(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する弁ポートが形成された弁座部と、
流体を制御弁に供給するための流体供給流路と、流体を制御弁から排出するための流体排出流路とから構成される流体流路が形成された弁ハウジングとを備え、
前記弁座部に対して弁体が離接する方向に移動して、弁体が弁座部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、
前記弁ハウジングと弁座部との間に形成された加温空間であって、温媒流体によって、加温空間内に一部が露出する弁座部を直接加温する加温空間と、
前記弁ハウジングに形成され、前記加温空間に温媒流体を供給する温媒流体供給流路と、
前記弁ハウジングに形成され、前記加温空間から温媒流体を排出する温媒流体排出流路とを備え、
前記弁ハウジングに、弁本体装着凹部が形成され、
前記弁本体装着凹部が、上方に弁室を形成する上方凹部と、下方に加温空間を形成する下方凹部を備えており
前記弁室と加温空間とが、弁座部、または、固定部材によって、分離され、
前記流体流路と加温空間とを気密に分離するシール部が形成されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記加温空間が、弁座部の弁ポートの近傍まで延設されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記加温空間の弁座側の伝熱面が、弁ポートに向かって傾斜したテーパー面形状であることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の制御弁。
【請求項４】
前記加温空間の伝熱面が、凹凸形状であ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】
前記温媒流体供給流路の加温空間に開口する開口端が、前記弁座部に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御弁。
【請求項６】
前記シール部が、加温空間を形成する弁ハウジングと弁座部との間に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御弁。
【請求項７】
前記シール部が、流体供給流路側に配置されたシール部材から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の制御弁。
【請求項８】
前記シール部が、流体排出流路側に配置されたシール部材から構成されていることを特徴とする請求項６から７のいずれかに記載の制御弁。
【請求項９】
前記弁ハウジングが、弁座部より熱伝導率の低い材料から形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の制御弁。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の制御弁を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【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、および制御弁を用いた燃料電池システムに関する。
【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、プランジャーの先端に形成した弁体と、弁座部に形成した弁ポートなど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した場合には、弁体と、弁座部に形成した弁ポートなどに付着した水分が凍結することにより、流路を閉塞したり、プランジャーが駆動部の通常の駆動力では駆動できなくなる。その結果、制御弁内部の流体の流れが阻害されたり、弁体が、弁座部に形成した弁ポートに対して離接することができず、作動不能となるおそれがある。このため、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（特開平２−２８３９８７号公報）では、制御弁の周囲に温媒流体を流すための温媒流路を構成するジャケットを形成して、制御弁全体を暖める方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００６−１５３２２３号公報）では、制御弁の弁ハウジングに、システム流体用の流路に加え、弁ハウジングを加温可能な温媒流体を流す温媒流路を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２８３９８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の制御弁では、弁全体を暖めるために効率が悪く、弁座を効果的に暖めることができない。また、制御弁の周囲に温媒流体を流すための温媒流路を構成するジャケットを形成しなければならず、複雑な構成となるとともに、制御弁自体が大型化してしまうことにもなる。
【０００８】
また、特許文献２の制御弁では、制御弁の弁座部と温媒流路とが離れているため、温媒流体の熱が、ハウジングを介して、弁座部に伝熱するので、温媒流路を流れる温媒流体の熱が、ハウジング側に逃げるので、温媒流体の熱を効率良く弁座部に伝えることができなかった。その結果、弁座部を温めるために、時間を要することになり、例えば、制御弁の弁座部を速やかに温めることができず、弁の作動に時間を要することになる。その結果、制御弁を用いているシステムの作動に影響を及ぼすことになる。そのため、最悪の場合、システムの起動ができなくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、このような現状に鑑み、弁体と、弁座部に形成した弁ポートなどに付着した水分が凍結して、弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができるとともに、制御弁の弁座部を温めたい時に、速やかに弁座部を温めることができ、弁の作動を瞬時に行え、その結果、制御弁を用いているシステムも瞬時に起動できる制御弁、および制御弁を用いた燃料電池システム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】
【００１０】
本発明は、前述したような従来技術における課題及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が形成された弁座部と、
流体を制御弁に供給するための流体供給流路と、流体を制御弁から排出するための流体排出流路とから構成される流体流路が形成された弁ハウジングとを備え、
前記弁座部に対して弁体が離接する方向に移動して、弁体が弁座部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、
