(57)【要約】      （修正有）【課題】温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁体、弁座部、プランジャー、吸引子などの駆動部に伝熱させることでき、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さく、水が付着、残留し難い制御弁を提供する。【解決手段】流体が通過する弁ポート２８を有する弁座３０を備えた弁室と、弁座３０に対して弁体４４を離接する方向に移動させる駆動部３６とを備え、駆動部３６によって、弁体４４が弁座３０に対して離接する方向に移動して、弁体４４が弁座３０の弁ポートを開閉するように構成された制御弁１０であって、弁座３０と駆動部３６の外周側に温媒流路７６を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する弁ポートを有する弁座を備えた弁室と、
前記弁座に対して弁体を離接する方向に移動させる駆動部とを備え、
前記駆動部によって、弁体が弁座に対して離接する方向に移動して、弁体が弁座の弁ポートを開閉するように構成された制御弁であって、
前記弁座と駆動部の外周側に温媒流路を形成したことを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記駆動部が、弁体、プランジャー、吸引子を備え、これらの部材の外周側に温媒流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記駆動部が、プランジャーチューブを備え、前記プランジャーチューブの外周に接するように温媒流路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記温媒流路に、流路が形成された温媒流路形成部材が装着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御弁。
【請求項５】
前記温媒流路形成部材が、磁性部材から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記温媒流路形成部材が、多孔質部材から構成されていることを特徴とする請求項４から５のいずれかに記載の制御弁。
【請求項７】
前記温媒流路形成部材には、温媒流路形成部材の内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路が形成されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の制御弁。
【請求項８】
前記温媒流路形成部材が、前記弁座とプランジャーの外周側に配置された第１の温媒流路形成部材と、前記吸引子の外周側に配置された第２の温媒流路形成部材から構成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の制御弁。
【請求項９】
前記制御弁が、前記弁室から、プランジャーの外周、吸引子の外周に至り、前記吸引子の中心部に軸方向に形成された流路に至るシステム流体流路が形成された制御弁であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を制御する制御弁に関し、例えば、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置され、湿潤流体を制御するのに好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、燃料電池自動車の燃料電池システムにおける湿潤流体流路に配置される排出弁など、水蒸気などの多量の水分を含有する湿潤流体を制御する制御弁では、湿潤流体中の水分がプランジャーなどの可動部に付着することがある。
【０００３】
この場合に、システム停止後に低温下に放置すると、プランジャーに付着した水分が凍結することにより、プランジャーが作動不能となるおそれがある。その結果、制御弁が機能しなくなり、システム全体が影響を受けるおそれがある。
【０００４】
このため、特許文献１（特開２００８−２３２３５２号公報）では、湿潤流体が流れる弁室と、プランジャーなどが収容された駆動部とをダイアフラムによって気密に分離して、プランジャーに水分が付着することを防止する電磁弁が開示されている。
【０００５】
図１３は、この特許文献１の電磁弁の概略を示す縦断面図である。
【０００６】
すなわち、この特許文献１の制御弁１００は、弁本体１０２を備えており、この弁本体１０２には、流体が流入する入口ポート１０４と、流体が流出する出口ポート１０５と、この入口ポート１０４から流入した流体が通過する弁ポート１０６が形成された弁座１０８と、弁室１１０とが形成されている。
【０００７】
この弁本体１０２の上部には、駆動部１１２が、締結部材１１４によって固定されている。この駆動部１１２は、プランジャーチューブ１１６を備えており、このプランジャーチューブ１１６の内部に、プランジャー１１８が軸方向に移動自在に収容されている。
【０００８】
また、プランジャーチューブ１１６の上端部には、吸引子１２０が装着されている。そして、プランジャー１１８と吸引子１２０との間に、プランジャーバネ１２２が圧縮状態で介装され、プランジャー１１８を吸引子１２０から離間する方向に付勢するように構成されている。
【０００９】
さらに、プランジャー１１８の下端には、インサート金具１２４と一体の弁棒部材１２６が固着されている。
【００１０】
一方、プランジャーチューブ１１６の外周には、吸引子１２０の上部に形成された締結ネジ１３０に、ナット１３２を締め付けることによって、電磁コイル１３６が外函部材１３４とともに固定されている。
【００１１】
さらに、弁棒部材１２６の下端には、弁室１１０と、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０との間を気密に分離するための分離膜部材であるダイアフラム弁体１４２が装着されている。このダイアフラム弁体１４２は、分離膜部１４４と、弁体部１４６とを備えており、分離膜部１４４の外周部に形成した固定部１４８を、弁本体１０２と駆動部１１２との間に介装した略リング形状の固定金具１５０と弁本体１０２との間で挟持することによって固定されている。
【００１２】
また、固定金具１５０の下面には、テーパー形状のフラム受けテーパー面１５２が形成されており、これにより、ダイアフラム弁体１４２の弁体部１４６が弁座１０８から離間する方向に移動する際に、ダイアフラム弁体１４２の分離膜部１４４がフラム受けテーパー面１５２に当接するまで変位し、弁体部１４６に追随するように構成されている。
