(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、反応ガス及び／又は残留水を外部へと排出する燃料電池用電磁弁の耐久性を向上させ、且つ凍結を防止する。【解決手段】燃料電池用電磁弁１０を構成するバルブボディ１６は、例えば、アルミニウムからなり、該バルブボディ１６には、第１〜第３温媒通路４２、４４、４６が設けられている。このバルブボディ１６の内部に連結された弁座部材１８は、例えば、ステンレス鋼からなる。また、ソレノイド部２６の励磁作用下に変位する可動部材３０の先端部には、前記弁座部材１８の弁座部５４に対して着座・離間する円盤部５６を具備する弁体部材３２がねじを介して連結されている。可動部材３０は磁性金属材からなり、一方、弁体部材３２は、例えば、ステンレス鋼等の耐食性に優れる材質からなる。【選択図】図２
2006153218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池における反応ガス及び／又は残留水を排出する燃料電池用電磁弁であって、
前記反応ガス及び／又は残留水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反応ガス及び／又は残留水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内部で、前記導入ポートと前記導出ポートとの間の連通室に配設されて且つ前記バルブボディに連結された弁座部材と、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
一端部が前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材に対向するとともに、前記ソレノイド部の励磁作用下に前記固定部材に接近する方向又は前記固定部材から離間する方向に変位する可動部材と、
前記可動部材の他端部に連結されるとともに、前記可動部材が変位することに伴って前記弁座部材に対して着座又は離間する弁体部材と、
前記バルブボディと前記ソレノイド部との内部に配設されて前記可動部材が挿入され、前記弁体部材が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部を有するガイド部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用電磁弁において、前記可動部材と前記弁体部材とがねじを介して互いに連結されていることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用電磁弁において、前記可動部材に第１内孔が該可動部材の軸線方向に沿って設けられるとともに、前記第１内孔に連通する第２内孔が該可動部材の直径方向に沿って設けられ、且つ前記弁体部材に前記第１内孔と連通する第３内孔が該弁体部材の軸線方向に沿って設けられるとともに、前記第２内孔及び前記第３内孔に連通する第４内孔が該弁体部材の直径方向に沿って設けられたことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用電磁弁において、前記バルブボディがアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、且つ前記弁座部材が前記バルブボディと異なる材質からなることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池用電磁弁において、前記弁座部材がステンレス鋼からなることを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用電磁弁において、前記バルブボディに加温媒体が流通する温媒通路が設けられたことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池用電磁弁において、前記温媒通路は直線状に延在し、且つ前記温媒通路同士が直交しながら前記連通室を囲繞することを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池用電磁弁において、前記温媒通路の一端が前記バルブボディの端面で開口した開口部を閉塞部材で閉塞したことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【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、燃料電池に供給される反応ガス及び／又は残留水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】
固体高分子膜型燃料電池は、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が複数個積層されたスタックを備えている。このように構成されたスタックを運転するに際しては、前記セルの各アノードに燃料として水素が供給される一方、各カソードに酸化剤としてエアーが供給される。そして、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】
このスタックを含む燃料電池システムは、例えば、カソード側にエアーを供給するためのエアーコンプレッサ等を備え、さらに、このエアーの圧力を信号圧として、該エアーの圧力に応じた圧力でアノード側に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ともに、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】
この技術に関連し、本出願人は、エアー排出口とエアー排出部とを接続するエアー排出用通路、又は、水素排出部と水素排出口との間の通路の適宜の位置に設けられ、反応ガス及び／又は残留水を排出するための燃料電池用排出弁を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、耐久性に優れるとともに製造歩留まりが良好であり、しかも、コストの低減を図ることが可能な燃料電池用電磁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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池における反応ガス及び／又は残留水を排出する燃料電池用電磁弁であって、