前記弁ハウジングと弁座部との間に形成された加温空間であって、温媒流体によって、加温空間内に一部が露出する弁座部を直接加温する加温空間と、
前記弁ハウジングに形成され、前記加温空間に温媒流体を供給する温媒流体供給流路と、
前記弁ハウジングに形成され、前記加温空間から温媒流体を排出する温媒流体排出流路とを備え、
前記弁ハウジングに、弁本体装着凹部が形成され、
前記弁本体装着凹部が、上方に弁室を形成する上方凹部と、下方に加温空間を形成する下方凹部を備えており
前記弁室と加温空間とが、弁座部、または、固定部材によって、分離され、
前記流体流路と加温空間とを気密に分離するシール部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することによって、弁ハウジングに形成された温媒流体供給流路を介して、弁ハウジングと弁座部との間に形成された加温空間に、温媒流体が供給され、この温媒流体により弁座部を直接速やかに加温することができる。
【００１２】
従って、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部を直接速やかに加温するので、弁体と、弁座部に形成した弁ポートなどに付着した水分が凍結して、流路を閉塞したり、プランジャーが駆動できなくなるなどの弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができる。
【００１３】
これにより、確実に作動が可能な制御弁、および制御弁を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【００１４】
また、流体流路と加温空間とを気密に分離するシール部が形成されているので、加温空間を流れる温媒流体が、例えば、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁に供給するための流体供給流路、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁から排出するための流体排出流路などに漏洩することがない。
【００１５】
これにより、加温空間を流れる温媒流体による弁座部に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の制御弁は、前記加温空間が、弁座部の弁ポートの近傍まで延設されていることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することによって、弁座部の弁ポートの近傍まで加温空間が延設されているので、弁座部の中でも最も温めたい弁ポートを効率良く、短時間で加温することができる。
【００１８】
また、本発明の制御弁は、前記加温空間の弁座側の伝熱面が、弁ポートに向かって傾斜したテーパー面形状であることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することによって、加温空間の弁座側の伝熱面が、弁ポートに向かって傾斜したテーパー面形状であるので、伝熱面積が大きくなり、温媒流体の熱を弁座部に効率良く伝熱することができる。
【００２０】
また、本発明の制御弁は、前記加温空間の伝熱面が、凹凸形状であることを特徴とする。
【００２１】
このように構成することによって、加温空間の伝熱面が、例えば、蛇腹形状、エンボス形状などの凹凸形状であるので、伝熱面積が大きくなり、温媒流体の熱を弁座部に効率良く伝熱することができる。
【００２２】
また、本発明の制御弁は、前記温媒流体供給流路の加温空間に開口する開口端が、前記弁座部に対向するように配置されていることを特徴とする。
【００２３】
このように構成することによって、温媒流体供給流路を介して、加温空間に供給された温媒流体が弁座部に向かって流れやすくなるため、温媒流体の熱を弁座部に効率良く伝熱することができる。
【００２４】
また、本発明の制御弁は、前記シール部が、加温空間を形成する弁ハウジングと弁座部との間に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
このように構成することによって、加温空間を形成する弁ハウジングと弁座部との間から、加温空間を流れる温媒流体が、例えば、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁に供給するための流体供給流路、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁から排出するための流体排出流路、弁室などに漏洩することがない。
【００２６】
これにより、加温空間を流れる温媒流体による弁座部に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００２７】
また、本発明の制御弁は、前記シール部が、流体供給流路側に配置されたシール部材から構成されていることを特徴とする。
【００２８】
このようにシール部が、流体供給流路側に配置されたシール部材から構成されているので、加温空間を形成する弁ハウジングと弁座部との間から加温空間を流れる温媒流体が、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁に供給するための流体供給流路に漏洩することがない。
【００２９】
これにより、加温空間を流れる温媒流体による弁座部に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００３０】
また、シール部材によって、弁座部と弁ハウジングの間に隙間が形成されることになるので、この隙間において熱伝達率が小さくなり、弁座部から弁ハウジングへの伝熱が少なくなり、（すなわち、熱が弁ハウジング側に逃げることが少なくなり）その結果、弁座部を効率的に加温することができる。
【００３１】
また、シール部材が、例えば、ゴム、耐熱性を有するフッ素樹脂などの熱伝導率の低いＯリングなどのシール部材で構成されていれば、弁座部と弁ハウジングの間に隙間が形成されるだけでなく、シール部材の熱伝導率の低さに起因して、弁座部と弁ハウジングが熱的に分離される。その結果、弁座部をより効率的に加温することができる。
【００３２】
また、本発明の制御弁は、前記シール部が、流体排出流路側に配置されたシール部材から構成されていることを特徴とする。
【００３３】
このようにシール部が、流体排出流路側に配置されたシール部材から構成されているので、加温空間を形成する弁ハウジングと弁座部との間から加温空間を流れる温媒流体が、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁から排出するための流体排出流路に漏洩することがない。
【００３４】