【００１３】
このように構成される従来の制御弁１００では、電磁コイル１３６に通電することによって、プランジャーバネ１２２の付勢力に抗して、プランジャー１１８が吸引子１２０の方向に移動し、プランジャー１１８に固定された弁棒部材１２６が上方に移動して、弁棒部材１２６の下端に装着されたダイアフラム弁体１４２の弁体部１４６が、弁座１０８から離間して、弁座１０８に形成された弁ポート１０６が開放されるようになっている。
【００１４】
一方、電磁コイル１３６への通電を停止することによって、プランジャーバネ１２２の付勢力によって、プランジャー１１８が吸引子１２０から離間する方向に移動し、プランジャー１１８に固定された弁棒部材１２６が下方に移動して、弁棒部材１２６の下端に装着されたダイアフラム弁体１４２の弁体部１４６が、弁座１０８に当接して、弁座１０８に形成された弁ポート１０６が閉止されるようになっている。
【００１５】
このような開閉動作の際にも、ダイアフラム弁体１４２によって、弁室１１０と、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０との間が気密に分離され、これにより、弁室１１０を流れる湿潤流体の水蒸気などの水分が、駆動空間１４０に浸入して、弁体の駆動機構であるプランジャー１１８に水分が付着して凍結し、弁機能が阻害されることを防止できるように構成されている。
【００１６】
また、特許文献２（特開２００６−１５３１７７号公報）では、図１４に模式的に示したように、ダイアフラム２０２によって、弁室２０４と駆動部２０６とを気密に分離するとともに、弁本体２０８に温媒流路２１０を設けて、弁体２１２を暖めるようにして、低温下においても弁体２１２を円滑に変位させることが可能な制御弁２００が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−２３２３５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、このような特許文献１に開示されるような従来の制御弁１００では、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０がダイアフラム弁体１４２で密閉されているので、雰囲気温度（例えば、−４０℃〜２００℃）の変化などによって、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０側の内圧が変化した場合、または、弁室１１０側の圧力が変化した場合に、図１３で示したように、その圧力変化ΔＰを、ダイアフラム弁体１４２の分離膜部１４４の有効受圧径φＦ（有効面積：Ａｆ）で受けることになる。
【００１９】
この際、ダイアフラム弁体１４２の分離膜部１４４には、「Ａｆ×ΔＰ」の荷重が発生し、弁の作動特性に変化を与える。このため、雰囲気の温度変化などにより、弁の作動特性が変化してしまい、弁が正常に作動しないおそれがあった。
【００２０】
すなわち、外気温の上昇や、電磁コイル１３６への長時間の通電によって駆動空間１４０の温度が上昇することがあり、これにより駆動部１１２に形成された駆動空間１４０の内圧が上昇することがある。
【００２１】
このように、駆動空間１４０の内圧が上昇した状態では、ダイアフラム弁体１４２の分離膜部１４４には、前述の「Ａｆ×ΔＰ」の大きさの弁閉方向の荷重が作用しているので、常温時での作動電圧（電流）を電磁コイル１３６に印加しても、制御弁が作動せず、「Ａｆ×ΔＰ」の荷重に打ち勝つ分だけ、電磁コイル１３６に印加する作動電圧（電流）を大きくしなければならなかった。
【００２２】
また、逆に、寒冷地などで雰囲気の温度が低下した場合には、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０の内圧が低下し負圧になることがある。また、内部流体の圧力の増加により、弁室１１０側の圧力が上昇することもある。
【００２３】
この場合、電磁コイル１３６への通電を停止することによって、ダイアフラム弁体１４２の弁体部１４６が弁座１０８に当接して、弁座１０８に形成された弁ポート１０６を閉止した状態としているにもかかわらず、駆動部１１２に形成された駆動空間１４０の内圧の減少による圧力変化ΔＰ´により、ダイアフラム弁体１４２の分離膜部１４４には、「Ａｆ×ΔＰ´」の大きさの弁開方向の荷重が作用し、弁座１０８に形成された弁ポート１０６が開放してしまう誤動作が生じるおそれがあった。
【００２４】
このため、吸引子１２０に駆動空間１４０と制御弁１００の外部とを連通する連通路を設けることが考えられる。しかしながら、この場合、ダイアフラム弁体１４２が損傷してしまうと、システム流体（以下、本明細書において、「システム流体」とは、制御弁によって制御される流体を意味する。）が外部にリークしてしまう。
【００２５】
また、水蒸気などの水分が駆動部１１２に侵入する可能性があり、いったん駆動部１１２に侵入した水分は抜けにくく、このため、システム停止後に低温下に放置した場合には、プランジャーに付着した水分が凍結することにより、プランジャー１１８が作動不能となるおそれがあり、その結果、制御弁１００が機能しなくなり、システム全体が影響を受けるおそれがある。
【００２６】
一方、特許文献２に開示されるような従来の制御弁２００では、図１４に示したように、弁本体２０８に設けた温媒流路２１０と、弁体２１２、弁座部２１４、駆動部２０６との間が離間している。
【００２７】
このため、例えば、システム停止後に低温下に放置した場合に、これらの部材に付着し凍結した水分を解凍したり、凍結しないように制御弁２００の弁体２１２と弁座部２１４を温めたい時に、速やかに温めることができない。
【００２８】
また、ハウジング側である弁本体２０８側の方に熱が逃げるので、温媒流体の熱を効率良く、弁体２１２、弁座部２１４、駆動部２０６に伝えることができない。このため、これらの部材に付着し凍結した水分が速やかに解凍せず、また、凍結しないように温めることができず、その結果、制御弁２００が機能しなくなり、システム全体が影響を受けるおそれがある。
【００２９】
また、弁体２１２が弁座部２１４に当接した弁閉した状態で、これらの部材に付着し凍結した水分が凍結した場合には、駆動部２０６の駆動力では弁開できなくなってしまい、作動不良の原因となる。
【００３０】