前記反応ガス及び／又は残留水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反応ガス及び／又は残留水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内部で、前記導入ポートと前記導出ポートとの間の連通室に配設されて且つ前記バルブボディに連結された弁座部材と、
前記バルブボディに連結されるハウジングの内部に設けられ、電流により励磁作用を伴うソレノイド部と、
一端部が前記ソレノイド部の内部に設けられる固定部材に対向するとともに、前記ソレノイド部の励磁作用下に前記固定部材に接近する方向又は前記固定部材から離間する方向に変位する可動部材と、
前記可動部材の他端部に連結されるとともに、前記可動部材が変位することに伴って前記弁座部材に対して着座又は離間する弁体部材と、
前記バルブボディと前記ソレノイド部との内部に配設されて前記可動部材が挿入され、前記弁体部材が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部を有するガイド部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
従来からの電磁弁において、弁座部は、バルブボディの一部として該バルブボディと一体的に形成される。この場合、バルブボディは、弁座部が腐食することを回避するべくステンレス鋼等で構成されるが、ステンレス鋼からなるバルブボディは概して重量が大である。
【０００９】
これに対し、本発明においては、バルブボディと弁座部材とを別部材としたので、例えば、バルブボディの材質を軽量なアルミニウムとする一方、弁座部材の材質を耐食性に優れるステンレス鋼等とすることができる。
【００１０】
さらに、バルブボディと弁座部材とが別部材であるので、バルブボディに連結する前に、弁座部材に対して撥水皮膜を設ける撥水処理やその他の処理を施すことが容易である。撥水処理を行った場合、燃料電池用電磁弁の内部で凍結が起こることを回避することができる。
【００１１】
また、弁体は、通常、可動部材と同一部材として一体成形される。可動部材は、励磁によって変位可能とするべく磁性金属で構成されるので、必然的に、弁体も磁性金属で構成される。
【００１２】
これに対し、本発明においては、可動部材と弁体部材とが別部材として構成される。従って、弁体部材を安価な金属材で構成することができ、これによりコストを低廉化することができる。
【００１３】
また、弁体部材を、例えば、耐食性に優れる金属材から構成することにより、この燃料電池用電磁弁を燃料電池システムから残留水を排出する用途に用いた場合であっても、十分な耐久性を確保することができる。すなわち、燃料電池用電磁弁の寿命を長期化させることができる。
【００１４】
しかも、可動部材は、例えば、円柱体形状等の比較的単純な形状をなし、このため、複雑な形状の弁体部と同一部材として一体成形された従来からの可動部材に比してハンドリングが容易である。従って、例えば、可動部材の側周壁にフッ素コーティングを行う場合等、打痕や傷が発生することを回避することが容易となる。このため、燃料電池用電磁弁の製造歩留まりも向上する。
【００１５】
可動部材と弁体部材とは、ねじを介して連結することが好ましい。この場合、弁体部材に経年変化が生じて該弁体部材の交換が必要になった際、交換を容易に行うことができるからである。
【００１６】
また、可動部材に第１内孔を該可動部材の軸線方向に沿って設けるとともに、前記第１内孔に連通する第２内孔を該可動部材の直径方向に沿って設け、且つ弁体部材に前記第１内孔と連通する第３内孔を該弁体部材の軸線方向に沿って設けるとともに、前記第２内孔及び前記第３内孔に連通する第４内孔を該弁体部材の直径方向に沿って設けることが好ましい。これにより、可動部材が固定部材に接近する方向に変位する際には、可動部材と固定部材の間のクリアランスに存在する流体が溝を介して迅速に導出される。その一方で、可動部材が固定部材から離間する方向に変位する際には、可動部材と固定部材の間のクリアランスに流体が溝を介して迅速に導入される。このため、可動部材の変位速度が大きくなり、結局、燃料電池用電磁弁の応答速度を大きくすることができる。
【００１７】
また、この場合、可動部材の側周壁に連通路を設けないので、該可動部材の磁路面積が減少することがない。このため、可動部材、ひいては弁体部材を変異させる変位力が確保される。
【００１８】
ここで、バルブボディの材質の好適な例としてはアルミニウム又はアルミニウム合金が挙げられる。また、弁座部材の材質は、バルブボディと異なることが好ましい。弁座部材の材質の好適な例としては、ステンレス鋼が挙げられる。
【００１９】
いずれの場合においても、バルブボディに加温媒体が流通する温媒通路を設けることが好ましい。加温媒体が流通するので、燃料電池用電磁弁が組み込まれた燃料電池システムが低気温時に運転される際に、該燃料電池用電磁弁の内部に湿潤反応ガスや残留水が進入しても、凍結することが防止される。
【００２０】
温媒通路の各々は、直線状に延在することが好ましい。この場合、各温媒通路を極めて容易に形成することができるからである。換言すれば、煩雑な作業を行うことなく温媒通路を設けることができる。
【００２１】
なお、この場合、温媒通路同士を直交させながら前記連通室を囲繞する。これにより、連通室を効率よく加温することができる。
【００２２】
直線状に延在する温媒通路を形成する際には、該温媒通路の一端がバルブボディの端面で開口することがある。その場合、開口部を閉塞部材で閉塞することによって、加温媒体が漏洩することが回避される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、バルブボディと弁座部材とが別部材として構成される。従って、バルブボディを、例えば、アルミニウム等の軽量金属で構成するとともに、弁座部材を、例えば、安価で耐食性に優れるステンレス鋼で構成することができる。これにより、軽量であり、且つ十分な耐久性を示す燃料電池用電磁弁を低コストで得ることができる。
【００２４】