これにより、加温空間を流れる温媒流体による弁座部に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００３５】
また、シール部材によって、弁座部と弁ハウジングの間に隙間が形成されることになるので、この隙間において熱伝達率が小さくなり、弁座部から弁ハウジングへの伝熱が少なくなり、（すなわち、熱が弁ハウジング側に逃げることが少なくなり）その結果、弁座部を効率的に加温することができる。
【００３６】
また、シール部材が、例えば、ゴム、耐熱性を有するフッ素樹脂などの熱伝導率の低いＯリングなどのシール部材で構成されていれば、弁座部と弁ハウジングの間に隙間が形成されだけでなく、シール部材の熱伝導率の低さに起因して、弁座部と弁ハウジングが熱的に分離される。その結果、弁座部をより効率的に加温することができる。
【００３７】
また、本発明の制御弁は、前記弁ハウジングが、弁座部より熱伝導率の低い材料から形成されていることを特徴とする。
【００３８】
このように、弁ハウジングが、弁座部より熱伝導率の低い材料から形成されているので、温媒流体の熱が、弁ハウジングへ伝熱し難くなるため、温媒流体の熱を効率良く弁座部に伝熱することができる。
【００３９】
また、本発明の制御弁は、前記温媒流体が、不凍液から構成されていることを特徴とする。
【００４０】
このように温媒流体が、不凍液から構成されているので、低温下でも温媒流体は凍結しないので、低温環境下においても温媒流体を加温空間に流すことができ、温媒流体の熱を弁座部に効率良く伝熱することができる。
【００４１】
また、本発明の燃料電池システムは、前述のいずれかに記載の制御弁を、燃料電池システムの湿潤流体流路の排出流路に配置したことを特徴とする。
【００４２】
このように構成することによって、低温下でも確実に作動が可能な制御弁を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【００４３】
また、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部を直接速やかに加温するので、制御弁の弁座部を温めたい時に、速やかに弁座部を温めることができ、弁の作動を瞬時に行え、その結果、制御弁を用いているシステムも瞬時に起動できる。
【００４４】
すなわち、低温起動時には、弁作動をシステム起動後の限られた時間内に行わなければならないが、システム起動直後は、温媒流体の熱量が限られている。しかしながら、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部を直接速やかに加温するので、この限られた熱量を主要部である弁座部に集中させることが可能となり、弁座部周辺で凍結が生じていても、速やかに制御弁を作動することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、弁ハウジングに形成された温媒流体供給流路を介して、弁ハウジングと弁座部との間に形成された加温空間に、温媒流体が供給され、この温媒流体により弁座部を直接速やかに加温することができる。
【００４６】
従って、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部を直接速やかに加温するので、弁体と、弁座部に形成した弁ポートなどに付着した水分が凍結して、流路を閉塞したり、プランジャーが駆動できなくなるなどの弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができる。
【００４７】
また、流体流路と加温空間とを気密に分離するシール部が形成されているので、加温空間を流れる温媒流体が、例えば、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁に供給するための流体供給流路、弁ハウジングに形成された、流体を制御弁から排出するための流体排出流路、弁室などに漏洩することがない。
【００４８】
これにより、加温空間を流れる温媒流体による弁座部に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００４９】
さらには、制御弁の弁座部を温めたい時に、速やかに弁座部を温めることができ、弁の作動を瞬時に行え、その結果、制御弁を用いているシステムも瞬時に起動できる。
【００５０】
すなわち、低温起動時には、弁作動をシステム起動後の限られた時間内に行わなければならないが、システム起動直後は、温媒流体の熱量が限られている。しかしながら、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部を直接速やかに加温するので、この限られた熱量を主要部である弁座部に集中させることが可能となり、弁座部周辺で凍結が生じていても、速やかに制御弁を作動することができる。
【００５１】
これにより、確実に作動が可能な制御弁、および制御弁を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の制御弁の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【図３】図３は、図２のＢ部分の部分拡大断面図である。
【図４】図４は、温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の別の配置を説明する縦断面図である。
【図５】図５は、温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の別の配置を説明する概略平面図である。
【図６】図６は、本発明の制御弁が適用される燃料電池システムの概略図である。
【図７】図７は、本発明の制御弁の別の実施例の縦断面図である。
【図８】図８は、図７の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【図９】図９は、図８のＢ部分の部分拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の制御弁の別の実施例の縦断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
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】
【００５４】
図１は、本発明の制御弁の縦断面図、図２は、図１の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図、図３は、図２のＢ部分の部分拡大断面図、図４は、温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の別の配置を説明する縦断面図、図５は、温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の別の配置を説明する概略平面図、図６は、本発明の制御弁が適用される燃料電池システムの概略図である。
