(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、且つ弁体の交換を容易にする。【解決手段】燃料電池用電磁弁（排出弁）１０は、ソレノイド部２６の励磁作用下に変位する可動部材３０を有し、この可動部材３０の先端部には、バルブボディ１６に設けられた弁座部３６に対して着座・離間する円盤部４０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。なお、可動部材３０の側周壁には、軸線方向に沿ってＶ溝９６が設けられている。【選択図】図２
2006153215.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弁座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、前記可動部材の側周壁に、該可動部材の軸線方向に沿って溝が設けられている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弁座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】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
なお、このような金属材の好適な例としてはステンレス鋼が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、可動部材の側周壁に、該可動部材の軸線方向に沿って溝を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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、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、これにより、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。
【００１６】
また、弁体部材が可動部材と別体であるので、弁体部材に経時変化が生じたとしても、該弁体部材のみを交換することができる。このため、ランニングコストも低廉化することができる。
【００１７】
しかも、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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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、エアー排出部２０８及び／又は水素排出部２１６に組み込んでもよい。
【００３７】
本実施の形態に係る燃料電池用電磁弁（以下、排出弁ともいう）の概略全体縦断面図を図２に示す。この排出弁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の上部にガイド部材１８、プレート部材２０、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１８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１８は、後述するように、弁体部材３２の変位量を規制する。
【００３８】
バルブボディ１６は金属製材料から形成され、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と、弁座部３６とが設けられている。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。
【００３９】
導入ポート１２は、バルブボディ１６の側面に半径方向外方へ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、該塵埃等が排出弁１０の連通室３４に進入することが防止される。
【００４０】
導出ポート１４は、前記導入ポート１２に対して略１８０°離間する位置でバルブボディ１６の側面に突出するように形成される。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。
【００４１】
弁座部３６は、連通室３４の下面から上方に向かって所定長だけ突出するように形成されている。この弁座部３６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４０が着座・離間する。
【００４２】
ガイド部材１８は、バルブボディ１６の上部に連結されたフランジ部４２を有し、該フランジ部４２の下端面には、ストッパ部（係止部）４４とインロー部４６が内周側からこの順序で設けられている。これらストッパ部４４及びインロー部４６は、所定間隔で互いに離間した円筒体であり、下方に向かって突出形成されている。
【００４３】
ここで、ストッパ部４４は、フランジ部４２の下面側に下方に向かって延在するように形成され、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４０の上面がストッパ部４４の下端面に当接して係止され、変位終端位置となる。なお、ストッパ部４４の軸線方向に沿う長さは、円盤部４０の上面がストッパ部４４の下面に当接した際、固定部材２８の凹部４８に挿入される可動部材３０の突出部５０が、該凹部４８の天井面に接触しないように設定される。
【００４４】
インロー部４６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１８をバルブボディ１６の上部へと組み付ける際、インロー部４６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１８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１８の内部に設けられる可動部材３０とバルブボディ１６の弁座部３６との軸心を容易に一致させることができる。
【００４５】
このように構成されたストッパ部４４とインロー部４６との間には、前記ガイド部材１８と、弁体部材３２の円盤部４０との間に介装されるコイルスプリング５２の一端部が挟持されている。
【００４６】
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５４ａが挿入されている。このシール部材５４ａにより、バルブボディ１６とフランジ部４２との間がシールされている。
【００４７】
フランジ部４２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５６の内部に挿入される比較的長尺なガイド部５８が設けられている。このガイド部５８は、前記ストッパ部４４に比して若干小径に形成されている。
【００４８】
このガイド部５８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６０が形成されている。また、ガイド部５８は、外周壁面がボビン５６の内周面及びプレート部材２０の貫通孔６２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６４の下端面に当接している。
【００４９】
また、プレート部材２０の上面、ガイド部５８が挿入されるカバー部材２２の装着孔６６、及びガイド部５８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５４ｂが装着されている。このシール部材５４ｂ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。
【００５０】
プレート部材２０は磁性金属製材料によって環状に形成され、ガイド部材１８の上部に一体的に連結されている。そして、プレート部材２０の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した貫通孔６２が形成され、該貫通孔６２には、ガイド部材１８のガイド部５８が挿通されている。
【００５１】
プレート部材２０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７０が設けられている。前記コネクタ部７０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７２が設けられ、該端子７２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５６に接続されている。なお、この端子７２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。