しかも、本発明では、可動部材と弁体部材とが別部材として構成される。従って、弁体部材を、例えば、安価で耐食性に優れる金属材で構成することができるので、一層十分な耐久性を示す燃料電池用電磁弁を構成することができる。
【００２５】
また、弁座部材や弁体部材に経時変化が生じたとしても、該弁座部材ないし弁体部材のみを交換すればよい。このため、バルブボディないし可動部材ごとの交換が必要であった従来からの電磁弁に比して、ランニングコストを低廉化することもできる。
【００２６】
さらに、バルブボディと弁座部材とが別体であるので、バルブボディに連結する前の弁座部材に対して撥水処理等を行うことが容易である。この撥水処理によって、燃料電池用電磁弁の内部で凍結が起こることが回避される。
【００２７】
さらにまた、可動部材と弁体部材とが別体であるので可動部材のハンドリングが容易であり、このため、例えば、可動部材の側周壁にフッ素コーティング等を行う場合、同一部材内に弁体部が設けられた可動部材に比して、打痕や傷が発生することを容易に回避することができる。このため、燃料電池用電磁弁の製造歩留まりも向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る燃料電池用電磁弁につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１に、本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁が組み込まれた燃料電池システム２００を示す。なお、この燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００３０】
燃料電池システム２００は、例えば、高分子を素材としたイオン交換膜等からなる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むことによって形成されたセルが複数個積層されることによって設けられた燃料電池スタック２０２を含む。
【００３１】
前記セルの各カソードには、酸化剤として酸素を含むエアーが供給され、一方、各アノードには、燃料として水素が供給される。すなわち、カソード側には、酸化剤供給部２０４からのエアーが供給されるエアー供給口２０６と、該カソード内のエアーを外部に排出するためのエアー排出部２０８が接続されたエアー排出口２１０が設けられる。その一方で、アノード側には、燃料供給部２１２からの水素が供給される水素供給口２１４と、水素排出部２１６が接続された水素排出口２１８とが設けられる。なお、本実施の形態で用いられる反応ガスには、水素、エアー、余剰水素が含まれるものとする。
【００３２】
エアー供給口２０６に接続されたエアー供給用通路２１９においては、前記酸化剤供給部２０４と、放熱部２２０と、カソード加湿部２２２とが上流側からこの順序で介装されている。
【００３３】
酸化剤供給部２０４は、例えば、図示しないスーパーチャージャ（圧縮機）及びこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック２０２で酸化剤ガスとして使用される酸素を含有するエアーを断熱圧縮して圧送する。この断熱圧縮の際にエアーが加熱される。このように加熱された圧縮エアーが、燃料電池スタック２０２の暖機に貢献する。
【００３４】
放熱部２２０は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成される。酸化剤供給部２０４から供給されたエアーは、該放熱部２２０に設けられた流路に沿って流通する冷却水と熱交換することによって冷却される。すなわち、エアーは、所定温度に冷却された後、カソード加湿部２２２に導入される。
【００３５】
カソード加湿部２２２は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を透過させることにより、放熱部２２０によって所定の温度に冷却されたエアーを所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６へと供給する。加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、これに伴って該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜に水分が付与されることによって、該膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
【００３６】
一方、前記水素供給口２１４に接続された水素供給通路２２３には、前記燃料供給部２１２と、圧力制御部２２４と、エゼクタ２２６と、アノード加湿部２２８とが上流側からこの順序で介装されている。また、水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して水素排出部２１６が接続される。
【００３７】
燃料供給部２１２は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック２０２のアノード側に供給される水素が貯蔵される。
【００３８】
圧力制御部２２４は、例えば、空気式の比例圧力制御弁からなる。
【００３９】
ここで、この圧力制御部２２４には、圧力制御用バイパス通路２３２を介してエアーが供給される。すなわち、前記酸化剤供給部２０４から供給されるエアーは、例えば、燃料電池スタック２０２の負荷や図示しないアクセルペダルの操作量等に応じて所定の圧力に設定されて燃料電池スタック２０２に導入される。これに伴い、水素の圧力を調整する必要が生じる。このため、圧力制御用バイパス通路２３２からのエアーの圧力をパイロット圧（信号圧）として、圧力制御部２２４の出口側圧力である二次側圧力を前記パイロット圧に対応した所定範囲の圧力に設定している。
【００４０】
なお、図１から諒解されるように、圧力制御部２２４には、放熱部２２０によって冷却されたエアーが供給される。
【００４１】