【００５５】
図１〜図３において、符号１０は、全体で本発明の制御弁を示している。
【００５６】
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、後述するように、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。
【００５７】
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、上本体１４と下本体１６とから構成されている。そして、これらの上本体１４と下本体１６とは、かしめ加工などによって相互に固着されている。
【００５８】
また、下本体１６には、流体が流入する第１のポート１８と、流体が流出する第２のポート２０と、この第１のポート１８から流入した流体が通過する弁ポート２２が形成された弁座部２４と、弁室２６とが形成されている。
【００５９】
なお、この実施例では、第１のポート１８から流体が流入し、第２のポート２０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２０から流体が流入し、第１のポート１８から流体が流出するように構成することも可能である。
【００６０】
この弁本体１２の上本体１４の上部には、駆動部２８が、固定されており、この駆動部２８は、プランジャーチューブ３０を備えており、プランジャーチューブ３０の下端を上本体１４の内径部に、例えば、ろう付け、溶着などにより固定している。
【００６１】
そして、このプランジャーチューブ３０の内部に、プランジャー３２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３０の上端部には、吸引子３４が装着されている。
【００６２】
また、プランジャー３２と吸引子３４との間に、プランジャーバネ３６が圧縮状態で介装され、プランジャー３２を吸引子３４から離間する方向に付勢するように構成されている。
【００６３】
さらに、プランジャー３２の下端には、インサート金具３８と一体の弁棒部材４０が固着されている。
【００６４】
一方、プランジャーチューブ３０の外周には、吸引子３４の上部に形成された締結ネジ４２に、ナット４４を締め付けることによって、電磁コイル４６が外函部材４８とともに固定されている。
【００６５】
さらに、弁棒部材４０の下端には、弁室２６と駆動部２８に形成された駆動空間５０との間を気密に分離するための分離膜部材であり、弁体を構成するダイアフラム弁体５２が装着されている。このダイアフラム弁体５２は、分離膜部５４と、弁体部５６とを備えており、分離膜部５４の外周部に形成した固定部５８を、弁本体１２の上本体１４と下本体１６との間に介装した略リング形状の固定部材６０と下本体１６との間で挟持することによって固定されている。
【００６６】
なお、ダイアフラム弁体５２を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、耐熱性、耐圧性などを考慮して、例えば、ゴム、フッ素樹脂などの樹脂を適宜変更して用いることができる。
【００６７】
また、弁本体１２は、弁ハウジング６２に形成した弁本体装着凹部６４に装着され、外函部材４８に形成した締結用フランジ６６により、締結ボルト６８によって、弁ハウジング６２に固定されている。
【００６８】
すなわち、弁本体装着凹部６４は、上方に上方凹部７０を備えており、この上方凹部７０に、弁本体１２の上本体１４が装着されている。そして、この弁ハウジング６２の上方凹部７０と、弁本体１２の上本体１４との間には、上本体１４に形成されたシール溝１４ａ内に、Ｏリングなどのシール部材７２が装着されている。
【００６９】
また、弁本体装着凹部６４は、下方に下方凹部７４を備えており、この下方凹部７４に、弁座部２４の弁ポート２２から半径方向外側に延設された側方延設部７６が装着されている。この弁ハウジング６２の下方凹部７４と、弁座部２４の側方延設部７６との間には、弁座部２４の側方延設部７６の外周に形成されたシール溝７６ａ内に、Ｏリングなどのシール部材７６ｂが装着されている。これにより、流体排出流路９０の側に配置された第１のシール部７８を構成している。
【００７０】
さらに、弁本体装着凹部６４は、底部に底部凹部８０を備えており、この底部凹部８０に、弁座部２４の第１のポート１８を形成する下方延設部８２が装着されている。この弁ハウジング６２の底部凹部８０と、弁座部２４の下方延設部８２との間には、この弁座部２４の下方延設部８２の外周に形成されたシール溝８２ａ内に、Ｏリングなどのシール部材８２ｂが装着されている。これにより、流体供給流路８６の側に配置された第２のシール部８４を構成している。
【００７１】
また、弁ハウジング６２には、下本体１６に形成された流体を流入するための第１のポート１８に連通して、流体を制御弁１０に供給するための流体供給流路８６が形成されている。
【００７２】
さらに、弁ハウジング６２には、弁本体装着凹部６４に形成された弁室８８に連通するとともに、下本体１６に形成された流体を流出するための第２のポート２０に連通して、流体を制御弁１０から排出するための流体排出流路９０が形成されている。これらの流体供給流路８６、流体排出流路９０とで流体流路が構成されている。
【００７３】
このように、第１のシール部７８と第２のシール部８４とが構成されていることによって、加温空間９２を形成する弁ハウジング６２と弁座部２４との間から、後述するように、加温空間９２を流れる温媒流体が、例えば、弁ハウジング６２に形成された流体を制御弁１０に供給するための流体供給流路８６、弁ハウジング６２に形成された流体を制御弁１０から排出するための流体排出流路９０、弁室８８などに漏洩することがない。
【００７４】
これにより、加温空間９２を流れる温媒流体による弁座部２４に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁１０を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００７５】
なお、シール部８４の形成の方法は、特に限定されるものではないが、例えば、圧入、溶着、ろう付け、接着、または、金属製のシール部材により形成することもできる。
【００７６】
また、第１のシール部７８が、弁ハウジング６２に形成された、流体を制御弁１０から排出するための流体排出流路９０と、加温空間９２との間をシールするためのシール部を構成している。すなわち、第１のシール部７８が、流体排出流路９０側に配置されたシール部材７６ｂから構成されている。
【００７７】
このように構成することによって、加温空間９２を形成する弁ハウジング６２と弁座部２４との間から加温空間９２を流れる温媒流体が、弁ハウジング６２に形成された流体を制御弁１０から排出するための流体排出流路９０に漏洩することがない。
