開弁時に少なくともその一部が前記弁体の下端より下側に位置するように設けられており、
前記導出ポートは、前記バルブボディの底部の中央または略中央に設けられるとともに、前記弁座面よりも低い位置に設けられていることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項２】
前記導入ポートは、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、燃料電池から反応ガスや水などの流体を外部へと排出する燃料電池用電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子膜型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell:ＰＥＦＣ）は、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構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素（燃料ガス、反応ガス）が供給され、カソードに酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）が供給されて、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て、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとしてエアを供給するためのエアコンプレッサ等を備え、さらに、このエアの圧力を信号圧として、エアの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保すると共に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエア流路及び／又は水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部に反応ガスや水などの流体を排出する燃料電池用電磁弁を提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池用電磁弁内に水が滞留すると、例えば氷点下などの低温環境下に曝されたときに、燃料電池用電磁弁内に設けられた弁体が弁座に対して凍結固着する虞がある。そのため、燃料電池用電磁弁内に滞留する水の排出性を更に向上させたいという要望があった。
【０００７】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池用電磁弁内に滞留する水の排出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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を達成するために、本発明は、流体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流体が排出される導出ポートとを有するバルブボディと、前記バルブボディの弁座面に対して着座または離座可能に設けられ、前記導入ポートと前記導出ポートとの間の連通状態と遮断状態とを切り替える弁体と、を備え、燃料電池で生成された生成水を排出するための燃料電池用電磁弁であって、前記弁座面は、前記バルブボディの軸線と直交する水平面または半径内方向に向かうにつれて下側に傾斜するテーパ状の面で前記バルブボディの底部に形成され、前記弁体の下端には、閉弁時に前記弁座面に当接する環状に突出したシート部が形成され、前記導入ポートの軸線は、前記バルブボディの軸線からオフセットされているとともに、前記バルブボディの軸線に対して交差し、前記導入ポートは、前記バルブボディの側部に前記弁座面とほぼ平行に設けられるとともに、前記弁座面よりも高い位置で且つ開弁時に少なくともその一部が前記弁体の下端より下側に位置するように設けられており、前記導出ポートは、前記バルブボディの底部の中央または略中央に設けられるとともに、前記弁座面よりも低い位置に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
なお、導入ポートは、１つ設けられている構成であってもよいし、複数設けられている構成であっても構わない。
【００１０】
本発明によれば、導入ポートの軸線がバルブボディの軸線からオフセットされていることにより、導入ポートからバルブボディ内に導入された流体が、バルブボディの軸線からそれた位置に向かって流れ込み、バルブボディの例えば内周面に沿った旋回流（渦）が発生するため、バルブボディ内に滞留する水（生成水，水分）が旋回流に巻き込まれて（付随して）導出ポートに流れ込みやすくなる。したがって、水がバルブボディ内に滞留し難くなり、排出性を向上させることができる。
【００１１】
また、導入ポートの軸線がバルブボディの軸線に対して交差することにより、導入ポートに導入された流体が、導入ポート内で減速することなくバルブボディ内に流入するため、流体の流れがバルブボディ内の全域で速まる。
【００１２】