エゼクタ２２６は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部２２４から供給された水素は、ノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。ノズル部からディフューザ部に向かって水素が高速で流通する際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、循環用通路２３０を介してアノード側の排出水素が吸引される。エゼクタ２２６で混合された水素及び排出水素はアノード加湿部２２８へと供給され、燃料電池スタック２０２から排出された排出水素は、エゼクタ２２６を介して循環するように設けられている。
【００４２】
このように、燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から排出された未反応の排出水素は、循環用通路２３０を介してエゼクタ２２６に導入され、圧力制御部２２４から供給された水素と、燃料電池スタック２０２から排出された排出水素とが混合されて燃料電池スタック２０２に再び供給されるように設けられている。
【００４３】
アノード加湿部２２８は、例えば、水透過膜を備えて構成され、該水透過膜の一端面から他端面に水分を透過させることにより、エゼクタ２２６から導出された燃料を所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４へと供給している。すなわち、水素もエアー同様に加湿された状態で燃料電池スタック２０２に供給され、これにより、前記固体高分子電解質膜のイオン伝導度が一定値以上に確保される。
【００４４】
水素排出口２１８には、例えば、図示しない排出制御弁を有する水素排出部２１６が循環用通路２３０を介して接続される。前記排出制御弁は、燃料電池スタック２０２の運転状態に応じて開閉動作が制御され、例えば、図示しない貯留タンクによって分離された排出ガス中の過剰な水分（主に液体水）等が車両外部に排出される。
【００４５】
このように構成された燃料電池スタック２０２では、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、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するように設定されている。
【００４６】
そして、本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁は、以上のような構成の燃料電池システム２００において、例えば、エアー排出口２１０とエアー排出部２０８とを接続するエアー排出用通路、及び／又は、水素排出部２１６と水素排出口２１８との間の通路の適宜の位置に接続され、反応ガス及び／又は残留水を排出する。勿論、該燃料電池用電磁弁をエアー排出部２０８及び／又は水素排出部２１６に組み込むようにしてもよい。又は、放熱部２２０から分岐して図１に示す適宜の機構にエアーを送気するエアー分岐ライン（図示せず）に組み込むようにしてもよい。
【００４７】
本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁（以下、単に電磁弁ともいう）の概略全体縦断面図を図２に示す。この電磁弁１０は、導入ポート１２及び導出ポート１４が設けられたバルブボディ１６と、該バルブボディ１６の内部に連結された弁座部材１８と、前記バルブボディ１６の上部にガイド部材２０、プレート部材２１、及びカバー部材２２を介して連結された断面略逆Ｕ字状のハウジング２４と、該ハウジング２４の内部に設けられたソレノイド部２６と、このソレノイド部２６の内部に設けられた固定部材２８と、該固定部材２８に対して接近又は離間するとともに前記ガイド部材２０に変位自在に挿入された可動部材３０と、該可動部材３０の一端部に連結された弁体部材３２とを有する。このうち、ガイド部材２０は、後述するように、弁体部材３２の変位量を規制する。
【００４８】
本実施の形態において、バルブボディ１６はアルミニウムから形成され、上流側の前記導入ポート１２から下流側の前記導出ポート１４に至るまでの間に、これら導入ポート１２と導出ポート１４とを連通する連通室３４が設けられている。この電磁弁１０が、カソード加湿部２２２又はアノード加湿部２２８（図１参照）のエアー供給用通路又は水素供給通路に組み込まれた場合、これらエアー供給用通路又は水素供給通路を通過した反応ガス及び／又は残留水は、導入ポート１２から連通室３４を経由して、導出ポート１４から外部へと排出される。
【００４９】
導入ポート１２は、バルブボディ１６の下端面から突出するように形成され、該導入ポート１２の内部には、底部が連通室３４側を臨むようにしてフィルタ３８が装着されている。導入ポート１２から導入される反応ガス及び／又は残留水に塵埃等が含まれていた場合、フィルタ３８によって塵埃等が除去され、これにより、該塵埃等が電磁弁１０の連通室３４に進入することが防止される。
【００５０】
導出ポート１４は、前記導入ポート１２の軸線方向に対して略直交する方向に延在するように、バルブボディ１６の側面から突出している。この導出ポート１４には、例えば、継手部材を介してチューブ（いずれも図示せず）等が接続される。この際、環状溝に挿入された環状シール４０ａによってシールがなされる。
【００５１】
ここで、電磁弁１０におけるバルブボディ１６の下端面側からの平面図である図３に示すように、バルブボディ１６の内部には、加温媒体が流通する第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６が設けられている。このうち、第１温媒通路４２及び第３温媒通路４６は図３における矢印Ｘ方向に延在し、一方、第２温媒通路４４は、矢印Ｘに直交する矢印Ｙ方向に延在している。換言すれば、第２温媒通路４４は第１温媒通路４２に直交し、その一方で、第３温媒通路４６は第２温媒通路４４に直交する。なお、図３のＩＩ−ＩＩ矢視断面が図２に相当する。
【００５２】
図２及び図４から諒解されるように、第１温媒通路４２及び第２温媒通路４４は、バルブボディ１６に挿入されたガイド部材２０の先端部近傍と略同高さに設けられ、連通室３４を囲繞するように延在している。このため、連通室３４に導入された反応ガス及び／又は残留水が確実に加温される。
【００５３】