【００７８】
これにより、加温空間９２を流れる温媒流体による弁座部２４に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁１０を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００７９】
また、第２のシール部８４が、弁ハウジング６２に形成された、流体を制御弁１０に供給するための流体供給流路８６と、加温空間９２との間をシールするためのシール部を構成している。すなわち、第２のシール部８４が、流体供給流路８６側に配置されたシール部材８２ｂから構成されている。
【００８０】
このように構成することによって、加温空間９２を形成する弁ハウジング６２と弁座部２４との間から加温空間９２を流れる温媒流体が、弁ハウジング６２に形成された、流体を制御弁に供給するための流体供給流路８６に漏洩することがない。
【００８１】
これにより、加温空間９２を流れる温媒流体による弁座部２４に対する伝熱効果が低下することがなく、しかも、制御弁１０を使用しているシステムの流体に温媒流体が混入するのを防止することができる。
【００８２】
また、シール部材７６ｂ、シール部材８２ｂが、例えば、ゴム、耐熱性を有するフッ素樹脂などの熱伝導率の低いＯリングなどのシール部材で構成されていれば、弁座部２４と弁ハウジング６２の間に隙間が形成されることになる。従って、弁座部２４と弁ハウジング６２とが熱的に分離されるだけでなく、この隙間において熱伝達率が小さくなり、弁座部２４から弁ハウジング６２への伝熱が少なくなる（すなわち、熱が弁ハウジング６２側に逃げることが少なくなる）。その結果、弁座部２４を効率的に加温することができる。
【００８３】
また、図１、図２に示したように、弁ハウジング６２と弁座部２４との間には、温媒流体によって弁座部２４を加温するための加温空間９２が形成されている。
【００８４】
すなわち、この加温空間９２は、図３の拡大図に示したように、弁ハウジング６２の弁本体装着凹部６４の底部凹部８０の側壁を構成する外周壁８０ａと、弁ハウジング６２の弁本体装着凹部６４の下方凹部７４の内周壁７４ａと、弁座部２４の側方延設部７６の内周側に形成された加温空間用凹部９４とから形成されている。
【００８５】
さらに、加温空間９２は、弁座部２４の弁ポート２２の近傍を、図示しないが、平面視で環状に取り囲むように形成されている。また、図３の拡大図に示したように、弁座部２４の加温空間用凹部９４の外周側壁９４ａと、上部壁９４ｂと、内周側壁９４ｃとで、温媒流体によって弁座部２４を加温する伝熱面を形成している。
【００８６】
また、図３の拡大図に示したように、加温空間９２は、弁座部２４の弁ポート２２の近傍まで延設されているとともに、加温空間９２の弁座部２４の側の伝熱面である外周側壁９４ａが、弁ポート２２に向かって傾斜したテーパー面形状となるように構成されている。
【００８７】
このように構成することによって、弁座部２４の弁ポート２２の近傍まで加温空間９２が延設されているので、弁座部２４の中でも最も温めたい弁ポート２２を効率良く、短時間で加温することができる。また、加温空間９２の弁座部２４の側の伝熱面である外周側壁９４ａが、弁ポート２２に向かって傾斜したテーパー面形状であるので、伝熱面積が大きくなり、温媒流体の熱を弁座部２４に効率良く伝熱することができる。
【００８８】
なお、図３の拡大図に示したように、加温空間９２の弁座部２４の側の伝熱面である外周側壁９４ａの傾斜したテーパー面と、弁ハウジング６２の弁本体装着凹部６４の底部凹部８０の側壁を構成する外周壁８０ａとは、略同じ角度に傾斜したテーパー面となっている。
【００８９】
これにより、温媒流体供給流路９６を介して、加温空間９２に供給された温媒流体が、これらのテーパー面に沿って、弁座部２４の弁ポート２２の近傍まで流れやすくなっており、その結果、弁座部２４の中でも最も温めたい弁ポート２２を効率良く、短時間で伝熱することができるように構成されている。
【００９０】
なお、加温空間９２の弁座部２４の側の伝熱面である外周側壁９４ａが、弁ポート２２に向かって傾斜する角度αとしては、特に限定されるものではないが、上記の弁座部２４の弁ポート２２の近傍まで温媒流体が流れやすくするためには、１５°〜４５°、好ましくは、２５°〜３５°とするのが望ましい。
【００９１】
以上のように、加温空間９２は、弁ハウジング６２と弁座部２４との間に形成された加温空間であって、温媒流体によって、加温空間９２内に一部が露出する弁座部２４を直接加温する加温空間を形成している。
【００９２】
一方、図２に示したように、弁ハウジング６２には、流体を制御弁１０に供給するための流体供給流路８６と、流体を制御弁１０から排出するための流体排出流路９０と交差するように、加温空間９２に連通して、加温空間９２に温媒流体を供給する温媒流体供給流路９６と、加温空間９２に連通して、加温空間９２から温媒流体を排出する温媒流体排出流路９８とが形成されている。
【００９３】
なお、流体を供給、排出する流体供給流路８６、流体排出流路９０と、温媒流体を供給、排出する温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８とは、相互に連通しない位置に形成されている。
【００９４】
また、図２、図３に示したように、温媒流体供給流路９６の加温空間９２に開口する開口端９６ａが、弁座部２４に対向するように配置されている。
【００９５】
このように構成することによって、温媒流体供給流路９６を介して、加温空間９２に供給された温媒流体が弁座部２４に向かって流れやすくなるため、温媒流体の熱を弁座部２４に効率良く伝熱することができる。
【００９６】
なお、弁ハウジング６２は、弁座部２４より熱伝導率の低い材料から形成されているのが望ましい。
【００９７】
このように、弁ハウジング６２が、弁座部２４より熱伝導率の低い材料から形成されているので、温媒流体の熱が、弁ハウジング６２へ伝熱し難くなるため、温媒流体の熱を効率良く弁座部２４に伝熱することができる。
【００９８】
このように、弁ハウジング６２を、弁座部２４より熱伝導率の低い材料から形成する組み合わせとしては、特に限定されるものではないが、例えば、下記のような材料の組み合わせが考えられる。
（１）弁座部２４を、アルミニウム、弁ハウジング６２を、例えば、ステンレス鋼とする組み合わせ、
（２）弁座部２４を、アルミニウム、弁ハウジング６２を、樹脂とする組み合わせ、
この場合、使用する樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）といったエンジニアリングプラスチックなどが使用可能である。
（３）弁座部２４を、アルミニウム、弁ハウジング６２を、ゴムとする組み合わせ、