また、本発明では、導入ポートは、バルブボディの側部に設けられており、導出ポートは、バルブボディの底部の中央又は略中央に設けられている。本発明によれば、発生した旋回流の中心と、導出ポートの中心とが一致又は略一致するため、水（生成水，水分）を含んだ旋回流が導出ポートへ流入する際の流れ損失（流入損失）が抑制される。したがって、バルブボディ内に滞留する水が旋回流に巻き込まれて導出ポートに一層流れ込みやすくなり、排出性を一層向上させることができる。
なお、弁座面が半径内方向に向かうにつれて下側に傾斜するテーパ状の面でバルブボディの底部に形成されていることで、バルブボディの弁座面に滞留する水が、その自重によって弁座面を伝って導出ポートに流れ込みやすくなるため、排出性をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池用電磁弁内に滞留する水の排出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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構成を説明するための縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る導入ポートの構成を説明するための縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る導入ポートの構成を説明するための横断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【図６】本発明の燃料電池用電磁弁の実施例の構成を説明するための概略図と流速分布を示す図であり、（ａ）は実施例１を示す図、（ｂ）は実施例２を示す図、（ｃ）は実施例３を示す図である。
【図７】本発明の燃料電池用電磁弁の実施例の構成を説明するための概略図と流速分布を示す図であり、（ａ）は実施例４を示す図、（ｂ）は実施例５を示す図である。
【図８】本発明外の燃料電池用電磁弁の比較例の構成を説明するための概略図と流速分布を示す図であり、（ａ）は比較例１を示す図、（ｂ）は比較例２を示す図、（ｃ）は比較例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムの構成図である。かかる燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池システム２００は、燃料電池２１１と、内部に高圧の水素ガスが充填されており、燃料電池２１１に対して燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素タンク２１２と、燃料電池２１１に対して酸化剤ガス（酸素）を含む圧縮エアを供給するエアコンプレッサ２１３と、燃料電池２１１から排出される水分を含んだ水素ガスを、水素ガスと水とに分離するキャッチタンク２１４と、分離された水素ガスを、燃料電池２１１から排出されたエアによって希釈する希釈器２１５と、を備えている。
【００１７】
燃料電池２１１は、例えば、固体高分子電解質型燃料電池であり、図示しない燃料電池自動車等の車両に搭載される。この燃料電池２１１は、複数の単セルが積層して構成されたスタック本体（図示せず）を有しており、燃料ガスとして水素ガスが供給されるアノードと、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含むエアが供給されるカソードと、を備えている。
【００１８】
水素タンク２１２と燃料電池２１１との間には、水素供給通路２０１が設けられており、水素供給通路２０１中には、エゼクタ２１６が配設されている。このエゼクタ２１６には、燃料電池２１１から排出された燃料オフガスである未反応の水素（以下、水素オフガスという）をフィードバックさせる循環通路２０２が接続されており、燃料電池２１１からフィードバックされた水素オフガスを水素タンク２１２から供給される水素ガスに混合させて、燃料電池２１１のアノードに供給する装置である。
【００１９】
エアコンプレッサ２１３と燃料電池２１１との間には、エア供給通路２０３が設けられており、エア供給通路２０３中には、エアコンプレッサ２１３から供給されたエアを加湿する加湿器２１７が配設されている。加湿器２１７によって加湿されたエアは、エア供給通路２０３を介して燃料電池２１１のカソードに供給される。
【００２０】
キャッチタンク２１４と希釈器２１５との間には、分離された水素ガス用の水素ガス排出通路２０４と、分離された水用の水排出通路２０５と、が設けられている。水排出通路２０５中には、当該水排出通路２０５を開閉する燃料電池用電磁弁１が設けられている。なお、水素ガス排出通路２０４において、循環通路２０２との分岐の下流側には、図示しないパージ弁が設けられており、かかるパージ弁によって水素ガス排出通路２０４を開閉することによって、水素ガスの流れる方向を切り替えることが可能である。
【００２１】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用電磁弁１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。
【００２２】