本発明は、このような現状に鑑み、温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁体、弁座部、プランジャー、吸引子などの駆動部に伝熱させることでき、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さく、水が付着、残留し難い制御弁を提供することを目的とする。
【００３１】
また、本発明は、磁気抵抗を小さくすることができ、電磁コイルを小さく設計することができ、その結果、コンパクトで、制御弁を作動させるために必要な起磁力が小さく、消費電力を小さくすることが可能な制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明の制御弁は、
流体が通過する弁ポートを有する弁座を備えた弁室と、
前記弁座に対して弁体を離接する方向に移動させる駆動部とを備え、
前記駆動部によって、弁体が弁座に対して離接する方向に移動して、弁体が弁座の弁ポートを開閉するように構成された制御弁であって、
前記弁座と駆動部の外周側に温媒流路を形成したことを特徴とする。
【００３３】
このように構成することによって、弁座と駆動部の外周側に温媒流路を形成したので、温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁座と駆動部に伝熱させることできる。
【００３４】
従って、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【００３５】
また、本発明は、前記駆動部が、弁体、プランジャー、吸引子を備え、これらの部材の外周側に温媒流路を設けたことを特徴とする。
【００３６】
このように構成することによって、駆動部が、弁体、プランジャー、吸引子を備え、これらの部材の外周側に温媒流路を設けたので、温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁体、弁座部、プランジャー、吸引子などの駆動部に伝熱させることできる。
【００３７】
従って、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【００３８】
また、本発明は、前記駆動部が、プランジャーチューブを備え、前記プランジャーチューブの外周に接するように温媒流路が形成されていることを特徴とする。
【００３９】
このように構成することによって、プランジャーチューブの外周に接するように温媒流路が形成されているので、温媒流体の熱を、吸引子、弁座の温媒流路に露出する部分に対しては直接伝熱することができる。
また、弁座のプランジャーチューブに覆われている部分、プランジャーには、プランジャーチューブを介して伝熱することができる。
【００４０】
従って、システム停止後に低温下に放置することによりシステム流路内に付着、残留した水が凍結することによって引き起こされる凍結固着や凍結閉塞が発生しても、効率良く、速やかに解凍することができ、また、低温下での運転においても、運転中の凍結固着および凍結閉塞を防止することができる。
【００４１】
また、本発明は、前記温媒流路に、流路が形成された温媒流路形成部材が装着されていることを特徴とする。
【００４２】
このように構成することによって、温媒流路に温媒流路形成部材が装着するだけで流路が形成できる。しかも、温媒流路形成部材に流路を形成するので、流路の形状を容易に設計できる。
【００４３】
また、本発明は、前記温媒流路形成部材が、磁性部材から構成されていることを特徴とする。
【００４４】
このように構成することによって、温媒流路形成部材が、磁性部材から構成されているので、電磁コイルと駆動部との間の磁気抵抗を低減することができる。従って、プランジャーの移動、すなわち、弁体の開閉に必要な起磁力が小さくなり、コイルを小さく設計することができ、その結果、コンパクトで、制御弁を作動させるために必要な消費電力を小さくすることが可能である。
【００４５】
また、本発明は、前記温媒流路形成部材が、多孔質部材から構成されていることを特徴とする。
【００４６】
このように構成することによって、温媒流路形成部材を、例えば、ＳＵＳ４３０からなるスチールウール、メッシュ、焼結金属などから構成して温媒流路に装着するだけで、流路を形成することができ、コストを低減することができる。
【００４７】
また、本発明は、前記温媒流路形成部材には、温媒流路形成部材の内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路が形成されていることを特徴とする。
【００４８】
このように構成することによって、温媒流路形成部材の内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路を形成するだけで良いので、加工が容易であり、コストを低減することができる。
【００４９】
また、本発明は、前記温媒流路形成部材が、前記弁座とプランジャーの外周側に配置された第１の温媒流路形成部材と、前記吸引子の外周側に配置された第２の温媒流路形成部材から構成されていることを特徴とする。
【００５０】
このように構成することによって、電磁コイル、磁性部材からなる第１の温媒流路形成部材、プランジャーに至る磁気回路、および、電磁コイル、磁性部材からなる第２の温媒流路形成部材、吸引子に至る磁気回路がそれぞれ形成されて、プランジャーの移動、すなわち、弁体の開閉に必要な起磁力が小さくなり、コイルを小さく設計することができ、その結果、コンパクトで、制御弁を作動させるために必要な消費電力を小さくすることが可能である。
【００５１】
また、本発明は、前記制御弁が、前記弁室から、プランジャーの外周、吸引子の外周に至り、前記吸引子の中心部に軸方向に形成された流路に至るシステム流体流路が形成された制御弁であることを特徴とする。
【００５２】
このように構成することによって、例えば、燃料電池システムの停止の際に、空気、窒素ガスなどの不活性ガスやシステム流体などによるパージ運転を行うことにより、制御弁内に滞留している水、プランジャーとプランジャーチューブとの間に滞留している水を、弁室から、プランジャーの外周、吸引子の外周に至り、吸引子の中心部に軸方向に形成された流路に至るシステム流体流路を介して押し出すことができる。
【００５３】