第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６は、それぞれ、バルブボディ１６の端面１６ａ、１６ｂ、１６ｃで開口しており、これにより開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃが設けられている。このうち、開口部４８ａ、４８ｃが加温媒体の入出口孔となり、残余の開口部４８ｂは、閉塞部材としての袋ナット４９で閉塞される。なお、開口部４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６を設ける際に使用した中子や加工用工具によって形成される。
【００５４】
図２に示すように、弁座部材１８は、導入ポート１２と連通室３４の双方に若干突出する筒状部５０と、該筒状部５０の側周壁から環状に突出した環状フランジ部５２と、筒状部５０の上端面に設けられた弁座部５４とを有する。筒状部５０において、導入ポート１２に挿入された部位の側周壁には環状溝が設けられており、該環状溝には環状シール４０ｂが装着されている。この環状シール４０ｂによって、弁座部材１８と導入ポート１２との間のシールがなされる。
【００５５】
また、環状フランジ部５２には複数個の貫通孔が設けられ、各貫通孔にはボルト５５が通されている。ボルト５５の各々がバルブボディ１６に設けられたボルト穴に螺合されることにより、弁座部材１８がバルブボディ１６に連結されている。
【００５６】
弁座部５４は、筒状部５０の上端面から上方に向かって所定長だけ環状に突出形成されている。この弁座部５４に対しては、後述するように、前記弁体部材３２を構成する円盤部５６が着座・離間する。
【００５７】
本実施の形態では、この弁座部材１８は、ステンレス鋼からなる。
【００５８】
ガイド部材２０は、バルブボディ１６の上部に連結されたフランジ部５８を有し、該フランジ部５８の下端面には、下方に向かって突出形成された円筒体状のストッパ部６０が設けられている。このストッパ部６０の下端面には、弁体部材３２が可動部材３０とともにソレノイド部２６の変位作用下に軸線方向に沿って上方へと変位した際、前記円盤部５６の上面が当接する。これにより円盤部５６が係止され、変位終端位置となる。なお、ストッパ部６０の軸線方向に沿う長さは、円盤部５６の上面がストッパ部６０の下面に当接した際、固定部材２８の凹部６２に挿入される可動部材３０の突出部６４が、該凹部６２の天井面に接触しないように設定される。
【００５９】
ガイド部材２０の外周径は、バルブボディ１６の連通室３４の内周径と略同一径となるように形成されている。このため、ガイド部材２０をバルブボディ１６の上部へと組み付ける際、該ガイド部材２０の側周壁を連通室３４の内周面に当接するように挿入することにより、ガイド部材２０をバルブボディ１６に対して容易に位置決めして組み付けることができる。また、ガイド部材２０の内部に設けられる可動部材３０と弁座部材１８との軸心を容易に一致させることができる。
【００６０】
また、ストッパ部６０の内周側には、ガイド部材２０と、弁体部材３２の円盤部５６との間に介装されるコイルスプリング６６が挿入されている。
【００６１】
なお、バルブボディ１６の上面には環状溝が設けられており、該環状溝にはシール部材６８ａが挿入されている。このシール部材６８ａにより、バルブボディ１６とフランジ部５８との間がシールされている。
【００６２】
フランジ部５８の上端面には、軸線方向に沿って薄板円筒状に延在するとともに、後述するボビン７０の内部に挿入される比較的長尺なガイド部７２が設けられている。このガイド部７２は、前記ストッパ部６０に比して若干小径に形成されている。
【００６３】
このガイド部７２の内部には、前記可動部材３０が軸線方向に沿って変位する際にガイドするガイド孔７４が形成されている。また、ガイド部７２は、外周壁面がボビン７０の内周面及びプレート部材２１の貫通孔７６に当接するように挿入されるとともに、先端部が固定部材２８に設けられた大径部７８の下端面に当接している。
【００６４】
また、プレート部材２１の上面、ガイド部７２が挿入されるカバー部材２２の装着孔８０、及びガイド部７２の外周壁面によって囲繞される空間には、環状のシール部材６８ｂが装着されている。このシール部材６８ｂによって、ソレノイド部２６の内部の気密が保持されている。
【００６５】
プレート部材２１は磁性金属製材料によって概ね環状に形成され、ガイド部材２０の上部に一体的に連結されている。そして、プレート部材２１の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔７６が形成され、該貫通孔７６には、ガイド部材２０のガイド部７２が挿通されている。
【００６６】
プレート部材２１の上部に連結されたカバー部材２２の側面には、ソレノイド部２６に電流を供給するための図示しない電源に接続されるコネクタ部８２が設けられている。前記コネクタ部８２には、その内部に一端部が露呈するように金属材からなる端子８４が設けられ、該端子８４は、カバー部材２２の内部を介してソレノイド部２６のボビン７０に接続されている。なお、この端子８４は、図示しないリード線を介して前記電源に接続されている。
【００６７】
また、カバー部材２２の上端面には、半径方向内側に突出した張出部８６が形成され、該張出部８６の上端面に形成された環状溝には、シール部材６８ｃが装着されている。このシール部材６８ｃにより、カバー部材２２とハウジング２４との間のシールがなされる。換言すれば、ハウジング２４の内部の気密が保持される。
【００６８】
ソレノイド部２６は、その外周面にコイル８８が巻回されるとともにカバー部材２２の内周壁に当接するように環状に配設された前記ボビン７０と、該ボビン７０の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動部材３０と、前記ハウジング２４の上部にキャップナット９０を介して一体的に連結され、可動部材３０と対向するように配設される固定部材２８とを有する。
【００６９】
ボビン７０の下端部及び上端部には、それぞれ、半径方向外方へと拡径するように第１拡径部９２及び第２拡径部９４が形成されている。
【００７０】
第１拡径部９２には環状溝９６が設けられており、該環状溝９６には、カバー部材２２の下端面に設けられた凸部９８が係合されている。一方、第２拡径部９４の上端面は、前記張出部８６の下端面に当接している。すなわち、カバー部材２２の内部においては、コイル８８が巻回されたボビン７０が一体的に係合されており、これによりボビン７０全体がカバー部材２２によって囲繞されている状態にある。