この燃料電池用電磁弁１は、キャッチタンク２１４で分離された生成水を排出するための排出弁であり、図２に示すように、バルブボディ１０と、ガイドボディ２０と、カラーガイド３０と、樹脂封止体４０と、ハウジング５０と、ソレノイド部６０と、弁体７０と、を備えている。
【００２３】
図２に示すように、バルブボディ１０は、キャッチタンク２１４（図１参照）で分離された生成水（以下、水という）が導入される導入ポート１０ａと、導入された水が外部へと導出（排出）される導出ポート１０ｂと、を有する。バルブボディ１０は、金属製材料（例えば、ステンレス鋼）から形成されており、その内部に弁体７０が変位自在に設けられる本体部（側部）１１と、本体部１１から下方に向かって突出して形成される突出部（底部）１２と、本体部１１の上端に半径外方向に拡径して形成される取付フランジ１３と、を備えている。かかるバルブボディ１０は、水が流通する通路が形成された保持ブロック１１０に対して装着されている。
【００２４】
ここで、バルブボディ１０が固定される保持ブロック１１０について簡単に説明する。保持ブロック１１０は、バルブボディ１０の本体部１１が挿入される第１挿入孔１１１と、第１挿入孔１１１の下部に当該第１挿入孔１１１より縮径して形成される第２挿入孔１１２と、略水平方向に延在するように形成され、外部より水が導入される導入通路１１３と、導入通路１１３と連通し、第１挿入孔１１１に臨むように環状に形成される導入室１１４と、第２挿入孔１１２と連通するように形成され、突出部１２の導出ポート１０ｂから導出される水が流通する導出通路１１５と、を備える。
【００２５】
そして、バルブボディ１０が、保持ブロック１１０の上面に対して取付フランジ１３を介して固定ボルトＢＴ１で固定されている。なお、燃料電池用電磁弁１は、かかる保持ブロック１１０に装着される場合に限定されるものではない。
【００２６】
ここで、保持ブロック１１０についての簡単な説明を終え、バルブボディ１０の説明に戻る。バルブボディ１０の本体部１１は、有底円筒状に形成されており、当該本体部１１の軸線と平行に形成される側壁１１ａと当該本体部１１の軸線と直交する底壁１１ｂとの接合部位には、外周面の周面に沿って所定角度傾斜したテーパ面１１ｃが形成されている。このテーパ面１１ｃは、前記側壁１１ａ及び底壁１１ｂに対して約４５度に傾斜するように形成されている。また、側壁１１ａとテーパ面１１ｃとの境界部位には、水平方向に貫通した複数（本実施形態では四つ）の導入ポート１０ａが形成されている。導入ポート１０ａは、本体部１１の内部に形成される連通室１１ｄと連通しており、バルブボディ１０が保持ブロック１１０に装着された際に、当該保持ブロック１１０の内部に形成された環状の導入室１１４と対向する位置に形成されている。
【００２７】
図３は、導入ポートの構成を説明するための縦断面図であり、図４は、導入ポートの構成を説明するための横断面図である。
図３に示すように、導入ポート１０ａは、バルブボディ１０の弁座面（弁座）１０ｃに対して平行に形成されている。また、導入ポート１０ａは、本体部１１の軸線（中心線）Ｃ１に対して直交方向に形成されている。換言すると、導入ポート１０ａの軸線（中心線）Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１に対して約９０度だけ傾斜するように形成されており、本体部１１の軸線Ｃ１に直交する面に対して平行に形成されている。さらに換言すると、本体部１１の軸線Ｃ１に直交する方向から見て、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１に直交している。
【００２８】
図４に示すように、導入ポート１０ａは、本体部１１の直径方向と交差状に配置されている。また、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１から所定距離Ｌ１だけオフセットされている。さらに、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２を、本体部１１の軸線Ｃ１を法線とする横断面に投影すると、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１からそれた位置を通る。換言すると、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１を通過せず、本体部１１の内周面の交点Ｚと本体部１１の軸線Ｃ１を通る直線Ｃ２に対して角度θだけ傾斜することになる。さらに換言すると、本体部１１の軸線Ｃ１から見て、導入ポート１０ａの軸線Ｐ１，Ｐ２は、本体部１１の軸線Ｃ１から離れた位置を通過している。四つの導入ポート１０ａの内周側の開口部は、本体部１１の周方向に等角度離間して形成されている。なお、本実施形態では、バルブボディ１０の本体部１１と弁体７０とは同軸状に設けられていることから、本体部１１の軸線Ｃ１は、弁体７０の軸線（中心線）でもある。
【００２９】
図２に戻り、本体部１１の側壁１１ａには、外周側に形成される環状溝を介してＯリングＡ１が装着されている。これにより、本体部１１が保持ブロック１１０の第１挿入孔１１１に挿入された際に、第１挿入孔１１１の内周面と本体部１１の外周面との間でＯリングＡ１が挟持されるため、保持ブロック１１０の内周面と本体部１１の外周面との間が気密に保持される。
【００３０】