この場合、使用するゴムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）などが使用可能である。
【００９９】
（４）弁座部２４を、アルミニウム、弁ハウジング６２を、セラミックスとする組み合わせ、
この場合、使用するセラミックスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが使用可能である。
【０１００】
（５）弁座部２４を、アルミニウム、弁ハウジング６２を、繊維強化プラスチック（FRP(Fiber Reinforced Plastic)）とする組み合わせ、
この場合、使用する繊維強化プラスチックとしては、特に限定されるものではないが、
例えば、炭素繊維強化プラスチック（CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)）、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)）、ガラス長繊維強化プラスチック(GMT)、アラミド繊維強化プラスチック（AFRP（Aramid Fiber Reinforced Plastic））、ボロン繊維強化プラスチック(BFRP)、ポリエチレン繊維強化プラスチック(DFRP)、ポリ（パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックが使用可能である。
【０１０１】
（６）弁座部２４を、例えば、ステンレス鋼、弁ハウジング６２を、樹脂とする組み合わせ、
この場合、使用する樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）といったエンジニアリングプラスチックなどが使用可能である。
【０１０２】
なお、加温空間９２に供給される温媒流体としては、液体、気体などの流体であれば、特に限定されるものではないが、弁座部２４の弁ポート２２、弁体を構成するダイアフラム弁体５２の弁体部５６の凍結を防止、暖めるためには、温媒流体が、不凍液から構成されているのが望ましい。
【０１０３】
このように温媒流体が、例えば、エチレングリコール水溶液などの不凍液から構成されているので、低温下でも温媒流体は凍結しないので、低温環境下においても温媒流体を加温空間に流すことができ、温媒流体の熱を弁座部２４に効率良く伝熱することができる。
【０１０４】
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４６に通電することによって、プランジャーバネ３６の付勢力に抗して、プランジャー３２が吸引子３４の方向に移動し、プランジャー３２に固着された弁棒部材４０が上方に移動して、弁棒部材４０の下端に装着されたダイアフラム弁体５２の弁体部５６が、弁座部２４から離間して、弁座部２４に形成された弁ポート２２が開放されるようになっている。
【０１０５】
一方、電磁コイル４６への通電を停止することによって、プランジャーバネ３６の付勢力によって、プランジャー３２が吸引子３４から離間する方向に移動し、プランジャー３２に固着された弁棒部材４０が下方に移動して、図１、図２に示したように、弁棒部材４０の下端に装着されたダイアフラム弁体５２の弁体部５６が、弁座部２４に当接して、弁座部２４に形成された弁ポート２２が閉止されるようになっている。
【０１０６】
本発明の制御弁１０では、上記のように構成することによって、弁ハウジング６２に形成された温媒流体供給流路９６を介して、弁ハウジング６２と弁座部２４との間に形成された加温空間９２に、温媒流体が供給され、この温媒流体により弁座部２４を直接速やかに加温することができる。
【０１０７】
従って、加温空間９２に供給された温媒流体により、弁座部２４を直接速やかに加温するので、弁体を構成するダイアフラム弁体５２の弁体部５６と、弁座部２４に形成した弁ポート２２などに付着した水分が凍結して、流路を閉塞したり、プランジャー３２が駆動できなくなるなどの弁機能が阻害されるのを効果的に防止することができる。
【０１０８】
これにより、低温下でも確実に作動が可能な制御弁１０、および制御弁を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【０１０９】
なお、この実施例では、それぞれ１本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８が、加温空間９２に連通するようにしたが、図４に示したように、上下方向に複数本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８をそれぞれ、加温空間９２に連通するようにして、例えば、弁座部２４の弁ポート２２に近い方の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の中を流れる温媒流体の温度を、その他の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８の中を流れる温媒流体の温度よりも、高く設定して、弁座部２４の弁ポート２２の凍結をより効果的に防止することも可能である。
【０１１０】
また、図５（Ａ）に示したように、水平方向に複数本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８をそれぞれ、加温空間９２に連通するようにすることも可能である。また、図５（Ｂ）に示したように、水平方向に複数本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８をそれぞれ、連通孔２４ｂで相互に連通された隔壁２４ａで、複数に区画された加温空間９２に連通するようにすることも可能である。
【０１１１】
さらには、図示しないが、上下方向に複数本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８、水平方向に複数本の温媒流体供給流路９６、温媒流体排出流路９８をそれぞれ、加温空間９２に連通するようにすることも可能である。
【０１１２】
図６は、このように構成される本発明の制御弁１０を用いた燃料電池システム１００の概略図を示している。
【０１１３】
図６に示したように、燃料電池システム１００では、固体高分子型燃料電池本体である燃料電池スタック１０２を備えている。
【０１１４】
この燃料電池スタック１０２には、燃料ガス供給源である水素タンク１０４から、燃料ガスである水素ガスが供給されるアノード（水素極）１０６を備えている。また、燃料電池スタック１０２には、酸化剤ガスである空気が、コンプレッサー１０８を介して供給されるカソード（空気極）１１０が備えられている。
【０１１５】
燃料ガスである水素ガスは、高圧水素ガスとして、水素タンク１０４に貯留されており、水素タンク１０４から供給される高圧水素ガスは、水素圧力調整弁１１２によって、燃料電池の運転圧力まで減圧され、水素供給流路１１４を介して、アノード１０６へ供給される。