【００７１】
ボビン７０の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿入孔１００が形成されている。この挿入孔１００には、その上部に前記固定部材２８が挿入されるとともに、下部にガイド部材２０のガイド部７２が挿入される。上記したように、ガイド部７２の先端部は、固定部材２８に設けられた大径部７８の下端面に当接している。
【００７２】
固定部材２８は、磁性金属製材料によって円筒状に形成されており、上部の略中央部には、ねじ部１０２が上方に向かって突出するように形成されている。ハウジング２４の上方略中央部に設けられた孔部に挿通されるとともに突出したこのねじ部１０２の上方には、ワッシャ１０４を介して前記キャップナット９０が螺合される。これにより、固定部材２８がハウジング２４に対して一体的に連結される。
【００７３】
また、固定部材２８の下面の略中央部には、上方に向かって所定深さだけ陥没した凹部６２が形成されている。
【００７４】
略円柱体形状の可動部材３０は、固定部材２８と同様に磁性金属製材料によって形成されており、ガイド部７２の内部を変位自在である。なお、この可動部材３０において、固定部材２８側を臨む上端面略中央部には、突出部６４が突出形成されている。
【００７５】
この突出部６４は、可動部材３０の本体に比して若干小径に形成されるとともに、可動部材３０が上方へ変位した際、固定部材２８の凹部６２に挿入される。なお、突出部６４の軸線方向に沿った高さは、凹部６２の軸線方向に沿った深さと略同等もしくは若干小さい程度に設定されている。
【００７６】
可動部材３０には、軸線方向に沿って延在する第１内孔１０６が設けられている。この第１内孔１０６は、ガイド部材２０のフランジ部５８近傍で拡径しており、該拡径部位にはねじ部１０８が設けられている。換言すれば、第１内孔１０６の拡径部位は、ねじ孔としての役割を営む。
【００７７】
さらに、可動部材３０の下端部に設けられた小径部１１０には、直径方向に沿って延在する第２内孔１１２が形成されており、該第２内孔１１２は、前記第１内孔１０６と連通する。
【００７８】
弁体部材３２は、前記円盤部５６の他、該円盤部５６に比して小径の軸状ねじ部１１４を有し、該軸状ねじ部１１４は、前記第１内孔１０６の拡径部位のねじ部１０８（ねじ孔）に螺合されている。この螺合により、弁体部材３２が可動部材３０に連結されている。
【００７９】
円盤部５６は、連通室３４の内周面との間に所定のクリアランスが生じた状態で該連通室３４に挿入されている。上記したように、この円盤部５６の下端面が弁座部５４に対して着座又は離間し、これに対応して電磁弁１０が開状態又は閉状態となる。
【００８０】
円盤部５６の上端面には環状凸部１１６が形成されており、この環状凸部１１６の直径は、前記コイルスプリング６６の内径に略一致する。すなわち、コイルスプリング６６の孔部には、環状凸部１１６が係合されている。
【００８１】
また、軸状ねじ部１１４には、軸線方向に沿って延在する第３内孔１１８と、直径方向に沿って延在する第４内孔１２０が設けられている。第３内孔１１８は、可動部材３０に設けられた第１内孔１０６と連通しており、一方、第４内孔１２０は、第３内孔１１８と第２内孔１１２に連通している。
【００８２】
以上のように形成された第１内孔１０６、第３内孔１１８、第４内孔１２０及び第２内孔１１２を介して、可動部材３０と固定部材２８の間のクリアランスと、連通室３４とが連通する。
【００８３】
このように構成される弁体部材３２は、例えば、ステンレス鋼等の安価で耐食性に優れる金属材から作製されている。
【００８４】
円盤部５６の下面には、該下面から所定深さだけ窪んだ環状の第１装着溝１２２が設けられており、該第１装着溝１２２には、弾性部材からなる第１シート１２４が装着される。円盤部５６の上面にも同様に、該上面から所定深さだけ窪んだ環状の第２装着溝１２６が設けられ、この第２装着溝１２６に弾性部材からなる第２シート１２８が装着される。これら第１シート１２４及び第２シート１２８の好適な材質としては、ゴムが例示される。
【００８５】
第１シート１２４は、円盤部５６が弁座部５４に着座した際に該弁座部５４に当接する位置に装着され、一方、第２シート１２８は円盤部５６が上方に変位して上端面がストッパ部６０に当接した際に、前記ストッパ部６０の先端面に当接する位置に装着されている。
【００８６】
第１装着溝１２２及び第２装着溝１２６は、円盤部５６の内部に軸線方向に沿って形成される連通孔１３０を介して連通している。そして、第１シート１２４及び第２シート１２８は、連通孔１３０の内部に装填される弾性材料からなる連結シート１３２によって一体的に連結されている。すなわち、第１シート１２４及び第２シート１２８は、第１装着溝１２２及び第２装着溝１２６に弾性材料を充填して固化させることにより形成されている。その際、例えば、第１装着溝１２２に弾性材料を充填することによって、該弾性材料が連通孔１３０を介して第２装着溝１２６にも充填される。このため、第１シート１２４、連結シート１３２、及び第２シート１２８を容易に一体成形して簡便且つ効率的に装着することができる。
【００８７】
また、この一体形成により、第１シート１２４及び第２シート１２８がそれぞれ第１装着溝１２２及び第２装着溝１２６から脱落することが防止される。
【００８８】
円盤部５６の上端面とガイド部材２０の下端面との間に介装された前記コイルスプリング６６は、その弾発力によって弁体部材３２を弁座部５４に着座させる方向に付勢している。このコイルスプリング６６は、一端部に円盤部の環状凸部１１６が係合されることにより、円盤部５６から脱落することが防止されている。
【００８９】
ハウジング２４は、磁性金属製材料により形成され、カバー部材２２を上部から囲繞するように装着されている。
【００９０】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁１０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。
【００９１】
図１に示される燃料電池システム２００において、電磁弁１０は、例えば、エアー排出口２１０とエアー排出部２０８とを接続するエアー排出用通路、又は水素排出口２１８と水素排出部２１６との間の通路の適宜の位置に配設される。