突出部１２は、本体部１１における底壁１１ｂの中央部から下方に向かって所定長だけ突出するとともに、その外周径が本体部１１の側壁１１ａの外周径よりも小径となるように形成されている。また、突出部１２は、本体部１１と同軸状となるように形成されており、バルブボディ１０が保持ブロック１１０に装着される際に、第１挿入孔１１１よりも小径に形成された第２挿入孔１１２に挿入される。
【００３１】
突出部１２の下端部には、下方に向かって開口し、連通室１１ｄに導入された水が導出される単一の導出ポート１０ｂが形成されており、導出ポート１０ｂは、当該導出ポート１０ｂよりも小径となるように形成された連通路１２ａを介して連通室１１ｄと連通している。導出ポート１０ｂ及び連通路１２ａは、本体部１１の軸線Ｃ１と同軸状となるように形成されるとともに、突出部１２の中央に設けられている。この連通路１２ａが開口する本体部１１の底壁１１ｂは、後記する弁体７０のシート部８１が着座・離座する弁座面１０ｃとして機能している。なお、導出ポート１０ｂ及び連通路１２ａは、突出部１２の略中央に設けられてもよい。
【００３２】
また、導出ポート１０ｂは、当該導出ポート１０ｂと対向する位置に形成された保持ブロック１１０の導出通路１１５と連通している。すなわち、導出ポート１０ｂから導出された水は、導出通路１１５を通じて外部へと排出される。
【００３３】
一方、突出部１２の外周面には、環状溝を介してＯリングＡ２が装着されており、ＯリングＡ２が保持ブロック１１０の第２挿入孔１１２と突出部１２の外周面との間で挟持されることにより、保持ブロック１１０の内周面と突出部１２の外周面との間が気密に保持される。
【００３４】
取付フランジ１３は、平面視略菱形状に所定厚さで形成され、本体部１１から半径外方向に所定間隔離間して一組の孔部１３ａが形成されている。そして、孔部１３ａには固定ボルトＢＴ１が挿通されており、取付フランジ１３は、固定ボルトＢＴ１によって保持ブロック１１０の上面に対して固定される。
【００３５】
ガイドボディ２０は、バルブボディ１０の上部に連結され、その内部に後記する可動コア６４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２０は、筒状に形成され、内部に可動コア６４が変位自在に設けられる円筒部２１と、当該円筒部２１より半径外方向に突出し、バルブボディ１０の上部に連結ボルト（図示せず）を介して連結されるフランジ部２２と、を備えている。なお、フランジ部２２には、周方向に所定間隔離間して形成される複数の孔部（図示せず）を介して連結ボルトが挿通され、当該連結ボルトがバルブボディ１０の上面に螺合されることにより、ガイドボディ２０とバルブボディ１０とが連結されている。
【００３６】
円筒部２１の下部は、バルブボディ１０における本体部１１の内部に挿入され、前記フランジ部２２と取付フランジ１３との間には、シール部材Ｓ１が装着されている。これにより、円筒部２１が挿入されるバルブボディ１０の内部が気密に確実に保持される。
【００３７】
また、円筒部２１の内部には、略同一直径から筒状に形成されるカラーガイド３０の一端部側が挿入され、当該カラーガイド３０の一端部に形成される鍔部３１が円筒部２１の下部に装着されている。このカラーガイド３０は、後記する可動コア６４を上下に案内するガイド機能を有しており、金属製材料から薄板円筒状に形成され、半径外方向に厚肉に形成された鍔部３１の上面が、円筒部２１の下面に当接した状態でレーザ溶接等によって強固に固着されている。これにより、円筒部２１の内周面がカラーガイド３０によって覆われる。
【００３８】
また、カラーガイド３０の鍔部３１は、弁体７０がガイドボディ２０側に向かって変位した際の変位を規制するストッパ機能を備えている。鍔部３１の下面（弾性部材８０と対向する面）は、平面形状を呈しており、その内外の端部には、Ｒ形状を呈する面取り部３１ａ，３１ａが形成されている。また、カラーガイド３０の表面は、フッ素コーティング被膜によって被覆されている。
【００３９】
また、カラーガイド３０の他端部は、ガイドボディ２０の円筒部２１から突出するように上方に向かって所定長だけ延在し、ソレノイド部６０のボビン６２（後記する）の内部に挿通されている。
【００４０】
樹脂封止体４０は、後記するコイル６１及びボビン６２からなるコイル巻線体が樹脂製材料によってモールドされることによって形成され、ガイドボディ２０の上部に連結されている。この樹脂封止体４０の側面には、ソレノイド部６０に電流を供給するための電源（図示せず）に接続されるコネクタ部４１が設けられ、当該コネクタ部４１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（図示せず）が設けられている。そして、かかる端子は、樹脂封止体４０の内部を介してソレノイド部６０のコイル６１へと接続されている。なお、端子は、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。
【００４１】
樹脂封止体４０の上面には、半径内方向に張り出した張出部４２が形成され、当該張出部４２の上面に形成された環状溝を介してＯリングＡ３が装着されている。そして、ＯリングＡ３が樹脂封止体４０と後記するハウジング５０との間で挟持されることにより、樹脂封止体４０とハウジング５０との間が気密に保持される。