従って、水が付着、残留し難く、温媒流体による解凍を効率良く行え、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さく、水が付着、残留し難い制御弁を提供することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、弁座と駆動部の外周側に温媒流路を形成したので、温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁座と駆動部に伝熱させることできる。
【００５５】
従って、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【００５６】
また、本発明によれば、駆動部が、弁体、プランジャー、吸引子を備え、これらの部材の外周側に温媒流路を設けたので、温媒流体の熱を効率良く、制御弁の弁体、弁座部、プランジャー、吸引子などの駆動部に伝熱させることできる。
【００５７】
従って、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、例えば、燃料電池システムの停止の際に、空気、窒素ガスなどの不活性ガスやシステム流体などによるパージ運転を行うことにより、制御弁内に滞留している水、プランジャーとプランジャーチューブとの間に滞留している水を、弁室から、プランジャーの外周、吸引子の外周に至り、吸引子の中心部に軸方向に形成された流路に至るシステム流体流路を介して押し出すことができる。
【００５９】
従って、水が付着、残留し難く、温媒流体による解凍を効率良く行え、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さく、水が付着、残留し難い制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の制御弁である電磁弁の概略を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大縦断面図である。
【図３】図３は、図１の制御弁のＡ−Ａ線での断面図である。
【図４】図４は、本発明の制御弁のプランジャーの斜視図である。
【図５】図５は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図３と同様な断面図である。
【図６】図６は、図５の制御弁のプランジャーの斜視図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施例の制御弁である電磁弁の概略を示す縦断面図である。
【図８】図８は、図７の制御弁のＡ−Ａ線での断面図である。
【図９】図９は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図８と同様な断面図である。
【図１０】図１０は、図９の制御弁の第１の温媒流路形成部材８４の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図８と同様な断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図８と同様な断面図である。
【図１３】図１３は、従来の電磁弁の概略を示す縦断面図である。
【図１４】図１４は、従来の電磁弁の概略を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００６２】
図１は、本発明の制御弁である電磁弁の概略を示す縦断面図、図３は、図１の制御弁のＡ−Ａ線での断面図、図４は、本発明の制御弁のプランジャーの斜視図、図５は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図３と同様な断面図、図６は、図５の制御弁のプランジャーの斜視図である。
【００６３】
図１において、符号１０は、全体で本発明の制御弁を示している。
【００６４】
なお、この実施例の制御弁１０は、電磁弁を示しており、例えば、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置され、湿潤流体を制御する制御弁などに用いられるものである。
【００６５】
図１、図２に示したように、この実施例の制御弁１０は、弁本体１２を備えており、この弁本体１２は、第１の弁本体１４と、第２の弁本体１６とから構成されている。
【００６６】
また、第１の弁本体１４には、その中心部に弁座装着用開口部１８が形成されており、この弁座装着用開口部１８に、弁座部材２０が装着されている。
すなわち、第１の弁本体１４の弁座装着用開口部１８の上方には、内周側に突設するフランジ形状の段部１４ａが形成されており、この段部１４ａに装着孔１４ｂが形成されている。また、この段部１４ａの上方に、大径の締結用凹部１４ｃが形成されている。
【００６７】
一方、弁座部材２０は、略円筒形状で、小径の基端部２０ａを備えており、この基端部２０ａの外周に締結ネジ２０ｂが形成されている。また、弁座部材２０の中間部分にフランジ形状の大径部２０ｃが外側方向に突設されている。
そして、弁座部材２０の小径の基端部２０ａを、第１の弁本体１４の段部１４ａの装着孔１４ｂに挿通する。弁座部材２０の大径部２０ｃを、第１の弁本体１４の弁座装着用開口部１８に嵌合させて、大径部２０ｃをフランジ形状の段部１４ａに当接させた状態とする。
【００６８】
この状態で、締結用凹部１４ｃにおいて、締結用凹部１４ｃに突設した状態となった、弁座部材２０の基端部２０ａに形成された締結ネジ２０ｂに、締結ナット２２を締め付けることによって、弁座部材２０が第１の弁本体１４に固定されている。
なお、第１の弁本体１４と弁座部材２０との間は、弁座部材２０の大径部２０ｃに形成されたシール溝部２０ｄに、例えば、Ｏリングなどのシール部材２４を装着することによって気密に分離されている。
【００６９】
さらに、この弁座部材２０の内部には、流体が流入する第１のポート２６が形成されており、弁座部材２０の先端側の内径が小さく形成され、これにより、流体が通過する弁ポート２８が形成されている。そして、弁ポート２８の下方に、環状に突設した形状の弁座３０が形成されている。
【００７０】
また、第１のポート２６の中間には、段部２６ａが形成されており、この段部２６ａ内に、流体中に含まれる塵埃などが通過するのを防止するための第１のフィルター３２が、例えば、Ｃリングなどの留め具３４によって固定されている。
【００７１】
この弁本体１２の第１の弁本体１４の下方には、駆動部３６が固定されている。この駆動部３６は、プランジャーチューブ３８を備えており、プランジャーチューブ３８の上端を弁座部材２０の外径部に、例えば、ろう付け、溶着などにより固定されている。
【００７２】