【００５２】
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７４が形成され、該張出部７４の上端面に形成された環状溝には、シール部材５４ｃが装着されている。このシール部材５４ｃ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。
【００５３】
ソレノイド部２６は、その外周面にコイル７６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５６と、該ボビン５６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７８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。
【００５４】
ボビン５６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８０及び第２拡径部８２が形成されている。
【００５５】
第１拡径部８０には環状溝８４が設けられており、該環状溝８４には、カバー部材２２の下端面に設けられた凸部８６が係合されている。一方、第２拡径部８２の上端面は、前記張出部７４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７６が巻回されたボビン５６が一体的に係合されており、これによりボビン５６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。
【００５６】
ボビン５６の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿入孔８８が形成されている。この挿入孔８８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１８のガイド部５８が挿入される。上記したように、ガイド部５８の先端部は、固定部材２８に設けられた大径部６４の下端面に当接している。
【００５７】
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９０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９２に挿通されるとともに突出したこのねじ部９０の上方には、ワッシャ９４を介して前記キャップナット７８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。
【００５８】
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４８が形成されている。
【００５９】
可動部材３０は略円柱体形状であり、側周壁には、軸線方向に沿って２本のＶ溝９６が互いに１８０°離間する位置に設けられている。該Ｖ溝９６が存在することにより、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。
【００６０】
この可動部材３０も、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５８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５０が突出形成されている。
【００６１】
この突出部５０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４８に挿入される。なお、突出部５０の軸線方向に沿った高さは、凹部４８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。
【００６２】
また、可動部材３０の下端部側には小径部１００が設けられており、この小径部１００の先端面（可動部材３０の下端面）からプレート部材２０の軸線方向略中央に至るまで、ねじ孔１０２が設けられている。
【００６３】
弁体部材３２は、可動部材３０に比して小径のシャフト部１０４を有し、該シャフト部１０４には、ねじ部１０６が形成されている。このねじ部１０６が前記ねじ孔１０２に螺合されることにより、弁体部材３２が可動部材３０に連結されている。
【００６４】
また、弁体部材３２は、シャフト部１０４の下部から下方に向かって徐々に拡径するテーパ部１０８を有し、前記円盤部４０は、該テーパ部１０８の先端（図２における下端）に形成されている。上記したように、この円盤部４０の下端面が、弁座部３６に対して着座又は離間する。なお、円盤部４０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。
【００６５】
また、円盤部４０の上端面には、上方に向かって所定長だけ突出したばね受部１１０が形成されている。
【００６６】
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。
【００６７】
円盤部４０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１１２が設けられており、該第１装着溝１１２には、弾性部材からなる第１シート１１４が装着される。円盤部４０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１１６が設けられ、この第２装着溝１１６に弾性部材からなる第２シート１１８が装着される。これら第１シート１１４及び第２シート１１８の好適な材質としては、ゴムが例示される。
【００６８】
第１シート１１４は、円盤部４０が弁座部３６に着座した際に該弁座部３６に当接する位置に装着され、一方、第２シート１１８は円盤部４０が上方に変位して上端面がストッパ部４４に当接した際に、前記ストッパ部４４の先端面に当接する位置に装着されている。
【００６９】
第１装着溝１１２及び第２装着溝１１６は、円盤部４０の内部に軸線方向に沿って形成される連通孔１２０を介して連通している。そして、第１シート１１４及び第２シート１１８は、連通孔１２０の内部に装填される弾性材料からなる連結シート１２２によって一体的に連結されている。すなわち、第１シート１１４及び第２シート１１８は、第１装着溝１１２及び第２装着溝１１６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１１２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１２０を介して第２装着溝１１６にも充填される。このため、第１シート１１４、連結シート１２２、及び第２シート１１８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。
【００７０】
また、この一体形成により、第１シート１１４及び第２シート１１８がそれぞれ第１装着溝１１２及び第２装着溝１１６から脱落することが防止される。
【００７１】
円盤部４０の上端面とガイド部材１８のフランジ部４２の下端面との間に介装された前記コイルスプリング５２は、その弾発力によって弁体部材３２を弁座部３６に着座させる方向に付勢している。なお、コイルスプリング５２は、ガイド部材１８のストッパ部４４の外周面によって軸線方向に沿ってガイドされている。このため、コイルスプリング５２は、ストッパ部４４によって確実にガイドされながら、換言すれば、位置ずれを起こすことなく、軸線方向に沿って伸縮する。
【００７２】
また、コイルスプリング５２は、一端部がストッパ部４４とインロー部４６との間に挟持されることにより、フランジ部４２の下端面から脱落することが防止されている。その一方で、他端部が円盤部４０の上端面に設けられたばね受部１１０に堰止されており、これにより、コイルスプリング５２が円盤部４０から脱落することが防止される。
【００７３】
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。
【００７４】
本発明の実施の形態に係る燃料電池用電磁弁（排出弁）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。
【００７５】
図１に示される燃料電池システム２００において、排出弁１０は、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設けられ、排出弁１０の導入ポート１２（図２参照）には、前記エアー排出用通路又は前記通路に接続されている。そして、導出ポート１４（図２参照）には、図示しないチューブ等が接続されている。
【００７６】