【００４２】
ハウジング５０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、樹脂封止体４０、ガイドボディ２０の一部及びバルブボディ１０の一部を上部から覆うように装着されている。ハウジング５０の上部には、略中央部に孔部５１が形成されており、孔部５１には、後記する固定コア６３の上面に設けられるねじ部６３ａが挿通されている。このように、ハウジング５０を断面略Ｕ字状に形成することにより、軽量化を図ることができると共に、使用される材料の量を削減することができるためコストの低減を図ることも可能である。
【００４３】
また、ハウジング５０には、軸線方向に沿って略長方形状に切り欠かれた開口部（図示せず）が形成されており、コネクタ部４１は、かかる開口部を介してハウジング５０の外側に突出している。
【００４４】
ソレノイド部６０は、図２に示すように、樹脂封止体４０の内部に配設され、外周面にコイル６１が巻回されたボビン６２と、樹脂封止体４０の上部にキャップナットＣＮを介して一体的に連結される固定コア６３と、固定コア６３と対向し、ボビン６２の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア６４と、固定コア６３と可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５と、を備えている。
【００４５】
ボビン６２は、樹脂封止体４０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拡径部６２ａ及び第２拡径部６２ｂがそれぞれ形成されている。そして、ボビン６２は、第１拡径部６２ａと第２拡径部６２ｂとの間にコイル６１が巻回された状態で樹脂封止体４０の内部にモールドされている。
【００４６】
また、ボビン６２の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿通孔６２ｃが形成されており、当該挿通孔６２ｃには、ガイドボディ２０の円筒部２１に固着されたカラーガイド３０が挿通されると共に、挿通孔６２ｃの上部には磁性体からなる金属製材料により円柱状に形成された固定コア６３が挿入されている。なお、挿通孔６２ｃの内周径は、前記カラーガイド３０の外周径と略同等となるように形成されている。
【００４７】
固定コア６３は、その上部に形成されたねじ部６３ａが、ハウジング５０の孔部５１に挿通された後に、ワッシャＷ１が挿通されてキャップナットＣＮが螺合される。これにより、固定コア６３が樹脂封止体４０に一体的に連結される。
【００４８】
また、固定コア６３の外周面の可動コア６４側には、縮径した縮径部６３ｂが形成されており、縮径部６３ｂには、ガイドボディ２０に固着されたカラーガイド３０の他端部が装着される。詳細には、カラーガイド３０は、固定コア６３に対してレーザ溶接で溶着されることにより、固定コア６３に対して強固に固着されている。
【００４９】
これにより、固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０という３部品をレーザ溶接等によって一体化することができるため、予め一体化された固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０を他部品に組み付けることが可能となり、組み付ける際の組付工数の低減及び作業性の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
さらに、固定コア６３の縮径部６３ｂは、カラーガイド３０の厚さ分だけ半径内方向に縮径して形成されているため、縮径部６３ｂに装着されたカラーガイド３０の外周面が、固定コア６３の外周面と略面一となる。そして、固定コア６３の下方には、カラーガイド３０を介して可動コア６４が挿入されている。
【００５１】
固定コア６３の下面には、その略中央部に可動コア６４側に向かって突出した凸部６３ｃが形成されており、可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５の一端部が係着されている。
【００５２】
可動コア６４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、固定コア６３側となる一端部には所定深さで窪んだスプリング受穴６４ａが形成されている。スプリング受穴６４ａと当該スプリング受穴６４ａと対向する固定コア６３の凸部６３ｃとの間には、リターンスプリング６５が介装されており、リターンスプリング６５の弾発力は、可動コア６４を固定コア６３から離間させる方向に付勢している。
【００５３】
また、可動コア６４の外周面には、複数の溝部６４ｂが軸線方向に沿って形成されており、これらの溝部６４ｂは、可動コア６４の周方向に沿って所定間隔離間して形成されている。溝部６４ｂは、例えば、断面略Ｖ字状となるように形成されている。
【００５４】
このように、可動コア６４の外周面に沿って溝部６４ｂを形成することにより、可動コア６４が軸線方向に沿って変位する際に、可動コア６４と固定コア６３との間に存在するエアを、溝部６４ｂを通じて弁体７０側へと通気させることができる。そのため、可動コア６４と固定コア６３との間のエアによって可動コア６４の変位抵抗が生じることがなく、可動コア６４を円滑に変位させることが可能となる。