そして、このプランジャーチューブ３８の内部に、プランジャー４０が軸方向に移動自在に収容されており、プランジャーチューブ３８の下端部には、例えば、ろう付け、溶着などにより吸引子４２が固定されている。
【００７３】
また、プランジャー４０と吸引子４２との間に、プランジャーバネ３１がプランジャー４０の小径の基端部４０ａの外周に圧縮状態で介装され、プランジャー４０を吸引子４２から離間する方向に付勢するように構成されている。さらに、プランジャー４０の先端部４０ｂの中心に、弁体４４が装着されている。
【００７４】
また、第２の弁本体１６には、その中心部に吸引子装着用開口部１１が形成されており、この吸引子装着用開口部１１に、吸引子４２が装着されている。また、吸引子装着用開口部１１の下方に、大径の締結用凹部１６ａが形成されている。
【００７５】
一方、吸引子４２は、略円筒形状で、小径の基端部４２ａを備えており、この基端部４２ａの外周に締結ネジ４２ｂが形成されている。
そして、吸引子４２の小径の基端部４２ａを、第２の弁本体１６の吸引子装着用開口部１１に挿通させた状態とする。
【００７６】
この状態で、締結用凹部１６ａにおいて、締結用凹部１６ａに突設した状態となった、吸引子４２の基端部４２ａに形成された締結ネジ４２ｂに、締結ナット４６を締め付けることによって、吸引子４２が、第２の弁本体１６に固定されている。
【００７７】
また、図１〜図４に示したように、プランジャー４０の先端部４０ｂの外周には、この実施例では、４個の中心角９０°離間して配設された溝形状の流路４８が形成されている。
すなわち、図２、図４に示したように、この溝形状の流路４８は、プランジャー４０の先端部４０ｂの外周と、プランジャーチューブ３８との間の間隙が、流路４８を形成するように軸方向に延びるように溝形状に形成されている。
【００７８】
なお、このプランジャー４０の流路４８の数、配置位置、形状などは、少なくとも１個の流路４８が形成されていれば良く、特に限定されるものではない。例えば、図５、図６に示したように、４個の切欠溝の形状の流路４８とすることも可能である。さらには、溝形状の流路４８と切欠溝の形状の流路４８とを組み合わせることも可能であり、適宜変更することができる。
【００７９】
また、吸引子４２のプランジャー４０の側の先端部４２ｃの外周には、溝形状の流路５０が形成されている。すなわち、この溝形状の流路５０は、プランジャー４０の側の先端部４２ｃの外周と、プランジャーチューブ３８との間の間隙が、流路５０を形成するように軸方向に延びるように溝形状に形成されている。
【００８０】
なお、この吸引子４２の流路５０についても、プランジャー４０の流路４８と同様に、吸引子４２の流路５０の数、配置位置、形状などは、少なくとも１個の流路５０が形成されていれば良く、特に限定されるものではない。例えば、図５、図６に示したように、４個の切欠溝の形状の流路５０とすることも可能である。さらには、溝形状の流路５０と切欠溝の形状の流路５０とを組み合わせることも可能であり、適宜変更することができる。
【００８１】
そして、この吸引子４２の流路５０に連通するように、吸引子４２の外周側から中心方向に延びる半径方向の流路５２が形成されている。そして、この半径方向の流路５２に連通するように、吸引子４２の中間部分４２ｄには、吸引子４２の中心部に形成された軸方向の流路、すなわち、第２のポート５４が形成されている。
【００８２】
また、第２のポート５４の中間には、段部５４ａが形成されており、この段部５４ａ内に、流体中に含まれる塵埃などが通過するのを防止するための第２のフィルター５６が、例えば、Ｃリングなどの留め具５８によって固定されている。
【００８３】
なお、第２の弁本体１６と吸引子４２との間は、吸引子４２の中間部分４２ｄの下方に形成されたシール溝部４２ｅに、例えば、Ｏリングなどのシール部材６０によって気密に分離されている。
【００８４】
このように構成することによって、図１、図２の矢印Ｂで示したように、弁座部材２０の第１のポート２６から流入したシステム流体が、弁座部材２０とプランジャー４０の間に形成された弁室６２から、プランジャー４０の先端部４０ｂの外周に形成された溝形状の流路４８を通り、プランジャー４０の小径の基端部４０ａの外周に至るように構成されている。
【００８５】
さらに、システム流体が、吸引子４２のプランジャー４０の側の先端部４２ｃの外周に形成された軸方向の流路５０、吸引子４２の半径方向の流路５２を通り、吸引子４２の中心部に形成された軸方向の第２のポート５４に至るシステム流路８０が形成されている。
【００８６】
なお、この実施例では、第１のポート２６から流体が流入し、第２のポート５４から流体が流出するように構成したが、逆に、第２のポート５４から流体が流入し、第１のポート２６から流体が流出するように構成することも可能である。
【００８７】
さらに、図１、図２に示したように、巻線が巻装されたコイルボビン６４を備えている。すなわち、このコイルボビン６４は、略円筒形状のコイルボビン本体６４ａと、このコイルボビン本体６４ａから、上下に一定間隔離間して、外方に突設するフランジ部６４ｂとを備えている。
そして、これらのコイルボビン本体６４ａと、フランジ部６４ｂとで形成される、断面略コ字形状に画成された巻き付け部６４ｃに、巻線が巻装されて電磁コイル６６が形成されている。さらに、この電磁コイル６６は、モールド樹脂６１によって、コイルボビン６４と一体化されている。
【００８８】
また、コイルボビン６４のコイルボビン本体６４ａにおいて、上方に延設した上方延設部６４ｄと、下方に延設した下方延設部６４ｅに、外函部材６８が固定されている。
この外函部材６８は、上板部と側板部からなる外函部材本体６８ａと、底板部材６８ｂとから構成されている。そして、これらの部材を、例えば、かしめ、圧入などによって固着することによって、断面略ロ字形状の外函部材６８が構成されている。
【００８９】
そして、このように構成されるコイルボビン６４が、第１の弁本体１４と第２の弁本体１６との間に、外函部材６８とともに、第１の弁本体１４と第２の弁本体１６の内周側に、挟持するように固定されている。
【００９０】
すなわち、第１の弁本体１４と弁座部材２０とは、締結ネジ２０ｂに、締結ナット２２を締め付けることによって固定されている。
また、第２の弁本体１６と吸引子４２とは、締結ネジ４２ｂに、締結ナット４６を締め付けることによって固定されている。
【００９１】
さらに、これらの弁座部材２０と吸引子４２とは、プランジャーチューブ３８を介して固定されている。