【０１１６】
アノード１０６で消費されなかった余剰の水素ガスは、水素循環ポンプ１１６を介して、水素循環流路１１８によって、水素供給流路１１４に還流されて、水素タンク１０４から供給される水素ガスと混合され、アノード１０６へ供給されるようになっている。
【０１１７】
一方、酸化剤ガスとしての空気は、図示しないエアフィルターを介して、コンプレッサー１０８を介して圧縮され、圧縮した空気が、空気供給流路１２０を介して、カソード１１０へ供給されるようになっている。
【０１１８】
そして、カソード１１０で、空気中の酸素が反応に使用され、残りの空気は、空気圧を調整する空気圧力調整弁１２２を介して排出されるようになっている。
【０１１９】
また、燃料電池スタック１０２には、燃料電池スタック１０２の温度を所定の温度に保つために、冷却水などの冷却流体を循環する冷却系が設けられている。すなわち、ラジエーター１２４で冷却された冷却流体が、冷却水ポンプ１２６を介して、冷却流体循環経路１２８、１３０を介して、燃料電池スタック１０２を冷却するように循環される。
【０１２０】
また、水素循環流路１１８には、アノード１０６から排出された燃料排ガスを外部に排出するための排出経路１３２が分岐されており、この排出経路１３２を開閉するための、例えば、電磁弁を用いたパージ弁１３４が配置されている。
【０１２１】
なお、図中、符号１３６は、水捨弁、１３８は、コントロールユニットを示している。
【０１２２】
このコントロールユニットは、例えば、ＣＰＵなどの演算処理装置から構成され、予め記憶装置に別途記憶された種々のデーター、プログラムに基づいて、コンプレッサー１０８、水素圧力調整弁１１２、水素循環ポンプ１１６、空気圧力調整弁１２２、ラジエーター１２４、冷却水ポンプ１２６、パージ弁１３４、水捨弁１３６などの作動を制御するように構成されている。
【０１２３】
本発明の制御弁１０は、このように構成される燃料電池システム１００において、例えば、パージ弁１３４、水捨弁１３６などに適用することができる。
【０１２４】
このように構成することによって、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部２４を直接速やかに加温するので、制御弁１０の弁座部２４を温めたい時に、速やかに弁座部２４を温めることができ、弁の作動を瞬時に行え、その結果、制御弁１０を用いているシステムも瞬時に作動できる。
【０１２５】
すなわち、低温起動時には、弁作動をシステム起動後の限られた時間内に行わなければならないが、システム起動直後は、温媒流体の熱量が限られている。しかしながら、加温空間に供給された温媒流体により、弁座部２４を直接速やかに加温するので、この限られた熱量を主要部である弁座部に集中させることが可能となり、弁座部２４の周辺で凍結が生じていても、速やかに制御弁１０を作動することができる。
【実施例２】
【０１２６】
図７は、本発明の制御弁の別の実施例の縦断面図、図８は、図７の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図、図９は、図８のＢ部分の部分拡大断面図である。
【０１２７】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図３に示した制御弁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。
【０１２８】
この実施例の制御弁１０では、流体供給流路８６から制御弁１０に流入する流体中には、異物などの不純物が含まれる場合があるため、下本体１６に形成された流体を流入するための第１のポート１８の上流側に、フィルター装置１１が装着されている。
【０１２９】
すなわち、弁ハウジング６２の弁本体装着凹部６４の底部凹部８０の下方には、フィルター部材用凹部１３が延設されて形成されており、このフィルター部材用凹部１３に、フィルター装置１１が装着されている。
【０１３０】
フィルター装置１１は、流体供給流路８６から供給された流体を透過させて、流体中の、例えば、ゴミなどの異物を除去するためのフィルター１５が収容されている。
【０１３１】
フィルター１５は、図７、図８に示したように、有底で略円筒形状のフィルター本体１７を備えている。そして、このフィルター本体１７には、図示しないが、複数本の縦枠部材を備えており、これらの縦枠部材の間に形成された開口部１９を覆うようにフィルター本体１７の側周部に装着された、例えば、メッシュなどのフィルター部材２１を備えている。
【０１３２】
なお、フィルター本体１７と下本体１６との間には、シール部材２３が介装されている。
【０１３３】
また、この実施例のフィルター１５では、図７、図８に示したように、フィルター１５の内側底面、すなわち、フィルター本体１７の底部２５の内側底面２７が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されている。
【０１３４】
このようにフィルター本体１７の底部２５の内側底面２７が、外側に向かって下方に傾斜するように形成されているので、フィルター本体１７の底部２５の内側底面２７の傾斜で、水がフィルター１５の内側底面から外に抜けやすくなるように構成されている。
【０１３５】
また、フィルター装置１１は、フィルター部材用凹部１３の底部の開口部に、固定用蓋部材２９を装着することによって、弁ハウジング６２に固定されている。なお、図中、３１は、Ｏリングなどのシール部材を示している。
【０１３６】
また、この実施例の制御弁１０では、図７〜図９に示したように、加温空間９２は、弁ハウジング６２の弁本体装着凹部６４の下方凹部７４の内周壁７４ａと、弁座部２４の下方に形成されたフランジ部３３の上面３５と、弁座部２４の弁ポート２２が形成された部分から底部のフランジ部３３に至る中央部分３７とから形成されている。
【０１３７】
また、この弁座部２４の中央部分３７が、弁座部２４を加温する伝熱面を形成しており、この伝熱面３７が、図９に示したように、縦断面において、例えば、蛇腹形状などの凹凸形状となっている。
【０１３８】
このように構成することによって、加温空間９２の伝熱面である中央部分３７が、蛇腹形状などの凹凸形状であるので、伝熱面積が大きくなり、温媒流体の熱を弁座部２４に効率良く伝熱することができるように構成されている。
【０１３９】
なお、この実施例では、弁座部２４の中央部分３７のみを蛇腹形状などの凹凸形状としたが、伝熱面である弁座部２４のフランジ部３３の上面３５も、蛇腹形状などの凹凸形状とすることも可能である。
【０１４０】
また、上記の実施例１の場合に、弁座部２４の側方延設部７６の内周側に形成された加温空間用凹部９４の伝熱面、すなわち、弁座部２４の加温空間用凹部９４の外周側壁９４ａと、上部壁９４ｂと、内周側壁９４ｃのうち、少なくとも１つを蛇腹形状などの凹凸形状とすることも可能である。