【００５５】
一方、可動コア６４の内部には、その他端部側に弁体７０が連結される小径孔６４ｃと、小径孔６４ｃよりも拡径して形成される大径孔６４ｄとが形成されている。なお、リターンスプリング６５が介装されるスプリング受穴６４ａと小径孔６４ｃ及び大径孔６４ｄとは連通している。
【００５６】
弁体７０は、可動コア６４に連結されるシャフト部（軸部）７１と、当該シャフト部７１の下部に形成され、バルブボディ１０における本体部１１の弁座面１０ｃに着座・離座自在に設けられる弁部７２と、を備えている。
【００５７】
シャフト部７１は、金属製材料から形成されており、可動コア６４の小径孔６４ｃに圧入される第１軸７１ａと、当該第１軸７１ａよりも拡径して可動コア６４の大径孔６４ｄに挿入される第２軸７１ｂと、当該第２軸７１ｂよりもさらに拡径して形成され、可動コア６４の下端面に係止される第３軸７１ｃと、を備えている。このように、シャフト部７１の第１軸７１ａが可動コア６４の小径孔６４ｃに対して圧入されているため、弁体７０と可動コア６４とが強固に連結された状態となる。
【００５８】
弁部７２は、バルブボディ１０の連通室１１ｄに配設され、シャフト部７１の第３軸７１ｃの下部に形成されて当該第３軸７１ｃよりも拡径した拡径部７２ａと、当該拡径部７２ａを取り囲むように外装された弾性材料（例えば、フッ素ゴムなどの拡径部７２ａよりも弾性を備えた材料）からなる弾性部材８０と、を備えている。
【００５９】
拡径部７２ａは、略円盤状に形成され、その外周径は、連通室１１ｄの内周径より小さく形成される。また、拡径部７２ａには、その上下面間を貫通する複数の連通孔７２ｂが所定間隔離間して形成されている。
【００６０】
一方、弾性部材８０は、前記拡径部７２ａを図示しない成形型の内部に載置し、前記成形型に弾性材料を充填させて固化させることにより、拡径部７２ａの全体を覆うように形成される（弾性材料の連通孔７２ｂへの充填を含む）。
【００６１】
この弾性部材８０は、拡径部７２ａの外周面及び下面側に略一定の厚さとなるように形成されている。弾性部材８０は、拡径部７２ａの上面と下面とを連通する複数の連通孔７２ｂに充填されているため、弾性部材８０が拡径部７２ａから脱落することが防止される。このように、弁体７０は、拡径部７２ａが弾性部材８０の中心に設けられる構造としているため、弾性材料からなる弾性部材８０の強度を向上させることができる。
【００６２】
また、弾性部材８０の下部には、その略中央部に環状に突出したシート部８１が形成されており、シート部８１の直径は、バルブボディ１０の本体部１１に開口した連通路１２ａの内径よりも大きく形成される。すなわち、シート部８１が本体部１１の弁座面１０ｃに当接し、弁座面１０ｃに開口する連通路１２ａの外周部位を覆うことにより、連通室１１ｄと導出ポート１０ｂとの連通状態が遮断される。
【００６３】
弾性部材８０のシート部８１よりも内周側において、拡径部７２ａの底面は、弾性部材８０によって覆われずに露出している。
【００６４】
さらに、弾性部材８０の外周径は、連通室１１ｄの内周径と略同等に形成される。すなわち、連通室１１ｄの内周径より小さく形成された拡径部７２ａの外周面と連通室１１ｄの内周面との間に弾性部材８０が配設される。
【００６５】
弾性部材８０は、鍔部３１と対向する上面側に、鍔部３１と当接可能な当接部８２と、当接部８２が鍔部３１と当接した状態において鍔部３１から離間している凹部８３と、を備える。この弾性部材８０において、凹部８３は、弾性部材８０の軸中心に対して周方向に等間隔となるように複数設けられており、放射状に延びている（本実施形態では、９０度ごとに計４個）。
【００６６】
本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁１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。
【００６７】
図１及び図２に示すように、燃料電池システム２００において燃料電池用電磁弁１は、水排出通路２０５中に、例えば、保持ブロック１１０を介して設けられており、燃料電池用電磁弁１の導入ポート１０ａは、保持ブロック１１０の導入通路１１３を介して水排出通路２０５の上流側と接続されている。そして、導出ポート１０ｂは、保持ブロック１１０の導出通路１１５を介して水排出通路２０５の下流側と接続されている。
【００６８】
図５（ａ）は、燃料電池用電磁弁１の部分拡大図であり、コイル６１に対してコネクタ部４１を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体７０のシート部８１が、本体部１１の底壁１１ｂに形成された弁座面１０ｃに着座して導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態（閉弁状態）を示している。
【００６９】