従って、コイルボビン６４が、第１の弁本体１４と第２の弁本体１６との間に、外函部材６８とともに、第１の弁本体１４と第２の弁本体１６の内周側に、挟持するように固定され、これにより、制御弁１０が一体的に固定状態で組み立てられる。
【００９２】
なお、第１の弁本体１４とコイルボビン６４との間は、例えば、Ｏリングなどのシール部材７０によって気密に分離され、第２の弁本体１６とコイルボビン６４との間は、例えば、Ｏリングなどのシール部材７２によって気密に分離されている。
【００９３】
また、図１〜図３に示したように、第１の弁本体１４の側部には、一端が外部に開口して、半径方向に中心部に向かって、すなわち、弁座部材２０に向かって延びるように形成された第１の温媒ポート７４が形成されている。
【００９４】
この第１の温媒ポート７４の半径方向内側の端部に連通するように、温媒流路７６が形成されている。すなわち、この温媒流路７６は、プランジャーチューブ３８の外周と、コイルボビン６４のコイルボビン本体６４ａとの間で、軸方向に延びる間隙から形成されている。
そして、温媒流路７６の下端は、第２の弁本体１６において、吸引子４２の中間部分４２ｄの下端近傍まで延びている。
【００９５】
また、第２の弁本体１６には、吸引子４２の中間部分４２ｄの外周側から、第２の弁本体１６の側部に至り外部に開口した半径方向に延びる第２の温媒ポート７８が形成されている。そして、この第２の温媒ポート７８は、軸方向に延びる温媒流路７６と連通するように形成されている。
これにより、弁座３０と駆動部３６の外周側に温媒流路７６が形成されている。
【００９６】
具体的には、温媒流路７６は、図１、図２の矢印Ｃで示したように、第１の温媒ポート７４から流入した温媒が、弁座３０が形成されている弁座部材２０の外周の間隙Ｓ１から、プランジャーチューブ３８の外周の間隙Ｓ２（すなわち、コイルボビン６４の内周とプランジャーチューブ３８の外周との間の間隙Ｓ２）を通り、吸引子４２の外周の間隙Ｓ３に至り、第２の温媒ポート７８に連通するように形成されている。
【００９７】
従って、弁座３０、弁体４４、プランジャー４０、吸引子４２の外周側に温媒流路７６が形成されていることになる。これにより、温媒流体の熱を効率良く、制御弁１０の弁座３０、弁体４４、プランジャー４０、吸引子４２などの駆動部３６に伝熱させることできる。
【００９８】
従って、これらの部材に水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【００９９】
また、この場合、プランジャーチューブ３８の外周に接するように温媒流路７６が形成されているので、温媒流路７６を流れる温媒流体の熱は、温媒流路７６を流れる温媒流体の熱は、吸引子４２に対しては、直接伝熱することができる。
一方、弁座部材２０の弁座３０に対しては、温媒流路７６に露出する部分に対しては、直接伝熱され、プランジャーチューブ３８に覆われている部分に対しては、プランジャーチューブ３８を介して間接的に伝熱することができる。
【０１００】
また、温媒流路７６を流れる温媒流体の熱は、プランジャー４０に対しては、プランジャーチューブ３８を介して間接的に伝熱することができる。
このように、温媒流路７６を流れる温媒流体の熱は、プランジャーチューブ３８に覆われている弁座部材２０の弁座３０に対して、および、プランジャー４０に対して、プランジャーチューブ３８を介して間接的に伝熱されるが、プランジャーチューブ３８を介して、速やかに伝熱させることができる。
【０１０１】
また、弁座部材２０の第１のポート２６に配設された第１のフィルター３２、吸引子４２の第２のポート５４に配設された第２のフィルター５６に付着する水分による凍結に対して、弁座部材２０、吸引子４２を介して、温媒流路７６を流れる温媒の熱を伝熱することができ、凍結によるフィルターの目詰まりを防止することができる。
【０１０２】
従って、システム停止後に低温下に放置することによりシステム流路内に付着、残留した水が凍結することによって引き起こされる凍結固着や凍結閉塞が発生しても、効率良く、速やかに解凍することができ、また、低温下での運転においても、運転中の凍結固着および凍結閉塞を防止することができる。
【０１０３】
なお、温媒流路７６を流れる温媒の流れる方向は、何ら限定されるものではなく、第２の温媒ポート７８から流入して、第１の温媒ポート７４から流出するようにすることも可能である。
【０１０４】
また、第１の弁本体１４と弁座部材２０との間は、シール部材２４によって気密に分離され、第２の弁本体１６と吸引子４２との間は、シール部材６０によって気密に分離されている。
また、第１の弁本体１４とコイルボビン６４との間は、シール部材７０によって気密に分離されている。さらに、第２の弁本体１６とコイルボビン６４との間は、シール部材７２によって気密に分離されている。
【０１０５】
従って、温媒流路７６は、外部、ならびにシステム流路８０とシールされていることになり、温媒流路７６によって効率的に伝熱することができる。
その結果、システム流路８０を流れるシステム流体や、外部の影響を受けず、水分が付着して凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さい制御弁を提供することができる。
【０１０６】
さらに、例えば、燃料電池システムの停止の際に、空気、窒素ガスなどの不活性ガスやシステム流体などによるパージ運転を行うことにより、制御弁１０内に滞留している水、プランジャー４０とプランジャーチューブ３８との間に滞留している水は、先ず、弁室６２から、プランジャー４０の先端部４０ｂの外周に形成された溝形状の流路４８に至る。
そして、吸引子４２のプランジャー４０の側の先端部４２ｃの外周に形成された軸方向の流路５０を通過する。さらに、吸引子４２の半径方向の流路５２を通り、吸引子４２の中心部に形成された軸方向の第２のポート５４に至るシステム流路８０を介して押し出すことができる。
【０１０７】
従って、水が付着、残留し難く、温媒流体による解凍を効率良く行え、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができ、温度変化による弁特性の変化が小さく、水が付着、残留し難い制御弁１０を提供することができる。
【０１０８】
このように構成される本発明の制御弁１０では、電磁コイル６６に通電することによって、プランジャーバネ３１の付勢力に抗して、プランジャー４０が吸引子４２の方向に移動し、プランジャー４０が下方に移動して、プランジャー４０の先端部４０ｂの中心の弁体４４が、弁座３０から離間して、弁座３０に形成された弁ポート２８が開放されるようになっている。
【０１０９】