【００９２】
図２は、コイル８８に対して電流を供給していない状態、すなわち、非励磁状態にあり、可動部材３０の先端部に連結された弁体部材３２の円盤部５６（第１シート１２４）が弁座部５４に着座して導入ポート１２と導出ポート１４との連通が遮断された弁閉状態を示している。
【００９３】
このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してコネクタ部８２の端子８４を介してコイル８８に通電することにより該コイル８８が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル８８から可動部材３０へと向かい、再びコイル８８へと復帰して周回するように発生する。
【００９４】
これにより、可動部材３０がコイルスプリング６６の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、これに伴い、該可動部材３０の先端部に連結された弁体部材３２も上方に変位して、最終的に、弁体部材３２を構成する円盤部５６（第１シート１２４）が弁座部５４から離間する。
【００９５】
そして、円盤部５６に装着された第２シート１２８がガイド部材２０のストッパ部６０に当接して変位終端位置となる。なお、この際、弾性材料からなる第２シート１２８によって円盤部５６が変位終端位置まで変位した際の当接が緩和されるとともに、その当接音が低減される。同時に、可動部材３０の突出部６４が固定部材２８の凹部６２に挿入される。
【００９６】
このようにして円盤部５６が弁座部５４から離間することにより、電磁弁１０が弁開状態となる。これに伴って反応ガス及び／又は残留水が導入ポート１２から導入され、円盤部５６と連通室３４の内周面との間のクリアランスを介してバルブボディ１６の内部に進入し、導出ポート１４を介して外部へと排出される。
【００９７】
反応ガス及び／又は残留水の外部への排出を停止する場合には、図示しない電源からコイル８８への通電を停止することにより、該コイル８８を非励磁状態とする。これにより可動部材３０に付勢されていた上方への変位力が喪失し、同時に、可動部材３０がコイルスプリング６６によって下方へと弾発付勢され、弁体部材３２の円盤部５６における第２シート１２８がストッパ部６０の下端面から離間する。その結果、円盤部５６が弁座部５４に着座して導入ポート１２と導出ポート１４との連通が遮断される。すなわち、図２に示す状態に戻る。
【００９８】
この際、円盤部５６の第１装着溝１２２に装着された第１シート１２４が弁座部５４の上面に密着し、これにより、連通室３４の気密が一層確実に保持される。
【００９９】
以上により、エアー供給用通路又は水素供給通路からの反応ガス及び／又は残留水の電磁弁１０を介しての排出が停止される。
【０１００】
可動部材３０及び弁体部材３２が上方に変位する間、固定部材２８と可動部材３０の間のクリアランスに存在する流体は、第１内孔１０６、第３内孔１１８、第４内孔、及び第２内孔１１２を介して連通室３４へと速やかに流通する。このため、流体が固定部材２８と可動部材３０との間のクリアランスに滞留することがなく、従って、滞留した気体によって可動部材３０が押圧されて変位が抑制されることもない。
【０１０１】
一方、可動部材３０及び弁体部材３２が下方に変位する間、固定部材２８と可動部材３０の間のクリアランスには、連通室３４から、第２内孔１１２、第４内孔、第３内孔１１８及び第１内孔１０６を介して流体が速やかに流通する。このため、可動部材３０及び弁体部材３２は、前記クリアランスに導入された流体に押圧されて下方に迅速に変位する。
【０１０２】
すなわち、可動部材３０に第１内孔１０６及び第２内孔１１２を設ける一方、該可動部材３０に連結される弁体部材３２に第３内孔１１８及び第４内孔を設けることによって、可動部材３０及び弁体部材３２の変位、ひいては弁体部材３２の円盤部５６の弁座部５４への着座・離間が迅速に行われる。結局、電磁弁１０の応答速度を向上させることができる。
【０１０３】
また、可動部材３０の側周壁ではなく中心部に第１内孔１０６を設けたので、ボビン７０に対向する可動部材３０の磁路面積が減少することもない。従って、可動部材を変位させるための変位力を確保することもできる。
【０１０４】
この動作の間、電磁弁１０には、第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６に温水等の加温媒体が流通される。上記したように、これら第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６が連通室３４を囲繞するように形成されているため、例えば、燃料電池システム２００を搭載した車両が寒冷地や冬季等、低気温時に運転される際に連通室に湿潤反応ガスや残留水が進入しても、連通室３４で凍結が起こることが回避される。
【０１０５】
なお、第１温媒通路４２と第２温媒通路４４、第２温媒通路４４と第３温媒通路４６は直線形状であり、互いに直交するように形成されている（図３参照）。このような形状の通路は、加工作業によって極めて容易に設けることができる。すなわち、本実施の形態によれば、第１温媒通路４２、第２温媒通路４４及び第３温媒通路４６を直線形状としたので、簡便な作業で温媒通路を形成することができ、凍結を防止することができる。
【０１０６】
ここで、開口部４８ｂは袋ナット４９で閉塞されているので、該開口部４８ｂから加温媒体が漏洩することはない。
【０１０７】
そして、本実施の形態においては、弁体部材３２を可動部材３０と別部材とするとともに、該弁体部材３２を、例えば、ステンレス鋼等の耐食性に優れた材質で構成するようにしている。従って、電磁弁１０が上記のように動作することに伴い、該電磁弁１０の内部に湿潤反応ガスや残留水が通過しても、弁体部材３２が腐食することが著しく抑制される。このため、電磁弁１０の耐久性が向上し、寿命が長期化する。
【０１０８】
また、従来からの電磁弁ではバルブボディに弁座が形成されるのが通例であるが、本実施の形態では、バルブボディ１６と弁座部材１８とを別部材とし、しかも、バルブボディ１６をアルミニウムで構成するとともに、弁座部材１８をステンレス鋼で構成するようにしている。バルブボディ１６をアルミニウムで構成することにより、電磁弁１０を軽量なものとすることができる。また、ステンレス鋼で構成された弁座部材１８は、弁体部材３２と同様、耐食性に優れる。このため、電磁弁１０の耐久性が一層向上する。