このようなオフ状態において、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）による駆動制御によって、図示しない電源を付勢してコネクタ部４１の端子を介してコイル６１に通電することによりコイル６１が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル６１から可動コア６４へと向かい、再びコイル６１へと復帰して周回するように発生する。
【００７０】
そして、図５（ｂ）に示すように、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、弁体７０のシート部８１が本体部１１の弁座面１０ｃから離座する。
【００７１】
そして、弁体７０の拡径部７２ａに装着された弾性部材８０の上面が、カラーガイド３０の鍔部３１に当接して変位終端位置となる。その結果、燃料電池用電磁弁１がオフ状態からオン状態（開弁状態）へと切り換わる。
【００７２】
したがって、導入ポート１０ａから連通室１１ｄの内部に導入された水が、弁体７０のシート部８１と弁座面１０ｃとの間のクリアランスを介して連通路１２ａから導出ポート１０ｂを通じて外部へと排出される。
【００７３】
また、このようなオン状態において、水の外部への排出を停止する場合には、再び弁体７０のシート部８１を本体部１１の弁座面１０ｃに着座させて導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態とする。
【００７４】
この場合には、図示しない電源からコイル６１に通電されていた電流の供給を停止することにより当該コイル６１が非励磁状態となり、可動コア６４に付勢されていた上方への変位力が滅勢される。
【００７５】
そのため、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力によって下方へと押圧され、弁体７０における弾性部材８０の上面が鍔部３１の下面から離間する。
【００７６】
そして、弁体７０のシート部８１が、本体部１１の弁座面１０ｃに着座し、環状のシート部８１によって連通路１２ａの外周部位が閉塞されることにより、連通室１１ｄを通じて導入ポート１０ａから導出ポート１０ｂへの水の流通が遮断される。その結果、燃料電池用電磁弁１から希釈器２１５側への水の排出が停止される。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、導入ポート１０ａがバルブボディ１０の本体部１１の直径方向と交差状に配置されることにより、導入ポート１０ａから連通室１１ｄに導入された水が、本体部１１の軸線Ｃ１（導出ポート１０ｂ）からそれた位置に向かって流れ込み、連通室１１ｄの内周面に沿った旋回流が発生するため、連通室１１ｄ（弁座面１０ｃ）に滞留する水が旋回流に巻き込まれて導出ポート１０ｂに流れ込みやすくなる。したがって、水が連通室１１ｄ（弁座面１０ｃ）に滞留し難くなり、排出性を向上させることができる。
【００７８】
また、本実施形態では、導入ポート１０ａがバルブボディ１０の弁座面１０ｃに対して平行に形成されることにより、導入ポート１０ａに導入された水が、導入ポート１０ａ内で減速することなく連通室１１ｄに流入するため、水の流れが連通室１１ｄの全域で速まる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、導入ポート１０ａが本体部１１の側壁１１ａに設けられ、導出ポート１０ｂが突出部１２の中央（又は略中央）に設けられることにより、発生した旋回流の中心と、導出ポート１０ｂの中心とが一致（又は略一致）するため、水（水分）を含んだ旋回流が導出ポート１０ｂへ流入する際の流れ損失（流入損失）が抑制される。したがって、連通室１１ｄ（弁座面１０ｃ）に滞留する水が旋回流に巻き込まれて導出ポート１０ｂに一層流れ込みやすくなり、排出性を一層向上させることができる。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。
【００８１】
また、本実施形態では、バルブボディ１０の弁座面１０ｃを水平面に形成したが、これに限定されることなく、バルブボディ１０の弁座面１０ｃを半径内方向（導出ポート１０ｂ）に向かうにつれて下側に傾斜するよう（徐々に縮径するテーパ状）に形成してもよい。これにより、バルブボディ１０の弁座面１０ｃに滞留する水が、その自重により弁座面１０ｃを伝って導出ポート１０ｂに流れ込むため、排出性をより一層向上させることができる。
【００８２】
また、本実施形態では、四つの導入ポート１０ａを設けたが、これに限定されることなく、導入ポート１０ａを少なくとも一つ以上設ければよい。
【００８３】
また、本実施形態では、バルブボディ１０の弁座面１０ｃに対して平行に導入ポート１０ａを形成したが、これに限定されることなく、バルブボディ１０の弁座面１０ｃに対して略平行に導入ポート１０ａを形成してもよい。例えば、弁座面１０ｃに対して本体部１１の内部から外部に向かって下向きに（弁座面１０ｃに対して導入方向上向きに）５度傾斜するように導入ポート１０ａを形成してもよいし、本体部１１の内部から外部に向かって上向きに（弁座面１０ｃに対して導入方向下向きに）５度傾斜するように導入ポート１０ａを形成してもよい。
【００８４】