一方、電磁コイル６６への通電を停止することによって、プランジャーバネ３１の付勢力によって、プランジャー４０が吸引子４２から離間する方向に移動し、プランジャー４０が上方に移動して、プランジャー４０の先端部４０ｂの中心の弁体４４が、弁座３０に当接して、弁座３０に形成された弁ポート２８が閉止されるようになっている。
【実施例２】
【０１１０】
図７は、本発明の別の実施例の制御弁である電磁弁の概略を示す縦断面図、図８は、図７の制御弁のＡ−Ａ線での断面図である。
【０１１１】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図６に示した実施例１の制御弁１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１２】
この実施例の制御弁１０では、図７、図８に示したように、弁座部材２０の外周の間隙Ｓ１から、プランジャーチューブ３８の外周の間隙Ｓ２の一部に、第１の装着用凹部８２が形成されている。そして、この第１の装着用凹部８２内に、第１の温媒流路形成部材８４が装着されている。
【０１１３】
同様に、プランジャーチューブ３８の外周の間隙Ｓ２の一部と、吸引子４２の外周の間隙Ｓ３に第２の装着用凹部８６が形成されている。そして、この第２の装着用凹部８６内に、第２の温媒流路形成部材８８が装着されている。
【０１１４】
また、第１の装着用凹部８２内に装着された第１の温媒流路形成部材８４と、第２の装着用凹部８６内に装着された第２の温媒流路形成部材８８との間は、温媒流路７６の一部を形成する離間した空間Ｓ４となっている。
【０１１５】
そして、この実施例では、これらの第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８とは、多孔質部材から構成されており、これにより、温媒流路７６の一部を形成するように構成されている。
【０１１６】
また、この実施例では、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８とは、いずれも磁性部材から構成されている。
【０１１７】
このように構成することによって、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８とが、磁性部材から構成されているので、図７の矢印Ｄで示したように、電磁コイル６６、磁性部材からなる第１の温媒流路形成部材８４、プランジャー４０、吸引子４２、磁性部材からなる第２の温媒流路形成部材８８、電磁コイル６６に至る磁気回路が形成されることになる。
【０１１８】
これにより、第１の温媒流路形成部材８４により、電磁コイル６６とプランジャー４０との間の磁気抵抗、および、電磁コイル６６と吸引子４２との間の磁気抵抗を低減することができる。
従って、プランジャー４０の移動、すなわち、弁体４４の開閉に必要な起磁力が小さくなり、電磁コイル６６を小さく設計することができ、その結果、コンパクトで、制御弁を作動させるために必要な消費電力を小さくすることが可能である。
【０１１９】
なお、このような第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８を構成する磁性部材からなる多孔質部材としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＵＳ４３０からなるスチールウール、メッシュ、焼結金属などから構成することができる。
【０１２０】
このように、温媒流路７６の一部、すなわち、第１の装着用凹部８２と第２の装着用凹部８６内に第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８を装着するだけで、流路を形成することができ、コストを低減することができる。
【０１２１】
なお、この実施例の場合には、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８とを、磁性部材から構成したが、もちろん、磁性部材でない材質を選択することも可能である。
【実施例３】
【０１２２】
図９は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図８と同様な断面図、図１０は、図９の制御弁の第１の温媒流路形成部材８４の斜視図、図１１は、本発明の制御弁の別の実施例を示す図８と同様な断面図である。
【０１２３】
この実施例の制御弁１０は、図７〜図８に示した実施例２の制御弁１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１２４】
図７〜図８に示した実施例２の制御弁１０では、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８とは、多孔質部材から構成している。これに対して、この実施例の制御弁１０では、図９、図１０に示したように、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８の内周側に、複数の軸方向に延びる溝形状の流路９０が形成されており、この流路９０によって温媒流路７６の一部を形成するように構成されている。
【０１２５】
なお、この実施例の制御弁１０では、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８の内周側に、複数の溝形状の流路９０が形成したが、図１１に示したように、第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８の外周側に、複数の溝形状の流路９０を形成することもできる。
【０１２６】
さらに、図示しないが、第１の温媒流路形成部材８４には、内周側に流路９０を形成し、第２の温媒流路形成部材８８には、外周側に流路９０を形成するようにすることもできる。また、その逆に、第１の温媒流路形成部材８４には、外周側に流路９０を形成し、第２の温媒流路形成部材８８には、内周側に流路９０を形成することも可能である。
【０１２７】
また、第１の温媒流路形成部材８４、第２の温媒流路形成部材８８のそれぞれに、内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路９０を形成するようにすることも可能である。
【０１２８】
さらに、この実施例の制御弁１０では、複数の軸方向に延びる溝形状の流路９０を形成したが、この溝の形状、数は特に限定されるものではなく、例えば、らせん状に延びる溝形状の流路９０とすることなど適宜変更することができる。