【０１０９】
さらに、弁座部材１８をステンレス鋼で構成した場合、弁座部５４に撥水皮膜を比較的容易に形成することができる。この場合、湿潤反応ガスや残留水が連通室３４に浸入しても、撥水皮膜によって弁座部５４に液滴が付着することが防止される。このため、弁座部５４が腐食することを一層確実に回避することができるとともに、水分が弁座部５４上で凍結することによって該弁座部５４と第１シート１２４とが互いに貼り付くことが回避される。
【０１１０】
また、弁体部材３２及び弁座部材１８を安価なステンレス鋼等で構成することができるので、コスト的に有利である。
【０１１１】
さらに、長期間にわたる運転によって弁体部材３２が経年変化し、交換が必要となった場合であっても、ねじを介して弁体部材３２と可動部材３０とを連結しているので、交換を著しく容易に行うことができる。しかも、弁体部材３２のみを交換すればよいので、弁体部が一体成形された可動部材を交換する場合に比して、電磁弁１０のランニングコストが低廉化する。
【０１１２】
その上、この場合、可動部材３０は、比較的単純な円柱体形状であり、このため、弁体部材３２と同様の複雑な形状の弁体部と同一部材である従来からの可動部材に比してハンドリングが著しく容易となる。従って、例えば、可動部材３０の側周壁にフッ素コーティングを行う場合等において、可動部材３０に打痕や傷が発生することを容易に回避することができる。
【０１１３】
また、本実施の形態では、ストッパ部６０、フランジ部５８及びガイド部７２をガイド部材２０、すなわち、同一部材として一体的に形成しているため、それぞれを別体に設けた場合と比較して部品点数を削減することができるとともに、ガイド部材２０をカバー部材２２、バルブボディ１６及びプレート部材２１の内部に組み付ける際の組み付け作業性を向上させることができ、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【０１１４】
そして、ガイド部材２０の外周面をバルブボディ１６の内部に形成される連通室３４の内周面に当接するように挿入することにより、バルブボディ１６に対するガイド部材２０の位置決めを確実に行うことができる。そのため、ガイド部材２０の内部を軸線方向に沿って変位する可動部材３０、ひいては弁体部材３２の円盤部５６の軸心と、バルブボディ１６に連結される弁座部材１８の軸心とを容易に一致させて組み付け精度を向上させることができる。従って、組み付け作業性を向上させることができ、それに伴って組み付け作業工数を低減することができる。
【０１１５】
さらにまた、ガイド部材２０のフランジ部５８の上部に、ボビン７０の内部に挿入される円筒状のガイド部７２が形成され、その内部のガイド孔７４に可動部材３０を変位自在に挿入している。このため、ガイド孔７４で可動部材３０が軸線方向に沿ってガイドされるので、可動部材３０の変位を確実に軸線方向とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁が組み込まれる燃料電池システムの構成図である。
【図２】本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁（弁閉状態）を示す概略全体縦断面図である。
【図３】図２の電磁弁の下面平面図である。
【図４】図２の電磁弁の概略全体斜め正面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…燃料電池用電磁弁（電磁弁）      １２…導入ポート
１４…導出ポート                      １６…バルブボディ
１８…弁座部材                        ２０…ガイド部材
２１…プレート部材                    ２２…カバー部材
２４…ハウジング                      ２６…ソレノイド部
２８…固定部材                        ３０…可動部材
３２…弁体部材                        ３４…連通室
４２、４４、４６…温媒通路            ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…開口部
４９…袋ナット                        ５４…弁座部
５５…ボルト                          ５６…円盤部
５８…フランジ部                      ６０…ストッパ部
６２…凹部                            ６４…突出部
６６…コイルスプリング                ７０…ボビン
７２…ガイド部                        ８２…コネクタ部
８４…端子                            ８８…コイル
１０６…第１内孔                      １０８…ねじ部
１１２…第２内孔                      １１４…軸状ねじ部
１１６…環状凸部                      １１８…第３内孔
１２０…第４内孔                      １２４、１２８、１３２…シート
【図１】
2006153218.tif 000003
【図２】
2006153218.tif 000004
【図３】
2006153218.tif 000005
【図４】
2006153218.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月16日(2005.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006153218.tif 000007
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006153218.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2006153218.tif 000009