次に、本発明の燃料電池用電磁弁１について、図６乃至図８を参照して、実施例及び比較例により更に詳細に説明する。図６及び図７は、本発明の燃料電池用電磁弁の実施例の構成を説明するための概略図と流速分布を示す図であり、図８は、本発明外の燃料電池用電磁弁の比較例の構成を説明するための概略図と流速分布を示す図である。実施例では、本体部（バルブボディ）をＡ、導入ポートをＢ（Ｂ１〜Ｂ４）、連通室をＣ、導出ポートをＤ、連通ポートをＥ、本体部の壁をＦ、弁座面をＧとする。なお、実施例及び比較例に係る燃料電池用電磁弁の連通室の弁座面側を流れる水の流速を測定した。
【００８５】
（実施例１）
本実施例では、図６（ａ）に示すように、本体部Ａの直径方向と交差状に四つの導入ポートＢ１〜Ｂ４を配置するとともに、導入ポートＢ１〜Ｂ４が本体部Ａの弁座面Ｆに対して平行に形成される構成とした。
【００８６】
（実施例２）
本実施例は、図６（ｂ）に示すように、三つの導入ポートＢ１〜Ｂ３を形成した以外は、実施例１と同様の構成を採用した。
【００８７】
（実施例３）
本実施例は、図６（ｃ）に示すように、二つの導入ポートＢ１〜Ｂ２を形成した以外は、実施例１と同様の構成を採用した。
【００８８】
（実施例４）
本実施例は、図７（ａ）に示すように、一つの導入ポートＢ１を形成した以外は、実施例１と同様の構成を採用した。
【００８９】
（実施例５）
本実施例は、図７（ｂ）に示すように、導入ポートＢ１〜Ｂ４が本体部Ａの弁座面Ｆに対して略平行に（本体部Ａの内部から外部に向かって下向きに５度傾斜）形成された以外は、実施例１と同様の構成を採用した。
【００９０】
以上説明した実施例１〜５によれば、単数又は複数の導入ポートＢが本体部Ａの直径方向と交差状に配置されることにより、導入ポートＢから連通室Ｃに導入された水が、本体部Ａの軸線Ｃ１（導出ポートＤ）からそれた位置に向かって流れ込むため、連通室Ｃの内周面に沿った旋回流が発生する。また、図６及び図７に示すように、導入ポートＢが本体部Ａの弁座面Ｇに対して平行又は略平行に形成されることにより、導入ポートＢに導入された水が、導入ポートＢ内で減速することなく連通室Ｃに流入するため、水の流れが連通室Ｃの全域で速まる。
【００９１】
（比較例１）
本比較例は、図８（ａ）に示すように、本体部の直径方向と同軸状に四つの導入ポートを配置するとともに、導入ポートが本体部の弁座面に対して本体部の内部から外部に向かって下向きに４５度傾斜して形成される構成とした。
【００９２】
（比較例２）
本比較例は、図８（ｂ）に示すように、本体部の直径方向と同軸状に八つの導入ポートを配置するとともに、導入ポートが本体部の弁座面に対して本体部の内部から外部に向かって下向きに４５度傾斜して形成される構成とした。
【００９３】
（比較例３）
本比較例では、図８（ｃ）に示すように、本体部の直径方向と交差状に四つの導入ポートを配置するとともに、導入ポートが本体部の弁座面に対して本体部の内部から外部に向かって下向きに４５度傾斜して形成される構成とした。
【００９４】
以上説明した比較例１〜３によれば、導入ポートが本体部の直径方向と同軸状に配置されることにより、導入ポートから連通室に導入された水が、本体部の軸線Ｃ１に向かって流れ込むため、連通室の内周面に沿った旋回流が発生し難く、又は仮に発生しても緩やかな旋回流になるものと推測される。また、図８に示すように、導入ポートが本体部の弁座面に対して本体部の内部から外部に向かって下向きに４５度傾斜して形成されることにより、導入ポートに導入された水が、導入ポート内で自重に逆らって連通室に流入するため、連通室内において水の流れが速い領域と遅い領域とが混在して不均一となり、中心の導出ポートへ水が円滑に流入することが困難になるものと推測される。
【００９５】
上記検証結果から実施例と比較例とを対比して、導入ポートが本体部の直径方向と同軸状に配置されると、連通室の内周面に沿った旋回流が発生し難く、又は仮に発生しても緩やかな旋回流になり、水が連通室（弁座面）に滞留しやすくなるが、導入ポートＢが本体部Ａの直径方向と交差状に配置されると、連通室Ｃの内周面に沿った旋回流が発生して、水が連通室Ｃ（弁座面Ｇ）に滞留し難くなることが実証された。また、導入ポートが本体部の弁座面に対して本体部の内部から外部に向かって下向きに４５度傾斜して形成されると、連通室内において水の流れが速い領域と遅い領域とが混在して不均一となるが、導入ポートＢが本体部Ａの弁座面Ｆに対して平行又は略平行に形成されると、水の流れが連通室Ｃの全域で速まることが実証された。
【符号の説明】
【００９６】
１      燃料電池用電磁弁                １０    バルブボディ
１０ａ  導入ポート                      １０ｂ  導出ポート
１０ｃ  弁座面（弁座）                  １１    本体部（側部）
１２    突出部（底部）                  ７０    弁体
【図１】
0005551911.tif 000002
【図２】
0005551911.tif 000003
【図３】
0005551911.tif 000004
【図４】
0005551911.tif 000005
【図５】
0005551911.tif 000006
【図６】
0005551911.tif 000007
【図７】
0005551911.tif 000008
【図８】
0005551911.tif 000009