【０１２９】
また、上記の実施例２の制御弁１０と同様に、これらの第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８を、磁性部材から構成することもできる。
【０１３０】
このように構成することによって、これらの第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８の内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路９０を形成するだけで良いので、加工が容易であり、コストを低減することができる。
【０１３１】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、これらの第１の温媒流路形成部材８４と第２の温媒流路形成部材８８を、実施例２の制御弁１０のような多孔質部材と、実施例３のような内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路９０が形成された温媒流路形成部材との組み合わせで構成することもできる。
【０１３２】
また、図１２に示したように、内周側または外周側に、実施例２の制御弁１０のような多孔質部材を配置し、その外周側または内周側に、実施例３のような内周側または外周側の少なくとも一方側に溝形状の流路９０が形成された温媒流路形成部材を配置することも可能である。
【０１３３】
さらに、上記の実施例では、システム流体が、吸引子４２のプランジャー４０の側の先端部４２ｃの外周に形成された軸方向の流路５０、吸引子４２の半径方向の流路５２を通り、吸引子４２の中心部に形成された軸方向の第２のポート５４に至るシステム流路８０が形成されている制御弁１０について適用した。
【０１３４】
しかしながら、吸引子４２にシステム流路が形成されていない、通常の制御弁、さらには、湿潤流体が流れる弁室と、プランジャーなどが収容された駆動部とをダイアフラムによって分離し、駆動空間と制御弁外部とを連通する連通路が吸引子に設けられた制御弁にも適用することができる。
【０１３５】
また、上記実施例では、燃料電池自動車の燃料電池システムにおける湿潤流体流路に配置される制御弁について説明したが、例えば、エアコンなどの冷熱回路の制御弁、給湯器、プラントなどの制御弁にも適用可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
流体を制御する制御弁に関し、例えば、燃料電池システムの湿潤流体流路に配置され、湿潤流体を制御するのに好適な制御弁に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０    制御弁
１１    吸引子装着用開口部
１２    弁本体
１４    第１の弁本体
１４ａ    段部
１４ｂ    装着孔
１４ｃ    締結用凹部
１６    第２の弁本体
１６ａ    締結用凹部
１８    弁座装着用開口部
２０    弁座部材
２０ａ    基端部
２０ｂ    締結ネジ
２０ｃ    大径部
２０ｄ    シール溝部
２２    締結ナット
２４    シール部材
２６    ポート
２６ａ    段部
２８    弁ポート
３０    弁座
３１    プランジャーバネ
３２    フィルター
３４    留め具
３６    駆動部
３８    プランジャーチューブ
４０    プランジャー
４０ａ    基端部
４０ｂ    先端部
４２    吸引子
４２ａ    基端部
４２ｂ    締結ネジ
４２ｃ    先端部
４２ｄ    中間部分
４２ｅ    シール溝部
４４    弁体
４６    締結ナット
４８    流路
５０    流路
５２    流路
５４    第のポート
５４ａ    段部
５６    フィルター
５８    留め具
６０    シール部材
６１    モールド樹脂
６２    弁室
６４    コイルボビン
６４ａ    コイルボビン本体
６４ｂ    フランジ部
６４ｃ    巻き付け部
６４ｄ    上方延設部
６４ｅ    下方延設部
６６    電磁コイル
６８    外函部材
６８ａ    外函部材本体
６８ｂ    底板部材６８ｂ
７０    シール部材
７２    シール部材
７４    第１の温媒ポート
７６    温媒流路
７８    第２の温媒ポート
８０    システム流路
８２    装着用凹部
８４    温媒流路形成部材
８６    装着用凹部
８８    温媒流路形成部材
９０    流路
１００    制御弁
１０２    弁本体
１０４    入口ポート
１０５    出口ポート
１０６    弁ポート
１０８    弁座
１１０    弁室
１１２    駆動部
１１４    締結部材
１１６    プランジャーチューブ
１１８    プランジャー
１２０    吸引子
１２２    プランジャーバネ
１２４    インサート金具
１２６    弁棒部材
１３０    締結ネジ
１３２    ナット
１３４    外函部材
１３６    電磁コイル
１４０    駆動空間
１４２    ダイアフラム弁体
１４４    分離膜部
１４６    弁体部
１４８    固定部
１５０    固定金具
１５２    テーパー面
２００    制御弁
２０２    ダイアフラム
２０４    弁室
２０６    駆動部
２０８    弁本体
２１０    温媒流路
２１２    弁体
２１４    弁座部
Ｓ１    間隙
Ｓ２    間隙
Ｓ３    間隙
Ｓ４    空間
ΔＰ    圧力変化
φＦ    有効受圧径
【図１】
2014062579.tif 000003
【図２】
2014062579.tif 000004
【図３】
2014062579.tif 000005
【図４】
2014062579.tif 000006
【図５】
2014062579.tif 000007
【図６】
2014062579.tif 000008
【図７】
2014062579.tif 000009
【図８】
2014062579.tif 000010
【図９】
2014062579.tif 000011
【図１０】
2014062579.tif 000012
【図１１】
2014062579.tif 000013
【図１２】
2014062579.tif 000014
【図１３】
2014062579.tif 000015
【図１４】
2014062579.tif 000016