【０１４１】
また、この実施例では、伝熱面を、蛇腹形状などの凹凸形状を縦断面において、蛇腹形状などの凹凸形状としたが、図示しないが、伝熱面を、水平断面において、蛇腹形状などの凹凸形状とすることも、さらには、縦断面および水平断面において組み合わせて、蛇腹形状などの凹凸形状とすることも可能である。
【０１４２】
さらに、この凹凸形状の数、突設距離、凹凸の形状などは、蛇腹形状以外にも、例えば、エンボス形状などが可能であり、特に限定されるものではなく、伝熱効果を考慮して、適宜変更可能である。
【実施例３】
【０１４３】
図１０は、本発明の制御弁の別の実施例の縦断面図、図１１は、図１０の制御弁のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【０１４４】
この実施例の制御弁１０は、図１〜図３に示した制御弁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。
【０１４５】
上記実施例１、実施例２の制御弁１０では、弁ハウジング６２と弁座部２４とを別体の別の部材から構成したが、この実施例では、弁ハウジング６２と弁座部２４とを一体化した一体の部材から構成した実施例を示している。
従って、後述するように、弁座部２４と弁ハウジング６２との間は、この一体化された弁ハウジング６２でシールされ、弁ハウジング６２自体でシール部を形成し、これにより、第２のシール部８４を形成していることになる。
【０１４６】
また、弁ハウジング６２に形成した下方凹部７４に、加温空間９２と流体排出流路９０との間を気密に分離するための固定部材４１が装着されている。
【０１４７】
すなわち、固定部材４１の内周側には、内周側シール溝４３が形成され、この内周側シール溝４３に、Ｏリングなどの内周側シール部材４５が装着されている。同様に、固定部材４１の外周側には、外周側シール溝４７が形成され、この外周側シール溝４７に、Ｏリングなどの外周側シール溝４９が装着されている。
【０１４８】
これらの内周側シール溝４３、内周側シール部材４５と、外周側シール溝４７、外周側シール溝４９とで、流体排出流路９０の側に配置された第１のシール部７８を構成している。
【０１４９】
また、この固定部材４１は、弁ハウジング６２に形成した下方凹部７４の内周壁７４ａの上端７４ｂを、かしめ加工することによって、弁ハウジング６２に固定されている。
【０１５０】
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、上記実施例では、弁体をダイアフラム弁体５２の弁体部５６として構成したが、通常の弁体にも適用することが可能である。
【０１５１】
また、この実施例では、電磁弁に適用した実施例について説明したが、電動弁などその他の駆動形式の制御弁にも適用することができる。
【０１５２】
また、実施例２の制御弁１０において、フィルター装置１１を設けないようにすることも可能であり、逆に、実施例１の制御弁１０において、フィルター装置１１を設けるようにすることも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】
【０１５３】
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、および制御弁を用いた燃料電池システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０    制御弁
１１    フィルター装置
１２    弁本体
１３    フィルター部材用凹部
１４    上本体
１４ａ    シール溝
１５    フィルター
１６    下本体
１７    フィルター本体
１８    第１のポート
１９    開口部
２０    第２のポート
２１    フィルター部材
２２    弁ポート
２３    シール部材
２４    弁座部
２４ａ    隔壁
２４ｂ    連通孔
２５    底部
２６    弁室
２７    内側底面
２８    駆動部
２９    固定用蓋部材
３０    プランジャーチューブ
３１    シール部材
３２    プランジャー
３３    フランジ部
３４    吸引子
３５    上面
３６    プランジャーバネ
３７    中央部分（伝熱面）
３８    インサート金具
４０    弁棒部材
４１    固定部材
４２    締結ネジ
４３    内周側シール溝
４４    ナット
４５    内周側シール部材
４６    電磁コイル
４７    外周側シール溝
４８    外函部材
４９    外周側シール溝
５０    駆動空間
５２    ダイアフラム弁体
５４    分離膜部
５６    弁体部
５８    固定部
６０    固定部材
６２    弁ハウジング
６４    弁本体装着凹部
６６    締結用フランジ
６８    締結ボルト
７０    上方凹部
７２    シール部材
７４    下方凹部
７４ａ    内周壁
７４ｂ    上端
７６    側方延設部
７６ａ    シール溝
７６ｂ    シール部材
７８    第１のシール部
８０    底部凹部
８０ａ    外周壁
８２    下方延設部
８２ａ    シール溝
８２ｂ    シール部材
８４    第２のシール部
８６    流体供給流路
８８    弁室
９０    流体排出流路
９２    加温空間
９４    加温空間用凹部
９４ａ    外周側壁
９４ｂ    上部壁
９４ｃ    内周側壁
９６    温媒流体供給流路
９６ａ    開口端
９８    温媒流体排出流路
１００    燃料電池システム
１０２    燃料電池スタック
１０４    水素タンク
１０６    アノード
１０８    コンプレッサー
１１０    カソード
１１２    水素圧力調整弁
１１４    水素供給流路
１１６    水素循環ポンプ
１１８    水素循環流路
１２０    空気供給流路
１２２    空気圧力調整弁
１２４    ラジエーター
１２６    冷却水ポンプ
１２８    冷却流体循環経路
１３２    排出経路
１３４    パージ弁
１３６    水捨弁
１３８    コントロールユニット
【図１】
0005969795.tif 000002
【図２】
0005969795.tif 000003
【図３】
0005969795.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005969795.tif 000008
【図８】
0005969795.tif 000009
【図９】
0005969795.tif 000010
【図１０】
0005969795.tif 000011
【図１１】
0005969795.tif 000012