図２は、コイル７６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４０（第１シート１１４）が弁座部３６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。
【００７７】
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７０の端子７２を介してコイル７６に通電することにより該コイル７６が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル７６から可動部材３０へと向かい、再びコイル７６へと復帰して周回するように発生する。
【００７８】
これにより、可動部材３０がコイルスプリング５２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４０（第１シート１１４）が弁座部３６から離間する。
【００７９】
そして、円盤部４０に装着された第２シート１１８がガイド部材１８のストッパ部４４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１１８によって円盤部４０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。
【００８０】
同時に、可動部材３０の突出部５０が固定部材２８の凹部４８に挿入される。
【００８１】
このようにして円盤部４０が弁座部３６から離間することにより、排出弁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４０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。
【００８２】
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７６への通電を停止することにより、該コイル７６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５２によって下方へと弾発付勢され、弁体部材３２の円盤部４０における第２シート１１８がストッパ部４４の下端面から離間する。その結果、円盤部４０が弁座部３６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。
【００８３】
この際、円盤部４０の第１装着溝１１２に装着された第１シート１１４が弁座部３６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。
【００８４】
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／又は残留水の排出弁１０を介しての排出が停止される。
【００８５】
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、可動部材３０の側周壁に設けられたＶ溝９６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。
【００８６】
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、可動部材３０の側周壁に設けられたＶ溝９６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。
【００８７】
すなわち、可動部材３０の側周壁にＶ溝９６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４０の弁座部３６への着座・離間が迅速に行われる。結局、排出弁１０の応答速度を向上させることができる。
【００８８】
ここで、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、排出弁１０が上記のように動作することに伴い、該排出弁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、排出弁１０の耐久性が向上し、寿命が長期化する。
【００８９】
また、弁体部材３２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。
【００９０】
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、排出弁１０のランニングコストが低廉化する。
【００９１】
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。
【００９２】
また、本実施の形態では、ストッパ部４４、インロー部４６、フランジ部４２及びガイド部５８をガイド部材１８、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１８をカバー部材２２、バルブボディ１６及びプレート部材２０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。
【００９３】
そして、弁体部材３２の円盤部４０の上端面とガイド部材１８のフランジ部４２との間にコイルスプリング５２を介装し、該コイルスプリング５２の内周側をストッパ部４４の外周面に当接するように配設することにより、このストッパ部４４がコイルスプリング５２をガイドする役割を営む。このため、別個にコイルスプリング５２をガイドする部材を設ける必要がないので、部品点数が増大することもない。
【００９４】
さらにまた、ガイド部材１８のフランジ部４２の下端面にインロー部４６を一体的に設け、そ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１８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１８の内部を軸線方向に沿って変位する可動部材３０の軸心と、バルブボディ１６において円盤部４０に対向する位置に形成される弁座部３６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。しかも、このインロー部４６もガイド部材１８に一体的に設けられているので、部品点数を一層削減することができる。
【００９５】
また、ガイド部材１８のフランジ部４２の上部に、ボビン５６の内部に挿入される円筒状のガイド部５８が形成され、その内部のガイド孔６０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６０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。
【００９６】
なお、上記した実施の形態においては、可動部材３０の側周壁にＶ溝９６を設けるようにしているが、溝の形状は特にこれに限定されないことはいうまでもない。
【００９７】
また、Ｖ溝９６等の溝の本数も２本に限定されるものではなく、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本実施の形態に係る排出弁（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排出弁（弁閉状態）を示す概略全体縦断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０…燃料電池用電磁弁（排出弁）        １２…導入ポート
１４…導出ポート                        １６…バルブボディ
１８…ガイド部材                        ２０…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                            ３６…弁座部
４０…円盤部                            ４２…フランジ部
４４…ストッパ部（係止部）              ４６…インロー部
５２…コイルスプリング                  ５６…ボビン
５８…ガイド部                          ７０…コネクタ部
７２…端子                              ７６…コイル
９６…Ｖ溝                              ９８…緩衝材
１０２…ねじ孔                          １０６…ねじ部
１１４、１１８、１２２…シート
【図１】
2006153215.tif 000003
【図２】
2006153215.tif 000004